JP2009048052A

JP2009048052A - 半球状構造物の製造方法、液晶装置および液晶装置の製造方法

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Publication number: JP2009048052A
Application number: JP2007215629A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Hasei; 宏宣長谷井; Yasushi Takano; 靖高野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2009-03-05

Abstract

【課題】基板上での安定性の高いスペーサを製造することができる半球状構造物の製造方法と、そのスペーサを備えた液晶装置、および液晶装置の製造方法を提供する。
【解決手段】基材４０の表面に、溶解液によって溶解可能な可溶解層４１を形成する工程と、可溶解層４１の表面４１ａに撥液化処理を施す工程と、撥液化された可溶解層４１の表面４１ａに、半球状構造物の材料液を吐出して半球状の液滴４２を形成する工程と、液滴４２を硬化させ、半球状構造物３０を形成する工程と、基材４０を溶解液Ｌ１に浸漬して可溶解層４１を溶解し、基材４０から半球状構造物３０を分離する工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

この発明は、半球状構造物の製造方法、液晶装置および液晶装置の製造方法に関するものである。

従来から、基板間に挟持された液晶層の層厚を規定する液晶表示装置用のスペーサが知られている。このようなスペーサとして、平均粒子径が０．１〜１０μｍで粒子径分布が狭く比較的均一な粒子径を有する高架橋ポリマー粒子（例えば、特許文献１参照）や、シリカ粒子をフッ素化剤および有機溶媒と接触させて過熱した黒色のシリカ粒子（例えば、特許文献２参照）等の球状の構造物が用いられている。
特開平５−１７８９１２号公報特開平５−１１６９２８号公報

しかしながら、上記従来のスペーサは、球状の構造物であるため、基板上で移動しやすく、基板上での安定性に欠けるという課題がある。スペーサが基板上での安定性に欠けると、基板上の所定の位置からスペーサが移動して液晶装置の表示品質を低下させたり、液晶装置の製造工程の工数を増加させたりするという問題がある。
そこで、この発明は、基板上での安定性の高いスペーサを製造することができる半球状構造物の製造方法と、そのスペーサを備えた液晶装置、および液晶装置の製造方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明の半球状構造物の製造方法は、基材の表面に、溶解液によって溶解可能な可溶解層を形成する工程と、前記可溶解層の表面に撥液化処理を施す工程と、撥液化された前記可溶解層の表面に、半球状構造物の材料液を吐出して半球状の液滴を形成する工程と、前記液滴を硬化させ、前記半球状構造物を形成する工程と、前記基材を前記溶解液に浸漬して前記可溶解層を溶解し、前記基材から前記半球状構造物を分離する工程と、を有することを特徴とする。
このように製造することで、底面を有する半球状構造物を製造することができる。このような半球状構造物を基板上に配置した場合、半球状構造物の底面が基板に接触するように配置することができる。これにより、構造物の基板上での移動を防止し、従来の球状の構造物と比較して基板上での構造物の安定性を向上させることができる。
したがって、本発明の半球状構造物の製造方法によれば、基板上での安定性の高いスペーサとして利用できる半球状構造物を製造することができる。

また、本発明の半球状構造物の製造方法は、前記材料液は揮発性溶媒を含まない硬化性樹脂であることを特徴とする。
このように製造することで、液滴を硬化させる際に、液滴の収縮を防止し、半球状構造物を高精度に形成することができる。

また、本発明の半球状構造物の製造方法は、前記材料液の吐出はインクジェット法により行うことを特徴とする。
このように製造することで、微細な液滴を均一かつ高精度に吐出させ、微細な半球状構造物を均一かつ高精度に形成することができる。

また、本発明の液晶装置は、第一基板と第二基板により挟持された液晶層の層厚を規制するスペーサを備えた液晶装置であって、前記スペーサが半球状に形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、半球状に形成されたスペーサの底面が基板に接触するように配置することができる。これにより、スペーサの基板上での移動を防止し、従来の球状のスペーサと比較して基板上でのスペーサの安定性を向上させることができる。
したがって、本発明の液晶装置によれば、基板上の所定の位置からスペーサが移動することを防止し、液晶装置の表示品質を向上させることができる。

また、本発明の液晶装置の製造方法は、第一基板と第二基板により挟持された液晶層の層厚を規制するスペーサを備えた液晶装置の製造方法であって、上記の半球状構造物の製造方法を使用して、半球状のスペーサを形成する工程を有することを特徴とする。
このように製造することで、底面を有する半球状のスペーサを製造することができる。このような半球状のスペーサを基板上に配置した場合、スペーサの底面が基板に接触するように配置することができる。これにより、スペーサの基板上での移動を防止し、従来の球状のスペーサと比較して基板上でのスペーサの安定性を向上させることができる。
したがって、本発明の液晶装置の製造方法によれば、液晶装置の製造工程における工数の増加を防止し、生産性を向上させることができる。

また、本発明の液晶装置の製造方法は、前記スペーサを分散媒に分散させて塗布液を生成する工程と、前記第一基板上に前記塗布液を塗布する工程と、前記塗布液の前記分散媒を蒸発させて前記第一基板上に前記スペーサを配置する工程と、前記第一基板と前記第二基板とを貼り合せて、前記第一基板と前記第二基板との間に前記スペーサを保持する工程と、を有することを特徴とする。
このように製造することで、基板上の所定の位置に塗布液を塗布し、基板上の所定の位置に均一にスペーサを配置することができる。さらに、基板上の所定の位置に、スペーサを安定的した状態で配置することができる。加えて、スペーサによって第一基板と第二基板との間隔を規制し、液晶層の層厚を均一に維持することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。尚、以下の各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を適宜変更している。
まず、液晶装置の概略構成につき、図１ないし図３を用いて説明する。以下の説明では、液晶装置の構成部材における液晶層側を内側と呼ぶ。

[液晶装置]
図１は、本実施の形態の液晶装置１の分解斜視図である。
図１に示すように、液晶装置１は、対向配置された第一基板１０および第二基板２０を備えている。第一基板１０および第二基板２０は、例えば、ガラス等の透明材料によって形成されている。第二基板２０の内側には、複数の走査線２１が形成されている。走査線２１の側方には、ＩＴＯ等の透明導電性材料からなる複数の画素電極２２が、マトリクス状に配置されている。

画素電極２２は、ＴＦＤ素子２３を介して各走査線２１に接続されている。ＴＦＤ素子２３は、例えば、第二基板２０表面に形成されたＴａを主成分とする第１導電膜と、その第１導電膜の表面に形成されたＴａ_２Ｏ_３を主成分とする絶縁膜と、その絶縁膜の表面に形成されたＣｒを主成分とする第２導電膜とによって構成されている。そして、第１導電膜が走査線２１に接続され、第２導電膜が画素電極２２に接続されている。これによりＴＦＤ素子２３は、画素電極２２への通電を制御するスイッチング素子として機能する。

図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う側面断面図である。
図２に示すように、液晶装置１は、第一基板１０および第二基板２０により液晶層２を挟持して構成されている。この液晶層２にはネマチック液晶等が採用され、液晶装置１の動作モードとしてツイステッドネマチック（ＴＮ）モードが採用されている。
第一基板１０の内側には、ＩＴＯ等の透明導電性材料からなる複数の対向電極１２が形成されている（図１参照）。この対向電極１２は、上記走査線２１と直交するストライプ状に形成されている。そして、走査線２１に走査信号が供給され、対向電極１２にデータ信号が供給されると、対向する画素電極２２および対向電極１２により、液晶層２に電界が印加されるようになっている。したがって、各画素電極２２の形成領域により画素領域が構成されている。

また、第一基板１０の内側には、隣接する画素領域からの光洩れを防止するため、遮光膜１１が形成されている。遮光膜１１は、例えば、光吸収性を有する黒色の金属クロム等によって構成されている。また遮光膜１１は、各画素領域に対応する複数の開口部１１ａを備えている。この開口部１１ａにより、画像領域への光源光の入射または画像領域からの画像光の射出が可能とされている。したがって、遮光膜１１は格子状に形成されている（図３参照）。そして、遮光膜１１を覆うように、図２に示す透明な絶縁膜１３が形成されている。さらに絶縁膜１３の内側には、上述した対向電極１２が形成されている。

また、画素電極２２および対向電極１２を覆うように、配向膜１４，２４が形成されている。この配向膜１４，２４は、電界無印加時における液晶分子の配向状態を制御するものであり、ポリイミド等の有機高分子材料によって構成され、その表面にラビング処理が施されている。これにより電界無印加時には、配向膜１４，２４の表面付近における液晶分子が、その長軸方向をラビング処理方向に一致させて、配向膜１４，２４と略平行に配向されるようになっている。なお、配向膜１４の表面付近における液晶分子の配向方向と、配向膜２４の表面付近における液晶分子の配向方向とが、所定角度だけずれるように、各配向膜１４，２４に対してラビング処理が施されている。これにより、液晶層２を構成する液晶分子は、液晶層２の厚さ方向に沿って、らせん状に積層されるようになっている。

また、第一基板１０および第二基板２０は、熱硬化型や紫外線硬化型などの接着剤からなるシール材（図示省略）によって周縁部が接合されている。そして、第一基板１０および第二基板２０とシール材とによって囲まれた空間に、液晶層２が封止されている。なお、液晶層２の厚さ（セルギャップ）は、第一基板１０と第二基板２０との間に配置されたスペーサ３０によって規制されている。

図３は、図２のＢ−Ｂ線に沿う平面断面図である。
スペーサ３０は、図２および図３に示すように、遮光膜１１の形成領域に対応する部分に配置されている。スペーサ３０は、ポリスチレン等の透明材料により、直径約１０〜３０μｍ程度の半球状に形成されている。スペーサ３０は略円形の底面３０ａを有し、底面３０ａが第一基板１０に密着するように配置されている。
一方、第一基板１０および第二基板２０の外側には、偏光板（不図示）が配置されている。各偏光板は、相互の偏光軸（透過軸）が所定角度だけずれた状態で配置されている。また入射側偏光板の外側には、バックライト（不図示）が配置されている。

バックライトから照射された光は、入射側偏光板の偏光軸に沿った直線偏光に変換されて、第一基板１０から液晶層２に入射する。この直線偏光は、電界無印加状態の液晶層２を透過する過程で、液晶分子のねじれ方向に沿って所定角度だけ旋回し、出射側偏光板を透過する。これにより、電界無印加時には白表示が行われる（ノーマリーホワイトモード）。一方、液晶層２に電界を印加すると、電界方向に沿って配向膜１４，２４と垂直に液晶分子が再配向する。この場合、液晶層２に入射した直線偏光は旋回しないので、出射側偏光板を透過しない。これにより、電界無印加時には黒表示が行われる。なお、印加する電界の強さによって階調表示を行うことも可能である。

ここで、上述のように、半球状に形成されたスペーサ３０の底面３０ａが第一基板１０に密着するように配置されている。このように、スペーサ３０の底面３０ａが第一基板１０に密着することで、従来の様にスペーサが球状に形成されている場合と比較して、スペーサ３０の安定性を向上させ、第一基板１０と第二基板２０との間でスペーサ３０が移動することを防止できる。これにより、スペーサ３０が第一基板１０の遮光膜１１の形成領域に対応する部分から移動することが防止できる。このため、スペーサ３０が遮光膜１１の開口部１１ａに対応する領域、すなわち、画像領域への光源光の入射または画像領域からの画像光の出射される領域にスペーサ３０が介在して、光源光がスペーサを透過することを防止できる。
したがって、本実施形態の液晶装置１によれば、画像領域を透過する光源光がスペーサ３０によって影響を受けることを防止することができ、液晶装置１の表示品質を向上させることができる。

［液晶装置の製造方法］
次に、上述の液晶装置１の製造方法について、スペーサ３０の製造工程で用いる半球状構造物の製造方法を中心に説明し、その他の工程の説明は適宜省略する。なお、スペーサ３０の製造工程およびスペーサ３０の配置工程以外の工程については、公知のものを採用することができる。
図４（ａ）〜図４（ｃ）および図５は、本実施の形態の液晶装置１のスペーサ３０として用いる半球状構造物の製造工程を説明する図である。また、図６および図７（ａ）〜（ｃ）は本実施形態の液晶装置１の製造工程を説明する図である。

まず、図４（ａ）に示すように、ガラス等によって形成された平坦な基材４０の表面４０ａに、可溶解層４１を形成する。可溶解層４１は、例えば、数μｍ程度の厚さに形成する。また、可溶解層４１の材料は、後の工程で用いる溶解液に浸漬することによって溶解可能となるように選択する。本実施の形態では、可溶解層４１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）等によって形成する。

次に、形成した可溶解層４１の表面４１ａに撥液化処理を施す。撥液化処理では、可溶解層４１の表面４１ａに、例えば、ＣＦ_４（四フッ化炭素）プラズマを照射することにより、可溶解層４１の表面４１ａを撥液化する。大気雰囲気中でのＣＦ_４プラズマ処理の条件は、例えば、プラズマパワーが５０〜１０００ｋＷ、ＣＦ_４のガス流量が５０〜１００ｍｌ／ｍｉｎ、プラズマ放電電極に対する基材４０の搬送速度が０．５〜１０２０ｍｍ／ｓｅｃ、基材４０の温度が７０〜９０℃とされる。

次に、撥液化された可溶解層４１の表面４１ａに半球状構造物の材料液を吐出して、基材４０上に半球状の液滴４２を形成する。また、材料液は揮発性溶媒を含まない硬化性樹脂を用いることが望ましい。本実施の形態では、材料液として、例えば、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等の紫外線硬化樹脂を低分子量のモノマーで希釈したものを用いる。材料液の粘度は、モノマーの分量を調整することで制御することができる。

また、本実施の形態では、材料液の吐出はインクジェット法により行う。インクジェット法により液滴４２を吐出することで、微細な液滴４２を均一かつ高精度に吐出させることができる。インクジェット法により吐出される液滴４２の分量は、例えば、約１．５〜２ｐｌ程度である。これにより、第一基板１０上に形成される液滴４２の底面４２ａの直径Ｄは約１０〜３０μｍ程度に形成される。ここで、液滴４２の底面４２ａの直径Ｄや高さＨ等は、液滴４２の分量や、液滴４２の表面張力、可溶解層４１の撥液化の度合い等によって調整することができる。

次に、可溶解層４１の表面４１ａの液滴４２に紫外線を照射して硬化させ、図４（ｂ）に示すように、スペーサ３０として用いる半球状構造物を生成する。ここで、材料液は揮発性溶媒を含まない紫外線硬化樹脂を用いている。また、液滴４２はインクジェット法により均一かつ高精度に吐出されている。これにより、液滴４２の硬化時に液滴４２が収縮することを防止し、基材４０上にスペーサ３０として用いる半球状構造物を高い寸法精度で均一に形成することができる。

また、このように形成されたスペーサ３０は、硬化前の液滴４２と同様に、底面３０ａの直径Ｄは約１０〜３０μｍとなる。また、液滴４２の高さＨを調整することで、スペーサ３０の高さＨを調整することができる。また、スペーサ３０をこのように形成することで、底面３０ａを有する半球状のスペーサ３０を容易に形成することができる。

次に、図４（ｃ）に示すように、基材４０を溶解液Ｌ１に浸漬する。溶解液Ｌ１は、上述の可溶解層４１を溶解させ、かつ上述のスペーサ３０を溶解させないものを選択する。本実施の形態では、溶解液Ｌ１として、例えば、リン酸、硝酸、酢酸、等を用いる。
基材４０を溶解液Ｌ１に浸漬した後、例えば、１０分〜数十程度で、図５に示すように、可溶解層４１が溶解液Ｌ１によって溶解し、スペーサ３０が基材４０から分離される。
次いで、基材４０から分離させたスペーサ３０を溶解液Ｌ１から取り出した後、スペーサ３０を洗浄液によって洗浄し、乾燥させる。

これにより、上述の液晶装置１にスペーサ３０として使用可能な底面３０ａを有する半球状構造物を製造することができる。このような半球状構造物をスペーサ３０として第一基板１０上に配置した場合、スペーサ３０の底面３０ａが第一基板１０に密着するように配置することができる。これにより、スペーサ３０の第一基板１０上での移動を防止し、従来の球状のスペーサと比較して第一基板１０上でのスペーサ３０の安定性を向上させることができる。
したがって、本実施の形態の半球状構造物の製造方法によれば、第一基板１０上での安定性の高いスペーサ３０として利用できる半球状構造物を製造することができる。

次に、上述の半球状構造物の製造方法により形成した半球状のスペーサ３０を、図６に示すように分散媒Ｌ２に分散させて塗布液Ｌを生成する。ここで、分散媒Ｌ２としては、例えば、アルコール等、蒸発しやすい液体を用いる。
次いで、図７（ａ）に示すように、上述の液晶装置１の第一基板１０の遮光膜１１の形成領域に対応する部分に、例えば、ディスペンサによって、生成した塗布液Ｌを塗布していく。これにより、第一基板１０上の所定の位置に均一にスペーサ３０を配置することができる。また、図３に示すように、塗布液Ｌ中のスペーサ３０が遮光膜１１の形成領域に対応する部分に配置される。

次に、塗布液Ｌの分散媒Ｌ２を蒸発させ、図７（ｂ）に示すように、第一基板１０の遮光膜１１の形成領域に対応する部分にスペーサ３０を配置する。このとき、スペーサ３０の形状、スペーサ３０および分散媒Ｌ２の比重、表面エネルギー等の関係により、略全てのスペーサ３０が底面３０ａを第一基板１０側に向けた状態で、第一基板１０上に配置される。このように、微小な半球状のスペーサ３０の底面３０ａを平坦な第一基板１０に密着させることで、スペーサ３０が第一基板１０に固着した状態となり、容易には第一基板１０から剥離しなくなる。

これにより、接着剤等を用いることなく、スペーサ３０を第一基板１０上の所定の位置に固定することができ、スペーサ３０の第一基板１０上での移動を防止できる。そのため、従来の球状のスペーサと比較して、第一基板１０上でのスペーサ３０の安定性を向上させることができる。
したがって、本実施の形態の液晶装置１の製造方法によれば、スペーサ３０を所定の位置に配置する際に、塗布液Ｌを所定の位置に塗布し、乾燥させるだけで良いので、液晶装置１の製造工程における接着剤の塗布工程等、スペーサ３０の移動を防止するための工程を省略し、液晶装置１の生産性を向上させることができる。

次に、第一基板１０および第二基板２０の周縁部に熱硬化型や紫外線硬化型などの接着剤からなるシール材（図示省略）を塗布し、第一基板１０と第二基板２０を貼り合せる（図２参照）。そしてシール材に紫外線を照射して硬化させ、第一基板１０と第二基板２０との間にスペーサを保持した状態で固定する。
これにより、第一基板１０上に配置されたスペーサ３０のうち、底面３０ａが第一基板１０側に向いていないスペーサ３０が存在していた場合であっても、スペーサ３０の底面３０ａが第二基板２０に密着した状態となる。
したがって、スペーサ３０が第一基板１０と第二基板２０との間に保持されることで、底面３０ａが第一基板１０側に向いていないスペーサ３０であっても、底面３０ａを第二基板２０に密着させ、第一基板１０と第二基板２０との間でスペーサ３０が所定の位置から移動することを防止できる。

次に、第一基板１０および第二基板２０とシール材とによって囲まれた空間に、液晶を注入して封止する。ここで、第一基板１０と第二基板２０との間にスペーサ３０が保持されているので、第一基板１０と第二基板２０との間隔を規制し、液晶層２の層厚Ｔを均一に維持することができる。

以上説明したように、本実施の形態の液晶装置１の製造方法によれば、スペーサ３０として半球状構造物を使用しているため、第一基板１０上でのスペーサ３０の安定性を従来よりも向上させることができる。そのため、第一基板１０上の遮光膜１１の形成領域に対応する部分からスペーサ３０が移動することを防止し、液晶装置１の表示品質を向上させることができる。また、液晶装置１の製造工程を簡略化し、液晶装置１の生産性を向上させることができる。

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態では、スイッチング素子としてＴＦＤ素子を用いたアクティブマトリクス型の液晶装置を例にして説明したが、これ以外のアクティブマトリクス型の液晶表示装置やパッシブマトリクス型の液晶表示装置に本発明を適用することも可能である。

また、上述のネマチック液晶以外の液晶材料を採用することも可能であり、ＴＮモード以外の動作モードを採用することも可能である。また、上述の実施の形態では透過型液晶装置を例にして説明したが、反射型液晶装置に本発明を適用することも可能である。
また、半球状構造物の製造時に用いる基材は、例えば、樹脂等の可撓性を有する材料によって形成してもよい。これにより、例えば、基材をローラで巻き取ることが可能となり、半球状構造物の連続的な製造が可能となる。

また、撥液化処理工程におけるプラズマ処理ガスとしては、ＣＦ_４に限定されることなく、他のフルオロカーボン系のガスを用いることもできる。
また、半球状構造物の材料液を吐出する方法は、例えば、ディスペンサを用いる方法等、インクジェット法以外の方法を用いてもよい。

また、溶解液が蒸発可能なものであれば、溶解液によって可溶解層を溶解させた後、溶解液を塗布液として基材上に塗布するようにしてもよい。この場合、半球状構造物（スペーサ）を溶解液から取り出して洗浄し、乾燥させる工程を省略することができる。
また、スペーサの形状は半球状であればよく、例えば、半楕円球形状等、完全な半球でなくても良い事は言うまでもない。

本発明の実施の形態に係る液晶装置の分解斜視図である。図１のＡ−Ａ線に沿う側面断面図である。図２のＢ−Ｂ線に沿う平面断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る半球状構造物の製造工程説明図である。本発明の実施の形態に係る半球状構造物の製造工程説明図である。本発明の実施の形態に係る液晶装置の製造工程説明図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る液晶装置の製造工程説明図である。

符号の説明

１液晶装置、２液晶層、１０第一基板、２０第二基板、３０スペーサ（半球状構造物）、４０基材、４０ａ表面、４１可溶解層、４１ａ表面、４２液滴、Ｌ塗布液、Ｌ１溶解液、Ｔ層厚

Claims

基材の表面に、溶解液によって溶解可能な可溶解層を形成する工程と、
前記可溶解層の表面に撥液化処理を施す工程と、
撥液化された前記可溶解層の表面に、半球状構造物の材料液を吐出して半球状の液滴を形成する工程と、
前記液滴を硬化させ、前記半球状構造物を形成する工程と、
前記基材を前記溶解液に浸漬して前記可溶解層を溶解し、前記基材から前記半球状構造物を分離する工程と、
を有することを特徴とする半球状構造物の製造方法。
前記材料液は揮発性溶媒を含まない硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１記載の半球状構造物の製造方法。
前記材料液の吐出はインクジェット法により行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半球状構造物の製造方法。
第一基板と第二基板により挟持された液晶層の層厚を規制するスペーサを備えた液晶装置であって、
前記スペーサが半球状に形成されていることを特徴とする液晶装置。
第一基板と第二基板により挟持された液晶層の層厚を規制するスペーサを備えた液晶装置の製造方法であって、
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の半球状構造物の製造方法を使用して、半球状のスペーサを形成する工程を有することを特徴とする液晶装置の製造方法。
前記スペーサを分散媒に分散させて塗布液を生成する工程と、
前記第一基板上に前記塗布液を塗布する工程と、
前記塗布液の前記分散媒を蒸発させて前記第一基板上に前記スペーサを配置する工程と、
前記第一基板と前記第二基板とを貼り合せて、前記第一基板と前記第二基板との間に前記スペーサを保持する工程と、
を有することを特徴とする請求項５記載の液晶装置の製造方法。