TWI530741B - 液晶用配向膜的製造方法、液晶元件的製造方法、液晶用配向膜的製造裝置、液晶元件 - Google Patents

Description

液晶用配向膜的製造方法、液晶元件的製造方法、液晶用配向膜的製造裝置、液晶元件

本發明係有關液晶元件中的液晶分子的配向控制技術。

配向控制技術為液晶元件製造中的要素技術之一。以往，作為獲得較高預傾角的技術，例如日本特開平6-95115號公報(專利文獻1)中公開的技術是眾所周知的。但是，使用專利文獻1中公開的技術時，雖然可以得到預期的0°～90°的預傾角，但由於使用非等向性乾式蝕刻等使得製程複雜，因而加工費用高，並且由於需要多種材料(顆粒、樹脂等)，因而材料費用高，在此等方面還存在改良的空間。另外，液晶元件用的配向膜是進行分子設計以長期穩定地保持液晶分子的配向狀態的材料，在製作可靠性高的液晶元件方面扮演重要角色，但專利文獻1中在與液晶分子直接接觸的部分係使用非為配向膜材料的物質(樹脂等)。因此，存有是否能夠保持液晶元件之高可靠性的顧慮。

【先前技術文獻】

【專利文獻1】日本特開平6-95115號公報

本發明的具體方式的目的之一在於提供一種能夠在較寬範圍內設定液晶分子的預傾角的新技術。

(1)本發明的一個方式(態樣)的液晶用配向膜的製造方法係用於在基板上製造液晶用配向膜，其特徵在於包括以下步驟：(a)第1步驟，以在第1材料液與上述基板之間相對地提供電位差的狀態排出上述第1材料液，從而使上述第1材料液形成霧狀並散佈於上述基板上；(b)第2步驟，以在第2材料液與上述基板之間相對地提供電位差的狀態排出上述第2材料液，從而使上述第2材料液形成霧狀並散佈於上述基板上；和(c)第3步驟，使散佈於上述基板上的上述第1材料液和上述第2材料液固化。又，該液晶用配向膜製造方法中，較佳上述第1材料液和上述第2材料液之中的任一個含有垂直配向材料，另一者含有水平配向材料。另外，該液晶用配向膜製造方法中，亦較佳在將上述第1步驟和上述第2步驟重複2次以上後實行上述第3步驟。該情況下，亦較佳上述第1步驟中的上述第1材料液的散佈量和上述第2步驟中的上述第2材料液的散佈量分別隨著上述第1步驟和上述第2步驟的重複次數的增加而遞減。

(2)本發明的另一個方式的液晶用配向膜的製造方法係用於在基板上製造液晶用配向膜，其特徵在於包括以下步驟：(a)第1步驟，將上述基板配置於與第1噴射裝置的噴射方向對應的位置；(b)第2步驟，使用上述第1噴射裝置，以在第1材料液與上述基板之間相對地提供電位差的狀態排出上述第1材料液，從而使上述第1材料液形成霧狀並散佈於上述基板上；(c)第3步驟，使上述基板移向與第2噴射裝置的噴射方向對應的位置；(d)第4步驟，使用上述第2噴射裝置，以在第2材料液與上述基板之間相對地提供電位差的狀態排出上述第2材料液，從而使上述第2材料液形成霧狀並散佈於上述基板上；和(e)第5步驟，使散佈於上述基板上的上述第1材料液和上述第2材料液固化。又，該液晶用配向膜製造方法中，亦較佳上述第1材料液和上述第2材料液之中的任一個含有垂直配向材料，另一者含有水平配向材料。另外，該液晶用配向膜製造方法中，還較佳將上述第4步驟中的上述第2材料液的散佈量設定為相對少於上述第2步驟中的上述第1材料液的散佈量。此時，還較佳將上述第2步驟中的上述第1材料液的散佈量設定為上述第1材料液形成霧狀並可遍佈上述基板的幾乎整個面的量。

根據上述(1)或(2)的任一種方案，適當地設定第1材料液和第2材料液的組合，便能夠以高角度任意地控制液晶元件中的預傾角。特別是10°以上、85°以下的預傾角不易在一般的液晶用配向膜來獲得，然而例如藉由使第1材料液和第2材料液之中的任一個含有垂直配向材料、使另一者含有水平配向材料，使用這樣的材料液，能夠實現40°～50°左右甚至更高的高預傾角。本發明的製造方法中，能夠直接利用市售的垂直配向材料和水平配向材料，因此液晶元件中的配向之長期穩定性高，且液晶配向的錨定強度(anchoring strength)高，因而具有元件的可靠性高、響應(特別是下降)快的優點。另外，藉由交替散佈第1材料液和第2材料液，或者在其他步驟中依次散佈第1材料液和第2材料液，散佈條件的自由度得以提升，因而預傾角的控制性更優異，並且能夠在更廣的範圍形成均質的配向膜。

(3)本發明的一個方式的液晶元件的製造方法的特徵在於，其包括以下步驟：(a)在第1基板的一個面上形成配向膜的配向膜形成步驟；(b)對向配置上述第1基板和第2基板的基板配置步驟；和(c)在上述第1基板與上述第2基板之間形成液晶層的液晶層形成步驟；(d)配向膜形成步驟係使用上述(1)或(2)的任一方案的配向膜製造方法來形成配向膜。

根據上述(3)的方案，能夠在較寬範圍內設定液晶元件中的液晶分子的預傾角，因而能夠製造具有高預傾角的液晶元件。

(4)本發明的一個方式的液晶用配向膜的製造裝置的特徵在於包括以下裝置：(a)第1噴射裝置，其使第1材料液形成霧狀並進行噴霧；(b)第2噴射裝置，其與上述第1噴射裝置相鄰配置，使第2材料液形成霧狀並進行噴霧；(c)基板保持架，其保持基板，使該基板的一個面與上述第1噴射裝置和上述第2噴射裝置各個的噴射方向對向；和(d)電壓施加裝置，其與上述第1噴射裝置和上述第2噴射裝置分別連接，在上述第1材料液和上述第2材料液的任一個與上述基板之間選擇性地施加電壓。

(5)本發明的另一個方式的液晶用配向膜的製造裝置係用於在基板上製造液晶用配向膜，其特徵在於包括以下裝置：(a)第1噴射裝置，其使第1材料液形成霧狀並進行噴霧；(b)第1電壓施加裝置，其與上述第1噴射裝置連接，在上述第1材料液與上述基板之間施加電壓；(c)第2噴射裝置，其以與上述第1噴射裝置相分離的方式配置，使第2材料液形成霧狀並進行噴霧；(d)第2電壓施加裝置，其與上述第2噴射裝置連接，在上述第2材料液與上述基板之間施加電壓；和(e)基板保持架，其用於保持上述基板，使基板選擇性地向與上述第1噴射裝置和第2噴射裝置的任一個對應的位置移動，並且使得該基板的一個面與上述第1噴射裝置或上述第2噴射裝置的噴射方向對向。

根據上述(4)或(5)的任一方案，能夠利用比較簡單且低成本的構造實現可表現出高預傾角的配向膜的製造裝置。

(6)本發明的一個方式的液晶元件的特徵在於，其包括：(a)對向配置的第1基板和第2基板；(b)至少設置於上述第1基板的一個面上的配向膜；和(c)設置於上述第1基板與上述第2基板之間的液晶層，(d)上述配向膜中，多種配向膜片不規則地分散於上述第1基板的一個面上，且該多種配向膜片在上述第1基板的板厚方向上不規則地堆積。

(7)本發明的一個方式的液晶元件的特徵在於，其包括：(a)對向配置的第1基板和第2基板；(b)至少設置於上述第1基板的一個面上的配向膜；和(c)設置於上述第1基板與上述第2基板之間的液晶層，(d)上述配向膜中，多片第1配向膜片和多片第2配向膜片不規則地分散於上述第1基板的一個面上，且上述多片配向膜片的至少一部分與上述多片第1配向膜片的一部分在上述第1基板的板厚方向上堆積。

根據上述(6)或(7)的任一方案，藉由適當地設定配向膜片的組合，能夠以高角度任意地控制液晶元件的預傾角。特別是10°以上、85°以下的預傾角不易以通常的液晶用配向膜來獲得，例如藉由使一者的配向膜片含有垂直配向材料、使另一者的配向膜片含有水平配向材料，使用這樣的配向膜片，能夠實現40°～50°左右或其以上的高預傾角。

以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。

(第1實施方式)

第1圖是示出第1實施方式之配向膜的製造裝置的結構的示意圖。第1圖所示的配向膜的製造裝置具有兩個噴射裝置10、11、基板保持架(基板固定裝置)12和電壓施加裝置13，所述兩個噴射裝置10、11具有圓筒狀等的注射器(筒)和設置於此等注射器一端的中空的微小針，該注射器(筒)用於在內部保持配向膜的材料液(下文中稱為「配向膜液」)，所述基板保持架(基板固定裝置)12用於保持藉由此等噴射裝置10、11形成配向膜的對象，即基板100，所述電壓施加裝置13用於對各噴射裝置10、11施加電壓。如圖所示，噴射裝置10和噴射裝置11相鄰配置。電壓施加裝置13的結構包含：高壓直流電源20；分別與該高壓直流電源20連接的高電壓繼電器(relay)21、22；和用於控制此等高電壓繼電器21、22的開關動作的微電腦23。

如圖所示，適當地(例如數釐米左右)確保噴射裝置10、11的各個針與基板100之間的距離h。並且，在噴射裝置10、11的各個針與基板100之間使用電壓施加裝置13施加高電壓(例如數千伏的直流電壓)，同時將注射器內的配向膜液供給到針的前端。此時，例如如圖所示預先將基板100和基板保持架12接地(基準電位)，對各噴射裝置10、11的針提供與基板100相比相對較高的電位(又，電位的關係也可以相反)。由此，從各噴射裝置10、11的針排出的配向膜液形成帶正電位的狀態的液體顆粒。帶該電位的液體顆粒發生電排斥，同時細小地分裂、擴散，形成霧狀的微小液滴(霧狀體)。該微小的液滴被帶負電的基板100吸引，附著於基板100上。其後，藉由對到達基板100的微小液滴適當進行熱處理等而使其成膜(固化)，從而得到包含多個微細的配向膜片而構成的配向膜。

此處，為了徹底地散佈液滴，則以配向膜液的黏度低為佳。因此，較佳利用丙酮等溶劑稀釋配向材料來調製配向膜液。作為稀釋用的溶劑，基本上較佳為沸點低、揮發性高的材料。其原因是：在利用電噴灑堆積法散佈時上述溶劑會形成非常細小的液滴，而在飛向基板的期間丙酮等有機溶劑蒸發。因此認為，此處所使用的稀釋用溶劑只要揮發性高，則無論選擇何種溶劑均不會對液晶分子的配向性造成很大影響。

使用這樣的電噴灑堆積法製造配向膜的方法主要具有以下優點：

(a)能夠散佈奈米級的微細液滴；

(b)能夠在常溫常壓下成膜；

(c)能夠利用乾燥製程成膜

(d)裝置結構比較簡約(簡單)；

(e)能夠成膜的材料多；

(f)成膜僅需少量材料即可。

另外，如第1圖所示，準備兩個噴射裝置10、11，向各噴射裝置10、11中分別導入性質不同的配向膜液(配向材料)，從而可以使形成有各配向膜液的微小區域(數百奈米至數十微米左右)混雜形成。由此，可以得到迄今為止難以達成的複合液晶配向狀態。另外，使利用各噴射裝置10、11散佈配向膜液的時間點不同而分時交替地進行散佈，便可以使配向膜液的散佈狀態更加良好。關於配向膜液的散佈時間點與配向膜液的散佈狀態的關係，下文中藉由實施例進行詳細說明。

第2圖是電噴灑堆積法中的較佳散佈電壓的說明圖。第2圖(A)示出各噴射裝置10、11的針與基板100之間的電壓(電極間電壓)和總離子量的關係。如圖所示，在將電極間電壓設為比閾值電壓高200V左右的高電壓時，電壓大多呈穩定。如第2圖(B)所示，配向膜液的散佈模式根據該電極間電壓的大小而變化。電極間電壓相對較低時，乃為液滴尺寸較大的微滴模式，隨著電極間電壓增大，表現為液滴尺寸均勻且微小的錐狀噴流(cone-jet)模式，接著則形成液滴尺寸的均勻性降低的多股噴流(multi-jet)模式。

第3圖是對藉由第1實施方式的電噴灑堆積法形成的配向膜的結構進行說明的圖。如第3圖(A)所示，係為在基板上得到某種配向膜液A堆積而成的配向膜區域(配向膜片)和另一種配向膜液B堆積而成的配向膜區域(配向膜片)隨機混合的狀態的配向膜。即，得到多個配向膜區域在基板上以平面的方式分散且立體地堆積而成的結構的配向膜。利用電噴灑堆積法散佈多種配向膜液可獲得即使各配向膜區域堆積，區域比例也不會發生變化的效果。與此相對的比較例係示於第3圖(B)。比較例為一種配向膜，其利用配向膜液B藉由旋塗等在基板上形成平坦的配向膜，並於其上利用配向膜液A藉由電噴灑堆積法形成配向膜區域而得到此配向膜。

接下來，對可以適用藉由上述電噴灑堆積法形成之配向膜的液晶元件的一例進行說明。

第4圖是示意性示出第1實施方式的液晶元件的剖面圖。第4圖所示的液晶元件具有液晶層59夾在第1基板51與第2基板55之間的基本構成。在第1基板51的外側配置有第1偏光板61，在第2基板55的外側配置有第2偏光板62。以下，對液晶元件的結構進行更詳細的說明。又，關於對液晶層59的周圍進行密封的密封材料等構件，省略圖示和說明。

第1基板51和第2基板55分別例如為玻璃基板、塑膠基板等透明基板。如圖所示，第1基板51和第2基板55以各自的一個面相對向的方式並保留預定的間隙(例如數微米)而貼合。又，雖省略了特別的圖示，但所有基板上均可以形成薄膜電晶體等開關元件。

液晶層59設置於第1基板51與第2基板55的彼此之間。構成液晶層59的液晶材料的介電各向異性Δε可以為正(Δε>0)，也可以為負(Δε<0)。液晶層59中圖示的粗線示意性地示出未對液晶層59施加電壓的初期狀態下的液晶分子的配向方位。例如，如圖所示液晶層59形成經賦予較高預傾角的相同初始配向狀態。

第1電極52設置於第1基板51的一面側。另外，第2電極56設置於第2基板55的一面側。第1電極52和第2電極56係分別藉由將例如氧化銦錫(ITO)等透明導電膜適當地圖案化而構成。

配向膜53以覆蓋第1電極52的方式設置於第1基板51的一面側。另外，配向膜57以覆蓋第2電極56的方式設置於第2基板55的一面側。此等配向膜53、57之中，至少其中之一(或者兩者)可以使用藉由上述電噴灑堆積法形成的配向膜。

實施例

(實施例1)

準備形成有ITO等透明電極的1對玻璃基板(ITO的厚度：1500埃、玻璃板厚：0.7mm、玻璃材質：無鹼玻璃)。對此等基板進行清洗，使用通常的光微影步驟進行ITO的圖案化。在此，作為ITO蝕刻方法係使用濕式蝕刻(氯化鐵)。

接下來，在將ITO圖案化後的玻璃基板上，利用電噴灑堆積法進行配向膜液(配向材料)的散佈。在其中一個噴射裝置10的注射器中填充水平配向材料(PI-A日產化學工業股份有限公司製造：4wt%)和溶劑(二氯甲烷)的混合溶液，在另一個噴射裝置11的注射器中填充垂直配向材料(日產化學工業股份有限公司製造SE-1211：4wt%)和溶劑(DCM)的混合溶液，由各噴射裝置10、11同時散佈各混合溶液。具體地說，係藉由微電腦23將各高電壓繼電器21、22在相同時刻控制為導通狀態，利用高壓直流電源20對各噴射裝置10、11的針施加電壓。又，以下示出作為水平配向材料使用的PI-A的化學結構。

【化一】

此時，將各噴射裝置10、11的針與基板100之間的距離h設為6cm，對各針施加7kV的直流電壓(電場強度：1.2kV/cm)，利用外徑為75μm的針在鉛直方向以175nL/s的速度分別散佈10μL各溶液。另外，為了控制水平配向膜與垂直配向膜的各區域的尺寸之比，將水平配向材料與溶劑的混合比固定為20:80，將垂直配向材料與溶劑的混合比變化為20:80、1:99。各配向材料的預煅燒係在100℃下進行10分鐘，正式煅燒(燒結成完成品)則在250℃下進行60分鐘。對該基板實施摩擦配向處理(rubbing treatment)。另外，作為對向基板係準備利用習知方法預先形成垂直配向膜的基板，使該基板與具有藉由電噴灑堆積法形成的配向膜的基板對向而貼合。為了將基板間的距離(液晶胞厚)保持一定，在一側的基板面上利用乾式散佈法散佈間隙控制材料。間隙材料係使用粒徑為6微米的塑膠球，也可以使用Shinshikyu(商品名，日本觸媒化成公司製)。在另一基板上形成主密封圖案(和導通材料圖案)。此處的印刷係使用網版印刷法，也可以使用點膠機(dispenser)等。密封劑係使用熱固性密封劑，也可以使用光固性密封劑、光/熱併用型密封劑等。該密封劑中含有數個%之粒徑為6微米的玻璃纖維。另外在預定的位置印刷包含金珠等的導通材料。在此，在密封劑中加入上述玻璃纖維，以含有數個%之各球粒徑比該玻璃纖維的粒徑約大1微米的金珠的物質為導通材料，進行網版印刷。導通材料圖案也可以印刷到主密封材料之相反側的基板上。將上下基板在預定的位置疊合而製成液晶胞，以壓擠狀態藉由熱處理將密封劑固化。在此利用熱壓法進行熱固化(150℃煅燒)。

接著，利用切割裝置在玻璃上劃出痕，藉由分切(breaking)步驟分割成長條狀(待注入之單位)。利用真空注入法向該液晶胞中注入液晶材料。作為液晶材料係使用介電各向異性為正值的代表性液晶材料5CB(Merck公司製)。其後，利用末端密封材料將注入口密封。為了使配向一致，將液晶胞加熱到液晶的相變溫度以上。在此利用烘箱以60℃熱處理30分鐘。使被切割裝置劃出痕的部分斷開而小型分割成個別的液晶胞。利用清潔劑、有機溶劑等對液晶胞進行清洗，洗掉液晶和倒角時的粉末。其後，以預定的角度黏貼切割成預定大小的偏光板。由此製作混成型的液晶元件，並利用偏光顯微鏡對配向狀態進行觀察。另外，作為預傾角測定用的試樣液晶胞，係製作將基板彼此貼合而成的構成物，該基板係於使用電噴灑堆積法形成配向膜後實施摩擦配向處理，並藉由磁場零位法(null method)測定預傾角。

利用偏光顯微鏡在正交尼科爾狀態下觀察所製作的液晶元件，其形貌見第5圖。第5圖(A)是使垂直配向材料與溶劑的混合比為20:80時的觀察影像，第5圖(B)是使垂直配向材料與溶劑的混合比為1:99時的觀察影像。若為利用習知方法散佈的液晶元件時，觀察到被直徑為數微米～數十微米的垂直配向膜區域覆蓋的形貌，但在本實施例的液晶元件中則為可觀察到1μm以下的高預傾角的區域之程度。由此認為，即使產生堆積，也可以保持水平配向材料和垂直配向材料的均勻分佈。另外，預傾角的測定結果見第6圖。其結果，與散佈的溶液中所含有的垂直配向材料多的液晶元件相比，垂直配向材料少的液晶元件其預傾角較低。其原因是由於積層致使基板表面的形狀產生了很大的影響。

(實施例2)

作為實施例2係在不同時間交替地散佈不同材料的方法進行研究。除了配向膜的形成步驟以外，使用與實施例1同樣的步驟。在其中一個噴射裝置10的注射器中填充水平配向材料(與上述實施例1相同的PI-A：4wt%)和溶劑(二氯甲烷和γ-丁內酯)的混合溶液，在另一個噴射裝置11的注射器中填充垂直配向材料(與上述實施例1相同的SE-1211：4wt%)和溶劑(二氯甲烷和γ-丁內酯)的混合溶液，由各噴射裝置10、11分時地散佈各混合溶液。具體地說，藉由微電腦23將各高電壓繼電器21、22按照預定的時間比選擇性地控制為導通狀態，藉由高壓直流電源20對各噴射裝置10、11的針施加電壓。將實行如下散佈各1次的週期(散佈週期)設定為10秒：利用噴射裝置10散佈含有水平配向材料的混合溶液以及利用噴射裝置11散佈含有垂直配向材料的混合溶液。將該散佈週期內的含有水平配向材料的混合溶液的散佈時間與含有垂直配向材料的混合溶液的散佈時間之比設定為8:2、6:4、4:6、2:8這4種模式。散佈時間總計為15分鐘(90個週期)。

另外，將各噴射裝置10、11的針與基板100之間的距離h設為6cm，對各針施加6.5kV的直流電壓，利用外徑為75μm的針在鉛直方向以70nL/s的速度散佈各混合溶液。為了控制水平配向膜與垂直配向膜的各區域的尺寸之比，將水平配向材料與溶劑的混合比固定為20:80，將垂直配向材料與溶劑的混合比變化為20:80、1:99。各配向材料的預煅燒係在100℃下進行10分鐘，正式煅燒則在250℃下進行60分鐘。對該基板實施摩擦配向處理。另外，使垂直配向材料與溶劑的混合比為1:9，使水平配向材料與溶劑的混合比為1:4，對於散布量，係以垂直配向材料的混合溶液和水平配向材料的混合溶液均為20μL、垂直配向材料的混合溶液為20μL且水平配向材料的混合溶液為30μL、垂直配向材料的混合溶液為30μL且水平配向材料的混合溶液為20μL此3種模式來製作配向膜。另外，作為對向基板係預先準備利用習知方法形成垂直配向膜的基板，使該基板與具有藉由電噴灑堆積法形成的配向膜的基板相對向地貼合。

利用偏光顯微鏡對所製作的液晶元件進行觀察，結果在對形成有基底配向膜而製作的基板進行電噴灑堆積法的方法中，約200μm左右的區域中出現了雙軸性，則在實施例2的方法中則約50μm左右的區域中出現了雙軸性。即，藉由分時散佈各混合溶液，能夠在更細小的區域控制配向。具體而言係形成5μm左右的微小區域。又，在各噴射裝置10、11的動作轉換時藉由使針暫時下降到接地電位，便能夠使充電的影響為200ms以下。另外，在交替地進行利用其中一個噴射裝置10的散佈和利用另一個噴射裝置11的散佈時，慢慢地減少(遞減)各個裝置的混合溶液的散佈量亦屬有效。其原因是在使散佈量之比保持恆定而緩緩地減少絕對量時，較能以更高的精度控制表面附近之形成膜的比例。

第7圖是示出散佈週期中垂直配向材料的散佈時間比(%)與由配向膜所表現的預傾角的關係的圖。如第7圖所示，觀察到垂直配向材料的散佈時間比越大則預傾角越大的趨勢。另外，可知表現出40°左右～60°左右的較大預傾角。水平配向材料與垂直配向材料的不同散佈時間比下的液晶元件的偏光顯微鏡照片見第8圖。第8圖(A)是散佈時間比為8:2時的偏光顯微鏡照片，第8圖(B)是散佈時間比為6:4時的偏光顯微鏡照片，第8圖(C)是散佈時間比為4:6時的偏光顯微鏡照片，第8圖(D)是散佈時間比為2:8時的偏光顯微鏡照片。通常認為垂直配向材料的比例愈高則配向控制愈困難，但由顯微鏡照片可知，在實施例的液晶元件中無論以任何比例均為均勻的配向狀態。另外，在外觀照片中也沒有觀察到均勻性的差別，反映出垂直配向材料的比例愈高則預傾角愈高，觀察到穿透率略低。

(第2實施方式)

第9圖是示出第2實施方式之配向膜的製造裝置的結構的示意圖。第9圖所示的配向膜的製造裝置具有兩個噴射裝置110、111、基板保持架(基板固定裝置)112和電壓施加裝置120、121，所述兩個噴射裝置110、111具有用於在內部保持配向膜液的圓筒狀等的注射器(筒)和設置於此等注射器的一端的中空的微小針，所述基板保持架(基板固定裝置)112用於保持基板101，基板101為藉由此等噴射裝置110、111形成配向膜的物件，所述電壓施加裝置120、121用於對各噴射裝置110、111施加電壓。如圖所示，噴射裝置(第1噴射裝置)110和噴射裝置(第2噴射裝置)111作為不同的裝置相互分離而配置。即，噴射裝置110、111作為用於不同步驟的裝置而設置於不同的處所。電壓施加裝置(第1電壓施加裝置)120與噴射裝置110連接，在第1材料液與基板101之間施加電壓。電壓施加裝置(第2電壓施加裝置)121與噴射裝置111連接，在第2材料液與基板101之間施加電壓。基板保持架112用於保持基板101，使基板101選擇性地向與噴射裝置110和噴射裝置111的任一個對應的位置移動，並且使得該基板101的一個面朝向噴射裝置110或噴射裝置111的噴射方向。

如圖所示，適當地確保噴射裝置110的針與基板101的距離(例如數釐米左右)，在噴射裝置110的針與基板101之間使用電壓施加裝置120施加高電壓(例如數kV的直流電壓)，同時將注射器內的配向膜液(第1材料液)供給到針的前端。同樣地，適當地確保噴射裝置111的針與基板101的距離(例如數釐米左右)，在噴射裝置111的針與基板101之間使用電壓施加裝置121施加高電壓(例如數kV的直流電壓)，同時將注射器內的配向膜液(第2材料液)供給到針的前端。此時，例如如圖所示預先將基板101和基板保持架112接地(基準電位)，對各噴射裝置110、111的針提供與基板101相比相對較高的電位(又，電位的關係也可以相反)。由此，從各噴射裝置110、111的針排出的配向膜液形成帶正電位的狀態的液體顆粒。帶該電位的液體顆粒發生電排斥的同時細小地分裂、擴散，形成霧狀的微小液滴(霧狀體)。該微小的液滴被帶負電的基板101吸引，附著於基板101上。其後，藉由對到達基板101的微小液滴適當進行熱處理等而成膜(固化)，從而得到包含多個微細的配向膜片而構成的配向膜。

這樣在第2實施方式中，作為配向膜形成的原理也利用電噴灑堆積法。此處，為了徹底地散佈液滴，則以配向膜液的黏度低為佳，因此較佳利用丙酮等溶劑稀釋配向材料來調製配向膜液(與第1實施方式相同)。另外，關於電噴灑堆積法中的較佳的散佈電壓，也與上述第1實施方式相同(參照第2圖)。

如第9圖所示，準備兩個噴射裝置110、111，向各噴射裝置110、111中分別導入性質不同的配向膜液(配向材料)，從而可以使形成了各配向膜液的微小區域(數百奈米至數十微米左右)混雜形成。由此，可以得到迄今為止難以達成的複合液晶配向狀態。關於利用各噴射裝置110、111散佈配向膜液的時間點，首先利用噴射裝置110進行配向膜液的散佈，其後將基板101向與噴射裝置111對應的位置移動，隨後利用噴射裝置111進行配向膜液的散佈。

第10圖為對藉由第2實施方式的電噴灑堆積法形成的配向膜的結構進行說明的圖。如第10圖所示，可認為在基板上得到了某種配向膜液A堆積而成的配向膜區域(配向膜片)和另一種配向膜液B堆積而成的配向膜區域(配向膜片)隨機混合的狀態的配向膜。即，得到多個配向膜區域在基板上以平面方式分散且三維立體地堆積而成的結構的配向膜。更詳細地說，配向膜的結構為：其後堆積的配向膜液B的配向膜區域(圖中符號B)一部分在之前堆積的配向膜液A的配向膜區域(圖中符號A)上堆積。利用電噴灑堆積法散佈多種配向膜液可獲得即使各配向膜區域堆積，區域比例也不發生變化的效果。關於能夠適用藉由此種第2實施方式的電噴灑堆積法形成的配向膜的液晶元件，係與上述第1實施方式相同(參照第4圖)。

(實施例3)

準備形成有ITO等透明電極的1對玻璃基板(ITO的厚度：1500埃、玻璃板厚：0.7mm、玻璃材質：無堿玻璃)。對此等基板進行清洗，使用通常的光微影步驟進行ITO的圖案化。在此，作為ITO蝕刻方法，使用濕式蝕刻(三氯化鐵)。

接下來，在將ITO圖案化後的玻璃基板上，利用電噴灑堆積法進行配向膜液(配向材料)的散佈。預先在其中一個噴射裝置110的注射器中填充水平配向材料(日產化學工業股份有限公司製造PI-A：4wt%)和溶劑(二氯甲烷)的混合溶液，在另一個噴射裝置111的注射器中填充垂直配向材料(日產化學工業股份有限公司製造SE-1211：4wt%)和溶劑(二氯甲烷)的混合溶液，首先利用噴射裝置110散佈混合溶液，其後移動玻璃基板，接下來利用噴射裝置111散佈混合溶液。又，作為水平配向材料使用的PI-A的化學結構與上述第1實施方式相同。

此時，將各噴射裝置110、111的針與基板101之間的距離h設為6cm，對各針施加7kV的直流電壓(電場強度：1.2kV/cm)，利用外徑為75μm的針在鉛直方向以175nL/s的速度分別散佈10μL各溶液。

在此，為了控制水平配向膜與垂直配向膜的各區域的尺寸之比，將噴射裝置110和噴射裝置111各個中的混合溶液的噴射量作為參數使用。本實施例中，利用噴射裝置110散佈的混合溶液的量設定為等於或多於玻璃基板的整個面被所散佈的混合溶液覆蓋的量。另外，其後利用噴射裝置111散佈的混合溶液的量係設定為由散佈玻璃基板的總面積的1/2左右的混合溶液所覆蓋的量。即，本實施例中將利用第1臺噴射裝置110散佈的混合溶液的量與利用第2臺噴射裝置111散佈的混合溶液的量的比例設為1:1。

又，上述比例為一個例子，利用第1臺噴射裝置110散佈的混合溶液的量的比例低時則不在此限。例如，將比例設為1:9時，玻璃基板上的1/2左右以上利用第1臺噴射裝置110進行混合溶液的散佈即可；將比例設為2:8時，玻璃基板的2/3左右以上利用第1臺噴射裝置110進行混合溶液的散佈即可。即，以下述方式設定混合溶液的散佈量即可：在利用第2臺噴射裝置111散佈混合溶液結束時，基板上的整個面沒有未散佈混合溶液的部分。與此相對，在利用第2臺噴射裝置111散佈混合溶液時，較佳以高精度控制其散佈量。具體地說，該散佈量根據欲形成配向膜區域的面積與基板(或者基板保持架112)的面積之比、混合溶液中含有的配向材料的固體成分濃度等而決定。通常，液晶分子的配向狀態受到與液晶分子直接接觸的配向膜的性質的強烈影響，因此，對於液晶分子的配向狀態，藉由第2臺噴射裝置111散佈的混合溶液所形成的配向膜區域，比藉由第1臺噴射裝置110散佈的混合溶液所形成的配向膜區域較處於主導地位。

接下來，各配向材料的預煅燒係在100℃下進行10分鐘，正式煅燒則在250℃下進行60分鐘。對該基板實施摩擦配向處理。另外，作為對向基板係準備利用習知方法預先形成有垂直配向膜的基板，使該基板與具有藉由電噴灑堆積法形成的配向膜的基板對向而貼合。為了將基板間的距離(液晶胞厚)保持一定，在一側的基板面上利用乾式散佈法散佈間隙控制材料。間隙材料係使用粒徑為6微米的塑膠球，也可以使用Shinshikyu(商品名)。在另一基板上形成主密封圖案(和導通材料圖案)。此處的印刷係使用網版印刷法，也可以使用點膠機等。密封劑係使用熱固性密封劑，也可以使用光固性密封劑、光/熱併用型密封劑等。該密封劑中含有數個%之粒徑為6微米的玻璃纖維。另外在預定的位置印刷包含金珠等的導通材料。在此，在密封劑中加入上述玻璃纖維，以含有數個%之各球粒徑比該玻璃纖維的粒徑約大1微米的金珠的物質為導通材料，進行網版印刷。導通材料圖案也可以印刷到主密封材料之相反側的基板上。將上下基板在預定的位置疊合而製成液晶胞，以加壓狀態藉由熱處理將密封劑固化。在此利用熱壓法進行熱固化(150℃煅燒)。

接著，利用切割裝置在玻璃上劃出痕，藉由分切步驟分割成長條狀(待注入之單位)。利用真空注入法向該液晶胞中注入液晶材料。作為液晶材料係使用介電各向異性為正值的代表性液晶材料5CB(Merck公司製)。其後，利用末端密封材料將注入口密封。為了使配向一致，將液晶胞加熱到液晶的相變溫度以上。在此利用烘箱以60℃熱處理30分鐘。使被切割裝置劃出痕的部分斷開而小型分割成個別的液晶胞。利用清潔劑、有機溶劑等對液晶胞進行清洗，洗掉液晶和倒角時的粉末。其後，以預定的角度黏貼切割成預定大小的偏光板。由此製作混成型的液晶元件，並利用偏光顯微鏡對配向狀態進行觀察。另外，作為預傾角測定用的試樣液晶胞，係製作基板彼此貼合而成的構成物，該基板於使用電噴灑堆積法形成配向膜後實施摩擦配向處理，並藉由磁場零位法測定預傾角。

對於所製作的液晶元件的配向狀態進行了觀察，結果目視確認出無不均的均勻配向狀態。另外，在偏光顯微鏡中觀察到由附著有垂直配向材料之直徑為數微米～數十微米的垂直配向膜區域覆蓋的情況。另外，預傾角為50°左右。即，可得到以往難以具有50°高預傾角的均勻配向狀態的液晶元件。

根據以上各實施方式以及各實施例，能夠以高角度任意地控制液晶元件中的預傾角。特別是在通常的液晶用配向膜中不易獲得10°以上、85°以下的預傾角，惟根據各實施方式以及各實施例，能夠直接利用市售的垂直配向材料和水平配向材料。因此，液晶元件中的配向的長期穩定性高，且液晶配向的錨定強度高，因而具有元件的可靠性高、響應(特別是下降)快的優點。特別是，適合於利用需要高預傾角的OCB(光學補償雙折射)模式、反向TN(扭轉向列)模式、STN(超扭轉向列)模式等的液晶元件。

另外，根據各實施方式以及各實施例，可以利用較為簡單且低成本的結構獲得可表現出高預傾角的配向膜的製造裝置。

另外，在分時交替地散佈水平配向材料和垂直配向材料時，或者在不同步驟中散佈時，散佈條件的自由度更高，可得到預傾角的控制性更優異的優點。另外，同時散佈水平配向材料和垂直配向材料時，由於各混合溶液的帶電電位相同，因而兩者難以混合，可能難以在較寬範圍內形成均質的配向膜，但藉由分時或在不同步驟中散佈，可以在較寬範圍內形成均質的配向膜。

又，本發明不限於上述內容，可以在本發明的主旨範圍內進行各種變形來實施。例如，在上述實施方式等中，對於利用電噴灑堆積法散佈的配向材料為兩種的情況進行了說明，但也可以散佈3種以上的配向材料。另外，水平配向材料和垂直配向材料的散佈順序不限定於實施例的散佈順序，也可以是相反的順序。

10、11、110、111．．．噴射裝置

12、112．．．基板保持架(基板固定裝置)

13、120、121．．．電壓施加裝置

20．．．高壓直流電源

21、22．．．高電壓繼電器

23．．．微電腦

51．．．第1基板

52．．．第1電極

53、57．．．配向膜

55．．．第2基板

56．．．第2電極

59．．．液晶層

61．．．第1偏光板

62．．．第2偏光板

100、101．．．基板

t、h．．．距離

A、B．．．配向膜液

第1圖是示出第1實施方式之配向膜的製造裝置的結構的示意圖；

第2圖是對電噴灑堆積法中散佈電壓進行說明的圖；

第3圖是對藉由第1實施方式的電噴灑堆積法形成的配向膜的結構進行說明的圖；

第4圖是示意性示出第1實施方式的液晶元件的剖面圖；

第5圖是示出藉由偏光顯微鏡觀察實施例1的液晶元件的情況的圖；

第6圖是示出實施例1的液晶元件的預傾角的測定結果的圖；

第7圖是散佈週期中垂直配向材料的散佈時間比與藉由配向膜顯現出的預傾角的關係圖；

第8圖是示出水平配向材料與垂直配向材料的各散佈時間比下的液晶元件的偏光顯微鏡照片的圖；

第9圖是示出第2實施方式之配向膜的製造裝置的結構的示意圖；以及

第10圖是對藉由第2實施方式的電噴灑堆積法形成的配向膜的結構進行說明的圖。

10、11．．．噴射裝置

12．．．基板保持架

13．．．電壓施加裝置

20．．．高壓直流電源

21、22．．．高電壓繼電器

23．．．微電腦

100．．．基板

t、h．．．距離

Claims (6)

1. 一種液晶用配向膜的製造方法，所述方法係用於在基板上製造液晶用配向膜，包括以下步驟：第1步驟，以在第1材料液與所述基板之間相對地提供電位差的狀態排出所述第1材料液，從而使帶電位的所述第1材料液的液體顆粒發生電排斥，同時細小地分裂、擴散，形成霧狀的微小液滴而散佈於所述基板上；第2步驟，以在第2材料液與所述基板之間相對地提供電位差的狀態排出所述第2材料液，從而使帶電位的所述第2材料液的液體顆粒發生電排斥，同時細小地分裂、擴散，形成霧狀的微小液滴而散佈於所述基板上；以及第3步驟，使散佈於所述基板上的所述第1材料液和所述第2材料液固化，其中，所述第1步驟與所述第2步驟同時或分時交替進行多次後，再執行所述第3步驟。
2. 如申請專利範圍第1項所述的液晶用配向膜的製造方法，其中，使所述第1材料液和所述第2材料液之中的任一個含有垂直配向材料，另一個含有水平配向材料。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的液晶用配向膜製造方法，其中，所述第1步驟中所述第1材料液的散佈量和所述第2步驟中所述第2材料液的散佈量分別隨著所述第1步驟和所述第2步驟的重複次數的增加而遞減。
4. 如申請專利範圍第3項所述的液晶用配向膜的製造方法，其中，以所述第1材料液的散佈量和所述第2材料液的散佈量之比保持一定比例的方式，遞減所述第1材料液的散佈量和所述第2材料液的散佈量。
5. 一種液晶元件的製造方法，包括以下步驟：在第1基板的一個面上形成配向膜的配向膜形成步驟；使所述第1基板和第2基板對向配置的基板配置步驟；以及在所述第1基板與所述第2基板之間形成液晶層的液晶層形成步 驟，所述配向膜形成步驟使用如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的液晶用配向膜的製造方法來形成所述配向膜。
6. 一種液晶用配向膜的製造裝置，包括以下裝置：第1噴射裝置，其使第1材料液形成霧狀而進行噴霧；第2噴射裝置，其與所述第1噴射裝置相鄰配置，使第2材料液形成霧狀而進行噴霧；基板保持架，其保持基板，使所述基板的一個面朝向各所述第1噴射裝置和所述第2噴射裝置的噴射方向；以及電壓施加裝置，其與各所述第1噴射裝置和所述第2噴射裝置連接，在所述第1材料液和所述第2材料液的任一個與所述基板之間選擇性地施加電壓，其中，所述電壓施加裝置在所述第1噴射裝置與所述基板之間及所述第2噴射裝置與所述基板之間同時施加電壓，或是在所述第1噴射裝置與所述基板之間及所述第2噴射裝置與所述基板之間分時交替施加多次電壓；所述第1噴射裝置在所述第1材料液與所述基板之間相對地提供電位差的狀態排出所述第1材料液，從而使帶電位的所述第1材料液的液體顆粒發生電排斥，同時細小地分裂、擴散，形成霧狀的微小液滴而散佈於所述基板上；所述第2噴射裝置在所述第2材料液與所述基板之間相對地提供電位差的狀態排出所述第2材料液，從而使帶電位的所述第2材料液的液體顆粒發生電排斥，同時細小地分裂、擴散，形成霧狀的微小液滴而散佈於所述基板上。