JP2002169156A

JP2002169156A - 液晶表示素子の製造方法

Info

Publication number: JP2002169156A
Application number: JP2000366053A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Makino; 哲也牧野; Tadashi Kiyomiya; 正清宮; Yuji Shiina; 祐二椎名; Shunichi Hashimoto; 俊一橋本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-06-14
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP4759804B2

Abstract

(57)【要約】【課題】画素電極上に均一かつ極薄の配向膜を有する
高品質の液晶表示素子を低コストで量産する。【解決手段】低圧水銀ランプを用いて、１８５ｎｍお
よび２５４ｎｍの波長の光を反射型画素電極１５表面に
１〜１０分間照射し、ＵＶオゾン処理を行う。次に、反
射型画素基板１５上にポリイミドワニスからなる配向膜
３をフレキソ印刷法により印刷する。次に、アクティブ
マトリクス基板１上に形成された配向膜３をプリベーク
（５０℃、１５分間）することにより、レベリングを行
う。次に、配向膜３をポストベーク（１８０℃、６０分
間）する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶表示素子の
製造方法に関し、特に、画素電極上に均一かつ極薄の配
向膜を形成可能な液晶表示素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は薄型、軽量および低消費
電力などの利点を有するため、近年、広く普及してい
る。またその一方で、さらなる高品質の液晶表示素子の
提供が要望されている。

【０００３】高品質の液晶表示素子を提供するために
は、たとえば配向膜形成時に立体的障害となる画素間段
差を周囲に有する微小画素上に、均一かつ極薄の配向膜
をいかにして形成するかが問題となる。液晶表示素子の
配向膜は、量産性に優れている印刷法により、ポリイミ
ドに代表される有機材料からなるワニス（溶液）を画素
電極上に印刷することにより形成されるのが一般的であ
る。

【０００４】たとえば、透過型液晶表示素子において
は、印刷法により画素電極上に均一な配向膜が形成でき
る。これは、ポリイミドワニス（配向材料を有機溶液等
により希釈した溶液）が、配向膜を形成する下地となる
ＩＴＯ（Indium Thin Oxide）などの透明電極に対して
高い親和性を有するため、すなわち、ポリイミドワニス
をＩＴＯなどの透明電極に塗布した場合、良好な塗れ性
が得られるためである。

【０００５】一方、近年、開発が盛んに行われ、商品化
されつつあるＳｉ基板をベースとした反射型液晶表示素
子においては、印刷法により画素電極上に均一な配向膜
を形成することは困難である。これは、ポリイミドワニ
スが、配向膜を形成する際の下地となる高反射率特性を
有する金属材料表面（一般的に金属自然酸化膜および他
の有機汚染物質等が混在）に対して、具体的にはＡｌ等
からなる金属材料表面に対して親和性が低いため、すな
わちポリイミドワニスを金属材料表面に塗布した場合、
塗れ性が悪いためである。

【０００６】このため、たとえば、スパッタリング法あ
るいは電子ビーム法を用いて、反射型画素電極上に酸化
珪素または酸化アルミニウムの薄膜を成膜することによ
り、金属材料表面の塗れ性の改善を図る方法が提案され
ている（特開平１０−１７７１７６号公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うな方法により反射型画素電極上に酸化珪素または酸化
アルミニウムの薄膜を成膜すると、液晶表示素子を低コ
スト、高スループットで製造することは困難である。

【０００８】また、ポリイミドで代表される有機系配向
材料の薄膜均一性の良否は、液晶表示素子の性能および
歩留まりに多大な影響を及ぼすため、印刷、塗布むらを
抑制し、さらに配向膜の均一性を高めることが重要な課
題となっている。さらに、液晶表示素子の駆動電圧を低
減するために、配向膜を極薄膜化することも重要な課題
となっている。

【０００９】したがって、この発明の目的は、製造コス
トを低減でき、量産性にも優れた液晶表示素子の製造方
法を提供することにある。

【００１０】また、この発明の目的は、画素電極上に均
一性が高くかつ極薄の配向膜を形成できる液晶表示素子
の製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに請求項１の発明は、画素電極上に配向制御膜が形成
された液晶表示素子の製造方法において、配向制御膜を
形成する前段で、画素電極表面をＵＶオゾン処理し、配
向制御膜を形成するようにしたことを特徴とする液晶表
示素子の製造方法である。

【００１２】請求項４の発明は、画素電極上に配向制御
膜が形成された液晶表示素子の製造方法において、配向
制御膜を形成する前段で、画素電極表面を酸素プラズマ
処理し、配向制御膜を形成するようにしたことを特徴と
する液晶表示素子の製造方法である。

【００１３】請求項７の発明は、画素電極上に配向制御
膜が形成された液晶表示素子の製造方法において、配向
制御膜を形成する前段で、画素電極表面酸化層を剥離
し、画素電極表面を熱酸化処理することを特徴とする液
晶表示素子の製造方法である。

【００１４】請求項１０の発明は、画素電極上に配向制
御膜が形成された液晶表示素子の製造方法において、画
素電極作製直後に画素電極表面に保護膜を形成し、配向
制御膜を形成する前段で保護膜を剥離し、保護膜が剥離
された画素電極表面を熱酸化処理し、配向制御膜を形成
するようにしたことを特徴とする液晶表示素子の製造方
法である。

【００１５】請求項１および４に係る発明による液晶表
示素子の製造方法によれば、画素電極表面をＵＶオゾン
処理あるいは酸素プラズマ処理し、配向制御膜を形成す
るようにしたので、均一かつ極薄の配向膜を画素電極表
面上に形成できる。

【００１６】請求項７に係る発明によれば、画素電極表
面を剥離し、画素電極表面を熱酸化処理するようにした
ので、均一かつ極薄の配向膜を画素電極表面上に形成で
きる。

【００１７】請求項１０に係る発明によれば、画素電極
作成直後に画素電極表面に保護膜を形成し、配向制御膜
を形成する前に保護膜を剥離し、保護膜が剥離された画
素電極表面を、高温酸化処理するようにしたので、均一
かつ極薄の配向膜を画素電極表面上に形成できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
ける。

【００１９】図１はこの発明の第１の実施形態による反
射型液晶表示素子の構成を示す断面図である。図１に示
すように、この発明の第１の実施形態による液晶表示素
子は、アクティブマトリクス基板１、対向基板２、配向
膜３、配向膜４、液晶層５およびスペーサ６からなる。

【００２０】アクティブマトリクス基板１は、基板１
１、素子１２、絶縁膜１３、絶縁膜１４および画素電極
１５からなる。基板１１は、たとえばシリコン基板であ
る。基板１１上に設けられた素子１２は、たとえばＣ−
ＭＯＳ素子である。素子１２上に設けられた絶縁膜１３
および絶縁膜１４は、例えばＳｉＯ₂、ＳｉＮなどから
なる絶縁膜である。絶縁膜１４上に設けられた画素電極
１５は、たとえば可視光波長領域において高反射率特性
を有するＡｌ材料からなる膜厚６０〜１００ｎｍ程度の
反射型画素電極である。したがって、画素電極１５間に
おける画素間段差３１は、６０〜１００ｎｍ程度とな
る。また、図２に示すように、画素電極１５は、たとえ
ば９．３μｍ×９．３μｍの正方形の形状を有する。こ
こで、画素電極１５間の距離は、たとえば０．７μｍで
ある。この画素電極１５はたとえばスパッタリングによ
り形成される。

【００２１】対向基板２は基板２１および透明電極２２
からなる。基板２１は、たとえばガラス基板である。基
板２１上に形成された透明電極２２は、たとえばインジ
ウムと錫の合金の酸化物（ＩＴＯ）からなる。

【００２２】画素電極１５上に設けられた配向膜３およ
び透明電極２２上に設けられた配向膜４は、たとえば膜
厚が１５ｎｍのポリイミド系有機化合物からなる。この
発明の第１の実施形態においては、具体的にはポリイミ
ド系有機化合物としてＪＡＬＳ−６８２（ＪＳＲ製）を
用いる。

【００２３】アクティブマトリクス基板１と対向基板２
との間に挟持された液晶層５は、たとえば垂直液晶から
なる。スペーサ６は対向基板２とアクティブマトリクス
基板１との間の隙間、すなわち液晶層の厚みを一定に保
つためのものであり、たとえば直径１μｍの球形のガラ
スである。このスペーサ６は、たとえばアクティブマト
リクス基板１の表面あるいは対向基板２の表面１ｍｍ²
につき１００個程度となるように散布されている。

【００２４】次に、上述のように構成された液晶表示素
子における配向膜３の形成方法について説明する。

【００２５】図３はこの発明の第１の実施形態における
配向膜３の形成方法を説明するため模式図である。フレ
キソ印刷は、図３に示すように、アニロックスロール４
３および印刷版用ロール４５を用いて行われる。ここ
で、アニロックスロール４３には、ディスペンサ４１に
より供給されたポリイミドワニス４２をアニロックスロ
ール４３上に均一に形成するためのドクターブレード４
４が備えられている。また、印刷版用ロール４５には、
アクティブマトリクス基板１に印刷するパターンが形成
された印刷版（樹脂凸版）４６が備えられている。な
お、膜厚調整は配向制御材料の固形分濃度を変えること
により行われる。

【００２６】まず、アクティブマトリクス基板１を真空
チャンバー内に搬入し、その所定位置に載置する。次
に、低圧水銀ランプを用い、画素電極１５にＵＶオゾン
処理を行う。ここで、低圧水銀ランプが照射する光の波
長は、たとえば１８５ｎｍおよび２５４ｎｍである。な
お、低圧水銀ランプによる光の照射は、画素電極１５の
材料の光学特性などが劣化しない時間範囲内で行う。た
とえば、１〜１０分間（表面照射パワー：〜５０ｍＷ／
ｃｍ²）の範囲内で行う。

【００２７】具体的には、ＵＶオゾン処理は以下のよう
に行われる。まず、チャンバー内の酸素が１８５ｎｍの
波長の光を吸収し、オゾンが発生する。次に、発生した
オゾンが２５４ｎｍの波長の光を吸収し、励起酸素原子
と酸素分子とに解離する。一方、画素電極１５上に付着
あるいは混合している有機物は、１８５ｎｍの光により
分解される。次に、分解物は上述した励起酸素原子と反
応し、揮発性物質である二酸化炭素および水などにな
る。

【００２８】上述したＵＶオゾン処理前に、金属自然酸
化物が画素電極１５の表面上に生長し、さらにこの成長
した金属自然酸化物上に汚染物質（有機物など）が付着
あるいは混在しているが、上述したＵＶオゾン処理によ
り画素電極１５の表面上の有機物などを排除できる。こ
れにより、ＵＶオゾン処理前には３０度以上ある画素電
極表面上に対するポリイミドの接触角を、５度以下まで
低減できる。

【００２９】次に、アクティブマトリクス基板１を真空
チャンバより取り出し、印刷テーブル４７の所定位置に
載置する。次に、図３に示すように、アニロックスロー
ル４３とドクターブレード４４との間に、ディスペンサ
４１により所定量のワニス４２を供給する。次に、アニ
ロックスロール４３とドクターブレード４４の押し込み
量を調整し、アニロックスロール４３を回転させ、ドク
ターブレード４４によりアニロックスロール４３上にワ
ニス４２を均一に形成する。

【００３０】次に、アニロックスロール４３と同期して
回転する印刷版用ロール４５に取り付けられた印刷版４
６に、ワニス４２を転写する。ここで、アニロックスロ
ール４３と印刷版用ロール４５の押し込み量は予め最適
化されている。

【００３１】次に、アクティブマトリクス基板１を載置
した印刷テーブル４７を印刷版用ロール４５の回転と同
期して搬送し、印刷版４６上に転写されたワニス４２を
アクティブマトリクス基板１に転写する。ここで、印刷
版用ロール４５とアクティブマトリクス基板１の押し込
み量は予め調整されている。

【００３２】次に、画素電極１５上に形成された配向膜
３をプリベークすることにより、レベリングを行う。こ
こで、配向膜３のプリベークは、たとえば５０℃の温度
により、１５分間行われる。

【００３３】最後に、画素電極１５上に形成された配向
膜３をポストベークする。ここで、配向膜３のポストベ
ークは、たとえば１８０℃の温度により、６０分間行わ
れる。これにより、溶媒を完全に除去し、固形分のみを
残すことができる。

【００３４】上述したベーク処理後に、触針式の段差測
定機により配向膜３の膜厚分布を測定した。測定の結
果、段差は有効面内において１ｎｍ以下であり、画素電
極面内においても１ｎｍ以下であった。すなわち、上述
した処理により、配向膜３の均一表面粗さ（配向膜３の
厚さ１５ｎｍに対する段差の割合）を、７％以下に制御
できる。

【００３５】次に、この発明の第２の実施形態について
説明する。液晶表示素子の構成は第１の実施形態と同様
であるのでここでは省略する。

【００３６】以下、この発明の第２の実施形態における
配向膜３の形成方法について説明する。

【００３７】まず、アクティブマトリクス基板１を真空
チャンバー内に搬入し、その所定位置に載置する。次
に、画素電極１５に酸素プラズマ処理（反応性ドライエ
ッチング（ＲＩＥ，reactive ion etching））を行う。

【００３８】上述した酸素プラズマ処理前に、金属自然
酸化物が画素電極１５の表面上に生長し、さらにこの成
長した金属自然酸化物上に汚染物質（有機物など）が付
着あるいは混在しているが、上述した酸素プラズマ処理
により画素電極１５の表面上の有機物などを排除でき
る。これにより、処理前には３０度以上ある画素電極１
５表面上に対するポリイミドの接触角を、５度以下まで
低減できる。以下の工程は第１の実施形態と同様である
ので説明を省略する。

【００３９】ベーク処理後に、触針式の段差測定機によ
り配向膜３の膜厚分布を測定した。測定の結果、上述し
た第１の実施形態における測定結果と同様に、段差は有
効面内において１ｎｍ以下であり、画素電極面内におい
ても１ｎｍ以下であった。すなわち、上述した処理によ
り、配向膜３の均一表面粗さ（配向膜３の厚さ１５ｎｍ
に対する段差の割合）を、７％以下に制御できる。

【００４０】さらに、第１の実施形態における配向膜３
の面内均一性と、第２の実施形態における配向膜３との
面内均一性との比較を行った。その結果、第２の実施形
態において作成された配向膜３、すなわち酸素プラズマ
処理後に形成された配向膜３のほうが、面内均一性が高
いことが分かった。

【００４１】次に、この発明の第３の実施形態について
説明する。液晶表示素子の構成は第１の実施形態と同様
であるのでここでは省略する。ただし、この第３の実施
形態においては、配向膜３はたとえば膜厚が３０ｎｍの
ポリイミド系有機化合物からなる。また、配向膜３およ
び配向膜４のポリイミド系有機化合物として、ＡＬ１２
５４（ＪＳＲ製）を用いる。

【００４２】以下、この発明の第３の実施形態における
配向膜３の形成方法について説明する。

【００４３】まず、画素電極１５に剥離処理を行い、金
属表面層を完全に露出させる。具体的には、アルゴンお
よび酸素プラズマによるＲＩＥを行い、金属表層面を完
全に露出させる。これにより、画素電極１５表面上に付
着あるいは混在した金属自然酸化物および有機物を強制
的に排除できる。

【００４４】次に、アクティブマトリックス基板１をク
リーンオーブン中に搬入し、所定位置に載置する。次
に、クリーンオーブン中に酸素を導入しながら熱酸化処
理を行う。ここで、この熱酸化処理はたとえばクリーン
オーブン中の温度を２００℃で、１時間保持することに
より行われる。これにより、画素電極１５上に一定の膜
厚の金属酸化物を成長させることができる。

【００４５】上述した処理により、画素電極１５に対す
るポリイミドの接触角を、３０度から５度以下まで低減
できる。以下の工程は第１の実施形態と同様であるので
説明を省略する。

【００４６】ベーク処理後に、触針式の段差測定機によ
り配向膜３の膜厚分布を測定した。測定の結果、段差は
有効面内において２ｎｍ以下であり、画素電極１５面内
においても２ｎｍであった。すなわち、上述した処理に
より、配向膜３の均一表面粗さ（配向膜３の厚さ３０ｎ
ｍに対する段差の割合）を、７％以下に制御できる。

【００４７】次に、この発明の第４の実施形態について
説明する。液晶表示素子の構成は第１の実施形態と同様
であるのでここでは省略する。ただし、この第４の実施
形態においては、配向膜３はたとえば膜厚が６０ｎｍの
ポリイミド系有機化合物からなる。また、この第４の実
施形態においては、配向膜３および配向膜４のポリイミ
ド系有機化合物として、ＡＬ１５２４（ＪＳＲ製）を用
いる。

【００４８】以下、この発明の第４の実施形態における
配向膜３の形成方法について説明する。

【００４９】まず、画素電極１５作製直後に、たとえば
有機保護膜により、画素電極１５の表面上に保護膜を形
成し、画素電極１５の表面を被覆する。ここで、有機保
護膜はたとえばレジストからなる。これにより、金属自
然酸化物などの成長、および有機物などの付着が抑制さ
れる。

【００５０】次に、たとえば有機アルカリを用いて、画
素電極１５上に形成された有機保護膜などを十分に剥離
する。ここで、有機アルカリとして、剥離液ＳＴ−１０
（東京応化製）を用いた。なお、この剥離処理は、配向
膜形成直前に行われる。

【００５１】次に、アクティブマトリックス基板２をク
リーンオーブン中に搬入し、所定位置に載置する。次
に、クリーンオーブン中に酸素を導入しながら高温酸化
処理を行う。ここで、この高温酸化処理はたとえば温度
２００℃で、１時間保持することにより行われる。

【００５２】上述した処理により、画素電極１５に対す
るポリイミドの接触角を、３０度から５度以下まで低減
できる。以下の工程は第１の実施形態と同様であるので
説明を省略する。

【００５３】ベーク処理後に、触針式の段差測定機によ
り配向膜３の膜厚分布を測定した。測定の結果、段差は
有効面内において２ｎｍ以下であり、反射画素電極１５
面内においても２ｎｍ以下であった。すなわち、上述し
た処理により、配向膜３の均一表面粗さ（配向膜３の厚
さ６０ｎｍに対する段差の割合）を、７％以下に制御で
きる。

【００５４】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定さ
れるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。

【００５５】上述の実施形態において挙げた数値はあく
までも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用
いてもよい。

【００５６】また、上述した実施形態においては、フレ
キソ印刷法により画素電極１５上にポリイミドワニスを
印刷し、配向膜３を形成する例について示したが、スピ
ン塗布法により画素電極１５上にポリイミドワニスを塗
布し、配向膜３を形成するようにしてもよい。また、配
向膜材料として、ポリイミド前駆体ワニスを用いるよう
にしてもよい。

【００５７】また、上述した第１の実施形態および第２
の実施形態においては、真空チャンバー内において画素
電極１５に表面処理を行う構成について示したが、大気
中において表面処理を行うようにしてもよい。

【００５８】また、上述した実施形態においては、この
発明を反射型液晶表示素子に適用する例について示した
が、半透過型の液晶表示素子に適応することも可能であ
る。

【００５９】また、上述したそれぞれの実施形態におい
て示した塗れ性を向上させるための処理を、複数組み合
わせて用いるようにしてもよい。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による液
晶表示素子の製造方法によればポリイミド前駆体あるい
はポリイミド材（ワニス）などの画素電極表面に対する
親和性を向上できる。したがって、均一性の良く、かつ
接着性に優れた極薄の配向膜を、画素電極上に形成でき
るため、高品質な液晶表示素子を提供可能である。ま
た、この発明の製造方法によれば、高品質な液晶表示素
子を低コストかつ高スループットで製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態による液晶表示素子
の構成を示す断面図である。

【図２】この発明の第１の実施形態による画素電極の上
面図である。

【図３】この発明の第１の実施形態によるフレキソ印刷
法を説明するための略線図である。

【符号の説明】

１・・・アクティブマトリクス基板、２・・・対向基
板、３・・・配向膜、４・・・配向膜、５・・・液晶
層、６・・・スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者椎名祐二東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者橋本俊一東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 2H090 HB03X HB04X HB08Y HC06 HC17 HD14 LA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素電極上に配向制御膜が形成された液
晶表示素子の製造方法において、配向制御膜を形成する前段で、画素電極表面をＵＶオゾ
ン処理し、配向制御膜を形成するようにしたことを特徴
とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項２】上記画素電極は、反射型画素電極である
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。
【請求項３】上記画素電極上に形成された配向制御膜
を加熱処理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。
【請求項４】画素電極上に配向制御膜が形成された液
晶表示素子の製造方法において、配向制御膜を形成する前段で、画素電極表面を酸素プラ
ズマ処理し、配向制御膜を形成するようにしたことを特
徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項５】上記画素電極は、反射型画素電極である
ことを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子の製造方
法。
【請求項６】上記画素電極上に形成された配向制御膜
を加熱処理することを特徴とする請求項４記載の液晶表
示素子の製造方法。
【請求項７】画素電極上に配向制御膜が形成された液
晶表示素子の製造方法において、配向制御膜を形成する前段で、画素電極表面酸化層を剥
離し、画素電極表面を熱酸化処理することを特徴とする
液晶表示素子の製造方法。
【請求項８】上記画素電極は、反射型画素電極である
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。
【請求項９】上記画素電極上に形成された配向制御膜
を加熱処理する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。
【請求項１０】画素電極上に配向制御膜が形成された
液晶表示素子の製造方法において、画素電極作製直後に画素電極表面に保護膜を形成し、配
向制御膜を形成する前段で上記保護膜を剥離し、上記保
護膜が剥離された画素電極表面を熱酸化処理し、配向制
御膜を形成するようにしたことを特徴とする液晶表示素
子の製造方法。
【請求項１１】上記画素電極は、反射型画素電極であ
ることを特徴とする請求項１０記載の液晶表示素子の製
造方法。
【請求項１２】上記画素電極上に形成された配向制御
膜を加熱処理することを特徴とする請求項１０記載の液
晶表示素子の製造方法。