JPS60244931A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、文字あるいは画像表示用の液晶表示装置およ
びその製造方法に関し、特に配向膜の表面に新規な方法
で液晶の配向性能を付与した構造の液晶表示装置および
その製造方法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 液晶表示装置の基本構成は、一対の電極基板間に液晶を
充填したパネルに偏光板を組合せたもので、初期配向し
た液晶分子と電極に電圧を印加した状態で再配列した液
晶分子との複屈折性の差により濃淡を表示するものであ
る。液晶を初期配向させるには通常、液晶の接するノ々
ネル内壁に配向処理と呼ばれる各種の処理が施される。

配向処理の一例は、有機材料たとえばポリイミドを塗布
し硬化した膜にナイロン系またはビニル系の繊維を一定
方向にこすりつけるもので配向処理のラビング法と呼ば
れる。配向処理の他の一例は無機材料たとえばＳｉＯを
電極基板に対して斜方向から蒸着するもので、配向処理
の斜蒸着法と呼ばれる。

配向処理した配向膜表面で液晶分子が一定方向に配列す
る現象は、長鎖状の高分子である液晶分子の位置エネル
ギが、その方向に配列した場合に最も小さくなるためで
ある。ラビングによる配向膜が配向性能を有するメカニ
ズムについては、ラビングにより表面に物理的凹凸、い
わゆるヘアライン加工表面のようなスクラッチ状の凹凸
が生じるためであるとＪる説や、ラビング布の有機物質
が表面に方向性を持って付着するためであるとする説等
があシ、いずれも定説に至っていない。

このようなことから実用化されているラビング処理は、
有機配向膜の材質、硬化条件、ラビング布の材質、繊維
構造、こすシつけの押圧力、相対速度１回数等を組合せ
によシ実験し、経験的にその最適条件をめているのが実
状である。特にラビングの場合１機械的に配向膜表面を
こすることから、脱落したラビング布繊維やごみによシ
配向膜表面に欠陥や異常スクラッチが生じやすいこと、
ラビング布の耐久性が十分でないために使用回数を重ね
る度に配向性能が変化したり、配向の不均一を生じる等
の欠点がある。さらに画像表示用の液晶表示装置で、多
数の画素子の一つ一つに対応したスイッチング用の薄膜
トランジスタが電極基板に構成されたものでは、基板表
面に凹凸の段差近傍で配向のむらを生じることがある。

さらにラビングによる帯電により、このような能動素子
を静電破壊させてしまうこともある。

斜蒸着による配向処理はラビングによる配向処理に比べ
てこのような諸々の欠陥は比較的少ないが、蒸着装置の
規模および基板の斜装置の制約から大きな電極基板を処
理しにくいこと、工数が犬となること、最適条件範囲（
特に蒸着角度、蒸着速度、基板温度等）が比較的に狭く
、蒸着条件管理が必要なこと等の欠点がある。

発明の目的 本発明はこのような従来の配向膜に対してその欠点を解
決あるいは改善した新規な方法で配向処理した配向膜を
有する液晶表示装置およびその製造方法を目的とする。

発明の構成 上記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、一
対の電極基板間に配向膜を介して液晶を充填し、配向膜
に感光性樹脂を用い、との配向膜の表面にレーザ光の三
光束干渉縞を照射させたグレーティング状の凹凸を有す
る構成を特徴とするものである。

さらに液晶表示装置において、液晶分子が配向膜のグレ
ーティング状の凹凸の方向に平行に配列する構成とした
ことを特徴とするものであシ、配向膜の凹凸が液晶分子
の指向性を与え、かつ組立てた液晶表示装置において、
その表示に指向性をつけるのに有効である。

配向膜としては、感光性ポジ型フォトレジストが感光性
能の点で良好であシまた配向性能の点で良好である。

このような、配向膜の表面にグレーティング状の凹凸を
有する液晶表示装置を製造するには、感光性樹脂よシな
る配向膜を塗布し、この配向膜の表面にレーザ光の三光
束干渉縞を照射する。レーザ光強度が適当であれば、こ
の感光性樹脂のレーザ光照射領域と非照射領域に架橋率
の差を生じこれに伴って体積収縮に差を生じて表面に微
小なグレーティング状の凹凸を生じる。この状態でも液
晶配向は可能であるが、配向性能を上げるためまた耐熱
性能を上げるためにレーザ光を照射後、感光性樹脂の架
橋を促進することが必要であシ、遠紫外光照射、Ｘ線照
射、電子ビーム照射、またはイオンビーム照射を行なう
とよい。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例について、図面に基づいて説明
する。

第１図において、液晶表示装置は透明電極１とその上に
配向膜２が付いた前面ガラス板３と、ＴＰＴ素子（薄膜
トランジスタで構成され画素電極の印加電圧のスイッチ
ングに用いるトランジスタ素子）部４および画素部６と
その上に配向膜６が付いた液晶表示用基板７との間に、
周辺部には予め所定のスペーサが混合されたシール剤８
があシ、シール剤に囲まれたパネル中に液晶９、多数の
スペーサ１０が存在している。そして偏光板１１゜１２
が前面ガラス板３と液晶表示用基板７の両面に貼シ付け
られて、さらにたとえば光源となるエレクトロルミネセ
ント１３を液晶表示用基板７上の偏光板１２に貼シつけ
ることにより構成される。

第２図は基板７側の構造を示すもので、ＧはＴＰＴ素子
のゲート電極、■は絶縁膜、八はアモルファスシリコン
よシなるチャンネル活性部、Ｍはソース、ドレイン電極
である。

液晶９を初期配向させるためには下側の電極基板の電極
面側およびもう一方の電極基板の電極面側に感光性樹脂
を塗布した後、レーザ光の三光束干渉縞をこれに照射し
てグレーティング状の凹凸を形成する。

第３図はレーザ光の三光束干渉縞の照射装置の原理図を
示しておシ、レーザ光源１４を出た光線は反照鏡１５お
よび１６を経て集光レンズ１７に入射し、ピンホール１
８を通過後コリメータレンズ１９を通ってエキスバンド
された平行光線となる。その後さらにこの平行光線は反
照鏡２０で反射された後ビームスプリッタ２１で二分割
され反射鏡２２および２３で反射されて電極基板２４に
塗布された感光性樹脂２５に入射する。二分割されたレ
ーザ平行光の二元束はこの感光性樹脂２６付近の空間で
干渉を生じ感光性樹脂面にスリット状の干渉縞を生ぜし
める。第３図は立党束の光軸が感光性樹脂２５面の法線
方向に対して等角度で入射する場合を示しておシ、この
時の感光性樹脂２５面の光強度分布および現像後の感光
性樹脂に形成されるグレーティング状の凹凸２６を第４
図ａおよびｂに示している。

液晶分子が配向膜表面のグレーティング状の凹凸の溝に
対して平行配列する模型図を第６図に示す。また、グレ
ーティングのピッチは液晶の配向度合を上げる上でよシ
小さいことが望ましいが、実験的に試作した０、３μｍ
ピッチ、１００人程鹿のグレーティングで良好な配向を
示した。レーザ光源としてはＨｅ　−Ｃｄレーザ波長λ
＝４４１６人を用いたが、よシ短波長の紫外レーザを用
いたり、二元束の入射角度条件を変えることによシ小ピ
ッチ化できる。

感光性樹脂よシなる配向膜としては液晶表示装置のラビ
ング配向膜として広く使われているポリイミドあるいは
ポリビニルアルコールと同様に良好な配向を示し、良好
なグレーティング状の凹凸を形成し得るポジ型フォトレ
ジストの商品名ＡＺ１３５ｏを使用する。

ここで配向膜表面の加工工程について説明すもまず基板
上の透明電極面に膜厚が１８００Ａ程度の感光性ポジ型
フォトレジストの商品名ＡＺ１３５０を塗布し、次にフ
ォトレジスト表面に三光束干渉縞によるグレーティング
を生ぜしめ、１８０秒から１９０秒程度露光をした後に
現像して水洗することによシフオドレジストに断面形状
が矩形状である溝を形成する。

また、液晶表示装置を組立てる際に、熱硬化型シール剤
硬化等の工程で１５０°Ｃ以上の加熱工程を経過した時
に７オトレジスト表面の焼だれ等によシフオドレジスト
表面のグレーティング状の凹凸が消失することがある。

したがって２００℃程度の耐熱効果を得るために７オト
レジストの架橋促進をする工程が必要となる。そこでグ
レーティング状の凹凸を有する配向膜表面に遠紫外光照
射をＬ７オトレジストの架橋促進をしたところ、２００
℃程度の加熱後もフォトレジスト表面のグレーティング
状の凹凸は消失することがなかった。

液晶の配向度合および耐熱効果を上げるにはレーザ光の
照射後法の処理をして架橋促進をすることが有効である
。

０）　フォトレジスト表面にグレーティングを形成した
後遠紫外光照射によシフオドレジストの架橋促進をする
。

（２）　フォトレジスト表面にグレーティングを形成し
た後Ｘ線照射によりフォトレジストの架橋促進をする。

（３）　フォトレジスト表面にグレーティングを形成し
た後電子ビーム照射によりフォトレジストの架橋促進を
する。

（４）　フォトレジスト表面にグレーティングを形成し
た後イオンビーム照射によシフオドレジストの架橋促進
をする。

ここで、液晶表示装置のコントラスト比と配向膜表面の
凹凸のピッチの関係を第６図に示す。配向膜表面の凹凸
のピッチが細かくなると本発明の配向処理を施しだ液晶
表示装置のコントラスト比に対して優位になる傾向が認
められた。２８は本発明による配向処理を施されたパネ
ルのコントラスト曲線、２９はラビングによる配向処理
を施された液晶表示装置のコントラスト曲線である。し
た刀１って、コントラストの点で本発明の配向処理の性
能がラビング等の従来の方法に比較して著しい効果を有
することがわかった。

発明の効果 以上のように本発明によれば次の効果を得ることができ
る。

（１）従来機械的な表面のこすりによっていた場合に問
題であった表面の各種欠陥、異常スクラッチが生じない
。

（２）配向の巨視的、微視的むらの少なく均質な配向品
質が得られる。

（３）表示品質の優れた液晶表示装置が得られる。

（４）従来の斜蒸着による配向処理に比べて真空装置を
用いたプロセスが必要とされない。

（５）比較的安定に大量の処理を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における液晶表示装置の断面
図、第２図は同装置のＴＰＴ素子部および画素部の断面
図、第３図は本発明に用いるレーザ光の三光束干渉縞の
照射装置の原理図、第４図は配向膜表面の光強度分布お
よび配向膜のグレーティング状の凹凸を示す説明図、第
６図はグレーティング状の凹凸を形成した配向膜表面の
模式図、第６図は液晶表示装置のコントラスト比と配向
膜表面の凹凸のピッチの関係図である。 １・・・・・・透明電極、２・・・・・・配向膜、３・
・・・・・前面ガラス板、４・・・・・・ＴＦＴ素子部
、５・・・・・・画素部、６・・・・・・配向膜、７・
・・・・・液晶表示用基板、８・・・・・・シール剤、
９・・・・・・液晶、１０・・・・・・スペーサ、１１
・・・・・・偏光板（前面ガラス上面）、１２・・・・
・・偏光板（液晶表示用基板上面）、１３・・・・・・
エレクトロルミネセント、１４・・・・・レーザ光源、
１５・・・・・・反射鏡、１６・・・・・・反射鏡、１
７・・・・・・集光レンズ、１８・・・・・・ピンホー
ル、１９・・・・・・コリメータレンズ、２０・・・・
・・反射鏡、２１・・・・・・ビーム・スプリッタ、２
２・・・・・・反射鏡、２３・・・・・・反射鏡、２４
・・・・・・電極基板、２５・・・・・・配向膜、２６
・・・・・・グレーティング状の凹凸、２７・・・・・
・液晶分子、２８・・・・・・本発明による配向処理を
施された液晶表示装置のコントラスト曲線、２９・・・
・・・ラビングによる配向処理を施された液晶表示装置
のコントラスト曲線。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
図 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の電極基板と、配向膜と、液晶とを備え、前
   記配向膜が感光性を消失した感光性ポジ型フォトレジス
   トであシ前記配向膜の表面にグレーティング状の凹凸を
   有することを特徴とした液晶表示装置。
2. （２）一対の電極基板間に配向膜を介して液晶を充填し
   てなる液晶表示装置を製造するに際し、感光性ポジ型フ
   ォトレジストよシなる配向膜を塗布する工程と、前記配
   向膜の表面にレーザ光の二元束干渉縞を照射する工程と
   、前記配向膜の表面を現像することによシ前記配向膜の
   表面にグレーティング状の凹凸を形成する工程と、かつ
   前記配向膜の架橋促進をする工程を特徴とした液晶表示
   装置の製造方法。
3. （３）配向膜の架橋促進をする工程が遠紫外光照射工程
   であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の液
   晶表示装置の製造方法。
4. （４）配向膜の架橋促進をする工程がＸ線照射工程であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の液晶表
   示装置の製造方法。 （り）配向膜の架橋促進をする工程が電子ビーム照射工
   程であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   液晶表示装置の製造方法。 （向　配向膜の架橋促進をする工程がイオンビーム照射
   工程であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の液晶表示装置の製造方法。