JPH04245224A - 液晶表示素子 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に関する
。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、液晶表示素子は、一定距離を
隔て対向して配置された一対の基板部と、該基板部間の
空間に封入された液晶とを具備した構造をとっている。 このうち前記一対の基板部の夫々は、主として、ガラス
等の素材で形成された基板と、該基板上に積層された透
明電極と、該透明電極上に積層され且つ表面が液晶と接
する絶縁性の配向膜とから形成されている。

【０００３】以上のうち配向膜は、その液晶と接する表
面において液晶分子を一定方向に配列（配向）させる目
的で、絶縁性の膜表面に各種の配向処理がなされたもの
である。これら配向処理として、従来よりラビング法と
呼ばれる処理が広く行われている。

【０００４】このラビング法とは、液晶と接する絶縁性
の高分子膜表面を、綿、布等の繊維状物質を用いて一定
方向に擦る（ラビングする）ことにより、膜表面に液晶
に対する配向能を付与する方法である。該配向能につい
ては、ラビングにより該膜表面に形成される微小な凹凸
により液晶分子のチルト角（液晶分子が前記基板部表面
に対し傾斜して配向する角度）が制御され、また該膜表
面がラビングされる際に延伸されこれによって膜を形成
する高分子が配向し、この配向に従って液晶分子の配向
の方向性、均一性が制御されるという説が提唱されてい
る。このラビング法による配向処理は、簡易で且つ製造
装置としても非常に単純であり、また処理された配向膜
の液晶分子に対する配向力が極めて強いという点で、現
在の液晶表示素子の製造において最も繁雑に用いられて
いる。特に、該配向処理は、液晶表示素子の表示面積が
小さいデバイスの製造において用いられる場合、即ち処
理される配向膜面積が小さい場合、繊維状物質により膜
表面を均一に擦ることができるため有効である。

【０００５】しかしながら、前記ラビング法による配向
処理が、表示面積がより大きなデバイスの製造において
用いられる場合、ラビングされる配向膜表面に対して、
繊維状物質の接触圧を均一に設定することが非常に困難
となる。更に、この配向膜表面に対する繊維状物質の接
触圧は、使用される繊維状物質の耐久性等に起因して、
部分的または経時的に変化する可能性がある。従って、
形成される配向膜表面の配向能に分布が生じ、液晶表示
素子の一表示面における液晶分子の配向状態が不均一に
なる。また、前記配向膜表面に対する繊維状物質の接触
圧を常に安定させる本質的な方法が確率されていないた
め、形成される配向膜表面の配向能の再現性は良好では
ない。従って、液晶表示素子の製造においてラビング法
による配向処理を使用した場合、液晶表示素子の量産性
に関して問題である。

【０００６】更に、前記ラビング法による配向処理にお
いて、繊維状物質で擦られる配向膜表面は絶縁性物質ま
たは誘電体物質を素材とするため、該膜表面に静電気が
誘起され、液晶表示素子の前記基板部に設けられている
透明電極、または他の能動素子、例えば薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）等の電気的破壊が誘発される。また、上記
誘起された静電気によって、ラビング法により処理され
た配向膜表面に微細な汚染物質が付着または吸着するた
め、液晶表示上の欠陥が誘起される危険性がある。上記
問題点は、近年情報機器のディスプレイとして用いられ
ている液晶表示素子において、特に重要視されている。

【０００７】以上のように、液晶表示素子のラビング法
による配向処理には問題が多いため、他の配向処理方法
が提案されている。例えば、配向膜に表面に周期的な凹
凸を形成することにより液晶を配向させる方法が試みら
れている。該方法は、配向膜表面の凹凸構造のみによっ
て、液晶分子の配向を制御しようとするものであるが、
上述のように配向膜表面の凹凸構造は、液晶分子のチル
ト角を制御するに過ぎないと考えられる。従って、該方
法では液晶の配向均一性、安定性、および再現性等の要
因を向上させることができない。この他、予め延伸され
た薄膜を液晶表示素子における配向膜として基板上に展
開する方法も試みられている。該方法は、配向膜分子の
延伸による配向状態によって、液晶分子の配向を制御し
ようとするものであるが、上記方法とは逆に液晶分子の
チルト角を制御することはできないと考えられる。また
、該方法は均一に延伸された薄膜を、基板上に広い面積
にわたって均一に展開する必要があり、製造技術として
も非常に困難である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、上
記従来の欠点を解消し、液晶の配向状態が均一で且つ安
定であり、良好な再現性をもって形成され得る液晶表示
素子を提供することである。更に詳しくは、本発明の課
題は、従来のラビング法を使用せずに配向処理がなされ
た液晶表示素子を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子は
、一定距離を隔て対向して配置された一対の基板部と、
該一対の基板部の対向面間に封入された液晶とを具備し
、前記各基板部における対向面の表面形状が周期的な凹
凸形状であることと、該対向面上には、その凸面上に張
設した合成樹脂薄膜を前記周期的な凹凸形状に沿って押
圧し、前記合成樹脂薄膜を延伸させると同時にこれを前
記凹凸表面に密着固定させることにより形成された配向
バッファー層が設けられていることとを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記のように構成された本発明の液晶表示素子
によると、前記各基板部における対向面上の周期的な凹
凸形状が、前記配向バッファー層を介して液晶分子が前
記基板部に対してチルト（傾斜）を発生させる。この場
合、更に該凹凸形状を制御することによって、前記チル
ト角を制御することが可能になる。

【００１１】また、前記対向面上に設けられた配向バッ
ファー層は、液晶と強い吸着性および結合性を有する薄
膜が前記対向面の周期的な凹凸形状に沿って強力に延伸
され、前記凹凸表面に密着固定されている。この延伸効
果により、配向バッファー層の薄膜分子が配向し、この
配向に従って該層に接する液晶分子の配向の方向性、均
一性等が制御され得る。また、従来技術においては、予
め延伸された薄膜を配向膜として基板上に均一に展開す
ることは困難とされたが、上記のように本発明において
は、容易に延伸された配向膜を形成することができるよ
うになる。

【００１２】更に、本発明の液晶表示素子における液晶
分子の配向に対する制御は、以上のように何れも前記基
板部の対向面上における凹凸形状に起因したものである
。該凹凸形状は、周期的な形状であるため、従来のラビ
ング法等によって形成された配向膜形状に比較して、広
範囲に亘り再現性および均一性が良好である。従って、
本発明の液晶表示素子は、表示領域全域に亘る液晶の配
向状態が均一で、且つ連続製造時においても経時的にも
安定した液晶の配向状態が提供され、量産性も向上され
ている。

【００１３】以上のように、本発明の液晶表示素子は、
従来のラビング法を使用せずに配向処理がなされたもの
である。このため、ラビング法による基板の汚染および
素子の電気的破壊といった問題点も全て回避される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。尚、この実施例は、本発明の理解を容易にする目
的で記載されるものであり、本発明を限定するものでは
ない。図１は、本発明の一実施例に係る液晶表示素子の
断面構造を示す図である。

【００１５】同図において、１および２は基板部である
。基板部１は、基板１１と、透明電極１２と、配向膜１
３との積層体であり、また基板部２も同様の構造で、基
板２１と、透明電極２２と、配向膜２３との積層体であ
る。該基板部１および２は、各配向膜１３および２３の
側を対向面とする形で、一定の間隔をおいて対向してお
り、この対向面間には液晶３が封入されている。

【００１６】前記配向膜１３および２３の形状は、周期
的な断面矩形の凹凸形状である。該配向膜１３および２
３の表面には、合成樹脂薄膜を該断面矩形の凹凸形状に
沿って延伸させた配向バッファー層１４および２４が設
けられており、液晶３と接している。以下に、上記実施
例の液晶表示素子における構成要素について、更に詳細
に説明する。

【００１７】前記基板部１および２における基板１１お
よび２１は、ガラス等の素材で形成されている。また前
記透明電極１２および２２は、一般的にはＩＴＯ（Ｉｎ
ｄｉｕｍＴｉｎ　Ｏｘｉｄｅ　）膜等で形成されている
。

【００１８】前記基板部１および２の対向面上は、配向
膜１３および２３の凹凸形状によって、周期的な凹凸形
状となっている。但し、本発明の液晶表示素子において
は、前記基板部の対向面上における周期的な凹凸形状は
、以上の基板部を構成する基板、透明電極、および配向
膜等のうち少なくとも一層の形状によるものであればよ
い。即ち、前記基板、透明電極、および配向膜等の基板
部を構成する層のうち、少なくとも一層が周期的な凹凸
形状であり、該周期的な凹凸形状が、最終的に前記基板
部の液晶側に相当する対向面上に現れていればよい。

【００１９】通常、該周期的な凹凸形状は、上記実施例
の如く、液晶と接する表面に相当する前記配向膜の表面
形状によるものであることが、液晶表示素子の製造の容
易さの点で好ましい。この場合、均一性の良好な配向膜
の周期的な凹凸形状を形成するためには以下の二方法が
広く行われている。

【００２０】第一の方法は、フォトリソグラフィ技術と
呼ばれる方法である。この方法は、配向膜として光硬化
性ポリイミド樹脂（例えばプロビミド４００：チバガイ
ギー社製）を使用して行われる。即ち、該光硬化性ポリ
イミド膜表面に、所望の凹凸形状に相当するマスクパタ
ーンを有する露光マスクを介して露光し、更に現像処理
を行う。該処理によって、露光部分のみが選択的に残存
し、所望の凹凸形状を有する配向膜が得られる。この方
法では、前記マスクパターンおよび露光・現像処理の諸
条件を制御することにより、多種に亘る周期的な凹凸形
状が形成され得る。

【００２１】第二の方法は、プレス加工技術による方法
である。この方法は、配向膜として、例えば、前記光硬
化性ポリイミドまたは熱硬化性ポリイミド樹脂（例えば
ＣＲＣ−６０１１Ａ：住友ベークライト社製）を使用し
て行われる。即ち、該ポリイミド膜上に、所望の凹凸形
状に相当するパターンを有するプレス板を圧着させ、該
膜表面上に凹凸形状を形成する。更に、光照射（光硬化
性ポリイミドを使用した場合）または加熱処理（熱硬化
性ポリイミドを使用した場合）を行うことによって、所
望の凹凸形状を有する配向膜が得られる。この方法では
、前記プレス板の形状等を制御することにより、多種に
亘る周期的な凹凸形状が形成され得る。

【００２２】また、前記対向面上の周期的な凹凸形状に
ついては、凹部および凸部が周期的に連続して反復した
形状であれば、凹部および凸部の各形状は限定されない
。該凹凸形状の例としては、断面矩形、断面山形、断面
波形等の形状が挙げられる。

【００２３】前記基板部１および２の対向面上に設けら
れる配向バッファー層１４および２４としては、液晶と
強い吸着性および結合性を有する合成樹脂薄膜、例えば
、水面上に展開された厚さ数　１００Ａ程度のポリイミ
ド膜等の透明な高分子膜が使用され得る。

【００２４】該配向バッファー層１４および２４は、前
記薄膜を前記対向面（上記実施例では配向膜１３および
２３の表面上）の凸面上に張設し、前記周期的な凹凸形
状に沿って押圧し、前記薄膜を延伸させると同時にこれ
を前記凹凸表面に密着固定させることにより形成される
。

【００２５】図２は、前記基板部１を例とした、前記配
向バッファー層の形成工程を示す図である。同図（ａ）
から（ｂ）の如く、厚さ　５００〜１０００Ａに展開さ
れたポリイミド薄膜１５を、前記基板部１における対向
面の凸面上に張設させる。更に、同図（ｃ）の如く、該
薄膜１５に対して矢印の方向に圧力を印加（加圧プレス
）し、該薄膜を前記基板部１における対向面の周期的な
凹凸形状に沿って延伸させ、同時に前記凹凸表面に密着
固定させることにより、配向バッファー層１４を形成さ
せる。こうして、液晶と接する配向バッファー層表面に
おいても該周期的な凹凸形状が現れる。

【００２６】上記実施例のような構造の液晶表示素子に
おける、配向膜１３または２３の周期的な凹凸形状、お
よび配向バッファー層１４または２４について、前記凹
凸形状の凹部および凸部の落差をＸ（Ａ）、配向バッフ
ァー層の厚さをＹ（Ａ）として次式のような関係がある
ことが好ましい。 Ｘ＞Ｙ×２　　　　　　　　　　　　　５００＜Ｘ＜１
５００２５０＜Ｙ＜７５０

【００２７】前記ＸおよびＹの関係が上式の関係から逸
脱すると、配向バッファー層１４または２４の形成の際
に前記薄膜が充分に延伸されない。このため、配向バッ
ファー層の液晶分子に対する配向性の制御が不充分にな
る。また、配向バッファー層の厚さＹが前記下限を下回
ると、配向バッファー層の強度が不充分となる。更に、
配向バッファー層の厚さＹが前記上限を超えると、配向
膜および配向バッファー層の合計厚さが過剰となり（上
限は３０００Ａ程度）、透明電極１２または２２から液
晶３に対して電界が充分にかからなくなる。

【００２８】但し、配向バッファー層に使用される薄膜
について、その緻密性および伸び率が、該薄膜を前記対
向面上の凹凸形状に沿って密着させた際に該破壊率を超
えない材料である場合は、前記ＸおよびＹの関係が上記
範囲外であってもよい。次に、上記実施例に準じた本発
明の液晶表示素子の製造例について説明する。（製造例
１：フォトリソグラフィ技術による周期的な凹凸の形成
）

【００２９】一対のガラス製透明基板の各表面上に、光
硬化性ポリイミドを厚さ　７００〜２０００Ａで成膜し
、配向膜層を形成した。次に、該配向膜層表面を、スリ
ット状でラインおよびスペースが　０．５／０．５　〜
　２．０／５．０　ミクロン（ライン／スペース）の周
期的なパターン形状を有する露光用マスクを介して露光
し、続いて現像処理を行った。こうして、該配向膜表面
に凹部および凸部間の落差が約　７００〜２０００ミク
ロンの、周期的な断面矩形の凹凸形状を形成した。

【００３０】尚、前記配向膜として光硬化性ポリイミド
を使用しているため、前記露光現像処理において、前記
配向膜の露光部分が現像液に対して不溶となり、該凹凸
形状のうちの凸部に相当し、また前記配向膜の未露光部
分が現像液に対して不溶となり、該凹凸形状のうちの凹
部に相当する。

【００３１】次いで、水面上に展開した厚さ　３５０〜
１０００Ａのポリイミド膜を、前記周期的な凹凸形状の
配向膜表面上に水面転写によって定着させ、該定着薄膜
に流動性圧力印加機によって外部より圧力を印加した。 こうして、該薄膜を前記配向膜の凹凸形状に沿って強力
に延伸させ、同時に前記配向膜の凹凸形状へ密着固定さ
せて、配向バッファー層を形成した。以上のように形成
された一対の基板部を用い、常法に従って液晶を封入し
、前記図１の構造を有する液晶表示素子を形成した。 （製造例２：プレス技術による周期的な凹凸の形成）

【
００３２】一対のガラス製透明基板の各表面上に、光硬
化性ポリイミドまたは熱硬化性ポリイミドを厚さ　７０
０〜２０００Ａで成膜し、配向膜層を形成した。次に、
該配向膜層表面上を、周期的な凹凸形状を有するスリッ
ト状のプレス板によってプレスし、該配向膜層表面上に
前記周期的な凹凸形状を形成した。続いて、前記プレス
後の配向膜表面を、光照射（光硬化性ポリイミドを使用
した場合）または加熱ベーキング（熱硬化性ポリイミド
を使用した場合）を行うことによって、前記配向膜を硬
化させ、前記配向膜表面上の周期的な凹凸形状を固定さ
せた。尚、本製造例の周期的な凹凸形状における凹部お
よび凸部の規格は、上記製造例１と同規格で行った。次
いで、該配向膜表面に、上記製造例１と同様の方法で配
向バッファー層を形成した。更に、以上のように形成さ
れた一対の基板部を用い、常法に従って液晶を封入し、
前記図１の構造を有する液晶表示素子を形成した。

【００３３】上記本発明の製造例１および２により形成
された各液晶表示素子について、暗状態光透過率を観察
することによって液晶配向の均一性を評価した。また、
比較参考例として、前記製造例１および２と同様に形成
された（凹凸形状も同一）液晶表示素子で、前記配向バ
ッファー層が設けられていないものについて評価した。 尚、以上の各評価は、従来のラビング法によって配向処
理がなされた液晶表示素子の暗状態光透過率を基準に行
った。製造例１による液晶表示素子（製造例１−１〜１
−１０と記す）、およびその比較参考例による液晶表示
素子についての評価結果を下記表１に示す。

【００３４】

【表１】 また、製造例２による液晶表示素子においても、製造例
１による液晶表示素子と同様の評価結果が得られた。

【００３５】上記表１に示す如く、本発明の液晶表示素
子は、従来技術による液晶表示素子程度の配向均一性を
達成している。また、その効果は前記配向バッファー層
の存在によって助長されたものと考えられる。更に、本
発明の液晶表示素子は、その液晶配向処理に従来技術の
ラビング法を用いていないため、基板の汚染および素子
の電気的破壊も全く生じていない。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の液晶表示
素子は、従来技術のラビング法を用いることなく配向処
理がなされたものである。従って、本発明の液晶表示素
子は、液晶の配向状態において均一性、安定性、良好な
再現性等の液晶表示素子として好適な性能を提供し、更
に係る液晶表示素子の量産性および信頼性を向上させる
上で顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る液晶表示素子の断面構
造を示す図。

【図２】本発明の一実施例に係る液晶表示素子における
配向バッファー層の形成工程を示す図。

【符号の説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一定距離を隔て対向して配置された一
   対の基板部と、該一対の基板部の対向面間に封入された
   液晶とを具備した液晶表示素子において、前記各基板部
   における対向面の表面形状が周期的な凹凸形状であるこ
   とと、該対向面上には、その凸面上に張設した合成樹脂
   薄膜を前記周期的な凹凸形状に沿って押圧し、前記合成
   樹脂薄膜を延伸させると同時にこれを前記凹凸表面に密
   着固定させることにより形成された配向バッファー層が
   設けられていることとを特徴とする液晶表示素子。