(57)【要約】【課題】配向膜の部分の配向性を向上させた液晶パネルセルを提供する。【解決手段】一対の基板に液晶を狭持してなる液晶パネルセルの製造方法であって、(ａ)前記一対の基板の一方の基板上に配向膜を形成する工程、(ｂ)前記配向膜上に、分子骨格にメソゲン構造を有し両端に熱又は紫外線で反応する反応基を有する樹脂材料を有機溶剤で希釈した溶液を塗布する工程、(ｃ)前記塗布された溶液から前記有機溶剤を室温で蒸発させて前記配向膜上に前記樹脂材料を析出させ、前記配向膜より高い配向性を有する高配向性膜を形成する工程、及び(ｄ)上記と同様の工程により配向膜及びその上に高配向性膜が形成された他方の基板を、双方の前記高配向性膜が対向するように重ね合わせ両者を接着する工程を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板に液晶を狭持してなる液晶パネルセルであって、
前記一対の基板が、配向膜及び前記配向膜上に形成された高配向性膜を有し、それら基板が互いに前記高配向性膜が対向するように液晶を介して配置され、
前記高配向性膜は、分子骨格にメソゲン構造を有し両端に熱又は紫外線で反応する反応基を有する樹脂材料よりなり、前記配向膜より高い配向性を有する、
ことを特徴とする液晶パネルセル。
【請求項２】
前記対向する一対の基板間に、ボールスペーサが介在することを特徴とする請求項１記載の液晶パネルセル。
【請求項３】
前記対向する一対の基板のうちの一方の基板上の配向膜及び高配向性膜が、カラムスペーサを介して形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶パネルセル。
【請求項４】
前記樹脂材料が、メソゲンを含む樹脂のメソゲンの部分がビフェニルを含有する樹脂であることを特徴とする請求項１記載の液晶パネルセル。
【請求項５】
前記樹脂材料が結晶性エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項４記載の液晶パネルセル。
【請求項６】
前記樹脂材料の分子がその分子の両端にグリシジルエーテルを有することを特徴とする請求項１又は５記載の液晶パネルセル。
【請求項７】
一対の基板に液晶を狭持してなる液晶パネルセルの製造方法であって、
(ａ)前記一対の基板の一方の基板上に配向膜を形成する工程、
(ｂ)前記配向膜上に、分子骨格にメソゲン構造を有し両端に熱又は紫外線で反応する反応基を有する樹脂材料を有機溶剤で希釈した溶液を塗布する工程、
(ｃ)前記塗布された溶液から前記有機溶剤を室温で蒸発させて前記配向膜上に前記樹脂材料を析出させ、前記配向膜より高い配向性を有する高配向性膜を形成する工程、及び
(ｄ)上記と同様の工程により配向膜及びその上に高配向性膜が形成された他方の基板を、双方の前記高配向性膜が対向するように重ね合わせ両者を接着する工程
を含むことを特徴とする液晶パネルセルの製造方法。
【請求項８】
工程(ｃ)の後、ボールスペーサが高配向性膜上に散布されることを特徴とする請求項７記載の液晶パネルセルの製造方法。
【請求項９】
工程(ａ)おいて、前記一方の基板上に配向膜がカラムスペーサを介して形成されることを特徴とする請求項７記載の液晶パネルセルの製造方法。
【請求項１０】
前記樹脂材料が、メソゲンを含む樹脂のメソゲンの部分がビフェニルを含有する樹脂であることを特徴とする請求項７記載の液晶パネルセルの製造方法。
【請求項１１】
前記樹脂材料が結晶性エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１０記載の液晶パネルセルの製造方法。
【請求項１２】
前記樹脂材料の分子がその分子の両端にグリシジルエーテルを有することを特徴とする請求項７又は１１記載の液晶パネルセルの製造方法。
【請求項１３】
工程(ａ)の後に、前記配向膜を、ラビング、ＵＶ照射及びイオンビームの中の１つを利用して配向を行うことを特徴とする請求項７記載の液晶パネルセルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子の液晶パネルセル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一対のガラス基板(薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)又はカラーフィルタが設けられている)の一方の基板上にポリイミド(ＰＩ)を塗布し、塗布されたＰＩ膜を布等で擦るラビング法、又はＵＶ光又はイオンビームの照射による非接触配向法により配向処理を行い配向膜を形成し、その上にスペーサボールを散布し、基板周縁には接着剤を塗布してシーラントを形成し、次いで、同様にして配向膜が形成されたもう一方のガラス基板と重ね合わせて、加圧固定の後、加熱又はＵＶ光照射により接着させ、その後、液晶を注入して形成される液晶表示素子がある。
【０００３】
しかしながら配向膜を形成する際、ラビング法では、ラビング時に用いられた特殊な形態の布から微細粒子または繊維が離脱して配向膜を汚染する場合があり、またラビング時に発生する静電気により薄膜トランジスタに損傷を与える問題があった。
【０００４】
この問題を解決するために、ほこりや静電気を発生させない光配向方法が開発された。この方法は非破壊的な配向方法であり、偏光された光が光配向膜に照射されれば非等方性光重合が起こって光配向膜が配向性を有するようになり、液晶が均一に配向するというものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来の配向膜は、配向膜自体の配向性を向上させたものではない。
【０００６】
この発明は、配向膜の部分の配向性そのものを向上させた液晶パネルセル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】
【０００７】
この発明は、一対の基板に液晶を狭持してなる液晶パネルセルであって、前記一対の基板が、配向膜及び前記配向膜上に形成された高配向性膜を有し、それら基板が互いに前記高配向性膜が対向するように液晶を介して配置され、前記高配向性膜は、分子骨格にメソゲン構造を有し両端に熱又は紫外線で反応する反応基を有する樹脂材料よりなり、前記配向膜より高い配向性を有する、ことを特徴とする液晶パネルセルにある。
【０００８】
また、一対の基板に液晶を狭持してなる液晶パネルセルの製造方法であって、(ａ)前記一対の基板の一方の基板上に配向膜を形成する工程、(ｂ)前記配向膜上に、分子骨格にメソゲン構造を有し両端に熱又は紫外線で反応する反応基を有する樹脂材料を有機溶剤で希釈した溶液を塗布する工程、(ｃ)前記塗布された溶液から前記有機溶剤を室温で蒸発させて前記配向膜上に前記樹脂材料を析出させ、前記配向膜より高い配向性を有する高配向性膜を形成する工程、及び(ｄ)上記と同様の工程により配向膜及びその上に高配向性膜が形成された他方の基板を、双方の前記高配向性膜が対向するように重ね合わせ両者を接着する工程を含むことを特徴とする液晶パネルセルの製造方法にある。
【発明の効果】
【０００９】
この発明においては、配向膜の部分の配向性そのものを向上させた液晶パネルセルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した実施の形態について説明する。なお、本発明は下記の実施の形態に限定されるものではなく、本特許請求の範囲に規定された範囲において種々の修正及び変更を加えることができることは明らかである。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の一実施の形態による液晶パネルセルの断面図である。図１に示されるように本発明の液晶パネルセルは、少なくとも一方が透明な一対のガラス基板１のうち一方のガラス基板１上に形成された配向膜３上に、結晶性エポキシ樹脂からなる高配向性膜６が形成され、該高配向性膜６上にスペーサボール４が散布され、さらに基板周縁部に接着剤を塗布してシーラント５が形成される。そして、上記と同様に配向膜３上に高配向性膜６が形成された他方のガラス基板を重ね合わせて接着し基板間に液晶が狭持された構造を有する。
【００１２】
なお、一対のガラス基板１には、実際の画像表示を行うためのＴＦＴ又はカラーフィルタ(図示省略)等が形成されているが、本発明には直接関係しないので、図示およびその説明は省略する。
【００１３】
以下、本発明の液晶パネルセルの製造工程を説明する。
【００１４】
図２〜９は、本発明の一実施の形態による液晶パネルセルの製造工程を示す断面図である。一対のガラス基板の一方のガラス基板１(図２)を準備し、これを洗浄乾燥後、その基板上に高分子材料であるポリイミド(ＰＩ)膜２を塗布する(図３)。次いで、２００℃で３０分間焼成した後、塗布されたＰＩ膜２を布等で擦ることによるラビング法(図４)か又は、ＵＶ光照射又はイオンビーム照射による非接触配向方法(図５)により配向処理を行い約１０００Åの膜厚の配向膜３を形成する。なお、配向膜３の膜厚は、約５００Å乃至約１０００Åの範囲とすることが可能である。
【００１５】
次いで、図６に示すように、結晶性エポキシ樹脂を予め有機溶媒に溶解させた結晶性エポキシ樹脂溶液８を配向処理後の配向膜３上に塗布する。本実施の形態においては、有機溶剤としてメチルエチルケトン(以下「ＭＥＫ」と省略する。)を使用し、これに結晶性エポキシ樹脂であるジャパンエポキシレジン社製ＹＸ４０００(登録商標)を溶解して結晶性エポキシ樹脂濃度２０％の飽和溶液を作製した後、エチルアルコール(Ｃ２Ｈ５ＯＨ)で希釈し、結晶性エポキシ樹脂濃度が０．１％の結晶性エポキシ樹脂溶液８を使用した。
【００１６】
次いで、図７に示すように、室温(例えば１５〜２５℃)にてゆっくり溶剤を蒸発させて配向膜３上に結晶性エポキシ樹脂を析出させる。溶剤がゆっくり蒸発するときに析出した結晶性エポキシ樹脂は細長い分子構造であるため、析出時に配向膜３表面の屈折率異方性の影響をうけて効率よく一軸方向に配向し、配向膜３の表面に析出する。溶剤がゆっくり蒸発して結晶性エポキシ樹脂が析出した後、１６０℃で６時間、ヒートチャンバーに放置して熱を加えることにより、接着剤としての機能をもつエポキシ基が開環反応して配向膜もしくは結晶性エポキシ樹脂同士が結合することで固着し、結晶性エポキシ樹脂が配向膜３上にコーティングされて高配向性膜６を形成する。
【００１７】
形成された高配向性膜６の配向性については後述する。
【００１８】
次に、スペーサボール４を散布し、基板周縁に接着剤を塗布してシーラント５を形成する(図８)。次いで、図９に示すように上記と同様の工程により、配向処理された配向膜３上に高配向性膜６が形成されたもう一方のガラス基板１と、双方の高配向性膜６が対向するように重ね合わせ、治具(図示省略)による加圧固定の後、加熱又はＵＶ光照射により接着させる。その後、液晶を注入し偏光板(図示省略)をガラス基板１の外側にそれぞれ形成して液晶パネルセルができあがる。
【００１９】
本実施の形態においては、高配向性膜６の材料として結晶性エポキシ樹脂を使用した。これにより、液晶の配向性の均一化が図られる。さらに、結晶性エポキシ樹脂溶液を配向膜３上に塗布後、室温にてゆっくり溶剤を蒸発させたことにより、高配向性の膜が得られる。以下にビフェニル型エポキシである結晶性エポキシ樹脂の分子構造の一般式を示す。結晶性エポキシ樹脂のメソゲンの部分がビフェニルを含有している。
【化１】
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【００２０】
本実施の形態においては、上記ビフェニル型エポキシの一般式で表される結晶性エポキシ樹脂であるジャパンエポキシレジン株式会社製ＹＸ４０００(登録商標)を使用したが、上記一般式で表される種々の樹脂、例えば、同社製ＹＸ４０００Ｈ，ＹＬ６１２１Ｈ(登録商標)も本発明において使用できる。なお、結晶性エポキシ樹脂以外でも、アクリレート樹脂やアリル樹脂等も使用可能である。
【００２１】
本発明において適用しうる液晶として、例えばフッ素型ＴＮ液晶が挙げられ、これは以下の構造式を有する複数の単体からなる混合物である。各単体の構造式を以下に示す。
【化２】
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【００２２】
上記したような結晶性エポキシ樹脂は、液晶分子の骨格(メソゲン)部位を持ちながら分子の両端にグリシジルエーテルを有する化学構造を持つ材料であり、結晶性と接着性の二つの性質を併せ持つ。本実施の形態において、高配向性膜６の形成の際に溶剤の蒸発工程により析出された結晶性エポキシ樹脂は、細長い分子構造を有するため析出時に配向膜上に一軸方向に配向する。本発明では特に、室温にてゆっくり溶剤を蒸発させたことにより、高い配向性を有する膜が得られる。その後、熱により接着性を有するエポキシ基が開環反応して、配向膜との接着性を向上させるとともに、結晶性エポキシ樹脂分子同士が結合することで固着させることが可能となる。
【００２３】
結晶性エポキシ樹脂は、上記のように細長い分子構造を有し、上記したような液晶の構成分子と形状及び大きさの点で類似する。従って、これらの結晶性エポキシ材料を蒸発により析出させて配向膜表面に薄くコーティングし、配向膜上に一軸方向に配向させることにより、配向膜の液晶に対する配向性を伝え受け、特に室温にてゆっくり溶剤を蒸発させることにより、配向膜以上の高い配向性を有する膜が得られ、なおかつ、配向膜表面に固定される機能を有することで、長期信頼性を向上させる役割を持たせることができる。更に、コーティングされた結晶性エポキシ樹脂が液晶中に不純物として溶け出るような場合にも、上記のように結晶性エポキシ樹脂と液晶はそれらの形状及び大きさにおいて類似するため、液晶の光スイッチ機能を妨害することがない。
【００２４】
なお、液晶としては、結晶性エポキシ樹脂と構造的に上記のごとき形状及び大きさの点で類似する関係を有する限り他の液晶も使用可能である。
【００２５】
本発明において使用される結晶性エポキシ樹脂を溶解する有機溶媒としては、本実施の形態においてはＭＥＫを使用したが、アセトン(ＣＨ３ＣＯＣＨ３)のような配向膜を荒らしてしまうほど強い溶媒を除き、結晶性エポキシ樹脂を溶解するものであれば適用可能である。
【００２６】
次に、高配向性膜６の配向性について、以下の実験を行った。液晶配向膜の表面の屈折率異方性の大きさが配向性(配向力)と相関があることが知られている(２００２年日本液晶学会論文集：井上他)。そこで、液晶配向膜評価装置(株式会社東陽テクニカ製)で液晶配向膜の表面の屈折率異方性を測定した。液晶配向膜評価装置は図１０に示すように、回転台１０上のサンプル１１を水平面内で３６０°回転させながら、その時のレーザ照射部１２から照射されるレーザ光のサンプル１１での反射光を検出器１３で検出するものである。
【００２７】
配向膜のもととなるＩＰ膜を形成してラビングを行わない場合(条件１)、ＩＰ膜を形成してラビングを行い配向膜を形成した場合(条件２)、ＩＰ膜を形成してラビングを行い配向膜を形成し、さらに配向膜上に高配向性膜を形成した場合(条件３)、のそれぞれの表面の屈折率異方性を求めた。
【００２８】
０．５ｍｍ厚の１０×１０ｃｍサイズのガラス基板を用意し、洗浄乾燥した後、ＰＩ(日産化学社製ＳＥ７４９２)を塗布、２００℃。３０分で焼成してＩＰ膜を形成した(条件１)。次に、ＩＰ膜をラビング処理して配向膜とした(条件２)。
【００２９】
一方、結晶性エポキシ系接着剤(ジャパンエポキシレジン社製ＹＸ４０００)を用意し、有機溶剤であるＭＥＫで結晶性エポキシ樹脂濃度２０％の飽和溶液を作製した。その後、エチルアルコールで希釈することで、結晶性エポキシ樹脂の濃度が０．１％の溶液を準備した。そして、ガラス基板上に形成された配向膜上に、濃度０．１％の溶液を滴下した後、有機溶剤を室温にてゆっくり蒸発させた。そして蒸発させた後、１６０℃で６時間、ヒートチャンバーに放置することで熱接着させ、高配向性膜を形成した(条件３)。
【００３０】
上記各条件１〜３の状態で、上記液晶配向膜評価装置で反射エリプソ測定を行い、表面の屈折率異方性の測定を行うと図１１に示すような結果となった。なお図１１では２つのサンプルについて測定を行っている。図１１の縦軸は検出された偏光の位相のずれ(位相差(ｎｍ：ナノメートル))、横軸はサンプルの回転角度位置(°)を示す。ずれの差が大きい程、膜表面分子の異方性が高く、結晶性エポキシ樹脂の棒状分子が規則正しく並んでいることになる。図１１の(ａ)はラビング無しの条件１の場合のＩＰ膜表面の屈折率異方性であるが、屈折率に異方性がまったく見られない。当然、液晶分子は配向されない。図１１の(ｂ)はラビングした条件２の場合の配向膜表面の屈折率異方性を示す。回転角の９０°周期で屈折率異方性が見られるが、これは配向膜表面をラビングしたことによる配向膜表面の分子が擦った方向に再配列したことによるものと考えられ、液晶分子はその方向に沿って配向する。さらに図１１の(ｃ)は結晶性エポキシ樹脂濃度が０．１％の結晶性エポキシ樹脂溶液を滴下し、高配向性膜を形成した条件３の場合の高配向性膜表面の屈折率異方性を示す。有機溶剤を室温にてゆっくり蒸発させて形成された高配向性膜表面の屈折率異方性が、図１１の(ｂ)に比べて明らかに増長されていることがわかる。
【００３１】
溶液の結晶性エポキシ樹脂の濃度を変えて高配向性膜を形成し、同様に液晶配向膜評価装置での反射エリプソ測定による表面の屈折率異方性の測定を行った。図１２の(ａ)は結晶性エポキシ樹濃度が１％、(ｂ)は結晶性エポキシ樹濃度が３％の場合を示す。図１２の(ａ)では９０°周期の表面の屈折率異方性が見られるが、(ｂ)では顕著な屈折率異方性が見られない。このことから、良好な表面の屈折率異方性を得るには、溶液の結晶性エポキシ樹濃度の上限は３％未満とすべきであることが分かる。
【００３２】
上述のように、液晶分子配向はＰＩ膜表面の屈折率異方性と相関があることはすでに分かっているので、その屈折率異方性を増長する作用を持つことは、高配向性膜はラビングされた配向膜以上の配向する力を持つものと考えられる。考えられるモデルとしては、液晶分子と似た棒状分子形状のＹＸ４０００(結晶性エポキシ樹脂)の溶剤がゆっくり蒸発してコーティングされる際に、配向膜表面で規則正しく分子が配向することにより、さらに表面の屈折率異方性を高めているものと考えられる。
【００３３】
実施の形態２．
図１３〜１６は、本発明の別の実施の形態による液晶パネルセルの製造の工程を示す断面図である。本実施の形態においては、上記実施の形態１で用いたスペーサボールに変えて、カラムスペーサ４ａを用いた。以下、工程を説明する。
【００３４】
一対のガラス基板１の一方の基板１(図１３)上に、感光性樹脂をスピンコートで塗布し、この感光性樹脂の溶剤をプリベークにより蒸発させる。次いで、マスクを介して上方からＵＶ光を照射する。ここで適用するマスクは、カラムスペーサ４ａのパターン模様を有している。マスクパターンのない部分に対応する感光性樹脂は、紫外線によって照射後軟化する。次いで、現像液で処理することにより、軟化した感光性樹脂を除去する。最後に、残った感光性樹脂をポストベークする。以上の工程により、３．５μｍの高さを有するカラムスペーサ４ａを形成する(図１５)。なお、本実施の形態においては、カラムスペーサ４ａの高さを３．５μｍとしたが、形成する液晶パネルセルの用途に応じて、２乃至１０μｍの範囲で設定することが可能である。
【００３５】
次いで、上記実施の形態と同様の方法により、図１５に示されるように、ガラス基板１上及びカラムスペーサ４ａを覆うように、配向膜３及びその上に高配向性膜６を形成する。
【００３６】
次に、図１６に示されるように、基板周縁の高配向性膜６上に接着剤を塗布してシーラント５を形成し、次いで、上記実施の形態と同様の方法により形成された配向膜３及び高配向性膜６を有する他方のガラス基板１を高配向性膜６が対向するように重ね合わせ、冶具(図示省略)による加圧固定の後、加熱又はＵＶ光照射により接着させる。その後、液晶を注入し偏光板(図示省略)を形成して液晶パネルセルができあがる。
【００３７】
以上にように形成された液晶パネルセルにつても、上記実施の形態と同様の効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施の形態による完成した液晶パネルセルの断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態による液晶パネルセルの製造工程を示す断面図である。
【図３】図２に続く液晶パネルセルの製造工程を示す断面図である。
【図４】図３に続く液晶パネルセルの製造工程を示す断面図である。
【図５】図４に続く液晶パネルセルの製造工程を示す断面図である。
【図６】図５に続く液晶パネルセルの製造工程を示す断面図である。
【図７】図６に続く液晶パネルセルの製造工程を示す断面図である。
【図８】図７に続く液晶パネルセルの製造工程を示す断面図である。
【図９】図８に続く液晶パネルセルの製造工程を示す断面図である。
【図１０】液晶配向膜評価装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明による液晶パネルセルにおける効果を説明するための液晶配向膜評価装置での測定結果を示す図である。
【図１２】本発明に関する高配向性膜形成時に使用される溶液の結晶性エポキシ樹脂濃度を変えた場合の液晶配向膜評価装置での測定結果を示す図である。
【図１３】本発明の別の実施の形態による液晶パネルセルの製造工程を示す断面図である。
【図１４】図１３に続く液晶パネルセルの製造工程を示す断面図である。
【図１５】図１４に続く液晶パネルセルの製造工程を示す断面図である。
【図１６】図１５に続く液晶パネルセルの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ガラス基板、２  ＩＰ膜、３  配向膜、４  スペーサボール、４ａ  カラムスペーサ、５  シーラント、６  高配向性膜、８  結晶性エポキシ樹脂溶液、１０  回転台、１１  サンプル、１２  レーザ照射部、１３  検出器。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2008145592.tif 000015
【図１２】
2008145592.tif 000016
【図１３】
2008145592.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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