JP2004233929A

JP2004233929A - Liquid crystal display device and method for manufacturing the same

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Publication number: JP2004233929A
Application number: JP2003025450A
Authority: JP
Inventors: Tomio Tanaka; 富雄田中
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2004-08-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display device which facilitates alignment control of liquid crystal molecules without using a rubbing method. <P>SOLUTION: The above problem of the liquid crystal display device of a horizontal alignment system having a first substrate and a second substrate and a liquid crystal layer injected between these substrates is solved by forming alignment layers 5 alternately lined up with hydrophilic regions A and hydrophobic regions A on the first substrate and the second substrate. At this time, the boundary lines of the hydrophilic regions A and hydrophobic regions B adjacent to each other are preferably parallel or approximately parallel. The manufacturing method of the liquid crystal display device comprizes a process of forming the hydrophobic alignment layers which can be subjected to hydrophilicizing treatment on the surfaces of the first substrate and the second substrate and a process of forming the hydrophilic regions by subjecting part of the alignment layers to the hydrophilicizing treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、テレビジョン画像やコンピュータ画像などを表示する液晶表示パネルにおいて、液晶分子の配向制御を容易にした液晶表示装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カラー表示可能な液晶表示パネルを有する液晶表示装置の利用が急速に拡大している。一般的な液晶表示装置を構成する液晶表示パネルは、図７に示すように、第１の基板１０１と、これに対向する第２の基板１０２と、第１の基板および第２の基板間に介在する液晶層１０３とを備えた構造を有している。第１の基板の内側面には、マトリックス状に配置された画素領域に画素電極１０４および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０５が形成され、さらにその画素電極上に液晶配向膜（図示しない）が形成されている。一方、第２の基板の内側面には、Ｒ（赤）・Ｇ（緑）・Ｂ（青）の各画素領域を有するカラーフィルター層１０７が形成されている。この第２の基板には、カラーフィルター層１０７以外に、漏れ光を遮蔽するブラックマトリクス層１０８が形成されている。また、カラーフィルター層上には共通透明電極１０９が形成され、さらにその共通透明電極上に液晶配向膜（図示しない）が形成されている。また、液晶層１０３は、第１の基板および第２の基板間に、各画素内の液晶分子のダイレクタが対向する基板面と平行または略平行な面内で回転するツイストネマチック（ＴＮ）等の液晶を注入することにより形成されている。
【０００３】
こうした液晶表示パネルにおいては、第１の基板１０１と第２の基板１０２との間に所定の高さのスペーサ（図示しない）が任意の間隔で形成されており、セルギャップが一定の値となるように設計されている。さらに、液晶表示パネルの両外側面、すなわち第１および第２の基板の外側面には偏光板１１３、１１３が設けられると共に、第２の基板１０２側にバックライトが装着されている。そして、このバックライトから光を照射すると共に、画素電極１０４および共通透明電極１０９間の電圧を制御することにより、液晶の配列状態を制御してカラー画像を表示している。
【０００４】
液晶配向膜の材料としては、従来よりポリビニルアルコール、ポリイミド、またはその前駆体であるポリアミック酸等の高分子材料が広く用いられている。また、液晶配向膜の成膜方法としては、例えばポリイミド等を有機溶媒に溶解させた溶液をスピンナー等により回転塗布し、焼成する等の方法が行われている。さらに、液晶配向膜の配向処理としてはフェルト布等を用いてラビングするラビング法が行われており、そのラビング法を施すことにより液晶配向能が付与されている。
【０００５】
しかし、従来のラビング法においては、液晶配向膜をラビング布で擦る手法であるために、擦る際に発生する静電気またはラビング布のゴミが有する静電気によりＴＦＴが損傷を受け、歩留まりが低下するという問題があった。また、ラビング布から発生するゴミやラビング時に巻き込んだゴミが液晶表示パネル内に残り、表示ムラ等の表示欠陥が生じたりするという問題もあった。
【０００６】
こうした問題に対しては、従来より種々の提案がなされており、例えば下記特許文献１、２においては、凹凸パターンを有するマスク基板を利用し、感光性樹脂からなる被膜の表面を露光・現像してその凹凸パターンを転写する方法が提案され、ラビング法を用いない液晶配向膜を形成している。また、下記特許文献３においては、互いに非相溶となる２種類の高分子で形成したミクロ相分離構造の配向膜を形成することにより、ラビング法を用いない液晶配向制御を行っている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−３２５９５６号公報（段落番号０００５〜０００７）
【特許文献２】
特開平１０−３２５９５７号公報（段落番号０００５〜０００７）
【特許文献３】
特開平５−３２３３２７号公報（段落番号０００８〜０００９）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のラビング法で生じている上述の問題を解決する他の手段の提供を目的とするものであって、ラビング法を使用することなく液晶分子の配向制御を容易にした液晶表示装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１の液晶表示装置は、第１の基板と第２の基板と当該基板間に注入された液晶層とを有する水平配向方式の液晶表示装置において、第１の基板および第２の基板には、親水性領域と疎水性領域とが交互に並んでいる配向膜が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、水平配向方式の液晶表示装置において、その液晶分子の配向制御が、親水性領域と疎水性領域とが交互に並んでいる配向膜により行われる。すなわち、その配向膜に交互に並んだ親水性領域と疎水性領域とにより、液晶分子のダイレクタを両領域の境界線の延長方向に配向制御することができる。したがって、対向する基板面の間に注入された液晶分子は、両基板間で、そのダイレクタが対向する基板面と平行または略平行な面内で回転するように配向することとなる。こうした構造を有する液晶表示装置は、従来のようなラビング布を用いたときに生じる上述した問題を起こすことがなく、歩留まりの低下を起こさない。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の液晶表示装置において、隣り合う親水性領域と疎水性領域の境界線が平行または略平行であることを特徴とする。この発明によれば、液晶分子のダイレクタをその境界線の延長方向に配向制御することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置において、第１の基板に形成された配向膜の所定部位における親水性領域と疎水性領域の境界線と、前記所定部位に対向する第２の基板に形成された配向膜の所定部位における親水性領域と疎水性領域の境界線とが、平面視で約９０°の角度になっていることを特徴とする。請求項４の発明は、請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置において、第１の基板に形成された配向膜の所定部位における親水性領域と疎水性領域の境界線と、前記所定部位に対向する第２の基板に形成された配向膜の所定部位における親水性領域と疎水性領域の境界線とが、平面視で約０°の角度になっていることを特徴とする。
【００１３】
これらの発明によれば、対向する両基板の所定位置における親水性領域と疎水性領域の境界線が平面視で直交（または略直交）または平行（または略平行）となっているので、約９０°の捻れ角をもつネマティック液晶分子や約１８０°の捻れ角をもつスーパーネマティック液晶分子の配向方向を規制することができる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置において、液晶分子のダイレクタが前記基板面と平行または略平行な面内で回転するＩＰＳ（インプレインスイッチング）モードであることを特徴とする。請求項６の発明は、請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置において、液晶分子のダイレクタが前記基板面と平行または略平行な面内で約９０°の捻れ角をもって回転するＴＮ（ツイステッドネマチック）モードであることを特徴とする。
【００１５】
これらの発明によれば、ＩＰＳモードやＴＮモード液晶表示装置に適用することができ、その液晶分子の配向方向を規制することができる。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、配向膜の疎水性領域は、フッ素系シリコーンまたはポリイミドで形成された疎水膜であり、親水性領域は、当該フッ素系シリコーン疎水膜またはポリイミド疎水膜に親水基が付与された親水膜であることを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決するための請求項８の液晶表示装置の製造方法は、第１の基板と第２の基板と当該基板間に注入された液晶層とを有し、第１の基板および第２の基板には親水性領域と疎水性領域とが交互に並んでいる配向膜が形成されている水平配向方式の液晶表示装置の製造方法であって、第１の基板表面および第２の基板表面に親水化処理可能な疎水性の配向膜を形成する工程、および、前記配向膜の一部を親水化処理して親水性領域を形成する工程、を含むことを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、形成された疎水性の配向膜の一部を親水化処理して親水性領域と疎水性領域を区画し、その境界線の延長方向に液晶分子のダイレクタを配向制御するので、従来のようなラビング処理を行ったり特殊構造の薄膜を形成しなくとも、極めて容易な工程により液晶分子の配向制御を可能にする配向膜を形成することができる。その結果、液晶分子の配向制御を可能にする液晶表示装置を効率的に製造することができ、コストダウンに寄与することができる。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項８に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記の親水性領域を形成する工程において、親水化処理するマスクパターンが、隣り合う親水性領域と疎水性領域の境界線を平行または略平行にするパターン形状を有することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、親水性領域と疎水性領域のパターンをマスクパターンにより形成できるので、そのマスクパターンを用いた露光工程により、液晶分子の配向方向を規制するパターンを簡単に形成することができる。
【００２１】
請求項１０の発明は、請求項８または請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記親水化処理が、光触媒層を有するマスクを用いた露光処理により行われることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、光触媒層を有するマスクを用いた露光処理により行われるので、露光時の光触媒の作用により疎水性領域の一部を極めて容易に親水性領域に変化させることができると共に、露光処理するだけで極めて容易に配向制御可能な表面を形成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液晶表示装置およびその製造方法について図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
（液晶表示装置）
本発明の液晶表示装置は、第１の基板と、第２の基板と、対向する基板間に注入された液晶層とを有する水平配向方式の液晶表示装置である。図１は、そうした水平配向方式の液晶表示装置において、第１の基板および第２の基板に形成された配向膜５の形態の一例を示す平面図であり、図２は、その配向膜５により配向制御された液晶分子４の配向形態の一例を示す平面図である。
【００２５】
（配向膜）
配向膜５は、図１に示すように、親水性領域Ａと疎水性領域Ｂとがストライプ状に交互に並んだ形態で形成される。液晶分子４の配向制御は、図１に示すような配向膜５により行われ、例えば図２に示すように、親水性領域Ａと疎水性領域Ｂの境界線の延長方向に沿って液晶分子４のダイレクタが配向制御される。なお、ダイレクタとは、液晶分子４の平均的配向方向を表す単位ベクトルのことである。
【００２６】
配向膜５に形成された親水性領域Ａと疎水性領域Ｂとは、交互に隣り合う領域の境界線６が平行または略平行となるように形成されていることが好ましい。こうすることにより、液晶分子４のダイレクタを平行または略平行な境界線６の延長方向に制御することできる。
【００２７】
親水性領域Ａの幅Ｗ_Ａと疎水性領域Ｂの幅Ｗ_Ｂについては特に限定されず、液晶分子の種類や配向パターンに応じて任意に設計することができるが、具体例としては、親水性領域Ａの幅Ｗ_Ａと疎水性領域Ｂの幅Ｗ_Ｂはいずれも１０〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。こうした範囲が好まし理由は、領域の幅が狭過ぎる場合には配向力が乏しくなる傾向となり、領域の幅が広過ぎる場合には液晶分子が基板に垂直に配向してしまう傾向となるからである。また、親水性領域Ａの幅Ｗ_Ａと疎水性領域Ｂの幅Ｗ_Ｂを一定にし、両領域を一定のピッチで繰り返し形成することが製造上の観点からも好ましい。
【００２８】
配向膜５に形成された両領域の境界線の延長方向は、個々の画素内で一定方向となるように形成することができる。また、視野角補償のために画素内の液晶分子の配向方向を分割する場合、すなわち配向分割する場合には、画素内における両領域の境界線を異なる方向に形成して配向分割することが好ましい。配向分割の形態の例としては、境界線が放射状に延びた形態、境界線が矩形状となるようにした形態、境界線の延びる方向が画素内の区画ごと異なる形態等が挙げられる。
【００２９】
本発明の水平配向方式の液晶表示装置を構成する液晶層３は、図３に示すように、各画素領域内の液晶分子４のダイレクタが対向する基板面１、２と平行または略平行な面内で回転するツイストネマチック（以下、ＴＮと略することがある。）等の液晶を注入することにより形成されている。そして、液晶分子４は、両基板１、２の間の液晶層３の厚さ全体にわたって、ねじれ角約９０°のねじれ配列をしている水平配列モードとなっている。なお、図３（ａ）は電圧オフの時のＴＮ液晶分子４のダイレクタのねじれ配列の形態を示しており、図３（ｂ）は電極間に電場を加えた時のＴＮ液晶分子４のダイレクタの変形配列の形態を示している。
【００３０】
こうした水平配向方式の液晶配向においては、電圧オフの時の液晶分子４に若干のチルトが生じてダイレクタが基板面に平行にならないものもある。本発明の液晶表示装置においては、液晶分子４のダイレクタの回転軸が基板面に直交する場合（すなわち、液晶分子４のダイレクタが基板面に平行となる場合）に限らず、ダイレクタの回転軸が基板面に直交しない場合（すなわち、液晶分子４のダイレクタが基板面に平行にならない場合）であっても、液晶分子４のダイレクタが対向する基板面と平行な面内で回転する水平配向方式の液晶表示装置を包含するものである。
【００３１】
本発明の液晶表示装置においては、図３に示すように、両基板に上記の特徴を有する親水性領域と疎水性領域とが交互に並んだ配向膜５が形成されるので、両基板面における液晶分子４のダイレクタは、その両領域の形態に依存して配向規制される。
【００３２】
例えば、図３における上側の基板１に形成された配向膜５の所定部位における親水性領域と疎水性領域の境界線と、その所定部位に対向する下側の基板２に形成された配向膜５の所定部位における親水性領域と疎水性領域の境界線とが、平面視で約９０°の角度にした場合には、両基板に形成された境界線６を平面視で直交または略直交とすることができるので、約９０°の捻れ角をもつネマティック液晶分子の配向方向を規制することができる。また、その角度を平面視で約０°の角度となる態様で両基板上の配向膜５を形成した場合には、両基板に形成された境界線６を平面視で平行または略平行とすることができるので、約１８０°の捻れ角をもつスーパーネマティック液晶分子の配向方向を規制することができる。
【００３３】
こうした配向膜５は、液晶分子のダイレクタが基板面と平行または略平行な面内で回転するＩＰＳ（インプレインスイッチング）モードの水平配向方式からなる液晶表示装置の基板面に好ましく形成したり、液晶分子のダイレクタが基板面と平行または略平行な面内で約９０°の捻れ角をもって回転するＴＮ（ツイステッドネマチック）モードの水平配向方式の液晶表示装置に基板面に好ましく形成することができ、液晶分子の配向方向を規制することができる。
【００３４】
配向膜５は、もともと疎水性であるが親水化処理をすることにより親水性とすることができる配向膜であり、例えば、疎水膜形成用のフッ素系シリコーン樹脂またはポリイミド樹脂等の疎水性樹脂で形成されてなるものである。なお、疎水膜形成用のフッ素系シリコーン樹脂としては、例えば、東芝シリコーン製等の撥水膜形成用のフッ素系シリコーン樹脂等々の市販の感光性樹脂を例示でき、また、疎水膜形成用のポリイミド樹脂としては、例えば疎水膜形成用のポリイミド樹脂組成物である日本合成ゴム製のＪＡＬＳ−６８８等々の市販の感光性樹脂を例示できる。配向膜５の厚さについては特に限定されないが、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００３５】
（基板等）
次に、上述した配向膜５が形成される基板の一例について説明する。第１の基板１および第２の基板２は、図７の液晶表示装置に例示するように、カラーフィルター基板１０１とデバイス（ＴＦＴ）基板１０２の何れかを構成している。なお、以下に説明する基板は本発明に適用される基板の一例を示すものであり、以下に記載の内容に限定されるものではない。例えば、ＴＦＴ基板１０２に形成した一対の細線電極により横方向の電界を発生させ、液晶分子配列の方位角変化を引き起こすことで動作するＩＰＳモードの液晶表示装置に対しても本発明を適用できる。
【００３６】
カラーフィルター基板１０１は、基板１１２上にマトリクス状のカラーフィルター層１０７が形成された基板であり、さらに詳しくは、基板１１２の内側面に、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の各画素領域を形成するカラーフィルター層１０７と、漏れ光を遮蔽するためにその画素領域の周縁部に形成されているブラックマトリクス層１０８とを有する基板である。カラーフィルター層１０７上には共通透明電極１０９が形成され、さらにその共通透明電極１０９上には液晶分子のダイレクタを一定方向に配列させる配向膜（図示しない。図１および図２に既述。）が形成されている。なお、本発明を構成するカラーフィルター基板１０１は、現在一般的に使用されている構成を有するものであれば特に限定されず、前記以外の構成を備えているものであっても構わない。
【００３７】
一方、デバイス基板１０２は、基板１１２上にマトリクス状のＴＦＴ素子１０５が個々の画素領域として形成された基板であり、さらに詳しくは、基板１１２の内側面に、マトリックス状に配置された画素電極１０４、薄膜電界トランジスタ（ＴＦＴ）素子１０５およびライン電極１０６が形成され、さらにその画素電極１０４上には、液晶分子のダイレクタを一定方向に配列させる配向膜（図示しない。図１および図２に既述。）が形成されている。なお、本発明を構成するデバイス基板１０２は、現在一般的に使用されている構成を有するものであれば特に限定されず、前記以外の構成を備えているものであっても構わない。
【００３８】
なお、液晶表示装置において、基板１１２としては、ガラス基板または透明プラスチック基板等が挙げられ、画素電極１０４および透明電極１０９としては、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の透明電極が挙げられる。また、カラーフィルター基板１０１とデバイス基板１０２との間隔を所定の値にするためのスペーサが形成され、セルギャップを一定の値にしている。各基板の外側には、偏光板１１３が設けられ（図７参照）、デバイス基板側のさらに外側にはバックライトが設けられる。
【００３９】
（液晶表示装置の製造方法）
次に、液晶表示装置の製造方法について説明する。本発明の液晶表示装置の製造方法は、上述した構成からなる液晶表示装置の製造方法であって、その特徴は、▲１▼第１の基板表面（例えばカラーフィルター基板の表面および第２の基板表面（例えばデバイス基板の表面）に親水化処理可能な疎水性の配向膜を形成する工程、および、前記配向膜の一部を親水化処理して親水性領域を形成する工程、を含むことにある。なお、液晶表示装置を製造するためのその他の製造工程、例えば図７に示すようなカラーフィルター層、ブラックマトリクス層、透明電極層、ＴＨＴ素子等の形成工程については従来公知の方法と同様である。
【００４０】
上記▲１▼の工程において、親水化処理可能な配向膜を形成するための樹脂としては、上述した疎水膜形成用のフッ素系シリコーン樹脂または疎水膜形成用のポリイミド樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、両基板の全面にスピンコート等の塗布手段や各種の印刷手段で塗布される。
【００４１】
上記▲２▼の工程において、配向膜の一部を親水化処理する手段は、図４および図５に示すように、（ｉ）配向膜である疎水性被膜を光触媒層３４を有するマスク３８で露光することにより、露光された部分のみを親水化して親水性領域３６を形成する方法（図４を参照）、（ｉｉ）光触媒を含有する疎水性樹脂をコーティングして光触媒含有配向膜３７を形成した後、その配向膜３７を露光することにより、露光された部分のみを親水化する方法（図５を参照）、等を挙げることができる。
【００４２】
上記（ｉ）工程においては、疎水性の配向膜３１として、上述したフッ素系シリコーン被膜やポリイミド被膜を挙げることができる。光触媒層を有するマスクを利用した親水化処理は、図４に示すように、先ず、マスクパターン３３が形成された基板３２上に光触媒層３４を形成したマスク３８と、疎水性の配向膜３１が形成された第１の基板または第２の基板とを準備し（図４（ａ））、その光触媒層３４を有するマスク３８と疎水性の配向膜３１とが所定の間隔となるように対向させ（図４（ｂ））、そこに露光光３５を照射することにより（図４（ｃ））、親水性領域３６を形成する処理方法である（図４（ｄ））。
【００４３】
この光触媒層３４は、バインダー中に光触媒である酸化チタンを含有させたものである。酸化チタンは、アナターゼ型のものが好ましく、また、バインダー中に２０〜４０重量％の割合で含有させることが好ましい。酸化チタンの平均粒径はおよそ５〜２０μｍであることが好ましい。酸化チタンの代わりに、ＺｎＯなどを光触媒として用いてもよい。こうした光触媒層３４に例えば３８０ｎｍ以下の露光光３５が照射されることにより、光触媒粒子内で光電気化学反応が起こり、露光された疎水性の配向膜３１を酸化還元させることができる。その結果、疎水性の配向膜３１の一部を親水性領域に変化させることができる。
【００４４】
また、マスク３８と疎水性の配向膜３１との間隔は、光触媒反応により生じた活性酸素種等をその隙間に容易に発生させ、作用させることができる間隔であることが好ましく、およそ５〜２０μｍの間隔となるように配置することが好ましい。
【００４５】
上記（ｉｉ）工程においては、疎水性の配向膜３７として、上述した光触媒を含有するフッ素系シリコーン被膜やポリイミド被膜を挙げることができる。親水化処理は、図５に示すように、先ず、基板３２上にマスクパターン３３が形成されたマスク３９と、光触媒を含有する疎水性の配向膜３１が形成された第１の基板または第２の基板とを準備し（図５（ａ））、そのマスク３９と、光触媒を含有する疎水性の配向膜３７とを所定の間隔となるように対向させ（図５（ｂ））、そこに露光光３５を照射することにより（図５（ｃ））、親水性領域３６を形成する処理方法である（図５（ｄ））。
【００４６】
この疎水性の配向膜３７は、バインダー中に光触媒である酸化チタンを含有させたものである。酸化チタンは、上記同様、アナターゼ型のものが好ましく、また、バインダー中に２０〜４０重量％の割合で含有させることが好ましい。酸化チタンの平均粒径はおよそ５〜２０μｍであることが好ましい。酸化チタンの代わりに、ＺｎＯなどを光触媒として用いてもよい。こうした疎水性の配向膜３７に例えば３８０ｎｍ以下の露光光３５が照射されることにより、含有する光触媒粒子内で光電気化学反応が起こり、疎水性の配向膜を酸化還元させることができる。その結果、疎水性の配向膜の一部を親水性領域に変化させることができる。また、マスク３４０疎水性の配向膜３７との間隔についても、上記（ｉ）の場合と同様である。なお、（ｉ）の工程と（ｉｉ）の工程とを比べると、（ｉ）の工程をより好ましく適用することができる。
【００４７】
図６は、疎水性の配向膜の一部が親水性領域に変化する表面反応の一例を示す説明図である。図６（ａ）は、疎水性の配向膜表面の側鎖に活性酸素種等がアタックし、その側差の結合を切断する様子を示しており、図６（ｂ）は、切断された部位に水酸基が結合して親水性に変化する様子を示している。
【００４８】
図６の表面反応を生じさせる親水化処理に際しては、疎水性の配向膜と光触媒層を有するマスクとを、所定の間隔（例えば５〜２０μｍ）で配置することが好ましい。疎水性の配向膜と光触媒層を有するマスクとを所定の間隔に配置することにより、光触媒反応により生じた活性酸素種等をその隙間に容易に発生させることができる。活性酸素種等としては、光触媒粒子内での光電気化学反応に基づいて生じる活性酸素または活性水酸基が挙げられ、それらの活性酸素種等が図６（ａ）に示す側鎖（例えばアルキル側鎖）にアタックし、その側差の結合が切断される。側鎖が切断された部分には、その活性酸素種等が入れ替わって結合し、図６（ｂ）に示す親水性に変化する。
【００４９】
また、この製造方法においては、親水化処理により親水性領域を形成するためのマスクのパターン形状を、図１に示すような親水性領域と疎水性領域とを交互に配列したストライプ状の配向膜と同じ形状になるように形成する。さらに、そのパターン形状が、隣り合う親水性領域と疎水性領域の境界線が平行または略平行であることが好ましい。また、採用する液晶分子の種類により、第１の基板に形成された配向膜を親水化処理するマスクと、第２の基板に形成された配向膜を親水化処理するマスクとを、各マスクに形成された境界線が任意の角度となるように配置することが好ましい。例えば、約９０°の捻れ角をもつネマティック液晶を採用する場合には、各マスクに形成された境界線が約９０°、例えば７０°〜１１０°程度の角度となるように各基板上にマスクを配置することが好ましい。一方、例えば、約１８０°の捻れ角をもつスーパーネマティック液晶を採用する場合には、各マスクに形成された境界線が約０°±２０°の角度となるように各基板上にマスクを配置することが好ましい。
【００５０】
本発明においては、所定形状の親水化処理パターン（例えば露光マスクパターン）を形成し、それを用いて親水化処理するという極めて簡単な方法により、液晶分子のツイスト構造を達成する配向規制パターンを形成することができる。
【００５１】
以上のように、本発明の液晶表示装置の製造方法は、極めて容易な工程により液晶の配向制御を可能にする親水性領域を形成することができるので、液晶表示装置を効率的に製造することができ、コストダウンに寄与することができる。
【００５２】
【実施例】
以下、実施例および比較例により、本発明をさらに詳しく説明する。
【００５３】
（実施例１）
＜カラーフィルター基板側の配向制御膜の形成工程＞
先ず、透明電極１０９としてＩＴＯが形成されたカラーフィルター基板１０１を準備し、その透明電極１０９上に、親水化処理可能な疎水性樹脂組成物（疎水膜形成用樹脂であるポリイミド樹脂組成物、日本合成ゴム製のＪＡＬＳ−６８８）をスピンコートし、厚さ６０ｎｍの疎水性の配向膜を形成した。次に、その疎水性の配向膜上に、光触媒層３３を有するマスク３８を、約２０μｍの間隔を保持するように配置し、その後波長２００〜３７０ｎｍの紫外線で露光処理した。露光された部分は、疎水性領域から親水性領域に変化した。
【００５４】
なお、マスク３８は、基板３２上にクロム薄膜からなる所定のマスクパターン３３が形成され、さらにそのマスクパターン３３上にアナターゼ型酸化チタン粒子を光触媒として含有する厚さ０．０５〜０．５μｍの光触媒層３４が形成されている。マスクパターンは、図１に示すような親水性領域Ａと疎水性領域Ｂとをストライプ状に配列することができる形態とした。そのマスクで形成する親水性領域Ａと疎水性領域Ｂの幅を、それぞれＷ_Ａ＝２５μｍ、Ｗ_Ｂ＝２５μｍとした。また、この光触媒層３４は、バインダー樹脂（シリコーン樹脂）中に酸化チタン粒子が約１０〜１００重量％含有されている。なお、酸化チタン１００重量％とは、酸化チタンのみで光触媒層３４を形成した場合である。
【００５５】
こうして、カラーフィルター基板の透明電極上の疎水性の配向膜上に、ストライプ状の親水性領域を形成したカラーフィルター基板を作製した。
【００５６】
＜デバイス基板側の配向制御膜の形成工程＞
先ず、画素電極１０４としてＩＴＯが形成されたデバイス基板１０２を準備し、その画素電極１０４上に、親水化処理可能な疎水性樹脂組成物（疎水膜形成用樹脂であるポリイミド樹脂組成物、日本合成ゴム製のＪＡＬＳ−６８８）をスピンコートし、厚さ６０〜１００μｍの疎水性の配向膜を形成した。次に、その疎水性の配向膜上に、光触媒層３３を有するマスク３８を、約１０〜２５μｍの間隔を保持するように配置し、その後波長２００〜３７０ｎｍの紫外線で露光処理した。露光された部分は、疎水性領域から親水性領域に変化した。
【００５７】
なお、マスク３８は、基板３２上にクロム薄膜からなる所定のマスクパターン３３が形成され、さらにそのマスクパターン３３上にアナターゼ型酸化チタン粒子を光触媒として含有する厚さ０．０５〜０．５μｍの光触媒層３４が形成されている。マスクパターンは、図１に示すような親水性領域Ａと疎水性領域Ｂとをストライプ状に配列することができる形態とした。そのマスクで形成する親水性領域Ａと疎水性領域Ｂの幅を、それぞれＷ_Ａ＝２５μｍ、Ｗ_Ｂ＝２５μｍとした。なお、上述したカラーフィルター基板用のマスクとデバイス基板用のマスクとを重ね合わせて平面視したとき、それぞれのマスクに形成された親水性領域と疎水性領域の境界線が９０°の角度となるように配向膜上にマスクを配置して露光した。また、光触媒層３４を構成する光触媒の種類や配合量は、上述のカラーフィルター基板用のマスクと同様な構成とした。
【００５８】
こうして、デバイス基板の画素電極上の疎水性の配向膜上に、ストライプ状の親水性領域を形成したデバイス基板を作製した。
【００５９】
＜液晶表示装置＞
上記の方法により形成されたカラーフィルター基板とデバイス基板を一定距離で対向させ、その間にＴＮ液晶を注入して液晶層を形成した。この液晶表示装置は、カラーフィルター基板とデバイス基板とに、液晶分子のダイレクタを一定方向に配列させる配向膜が形成された。
【００６０】
この液晶表示装置は、両基板面上の液晶分子が約９０°の角度でシフトしているので、対向する基板面の間に注入された液晶分子は、両基板間で、そのダイレクタが対向する基板面と平行または略平行な面内で回転するように配向した。その結果、従来のようなラビング布を用いたときに生じる上述した問題を起こすことがなく、歩留まりの低下を起こさなかった。
【００６１】
（実施例２）
実施例１において、親水化処理可能な疎水性の配向膜を形成する樹脂組成物として、撥水性のフッ素系シリコーン樹脂（東芝シリコーン製、ＴＳＬ８２３３およびＴＳＬ８１１４）を用いた他は、実施例１と同様にした。
【００６２】
＜液晶表示装置＞
この液晶表示装置は、両基板面上の液晶分子が約９０°の角度でシフトしているので、対向する基板面の間に注入された液晶分子は、両基板間で、そのダイレクタが対向する基板面と平行または略平行な面内で回転するように配向した。その結果、従来のようなラビング布を用いたときに生じる上述した問題を起こすことがなく、歩留まりの低下を起こさなかった。
【００６３】
（実施例３）
実施例１において、カラーフィルター基板用のマスクとデバイス基板用のマスクとを重ね合わせて平面視したとき、それぞれのマスクに形成された親水性領域と疎水性領域の境界線が０°の角度となるように配向膜上にマスクを配置して露光し、液晶としてスーパーネマチック液晶を用いた他は、実施例１と同様にした。
【００６４】
＜液晶表示装置＞
この液晶表示装置は、両基板面上の液晶分子が約０°の角度でシフトしているので、対向する基板面の間に注入された液晶分子は、両基板間で、そのダイレクタが対向する基板面と平行または略平行な面内で１８０°回転するように配向した。その結果、従来のようなラビング布を用いたときに生じる上述した問題を起こすことがなく、歩留まりの低下を起こさなかった。
【００６５】
（実施例４）
実施例１において、デバイス基板のみに電極を形成したＩＰＳモードの水平配向方式の液晶表示装置を形成した他は、実施例１と同様にした。
【００６６】
＜液晶表示装置＞
この液晶表示装置は、両基板面上の液晶分子のダイレクタが基板面と平行または略平行な面内で回転するように配向した。その結果、従来のようなラビング布を用いたときに生じる上述した問題を起こすことがなく、歩留まりの低下を起こさなかった。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、親水性領域と疎水性領域とが交互に並んでいる配向膜を備えるので、液晶分子のダイレクタを両領域の境界線の延長方向に配向制御することができる。こうした構造を有する液晶表示装置は、従来のようなラビング布を用いたときに生じる上述した問題を起こすことがなく、歩留まりの低下を起こさない。
【００６８】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、形成された疎水性の配向膜の一部を親水化処理して親水性領域と疎水性領域を区画し、その境界線の延長方向に液晶分子のダイレクタを配向制御するので、従来のようなラビング処理を行ったり特殊構造の薄膜を形成しなくとも、極めて容易な工程により液晶分子の配向制御を可能にする配向膜を形成することができる。その結果、液晶分子の配向制御を可能にする液晶表示装置を効率的に製造することができ、コストダウンに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の基板および第２の基板に形成された配向膜の形態の一例を示す平面図である。
【図２】配向膜により配向制御された液晶分子の配向形態の一例を示す平面図である。
【図３】ＴＮ液晶分子のねじれ配列の形態を示す説明図である。
【図４】光触媒を用いた親水性領域の形成方法の一例を示す説明図である。
【図５】光触媒を用いた親水性領域の形成方法の他の一例を示す説明図である。
【図６】疎水性の配向膜が親水性に変化する表面反応の一例を示す説明図である。
【図７】一般的な液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１第１の基板
２第２の基板
３液晶層
４液晶分子
５配向膜
６境界線
３１配向膜
３２基板
３３マスクパターン
３４光触媒層
３５露光光
３６親水性領域
３７光触媒を含有する配向膜
３８、３９マスク
１０１カラーフィルター基板
１０２ＴＦＴ基板
１０３液晶層
１０４画素電極
１０５ＴＦＴ素子
１０６ライン電極
１０７カラーフィルター層
１０８ブラックマトリクス層
１０９共通透明電極
１１２基板
１１３偏光板
Ａ親水性領域
Ｂ疎水性領域
Ｗ_Ａ親水性領域の幅
Ｗ_Ｂ疎水性領域の幅[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a liquid crystal display device for easily controlling the alignment of liquid crystal molecules in a liquid crystal display panel for displaying a television image or a computer image, and a method for manufacturing the same. It is.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the use of liquid crystal display devices having liquid crystal display panels capable of color display has been rapidly expanding. As shown in FIG. 7, a liquid crystal display panel included in a general liquid crystal display device includes a first substrate 101, a second substrate 102 opposed to the first substrate 101, and a first substrate 101 and a second substrate. It has a structure including an intervening liquid crystal layer 103. On the inner surface of the first substrate, a pixel electrode 104 and a thin film transistor (TFT) 105 are formed in a pixel region arranged in a matrix, and a liquid crystal alignment film (not shown) is formed on the pixel electrode. . On the other hand, a color filter layer 107 having R (red), G (green), and B (blue) pixel regions is formed on the inner surface of the second substrate. On this second substrate, in addition to the color filter layer 107, a black matrix layer 108 for shielding leaked light is formed. A common transparent electrode 109 is formed on the color filter layer, and a liquid crystal alignment film (not shown) is formed on the common transparent electrode. In addition, the liquid crystal layer 103 is formed between a first substrate and a second substrate, such as a twisted nematic (TN) or the like, in which directors of liquid crystal molecules in each pixel rotate in a plane parallel or substantially parallel to a substrate surface opposed thereto. It is formed by injecting liquid crystal.
[0003]
In such a liquid crystal display panel, spacers (not shown) having a predetermined height are formed at arbitrary intervals between the first substrate 101 and the second substrate 102, and the cell gap has a constant value. It is designed to be. Further, polarizing plates 113 and 113 are provided on both outer surfaces of the liquid crystal display panel, that is, the outer surfaces of the first and second substrates, and a backlight is mounted on the second substrate 102 side. By irradiating light from the backlight and controlling the voltage between the pixel electrode 104 and the common transparent electrode 109, the arrangement state of the liquid crystal is controlled to display a color image.
[0004]
As a material for the liquid crystal alignment film, a polymer material such as polyvinyl alcohol, polyimide, or a precursor thereof such as polyamic acid has been widely used. In addition, as a method of forming the liquid crystal alignment film, for example, a method in which a solution in which polyimide or the like is dissolved in an organic solvent is spin-coated with a spinner or the like, and baked is used. Further, as an alignment treatment of the liquid crystal alignment film, a rubbing method of rubbing using a felt cloth or the like is performed, and by performing the rubbing method, a liquid crystal alignment ability is imparted.
[0005]
However, in the conventional rubbing method, since the liquid crystal alignment film is rubbed with a rubbing cloth, the TFT is damaged by static electricity generated when rubbing or static electricity generated by dust on the rubbing cloth, and the yield decreases. was there. Further, there is also a problem that dust generated from the rubbing cloth or dust entrained during rubbing remains in the liquid crystal display panel, causing display defects such as display unevenness.
[0006]
Various proposals have been made to address such problems. For example, in Patent Documents 1 and 2 below, a mask substrate having an uneven pattern is used to expose and develop the surface of a film made of a photosensitive resin. A method of transferring the uneven pattern has been proposed, and a liquid crystal alignment film without using a rubbing method is formed. Further, in Patent Document 3 below, a liquid crystal alignment control without using a rubbing method is performed by forming an alignment film having a microphase separation structure formed of two types of polymers that are incompatible with each other.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-325596 (paragraphs 0005 to 0007)
[Patent Document 2]
JP-A-10-325957 (paragraphs 0005 to 0007)
[Patent Document 3]
JP-A-5-323327 (paragraphs 0008 to 0009)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide another means for solving the above-mentioned problem caused by the conventional rubbing method, and a liquid crystal display which facilitates controlling the alignment of liquid crystal molecules without using a rubbing method. It is an object to provide an apparatus and a method for manufacturing the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a liquid crystal display device having a horizontal alignment system including a first substrate, a second substrate, and a liquid crystal layer injected between the substrates. An alignment film in which hydrophilic regions and hydrophobic regions are alternately arranged is formed on the substrate and the second substrate.
[0010]
According to the present invention, in the liquid crystal display device of the horizontal alignment system, the alignment of the liquid crystal molecules is controlled by the alignment film in which the hydrophilic regions and the hydrophobic regions are alternately arranged. That is, the hydrophilic regions and the hydrophobic regions alternately arranged on the alignment film can control the director of the liquid crystal molecules in the direction in which the boundary between the two regions extends. Therefore, the liquid crystal molecules injected between the opposing substrate surfaces are aligned between the two substrates such that the director rotates in a plane parallel or substantially parallel to the opposing substrate surface. The liquid crystal display device having such a structure does not cause the above-described problem that occurs when a conventional rubbing cloth is used, and does not cause a reduction in yield.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the liquid crystal display device according to the first aspect, boundaries between adjacent hydrophilic regions and hydrophobic regions are parallel or substantially parallel. According to the present invention, it is possible to control the alignment of the director of the liquid crystal molecules in the extending direction of the boundary line.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the liquid crystal display device according to the first or second aspect, a boundary between a hydrophilic region and a hydrophobic region in a predetermined portion of the alignment film formed on the first substrate; The boundary line between the hydrophilic region and the hydrophobic region in a predetermined portion of the alignment film formed on the second substrate opposed to the portion has an angle of about 90 ° in a plan view. According to a fourth aspect of the present invention, in the liquid crystal display device according to the first or second aspect, a boundary between a hydrophilic region and a hydrophobic region in a predetermined portion of the alignment film formed on the first substrate; The boundary line between the hydrophilic region and the hydrophobic region in a predetermined portion of the alignment film formed on the second substrate opposed to the portion has an angle of about 0 ° in plan view.
[0013]
According to these inventions, the boundary line between the hydrophilic region and the hydrophobic region at a predetermined position on both opposing substrates is orthogonal (or substantially orthogonal) or parallel (or substantially parallel) in a plan view. It is possible to regulate the orientation direction of nematic liquid crystal molecules having a twist angle of 180 ° or super nematic liquid crystal molecules having a twist angle of about 180 °.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the liquid crystal display device according to the first or second aspect, the director of liquid crystal molecules is an IPS (in-plane switching) mode in which the director rotates in a plane parallel or substantially parallel to the substrate surface. It is characterized by the following. According to a sixth aspect of the present invention, in the liquid crystal display device according to the first or second aspect, the director of the liquid crystal molecules rotates with a twist angle of about 90 ° in a plane parallel or substantially parallel to the substrate surface. (Twisted nematic) mode.
[0015]
According to these inventions, the present invention can be applied to an IPS mode or TN mode liquid crystal display device, and can regulate the alignment direction of the liquid crystal molecules.
[0016]
According to a seventh aspect of the present invention, in the liquid crystal display device according to any one of the first to sixth aspects, the hydrophobic region of the alignment film is a hydrophobic film formed of fluorosilicone or polyimide, and the hydrophilic region is a hydrophilic region. Is a hydrophilic film in which a hydrophilic group is provided to the fluorine-based silicone hydrophobic film or the polyimide hydrophobic film.
[0017]
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a liquid crystal display device, comprising: a first substrate; a second substrate; and a liquid crystal layer injected between the substrates. A method of manufacturing a liquid crystal display device of a horizontal alignment system, in which an alignment film in which hydrophilic regions and hydrophobic regions are alternately arranged is formed on the substrate, wherein the first substrate surface and the second substrate surface are provided. Forming a hydrophilic alignment film capable of performing a hydrophilic treatment, and forming a hydrophilic region by performing a hydrophilic treatment on a part of the alignment film.
[0018]
According to the present invention, a part of the formed hydrophobic alignment film is subjected to a hydrophilic treatment to partition the hydrophilic region and the hydrophobic region, and the director of the liquid crystal molecules is controlled in the direction in which the boundary extends. Also, it is possible to form an alignment film capable of controlling the alignment of liquid crystal molecules by a very easy process without performing a conventional rubbing treatment or forming a thin film having a special structure. As a result, a liquid crystal display device capable of controlling the alignment of liquid crystal molecules can be efficiently manufactured, which can contribute to cost reduction.
[0019]
According to a ninth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a liquid crystal display device according to the eighth aspect, in the step of forming the hydrophilic region, the mask pattern to be subjected to the hydrophilic treatment is formed of an adjacent hydrophilic region and a hydrophobic region. It is characterized by having a pattern shape that makes the boundary line parallel or substantially parallel.
[0020]
According to the present invention, since the pattern of the hydrophilic region and the hydrophobic region can be formed by the mask pattern, the pattern for regulating the orientation direction of the liquid crystal molecules can be easily formed by the exposure step using the mask pattern. .
[0021]
According to a tenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a liquid crystal display device according to the eighth or ninth aspect, the hydrophilic treatment is performed by an exposure treatment using a mask having a photocatalytic layer.
[0022]
According to the present invention, since the exposure is performed using a mask having a photocatalyst layer, a part of the hydrophobic region can be very easily changed to a hydrophilic region by the action of the photocatalyst at the time of exposure, and the exposure can be performed. A surface capable of controlling the orientation can be formed extremely easily only by the treatment.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
(Liquid crystal display)
A liquid crystal display device of the present invention is a horizontal alignment type liquid crystal display device including a first substrate, a second substrate, and a liquid crystal layer injected between opposing substrates. FIG. 1 is a plan view showing an example of the form of an alignment film 5 formed on a first substrate and a second substrate in such a horizontal alignment type liquid crystal display device. FIG. FIG. 4 is a plan view illustrating an example of an alignment mode of the liquid crystal molecules 4 whose alignment is controlled.
[0025]
(Alignment film)
As shown in FIG. 1, the alignment film 5 is formed in a form in which hydrophilic regions A and hydrophobic regions B are alternately arranged in stripes. The alignment of the liquid crystal molecules 4 is controlled by an alignment film 5 as shown in FIG. 1 and, for example, as shown in FIG. 2, the liquid crystal molecules 4 extend along the extending direction of the boundary between the hydrophilic region A and the hydrophobic region B. Are controlled in orientation. The director is a unit vector representing the average orientation direction of the liquid crystal molecules 4.
[0026]
It is preferable that the hydrophilic regions A and the hydrophobic regions B formed on the alignment film 5 are formed such that the boundary lines 6 of the regions that are alternately adjacent to each other are parallel or substantially parallel. In this manner, the director of the liquid crystal molecules 4 can be controlled in the direction in which the parallel or substantially parallel boundary line 6 extends.
[0027]
Width W of hydrophilic region A _A And the width W of the hydrophobic region B _B Is not particularly limited and can be arbitrarily designed according to the type of liquid crystal molecules and the alignment pattern. As a specific example, the width W _A And the width W of the hydrophobic region B _B Is preferably in the range of 10 to 30 μm. The reason that such a range is preferable is that if the width of the region is too narrow, the alignment force tends to be poor, and if the width of the region is too wide, the liquid crystal molecules tend to be aligned perpendicular to the substrate. is there. Also, the width W of the hydrophilic region A _A And the width W of the hydrophobic region B _B It is also preferable from the viewpoint of manufacturing that both regions are repeatedly formed at a constant pitch.
[0028]
The extension direction of the boundary between the two regions formed on the alignment film 5 can be formed so as to be constant in each pixel. In addition, when the orientation direction of liquid crystal molecules in a pixel is divided for viewing angle compensation, that is, in the case of orientation division, it is preferable to form a boundary line of both regions in a pixel in a different direction and perform orientation division. . Examples of the orientation division mode include a mode in which the boundary line extends radially, a mode in which the boundary line is rectangular, and a mode in which the direction in which the boundary line extends differs for each section in the pixel.
[0029]
As shown in FIG. 3, the liquid crystal layer 3 constituting the liquid crystal display device of the horizontal alignment system according to the present invention has a surface parallel or substantially parallel to the substrate surfaces 1 and 2 on which the directors of the liquid crystal molecules 4 in each pixel region face. It is formed by injecting a liquid crystal such as a twisted nematic (hereinafter sometimes abbreviated as TN) that rotates inside. The liquid crystal molecules 4 are in a horizontal alignment mode in which the liquid crystal molecules 4 are twisted at a twist angle of about 90 ° over the entire thickness of the liquid crystal layer 3 between the substrates 1 and 2. 3A shows the form of the twisted arrangement of the director of the TN liquid crystal molecules 4 when the voltage is off, and FIG. 3B shows the director of the TN liquid crystal molecules 4 when an electric field is applied between the electrodes. 2 shows a form of a modified arrangement of the above.
[0030]
In such a horizontal alignment type of liquid crystal alignment, there is a case where the director does not become parallel to the substrate surface due to a slight tilt of the liquid crystal molecules 4 when the voltage is turned off. In the liquid crystal display device of the present invention, the rotation axis of the director of the liquid crystal molecules 4 is not limited to the case where the rotation axis of the director of the liquid crystal molecules 4 is perpendicular to the substrate surface (that is, the case where the director of the liquid crystal molecules 4 is parallel to the substrate surface). Even when the direction of the liquid crystal molecules 4 is not perpendicular to the substrate surface (that is, the director of the liquid crystal molecules 4 is not parallel to the substrate surface), the horizontal alignment method in which the director of the liquid crystal molecules 4 rotates in a plane parallel to the opposing substrate surface. It includes a liquid crystal display device.
[0031]
In the liquid crystal display device of the present invention, as shown in FIG. 3, the alignment film 5 in which the hydrophilic regions and the hydrophobic regions having the above characteristics are alternately formed on both substrates, The orientation of the director of the liquid crystal molecules 4 is regulated depending on the form of both regions.
[0032]
For example, the boundary between the hydrophilic region and the hydrophobic region at a predetermined portion of the alignment film 5 formed on the upper substrate 1 in FIG. 3 and the alignment film 5 formed on the lower substrate 2 facing the predetermined portion. When the boundary line between the hydrophilic region and the hydrophobic region in the predetermined region is at an angle of about 90 ° in plan view, the boundary line 6 formed on both substrates is orthogonal or substantially orthogonal in plan view. Therefore, the alignment direction of the nematic liquid crystal molecules having a twist angle of about 90 ° can be restricted. When the alignment films 5 on both substrates are formed in such a manner that the angle becomes about 0 ° in plan view, the boundary lines 6 formed on both substrates are parallel or substantially parallel in plan view. Therefore, the alignment direction of the supernematic liquid crystal molecules having a twist angle of about 180 ° can be restricted.
[0033]
Such an alignment film 5 is preferably formed on the substrate surface of a liquid crystal display device of an IPS (in-plane switching) mode in which a director of liquid crystal molecules rotates in a plane parallel or substantially parallel to the substrate surface, or a liquid crystal. The liquid crystal display device can be preferably formed on a substrate surface in a TN (twisted nematic) mode horizontal alignment type liquid crystal display device in which a molecular director rotates with a twist angle of about 90 ° in a plane parallel or substantially parallel to the substrate surface. The orientation direction of molecules can be regulated.
[0034]
The alignment film 5 is an alignment film that is originally hydrophobic but can be made hydrophilic by performing a hydrophilic treatment. For example, a hydrophobic resin such as a fluorine-based silicone resin or a polyimide resin for forming a hydrophobic film is used. It is formed. Examples of the fluorine-based silicone resin for forming a hydrophobic film include commercially available photosensitive resins such as a fluorine-based silicone resin for forming a water-repellent film made by Toshiba Silicone, and a polyimide for forming a hydrophobic film. Examples of the resin include commercially available photosensitive resins such as JALS-688 manufactured by Nippon Synthetic Rubber, which is a polyimide resin composition for forming a hydrophobic film. The thickness of the alignment film 5 is not particularly limited, but is preferably, for example, 10 nm to 100 nm.
[0035]
(Substrate, etc.)
Next, an example of a substrate on which the above-described alignment film 5 is formed will be described. The first substrate 1 and the second substrate 2 constitute one of a color filter substrate 101 and a device (TFT) substrate 102 as exemplified in the liquid crystal display device of FIG. The substrate described below is an example of a substrate applied to the present invention, and is not limited to the content described below. For example, the present invention can be applied to an IPS mode liquid crystal display device that operates by generating a horizontal electric field by a pair of fine line electrodes formed on the TFT substrate 102 and causing an azimuthal change in the arrangement of liquid crystal molecules.
[0036]
The color filter substrate 101 is a substrate in which a matrix-shaped color filter layer 107 is formed on a substrate 112. More specifically, R (red), G (green), and B (blue) This is a substrate including a color filter layer 107 forming a pixel region and a black matrix layer 108 formed on a peripheral portion of the pixel region to block leaked light. A common transparent electrode 109 is formed on the color filter layer 107, and further, on the common transparent electrode 109, an alignment film (not shown; already described in FIGS. 1 and 2) for arranging directors of liquid crystal molecules in a certain direction. Is formed. The color filter substrate 101 constituting the present invention is not particularly limited as long as it has a configuration generally used at present, and may have a configuration other than the above.
[0037]
On the other hand, the device substrate 102 is a substrate in which the matrix-shaped TFT elements 105 are formed as individual pixel regions on the substrate 112. More specifically, the pixel electrodes 104 arranged in a matrix on the inner surface of the substrate 112. A thin film field transistor (TFT) element 105 and a line electrode 106 are formed, and an alignment film (not shown) for arranging directors of liquid crystal molecules in a certain direction on the pixel electrode 104 (not shown in FIGS. 1 and 2). .) Is formed. Note that the device substrate 102 constituting the present invention is not particularly limited as long as it has a configuration generally used at present, and may have a configuration other than the above.
[0038]
In the liquid crystal display device, a glass substrate or a transparent plastic substrate is used as the substrate 112, and the pixel electrode 104 and the transparent electrode 109 are made of, for example, indium tin oxide (ITO), indium oxide, indium zinc oxide (IZO). And the like. Further, a spacer is formed for setting the distance between the color filter substrate 101 and the device substrate 102 to a predetermined value, and the cell gap is set to a constant value. A polarizing plate 113 is provided outside each substrate (see FIG. 7), and a backlight is provided further outside the device substrate side.
[0039]
(Method of manufacturing liquid crystal display device)
Next, a method for manufacturing a liquid crystal display device will be described. The method for manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention is a method for manufacturing a liquid crystal display device having the above-described configuration, and is characterized by (1) a first substrate surface (for example, a surface of a color filter substrate and a second substrate). A step of forming a hydrophobic alignment film capable of performing a hydrophilic treatment on a surface (for example, the surface of a device substrate), and a step of forming a hydrophilic region by performing a hydrophilic treatment on a part of the alignment film. The other manufacturing steps for manufacturing the liquid crystal display device, for example, the steps of forming a color filter layer, a black matrix layer, a transparent electrode layer, a THT element, etc. as shown in FIG. It is.
[0040]
In the step (1), examples of the resin for forming the alignment film capable of performing the hydrophilic treatment include the above-described fluorine-based silicone resin for forming the hydrophobic film or the polyimide resin for forming the hydrophobic film. These resins are applied to the entire surface of both substrates by application means such as spin coating or various printing means.
[0041]
In the above step (2), means for hydrophilizing a part of the alignment film includes, as shown in FIGS. 4 and 5, (i) a hydrophobic film as an alignment film is formed by a mask 38 having a photocatalyst layer 34. A method of forming a hydrophilic region 36 by exposing only the exposed portion to be hydrophilic by exposure (see FIG. 4), (ii) forming a photocatalyst-containing alignment film 37 by coating a photocatalyst-containing hydrophobic resin. After that, a method of exposing the alignment film 37 to make only the exposed portion hydrophilic (see FIG. 5) can be used.
[0042]
In the step (i), examples of the hydrophobic alignment film 31 include the above-mentioned fluorine-based silicone coating and polyimide coating. As shown in FIG. 4, the hydrophilization treatment using a mask having a photocatalyst layer first includes a mask 38 in which a photocatalyst layer 34 is formed on a substrate 32 on which a mask pattern 33 is formed, and a hydrophobic alignment film 31. The formed first substrate or the second substrate is prepared (FIG. 4A), and the mask 38 having the photocatalyst layer 34 and the hydrophobic alignment film 31 are opposed to each other so as to have a predetermined interval. (FIG. 4 (b)) is a processing method of forming a hydrophilic region 36 by irradiating the exposure light 35 (FIG. 4 (c)) (FIG. 4 (d)).
[0043]
The photocatalyst layer 34 is a layer in which titanium oxide as a photocatalyst is contained in a binder. The titanium oxide is preferably of an anatase type, and is preferably contained in the binder at a ratio of 20 to 40% by weight. The average particle size of the titanium oxide is preferably about 5 to 20 μm. Instead of titanium oxide, ZnO or the like may be used as a photocatalyst. By irradiating the photocatalyst layer 34 with, for example, exposure light 35 having a wavelength of 380 nm or less, a photoelectrochemical reaction occurs in the photocatalyst particles, and the exposed hydrophobic alignment film 31 can be oxidized and reduced. As a result, a part of the hydrophobic alignment film 31 can be changed to a hydrophilic region.
[0044]
The distance between the mask 38 and the hydrophobic alignment film 31 is preferably such that active oxygen species or the like generated by the photocatalytic reaction can be easily generated and act in the gap, and is about 5 to 20 μm. It is preferable to arrange them so as to have the following intervals.
[0045]
In the step (ii), examples of the hydrophobic alignment film 37 include a fluorine-based silicone film and a polyimide film containing the above-described photocatalyst. As shown in FIG. 5, the hydrophilic treatment is performed by firstly forming a mask 39 having a mask pattern 33 formed on a substrate 32 and a first substrate or a second substrate having a hydrophobic orientation film 31 containing a photocatalyst formed thereon. (FIG. 5 (a)), the mask 39 and the photo-catalyst-containing hydrophobic alignment film 37 are opposed to each other at a predetermined interval (FIG. 5 (b)). This is a processing method for forming the hydrophilic region 36 by irradiating the exposure light 35 (FIG. 5C) (FIG. 5D).
[0046]
The hydrophobic alignment film 37 contains titanium oxide as a photocatalyst in a binder. As described above, the titanium oxide is preferably of an anatase type, and is preferably contained in the binder at a ratio of 20 to 40% by weight. The average particle size of the titanium oxide is preferably about 5 to 20 μm. Instead of titanium oxide, ZnO or the like may be used as a photocatalyst. By irradiating the hydrophobic alignment film 37 with exposure light 35 having a wavelength of, for example, 380 nm or less, a photoelectrochemical reaction occurs in the contained photocatalyst particles, and the hydrophobic alignment film can be oxidized and reduced. As a result, a part of the hydrophobic alignment film can be changed to a hydrophilic region. Also, the distance between the mask 340 and the hydrophobic alignment film 37 is the same as in the case (i). In addition, comparing the step (i) with the step (ii), the step (i) can be more preferably applied.
[0047]
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of a surface reaction in which a part of a hydrophobic alignment film changes into a hydrophilic region. FIG. 6A shows a state in which active oxygen species and the like attack on the side chain on the surface of the hydrophobic alignment film, and cut the bond between the side chains. FIG. 6B shows the cut site. Shows a state in which a hydroxyl group is bonded and changes to hydrophilic.
[0048]
In the hydrophilic treatment for causing the surface reaction shown in FIG. 6, it is preferable that the hydrophobic alignment film and the mask having the photocatalytic layer are arranged at a predetermined interval (for example, 5 to 20 μm). By arranging the hydrophobic alignment film and the mask having the photocatalytic layer at a predetermined interval, active oxygen species and the like generated by the photocatalytic reaction can be easily generated in the gap. The active oxygen species and the like include active oxygen or active hydroxyl groups generated based on a photoelectrochemical reaction in the photocatalyst particles, and the active oxygen species and the like are represented by side chains (for example, alkyl side chains) shown in FIG. ), And the bond of the side difference is broken. The active oxygen species and the like are exchanged and bonded to the part where the side chain is cleaved, so that the part becomes hydrophilic as shown in FIG.
[0049]
Further, in this manufacturing method, the pattern shape of the mask for forming the hydrophilic region by the hydrophilic treatment is changed to a stripe-like alignment film in which hydrophilic regions and hydrophobic regions are alternately arranged as shown in FIG. It is formed to have the same shape as. Further, the pattern shape is preferably such that the boundary between the adjacent hydrophilic region and hydrophobic region is parallel or substantially parallel. In addition, depending on the type of liquid crystal molecules to be employed, a mask for hydrophilizing the alignment film formed on the first substrate and a mask for hydrophilizing the alignment film formed on the second substrate may be used for each mask. It is preferable that the formed boundary lines are arranged at an arbitrary angle. For example, when a nematic liquid crystal having a twist angle of about 90 ° is employed, the mask is formed on each substrate so that the boundary line formed on each mask has an angle of about 90 °, for example, about 70 ° to 110 °. Is preferably arranged. On the other hand, for example, when employing a super nematic liquid crystal having a twist angle of about 180 °, the masks are arranged on each substrate such that the boundary line formed on each mask has an angle of about 0 ° ± 20 °. Is preferred.
[0050]
In the present invention, an alignment control pattern that achieves a twisted structure of liquid crystal molecules is formed by a very simple method of forming a hydrophilic treatment pattern (for example, an exposure mask pattern) having a predetermined shape and performing a hydrophilic treatment using the pattern. can do.
[0051]
As described above, according to the method for manufacturing a liquid crystal display device of the present invention, a hydrophilic region that enables alignment control of liquid crystal can be formed by an extremely easy process. And can contribute to cost reduction.
[0052]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
[0053]
(Example 1)
<Process of forming alignment control film on color filter substrate side>
First, a color filter substrate 101 on which ITO is formed as a transparent electrode 109 is prepared, and on the transparent electrode 109, a hydrophobic resin composition capable of performing a hydrophilic treatment (a polyimide resin composition which is a resin for forming a hydrophobic film, Japan Synthetic rubber JALS-688) was spin-coated to form a 60 nm-thick hydrophobic alignment film. Next, on the hydrophobic alignment film, a mask 38 having a photocatalyst layer 33 was arranged so as to keep an interval of about 20 μm, and then exposed to ultraviolet light having a wavelength of 200 to 370 nm. The exposed portion changed from a hydrophobic region to a hydrophilic region.
[0054]
The mask 38 has a predetermined mask pattern 33 made of a chromium thin film formed on the substrate 32, and further has a thickness of 0.05 to 0.5 μm containing anatase type titanium oxide particles as a photocatalyst on the mask pattern 33. A photocatalyst layer 34 is formed. The mask pattern was formed so that the hydrophilic region A and the hydrophobic region B as shown in FIG. 1 could be arranged in a stripe pattern. The widths of the hydrophilic region A and the hydrophobic region B formed by the mask are respectively represented by W _A = 25 μm, W _B = 25 μm. The photocatalyst layer 34 contains about 10 to 100% by weight of titanium oxide particles in a binder resin (silicone resin). Here, 100% by weight of titanium oxide is the case where the photocatalyst layer 34 is formed only of titanium oxide.
[0055]
Thus, a color filter substrate having a stripe-shaped hydrophilic region formed on the hydrophobic alignment film on the transparent electrode of the color filter substrate was manufactured.
[0056]
<Process of forming alignment control film on device substrate side>
First, a device substrate 102 on which ITO is formed as a pixel electrode 104 is prepared, and a hydrophobic resin composition capable of hydrophilization (a polyimide resin composition which is a resin for forming a hydrophobic film, Nihon Gosei Co., Ltd.) is provided on the pixel electrode 104. JALS-688 made of rubber was spin-coated to form a hydrophobic alignment film having a thickness of 60 to 100 μm. Next, a mask 38 having a photocatalyst layer 33 was arranged on the hydrophobic alignment film so as to keep an interval of about 10 to 25 μm, and then exposed to ultraviolet light having a wavelength of 200 to 370 nm. The exposed portion changed from a hydrophobic region to a hydrophilic region.
[0057]
The mask 38 has a predetermined mask pattern 33 made of a chromium thin film formed on the substrate 32, and further has a thickness of 0.05 to 0.5 μm containing anatase type titanium oxide particles as a photocatalyst on the mask pattern 33. A photocatalyst layer 34 is formed. The mask pattern was formed so that the hydrophilic region A and the hydrophobic region B as shown in FIG. 1 could be arranged in a stripe pattern. The widths of the hydrophilic region A and the hydrophobic region B formed by the mask are respectively represented by W _A = 25 μm, W _B = 25 μm. When the mask for the color filter substrate and the mask for the device substrate described above are superimposed and viewed in plan, the boundary between the hydrophilic region and the hydrophobic region formed on each mask has an angle of 90 °. A mask was arranged on the alignment film as described above to perform exposure. The type and the amount of the photocatalyst constituting the photocatalyst layer 34 were the same as those of the above-described mask for the color filter substrate.
[0058]
In this manner, a device substrate having stripe-shaped hydrophilic regions formed on the hydrophobic alignment film on the pixel electrodes of the device substrate was manufactured.
[0059]
<Liquid crystal display device>
The color filter substrate formed by the above method was opposed to the device substrate at a fixed distance, and a TN liquid crystal was injected between them to form a liquid crystal layer. In this liquid crystal display device, an alignment film for arranging directors of liquid crystal molecules in a fixed direction was formed on a color filter substrate and a device substrate.
[0060]
In this liquid crystal display device, the liquid crystal molecules on both substrate surfaces are shifted by about 90 °, so that the liquid crystal molecules injected between the opposing substrate surfaces have their directors facing each other between the two substrates. It was oriented so as to rotate in a plane parallel or substantially parallel to the substrate surface. As a result, the above-described problems that occur when a conventional rubbing cloth is used do not occur, and the yield does not decrease.
[0061]
(Example 2)
Example 1 is the same as Example 1 except that a water-repellent fluorine-based silicone resin (manufactured by Toshiba Silicone, TSL8233 and TSL8114) was used as the resin composition for forming the hydrophobic alignment film capable of performing the hydrophilic treatment. I made it.
[0062]
<Liquid crystal display device>
In this liquid crystal display device, since the liquid crystal molecules on both substrate surfaces are shifted at an angle of about 90 °, the liquid crystal molecules injected between the opposing substrate surfaces have their directors facing each other between the two substrates. It was oriented so as to rotate in a plane parallel or substantially parallel to the substrate surface. As a result, the above-described problem that occurs when a conventional rubbing cloth is used does not occur, and the yield does not decrease.
[0063]
(Example 3)
In Example 1, when the mask for the color filter substrate and the mask for the device substrate are superimposed and viewed in plan, the boundary between the hydrophilic region and the hydrophobic region formed on each mask has an angle of 0 °. The procedure was the same as that of Example 1 except that a mask was arranged on the alignment film to perform exposure, and a super nematic liquid crystal was used as the liquid crystal.
[0064]
<Liquid crystal display device>
In this liquid crystal display device, since the liquid crystal molecules on both substrate surfaces are shifted at an angle of about 0 °, the liquid crystal molecules injected between the opposing substrate surfaces have their directors facing each other between the two substrates. It was oriented so as to rotate 180 ° in a plane parallel or substantially parallel to the substrate surface. As a result, the above-described problem that occurs when a conventional rubbing cloth is used does not occur, and the yield does not decrease.
[0065]
(Example 4)
Example 1 was the same as Example 1 except that an IPS mode horizontal alignment type liquid crystal display device in which electrodes were formed only on the device substrate was formed.
[0066]
<Liquid crystal display device>
In this liquid crystal display device, directors of liquid crystal molecules on both substrate surfaces are oriented so as to rotate in a plane parallel or substantially parallel to the substrate surfaces. As a result, the above-described problems that occur when a conventional rubbing cloth is used do not occur, and the yield does not decrease.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the liquid crystal display device of the present invention, since the liquid crystal display device includes the alignment film in which the hydrophilic regions and the hydrophobic regions are alternately arranged, the director of the liquid crystal molecules extends in the extending direction of the boundary line between the two regions. The orientation can be controlled. The liquid crystal display device having such a structure does not cause the above-described problem that occurs when a conventional rubbing cloth is used, and does not cause a reduction in yield.
[0068]
Further, according to the method for manufacturing a liquid crystal display device of the present invention, a part of the formed hydrophobic alignment film is subjected to a hydrophilic treatment to partition a hydrophilic region and a hydrophobic region, and to extend in a direction in which a boundary line extends. Since the director of the liquid crystal molecules is controlled, it is possible to form an alignment film that enables the liquid crystal molecules to be controlled in an extremely easy process without performing a conventional rubbing process or forming a thin film with a special structure. it can. As a result, a liquid crystal display device capable of controlling the alignment of liquid crystal molecules can be efficiently manufactured, which can contribute to cost reduction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an example of a form of an alignment film formed on a first substrate and a second substrate.
FIG. 2 is a plan view showing an example of an alignment mode of liquid crystal molecules whose alignment is controlled by an alignment film.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a form of a twisted arrangement of TN liquid crystal molecules.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a method for forming a hydrophilic region using a photocatalyst.
FIG. 5 is an explanatory view showing another example of a method for forming a hydrophilic region using a photocatalyst.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a surface reaction in which a hydrophobic alignment film changes to hydrophilic.
FIG. 7 is a schematic sectional view showing an example of a general liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
1 First substrate
2 Second substrate
3 Liquid crystal layer
4 Liquid crystal molecules
5 Alignment film
6 Border
31 Alignment film
32 substrates
33 Mask Pattern
34 Photocatalyst layer
35 Exposure light
36 hydrophilic region
37 Alignment film containing photocatalyst
38, 39 mask
101 color filter substrate
102 TFT substrate
103 liquid crystal layer
104 pixel electrode
105 TFT device
106 line electrode
107 color filter layer
108 Black matrix layer
109 common transparent electrode
112 substrate
113 Polarizing plate
A hydrophilic region
B hydrophobic region
W _A Width of hydrophilic area
W _B Hydrophobic area width

Claims

In a horizontal alignment type liquid crystal display device having a first substrate, a second substrate, and a liquid crystal layer injected between the substrates,
A liquid crystal display device, wherein an alignment film in which hydrophilic regions and hydrophobic regions are alternately formed is formed on the first substrate and the second substrate.

2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein boundaries between adjacent hydrophilic regions and hydrophobic regions are parallel or substantially parallel.

A boundary between a hydrophilic region and a hydrophobic region at a predetermined portion of the alignment film formed on the first substrate, and a hydrophilic region at a predetermined portion of the alignment film formed on the second substrate facing the predetermined portion; 3. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the boundary with the hydrophobic region has an angle of about 90 [deg.] In a plan view.

A boundary between a hydrophilic region and a hydrophobic region at a predetermined portion of the alignment film formed on the first substrate, and a hydrophilic region at a predetermined portion of the alignment film formed on the second substrate facing the predetermined portion; 3. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the boundary with the hydrophobic region has an angle of about 0 [deg.] In a plan view.

3. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a director of liquid crystal molecules is in an IPS (in-plane switching) mode in which the director rotates in a plane parallel or substantially parallel to the substrate surface.

3. The liquid crystal according to claim 1, wherein the director of the liquid crystal molecules is a TN (twisted nematic) mode which rotates with a twist angle of about 90 degrees in a plane parallel or substantially parallel to the substrate surface. Display device.

The hydrophobic region of the alignment film is a hydrophobic film formed of fluorine-based silicone or polyimide, and the hydrophilic region is a hydrophilic film in which a hydrophilic group is added to the fluorine-based silicone hydrophobic film or polyimide hydrophobic film. The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 6, wherein:

An alignment having a first substrate, a second substrate, and a liquid crystal layer injected between the substrates, wherein hydrophilic regions and hydrophobic regions are alternately arranged on the first substrate and the second substrate; A method for manufacturing a horizontal alignment type liquid crystal display device having a film formed thereon,
Forming a hydrophilic alignment film capable of performing a hydrophilic treatment on the first substrate surface and the second substrate surface, and forming a hydrophilic region by performing a hydrophilic treatment on a part of the alignment film. A method for manufacturing a liquid crystal display device, comprising:

9. The method according to claim 8, wherein, in the step of forming the hydrophilic region, the mask pattern to be subjected to the hydrophilic treatment has a pattern shape in which a boundary between the adjacent hydrophilic region and the hydrophobic region is parallel or substantially parallel. 3. The method for manufacturing a liquid crystal display device according to item 1.

The method according to claim 8, wherein the hydrophilic treatment is performed by an exposure treatment using a mask having a photocatalytic layer.