JPH0634976A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、液晶表示素子において、ラビング
法を使用せずに配向処理がなされるもので、液晶の配向
状態が均一でかつ安定であり、チルト角を制御できるこ
とを目的とする。 【構成】 対向して配置された一対の基板と、この基板
間に封入された液晶とを備えた液晶表示素子であって、
この対向した基板の表面に２種類以上の物質により形成
された周期的凹凸パターンに配向能を持たせたことを特
徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶の配向手段を改良
した液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示素子を構成するにあたっ
ては、液晶表示素子基板面、液晶表示素子基板上に形成
された絶縁膜、或いは表面処理膜の液晶物質と接する表
面（配向膜表面）等において液晶分子を一定方向に並べ
ること（配向）を目的として、一定方向（基板表面に対
して平行に配列）に配向させる処理が施されている。こ
の配向処理は、液晶表示に関して液晶分子の配向状態を
決定する点で非常に重要であり、その代表がラビング法
である。

【０００３】これはポリイミド、ポリビニルアルコール
等の高分子膜を前記基板表面ばあいによっては電極表面
にも形成し、その表面上をベルベット等の布を巻き付け
たローラーを回転させて擦ることにより、基板表面に配
向能を持たせる方法である。この場合の配向能について
は、摩擦により膜表面に形成される微少な凹凸に起因す
る形状効果説、或いはポリイミド等の膜表面が摩擦によ
って延伸されることによりポリイミドの表面付近の分子
配向が形成されて、その分子配向に沿って液晶分子が配
向を示すインタラクション効果等が提唱されいる。いず
れにしても、この方法によれば短時間で大量の配向膜が
形成可能である。またこの方法で形成された配向膜は液
晶分子に対する配向規制力が極めて強い。この様な利点
を有するため、ラビング法は現在の液晶表示素子におい
ても最も頻繁に使用されている。

【０００４】しかし、このラビング処理方法は基板面を
繊維状物質で均一に研磨できる程度の表示面積が小さい
液晶表示素子においては有効であるが、表示面積が大き
くなるにしたがって基板面内における繊維状物質の接触
圧力を均一に基板面に対して設定することが困難にな
る。更に、量産性においては繊維状物質の耐久性などの
問題点によって基板面に対する接触圧が部分的、経時的
に変化して液晶表示素子の表示面内における配向均一性
にバラツキを生じることが避けられない。更に繊維状の
物質を毎時同じ圧力で基板面に接触させるための本質的
な方法が確立されていない現状においては配向の再現性
を勘にたよるほかない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の液晶表示装置の
製造方法は、繊維状物質で基板表面をラビングするため
に基板面内における繊維状物質の接触圧力を均一に基板
面に対して設定することが困難であり、更に繊維状物質
の耐久性などの問題点によって基板面に対する接触圧が
部分的、経時的に変化して液晶表示素子の表示面内にお
ける配向均一性にバラツキを生じることが避けられなか
った。また繊維状の物質を毎時同じ圧力で基板面に接触
させるための本質的な方法が確立されていない現状にお
いては配向の再現性を勘にたよるほかなかった。この様
に繊維状物質で機械的にラビングするに際して均一でし
かも再現性良く行うことができないという問題があっ
た。

【０００６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、液晶／基板面の液晶物質配向規制を形成
するにあたり、繊維状物質で基板表面を研磨することが
なく、これに起因する問題のない全く新規な液晶分子の
配向手段を有する液晶表示装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、対向して配置された１対の基板と、前記基板間に封
入された液晶とを具備する液晶表示素子において、少な
くとも一方の前記基板のうち他方の基板と対向した表面
に２種類以上の異なる物質により形成された周期性を有
する凹凸パターンから成る配向手段を具備することを特
徴とする液晶表示素子の製造方法を提供するものであ
る。

【０００８】特に、効果的な配向を行うには前記凹凸パ
ターンの形成物質を液晶に対して水平配向規制力と垂直
配向規制力を持った物質の組み合わせて凹凸形状パター
ンを形成することにより液晶分子のチルト角の制御が可
能となる。また、片側の基板を通常のラビング基板とす
ればリバーストチルトディスクリネーションを減少させ
ることができ高品位の液晶表示素子となる。

【０００９】

【作用】本発明の液晶表示素子の製造方法によれば、周
期性のある凹凸パターンに配向能を持たせるため、繊維
状物質で基板表面を研磨することを必要としない。従っ
て、繊維状物質の基板表面に対する接触圧力の場所或い
は経時的な変化による不均一性に起因する問題は全くな
い。

【００１０】ここで、本発明の液晶表示素子における液
晶分子に対する配向規制の原理を解説する。複数の等間
隔に並んだ直線状のグルブ（溝）を有する基板に液晶分
子を置いた場合、その溝に沿った方向にこれらの液晶分
子が配向するという事実は、Ｈ．Ｖ．ケネルらによって
Physical Review A24(5)2713(1981)に報告されている。

【００１１】しかし、この方法では液晶分子の平均配向
方向を規定できても、チルト角を制御する事はできなか
った。我々は鋭意研究を進めた結果、基板表面に配向性
の異なる２種類以上の異なる物質により周期的な凹凸パ
ターンを形成すれば液晶分子の平均配向方向とともに液
晶分子のチルト角をも制御可能となることを発見した。
このようにすることで、ラビングを行わなくとも液晶分
子を配向することができるのである。

【００１２】特に、一方の基板表面に２種類以上の物質
によって凹凸状周期構造を形成するし、他側の基板に通
常のラビング基板を用いると、ラビング基板の配向規制
力により、立ち上がり方向が規定できることがわかっ
た。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
る。

【００１４】図１に本実施例で使用した基板の断面のみ
の形状を示す。この基板表面は、矩形状の凹凸を有して
いるが、図１の様に凸部が必ずしも矩形である必要はな
く、波形（図２（ａ））、山形（図２（ｂ））等でも良
く、要するに明確な山と谷があれば良い。

【００１５】この凹凸のピッチは微細な方が好ましく、
１０μｍ以下であることが良い。これは、ピッチが１０
μｍを越えると液晶配向方向がグルブに平行な方向に限
定しにくくなるからである。更に好ましくは、凸部の幅
は０．０５〜５μｍ、凹部の幅は０．１〜５μｍが良
い。この際、山と谷の幅は、山と谷の中間の深さを中心
として決められる。

【００１６】また、凹凸の段差の深さは特に限定されな
いが、好ましくは０．０１〜１μｍである。この範囲で
は、液晶表示素子の駆動電圧の上昇をきたすことがなく
動作の安定性が増す。

【００１７】本発明では、このように配向能を有する基
板を先ずスペーサーを介して対向させ、基板間に液晶材
料を注入し、シールする事を前提として液晶表示素子が
作製される。 実施例１ 最終的に完成した基板を図４に示した。この基板の製造
工程を図３に沿って説明する。先ず、ガラス基板（４
１）上にＩＴＯ膜（４０）を例えばスパッター法によっ
て形成する（図３（ａ））。

【００１８】次いで、ＩＴＯ付き硝子基板（４１）上に
感光性ポリイミド（４２₁ ）を700〜2000オングストロ
ーム（以下Ａと省略する）の厚さに成膜した（図３
（ｂ））。

【００１９】次にこのポリイミド膜（４２₁ ）表面を、
周期的なパターン形状のスリットを有する露光用マスク
（図示せず）を介して平行露光機を用いて露光した。こ
の時、露光用マスクにおけるライン及びスペースの間隔
を１．６７〜０．９μｍの範囲で設定した。

【００２０】続いて、現像及びリンス処理を行って不要
なポリイミドを除去し、更に温度２３０℃にてアニール
を施して基板上にポリイミドの周期的な断面矩形の凹凸
パターン（４２₂ ）を形成した。このパターン（４
２₂ ）におけるる凹凸部の周期は、前記露光用マスクの
ライン及びスペースの間隔によって決定される（図３
（ｃ））。

【００２１】次いで、２μｍのスリットを有するマスク
を先の露光用マスクと直交する様に設定した後、銀（４
３）を１００Ａの膜厚にて蒸着した。この様にしてＩＴ
Ｏの共通電極を有する基板が完成した（図４）。

【００２２】以上のように得られた図４の凹凸パターン
を有する基板と、ＩＴＯの代わりに画素電極、ＴＦＴ、
ゲート線、信号線等の形成されたもう一方の基板からな
る１対の基板を用い、凹凸パターンが向かい合うように
２枚の基板を対向させこの間に液晶を封入した。ここで
は基板の表面において凹凸パターンの周期（以下グルブ
周期と称する）を５μｍにした。

【００２３】このグルブ周期の配向方向依存性を調べた
のが図５である。この図５の結果から明らかなように、
本実施例の液晶表示素子では、グルブの凹凸のパターン
周期を増大させることにより、液晶分子の配向方向の角
度を大きくなる様に制御できることが分かる。

【００２４】また、１つのグルブに着目しグルブに沿っ
た方向に見られる周期（グルブ内周期と称する）のチル
ト角依存性を調べたのが図６である。この図６の結果か
ら明らかなように、本実施例の液晶表示素子では、グル
ブ内周期を増大させることにより、液晶分子のチルト角
を大きくできることが分かる。図５、図６の作成に使用
したデータは何れの場合も液晶分子の配向秩序が良好で
あり、十分に液晶分子の配向均一性が達成されたものを
採用した。

【００２５】本実施例では、基板表面上に形成した凹凸
状のパターンに加えこの表面に銀の蒸着層による縞模様
を形成することによって結果的に２種類以上の物質によ
り周期的な凹凸パターンを形成した。このようにするこ
とで、形状効果による液晶分子の平均配向方向の規制と
共に、液晶に対する表面張力のモジュレーションを与
え、液晶分子のチルト角をも同時に制御可能とすること
ができた。従って、前記液晶／基板面の液晶物質配向規
制を形成するにあたり、繊維状物質で基板表面を研磨す
ることなのない全く新規な液晶分子のを配向手段を有す
る液晶表示装置の製造方法を提供することができた。

【００２６】さらにこの効果に加え、従来のラビングに
よれば法絶縁物質或いは誘電体物質を繊維状物質で研磨
することにより、同絶縁体或いは誘電体表面に静電気が
誘起され液晶表示素子基板上に形成された透明電極また
は能動素子の電気的破損を誘発したり、或いは繊維上物
質で研磨することによって間接的に配向膜表面に付着、
吸着する汚染物質によりＴＦＴの破壊が生じ表示上の欠
陥を誘起して品質および歩留りが低下する危険性を持ち
合わせていたが、本実施例による方法では配向膜表面に
静電気や汚染物質を誘起することなく処理を行うことが
出来るため、これまで問題になってきたようなラビング
に起因したこの様な欠陥の発生を極力減少させることが
でき、高性能の液晶表示素子を提供できる。

【００２７】さらに、基板表面にたくさんの能動素子を
有するＴＦＴ型液晶表示素子等では基板表面の凹凸形状
によりラビング処理の施されない死角が存在することが
多く、処理方向に対する規制を生じ易い。このラビング
処理方向は最終的な液晶表示素子視角方向を決定するも
のであり、これが規制されることにより表示素子として
の応用範囲を狭くし、その実用価値を低下させる問題も
あったが、本実施例によればこのような問題も解消する
ことができる。 実施例２

【００２８】以下の実施例では、実施例１と同一部分は
同一番号を付しその詳しい説明は省略する。この実施例
では蒸着金属を銀の代わりに銅を用いた点を除いては、
実施例１と同様の方法に従い液晶表示素子を作製した。

【００２９】この実施例においても第１の実施例同様に
配向方向のグルブ周期依存性を図８に示した。この図７
から明らかな様に蒸着金属を銅にしてもグルブ周期を大
きくすることによって配向方向を大きくすることができ
る。

【００３０】また、この場合にも、グルブ内周期のチル
ト角依存性を調べた。この結果を図８に示した。図８か
らも明らかな様に、この場合にも第１の実施例と同様に
グルブ内周期を増大させることによって液晶分子のチル
ト角を大きくすることができる。蒸着金属を銅に変えた
場合においてもやはり実施例１と同様の効果を奏するこ
とができる。 実施例３ この実施例では、基板表面の凹凸パターンを変えたこと
を除いては実施例１と同様である。最終的に形成した基
板形状を図９に示した。先ず、ＩＴＯ（４０）付き硝子
基板（４１）上にポジ型感光性ポリイミドを700 〜2000
Ａの厚さに成膜し、さらに銀を全面に１００Ａ蒸着し
た。

【００３１】この表面にレジストをスピンコートし、周
期的なパターン形状のスリットを有する露光用マスクを
介して平行露光機を用いて露光した。この時、露光用マ
スクにおけるライン及びスペースの間隔を０．５、１．
５μｍに設定した。続いて、現像及びリンス処理を行っ
て不要なレジストを除去した後、ウェットエッチングに
より余分な銀を取り除いた。次に周期的なパターン形状
のスリットを有する露光用マスクを先とはずらして介
し、平行露光機で露光した。

【００３２】続いて、現像及びリンス処理を行って不要
なポリイミドを除去し、更に温度２３０℃にてアニール
を施して基板上（４１）にポリイミドの周期的な凹凸パ
ターン（４２）とグルブ１つおきに凹パターン表面に銀
の乗った凹凸パターン（９３）を形成した。

【００３３】以上のように得られた図９の様なグルブを
有する１対の基板を用い、常法に従って基板間に液晶を
封入し、基板の表面において凹凸パターンの１つおきに
グルブ上部の物質の異なる液晶表示素子を作製した。

【００３４】この液晶表示素子において、液晶分子の配
向方向（グルブに沿った方向からのズレ角）、チルト角
及び配向秩序を測定したが、第１の実施例と同様にグル
ブ周期で配向方向を制御することができ、またグルブ内
周期でチルト角も制御することができることが判明し
た。

【００３５】本発明では２種類以上の物質を用いて表面
の凹凸パターンを作ることが特徴であるり、例えば銀、
銅、基板材料の３種類の異なる物質を用いても良い。側
面及び凹部も２種以上の物質で形成されていてもかまわ
ない。前記凹凸パターンは凸部全てが表面に露呈してい
る物質であってもよいが、先に凹凸パターンを形成した
後、表面に２種以上の物質を付着させても良い。

【００３６】表面に露呈させる物質は銀などの他に、
金、クロム、モリブデン等の金属、金属の酸化物や窒化
物例えば酸化ケイ素、酸化タンタル、酸化アルミニュウ
ム、窒化ケイ素等、高分子例えばポリイミド、ポリビニ
ルアルコール、レシチン等でも良いが、使用する２種以
上の物質はできるだけ液晶に対する配向規制力の異なる
ものがよい。例えば、水平配向性のあるクロム、金、ポ
リイミド等と垂直配向性のある銅、銀等などの組み合わ
せが挙げられる。

【００３７】先に述べたように段差の凹凸は特に限定さ
れないが、表面に可視光領域に吸収をもつものを付着さ
せる場合には、液晶表示素子の光利用効率を低下させな
いように膜厚を薄くする必要がある。チルト角の制御は
表面に露呈させる物質の配向規制力と凹凸パターンの周
期によって制御可能である。その他、本発明は上記実施
例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明は、繊維状物
質で基板表面を研磨することがなく、これに起因する問
題のない全く新規な液晶分子の配向手段を有する液晶表
示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の基板の断面図

【図２】本発明の変形例の断面図

【図３】本発明の実施例１を示した工程順の断面図

【図４】本発明の実施例１の基板の斜視図

【図５】本発明の実施例１を説明するための図

【図６】本発明の実施例１を説明するための図

【図７】本発明の実施例２を説明するための図

【図８】本発明の実施例２を説明するための図

【図９】本発明の実施例３の基板の斜視図

【符号の説明】 ４０ ＩＴＯ膜 ４１ ガラス基板 ４２₂ 凹凸パターン ４３ 銀 ９３ 銅

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向して配置された１対の基板と、前記
   基板間に封入された液晶とを具備する液晶表示素子にお
   いて、少なくとも一方の前記基板のうち他方の基板と対
   向した表面に２種類以上の異なる物質により形成された
   周期性の有る凹凸パターンから成る配向手段を具備する
   ことを特徴とする液晶表示素子。