JP2005107420A - 液晶表示素子の製造方法、配向処理装置及び液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 大型の基板であっても極めて容易に配向処理を施すことができる液晶表示素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 基板の表面に形成された配向膜の表面をプラズマ化したガスで連続的に処理することにより配向処理を施す工程を有する液晶表示素子の製造方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、大型の基板であっても極めて容易に配向処理を施すことができる液晶表示素子の製造方法、配向処理装置、及び、液晶表示素子に関する。

現在、液晶表示素子は、パソコン、携帯電子機器等に広く用いられている。
液晶表示素子の製造方法においては、通常、基板の表面を洗浄し、ポリイミド系材料等からなる配向膜を塗布して焼成した後、該配向膜の表面を回転ローラに巻き付けたバフ布で一定方向に擦って傷をつける、いわゆるラビング処理を施すことにより、配向膜に配向性を付与する工程がある。このラビング処理により、配向膜を構成するポリイミドのポリマー主鎖がラビング方向に延伸されることから、基板間に液晶を充填したときには液晶分子がこの延伸方向に沿って配向すると考えられている。

しかし、このようなバフ布で配向膜の表面を擦って傷をつける方法により配向処理を施した場合、大量の塵が発生することから、ラビング処理後にこの塵を洗い流す洗浄操作と乾燥操作とが必要になる。従って、工程全体として非常に煩雑で時間がかかるうえ、液晶表示素子の歩留りの低下にもつながるという問題があった。とりわけ近年では基板が大型化していることから、一連の工程に用いる処理装置も大型化せざるを得ないという問題もあった。

これに対して、特許文献１には、イオンビーム、プラズマビーム又は電子ビームを、スリットを通して線状に液晶表示体基板の配向膜表面を走査・照射させることにより配向処理を施す液晶表示体の製造方法が開示されている。この方法によれば、処理時に塵が発生することもないことから、後の洗浄操作及び乾燥操作が不要になり、工程全体を簡略化することができる。しかしながら、この方法ではバッチ処理しかできないことに加え、大型の基板の場合には配向膜全体に配向処理を施すのに時間がかかることから、大量生産には不向きであるという問題があった。

特開平７−５６１７２号公報

本発明は、上記現状に鑑み、大型の基板であっても容易に配向処理を施すことができる液晶表示素子の製造方法に関する。

本発明は、基板の表面に形成された配向膜の表面をプラズマ化したガスで連続的に処理することにより配向処理を施す工程（以下、配向処理工程ともいう）を有する液晶表示素子の製造方法である。
以下に本発明を詳述する。

上記配向処理工程においては、基板の表面に形成された配向膜の表面をプラズマ化したガスで連続的に処理する。
本発明者らは、鋭意検討の結果、プラズマ化したガスで処理することにより配向膜の表面に微細な凹凸を形成することができ、更にこの処理を一定の方向に連続的に施すことにより、配向膜に配向性を付与できることを見出し、本発明を完成するに至った。
プラズマ化したガスにより凹凸を形成する場合には、配向膜の表面を擦って傷をつける方法とは異なり塵が発生することがないことから、発生した塵を洗浄する操作等を省略することができる。また、プラズマ化したガスで処理することにより、基板の表面に付着した有機物等を分解することができることから、これ自体が一種の洗浄操作ということもでき、基板の表面を別に洗浄する操作をも省略することが可能となる。
なお、上記配向処理工程において処理の対象となる配向膜としては特に限定されないが、近年ではポリイミド系材料からなるものが一般的に用いられている。

本明細書においてプラズマ化したガスとは、対向する電極間に電界を印加することにより発生するグロー放電プラズマによって電離された状態のガスを意味する。このようなプラズマ化したガスは極めて活性が高いことから、樹脂等の有機物を分解することができ、配向膜の表面に凹凸を形成することができる。

上記ガスとしては、後述するパルス放電プラズマでは希ガスがなくてもグロー放電プラズマを発生することができることから特に限定されないが、窒素ガス、アルゴンガス、窒素と酸素との混合ガス、アルゴンと酸素との混合ガス等が好適である。なかでも、酸素との混合ガスは、有機物の分解効果が高い。

このようなガスを対向する電極間に供給しながら、高周波、パルス波、マイクロ波等の電界を印加してグロー放電プラズマを発生させることによりプラズマ化したガスが生成する。
この場合の電界としては、パルス電界が好ましく、特に、電界の立ち上がり及び／又は立ち下がり時間が１０μｓ以下であるパルス電界が好適である。パルス電界の立ち上がり及び／又は立ち下がり時間が１０μｓを超えると、放電状態がアーク放電に移行しやすく不安定なものとなり、高密度プラズマ状態を保持しにくくなることがある。より好ましくは５μｓ以下である。電界の立ち上がり及び／又は立ち下がり時間は、短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行われ、効率よくプラズマ化したガスを得ることができるが、現時点では４０ｎｓ未満の立ち上がり時間のパルス電界を実現することは困難である。
なお、本明細書において電解の立ち上がり時間とは、電圧（絶対値）が連続して増加する時間を意味し、立ち下がり時間とは、電圧（絶対値）が連続して減少する時間を意味する。

上記電界の電界強度の好ましい下限は１０ｋＶ／ｃｍ、好ましい上限は１０００ｋＶ／ｃｍである。１０ｋＶ／ｃｍ未満であると、プラズマ化したガスの生成に時間がかかりすぎることがあり、１０００ｋＶ／ｃｍを超えると、アーク放電が発生しやすくなり、高密度プラズマ状態を保持しにくくなることがある。

上記電界の周波数の好ましい下限は０．５ｋＨｚである。０．５ｋＨｚ未満であるとプラズマ密度が低いためプラズマ化したガスの生成に時間がかかりすぎることがある。上限は特に限定されず、常用されている１３．５６ＭＨｚ、試験的に使用されている５０ＭＨｚといった高周波帯であってもよいが、負荷との整合のとり易さや取り扱い性を考慮すると５００ｋＨｚ以下であることが好ましい。

また、上記パルス電界におけるひとつのパルス継続時間の好ましい下限は０．５μｓ、好ましい上限は２００μｓである。２００μｓを超えると、アーク放電に移行しやすくなる。
なお、本明細書においてひとつのパルス継続時間とは、ＯＮとＯＦＦとの繰り返しからなるパルス電界における、ひとつのパルスの連続するＯＮ時間を意味する。
また、このときのＯＦＦ時間の好ましい下限は０．５μｓ、好ましい上限は１０００μｓであり、より好ましい上限は５００μｓである。

また、上記ガスを対向する電極間に供給する速度としては特に限定されず、プラズマの状態や処理条件等により適宜調整すればよいが、好ましい下限は１ｍ／ｓ、好ましい上限は５０ｍ／ｓである。１ｍ／ｓ未満であると、電流パスができやすく、放電が不安定になることがある。より好ましい下限は２ｍ／ｓ、より好ましい上限は２０ｍ／ｓｅｃである。

上記プラズマ化したガスは、どのような圧力下でも生成させ用いることができるが、なかでも大気圧近傍下の圧力下で用いると、その効果が特に高い。
なお、本明細書において大気圧近傍の圧力下とは、１．３３３×１０⁴ 〜１０．６６４×１０⁴ Ｐａの圧力下を意味する。なかでも、圧力調整が容易で、装置の構成を簡便にすることができる９．３３１×１０⁴ 〜１０．３９７×１０⁴ Ｐａの範囲が好ましい。ただし、チャンバー等で装置全体を囲ったうえで、装置内を真空にした場合には、異常放電が起こらない範囲で電極の近傍から処理ガスを導入してもよい。

このように生成したプラズマ化したガスを用いて、基板の表面に形成された配向膜の表面を連続的に処理する。ここで連続的に処理するとは、例えば、配向膜の表面にプラズマ化したガスを当てながら基板を一定の方向に移動させて配向膜の全面を処理したり、又は、配向膜の表面にプラズマ化したガスを当てながらプラズマ化したガスを一定の方向に移動させて配向膜の全面を処理したりすることを意味する。このような連続的に処理を行うことにより、配向膜の表面に基板又はプラズマ化したガスの移動方向に対応した配向性が付与される。

プラズマ化したガスを用いて基板の表面に形成された配向膜の表面を連続的に処理する方法としては特に限定されないが、例えば、図１に示したような装置を用いることにより実現することができる。
図１に示した装置において、上下に配置されている対向電極２、３は、ともに平行平板型電極となっている。そして、これら対向電極（以下、単に電極ともいう）２、３の表面が固定誘電体７、８で被覆され、その間に放電空間４が形成されている。
また、上部側の電極２の基板の搬送方向の上流側にはガス供給ノズル５が設けられ、搬送下流側にはガス排気ノズル６が設けられている。
また、対向電極２、３の基板搬送上流側と搬送下流側には、それぞれ搬送ローラ１１が配置されており、これら搬送ローラ１１は、図１中矢印Ａ方向に回転するようになっている。

ガスは、図１中矢印Ａ方向にガス供給ノズル５から放電空間４に吹き出される。この状態で電極２、３の間に電源１から電界がかけられると、ガスは放電空間４内でプラズマ化し、電極２、３間を矢印Ａ方向に搬送されてくる基板１０の表面に形成された配向膜に配向処理を施す。処理後のガスは、ガス排気ノズル６から吸い込まれて回収される。

プラズマ化したガスを用いて基板の表面に形成された配向膜の表面を連続的に処理する方法としては、この他にも例えば、対向する１対の電極間に生成したプラズマ化したガスを電極間の外へ吹き出しながら、該プラズマ化したガスの吹き出し方向とは略垂直の方向に配向膜を有する基板を搬送することにより連続的な処理を実現する装置等も用いることができる。

プラズマ化したガスを用いて基板の表面に形成された配向膜の表面を連続的に処理する配向処理装置であって、対向する１対の電極と、上記対向する１対の電極間にガスを供給する手段と、上記対向する１対の電極間に配向膜が形成された基板を搬送する手段とを有する配向処理装置もまた、本発明の１つである。
また、プラズマ化したガスを用いて基板の表面に形成された配向膜の表面を連続的に処理する配向処理装置であって、対向する１対の電極と、上記対向する１対の電極間にガスを供給する手段と、上記対向する１対の電極間に生成したプラズマ化したガスを前記対向する１対の電極間の外に吹き出させる手段と、前記プラズマ化したガスの流れ方向に対して略垂直の方向に配向膜が形成された基板を搬送する手段とを有する配向処理装置もまた、本発明の１つである。

上記電極としては特に限定されず、例えば、鉄、銅、アルミニウム等の金属単体；ステンレス、真鍮等の合金；金属間化合物からなるもの等が挙げられる。
また、上記電極の対向面は固体誘電体で被覆されていることが好ましい。この場合、固体誘電体と電極とが密着し、かつ、接する電極の対向面を完全に覆うようにすることが好ましい。固体誘電体によって覆われずに電極同士が直接対向する部位があると、そこからアーク放電が生じて高密度プラズマ状態を保持しにくくなることがある。

上記固体誘電体としては特に限定されず、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック；ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物；チタン酸バリウム等の複酸化物等からなるもの等が挙げられる。なお、平板電極を被覆する固体誘電体としては、このようなセラミックコーティングやホーロー処理など電極表面に直接固着（コーティング）するものの他、石英板、ガラス板、アルミナ板などのセラミック板を電極表面に密着させるものでもよい。
上記固体誘電体の厚さの好ましい下限は０．１ｍｍ、好ましい上限は２ｍｍである。

上記対向する１対の電極間の距離としては、その上に被覆する固体誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して適宜決定されるが、好ましい下限は０．１ｍｍ、好ましい上限は５０ｍｍである。０．１ｍｍ未満であると、電極間の間隔をおいて設置するのが困難であることがあり、５０ｍｍを超えると、均一なグロー放電プラズマを発生させることができないことがある。より好ましい上限は５ｍｍである。

上記対向する１対の電極間にガスを供給する手段としては特に限定されず、例えば、従来公知のノズル等を用いることができる。また、上記対向する１対の電極間にガスを供給する手段から供給させるガスの速度を調整すれば、上記対向する１対の電極間にガスを供給する手段を上記対向する１対の電極間に生成したプラズマ化したガスを対向する１対の電極間の外に吹き出させる手段としても用いることができる。
また、本発明の配向処理装置は、生成したプラズマ化したガスを回収するためにガスを吸引する手段を有していてもよい。

上記配向膜が形成された基板を搬送する手段としては特に限定されず、従来公知の搬送ローラ等を用いることができる。

本発明の液晶表示素子の製造方法では、基板の表面に形成された配向膜の表面をプラズマ化したガスで連続的に処理することにより配向処理を施す配向処理工程を有することにより、従来のラビング処理により配向処理を施す方法に比べて、後の洗浄操作や乾燥操作を省略することができ、極めて簡便な方法となる。また、大型の基板であっても、必要以上に大型の装置を要することもなく、更に、連続的に処理を行うことができることから大量生産を行う場合にも好適である。
本発明の液晶表示素子の製造方法を用いてなる液晶表示素子もまた、本発明の１つである。

本発明によれば、大型の基板であっても極めて容易に配向処理を施すことができる液晶表示素子の製造方法を提供することができる。

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１〜４）
ガラス基板の表面にポリイミド配向膜（日産化学社製、ＳＥ−７４９２）を塗布し、２３０℃、１時間焼成して、配向膜を形成した。
表１に示したガス種及び処理条件に従い、図１に示した装置を用い、対向する１対の電極間に電界をかけながらガスを供給して電極間にプラズマ化したガスが生成させ、この電極間に得られた配向膜が形成された基板を一定方向に搬送することにより配向膜の表面に配向処理を施した。なお、表１中、処理時間とは、基板が対向する１対の電極間に入ってから、出るまでの時間を意味する。

（評価）
得られた配向膜が形成されたガラス基板２枚を、配向処理の方向が互いに逆方向になるようにしてスペーサ（積水化学工業社製、ミクロパールＳＥ：粒子径５μｍ）を介して貼り合わせ、次いでその間隙に液晶を注入した後封止して、液晶セルを作製した。
得られた液晶セル内の液晶の配向状態を偏光顕微鏡を用いて観察し、以下の基準により評価した。結果を表１に示した。
〇：基板の全面にわたって均一に配向
△：基板の全面にわたってほぼ均一に配向しているが、一部に配向乱れが認められる

本発明によれば、大型の基板であっても極めて容易に配向処理を施すことができる液晶表示素子の製造方法を提供することができる。

プラズマ化したガスを用いて基板の表面に形成された配向膜の表面を連続的に処理する配向処理装置の一態様を説明する模式図である。

符号の説明

１ 電源（高電圧パルス電源）
２、３ 対向電極（電極）
４ 放電空間
５ ガス供給ノズル
６ ガス排出ノズル
７、８ 固体誘電体
１０ 基板
１１ 搬送ローラ

Claims (6)

1. 基板の表面に形成された配向膜の表面をプラズマ化したガスで連続的に処理することにより配向処理を施す工程を有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
2. プラズマ化したガスは、大気圧近傍の圧力下で、対向する１対の電極間に電界を印加することにより発生するグロー放電プラズマによって活性化したガス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。
3. 配向膜の表面にプラズマ化したガスを当てながら基板を一定の方向に移動させて配向膜の全面を処理するか、又は、配向膜の表面にプラズマ化したガスを当てながらプラズマ化したガスを一定の方向に移動させて配向膜の全面を処理することを特徴とする請求項1又は２記載の液晶表示素子の製造方法。
4. プラズマ化したガスを用いて基板の表面に形成された配向膜の表面を連続的に処理する配向処理装置であって、
   対向する１対の電極と、前記対向する１対の電極間にガスを供給する手段と、前記対向する１対の電極間に配向膜が形成された基板を搬送する手段とを有する
   ことを特徴とする配向処理装置。
5. プラズマ化したガスを用いて基板の表面に形成された配向膜の表面を連続的に処理する配向処理装置であって、
   対向する１対の電極と、前記対向する１対の電極間にガスを供給する手段と、前記対向する１対の電極間で生成したプラズマ化したガスを前記対向する１対の電極間の外に吹き出させる手段と、前記プラズマ化したガスの流れ方向に対して略垂直の方向に配向膜が形成された基板を搬送する手段とを有する
   ことを特徴とする配向処理装置。
6. 請求項１、２又は３記載の液晶表示素子の製造方法を用いてなることを特徴とする液晶表示素子。

Images