JPH08328015A - 液晶表示素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 配向欠陥の少ない液晶表示素子を提供するこ
とである。 【構成】 基板１１、１２上の配向膜１８、１９をガラ
ス転移温度が２５０℃以上のポリイミドから構成し、そ
の表面をラビングする。その後、両基板をシール材２０
により接合し、シール材２０を２００℃程度で焼成す
る。ガラス転移温度が焼成温度よりも高いので、焼成時
に配向膜１８、１９が劣化することがない。続いて、反
強誘電性液晶を基板１１と１２の間に封入し、偏光板２
３、２４を配置して液晶表示素子を完成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液晶表示素子及びそ
の製造方法に関し、特に、配向欠陥が少なく、安定した
配向状態を得ることができる液晶表示素子とその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、電極及び配向膜を形成
した一対の基板をシール材等により接合して液晶を注入
し、さらに、偏光板等を配置することにより形成されて
いる。このうち、配向膜は液晶を所定の配向状態に設定
する為のものであり、液晶表示素子における重要な構成
要素である。この配向膜は、例えば、電極を形成した基
板上にモノマー、オリゴマー等を塗布し、これを焼成し
て形成した高分子膜が用いられている。例えば、ポリア
ミックさんを基板上に塗布して焼成してポリイミド膜を
形成し、該ポリイミド膜をラビングすることにより形成
されている。電極及び配向膜を形成した基板をシール材
を介して接合して液晶セルを形成し、シール材に形成し
た液晶注入口から真空注入法等を用いて液晶を充填し、
配向膜を配置して構成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】両基板を接合する処理
は、両基板の端部を未硬化のシール材を介して接合し、
該シール材を２００℃程度の高温で焼成して行われてい
る。このため、先に形成されたいた配向膜の膜質が低下
し、完成した液晶表示素子に配向欠陥が生ずる場合があ
るという問題があった。この種の問題は、両基板を接合
する処理が、両基板の周辺部に形成された未硬化のシー
ル材を２００℃程度の高温で焼成して行われているため
に生じていた。

【０００４】同様の問題は、シール材に形成された液晶
注入口を熱硬化性樹脂により封止する際にも生じる。

【０００５】強誘電性液晶及び反強誘電性液晶等のスメ
クティック相の液晶を用いる液晶表示素子においては、
液晶は層構造をもって基板間に配置されており、配向処
理の方向と層の法線方向はほぼ一致する。しかし、前述
のように、製造工程中の加熱処理により配向膜のラビン
グの効果が弱くなった場合には、配向自体が困難とな
る。また、一部の層の欠陥が他の層にも波及してしま
う。従って、配向膜が熱により劣化する問題は、強誘電
性液晶、反強誘電性液晶等のスメクティック相の液晶を
用いた液晶表示素子において顕著である。

【０００６】この発明は、上記実状に鑑みてなされたも
ので、配向欠陥が少なく、安定した配向を得ることがで
きる液晶表示素子及びその製造方法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】上記目的を達成するた
め、この発明の液晶表示素子は、第１の電極が形成され
た第１の基板と、前記第１の電極に対向する第２の電極
が形成された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２
の基板の少なくとも一方に形成され、ガラス転移点の温
度が２５０°以上である物質から構成された配向膜と、
前記第１と第２の基板間に配置された液晶とより構成さ
れることを特徴とする。

【０００８】また、上記目的を達成するため、この発明
の液晶表示素子の製造方法は、第１の基板上に第１の電
極を形成し、該第１の電極と第１の基板の上にガラス転
移点が所定温度の樹脂からなる配向膜を形成するステッ
プと、前記第１の電極と対向する第２の電極が形成され
た前記第２の基板と前記第１の基板を所定のシール材を
介して接合し、該シール材を前記所定の温度より低い温
度で焼成してシール材を形成するステップと、前記第１
と第２の基板と前記シール材で形成される領域内に液晶
を充填するステップと、を具備することを特徴とする。

【０００９】

【作用】有機材料からなる配向膜は、配向膜表面をラビ
ングにより延伸することにより、配向膜表面に異方性を
与えることにより形成される。しかし、配向膜の完成
後、この配向膜に熱が加えら得ると、配向膜内の主鎖が
動く等して、延伸軸がずれたりして配向不良が発生す
る。この発明の液晶表示素子によれば、配向膜のガラス
転移点が通常の焼成温度よりも高い２５０℃以上に設定
されている。従って、液晶表示素子の製造過程で焼成等
の加熱処理が行われても、配向膜の劣化（延伸軸のズレ
の発生）等を防止することができる。従って、製造時の
熱処理に関わらず、液晶は配向欠陥の少なく安定して配
向する。

【００１０】また、この発明の液晶表示素子の製造方法
によれば、配向膜のガラス転移点がシール材の焼成温度
よりも高く設定されているので、焼成時に配向膜が劣化
することを防止することができる。従って、液晶を配向
欠陥の少なく安定して配向する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。まず、本実施例の反強誘電性液晶表示素子の構成
を説明する。図１は反強誘電性液晶表示素子の断面図、
図２は画素電極とアクティブ素子を形成した基板の平面
図である。

【００１２】この反強誘電性液晶表示素子は、アクティ
ブマトリクス方式のものであり、一対の透明基板（例え
ば、ガラス基板）１１、１２のうち、図１において下側
の基板（以下、下基板）１１には透明な画素電極１３と
画素電極１３に接続されたアクティブ素子１４とがマト
リクス状に配列形成されている。

【００１３】アクティブ素子１４は、例えば、薄膜トラ
ンジスタ（以下、ＴＦＴ）から構成される。ＴＦＴ１４
は、基板１１上に形成されたゲート電極と、ゲート電極
を覆うゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜の上に形成された
半導体層と、半導体層の上に形成されたソース電極及び
ドレイン電極とから構成される。

【００１４】さらに、下基板１１には、図２に示すよう
に、画素電極１３の行間にゲートライン（走査ライン）
１５が配線され、画素電極１３の列間にデータライン
（階調信号ライン）１６が配線されている。各ＦＴＦ４
１のゲート電極は対応するゲートライン１５に接続さ
れ、ドレイン電極は対応するデータライン１６に接続さ
れている。

【００１５】ゲートライン１５は、端部１５ａを介して
行ドライバ（行駆動回路）３１に接続され、データライ
ン１６は端部１６ａを介して列ドライバ（列駆動回路）
３２に接続される。行ドライバ３１は、後述するゲート
パルスを印加して、ゲートライン１５をスキャンする。
一方、列ドライバ３２は、表示データ（階調データ）を
受け、データライン１６に表示データに対応するデータ
信号を印加する。

【００１６】ゲートライン１５は端部１５ａを除いてＴ
ＦＴ１４のゲート絶縁膜（透明膜）で覆われており、デ
ータライン１６は前記ゲート絶縁膜の上に形成されてい
る。画素電極１３は前記ゲート絶縁膜の上に形成されて
おり、その一端部においてＴＦＴ１４のソース電極に接
続されている。

【００１７】図１において、上側の基板（以下、上基
板）１２には、下基板１１の各画素電極１３と対向する
透明な対向電極１７が形成されている。対向電極１７は
表示領域全体にわたる面積の１枚の電極から構成され、
基準電圧Ｖ０が印加されている。

【００１８】下基板１１と上基板１２の電極形成面に
は、それぞれ配向膜１８、１９が設けられている。配向
膜１８、１９はポリイミド等の有機高分子化合物からな
る水平配向膜であり、その対向面には同一方向（後述す
る配向方向２１Ｃにほぼ等しい方向）にラビングによる
配向処理が施されている。また、配向膜１８、１９を構
成するポリイミドのガラス転移点は２５０℃以上であ
る。

【００１９】下基板１と上基板２は、その外周縁部にお
いて枠状のシール材２０を介して接着されており、基板
１１、１２間のシール材２０で囲まれた領域には液晶２
１が封入されている。シール材２０には液晶注入口が形
成されており、この液晶注入口より液晶２１が封入され
る。液晶注入口２５は封止剤２６により形成されてい
る。シール材２０と封止材２６は、共にエポキシ樹脂等
の熱硬化性樹脂等から形成され、２２０℃程度の焼成処
理により硬化して構成されている。

【００２０】液晶２１は、スメクテッィクＣA^*相の反強
誘電性液晶（以下、ＡＦＬＣ）から構成され、その層の
厚さは、透明なスペーサ２２により規制されている。

【００２１】ＡＦＬＣ２１は、十分高い電圧が印加され
た時、印加された電圧の極性に応じて、液晶分子が図３
に示す第１の配向方向２１Ａに配列した第１の強誘電相
と前記第１の配向方向２１Ａと異なる第２の配向方向２
１Ｂに配列した第２の強誘電相、及び液晶分子の長軸の
平均的な方向（ダイレクタ）がスメクティックＣA^*相の
層構造の層の法線方向２１Ｃにほぼ揃った状態の反強誘
電相を呈する。

【００２２】液晶表示素子の上下には、一対の偏光板２
３、２４が配置されている。偏光板２３、２４の光学軸
（以下、透過軸とする）は、ＡＦＬＣ２１の液晶分子の
配向方向に基づいて設定されている。即ち、図３に示す
ように、下側の偏光板２３の透過軸２３Ａは配向処理の
方向２１Ｃにほぼ一致するスメクティック層の法線方向
とほぼ平行に設定され、上側偏光板２４の透過軸２４Ａ
は下偏光板２３の透過軸２３Ａにほぼ直角に設定されて
いる。

【００２３】図３に示すように、偏光板２３、２４の透
過軸を設定した反強誘電性液晶表示素子は、液晶２１の
ダイレクタが第１又は第２の配向方向２１Ａ、２１Ｂに
ほぼ配向した強誘電相の時に透過率がほぼ最大（表示が
最も明るく）になり、液晶２１のダイレクタが第３の方
向２１Ｃに向くようにほぼ配向した反強誘電相の時に透
過率がほぼ最小（表示が最も暗く）になる。

【００２４】このような光学配置を採用した液晶表示素
子では、配向膜１８、１９の配向処理の方向がずれる
と、正極性の電圧を印加した時の透過率と負極性の電圧
を印加したときの透過率が異なっていしまい、表示特性
が劣化する。従って、配向膜１８、１９としては、ラビ
ングによる延伸軸、即ち、配向処理の方向２１Ｃが後続
する製造段階の加熱処理の影響によりずれることがない
高分子材料が用いられている。

【００２５】この実施例によれば、配向膜１８、１９の
ガラス転移点が２５０℃より高く設定されており、シー
ル材２０及び封止材２６の焼成時も、配向膜の劣化（例
えば、配向膜を構成するポリイミドの主鎖の移動や傾
き）が起こらない。従って、配向欠陥が少なく、表示欠
陥の少ない高品質の画像を表示することができる。

【００２６】次に、上記構成の液晶表示素子の製造方法
を説明する。まず、下基板１１上にＴＦＴ１４と画素電
極１３のマトリクスを形成する。続いて、例えば、ポリ
アミック酸溶液等を塗布し、これを加熱処理してポリイ
ミドからなる配向膜１８を形成する。このポリイミド
は、そのガラス転移点が２５０℃以上のものが用いられ
ている。続いて、配向膜１８の表面にラビング等の配向
処理を施す。以上で下基板１１側の処理が終了する。

【００２７】上基板１２側については、まず、ＩＴＯか
らなる対向電極１７を形成し、続いて、配向膜１８と同
様にポリイミドからなる配向膜１９を形成する。配向膜
１９のガラス転移点も２５０℃以上である。配向膜１９
の表面にもラビング等の配向処理を施す。

【００２８】続いて、配向膜１８上にスペーサ２２を散
布し、さらに、スクリーン印刷等により、図４に示すよ
うに、熱硬化性のエポキシ樹脂等からなるシール材２０
を上基板１２の端部に枠状に塗布する。シール材２０に
は、液晶注入口２５を形成しておく。

【００２９】続いて、スペーサ２２を介して下基板１１
と上基板１２を接合し、プリベイクを行った後、２２０
℃の温度を１５分間維持してシール材２０を焼成して本
硬化する。その後、真空注入法等を用いて液晶注入口２
５から液晶２１を注入する。注入終了後、シール材２０
と同一の樹脂からなる封止材２６を用いて液晶注入口２
５を封止し、２００℃の温度を１０分間維持して封止材
２５を硬化し、液晶セルを完成する。続いて、偏光板２
４、２５を配置して、液晶表示素子を完成する。

【００３０】このような構成によれば、配向膜１８、１
９を形成した後で、シール材２０及び封止材２６の焼成
のための加熱処理が行われるが、配向膜１８、１９のガ
ラス転移点が焼成温度よりも十分高いので、焼成時に配
向膜１８、１９が悪影響を受けることがない。即ち、配
向膜１８、１９を構成する高分子樹脂の主鎖が動いて延
伸軸がずれたりすることがない。従って、配向欠陥の少
ない液晶表示素子を提供することができる。

【００３１】図５（Ａ）は、配向膜１８、１９を、ガラ
ス転移点が２００℃のポリイミドから形成し、配向処理
及び偏光板の配置を図３に示すように設定した時に電圧
無印加時の配向欠陥の発生状況を表している。図５
（Ｂ）は、配向膜１８、１９としてガラス転移点が２５
０℃のポリイミドから形成し使用し、配向処理及び偏光
板の配置を図３に示すように設定した時に電圧無印加時
の配向欠陥の発生状況を表している。なお、使用した液
晶は反強誘電性液晶であり、シール材の焼成条件はプリ
ベイクが９０℃で５分、本ベイクが１７０℃で１時間で
あった。図５（Ａ）、（Ｂ）から明らかなように、ガラ
ス転移点が２００℃の配向膜を用いた場合には、格子状
の配向欠陥が発生しているのに対し、ガラス転移点が２
５０℃の配向膜を用いた場合には、配向欠陥はほとんど
発生していない。図５（Ａ）及び（Ｂ）からも、この実
施例により配向欠陥が低減できることが確認できる。

【００３２】なお、この発明は上記実施例に限定されな
い。例えば、この発明は、層構造を有する液晶、例え
ば、スメクティック相の液晶から構成される強誘電性液
晶、反強誘電性液晶に特に効果的である。しかし、通常
のネマティック液晶等にも同様に適用できるものであ
る。

【００３３】また、上記実施例においては、配向膜１
８、１９のガラス転移点を決定する要素として、シール
材２０の焼成温度及び封止材２６の焼成温度を考慮した
が、液晶表示素子の製造過程に他の加熱プロセスが存在
する場合にはそれらの加熱温度も考慮する。例えば、カ
ラー液晶表示素子のカーフィルタを加熱処理を用いて形
成する場合には、配向膜１８、１９はカラーフィルタ加
工時の加熱温度よりも高いガラス転移点を有する高分子
材料を用いればよい。

【００３４】また、シール材２０、封止材２６、カラー
フィルタ等の焼成温度は、任意に選択可能であり、それ
よりも配向膜１８、１９のガラス転移点の温度を高くす
ればよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、液晶表示素子の製造工程の加熱温度よりもガラス転
移点の高い高分子からなる配向膜を用いているので、配
向膜が製造工程中の熱により劣化することがなく、配向
欠陥の少ない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】この発明の一実施例にかかる液晶表示素子の構
造を示す断面図である。

【図２】下基板の構成を示す平面図である。

【図３】配向処理の方向と、偏光板の透過軸の設定方向
と、液晶のダイレクタの方向を説明する図である。

【図４】対向基板にシール材２０を塗布した状態を示す
平面図である。

【図５】図５（Ａ）は、配向膜をガラス転移点が２００
℃のポリイミドから形成した時のＡＦＬＣの配向欠陥の
発生状態を示す図、図５（Ｂ）は、配向膜をガラス転移
点が２５０℃のポリイミドから形成した時のＡＦＬＣの
配向欠陥の発生状態を示す図である。

【符号の説明】 １１・・・透明基板（下基板）、１２・・・透明基板（上基
板）、１３・・・画素電極、１４・・・アクティブ素子（ＴＦ
Ｔ）、１５・・・ゲートライン（走査ライン）、１６・・・デ
ータライン（階調信号ライン）、１７・・・対向電極、１
８・・・配向膜、１９・・・配向膜、２０・・・シール材、２１・
・・反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）、２２・・・スペーサ、２
３・・・偏光板（下偏光板）、２４・・・偏光板（上偏光
板）、２５・・・液晶注入口、２６・・・封止材、３１・・・行
ドライバ（行駆動回路）、３２・・・列ドライバ（列駆動
回路）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の電極が形成された第１の基板と、前
   記第１の電極に対向する第２の電極が形成された第２の
   基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の少なくとも
   一方に形成され、ガラス転移点の温度が２５０°以上で
   ある物質から構成された配向膜と、前記第１と第２の基
   板間に配置された液晶とより構成されることを特徴とす
   る液晶表示素子。
2. 【請求項２】前記第１と第２の基板を接合し、２５０℃
   未満の温度で焼成されて形成されたシール材をさらに備
   えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】前記液晶は、強誘電性液晶又は反強誘電性
   液晶から構成されることを特徴とする請求項１又は２に
   記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】第１の基板上に第１の電極を形成し、該第
   １の電極と第１の基板の上にガラス転移点が所定温度の
   樹脂からなる配向膜を形成するステップと、 前記第１の電極と対向する第２の電極が形成された前記
   第２の基板と前記第１の基板を所定のシール材を介して
   接合し、該シール材を前記所定の温度より低い温度で焼
   成してシール材を形成するステップと、 前記第１と第２の基板と前記シール材で形成される領域
   内に液晶を充填するステップと、 を具備することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。