CN101907804A - 液晶显示装置以及液晶显示装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供液晶显示装置以及液晶显示装置的制造方法。其课题在于，提供一种能够大范围地设定液晶分子的预倾角的新技术。作为解决手段，液晶显示装置的制造方法包括：第1工序，在第1基板的一个面上形成第1取向膜；第2工序，以使所述第1基板和第2基板各自的一个面彼此相对的方式配置来该第1基板和该第2基板；第3工序，在所述第1基板与所述第2基板之间形成液晶层，所述第1工序包括下述工序：在使材料液与所述第1基板之间相对地产生电位差的状态下，排出所述材料液，由此使所述材料液成为雾状，将该雾状的材料液(52)散布到所述第1基板(40)的一个面侧，使该散布的所述材料液固化。

Description

液晶显示装置以及液晶显示装置的制造方法

技术领域

本发明涉及液晶显示装置中的液晶分子的取向控制技术。

背景技术

取向控制技术是液晶显示装置制造中的关键技术之一。以往，作为实现较高的预倾角(pretilt angle)的技术，例如公知有日本特开平6-95115号公报(专利文献1)公开的技术。但是，在使用专利文献1公开的技术的情况下，尽管得到了0℃～90℃的期望的预倾角，但在以下方面还存在改善的余地，即：由于使用了各向异性干法蚀刻等，因此制造工艺复杂，加工费用高，并且，由于需要多种材料(粒子、树脂等)，因此材料费用高。

专利文献1：日本特开平6-95115号公报

发明内容

本发明的具体方式的目的之一在于，提供一种能够大范围地设定液晶分子的预倾角的新技术。

本发明的一个方式的液晶显示装置包括：以各自的一个面彼此相对的方式配置的第1基板以及第2基板；设置在所述第1基板的所述一个面侧的第1取向膜；设置在所述第2基板的所述一个面侧的第2取向膜；以及设置在所述第1基板与所述第2基板彼此之间的液晶层。所述第1取向膜具有多个细微膜，所述多个细微膜以在各个细微膜彼此之间露出底层的方式分散地配置。并且，根据所述多个细微膜的分布密度，控制所述第1取向膜与所述液晶层之间的界面附近的液晶分子的预倾角。

在上述液晶显示装置中，通过使用由多个细微膜构成的取向膜，从而能够根据多个细微膜的分布密度，来改变该取向膜与液晶层之间的界面附近的液晶分子的预倾角。例如，在使用所谓的垂直取向膜用的材料液形成第1取向膜的情况下，能够随着细微膜的密度增加，增大预倾角。这里，在上述文献1所述的现有例中，使用形成为尖锐状的突起体或针状体，利用它们的形状上的作用进行取向控制(参照专利文献1的段落0025)。因此，不但在上述制造上存在不便，而且很难大范围地控制预倾角。针对于此，在本发明中发现，能够根据多个细微膜的密度来进行取向控制，并将此作为新技术而进行了具体实现。本发明的多个细微膜利用了源于取向膜的分散的物性，因此，能够利用后述的比较简单的装置/工艺来制造。

在上述液晶显示装置中，还优选在所述第1取向膜与所述第1基板的所述一个面之间，设置第3取向膜，该第3取向膜的取向控制特性与所述第1取向膜不同。例如，当设第1取向膜为垂直取向膜时，使用水平取向膜，作为第3取向膜。

由此，在构成第1取向膜的多个细微膜彼此之间露出的底层成为第3取向膜，因此，能够期待提高液晶层整体的取向的稳定性。另外，通过第1取向膜与第3取向膜的组合，得到了与单独使用第1取向膜或第3取向膜的情况不同的预倾角。

另外，构成第1取向膜的多个细微膜可以包含俯视的形状为大致圆形或环形的细微膜。

如上所述，在本发明中，利用了细微膜的源于取向膜的分散的物性，因此，作为多个细微膜，允许为各种形状。由此，制造变得容易。

本发明的一个方式的液晶显示装置的制造方法包括：(a)第1工序，在第1基板的一各面上形成第1取向膜；(b)第2工序，以使所述第1基板和第2基板各自的一个面彼此相对的方式来配置该第1基板和该第2基板；(c)第3工序，在所述第1基板与所述第2基板之间形成液晶层。并且，所述第1工序包括以下工序：(d)在使材料液与所述第1基板之间相对地产生电位差的状态下，排出所述材料液，由此，使所述材料液呈雾状地散布到所述第1基板的一个面侧；以及(e)使该散布的所述材料液固化。

根据上述制造方法，例如，通过向材料液施加正电位、向基板侧施加负电位，由此，能够使材料液成为由非常细小的粒子构成的雾状体，并散布到基板上。因此，能够利用结构简单的装置来形成由多个细微膜构成的第1取向膜。从而，能够大范围地设定预倾角，制造液晶显示装置。

附图说明

图1是示意性地示出一个实施方式的液晶显示装置的剖视图。

图2是说明适用于形成由多个细微膜构成的取向膜的方法的一例的原理图。

图3是说明适用于形成由多个细微膜构成的取向膜的方法的另一例的原理图。

图4是对取向膜液的射出点与基板之间的位置关系进行说明的图。

图5是说明一个实施方式的液晶显示装置的制造工序的示意性剖视图。

图6是示出比较例的液晶显示装置的电光特性以及显微镜照片的图。

图7是示出实施例1的液晶显示装置的电光特性以及显微镜照片的图。

图8是示出实施例2的液晶显示装置的电光特性以及显微镜照片的图。

图9是示出实施例3的液晶显示装置的电光特性以及显微镜照片的图。

图10是示出实施例4的液晶显示装置的显微镜观察照片的图。

标号说明

1液晶显示装置(液晶显示元件)；11第1基板；12第1电极；13、14、17、18取向膜；15第2基板；16第2电极；19液晶层；21第1偏光板；22第2偏光板；40基板；41导电膜；50微注射器；51针；52微小液滴；53导电板。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是示意性地示出一个实施方式的液晶显示装置的剖视图。图1所示的液晶显示装置1具有将液晶层19夹在第1基板11与第2基板15之间的基本结构。在第1基板11的外侧配置有第1偏光板21，在第2基板15的外侧配置有第2偏光板22。下面，更详细地说明液晶显示装置1的构造。其中，省略了针对将液晶层19周围密封的密封材料等部件的图示及说明。

第1基板11以及第2基板15例如分别是玻璃基板、塑料基板等透明基板。如图所示，第1基板11与第2基板15以各自的一个面彼此面向对方的方式，隔开规定间隙(例如几μm)而贴合在一起。另外，虽未作特意的图示，不过，可以在任意一个基板上形成薄膜晶体管等开关元件。

液晶层19被设置在第1基板11与第2基板15之间。在本实施方式中，使用介电常数各向异性Δε为正(Δε＞0)的液晶材料来构成液晶层19。液晶层19中图示的粗线示意性地表示未对液晶层19施加电压的初始状态下液晶分子的取向方位。例如如图所示，将液晶层19设定为赋予了较高的预倾角的一致的初始取向状态。

在第1基板11的一个面侧，设有第1电极12。另外，在第2基板15的一个面侧，设有第2电极16。第1电极12以及第2电极16分别是通过对例如氧化铟锡(ITO)等的透明导电膜进行适当构图而构成的。

在第1基板11的一个面侧，以覆盖第1电极12的方式，设有取向膜13。另外，在第2基板15的一个面侧，以覆盖第2电极16的方式，设有取向膜17。使用具有将液晶层19在未施加电压时的取向状态(初始取向状态)限制为水平取向状态的性质的膜(所谓的水平取向膜)，作为这些取向膜13、17。

在第1基板11的一个面侧(取向膜13的一个面上)，设有取向膜14。另外，在第2基板15的一个面侧(取向膜17的一个面上)，设有取向膜18。使用具有将液晶层19的初始取向状态限制为垂直取向状态的性质的膜(所谓的垂直取向膜)，作为这些取向膜14、18。这里，本实施方式中的取向膜14、18分别是分散地配置不定形或大致圆状(接近于圆形的形状)或环状的多个细微膜而成的集合体。如图所示，取向膜14只是局部地覆盖其下侧的取向膜13。即，在构成取向膜14的多个细微膜彼此之间，局部地露出底层的取向膜13。取向膜17与取向膜18之间的关系也是如此。接着，详细叙述适用于形成这样的取向膜14及18的方法。

图2是说明适用于形成由多个细微膜(细微膜片)构成的取向膜的方法的一例的原理图。在本实施方式中，使用喷射装置，来在基板上形成由多个细微膜构成的取向膜，喷射装置具有用于在内部保存取向膜的材料液(以下称为“取向膜液”。)的圆筒状等的微注射器(筒)50、以及设置在该微注射器50一端的中空的微小的针51。此时，在基板40的一个面上，预先设有导电膜41。该导电膜41例如是氧化铟锡膜等的透明导电膜。如图所示，在喷射装置的针51与基板40之间，适当地保留有距离L1(例如，几十mm左右)。然后，使用电压施加单元在针51与基板40之间施加高电压(例如几kV的直流电压)，同时向针51的前端供给微注射器50内的取向膜液。此时，例如，相比于基板40，将针51设定为相对较高的电位(另外，电位的关系也可以相反)。由此，从针51排出的取向膜液为带正电位的状态的液体粒子。带有该电位的液体粒子发生电排斥，同时发生分裂，变得微小而进行扩散，成为雾状的微小液滴(雾状体)52。该微小液滴52被带负电的基板40所吸引，从而固定到导电膜41上。然后，对到达基板40的微小液滴52实施适当的热处理等，使其膜化(固化)，由此，得到了由多个细微膜构成的取向膜。可利用这样的方法来形成上述取向膜14以及取向膜18。

并且，在图2所示的原理图中，在基板40的一个面上设有导电膜41，在该导电膜41与针51之间施加电压，不过，也可以如图3的原理图所示，在基板40的背面侧配置导电板(导电体)53，在该导电板53与针51之间施加电压。在该例子中，从不需要在基板40的一个面上实施电连接这一点看，具有通用性高的优点。另外，通过在该导电板53上设置可保持基板的机构(真空吸附单元等)，还能将导电板53兼用作基板固定单元(基板支座)。

图4是对取向膜液的射出点与基板之间的位置关系进行说明的图。在图2及图3所示的喷射装置中，取向膜液的射出点是针51的前端部。在上述图2或图3所示的例子中，纵向设置基板40，将针51的前端部配置在水平方向上与基板40相对的位置处，不过，也可以采用其它方式的配置。例如，如图4(A)所示，可将针51的前端部配置在比基板40高的位置处。在该情况下，由于基板40处于相对较低的位置，因此基板40的保持机构更加简单，从而能够期待可使用于形成取向膜的装置结构更加简单的效果。另外，也可以如图4(B)所示，将针51的前端部配置在比基板40低的位置处。在该情况下，由于重力的关系，能够使从针51的前端排出的微小液滴52中粒子更细小的液滴(粒子直径小的液滴)优先地到达基板40的一面。即，能够使构成取向膜的多个细微膜各自变得更加微小，而分散到基板40上。

接着，参照附图，对本实施方式的液晶显示装置1的制造工序进行详细说明。图5是说明一个实施方式的液晶显示装置的制造工序的示意性剖视图。

首先，在第1基板11的一个面上，形成由ITO等构成的第1电极12(参照图5(A))。例如，在第1基板11的一个面上，使用溅射法等成膜方法形成透明导电膜。也可以使用预先形成有这样的透明导电膜的基板。对该透明导电膜进行清洗，使用通常的构图方法(例如光刻法)，形成期望形状的第1电极12。例如，可使用板厚为0.7mm的由无碱玻璃构成的玻璃基板，作为第1基板11。另外，第1电极12的膜厚例如可设为(埃，Angstrom)左右。

接着，以覆盖第1电极12的方式，在第1基板11上形成取向膜13(图5(A))。具体而言，通过柔性印刷、喷墨印刷等方法，将作为取向膜13的前驱体的取向膜液涂布在第1基板11的一个面上。这里，可以使用由下述化学式表示的通常的水平取向膜用的取向膜液(取向膜材料)。然后，对该第1基板11实施热处理(例如250℃、1小时)、摩擦(lapping)处理(或光取向处理等)，由此得到了作为水平取向膜的取向膜13。另外，也可以在形成了后述的取向膜14之后进行摩擦处理等表面处理。

【化学式1】

接着，在第1基板11的一个面上(取向膜13的一个面上)形成取向膜14。具体而言，通过使用上述图2～图4说明的方法，将作为取向膜14的前驱体的取向膜液散布到取向膜13的一个面上。这里，可以使用由下述化学式表示的通常的垂直取向膜用的取向膜液。为了在更佳的状态下产生微小液滴52，希望取向膜液的粘度较低，因此，在本实施方式中，针对已经用稀释剂稀释到4wt％后的取向膜液，进一步用丙酮稀释到2倍(稀释取向膜液∶丙酮＝1∶1)。将该稀释后的取向膜液充入到上述喷射装置的微注射器50中。另外，将针51与第1基板11之间的距离L1(参照图2)设为60mm。另外，将向针51与第1基板11之间施加的直流电压设为7kV。将来自针51的取向膜液的排出量设为36皮升/秒。然后，对第1基板进行热处理(例如190℃、1小时)，由此，使取向膜液固化(膜化)，得到了取向膜14。

【化学式2】

另外，作为稀释用的溶剂，不限于丙酮，也可以使用乙醇、IPA(异丙醇)等其它有机溶剂。基本上讲，优选采用沸点低、挥发性高的溶剂。在取向膜液从针51向第1基板11飞溅的期间，取向膜液成为作为细小液滴的集合体的微小液滴52，而当到达第1基板11时，可认为丙酮等稀释用溶剂基本已经蒸发掉。因此，对于这里使用的稀释用溶剂，无论选择哪种溶剂，都不会对液晶层19的取向性造成很大影响。

另外，在第2基板15的一个面上形成取向膜17，然后在该取向膜17的一个面上形成取向膜18(参照图5)。它们各自的详细情况与上述取向膜13、14相同，因此，这里省略说明。

接着，以使各自的一个面彼此相对的方式来配置第1基板11和第2基板15(参照图5(D))。例如，在本实施方式中，为了将第1基板11与第2基板15之间的间隔(单元间隙)保持为恒定，通过干法方式，将间隙控制剂散布到一个基板的表面上(例如第1基板11的一个面上)。作为间隙控制剂，可以使用粒径为几μm的塑料球等。另外，在另一个基板的表面上(例如第2基板15的一个面上)，形成密封剂。例如，可通过丝网印刷法来形成密封剂。也可以使用配送器。作为密封剂，可以采用热硬化性的类型、光硬化性的类型、光/热并用的类型等。在密封剂中，可以包含几个百分比的粒径为几μm的玻璃纤维。然后，将第1基板11与第2基板15叠在一起进行单元化，在按压的状态下，通过热处理等，使密封剂硬化。这里，通过热压法来进行热硬化(150℃烧结)。在本实施方式中，如图所示，以各个取向膜13、16的摩擦方向呈反向平行(anti-parallel)状态的方式，将第1基板11与第2基板15贴合在一起。

接着，在第1基板11与第2基板15之间，例如通过真空注入法注入液晶材料，由此形成液晶层19(参照图5(D))。利用端部密封剂将液晶材料的注入口密封。此外，为了调整液晶层19的取向，还优选进行这样的处理：在液晶材料的相位转移温度以上，对单元进行加热(例如，60℃、30分钟)。

然后，适当进行用于对单元进行清洗的处理，在第1基板11的外侧贴附第1偏光板21，在第2基板15的外侧贴附第2偏光板22，由此，完成了上述图1所示的液晶显示装置1。

下面，说明本实施方式的液晶显示装置的几个实施例。另外，也一并对作为比较例的通常的水平取向状态的液晶显示装置进行说明。

(比较例)

图6是示出比较例的液晶显示装置的电光特性以及显微镜照片的图。该比较例是省略了上实施方式中的取向膜14以及取向膜18而制作成的。使用5CB作为用于形成液晶层19的液晶材料。单元厚度(第1基板11与第2基板15之间的间隙距离)为5.7μm。除此以外的制造条件与上述实施方式中例示的条件一致。如图6(B)以及图6(C)中的显微镜照片所示，可知比较例的液晶单元处于在通常的水平取向上观察到的均匀的取向状态。另外，根据图6(A)所示的电光特性，可知该液晶单元的饱和电压为8.5V左右。另外，通过晶体旋转法对该液晶单元的预倾角进行了测定，得知预倾角大约为3°。该预倾角是在20mm×25mm的范围内进行9个点的测定而得到的(下面的各实施例也是同样)。

(实施例1)

图7是示出实施例1的液晶显示装置的电光特性以及显微镜照片的图。该实施例1也是使用5CB作为用于形成液晶层19的液晶材料。单元厚度为6.0μm。另外，在分别形成取向膜14、取向膜18时，作为各取向膜14、18的前驱体的取向膜液是以3微升(μ liter)为单位散布的。除此以外的制造条件与上述实施方式中例示的条件一致。如图7(B)～图7(D)中的显微镜照片所示，可知在局部，液晶分子的取向状态不同。可认为该取向状态不同的部分是与取向膜14或取向膜18对应地形成的。该部分的大小为几μm左右或比其更小，还观察到1μm以下的细微部分。另外，可知该部分的形状是不定形(略接近于圆形的形状)。另外，根据图7(A)所示的电光特性，可知该液晶单元的饱和电压为8.0V左右。另外，通过晶体旋转法(外插法)对该液晶单元的预倾角进行了测定，得知预倾角大约为13.5°～14.1°的范围。即，可知，其被赋予了较高的预倾角。

(实施例2)

图8是示出实施例2的液晶显示装置的电光特性以及显微镜照片的图。该实施例2也是使用5CB作为用于形成液晶层19的液晶材料。单元厚度为6.0μm。另外，在分别形成取向膜14、取向膜18时，作为各取向膜14、18的前驱体的取向膜液是以15微升为单位散布的。除此以外的制造条件与上述实施方式中例示的条件一致。如图8(B)以及图8(C)中的显微镜照片所示，可知对于实施例2的液晶单元，也是在局部，液晶分子的取向状态不同，这可认为是由取向膜14、18引起的。另外，可知，随着取向膜液的散布量的增加，该部分的密度变高。另外，该部分的形状为不定形，是比圆形复杂的形状。而且，该部分的尺寸也比实施例1更大。另外，根据图8(A)所示的电光特性，可知该液晶单元的饱和电压为6.0V左右。另外，通过晶体旋转法(外插法)对该液晶单元的预倾角进行了测定，得知预倾角大约为19.5°～22.4°的范围。即，显然，通过增加取向膜液的散布量来增加细微膜的密度，能够将预倾角控制得更高。

(实施例3)

图9是示出实施例3的液晶显示装置的电光特性以及显微镜照片的图。该实施例3也是使用5CB作为用于形成液晶层19的液晶材料。单元厚度为6.0μm。另外，在分别形成取向膜14、取向膜18时，作为各取向膜14、18的前驱体的取向膜液是以45微升为单位散布的。除此以外的制造条件与上述实施方式中例示的条件一致。如图9(B)以及图9(C)中的显微镜照片所示，可知，对于实施例3的液晶单元，也是在局部，液晶分子的取向状态不同，这可以认为是由取向膜14、18引起的。另外，可知，随着取向膜液的散布量的增加，该部分的密度变高。另外，该部分的形状为不定形，是比圆形复杂的形状。而且，该部分的大小也比实施例1更大。并且，存在局部呈现为黑色的部分，可认为，这是处于垂直取向或接近于垂直的取向状态。可认为，在与该部分对应的第1基板11、第2基板15各自的表面上，形成有构成取向膜14、18的细微膜。另外，根据图9(A)所示的电光特性，可知该液晶单元的饱和电压为5.0V左右。另外，通过晶体旋转法(外插法)对该液晶单元的预倾角进行了测定，得知预倾角大约为37.2°～42.9°的范围。即，显然，通过增加取向膜液的散布量来进一步增大细微膜的密度，能够将预倾角控制得更高。

(实施例4)

作为实施例4，说明仅在一个基板侧分布垂直取向膜的实施例。具体而言，在上述实施方式中，制作了这样的液晶显示装置，即：在第1基板11侧形成了取向膜13以及取向膜14，在第2基板15侧仅形成了取向膜17，而省略了取向膜18。图10是示出实施例4的液晶显示装置的显微镜观察照片的图。图10(A)是放大到20倍的偏光显微镜照片，图10(B)是放大到50倍的偏光显微镜照片。在各照片中呈现为白色的部分对应于构成取向膜14的细微膜。可知，该部分的形状为圆形或组合有圆形的形状。另外，还观察到环状的形状。该部分的大小多种多样，从亚微米数量级(还存在0.1μm以下的大小)到较大的10μm左右，最大为30μm左右。在制作液晶单元时使用了较简单的装置，因此，微小液滴52(参照图2、3)的粒径偏差大，不过，如果使用更高精度的装置，则能够抑制粒径偏差。另外，对于粒径的大小，通过对喷射装置的针与基板之间的距离、在二者之间施加的电压的值、针的形状和大小、取向膜液的排出量、排出速度等制造参数进行适当设定，能够将其控制为几nm～几十nm左右的数量级。不过，考虑到人眼的分辨力(一般为100μm左右)，即使构成取向膜14(或取向膜18)的各细微膜未小到那种程度，能够视觉辨认的可能性也很低。另外，液晶分子具有彼此一致地排列的性质，并且具有这样的性质，即：即使存在细微的取向分布，作为整体，也是以尽量不发生急剧的取向变化的方式，逐渐地变化。当所述取向分布过于细微时，表面的取向分布的影响可能不会影响到整体的液晶取向，所以，存在这种可能性：构成取向膜14等的各细微膜不要过于细微为好。即，作为取向膜液的喷射装置，不需要使用那样高的精度的装置。

根据以上的本实施方式，通过使用由多个细微膜构成的取向膜，能够大范围地设定该取向膜与液晶层之间的界面附近的液晶分子的预倾角。并且，能够根据多个细微膜的分布密度，改变预倾角。另外，能够利用结构比较简单的装置来形成由多个细微膜构成的取向膜。因此，能够大范围地设定预倾角，制造液晶显示装置。由此，还能够容易地实现使用OCB(光学补偿弯曲)模式或全新模式等、需要较高预倾角的显示模式的液晶显示装置。

另外，本发明不限于上述实施方式的内容，可以在本发明的主旨范围内，进行各种变形来实施。例如，上述实施方式适当示出的制造条件等的数值只是一例，并不限于此。例如，在上述实施方式中，分别针对第1基板、第2基板设置了不同的两种取向膜(水平取向膜以及由多个细微膜构成的垂直取向膜)，不过，也可以仅在某一个基板上设置2种取向膜。另外，在上述实施方式中，是在水平取向膜的上侧重叠配置了由多个细微膜构成的垂直取向膜，但也可以将其颠倒过来。即，在垂直取向膜的上侧重叠地配置由多个细微膜构成的水平取向膜。并且，也可以不将由多个细微膜构成的取向膜(垂直取向膜或水平取向膜)重叠在其它性质的取向膜上，而是单独进行使用。相反，也可以重叠多层由多个细微膜构成的取向膜。

Claims (4)

1.一种液晶显示装置，该液晶显示装置包括：

以各自的一个面彼此相对的方式配置的第1基板及第2基板；

设置在所述第1基板的所述一个面侧的第1取向膜；

设置在所述第2基板的所述一个面侧的第2取向膜；以及

设置在所述第1基板与所述第2基板彼此之间的液晶层，

所述第1取向膜具有多个细微膜，所述多个细微膜以在各个细微膜彼此之间露出底层的方式分散地配置，

根据所述多个细微膜的分布密度，控制所述第1取向膜与所述液晶层之间的界面附近的液晶分子的预倾角。

2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，

该液晶显示装置还包括第3取向膜，该第3取向膜被设置在所述第1取向膜与所述第1基板的所述一个面之间，该第3取向膜的取向控制特性与所述第1取向膜不同。

3.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置，其中，

所述多个细微膜包含平面图中的形状为大致圆形或环形的细微膜。

4.一种液晶显示装置的制造方法，该制造方法包括以下工序：

第1工序，在第1基板的一个面上形成第1取向膜；

第2工序，以使所述第1基板和第2基板各自的一个面彼此相对的方式来配置该第1基板和该第2基板；

第3工序，在所述第1基板与所述第2基板之间形成液晶层，

所述第1工序包括以下工序：

在使材料液与所述第1基板之间相对地产生电位差的状态下，排出所述材料液，由此，使所述材料液呈雾状地散布到所述第1基板的一个面侧；以及

使该散布的所述材料液固化。

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