JP2008224923A - 液晶装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した表面構造を有する無機配向膜を具備することにより高品位な表示を実現可能とした液晶装置の製造方法を提供する。
【解決手段】液晶を挟持する一対の基板であるＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０上に、斜方蒸着法によりＳｉＯ_２からなる無機配向膜１６及び２２を形成し、該無機配向膜１６及び２２をオゾン水により洗浄することにより、無機配向膜１６及び２２表面に付着した異物や有機物を除去する洗浄を行うと同時に、無機配向膜１６及び２２の表面を酸化することにより安定した表面構造を得る。
【選択図】図３

Description

本発明は、一対の基板間に、液晶を挟持してなる液晶装置の製造方法に関し、特に無機配向膜を具備した液晶装置の製造方法に関する。

電気光学装置である液晶装置は、ガラス基板、石英基板等からなる一対の基板間に液晶が挟持されて構成されている。

液晶装置は、例えば一方の基板に、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下、ＴＦＴと称す）等のスイッチング素子及び画素電極をマトリクス状に配置し、他方の基板に対向電極を配置して、両電極間に介在する液晶の配向を画像信号に応じて変化させることで、透過する光を変調し、画像表示を可能としている。

このような液晶装置は、例えば特許文献１に開示されているように、一対の基板のそれぞれに、所定のパターンを有する半導体薄膜、絶縁膜又は導電膜を積層することによって構成される。

液晶装置において、対向する一対の基板の液晶に接する表面には、液晶の配向を規制する配向膜が形成されている。一般に配向膜としては、ＳｉＯ_２等の無機材料を基板表面に対し所定の角度をもって蒸着することにより形成される無機配向膜や、ポリイミド等の有機材料によって構成される薄膜にラビング処理を施すことによって形成される有機配向膜が知られている。
特開２００４−３５６５８９号公報

無機配向膜は斜方蒸着法により形成されることから、無機配向膜の表面（界面）には、Ｓｉ原子の未結合手、すなわちダングリングボンドや、Ｓｉ原子同士が結合したダイマー構造（Ｓｉ−Ｓｉ結合）が形成されている。このＳｉ原子の未結合手は、液晶中や雰囲気中の水分等との反応によって、ＯＨ基や水素により終端されやすい。すなわち、無機配向膜１６の表面には、図５に示すように、ダングリングボンドやダイマー構造等の構造や、Ｓｉ原子がＯＨ基や水素原子により終端された構造からなる不完全構造が高密度で存在している。このように、不完全構造が多く形成された無機配向膜は電気的な極性を有し、液晶中の不純物イオンを吸着しやすい。

例えば、無機配向膜の表面に、液晶中に存在する不純物イオンが吸着すると、無機配向膜の表面形状や極性が変化することによって液晶の配向異常が生じ、表示不良が発生してしまう。また、局所的に液晶中の不純物イオンが吸着した場合には、イオンが偏在することにより液晶に直流電圧が印加されるため、焼き付きやフリッカ等の表示不良が発生してしまう。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、安定した表面構造を有する無機配向膜を具備することにより高品位な表示を実現可能とした液晶装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る液晶装置の製造方法は、一対の基板間に、液晶を挟持してなる液晶装置の製造方法であって、前記一対の基板の少なくとも一方に無機配向膜を形成する無機配向膜形成工程と、前記無機配向膜上にオゾン水を供給することにより前記無機配向膜を洗浄する洗浄工程と、を具備することを特徴とする。

本発明のこのような構成によれば、製造工程のばらつき等によって無機配向膜の電気的特性が変化してしまうことがなく、一様かつ安定した電気的特性を有する無機配向膜を得ることが可能である。したがって、液晶中に存在する不純物イオンが吸着することがなく、配向不良、焼き付き、フリッカ等の表示不良が発生することのない高品位な表示を実現可能な液晶装置を提供することができる。

また、本発明は、前記洗浄工程後に、前記無機配向膜を加熱して乾燥させる乾燥工程を具備することが好ましい。

このような構成によれば、無機配向膜表面に吸着している水分を完全に除去することが可能となり、無機配向膜表面にＯＨ基が結合することがなく不純物イオンの吸着を防止でき、経時的な表示品位の低下を防止することができる。

また、本発明は、前記液晶は負の誘電率異方性を有することが好ましい。

このような構成によれば、いわゆる垂直配向の液晶装置を実現することにより、よりコントラストが高く表示品位の高い液晶装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。本実施形態に係る液晶装置は、負の誘電率異方性を有する液晶を、電圧無印加時に略垂直に配向するように制御する傾斜垂直配向型の液晶表示装置、いわゆるＶＡモードの液晶表示装置である。なお、以下の説明に用いた各図においては、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせてある。

まず、本実施形態の液晶装置１００の全体構成について、図１及び図２を参照して説明する。ここで、図１はＴＦＴアレイ基板を、その上に構成された各構成要素と共に対向基板の側から見た液晶装置の平面図である。図２は、図１のＨ−Ｈ’断面図である。本実施形態では、液晶装置の一例として、駆動回路内蔵型のＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式の透過型液晶表示装置を例にとる。

液晶装置１００は、ガラスや石英等からなるＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶５０を挟持してなり、液晶５０の配向状態を変化させることにより、画像表示領域１０ａに対向基板２０側から入射する光を変調しＴＦＴアレイ基板１０側から出射することで、画像表示領域１０ａにおいて画像を表示するものである。

図１及び図２において、本実施形態に係る液晶装置１００では、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とが対向配置されている。ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とは、画像表示領域１０ａの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材５２により相互に接着されており、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間には液晶５０が挟持されている。また、シール材５２中には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間隔を所定値とするためのグラスファイバやガラスビーズ等のギャップ材が散らばって配設されている。

シール材５２が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域１０ａの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜５３が、対向基板２０側に設けられている。なお、このような額縁遮光膜５３の一部又は全部は、ＴＦＴアレイ基板１０側に内蔵遮光膜として設けられてもよい。

また、本実施形態においては、前記の画像表示領域１０ａの周辺に位置する非表示領域が存在する。非表示領域のうち、シール材５２が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路１０１及び実装端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って設けられている。図示しないが、ＴＦＴアレイ基板１０の表面に露出して設けられた実装端子１０２にフレキシブルプリント基板等を接続することにより、液晶装置１００と例えば電子機器の制御装置等の外部との電気的接続が行われる。

また、走査線駆動回路１０４は、データ線駆動回路１０１及び実装端子１０２が設けられたＴＦＴアレイ基板１０の一辺に隣接する２辺に沿い、かつ額縁遮光膜５３に覆われるように設けられている。また、ＴＦＴアレイ基板１０の残る一辺、すなわちデータ線駆動回路１０１及び実装端子１０２が設けられたＴＦＴアレイ基板１０の一辺に対向する辺に沿って設けられ、額縁遮光膜５３に覆われるように設けられた複数の配線１０５によって、二つの走査線駆動回路１０４は互いに電気的に接続されている。

また、対向基板２０のコーナー部の少なくとも一箇所においては、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との電気的接続を行う上下導通端子として機能する上下導通材１０６が配置されている。他方、ＴＦＴアレイ基板１０にはこれらの上下導通材１０６に対応する領域において上下導通端子が設けられている。上下導通材１０６と上下導通端子を介して、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で電気的な接続が行われる。

図２において、ＴＦＴアレイ基板１０上には、画素スイッチング用のＴＦＴや走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極９ａ上に、無機配向膜１６が形成されている。他方、対向基板２０上には、対向電極２１の他、格子状又はストライプ状の遮光膜２３、更には最上層部分に無機配向膜２２が形成されている。ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０のそれぞれ液晶５０と接する面に形成された無機配向膜１６及び２２は、詳しくは後述するが、ＳｉＯ_２等の透光性を有する無機材料によって構成された薄膜である。無機配向膜１６及び２２は、液晶５０の配向を規制するための膜であり、液晶５０は一対の無機配向膜１６及び２２の間で、所定の配向状態をとる。

本実施形態の液晶装置１００は、負の誘電率異方性を有する液晶を用いた傾斜垂直配向モード、いわゆるＶＡモードを採用している。また、対向基板２０の入射光が入射する側及びＴＦＴアレイ基板１０の出射光が出射する側には各々、ノーマリーホワイトモード／ノーマリーブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光板などが所定の方向で配置される。

ＳｉＯ_２等の無機材料によって構成される無機配向膜は、例えばポリイミド等の有機材料によって構成される配向膜に対して耐光性や耐熱性に優れるため、経年劣化がなく表示品位が低下することのない液晶装置を実現できる。

なお、本実施形態においては、対向基板２０に形成される無機配向膜２３も同様の構成を有するものであるが、液晶装置の構成によっては、本実施形態の無機配向膜は、ＴＦＴアレイ基板及び対向基板のいずれか一方にのみ形成されてもよい。

次に、図３から図５を参照して、上述した液晶装置の製造方法について、具体的には、液晶装置１における配向膜１６、２２の洗浄方法を主に説明する。図３は、本実施の形態の液晶装置の製造方法を示すフローチャートである。図４は、洗浄工程後の無機配向膜の表面構造を説明する図である。図５は、斜方蒸着法により形成された直後の無機配向膜の表面構造を説明する図である。なお、配向膜１６、２２の洗浄方法以外の液晶装置の製造方法については、周知であるため、その説明は省略するか、簡単に説明する。

まず、ＴＦＴアレイ基板１０上に、例えばＣＶＤ法やスパッタリング等による成膜、フォトグラフィ等によるパターニング、熱処理などによって、データ線や走査線、ＴＦＴ等を形成し、さらにその最上層に、ＩＴＯからなる画素電極９ａを形成する（ステップＳ１１）。

次に、無機配向膜形成工程によって、斜方蒸着法を用い、画素電極９ａ上にＳｉＯ_２からなる無機配向膜１６を形成する（ステップＳ１２）。具体的には、ＴＦＴアレイ基板１０の表面に対して所定の角度にＳｉＯ_２からなる蒸着源を配して蒸着を行うことにより、ＴＦＴアレイ基板１０の基板面上にＳｉＯ_２を蒸着する。無機配向膜１６は、本実施形態ではＳｉＯ_２からなる柱状構造物４１が所定の密度で多数形成されて構成されている。この柱状構造は、カラム構造とも称されるものであり、所定の条件下で蒸着法によりＳｉＯ_２の分子を堆積させることで形成されるナノメートルオーダの構造である。

ここで、無機配向膜１６は斜方蒸着法により形成されることから、無機配向膜１６を構成するＳｉＯ_２の結晶の表面（界面）には、Ｓｉ原子の未結合手、すなわちダングリングボンドや、Ｓｉ原子同士が結合したダイマー構造（Ｓｉ−Ｓｉ結合）が形成されている。また、このＳｉ原子の未結合手は、雰囲気中の水分等との反応によって、ＯＨ基や水素により終端されやすい。すなわち、無機配向膜１６の表面には、図５に示すように、ダングリングボンドやダイマー構造等の構造や、Ｓｉ原子がＯＨ基や水素原子により終端された構造からなる不完全構造が高密度で存在している。

次に、洗浄工程において、ＴＦＴアレイ基板１０上に形成された無機配向膜１６の表面上にオゾン水を供給し、無機配向膜１６の表面を洗浄する（ステップＳ１３）。ここで、オゾン水は、オゾンを純水中に所定の濃度で溶解させた機能水である。なお、洗浄方法は、ＴＦＴアレイ基板１０を該オゾン水中に浸漬する方法であってもよいし、ＴＦＴアレイ基板１０上にノズルからオゾン水を吐出して供給する方法であってもよい。

ここで、ＴＦＴアレイ基板１０の無機配向膜１６上に付着しているパーティクルや有機物等の異物が除去されると共に、オゾン水が有する強酸化作用によって、無機配向膜１６の表面に存在するＳｉ原子は、略一様に酸素原子により終端される。

すなわち、図５に示したような、無機配向膜１６の表面に存在するダングリングボンドやダイマー構造等の構造や、Ｓｉ原子がＯＨ基や水素原子により終端された構造からなる不完全構造は、図４に示すように、略一様に、Ｓｉ原子が酸素原子により終端された構造に置換され、無機配向膜１６の表面は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合により構成されるのである。このように、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合により構成された、すなわち酸素終端されたＳｉＯ_２の表面は、不安定な不完全構造が存在しなくなることから電気的に安定した特性を有する。

次に、乾燥工程において、ＴＦＴアレイ基板１０を加熱し、ＴＦＴアレイ基板１０上の水分を蒸発させて乾燥を行う（ステップＳ１４）。なお、ステップＳ１３の洗浄工程を、スピン洗浄装置に実施する場合には、加熱を行わず、ＴＦＴアレイ基板１０を高速で回転させることにより水分を振り切るスピン乾燥を実施してもよい。

一方、対向基板２０に、例えばＣＶＤ法やスパッタリング等による成膜、フォトグラフィ等によるパターニング等によって、遮光膜２３及び対向電極２１を形成する（ステップＳ２１）。

次に、対向基板２０に対して、上述したステップＳ１２からステップＳ１４の工程を実施する。すなわち、対向電極２１上に、斜方蒸着法によりＳｉＯ_２からなる無機配向膜２２を形成する（ステップＳ２２）。次に無機配向膜２２の表面上にオゾン水を供給し、無機配向膜２２の表面を洗浄する（ステップＳ２３）。これにより、ＴＦＴアレイ基板１０の無機配向膜１６と同様に、無機配向膜２２の表面は、不安定な不完全構造が存在せず、電気的に安定した特性を有する。次に対向基板２０を加熱し、対向基板２０上の水分を蒸発させて乾燥を行う（ステップＳ２４）。

そして、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の前工程が終了した後、貼り合せ工程において、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とをシール材５２を介し、所定にアライメントを調整した状態で貼り合わせる（ステップＳ３１）。続いて、液晶注入工程において、シール材５２を介して貼り合わされたＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とで形成された領域に液晶５０を注入し封止する（ステップＳ３２）。なお、本実施形態では、セル注入方式により液晶を注入しているが、液晶滴下方式の場合は、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０を貼り合わせる前に、一方の基板（一般的にはＴＦＴアレイ基板１０）に液晶５０を滴下し、シール材５２を介してＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０を貼り合わせることで液晶を保持させるようにするので、ステップＳ３１（貼り合わせ工程）とステップＳ３２（液晶注入工程）とが逆になる。

上述のように、本実施形態の液晶装置の製造方法によれば、無機配向膜１６及び２２を形成した後に、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０を強酸化作用を有するオゾン水により洗浄することにより、無機配向膜１６及び２２表面に付着した異物や有機物を除去する洗浄を行うと同時に、無機配向膜１６及び２２の表面を酸化することにより安定した表面構造を得る。

すなわち、本実施形態によれば、製造工程のばらつき等によって無機配向膜の電気的特性が変化してしまうことがなく、一様かつ安定した電気的特性を有する無機配向膜を得ることが可能である。

したがって、本実施形態によれば、従来のように液晶中に存在する不純物イオンが吸着することがなく、配向不良、焼き付き、フリッカ等の表示不良が発生することのない高品位な表示を実現可能な液晶装置を提供することができるのである。

なお、洗浄工程において用いられる洗浄液は、オゾン水以外に過酸化水素（過水）等の強酸化作用を有する機能液が使用されても、同等の作用効果が得られることは言うまでもない。

また、上述の実施形態では、ＴＦＴを用いたアクティブマトリクス駆動方式の透過型液晶パネルを液晶装置として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、無機配向膜を用いた他の形式の液晶装置にも本発明を適用可能である。

また、液晶装置は、半導体基板に素子を形成する表示用デバイス、例えばＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）等であっても構わない。ＬＣＯＳでは、素子基板として単結晶シリコン基板を用い、画素や周辺回路に用いるスイッチング素子としてトランジスタを単結晶シリコン基板に形成する。また、画素には、反射型の画素電極を用い、画素電極の下層に画素の各素子を形成する。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う液晶装置の製造方法の技術的範囲に含まれるものである。

ＴＦＴアレイ基板を、その上に構成された各構成要素と共に対向基板の側から見た電気光学装置の平面図である。 図１のＨ−Ｈ’断面図である。 液晶装置の製造方法を示すフローチャートである。 洗浄工程後の無機配向膜の表面構造を説明する図である。 斜方蒸着法により形成された直後の無機配向膜の表面構造を説明する図である。

符号の説明

９ａ 画素電極、 １０ ＴＦＴアレイ基板、 １６ 無機配向膜 、２０ 対向基板、 ２１ 対向電極、 ２２ 無機配向膜、 ５０ 液晶、 １００ 液晶装置

Claims (3)

1. 一対の基板間に、液晶を挟持してなる液晶装置の製造方法であって、
   前記一対の基板の少なくとも一方に無機配向膜を形成する無機配向膜形成工程と、
   前記無機配向膜上にオゾン水を供給することにより前記無機配向膜を洗浄する洗浄工程と、を具備することを特徴とする液晶装置の製造方法。
2. 前記洗浄工程後に、前記無機配向膜を加熱して乾燥させる乾燥工程を具備することを特徴とする請求項１に記載の液晶装置の製造方法。
3. 前記液晶は負の誘電率異方性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶装置の製造方法。

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