JP2000122064A - Alignning treatment of liquid crystal alignment film and its device - Google Patents

Alignning treatment of liquid crystal alignment film and its device

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JP2000122064A
JP2000122064A JP28904898A JP28904898A JP2000122064A JP 2000122064 A JP2000122064 A JP 2000122064A JP 28904898 A JP28904898 A JP 28904898A JP 28904898 A JP28904898 A JP 28904898A JP 2000122064 A JP2000122064 A JP 2000122064A
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crystal alignment
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for giving an alignment characteristic without contacting, without leaving ions in an alignment film and without bringing a chemical change in an alignment film molecules, and to provide simultaneously a contamination-free liq. crystal cell having excellent electric property. SOLUTION: A substrate 13 on which an alignment film is formed is fixed to a substrate holder 16. The holder 16 can be rotated around an axis 14 and shifted in directions X-Y. Aligning treatment is carried out by irradiating the substrate with a neutral atomic beam emitted from a high-energy atomic gun 11. The polar angle of incidence θ can be varied by moving the atomic gun 11 along a moving locus 15 and a tilt angle can be varied in this way.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶配向膜の配向
処理方法およびその装置に関し、特に非接触で行う配向
処理方法とその装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for aligning a liquid crystal alignment film, and more particularly to a method and an apparatus for aligning liquid crystal without contact.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶パネルの動作モードとしては、ツイ
ステッドネマティック(TN)方式、スーパーツイステ
ッドネマティック(STN)方式、In−plane
switching(IPS)方式等が知られており、
また強誘電性液晶パネルも開発されているが、いずれの
方式を採用するにしろまたどの材料を選択するにしろ、
液晶の初期の配向状態を確定するために、液晶の基板面
での分子軸方向を規制する必要があり、そのために配向
膜が用いられている。工業的に利用されている初期配向
を得る手段としては布を巻いたローラでポリイミド等を
材質とする高分子薄膜表面を擦るラビング処理が主流
で、これによりラビング方向への液晶配向が得られる。
このラビング処理は簡便な上、低コストであるので広く
利用されているが、液晶配向膜表面の汚染や静電気が問
題となっている。
2. Description of the Related Art Operation modes of a liquid crystal panel include a twisted nematic (TN) mode, a super twisted nematic (STN) mode, and an in-plane mode.
A switching (IPS) method and the like are known,
Also, ferroelectric liquid crystal panels have been developed, no matter which method is used or which material is selected,
In order to determine the initial alignment state of the liquid crystal, it is necessary to regulate the direction of the molecular axis of the liquid crystal on the substrate surface, and an alignment film is used for that purpose. As a means for obtaining the initial alignment used industrially, a rubbing treatment of rubbing the surface of a polymer thin film made of polyimide or the like with a cloth-wound roller is mainstream, whereby liquid crystal alignment in the rubbing direction can be obtained.
This rubbing treatment is widely used because of its simplicity and low cost, but it has a problem of contamination of the liquid crystal alignment film surface and static electricity.

【0003】上記問題解決のための新手法の一つにイオ
ンビーム照射による配向処理法がある。これは二次イオ
ン質量分析法などの表面分析法に通常用いられるアルゴ
ン等のイオン銃から照射される単元素イオンビームで配
向膜表面に微小な溝を形成したり、配向膜表面分子を分
解することで液晶分子の初期配向が得られるように配向
膜表面を処理するものである。
One of the new methods for solving the above-mentioned problem is an alignment treatment method by ion beam irradiation. This is a single element ion beam emitted from an ion gun such as argon, which is usually used for surface analysis methods such as secondary ion mass spectrometry, to form minute grooves on the alignment film surface or decompose molecules on the alignment film surface Thus, the surface of the alignment film is treated so as to obtain the initial alignment of the liquid crystal molecules.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】現在主流となっている
ラビング法では、上述したようにラビングに基づく汚染
や静電気が問題となる。これを解決すべく提案されたイ
オンビーム照射法では、不活性ガスの正イオン(アルゴ
ンイオン等)が配向膜表面に照射されるため、配向膜が
正に帯電してしまう。この帯電を除去する手法としては
配向膜表面にイオン照射と同時に電子を照射するのが一
般的である。しかし、この手法で配向膜を形成し液晶セ
ルを作成するとセル内部に電場が発生していることが多
く、これが液晶セルの電気特性を劣化させる。セル作成
後に内部電場が発生していることは配向膜内にイオンが
残存しているということである。
In the rubbing method which is currently mainstream, contamination and static electricity due to rubbing are problematic as described above. In the ion beam irradiation method proposed to solve this problem, positive ions (eg, argon ions) of an inert gas are irradiated on the surface of the alignment film, so that the alignment film is positively charged. As a method of removing the charge, it is general to irradiate the surface of the alignment film with electrons simultaneously with the irradiation of ions. However, when an alignment film is formed by this method to form a liquid crystal cell, an electric field is often generated inside the cell, which deteriorates the electric characteristics of the liquid crystal cell. The fact that an internal electric field is generated after the cell is formed means that ions remain in the alignment film.

【0005】正イオンの照射は単なるスパッタリング現
象を引き起こすだけでなく化学的にはイオンと分子の反
応を引き起こす。不活性ガスの正イオンは強い電子受容
体で配向膜分子から電子を奪い、これが起点となって配
向膜分子の分解反応が誘起される。分解過程においてさ
らにイオンによる影響を受けるので、反応は非常に複雑
で生成されるイオンも非常に多種に渡る。これに、スパ
ッタリングによる分解が重なるので、非常に多種の分子
イオンが配向膜に生成される。このことは同様なイオン
銃を用いる二次イオン質量分析法による高分子薄膜のマ
ススペクトルに複雑な分子イオンが検出されることから
も十分考えられる。これらのイオン生成は配向膜表面だ
けでなく配向膜内部においてもなされている。イオンビ
ーム法による配向処理では数kVで加速されたイオンが
照射されるが、このような高いエネルギーを持つイオン
は配向膜内部にまで侵入して上記のような複雑な反応を
引き起こし、多くのイオンを発生させる。
[0005] Irradiation of positive ions not only causes a sputtering phenomenon but also chemically causes a reaction between ions and molecules. Positive ions of the inert gas deprive the alignment film molecules of electrons with a strong electron acceptor, and this serves as a starting point to induce a decomposition reaction of the alignment film molecules. The reaction is very complex and the generated ions are very diverse, as they are further affected by ions during the decomposition process. Since the decomposition by sputtering overlaps with this, a very large variety of molecular ions are generated in the alignment film. This is considered sufficiently because complicated molecular ions are detected in the mass spectrum of the polymer thin film by the secondary ion mass spectrometry using the same ion gun. These ions are generated not only on the surface of the alignment film but also inside the alignment film. In the orientation treatment by the ion beam method, ions accelerated at several kV are irradiated. However, ions having such high energy penetrate into the interior of the orientation film and cause a complicated reaction as described above, thereby causing many ions. Generate.

【0006】イオンビーム照射により生成されるイオン
の極性は正と負の両方であるが、数的には電荷保存則か
ら考えて正のものが多い。この正イオンを中和するため
に電子照射を行うが、実際にはイオンを中性化している
わけではない。マクロに見て配向膜全体を中和している
にすぎない。有機化合物由来の正イオンは電子を供与さ
れても安定な化学構造をとらないものが多く、逆に周り
からプロトンを引き抜いたり供与したり、分解したりし
てイオン生成が進行する。従って、結局は配向膜内にイ
オンが残存してしまい、液晶セルの電気的特性を劣化さ
せてしまう。
[0006] The polarity of ions generated by ion beam irradiation is both positive and negative, but many are positive in view of the law of conservation of charge. Although electron irradiation is performed to neutralize the positive ions, the ions are not actually neutralized. Macroscopically, it merely neutralizes the entire alignment film. Many cations derived from organic compounds do not take a stable chemical structure even when donated with electrons, and conversely, protons are extracted from the surroundings, donated, or decomposed to generate ions. Therefore, ions eventually remain in the alignment film, and the electrical characteristics of the liquid crystal cell deteriorate.

【0007】本発明の課題は上述した従来例の問題点を
解決することであって、その目的は、配向膜中にイオン
を残存させることなくまた配向膜分子に化学変化をもた
らすことなく非接触で配向特性を付与し得る方法を提供
することであり、これにより汚染がなく電気的特性に優
れた液晶セルを提供できるようにしようとするものであ
る。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to eliminate non-contact without leaving ions in the alignment film and without causing a chemical change in alignment film molecules. It is an object of the present invention to provide a method capable of imparting alignment characteristics by using a liquid crystal cell having no contamination and having excellent electric characteristics.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、高速度の、電気的に中性でかつ化
学的に非活性な原子のビームを基板上を走査させ前記基
板上に形成された液晶配向膜の膜全体またはその部分を
選択的に配向処理することを特徴とする液晶配向膜の配
向処理方法、が提供される。
According to the present invention, there is provided, according to the present invention, a method of scanning a substrate with a high-speed, electrically neutral, chemically inert beam of atoms. There is provided an alignment treatment method for a liquid crystal alignment film, characterized by selectively aligning the entire liquid crystal alignment film formed on a substrate or a portion thereof.

【0009】また、上記の目的を達成するため、本発明
によれば、真空チャンバ内に、配向膜が形成された基板
を保持する基板ホルダーと、前記基板ホルダーに保持さ
れた基板上へ電気的に中性でかつ化学的に非活性な原子
の高速度ビームを照射する原子銃とが備えられているこ
とを特徴とする液晶配向膜配向処理装置、が提供され
る。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a substrate holder for holding a substrate on which an alignment film is formed is provided in a vacuum chamber, and the substrate holder is electrically mounted on the substrate held by the substrate holder. And an atom gun for irradiating a high-speed beam of neutral and chemically inactive atoms to the liquid crystal alignment film alignment processing apparatus.

【0010】[0010]

【作用】電気的に中性でかつ化学的に非活性の原子を高
速で配向膜分子に衝突させると、詳細なメカニズムは明
らかでないが、配向膜分子が原子ビームの入射方位と平
行に配向し、ラビング処理と同様な異方性が誘起され、
処理後の基板で液晶セルを作製すると均一な液晶配向が
得られる。また、基板に対する中性原子ビームの入射角
度を変化させると液晶のプレティルト角が変化する。こ
れらの実験結果については実施例で詳細を述べるが、高
速原子銃による配向処理はラビングと同様に液晶配向膜
を得ることができるとともに、これまで材料依存性が高
かった液晶のプレティルト角制御を処理条件のみで行う
ことができる。
When a neutral atom that is electrically neutral and chemically inactive collides with an alignment film molecule at high speed, the detailed mechanism is not clear, but the alignment film molecule aligns in parallel with the incident direction of the atom beam. , The same anisotropy as rubbing is induced,
When a liquid crystal cell is manufactured using the processed substrate, a uniform liquid crystal alignment can be obtained. Also, changing the incident angle of the neutral atom beam on the substrate changes the pretilt angle of the liquid crystal. The results of these experiments will be described in detail in Examples, but the alignment treatment using a high-speed atom gun can obtain a liquid crystal alignment film in the same way as rubbing, and also controls the pretilt angle control of liquid crystal, which has been highly material-dependent. It can be performed only under conditions.

【0011】加えて、イオンの配向膜分子への衝突では
電荷移動による複雑な化学反応が進行してしまうことに
より多種のイオン種が配向膜に残存してしまうことで液
晶デバイスの電気特性が大きく劣化するが、アルゴンや
キセノンなどの中性かつ非活性な原子を衝突させる本発
明によれば残存イオンがなく安定した電気特性を保持す
ることができる。また、本発明の処理方法は配向膜分子
の分解などの化学変化を伴うものではないので汚染の発
生も防止できるとともに安定性の高い配向膜を得ること
ができる。
In addition, when ions collide with molecules of the alignment film, a complicated chemical reaction due to charge transfer proceeds, and various types of ions remain in the alignment film, thereby increasing the electrical characteristics of the liquid crystal device. According to the present invention in which neutral and inactive atoms such as argon and xenon collide with each other, the present invention can maintain stable electrical characteristics without residual ions. In addition, since the treatment method of the present invention does not involve a chemical change such as decomposition of alignment film molecules, it is possible to prevent occurrence of contamination and to obtain an alignment film having high stability.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図1〜図6を参照して詳細に説明する。図1〜図4
は、本発明の処理方法が実施される装置を示す概略構成
図である。図1に示すように、配向膜を塗布したガラス
基板13は真空チャンバ17内に設けられた基板ホルダ
ー16に固定される。高速原子銃11から出射された中
性原子が配向膜表面分子に衝突すると、詳細なメカニズ
ムは不明であるが、配向膜分子の長軸が原子ビーム12
と平行に再配列する。高速原子イオン銃は一般の高速原
子衝撃質量分析法に用いられるものでよい。
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4
1 is a schematic configuration diagram showing an apparatus in which a processing method of the present invention is performed. As shown in FIG. 1, a glass substrate 13 coated with an alignment film is fixed to a substrate holder 16 provided in a vacuum chamber 17. When neutral atoms emitted from the high-speed atom gun 11 collide with molecules on the alignment film surface, the detailed mechanism is unknown, but the long axis of the alignment film molecules is
Rearrange in parallel with The fast atom ion gun may be one used for general fast atom bombardment mass spectrometry.

【0013】高速原子銃11は、可動軌跡15に沿って
移動できるように図外アームに固定されており、また基
板ホルダー16は、平面上、すなわちX−Y方向に移動
が可能でかつホルダー回転軸14を中心に回転が可能な
ステージとなっている。真空チャンバ17内にはさらに
原子ビーム12の照射位置付近に希ガスを吹き付けるこ
とができるように希ガス銃18が備えられている。希ガ
ス銃18のガスはガス供給管18aにより供給され、ま
た真空チャンバ17内のガスは排気管17aにより排気
される。原子ビーム12のガラス基板13に対する2つ
の入射方向、極角θと方位角ψ(図2参照)を変化させ
ることで、配向膜分子の配向を制御することができる。
極角θは高速原子銃11を可動軌跡15に沿って移動さ
せることにより、また方位角ψ21は基板ホルダー16
をホルダー回転軸14を中心として回転させることによ
り所望の値に設定することができる。
The high-speed atomic gun 11 is fixed to an arm (not shown) so as to be movable along a movable locus 15, and the substrate holder 16 is movable on a plane, that is, in the XY directions, and is rotated by the holder. The stage is rotatable around the axis 14. The vacuum chamber 17 is further provided with a rare gas gun 18 so that a rare gas can be blown near the irradiation position of the atomic beam 12. The gas of the rare gas gun 18 is supplied by a gas supply pipe 18a, and the gas in the vacuum chamber 17 is exhausted by an exhaust pipe 17a. By changing the two incident directions of the atomic beam 12 to the glass substrate 13, the polar angle θ and the azimuth ψ (see FIG. 2), the orientation of the alignment film molecules can be controlled.
The polar angle θ is set by moving the fast atom gun 11 along the movable trajectory 15, and the azimuthal angle ψ 21 is set by the substrate holder 16.
Can be set to a desired value by rotating the shaft around the holder rotating shaft 14.

【0014】極角θは、図3に示すように、高速原子銃
11を固定したアーム31を回転軸32を中心に回転さ
せることで変化できる。極角θの変化は主に配向膜表面
の凹凸の大きさに影響を与えるとともに、配向膜表面に
形成される配向膜の配向特性へも同時に影響を与える
(第3の実施例および図15、図16参照)。方位角ψ
を変化させることで配向膜分子の長軸と基板長軸のなす
角度を制御できる。したがって、方位角ψと極角θを変
化させることで自在に配向膜構造を制御することが可能
になる。
As shown in FIG. 3, the polar angle θ can be changed by rotating the arm 31 to which the high-speed atom gun 11 is fixed about the rotation axis 32. The change in the polar angle θ mainly affects the size of the unevenness on the surface of the alignment film, and also simultaneously affects the alignment characteristics of the alignment film formed on the surface of the alignment film (see the third embodiment and FIG. See FIG. 16). Azimuth ψ
The angle between the long axis of the alignment film molecule and the long axis of the substrate can be controlled by changing the angle. Therefore, the orientation film structure can be freely controlled by changing the azimuth angle ψ and the polar angle θ.

【0015】基板を固定する基板ホルダー16は、図2
に示すように、水平面内、すなわちX方向とそれと垂直
なY方向に移動できるようになっている。これにより基
板面全体に原子ビームを走査することができ、基板面全
体の配向処理が可能になる。また、基板ホルダー16に
はヒータが埋設されおり基板を加熱しながら高速原子ビ
ームを照射できるようになっている。ヒータに代えて赤
外線ランプにより赤外光を基板面に照射するようにして
もよい。
The substrate holder 16 for fixing the substrate is shown in FIG.
As shown in (1), it is possible to move in the horizontal plane, that is, in the X direction and the Y direction perpendicular thereto. As a result, the atomic beam can be scanned over the entire substrate surface, and orientation processing on the entire substrate surface can be performed. A heater is embedded in the substrate holder 16 so that a high-speed atomic beam can be irradiated while heating the substrate. Instead of the heater, the substrate surface may be irradiated with infrared light by an infrared lamp.

【0016】高速原子銃11の具体的構成例を図4に示
す。イオン化室41にはガス供給管41aにより、アル
ゴン、キセノンなどの希ガス原子が供給されており、イ
オン化室41でフィラメント42から放出された熱電子
はイオン化室内の不活性ガスと衝突して正イオンを一次
イオンとして生成する。生成された一次イオンはアノー
ド43とイオン引き出し電極44との電位差で加速され
てイオン化室41から引き出され、フォーカス電極45
で細く絞られて一次イオンビーム48となり、リフレク
タ46により位置調整されてガスチャンバ47内に入射
する。ガスチャンバ47へはガス供給管47aにより同
種の希ガス原子が供給されており、ガスチャンバへ入射
した一次イオンビーム48は希ガス原子に高速で衝突す
る。このとき電荷移動が起こり一次イオンの一部は高速
の中性かつ非活性の原子となり高速中性原子ビーム49
として放出される。残りのイオンは負の電位を印加して
いるガスチャンバ47から出ることはできない。
FIG. 4 shows a specific example of the structure of the high-speed atom gun 11. As shown in FIG. Rare gas atoms such as argon and xenon are supplied to the ionization chamber 41 by a gas supply pipe 41a, and thermions emitted from the filament 42 in the ionization chamber 41 collide with an inert gas in the ionization chamber to form positive ions. As primary ions. The generated primary ions are accelerated by the potential difference between the anode 43 and the ion extraction electrode 44, extracted from the ionization chamber 41, and
The primary ion beam 48 is narrowed down to form a primary ion beam 48. The primary ion beam 48 is adjusted in position by the reflector 46 and enters the gas chamber 47. The same kind of rare gas atoms are supplied to the gas chamber 47 by a gas supply pipe 47a, and the primary ion beam 48 incident on the gas chamber collides with the rare gas atoms at high speed. At this time, charge transfer occurs, and some of the primary ions become fast neutral and inactive atoms, and the fast neutral atom beam 49
Is released as The remaining ions cannot leave the gas chamber 47 to which a negative potential has been applied.

【0017】図5に中性原子ビームの配向膜表面への衝
突を模式的に示す。高速中性原子51は配向膜54に衝
突し、表面または極表面近くの内部で散乱され、あるも
のは中性原子52として配向膜から離れあるものは中性
原子53として配向膜内部に残存する。この衝突による
運動エネルギーの供与が配向膜分子の再配列の原動力と
なると考えられる。配向膜分子に与える運動エネルギー
は中性原子ビームの入射角(極角θ)と一次イオンビー
ムの加速電圧、中性原子の質量に依存するので、これら
を調整することで配向膜分子の配向制御ができる。ま
た、配向膜内に中性原子53が残存することになるが、
電荷を持っていないので電気特性に与える影響は皆無で
ある。また、衝突する中性原子が化学的に非活性である
ことにより配向膜が化学変化を起こすこともない。照射
する中性原子としてはアルゴンやキセノンなどの比較的
重い希ガス原子がよく、一次イオン加速は数100V〜
数1000Vが望ましい。このとき基板を加熱すると配
向膜材料によっては配向膜分子が動きやすくなり原子ビ
ーム照射の影響を受けやすくなる。基板の加熱温度は配
向膜材料によって異なるが配向膜材料の軟化点程度とす
ることが望ましい。
FIG. 5 schematically shows the collision of the neutral atom beam on the alignment film surface. The fast neutral atoms 51 collide with the alignment film 54 and are scattered inside the surface or near the very surface, and some remain as neutral atoms 52 from the alignment film and remain as neutral atoms 53 inside the alignment film. . It is considered that the provision of kinetic energy due to the collision serves as a driving force for rearrangement of the alignment film molecules. Kinetic energy given to the alignment film molecules depends on the incident angle (polar angle θ) of the neutral atom beam, the acceleration voltage of the primary ion beam, and the mass of the neutral atoms. Can be. Also, neutral atoms 53 will remain in the alignment film,
Since it has no charge, it has no effect on electrical characteristics. Further, since the colliding neutral atoms are chemically inactive, the alignment film does not undergo a chemical change. Neutral atoms for irradiation are preferably relatively heavy rare gas atoms such as argon and xenon, and primary ion acceleration is several hundred volts or more.
Several thousand volts is desirable. At this time, when the substrate is heated, the molecules of the alignment film are easily moved depending on the material of the alignment film, and are easily affected by the irradiation of the atomic beam. The heating temperature of the substrate varies depending on the material of the alignment film, but it is preferable that the heating temperature is about the softening point of the material of the alignment film.

【0018】また、図1に示す希ガス銃18で試料表面
に希ガスを照射しながら中性原子ビームを照射すると、
図6に示すように、希ガス銃で照射された中性原子62
と原子ビームの高速中性原子61との衝突が起こる。こ
の衝突された中性原子62の運動エネルギ−は原子ビー
ムの高速中性原子61よりも低く、その並進方向も分布
を持つので、このモードは配向膜63表面を柔らかく処
理したい場合に有効である。ここで、希ガス銃により供
給する希ガスの量を変化させることにより配向膜に与え
る影響をコントロールすることができる。
When a neutral gas beam is irradiated while irradiating the sample surface with a rare gas with the rare gas gun 18 shown in FIG.
As shown in FIG. 6, neutral atoms 62 irradiated with a rare gas gun
Collision between the atom and the fast neutral atom 61 of the atomic beam occurs. The kinetic energy of the colliding neutral atoms 62 is lower than that of the fast neutral atoms 61 of the atomic beam, and the translation direction also has a distribution. Therefore, this mode is effective when the surface of the alignment film 63 is to be softened. . Here, the influence on the alignment film can be controlled by changing the amount of the rare gas supplied by the rare gas gun.

【0019】[0019]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。 [第1の実施例]第1の実施例として方位角ψを基板長
軸方向に固定し、キセノンビームの入射角(極角θ)を
60°にしてポリイミド配向膜表面を処理し、反射光偏
光異方性測定による配向膜構造解析、および、セル組立
を行った後の偏光顕微鏡観察、電圧保持率測定、残留D
C評価を行い、本発明をラビング処理の場合とイオンビ
ーム法の場合との比較を行った。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First Embodiment As a first embodiment, the azimuth angle ψ is fixed in the major axis direction of the substrate, the incident angle (polar angle θ) of the xenon beam is set to 60 °, the surface of the polyimide alignment film is treated, and the reflected light is reflected. Analysis of alignment film structure by polarization anisotropy measurement, observation by polarization microscope after cell assembly, measurement of voltage holding ratio, residual D
C evaluation was performed, and the present invention was compared with the case of the rubbing treatment and the case of the ion beam method.

【0020】図7に示すように、5センチメートルx4
センチメートルのガラス基板72の中心部に2センチメ
ートルx2センチメートルのITO(インジューム錫酸
化物)膜71を透明電極として設け、その上にポリアミ
ック酸をスピンコートしてオーブンを用いて90℃、3
0分の仮焼成を行った後、250℃で1時間本焼成して
ポリイミド薄膜を形成した。セル組立を行うため上記の
配向膜付き基板を2枚作製した。また、クリスタルロー
テーション法による液晶のプレティルト角測定を行うた
めに透明電極のない基板も作製した。反射エリプソメー
タで測定した配向膜の膜厚は810オングストロームか
ら830オングストロームであった。尚、ガラス基板に
はコーニング7059を用い、ポリアミック酸にはポリ
(4,4′−オキシジフェニレンピロメリットアミック
酸)を用いた。
As shown in FIG. 7, 5 cm × 4
A 2 cm × 2 cm ITO (indium tin oxide) film 71 is provided as a transparent electrode in the center of a centimeter glass substrate 72, and a polyamic acid is spin-coated thereon, and is heated at 90 ° C. using an oven. 3
After calcination was performed for 0 minutes, main calcination was performed at 250 ° C. for 1 hour to form a polyimide thin film. Two substrates with the above-mentioned alignment film were prepared for cell assembly. In addition, a substrate without a transparent electrode was also manufactured in order to measure a pretilt angle of a liquid crystal by a crystal rotation method. The thickness of the alignment film measured by a reflection ellipsometer was 810 angstroms to 830 angstroms. In addition, Corning 7059 was used for the glass substrate, and poly (4,4'-oxydiphenylene pyromellitic acid) was used for the polyamic acid.

【0021】上記ポリイミド薄膜を形成したガラス基板
を基板ホルダー16に基板長辺側がX方向となるように
設置した。この位置での高速原子ビームの入射方位角ψ
を0°とする。高速原子にはキセノンを使用し、一次イ
オンの加速電圧を3000V、電流値10ミリアンペア
として真空中で原子ビーム照射を行った。原子ビームは
電荷を持たないのでディフレクターなどによりビームの
走査を行うことができない。そこで基板をXY方向に移
動させることにより基板全面に原子ビームの走査を行っ
た。原子ビーム走査の模式図を図8に示す。基板の端を
走査できるように基板ホルダーを移動させ、原子ビーム
を照射しながら基板ホルダーをX方向へ移動させて第1
回目の走査を行う〔図8(a)〕。次に、原子ビームの
照射を止めてもとの位置まで基板ホルダーを戻す〔図8
(b)〕。そして、原子ビームのビーム径は約2ミリメ
ートルであるので、基板ホルダーをY方向へ1ミリメー
トルずらし〔図8(c)〕、再び基板ホルダーをX方向
へ移動させ原子ビームの走査を行う〔図8(d)〕。以
下、図8(b)〜(d)の作業を繰り返すことで基板全
面に対して配向処理を行った。今回、基板のX方向への
移動速度は5ミリメートル毎秒とした。
The glass substrate on which the polyimide thin film was formed was set on the substrate holder 16 such that the long side of the substrate was in the X direction. Azimuth angle of incidence of the fast atom beam at this position ψ
Is set to 0 °. Xenon was used for the fast atoms, and the atomic beam irradiation was performed in a vacuum at an acceleration voltage of the primary ions of 3000 V and a current value of 10 mA. The atomic beam has no charge and cannot be scanned by a deflector or the like. Then, the substrate was moved in the X and Y directions to scan the entire surface of the substrate with an atomic beam. FIG. 8 shows a schematic diagram of the atomic beam scanning. The substrate holder is moved so that the edge of the substrate can be scanned, and the substrate holder is moved in the X direction while irradiating the atomic beam.
The second scan is performed (FIG. 8A). Next, the substrate holder is returned to the original position after the irradiation of the atomic beam is stopped (FIG. 8).
(B)]. Since the beam diameter of the atomic beam is about 2 millimeters, the substrate holder is shifted by 1 millimeter in the Y direction (FIG. 8C), and the substrate holder is moved again in the X direction to scan the atomic beam (FIG. 8). (D)]. Hereinafter, the alignment process was performed on the entire surface of the substrate by repeating the operations of FIGS. 8B to 8D. This time, the moving speed of the substrate in the X direction was 5 mm per second.

【0022】[比較例1]第1の実施例の場合と同様
に、図7に示すように、5センチメートルx4センチメ
ートルのガラス基板の中心部に2センチメートルx2セ
ンチメートルのITO膜を設け、その上にポリイミド膜
を形成した。クリスタルローテーション法による液晶の
プレティルト角測定を行なうために透明電極のない基板
も作製した。反射エリプソメータで測定した膜厚は82
0オングストロームから830オングストロームであっ
た。ラビングはレーヨンのロールを用いて回転数800
回転/分、押し込み0.6ミリメートル、ステージ速度
20ミリメートル/秒の条件で1回行った。
Comparative Example 1 As in the case of the first embodiment, as shown in FIG. 7, a 2 cm × 2 cm ITO film is provided at the center of a 5 cm × 4 cm glass substrate. Then, a polyimide film was formed thereon. A substrate without a transparent electrode was also manufactured to measure the pretilt angle of the liquid crystal by the crystal rotation method. The film thickness measured with a reflection ellipsometer is 82
It was between 0 Angstroms and 830 Angstroms. Rubbing is performed using a rayon roll at a rotation speed of 800.
The operation was performed once under the conditions of rotation / minute, indentation of 0.6 mm, and stage speed of 20 mm / sec.

【0023】[比較例2]第1の実施例の場合と同様
に、図7に示すように、5センチメートルx4センチメ
ートルのガラス基板の中心部に2センチメートルx2セ
ンチメートルのITO膜を設け、その上にポリイミド膜
を形成した。クリスタルローテーション法による液晶の
プレティルト角測定を行なうために透明電極のない基板
も作製した。反射エリプソメータで測定した膜厚は81
0オングストロームから820オングストロームであっ
た。アルゴンイオン銃を用いてイオンビーム法による処
理を行った。イオンビームの加速電圧は300ボルトで
電流値60マイクロアンペアで入射極角θを第1の実施
例と同様に60°とした
Comparative Example 2 As in the case of the first embodiment, as shown in FIG. 7, a 2 cm × 2 cm ITO film is provided at the center of a 5 cm × 4 cm glass substrate. Then, a polyimide film was formed thereon. A substrate without a transparent electrode was also manufactured to measure the pretilt angle of the liquid crystal by the crystal rotation method. The film thickness measured with a reflection ellipsometer is 81
It was 0 to 820 angstroms. The treatment was performed by an ion beam method using an argon ion gun. The acceleration voltage of the ion beam was 300 volts, the current value was 60 microamperes, and the incident polar angle θ was 60 ° as in the first embodiment.

【0024】[評価]第1の実施例、比較例1、2によ
り形成された配向膜の異方性を評価するために、反射光
偏光異方性測定〔参考文献:ジャパニーズ ジャーナル
オブ アプライド フィジックス 35(1996)
5873〕を行なった。その結果を図9に示す。縦軸は
反射光のp偏光成分(基板法線方向)とs偏光成分(基
板水平方向)の位相差Δで、横軸が反射光偏光異方性測
定における光の入射方位角である。黒丸が本発明による
配向処理を行ったもので白四角がラビングを行ったもの
である。異方性の大きさは参考文献にしたがってΔの最
大値と最小値の差DΔを指標とする。ラビングを行った
もののDΔは約5.2°で、実施例の高速原子ビーム照
射によるものは約4.5°であり、ラビング処理と同程
度の異方性が発現していることが分かった。また、比較
例2によるものは4.7°であった。参考文献にしたが
って、この位相差Δの測定結果と振幅反射率比の測定結
果から解析を行って得られた配向膜の配向層膜厚と配向
傾斜角(光学異方性軸の傾斜角:基板表面に対する傾斜
角)を表1に示す。
[Evaluation] In order to evaluate the anisotropy of the alignment films formed according to the first embodiment and the comparative examples 1 and 2, the reflected light polarization anisotropy was measured [Reference: Japanese Journal of Applied Physics 35]. (1996)
5873]. FIG. 9 shows the result. The vertical axis represents the phase difference Δ between the p-polarized component (normal to the substrate) and the s-polarized component (horizontal direction of the substrate) of the reflected light, and the horizontal axis represents the incident azimuth of light in the reflected light polarization anisotropy measurement. The black circles are those subjected to the alignment treatment according to the present invention, and the white squares are those rubbed. The magnitude of the anisotropy is based on the difference DΔ between the maximum value and the minimum value of Δ according to the reference. D.DELTA. Of the rubbed sample was about 5.2.degree., And that of the sample obtained by irradiation with the high-speed atomic beam of the example was about 4.5.degree., Indicating that the same anisotropy as that of the rubbing treatment was developed. . In the case of Comparative Example 2, the angle was 4.7 °. According to the reference document, the thickness of the alignment layer and the tilt angle of the alignment layer (the tilt angle of the optically anisotropic axis: substrate: Table 1 shows the inclination angle with respect to the surface.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】各方式で形成した配向膜のセルを比較する
ために、これらの基板を用いてアンチパラレルセル(対
向する2面の配向方向が180°異なっているセル)を
作製してフッ素系のネマティック液晶材料を注入して液
晶セルを作製した。ラビング処理を行ったもののみセル
組立の前に配向膜表面を超純水で洗浄した。シールは熱
硬化性のエポキシ接着剤を150℃で1時間熱処理をし
て行った。セルギャップは5マイクロメートルとした。
液晶注入口の封止は紫外線硬化樹脂を1ミリワットの低
圧水銀ランプを用いて行った。
In order to compare the cells of the alignment film formed by each method, an anti-parallel cell (a cell in which the orientation directions of two opposing surfaces are different by 180 °) was prepared using these substrates, and a fluorine-based cell was prepared. A liquid crystal cell was fabricated by injecting a nematic liquid crystal material. Only the rubbed surface was cleaned with ultrapure water before the cell assembly. Sealing was performed by heat-treating a thermosetting epoxy adhesive at 150 ° C. for 1 hour. The cell gap was 5 micrometers.
The liquid crystal injection port was sealed with a UV curable resin using a 1 milliwatt low-pressure mercury lamp.

【0027】偏光顕微鏡観察の結果、いずれのセルも良
好な液晶配向を有していることが分かった。クリスタル
ローテーション法により測定した液晶のプレティルト角
は高速原子ビーム照射を行ったものが1.1°で、ラビ
ング処理したものが2.7°、イオンビーム処理したも
のが1.9°であった。次に、電気特性の評価結果を示
す。電気特性としては電圧保持率と残留DCに着目し
た。電圧保持率は、±5.0ボルト、パルス幅60マイ
クロ秒、パルス間隔16.67ミリ秒の矩形パルス電圧
を印加し、パルス休止期間の終了直前の電圧を測定する
ことによって評価した。測定結果を表2に示す。
As a result of observation by a polarizing microscope, it was found that all the cells had good liquid crystal alignment. The pretilt angle of the liquid crystal measured by the crystal rotation method was 1.1 ° for those subjected to high-speed atomic beam irradiation, 2.7 ° for rubbing treatment, and 1.9 ° for ion beam treatment. Next, the evaluation results of the electrical characteristics are shown. As electric characteristics, attention was paid to voltage holding ratio and residual DC. The voltage holding ratio was evaluated by applying a rectangular pulse voltage having ± 5.0 volts, a pulse width of 60 microseconds, and a pulse interval of 16.67 milliseconds, and measuring the voltage immediately before the end of the pulse pause period. Table 2 shows the measurement results.

【0028】[0028]

【表2】 [Table 2]

【0029】高速原子ビーム処理を行ったものはラビン
グ処理を行ったものよりも高い値を示し、イオンビーム
処理を行ったものは他に比べて極端に低い値を示した。
これはイオンビーム処理を行った液晶中に可動イオンが
多く含まれていることを示している。そこで三角波印加
に対する応答電流波形から各液晶セル中の可動イオン密
度と移動度を見積もった。印加電圧は±10ボルト、周
波数0.01ヘルツの三角波電圧である。測定結果を表
3に示す。ラビング法によるものが第1の実施例のもの
よりイオン密度が高くなっているのは摩擦によって発生
した静電気の影響によるものと考えられる。イオンビー
ム法によるものは他の方法によるものと比較してイオン
密度が極端に高くなっている。そして、そのイオンの移
動度が低いのは他の方法によるものに比較してイオン径
が大きいことが考えられる。
Those subjected to the high-speed atomic beam treatment showed higher values than those subjected to the rubbing treatment, and those subjected to the ion beam treatment exhibited extremely lower values than the others.
This indicates that the liquid crystal subjected to the ion beam treatment contains a large amount of mobile ions. Therefore, the mobile ion density and the mobility in each liquid crystal cell were estimated from the response current waveform to the application of the triangular wave. The applied voltage is a triangular wave voltage of ± 10 volts and a frequency of 0.01 hertz. Table 3 shows the measurement results. It is considered that the reason why the ion density is higher in the rubbing method than in the first embodiment is due to the influence of static electricity generated by friction. The ion beam method has an extremely high ion density as compared with the other methods. Then, it is considered that the reason why the mobility of the ions is low is that the ion diameter is large as compared with those by other methods.

【0030】[0030]

【表3】 [Table 3]

【0031】次に、各セルの残留DCの評価を行った。
初期ストレスとして直流電圧をセルにある時間印加して
から、印加電圧波形を交流矩形波電圧に切り替えて、切
り替え直後の残留DCをフリッカー消去法により測定し
た。この測定から、残留DCの大きさと初期の直流電圧
印加時間の関係を各セルについて求めた。装置構成を図
10に示す。セル104を偏光子102と検光子103
の間に設置してハロゲンランプ101からの透過光量を
フォトダイオード検出器105で検出し、オシロスコー
プ107を介してパソコン108にデータを取り込ん
だ。このとき偏光子102と検光子103はクロスニコ
ルに配置した。電圧印加は任意波形発生器106を用い
た。印加波形は図11に示すように、まず初期DCスト
レスとして5ボルトの直流電圧を0〜30分印加して、
フリッカー消去法を行うために中間調電圧に相当する±
2.5ボルト、10Hzを印加した。フリッカーが消滅
するときの印加信号にかけたオフセット値を残留DCと
した。測定結果を図12に示す。初期DCストレス30
分後の各セルの残留DCは、イオンビーム法により配向
処理をしたものが最も悪く約0.42ボルト、その次が
ラビング法で約0.1ボルト、実施例によるものは約
0.03ボルトと最も良かった。以上のように本発明に
よる配向処理法を用いた場合には、電気的特性が劣化す
ることがなく良好な液晶の配向を得ることができる。
Next, the residual DC of each cell was evaluated.
After applying a DC voltage to the cell for a certain period of time as an initial stress, the applied voltage waveform was switched to an AC rectangular wave voltage, and the residual DC immediately after the switching was measured by the flicker elimination method. From this measurement, the relationship between the magnitude of the residual DC and the initial DC voltage application time was determined for each cell. FIG. 10 shows the device configuration. The cell 104 is divided into a polarizer 102 and an analyzer 103.
The photodiode detector 105 detects the amount of transmitted light from the halogen lamp 101, and data is taken into the personal computer 108 via the oscilloscope 107. At this time, the polarizer 102 and the analyzer 103 were arranged in crossed Nicols. An arbitrary waveform generator 106 was used for voltage application. As shown in FIG. 11, first, a 5 volt DC voltage is applied as an initial DC stress for 0 to 30 minutes.
In order to perform the flicker elimination method, ±
2.5 volts and 10 Hz were applied. The offset value applied to the applied signal when the flicker disappeared was defined as residual DC. FIG. 12 shows the measurement results. Initial DC stress 30
The residual DC of each cell after one minute is about 0.42 volt which is the worst when the alignment treatment is performed by the ion beam method, is about 0.1 volt after the rubbing method, and about 0.03 volt according to the embodiment. And it was the best. As described above, when the alignment treatment method according to the present invention is used, a favorable liquid crystal alignment can be obtained without deteriorating the electrical characteristics.

【0032】[第2の実施例]第2の実施例としてキセ
ノンビームの入射角を60°に固定してマスクを使って
1枚の基板内で方位角が90°異なるようにビームを照
射し、セル組立を行った後に偏光顕微鏡観察を行い、液
晶の配向方向が異なることを確認した。第1の実施例の
場合と同様に、図7に示すように、5センチメートルx
4センチメートルのガラス基板72の中心部に2センチ
メートルx2センチメートルのITO膜71を設け、そ
の上にポリアミック酸をスピンコートしてオーブンを用
いて90℃、30分の仮焼成を行った後、250℃で1
時間本焼成してポリイミド薄膜とした。セル組立を行う
ため上記の配向膜付き基板を2枚作製した。反射エリプ
ソメータで測定した膜厚はそれぞれ805オングストロ
ームと810オングストロームであった。ガラス基板に
はコーニング7059を用い、ポリアミック酸にはポリ
(4,4′−オキシジフェニレンピロメリットアミック
酸)を用いた。
[Second Embodiment] As a second embodiment, a xenon beam is fixed at an incident angle of 60 ° and a mask is used to irradiate a beam so that the azimuth angles differ by 90 ° within one substrate. After the cell was assembled, observation with a polarizing microscope was performed to confirm that the alignment directions of the liquid crystal were different. As in the first embodiment, as shown in FIG.
After a 2 cm × 2 cm ITO film 71 is provided at the center of a 4 cm glass substrate 72, polyamic acid is spin-coated on the ITO film 71, and baked at 90 ° C. for 30 minutes using an oven. 1 at 250 ° C
This was baked for a time to obtain a polyimide thin film. Two substrates with the above-mentioned alignment film were prepared for cell assembly. The film thicknesses measured with a reflection ellipsometer were 805 angstroms and 810 angstroms, respectively. Corning 7059 was used for the glass substrate, and poly (4,4'-oxydiphenylenepyromellitic acid) was used for the polyamic acid.

【0033】一次イオンの加速電圧を3000V、電流
値10ミリアンペアとして真空中で原子ビーム照射を行
った。図14のような2つの領域で90°異なるアンチ
パラレルの液晶配向を得るために、基板の半分をマスク
して図13に示す処理を行った。まず、下基板の半分を
マスクして基板ホルダーを+45°回転させて高速イオ
ンビームのの入射方位角を45°として第1の実施例と
同様に照射を行った〔(a)、(b)〕。次に、マスク
を外して処理を行った半分にマスクを施し、基板を−4
5°の位置に回転させて原子ビームの入射方位角を−4
5°として同様の処理を行った〔(c)、(d)〕。上
側の基板は−135°と135°の方位角で同様に処理
を行って、配向膜を形成し両基板を重ね合わせフッ素系
ネマティック液晶材料を注入して液晶セルを作製した。
上記の配向処理はXYステージの制御によっても可能で
ある。すなわち、高速原子銃のオン/オフと基板の水平
面内の移動により基板の所望の位置に所望の方位角の配
向処理を施すことが可能である。よって、本発明は配向
分割技術へも適用できる。偏光顕微鏡観察の結果、各領
域で良好な液晶配光が確認できるとともに液晶ダイレク
タの方向が90°異なることが確認できた。
The atomic beam irradiation was performed in a vacuum at an acceleration voltage of primary ions of 3000 V and a current value of 10 mA. In order to obtain anti-parallel liquid crystal alignment different by 90 ° in two regions as shown in FIG. 14, half of the substrate was masked and the processing shown in FIG. 13 was performed. First, half of the lower substrate was masked, the substrate holder was rotated by + 45 °, and irradiation was performed in the same manner as in the first embodiment with the incident azimuth of the high-speed ion beam set to 45 ° [(a), (b)] ]. Next, a mask is applied to the half that has been processed by removing the mask, and the substrate is removed by -4.
Rotate to the position of 5 ° to change the incident azimuth of the atomic beam
The same processing was performed at 5 ° [(c), (d)]. The upper substrate was similarly treated at azimuth angles of -135 ° and 135 ° to form an alignment film, and the two substrates were overlapped to inject a fluorine-based nematic liquid crystal material to produce a liquid crystal cell.
The above-described alignment processing can be performed by controlling the XY stage. That is, by turning on / off the high-speed atom gun and moving the substrate in a horizontal plane, it is possible to perform an orientation process at a desired position on the substrate at a desired azimuth. Therefore, the present invention can be applied to the orientation division technique. As a result of observation by a polarizing microscope, it was confirmed that good liquid crystal light distribution was confirmed in each region and that the directions of the liquid crystal directors were different by 90 °.

【0034】[第3の実施例]第3の実施例として方位
角ψを基板長軸方向に固定し(ψ=0°)、中性原子ビ
ームの入射角(極角θ)を0〜80°に10°ごと変化
させて配向膜表面を処理し、反射光偏光異方性測定と原
子間力顕微鏡による配向膜の構造解析、表面ラフネス評
価、および、セル組立後の液晶配向の偏光顕微鏡による
観察、プレティルトの測定、残留DC評価を行った。第
1の実施例と同様に、図7に示すように、ガラス基板上
にITO膜を形成しその上にポリイミド膜を形成した。
セル組立を行うため配向膜付き基板を各極角で2枚ずつ
の合計18枚を作製した。また、プレティルト角の測定
を行なうために、透明電極膜がない基板も作製した。そ
れぞれの基板について反射エリプソメータで測定した配
向膜の膜厚は805〜835オングストロームであっ
た。ガラス基板にはコーニング7059を用い、ポリイ
ミド膜はポリ(4,4′−オキシジフェニレンピロメリ
ットアミック酸)を用いて形成した。高速原子にはキセ
ノンを使用し、一次イオンの加速電圧を3000V、電
流値10ミリアンペアとして、上述のように極角を変化
させて真空中で原子ビーム照射を行った。
[Third Embodiment] As a third embodiment, the azimuth angle ψ is fixed in the longitudinal direction of the substrate (ψ = 0 °), and the incident angle (polar angle θ) of the neutral atom beam is 0 to 80. The surface of the alignment film is processed by changing the angle by 10 ° every 10 °, the structure of the alignment film is measured by reflected light polarization anisotropy and the atomic force microscope, the surface roughness is evaluated, and the liquid crystal alignment after the cell is assembled is measured by the polarizing microscope. Observation, pretilt measurement, and residual DC evaluation were performed. As in the first embodiment, as shown in FIG. 7, an ITO film was formed on a glass substrate, and a polyimide film was formed thereon.
In order to assemble the cells, a total of 18 substrates with an alignment film were prepared, two at each polar angle. In addition, a substrate without a transparent electrode film was also manufactured to measure the pretilt angle. The thickness of the alignment film of each substrate measured by a reflection ellipsometer was 805 to 835 angstroms. Corning 7059 was used for the glass substrate, and the polyimide film was formed using poly (4,4'-oxydiphenylene pyromellitic acid). Xenon was used for the fast atoms, the primary ion acceleration voltage was 3000 V, the current value was 10 mA, and the atomic beam was irradiated in vacuum with the polar angle changed as described above.

【0035】[評価]反射光偏光異方性測定による配向
層膜厚と基板表面に対する配向傾斜角の高速原子ビーム
の入射角依存性を図15に示す。入射角を大きくしてい
くと配向層膜厚と配向傾斜角は小さくなった。また、表
面ラフネスも図16に示すように入射角を大きくしてい
くと小さくなった。これらの配向膜を有する基板で液晶
セルを作製してクリスタルローテーション法によるプレ
ティルトの測定を行った。図17に示すように入射角を
大きくしていくと40°当たりまではプレティルト角が
大きくなりその後減少していった。また、偏光顕微鏡観
察を行うと高速原子ビームの入射極角が0°と10°の
ものについて多くの液晶ドメインが観察され、入射極角
が20°のものについて所々に液晶ダイレクタの向きが
異なるドメイインが観察された。30°以上では均一な
液晶配向が得られた。
[Evaluation] FIG. 15 shows the dependency of the orientation layer thickness and the orientation tilt angle on the substrate surface on the incident angle of the high-speed atomic beam by the reflected light polarization anisotropy measurement. As the incident angle was increased, the thickness of the alignment layer and the tilt angle of the alignment were reduced. Further, as shown in FIG. 16, the surface roughness decreased as the incident angle was increased. A liquid crystal cell was fabricated using the substrate having these alignment films, and the pretilt was measured by a crystal rotation method. As shown in FIG. 17, as the incident angle was increased, the pretilt angle was increased up to around 40 ° and then decreased. When observed by a polarizing microscope, many liquid crystal domains were observed when the incident polar angle of the fast atom beam was 0 ° and 10 °, and when the incident polar angle was 20 °, the direction of the liquid crystal director was different in some places. Was observed. At 30 ° or more, uniform liquid crystal alignment was obtained.

【0036】次に、上記高速原子ビームの入射極角を変
化させて作製した各セルの電気特性評価として電圧保持
率と残留DCの評価を行った。電圧保持率は±5.0ボ
ルト、パルス幅60マイクロ秒、パルス間隔16.67
ミリ秒の矩形パルス電圧を印加して行った。測定結果を
表4に示す。
Next, the voltage holding ratio and the residual DC were evaluated as electric characteristics of each cell manufactured by changing the incident polar angle of the high-speed atomic beam. Voltage holding ratio ± 5.0 volts, pulse width 60 microseconds, pulse interval 16.67
This was performed by applying a rectangular pulse voltage of millisecond. Table 4 shows the measurement results.

【0037】[0037]

【表4】 [Table 4]

【0038】各セルの残留DCの評価は初期ストレスと
しての直流電圧をセルに30分印加してから、印加電圧
波形を交流矩形波電圧に切り替えて、切り替え直後の残
留DCをフリッカー消去法により測定した。印加波形は
図11に示すように、まず初期DCストレスとして5ボ
ルトの直流電圧を30分印加して、フリッカー消去法を
行うために中間調電圧に相当する±2.5ボルト、10
Hzを印加した。フリッカーが消滅するときの印加信号
にかけたオフセット値を残留DCとした。各セルの残留
DCの値を表5に示す。表4と表5に評価結果から電圧
保持率、残留DCの値とも良好であり問題のないことが
分かった。
The residual DC of each cell was evaluated by applying a DC voltage as an initial stress to the cell for 30 minutes, switching the applied voltage waveform to an AC rectangular wave voltage, and measuring the residual DC immediately after the switching by a flicker elimination method. did. As shown in FIG. 11, the applied waveform is as follows. First, a DC voltage of 5 volts is applied for 30 minutes as an initial DC stress, and ± 2.5 volts corresponding to a halftone voltage for performing the flicker elimination method is used.
Hz was applied. The offset value applied to the applied signal when the flicker disappeared was defined as residual DC. Table 5 shows the residual DC value of each cell. From the evaluation results shown in Tables 4 and 5, it was found that the values of the voltage holding ratio and the residual DC were good and there was no problem.

【0039】[0039]

【表5】 [Table 5]

【0040】以上のように、本発明によれば、高速原子
ビームの入射極角を変化させることで液晶のプレティル
ト角を電気特性に影響を与えることなく制御することが
できる。
As described above, according to the present invention, the pretilt angle of the liquid crystal can be controlled by changing the incident polar angle of the fast atom beam without affecting the electrical characteristics.

【0041】[第4の実施例]第3の実施例の入射極角
が低い領域では液晶の配向性に不均一が生じた。そこ
で、真空チャンバ内にキセノンをリークして圧力を0.
01パスカルとしてキセノンビームを照射し、より柔ら
かくより均一に配向処理を行った。このような処理を行
った配向膜の反射光偏光異方性測定による配向膜構造解
析、原子間力顕微鏡による配向膜表面形態観察、およ
び、セル組立を行った後の偏光顕微鏡観察、プレティル
トの測定を行った。
[Fourth Embodiment] In the region where the incident polar angle is low in the third embodiment, the alignment of the liquid crystal becomes non-uniform. Therefore, xenon leaks into the vacuum chamber to reduce the pressure to 0.1.
A xenon beam was irradiated at 01 Pascal to perform a softer and more uniform orientation treatment. Alignment film structure analysis by reflected light polarization anisotropy measurement of alignment film subjected to such treatment, observation of alignment film surface morphology by atomic force microscope, polarization microscope observation after cell assembly, measurement of pretilt Was done.

【0042】上述の実施例と同様に図7に示すように5
センチメートルx4センチメートルのガラス基板上にポ
リアミック酸をスピンコートしてオーブンを用いて90
℃、30分の仮焼成を行なった後、250℃で1時間本
焼成してポリイミド薄膜とした。電気特性の評価を行わ
ないので透明電極は成膜しなかった。反射エリプソメー
タで測定した配向膜の膜厚は810オングストロームと
825オングストロームであった。ガラス基板にはコー
ニング7059を用い、ポリアミック酸にはポリ(4,
4′−オキシジフェニレンピロメリットアミック酸)を
用いた。
As shown in FIG.
A polyamic acid was spin-coated on a glass substrate measuring 4 cm × 4 cm, and 90 ° C. was performed using an oven.
After calcination at 30 ° C. for 30 minutes, main baking was performed at 250 ° C. for 1 hour to obtain a polyimide thin film. No transparent electrode was formed because no electrical properties were evaluated. The thickness of the alignment film measured by a reflection ellipsometer was 810 Å and 825 Å. Corning 7059 was used for the glass substrate, and poly (4,4) was used for the polyamic acid.
4'-oxydiphenylene pyromellitic acid) was used.

【0043】高速原子ビームの入射極角θは第3の実施
例で不均一な液晶配向が得られた20°とした。高速原
子ビームにはキセノンを使用し、一次イオンの加速電圧
を5000ボルト、電流値10ミリアンペアとして原子
ビーム照射を行った。基板移動速度は5ミリメートル毎
秒で行った。高速原子銃と基板の距離は1センチメート
ルとした。この配向処理で得られた基板でフッ素系のネ
マティック液晶を挟んでアンチパラレルセルを作り、偏
光顕微鏡観察を行ったところ、第3の実施例とは異なり
良好な液晶配向が得られた。反射光偏光異方性測定で得
られた配向膜の配向層膜厚、配向傾斜角、クリスタルロ
ーテーション法で測定したプレティルト角、原子間力顕
微鏡で測定した平均凹凸をまとめて表6に示す。
The incident polar angle θ of the high-speed atom beam was set to 20 ° at which non-uniform liquid crystal alignment was obtained in the third embodiment. Xenon was used for the high-speed atomic beam, and the atomic beam was irradiated at an acceleration voltage of the primary ions of 5000 V and a current value of 10 mA. The substrate movement speed was 5 millimeters per second. The distance between the high-speed atom gun and the substrate was 1 cm. An anti-parallel cell was formed with a fluorine-based nematic liquid crystal interposed between the substrates obtained by this alignment treatment, and observed by a polarizing microscope. As a result, unlike the third embodiment, a good liquid crystal alignment was obtained. Table 6 summarizes the thickness of the alignment layer of the alignment film obtained by the reflected light polarization anisotropy measurement, the alignment tilt angle, the pretilt angle measured by the crystal rotation method, and the average unevenness measured by the atomic force microscope.

【0044】[0044]

【表6】 [Table 6]

【0045】以上のように、本発明においては高速原子
ビームの入射極角を低くしてキセノンを真空チャンバ中
に少量リークすることで高いプレティルト角を持つ均一
な液晶セルを得ることができる。
As described above, in the present invention, a uniform liquid crystal cell having a high pretilt angle can be obtained by lowering the incident polar angle of the fast atom beam and leaking a small amount of xenon into the vacuum chamber.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶配向
膜の処理方法は、電気的に中性で化学的に非活性の原子
の高速ビームを配向膜上に照射するものであるので、以
下の効果を享受することができる。 配向膜中にイオンが残存することがないので、電気
特性が劣化することがなく良好な液晶配向を実現でき
る。 高速原子ビームの入射極角を変化させることで液晶
のプレティルト角を制御することができる。 配向膜に化学的な変化を起こさせることがないの
で、配向膜を安定に形成することができるとともに汚染
を防止することができる。 ビームを基板上を走査させオン/オフすることで容
易に分割配向処理を行うことができる。
As described above, the method for treating a liquid crystal alignment film of the present invention irradiates a high-speed beam of electrically neutral and chemically inactive atoms onto the alignment film. The following effects can be enjoyed. Since no ions remain in the alignment film, good liquid crystal alignment can be realized without deterioration of electrical characteristics. The pretilt angle of the liquid crystal can be controlled by changing the incident polar angle of the fast atom beam. Since no chemical change is caused in the alignment film, the alignment film can be formed stably and contamination can be prevented. By turning the beam on and off by scanning the substrate, it is possible to easily perform the split orientation process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施の形態を説明するための処理装
置の概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a processing apparatus for describing an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の配向処理方法の概要を説明する模式
図。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an outline of an alignment treatment method of the present invention.

【図3】 本発明の処理装置の部分説明図。FIG. 3 is a partial explanatory view of the processing apparatus of the present invention.

【図4】 本発明に用いられる高速原子銃の構成を説明
する模式図。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of a high-speed atom gun used in the present invention.

【図5】 本発明の実施の形態を説明するための動作説
明図。
FIG. 5 is an operation explanatory diagram illustrating an embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施の形態を説明するための動作説
明図。
FIG. 6 is an operation explanatory diagram illustrating an embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の実施例で用いた基板の模式図。FIG. 7 is a schematic view of a substrate used in an example of the present invention.

【図8】 本発明の第1の実施例の配向処理方法を説明
する模式図。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an alignment treatment method according to the first embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の第1の実施例の評価を示す特性図。FIG. 9 is a characteristic diagram showing evaluation of the first example of the present invention.

【図10】 本発明の実施例に対して行った残留DC評
価測定法の説明図。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a residual DC evaluation measurement method performed on an example of the present invention.

【図11】 本発明の実施例で行った残留DC評価に用
いた印加波形を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing applied waveforms used for residual DC evaluation performed in an example of the present invention.

【図12】 本発明の第1の実施例に対して行った残留
DC測定の結果を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a result of a residual DC measurement performed on the first example of the present invention.

【図13】 本発明の第2の実施例で行った配向処理方
法を説明する図。
FIG. 13 is a view for explaining an alignment treatment method performed in a second embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の第2の実施例で行った配向処理を
説明する図。
FIG. 14 is a diagram illustrating an alignment process performed in a second embodiment of the present invention.

【図15】 本発明の第3の実施例における配向層膜厚
と配向傾斜角の入射極角依存性を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing the incident polar angle dependence of the orientation layer thickness and the orientation tilt angle in the third embodiment of the present invention.

【図16】 本発明の第3の実施例における配向膜表面
凹凸の入射極角依存性を示す図。
FIG. 16 is a view showing the incident polar angle dependence of the surface unevenness of the alignment film according to the third embodiment of the present invention.

【図17】 本発明の第3の実施例における液晶のプレ
ティルト角の入射極角依存性を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing the incident polar angle dependence of the pretilt angle of the liquid crystal in the third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 高速原子銃 12 原子ビーム 13 ガラス基板 14 ホルダー回転軸 15 可動軌跡 16 基板ホルダー 17 真空チャンバ 17a 排気管 18 希ガス銃 18a ガス供給管 31 アーム 32 回転軸 41 イオン化室 41a ガス供給管 42 フィラメント 43 アノード 44 イオン引き出し電極 45 フォーカス電極 46 リフレクタ 47 ガスチャンバ 47a ガス供給管 48 一次イオンビーム 49 高速中性原子ビーム 51 高速中性原子 52、53 中性原子 54 配向膜 61 高速中性原子 62 中性原子 63 配向膜 71 ITO膜 72 ガラス基板 101 ハロゲンランプ 102 偏光子 103 検光子 104 セル 105 フォトダイオード検出器 106 任意波形発生器 107 オシロスコープ 108 パソコン REFERENCE SIGNS LIST 11 high-speed atom gun 12 atom beam 13 glass substrate 14 holder rotation axis 15 movable trajectory 16 substrate holder 17 vacuum chamber 17a exhaust pipe 18 rare gas gun 18a gas supply pipe 31 arm 32 rotation axis 41 ionization chamber 41a gas supply pipe 42 filament 43 anode 44 Ion extraction electrode 45 Focus electrode 46 Reflector 47 Gas chamber 47a Gas supply tube 48 Primary ion beam 49 Fast neutral atom beam 51 Fast neutral atom 52, 53 Neutral atom 54 Alignment film 61 Fast neutral atom 62 Neutral atom 63 Alignment film 71 ITO film 72 Glass substrate 101 Halogen lamp 102 Polarizer 103 Analyzer 104 Cell 105 Photodiode detector 106 Arbitrary waveform generator 107 Oscilloscope 108 Personal computer

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成10年10月15日(1998.10.
15)
[Submission date] October 15, 1998 (1998.10.
15)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0037[Correction target item name] 0037

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0037】[0037]

【表4】 [Table 4]

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高速度の、電気的に中性でかつ化学的に
非活性な原子のビームを基板上を走査させ、前記基板上
に形成された液晶配向膜の膜全体またはその部分を選択
的に配向処理することを特徴とする液晶配向膜の配向処
理方法。
1. A high-speed, electrically neutral and chemically inactive beam of atoms is scanned over a substrate to select the entire liquid crystal alignment film or a portion thereof formed on the substrate. An alignment treatment method for a liquid crystal alignment film, which comprises:
【請求項2】 前記原子のビームの前記液晶配向膜への
入射角度(極角)を変化させることにより液晶のプレテ
ィルト角を制御することを特徴とする請求項1記載の液
晶配向膜の配向処理方法。
2. The alignment treatment of a liquid crystal alignment film according to claim 1, wherein a pretilt angle of the liquid crystal is controlled by changing an incident angle (polar angle) of the beam of atoms to the liquid crystal alignment film. Method.
【請求項3】 前記配向処理を真空中若しくは不活性ガ
ス中で行うことを特徴とする請求項1または2記載の液
晶配向膜の配向処理方法。
3. The method according to claim 1, wherein the alignment is performed in a vacuum or in an inert gas.
【請求項4】 前記配向処理を前記液晶配向膜を加熱し
ながら行うことを特徴とする請求項1、2または3記載
の液晶配向膜の配向処理方法。
4. The method for aligning a liquid crystal alignment film according to claim 1, wherein the alignment processing is performed while heating the liquid crystal alignment film.
【請求項5】 前記原子のビームが不活性ガス原子のビ
ームであることを特徴とする請求項1、2または3記載
の液晶配向膜の配向処理方法。
5. The method according to claim 1, wherein the beam of atoms is a beam of inert gas atoms.
【請求項6】 真空チャンバ内に、配向膜が形成された
基板を保持する基板ホルダーと、前記基板ホルダーに保
持された基板上へ電気的に中性でかつ化学的に非活性な
原子の高速度ビームを照射する原子銃とが備えられてい
ることを特徴とする液晶配向膜の配向処理装置。
6. A substrate holder for holding a substrate on which an alignment film is formed in a vacuum chamber, and a high level of electrically neutral and chemically inactive atoms on the substrate held by the substrate holder. An alignment treatment apparatus for a liquid crystal alignment film, comprising: an atom gun for irradiating a velocity beam.
【請求項7】 前記原子銃は、原子ビームの基板面への
入射角度(極角)を変更できるように、回転可能なアー
ムに固着されていることを特徴とする請求項6記載の液
晶配向膜の配向処理装置。
7. The liquid crystal alignment according to claim 6, wherein the atom gun is fixed to a rotatable arm so that an incident angle (polar angle) of an atom beam on a substrate surface can be changed. Film alignment equipment.
【請求項8】 前記基板ホルダーは、X−Y方向に移動
が可能でかつ基板面に垂直な軸を中心に回転が可能であ
ることを特徴とする請求項6記載の液晶配向膜の配向処
理装置。
8. The alignment treatment of a liquid crystal alignment film according to claim 6, wherein the substrate holder is movable in X and Y directions and is rotatable around an axis perpendicular to the substrate surface. apparatus.
【請求項9】 前記原子銃は、中性原子をイオン化する
イオン化室と、前記イオン化室から放出されたイオンが
入射されて中性の原子を放出するガスチャンバとを有す
ることを特徴とする請求項6記載の液晶配向膜の配向処
理装置。
9. The atom gun has an ionization chamber for ionizing neutral atoms, and a gas chamber for emitting ions emitted from the ionization chamber to emit neutral atoms. Item 7. An alignment treatment apparatus for a liquid crystal alignment film according to Item 6.
【請求項10】 前記真空チャンバ内には、基板面の中
性原子の照射位置付近に希ガスを照射することができる
希ガス銃が備えられていることを特徴とする請求項6記
載の液晶配向膜の配向処理装置。
10. The liquid crystal according to claim 6, wherein a rare gas gun capable of irradiating a rare gas near a neutral atom irradiation position on the substrate surface is provided in the vacuum chamber. Alignment processing device for alignment film.
【請求項11】 前記基板ホルダー内にはヒータが内蔵
されていることを特徴とする請求項6記載の液晶配向膜
の配向処理装置。
11. The apparatus according to claim 6, wherein a heater is built in the substrate holder.
【請求項12】 前記真空チャンバ内には、基板上に赤
外線を照射することのできる赤外線ランプが備えられて
いることを特徴とする請求項6記載の液晶配向膜の配向
処理装置。
12. The alignment processing apparatus for a liquid crystal alignment film according to claim 6, wherein an infrared lamp capable of irradiating the substrate with infrared light is provided in the vacuum chamber.
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