JP2010237714A - 液晶装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】、一対のターゲット5a,5bがプラズマ生成領域を挟んで対向するスパッタ装置3を用い、ターゲット5a,5bから被処理体となる基板W上に無機材料からなる配向膜材料5pを斜めに放出させて、基板W上に、基板Wの法線Z方向に対して斜め方向に結晶成長した複数の柱状構造体を有する無機配向層を形成する工程と、無機配向層の表面を官能基としてアルキル基を有するシランカップリング剤で表面処理し、無機配向層の表面に、無機配向層と化学結合した有機材料の単分子膜からなる有機配向層を形成する工程と、を有し、表面処理は、シランカップリング剤を炭素原子数により選択して、液晶分子のプレチルト角を所望の角度に設定することを特徴とする。
【選択図】図7
Description
特許文献1は、スパッタ装置が一対のターゲットを有し、それらがプラズマ生成領域を挟んで対向するいわゆるFTS(Facing Target Sputtering)法を用いて無機配向膜を形成している。
これにより、プラズマに起因して所望形状の無機配向膜が得られなくなってしまうのを防止し、良好な無機配向膜を形成できるようになっている。
一方、スパッタ粒子の入射角を大きくすると、液晶分子のプレチルト角を大きくすることができる。しかし、この場合には、成膜レートが低下するという課題がある。また、スパッタ装置の開口部と基板との距離が大きくなり、装置が大型化してしまうという課題がある。
また、無機配向層を表面処理して有機配向層を形成する際に、シランカップリング剤により配向膜のプレチルト角を所望の角度に調整することができる。そのため、プレチルト角を大きくするために配向膜材料の放出角度を大きくする必要が無い。しがって、成膜レートの低下や装置の大型化を防止できる。
また、無機配向層が例えば酸化珪素からなる場合であっても、無機配向層の表面の分極した水酸基にシランカップリング剤が反応することで、この水酸基による液晶への劣化等を無くすことができる。
したがって、本発明によれば、液晶分子のプレチルト角を所望の値に制御可能で、かつ成膜レートが良好で製造装置の小型化が可能であり、防湿性と耐光性の高い配向膜を形成可能な液晶装置の製造方法を提供することができる。
図1は本実施形態の液晶装置の断面構造を模式的に示したものである。まず、図1を用いて本実施形態の液晶装置の構成について説明する。
図1に示すように、本実施形態の液晶装置100は、液晶パネル50を備えている。液晶パネル50は、対向して配置された回路基板10と対向基板20との間に液晶層58が挟持された構成となっている。液晶層58は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶分子52からなる液晶材料により構成されている。
図2(a)及び図2(b)に示すように、配向膜11,22は、それぞれ無機配向層11a,22aと、有機配向層11b,22bと、により形成されている。
そして、画素電極9と共通電極21との間に電圧を印加することにより、液晶層58の液晶分子52を基板面に略平行に倒すことができる。このとき、液晶分子52の倒れる方向をプレチルト角θにより規定することができる。
図4のグラフの横軸に示す「Ref」は、無機配向層11a,22aのみからなる参照用の無機配向膜を示している。すなわち、液晶装置100の無機配向層11a,22aは液晶分子52に約1°〜約1.5°程度のプレチルト角θを付与する機能を有している。
また、炭素原子数が10以上18未満、例えば10以上16以下または10以上17以下の場合には、プレチルト角θを、点線で示すより好ましい範囲である約4°〜約6°の範囲とすることができる。これにより、液晶分子をより確実に所定の方向に倒すことが可能となり、液晶装置の表示性能を向上させることができる。
図中、四角形(□)の点は耐湿性を、菱形(◆)の点は耐光性を示している。また、横軸に示す「Ref(1)」は、無機配向層11a,22aのみからなる参照用の無機配向膜を示している。また、「Ref(2)」は、ラビング処理が施されたポリイミドからなる配向膜を示している。また、耐光性を示す縦軸の数値は、「Ref(2)」で示すポリイミドからなる配向膜の耐光性を1とした場合の係数を表している。また、図5の耐湿性を示す縦軸は、温度60℃、湿度90%の加速試験の時間であり、500時間を「3」として表している。
また、図5中、炭素原子数が8以上10以下の場合には、破線で囲んだ領域に示すように、特に高い耐光性と高い耐湿性を兼ね備えた耐久性に優れた配向膜11,22となる。
図中、実線C8は有機配向層11b,22bのアルキル基の炭素原子数が8の配向膜11,22を示している。また、破線C10は炭素原子数が10の有機配向層11b,22bを、一点鎖線C18は炭素原子数が18の有機配向層11b,22bをそれぞれ備えた配向膜11,22を示している。
次に、本実施形態の液晶装置100の製造装置について説明する。
図7(a)は液晶装置100の製造装置の一実施の形態を示す概略構成図である。図7(b)は、スパッタ装置3をXa方向に観察した側面構成図である。
図7(a)に示すように、製造装置1は、液晶装置100の構成部材となる回路基板10、対向基板20等の基板W上にスパッタ法により無機配向層11a,22aを成膜する装置である。製造装置1は、基板Wを収容する真空チャンバーである成膜室4と、基板Wの表面に無機材料からなる無機配向層11a,22aをスパッタ法により形成するスパッタ装置3とを備えている。スパッタ装置3は、そのプラズマ生成領域に放電用のアルゴンガスを流通させるガス供給手段31を備えている。成膜室4は、内部に収容された基板W上に飛来する配向膜材料と反応して無機配向層11a,22aを形成する反応ガスとしての酸素ガスを供給するガス供給手段32を備えている。
ガス供給手段32は、装置接続部43に関して排気制御装置42と反対側に接続されている。また、ガス供給手段32から供給される酸素ガスは、矢印22fで示すように、成膜室4の+X側から基板W上を経由して排気制御装置42側へ図示−X方向に流通するようになっている。
第1電極33aには直流電源又は高周波電源からなる電源4aが接続され、第2電極33bには直流電源又は高周波電源からなる電源4bが接続されている。そして、各々の電源4a,4bから供給される電力によりターゲット5a,5bが対向する空間(プラズマ生成領域)にプラズマPzを発生させるようになっている。
なお、冷却手段8a,8bは、導電部材により作製してそれぞれ第1電極33a,33bと電気的に接続してもよく、この場合には冷却手段8a,8bに対しそれぞれ電源4a,4bを電気的に接続することができる。また、第1電極33a,33bの内部に冷媒流路を形成することで第1電極33a,33bが冷却手段を兼ねる構成としてもよい。
図7及び図8に示すように、第1電極33a及び第2電極33bは、それらの一端部(−Za側端部)に接続された側壁部材34と、第1電極33a及び第2電極33bのY軸方向両端部にそれぞれ接続された側壁部材33c,33dとともにスパッタ装置3の真空チャンバーとなる箱形筐体を構成している。ただし、箱形筐体を構成する第1電極33a、第2電極33b、及び側壁部材33c,33d,34は互いに絶縁された構造である。箱形筐体は、第1電極33a及び第2電極33bの側壁部材34と反対側の端部にスパッタ粒子5pが排出される開口部3aを有している。そして、開口部3aを介して成膜室4に突出形成された装置接続部43と接続され、かかる接続構造により箱形筐体の内部は成膜室4の内部と連通している。
次に、本実施形態の液晶装置100の製造方法について説明する。なお、以下では、配向膜11,22の形成方法について主に説明する。回路基板10及び対向基板20のうち、走査線、データ線及び容量線等の各種配線、TFT等の駆動回路素子、画素電極9及び共通電極21等の形成については既に完了しているものとする。
また、以下の説明では、上述の製造装置1を用いて回路基板10の内面側に無機配向層11a、有機配向層11bを形成する工程について説明する。なお、対向基板20の内面側に無機配向層22a、有機配向層22bを形成する工程は、無機配向層11a、有機配向層11bの製造工程と同様であるので、説明は省略する。
図7に示すように、基板ホルダ6に回路基板10を固定して移動手段6aにより成膜室4の所定位置に配置する。次いで、回路基板10に対して所定の角度θ1傾けて配置された対向ターゲット型のスパッタ装置3により、開口部3aから放出されるスパッタ粒子5pを配向膜材料として所定の角度θ1で斜め方向から回路基板10の成膜面に入射させる。
これにより、斜め方向から配向膜材料であるスパッタ粒子5pが入射して回路基板10上の成膜面に堆積する。そして、図2(b)に示すように、回路基板10上に法線L1方向に対して斜め方向に結晶成長した複数の柱状構造体を有する無機配向層11aが形成される。
また、成膜角度を約80°とした場合には、無機配向層11aのプレチルト能力を約3.8°に向上させることができるが、スパッタ装置3と回路基板10の成膜面との距離TSが約1300mmと、かなり大きくなってしてしまうため、成膜レートは著しく低下し、成膜角度が約45°の場合の約70倍程度の成膜時間が必要となる。
さらに、本実施形態では、成膜角度を45°とすることで、無機配向層11aの成膜レートをさらに良好なものとすることができる。したがって、液晶装置100の生産性を向上させることができる。また、回路基板10とスパッタ装置3との間の距離TSを150mmとより小さくし、製造装置1をより小型化することができる。
次に、上述の工程で形成された無機配向層11aの表面を、官能基としてアルキル基を有するシランカップリング剤で表面処理する。シランカップリング剤としては、例えば以下の式(1)により表されるものを用いることができる。
なお、本実施形態では、図4に示すように、シランカップリング剤を炭素原子数により選択して、液晶分子52のプレチルト角θを所望の角度に設定する。
以上により、無機配向層11aの表面に、無機配向層11aと化学結合した有機材料の単分子膜からなる有機配向層11bが形成された配向膜11が形成される。
また、炭素原子数が10以上18未満のシランカップリング剤を用いた場合には、図4に示すように、配向膜11のプレチルト能力を約4°以上かつ約6°以下の最適な範囲に設定することができる。したがって、液晶装置100の表示性能を向上させることができる。
また、液晶分子52のプレチルト角θを3°以上に設定することで、液晶装置100の表示性能が低下することを防止できる。
Claims (6)
- 対向して配置された一対の基板間に挟持された液晶層を備え、少なくとも一方の前記基板の内面側に配向膜を形成してなる液晶装置の製造方法であって、
一対のターゲットがプラズマ生成領域を挟んで対向するスパッタ装置を用い、前記ターゲットから被処理体となる前記基板上に無機材料からなる配向膜材料を斜めに放出させて、前記基板上に、該基板の法線方向に対して斜め方向に結晶成長した複数の柱状構造体を有する無機配向層を形成する工程と、
前記無機配向層の表面を、アルキル基を有するシランカップリング剤で表面処理し、前記無機配向層の表面に、該無機配向層と化学結合した有機材料の単分子膜からなる有機配向層を形成する工程と、を有し、
前記有機配向層を形成する工程において、前記アルキル基の炭素原子数が6以上18以下である前記シランカップリング剤を用いて、液晶分子のプレチルト角を所望の角度に設定することを特徴とする液晶装置の製造方法。 - 前記スパッタ装置の前記基板の前記法線方向に対する前記配向膜材料の放出角度が60°未満であることを特徴とする請求項1記載の液晶装置の製造方法。
- 前記放出角度が前記法線方向に対して45°以下であることを特徴とする請求項2記載の液晶装置の製造方法。
- 前記アルキル基の炭素原子数が8以上10以下である前記シランカップリング剤を用いることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の液晶装置の製造方法。
- 前記アルキル基の炭素原子数が10以上18未満である前記シランカップリング剤を用いることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の液晶装置の製造方法。
- 前記プレチルト角を前記法線方向から3°以上8°以下に設定することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の液晶装置の製造方法。
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