JP4964077B2

JP4964077B2 - 液晶素子の製造方法

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Publication number: JP4964077B2
Application number: JP2007249260A
Authority: JP
Inventors: 賢次野口
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2027-09-26
Also published as: JP2009080281A

Description

本発明は電気光学効果として液晶を利用した液晶素子であって、斜方蒸着法により形成された配向膜を用いる液晶素子に関する。

液晶分子を電極基板の表面で配向させるためには、電極基板上に塗布したポリイミド膜を布片でこするラビング法やＳｉＯ等のような誘電膜を電極基板に対して斜め方向から蒸着する斜方蒸着法などが用いられている。

図２は一般的なＳｉＯまたはＳｉＯ_２による斜方蒸着法と蒸着基板を組み合わせたパネルにいて示した図である。パネルには双安定性を示す強誘電性液晶を注入し、水平配向している。

図２（ｃ）で示すように、真空条件下において、蒸着源８（ＳｉＯ等の無機酸化物）に対し、透明電極等必要な要素を含んだ基板を蒸着角４（α：８０−８７度）にセットして蒸着を行う。図２（ａ）は、そのように蒸着された一対の基板(１１、１２)を互いに平行になるように組み合わせた液晶パネルの断面図である。一般的な液晶パネルの製造方法と同じように図示していないスペーサを介して、液晶パネルが構成される。図２（ｂ）はこの液晶パネルの平面図である。組み合わさった上下基板（１１、１２）において蒸着方向６１が平行になるように各々を張り合わせる。このような液晶パネルに強誘電性液晶を注入した場合、強誘電性液晶は図２(ｂ)で示したように、層法線いわゆるコーン軸６２が蒸着方向６１に沿うように配向することが知られている。

強誘電性液晶の液晶分子５１はコーン角θの円錐形表面を回るように動くが、セルギャップが薄い場合は、表面安定性強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）となり、図２（ｂ）に図示されるように、液晶分子５１は電場無印加時において二つの安定状態（液晶分子５１、液晶分子５２）のいずれかに落ち着く(メモリ状態)。電場を印加した場合は、その電場の極性によって、いずれかの安定状態を選択することが可能となる。

次に、一対の基板（１１、１２）の外側に互いの偏光軸が直交するように、一対の偏光板を配置する。図２（ｂ）の正面図で示すように、一対の偏光板のどちらかの偏光軸は、液晶分子５１の二つの安定状態（液晶分子５１、５２）のいずれかに合わせ、液晶分子５１の長軸と平行になるように配置する。図２（ｂ）の場合は安定状態１である液晶分子５１の位置に一方の偏光板の偏光軸（Ｐ）を合わせ、他方の偏光板の偏光軸（Ａ）は偏光軸（Ｐ）に対して直交するように配置する。

このような配置で、強誘電性液晶の複屈折性によりディスプレイ機能が実現される。すなわち、図２（ｂ）の正面図において、ある特定の極性の電場を印加し、液晶分子５１を安定状態１にすることで光軸が偏光軸と一致し、光を遮断することができる。これは液晶ディスプレイの黒表示に対応する。一方、前記極性と逆の電場を印加すれば、液晶分子５１は安定状態２の液晶分子５２の状態に移動し、光軸が偏光軸からずれ、光が漏れる。この状態はディスプレイの明状態に対応する。この場合透過率は下記式1のようになる。
式１：Ｔ＝sin²(4q)sin²(pDnd/l)
（T：透過率、q：チルト角、Dn：液晶の屈折率の異方性、d：液晶層の厚さ、l：波長）

図２（ｃ）に示すようにＳｉＯ配向膜を斜方蒸着によって形成する場合は、１つの蒸着源に対して基板を所定の角度に傾けて設置し蒸着を行う。蒸着源８は点源であるため基板
内で蒸着材料の広がりによる蒸着方向のずれが生じる。蒸着方向は基板中央部では蒸着源８から真っ直ぐの方向に向いているが、中央から外周に向かって扇形にずれていく。

図３は蒸着時の基板配置とそれにより構成された液晶セルについて示した図である。図３では同一蒸着源から蒸着された２枚の大型基板の様子をそれぞれ図３（ａ）と図３（ｂ）とに図示している。一般的には生産効率を上げるために、このように多数の液晶セルを同時に生産できるように、多数の液晶セル基板を備えた大型基板を用いて、この大型基板に対して蒸着を行う。図３における小さな四角が個々の液晶セルとなる液晶セル基板である。図３は便宜上、一枚の大型基板から、２４個のセル基板がとれるような構成としているが、原理的には何枚取りでも可能である。図３の蒸着中心線６１は蒸着源８から大型基板対して蒸着される蒸着ビームの大型基板面内への投影方向が、大型基板の端辺と平行となる線である。ここで蒸着ビームは蒸着源８から矢印の実線で示してある。

大型基板はある幅を持っているために蒸着源に対し、図３に図示するように大型基板の両端では、ある見込み角Φが存在する。このために蒸着した大型基板の表面では場所によって、実質の蒸着方向は一方向ではなく、分布を持ってしまう。即ち、蒸着中心線６１付近では、見込み角はほとんど蒸着方向と平行であるが、蒸着中心線より離れるにつれ、次第にずれが大きくなり、図３（ａ）の左下隅にあるセル基板Ａ１、図３（ｂ）のセル基板Ｂ１では角度−Φ、図３（ａ）の右下隅にあるセル基板Ａ２、図３（ｂ）のセル基板Ｂ２では角度＋Φほど蒸着方向から扇形にずれてしまう。

一般に、２枚の大型基板は蒸着後、蒸着配向膜面が向かい合うように重ね合わせる工程を行う。つまり図３（ａ）の大型基板と図３（ｂ）の大型基板を向き合せて重ねると、セル基板Ａ１の位置とセル基板Ｂ２の位置、セル基板Ａ２の位置とセル基板Ｂ１の位置がちょうど組み合わされることになる。この場合、組み合わされたそれぞれのセル基板では、互いの蒸着方向が平行となり、見込み角Φの分布がそのまま反映され、液晶を注入した後の液晶配向方向も、図２で説明したように見込み角Φと同様な分布を持つことになる。

図４は重ね合わせたセル基板の外側に、一対の偏光板を貼り付けた状態を示した平面図である。セル基板Ａ１とセル基板Ｂ２とを組み合わせた一対のセル基板Ａ１Ｂ２を拡大して示した図を図４（ａ）に、セル基板Ａ２とセル基板Ｂ１とを組み合わせた一対のセル基板Ａ２Ｂ１を拡大して示した図を図４（ｂ）に図示する。図４（ａ）における二点鎖線６は、図３で図示した蒸着中心線と平行な線である。図３で図示したようにセル基板Ａ１Ｂ２の蒸着方向は蒸着中心線より角度−Φずれているので、図４（ａ）に図示するように、コーン軸６２は二点鎖線６より角度−Φの方向に配向している。よって、液晶分子５１は、図４（ａ）の位置となり、この液晶分子５１の位置に、一方の偏光板の偏光軸（Ｐ）を合わせ、他方の偏光板の偏光軸（Ａ）は偏光軸（Ｐ）に対して直交するように配置する。

次に図４（ｂ）について説明をする。図３で図示したように、セル基板Ａ２Ｂ１の蒸着方向は蒸着中心線より角度＋Φずれている。よって図４（ｂ）に図示するように、コーン軸６２は二点鎖線６より角度＋Φの方向に配向している。よって、図４（ｂ）に図示するように、セル基板Ａ２Ｂ１における液晶分子５１の位置は、図４（ａ）のセル基板Ａ１Ｂ２における液晶分子５１の位置と異なっている。図４（ｂ）においても、図４（ａ）と同位置に一対の偏光板貼り付けたとすると、この場合、図４（ａ）のセル基板Ａ１Ｂ２では偏光軸（Ｐ）と液晶分子５１の向きが一致しているため、光もれのない黒状態が実現できるが、図４（ｂ）のセル基板Ａ２Ｂ１では、偏光軸（Ｐ）と液晶分子５１の向きが一致していないため、上記式１により、黒状態であっても光もれが発生する。よって、図４（ａ）および図４（ｂ）から分かるように、大型基板におけるセル基板の位置によって、蒸着方向が角度−Φから角度＋Φまで大きくばらつきが生じていた。

つまり、同一の大型基板から作成される個々の液晶セルに対して、同じように一対の偏光板を配置させると、それぞれの液晶セルで表示むらが発生し、表示品位を落とすことになる。よって、一対の大型基板から個々の液晶セルを作成したときに、それぞれの液晶セルにおいて偏光軸の位置を調整しなければならないという問題が生じていた。

この問題に対して、大型基板のサイズを小さくする、または、大型基板と蒸着源の距離を離すことで、角度Φを小さくすることは可能である。しかし、生産効率を考えた場合、大型基板は大きいほど有利で、真空蒸着機のサイズも小さいほど真空引きに時間がかからず、生産性の面で有利になる。また、個々の液晶セルのサイズが小さく、大型基板からの取り個数が多い場合には、個々の液晶セルにおいて、位置合わせや偏光板のトリミングに余計な手間がかかり、生産効率を落とすことになる。

その他、蒸着方向を考慮して一対の大型基板を配置させる従来技術が知られている。図７は、その従来技術を示した図である。それぞれ上下基板を９０度回転させ、蒸着されたＳｉＯ配向膜の蒸着中心線となる蒸着方向８１，８２が、ＴＮ型液晶素子の上部基板の側縁７１と下部基板の側縁７２と重なるように、上下基板を重ね合わせ、ＴＮ型液晶のねじれ方向が一定になるように揃えている。そのため、液晶分子のねじれ方向むらによる光むらのないディスプレイを提供できるというものである。（例えば特許文献１）

特開昭５３−５０７６２号公報（第１項、第６図）

しかしながら、従来技術では、配向膜形成での蒸着のひろがりによる配向方向のずれ自体はなくなっていない。配向方向のずれがある液晶素子に偏光板を貼った場合には、基板の水平方向でコントラストの差が出てしまう。基板サイズが小さい時には配向方向のずれ角度の絶対量は小さいため、基板内でのコントラストの差は気にならないが、基板サイズが大きくなればなるほど配向方向のずれ角度の絶対量も大きくなり、基板の水平方向の両端ではコントラスト差も大きくなる。

本発明の目的は、上記の問題を解決しようとするもので、大型基板の水平方向に位置する液晶セル基板のいずれを用いた場合でも、それぞれの配向方向のずれを小さくすることを可能とし、偏光板の位置合わせやトリミングを行なわなくても、良好な表示品質を実施できる液晶素子の製造方法を提供することである。

上記目的を達成するための構成は以下の構成を採用する。

複数のセル基板を有する大型基板を複数枚用意し、この大型基板に上部電極または下部電極を形成する電極形成工程と、複数枚の大型基板に配向膜を蒸着する蒸着工程と、蒸着された複数枚の大型基板のうち、一対の大型基板を選び一対の大型基板を対向して貼り合わせる、貼り合わせ工程とを備えた液晶素子の製造方法であって、電極形成工程では、大型基板における中央の縦方向に位置する中心線を中心に、大型基板の片半面には上部電極を、他の片半面には下部電極を形成し、貼り合わせ工程では、一対の大型基板の対向面が、それぞれ上部電極と下部電極とが対向するように、一対の大型基板を配置して貼り合わせることを特徴とする。

また、中心線で一対の大型基板を縦方向に分断して、一対の分断基板を得る縦方向分断工程とを有し、縦方向分断工程の後に、一対の分断基板の外側に一対の偏光板を貼り付ける偏光板設置工程を有することを特徴とする。さらに、液晶を注入する液晶注入工程を有
し、この液晶は強誘電性液晶であることを特徴とする。

本発明によれば、液晶素子の製造工程において、複数のセル基板を有する大型基板を複数枚用意し、大型基板における中心線を中心に、大型基板の片半面には、液晶素子となった時の上基板に対応する上部電極を、他の片半面には、下基板に対応する下部電極を形成する。そして大型基板に配向膜を蒸着し、一対の前記大型基板における中央で縦方向に位置する中心線が、それぞれ一致するように、かつ一対の大型基板の対向面が、それぞれ上部電極と下部電極とが対向するように、一対の大型基板を対向して貼り合わせる。貼り合わせた大型基板を中心線から縦方向に分断して２つの一対の分断基板を作成する。このような方法にすることにより、液晶素子の蒸着による大型基板面内の配向方向のずれのばらつき量を小さくすることができる。さらに、２枚のマスクが必要だった電極のパターニングに使用するマスクの枚数を１枚にすることができる。

以下図面を用いて本発明の形態を詳述する。図１は組み立てられた液晶素子の電極配置と配向方向の向きを示した図、図５は上部電極と下部電極をパターニングして形成した大型基板、図６は液晶素子の断面図、である。

本発明の構成について図を用いて説明する。図５において１は大型基板、１３は縦方向に位置する中心線、２１は上部電極、２２は下部電極である。通常、大型基板１には、液晶素子を構成するセル基板が複数個取れるようになっているが、本実施の形態では、分かりやすくするため、大型基板１における中心線１３を中心に、左片半面が１個のセル基板、同様に右片半面が１個のセル基板であるとして説明する。

大型基板１には、大型基板１における中心線１３を中心に、液晶素子となった時の上基板に対応する上部電極２１を右片半面に、下基板に対応する下部電極２２を他の左片半面にパターンを形成する電極形成工程を行う。ここで、本実施の形態では分かりやすくするため、電極の形状を英字の「Ｆ」にしたが、電極の形状はセグメント形状や、マトリクス形状など、液晶素子となった時の上基板に対応する電極が上部電極に、下基板に対応する電極が下部電極として形成されていれば、いずれの形状でも構わない。

また、電極を形成するためには、露光工程時にマスクが必要となるが、従来は大型基板一面に、上部電極または下部電極を形成したので、上部電極用のマスクと下部電極用のマスクのそれぞれ一枚ずつ、２枚のマスクが必要であった。しかし、本実施の形態のように、一枚の大型基板の半面に上部電極、もう片半面に下部電極を形成する場合には、一枚のマスクの片半面を上部電極用に、もう片半面を下部電極用に形成すれば、一枚のマスクで露光することができ、生産性が向上する。

次に図５で図示した大型基板１を複数枚同時に、蒸着装置にセットし、真空条件下においてＳｉＯを斜方蒸着し、蒸着工程を行う。蒸着した大型基板１のうち、２枚の大型基板を選び、対向面に上部電極と下部電極とがそれぞれ向き合うように、それぞれの大型基板を対向して貼り合わせる、貼り合わせ工程を行う。

図１（ａ）に、図５で図示した大型基板を２枚用意し、貼り合わせ工程で貼り合わせた時の状態の図を示す。図１（ａ）に図示するように、上部電極、下部電極が配置された一対の大型基板１１，１２は、両方の電極が対向するように、一方の大型基板を水平方向に反転させ重ね合わせて貼り合わされている。中心線１３から左片半面に注目すると、下側の大型基板１２には下部電極、上側の大型基板１１には上部電極が配置され、もう一方の右片半面では、下側の大型基板１２に上部電極、上側の大型基板１１に下部電極が配置さ
れている。

図１（ａ）に図示するように、貼りあわされた大型基板は、上部電極および下部電極で形成された電極が中心線１３を中心にミラー反転されて配置されている。また、中心線１３は蒸着中心線と平行な線分なので、左片半面において蒸着方向は、中心線１３付近では中心線１３と平行であるが、中心線１３からの水平方向の距離が遠くになるに従って、最大で角度−Φほど蒸着中心線からずれた位置となり、蒸着方向に沿うように配向するコーン軸６２についても、同様に中心線１３から最大で角度−Φほどずれることになる。また同様に右片半面においても、最大で角度＋Φほど中心線１３からずれた位置となる。よって、コーン軸６２のずれの量は、大型基板１の左端では角度−Φであり、中心線１３付近では角度０、右端では角度＋Φであるため、この時点での大型基板内におけるばらつき量は角度２Φとなる。

図１（ｂ）は、図１（ａ）で図示した一対の大型基板１１，１２を中心線１３で縦方向に分断した縦方向分断工程を行った後の図である。図１（ｂ）に図示するように、貼り合わせた一対の大型基板１を中心線１３で分断して二組の一対の分断基板が得られる。二組の一対の分断基板について、そのうち一組の一対の分断基板、つまり右片半面の位置にあった一対の分断基板を中心線１３に対して、図１（ａ）の右片半面の上部にある矢印のように、表裏反転させて図示されている。

図１（ｂ）のようにすると、図１（ａ）において、ミラー反転していた電極の配置方向が一致し、さらにコーン軸６２の中心線１３からのずれが、最大で角度−Φほどにはなるが、どちらの一対の分断基板でも、同じく角度−Φずれることになり、ずれの方向はマイナスの一方向になる。そのため、コーン軸６２のずれが角度−Φから０となり、ばらつき量は最大で角度Φとなり、従来は角度−Φから角度＋Φまであったばらつき量を半分にすることができた。

このように得られた一対の分断基板の外側に、一対の偏光板を配置する。その際、偏光板の配置位置については、コーン軸６２のばらつき量が従来の半分となったので、偏光軸の位置調整がしやすくなった。また、偏光板のトリミングも、従来に比べ少なくてすみ、従来にくらべ、不必要な偏光板量が少なくなり、生産効率が向上した。

複数の液晶セル基板を備えた大型基板を用いて、液晶素子を製造した。一枚の大型基板から、１４４個のセル基板がとれるような構成とした。本実施例では、３００ｍｍ×３００ｍｍのサイズの大型基板に、セル基板が水平方向に１２列配置されているパターンを使用した。その際、大型基板の縦方向の中心線を中心に左片半面には下部電極を、右片半面には上部電極をパターニングした。

その後、ＳｉＯを配向膜として斜方蒸着法により形成するが、その時の蒸着方向は基板の下側方向からとした。この蒸着工程の後、スペーサによりセル基板のギャップが１．５μｍとなるように、かつ対向する面で、上部電極と下部電極とが向き合うように一対の大型基板を配置して貼り合わせた。その後、中心線で縦方向分断工程を行い、さらに液晶が注入できる大きさに得られた一対の分断基板を分断して、液晶を注入する液晶注入工程を行った。その後、得られた一対のセル基板に強誘電性液晶を注入し、配向方向と一致するコーン軸の向きを測定した。

図６は、一対のセル基板が、縦方向分断工程前の大型基板のどこにあったかが分かるように示した図である。図６に示したように、水平方向にａ〜ｄの位置にあるセル基板１４についてコーン軸６２の向きを測定した。セル基板ａは中心線から最も左外側に位置し、
セル基板ｂは中心線付近左側、セル基板ｃは中心線付近右側、セル基板ｄは最も右外側の位置である。それぞれコーン軸のずれは蒸着方向と平行の向きである中心線１３を基準とする。図６（ａ）のように組み立てたまま、分断する前に測定した結果は、セル基板ａ：−６．８度、セル基板ｂ：−０．６度、セル基板ｃ：+３．１度、セル基板ｄ：+９．７度であり、コーン軸の広がりによるばらつき量は１６．５度である。

図６（ｂ）のように組み立てた大型基板の中心線１３で分断し、パターンの向きが合うように右側の一対の分断基板だけを反転させると、コーン軸の向きはセル基板ａ、セル基板ｂではそのまま変わらないが、セル基板ｃ、セル基板ｄでは、それぞれセル基板ｃ：−３．１度、セル基板ｄ：−９．７度となり、コーン軸の広がりによるばらつき量が９．１度となり、大型基板内における配向方向のずれのばらつき量を小さくすることができる。

よって、一対の偏光板を配置したときにコーン軸の広がりによるばらつき量が少ないので、偏光板を配置する際の位置合わせが簡素化され、また偏光板を配置した後、液晶セル外形からはみ出る偏光板を切り取るなど、トリミングを行っても、不要となる偏光板が少なくなり、生産効率が向上した。

本発明の実施の形態を示した図である。従来技術を説明する図である。従来技術の課題を説明する図である。従来技術の課題を説明する図である。本発明の電極形成を説明する図である。本発明の実施例を示した図である。従来技術を説明する図である。

符号の説明

１、１１、１２大型基板
４蒸着角度
８蒸着源
１３中心線
１４セル基板
２１上部電極
２２下部電極
３１配向膜
３２スペーサ
３３シール剤
５１液晶分子
５２液晶分子
６１蒸着方向
６２コーン軸
７１上部基板の側縁
７２下部基板の側縁
８１上部基板に対する蒸着方向
８２下部基板に対する蒸着方向

Claims

複数のセル基板を有する大型基板を複数枚用意し、前記大型基板に上部電極または下部電極を形成する電極形成工程と、
前記複数枚の大型基板に配向膜を蒸着する蒸着工程と、
前記蒸着された複数枚の前記大型基板のうち、一対の前記大型基板を選び前記一対の大型基板を対向して貼り合わせる、貼り合わせ工程と、を備えた液晶素子の製造方法であって、
前記電極形成工程では、前記大型基板における中央の縦方向に位置する中心線を中心に、前記大型基板の片半面には上部電極を、他の片半面には前記下部電極を形成し、
前記貼り合わせ工程では、前記一対の大型基板の対向面が、それぞれ前記上部電極と前記下部電極とが対向するように、前記一対の大型基板を配置して貼り合わせることを特徴とする液晶素子の製造方法。
前記中心線で前記一対の大型基板を縦方向に分断して、一対の分断基板を得る縦方向分断工程とを有し、前記縦方向分断工程の後に、前記一対の分断基板の外側に一対の偏光板を貼り付ける偏光板設置工程を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶素子の製造方法。
さらに、液晶を注入する液晶注入工程を有し、前記液晶は強誘電性液晶であることを特徴とする請求項１に記載の液晶素子の製造方法。