JPH0117135B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は液晶表示装置に使用される液晶表示パ
ネルの平行配向用の液晶配向膜に関する。

従来例の構成とその問題点 正の誘電異方性を有するネマチツク液晶を用
い、対向する電極のそれぞれの表面での液晶膜の
分子の配列が直交するように組合せた電界効果型
液晶表示装置をツイステツドネマチツク型（以下
TN型と称する）液晶セルという。近年より精巧
で、かつより複雑な情報の表示が要求されるよう
になり、この要求に応ずるため上記TN型液晶セ
ルのマトリツクス表示が行なわれるようになつて
きている。かかるマトリツクス表示を行うため、
分割された多数個の帯状の透明電極を２枚のガラ
ス基板上にそれぞれ設け、各ガラス基板上の電極
群の方向が互いに直交するように対向させて構成
させ、対向する電極の交差する各部分が絵素を形
成するようにし、これら電極群に選択的に電圧を
印加することによつて液晶表示パネルでの複雑な
マトリツクス表示を可能にしている。

また上記マトリツクス表示を行なわせるために
は、液晶表示パネルの光透過量変化が印加電圧に
対して急峻なしきい値特性を有していることが必
要であり、このしきい値特性の急峻性の程度によ
つてパネルのコントラストが左右される。またマ
トリツクス表示のための液晶表示パネルにおいて
は、各絵素間のいわゆるクロストーク現象を解消
するため非選択絵素にも一定の電圧を平均的に印
加する電圧平均化法が採用されている。これは液
晶表示パネルの光透過量が印加される交流電圧の
実効値に依存して決まる性質を利用した駆動法で
あり、このため液晶表示パネルの光透過量が印加
電圧の実効値に応答するものでなければならな
い。即ち一定範囲での周波数変化に対して光透過
量が変化せず安定であることが要求される。

液晶表示パネルは第１図に示す如く、通常２枚
のガラス基板１および１′上に、それぞれ複数の
帯状透明電極４および４′を設け、更にその上に
液晶配向膜３および３′をそれぞれ形成せしめ、
両者を各帯状透明電極４および４′を直交するよ
うに一定の間隙を保つて対向配置し、周囲を封止
材９で封止し、上記間隙に液晶６を封入させた
後、ガラス基板１および１′の背面にそれぞれ偏
光板７および７′を貼付した構造になつている。

かかる液晶表示パネルにおける液晶配向膜３お
よび３′の役割は、電圧が印加されていない状態
でその液晶分子の長軸方向をガラス基板１および
１′の表面に対して小さな傾き（以下チルト角と
称する）をもつて一定方向に配列させることにあ
り、従来はこの目的のためにSiO膜３および３′
を透明電極４および４′を含むガラス基板１およ
び１′上に斜方蒸着するか、もしくはポリイミド
の塗膜３および３′を塗布した後、この塗膜表面
を綿布等で一定方向に摩擦する（以下ラビングと
称する）ことが行なわれてきた。しかしながら上
記SiO斜方蒸着膜の場合、膜全面にわたつて均一
なチルト角を形成することが困難であり、かつ前
述した急峻なしきい値特性が得られないため充分
なコントラストを有する液晶表示パネルができな
かつた。一方ポリイミド膜や、ポリアクリロニト
リル膜、ポリビニルアルコール膜などの従来から
用いられてきた塗布型平行配向膜の場合、同一の
実効電圧を印加しても周波数が変化するとそれに
伴つて光の透過量も変化し、前述した実効値に応
答する性能を有しておらず、電圧平均化法を用い
たマトリツクスアドレス駆動時に、充分なコント
ラストが得られなかつた。

発明の目的 本発明は上述した如き従来の液晶配向膜の欠点
を解決することにあり、30Hzから2KHzの周波数
帯域において光の透過量変化が少なく、コントラ
ストの良い液晶表示パネルを作るために必要な液
晶配向膜、およびその製造法を提供することにあ
る。

発明の構成 本発明は透明電極を設けたガラス基板上を覆う
ように設けた液晶配向膜であつて、上記液晶配向
膜が、炭化水素の気体または蒸気のプラズマ重合
によつて形成され、窒素または酸素を取り込んだ
膜である平行配向用の液晶配向膜にある。

また本発明は予め透明電極を設けたガラス基板
を、炭化水素の気体または蒸気を含む真空中で発
生させたグロー放電に曝し、上記透明電極を設け
たガラス基板面の外部引き出しのための電極の一
部を除く全体を覆うようにグロー放電下に上記炭
化水素をプラズマ重合させた膜を形成せしめ、次
いで上記プラズマ重合膜を窒素または酸素を含む
真空中でグロー放電処理することによつて上記プ
ラズマ重合膜中に窒素または酸素を取り込ませ、
次いで上記窒素または酸素を取り込んだプラズマ
重合膜の表面を一定方向に摩擦することからなる
平行配向用の液晶配向膜を製造する方法にある。

本発明で使用しうる上述した炭化水素としては
メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、
プロピレン、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、ス
チレン、リグロイン等を使用できる。上記炭化水
素はそれぞれ単独で使用してもよく、あるいは任
意の混合物の形で使用してもよい。

本発明による液晶配向膜を製造するに当つて
は、上述した炭化水素を気体または蒸気状態にし
てグロー放電装置に導入する。上記炭化水素を気
体または蒸気状態にするには必要あれば加熱する
か、不活性ガス例えばアルゴンやヘリウムをキヤ
リヤーガスとして使用して気化または蒸気化させ
てもよい。

グロー放電装置は従来より使用されている任意
の装置を使用でき、装置内は真空度0.01〜数
Torrに減圧し、電力５〜100W、周波数50KHz〜
13.56MHzの電源を用いてグロー放電させる。放
電時間は１〜30分でよい。

上述した条件の下で、透明電極を設けたガラス
基板上に前記炭化水素のプラズマ重合膜が形成さ
れる。膜厚は通常0.01〜1μ、好ましくは0.01〜
0.1μである。

本発明によれば上述した如くして形成した炭化
水素のプラズマ重合膜を次に窒素または酸素で処
理する。この処理を実施するに当つては上述した
グロー放電装置内の炭化水素体または蒸気を排除
し、代りに窒素または酸素例えば空気を導入し、
装置内の真空度を0.01〜5Torr、好ましくは0.1〜
0.8Torrにし、先の炭化水素プラズマ重合の場合
と同様の電力を用いて10秒〜数分間グロー放電に
よりプラズマ処理する。

かくすることによつて前述した如くして形成さ
れた炭化水素のプラズマ重合膜中に窒素または酸
素が取り込まれる。

次に本発明によれば上述した如くして窒素また
は酸素を取り込んだ前記炭化水素プラズマ重合膜
を所望のチルト角を形成するよう一定方向例えば
電極の長さ方向と45゜の角度の方向にラビングす
る。かくして本発明の目的とする液晶配向を得る
ことができる。

このように本発明の製造方法による液晶配向膜
は従来の塗布型の配向膜と異なり、薄膜でもピン
ホールなどの欠陥の少ない均一な薄膜であるた
め、従来よりも膜厚を薄くできるため配向膜によ
る電圧降下が少なく、第４図に示すように比較的
高い周波数での交流に対しても安定な動作性能を
示す。また、一般に、プラズマ重合法に特長的な
ように、不飽和結合を分子内に持たない有機化合
物でも重合できるので化合物の選択幅が広くな
り、不飽和結合基の有無に拘わらず架橋密度の高
い堅牢な膜が得られるのでパネル製造時にかかる
高温度でも安定である。

実施例の説明 以下に本発明の実施例を第２図を参照して説明
する。

第２図は本発明による液晶配向膜をグロー放電
により製造する方法を示すための説明図であり、
第２図において、ベルジヤー１３の内部２０を先
ず真空ポンプ１７を用いて排気しつつ一方で炭化
水素例えばエチレンをボンベ１８から導入管１９
を経てベルジヤー内部２０中に導入する。ベルジ
ヤー内部２０はエチレンガスで圧力0.1〜1.0Torr
に保つ。このとき下部電極１２上に、一定の間隔
を置いて帯状透明電極４（図では３個）を設けた
ガラス基板１を置き、透明電極４を上部電極１１
と対面するように置く。エチレンガスの流入量を
ベルジヤー内部２０の圧力0.1〜1.0Torrに保つよ
うに調整しつつ上部電極１１と下部電極１２の間
に、高周波電源１４により13.56MHzの高周波放
電を発生させる。このときの電力を50Wとする
と、ベルジヤー内部２０にエチレンガスのプラズ
マ状態が生じ、かつ持続されて、ガラス基板１お
よび透明電極４の上にエチレン重合体膜が堆積す
る。10分後に膜厚120Åの非常に均一で欠陥のな
い配向膜が形成される。

なお従来のポリイミド膜で被覆する場合、ガラ
ス基板は清浄化が必須であつたが、本発明の場合
にはかかる清浄化は必ずしも必要でなく、直ちに
液晶配向膜を形成しても差支えないことが判つ
た。

次に上述したボンベ１８からのエチレンガスの
導入を中止し、別の供給源（図示せず）から導入
管１９を介して窒素ガスを導入し、ベルジヤー内
部２０を窒素で置換しベルジヤー内部２０の真空
度を0.1〜0.8Torrに保ちつつ13.56MHzの高周波
放電を発生させ、50Wの電力で上記プラズマ重合
膜表面をプラズマ処理する。これにより上記プラ
ズマ重合膜中に窒素が取り込まれる。

このようにして形成されたプラズマ重合エチレ
ン膜を窒素や酸素のプラズマで後処理する前後の
元素分析値は窒素プラズマ処理前では、Ｃ：Ｈ＝
1.53であり、窒素プラズマ処理後では、Ｃ：Ｈ：
Ｎ＝１：1.44：0.13となつた。通常のポリエチレ
ンではＣ：Ｈ＝１：２であることからすると、水
素が少なく従つて架橋密度の高いこと、および、
窒素プラズマ処理による窒素の取り込みがわかつ
た。

上述した如くして透明電極を設けたガラス基板
上に全面的に形成された膜を、本発明によれば木
綿、ポリエステル、ポリアミド等の布帛を用いて
一定方向即ち透明電極４の長さ方向と45゜の角度
の方向にラビングする。このラビングは電圧が印
加されない初期状態で、液晶分子をラビングの方
向と平向な向きに、一定のチルト角をもつて配列
させるためのものである。

上述した如くして製造した液晶配向膜を形成し
た透明電極４を設けたガラス基板１を用い、TN
型液晶表示パネルを製造するに当つては、第１図
に示す如く上述した如くして形成した液晶配向膜
３および３′を有するガラス基板１および１′の２
組を、それぞれの配向膜３および３′のラビング
の方向が互いに直交するように一定の間隔を保つ
て対向させて組合せ、封止材９によつて封止させ
た後、上記間隙に周知の正の誘電異方性を有する
ネマチツク液晶６を封入する。その後各ガラス基
板１の背面（透明電極が設けてない側）に直線偏
光板７をその偏光軸が配向膜３のラビング方向と
平行になるように貼付し、一方基板１′の背面に
は直線偏光板７′を偏光板が配向膜３′のラビング
方向と平行となるように貼付する。かくしてポジ
表示のTN型液晶表示パネルが完成する。

なお上記本発明によるプラズマ重合させた液晶
配向膜３および３′と液晶６との接触角は15゜以下
が好ましい。15゜を越えると配向に斑が生じ易く
なり、表面状態が悪くなるので好ましくない。

本発明による液晶配向膜を用いて作つた液晶表
示パネルの光学特性、特に光透過量の印加電圧に
対するしきい値の急峻性を第３図に示す。また周
波数変化に対する光透過量の変化を第４図に示
す。本発明により、炭化水素、即ち、メタン、エ
タン、プロパン、ブタン、エチレン、プロピレ
ン、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、スチレン、
リグロインなどのプラズマ重合膜を、酸素また
は、窒素プラズマで後処理したのちラビングして
作つた液晶配向膜を用いて作つた液晶表示パネル
は第３図および第４図にＡで示した斜線領域内の
特性を示した。これに対し、従来のSiO斜方蒸着
膜を配向膜として用いた同じ構成の液晶表示パネ
ルでは第３図および第４図にＢの曲線で示される
特性を示した。また市販のポリイミドを配向膜と
して用いた同じ構成の液晶表示パネルでは第３図
および第４図にＣの曲線で示される特性を示し
た。

第３図および第４図から明らかな如く、本発明
による液晶配向膜を用いた場合は、従来の配向膜
を用いた場合よりも、印加電圧に対する光透過量
の急峻なしきい値特性を有し、かつ周波数変化に
対して光透過量が安定ないわゆる実効値応答性を
有していることが判る。

発明の効果 上述した如く、本発明による液晶配向膜は、従
来のポリイミド配向膜の如き、基板清浄化、およ
び乾燥の如き繁雑な工程を必要とせず、またSiO
蒸着膜のような液晶配向の斑が発生することな
く、非常に透明性が良くかつ配向斑のない液晶配
向膜であり、かつそれも簡単な方法で製造できる
利点を有する。また本発明による液晶配向膜を用
いた液晶表示パネルは液晶の配向斑がなく、光学
特性において、急峻なしきい値特性と実効値応答
性を兼備しているためマトリツクス表示用パネル
として非常にすぐれた性能を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は液晶表示パネルの構成の説明図であ
り、第２図は液晶配向膜をグロー放電により製造
する方法を示す説明図であり、第３図および第４
図は液晶表示パネルの光学特性を示すグラフであ
る。 １，１′はガラス基板、３，３′は配向膜、４，
４′は透明電極、６は液晶、７，７′は偏光板、１
１は上部電極、１２は下部電極、１３はベルジヤ
ー、１４は高周波電源、１８は窒素含有化合物ボ
ンベ、１９は導入管、１７は真空ポンプ、２０は
ベルジヤー内部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 透明電極を設けたガラス基板上を覆うように
   設けた液晶配向膜であつて、上記液晶配向膜が、
   メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、
   プロピレン、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、ス
   チレン、リグロインの１種または２種以上の混合
   物からなる炭化水素の気体または蒸気のプラズマ
   重合によつて形成され、窒素または酸素を取り込
   んだ膜であることを特徴とする平行配向用の液晶
   配向膜。 ２ 予め透明電極を設けたガラス基板を、メタ
   ン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、プロ
   ピレン、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、スチレ
   ン、リグロインの１種または２種以上の混合物か
   らなる炭化水素の気体または蒸気を含む真空中で
   発生させたグロー放電に曝し、上記透明電極を設
   けたガラス基板面全体を覆うようにグロー放電下
   に上記炭化水素をプラズマ重合させた膜を形成せ
   しめ、次いで上記プラズマ重合膜を窒素または酸
   素を含む真空中でグロー放電処理することによつ
   て上記プラズマ重合膜中に窒素または酸素を取り
   込ませ、次いで上記窒素または酸素を取り込んだ
   プラズマ重合膜の表面を一定方向に摩擦すること
   を特徴する平行配向用の液晶配向膜の製造法。