JPH11109362A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配向膜は、吸湿または加水分解により膜質劣
化、チルト角の低下等が生じ、疎水性の材料を用いてい
るが、配向膜がハジキを生じ、基板全面にこの配向膜が
均一に濡れない問題があった。 【解決手段】 ポリイミド系の配向膜が２００Å程度の
薄い膜厚で形成できるように塗布時の濃度を下げ、また
有機系の平坦化膜を採用することで、配向膜との親和性
を向上させた。また配向膜の親和性を増すと同時に、ハ
ジキが発生する前に乾燥を完了させるため、そのスピー
ドを５秒以内とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関
し、更に詳しく言えば、薄い配向膜を有する液晶表示装
置およびこの配向膜の製造方法にするものである。

【０００２】

【従来の技術】以下で、従来例に係る液晶表示装置につ
いて図面を参照しながら説明する。まず図５のように、
透明な絶縁性基板１０の上にゲート電極１１、このゲー
ト電極と一体のゲートラインおよび補助容量電極１２が
設けられ、これらを覆う絶縁膜１３が設けられている。

【０００３】またゲート電極１１に対応する絶縁膜１３
にはトランジスタを構成する半導体層、ここではノンド
ープのａ−Ｓｉ１４、Ｎ＋型のａ−Ｓｉ１５が設けら
れ、Ｎ＋型のａ−Ｓｉ１５は、ソース・ドレインに分離
され、上方にはそれぞれソース電極１６およびドレイン
電極１７が設けられている。更には、補助容量電極１２
に対応する前記絶縁層１３の上には、ＩＴＯから成る表
示電極１７が設けられ、これらが形成された絶縁性基板
１０の表示エリア全面には配向膜１８が設けられてい
る。

【０００４】一方、図面では省略しているが、絶縁性基
板１０と対向する側にも透明な絶縁性基板が設けられ、
カラーフィルタ、これらを囲んで形成される遮光膜およ
びＩＴＯからなる対向電極が設けられ、表示エリア全面
に配向膜が設けられている。この配向膜は、特開昭５１
−６５９６０号公報等にあるようにポリイミド系の樹脂
を採用し、この樹脂が溶けたものの粘度を調節してフレ
キソ印刷し、乾燥した後にラビング処理を施している。
そしてこの配向処理により液晶分子を配列させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示すように、トランジスタや表示電極の形成されている
表示領域は、ゲート１１、補助容量電極１２、半導体層
１４、１５、ソース電極１６、ドレイン電極１７および
表示電極１９の膜厚差により凹凸を有し、配向膜もこの
凹凸に沿って凹凸が形成されるため、ラビングが均一に
処理できない問題があった。

【０００６】また配向膜１８は、成膜の過程で以下のよ
うな問題があり、表示にバラツキが発生する問題があっ
た。第１に、有機溶媒で溶かしたものをフレキソ印刷す
るために、有機溶媒の気化熱により水蒸気がトラップさ
れ、膜質が変質する問題があった。第２に、シール材等
を介して水分の出入りがあったり、配向膜の形成工程で
水が吸着され、加水分解等の現象により膜質の劣化を招
き、特にチルト角の低下を招く問題があった。

【０００７】第３に、第１および第２の問題を解決する
ために配向膜自身に疎水性を持たせているが、配向膜を
印刷乾燥させるまでの間でハジキを発生し、配向膜が均
一に濡れず全面に塗布できない問題があった。例えば、
ガラス基板の上に水を薄く被覆すると、表面張力により
ハジキが発生するが、このような現象が配向膜の溶液を
印刷する場合でも発生する。特に、無機系の材料、ＩＴ
Ｏ等ではその現象が顕著であった。

【０００８】またＡｌのソース・ドレイン電極、ＩＴ
Ｏ、絶縁膜であるＳｉ酸化膜、Ｓｉ窒化膜等ではそれぞ
れ溶液との親和性が異なり、これら界面からハジク現象
が発生する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題に
鑑みてなされ、第１に、トランジタおよび表示電極が配
置される領域の凹凸を覆い、その表面を実質平坦化する
平坦化膜を設け、この平坦化された平坦化膜の表面にポ
リイミド系の配向膜を２００ű１００Åで連続する膜
内の膜厚バラツキを±５０Å以内で形成することで解決
するものである。

【００１０】配向膜は、その膜厚を薄くすることで、膜
中への水のトラップ総量を減らし、表示特性劣化を防止
することができる。また表示電極のＩＴＯを除き、Ａｌ
のソース・ドレイン電極、絶縁膜であるＳｉ酸化膜、Ｓ
ｉ窒化膜を同一材料の平坦化膜で覆うことで、親和性の
違いがある境界を減らせ、ハジキを抑えることができ
る。特に有機系の高分子は、配向膜の水溶液との親和性
に優れるため、よりハジキを抑えることができる。

【００１１】第２に、配向膜をポリイミド系の高分子と
し、これを溶剤で溶かした溶液を塗布し、溶液のレベリ
ングおよび乾燥をハジキの前で完了させることで解決す
るものである。フレキソ印刷の特徴は、印刷された乾燥
前の配向膜は、ある程度レベリング（膜の自発的な平坦
化）現象が発生し、膜の凹凸を抑制できるメリットがあ
る。しかし粘度が高いため、レベリングが完了する前に
乾燥していたが、本発明では、その粘度を低下させてい
るので、この溶液のレベリングが即座にでき、また高分
子系の平坦化膜の採用により、レベリングが完了し乾燥
が完了するまではハジキが発生しないように調整するこ
とで、配向膜を薄く均一に塗布できる。

【００１２】第３に、トランジタおよび表示電極が配置
される領域の凹凸を覆い、その表面をより平坦化する平
坦化膜を設けることで、溶液のレベリング速度を高める
ことができ、その分塗布から乾燥までの期間を短縮させ
ることができ、ハジキの発生を抑制させることができ
る。第４に、前記平坦化膜の前記溶媒としてγ−ブチロ
ラクトン、親和性の向上を目的としてブチルセロソルブ
が混入され、その粘度を５〜１５ＣＰで塗布することで
解決するものである。

【００１３】第５に、溶液の乾燥を、５秒以内で実現す
ることで解決するものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下で、本発明の実施の形態に係
る液晶表示装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の特徴とする配向膜が被覆された液晶表
示装置の断面図であり、その概略構造について説明して
ゆく。ここに示すトランジスタは、ボトムゲート型ポリ
Ｓｉトランジスタである。

【００１５】アモルファスＴＦＴに比べて表示性能が向
上できるポリＳｉＴＦＴの場合、高開口率、高精細表示
の液晶分子の配向膜の平坦性と均一なチルト角の制御が
必須条件と成るため、以下にポリＳｉＴＦＴＬＣＤへの
応用を例に示す。もちろんポリＳｉだけに限定されるも
のでないことは明らかである。第１の透明基板として無
アルカリガラス５０が採用され、この上には、トランジ
スタのゲート５１およびこれと一体のゲートラインが形
成され、また補助容量電極５２が形成されている。ここ
では耐食性と抵抗値が考慮され、両者共にＣｒが採用さ
れ、この上の膜厚の段切れが考慮されてテーパー構造が
採用されている。

【００１６】また全面には、プラズマＣＶＤによりＳｉ
窒化膜５３とＳｉ酸化膜５４とが形成され、トランジス
タ領域と補助容量領域に延在されるようにパターニング
されたポリＳｉ５５が設けられている。ここてポリＳｉ
には不純物Ｐが導入され、低濃度のドレイン・ソース領
域５７、５８、高濃度のコンタクト領域５９、６０が形
成されている。またトランジスタのチャンネル領域５６
は、この不純物を阻止するために、Ｓｉ酸化膜のマスク
６１が設けられている。

【００１７】ここで補助容量は、補助容量電極５２まで
延在されているコンタクト領域６０、この補助容量電極
５２および絶縁層５３、５４で構成されている。更に
は、全面にプラズマＣＶＤ法によりＳｉ酸化膜６２、Ｓ
ｉ窒化膜６３がカバーされ、コンタクト領域５９の一部
が開口されてコンタクト孔が形成され、Ａｌのドレイン
電極６４が設けられている。また全面には、今までの構
成で成る凹凸を埋める平坦化膜６５が設けられ、コンタ
クト領域６０の一部が露出されたコンタクト孔を介して
ＩＴＯから成る表示電極６６が設けられている。

【００１８】一方、第２の透明基板７０の上には、ＩＴ
Ｏからなる対向電極６７が設けられている。またここで
はカラー表示のため、Ｒ・Ｇ・Ｂのカラーフィルター６
８が表示電極６６に対応した領域に設けられると共にそ
の周囲には遮光膜６９が設けられている。また必要によ
っては、凹凸を平坦化するために対向電極６７が設けら
れる前に、前記平坦化膜が設けられても良い。

【００１９】以上の構成を有した透明基板５０、７０に
は、配向膜７２、７１が設けられ、この透明基板が対向
配置された間にシール材が設けられ、このシール材の一
部で成る注入孔を介して液晶が注入され液晶表示装置と
して完了される。本発明の特徴は、配向膜にある。第１
に配向膜の膜厚を薄くすることで、水のトラップ量（吸
着量）を減らせ、加水分解による膜質劣化を防止でき、
第２に、表示電極のＩＴＯを除き、Ａｌのソース・ドレ
イン電極、絶縁膜であるＳｉ酸化膜、Ｓｉ窒化膜を同一
材料の平坦化膜で覆うことで、親和性の違いがある境界
を減らし、ハジキを抑える事ができる。ここでは半導体
製造で使用されるＳＯＧ膜（スピンオングラス膜）でも
良いが、特に有機系の高分子（アクリル樹脂）は、配向
膜の溶液との親和性に優れるため、よりハジキを抑える
ことができる。

【００２０】更には、配向膜の膜厚を限りなく薄くする
ことで、図４のようにチルト角の分布も抑制させること
ができ、その結果チルト角の分布が小さくなり、これに
よる表示ムラを抑制させることができる。しかし、１０
０Å以下であると焼き付き現象が発生する問題が出現し
てきた。実験により約１０００Å、６００Å、２００Å
および１００Åの配向膜を用意し、ラビングした後の表
示ムラを調べた結果、１００Å程度より薄くなると、焼
き付き現象、つまり膜厚が薄くなることで下層の電極の
電界が直接液晶に印加され、分極作用が生じ、液晶の反
転作用が鈍くなり、液晶が配向しなくなる現象が発生す
ることが判った。従って、配向膜の限界値として、ほぼ
２００ű１００Å程度で連続する膜内のバラツキを±
５０Å以内、特にほぼ２００ű５０Å程度が実用上好
ましい。

【００２１】続いて簡単に製造方法を説明してゆく。ま
ず主となる工程を説明すると、平坦化膜６５および表示
電極６６までが形成されている第１の透明基板５０が用
意され、配向膜７２の印刷、プレベーク、ポストベー
ク、ラビング、洗浄、シール材の塗布、液晶注入、封止
材の塗布で完了される。

【００２２】ここで重要となる部分が配向膜の形成工程
であり、前述したように以下の問題がある。 ：有機溶媒で溶かしたものをフレキソ印刷するため
に、有機溶媒の気化熱により水蒸気がトラップされ、膜
質が変質する。 ：シール材等を介して水分の出入りがあったり、配向
膜の形成工程で水が吸着され、加水分解等の現象により
膜質の劣化を招き、特にチルト角の低下を招く。

【００２３】：第１および第２の問題を解決するため
に配向膜自身に疎水性を持たせているが、配向膜を印刷
乾燥させるまでの間でハジキを発生し、配向膜が均一に
濡れず全面に塗布できない。そこで着目したのが、以下
の２点である。 ：配向膜の膜厚を薄くし、水のトラップ量（吸着量）
を減らし、表示性能を防止する。

【００２４】：表示電極のＩＴＯを除き、Ａｌのソー
ス・ドレイン電極、絶縁膜であるＳｉ酸化膜、Ｓｉ窒化
膜を同一材料の平坦化膜で覆うことで、親和性の違いが
ある境界を減らし、ハジキを抑える。ここでは半導体製
造で使用されるＳＯＧ膜（スピンオングラス膜）でも良
いが、特に有機系の高分子（アクリル樹脂）は、配向膜
の水溶液との親和性に優れるため、よりハジキを抑える
ことができるため、この高分子を採用している。

【００２５】では配向膜の膜厚を限りなく薄くすれ
ば、図４のようにチルト角の分布も抑制されて良いが、
焼き付き現象が発生することが判った。実験により約１
０００Å、６００Å、２００Åおよび１００Åの配向膜
を用意し、ラビングした後の表示具合を調べた結果、１
００Å程度より薄くなると、焼き付き現象で液晶の表示
動作ができなくなるる現象が発生することが判った。

【００２６】従って、配向膜の限界値として、２００Å
±１００Åで連続する膜内の膜厚バラツキを±５０Å以
内程度にすることが好ましい。ではこの第１の透明基板
にハジキもなく２００Åの薄い膜の形成方法について説
明する。ポイントは、配向膜をポリイミド系の高分子と
し、これで２００Åの配向膜が形成できるように溶剤で
溶かした溶液を塗布し、溶液のレベリングおよび乾燥を
ハジキの前で完了させることである。フレキソ印刷の特
徴は、印刷された乾燥前の配向膜は、ある程度レベリン
グ（膜の自発的な平坦化）現象が発生し、膜の凹凸を抑
制できるメリットを有する。

【００２７】つまりこの点に着目し、まずハジキの発生
するスピードをできるだけ遅くするため、溶液濃度を低
下させて、フレキソ印刷後の溶液のレベリング速度を速
め、且つその後の乾燥炉での乾燥スピードを速めること
で、ハジキのない膜を実現した。またハジキ防止には、
溶液の表面自由エネルギーを透明基板（ここでは平坦化
膜とＩＴＯ）の表面自由エネルギーよりも低くする必要
がある。しかし通常溶液濃度を下げることで、表面張力
を低下させることが困難なため、ハジキを抑えるため溶
媒の構成が重要である。ここでは、ハジキを更に抑える
ためにブチルセロソルブを添加している。溶媒とこの親
和材の比は、ほぼ８対２である。

【００２８】では具体的な条件を簡単に説明する。前述
した比で親和材の入った溶媒でポリイミド系の樹脂（可
溶性ポリイミド）を溶かし、図２に示すディスペンサー
１００に入れる粘度は１０〜１５ＣＰ程度に保存され、
被印刷基板に塗布される。３つのロールの内、第１のロ
ール１０１と第２のロール１０２の間にディスペンスさ
れた溶液は、接合部で再度練られて、第２のロールに薄
くされた膜厚の決まった量が載せられ、これが刷版とな
る第３のロール１０３の上に移され、パターンが形成さ
れている表面に精度良く所定の膜厚で載せられ、これが
被印刷基板１０４に転写される。ここで１０５はステー
ジである。

【００２９】このステージ１０５は、乾燥炉１０６に挿
入され、触指乾燥（手で触っても付かない程度の仮ベー
ク）状態までを約１００度、５秒で行う。従ってここで
ハジキのない均一な膜厚の配向膜が形成されるが、密着
性を考慮し、１８０度で再硬化される。その後、図３の
ようにラビング処理される。基板１０４は、複数接続さ
れた大板で、回転数３００ｒｐｍでソフトラビングされ
る。

【００３０】一方、第２の透明基板は、前述したように
平坦化膜の上にＩＴＯが表示領域全域に形成され、ＩＴ
Ｏと平坦化膜で成る表面に前述と同様な条件で配向膜が
形成され、ラビング処理される。２つのラビングされた
大板は、洗浄後スペーサが散布され、シールが塗布され
た後、カラーフィルターとＴＦＴ基板が貼り合わされ、
切断され、分割された後液晶が注入され、封止される。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る液晶表
示装置によれば、第１に、約２００ű１００Åの配向
膜は、その膜厚が薄いことで、水のトラップ量を減ら
せ、表示劣化を防止することができた。また表示電極の
ＩＴＯを除き、Ａｌのソース・ドレイン電極、絶縁膜で
あるＳｉ酸化膜、Ｓｉ窒化膜を同一材料の平坦化膜で覆
うことで、親和性の違いがある境界を減らせ、ハジキを
抑えることができた。更には有機系の高分子を平坦化膜
として採用することで、配向膜の水溶液との親和性を増
し、よりハジキを抑えることができた。

【００３２】また薄くすることによりチルト角のムラが
抑制でき、また焼き付き現象も抑えることができた。第
２に、配向膜をポリイミド系の高分子とし、これを溶剤
で溶かした溶液を塗布し、溶液のレベリングおよび乾燥
をハジキの前で完了させることで均一な膜の形成が実現
できた。

【００３３】特に、粘度を低下させているので、ハジキ
が抑制でき、しかも溶液のレベリングが即座にでき、且
つ乾燥スピードを高めることで所望の効果を得ることが
できた。また高分子系の平坦化膜の採用により、レベリ
ングのスピードが短くて済み、その分乾燥炉に至るまで
の時間がとれ、ハジキが発生しないで乾燥させることが
できた。

【００３４】第３に、トランジタおよび表示電極が配置
される領域の凹凸を覆い、その表面をより平坦化する平
坦化膜を設けることで、溶液のレベリング速度を高める
ことができ、その分塗布から乾燥までの期間を短縮させ
ることができ、ハジキの発生の前に乾燥させる時間が取
れ、均一な膜を形成することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置を説明
する断面図である。

【図２】配向膜の印刷を説明する図である。

【図３】ラビングの説明をした図である。

【図４】配向膜の膜厚とチルト角を説明する図である。

【図５】従来例の液晶表示装置の断面図である。

【符号の説明】

５０ 第１の透明基板 ５１ ゲート ５２ 補助容量電極 ５５ ポリＳｉ ６５ 平坦化膜 ６６、６７ ＩＴＯ ７０ 第２の透明基板 ７１、７２ 配向膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小出 志朗 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランジスタおよびこれと接続する表示
   電極が設けられた第１の透明基板と、必要に応じて対向
   電極が設けられた第２の透明基板と、前記第１の透明基
   板に設けられた第１の配向膜と、前記第２の透明基板に
   設けられた第２の配向膜と、前記第１の配向膜と前記第
   ２の配向膜との間に封入された液晶とを有する液晶表示
   装置に於いて、 前記トランジタおよび前記表示電極が配置される領域の
   凹凸を覆い、その表面を実質平坦化する平坦化膜が設け
   られ、この平坦化された平坦化膜の表面にポリイミド系
   の配向膜が２００ű１００Åで連続する膜内のバラツ
   キを±５０Å以内で形成することを特徴とした液晶表示
   装置。
2. 【請求項２】 トランジスタおよびこれと接続する表示
   電極が設けられた第１の透明基板と、必要に応じて対向
   電極が設けられた第２の透明基板と、前記第１の透明基
   板に設けられた第１の配向膜と、前記第２の透明基板に
   設けられた第２の配向膜と、前記第１の配向膜と前記第
   ２の配向膜との間に封入された液晶とを有する液晶表示
   装置の製造方法に於いて、 前記配向膜はポリイミド系の高分子で成り、これを溶剤
   で溶かした溶液を前記第１の透明基板に塗布し、溶液の
   レベリングおよび乾燥がハジキの前に完了することを特
   徴とした液晶表示装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記トランジタおよび前記表示電極が配
   置される領域の凹凸を覆い、その表面をより平坦化する
   平坦化膜を設けて前記溶液のレベリング速度を高めたこ
   とを特徴とした請求項２記載の液晶表示装置の製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記平坦化膜の親和性を有する前記溶媒
   として、ブチルセロソルブが混入されたγ−ブチロラク
   トンが使用され、その粘度が５〜１５ＣＰで塗布される
   請求項３記載の液晶表示装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記溶液の乾燥は、触指乾燥状態までを
   ５秒以内で実現する請求項４記載の液晶表示装置の製造
   方法。