JP2772718B2 - 液晶電気光学装置の作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性を示す液晶組
成物を用いた液晶表示装置の表示品質を低下させている
原因の一つである、最適駆動電圧値の狭幅現象を減少さ
せるための方法を提案するにある。

【０００２】

【従来の技術】従来コンピューター、ワードプロセッサ
ー等の表示画面にはＳＴＮ（スーパーツイストネマチッ
ク）型の液晶表示装置が多く用いられている。ＳＴＮ型
は従来より知られたＴＮ（ツイストネマチック）型の液
晶表示装置に比べて、液晶材料の電気光学特性に急峻性
があるために、ＴＮ型では難しかった情報量の多い高時
分割駆動が可能となり、現在のノートパソコン、ノート
ワープロの火付け役となった。

【０００３】しかしながら時分割駆動を行なうがため
に、走査線の数が増加すると走査線中の選択と非選択部
での印加電圧比がとりにくくなり、表示品質特にコント
ラストの低下が起きてしまった。

【０００４】これを解消するために、ＴＦＴ（薄膜トラ
ンジスタ）素子を用いてＴＮ液晶を駆動させるアクティ
ブマトリックス型の液晶ディスプレイの開発が行なわれ
て現在に到っている。アクティブマトリックス型の液晶
表示装置は、書込みを行ないたい走査線につながるＴＦ
ＴのゲートのみをＯＮ状態にするために、他の走査線へ
の影響を極力押さえる事が出来、クロストークフリーな
表示が可能になった。

【０００５】また、一度書き込んだ後は、実質的に容量
成分である液晶部分に電荷がチャージされるために、他
の走査線を書き込んでいる間でも、コントラストの低下
が発生しないスタティック駆動が可能になり、格段に表
示品質が向上した。また、ソース・ドレイン間電圧を調
整することで容易に階調表示が可能になっている。しか
しながら、ＴＦＴの作製工程において、６〜８枚のフォ
トマスクを使用するために歩留りの低下が否めなかっ
た。さらにゲート酸化膜のピンホール等から正常動作し
ない素子も多く、やはり歩留りの点から全体の製造コス
トを上げる要因の一つとなっていた。そこで、簡易な構
造で表示品質の良い液晶表示装置が求められていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこでクラーク・ラグ
ァウォールらによって提案された強誘電性液晶を用いた
ディスプレイが知られている。図４にその概念図を示
す。強誘電性液晶は自発分極を有するために、螺旋がほ
どけるまで液晶層の厚みを薄くした場合、界面安定状態
（ＳＳＦＬＣ）が出来、一度電界を加えたあとは、その
電界を取り去っても透過または非透過の状態が継続する
メモリー効果を得ることが出来た。このメモリー状態を
利用することによって、ＴＦＴのアクティブマトリック
スＬＣＤと同じような、スタティック的な駆動が可能に
なっている。

【０００７】この強誘電性液晶のメモリー性を利用し
て、マトリックス駆動させようとした時、図２に示すよ
うな、４つのパルスをつかって、１つの情報を書き込む
ことが一般的におこなわれている。従来の液晶用駆動Ｉ
Ｃが利用でき、非常に簡易にできることが利点となって
いる。しかしながら、この駆動方法の場合、書込みのた
めのパルス高さと非書込みのためのパルス高さとの比が
４：１であるために、任意の温度における最適電圧は、
図３にみられるように非常に狭い範囲でしかなく、若干
の温度変化で表示状態が大きく悪化する要因の一つとな
っていた。したがって、任意の温度における最適電圧の
幅を拡げることがのぞまれていた。

【０００８】また、その他の問題点として、ＦＬＣを使
用した際の特徴の一つであるメモリー性を強調した場
合、現実的には『焼け』と呼ばれる画像残りの現象が起
き、表示不良をひきおこしている。『焼け』は一度透過
なり非透過なりの状態をメモリーさせて長時間放置した
場合、次にその逆の状態を表示しようとしても完全な非
透過または透過の状態が得られず、コントラストの低下
を引き起こしていた。これを解決する手段として、メモ
リー性を極力押さえた液晶材料を用いて、表示を行なう
ことが有効であることが判った。強誘電性液晶におい
て、全くメモリー性の無いまたは自発分極を持たない組
成物は存在しえないが、『焼け』を解消するためにそれ
らを極力押さえた場合、今度は数画面分のメモリー性は
あるものの、時分割数が増加したりした場合に表示品質
を落とすという欠点がクローズアップされてきた。しか
し、強誘電性液晶の持つ応答性については従来のＴＮ
型、ＳＴＮ型に比べて相当早い応答が実現できるので、
この特徴を生かしたまま『焼け』現象が解決されるよう
な方法が求められていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこでわれわれは最適駆
動電圧値の狭幅や『焼け』の原因として、強誘電性液晶
が反転する際に生じる反転電流による電荷の発生、およ
び該電荷の蓄積効果によるものが引き起こしていると仮
定し、鋭意努力の結果一つの結論を得た。誘電率の異な
る界面は、電気的に電荷が蓄積し易く、本発明に到るま
での従来例では、配向膜であるポリイミド薄膜と液晶組
成物の界面に多くの電荷が蓄積されていた。すなわち、
強誘電性液晶組成物の持つ自発分極により生ずる反転電
流が、該界面に電荷の蓄積を起こしていた。

【００１０】そこで、蓄積した電荷をいち早く取り除く
ために、配向膜の厚さ方向の低抵抗化をはかることが１
つの手段ということが判った。具体的には、電荷移動錯
体であるＴＣＮＱまたはＴＢＡＢ（テトラブチルアンモ
ニウムブロミド）等をポリイミド中に混入させ、膜自体
の比抵抗値をさげる方法が考えられている。しかしなが
らこれら電荷移動錯体は、熱安定性が悪く、配向膜を焼
成する温度（約３００℃）で分解してしまう危険性が大
であった。配向膜の焼成温度が低いものも提案されてい
るが、重合度の不足から強誘電性液晶との適合性は良く
ないものであった。

【００１１】そこで、膜の厚みを薄くすることで、絶対
的な抵抗値を減らす方法が考えられる。具体的には、配
向膜の印刷の際に溶剤による希釈量を増したりすること
で、薄い膜を作製する方法である。しかしながらこうし
た方法をとった場合、膜は完全な膜にならず島状になっ
てしまうか、または膜の厚みにむらの多い配向膜となっ
てしまい、膜の持つ配向力が面的にばらつきを持ち、表
示むらを生じてしまうことがわかった。

【００１２】また、単に抵抗値を下げるだけでは、完全
な解決にならず、該配向膜の持つ表面の状態に大きく左
右されることも判った。

【００１３】そこで、我々は均一でかつ膜厚の薄い配向
膜であり、さらに焼成の際変質した配向膜の界面を浄化
するために以下のような事を行った。

【００１４】液晶電気光学装置を構成する基板の少なく
とも一方の基板上に配向手段を形成する際に基板上に所
定の方法（例えば塗布法、物理蒸着法等）で有機膜を設
けた後にこの膜に対して、活性化した酸化性雰囲気中で
表面を表面処理する工程を有することを特徴とするもの
である。また、初期における配向を行わせる手段として
少なくとも有機薄膜のラビング法を用い、このラビング
処理は該有機薄膜の活性酸化性気体雰囲気中での処理の
前後に行う。

【００１５】また別の手段として、該有機薄膜を仮焼成
または本焼成した後に、溶剤またはシンナーを用いて該
有機薄膜表面を表面処理することも同様の目的および効
果を実現することができる。すなわち、厚みの薄い膜を
作る場合、希釈率を上げた溶液を塗布した場合、基板上
ではじき現象がおき、均一な膜が作れないことがわかっ
ている。そこで、われわれは均一な膜を作れる限界値を
探り、成膜した後に表面をエッチングする要領で膜厚を
薄くする方法をとった。

【００１６】また、本発明の表面処理は配向膜の本焼成
の後またはラビング処理の後に行うと特に有効であっ
た。すなわち、有機膜の焼成の際または膜表面のラビン
グ処理の際に表面が汚染され配向状態に悪影響があった
ため、本処理を行うことで、膜の厚みを減らすと同時に
表面の浄化作用が得られ、配向膜と液晶との界面の状態
の向上に効果があることも判った。

【００１７】本発明での表面処理において、活性酸化性
気体雰囲気を実現する為の方法としては、紫外光により
酸化性気体を活性化する方法や高周波プラズマ印加によ
り酸化性気体を活性化する方法等が利用できる。特に紫
外光での活性化の場合、電界により加速されたイオンに
よる衝撃が膜表面に起こらないのて、良好な配向膜表面
を実現することができた。

【００１８】また、使用する酸化性気体としては酸素、
亜酸化窒素気体単独やこれらを含んだ混合気体が使用可
能である。

【００１９】

【実施例】『実施例１』 本発明の液晶装置の断面構造
を図１に示した。まず、１．１ｍｍ厚の青板ガラス基板
（１）上に、ＤＣスパッタ法を用いて、１２００ÅのＩ
ＴＯ（インジュウム錫酸化物）薄膜（２）を成膜した。
その後、フォトリソ法をもちいて、電極およびリードを
設け第一の基板（８）とした。同様にして、もう一方の
基板（３）上にも電極およびリード（４）を設け、その
上にポリイミドをオフセット法で８００Åの厚さに印刷
し、１００℃で仮焼成の後、２８０℃で１５０分間本焼
成を行った。

【００２０】その後、図５に示す様に、大気圧で酸素
（１１）を１０リットル／分流したチャンバー（１２）
のなかに、前述の有機膜が形成された基板（１３）を配
置し、１８５ｎｍを中心とした発光波長を有する紫外光
ランプ（１４）を５０ｍＷ／ｃｍ² の強度で１０分間処
理し、表面処理を施した。

【００２１】その後、毛足の長い布（本実施例では綿の
ベルベット布）で表面を一定方向に擦り、液晶組成物の
分子長軸を所定の方向へ少なくとも初期においてならべ
る手段（５）を設けて、この基板を第二の基板（９）と
した。

【００２２】第一の基板上にスクリーン印刷法を用いて
エポキシ接着剤（７）を周囲に印刷し、第二の基板上に
はスピン法によって２．５μｍ径を有するシリカ球
（６）を１ｍｍ² 当り２００個の割合で散布した後に、
第一の基板と第二の基板を貼り合わせた。

【００２３】その後、該第一の基板と第二の基板の隙間
に強誘電性を示す液晶組成物を注入させ、液晶表示装置
を得た。

【００２４】ここで図６に、本発明による液晶表示装置
の作製方法を用いた液晶表示装置と、用いなかった従来
の液晶表示装置との最適駆動電圧値の比較を示す。図６
において曲線１５は表面処理を行った本実施例の場合の
データを示し、曲線１６は表面処理を行わなかった場合
のデータを示している。 このように、図６より明らか
な様に、紫外光処理によって得た液晶表示装置の方が、
最適値の幅が広がっていることが判っている。

【００２５】『実施例２』 本実施例でも、実施例１と
同様の基板を用いて液晶表示装置を作製した。但し、本
実施例では前例の紫外線と酸素による表面処理とは異な
り、ＮＭＰ（Ｎメチル２ピロリドン）溶液中で処理する
ことで、同様の表面処理を行った。

【００２６】すなわち、実施例１と同様にポリイミド膜
をオフセット印刷にて形成した後に１００℃１０分の仮
焼成を行い溶剤を除去する。その後ポリイミド膜に対し
て、溶剤（本実施例ではＮＭＰ（Ｎメチル２ピロリド
ン）をシャワーして、その表面をリンスした、この時溶
剤の温度は約３０℃以下として、溶剤のシャワーによ
り、ポリイミド膜が全て溶解されないように溶解速度を
コントロールした。

【００２７】その後、この基板をアルコール溶液に浸
し、ＮＭＰをアルコール（本実施例ではメチルアルコー
ル）で置換した後に純水にて流水洗浄を行い、表面処理
を完了した。ＮＭＰはポリイミドを含んだ状態で水と接
触すると、白濁して白い有機物を析出するため、一度親
水性の有機溶剤と置換した後に流水洗浄をすることが重
要であった。その他の工程は実施例１と全く同じであっ
た。

【００２８】

【効果】図６に示すように、表面処理の有無によっ
て、駆動電圧値変化によるコントラストの安定性を得る
ことが出来た。つまり、最適駆動電圧の幅を拡げること
ができた。

【００２９】液晶装置の配向膜である有機薄膜を焼成
した後に、紫外線と酸素を用いて該有機薄膜表面を処理
すること、または溶剤を用いて該有機薄膜表面を処理す
ることで、配向膜全体の厚みを均一に薄くすることがで
き、表示むらであった、『焼け』、等を減らすことがで
きた。

【００３０】表示の均一性向上と同時に『焼け』現象
を防止することができたので、コントラストの絶対値を
向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶装置の断面構造図

【図２】４パルスによる駆動方法の一例

【図３】従来のディスプレイの最適駆動電圧

【図４】強誘電性液晶を用いたディスプレイの概念図

【図５】紫外光処理装置の概略図

【図６】表面処理の有無による駆動電圧値とコントラス
トの関係

【符号の説明】

１…ガラス基板 ２…ＩＴＯ薄膜 ３…ガラス基板 ４…ＩＴＯ薄膜 ５…表面処理を施した配向手段

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の基板と該基板間に配置された液
   晶とを有する液晶電気光学装置の前記一対の基板の、少
   なくとも一方の基板上に液晶分子の分子長軸を配向をさ
   せる配向膜を形成する方法であって、 該配向膜は、 前記基板上に有機膜を形成する工程と、 該有機膜に対しラビング処理を施す工程と、 該工程の後に、前記有機膜の表面を活性化した酸化性気
   体で処理し前記有機膜を薄くする工程とにより形成され
   ることを特徴とする液晶電気光学装置の作製方法。
2. 【請求項２】 一対の基板と該基板間に配置された液晶
   とを有する液晶電気光学装置の前記一対の基板の、少な
   くとも一方の基板上に液晶分子の分子長軸を配向をさせ
   る配向膜を形成する方法であって、 該配向膜は、 前記基板上に有機膜を形成し、該有機膜を焼成する工程
   と、 該工程の後に、前記有機膜に対しラビング処理を施す工
   程と、 前記焼成する工程の後であって、前記ラビング処理を施
   す工程の前または後に、溶剤またはシンナーにより前記
   有機膜を薄くする工程とにより形成されることを特徴と
   する液晶電気光学装置の作製方法。