JP2005010411A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画素内に反射領域および透過領域とが並列に配置された第1基板10Aにフォトスペーサ22を形成した後に配向膜11を塗布し、配向膜11に対し配向膜11に吸収される波長帯域の紫外光を照射して、配向膜11の配向処理を行い、第1基板10Aに対し第2基板10Bを所定の基板間隔をもって貼り合わせ、第1基板10Aおよび第2基板10Bの間に液晶を注入し、配向制御力により液晶分子が配向された液晶層を形成する。
【選択図】図11
Description
【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関し、例えば、反射型表示と透過型表示とが併用され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、薄型で低消費電力であるという特徴を生かして、幅広い電子機器の表示装置として用いられている。例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、カーナビゲーション用の表示装置、携帯情報端末(Personal Digital Assistant :PDA)、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の液晶表示装置を用いた電子機器がある。
【0003】
このような液晶表示装置には、大きく分けてバックライトと呼ばれる内部光源からの光の透過と遮断とを液晶パネルで制御して表示を行う透過型の液晶表示装置と、太陽光等の外光を反射板等で反射して、この反射光の透過と遮断とを液晶パネルで制御して表示を行う反射型がある。
【0004】
ところで、近年、透過型、反射型の表示装置の双方の問題点を解消して、屋内外を問わず表示可能な液晶表示装置として、透過型表示と反射型表示との両方を一つの液晶パネルで実現する反射透過併用型の液晶表示装置が提案されている(特許文献1参照)。この併用型の液晶表示装置では、周囲が明るい場合には周囲光の反射によって表示を行い、周囲が暗い場合には、バックライトの光によって表示を行う。
【0005】
一方で、透過型、反射型、および併用型の液晶表示装置において、セルギャップのばらつきに起因するユニフォーミティ対策として、スペーサの散布方式に代わりフォトスペーサを設ける検討が進められている。
【0006】
【特許文献1】
特許第2955277号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、併用型の液晶表示装置の製造過程における配向工程は、依然として布を巻き付けたドラムを回転させ基板表面を機械的に擦るラビング法にて実施されているため、画素内の透過領域と反射領域との間に生ずる段差により、凹部に繊維が入り込めず配向性を悪化させていた。
【0008】
また、特に併用型の液晶表示装置においてはセルギャップのばらつきが顕著な表示むらとなることから、ギャップ精度を向上させるために、スペーサの散布方式に代わりフォトスペーサを設ける方法が検討されている。
【0009】
しかしながら、フォトスペーサを採用した場合には、従来のラビング法ではフォトスペーサの倒れが生じやすく、またフォトスペーサ周辺部の微小領域に配向乱れが生じ、表示素子内にマイクロドメインによる欠陥が発生し著しく表示品質を低下させていた。
【0010】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射領域および透過領域における液晶の配向性を向上させ、表示品質を高めることができる液晶表示装置の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、基板上でスペーサを加工して作製する場合においても、スペーサに影響を与えることなく液晶の配向性を向上させることができ、基板間隔の均一性および表示品質を高めることができる液晶表示装置の製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置の製造方法は、少なくとも第1基板および第2基板のいずれかと液晶層との間に配向膜が形成され、画素内に反射領域および透過領域とが並列に配置された液晶表示装置の製造方法であって、少なくとも前記第1基板および前記第2基板のいずれかに配向膜を形成する工程と、前記配向膜に対し、前記配向膜に吸収されて配向制御力を与えるのに必要な反応を前記配向膜に起こさせる波長帯域の紫外光を照射して、前記配向膜の配向処理を行う工程と、前記第1基板と前記第2基板を所定の基板間隔をもって貼り合わせる工程と、前記第1基板と前記第2基板の間に液晶を注入し、前記配向制御力により液晶分子が配向された液晶層を形成する工程とを有する。
【0012】
上記の本発明の液晶表示装置の製造方法では、少なくとも第1基板および第2基板のいずれかに配向膜を形成した後に、配向膜に対し紫外光を照射して、配向膜の配向処理を行っている。紫外光が照射されると、配向膜に有効に吸収されて必要な反応が配向膜に起こることにより、配向膜に配向制御力が与えられる。
従って、第1の基板あるいは第2の基板のいずれかにおいて、画素内の反射領域および透過領域間で段差があるような場合であっても、所定の紫外光の照射により全ての領域の配向膜の配向処理が有効に施される。その結果、反射領域および透過領域に存在する液晶分子は、上記の配向膜の配向制御力により有効に配向される。
【0013】
上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置の製造方法は、少なくとも第1基板および第2基板のいずれかと液晶層との間に配向膜が形成された液晶表示装置の製造方法であって、第1基板および第2基板のいずれかにスペーサ用層を形成する工程と、前記スペーサ用層を加工してスペーサを形成する工程と、少なくとも前記第1基板および前記第2基板のいずれかに前記配向膜を形成する工程と、前記配向膜に対し、前記配向膜に吸収されて配向制御力を与えるのに必要な反応を前記配向膜に起こさせる波長帯域の紫外光を照射して、前記配向膜の配向処理を行う工程と、前記第1基板と前記第2基板を所定の基板間隔をもって貼り合わせる工程と、前記第1基板と前記第2基板の間に液晶を注入し、前記配向制御力により液晶分子が配向された前記液晶層を形成する工程とを有する。
【0014】
上記の本発明の液晶表示装置の製造方法では、いずれかにスペーサ層が形成された第1基板あるいは第2基板に配向膜を塗布した後に、配向膜に対し紫外光を照射して、配向膜の配向処理を行っている。所定の紫外光が照射されると、配向膜に有効に吸収されて必要な反応が配向膜に起こることにより、配向膜に配向制御力が与えられる。
従って、配向処理を行う第1基板あるいは第2基板のいずれかに、スペーサ層が形成されていても、スペーサ層の倒れを生じさせることなく、スペーサ層の近傍を含めた全ての領域の配向膜の配向処理が有効に施される。その結果、基板間に介在する液晶分子は、上記の配向膜の配向制御力により有効に配向される。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の液晶表示装置の製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0016】
本実施形態では、画素内に透過領域と反射領域とを有する併用型の液晶表示装置あるいはフォトスペーサを採用する液晶表示装置の製造において、液晶の配向を規制する配向膜への配向処理を紫外光を照射して行うものである。液晶表示装置の製造プロセスの説明に移る前に、まず、本実施形態で用いる光配向処理の方法および装置の一例について詳細に説明する。
【0017】
図1(a)は、本実施形態に係る液晶表示装置の製造に適用される光配向処理を実現する照射ユニットの一例の概略構成図であり、図1(b)は図1(a)を側面から見た構成図である。図2は、照射ユニットの光源の発光原理およびプロセスを説明するための図である。
【0018】
図1に示す照射ユニット1は、大別して光源2と光学系3とを有する。
光源2は、例えばマイクロ波を発生するマグネトロン4と、マイクロ波により励起される水銀等の発光成分が充填された円筒形状のバルブ5と、光出射側とは反対側においてバルブ5を包囲する半円筒形状の反射鏡6とを有する。また、図2に示すように、イグナイター7が設置されている。
【0019】
バルブ5内には、水銀およびその他の発光成分が充填されており、後述するように配向膜の材料の吸収特性に合わせた波長帯域の光を発光するように発光成分が調整される。
【0020】
マグネトロン4は、バルブ5に充填された水銀等の発光成分を励起するマイクロ波を発生する。マグネトロン4により発生されるマイクロ波の周波数は、例えば2.45MHzである。
【0021】
反射鏡6は、バルブ5から発せられた光を反射して、照射される光を均一化かつ平行化させる。イグナイター7は、始動用に設置されており、バルブ5内の発光成分に光子(フォトン)を照射することにより、紫外光の立ち上がりを促進する。
【0022】
図2に示すように、光源2の発光プロセスとしては、まず、マグネトロン4から例えば2.45MHzのマイクロ波が発生され、イグナイター7より光子が照射される。発生したマイクロ波MWは、反射鏡6内へ到達し、バルブ5に充填された水銀等の発光成分に吸収されて、水銀等の発光成分が励起され、紫外線を発光する。このとき、イグナイター7から照射されたフォトンも発光成分に吸収されて紫外光の立ち上がりを促進することにより、均一な紫外線が発光されることとなる。
【0023】
上記の光源は、電極を用いない無電極放電型ランプである。この光源を備えた照射ユニット1は、例えば6kW程度の高いパワーを有し、電極を用いないため寿命が3000時間以上と非常に長い利点がある。さらに、寿命到達まで出射される光の強度減衰がなく、照射均一性が良好である。また、後述するように、連結による大型化が可能である。
【0024】
図3は、照射ユニット1の光学系3の概略構成図である。
図3に示すように、光学系3は、バルブ5により発光され反射鏡6により反射された光(偏光)を所定のビーム形状に成形するアパーチャ12と、270nm以下の波長領域の光をカットするカットフィルタ13と、紫外光LのS偏光のみを反射させるブリュースターミラー14と、光を遮蔽して照射領域を規定する遮蔽板15,16とを有する。
【0025】
カットフィルタ13は、上記したように270nm以下の波長領域の光を遮蔽する。これは、紫外線配向処理に用いられる後述する紫外線反応型のポリイミド等の有機高分子化合物は、短波長領域の光を照射すると配向制御力を与えるのに必要な反応以外の反応をも起こさせて副生成物を増加させ、信頼性や光学的特性に影響が出る恐れがあるからである。光学的な特性に影響が出ると、表示パネルとしての透過率や色度に影響を及ぼしてしまう。
【0026】
ブリュースターミラー14は、光源2からの入射光に対してブリュースター角(偏光角)だけ傾斜させて設置され、光源2からの入射光Lを反射してS偏光からなる反射光を出射する。
【0027】
遮蔽板15は、光源2からの入射光Lのうち、ブリュースターミラー14により反射されずに基板10へ向けて照射される第2照射領域LA2を規定する。この第2照射領域LA2における紫外光は、光源2からの光と同じ、すなわちS偏光成分とP偏光成分とを有する光となる。
【0028】
遮蔽板16は、ブリュースターミラー14により反射されたS偏光が照射される第1照射領域LA1を規定し、かつ、ブリュースターミラー14により反射されずに基板10へ向けて照射される第2照射領域LA2を規定する。
【0029】
上記の照射ユニット1により紫外線配向処理が行われる基板10上には、後述する紫外線反応型の配向膜11が塗布されている。配向膜11が塗布された基板10は、図中矢印方向に所定の速度で移動するステージ8に搭載されて、照射ユニット1により形成される第1照射領域LA1および第2照射領域LA2を通過することとなる。ステージ8の表面は、反射防止加工が行われていることが好ましい。
【0030】
配向膜11が塗布された基板10が、S偏光成分のみからなる第1照射領域LA1に曝されることにより、例えば、偏光方向に垂直な液晶の配列方向となるような配向制御力が配向膜11に与えられる。
【0031】
次に、配向膜11が塗布された基板10が、S偏光成分およびP偏光成分をもつ第2照射領域LA2に曝されることにより、配向膜11への光の入射方向に沿った、液晶分子のプレティルト角が配向膜11に与えられる。
【0032】
以上のように、上記の光配向処理では、基板等を回転させることなく、一定の方向に基板を搬送させて、第1の照射領域LA1および第2の照射領域LA2に通過させるのみで、液晶の配列およびプレティルト角の発現を含めた配向を制御することができる。
【0033】
本実施形態に係る液晶表示装置の製造に適用される照射ユニットは、小型の液晶パネルから大型の液晶パネルの全てに制限なく対応可能である。図4および図5は、これらを説明するための図である。
【0034】
図4(a)では、光源2および光学系3をもつ1つの照射ユニット1の照射領域LAに入る範囲の寸法の基板10に対し光配向処理を行う状態を示している。この場合には、1つの照射ユニット1により基板10の全領域に対して光配向処理を行うことが可能である。
【0035】
図4(b)には、一つの照射ユニット1の照射領域LAを越える中型から大型の基板10を照射する状態を示している。この場合、複数の照射ユニット1を多連化する。具体的には、基板10の一辺の長さに相当するだけ照射ユニット1を並べる。これにより、大きな基板10を搭載したステージを所定の速度で移動させて(図4の矢印方向)大きな基板10をスキャニングさせることにより、大きな基板10の全領域に対して光配向処理を行うことができる。
【0036】
また、本実施形態に係る液晶表示装置の製造に適用される照射ユニットでは、工程処理能力を向上させることも可能である。図5(a)および図5(b)は、これらを説明するための図である。
【0037】
図5(a)に示すように、基板10の一辺が照射領域LA内に入るように、基板10の一辺に沿って5つの照射ユニット1を連結させている状態を想定する。この場合では、配向膜を十分反応させるために必要なエネルギー(積算光量)に応じて、基板10を図中矢印方向に所定の速度U1で移動させる必要がある。
【0038】
これに対し、図5(b)に示すように、5つの連結した照射ユニット1を基板10の進行方向に3段配置することにより、3回基板10を照射することになるため、ステージによる基板10の送り速度U2を上記速度U1の3倍にすることが可能となり、基板10への光配向処理のスループットを向上させることができる。なお、図5(b)では、3段の例について示しているが、何段でも配置可能である。
【0039】
上記の照射ユニット1により光配向処理される配向膜の構造の一例を図6(a)に示し、図6(a)に示す配向膜のUV吸収スペクトルを図6(b)に示す。
【0040】
図6(a)に示す配向膜は、紫外線反応(分解)型ポリイミドであり、脂環式部分と芳香族部分を含む半芳香族ポリイミドである。図6(b)に示すように、この紫外線反応型ポリイミドは、300nm以下の波長領域の光の吸光度が高いことがわかる。すなわち、この配向膜を十分に反応させるためには、300nm以下の波長領域の光の強度が高い光源を用いると有利である。
【0041】
図7は、本実施形態に係る液晶表示装置の製造において適用される無電極放電型の照射ユニットにより照射される光のスペクトル分布である。図7では、本実施形態に使用する光のスペクトル分布SP1(図中、実線で示す)の他に、比較例として水銀ランプのスペクトル分布SP2(図中、破線で示す)を示している。
【0042】
図7に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置の製造における光配向処理に使用する光では、250〜260nm、260〜270nm、280〜290nm、290〜300nm、300〜305nm、310〜315nm、360〜370nmに特徴的ピークを有している。そして、250nm以上300nm以下の波長領域の発光総出力(図7のスペクトルを積分した値)が、300nm以上350nm以下の波長領域の発光総出力に対し1.6であった。
【0043】
これに対し、比較例の水銀ランプでは、250nm以上300nm以下の波長領域の発光総出力が、300nm以上350nm以下の波長領域の発光総出力に対し0.6であった。すなわち、本実施形態に用いる光配向用の光は、250nm以上300nm以下の波長領域の発光総出力が、300nm以上350nm以下の波長領域の発光総出力を越えている。
【0044】
すなわち、本実施形態のように、250nm以上300nm以下の波長領域の発光総出力が、300nm以上350nm以下の波長領域の発光総出力を越えていれば、それだけ紫外線反応型ポリイミド等の配向膜の反応に寄与する波長領域のエネルギーが大きくなり、全体的な照射エネルギーを減少させることができる。照射エネルギーは、時間に依存することから、照射エネルギーを減少できることは、スループットを向上させることに繋がる。
【0045】
上記の光配向処理を用いる本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法は、画素内に透過領域と反射領域とを有する併用型の液晶表示装置に適用可能である。その他、フォトスペーサを採用する液晶表示装置であれば、反射型あるいは透過型の液晶表示装置、あるいは反射型と透過型を合わせもつ併用型(半透過型)の液晶表示装置の製造にも適用可能である。
【0046】
図8は、本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法により製造されるスペーサ散布方式による併用型液晶表示装置の概略構成図である。
図8に示す液晶表示装置は、外部から取り入れた周囲光により表示を行う反射領域Ar1と内部光源からの光により表示を行う透過領域Ar2とを有する。
【0047】
図8に示すように、ガラス等からなる透明絶縁基板41に、走査信号線となるゲート電極42が形成され、ゲート電極42を被覆するゲート絶縁膜を介して低温ポリシリコンからなる半導体層43が形成されている。半導体層43を被覆して酸化シリコン等からなる層間絶縁膜44が形成され、層間絶縁膜44を埋め込んで半導体層43に接続されたソース・ドレイン電極45が形成されている。このように、ゲート電極45が半導体層43に対して下層にあるボトムゲート型の薄膜トランジスタ(TFT)Trが透明絶縁基板41に形成されている。
【0048】
反射領域Ar1において、薄膜トランジスタTrを被覆して、凹凸形状を有する散乱層46および平坦化層47が順に形成されている。透過領域Ar2においては、透明絶縁基板41上の薄膜トランジスタを構成する層と、散乱層46および平坦化層47が除去されており、反射領域Ar1との間で大きな段差が形成されている。
【0049】
反射領域Ar1における平坦化層47上および透過領域Ar2における透明絶縁基板41上には、ITO等からなる透明電極48が形成されている。透明電極48は、散乱層46および平坦化層47に形成されたコンタクトホールを介して、薄膜トランジスタTrの一方のソース・ドレイン電極45に接続されている。
【0050】
反射領域Ar1における透明電極48上には、散乱層46の凹凸形状を反映した表面形状をもつ反射電極49が形成されている。反射電極49は、例えば銀等の高反射率材料からなる。反射電極49の表面に、凹凸が形成されることにより、外光を拡散して反射する構成となっている。これによって、反射光の指向性を緩和して、広い角度範囲で画面を観察することができる。透過領域Ar2において、反射電極49は除去されており、透明電極48が観察される。
【0051】
上記した薄膜トランジスタTr、透明電極48および反射電極49が形成された第1基板10Aと、カラーフィルタが形成された第2基板10Bとの間に、液晶が充填されて液晶層20が保持されている。第1基板10Aは、いわゆるTFT基板と称されるものであり、第2基板10Bはカラーフィルタ基板と称されるものである。
【0052】
基板10A,10Bの間には、セルギャップ(基板間隔)を一定に制御すべく、球状のスペーサ21が介在している。セルギャップは、液晶の光学上の数値であるリタデーションを決める重要なファクターであり、光透過率、コントラスト比、応答速度等の表示特性に影響を与えるため、スペーサ21の役割は重要である。スペーサ21は、例えばシリカまたはポリスチレンからなる。
【0053】
第2基板10Bは、図示は省略したが、ガラス等からなる透明絶縁基板と、透明絶縁基板上に形成された、各色に着色された樹脂層であるカラーフィルタと、カラーフィルタ上に形成された、ITO等の透明電極からなる対向電極とを有する。必要に応じて、反射領域Ar1と透過領域Ar2とでは、カラーフィルタを構成する樹脂層の材料を変えてもよい。
【0054】
上記の第1基板10Aと液晶層20との間、および第2基板10Bと液晶層20との間には、液晶の配列およびプレティルト角を規制する配向膜11が介在している。配向膜11が形成された第1基板10Aおよび第2基板10Bは、図3から図5で説明した、光配向処理が施された基板10に相当する。
【0055】
併用型液晶表示装置では、液晶層20を挟む一対の基板10A,10Bの外側に、1/4波長板34,35が設けられており、そのさらに外側に偏光板31,32が設けられている。TFTが形成された第1基板10A側において、偏光板31の外側には、バックライト33が設けられる。
【0056】
次に、上記構成の液晶表示装置の製造方法について説明する。
まず、図9(a)に示すように、図8の薄膜トランジスタTr、透明電極48、反射電極49が形成された第1基板10A、およびカラーフィルタが形成された第2基板10Bに対し、例えば図6に示した紫外線反応型ポリイミドからなる配向膜11を塗布する。
【0057】
次に、図9(b)に示すように、第1基板10Aおよび第2基板10Bのそれぞれに法線方向から所定の入射角で偏光紫外線を照射する。この光配向処理において使用する出射光の発光スペクトル分布は、図7のスペクトルSP1に示した通りである。なお、カットフィルタにより、270nm以下の発光スペクトルを遮蔽して照射することが好ましい。
【0058】
次に、図9(c)に示すように、光配向処理を行った2つの基板10A,10Bの少なくとも一方に、基板洗浄を行わずに、所定のセルギャップとなるような寸法をもつスペーサを散布する。スペーサの塗布方法としては、主として、アルコール等の低沸点有機溶媒に、超音波等でスペーサを分散させておき、このスペーサ分散液を噴霧した後に乾燥して有機溶媒を飛ばす湿式法と、気流によって分散させる乾式法があるが、いずれも採用可能である。
【0059】
次に、図9(d)に示すように、スペーサ21の寸法により定まるセルギャップをもって双方の基板10A,10Bを貼り合わせた後、液晶を封入することにより、光配向処理がなされた配向膜11により液晶分子が配向されることとなる。以降の工程としては、1/4波長板34,35および偏光板31,32を貼り合わせることにより図8に示す液晶表示装置が製造される。
なお、光配向処理以降の製造工程は、従来の液晶パネルの製造方法と同様である。
【0060】
図10は、本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法により製造されるフォトスペーサを採用した併用型液晶表示装置の概略構成図である。
【0061】
図10に示すように、図8に示すスペーサ散布方式によって設けられたスペーサ21と異なり、フォトスペーサ22は柱状構造となっている。フォトスペーサ22は、セルギャップ(基板間隔)を一定に制御すべく、基板10A,10B間に介在している。フォトスペーサ22は、例えばアクリル樹脂からなるが、特に材料に限定されるものではない。
【0062】
図8および図9を参照して説明したスペーサ散布方式では、スペーサ21が均一に基板に散布されない場合もあり、これによりセルギャップに不均一が生じる場合がある。これに対し、フォトスペーサ22では、後述するようにリソグラフィ技術によるパターニングにより所望の位置にフォトスペーサ22を配置することができることから、セルギャップの均一性が向上する。
【0063】
次に、上記構成の液晶表示装置の製造方法について説明する。
まず、図11(a)に示すように、図10の薄膜トランジスタTr、透明電極48、反射電極49が形成された第1基板10Aに、例えばアクリル樹脂を塗布して、フォトスペーサ用層22aを形成する。
【0064】
次に、フォトスペーサ用層22a上にレジストを塗布し、リソグラフィ技術によりレジストをパターニングし、当該レジストをマスクとしてフォトスペーサ用層22aをエッチングすることにより、図11(b)に示すように、例えば各画素毎に配置されたフォトスペーサ22を形成する。その後、レジストを除去する。
【0065】
次に、図11(c)に示すように、フォトスペーサ22を形成した第1基板10Aに、例えば図6に示した紫外線反応型ポリイミドからなる配向膜11を塗布する。続いて、第1基板10Aに法線方向から所定の入射角で偏光紫外線を照射する。この光配向処理において使用する出射光の発光スペクトル分布は、図7のスペクトルSP1に示した通りである。なお、カットフィルタにより、270nm以下の発光スペクトルを遮蔽して照射することが好ましい。
同様に、カラーフィルタが形成された第2基板10Bに、紫外線反応型の配向膜を塗布し、偏光紫外線を照射して光配向処理を行う。
【0066】
次に、図11(d)に示すように、フォトスペーサ22の寸法により定まるセルギャップをもって双方の基板10A,10Bを貼り合わせた後、液晶を封入することにより、配向膜11により液晶分子が配向されることとなる。以降の工程としては、光配向処理がなされた1/4波長板34,35および偏光板31,32を貼り合わせることにより図10に示す液晶表示装置が製造される。
なお、光配向処理以降の製造工程は、従来の液晶パネルの製造方法と同様である。
【0067】
以下に、一例としての製造条件を用いて、スペーサ散布方式あるいはフォトスペーサ付設の併用型低温ポリシリコン液晶パネルを製造した場合における効果について、比較例を参照して説明する。
【0068】
(実施例1)
図8に示す構造を有し、対角9.7cm、15万画素の併用型低温ポリシリコンLCDを製造するにあたり、350×320mmの第1基板10Aおよび350×320mmの第2基板10Bに対し、図6に示した紫外線反応型ポリイミドからなる配向膜11を塗布した後、80℃、30分で仮乾燥した後、220℃、60分で焼成を行った。引き続き、図1から図3で示した方法により、第1基板10Aおよび第2基板10B上に法線方向から45°の入射角で0.8J/cm2 (第1の照射領域LA1と第2の照射流域LA2を含む照射領域LAのエネルギー密度)の偏光紫外線を照射した。各基板の配向方位を図12に示すが、入射角はこれに限定されるものではない。
【0069】
光配向処理において、図4(b)で示したように、無電極型の照射ユニット1を3連結して用いた。このときの出射光の発光スペクトル分布は、図7のスペクトルSP1に示した通りである。なお、カットフィルタにより、270nm以下の発光スペクトルを遮蔽して照射した。配向膜塗布基板に照射した偏光紫外線のエネルギーは、0.8J/cm2 、偏光度は約3:1とした。基板10A,10Bに照射される紫外線強度は、測定の結果95±10mW/cm2 であった。
【0070】
光配向処理を行った双方の基板は、基板洗浄を行わず、2.5μmのセルギャップとなるようにスペーサ21を散布し貼り合わせた後、液晶を封入し熱処理を施し製造した。
なお、光配向処理以降の製造工程は、従来の液晶パネルの製造方法と同様である。
【0071】
図13に、上記の実施例およびこれに続く比較例により製造された液晶パネルの配向性およびコントラスト評価の結果を示す。
図13に示すように、上記の実施例1により作製した液晶パネルには、配向欠陥は一切見られず良好な表示品質であることが確認された。また、また、電気光学特性においても、図13に示す通り、コントラスト比が透過部87、反射部21と良好な値が得られた。
【0072】
(実施例2)
図10に示す構造を有し、対角9.7cm、15万画素のフォトスペーサ付設の併用型低温ポリシリコンLCDを製造するにあたり、第1基板10Aおよび第2基板10Bに対し、実施例1と同様の配向膜11および偏光紫外線により光配向処理を行い、液晶パネルを製造した。但し、セルギャップは、2.0μm、配向方位は、図12に示すようにした。なお、配向方位は、これに限定されるものではない。
【0073】
このようにして作製した液晶パネルの配向性能は、図13に示すように、実施例1で示した結果と同様、マイクロドメイン等の欠陥は一切見られず良好な表示性能が得られた。また、電気光学特性を測定した結果、図13に示すように、コントラスト比が透過部92、反射部17と良好な値が得られた。
【0074】
(比較例1)
実施例1と同様の基板を使用し、従来のメカニカルラビングにより配向膜に配向処理を施して、液晶パネルを作製した。このようにして作製された併用型の液晶パネルは、図13に示すように、配向秩序度が低下し、コントラスト比が透過部62、反射部15とコントラスト低下を招いた。また、画素の凹部にあたる透過領域Ar2では、ラビング時繊維が到達しきれず、マイクロドメインの発生が見られた。
【0075】
(比較例2)
実施例2で示した基板に対し各画素毎にフォトスペーサを施し、比較例1と同様に従来のラビング法により配向膜に配向処理を施して、液晶パネルを作製した。このようにして作製された併用型の液晶パネルを評価したところ、スペーサ倒れによる部分的なギャップむら不良やフォトスペーサ周辺の配向不良により表示品質を著しく劣化させていた。また、電気光学特性においても配向の劣化を反映し、図13に示すように、コントラスト比が透過部45、反射部12と特性の低下が示された。
【0076】
以上説明したように、本実施形態によれば、機械的に擦るラビング処理では対応が困難である、微細高精細液晶パネルの作製に伴う微細領域の高精度な配向処理が可能となる。その一つに、図8で示すような併用型の液晶表示装置における配向処理がある。図8に示す併用型の液晶表示装置では、反射領域Ar1と透過領域Ar2とでは、基板に凹凸があり、ラビング処理では、特に凹部となる透過領域Ar2に塗布された配向膜11を機械的に擦ることが困難となる。これに対し、光配向処理の実現により、このような微細な凹部にも紫外線を照射することにより配向処理を行うことが可能となる。この結果、液晶の配向制御力を向上させることができ、液晶パネルの表示性能を向上させることができる。
【0077】
また、フォトスペーサを採用する液晶表示装置の製造において、ラビング法では既に形成したフォトスペーサの倒れによるセルギャップの不均一化や、フォトスペーサの近傍の配向膜を擦ることができないことによる配向性の低下が生じる。これに対し、紫外線を照射して配向を行う方式を採用することにより、フォトスペーサの倒れや、配向不良といった問題もなく、セルギャップの高度な均一性および高い配向性を実現することができる。この結果、表示品質を向上させることができる。
【0078】
また、紫外線反応型の配向膜への光配向処理において、配向膜に吸収されて、配向制御力を与えるのに必要な反応を前記配向膜に起こさせる波長帯域の光を照射している。一例としては、250nm以上300nm以下の波長領域の発光総出力が、300nm以上350nm以下の波長領域の発光総出力を越える紫外線を用いている。これにより、配向膜の反応に寄与する波長領域のエネルギーが大きくなり、全体的な照射エネルギーを減少させることができる。照射エネルギーは、時間に依存することから、照射エネルギーを減少できることは、スループットを向上させることに繋がる。
【0079】
紫外線反応型のポリイミド等の有機高分子化合物は、短波長領域の光を照射するとダメージが発生して、光学的特性に影響が出る恐れがあるが、270nm以下の波長領域の光を遮蔽して配向膜に照射することにより、これを防止でき、表示パネルとしての透過率や色度に影響を与えることもない。
【0080】
また、S偏光からなり、液晶の配列方向への制御力を配向膜に与える第1の照射領域LA1と、S偏光およびP偏光を含み、液晶のプレティルト角への制御力を配向膜に与える第2の照射領域LA2とを有する照射領域LAに、配向膜11が形成された基板10を通過させるのみで、液晶の配列およびプレティルト角発現レベルを含めた配向を制御することができる。従って、光配向処理のスループットを向上させることができる。
【0081】
さらに、ラビング処理を行わない光配向処理が実現できることから、ラビング処理における問題が解消される。例えば、ラビング法における布の取り付け、布の損傷による交換等の管理が不要となる。また、ラビング処理を経た後の、基板表面に付着した繊維ダストの除去のための洗浄工程が不要となる。さらに、ラビング法により生じる配向膜表面の傷、膜剥がれ等の欠陥およびTFT素子の静電破壊を防止できる。
【0082】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
また、本実施形態で説明した、紫外線反応型ポリイミドの化学構造は一例であり、350nm以下の波長帯域に高い吸光度をもっていれば、その他の化学構造をもつ紫外線反応型樹脂を配向膜として採用することも可能である。
さらに、光配向処理に用いる光として、250nm以上300nm以下の発光総出力が300nm以上350nm以下の発光総出力よりも大きい光を照射するための照射ユニットの例について説明したが、このような光を照射できるものであれば、種々の変更が可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【0083】
【発明の効果】
本発明によれば、反射領域および透過領域における液晶の配向性を向上させ、表示品質を高めた液晶表示装置を製造することができる。
また、基板上でスペーサを加工して作製する場合においても、スペーサに影響を与えることなく液晶の配向性を向上させることができ、基板間隔の均一性および表示品質を高めた液晶表示装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は、本実施形態に係る液晶表示装置の製造における光配向処理を実現する照射ユニットの一例の概略構成図であり、図1(b)は図1(a)を側面から見た構成図である。
【図2】照射ユニットの光源の発光原理を説明するための図である。
【図3】照射ユニットの光学系の概略構成図である。
【図4】図4(a)は1つの照射ユニットによる基板の光配向処理を、図4(b)は多連化した照射ユニットによる基板の光配向処理を説明するための図である。
【図5】多段化した照射ユニットによる基板の光配向処理を説明するための図である。
【図6】図6(a)は本実施形態における光配向処理に用いる配向膜の化学構造の一例であり、図6(b)は図6(a)に示す配向膜のUV吸収スペクトルである。
【図7】本実施形態で使用した無電極放電型の照射ユニットにより照射される光のスペクトル分布である。
【図8】本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法により製造される併用型液晶表示装置の概略構成図である。
【図9】併用型の液晶表示装置の製造における工程断面図である。
【図10】本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法により製造される、フォトスペーサを備えた併用型液晶表示装置の概略構成図である。
【図11】フォトスペーサを備えた併用型の液晶表示装置の製造における工程断面図である。
【図12】実施例における配向膜の配向方位の一例を示す図である。
【図13】実施例により製造された液晶パネルおよび比較例により製造された液晶パネルの配向性およびコントラスト評価の結果を示す図である。
【符号の説明】
1…照射ユニット、2…光源、3…光学系、4…マグネトロン、5…バルブ、6…反射鏡、7…イグナイター、8…ステージ、10…基板、10A…第1基板、10B…第2基板、11…配向膜、12…アパーチャ、13…カットフィルタ、14…ブリュースターミラー、15,16…遮蔽板、20…液晶層、21…スペーサ、22…フォトスペーサ、31,32…偏光板、33…バックライト、34,35…1/4波長板、41…透明絶縁基板、42…ゲート電極、43…半導体層、44…層間絶縁膜、45…ソース・ドレイン電極、46…散乱層、47…平坦化層、48…透明電極、49…反射電極、MW…マイクロ波、L…光、LA…照射領域、LA1…第1の照射領域、LA2…第2の照射領域。
Claims (10)
- 少なくとも第1基板および第2基板のいずれかと液晶層との間に配向膜が形成され、画素内に反射領域および透過領域とが並列に配置された液晶表示装置の製造方法であって、
少なくとも前記第1基板および前記第2基板のいずれかに前記配向膜を形成する工程と、
前記配向膜に対し、前記配向膜に吸収されて配向制御力を与えるのに必要な反応を前記配向膜に起こさせる波長帯域の紫外光を照射して、前記配向膜の配向処理を行う工程と、
前記第1基板と前記第2基板を所定の基板間隔をもって貼り合わせる工程と、
前記第1基板と前記第2基板の間に液晶を注入し、前記配向制御力により液晶分子が配向された前記液晶層を形成する工程と
を有する液晶表示装置の製造方法。 - 前記第1基板と前記第2基板を所定の基板間隔をもって貼り合わせる工程の前に、
少なくとも前記第1基板および前記第2基板のいずれかに、前記基板間隔を規定するスペーサ用層を形成する工程と、
前記スペーサ用層を加工してスペーサを形成する工程と
をさらに有する請求項1記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記第1基板と前記第2基板を所定の基板間隔をもって貼り合わせる工程の前に、前記第1基板と前記第2基板の少なくとも一方に、前記基板間隔を規定するスペーサを散布する工程をさらに有する
請求項1記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記配向膜の配向処理を行う工程において、前記配向膜の反応による副生成物の成長を促進する波長帯域の光を遮蔽した前記紫外光を照射する
請求項1記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記配向膜を形成する工程において、紫外線反応型樹脂を含む前記配向膜を形成する
請求項1記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記紫外光は、第1の紫外光と第2の紫外光を含み、
前記配向膜の配向処理を行う工程は、
前記第1の紫外光を前記配向膜に照射して、当該配向膜に前記液晶の配列方向への規制力を与える工程と、
前記第2の紫外光を前記配向膜に照射して、照射方向に応じて前記液晶のプレティルト角発現を与える工程と
を有する請求項1記載の液晶表示装置の製造方法。 - 少なくとも第1基板および第2基板のいずれかと液晶層との間に配向膜が形成された液晶表示装置の製造方法であって、
第1基板および第2基板のいずれかにスペーサ用層を形成する工程と、
前記スペーサ用層を加工してスペーサを形成する工程と、
少なくとも前記第1基板および前記第2基板のいずれかに前記配向膜を形成する工程と、
前記配向膜に対し、前記配向膜に吸収されて配向制御力を与えるのに必要な反応を前記配向膜に起こさせる波長帯域の紫外光を照射して、前記配向膜の配向処理を行う工程と、
前記第1基板と前記第2基板を所定の基板間隔をもって貼り合わせる工程と、
前記第1基板と前記第2基板の間に液晶を注入し、前記配向制御力により液晶分子が配向された前記液晶層を形成する工程と
を有する液晶表示装置の製造方法。 - 前記配向膜の配向処理を行う工程において、前記配向膜の反応による副生成物の成長を促進する波長帯域の光を遮蔽した前記紫外光を照射する
請求項7記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記配向膜を形成する工程において、紫外線反応型樹脂を含む前記配向膜を塗布する
請求項7記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記紫外光は、第1の紫外光と第2の紫外光を含み、
前記配向膜の配向処理を行う工程は、
前記第1の紫外光を前記配向膜に照射して、当該配向膜に前記液晶の配列方向への規制力を与える工程と、
前記第2の紫外光を前記配向膜に照射して、照射方向に応じて前記液晶のプレティルト角発現を与える工程と
を有する請求項7記載の液晶表示装置の製造方法。
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