JP2799005B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は液晶表示装置の製造方法に関する。さらに
詳しくはその改良に関する。

（ロ）従来の技術 従来、液晶分子の一方向性水平配向法に関する配向膜
形成方法としては、遠心力を利用して配向膜を基板上に
形成するスピンナ法、配向膜の溶液中に基板を漬けて配
向膜を形成するディッピング法、印刷機によって配向膜
溶液を基板上に転写して配向膜を形成するオフセット印
刷法等が知られている。

また、配向膜の配向処理法としては、酸化シリコン又
はポリイミドの配向膜を形成した基板を、起毛もしくは
植毛した布を用いて一方向に研磨するラビング法、酸化
シリコンを基板に斜方から真空蒸着し特定の方向に成長
させる斜方蒸着法等が一般的である。

またさらに上記以外に、高分子化合物を利用したLang
muir−Blodgett（LB）膜の引き上げによって配向膜を形
成し、形成した配向膜上をラビングする方法やLB膜引き
上げによって形成した配向膜に磁界を印加する等の配向
方法が知られている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述した配向膜形成方法であるスピン
ナ法、ディッピング法又はオフセット印刷法では、配向
膜の膜厚を500Å以下にすることは困難である。そして
膜厚が厚いほど絶縁性が大きくなるため電圧降下が起こ
り、液晶に印加される電圧が小さくなる。

また、上述した配向膜形成方法では膜厚を均一にする
ことが困難である。このように膜厚が不均一であると電
界印加時に同一基板内で電圧差が生じ、表示ムラの発生
の原因となる。

一方上述した配向膜の配向処理において、ラビング法
では、大面積高精細な基板の場合基板上の凹凸によるラ
ビング圧力の不均一が発生し易く、特にアクティブマト
リックス方式で非線形素子アレイが形成された基板上に
おいてはゲート電極、ソース電極、非線形素子等の厚み
のため、基板平面との段差ができその段の影になる部分
のラビング強度が弱くなる。また基板の厚みの差によっ
てもラビング圧力の不均一が発生する。これらの圧力ム
ラは液晶分子の配向ムラとして表示に悪影響を与える。
さらにラビング法では布と接触するため布繊維及び布に
含まれる不純物が配向膜上に付着し、これにより特性が
変化するため配向処理後の洗浄が不可欠となり、大量の
洗浄用溶媒が必要となる。またさらに、TFT,MIM等の非
線形素子アレイを有する液晶表示素子ではラビング時の
摩擦により静電気が発生し、半導体スイッチング素子が
破壊されることがある。

一方、斜方蒸着法では付着する酸化シリコンの結晶の
成長方向が扇状に広がったり、フレークが発生し配向ム
ラが発生するという問題がある。

さらに高分子化合物の単分子層（LB膜）を基板上に複
数層堆積させ、基板の引き上げ方向と平行に液晶分子を
配向させる方法では、十分な配向規制力が得られず、ま
たプレチルト角を得ることはできない。上記LB膜の累積
膜からなる配向膜をラビングする方法において、LB膜は
極めて薄く基板との密着力が弱いため、ラビング時の繊
維の接触により膜が破壊されてしまうことがある。また
さらに前記LB膜の累積膜から形成される配向膜に磁界を
印加する方法でも液晶表示装置として十分な配向力が得
られない。

この発明はかかる状況に鑑み為されたものであり、均
一な厚みでかつ汚染が無くさらに静電気等が蓄積されな
い配向膜の形成が可能な液晶表示装置の製造方法を提供
しようとするものである。

（ニ）課題を解決するための手段 かくしてこの発明によれば、液晶を所定方向に配向す
る配向膜が形成された基板の１対を該配向膜形成面を対
向させて配置し、この間に液晶を挾持すると共に該基板
間に所定の電圧印加が可能に構成された液晶表示装置の
製造方法において、上記配向膜が、基板に高分子化合物
の単分子層を１層以上に積層して累積膜を形成しこの累
積膜を必要に応じて重合させた後、得られる累積膜の少
なくとも一部に加速されかつ電気的に中和された中性原
子を含むイオン粒子を上記重合膜面の斜方から照射する
ことにより配向処理して形成されることを特徴とする液
晶表示装置の製造方法が提供される。

この発明の方法において、基板は当該分野で通常用い
られるものをそのまま用いることができ、透明なガラス
基板が好ましい。上記基板には所定の表示パターンに対
応する電極が形成される。

この発明の方法において、上記基板には配向膜が形成
される。該配向膜は高分子化合物の単分子層（以下LB膜
という）の累積膜から構成される。上記高分子化合物と
しては、LB膜を形成するものでかつ当該分野で通常用い
られるものであればいずれのものであってもよく、例え
ばポリアミック酸と疎水性を有する長鎖アルキルアミン
化合物とから得られるポリアミック酸誘導体が好まし
い。上記累積膜は上記LB膜を複数層堆積して得られるも
のである。上記LB膜は当該分野で公知のLB膜形成装置に
より形成することができる。上記装置によりLB膜を形成
する場合、水面上に展開される膜の面積と表面圧との関
係から成膜条件が選択される。例えば表面圧としては４
〜35mN/mの範囲が好ましいものとして挙げられる。すな
わち4mN/mより小さいと分子間に隙間が生じ、35mN/mよ
り大きい場合は膜が破壊される虞れがあり好ましくな
い。又成膜は液晶配向膜として用いる場合は液体膜の範
囲で、水面に対して垂直に基板を引き上げる方法により
行われる。こうして基板上にLB膜が得られることとなる
が、このような引き上げ操作を数回重ねて堆積すること
により、所定の累積膜が得られることとなる。ただし、
累積膜の形成においては１層目のLB膜は形成後乾燥させ
ることが必要となる。

この発明の方法において、上記で得られる累積膜から
なる配向膜は必要に応じて重合に付される。すなわち上
記で得られる累積膜が一部重合前の前駆体で得られてい
る場合は重合を完結させる必要がある。例えば前記単分
子層がポリアミック酸誘導体を構成単位とするものであ
る場合、重合させてイミド体にする必要がある。

この発明の方法において、上記で得られる累積膜に
は、その表面の少なくとも一部に加速された粒子が照射
される。この照射は特定方向からなされる。上記特定方
向とは上記膜形成時の引き上げ方向に対して平行方向の
斜方が、配向均一性の点から好ましい方向として挙げら
れる。具体的には後述する実施例の記載が参照される。
上記加速された粒子は帯電されている粒子であっても電
気的に中性の粒子であっても良い。帯電されている粒子
としてはイオンが挙げられる。上記粒子の照射には当該
分野で公知の装置が用いられる。この発明において上記
加速された粒子としてイオンを用いる場合、イオンビー
ム照射装置を用いることができる。さらに上記イオン照
射において累積膜がポリイミドのような絶縁膜の場合、
イオンの照射による帯電が発生するためこれを電気的に
中和することはこの発明の好ましい態様である。この具
体例についても後述する実施例の記載が参照される。

（ホ）作用 この発明によれば、基板上に薄くかつ全体にわたって
均一な累積膜からなる配向膜が形成される。この配向膜
に対して特定方向から加速された粒子の照射という非接
触な方法で配向膜表面が汚染されることなく配向処理さ
れることとなる。

以下実施例によりこの発明を詳細に説明するが、これ
によりこの発明は限定されるものではない。

（ヘ）実施例 市販の液晶配向用ポリアミック酸であるサンエバー11
0（商品名；日産化学工業株式会社製）を、Ｎ−メチル
ピロリドンとベンゼン（1:1）の混合溶媒を用いてポリ
アミック酸の繰返し単位当り1mmol/に希釈する。同一
濃度同一溶媒のN,N−ジメチル−ｎ−ヘキサデシルアミ
ン溶液をポリアミック酸の繰返し単位に対して２倍当量
となるように加えて、ポリアミック酸アルキルアミン塩
溶液を調製する。

この溶液を使用し、第１図に示した構造を持つLB膜形
成を用いて基板上にポリアミック酸アルキルアミン塩溶
液のLB膜を形成した。なお同図において、１は水槽、２
は仕切り板、３は基板、４は引き上げ機、５はヴィルヘ
ルミプレート、６は膜圧計、７はイオン交換水、８はLB
膜、９は基板上に付着したLB膜である。

ポリアミック酸アルキルアミン塩溶液のLB膜８を20℃
に保ったイオン交換水上７に滴下して広げ、水槽１中に
設けられた仕切り板２により圧力をかけていき、このと
きイオン交換水７の水面上に展開したLB膜８の面積
（Ａ）と表面圧（π）との相関を調べた。この結果を第
２図に示す。該図から結果は良好なπ−Ａ曲線が得ら
れ、表面圧が４〜20mN/mの範囲で液体膜が得られること
が分かった。また高分子の繰返し単位当りの占有面積は
1.1nm²であった。更に表面圧が35mN/mを越えると膜が破
壊され、表面圧が4mN/mより小さいと分子間に隙間がで
きるだけ、膜形成の為には好ましくない状態であること
がわかった。また液晶配向膜として用いる場合、第２図
のπ−Ａ曲線において、20〜35mN/mの範囲の固体膜では
LB膜中で分子が密に詰まった状態にあり、基板引き上げ
時に引き上げ方向に平行な配向を起こしにくく液晶分子
の配向規制力が小さくなる。従ってLB膜を形成する条件
としては、液体膜の範囲で形成することが好ましく、こ
の場合、15mN/mの表面圧を保ちながら水面に垂直に基板
を引き上げLB膜を得た。これを５回繰返し基板上に５層
の累積膜を形成した（但し、初回のLB膜形成後は、基板
とLB膜の密着性を高めるため膜を形成し終えてから30分
放置して乾燥させた。２回目以降はこの作業を行わなか
った）。

基板としては透明なガラス基板上に表示用電極として
ITO（インジウム−錫酸化物）を部分的に形成したもの
を用いた。また基板の引き上げ速度は10mm/minとした。
なお引き上げ速度を10cm/minまで上げても形成される膜
の膜厚や配向性に大きな変化はなかった。但し、5mm/mi
n以下の引き上げ速度では引き上げ時の配向規制力が非
常に弱くなるものであった。

次に累積膜の形成された基板を無水酢酸−ピリジン−
ベンゼン（1:1:3）の混合液に20℃、12時間浸漬し、長
鎖アルキル基を脱着させると共にイミド化を完結させた
後、１×10^-3Torrの真空下で12時間放置しイミド化促進
剤を除去した。こうして得られたポリイミドの膜厚は20
Åと極めて薄くかつ均一なものであった。

次に、上記過程でのポリイミド配向膜が形成された基
板上に、第３図に示した構造を有するイオンビーム照射
装置を用いて斜方から基板に加速粒子を照射した。なお
同図において、11は交流電源、12はプラズマ発生装置、
13は加速電極、14は引き出し電極、15はアース電極、16
はベルジャー、17は基板固定装置、18は基板、19はマス
ク、20は中和用フィラメント、21はガス流量制御装置、
22は導入用ガスボンベ、23はコック、24は真空ポンプを
それぞれ示す。

基板18は基板固定装置17に取り付けられ加速粒子の照
射方向に対し適当な角度をもって固定された。真空ポン
プ24を用いてベルジャー16内を１〜２×10^-5Torrの真空
度に到達させた後、アルゴン、クリプトン、キセノン、
酸素等のガスをガス流量制御装置21を通してベルジャー
16内に導入し、１〜10×10^-4Torrの圧力としてプラズマ
発生装置12により導入されたガスをプラズマ状態にし、
100〜500V程度の電圧を加速電極13に印加し、発生した
イオンに運動エネルギーを与え配向膜上に照射した。こ
のときLB膜形成時の基板の引き上げ方向に対して平行方
向の斜方から照射したものと垂直方向の斜方より照射し
たものとでは、平行方向の斜方から照射したものの方が
配向均一性として良い結果を示した。また、ポリイミド
のような絶縁膜ではイオンの照射による帯電が発生する
ため、中和用フィラメント20から熱電子を放出しイオン
の中和を行った。

このようにして形成された基板を用いて第４図に示し
たようなセル厚５μｍのTNセルを作製した。なお同図に
おいて、31及び32はガラス基板、33及び34は透明電極、
35及び36は配向膜、37及び38は封止樹脂、39及び40はス
ペーサ、41は液晶をそれぞれ示す。

上記得られた液晶セルの諸特性を下記〔表１〕に示し
た。ここでは導入するガスとしてアルゴンを用い、照射
条件のパラメータとして照射角度及び照射時間を用い、
評価項目としては配向均一性、プレチルト角、電圧保持
率、直流電圧印加時のメモリ電圧について示した。配向
均一性については均一な水平配向が得られた面積で規定
した（これについては同表において、◎が完全な均一配
向を示し、以下○、△と配向している面積が減少し、×
は配向していないことを示す）。

プレチルト角は少なくとも0.5゜以上必要であり、小
さすぎた場合電圧印加時に液晶分子の立ち上がり一方向
で起こらずディスクリネーションが発生する。

電圧保持率は時分割駆動時の表示コントラストと関係
し、大きな値である程大きなコントラストが得られる
が、95％程度の値があれば十分に実用的なコントラスト
となる。

また直流電圧印加時のメモリ電圧は主に非線形素子ア
レイを有するアクティブマトリックス型液晶表示素子で
の表示品位に対する指標であり、液晶分子に対し非対象
な波形の電圧が印加された場合のチラツキ現象の発生し
易さを示しており、より小さな値程表示品位は高くな
る。またこの値は配向膜の膜厚と相関があり、膜厚が薄
いもの程小さな値を示す。ここでは±3V30Hzの矩形波に
2Vの直流電圧を30分印加した後のチラツキを消去するた
めの印加電圧を規定した。この値はポリイミドをスピン
ナ法、ディッピング法、オフセット印刷法等で配向膜を
形成し、ラビング法により配向処理したもので、0.7〜
0.8V、酸化シリコンをラビング処理したもので2V程度で
あり、酸化シリコンを斜方蒸着したものでも2V程度であ
る。

上記〔表１〕に示したように、上記実施例の基板上に
ポリアミック酸アルキルアミン塩溶液のLB膜を付着し、
イミド化することによりポリイミド膜を形成させ、これ
にさらに加速させた粒子を基板の法線方向に対し40〜80
゜の範囲で照射することにより液晶分子を一方向に水平
配向させる配向法を用いることにより、単純マトリック
ス型、アクティブマトリックス型のいずれの場合でも極
めて表示品位の高い液晶素子を得ることができる。

またこの発明の液晶分子配向法をTFTを有するアクテ
ィブマトリックス型の液晶表示装置に適用したところ、
照射の前後でのTFT特性の変化やバスラインの断線や短
絡は認められず、段差による配向ムラも見られなかっ
た。

（ト）発明の効果 この発明によれば、基板の厚さ、表面の凹凸の影響な
く、均一な厚みでかつ汚染がなくさらに静電気等が蓄積
されない配向膜が形成できるので、液晶分子の配向が安
定した液晶表示装置を得ることができる。そして単純マ
トリックス型やアクティブマトリックス型のいずれの場
合でも、極めて表示品位の高い液晶表示装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法の一例における配向膜の形成に
用いるLB膜形成装置の構成説明図、第２図は第１図の装
置において水面上に展開される膜の面積と表面圧との関
係を示すグラフ図、第３図はこの発明の方法の一例にお
ける配向膜形成時に用いるイオンビーム照射装置の構成
説明図、第４図はこの発明の方法により得られた液晶セ
ルの一例の構成説明図である。 １……水槽、２……仕切り板、 3,18……基板、４……引き上げ機、 ５……ヴィルヘルミプレート、 ６……膜圧計、8,9……LB膜、 11……交流電源、 12……プラズマ発生装置、 13……加速電極、17……基板固定装置、 19……マスク、 20……中和用フィラメント、 21……ガス流量制御装置、 24……真空ポンプ、31,32……ガラス基板、 33,34……透明電極、35,36……配向膜、 37,38……封止樹脂、39,40……スペーサ、 41……液晶。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−161314（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−77022（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−182969（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−318059（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶を所定方向に配向する配向膜が形成さ
   れた基板の１対を該配向膜形成面を対向させて配置し、
   この間に液晶を挾持すると共に該基板間に所定の電圧印
   加が可能に構成された液晶表示装置の製造方法におい
   て、 上記配向膜が、基板に高分子化合物の単分子層を１層以
   上に積層して累積膜を形成しこの累積膜を必要に応じて
   重合させた後、得られる累積膜の少なくとも一部に加速
   されかつ電気的に中和された中性原子を含むイオン粒子
   を上記重合膜面の斜方から照射することにより配向処理
   して形成されることを特徴とする液晶表示装置の製造方
   法。