(57)【要約】【課題】  非接触配向法にて十分な配向規制力を有する配向層を形成し、高画質で高信頼性の液晶表示装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明による製造方法は、アレイ基板１１とこれに対向する対向基板とこの一対の基板に挟持された液晶とを含む液晶表示装置に適用され、少なくとも一方の前記基板の前記液晶と接する面に形成された配向膜１２に配向処理を行う工程において、異方性を持ったエネルギー、例えばイオンビームを前記配向膜へ複数段階で照射することによって配向処理が行われ、最終ステップの照射のエネルギー強度が最も低いことを特徴とする。【選択図】      図１
2008129482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ基板とこれに対向する対向基板とで構成される一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶とを含む液晶表示装置の、少なくとも一方の前記基板の前記液晶と接する面に形成された配向膜に配向処理を行う工程において、異方性を持ったエネルギーを前記配向膜へ複数段階で照射することによって配向処理が行われ、最終段階の照射のエネルギー強度が最も低いことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項２】
前記配向処理を行う工程において、プラズマ中から引き出された粒子を前記配向膜へ照射することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３】
前記配向処理を行う工程において、加速エネルギーの異なるイオンビームを照射することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項４】
前記配向処理を行う工程において、前記複数段階の全照射工程で同一方向からエネルギーが照射され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装置の製造方法。
【請求項５】
前記配向処理を行う工程において、照射されるエネルギーが光であることを特徴とする請求項１または４に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項６】
前記配向処理を行う工程により照射される光のエネルギーはその波長により決められ、最終段階で照射される光の波長が最も長いことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項７】
アレイ基板とこれに対向する対向基板とで構成される一対の基板及びその間に充填された液晶層を含み、少なくとも一方の前記基板上に形成された配向膜上に、前記液晶層に接し、面内方向への分子鎖または分子結合の異方性を有する実配向層と、該実配向層の下層にあり、面内方向への分子鎖または分子結合の異方性が前記実配向層とは異なる準配向層を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
前記配向膜が共役２重結合を含み、前記実配向層の共役２重結合の密度が前記準配向層の共役２重結合の密度よりも小さいことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記配向膜が共役２重結合を含み、前記実配向層の共役２重結合の面内方向への異方性が前記準配向層よりも高いことを特徴とする請求項７または８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記配向膜が有機膜であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記配向膜中にイミド結合を有することを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記液晶層は横電界方式で駆動されることを特徴とする請求項7〜１１のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置は、その薄型で軽量な特徴が好まれ、情報処理端末の表示装置のみならず、カーナビゲーションシステムなどの車載機器や各種産業用機器の表示装置、更には、医療用や放送用の表示装置としても利用が拡がりつつある。利用分野の拡大に伴って、液晶表示装置には、より高い表示品質が求められるようになってきている。
【０００３】
液晶表示装置の主要素である液晶表示パネルの駆動方式として、従来、一対の駆動基板と対向基板の相互間に電界を発生させるＴＮ（Twisted Nematic）方式が広く用いられてきた。しかし、ＴＮ方式は、液晶分子が基板の面内方向から立ち上がって配向するため、視野角の増大に伴って偏光角にずれが生じ、広視野角領域で高い画質が得られない。これに対して、基板の面内方向に電界を発生させ、液晶分子をその面内方向で回転させることによって、画質の視野角依存性を小さくした、ＩＰＳ（In Plain Switching）方式やＦＦＳ（Fringe Field Switching)方式と呼ばれる横電界方式が広く採用されつつある。
【０００４】
一方で、液晶駆動方式による高画質化にともない、従来、配向処理方法として用いられてきたラビング法でのスクラッチ等による細かな光漏れが無視できなくなってきている。また、ラビング処理の際に生じ、洗浄後にわずかに残った配向膜のくずが液晶パネルに振動や温度などが加えられたときに明点やシミの原因となることが問題視されることもある。
【０００５】
これらラビング法の問題点を抑制し、さらなる高画質化、高信頼性化を目的として非接触配向法の検討が盛んに行われている。例えば特許文献１には粒子ビームを乾式成膜法によって形成された配向膜表面に照射し液晶分子を配向させる技術が開示されている。非接触配向法を用いることによりラビングの際に生じるスクラッチが無くなることから、黒階調または黒階調に近い中間調画面において均質な画質を得られるようになる。
【０００６】
また、特許文献２には有機膜や無機膜からなる配向膜に対してイオンビームを異なる方向から多重照射を行うことによって、液晶の配向角やプレチルト角の制御を行う技術が示されている。特許文献２では、ガラス基板の間に形成されるセルとその間に保持される液晶分子からなる液晶表示装置において、ガラス基板上に形成されている配向膜に照射方向の異なるイオンビームを多重照射することにより配向特性を付与する。多重照射は、図９に示すようにして行われている。
【０００７】
図９において、配向膜９２を形成したガラス基板９１を、搬送装置（図示せず）によりＸ方向からＹ方向へ向けて搬送する（図９ａ）。この時、イオンビームガン９３からの第１のイオンビームを、移動中の配向膜９２にある照射角度で照射する（図９ｂ）。続いて、照射済みのガラス基板９１をＹ方向からＸ方向に向けて搬送し、搬送中の配向膜９２、つまり第１のイオンビームが照射された配向膜９２に対してイオンビームガン９４からの第２のイオンビームを、第１のイオンビームとは異なる方向から異なる照射量で照射する（図９ｃ）ことにより、配向膜９２に配向層９５が形成される（図９ｄ）。また、第２のイオンビームの照射方向及び照射量を選択することによって、選択的に制御された配向角またはプレチルト角を得ることができる。
【０００８】
特許文献２の第１０頁、段落［００４７］、［００４８］では、照射量ＥｘはＥｘ＝Ｃ×Ｉｇ×Ｖｇ÷Ｖｓｔとして表され、Ｃは定数、Ｉｇがイオン発生電流、Ｖｇはイオンビームガンのグリッド電圧、Ｖｓｔは搬送ステージ速度としている。
【０００９】
更に、特許文献３には、非接触配向法の配向規制力がラビング法に比べて低いという欠点を補うため、ラビング処理を行った上に、非接触配向処理を行う技術が開示されている。特に、ラビング法に加えてイオンビーム照射法などを合わせて用いることにより、両者の利点を合わせた高品質の液晶表示装置が得られるとされている。
【００１０】
【特許文献１】特許第３２２９２８１号公報（請求項１〜４）
【特許文献２】特許第３７３８９９０号公報（請求項１〜２）
【特許文献３】特開２００５−７０７８８号公報（請求項１）
【特許文献４】特開２００４−２０５５８６号公報
【特許文献５】特表２００４−５３０７９０号公報
【非特許文献１】日本結晶学会誌４巻第２７７頁〜第２８３頁、第３４７頁〜第３６４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
（１回照射での問題点）
特許文献１に開示されているのは、１回の粒子ビームの照射により配向処理を行う技術である。しかし、粒子ビームの１回のみの照射では実デバイスとして求められる配向規制力を得ることが難しいという問題がある。特に、横電解方式の液晶表示装置では、配向規制力が不十分であると残像や長期間動作させた際のムラ等の原因となりやすい。
【００１２】
配向規制力を向上させるためには、基板表面に対する粒子の照射速度を上げるか、配向膜表面に照射させる粒子量を多くする方法がある。しかし、基板表面に対する粒子の照射速度を上げる方法では、配向膜表面の凹凸が増し、液晶分子の配向が不安定になる場合や、配向膜表面が削れるだけで配向規制力が一定以上に向上しないことがある。例えばＡｒイオンビームを用いた場合、Ａｒ原子の直径は３．６４オングストローム程度であり、一般的な有機膜において有機膜を構成する原子と隣接する原子との結合の長さである約１．５オングストロームに比べるとＡｒの直径は大きい。そのため、Ａｒのイオン化された粒子などが配向膜表面に対して高い速度で照射された場合、原子間の結合だけではなく配向膜を形成する原子そのものに作用する可能性もある。このような状態の中で、原子間の結合を選択的に切ることは困難で配向規制力の向上には結びつかない。
【００１３】
一方で粒子の照射速度を落として配向規制力を上げるためには長時間の照射が必要である。しかしながら、照射量を増やすことにも問題点がある。問題点としては、第一に、基板表面に長時間、粒子を照射すると基板表面の温度が上昇しプロセスの制御が困難になることがあげられる。第二に、印刷法で成膜された有機膜を用いた配向膜では、気体との界面付近の分子が界面の影響を受けてあらかじめ配列しており、粒子の照射速度を上げずに処理をした場合、その層を除去しきれず所定の配向方向への配向規制力が向上しないことが考えられる。この界面付近の液晶分子の配向は機械的に再配列させるラビング法では問題にならないが、粒子ビームを当てて配向膜表面に配向層を形成するような非接触配向法では重要な問題である。以上のことから、粒子ビームを１回のみ照射しただけでは、十分な配向規制力を得ることは難しい。
【００１４】
（多重照射の問題点）
特許文献２に開示されているのは、第１、第２のイオンビーム（粒子ビーム）の多重照射により配向角と液晶分子のプレチルト角の制御を行う非接触配向法による技術である。非接触配向法では配向膜に作用する粒子のエネルギーの大きさと粒子の量で液晶の配向特性が決まる。配向規制力を向上させるためには照射量を増やすか、粒子の照射速度を上げる必要がある。しかし、特許文献２のように、同一エネルギーの粒子を異なる量で配向膜表面に照射しても、配向の向きには影響を及ぼすが基本的に配向膜表面近傍で起きている現象は同一である。従って、照射量を変えて多重照射を行っても特許文献１での問題点と同じ理由により配向規制力の向上には限界がある。
【００１５】
また、特許文献２においては配向角の制御のため異なる照射方向でイオンビームの照射を行っている。初期状態では液晶分子の配向は第２のイオンビーム照射方向に影響を受けるが、特許文献２の図４に示されるように、第１のイオンビーム照射方向と第２のイオンビーム照射方向が平行でない場合には、第２のイオンビーム照射方向への液晶分子の配向規制力は、第１のイオンビーム照射方向への影響を受けるために、第２のイオンビーム照射を単独で実施した際よりも配向規制力が下がることになる。これらの問題により特許文献２の製法において実デバイス上、十分な配向規制力の向上を実現することは難しい。
【００１６】
（その他の手法での問題点）
特許文献３では、ラビング法により配向膜を形成した後、非接触配向法を用いて、非接触配向法の配向規制力不足を補いつつ、その利点を生かす技術を開示している。特許文献３のように、ラビング法の後にイオンビーム法を用いてもラビングの際のスクラッチはイオンビームの照射後も影響を及ぼす。また、ラビングの際に生じた、配向膜のくずはラビング後の洗浄で完全には除去できない。このようなくずは、以後、イオンビームを照射する際の影になり配向不良を引き起す原因や、液晶セル中に残存して振動時や温度をかけた際の不良の原因となりうる。
【００１７】
以上のような従来法の問題点を踏まえ、本発明は非接触配向法にて十分な配向規制力を有する配向層を形成し、高画質で高信頼性の液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明による液晶表示装置の製造方法は、アレイ基板とこれに対向する対向基板とで構成される一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶とを含む液晶表示装置の、少なくとも一方の前記基板の前記液晶と接する面に形成された配向膜に配向処理を行う工程において、異方性を持ったエネルギーを前記配向膜へ複数段階で照射することによって配向処理が行われ、最終段階の照射のエネルギー強度が最も低いことを特徴とする。
【００１９】
なお、前記配向処理を行う工程においては、プラズマ中から引き出された粒子を前記配向膜へ照射するようにしても良い。
【００２０】
前記配向処理を行う工程においてはまた、加速エネルギーの異なるイオンビームを照射するようにしても良い。
【００２１】
前記配向処理を行う工程においては更に、前記複数段階の全照射工程で同一方向からエネルギーが照射されるようにしても良い。
【００２２】
前記配向処理を行う工程においては更に、照射されるエネルギーが光でも良い。この場合、前記配向処理を行う工程により照射される光のエネルギーはその波長により決められ、最終段階で照射される光の波長が最も長い。
【００２３】
本発明によればまた、アレイ基板とこれに対向する対向基板とで構成される一対の基板及びその間に充填された液晶層を含み、少なくとも一方の前記基板上に形成された配向膜上に、前記液晶層に接し、面内方向への分子鎖または分子結合の異方性を有する実配向層と、該実配向層の下層にあり、面内方向への分子鎖または分子結合の異方性が前記実配向層とは異なる準配向層を有することを特徴とする液晶表示装置が提供される。
【００２４】
本発明による液晶表示装置においては、前記配向膜が共役２重結合を含み、前記実配向層の共役２重結合の密度が前記準配向層の共役２重結合の密度よりも小さいことが好ましい。
【００２５】
本発明による液晶表示装置においてはまた、前記配向膜が共役２重結合を含み、前記実配向層の共役２重結合の面内方向への異方性が前記準配向層よりも高いことが好ましい。
【００２６】
本発明による液晶表示装置においては更に、前記配向膜には有機膜を使用することができ、この場合、前記配向膜中にイミド結合を有することが好ましい。
【００２７】
本発明による液晶表示装置においては更に、前記液晶層は横電界方式で駆動される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明による液晶表示装置は、液晶パネル製造のための非接触方式による配向処理を、粒子や光等のビーム照射法を用いて液晶の配向方向に対して異方性を有するエネルギーを複数段階で配向膜表面へ照射することにより行い、かつ、最終段階の照射で最も低いエネルギー強度の照射を行うことにより、液晶の配向規制力を高めることができる。その結果、液晶表示装置における残像特性及びコントラスト特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００３０】
本発明は、液晶表示装置の製造工程における非接触方式による配向処理を、所定の配向方向に対して異方性を有するエネルギーを複数の段階（ステップ）で配向膜表面へ照射することにより行い、かつ、最終段階の照射で最も低いエネルギーを照射することにより、液晶に対する配向規制力を高め、残像特性及びコントラスト特性を向上させることを特徴とする。
【００３１】
図１を参照して、アレイ基板と対向基板で構成される一対の基板とこの一対の基板に挟持された液晶とを含む液晶表示装置に本発明を適用する場合について説明する。図１は、各々の基板の内側、つまり液晶と接する面に形成された配向膜に配向処理を行う工程を順に示しており、アレイ基板と対向基板に対する配向処理は同じであるので、以下ではアレイ基板の場合について説明する。
【００３２】
図１（ａ）に示すアレイ基板１１（あるいは対向基板）上に所定の方法で配向膜１２を形成した後（図１ｂ）、搬送中の配向膜１２上に液晶の配向方向への異方性を持ったエネルギー照射を複数段階で行う。ここでは、エネルギー照射を図１（ｃ）と図１（ｅ）の２段階で行う例を示している。つまり、図１（ｃ）の１回目のエネルギー照射では、搬送中の配向膜１２に対してある方向からエネルギーが照射されることにより、図１（ｄ）に示すように配向膜１２に準配向層１３−１が形成される。続いて、図１（ｅ）に示すように、準配向層１３−１を形成されたアレイ基板１１を図１（ｃ）と同じ方向に搬送するとともに、図１（ｃ）と同じ方向から２回目のエネルギー照射を行う。これにより、準配向層１３−１には実配向層１３−２が形成される（図１ｆ）。なお、後述されるように、２回目のエネルギー照射は、アレイ基板１１を１８０回転させた後に行われる場合もある。
【００３３】
前述したように照射するエネルギーは最終段階の照射のエネルギー強度が最も低くなるように設定され、ここでは図１（ｅ）でのエネルギー強度が、図１（ｃ）でのエネルギー強度より低く設定される。
【００３４】
エネルギーとは、プラズマ中から電圧により加速されて取り出されたイオンビームなどの一方向に速度を有する粒子や、Ｘ線や電子線、ＵＶ光などを指し、配向膜に達したときに配向膜の分子結合や電子状態に影響を及ぼすものをいう。エネルギー強度の大きさは、粒子の場合は加速エネルギーを変化させることなどにより変えることができ、基板に対する相対的な角度によっても異なる。
【００３５】
また、同一の加速条件では粒子の質量等によって異なる。
【００３６】
更に、ＵＶ光などでは波長及び入射角度によってエネルギー強度を変化させることができる。
【００３７】
複数のエネルギー照射ステップは、それぞれ独立の照射ユニットで行う場合と、１つの照射ユニットを複数回の照射に使う場合とがある。後者の場合、１つの照射ユニットでエネルギー強度を変調させることにより１段階で高エネルギー、低エネルギーの照射を行うこともある。
【００３８】
これらの多段階のエネルギー照射による配向処理により配向膜１２には図２に示すような実配向層１３−２と準配向層１３−１からなる配向層１３が形成される。更にその下にはほぼ無配向状態の無配向層１２−１が存在することもある。
【００３９】
上記のように、初期段階の照射工程で準配向層が形成され、後段階の照射工程で実配向層が準配向層上に形成される。実配向層と準配向層は前段階の高いエネルギー強度での照射の方が配向膜表面よりも深い位置まで作用を及ぼし、後段階の低いエネルギー強度での照射ではそれよりも浅い位置までのみ作用を及ぼす。また、これらの層はそれぞれ分子の結合状態が異なったり、分子鎖、分子結合の異方性の程度が異なったりする。
【００４０】
基板に平行である面内方向における配向方向への異方性は、実配向層、準配向層の順に高い。形成された配向層のうち、実配向層は液晶分子と直接、接触し液晶分子を配向させる。分子の結合状態とは、炭素−炭素間のσ結合やπ結合などの原子間の結合、すなわち分子結合を指し、異なる原子間の場合もある。また、準配向層は実配向層の分子の異方性を安定化させるとともに、一部、液晶の配向に寄与する。
【００４１】
本発明における実配向層とは、多段階エネルギー照射において前段階と最終段階のエネルギー照射で形成され、配向膜表面付近にあり、配向膜中でもっとも分子鎖の異方性が高く液晶と接して液晶の配向に寄与する層のことをいう。また、準配向層とは、最終段階以前のエネルギー照射までで形成され、実配向層よりも配向膜表面から遠い領域にあり、分子鎖の配向性が実配向層よりも低い層のことをいう。
【００４２】
配向規制力を高めるためには配向膜分子がより高い異方性を持って配列していた方が良く、そのような状態とするためには、粒子ビームを照射する方法ではランダムな方向に存在する分子鎖を一定レベル内の高いエネルギー強度を持った粒子で一方向へと切断する必要がある。しかしながら、高いエネルギー強度を持ったエネルギー粒子は分子結合への作用の際の選択性が低く、それ故に液晶分子と配向膜表面の相互作用に不安定性をもたらすことがある。その結果、配向膜界面付近の液晶に乱れが生じ、配向規制力の低下につながる。
【００４３】
本発明の手法では高いエネルギー強度のエネルギー照射の後に、低い強度のエネルギー照射を組み合わせることによりこれらの現象を抑制する。低いエネルギー強度のエネルギー粒子は作用する対象への選択性が高いため、適度な条件を選ぶと液晶の配向に寄与する結合の異方性を高めるだけでなく、高いエネルギー強度での照射処理で生じたラフネスを修正する働きも併せ持つ。これらの高いエネルギー強度と低いエネルギー強度の組み合わせの照射で良好な配向特性が得られるためコントラストをはじめとする光学特性や残像等の信頼性特性の向上を実現できる。また、低いエネルギー強度でのエネルギー照射工程において、高いエネルギー強度でのエネルギー照射で生じた配向膜の異方性を更に高めるという目的から、粒子を配向膜表面に照射する手法においては、高いエネルギー強度でのエネルギー照射方向と、低いエネルギー強度でのエネルギー照射方向は平行であることが望ましく、更に言えば同一方向であることが望ましい。
【００４４】
［第１の実施例］
Ａｒイオンビームを用いた２段階のエネルギー強度による配向処理の例について示す。薄膜トランジスタ及び基板に対して基板の面内方向において液晶分子に電界をかけるための電極（横電界方式）及びそれらを電気的に接続する電極を形成したアレイ基板上、ブラックマトリックス及びＲＧＢの各色層、オーバーコート層、柱状スペーサが形成された対向基板上にそれぞれポリイミドによる配向膜が形成され、各々の基板に形成された配向膜に配向処理を行う工程において、配向膜上に液晶の配向方向への異方性を持ったＡｒイオンビームの照射を２段階で行う。照射されるＡｒイオンの持つエネルギー強度は、第１の照射工程に続いて行う第２の照射工程を、第１の工程に比べて低く設定する。エネルギー強度は、Ａｒイオンの加速エネルギーを変えることにより変化させた。
【００４５】
また、第１の照射工程において準配向層が形成され、第２の照射工程において準配向層上に実配向層が形成される。また、配向膜中の準配向層の下には無配向状態の無配向層が存在することがある。これは数百オングストローム以上の厚みを持つ配向膜ではＡｒイオンビームが配向膜の最下層まで届かないことによる。実配向層、準配向層においては、単位体積あたりの炭素−炭素共役２重結合は無配向層で最も多く、準配向層、実配向層の順に多い。一方で、それらの結合の配向方向への異方性は実配向層が準配向層よりも高い。
【００４６】
（製造方法の説明）
液晶パネルを得るまでの工程フローを示した図３と、イオンビームの２段階照射による配向処理工程の概略を示した図４とを参照して本発明にかかる液晶表示装置の製造方法について説明する。
【００４７】
ガラス基板上に横電解方式の液晶の駆動層を形成したアレイ基板を用意（図３のＳ３１）するとともに、ガラス基板上にブラックマトリックス及びＲＧＢの各色層、オーバーコート層、柱状スペーサを形成した対向基板を用意する（図３のＳ４１，Ｓ４２，Ｓ４３，Ｓ４４）。これらのアレイ基板上及び対向基板上に、それぞれ有機溶剤に溶解したポリイミドをフレキソ印刷法で成膜（図３のＳ３２，Ｓ４５）した後、ホットプレート上で溶媒を蒸発させた後、窒素雰囲気下に制御された焼成炉にて化学反応にて硬化させ（図３のＳ３３，Ｓ４６）配向膜を形成した。焼成の際の最適な基板温度は配向膜の種類により異なるが、本実施例では２００〜２５０℃が望ましく、例えば２３０℃とする。なお、焼成に際しては赤外線の照射によって基板表面を加熱してもよく、また、上記溶媒除去、焼成、及び、冷却の各工程が、更に複数の工程から構成されてもよい。焼成を終えた各々の基板は冷却された後、純水にて基板を洗浄し（図３のＳ３４，Ｓ４７）エアーナイフにて乾燥を行った。
【００４８】
次に、イオンビーム照射装置の真空チャンバー内において配向処理を行った。配向処理は、配向膜の表面に向けてイオンビームを照射することで行われる。イオンビームの出射に際しては、基板表面に対して一定の傾きを持つ方向から行い、基板表面に対する入射角θを例えば１５°とする。
【００４９】
イオンビーム照射装置内には、電子を発生させてイオンビームを中和させる中和ユニットが配設されており、イオンビームガンから出射されたＡｒイオンの一部は、中和ユニットによって中和されて中性のＡｒ原子となる。基板表面にはＡｒイオン及びＡｒ原子が照射され、双方の粒子が配向処理に寄与する。基板に照射されるＡｒイオンの量を低減することによって基板の帯電を抑え、基板表面に対して安定したイオンビーム照射を行うことが出来る。イオンビーム照射の際の気圧や電圧などの条件としては、例えば特許文献４に記載されている条件を採用することができ、一例をあげれば以下の通りである。
【００５０】
イオンビームを照射する真空チャンバー内の真空度はイオンビーム照射を行っていないときは１０−２Ｐａ台とすることが好ましい。これにより、イオンビームが真空チャンバー内で照射されているときに、１０−４Ｐａ台となり、好適な条件が保たれる。本実施例では第１の照射工程において、粒子の有するエネルギーが４００ｅＶとなるように粒子の加速電圧を設定した。また、第２の照射工程においては、粒子の有するエネルギーが２００ｅＶとなるように加速電圧を設定した。
【００５１】
なお、本実施例では基板の温度制御は行っていないが、必要に応じて基板温度を一定、例えば２０℃に保つような基板ステージを用いることによって、イオンビーム照射によって形成される配向層の面内均一性が向上する。
【００５２】
図４をも参照して、本実施例では、図４（ａ）に示すアレイ基板（または対向基板）４１に形成された配向膜４２に対する第１の照射工程として、図４（ｂ）に示すように、イオンビームガン５１により、配向方向に異方性を有する４００ｅＶの加速エネルギーを持ったＡｒイオンビームを照射した（図３のＳ３５，Ｓ４８）。これにより、配向膜４２には準配向層４３−１が形成される。続いて、図４（ｃ）に示すように、準配向層４３−１が形成された基板を真空下で同方向に連続的に搬送し、図４（ｄ）に示すように、イオンビームガン５２により第２の照射工程として基板に対して第１の照射工程と同じ方向から２００ｅＶの加速エネルギーを有するイオンビームを照射した（図３のＳ３６，Ｓ４９）。第２の照射工程での照射量は第１の照射工程の半分となるように設定した。これにより、図４（ｅ）に示すように、準配向層４３−１の上に実配向層４３−２が形成される。なお、アレイ基板、対向基板それぞれのイオンビームの照射方向は、液晶表示装置の液晶パネルに組んだ際にアンチパラレル配向となるようにした。第２の照射工程のイオンビーム照射を終えた後、真空チャンバー内で搬送を行い、水素を基板に照射することにより後処理を行った（図３のＳ３７，Ｓ５０）。
【００５３】
本実施例では２つのイオンビームガン５１，５２を用いて所定の加速エネルギーで照射を行ったが、１つのイオンビームガンで２回の照射を行うようにしても良い。この場合、１回目の照射を終えた後、イオンビームの発生を止め、真空チャンバー内で所定の位置まで基板を戻してから１回目より低いエネルギー強度で２回目の照射を行う。
【００５４】
後処理は第１のイオンビーム照射工程を終えた後と、第２のイオンビーム照射工程を終えた後の２回実施することもあり、第１のイオンビーム照射工程から第２のイオンビーム照射工程の間に装置内で基板が停滞する時間が長い場合は２回行うことが望ましい。また、第１のイオンビーム照射工程から第２のイオンビーム照射工程の間に一度、真空のイオンビーム照射装置からクリーンルーム環境下へと取り出すこともできるが、その際には、１回目のイオンビーム照射工程を終えた後、真空チャンバー内から搬出する前に後処理が行われることが望ましい。後処理とは、イオンビーム照射を行った直後の配向層の表面は不安定な分子結合が多数存在しているため終端処理を行って安定化させることをいう。
【００５５】
本実施例では、水素と窒素の混合ガスを用いて終端処理を行った。水素と窒素の混合ガスを使った終端処理の方法の一例としては、特許文献５に記載されている方法があげられる。簡単に説明すると、水素と窒素の混合ガスを終端処理ユニット内の基板に噴霧することによって終端処理工程を実施するに際し、水素の濃度を４ｗｔ％とした。終端処理ユニットのチャンバー内には約１０００℃に加熱されたタングステン製のフィラメントが設置されており、この熱により不安定な結合水素との結合を促進し、安定な配向層が形成される。終端処理ユニット内の圧力も照射ユニットと同じく、噴霧が行われていないときは１０−２Ｐａ台に保たれている。
【００５６】
なお、水素と窒素の混合ガスに代えて、他の元素のガスやそれらの混合ガスを用い、あるいは、水や有機物質を噴霧してもよい。有機物質を用いる際には適当な極性基を有するものを用いると、液晶分子のプレチルト角を下げることが出来る。終端処理を行って安定化された基板についてはクリーンルーム環境下に戻し次の工程へと進めた。また、イオンビーム照射工程以降では水や洗浄溶剤などが配向層上にかかる方式での湿式洗浄は行わないことが望ましい。
【００５７】
配向層を形成したアレイ基板及び対向基板は、配向層側を対向させてシール材により互いを貼り合わせた後（図３のＳ５１，Ｓ５２）、基板間に液晶化合物を充填して封孔する（図３のＳ５３，Ｓ５４）ことにより液晶パネルが得られる。
【００５８】
本実施例では液晶化合物の充填は注入法で行ったが、滴下法（ODF法）で行ってもよい。滴下法では、液晶化合物をシール材の形成された一方の基板に滴下し、もう一方の基板と組み合わせた後、シール材を硬化することによって液晶パネルを得る。液晶パネルに対し、充填された液晶化合物のネマチック−アイソトロピック転移温度以上で加熱を行い、偏光板貼り付け等を行った後、駆動基板の接続、バックライトユニットへの組み込みを行い液晶表示装置とした。
【００５９】
本実施例では液晶の配向方向はアンチパラレル配向としたが、スプレイ配向としてもよい。スプレイ配向は視野角による輝度の非対称性が小さいため、光学補償フィルムと組み合わせることによって、輝度や色味の視野角依存性を抑制できる。一方、アンチパラレル配向では、スプレイ配向に比して、黒表示の際の特定方向から見た輝度を抑制できる。従って、液晶表示装置の用途などによって、配向方式を使い分けることが好ましい。
【００６０】
本実施例ではあらかじめ形成した柱状スペーサ材を用いているが、球状スペーサ材を用いることもある。その場合には、イオンビーム照射工程以降に散布されることが好ましい。
【００６１】
対向基板側に色層を形成したが、レントゲン画像表示用などモノクロ表示専用の液晶表示装置の場合には色層が形成されていないこともある。また、色層を形成する場合においては色層を重ねることによりブラックマトリックス層を兼ねて、ブラックマトリックス層を独立した工程としては形成しなくともよい。更には、色層上にオーバーコート層を形成せず、必要に応じて柱状スペーサを形成し、配向膜の形成工程へと進めても良い。
【００６２】
作成した液晶表示装置を用いてコントラスト比の測定及び残像試験を実施した。また、実施例に記載した製造方法のほかに、比較例として１回のみのエネルギー照射で加速エネルギーを２００ｅＶとして、それぞれ異なる照射量で配向処理を行ったパネルを比較例１から比較例３とし、４００ｅＶの加速エネルギーで１回のみの照射処理を行ったパネルを比較例４とした。また、２段階のエネルギー照射を行い１回目と２回目の照射の際の加速エネルギーを同一とし、１回目と２回目の照射量を変えたパネルについても比較例５、６として作成してコントラスト比の測定及び残像試験を実施した。
【００６３】
図５、図６はそれぞれ、上記のコントラスト比及び残像試験の結果を示す。
【００６４】
コントラスト比の測定に際しては、液晶表示装置における表示面内の所定の測定点で、白階調及び黒階調の輝度を測定し、白階調の輝度を黒階調の輝度で割った値をコントラスト比とした。測定にはトプコン社製輝度測定器ＢＭ−５Ａを用いた。なお、試験は各液晶パネルについて表示面内の９つの測定点で行い、それらの平均値を求めた。試験結果は単一照射にて最も良かった条件でのコントラスト比を１とし、その値に対する比として図５に示した。
【００６５】
本実施例の製造方法では、１回のみの照射を行ったプロセスにおいて最もコントラスト比が高かった条件に対してコントラスト比が１０％向上している。また、第１の照射工程、第２の照射工程と同一の加速エネルギーで異なる照射量で配向処理を行った比較例５及び６よりもコントラスト比が高い結果が得られた。
【００６６】
残像試験は、各水準の液晶パネルを液晶表示装置に組み立て、表示面に黒階調及び白階調を市松状に表示させた状態で８時間保持した後、１２８／２５６階調での全画面表示に切り替えて５分間待機し、市松状の残像の有無を暗室中において目視で確認した。試験は室温環境下で行い、試験中はバックライトを常に点灯した状態に保持した。残像の目視観察では、残像レベルを０〜４の５段階で評価した。残像が全く見られない状態を０とし、残像の度合いに応じて１、２、３、４の順に増加させた。１は１／２５６階調程度、２は２／２５６階調程度、３は３／２５６階調程度、４は４／２５６階調程度以上の差がそれぞれ見られた状態とした。実使用可能な残像レベルは０又は１である。また、残像レベルが目視で各段階の中間にあると判断した場合にはそれぞれ０．５、１．５、２．５、３．５とした。
【００６７】
図６に示す通り、本実施例の製造方法による場合が最も残像が軽く、５分以内に残像が見えなくなっており、実用上、十分な水準にある。一方で比較例１〜６は実用レベルに達しておらず、本実施例の製造方法で作成した液晶パネルに比べて大きく残像特性が劣る。
【００６８】
実配向層及び準配向層、その下層の無配向層については透過型電子顕微鏡（TEM）と電子エネルギー損失分光法（EELS）にて確認することができる。配向処理が行われたアレイ基板及び対向基板上にＳｉＯ２膜を前処理無しで成膜して上層の保護膜とし、集束イオンビーム加工装置（FIB）を用いて断面観察用のサンプルを作成した後、ＴＥＭにて配向膜の表面近傍、配向膜表面から３０〜５０オングストローム付近、配向膜表面から２５０オングストローム付近の配向膜中をそれぞれＥＥＬＳ法により測定を行った。液晶の配向に寄与する炭素−炭素間のπ結合に由来する遷移ピークは、配向膜表面近傍において最も小さく、配向膜表面から３０〜５０オングストロームの測定点、配向膜表面から２５０オングストローム付近の順に多い。配向膜表面から２５０オングストローム付近の遷移ピークの大きさは、配向処理を行っていない配向膜を測定した場合とほぼ等しい。遷移ピークの大きさはπ結合の密度と相関があり、この結果より、実配向層、準配向層、及びほぼ無配向である無配向層の３層が存在することがわかる。ＴＥＭ及びＥＥＬＳ測定の一般的な手法としては、例えば非特許文献１に記載されている。
【００６９】
上記の実施例では分子の結合状態の１つであるπ結合の密度が、各層で異なったが、イミド基やカルボニル基など構成する官能基が各層で異なっていることもある。官能基の密度の場合では、実配向層、準配向層、無配向層の３層において、実配向層で密度が最も低く、無配向層で密度が最も高くなる。
【００７０】
深さ方向の分子の結合状態はＸ線光電子分光法を用いても測定することができる。本実施例では分子の結合状態として、炭素−炭素間の共役２重結合の深さ方向の測定を行い、該当する測定ピークの強度で判断する。深さ方向の測定は、入射Ｘ線の角度及び出射Ｘ線の検出器の角度を変えることにより測定するか、Ａｒで表面をエッチングしならが行うことによって行う。配向処理を行っていない本実施例で用いた配向膜をリファレンスとして、本実施例の条件で照射を行ったポリイミド配向膜を測定した場合には、共役２重結合に由来するピークのリファレンスと比較した割合は表面近傍、表面近傍〜３０〜５０オングストローム程度、それより更に表面から離れた層の３段階で変化し、表面近傍で最も小さく、表面から離れた層で最も大きくなり、ＴＥＭ及びＥＥＬＳ測定の結果と一致する。
【００７１】
また、分子鎖または分子結合の異方性については、配向処理方向に平行及び垂直方向からＸ線を入射し入射Ｘ線の角度及び出射Ｘ線の検出器の角度を変えることにより、深さに応じた異方性が測定される。平行方向と垂直方向のピーク比が大きいと異方性は高い。測定されるピークの分子鎖やそれぞれの分子結合への対応はピーク位置によって推定される。配向性は表面近傍で最も高く、表面近傍〜数十オングストローム程度がその次に高い。それより表面から離れた領域では平行方向と垂直方向のピーク比がほぼ１になりほぼ無配向状態である。本実施例の場合には配向膜表面近傍において最もπ結合の異方性が高く、配向膜表面から３０〜５０オングストロームの測定点、配向膜表面から２５０オングストロームオングストローム付近の順に低くなる。
【００７２】
また、これらの測定に用いるＸ線としては放射光のＸ線を用いることが望ましい。Ｘ線測定法の測定値は電子の密度分布を反映するが、イオンビーム照射法では特に共役２重結合のπ電子雲の異方性が液晶の配向性に寄与しており、Ｘ線法測定により分子鎖や分子結合の異方性を調べる手法は配向プロセスの構築に適している。また、詳細なデータを得るためには、放射光Ｘ線を用いたＮＥＸＡＦＳ(Near-Edge X-ray Absorption Fine Structure)スペクトル測定法を用いることもできる。
【００７３】
以上の結果より、本実施例の製造方法を用いた液晶パネルは、従来法において作成した液晶パネルよりもコントラスト比、残像特性の点で優位性を持つことが確認された。
【００７４】
本実施例の製造方法による液晶表示パネルでは、非接触方式による配向処理方法として、イオンビーム照射法を用いて液晶の配向方向に対して異方性を有するエネルギーを複数のステップで配向膜表面へ照射することにより行い、かつ、最終ステップの照射で最も低いエネルギー強度での照射を行うことにより、液晶の配向規制力を高めることができ、その結果、残像特性及びコントラスト特性が向上した。これらの効果は下記の理由による。
【００７５】
Ａｒイオンビームを用いたイオンビーム照射をポリイミド配向膜へ第１の照射工程として高加速エネルギー、第２の照射工程として低加速エネルギーのＡｒイオン粒子を２段階で照射する例は、高いエネルギー強度でのイオンビーム照射により配向膜表面付近のポリイミド分子鎖を切断して、残存する分子鎖の異方性を高める工程と、低いエネルギー強度のビーム照射によりポリイミド分子鎖中の炭素−炭素原子間の共役２重結合等の分子結合を選択的に切断し配向膜表面の状態を均一にする工程により面内方向への強い配向性をもたせつつ、配向膜表面近傍の液晶分子の乱れを抑制する工程とからなる。この２つの工程を第１、第２の工程として順に組み合わせて行うことにより、配向補助層（準配向層）上に形成される実配向層の十分な配向規制力と配向補助層からの補助的な配向性を得ることができるため液晶の配向の安定性が向上する。その結果、コントラスト比特性及び残像特性に優れた液晶パネルが得られる。また、これらの効果は同一方向からの照射により第１の照射工程で形成される配向補助層の異方性の持つ方向及び第２の照射工程で形成される実配向層の異方性を持つ方向と液晶の配向方向が一致するために発現するものである。
【００７６】
［第２の実施例］
第１の実施例（実施例１）の製造方法では、２段階のＡｒイオンビームの照射において１回目の照射と２回目の照射を基板に対して同一の方向より行っている。これに対し、実施例１の製造方法と同じフロー、条件で１回目と２回目の照射工程の間に基板の方向を１８０度回転させる工程を入れ、１回目と２回目の照射工程において反対側から照射される配向処理を行った液晶パネルも作成してコントラスト比の測定及び残像試験を行い、結果を実施例２として図７に示した。コントラスト比の測定及び残像試験の方法については第１の実施例に記載の方法と同一である。その結果、実施例１には劣るものの図５及び図６に示した比較例１〜６に比べるとコントラスト比及び残像特性は良く、また実用レベルを満たしている。実用上十分な配向規制力を得られることは、第１、第２の照射方向が平行であり、高エネルギー強度、低エネルギー強度での照射により配向規制力の高い実配向層を形成できるからである。
【００７７】
また、実施例１による同一方向からの２回の照射に比べて特性が劣るのは、以下の理由による。イオンビームを、例えば基板の水平方向から１５度(法線方向から７５度）の角度を持って照射した場合、ビーム照射後に残る分子間の結合は、このビームの角度に沿ったものが最も多く、ビームに対して角度を持った分子結合が切断されやすくなる。一方、イオンビームを平行に照射した場合、基板の水平方向(ビームの直進方向を基板に投影した方向）に対して角度を持っている結合に対しては同じ方向から当てた場合でも、逆から当てた場合でも変わらない。しかし、１回目の照射が上記の１５度の角度による照射の場合、２回目では逆方向からあてると１５０度の角度をもって照射が行われることになり、結合が切断されやすくなる。その結果、配向に寄与する配向膜上の結合の量が減る。
【００７８】
図４では、基板の搬送方向とイオンビームの直進方向を基板に投影した際の向きは一致しているが、いずれか１段階または全ての段階で基板の搬送方向とビームの直進方向を基板に投影した際の向きが逆となるように照射を行っても良い。
【００７９】
実施例では２段階のＡｒイオンビームの照射により配向処理を行ったが、３段階以上の粒子ビームの照射を行ってもよい。この場合、最終段階において照射する粒子のエネルギー強度を、それ以前のいずれの照射工程での粒子のエネルギー強度よりも小さくする。また、粒子ビームとしてＡｒイオンビームを用いたが、水素、ヘリウム、ネオン等の他の元素を用いたイオンビーム化された粒子や、プラズマ照射などを用いても良く、複数回の照射工程で使用される元素が異なっても良い。
【００８０】
実施例では、エネルギー照射は高いエネルギー強度、低いエネルギー強度のイオンビームを発生するように設定された２台のイオンビーム照射ユニットを用いて２段階で間隔をおいて照射することによって図８（ａ）に示すように行ったが、図８（ｂ）に示すように連続的に行っても良い。その場合は１台のエネルギー照射ユニットを用いて照射されるエネルギー強度を段階的に変調させる場合と、１台で高低２つのエネルギー強度での照射ができる構成とし基板を搬送することにより高いエネルギー強度部分と、低いエネルギー強度部分とを基板が順次、通過するようにする場合とがある。更には、照射工程の最終段階でエネルギー強度が最も低ければ良く、図８（ｃ）のように連続的にエネルギー強度を変調することもできる。また、これらの組み合わせとして、例えば図８（ａ）と図８（ｂ）とを組み合わせた図８（ｄ）に示すようにしても良い。
【００８１】
また、エネルギー強度を変化させる例としては加速エネルギーをあげたが、ビームの入射角度、粒子の質量によって変化させることも出来る。
【００８２】
ポリイミドを配向膜に最も適する例として示したが、湿式成膜法により形成される他の有機膜や無機膜を配向膜として用いてもよい。一例として有機膜ではアクリル樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、スチレン樹脂、芳香族エーテル樹脂、ポリアセチレン樹脂などやその誘導体や混合形があげられ、共役２重結合を多く含み熱的に安定な高分子樹脂が望ましい。無機膜としてはシロキサンやシルセルキオキサンまたはそれらの誘導体などが上げられる。また、スパッタ法やＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などの乾式成膜法により成膜されたＤＬＣ(Diamond Like Carbon)と呼ばれる非晶質炭化水素や窒化珪素(SiNx)や酸化珪素（SiO2）、炭化珪素（SiC）及び、それらが混合状態にあるSiCNやSiON、SiOC膜等を配向膜として用いても良い。
【００８３】
第１の実施例においてはアレイ基板側、対向基板側の両方に２段階の配向処理を行ったが、アレイ基板と対向基板の配向処理の回数、条件が異なっても良い。また、どちらか一方の基板に対してのみ多段階による照射でかつ最終段階で最もエネルギー強度が小さくなる照射処理を行い、もう一方の基板については１回の照射工程のみでもよい。その際はアレイ基板側に多段階の処理、対向基板側が１回の処理がより望ましい。更には、アレイ基板または対向基板のどちらかをラビング法、もう一方を多段階の照射でかつ最終段階で最もエネルギー強度が小さくなる照射処理で行ってもよく、この場合はアレイ基板側をラビング法、対向基板側に非接触の多段階の配向法を用いると画質や信頼性の向上効果が高い。
【００８４】
また、Ｘ線や電子線、ＵＶ光など他のエネルギー照射を行っても良い。ＵＶ光などの光照射法を用いる場合には複数段階の照射工程のうち最後の照射工程での波長を最も長くすることにより照射されるエネルギー強度を決める。光照射の場合は波長の異なる波長において、構造変化や結合の変化が生じる２種類以上の官能基を含む有機膜を用いることが望ましい。例えば光照射法の一例として１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光を照射したのち、２４３ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー光を照射する２段階の照射を行うプロセスを用いる。この例では第１の照射工程において主鎖を配向させ、一定量の配向性を持たせた後、第２の照射工程で配向より寄与する結合の異方性を上げることもできる。これらの組み合わせにより、液晶の配向には寄与するが、膜として高分子化すると配向させることが困難な官能基を、第１の照射工程の波長に反応する官能基とともに用いることにより配向膜として用いることが可能になる。上記の例ではエネルギー強度は光の波長を変えたが、光の入射角度を変えることによっても変化させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明の活用例として、液晶表示装置に関して医療や放送局向け機器等の高画質でかつ信頼性に優れた表示装置を必要とする分野が挙げられる。これらの分野では表示装置のわずかな色味の違いや残像が影響を及ぼしやすいため高品質の表示装置が求められている。また、テレビ向けや上記以外のモニター向けの表示装置としても適している。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は、本発明により複数段階のエネルギー照射によって配向層を形成する過程を説明するための図である。
【図２】図２は、図１に示した過程を経て形成された配向層について説明するための断面図である。
【図３】図３は、本発明による液晶表示装置を構成しているアレイ基板とこれに対向する対向基板の製造過程を説明するための工程フロー図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施例において採用されるイオンビーム照射によるお配向処理工程を説明するための図である。
【図５】図５は、第１の実施例による液晶パネルと複数の比較例による液晶パネルのコントラスト比を計測した結果を示す図である。
【図６】図６は、第１の実施例による液晶パネルと複数の比較例による液晶パネルの残像特性を計測した結果を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施例による液晶パネルのコントラスト比及び残像特性の計測結果を示す図である。
【図８】図８は、配向処理工程における時間と照射されるエネルギーの関係を示した図である。
【図９】図９は、従来例における配向処理工程を概略的に示した図である。
【符号の説明】
【００８７】
１１，４１    アレイ基板
１２，４２，９２    配向膜
１２−１    無配向層
１３    配向層
１３−１，４３−１    準配向層
１３−２，４３−２，９５    実配向層
５１，５２，９３，９４    イオンビームガン
９１    ガラス基板
【図１】
2008129482.tif 000003
【図２】
2008129482.tif 000004
【図３】
2008129482.tif 000005
【図４】
2008129482.tif 000006
【図５】
2008129482.tif 000007
【図６】
2008129482.tif 000008
【図７】
2008129482.tif 000009
【図８】
2008129482.tif 000010
【図９】
2008129482.tif 000011