JPH0470716A

JPH0470716A - 液晶装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0470716A
Application number: JP18284590A
Authority: JP
Inventors: Mayumi Akena; 安慶名　真弓; Yasuyuki Watabe; 渡部　泰之; Masaaki Suzuki; 正明鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-07-12
Filing date: 1990-07-12
Publication date: 1992-03-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、強８電性液晶などを用いた液晶装置およびそ
の製造方法に関し、特に良好な配向膜を有する液晶装置
およびその製造方法に関する。

［従来技術］従来、電界効果型液晶表示素子において、ン夜晶配向膜
の選択は、その表示品位および電気光学的特性に関係す
るため、非常に重大な問題であった。この配向膜につい
ては、液晶の水平配向を得るための必要条件として次の
３点か挙げられる。

■液晶の表面張力をγＬｄｙｎ−ｃｍ、配向膜の臨界表
面張力をγ。ｄｙｎ−ｃｍとした場合、γ、−γ、≧０かなりたつこと ■ラビングによる微細な溝か形成できる程度の硬度を有
すること ■可視透明であることさらに、液晶として強誘電性液晶を用いた場合には、配
向膜に要求される特性として以下のような条件が必要で
ある。

■−一軸配向性優れていること５双安定性に優れていること ■電気容量か大きいこと ■絶縁破壊電圧（Ｂ、Ｄ、Ｖ、）か高いこと強誘電性液
晶を用いた液晶表示装置では、表示装置を駆動したとき
自発分極による逆電界か生する。この逆電界により、双
安定状態のうち一方の安定状態に、より安定化されてし
まうという問題点かある。その対策の１つとして電極間
の容量を大きくして生ずる電界の大きさをより小さくし
たい。したかつて、配向膜としても上記■に記載したよ
うに電気容量は大きいことか望ましい。

また、電極間は１０〜２，０μｍと非常に薄いため、異
物による電極間膜のショートが起こりやすい。そのため
、配向膜には絶縁性が要求され、絶縁破壊電圧（Ｂ、Ｄ
、Ｖ）が大きい方か好ましい。

具体的に配向膜として用いられているものとして、５ｉ
ｎ２．ＴｉＯ２、ＰＶＡ　（ポリビニルアルコール）、
ポリアミド、ポリイミドが知られている。

［発明か解決しようとしている課題］しかしながらこれらの配向膜では、以下に述へる長所、
短所かある。

（ａ）無機酸化物膜について５ｉｎ２またはＴｉＯ２なとの無機酸化物膜を配向膜と
して用いた場合、以下の長所かある。

無機酸化物膜は、ポリイミド膜に比へて話電率は大きい
ため電気容量は大きい。また、無機酸化物膜は、ポリイ
ミド膜より絶縁破壊電圧か大きい。以上より、無機酸化
物膜は、上述した■および■の点て優れている。

しかしながら、無機酸化物膜を配向膜として用いた場合
、以下の短所がある。

無機酸化物膜は膜が硬い。そのため、ラビング処理のと
き、繊維ラビングではラビングによる微細な溝を膜に形
成することかできず、良好な一軸配向性を得ることかで
きない。すなわち、無機酸化物膜は、上述した■および
■の点で劣っている。加えて、ダイヤモンド・ペースト
を用いた湿式ラビングでは、基板上に付着したダイヤモ
ンド・ペーストの除去が困難であるなどプロセス上のデ
メリットか多い。

（ｂ）ポリイミドの膜についてポリイミドの膜を配向膜として用いた場合、以下の長所
かある。

ポリイミドの膜は、膜厚の厚い薄いに関らず良好な一軸
配向性を得ることかできる。すなわち、ポリイミドの膜
は、上述した■の点で優れている。

しかしながら、ポリイミド膜を配向膜として用いた場合
、以下の短所かある。

ポリイミド膜は、膜厚か厚くなるに従って駆動時にスイ
ッチング不良を引き起こす傾向がある。

また、容量や絶縁破壊電圧（Ｂ、Ｄ、Ｖ）については無
機酸化物膜に劣る。すなわち、ポリイミド膜は、上述し
た■および■の点で劣っている。

（ｃ）２層膜について以上の（ａ）および（ｂ）から、配向膜としての無機酸
化物膜とポリイミド膜の短所を失くすには、無機酸化物
膜上にポリイミドの膜を堆積した２層膜として、お互い
の短所を補う形にした方か良いと思われる。

しかし、２層膜にした場合には、膜厚か厚くなり容量か
小さくなってしまうという問題点かある。

本発明は、上述の従来形における問題点に鑑み、液晶表
示装置、特に強撚電性液晶を用いた液晶表示装置におい
て、配向膜をより最適化した液晶表示装置およびその製
造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段および作用］上記の目的を
達成するため、本発明は、電極および配向膜を有する一
対の基板で液晶を挟持してなる液晶表示装置において、
前記配向膜が、酸化タンタルからなる第１層と、該第１
層上に積層された５０Å以下の膜厚を有するポリイミド
膜からなる第２層とを具備することを特徴とする。

また、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、内面に
電極を有する一対の基板の該内面に、タンタルを含む溶
液を塗布する塗布工程と、該基板を焼成して、酸化タン
タルからなる第１層を形成する焼成工程と、該第１層上
に５０Å以下の膜厚てポリイミド膜を堆積させて第２層
を形成する堆積工程と、該第２層をラヒング処理するラ
ヒング工程と、このように処理した一対の基板間に液晶
を封入する工程とを具備することを特徴とする。

このタンタルを含むｍ　？Ｍは、タンタルの水酸化物も
しくはその縮合物またはオルガノオキシｌ、もしくはそ
の部分加水分解物あるいは該部分加水分解物の縮合物の
溶液などを用いる。

また塗布工程や堆積工程は、オフセラ１〜印刷：２よる
とよい。

上述したように、配向膜としての無機酸化物膜とポリイ
ミド膜の短所を失くすには、無機酸化物膜上にポリイミ
［−の膜を堆積した２層膜として、お互いの短所を補う
形にした方が良いと考えられる。そこで、本発明者らは
、このような２層膜につき詳細に検討および実験を加え
た。

配向膜として無機酸化物膜上にポリイミドの膜を堆積し
た２層膜を用いた場合には、膜厚か厚くなり容量か小さ
くなってしまうという問題ｙ４かある。そのため、それ
ぞれの膜は薄膜が、高３大電率であることが好ましい。

ここで、無機酸化物膜をスパッタ法なとで形成すると、
膜表面が粗れてしまう。そのため、無機酸化物膜の上に
薄いポリイミド膜例えば膜厚か１００Å以下のポリイミ
ド膜を形成しても一軸配向性がずれてしまうという欠点
がある。すなわち、無機酸化物膜の上に堆積されるポリ
イミド膜の膜厚はある程度厚くしなけれはならなくなる
。

例えは、スパッタ法などで形成された膜の中でよく知ら
れている５ｉ０２膜は絶縁破壊電圧（ＢＤ、Ｖ）は大き
いが銹電率は小さいという特徴を持っている。上述のよ
うに２層膜の第１層として５ｉｎ２膜を使用した場合、
−軸配向性の点からポリイミド膜の膜厚を１００Å以下
にすることはできない。また、ｓ　ｉ　０２　ＰＡ自身
の話電率が小さいので駆動したとき、逆電界を起してし
まうため使用できない。

高話電率て絶縁破壊電圧の大きい膜として、酸化タンタ
ルＴａ２０５かあげられる。しかし、そこで、酸化タン
タルの層をスパッタ法で形成したのでは、やはり上述し
たようにポリイミド膜の膜厚を厚くせざるを得ず問題で
ある。

そこで、本発明者らは、タンタルＴａを含む溶液を塗布
・焼成して第１層を形成した。酸化タンタルＴａ２０５
膜の容量および絶縁破壊電圧（ＢＤ、Ｖ）が同しベルと
なるようにして、酸化タンタルの層をスパッタ法で形成
した場合、および酸化タンタルの層を塗布・焼成により
形成した場合の、両方の場合につき比較をすると以下の
ようになる。

■スパッタ法で形成した場合酸化タンタルＴａ２０ｓｌ！Ｉの膜厚が６００人、ポリ
イミド膜の膜厚が１００人となる。

■塗布・焼成により形成した場合塗布・焼成により形成した酸化タンタルＴａ２０ｓＩＪ
！は、スパッタ法などて形成された膜より、絶縁破壊電
圧（Ｂ、Ｄ、Ｖ）は小さいが配向性は良いという利点か
ある。そのため、スパッタ法の場合と容量および絶縁破
壊電圧が同レベルならば、酸化タンタルＴａ２０５膜の
膜厚が９００人、ポリイミド月莫の膜厚か５０人となる
。また、この条件では良好な一軸配向性を得ることかで
きた。

しかし、絶縁破壊電圧（Ｂ、Ｄ、Ｖ）か両条件とも不十
分であるため異物による電極間膜のショートか生じやす
く好ましくない。

絶縁破壊電圧（Ｂ、Ｄ、Ｖ）を大きくするためには無機
酸化物膜の膜厚を厚くしてあげれは良いか容量が小さく
なってしまう。つまりポリイミド膜の膜厚を薄くして容
量を太きくしなけれはならない。

そこで問題になるのはスパッタ法などで形成されたＴａ
２０５膜である。Ｔａ２０５膜の膜厚を厚くするのは可
能であるが、容量を大きくするためにポリイミド膜の膜
厚薄くすると一軸配向性かくずれてしまい使用できない
。

以上のことより、本発明者らは、スパッタ法なとて形成
された膜よりも塗布・焼成して形成した膜の方か有効で
あることを知見した。

一方、塗布・焼成して形成する無機絶縁膜て高誘電率の
膜として、チタンが知られている。しかし、チタンは、
絶縁破壊電圧がポリイミド膜と同程度に低いため、セル
厚か１〜２μｍの強銹電性液晶セルとしては異物による
電極間膜ショートか生しやすく、使用不可能である。チ
タンの絶縁破壊電圧を上げるために、チタンに珪素を混
合した混合液を使用するが、珪素の量を増やすと絶縁破
壊電圧は大きくなっていくが、話電率は小さくなってし
まうので、チタンと珪素の混合液てｅＪ条件を出すのは
難しい。

［実施例］以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明を実施した電界効果形液晶表示素子の
構造を示す断面図である。同図において、１は対向させ
て配置した２枚の基板、２はその対向面上に設けられた
透明電極、３は透明電極に片かけてついている金属電極
、４は配向膜てあり、５は液晶である。配向膜４は、第
１層と第２層の２層構造を有する。

電極３を形成した基板１に、酸化タンタルＴａ２０５の
溶液をオフセット印刷で塗布し、これを１１０℃で１５
分間乾燥した後、３００℃で１時間焼成した。酸化タン
タルＴａ２０５の膜厚は９００人±１００人とした。同
様に、打莫厚１２００人±１００人のもの、および月Ｑ
厚１５００人±１００人のものの２種類の月莫も同じ方
法で作成した。

また、酸化タンタルＴａ２０５の溶液の代わりにタンタ
ルとチタンの混合比が１・１の混合溶液を用いたことに
よって酸化タンタルと酸化チタンとの混合膜を形成した
以外は、上記と同様にして、やはり膜厚９００人±１０
０人のもの、月莫厚１２００人±１００人のもの、およ
び月莫厚１５００人±１００人のものの３種類の膜を作
成した。

一方、酸化タンタルＴａ２０５の溶液の代わりにチタン
と珪素の混合比か８：２の混合溶液を用いたこと以外は
、上記と同様にして、やはり膜厚９００人±ｉｏｏ人の
もの、ｌｌ＠厚１２００人士１００人のもの、および月
莫厚１５００人±１００人のものの３種類の膜を作成し
た。

このようにして得た無機酸化物膜サンプルについて絶縁
破壊電圧（Ｂ、Ｄ、Ｖ）を測定した。その結果を第４図
に示す。

たたし絶縁破壊電圧（Ｂ、Ｄ、Ｖ）の測定は、第２図に
示すように、タングステンカーバイド製で先端半径か０
．１ｍｍのブロール６をブツシュ・プルゲージ７に装着
し、サンプル８に対し１０ｇの荷重をかけて測定した。

第４図のグラフから、チタンとタンタルの混合（重量）
比が１．１の溶液を用いた膜とＴａ２０５の溶液を用い
た膜とは、同等に大きい絶縁破壊電圧を示していること
が分る。この際、チタンの含有量は、膜成分中、０．１
重量％〜８０重量％、好ましくは１０重量％〜６０重愈
％である。

次に、上記のように作成したＴａ２ｏ５の第１層を有す
る各電極基板上にポリイミド系配向膜（東し採製ＬＰ−
６４）を３０人の厚さで形成し、配向処理を施した。そ
の後、基板間の距離を１３μｍギャップに設定して、Ｐ
Ｓ９．６ｎｅ／ｃｍ２のＳ。＊Ｃ液晶を封入し、液晶表
示パネルを作成した。なお、Ｔａ２０５膜は、チタンと
タンタルの混合（重量）比か１；１の゛溶液を用いて形
成した膜より容量が大きい。

この液晶表示パネルを駆動して、駆動マージンの温度特
性を測定した。第３図は、その駆動信号の駆動波形を示
す。駆動マージンの温度特性の測定は、駆動信号の周波
数を固定し、電圧を変化させて行なった。測定の結果、
Ｔａ２０５膜の膜厚か変化しても広い駆動マージンか得
られることが分った。

また、上下電極間のショート発生率のデータからは、電
気絶縁膜として必要とされる単膜の絶縁破壊電圧（Ｂ、
Ｄ、Ｖ）はおよそ３０膜以上である。

従りて、塗布して焼成して形成された無機酸化物膜であ
るＴａ２　ｏ、膜の膜厚は１２００人程度程度その上に
堆積するポリイミドの膜厚は３０人程度とする組み合わ
せが、−軸配向性、駈ｔマシン、容量、および絶縁破壊
電圧（Ｂ、Ｄ、Ｖ）の点からみて適当である。

比較例１として、上記実施例と同条件に塗布。

焼成してＴａ２０５膜を形成した液晶表示パネルを作成
した。たたし、Ｔａ２０５膜の膜厚は、９００人、１２
００人、１５００人の３ｆ重とし７、その上のポリイミ
ド膜は１００人堆積させた。

このような比較例１の液晶表示パネルにつき、上記実施
例と同様にして駆動マージンを測定した。比較例の液晶
表示パネルは、ポリイミド膜の膜厚が３０人で作成した
ものよりも広い駆動マージンを得ることはてきなかった
。

また、比較例２として、チタンと珪素の混合（重：ｉｔ
）比か８２の溶液を用いて第１層を形成した基板から液
晶表示パネルを作成した。

この比較例２の液晶表示パネルについて、十３２実施例
１と同様にして、駆動マージンを測定した。比較例２の
液晶表示パネルでは、無機酸化物膜がＴａ２０５膜のも
のより広い駆動マージンな得ることかできなかった。

［発明の効果コ以上説明したように、本発明によれは、印刷塗布して焼
成して形成された無機酸化物である酸化タンタルＴａ２
０５膜上に５０Å以下の膜厚を有するポリイミド膜を印
刷して堆積した２層膜を配向膜としているので、特に強
銹電液晶を用いた液晶素子の高速駆動が可能で、広い温
度範囲で安定した駆動マージンを持つ優れた液晶装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施した電界効果型液晶表示素子の
構造を示す断面図、第２図は、実施例で用いた絶縁破壊電圧の測定法を説明
する模式図、第３図は、実施例で用いた駆動波形を示すタイミングチ
ャート、第４図は、各サンプルの絶縁破壊電圧（Ｂ、　ＤＶ）の
測定結果を示すグラフである。１・・・基板、２・・・透明τ極、３・・・金属配線、
４・・・配向膜、５・・・液晶、６・・・ブローハ、７
・・・ブツシュ・プルケージ、８・・・サンプル。特許部願人　キャノン株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電極および配向膜を有する一対の基板で液晶を挟
持してなる液晶装置において、前記配向膜が、酸化タンタルを含有した第１層と、該第
１層上に積層された５０Å以下の膜厚を有するポリイミ
ド膜からなる第２層とを具備することを特徴とする液晶
装置。
（２）前記第１層が酸化タンタルと酸化チタンを含有し
た層である請求項１に記載の液晶装置。
（３）内面に電極を有する一対の基板の該内面に、タン
タルを含む溶液を塗布する塗布工程と、該基板を焼成し
て、酸化タンタルからなる第１層を形成する焼成工程と
、該第１層上に５０Å以下の膜厚でポリイミド膜を堆積さ
せて第２層を形成する堆積工程と、該第２層をラビング
処理するラビング工程と、このように処理した一対の基
板間に液晶を封入する工程とを具備することを特徴とする液晶装置の製造方法。
（４）前記タンタルを含む溶液が、タンタルの水酸化物
もしくはその縮合物またはオルガノオキシドもしくはそ
の部分加水分解物あるいは該部分加水分解物の縮合物の
溶液である請求項３に記載の液晶装置の製造方法。
（５）前記塗布工程は、基板の内面に、タンタルを含む
溶液をオフセット印刷で塗布する請求項３または４に記
載の液晶装置の製造方法。
（６）前記堆積工程は、前記第１層上にポリイミド膜を
オフセット印刷で堆積させる請求項３、４または５に記
載の液晶装置の製造方法。