JPH06324342A - 液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents

液晶表示素子およびその製造方法

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JPH06324342A
JPH06324342A JP11198993A JP11198993A JPH06324342A JP H06324342 A JPH06324342 A JP H06324342A JP 11198993 A JP11198993 A JP 11198993A JP 11198993 A JP11198993 A JP 11198993A JP H06324342 A JPH06324342 A JP H06324342A
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JP
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liquid crystal
alignment film
layer
crystal alignment
film layer
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JP11198993A
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English (en)
Inventor
Takahiro Yamamoto
恭弘 山本
Masumi Okamoto
ますみ 岡本
Tomiaki Yamamoto
富章 山本
Yuzo Hisatake
雄三 久武
Hitoshi Hado
仁 羽藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板の表面の複数の液晶配向層を、製造しや
すくしかも配向性ならびに長期信頼性を向上して得るこ
とができる配向膜構造および製造方法を提供する。 【構成】 一基板15上に塗布され液晶分子を配向する
液晶配向膜を第1の液晶配向膜層17と第2の液晶配向
膜層18とで形成し、第1の液晶配向膜層が難溶性ポリ
イミドであり、前記第2の液晶配向膜層が可溶性ポリイ
ミドであることを特徴とする液晶表示素子およびその配
向膜の形成をフォトエッチングにて作成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液晶層が複数の分子配列
状態を有するように液晶配向膜を改良した液晶表示素子
およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示素子の表示法として旋光モード
と複屈折モードの2つの方式が一般的に用いられてい
る。
【0003】旋光モードの液晶表示素子は、例えば90
°ねじれ分子配列をもつツイステッドネマティック(T
N)形液晶表示素子であり、原理的に白黒表示で高コン
トラストが得られることから、時計、電卓等に積極的に
用いられている。また、このTN形は良好な階調表示性
能を示し、応答速度が比較的速い(数十ミリ秒)ことか
ら、単純マトリックス駆動やスイッチング素子(TF
T、MIM)を具備したアクティブマトリックス駆動を
行い、カラーフィルターと組み合わせて、フルカラー表
示の液晶テレビやOA機器などに応用されている。
【0004】一方、複屈折モードの表示方式を利用した
液晶表示素子は、一般に基板間の液晶分子が90°以上
ねじれた分子配列をもつスーパーツイスト(ST)形液
晶で、急俊な電気光学特性をもつため各画素ごとにスイ
ッチング素子を設けない単純マトリックス状の電極構造
でも時分割駆動により容易に大容量表示が得られる。
【0005】しかしながら、これらの液晶表示素子は見
る角度や、方向によってコントラスト比や表示色が変化
するという視角依存性がある。この液晶表示素子の視角
依存性を改善するために種々の手法が提案されている。
その中の一つに、ヤング(K.H.Yang、1991.IDRC.p68)が
提案した手法で、一画素内に液晶分子の起きあがる方向
が180°異なる2領域を設けた液晶表示素子を用いて
視角依存性を改善する方法(Two Domain TN; TDTN
と称する)や、この手法を同一基板内、一方向ラビング
にて達成する方法として、一画素内にプレチルトの異な
る領域を設けることを特徴とするドメイン分割TN(Y.
Koike,et.al 1992 SID.p798 、DDTNと称する)など
が近年提案されている。
【0006】これらの液晶表示素子は同一面内で液晶分
子の配列方向を変える手法として、TDTNの場合はマ
スクを介してポリイミドを被着した層の多重ラビングを
行うことで配向処理を行なっている。一方、DDTNの
場合は無機化合物配向膜を形成した後、前記無機化合物
配向膜上に有機化合物の配向膜を形成し、フォトリソグ
ラフィを用いて有機化合物の配向膜を一画素の半分に設
け、一度のラビング処理によりプレチルト角が異なった
領域の作製を行い、液晶分子の起き上がる方向を180
°変えている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図3にTDTN,DD
TNを得る手法を示す。図5(a)はTDTNを得る手
法である。これはマスクラビングやSiO等のマスク蒸
着により液晶分子の配列を一画素p内で180°変え
る。
【0008】マスクラビングの場合、 (i)まずガラス基板1上の液晶配向膜2全面に第1回
目のラビング処理を行う。
【0009】(ii)次に、レジストを被覆しフォトリ
ソグラフィにより一画素の半分(領域2a)だけ液晶配
向膜をレジストで覆い、露出面(領域2b)を第1回目
のラビング方向とは、180°変えたラビング処理を行
う。
【0010】(iii)その後レジストを除去する。
【0011】また、SiO等のマスク蒸着の場合はメタ
ルマスク等を用いSiOの蒸着を2回行う方法である。
しかしながらこれらの方法は、マスクラビングの場合は
レジストの被覆により第1回目のラビング処理の効果が
無くなってしまう。また、マスク蒸着の場合はマスクを
精度良く設置することが困難である等の問題点がある。
【0012】図5(b)はドメイン分割TNの方法であ
り、ガラス基板1上に無機化合物層3を第1層目に形成
し第2層目に有機配向膜4を設ける手法である。本発明
者の実験によれば無機化合物配向膜3上では、長期の使
用で配向能力が低くなるという問題と、硬い無機化合物
配向膜3と柔らかい有機化合物配向膜4を一度のラビン
グ処理で配向制御するために液晶配向能に差が生じてし
まうという問題点がある。
【0013】本発明は上記不都合を解決するものであ
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、表面にそれぞ
れ電極を有する第1、第2の基板を前記電極が相対向す
るように設置した間に液晶層を挟持し、前記第1、第2
の基板の少なくとも一方の表面に液晶配向膜を有する液
晶表示素子において、前記一方の基板の表面に形成され
る液晶配向膜層は少なくとも第1の液晶配向膜層と第2
の液晶配向膜層とからなり、前記第1の液晶配向膜層が
難溶性ポリイミドであり、前記第2の液晶配向膜層が可
溶性ポリイミドであることを特徴とする液晶表示素子を
得るものである。
【0015】さらに第1の液晶配向膜層が難溶性芳香族
ポリイミドであり、第2の液晶配向膜層が可溶性脂環族
ポリイミドである液晶表示素子を得るものである。
【0016】さらに第1、第2の基板の電極が複数の画
素を形成し、各画素内に第1の液晶配向膜層と第2の液
晶配向膜層とが並存している液晶表示素子を得るもので
ある。
【0017】また、電極を形成した基板上にまず難溶性
ポリイミド層を形成し、次に前記難溶性ポリイミド層上
に可溶性ポリイミド層を重ねてフォトエッチングにより
可溶性ポリイミド層の一部を除去して前記難溶性ポリイ
ミド層の面の一部が露出するようにしてなる液晶表示素
子の製造方法を得るものである。
【0018】
【作用】本発明は上記のように有機配向膜を少なくとも
2種用いる。
【0019】ガラス基板の表面に第1層として熱により
脱水閉環を生じ難溶性となる芳香族ポリイミド層を塗布
形成し硬化した後、第2層として溶媒が蒸散して硬化す
る可溶性の脂環族ポリイミド層を塗布形成する。
【0020】ここに芳香族ポリイミドは一例として次の
構造式を有している。芳香族テトラカルボン酸無水物を
開環重付加、環化脱水反応させて合成する。R、R1
もに芳香族である。
【0021】
【化1】 また脂環族ポリイミドは一例として次の構造式を有して
いる。脂環族テトラカルボン酸無水物を塩基触媒下で脱
水剤を用いて溶液中でイミド化する。R1 は種々の基が
適用される。
【0022】
【化2】 芳香族ポリイミド層も可溶性の脂環族ポリイミド層も硬
化する前では極性の溶媒である同じNMP(N−メチル
ピロリドン)やγ−ブチロラクトンに溶けた溶液状態に
あるが、硬化後に可溶性ポリイミドはこの溶媒やKOH
のようなアルカリに再び溶解するが、難溶性ポリイミド
層はこれらによりほとんど溶解することがない。したが
って、第2層の可溶性の脂環族ポリイミド層のみをフォ
トリソグラフィにより選択的に除去することが可能であ
り、同一基板の電極表面に第1層、第2層それぞれのポ
リイミド層のパターンを形成することができる。
【0023】
【実施例】以下本発明に液晶表示素子の実施例を説明す
る。
【0024】(実施例1)図1に示すように、ITO透
明電極11が形成されたガラスの上基板12と、複数の
画素電極13およびこれに対応した複数のTFT駆動素
子14が形成されたガラスの下基板15を用意する。す
なわちTFT駆動素子14には画素サイズ110×33
0μmのITOでできた画素電極13が接続されてい
る。上基板12の電極表面には、液晶配向膜層16とし
て可溶性の脂環族ポリイミド(AL−1051、日本合
成ゴム製)を印刷法で850オングストローム厚に均一
塗布し、形成した。
【0025】図1、図2に示すように、下基板15に
は、第1の液晶配向膜層17として前駆体がポリアミッ
ク酸からなる芳香族ポリイミド(SE−7310、日産
化学製)を印刷法により850オングストローム厚に形
成し、160°C乃至380°Cにて、30分乃至90
分焼成し硬化する。その後、さらに、第2の液晶配向膜
層18として可溶性の脂環族ポリイミド(AL−541
7、日本合成ゴム)を印刷法により850オングストロ
ーム厚に塗布した。ここで、第1の液晶配向膜層17
は、第2の液晶配向膜層18に用いられている有機溶媒
に難溶になつている。第2の液晶配向膜層18は150
°C乃至250°Cにて、30分乃至90分焼成し、有
機溶媒を蒸発させて硬化する。カラーフィルターを使用
する場合は200°C以下、TFT素子がある場合は、
220°C以下で焼成する。
【0026】得られる硬化した第2層18上にレジスト
を塗布し、露光、現像、アルカリでエッチングを行う。
KOHの3wt%溶液に30乃至60秒漬けることによ
りエッチングされる。次にレジストをアセトンなどの有
機溶剤で除去し、図2のように、液晶配向膜層17、1
8を一画素13a毎に画素領域を半割にして両者が並存
するように、交互に隣接するストライプ状に形成する。
【0027】このようにして得られた上基板12、基板
15の各液晶配向膜をラビング処理する。下基板15上
の第1の液晶配向膜層17と第2の液晶配向膜層18と
は同時に同一方向に配向処理されるが、各膜の液晶分子
のプレチルト角が異なるために、液晶に対して異なる液
晶分子配向状態を与える。
【0028】上基板12および基板15の各配向膜に接
する液晶分子が基板間の液晶層厚方向に90°ねじれる
ように各基板の配向処理方向を交差させて、配向膜を内
側にしてスペーサを介して配置し、シール剤により封着
して液晶個表示セルとした。この液晶セルに液晶(ZL
I−1132,E.Merck社製)を注入して液晶層
19とし液晶表示素子を作製した。
【0029】この液晶表示素子を駆動したところ、各画
素ごとに異なる特性の液晶分子配向状態が生じ、微細な
画素上で特性が合成されて視角依存性が改善され、コン
トラストも高く良好な表示が得られた。図4に本実施例
の等コントラスト曲線を示す。すなわち、表示面法線に
対する観察方向の傾きをθとし、観察する表示面の水平
方向を基準にした観察位置の方位をφとしたときの、表
示の明暗のコントラスト比を分布曲線で表したもので、
曲線の数値5〜50はコントラスト比を示している。
【0030】なお、本実施例の変形例として、図3のよ
うに第1の液晶配向層17を、あらかじめ印刷法により
ストライプ状に形成することができる。この場合は、最
終的に第1の液晶配向層膜17間に第2の液晶配向膜層
18を埋めこむ構造になり、液晶配向層を同一面に形成
することができる。
【0031】(実施例2)上基板に実施例1と同一構造
のものを用い、下基板に、実施例1の基板15における
と同様の液晶配向膜を下記のように製作した。
【0032】すなわち、下基板15に実施例1と同一の
難溶性液晶配向膜層17を形成する。第1の液晶配向膜
層17に所定の方向にラビング配向処理を施し、次に可
溶性の第2の液晶配向膜層18を塗布する。第2の晶配
向膜層18を熱処理による溶媒蒸散により硬化し、続い
て第1の液晶配向膜層17のラビング処理の配向方向と
はと180°異なる方向にラビング処理を施す。次に液
晶配向膜層17、18が基板上の各画素電極13面を領
域Aと領域Bとに2分するようにフォトエッチングを用
いて、第2の液晶配向膜層18を第1の層17面が半分
露出するように部分的に除去し、各層をストライプ状に
形成した。一方、上基板に前記下基板の各ラビング処理
方向に直交する方向にラビング処理を施す。このように
して得られた両基板12、15を、配向膜を内側にして
スペーサを介して配置し、シール剤で封着し液晶セルと
した。この液晶セルに液晶(ZLI−1132,E.M
erck社製)を注入して液晶層19を挟持させ液晶表
示素子を得た。なお、ディスクリネーションラインが生
じやすい異なる液晶分子配向状態が隣接するストライ
プ隣接位置にブラックマトリクス層20を形成してお
く。
【0033】このようにして得られた液晶表示素子は広
い視角特性と、コントラストの高い良好な像を表示し
た。
【0034】なお、本発明によれば、上記実施例のよう
なフォトエッチングだけでなく、印刷法によっても液晶
配向膜のパターンを形成することができることはいうま
でもない。
【0035】また、3種以上の配向膜を用いても本発明
の効果を得ることができることはいうまでもない。
【0036】さらに、上記実施例はTFTを用いた素子
について説明したが、駆動手段としては、MIMを用い
たアクティブマトリックス駆動でも、スイッチング素子
を用いない単純マトリックス電極構造によるマルチプレ
ックス駆動でも優れた効果を得ることはいうまでもな
く、これらに染料を添加したGHモードの液晶表示素子
に応用しても優れた効果が得られるものである。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、従来困難であった液晶
配向膜構造を容易に形成することができ、さらに液晶分
子の配向性ならびに長期信頼性が向上し、高品質の液晶
表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を一実施例を説明する断面略図、
【図2】本発明の一実施例を説明する部分平面図、
【図3】本発明の変形例を説明する略断面図、
【図4】本発明の実施例により得られた視角特性を示す
分布曲線図、
【図5】従来素子の構造および製造方法を説明するもの
で、(a)は斜視図、(b)は断面略図。
【符号の説明】
11…ITO透明電極 12…上基板 13…画素電極 14…TFT駆動素子 15…下基板 16…液晶配向膜層 17…第1の液晶配向膜層 18…第2の液晶配向膜層 19…液晶層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久武 雄三 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 (72)発明者 羽藤 仁 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

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面にそれぞれ電極を有する第1、第2
    の基板を前記電極が相対向するように設置した間に液晶
    層を挟持し、前記第1、第2の基板の少なくとも一方の
    表面に液晶配向膜を有する液晶表示素子において、前記
    一方の基板の表面に形成される液晶配向膜は少なくとも
    第1の液晶配向膜層と第2の液晶配向膜層とからなり、
    前記第1の液晶配向膜層が難溶性ポリイミドであり、前
    記第2の液晶配向膜層が可溶性ポリイミドであることを
    特徴とする液晶表示素子。
  2. 【請求項2】 第1の液晶配向膜層が難溶性芳香族ポリ
    イミドであり、第2の液晶配向膜が可溶性の脂環族ポリ
    イミドである請求項1に記載の液晶表示素子。
  3. 【請求項3】 前記第1、第2の基板の電極が複数の画
    素を形成し、各画素内に第1の液晶配向膜層と第2の液
    晶配向膜層とが並存している請求項1記載の液晶表示素
    子。
  4. 【請求項4】 電極を形成した基板上にまず難溶性ポリ
    イミド層を形成し、次に前記難溶性ポリイミド層上に可
    溶性ポリイミド層を重ねてフォトエッチングにより可溶
    性ポリイミド層の一部を除去して前記難溶性ポリイミド
    層の面の一部が露出するようにしてなる液晶表示素子の
    製造方法。
JP11198993A 1993-05-14 1993-05-14 液晶表示素子およびその製造方法 Pending JPH06324342A (ja)

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