JP2003222873A

JP2003222873A - 液晶配向膜、該液晶配向膜の製造方法、液晶パネルおよび液晶表示装置

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Publication number: JP2003222873A
Application number: JP2002018476A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sato; 浩之佐藤; Shuichi Odawara; 修一小田原; Yukito Saito; 之人齊藤
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2003-08-08
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Abstract

(57)【要約】【課題】液晶配向膜、該配向膜の製造方法、液晶パネ
ルおよび液晶表示装置を提供する。【解決手段】互いに離間して配置されるガラス基板の
間に形成されるセルと、該セルに保持される液晶分子と
を含んで構成される液晶表示装置に使用され、ガラス基
板の液晶分子に向いた側に配置される液晶配向膜の製造
方法であって、ガラス基板３４上に液晶配向膜３６を堆
積させるステップと、液晶配向膜３６を照射方向の異な
る荷電粒子線により多重照射するステップとを含む。ま
た、本発明は、該製造方法により製造される液晶配向膜
および液晶パネル並びに液晶表示装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示に関し、
より詳細には、イオンビームといった荷電粒子線の多重
照射により配向処理されたＤＬＣ、ポリイミドといった
材料から形成される液晶用の配向膜、該配向膜の製造方
法、該配向膜を使用する液晶パネル、および液晶表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、コンピュータ、セルラ
電話などの表示手段として近年広く使用されており、そ
の特性の向上がますます要求されている。液晶表示装置
は、通常、離間して配置された透明なガラス基板の間に
液晶組成物を保持させた液晶パネルを含んで構成され
る。液晶組成物は、少なくとも液晶分子を含んで構成さ
れており、ガラス基板の液晶組成物に向く側には、液晶
分子を配向させるための機能が与えられた膜、いわゆる
配向膜が形成されている。上述した配向膜は、液晶分子
を均一に所定の方向に並べるために使用され、配向膜を
与えるための液晶配向技術は、液晶表示装置の表示特性
を決定する重要な技術となっている。

【０００３】これまで、上述した液晶配向技術としては
種々のものが提案されてきている。現在最も一般的な配
向処理方法は、例えばポリイミド膜を配向膜として使用
し、ポリイミド膜を一方向に布でラビング処理する方法
である。上述したラビング法は簡便ではあるものの、物
理的にポリイミド膜をこすることによりポリイミド膜に
対して配向特性を付与するために、後述するような種々
の不都合が指摘されている。

【０００４】上述した不都合とは、具体的には、（１）
配向性の均一さを確保することが困難であること、
（２）ラビング処理時の筋跡が残りやすいこと、（３）
配向方向の制御およびプレチルト角の選択的な制御が可
能ではなく、また広視野角を得るために用いられるマル
チドメインを使用した液晶パネルには適さないこと、
（４）ガラス基板からの静電気による薄膜トランジスタ
素子の破壊や、配向膜の破壊が生じ、歩留まりを低下さ
せること、（５）ラビング布からのダスト発生による表
示不良が発生しがちであることなどを挙げることができ
る。

【０００５】さらに、高視野角化を達成するためのイン
プレーン・スイッチング・モード（ＩＰＳモード）で駆
動される液晶表示法においては、ラビングにより発現す
るプレチルト角による視野角依存性を抑制するために、
従来では液晶分子に対してスプレー配向（パラレル配
向）を与えるように配向膜を配置している。図１３に
は、ガラス基板８０、８２の間にパラレル配向された液
晶分子８８の概略図を示す。

【０００６】図１３に示すように、ＩＰＳモードで駆動
される液晶パネルにおいては、従来の液晶配向技術によ
り得られる配向膜８４、８６では、充分なアンカリング
・エネルギーを与えるべく配向処理を行うと、配向角と
プレチルト角とが同時に規定されてしまうことになり、
配向角と、プレチルト角とを選択して制御することが困
難である。このため、所定のアンカリング・エネルギー
を与えるように配向処理が施される場合には、プレチル
ト角を可能な限り小さくしようとしてもプロセス条件な
どにより決定されるプレチルト角が常にガラス基板近傍
において残ってしまうことになり、視野角依存性が生じ
てしまうという不都合がある。

【０００７】このため、従来の配向膜では、液晶分子に
対してパラレル配向を使用して光学特性のキャンセルを
試みたとしても、基板近傍でのプレチルト角のため視野
角特性が低下してしまうことが避けられないことにな
る。また、上述した視野角特性のために、従来の配向膜
では、液晶分子のアンチ−パラレル配向を採用すること
ができない、という制限もあった。

【０００８】図１４には、従来の配向膜によるパラレル
配向を使用したＩＰＳモードで駆動される液晶表示装置
の視野角特性を、黒の等輝度線図として示した図であ
る。図１４に示した従来の液晶表示装置における配向膜
は、プレチルト角が５°とされ、それぞれの配向膜の配
向方向は、図１３に示すようなパラレル配向となるよう
に配置されている。図１４に示されるように、従来のＩ
ＰＳモードで駆動される液晶表示装置の輝度特性は、表
示側ガラス基板の偏光方向およびアレイが形成される側
のガラス基板の偏光方向に対して不均一に分布してお
り、従来の配向膜を使用する場合には、パラレル配向を
使用したとしても大きな視野角特性を生じさせる。

【０００９】上述した種々の問題点を解決するため、ラ
ビング法以外にも、特開２０００−２２７５９５号公報
においては、紫外線硬化型のポリイミドを使用し、紫外
線硬化型のポリイミドに対して偏光された紫外線を照射
することで、安定、かつ一様に制御されたプレチルト角
を得る方法が開示されている。

【００１０】特開２０００−２２７５９５号公報におい
て開示される配向処理技術は、非接触で配向処理を与え
ることができるため、静電気の発生や、ダストの発生を
抑制することが可能であり、また配向角とプレチルト角
とを選択して制御可能なこと、マルチドメイン構成を採
用する液晶パネルに対しての適用性もあることなど、画
素分割による高視野角へも適用することができるといえ
る。

【００１１】しかしながら、偏光紫外線を使用した液晶
配向技術は、表面における物理的性質を変化させずに、
ポリイミド膜の表面近傍における光化学反応を使用して
異方性を生じさせるので、液晶分子に対するアンカリン
グ・エネルギーが低くならざるを得ず、バックライトに
対する異方性の低下、それに伴う液晶パネルの信頼性の
低下という不都合を生じさせることになる。また、製造
上の観点からみても、偏光紫外線を大面積にわたり均一
に照射することが必要となるので、照射装置の問題から
大サイズの液晶パネルに対応できないといった不都合が
あることも知られている。

【００１２】したがって、これまで液晶表示装置に使用
される配向性御された配向膜を高い信頼性で製造するこ
とが可能な配向処理技術が望まれていた。また、高いア
ンカリング・エネルギーを与えつつ、高い信頼性で配向
角およびプレチルト角を容易に選択的に制御することが
可能な非接触配向処理技術が必要とされていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記課題に鑑
みてなされたものであり、本発明は、配向性御され、高
いアンカリング・エネルギーを与えつつ、配向角および
プレチルト角を選択して容易に制御することが可能な液
晶配向膜、該液晶配向膜の製造方法、該液晶配向膜を含
む液晶パネルおよび液晶表示装置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】本発明は、配向膜として
ダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）膜またはポリイミド膜に
対して荷電粒子線を照射することにより配向膜を形成さ
せる際に、異なった照射量の荷電粒子線を使用して多重
照射を行うことにより、配向角およびプレチルト角を容
易に調節可能であることを見出すことによりなされたも
のである。

【００１５】本発明においては、配向膜に対して第１の
イオンビームにより第１の配向処理を施し、その後に第
１のイオンビームよりも低いイオン照射量の第２のイオ
ンビームを使用して、さらに配向膜に対して第２の配向
処理を施す。本発明においては、第１のイオンビームお
よび第２のイオンビームの照射を使用し、第１のイオン
ビームと第２のイオンビームとの配向膜に対する相対角
度を制御することで、配向角およびプレチルト角の選択
的制御が可能となる。本発明により与えられる配向角お
よびプレチルト角の大きさは、第２のイオンビームの配
向膜に対する照射量に応じて制御できる。

【００１６】すなわち、本発明によれば、互いに離間し
て配置されるガラス基板の間に形成されるセルと、該セ
ルに保持される液晶分子とを含んで構成される液晶表示
装置に使用され、前記ガラス基板の前記液晶分子に向い
た側に配置される液晶配向膜であって、前記液晶配向膜
は、照射方向の異なる荷電粒子線により多重照射される
ことで前記液晶分子に対する配向特性が付与された液晶
配向膜が提供される。

【００１７】本発明の前記液晶配向膜は、少なくともダ
イアモンド状炭素（ＤＬＣ）膜またはポリイミド膜を含
んで構成されることが好ましい。前記互いに離間して配
置されるガラス基板にそれぞれ配置される液晶配向膜
は、前記液晶分子がアンチ−パラレル配向を与えるよう
に配置されることが好ましい。前記液晶表示装置は、イ
ンプレーン・スイッチング・モードで駆動されることが
好ましい。

【００１８】また、本発明によれば、互いに離間して配
置されるガラス基板の間に形成されるセルと、該セルに
保持される液晶分子とを含んで構成される液晶表示装置
に使用され、前記ガラス基板の前記液晶分子に向いた側
に配置される液晶配向膜の製造方法であって、前記製造
方法は、前記ガラス基板上に液晶配向膜を堆積させるス
テップと、前記液晶配向膜を照射方向の異なる荷電粒子
線により多重照射するステップとを含む液晶配向膜の製
造方法が提供される。

【００１９】本発明においては、前記液晶配向膜を荷電
粒子線により多重照射するステップは、第１のイオンビ
ームにより前記液晶配向膜を配向処理するステップと、
前記第１のイオンビームにより配向処理された後の液晶
配向膜を第２のイオンビームにより配向処理するステッ
プとを含むことが好ましい。本発明においては、前記第
２のイオンビームによる配向処理は、前記第２のイオン
ビームの照射量を、前記第１のイオンビームの１／５〜
１／５０として行われることが好ましい。

【００２０】本発明においては、前記第２のイオンビー
ムにより、前記液晶配向膜の前記液晶分子に対する配向
角を制御するステップを含むことが好ましい。本発明で
は、前記第２のイオンビームにより、前記液晶配向膜の
前記液晶分子に対するプレチルト角を制御するステップ
を含むことができる。本発明においては、第２のイオン
ビームによる配向処理により、前記液晶配向膜に対して
５°以下のプレチルト角を生成することが好ましい。

【００２１】本発明においては、前記プレチルト角を制
御するステップを、前記第２のイオンビームの照射量
を、前記第１のイオンビームの照射量の１／３０〜１／
５０として施すステップを含むことができる。

【００２２】さらに、本発明においては、互いに離間し
て配置されるガラス基板と、前記ガラス基板の間に形成
されるセルと、前記セル内に保持される液晶分子と、前
記ガラス基板の前記液晶分子に向いた側に配置され、か
つ異なった方向からの荷電粒子線により多重照射されて
前記液晶分子に対する配向特性が付与された液晶配向膜
と、前記セルを透過する光線の透過性を制御するための
光学部材と、を含む液晶パネルが提供される。

【００２３】本発明の液晶パネルにおいては、前記液晶
配向膜は、ダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）膜またはポリ
イミド膜を含んで構成されることが好ましい。本発明に
おいては、前記液晶配向膜は、５°以下のプレチルト角
を前記液晶分子に対して与えることが好ましい。本発明
においては、前記液晶パネルは、前記液晶分子がアンチ
−パラレル配向されたインプレーン・スイッチング・モ
ードで駆動されることが好ましい。

【００２４】また、本発明によれば、上述した液晶パネ
ルと、前記セルを透過して光学的表示を与えるための光
線を発生させるためのバックライト・ユニットと、前記
セルを透過する光線の透過性を制御するための光学部材
と、を含む液晶表示装置が提供される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の形態に基づいて詳細に説明するが、本発明は、後述す
る実施の形態に限定されるものではない。図１には、縦
電解モードで駆動される本発明の液晶表示装置１０の概
略断面図を示す。図１（ａ）は、縦電界を加えることに
より駆動される液晶表示装置の断面図であり、図１
（ｂ）は、例えばＩＰＳといった横電界を加えることに
より駆動される液晶表示装置の断面図である。まず縦電
解モードで駆動される液晶表示装置について詳細に説明
すると、図１（ａ）に示すように本発明の液晶表示装置
１０は、対向して配置されたガラス基板１２ａ、１２ｂ
の間に液晶組成物１４が充填されている。ガラス基板１
２ａ、１２ｂの両端部には、ガラス基板１２ａ、１２ｂ
の間に充填された液晶組成物１４が漏れ出さないよう
に、シール材／封止材（以下、シール材と記す。）１６
ａ、１６ｂが配設されていて、液晶セルを形成してい
る。

【００２６】ガラス基板１２ａ、１２ｂとしては、ソー
ダ石灰ガラスといったアルカリガラス、ホウケイ酸ガラ
ス、アルミノ・ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、サファ
イアガラスなどを含む無アルカリガラスなどを挙げるこ
とができるが、（１）透明であり、（２）均質で、サイ
ズ依存性が無く、（３）耐熱性を有し、（４）化学的に
安定であれば、いかなるものでも本発明において用いる
ことができる。

【００２７】上述したシール材１６ａ、１６ｂとして
は、これまで知られたいかなる材料でも用いることがで
き、具体的には例えばエポキシ樹脂といった熱硬化性樹
脂、紫外線硬化樹脂などを挙げることができるが、本発
明においてはこれ以外にも適切な特性を提供することが
できる限り、いかなる樹脂材料でも用いることができ
る。

【００２８】図１（ａ）を参照してさらに本発明の液晶
表示装置１０について説明すると、ガラス基板１２ａ、
１２ｂの液晶組成物１４に向いた側には、透明電極１８
ａ、１８ｂが形成されていて、液晶組成物１４に対して
電界を引加することができる構成とされている。この透
明電極１８ａ、１８ｂは、種々の材料から構成すること
ができ、具体的には上述した材料としては、金属、ＩＴ
Ｏ、ＡＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３といった金
属酸化物を挙げることができる。本発明においては、上
述した導電性材料の中でも透明性、着色性といった点か
ら、ＩＴＯを用いることが好ましい。また、これらの透
明電極１８ａ、１８ｂは、適切に透明電極１８ａ、１８
ｂを形成できる限り、蒸着、スパッタリング、例えばマ
グネトロン・スパッタリング、ＣＶＤといったいかなる
方法でも形成することができる。

【００２９】上述した透明電極１８ａ、１８ｂのさらに
液晶組成物１４に向いた側には、液晶を配向を与えるた
めの配向膜２０ａ、２０ｂが形成されている。これらの
配向膜２０ａ、２０ｂは、本発明においては、不活性ガ
ス雰囲気中で、例えばマグネトロン・スパッタリングに
より形成されるダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）膜とする
ことができる。また、本発明において使用することがで
きる配向膜としては、可溶性ポリイミドを使用し、スピ
ンコーティングといった適切な方法により成膜されるポ
リイミド膜を挙げることができる。以下、本発明におい
ては、説明の都合上、ＤＬＣ膜を配向膜２０ａ、２０ｂ
として使用するものとして説明する。

【００３０】本発明において用いられる不活性ガスと
は、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅといったいわゆる希
ガス、およびこられのいかなる混合物を含むものであ
る。また、本発明においては、必要に応じて上述した以
外の化学的に不活性な窒素といったガスを添加して用い
ることができる。さらに、図１に示した本発明の液晶表
示装置１０においては、スペーサ２２がガラス基板１２
ａ、１２ｂの間に配置されていて、ガラス基板１２ａ、
１２ｂの間の間隔を維持しているのが示されている。

【００３１】図１（ａ）に示される液晶表示装置１０に
は、さらに図示しないＴＦＴといったスイッチング素子
が形成されており、例えば本発明の液晶表示装置１０を
アクティブ・マトリックス駆動することが可能とされて
いる。図１（ａ）に示されるように、本発明の液晶表示
装置１０は、これらの要素が対向した偏光板２４ａ、２
４ｂの間に配置されて、バックライト・ユニット２６に
より与えられる光と、ガラス基板１２ａ、１２ｂに引加
される電界により配向する液晶組成物１４に含まれる液
晶分子とにより、表示素子として機能する構成とされて
いる。また、図１（ａ）に示した本発明の液晶表示装置
１０においては、カラー表示を行わせるために図示しな
いカラーフィルタを用いることもできる。

【００３２】図１（ａ）に示した液晶表示装置において
用いることができる液晶組成物１４としては、ツイスト
・ネマチック型、スーパー・ツイスト・ネマチック型、
コレステリック型などの液晶分子を含む液晶組成物１４
を挙げることができる。本発明において使用することが
できる液晶組成物１４は、通常、液晶分子の他、種々の
カイラル添加剤、染料などが添加され、所望する特性が
与えられている。

【００３３】図１（ｂ）には、本発明の液晶表示装置の
他の実施の形態である、いわゆるＩＰＳモードで駆動さ
れる液晶表示装置の概略断面図を示す。図１（ｂ）に示
した液晶表示装置は、透明電極１８ａ、１８ｂが互いに
対向する櫛形電極とされ、この透明電極１８ａ、１８ｂ
が、一方のガラス基板１２ｂ上に形成されている。透明
電極１８ａ、１８ｂの間に電圧を印加すると、電界ＥＬ
が透明電極１８ａの間において生成され、横向きの電界
が液晶分子ＬＭに加えられる構成とされている。また、
透明電極１８ａ、１８ｂは、配向膜２０ｂにより被覆さ
れていて、配向膜２０ｂは、液晶分子ＬＭを拘束すると
共に、透明電極１８ａ、１８ｂを絶縁する構成とされて
いる。

【００３４】上述した各構成要素は、図１（ｂ）に示す
ように偏光板２４ａ、２４ｂの間に配置されており、透
明電極１８ａの間に発生する電界に応じて透過性を変化
する構成とされている。透明電極１８ａ、１８ｂの間に
電界が加えられると、電極１８ａ、１８ｂの間において
横向きの電界ＥＬが生成される。電界ＥＬが加えられた
液晶分子ＬＭは、図１（ｂ）に示すように配向を変化さ
せ、バックライト・ユニット２６により照射される光線
の透過性を制御する構成とされている。

【００３５】また、図１（ｂ）に示した横電界モードで
駆動される液晶表示装置においては、カイラル添加剤を
添加しない液晶組成物１４を使用することができるし、
必要に応じて液晶分子ＬＭの他にカイラル添加剤といっ
た添加剤を添加した液晶組成物１４を使用することもで
きる。さらに、図１（ｂ）に示される各構成要素につい
ては、液晶組成物１４を除き、本質的には図１（ａ）に
おいて説明したと同様の材料を使用して構成することが
できる。

【００３６】図２は、本発明の配向膜２０ａ、２０ｂと
してＤＬＣ膜を使用する場合に、ＤＬＣ膜を製造するた
めに使用することができる製造装置の概略図である。図
２に示されるように、本発明において配向膜として用い
るＤＬＣ膜は、マグネトロン・スパッタリング法により
形成することができる。図２に示すように、本発明の配
向膜の製造にあたっては、容器３０内に配置された搬送
ステージ３２上に保持されたガラス基板３４に、グラフ
ァイト・ターゲットなどを使用してＤＬＣ膜３６を堆積
させる。

【００３７】この際のＤＬＣ膜の膜厚は、例えば０．１
ｎｍ〜５ｎｍの範囲とすることができる。その後、ガラ
ス基板３４は、搬送ステージ３２により、図示しない配
向処理部へと移動される。配向処理部には、イオンビー
ムといった荷電粒子線を発生させるための手段、例えば
イオンガンが配置されており、堆積されたＤＬＣ膜３６
に対して荷電粒子線を照射することによりＤＬＣ膜３６
に対して配向処理を行うことができる構成とされてい
る。

【００３８】図３は、上述した配向処理部において施さ
れる本発明の荷電粒子線による配向処理のプロセスを示
した概略図である。本発明において使用することができ
る荷電粒子線としては、膜表面に対して適切なエネルギ
ーで衝突でき、表面の物理的・化学的状態を変化させる
ことができる限り、電子線、イオンビームといったこれ
まで知られたいかなる荷電粒子線でも用いることができ
る。しかしながら、本発明においては、処理性、取扱
性、液晶表示装置１０の各電気要素に対する影響といっ
た点から、荷電粒子線としてはアルゴンイオンを含む、
イオンビームを用いることが好ましい。

【００３９】さらに図３に基づいて本発明を説明する
と、図３（ａ）が、第１のイオンビームによる第１の配
向処理を示した図であり、図３（ｂ）が第２のイオンビ
ームによる第２の配向処理を示した図である。本発明に
おいてはまず、図３（ａ）に示すように、第１のイオン
ビームによりガラス基板３４上に堆積されたＤＬＣ膜３
６に対して配向処理を施す。この際の処理は、図３
（ａ）に示されるように、符号Ｐで示された端部が搬送
ステージの矢線Ｘで示される搬送方向に向いた状態で行
われる。イオンガン３８は、第１のイオンビームを発生
させており、第１のイオンビームによる配向処理は、イ
オンガン３８を、ＤＬＣ膜３６に対して適切な配向性を
付与することができるような角度で設置し、ＤＬＣ膜３
６と共にガラス基板３４を搬送ステージ３２により矢線
Ｘで示される方向へと搬送させつつ施される。

【００４０】本発明における配向処理においては、第１
のイオンビームによる第１の配向処理の後、図３（ｂ）
に示すように、ＤＬＣ膜３６に対して第２のイオンビー
ムを使用した第２の配向処理を行う。この第２の配向処
理は、ガラス基板３４の搬送方向を、例えば、搬送ステ
ージ３２上でガラス基板３４を回転させ、図３（ｂ）の
符号Ｐが、搬送ステージの搬送方向とは反対となるよう
に変化させてイオンガン４０と、ＤＬＣ膜３６との相対
的な処理方向を変える。その後、イオンガン４０により
発生される第２のイオンビームによりＤＬＣ膜３６に対
する第２の配向処理を加えることにより行われる。

【００４１】本発明においては、第１のイオンビームに
より加えられる第１の配向処理のＤＬＣ膜３６に対する
相対的な方向と、第２のイオンビームにより加えられる
第２の配向処理のＤＬＣ膜３６に対する相対的な方向と
が異なる限り、上述したように、搬送ステージを回転さ
せることが必要とされるわけではない。

【００４２】例えば、本発明の別の実施の形態において
は、第１の配向処理と第２の配向処理とを施す際に、イ
オンガン３８と、イオンガン４０とのガラス基板３４の
搬送方向に対する相対的な配置を予め変化させておき、
ガラス基板３４の回転を行わせることなく、搬送ステー
ジの一方向への移動に応じて、第１の配向処理と、第２
の配向処理とが加えられる構成とすることができる。ま
た本発明においては、特定の実施の形態としてイオンビ
ームによる処理を２段階で行うものとして説明するが、
必要とされる配向特性を得ることができる限り、本発明
においては２段階以上の配向処理を施すことも可能であ
る。

【００４３】さらに、本発明の別の実施の形態において
は、装置的に許容される限りイオンガンを複数用いるの
ではなく、単一のイオンガンを用いて、多重処理を行う
ことも可能である。例えば、第１のイオンビームによる
配向処理を行った後、イオンガンのＤＬＣ膜３６に対す
る相対的な位置を変化させた後、ＤＬＣ膜３６に対して
第２のイオンビームを同一のイオンガンから照射させて
イオンビームの多重照射を行うことができる。さらに本
発明においては、上述した実施の形態の他にも、ＤＬＣ
膜３６に対する相対的な処理方向を変化させることがで
きる限り、いかなる手法または構成を用いることができ
る。

【００４４】本発明においてイオンビームの照射量は、
イオンビームの電流値、イオンガンの角度、搬送ステー
ジの速度などを制御することにより変化させることがで
きる。特に第２のイオンビームによる第２の配向処理の
条件を選択することで、配向膜２０ａ、２０ｂの配向角
およびプレチルト角を選択して制御することが可能とな
る。上述した要素のうち、イオンガンの角度を変化させ
るのは、配向制御の点からは制御範囲が限られるため大
きく配向特性を変化させることには不向きであり、搬送
ステージの速度を変化させ、ガラス基板３４を回転させ
てイオンビームとの相対的な角度を変化させることによ
るイオンビームの照射方向の変化を用いることが、より
広い範囲で配向角およびプレチルト角を変化させるには
適切である。

【００４５】本発明において搬送ステージの速度を速め
ることにより配向角またはプレチルト角を制御する場合
には、イオンビームによるＤＬＣ膜３６への照射量が相
対的に小さくなる。このため、搬送ステージの速度を単
に速めるのみでは配向力、すなわちアンカリング・エネ
ルギーが小さくなる傾向となり、配向処理プロセスには
好ましくない影響を与えがちである。このため、本発明
においては、搬送ステージの速度およびガラス基板３４
の回転、イオンビームの電流値を制御して、比較的大き
な照射角度を使用しつつ、第２のイオンビームによる第
２の配向処理で配向特性を付与することが好ましい。

【００４６】本発明において使用するイオンビームの多
重照射は、第１のイオンビームおよび第２のイオンビー
ムの照射量を同一として行うことも可能ではあるが、第
１のイオンビームの照射量と第２のイオンビームの照射
量とを異ならせて多重処理して、配向処理することが好
ましい。本発明においては、イオンビームの照射量と
は、単位時間あたりにＤＬＣ膜３６に照射されるイオン
の数に比例する量を意味する。したがって、本発明にお
いては上述したイオンの数は、具体的には例えば（１）
イオンガンのグリッド電圧を調節する、（２）イオン発
生量を増加させる、（３）加速電圧を調節する、（４）
イオンビームに対する搬送ステージの速度を調節するな
どにより変化させることができる。上述した方法のう
ち、イオンガンにおけるイオン発生量を増加させるこ
と、およびグリッド電圧を調節することで、大きくイオ
ンビームの照射量を調節することができる。

【００４７】本発明におけるイオンビームの照射量Ｅｘ
は、種々の観点から決定することができるが、例えばイ
オンガンにおいて、イオンを発生させるためのイオン発
生電流の電流値Ｉ_ｇと、イオンガンのグリッド電圧Ｖ_ｇ
と、搬送ステージの速度Ｖ_ｓ _ｔとを使用して、イオンガ
ンの安定な動作状態の下では下記近似式（１）により得
られる値を、照射量Ｅｘとして使用することができる。

【００４８】

【数１】（上式中、Ｃは定数である。）

【００４９】本発明においては、第２のイオンビームの
照射量Ｉ_２を第１のイオンビームの照射量Ｉ_１以下に設
定して配向処理を施すことが、第１のイオンビームによ
り与えられた配向を第２のイオンビームにより調節する
という観点から好ましく、さらには、本発明においては
第２のイオンビームの照射量Ｉ_２と、第１のイオンビー
ムの照射量Ｉ_１との比Ｉ_２／Ｉ_１を、配向角を制御する
場合には、１／５〜１／５０の範囲とすることができ、
またプレチルト角を制御する場合には、比Ｉ_２／Ｉ
_１を、１／３０〜１／５０の範囲とすることが好ましい
ことが見出された。

【００５０】図４は、本発明の配向制御による液晶分子
の配向変化を示した模式図である。ＤＬＣ膜３６には、
第１のイオンビームにより方向Ａから第１の配向処理が
施される。液晶分子４２は、第１のイオンビームにより
処理された直後は、第１のイオンビームにより表面が改
質されたＤＬＣ膜３６に対して、第１のイオンビームの
照射方向に沿って配向することになる。その後本発明に
したがい、ＤＬＣ膜３６が１５°角度がずれた矢線Ｂの
方向から照射される第２のイオンビームにより処理され
ると、ＤＬＣ膜３６の表面には、矢線Ｂの方向からの第
２のイオンビームによる改質が与えられる。

【００５１】この第２のイオンビームによる配向処理
は、第１のイオンビームにより与えられた特性を、第２
のイオンビームの照射量に応じて、第２のイオンビーム
の特性に近づいて行くように変化させることとなり、第
２のイオンビームの照射量に応じて配向方向が変化する
ことになる。図４には、第２のイオンビーム照射により
配向角の変化した状態での配向方向を、液晶分子４４に
より示している。

【００５２】図５は、本発明によりプレチルト角を制御
する場合の概念図である。図５においては、矢線Ｃの方
向に沿って照射された第１のイオンビームは、第１の配
向処理をＤＬＣ膜３６に与え、液晶分子は、プレチルト
角に沿って配向し、これが図５において符号４８で示さ
れている。図５に示した実施の形態においては、本発明
にしたがって、その後第２のイオンビームを、第１のイ
オンビームとは、１８０°反対の矢線Ｄで示される方向
から照射して、第２の配向処理を与えている。図５に示
されるように、ＤＬＣ膜３６の表面状態は第２のイオン
ビームの照射により改質され、本発明においては、１８
０°反対方向から加えられる第２の配向処理により液晶
分子５０のプレチルト角を選択的に低下させることが可
能であることが見出された。

【００５３】本発明においてプレチルト角を制御する際
には、目的とする液晶表示装置の特性において適宜プレ
チルト角を設定することができる。特にＩＰＳモードで
駆動される液晶表示装置を構成する場合には、本発明に
より０°〜５°の範囲でプレチルト角度を設定すること
が、後述するように広い適用性を付与する目的から好ま
しい。図５においては、プレチルト角の低下した状態で
の液晶分子を符号５０で示している。

【００５４】図４および図５に示されるように、本発明
によれば、第１のイオンビームと第２のイオンビームの
照射方向および照射量に応じて、配向角およびプレチル
ト角を選択して制御することができることがわかる。す
なわち、第２のイオンビームの照射方向を選択すること
により、第２の配向処理により配向角を選択的に変化さ
せることができる。また、本発明では、図５に示すよう
に、第２の配向処理を１８０°反対方向から加えること
により、所定の配向角を保持させたまま、プレチルト角
のみを低下させることが可能となる。これらの配向角お
よびプレチルト角の選択制御は、単に配向膜に対する第
２のイオンビームの方向および照射量を選択することに
より行うことができ、本発明によれば、容易に配向特性
を制御することができることがわかる。

【００５５】図６は、本発明によるイオンビームの多重
照射により形成されたＤＬＣ膜３６を含むガラス基板３
４を使用して、ＩＰＳパネルを構成する場合の液晶分子
の配向を示した図である。図６に示されるように、本発
明により形成されたＤＬＣ膜３６を使用する場合には、
基板近傍における液晶分子５２のプレチルト角を約０°
とすることができる。このため、本発明の液晶パネルに
おいては、パラレル配向の他にもアンチ−パラレル配向
を採用することが可能となり、視野角依存性のない、面
内輝度のばらつきの少ない良好な特性を有するＩＰＳパ
ネルを提供することができる。なお、アンチ−パラレル
配向とは、液晶分子の配向方向が、アレイが形成される
側と、表示側（ＣＦ側）とにおいて互いに反対方向とな
る配向を意味する。

【００５６】図７は、上述したプレチルト角と、表示特
性との関係を、本発明により製造されるＩＰＳパネルの
中間調における輝度特性をシミュレーションすることに
より示した図である。中間調（Ｉ_５０）における輝度
は、理想的にはプレチルト角の有無にかかわらずに一定
であることが、良好な表示特性を与えるためには好まし
い。これを示すため、図７には、アレイ側のガラス基板
のプレチルト角をφ、表示側（ＣＦ側）のガラス基板の
プレチルト角をθとして、中間調（Ｉ_５０）の輝度比
（Ｉ_５０（θ、φ）／Ｉ_５０（０、０））がプロットさ
れている。上述したように良好な表示特性を与えるため
には、中間調における輝度比は、変動しない、すなわち
１付近であることが好ましい。本発明により製造される
配向膜によれば、図７の破線で示されるように、輝度比
をほぼ０．９５〜１．０５の範囲とするアンチ−パラレ
ル構成を与えることが可能であることが示される。

【００５７】図８は、本発明の配向膜を使用した液晶表
示装置の分解斜視図を示す。図８に示す本発明の実施の
形態の透過型液晶表示装置５８は、透過型液晶表示装置
５８の有効画面を画成するための表示用ウインドウ６０
を画成する上部フレーム６２と、バックライト・ユニッ
ト６４と、上部フレーム６２とバックライト・ユニット
６４との間に配置された液晶表示パネル６６と、スペー
サ６８と、拡散シート７０と、プリズム・シート７２と
いった光学特性制御部材を含んで構成されている。

【００５８】バックライト・ユニット６４は、下側ケー
ス７４上に載置されていて、上部フレーム６２と一体と
して保持されることで、透過型液晶表示装置５８を構成
している。図８に示した液晶パネルは、本発明により形
成された配向膜を含んだガラス基板の間に液晶組成物が
保持されて形成されている。配向膜は、プレチルト角が
低くされた、アンチ−パラレル型の配向処理が施され、
上述したＩＰＳパネルとして構成されている。本発明に
より形成されたＩＰＳパネルは、視野角特性が改善さ
れ、きわめて良好な表示特性を与えることが可能とされ
ている。

【実施例】以下、本発明を実施例をもってより詳細に説
明するが、本発明は、後述する実施例にも限定されるも
のではない。

【００５９】（実施例１）ガラス基板上に下記条件の下
でマグネトロン・スパッタリング法によりＤＬＣ膜を堆
積させた。ターゲット：焼結炭素ターゲットキャリア：Ａｒ、圧力１Ｐａ放電出力：１ｋＷマグネット間隔：６ｃｍ磁石／基板間隔：５ｃｍ磁石の磁束密度：０．０２５０Ｔ

【００６０】堆積したＤＬＣ膜に対してイオンガンから
アルゴンイオンを含む第１のイオンビームを照射して第
１の配向処理を行った。また、第２の配向処理は、第２
のイオンビームを第１のイオンビームに対して１５°傾
けて照射して行った。第２のイオンビームの照射量は、
第１のイオンビームの照射量の１／８とした。また、実
施例１においては、第２のイオンビームの照射の際の搬
送ステージの搬送速度を０ｍｍ／ｓ、２０ｍｍ／ｓ、６
０ｍｍ／ｓ、１２０ｍｍ／ｓの範囲で変化させ、搬送ス
テージの速度の配向角への影響を検討した。

【００６１】液晶分子の配向角を、偏向子を使用して測
定した結果を図９に示す。図９には、第１のイオンビー
ムの照射角度を０°（基準値）とし、横軸に搬送ステー
ジの速度（ｍｍ／ｓ）、縦軸に配向角（°）をとって示
している。第２のイオンビームは、第１のイオンビーム
に対して１５°傾けて照射されているので、図９におい
ては、搬送ステージを固定したまま第２のイオンビーム
を照射し続けることで、第２のイオンビームの与える配
向角（１５°）となっているのが示される。

【００６２】図９に示されるように、第２のイオンビー
ムの照射に際して搬送ステージの速度を大きくすること
により、第２のイオンビームの照射量が減少し、この結
果配向処理における第２のイオンビームの影響が小さく
なって行き、配向角が第１のイオンビームで与えられる
基準方向（０°）へと近づいているのが示される。すな
わち、図９によれば、第２のイオンビームの照射量が多
くなればなるほど、第１のイオンビームにより与えられ
た配向特性が失われ、第２のイオンビームによる配向特
性に近づくことが示されている。図９に示されるよう
に、本発明により、異なった方向からの第１のイオンビ
ームの照射により、配向角を容易に制御することが可能
であることがわかる。

【００６３】（実施例２〜４）実施例１の通りに堆積さ
せたＤＬＣ膜に対して、第２のイオンビームの照射量を
変化させて配向処理を施し、プレチルト角の制御につい
て検討を加えた。また、実施例２〜４においては、第２
のイオンビーム照射に際して、搬送ステージの搬送方向
を１８０°変化させ、かつ搬送ステージの速度の影響を
検討するために、搬送速度を、５０ｍｍ／ｓ、８０ｍｍ
／ｓ、１００ｍｍ／ｓ、１３０ｍｍ／ｓ、１５０ｍｍ／
ｓの範囲で変化させて第２の配向処理を行った。実施例
２〜４で使用した第２のイオンビームの条件および搬送
ステージの速度を表１に示す。

【００６４】表１中、ビームドーズ量（Ｉ_ｂ）は、ファ
ラデーカップを使用して計測されたアルゴンイオンビー
ムの電流値である。得られた結果を、図１０および図１
１に示す。実施例２〜実施例４では、第１のイオンビー
ムは、アルゴンイオンビームを使用し、照射角度３５
°、加速エネルギー２００ｅＶ、イオン発生電流３５０
ｍＡ、グリッド電圧７００Ｖ、搬送ステージ速度２０ｍ
ｍ／ｓ、ビームドーズ量１６４μＡで一定とした。

【００６５】

【表１】

【００６６】図１０は、本発明により生成されるプレチ
ルト角を、搬送ステージの速度に対してプロットした図
である。図１０に示されるように、本発明により生成さ
れるプレチルト角は、実施例２〜実施例４で示されるよ
うに第２のイオンビームの強度が高くなるにつれ、同一
の搬送ステージ速度においても低下する、すなわち、１
８０°方向からの第２のイオンビームの影響により、プ
レチルト角を小さくすることができることが示される。
また、搬送ステージの速度が遅くなればなるほど、同様
に第２のイオンビームの影響が強く反映されることが示
されている。

【００６７】図１１には、本発明により生成されたプレ
チルト角を、搬送ステージの速度の逆数に対してプロッ
トした図を示す。図１１において、ステージ搬送速度の
逆数が０の場合とは、現実的には搬送ステージの搬送速
度が無限大、すなわち第２のイオンビームの影響がない
場合に、第１の配向処理により与えられるプレチルト角
（約７．５°）に対応する。

【００６８】図１１に示されるように、本発明によれ
ば、第２のイオンビームの照射量および照射角度に関連
して、プレチルト角を、配向角とは独立して制御できる
ことがわかる。さらには、図１１に示されるように、本
発明において第２のイオンビームの照射量または搬送ス
テージの速度を調節することにより、配向性を維持させ
たまま、プレチルト角を０°とすることが可能であるこ
とも示されている。このことは、本発明により製造され
る配向膜は、特にＩＰＳパネルにおける視野角依存性を
改善することが可能であることを示すものといえる。

【００６９】（実施例５）本発明によりプレチルト角を
０°として製造した配向膜を使用して、図１に示される
ＩＰＳパネルを製造し、その表示特性について、クロス
ニコル下での黒の輝度について検討を加えた。また、図
１２においては、輝度の分布を、輝度（ｃｄ／ｍ^２）等
高線として、輝度特性を示している。最も表示特性が良
好であると考えられるアンチ−パラレル配向について得
られた結果を、図１２に示す。図１２は、縦の破線が、
ＴＦＴアレイが形成された側のガラス基板の偏光軸に対
応する方向であり、横の破線が透過側のガラス基板の偏
光軸に対応する方向である。

【００７０】図１２に示されるように、本発明の配向膜
を使用して製造されたＩＰＳパネルの輝度特性は、図１
４に示される従来の配向膜を使用したＩＰＳパネルに比
較して、きわめて等方的な分布を示していることがわか
る。このことは、本発明の配向膜を使用した液晶表示装
置は、視野角特性の少ない、良好な表示特性を与えるこ
とができることを示すものである。

【００７１】（実施例６）実施例１と同様にしてガラス
基板上に配向膜を形成させ、実施例１と同等にして第１
のイオンビームにより配向処理を与えた。このようにし
て得られた配向膜にフォトレジストを塗布し、パターニ
ングして配向膜をパターン状に露出させた。パターン状
に露出した配向膜に対して第２のイオンビームを実施例
１と同様にして施し、露出した部分の配向膜の配向角を
変化させた。その後、レジストをストリッピングして配
向膜全面を露出させ、マルチドメイン表示に使用可能な
配向膜を形成した。

【００７２】上述した配向膜を含むガラス基板を使用し
てマルチドメイン方式の液晶表示装置を製造し、表示特
性を評価したところ、良好な表示特性を得ることができ
た。

【００７３】（実施例７）実施例７として配向膜として
ポリイミドをガラス基板上にスピンコーティングして焼
成させた後、実施例１と同様にしてポリイミド膜に対し
て配向処理を行ったところ、良好な配向特性を得ること
ができた。

【００７４】これまで説明したように、本発明によれ
ば、配向性御され、高い信頼性で製造することが可能で
あり、高いアンカリング・エネルギーを与えつつ、高い
信頼性で配向方向およびプレチルト角を容易に制御する
ことが可能な配向膜、該配向膜の製造方法、該配向膜を
含む液晶パネルおよび液晶表示装置を提供することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の概略断面図。

【図２】本発明によるＤＬＣ膜を製造するための製造
装置を示した図。

【図３】本発明の配向処理プロセスを示した概念図。

【図４】本発明により配向角が制御される液晶分子を
示した概略図。

【図５】本発明によりプレチルト角が制御される液晶
分子を示した概略図。

【図６】本発明によるプレチルト角０°とされたアン
チ−パラレル配向の液晶分子の配向を示した図。

【図７】本発明により得られるＩＰＳパネルの中間調
の表示特性のシミュレーション。

【図８】本発明の液晶表示装置の分解斜視図。

【図９】本発明による配向角を、搬送ステージの速度
に対してプロットした図。

【図１０】本発明によるプレチルト角を、搬送ステー
ジの速度に対してプロットした図。

【図１１】本発明によるプレチルト角を、搬送ステー
ジの速度の逆数に対してプロットした図。

【図１２】本発明によるＩＰＳパネルの表示特性を示
した図。

【図１３】従来のパラレル配向の液晶分子の配向を示
した図。

【図１４】従来の配向膜を使用したパラレル配向のＩ
ＰＳパネルの表示特性を示した図。

【符号の説明】

１０…液晶表示装置１２ａ、１２ｂ…ガラス基板１４…液晶組成物１６ａ、１６ｂ…シール材１８ａ、１８ｂ…透明電極２０ａ、２０ｂ…配向膜２２…スペーサ２４ａ、２４ｂ…偏光板２６…バックライト・ユニット３０…容器３２…搬送ステージ３４…ガラス基板３６…ＤＬＣ膜３８…イオンガン４０…イオンガン４２、４４、４６、４８、５０、５２…液晶分子５８…透過型液晶表示装置６０…表示用ウインドウ６２…上部フレーム６４…バックライト・ユニット６６…液晶パネル６８…スペーサ７０…拡散シート７２…プリズム・シートＬＭ…液晶分子ＥＬ…横方向に生成される電界

フロントページの続き (72)発明者佐藤浩之神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本アイ・ビー・エム株式会社大和事業所内 (72)発明者小田原修一神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本アイ・ビー・エム株式会社大和事業所内 (72)発明者齊藤之人神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本アイ・ビー・エム株式会社大和事業所内Ｆターム(参考） 2H090 HB07Y HB08Y HC06 HC13 KA05 KA08 KA09 LA02 MA06 MA11 MB01 MB12 MB14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに離間して配置されるガラス基板の
間に形成されるセルと、該セルに保持される液晶分子と
を含んで構成される液晶表示装置に使用され、前記ガラ
ス基板の前記液晶分子に向いた側に配置される液晶配向
膜であって、前記液晶配向膜は、照射方向の異なる荷電
粒子線により多重照射されることで前記液晶分子に対す
る配向特性が付与された液晶配向膜。
【請求項２】前記液晶配向膜は、少なくともダイアモ
ンド状炭素（ＤＬＣ）膜またはポリイミド膜を含んで構
成される、請求項１に記載の液晶配向膜。
【請求項３】前記液晶配向膜は、５°以下のプレチル
ト角を前記液晶分子に対して与える、請求項１または２
のいずれか１項に記載の液晶配向膜。
【請求項４】前記互いに離間して配置されるガラス基
板にそれぞれ配置される液晶配向膜は、前記液晶分子が
アンチ−パラレル配向を与えるように配置される請求項
１〜３のいずれか１項に記載の液晶配向膜。
【請求項５】前記液晶表示装置は、インプレーン・ス
イッチング・モードで駆動される、請求項１〜４のいず
れか１項に記載の液晶配向膜。
【請求項６】互いに離間して配置されるガラス基板の
間に形成されるセルと、該セルに保持される液晶分子と
を含んで構成される液晶表示装置に使用され、前記ガラ
ス基板の前記液晶分子に向いた側に配置される液晶配向
膜の製造方法であって、前記製造方法は、前記ガラス基板上に液晶配向膜を堆積させるステップ
と、前記液晶配向膜を照射方向の異なる荷電粒子線により多
重照射するステップとを含む液晶配向膜の製造方法。
【請求項７】前記液晶配向膜を荷電粒子線により多重
照射するステップは、第１のイオンビームにより前記液晶配向膜を配向処理す
るステップと、前記第１のイオンビームにより配向処理された後の液晶
配向膜を第２のイオンビームにより配向処理するステッ
プとを含む請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】前記第２のイオンビームによる配向処理
は、前記第２のイオンビームの照射量を、前記第１のイ
オンビームの１／５〜１／５０として行われる、請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】前記第２のイオンビームにより、前記液
晶配向膜の前記液晶分子に対する配向角を制御するステ
ップを含む請求項７または８に記載の製造方法。
【請求項１０】前記第２のイオンビームにより、前記
液晶配向膜の前記液晶分子に対するプレチルト角を制御
するステップを含む請求項７または８に記載の製造方
法。
【請求項１１】第２のイオンビームによる配向処理に
より、前記液晶配向膜に対して５°以下のプレチルト角
を生成する請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】前記プレチルト角を制御するステップ
を、前記第２のイオンビームの照射量を、前記第１のイ
オンビームの照射量の１／３０〜１／５０として施すス
テップを含む請求項１０または１１に記載の製造方法。
【請求項１３】互いに離間して配置されるガラス基板
と、前記ガラス基板の間に形成されるセルと、前記セル内に保持される液晶分子と、前記ガラス基板の前記液晶分子に向いた側に配置され、
かつ異なった方向からの荷電粒子線により多重照射され
て前記液晶分子に対する配向特性が付与された液晶配向
膜と、前記セルを透過する光線の透過性を制御するための光学
部材と、を含む液晶パネル。
【請求項１４】前記液晶配向膜は、ダイアモンド状炭
素（ＤＬＣ）膜またはポリイミド膜を含んで構成され
る、請求項１３に記載の液晶パネル。
【請求項１５】前記液晶配向膜は、５°以下のプレチ
ルト角を前記液晶分子に対して与える、請求項１３また
は１４のいずれか１項に記載の液晶パネル。
【請求項１６】前記液晶パネルは、前記液晶分子がア
ンチ−パラレル配向されたインプレーン・スイッチング
・モードで駆動される、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の液晶パネル。
【請求項１７】請求項１３〜１６のいずれか１項に記
載の液晶パネルと、前記セルを透過して光学的表示を与えるための光線を発
生させるためのバックライト・ユニットと、前記セルを透過する光線の透過性を制御するための光学
部材と、を含む液晶表示装置。