JP5515631B2 - Liquid crystal display device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関し、特に対向して配置された一対の基板間に液晶配向膜を介在して液晶が封入された液晶表示装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a liquid crystal display device in which liquid crystal is sealed with a liquid crystal alignment film interposed between a pair of opposed substrates and a method for manufacturing the same.
近年、液晶表示装置（液晶表示ディスプレイ（LCD：liquid crystal display））の高画質が進み、更に高いレベルのコントラスト化が求められている。垂直配向液晶は、無電界時に黒表示となるノーマリーブラックと呼ばれるモードにおいて、高コントラスト化を特徴としており、直視型パネルや液晶プロジェクタに用いられている。 In recent years, liquid crystal display devices (liquid crystal display (LCD)) have been improved in image quality, and higher levels of contrast have been demanded. Vertical alignment liquid crystal is characterized by high contrast in a mode called normally black, which displays black when no electric field is applied, and is used in direct-view type panels and liquid crystal projectors.
垂直配向液晶を採用する液晶表示装置においては、電極上に液晶分子を垂直配向させるための配向膜が必要となる。配向膜としては、一般にポリミド配向膜やシリコン酸化膜（例えばSiO2膜）等の無機配向膜が知られている。無機配向膜は、短波長の高エネルギ光による劣化がなく、耐光性に優れているので、小面積の液晶表示装置に強い光を照射する液晶プロジェクタに主に用いられている。 In a liquid crystal display device employing vertically aligned liquid crystal, an alignment film for vertically aligning liquid crystal molecules is required on the electrode. As alignment films, inorganic alignment films such as polyimide alignment films and silicon oxide films (for example, SiO 2 films) are generally known. The inorganic alignment film is mainly used in a liquid crystal projector that irradiates a small area liquid crystal display device with strong light because it is not deteriorated by high energy light having a short wavelength and has excellent light resistance.
ところが、ポリミド配向膜等の有機配向膜に比べて、無機配向膜の配向規制力は弱く、配向安定性が乏しい。これは、液晶分子が持つアルキル鎖とポリミド配向膜のアルキル鎖との間に強い親和性が働くのに対して、無機配向膜においては、斜方蒸着法を用いて形成された結晶のカラム（柱状）構造の形状効果が主な配向規制力となっているので、化学的な強い結合因子を持たず、垂直アンカリング力が有機−有機間よりも弱くなる。 However, compared to organic alignment films such as polyimide alignment films, the alignment regulating power of inorganic alignment films is weak and alignment stability is poor. This is because a strong affinity acts between the alkyl chain of the liquid crystal molecules and the alkyl chain of the polyimide alignment film, whereas in the inorganic alignment film, a crystal column ( Since the shape effect of the (columnar) structure is the main alignment regulating force, it does not have a strong chemical binding factor, and the vertical anchoring force is weaker than between organic and organic.
また、斜方蒸着法を用いて形成された無機配向膜は非常にポーラスであり、蒸着源から法線方向に対して垂直に成膜する通常の成膜法に比べ欠陥（未結合手）が多く存在する。これらの未結合手が存在すると液晶中の不純物イオンを吸着し易く、無機配向膜への不純物イオンの吸着は配向不良、焼き付き、駆動電圧の変動、電圧保持率（VHR：voltage holding ratio）の低下等の信頼性に問題を引き起こすことが知られている。 In addition, the inorganic alignment film formed by using the oblique deposition method is very porous, and has defects (unbonded hands) compared to the normal film formation method in which the film is formed perpendicularly to the normal direction from the evaporation source. There are many. The presence of these dangling bonds facilitates the adsorption of impurity ions in the liquid crystal, and the adsorption of impurity ions to the inorganic alignment film results in poor alignment, image sticking, fluctuations in driving voltage, and a decrease in voltage holding ratio (VHR). It is known to cause problems in reliability.
ここで、電圧保持率とは、スイッチングトランジスタに液晶容量及び保持容量が並列に接続された画素を行列状に配列したアクティブマトリクス回路において、保持容量に充電された電荷の１フレームにおける保持率である。電圧保持率が低下すると液晶層に所定の電圧がかからなくなり、駆動電圧の上昇、消費電力の増加、コントラストの低下、信頼性の低下、表示ムラの発生或いは変色の発生の原因になる。例えば、下記特許文献１及び２にはこのような電圧保持率の低下を防止する技術が提案されている。 Here, the voltage holding ratio is a holding ratio in one frame of charges charged in the holding capacitor in an active matrix circuit in which pixels having a liquid crystal capacitor and a holding capacitor connected in parallel to a switching transistor are arranged in a matrix. . When the voltage holding ratio is lowered, a predetermined voltage is not applied to the liquid crystal layer, which causes an increase in driving voltage, an increase in power consumption, a decrease in contrast, a decrease in reliability, occurrence of display unevenness or discoloration. For example, Patent Documents 1 and 2 below propose techniques for preventing such a decrease in voltage holding ratio.
また、上記信頼性に問題を引き起こすメカニズムの詳細は未だ明らかでなく、下記特許文献３に開示された高級アルコール処理技術、下記特許文献４及び５に開示されたシランカップリング処理技術、下記特許文献６に開示された金属アルコラート処理技術等が提案されているものの、根本的な解決に至っていないのが現状である。 Further, the details of the mechanism causing the problem in the reliability are not yet clear. The higher alcohol treatment technology disclosed in the following Patent Literature 3, the silane coupling treatment technology disclosed in the following Patent Literatures 4 and 5, and the following Patent Literature: Although the metal alcoholate treatment technology disclosed in No. 6 has been proposed, the current situation is that it has not yet reached a fundamental solution.
しかしながら、上記特許文献３乃至６に開示された処理技術を実際に用いて、液晶表示装置を試作したところ、液晶分子の配向状態を全く制御することができず、配向不良（ドメイン）が発生し、液晶表示装置の動作自体に問題が生じた。 However, when a liquid crystal display device was prototyped by actually using the processing techniques disclosed in Patent Documents 3 to 6, the alignment state of the liquid crystal molecules could not be controlled at all, resulting in alignment failure (domain). As a result, problems occur in the operation of the liquid crystal display device.
そこで、液晶表示装置の基板に無機配向膜を形成し、長鎖アルキルを含まないシランカップリング剤であるヘキサメチルジシラザン（HMDS：hexamethyldisilazane）にこの基板を浸漬した後、イソプロピルアルコール（IPA：isopropyl alcohol）により十分な残渣除去を行う手法を用い、無機配向膜の表面修飾を行った。この結果、未修飾の配向膜に近いプレチルトが得られ、蒸着角度によるプレチルト制御が可能になった。 Therefore, after forming an inorganic alignment film on the substrate of the liquid crystal display device and immersing this substrate in hexamethyldisilazane (HMDS), which is a silane coupling agent not containing a long chain alkyl, isopropyl alcohol (IPA: isopropyl) The surface of the inorganic alignment film was modified using a method that sufficiently removes residues with alcohol. As a result, a pretilt close to that of the unmodified alignment film was obtained, and pretilt control by the deposition angle became possible.
ところが、同条件下において、HMDSを用いた表面修飾であるにも関わらず、無機配向膜である斜方蒸着膜の成膜条件によって、安定した液晶分子の配向を得ることができない場合があった。 However, under the same conditions, despite the surface modification using HMDS, there were cases where stable liquid crystal molecule alignment could not be obtained depending on the deposition conditions of the obliquely deposited film, which is an inorganic alignment film. .
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、液晶配向膜の均一な表面修飾を実現し、安定した液晶分子の配向状態を得ることができ、信頼性を向上することができる液晶表示装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device capable of realizing uniform surface modification of a liquid crystal alignment film, obtaining a stable alignment state of liquid crystal molecules, and improving reliability.
更に、本発明は、液晶配向膜の均一な表面修飾を実現し、安定した液晶分子の配向状態を得ることができる液晶表示装置の製造方法を提供することにある。 It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a liquid crystal display device that can realize uniform surface modification of a liquid crystal alignment film and obtain a stable alignment state of liquid crystal molecules.
上記課題を解決するために、本発明の実施例に係る第１の特徴は、液晶表示装置において、第１の基板と、第１の基板上に配設され、第１の結晶欠陥密度を有する第１の膜内部層、及び第１の膜内部層上に形成され第１の結晶欠陥密度より高い第２の結晶欠陥密度を有する第１の膜表面層を備える第１の液晶配向膜と、第１の液晶配向膜の第１の膜表面層上に配設された液晶と、液晶上に配設され、第３の結晶欠陥密度を有する第２の膜表面層、及び第２の膜表面層上に形成され第３の結晶欠陥密度より低い第４の欠陥密度を有する第２の膜内部層を備える第２の液晶配向膜と、第２の膜内部層上に配設され、第１の基板に対向して配置された第２の基板とを備え、第１及び第２の膜内部層は、第１及び第２の基板を加熱して真空蒸着法を用いて形成された斜方蒸着配向膜であり、第１及び第２の膜表面層は、第１及び第２の膜内部層上にイオンアシスト蒸着法を用いて形成されるとともに、長鎖アルキル基を持たない界面活性剤によって表面修飾された斜方蒸着配向膜である。 In order to solve the above problems, a first aspect according to an embodiment of the present invention, in the liquid crystal display device, a first substrate, disposed on the first substrate, the first crystal defect density A first liquid crystal alignment film comprising: a first film inner layer having a first film surface layer formed on the first film inner layer and having a second crystal defect density higher than the first crystal defect density ; a liquid crystal disposed on the first membrane surface layer of the first liquid crystal alignment layer is disposed on the liquid crystal, the second film surface layer having a third crystal defect density, and the second A second liquid crystal alignment film comprising a second film inner layer formed on the film surface layer and having a fourth defect density lower than the third crystal defect density , and disposed on the second film inner layer; and a second substrate disposed to face the first substrate, the first and second film inner layer, use a vacuum deposition method by heating the first and second substrate And the first and second film surface layers are formed on the first and second film inner layers using an ion-assisted vapor deposition method, and a long-chain alkyl group. It is an oblique deposition film whose surface is modified by a surfactant that does not have any .
上記課題を解決するために、本発明の実施例に係る第２の特徴は、液晶表示装置において、第１の基板と、第１の基板上に配設され、第１の結晶欠陥密度を有する第１の膜内部層、及び第１の膜内部層上に形成され第１の結晶欠陥密度より高い第２の結晶欠陥密度を有する第１の膜表面層を備える第１の液晶配向膜と、第１の液晶配向膜の第１の膜表面層上に配設された液晶と、液晶上に配設され、第３の結晶欠陥密度を有する第２の膜表面層、及び第２の膜表面層上に形成され第３の結晶欠陥密度より低い第４の欠陥密度を有する第２の膜内部層を備える第２の液晶配向膜と、第２の膜内部層上に配設され、第１の基板に対向して配置された第２の基板とを備え、第１の液晶配向膜の第１の膜表面層の厚さは第１の液晶配向膜の第１の膜内部層の厚さに比べて薄く設定され、第２の液晶配向膜の第２の膜表面層の厚さは第２の液晶配向膜の第２の膜表面層の厚さに比べて薄く設定され、第１の液晶配向膜の第１の膜表面層、第２の液晶配向膜の第２の膜表面層のそれぞれの厚さは２０ｎｍ以上であり、第１の液晶配向膜の第１の膜内部層、第２の液晶配向膜の第２の膜表面層のそれぞれの厚さは４０ｎｍ以下であり、第１及び第２の液晶配向膜は、いずれも珪素を含む絶縁体の斜方蒸着配向膜であり、第１及び第２の膜内部層は、第１及び第２の基板を加熱して真空蒸着法を用いて形成された斜方蒸着配向膜であり、第１及び第２の膜表面層は、第１及び第２の膜内部層上にイオンアシスト蒸着法を用いて形成されるとともに、長鎖アルキル基を持たない界面活性剤によって表面修飾された斜方蒸着配向膜である。 In order to solve the above-described problem, a second feature according to an embodiment of the present invention is that, in the liquid crystal display device, the first substrate is disposed on the first substrate and has the first crystal defect density. A first liquid crystal alignment film comprising: a first film inner layer; and a first film surface layer formed on the first film inner layer and having a second crystal defect density higher than the first crystal defect density; A liquid crystal disposed on the first film surface layer of the first liquid crystal alignment film, a second film surface layer disposed on the liquid crystal and having a third crystal defect density, and a second film surface A second liquid crystal alignment film comprising a second film inner layer formed on the layer and having a fourth defect density lower than the third crystal defect density; and disposed on the second film inner layer, and a second substrate disposed to face the substrate, the thickness of the first film surface layer of the first liquid crystal alignment film in the first film of the first liquid crystal alignment film Is set thinner than the thickness of the layer, the thickness of the second film surface layer of the second liquid crystal alignment layer is set thinner than the thickness of the second film surface layer of the second liquid crystal alignment film The thickness of each of the first film surface layer of the first liquid crystal alignment film and the second film surface layer of the second liquid crystal alignment film is 20 nm or more, and the first film of the first liquid crystal alignment film The thicknesses of the inner layer and the second film surface layer of the second liquid crystal alignment film are each 40 nm or less, and both the first and second liquid crystal alignment films are oblique vapor deposition alignment of an insulator containing silicon. The first and second film inner layers are obliquely deposited alignment films formed by using a vacuum deposition method by heating the first and second substrates, and the first and second films The surface layer is formed on the first and second film inner layers using an ion-assisted deposition method, and is surfaced by a surfactant having no long chain alkyl group. Is a decoration has been obliquely evaporated alignment film.
上記課題を解決するために、本発明の実施例に係る第３の特徴は、液晶表示装置の製造方法において、基板上に、珪素を含む絶縁体から構成され、第１の結晶欠陥密度を有する膜内部層を形成する膜内部層形成工程と、膜内部層上に、珪素を含む絶縁体から構成され、第１の結晶欠陥密度より高い第２の結晶欠陥密度を有する膜表面層を形成する膜表面層形成工程と、を有する液晶配向膜を形成する液晶配向膜形成工程と、液晶配向膜の膜表面層の疎水処理を行う工程と、を備え、膜内部層形成工程は、基板を加熱し真空蒸着法を用いて斜方蒸着配向膜である膜内部層を形成し、膜表面層形成工程は、膜内部層上にイオンアシスト蒸着法を用いて斜方蒸着配向膜である膜表面層を形成する。 In order to solve the above-described problem, a third feature according to an embodiment of the present invention is that, in the method for manufacturing a liquid crystal display device, the substrate is made of an insulator containing silicon and has a first crystal defect density. A film inner layer forming step for forming a film inner layer, and a film surface layer made of an insulator containing silicon and having a second crystal defect density higher than the first crystal defect density are formed on the film inner layer. A liquid crystal alignment film forming step for forming a liquid crystal alignment film, and a step of performing a hydrophobic treatment on the film surface layer of the liquid crystal alignment film, wherein the film inner layer forming step heats the substrate The film inner layer, which is an oblique deposition film, is formed using a vacuum deposition method, and the film surface layer forming step is performed on the film surface layer, which is an oblique deposition film, using an ion-assisted deposition method. Form .
本発明によれば、液晶配向膜の均一な表面修飾を実現し、安定した液晶分子の配向状態を得ることができ、信頼性を向上することができる液晶表示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a liquid crystal display device capable of realizing uniform surface modification of a liquid crystal alignment film, obtaining a stable alignment state of liquid crystal molecules, and improving reliability.
更に、本発明によれば、液晶配向膜の均一な表面修飾を実現し、安定した液晶分子の配向状態を得ることができる液晶表示装置の製造方法を提供することができる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a liquid crystal display device that can achieve uniform surface modification of a liquid crystal alignment film and obtain a stable alignment state of liquid crystal molecules.
次に、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic and different from actual ones. In addition, there may be a case where the dimensional relationships and ratios are different between the drawings.
また、以下に示す実施例はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the following embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention specifies the arrangement of each component as follows. It is not what you do. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.
（実施例）
本発明の実施例は、液晶プロジェクタに使用される反射型液晶表示装置に本発明を適用した例について説明する。
(Example)
In the embodiment of the present invention, an example in which the present invention is applied to a reflective liquid crystal display device used in a liquid crystal projector will be described.
［液晶表示装置の画素の回路構成］
図２に示すように、実施例に係る液晶表示装置１においては、ゲート走査線Ｌｇとそれに交差するソース走査線（又はドレイン走査線）Ｌｓとの交差部に画素Ｐが配設されている。ゲート走査線Ｌｇは、図２中、横方向に延在し、図示しないが縦方向に一定間隔において複数本配列されている。ソース走査線Ｌｓは、ここではゲート走査線Ｌｇに対して直交し、図２中、縦方向に延在し、図示しないが横方向に一定間隔において複数本配列されている。画素Ｐは、ゲート走査線Ｌｇとソース走査線Ｌｓとの各交差部に各々配設され、横方向並びに縦方向に行列状に配列されている。つまり、画素Ｐはアクティブマトリックスを構築する。
[Circuit configuration of pixel of liquid crystal display device]
As shown in FIG. 2, in the liquid crystal display device 1 according to the embodiment, the pixel P is disposed at the intersection of the gate scanning line Lg and the source scanning line (or drain scanning line) Ls that intersects the gate scanning line Lg. In FIG. 2, the gate scanning lines Lg extend in the horizontal direction, and a plurality of gate scanning lines Lg are arranged at regular intervals in the vertical direction (not shown). Here, the source scanning lines Ls are orthogonal to the gate scanning lines Lg, extend in the vertical direction in FIG. 2, and are arranged in a plurality at a constant interval in the horizontal direction (not shown). The pixels P are arranged at respective intersections between the gate scanning lines Lg and the source scanning lines Ls, and are arranged in a matrix in the horizontal direction and the vertical direction. That is, the pixel P constructs an active matrix.
画素Ｐは、スイッチング素子として使用されるトランジスタＴと、液晶容量ＣＬＣと、保持容量Ｃｓｔとを備えている。トランジスタＴの一方の主電極例えばソース電極はソース走査線Ｌｓに電気的に接続され、ゲート電極はゲート走査線Ｌｇに電気的に接続されている。トランジスタＴの他方の主電極例えばドレイン電極は液晶容量ＣＬＣの一方の電極、保持容量Ｃｓｔの一方の電極のそれぞれに電気的に並列に接続されている。液晶容量ＣＬＣの他方の電極は電圧Ｖ１に接続され、保持容量Ｃｓｔの他方の電極は電圧Ｖ２に接続されている。 The pixel P includes a transistor T used as a switching element, a liquid crystal capacitor C LC, and a storage capacitor C st . One main electrode, for example, the source electrode of the transistor T is electrically connected to the source scanning line Ls, and the gate electrode is electrically connected to the gate scanning line Lg. The other main electrode, for example, the drain electrode, of the transistor T is electrically connected in parallel to one electrode of the liquid crystal capacitor CLC and one electrode of the storage capacitor Cst . The other electrode of the liquid crystal capacitor C LC is connected to the voltage V1, the other electrode of the storage capacitor C st is coupled to the voltage V2.
［液晶表示装置のデバイス構造］
図１に示すように、実施例に係る液晶表示装置（反射型液晶表示装置）１は、第１の基板１１と、第１の基板１１上に配設され、第１の膜内部層２１１の結晶欠陥密度に比べて第１の膜表面層２１２の結晶欠陥密度が高い第１の液晶配向膜２１と、第１の液晶配向膜２１の第１の膜表面層２１２上に配設された液晶４と、液晶４上に配設され、第２の膜内部層３３１の結晶欠陥密度に比べて液晶４側の第２の膜表面層３３２の結晶欠陥密度が高い第２の液晶配向膜３３と、第２の液晶配向膜３３の第２の膜内部層３３１上に配設され、第１の基板１１に対向して配置された第２の基板３１とを備えている。
[Device structure of liquid crystal display]
As shown in FIG. 1, a liquid crystal display device (reflective liquid crystal display device) 1 according to an embodiment is disposed on a first substrate 11 and a first substrate 11, and includes a first film inner layer 211. The first liquid crystal alignment film 21 in which the crystal defect density of the first film surface layer 212 is higher than the crystal defect density, and the liquid crystal disposed on the first film surface layer 212 of the first liquid crystal alignment film 21 4 and a second liquid crystal alignment film 33 disposed on the liquid crystal 4 and having a crystal defect density of the second film surface layer 332 on the liquid crystal 4 side higher than that of the second film inner layer 331. A second substrate 31 disposed on the second film inner layer 331 of the second liquid crystal alignment film 33 and disposed opposite to the first substrate 11.
第１の基板１１は、図示しない駆動回路が組み込まれ、図２に示すゲート走査線Ｌｇ、ソース走査線Ｌｓ、画素Ｐを配設したアクティブマトリックス基板（又はＩＣ基板）である。実施例に係る液晶表示装置１において、第１の基板１１には例えばシリコン単結晶基板が使用される。第２の基板３１は光透過性を有し、この第２の基板３１の液晶４側の表面上にはアクティブマトリックス状に配列された画素Ｐに共通の電極３２Ｅが配設されている。第２の基板３１には例えば透明ガラス基板が使用される。 The first substrate 11 is an active matrix substrate (or IC substrate) in which a driving circuit (not shown) is incorporated and the gate scanning lines Lg, source scanning lines Ls, and pixels P shown in FIG. In the liquid crystal display device 1 according to the embodiment, for example, a silicon single crystal substrate is used as the first substrate 11. The second substrate 31 has optical transparency, and an electrode 32E common to the pixels P arranged in an active matrix is provided on the surface of the second substrate 31 on the liquid crystal 4 side. For example, a transparent glass substrate is used as the second substrate 31.
画素ＰのトランジスタＴ及び保持容量Ｃｓｔは第１の基板１１の液晶４側の主面（表面）に配設されている。同様に、液晶容量ＣＬＣの一部は第１の基板１１の液晶４側の主面に配設されている。液晶容量ＣＬＣの他の一部は第２の基板３１の液晶４側の主面上に配設されている。 The transistor T and the storage capacitor Cst of the pixel P are disposed on the main surface (front surface) of the first substrate 11 on the liquid crystal 4 side. Similarly, a portion of the liquid crystal capacitance C LC is disposed on the main surface of the liquid crystal 4 side of the first substrate 11. Another portion of the liquid crystal capacitance C LC is disposed on the main surface of the liquid crystal 4 side of the second substrate 31.
トランジスタＴは、第１の基板１１の主面部に互いに離間して配設された一方の主電極１２Ｓ及び他方の主電極１２Ｄと、一方の主電極１２Ｓと他方の主電極１２Ｄとの間において第１の基板１１の主面上に配設されたゲート絶縁膜１３Ｇと、ゲート絶縁膜１３Ｇ上のゲート電極１４Ｇとを備えている。一方の主電極１２Ｓ及び他方の主電極１２Ｄは、第１の基板１１の導電型又はこの第１の基板１１の主面部に配設されたウエル領域の導電型とは反対の導電型、例えばｎ型を有する半導体領域（拡散領域）により構成されている。ゲート絶縁膜１３Ｇは、例えば珪素を含むシリコン酸化（例えばSiO2）膜若しくはシリコン窒化（例えばSi3N4）膜の単層、又はそれらを組み合わせた複合膜により構成されている。ゲート電極１４Ｇは、例えばシリコン多結晶膜、高融点金属膜、シリコンと高融点金属との化合物であるシリサイド膜の単層、又はそれらを組み合わせた複合膜により構成されている。すなわち、実施例に係るトランジスタは、MOSFET（metal oxide field effect transistor）、 MISFET（metal insulator field effect transistor）のいずれも含む絶縁ゲート型電解効果トランジスタにより構成されている。 The transistor T includes a first main electrode 12S and the other main electrode 12D which are disposed apart from each other on the main surface portion of the first substrate 11, and the first main electrode 12S and the other main electrode 12D. A gate insulating film 13G disposed on the main surface of one substrate 11 and a gate electrode 14G on the gate insulating film 13G are provided. One main electrode 12S and the other main electrode 12D have a conductivity type opposite to the conductivity type of the first substrate 11 or the conductivity type of the well region disposed on the main surface portion of the first substrate 11, for example, n A semiconductor region (a diffusion region) having a mold is used. The gate insulating film 13G is formed of, for example, a single layer of a silicon oxide (eg, SiO 2 ) film containing silicon, a silicon nitride (eg, Si 3 N 4 ) film, or a composite film combining them. The gate electrode 14G is composed of, for example, a silicon polycrystalline film, a refractory metal film, a single layer of a silicide film that is a compound of silicon and a refractory metal, or a composite film that combines them. That is, the transistor according to the embodiment is constituted by an insulated gate field effect transistor including both a MOSFET (metal oxide field effect transistor) and a MISFET (metal insulator field effect transistor).
トランジスタＴの一方の主電極１２Ｓには、層間絶縁膜１５上に配設された配線１６Ｓがその層間絶縁膜１５に形成された符号を付していない接続孔を通して電気的に接続されている。配線１６Ｓはソース走査線Ｌｓとして使用されている。配線１６Ｓは液晶表示装置１における第１層目金属パターンであり、この第１層目金属パターンには例えばアルミニウム合金膜が使用されている。トランジスタＴのゲート電極１４Ｇはそのゲート長方向に隣り合う他の画素ＰのトランジスタＴのゲート電極１４Ｇと一体に構成され、これらはゲート走査線Ｌｇを構成している。 A wiring 16S disposed on the interlayer insulating film 15 is electrically connected to one main electrode 12S of the transistor T through a connection hole which is formed in the interlayer insulating film 15 and is not labeled. The wiring 16S is used as the source scanning line Ls. The wiring 16S is a first-layer metal pattern in the liquid crystal display device 1. For example, an aluminum alloy film is used for the first-layer metal pattern. The gate electrode 14G of the transistor T is integrally formed with the gate electrode 14G of the transistor T of another pixel P adjacent in the gate length direction, and these constitute a gate scanning line Lg.
保持容量Ｃｓｔは、トランジスタＴに隣り合う領域において、第１の基板１１の主面部に配設された他方の電極１２Ｅと、この他方の電極１２Ｅ上の誘電体膜１３Ｄと、この誘電体膜１３Ｄ上の一方の電極１４Ｅとを備えている。他方の電極１２Ｅは、ここではトランジスタＴの一方の主電極１２Ｓ及び他方の主電極１２Ｄと同一層により形成され、かつ同一導電型を有する半導体領域により構成されている。誘電体膜１３Ｄは、ゲート電極１３Ｇと同一層により形成され、かつ同一導電性材料により形成されている。一方の電極１４Ｅは、ゲート電極１４Ｇと同一層により形成され、かつ同一導電性材料により構成されている。保持容量Ｃｓｔの一方の電極１４Ｅは配線１６Ｌを通してトランジスタＴの他方の主電極１２Ｄに電気的に接続されている。配線１６Ｌは配線１６Ｓと同一層により形成され、かつ同一導電性材料により形成されている。 In the region adjacent to the transistor T, the storage capacitor Cst includes the other electrode 12E disposed on the main surface portion of the first substrate 11, the dielectric film 13D on the other electrode 12E, and the dielectric film. One electrode 14E on 13D. Here, the other electrode 12E is formed of the same layer as the one main electrode 12S and the other main electrode 12D of the transistor T, and is formed of a semiconductor region having the same conductivity type. The dielectric film 13D is formed of the same layer as the gate electrode 13G and is formed of the same conductive material. One electrode 14E is formed of the same layer as the gate electrode 14G and is made of the same conductive material. One electrode 14E of the storage capacitor C st is electrically connected to the other main electrode 12D of the transistor T through the wiring 16L. The wiring 16L is formed of the same layer as the wiring 16S and is formed of the same conductive material.
液晶容量ＣＬＣは、画素Ｐの領域において、第１の基板１１の主面上に配設された一方の電極２０Ｅと、この一方の電極２０Ｅ上の液晶４を含む誘電体膜と、この誘電体膜上において第２の基板３１の液晶４側に配設された電極（他方の電極）３２Ｅとを備えている。 In the region of the pixel P, the liquid crystal capacitor CLC includes one electrode 20E disposed on the main surface of the first substrate 11, a dielectric film including the liquid crystal 4 on the one electrode 20E, and the dielectric film And an electrode (the other electrode) 32E disposed on the liquid crystal 4 side of the second substrate 31 on the body film.
一方の電極２０Ｅは、層間絶縁膜１７及び１９上に配設され、それらに形成された符号を付していない接続孔を通して配線１６Ｌに電気的に接続されている。一方の電極２０Ｅは液晶表示装置１における第３層目金属パターンであり、この第３層目金属パターンには例えばアルミニウム合金膜が使用されている。ここで、層間絶縁膜１７と１９との間には遮光層１８が配設されている。遮光層１８は液晶表示装置１における第２層目金属パターンであり、この第２層目金属パターンには例えばアルミニウム合金膜が使用されている。他方の電極３２Ｅは第２の基板３１の表面上に形成され、この他方の電極３２Ｅには例えば透明電極具体的には酸化錫インジウム合金（ITO：indium tin oxide）膜が使用される。 One electrode 20E is disposed on the interlayer insulating films 17 and 19, and is electrically connected to the wiring 16L through a connection hole not provided with a reference numeral formed thereon. One electrode 20E is a third layer metal pattern in the liquid crystal display device 1, and an aluminum alloy film, for example, is used for the third layer metal pattern. Here, a light shielding layer 18 is disposed between the interlayer insulating films 17 and 19. The light shielding layer 18 is a second-layer metal pattern in the liquid crystal display device 1, and an aluminum alloy film, for example, is used for the second-layer metal pattern. The other electrode 32E is formed on the surface of the second substrate 31, and for example, a transparent electrode, specifically, an indium tin oxide (ITO) film is used for the other electrode 32E.
液晶容量ＣＬＣの誘電体膜は、第１の基板１１の主面上であって一方の電極２０Ｅ上に配設された第１の液晶配向膜２１と、第２の基板３１の液晶４側の表面上であって他方の電極３２Ｅ上に配設された第２の液晶配向膜３３と、第１の液晶配向膜２１と第２の液晶配向膜３３との間に封入された液晶４とを備えている。液晶４には例えば垂直配向液晶が使用されている。なお、第１の液晶配向膜２１及び第２の液晶配向膜３３の構成は後述する。 The dielectric film of the liquid crystal capacitance C LC includes a first liquid crystal alignment layer 21 disposed on the first one of the electrodes 20E a on the main surface of the substrate 11, the liquid crystal 4 side of the second substrate 31 A second liquid crystal alignment film 33 disposed on the other electrode 32E, and a liquid crystal 4 sealed between the first liquid crystal alignment film 21 and the second liquid crystal alignment film 33; It has. For the liquid crystal 4, for example, vertical alignment liquid crystal is used. The configurations of the first liquid crystal alignment film 21 and the second liquid crystal alignment film 33 will be described later.
第１の基板１１及び第２の基板３１の周縁部において、第１の基板１１と第２の基板３１との間にはスペーサ５及びシール剤６が配設されている。スペーサ５は、第１の基板１１と第２の基板３１との離間間隔を一定に保持し、第１の液晶配向膜２１と第２の液晶配向膜３３との間に液晶４を封入する空間を生成する。シール剤６は、第１の基板１１と第２の基板３１とを接着し、液晶４を封入する空間を気密封止するとともに、スペーサ５を保持する機能を有する。 Spacers 5 and a sealing agent 6 are disposed between the first substrate 11 and the second substrate 31 at the peripheral portions of the first substrate 11 and the second substrate 31. The spacer 5 maintains a constant spacing between the first substrate 11 and the second substrate 31, and is a space that encloses the liquid crystal 4 between the first liquid crystal alignment film 21 and the second liquid crystal alignment film 33. Is generated. The sealing agent 6 has a function of adhering the first substrate 11 and the second substrate 31, hermetically sealing a space in which the liquid crystal 4 is sealed, and holding the spacer 5.
［液晶配向膜の構造］
実施例に係る液晶表示装置１において、第１の液晶配向膜２１は第１の基板１１側の第１の膜内部層（バルク）２１１と、この第１の膜内部層２１１上であって液晶４側に配設され結晶欠陥密度が高い第１の膜表面層２１２との２層構造を備えている。第１の膜表面層２１２の厚さは第１の膜内部層２１１の厚さよりも薄く設定されている。同様に、第２の液晶配向膜３３は第２の基板３１側の第２の膜内部層（バルク）３３１と、この第２の膜内部層３３１上であって液晶４側に配設され結晶欠陥密度が高い第２の膜表面層３３２との２層構造を備えている。第２の膜表面層３３２の厚さは第２の膜内部層３３１の厚さよりも薄く設定されている。第１の液晶配向膜２１、第２の液晶配向膜３３はいずれも無機配向膜であるシリコン系絶縁膜により形成されている。実施例において、シリコン系絶縁膜にはシリコン酸化（SiO2）膜の斜方蒸着配向膜が使用される。そして、第１の膜表面層２１２、第２の膜表面層３３２にはいずれも長鎖アルキル基を持たない界面活性剤によって表面修飾された（疎水処理された）斜方蒸着配向膜が使用される。
[Structure of liquid crystal alignment film]
In the liquid crystal display device 1 according to the embodiment, the first liquid crystal alignment film 21 is formed on the first film inner layer (bulk) 211 on the first substrate 11 side and the first film inner layer 211 on the liquid crystal. It has a two-layer structure with a first film surface layer 212 disposed on the fourth side and having a high crystal defect density. The thickness of the first film surface layer 212 is set to be thinner than the thickness of the first film inner layer 211. Similarly, the second liquid crystal alignment film 33 is disposed on the liquid crystal 4 side on the second film inner layer (bulk) 331 on the second substrate 31 side and on the second film inner layer 331. It has a two-layer structure with a second film surface layer 332 having a high defect density. The thickness of the second film surface layer 332 is set to be thinner than the thickness of the second film inner layer 331. The first liquid crystal alignment film 21 and the second liquid crystal alignment film 33 are both formed of a silicon-based insulating film that is an inorganic alignment film. In the embodiment, the silicon-based insulating film is an obliquely deposited alignment film of a silicon oxide (SiO 2 ) film. The first film surface layer 212 and the second film surface layer 332 are both obliquely deposited alignment films that have been surface-modified (hydrophobized) by a surfactant having no long-chain alkyl group. The
無機配向膜の表面には多くのシリコン（Si）原子の未結合手（ダングリングボンド）やSi原子同士が結合したダイマー構造（Si−Si結合）が形成されている。Si原子の未結合手は、液晶４中や雰囲気中の水分等との反応によってOH基や水素により終端され易い。シランカップリング剤は無機配向膜の表面のOH基と置換されるので、安定した液晶配向を得るには、シランカップリング剤による無機配向膜の表面修飾を行う際、表面全体が均一にOH基により覆われている必要がある。しかし、通常、無機配向膜の成膜後の表面の未結合手密度は非常に不均一であるために、無機配向膜の表面には部分的に表面修飾が行われ、修飾部分と未修飾部分との液晶分子の配向規制力が異なるために、液晶分子に配向不良が生じる。 A large number of dangling bonds (dangling bonds) of silicon (Si) atoms and a dimer structure (Si-Si bonds) in which Si atoms are bonded are formed on the surface of the inorganic alignment film. The dangling bonds of Si atoms are easily terminated by OH groups or hydrogen by reaction with moisture in the liquid crystal 4 or the atmosphere. Since the silane coupling agent is substituted with the OH group on the surface of the inorganic alignment film, to obtain a stable liquid crystal alignment, when the surface of the inorganic alignment film is modified with the silane coupling agent, the entire surface is uniformly OH group. Need to be covered by. However, since the unbonded hand density of the surface after the formation of the inorganic alignment film is usually very nonuniform, the surface of the inorganic alignment film is partially modified, so that the modified portion and the unmodified portion Since the alignment regulating force of the liquid crystal molecules is different from that of the liquid crystal molecules, alignment defects occur in the liquid crystal molecules.
この対策としては、疎水処理の前処理として親水処理を施す手法（特開２００６−２５５８１１号公報参照。）が知られている。親水処理には、UVオゾン照射やO2プラズマ照射等が一般的に使用される。ところが、実際に、基板加熱温度を200℃に設定して成膜された無機配向膜に対し、親水処理を行い、更にHMDSによる疎水処理を行ったところ、液晶分子の配向不良が増大し、更に多くの配向不良が発生した。 As a countermeasure against this, a technique of performing a hydrophilic treatment as a pretreatment of a hydrophobic treatment (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-255811) is known. For the hydrophilic treatment, UV ozone irradiation, O 2 plasma irradiation or the like is generally used. However, in practice, the inorganic alignment film formed with the substrate heating temperature set to 200 ° C. was subjected to a hydrophilic treatment and further subjected to a hydrophobic treatment by HMDS. Many orientation failures occurred.
本願発明者は、このような現象に鑑み、以下の基礎実験を試みた。まず、加速電圧800V、加速電流100mAの条件下においてイオンアシスト蒸着（IAD：ion assist deposition）法を用いて無機配向膜を成膜し、この無機配向膜に同様のHMDSを用いた表面修飾を行った。この無機配向膜において、液晶分子の配向不良が生じなかった。 In view of such a phenomenon, the inventor of the present application tried the following basic experiment. First, an inorganic alignment film is formed using ion assist deposition (IAD) under the conditions of an acceleration voltage of 800 V and an acceleration current of 100 mA, and surface modification using the same HMDS is performed on the inorganic alignment film. It was. In this inorganic alignment film, alignment defects of liquid crystal molecules did not occur.
そこで、基板加熱蒸着法を用いて成膜した無機配向膜、イオンアシスト蒸着法を用いて成膜した無機配向膜のそれぞれの接触角の測定を表面修飾後に行い、双方の比較を行った。基板加熱蒸着法を用いた場合の接触角は55度程度であるのに対し、イオンアシスト蒸着法を用いた場合の接触角は78度程度であった。接触角は表面形状によっても大きく変化するが、走査型電子顕微鏡（SEM：scanning electron microscope）や原子間力顕微鏡（AFM：atomic force microscope）を使用し観察を行うと双方の表面形状はほぼ同様であり、この表面エネルギの違いはHMDSの付着量を意味する。 Therefore, the contact angles of the inorganic alignment film formed using the substrate heating vapor deposition method and the inorganic alignment film formed using the ion assist vapor deposition method were measured after the surface modification, and both were compared. The contact angle when using the substrate heating vapor deposition method is about 55 degrees, whereas the contact angle when using the ion assist vapor deposition method is about 78 degrees. The contact angle varies greatly depending on the surface shape, but when using a scanning electron microscope (SEM) or atomic force microscope (AFM), the surface shapes of both are almost the same. Yes, this difference in surface energy means the amount of HMDS deposited.
基板加熱蒸着法の場合に比べイオンアシスト蒸着法の場合の方が疎水性が強いことから、HMDSの付着量が多いことが判明した。イオンアシスト蒸着法を用いて成膜された無機配向膜は基板加熱蒸着法を用いて成膜された無機配向膜に比べて欠陥密度が高いため、成膜後取り出し時にOH基が膜表面全体に付加する。界面活性剤例えばシランカップリング剤は無機配向膜の表面のOH基と置換されることから、イオンアシスト蒸着法の方がHMDS付着量が多くなったと考えられる。 It was found that the amount of HMDS deposited was larger in the ion-assisted deposition method than in the substrate heating deposition method because it was more hydrophobic. Since the inorganic alignment film formed using ion-assisted deposition has a higher defect density than the inorganic alignment film formed using substrate heating evaporation, OH groups are deposited on the entire film surface after removal after film formation. Append. Since surfactants such as silane coupling agents are substituted with OH groups on the surface of the inorganic alignment film, it is considered that the amount of HMDS deposited is higher in the ion-assisted deposition method.
基板加熱温度を200℃に設定し成膜された無機配向膜、すなわち結晶欠陥密度の低い膜表面においてはHMDSの付着が少なく、従って膜表面の全体が均一に表面修飾されることなく、配向不良が生じると推察される。このような基礎実験並びにその考察の結果から、イオンアシスト蒸着法を用いて成膜された無機配向膜においては、液晶分子の配向を安定化させることができるが、基板加熱蒸着法を用いて成膜された無機配向膜に比べて素子IV抵抗が低くなり、保持容量Ｃｓｔの電圧保持率（VHR）が低下する。 Inorganic alignment film formed with substrate heating temperature set to 200 ° C, that is, low HMDS adhesion on the surface of the film with low crystal defect density, so the entire film surface is not uniformly surface modified, resulting in poor alignment It is assumed that will occur. From the results of such basic experiments and considerations, the alignment of the liquid crystal molecules can be stabilized in the inorganic alignment film formed using the ion-assisted evaporation method. the lower the element IV resistance than the membrane inorganic alignment film, the voltage holding ratio of the storage capacitor C st (VHR) is reduced.
実施例に係る試料として、50mm2の電極面積を有するアルミニウム電極がパターンニングされた一対の基板を準備し、双方の基板のアルミニウム電極上に100nmの膜厚を有する無機配向膜を成膜し、一対の基板間に液晶を封入し、液晶表示装置を製作した。基板加熱蒸着法を用いて成膜した無機配向膜を有する液晶表示装置（試料）においては、素子IV抵抗が約800GΩと高く、電圧保持率は99.7%程度と高い結果が得られた。これに対して、加速電圧800V、加速電流100mAの条件に設定したイオンアシスト蒸着法を用いて成膜された無機配向膜を有する液晶表示装置（試料）においては、素子IV抵抗が約200GΩと低く、電圧保持率が96.6%程度と低い結果が得られた。 As a sample according to the example, a pair of substrates in which an aluminum electrode having an electrode area of 50 mm 2 is patterned is prepared, and an inorganic alignment film having a thickness of 100 nm is formed on the aluminum electrodes of both substrates, Liquid crystal was sealed between a pair of substrates to produce a liquid crystal display device. In the liquid crystal display device (sample) having an inorganic alignment film formed by using the substrate heating vapor deposition method, the element IV resistance was as high as about 800 GΩ, and the voltage holding ratio was as high as about 99.7%. On the other hand, in a liquid crystal display device (sample) having an inorganic alignment film formed by using ion-assisted deposition method set to conditions of acceleration voltage 800V and acceleration current 100mA, the element IV resistance is as low as about 200GΩ. As a result, a low voltage holding ratio of about 96.6% was obtained.
以上の基礎実験並びにその考察結果に基づき、実施例に係る液晶表示装置１は、第１の基板１１上に基板加熱蒸着法を用いた無機配向膜である第１の膜内部層２１１を成膜し、この第１の膜内部層２１１上にイオンアシスト蒸着法を用いて無機配向膜である第１の膜表面層２１２を成膜した第１の液晶配向膜２１を備えるとともに、同様に第２の基板３１上に基板加熱蒸着法を用いた無機配向膜である第２の膜内部層３３１を成膜し、この第２の膜内部層３３１上にイオンアシスト蒸着法を用いて無機配向膜である第２の膜表面層３３２を成膜した第２の液晶配向膜３３を備える。第１の液晶配向膜２１の第１の膜表面層２１２並びに第２の液晶配向膜３３の第２の膜表面層３３２には、いずれも成膜後に疎水処理（表面修飾）具体的にはHMDSへの浸漬によるシランカップリング処理が施される。第１の膜表面層２１２、第２の膜表面層３３２のそれぞれの膜厚を例えば30nm程度に成膜した場合、液晶分子の配向状態は均一化されかつ良好であり、素子IV抵抗は高いままで電圧保持率の低下は確認できなかった。第１の液晶配向膜２１及び第２の液晶配向膜３３において、基板加熱蒸着法を用いて成膜された第１の膜内部層２１１及び第２の膜内部層３３１を備えたことによって電圧保持率の低下を防ぐことができ、イオンアシスト蒸着法を用いて結晶欠陥密度の高い第１の膜表面層２１２及び第２の膜表面層３３２を備えたことによって表面修飾を均一化し液晶分子の配向状態を安定化させ、ドメインの生成を防止することができる。 Based on the above basic experiment and the result of the consideration, the liquid crystal display device 1 according to the example forms the first film inner layer 211 which is an inorganic alignment film using the substrate heating vapor deposition method on the first substrate 11. In addition, the first liquid crystal alignment film 21 in which the first film surface layer 212 that is an inorganic alignment film is formed on the first film inner layer 211 by using the ion-assisted deposition method is used. A second film inner layer 331, which is an inorganic alignment film using a substrate heating vapor deposition method, is formed on the substrate 31, and an inorganic alignment film is formed on the second film inner layer 331 using an ion-assisted vapor deposition method. A second liquid crystal alignment film 33 on which a certain second film surface layer 332 is formed is provided. The first film surface layer 212 of the first liquid crystal alignment film 21 and the second film surface layer 332 of the second liquid crystal alignment film 33 are both subjected to hydrophobic treatment (surface modification), specifically HMDS after film formation. A silane coupling treatment is performed by dipping in the glass. When the film thickness of each of the first film surface layer 212 and the second film surface layer 332 is formed to about 30 nm, for example, the alignment state of the liquid crystal molecules is uniform and good, and the element IV resistance is high. Until then, the decrease in voltage holding ratio could not be confirmed. The first liquid crystal alignment film 21 and the second liquid crystal alignment film 33 are provided with the first film inner layer 211 and the second film inner layer 331 formed by using the substrate heating vapor deposition method, thereby maintaining the voltage. The first film surface layer 212 and the second film surface layer 332 having a high crystal defect density can be prevented by using an ion-assisted deposition method, thereby making the surface modification uniform and aligning the liquid crystal molecules. It can stabilize the state and prevent domain generation.
図３（Ａ）は基板加熱蒸着法を用いて成膜された無機配向膜上にイオンアシスト蒸着法を用いて成膜された無機配向膜の膜厚とその表面にHMDS表面修飾を行った後の接触角との関係を示す。横軸はイオンアシスト蒸着法を用いて成膜された無機配向膜の膜厚（nm）であり、縦軸は接触角（deg.）である。図３（Ｂ）に示すように、基板加熱蒸着法を用いて成膜された無機配向膜は、第１の液晶配向膜２１の第１の膜内部層２１１、第２の液晶配向膜３３の第２の膜内部層３３１に相当し、100nmの一定の膜厚に設定されている。イオンアシスト蒸着法を用いて成膜された無機配向膜は、第１の液晶配向膜２１の第１の膜表面層２１２、第２の液晶配向膜３３の第２の膜表面層３３２に相当する。なお、基板加熱蒸着法、イオンアシスト蒸着法のそれぞれを用いた無機配向膜の成膜は同一チャンバ内において連続で大気開放がなく成膜される。 FIG. 3A shows the thickness of an inorganic alignment film formed using an ion-assisted evaporation method on an inorganic alignment film formed using a substrate heating vapor deposition method and the surface after HMDS surface modification. The relationship with the contact angle of is shown. The horizontal axis represents the film thickness (nm) of the inorganic alignment film formed by ion-assisted deposition, and the vertical axis represents the contact angle (deg.). As shown in FIG. 3B, the inorganic alignment film formed by using the substrate heating vapor deposition method includes the first film inner layer 211 of the first liquid crystal alignment film 21 and the second liquid crystal alignment film 33. It corresponds to the second film inner layer 331 and is set to a constant film thickness of 100 nm. The inorganic alignment film formed using the ion-assisted deposition method corresponds to the first film surface layer 212 of the first liquid crystal alignment film 21 and the second film surface layer 332 of the second liquid crystal alignment film 33. . The inorganic alignment film using the substrate heating vapor deposition method and the ion assist vapor deposition method is continuously formed in the same chamber without opening to the atmosphere.
図３（Ａ）に示すように、イオンアシスト蒸着法を用いて成膜された無機配向膜は、20nmに満たない膜厚の場合には接触角が小さくなり、比較的弱い撥水性を示す。シリコン系無機配向膜、具体的にはSiO2膜自体は超親水性であり、表面修飾が行われない場合の接触角はほぼ180度である。また、HMDSは撥水処理にも使用される材料であり、表面修飾後の接触角を測定することでHMDSの被服率を評価することができる。従って、イオンアシスト蒸着法を用いて成膜された無機配向膜の膜厚が20nmに満たない場合にはHMDSの付着が不十分であり、この無機配向膜の最表面のエネルギは下地である結晶欠陥密度が低い基板加熱蒸着法を用いて成膜された無機配向膜の影響を受ける。 As shown in FIG. 3A, the inorganic alignment film formed by using the ion-assisted vapor deposition method has a small contact angle and a relatively weak water repellency when the film thickness is less than 20 nm. The silicon-based inorganic alignment film, specifically, the SiO 2 film itself is superhydrophilic, and the contact angle when surface modification is not performed is approximately 180 degrees. HMDS is also a material used for water repellent treatment, and the coverage ratio of HMDS can be evaluated by measuring the contact angle after surface modification. Therefore, when the thickness of the inorganic alignment film formed using the ion-assisted deposition method is less than 20 nm, the adhesion of HMDS is insufficient, and the energy of the outermost surface of this inorganic alignment film is the underlying crystal. It is affected by the inorganic alignment film formed by using the substrate heating vapor deposition method with a low defect density.
図４はイオンアシスト蒸着法を用いて成膜された無機配向膜を原子間力顕微鏡により測定した断面を示す。横軸は無機配向膜の表面上における基準点からの距離（nm）であり、縦軸は無機配向膜の膜厚方向の変位量（nm）である。無機配向膜の膜厚は100nmである。図４に示すように、イオンアシスト蒸着法を用いて成膜された無機配向膜においては約23nm程度の凹凸が存在する。この測定結果から明らかなように、イオンアシスト蒸着法により成膜された無機配向膜、すなわち第１の液晶配向膜２１の第１の膜表面層２１２及び第２の液晶配向膜３３の第２の膜表面層３３２は、20nm以上の膜厚に設定すれば、最表面エネルギの、基板加熱蒸着法を用いて成膜された無機配向膜からの影響を受けない。更に、第１の膜表面層２１２及び第２の膜表面層３３２においては、膜厚が30nm以上になると下地の影響はほとんどなくなり、最表面エネルギが安定するので接触角が共に安定し、画像ムラを視認することができない良好な程度になる。膜厚が約30nm〜40nm以上において接触角は約78度で一定になり、イオンアシスト蒸着膜により成膜された無機配向膜のバルク特性になる。一方、イオンアシスト蒸着法により成膜された無機配向膜の膜厚が例えば10nm程度の薄い膜厚の場合には表面修飾が行われていない部分が存在するので、均一な液晶分子の配向を得ることができず、画像ムラが生じる。従って、第１の膜表面層２１２及び第２の膜表面層３３２の下限の膜厚は20nm以上であることが最適である。 FIG. 4 shows a cross section of an inorganic alignment film formed using an ion assist deposition method as measured by an atomic force microscope. The horizontal axis is the distance (nm) from the reference point on the surface of the inorganic alignment film, and the vertical axis is the displacement (nm) in the film thickness direction of the inorganic alignment film. The film thickness of the inorganic alignment film is 100 nm. As shown in FIG. 4, the inorganic alignment film formed by using the ion-assisted deposition method has unevenness of about 23 nm. As is apparent from the measurement results, the inorganic alignment film formed by the ion-assisted deposition method, that is, the first film surface layer 212 of the first liquid crystal alignment film 21 and the second film of the second liquid crystal alignment film 33. If the film surface layer 332 is set to a film thickness of 20 nm or more, the outermost surface energy is not affected by the inorganic alignment film formed by using the substrate heating vapor deposition method. Further, in the first film surface layer 212 and the second film surface layer 332, when the film thickness is 30 nm or more, the influence of the base is almost eliminated, and the outermost surface energy is stabilized, so that both the contact angles are stabilized, and the image unevenness. It becomes a good grade that cannot be visually recognized. When the film thickness is about 30 nm to 40 nm or more, the contact angle becomes constant at about 78 degrees, which becomes the bulk property of the inorganic alignment film formed by the ion-assisted deposition film. On the other hand, when the thickness of the inorganic alignment film formed by ion-assisted vapor deposition is as thin as about 10 nm, for example, there is a portion that is not surface-modified, so that uniform alignment of liquid crystal molecules is obtained. Image unevenness occurs. Therefore, the lower limit film thickness of the first film surface layer 212 and the second film surface layer 332 is optimally 20 nm or more.
図５はイオンアシスト蒸着法を用いて成膜された無機配向膜の膜厚と素子IV抵抗との関係を示す。横軸は無機配向膜の膜厚（nm）であり、縦軸は素子IV抵抗（GΩ）である。図５に示すように、無機配向膜の膜厚が増加すると、この増加に伴い素子IV抵抗は減少する。これは、イオンアシスト蒸着法を用いて成膜された無機配向膜がポーラスであり、かつ表面の凹凸が大きいので、電極の表面積が増大するものであると推察される。また、この無機配向膜の膜厚が30nm以下であれば、素子IV抵抗の減少は殆ど生じることがなく、電圧保持率の影響が少ない。従って、第１の膜表面層２１２及び第２の膜表面層３３２の下限の膜厚は30nm以下であることが最適である。 FIG. 5 shows the relationship between the thickness of the inorganic alignment film formed by ion-assisted deposition and the element IV resistance. The horizontal axis represents the film thickness (nm) of the inorganic alignment film, and the vertical axis represents the element IV resistance (GΩ). As shown in FIG. 5, when the thickness of the inorganic alignment film increases, the element IV resistance decreases with this increase. This is presumed that the surface area of the electrode is increased because the inorganic alignment film formed using the ion-assisted deposition method is porous and has large surface irregularities. Further, when the thickness of the inorganic alignment film is 30 nm or less, the element IV resistance hardly decreases and the influence of the voltage holding ratio is small. Therefore, the lower limit film thickness of the first film surface layer 212 and the second film surface layer 332 is optimally 30 nm or less.
また、液晶表示装置においては画素間リークと呼ばれる現象がある。これは画素の表面抵抗が低い場合、隣り合う画素に電流が漏れ出し、液晶分子の配向状態に影響を与える現象であり、画素間リークは解像度劣化を生じる。先に述べたように、イオンアシスト蒸着法を用いて成膜された無機配向膜の素子IV抵抗は低いので、基板加熱蒸着法を用いて成膜された無機配向膜に比べて解像度劣化が生じ易い。 Further, there is a phenomenon called inter-pixel leakage in the liquid crystal display device. This is a phenomenon in which when the surface resistance of a pixel is low, current leaks to adjacent pixels and affects the alignment state of liquid crystal molecules, and inter-pixel leakage causes resolution degradation. As described above, since the element IV resistance of the inorganic alignment film formed using the ion-assisted deposition method is low, resolution degradation occurs compared to the inorganic alignment film formed using the substrate heating evaporation method. easy.
そこで、イオンアシスト蒸着法を用いて成膜された無機配向膜の膜厚を変え、そのときの画像の解像度の評価を行った。この評価は、無機配向膜の膜厚を20nm、30nm、40nm、50nmと変化させた試料を製作し、１画素毎の縦ストライプ表示を行った際の解像度を観察するものである。図６は画像の解像度に変化が発生する前の液晶表示面の写真であり、無機配向膜の膜厚は40nmである。図６に示すように、無機配向膜の膜厚が40nmの場合には、ストライプ形状の画像を明確に観察することができた。図７は画像の解像度に変化が発生した後の液晶表示面の写真であり、無機配向膜の膜厚は50nmである。図７に示すように、無機配向膜の膜厚が50nmの場合には、ストライプ形状の画像の境界に歪みが生じ、全体的に斑があるように見え、画素間リークが発生している。従って、第１の膜表面層２１２及び第２の膜表面層３３２の上限の膜厚は40nm以下であることが最適である。 Therefore, the thickness of the inorganic alignment film formed by ion-assisted deposition was changed, and the resolution of the image at that time was evaluated. This evaluation is for observing the resolution when manufacturing a sample in which the thickness of the inorganic alignment film is changed to 20 nm, 30 nm, 40 nm, and 50 nm and performing vertical stripe display for each pixel. FIG. 6 is a photograph of the liquid crystal display surface before the image resolution changes, and the thickness of the inorganic alignment film is 40 nm. As shown in FIG. 6, when the film thickness of the inorganic alignment film was 40 nm, a stripe-shaped image could be clearly observed. FIG. 7 is a photograph of the liquid crystal display surface after the change in image resolution occurs, and the thickness of the inorganic alignment film is 50 nm. As shown in FIG. 7, when the film thickness of the inorganic alignment film is 50 nm, the stripe-shaped image boundary is distorted, it appears that there are spots as a whole, and inter-pixel leakage occurs. Therefore, the upper limit film thickness of the first film surface layer 212 and the second film surface layer 332 is optimally 40 nm or less.
更に、図８はイオンアシスト蒸着法を用いた無機配向膜の成膜条件とHMDS表面修飾を行った後の接触角との関係を示す。横軸はイオンアシスト蒸着におけるイオンガンの加速電圧（V）であり、縦軸は接触角（deg.）である。加速電流は一定の100mAに固定した。図８に示すように、イオンアシスト蒸着時の加速電圧が増加するに従い無機配向膜の表面の接触角が大きくなり、無機配向膜の結晶欠陥密度は増大する。イオンアシスト蒸着装置、液晶材料、無機配向膜を成膜する下地基板等により、液晶分子の配向規制力は異なるので、それに合わせて無機配向膜の結晶欠陥密度を最適化する必要があり、この最適化には加速電圧の調節が有効である。実施例に係る第１の膜表面層２１２及び第２の膜表面層３３２の成膜は、保持率、I-V抵抗、画像特性の結果からイオンガンの加速電圧を約500V〜800Vに設定した。その結果、HMDS表面修飾を行った後の接触角は、約70度〜80度となった。 Furthermore, FIG. 8 shows the relationship between the film forming conditions of the inorganic alignment film using the ion-assisted deposition method and the contact angle after the HMDS surface modification. The horizontal axis is the acceleration voltage (V) of the ion gun in ion-assisted deposition, and the vertical axis is the contact angle (deg.). The acceleration current was fixed at a constant 100 mA. As shown in FIG. 8, as the acceleration voltage during ion-assisted deposition increases, the contact angle on the surface of the inorganic alignment film increases, and the crystal defect density of the inorganic alignment film increases. The alignment control power of liquid crystal molecules varies depending on the ion assist deposition device, liquid crystal material, base substrate on which the inorganic alignment film is formed, etc., and it is necessary to optimize the crystal defect density of the inorganic alignment film accordingly. Adjustment of the acceleration voltage is effective for conversion. In the film formation of the first film surface layer 212 and the second film surface layer 332 according to the example, the acceleration voltage of the ion gun was set to about 500V to 800V from the results of the retention rate, IV resistance, and image characteristics. As a result, the contact angle after the HMDS surface modification was about 70 to 80 degrees.
実施例に係る液晶表示装置１においては、以上の説明のように、第１の液晶配向膜２１の第１の膜内部層２１１の結晶欠陥密度に比べて第１の膜表面層２１２の結晶欠陥密度を高め、同様に第２の液晶配向膜３３の第２の膜内部層３３１の結晶欠陥密度に比べて第２の膜表面層３３２の結晶欠陥密度を高めているので、第１の膜表面層２１２、第２の膜表面層３３２はシランカップリング剤での表面修飾を均一に行うことができ、液晶表示装置１においては、電圧保持率等の電気的特性を向上することができる。さらに、シランカップリング剤として長鎖アルキル基を含まない材料を使用することで、液晶分子の配向状態の制御を実現することができる。 In the liquid crystal display device 1 according to the embodiment, as described above, the crystal defects of the first film surface layer 212 compared to the crystal defect density of the first film inner layer 211 of the first liquid crystal alignment film 21. Since the density of the second film surface layer 332 is increased compared with the crystal defect density of the second film inner layer 331 of the second liquid crystal alignment film 33, the density of the second liquid crystal alignment film 33 is increased. The layer 212 and the second film surface layer 332 can be uniformly surface-modified with a silane coupling agent, and in the liquid crystal display device 1, electrical characteristics such as voltage holding ratio can be improved. Furthermore, by using a material that does not contain a long-chain alkyl group as a silane coupling agent, it is possible to control the alignment state of liquid crystal molecules.
［液晶表示装置の製造方法］
前述の実施例に係る液晶表示装置１の製造方法は、図９に示すように、以下の工程を備えている。
[Method for manufacturing liquid crystal display device]
As shown in FIG. 9, the manufacturing method of the liquid crystal display device 1 according to the above-described embodiment includes the following steps.
まず、第１の基板１１に図１及び図２に示す画素ＰのトランジスタＴ、保持容量Ｃｓｔ、液晶容量ＣＬＣの一方の電極２０Ｅ、ソース走査線（Ｌｓ）１２Ｓ、ゲート走査線（Ｌｇ）１４Ｇ等が形成される。この第１の基板１１に第１の液晶配向膜２１が成膜される前に、第１の基板１１が洗浄される（Ｓ１）。洗浄には例えば超音波洗浄が使用される。 First, the transistor T of the pixel P shown in FIGS. 1 and 2, the holding capacitor C st , one electrode 20E of the liquid crystal capacitor C LC , the source scanning line (Ls) 12S, and the gate scanning line (Lg) on the first substrate 11. 14G and the like are formed. Before the first liquid crystal alignment film 21 is formed on the first substrate 11, the first substrate 11 is cleaned (S1). For example, ultrasonic cleaning is used for cleaning.
第１の基板１１の最上層つまり電極２０Ｅ上を含む層間絶縁膜１９上に第１の液晶配向膜２１の第１の膜内部層２１１が形成される（Ｓ２）。第１の膜内部層２１１は、基板加熱蒸着法を用い、液晶分子にプレチルトを与えるためのSiO2無機斜方蒸着膜により形成される。基板加熱蒸着法において、蒸発粒子が第１の基板１１に対して垂直に入射する角度を0度とした場合、そこから60度傾けて第１の基板１１が固定され、基板加熱温度を200℃、真空度を5.0×10-5Pa程度に調節した条件下にて100nmの膜厚を有する第１の膜内部層２１１が成膜される。成膜後、基板加熱は停止される。 A first film inner layer 211 of the first liquid crystal alignment film 21 is formed on the uppermost layer of the first substrate 11, that is, the interlayer insulating film 19 including the electrode 20E (S2). The first film inner layer 211 is formed of a SiO 2 inorganic oblique vapor deposition film for giving a pretilt to liquid crystal molecules by using a substrate heating vapor deposition method. In the substrate heating vapor deposition method, when the angle at which the evaporated particles are perpendicularly incident on the first substrate 11 is 0 degree, the first substrate 11 is fixed by tilting 60 degrees from the angle, and the substrate heating temperature is set to 200 ° C. Then, the first film inner layer 211 having a film thickness of 100 nm is formed under the condition that the degree of vacuum is adjusted to about 5.0 × 10 −5 Pa. Substrate heating is stopped after film formation.
第１の膜内部層２１１上に引き続き第１の膜表面層２１２が形成される（Ｓ３）。基板加熱蒸着法における基板加熱が停止され、基板温度が約60℃程度になるまで待機した後、イオンアシスト蒸着法を用い、第１の膜内部層２１１の結晶欠陥密度に比べて結晶欠陥密度が高いSiO2無機斜方蒸着膜により第１の膜表面層２１２が形成される。イオンアシスト蒸着法において、酸素ガスを7sccm、加速電圧を800V、加速電流を100mAに調節した条件が使用され、30nmの膜厚を有する第１の膜表面層２１２が成膜される。 A first film surface layer 212 is subsequently formed on the first film inner layer 211 (S3). After the substrate heating in the substrate heating vapor deposition method is stopped and the substrate temperature waits until the substrate temperature reaches about 60 ° C., the crystal defect density is higher than the crystal defect density of the first film inner layer 211 using the ion assist vapor deposition method. The first film surface layer 212 is formed by a high SiO 2 inorganic oblique deposition film. In the ion-assisted deposition method, conditions in which oxygen gas is adjusted to 7 sccm, acceleration voltage is set to 800 V, and acceleration current is adjusted to 100 mA are used to form a first film surface layer 212 having a thickness of 30 nm.
ここで、実施例に係る液晶表示装置１の製造方法において、第１の膜内部層２１１、第１の膜表面層２１２のそれぞれの成膜は同一チャンバ内における大気開放を行わない連続成膜である。なお、本発明においては、第１の膜内部層２１１、第１の膜表面層２１２は非連続成膜により形成してもよい。この場合、基板加熱蒸着法を用いて第１の膜内部層２１１を成膜後、一旦大気中に第１の基板１１がチャンバから取り出され、別の装置のチャンバ内に搬送された後、イオンアシスト蒸着法を用いて第１の膜表面層２１２が成膜される。このように非連続成膜を行う場合、第１の膜内部層２１１の表面状態は大気中へ放置された影響を受けるために、放置時間に配慮し、加えて第１の膜表面層２１２の成膜を行う際に、第１の膜内部層２１１の表面を清浄化することが望ましい。清浄化には例えばイオンビーム照射による清浄手法を使用することができる。 Here, in the method for manufacturing the liquid crystal display device 1 according to the embodiment, the first film inner layer 211 and the first film surface layer 212 are each formed by continuous film formation without opening to the atmosphere in the same chamber. is there. In the present invention, the first film inner layer 211 and the first film surface layer 212 may be formed by discontinuous film formation. In this case, after the first film inner layer 211 is formed by using the substrate heating vapor deposition method, the first substrate 11 is once taken out from the chamber into the atmosphere and transferred into the chamber of another apparatus, and then the ion The first film surface layer 212 is formed using an assist vapor deposition method. When performing non-continuous film formation in this way, the surface state of the first film inner layer 211 is affected by being left in the atmosphere. When the film is formed, it is desirable to clean the surface of the first film inner layer 211. For cleaning, for example, a cleaning method using ion beam irradiation can be used.
次に、第１の膜表面層２１２の表面に長鎖アルキルを含まないシランカップリング剤を用いて表面修飾が行われる（Ｓ５）。長鎖アルキルを含まないシランカップリング剤には例えばHMDSを使用することができる。HMDS処理は、半導体製造プロセスにおいてレジストの付着を高めるためにシリコン熱酸化膜の表面を疎水化する方法のひとつとして一般的に使用されている。この表面修飾は、HMDS溶液中若しくはHMDS蒸気中にシリコン熱酸化膜の表面を浸漬させ、この表面のシラノール基（-SiOH）をトリメチルシロキシ基で置換する操作である。 Next, surface modification is performed on the surface of the first film surface layer 212 using a silane coupling agent that does not contain long-chain alkyl (S5). For example, HMDS can be used as the silane coupling agent that does not contain a long-chain alkyl. The HMDS treatment is generally used as one of the methods for hydrophobizing the surface of the silicon thermal oxide film in order to enhance the adhesion of the resist in the semiconductor manufacturing process. This surface modification is an operation in which the surface of the silicon thermal oxide film is immersed in an HMDS solution or HMDS vapor, and the silanol group (—SiOH) on this surface is replaced with a trimethylsiloxy group.
ここで、表面修飾の効果確認を実施した。まず、HMDS溶液に第１の基板１１を一定時間浸漬して単分子膜を形成し、その後、イソプロピルアルコール（IPA）を用いた超音波洗浄（IPAリンス）を10分間行い、IPAベーパー乾燥を行い、HMDSの残渣を除去した。シランカップリング剤のベーパー乾燥を行う無機配向膜の表面修飾には充分なHMDSの残渣の除去が必要であり、この残渣は不純物イオンとして働き液晶表示装置１の信頼性に悪影響を及ぼす。基礎研究の結果においては、HMDS蒸気中で行う表面修飾に比べHMDS溶液中に浸漬して行う表面修飾の方がIPAリンスによる残渣除去が容易であった。なお、HMDSの浸漬時間や、IPAリンスや超音波洗浄の条件は、第１の膜表面層２１２の蒸着角度や膜厚等によって、その都度最適化が必要である。第１の膜表面層２１２の表面修飾が完了すると、第１の液晶配向膜２１が完成する。 Here, the effect of surface modification was confirmed. First, the first substrate 11 is immersed in the HMDS solution for a certain period of time to form a monomolecular film, and then subjected to ultrasonic cleaning (IPA rinsing) using isopropyl alcohol (IPA) for 10 minutes, followed by IPA vapor drying. The HMDS residue was removed. In order to modify the surface of the inorganic alignment film on which the silane coupling agent is dried by vapor, it is necessary to remove a sufficient amount of HMDS residue, which acts as impurity ions and adversely affects the reliability of the liquid crystal display device 1. As a result of basic research, residue modification by IPA rinsing was easier with surface modification performed by dipping in HMDS solution than surface modification performed with HMDS vapor. The HMDS immersion time, IPA rinse, and ultrasonic cleaning conditions need to be optimized each time depending on the deposition angle and film thickness of the first film surface layer 212. When the surface modification of the first film surface layer 212 is completed, the first liquid crystal alignment film 21 is completed.
なお、必ずしも要件ではないが、表面修飾に先立ち、第１の膜表面層２１２に下地処理を実施してもよい（Ｓ４）。この下地処理は、紫外線処理、オゾン処理である。 Although not necessarily a requirement, a ground treatment may be performed on the first film surface layer 212 prior to the surface modification (S4). This ground treatment is ultraviolet treatment or ozone treatment.
一方、第２の基板３１には、図１及び図２に示す画素Ｐの液晶容量ＣＬＣの他方の電極３２Ｅ等が形成される。この第２の基板３１に第２の液晶配向膜３３が成膜される前に、第１の基板１１と同様に、第２の基板３１が洗浄される（Ｓ１１）。 On the other hand, on the second substrate 31, the other electrode 32E of the liquid crystal capacitor CLC of the pixel P shown in FIGS. 1 and 2 is formed. Before the second liquid crystal alignment film 33 is formed on the second substrate 31, the second substrate 31 is cleaned in the same manner as the first substrate 11 (S11).
第２の基板３１の最上層つまり電極３２Ｅ上に第２の液晶配向膜３３の第２の膜内部層３３１が形成される（Ｓ１２）。第２の膜内部層３３１は第１の膜内部層２１１と同様の条件において成膜される。 A second film inner layer 331 of the second liquid crystal alignment film 33 is formed on the uppermost layer of the second substrate 31, that is, the electrode 32E (S12). The second film inner layer 331 is formed under the same conditions as the first film inner layer 211.
第２の膜内部層３３１上に引き続き第２の膜表面層３３２が形成される（Ｓ１３）。この第２の膜表面層３３２は第１の膜表面層２１２と同様の条件おいて成膜される。 A second film surface layer 332 is subsequently formed on the second film inner layer 331 (S13). The second film surface layer 332 is formed under the same conditions as the first film surface layer 212.
第２の膜表面層３３２の表面に長鎖アルキルを含まないシランカップリング剤を用いて表面修飾が行われる（Ｓ１５）。この表面修飾は第１の膜表面層２１２の表面修飾と同様の条件において行われる。また、表面修飾に先立ち、第２の膜表面層３３２に下地処理を実施してもよい（Ｓ１４）。第２の膜表面層３３２の表面修飾が完了すると、第２の液晶配向膜３３が完成する。 Surface modification is performed on the surface of the second film surface layer 332 using a silane coupling agent that does not contain long-chain alkyl (S15). This surface modification is performed under the same conditions as the surface modification of the first film surface layer 212. Prior to the surface modification, the second film surface layer 332 may be subjected to a base treatment (S14). When the surface modification of the second film surface layer 332 is completed, the second liquid crystal alignment film 33 is completed.
次に、第１の液晶配向膜２１と第２の液晶配向膜３３との間に一定のギャップ長を確保して向かい合わせ、第１の基板１１と第２の基板３１とが貼り合わせられる（Ｓ２１）。ギャップの生成には球径のスペーサ５（図１参照。）が使用され、ここでは2.5μmの球径を有するスペーサ５が使用される。スペーサ５は、第１の基板１１及び第２の基板３１の周辺部分に塗布された紫外線硬化型のシール剤６に分散される。また、シール剤６は液晶４の注入を行う注入孔の一部を除いて第１の基板１１及び第２の基板３１の周辺部分に塗布される。 Next, the first substrate 11 and the second substrate 31 are bonded together by securing a certain gap length between the first liquid crystal alignment film 21 and the second liquid crystal alignment film 33 and facing each other ( S21). A spherical spacer 5 (see FIG. 1) is used to generate the gap, and here, a spacer 5 having a spherical diameter of 2.5 μm is used. The spacers 5 are dispersed in an ultraviolet curable sealant 6 applied to the peripheral portions of the first substrate 11 and the second substrate 31. Further, the sealing agent 6 is applied to the peripheral portions of the first substrate 11 and the second substrate 31 except for a part of the injection hole for injecting the liquid crystal 4.
減圧下において注入孔部分を液晶４に漬けた状態で液晶表示装置１の外部を大気圧にすると、液晶表示装置１の内外の気圧差と毛細管現象とにより第１の基板１１と第２の基板３１との間のキャビティ内に液晶４が注入される（Ｓ２２）。液晶４の注入後は、注入孔を例えばエポキシ系紫外線硬化樹脂により封止し、液晶４の封入が完了する（Ｓ２３）。これの液晶４の封入が完了すると、実施例に係る液晶表示装置１が完成する。 When the outside of the liquid crystal display device 1 is brought to atmospheric pressure with the injection hole portion immersed in the liquid crystal 4 under reduced pressure, the first substrate 11 and the second substrate are caused by the pressure difference between the inside and outside of the liquid crystal display device 1 and capillary action. Liquid crystal 4 is injected into the cavity between the two (S22). After the liquid crystal 4 is injected, the injection hole is sealed with, for example, an epoxy-based ultraviolet curable resin, and the sealing of the liquid crystal 4 is completed (S23). When the encapsulation of the liquid crystal 4 is completed, the liquid crystal display device 1 according to the embodiment is completed.
このように構成された液晶表示装置１に関して、東陽テクニカ社製６２５４型液晶物性評価システムを用いて評価を行った結果、イオン密度測定においてイオンピークは認められず、電圧保持率の低下も全く見られなかった。また、これまで報告されている表面修飾方法においては、過剰なHMDS処理により無機配向膜の配向性が失われ、信頼性と配向性との両立が難しかったが、前述のように第１の液晶配向膜２１の第１の膜表面層２１２並びに第２の液晶配向膜３３の第２の膜表面層３３２をイオンアシスト蒸着法を用いて成膜し、適度な結晶欠陥密度を与えるとともに、IPA処理により余分なHMDSの残差を除去することによって、液晶表示装置１の信頼性を向上することができる。更に、これに加えて、第１の膜表面層２１２及び第２の膜表面層３３２の無機配向膜の蒸着角度を調節することによって、液晶分子の配向の制御を実現することができる。 As a result of evaluating the thus-configured liquid crystal display device 1 using a 6254 type liquid crystal physical property evaluation system manufactured by Toyo Technica, no ion peak was observed in the ion density measurement, and a decrease in voltage holding ratio was also observed. I couldn't. In the surface modification methods reported so far, the alignment of the inorganic alignment film is lost due to excessive HMDS treatment, and it is difficult to achieve both reliability and alignment. However, as described above, the first liquid crystal The first film surface layer 212 of the alignment film 21 and the second film surface layer 332 of the second liquid crystal alignment film 33 are formed using an ion-assisted deposition method to provide an appropriate crystal defect density and IPA treatment. Therefore, the reliability of the liquid crystal display device 1 can be improved by removing the excess HMDS residual. Further, in addition to this, the alignment of the liquid crystal molecules can be controlled by adjusting the deposition angles of the inorganic alignment films of the first film surface layer 212 and the second film surface layer 332.
更に、液晶表示装置１において、焼き付きに関する画像評価を行った。評価方法は、素子温度を50℃一定で15時間白黒のチェックパターンを表示し続け、その後表示を全白表示に切り替えたときの残像を観察するものである。無機配向膜の表面修飾を施していない液晶表示装置においてはチェックパターンの残像が確認された。これに対して、実施例に係る液晶表示装置１においては、チェックパターンの残像は全く確認することができず、焼き付きは無かった。このことからも、HMDSを用いた表面修飾は焼き付きに対して有効である。なお、実施例に係る液晶表示装置１のコントラスト並びに駆動電圧は、表面修飾を実施していない液晶表示装置のコントラスト並びに駆動電圧と同等のレベルであった。 Further, in the liquid crystal display device 1, image evaluation related to image sticking was performed. In the evaluation method, a black and white check pattern is continuously displayed for 15 hours at a constant element temperature of 50 ° C., and then an afterimage is observed when the display is switched to all white display. An afterimage of the check pattern was confirmed in the liquid crystal display device in which the surface of the inorganic alignment film was not modified. On the other hand, in the liquid crystal display device 1 according to the example, an afterimage of the check pattern could not be confirmed at all, and there was no burn-in. Also from this, surface modification using HMDS is effective for image sticking. Note that the contrast and drive voltage of the liquid crystal display device 1 according to the example were at the same level as the contrast and drive voltage of the liquid crystal display device that was not subjected to surface modification.
以上説明したように、実施例に係る液晶表示装置１においては、第１の液晶配向膜２１及び第２の液晶配向膜３３の均一な表面修飾を実現し、安定した液晶分子の配向状態を得ることができ、信頼性を向上することができる。 As described above, in the liquid crystal display device 1 according to the embodiment, uniform surface modification of the first liquid crystal alignment film 21 and the second liquid crystal alignment film 33 is realized, and a stable alignment state of liquid crystal molecules is obtained. And reliability can be improved.
更に、実施例に係る液晶表示装置１の製造方法においては、第１の液晶配向膜２１及び第２の液晶配向膜３３の均一な表面修飾を実現し、安定した液晶分子の配向状態を得ることができる。 Furthermore, in the method for manufacturing the liquid crystal display device 1 according to the embodiment, uniform surface modification of the first liquid crystal alignment film 21 and the second liquid crystal alignment film 33 is realized, and a stable alignment state of liquid crystal molecules is obtained. Can do.
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。本発明は様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術に適用することができる。例えば、前述の実施例においては、反射型液晶表示装置について述べたが、本発明は、透過型液晶表示装置やその他無機配向膜を用いた液晶表示装置に適用可能である。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by the Example, the description and drawing which make a part of this indication do not limit this invention. The present invention can be applied to various alternative embodiments, examples, and operational technologies. For example, although the reflective liquid crystal display device has been described in the above-described embodiments, the present invention can be applied to a transmissive liquid crystal display device and other liquid crystal display devices using an inorganic alignment film.
また、前述の実施例に係る液晶表示装置１の製造方法においては、第１の基板１１に第１の液晶配向膜２１を形成した後に、第２の基板３１に第２の液晶配向膜３３を形成したが、本発明はこの製作順に限定されるものではなく、その逆でも並列に製作してもよい。 In the method for manufacturing the liquid crystal display device 1 according to the above-described embodiment, the first liquid crystal alignment film 21 is formed on the first substrate 11 and then the second liquid crystal alignment film 33 is formed on the second substrate 31. Although formed, the present invention is not limited to this order of production, and vice versa.
本発明は、液晶配向膜の均一な表面修飾を実現し、安定した液晶分子の配向状態を得ることができ、信頼性を向上することができる液晶表示装置並びにその製造方法に広く適用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention realizes uniform surface modification of a liquid crystal alignment film, can obtain a stable alignment state of liquid crystal molecules, and can be widely applied to a liquid crystal display device that can improve reliability and a manufacturing method thereof. .
１…液晶表示装置、１１…第１の基板、１２Ｓ、１２Ｄ…主電極、１２Ｅ、１４Ｅ、２０Ｅ、３２Ｅ…電極、１３Ｇ…ゲート絶縁膜、１３Ｄ…誘電体膜、１４Ｇ、Ｌｇ…ゲート走査線又はゲート電極、１６Ｓ、Ｌｓ…ソース走査線、１６Ｌ…配線、２１…第１の液晶配向膜、２１１…第１の膜内部層、２１２…第１の膜表面層、３３…第２の液晶配向膜、３３１…第２の膜内部層、３３２…第２の膜表面層、４…液晶、５…スペーサ、６…シール剤。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid crystal display device, 11 ... 1st board | substrate, 12S, 12D ... Main electrode, 12E, 14E, 20E, 32E ... Electrode, 13G ... Gate insulating film, 13D ... Dielectric film, 14G, Lg ... Gate scanning line or Gate electrode, 16S, Ls ... source scanning line, 16L ... wiring, 21 ... first liquid crystal alignment film, 211 ... first film inner layer, 212 ... first film surface layer, 33 ... second liquid crystal alignment film 331: Second film inner layer, 332: Second film surface layer, 4 ... Liquid crystal, 5 ... Spacer, 6 ... Sealing agent.
Claims (3)
前記第１の基板上に配設され、第１の結晶欠陥密度を有する第１の膜内部層、及び前記第１の膜内部層上に形成され前記第１の結晶欠陥密度より高い第２の結晶欠陥密度を有する第１の膜表面層を備える第１の液晶配向膜と、
前記第１の液晶配向膜の前記第１の膜表面層上に配設された液晶と、
前記液晶上に配設され、第３の結晶欠陥密度を有する第２の膜表面層、及び前記第２の膜表面層上に形成され前記第３の結晶欠陥密度より低い第４の欠陥密度を有する第２の膜内部層を備える第２の液晶配向膜と、
前記第２の膜内部層上に配設され、前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、
を備え、
前記第１及び第２の膜内部層は、前記第１及び第２の基板を加熱して真空蒸着法を用いて形成された斜方蒸着配向膜であり、前記第１及び第２の膜表面層は、前記第１及び第２の膜内部層上にイオンアシスト蒸着法を用いて形成されるとともに、長鎖アルキル基を持たない界面活性剤によって表面修飾された斜方蒸着配向膜であることを特徴とする液晶表示装置。 A first substrate;
A first film inner layer disposed on the first substrate and having a first crystal defect density, and a second film formed on the first film inner layer and having a second density higher than the first crystal defect density. A first liquid crystal alignment film comprising a first film surface layer having a crystal defect density;
Liquid crystal disposed on the first film surface layer of the first liquid crystal alignment film;
A second film surface layer disposed on the liquid crystal and having a third crystal defect density; and a fourth defect density formed on the second film surface layer and lower than the third crystal defect density. A second liquid crystal alignment film comprising a second film inner layer having;
A second substrate disposed on the second film inner layer and disposed opposite the first substrate;
Equipped with a,
The first and second film inner layers are obliquely deposited alignment films formed using a vacuum deposition method by heating the first and second substrates, and the first and second film surfaces The layer is an oblique deposition alignment film formed on the first and second film inner layers by using an ion-assisted deposition method and surface-modified with a surfactant having no long chain alkyl group. A liquid crystal display device.
前記第１の基板上に配設され、第１の結晶欠陥密度を有する第１の膜内部層、及び前記第１の膜内部層上に形成され前記第１の結晶欠陥密度より高い第２の結晶欠陥密度を有する第１の膜表面層を備える第１の液晶配向膜と、
前記第１の液晶配向膜の前記第１の膜表面層上に配設された液晶と、
前記液晶上に配設され、第３の結晶欠陥密度を有する第２の膜表面層、及び前記第２の膜表面層上に形成され前記第３の結晶欠陥密度より低い第４の欠陥密度を有する第２の膜内部層を備える第２の液晶配向膜と、
前記第２の膜内部層上に配設され、前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、
を備え、
前記第１の液晶配向膜の前記第１の膜表面層の厚さは、前記第１の液晶配向膜の前記第１の膜内部層の厚さに比べて薄く設定され、前記第２の液晶配向膜の前記第２の膜表面層の厚さは、前記第２の液晶配向膜の前記第２の膜表面層の厚さに比べて薄く設定され、
前記第１の液晶配向膜の前記第１の膜表面層、前記第２の液晶配向膜の前記第２の膜表面層のそれぞれの厚さは２０ｎｍ以上であり、
前記第１の液晶配向膜の前記第１の膜内部層、前記第２の液晶配向膜の前記第２の膜表面層のそれぞれの厚さは４０ｎｍ以下であり、
前記第１及び第２の液晶配向膜は、いずれも珪素を含む絶縁体の斜方蒸着配向膜であり、前記第１及び第２の膜内部層は、前記第１及び第２の基板を加熱して真空蒸着法を用いて形成された斜方蒸着配向膜であり、前記第１及び第２の膜表面層は、前記第１及び第２の膜内部層上にイオンアシスト蒸着法を用いて形成されるとともに、長鎖アルキル基を持たない界面活性剤によって表面修飾された斜方蒸着配向膜であることを特徴とする液晶表示装置。 A first substrate;
A first film inner layer disposed on the first substrate and having a first crystal defect density, and a second film formed on the first film inner layer and having a second density higher than the first crystal defect density. A first liquid crystal alignment film comprising a first film surface layer having a crystal defect density;
Liquid crystal disposed on the first film surface layer of the first liquid crystal alignment film;
A second film surface layer disposed on the liquid crystal and having a third crystal defect density; and a fourth defect density formed on the second film surface layer and lower than the third crystal defect density. A second liquid crystal alignment film comprising a second film inner layer having;
A second substrate disposed on the second film inner layer and disposed opposite the first substrate;
With
The thickness of the first film surface layer of the first liquid crystal alignment film is set to be smaller than the thickness of the first film inner layer of the first liquid crystal alignment film, and the second liquid crystal The thickness of the second film surface layer of the alignment film is set to be smaller than the thickness of the second film surface layer of the second liquid crystal alignment film ,
The thickness of each of the first film surface layer of the first liquid crystal alignment film and the second film surface layer of the second liquid crystal alignment film is 20 nm or more,
The thickness of each of the first film inner layer of the first liquid crystal alignment film and the second film surface layer of the second liquid crystal alignment film is 40 nm or less,
Each of the first and second liquid crystal alignment films is an oblique deposition alignment film of an insulator containing silicon, and the first and second film inner layers heat the first and second substrates. And the first and second film surface layers are formed on the first and second film inner layers using an ion-assisted vapor deposition method. while being formed, the liquid crystal display device you said surface-modified obliquely evaporated alignment film der Rukoto by a surfactant having no long chain alkyl group.
前記膜内部層上に、珪素を含む絶縁体から構成され、前記第１の結晶欠陥密度より高い第２の結晶欠陥密度を有する膜表面層を形成する膜表面層形成工程と、を有する液晶配向膜を形成する液晶配向膜形成工程と、
前記液晶配向膜の前記膜表面層の疎水処理を行う工程と、
を備え、
前記膜内部層形成工程は、前記基板を加熱し真空蒸着法を用いて斜方蒸着配向膜である前記膜内部層を形成し、前記膜表面層形成工程は、前記膜内部層上にイオンアシスト蒸着法を用いて斜方蒸着配向膜である前記膜表面層を形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 A film inner layer forming step of forming a film inner layer made of an insulator containing silicon and having a first crystal defect density on the substrate;
A film surface layer forming step of forming a film surface layer made of an insulator containing silicon and having a second crystal defect density higher than the first crystal defect density on the film inner layer; A liquid crystal alignment film forming step of forming a film;
Performing a hydrophobic treatment of the film surface layer of the liquid crystal alignment film;
With
In the film inner layer forming step, the substrate is heated and the film inner layer which is an oblique deposition alignment film is formed using a vacuum deposition method, and the film surface layer forming step is performed by ion assist on the film inner layer. method for producing the film surface layer formed to the liquid crystal display device you wherein Rukoto an obliquely evaporated alignment film by vapor deposition.
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