JPH04331917A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来技術】液晶表示装置は基板間に液晶を封入した構
造をもつものであるが、その基板の耐透気性、耐透湿性
が低いと表示部に気泡を生じたり液晶自体の抵抗率の低
下等による特性の変化が生じ、表示むらが生じる。プラ
スチック基板の耐透気性、耐透湿性を高めるために、プ
ラスチック基板表面に耐透気性、耐透湿性の高い材料を
コーティングする方法（特開昭６１−４１１２２、特開
昭６３−７１８２９、特開平２−６８５１９号公報）が
あるが、このコーティングは、工程上初期におこなう必
要がある。一方液晶セルの作製工程では通常、素子作製
後に切りだす工程を用いる。この場合、カットされた基
板の端面は何ら防湿対策が行われておらず、他の面より
表面は荒れておりこの端面の状態が基板全体の耐透気性
、耐透湿性の低下に大きく影響をおよぼしていることが
判明した。しかし、この点については従来技術では一切
考慮されていない。

【０００３】

【目　　　　的】本発明は前記の問題点を解消するため
、プラスチック基板の端面に耐透気化、耐透湿化処理を
施すことにより基板内部への水、酸素等の侵入を防ぎ、
液晶表示装置の信頼性を向上させることを目的としてい
る。

【０００４】

【構成】本発明は、２枚のプラスチック基板間に液晶を
挾持してなる液晶表示装置において、基板端面に耐透気
化、耐透湿化処理を施したことを特徴とする液晶表示装
置に関する。

【０００５】前記耐透気化、耐透湿化処理に使用する薬
剤としては、プラスチック基板端面に適用して端面に耐
透気化、耐透湿化特性を与えるものであれば特に制限は
ない。ＳｉＯ２や硬質炭素膜、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ
４等の耐透気性、耐透湿性無機質膜を通常の成膜方法に
より端面に適用することができる。また、反応性樹脂組
成物、光硬化性樹脂組成物を適用して耐透気化、耐透湿
化をはかることもできる。勿論有機けい素化合物を塗布
、焼成し、必要に応じてさらにプラズマ処理を行うこと
もできる。有機けい素化合物としては例えばＲｎＳｉＯ
Ｈｍ　　（ｍ＝ｎ−４、Ｒはメチル、エチルなどのアル
キル基）を用いることができる。膜厚については特に規
定するものではないが、３０００Å〜１μｍが望ましい
。基板端面への処理は、基板をカットした工程の後で行
うこともあるし、液晶セルを作成し、駆動用ＩＣを実装
してから端面処理を行うこともできる。勿論、本発明の
処理剤等によりあらかじめ基板の表裏面を処理しておく
ことが好ましい。

【０００６】プラスチック基板としては、フィルム、シ
ート、板などの形で使用するが、このプラスチック材料
として特に制限はないが、ポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリア
リレート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン（
ＰＥＥＫ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の
耐熱性プラスチックスのほか、ポリカ−ボネート、ポリ
メチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスルホンなど
を例示することができる。

【０００７】本発明は液晶表示装置の駆動方法について
何ら制限を加えるものではない（単純マトリックス法で
もＴＦＴ、ＭＩＭ等のアクティブマトリックス法でも良
い。）。能動素子についても本発明は構成、材料ともに
何ら制限を加えるものではない。能動素子の一例として
金属−絶縁層−金属（ＭＩＭ）素子を用いてもよく、そ
の絶縁膜に、硬質炭素膜を用いることにより生産コスト
が安く特性の安定した液晶表示装置を作製することがで
きる。

【０００８】つぎに、本発明において、端面処理剤とし
て、また前記ＭＩＭ素子の絶縁膜として使用する硬質炭
素膜について説明する。硬質炭素膜を形成するためには
有機化合物ガス、特に炭化水素ガスが用いられる。これ
ら原料における相状態は常温常圧において必ずしも気相
である必要はなく、加熱或は減圧等により溶融、蒸発、
昇華等を経て気化し得るものであれば、液相でも固相で
も使用可能である。原料ガスとしての炭化水素ガスにつ
いては、例えばＣＨ４，Ｃ２Ｈ６，Ｃ３Ｈ８，Ｃ４Ｈ１
０等のパラフィン系炭化水素、Ｃ２Ｈ４等のオレフィン
系炭化水素、ジオレフィン系炭化水素、さらには芳香族
炭化水素などすベての炭化水素を少なくとも含むガスが
使用可能である。さらに、炭化水素以外でも、例えば、
アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、Ｃ
Ｏ，ＣＯ２等、少なくとも炭素元素を含む化合物であれ
ば使用可能である。本発明における原料ガスからの硬質
炭素膜の形成方法としては、成膜活性種が、直流、低周
波、高周波、或いはマイクロ波等を用いたプラズマ法に
より生成されるプラズマ状態を経て形成される方法が好
ましいが、より大面積化、均一性向上、低温成膜の目的
で、低圧下で堆積を行なうため、磁界効果を利用する方
法がさらに好ましい。また高温における熱分解によって
も活性種を形成できる。その他にも、イオン化蒸着法、
或いはイオンビーム蒸着法等により生成されるイオン状
態を経て形成されてもよいし、真空蒸着法、或いはスパ
ッタリング法等により生成される中性粒子から形成され
てもよいし、さらには、これらの組み合せにより形成さ
れてもよい。

【０００９】こうして作製される硬質炭素膜の堆積条件
の一例はプラズマＣＶＤ法の場合、次の通りである。 ＲＦ出力：０．１〜５０Ｗ／ｃｍ２ 　　　　圧　　　　力：１／１０３〜１０Ｔｏｒｒ堆積
温度：室温〜９５０℃、好ましくは室温〜３００℃この
プラズマ状態により原料ガスがラジカルとイオンとに分
解され反応することによって、基板上に炭素原子Ｃと水
素原子Ｈとからなるアモルファス（非晶質）及び微結晶
質（結晶の大きさは数１０Å〜数μｍ）の少くとも一方
を含む硬質炭素膜が堆積する。また、硬質炭素膜の諸特
性を表１に示す。

【表１】 注）測定法； 比抵抗（ρ）　　　　：コプレナー型セルによるＩ−Ｖ
特性より求める。 光学的バンドギャップ（Ｅｇｏｐｔ）：分光特性から吸
収係数（α）を求め、数１式の関係より決定。

【数１】 膜中水素量〔Ｃ（Ｈ）〕：赤外吸収スペクトルから２９
００／ｃｍ近のピークを積分し、吸収断面積Ａを掛けて
求める。すなわち、〔Ｃ（Ｈ）〕＝Ａ・∫α（ｖ）／ｖ
・ｄｖＳＰ３／ＳＰ２比：赤外吸収スペクトルを、ＳＰ
３，ＳＰ２にそれぞれ帰属されるガウス関数に分解し、
その面積比より求める。 ビッカース硬度（Ｈ）：マイクロビッカース計による。 屈折率（ｎ）　　　：エリプソメーターによる。 欠陥密度　　　　：ＥＳＲによる。

【００１０】こうして形成される硬質炭素膜はラマン分
光法及びＩＲ吸収法による分析の結果、夫々、図６及び
図７に示すように炭素原子がＳＰ３の混成軌道とＳＰ２
の混成軌道とを形成した原子間結合が混在していること
が明らかになっている。ＳＰ３結合とＳＰ２結合の比率
は、ＩＲスペクトルをピーク分離することで概ね推定で
きる。ＩＲスペクトルには、２８００〜３１５０／ｃｍ
に多くのモードのスペクトルが重なって測定されるが、
夫々の波数に対応するピークの帰属は明らかになってお
り、図５の如くガウス分布によってピーク分離を行ない
、夫々のピーク面積を算出し、その比率を求めればＳＰ
３／ＳＰ２を知ることができる。また、Ｘ線及び電子回
折分析によればアモルファス状態（ａ−Ｃ：Ｈ）、及び
／又は約５０Å〜数μｍ程度の微結晶粒を含むアモルフ
ァス状態にあることが判っている。一般に量産に適して
いるプラズマＣＶＤ法の場合には、ＲＦ出力が小さいほ
ど膜の比抵抗値および硬度が増加し、低圧力なほど活性
種の寿命が増加するために基板温度の低温化、大面積で
の均一化が図れ、かつ比抵抗、硬度が増加する傾向にあ
る。更に、低圧力ではプラズマ密度が減少するため、磁
場閉じ込め効果を利用する方法は比抵抗の増加には特に
効果的である。さらに、この方法は常温〜１５０℃程度
の比較的低い温度条件でも同様に良質の硬質炭素膜を形
成できるという特徴を有しているため、ＭＩＭ素子製造
プロセスの低温化には最適である。従って、使用する基
板材料の選択自由度が広がり、基板温度をコントロール
し易いために大面積に均一な膜が得られるという特徴を
もっている。また硬質炭素膜の構造、物性は表１に示し
たように、広範囲に制御可能であるため、デバイス特性
を自由に設計できる利点もある。さらには膜の比誘電率
も２〜６と従来のＭＩＭ素子に使用されていたＴａ２Ｏ
５，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＮｘと比較して小さいため、同じ
電気容量を持った素子を作る場合、素子サイズが大きく
てすむので、それほど微細加工を必要とせず、歩留りが
向上する（駆動条件の関係からＬＣＤとＭＩＭ素子の容
量比はＣ（ＬＣＤ）／Ｃ（ＭＩＭ）＝１０：１程度必要
である）。また、素子急峻性はβ∝１／√ε・√ｄであ
るため、比誘電率εが小さければ急峻性は大きくなり、
オン電流Ｉｏｎとオフ電流Ｉｏｆｆとの比が大きくとれ
るようになる。このためより低デューティ比でのＬＣＤ
駆動が可能となり、高密度のＬＣＤが実現できる。さら
に膜の硬度が高いため、液晶材料封入時のラビング工程
による損傷が少なくこの点からも歩留りが向上する。以
上の点を顧みるに、硬質炭素膜を使用することで、低コ
スト、階調性（カラー化）、高密度ＬＣＤが実現できる
。さらにこの硬質炭素膜が炭素原子及び水素原子の他に
、周期律表第ＩＩＩ族元素、同第ＩＶ族元素、同第Ｖ族
元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、窒素
原子、酸素元素、カルコゲン系元素又はハロゲン原子を
構成元素として含んでもよい。構成元素の１つとして周
期律表第ＩＩＩ族元素、同じく第Ｖ族元素、アルカリ金
属元素、アルカリ土類金属元素、窒素原子又は酸素原子
を導入したものは硬質炭素膜の膜厚をノンドープのもの
に比べて約２〜３倍に厚くすることができ、またこれに
より素子作製時のピンホールの発生を防止すると共に、
素子の機械的強度を飛躍的に向上することができる。更
に窒素原子又は酸素原子の場合は以下に述べるような周
期律表第ＩＶ族元素等の場合と同様な効果がある。同様
に周期律表第ＩＶ族元素、カルコゲン系元素又はハロゲ
ン元素を導入したものは硬質炭素膜の安定性が飛躍的に
向上すると共に、膜の硬度も改善されることも相まって
高信頼性の素子が作製できる。これらの効果が得られる
のは第ＩＶ族元素及びカルコゲン系元素の場合は硬質炭
素膜中に存在する活性な２重結合を減少させるからであ
り、またハロゲン元素の場合は、１）水素に対する引抜
き反応により原料ガスの分解を促進して膜中のダングリ
ングボンドを減少させ、２）成膜過程でハロゲン元素Ｘ
がＣ−Ｈ結合中の水素を引抜いてこれと置換し、Ｃ−Ｘ
結合として膜中に入り、結合エネルギーが増大する（Ｃ
−Ｈ間及びＣ−Ｘ間の結合エネルギーはＣ−Ｘ間の方が
大きい）からである。これらの元素を膜の構成元素とす
るためには、原料ガスとしては炭化水素ガス及び水素の
他に、ドーパントとして膜中に周期律表第ＩＩＩ族元素
、同第ＩＶ族元素、同第Ｖ族元素、アルカリ金属元素、
アルカリ土類金属元素、窒素原子、酸素原子、カルコゲ
ン系元素又はハロゲン元素を含有させるために、これら
の元素又は原子を含む化合物（又は分子）（以下、これ
らを「他の化合物」ということもある）のガスが用いら
れる。ここで周期律表第ＩＩＩ族元素を含む化合物とし
ては、例えばＢ（ＯＣ２Ｈ５）３，Ｂ２Ｈ６，ＢＣｌ３
，ＢＢｒ３，ＢＦ３，Ａｌ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）３，（
ＣＨ３）３Ａｌ，（Ｃ２Ｈ５）３Ａｌ，（ｉ−Ｃ４Ｈ９
）３Ａｌ，ＡｌＣｌ３，Ｇａ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）３，
（ＣＨ３）３Ｇａ，（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ，ＧａＣｌ３，
ＧａＢｒ３，（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）３Ｉｎ，（Ｃ２Ｈ５
）３Ｉｎ等がある。周期律表第ＩＶ族元素を含む化合物
としては、例えばＳｉ２Ｈ６，（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＨ，
ＳｉＦ４，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ（ＯＣＨ
３）４，Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４，Ｓｉ（ＯＣ３Ｈ７）４
，ＧｅＣｌ４，ＧｅＨ４，Ｇｅ（ＯＣ２Ｈ５）４，Ｇｅ
（Ｃ２Ｈ５）４，（ＣＨ３）４Ｓｎ，（Ｃ２Ｈ５）４Ｓ
ｎ，ＳｎＣｌ４等がある。周期律表第Ｖ族元素を含む化
合物としては、例えばＰＨ３，ＰＦ３，ＰＦ５，ＰＣｌ
２Ｆ３，ＰＣｌ３，ＰＣｌ２Ｆ，ＰＢｒ３，ＰＯ（ＯＣ
Ｈ３）３，Ｐ（Ｃ２Ｈ５）３，ＰＯＣｌ３，ＡｓＨ３，
ＡｓＣｌ３，ＡｓＢｒ３，ＡｓＦ３，ＡｓＦ５，ＡｓＣ
ｌ３，ＳｂＨ３，ＳｂＦ３，ＳｂＣｌ３，Ｓｂ（ＯＣ２
Ｈ５）３等がある。アルカリ金属原子を含む化合物とし
ては、例えばＬｉＯ−ｉ−Ｃ３Ｈ７，ＮａＯ−ｉ−Ｃ３
Ｈ７，ＫＯ−ｉ−Ｃ３Ｈ７等がある。アルカリ土類金属
原子を含む化合物としては、例えばＣａ（ＯＣ２Ｈ５）
３，Ｍｇ（ＯＣ２Ｈ５）２，（Ｃ２Ｈ５）２Ｍｇ等があ
る。窒素原子を含む化合物としては、例えば窒素ガス、
アンモニア等の無機化合物、アミノ基、シアノ基等の官
能基を有する有機化合物及び窒素を含む複素環等がある
。酸素原子を含む化合物としては、例えば酸素ガス、オ
ゾン、水（水蒸気）、過酸化水素、一酸化炭素、二酸化
炭素、亜酸化炭素、一酸化窒素、二酸化窒素、三酸化二
窒素、五酸化二窒素、三酸化窒素等の無機化合物、水酸
基、アルデヒド基、アシル基、ケトン基、ニトロ基、ニ
トロソ基、スルホン基、エーテル結合、エステル結合、
ペプチド結合、酸素を含む複素環等の官能基或いは結合
を有する有機化合物、更には金属アルコキシド等が挙げ
られる。カルコゲン系元素を含む化合物としては、例え
ばＨ２Ｓ，（ＣＨ３）（ＣＨ２）４Ｓ（ＣＨ２）４ＣＨ
３，ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２ＳＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２，Ｃ２Ｈ
５ＳＣ２Ｈ５，Ｃ２Ｈ５ＳＣＨ３，チオフェン、Ｈ２Ｓ
ｅ，（Ｃ２Ｈ５）２Ｓｅ，Ｈ２Ｔｅ等がある。またハロ
ゲン元素を含む化合物としては、例えば弗素、塩素、臭
素、沃素、弗化水素、弗化炭素、弗化塩素、弗化臭素、
弗化沃素、塩化水素、塩化臭素、塩化沃素、臭化水素、
臭化沃素、沃化水素等の無機化合物、ハロゲン化アルキ
ル、ハロゲン化アリール、ハロゲン化スチレン、ハロゲ
ン化ポリメチレン、ハロホルム等の有機化合物が用いら
れる。液晶駆動ＭＩＭ素子として好適な硬質炭素膜は、
駆動条件から膜厚が１００〜８０００Å、比抵抗が１０
６〜１０１３Ω・ｃｍの範囲であることが有利である。 なお、駆動電圧と耐圧（絶縁破壊電圧）とのマージンを
考慮すると膜厚は２００Å以上であることが望ましく、
また、画素部と薄膜二端子素子部の段差（セルギャップ
差）に起因する色むらが実用上問題とならないようにす
るには膜厚は６０００Å以下であることが望ましいこと
から、硬質炭素膜の膜厚は２００〜６０００Å、比抵抗
は５×１０６〜１０１３Ω・ｃｍであることがより好ま
しい。硬質炭素膜のピンホールによる素子の欠陥数は膜
厚の減少にともなって増加し、３００Å以下では特に顕
著になること（欠陥率は１％を越える）、及び、膜厚の
面内分布の均一性（ひいては素子特性の均一性）が確保
できなくなる（膜厚制御の精度は３０Å程度が限度で、
膜厚のバラツキが１０％を越える）ことから、膜厚は３
００Å以上であることがより望ましい。また、ストレス
による硬質炭素膜の剥離が起こりにくくするため、及び
、より低デューティ比（望ましくは１／１０００以下）
で駆動するために、膜厚は４０００Å以下であることが
より望ましい。これらを総合して考慮すると、硬質炭素
膜の膜厚は３００〜４０００Å、比抵抗率は１０７〜１
０１１Ω・ｃｍであることが一層好ましい。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を説明するが、本発明はこれ
らに限定されるものではない。 実施例１ 基板としてＰＥＴを用い、本発明による耐透気化、耐透
湿化処理として、基板端面に硬質炭素膜を成膜する方法
を用いたセルを作製した（セル１と称する）。以下に作
製方法を示す。基板１にＩＴＯを８００Åマグネトロン
スパッタ法を用い堆積させた。次いでパターン化して画
素電極２を形成した。次に、能動素子として硬質炭素膜
４を使用したＭＩＭ素子を以下のように設けた。まず基
板１の画素電極２上にＡｌを蒸着法により１０００Å厚
に堆積後、パターン化して下部電極３を形成した。その
上に絶縁膜として硬質炭素膜４をプラズマＣＶＤ法によ
り１１００Å厚に堆積後、ドライエッチングによりパタ
ーン化した。更に各硬質炭素絶縁膜上にＮｉを蒸着法に
より１０００Å厚に堆積後、パターン化して上部電極５
を形成した。 次に他方の透明基板（対向基板）として同一含水量の基
板にＩＴＯをスパッタリング法により１０００Å厚に堆
積し、ストライプ状にパターン化して共通画素電極を形
成した。さらに共通画素電極を設けた逆の表面にカラー
フィルターを設けた。次に、両基板の上に配向膜として
ポリイミド膜を形成し、ラビング処理を行なった。ここ
で所定の大きさに基板をカットし、基板上の電極パター
ン、表示面にマスキングを行い、基板端面に前記と同様
の方法により硬質炭素膜を成膜した。次にこれらの基板
を各画素電極側を内側にして対向させ、ギャップ材を介
して貼合せ、更にこうして形成されたセル内に市販の液
晶材料を封入することによりカラー液晶表示装置を作っ
た。この時基板端面およびＭＩＭ素子に用いた硬質炭素
の成膜条件は、 圧　　　　　　力：０．０３　ＴｏｒｒＣＨ４流量　：
１０　ＳＣＣＭ ＲＦパワー：０．２　Ｗ／ｃｍ２ 　　　　　　温　　　　　　度：室　　　　温であった
。 実施例２ 実施例１同様の構成の硬質炭素膜を用いたＭＩＭ素子に
よる液晶表示装置に作製の工程中基板をカットし張り合
わせたところで、基板の電極部及び表示部に成膜されな
いように基板端面に有機ケイ素化合物〔（ＣＨ３）３Ｓ
ｉＯＨを塗布し１２０℃−１時間加熱を行い、続いてＡ
ｒのプラズマ中で処理を温度１２０℃、圧力０．１Ｔｏ
ｒｒで行った。〕を成膜したものを作製した（セル２と
称する）。 実施例３ 実施例１同様の構成の硬質炭素膜を用いたＭＩＭ素子に
よる液晶表示装置を作製し駆動用のＩＣを実装した後、
基板の端面に脱アセトンタイプのシリコン樹脂を塗布し
室温で硬化させた（セル３と称する）。 比較例 これら３種類の液晶表示装置と同一構成で、基板端面に
耐透気化、耐透湿化処理をしていないＭＩＭ素子による
液晶表示装置を作製した（セル４と称する）。これら４
種類の液晶表示装置を６０℃、９０％の条件下で、１０
００時間連続動作試験をおこなった。結果として図２に
示すように本発明による基板端面に耐透気化、耐透湿化
処理を行ったものでは表示特性に変化はなかった。一方
基板端面の耐透気化、耐透湿化処理を行っていないもの
では、コントラスト比の低下等の表示むらが生じた。な
お、図２の縦軸はコントラスト比、横軸は時間（単位）
である。

【００１２】

【効果】プラスチック基板の端面に耐透気化、耐透湿化
処理を行うことにより液晶表示装置の表示特性を長期間
安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ＬＣＤに用いられるＭＩＭ素子の構造を
示す斜視図である。

【図２】液晶表示装置のコントラスト劣化寿命を示すグ
ラフである。

【図３】本発明のＭＩＭ型素子の絶縁層に使用した硬質
炭素膜のＩＲ吸収法で分析した分析結果を示すスペクト
ル図である。

【図４】本発明のＭＩＭ型素子の絶縁層に使用した硬質
炭素膜をラマン分光法で分光した分析結果を示すスペク
トル図である。

【図５】ＩＲスペクトルのガウス分布を示す。

【符号の説明】

１　　基板 ２　　画素電極 ３　　下部電極 ４　　硬質炭素膜 ５　　上部電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　２枚のプラスチック基板間に液晶を挾
   持してなる液晶表示装置において、基板の端面に耐透気
   化、耐透湿化処理を施したことを特徴とする液晶表示装
   置。
2. 【請求項２】　　前記耐透気化、耐透湿化処理をおこな
   うための材料として、硬質炭素膜を用いる請求項１記載
   の液晶表示装置。
3. 【請求項３】　　前記耐透気化、耐透湿化処理をおこな
   うための材料として、有機ケイ素化合物を用いる請求項
   １記載の液晶表示装置。