JP5322474B2 - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子の製造方法に関する。

図９は、従来の液晶表示素子の製造方法の概略を示すフローチャートである。

液晶表示素子の製造工程においては、まず蒸着工程Ｓ２０１において、ガラス基板上にＩＴＯ膜を蒸着する。

次に、レジスト塗布工程Ｓ２０２において、ＩＴＯ膜上にフォトレジストを所望のパターンに塗布する。

続いて工程Ｓ２０３において、露光機でフォトレジストの塗布された基板を露光する。露光後に、現像、エッチング、及びフォトレジストの剥離を行うことで、ＩＴＯ膜が所望の形状にパターニングされる。

工程Ｓ２０４においては、配向膜塗布及びラビング処理が行われる。ガラス基板のＩＴＯ膜表面に、フレキソ印刷機、インクジェット塗布装置等を用いて配向膜を塗布する。配向膜塗布の前に絶縁膜を塗布する場合もある。塗布された配向膜にはラビング処理が施される。

工程Ｓ２０５においては、ラビングによる配向処理まで終了した２枚の基板を重ね合わせ、液晶材料を注入する。液晶注入後、注入口を封止し、両基板に偏光板を貼って液晶表示素子を完成する（たとえば、特許文献１参照）。

上述の液晶表示素子の製造方法においては、ＩＴＯ膜を所望の形状にパターニングするための工程Ｓ２０２及びＳ２０３（レジスト塗布、露光、現像、エッチング、剥離を行う工程）により液晶表示素子の製造工程全体が複雑化する。また工程Ｓ２０２及びＳ２０３においては、レジスト材料、エッチング液、剥離液、洗浄液等の薬品が大量に必要となる。このため周辺環境への影響を低減する薬品処理設備が要求され、コストアップの大きな要因となる。

また、フォトレジストの塗布された部分のＩＴＯ膜は残存し、塗布されていない部分のＩＴＯ膜は完全に除去されるため、両者の境界において高コントラストの表示はできても、かすれたような表示を実現することは困難である。

特開２００５−３００７４４号公報

本発明の目的は、良好な表示性能を備える液晶表示素子の製造方法を提供することである。

また、簡易な液晶表示素子の製造方法を提供することである。

更に、低コストで実現可能な液晶表示素子の製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、（ａ）第１の透明基板上に第１の透明導電膜を、第２の透明基板上に第２の透明導電膜を形成する工程と、（ｂ）前記第１の透明導電膜、前記第２の透明導電膜の少なくとも一方に、照射条件を変化させてレーザビームを照射し、厚さ方向に階調を備える部分を形成する工程と、（ｃ）前記第１及び第２の透明基板上に、前記第１及び第２の透明導電膜を覆うように配向膜を形成し、該配向膜に配向処理を施す工程と、（ｄ）前記第１及び第２の透明基板の配向膜間に液晶層を形成する工程とを有する液晶表示素子の製造方法が提供される。

本発明によれば、良好な表示性能を備える液晶表示素子の製造方法を提供することができる。

また、簡易な液晶表示素子の製造方法を提供することができる。

更に、低コストで実現可能な液晶表示素子の製造方法を提供することができる。

図１は、実施例による液晶表示素子の製造方法の概略を示すフローチャートである。本図を参照して、第１の実施例による液晶表示素子の製造方法について説明する。

蒸着工程Ｓ１０１において、たとえば厚さ０．７ｍｍの透明なガラス板上に厚さ１０００Åの絶縁膜を形成し、その上に厚さ２０００Åの透明導電膜、たとえばＩＴＯ膜を蒸着する。ガラス板にはたとえば青板ガラスを用いる。ＩＴＯ膜は製造された液晶表示素子において電極を構成する。液晶表示素子の上側基板と下側基板とに供するため、ＩＴＯ膜の蒸着されたガラス基板は２枚準備される。

次に、レーザアブレーション工程Ｓ１０２において、レーザビームをＩＴＯ膜に照射し、ＩＴＯ膜のパターニング（レーザエッチング）を行う。レーザ発振器として、たとえばＹＶＯレーザ発振器を用いることができる。ＹＶＯレーザ発振器から出射される波長１０６４ｎｍのパルスレーザビームを、レーザ出力１０〜１００Ｗ、たとえば３５Ｗ、繰り返し周波数１０〜１００ｋＨｚ、たとえば５０ｋＨｚでＩＴＯ膜に入射させる。

レーザビーム照射は、製造後の液晶表示素子で表示したい画像を高解像度のＣＣＤカメラで読み取り、読み取った画像データを２値変換して作成したＣＡＤデータに基づいて行う。レーザビームはガルバノミラーでスキャン（走査）しながらＩＴＯ膜に入射させる。レーザビームの入射した位置のＩＴＯ膜は、アブレーション作用及び熱による蒸発作用により除去される。

レーザアブレーション工程Ｓ１０２においては、ＩＴＯ膜上でスポット状レーザビームを平行線状にスキャンし、レーザ照射されたＩＴＯ膜をアブレーションして除去する工程を含む。

図２は、平行線状にアブレーション処理を施されたＩＴＯ膜を示す顕微鏡写真である。黒く写っている部分が、ＩＴＯ膜が残存している領域である。ストライプ状領域（写真左上から右下方向に太く伸びる黒い部分）の外部をスポット状レーザビームで平行線状にスキャンし、ストライプ状領域を残す予定であった。実際に得られたＩＴＯパターンは、ストライプ状領域の外側に、細い平行線状領域を伴うものであった。残った平行線状領域のピッチは、レーザビームスキャンのピッチに対応している。平行線状領域の形成は、残存ストライプ状領域の近傍では放熱効率が高いため、アブレーションの閾値が上昇していることに起因すると考えられる。レーザパワーを増加させるか、繰り返し周波数を減少させれば、残存する平行線状パターンを消滅させることも可能と考えられる。ところが図２に示すようなＩＴＯパターンは、平行線状パターンの部分でかすれた表示を行えることがわかった。なお、線状エッチングパターンは、レーザビームのスキャン方向を変えることで、任意の方向に形成することができる。

図３は、線状エッチング処理を施された部分のガラス基板上の膜厚を示すグラフである。グラフの横軸は、ガラス基板面内方向における１次元的な位置を単位「μｍ」で表す。グラフの縦軸は、ガラス基板上に形成されている膜の厚さを単位「Å」で表す。

グラフ縦軸のおよそ１０００Å以上の部分にＩＴＯ膜が形成されている。線状パターンの形成領域には、レーザビームの照射により、ＩＴＯ膜がエッチングされない部分（厚く残存する部分）とＩＴＯ膜が完全に除去された部分（パターニングされた部分）とが交互に現れる。

また、レーザアブレーション工程Ｓ１０２においては、ＹＶＯレーザ発振器のオンとオフとをごく短い時間で切り替えて、ＩＴＯ膜をたとえばドット状に除去するレーザエッチングも可能である。ドットの分布密度を変化させれば、かすれ表示を実現することが可能であろう。

図４は、ドット状にレーザエッチング処理を施されたＩＴＯ膜を示す顕微鏡写真である。本図に示すように、たとえばＩＴＯ膜に連続的にドット状のエッチングを行うことで、かすれ表示パターンを伴う電極を形成することも可能である。

なお、線状またはドット状に行うレーザエッチングは、蒸着工程Ｓ１０１で準備した２枚の基板のうち、少なくとも一方の基板について行えばよい。

再び図１を参照する。

工程Ｓ１０３においては、配向膜塗布及びラビング処理が行われる。前工程においてパターニングされたＩＴＯ膜付ガラス基板を洗浄した後、両ガラス基板のＩＴＯ膜表面に、たとえばフレキソ印刷機を用いて配向膜を５００Å〜８００Åの厚さに塗布形成する。配向膜の材料としては、たとえば日産化学社製のＳＥ−４１０が使用される。配向膜の塗布に当たっては、たとえばフレキソ印刷方式を用いる。

続いて、形成された配向膜に、たとえばラビングにより配向処理を施す。配向処理は、たとえば製造された液晶表示素子の上下基板間で液晶分子の配向方向が９０°異なるように行われる。

一方の基板にギャップコントロール剤、たとえば積水化学社製のミクロパール５ミクロンを散布し、他方の基板に、たとえば直径５μｍのプラスチックファイバーを３重量％添加したメインシール剤、たとえば三井化学社製ＥＳ−７５００をディスペンサ方式を用いて印刷する。

工程Ｓ１０４においては、配向処理の施された２枚の基板を重ね合わせ、プレスした状態で焼成した後、基板を所定のサイズに分断し液晶を真空注入する。液晶材料として、たとえば大日本インキ化学工業製の、正の光学異方性を有するネマティック液晶材料（ミクスチャー Δｎ＝０．１５）を使用することが可能である。

液晶注入後、注入口を封止して液晶セルを作製する。液晶セル洗浄後、両基板に偏光板をクロスニコル配置となるように貼って液晶表示素子を完成する。

図５（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、第１の実施例による製造方法で製造された液晶表示素子について説明する。

図５（Ａ）は、第１の実施例による製造方法で製造された液晶表示素子の概略的な断面図を示す。ガラス基板１２、１８が略平行に対向配置される。ガラス基板１２上にはＩＴＯで共通電極１３が形成され、ガラス基板１８上にはＩＴＯでセグメント電極１７が形成される。配向膜１４が、共通電極１３を覆うようにガラス基板１２上に形成され、配向膜１６が、セグメント電極１７を覆うようにガラス基板１８上に形成される。配向膜１４、１６にはラビング処理が施されている。ガラス基板１２、共通電極１３、及び配向膜１４を含んで構成される上側基板と、ガラス基板１８、セグメント電極１７、及び配向膜１６を含んで構成される下側基板との間に液晶層１５が挟持されている。ガラス基板１２、１８の液晶層１５が形成されている面とは反対側の面には、それぞれ偏光板１１、１９がクロスニコル配置される。

図５（Ｂ）に、線状パターンが形成されたセグメント電極１７の断面の一例を示す。本図の断面には、厚さ方向にセグメント電極（ＩＴＯ膜）１７が完全除去された複数の凹部が示されている。複数の凹部のそれぞれは図面垂直方向に徐々に幅を狭めながら延在し、１つの線状パターン領域を構成する。

なお、セグメント電極１７は、ドット状に構成された電極完全除去領域も備える。また、共通電極１３が、線状またはドット状に構成された電極完全除去領域を有する場合もある。

図５（Ｃ）に、第１の実施例による製造方法で製造された液晶表示素子で実現される表示の一例を顕微鏡写真で示した。写真左側に、電極に線状パターンが形成された領域によって実現される、筆で書いたようなかすれ表示が確認される。

図５（Ｄ）は、電極の線状パターン領域を示す概略的な平面図である。電極１７には面積的に階調が形成されている。すなわち電極１７は、電極非形成領域に向かって幅狭に形成される線状部分を備えている。かすれ表示は、液晶表示素子に電圧を印加したときの、先細り線状部分の根元部と先端部における電圧差に起因して生じると考えられる。

従来、図５（Ｃ）に示すようなかすれ表示をドットマトリックス駆動で行うには、高解像度のＴＦＴ−ＬＣＤと高価な駆動回路が必要とされた。第１の実施例による液晶表示素子の製造方法によれば、安価に表示性能の良好な液晶表示素子を製造することができる。

なお、図５（Ｃ）に示す写真下側において左右方向に伸びているのは、ドット状にエッチングを行うことで実現された線状表示である。

次に、第２の実施例による液晶表示素子の製造方法について説明する。

蒸着工程Ｓ１０１において、たとえば厚さ０．７ｍｍのガラス板上に厚さ１０００Åの絶縁膜を形成し、その上に厚さ２０００ÅのＩＴＯ膜を蒸着する。ガラス板にはたとえば青板ガラスを用いる。蒸着工程Ｓ１０１で、ＩＴＯ膜の蒸着されたガラス基板は２枚準備される。

レーザアブレーション工程Ｓ１０２において、レーザビームをＩＴＯ膜に照射し、ＩＴＯ膜のパターニング（レーザエッチング）を行う。レーザ発振器として、たとえばＹＶＯレーザ発振器を用いる。ＹＶＯレーザ発振器から出射される波長１０６４ｎｍのパルスレーザビームを、レーザ出力１０〜１００Ｗ、繰り返し周波数１０〜１００ｋＨｚでＩＴＯ膜に入射させる。

レーザビーム照射は、製造後の液晶表示素子で表示したい画像を高解像度のＣＣＤカメラで読み取り、階調状態に変換して作成したＣＡＤデータに基づいて行う。階調状態は何段階にも分類することが可能であるが、本実施例においては、完全な白、少し暗い白、やや明るい黒、完全な黒の４段階にデータを分け、各階調に応じてレーザビームの照射条件を変えてスキャンしながら、ＩＴＯ膜にレーザビームの照射を行った。

完全な白の部分には、レーザ出力３０Ｗ、繰り返し周波数４０ｋＨｚで３０回のレーザ照射を行った。

少し暗い白の部分には、レーザ出力２７Ｗ、繰り返し周波数３０ｋＨｚで３０回のレーザ照射を行った。

やや明るい黒の部分には、レーザ出力１５Ｗ、繰り返し周波数２０ｋＨｚで３０回のレーザ照射を行った。

完全な黒の部分にはレーザビームを照射しなかった。

図６（Ａ）は、レーザビームの照射による、ＩＴＯ膜の除去深さを示すグラフである。グラフの横軸は、ガラス基板面内方向における１次元的な位置を単位「μｍ」で表す。グラフの縦軸は、ＩＴＯ膜の除去深さを単位「Å」で表す。

本図に示す範囲においては、約６１０μｍ以下の位置、及び約１６３０μｍ以上の位置（完全な黒の部分）にはレーザビームを照射されずＩＴＯ膜は除去されない。

約６１０μｍ〜約１３００μｍの位置（やや明るい黒の部分）においては、除去深さ約５００Å〜約１５００Åに渡ってＩＴＯ膜が除去されている。

約１３００μｍ〜約１５６０μｍの位置（少し暗い白の部分）においては、深さ約１５００ÅまでＩＴＯ膜が除去されている。

約１５６０μｍ〜約１６００μｍの位置（完全な白の部分）においては、ＩＴＯ膜が完全に除去されている。

本図に示すグラフから、レーザビームの入射した位置のＩＴＯ膜が、レーザビームの照射条件に応じた深さに除去されること、及び、同じ照射条件で照射された領域においては、ほぼ同一の表面状態が得られることが認められる。このように照射するレーザビームのエネルギや光強度を変えてレーザエッチングを行うことにより、ＩＴＯ膜に相互に深さの異なる領域を複数形成する。

なお、約６１０μｍ〜約１３００μｍの位置（やや明るい黒の部分）においては、除去深さに幅があり、ＩＴＯ膜表面に高低差約１０００Åの激しい凹凸が生じている。これはたとえば、結晶性の違いなどによって、レーザエッチングのされやすさがＩＴＯ膜上の位置によって異なるためであると考えられる。

以降の工程、すなわち工程Ｓ１０３における配向膜塗布及びラビング処理、工程Ｓ１０４における重ね合わせ、液晶注入、封止、及び偏光板貼付については第１の実施例と同じ作業が行われる。こうして第２の実施例による製造方法で液晶表示素子が製造される。

第２の実施例による製造方法で製造された液晶表示素子の概略的な構造は、図５（Ａ）に示す液晶表示素子と同様である。ただし、共通電極１３、セグメント電極１７の少なくとも一方が、図６（Ｂ）に示すような厚さ方向に部分的に除去されている領域を、単数または複数備えている。

図７は、第２の実施例による製造方法で製造された液晶表示素子の表示例を示す顕微鏡写真である。

照射するレーザビームのエネルギや光強度を変化させ、ＩＴＯ膜の除去深さを、ゼロから完全除去まで深くすることによって、順に、完全な黒、やや明るい黒、少し暗い白、完全な白の表示を実現できることが確認された。また、本写真から筆で書いたようなかすれ表示が実現されることも認められる。

第２の実施例による液晶表示素子においては、電極上の位置により電極の厚さが異なり、当該厚さに応じて電極の抵抗が相違し、光透過率に差が生じる。このため、階調表示、濃淡に差のある表示、筆で書いたようなかすれ表示を実現することができる。

なお、実施例により観測される透過光強度の変化は、電極膜厚変化に基づく電圧勾配によるものと予測したが、透過光強度変化の実測値はその範囲を超えているため、膜厚の変動の他に、レーザ照射により薄膜化した電極が、その熱作用により結晶状態の変化を生じて抵抗率が上昇し、電圧勾配の増大に影響を及ぼしているものと考えられる。

更に、本写真に示されているように、対向基板上の電極パターンとの組み合わせにより、アイランド状に分かれた表示を実現することができる。

図８に、電極に相互に厚さの異なる部分を形成することにより、実現可能な表示の一例を示す。

本図に示す図形は、表示濃度に差のある４つの領域２０ａ〜２０ｄから構成されている。領域２０ａの表示は、セグメント電極が厚さ方向に除去されない部分によって実現される。領域２０ｂの表示は、セグメント電極がドット状に厚さ方向に半分除去された部分によって実現される。また、領域２０ｃの表示は、セグメント電極がドット状に厚さ方向に８０〜９５％除去された部分によって実現される。更に、領域２０ｄの表示は、セグメント電極が厚さ方向に完全に除去された部分によって実現される。

このように電極の部分除去により、階調的な多様な表示が可能となる。

第２の実施例による液晶表示素子は、４階調の表示を実現する液晶表示素子である。ＩＴＯ膜に入射させるレーザビームの照射条件、たとえば波長、レーザ出力、繰り返し周波数などの条件を変えることにより、一層の多階調表示を実現することが可能である。

また、第２の実施例による液晶表示素子の製造方法においては、レーザビームの照射条件を、実現する階調ごとに一定にしてレーザビームのスキャンを行った。１回のスキャンでも、場所によりレーザビームの照射条件を随時変えることにより多階調表示が可能である。

第１及び第２の実施例による液晶表示素子の製造方法はフォトリソ工程を含まない。このため、簡易に、また低コストで液晶表示素子を作製することができる。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

たとえば、実施例においては、ＹＶＯレーザ発振器から出射される波長１０６４ｎｍのパルスレーザビームを用いてエッチングを行ったが、ＹＶＯレーザ発振器に代えてＹＡＧレーザ発振器を利用することもできる。また、ＹＶＯレーザやＹＡＧレーザの基本波に限らず２倍高調波、３倍高調波等を用いることが可能である。たとえば、５３２ｎｍや３５５ｎｍなどの波長のレーザビームを使用することができる。

また、実施例においては、ガルバノスキャナでレーザビームをスキャンしたが、レーザビームのスキャンにはＤＭＤを用いてもよい。更に、基板を載置したステージを駆動して、レーザビームの入射位置を変化させることもできる。

更に、実施例においては、液晶表示素子のセル厚を５μｍとしたが、セル厚はこれに限られない。たとえば２μｍ〜１２μｍとすることが可能である。

また、正の光学異方性を有する液晶材料を用いたが、光学異方性が負の液晶材料を利用してもよい。

更に、配向膜は高プレティルト配向膜材料を使用して形成することもできる。垂直配向膜とすることも可能である。

また、実施例による液晶表示素子はＴＮ−ＬＣＤであるが、ＳＴＮ−ＬＣＤやＰＮ−ＬＣとしてもよい。また表示モードをＶＡモードとすることもできる。

更に、電極パターンを分け、徐々に表示する方法を採用してもよい。たとえば文字を表示する場合、書き順にあわせて表示を変化させることができる。

また、芸術作品、写真、直筆の表札などの画像データを取り込んで表示させることもできる。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

車載用ディスプレイ等、液晶ディスプレイ装置全般に利用することができる。

実施例による液晶表示素子の製造方法の概略を示すフローチャートである。 平行線状にアブレーション処理を施されたＩＴＯ膜を示す顕微鏡写真である。 線状エッチング処理を施された部分のガラス基板上の膜厚を示すグラフである。 ドット状にレーザエッチング処理を施されたＩＴＯ膜を示す顕微鏡写真である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、第１の実施例による製造方法で製造された液晶表示素子について説明するための図である。 （Ａ）は、レーザビームの照射による、ＩＴＯ膜の除去深さを示すグラフであり、（Ｂ）は、ガラス基板及び電極を示す断面図である。 第２の実施例による製造方法で製造された液晶表示素子の表示例を示す顕微鏡写真である。 電極に相互に厚さの異なる部分を形成することにより、実現可能な表示の一例を示す図である。 従来の液晶表示素子の製造方法の概略を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ 偏光板
１２ ガラス基板
１３ 共通電極
１４ 配向膜
１５ 液晶層
１６ 配向膜
１７ セグメント電極
１８ ガラス基板
１９ 偏光板

Claims (1)

1. （ａ）第１の透明基板上に第１の透明導電膜を、第２の透明基板上に第２の透明導電膜を形成する工程と、
   （ｂ）前記第１の透明導電膜、前記第２の透明導電膜の少なくとも一方に、照射条件を変化させてレーザビームを照射し、厚さ方向に階調を備える部分を形成する工程と、
   （ｃ）前記第１及び第２の透明基板上に、前記第１及び第２の透明導電膜を覆うように配向膜を形成し、該配向膜に配向処理を施す工程と、
   （ｄ）前記第１及び第２の透明基板の配向膜間に液晶層を形成する工程と
   を有する液晶表示素子の製造方法。