JP3130570B2

JP3130570B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP3130570B2
Application number: JP18263091A
Authority: JP
Inventors: 孝毅高頭; 靖川田; 誠長谷川; 裕子斎藤; 正典坂本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-07-23
Filing date: 1991-07-23
Publication date: 2001-01-31
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JPH0527243A

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子、より詳
しくはアクティブマトリックス型表示方式に使用される
液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、液晶表示素子は、一定距離を
隔て対向して配置された一対の基板と、これら夫々の基
板の互いに対向する表面を被覆する配向膜と、前記基板
間に前記配向膜を介して封入された液晶とを具備した構
造をとっている。このような液晶表示素子では、画素部
において前記基板上に透明電極が積層され、更に該透明
電極上に配向膜が形成されており、透明電極によって液
晶に対して電圧の印加がなされる。特に、近年では、ア
クティブマトリックス型の表示方式に使用される液晶表
示素子として、前記画素部における一方の基板上に薄膜
トランジスタ（Thin Film Transistor，ＴＦＴ）、ＭＩ
Ｍ（Metal-Insulator-Metal ）素子等の駆動素子が実装
された液晶表示素子が開発され実用化されている。この
アクティブマトリックス型表示方式は、液晶表示素子に
おいて前記駆動素子が各画素部においてスイッチ素子と
して機能するため、液晶画像のコントラストの低下、所
謂クロストークの発生等の問題が解消され、現在の液晶
ディスプレイの主流となっている。

【０００３】上述したような液晶表示素子の構成物のう
ち、前記配向膜はその液晶と接する表面において液晶分
子を一定方向に配向させる目的で、絶縁性の膜表面に各
種の配向処理がなされたものである。これら配向処理と
して、従来よりラビング法と呼ばれる処理が広く行われ
ている。

【０００４】このラビング法とは、基板上に形成された
絶縁性の高分子膜等の液晶と接する表面を、綿、布等の
繊維状物質を用いて一定方向に擦る（ラビングする）こ
とによって、膜表面に液晶に対する配向能を付与する方
法である。該配向能については、ラビングにより該膜表
面に形成される微小な凹凸により液晶分子のチルト角
（液晶分子が基板に対し傾斜して配向する角度）が制御
され、また該膜表面がラビングされる際に延伸されこれ
によって膜を形成する高分子が配向し、この配向に従っ
て液晶分子の配向の方向性、均一性が制御されるという
説が提唱されている。このラビング法による配向処理
は、簡易で且つ非常に単純な製造装置を使用することが
でき、短時間で大量の配向膜の形成が可能で、また処理
された配向膜の液晶分子に対する配向力が極めて強いと
いう点で、現在の液晶表示素子の製造において最も頻繁
に使用されている。しかし、上記ラビング法による配向
処理には、以下のような欠点がある。即ち、ラビング法
の場合、布の構成成分（糸屑等）により基板およびその
周辺部の汚染が引き起こされる。

【０００５】更に、ラビング法には高分子膜のような誘
電体上を布により摩擦する工程が含まれ、これにより配
向膜上に大量の静電気が発生する。このため基板表面が
帯電し、ゴミが吸着して基板間のギャップが所定の間隔
より広がり、形成された液晶表示素子において不良が発
生する。また、基板上の薄膜表面を布により摩擦する工
程では、基板表面に不要な傷が発生し、液晶表示の画像
欠損も生ずる。

【０００６】以上のような、ラビング法による配向処理
の欠点は、特に前記アクティブマトリックス型表示方式
に使用される液晶表示素子において大きな問題となる。
このような液晶表示素子では、ラビングの際に発生する
静電気によって基板上に設けられている駆動素子が破壊
されるため、これによって当該液晶表示素子の不良率が
更に上昇する。また、当該液晶表示素子では、画素部に
おける駆動素子が実装された基板表面を被覆する薄膜
（配向膜）においては、該能動素子の存在によって平坦
化が損われているために、薄膜全表面に亘って均一にラ
ビングを施すことができない。この結果、ラビングの際
に処理のムラが生じ、形成された配向膜の液晶に対する
配向能の分布が不均一となり、液晶表示の画像欠損が発
生する。

【０００７】このように、現行のラビング法では、特に
アクティブマトリックス型表示方式に使用される液晶表
示素子の品質にとって問題点が多数存在する。従って、
前記ラビング法に代わる配向処理方法（配向膜形成方
法）が強く要望されており、この要望に応えるために幾
つかの研究が報告されている。

【０００８】現在研究されている配向膜形成方法は、以
下の事実に基づいている。即ち、複数の等間隔に並んだ
直線状のグルブ（溝）を有する基板上に液晶分子を置い
た場合、その溝に沿った方向にこれら液晶分子が配向す
るという事実である。この事実については、、H.V.ケネ
ルらによるPhysical Review A24(5)2713(1981)、A.Sugi
yamaらによるJpn.J.Appl.Phys.20(7)1343(1981) 等に記
載されている。例えば、横山和夫らによる特開昭60-606
24号では、レーザー光の２光束干渉縞を基板表面に照射
することにより、グレーティング状の凹凸を形成する方
法が開示されている。また、田中らによる特開昭61-117
25号では、ネガ型感光性ＰＶＡ膜にマスクパターンを転
写および露光することにより、配向膜を形成する方法が
開示されている。しかし、これらの方法は、いまだ工業
的な実施レベルに至っていない。例えば、上記特開昭61
-11725号の配向膜は、液晶表示素子に使用するための充
分な耐熱性を有していない。

【０００９】また、上述したようなグルブを有する配向
膜では、基板等の汚染は回避できる反面、液晶分子の配
向に対する制御力がラビング処理により形成された配向
膜に比べて劣る。特に、液晶分子が配向膜に対して一定
角度傾斜するプレチルトの方向が制御できない。従っ
て、このような配向膜を有する液晶表示素子では、しば
しば画像の欠陥を生ずる場合がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みてなされたもので、その課題とするところは、液晶
の配向状態を均一に制御でき、且つ基板の汚染、基板上
の駆動素子の静電破壊等が低減され、画像欠陥が非常に
少ない高性能の液晶表示素子、特にアクティブマトリッ
クス型表示方式に使用される液晶表示素子を提供するこ
とである。［発明の構成］

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、一定距離を隔て対向して配置された一対の基板と、
これら夫々の基板の互いに対向する表面を被覆する配向
膜と、前記基板間に前記配向膜を介して封入された液晶
とを具備し、前記一対の基板のうち一方にのみ駆動素子
が実装された液晶表示素子であって、前記駆動素子が実
装された基板の表面を被覆する前記配向膜が液晶分子の
配向方向のみを制御し、前記駆動素子が実装されていな
い基板の表面を被覆する前記配向膜が液晶分子の配向方
向とチルト角の方向を制御し、前記一対の基板上の前記
配向膜の配向処理方向が互いに直交する事を特徴とす
る。また、本発明の液晶表示素子は、一定距離を隔て対
向して配置された一対の基板と、これら夫々の基板の互
いに対向する表面を被覆する配向膜と、前記基板間に前
記配向膜を介して封入された液晶とを具備し、前記一対
の基板のうち一方にのみ駆動素子が実装された液晶表示
素子であって、前記駆動素子が実装された基板の表面を
被覆する前記配向膜は、液晶と接する表面側に所定パタ
ーンのグルブを有し、液晶分子の配向方向のみを制御す
る高分子薄膜であり、前記駆動素子が実装されていない
基板の表面を被覆する前記配向膜は、液晶と接する表面
が一定方向にラビング処理され、液晶分子の配向方向と
チルト角の方向を制御する薄膜であり、前記一対の基板
上の前記配向膜の配向処理方向が互いに直交することを
特徴とする。以下、本発明の詳細を説明する。

【００１２】まず、本発明のアクティブマトリックス型
表示方式に使用される液晶表示素子の基本構造の一例
を、図１〜図２を参照して説明する。アクティブマトリ
ックス型の表示方式には、３端子型（ＴＦＴ素子等を実
装）、２端子型（ＭＩＭ素子等を実装）に大別される
が、以下では３端子型のＴＦＴ−ＬＣＤを例にとって説
明する。

【００１３】図１は、本発明の液晶表示素子の全体構造
の一例を示す構造図である。同図において、１１はＴＦ
Ｔが実装されたＴＦＴアレイ基板、１２はＴＦＴアレイ
基板１１に対向する対向基板であり、夫々ガラス等の素
材で形成されている。

【００１４】ＴＦＴアレイ基板１１の表面には、複数の
表示電極１３が敷設されている。これら表示電極には、
例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等の導電性薄膜が
使用され得る。各表示電極１３に隣接してＴＦＴ素子１
５が実装されており、各ＴＦＴ素子１５にはドレイン電
極１６、ソース電極１７、ゲート電極（図示せず）等が
設けられている。また、ＴＦＴアレイ基板１１の表面に
は、複数のデータ配線１８および複数のアドレス配線１
９が互いに直交して付設されており、データ配線１８に
はＴＦＴ素子１５のドレイン電極１６またはソース電極
１７の一方が、アドレス配線１９にはＴＦＴ素子１５の
ゲート電極が夫々接続している。ＴＦＴアレイ基板１１
の裏面には偏光板２０、拡散板２１を介して背面照明
（バックライト）２２が設けられている。

【００１５】一方、対向基板１２の表面には、カラーフ
ィルター層２３を介し全面に亘って対向電極１４が敷設
されている。これら対向電極も上記表示電極と同様の素
材で形成され得る。対向基板１２の裏面には、偏光板２
４が設けられている。

【００１６】上述したような液晶表示素子において表示
電極１３および対向電極１４の対向領域が画素部に相当
する。また、ＴＦＴアレイ基板１１および対向基板１２
の表面には、上記電極、素子、配線等を介して夫々配向
膜が形成されている（図示せず）。更に、これら配向膜
間には液晶物質１０が封入されている。

【００１７】図２は図１に表した本発明の液晶表示素子
の画素部の構造の一例を示す断面図である。同図におけ
る各符合は、図１の場合と同義である。１５は該画素部
に形成されたＴＦＴ素子であり、ＴＦＴアレイ基板１１
上で表示電極１３に接続した形で形成されている。ＴＦ
Ｔアレイ基板１１上には、まずゲート電極２５が形成さ
れており、このゲート電極２５を被覆する形でゲート絶
縁膜２６が設けられている。ゲート絶縁膜２６上には、
半導体層２７が形成されており、更にこの半導体層２７
上にはドレイン電極１６およびソース電極１７が形成さ
れており、ソース電極１７は表示電極１３に接続してい
る。ＴＦＴ素子１５および表示電極１３の表面には配向
膜２８が形成されており、一方対向基板１２の表面に
は、カラーフィルター層（図示せず）および対向電極１
４を介して配向膜２９が形成されている。配向膜２８お
よび２９の間には、液晶１０が封入されている。

【００１８】上述したような構造を有する本発明の液晶
表示素子では、前記配向膜２８、即ち、ＴＦＴ素子が実
装された基板１１の表面を被覆する配向膜に、従来のラ
ビング法の如き物理的な方法に代って感光性高分子膜を
化学的に処理することによって形成されたグルブを有す
る薄膜が使用されている。一方、対向基板１２の表面を
被覆する配向膜２９には、ラビング法によって配向処理
された薄膜が使用されている。次に、図２に示す配向膜
２８の如き駆動素子が実装された基板の表面を被覆す
る、感光性高分子を使用して形成された配向膜について
説明する。

【００１９】当該配向膜の形成に使用される感光性高分
子は、感光性ポリイミドが好ましい。この感光性ポリイ
ミドは、特に限定されないが、アクリル基またはメタク
リル基等のラジカル重合性二重結合を含まない感光性ポ
リイミドが好ましく、例えば、フォトニース UR-4144
（商品名：東レ製）、CRC-6081x （商品名：住友ベーク
ライト製）、PIMEL F-5000（商品名：旭化成製）等が使
用され得る。更に、前記感光性ポリイミドは、下記化１
に示す一般式（Ｉ）の反復単位を有するポリマーである
ことが好ましい。

【００２０】

【化１】（但し、Ｒ₁はアルキル基、Ｒ₂は有機残基一般、ｎは
正の整数を夫々示す）

【００２１】このような感光性ポリイミドには、例えば
プロビミド400 （商品名：チバガイギー製）が使用され
得る。また、上記構造のポリイミド樹脂は、配向膜とし
て形成された後、不要な反応生成物を発生しないため、
形成される配向膜が汚染されることがないという点で好
ましい。

【００２２】一方、本発明において、前記感光性高分子
の露光に使用されるマスクの一定間隔の筋状模様は、直
線状模様であることが好ましい。その具体例としては、
直線状模様については図４に示されたパターン形状が挙
げられる。尚、同図において黒色部分は遮光部、白色部
分は透光部である。

【００２３】この露光用マスクにおける一定間隔の筋状
模様においては、透光部の幅が 0.1〜50μｍ、遮光部の
幅が 0.1〜 100μｍであることが好ましく、また、透光
部の幅が 0.5〜10μｍであり、遮光部の幅が 0.5〜50μ
ｍであれば特に好ましい。本発明のような液晶配向処理
に使用される露光用マスクのパターンは、微細であるほ
ど好ましい。

【００２４】前記感光性高分子を使用して形成される配
向膜の厚みは、特に限定されないが、10〜1000nmの範
囲、10〜100 nmの範囲が好ましい。前記配向膜が上記範
囲よりも薄いと配向膜としての機能が充分ではなく、更
に現像処理時に膜の剥離が発生する等の問題が生ずる。
また、上記範囲よりも厚いと配向膜部分の抵抗値が大き
くなり、液晶表示素子の機能に関して支障が生ずる。

【００２５】前記感光性高分子を使用して形成される配
向膜は、通常、露光および現像処理によりパターン形成
された後、現像液を乾燥させるだけで使用可能となる。
しかし、配向膜の耐熱性および密着性を向上させるた
め、パターン化された配向膜に対して更に可視光や紫外
光を全面露光するか、または配向膜を加熱処理等の後処
理を施すことが好ましい。このときの加熱処理は150 〜
400 ℃、好ましくは200〜380 ℃の温度範囲において、1
0分〜 3時間、好ましくは30分〜 2時間行うことが望ま
しい。上記の後処理において、前記条件よりも露光エネ
ルギーが低い場合、または加熱が低温もしくは短時間で
行われる場合には、配向膜の耐熱性および密着性を向上
させるのに効果的ではない。また、前記条件に比べ、露
光エネルギーが高い場合、または高温もしくは長時間の
加熱を行うと、逆に配向膜の劣化が生ずる。次に、本発
明の液晶表示素子における前記感光性ポリイミドを素材
とした配向膜の形成工程を具体的に説明する。

【００２６】まず第一に、ガラス等の基板上に、ＩＴＯ
膜等を素材とする透明電極、およびＴＦＴ、ＭＩＭ素子
等の駆動素子を形成した後に光硬化性ポリイミドを塗布
する。この光硬化性ポリイミドは、通常、濃度 0.1〜15
％、好ましくは 1〜10％溶液として塗布される。この溶
液濃度が低すぎると、形成される配向膜が薄くなり、配
向膜としての機能が充分ではなくなる。逆に、高すぎる
と、形成される配向膜が厚くなり過ぎ、液晶表示素子の
性能を低下させる原因となる。塗布の方法としては、配
向膜形成用の硬化性ポリイミドを塗布するために従来使
用されているように、ロールコーターによる方法を用い
ることができる。しかし、工程の連続性を考慮すると、
スピンコーターを使用することが好ましい。このスピン
コーターとしては、ＴＦＴ等の形成用のものを使用する
ことができる。スピンコーターの回転速度は塗布材料に
よっても異なるが、通常1000〜6000rpm.程度の範囲であ
り、好ましくは1500〜5000rpm.の範囲である。

【００２７】第二に、上述したような駆動素子（または
透明電極）を介して感光性ポリイミドが塗布された基板
を乾燥する。この乾燥は、ホットプレート、または乾燥
機を使用して行うことができる。乾燥条件は塗布材料に
よっても異なるが、ホットプレートを使用する場合は約
150℃で 5〜15分、乾燥機を使用する場合は約 150℃で
30分〜 2時間である。この乾燥条件が過度に低温または
短時間であると、光硬化性ポリイミド膜表面のタック
（粘着性）が残存し、後述する露光の際に露光用マスク
を汚染する原因となる。また、過度に高温または長時間
であると、光硬化性ポリイミド膜の硬化が進み過ぎ、後
の現像工程で充分に現像することができなくなる。この
工程で形成される光硬化性ポリイミド膜の厚みは、上述
したように10〜1000nmであることが好ましい。

【００２８】第三に、乾燥された光硬化性ポリイミド膜
に、前記一定間隔の筋状模様を有する露光用マスクを介
して平行光を露光する。この露光によって、前記マスク
の透光部に対応する部分が露光されて硬化し、また前記
マスクの遮光部に対応する部分は未硬化のままである。
この露光は、光硬化性ポリイミド膜と露光用マスクを接
触させて行う接触露光方式で行われ得る。しかし、接触
露光では露光用マスクの汚染がしばしば生ずるため、非
接触露光方式によって行われることがより好ましい。こ
の場合の光硬化性ポリイミド膜表面と露光用マスクの距
離は、塗布材料、露光機により異なるが 1μｍ〜 100μ
ｍ、好ましくは 5μｍ〜50μｍである。この距離が短か
すぎると、前記接触露光方式の場合と同様に露光用マス
クの汚染がしばしばひきおこされ、マスクの寿命が短く
なる。また、この距離が長すぎると、現像時のパターン
の解像度が低下する。解像度が低下すると、得られる配
向膜のグルブの形状も微細でなくなり、該配向膜の機能
が低下する。このため、形成された液晶表示素子におい
て、液晶分子の配向乱れが発生し、モザイク状に見える
組織が生ずる。

【００２９】また、前記露光における露光量は光硬化性
ポリイミド膜の種類により異なるが、 1〜2000mj／c
m² 、好ましくは10〜1000mj／cm² である。露光量が少
なすぎると、現像処理の際に膜全体が剥離し、また露光
部および未露光部の溶解度差が不充分となる。このため
解像度が低下し、形成された配向膜の機能が低下する。
一方、露光量が多すぎると、特に非接触露光方式の場
合、マスクパターンの遮光部に相当する箇所（本来未露
光部となるべき箇所）にも露光される恐れがある。この
ため、解像度が低下し、上記同様に得られた配向膜の機
能が低下する。

【００３０】第四に、露光された後のポリイミド膜に対
して現像処理を行う。現像条件は、使用した光硬化性ポ
リイミド膜の種類により異なるが、例えば感光性ポリイ
ミドとして前記プロビミド400 の 5％溶液を使用した場
合は、以下の通りである。即ち、窒素ガス1.0 〜3.0 kg
／cm² の加圧下、流量 5〜15ml／min.で現像液を露光さ
れた膜に噴霧する（スプレー現像）。この現像処理によ
って、前記露光部は残存する一方、未露光部は現像液に
溶解するため、所定のパターンのグルブが形成される。
現像時間は、上記材料の場合には、現像液により10秒〜
2分、現像液とリンス液を併用する形で 5〜20秒、リン
ス液単独で 5〜20秒である。更に、窒素を使用し、スピ
ンドライで5秒〜 2分で乾燥する。この現像時間が短す
ぎると、未露光部が現像液に溶解せずに残存する。その
結果、未露光部および露光部の間に充分な形状変化が生
じず、微細なグルブが得られないため、配向膜の機能が
不充分となる。逆に現像時間が長すぎると、配向膜全体
が剥離する現象がしばしば発生する。また、リンス液に
よる洗浄時間が短すぎる場合は、現像時に生ずる汚染が
最後まで残存し、パターンの鮮鋭性が欠如する。リンス
液による洗浄時間が長すぎる場合には、配向膜の剥離が
生ずる。

【００３１】上述したような配向膜形成の方法および条
件は、配向膜の素材に特定の材料を使用した一例であ
り、他の材料を使用する場合には個別に適宜検討するこ
とが必要である。

【００３２】こうして形成された配向膜は、そのまま液
晶表示素子に組み込まれ使用され得る。しかし、上述し
たように配向膜の耐熱性および密着性を向上させるた
め、更に配向膜に対して可視紫外光を全面露光するか、
または配向膜を加熱処理することも可能である。これら
の条件は材料によって異なるが、例えば感光性ポリイミ
ドとして前記プロビミド400 を使用した場合は以下の通
りである。まず、露光の場合、80W/cm² 高圧水銀ランプ
を約20cmの距離から照射する。この状態で照射時間は20
秒〜 5分、好ましくは30秒〜 2分である。また、加熱処
理の場合150〜400 ℃、好ましくは200 〜 380℃の温度
範囲において、10分〜 3時間、好ましくは30分〜 2時間
行う。以上のような工程によって、前記駆動素子が実装
された基板の表面を被覆する配向膜が形成される。

【００３３】次に、本発明の液晶表示素子において、図
２に示された配向膜２９のような駆動素子が実装されて
いない基板の表面を被覆する配向膜、即ち、ラビング法
によって配向処理された薄膜を使用した配向膜について
説明する。

【００３４】当該配向膜には、ポリイミド、ポリビニル
アルコール等の高分子薄膜が使用される。具体的には、
ポリイミド、ポリビニルアルコール等の溶液を、透明電
極等が形成された基板表面に塗布し、乾燥させることに
よって薄膜とする。次いで、この薄膜表面上を、ベルベ
ット等の布、繊維状物質を取り付けたローラーを回転さ
せてラビングすることにより、配向膜を形成する。

【００３５】また、駆動素子が実装されていない基板の
表面を被覆する配向膜には、斜方蒸着法と呼ばれる方法
によって形成された薄膜を使用することもできる。即
ち、ＳｉＯ等の金属酸化物を、前記基板に対して一定角
度を持たせて基板上に蒸着し配向膜を形成する。しか
し、この方法によって形成された配向膜を使用した場
合、液晶分子の基板に対するプレチルト角が大きくなり
過ぎ、液晶画像の欠陥の原因となる場合がある。また、
上記配向膜は液晶分子の配向制御力が比較的弱い。この
ため、本発明において前記駆動素子が実装されていない
基板の表面を被覆する配向膜には、ラビング法によって
処理された薄膜がより好ましい。

【００３６】本発明の液晶表示素子は、特に、電卓、時
計等の表示用として、ツイストネマティック型（以下Ｔ
Ｎ型と記す）型液晶表示素子に適用される。このＴＮ型
液晶表示素子とは、液晶材料としてネマティック液晶を
使用し、配向膜の処理状態を制御することによって前記
液晶分子を基板に対して平行に配列（ホモジニアス配
列）させ、更に一対の基板の夫々において、配向膜の配
向処理方向（グルブ形成方向およびラビング方向）が互
いに直交するように両方の基板をねじったものである。
この他、液晶分子を基板に対して垂直に配列（ホメオト
ロピック配列）させる液晶表示素子も知られているが、
産業的には、前記ＴＮ型液晶表示素子が重要である。

【００３７】また、本発明の液晶表示素子では、液晶材
料として強誘電性液晶を使用することもできる。この強
電性液晶を使用した液晶表示素子は、高速応答性、メモ
リ性に優れ、今後様々な応用が期待されている。

【００３８】

【作用】本発明の液晶表示素子は、前記駆動素子が実装
された基板の表面を被覆する配向膜に、従来のラビング
法のような物理的処理を行わずに形成された所定パター
ンのグルブを有する配向膜が使用されている。このた
め、ラビング法による駆動素子の破壊、汚染等が防止さ
れ、液晶表示素子の性能がより向上する。

【００３９】一方、前記駆動素子が実装されていない基
板の表面を被覆する配向膜には、ラビング法により処理
された薄膜を使用することによって、液晶分子に対する
配向制御力をより高めている。

【００４０】一般的に、ラビング処理によって形成され
た配向膜は、液晶分子に対する配向制御力が最も強いと
考えられている、従って、前記駆動素子が実装された基
板の表面を被覆する配向膜に、上述したようなグルブ状
の配向膜を形成することは配向制御力の低減に関わると
も推測される。しかし実際には、前記駆動素子が実装さ
れた基板の表面は、例えば図２に示すＴＦＴ素子が形成
された表面のように、凹凸が多く、ラビング法による配
向膜を形成した場合ムラが生じる。この結果、配向膜全
体での配向能の分布が不均一になり、期待される程の配
向制御力が発現しない。従って、本発明の如く、前記駆
動素子が実装された基板の表面に前記感光性高分子を使
用したグルブ状の配向膜を適用することは、特に安定で
且つ均一な配向能が得られるという点で、上記駆動素子
の破壊、汚染等の回避に加えて更に有効に作用する。

【００４１】ところで、一対の基板の何れにも特に駆動
素子が実装されていない液晶表示素子、例えば、単純マ
トリックス方式等の液晶表示方式に使用される液晶表示
素子においても、本発明と同様の配向膜の配置を適用す
ることが可能である。このタイプの液晶表示素子の全体
構造を図３を参照して説明する。

【００４２】同図において、３１および３２はガラス等
の素材で形成された基板である。これらのうち、一方の
基板３１の表面には、Ｘ軸方向に複数の帯状の透明電極
３３が付設されており（これら電極群３４を走査電極と
する）、また対向する基板３２の表面には透明電極３３
に直交するＹ軸方向に複数の帯状の透明電極３５が付設
されている（これら電極群３６を表示電極とする）。こ
れら透明電極には、前記アクティブマトリックス型表示
方式に使用される液晶表示素子同様に、ＩＴＯ膜等の導
電性薄膜が使用され得る。以上の走査電極３４および表
示電極３６も各交差箇所３７が当該液晶表示素子の画素
部に相当する。基板３１および３２の表面には、透明電
極３３、３５を介して夫々配向膜が形成されている（図
示せず）。更に、基板３１および３２上の配向膜間に
は、液晶物質が封入されている。

【００４３】上述したような対向する一対の基板３１お
よび３２の両方が同様の構造を有する（何れの基板も駆
動素子は実装されていない）液晶表示素子において、単
に、一方の基板３１の表面を被覆する配向膜にラビング
法によって処理された薄膜を適用し、且つ他方の基板３
２の表面を被覆する配向膜に前記感光性高分子を化学的
処理することによって形成された高分子薄膜を適用する
こともできる。

【００４４】しかしながら、上述したように、前記感光
性高分子を化学的処理することによって形成された高分
子薄膜は、前記対向する一対の基板の一方に駆動素子が
実装された液晶表示素子において、特に駆動素子の汚染
および破壊に防止することによって当該液晶表示素子の
性能向上に大きく寄与する。従って、本発明の如き配向
膜の配置は、当該液晶表示素子、即ち、アクティブマト
ッリックス型表示方式に使用される液晶表示素子におい
て特に好適である。

【００４５】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。尚、これ
ら実施例は、本発明の理解を容易にする目的で記載され
るものであり、本発明を限定するものではない。また、
下記実施例および比較例において、各液晶表示素子は液
晶セルの形で作成および評価されている。実施例１

【００４６】表面にＴＦＴが形成されたガラス基板上
に、プロビミド 400の 5％溶液を3000rpm.で25秒間スピ
ンコートし、110℃、15分間、ホットプレート上で加熱
乾燥して、光硬化性ポリイミド層を形成した。

【００４７】次に、図４に示した形状の露光用マスク
を、上記形成された光硬化性ポリイミド層表面から、間
隔 6μｍの位置に置き、これを介して 180mj／cm² の平
行光を露光した。続いて、この基板に対してスプレー現
像を行った。現像条件は、以下の通りである。現像液噴射量 10 ml／min. 窒素加圧 2.5 kg／cm² 現像液処理時間 1 分オーバーラップ時間 10 秒リンス時間 15 秒窒素スピンドライ時間 10 秒この現像処理後、基板を更に 250℃、 1時間加熱乾燥
し、更に室温まで除熱した。こうして感光性高分子を使
用した配向膜を有するＴＦＴ基板を形成した。

【００４８】一方、保護膜をオーバーコートしたカラフ
ィルター（基板）表面に、熱硬化性ポリイミドの 5％溶
液をロールコーターにより塗布した後、200℃、 1時
間、加熱乾燥した。得られたポリイミド膜表面を、布を
装着したローラーにより擦り、ラビング法による処理を
行った。このように処理されたカラーフィルター基板上
に、シール剤として常温硬化二液性エポキシ樹脂をスク
リーン印刷した。

【００４９】以上形成されたＴＦＴ基板およびカラーフ
ィルター基板を、ＴＦＴ基板表面のグルブの方向とカラ
ーフィルター基板のラビング方向とが直交するように組
合せ、加圧下乾燥機内で、 180℃、 1時間加熱後、室温
まで除熱しセルを形成した。

【００５０】次に、このセルを真空チャンバー内に入
れ、真空条件下において、セル空間内部にネマティック
液晶組成物（Merck 社製、ZLI-1370）を封入した。前記
液晶封入時に使用した注入口を、紫外線硬化型接着剤で
封口した後、セルを洗浄してＴＦＴ基板外側およびカラ
ーフィルター基板外側の夫々に偏向子が直交するように
張設した。

【００５１】こうして、一方の基板（ＴＦＴ素子を具備
する側）が感光性高分子使用して化学的処理により形成
された配向膜を有し、他方の基板（カラーフィルター
側）がラビング法による配向処理が施された配向膜を有
する、アクティブマトリックス型表示方式用の使用され
得る液晶表示素子（セル）を形成した。実施例２〜８

【００５２】ＴＦＴ基板を被覆する配向膜を形成する
際、露光時において、図５〜図１１に示した寸法形状の
マスクを使用することを除いては、上記実施例１と同じ
方法に従って、アクティブマトリックス型表示方式用の
使用され得る液晶表示素子（セル）を形成した。尚、図
５〜図１１に示す露光用マスクおいて、黒色部分は遮光
部、白色部分は透光部である。これら実施例１〜８の液
晶セルについて、以下のような特性に関する観察および
試験を行った。１）電圧無印加時における配向状態２）Ｖ−Ｔ特性（液晶セルの電圧−透過光量の関係）３）動画表示状態（画像欠陥の有無）４）高温（85℃）ライフテスト 500時間後の動画表示状
態以上に関する結果を下記表１に示す。

【００５３】

【表１】本発明による配向膜の配置がなされたアクティブマトリ
ックス型表示方式に使用される液晶表示素子（セル）
は、上記各特性について良好な結果を示した。比較例

【００５４】表面にＴＦＴが形成されたガラス基板上
に、熱硬化性ポリイミドの 5％溶液をロールコーターに
より塗布した後、 200℃で 1時間、加熱乾燥した。得ら
れたポリイミド膜表面を布を装着したローラーにより擦
ることによって、ラビング法による処理を行った。

【００５５】一方、保護膜をオーバーコートしたカラフ
ィルター（基板）表面に、熱硬化性ポリイミドの 5％溶
液をロールコーターにより塗布した後、200℃、 1時
間、加熱乾燥した。得られたポリイミド膜表面を、布を
装着したローラーにより擦り、ラビング法による処理を
行った。このように処理されたカラーフィルター基板上
に、シール剤として常温硬化二液性エポキシ樹脂をスク
リーン印刷した。

【００５６】以上二枚の共にラビング法により配向処理
された配向膜を有する基板を使用し、実施例１と同様の
方法に従って、アクティブマトリックス型液晶方式に使
用される液晶表示素子（セル）を形成した。

【００５７】この液晶セルにおける、液晶の配向の様子
は欠陥のない良好なものであった。しかし、実施例１〜
８では見られなかった、ラビング配向処理によるＴＦＴ
素子の破壊に起因すると考えられる画像の欠陥が頻繁に
観察された。また、実施例１〜８の液晶セルに比べて、
ゴミ、傷に起因する画像欠陥も多数観察された。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、液晶の
配向状態を均一に制御でき、且つ基板の汚染、基板上の
駆動素子の静電破壊等が極力低減され、画像欠陥が非常
に少ない高性能の液晶表示素子を提供する上で顕著な効
果を奏するものである。特に、本発明の液晶表示素子
は、アクティブマトリックス型の液晶表示装置におい
て、優れたＶ−Ｔ特性、動画表示状態等の性能を提供す
る上で効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアクティブマトリックス型表示方式に
使用される液晶表示素子の全体構造の一例を示す構造
図。

【図２】本発明のアクティブマトリックス型表示方式に
使用される液晶表示素子における画素部の構造の一例を
示す断面図。

【図３】単純マトリックス型表示方式に使用される液晶
表示素子の全体構造の一例を示す構造図。

【図４】本発明の実施例１に係る液晶表示素子（セル）
における、ＴＦＴ基板の表面を被覆する配向膜の形成に
使用される露光用マスクの模様形状図。

【図５】本発明の実施例２に係る液晶表示素子（セル）
における、ＴＦＴ基板の表面を被覆する配向膜の形成に
使用される露光用マスクの模様形状図。

【図６】本発明の実施例３に係る液晶表示素子（セル）
における、ＴＦＴ基板の表面を被覆する配向膜の形成に
使用される露光用マスクの模様形状図。

【図７】本発明の実施例４に係る液晶表示素子（セル）
における、ＴＦＴ基板の表面を被覆する配向膜の形成に
使用される露光用マスクの模様形状図。

【図８】本発明の実施例５に係る液晶表示素子（セル）
における、ＴＦＴ基板の表面を被覆する配向膜の形成に
使用される露光用マスクの模様形状図。

【図９】本発明の実施例６に係る液晶表示素子（セル）
における、ＴＦＴ基板の表面を被覆する配向膜の形成に
使用される露光用マスクの模様形状図。

【図１０】本発明の実施例７に係る液晶表示素子（セ
ル）における、ＴＦＴ基板の表面を被覆する配向膜の形
成に使用される露光用マスクの模様形状図。

【図１１】本発明の実施例８に係る液晶表示素子（セ
ル）における、ＴＦＴ基板の表面を被覆する配向膜の形
成に使用される露光用マスクの模様形状図。

【符号の説明】

１０…液晶物質、１１…ＴＦＴアレイ基板、１２…対向
基板、１３…表示電極、１４…対向電極、１５…ＴＦＴ
素子、１６…ドレイン電極、１７…ソース電極、１８…
データ配線、１９…アドレス配線、２０，２４…偏光
板、２１…拡散板、２２…背面照明、２３…カラーフィ
ルター層、２５…ゲート電極、２６…ゲート絶縁膜、２
７…半導体層、２８，２９…配向膜、３１，３２…基
板、３３，３５…透明電極、３４…走査電極、３６…表
示電極、３７…画素部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斎藤裕子神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者坂本正典神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献特開昭58−219525（ＪＰ，Ａ) 特開平１−243024（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1337

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一定距離を隔て対向して配置された一対
の基板と、これら夫々の基板の互いに対向する表面を被
覆する配向膜と、前記基板間に前記配向膜を介して封入
された液晶とを具備し、前記一対の基板のうち一方にの
み駆動素子が実装された液晶表示素子であって、前記駆動素子が実装された基板の表面を被覆する前記配
向膜が液晶分子の配向方向のみを制御し、前記駆動素子
が実装されていない基板の表面を被覆する前記配向膜が
液晶分子の配向方向とチルト角の方向を制御し、前記一
対の基板上の前記配向膜の配向処理方向が互いに直交す
る事を特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】一定距離を隔て対向して配置された一対
の基板と、これら夫々の基板の互いに対向する表面を被
覆する配向膜と、前記基板間に前記配向膜を介して封入
された液晶とを具備し、前記一対の基板のうち一方にの
み駆動素子が実装された液晶表示素子であって、前記駆動素子が実装された基板の表面を被覆する前記配
向膜は、液晶と接する表面側に所定パターンのグルブを
有し、液晶分子の配向方向のみを制御する高分子薄膜で
あり、前記駆動素子が実装されていない基板の表面を被覆する
前記配向膜は、液晶と接する表面が一定方向にラビング
処理され、液晶分子の配向方向とチルト角の方向を制御
する薄膜であり、前記一対の基板上の前記配向膜の配向
処理方向が互いに直交することを特徴とする液晶表示素
子。