JPH0383017A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は液晶表示の製造方法に関し、特に液晶分子の一
方向性水平配向膜の形成方法に関するものである。

〈従来の技術〉 液晶表示装置は、対向したガラス基板の透明電極間に液
晶を挾持し、この電極間に電気信号を加えることにより
、外部から入射する光を変調し情報を表示するものであ
り、実用可能な表示コントラストを得るためには液晶分
子の配向を一様に規制する必要がある。特に液晶分子を
上下セル間で９０’〜３６０°程度ツイストさせたねじ
れネマティック型等の電界効果型の液晶表示装置におい
ては、液晶分子の一方向性水平配向がその動作原理上望
會しい。

従来１．液晶セル内に封入される液晶分子の一方向性水
平配向を得るための配向膜を形成する方法としては、酸
化シリコンｌたはポリイミド等の配向用膜を形成した後
必要に応じて焼成処理を施し基板上を起毛玄たは植毛し
た布を用いて一方向に研磨することにより配向力を付与
するラビング法あ８いは酸化シリコンを基板上に斜め方
向から真空蒸着し、特定の方向に蒸着膜として成長させ
る斜方蒸着法が一般的である。これらの方法は液晶分子
に対する配向規制力が大きく、長期間安定した配向状態
が得られるため液晶分子の配向処理法として広く用りら
れている。甘た以上の方法以外に酸化シリコン膜を形成
した基板上にイオンのような粒子ｔ’を気的に加速して
照射することにより酸化シリコン膜を配向膜とする方法
も提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述したラビング法や斜方蒸着法では下
記のような問題点がある。

筐ず、ラビング法では大面積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。

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このため高精細な表示ができなく
なる。更にラビング布の繊維あるいは布の中に含１れる
不純物が配向膜上に付着し特性が劣化するため配向処理
後の洗浄が不可欠であり大量の洗浄用溶媒が必要である
。普た’ｌ”ＦＴ　（薄膜トランジスタ）、ＭＩＭ（金
属−絶縁層−金属）素子などの非線形素子アレイを有す
る液晶表示装置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。

次に、斜方蒸着法では基板に付着する酸化シリコンの結
晶の成長方向が扇状に拡がり、このため液晶分子の配向
方位が一方向に揃わすｌたフレークが発生し配向ムラが
発生するという問題点がある。

更に、従来の酸化シリコン膜を形成した基板上にイオン
のような粒子を電気的に加速して照射する配向膜形成方
法では第１表に示したように配向膜の配向が不完全であ
り液晶表示装置として十分な特性を得ることは困難であ
る。尚、第１表で配向膜はスパッタ法で１００ＯＡの厚
さに形成した場合の特性である。

第 表 ○ニ一部不均−な領域あり △ニ一部の領域のみ配向 ×二配向せず く問題点を解決するための手段〉 本発明は基板上にポリイミド膜を形成した後。

該ポリイミド膜に加速された中性原子を含むイオン金照
射してエツチングし、ポリイミド膜を配向膜とする際に
、ポリイミド膜に向って照射されるイオンの照射角度を
基板の方線方向に対して４０゜以上８０″以下に設定し
、配向ムラを生ずることなく液晶分子を確実に一方向へ
水平配向させる液晶表示装置の製造方法を提供するもの
である。

く作　用〉 本発明の配向膜材料及びイオン照射角度を有する配向膜
形成方法を用いることにより、基板の厚さ、表面の凹凸
の影響を受けることなく液晶分子を安定して配向させる
ことができ大伺積、高精細な液晶表示装置を得ることが
可能となる。また非接触型の配向処理法であるために配
向膜表面の汚染がなく、従って配向処理後の洗浄も不要
とすることができる。

〈実施例１〉 以下に本発明の一実施例を示す。

まずＩ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ　
）から成る透明電極が形成されたガラス基板上に液晶分
子を配向させるための膜としてポリイミド膜が形成され
る。酸化シリコン膜は真空蒸着又はスパッタとし）った
方法により形成することができるがポリイミド膜はデイ
プピング、スピンコード、オフセット印刷あるいは蒸着
重分といった方法で形成することができる。この場′合
のポリイミド膜の厚さとしては８０　ｎｍ〜２００　ｎ
ｍ程度が適当である。ポリイミド膜が形成された基板上
に第１図に示す様な構造を持つ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する。ここでイオ
ンビーム照射装置は交流電源１に接続されたプラズマ発
生装置２より加速電極３．引き出し電極４．アース電極
５を介してペルジャー６内の基板固定装置７に固作され
た基板」ヘイオンを照射する装置である。またペルジャ
ー６内には基板８の周囲を被覆するマスク９．中和用フ
ィラメント１０が配置され、さらにガス流量制御装置１
１を介して導入用ガスボンベ１２及びコック１８を介し
て真空ポンプ１４が連結されている。基板８はガラス。

プラスチックあるいはフィルム等のセル材料から成り基
板固定装置７に取り付けられることにより加速粒子の照
射方向に対し適宜の角度θを持って固定される。ここで
θは４０″〜８０°望１しくは５０’〜７０°の範囲に
設定する。真空ポンプ１４を用いてペルジャー６内を１
〜２　Ｘ　１０−’　ｔｏｒｒの真空度に到達させた後
、アルゴン、クリプトン。

キセノンあるいは酸素などのガスをガス流量制御装置を
通してペルジャー６内に導入し、１〜工ＯＸ　１０”’
　ｔｏｒｒの圧力としてプラズマ発生装置２を作動させ
、導入されたガスをプラズマ状態にし２５０〜２０００
Ｖ程度の電圧を加速電極８に印加し、発生したイオンに
運動エネルギーを与える。

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１０から熱電子を放
出し、イオンを中和する。これにより、ＴＰＴやＭＩＭ
等の非線形素子アレイを利用した場合でも静電気が発生
せず非線形素子が破壊されることはない。このようにし
て形成された基板８を用い第２図に示すようなセル厚５
μｍのＴＮ（ツィステブドネマティフク）液晶を作製し
た。本実施例ではＴＮ液晶セルとしてガラス基板１５．
１６を用い、ガラス基板１５．１６内には透明電極１７
，１８．配向膜１９，２０．封止樹脂２１，２２、スペ
ーサ２８，２４．ＴＮ液晶２５が内設されている。

第２表に本実施例によって得られた液晶セルの緒特性を
示した。

第 表 〔◎二完全な均一配向〕 ここでは導入するガスとして第１表のデータと同様のア
ルゴンを用い、照射条件の／（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
レティルト角、電圧保持率。

直流電圧印加時のメモリー電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ）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ている。プレティルト角は少なくと
も０．５°以上必要であり、これが小さすぎた場合電圧
印加時に液晶分子の立ち上がりが一方向で起こらず、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、大きな値であるほど
大きなコントラストが得られるが、９５多程度の値があ
れば十分に実用的なコントラストとなる。オた電流電圧
印加時のメモリー電圧は主に非線形素子プレイを有する
アクティブマトリクス型液晶表示装置での表示品位に対
する指標であり液晶分子に対し非対称な波形の電圧が印
加された場合のちらつき現象の発生し易さを示してかり
、より小さな値になるほど表示品位は高くなる。ここで
は±８Ｖで８０Ｈｚの矩形波に２ｖの直流電圧を３０分
間印加した後の、ちらつきを消去するための印加電圧と
規定した。この値は通常のラビング法を用いたものでは
ポリイミド配向膜のもので０．７〜０．８ｖ％酸化シリ
コンのもので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。

第２表に示したように本実施例の液晶分子配向法を用い
ることにより、表示方式として単純マトリクス型、アク
ティブマトリ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。

また上記構成からなる液晶分子配向法をＴＰＴ金高する
アクティブマトリ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ＴＰＴ特性の変化やバスラ・ｆンの
断線や短絡゛は認められなかった。

〈実施例２〉 本実施例は、真空中にて電気絶縁性の耐熱性合成樹脂原
料モノマーを蒸発させて、ガラス基板の電極側表面で重
合させ、その後、ポリイミドの場合はイミド比率を上げ
るため放熱線もしくは光照射等により加熱し、続いて、
得られた合成樹脂被膜の表面の一部あるいは全面に電界
により加速粒子を照射することにより一方向性水平配向
処理を行なうものである。

第３図に本実施例に用いるインビーム照射装置の模式図
を示す。処理室８１の中の基板固定台３２に半導体スイ
ッチング素子の付いた電極基板３３を取り付ける。配向
処理を施す崩を限定させるため２マスク３４で蒸着する
合成樹脂を遮蔽する。

次に原料モノマー容器３５に原料モノマーａとしてピロ
メリット酸二無水物を、原料モノマー容器３６に原料モ
ノマーｂとしてジアミノジフェニルエーテルを入れ、シ
ャッター８７を閉じた状態にする。次いで、排気系３８
を開け、処理室３１内の雰囲気ガスの全圧をＩ　Ｘ　１
０−’　ｔｏｒｒに設定しヒーター８９によりモノマー
ａのピロメリット酸二無水物を１６０℃に、またモノマ
ーｂのジアミノジフェニルエーテルを１５０℃に加熱す
る。これらの原料上ツマ−ａ、ｂを蒸発させ、蒸発量が
流量調整弁４０．４１によってモル比で１＝１に調整さ
れた時点でシャブタ−３７を開け、電極基板３３の電極
側表面にＩＡ／ｓｅｅの蒸着速度で約ｌ１分間蒸着し１
合成樹脂被膜の膜厚ｆｊ！：６５０Ａにする。所定の膜
厚が得られると、流量調整弁４０．４１．　シャフタ−
８７を閉じる。

上記の方法で電極基板３３の電極側表面に均一な膜厚の
ポリアミック酸被摸を形成することができた。

次にポリアミフク酸を加熱し、ポリイミドの重合反応を
起こすのとイミド化率を上げるために加熱ヒーター４２
により電極基板３３を２００℃。

３０分間加熱し、電極側表面にポリイミド被膜を形成す
る。加熱ヒーター４２としては、放熱線もしくハハロゲ
ンランプによる光照射が適する。

引き続き、排気系３８により処理室８１内の雰囲気ガス
の全圧ｆ　２　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒに調整し、さら
にガス給気系４３によりアルゴンガスを導入して処理室
内３１の全圧ｆ　５　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒに設定す
る。筐た、ガス給気系４３はアルゴン、窒素。

酸素、水素、ヘリウム又は空気等の所望のガスを導入で
きるようにしている。

次に加速電極４４に１ｏｏｏｖ、引き出し電極４５に５
００Ｖの電圧を印加する。そしてアルゴンイオンを加速
させる側にアース電極４６を設置する。同時に高周波電
源４７によってプラズマ４８を発生させ、ここからイオ
ンを引き出し加速電極４４によ−て運動エネルギーを与
え、被膜表面上エフチングする。なか、イオンビームの
入射角θは基板固定台２の角度を変えることにより調整
できる。また、ポリイミドのような絶縁膜上ではチャー
ジアップが起こりイオンビーム照射ができなくなるため
タングステンフィラメント４９により熱電子を放出し中
和する。

本実施例では不活性原子であり、化学的に安定なアルゴ
ンガスを使用し、イオンビームの入射角及び照射時間を
パラメータとし配向均一性、液晶分子のプレティルト角
（６）、及び液晶の電圧保持率（優）を測定した。その
結果を第３表に示す。

なわ、イオンビームの入射角は４０’〜８０’特に５０
″〜８０’にて良好な配向を示すことが判明した。

第 ８ 表 本実施例に従えば、従来の方法以上に均一性の高い配向
が得られた。捷た。磁界電位法によって測定した液晶分
子のプレティルト角は０．４〜１．０’の範囲で得られ
てかりイオンビームの入射角度が小さく、照射時間の短
いものほど大きなプレティルト角が得られ、従来制御が
困難であったプレティルト角が制御可能となっている。

さらに液晶の電圧保持率に関しては、イオンビームの照
射条件にかかわらず比較的高い値を示している。

次に信頼性を検討するため、８０℃の恒温槽内で電圧を
印加した状態でエージングを行い、液晶の電圧保持率の
＃性劣化を測定した。その結果を第４図に示す。

第４図によれば、従来のラビング法による電圧保持率の
劣化と比較し１本実施例による配向処理を施したものは
、電圧保持率の特性劣化が極めて少ないことが分った。

上記のような方法により、不純物の付着もなく特性劣化
も少ない−様な一方向性水平配向を容易に得ることがで
きた。會た１、上記製造方法は半導体スイブチング素子
の付いていない単純マトリクス型の配向処理にも有効で
ある。

上記実施例に従えば、一連の配向処理を全て真空中にて
行なうことができ、クリーンでしかも処理後の洗浄も不
要なため工程の短縮化によるコストダウンを行うことが
できる。ここで１合成樹脂原料モノマーの蒸着を真空中
で行うようにしたのは、蒸発したモノマー自身あるいは
モノマー自身が処理室の壁部等に衝突するのを防ぎ、モ
ノマー蒸気を直接基板上に付着させて、そこで重合させ
るためである。この方法であれば溶媒が不要であり、昇
華プロセスのため不純物混入を充分防ぐことができる。

また、蒸着時間と合成樹脂被膜の膜厚が比例関係にあり
、膜厚制御が容易である。

電気絶縁性の耐熱性合成樹脂としては１例えばポリイミ
ド、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ尿素等が用いられ
るがその中でも高電気絶縁性、耐熱性及び電気化学的安
定性の面から上記実施例で示したポリイミドが最も優れ
ている。

重合によって得られた合成樹脂被膜がポリイミドのとき
イミド化率を上げるため加熱が必要な場合には、処理室
内において真空のｉｔ放熱線もしくは光照射により行え
ばよい。！た１重合反応を起こすのに原料モノマーを加
熱する必要がある場合には同様の方法で処理することが
できる。

配向処理は、得られた合成樹脂被膜の一部あるいは全向
に対し斜方向から電界により加速粒子を射突させ、被膜
表節をエツチングし微細な溝をつくり、液晶分子長軸が
溝に揃うように配向させるものである。ここでいう処理
は例えばイオンビームエマチング等のプラズマエツチン
グの部類に属する方法が最も優れていると考えられる。

この方法は真空中及び不活性ガス中で行ってもよい。ｌ
た、加速粒子の入射角が５０’〜８００の範囲にわいて
比較的良好な配向を得ることができる。この方法によれ
ば従来の方法と比較して、不純物等の付着もなく容易に
−様な水平配向を得ることができ、特に大崩積基板及び
表崩形状の細かく複雑な基板に対し高品位な一方向性水
平配向を得ることができる。また、従来制御が困難であ
った液晶分子のプレティルト角についても加速粒子の入
射角及び処理時間によって制御することができる。

〈実施例８〉 第２図に示すイオンビーム照射装置を用いて本発明の他
の実施例を説明する。

仕込み用ゲートバルブ７５を介して配向処理を施す電極
基板５８複数枚を仕込み室７０内に収容する。次に電極
基板６８を１枚づつ蒸着室７１に移し、電極側表面を下
向きに基板固定台に取り付け、マスク７４で蒸着面を限
定する。次に原料モノマー容器５５に原料モノマーａと
してピロメリット酸二無水物を、容器５６に原料モノマ
ーｂとしてジアミノジフェニルエーテルを入れ、シャッ
ター５７を閉じた状態にする。次いで排気系５８により
蒸着室７１内の雰囲気ガスの全圧を１×１０″’　Ｔｏ
ｒｒに設定し、ヒータ５９によりモノマーａを１６０℃
、モノマーｂを１５０℃に加熱・蒸発させ、蒸発量が流
量調整弁６０．６１によってモル比に１に調整された時
点でシャッター５７を開け、電極基板５８の電極側表面
にＩＡ／ｓｅｅの蒸着速度で約１１分蒸着し１合成樹脂
被膜の膜厚１６ｓｏＡにする。所定の膜厚を得ると流量
調整弁６０，６１、シャフタ−５７を閉じる。上記の方
法で電極基板５８の電極側表面に均一な膜厚のボリアＳ
　、７り酸被膜を形成することができた。

次にポリアミマク酸を加熱しポリイミドの重合反応を起
こすのと、イミド化率を上げるためにゲトバルブ７６を
介し、゛成極！ｌ（板５３を順次加熱室７２内に収容し
２００℃、３０分１１１」加熱し、電極１１１１１表向
にポリイミド被膜金形戎する。な丸・、加、＋Ａ室７２
内は処理中のクリーン度を保つためε。

ゲートバルブ７６を開けたときに蒸着室７１内の全圧を
一定にするため、排気系５８により蒸着室内と同じＩ　
Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒに調整して卦く。

伏にゲートバルブ７６金介し、配向処連室７３内に電極
、Ｎ板５３を移動させ１．Ｎ板同定台５２に取（−Ｊけ
る。ここで配向処理室７３内の雰囲気ガスの全圧を排気
系５８により２　Ｘ　１０−５Ｔｏｒｒに調整し、さら
にガス給気系６３によりアルゴンガスを導入し全圧を５
×１０“４Ｔｏｒｒ（／ｉ：設更する。次に０１１１妃
〈実施例２〉と同１美にイオンと一六七発士させ波覆表
Ｕ＋Ｌ、フェノチングする。記向処Ｊ生が終ｒするとゲ
ートバルブ７６を介し、取出し室７４に順択収納して、
所定の枚数になると、取出Ｅ、アゲートルブ７７を介し
、て取１１３す。上記の方法により高品位な一方向性水
平配向を得ることができた。

〈発明の効果〉 以上のように本発明の液晶表示装置の製造方法分用いる
ことにより、単純マトリクス型、アクティブマドＩＪク
ス型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。また本発明では配向処理に必要
な材料は導入するガスだけであり生産コストが低減され
、埃も発生せず工程を汚染することもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に用いるイオンビーム照ｑ１
装置の模式構成図である。 第２図は本発明の一実施例により得らｎた液晶分子配向
１摸の特Ｉ！Ｅ評価に用いた液晶セルの構ａ図である。 第８図は本発明の他の実施例を１況明するイオンビーム
照射装Ｍ’ｆｆｉの模式構成図である。 第４図は第３図の実道例で得られた液晶セルにＬ・ける
液晶の、匡圧保持Ｖの特性図である。 第５図は本発明の更に他の実施例を説明するイオンビー
ム照射装：ｎの膜式構成欄である。 ２．４８．６８・・・プラズマ発生装置。 Ｌ　　８１．７８・・・ペルジャー ８．１（。 ８・・・基板。 １９．２０・・・配向膜、 ２５・・・液晶。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、液晶を挾持する少なくとも一方の基板の一部あるい
   は全面にポリイミド系、ポリアミド系、ポリウレタン系
   又はポリ尿素系有機膜を形成した後、該有機膜の一部あ
   るいは全面に加速された中性原子を含むイオンを照射す
   ることにより前記有機膜をエッチングし、液晶分子を一
   方向に配列させる配向膜とする液晶表示装置の製造方法
   において、前記イオンの照射角度が基板の方線方向に対
   して４０゜以上８０゜以下に設定されていることを特徴
   とする液晶表示装置の製造方法。