JP4171667B2 - 反射型液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射電極を有する反射型液晶表示素子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＲＴの代替を目指して液晶表示素子の開発が盛んであるが、その中でも携帯情報端末用として、屋外などの自然光、もしくは室内での照明など外部からの入射光を反射させて表示を行う反射型液晶表示素子がある。これは光源としてバックライトを必要としないため消費電力が低くなると同時に、薄型、軽量化が可能である。
【０００３】
また、プロジェクションや、ビューファインダーに用いる液晶表示素子としても、反射型液晶表示素子の開発が進められている。これは、画素電極として反射電極を有するため、画素電極を駆動するアクティブ素子を反射電極下に形成することが可能で、高開口率、小型高密度といった利点があるためである。このように反射電極を有する液晶表示素子の開発が注目されている。
【０００４】
図１は、本発明に係わる反射型液晶表示素子の一構成例の要部断面図である。
【０００５】
反射型液晶表示素子は、ベース基板８と対向基板９とが、図示しないスペーサを含んだシール樹脂を介して貼り合わされており、ベース基板８、対向基板９間に形成された空間部に液晶層７が形成されている。
【０００６】
前記ベース基板８は、アクティブ素子を有する回路基板１上の各画素上に反射画素電極２が形成され、該反射画素電極２の表面には、液晶分子を配向させる配向膜３が形成されている。
【０００７】
一方、対向基板９は、ガラスなどの絶縁性の基板６上に、画素領域の全面にＩＴＯ（Indium Tin Oxide:酸化インジウムに酸化錫を１〜５重量％ドーピングしたもの）などからなる透明な電極５が形成され、その上部に配向膜４が形成されている。
【０００８】
前記、配向膜について、近年多量に製造されている液晶ディスプレイ等においては、ポリイミドに代表される有機材料からなる薄膜を液晶配向膜として適用している。配向膜の形成方式は、ポリイミド溶液等からなるインクを印刷法、あるいは、スピンコート法等で塗布し、それを焼成した後に、ラビング法によって液晶配向性能を付与するものであり、極めて量産性に優れた方式で安定した品質の液晶配向膜が得られる。
【０００９】
ところで、反射型液晶表示素子では、より明るい反射出力光を得るために、反射画素電極２として、反射率の高いアルミニウムが主に使用されている。
【００１０】
一般の液晶ディスプレイや透過型液晶表示装置のように、液晶配向膜を施す際の下地がＩＴＯの透明電極である場合には、ＩＴＯの表面に対して親和性を有し、塗布した際に良好な濡れ性が得られて、膜を均一に形成することが可能な、ポリイミド等の有機性材料溶液が使用されている。しかし、反射型液晶表示装置のように、液晶配向膜の下地がアルミニウムで形成されている場合、前記の有機性材料溶液はアルミニウム面に対して親和性がない。印刷法やスピンコーティング法によるインク塗布を試みると、反射画素電極２に展延されたインクの厚みにムラが発生したり、一旦展延されたインクが凝集する等の不具合が発生して液晶配向膜としての特性が実用に耐えないものとなる。
【００１１】
前記の問題を解決する手段として、反射電極上に、絶縁性と可視光に対する透明性を有すると共に、有機液晶配向膜の材料溶液に対して親和性を有する材料からなる薄膜を形成し、その薄膜の上面に有機液晶配向膜を被膜形成することが開示されている。これにより、インクの良好な濡れ性が得られて、均一で平坦な有機液晶配向膜を形成することができる。（例えば、特許文献１参照）
【００１２】
また、強度の低いアルミニウム等からなる反射画素電極の表面を、所定の布の当たりをもってラビング処理することにより、反射画素電極の表面に綿布等で擦った跡がキズとなって残り、反射画素電極は一部が削られ、その表面に凹凸が発生し、最悪の場合、この部分の反射画素電極が欠如し、その結果、液晶分子の配向乱れが起き、光抜けや最大反射率の低下により低コントラストとなり、表示品位の低下を招くことが、開示されている。（例えば、特許文献２参照）
【００１３】
前記、特許文献２には、前記問題を解決する手段として、反射画素電極に、アルミニウムよりも強度の高い表面保護層を形成し、その上に配向膜を形成することが、記載されている。
【００１４】
近年、液晶表示素子は、薄型、軽量及び低消費電力等の特長を生かして幅広く用いられるようになってきたが、これらの液晶表示素子の殆どが、ネマチック液晶を一般的に採用している。このネマチック液晶は、液晶の比誘電率の異方性を駆動源としているため、その応答速度が遅く改善の必要性に迫られている。これに対し、カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ* 相）を呈する強誘電性液晶を用いた液晶表示素子は、ネマチック液晶では達成できなかった高速応答性やメモリー性を有している。このため、これらの特性を生かして、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子の応用研究が精力的に行われている。
【００１５】
前記の反射型液晶表示素子において、前記の強誘電性液晶を用いることにより、その高速応答性を利用して、カラーフィルターを必要としない、フィールドシーケンシャル方式が採用可能となり、より高精細な表示素子が実現されている。しかし、一般に、強誘電性液晶はネマチック液晶に比べ配向性が悪く、液晶表示素子に必要とされる良好な配向を、実際の液晶表示素子にて実現することは困難である。
【００１６】
【特許文献１】
特開平１０−１７７１７６号公報
【特許文献２】
特開平１１−６４８７２号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
前記の２つの解決手段は、いずれも、反射画素電極上に何らかの第三の膜を形成し、その上に配向膜を形成するというものであり、前記第三の膜の膜厚や、膜質、均一性等を制御する必要がある。
【００１８】
本発明は、前記の課題を解決するものであり、第三の膜を形成することなく、製造が容易に行え、且つ、表示品位の高い反射型液晶表示素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の反射型液晶表示素子は、前記の課題を解決するために、電極を各々に有する一対の基板間に液晶が挟持され、該一対の基板のどちらか一方の電極としてアルミニウムを主成分とする薄膜からなる反射電極を有する反射型液晶表示素子において、該反射電極の表面にアルゴンプラズマを照射した後、配向膜を形成した反射型液晶表示素子とする。
【００２０】
本発明の反射型液晶表示素子は、前記の課題を解決するために、電極を各々に有する一対の基板間に強誘電性液晶が挟持され、該一対の基板のどちらか一方の電極としてアルミニウムを主成分とする薄膜からなる反射電極を有する反射型液晶表示素子において、該反射電極の表面にアルゴンプラズマを照射した後、配向膜を形成した反射型液晶表示素子する。
【００２１】
本発明の反射型液晶表示素子の製造方法は、前記の課題を解決するために、電極を各々に有する一対の基板間に液晶が挟持され、該一対の基板のどちらか一方の電極としてアルミニウムを主成分とする薄膜からなる反射電極を有する反射型液晶表示素子において、該反射電極の表面にアルゴンプラズマを照射した後、配向膜を形成する反射型液晶表示素子の製造方法とする。
【００２２】
これにより、反射画素電極上に、直接、有機液晶配向膜を形成しているにもかかわらず、安定して均一な配向膜を形成でき、結果的に良好な液晶配向が得られる。特に、その液晶が強誘電性液晶であっても、効果が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１を用いて、本発明の実施の形態を説明する。この実施形態の特徴は、ベース基板８の反射画素電極２の表面に、アルゴンプラズマを照射した後、その上側にポリイミド等の有機液晶配向膜３を被膜形成する点にある。なお、ここでは、アクティブ素子を用いたアクティブマトリクス駆動されるものを例示するが、もちろん単純マトリクス駆動される反射型液晶表示素子にも適用可能である。
【００２４】
この反射型液晶表示素子は、液晶層７を間に挟んで一方にベース基板８が、他方には対向基板９が設けられている。
【００２５】
前記のベース基板８は、アクティブ素子を有する回路基板１上に、アルミニウム等を主成分とする膜厚数千Åの反射画素電極２が形成されており、その上に配向膜３が形成されている。
【００２６】
前記、配向膜の成膜について、まず、例えば、Samco社製プラズマ照射装置「PX-1000」を用いて、反射画素電極２の表面に、プラズマを照射する。プラズマ照射には、アルゴンガスを用い、圧力０．０８Torr以下、パワー３００Ｗで、３００秒間プラズマ照射を実施する。その後、スピンコート等の方法で、配向膜を成膜する。
【００２７】
対向基板９側についても配向膜４が成膜されているが、その下地は透明電極膜(ＩＴＯ)５であるため、従来の液晶ディスプレイや透過型液晶表示装置の場合と同様の工程で透明電極膜５の表面に有機配向膜を成膜させれば足りる。
【００２８】
その後、液晶分子を配向させるために配向膜３・４に対して綿布などで擦るラビング処理を行い、さらに、ベース基板８と対向基板９とを、配向膜３・４が形成されている側の面同士を対向させて、スペーサボールを混入したシール樹脂（図示せず）を介して貼り合わせる。
【００２９】
その後、注入口より、基板８・９間に形成された空間部に真空注入により液晶を注入し、基板８・９間に液晶層７を形成し、注入口を封止する。これにて、図１に示した反射型液晶表示素子が完成する。
【００３０】
前記配向膜３・４について、強誘電性液晶を用いてフィールドシーケンシャルを採用する場合、強誘電性液晶の高速応答性をより有効にし（電圧降下を小さくし）、可視光の透過率をなるべく下げないためには、配向膜の膜厚は、小さいほうが好ましいが、膜厚が小さすぎると、逆に液晶の配向性が損なわれる。これらを考慮し、２００Å程度の膜厚とする。また、前記スペーサボールについて、液晶分子の双安定状態を作り出し、且つ、強誘電性液晶の高速応答性をより有効に（実行電圧を大きく）するため、スペーサボールの直径を１．０μｍ以下にする。
【００３１】
本発明は、反射画素電極の表面をプラズマ処理することに特徴があるが、プラズマ処理により、何が変化するのか確認してみた。アルミニウムを主成分とする、前記反射画素電極２表面に、前記条件にてアルゴンプラズマを照射した後、その上にスピンコート法を用いて、有機ポリイミド配向膜を２００Å程度の厚みで成膜したものをサンプルＡとする。また、前記サンプルＡの工程のうちプラズマ処理を施していないものをサンプルＢとする。前記サンプルＡ・Ｂについて、配向膜の硬度を、NEC三栄社製「薄膜物性評価装置MH4000」を使用して測定した。図２は、前記「薄膜物性評価装置 MH4000」の薄膜硬度測定の原理である。三角錐ダイヤモンド圧子を試料に押込み、押込み過重と押込み深さから、ビッカース硬度換算値を求めるものである。前記「薄膜物性評価装置 MH4000」にて、測定した結果、サンプルＡの配向膜のビッカース硬度は、２１０（４サンプルの平均）であり、サンプルＢの配向膜のビッカース硬度は、１６４（４サンプル平均）であった。つまり、配向膜の成膜前のプラズマ処理により、その後成膜される配向膜の硬度が向上した。
【００３２】
前記サンプルＡの配向膜３の表面をラビング処理したものをサンプルＣとし、前記サンプルＢの配向膜３の表面を、前記サンプルＣと同じ条件にてラビング処理したものをサンプルＤとする。サンプルＣ・Ｄの配向膜３表面の形状を、観察した。図３は、セイコー電子工業社製、表面形状測定装置「Nanopics」を用いて測定した、サンプルＣ・Ｄの配向膜表面形状を、立体的に表したものである。サンプルＤの配向膜３表面には、ラビング処理によるキズが観測できるが、サンプルＣの配向膜３表面には、前記ラビング処理によるキズが見られない。
【００３３】
前記サンプルＣをベース基板８とし、前記サンプルＡ・Ｂと同じポリイミドで形成された配向膜４の表面を、前記サンプルＣ・Ｄと同じ条件にてラビング処理を施した基板を、対向基板９としたものに、液晶層７として強誘電性液晶を注入した、図１の反射型液晶表示素子をサンプルＥとする。また、前記サンプルＥのベース基板８を前記サンプルＤとした反射型液晶表示素子を、サンプルＦとする。
【００３４】
前記サンプルＥ・Ｆの偏向顕微鏡による配向観察写真の代表例を図４に示す。サンプルＦは、配向乱れが見られるが、サンプルＥは、均一な配向が得られている。
【００３５】
前記サンプルＥ・Ｆの反射型液晶表示素子について、５５℃の環境下で、約２００時間表示駆動させたところ、サンプルＦは、さらに、配向乱れが進行したが、サンプルＥは、均一な配向を保っていた。
【００３６】
これらのことから、アルミニウムを主成分とする反射画素電極２の表面にアルゴンプラズマを照射した後、配向膜を成膜することにより、配向膜の硬度が向上し、ラビングによる、配向膜表面のキズが発生し難くなり、該キズを原因とした配向乱れによる表示品位の低下も発生しない。また、一般的にネマチック液晶に比べて配向性の悪い強誘電性液晶についても均一な配向が得られていることから、均一な配向膜が形成されていることが言える。また、高温駆動後の配向乱れも見られないことから、信頼性も向上している。
【００３７】
【発明の効果】
その結果、第三の膜を形成することなく、反射画素電極２の表面にアルゴンプラズマを照射した後、配向膜を成膜するという、簡単な製造工程で、信頼性の高い、優れた表示品位の反射型液晶表示素子を提供できる。
【００３８】
特に、強誘電性液晶の高速応答性を利用したフィールドシーケンシャル方式の表示素子のように、一般にネマチック液晶に比べて配向性の悪い強誘電性液晶を用い、配向膜の膜厚を極力小さくする場合に、有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る反射型液晶表示素子の構造を示す要部断面図である。
【図２】配向膜の硬度測定原理を示す図である。
【図３】ラビング処理を施した、配向膜３表面の、表面形状測定装置による結果を、立体的に表わしたものである。
【図４】強誘電性液晶を液晶層７とする、図1の反射型液晶表示素子の偏向顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１ 回路基板
２ 反射画素電極
３ 配向膜
４ 配向膜
５ 透明電極
６ 絶縁性基板
７ 液晶層
８ ベース基板
９ 対向基板

Claims (3)

1. 電極を各々に有する一対の基板間に液晶が挟持され、該一対の基板のどちらか一方の電極としてアルミニウムを主成分とする薄膜からなる反射電極を有する反射型液晶表示素子において、該反射電極の表面にアルゴンプラズマを照射した後、配向膜を形成したことを特徴とする反射型液晶表示素子。
2. 前記液晶が強誘電性液晶であることを特徴とする請求項1記載の反射型液晶表示素子。
3. 電極を各々に有する一対の基板間に液晶が挟持され、該一対の基板のどちらか一方の電極としてアルミニウムを主成分とする薄膜からなる反射電極を有する反射型液晶表示素子の製造方法であって、該反射電極の表面に、アルゴンプラズマを照射した後、配向膜を形成することを特徴とする反射型液晶表示素子の製造方法。

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