JP5222864B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は，液晶表示装置に係り，特に配向膜に光の照射で配向制御能を付与した液晶表示パネルを具備した液晶表示装置に関する。

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

液晶表示装置はフラットで軽量であることから、ＴＶ等の大型表示装置から、携帯電話やＤＳＣ（Digital Still Camera）等、色々な分野で用途が広がっている。一方、液晶表示装置では視野角特性が問題である。視野角特性は、画面を正面から見た場合と、斜め方向から見た場合に、輝度が変化したり、色度が変化したりする現象である。視野角特性は、液晶分子を水平方向の電界によって動作させるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が優れた特性を有している。

液晶表示装置に使用する配向膜を配向処理すなわち配向制御能を付与する方法として，従来技術としてラビングで処理する方法がある。このラビングによる配向処理は，配向膜を布で擦ることで配向処理を行うものであるが，一方，配向膜に非接触で配向制御能を付与する光配向法という手法がある。ＩＰＳ方式はプレティルト角が必要無いために、光配向法を適用することが出来る。

「特許文献１」には紫外線に代表される光の照射による光分解型の光配向処理が開示されており，光分解型の光配向処理においては（１）画素部の複雑な段差構造に起因する配向乱れを低減し，（２）ラビングによる配向処理における静電気による薄膜トランジスタの破損，ラビング布の毛先の乱れや塵による配向乱れを原因とする表示不良を解決し，均質な配向制御能を得るために要する頻繁なラビング布の交換によるプロセスの煩雑さ，を解決することが記載されている。

また、「特許文献２」には、配向膜を２層構造とし、上層に光配向可能な配向膜を形成し、下層に、光配向はできないが、上層よりも体積抵抗の低い配向膜を形成することによって、残像の消失時間を短くした構成が記載されている。「特許文献３」には、光配向において問題となる方位角アンカリング強度の測定方法が記載されている。

特開２００４−２０６０９１号公報 特願２００８−２３５９００号公報 特開２００３−５７１４７号公報

配向膜への配向制御能の付与という点において，光配向処理はラビング処理と比較すると，一般的には配向安定性が低いということが知られている。配向安定性が低いと，初期配向方向が変動し，表示不良の原因となる。特に，高い配向安定性が要求される横電界方式の液晶表示パネルを用いた液晶表示装置では配向安定性が低いことで残像に象徴される表示不良が発生し易い。

光配向処理ではラビング処理のような高分子の主鎖を延伸し，直線状にする工程がＬＣＤプロセス中に存在しない。そのため，光配向処理においては偏光が照射されたポリイミドに代表される合成高分子の配向膜が，当該偏光方向と平行する方向で主鎖が切断されることで、当該偏光方向と直交する方向に一軸異方性が付与される。液晶分子は、切断されずに直線上に伸びて残った長い主鎖方向に沿って配向するが，この主鎖の長さが短くなると，一軸異方性が低下し，液晶との相互作用が弱くなって配向安定性が低下するために，前記した残像が発生し易くなる。

従って，配向膜の一軸異方性を向上させ，配向安定性を向上させるためには，配向膜の分子量を大きくすることが必要であるが，これを解決する手法として，ポリアミド酸エステルをイミド化した光配向膜材料を使用することが出来る。これによると，ポリアミド酸エステル材料では，従来のポリアミド酸材料で起こっていたようなイミド化反応時のジアミンと酸無水物への分解反応を伴わず，イミド化後も分子量を大きく保つことができ，ラビング処理並みの配向安定性を得ることができる。

また，ポリアミド酸エステル材料においては，その化学構造中にカルボン酸を含有しないため，ポリアミド酸材料と比較してＬＣＤの電圧保持率が上がり，長期信頼性の向上も確保することができる。

一方、光配向を用いた液晶表示装置では、長時間動作を行うと、液晶の初期配向の方向が液晶表示装置の製造当初からの方向と、ずれてきてしまい、この原因によって残像が生ずる。これをＡＣ残像と称する。このような残像発生の原因は、配向膜の方位角アンカリング強度が弱いからであることがわかった。したがって、ＡＣ残像は非可逆的であり、回復はできない。なお、方位角アンカリング強度は、液晶分子を初期の配向方向から方位角方向にずれにくくさせる強度のことである。

一方、配向膜に電荷が蓄積することによって生ずる残像もある。これをＤＣ残像と称している。ＤＣ残像は可逆的であり、時間が経過すると消失する。

本発明の課題は、光配向方式において、配向膜の方位角アンカリング強度を向上し、いわゆるＡＣ残像を生じさせないことである。また、本発明の目的は、同時に、いわゆるＤＣ残像を生じさせないか、生じても短時間で消失させることである。

本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。すなわち、液晶を配向させる配向膜を２層構造とし、液晶と接する上層を光配向膜とし、基板側の下層を高膜強度配向膜とする。上層の光配向膜は、シクロブタンを含むポリアミド酸エステルを８０％以上含むポリアミド酸エステルを前駆体として形成し、下層の高膜強度配向膜はポリアミド酸を前駆体として形成する。

このような２層となった配向膜を乾燥、焼成した後、偏光紫外線を照射することによって光配向膜を光配向させ、その後、紫外線を照射した基板を加熱することによって配向膜を完成する。

光配向膜におけるイミド化率は５０％以上である。また、配向膜全体における光配向膜の割合は３０％から６０％である。上層の光配向膜の体積抵抗率は、下層の高膜強度配向膜の抵抗率よりも大きい。

本発明の他の構成としては、上層の光配向膜は、シクロブタンを含むポリアミド酸を８０％以上含むポリアミド酸を前駆体として形成し、下層の高膜強度配向膜はシクロブタンを含まないポリアミド酸を前駆体として形成する。製造プロセスは上記と同様である。

本発明のさらに他の構成としては、上層の光配向膜は、シクロブタンを含むポリアミド酸エステルを８０％以上含むポリアミド酸エステルを前駆体として形成し、下層の高膜強度配向膜はシクロブタンを含まないポリアミド酸エステルを前駆体として形成する。製造プロセスは上記と同様である。

本発明によれば、配向膜を液晶と接する側の光配向膜と基板側の高膜強度配向膜の２層構造としているので、方位角アンカリング強度が強く、長期間動作後においても残像の少ない液晶表示装置を光配向によって実現することが出来る。

また、本発明によれば、紫外線によって光配向をさせた後、基板を所定の温度で加熱するので、配向膜の機械的な強度を劣化させることがないので、配向膜のアンカリング強度を大きくすることが出来る。

ＩＰＳ方式の液晶表示装置の断面図である。 図１の画素電極の平面図である。 本発明による配向膜の構成を示す図である。 光配向膜の原理を示す図である。 本発明の配向膜の断面図である。 シクロブタンを含むポリアミド酸エステルの化学式である。 シクロブタンを含むポリアミド酸の化学式である。 光配向の配向膜形成プロセスである。 方位角アンカリング強度と残像の関係を示すグラフである。 配向膜の構成と形成プロセスと方位角アンカリング強度の関係を示すグラフである。 光配向膜のプロセス条件と方位角アンカリング強度の関係を示すグラフである。 ＤＣ残像の評価パターンである。 ＤＣ残像の評価結果である。

以下の実施例により本発明の内容を詳細に説明する。

図１はＩＰＳ方式の液晶表示装置の表示領域における構造を示す断面図である。ＩＰＳ方式の液晶表示装置の電極構造は種々のものが提案され、実用化されている。図１の構造は、現在広く使用されている構造であって、簡単に言えば、平面ベタで形成された対向電極１０８の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の画素電極１１０が形成されている。そして、画素電極１１０と対向電極１０８の間の電圧によって液晶分子３０１を回転させることによって画素毎に液晶層３００の光の透過率を制御することにより画像を形成するものである。以下に図１の構造を詳しく説明する。なお、本発明は、図１の構成を例にとって説明するが、図１以外のＩＰＳタイプの液晶表示装置にも適用することが出来る。

図１において、ガラスで形成されるＴＦＴ基板１００の上に、ゲート電極１０１が形成されている。ゲート電極１０１は走査線と同層で形成されている。ゲート電極１０１はＡｌＮｄ合金の上にＭｏＣｒ合金が積層されている。

ゲート電極１０１を覆ってゲート絶縁膜１０２がＳｉＮによって形成されている。ゲート絶縁膜１０２の上に、ゲート電極１０１と対向する位置に半導体層１０３がａ−Ｓｉ膜によって形成されている。ａ−Ｓｉ膜はプラズマＣＶＤによって形成される。ａ−Ｓｉ膜はＴＦＴのチャネル部を形成するが、チャネル部を挟んでａ−Ｓｉ膜上にソース電極１０４とドレイン電極１０５が形成される。なお、ａ−Ｓｉ膜とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５との間には図示しないｎ＋Ｓｉ層が形成される。半導体層とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５とのオーミックコンタクトを取るためである。

ソース電極１０４は映像信号線が兼用し、ドレイン電極１０５は画素電極１１０と接続される。ソース電極１０４もドレイン電極１０５も同層で同時に形成される。本実施例では、ソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５はＭｏＣｒ合金で形成される。ソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５の電気抵抗を下げたい場合は、例えば、ＡｌＮｄ合金をＭｏＣｒ合金でサンドイッチした電極構造が用いられる。

ＴＦＴを覆って無機パッシベーション膜１０６がＳｉＮによって形成される。無機パッシベーション膜１０６はＴＦＴの、特にチャネル部を不純物４０１から保護する。無機パッシベーション膜１０６の上には有機パッシベーション膜１０７が形成される。有機パッシベーション膜１０７はＴＦＴの保護と同時に表面を平坦化する役割も有するので、厚く形成される。厚さは１μｍから４μｍである。

有機パッシベーション膜１０７には感光性のアクリル樹脂、シリコン樹脂、あるいはポリイミド樹脂等が使用される。有機パッシベーション膜１０７には、画素電極１１０とドレイン電極１０５が接続する部分にスルーホール１１１を形成する必要があるが、有機パッシベーション膜１０７は感光性なので、フォトレジストを用いずに、有機パッシベーション膜１０７自体を露光、現像して、スルーホール１１１を形成することが出来る。

有機パッシベーション膜１０７の上には対向電極１０８が形成される。対向電極１０８は透明導電膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を表示領域全体にスパッタリングすることによって形成される。すなわち、対向電極１０８は面状に形成される。対向電極１０８を全面にスパッタリングによって形成した後、画素電極１１０とドレイン電極１０５を導通するためのスルーホール１１１部だけは対向電極１０８をエッチングによって除去する。

対向電極１０８を覆って上部絶縁膜１０９がＳｉＮによって形成される。上部絶縁膜１０９が形成された後、エッチングによってスルーホール１１１を形成する。この上部絶縁膜１０９をレジストにして無機パッシベーション膜１０６をエッチングしてスルーホール１１１を形成する。その後、上部絶縁膜１０９およびスルーホール１１１を覆って画素電極１１０となるＩＴＯをスパッタリングによって形成する。スパッタリングしたＩＴＯをパターニングして画素電極１１０を形成する。画素電極１１０となるＩＴＯはスルーホール１１１にも被着される。スルーホール１１１において、ＴＦＴから延在してきたドレイン電極１０５と画素電極１１０が導通し、映像信号が画素電極１１０に供給されることになる。

図２に画素電極１１０の１例を示す。画素電極１１０は、櫛歯状の電極である。櫛歯と櫛歯の間にスリット１１２が形成されている。画素電極１１０の下方には、平面状の対向電極１０８が形成されている。画素電極１１０に映像信号が印加されると、スリット１１２を通して対向電極１０８との間に生ずる電気力線によって液晶分子３０１が回転する。これによって液晶層３００を通過する光を制御して画像を形成する。

図１はこの様子を断面図として説明したものである。櫛歯状の電極と櫛歯状の電極の間は図１に示すスリット１１２となっている。対向電極１０８には一定電圧が印加され、画素電極１１０には映像信号による電圧が印加される。画素電極１１０に電圧が印加されると図１に示すように、電気力線が発生して液晶分子３０１を電気力線の方向に回転させてバックライトからの光の透過を制御する。画素毎にバックライトからの透過が制御されるので、画像が形成されることになる。

図１の例では、有機パッシベーション膜１０７の上に、面状に形成された対向電極１０８が配置され、上部絶縁膜１０９の上に櫛歯電極１１０が配置されている。しかしこれとは逆に、有機パッシベーション膜１０７の上に面状に形成された画素電極１１０を配置し、上部絶縁膜１０９の上に櫛歯状の対向電極１０８が配置される場合もある。

画素電極１１０の上には液晶分子３０１を配向させるための配向膜１１３が形成されている。本発明においては、配向膜１１３は、液晶層３００と接する光配向膜１１３１と、光配向膜１１３１の下層に形成される高膜強度配向膜１１３２の２層構造となっている。配向膜の１１３の構成については、後で詳細に説明する。

図１において、液晶層３００を挟んで対向基板２００が設置されている。対向基板２００の内側には、カラーフィルタ２０１が形成されている。カラーフィルタ２０１は画素毎に、赤、緑、青のカラーフィルタ２０１が形成されており、カラー画像が形成される。カラーフィルタ２０１とカラーフィルタ２０１の間にはブラックマトリクス２０２が形成され、画像のコントラストを向上させている。なお、ブラックマトリクス２０２はＴＦＴの遮光膜としての役割も有し、ＴＦＴに光電流が流れることを防止している。

カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２を覆ってオーバーコート膜２０３が形成されている。カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２の表面は凹凸となっているために、オーバーコート膜２０３によって表面を平らにしている。

オーバーコート膜２０３の上には、液晶の初期配向を決めるための配向膜１１３が形成されている。対向基板側の配向膜１１３もＴＦＴ基板側の配向膜１１３と同様に、液晶層３００と接する光配向膜１１３１と、光配向膜１１３１の下層に形成される低抵抗配向膜１１３２の２層構造となっている。なお、図１はＩＰＳであるから、対向電極１０８はＴＦＴ基板１００側に形成されており、対向基板２００側には形成されていない。

図１に示すように、ＩＰＳでは、対向基板２００の内側には導電膜が形成されていない。そうすると、対向基板２００の電位が不安定になる。また、外部からの電磁ノイズが液晶層３００に侵入し、画像に対して影響を与える。このような問題を除去するために、対向基板２００の外側に表面導電膜２１０が形成される。表面導電膜２１０は、透明導電膜であるＩＴＯをスパッタリングすることによって形成される。

図３は本発明による配向膜１１３を示す模式図である。図３（ａ）は配向膜１１３の平面透視図、図３（ｂ）は断面斜視図である。本発明の配向膜１１３は２層構造となっており、液晶層と接する上側は光配向膜１１３１であり、下側は高膜強度配向膜１１３２となっている。

ポリアミド酸エステルの分子式は化学式（１）によって表される。

化学式（１）において、Ｒ１は、それぞれ独立に炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。

なお、化学式（１）は、シクロブタンを含むポリアミド酸エステルであるが、シクロブタンを含まないポリアミド酸エステルも存在する。しかし、光配向させることが出来るのは、シクロブタンを含むポリアミド酸エステルであるので、シクロブタンを含むポリアミド酸エステルは８０％以上である必要がある。

図３におけるポリアミド酸の分子式は化学式（２）によって表される。化学式（２）はシクロブタンを含まないポリアミド酸の構造例である。

化学式（２）において、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。

なお、化学式（２）は、化学式（１）と異なり、シクロブタンを含んでいない。高膜強度配向膜は光配向をする必要が無いので、シクロブタンは必要が無い。逆に化学式（２）はシクロブタンが無いので、紫外線の影響を受けにくい。その他に、化学式（１）と化学式（２）が異なる点は、化学式（２）においては、ポリアミド酸エステルを示す化学式（１）において、Ｒ１がＨに置き換わっている点である。

図３（ａ）は透視図であるから光配向膜における光分解性ポリマー１０と高膜強度配向膜における非光分解性ポリマー１１が透視して見えている。図３（ｂ）において、配向膜１１３は図１における画素電極１１０あるいは有機パッシベーション膜１０７の上に形成されている。図３（ｂ）では配向膜１１３は画素電極１１０の上に形成されるとしている。上側の光配向膜１１３１の厚さｔ１は５０ｎｍ程度、下側の高膜強度配向膜１１３２の厚さｔ２は５０ｎｍ程度である。光配向膜１１３１と高膜強度配向膜１１３２の境界は明確ではないので、点線で記載している。

図４は光配向膜１１３１によって液晶を配向させるための原理を示す模式図である。図４において、高膜強度配向膜１１３２は省略されている。図４（ａ）は光配向膜１１３１が塗布された状態を示している。光配向膜１１３１は光分解性ポリマー１０によって形成されている。

図４（ａ）に示す光配向膜１１３１に対し、横方向に偏光された紫外線を例えば、６Ｊ／ｃｍ^２のエネルギーで照射する。そうすると、光配向膜１１３１において偏光された紫外線の偏光方向の光分解性ポリマー１０は、図４（ｂ）に示すように、紫外線によって破壊される。すなわち、紫外線の偏光方向に沿って紫外線による切断部１５が形成される。そうすると、液晶分子は図４（ｂ）における矢印Ａの方向に配向されることになる。

図４に示すように、光分解性ポリマー１０の主鎖が短いと一軸異方性が低下し、液晶との相互作用が弱くなって配向性が低下する。したがって、図４（ｂ）において、光配向後においても、光分解性ポリマー１０が矢印Ａの方向にできるだけ長く伸びていることが望ましい。つまり、配向膜１１３の一軸異方性を向上させ、配向安定性を向上させるためには、配向膜１１３の分子量を大きくする必要がある。

配向膜１１３における分子量としては、数平均分子量によって評価することが出来る。数平均分子量は、配向膜１１３に種々の分子量のポリマーが存在している場合、その平均的な分子量である。光配向膜１１３１においては、十分な配向安定性を得るためには、数平均分子量は５０００以上であることが必要である。

このような、大きな数平均分子量の光配向膜１１３１を得るためには、ポリアミド酸エステルをイミド化したものを用いることが出来る。ポリアミド酸エステルの構造は、先に示した化学式（１）に示すとおりである。

ポリアミド酸エステルの特徴は、化学式（１）におけるＲ１である。ポリアミド酸エステルにおいては、Ｒ１はＣｎＨ２ｎ−１であり、ｎが１以上である。ポリアミド酸エステルを光配向膜１１３１の前駆体として用いると、従来のポリアミド酸材料で起こっていたようなイミド化反応時のジアミンと酸無水物への分解反応を伴わず、イミド化後も分子量を大きく保つことができ、ラビング処理並みの配向安定性を得ることができる。

しかし、光配向膜は紫外線によって、主鎖が特定方向において破壊されるので、膜強度が低下する。配向膜の方位角アンカリング強度の劣化は、配向膜の機械的な強度に関係することが発明者の研究によって明らかになった。そこで、配向膜を２層構造とし、下層に高膜強度配向膜を配置し、上層に光配向膜を配置することによって配向膜全体の膜強度を上げることが配向膜の方位角アンカリング強度向上に効果的である。

図５は２層配向膜を形成する方法を示す断面模式図である。２層構造の配向膜１１３を形成するために、配向膜１１３形成プロセスを増やすことなく行うことが出来る。すなわち、図５（ａ）に示すように、光分解性ポリマー１０と高膜強度配向膜を形成するポリマー１１を混合した材料を基板に塗布すると、レベリング効果によって図５（ｂ）に示すように、基板と馴染みやすい材料が下層に形成され、他の材料が上に形成される、いわゆる相分離を生ずる。

本実施例において、基板に相当するのは、画素電極１１０を形成するＩＴＯまたは、有機パッシベーション膜１０７である。ポリアミド酸はポリアミド酸エステルに比較して極性が高く（表面エネルギーが大きく）ＩＴＯあるいは有機パッシベーション膜１０７と馴染みやすいので、常にポリアミド酸が下層となる。本発明ではポリアミド酸によって形成される高膜強度配向膜の数平均分子量がポリアミド酸エステルによって形成される光配向膜の数平均分子量よりも大きいので、極性または表面エネルギーの効果に加えて、相分離をさらに容易に生ずることが出来る。２層の配向膜のうち、光配向膜１１３１の占める割合は、配向膜全体の３０％以上で、６０％以下である。これは、一つには光配向膜を十分に上層に配置させるためと、一つには２層の配向膜を塗布した後に相分離を起こしやすいからである。

このようにして形成された樹脂膜に２００℃程度の熱を加えてイミド化する。イミド化は下層のポリアミド酸１１３２、上層のポリアミド酸エステル１１３１の両者に対して同時に行われる。したがって、１層の配向膜１１３形成と同じ工程によって２層の配向膜１１３形成を行うことが出来る。

上層の光配向膜１１３１は配向特性を安定化するために、光分解性ポリマー１０の光分解効率を高くする必要があるので、イミド化率は高くする必要がある。これはイミド化していないと光分解反応が起こりにくいからである。一般的に、ポリアミド酸エステルはイミド化しにくいため、イミド化を補助する目的で、イミド化促進剤を添加剤として加えてもよい。光配向膜１１３１におけるイミド化率は５０％以上であり、より好ましくは７０％以上である。この残りは、前駆体としてのポリアミド酸エステルが光配向膜１１３１に存在することになる。

一方、下層の高膜強度配向膜１１３２は液晶の光配向特性とは関係が無いので、イミド化率は特に規定する必要は無い。すなわち、イミド化の条件は、上層のポリアミド酸エステルのイミド化を主眼に設定すればよい。

配向膜１１３の上層と下層の境界は明確ではない。図５ではこの境界を点線で示している。図５（ｂ）において、上層の光配向膜１１３１はポリアミド酸エステルで構成されているが、図６に示すような、シクロブタンを有するポリアミド酸エステルが全体の８０％以上を占める。すなわち、ポリアミド酸エステルにおいて、シクロブタンが偏光紫外線によって分解されることによって光配向特性を生ずるので、シクロブタンを有するポリアミド酸エステルの割合が多くなることは必須である。

一方、下層の高膜強度配向膜１１３２は、ポリアミド酸によって形成されているが、図７に示すシクロブタンを有するポリアミド酸は無いことが望ましい。代わりに化学式（２）で示されるような、シクロブタンを含まないポリアミド酸が使用される。すなわち、光配向後も配向膜全体として機械的な強度を保つためには、下層の高膜強度配向膜は紫外線によって分解されないほうがよいからである。

このように、２層の配向膜の特徴は、上層の光配向膜１１３１がシクロブタンを多く含み、下層の高膜強度配向膜１１３２はシクロブタンを含まないように形成されていることである。つまり、光配向膜１１３１の液晶と接する側は多くのシクロブタンを含み、高膜強度配向膜１１３２の画素電極あるいは有機パッシベーション膜と接する側はシクロブタンをほとんど含まないということになる。

以上のように、配向膜１１３の前駆体として、上層をシクロブタンを多く含むポリアミド酸エステルによって形成し、下層をシクロブタンを含まないポリアミド酸によって形成しても、光配向を行うための後工程によっては、配向膜全体として、機械的な強度が劣化する場合が生ずる。

図８は、光配向のプロセスを示すフローチャートである。図８において、配向膜を塗布した後、乾燥させる。乾燥させるまでに、配向膜は、光配向膜１１３１と高膜強度配向膜１１３２の２層に相分離する。その後、配向膜を焼成して、イミド化する。その後光配向を行うが、従来は、基板を２００℃程度に加熱した状態で直線偏光紫外線を照射して光配向をおこなっていた。しかし、基板を加熱しながら紫外線照射を行うと配向膜の下層である高膜強度配向膜も紫外線によって光分解を生じ、膜硬度が低下してしまう。

これに対して、本発明は、図８の右側の点線で囲んだ部分に示すように、基板を加熱せずに、偏光紫外線を照射し、その後、基板を加熱する工程としている。このような工程とすることによって、下層の高膜強度配向膜が紫外線によって光分解をすることを防止することが出来、配向膜全体として必要な膜強度を保つことが出来る。

以上のような構成によって、配向膜の初期の方位角アンカリング強度を向上させることが出来る。図９は、方位角アンカリング強度と残像輝度変化率の関係を示すものである。方位角アンカリング強度の測定方法は、「特許文献３」に記載の方法を用いた。図９において、横軸は方位角アンカリング強度であり、単位は１０^−３Ｊ/ｍ^２である。縦軸は残像輝度変化率である。残像輝度変化率は、例えば、図１２に示すようなチェッカーフラグパターンを１２時間表示し、その後、灰色ベタの中間調に戻す。中間調の階調は６４／２５６である。この時、チェッカーフラグパターンの明るい部分と暗い部分の輝度比が残像輝度変化率である。

図９において、残像輝度変化率が１％以下であれば、残像が見えないとしてよい。図９において、残像が見えないようにするためには、方位角アンカリング強度が３．５×１０^−３Ｊ/ｍ^２以上である必要がある。

図１０は、配向膜の構成および光配向のプロセスによる方位角アンカリング強度の比較をした結果の表である。図１０において、配向膜の構造を従来のように１層構造とした場合と、２層構造にした場合を比較している。また、光配向のプロセスにおいて、基板の加熱と紫外線の照射を同時に行う場合と、紫外線照射の後、基板を加熱する場合とで比較している。

図１０に示すように、目標値である、方位角アンカリング強度が３．５×１０^−３Ｊ/ｍ^２であることを満足する条件は、配向膜が２層構造で、紫外線照射後に基板を加熱するプロセスを用いた場合のみである。すなわち、本発明を用いることによって、光配向方式において、実質的に残像の問題を解決した液晶表示装置を実現することが出来る。

このように、光配向のプロセス条件によって残像を対策した配向膜を得ることができる。図１１は残像を生じないためのプロセス裕度を評価した結果を示す表である。図１１において、紫外線（ＵＶ）照射量、紫外線照射後の加熱温度、紫外線照射から基板加熱までの時間をパラメータとして、方位角アンカリング強度を比較している。

図１１において、紫外線の条件は、波長２３０〜３３０ｎｍ全ての波長を積算したエネルギーである。また、紫外線は偏光紫外線を用いるが、偏光方向とそれに直角方向の紫外線強度の比（消光比）は波長２３０〜３３０ｎｍの範囲において、１５：１以上である。

図１１において、条件Ａは、紫外線の照射量は２０００〜５０００ｍＪ/ｃｍ^２であり、紫外線照射後に基板を加熱する温度は、２３０℃以上であり、紫外線照射後、基板を加熱するまでの時間は１時間以内である。条件Ｂは、紫外線の照射量は１０００〜７０００ｍＪ/ｃｍ^２であり、紫外線照射後に基板を加熱する温度は、２００℃以上であり、紫外線照射後、基板を加熱するまでの時間は２４時間以内である。条件Ｃは、紫外線の照射量は５００〜８０００ｍＪ/ｃｍ^２であり、紫外線照射後に基板を加熱する温度は、１５０℃以上であり、紫外線照射後、基板を加熱するまでの時間は１６８時間以内である。

図１１における条件Ａが方位角アンカリング強度を最も大きくすることが出来、方位角アンカリング強度は４．２である。次いで条件Ｂがアンカリング強度４．０で、条件Ｃが方位角アンカリング強度３．５である。条件Ａによって光配向することが望ましいが、製造ラインの要請によって、条件Ａによって光配向出来ない場合もあるが、少なくとも、条件Ｃレベル以上の光配向条件を確保する必要がある。

以上の実施例では、上層の光配向膜としてシクロブタンを有するポリアミド酸エステルが８０％以上であるポリアミド酸エステルを用い、下層の高膜強度配向膜としてシクロブタンを有しないポリアミド酸を用いた配向膜について説明した。しかし、本発明は、これに限らず、上層にシクロブタンを有するポリアミド酸エステルが８０％以上であるポリアミド酸エステルを用い、下層にシクロブタンを有しないポリアミド酸エステルを用いた配向膜によっても、光配向のプロセスとして、紫外線照射後に基板を加熱することによって、所定の効果を得ることが出来る。

また、上層にシクロブタンを有するポリアミド酸が８０％以上であるポリアミド酸を用い、下層にシクロブタンを有しないポリアミド酸を用いた配向膜によっても、光配向のプロセスとして、紫外線照射後に基板を加熱することによって、所定の効果を得ることが出来る。

実施例１においては、配向膜の構成と光配向のプロセスについて、主としていわゆるＡＣ残像に対する効果について説明した。本発明の構成は、ＡＣ残像に限らず、いわゆるＤＣ残像に対しても効果を上げることが出来る。

ＤＣ残像は、配向膜の特定の場所に電荷が蓄積することによって生ずる現象である。したがって、電荷が消失すると残像も消失するので、可逆的な現象である。ＤＣ残像が生じないようにするには、配向膜に蓄積した電荷を速やかに消失させる構成とすること、または、そもそも配向膜に電荷が蓄積しない構成とすることが考えられる。

まず、蓄積した電荷が速やかに消失する構成について説明する。ＤＣ残像は次のようにして評価した。すなわち、図１２に示すような白黒による８×８のチェッカーフラグパターンを１２時間表示し、その後、灰色ベタの中間調に戻す。中間調の階調は、６４／２５６である。中間調に戻してから１０分後、チェッカーフラグパターンが認識出来ればＮＧであり、認識できなければＯＫである。

本発明の配向膜は、実施例１で説明したように、上層の光配向膜と下層の高膜強度配向膜とから構成されている。本実施例においては、高膜強度配向膜に対して、体積抵抗を１０^１４Ωｃｍ以下、好ましくは１０^１３Ωｃｍ以下とする。すなわち、上層の光配向膜の体積抵抗よりも１桁以上小さくする。この体積抵抗値は、配向膜にバックライトの光が照射されている状態で得られる体積抵抗値であってもよい。これによって、配向膜にチャージした電荷を速やかに放出させる。

図１３はこのような２層構造の配向膜と、従来の１層の配向膜の場合とで、ＤＣ残像を比較した場合の評価結果である。図１３において、横軸は、灰色ベタの中間調に戻したあとの時間である。縦軸は、残像のレベルである。縦軸において、ＲＲは中間調に戻したときに、チェッカーフラグパターンが良く見える状態であり、ＮＧである。Ｒは中間調い戻した時にチェッカーフラグパターンが薄いが見える状態である。

図１３において、曲線Ａが本発明による配向膜を使用した場合のＤＣ残像特性である。また、曲線Ｂが配向膜として光配向膜１層のみを使用した場合のＤＣ残像特性の例である。

中間調に戻したときに、残像のレベルがＲであっても、これが短時間に消失すれば、実用上は問題ないといえる。光配向膜１層の場合は、中間調に戻したときのレベルＲが長時間続くので、実用上問題が残る。一方、本発明による２層構造の配向膜１１３では、ＤＣ残像が急激に減少し、中間調に戻したあと、１７分程度で、ＤＣ残像は完全に消滅する。

このように、光配向膜１層の場合と本発明の配向膜の場合の大きな違いは、光配向膜１層の場合は、ＤＣ残像が長く続くのに対して、本発明の配向膜を使用すると、ＤＣ残像が急激に減少するということである。図１３において、本発明によれば、ＤＣ残像は中間調に戻してから１０分後にはＤＣ残像は２５％以下になるのに対して、光配向膜１層の場合は、同じ時間のＤＣ残像は９０％以上である。

ＤＣ残像を対策する他の方法は、一定のパターンを長時間表示しても配向膜に電荷蓄積しない構成とすることである。これは、配向膜の体積抵抗を極端に大きくすることによって実現することが出来る。本発明では、これを実現するために、配向膜を２層構造として、上層に光配向膜を形成し、下層に高膜強度配向膜を形成し、下層の体積抵抗率を上層の体積抵抗率よりも大きくする構成とする。上層の光配向膜は光配向特性の制約があって、体積抵抗を変化させる自由度は小さい。これに対して下層の高膜強度配向膜は体積抵抗を変化させる自由度を大きくすることが出来る。

高膜強度配向膜の体積抵抗を１０^１５Ωｃｍよりも大きくすると、配向膜全体として電気抵抗が大きくなり、配向膜やパッシベ−ション膜上に電荷が蓄積しにくくなる。光配向膜としてのポリアミド酸エステルの体積抵抗は１０^１５オームｃｍ程度と大きいので、下層の高膜強度配向膜の体積抵抗を１０^１５オームｃｍよりも大きくすることによって、さらに配向膜上に電荷が蓄積しにくくなる。

実施例１および実施例２で説明した２層配向膜の構成をまとめると次のようになる。上層を光配向膜とし、下層を高膜強度配向膜とする構成として、上層にポリアミド酸エステルを用い、下層にポリアミド酸を用い、上層におけるシクロブタンを含むポリアミド酸エステルの含有量を８０％以上とする。上層のイミド化率が５０％以上である。このような構成において、ＤＣ残像を小さくするために、下層の体積抵抗率を上層の体積抵抗率よりも小さくする。

他の２層配向膜の構成例としては、上層にポリアミド酸を用い、下層にポリアミド酸を用い、下層の数平均分子量を上層の数平均分子量よりも大きくし、上層におけるシクロブタンを含むポリアミド酸の含有量を８０％以上とする。上層のイミド化率が５０％以上である。このような構成において、ＤＣ残像を小さくするために、下層の体積抵抗率を上層の体積抵抗率よりも小さくする。

さらに他の２層配向膜の構成例としては、上層にポリアミド酸エステルを用い、下層にポリアミド酸エステルを用い、上層におけるシクロブタンを含むポリアミド酸エステルの含有量を８０％以上とする。上層のイミド化率が５０％以上である。このような構成において、ＤＣ残像を生じないようにするために、下層の体積抵抗率を上層の体積抵抗率よりも大きくする。

以上の説明は、ＴＦＴ基板１００側の配向膜１１３について説明したが、対向基板２００側の配向膜１１３についても同様である。対向基板２００側の配向膜１１３は、オーバーコート膜２０３の上に形成されるが、この場合も、高膜強度配向膜１１３２を形成する非光分解性ポリマー１１がオーバーコート膜２０３と馴染みが強いために、レベリングによって高膜強度配向膜１１３２がオーバーコート膜２０３側に形成され、その上に光配向膜１１３１が形成されることになる。さらに、高膜強度配向膜の数平均分子量が光配向膜よりも大きいので、相分離がより生じやすい。

１０…光分解性ポリマー、 １１…非光分解性ポリマー、 １５…紫外線による切断部、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…ゲート電極、 １０２…ゲート絶縁膜、 １０３…半導体層、 １０４…ソース電極、 １０５…ドレイン電極、 １０６…無機パッシベーション膜、 １０７…有機パッシベーション膜、 １０８…対向電極、 １０９…上部絶縁膜、 １１０…画素電極、 １１１…スルーホール、 １１２…スリット、 １１３…配向膜、 ２００…対向基板、 ２０１…カラーフィルタ、 ２０２…ブラックマトリクス、 ２０３…オーバーコート膜、 ２１０…表面導電膜、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子、 １１３１…光配向膜、 １１３２…高膜強度配向膜。

Claims (4)

1. 画素電極とＴＦＴを有する画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向し、カラーフィルタの上に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に液晶が挟持され、
   前記少なくともＴＦＴ基板の配向膜は液晶層と接する第１の配向膜と、前記第１の配向膜の下層に形成された第２の配向膜によって構成された液晶表示装置の製造方法であって、
   シクロブタンを有するポリアミド酸エステルが８０％以上であるポリアミド酸エステルと、シクロブタンを有しないポリアミド酸の混合液を前記ＴＦＴ基板と前記対向基板に塗布し、
   前記ＴＦＴ基板と前記対向基板を乾燥、焼成して前記配向膜を固化した後、前記配向膜に対して紫外線を照射して前記配向膜を光配向させ、その後、前記ＴＦＴ基板および前記対向基板を加熱して配向膜を形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 前記紫外線の照射量は２０００〜５０００ｍＪ/ｃｍ ^２ であり、前記紫外線照射後に前記ＴＦＴ基板および前記対向基板を加熱する温度は、２３０℃であり、前記紫外線照射後、前記ＴＦＴ基板および前記対向基板を加熱するまでの時間は１時間以内であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
3. 前記紫外線の照射量は１０００〜７０００ｍＪ/ｃｍ ^２ であり、前記紫外線照射後にＴＦＴ基板および対向基板を加熱する温度は、２００℃以上であり、前記紫外線照射後、前記ＴＦＴ基板および前記対向基板を加熱するまでの時間は２４時間以内であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
4. 前記紫外線の照射量は５００〜８０００ｍＪ/ｃｍ ^２ であり、前記紫外線照射後にＴＦＴ基板および対向基板を加熱する温度は、１５０℃以上であり、前記紫外線照射後、前記ＴＦＴ基板および前記対向基板を加熱するまでの時間は１６８時間以内であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。

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