JP2000105373A - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

液晶表示素子の製造方法

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JP2000105373A
JP2000105373A JP27496498A JP27496498A JP2000105373A JP 2000105373 A JP2000105373 A JP 2000105373A JP 27496498 A JP27496498 A JP 27496498A JP 27496498 A JP27496498 A JP 27496498A JP 2000105373 A JP2000105373 A JP 2000105373A
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liquid crystal
alignment film
temperature
crystal display
alignment
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JP27496498A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Okada
裕之 岡田
Kazuhiro Jiyouten
一浩 上天
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 配向膜はその硬化温度により物性が変化し、
表示不良も硬化温度で異なる。そこで配向膜の硬化条件
の最適化を図り、表示不良の少ない液晶素子素子の製造
方法を実現すること。 【解決手段】 ガラス基板上に形成された透明電極パタ
ーン上に、配向膜を印刷し、第1次の熱硬化処理を行
う。そして配向処理を行い、面内スペーサを散布する。
更に第1次の熱硬化温度以上の温度を基板に加えて、第
2次の熱硬化処理を行う。こうすると面内スペーサの固
着力が高くなり、配向膜のきず不良が低下した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、均一な光学特性を
得るための液晶表示素子の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】液晶表示素子は、液晶の初期配向方位
を、液晶の異方性を利用した作用により他の配向状態に
変化させ、それに伴う光学的特性の変化を利用した表示
素子である。液晶表示素子は他の表示素子に比べ低電圧
駆動が可能であり、LSI駆動に適すること、低電力消
費であること、薄型及び軽量化が可能であるという特徴
を有する。このため、大画面化及び大容量化により、O
A機器、AV機器への搭載を目指して開発が行われ、商
品化が進んでいる。
【0003】現在、液晶の電場印加による配列状態の変
化、即ち電気光学特性を利用した液晶表示素子として、
単純マトリックス方式のSTN液晶表示素子、アクティ
ブマトリックス方式のTFT液晶表示素子が夫々の特徴
に合わせて各商品に搭載されている。これらの液晶表示
素子は、透明電極膜を形成した2枚のガラス基板間に液
晶を挟んだサンドイッチ構造を有し、透明電極膜上には
液晶を特定の方向に初期配向させるための高分子薄膜が
形成されている。STN液晶表示素子の場合、基板間の
セル厚は通常5〜7μm程度であり、高分子薄膜をラビ
ングすることで液晶の初期配向を制御し、3〜8゜程度
のプレチルト角を持たせる。STN液晶表示素子は、液
晶の複屈折性と光の旋光性を利用したものであり、2枚
の基板間で液晶の配向方向を180゜〜270゜捻るこ
とで、急峻な閾値特性を得ることを可能にしている。こ
のため、セル厚は0.05〜0.1μmの精度を要す
る。また所定のセル厚内で前記の角度で液晶分子が捻ら
れるために、カイラル剤を微量添加し、それにより一定
の捻れ配向を誘起する。このときカイラル剤の添加量
は、配向膜、プレティルト角、液晶材料、カイラル剤、
捻り角度等により異なる。通常は1wt%程度添加され
る。
【0004】例えばSTN液晶表示素子の場合、配向膜
として熱硬化性ポリイミドが通常用いられる。このと
き、配向膜材料を溶媒で希釈し、印刷又はスピンコート
等により基板上に塗布する。この状態からまず仮硬化に
より溶媒を揮発させ、本硬化することで重合反応により
ポリイミド配向膜を形成する。その後通常、ラビング処
理により配向規制力を持たせ、液晶分子を所定方向に初
期配向させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】STN液晶表示素子に
おいて、配向膜には様々な特性が要求される。例えばラ
ビングにより配向膜がダメージを受けることによる傷の
発生率、配向膜の印刷性、プレティルト角、保持率等に
ついて所定の特性が求められる。配向膜材料を固定した
場合、その物性や特性は、配向膜のイミド化率、即ち配
向膜の硬化温度条件により左右される。配向膜材料とし
て、ジアミンと酸無水物を有機溶媒で希釈したものを基
板に塗布し、ポリアミック酸の状態から加熱してポリイ
ミド配向膜を作製する。このとき硬化温度が低いと、反
応残基等により表面の吸着能が高く、パネルとした場合
に表示不良を起こしやすい。一方硬化温度が高いと、結
晶性が高まることなどにより、ラビング傷が増加する傾
向にあり、これもパネル状態での表示不良につながり易
い。
【0006】また液晶表示素子で、そのギャップを均一
に保持するためにスペーサ(面内スペーサ)を表示エリ
ア内に散在させる。このとき、基板とスペーサの密着性
が弱いと、外部応力等によりスペーサが移動し、ギャッ
プむらが発生する。スペーサに求められる特性は、基板
との密着性、即ち固着力だけではなく散布性、湿式の場
合には溶媒との親和性、液晶の配向性、粒度分布等と様
々なものがある。従って固着力を高めた上でその他の特
性を満足することは、スペーサ単体では非常に困難であ
るのが現実である。 基本的には固着力を得るため、夫々
のスペーサに対して固着層を設け、その溶融温度や軟化
温度に相当する熱を加えることで、基板にスペーサを定
着させる。しかし様々な特性バランスを図った上では固
着力が不足することがある。スペーサを配向膜の溶媒中
に予め混入させ、基板に膜ごと印刷する等の手法もあ
る。しかしSTNのように配向制御が困難なパネルで
は、スペーサの定着後に配向膜をラビング処理すること
は配向不良、即ち表示不良につながる。
【0007】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、プロセス性を高め、且つ表示
品位や均一性を向上させるため、配向膜の形成方法を中
心とする液晶表示素子の製造法を実現することを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明
は、透明電極が形成された2枚の基板間に液晶を挟持し
た液晶表示素子の製造方法であって、前記基板に配向膜
材料を塗布して第1次の熱硬化処理を施す第1の工程
と、前記第1の工程で得られた配向膜に対してラビング
により配向処理を施す第2の工程と、前記第2の工程後
の配向膜に対して、前記第1次の熱硬化処理の温度以上
で前記基板を加熱し、第2次の熱硬化処理を施す第3の
工程と、を有することを特徴とするものである。
【0009】本願の請求項2の発明は、請求項1の液晶
表示素子の製造方法において、前記第2次の熱硬化処理
の温度が、前記第1次の熱硬化処理の温度より10〜3
0℃高く、この温度で1分〜5分間加熱することを特徴
とするものである。
【0010】本願の請求項3の発明は、透明電極が形成
された2枚の基板間に液晶を挟持した液晶表示素子の製
造方法であって、前記基板に配向膜材料を塗布して第1
次の熱硬化処理を施す第1の工程と、前記第1の工程で
得られた配向膜に対してラビングにより配向処理を施す
第2の工程と、前記第2の工程で得られた2枚の基板間
にスペーサを散布又は印刷し、均一ギャップを得る第3
の工程と、前記第3の工程後の配向膜に対して、前記第
1次の熱硬化処理の温度以上で前記2枚の基板を加熱
し、第2次の熱硬化処理を施す第4の工程と、を有する
ことを特徴とするものである。
【0011】本願の請求項4の発明は、請求項3の液晶
表示素子の製造方法において、前記第2次の熱硬化処理
の温度が、前記第1次の熱硬化処理の温度より10〜3
0℃高く、この温度で1分〜5分間加熱することを特徴
とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】(実施の形態1)以下、本発明の
実施の形態1における配向膜を中心とする液晶表示素子
の製造方法について説明する。図1は本発明の製造方法
に適用される液晶表示素子の断面構造図である。この液
晶表示素子の第1の基板部として、セグメントガラス基
板1にセグメント電極4とポリイミド配向膜3aとを形
成したものを用いる。また第2の基板部として、コモン
ガラス基板2にカラーフィルタ6とコモン電極5とポリ
イミド配向膜(以下、配向膜という)3bとを形成した
ものを用いる。そして第1の基板部と第2の基板部との
間にスペーサ8を入れ、各基板部の周辺をスペーサ入り
シール剤7で接着し、液晶8を充填したものを液晶表示
素子とする。尚、液晶8の充填は、第1及び第2の基板
部を接合する前に行う場合もある。
【0013】配向膜形成の工程を図2を用いて説明す
る。まずセグメント電極4又はコモン電極5が形成され
たガラス基板に対して、配向膜材料を印刷により塗布す
る。塗布方法にはスピンコート法があるが、この方法に
限定されるものではない。次に第1次の熱処理を施し、
配向膜材料のイミド化処理を行う(配向膜の1次硬
化)。図1に示す配向膜3a,3bには、熱硬化性ポリ
イミド配向膜を用い、硬化後のプレティルト角は8°と
した。配向膜の硬化条件として200℃を30分間保持
した。そして、配向膜処理(ラビング処理)を行った。
次に面内スペーサを散布し、配向膜の第2次の熱処理に
より2次硬化を行った。このときの加熱条件は、1次硬
化より30℃高い230℃とし、この温度を3分間保持
した。尚、本実施の形態では、面内スペーサの散布を配
向膜の2次硬化後に行ってもよい。
【0014】こうしてネマティック液晶を用いてセル厚
6μmの液晶表示素子を作製し、液晶表示素子の表示確
認を行った。図3(a)は第1次の熱硬化処理後の配向
膜を有する液晶表示素子の表示不良発生率を示す。また
図3(b)は第2次の熱硬化処理後の配向膜を有する液
晶表示素子の表示不良発生率を示す。また第2次の熱処
理時間を変化させたときの1次硬化温度と配向マージン
との関係について図4に示す。尚、このときツイスト角
は250°とした。
【0015】図3(a)において、第1次の熱処理の場
合、実線で示すように高温硬化になるほど、配向膜きず
による表示不良が増加した。逆に低温側では、点線で示
すようにクロマト不良が増加した。クロマト不良とは、
基板上に不純物イオンがある場合、又は不純物イオンが
液晶中に存在する場合、液晶に流れが生じると、その流
れの方向や流速に応じて不純物が拡がり、輝度むらが生
じることをいう。これは不純物の存在が液晶分子の立ち
上がり電圧に影響するからである。
【0016】さて配向膜材料を低温硬化してラビング処
理したところ、傷が発生し難い状態で配向処理が可能と
なった。その後第1次の熱処理の温度より10〜30℃
高い温度を1分〜5分間加え、第2次の熱処理を行うこ
とで、配向膜の極性、吸着能を低減させることが可能と
なることが確認された。ところで、液晶パネルのセル厚
をdとし、液晶分子の捩じれピッチをpとすると、d/
pマージンのことを配向マージンと呼ぶ。理想的には低
温硬化でも広い配向マージンが得られることが望ましい
が、現実の配向膜を規定した場合、高温で焼成するほ
ど、配向マージンは広くなる。本実施の形態では図4に
示すように、短時間の再硬化であれば、配向マージンに
悪い影響が出ないことが確認された。尚、第2次の熱処
理は、第1次の熱処理温度+30℃とした。
【0017】以上のように、2枚の基板に対して熱硬化
性ポリイミド配向膜材料を用い、一旦熱硬化させた後に
配向処理を施し、再度それ以上の温度で配向膜を加熱す
ることにより、低温硬化、高温硬化の利点を共に生かし
た配向膜の形成が可能となった。特に再硬化温度を配向
処理前の一次硬化の温度より10℃〜30℃高くし、保
持時間を1分〜5分とすることで、より効果が高められ
る。配向膜の2次硬化温度の加算下限値の10℃は、1
次硬化温度より上げたために生じる効果上、有意となる
最小の温度である。また加算上限値の30℃は、2次硬
化温度をあまり高温にすると、配向膜の再軟化により、
配向性が失われることから設定された最大の値である。
【0018】(実施の形態2)次に、本発明の実施の形
態2におけるスペーサを中心とする液晶表示素子の製造
方法について説明する。本実施の形態の製造方法に適用
される液晶表示素子の断面構造は図1と同一である。ま
たセグメント基板1とコモンガラス基板2に対して、実
施の形態1と基本的に同様のプロセス処理を行った。但
し、配向膜の再硬化前(2次硬化)にスペーサ散布を行
ったことが実施の形態1と異なる。従って、本実施の形
態による配向膜の形成工程は、図2に示す通りとなる。
ここでは新たな評価項目としてエアーブローにより配向
膜の固着力を評価した。エアーブロー試験後におけるス
ペーサ残存率と固着条件の関係を図5に示す。尚、エア
ーブローは基板からの距離5cm、圧力1kg/cm2
の条件で行った。スペーサの残存率が高いほど固着力は
高いといえるので、再硬化温度を高くするほど残存率、
即ち固着力も高まることが判った。
【0019】以上のように、2枚の基板に対して熱硬化
性ポリイミド配向膜を用い、一旦熱硬化させた後に配向
処理を施す。そしてギャップ保持用のスペーサを基板上
に付着させた後、再度それ以上の温度で配向膜を加熱す
ることにより、スペーサ固着性を高め、スペーサ移動に
よるギャップむら、表示不良のない液晶表示素子の製造
が可能となった。特に再硬化温度を配向処理前の一次硬
化の温度より10℃〜30℃高くし、保持時間を1分〜
5分とすることで、より効果は高められる。
【0020】
【発明の効果】請求項1、2の液晶表示素子の製造方法
によれば、低温、高温硬化での各々の配向膜特性の利点
を生かし、プロセス性を向上させ、均一な表示を行う液
晶表示素子が得られる。
【0021】また請求項3、4の液晶表示素子の製造方
法によれば、スペーサを散布した後に、配向膜を再硬化
することで、スペーサの移動によるギャップむらを抑制
した液晶表示素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示素子の製造方法に適用される
液晶表示素子の断面構成図である。
【図2】本発明の実施の形態による液晶表示素子におい
て、配向膜の形成工程を示す説明図である。
【図3】(a)は配向膜硬化温度に対するラビングによ
る配向きず不良、及びイオン吸着による表示ムラの発生
率を示した特性図であり、(b)は配向膜を一次硬化
し、ラビング処理した後に、再硬化した場合の表示不良
発生率を示した特性図である。
【図4】配向膜の硬化温度と液晶配向マージンとの関係
を示す特性図である。
【図5】配向膜の再硬化温度とスペーサ固着残存率の関
係を示す特性図である。
【符号の説明】
1 セグメントガラス基板 2 コモンガラス基板 3a,3b ポリイミド配向膜 4 セグメント電極 5 コモン電極 6 カラーフィルタ 7 シール剤 8 スペーサ 9 液晶

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明電極が形成された2枚の基板間に液
    晶を挟持した液晶表示素子の製造方法であって、 前記基板に配向膜材料を塗布して第1次の熱硬化処理を
    施す第1の工程と、 前記第1の工程で得られた配向膜に対してラビングによ
    り配向処理を施す第2の工程と、 前記第2の工程後の配向膜に対して、前記第1次の熱硬
    化処理の温度以上で前記基板を加熱し、第2次の熱硬化
    処理を施す第3の工程と、を有することを特徴とする液
    晶表示素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第2次の熱硬化処理の温度が、前記
    第1次の熱硬化処理の温度より10〜30℃高く、この
    温度で1分〜5分間加熱することを特徴とする請求項1
    記載の液晶表示素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 透明電極が形成された2枚の基板間に液
    晶を挟持した液晶表示素子の製造方法であって、 前記基板に配向膜材料を塗布して第1次の熱硬化処理を
    施す第1の工程と、 前記第1の工程で得られた配向膜に対してラビングによ
    り配向処理を施す第2の工程と、 前記第2の工程で得られた2枚の基板間にスペーサを散
    布又は印刷し、均一ギャップを得る第3の工程と、 前記第3の工程後の配向膜に対して、前記第1次の熱硬
    化処理の温度以上で前記2枚の基板を加熱し、第2次の
    熱硬化処理を施す第4の工程と、を有することを特徴と
    する液晶表示素子の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第2次の熱硬化処理の温度が、前記
    第1次の熱硬化処理の温度より10〜30℃高く、この
    温度で1分〜5分間加熱することを特徴とする請求項3
    記載の液晶表示素子の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101082432B1 (ko) 2009-04-08 2011-11-11 경희대학교 산학협력단 액정 셀, 상기의 제조방법 및 이를 포함하는 액정표시장치
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KR20190037961A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 주식회사 엘지화학 광학 디바이스용 기판의 제조 방법
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