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技術 液晶表示素子の製造方法

出願人 パナソニック株式会社
発明者 山本義則
出願日 1999年3月26日 (21年10ヶ月経過) 出願番号 1999-082975
公開日 2000年10月6日 (20年4ヶ月経過) 公開番号 2000-275643
状態 未査定
技術分野 液晶3(基板、絶縁膜及び配向部材) 液晶3-2(配向部材)
主要キーワード ビーズ材料 無機膜層 遮光物質 分散密度 ロール角度 奇数枚目 ギャップ形成 ギャップ変動
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年10月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

スペーサを有する基板ラビング処理時に、このスペーサによってラビング布毛先偏在することを防止することにより、ムラのない高品位な表示が可能な液晶表示素子を、量産性に優れるラビング法を用いて提供する。

解決手段

複数回のラビング処理を行う際に、基板におけるラビング処理方位D1およびD2が等しくなるようなラビング条件を2通り設定し、奇数番目の基板12については、第1のラビング条件(ラビングローラ11のロール角度が45゜、投入角度が0゜)を用い、偶数番目の基板13については、第2のラビング条件(ロール角度が135゜、投入角度が90゜)を用いてラビング処理を行う。

概要

背景

液晶表示素子は、液晶テレビパソコン、またはワープロ等に応用されており、最近では、OAディスプレイ高品位な表示を実現する液晶表示素子を、大量生産に適したラビング処理によって提供することが可能となる。プロジェクションTVとしても広く使用され、その表示品位は年々向上している。

一般に、液晶表示素子の応答速度や、コントラスト視野角、または表示均一性等の特性は、液晶層の厚み(セルギャップ)と密接な関係にあり、高品位の表示特性を得るためには、ギャップ均一性の高い液晶表示素子が要求される。従来は、ギャップ形成のために、球形の樹脂ガラス等のビーズを分散する方法が採用されている。

このような方法を採用した従来の液晶表示素子の一般的な製造方法は、二枚の電極基板上に配向層をそれぞれ形成し、配向処理を施す。液晶配向させるための手法としては、電極基板上に形成したポリイミド等の配向層の表面を樹脂繊維布にて擦るラビング法が一般的である。

一般的なラビング法では、繊維径が数μm〜数十μmで、繊維の長さが1〜5mm程度のレーヨンナイロン布巻き付けローラを回転させ、毛先が0.1〜0.5mm程度触れるような状態で基板もしくはローラを移動させ、基板全面を処理する。

この方法では、毛先が基板を擦った方向に液晶の配向方位が決まる。ラビング処理にて液晶の配向方向を規定した後、一方の基板上に、50〜数百個/mm2の密度で、平均粒子直径が数μmのビーズ材料を分散させる。

分散の方法としては、ビーズ材料をエアーで吹き飛ばす乾式分散法や、ビーズを溶媒中に分散させ、霧吹きによって分散する湿式分散法が用いられている。そして、ビーズを分散した後、2枚の基板を貼り合わせることにより空セルが完成する。さらに、空セルに液晶を注入すれば、液晶表示素子が完成する。

しかしながら、ビーズ分散によるギャップ形成では、ビーズ材料の粒径分布分散密度のばらつきによって、ギャップ均一性が得られない。また、表示画素領域にもビーズ材料が分散され、ビーズ材料自身やビーズ材料による液晶配向乱れが、表示品位の低下をもたらす。

このために、基板上の非表示領域である配線電極部や遮光層上に、樹脂層無機膜層からなる高さ数μmの柱を一定間隔で配置し、ギャップ形成のためのスペーサとする構成が提案されている。この構成では、電極基板の作製時に、電極材料絶縁膜や遮光層等を積み重ねて柱の高さを規定すればよく、ビーズ分散法と比較して、スペーサ分布ばらつきによるによるギャップ変動や、表示領域へのスペーサ混入がなく、表示品位の高い液晶表示素子が得られる。

概要

スペーサを有する基板のラビング処理時に、このスペーサによってラビング布の毛先が偏在することを防止することにより、ムラのない高品位な表示が可能な液晶表示素子を、量産性に優れるラビング法を用いて提供する。

複数回のラビング処理を行う際に、基板におけるラビング処理方位D1およびD2が等しくなるようなラビング条件を2通り設定し、奇数番目の基板12については、第1のラビング条件(ラビングローラ11のロール角度が45゜、投入角度が0゜)を用い、偶数番目の基板13については、第2のラビング条件(ロール角度が135゜、投入角度が90゜)を用いてラビング処理を行う。

目的

本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、ギャップ均一性および高コントラストを確保するためにスペーサを有する基板のラビング処理時に、スペーサによってラビング布の毛先が偏在することを防止することにより、ムラのない高品位な表示が可能な液晶表示素子を、量産性に優れるラビング法を用いて提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

少なくとも一方の基板上に、セルギャップを制御する凸部を有する液晶表示素子の製造方法において、ラビングローラロール角度と基板の投入角度との組み合わせからなるラビング条件を、基板のラビング処理方位が一定となる範囲で少なくとも2通り設定し、基板のラビング処理を所定の回数行う度に、前記ラビング条件を切り替えてラビング処理を行うことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。

請求項2

前記ラビング条件が2通り設定され、前記所定の回数が1回である請求項1に記載の液晶表示素子の製造方法。

請求項3

前記凸部として、柱状のスペーサ画素領域外に形成する工程を含む請求項1に記載の液晶表示素子の製造方法。

請求項4

前記画素領域外を遮光する遮光部を形成する工程を含む請求項3に記載の液晶表示素子の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、AV機器およびパソコンワープロ等の平面ディスプレイに使用される液晶表示素子の製造方法に関する。

背景技術

0002

液晶表示素子は、液晶テレビ、パソコン、またはワープロ等に応用されており、最近では、OAディスプレイ高品位な表示を実現する液晶表示素子を、大量生産に適したラビング処理によって提供することが可能となる。プロジェクションTVとしても広く使用され、その表示品位は年々向上している。

0003

一般に、液晶表示素子の応答速度や、コントラスト視野角、または表示均一性等の特性は、液晶層の厚み(セルギャップ)と密接な関係にあり、高品位の表示特性を得るためには、ギャップ均一性の高い液晶表示素子が要求される。従来は、ギャップ形成のために、球形の樹脂ガラス等のビーズを分散する方法が採用されている。

0004

このような方法を採用した従来の液晶表示素子の一般的な製造方法は、二枚の電極基板上に配向層をそれぞれ形成し、配向処理を施す。液晶配向させるための手法としては、電極基板上に形成したポリイミド等の配向層の表面を樹脂繊維布にて擦るラビング法が一般的である。

0005

一般的なラビング法では、繊維径が数μm〜数十μmで、繊維の長さが1〜5mm程度のレーヨンナイロン布巻き付けローラを回転させ、毛先が0.1〜0.5mm程度触れるような状態で基板もしくはローラを移動させ、基板全面を処理する。

0006

この方法では、毛先が基板を擦った方向に液晶の配向方位が決まる。ラビング処理にて液晶の配向方向を規定した後、一方の基板上に、50〜数百個/mm2の密度で、平均粒子直径が数μmのビーズ材料を分散させる。

0007

分散の方法としては、ビーズ材料をエアーで吹き飛ばす乾式分散法や、ビーズを溶媒中に分散させ、霧吹きによって分散する湿式分散法が用いられている。そして、ビーズを分散した後、2枚の基板を貼り合わせることにより空セルが完成する。さらに、空セルに液晶を注入すれば、液晶表示素子が完成する。

0008

しかしながら、ビーズ分散によるギャップ形成では、ビーズ材料の粒径分布分散密度のばらつきによって、ギャップ均一性が得られない。また、表示画素領域にもビーズ材料が分散され、ビーズ材料自身やビーズ材料による液晶配向乱れが、表示品位の低下をもたらす。

0009

このために、基板上の非表示領域である配線電極部や遮光層上に、樹脂層無機膜層からなる高さ数μmの柱を一定間隔で配置し、ギャップ形成のためのスペーサとする構成が提案されている。この構成では、電極基板の作製時に、電極材料絶縁膜や遮光層等を積み重ねて柱の高さを規定すればよく、ビーズ分散法と比較して、スペーサ分布ばらつきによるによるギャップ変動や、表示領域へのスペーサ混入がなく、表示品位の高い液晶表示素子が得られる。

発明が解決しようとする課題

0010

しかしながら、ギャップ均一性を確保するためのスペーサとなる高さ数μmの柱を基板上に形成した場合、この柱が存在する状態で配向処理を施さなければならない。

0011

通常、柱状のスペーサのような突起の存在する基板をラビング処理する場合、図3に示すように、ラビングローラ31に巻き付けたラビング布32の回転に伴い、基板33に形成された柱スペーサ35の突起によって毛先がより分けられ、ラビング布32の毛に偏在部36が発生する。複数回のラビング処理を繰り返し行うことによって毛先の偏在は顕著になるので、このようなラビング布を用いて配向処理された液晶表示素子は、ラビング処理の不均一性による配向不良のため、表示品位が低下する。

0012

また、配向処理を行った後に柱状のスペーサを形成する方法も考えられるが、柱スペーサを形成するためのプロセスにおいて使用する溶媒などによって配向膜ダメージを受けると配向規制力劣化し、やはり表示品位が低下する。

0013

また、ラビング法に代わる配向処理方法として、光配向技術や、酸化硅素斜方蒸着や、ラングミュアブロジェット膜や、化学吸着法による配向膜形成が試みられているが、これらの方法はいずれも、量産性の点でラビング法に大きく劣る。

0014

本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、ギャップ均一性および高コントラストを確保するためにスペーサを有する基板のラビング処理時に、スペーサによってラビング布の毛先が偏在することを防止することにより、ムラのない高品位な表示が可能な液晶表示素子を、量産性に優れるラビング法を用いて提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0015

上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示素子の製造方法は、少なくとも一方の基板上に、セルギャップを制御する凸部を有する液晶表示素子の製造方法において、ラビングローラのロール角度と基板の投入角度との組み合わせからなるラビング条件を、基板のラビング処理方位が一定となる範囲で少なくとも2通り設定し、基板のラビング処理を所定の回数行う度に、前記ラビング条件を切り替えてラビング処理を行うことを特徴とする。

0016

この製造方法によれば、基板のラビング処理を所定回数行うたびに、ラビングローラのロール角度と基板の投入角度とが切り替えられるので、ラビングローラに巻かれているラビング布の繊維の毛先が、基板の凸部によって偏在することが防止される。これにより、ラビング処理を均一に行うことが可能となり、配向処理の不均一による表示ムラの発生を抑えることができる。この結果、高品位な表示を実現する液晶表示素子を、大量生産に適したラビング処理によって提供することが可能となる。

0017

また、前記の液晶表示素子の製造方法は、前記ラビング条件が2通り設定され、前記所定の回数が1回であることが好ましい。

0018

この製造方法によれば、1回のラビング処理を終了する度に、ラビングローラのロール角度および基板の投入角度を切り替えるので、基板の凸部によって、ラビングローラに巻かれているラビング布の繊維の毛先が偏在することを、より確実に防止できる。これにより、ラビング処理をさらに均一に行うことが可能となり、配向処理の不均一による表示ムラの発生を抑えることができる。この結果、高品位な表示を実現する液晶表示素子を、大量生産に適したラビング処理によって提供することが可能となる。

0019

また、前記の液晶表示素子の製造方法は、前記凸部として、柱状のスペーサを画素領域外に形成する工程を含むことが好ましい。

0020

この製造方法によれば、セルギャップを制御する凸部が、柱状のスペーサとして形成されているので、ギャップの変動や画素領域へのスペーサ混入に起因する表示ムラが生じない。この結果、高品位な表示を実現する液晶表示素子を、大量生産に適したラビング処理によって提供することが可能となる。

0021

また、前記の液晶表示素子の製造方法は、前記画素領域外を遮光する遮光部を形成する工程を含むことが好ましい。

0022

この製造方法によれば、柱状のスペーサが形成された画素領域外が、遮光部によって遮光されるので、柱状のスペーサによって生じる液晶の配向乱れが表示に影響を与えることなく、高いコントラストを得ることができる。この結果、高品位な表示を実現する液晶表示素子を、大量生産に適したラビング処理によって提供することが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0023

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

0024

図2は、本発明の液晶表示素子の一実施形態として、柱状のスペーサを持つアクティブマトリクス型液晶パネル概略構成を示す断面図である。

0025

この液晶パネルは、TFTアレイなどを有するアレイ基板と、カラーフィルタなどを有するフィルタ基板とが、柱状のスペーサ29をはさん対向配置され、その間に液晶層20が形成された構成である。

0026

前記アレイ基板は、ガラス基板21の表面に、互いに直行するように形成された信号線23と走査線(図示せず)と、この信号線23と走査線との交差点マトリクス状に配置されたスイッチング素子としてのTFT(図示せず)と、画素電極22とを有する。前記アレイ基板の最上層には、配向膜28が形成されている。

0027

また、アレイ基板に対向するフィルタ基板は、ガラス基板24上に、遮光層25と、カラーフィルタ層26と、共通電極27と、配向膜30とが、この順に積層された構成である。

0028

また、フィルタ基板の遮光層25で遮光される位置に、柱スペーサ29が配置され、柱スペーサ29の高さによって、液晶層20の厚みが規定される。

0029

この液晶パネルは、画素電極22と共通電極27間の電界強度の変化によって液晶の配向方位を変化させることにより、表示を行う。

0030

ここで、上記の液晶パネルの製造工程について説明する。

0031

まず、アレイ基板に関しては、ガラス基板21上に、フォトリソ法を用いてクロムパターン形成することにより、走査線を形成する。次に、ITOを用いて、画素電極22をパターン形成した。なお、走査線の材料はクロムに限定されず、アルミニウムや、アルミニウムを主成分とする金属などからなる導電性単層膜または多層膜を用いても良い。

0032

次に、TFTのゲート絶縁膜として、窒化シリコン(SiNx)をその上に積層させる。次に、TFTのスイッチ機能を司る半導体層として、プラズマCVD法によってアモルファスシリコン(α−Si)を積層させ、再び、窒化シリコン(SiNx)の絶縁層を形成し、パターン化する。

0033

その後、スパッタリング法によって、チタンおよびアルミニウムの二層堆積させる。さらに、ドライエッチングによって、半導体層と共に、信号線23をパターン形成する。信号線の材料はチタンおよびアルミニウムに限定されず、導電性金属の単層膜または多層膜を用いても良い。

0034

この上に、ポリイミド膜フレキソ印刷して乾燥硬化させることにより、配向膜28を形成する。

0035

一方、フィルタ基板に関しては、まず、ガラス基板24の表面に、酸化クロムまたはカーボン等の遮光物質を混入した樹脂を、フォトリソ法にてパターン形成することにより、遮光層25を形成する。

0036

遮光層25上に、周知の方法によりカラーフィルタ層26を形成した後、カラーフィルタ層26の表面にて遮光層25に対応する位置に、樹脂を用いて、高さ4μmの柱スペーサ29をパターン形成する。次に、ITOを用いて、共通電極27を形成する。なお、柱スペーサ29の材料は樹脂に限定されず、SiNx等の無機材料でもよい。

0037

この上に、ポリイミド膜をフレキソ印刷して乾燥硬化させることにより、配向膜30を形成する。

0038

次に、上記のアレイ基板の配向膜28およびフィルタ基板の配向膜30のそれぞれに対するラビング処理について説明する。

0039

アレイ基板には柱スペーサ29が形成されていないので、アレイ基板の配向膜28には、通常のラビング処理を行った。

0040

ここでのラビング処理は、繊維径が20μmの繊維を20000本/cm2の密度で植毛したレーヨン布を巻き付けた直径100mmのローラを用いた。このローラを800rpmにて回転させ、毛足が基板に0.2mm押し込まれた状態で、20mm/secの送り速度にて、前記アレイ基板に対してラビング処理を行った。なお、ロール角度を45゜、基板の送り方向を90゜として、このラビング処理を1000枚のアレイ基板に対して連続して行った。

0041

次に、柱スペーサ29を形成したフィルタ基板についても、繊維径が20μmの繊維を20000本/cm2の密度で植毛したレーヨン布を巻き付けた直径100mmのローラを用い、このローラを800rpmにて回転させ、毛足が基板に0.2mm押し込まれた状態で、20mm/secの送り速度にて、1000枚のフィルタ基板に対して連続してラビング処理を行った。

0042

ただし、上記の1000枚のフィルタ基板の内、奇数枚目のフィルタ基板については、図1(a)に示すように、ラビングローラ11のロール角度を45゜、フィルタ基板12の投入角度を0゜としてラビング処理を行う一方、偶数枚目のフィルタ基板については、図1(b)に示すように、ラビングローラ11のロール角度を135°、フィルタ基板13の投入角度を90°として、ラビング処理を行った。なお、図1(a)に示したロール角度および投入角度によって規定されるラビング処理方位D1と、図1(b)に示したロール角度および投入角度によって規定されるラビング処理方位D2とは、互いに等しい。

0043

このように、柱スペーサ29を有するフィルタ基板については、ラビングローラのロール角度と基板の投入角度とが異なるラビング処理を交互に行えば、柱スペーサ29によるラビング布の偏りが一定領域に集中せず、ラビング布の部分的な偏在による配向処理の不均一が生じない。これにより、液晶表示素子における表示ムラの発生を抑えることができる。また、一枚のラビング布で配向処理が可能な基板の枚数も増やすことができるので、生産効率が向上する。

0044

以上のようにラビング処理を行った後のアレイ基板とフィルタ基板とを貼り合わせ、真空注入法にて液晶を注入して液晶層20を形成することにより、液晶表示素子が完成する。この液晶表示素子には、配向不良によるスジ状の表示ムラは発生しなかった。

0045

また、1本のラビングローラについて基板2000枚(アレイ基板1000枚およびフィルタ基板1000枚)のラビング処理を行うことにより、合計1000枚の液晶表示素子を作製したが、最初から最後まで、表示品位の劣化は見られなかった。

0046

なお、比較例として、上記のアレイ基板とフィルタ基板との両方について、投入角度およびロール角度を変更することなく連続してラビング処理を行って液晶表示素子を作製した結果、ラビング時の基板の進行方向に薄いスジ状のムラが見られた。そして、1本のラビングローラにおいて100枚のラビング処理を行った時点で、スジが明確化し、ラビング回数を重ねる度にスジの発生が徐々に顕著になった。

0047

なお、上記の説明では、ラビングローラのロール角度と、基板の投入角度との組み合わせによるラビング条件を2通りとし、この2通りのラビング条件に従ったラビング処理を交互に行ったが、交互に行うラビング処理の条件を、ラビング処理方位が同一となる範囲内で3通り以上にしても、同様な効果が得られた。

0048

また、本実施形態では、フィルタ基板側に柱スぺーサ29を形成したが、アレイ基板側に柱スペーサを形成した場合も、アレイ基板に対して2通りのラビング条件に従ったラビング処理を交互に行えば、同様な効果が得られた。

0049

なお、上記では、TFTを用いたアクティブマトリクス型液晶パネルを例示したが、本発明の液晶表示素子はこれに限定されるものではなく、種々の液晶表示素子に本発明を適用することができる。

発明の効果

0050

以上に説明したように、本発明によれば、柱スペーサが存在する基板に対する複数回のラビング処理において、ラビング処理方位が一定となるような2通り以上のラビング条件によるラビング処理を交互に切り替えて行うことによって、ラビング布の毛先の偏在が生じない。これにより、ムラのない高品位な表示が可能な液晶表示素子を、量産性に優れるラビング法を用いて提供することが可能となる。

図面の簡単な説明

0051

図1(a)および(b)は、本発明の一実施形態における液晶表示素子の製造方法において行われる2通りのラビング処理の様子を示す説明図
図2前記液晶表示素子としてのアクティブマトリクス型液晶パネルの概略構成を示す断面図
図3(a)は従来のラビング処理時のラビングローラと基板との位置関係を示す側面図、(b)は突起を有する基板に対する従来のラビング処理によって、ラビング布に偏在が発生した様子を示す正面図

--

0052

11ラビングローラ
12・13フィルタ基板
20液晶層
21・24ガラス基板
22画素電極
23信号線
25遮光層
26カラーフィルタ層
27共通電極
28・30配向膜
29柱スペーサ
31 ラビングローラ
32ラビング布
33基板
35 柱スペーサ
36偏在部

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