JP2012226188A

JP2012226188A - 液晶パネルの製造方法

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Publication number: JP2012226188A
Application number: JP2011094683A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sasaki; 剛佐々木
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2012-11-15

Abstract

【課題】無機配向膜を使用した場合の配向欠陥の発生を低減する。
【解決手段】透明電極基板の透明電極上に成膜されたＳiＯ₂膜（無機配向膜）と、画素電極基板の画素電極上に成膜されたＳiＯ₂膜（無機配向膜）のそれぞれをアンモニア処理する（ステップＳ２）。このアンモニア処理の方法としては、アンモニアガス雰囲気中に晒す方法が有効である。アンモニアガス雰囲気中に晒す場合には、密閉された容器内で無機配向膜が形成された基板をアンモニアガス雰囲気中に晒す方法が有効であり、室温条件下で１分〜６０分で効果がある。また、同様にアミンガスの雰囲気中で処理した場合でも同じ効果が得られることが分かった。アミンガスとしては、例えば炭素数が１〜３のアミンが好ましく、具体例としてはメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミンなどが例示される。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶パネルの製造方法に係り、特に無機材料の配向膜を用いた強誘電性液晶型の液晶パネルの製造方法に関する。

プロジェクタに用いる液晶パネルの中で、高速応答性を得たい場合には、強誘電性液晶型（以下ＦＬＣ型という）のモードを使用している。ＦＬＣ型液晶パネルでは、液晶パネルの高速応答性が得られる場合には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の三原色光を出射するＲＧＢ光源の点灯タイミングと液晶パネルのオン・オフを同期させるフィールドフィーケンシャル駆動によって、カラーフィルタを用いることなく明るいカラー表示が実現できるためである（例えば、特許文献１参照）。

また、従来のＦＬＣ型液晶パネルの製造方法では、ＦＬＣ型液晶パネルの配向膜に有機配向膜（例えばポリイミド膜）を用いている（例えば、特許文献２参照）。有機配向膜は、液晶分子の配向方向とプレチルトを決めるためにラビング処理という工程を必要としている。このラビング処理は、バフを巻き付けたローラーを回転させ、有機配向膜表面を摩擦することで行われる。この摩擦方向に液晶分子は並び、ラビング処理の強度によって、液晶分子のプレチルトが決定することが知られている。

しかし、ラビング処理は、有機配向膜を物理的に摩擦してしまうために、有機配向膜表面には微細なキズが発生してしまう。プロジェクタのように拡大投影して用いられる液晶パネルの場合には、このキズが拡大投影され、表示品位を落とすという課題がある。また、有機配向膜は、短波長側の光の吸収が大きいために、プロジェクタの光源に含まれる短波長側の光を吸収し、配向規制力が低下することで配向欠陥が発生するという課題がある（例えば、特許文献２参照）。

そのために、ラビング処理を行わずに配向でき、吸収の少ない無機配向膜を使用する液晶パネルがある。例えば、二酸化シリコン（ＳiＯ₂）の斜め蒸着膜を無機配向膜として使用すると液晶分子が配向することが知られている（例えば、特許文献３、４参照）。

特開２００４−２０６００３号公報特開２００４−１５１５７８号公報特許第２７８５１６３号公報特許第４２８９１１９号公報

ＦＬＣ型液晶パネルに用いられる強誘電性液晶のシェブロン構造にはＣ１配向とＣ２配向とがあり、そのうち光の変調度が大きい方のＣ２配向を均一に得るには、２°程度の小さなプレチルト角が必要とされている。

しかしながら、特許文献３や特許文献４に記載された無機配向膜としてＳiＯ₂の斜め蒸着膜だけで、小さなプレチルトを安定に出すことは難しく、蒸着方法の条件出し（例えば、蒸着角度、蒸着膜厚、二段斜方蒸着など）を十分に行う必要がある。また、小さなプレチルトを発現させるためには、基板に対して極めて小さな入射角で気化したＳiＯ₂粒子を入射させる必要があり、そのために無機配向膜の膜厚が不均一となるためにプレチルトの不均一が生じ易く、配向欠陥が発生し易いという課題もある。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、無機配向膜を使用した場合の配向欠陥の発生を低減した液晶パネルの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の液晶パネルの製造方法は、光透過性を有する第１の基板の表面に形成された光透過性及び導電性を有する透明電極の表面と、第２の基板の表面に形成された少なくとも導電性を有する画素電極の表面に第１及び第２の無機配向膜をそれぞれ斜方蒸着法により成膜する成膜ステップと、成膜ステップにより透明電極上に成膜された第１の無機配向膜、及び成膜ステップにより画素電極上に成膜された第２の無機配向膜のそれぞれの表面に対して、塩基性ガスによる表面処理を行う表面処理ステップと、表面処理ステップを経た第１及び第２の基板を、透明電極と画素電極とが対向し、かつ、第１及び第２の基板の間に空隙が生じるように貼り合わせる貼り合わせステップと、空隙内に強誘電性液晶組成物を注入して液晶パネルを完成する液晶組成物注入ステップとを含むことを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示パネルの製造方法は、上記表面処理ステップが、成膜ステップにより透明電極上に第１の無機配向膜が成膜された第１の基板と、成膜ステップにより画素電極上に第２の無機配向膜が成膜された第２の基板とを、室温条件下でアンモニアガス雰囲気中に晒しつつ、その処理時間を制御することにより液晶分子のプレチルト制御を行うことを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示パネルの製造方法は、上記表面処理ステップが、成膜ステップにより透明電極上に第１の無機配向膜が成膜された第１の基板と、成膜ステップにより画素電極上に第２の無機配向膜が成膜された第２の基板とを、アミンガス雰囲気中に晒しつつ処理時間を制御することにより液晶分子のプレチルト制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、無機配向膜を用いた場合でも、小さなプレチルトが安定して形成できるために、ＦＬＣ型液晶パネルの配向欠陥の発生を低減することができる。

本発明の液晶パネルの製造方法の一実施の形態のフローチャートである。本発明の実施例２のアンモニア濃度対処理時間の測定結果を示す図である。本発明の実施例２において均一なＣ２配向が形成できているか否かのアンモニア濃度対処理時間の比較結果を示す図である。

本発明の実施の形態について図面と共に説明する。

図１は、本発明になる液晶パネルの製造方法の一実施の形態のフローチャートを示す。本実施の形態の製造対象のＦＬＣ型液晶パネルでは、配向欠陥が配向膜界面近傍での液晶分子のプレチルトの不均一性に起因して発生する。特に無機配向膜の場合には、配向膜表面の形状が液晶分子のプレチルトや配向規制力を変えることが知られている。また、無機配向膜は、ポリイミドを用いた有機配向膜よりも配向規制力が弱いためにプレチルトの不均一性が発生し易い。そのために無機配向膜でも配向規制力を高める工夫が必要である。

そこで、本実施の形態では以下説明するように無機配向膜の表面処理として塩基性ガスによる表面処理を行うことを特徴とする
すなわち、まず、公知の方法で光透過性及び導電性を有する透明電極が表面に形成された硝子基板（以下、透明電極基板という）と、公知の方法で複数の導電性を有する画素電極が表面に形成された基板（以下、画素電極基板という）のそれぞれについて、透明電極あるいは画素電極の表面上に無機配向膜の材料であるＳiＯ₂膜を成膜する（ステップＳ１）。この成膜方法としては、例えば気化したＳiＯ₂の蒸気流を透明電極表面あるいは画素電極表面の法線に対して斜めの方向から所定の入射角で入射してＳiＯ₂膜を成膜する公知の斜方蒸着法がある。なお、画素電極及びその基板は光反射性を有していてもよいし、光透過性を有していもよい。

続いて、透明電極基板の透明電極上に成膜されたＳiＯ₂膜（無機配向膜）と、画素電極基板の画素電極上に成膜されたＳiＯ₂膜（無機配向膜）のそれぞれをアンモニア処理する（ステップＳ２）。このアンモニア処理の方法としては、アンモニアガスに晒す方法が有効である。アンモニアガスに晒す場合には、密閉された容器内で無機配向膜が形成された基板をアンモニアガスに晒す方法が有効であり、室温条件下で1分〜６０分で効果がある。

また、同様にアミンガスの雰囲気中で処理した場合でも同じ効果が得られることが分かった。アミンガスとしては、例えば炭素数が１〜３のアミンが好ましく、具体例としてはメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミンなどが例示される。すなわち、本発明ではアンモニアガスに晒したり、アミンガスの雰囲気中に晒すなどの、塩基性ガスによる表面処理を行う。

続いて、アンモニア処理後の無機配向膜が透明電極上に成膜されている透明電極基板と、アンモニア処理後の無機配向膜が画素電極上に成膜されている画素電極基板とを（すなわち、一対の無機配向膜付き基板を）、それぞれ透明電極と画素電極とを対向させてそれらの間に一定の間隙（空セル）が形成されるように公知の方法で貼り合わせる（ステップＳ３）。

そして、空セル内に公知の液晶組成物を注入して目的の液晶パネルを製造する（ステップＳ４）。液晶組成物として、本実施の形態では強誘電性液晶を用いることでＦＬＣ型液晶パネルを製造する。

ここで、本実施の形態はステップＳ２により無機配向膜の表面処理としてアンモニア処理を行うことで無機配向膜の配向規制力を高める点に特徴がある。無機配向膜の表面処理としてアンモニア処理を行うことで無機配向膜の配向規制力が高まる理由は、おおよそ次のように考えられる。斜方蒸着法により成膜された無機配向膜としてのＳiＯ₂膜による配向規制力は、無機配向膜の形状効果によるものと考えられており、ＳiＯ₂膜と液晶組成物間の電気的・化学的な相互作用は非常に弱いと考えられている。これはＳiＯ₂膜の結晶構造上、極性を持ちにくいためである。

本実施の形態によれば、ＳiＯ₂膜の表面にアンモニア処理を行うことで、ＳiＯ₂膜表面が塩基性となる。ＳiＯ₂膜表面が塩基性に偏ることで、カチオン（陽イオン）との相互作用が強くなり、ＳiＯ₂膜表面の極性が強くなる。そのために液晶組成物中の極性基との相互作用が強まるために配向規制力が強くなると考えられる。

また、アンモニア処理条件によって、ＳiＯ₂膜表面の塩基性の強弱が制御できることが分かった。ＳiＯ₂膜表面の塩基性の強弱により、液晶組成物中の極性基との相互作用の強弱が制御できるために、液晶分子のプレチルトを容易に制御することが可能となった。

その結果、本実施の形態によれば、小さなプレチルトでのみ形成される強誘電性液晶のＣ２配向が、蒸着された無機配向膜でも上記アンモニア処理によって安定的に得られるようになり、ＦＬＣ型液晶パネルの配向欠陥を少なくすることができ、また、無機配向膜でＣ２配向が形成できるために、耐光性の良好な強誘電性液晶パネルを得ることができる。

次に、本発明の実施例１について説明する。前述したステップＳ１において、透明電極基板上及び画素電極上に無機配向膜としてＳiＯ₂膜を斜方蒸着にて成膜する。この時の蒸着角度は基板表面に対して極めて小さい入射角度である８５°（基板垂直方向からの角度）、膜厚は７５ｎｍ、成膜レートは１０ｎｍ/分とした。

この配向膜付き基板を、前述したステップＳ２でのアンモニア処理を行うために、１０％のアンモニア水溶液の入った密閉容器中に入れ、アンモニアガスに晒しつつ室温で３０分間放置した。この配向膜表面をＥＳＣＡ（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）を用いた元素分析を行ったところ、未処理の場合に比べて、アンモニア処理した場合には、窒素（Ｎ）の含有比率が上昇しており、配向膜表面にアンモニアが導入されることで塩基性に偏っていることが分かった。

その後、前述したステップＳ３において一対の配向膜付き基板を対向させ、シール材を用いて貼り合わせることで空セルを得た。ついで、前述したステップＳ４において強誘電性液晶組成物を、アイソトロピック以上の温度になるまで加熱しながらこの一対の基板間に注入し、ＦＬＣ型の液晶パネルを組み立てた。

比較例として、アンモニア処理を行わない以外は実施例と同様にして液晶パネルを組み立てた。これらの液晶パネルを、観察したところ、アンモニア処理した液晶パネルは、均一なＣ２配向が得られていることが観察できたが、未処理の液晶パネルでは、均一なＣ２配向が得られていないことが分かった。

次に、本発明の実施例２について説明する。前述したステップＳ１において、透明電極基板上及び画素電極上に無機配向膜としてＳiＯ₂膜を斜方蒸着にて成膜する。この時の蒸着角度は基板表面に対して極めて小さい入射角度である８５°（基板垂直方向からの角度）、膜厚は７５ｎｍ、成膜レートは１０ｎｍ/分とした。このステップＳ１の処理は実施例１と同様である。

続いて、前述したステップＳ２のアンモニア処理を行うため、ステップＳ１により得られた配向膜付き基板を、５％、１０％、２０％のアンモニア水溶液の入った密閉容器中に入れ、アンモニアガスに晒しつつ室温で１分、３０分、６０分間放置した基板をそれぞれ作製した。

その後、実施例１と同様に、ステップＳ３で一対の配向膜付き基板を対向させ、シール材を用いて貼り合わせることで空セルを得た。続いて、ステップＳ４で強誘電性液晶組成物を、アイソトロピック以上の温度になるまで加熱しながらこの一対の基板間に注入し、ＦＬＣ型の液晶パネルを組み立てた。

比較例として、アンモニア処理を行わない以外は実施例と同様にして液晶パネルを組み立てた。アンモニア処理無しのプレチルトは７°であった。これらの液晶パネルのプレチルトを測定した。プレチルトの測定には、大塚電子製ＬＣＤ評価装置ＬＣＤー５２００を用いた。

図２は、本実施例のプレチルトの測定結果を示す。アンモニア処理条件によって、プレチルトが可変できていることが分かる。すなわち、アンモニア濃度が同じ場合は処理時間が長くなるほどプレチルトが小さくなり、処理時間が同じ場合はアンモニア濃度が濃いほどプレチルトが小さくなる。

同様に、均一なＣ２配向が形成できているかを比較した。図３は、この比較例を示す。図３において、○、△、×は配向欠陥の程度を表している。○は配向欠陥無く正常な状態を表し、△は部分的に配向欠陥が発生した異常な状態を表し、×は全面に配向欠陥が発生した異常な状態を表す。図３によると、プレチルトが２°以下となるアンモニア処理条件の場合（図２に示すように、アンモニア濃度２０％で処理時間１分、３０分、６０分；アンモニア濃度１０％で処理時間３０分、６０分；アンモニア濃度５％で処理時間６０分）には配向欠陥は発生しなかった。

ここでアンモニア処理を行わない液晶パネルのプレチルトは７°であり、配向欠陥が発生したことは言うまでもない。従って、アンモニア濃度としては１０％以上、処理時間としては３０分以上が好適であることが分かった。

これらのアンモニア処理を行うことで、無機配向膜を用いた場合でも、配向欠陥が少ないＣ２配向が得られ、表示品位と耐光性に優れたＦＬＣ型液晶パネルを得ることができた。

Ｓ１無機配向膜成膜ステップ
Ｓ２アンモニア処理ステップ
Ｓ３空セル形成ステップ
Ｓ４液晶組成物注入ステップ

Claims

光透過性を有する第１の基板の表面に形成された光透過性及び導電性を有する透明電極の表面と、第２の基板の表面に形成された少なくとも導電性を有する画素電極の表面に第１及び第２の無機配向膜をそれぞれ斜方蒸着法により成膜する成膜ステップと、
前記成膜ステップにより前記透明電極上に成膜された前記第１の無機配向膜、及び前記成膜ステップにより前記画素電極上に成膜された前記第２の無機配向膜のそれぞれの表面に対して、塩基性ガスによる表面処理を行う表面処理ステップと、
前記表面処理ステップを経た前記第１及び第２の基板を、前記透明電極と前記画素電極とが対向し、かつ、前記第１及び第２の基板の間に空隙が生じるように貼り合わせる貼り合わせステップと、
前記空隙内に強誘電性液晶組成物を注入して液晶パネルを完成する液晶組成物注入ステップと
を含むことを特徴とする液晶パネルの製造方法。
前記表面処理ステップは、前記成膜ステップにより前記透明電極上に前記第１の無機配向膜が成膜された前記第１の基板と、前記成膜ステップにより前記画素電極上に前記第２の無機配向膜が成膜された前記第２の基板とを、室温条件下でアンモニアガスに晒しつつ、その処理時間を制御することにより液晶分子のプレチルト制御を行うことを特徴とする請求項１記載の液晶パネルの製造方法。
前記表面処理ステップは、前記成膜ステップにより前記透明電極上に前記第１の無機配向膜が成膜された前記第１の基板と、前記成膜ステップにより前記画素電極上に前記第２の無機配向膜が成膜された前記第２の基板とを、アミンガス雰囲気中に晒しつつ処理時間を制御することにより液晶分子のプレチルト制御を行うことを特徴とする請求項１記載の液晶パネルの製造方法。