(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面上に第１の電極が形成された第１の基板上に垂直配向膜を形成する工程と、前記第１の基板の一主面に対向するように配置され、一主面上に第２の電極が形成された第２の基板上に水平配向膜を形成する工程と、前記垂直配向膜と前記水平配向膜とを対向させるように前記第１の基板と前記第２の基板とを間隙を有して配置させて、両基板の周囲を封止して前記間隙に液晶層を封入する工程とを具備する液晶表示装置の製造方法において、
前記垂直配向膜と前記水平配向膜とは同一の垂直配向膜材料より形成され、かつ、前記垂直配向膜材料にラビング処理を施すことにより前記水平配向膜が形成されることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置の製造方法に係わり、特に、１種類の配向膜材料で作製されたハイブリッド配向セルを備えた、表示に焼き付きがほとんど無く優れた画像を提供することのできる液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力という特徴から、ノートブック型コンピュータや携帯情報端末機器、ＯＡ機器の表示素子として積極的に利用されている。液晶表示装置のほとんどがネマティック液晶を用いており、その表示方式には旋光モードや電界制御複屈折（ＥＣＢ：electrically controlled birefingence）モード等が知られている。
【０００３】
旋光モード方式には例えば液晶が９０゜ねじれた分子配列のツイステッドネマティック（ＴＮ）型液晶があり、原理的に白黒表示で、高いコントラスト比を示すが、応答時間が遅い、中間調で視野角が狭い等といった問題がある。
【０００４】
液晶層の複屈折を電圧によって制御することにより表示するＥＣＢモード方式には上述のＴＮ型液晶の問題を補うモードがいくつか提案されている。
【０００５】
ＥＣＢモード方式は、オフ状態における分子配列によってＤＡＰ（Deformation of vertical alinged phase ）形（ホメオトロピック配列）、ホモジニアス形、ハイブリッド（ＨＡＮ：Hybrid Aligned Nematic）形の３種類に分けられる。
【０００６】
ＤＡＰ形は、負の誘電異方性をもつネマティック液晶（Ｎn ）を用い、液晶分子を基板面に対してほぼ垂直に配列させたものであり、ホモジニアス形は正の誘電異方性をもつネマティック液晶（Ｎp ）を用いて液晶分子をガラス基板面に対して配列されたものであり、ＨＡＮ形は液晶分子を一方のガラス基板面で垂直、他方のガラス基板面で平行に配向させ両基板間で分子配列が連続的に変化するようにしたものである。
【０００７】
この３つのモードの中でもＨＡＮモードは、ＤＡＰ形およびホモジニアス形に比べて、低い印加電圧で動作すること、応答時間が速いこと、印加電圧に対して表示色が緩やかに変化し、薄膜トランジスタを用いる液晶表示装置との相性が良いことが特徴である。
【０００８】
このＨＡＮモードにおいては、２枚のガラス基板の一方側は垂直配向、もう一方の基板は水平配向となるような液晶の分子配列をとるために、垂直配向側と水平配向側でそれぞれ別の配向膜材料を使用しているのが現状である。
【０００９】
一般に材料が異なると膜の表面エネルギーやイオンの吸着、解離量が異なることにより電荷が蓄積されやすくなる。実際のデバイスでは液晶セルに印加される直流成分の電荷が蓄積し、オフセット電圧が発生するため表示が焼き付くという問題が生じてしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、ＨＡＮモードにおいては、一方の基板側は垂直配向、他方の基板側は水平方向となるような液晶の分子配列とするために、それぞれ異なる配向膜材料を用いなければならなかった。材料が異なると、電荷が蓄積しやすくなってオフセット電圧が発生し、表示が焼き付くという問題が生じていた。
【００１１】
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたものであり、１種類の配向膜材料により、垂直配向と水平配向とからなるハイブリッド配向セルを作製することによって、電荷の蓄積を低減し、焼き付きのない液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、一主面上に第１の電極および垂直配向膜を有する第１の基板と一主面上に第２の電極および水平配向膜を有する第２の基板とを両主面が対向するように配置して、両基板の間に液晶組成物を狭持させた液晶セルと、液晶セルと平行に配置された偏光子とを有しており、垂直配向膜と水平配向膜とは同一の垂直配向膜材料から形成されていることを特徴としている。
【００１３】
本発明の液晶表示装置は、液晶組成物の配向状態を印加電圧の強度によって変化させることによって表示を行うものであり、一方の基板の配向膜が垂直で、他方の基板の配向膜が水平であるハイブリッド配向を有している。
【００１４】
上述した通り、従来のハイブリッド配向の液晶セルにおいては、配向膜材料を２種類使用しているため、膜の分子組成、表面エネルギーの違いによりイオンがどちらか一方に片寄りやすくなり、電荷蓄積されると焼き付きの原因となるＤＣオフセット電圧が発生してしまっていたが、本発明によれば、垂直配向膜と水平配向膜とは同一の垂直配向膜材料、すなわち１種類の配向膜材料から形成されているため、電荷が蓄積されることがなく、表示の焼き付きのない液晶表示装置を得ることができる。
【００１５】
本発明において、垂直配向膜とは液晶を垂直に配向させるものであり、水平配向膜とは液晶を平行に配向させるものである。垂直配向膜材料とは、特別な配向処理を施さなくても液晶を垂直に配向させるものである。垂直配向膜材料としては、レシチン、ステアリン酸、一塩基性カルボン酸クロム錯体、有機シラン等がある。また、本明細書において垂直とは９０°から７０°程度の範囲、および水平とは０°から２０°程度の範囲も含まれる。
【００１６】
また、本発明の液晶表示装置において、垂直配向膜にｐ偏光となるように紫外線を照射することによって水平配向膜が形成されていることを特徴としている。
【００１７】
垂直配向膜の中には、基板に対してｐ偏光となる様に斜め方向から配向膜材料のエネルギー吸収帯である約２３０〜４００ｎｍのスペクトルを含む紫外線を照射することにより、そのエネルギーが分子振動を誘発し側鎖や主鎖が分解し、照射条件により液晶配向を垂直から水平まで制御できるものがある。
【００１８】
このように、液晶がほぼ垂直とほぼ水平に配向する照射条件で配向処理することにより、１種類の配向膜でハイブリッド配向セルを作製したところ、これらのセルではＤＣオフセットが従来の２種の配向膜を使用したハイブリッドセルの約１／５となることを見出した。
【００１９】
ここで、入射面に対して平行に振動成分を持つ偏光をｐ偏光といい、入射面に対して垂直な振動成分を持つ偏光をｓ偏光というが、本発明においてはｐ偏光となるように紫外線を照射する。
【００２０】
さらに、本発明の液晶表示装置において、紫外線で水平配向処理を施すとき紫外線の波長は２３０〜４００ｎｍであって、１０〜２０Ｊ／ｃｍ2 の照射量であることを特徴としている。
【００２１】
紫外線の波長は好ましくは２４０〜３３０ｎｍである。
【００２２】
図３に示すように、紫外線照射量が少ない（約１０Ｊ／ｃｍ2 以下）とプレチルト角が高く、実効的なリタデーション（△ｎｄ）が小さくなる、面内の配向方向を規定する力が弱いといったことが問題になる。リタデーションとは液晶の長短軸の屈折率の差（屈折率異方性）△ｎと液晶セルの厚みｄの積であり、複屈折率（位相のずれ）を示す。リターデーションは、通常、０．５〜１．３μｍ程度に設計されている。
【００２３】
一方、照射量が多い（約２０Ｊ／ｃｍ2 以上）と高分子の過分解によりプレチルトが低下しリバースツイストディスクリネーションが発生する、面内方向規制力が低下するといったことがおこる。このため紫外線照射量を約１０〜２０Ｊ／ｃｍ2 にするのが良い。より好ましくは１０〜１５Ｊｃｍ2 である。
【００２４】
また、紫外線の入射角は基板に対して０°より大きく９０°未満であればよく、好ましくは３０°〜６０°、最も好ましくは４５゜である。
【００２５】
また、本発明の液晶表示装置において、垂直配向膜にラビング処理を施すことにより水平配向膜が形成されていることを特徴としている。
【００２６】
垂直配向膜の中には、ラビング条件によっては水平配向が得られるものがある。
【００２７】
このように、液晶がほぼ垂直とほぼ水平に配向するラビング条件で配向処理することにより、１種類の配向膜でハイブリッド配向セルを作製したところ、これらのセルではＤＣオフセットが従来の２種の配向膜を使用したハイブリッドセルの約１／５となることを見出した。
【００２８】
本発明で適用されるラビング処理は以下のとおりである。ラビング布の材質はナイロン、綿等であり、ラビングローラーの回転速度は１００〜５００ｒｐｍ、ラビング回数は１回〜数十回程度、ラビング時の回転トルクは６ｋｇｆ・ｃｍ程度である。ラビング強度が弱すぎると、図４に示すように、プレチルトが高くなりすぎて、配向力が弱くなり、一方、強すぎると膜が剥がれてしまう。
【００２９】
また、本発明の液晶表示装置において、第１の基板は、一主面上にマトリクス状に走査線、信号線、スイッチング素子およびスイッチング素子に接続された画素電極を有するスイッチング素子アレイ基板であり、第２の基板は、一主面上に共通電極を有する対向基板である。
【００３０】
すなわち、垂直配向膜を有する第１の基板はスイッチング素子アレイ基板であって、水平配向膜を有する第２の基板は対向基板である。ただしこの構成に限られるものではなく、これとは逆に、垂直配向膜を有する第１の基板が対向基板であって、水平配向膜を有する第２の基板がスイッチング素子アレイ基板であってもよい。
【００３１】
本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、一主面上に第１の電極が形成された第１の基板上に垂直配向膜を形成する工程と、第１の基板の一主面に対向するように配置され、一主面上に第２の電極が形成された第２の基板上に水平配向膜を形成する工程と、垂直配向膜と水平配向膜とを対向させるように第１の基板と第２の基板とを間隙を有して配置させて、両基板の周囲を封止して間隙に液晶層を封入する工程とを具備し、垂直配向膜と水平配向膜とは同一の垂直配向膜材料より形成されることを特徴としている。
【００３２】
本発明の方法によれば、垂直配向膜と水平配向膜とは同一の垂直配向膜材料、すなわち１種類の配向膜材料から形成されるため、電荷が蓄積されることがなく、表示の焼き付きのない液晶表示装置を得ることができる。
【００３３】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、垂直配向膜にｐ偏光となるように紫外線を照射することによって水平配向膜を形成することを特徴としている。
【００３４】
このように、液晶がほぼ垂直とほぼ水平に配向する照射条件で配向処理することにより、１種類の配向膜でハイブリッド配向セルを作製したところ、これらのセルではＤＣオフセットが従来の２種の配向膜を使用したハイブリッドセルの約１／５となることを見出した。
【００３５】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、紫外線で水平配向処理を施すとき紫外線の波長は２３０〜４００ｎｍであって、１０〜２０Ｊ／ｃｍ2 の照射量であることを特徴としている。
【００３６】
紫外線の波長は好ましくは２４０〜３３０ｎｍである。
【００３７】
図３に示すように、紫外線照射量が少ない（約１０Ｊ／ｃｍ2 以下）とプレチルト角が高く、実効的なリタデーション（△ｎｄ）が小さくなる、面内の配向方向を規定する力が弱いといったことが問題になる。
【００３８】
一方、照射量が多い（約２０Ｊ／ｃｍ2 以上）と高分子の過分解によりプレチルトが低下しリバースツイストディスクリネーションが発生する、面内方向規制力が低下するといったことがおこる。このため紫外線照射量を約１０〜２０Ｊ／ｃｍ2 にするのが良い。より好ましくは１０〜１５Ｊｃｍ2 である。
【００３９】
また、紫外線の入射角は基板に対して０°より大きく９０°未満であればよく、好ましくは３０°〜６０°、最も好ましくは４５゜である。
【００４０】
さらに、本発明の液晶表示装置の製造方法において、垂直配向膜にラビング処理を施すことにより水平配向膜を形成することを特徴としている。
【００４１】
垂直配向膜の中には、ラビング条件によっては水平配向が得られるものがある。
【００４２】
このように、液晶がほぼ垂直とほぼ水平に配向するラビング条件で配向処理することにより、１種類の配向膜でハイブリッド配向セルを作製したところ、これらのセルではＤＣオフセットが従来の２種の配向膜を使用したハイブリッドセルの約１／５となることを見出した。
【００４３】
本発明で適用されるラビングは以下のとおりである。ラビング布の材質はナイロン、綿等であり、ラビングローラーの回転速度は１００〜５００ｒｐｍ、ラビング回数は１回〜数十回程度、ラビング時の回転トルクは、６ｋｇｆ・ｃｍ程度である。ラビング強度が弱すぎるとプレチルトが高すぎたり、配向力が弱くなり、強すぎると膜が剥がれてしまう。
【００４４】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、第１の基板は、一主面上にマトリクス状に走査線、信号線、スイッチング素子およびスイッチング素子に接続された画素電極を有するスイッチング素子アレイ基板であり、第２の基板は、前記一主面上に共通電極を有する対向基板である。
【００４５】
すなわち、垂直配向膜を有する第１の基板はスイッチング素子アレイ基板であって、水平配向膜を有する第２の基板は対向基板である。ただしこの構成に限られるものではなく、これとは逆に、垂直配向膜を有する第１の基板が対向基板であって、水平配向膜を有する第２の基板がスイッチング素子アレイ基板であってもよい。
【００４６】
以上、垂直配向膜に水平配向処理を施すことによって、垂直配向膜１種類のみを用いる場合について記載してきたが、水平配向膜に垂直配向処理を施すことによって水平配向膜１種類のみを用いてハイブリッド配向を実現することも本発明に含まれるものと考えられる。
【００４７】
以上のような構成及び条件で実際の液晶表示デバイスを作製することにより焼き付きが低減でき、良好な表示が得られる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
図１は、本発明の一実施例のハイブリット形液晶表示装置の分解図である。
【００４９】
この実施例の液晶表示装置は、図１に示すように、透明電極が形成された矩形の対向基板１１と、マトリクス状に走査線、信号線、スイッチング素子およびスイッチング素子に接続された画素電極を有する矩形のスイッチング素子アレイガラス基板１２とをスペーサの間隔で対向配置させ、両基板間に液晶組成物を封入して液晶セルを作製し、この液晶セルの表側にセルの光学特性を補償する補償板１４と偏光板１５とを貼り付け、裏面にも偏光板１５を貼り付けて構成されている。
【００５０】
この液晶表示装置は次のようにして作製された。
【００５１】
すなわち、対向基板１１上に透明電極を形成し、スイッチング素子アレイ基板１２上には、画素サイズ１１０×３３０μｍのＩＴＯ電極を基板端に対して平行なマトリクス状に、かつ走査線および信号線に接続させて形成した。
【００５２】
これらの対向基板１１とスイッチング素子アレイ基板１２に、液晶配向膜１３として垂直配向用ポリイミド（ＪＡＬＳ−２０４；日本合成ゴム製）を印刷し、１８０℃で１時間焼成することにより厚さ約８５０Ａ厚の膜を形成した。
【００５３】
次に対向基板１１に図２に示すように基板に対しｐ偏光となるよう主波長３１３ｎｍ、３１０〜３３０ｎｍの偏光紫外線を斜め４５゜から約１０Ｊ／ｃｍ2 照射した。次に、対向基板１１上に直径約５μｍのスぺーサ（図示せず）を散布してスイッチング素子アレイ基板１２を対向配置し、さらに、スイッチング素子アレイ基板１２に印刷された配向膜の周辺に沿って接着剤を、注入口（図示せず）を除いて印刷し、スイッチング素子アレイ基板１１から対向電極に電圧を印加するための電極転移材を接着剤の周辺の電極転移材電極上に形成した。
【００５４】
しかる後、配向膜どうしが対向するよう対向基板１１とスイッチング素子アレイ基板１２と重ね合わせ、１５０℃で１時間加熱して接着剤を硬化させ両基板を貼り合わせた。その後真空注入法によりフッ素系液晶組成物（ＺＬＩ−４７９２メルク社製）を注入し、この後注入口を紫外線硬化樹脂で塞ぎ約３Ｊ／ｃｍ2 の紫外線で硬化させ封止して液晶セルを作製した。セル内の液晶分子はアレイ基板側が垂直配向、紫外線照射された対向基板側が水平配向のハイブリッド配列が得られた。
【００５５】
このセルの表側にセルの光学特性を補償する補償板と偏光板を貼り、裏面に偏光板を貼り付け、液晶モジュールに組み立てた。こうして作製した液晶表示装置では、焼き付きがほとんど無く表示品位は非常に良好であった。
【００５６】
［実施例２］
主波長２５４ｎｍ、２４０〜２６０ｎｍの紫外線を用いた以外は実施例１と同様にして液晶セルを作製した。このセルでもハイブリッド配向が実現でき、表示も焼き付きが無く表示品位は非常に良好であった。
【００５７】
［実施例３］
本実施例では、実施例１と同様の工程で、液晶配向膜１３として垂直配向用ポリイミド（ＳＥ−７５１１Ｌ日産化学製）（１８０℃で１時間焼成）を基板上に形成した。次に対向基板１１に、通常のＴＮセルと同程度、すなわちナイロン（材質）製のラビングローラーを用いて３００ｒｐｍ、回転トルク約６ｋｇｆ・ｃｍで１回ラビングし、その後は実施例１と同じ工程で液晶セルを作製した。この液晶セル内の液晶分子はアレイ基板側が垂直配向、ラビング処理された対向基板側が水平配向のハイブリッド配列が得られた。こうして作製した液晶表示装置では、焼き付きがほとんど無く表示品位は非常に良好であった。
【００５８】
［実施例４］
スイッチング素子アレイ基板１２に、図１に示した通り、垂直配向を保つようにラビング処理を施した以外は、実施例３と同様にして液晶セルを作製した。このセルでもハイブリッド配向が実現でき、表示も焼き付きがほとんど無く表示品位は非常に良好であった。
【００５９】
尚、前述の実施例でのスイッチング素子は、アモルファスシリコンでもポリシリコンでもよく、ポリシリコンの場合アレイ基板上に駆動回路を内蔵してもよい。また、前述の実施例では、透過型液晶表示装置を用いたが反射型液晶表示装置でもよい。さらに、前述の実施例では、スペーサを散布したが、少なくともどちらか一方の基板上にスペーサを形成した基板を使用してもよい。
【００６０】
［ＤＣオフセット電圧］
表１に実施例１および２の配向膜と従来の配向膜（垂直配向膜と水平配向膜を組み合わせたもの）におけるＤＣオフセット電圧値を示す。
【００６１】
【表１】
0004040166.tif 000002
従来の配向膜材料を２種類使用したハイブリッド配向セルでは、膜の分子組成、表面エネルギーの違いによりイオンがどちらか一方に片寄りやすくなり、電荷蓄積され易くなる為焼き付きの原因となるＤＣオフセット電圧が発生した（表１−Ａ）。
【００６２】
一方、本発明の実施例１〜４による１種類の垂直配向膜に所定の紫外線照射とラビング処理を施したハイブリッド配向セルでは、電荷が蓄積されず、焼き付きの原因となるＤＣオフセット電圧が従来の約１／５となった（表１−ＢおよびＣ）。
【００６３】
また、実施例４では垂直配向を保つようラビング処理を施しているが、この代わりに紫外線の波長を２３０〜４００ｎｍとして０〜３Ｊ／ｃｍ2 照射してもよい。
【００６４】
また、上記実施例では、誘電率異方性が正の液晶組成物を用いたが、負の液晶組成物でもよい。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、１種類の配向膜材料を用いて垂直配向と水平配向とからなるハイブリッド配向セルを作製することによって、電荷の蓄積を低減し、焼き付きのないハイブリッド配向の液晶表示装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるハイブリッド配向モードの液晶表示装置の分解図。
【図２】紫外線照射角を示す図。
【図３】プレチルト角の紫外線照射量依存性を示すグラフ。
【図４】プレチルト角のラビング強度依存性を示すグラフ。
【符号の説明】
１１…ガラス基板（対向基板）
１２…ガラス基板（スイッチング素子アレイ基板）
１３…配向膜
１４…光学補償板
１５…偏光版
１６…液晶
【図１】
0004040166.tif 000003
【図２】
0004040166.tif 000004
【図３】
0004040166.tif 000005
【図４】
0004040166.tif 000006