JP2008158186A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 負の誘電率異方性を有する液晶を用いた表示モードおいて、電圧に対する応答特性を良好に維持しつつ、パネル開口率の向上した液晶表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 この液晶パネルの製造方法は、負の誘電率異方性を有する液晶パネルの製造方法であり、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０との間に垂直配向膜１１，２１を介して液晶層３０を封止する工程と、基板１０，２０間に電圧Ｖを印加した状態で液晶層３０の全面を露光する工程とを含む。垂直配向膜１１，２１の液晶層３０に対向する面には所定のラビング処理を施す。基板や電極に突起物やスリットを設けることなく、液晶分子３０Ａをプレチルト状態に保持することができるため、電圧応答特性を維持しつつ、パネル開口率を向上させることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、負の誘電率異方性を有する液晶層を備えた垂直配向型の液晶表示装置の製造方法に関する。

近年、液晶テレビやノート型パソコン、カーナビゲーション等の表示モニタとして、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）が多く用いられている。液晶ディスプレイは、そのパネル基板間での分子配列によって様々なモード（方式）に分類され、例えば、電圧をかけない状態での液晶分子がねじれて配向してなるＴＮ（Twisted Nematic；ねじれネマティック）モードがよく知られている。このＴＮモードでは、液晶分子が正の誘電率異方性、すなわち分子の長軸方向の誘電率が短軸方向に比べて大きい性質を有しており、基板の面に対して平行な面内において液晶分子の配向方位を順次回転させつつ、基板の面に垂直な方向に整列させた構造となっている。

この一方で、電圧をかけない状態での液晶分子が、基板の面に対して垂直に配向してなるＶＡ（Vertical Alignment）モードに対する注目が高まっている。垂直配向型のＶＡモードでは、液晶分子が負の誘電率異方性、すなわち分子の長軸方向の誘電率が短軸方向に比べて小さい性質を有しており、ＴＮモードに比べて広視野角を実現できる。

このようなＶＡモードの液晶ディスプレイでは、電圧が印加されると、基板に垂直に配向していた液晶分子が、負の誘電率異方性により、基板に対して平行な方向に倒れる（起き上がる）ように応答することにより、光を透過させる構成となっている。ところが、基板に対して垂直方向に配向した液晶分子の倒れる方向は任意であるため、液晶分子の配向方向が定まらず、電圧に対する応答特性を悪化させる要因となっていた。

そこで、光硬化性を有するモノマーを用いて液晶分子の配向方向の安定化を図った液晶表示装置の製造方法が開示されている（特許文献１，２）。特許文献１，２の方法では、一対の基板間に封止した液晶層内の液晶分子を一定方向に配向させた状態で、液晶層を露光してモノマーを硬化させることにより、液晶分子を僅かに傾けた（プレチルト）状態に保持することができる。これにより、電圧に対する応答速度が向上する。
特開２００２−３５７８３０号公報 特開２００２−２３１９９号公報

しかしながら、特許文献１，２の製造方法では、モノマーを硬化させる前に液晶分子を一定方向に配向させるための配向規制手段として、各画素内において、基板の対向面の少なくとも一方に絶縁性突起物、あるいは、電極スリット（電極のない部分）を形成している。このような構成では、例えば、ノーマリーブラックの場合、電圧印加時において、上記突起物やスリットに対応する領域が暗視野になってしまうという問題があった。このため、パネルの開口率が低下し、輝度の低下を招いていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、負の誘電率異方性を有する液晶を利用した表示モードにおいて、電圧に対する良好な応答速度を維持しつつ、パネル開口率の向上した液晶表示装置の製造方法を提供することにある。

本発明による液晶表示装置の製造方法は、対向配置される一対の基板のそれぞれの対向面に垂直配向膜を形成する工程と、垂直配向膜に、基板面内の少なくとも一つの方向にラビング処理を施す工程と、一対の基板間に、負の誘電率異方性を有すると共に硬化性材料を含む液晶層を、垂直配向膜を介して封止する工程と、一対の基板間に電圧を印加した状態で、液晶層の硬化性材料を硬化させる工程とを含むものである。

本発明による液晶表示装置の製造方法では、基板面内の少なくとも一つの方向にラビング処理が施された垂直配向膜を介して、一対の基板間に液晶層を封止することにより、液晶分子が液晶層の垂直配向膜との界面近傍において、僅かにラビングを施した方向に傾いて配向する。こののち、基板間に電圧を印加した状態で、液晶層を露光することにより、ラビング処理によって規制された配向性に基づいて、液晶分子がプレチルト状態に保持される。

本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、対向配置される一対の基板のそれぞれの対向面に垂直配向膜を形成する工程と、垂直配向膜に、基板面内の少なくとも一つの方向にラビング処理を施す工程と、一対の基板間に、負の誘電率異方性を有すると共に硬化性材料を含む液晶層を、垂直配向膜を介して封止する工程と、一対の基板間に電圧を印加した状態で、液晶層の硬化性材料を硬化させる工程とを含むようにしたので、基板や電極に対して突起物やスリット等を形成することなく、液晶分子をプレチルト状態に保持することができる。従って、電圧に対する良好な応答特性を維持しつつ、パネル開口率の向上した液晶表示装置を作製することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という。）について図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図４は、本発明の一実施の形態に係る液晶パネルの製造方法の工程を模式的に表した断面図である。この液晶パネルの製造方法は、負の誘電率異方性を有する垂直配向型の液晶表示装置の製造方法であり、ＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）基板１０とＣＦ（Color Filter；カラーフィルタ）基板２０との間に垂直配向膜１１，２１を介して液晶層３０を封止する工程と、この基板１０，２０間に電圧を印加した状態で液晶層を露光する工程とを含むものである。特に、垂直配向膜１１，２１に対して、画素内の少なくとも一方向にラビング処理を施すようにする。なお、この液晶パネルの製造方法は、基板１０，２０間に複数の画素が形成された液晶パネルについての製造方法であるが、図３，図４には、簡便化のため、図２における一つの画素Ｐについてのみ示す。また、図１〜図４および後述の図５〜図９では、ＴＦＴ基板１０やＣＦ基板２０における具体的な構成については省略している。

まず、図１に示したように、ＴＦＴ基板１０およびＣＦ基板２０の間に、所定のラビング処理を施した垂直配向膜１１，２１を介して液晶層３０を封止する。

ＴＦＴ基板１０は、ガラス基板１０Ａの表面に、例えば、マトリクス状に複数の画素電極１０Ｂを設け、これら複数の画素電極１０Ｂをそれぞれ駆動するゲート・ソース・ドレイン等を備えた複数のＴＦＴスイッチング素子、これら複数のＴＦＴスイッチング素子にそれぞれ接続された複数の信号線や走査線等を配置することにより形成する。一方、ＣＦ基板２０は、例えばガラス基板２０Ａ上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のフィルタがストライプ状に設けられたカラーフィルタ（図示せず）と、有効表示領域のほぼ全面に亘って対向電極２０Ｂを設けることにより形成する。なお、画素電極１０Ｂおよび対向電極２０Ｂは、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明性を有する電極により構成されている。

このＴＦＴ基板１０の画素電極１０Ｂ、およびＣＦ基板２０の対向電極２０Ｂの表面に垂直配向膜１１，２１を形成する。垂直配向膜１１，２１は、後述の液晶分子３０Ａを基板に対して垂直方向に配列させるための配向膜であり、例えば、垂直配向剤の塗布や、垂直配向膜を基板上に印刷し焼成することにより形成する。こののち、基板１０，２０上に形成した垂直配向膜１１，２１に対してラビング処理を施す。図２に、ＴＦＴ基板１０側の垂直配向膜１１に対するラビング処理の模式図を示す。

図２に示したように、ラビング処理は、ＴＦＴ基板１０上に形成した垂直配向膜１１の上で、例えば、ベルベット１０１等の布を巻き付けたローラ１００を所定の方向に回転させることにより行う。この際、基板面内において、ローラ１００の回転方向（ラビング方向）を、各画素内において、領域ごとに異なるようにすることが好ましい。例えば、図２に示したようにローラ１００を２つの領域で異なる方向に回転させることにより、ラビング方向Ｄ１の領域とラビング方向Ｄ２の領域が混在するようにする。

また、このようにラビング方向の異なる領域を２つ以上形成する際には、図示しないマスク等を用いて、それぞれの領域ごとにラビング処理を施すようにする。例えば、まず、垂直配向膜１１上で、一方向にラビング処理を施したのち、例えばフォトレジスト等の感光剤を塗布し、選択的な領域に対して露光することにより、レジスト材を硬化させる。次いで、レジスト材の未硬化部分を、現像液を用いて洗い流す。この後、上記ラビング方向とは異なる方向にラビング処理を施し、同様にしてフォトレジスト塗布後、選択的な領域を露光する。このような工程を複数回繰り返し、最後に硬化したレジスト材を剥離液を用いて剥離することにより、ＴＦＴ基板１０上の垂直配向膜１１に対して、ラビング方向の異なる複数の領域を形成することができる。

一方、ＣＦ基板２０の対向電極２０Ｂ上に形成する垂直配向膜２１についても、上記ＴＦＴ基板１０上の垂直配向膜１１と同様にしてラビング処理を行う。ただし、後述の液晶層３０を基板１０，２０間に封止する際に、液晶層３０の領域ごとに、垂直配向膜１１，２１におけるラビング方向が互いに異なるようにする。例えば、垂直配向型のＶＡモードでは、図１に示したように、画素内の第１領域４０Ａ、第２領域４０Ｂのそれぞれの領域で、垂直配向膜１１におけるラビング方向（Ｄ１、Ｄ２）と垂直配向膜２１におけるラビング方向（Ｄ１’、Ｄ２’）とが、互いに反対方向となるようにする。ただし、ＶＡ−ＴＮモード等、液晶パネルの表示モードによって、上下基板間の各ラビング方向が決定されるため、必ずしも基板間で互いに反対となる方向に限定される訳ではない。このため、表示モードによっては、上下の基板間で、ラビング方向が同一になるようにしてもよい。

また、後述の液晶分子３０Ａの配向方向を規制するために、ＴＦＴ基板１０およびＣＦ基板２０の表面に突起状の構造物を形成する必要はなく、また、画素電極１０Ｂおよび対向電極２０Ｂにスリット（電極を形成しない部分）を設ける必要はない。

他方、液晶層３０は、負の誘電率異方性を有する液晶（ネガ型ネマチック液晶）分子３０Ａを用いて形成する。この液晶分子３０Ａは、その長軸方向の誘電率が短軸方向よりも大きいという性質を有している。この性質により、電圧がオフのときは、液晶分子３０Ａの長軸が基板に対して垂直になるように配列し、電圧がオンになると、液晶分子３０Ａの長軸が基板に対して平行になるように傾いて配向する。また、この液晶層３０は、さらに、光硬化性を有するモノマー３０Ｂを添加して組成するようにする。光硬化性モノマー３０Ｂは、紫外光等の光が照射されることにより重合しポリマーとなることで硬化する性質を有しており、例えばＮＫエステルＡ−ＢＰ−２Ｅ（新中村化学工業（株）製）により構成されている。

このようにして形成したＴＦＴ基板１０あるいはＣＦ基板２０のどちらか一方の表面（垂直配向膜１１，２１の形成されている面）に対して、セルギャップを確保するためのスペーサ、例えばプラスチックビーズ等を散布すると共に、例えばスクリーン印刷法によりエポキシ接着剤等を用いて、シール部を印刷する。こののち、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０とを、垂直配向膜１１，２１が対向するように、スペーサおよびシール部を介して貼り合わせ、液晶層３０を注入する。その後、加熱等によりシール部の硬化を行うことにより液晶層３０を基板１０，２０間に封止する。このとき、領域（第１領域４０Ａ、第２領域４０Ｂ）ごとに、垂直配向膜１１，２１が互いに異なるラビング方向を有するように、基板１０，２０を対向させて液晶層３０を封止するようにする。

次に、図３に示したように、液晶層３０を封止した基板１０，２０間に電圧Ｖを印加した状態で液晶層３０を露光する。この際、電圧Ｖは、５〜３０Ｖ、例えば１０Ｖの大きさで印加するようにする。この電圧Ｖを印加して数秒から数分保持した後、パネル全面に対して紫外光ＵＶを照射することにより、液晶層３０内のモノマー３０Ａを硬化（重合）させ、ポリマー３０Ｃを形成する。

なお、上記工程を行ったのち、電圧を印加しない状態において、パネル全面に対して、再度紫外光ＵＶを照射する（図示せず）ようにすれば、液晶層３０に残留しているモノマー３０Ｂを低減させることができ、パネルの信頼性を向上させることができる。

以上の工程により、図４に示した液晶パネルを完成する。図４に示したように、ＴＦＴ基板１０およびＣＦ基板２０の間に垂直配向膜１１，２１を介して封止された液晶層３０内で、電圧を印加していない状態において、液晶分子３０Ａは、基板法線に対して一定の方向に傾いて配向した（プレチルト）状態となっている。この液晶分子３０Ａのプレチルト状態は、液晶層３０内において垂直配向膜１１，２１との界面に沿って硬化したポリマー３０Ｃにより保持されている。さらに、一画素内に、液晶分子３０Ａの配向方向が互いに異なる領域４０Ａ，４０Ｂを有している。特に、この液晶パネルでは、この配向方向を制御するための突起状の構造物や電極スリット等は設けられておらず、ＴＦＴ基板１０およびＣＦ基板２０、画素電極１０Ｂおよび対向電極２０Ｂは、液晶層３０に対して連続かつ平坦となっている。

次に、上記のような構成の液晶パネルの製造方法の作用・効果について説明する。

本実施の形態の液晶パネルの製造方法では、負の誘電率異方性を有する垂直配向型の液晶パネルの製造方法において、ＴＦＴ基板１０およびＣＦ基板２０上に形成した垂直配向膜１１，２１に対して、所定の方向にラビング処理を施したのち、これら垂直配向膜１１，２１の間に液晶層３０を封止することにより、液晶分子３０Ａの配向性を規制（液晶分子３０Ａを基板法線に対してごく僅かに傾けて配向させる）することができる。

また、この液晶層３０を封止した基板１０，２０間に、所定の電圧Ｖを印加することにより、液晶分子３０Ａは、ラビング処理によって規制された配向性に基づいて傾斜する。この電圧Ｖにより液晶分子３０Ａが傾斜した状態において、パネル全面に対して紫外光ＵＶを照射することにより、特に、液晶層３０の垂直配向膜１１，２１との界面近傍において、傾斜した液晶分子３０Ａの配向方向に沿ってモノマー３０Ｂが硬化してポリマー３０Ｃとなる。これにより、基板１０，２０や電極１０Ｂ，２０Ｂに対して突起物やスリットを設けることなく、液晶分子３０Ａをプレチルト状態に保持することができる。さらに、ラビング処理を、画素内の複数の領域ごとに互いに異なる方向に複数回繰り返して行うようにすれば、液晶層３０内に、配向方向の異なる（配向分割）領域を容易に形成することができる。これにより、パネルの視野角特性を向上させることができる。

ここで、図７，図８に、上記のようなラビング処理の代わりに、画素電極１００Ｂの一部にスリット４００を設けることにより液晶分子３００Ａの配向性を規制して液晶パネルを作製する際の液晶分子３００Ａの配向状態について模式的に示す。まず、液晶層３００を封止した基板１００，２００間に所定の電圧を印加すると、液晶分子３００Ａの長軸に対して斜めに電界がかかり、図８に示したように、液晶分子３００Ａは、スリット４００の直上のものを除いて、その長軸が一定方向に傾いて配向する。この状態で紫外光ＵＶをパネル全面に対して照射すると、図９に示したように、ポリマー３００Ｃにより液晶分子３００Ａがプレチルト状態に保持される。このようにして作製した液晶パネルに、駆動電圧が印加されると、図１０に示したように、スリット４００の直上の液晶分子３００Ａは基板１００，２００に対して垂直に配向したままであるため、スリット４００の近傍の領域では、液晶分子３００Ａがほとんど傾斜せず、ノーマリーブラックの場合、このスリット４００に対応する領域において暗視野となってしまう。

これに対し、本実施の形態による製造方法によって作製された液晶パネルでは、図５に示したように、駆動電圧が印加されると、液晶分子３０Ａは、領域４０Ａ，４０Ｂごとに、一定の方向に倒れて応答する。このとき、画素内の各領域４０Ａ，４０Ｂにおいて、各液晶分子３０Ａの傾斜角の大きさは一様に揃っており、領域によって液晶分子３０Ａの傾斜角にばらつきが生じることがない。従って、電圧に対する良好な応答特性を維持しつつ、突起物や電極スリット等に起因する局部的な暗視野が解消され、パネル開口率の向上した液晶パネルを製造することができる。

（変形例）
以下、本実施の形態に係る液晶パネルの製造方法の変形例について説明する。

図６は、本変形例に係る液晶パネルの製造方法の工程の一部を模式的に表した断面図である。この製造方法は、本実施の形態に係る液晶パネルの製造方法において、ＴＦＴ基板１０およびＣＦ基板２０の間に、所定のラビング処理を施した垂直配向膜１１，２１を介して液晶層３０を封止する工程の後、電圧Ｖを印加した状態で液晶層３０を露光する工程の前に、液晶層３０に対して所定の方向に磁場Ｈを印加する工程を含むものである。

この磁場Ｈを印加する工程では、上記ラビング処理によって規制された液晶分子３０Ａの配向方向に沿って、磁場Ｈを印加する。例えば、基板１０，２０間に、相反するラビング方向Ｄ１，Ｄ１’でラビング処理の施された垂直配向膜１１，２１を介して封止した液晶層３０に対して、磁場Ｈを印加する場合には、図６に示したようにパネルを磁場下に配置し、基板法線に対して傾斜する液晶分子３０Ａの長軸方向に、磁場Ｈを印加するようにする。ただし、このとき、磁場Ｈの印加方向と、基板１０，２０の法線との角度αは、ラビング処理によって規制された液晶分子３０Ａの傾斜角度と完全に同一である必要はなく、０°＜α＜９０°の範囲であればよい。なお、磁場Ｈを印加した状態で電圧Ｖを印加するようにしてもよく、あるいは、磁場Ｈを印加した後、一旦磁場Ｈ下からパネルを取り出して電圧Ｖを印加するようにしてもよい。

このように、基板１０，２０間に、所定のラビング処理を施した垂直配向膜１１，２１を介して液晶層３０を封止した後、基板１０，２０間に電圧Ｖを印加した状態で液晶層３０を露光する前に、液晶層３０に対して磁場Ｈを所定の角度方向に印加することにより、ラビング処理だけでは規制しきれない局所的に生じる配向性の僅かなばらつき等を補正することができ、液晶分子３０Ａに対して、より精度良く配向性を付与することができる。

次に、本実施の形態の実施例について説明する。

（実施例）
実施例として、次のようにして液晶パネルを作製した。ＴＦＴ基板、１５μｍ幅のゲート線、１２μｍ幅のデータ線、２０μｍ幅の蓄積キャパシタおよび画素電極を有するアレイ基板、カラーフィルタ、対向電極および４μｍのスペーサ突起物を有するカラーフィルタ基板、それぞれに対して垂直配向膜を塗布し、ベルベットを巻いたロールでラビング処理を施した。こののち、ラビング処理を施した各々の基板上にレジスト材（例えば、東京応化工業（株）製、TFR-970 PM 9CP）を塗布し、高温処理による溶剤除去後、所定の開口パターンを有するマスクを介して露光し、現像液（例えば、東京応化工業（株）製、NMD-3）で基板上の未硬化部分を洗い流した。次いで、所定のレジスト材のパターンを有する基板に対して初回とは異なる方向にラビング処理を行い、剥離液（例えば、東京応化工業（株）製、剥離液 106）にて硬化したレジスト材を剥離した。このようなラビング処理を施した垂直配向膜を対向させるように基板どうしを貼り合わせ、光硬化性モノマーを添加した液晶組成物を滴下注入後、シールの硬化を行った。このようにして作製した液晶パネルに１０Ｖの電圧を印加して、数秒から数分保持後パネル全面に対して露光することで液晶組成物中に含有される光硬化性モノマーを重合させた。その後、電圧無印加時においてパネル全面に紫外線照射することで、残留するモノマーを低減させた。

実施例の液晶パネルの比較例として、画素電極および対向電極に幅１０μｍ、間隙５０μｍのスリット部を有すること以外は、上記実施例と同様にして液晶パネルを作製した。実施例の液晶パネルと比較例の液晶パネルとを、開口率の面で比較すると、実施例の液晶パネルでは、比較例の開口率を２２％程度向上させることができた。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、ラビング方向の異なる領域を２つ形成する場合について説明したが、これに限られずラビング方向が互いに異なる領域を３つ以上形成するようにしてもよい。あるいは、画素内で一方向のみにラビング処理を行うようにしてもよい。

本発明の一実施の形態に係る液晶パネルの製造方法を説明するための断面模式図である。 図１に続く工程を説明するための断面模式図である。 図２に続く工程を説明するための断面模式図である。 図１〜図３の工程により作製した液晶パネルの断面模式図である。 本発明の一実施の形態に係る液晶パネルの駆動時における液晶分子の配向状態を表した断面模式図である。 本発明の変形例に係る製造方法を説明するための断面模式図である。 従来の液晶パネルの製造方法を説明するための断面模式図である。 図７に示した製造方法により作製した液晶パネルの断面模式図である。 従来の液晶パネルの駆動時における液晶分子の配向状態を表した断面模式図である。

符号の説明

１…電圧印加手段、２…磁場印加手段、１０…ＴＦＴ基板、１０Ａ…ガラス基板、１０Ｂ…画素電極、１１，２１…垂直配向膜、２０…ＣＦ基板、２０Ａ…カラーフィルタ、２０Ｂ…対向電極、３０…液晶層、３０Ａ…液晶分子、３０Ｂ…光硬化性モノマー、３０Ｃ…ポリマー、４０Ａ…第１領域、４０Ｂ…第２領域、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１’，Ｄ２’…ラビング方向、ＵＶ…紫外光。

Claims (4)

1. 対向配置される一対の基板のそれぞれの対向面に垂直配向膜を形成する工程と、
   前記垂直配向膜に、基板面内の少なくとも一つの方向にラビング処理を施す工程と、
   前記一対の基板間に、負の誘電率異方性を有すると共に硬化性材料を含む液晶層を、前記垂直配向膜を介して封止する工程と、
   前記一対の基板間に電圧を印加した状態で、前記液晶層の硬化性材料を硬化させる工程とを含む
   ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 前記ラビング処理を、画素内の複数の領域で互いに異なる方向に施す
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
3. 前記ラビング処理を一の方向に施したのち、各画素内の少なくとも一部領域をマスクした状態で、さらに前記一の方向とは異なる方向にラビング処理を施し、前記マスクを除去する
   ことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置の製造方法。
4. 前記一対の基板間に電圧を印加する前に、前記一対の基板間に封止した液晶層に、前記一対の基板の法線に対して所定の角度を有する方向に磁場を印加する
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。

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