(57)【要約】【課題】簡便に形成可能とした無機材料からなる配向膜を有する基板を備えた液晶表示素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】側鎖にアルキル基を有するＳｉＯｘを組成とするコーティング膜が塗布された後、配向処理されて形成された配向膜を有する基板を備えることとする。配向処理は、ラビング処理、光配向処理、ビーム処理のいずれか１つとする。配向膜が形成された２つの基板間に、屈折率が0.10〜0.20で誘電異方性を負とした垂直配向型の液晶を充填するとともに、基板間の間隔寸法を3.0μｍ以下とする。１フィールド毎に印加電圧を反転させる１フィールド反転駆動法によって駆動させる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
主鎖は無機のシロキサン骨格からなり、側鎖にアルキル基を有するＳｉＯｘを組成とするコーティング膜が塗布された後、配向処理されて形成された配向膜を有する基板を備えた液晶表示素子。
【請求項２】
前記配向処理は、ラビング処理、光配向処理、ビーム処理のいずれか１つであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記配向膜が形成された２つの基板間に、屈折率が0.10〜0.20で誘電異方性を負とした垂直配向型の液晶を充填するとともに、前記基板間の間隔寸法を3.0μｍ以下としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
１フィールド毎に印加電圧を反転させる１フィールド反転駆動法によって駆動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
２つの基板間に液晶を充填して形成する液晶表示素子の製造方法において、
前記の各基板に塗布したコーティング膜を配向処理して配向膜を形成する工程を有し、
前記コーティング膜が、主鎖は無機のシロキサン骨格からなり、側鎖にアルキル基を有するＳｉＯｘを組成としていることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項６】
前記配向処理は、ラビング処理、光配向処理、ビーム処理のいずれか１つであることを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項７】
前記液晶は屈折率が0.10〜0.20で誘電異方性を負とした垂直配向型とし、前記基板間の間隔寸法を3.0μｍ以下としていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の液晶表示素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示素子に光源から照射した光を照射して所定の画像を表示する投射型の液晶表示装置においては、高輝度の画像が要求されることから液晶表示素子には透過性の高いものを用いるのが望ましく、ＴＮ（Twisted Nematic）型の液晶を用いた透過率の高い液晶表示素子が採用されることが多い。
【０００３】
しかしながら、このような投射型の液晶表示装置においては、長時間の使用にともなって液晶表示素子が最大６０〜６５℃の高温に曝されるため、液晶表示素子の配向膜材料である有機材料が劣化しやすく、長寿命化には限界があった。
【０００４】
そこで、有機材料ではなく無機材料で配向膜を構成することによって耐光性向上させることが試みられている。
【０００５】
このような試みの中で、ＴＮ型の液晶を用いた液晶表示素子に無機系配向膜を用いた場合には、無機系配向膜と液晶との間の化学的相互作用が弱いために、どのような配向処理を行っても配向の安定性が低く、実用に耐えるものではなかったが、垂直配向の液晶を用いた場合には、ＴＮ型のような配向規制力を必要とせず垂直に配向させる配向膜や、形状効果で比較的安定な垂直配向状態が得られることを本発明者らは知見した。
【０００６】
このことから、本発明者らは、無機材料である酸化シリコンからなる酸化シリコン膜を配向膜として用いた液晶表示素子を発明した（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
この液晶表示素子の配向膜は、側鎖にアルキル基を有する無機コーティング材料を所定の基板上に塗布して焼成した後に、無機コーティング材料を基板の法線方向に対して斜め方向からＳｉＯｘを斜め蒸着して形成している。
【０００８】
そして、このように配向膜が形成されたＴＦＴ基板と対向基板とを互いに対向させて配置し、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板と対向基板との間に垂直配向の液晶を充填して液晶表示素子を形成している。
【特許文献１】特開２００４−１２６４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記した配向膜の形成は、所定基板への無機コーティング材料の塗布後に、焼成工程と、配向処理工程の２段階の工程が必要であり、その配向処理にはＳｉＯｘ斜め蒸着工程が必要であって、生産性の向上が困難であって、実用に耐えないという問題があった。
【００１０】
本発明者らは、このような現状に鑑み、より簡便に無機材料からなる配向膜を形成可能とするために研究開発を行い、本発明を成すに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の液晶表示素子では、主鎖は無機のシロキサン骨格からなり、側鎖にアルキル基を有するＳｉＯｘを組成とするコーティング膜が塗布された後、配向処理されて形成された配向膜を有する基板を備えることとした。
【００１２】
さらに、以下の点にも特徴を有するものである。すなわち、
（１）配向処理は、ラビング処理、光配向処理、ビーム処理のいずれか１つであること。
（２）配向膜が形成された２つの基板間に、屈折率が0.10〜0.20で誘電異方性を負とした垂直配向型の液晶を充填するとともに、基板間の間隔寸法を3.0μｍ以下としたこと。
（３）１フィールド毎に印加電圧を反転させる１フィールド反転駆動法によって駆動させること。
【００１３】
また、本発明の液晶表示素子の製造方法では、２つの基板間に液晶を充填して形成する液晶表示素子の製造方法において、各基板に塗布したコーティング膜を配向処理して配向膜を形成する工程を有し、コーティング膜が、主鎖は無機のシロキサン骨格からなり、側鎖にアルキル基を有するＳｉＯｘを組成とする。
【００１４】
さらに、配向処理は、ラビング処理、光配向処理、ビーム処理のいずれか１つであることにも特徴を有し、液晶は屈折率が0.10〜0.20で誘電異方性を負とした垂直配向型とし、前記基板間の間隔寸法を3.0μｍ以下としていることにも特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、配向膜として、側鎖にアルキル基はあるが、主鎖は無機のシロキサン骨格からなるので、従来のポリイミドなどの有機系配向膜を用いる場合に比較して、配向膜の耐光性を向上させることができ、液晶表示素子の長寿命化を図ることができる。
【００１６】
また、側鎖にアルキル基を有していることによって、常圧での基板へのコーティング膜の塗布、及び通常行われているラビング処理、または光配向処理、またはビーム配向処理などを使用することができ、従来の製造設備をそのまま踏襲できる。
【００１７】
さらに、配向膜が形成された２つの基板間に、屈折率が0.10〜0.20で誘電異方性を負とした垂直配向型の液晶を充填するとともに、基板間の間隔寸法を3.0μｍ以下としたことによって、透過率の低減を抑制できる。
【００１８】
しかも、１フィールド毎に印加電圧を反転させる１フィールド反転駆動法によって駆動させることによって、横電解の影響を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の液晶表示素子及びその製造方法では、それぞれ配向膜が形成されるＴＦＴ基板と、このＴＦＴ基板に対向させる対向基板とに、主鎖は無機のシロキサン骨格からなり、側鎖にアルキル基を有するＳｉＯｘを組成とするコーティング膜が塗布して、その後、コーティング膜を配向処理することにより配向膜を形成しているものである。
【００２０】
このように、配向膜として、側鎖にアルキル基を有してはいるが、主鎖は無機のシロキサン骨格からなるので、従来のポリイミドなどの有機系配向膜を用いる場合に比較して、配向膜の耐光性を2.6倍以上向上させることができ、7000時間以上の寿命を実現することができる。
【００２１】
ここで、耐光性寿命の定義は、ＵＶカットフィルター（半値λ=430ｎｍ）使用し、明るさ2600ANSIlm、温度60℃の条件で、従来のポリイミドなどの有機系配向膜の累積故障率10％の値が3100時間であるのでこの値を有機系配向膜の寿命とした。なお、耐光性寿命は、当然ながら温度、光量、入射光波長等の使用条件により異なる。
【００２２】
側鎖にはアルキル基を有していることによって、基板へのコーティング膜の塗布を常圧で行うことができ、しかもそのままラビング処理、または光配向処理、またはレーザービーム処理若しくはイオンビーム処理などのビーム配向処理のいずれか一つによって配向処理をすることができるので、製造コストが高騰することを抑制できる。
【００２３】
前述したように配向膜が形成されたＴＦＴ基板と対向基板とを互いに対向させて貼り合わせて、基板間に注入・充填する液晶は、屈折率が0.10〜0.20で誘電異方性を負とした垂直配向型の液晶とし、しかも基板間の間隔寸法を3.0μｍ以下としている。
【００２４】
したがって、透過率を大きく低減させることなく、高い透過率を有する液晶表示素子とすることができる。
【００２５】
さらに、ＴＦＴ基板及び対向基板にはそれぞれ所定方向の偏光角を有する偏光板を装着して液晶表示素子としており、このＴＦＴ基板に対向させる対向基板を１フィールド毎に印加電圧を反転させる１フィールド反転駆動法によって駆動させている。したがって、横電解の影響を抑制することができる。
【００２６】
以下において、より具体的な実施例について説明する。
【００２７】
ここで、配向膜は、主鎖は無機のシロキサン骨格からなり、側鎖にアルキル基を有するＳｉＯｘを組成とするコーティング膜として、EXP-OA018（日産化学製）の4％エタノール/ブチルセロソルブ溶液を用いて形成しており、このコーティング膜を所要の基板に対してスピンコートにより塗布し、80℃-5分のホットプレートで乾燥し、180℃-60分のクリーンオーブンで焼成して形成している。焼成後の配向膜の膜厚は1000オングストローム程度としている。
【００２８】
特に、側鎖にアルキル基を有する無機配向膜の主鎖の骨格は、次のようにシロキサン骨格系をベースとするものである。
【００２９】
【化１】
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【００３０】
配向膜は、側鎖に存在する長鎖アルキル基の影響で、液晶分子は、垂直に配向する。しかし、これだけでは電圧をかけた時、液晶の倒れる方向が定まらないので、ラビング処理、光配向処理、レーザービーム処理、イオンビーム処理などの配向処理する必要がある。
【００３１】
第１実施例：配向処理としてラビング処理を用いた場合
0.79型ＸＧＡの画素パターンを形成したＴＦＴ基板に、上記のコーティング膜を塗布して配向膜を形成し、ラビング処理した後に、同様に配向膜が形成されてラビング処理された対向基板と、お互いの基板の配向方向がアンチパラレルとなるように重ね合わせ、屈折率ΔＮ＝0.15の（メルク社製，Δε＝−6.0）の誘電異方性が負の液晶を注入した。
【００３２】
その後、注入口を封止し、ＴＦＴ基板及び対向基板にそれぞれ防塵ガラスを貼り付け、さらにフレキシブル基板、外枠及び見切り板を取り付け、液晶パネルを完成させた。なお、ＴＦＴ基板と対向基板との間隔寸法であるセルギャップは2.8μmとした。
【００３３】
作製した液晶表示素子のプロジェクタ−光学系評価装置にて、光学特性を調べた。駆動方法は倍速フィールド反転駆動で評価した。なお、この際用いた対向基板は、ＢＬＫマトリクス付きの透明基板である。
【００３４】
透過率は、20.6％（ＴＮ型の2.6μｍギャップセルの場合21.1％）とＴＮセルと大差のない光透過率が得られている。コントラストも、450：１が得られ、ＴＮセルの410：１と大差のない結果を得ている。
【００３５】
第２実施例：配向処理としてイオンビーム処理を用いた場合
0.79型ＸＧＡの画素パターンを形成したＴＦＴ基板を300mmのウエハ状態のまま上記のコーティング膜を塗布して配向膜を形成し、次の条件でイオンビームを照射した。イオンビームはカーテン状に照射し、その下方側において基板を移動させて配向させた。なお、焼成後の膜厚は60nmであった。
【００３６】
配向実験機の条件は、ビームサイズを200ｍｍ×60ｍｍ、イオン種をＮ2（窒素）、イオンエネルギーを〜1500eV、搬送速度を20mm/sec、入射角度を法線方向から40度とした。
【００３７】
対向基板にも同様の条件で配向膜を形成した。組立は、ＴＦＴ基板と対向基板とを、お互いの基板の配向方向がアンチパラレルになるように重ね合わせた。なお、実験機なので、ウエハ全体にイオンビームが照射されないため、イオンビームが照射された部分のＴＦＴ基板及び対向基板を用いて液晶表示素子を組み立てた。セルギャプは、2.8μm、液晶は、屈折率ΔＮ＝0.15の誘電異方性が負の液晶（Δε＝−6.0）を実施例１と同様に作製した。
【００３８】
実施例１と同様に光学特性を測定したところ、光透過率20.7％、コントラスト435：１を得た。
【００３９】
第３実施例：配向処理として光配向処理を用いた場合
配向材料は前述した方法で作製し、ＵＶ光照射装置は、ＥＬＳＩＣＯＮ社のＥ２−ＵＶ−６００−ＳＳ−ＡＡ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｕｎｉｔを用いて照射した。
【００４０】
入射角度は４５度から、Ｐ，Ｓ波が適度の割合にある偏光ＵＶ光（光強度 300ｍＪ/cm2）を3分間（光強度 300ｍＪ/cm2）照射した（図２、図３）。テストセルで同条件の照射を行った際のプレチルト角を測定したところ、法線方向から3.5度であった。
【００４１】
このようにしてＴＦＴ基板側、対向基板側に配向処理を施し、液晶セルを組立て、液晶は屈折率ΔＮ＝0.16,  Δε＝−5.3の液晶を用い、特性を調べたところ、次のような結果を得た。
【００４２】
光透過率20.6％、コントラスト420:1であった。