(57)【要約】      （修正有）【課題】配向膜の形成時にラビング処理が不要であり、かつ異物の混入を低減することが可能な液晶素子の製造方法を提供する。【解決手段】第１基板、第２基板の各々の一面側に感光性の樹脂膜を形成する第１工程と、第１基板と第２基板を、各一面側を対向させ、所定の間隙を設けて貼り合わせる第２工程と、第１基板、第２基板の各々の他面側から樹脂膜に焦点を合わせて部分的に光照射を行って樹脂膜の各々を部分的に選択的に硬化させることにより、複数の突起物からなる配向膜を形成する第３工程と、第１基板と第２基板の相互間に液晶材料を注入することにより液晶層を形成する第４工程を含む液晶素子の製造方法である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板、第２基板の各々の一面側に感光性の樹脂膜を形成する第１工程と、
前記第１基板と前記第２基板を、各一面側を対向させ、所定の間隙を設けて貼り合わせる第２工程と、
前記第１基板、前記第２基板の各々の他面側から前記樹脂膜に焦点を合わせて部分的に光照射を行って前記樹脂膜の各々を部分的に選択的に硬化させることにより、複数の突起物からなる配向膜を形成する第３工程と、
前記第１基板と前記第２基板の相互間に液晶材料を注入することにより液晶層を形成する第４工程、
を含む、液晶素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程は、光硬化性樹脂と液晶配向膜材料を含有する材料液を用いて前記樹脂膜を形成する、請求項１に記載の液晶素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程は、液晶配向膜材料を含有する材料液を用いて前記樹脂膜を形成する、請求項１に記載の液晶素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１工程は、光硬化性樹脂を含有する材料液を用いて前記樹脂膜を形成する、請求項１に記載の液晶素子の製造方法。
【請求項５】
前記第４工程における前記液晶材料は、液晶分子と光硬化性樹脂を含有しており、
前記第４工程の後に、前記第１基板及び／又は前記第２基板を介して前記液晶層に光照射を行うことにより、前記液晶層に含まれる前記光硬化性樹脂を前記配向膜と結合させて硬化させる第５工程を更に含む、請求項１に記載の液晶素子の製造方法。
【請求項６】
各々が一面側に配向膜を有し、当該一面側を対向させて配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板の間に設けられた液晶層、
を含み、
前記配向膜の各々は、間欠的に配置された複数の感光性の樹脂膜を有する、
液晶素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶素子の要素技術の１つとしてラビング法が知られている。このラビング法とは、基板上に形成されたポリイミド等の配向膜をラビング布によって一方向に擦る配向処理法である。ラビング処理がなされた基板同士を対向配置し、その間に液晶材料を注入することにより、液晶分子を一様な配向状態に制御することができる。一般に、ラビング法による配向処理を実行する場合には、ラビング布が貼り付けられたラビングローラを回転させ、これを基板上の配向膜に接触させる。このとき、ラビングローラの接触圧または押し込み量といったパラメータを調整することにより工程管理を行っている。
【０００３】
しかし、ラビング法においては、ラビング布の繊維の疲労、摩耗とともにパラメータの適正値が変動してしまい、工程管理が難しいという不都合がある。また、ラビング法は、処理時に異物を巻き込む場合があるとともに、基板上に薄膜トランジスタ等の素子が設けられて場合には、それらの素子がラビング処理によって生じた静電気により破壊される場合がある。さらに、ラビング処理がなされた後の配向膜の良否は基板間に液晶材料を注入した後まで評価できないため、仮に配向膜の状態が悪く配向不良が発生した場合には、その液晶素子は不良品として廃棄しなくてはならない。このため、より良好な配向処理法の確立が望まれている。
【０００４】
これに対し、例えば特開平８−１１４８０４号公報（特許文献１）には、配向膜材の表面にスタンプを押し当てることによって表面にストライプ状の溝を有する第１配向膜を形成し、かつこの第１配向膜上に有機化合物からなる第２配向膜を形成した液晶表示素子およびその製造方法が開示されている。この先行例によれば、第１配向膜のストライプ状の溝による配向規制力が第２配向膜によって補強され、良好な配向状態が実現される。しかし、この先行例では、配向膜の表面にストライプ状の溝を形成するためにスタンプを用いていることからスタンプを押し当てるときに異物を巻き込む可能性がある。また、ストライプ状の溝による配向規制力を補強するための第２配向膜を形成していることから工程数が多くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１１４８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明に係る具体的態様は、配向膜の形成時にラビング処理が不要であり、かつ異物の混入を低減することが可能な液晶素子の製造方法を提供することを目的の１つとする。
また、本発明に係る具体的態様は、異物の混入が少ない配向膜を備えた液晶素子を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る一態様の液晶素子の製造方法は、（ａ）第１基板、第２基板の各々の一面側に感光性の樹脂膜を形成する第１工程と、（ｂ）前記第１基板と前記第２基板を、各一面側を対向させ、所定の間隙を設けて貼り合わせる第２工程と、（ｃ）前記第１基板、前記第２基板の各々の他面側から前記樹脂膜に焦点を合わせて部分的に光照射を行って前記樹脂膜の各々を部分的に選択的に硬化させることにより、複数の突起物からなる配向膜を形成する第３工程と、（ｄ）前記第１基板と前記第２基板の相互間に液晶材料を注入することにより液晶層を形成する第４工程を含む液晶素子の製造方法である。
【０００８】
上記の製造方法によれば、第１基板と第２基板を貼り合わせた後に各基板を介して樹脂膜へ光照射を行って配向膜を形成するので、ラビング処理が不要であり、かつ配向膜への異物の混入を低減することが可能となる。
【０００９】
上記した第１工程は、例えば光硬化性樹脂と液晶配向膜材料を含有する材料液を用いて前記樹脂膜を形成することができる。また、上記した第１工程は、液晶配向膜材料を含有する材料液を用いて前記樹脂膜を形成してもよい。さらに、上記した第１工程は、光硬化性樹脂を含有する材料液を用いて前記樹脂膜を形成してもよい。
【００１０】
また、上記した第４工程における前記液晶材料として液晶分子と光硬化性樹脂を含有したものを用いるようにしてもよい。この場合に、上記の製造方法は、当該第４工程の後に、前記第１基板及び／又は前記第２基板を介して前記液晶層に光照射を行うことにより、前記液晶層に含まれる前記光硬化性樹脂を前記液晶分子を巻き込み前記配向膜と結合させて硬化させる第５工程をさらに含むことが好ましい。
【００１１】
本発明に係る一態様の液晶素子は、（ａ）各々が一面側に配向膜を有し、当該一面側を対向させて配置された第１基板及び第２基板と、（ｂ）前記第１基板と前記第２基板の間に設けられた液晶層を含み、（ｃ）前記配向膜の各々は、間欠的に配置された複数の感光性の樹脂膜を有する、ことを特徴とする液晶素子である。
【００１２】
感光性の樹脂膜からなる配向膜とすることで、この液晶素子の製造時において、第１基板と第２基板を貼り合わせた後に各基板の外側から光照射を行って配向膜を形成することができる。従って、異物の混入が少ない配向膜を備えた液晶素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の液晶素子の構造を模式的に示す図である。
【図２】一実施形態の液晶素子の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図３】一実施形態の液晶素子の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図４】光の照射方法について詳細に示す図である。
【図５】他の実施形態の液晶素子の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図６】他の実施形態の液晶素子の構造を示す模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、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。
【００１５】
図１は、一実施形態の液晶素子の構造を模式的に示す図である。図１に示す液晶素子は、第１基板１１および第２基板１２と、これらの間に介在する液晶層２０と、液晶層２０の配向を規制するために第１基板１１、第２基板１２にそれぞれ設けられた配向膜２１、２２と、第１基板１１と第２基板１２の間に設けられ、液晶層２０を封止するシール材１９を主に備える。本実施形態における配向膜２１、２２は、それぞれ、間欠的に配置された多数の微細な突起物からなる構造体である。なお、液晶素子は図示しない他の構成要素を備えてもよく、その例については後述する。
【００１６】
次に、図１に示したような配向膜２１、２２を備える液晶素子の製造方法について詳細に説明する。
【００１７】
図２および図３は、一実施形態の液晶素子の製造方法を示す模式的な断面図である。まず、図２（Ａ）に示すように、第１基板１１の一面側に第１電極１３を形成する。具体的には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜などの導電膜を第１基板１１の一面側に形成する。その後、適宜この導電膜をパターニングすることにより、第１電極１３を形成する。同様にして、第２基板１２の一面側に第２電極１４を形成する。
【００１８】
次に、図２（Ｂ）に示すように、第１基板１１の一面側に、第１電極１３を覆うようにして絶縁膜１５を形成する。絶縁膜１５とは、例えば酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜などの無機絶縁膜である。このような絶縁膜１５は、例えばスパッタ法により形成できる。同様にして、第２基板１２の一面側に、第２電極１４を覆うようにして絶縁膜１６を形成する。なお、各絶縁膜１５、１６は有機絶縁膜であってもよい。なお、各絶縁膜１５、１６は図示しない端部において、外部電極との接続を行う非被覆部を備える。
【００１９】
次に、図２（Ｃ）に示すように、第１基板１１の一面側、詳細には絶縁膜１５上に感光性の樹脂膜１７を形成する。同様にして、第２基板１２の一面側、詳細には絶縁膜１６上に感光性の樹脂膜１８を形成する。ここでいう樹脂膜１７、１８としては、例えば（１）一般的な液晶用の水平配向膜材料液と、光硬化性樹脂材料液との混合物を塗布し、乾燥させて得られる膜、または（２）水平配向膜材料液のみを塗布し、乾燥させて得られる膜、が挙げられる。樹脂膜１７、１８の膜厚は、例えば０．１μｍ程度とする。
【００２０】
次に、図２（Ｄ）に示すように、第１基板１１または第２基板１２の一面側にシール材１９を形成し、その後第１基板１１と第２基板１２を貼り合わせることにより液晶セルを形成する。このとき、第１基板１１と第２基板１２の相互間隔（セル厚）を調整するためのスペーサーも適宜に散布される。
【００２１】
次に、図３（Ａ）に示すように、第１基板１１の他面側、すなわち液晶セルの外側から樹脂膜１７に光Ｌが照射される。例えば、樹脂膜１７に含まれる光硬化性樹脂が紫外線硬化型樹脂である場合には、光Ｌとして紫外光を照射する。光Ｌはレーザ光であってもよい。この光Ｌは、レンズ等によって集光され、樹脂膜１７の位置に焦点を合わせて照射される。同様に、第２基板１２の他面側、すなわち液晶セルの外側から樹脂膜１８に光Ｌが照射される。樹脂膜１７、１８のそれぞれにおける光Ｌの照射された部分は、感光し、硬化する。
【００２２】
図４は、光Ｌの照射方法について詳細に示す図である。図４に示すように、光ＬをＸ方向、Ｙ方向の二方向において適宜にスキャンし、樹脂膜１７、１８のそれぞれを部分的に感光させる。このときの集光位置、光強度変化、スキャン速度変化などのパラメータを適宜に設定することにより、畝状構造物、剣山状構造物、楔状構造物など、液晶分子の配向に有意に影響を及ぼし得る形状に樹脂膜１７、１８を加工できる。また、従来のラビング法では困難な、放射状配向、螺旋状配向なども実現可能となる。例えば、微細な領域に一方の基板には放射配向を、他方の基板には同心配向を生ずるよう樹脂を加工して構造物を形成し組み合わせた液晶素子を作成することで広い視野角を実現できる。露光におけるスキャンは、光学系内のたとえばガルバノミラーや、液晶セルを固定するステージの移動により行ってもよい。また、両者を組み合わせてもよい。ステージによるスキャン方向を工程内セル進行方向とし、光学系によるスキャン方向をこれと交叉する方向とすると、製造を連続的に行うことができ好適である。
【００２３】
上記のように樹脂膜１７、１８に対して光照射を行うことにより、図３（Ｂ）に示すように、液晶セル内に多数の微細な突起物（樹脂膜）の集合体からなる配向膜２１、２２が形成される。各突起物の大きさやそれらの相互間隔などは光の照射状態により適宜調整可能であり、例えば０．１μ〜数μｍ程度とされる。その後、図３（Ｃ）に示すように、第１基板１１と第２基板１２の隙間に誘電率異方性が正でカイラル材を含む液晶材料を注入することにより液晶層２０を形成する。これにより、例えば図示のような第１基板１１と第２基板１２の間で液晶分子の配向方向が９０°程度ねじれるＴＮ型の液晶素子が得られる。なお、液晶層２０の配向状態は配向膜２１、２２の構造によって種々に制御し得る。
【００２４】
図５は、他の実施形態の液晶素子の製造方法を示す模式的な断面図である。なお、以下では上記した実施形態と共通する内容については説明を適宜省略し、相違点を中心に説明する。
【００２５】
上記実施形態と同様にして、微細な突起物の集合体からなる配向膜２１、２２を有する液晶セルを形成する。このとき、配向膜２１、２２を形成するための樹脂膜１７、１８（図２（Ｃ）参照）としては、上記と同様のものでもよいし、光硬化性樹脂材料液のみを塗布し、乾燥させて得られる膜でもよい。ここでは、光硬化性樹脂材料液のみを塗布し、乾燥することにより樹脂膜１７、１８を形成し、これらに光照射を行うことにより、各配向膜２１、２２が形成されるものとする。
【００２６】
次に、図５（Ｂ）に示すように、第１基板１１と第２基板１２の隙間に誘電率異方性が正でカイラル材を含む液晶材料を注入することにより液晶層２０ａを形成する。本実施形態では、液晶分子２０ｂと光硬化性樹脂２０ｃの混合物からなる液晶材料が用いられる。このとき、各配向膜２１、２２により弱い配向規制力が生じ、液晶分子２０ｂが配向する。
【００２７】
次に、図５（Ｃ）に示すように、液晶層２０ａを望む配向状態とするために第１電極１３および第２電極１４を介して液晶層２０ａに電界を印加し、その状態を保ちながら液晶セルの全面に光照射を行う。光照射によって液晶層２０ａに含まれる光硬化性樹脂が各配向膜２１、２２と結合し、硬化する。それにより、各配向膜２１、２２による配向規制力をより強固にすることができる。それにより、液晶層２０ａの配向状態（プレティルト角）を所望の状態に制御できる。なお、電界に代えて、あるいは電界を併せて磁界を印加してもよい。
【００２８】
以上のような本実施形態によれば、第１基板と第２基板を貼り合わせた後に各基板を介して樹脂膜へ光照射を行って配向膜を形成するので、ラビング処理が不要であり、かつ配向膜への異物の混入を低減することが可能となる。すなわち、感光性の樹脂膜からなる配向膜とすることで異物の混入が少ない配向膜を備えた液晶素子が得られる。
【００２９】
また、本実施形態によれば、従来のラビング処理のように配向規制力が一方向にのみ規定されず、光照射時のスキャン方向により面内で配向処理の方位を自在に設定できる。従って、１つの液晶素子のなかで多数の視角特性を備える液晶素子や、ネガポジ混在の液晶素子、カラーモード混在の液晶素子を容易に製造することが可能となる。
【００３０】
また、第１基板と第２基板を貼り合わせた後に配向膜の造形を行うので、その後の基板洗浄が不要となり、製造工程を簡素化することができる。
【００３１】
また、光照射時の焦点をコントロールすることで膜厚方向の照射度合いも制御できるので、配向膜の造形や、液晶材料に混入した光硬化型樹脂の硬化度の調整が容易になる。
【００３２】
また、配向膜を剣山状とすることで垂直配向にも対応可能となるなど、プレティルト角の広範囲な制御が期待される。
【００３３】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態では液晶層の配向状態の一例としてＴＮ配向を示していたが、配向状態はこれに限定されない。
【００３４】
また、液晶の配向秩序度（オーダーパラメータ−）を上げるために以下のような実施形態も考えられる。図６（Ａ）の平面図に示すように、第１基板１１上においてストライプ状（櫛歯状）に形成された電極１３ａ、１３ｂの延在方向と配向膜２１の突起物同士の隙間である溝２１ａの延在方向とを略直交させるようにする。この場合、ドットマトリクス表示のセグメント、コモンパターンを用いてもよい。溝２１ａを有する配向膜２１を形成し、第２基板にも同様に形成した後、液晶分子２０ｂを含む液晶層２０（誘電率異方性が正、カイラル材含有）を第１基板１１と第２基板１２の間に注入し、その後電極１３ａ、１３ｂの間に電圧を印加する。それにより、電極１３ａと電極１３ｂの間の電界方向に沿って、すなわち溝２１ａと略平行な方向に液晶分子２０ｂが配列する。その後、電界を保持したまま光照射を行うことによって、より液晶の配向秩序度を上げることができる。その結果として、コントラストの上昇等、表示品位を上げることができる。なお、電界の印加は隣接する電極に限られない。十分な電界強度を与えることができる場合には、図６（Ｂ）に示すように、電圧無印加の電極を挟んで、電極１３ａと電極１３ｂの間に電圧を印加してもよい。すなわち、電圧が印加される電極同士の電極間距離をより離しても構わない。この場合、交流駆動を行うと減衰が大きくなることを考慮する必要がある。一方、電圧が印加された電極の直上の、横電界が生じない領域が相対的に少なくなるため、配向秩序度の向上により有利となる。
【符号の説明】
【００３５】
１１：第１基板
１２：第２基板
１３：第１電極
１４：第２電極
１５、１６：絶縁膜
１７、１８：樹脂膜
１９：シール材
２０、２０ａ：液晶層
２０ｂ：液晶分子
２０ｃ：光硬化性樹脂
２１、２２：配向膜
Ｌ：光（ＵＶ光）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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