JPH09230351A

JPH09230351A - 配向膜の配向処理方法

Info

Publication number: JPH09230351A
Application number: JP6002196A
Authority: JP
Inventors: Norio Asagi; 典生浅儀; So Kuwabara; 創桑原
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】配向膜を従来よりも低温度かつ短時間で硬化
させることができ、しかもパーティクルの発生を抑えつ
つ液晶ディスプレイの視野角を広げることができる配向
処理方法を提供する。【解決手段】この配向処理方法は、ガラス基板上に配
向膜を塗布して配向膜付基板を形成する第１の工程４１
と、この配向膜付基板上の未硬化の配向膜に対して、電
子線照射および紫外線照射の少なくとも一方を行って当
該配向膜を硬化させる第２の工程４２と、この工程後の
配向膜に対して、ラビングに加えて、レーザー照
射、イオンビーム照射およびプラズマ照射の内の少なく
とも一つを行って配向処理を施す第３の工程４３とを備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば液晶ディ
スプレイの製造等に利用されるものであって、液晶分子
を所定方向に配向させるための配向膜に対して配向処理
を施す、配向膜の配向処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶分子を基板の表面において所定方向
に配向させるために、基板の表面に、ポリイミド等の高
分子有機材料から成る配向膜を塗布することが行われて
いる。

【０００３】この場合、基板の表面に単に配向膜を塗布
しただけでは、液晶分子が基板の表面に対して単に平行
に配列するだけで、液晶分子を所定方向に配列（即ち配
向）させることはできない。

【０００４】そこで従来は、次のような工程で、配向膜
に配向処理を施していた。

【０００５】基板上に配向膜を塗布する。

【０００６】当該配向膜に、所定の温度と時間（例え
ば８０〜１００℃、２分間程度）でプリベークを行う。
焼成前にプリベークを行うのは、簡単に言えば、ウェッ
ト状態の膜を均一にし、均一加熱で溶媒を均一に蒸発さ
せ均一な膜面を得ることと、溶媒の突沸を防いで、配向
膜にクラックや剥がれ等の不具合が生じるのを防止する
ためである。

【０００７】プリベーク後の配向膜に、所定の温度と
時間（例えば２００〜２５０℃、６０分間程度）で焼成
を行う。焼成を行うのは、簡単に言えば、高分子有機材
料を反応させて硬化させるためである。

【０００８】焼成後の配向膜の表面を、ナイロンやレ
ーヨン等から成るラビング布で一定方向に機械的にラビ
ングする（擦る）ことによって、配向膜に配向処理を施
す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に焼成によって配向膜の硬化を行う従来の方法では、配
向膜付基板をオーブン内において上記のような高温度に
長時間曝すことになり、それによって、当該配向膜付基
板に（より具体的には配向膜の下に）焼成前から形成さ
れているカラーフィルタ等に、変形、変質等の悪影響を
与えるという問題がある。しかも、焼成に長時間を要す
るので、そのぶんスループット（単位時間当たりの処理
能力）が低いという問題がある。

【００１０】また、上記のようにラビングによって配向
膜に配向処理を施す方法では、配向膜が一定方向にしか
もほぼ均一に配向処理されるため、液晶分子の配向方向
が一定でしかもそのプレチルト角（液晶分子が配向膜表
面より起き上がる角度を言う）もほぼ均一であるため、
液晶ディスプレイを構成した場合にその視野角が狭いと
いう問題がある。

【００１１】これを解決するために、上記のようなラビ
ング布を用いて、同じ配向膜の表面を異なった方向へ２
回ラビングして、二方向配向を可能にする配向処理が行
われている。そのようにすれば、コントラストは下がる
ものの、視野角をある程度広くすることができる。

【００１２】ところが、このようにラビング処理を２回
行って視野角を広くする方法では、それぞれのラビング
処理の際にパーティクル（ゴミ）が発生するため、パー
ティクルが大量に発生して、これが液晶ディスプレイの
特性を悪化させ、ひいては歩留まりを低下させる要因に
なるという問題がある。例えば、パーティクルが発生し
てそれが配向膜に付着していると、それによって表示む
らが生じて表示品質が低下したり、電気的にショートす
る個所が生じたりする。

【００１３】そこでこの発明は、配向膜を従来よりも低
温度かつ短時間で硬化させることができ、しかもパーテ
ィクルの発生を抑えつつ液晶ディスプレイの視野角を広
げることができる配向膜の配向処理方法を提供すること
を主たる目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の配向処理方法は、基板上に設けられた未
硬化の配向膜に対して、電子線照射および紫外線照射の
少なくとも一方を行って当該配向膜を硬化させ、次いで
この硬化後の配向膜に対して、ラビングに加えて、レー
ザー照射、イオンビーム照射およびプラズマ照射の内の
少なくとも一つを行って配向処理を施すことを特徴とす
る。

【００１５】上記方法によれば、未硬化の配向膜に照射
する電子線または紫外線のエネルギーによって、配向膜
を構成する高分子に架橋反応、重合反応等の化学反応が
起こり、焼成を行う場合よりも低温で、かつ短時間で、
当該配向膜を硬化させることができる。

【００１６】また、配向処理において、ラビングに加え
て、レーザー照射、イオンビーム照射およびプラズマ照
射の内の少なくとも一つを併用すると、配向膜は複数の
配向方向を持つようになり、配向方向が複数に分散した
マルチドメイン配向またはランダムドメイン配向を実現
することができるので、液晶ディスプレイを構成した場
合の視野角を広げることができる。しかも、ラビングは
１回で済み、レーザー照射、イオンビーム照射あるいは
プラズマ照射では非接触で配向膜に配向処理を施すこと
ができるのでパーティクルの発生は非常に少なく、従っ
てラビングを２回行う従来法よりもパーティクルの発生
を減少させることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施例に係
る配向処理方法を示す工程図である。この配向処理方法
は、図２等も参照して、ガラス基板４上に配向膜６を塗
布して配向膜付基板２を形成する第１の工程４１と、こ
の配向膜付基板２上の未硬化の配向膜６に対して、電子
線照射および紫外線照射の少なくとも一方を行って当該
配向膜６を硬化させる第２の工程４２と、次いでこの硬
化後の配向膜６に対して、ラビングに加えて、レー
ザー照射、イオンビーム照射およびプラズマ照射の内の
少なくとも一つを行って配向処理を施す第３の工程４３
とを備えている。この第３の工程４３における各種処理
の順序は問わない。

【００１８】配向膜付基板２は、ガラス基板４の表面に
ポリイミド等の有機高分子材料から成る配向膜６を塗布
したものである。なお、液晶ディスプレイを構成する場
合は、ガラス基板４と配向膜６との間に、ＩＴＯ（スズ
をドープした酸化インジウム）等から成る透明電極が形
成される。また、カラーの液晶ディスプレイを構成する
場合は、配向膜６の下にカラーフィルタが形成される。

【００１９】この未硬化の配向膜６に対する硬化処理
は、例えば図２に示すように、電子線８の照射、または
紫外線１０の照射、またはこれらの両方を行う。

【００２０】この場合の電子線８の照射条件は、例えば
次のとおりである。加速電圧：１５０ｋＶ以下、照射線
量：１〜５００Ｍｒａｄ、照射雰囲気：窒素ガス中。窒
素ガス雰囲気中で行うのは、電子線照射によって配向膜
中に生成されるラジカルが大気中の酸素と反応して配向
膜表面の硬化が完全に行われなくなる現象を避けるため
である。

【００２１】紫外線１０の照射条件は、例えば次のとお
りである。波長：２００〜２５０ｎｍ、エネルギー密
度：３０Ｊ／ｃｍ²以下、照射時間：１０秒〜１０分。

【００２２】未硬化の配向膜６に電子線８または紫外線
１０を照射すると、それらのエネルギーによって、配向
膜６を構成する高分子に架橋反応、重合反応等の化学反
応が起こり、焼成を行う場合よりも低温で（例えば室温
程度で）、かつ短時間に（例えば１０分以下で）、当該
配向膜６を硬化させることができる。従って、配向膜付
基板２にカラーフィルタ等が形成されていても、それら
に熱による変形、変質等の悪影響を与えない。しかも、
処理時間が短縮されるので、そのぶんスループットが向
上する。

【００２３】また、電子線照射や紫外線照射による場
合、それらのエネルギー利用による化学反応によって配
向膜６を硬化させるので、焼成の場合のような溶媒の突
沸が起こりにくく、従って焼成の場合に行っていたプリ
ベークの省略が可能になる。その結果、工程の簡略化に
よってスループットが一層向上する。

【００２４】上記のようにして硬化させた後の配向膜６
に対するラビングは、例えば図３を参照して、移動テー
ブル１２上に配向膜付基板２を載せ、移動テーブル１２
を例えば矢印Ａ方向に移動させることによって、その上
方に設けたロール状のラビング布１４で配向膜６の表面
をラビングする（擦る）ことによって行う。ラビング布
１４は、例えばナイロン、レーヨン等から成る。このラ
ビング布１４は、通常は矢印Ｂのように、移動テーブル
１２の移動とは逆方向に回転させる。このラビング処理
の条件は、例えば次のとおりである。テーブル速度：１
２０ｍｍ／秒以下、押込量：０．７ｍｍ以下、パス回
数：１〜２回。

【００２５】硬化後の配向膜６に対するレーザー１６ま
たはイオンビーム１８の照射は、例えば図４に示すよう
に、配向膜６のほぼ真上から行っても良いし、例えば図
５に示すように、配向膜表面に対して９０度未満の照射
角度θで（即ち斜めに）行っても良い。配向膜６の全面
にレーザー１６またはイオンビーム１８を照射するため
に、レーザー１６またはイオンビーム１８を必要に応じ
てＸＹ方向にスキャンしても良い。斜め照射する場合、
例えば図６に示すように、ラビング方向Ｄ（これは図３
の移動方向Ａと等しい）と、レーザー１６またはイオン
ビーム１８の照射方向Ｅとの間に所定の方位角度φを持
たせて、ラビング方向Ｄと照射方向Ｅとを互いに異なら
せるのが好ましい。その理由は以下に述べる。レーザー
１６またはイオンビーム１８を配向膜６のほぼ真上から
照射する場合は、上記方位角度φは存在せず、従ってラ
ビング方向は任意である。

【００２６】レーザー１６の照射条件は、例えば次のと
おりである。波長：２４８ｎｍ（ＫｒＦレーザー）〜１
０．６μｍ（ＣＯ₂レーザー）、エネルギー密度：５０
０ｍＪ／ｃｍ²以下、ショット回数：１〜１０ショッ
ト。

【００２７】イオンビーム１８の照射条件は、例えば次
のとおりである。イオン種：ヘリウム、ネオン、アルゴ
ン等の不活性ガスイオン、エネルギー：１００〜５００
ｅＶ、ビーム電流：１〜１０ｍＡ、照射時間：１０秒〜
３分。

【００２８】配向膜６にレーザー１６を照射することに
よって、配向膜６に配向処理を施すことができる。これ
は、レーザー１６のエネルギーによって、配向膜６を構
成する高分子の主鎖または側鎖が切断されて所定方向に
並ぶようになり、それに沿って液晶分子が配向するよう
になるからであると考えられる。しかも、ラビングとは
違って、非接触で配向膜６に配向処理を施すことができ
るため、パーティクルの発生を防止することができる。

【００２９】配向膜６にイオンビーム１４を照射するこ
とによっても、配向膜６に配向処理を施すことができ
る。これは、イオンビーム１４を照射することで、配
向膜６の表面が改質され、配向膜６を構成する高分子の
主鎖または側鎖が一定方向に並び、それに沿って液晶分
子が配向するようになる、あるいはイオンビーム照射
によるスパッタリングによって配向膜６の表面に多数の
微小な溝状のものが形成され、それに沿って液晶分子が
配向するようになるためであると考えられる。しかも、
ラビング法とは違って、非接触で配向膜６に配向処理を
施すことができるため、パーティクルの発生を防止する
ことができる。

【００３０】従って、上記のようにレーザー１６または
イオンビーム１８の照射角度θを９０度未満にし、かつ
それらの照射方向Ｅとラビング方向Ｄとを方位角度φを
持たせて互いに異ならせることにより、配向膜６は互い
に異なる二つ以上の配向方向を持つようになり、マルチ
ドメイン配向を実現することができる。その結果、液晶
ディスプレイの視野角を広げることができる。

【００３１】その場合、照射角度θを小さくするほど、
レーザー１６またはイオンビーム１８の照射によって得
られる配向秩序度（どの程度の割合の液晶分子が同一方
向に配向するかを示す度合い）およびプレチルト角（液
晶分子が配向膜表面より起き上がる角度）が大きくなる
ので、ラビングによって得られるそれらと合わせて、よ
り明確なマルチドメイン配向を実現することができる。

【００３２】レーザー１６またはイオンビーム１８を配
向膜６のほぼ真上から照射すると、それによって得られ
る配向秩序度は小さくなるけれども、これは見方を変え
れば、配向膜は多数に分散したランダムな配向方向を持
っていることであり、従ってランダムドメイン配向を実
現することができる。これによって液晶分子はランダム
な配向を示すため、光が散乱される度合いが強くなり、
これによっても液晶ディスプレイの視野角を広げること
ができる。但し、その場合のプレチルト角は小さいの
で、プレチルト角の大きいラビングと併用する必要があ
り、この発明ではそのようにしている。

【００３３】硬化後の配向膜６に対するプラズマ照射
は、例えば図７に示すようなプラズマ処理装置を用いて
行う。このプラズマ処理装置は、真空に排気されかつガ
ス２６が導入される真空容器２０内にホルダ兼電極２２
と電極２４とを相対向させて配置し、両者間に高周波電
源２８から高周波電力を供給して高周波放電によってプ
ラズマ３０を生成するものである。このホルダ兼電極２
２上に前述したような配向膜付基板２を載せておくと、
その配向膜６にプラズマ３０が入射する。ガス２６は例
えばアルゴン等の不活性ガスである。真空容器２０内の
真空度は例えば０．６〜０．２Ｔｏｒｒ程度にする。投
入高周波電力は例えば１００〜３００Ｗ程度にする。

【００３４】配向膜６にプラズマ３０を入射させること
によっても、配向膜６に配向処理を施すことができる。
これは、プラズマ３０のエネルギーによって、配向膜６
を構成する高分子の主鎖または側鎖が切断されて所定方
向に並ぶようになり、それに沿って液晶分子が配向する
ようになるからであると考えられる。しかも、ラビング
とは違って、非接触で配向膜６に配向処理を施すことが
できるため、パーティクルの発生を防止することができ
る。

【００３５】ラビングの他に、上記レーザー照射、イオ
ンビーム照射およびプラズマ照射の内の少なくとも一つ
を行えば、上記のような作用による、マルチドメイン配
向またはランダムドメイン配向を実現することができる
ので視野角を広げることができるけれども、ラビングに
加えて、レーザー照射、イオンビーム照射およびプラズ
マ照射の内の複数の処理を行えば、配向膜６により多様
な配向処理を施すことができるので、マルチドメイン配
向またはランダムドメイン配向をより強力に実現するこ
とができ、視野角をより広げることができる。

【００３６】次に、より具体的な実施例を説明すると、
図８に示すように、ラビング方向Ｄが９０度異なる上下
２枚の配向膜付基板２を用いて構成した、ツイスト角９
０度のＴＮ（ツイストネマティック）型のセル組の視野
角を測定した結果を図９に示す。この視野角は、コント
ラスト比が１０の領域を示したものである。

【００３７】図９中に一点鎖線で示す視野角は、配向膜
６に実施例１の処理を施した場合に得られたものであ
り、実線で示す視野角は、配向膜６に実施例２の処理を
施した場合に得られたものであり、破線で示す視野角
は、従来法によって得られたものである。

【００３８】実施例１の処理条件は次のとおりである。

【００３９】（１）硬化処理：電子線照射加速電圧：１５０ｋＶ照射線量：２０Ｍｒａｄ照射雰囲気：窒素ガス中照射角度：垂直コンベア速度：５ｍ／分

【００４０】（２）配向処理：ラビング後レーザー照射ラビングテーブル速度：１２０ｍｍ／秒押込量：０．５ｍｍパス回数：１回レーザー照射種類：ＫｒＦレーザーエネルギー密度：６０ｍＪ／ｃｍ² ショット回数：１０ショット照射角度θ：４５度方位角度φ：９０度

【００４１】実施例２の処理条件は次のとおりである。

【００４２】（１）硬化処理：紫外線照射波長：２５３ｎｍエネルギー密度：３０Ｊ／ｃｍ² 照射角度：垂直照射時間：３０秒

【００４３】（２）配向処理：レーザー照射後プラズマ
照射、その後ラビングレーザー照射種類：ＫｒＦレーザーエネルギー密度：６０ｍＪ／ｃｍ² ショット回数：１０ショット照射角度：垂直プラズマ照射ガス種：アルゴン真空度：０．４Ｔｏｒｒ高周波電力：１５０Ｗラビングテーブル速度：１２０ｍｍ／秒押込量：０．５ｍｍパス回数：２回

【００４４】従来法の処理条件は次のとおりである。

【００４５】（１）硬化処理：プリベーク後、焼成プリベーク温度：８０℃ 時間：１２０秒焼成温度：２５０℃ 時間：６０分

【００４６】（２）配向処理：ラビングテーブル速度：１２０ｍｍ／秒押込量：０．５ｍｍパス回数：１回

【００４７】図９から、従来法よりも実施例１の方が、
それよりも更に実施例２の方が、視野角が広がっている
ことが分かる。

【００４８】

【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。

【００４９】請求項１記載の配向処理方法によれば、未
硬化の配向膜に照射する電子線または紫外線のエネルギ
ーによって、配向膜を構成する高分子に架橋反応、重合
反応等の化学反応が起こり、焼成を行う場合よりも低温
で、かつ短時間で、当該配向膜を硬化させることができ
る。従って、配向膜付基板にカラーフィルタ等が形成さ
れていても、それらに熱による変形、変質等の悪影響を
与えない。しかも、処理時間が短縮されるのでそのぶん
スループットが向上する。

【００５０】また、電子線照射や紫外線照射による場
合、それらのエネルギー利用による化学反応によって配
向膜を硬化させるので、焼成の場合のような溶媒の突沸
が起こりにくく、従って焼成の場合に行っていたプリベ
ークの省略が可能になる。その結果、工程の簡略化によ
ってスループットが一層向上する。

【００５１】また、配向処理において、ラビングに加え
て、レーザー照射、イオンビーム照射およびプラズマ照
射の内の少なくとも一つを併用すると、配向膜は複数の
配向方向を持つようになり、配向方向が複数に分散した
マルチドメイン配向またはランダムドメイン配向を実現
することができるので、液晶ディスプレイを構成した場
合の視野角を広げることができる。しかも、ラビングは
１回で済み、レーザー照射、イオンビーム照射あるいは
プラズマ照射では非接触で配向膜に配向処理を施すこと
ができるのでパーティクルの発生は非常に少なく、従っ
てラビングを２回行う従来法よりもパーティクルの発生
を減少させることができる。その結果例えば、液晶ディ
スプレイの特性を悪化させる要因が少なくなるので、液
晶ディスプレイの歩留まりを向上させることができるよ
うになる。

【００５２】請求項２記載の配向処理方法によれば、ラ
ビングに加えて、レーザー照射、イオンビーム照射およ
びプラズマ照射の内の複数の処理を行うことによって、
配向膜により多様な配向処理を施すことができるので、
マルチドメイン配向またはランダムドメイン配向をより
強力に実現することができ、視野角をより広げることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る配向処理方法を示す
工程図である。

【図２】配向膜に電子線または紫外線を照射する状態の
一例を示す図である。

【図３】配向膜にラビングを施す状態の一例を示す図で
ある。

【図４】配向膜にレーザーまたはイオンビームを照射す
る状態の一例を示す図である。

【図５】配向膜にレーザーまたはイオンビームを照射す
る状態の他の例を示す図である。

【図６】ラビング方向に対するレーザーまたはイオンビ
ームの方位角度φを示す平面図である。

【図７】プラズマ処理装置の一例を示す断面図である。

【図８】液晶ディスプレイを構成するセル組の一例を拡
大して示す斜視図である。

【図９】図８に示したようなセル組において、実施例の
方法によって得られた視野角範囲と、従来法によって得
られた視野角範囲とを示す図である。

【符号の説明】

２配向膜付基板４ガラス基板６配向膜８電子線１０紫外線１４ラビング布１６レーザー１８イオンビーム３０プラズマ４１〜４３工程

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設けられた未硬化の配向膜に対
して、電子線照射および紫外線照射の少なくとも一方を
行って当該配向膜を硬化させ、次いでこの硬化後の配向
膜に対して、ラビングに加えて、レーザー照射、イオン
ビーム照射およびプラズマ照射の内の少なくとも一つを
行って配向処理を施すことを特徴とする配向膜の配向処
理方法。
【請求項２】前記硬化後の配向膜に対して、ラビング
に加えて、レーザー照射、イオンビーム照射およびプラ
ズマ照射の内の複数の処理を行って配向処理を施す請求
項１記載の配向膜の配向処理方法。