CN102326119A - 液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的液晶显示装置(100)，各像素具有：第一电极(12)；第二电极(22)；设置在第一电极与第二电极之间的液晶层(32)；设置在第一电极与液晶层之间的第一垂直取向膜(14)；设置在第二电极与液晶层之间的第二垂直取向膜(24)；和在第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的液晶层一侧的表面的各个形成的由光聚合物(16a、26a)构成的一对取向维持层(16、26)，一对取向维持层的光聚合物(16a、26a)覆盖第一垂直取向膜和第二垂直取向膜(14、24)各自的透过区域的面积的30％以上60％以下的区域。由此，能够使液晶显示装置的批量生产稳定性和信赖性提高。

Description

液晶显示装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及液晶显示装置及其制造方法，特别是涉及使用PSA技术的液晶显示装置及其制造方法。
背景技术
液晶显示装置具有显示品质依赖于视野角的性质。因此，通过在各像素内形成液晶分子的预倾方向相互不同的多个液晶畴(例如MVA模式等的取向分割)，或形成具有向相互不同的多个预倾方向取向的液晶分子的液晶畴(例如CPA模式的轴对称取向畴)，来实现液晶显示装置的广视野角化。
近年，作为控制液晶分子的预倾方向的技术，开发有聚合物稳定取向技术(Polymer Sustained Alignment Technology)(以下称为“PSA技术”)(参照专利文献1、2和非专利文献1)。为了参考，将专利文献1、2和非专利文献1的全部公开内容援引到本说明书中。
PSA技术是向液晶材料中预先混入少量的聚合性化合物(例如光聚合性单体或低聚物)，构成液晶单元后，在向液晶层施加有规定电压的状态下，向聚合性化合物照射活性能量线(例如紫外线)，通过生成的聚合物来控制液晶分子的预倾方向的技术。生成聚合物时的液晶分子的取向状态，在去掉电压后(不施加电压的状态)也被维持(记忆)。因此，PSA技术具有以下优点：通过控制形成在液晶层的电场等，能够对液晶分子的预倾方位和预倾角度进行调整。另外，因为PSA技术不需要进行摩擦处理，所以特别适于形成难以通过摩擦处理来控制预倾方向的垂直取向型液晶层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-357830号公报
专利文献2：日本特开2006-78968号公报
非专利文献
非专利文献1：K.Hanaoka et al.“A New MVA-LCD by PolymerSustained Alignment Technology”，SID 04DIGEST1200-1203(2004)
发明内容
发明要解决的课题
不过，本发明的发明人在研究使用PSA技术的液晶显示装置的批量生产稳定性和信赖性的过程中，发现了以下问题：(1)液晶分子的预倾角不稳定，观察到显示不匀；和(2)在使用液晶显示装置的期间，发生显示的残影。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于使利用PSA技术的液晶显示装置的批量生产稳定性和信赖性提高。
用于解决问题的手段
本发明的液晶显示装置具有各自具有透过区域的多个像素，上述多个像素各自具有：第一电极；第二电极；设置在上述第一电极与上述第二电极之间的液晶层；设置在上述第一电极与上述液晶层之间的第一垂直取向膜；设置在上述第二电极与上述液晶层之间的第二垂直取向膜；和在上述第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的上述液晶层一侧的表面的各个形成的由光聚合物构成的一对取向维持层，上述一对取向维持层的上述光聚合物覆盖上述第一垂直取向膜和上述第二垂直取向膜各自的上述透过区域的面积的30％以上60％以下的区域。
在某实施方式中，上述液晶层包括介电各向异性为负的向列型液晶材料和生成上述光聚合物的光聚合性化合物，上述光聚合性化合物的含有率大于液晶材料的质量的0.015质量％且不足0.068质量％。
在某实施方式中，上述光聚合物实质上仅由粒径为500nm以下的粒子形成。
在某实施方式中，上述光聚合性化合物包括二丙烯酸酯或二甲基丙烯酸酯。
本发明的液晶显示装置的制造方法，其是上述任一液晶显示装置的制造方法，上述制造方法包括：工序(a)，准备液晶单元，该液晶单元包括：形成有上述第一电极和上述第一垂直取向膜的第一基板；形成有上述第二电极和上述第二垂直取向膜的第二基板；和上述第一基板与上述第二基板之间的向列型液晶材料和光聚合性化合物的混合物；工序(b)，在上述第一电极与上述第二电极之间施加有电压的状态下，通过向上述混合物照射光，生成上述光聚合物，使得该光聚合物覆盖上述第一垂直取向膜和上述第二垂直取向膜的上述液晶层一侧的上述表面各自的上述透过区域的15％以上的面积；和工序(c)，在上述工序(b)之后，在不向上述第一电极与上述第二电极之间施加电压的状态下，通过向上述混合物进一步照射光，进一步生成上述光聚合物，使得该光聚合物覆盖上述第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的上述液晶层一侧的上述表面各自的上述透过区域的30％以上的面积。
在某实施方式中，在上述工序(a)中，上述混合物中的上述光聚合性化合物的含有率在上述液晶材料的质量的0.15质量％以上0.40质量％以下的范围内。
发明效果
通过本发明，能够使利用PSA技术的液晶显示装置的批量生产稳定性和信赖性提高。
附图说明
图1(a)和(b)是表示本发明实施方式的液晶显示装置100的结构的图，(a)是液晶显示装置100的示意性截面图，(b)是液晶显示装置100具有的基板10、20的液晶层一侧的表面的示意性平面图。
图2(a)～(c)是为了说明本发明的实施方式的液晶显示装置100的制造方法的示意性截面图。
图3(a)和(b)是说明在本发明的实施方式的液晶显示装置100的制造方法中，形成取向维持层的状况的图，(a)是表示第一次光照射工序后的取向膜上的状态的SEM像，(b)是表示第二次光照射工序后的取向膜上的状态的SEM像。
图4(a)和(b)是用于说明现有技术中的液晶显示装置的问题点的示意图，(a)是表示形成在基板上的光聚合物的示意性截面图，(b)是示意性地表示液晶分子的预倾混乱的状况的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式的液晶显示装置的构造。虽然，在这里，举例示出了像素仅由以透过模式进行显示的透过区域形成的透过型液晶显示装置，但本发明的实施方式的液晶显示装置也能够适用于像素各自具有以反射模式进行显示的反射区域和以透过模式进行显示的透过区域的透过反射两用型或半透过型(Transflective)液晶显示装置。
参照图1(a)和(b)，说明本发明的实施方式的液晶显示装置100的结构。图1表示液晶显示装置100的一个像素内的构造，即液晶分子具有一定的预倾的区域的构图。
图1(a)是液晶显示装置100的示意性截面图，图1(b)是液晶显示装置100具有的基板10、20的液晶层一侧的表面的示意性平面图。
液晶显示装置100具有：第一基板10；第二基板20；和设置在第一基板10与第二基板20之间的液晶层32。第一基板10是例如TFT基板，第二基板20是例如彩色滤光片基板。第一基板10具有：例如玻璃基板11；形成在玻璃基板11上的第一电极(例如像素电极)12；形成在第一电极12的液晶层32一侧的第一垂直取向膜14；和形成在第一垂直取向膜14的液晶层32一侧的表面的第一取向维持层16。第二基板20具有：例如玻璃基板21；形成在玻璃基板21上的第二电极(例如对置电极)22；形成在第二电极22的液晶层32一侧的第二垂直取向膜24；和形成在第二垂直取向膜24的液晶层32一侧的表面的第二取向维持层26。
第一取向维持层16和第二取向维持层26分别是通过PSA技术形成的，且由光聚合物构成，覆盖第一垂直取向膜14和第二垂直取向膜24的各个像素的面积的30％以上60％以下的区域。之后，如示出实验结果的一部分而进行说明的那样，通过构成为第一取向维持层16和第二取向维持层26覆盖第一垂直取向膜14和第二垂直取向膜24各自的透过区域的面积的30％以上60％以下的区域，能够使液晶显示装置100的批量生产稳定性和信赖性提高。
如图1(b)示意性地表示的那样，在垂直取向膜14、24的液晶层一侧的表面形成有多个光聚合物粒子16a、26a。光聚合物粒子16a、26a构成取向维持层16、26。在这里，光聚合物粒子16a、26a实质上优选仅由粒径为500nm以下的粒子构成。
如图4(a)示意性地表示的那样，当在基板91的垂直取向膜92上存在粒径超过500nm的聚合物粒子96a时，存在液晶分子的取向混乱、或者成为显示时的亮点的问题。另外，在形成有粒径超过500nm的聚合物粒子96a的情况下，被聚合物粒子96a覆盖的面积不足30％的情况较多。其结果是，如图4(b)所示，在表面形成有这种聚合物96a、96b的基板90a和90b之间设置的液晶层94的液晶分子94a的取向，因部位不同而混乱，成为显示不匀的原因。
另外，在这里，虽然举例示出了像素仅具有透过区域的透过型液晶显示装置，但是在像素具有反射区域的情况下(即，半透过型液晶显示装置的情况下)，第一取向维持层16和第二取向维持层26只要覆盖第一垂直取向膜14和第二垂直取向膜24各自的透过区域的面积的30％以上60％以下的区域即可。
当被第一取向维持层和第二取向维持层16、26覆盖的面积(有时简称为“覆盖率”)不足30％时，由于在预倾方向或预倾角中产生偏差，存在产生显示不均的情况，所以缺乏批量生产的稳定性。另一方面，当被第一取向维持层和第二取向维持层16、26覆盖的面积大于60％时，存在液晶显示装置的信赖性降低的情况。即，为了使覆盖率为60％以上，而使混合在向列型液晶材料中的光聚合性化合物的含有率大于液晶材料的质量的0.40质量％，并且，例如需要通过加长光照射时间，充分地使光聚合反应进行。这样一来，液晶层中残存的光聚合性化合物的含有率变高。或者，为了使液晶层中残存的光聚合性化合物的含有率充分降低而进行长时间的光照射时，由于取向膜和有机层间绝缘膜等发生光劣化而产生分解气体，其结果，例如有时会产生在液晶材料中生成气泡的问题。
液晶层32中残存的光聚合性化合物的含有率，优选大于液晶材料的质量的0.015质量％且不足0.068质量％以下。当残存的光聚合性化合物的含有率是液晶材料质量的0.068质量％以上时，在使用液晶显示装置的期间，由于光聚合性化合物聚合，以固定此时的液晶分子的取向的方式起作用，所以存在液晶分子的预倾角发生变化的情况。液晶分子的预倾角不同的区域，在显示动作中，由于呈现不同的亮度，所以存在被观察到显示的残影或显示不均的情况。例如，显示白色的区域的液晶分子的预倾角变小时，由于该区域的亮度变得比周边高，存在被显示得发白的图像看起来像残影的情况。另外，为了使残存的光聚合性化合物的含有率为液晶材料的质量的0.015质量％以下，最初需要减少混合的光聚合性化合物的量，并且，不能形成取向维持层16、26，或者不能充分发挥作为取向维持层16、26的功能。
为了将液晶层32中残存的光聚合性化合物的含有率控制在大于液晶材料的0.015质量％且不足0.068质量％的范围内，用于形成液晶层32的混合物中的光聚合性化合物的含有率优选在大于液晶材料的质量的0.15质量％且0.40质量％以下的范围内。当光聚合性化合物的含有率大于0.40质量％时，为了使残存的光聚合性化合物的含有率下降，如上所述，需要引起取向膜等的光劣化的程度的光照射。当用于形成液晶层32的混合物中的光聚合性化合物的含有率为液晶材料的质量的0.15质量％以下时，不能形成取向维持层16、26，或者不能充分发挥作为取向维持层16、26的功能。
光聚合性化合物可以是单体或低聚物，也可以是它们的混合物。作为单体，适用二丙烯酸酯或二甲基丙烯酸酯。另外，优选不使用引发剂，而使用紫外线(例如i线，365nm)进行聚合。
接着，参照图2(a)～(c)和图3(a)、(b)，说明本发明实施方式的液晶显示装置100的制造方法。
首先，如图2(a)所示，准备液晶单元100a，该液晶单元100a包括：形成有第一电极和第一垂直取向膜(在这里未图示)的第一基板10′；形成有第二电极和第二垂直取向膜(在这里未图示)的第二基板20′；和第一基板10′与第二基板20′之间的介电各向异性为负的向列型液晶材料和光聚合性化合物的混合物。另外，当在第一基板10′和第二基板20′的垂直取向膜的表面形成取向维持层时，能够得到如图1(a)所示的第一基板10和第二基板20。
液晶单元100a例如使用滴下式注入法(One Drop Filling，ODF法)制作。在减压气氛下，向在周边部描绘有密封剂34的图案的第一基板10′上，赋予介电各向异性为负的向列型液晶材料和光聚合性化合物的混合物的液滴后，粘合第二基板20′。之后，通过使密封剂34硬化，能够得到液晶单元100a。
这时，向列型液晶材料的液晶分子32a，显示相对于垂直取向膜的表面约90°的预倾角。光聚合性化合物(例如，二丙烯酸酯单体)的分子36a，分散在液晶层32′中。
接着，如图2(b)所示，在形成于第一基板10′和第二基板20′的一对电极之间施加有电压的状态下，即在向上述混合物施加有电压的状态下，通过向上述混合物照射光UV1，生成光聚合物16a、26a，使得该光聚合物覆盖第一基板10′和第二基板20′的垂直取向膜的液晶层32′一侧的表面的15％以上的面积。这时，优选使光聚合物16a、26a不覆盖第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的液晶层32′一侧的表面的30％以上的面积。通过因在施加有电压的状态下的光照射而生成的光聚合物16a、26a，得到希望的预倾角。照射时间越长(照射光量越多)，预倾角越增大。
在图2(b)中示意性地表示，通过由于形成在第一电极和第二电极的狭缝(开口部)而生成的倾斜电场，液晶分子32a呈现规定的取向的状态。液晶分子32a的取向方向，能够由形成在电极的狭缝和在电极的液晶层32′一侧由电介质形成的突起(肋)等控制。通过生成光聚合物16a、26a，使得该光聚合物覆盖第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的液晶层32′一侧的表面的15％以上的面积，能够维持由电场限制的液晶分子32a的取向。
接着，如图2(c)所示，在不向第一电极与第二电极之间施加电压的状态下，通过进一步向混合物照射光UV2，进一步生成光聚合物，使得该光聚合物覆盖第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的液晶层32一侧的表面各自的30％以上60％以下的面积。这时，优选照射光的强度，比之前的光照射时低，并且照射时间长。通过第二次光照射，使液晶层32中残存的单体的量降低。
以下，示出实验例。
在介电各向异性为负的向列型液晶材料中，混合液晶材料的质量的0.25质量％的二丙烯酸酯单体。不混合引发剂。作为垂直取向膜，例如使用日产化学制的SE-5561或SE8963。
准备形成有电极和上述垂直取向膜的一对基板，通过使用滴下式注入法注入上述混合物，得到液晶单元100a。液晶层的厚度例如为3.5μm。
在向上述混合物施加10V的电压的状态下，使用超高压水银灯，从一个基板一侧照射313nm的照度为约5mW/cm2的紫外线(用滤光片(filter)除去波长310nm以下的紫外线。主波长是313nm、334nm和365nm)约60～300秒。当第一基板10’是TFT基板，第二基板20′是彩色滤光片基板时，优选从第一基板10′一侧照射。当从第二基板20′一侧照射时，由于紫外线被彩色滤光片吸收，所以效率差。另外，也可以从两侧照射。另外，这时施加到混合物的电压，只要是使液晶分子32a向希望的方向取向的电压，则可以任意。
接着，为了使液晶层32′中残存的二丙烯酸酯单体的含有率降低，进行第二次光照射。例如，使用背光源，与上述第一次光照射同样地从一个基板一侧照射365nm的照度约为4mW/cm2的紫外线约10～60分钟。这时，不需要向混合物施加电压。
像这样，通过在比较长的时间内照射紫外线，液晶层32’中残存的二丙烯酸酯单体进一步聚合，形成光聚合物，使得该光聚合物覆盖垂直取向膜的表面的30％以上的面积。另外，由于当初的混合物中的二丙烯酸酯单体的含有率是液晶材料的质量的0.25质量％(0.40质量％以下)，所以覆盖率不会超过60％。
在图3(a)中表示在上述实验例的制造方法中第一次光照射工序后的取向膜上的状态的SEM像，在图3(b)中表示第二次光照射工序后的取向膜上的状态的SEM像。它们都是用SEM观察在规定的光照射工序后，分解液晶单元，除去液晶材料，用溶剂洗净后的表面的图。
如图3(a)所示，聚合物的粒子形成在垂直取向膜上。将聚合物粒子换算为球时的直径在约50nm～100nm的范围内。另外，将SEM图像二值化，根据白色部分的面积求出的覆盖率是17.8％。另外，这时的单体的残量，是液晶材料的质量的约0.13质量％，混合的单体的约50％发生了反应。并且，残存的单体量，利用气相色谱法(GC)，根据下面的计算式求出。
残存单体量＝(光照射后的单体的峰值面积/光照射前的单体的峰值面积)×光照射前的单体量
如图3(b)所示，进行第二次光照射后，覆盖率是40.1％。聚合物粒子的直径，与上述同样，在约50nm～100nm的范围内。单体的残量为液晶材料的质量的约0.0375质量％，混合的单体的约85％发生了反应。
在各种条件下进行如上述实验后，结果发现：如果最终得到的取向维持层的覆盖率为30％以上60％以下，则液晶分子的预倾稳定，看不见显示不均。另外，如果液晶层中残存的单体的含有率不足液晶材料的质量的0.068质量％，则不会发生显示的残影。进而，也不会发生在液晶材料中生成气泡的问题。
产业上的利用可能性
本发明适用于使用PSA技术的液晶显示装置及其制造方法。
附图标记说明
10、20基板
11、21玻璃基板
12、22电极
14、24垂直取向膜
16、26取向维持层
16a、26a光聚合物的粒子
32液晶层
32a液晶分子
34密封剂
100液晶显示装置

Claims (6)

1.一种液晶显示装置，其特征在于：
所述液晶显示装置具有各自具有透过区域的多个像素，所述多个像素各自具有：第一电极；第二电极；设置在所述第一电极与所述第二电极之间的液晶层；设置在所述第一电极与所述液晶层之间的第一垂直取向膜；设置在所述第二电极与所述液晶层之间的第二垂直取向膜；和在所述第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的所述液晶层一侧的表面的各个形成的由光聚合物构成的一对取向维持层，所述一对取向维持层的所述光聚合物覆盖所述第一垂直取向膜和所述第二垂直取向膜各自的所述透过区域的面积的30％以上60％以下的区域。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述液晶层包括介电各向异性为负的向列型液晶材料和生成所述光聚合物的光聚合性化合物，所述光聚合性化合物的含有率大于所述液晶材料的质量的0.015质量％且不足0.068质量％。
3.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述光聚合物实质上仅由粒径为500nm以下的粒子形成。
4.如权利要求1～3中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述光聚合性化合物包括二丙烯酸酯或二甲基丙烯酸酯。
5.一种液晶显示装置的制造方法，其是权利要求1～4中任一项所述的液晶显示装置的制造方法，所述制造方法的特征在于，包括：
工序(a)，准备液晶单元，该液晶单元包括：形成有所述第一电极和所述第一垂直取向膜的第一基板；形成有所述第二电极和所述第二垂直取向膜的第二基板；和所述第一基板与所述第二基板之间的向列型液晶材料和光聚合性化合物的混合物；
工序(b)，在所述第一电极与所述第二电极之间施加有电压的状态下，通过向所述混合物照射光，生成所述光聚合物，使得该光聚合物覆盖所述第一垂直取向膜和所述第二垂直取向膜的所述液晶层一侧的所述表面各自的所述透过区域的15％以上的面积；和
工序(c)，在所述工序(b)之后，在不向所述第一电极与所述第二电极之间施加电压的状态下，通过向所述混合物进一步照射光，进一步生成所述光聚合物，使得该光聚合物覆盖所述第一垂直取向膜和所述第二垂直取向膜的所述液晶层一侧的所述表面各自的所述透过区域的30％以上的面积。
6.如权利要求5所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于：
在所述工序(a)中，所述光聚合性化合物的含有率在所述液晶材料的质量的0.15质量％以上0.40质量％以下的范围内。
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