JPH1096927A - 原子ビームによる液晶の整列化 - Google Patents

原子ビームによる液晶の整列化

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JPH1096927A
JPH1096927A JP9117162A JP11716297A JPH1096927A JP H1096927 A JPH1096927 A JP H1096927A JP 9117162 A JP9117162 A JP 9117162A JP 11716297 A JP11716297 A JP 11716297A JP H1096927 A JPH1096927 A JP H1096927A
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プラヴィーン・チャーダリ
Andrew Reeshi James
ジェームズ・アンドリュ・レーシ
Alan Rien Shui-Chii
シュイ−チイ・アラン・リエン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低エネルギ及び中性のアルゴンイオン・ビーム
に対して暴露されたポリイミド表面上に液晶を整列させ
る方法を提供する。 【解決手段】入射イオンのエネルギは７５eＶと５００e
Ｖとの間で変更され、統合された電流密度が１００μＡ
/ｃｍ2 から５００ｍＡ/ｃｍ2 までの間で変更され、整
列が測定される入射角が１０度と８０度との間で変更さ
れる。液晶のプレチルト角は処理条件を制御することに
よって０度と８度との間で変更される。電荷移動を導く
ポリイミドのデグラデーションは低い加速電圧で操作す
ることによって回避することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面が液晶ディス
プレイ・セルを形成するために使用可能な液晶材料のた
めの整列層として作用するように、原子ビーム又はイオ
ン・ビームのような粒子ビームに対してその表面を暴露
することに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】整列した液晶はフラット・パネル・ディ
スプレイ・テクノロジにおいて幅広く使用されている。
それらは、基板の表面上に異方性を引き起こすことによ
って整列させられる。この表面は、通常、ガラス基板上
に被覆されたポリイミドのようなポリマである。表面に
異方性を生じさせる数多くの方法がある。即ち、それら
は、研磨（ｒｕｂｂｉｎｇ）、ポリマのストレッチン
グ、ラングミュア・ブロジェット膜、マイクロリソグラ
フィにより生じた格子構造、ＳｉＯx の傾斜析出、及び
ポリマ膜の偏光紫外線放射である。今の市場で入手可能
な整列液晶ディスプレイにおいて使用される普及した方
法は、ベルベット生地でもってポリイミド膜を研磨する
ことである。この方法は幾つかの欠点を持っている。欠
点には、研磨プロセス時を除けばクリーン・ルーム環境
であるといえるその研磨プロセス時にその生地が屑を残
すということ、静電気放電が、また、静電気放電の薄い
ポリイミド膜の下の電子回路に与える影響が懸念される
こと、巨視的プロセスである研磨は、通常百ミクロンの
桁であるピクセルの空間サイズで種々の方向に液晶を整
列させることには向かないということが含まれる。この
局所的整列は、ディスプレイの視角を大きく増大するマ
ルチ・ドメイン構造を得るには望ましい。現在の液晶デ
ィスプレイの制限された視角はこのテクノロジの制限の
１つである。本発明は液晶を整列させる新しい非接触法
を開示するものである。この方法は研磨技法によって生
じた問題を回避する。
【０００３】次に、本発明に関連する参考文献を列記す
る。 １．S.Seo, H.Matsuda, J.Ishizawa, Y.Lamura 及び S.
Kobayashi による SID Digest 1993, p.953 における記
事。 ２．P.G.deGennes 及び J.Prost により引用された O.K
ehmann (1906) 及び P.Chatelain (1943) による "The
Physics of Liquid Crystals" Clarendon Press,Oxford
(1993), p.109,161 における記事。 ３．H.Aoyama, Y.Yamazaki, M.Matsuura, H.Mada 及び
S.Kobayashi による Mol. Cryst. Liq. Cryst. 72,127
(1981) おける記事。 ４．I.Ikeno, A.Oshaki, M.Nitto, N.Ozaki, Y.Yokoyam
a, K.Kakaya 及び S.Kobayasi による Jpn. J. Appl. P
hys., 27, L475 (1988) における記事。 ５．M.Nakamura 及び M.Ura による J. Appl. Phys., 5
2, 210 (1981) における記事。 ６．J.Ienuing による Appl. Phys. Lett., 21, 173 (1
982) における記事。 ７．M.Schadt, K.Suhmitt, V.Kozinkov 及び V.Chiqvin
ov による Jpn. J. Appl. Phys., 31, 2155 (1992) に
おける記事。 ８．S.Kobayashi 及び Y.Limura による SPIE, 2175, 1
23 (1994) における記事。 ９．Shimada 他による米国特許第５,０３０,３２２号
（July 1991）。 １０．日本国特許第３２１７８２３号（August 1991). １１．S.Tamura, Y.Koike 及び H.Yoshida による 日本
国特許第１０６６２４号。 １２．Shui-Chih A. Lien 及び Richard A.John による
米国特許第５,３０９,２６４号。 １３．Y.Koide, T.Kamada, K.Okamoto, M.Ohashi, I.To
mita 及び M.Okabe による SID 92 Dig., p.798 (1992)
における記事。 １４．A.Lien, R.A.John, M.Angelopoulos, K.W.Lee,
H.Takano, K.Tajima 及びA.Takenaka による Appl. Phy
s. Lett. 67, 3108 (1995) における記事。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、液晶
分子が整列する表面に対して特徴を与える改良された方
法を提供することにある。
【０００５】本発明のもう１つの目的は、原子ビーム又
はイオンビームのような粒子ビームを使用してそのよう
なパターン化の特徴を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの特徴は、
粒子ビームを整列面に当てることによって、液晶ディス
プレイ・セルのための整列方向をその整列面上に生成す
る方法である。この方法では、整列面に関する液晶分子
のプレチルト角を調節するために、粒子ビームが、調節
可能なエネルギで、整列面に関して調節可能な角度で、
及び調節可能な時間に、その表面に当てられる。
【０００７】
【発明の実施の形態】ポリイミド膜の表面を衝撃するた
めに、アルゴン・イオンの低エネルギ・ビームが使用さ
れる。そのアルゴン・ビームがその表面に対する垂直以
外の角度のものである時、そのビームは方向の整列を生
じさせる。原子ビームが誘起した整列が他の技法のもの
よりも優れているという利点は次の点である。即ち、 （１）それが非接触整列である。 （２）低エネルギ・ビームが、例えば紫外線放射の下
で、結合破壊によって生じたラジカルの数が最小となる
ように表面層だけが影響されることを保証する。これ
は、液晶セルに電圧が印加された時の電荷増大を回避す
る。 （３）大きな領域の一様な且つ平行なビームが容易に得
られる。ＳｉＯx の傾斜析出による問題、及び （４）原子ビームが電子機器製造分野では周知であり、
クリーン・ルーム環境に適合する。 （５）原子ビームが自立的な薄いポリマ膜の両面を整列
させるために使用可能である。
【０００８】しかし、それらの多くの利点にも関わら
ず、エネルギを持った粒子の中性ビームはポリイミドの
損傷も生じさせ、その結果、ディスプレイを動作させる
ために電圧が印加される時、液晶における有害な時間依
存の応答を行う結合破壊を生じる。このため、低エネル
ギのビーム、実際には、文献に述べられている数百ボル
トではなく２５ボルト以上を含むエネルギのビームを使
用することが非常に望ましい。これらの低エネルギ・ビ
ームは、如何なる測定可能な破壊もなく整列を生じさせ
るように十分に表面層を変性する。この結論を支持する
実験データを後で示すことにする。
【０００９】本発明のために使用されるイオン・ビーム
・システムの概略図が図１に示される。イオン源は商業
的に入手可能であり、このイオン源における加速電圧は
７５Ｖから５００Ｖまで変更可能である。電流密度又は
１平方センチメートル当たりのイオン数は、約１００−
５００μＡ/ｃｍ2 であり、それは調べられた変数の１
つであった。原子ビームによって衝撃された基板は、酸
化インジウム錫及びポリイミド膜が析出されているガラ
スから作られた。ポリイミド膜によって被覆された薄膜
トランジスタを含む基板も調べられた。自立型であるマ
イラ膜も調べられた。これらは単に例示的なものであ
り、限定的なものではない。これらの基板は、図１に示
された入力原子ビームに対して種々の角度で設置され
た。プラズマ源としてアルゴン・ガスが使用された。イ
オン・ビーム装置及びそれの動作は半導体産業では周知
である。
【００１０】図１はイオン源の物理的及び電気的構成の
概略図を示す。動作の原理は、イオン源が３つの領域よ
りなることを認識することによって最もよく理解され
る。イオンは放電プラズマ領域（１２）において発生さ
れ、抽出領域（６）を通して加速され、ビーム・プラズ
マ領域（４４）を通して移動する。
【００１１】イオンは、中性ガス原子の電子的衝撃によ
って放電プラズマ領域（１２）において発生される。電
子は熱フィラメント陰極（８）によって放出され、そし
て陰極（８）と陽極（１４）との間の電位差Ｖｄ（２
０）によって加速される。この電圧は、一般には、アル
ゴン・イオン化電圧１５.８eＶよりも数倍高い約４０Ｖ
であり、グロー放電を設定するために使用される。その
放電が開始する前には、源本体（２）は陽極（１４）の
電位にある。しかし、放電が開始した後は、接続抵抗
（２２）は、源本体（２）及びスクリーン格子（４）が
陰極電位に浮上して陽極へ放電電流を与えることを可能
にする。放電プラズマ領域（１２）は陰極（８）、陽極
（１４）、チャンバ壁（１６、１８、３６、及び３２）
及びスクリーン格子（４）の間に設定される。
【００１２】イオン・ビームを放電プラズマ領域から抽
出するために、陽極電圧Ｖanode が接地電位よりも上の
正電圧に上げられる。その陽極電位の上昇はプラズマ電
位を同じ値近くまで増加させる。従って、放電プラズマ
から出て接地されたターゲット（２４）の表面を打つ如
何なるイオンも、陽極電位によって決定されたエネルギ
に達する。加速格子（６）は負電位に保持され、イオン
は加速格子を打つことなくその加速格子における開口
（３４）を通過してコリメートされたビーム（３８）を
形成し、最終的には、接地電位（３０）に保持されたタ
ーゲット（２４）を打つ。
【００１３】利用された基板は絶縁性であるので、イオ
ン・ビームが基板を打つ時、電子流を正のイオンの入力
フラックスに交わらせるために利用可能な電流路は存在
せず、その絶縁性の表面は正に帯電するであろう。この
帯電を除くために、ビームのすべての領域又は正に帯電
した基板に電子を十分に供給する熱フィラメント又は中
性化器（４２）がビーム・プラズマ領域（４４）に設置
される。
【００１４】１対のガラス・プレートが、イオン・ビー
ムに対する露出の後、５ミクロン・スペーサとともにア
センブルされる。それらの２つのプレートの間のスペー
スは空にされ、実質的には、ネマティック液晶によって
満たされる。その液晶は、生地による研磨が整列させる
のとほとんど同じ様に原子ビームにより整列させられる
ことがわかった。
【００１５】その整列は強固であったし、又、傾斜角と
呼ばれるディスプレイ・テクノロジの分野にかなり関連
した基準値がビームの角度、時間、及びエネルギの関数
として決定された。アクティブなマトリクス液晶に対し
ては、プレチルト角を数度よりは大きくすることが望ま
しい。液晶ディスプレイの動作及び傾斜角は１９９４年
２月２０日に出願され且つ本発明の譲受人に譲渡された
米国特許出願０８/１９４２３９号に開示されている。
図８は、図７の基板５４を概略的に示すものであり、基
板５４は、その基板５４の表面６２に関して角度６０を
形成する５８として概略的に示された液晶分子と共に本
発明の方法によって形成された整列ディレクトリ５６を
有する。角度６０はプレチルト角である。図２には、プ
レチルト角６０が基板５４に関する入射ビーム５２の角
度５０の関数として示される。これは２つの加速電圧に
関して示される。４５度においてプレチルトの値の最大
が存在する。図３には、一定のビーム電流時の露出時間
に関するプレチルト角の値の変動が示される。最後に、
図４には、プレチルト角が加速電圧に従ってどのように
変化するかが示される。
【００１６】プレチルト角がディスプレイ・テクノロジ
の要求を満足すること及び電圧及び電流のような原子ビ
ーム・パラメータによるそれの変動が制御可能であるこ
とはこれらの測定から明らかである。次に、イオン・ビ
ーム加速電圧の、或電圧の下でのディスプレイ装置の時
間応答性に対する影響が調べられた。この極めて重要な
テストでは、ポリイミド又は液晶セルにおける漂遊電荷
がサーチされた。後者は一定に、即ち、イオン・ビーム
処理パラメータに関係なく保たれるので、観察されたす
べての時間依存の影響がポリイミドにおける電荷移動と
関連している。７５Ｖイオン・ビーム整列手順の後に実
行されたテストの結果は電荷加速の形跡を全く示さず、
一方、２００Ｖからの結果はそれを示した。これは図５
及び図６に示される。
【００１７】これらの測定は、加速電圧が低く保持され
るならば、その原子ビーム整列技法が液晶ディスプレイ
を整列させるために使用可能であることを明らかに示し
ている。ポリイミド及びアルゴン・イオンに対しては、
これは２００Ｖよりも低い。
【００１８】マイラ・オブジェクトが液晶を整列させる
ためにも使用可能であることがわかった。２ミクロンの
薄いマイラ・シートが矩形フレームにまたがって伸張さ
れ、マイラの両面が２００Ｖビームに対して露出され
た。しかる後、このマイラ・シートは２つのポリイミド
被覆されたガラス板の間に挟持され、本願に対応した米
国特許出願と同じ日に米国で出願された「パララックス
のないスタックされた液晶ディスプレイ・セル "STACKE
D PARALLAX-FREE LIQUID CRYSTAL DISPLAY CELL"」と題
した A. Lowe 氏による米国特許出願第０８/６４４,５
５６号において教示されているような紙葉状のディスプ
レイを形成する。
【００１９】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００２０】（１）液晶ディスプレイ・セルのための整
列表面上に整列方向を生成するための方法にして、前記
整列表面に粒子ビームを向けるステップを含み、前記粒
子ビームは、前記整列表面に関して液晶分子のプレチル
ト角を調節するために、調節可能なエネルギで、前記整
列表面に関して調節可能な角度で、及び調節可能な時間
に前記表面に向けられることを特徴とする方法。 （２）前記整列表面はポリマ表面であることを特徴とす
る上記（１）に記載の方法。 （３）前記ポリマはポリイミドであることを特徴とする
上記（２）に記載の方法。 （４）前記粒子ビームはイオン及び中性粒子より成るグ
ループから選択されたビームであることを特徴とする上
記（１）に記載の方法。 （５）前記粒子ビームは原子ビーム、イオン・ビーム、
分子ビーム、電子ビーム、及び素粒子ビームより成るグ
ループから選択されることを特徴とする上記（１）に記
載の方法。 （６）前記粒子ビームは、前記整列を生じさせるには十
分であるが前記整列基板における欠陥を生じさせるには
不十分である前記表面からの距離においてのみ前記粒子
ビームを相互作用させるために、前記調節可能なエネル
ギの値、前記調節可能な角度の値、及び前記調節可能な
時間の値を有することを特徴とする上記（１）に記載の
方法。 （７）前記欠陥は前記整列表面に記憶された電荷である
ことを特徴とする上記（６）に記載の方法。 （８）前記エネルギを印加するための電圧は１０ボルト
よりも大きいことを特徴とする上記（１）に記載の方
法。（９）前記電圧は約５０ボルトから約２００ボルト
までであることを特徴とする 上記（８）に記載の方法。 （１０）前記角度は約０゜から約９０゜までであること
を特徴とする上記（１）に記載の方法。 （１１）前記ポリマはマイラ・シートであることを特徴
とする上記（２）に記載の方法。 （１２）液晶ディスプレイ・セルのための整列表面上に
整列方向を生成するための方法にして、前記整列表面に
関して液晶分子のプレチルト角を調節するために、前記
粒子ビームを調節可能なエネルギで前記整列表面に向け
るステップと、前記整列表面を液晶ディスプレイ・セル
に組み込むステップと、を含む方法。 （１３）液晶ディスプレイ・セルのための整列表面上に
整列方向を生成するための方法にして、前記整列表面に
関して液晶分子のプレチルト角を調節するために、前記
粒子ビームを前記整列表面に関して調節可能な角度で前
記整列表面に向けるステップと、前記整列表面を液晶デ
ィスプレイ・セルに組み込むステップと、を含む方法。 （１４）表面が分子に対して暴露されている時に前記表
面において整列するように分子を誘導するに十分な表面
特性を前記表面において生成するに十分なエネルギ、角
度で及び時間の間前記表面に粒子ビームを向けるステッ
プを含む方法。 （１５）液晶ディスプレイ・セルのための整列表面上に
整列方向を生成するための方法にして、前記整列表面に
関して液晶分子のプレチルト角を調節するために、前記
粒子ビームを調節可能な時間の間前記整列表面に向ける
ステップと、前記整列表面を液晶ディスプレイ・セルに
組み込むステップと、を含む方法。 （１６）前記整列表面を液晶ディスプレイ・セルに組み
込むステップを含むことを特徴とする上記（１）に記載
の方法。 （１７）液晶ディスプレイ・セルのための整列表面上に
整列方向を生成するための方法にして、前記整列表面に
粒子ビームを向けるステップを含み、前記粒子ビームは
前記整列表面に関して液晶分子のプレチルト角を調節す
るために向けられることを特徴とする方法。
【００２１】
【発明の効果】本発明によって、液晶分子が整列する表
面に対して特徴を与える方法が提供され、しかも、原子
ビーム或いはイオン・ビームのような粒子ビームを使用
してそのようなパターン化の特徴が与えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のために使用されるイオン・ビーム・シ
ステムの概略図である。
【図２】図７に示されたような入射ビームの入射角の関
数としてのプレチルト角のプロットである。
【図３】入射ビームへの露出の時間に関するプレチルト
角のプロットである。
【図４】加速電圧に関するプレチルト角のプロットであ
る。
【図５】液晶セルにおいて使用される本発明に従って露
出された基板の輝度対時間を示す。
【図６】液晶セルにおいて使用される本発明に従って露
出された基板の輝度対時間を示す。
【図７】露出されている基板の表面に入射する本発明に
よるビームを概略的に示す。
【図８】液晶部分のプレチルト角を概略的に示す。
【符号の説明】
４ スクリーン格子 ６ 抽出領域 ８ 熱フィラメント陰極 １２ 放電プラズマ領域 １４ 陽極 ２４ ターゲット ３８ ビーム ４４ ビーム・プラズマ領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ・アンドリュ・レーシ アメリカ合衆国ニューヨーク州、マホパッ ク、マウンテン・ビュー・ドライブ 44 (72)発明者 シュイ−チイ・アラン・リエン アメリカ合衆国ニューヨーク州、ブライア クリフ・マノア、ピア・ポンド・レーン 19

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】液晶ディスプレイ・セルのための整列表面
    上に整列方向を生成するための方法にして、 前記整列表面に粒子ビームを向けるステップを含み、 前記粒子ビームは、前記整列表面に関して液晶分子のプ
    レチルト角を調節するために、調節可能なエネルギで、
    前記整列表面に関して調節可能な角度で、及び調節可能
    な時間に前記表面に向けられることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】前記整列表面はポリマ表面であることを特
    徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記ポリマはポリイミドであることを特徴
    とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記粒子ビームはイオン及び中性粒子より
    成るグループから選択されたビームであることを特徴と
    する請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記粒子ビームは原子ビーム、イオン・ビ
    ーム、分子ビーム、電子ビーム、及び素粒子ビームより
    成るグループから選択されることを特徴とする請求項１
    に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記粒子ビームは、前記整列を生じさせる
    には十分であるが前記整列基板における欠陥を生じさせ
    るには不十分である前記表面からの距離においてのみ前
    記粒子ビームを相互作用させるために、前記調節可能な
    エネルギの値、前記調節可能な角度の値、及び前記調節
    可能な時間の値を有することを特徴とする請求項１に記
    載の方法。
  7. 【請求項７】前記欠陥は前記整列表面に記憶された電荷
    であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記エネルギを印加するための電圧は１０
    ボルトよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の
    方法。
  9. 【請求項９】前記電圧は約５０ボルトから約２００ボル
    トまでであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記角度は約０゜から約９０゜までであ
    ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】前記ポリマはマイラ・シートであること
    を特徴とする請求項２に記載の方法。
  12. 【請求項１２】液晶ディスプレイ・セルのための整列表
    面上に整列方向を生成するための方法にして、 前記整列表面に関して液晶分子のプレチルト角を調節す
    るために、前記粒子ビームを調節可能なエネルギで前記
    整列表面に向けるステップと、 前記整列表面を液晶ディスプレイ・セルに組み込むステ
    ップと、 を含む方法。
  13. 【請求項１３】液晶ディスプレイ・セルのための整列表
    面上に整列方向を生成するための方法にして、 前記整列表面に関して液晶分子のプレチルト角を調節す
    るために、前記粒子ビームを前記整列表面に関して調節
    可能な角度で前記整列表面に向けるステップと、 前記整列表面を液晶ディスプレイ・セルに組み込むステ
    ップと、 を含む方法。
  14. 【請求項１４】表面が分子に対して暴露されている時に
    前記表面において整列するように分子を誘導するに十分
    な表面特性を前記表面において生成するに十分なエネル
    ギ、角度で及び時間の間前記表面に粒子ビームを向ける
    ステップを含む方法。
  15. 【請求項１５】液晶ディスプレイ・セルのための整列表
    面上に整列方向を生成するための方法にして、 前記整列表面に関して液晶分子のプレチルト角を調節す
    るために、前記粒子ビームを調節可能な時間の間前記整
    列表面に向けるステップと、 前記整列表面を液晶ディスプレイ・セルに組み込むステ
    ップと、を含む方法。
  16. 【請求項１６】前記整列表面を液晶ディスプレイ・セル
    に組み込むステップを含むことを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
  17. 【請求項１７】液晶ディスプレイ・セルのための整列表
    面上に整列方向を生成するための方法にして、 前記整列表面に粒子ビームを向けるステップを含み、 前記粒子ビームは前記整列表面に関して液晶分子のプレ
    チルト角を調節するために向けられることを特徴とする
    方法。
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