JPH0580335A - Liquid crystal display element and production of liquid crystal oriented film - Google Patents

Liquid crystal display element and production of liquid crystal oriented film

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JPH0580335A
JPH0580335A JP24570491A JP24570491A JPH0580335A JP H0580335 A JPH0580335 A JP H0580335A JP 24570491 A JP24570491 A JP 24570491A JP 24570491 A JP24570491 A JP 24570491A JP H0580335 A JPH0580335 A JP H0580335A
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JP
Japan
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liquid crystal
film
polymer thin
patterns
thin film
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JP24570491A
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Japanese (ja)
Inventor
Takaki Takato
孝毅 高頭
Masanori Sakamoto
正典 坂本
Kenji Sano
健二 佐野
Yasushi Mori
寧 森
Makoto Hasegawa
誠 長谷川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To uniformly orient liquid crystal molecules and to suppress the interference effect of a liquid crystal oriented film so as to improve a display grade by forming the liquid crystal oriented film of a high-polymer thin film having stripe patterns and having irregular rugged patterns. CONSTITUTION:The liquid crystal oriented film 3 of the liquid crystal display element formed by sealing a liquid crystal compd. between substrates consists of the high- polymer thin film having the stripe patterns and having the irregular rugged patterns. The irregular rugged patterns include the patterns which are formed with, for example, projecting parts in a stripe form along one direction but are irregular in the width of the projecting parts and the intervals between the projecting parts, the patterns which have the tendency of the projecting parts arrayed along one direction but are not formed with the projecting parts in the stripe form, have intricate plane shapes and are irregular in the width, length and spacings of the projecting parts, etc. These patterns signify the patterns without having periodicity. The generation of interference light is obviated in such a manner or even if such light is generated, the light has no wavelength peaks in a visible region; therefore, the interference effect of the liquid crystal oriented film is suppressed and the deterioration in the display grade is prevented.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子および液晶
表示素子に用いられる液晶配向膜の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device and a method for producing a liquid crystal alignment film used in the liquid crystal display device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、液晶表示素子の液晶配向膜の製造
方法としては、ラビング法、斜方蒸着法、ＬＢ法、レプ
リカ法、フォトリソグラフィー法など種々の方法が知ら
れている。ラビング法は、基板上にポリイミドに代表さ
れる有機高分子薄膜を印刷などにより形成した後、布な
どにより軽く摩擦して液晶配向能を付与する方法であ
る。斜方蒸着法は、基板上に酸化ケイ素などを斜方蒸着
することにより配向膜を形成する方法である。2. Description of the Related Art Conventionally, various methods such as a rubbing method, an oblique vapor deposition method, an LB method, a replica method and a photolithography method have been known as a method for producing a liquid crystal alignment film of a liquid crystal display device. The rubbing method is a method in which an organic polymer thin film typified by polyimide is formed on a substrate by printing or the like and then lightly rubbed with a cloth or the like to impart a liquid crystal aligning ability. The oblique evaporation method is a method of forming an alignment film by obliquely evaporating silicon oxide or the like on a substrate.

【０００３】ＬＢ法は、水面上にラングミュア・ブロジ
ェット膜（ＬＢ膜）を展開し、基板を水中から水面上に
引き上げて基板上に転写し、ＬＢ膜を構成する分子を引
き上げ方向に沿って配向させて配向膜とする方法であ
る。In the LB method, a Langmuir-Blodgett film (LB film) is developed on the water surface, the substrate is pulled up from the water to the water surface and transferred onto the substrate, and the molecules constituting the LB film are moved along the pulling direction. This is a method of aligning to form an alignment film.

【０００４】レプリカ法は、基板上に高分子薄膜を形成
し、この高分子薄膜に微細加工が施された型を押し当て
て型の微細パターンを転写して液晶配向能を付与する方
法である。The replica method is a method in which a polymer thin film is formed on a substrate, and a finely processed mold is pressed against the polymer thin film to transfer a fine pattern of the mold to impart a liquid crystal aligning ability. ..

【０００５】フォトリソグラフィー法は、基板上に感光
性樹脂を形成し、この感光性樹脂をマスクを通して露光
し、現像して樹脂表面に微細な凹凸を形成することによ
り液晶配向能を付与する方法である。The photolithography method is a method of forming a photosensitive resin on a substrate, exposing the photosensitive resin through a mask, and developing it to form fine irregularities on the resin surface, thereby imparting a liquid crystal aligning ability. is there.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ラビング法は簡単な装
置で実施できる。しかし、有機高分子薄膜を印刷する前
の基板の洗浄工程、有機高分子の印刷工程、ラビング工
程、ラビング後の基板の洗浄工程が必要であり、工程数
が多い。また、ピンホールの発生、ラビングによる有機
高分子薄膜の損傷や剥離、ラビング布からの発塵、均一
な配向性を再現することが困難である、などの欠点があ
る。また、例えば薄層トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッ
チング素子として用いた液晶表示素子の場合には、ラビ
ング中に発生する静電気により基板上のトランジスタの
静電破壊が生じ、表示欠陥が生じるという問題がある。
斜方蒸着法は、装置が大がかりになるうえ、処理時間が
長く、１回の処理当たりの基板の処理枚数に制約がある
ため、量産には不向きである。The rubbing method can be implemented with a simple device. However, the number of steps is large since it requires a substrate washing step before printing the organic polymer thin film, an organic polymer printing step, a rubbing step, and a substrate washing step after rubbing. Further, there are drawbacks such as generation of pinholes, damage and peeling of the organic polymer thin film due to rubbing, dust generation from a rubbing cloth, and difficulty in reproducing uniform orientation. Further, for example, in the case of a liquid crystal display element using a thin layer transistor (TFT) as a switching element, static electricity generated during rubbing causes electrostatic breakdown of the transistor on the substrate, resulting in a display defect.
The orthorhombic vapor deposition method is not suitable for mass production because it requires a large-scale apparatus and has a long processing time and has a limitation on the number of substrates to be processed per processing.

【０００７】ＬＢ法では、分子オーダーでの液晶配向能
力を有する配向膜を形成することが期待できる。しか
し、成膜前の基板の洗浄、および基板表面の親水処理ま
たは疎水処理が必要であり、しかも成膜中に塵が存在す
ると膜はじき、膜落ちが生じるなど、不均一成膜の問題
がある。また、引上げ速度が遅いため成膜時間が長く、
成膜処理を繰り返して累積膜を形成することを考慮する
と、大量生産には不向きである。In the LB method, it can be expected to form an alignment film having a liquid crystal alignment ability on a molecular order. However, it requires cleaning of the substrate before film formation and hydrophilic or hydrophobic treatment of the substrate surface. Moreover, if dust is present during film formation, the film is repelled and film drop occurs, which causes the problem of non-uniform film formation. .. Also, because the pulling speed is slow, the film formation time is long,
Considering that the film forming process is repeated to form a cumulative film, it is not suitable for mass production.

【０００８】レプリカ法では、実際に高分子薄膜に型を
押し当てて均一な凹凸を形成するには大きな圧力を加え
なければならず、ガラス基板およびガラス基板上に形成
されたＴＦＴ素子に悪影響を及ぼすおそれがある。な
お、特開昭５８−１００１２１号公報には、レプリカ法
により高分子薄膜に凹凸を転写する際に、基板を加熱し
て高分子薄膜を軟化させ、凹凸を形成するのに要する圧
力を小さくすることが記載されている。しかし、本発明
者らの研究によれば、基板を加熱するだけでは良好な液
晶配向膜が得られないことが判明した。一方、フォトリ
ソグラフィー法は、配向膜表面に均一に凹凸を形成する
ことができ、均一配向性を付与することができる。In the replica method, a large pressure must be applied to actually press the mold against the polymer thin film to form uniform unevenness, which adversely affects the glass substrate and the TFT element formed on the glass substrate. May affect. In Japanese Patent Laid-Open No. 58-100121, when the unevenness is transferred to the polymer thin film by the replica method, the substrate is heated to soften the polymer thin film to reduce the pressure required to form the unevenness. Is described. However, studies by the present inventors have revealed that a good liquid crystal alignment film cannot be obtained only by heating the substrate. On the other hand, the photolithography method can form irregularities uniformly on the surface of the alignment film, and can provide uniform alignment.

【０００９】しかし、フォトリソグラフィー法およびレ
プリカ法のいずれでも、規則正しい間隔で凹凸パターン
を形成すると、干渉効果により光のスペクトルが現れ、
表示品位に悪影響を及ぼすという問題があった。本発明
の目的は、液晶分子を均一配向させることができ、かつ
液晶配向膜の干渉効果を抑制でき、表示品位を向上でき
る液晶表示素子を提供することにある。However, in both the photolithography method and the replica method, when the concavo-convex pattern is formed at regular intervals, the spectrum of light appears due to the interference effect.
There is a problem that the display quality is adversely affected. An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device capable of uniformly aligning liquid crystal molecules, suppressing an interference effect of a liquid crystal alignment film, and improving display quality.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段と作用】本発明の液晶表示
素子は、それぞれ一方の主面に電極および液晶配向膜を
有する１対の基板を液晶配向膜を内側にして対向させ、
これらの基板間に液晶化合物を封入した液晶表示素子に
おいて、前記液晶配向膜が、縞状パターンを有しかつ凹
凸パターンが不規則である高分子薄膜からなることを特
徴とするものである。In the liquid crystal display device of the present invention, a pair of substrates each having an electrode and a liquid crystal alignment film on one main surface are opposed to each other with the liquid crystal alignment film inside.
In a liquid crystal display device in which a liquid crystal compound is enclosed between these substrates, the liquid crystal alignment film is made of a polymer thin film having a striped pattern and an irregular pattern being irregular.

【００１１】本発明の液晶配向膜の製造方法は、基板の
一方の主面に形成された電極上に感光性高分子薄膜を形
成する工程と、不規則な遮光パターンが形成されたマス
クを介して前記感光性高分子薄膜を露光し、現像する工
程とを具備したことを特徴とするものである。The method of manufacturing a liquid crystal alignment film of the present invention comprises a step of forming a photosensitive polymer thin film on an electrode formed on one main surface of a substrate, and a mask having an irregular light-shielding pattern. And a step of exposing and developing the photosensitive polymer thin film.

【００１２】また、本発明の液晶配向膜の製造方法は、
基板の一方の主面に形成された電極上に高分子薄膜を形
成する工程と、前記高分子薄膜に不規則な凹凸パターン
が形成された型を押し当て、高分子薄膜を加熱して軟化
させて高分子薄膜に型の凹凸パターンを転写する工程
と、前記高分子薄膜を徐冷した後、型をはずす工程とを
具備したことを特徴とするものである。The method for producing a liquid crystal alignment film of the present invention is
A step of forming a polymer thin film on an electrode formed on one main surface of a substrate, and pressing a mold having an irregular concavo-convex pattern formed on the polymer thin film to heat and soften the polymer thin film. And a step of transferring the concave-convex pattern of the mold to the polymer thin film, and a step of gradually cooling the polymer thin film and then removing the mold.

【００１３】本発明の液晶表示素子において、液晶配向
膜は、不規則な凹凸パターンを有する高分子薄膜からな
っている。不規則な凹凸パターンとは、例えば凸部が一
方向に沿ってストライプ状に形成されているが凸部の幅
および／または凸部間の間隔が不規則なパターン、凸部
が一方向に沿う傾向は有するがストライプ状ではなく複
雑な平面形状を有し凸部の幅と長さおよび／または凸部
間の間隔が不規則なパターンなどが挙げられ、周期性を
持たないパターンを意味する。In the liquid crystal display device of the present invention, the liquid crystal alignment film is composed of a polymer thin film having an irregular concavo-convex pattern. The irregular concave-convex pattern is, for example, a pattern in which the convex portions are formed in a stripe shape along one direction, but the width of the convex portions and / or the interval between the convex portions is irregular, or the convex portions extend in one direction. Although it has a tendency, it is not a stripe shape but a pattern having a complicated planar shape and an irregular width and length of convex portions and / or irregular intervals between convex portions.

【００１４】このような不規則な凹凸パターンが形成さ
れていれば、干渉光が生じないか、または干渉光が生じ
たとしても可視域（４００〜７００ｎｍ）に波長ピーク
を持たず、４００ｎｍ未満または７００ｎｍを超える領
域に波長ピークを持つ干渉光を生じる。したがって、液
晶配向膜の干渉効果を抑制でき、表示品位の劣化を防止
できる。If such an irregular concavo-convex pattern is formed, interference light does not occur, or even if interference light occurs, it does not have a wavelength peak in the visible region (400 to 700 nm) and is less than 400 nm or Interfering light having a wavelength peak in a region exceeding 700 nm is generated. Therefore, the interference effect of the liquid crystal alignment film can be suppressed, and the deterioration of display quality can be prevented.

【００１５】高分子薄膜に不規則な凹凸パターンを形成
して液晶配向膜を形成するには、前述したように、フォ
トリソグラフィー法により不規則な遮光パターンが形成
されたマスクを介して感光性高分子薄膜を露光して現像
するか、またはレプリカ法により高分子薄膜に不規則な
凹凸パターンが形成された型を押し当て、高分子薄膜を
加熱して軟化させて高分子薄膜に型の凹凸パターンを転
写し、高分子薄膜を徐冷した後、型をはずす、という方
法が用いられる。フォトリソグラフィー法で用いられる
マスク、またはレプリカ法で用いられる型は、液晶配向
膜を構成する高分子薄膜に形成しようとする不規則な凹
凸パターンに対応するパターンを有するものである。In order to form a liquid crystal alignment film by forming an irregular concavo-convex pattern on a polymer thin film, as described above, high photosensitivity is obtained through a mask on which an irregular light-shielding pattern is formed by photolithography. Exposure and development of a molecular thin film, or pressing of a mold with an irregular asperity pattern formed on a polymer thin film by the replica method, heating and softening the polymer thin film to form an uneven pattern on the polymer thin film Is used, the polymer thin film is slowly cooled, and then the mold is removed. The mask used in the photolithography method or the mold used in the replica method has a pattern corresponding to the irregular asperity pattern to be formed on the polymer thin film forming the liquid crystal alignment film.

【００１６】フォトリソグラフィー法で用いられる感光
性高分子化合物としては、電磁波により作用を受ける官
能基が導入された高分子化合物、または電磁波により作
用を受ける化合物が添加された高分子化合物が挙げられ
る。種々の電磁波に対する各種官能基の反応メカニズム
は、「Ｐｈｏｔｏｒｅａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ
ｓ」（Ａｒｎｏｓｔ Ｒｅｉｓｅｒ著）などに詳しく記
載されている。Examples of the photosensitive polymer compound used in the photolithography method include a polymer compound into which a functional group which is affected by electromagnetic waves is introduced, or a polymer compound to which a compound which is affected by electromagnetic waves is added. The reaction mechanism of various functional groups to various electromagnetic waves is described in "Photoactive Polymer".
s "(written by Arnost Reiser) and the like.

【００１７】レプリカ法において用いられる高分子化合
物は、特に限定されず、ポリスチロール、ポリプロピレ
ン、ポリアミド、ポリカーボネートなどが挙げられる。
これらの高分子薄膜を加熱することにより、型を押し当
てるときの圧力を小さくできる。高分子薄膜の加熱温度
は、ガラス転移温度以上が好ましく、等方性液体温度以
上がより好ましい。型の材料としては、テフロン樹脂、
硫化モリブデンなど、摩擦係数が小さい物質を用いるこ
とが好ましい。このような材料からなる型を用いれば、
冷却した高分子薄膜から型を容易に剥離することができ
る。The polymer compound used in the replica method is not particularly limited, and examples thereof include polystyrene, polypropylene, polyamide and polycarbonate.
By heating these polymer thin films, the pressure when the mold is pressed can be reduced. The heating temperature of the polymer thin film is preferably a glass transition temperature or higher, more preferably an isotropic liquid temperature or higher. As the material of the mold, Teflon resin,
It is preferable to use a material having a small friction coefficient such as molybdenum sulfide. If you use a mold made of such materials,
The mold can be easily peeled off from the cooled polymer thin film.

【００１８】レプリカ法において、高分子薄膜を加熱し
て軟化させて高分子薄膜に型の凹凸パターンを転写した
後、徐冷する際の冷却速度は、自然放冷速度の１／２以
下、さらに１／３以下であることが好ましい。これは急
激な温度変化のために引き起こされる急激な収縮による
クラックの発生など膜質の劣化を防止するためである。
速い冷却速度で冷却することにより形成された配向膜で
は、これらの理由による配向乱れがしばしば観察され
る。In the replica method, the polymer thin film is heated and softened to transfer the pattern of the pattern of the mold to the polymer thin film, and then the cooling rate at the time of slow cooling is 1/2 or less of the natural cooling rate, and It is preferably 1/3 or less. This is to prevent the deterioration of the film quality such as the generation of cracks due to the rapid shrinkage caused by the rapid temperature change.
In the alignment film formed by cooling at a high cooling rate, alignment disorder due to these reasons is often observed.

【００１９】[0019]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。まず、フォトリソグラフィー法により本発明に係
る液晶配向膜を形成した例について説明する。 実施例１ 透明共通電極が形成されたガラス基板と、画素電極およ
びＴＦＴ駆動素子が形成されたガラス基板の２枚のガラ
ス基板を用意した。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, an example in which the liquid crystal alignment film according to the present invention is formed by the photolithography method will be described. Example 1 Two glass substrates, a glass substrate on which a transparent common electrode was formed and a glass substrate on which a pixel electrode and a TFT driving element were formed, were prepared.

【００２０】図１（ａ）に示すように、これらのガラス
基板１上にネガ型感光性ポリイミド（プロビミド４００
シリーズ；チバガイギー社製）の溶液を回転塗布した
後、乾燥、プリベークして膜厚８０ｎｍのネガ型感光性
ポリイミド膜２を形成した。このポリイミド膜２の上
に、ストライプ状の遮光部パターン間のピッチが不規則
なマスク１１を配置し、このマスク１１を介してｉ線を
露光した。このマスク１１の平面図を図２に示す。図２
では、遮光部のパターンを斜線で示している。その後、
現像、ポストベークして、図１（ｂ）に示すように、マ
スク１１の透光部に対応する位置に残存したポリイミド
膜からなる液晶配向膜３を得た。この液晶配向膜３で
は、残存したポリイミド膜のパターン間のピッチが不規
則になっている。As shown in FIG. 1A, a negative photosensitive polyimide (Probimide 400) is formed on these glass substrates 1.
Series; manufactured by Ciba-Geigy) was spin-coated, dried and pre-baked to form a negative photosensitive polyimide film 2 having a film thickness of 80 nm. On this polyimide film 2, a mask 11 having an irregular pitch between stripe-shaped light shielding part patterns was arranged, and i-line was exposed through the mask 11. A plan view of the mask 11 is shown in FIG. Figure 2
Then, the pattern of the light-shielding portion is shown by diagonal lines. afterwards,
After development and post-baking, as shown in FIG. 1B, a liquid crystal alignment film 3 made of a polyimide film remaining at a position corresponding to the light transmitting portion of the mask 11 was obtained. In this liquid crystal alignment film 3, the pitch between the patterns of the remaining polyimide film is irregular.

【００２１】以上のようにして作製された２枚のガラス
基板１を液晶配向膜３を内側にしてスペーサを介して配
置し、シール剤によりシールして液晶セルを作製した。
このとき液晶配向膜３表面に形成されたパターンの方向
を互いに直交させた。この液晶セル内にフェニルシクロ
ヘキサン系（ＰＣＨ）の混合液晶ＺＬＩ−１１３２（メ
ルクジャパン社製）を注入し、液晶注入口を封じてツイ
ストネマチック（ＴＮ）液晶表示素子を作製した。The two glass substrates 1 produced as described above were placed with the liquid crystal alignment film 3 inside through a spacer and sealed with a sealant to produce a liquid crystal cell.
At this time, the directions of the patterns formed on the surface of the liquid crystal alignment film 3 were orthogonal to each other. Phenylcyclohexane (PCH) mixed liquid crystal ZLI-1132 (manufactured by Merck Japan Ltd.) was injected into the liquid crystal cell, and the liquid crystal injection port was sealed to produce a twisted nematic (TN) liquid crystal display device.

【００２２】この液晶表示素子について液晶の配向状態
を調べたところ、均一な配向が得られた。この素子の駆
動時には、ＴＦＴ素子の劣化による欠陥は観察されず、
良好な表示状態が得られた。また、干渉光も観察されな
かった。 実施例２When the liquid crystal alignment state of this liquid crystal display element was examined, uniform alignment was obtained. When driving this element, no defect due to deterioration of the TFT element was observed,
A good display state was obtained. Also, no interference light was observed. Example 2

【００２３】図４に示すように、遮光部のパターンが複
雑かつ不規則なマスク１２を用いた以外は実施例１と同
様にして、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、液晶配向
膜４を得た。図４においても、遮光部のパターンを斜線
で示している。この液晶配向膜４では、残存したポリイ
ミド膜のパターンの幅と長さ、およびパターン間のピッ
チが不規則になっている。以上のようにして作製された
２枚のガラス基板１を用いて実施例１と同様にして液晶
表示素子を作製した。As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the liquid crystal is used in the same manner as in Example 1 except that a mask 12 having a complicated and irregular light shielding pattern is used. The alignment film 4 was obtained. Also in FIG. 4, the pattern of the light-shielding portion is indicated by diagonal lines. In the liquid crystal alignment film 4, the width and length of the remaining pattern of the polyimide film and the pitch between the patterns are irregular. A liquid crystal display device was manufactured in the same manner as in Example 1 using the two glass substrates 1 manufactured as described above.

【００２４】この液晶表示素子について液晶の配向状態
を調べたところ、均一な配向が得られた。この素子の駆
動時には、ＴＦＴ素子の劣化による欠陥は観察されず、
良好な表示状態が得られた。また、干渉光も観察されな
かった。 比較例１When the liquid crystal alignment state of this liquid crystal display element was examined, uniform alignment was obtained. When driving this element, no defect due to deterioration of the TFT element was observed,
A good display state was obtained. Also, no interference light was observed. Comparative Example 1

【００２５】図６に示すように、ストライプ状の遮光部
のパターン間のピッチが一定の規則的なマスク１３を用
いた以外は実施例１と同様にして、図５（ａ）、（ｂ）
に示すように、規則的なパターンを有する液晶配向膜５
を得た。以上のようにして作製された２枚のガラス基板
１を用いて実施例１と同様にして液晶表示素子を作製し
た。As shown in FIG. 6, except that a regular mask 13 having a constant pitch between the patterns of the stripe-shaped light-shielding portions was used, the same procedure as in Example 1 was carried out, and FIGS.
As shown in, liquid crystal alignment film 5 having a regular pattern
Got A liquid crystal display device was manufactured in the same manner as in Example 1 using the two glass substrates 1 manufactured as described above.

【００２６】この液晶表示素子について液晶の配向状態
を調べたところ、均一な配向が得られた。この素子の駆
動時には、ＴＦＴ素子の劣化による欠陥は観察されなか
った。しかし、この素子では干渉光が観察され、表示品
位がやや劣化した。次に、レプリカ法により凹凸パター
ンを有する配向膜を形成する際の、印加圧力、加熱温度
および冷却速度の影響を調べた結果について説明する。
透明共通電極が形成されたガラス基板と、画素電極およ
びＴＦＴ駆動素子が形成されたガラス基板の２枚のガラ
ス基板を用意した。When the liquid crystal alignment state of this liquid crystal display element was examined, uniform alignment was obtained. When driving this element, no defect due to deterioration of the TFT element was observed. However, interference light was observed in this device, and the display quality was slightly degraded. Next, the results of examining the effects of the applied pressure, the heating temperature, and the cooling rate when forming the alignment film having the concavo-convex pattern by the replica method will be described.
Two glass substrates were prepared: a glass substrate on which a transparent common electrode was formed and a glass substrate on which pixel electrodes and TFT driving elements were formed.

【００２７】ガラス基板上にポリスチロールの溶液を回
転塗布した後、乾燥してポリスチロール膜を形成した。
図７（ａ）に示すように、ポリスチロール膜６が形成さ
れたガラス基板１を加熱徐冷装置２１の上に設置した。
微細加工により凹凸を形成した型２２をポリスチロール
膜６の表面に３．０〜１０．０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を加
えて押し当てた。この型２２は図８に示すようなピッチ
および深さで形成された規則的な凹凸形状を有する。加
熱徐冷装置２１により所定温度に加熱してポリスチロー
ル膜６を軟化させ、ポリスチロール膜６に型２２の凹凸
が転写されたことを確認した。その後、自然放冷または
徐冷し、図７（ｂ）に示すように、液晶配向膜７を得
た。この実験で用いた加熱徐冷装置２１では、雰囲気温
度２５℃における自然放冷速度が加熱温度により異な
る。加熱温度と自然放冷速度との関係を示す。 加熱温度 自然放冷速度 １００〜１２０℃ 約３℃／分 １２１〜１３５℃ 約４℃／分 １３６〜１５０℃ 約５℃／分 前記の実験における徐冷速度は、自然放冷速度の約１／
３の速度となるように設定した。A polystyrene solution was spin-coated on a glass substrate and then dried to form a polystyrene film.
As shown in FIG. 7A, the glass substrate 1 on which the polystyrene film 6 was formed was placed on the heating / slow cooling device 21.
A mold 22 having irregularities formed by microfabrication is formed on the surface of the polystyrene film 6 by 3.0 to 10.0 kg / cm 2. Was applied and pressed. This mold 22 has a regular uneven shape formed with a pitch and a depth as shown in FIG. It was confirmed that unevenness of the mold 22 was transferred to the polystyrene film 6 by heating the polystyrene film 6 by heating to a predetermined temperature by the heating / cooling device 21. After that, the liquid crystal alignment film 7 was obtained by spontaneous cooling or slow cooling, as shown in FIG. In the heating / slow cooling device 21 used in this experiment, the spontaneous cooling rate at the ambient temperature of 25 ° C. varies depending on the heating temperature. The relationship between the heating temperature and the spontaneous cooling rate is shown. Heating temperature Natural cooling rate 100-120 ° C About 3 ° C / min 121-135 ° C About 4 ° C / min 136-150 ° C About 5 ° C / min The slow cooling rate in the above experiment is about 1 / n of the natural cooling rate.
The speed was set to 3.

【００２８】前記の実験と比較するために、２５℃にお
いて基板を加熱することなく、微細加工により凹凸を形
成した型をポリスチロール膜の表面に３．０〜２０．０
ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を加えて押し当て、ポリスチロール
膜に型の凹凸を転写することにより液晶配向膜を得た。
また、ポリスチロール以外に、ポリプロピレン、ナイロ
ン６６、ポリカーボネートを用いて前記と同様な実験を
行った。得られた液晶配向膜の表面を走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）により観察し、型の凹凸形状の転写状態を調
べた。For comparison with the above experiment, a mold having irregularities formed by microfabrication was used on the surface of the polystyrene film in an amount of 3.0 to 20.0 without heating the substrate at 25 ° C.
kg / cm 2 A liquid crystal alignment film was obtained by applying pressure and pressing to transfer unevenness of the mold to the polystyrene film.
Further, the same experiment as described above was conducted using polypropylene, nylon 66, and polycarbonate in addition to polystyrene. The surface of the obtained liquid crystal alignment film was observed by a scanning electron microscope (SEM) to examine the transfer state of the uneven shape of the mold.

【００２９】さらに、以上のようにして作製された２枚
のガラス基板１を液晶配向膜７を内側にしてスペーサを
介して配置し、シール剤によりシールして液晶セルを作
製した。このとき液晶配向膜５表面に形成されたパター
ンの方向を互いに直交させた。この液晶セル内にフェニ
ルシクロヘキサン系（ＰＣＨ）の混合液晶ＺＬＩ−１１
３２（メルクジャパン社製）を注入し、液晶注入口を封
じてツイストネマチック（ＴＮ）液晶表示素子を作製し
た。これらの液晶表示素子について、液晶の配向状態お
よび駆動時におけるＴＦＴ素子の損傷状態を調べた。以
上の実験結果を表１および表２に示す。Further, the two glass substrates 1 produced as described above were placed with the liquid crystal alignment film 7 inside through a spacer and sealed with a sealant to produce a liquid crystal cell. At this time, the directions of the patterns formed on the surface of the liquid crystal alignment film 5 were made orthogonal to each other. In this liquid crystal cell, a mixed liquid crystal ZLI-11 of phenylcyclohexane system (PCH)
32 (manufactured by Merck Japan Ltd.) was injected and the liquid crystal injection port was sealed to produce a twisted nematic (TN) liquid crystal display device. With respect to these liquid crystal display elements, the alignment state of the liquid crystal and the damage state of the TFT element during driving were examined. The above experimental results are shown in Tables 1 and 2.

【００３０】表１および表２から、以下のことがわか
る。ポリスチロールについて室温で型を押し当てた場合
と加熱して型を押し当てた場合とで印加圧力が同一の実
験例を比較すると、前者では凹凸パターンの転写状態お
よび液晶の配向状態が劣っている。また、室温で２０．
０ｋｇ／ｃｍ2 という高い圧力で型を押し当てた場合に
は、転写状態および配向状態は良好であるが、ＴＦＴ素
子および基板の損傷が著しくなり、表示素子としては使
用できない。The following can be seen from Tables 1 and 2. Comparing the experimental examples in which the applied pressure is the same when the mold is pressed at room temperature and when the mold is heated and pressed with respect to polystyrene, the transfer state of the concavo-convex pattern and the alignment state of the liquid crystal are inferior in the former case. .. Also, at room temperature, 20.
0 kg / cm 2 When the mold is pressed under such a high pressure, the transfer state and the alignment state are good, but the TFT element and the substrate are significantly damaged and cannot be used as a display element.

【００３１】そして、いくつかの配向膜材料では印加圧
力および加熱温度が同一ならば、冷却速度が遅い（徐
冷）方が、凹凸パターンの転写状態および液晶の配向状
態が良好になる傾向が認められる。しかし、いずれの配
向膜材料でも、印加圧力を１０．０ｋｇ／ｃｍ2 に高め
ると、駆動素子の部分的破損または基板の破損が観察さ
れる。For some alignment film materials, if the applied pressure and the heating temperature are the same, the slower cooling rate (gradual cooling) tends to improve the transferred state of the uneven pattern and the aligned state of the liquid crystal. Be done. However, with any alignment film material, the applied pressure is 10.0 kg / cm 2 When it is increased to 1, a partial breakage of the driving element or a breakage of the substrate is observed.

【００３２】なお、以上の実験例では、規則的な凹凸パ
ターンを有する液晶配向膜を形成しているので、このよ
うな液晶配向膜を有する液晶表示素子では光の干渉効果
に起因する呈色が観察され、表示品位が劣化した。In the above experimental example, since the liquid crystal alignment film having a regular concavo-convex pattern is formed, the liquid crystal display device having such a liquid crystal alignment film exhibits a color change due to the light interference effect. It was observed and the display quality deteriorated.

【００３３】[0033]

【表１】 [Table 1]

【００３４】[0034]

【表２】 以上の実験結果を参考にして、レプリカ法により本発明
に係る液晶配向膜を形成した例について説明する。 実施例３ 透明共通電極が形成されたガラス基板と、画素電極およ
びＴＦＴ駆動素子が形成されたガラス基板の２枚のガラ
ス基板を用意した。[Table 2] An example in which the liquid crystal alignment film according to the present invention is formed by the replica method will be described with reference to the above experimental results. Example 3 Two glass substrates were prepared: a glass substrate on which a transparent common electrode was formed and a glass substrate on which pixel electrodes and TFT driving elements were formed.

【００３５】ガラス基板上にポリスチロールの溶液を回
転塗布した後、乾燥してポリスチロール膜を形成した。
図９に示すように、ポリスチロール膜６が形成されたガ
ラス基板１を加熱徐冷装置２１の上に設置し、ポリスチ
ロール膜６の表面に型２３を押し当てて液晶配向膜を得
た。この型２３は、図１０（ａ）および（ｂ）に示すよ
うに、凸部の稜線（図１０（ｂ）に実線で表示）が一方
向に沿って伸びているが、凸部間のピッチが不規則な凹
凸パターンが形成されている。得られた液晶配向膜は型
２３の凹凸形状が逆転した凹凸パターンを有し、凸部間
のピッチが不規則になっている。A solution of polystyrene was spin-coated on a glass substrate and then dried to form a polystyrene film.
As shown in FIG. 9, the glass substrate 1 on which the polystyrene film 6 was formed was placed on the heating / slow cooling device 21, and the mold 23 was pressed against the surface of the polystyrene film 6 to obtain a liquid crystal alignment film. In this mold 23, as shown in FIGS. 10A and 10B, the ridge line of the convex portion (shown by a solid line in FIG. 10B) extends along one direction, but the pitch between the convex portions is large. Has an irregular pattern. The obtained liquid crystal alignment film has a concavo-convex pattern in which the concavo-convex shape of the mold 23 is reversed, and the pitch between the convex parts is irregular.

【００３６】本実施例では、ポリスチロール膜４の表面
に型２３を押し当てて５．０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を加
え、１１５℃に加熱してポリスチロール膜４に型２３の
凹凸が転写されたことを確認した。その後、１．０℃／
分の冷却速度で徐冷した。In this embodiment, the mold 23 is pressed against the surface of the polystyrene film 4 and 5.0 kg / cm 2 It was confirmed that the unevenness of the mold 23 was transferred to the polystyrene film 4 by applying the pressure of 1 to 115 ° C. After that, 1.0 ° C /
Gradually cooled at a cooling rate of minutes.

【００３７】さらに、以上のようにして作製された２枚
のガラス基板１を液晶配向膜を内側にしてスペーサを介
して配置し、シール剤によりシールして液晶セルを作製
した。このとき液晶配向膜表面に形成されたパターンの
方向を互いに直交させた。この液晶セル内にフェニルシ
クロヘキサン系（ＰＣＨ）の混合液晶ＺＬＩ−１１３２
（メルクジャパン社製）を注入し、液晶注入口を封じて
ツイストネマチック液晶表示素子を作製した。Further, the two glass substrates 1 produced as described above were arranged with a liquid crystal alignment film inside and via a spacer, and sealed with a sealant to produce a liquid crystal cell. At this time, the directions of the patterns formed on the surface of the liquid crystal alignment film were orthogonal to each other. In this liquid crystal cell, a mixed liquid crystal ZLI-1132 of phenylcyclohexane system (PCH)
(Manufactured by Merck Japan Co., Ltd.) was injected and the liquid crystal injection port was sealed to prepare a twisted nematic liquid crystal display element.

【００３８】この液晶表示素子について液晶の配向状態
を調べたところ、均一な配向が得られた。この素子の駆
動時には、ＴＦＴ素子の劣化による欠陥は観察されず、
良好な表示状態が得られた。また、干渉光も観察されな
かった。 実施例４When the liquid crystal alignment state of this liquid crystal display element was examined, uniform alignment was obtained. When driving this element, no defect due to deterioration of the TFT element was observed,
A good display state was obtained. Also, no interference light was observed. Example 4

【００３９】図１２（ａ）および（ｂ）に示すような、
凹凸のパターンが複雑かつ不規則な型２４を用いた以外
は実施例３と全く同一の条件で、図１１に示すようにし
て液晶配向膜を得た。図１２に示す型２４を用いて得ら
れる液晶配向膜４では、凸部の長さおよび凸部間のピッ
チが不規則になっている。以上のようにして作製された
２枚のガラス基板を用いて実施例３と同様にして液晶表
示素子を作製した。As shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b),
A liquid crystal alignment film was obtained as shown in FIG. 11 under exactly the same conditions as in Example 3 except that the irregularly shaped mold 24 was used. In the liquid crystal alignment film 4 obtained by using the mold 24 shown in FIG. 12, the length of the convex portions and the pitch between the convex portions are irregular. A liquid crystal display device was manufactured in the same manner as in Example 3 using the two glass substrates manufactured as described above.

【００４０】この液晶表示素子について液晶の配向状態
を調べたところ、均一な配向が得られた。この素子の駆
動時には、ＴＦＴ素子の劣化による欠陥は観察されず、
良好な表示状態が得られた。また、干渉光も観察されな
かった。 比較例２ 透明共通電極が形成されたガラス基板と、画素電極およ
びＴＦＴ駆動素子が形成されたガラス基板の２枚のガラ
ス基板を用意した。When the liquid crystal alignment state of this liquid crystal display element was examined, uniform alignment was obtained. When driving this element, no defect due to deterioration of the TFT element was observed,
A good display state was obtained. Also, no interference light was observed. Comparative Example 2 Two glass substrates, a glass substrate on which a transparent common electrode was formed and a glass substrate on which pixel electrodes and TFT driving elements were formed, were prepared.

【００４１】これらのガラス基板上に塗布法によりポリ
イミド膜を形成し、ラビング法により液晶配向膜を得
た。さらに、以上のようにして作製された２枚のガラス
基板を用い、前記と同様にしてツイストネマチック液晶
表示素子を作製した。A polyimide film was formed on these glass substrates by a coating method, and a liquid crystal alignment film was obtained by a rubbing method. Furthermore, a twisted nematic liquid crystal display element was produced in the same manner as above using the two glass substrates produced as described above.

【００４２】この液晶表示素子について液晶の配向状態
を調べたところ、ラビングによる配向膜の損傷により均
一な配向が得られなかった。この素子の駆動時には、静
電気に起因したＴＦＴ素子の劣化による欠陥が観察さ
れ、良好な表示状態が得られなかった。When the liquid crystal alignment state of this liquid crystal display element was examined, uniform alignment could not be obtained due to damage of the alignment film due to rubbing. When driving this element, defects due to deterioration of the TFT element due to static electricity were observed, and a good display state was not obtained.

【００４３】[0043]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、液
晶分子を均一配向させることができ、かつ干渉効果を抑
制できる液晶配向膜を製造でき、表示品位の良好な液晶
表示素子を提供できる。As described above in detail, according to the present invention, a liquid crystal alignment film capable of uniformly aligning liquid crystal molecules and suppressing an interference effect can be produced, and a liquid crystal display device having a good display quality is provided. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明の実施例１におけ
る液晶配向膜の製造方法を示す図。1A and 1B are views showing a method for producing a liquid crystal alignment film in Example 1 of the present invention.

【図２】本発明の実施例１において用いられたマスクの
平面図。FIG. 2 is a plan view of a mask used in Example 1 of the present invention.

【図３】（ａ）および（ｂ）は本発明の実施例２におけ
る液晶配向膜の製造方法を示す図。3A and 3B are diagrams showing a method for producing a liquid crystal alignment film in Example 2 of the present invention.

【図４】本発明の実施例１において用いられたマスクの
平面図。FIG. 4 is a plan view of a mask used in Example 1 of the present invention.

【図５】（ａ）および（ｂ）は比較例１における液晶配
向膜の製造方法を示す図。5A and 5B are diagrams showing a method for manufacturing a liquid crystal alignment film in Comparative Example 1.

【図６】本発明の比較例１において用いられたマスクの
平面図。FIG. 6 is a plan view of a mask used in Comparative Example 1 of the present invention.

【図７】（ａ）および（ｂ）は参考実験例における液晶
配向膜の製造方法を示す図。7A and 7B are diagrams showing a method for manufacturing a liquid crystal alignment film in a reference experimental example.

【図８】参考実験例において用いられた型の断面図。FIG. 8 is a sectional view of a mold used in a reference experimental example.

【図９】本発明の実施例３における液晶配向膜の製造方
法を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a method for manufacturing a liquid crystal alignment film in Example 3 of the present invention.

【図１０】（ａ）は本発明の実施例３において用いられ
た型の断面図、（ｂ）は同平面図。10A is a sectional view of a mold used in Example 3 of the present invention, and FIG. 10B is a plan view of the same.

【図１１】本発明の実施例４における液晶配向膜の製造
方法を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a method for manufacturing a liquid crystal alignment film in Example 4 of the present invention.

【図１２】（ａ）は本発明の実施例４において用いられ
た型の断面図、（ｂ）は同平面図。12A is a sectional view of a mold used in Example 4 of the present invention, and FIG. 12B is a plan view of the same.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…ガラス基板、２…感光性ポリイミド膜、３、４、７
…液晶配向膜、６…ポリスチロール膜、１１、１２、１
３…マスク、２１…加熱徐冷装置、２２、２３、２４…
型。1 ... Glass substrate, 2 ... Photosensitive polyimide film, 3, 4, 7
... Liquid crystal alignment film, 6 ... Polystyrene film, 11, 12, 1
3 ... Mask, 21 ... Heating / cooling device, 22, 23, 24 ...
Type.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 寧 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 長谷川 誠 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Ninja Mori, 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture, Toshiba Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor, Makoto Hasegawa 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama Stock Company Toshiba Yokohama Office

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 それぞれ一方の主面に電極および液晶配
向膜を有する１対の基板を液晶配向膜を内側にして対向
させ、これらの基板間に液晶化合物を封入した液晶表示
素子において、前記液晶配向膜が、縞状パターンを有し
かつ凹凸パターンが不規則である高分子薄膜からなるこ
とを特徴とする液晶表示素子。1. A liquid crystal display device in which a pair of substrates each having an electrode and a liquid crystal alignment film on one main surface are opposed to each other with the liquid crystal alignment film inside, and a liquid crystal compound is enclosed between these substrates. A liquid crystal display device, wherein the alignment film is composed of a polymer thin film having a striped pattern and an irregular pattern. 【請求項２】 基板の一方の主面に形成された電極上に
感光性高分子薄膜を形成する工程と、不規則な遮光パタ
ーンが形成されたマスクを介して前記感光性高分子薄膜
を露光し、現像する工程とを具備したことを特徴とする
液晶配向膜の製造方法。2. A step of forming a photosensitive polymer thin film on an electrode formed on one main surface of a substrate, and exposing the photosensitive polymer thin film through a mask on which an irregular light-shielding pattern is formed. And a step of developing the liquid crystal alignment film. 【請求項３】 基板の一方の主面に形成された電極上に
高分子薄膜を形成する工程と、前記高分子薄膜に不規則
な凹凸パターンが形成された型を押し当て、高分子薄膜
を加熱して軟化させて高分子薄膜に型の凹凸パターンを
転写する工程と、前記高分子薄膜を徐冷した後、型をは
ずす工程とを具備したことを特徴とする液晶配向膜の製
造方法。3. A step of forming a polymer thin film on an electrode formed on one main surface of a substrate, and a mold having an irregular concavo-convex pattern formed on the polymer thin film is pressed to form the polymer thin film. A method for producing a liquid crystal alignment film, comprising: a step of heating and softening to transfer an uneven pattern of a mold to a polymer thin film; and a step of gradually cooling the polymer thin film and then removing the mold.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001281659A (en) * 2000-03-27 2001-10-10 Hewlett Packard Co <Hp> Liquid crystal device

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