JPH0470818A - 高誘電性膜及びその形成方法並びにその高誘電性膜を用いた液晶表示パネル - 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】 〔概　要〕 高誘電性膜及びその形成方法並びにその高誘電性膜を用
いた液晶表示パネルに関し、 高い誘電率を有し、かつ液晶配向機能を備えた高誘電性
膜とその形成方法並びにその高誘電性膜を液晶表示パネ
ルの配向膜に用いることにより、しきい値電圧に対する
該配向膜の膜厚分布の影響を低減して表示むらを減少す
ることを目的とし、ポリイミド系高分子材料に、咳高分
子材料よりも高誘電率なセラミックスを混入した高誘電
性膜を構成する。

またポリイミド系高分子材料と該高分子材料よりも高誘
電率なセラミックスとを、真空蒸着法、スパッタ法等の
薄膜形成法により混合した状態に成膜して、ポリイミド
系高分子膜中に前記セラミックスを混入した高誘電性膜
を形成する構成とする。

更にポリイミド系高分子材料に該ポリイミド系高分子材
料よりも高誘電率なセラミックス粉末を混合し、その混
合した複合材料を厚膜形成法により成膜して高誘電性膜
を形成する構成とする。

更に、それぞれ内面に液晶の配向規制を行う配向膜で覆
われた表示用の透明電極を備えた一対の基板を、液晶を
挟んで対向配置した構成の液晶表示パネルにおいて、前
記配向膜を、ポリイミド系高分子膜中に前記セラミック
スを混入した高誘電性膜、または咳高誘電性薄膜と、そ
の上に積層したポリイミド系高分子薄膜との二層膜構造
により構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、高誘電性膜及びその形成方法並びにその高誘
電性膜を、液晶の配向を規制する配向膜として用いた液
晶表示パネルに関するものである。

各種表示装置、或いは表示部を有する入出力装置等に用
いられる液晶表示パネル、特に近来、実用化の盛んな大
面積で、かつ高精細な表示を行うＳ　Ｔ　Ｎ　（Ｓｕｐ
ｅｒ　Ｔｉｖｉｓｔｅｄ　Ｎｅｎ＋ａｔｉｃ）型の液晶
表示パネルにおいては、液晶の配向規制力が高い配向膜
を用いて表示品質を均一化することが大きな課題となっ
ている。

〔従来の技術〕

従来の液晶表示パネルは第７図に示すように、一対のガ
ラス基板１．２の内面にそれぞれ表示用透明電極３．４
と、該透明電極３，４上に液晶を配向規制するポリイミ
ド系高分子材からなる配向膜５．６が被覆された状態に
配設され、かつその配向膜５，６の表面にはラビング処
理が施されている。そして上記した構成の一対のガラス
基板ｌと２は該基板間の間隔を規制するスペーサ７を介
し、かつ液晶８を挟んで対向配置した構成とされている
。

なお、上記した配向膜５（６）は、スピンコード法、或
いは印刷法等により、前記透明電極３（４）が配設され
たガラス基板１（２）上にポリイミド前駆体溶液、即ち
ポリアミック酸溶液を所定の膜厚に均一に塗布し、その
塗布膜をクリーン・オーフン、またはホットプレートに
より１８０〜２５０°Ｃに均一に加熱・焼成することに
より、ポリイミドからなる配向膜を形成している。

上述のような形成方法によって、例えば１０インチの大
きさのガラス基板上にポリイミドからなる配向膜を形成
した場合、その膜厚のバラツキは１０％程度に抑えられ
ている。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで高精細の液晶パネルにおける電圧−透過率特性
は、電圧の変化に対する透過率の変化が急峻であること
が要求される。

しかし、従来の高精細な液晶パネルでは、そのような電
圧の僅かな変化に対して透過率が大きく変化することか
ら、液晶に実効的にかかる電圧がばらつくことにより透
過率が急峻に変化するしきい値もばらつき、このしきい
値のばらつきに起因して表示むらが生しる問題がある。

従来のポリイミド配向膜５（６）の誘電率εは３．０〜
３．５程度と小さいため、該配向膜５（６）での電圧降
下が生じ、またその配向膜５（６）の膜厚分布がしきい
値のバラツキの原因となっていた。

しきい値のバラツキを小さくする方策としては、配向膜
の膜厚変動の低減、高誘電率化により電圧降下を減少さ
せることが考えられるが、かねてより用いられているス
ピンコード法、或いは印刷法等の配向膜形成法では、膜
厚の均一化に限界がある。

そこで高誘電率の配向膜を用いて、膜厚分布の影響を少
なくするため、有機高分子材料で誘電率が１０以上と大
きい、ポリ弗化ビニリデンや弗化ビニリデンとトリフル
オロエチレンの共重合体などの強誘電ポリマーを配向膜
として適用することも考えられるが、該強誘電ポリマー
は配向膜本来の役割である液晶分子を配列させる機能の
点が不十分であり、そのままでは実用に供することがで
きないといった難点があった。

本発明は上記した従来の問題点を解決するため、高い誘
電率を有し、かつ液晶配向機能を備えた高誘電性膜とそ
の形成方法並びにその高誘電性膜を液晶表示パネルの配
向膜に用いることにより、しきい値電圧に対する該配向
膜の膜厚分布の影響を低減して表示むらを減少した液晶
表示パネルとを提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記した目的を達成するため、ポリイミド系高
分子材料に、咳高分子材料よりも高誘電率なセラミック
スを混入した高誘電性膜を構成する。

またポリイミド系高分子材料と咳高分子材料よりも高誘
電率なセラミックスとを、真空蒸着法、スパッタ法等の
薄膜形成法により混合した状態に成膜して、ポリイミド
系高分子膜中に前記セラミックスを混入した高誘電性膜
を形成する構成とする。

更にポリイミド系高分子材料に該ポリイミド系高分子材
料よりも高誘電率なセラミックス粉末を混合し、その混
合した複合材料を厚膜形成法により成膜して高誘電性膜
を形成する構成とする。

更に、それぞれ内面に液晶の配向規制を行う配向膜で覆
われた表示用の透明電極を備えた一対の基板を、液晶を
挟んで対向配置した構成の液晶表示パネルにおいて、前
記配向膜を、ポリイミド系高分子膜中に前記セラミック
スを混入した高誘電性膜、または該高誘電性薄膜と、そ
の−Ｆに積層したポリイミド系高分子薄膜との二層膜構
造により構成する。

〔作　用〕

本発明ではポリイミド系高分子材料、即ちポリイミドに
、そのポリイミドよりも高い誘電率を有するＡ２□０．
〔ε：９．８］　、Ｐ　ＺＴ　（ジルコン・チタン酸鉛
、Ｐｂ（Ｚｒ−Ｔｉ）０３．　　ε：４００以上〕、或
いはＰＬＺＴ（ランタン・ジルコン・チタン酸鉛、　Ｐ
ｂ（ＬａＺｒ−Ｔｉ）（ｈ、　　ｅ　：４５０以上〕等
のセラミックスを２０〜５０体積％程度混合した膜を構
成することにより、誘電率εが５．０〜７．０からなり
、かつ液晶分子の配向機能を備えた高誘電性膜が得られ
る。

また、このような高誘電性膜は、基板上にポリイミドの
構成成分と上記セラミックスとを真空蒸着法、またはス
パッタ法等により、該セラミックスが２０〜５０容量％
程度混合した状態に被着し、成膜する形成方法、或いは
ポリイミドの前駆体溶液（ポリアミック酸溶液）と上記
セラミックスの粉末を２０〜５０容量％程度混合し、こ
の混合した複合ペーストをスピンコード法、或いは印刷
法等により基板上に塗布し、この塗布膜を加熱焼成する
形成方法により容易に得ることができる。

更に、上記した形成方法により得られる高誘電性膜を液
晶表示パぶルの配向膜に通用することによって、該配向
膜の膜厚のばらつきにより影響するしきい値電圧の変動
を１７２以下に抑えることができ、また電圧降下が減少
するので、表示むらが著しく低減され、かつ駆動電圧を
下げた液晶表示パネルを得ることができる。

［実施例〕 以下図面を用いて本発明の実施例について詳細に説明す
る。

第１１１Ｚは本発明に係る高誘電性膜とその形成方法の
第１実施例を共に説明するための蒸着装置の構成図であ
る。

本実施例は、複数の蒸着源を用いた蒸着法の一種である
蒸着重合法により有機高分子材料とセラミックスとを基
板面に蒸着する方法であって、例えば図示のように蒸着
装置ｌｌ内にポリイミド系高分子材料、即ちポリイミド
の主成分である粉末状の二無水ピロメリット酸からなる
第１蒸着＃１２ａと４．４′〜ジアミノシフニルからな
る第２蒸着源１２ｂ及び前記ポリイミドよりもｍＮ率ε
の高いセラミックス、例えば粉末状のＡｆｚ０３（誘電
率ε：９．８）からなる第３蒸着源１２ｃとを設置し、
またこれら三つの蒸着源１２ａ、　１２ｂ、　１２ｃに
対向する基板支持体１３にガラス基板１４を配置する。

そしてかかる装置ｌｌ内を例えば８　Ｘ　１０−６Ｔｏ
ｒｒ程度の真空度となるように排気した後、前記二無水
ピロメリット酸からなる第１蒸着源１２ａと４．４゛−
ジアミノシフニルからなる第２蒸着５１２ｂとをそれぞ
れ１５０±２°Ｃに加熱して蒸発させ、前記ガラス基板
１４面に被着重合させると同時に、前記Ａ２□０３から
なる第３蒸着源１２ｃを電子ビームの照射加熱により蒸
発させることにより前記被着重合面に順次被着混合され
る。

この時、前記Ａｌｚｏ３からなる第３蒸着源１２ｃの原
発速度を制御することにより、ポリイミド重合膜中に５
０体積％のＡ　ｆ　２０．微粒子が分散混合された誘電
率εが５．０で、かつ液晶分子の配向機能を有するセラ
ミック有機高分子複合体からなる高誘電性薄膜を形成す
ることができる。

なお、前記圧つの仄着源１２ａ、　１２ｂ、　１２ｃを
同時に蒸発させる方法の他に、二無水ビロメリント酸及
び４．４”−ジアミノシフニルからなる二つの芸着源１
２ａ、１２ｂとＡ　１．　ｚｏ３からなる蒸着源１２ｃ
とを交互に原発させて、対向するガラス基板１４面に被
着重合させるようにしてもよく、上記の方法と同様なセ
ラミンク有機高分子複合体からなる高誘電性薄膜を形成
することができる。

また、第２図は本発明に係る高誘電性膜の形成方法の第
２実施例を説明するためのスパッタ装置の構成図である
。

本実施例では、スパッタ装置の反応室２１内の一部にポ
リイミドの主成分である例えば二無水ピロメリット酸と
４，４゛−ジアミノシフニルの二つのポリマー原発源２
２を収容する。

ターゲット電極２３には、例えばＰＬＺＴ（ランタン・
ジルコン・チタン酸鉛［Ｐｂ（Ｌａ−Ｚｒ−Ｔｉ）Ｏｉ
誘電率ε：４５０以上］からなる強誘電性のセラミック
スターゲット２４と、該セラミックスターゲット２４と
対向する基板支持体２５にガラス基板２６を配置し、か
かる反応室２１内を一旦、高真空に一端排気した後、ア
ルゴン（Ａｒ）ガスをｌＯｎ＋Ｔｏｒｒのガス圧となる
ように導入する。

そして前記ポリマー蒸発６２２を加熱蒸発、若しくは該
ポリマーをガス状にしてガラス基板２６側へ供給して前
記ガラス基板２６面に被着重合させると同時に、前記セ
ラミックスターゲット２４に２．０〜２．２Ｗ／ｃｍ”
の高周波電力を供給して前記セラミ。

クスターゲット２４をスパッタさせ、ポリイミド重合膜
中に５０体積％のＰＬＺＴからなるセラミックス微粒子
を分散混合した膜を被着することによって、誘電率εが
６．０程度で、かつ液晶分子の配向機能を有するセラミ
ック有機高分子複合体からなる高誘電性薄膜を形成する
ことができる。

更に、第３図は本発明に係る高誘電性膜の形成方法の第
３実施例を説明するだめのスパッタ装置の構成図である
。

本実施例が第２図による実施例と異なる点は、スパッタ
ｇｌの反応室３１内の二つのターゲット電極３２．３３
に、図示のように重合済みのポリイミトターゲソト３４
と、該ポリイミドよりも誘電率εの高い、例えばＰＬＺ
ＴＣ誘電率ε：４５０以上〕からなるセラミックスター
ゲット３５とをそれぞれ配置すると共に、その両ターゲ
７　ト３４．３５と対向する基板支持体３６に複数枚の
ガラス基板３７．３８を配置し、かつこれらのガラス基
板３７．３８を基板支持体３６と共に、回転モーター３
９により回転させた状態で、前記ポリイミドターゲント
３４とＰＬＺＴからなるセラミックスターゲット３５と
に同時に高周波電力を供給してスパッタを行い、ポリイ
ミド中にＰＬＺＴからなるセラミックス微粒子を分散混
合した膜を被着する方法である。

この実施例の方法により、セラミックスのスパッタ量を
制御して前記ガラス基板３７．３８面にポリイミド中に
２０体積％のＰＬＺＴからなるセラミンクス微粒子を分
散混合した膜を被着した場合、誘電率εが６．０程度で
、かつ液晶分子の配向機能を有するセラミック有機高分
子複合体からなる高誘電性薄膜を形成することができる
。

更に、第４図は本発明に係る高誘電性膜の形成方法の第
４実施例を説明するためのスパッタ装置の構成図である
。

本実施例が第２図による実施例と異なる点は、スパッタ
装置の反応室４１内の単数のターゲット電極４２に、ポ
リイミドと該ポリイミドよりも誘電率の高いセラミック
ス材料、例えばＡ１．ＺＯ３，ＰＺＴＰＬＺＴの他に、
チタン酸バリウム、チタン酸鉛等のセラミックスの適量
を混合一体化した混合ターゲット４３を設置すると共に
、該混合ターゲ・ント４３と対向する基板支持体４４に
ガラス基板４５を配置し、この混合ターゲット４３に所
定の高周波電力を供給してスパッタを行い、ポリイミド
中に前記セラミックス微粒子が分散混合された膜を被着
する方法である。

この実施例の方法によっても前記第２図及び第３図によ
る実施例と同様に、誘電率εが６．０程魔で、かつ液晶
分子の配向機能を有するセラミック有機高分子複合体か
らなる高誘電性薄膜を形成することができる。

更に、本発明に係る高誘電性膜の形成方法の第５実施例
としては、ポリイミド前駆体溶液、例えばポリアミック
酸溶液（日産科学製：サンエハー６１０）に、平均粒径
が０．０５μＩのチタン酸バリウム（ＢａｚＴｉＯａ）
からなるセラミックスの微粉末を２０−ｔ％混合し、こ
の混合ペーストをスピンコード法により該混合ペースト
の粘度及びスピン速度等を調整・制御してガラス基板上
に所定の膜厚となるように塗布した後、約２５０°Ｃで
焼成することによって誘電率εがポリイミドの約２．５
倍の７程度で、かつ液晶分子の配向機能を有するセラミ
ック有機高分子複合体からなる高誘電性膜を形成するこ
とができる。

なお、上記セラミックス材料として、チタン酸バリウム
（ＢａｚＴｉ０４）の他に、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ＋
）　。

チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ：＋）　、ニオブ
酸鉛（ＰｂＮｂ０３）、ＰＺＴ、ＰＬＺＴなどに代表さ
れる強誘電性セラミックスを用いることができる。

第５図は本発明に係るセラミック高分子複合体からなる
高誘電性膜を配向膜として用いた液晶表示パネルの一実
施例を説明するだめの構成図である。

図において、５１＆び５２は内面に表示用透明電極５３
及び５４が形成された一対のガラス基板であり、その各
ガラス基板５１５２に設けた透明電極５３及び５４上に
、例えばポリイミドの主成分である二無水ピロメリット
酸と４．４°−ジアミノシフニルの二つのポリマーとＰ
ＬＺＴ［ランタン・ジルコン・チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｌａ
−Ｚｒ−Ｔｉ）０３．誘電率ε：４５０以上〕からなる
高誘電性のセラミックスとを同時にスパッタさせて、ポ
リイミド重合膜中に５０体積％のＰＬＺＴからなるセラ
ミックス微粒子が分散混合したセラミック有機高分子複
合体の膜を形成する前記第３図により説明した第３実施
例の形成方法によって高誘電性薄膜からなるｔｏｏｏ人
の膜厚の配向膜５５．５６を設ける。

またはポリイミド前駆体溶液であるポリアミック酸溶液
に、チタン酸バリウム（ＢａｚＴｉＯａ）からなるセラ
ミックスの微粉末を２０−ｔ％混合し、この混合ペース
トをスピンコード法により塗布した後、約２５０°Ｃで
焼成して、ポリイミド中にＢａ、ＴｉＯ４からなるセラ
ミックス微粒子を２０し％だけ分散混合したセラミンク
有機高分子複合体の膜を形成する前記第５実施例の形成
方法によって、高誘電性膜からなる６００人の膜厚の配
向膜５５．５６を設ける。

そしてその各配向膜５５．５６をラビング処理した後、
かかるガラス基板５１５２はスペーサ５７を介して貼り
合わされ、該スペーサ５７により規制された空隙に液晶
５８が充填されたパネル構成としている。

このような構成の液晶表示パネルにあっては、配向膜５
５．５６として、従来より配向膜に用いられていたポリ
イミドをヘースにして、これに誘電率の高いセラミック
スを混合しているため、液晶分子の配向機能を有し、か
つ誘電率εがポリイミドの約２．０〜２．５倍の６〜７
程度に高めることができるので、該配向膜５５．５６の
膜厚のばらつきによるしきい値電圧の変動が１７２以下
に抑えられ、また電圧降下が減少するので、表示むらが
著しく低減される。

なお、ポリイミド中にセラミ・ンクス微粉末を分散混合
した塗膜を焼成して形成したセラミ・ンク有機高分子複
合体の高誘電性膜からなる配向膜の表面は相対的に微小
な凹凸面となり易いので、焼成後にダイヤモンドペース
ト等を用いた研磨仕上処理により平滑化するようにして
も良い。

また、第６図は本発明に係るセラミ・ンク高分子複合体
からなる高誘電性膜を配向膜として用いた液晶表示パネ
ルの他の実施例を説明するための構成図であり、第５図
と同等部分には同一符号を付している。

この図で示す実施例が第５図の例と異なる点は、各ガラ
ス基板５１．５２に設けた表示用透明電極５３及び５４
上に設けた配向膜６１として、例えばポリイミド中に２
０１４　ｔ％のＢａｚＴｉ０４等からなるセラミ・ンク
ス微粒子を分散混合したセラミック有機高分子複合体か
らなる６００人の膜厚の高誘電性薄膜６２と、その上に
液晶分子の配向機能を有するポリイミド系高分子薄膜、
例えば１００人の膜厚のポリイミド薄膜６３を積層した
二層膜構造としたことである。

この実施例構成によっても前記第５図による実施例構成
と同様な効果が得られると共に、前記配向膜６１の表面
平滑度の向上と液晶分子の配向力か強められる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明に係る高誘電性
膜とその形成方法によれば、ポリイミド系高分子膜に該
ポリイミド系高分子膜よりも誘電率の高いセラミックス
を分散・混合した複合薄膜とすることにより、液晶分子
の配向機能を有し、かつ誘電率の高い高誘電性膜が容易
に得られる。

また、かかる高誘電性膜を液晶表示パネルの配向膜とし
て用いることにより、しきい値電圧に対する配向膜の膜
厚分布の影響を著しく少なくすることができ、表示ムラ
の極めて少ない低駆動電圧の液晶表示パネルを実現する
ことが可能となる優れた利点を有する。

従って、高精細な表示を行うＴＮ型、或いはＳＴＮ型の
液晶表示パネルに適用して極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高誘電性薄膜とその形成方法の第
１実施例を共に説明するため の蒸着装置の構成図、 第２図は本発明に係る形成方法の第２実施例を説明する
ためのスパッタ装置の構成図、第３図は本発明に係る形
成方法の第３実施例を説明するためのスパッタ装置の構
成図、第４図は本発明に係る形成方法の第４実施例を説
明するためのスパッタ装置の構成図、第５図は本発明に
係る高誘電性膜を配向膜として用いた液晶表示パネルの
一実施例を 示す構成図、 第６図は本発明に係る高誘電性薄膜を配向膜ととして用
いた液晶表示パネルの他の実 施例を示す構成図、 第７回は従来の液晶表示パネルを説明するための構成図
である。 第１図〜第６図において、 １１は蒸着装置、１２ａは第１蒸着源、１２ｂは第２蒸
着源、１２ｃは第３蒸着源、１３，２５３６．４４は基
板支持体、１４．２６，３７，３８，４５．５１５２は
ガラス基板、２Ｌ３１．４１は反応室、２２はポリマー
蒸発源、２３．３２，３３．４２はクーゲット電極、２
４．３５はセラミックスターゲット、３４はポリイミド
ターゲット、３９は回転モーター、４３は混合ターゲッ
ト、５３、５４は透明電極、５５．５６は配向膜、５７
はスペーサ、５８は液晶、６１νま二層膜構造の配向膜
、６２は高誘電性薄膜、６３はポリイミド薄膜をそれぞ
れ示す。 →動水 第５図 シタ和水 第 図 第７凶

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリイミド系高分子材料に、該高分子材料よりも
   高誘電率なセラミックスを混入してなることを特徴とす
   る高誘電性膜。
2. （２）ポリイミド系高分子材料と、該高分子材料よりも
   高誘電率なセラミックスとを薄膜形成法により混合した
   状態に成膜して、ポリイミド系高分子膜中に前記セラミ
   ックスを混入した高誘電性膜を形成するようにしたこと
   を特徴とする高誘電性膜の形成方法。
3. （３）前記薄膜形成法が、真空蒸着法、またはスパッタ
   法であることを特徴とする請求項２記載の高誘電性膜の
   形成方法。
4. （４）ポリイミド系高分子材料に該ポリイミド系高分子
   材料よりも高誘電率なセラミックス粉末を混合し、その
   混合した複合材料を厚膜形成法により高誘電性膜を形成
   するようにしたことを特徴とする高誘電性膜の形成方法
   。
5. （５）それぞれ内面に液晶（５８）の配向規制を行う配
   向膜（５５、５６）で覆われた表示用の透明電極（５３
   、５４）を備えた一対の基板を、液晶を挟んで対向配置
   した構成の液晶表示パネルにおいて、 前記配向膜（５５、５６）が、請求項２、または３記載
   の形成方法により得られる高誘電性膜からなることを特
   徴とする液晶表示パネル。
6. （６）前記配向膜（６１）が、請求項２、または３記載
   の形成方法により得られる高誘電性膜薄膜（６２）と、
   その上に積層したポリイミド系高分子薄膜（６３）との
   二層膜構造からなることを特徴とする請求項５記載の液
   晶表示パネル。