CN1991525A - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明抑制使用光解型光取向膜的液晶显示装置的该取向膜伴随光取向处理产生的杂质引起的显示性能的劣化，能进行高品质的图像显示。在被赋予了液晶取向功能的取向膜上，来源于该取向膜的分解产物为每100cm23957.5ng以下。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示装置，特别涉及在光照射下赋予取向膜取向控制功能的液晶显示装置。
背景技术
作为取向处理用于液晶显示装置的取向膜、即赋予取向控制功能的方法，迄今为止有摩擦(rubbing)处理的方法。摩擦取向处理是通过用布在规定方向上摩擦取向膜，进行取向处理。另一方面，作为非接触地赋予取向膜取向控制功能的方法，有光取向法。
专利文献1公开了下述技术，即对取向膜照射紫外线的偏振光，利用光能量反应引起的激发状态使取向膜的分子链发生新的键合反应或分解反应，由此赋予液晶分子预倾角(pretilt angle)和方向性。
[专利文献1]特开平7-318942号公报(相关专利：US5,604,615)
发明内容
此种取向膜由聚酰亚胺类树脂的涂布膜形成。使用带有烷基侧链的聚酰亚胺树脂利用光取向赋予取向膜取向控制功能时，可通过使偏振光对基板面的照射方向倾斜来形成预倾角。但是现有的例子中未考虑紫外线切断得到的微小分解产物的生成量。分解产物的量成为残留图像特性或热稳定性、电稳定性下降等显示性能变差的要因。
具体而言，如果取向膜具有离子的吸附点，则液晶中的离子在该吸附点反复吸附、解吸，由此导致取向膜上起因于直流成分(DC)的残留图像特性发生劣化。如果取向膜的分解产物(短分子成分)大量残留，则引起下述现象。
(1)由于该短分子成分为低分子量，因此超过一定量的残留成分溶出于液晶中，导致液晶分子取向的电压保持率下降。
(2)如果假定该短分子成分为摩擦产生的磨屑之类物质，则大量残留导致取向膜表面的弹性率下降。
(3)由于大量残留的短分子成分不利于取向控制，故降低取向膜的热稳定性或电特性。
本发明的目的在于消除上述问题，使采用光解型光取向膜的液晶显示装置能进行高品质的图像显示。
通过在光取向处理后的取向膜内残留规定量的来源于该取向膜的分解产物(短分子成分)，实现上述目的。该短分子成分是在光照射下生成的取向膜的分解产物残留形成的。本发明特征在于以单位面积来规定该分解产物的残留量。
本发明的液晶显示装置具备液晶显示面板，所述液晶显示面板由在形成有用于像素选择的有源(active)元件的主面的最上层上具有第1取向膜的第1基板、形成有滤色器的主面的最上层上具有第2取向膜的第2基板、封入所述第1基板的所述第1取向膜与所述第2基板的所述第2取向膜之间的液晶构成。
其特征在于，上述第1取向膜与上述第2取向膜均通过光照射被赋予液晶取向功能，上述赋予了液晶取向功能的取向膜中含有规定量的来源于该取向膜的短分子成分。
其特征在于，上述短分子成分为在光照射下生成的取向膜的分解产物，该分解产物在取向膜中的量为0.1ng以上、3957.5ng以下，另外，其上限还可以为1000.0ng以下，其上限也可以为500.0ng以下。
可以根据适当选择取向膜所要求的功能性，选择上述分解产物的最适量的范围。
需要说明的是，本发明并不限定于上述结构及下述实施方式所公开的结构，不言而喻，只要不脱离本发明的技术构思，可以对包含所谓TN型、所谓IPS型、所谓VA型的所有液晶显示装置进行各种变更。
根据本发明可以适当地抑制液晶中的离子吸附在取向膜的膜分子的极性部分(例如，聚酰亚胺的末端部分或聚酰亚胺的酰亚胺环C＝O部、具有高极性的取代基作为聚酰亚胺的侧链的情况)。
由此，能抑制由吸附离子性杂质引起的起因于DC的残留图像特性的劣化，得到高品质的图像显示。
附图说明
[图1]本发明的伴随光取向处理产生的来源于取向膜的分解产物的代表性结构式的说明图
[图2]说明液晶显示面板的简略结构的剖面图
[图3]用于从图2所示的液晶显示面板中采集试样的工序图
[图4]用于从图2所示的液晶显示面板中采集试样的图3的后续工序图
[图5]使用本发明试样基板的低分子量成分测定系统的测定步骤的说明图
[图6]图5中的生成气体浓缩(收集)装置的构成图
[图7]模式地表示构成本发明的液晶显示装置的液晶显示面板的外观的侧视图
[图8]模式地说明构成本发明的液晶显示装置的液晶显示面板整体的构成例的展开侧视图
[图9]模式地说明光取向的处理装置的图
[图10]表示连接在分解产物的Y1上的物质结构式的图
[图11]表示连接在分解产物的Y2上的物质结构式的图
[图12]GC色谱图的例子
[图13]说明电压保持率的图
[图14]表示电压保持率与分解产物的量的关系图
符号说明
SUB1薄膜晶体管基板
SUB2滤色器基板
GCMS带有浓缩导入装置的气相色谱质谱联用仪
QCB石英室
S-SUB1试样基板
HTR加热装置
TTB接收管
具体实施方式
下面参照实施例的附图详细地对本发明的具体实施方式进行说明。
[实施例1]
图1是作为本发明中伴随光取向处理产生的来源于取向膜的分解产物的短分子成分的代表性结构式的说明图。此处仅给出代表性结构，显然本发明并不限定于此。
另外，图1中X连接H、CH3、(CH2)n-CH3、(CF2)n-CF3等。Y1连接H、CH3或图10表示的物质。Y2连接图11表示的物质。
本实施例检验上述分解产物的残留量对取向膜功能的影响。具体而言，使用下述材料制作具有各种条件的取向膜的液晶显示器(LCD)面板。
<材料>
BAPP/CBDA的缩聚物(Mw＝50000)
BAPP：2，2-二{4-(对氨基苯氧基)苯基}丙烷
CBDA：1，2，3，4-环丁烷四羧酸二酐
<LCD制作方法>
采用旋涂法或印刷法等分别在TFT基板与LCD基板上制作取向膜，在干净的烘箱(clean oven)中、在230℃下加热2小时左右。在此处取向膜的膜厚为100nm，但赋予取向所必须的膜厚只要为约20～200nm即可。改变下述条件，对制成的取向膜赋予取向控制功能，所述条件为光的照射量(积算光量)、是否用半导体制造等级的纯水清洗、是否在光照射后加热。其后，粘合TFT基板和LCD基板，注入液晶，制作LCD。
另外，通过摩擦处理使积算光量为0的试样No.1取向。上述取向膜的制作条件示于下表1。
[表1]
  试样No.   积算光量J/cm   是否用纯水清洗   有无光照射后的加热
  1   0   25℃1小时   无
  2   1.5   25℃1小时   200℃2小时
  3   1.5   否   200℃2小时
  4   3.0   否   200℃2小时
  5   10.0   否   200℃2小时
  6   1.5   否   无
  7   3.0   否   无
  8   6.0   否   无
  9   10.0   否   无
  10   15.0   否   无
  11   20.0   否   无
<取向膜功能的检验>
本实施例基于电压保持率、残留图像消失等级、LCD单元的可靠性观点，对多个如上所述制得的LCD的分解产物适当量进行检验。
《分解产物生成量的测定方法》
此处，对残留在取向膜中的分解产物(低分子量成分)的测定方法进行说明。图2、图3、图4是从液晶显示面板采集测定用试样的顺序的说明图。此处以构成有源矩阵(active matrix)方式的TN型液晶显示装置的液晶显示面板为例进行说明。需要说明的是，液晶显示装置是在液晶显示面板中插入驱动电路或显示控制装置而构成的。下面有时将液晶显示面板简称为面板。
图2是说明液晶显示面板的简略结构的剖面图。液晶显示面板是在作为第1基板的薄膜晶体管基板SUB1与作为第2基板的滤色器基板SUB2之间挟住液晶LC而构成的。此处，从短边长为140mm以上的液晶显示面板中采集试样。
图3为用于从图2所示的液晶显示面板中采集试样的工序图。图3(A)为标记(marking)工序，在从面板的端部到内侧的距离a、b、c、d均为20mm以上的部位形成的e＝120mm×f＝120mm的正方形的四角标记+。使用玻璃笔进行标记。此时，对薄膜晶体管基板SUB1侧与滤色器基板SUB2侧的两面一致之处实施标记。
图3(B)为清洗工序。该工序中，用丙酮等有机溶剂清洗图3(A)中标记得到的正方形部分的表面(薄膜晶体管基板SUB1侧与滤色器基板SUB2侧的两面)。清洗的目的是为了在随后实施的分析中，不检出试样表面的污渍。因此，接触试样时，戴上在半导体组装等中使用的无尘手套。另外，在放置试样的支架(图上未标识)上，放上尺寸大于试样的未使用过的清洁纸，在源极上放置试样。每次将试样翻面时都要更换清洁纸。
作为清洗方法之一例，将纯度为99％以上的新品丙酮涂布在未使用过的布上，用该布擦拭所希望区域表面上的污渍。优选对薄膜晶体管基板SUB1侧与滤色器基板SUB2侧分别至少重复5次上述操作。
图3(C)是从面板采集试样的切断工序。在与清洗后的120mm×120mm的正方形区域的四边分别距离10mm的内侧部分切断面板，切出100mm×100mm的正方形。此时，为了在随后的分析中不检出试样表面的污渍，也戴上在半导体组装等中使用的无尘手套。另外，切断时的支架(图上未标识)上与上述同样地放上尺寸大于试样的未使用过的清洁纸，在源极上放置试样。
图4是用于从图2所示的液晶显示面板采集试样的图3的后续工序图。图4(D)是面板分离工序，表示在图3(C)中清洗后的试样的平面图。将该试样分成薄膜晶体管基板SUB1与滤色器基板SUB2。分离时，由于两基板间夹着液晶，故例如可以在两基板间吹入空气剥离两基板。
进行该分离工序时，也戴上上述在半导体组装等中使用的无尘手套。另外，如图4(E)所示，将分离得到的两基板(分析用试样基板S-SUB1与S-SUB2)放于支架(图上未标识)上时，也放上尺寸大于试样的未使用过的清洁纸，使作为面板内侧的一面朝上放置在清洁纸上。需要说明的是，此处仅以薄膜晶体管基板侧SUB1作为分析用试样基板S-SUB1时，可以丢弃分离得到的作为滤色器基板侧的另一张试样基板S-SUB2，但是假定进一步进行取向膜的分析时，优选对该试样基板S-SUB2进行与试样基板S-SUB1相同的操作。
图4(F)是液晶冲洗工序，除去残留附着在试样基板SUB1上的液晶。用经丙酮清洗后的镊子等夹住试样基板S-SUB1，将纯度为99％以上的环己烷CH直接赋予试样基板S-SUB1的两面，冲洗液晶。之后，用高压空气等使试样基板表面的环己烷干燥并除去。该操作至少重复10次。在该液晶冲洗工序中，也戴上上述在半导体组装等中使用的无尘手套。
将经过液晶冲洗工序的试样基板S-SUB1置于图中未标识的支架上时，也在支架上放上相同的清洁纸，使薄膜晶体管图案面朝上。
上面说明了从短边尺寸为140mm以上的液晶显示面板中采集试样的工序，但从短边尺寸不足140mm的液晶显示面板中采集试样时，可以由多张面板与上述相同地进行试样切割，使试样基板的总面积为100mm2。或者，当只能准备25mm2的试样时，将测定的分析结果换算成100mm2。
测定如上所述地采集的试样的分解产物(低分子量成分)量。
图5说明使用本发明的试样基板的分解产物生成量测定系统的测定步骤。该测定系统由生成气体浓缩(收集)装置GCC与带有生成气体浓缩导入装置的气相色谱质谱联用仪GCMS构成。图6是图5的生成气体浓缩(收集)装置GCC的结构图。生成气体浓缩(收集)装置GCC为GL SCIENCE社制的“MSTD258MB”，带有生成气体浓缩导入装置的气相色谱质谱联用仪GCMS是岛津制作所制的“GC/MSQP-2010”。
图5中的生成气体浓缩(收集)装置GCC是在图6所示的石英室(chamber)QCB中装入试样基板S-SUB1，导入氦气He作为净化气(purge gas)，边从试样的背面进行净化，边用加热装置HTR在250℃下加热30分钟。此期间，收集石英室QCB内的气体作为收集气体CG，将其从接收(trap)管TTB的一端导入。
接收管TTB为玻璃管，其中充填了收集用树脂(2，6-二苯醚结构的耐热性树脂)，利用泵等从另一端进行排气使收集气体CG通过。通过过程中，收集气体CG中含有的成分吸附到接收管TTB内。取下该接收管TTB，安装在图5的带有生成气体浓缩导入装置的气相色谱质谱联用仪GCMS上。
通过对安装在图5的带有生成气体浓缩导入装置的气相色谱质谱联用仪GCMS的生成气体浓缩导入装置上的接收管TTB进行加热至270℃后、冷却到-130℃、再加热至270℃的处理，将吸附在接收管TTB内的成分浓缩。将浓缩后的接收管TTB从生成气体浓缩导入装置上取下，安装在气相色谱质谱联用仪GCMS上。在气相色谱质谱联用仪GCMS中，加热至40℃，保持5分钟。其后，在10℃下加热1分钟，进一步在280℃下保持21分钟。通过该处理分析成分，得到色谱图。
得到的色谱图之一例如图12所示。图12是GC色谱图的例子。另外，虽然图上未标识，但是得到各色谱峰的MS谱，进行鉴定。由该分析结果得到的一例示于下表2。
[表2]
  峰No.   物质名   种类               峰面积  C16注入量(ng)  C16换算值(ng/基板)试样基板A
  试样基板A   C16峰面积强度
  ①   产物a   分解物   203224574   17268643  40  470.7
  ②   PGMEA   溶剂   928129   17268643  40  2.1
  ③   产物b   分解物   2117271   17268643  40  4.9
  ④   丁基溶纤剂   溶剂   21650766   17268643  40  50.2
  ⑤   产物c   分解物   3197041   17268643  40  74
  ⑥   NMP   溶剂   52758989   17268643  40  122.2
  ⑦   产物d   分解物   1196929   17268643  40  2.8
  ⑧   DIBA   环境物质   1685491   17268643  40  3.9
  ⑨   DBP   环境物质   8572317   17268643  40  19.9
  分解产物a+b+c+d  485.8
  其他  198.3
如上所述，对各试样，计算分解产物的峰面积总和，以基准物质C16为基础，计算取向膜中的分解产物生成量。上表显示检出485.8ng分解产物。
《电压保持率(VHR)的测定方法》
电压保持率是表示下述情况下电压下降程度的指标，即首先在液晶单元的电极间施加电压，使其处于完全充电的状态，然后，将电路改变为放电状态时电压下降的程度。向液晶单元施加的驱动电压V0与电极间电位V之间的关系如图13所示。该图中，VHR为保持在1帧(frame)期间充电的电荷的比例(面积比)，用下式(1)定义。
VHR＝S1/(S1+S2)  ...(1)
对作为评价对象的LCD的TFT元件施加使其经常处于ON状态的电压(例如，栅极-共用电极(gate-common)间为18V)。对于漏极-共用电极(drain-common)间电压，每帧仅施加一定时间的规定电压，此外的期间从漏极-共用电极驱动电路切断，处于开路状态。监控此时的电极间的电位。
此处，测定条件如下所示。
栅极-共用电极电压18V(直流)
漏极-共用电极帧频率(设定值)3Hz
漏极-共用电极电压施加时间(设定值)0.0267s
漏极-共用电极电压(设定值)4V
测定温度25℃
《残留图像消失等级的检验》
如下所述地对残留图像消失等级进行检验。
(A)评价方法
使液晶显示面板显示画面被黑白相间地分成16份的黑白旗(checker flag)状图案。保持该状态2分钟。用中间色调测定黑白旗状图案消失的时间。
(B)评价基准
等级3：1分钟时不消失。
等级2：1分钟以内消失。
等级1：出现残留图像，2、3秒以内消失。
等级0：不产生残留图像。
《LCD单元可靠性的检验》
对LCD单元可靠性如下所述地划分等级。
等级1：在100℃的高温下放置1000小时后，出现黑画面，生成晕斑。
等级0：在100℃的高温下放置1000小时显示也正常。
《检验结果》
按照上述各种检验方法，分析表1的试样的结果示于下表3。
[表3]
试样No.  100mm正方形基板上的分解产物检出量(ng)   电压保持率(％)   残留图像消失等级   LCD单元的可靠性
  1  0   96.3   3   0
  2  4.8   96.3   0   0
  3  26.1   96.3   0   0
  4  44.3   96.4   0   0
  5  349.7   96.3   0   0
  6  485.8   96.4   0   0
  7  781.2   96.2   1   0
  8  1101.5   96.0   1   0
  9  2437.7   94.6   2   0
  10  3158.5   93.3   2   0
  11  3957.5   91.5   3   1
如果伴随光取向处理产生的来源于取向膜的分解产物多，则作为聚酰亚胺的特性大幅度降低，成为降低作为聚酰亚胺优点的热稳定性或电稳定性的原因。
上述表3中，对于LCD单元的可靠性，试样No.11生成斑点，为等级1。因此，从LCD可靠性观点考虑，分解产物的量至少为3957.5ng以下，优选为3500.0ng以下。
另外，从上述分析结果得到的分解产物生成量与电压保持率的关系示于图14。分解产物的低分子量成分在结晶中溶出的可能性高，导致电压保持率(取向保持率)下降。图14的图中，分解产物生成量为1000ng以上时电压保持率下降的倾向显著。如果考虑该情形，则分解产物生成量优选为1000.0ng以下。
并且由于低分子量成分的存在导致取向膜表面的弹性率下降，因此优选残留量更少。但是，另一方面，通过少量存在低分子量成分，使液晶中的离子性杂质不吸附在取向膜表面，而是被低分子量成分捕获，提高起因于DC的残留图像特性。由表3的残留图像消失等级检验的结果可知残留量0的试样No.1中残留图像不消失。另外，作为分解产物生成量的下限值，由于考虑只要存在少量分解产物即具有残留图像消失的效果，故只要为0.1ng以上即认为有效。
另外，试样No.2～No.6中未出现残留图像，试样No.7以后产生残留图像。作为分解产物生成量的上限值，只要为试样No.6和No.7之间的残留量、即只要为500.0ng以下即认为有效。
由此，从残留图像消失的观点来看，分解产物生成量只要为0.1ng以上、500.0ng以下即可，从完全不产生残留图像的观点来看，优选为4.8ng以上、485.8ng以下。
根据该分析，可以分别从电压保持率、残留图像消失等级、LCD单元的可靠性观点考虑，检验分解产物的最适量。
另外，可以通过参照表1制作具有上述分解产物的最适量的取向膜。
<LCD的整体结构>
图7是模式地表示构成本发明的液晶显示装置的液晶显示面板外观的侧视图。该液晶显示面板是粘合薄膜晶体管(TFT)基板SUB1与滤色器(CF)基板SUB2，在两基板的粘合间隙中封入液晶。TFT基板SUB1的两边从CF基板SUB2的对应的两边露出，在该露出的短边上搭载作为扫描信号线驱动电路芯片的栅极驱动器(gate driver)GDR，长边上搭载作为显示信号线驱动电路芯片的漏极驱动器(draindriver)DDR。图7中绘制了二个栅极驱动器GDR，五个漏极驱动器DDR，但其是模式图，各驱动器的数量取决于液晶显示面板的尺寸、精密度等。
图8是模式地说明液晶显示装置整体的结构例的展开侧视图。图8使用了所谓纵向电场方式(TN方式)的液晶显示面板。需要说明的是，图8中，用相同尺寸表示TFT基板SUB1与CF基板SUB2，但实际上如图7所说明，TFT基板SUB1从CF基板SUB2中露出。其在图8中用纵向虚线表示。TFT基板SUB1的主面上形成作为有源元件的使用薄膜晶体管电路的矩阵排列的多个构成像素的像素电极PX、组装在像素的矩阵排列区域(显示区域)周围的栅极驱动器GDR、漏极驱动器DDR及附属电路CIR。覆盖包括该显示区域的最表面形成TFT基板侧取向膜OR I 1。
CF基板SUB2的主面上形成对置电极(在该方式中也称为共通电极)CT与滤色器CF，覆盖包括对应于上述显示区域的区域的最表面形成CF基板侧取向膜OR I 2。
然后，在TFT基板SUB1的取向膜OR I 1和CF基板SUB2的取向膜OR I 2之间封入液晶LC，并用粘合剂SL密封。
需要说明的是，在TFT基板SUB1的外面及CF基板SUB2的外面，分别层叠有偏光板POL1、POL2。该液晶显示装置为透射型，TFT基板SUB1的背面设置有背光(back light)BL。
<光取向的处理装置>
图9模式地说明光取向的处理装置。TFT基板SUB1或CF基板SUB2的主面上形成未赋予取向控制功能的取向膜OR I 1或OR I 2。使用紫外灯UVL作为光源。用偏光镜PLZ从紫外灯UVL发出的紫外线中只选择规定的偏光成分，照射形成在TFT基板SUB1或CF基板SUB2上的取向膜OR I 1或OR I 2。将TFT基板SUB1或CF基板SUB2向箭头A方向传送，赋予基板整个区域的取向膜取向控制功能。需要说明的是，基板相对于光源的移动是相对的，也可以使光源侧移动，或者也可以使光源与基板两者均移动。

Claims (9)

1、一种液晶显示装置，所述液晶显示装置具有第1基板、第2基板和液晶，所述第1基板在形成有像素选择用有源元件的基板的最上层具有第1取向膜，所述第2基板在形成有滤色器的基板的最上层具有第2取向膜，所述液晶被封入所述第1取向膜与所述第2取向膜之间，其特征为，
所述第1取向膜与所述第2取向膜均通过光照射被赋予液晶取向功能，
所述赋予了取向功能的取向膜内含有来源于该取向膜的短分子成分。
2、如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述短分子成分为在光照射下生成的取向膜的分解产物。
3、如权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述分解产物的残留量在每100cm2内为3957.5ng以下。
4、如权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，所述分解产物的残留量在每100cm2内为3500.0ng以下。
5、如权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于，所述分解产物的残留量在每100cm2内为1000.0ng以下。
6、如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于，所述分解产物的残留量在每100cm2内为500.0ng以下。
7、如权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，所述分解产物的残留量在每100cm2内为0.1ng以上。
8、如权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于，所述分解产物的残留量在每100cm2内为4.8ng以上、485.8ng以下。
9、如权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，形成所述取向膜时，进行积算光量为1.5～10.0J/cm2的光照射，之后，加热该取向膜。
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