JP4765962B2

JP4765962B2 - 液晶装置の製造方法

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Publication number: JP4765962B2
Application number: JP2007046789A
Authority: JP
Inventors: 伸和長江
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2027-02-27
Also published as: JP2008209710A

Description

本発明は、液晶装置の製造方法に関する。

液晶装置を用いて映像を大画面に表示する装置として液晶プロジェクタがある。プロジェクタにおいては高輝度、高コントラストが要求されており、その点、垂直配向方式の液晶装置は高コントラストの表示が可能で、近年、プロジェクタ用の液晶装置の液晶配向方式として採用されつつある。

しかし、垂直配向方式では液晶が基板表面に対して垂直に立っており、電圧印加時に倒れる方位方向での相互作用が弱い。しかも、画素電位を印加すると、画素電極端から基板面に平行な方向に、横方向の電界が発生する。そのため、この横方向の電界に起因して、液晶が様々な方向に倒れてしまい、ディスクリネーションを生じることがあった。ディスクリネーションが生じると、明暗のムラやコントラストの低下、残像等の表示欠陥が視認されてしまう。

そのため、表示領域（画素部）では液晶を垂直配向させて、良好なコントラスト特性を確保し、画素領域周辺の、主に非表示領域（非画素部）は液晶を水平配向させ、液晶の配向を規制することでディスクリネーションを防止することが考えられる。このような構成の液晶装置は、例えば特許文献１に開示されており、特許文献１の液晶装置では、無機配向膜を斜方蒸着法によって形成し、その厚さを変化させることで無機配向膜の配向角を制御し、配向膜上の液晶の方位角を制御している。
特開２００５−１０７３７３号公報

しかしながら、特許文献１では、表示領域と非表示領域とで配向膜の厚さを変化させることで配向性を異なるものとしているが、膜厚を変化させる方法はメタルマスク等を用いても実現することが困難であると考えられる。また、斜方蒸着ではほとんど垂直配向となり、水平配向を実現することは困難となるため、実際に配向角を小さくしても横電界の影響を無視できるほど強い配向規制力を実現できない。

本発明者等は、このような状況を鑑みて液晶装置に係る発明（特願２００５−３４８７０３）を提案した。この発明の構成によれば、画素部に垂直配向膜、非画素部に水平配向膜を配することにより電圧印加時には水平配向膜が有する配向情報(方位角、極角)に基づき、垂直配向膜上の液晶分子は一軸配向するようになるため、高品位表示が可能となるとしていた。

ところで、このような配向膜を形成する場合、水平配向膜に方位方向での規制力を付与するためにラビング処理を行う必要がある。しかし、垂直配向膜が形成されていない画素電極表面をラビングしたり、垂直配向膜が形成されている画素電極表面をラビングすると、ラビング痕が残ってしまい、電圧無印加状態では黒ベタ状態において白スジ、電圧印加状態では中間調ベタ状態で階調の異なるラビング方向と一致したスジムラが発生し、表示品位を低下させてしまう

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、良好なコントラスト特性であり、かつディスクリネーション等の表示不良が防止された液晶装置を高い生産性で製造することができる製造方法を提供することを目的とする。

本発明の液晶装置の製造方法は、互いに対向して配置された一対の基板間に誘電異方性が負の液晶からなる液晶層が挟持され、複数の画素部を備え、前記基板の液晶層側には配向膜が形成されてなり、前記配向膜が、前記画素部の液晶を配向させる垂直配向膜と、前記画素部の周辺部の液晶を配向させ且つ所定の方位角を備えたプレチルトを具備する水平配向膜とからなる液晶装置の製造方法であって、透明な基板上に所定の領域を囲むように遮光膜を形成する工程と、前記所定の領域に透明導電体を用いて画素電極を形成する工程と、前記画素電極上と前記遮光膜上とにわたって、光露光によって可溶化するポジ型のフォトレジストを前記水平配向膜の材料に用いて、前記フォトレジストで配向膜材料層を形成する工程と、前記配向膜材料層に方位角および極角情報を付与するラビング処理を行う工程と、前記ラビング処理を行う工程の後に、前記基板において前記配向膜材料層が形成された面の反対側から、前記遮光膜をマスクとして前記配向膜材料層に前記光露光を行う工程と、前記光露光を行う工程の後に、前記配向膜材料層を現像する工程と、を有することを特徴とする。

このようにすれば、前記画素電極上が前記フォトレジスト（配向膜材料層）に覆われている状態で、水平配向膜となる配向膜材料層（フォトレジスト）にラビング処理して配向性を付与しているので、画素電極が直接ラビング処理されることが防止される。仮に、画素電極が直接ラビング処理されたとすると、画素電極にラビング痕ができ、これが視認されてしまう。また、ラビング痕が前記垂直配向膜の配向性に影響を与えてしまい、水平配向膜上の液晶を所望の方位角に配向させることができなくなり、表示特性が低下してしまう。しかし、本発明の製造方法によれば、画素電極が直接ラビング処理されることを防止しているので、画素の表示特性が低下することが防止される。

また、前記フォトレジストは前記水平配向膜が光露光によって可溶化するポジ型フォトレジストであることが好ましい。
このようにすれば、例えば前記画素の周辺部に対応して設けられた遮光膜や配線等をマスクとして前記水平配向膜をセルフパターニングすることができ、レジストマスク等を用いることなく水平配向膜を高精度にパターニングすることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について、ＴＦＴ（Thin-Film Transistor）素子を用いたアクティブマトリクス型の透過型液晶装置の製造方法を例に説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

まず、本発明の製造方法の説明に先立ち、図１〜４を用いて本発明の製造方法によって得られる液晶装置（透過型液晶装置）１の構成を説明する。

図１は透過型液晶装置１のマトリクス状に配置された複数の画素におけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図である。
図１に示すように、マトリクス状に配置された複数の画素には、画素電極９と当該画素電極９への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ素子３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。

また、走査線３ａがＴＦＴ素子３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ素子３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ素子３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。

画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。

図２は、透過型液晶装置１の表示部を示す図であって、画素電極９が配された第１基板の、配向膜（図示せず）が形成された面側から平面視した模式図である。液晶装置の表示部は、画素電極９（外周９ａとする）に対応してその内側に設けられた表示領域（画素部）Ｐと、この表示領域Ｐ間、すなわち表示領域Ｐに囲まれた位置に設けられた非表示領域（非画素部）ＢＭとから構成されており、前記画素電極９は、その周縁部が非表示領域ＢＭに張り出して配置されている。また、少なくとも表示領域Ｐ全体を含んで、第１のエリアＡ１が形成されており、非表示領域ＢＭには第２のエリアＡ２が形成されている。

図３は、図２のＸ−Ｘ線断面の模式図である。図３に示すように、透過型液晶装置１は、第１基板１０と、第２基板２０と、これら基板間に挟持された液晶層５０とから構成されている。第１基板１０は、ガラス等の透明な基板１０Ａと、この基板１０Ａ上に形成された画素電極９や遮光膜１３、および垂直配向膜４１、水平配向膜４２等から構成されている。前記ＴＦＴ素子（図示せず）や配線（図示せず）等は遮光膜１３上に形成されており、前記基板１０Ａ側から入射する光によって劣化することが防止されている。また、前記遮光膜１３が形成されていることにより、非表示領域ＢＭが規定され、非表示領域ＢＭ間の画素開口部として表示領域Ｐが規定されている。

また、第１基板１０上には、少なくとも前記表示領域Ｐを含んで、第１のエリアＡ１が形成されており、前記非表示領域ＢＭには、少なくとも前記画素電極９の前記非表示領域に張り出してなる周縁部９ｂ上を含んで第２のエリアＡ２が形成されている。図３に示すように第１のエリアＡ１と第２のエリアＡ２とは連続して設けられている。また、前記第１のエリアＡ１に対応する画素電極９上には、垂直配向膜４１が形成されており、前記第２のエリアＡ２に対応する画素電極９上および遮光膜１３上には、水平配向膜４２が形成されている。

第２基板２０は、ガラス等からなる透明な基板２０Ａと、垂直配向膜６１と、共通電極２１等から構成されている。
なお、第２の基板側にも前記遮光膜１３および水平配向膜４２を形成してもよい。

図４は、画素電極９と共通電極２１との間に電圧を印加したときの液晶の配向を模式的に示す図である。前記画素電極９と前記共通電極２１との間に電圧を印加すると、その電圧に応じて液晶層５０の液晶が配向し、透過型液晶装置１の厚さ方向に透過する光が変調され、透過型液晶装置１は階調表示が可能なものとなる。このとき、本発明の透過型液晶装置１では、第２のエリアＡ２に位置する液晶５２については、電圧無印加状態において所定のプレチルト角で配向させているので、電圧を印加した場合に、揃った方向へ倒れて配向する。したがって、第１のエリアＡ１に位置する液晶５１は、電圧を印加された場合に倒れる方向が前記液晶５２に規制され、揃った方向に配向するようになる。すなわち、第１のエリアＡ１の、第２のエリアＡ２近傍に位置する液晶は、第２のエリアＡ２の外周部となる前記画素電極９の周縁部９ｂ上の液晶５２の動作に大きく影響を受け、特にその倒れる方向が周縁部９ｂ上の液晶５２の倒れる方向に規制される。これにより、第１のエリアＡ１の液晶５１は、全て揃った方向に倒れ、均一に配向するようになる。よって、画素電極９の端部から第１基板１０に平行な方向に横方向電界が生じても、表示領域Ｐの液晶５１は、配向不良を生じることが防止される。

また、表示領域Ｐに対応する液晶５１と異なる配向となる液晶５２は、非表示領域ＢＭ内のみに配置しているので、表示領域（画素開口部）Ｐに対応する画素の透過率は液晶５１のみに規定され、均一なものとなる。したがって、前記画素の透過率を所望のものとすることができる。また、表示領域Ｐに対応する液晶５１は、配向不良が防止されているので、電圧無印加状態で略垂直に配向させることができる。

次に本発明に係る液晶装置の製造方法の一実施形態を、上記透過型液晶装置１の製造方法を例にして説明する。

図５と図６は、液晶装置（透過型液晶装置）１の製造方法を説明する図である。まず、図５（ａ）に示すように、ガラス等からなる透明な基板１０Ａ上にＣｒ（クロム）等からなる遮光膜１３を格子状に形成し、この遮光膜１３によって非表示領域ＢＭを規定するとともに、この非表示領域ＢＭに囲まれた領域を表示領域（画素開口部）Ｐとする。続いて、遮光膜１３上に図１に示したＴＦＴ素子３０やデータ線６ａ、走査線３ａ等の配線を形成する。次に、前記表示領域Ｐから非表示領域ＢＭに張り出して、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電体を用いて画素電極９を形成し、画素電極９が形成された第１基板１０の前駆体１０Ｂを形成する。これらの工程は、公知の方法を用いることができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、前記前駆体１０Ｂの画素電極９側に、例えばスピンコート法等の方法を用いて、後述する水平配向膜４２の材料を塗布し、配向膜材料層（フォトレジスト）４２ａを形成する。この材料としては、例えば紫外線可溶化型ポリイミド（ポジ型ＰＩ）等を用いる。また、前記配向膜材料層４２ａの厚さについては、例えば１００ｎｍ程度とする。

そして、図５（ｃ）に示すように、ラビング布をローラに巻きつけたラビング処理装置５５により、前記配向膜材料層４２ａにラビング処理を行い、前記配向膜材料層４２ａに配向性を付与する。このとき、画素電極９上を配向膜材料層４２ａで覆った状態でラビング処理しているので、前記画素電極９がラビング処理から保護され、前記画素電極９上にラビング痕等のキズがつくことが防止される。

そして、図５（ｄ）に示すように、基板１０Ａの裏面側（前記ポジ型ＰＩ塗布面の反対の面側）から紫外線ＵＶを照射し、所定量の露光を行う。このとき、前記基板１０Ａと画素電極９とは透明な材料からなっているため、これらに対応する表示領域Ｐでは紫外線ＵＶが透過し、表示領域Ｐ上の紫外線可溶化型ポリイミドが露光され、可溶化される。一方、遮光膜１３に対応する非表示領域ＢＭでは、紫外線ＵＶが透過しないので、非表示領域ＢＭと対応した位置のフォトレジスト（配向膜材料層）４２ａは露光されない。

上記のような工程後、フォトレジスト（配向膜材料層）４２ａの可溶化（露光）された部分をウエットエッチングで除去（現像）し、例えばＮ_２雰囲気にて３００℃程度の温度で１時間程度加熱処理し、アニールすることでイミド化を行う。これにより、図５（ｅ）に示すように、非表示領域ＢＭに対応した水平配向膜４２が形成され、水平配向膜４２が形成されたことにより、水平配向膜４２上に第２のエリアＡ２が形成可能となる。また、第２のエリアＡ２間が第１のエリアＡ１として規定される。このようにして、水平配向膜４２を備えた第１基板の前駆体１０Ｃを形成する。

次に、画素電極９と前記水平配向膜４２のうち、画素電極９に対して選択的に結合する配向膜材料を用いて、垂直配向膜を形成する。
まず、水平配向膜４２が形成された第１基板１０の前駆体１０Ｃに、例えばＮ_２雰囲気にて１５０〜１８０℃程度の温度で３時間程度乾燥処理を行い、その後、前記前駆体１０Ｃを例えばＯＤＳ（Ｏｃｔａｄｅｃｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）溶液を有した容器とともに密閉容器内に放置する。そして、この容器を例えば１５０℃の温度で一時間程度加熱することによって、前記ＯＤＳ溶液の蒸気を前記前駆体１０Ｃの画素電極９露出面に接触させる。

このようにすれば、ＯＤＳ分子は、無機系の反応基となるメトキシシランを有していることにより、前記水平配向膜４２の有機材料とは結合することなく、無機材料であるＩＴＯからなる画素電極９上に選択的に結合し、その長鎖アルキル基を画素電極９上に付与する。したがって、前記垂直配向膜４１を前記水平配向膜４２間に露出した画素電極９上に、選択的に形成することができる。また、画素電極９上にラビング痕等がつくことを防止しているので、この画素電極９上に形成される垂直配向膜４１は、前記ラビング痕に影響されて配向性が付与されることが防止される。

以上のようにして、図５（ｆ）に示すように、第１のエリアＡ１に垂直配向膜４１を、第２のエリアＡ２に水平配向膜４２を、それぞれ備えた第１基板１０が得られる。

また、第１基板１０とは別に、図６（ａ）に示すように第２基板２０を形成する。この第２基板２０は、ガラス等の透明な材料からなる基板２０Ａ上に、ＩＴＯ等の透明導電体を用いて共通電極２１を形成し、この共通電極２１上に、垂直配向膜６１を形成する。これらの工程は公知の手法を用いることができ、例えば共通電極２１の形成には蒸着法等が、垂直配向膜６１の形成にはスピンコート法等が好適に用いられる。

次に、図６（ｂ）に示すように、第１基板１０と第２基板とを、垂直配向膜４１、６１および水平配向膜４２が内側になるように貼り合わせ、図６（ｃ）に示すように、第１基板１０と第２基板２０との間に、液晶層５０を封入することで、透過型液晶装置１を形成する。

以上のような製造方法によれば、遮光膜１３をマスクにしたセルフパターニングによって水平配向膜４２を形成しているので、配向膜パターニングのために別途レジストマスク等を設ける必要がなく、製造工程を簡略化することができ、高い生産性で液晶装置（透過型液晶装置）１を形成できる。また、垂直配向膜４１は、画素電極９と水平配向膜４２のうち、画素電極９に対して選択的に結合する配向膜材料を用いて形成しているので、垂直配向膜４２の配向膜パターンを形成する工程が省かれ、また配向膜パターンに材料を選択的に配する必要がないため、製造工程が簡略化される。したがって、液晶装置の生産性が改善される。

また、上記の製造方法によって形成した液晶装置（透過型液晶装置）１は、表示領域Ｐの液晶５１の配向不良が防止されているので、ディスクリネーション等の表示不良が防止され、また、表示領域Ｐの液晶５１を電圧無印加状態で略垂直に配向されているので、良好なコントラスト特性とされ、また、前記画素電極９にラビング痕等のキズがつくことを防止しているので、液晶装置１は高品位表示が可能なものとなる。

なお、本実施形態では、第２のエリアＡ２を画素電極９の周縁部と画素電極９間とに連続して形成しているが、各画素電極９の周縁部９ｂのみに形成しても良い。また、遮光膜１３をＣｒ等によって独立して形成したが、例えば配線電極等を遮光膜１３として機能させても良い。
また、本実施形態では、ポジ型のフォトレジスト（配向膜材料）を用いて、水平配向膜４２を形成したが、ネガ型のフォトレジストを用いて配向膜材料層４２ａを形成し、これをラビング処理した後に、メタルマスク等を用いて露光し現像することで水平配向膜４２を形成するようにしてもよい。
また、垂直配向膜４１を形成する方法としては、水平配向膜４２を形成した後に、例えば画素電極９に対して選択的に結合する配向材料であるポリシロキサンを含有する溶剤を、スピンコート法等の液相法によって第１基板の前記水平配向膜４２を形成した面側に塗布し、２００℃程度の温度で硬化させることによって形成してもよい。

［電子機器］
上記実施形態の液晶装置を備えた電子機器の例について説明する。
図７（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図７（ａ）において、符号５００は携帯電話本体を示し、符号５０１は上記実施形態の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。

図７（ｂ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図７（ｂ）において、符号６００は情報処理装置、符号６０１はキーボードなどの入力部、符号６０３は情報処理装置本体、符号６０２は上記実施形態の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。

図７（ｃ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図７（ｃ）において、符号７００は時計本体を示し、符号７０１は上記実施形態の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。

このように図７に示す電子機器は、表示部に上述の本発明の一例たる液晶装置を適用したものであるので、高コントラストで、かつ高品位表示が可能な表示装置となる。

［投射型表示装置］
次に、上記実施形態の液晶装置を光変調手段として備えた投射型表示装置（プロジェクタ）の構成について、図８を参照して説明する。図８は、上記実施形態の液晶装置を光変調装置として用いた投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。図８において、８１０は光源、８１３、８１４はダイクロイックミラー、８１５、８１６、８１７は反射ミラー、８１８は入射レンズ、８１９はリレーレンズ、８２０は出射レンズ、８２２、８２３、８２４は液晶光変調装置、８２５はクロスダイクロイックプリズム、８２６は投写レンズを示す。

光源８１０はメタルハライド等のランプ８１１とランプの光を反射するリフレクタ８１２とからなる。青色光、緑色光反射のダイクロイックミラー８１３は、光源８１０からの光束のうちの赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー８１７で反射されて、上述の本発明の一例たる液晶装置を備えた赤色光用液晶光変調装置８２２に入射される。

一方、ダイクロイックミラー８１３で反射された色光のうち緑色光は緑色光反射のダイクロイックミラー８１４によって反射され、上述の本発明の一例たる液晶装置を備えた緑色光用液晶光変調装置８２３に入射される。なお、青色光は第２のダイクロイックミラー８１４も透過する。青色光に対しては、光路長が緑色光、赤色光と異なるのを補償するために、入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９、出射レンズ８２０を含むリレーレンズ系からなる導光手段８２１が設けられ、これを介して青色光が上述の本発明の一例たる液晶装置を備えた青色光用液晶光変調装置８２４に入射される。

各光変調装置により変調された３つの色光はクロスダイクロイックプリズム８２５に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投写光学系である投写レンズ８２６によってスクリーン８２７上に投写され、画像が拡大されて表示される。

上記構造を有する投射型表示装置は、上述の本発明の一例たる液晶装置を備えたものであるので、例えばラビング処理を施したときのようなラビング筋が表示される不具合がなく、高コントラストで、かつ高品位表示が可能な表示装置となる。

本発明に係る液晶装置１の等価回路図。液晶装置１の表示部要部を平面視した模式図。図２のＸ−Ｘ線断面図。電圧を印加したときの液晶の配向を模式的に示す図。本発明に係る液晶装置１の製造方法の説明図。本発明に係る液晶装置１の製造方法の説明図。本発明に係る電子機器について幾つかの例を示す斜視図。本発明に係る投射型表示装置についての一例を示す図。

符号の説明

１・・・透過型液晶装置（液晶装置）、９・・・画素電極、１０・・・第１基板、１３・・・遮光膜、２０・・・第２基板、２１・・・共通電極、４１、６１・・・垂直配向膜、４２・・・水平配向膜、４２ａ・・フォトレジスト（配向膜材料層）、５５・・・ラビング装置、Ａ１・・・第１のエリア、Ａ２・・・第２のエリア、Ｐ・・・表示領域（画素部）、ＢＭ・・・非表示領域（非画素部）。

Claims

互いに対向して配置された一対の基板間に誘電異方性が負の液晶からなる液晶層が挟持され、複数の画素部を備え、前記基板の液晶層側には配向膜が形成されてなり、前記配向膜が、前記画素部の液晶を配向させる垂直配向膜と、前記画素部の周辺部の液晶を配向させ且つ所定の方位角を備えたプレチルトを具備する水平配向膜とからなる液晶装置の製造方法であって、
透明な基板上に所定の領域を囲むように遮光膜を形成する工程と、
前記所定の領域に透明導電体を用いて画素電極を形成する工程と、
前記画素電極上と前記遮光膜上とにわたって、光露光によって可溶化するポジ型のフォトレジストを前記水平配向膜の材料に用いて、前記フォトレジストで配向膜材料層を形成する工程と、
前記配向膜材料層に方位角および極角情報を付与するラビング処理を行う工程と、
前記ラビング処理を行う工程の後に、前記基板において前記配向膜材料層が形成された面の反対側から、前記遮光膜をマスクとして前記配向膜材料層に前記光露光を行う工程と、
前記光露光を行う工程の後に、前記配向膜材料層を現像する工程と、を有することを特徴とする液晶装置の製造方法。