(57)【要約】【課題】  強誘電性液晶表示素子における、ＳｉＯ膜の挿入による電界降下の低減方法【解決手段】  少なくとも片方の基板が透明な一対の基板と、前記一対の基板間で強誘電性液晶分子を配向させる配向膜と、前記配向膜と基板の密着強度を向上させるＳｉＯ膜と、無電界下でキラルスメクティックＣ相を形成する強誘電性液晶層と、前記一対の基板間で強誘電性液晶層の厚さを規制する複数のスペーサーと、前記強誘電性液晶層に対して垂直な方向に電界を発生させる電極とを有する強誘電性液晶表示素子の製造方法において、ＳｉＯ薄膜の絶縁抵抗によって生じる液晶セル内への実効電界の低下を低減する製造方法とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、片方の基板が透明な一対の基板と、前記一対の基板間で強誘電性液晶分子を配向させる有機配向膜と、前記配向膜と基板の密着強度を向上させるＳｉＯ膜と、無電界下でキラルスメクティックＣ相を形成する強誘電性液晶層と、前記一対の基板間で強誘電性液晶層の厚さを規制する複数のスペーサーと、前記強誘電性液晶層に対して垂直な方向に電界を発生させる電極とを有する強誘電性液晶表示素子の製造方法において、前記ＳｉＯ膜の成膜時には縮合反応を完全に行わず、ＳｉＯ膜表面にＯ２プラズマ処理を行い、ＳｉＯ膜の未反応部分のみを剥離することを特徴とした強誘電性液晶表示素子の製造方法。
【請求項２】
前記ＳｉＯ膜の成膜方法は、希釈材に混合した溶媒をスピンコーティング法にて成膜し、熱処理による縮合反応によってＳｉＯ膜化する方法であることを特徴とする請求項１記載の強誘電性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、強誘電性液晶表示素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶を用いた液晶表示素子は、薄型、軽量、低消費電力の利点からノートパソコンや携帯電話等のモバイル機器を中心に、様々な用途で使用されている。又、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子は、電界との相互作用によるスイッチング特性に優れていることから、今日のネマティック液晶表示素子の課題とされる動画のちらつきや画像処理能力において高い能力を有する。
【０００３】
液晶を用いた液晶表示素子は駆動方法、構成、液晶層の配向状態等から多種に分けられるが、根本的な原理としては光源（バックライト、フロントライト）等からの光をポラライザーに通し偏光状態にしたのち、液晶層内を通過させ、検光子を通し検査者に届かせる構造をとる。液晶分子を電界で制御し、光の偏光状態を制御することで検光子を透過させるか否かを決定する。すなわち、光が検光子を通れば「白」となり、光を通過させなければ「黒」となる。この液晶分子の制御を画素ごとに行うことにより、画像を表現する。端的にいうと、光源からの光を通過させるか否かを液晶分子によって制御している構造となる。
【０００４】
液晶を用いた液晶表示素子は、光源からの光を基板に透過させ検光子に入射する「透過型」と、光源からの光を基板上で反射させ検光子に入射させる「反射型」に大別することが出来る。画素内に回路を作成する必要がある透過型に比べ、画素全体を光源の反射に使用できる反射型は開口率に優れているため、透過型の構造に比べ高輝度を実現でき、高精彩及び光源の低輝度化に伴う低消費電力等に優れる。
【０００５】
ところで、反射型の液晶表示素子を構成する場合、光源の光を反射させる薄膜が基板上に必要となる。反射率の高さ等からＡｌ薄膜が使用される場合が多く、多くの場合シリコン基板上に回路を有した画素を作成し、画素上にＡｌを蒸着等により成膜する。又、もう一対の基板は電極を有した透明な基板を用いる必要があり、多くはＩＴＯ薄膜を形成したガラス基板が用いられる。
【０００６】
又、液晶を用いた液晶表示素子は、基板上に液晶を配向させるための配向膜を成膜する必要がある。配向膜は大別すると、ポリイミド等を用いた有機材料系の薄膜か、ＳｉＯ２等で構成させる無機膜のうちいずれかが使用される。一般的に、有機配向膜は透過型で確立した技術であり、スピンコーティング法を例とした生産効率の高い成膜方法が出来る。しかしながら、反射型に適用した場合、Ａｌ薄膜との親和性が乏しいため密着強度の低下から剥がれやラビング処理時のキズ、膜厚ムラ等が発生しやすく、従って反射型の場合蒸着等による無機膜で構成する場合が多い。しかしながら、蒸着法による、無機膜の成膜は生産効率が低いことや比較的高価な設備が必要となることから、製造コスト、キャパシティの面で問題となる場合があり、無機膜の使用が困難な場合がある。
【０００７】
前記課題の解決のため、Ａｌ薄膜にＯ２プラズマ処理を施し、Ａｌ酸化膜を形成することでポリイミドとの親和性を高める方法が特開平１０−１７７１７６号公報等によって提案されている。しかしながら、Ｏ２プラズマによる酸化膜の形成は、Ａｌ薄膜表面の表面粗さを平滑にする作用があるため、配向膜の規制力やそれに伴う液晶の配向状態に影響が生じる懸念があり使用できない場合がある。配向膜の液晶層に対する相互作用は解明されていない部分が多いが、表面粗さが平滑になることにより、配向膜と液晶層の表面エネルギーの低下による配向規制力の低下等が懸念される場合がある。
【０００８】
又、他の対策として、Ａｌ薄膜と比べポリイミドとの親和性が高い材料、例えば、ＳｉＯ膜を有機配向膜とＡｌ薄膜との間に構成することで、両者の膜の密着強度を向上させる方法などがある。しかしながらこの手法については、ＳｉＯ膜が絶縁抵抗を持つため、液晶を駆動させるための電界（実効電界）の低下が懸念される。実効電界の低下は液晶の駆動特性を損なう可能性があり、低輝度、コントラストへの影響及び焼き付きへの影響が生じる。
【０００９】
従って、有機配向膜を反射型の液晶表示素子に使用する場合、上記不具合の解決を行う必要性がある
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１７７１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１は、本発明に係る反射型液晶表示素子のセル構成の例であり、断面図である。１０１は透明のガラス基板、１０２はＩＴＯ膜であり、１０３はＩＴＯ膜上に形成される有機配向膜である。１０８はシリコン基板であり、画素１０７が構成されている。画素１０７上には、有機配向膜１０５が形成されており、その間には両者の密着強度を向上させるためのＳｉＯ薄膜１０６が存在する。ガラス基板１０１とシリコン基板１０８の間には液晶材料（以下、単に液晶ともいう）１０４が充填されている。ＳｉＯ薄膜１０６の形成方法についてはいくつか方法が知られているが、スピンコーティング法を用いる場合、ポリシロキサン等で構成させる成分の材料を希釈剤等に混合しスピンコーティング法により薄膜形成を行い、その後熱処理による縮合反応によって薄膜を形成する方法がある。
【００１２】
前述の方法により、ＳｉＯ薄膜１０６を形成した後有機配向膜１０５をスピンコーティング法にてＳｉＯ薄膜１０６上に成膜する。ＳｉＯ薄膜１０６と有機配向膜１０５の親和性は、Ａｌ薄膜よりも高いため、膜同士の密着強度が上昇し、剥がれやキズといった不具合が低減する効果がある。又、ＳｉＯ薄膜はＡｌ薄膜との親和性も持つことから、有機配向膜１０５をシリコン基板１０８上に剥がれや傷等の不具合を生じることなく形成することが可能となる
【００１３】
しかしながら、絶縁膜であるＳｉＯ薄膜１０６を挿入することにより、液晶セル内に印加される電界（実効電界）がＳｉＯ薄膜１０６の絶縁抵抗分低下する。液晶分子は液晶セル内に印加される電界との相互作用によって駆動されるわけだが、この実効電界の低下により液晶分子の駆動に必要な電界が十分にかからない可能性があり、画像表示において様々な不具合が生じる可能性がある。例えば、コーン角の低下による輝度ムラ、コントラスト低下、又は不純物イオンが局所的に集まって出来る焼き付き現象がより強く視認される、等が考えられる
【００１４】
前記不具合の解決方法として、ＳｉＯ薄膜１０６のさらなる薄膜化が考えられるが、製造上実現できるＳｉＯ薄膜の膜厚には限界があり不十分な場合がある。
【００１５】
前述により、ＳｉＯ薄膜１０６等の膜を形成することにより有機配向膜１０５とＡｌ薄膜の密着強度を向上させることにより、キズ、剥がれ等の低減を行えるが、絶縁抵抗の存在により、液晶１０４に十分な駆動電界が印加されない。
【００１６】
前述のように本発明の課題は、強誘電性液晶表示素子の製造方法において、有機配向膜とＡｌ薄膜の密着強度を向上させるために形成するＳｉＯ薄膜について、膜の表面改質を行い、絶縁抵抗を低減することである
【課題を解決するための手段】
【００１７】
少なくとも片方の基板が透明な一対の基板と、前記一対の基板間で強誘電性液晶分子を配向させる配向膜と、前記配向膜と基板の密着強度を向上させるＳｉＯ膜と、無電界下でキラルスメクティックＣ相を形成する強誘電性液晶層と、前記一対の基板間で強誘電性液晶層の厚さを規制する複数のスペーサーを有したシール材、及び前記強誘電性液晶層に対して垂直な方向に電界を発生させる電極とを有する強誘電性液晶表示素子の製造方法において、前記ＳｉＯ薄膜の成膜時に縮合反応を完全に行わず、ＳｉＯ薄膜表面にＯ２プラズマ処理を行い、ＳｉＯ膜の未反応部分のみを剥離することにより、ＳｉＯ薄膜の絶縁抵抗によって生じる液晶セル内への実効電界の低下を低減する強誘電性液晶表示素子の製造方法とする。
【発明の効果】
【００１８】
ＳｉＯ薄膜の成膜時に、熱処理の条件を設定することで縮合反応を完全に行わず、ＳｉＯ薄膜表面にＯ２プラズマ処理を実施し、ＳｉＯ薄膜のエッチングを行う。縮合反応が起きずＳｉＯ膜化していない部分のみ選択的にエッチングが実施される。ＳｉＯ膜のエッチングにより膜の絶縁抵抗が低下するため、有機配向膜の密着強度を維持したまま液晶にかかる実効電界が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る反射型液晶表示素子のセル構成の例であり、断面図
【図２−１】ＳｉＯ薄膜表面をＡＦＭで測定した表面形状であり、ＳｉＯ薄膜形成後の状態を測定した表面形状
【図２−２】ＳｉＯ薄膜表面をＡＦＭで測定した表面形状であり、図２−１のサンプルにＯ２プラズマ処理を行った後の状態を測定した表面形状
【図３−１】ＳｉＯ薄膜の表面の元素構成をＡＥＳで測定したデータであり、図２−１のサンプルにおける表面の元素構成
【図３−２】ＳｉＯ薄膜の表面の元素構成をＡＥＳで測定したデータであり、図２−２のサンプルの表面の元素構成
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ＳｉＯ薄膜の成膜方法として、ＳｉＯの成分となる例えばポリシロキサン等を希釈剤に混合し、シリコンウェハー上に滴下後スピンコーティング法にて薄膜化する方法がある。スピンコーティング後、熱処理を行うことにより縮合反応によってＳｉＯが構成されＳｉＯ薄膜化する。反応の状態は、材料の濃度、熱処理の条件（時間、温度）に依存する。このとき、前記熱処理の条件等を設定することにより、縮合反応を完全に行わず薄膜する。今回の条件では、ポリシロキサン材料をシンナー材（希釈材）に１．０ＷＴ％混合し、基板上に滴下後３０００ｒｐｍでスピンコートを行い、３００℃、３０分で焼成を行った。この際の膜厚は約１００Å程度である
【００２１】
通常、ＳｉＯ構造は結合が強く、Ｏ２プラズマ処理による剥離は起きない。しかしながら、縮合反応がおきず、ＳｉＯ化が行われていない部分は、分子間の結合力が弱いことから、Ｏ２プラズマ処理による剥離が容易に行われる。前述のように、ＳｉＯ薄膜内において、完全なＳｉＯ化していない部分についてはＯ２プラズマによる剥離が生じ、ＳｉＯ化している部分においては剥離が生じない。今回使用したプラズマ装置の処理条件は、サムコ社株式会社  プラズマ装置RIE-10NRを用い、条件は２５０Ｗ、１５分間である。
【００２２】
剥離された部分は絶縁膜がなくなることにより、電界の降下が生じない。したがって剥離部分は液晶の駆動特性が向上する。さらに液晶分子は分子間の相互作用が生じるため、ＳｉＯが剥離していないエリアの液晶分子も、ＳｉＯが剥離し駆動特性が向上した液晶分子の影響を受け駆動特性は向上する。結果として、剥離を実施した分絶縁膜による絶縁抵抗を軽減し、液晶の駆動特性を向上させる。今回のサンプルでは、ＳｉＯ膜を同条件で成膜後、エッチングを行ったものと行っていない液晶セルを作成し、同じ電圧をセル内に印加し、液晶のコーン角、スイッチングスピードの測定を実施した。結果、エッチングを行ったセルは、行っていないセルに比べコーン角で約０．８°、スイッチングスピードは約１０％程度の向上が見られた。液晶表示素子としてみた場合、ＳｉＯの剥離はミクロ的なエリアで生じるため、人間の目においては剥離部と未剥離部の区別が見えず混在して視認されるため、結果としてパネル全体の液晶の駆動が向上したような振る舞いを示す。
【００２３】
又、局所的に形成されているＳｉＯ薄膜により、ポリイミドの配向膜とＡｌ薄膜の密着強度はＡｌ薄膜単体のそれよりも向上されており、Ａｌ薄膜に比べ、配向膜形成時やラビング処理時における配向膜のキズや剥がれ、パーティクルの発生を低減させることが出来る
【００２４】
ＳｉＯの剥離状態については、Ｏ２プラズマ装置の強度、時間に依存する。従って、プラズマ条件を適宜設定することにより、ＳｉＯ膜について任意の状態で形成することが可能である。
【００２５】
図２はＳｉＯ薄膜表面をＡＦＭで測定した表面形状であり、図２−１は、ＳｉＯ薄膜形成後、図２−２は図２−１のサンプルにＯ２プラズマ処理を行った後の状態を測定した表面形状、図３はＳｉＯ薄膜の表面の元素構成をＡＥＳで測定したデータであり、図３−１1は、図２−１のサンプルにおける表面の元素構成、図３−２は図２−２のサンプルの表面の元素構成を示している。図２−１は、ＳｉＯ膜表面の形状をＡＦＭ測定（ＳＩＩ  Ｎａｎｏｐｉｃｓ１０００）にて実施したデータであり、図２−２は図２−１のサンプルにＯ２プラズマ処理を行った後の状態を測定したデータである。また図３−１は、図２−１のサンプルにおける表面の元素構成をオージェ電子分光（ＡＥＳ）分析装置（ＳＡＭ４３００  アルバック・ファイ）にて測定したデータであり、縦軸はＡｔｏｍｉｃ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（％）、横軸はスパッタ時間を示す。図３−２は図２−２のサンプルのＡＥＳ分析データである。３０１はＡｌのスペクトルであり、３０２はＳｉＯ分子のスペクトルである。３０３はＡｌ２Ｏ３の電子スペクトルであり、３０４はＳｉと有機分子が結合した分子（ポリシロキサンがＳｉＯ膜化していない部分）である。図２−１、図２−２から、Ｏ２プラズマ処理後においては、表面が粗くなる傾向が見られ、部分的なエッチングが行われていることが確認された。又、ＡＥＳの結果よりＳｉＯで構成される成分は変化が見られず、有機分子と結合しているＳｉ成分の減少が確認された。これはＳｉＯで結合した部分はＯ２プラズマによる剥離は見られず、ＳｉＯの結合が行われていない部分のみが選択的に剥離されていることを示す。
【符号の説明】
【００２６】
１０１  ：  ガラス基板
１０２  ：  ＩＴＯ膜
１０３  ：  有機配向膜
１０４  ：  液晶（常温下でキラルスメクティック相を有する）
１０５  ：  有機配向膜
１０６  ：  ＳｉＯ薄膜
１０７  ：  画素（Ａｌ薄膜により構成される）
１０８  ：  シリコン基板
３０１  ：  Ａｌのオージェ電子スペクトル 
３０２  ：  ＳｉＯ分子のオージェ電子スペクトル
３０３  ：  Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）のオージェ電子スペクトル
３０４  ：  Ｓｉと有機分子のオージェ電子スペクトル
※（ケイ素及び酸化ケイ素でない分子のスペクトル）
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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