JP2000199902A - 液晶表示素子用基板およびその製造方法、液晶表示素子、並びに液晶表示素子用基板用の金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程が簡略化されると同時に品質の向上
を図ることができる液晶表示素子用基板の製造方法を提
供する。 【解決手段】 表面を平滑に研磨したガラス原盤にポジ
型フォトレジストを一定の厚さに塗布し、集光した一定
強度のレーザービームにより一定のピッチの平行溝パタ
ーンを露光する。これを現像することによって、露光し
た部分のフォトレジストが溶解し、一定方向に揃った凹
凸構造が形成される。このフォトレジスト像の表面に厚
さ数百μｍのニッケルめっきを施した後にガラス原盤を
取り除き、ニッケル層に付着したフォトレジストを除去
すると、表面にフォトレジスト像の凹凸を忠実に複製し
たニッケル板が得られる。このニッケル板を金型として
熱可塑性樹脂などを成形すると、ニッケル板の表面状態
が樹脂の表面に転写され、基板表面には一定方向に揃っ
た凹凸構造２が形成できる。つぎに、このようにして成
形された基板の表面に導電性の薄膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子用基
板およびその製造方法、液晶表示素子、並びに液晶表示
素子用基板用の金型に関するものである。詳しくは、液
晶の配向制御をするための凹凸を基板と一体成形するこ
とにより、製造工程を簡略化すると同時に品質の向上を
図ろうとした液晶表示素子用基板およびその製造方法、
液晶表示素子、並びに液晶表示素子用基板用の金型に関
するものである。また、液晶セルの厚さを制御する凸部
を基板と一体成形することにより、製造工程を簡略化す
ると同時に品質の向上を図ろうとした液晶表示素子用基
板およびその製造方法、液晶表示素子、並びに液晶表示
素子用基板用の金型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯型電子機器やコンピュータの普及、
テレビ画面の薄型化などの影響により、近年、液晶表示
素子の需要が高まっている。

【０００３】従来の液晶表示素子用基板には、ガラスの
平板が用いられてきた。その構造と作製工程は次のよう
なものであった。すなわち、ガラス板の表面にインジウ
ムすず酸化膜（ＩＴＯ）などの透明電極を形成し、その
上にポリイミド等の高分子配向制御層を設け、配向制御
層の表面をベルベット状に多数の繊維で覆われた皮革や
布で摩擦（以下、ラビングと呼ぶ）することによって、
一方向に揃った微小な凹凸を形成したものであった。

【０００４】配向制御膜は、液晶分子を膜表面で一定方
向に配向させる役割を果たす。平行溝状の凹凸がある界
面では分子間相互作用により、棒状の液晶分子が凹凸溝
の方向に沿って配列しようとする性質を利用する。例え
ば第一の基板に縦方向のラビングを、第二の基板に横方
向のラビングを施して液晶パネルを作製すると、第一の
基板の近くにある液晶分子は縦方向に配向するが、第二
の基板の近くにある液晶分子は横方向に配向する。この
ような液晶パネルでは結果として、液晶層の厚さ方向に
液晶分子の配向が連続的に９０度のねじれた構造をと
る。この状態で液晶パネルを通過する光の偏波面は液晶
分子に沿って９０度ねじれて伝搬する。

【０００５】しかし、両基板間に電圧を印加すると液晶
分子は分子がもっている極性によりその長手方向を電界
の向きと平行になるように配向して偏波面の回転作用を
失う。この作用が液晶表示素子の表示原理である。

【０００６】ラビング法以外の液晶配向制御方法として
は、ＳｉＯ等の斜め蒸着膜を用いる斜方蒸着法（特開昭
５６−６６８２６など）、基板上への累積の際に引上げ
方向に高分子鎖を配向させるＬＢ膜法（特開昭６２−１
９５６２２など）、イオン等を斜め照射するイオン照射
法（特開平３−８３０１７など）、液体を斜めから高速
に噴射する高速液体ジェット法（特開昭６３−９６６３
１）、氷片を斜めから噴射するアイスブラスチング法
（特開昭６３−９６６３０）、高分子表面にエキシマレ
ーザーなどを照射して周期的な縞模様を形成するエキシ
マレーザー法（特開平２−１９６２１９など）、熱可塑
性材料上を電子線で走査して微細な凹凸を形成する電子
線走査法（特開平４−９７１３０など）、塗布した配向
膜溶液に遠心力を作用させ高分子鎖を配向させる遠心法
（特開昭６３−２１３８１９）、すでに配向処理された
基材を圧着することで配向能を転写するスタンプ法（特
開平６−４３４５７など）など多数の方法が提案されて
いるが、いずれも工程が複雑になったり、大規模な装置
が必要になったりするため、工業的には利用されていな
い。したがって現在のところ、ラビング法が事実上唯一
の配向制御層形成手段と考えられる。

【０００７】次に液晶表示素子の組み立て工程について
説明する。まずラビングの方向を直交させた２枚の上記
ガラス基板を、互にラビング面を向かい合わせて数μｍ
の距離まで近づける。こうしてできた数μｍの隙間に液
晶材料を閉じ込めて液晶表示素子として用いる。セルの
周辺部は液晶が漏れないようにシールしておく。

【０００８】このとき、２枚の基板の距離を一定に保つ
ために、直径数μｍのガラスまたはプラスチックのビー
ズ（以下、スペーサと呼ぶ）をラビング面上に分散させ
ておく。２枚のガラス基板はスペーサを介して向かい合
うことになるので、ラビング面が互いに接触することが
なくなり、均一な厚さの液晶セルを構成することができ
る。スペーサの分散には、圧縮空気とともにビーズを吹
き付ける方法や、溶液にビーズを分散させてスピンコー
ト法などにより塗布する方法がとられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液晶分
子を膜表面で一定方向に配向させるためにラビング法を
用いた場合には、ラビング時にラビング布から繊維が脱
落すること、ラビング時に静電気が発生するため、ごみ
が付着しやすくなること、繊維やごみを基板に擦り付け
るため傷をつけること、繊維やごみが付着したままパネ
ルが組み込まれるとセルギャップが不良になること、こ
れをさけるため、ラビング後基板を洗浄する工程が必要
となること、配向膜の材料によっては、洗浄することで
配向性能が劣化するなどの問題がある。また、アクティ
ブマトリックス型液晶表示素子では、静電気が原因でス
イッチング素子が破壊されることがある。さらに、凹凸
がある基板や大面積の基板では、均一にラビングするこ
とが困難であるといった問題がある。

【００１０】また、スペーサを用いてセルのギャップ制
御を行う場合において、スペーサとなるビーズを均一に
分散させることが難しく、吹き付け空気圧や塗布溶液の
厳重な管理が必要であり、時にはスペーサの凝集によ
り、ギャップむらができてしまうことがあった。

【００１１】さらに、携帯型電子機器に液晶表示素子を
搭載する場合に、ガラス基板の重量が無視できなくなる
ため、軽量な液晶表示層を望む声が日増しに高まってい
るという現状がある。

【００１２】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであり、製造工程が簡略化されると同時に品質の
向上を図ることができる液晶表示素子用基板およびその
製造方法、液晶表示素子、並びに液晶表示素子用基板用
の金型を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子用
基板は、液晶の配向制御をするための凹凸を一体成形し
たものである。

【００１４】また、本発明の液晶表示素子は、液晶の配
向制御をするための凹凸を一体成形した基板を有するも
のである。

【００１５】また、本発明の液晶表示素子用基板用の金
型は、その内側の表面形状が液晶の配向制御をするため
の凹凸に対応しているものである。

【００１６】また、本発明の液晶表示素子用基板の製造
方法は、その内側の表面形状が液晶の配向制御をするた
めの凹凸に対応している金型により、基板を成形するも
のである。

【００１７】本発明の液晶表示素子用基板およびその製
造方法、液晶表示素子、並びに液晶表示素子用基板用の
金型によれば、液晶の配向制御をするための凹凸を基板
と一体成形することにより、基板表面には一定方向に揃
った凹凸構造が形成できる。

【００１８】本発明の液晶表示素子用基板は、少なくと
も凸部を一体成形し、この凸部が液晶セルの厚さを制御
するものである。

【００１９】また、本発明の液晶表示素子は、液晶の配
向制御をするための凹凸を一体成形した基板を有するも
のであり、またその基板が液晶セルの厚さを制御する凸
部を有するものである。

【００２０】また、本発明の液晶表示素子用基板用の金
型は、その内側の表面形状が液晶の配向制御をするため
の凹凸に対応しているものであり、またその表面形状が
液晶セルの厚さを制御するための凸部に対応しているも
のである。

【００２１】また、本発明の液晶表示素子用基板の製造
方法は、その内側の表面形状が液晶の配向制御をするた
めの凹凸に対応している金型により基板を成形するもの
であり、またその表面形状が液晶セルの厚さを制御する
ための凸部に対応しているものである。

【００２２】本発明の液晶表示素子用基板およびその製
造方法、液晶表示素子、並びに液晶表示素子用基板用の
金型によれば、液晶セルの厚さを制御する凸部を基板と
一体成形することにより、同一形状、同一密度のスペー
サを形成することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、液晶表示素子用基板および
その製造方法、液晶表示素子、並びに液晶表示素子用基
板用の金型に係る発明の実施の形態について図１〜図３
を参照しながら説明する。

【００２４】最初に、液晶の配向制御をするための凹凸
を一体成形した液晶表示素子用基板の作製、すなわち金
型からの転写により形成された微細な凹凸が、液晶の配
向制御の目的で使用される液晶表示素子用基板の作製に
ついて説明する。また、液晶の配向制御をするための凹
凸を一体成形した基板を有する液晶表示素子の作製につ
いて説明する。

【００２５】図３は、液晶表示素子用基板の製造工程の
一例を示すものである。ここで、基板貼り合わせの工程
１４以降は、従来の製造工程と同様である。以下、順を
追って各工程について説明する。

【００２６】図３においては、まず、基板を成形するた
めの金型を作製する（工程１１）。この金型の内側の表
面形状は、液晶の配向制御をするための凹凸に対応して
いる。すなわち、金型を用いて可塑性材料を所望の形状
に成形して得られる液晶表示素子用基板において、あら
かじめ金型に形成した微細な凹凸構造を基板の表面に転
写させるものである。

【００２７】成形金型はコンパクトディスク（ＣＤ）な
どの光ディスク用金型と類似の工程を用いて作製でき
る。すなわち、表面を平滑に研磨したガラス原盤にポジ
型フォトレジストを例えば１μｍの厚さに塗布し、直径
０．４μｍに集光した一定強度のレーザービームにより
０．８μｍピッチの平行溝パターンを露光する。これを
現像することによって、露光した部分のフォトレジスト
が溶解し、一定方向に揃った深さ１μｍの凹凸構造が形
成される。このとき凹部と凸部の線幅はともに０．４μ
ｍとなる。

【００２８】このフォトレジスト像の表面に厚さ数百μ
ｍのニッケルめっきを施した後にガラス原盤を取り除
き、ニッケル層に付着したフォトレジストを除去する
と、表面にフォトレジスト像の凹凸を忠実に複製したニ
ッケル板が得られる。

【００２９】つぎに、その内側の表面形状が、液晶の配
向制御をするための凹凸に対応している金型により、基
板を射出成形する（工程１２）。すなわち、このニッケ
ル板を金型として熱可塑性樹脂などを成形すると、ニッ
ケル板の表面状態が樹脂の表面に転写され、基板表面に
は一定方向に揃った凹凸構造が形成できる。凹凸の深さ
はガラス原盤に塗布するフォトレジストの厚さによって
決まる。

【００３０】他の手段としては次のような方法がある。
まず厚さ数ｍｍの金属盤の表面を研磨し、平滑な面を作
製する。次にその表面にポジ型フォトレジストを例えば
１μｍの厚さに塗布し、直径０．４μｍに集光した一定
強度のレーザービームによって０．８μｍピッチの平行
溝状パタンを露光する。これを現像することによって、
露光した部分のフォトレジストが溶解し、一定方向に揃
った深さ１μｍの凹凸構造が形成される。

【００３１】このとき凹部と凸部の線幅は共に０．４μ
ｍとなる。更にこのフォトレジスト像をマスクとしてイ
オンビームエッチングなどのエッチング処理を行うと、
レーザー露光および現像により金属面が露出していた部
分がエッチングされて溝状の凹部を形成する。

【００３２】エッチング終了後にフォトレジストを除去
すると、金属盤上に平行溝状の凹凸パタンが残る。エッ
チングに際して、その処理時間を変化させることによっ
て、塗布したフォトレジストの厚さにかかわらず、自由
に凹部の深さを制御することができる。

【００３３】このようにして得られた凹凸パタン付き金
属盤を成形金型として用いることにより、液晶表示素子
用基板を作製できる。なお、金型材料としてはセラミッ
ク、ガラス、シリコンなど、適度な硬さと平面性を保て
る材料を任意に選択でき、金属に限定されないことはい
うまでもない。また、凹部の深さは、数ｎｍ〜１０μｍ
の範囲にあることが望ましい。また、凹部と凸部の線幅
は０．２μｍ〜２０μｍの範囲にあることが望ましい。

【００３４】更に他の方法としては、めっき法によって
ガラス原盤の平面性を転写させた薄いニッケル板、また
は研磨によって平滑にした金属板を、適当な番手のラッ
ピングテープあるいは砥粒を用いてその表面に平行溝状
の凹凸を形成することによっても成形金型を得ることが
できる。金型に形成した凹凸は忠実に基板表面に転写さ
れるので、ばらつきの少ない均質な製品が得られる。

【００３５】つぎに、このようにして成形された基板の
表面に導電性の薄膜を形成する。スパッタ法などを用い
て例えばインジウムすず酸化物などの透明な導電膜を形
成する（工程１３）。

【００３６】つぎに、凹凸を形成した面同士を一定の距
離を保つように向かい合わせて貼り合わせる（工程１
４）。最後に、上述の２枚の基板の間の隙間に液晶材料
を注入して液晶パネルが完成する（工程１５）。

【００３７】上述の方法により作製された液晶表示素子
用基板の概念図は図１に示すとおりである。

【００３８】つぎに、表面形状が、液晶セルの厚さを制
御するための凸部に対応している液晶表示素子用基板用
の金型について説明し、また、金型からの転写により形
成された微細な凹凸が、液晶セルの厚さを制御するスペ
ーサの目的で使用される液晶表示素子用基板の製造方法
について説明する。

【００３９】液晶セルの厚さを制御するスペーサの目的
で使用される液晶表示素子用基板を製造するには、金型
に図２に示すような構造の凹部を形成しておけば良い。
例えば、図２Ｂに示すような一辺が４μｍの正方形の凹
部５が、４０μｍごとに表されるようなパタンを金型に
形成する。凹部の深さはセルのギャップと等しくなるよ
うにしておく。例えばセルのギャップを５μｍにする場
合には、凹部の深さを５μｍとする。金型への凹部の形
成方法は前述の方法による。

【００４０】この金型で成形することにより、少なくと
も凸部を一体成形し、この凸部が液晶セルの厚さを制御
する液晶表示素子用基板を得ることができる。すなわ
ち、この金型を用いて基板を、例えば熱可塑性樹脂の射
出成形により作製すると、金型の凹部に樹脂が入り込む
ので、基板上に凸状の突起が形成される。

【００４１】突起の高さは５μｍとなり、４０μｍごと
に等間隔に表われるので、ギャップの厚さは一定に保た
れ、極めて均質なセルが実現できる。また、同一形状、
同一密度のスペーサをもつ基板を繰り返し製造できるの
で、基板間のばらつきのない均質なセルが製造可能とな
る。

【００４２】ここで、上述の液晶セルの厚さを制御する
凸部を設けた液晶表示素子用基板に、液晶の配向制御を
するための凹凸を設ける方法としてはつぎのような方法
がある。

【００４３】第一の方法としては、表面を平滑に研磨し
たガラス原盤にポジ型フォトレジストを例えば５μｍの
厚さに塗布し、直径０．４μｍに集光した弱い強度のレ
ーザービームにより例えば０．８μｍピッチで深さ１μ
ｍの平行溝パターンを露光する。つぎに、上述のポジ型
フォトレジストに、集光した強い強度のレーザービーム
により一辺が例えば４μｍの正方形の凹部を、４０μｍ
ごとに露光する。

【００４４】これを現像することによって、露光した部
分のフォトレジストが溶解し、一定方向に揃った深さ１
μｍの凹凸構造が形成される。このとき凹部と凸部の線
幅はともに０．４μｍとなる。さらに、一辺が４μｍの
正方形で深さが５μｍの凹部を、４０μｍ間隔ごとに形
成することができる。

【００４５】このフォトレジスト像の表面に厚さ数百μ
ｍのニッケルめっきを施した後にガラス原盤を取り除
き、ニッケル層に付着したフォトレジストを除去する
と、表面にフォトレジスト像の凹凸を忠実に複製したニ
ッケル板が得られる。

【００４６】他の方法としては、まず厚さ数ｍｍの金属
盤の表面を研磨し、平滑な面を作製する。次にその表面
にポジ型フォトレジストを例えば１μｍの厚さに塗布
し、直径例えば０．４μｍに集光した一定強度のレーザ
ービームによって例えば０．８μｍピッチの平行溝状パ
タンを露光する。これを現像することによって、露光し
た部分のフォトレジストが溶解し、一定方向に揃った深
さ１μｍの凹凸構造が形成される。

【００４７】このとき凹部と凸部の線幅は共に０．４μ
ｍとなる。更にこのフォトレジスト像をマスクとしてイ
オンビームエッチングなどのエッチング処理を行うと、
レーザー露光および現像により金属面が露出していた部
分がエッチングされて溝状の凹部を形成する。このと
き、エッチング深さを１μｍとしておく。

【００４８】エッチング終了後にフォトレジストを除去
すると、金属盤上に深さ１μｍの平行溝状の凹凸パタン
が残る。

【００４９】つぎに、上述の金属盤の表面にポジ型フォ
トレジストを例えば１μｍの厚さに塗布し、集光した一
定強度のレーザービームにより一辺が例えば４μｍの正
方形の凹部を、４０μｍごとに露光する。これを現像す
ることによって、露光した部分のフォトレジストが溶解
し、一定間隔ごとに深さ１μｍの凹構造が形成される。

【００５０】更にこのフォトレジスト像をマスクとして
イオンビームエッチングなどのエッチング処理を行う
と、レーザー露光および現像により金属面が露出してい
た部分がエッチングされて例えば溝状の深さ５μｍの凹
部を形成する。凹部の深さはエッチングの処理時間によ
って任意に変更できる。

【００５１】エッチング終了後にフォトレジストを除去
すると、先に形成した一定方向に揃った深さ１μｍの凹
凸構造とともに一辺が４μｍの正方形で深さが５μｍの
凹部を、４０μｍごとに形成することができる。

【００５２】さらに他の方法としては、まず厚さ数ｍｍ
の金属盤の表面を適当な番手のラッピングテープあるい
は砥粒を用いてその表面に平行溝状の凹凸を形成する。

【００５３】次にその表面にポジ型フォトレジストを例
えば１μｍの厚さに塗布し、集光した一定強度のレーザ
ービームにより一辺が例えば４μｍの正方形の凹部を、
４０μｍごとに露光する。これを現像することによっ
て、露光した部分のフォトレジストが溶解し、一定間隔
ごとに深さ１μｍの凹構造が形成される。

【００５４】更にこのフォトレジスト像をマスクとして
イオンビームエッチングなどのエッチング処理を行う
と、レーザー露光および現像により金属面が露出してい
た部分がエッチングされて例えば深さ５μｍの凹部を形
成する。

【００５５】エッチング終了後にフォトレジストを除去
すると、一定方向に揃った凹凸構造の中に、一辺が４μ
ｍの正方形で深さが５μｍの凹部を、４０μｍごとに形
成することができる。

【００５６】なお、液晶セルのギャップ制御に用いる凸
部の形状は上述した寸法形状に限定されるわけではな
い。すなわち、この凸部の上から見た正方形の一辺の長
さは、０．５〜２０μｍの範囲にあることが望ましい。
また、凸部の高さは０．１〜１０μｍの範囲にあること
が望ましい。またさらに、凸部を設ける間隔は、正方形
の一辺の長さが０．５μの場合は５〜１０μｍの範囲が
望ましく、正方形の一辺の長さが２０μｍの場合は２０
０〜４００μｍの範囲にあることが望ましい。正方形の
一辺の長さが０．５〜２０μｍの範囲の場合は、凸部の
間隔は凸部の一辺の長さの１０〜２０倍の範囲にあるこ
とが望ましい。

【００５７】以上述べたように本発明の実施の形態によ
れば、基板の成形と同時に配向制御層やスペーサの形成
が完了するため、ラビングやスペーサ塗布などの工程が
不要になるのはもちろんのこと、同じものを大量に複製
製造することができるため、その品質安定性が向上す
る。従って、製造工程が大幅に簡略化されると同時に品
質の向上が見込まれ、ひいては製造コストが低減され
る。

【００５８】また、配向制御の凹凸部の幅や深さを自由
に制御できるので配向に適した幅や深さを選択すること
ができ、配向性の精度を向上させることができる。また
幅や深さを一定にすることができるので面内の配向を均
一にすることができる。また、液晶セルの厚さを制御す
る凸部の高さを一定にすることができるので液晶セルの
厚さの精度が向上し、面内の均一性を向上させることが
できる。

【００５９】また、基板材料に樹脂などを用いることが
できるので、従来のガラス基板に比べて液晶表示素子を
軽量にすることができ、携帯型電子機器に用いて優位性
を発揮させることができる。

【００６０】なお、本発明は上述の実施の形態に限らず
本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採
り得ることはもちろんである。

【００６１】

【発明の効果】本発明は、以下に記載されるような効果
を奏する。液晶の配向制御をするための凹凸を基板と一
体成形することにより、製造工程が簡略化されると同時
に品質の向上を図ることができる。また、液晶セルの厚
さを制御する凸部を基板と一体成形することにより、製
造工程が簡略化されると同時に品質の向上を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示素子用基板およびそのａ
−ａ断面を示す図である。

【図２】本発明に係る液晶表示素子用基板およびそのａ
−ａ断面を示す図である。

【図３】本発明に係る液晶表示素子の製造方法を示す工
程図である。

【符号の説明】

１‥‥成形した基板、２‥‥凹凸構造、３‥‥凸部、４
‥‥金型、５‥‥凹部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶の配向制御をするための凹凸を一体
   成形したことを特徴とする液晶表示素子用基板。
2. 【請求項２】 少なくとも凸部を一体成形し、この凸部
   が液晶セルの厚さを制御することを特徴とする液晶表示
   素子用基板。
3. 【請求項３】 液晶の配向制御をするための凹凸を一体
   成形した基板を有することを特徴とする液晶表示素子。
4. 【請求項４】 基板は、液晶セルの厚さを制御する凸部
   を有することを特徴とする請求項３記載の液晶表示素
   子。
5. 【請求項５】 その内側の表面形状が、液晶の配向制御
   をするための凹凸に対応していることを特徴とする液晶
   表示素子用基板用の金型。
6. 【請求項６】 表面形状は、液晶セルの厚さを制御する
   ための凸部に対応していることを特徴とする請求項５記
   載の液晶表示素子用基板用の金型。
7. 【請求項７】 その内側の表面形状が、液晶の配向制御
   をするための凹凸に対応している金型により、基板を成
   形することを特徴とする液晶表示素子用基板の製造方
   法。
8. 【請求項８】 表面形状は、液晶セルの厚さを制御する
   ための凸部に対応していることを特徴とする請求項７記
   載の液晶表示素子用基板の製造方法。