JPH11218763A - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】グレーティング形状の配向膜を有する液晶表示
素子を提供する。 【解決手段】液晶配向膜を有する一対のガラス基板間に
液晶が挟持された液晶表示素子の製造方法であって、液
晶と接するガラス基板表面上にある光重合性モノマーに
グレーティング状のパターン光照射を施すことにより前
記液晶配向膜を形成する工程を備えたことを特徴とする
液晶表示素子の製造方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ等の
モニタ部分に用いられる液晶表示素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、二枚の電極付きガラス
基板の間隙に液晶層を設け、電気光学効果により、文
字，数字，図，絵などを表示する装置として既に知られ
ている。現在知られているＴＮ（Twisted Nematic），
ＳＴＮ（Supertwisted Nematic）,ＦＬＣ（Ferroelectr
ic Liquid crystal），ＩＰＳ（In-Plane switching）
モードなどの液晶表示素子の製造方法は、二枚の電極付
きガラス基板上にラビングなどの配向処理を設け、その
基板上にスペーサービーズを散布しシール剤を用いて基
板をはりあわせ、その基板の間隙に液晶材料を注入する
工程を経る。

【０００３】現在、この配向処理には、ポリイミド，ポ
リビニルアルコール等からなる高分子膜を透明電極上に
形成した後、その表面を布等を取り付けたローラーを用
いて擦ることにより表面に配向能を付与するラビング法
が最も頻繁に使用されている。

【０００４】しかしながら、ラビング法には、ラビング
屑等が付着する汚染，液晶配向膜上において静電気の発
生等の問題点があり、特に、静電気の発生は、アクティ
ブマトリクス型の液晶表示素子のＴＦＴ（薄膜トランジ
スタ）を破壊してしまうため、新たな配向処理方法が望
まれている。

【０００５】ラビング法に替わる配向処理方法として、
基板上の感光性ポリマーにグレーティング状の光を照射
し、一定の間隔をおいて直線状の溝を形成して液晶配向
能を生じせしめる方法（以下、グレーティング法と呼
ぶ）が知られている。このグレーティング法は、一定の
間隔をおいて形成した直線状の溝を有する基板上に液晶
分子をおいた場合、そのマクロな溝の沿った方向に液晶
分子が配向する事実（M.Nakamura ら、J.Appl.Phys,52,
210(１９８１)）に基づいている。

【０００６】特開平1−210932号公報には、紫外線をポ
リイミド膜表面にパターン照射し、分解によりグレーテ
ィング状の溝を形成し配向処理を施す方法が開示されて
いる。また、特開平2−196219 号公報では、高分子膜の
表面にレーザー光を縞状に照射し、高分子を飛散せしめ
て高分子膜にグレーティング状の溝を形成し配向処理を
施す方法が開示されている。特開昭60−60624 号公報で
は、感光性ポリイミドの高分子膜に干渉光を照射し、架
橋反応を利用して高分子膜にグレーティング状の溝を形
成し配向処理を施す方法が開示されている。

【０００７】これらの方法では、いずれも高分子膜を利
用しているため、高分子の薄膜形成工程，乾燥工程，露
光工程，未露光部あるいは照射部の除去工程等と工程数
が多く、さらにそれぞれの工程時間が長く生産性が悪い
という問題がある。また、露光量も大きくなくてはなら
ず、特にレーザー光を用いた場合、強いパワーのレーザ
ー光を照射する必要がある。さらには、再処理が困難な
高分子を扱っているため、部材の再利用は不可能でコス
ト高につながっている。特に、露光部分が分解あるいは
飛散する方法では全く再利用は考慮されていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ラビ
ング法に替わる方法としてグレーティング法による配向
処理がこれまで数多く検討されているが、工程の煩雑
さ、多くの露光量を費やす点、そして部材のコスト高に
より、いまだラビング法に取って替わって実用化される
には至っていない。

【０００９】本発明の目的は、このような問題に鑑み、
基板等の汚染を生じることなく、液晶分子に対して充分
な配向能を有するグレーティング状の液晶配向膜を、従
来のラビング方法と同程度に容易に形成でき、少ない露
光量で済み、部材の再利用が可能な液晶表示素子の製造
方法を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、液晶配向膜を有する一対のガラス基板
間に液晶が挟持された液晶表示素子の製造方法におい
て、液晶と接するガラス基板表面上にある光重合性モノ
マーにグレーティング状のパターン光照射を施すことに
より前記液晶配向膜を形成する工程を備えた構成とす
る。本発明によれば、従来の感光性ポリマーや高分子膜
の替わりに光重合性モノマーを使用しているため、薄膜
形成工程，乾燥工程，洗浄工程に費やされる時間が大幅
に短縮され、従来のラビング方法と同程度に容易に形成
できる液晶表示素子の製造方法を提供できる。

【００１１】本発明の請求項２では、感光性ポリマーや
高分子膜の替わりに液体状の光重合性モノマーを使用し
ているため、乾燥工程が不要で、洗浄工程に費やされる
時間が大幅に短縮されるのに加え、薄膜形成工程に費や
される時間も大幅に短縮される。また、液体状の光重合
性モノマーの回収は容易であることから、部材の再利用
が可能でコスト低減が可能である。

【００１２】本発明の請求項３では、感光性ポリマーや
高分子膜の替わりに気体状の光重合性モノマーを使用し
ているため、薄膜形成工程，乾燥工程，洗浄工程のいず
れの工程も不要で、この配向膜形成に費やされる時間が
大幅に短縮される。また、露光部分の光重合性モノマー
のみが消費されるので、無駄な部材を浪費することがな
い。

【００１３】本発明に用いられる光重合性モノマーとし
ては、（１）アクリルアミド，メタクリルアミド，メチ
ロールアクリルアミド，ピロメリト酸ジイミドのように
アクリルアミド基を有するモノマー、（２）アクリル
酸，メチルメタクリラート、エチレングリコールジアク
リラート，ジアリールフタラート，ジアリルグリコラー
ト，ジアリルマレアート，ジエチレングリコールビスア
リルカルボナート等の不飽和ポリエステルのようにアク
リロイル基を有するモノマー、（３）ヘキサクロロブタ
ジエンのようにビニル基を有するモノマー、（４）メト
キシブテニルアントラキノンのようにアセチレン基を有
するモノマー、（５）パラトルエンスルホニルブタジイ
ンのようなジアセチレン基を有するモノマーなどを挙げ
ることができる。

【００１４】本発明に用いられる光重合性モノマーを基
板上に塗布する工程としては、光重合性モノマーが室
温，大気圧下で固体状であれば、適当な有機溶媒に溶解
して印刷やスピンコートなど通常の方法で塗布すること
ができる。光重合性モノマーでは感光性ポリマーや高分
子膜を塗布する場合と異なり、低沸点の溶媒を用いるこ
とが特徴で、塗布工程に使用された有機溶媒を乾燥する
工程を大幅に短縮することができる。光重合性モノマー
が室温，大気圧下で液体状であり、かつ粘性が低けれ
ば、そのまま塗布することができる。また、未露光部分
のモノマーが液体状であることが特徴で、回収及び再利
用が容易である。減圧下で気体状の光重合性モノマーと
して取り扱う場合、塗布する工程は全く不要である。

【００１５】本発明に使用される光重合性モノマーは、
単独で用いても良いが、重合に使用される露光量を更に
少なくするために、光増感剤や重合開始剤が含まれるの
が好ましい。光増感剤としては、カンファーキノン，ミ
ヒラーキノン，２−ナフタレンスルフニルクロリドイ，
３−メチル−２−ベンゾイルメチレンナフトチアゾー
ル，メチレンブルー，トリエタノールアミン等を挙げる
ことができる。重合開始剤としては有機カルボニル化合
物が一般的で、ベンゾイン，ベンゾインメチルエーテル
等のベンゾインエーテル類，ベンゾフェノン，ベンゾイ
ル安息香酸，チオキサントン，ボルナンジオン（カンフ
ァーキノン）などが挙げられる。

【００１６】本発明のグレーティング状のパターン光照
射方法としては、マスクを用いた方法，光干渉を利用し
た方法，ライン状にスキャニングする既存の方法を用い
ることができる。光重合性モノマーが液状の場合、３次
元光造形法（日刊工業新聞社，１９９０，丸谷 他著）
が使用でき、コンピュータ制御によりグレーティング状
構造を作製することができる。本発明のグレーティング
構造のラインとスペースはそれぞれ１μｍ以下であれば
良く、更に０.５μｍ 以下であれば尚好ましい。

【００１７】即ち、本発明によれば、基板等の汚染を生
じることのない配向膜形成方法が提供できるばかりでは
なく、グレーティング形成部材として光重合モノマーを
用いているために、グレーティング構造形成に費やされ
る工程も少なく、さらにはそれぞれの工程が短時間で済
み、露光工程においても少ない露光量で済み、部材の再
利用が可能な液晶表示素子の製造方法を提供できる。

【００１８】以下、本発明について、実施例ならびに図
面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの実施
例に限定されるものでない。

【００１９】

【発明の実施の形態】（実施例１）液晶表示素子はＴＮ
駆動モードで、そのサイズは２７０mm（長片側）×２０
０mm（短片側）で表示部は対角で１０.４インチサイズ
であり、厚みが１.１mmで表面を研磨した透明なガラス
基板を用いた。その作製方法を図１で説明する。

【００２０】一方の上部基板となるガラス基板２の上
に、画素電極５を成形し、更にその上の最表面にグレー
ティング状の配向膜３を形成した。本実施例では配向膜
になる光重合モノマーとしてパラトルエンスルホニルブ
タジインを採用し、そのテトラヒドロフラン溶液（モノ
マーと溶媒は等重量）をスピンコート法により塗布し、
溶媒風乾後のモノマー膜厚を１.０μｍ 程度とした。こ
のモノマー膜膜上に、グレーティング状のパターン露光
を実施し、未露光部の洗浄工程を経てグレーティング状
の配向膜３を形成した。

【００２１】対向する下部基板となるガラス基板２は、
ストライプ状のＲ，Ｇ，Ｂの３色のカラーフィルタ９と
ブラックマトリックス１０を備えた構造とした。カラー
フィルタの上には表面を平坦化するオーバーコート樹脂
８を積層した。オーバーコート樹脂の材料としてはエポ
キシ樹脂を用いた。更に、このオーバーコート樹脂上に
共通電極７を形成し、更にグレーティング状の配向膜を
形成した。

【００２２】配向膜になる光重合モノマーとしてパラト
ルエンスルホニルブタジインを採用し、そのテトラヒド
ロフラン溶液（モノマーと溶媒は等重量）をスピンコー
ト法により塗布し、溶媒風乾後のモノマー膜厚を１.０
μｍ 程度とした。このモノマー膜膜上に、グレーティ
ング状のパターン露光を実施し、未露光部の洗浄工程を
経てグレーティング状の配向膜３を形成した。本基板の
グレーティング状の溝の長手方向は、他方のガラス基板
を重ね合わせたときに直交するように配置されている。

【００２３】上下基板の接着は接着剤（エポキシ系樹
脂）の中にポリマビーズを適量混入し、シールマスクを
用いて表示部周辺の基板上に印刷した。その後、接着剤
の仮硬化を行い、上下基板を組み合わせた。そして、プ
レスを用いて二枚の基板を加圧しつつ、接着剤を硬化し
た。接着剤は基板周辺に設けられその一部を液晶が注入
されるよう開放してある。

【００２４】液晶注入法は以下の通りである。まず真空
系内でパネルを減圧し、次に注入口に液晶を密着させ、
真空系内を徐々に常圧にすることでパネル内と真空系内
での気圧差により液晶がパネル内に注入され、約２時間
で注入を完了した。注入後パネル面内のギャップをより
均一にするためパネル面を加圧し、同時に封入口を光硬
化剤（アクリル性樹脂）で封止した。このようにして得
られた液晶表示素子を用いて、通電表示試験により応答
速度やコントラストを評価したところ通常のラビング膜
を用いた場合とほぼ同程度であった。

【００２５】本実施例においては、光重合モノマーであ
るパラトルエンスルホニルブタジインの替わりに、アク
リルアミド，メタクリルアミド，メチロールアクリルア
ミド，ピロメリト酸ジイミド，アクリル酸，メチルメタ
クリラート，エチレングリコールジアクリラート，ジア
リールフタラート，ジアリルグリコラート，ジアリルマ
レアート，ジエチレングリコールビスアリルカルボナー
ト，メトキシブテニルアントラキノンを使用することが
できる。

【００２６】（実施例２）液晶表示素子はＩＰＳ駆動モ
ードで、そのサイズは２７０mm(長片側)×２００mm（短
片側）で表示部は対角で１０.４インチサイズであり、
厚みが１.１mmで表面を研磨した透明なガラス基板を用
いた。その製法を図２により説明する。

【００２７】一方の上部基板となるガラス基板２の上
に、画素電極５を成形し、更にその上の最表面にグレー
ティング状の配向膜３を形成した。本実施例では配向膜
になる光重合モノマーとしてエチレングリコールアクリ
ラートを採用し、この液体状モノマー（粘度は３センチ
ポアズ）に光増感剤ミヒラーケトンと重合開始剤ボルナ
ンジオン（カンファーキノン）を液体状モノマーの１重
量部に対してそれぞれ３００分の１重量部を加え、スピ
ンコート法により塗布し、そのモノマー膜厚を１.０μ
ｍ 程度とした。このモノマー膜膜上に、光干渉により
グレーティング状のパターン露光を実施し、未露光部の
液体状モノマーを回収し、洗浄工程を経てグレーティン
グ状の配向膜３を形成した。

【００２８】対向する下部基板となるガラス基板２は、
ストライプ状のＲ，Ｇ，Ｂの３色のカラーフィルタ９と
ブラックマトリックス１０を備えた構造とした。カラー
フィルタの上には表面を平坦化するオーバーコート樹脂
８を積層した。オーバーコート樹脂の材料としてはエポ
キシ樹脂を用いた。更に、このオーバーコート樹脂上に
グレーティング状の配向膜を形成した。

【００２９】配向膜になる光重合モノマーとしてエチレ
ングリコールアクリラートを採用し、この液体状モノマ
ー（粘度は３センチポアズ）に光増感剤ミヒラーケトン
と重合開始剤ボルナンジオン（カンファーキノン）を液
体状モノマーの１重量部に対してそれぞれ３００分の１
重量部を加え、スピンコート法により塗布し、そのモノ
マー膜厚を１.０μｍ 程度とした。

【００３０】このモノマー膜膜上に、光干渉によりグレ
ーティング状のパターン露光を実施し、未露光部の液体
状モノマーを回収し、洗浄工程を経てグレーティング状
の配向膜３を形成した。本基板のグレーティング状の溝
の長手方向は、他方のガラス基板を重ね合わせたときに
平行になるように配置されている。

【００３１】上下基板の接着は接着剤（エポキシ系樹
脂）の中にポリマビーズを適量混入し、シールマスクを
用いて表示部周辺の基板上に印刷した。その後、接着剤
の仮硬化を行い、上下基板を組み合わせた。そして、プ
レスを用いて二枚の基板を加圧しつつ、接着剤を硬化し
た。接着剤は基板周辺に設けられその一部を液晶が注入
されるよう開放してある。

【００３２】液晶注入法は以下の通りである。まず真空
系内でパネルを減圧し、次に注入口に液晶を密着させ、
真空系内を徐々に常圧にすることでパネル内と真空系内
での気圧差により液晶がパネル内に注入され、約３時間
半で注入を完了した。注入後パネル面内のギャップをよ
り均一にするためパネル面を加圧し、同時に封入口を光
硬化剤（アクリル性樹脂）で封止した。このようにして
得られた液晶表示素子を用いて、通電表示試験により応
答速度やコントラストを評価したところ通常のラビング
膜を用いた場合とほぼ同程度であった。

【００３３】本実施例においては、光重合モノマーであ
るエチレングリコールアクリラートの替わりに、アクリ
ルアミド，メタクリルアミド，メチロールアクリルアミ
ド，ピロメリト酸ジイミド，アクリル酸，メチルメタク
リラート，ジアリールフタラート，ジアリルグリコラー
ト，ジアリルマレアート，ジエチレングリコールビスア
リルカルボナート，メトキシブテニルアントラキノン，
パラトルエンスルホニルブタジインを使用することがで
きる。

【００３４】また、光増感剤であるミヒラーケトンの替
わりに、カンファーキノン，ミヒラーキノン，２−ナフ
タレンスルフニルクロリドイ，３−メチル−２−ベンゾ
イルメチレンナフトチアゾール，メチレンブルー，トリ
エタノールアミンを使用することができる。

【００３５】さらに、重合開始剤であるボルナンジオン
（カンファーキノン）の替わりに、ベンゾイン，ベンゾ
インメチルエーテル，ベンゾインエチルエーテル，ベン
ゾインプロピルエーテル，ベンゾインブチルエーテル，
ベンゾフェノン，ベンゾイル安息香酸，チオキサントン
を使用することができる。

【００３６】（実施例３）液晶表示素子はＴＮ駆動モー
ドで、そのサイズは２７０mm（長片側）×２００mm（短
片側）で表示部は対角で１０.４インチサイズであり、
厚みが１.１mmで表面を研磨した透明なガラス基板を用
いた。その作製方法を図１で説明する。

【００３７】一方の上部基板となるガラス基板２の上
に、画素電極５を形成し、更にその上の最表面にグレー
ティング状の配向膜３を形成した。本実施例では配向膜
になる光重合モノマーとしてヘキサクロロブタジエンの
気体状モノマーを採用した。画素電極形成後のガラス基
板をヘキサクロロブタジエン雰囲気中の減圧容器内に入
れ、ガラス基板上にグレーティング状のパターン露光を
実施しグレーティング状の配向膜３を形成した。

【００３８】対向する下部基板となるガラス基板２は、
ストライプ状のＲ，Ｇ，Ｂの３色のカラーフィルタ９と
ブラックマトリックス１０を備えた構造とした。カラー
フィルタの上には表面を平坦化するオーバーコート樹脂
８を積層した。オーバーコート樹脂の材料としてはエポ
キシ樹脂を用いた。更に、このオーバーコート樹脂上に
共通電極７を形成し、更にグレーティング状の配向膜を
形成した。本基板のグレーティング状の溝の長手方向
は、他方のガラス基板を重ね合わせたときに直交するよ
うに配置されている。

【００３９】上下基板の接着は接着剤（エポキシ系樹
脂）の中にポリマビーズを適量混入し、シールマスクを
用いて表示部周辺の基板上に印刷した。その後、接着剤
の仮硬化を行い、上下基板を組み合わせた。そして、プ
レスを用いて二枚の基板を加圧しつつ、接着剤を硬化し
た。接着剤は基板周辺に設けられその一部を液晶が注入
されるよう開放してある。液晶注入法は以下の通りであ
る。

【００４０】まず真空系内でパネルを減圧し、次に注入
口に液晶を密着させ、真空系内を徐々に常圧にすること
でパネル内と真空系内での気圧差により液晶がパネル内
に注入され、約２時間で注入を完了した。注入後パネル
面内のギャップをより均一にするためパネル面を加圧
し、同時に封入口を光硬化剤（アクリル性樹脂）で封止
した。

【００４１】このようにして得られた液晶表示素子を用
いて、通電表示試験により応答速度やコントラストを評
価したところ通常のラビング膜を用いた場合とほぼ同程
度であった。

【００４２】本実施例においては、光重合モノマーであ
るヘキサクロロブタジエンの替わりに、アクリルアミ
ド，メタクリルアミド，メチロールアクリルアミド，ピ
ロメリト酸ジイミド，アクリル酸，メチルメタクリラー
ト，エチレングリコールジアクリラート，ジアリールフ
タラート，ジアリルグリコラート，ジアリルマレアー
ト，ジエチレングリコールビスアリルカルボナート，メ
トキシブテニルアントラキノン，パラトルエンスルホニ
ルブタジインを使用することができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、基板等の汚染を生じる
ことのない配向膜形成方法が提供できるばかりではな
く、グレーティング形成部材として従来のような感光性
ポリマーや高分子膜の替わりに光重合モノマーを用いて
いるために、グレーティング状のパターン露光に費やさ
れる工程も少なく、さらにはそれぞれの工程が短時間で
済み、露光工程においても少ない露光量で済み、部材の
再利用が可能な液晶表示素子の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するためのＴＮ駆動モードの液晶
表示素子の断面図である。

【図２】本発明を説明するためのＩＰＳ駆動モードの液
晶表示素子の断面図である。

【符号の説明】

１…偏光板、２…ガラス基板、３…配向膜、４…液晶、
５…画素電極、６…スペーサービーズ、７…共通電極、
８…オーバーコート、９…カラーフィルタ、１０…ブラ
ックマトリクス。

フロントページの続き (72)発明者 上野 巧 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶配向膜を有する一対のガラス基板間に
   液晶が挟持された液晶表示素子の製造方法であって、液
   晶と接するガラス基板表面上にある光重合性モノマーに
   グレーティング状のパターン光照射を施すことにより前
   記液晶配向膜を形成する工程を備えたことを特徴とする
   液晶表示素子の製造方法。
2. 【請求項２】前記光重合性モノマーが液体状であること
   を特徴とする請求項１記載の液晶表示素子の製造方法。
3. 【請求項３】前記光重合性モノマーが気体状であること
   を特徴とする請求項１記載の液晶表示素子の製造方法。