JP4759804B2

JP4759804B2 - 液晶表示素子の製造方法

Info

Publication number: JP4759804B2
Application number: JP2000366053A
Authority: JP
Inventors: 哲也牧野; 正清宮; 祐二椎名; 俊一橋本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002169156A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶表示素子の製造方法に関し、特に、画素電極上に均一かつ極薄の配向膜を形成可能な液晶表示素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は薄型、軽量および低消費電力などの利点を有するため、近年、広く普及している。またその一方で、さらなる高品質の液晶表示素子の提供が要望されている。
【０００３】
高品質の液晶表示素子を提供するためには、たとえば配向膜形成時に立体的障害となる画素間段差を周囲に有する微小画素上に、均一かつ極薄の配向膜をいかにして形成するかが問題となる。液晶表示素子の配向膜は、量産性に優れている印刷法により、ポリイミドに代表される有機材料からなるワニス（溶液）を画素電極上に印刷することにより形成されるのが一般的である。
【０００４】
たとえば、透過型液晶表示素子においては、印刷法により画素電極上に均一な配向膜が形成できる。これは、ポリイミドワニス（配向材料を有機溶液等により希釈した溶液）が、配向膜を形成する下地となるＩＴＯ（Indium Thin Oxide）などの透明電極に対して高い親和性を有するため、すなわち、ポリイミドワニスをＩＴＯなどの透明電極に塗布した場合、良好な塗れ性が得られるためである。
【０００５】
一方、近年、開発が盛んに行われ、商品化されつつあるＳｉ基板をベースとした反射型液晶表示素子においては、印刷法により画素電極上に均一な配向膜を形成することは困難である。これは、ポリイミドワニスが、配向膜を形成する際の下地となる高反射率特性を有する金属材料表面（一般的に金属自然酸化膜および他の有機汚染物質等が混在）に対して、具体的にはＡｌ等からなる金属材料表面に対して親和性が低いため、すなわちポリイミドワニスを金属材料表面に塗布した場合、塗れ性が悪いためである。
【０００６】
このため、たとえば、スパッタリング法あるいは電子ビーム法を用いて、反射型画素電極上に酸化珪素または酸化アルミニウムの薄膜を成膜することにより、金属材料表面の塗れ性の改善を図る方法が提案されている（特開平１０−１７７１７６号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような方法により反射型画素電極上に酸化珪素または酸化アルミニウムの薄膜を成膜すると、液晶表示素子を低コスト、高スループットで製造することは困難である。
【０００８】
また、ポリイミドで代表される有機系配向材料の薄膜均一性の良否は、液晶表示素子の性能および歩留まりに多大な影響を及ぼすため、印刷、塗布むらを抑制し、さらに配向膜の均一性を高めることが重要な課題となっている。さらに、液晶表示素子の駆動電圧を低減するために、配向膜を極薄膜化することも重要な課題となっている。
【０００９】
したがって、この発明の目的は、製造コストを低減でき、量産性にも優れた液晶表示素子の製造方法を提供することにある。
【００１０】
また、この発明の目的は、画素電極上に均一性が高くかつ極薄の配向膜を形成できる液晶表示素子の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、配向制御膜を形成する前段で、画素電極表面をＵＶオゾン処理し、配向制御膜を形成するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、配向制御膜を形成する前段で、画素電極表面を酸素プラズマ処理し、配向制御膜を形成するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明は、画素電極作製直後に画素電極表面に保護膜を形成し、配向制御膜を形成する直前で保護膜をすべて剥離し、保護膜が剥離された画素電極表面を熱酸化処理し、配向制御膜を形成する液晶表示素子の製造方法である。
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、画素電極作成直後に画素電極表面に保護膜を形成し、配向制御膜を形成する前に保護膜を剥離し、保護膜が剥離された画素電極表面を、高温酸化処理するようにしたので、均一かつ極薄の配向膜を画素電極表面上に形成できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この参考発明の参考形態および発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、参考形態および実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付ける。
【００１６】
図１はこの参考発明の第１の参考形態による反射型液晶表示素子の構成を示す断面図である。図１に示すように、この参考発明の第１の参考形態による液晶表示素子は、アクティブマトリクス基板１、対向基板２、配向膜３、配向膜４、液晶層５およびスペーサ６からなる。
【００１７】
アクティブマトリクス基板１は、基板１１、素子１２、絶縁膜１３、絶縁膜１４および画素電極１５からなる。基板１１は、たとえばシリコン基板である。基板１１上に設けられた素子１２は、たとえばＣ−ＭＯＳ素子である。素子１２上に設けられた絶縁膜１３および絶縁膜１４は、例えばＳｉＯ₂、ＳｉＮなどからなる絶縁膜である。絶縁膜１４上に設けられた画素電極１５は、たとえば可視光波長領域において高反射率特性を有するＡｌ材料からなる膜厚６０〜１００ｎｍ程度の反射型画素電極である。したがって、画素電極１５間における画素間段差３１は、６０〜１００ｎｍ程度となる。また、図２に示すように、画素電極１５は、たとえば９．３μｍ×９．３μｍの正方形の形状を有する。ここで、画素電極１５間の距離は、たとえば０．７μｍである。この画素電極１５はたとえばスパッタリングにより形成される。
【００１８】
対向基板２は基板２１および透明電極２２からなる。基板２１は、たとえばガラス基板である。基板２１上に形成された透明電極２２は、たとえばインジウムと錫の合金の酸化物（ＩＴＯ）からなる。
【００１９】
画素電極１５上に設けられた配向膜３および透明電極２２上に設けられた配向膜４は、たとえば膜厚が１５ｎｍのポリイミド系有機化合物からなる。この参考発明の第１の参考形態においては、具体的にはポリイミド系有機化合物としてＪＡＬＳ−６８２（ＪＳＲ製）を用いる。
【００２０】
アクティブマトリクス基板１と対向基板２との間に挟持された液晶層５は、たとえば垂直液晶からなる。スペーサ６は対向基板２とアクティブマトリクス基板１との間の隙間、すなわち液晶層の厚みを一定に保つためのものであり、たとえば直径１μｍの球形のガラスである。このスペーサ６は、たとえばアクティブマトリクス基板１の表面あるいは対向基板２の表面１ｍｍ²につき１００個程度となるように散布されている。
【００２１】
次に、上述のように構成された液晶表示素子における配向膜３の形成方法について説明する。
【００２２】
図３はこの参考発明の第１の参考形態における配向膜３の形成方法を説明するため模式図である。フレキソ印刷は、図３に示すように、アニロックスロール４３および印刷版用ロール４５を用いて行われる。ここで、アニロックスロール４３には、ディスペンサ４１により供給されたポリイミドワニス４２をアニロックスロール４３上に均一に形成するためのドクターブレード４４が備えられている。また、印刷版用ロール４５には、アクティブマトリクス基板１に印刷するパターンが形成された印刷版（樹脂凸版）４６が備えられている。なお、膜厚調整は配向制御材料の固形分濃度を変えることにより行われる。
【００２３】
まず、アクティブマトリクス基板１を真空チャンバー内に搬入し、その所定位置に載置する。次に、低圧水銀ランプを用い、画素電極１５にＵＶオゾン処理を行う。ここで、低圧水銀ランプが照射する光の波長は、たとえば１８５ｎｍおよび２５４ｎｍである。なお、低圧水銀ランプによる光の照射は、画素電極１５の材料の光学特性などが劣化しない時間範囲内で行う。たとえば、１〜１０分間（表面照射パワー：〜５０ｍＷ／ｃｍ²）の範囲内で行う。
【００２４】
具体的には、ＵＶオゾン処理は以下のように行われる。まず、チャンバー内の酸素が１８５ｎｍの波長の光を吸収し、オゾンが発生する。次に、発生したオゾンが２５４ｎｍの波長の光を吸収し、励起酸素原子と酸素分子とに解離する。一方、画素電極１５上に付着あるいは混合している有機物は、１８５ｎｍの光により分解される。次に、分解物は上述した励起酸素原子と反応し、揮発性物質である二酸化炭素および水などになる。
【００２５】
上述したＵＶオゾン処理前に、金属自然酸化物が画素電極１５の表面上に生長し、さらにこの成長した金属自然酸化物上に汚染物質（有機物など）が付着あるいは混在しているが、上述したＵＶオゾン処理により画素電極１５の表面上の有機物などを排除できる。これにより、ＵＶオゾン処理前には３０度以上ある画素電極表面上に対するポリイミドの接触角を、５度以下まで低減できる。
【００２６】
次に、アクティブマトリクス基板１を真空チャンバより取り出し、印刷テーブル４７の所定位置に載置する。次に、図３に示すように、アニロックスロール４３とドクターブレード４４との間に、ディスペンサ４１により所定量のワニス４２を供給する。次に、アニロックスロール４３とドクターブレード４４の押し込み量を調整し、アニロックスロール４３を回転させ、ドクターブレード４４によりアニロックスロール４３上にワニス４２を均一に形成する。
【００２７】
次に、アニロックスロール４３と同期して回転する印刷版用ロール４５に取り付けられた印刷版４６に、ワニス４２を転写する。ここで、アニロックスロール４３と印刷版用ロール４５の押し込み量は予め最適化されている。
【００２８】
次に、アクティブマトリクス基板１を載置した印刷テーブル４７を印刷版用ロール４５の回転と同期して搬送し、印刷版４６上に転写されたワニス４２をアクティブマトリクス基板１に転写する。ここで、印刷版用ロール４５とアクティブマトリクス基板１の押し込み量は予め調整されている。
【００２９】
次に、画素電極１５上に形成された配向膜３をプリベークすることにより、レベリングを行う。ここで、配向膜３のプリベークは、たとえば５０℃の温度により、１５分間行われる。
【００３０】
最後に、画素電極１５上に形成された配向膜３をポストベークする。ここで、配向膜３のポストベークは、たとえば１８０℃の温度により、６０分間行われる。これにより、溶媒を完全に除去し、固形分のみを残すことができる。
【００３１】
上述したベーク処理後に、触針式の段差測定機により配向膜３の膜厚分布を測定した。測定の結果、段差は有効面内において１ｎｍ以下であり、画素電極面内においても１ｎｍ以下であった。すなわち、上述した処理により、配向膜３の均一表面粗さ（配向膜３の厚さ１５ｎｍに対する段差の割合）を、７％以下に制御できる。
【００３２】
次に、この参考発明の第２の参考形態について説明する。液晶表示素子の構成は第１の参考形態と同様であるのでここでは省略する。
【００３３】
以下、この参考発明の第２の参考形態における配向膜３の形成方法について説明する。
【００３４】
まず、アクティブマトリクス基板１を真空チャンバー内に搬入し、その所定位置に載置する。次に、画素電極１５に酸素プラズマ処理（反応性ドライエッチング（ＲＩＥ，reactive ion etching））を行う。
【００３５】
上述した酸素プラズマ処理前に、金属自然酸化物が画素電極１５の表面上に生長し、さらにこの成長した金属自然酸化物上に汚染物質（有機物など）が付着あるいは混在しているが、上述した酸素プラズマ処理により画素電極１５の表面上の有機物などを排除できる。これにより、処理前には３０度以上ある画素電極１５表面上に対するポリイミドの接触角を、５度以下まで低減できる。以下の工程は第１の参考形態と同様であるので説明を省略する。
【００３６】
ベーク処理後に、触針式の段差測定機により配向膜３の膜厚分布を測定した。測定の結果、上述した第１の参考形態における測定結果と同様に、段差は有効面内において１ｎｍ以下であり、画素電極面内においても１ｎｍ以下であった。すなわち、上述した処理により、配向膜３の均一表面粗さ（配向膜３の厚さ１５ｎｍに対する段差の割合）を、７％以下に制御できる。
【００３７】
さらに、第１の参考形態における配向膜３の面内均一性と、第２の参考形態における配向膜３との面内均一性との比較を行った。その結果、第２の参考形態において作成された配向膜３、すなわち酸素プラズマ処理後に形成された配向膜３のほうが、面内均一性が高いことが分かった。
【００３８】
次に、この参考発明の第３の参考形態について説明する。液晶表示素子の構成は第１の参考形態と同様であるのでここでは省略する。ただし、この第３の参考形態においては、配向膜３はたとえば膜厚が３０ｎｍのポリイミド系有機化合物からなる。また、配向膜３および配向膜４のポリイミド系有機化合物として、ＡＬ１２５４（ＪＳＲ製）を用いる。
【００３９】
以下、この参考発明の第３の参考形態における配向膜３の形成方法について説明する。
【００４０】
まず、画素電極１５に剥離処理を行い、金属表面層を完全に露出させる。具体的には、アルゴンおよび酸素プラズマによるＲＩＥを行い、金属表層面を完全に露出させる。これにより、画素電極１５表面上に付着あるいは混在した金属自然酸化物および有機物を強制的に排除できる。
【００４１】
次に、アクティブマトリックス基板１をクリーンオーブン中に搬入し、所定位置に載置する。次に、クリーンオーブン中に酸素を導入しながら熱酸化処理を行う。ここで、この熱酸化処理はたとえばクリーンオーブン中の温度を２００℃で、１時間保持することにより行われる。これにより、画素電極１５上に一定の膜厚の金属酸化物を成長させることができる。
【００４２】
上述した処理により、画素電極１５に対するポリイミドの接触角を、３０度から５度以下まで低減できる。以下の工程は第１の参考形態と同様であるので説明を省略する。
【００４３】
ベーク処理後に、触針式の段差測定機により配向膜３の膜厚分布を測定した。測定の結果、段差は有効面内において２ｎｍ以下であり、画素電極１５面内においても２ｎｍであった。すなわち、上述した処理により、配向膜３の均一表面粗さ（配向膜３の厚さ３０ｎｍに対する段差の割合）を、７％以下に制御できる。
【００４４】
次に、この発明の一実施形態について説明する。液晶表示素子の構成は第１の参考形態と同様であるのでここでは省略する。ただし、この一実施形態においては、配向膜３はたとえば膜厚が６０ｎｍのポリイミド系有機化合物からなる。また、この一実施形態においては、配向膜３および配向膜４のポリイミド系有機化合物として、ＡＬ１５２４（ＪＳＲ製）を用いる。
【００４５】
以下、この発明の一実施形態における配向膜３の形成方法について説明する。
【００４６】
まず、画素電極１５作製直後に、たとえば有機保護膜により、画素電極１５の表面上に保護膜を形成し、画素電極１５の表面を被覆する。ここで、有機保護膜はたとえばレジストからなる。これにより、金属自然酸化物などの成長、および有機物などの付着が抑制される。
【００４７】
次に、たとえば有機アルカリを用いて、画素電極１５上に形成された有機保護膜などを十分に剥離する。ここで、有機アルカリとして、剥離液ＳＴ−１０（東京応化製）を用いた。なお、この剥離処理は、配向膜形成直前に行われる。
【００４８】
次に、アクティブマトリックス基板２をクリーンオーブン中に搬入し、所定位置に載置する。次に、クリーンオーブン中に酸素を導入しながら高温酸化処理を行う。ここで、この高温酸化処理はたとえば温度２００℃で、１時間保持することにより行われる。
【００４９】
上述した処理により、画素電極１５に対するポリイミドの接触角を、３０度から５度以下まで低減できる。以下の工程は第１の参考形態と同様であるので説明を省略する。
【００５０】
ベーク処理後に、触針式の段差測定機により配向膜３の膜厚分布を測定した。測定の結果、段差は有効面内において２ｎｍ以下であり、反射画素電極１５面内においても２ｎｍ以下であった。すなわち、上述した処理により、配向膜３の均一表面粗さ（配向膜３の厚さ６０ｎｍに対する段差の割合）を、７％以下に制御できる。
【００５１】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００５２】
上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
【００５３】
また、上述した参考形態および実施形態においては、フレキソ印刷法により画素電極１５上にポリイミドワニスを印刷し、配向膜３を形成する例について示したが、スピン塗布法により画素電極１５上にポリイミドワニスを塗布し、配向膜３を形成するようにしてもよい。また、配向膜材料として、ポリイミド前駆体ワニスを用いるようにしてもよい。
【００５４】
また、上述した第１の参考形態および第２の参考形態においては、真空チャンバー内において画素電極１５に表面処理を行う構成について示したが、大気中において表面処理を行うようにしてもよい。
【００５５】
また、上述した実施形態においては、この発明を反射型液晶表示素子に適用する例について示したが、半透過型の液晶表示素子に適応することも可能である。
【００５６】
また、上述したそれぞれの参考形態および実施形態において示した塗れ性を向上させるための処理を、複数組み合わせて用いるようにしてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による液晶表示素子の製造方法によればポリイミド前駆体あるいはポリイミド材（ワニス）などの画素電極表面に対する親和性を向上できる。したがって、均一性の良く、かつ接着性に優れた極薄の配向膜を、画素電極上に形成できるため、高品質な液晶表示素子を提供可能である。また、この発明の製造方法によれば、高品質な液晶表示素子を低コストかつ高スループットで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この参考発明の第１の参考形態による液晶表示素子の構成を示す断面図である。
【図２】この参考発明の第１の参考形態による画素電極の上面図である。
【図３】この参考発明の第１の参考形態によるフレキソ印刷法を説明するための略線図である。
【符号の説明】
１・・・アクティブマトリクス基板、２・・・対向基板、３・・・配向膜、４・・・配向膜、５・・・液晶層、６・・・スペーサ

Claims

画素電極作製直後に画素電極表面に保護膜を形成し、配向制御膜を形成する直前で上記保護膜をすべて剥離し、上記保護膜が剥離された画素電極表面を熱酸化処理し、配向制御膜を形成する液晶表示素子の製造方法。
上記画素電極は、反射型画素電極である請求項１記載の液晶表示素子の製造方法。
上記画素電極上に形成された配向制御膜を加熱処理する請求項１記載の液晶表示素子の製造方法。
配向制御膜を形成する前段で、画素電極表面をＵＶオゾン処理し、配向制御膜を形成する請求項１記載の液晶表示素子の製造方法。
配向制御膜を形成する前段で、画素電極表面を酸素プラズマ処理し、配向制御膜を形成する請求項１記載の液晶表示素子の製造方法。