JP2001021891A - 液晶表示素子の製造方法および液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶分子の配向不良をなくし、表示品位が高
く高信頼性を有する液晶表示素子を安価に製造する方法
を提供する。 【解決手段】 本発明では、ＴＦＴアレイ基板と対向基
板の少なくとも一方において、ＩＴＯから成る電極上に
有機高分子から成る配向膜を形成せず、電極表面に直接
エネルギービームを斜め方向から照射する。エネルギー
ビームとしては、紫外線、エキシマレーザ、電子ビー
ム、イオンビームまたはこれらを組合せたビームを照射
する。電極等の表面を異方的に微細エッチングしあるい
は異方的に分子結合を破壊することにより、液晶の配向
規制力を付与しているので、配向均一性が劣化すること
がなく、信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子の製
造方法および液晶表示素子に係わり、特に低価格で信頼
性の高い液晶表示素子および液晶表示素子を製造する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、表示装置や光スイッチなどに、液
晶表示素子が利用されている。一般に液晶表示素子は、
電極を備えた２枚の基板が、スペーサ（ギャップ保持
材）により間隙が一定に保たれて配置されるとともに、
基板の周囲がシール剤により封着され、基板間に液晶が
挟持された構造となっている。

【０００３】そして、このような液晶表示素子において
は、液晶分子を一定方向に配列させるために、基板の表
面にポリイミド等の有機高分子材料から成る配向膜を形
成し、この配向膜にラビングにより配向処理を施してい
る。ラビングによる配向処理は、ポリイミド等の配向膜
の表面を、ナイロンやレーヨンなどの布で一定方向に機
械的に擦り（ラビング）、膜表面に細かい溝を形成した
りあるいは膜を延伸することで、物理的または物理化学
的効果により、液晶分子の配向を規制する方法である。

【０００４】しかし、このような配向処理方法では、配
向膜の表面を布で摩擦するため、ゴミや静電気が発生し
やすかった。そして、発生したゴミが静電気により配向
膜に付着し、歩留まりや信頼性を低下させる要因になる
という問題があった。また、発生した静電気によって、
液晶分子の配向が阻害されたり、あるいはａ−Ｓｉ（ア
モルファスシリコン）やｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）のＴ
ＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたアクティブマトリク
ス型液晶表示素子の場合には、ＴＦＴが破壊されるおそ
れがあった。

【０００５】さらに、ラビング時の圧力の不均一などに
より、ラビング筋と呼ばれる表示むらが発生しやすかっ
た。またさらに、ラビングのための布をローラに巻き付
けたり、あるいは布を洗浄して清浄に維持するなどの各
種の処理や管理を必要とし、これらのことも製造コスト
を高める原因となっていた。

【０００６】このようなラビング法に代わり、配向膜を
非接触的に処理して液晶分子の均一な配向を得る方法
が、特開昭５２−９２５３８号公報、特開昭５３−３３
６４１号公報、特開平２−１７５９０６号公報、特開平
２一２２２９２７号公報、特開平４−３０６４６４号公
報、特開平４−３０６６３８号公報、特開平４−３０６
６３９号公報、特開平５−２０３４０８号公報、特開平
６−１３０３９１号公報、特開平６ー１３０３９０号公
報などにそれぞれ開示されている。

【０００７】これらの方法は、エキシマレーザ、電子ビ
ーム、イオンビームなどのエネルギービームの照射によ
り、配向膜を異方的に微細エッチングしたり、あるいは
異方的に分子結合を破壊したりして、配向膜に物理的あ
るいは物理化学的な異方性を付与し、その結果として均
一な液晶分子の配向を得ようとするものである。

【０００８】より具体的には、電子ビームを照射した場
合には、電子ビームの熱的エネルギーにより、配向膜の
表面が溶融・気化して、多数の微小な溝が形成され、イ
オンビームを照射した場合には、イオンの衝突により、
配向膜の表面に多数の微小な溝状の歪みが形成される。
さらに、エキシマレーザを照射した場合には、エキシマ
レーザによる物理的なアブレーション（物質除去作用）
により、配向膜の表面に多数の微小な溝が形成される。
そして、こうして形成された微小な溝に沿って液晶分子
が配向し、その結果均一な液晶配向が得られる。

【０００９】またこれらの方法においては、照射と同時
にあるいは照射後に適当な中和処理を行なうことによ
り、静電気の発生が抑制される。また、非接触の処理方
法であるため、基板の汚れなどが他基板に転写されない
という利点がある。さらに、ラビング布の取り扱いに関
する煩雑さもない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなエネルギービームの照射による配向処理方法におい
ては、配向膜を異方的に微細エッチングしたり、あるい
は異方的に分子結合を破壊したりして、液晶配向を規制
する力を付与しているため、ラビング処理方法に比べて
配向規制力が若干低下し、液晶分子の配向欠陥が発生し
やすかった。その結果、表示むらが発生し、信頼性の低
下や歩留りの低下が生じるという問題があった。

【００１１】特に、基板組立時に混入する異物や汚れ、
あるいは使用するシール剤や封止剤の構成成分や不純物
によって、配向不良が生じ、表示むらにより信頼性が低
下するおそれがあった。

【００１２】また、使用する液晶組成物や、予め存在す
るあるいは後から侵入する水分により、配向膜が膨潤す
るため、微細なエッチング溝や分子鎖切断による配向膜
の異方性が緩和されてしまい、その結果、液晶分子の配
向性が低下するという問題があった。

【００１３】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、液晶分子の配向不良をなくし、表示
品位が高く高信頼性を有する液晶表示素子と、そのよう
な液晶表示素子を安価に製造する方法を提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子の
製造方法は、第１の基板の第１の主面に電極を形成する
工程と、前記第１の基板の前記電極が形成された面にエ
ネルギービームを照射して配向処理する工程と、前記第
１の基板の前記配向処理面に対向して第２の基板を配置
し、これらの基板を貼り合わせる工程と、前記第１の基
板と前記第２の基板との間に液晶を注入する工程とを備
えた液晶表示素子の製造方法において、前記配向処理す
る工程では、前記第１の基板の前記電極の表面に、他の
層を介することなく直接エネルギービームを照射して、
配向処理を行なうことを特徴とする。

【００１５】本発明の液晶表示素子は、主面に電極が形
成された第１の基板と、前記第１の基板に対向配置され
た第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との
間に挟持された液晶とを有する液晶表示素子において、
前記電極の表面に、前記液晶を配向させ得る配向処理が
なされていることを特徴とする。

【００１６】本発明において、エネルギービームとして
は、紫外線、エキシマレーザ、電子ビーム、イオンビー
ム、またはこれらのビームの２種以上を組み合わせたも
のを照射することが望ましい。

【００１７】また、電極表面の異方的なエッチングや異
方的な分子結合の破壊をより効果的に引き起こすには、
前記したエネルギービームを、基板面に対して垂直な法
線方向からではなく、斜め方向から照射することが望ま
しい。

【００１８】さらに、イオンビームを照射する場合に
は、イオンの正電荷が照射部の表面に溜まりやすく、溜
まった正電荷がイオンビームの飛来を妨げるため、配向
処理が困難になったり不均一になったりする。さらに、
溜まった正電荷により、液晶分子の配向が乱される場合
がある。したがって、イオンビームの照射と同時に、照
射面に電子を供給して、イオンビームによる正電荷を中
和することが望ましい。

【００１９】本発明の製造方法によれば、ラビングによ
る配向処理と同等の液晶の均一配向性が得られ、信頼性
試験において配向不良のない、優れた表示品位を有する
液晶表示素子を得ることができる。すなわち、ポリイミ
ド等の有機高分子から成る配向膜は、前記したエネルギ
ービームの照射により、分解したり、あるいは液晶組成
物や水等により膨潤して、化学的性質が変化したり異方
性が緩和されたりするおそれがある。しかし、本発明の
製造方法においては、そのような配向膜を形成せず、Ｉ
ＴＯやＡｌまたはＡｌ合金のような無機化合物からなる
電極表面に、直接エネルギービームを照射し、電極等の
表面を、異方的に微細エッチングしあるいは異方的に分
子結合を破壊することにより、液晶の配向規制力を付与
しているので、配向均一性が劣化することがなく、信頼
性が向上する。

【００２０】特に、イオンビームの照射により配向処理
する方法では、真空チャンバー内で照射が行われるた
め、配向膜に対して照射を行なった場合には、配向膜の
分解物がチャンバー内の隔壁に付着し、この付着物が大
量生産時に隔壁から離脱して基板表面を汚染するおそれ
があるが、本発明の製造方法では、このような配向膜の
分解物が発生しないので、信頼性の低下を防止すること
ができる。

【００２１】さらに、ＴＦＴのようなアクティブ素子を
有する基板にエネルギービームを照射する場合には、照
射時にイオン化した微粒子から電荷移動等により発生し
た静電気によって、アクティブ素子が劣化するおそれが
あるが、本発明では、電極部がイオン化した微粒子に直
接暴露され、電極部が電荷を速やかにリークするため、
アクティブ素子の劣化が未然に防止される。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。

【００２３】実施例１ ガラス基板上に通常のプロセスで成膜とパターニングを
繰り返すことにより、信号線と走査線とＴＦＴ、および
ＴＦＴに接続されたＩＴＯから成る画素電極をそれぞれ
形成し、縦 768画素、横1024画素を有するａ−ＳｉＴＦ
Ｔアレイ基板を作製した。

【００２４】また、ガラス基板上に常法により遮光層
（ブラックマトリクス）を形成した後、ＴＦＴアレイ基
板の画素と対応する遮光層の開口部に、顔料分散された
レジスト樹脂を用いて、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）
の各色の着色層を形成し、さらに遮光層および着色層の
上に、ＩＴＯからなる共通電極を形成し、対向基板を作
製した。

【００２５】次いで、図１（ａ）および（ｂ）にそれぞ
れ示すように、ＴＦＴアレイ基板１の表面に、アルゴン
（Ａｒ）イオンビーム２を約45度の角度で照射した。な
お、Ａｒイオンビーム２の照射は、イオン源３から発生
した電離したＡｒガスを、真空中で３５０Ｖの電圧で電
界加速することにより行なった。その後、こうしてイオ
ンビームの照射がなされたＴＦＴアレイ基板の画素領域
の周辺部（シール領域）に、エポキシ系のシール剤を塗
布した。

【００２６】一方、対向基板４においても、共通電極の
表面に、同様に電界加速したＡｒイオンビーム２を約45
度の角度で照射した後、直径約 5μm のスチレン系樹脂
からなる球状スペーサを散布・配置した。

【００２７】次いで、ＴＦＴアレイ基板と対向基板と
を、Ａｒイオンビームの照射による配向処理面が相互に
対向し、かつそれぞれの基板面に対するイオンビームの
照射方向が90度をなすように組み立てた後、加熱してシ
ール剤を硬化させることにより、両基板を貼り合わせ、
セルを形成した。そして、このセル内に、ネマチック液
晶組成物、例えばZLI-1565（Ｅ．メルク社製）にカイラ
ル剤S811を0.1wt%の割合で添加したものを、真空注入し
た後、注入口を紫外線硬化型樹脂等の封止材により封止
した。

【００２８】こうして得られたカラー表示型アクティブ
マトリクス液晶表示素子の構造を、図２に断面的に示
す。この図において、符号５は、ＴＦＴアレイ基板、６
は対向基板をそれぞれ示す。ＴＦＴアレイ基板５では、
ガラス基板７上に複数本の信号線と複数本の走査線（い
ずれも図示を省略。）とがマトリクス状に配置され、こ
れらの交点近傍に、ＴＦＴ８が設けられている。また、
ＩＴＯから成る画素電極９が、ＴＦＴ８を介して信号線
等に接続されている。そして、この画素電極９等の表面
が、前記したＡｒイオンビームの照射により配向処理さ
れている。

【００２９】また対向基板６では、ガラス基板１０上
に、遮光層１１と赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色
の着色層１２がそれぞれ形成され、その上にＩＴＯから
なる共通電極１３が設けられ、この共通電極１３の表面
が、前記したＡｒイオンビームの照射により配向処理さ
れている。そして、このように配向処理されたＴＦＴア
レイ基板５と対向基板６とが、スペーサ（図示せず。）
により間隙を一定に保って対向配置されるとともに、２
枚の基板の周囲がシール剤１４により封着され、基板間
に液晶組成物１５が挟持されている。

【００３０】実施例１で製造されたカラー表示型アクテ
ィブマトリクス液晶表示素子では、表示領域の全体に亘
って液晶の均一な配向が得られた。また、70℃80％湿度
中で1000時間の動作を行なった後も、配向不良のない均
一な表示が得られ、高い信頼性を有することがわかっ
た。

【００３１】実施例２ 画素電極等の表面にＡｒイオンビームを照射する代わり
に、エキシマレーザを照射して配向処理を行ない、それ
以外は実施例１と同様にして、カラー表示型アクティブ
マトリクス液晶表示素子を製造した。

【００３２】こうして製造された液晶表示素子は、表示
領域の全体に亘って、均一な液晶配向を有していた。ま
た、70℃80％湿度中で1000時間の動作を行なった後も、
配向不良のない均一な表示が得られ、高い信頼性を有す
ることがわかった。

【００３３】実施例３ 画素電極等の表面にＡｒイオンビームを照射する代わり
に、電子ビームを照射して配向処理を行ない、それ以外
は実施例１と同様にして、カラー表示型アクティブマト
リクス液晶表示素子を製造した。

【００３４】こうして製造された液晶表示素子は、表示
領域の全体に亘って、均一な液晶配向を有していた。ま
た、70℃80％湿度中で1000時間の動作を行なった後も、
配向不良のない均一な表示が得られ、高い信頼性を有す
ることがわかった。

【００３５】実施例４ 画素電極等の表面にＡｒイオンビームを照射する代わり
に、紫外線を照射して配向処理を行ない、それ以外は実
施例１と同様にして、カラー表示型アクティブマトリク
ス液晶表示素子を製造した。

【００３６】こうして製造された液晶表示素子は、表示
領域の全体に亘って、均一な液晶配向を有していた。ま
た、70℃80％湿度中で1000時間の動作を行なった後も、
配向不良のない均一な表示が得られ、高い信頼性を有す
ることがわかった。

【００３７】実施例５ 液晶表示素子の製造において、ＩＴＯの代りにＡｌ合金
を用いて画素電極を形成するとともに、赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の着色層から成るカラーフィル
タに代えて、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン
（Ｃ）の各着色層から成るカラーフィルタを形成した。
それ以外は実施例１と同様にして、反射型液晶表示素子
を製造した。

【００３８】こうして製造された液晶表示素子は、表示
領域の全体に亘って、均一な液晶配向を有していた。ま
た、70℃80％湿度中で1000時間の動作を行なった後も、
配向不良のない均一な表示が得られ、高い信頼性を有す
ることがわかった。

【００３９】比較例 ＴＦＴアレイ基板および対向基板の配向処理において、
電極形成面にポリイミド系の配向膜を形成した後、この
配向膜表面にＡｒイオンビームを照射して配向処理を行
なった。それ以外は実施例１と同様にして、カラー表示
型アクティブマトリクス液晶表示素子を製造した。

【００４０】この液晶表示素子は、初期状態では良好な
表示が得られたが、70℃80％湿度中での動作試験で、 1
44時間で配向膜の分解生成物が原因と考えられる表示む
らが発生した。

【００４１】なお、以上の実施例では、ＴＮ（ Twisted
Nematic）モードの液晶表示素子の製造について説明し
たが、本発明の製造方法はこれに限定されず、ＳＴＮ
（ Super Twisted Nematic）モード、ＥＣＢ（ Electri
cally Controlled Birefringence）モード、ＩＰＳ（In
Plane Switching）モードあるいはＦＬＣ（Ferroelect
ric Liquid Cristal）モードなど、配向処理を要するあ
らゆる表示モードの液晶表示素子の製造に適用すること
ができる。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
においては、有機高分子の配向膜を有しない基板の電極
部等の表面に、紫外線、エキシマレーザ、電子ビーム、
イオンビームまたはこれらのエネルギービームを組み合
わせたビームを照射することで、静電気の発生や発塵に
よる歩留まり低下がなく、かつラビングによる配向処理
と同等の液晶の均一配向性が得られる。そして、表示品
位が高く高信頼性を有する液晶表示素子を安価に得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例において、ＴＦＴアレイ基板な
どの電極表面にＡｒイオンビームを照射する方法を示
し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図。

【図２】実施例で製造されたカラー表示型アクティブマ
トリクス液晶表示素子の構造を示す断面図。

【符号の説明】

１、５………ＴＦＴアレイ基板 ２………Ａｒイオンビーム ３………イオン源 ４、６………対向基板 ７、１０………ガラス基板 ８………ＴＦＴ ９………画素電極 １１………遮光層 １２………着色層 １４………シール剤 １５………液晶組成物

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の基板の第１の主面に電極を形成す
   る工程と、 前記第１の基板の前記電極が形成された面にエネルギー
   ビームを照射して配向処理する工程と、 前記第１の基板の前記配向処理面に対向して第２の基板
   を配置し、これらの基板を貼り合わせる工程と、 前記第１の基板と前記第２の基板との間に液晶を注入す
   る工程とを備えた液晶表示素子の製造方法において、 前記配向処理する工程では、前記第１の基板の前記電極
   の表面に、他の層を介することなく直接エネルギービー
   ムを照射して、配向処理を行なう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１の基板の前記電極形成面に対し
   て、斜め方向からエネルギービームを照射することを特
   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】 前記エネルギービームは、紫外線、エキ
   シマレーザ、電子ビーム、またはイオンビームから選ば
   れた１種または２種以上のビームであることを特徴とす
   る請求項１記載の液晶表示素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記電極を、ＩＴＯ（酸化インジウム−
   スズ）により形成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。
5. 【請求項５】 前記電極を、ＡｌまたはＡｌ合金により
   形成することを特徴とする請求項１記載の液晶表示素
   子。
6. 【請求項６】 前記第１の基板上に、アクティブ素子を
   形成する工程を含み、その後に前記配向処理を行なうこ
   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。
7. 【請求項７】 前記第２の基板の電極形成面にエネルギ
   ービームを照射して配向処理する工程を含むことを特徴
   とする請求項１記載の液晶表示素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記第２の基板に配向処理する工程で
   は、前記第２の基板の電極の表面に、他の層を介するこ
   となく直接エネルギービームを照射して、配向処理を行
   なうことを特徴とする請求項７記載の液晶表示素子の製
   造方法。
9. 【請求項９】 主面に電極が形成された第１の基板と、
   前記第１の基板に対向配置された第２の基板と、前記第
   １の基板と前記第２の基板との間に挟持された液晶とを
   有する液晶表示素子において、 前記電極の表面に、前記液晶を配向させ得る配向処理が
   なされていることを特徴とする液晶表示素子。