JP2959742B2

JP2959742B2 - 液晶表示装置の製造方法

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Publication number: JP2959742B2
Application number: JP21669993A
Authority: JP
Inventors: 典子渡辺; 洋子岩越; 誠司牧野; 繁光水嶋
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1999-10-06
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: JPH0764087A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、広視野角を持つ液晶表
示装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、対向する一対の基板の
間に設けられた液晶層における液晶分子の長軸方向と短
軸方向との光学的屈折率差を利用して表示する表示装置
であり、液晶層を挟む基板の液晶層側には配向膜が設け
られている。この配向膜は、液晶分子を一定方向に配列
させるべく、液晶層側の表面にラビング処理が施されて
いる。

【０００３】上記配向膜には、酸化物、有機シラン、金
属、金属錯体などの無機配向膜と、ポリイミド樹脂に代
表される有機配向膜の２種類がある。このような配向膜
に施されるラビング処理は、配向膜上の各部分において
均一な方向に行われており、かかるラビング処理が施さ
れた配向膜の存在により、液晶分子が基板に対して均一
なプレチルト角を持って傾き、表示画面内で均一な視角
方向が得られる。

【０００４】スイッチング素子として薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）を備えたＴＦＴ液晶表示装置においては、液
晶層の厚み方向の各位置で方向を変えて連続的にねじれ
ており、両基板の近傍位置では液晶分子が９０゜ねじれ
ている（ＴＮモード）。液晶表示装置の視角方向は、液
晶層の液晶分子の向き、つまり基板に対する方向および
ねじれ方向で決まる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＴＮ型液晶
表示装置では、見る角度によってコントラストが変化す
る。電圧非印加時に白色表示となるノーマリホワイトモ
ードでは、基板面に垂直な方向から見ると、図３のＬ１
のように、印加電圧が高くなるにつれて光の透過率は低
下していく。これに対して、正視角方向に視角を傾ける
と、透過率は一旦下がった後、小さなピークを生じる
（図３のＬ２）。この付近で階調の逆転が生じ、画像の
白黒が反転する。

【０００６】上述した見る角度により透過率特性が異な
る理由を、図４及び図５を参照して説明する。図４は液
晶表示装置を示す断面図である。この液晶表示装置は、
液晶層３を挟んで一対の基板１、２を有する構造となっ
ている。一方の基板１は、ガラス基板１ａ、透明電極１
ｂ及び配向膜１ｃからなり、他方の基板２は、ガラス基
板２ａ、透明電極２ｂ及び配向膜２ｃからなる。液晶層
３の液晶分子５は、基板１及び２の間で９０度ねじれて
いる。記号δはプレチルト角を示し、番号６は正視角方
向を示す。

【０００７】かかる構造の液晶表示装置において、図５
（ａ）に示すように、電圧を印加しない時もしくは少し
電圧を印加した時、正視角方向に位置する観測者７に
は、液晶層３の厚み方向中央部分に位置する液晶分子５
は楕円に見えている。次に、電圧を加えていくと、中央
部分の液晶分子５は電界方向に平行になる方向に傾きを
変えていくので、ある時点で真円に見える（図５
（ｂ））。さらに電圧を上げると、図５（ｃ）に示すよ
うに、再び楕円に見えるようになる。他の視角方向にお
いても透過率特性は垂直方向とは異なり、反転現象は生
じないが、視角を傾けていくとコントラスト比が低くな
る。

【０００８】このようなＴＮモード特有の視角特性を改
善する技術としては、以下の２つの方法が提案されてい
る（ＪＡＰＡＮＤＩＳＰＬＡＹ’９２のｐ５９１〜ｐ
５９４及びｐ８８６）。その一つの方法は、配向膜表面
をある方向にラビングした後、一部をレジストで被膜し
て逆方向にラビングすることにより、被膜した領域と被
膜しない領域とでラビング方向を異ならせ、同一液晶層
内に正逆の視角方向を持たせる方法である。もう一つの
方法は、複数の異なる配向膜を選択的に形成することに
より複数のプレチルト角を形成し、プレチルト角が異な
るものの組合せでは、視角方向は高い方のプレチルト角
で制御されることを利用して、同一液晶層内に正逆の視
角方向を持たせる方法である。

【０００９】これらの方法によれば、同一液晶層内に正
逆２方向の視角領域が形成されるので、観察者には２方
向の視角特性が混ざりあって見え、正視角方向の反転現
象や逆視角方向のコントラストの急激な低下が緩和さ
れ、改善される。しかしながら、これらの方法はフォト
リソグライーの工程を含むため、配向膜の汚染が問題と
なる。

【００１０】そこで、本願出願人は、配向膜に高いエネ
ルギーの光を照射するとプレチルト角が変化することを
見い出し、これによりプレチルト角の異なる複数の液晶
層領域を形成して、ＪＡＰＡＮＤＩＳＰＬＡＹ発表の
方法による場合と同じ構造を作り、配向膜の汚染なしに
２方向以上の視角方向を持つ液晶表示装置を作製できる
ことを確認した。また、この方式のプレチルト角制御に
は、４００ｎｍ以下の紫外光が最も効果的であることも
わかった。この光照射によるプレチルト角変化は以下の
２通りの反応により生じる。まず１つは、高エネルギー
付与による配向膜高分子の結合の解離、もしくは新たな
結合の生成である。もう１つは、空気中の酸素が短波長
紫外線を吸収することにより、オゾン・活性酸素の生成
とそれによる配向膜表面の改質である。

【００１１】空気中において短波長紫外線を照射する場
合においては、後者の反応が支配的に起こり、オゾン・
活性酸素による配向膜表面の改質が急速に進む。しか
し、この反応では活性化された酸素が空間を自由に移動
するため、本来遮光され、保護されるべき部分にまで反
応が及ぶ。このようにして遮光部が反応を受けると、そ
の部分と接する液晶分子のプレチルト角が変化するの
で、プレチルト角による視角方向の制御は難しくなる。
また、照射部においても、照射量が多くなると表面の改
質が進行し、膜減りが生じ、さらに照射量を増やすと膜
そのものがなくなることもある。照射部に接する液晶分
子と遮光部に接する液晶分子とのプレチルト角の差を確
保するためには、光照射条件、例えば光強度、照射量を
厳密に管理する必要があった。

【００１２】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、プレチルト角による視角
方向の制御を容易に行うことができる液晶表示装置の製
造方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置の
製造方法は、表面に配向膜が設けられた一対の基板を、
該配向膜を内側にして一対の基板を対向配設し、両基板
間に液晶層を封入して両基板を貼り合わせて製造する液
晶表示装置の製造方法において、両基板を貼り合わせる
前に、該一対の基板の一方の基板に形成された配向膜に
対し、不活性気体を含む雰囲気下で選択的に光を照射す
ることにより、光照射領域のプレチルト角を非照射領域
のプレチルト角よりも小さくする工程を含むので、その
ことにより上記目的が達成される。

【００１４】この製造方法において、前記雰囲気は不活
性気体を体積比率で８５％〜１００％含むようにするの
が好ましい。また、光は、紫外光または紫外光のレーザ
光を使用することができる。また、不活性気体は、窒
素、ヘリウム、ネオン又はアルゴンを使用することがで
きる。

【００１５】本発明の液晶表示装置の製造方法は、表面
に配向膜が設けられた一対の基板を、該配向膜を内側に
して一対の基板を対向配設し、両基板間に液晶層を封入
して両基板を貼り合わせて製造する液晶表示装置の製造
方法において、両基板を貼り合わせる前に、該一対の基
板の一方の基板に形成された配向膜に対し、減圧もしく
は真空の雰囲気下で選択的に光を照射することにより、
光照射領域のプレチルト角を非照射領域のプレチルト角
よりも小さくする工程を含むので、そのことにより上記
目的が達成される。

【００１６】この製造方法において、雰囲気は０．５気
圧以下０気圧以上であるようにするのが好ましい。ま
た、光は、紫外光、可視光もしくは赤外光、またはこれ
らと同波長域のレーザ光を使用することができる。

【００１７】

【作用】本発明によれば、遮光部の配向膜表面に影響を
及ぼす酸素の量を制御することにより、安定したプレチ
ルト角制御が行える。酸素量の制御には次の２つの方法
が適用できる。一つは、不活性気体により一部を置換し
た雰囲気下で配向膜に光照射する方法である。１００％
不活性気体中であってもよい。通常の大気中の不活性気
体の割合は８０％である。不活性気体を８５％含む雰囲
気下での光照射では、反応スピードはそれほど低下しな
いが遮光部に若干の影響がある。１００％不活性気体中
での光照射では、遮光部には全く影響しないが、反応ス
ピードは遅くなる。初期のプレチルト角の大きさなどに
より、最適な混合比が求められる。もう一つは、減圧下
で配向膜に光照射する方法である。完全な真空中であっ
てもよい。この場合にも、減圧の程度が高くなると反応
スピードは遅くなる。

【００１８】これらの方法で酸素量を制御することによ
り、光による高分子の結合の解離・生成のメカニズムが
支配的となるプレチルト角制御が実現され、光照射条件
にかかわらず、遮光部のプレチルト角変化が抑制され
る。これにより、安定したチルト角制御が可能となり、
広視野角液晶表示装置を安定に、歩留まりよく得ること
ができる。

【００１９】また、光照射を減圧下もしくは真空中で行
う場合には、紫外光以外に可視光や赤外光を使用でき
る。光照射によるプレチルト角制御を可視光や赤外光な
どで行う場合は、オゾン・活性酸素の発生はないが、空
気中で照射を行うと空気層での吸収・散乱による光の減
衰があるからである。本発明によれば、光照射を減圧も
しくは真空中で行うので、可視光や赤外光を使用しても
配向膜表面に達する光量が増加し、照射効率が向上す
る。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づき具体的
に説明する。

【００２１】（実施例１）図２は本発明を適用した、Ｍ
ＩＭ、ＴＦＴ等をスイッチング素子として付加したアク
ティブマトリクス型液晶表示装置の断面図を示す。この
液晶表示装置は、液晶層３３を挟んで一対の基板３１、
３２が対向配設されている。一方（下側）の基板３１
は、ガラスやシリコンウェハ等からなるベース用の基板
３１ａ上に電極配線３１ｂが形成され、液晶層３３と接
する部分に液晶の配向を規定する配向膜３１ｃが形成さ
れている。この基板３１上に設けた電極配線３１ｂは、
帯状をしたものを複数並設して形成されている。

【００２２】他方（上側）の基板３２は、ガラスやシリ
コンウェハ等からなるベース用の基板３２ａ上に電極配
線３２ｂが形成され、液晶層３３と接する部分に液晶の
配向を規定する配向膜３２ｃが形成されている。この基
板３２上に設けた電極配線３２ｂは、上記基板３１上に
設けた電極配線３１ｂとは交差する状態で、帯状をした
ものを複数並設して形成されており、両電極配線３１
ｂ、３２ｂが交差する部分で絵素が構成されている。

【００２３】液晶層３３では、１絵素内において配向状
態が異なる領域Ｘ、Ｙが形成されている。領域Ｘにおい
ては６時視角となっており、領域Ｙにおいては１２時視
角となっている。なお、図２において基板３１、３２に
接した短い直線が配向膜３１ｃ、３２ｃに接する液晶の
プレチルト角の大小を示し、液晶層３３中の厚み方向の
中心付近の液晶分子３３ａの傾きが平均的な液晶のプレ
チルト方向を示す。

【００２４】これらの基板３１、３２の端部は樹脂等で
シールされ、両基板３１、３２のうちの少なくとも一方
には、表示を行う表示部の外側の周辺に、駆動回路など
の周辺回路が実装されている。

【００２５】かかる構造の液晶表示装置の製造方法を以
下に説明する。

【００２６】まず、公知の方法により、ベース用の基板
３１ａ、３２ａの上に電極配線３１ｂ、３２ｂを形成
し、更にその上に配向膜３１ｃ、３２ｃを形成する。続
いて、配向膜３１ｃ、３２ｃに、例えば琢磨布にて所定
方向にラビング処理を施す。

【００２７】次に、両基板３１、３２のうちの一方、例
えば基板３１を、図示しないチャンバ内に配向膜３１ｃ
を上にしてセットし、図１に示すように配向膜３１ｃの
上に、遮光部１１ａと透光部１１ｂを有するマスク１１
を配置する。このマスク１１は、ほぼ全体に形成された
遮光部１１ａに透光部１１ｂがマトリクス状もしくはス
トライプ状に設けられた構成となっており、遮光部１１
ａが１絵素を構成する電極配線３１ｂの前記領域Ｘに相
当する領域上に位置する状態に配する。

【００２８】次に、前記チャンバ内に、不活性気体とし
て窒素を体積比率で８５％含むガスを導入し、そのガス
でチャンバ内の雰囲気を置換する。続いて、マスク１１
の上方から光１５を配向膜３１ｃに照射する。光１５と
しては、紫外光を用いることができる。かかる光照射に
より配向膜３１ｃの光照射部分では、液晶のプレチルト
角を小さくするような表面状態となる。

【００２９】したがって、このように光照射された配向
膜３１ｃにおいては、光照射部分、つまり領域Ｙに相当
する部分ではプレチルト角が小さく、非光照射部分、つ
まり領域Ｘに相当する部分ではプレチルト角が大きくな
る。

【００３０】次に、もう一方の基板３２をチャンバ内に
セットし、前同様にして光照射を行う。これにより、配
向膜３２ｃにおいては、光照射部分、つまり領域Ｘに相
当する部分ではプレチルト角が小さく、非光照射部分、
つまり領域Ｙに相当する部分ではプレチルト角が大きく
なる。なお、基板３２に光照射する工程は、基板３１に
光照射する工程よりも前に行ってもよい。

【００３１】次に、基板３１、３２を、配向膜３１ｃ、
３２ｃ側を内側にして対向させ、貼り合わせる。このと
き、基板３１、３２の端部にシールを施しておく。続い
て、両基板３１、３２の間に液晶を注入し、液晶層３３
を得る。

【００３２】最後に、表示を行う表示部の外側の周辺
に、駆動回路などの周辺回路を実装する。これにより本
実施例の液晶表示装置が完成する。

【００３３】したがって、本実施例にあっては、窒素を
体積比率で８５％含む雰囲気下で配向膜に光照射を行っ
ている。このため、通常２０％である大気中の酸素の体
積比率を１５％に減らすことができ、遮光部への影響を
抑制できる。このとき、反応スピードの低下は殆どな
く、初期プレチルト角である５度を０度にするのに必要
な紫外光照射量は、１０Ｊ／ｃｍ²程度であった。

【００３４】なお、本発明は、不活性気体の配合比率を
１００％としても実施できる。この場合、遮光部への影
響は全くなく、反応スピードは１／５倍程度になり、紫
外光照射量５０Ｊ／ｃｍ²以上必要であった。

【００３５】上記実施例では不活性気体として窒素を使
用しているが、本発明はこれに限らず、ヘリウム、ネオ
ンまたはアルゴンなどを使用することができる。その場
合においても、配合比率は窒素の場合と同様にすればよ
い。

【００３６】上記実施例では配向膜に照射する光として
紫外光を用いたが、紫外光のレーザ光を用いることがで
きる。なお、高エネルギーが容易に得られる光として
は、４００ｎｍ以下の紫外光が好ましい。このような波
長の光は、高圧水銀灯、低圧水銀灯、水銀キセノン灯な
どで得られる。

【００３７】（実施例２）本実施例２は、光照射時に配
向膜の表面周辺を減圧することによって、実施例１と同
様に酸素量を減らす場合である。

【００３８】本実施例においても、基板構造等は実施例
１の場合と同様のものに対して実施した。具体的には、
内部の圧力を０．５気圧に調整したチャンバ内に、基板
３１、３２の一方をセットすると共にマスクを配置し、
その状態で配向膜の所定部分に紫外光を照射した。な
お、紫外光に代えて、紫外光と同波長域のレーザ光を使
用することができる。

【００３９】本実施例による場合には、遮光部への影響
は実施例１において不活性気体の体積比率が８５％の場
合とほぼ同程度であり、反応スピードはやや速く、初期
プレチルト角である５度を０度にするのに必要な紫外光
の照射量は９Ｊ／ｃｍ²程度であった。また、本実施例
による場合には、照射環境を減圧もしくは真空すること
により、気体中で吸収・散乱されていた光が配向膜表面
に到達するので、照射効率が向上し、スループットの短
縮を図ることができる。

【００４０】なお、本実施例２においては、チャンバ内
の圧力を真空としてもよい。この場合、遮光部への影響
は全くなく、反応スピードは実施例１の１００％不活性
気体の場合よりやや速く、紫外光照射量は４５Ｊ／ｃｍ
²程度必要であった。反応スピードの違いは、気体によ
る光の散乱の有無による。

【００４１】また、上述したように本実施例による場合
には光照射時に減圧もしくは真空にするので、雰囲気中
の気体による吸収や散乱が抑制されて光の減衰が生じる
程度を小さくできる。このため、本実施例による場合に
は、紫外光やそれと同波長域のレーザ光の他に、可視
光、赤外光、またはこれらと同波長域のレーザー光で行
うことができる。

【００４２】上述した各実施例１、２で使用できる配向
膜としては、ポリイミド膜や他の材料からなる配向膜を
使用してもよい。窒化ケイ素、酸化ケイ素、フッ化マグ
ネシウムまたは金等を主成分とした無機の配向膜を用い
てもよいが、この場合には、紫外線レーザーなどの高エ
ネルギーの光の照射が必要である。

【００４３】また、本発明は、上述したアクティブマト
リクス型液晶表示装置に限らず、単純マトリクス型の液
晶表示装置にも適用できる。

【００４４】また、本発明で行う光照射工程は、配向膜
形成後の任意の時点で実施できる。具体的には、配向膜
塗布後、仮焼成後、本焼成後、ラビング後、ラビング後
の洗浄後のいつでもよい。

【００４５】また、本発明で使用することができるマス
クとしては、フォトリソグラフィ技術を用いて配向膜上
に直接マスクパターンを形成し、光を照射した後、マス
クを剥離する方式のものであってもよい。また、マスク
を用いずに、集光された光を所望の領域に照射してもよ
い。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、光照射時に遮光部への
影響を抑制できるので、照射条件のマージンが広がり、
プレチルト角制御を安定して行うことができる。紫外光
以外の光を用いる場合にも、本発明によれば効率良く光
照射を行うことができ、より容易に広視野角液晶表示装
置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示装置の製造方法における
光照射工程を模式的に示す断面図である。

【図２】本発明を適用したアクティブマトリクス型液晶
表示装置を示す断面図である。

【図３】従来の液晶表示装置における印加電圧−透過率
特性を示すグラフである。

【図４】従来の液晶表示装置における反転現象を説明す
る図である。

【図５】従来の液晶表示装置における視角特性を説明す
る断面図である。

【符号の説明】

１、２基板１ａ、２ａガラス基板１ｂ、２ｂ透明電極１ｃ、２ｃ配向膜３液晶層５液晶分子６正視角方向７観測者１１マスク１１ａ遮光部１１ｂ透光部１５光３１、３２基板３１ａ、３２ａベース用の基板３１ｂ、３２ｂ電極配線３１ｃ、３２ｃ配向膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水嶋繁光大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開昭64−79725（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1337

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に配向膜が設けられた一対の基板
を、該配向膜を内側にして一対の基板を対向配設し、両
基板間に液晶層を封入して両基板を貼り合わせて製造す
る液晶表示装置の製造方法において、両基板を貼り合わせる前に、該一対の基板の一方の基板
に形成された配向膜に対し、不活性気体を含む雰囲気下
で選択的に光を照射することにより、光照射領域のプレ
チルト角を非照射領域のプレチルト角よりも小さくする
工程を含む液晶表示装置の製造方法。
【請求項２】前記雰囲気が不活性気体を体積比率で８
５％〜１００％含む請求項１に記載の液晶表示装置の製
造方法。
【請求項３】前記光に、紫外光または紫外光のレーザ
光を使用する請求項１または２に記載の液晶表示装置の
製造方法。
【請求項４】前記不活性気体に、窒素、ヘリウム、ネ
オン又はアルゴンを使用する請求項１乃至３に記載の液
晶表示装置の製造方法。
【請求項５】表面に配向膜が設けられた一対の基板
を、該配向膜を内側にして一対の基板を対向配設し、両
基板間に液晶層を封入して両基板を貼り合わせて製造す
る液晶表示装置の製造方法において、両基板を貼り合わせる前に、該一対の基板の一方の基板
に形成された配向膜に対し、減圧もしくは真空の雰囲気
下で選択的に光を照射することにより、光照射領域のプ
レチルト角を非照射領域のプレチルト角よりも小さくす
る工程を含む液晶表示装置の製造方法。
【請求項６】前記雰囲気が０．５気圧以下０気圧以上
である請求項５に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項７】前記光に、紫外光、可視光もしくは赤外
光、またはこれらと同波長域のレーザ光を使用する請求
項５または６に記載の液晶表示装置の製造方法。