JP2005107414A - Substrate for liquid crystal alignment, its manufacturing method, and liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶配向用基板及びその製造方法並びに液晶表示装置に関し、特に、マルチドメイン方式の液晶表示装置に好適な液晶配向用基板及びその製造方法、並びに液晶表示装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal alignment substrate, a manufacturing method thereof, and a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal alignment substrate suitable for a multi-domain liquid crystal display device, a manufacturing method thereof, and a liquid crystal display device.
液晶表示装置は、薄型化や低電圧駆動が容易なフラットパネルディスプレイの1つであり、今日では、構造や動作モード等が異なる種々の液晶表示装置が開発されている。 The liquid crystal display device is one of flat panel displays that can be easily reduced in thickness and driven at a low voltage. Today, various liquid crystal display devices having different structures and operation modes have been developed.
代表的な液晶表示装置としては、ノーマリホワイトモードのTN(ツイステッドネマティック)型液晶表示装置が広く知られている。TN型液晶表示装置の製造技術は格段の進歩を遂げており、アクティブマトリックス駆動タイプのTN型液晶表示装置では、正面視したときのコントラストや色再現性等の点でCRT(ブラウン管)を凌駕するまでに至っている。しかしながら、TN型液晶表示装置には視野角が狭い(視角依存特性が大きい)という大きな欠点がある。 As a typical liquid crystal display device, a normally white mode TN (twisted nematic) type liquid crystal display device is widely known. The manufacturing technology of TN type liquid crystal display devices has made remarkable progress, and active matrix drive type TN type liquid crystal display devices surpass CRT (CRT) in terms of contrast and color reproducibility when viewed from the front. Has reached. However, the TN type liquid crystal display device has a major drawback that the viewing angle is narrow (the viewing angle dependency is large).
近年では、視角依存特性が小さい液晶表示装置として、IPS(In-Plane-Switching)型液晶表示装置及びマルチドメイン方式の垂直配向型の液晶表示装置が開発され、それぞれ、パーソナルコンピュータ用の表示装置や液晶テレビ等として実用化されている。 In recent years, IPS (In-Plane-Switching) type liquid crystal display devices and multi-domain type vertical alignment type liquid crystal display devices have been developed as liquid crystal display devices with small viewing angle dependence characteristics. It is put into practical use as a liquid crystal television.
ただし、IPS型液晶表示装置は応答速度の向上や高精細化を図り難く、また、光学的特性のセル厚依存性が高いことから生産性を高め難い。一方、垂直配向型の液晶表示装置は、液晶分子の複屈折性を利用したノーマリーブラックモードの液晶表示装置であり、TN型液晶表示装置に比べて表示のコントラストを高くし易く、黒レベル応答速度も速くし易いといった利点を有していることから、今日ではIPS型液晶表示装置よりも注目されている。 However, an IPS liquid crystal display device is difficult to improve response speed and high definition, and it is difficult to improve productivity because optical characteristics are highly dependent on cell thickness. On the other hand, the vertical alignment type liquid crystal display device is a normally black mode liquid crystal display device utilizing the birefringence of liquid crystal molecules, and it is easy to increase the display contrast and black level response compared to the TN type liquid crystal display device. Since it has an advantage that the speed can be easily increased, it is attracting more attention than an IPS liquid crystal display device today.
ここで、マルチドメイン方式の液晶表示装置とは、周知のように、個々の画素領域に平面視上含まれている多数の液晶分子が少なくとも中間調表示時に配向分割するように、換言すれば、平面視上の配向方向が互いに異なる複数の領域に分かれるように構成された液晶表示装置のことである。 Here, as is well known, the multi-domain liquid crystal display device is so arranged that a large number of liquid crystal molecules included in each pixel region in a plan view are divided at least during halftone display. A liquid crystal display device configured to be divided into a plurality of regions having different orientation directions in plan view.
配向膜にラビング処理を施して配向膜を作製する場合には、配向膜表面のうちで画素に対応する領域それぞれに、ラビング方向が異なる複数の微細領域を形成することによって、マルチドメイン方式の液晶表示装置に適用可能な配向膜を得ることができる。しかしながら、この場合には複数のマスクが必要であり、更には、ラビング処理で生じた塵埃を除去するための洗浄工程が必要となる。 When an alignment film is produced by rubbing the alignment film, a multi-domain liquid crystal is formed by forming a plurality of fine regions having different rubbing directions in each of the regions corresponding to the pixels on the surface of the alignment film. An alignment film applicable to a display device can be obtained. However, in this case, a plurality of masks are required, and further, a cleaning process for removing dust generated by the rubbing process is required.
配向膜を作製するにあたってラビング処理が不要なマルチドメイン方式の垂直配向型の液晶表示装置として、例えば特許文献1には、対向電極の所定箇所、すなわち画素電極の中央部と向き合う箇所に開口部を設け、これによって、液晶分子を2方向又は4方向に配向分割する液晶表示装置が記載されている。
As a multi-domain vertical alignment type liquid crystal display device that does not require a rubbing process in forming an alignment film, for example,
また、特許文献2には、特定形状の構造物、すなわち、鋸歯状の連続した凹凸構造面を有し、その凹凸構造面が、画素中央部が高く画素端部に向かって低くなるような構造単位からなるか、若しくは、画素端部が高く画素中央部に向かって低くなるような構造単位からなる構造物を配向膜として設けた垂直配向型の液晶表示装置が記載されている。この垂直配向型の液晶表示装置では、前記構造物の存在によって傾斜方向が異なる複数の傾斜面が各画素領域中の配向膜全体に形成され、傾斜面上の液晶分子の配向方向が当該傾斜面の傾斜方向によって規制されることから、各画素領域において液晶分子が複数方向に配向分割される。 Patent Document 2 discloses a structure having a specific shape, that is, a serrated continuous concave-convex structure surface, and the concave-convex structure surface is higher in the center of the pixel and lower toward the end of the pixel. A vertical alignment type liquid crystal display device is described in which a structure including a unit or a structure unit having a pixel end portion that is high and lower toward the center portion of the pixel is provided as an alignment film. In this vertical alignment type liquid crystal display device, a plurality of inclined surfaces having different inclination directions due to the presence of the structure are formed on the entire alignment film in each pixel region, and the alignment direction of the liquid crystal molecules on the inclined surface is the inclined surface. Therefore, the liquid crystal molecules are aligned and divided in a plurality of directions in each pixel region.
特許文献3には、1画素あたり複数の凸部又は凹部が形成された構造物(膜)を電極上に設け、その上にラビング処理が不要な垂直配向膜を形成した垂直配向型の液晶表示装置が記載されている。この垂直配向型の液晶表示装置でも、前記特許文献2に記載された垂直配向型の液晶表示装置と同様に、構造物の存在によって、傾斜方向が異なる複数の傾斜面が各画素領域中の配向膜全体に形成され、傾斜面上の液晶分子の配向方向が当該傾斜面の傾斜方向によって規制されることから、各画素領域において液晶分子が複数方向に配向分割される。また、特許文献3には、上述の構造物を設けることに加えて、対向電極の所定箇所にスリットを設けて、前述した特許文献1に記載されている垂直配向型の液晶表示装置と同様に電圧印加時に電界が傾斜した部分を生じさせてもよい旨も記載されている。
しかしながら、特許文献1に記載されている垂直配向型の液晶表示装置には、応答速度が比較的遅いという問題があり、特に、各液晶分子の配向が電圧を印加していない状態から印加した状態に変化するときの応答速度が遅いという問題がある。
However, the vertical alignment type liquid crystal display device described in
特許文献2に記載されている垂直配向型の液晶表示装置では、個々の画素に形成されている前述の傾斜面が当該画素の全体に亘っており、電圧を印加しないときには傾斜面上の液晶が全て当該傾斜面に沿って配向することから、完全な黒表示を得ることができずにコントラストが低下するという問題がある。 In the vertical alignment type liquid crystal display device described in Patent Document 2, the above-described inclined surface formed in each pixel extends over the entire pixel, and the liquid crystal on the inclined surface is not applied when no voltage is applied. Since all of them are oriented along the inclined surface, there is a problem that a complete black display cannot be obtained and the contrast is lowered.
また、特許文献2に記載されている垂直配向型の液晶表示装置において液晶分子の配向方向を十分に規制するためには、前述の傾斜面を急峻にすることが必要であり、そのためには前述した構造物を厚肉にすることが必要となることから、他の問題も生じる。すなわち、特許文献2では前記構造物の材料としてレジストが挙げられているが、レジストは誘電体であるため、誘電体製の構造物を厚肉にすると液晶表示装置の動作中に当該構造物中に電荷が蓄積され、その結果として、構造物に蓄積された電荷のために電極間に電圧を印加しても液晶分子の配向方向が変化しないという現象、いわゆる焼き付きといわれる現象が生じ易くなる。 Further, in the vertical alignment type liquid crystal display device described in Patent Document 2, in order to sufficiently regulate the alignment direction of the liquid crystal molecules, it is necessary to make the aforementioned inclined surface steep, and for that purpose, Other problems also arise because it is necessary to thicken the structure. That is, in Patent Document 2, a resist is cited as a material of the structure. However, since the resist is a dielectric, if the structure made of a dielectric is thickened, the structure is not affected during the operation of the liquid crystal display device. As a result, a phenomenon in which the orientation direction of liquid crystal molecules does not change even when a voltage is applied between the electrodes due to the charge accumulated in the structure, that is, a so-called burn-in phenomenon is likely to occur.
更に、特許文献2に記載されている上述の構造物を形成するためには、レジスト塗布、プレベーク、露光、現像、ポストベークという工程を付加しなければならず、製造コストを上昇させる要因になる。 Furthermore, in order to form the above-described structure described in Patent Document 2, steps such as resist coating, pre-baking, exposure, development, and post-baking must be added, which increases manufacturing costs. .
これら焼き付き現象の発生及び製造コストの上昇は、前述した構造物(膜)を使用する特許文献3記載の垂直配向型の液晶表示装置においても問題となる。特許文献3には、前述の構造物に微細な孔を多数形成することによって焼き付き現象の発生を抑制し得ることが記載されているが、このような微細孔の形成は製造コストの更なる上昇をまねく。
The occurrence of the image sticking phenomenon and the increase in manufacturing cost are also problematic in the vertical alignment type liquid crystal display device described in
本発明の第1の目的は、表示特性に優れたマルチドメイン方式の液晶表示装置を低コストの下に製造することを可能にする液晶配向用基板を提供することにある。 A first object of the present invention is to provide a liquid crystal alignment substrate that makes it possible to manufacture a multi-domain liquid crystal display device excellent in display characteristics at low cost.
本発明の第2の目的は、表示特性に優れた液晶表示装置を低コストの下に製造することを可能にする液晶配向用基板の製造方法を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a method for producing a liquid crystal alignment substrate that makes it possible to produce a liquid crystal display device having excellent display characteristics at low cost.
本発明の第3の目的は、表示特性に優れたものを低コストの下に製造すること可能なマルチドメイン方式の液晶表示装置を提供することにある。 A third object of the present invention is to provide a multi-domain liquid crystal display device capable of manufacturing a display having excellent display characteristics at low cost.
基板界面の濡れ性(表面エネルギー)と液晶分子の配向状態については、式Δγ=γS−γLで表される関係が見出されている(L.T.Creagh and A.R.Kmetz:SID1972、 International Symposium. Digest、 P.90(1972))。ここで、式中のγSは固体の臨界表面エネルギーを、γLは液体の表面自由エネルギーをそれぞれ表し、液晶分子はΔγ>0のとき垂直配向となり、Δγ<0のとき水平配向となる。したがって、例えばネガ型液晶は、配向膜表面が疎水性である場合には垂直配向し、親水性である場合には水平配向する。 Regarding the wettability (surface energy) of the substrate interface and the alignment state of liquid crystal molecules, a relationship represented by the formula Δγ = γS−γL has been found (LT. Creagh and ARKmetz: SID1972, International Symposium. Digest, P.90 (1972)). Here, γS in the formula represents the critical surface energy of the solid, γL represents the surface free energy of the liquid, and the liquid crystal molecules are aligned vertically when Δγ> 0, and are aligned horizontally when Δγ <0. Therefore, for example, the negative liquid crystal is vertically aligned when the alignment film surface is hydrophobic and horizontally aligned when the surface of the alignment film is hydrophilic.
本件発明者らは、この知見に基づいて、配向膜表面に疎水性領域と親水性領域とを形成することによってマルチドメイン方式の液晶表示装置を作製するという着想を得、本発明を完成するに至った。 Based on this knowledge, the present inventors obtained the idea of producing a multi-domain liquid crystal display device by forming a hydrophobic region and a hydrophilic region on the alignment film surface, and completed the present invention. It came.
前記第1の目的を達成する本発明の液晶配向用基板は、マルチドメイン方式の液晶表示装置の表示用液晶パネルに使用される液晶配向用基板であって、基板と、該基板の片面に形成された電極と、該電極上に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成され、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に沿って配向させるシランカップリング剤の配向膜と、を少なくとも備え、前記配向膜のうちで画素に対応する個々の領域内に、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に対して傾斜して配向させる傾斜配向規制領域が形成されていることを特徴とする。 The liquid crystal alignment substrate of the present invention that achieves the first object is a liquid crystal alignment substrate used for a display liquid crystal panel of a multi-domain liquid crystal display device, and is formed on one side of the substrate. And an alignment layer of a silane coupling agent formed on the insulation layer and aligning a director of liquid crystal molecules along the normal direction of the substrate. In the alignment film, an inclined alignment regulating region is formed in each region corresponding to the pixel to align the director of the liquid crystal molecules with an inclination with respect to the normal direction of the substrate.
この発明によれば、配向膜のうちで画素に対応する個々の領域内に傾斜配向規制領域を形成したので、電源をオンしたとき(電圧を印加したとき)、傾斜配向規制領域上の液晶分子が配向膜上の液晶分子より先に傾斜する。このとき、傾斜配向規制領域上の液晶分子は、配向膜と傾斜配向規制領域との境界に沿って傾斜し、この傾斜配向規制領域上の液晶分子を起点として配向膜上の液晶分子が傾斜する。そのため、電圧オン時における応答を速くすることができる。しかし、基板との密着や撥水性が高く、入手が容易な材料であるシランカップリング剤の配向膜は、単層膜に近いため、液晶パネル内に異物などが混入した場合、2枚の基板がショートし、正常に電圧が印加されず、表示不良を起こすことが考えられるが、本発明では、絶縁膜を備えるので、液晶セル内に異物などが混入したとしても2枚の基板がショートすることがない。また、傾斜配向規制領域が形成された配向膜は、シランカップリング剤の配向膜の表面に親水化処理を施すことによって得ることができるので、低コストの下に比較的容易に製造することができる。また、配向膜を特段厚くする必要もないので、焼き付き現象の発生を容易に抑制することができる。 According to the present invention, since the tilt alignment regulating region is formed in each of the alignment films corresponding to the pixels, the liquid crystal molecules on the tilt alignment regulating region are turned on when the power is turned on (when voltage is applied). Tilts ahead of the liquid crystal molecules on the alignment film. At this time, the liquid crystal molecules on the tilt alignment regulating region are tilted along the boundary between the alignment film and the tilt alignment regulating region, and the liquid crystal molecules on the alignment film are tilted starting from the liquid crystal molecules on the tilt alignment regulating region. . Therefore, the response when the voltage is on can be made faster. However, since the alignment film of the silane coupling agent, which has high adhesion and water repellency to the substrate and is easily available, is close to a single layer film, two substrates are present when foreign matter or the like is mixed in the liquid crystal panel. It is conceivable that a short circuit occurs and a voltage is not normally applied to cause a display defect. However, since an insulating film is provided in the present invention, two substrates are short-circuited even if foreign matter is mixed in the liquid crystal cell. There is nothing. In addition, since the alignment film in which the inclined alignment regulating region is formed can be obtained by subjecting the surface of the alignment film of the silane coupling agent to a hydrophilic treatment, it can be manufactured relatively easily at a low cost. it can. In addition, since it is not necessary to make the alignment film particularly thick, the occurrence of the image sticking phenomenon can be easily suppressed.
本発明の液晶配向基板において、(a)前記傾斜配向規制領域が、同一周期で同一幅の規則的なジグザグ状に形成されていること、(b)前記配向膜のうちで画素に対応する個々の領域内に、前記傾斜配向規制領域のジグザグ状の屈曲部が少なくとも1つ配置されていること、(c)前記傾斜配向規制領域が、所定の間隔を隔てて複数形成されていること、(d)前記傾斜配向規制領域が、平面視上の形状が少なくとも1つの尖鋭部を有する形状であって、前記配向膜のうちで画素に対応する個々の領域内に、複数規則的に形成されていること、(e)前記傾斜配向規制領域の平面視上の形状が略二等辺三角形であり、二等辺三角形の頂角に対応する箇所が、前記二等辺三角形の底角に対応する箇所よりも尖鋭であること、(f)前記配向膜が疎水性領域であり、前記傾斜配向規制領域が親水性領域であること、が好ましい。ここで、本明細書でいう「尖鋭部」とは、広がり角が60°未満の領域の先端部を意味する。 In the liquid crystal alignment substrate of the present invention, (a) the inclined alignment regulating region is formed in a regular zigzag shape having the same period and the same width, and (b) each of the alignment films corresponding to a pixel. (C) at least one zigzag bent portion of the tilt orientation regulating region is disposed in the region, (c) a plurality of the tilt orientation regulating regions are formed at a predetermined interval, d) The inclined alignment regulation region has a shape having at least one sharp portion in plan view, and a plurality of the alignment regions are regularly formed in individual regions corresponding to pixels in the alignment film. (E) the shape of the inclined orientation regulating region in plan view is a substantially isosceles triangle, and the location corresponding to the apex angle of the isosceles triangle is more than the location corresponding to the base angle of the isosceles triangle (F) the alignment film; A hydrophobic region, said tilt regulating region is hydrophilic regions, is preferred. Here, the “pointed portion” in the present specification means a tip portion of a region having a spread angle of less than 60 °.
前記第2の目的を達成する本発明の液晶配向用基板は、マルチドメイン方式の液晶表示装置の表示用液晶パネルに使用される液晶配向用基板の製造方法であって、片面に電極が形成された基板を準備する工程と、前記電極上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上にシランカップリング剤の配向膜を形成する工程と、前記配向膜の表面に選択的に親水化処理を施して、該配向膜の表面のうちで画素に対応する個々の領域内に、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に対して傾斜して配向させる傾斜配向規制領域を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 The liquid crystal alignment substrate of the present invention that achieves the second object is a method for manufacturing a liquid crystal alignment substrate used in a display liquid crystal panel of a multi-domain liquid crystal display device, wherein an electrode is formed on one side. A step of preparing an insulating substrate, a step of forming an insulating layer on the electrode, a step of forming an alignment film of a silane coupling agent on the insulating layer, and a hydrophilic treatment selectively on the surface of the alignment film And forming an inclined alignment regulating region in which the director of the liquid crystal molecules is inclined with respect to the substrate normal direction in each region corresponding to the pixel in the surface of the alignment film. It is characterized by including.
この発明によれば、電極上に絶縁層を介してシランカップリング剤の配向膜を形成し、かつ、この配向膜の表面に選択的に親水化処理を施すという比較的容易な方法によって本発明の液晶配向用基板を得ることができる。その結果、液晶配向用基板を効率的に製造することができ、歩留まりの低下を防止することができると共に、コストダウンに寄与することができる。 According to this invention, the present invention is achieved by a relatively easy method in which an alignment film of a silane coupling agent is formed on an electrode via an insulating layer, and the surface of the alignment film is selectively subjected to a hydrophilic treatment. A liquid crystal alignment substrate can be obtained. As a result, a liquid crystal alignment substrate can be efficiently produced, yield can be prevented from decreasing, and costs can be reduced.
本発明の液晶配向基板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、前記配向膜に光触媒を含有させること、が好ましい。 In the manufacturing method of the liquid crystal aligning substrate of this invention, it is preferable that the said hydrophilic treatment is performed by the exposure process using the mask which has a photocatalyst layer, and a photocatalyst is included in the said alignment film.
これらの発明によれば、露光光として比較的長波長の紫外光を用いることが可能になるので、露光光の光源装置として比較的安価なものを使用することができる。その結果として、液晶配向用基板の製造コストを抑えることが容易になる。 According to these inventions, it is possible to use ultraviolet light having a relatively long wavelength as the exposure light, so that a relatively inexpensive light source device for exposure light can be used. As a result, it becomes easy to suppress the manufacturing cost of the liquid crystal alignment substrate.
前記第3の目的を達成する本発明の液晶表示装置は、マルチドメイン方式の液晶表示装置であって、表示用液晶パネルを構成する2枚の基板のうちの一方又は両方の基板の片面に電極を形成し、該電極上に絶縁層を形成し、該絶縁層上に、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に沿って配向させるシランカップリング剤の配向膜を形成し、該配向膜のうちで画素に対応する個々の領域内に、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に対して傾斜して配向させる傾斜配向規制領域を形成したことを特徴とする。 The liquid crystal display device of the present invention that achieves the third object is a multi-domain type liquid crystal display device, and an electrode is formed on one surface of one or both of two substrates constituting a display liquid crystal panel. Forming an insulating layer on the electrode, and forming an alignment film of a silane coupling agent for aligning a director of liquid crystal molecules along the substrate normal direction on the insulating layer, Thus, a tilt alignment regulating region is formed in each region corresponding to a pixel, in which the director of liquid crystal molecules is tilted with respect to the normal direction of the substrate.
この発明の液晶表示装置は、表示用液晶パネルを構成する2枚の液晶配向用基板のうちの一方又は両方として前述した本発明の液晶配向用基板を用いたマルチドメイン方式の液晶表示装置である。したがって、本発明の液晶表示装置は、2枚の基板がショートすることがない液晶表示装置を、極めて容易な工程により製造できると共に低コストの下に製造することが可能である。 The liquid crystal display device of the present invention is a multi-domain liquid crystal display device using the liquid crystal alignment substrate of the present invention described above as one or both of the two liquid crystal alignment substrates constituting the display liquid crystal panel. . Therefore, the liquid crystal display device of the present invention can manufacture a liquid crystal display device in which two substrates are not short-circuited by an extremely easy process and at low cost.
本発明の液晶表示装置において、(i)前記傾斜配向規制領域が、同一周期で同一幅の規則的なジグザグ状に形成されていること、(ii)前記配向膜のうちで画素に対応する個々の領域内に、前記傾斜配向規制領域のジグザグ状の屈曲部が少なくとも1つ配置されていること、(iii)前記傾斜配向規制領域が、所定の間隔を隔てて複数形成されていること、(iv)前記傾斜配向規制領域が、平面視上の形状が少なくとも1つの尖鋭部を有する形状であって、前記配向膜のうちで画素に対応する個々の領域内に、複数規則的に形成されていること、(v)前記傾斜配向規制領域の平面視上の形状が略二等辺三角形であり、二等辺三角形の頂角に対応する箇所が、前記二等辺三角形の底角に対応する箇所よりも尖鋭であること、(vi)前記配向膜が疎水性領域であり、前記傾斜配向規制領域が親水性領域であること、が好ましい。 In the liquid crystal display device of the present invention, (i) the inclined alignment regulating region is formed in a regular zigzag shape having the same period and the same width, and (ii) each of the alignment films corresponding to a pixel. At least one zigzag bent portion of the tilt orientation regulating region is disposed in the region, (iii) a plurality of the tilt orientation regulating regions are formed at a predetermined interval, iv) The inclined alignment regulating region has a shape having at least one sharp portion in plan view, and a plurality of the alignment regions are regularly formed in each of the alignment films corresponding to pixels. (V) the shape in plan view of the inclined orientation regulating region is a substantially isosceles triangle, and the location corresponding to the apex angle of the isosceles triangle is more than the location corresponding to the base angle of the isosceles triangle (Vi) the alignment film is sparse A sex region, said tilt regulating region is hydrophilic regions, is preferred.
以上説明したように、本発明の液晶配向用基板によれば、シランカップリング剤の配向膜は、単層膜に近いため、液晶パネル内に異物などが混入した場合、2枚の基板がショートし、正常に電圧が印加されず、表示不良を起こすことが考えられるが、本発明では、電極上に絶縁膜を形成し、その上にシランカップリング剤の配向膜を形成するので、液晶パネル内に異物などが混入したとしても2枚の基板がショートすることがない。また、傾斜配向規制領域が形成された配向膜は、シランカップリング剤によって形成された配向膜の表面に親水化処理を施すことによって得ることができるので、低コストの下に比較的容易に製造することができる。また、配向膜を特段厚くする必要もないので、焼き付き現象の発生を容易に抑制することができる。 As described above, according to the liquid crystal alignment substrate of the present invention, since the alignment film of the silane coupling agent is close to a single layer film, when foreign matter or the like is mixed in the liquid crystal panel, the two substrates are short-circuited. In the present invention, an insulating film is formed on the electrode, and an alignment film of the silane coupling agent is formed on the insulating film. Even if foreign matter is mixed in the two substrates, the two substrates are not short-circuited. In addition, since the alignment film in which the tilted alignment regulating region is formed can be obtained by subjecting the surface of the alignment film formed by the silane coupling agent to a hydrophilic treatment, it is relatively easy to manufacture at a low cost. can do. In addition, since it is not necessary to make the alignment film particularly thick, the occurrence of the image sticking phenomenon can be easily suppressed.
本発明の液晶配向用基板の製造方法によれば、露光処理によって前記の親水性領域を形成することができるので、製造コストを抑え易くなる。 According to the method for producing a liquid crystal alignment substrate of the present invention, the hydrophilic region can be formed by exposure treatment, and thus the production cost can be easily suppressed.
本発明の液晶表示装置によれば、表示用液晶パネルが上述した本発明の液晶配向用基板を用いて形成されるので、2枚の基板がショートすることがない液晶表示装置を、極めて容易な工程により製造できると共に低コストの下に製造することが可能である。 According to the liquid crystal display device of the present invention, since the display liquid crystal panel is formed using the above-described liquid crystal alignment substrate of the present invention, the liquid crystal display device in which the two substrates are not short-circuited is extremely easy. It can be manufactured by a process and can be manufactured at low cost.
最初に、本発明の特徴についてさらに詳しく説明する。 First, the features of the present invention will be described in more detail.
本発明の特徴は、シランカップリング剤の配向膜が形成され、この配向膜の表面のうちで画素に対応する個々の領域内の一部に、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に対して傾斜して配向させる傾斜配向規制領域が形成されていることにある。本発明をこのように構成した理由は、VA方式の液晶表示装置の配向膜の材料として、垂直配向用ポリイミド゛が使われるのが一般的であるが、シランカップリング剤、界面活性剤、なども用いることができる。中でも、シランカップリング剤は、基板との密着や撥水性が高い材料が多く入手できる材料系であるからである。すなわち、シランカップリング剤の配向膜は、シランカップリング剤の側鎖が基板法線方向に無数に配置されることで、各液晶分子が、その縦方向の溝に刺さるように配列されるので、垂直配向をとる。 A feature of the present invention is that an alignment film of a silane coupling agent is formed, and a director of liquid crystal molecules is arranged in a part of each surface of the alignment film corresponding to a pixel with respect to the normal direction of the substrate. An inclined alignment regulating region for inclining orientation is formed. The reason why the present invention is configured in this way is that a vertical alignment polyimide is generally used as a material of an alignment film of a VA liquid crystal display device, but a silane coupling agent, a surfactant, etc. Can also be used. Among them, the silane coupling agent is a material system in which many materials with high adhesion and water repellency can be obtained. That is, the alignment film of the silane coupling agent is arranged so that each liquid crystal molecule is stuck in the vertical groove by arranging an infinite number of side chains of the silane coupling agent in the normal direction of the substrate. Take a vertical alignment.
シランカップリング剤の配向膜は、絶縁膜としての機能を有せず単層膜に近いため、液晶セル内に異物などが混入した場合、2枚の基板がショートし、正常に電圧が印加されず、表示不良を起こすことが考えられるが、本発明では、絶縁膜を備えることにより、撥水性と絶縁性を両立させ、液晶セル内に異物などが混入したとしても2枚の基板がショートすることなく、親水疎水のパターンを形成することができる。 Since the alignment film of the silane coupling agent does not have a function as an insulating film and is close to a single layer film, when a foreign substance or the like is mixed in the liquid crystal cell, the two substrates are short-circuited and a voltage is normally applied. However, in the present invention, by providing the insulating film, both the water repellency and the insulating property are compatible, and even if foreign matter or the like is mixed in the liquid crystal cell, the two substrates are short-circuited. Without this, a hydrophilic / hydrophobic pattern can be formed.
なお、本発明の液晶配向基板において、少なくとも1枚用いて空セルを作製し、その中にネガ型液晶を充填して縦電界型の表示用液晶表示パネルを製造した場合、上下(2枚)の基板間に電圧が印加されていない状態下では、個々の画素領域における配向膜の疎水性領域上の液晶分子(表示用液晶パネルを平面視したときに疎水性領域と完全に重なる液晶分子を意味する。以下同じ。)は垂直配向しようとし、配向膜の傾斜配向規制領域である親水性領域上の液晶分子(表示用液晶パネルを平面視したときに親水性領域と完全に重なる液晶分子を意味する。以下同じ。)は傾斜配向又は水平配向しようとする。しかしながら、液晶は弾性体であり、局所的な配向歪みは内部エネルギーを増大させる要因となる。このため、局所的に配向歪みが生じた場合には、歪みを是正して安定を保とうとする。その結果として、前記の疎水性領域及び傾斜配向規制領域である親水性領域のいずれか一方が他方に比べて十分に小さければ、大きい方の領域の作用が支配的になって、液晶分子は略一様に配向する。すなわち、個々の画素領域において疎水性領域を親水性領域(傾斜配向規制領域のこと。以下同じ。)に比べて十分に大きくすることにより、電圧を印加しないときには液晶分子が略一様に垂直配向した、換言すれば黒表示が良好で表示のコントラストが高い垂直配向型表示用液晶パネルを得ることができる。 In the liquid crystal alignment substrate of the present invention, when an empty cell is prepared using at least one sheet and a negative type liquid crystal is filled in the cell, a vertical electric field type display liquid crystal display panel is manufactured. When no voltage is applied between the substrates, liquid crystal molecules on the hydrophobic region of the alignment film in each pixel region (liquid crystal molecules that completely overlap the hydrophobic region when the display liquid crystal panel is viewed in plan view) Means the liquid crystal molecules on the hydrophilic region that is the tilt alignment regulating region of the alignment film (liquid crystal molecules that completely overlap with the hydrophilic region when the display liquid crystal panel is viewed in plan). Means the same, and so on) is intended to be tilted or horizontally oriented. However, the liquid crystal is an elastic body, and local alignment distortion becomes a factor that increases internal energy. For this reason, when orientation distortion arises locally, it tries to maintain the stability by correcting the distortion. As a result, if either one of the hydrophobic region and the hydrophilic region that is the tilted alignment regulating region is sufficiently smaller than the other, the action of the larger region becomes dominant, and the liquid crystal molecules are substantially omitted. Orient uniformly. That is, in each pixel region, the hydrophobic region is sufficiently larger than the hydrophilic region (an inclined alignment regulating region; the same applies hereinafter), so that the liquid crystal molecules are aligned substantially uniformly when no voltage is applied. In other words, it is possible to obtain a vertical alignment type liquid crystal panel for display with good black display and high display contrast.
また、この表示用液晶パネルでは、傾斜配向規制領域上の液晶分子が傾斜配向又は水平配向し易い状態にあるので、上下の基板間に電圧が印加されたときには傾斜配向規制領域上の液晶分子が先ず傾斜配向する。そして、当該傾斜配向に伴う液晶の変形が疎水性領域上の液晶にも伝播するので、電圧印加と相俟って、全ての液晶分子を比較的短時間で、疎水性領域内の液晶分子のダイレクタを、傾斜配向規制領域に沿って傾斜配向させることが可能である。 Further, in this display liquid crystal panel, the liquid crystal molecules on the tilt alignment regulating region are in a state of being easily tilted or horizontally aligned. Therefore, when a voltage is applied between the upper and lower substrates, the liquid crystal molecules on the tilt alignment regulating region are First, tilt alignment is performed. And since the deformation of the liquid crystal accompanying the tilted alignment is also propagated to the liquid crystal on the hydrophobic region, in combination with the voltage application, all the liquid crystal molecules can be moved in a relatively short time in the liquid crystal molecules in the hydrophobic region. The director can be tilted along the tilt alignment regulating region.
次に、本発明の液晶配向用基板、液晶配向用基板の製造方法、及び液晶表示装置について、図面を参照しつつ順次説明する。 Next, the substrate for aligning liquid crystal, the method for manufacturing the substrate for aligning liquid crystal, and the liquid crystal display device of the present invention will be sequentially described with reference to the drawings.
1.液晶配向用基板及び配向膜
(第1形態)
図1(a)は、本発明に係る第1形態の液晶配向用基板における構成部材の平面配置を概略的に示し、図1(b)は、図1(a)に示したI−I線断面を概略的に示す。
1. Liquid crystal alignment substrate and alignment film (first embodiment)
FIG. 1 (a) schematically shows a planar arrangement of components in the liquid crystal alignment substrate of the first embodiment according to the present invention, and FIG. 1 (b) shows an II line shown in FIG. 1 (a). A cross section is shown schematically.
図示の液晶配向用基板10は、ネガ型液晶を用いたアクティブマトリックス駆動方式の垂直配向型の液晶表示装置において表示用液晶パネルの表示面側の基板として用いられるものである。当該液晶配向用基板10は、透光性基板1、カラーフィルターアレイ3、遮光層(ブラックマトリクス)5、透明電極パターン7、、絶縁膜8及び配向膜9を有している。
The illustrated liquid
透光性基板1の片面にカラーフィルターアレイ3と遮光層5とが形成され、これらを覆うようにして透明電極パターン7が、また、当該透明電極パターン7を覆うようにして絶縁膜8が、さらに、絶縁膜8上に配向膜9が、それぞれ形成されている。なお、図1(a)においては、カラーフィルターアレイ3及び遮光層5の配置を判り易くするために、透明電極パターン7、絶縁膜8及び配向膜9の図示を省略している。
The
透光性基板1は、例えばガラスや透明プラスチック等によって形成されている。カラーフィルターアレイ3は、所望色のカラーフィルターを一定のパターンの下に多数配置することによって形成される。個々のカラーフィルターは、例えば染料又は顔料を含有若しくは分散させた樹脂(カラーレジン)によって形成することができる。
The
液晶配向用基板10では、赤色のカラーレジンによって形成された赤色カラーフィルター3Rと、緑色のカラーレジンによって形成された緑色カラーフィルター3Gと、青色のカラーレジンによって形成された青色カラーフィルター3Bとをストライプ状に配置することによって、カラーフィルターアレイ3が形成されている。個々のカラーフィルター3R、3G、3Bが、それぞれ、1つの画素に対応する。1つの赤色カラーフィルター3Rと、その隣の緑色カラーフィルター3Gと、その隣の青色カラーフィルター3Bとが、1つの絵素を構成する。
The
遮光層5は、表示用液晶パネルにおける画素間からの光の漏れ(漏れ光)や、アクティブマトリックス駆動方式の表示用液晶パネルにおけるアクティブ素子の光劣化等を防止するために、カラーフィルターアレイ3を構成している各カラーフィルター3R、3G、3Bの周囲に配置される。この遮光層5は、例えば、金属クロム薄膜やタングステン薄膜等、遮光性又は光吸収性を有する金属薄膜によって形成することができる。有機材料によって遮光層5を形成することも可能である。遮光層5は、アクティブ素子の光劣化等を防止するための領域5aを多数有している。
The light-
透明電極パターン7は、表示用液晶パネルにおいて縦電界を形成するための電極であり、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)等の透明電極材料によって形成される。透明電極パターン7は、表示用液晶パネルにおいて共通電極(コモン電極)として使用されるものであり、その平面視上の形状は四角形である。
The
絶縁膜8は、透明電極パターン7と配向膜9とを電気的に絶縁するためのものであり、その材料としては、どのようなものでもよく、高分子材料が好ましい。高分子材料としては、例えば、垂直配向膜形成用のポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルアルコール、ポリアクリルニトリル、ナイロン6、6等が挙げられ、好ましくは垂直配向膜形成用のポリイミド樹脂である。垂直配向膜形成用のポリイミド樹脂としては、垂直配向用のポリイミド樹脂である日産化学製のSE−1211、SE−7511L等の市販の感光性樹脂等が挙げられる。
The insulating
配向膜9は、表示用液晶パネルにおいて液晶分子の配向方向を制御するためのものである。配向膜9の材料としては、シランカップリング剤が使用され、図3に示すように、表面を親水化処理することが可能なものであり、特に長い側鎖を有するシランカップリング剤が好ましい。シランカップリング剤としては、例えば、CH3(CH2)7Si(OCH3)3)、CH3(CH2)9Si(OCH3)3)、CH3(CH2)11Si(OCH3)3)、CH3(CH2)17Si(OCH3)3)等が挙げられる。具体的には例えば、東芝シリコーン製の撥水膜用フッ素系シリコーン樹脂の市販品等が挙げられる。これらシランカップリング剤を用いて、絶縁膜8上に絶縁膜8を覆うようにスピンコート等の塗布手段や各種の印刷手段により配向膜9が形成される。
The
配向膜9の膜厚は、特に限定されないが、例えば1〜5nmであることが好ましい。
Although the film thickness of the
必要に応じて、平均粒径が5〜20μm程度の酸化チタン(アナターゼ型)粒子や酸化亜鉛粒子等の光触媒を、配向膜9中に20〜40重量%の割合で含有させることができる。
If necessary, a photocatalyst such as titanium oxide (anatase type) particles or zinc oxide particles having an average particle diameter of about 5 to 20 μm can be contained in the
本形態の液晶配向用基板10の特徴は、配向膜9の表面のうちで画素に対応する個々の領域内に、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に対して傾斜して配向させる傾斜配向規制領域が形成されていることにある。以下、この点について図2及び図8を参照しつつ詳述する。なお、ダイレクタとは、液晶分子の平均的配向方向を表す単位ベクトルのことである。
A feature of the liquid
図2及び図8には、上述した配向膜の表面に形成されている傾斜配向規制領域のうち、1つの絵素を構成しているカラーフィルター3R、3G、3B及びその周囲の遮光層5それぞれの上方において、特定形状の傾斜配向規制領域52、55が示されている。
FIGS. 2 and 8 show the
配向膜9の表面のうちで画素に対応する個々の領域内に、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に対して傾斜して配向させる、傾斜配向規制領域52、55が形成されている。すなわち、配向膜9の一部に傾斜配向規制領域52、55を形成すると共に、その傾斜配向規制領域52、55を形成しなかった配向膜9(配向膜の残り)を疎水性領域53、56として形成した。
In the individual regions corresponding to the pixels in the surface of the
傾斜配向規制領域52、55は、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に対して傾斜して配向させることができるものならばどのように構成してもよく、例えば疎水性の配向膜を親水化処理することによって得られた図4に示すような側鎖を有する親水性領域等である。このとき、傾斜配向規制領域52、55である親水性領域の臨界表面自由エネルギーは、概ね40mN/m以上である。
The tilt
このように、傾斜配向規制領域52、55を形成することにより、傾斜配向規制領域52、55上の液晶分子は基板法線方向に対して傾斜して配向されるため、電源オン時(基板間に電圧が印加された時)に、傾斜配向規制領域52、55上の液晶分子が疎水性領域53、56上の液晶分子よりさきにさらに傾斜することとなる。また、傾斜配向規制領域52、55上の液晶分子は、疎水性領域53、56の液晶分子と密接しているため、基板法線方向に対して傾斜せずに平行に配向していることもある。この場合、電源オン時(基板間に電圧が印加された時)、傾斜配向規制領域52、55上の液晶分子が疎水性領域53、56上の液晶分子よりさきに傾斜することとなる。特に電源オン時においては、傾斜配向規制領域52、55である親水性領域の上の液晶分子は速やかに傾斜して倒れる。その結果、傾斜配向規制領域52、55上の液晶分子を起点として疎水性領域53、56上の他の液晶分子も一斉に傾斜するので、液晶の応答時間の短縮化を図れる。
By forming the tilt
傾斜配向規制領域52、55の形状は、特に限定されず、例えば、図2に示すように、ジグザグ状に形成してもよいし、また、図8に示すように、平面視略二等辺三角形状等に形成するようにしてもよい。傾斜配向規制領域52、55と疎水性領域53、56との境界(境界線)は、直線状に形成することが好ましい。
The shapes of the inclined
傾斜配向規制領域52を図2に示すように、ジグザグ状に形成する場合には、そのジグザグ形状は、特に限定されず、周期や屈曲角度が一定しない無秩序に屈曲するジグザグ形状でもよいが、好ましくは、一定の周期で屈曲角度が略同じジグザグ形状であることがよい。
When the inclined
傾斜配向規制領域52のジグザグ状の屈曲部の角度θ(図5参照)は、液晶分子の種類や配向パターン、偏光板等に応じて任意に決められるが、例えば、90°であることが好ましい。
The angle θ (see FIG. 5) of the zigzag bent portion of the tilt
傾斜配向規制領域52のジグザグ状の屈曲部間の長さ(隣接する屈曲部の間隔)W3(図5参照)は、通常、200μm〜400μmであることが好ましく、特に好ましくは、290μm〜310μmである。傾斜配向規制領域52のジグザグ状の屈曲単位の長さW4(図5参照)は、通常、50μm〜150μmであることが好ましく、特に好ましくは、90μm〜110μmである。
The length between the zigzag bent portions (interval between adjacent bent portions) W3 (see FIG. 5) of the inclined
傾斜配向規制領域52は、所定の間隔を隔てて複数形成されていることが好ましい。すなわち、傾斜配向規制領域52と疎水性領域53とが交互に配置されることが好ましい。
It is preferable that a plurality of the inclined
傾斜配向規制領域52の幅W1(図5参照)は、通常、液晶分子の種類や配向パターン、偏光板等に応じて任意に決められるが、例えば、配向のし易さの観点から10μm〜30μmであることが好ましい。傾斜配向規制領域52の間隔(疎水性領域53の幅)W2(図5参照)は、通常、液晶分子の種類や配向パターン、偏光板等に応じて任意に決められるが、例えば、配向のし易さの観点から20μm〜90μmであることが好ましい。このような範囲が好ましいのは、傾斜配向規制領域52が狭すぎる場合には液晶分子の配向のし易さが乏しくなる傾向となり、広すぎる場合には液晶分子が基板に垂直に配向しなくなる傾向となるからである。
The width W1 (see FIG. 5) of the tilt
このように、傾斜配向規制領域52をジグザグ状に形成することにより、電源オン時において傾斜配向規制領域52上の液晶分子が疎水性領域53上の液晶分子より先に傾斜する。このとき、傾斜配向規制領域52上の液晶分子は、疎水性領域53と傾斜配向規制領域52との境界に沿って傾斜し、この傾斜配向規制領域52上の液晶分子を起点として疎水性領域53上の疎水性領域53における液晶分子が傾斜するので、ジグザグを形成する2つの辺に沿った少なくとも2方向に配向制御されると考えられる(図6を参照)。
In this way, by forming the tilted
傾斜配向規制領域52は、例えば、画素毎に屈曲部が1つ又は2つ以上位置されるように位置決めされることが好ましい。特に好ましくは、傾斜配向規制領域52によって疎水性領域53上の液晶分子を配向制御する2つの傾斜領域が1つの画素領域内で略同じ割合になるように配置することが好ましい。
For example, it is preferable that the inclined
このように画素領域毎に対応して、傾斜配向規制領域52の屈曲部が1つ又は2つ以上位置されることにより、電源オン時において各画素領域は液晶分子のダイレクタを少なくとも2方向に配向制御することになる。さらに、この配向状態は、互いに連続であるので、配向膜との間(境界)にディスクリネーションが形成されることがなく、表示品位の低下が起こらない。
As described above, one or two or more bent portions of the tilt
傾斜配向規制領域55を図8及び図9に示すように平面視略二等辺三角形状に形成する場合には、その略二等辺三角形状は、特に限定されないが、二等辺三角形の頂角に相当する部分は、底角に相当する部分よりも尖鋭である。この部分が、本発明でいう尖鋭部に相当する。
When the inclined
傾斜配向規制領域55は、個々のカラーフィルター3R、3G、3B上において規則性をもって形成されている。例えばカラーフィルター3R上においては、4本の仮想線L1、L2、L3、L4それぞれの両側に複数の傾斜配向規制領域55が一定のピッチで、かつ、二等辺三角形の底辺に相当する部分を仮想線側にして形成されており、1本の仮想線に対応する各傾斜配向規制領域55は、当該仮想線を対称軸として略線対称に配置されている。仮想線L2は仮想線L1に平行であり、仮想線L4は仮想線L3に平行である。また、仮想線L2と仮想線L3とは互いに垂直である。そして、仮想線L1、L2と仮想線L3、L4とは、全体として1つの対称軸、すなわち、カラーフィルター3Rの中心を通って当該カラーフィルター3Rを横断する対称軸Axを有している。この規則性は、カラーフィルター3R上のみならず、全てのカラーフィルター上での傾斜配向規制領域55の配置に当てはまる。
The inclined
各傾斜配向規制領域55は、本形態の液晶配向用基板10を用いて作製された垂直配向型の液晶表示装置によって中間調表示を行う際に、液晶分子の傾斜方向を決定するトリガの役割を果たすものである。個々の傾斜配向規制領域55の大きさが余りに小さいと前記トリガとしての役割を果たすことができなくなってしまう。
Each tilt
トリガとしての役割を果たすことができる傾斜配向規制領域55の大きさは、当該傾斜配向規制領域55の形状や疎水性領域56の材料等によって異なる。傾斜配向規制領域55の形状を略二等辺三角形とする場合、二等辺三角形の頂角に相当する部分を尖鋭部とし、かつ、二等辺三角形の底辺に相当する部分の幅を20μmとすることにより、前記トリガとしての役割を十分に果たすことが確認できている。前記の幅は概ね5〜20μmの範囲内で選択可能であると考えられる。
The size of the tilted
前記の垂直配向型の液晶表示装置の各画素に電圧が印加されていないとき、傾斜配向規制領域55上の液晶分子は水平配向しようとし、疎水性領域56(親水性領域55周辺の配向膜表面を意味する。以下同じ。)上の液晶分子は垂直配向しようとする。しかしながら、液晶は弾性体であり、局所的に配向歪みが生じた場合には歪みを是正して安定を保とうとする。
When no voltage is applied to each pixel of the vertical alignment type liquid crystal display device, the liquid crystal molecules on the tilt
この点を考慮すると、表示品位に優れた液晶表示装置を得るうえからは、仮想線L1、L2、L3又はL4に沿った方向での親水性領域55の配設ピッチを、前記幅の概ね100〜300%とすることが好ましく、概ね100〜250%とすることが更に好ましい。また、疎水性領域56の表面(配向面)に占める親水性領域55の総面積の割合を、少なくとも各カラーフィルター3R、3G、3B上においては、概ね50%以下にすることが好ましい。
In consideration of this point, in order to obtain a liquid crystal display device having excellent display quality, the arrangement pitch of the
前述したように、各傾斜配向規制領域55は、本形態の液晶配向用基板10を用いて作製された垂直配向型の液晶表示装置によって中間調表示を行う際に、液晶分子の傾斜方向を決定するトリガの役割を果たすので、前記の垂直配向型の液晶表示装置はマルチドメイン方式の液晶表示装置となる。この理由を、図9及び図10を用いて説明する。
As described above, each tilt
図9は、前記の垂直配向型の液晶表示装置の各画素に飽和電圧Vsat を印加したときの液晶分子の配向方状態を概略的に示す。図9に示すように、傾斜配向規制領域55上の液晶分子M1は、概ね、傾斜配向規制領域55の尖鋭部(二等辺三角形の頂角に相当する部分)Sから幅広部(二等辺三角形の底辺に相当する部分)へ向かう方向に配向する。また、傾斜配向規制領域55上の液晶分子M1は、もともと水平配向しようとしているので、電圧印加に伴って疎水性領域56上の液晶分子M2よりも先に傾斜配向し始め、傾斜配向規制領域55上の液晶分子M1の傾斜配向に伴う液晶の変形が疎水性領域56上の液晶にも伝播する。このため、疎水性領域56上の液晶分子M2も、傾斜配向規制領域55上の液晶分子M1の傾斜配向の方向と概ね同じ方向に配向する。
FIG. 9 schematically shows a state of alignment of liquid crystal molecules when a saturation voltage Vsat is applied to each pixel of the vertical alignment type liquid crystal display device. As shown in FIG. 9, the liquid crystal molecules M <b> 1 on the tilt
したがって、例えば図8に示した仮想線L1に対応する各傾斜配向規制領域55上の液晶分子M1と、仮想線L2に対応する各傾斜配向規制領域55上の液晶分子M1とは、中間調表示時には図10(a)に模式的に示すように傾斜配向することになる。また、図8に示した仮想線L1に対応する各傾斜配向規制領域55上の液晶分子M1と、仮想線L2に対応する各傾斜配向規制領域55上の液晶分子M1とは、中間調表示に図10(b)に模式的に示すように傾斜配向することになる。
Therefore, for example, the liquid crystal molecules M1 on each tilt
これらの結果として、例えば図8に示したカラーフィルター3Rを含む画素においては、中間調表示時に液晶が4つのドメインに配向分割される。同様に、カラーフィルター3Gを含む画素及びカラーフィルター3Bを含む画素においても、中間調表示時には液晶が4つのドメインに配向分割される。本形態の液晶配向用基板10を用いて作製された垂直配向型の液晶表示装置は、マルチドメイン方式の液晶表示装置となり、その視野角は広い。
As a result, in the pixel including the
以上説明したように、本形態の液晶配向用基板10は、シランカップリング剤によって形成された膜の表面に複数の傾斜配向規制領域52、55を形成するという比較的簡単な手法によって配向膜9を形成するものであるので、製造コストを抑え易い。また、傾斜配向規制領域52、55の形状、大きさ、及び配置を適宜選定することによって、当該液晶配向用基板10を用いて作製された液晶表示装置での表示のコントラスト、応答速度及び視角特性を制御することができる。したがって、表示特性に優れたマルチドメイン方式の垂直配向型の液晶表示装置を低コストの下に製造することが可能である。
As described above, the liquid
(第2形態)
図11は、本発明に係る第2形態の液晶配向用基板の断面構造を概略的に示す。図示の液晶配向用基板20は、透明電極パターン7上に絶縁膜8及び配向膜9の他に複数の柱状スペーサー12が形成され、これらの柱状スペーサー12それぞれの表面が制御膜15によって覆われているという点で、第1形態の液晶配向用基板10と構造上異なる。
(Second form)
FIG. 11 schematically shows a cross-sectional structure of a liquid crystal alignment substrate according to the second embodiment of the present invention. In the illustrated liquid crystal alignment substrate 20, a plurality of
液晶配向用基板20における他の構成は液晶配向用基板10の構成と同様であるので、図11に示した部材のうちで図1に示した部材と機能上共通するものには図1で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
Since the other configuration of the liquid crystal alignment substrate 20 is the same as that of the liquid
液晶配向用基板20に設けられている柱状スペーサー12の各々は、例えば感光性樹脂等の有機材料によって形成されたものであり、平面視したときに遮光層5と重なるようにして配置されている。これらのスペーサー12は、液晶配向用基板12と他の液晶配向用基板とを用いて表示用液晶セルを作製したときに、セルギャップを一定に保つ役割を果たす。柱状スペーサー12の総数は、表示用液晶セル全体に亘ってセルギャップを一定に保つことができる範囲内で適宜選定可能であり、隣り合うカラーフィルター同士の間に必ず設けなければならないというものではない。
Each of the
制御膜15は、液晶分子をスペーサー12の表面に沿って配列させるための膜であり、例えば親水性材料によって形成される。
The
このような構成を有する液晶配向用基板20は、ネガ型液晶を用いたアクティブマトリックス駆動方式の垂直配向型の液晶表示装置において表示用液晶パネルの表示面側の基板として用いられるものである。そして、当該液晶配向用基板20は、既に説明した絶縁膜8と配向膜9とを備えていることから、第1形態の液晶配向用基板10と同様の技術的効果を奏する。
The liquid crystal alignment substrate 20 having such a structure is used as a substrate on the display surface side of a display liquid crystal panel in an active matrix drive type vertical alignment liquid crystal display device using negative liquid crystal. Since the liquid crystal alignment substrate 20 includes the insulating
(第3形態)
図12(a)は、本発明に係る第3形態の液晶配向用基板における構成部材の平面配置を概略的に示し、図12(b)は、図12(a)に示したXI−XI 線断面を概略的に示す。
(Third form)
FIG. 12A schematically shows the planar arrangement of the constituent members in the liquid crystal alignment substrate of the third embodiment according to the present invention, and FIG. 12B shows the XI-XI line shown in FIG. A cross section is shown schematically.
図示の液晶配向用基板50は、ネガ型液晶を用いたアクティブマトリックス駆動方式の垂直配向型の液晶表示装置において表示用液晶パネルの背面側基板として用いられるものであり、当該液晶配向用基板50は、透光性基板31、透明電極パターン33、走査線35、信号線37、スイッチング回路部39、絶縁膜42及び配向膜43を有している。
The illustrated liquid
透光性基板31の片面に透明電極パターン33、走査線35、信号線37、及びスイッチング回路部39が形成され、これらを覆うようにして保護膜(パッシベーション膜)41が、また、当該保護膜41(及び画素電極33a)を覆うようにして絶縁膜42が、さらに絶縁膜42を覆うようにして配向膜43が、それぞれ形成されている。走査線35と信号線37とは、層間絶縁膜32によって電気的に分離されている。透明電極パターン33は、層間絶縁膜32上に形成されている。なお、図12(a)においては、透明電極パターン33、走査線35、信号線37及びスイッチング回路部39の配置を判り易くするために、層間絶縁膜32、保護膜41、絶縁膜42及び配向膜43の図示を省略している。
A
透光性基板31は、例えばガラスや石英等によって形成され、層間絶縁膜32は、例えばシリコン酸化物等の電気絶縁性物質によって形成される。
The
透明電極パターン33は、マトリックス状に配置された多数の画素電極33aによって構成されており、個々の画素電極33aの平面視上の形状は、例えば四角形や五角形等の多角形である。図示の画素電極33aは、それぞれ、長方形を呈している。
The
走査線35は、マトリックス状に配置された多数の画素電極33aの1つの列に1本ずつ対応するようにして配置されて前記列の長手方向に延び、信号線37は、マトリックス状に配置された多数の画素電極33aの1つの行に1本ずつ対応するようにして配置されて前記行の長手方向に延びている。これらの走査線35及び信号線37は、例えばタンタル(Ta)、チタン(Ti)等の金属によって形成される。なお、各走査線35は、透光性基板31の表面上に形成され、層間絶縁膜32によって覆われている。
The scanning lines 35 are arranged so as to correspond to one column of a large number of
スイッチング回路部39は、1つの画素電極33aに1つずつ対応して配置されており、当該スイッチング回路部39が対応している画素電極33a並びに当該画素電極33aに対応している走査線35及び信号線37と電気的に接続されている。そして、走査線35から信号の供給を受けて、信号線37と画素電極33aとの導通を制御する。各スイッチング回路部39は、例えば1個のアクティブ素子を用いて構成される。前記アクティブ素子としては、例えば薄膜トランジスタ等の3端子型素子やMIM(Metal Insulator Metal)ダイオード等の2端子型素子が用いられる。
The switching
保護膜41は、例えばシリコン窒化物等によって形成されて、その下の部材を保護する。
The
絶縁膜42は、例えば、垂直配向膜形成用のポリイミド樹脂によって形成されて、配向膜43を電気的に絶縁する。
The insulating
配向膜43は、シランカップリング剤によって形成された膜の表面に、第1形態の液晶配向用基板10での配向膜9と同様に形成したものである。
The
上述した構成を有する液晶配向用基板50は、配向膜43と絶縁膜42とを備えていることから、第1形態の液晶配向用基板10と同様の技術的効果を奏する。
Since the liquid
(他の形態)
本発明の液晶配向用基板は、シランカップリング剤の配向膜と絶縁膜との組合せに最大の特徴を有するものであり、それ以外の構成は、例えば、表示用液晶パネルの表示面側基板として用いるか背面側基板として用いるかに応じて、あるいは、得ようとする液晶表示装置の駆動方式や表示形態(白黒表示、モノカラー表示、マルチカラー表示及びフルカラー表示のいずれであるか)等に応じて、適宜変更可能である。
(Other forms)
The liquid crystal alignment substrate of the present invention has the greatest feature in the combination of the alignment film of the silane coupling agent and the insulating film, and the other configuration is, for example, as a display surface side substrate of a liquid crystal panel for display. Depending on whether it is used as a backside substrate, or depending on the driving method and display mode of the liquid crystal display device to be obtained (whether it is monochrome display, monocolor display, multicolor display or full color display) And can be changed as appropriate.
また、配向膜における親水性領域の配置パターンも、得ようとする液晶表示装置における1画素あたりのドメイン数や、画素の平面視上の形状等に応じて適宜選定可能である。 Further, the arrangement pattern of the hydrophilic regions in the alignment film can be appropriately selected according to the number of domains per pixel in the liquid crystal display device to be obtained, the shape of the pixel in plan view, and the like.
例えば、図7に示すように、傾斜配向規制領域52を、ジグザグ形状と三角形状の2つを組合わせて形成するようにしてもよい。すなわち、傾斜配向規制領域52をジグザグ形状に形成すると共に、このジグザグ状の屈曲箇所を、三角形状の先端(尖鋭部)58、58で互いに連結するように形成するようにしてもよい。この屈曲部(尖鋭部で互いに連結するように形成した屈曲部)は、全ての屈曲部に形成するようにしてもよいし、1つおきの屈曲部に形成するようにしてもよい。1つおきの屈曲部に形成する場合には、隣接する傾斜配向規制領域52の屈曲部とは異なる位置に形成するようにすることが好ましい。このように、屈曲箇所を、尖鋭部58、58で互いに連結するように形成することで、電圧オン時に尖鋭部58を起点として傾斜配向するので、電圧に対して速やかに応答することになる。
For example, as shown in FIG. 7, the inclined
また、得ようとする液晶表示装置における各画素の平面視上の形状が正方形又は正方形に近い形状である場合には、個々の画素毎に、図8及び図9に示した傾斜配向規制領域55と同様の形状を有する4つ又は8つの傾斜配向規制領域を放射状に配置することもできる。
In addition, when the shape of each pixel in the liquid crystal display device to be obtained is a square or a shape close to a square, the inclined
この場合、放射状に配置する傾斜配向規制領域の数を多くすれば、更に多くのドメインを形成することが可能であるが、ドメインの数は多ければ多いほどよいというものではない。偏光板の偏光方向との関係で、液晶分子の傾斜配向の方位が偏光板の透過軸及び吸収軸それぞれの方位と重なると光の利用効率が低くなるという問題が生じる。 In this case, it is possible to form more domains by increasing the number of inclined alignment regulating regions arranged radially, but the larger the number of domains, the better. In relation to the polarization direction of the polarizing plate, there arises a problem that the light use efficiency is lowered when the orientation of the tilted orientation of the liquid crystal molecules overlaps the respective orientations of the transmission axis and the absorption axis of the polarizing plate.
光の利用効率を高めるためには、傾斜配向規制領域の配置パターンをどのようなパターンにするかに拘わらず、偏光板の透過軸及び吸収軸と重ならないようにして、液晶分子の傾斜配向の主たる方位を1画素内で4方位以下にすることが好ましく、4方位の場合には、これらの方位が90°ずつ異なるようにすることが好ましい。 In order to increase the light utilization efficiency, regardless of the arrangement pattern of the tilt alignment regulating region, the tilt alignment of the liquid crystal molecules should be controlled so as not to overlap the transmission axis and absorption axis of the polarizing plate. The main azimuth is preferably 4 or less in one pixel, and in the case of 4 azimuths, it is preferable that these azimuths are different by 90 °.
配向膜に形成する個々の傾斜配向規制領域の平面視上の形状は、尖鋭部を少なくとも1つ有する形状であればよく、例えば1対の尖鋭部を有する菱形状にすることもできるし、1つの尖鋭部を有する扇状とすることもできる。1つの傾斜配向規制領域にあまりの多くの尖鋭部があると、液晶分子の配向方向を当該傾斜配向規制領域によって規定することが困難になるので、1つの傾斜配向規制領域における尖鋭部の数は、1つ又は2つとすることが好ましい。 The shape of each inclined alignment regulating region formed in the alignment film in a plan view may be a shape having at least one sharp part, for example, a rhombus shape having a pair of sharp parts, It can also be a fan shape having two sharp points. If there are too many sharp portions in one inclined alignment regulating region, it becomes difficult to define the alignment direction of the liquid crystal molecules by the inclined alignment regulating region. Therefore, the number of sharp portions in one inclined alignment regulating region is It is preferable to use one or two.
2.液晶配向用基板の製造方法
本発明の液晶配向用基板の製造方法は、マルチドメイン方式の液晶表示装置の表示用液晶パネルに使用される液晶配向用基板、特に、上述した本発明の液晶配向用基板を製造するための方法として好適なものであり、次の4つの工程を含んでいる。
2. Method for Producing Liquid Crystal Alignment Substrate The method for producing a liquid crystal alignment substrate of the present invention is a liquid crystal alignment substrate used for a display liquid crystal panel of a multi-domain liquid crystal display device, particularly for the liquid crystal alignment of the present invention described above. This method is suitable as a method for manufacturing a substrate, and includes the following four steps.
第1は、片面に透明電極パターンが少なくとも形成された透光性基板を準備する工程(以下、「準備工程」という。)である。第2は、透明電極パターンを覆うように絶縁膜を形成する工程(以下、「絶縁膜形成工程」という。)である。第3は、絶縁膜上にシランカップリング剤の配向膜を形成する工程(以下、「配向膜形成工程」という。)である。第4は、前記配向膜の表面に選択的に親水化処理を施して、該配向膜の表面のうちで画素に対応する個々の領域内に、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に対して傾斜して配向させる傾斜配向規制領域を形成する工程(以下、「親水化処理工程」という。)である。以下、これらの工程を順次説明する。 The first is a step of preparing a translucent substrate having at least a transparent electrode pattern formed on one side (hereinafter referred to as “preparation step”). The second is a step of forming an insulating film so as to cover the transparent electrode pattern (hereinafter referred to as “insulating film forming step”). The third is a step of forming an alignment film of a silane coupling agent on the insulating film (hereinafter referred to as “alignment film forming step”). Fourth, the surface of the alignment film is selectively hydrophilized, and the directors of the liquid crystal molecules are placed in the individual regions corresponding to the pixels in the surface of the alignment film with respect to the normal direction of the substrate. This is a step of forming an inclined alignment regulating region that is inclined and oriented (hereinafter referred to as “hydrophilization treatment step”). Hereinafter, these steps will be sequentially described.
(準備工程)
この工程で準備する透光性基板は、前記透明電極パターンが形成されているものであり、表示用液晶パネルにおける1対の透光性基板の一方としてそのまま用いることができる構造のものである。
(Preparation process)
The translucent substrate prepared in this step has the transparent electrode pattern formed thereon, and has a structure that can be used as it is as one of a pair of translucent substrates in a display liquid crystal panel.
当該透光性基板の構造をどのようなものにするかは、例えば、表示用液晶パネルの表示面側基板として用いるか背面側基板として用いるかに応じて、あるいは、得ようとする液晶表示装置の駆動方式や表示形態(白黒表示、モノカラー表示、マルチカラー表示及びフルカラー表示のいずれであるか)等に応じて、適宜選定可能であり、その製造方法は特に限定されるものではない。 The structure of the translucent substrate is determined depending on, for example, whether it is used as a display surface side substrate or a back side substrate of a display liquid crystal panel, or a liquid crystal display device to be obtained Can be selected as appropriate according to the driving method and display mode (whether monochrome display, mono-color display, multi-color display or full-color display), and the manufacturing method thereof is not particularly limited.
上述の透光性基板は、自ら作製してもよいし、市販品があるならそれを購入してもよい。 The above-mentioned translucent substrate may be produced by itself or may be purchased if there is a commercial product.
(絶縁膜形成工程)
絶縁膜の構成材料としては、例えば、垂直配向膜形成用のポリイミド樹脂等が挙げられる。この絶縁膜材料を用いて、基板の透明電極パターン上にスピンコート等の塗布手段や各種の印刷手段により絶縁膜が形成される。
(Insulating film formation process)
Examples of the constituent material of the insulating film include a polyimide resin for forming a vertical alignment film. Using this insulating film material, an insulating film is formed on the transparent electrode pattern of the substrate by coating means such as spin coating and various printing means.
(配向膜形成工程)
シランカップリング剤としては、例えば、フルオロアルキルシランC8F17(CH2)2Si(OCH3)3、C8F17(CH2)9Si(OCH3)3等が挙げられる。このシランカップリング剤を用いて、絶縁膜上に絶縁膜を覆うようにスピンコート等の塗布手段や各種の印刷手段により配向膜が形成される。
(Alignment film formation process)
Examples of the silane coupling agent include fluoroalkylsilanes C 8 F 17 (CH 2 ) 2 Si (OCH 3 ) 3 , C 8 F 17 (CH 2 ) 9 Si (OCH 3 ) 3, and the like. Using this silane coupling agent, an alignment film is formed on the insulating film by a coating means such as spin coating or various printing means so as to cover the insulating film.
ただし、配向膜は、表面を親水化処理することが可能なものでなければならず、シランカップリング剤としては、前述した本発明の液晶配向用基板に係る第1形態の液晶配向用基板10(図1(a)及び図1(b)参照)でのシランカップリング剤と同じものが例示される。また、その膜厚は、配向膜9の膜厚と同じ基準の下に選定される。
However, the alignment film must be capable of hydrophilizing the surface, and as the silane coupling agent, the liquid
(親水化処理工程)
シランカップリング剤の配向膜の表面に選択的に親水化処理を施す方法としては、例えば次の3つの方法を挙げることができる。
(Hydrophilic treatment process)
Examples of the method for selectively subjecting the surface of the alignment film of the silane coupling agent to the hydrophilization treatment include the following three methods.
<方法I>
前記の配向膜が光触媒を含有していないものである場合には、図13(a)に示すように、透光性基板100と、透光性基板100の片面に形成されたマスクパターン102と、マスクパターン102を覆う光触媒層104とを有するフォトマスク(紫外線マスク)110を用い、光触媒層104と前記の配向膜140との間隔を概ね5〜20μmに保ちつつ、波長380nm以下の紫外光UV1によって配向膜140を露光する。
<Method I>
When the alignment film does not contain a photocatalyst, as shown in FIG. 13A, a
<方法II>
前記の配向膜が光触媒を含有しているものである場合には、図13(b)に示すように、透光性基板120と、透光性基板120の片面に形成されたマスクパターン122とを有するフォトマスク(紫外線マスク)130を用い、当該フォトマスク130と前記光触媒を含有している配向膜145との間隔を概ね5〜20μmに保ちつつ、波長380nm以下の紫外光UV1によって配向膜145を露光する。
<Method II>
When the alignment film contains a photocatalyst, as shown in FIG. 13B, a
<方法III>
図13(c)に示すように、前記のフォトマスク130と同じ構造のフォトマスク(紫外線マスク)135を用い、当該フォトマスク135と前記の配向膜140との間隔を概ね5〜20μmに保ちつつ、波長200nm以下の紫外光UV2によって配向膜140を露光する。
<Method III>
As shown in FIG. 13C, a photomask (ultraviolet mask) 135 having the same structure as that of the
これらの方法I〜方法IIIのいずれにおいても、マスクパターン102、122としては、配向膜140、145の表面に形成しようとする親水性領域の形状及び配置パターンに対応して複数の開口部が形成されているものを用いる。
In any of these methods I to III, as the
例えば、図2又は図8に示した配置パターンで親水性領域52、55が形成されている配向膜9を得ようとする場合には、図14又は図15に示すフォトマスク150、160のように、親水性領域52、55と形状及び大きさ(線幅W1、ピッチL1)が同じである開口部152、162が、親水性領域52、55の配置パターンと同じパターンの下に形成されているマスクパターンを用いる。マスクパターン102、122は、例えばクロム薄膜を所定形状にパターニングすることによって作製することができる。
For example, when the
なお、方法Iで使用される光触媒層104としては、例えば、平均粒径が5〜20μm程度の酸化チタン(アナターゼ型)粒子や酸化亜鉛粒子等の光触媒をバインダー樹脂(例えばシリコーン樹脂)中に20〜40重量%の割合で含有させたものが用いられる。光触媒層104の膜厚は、概ね0.05〜0.5μmの範囲内とすることが好ましい。
As the
いずれの方法によっても、配向膜140、145の表面のうちで露光された領域が酸化還元されて、当該領域が親水性領域に変化する。前記の酸化還元は、次のメカニズムで起こると考えられる。なお、メカニズムについての以下の説明は、露光対象物が配向膜140であり、かつ、この配向膜140がシリコーン系樹脂である場合を例にとり、行う。
In any method, the exposed region of the surfaces of the
配向膜140の表面が紫外光UV1によって選択的に露光されると、フォトマスク110と配向膜140との間に活性酸素種等(活性酸素O2 −や活性水酸基−OH)が生じ、この活性酸素種等が、図16(a)に示すように、配向膜140の表面の側鎖(例えばアルキル側鎖)にアタックして当該側鎖の結合を切断する。そして、図16(b)に示すように、側鎖が切断された部分に活性酸素種等が入れ替わって結合し、ここが親水性領域に変化する。
When the surface of the
方法I及び方法IIでは、光触媒の存在によって、長波長の紫外光の照射によっても活性酸素種等を生じさせることができる。 In the method I and the method II, the presence of the photocatalyst can generate active oxygen species and the like even by irradiation with ultraviolet light having a long wavelength.
親水化処理工程での露光条件は、光触媒の有無や疎水性配向膜の材質等に応じて、臨界表面自由エネルギーが概ね40mN/m以上の親水性領域が得られるにように選定することが好ましい。 The exposure conditions in the hydrophilization treatment step are preferably selected so that a hydrophilic region having a critical surface free energy of approximately 40 mN / m or more can be obtained according to the presence or absence of a photocatalyst or the material of the hydrophobic alignment film. .
以上説明した準備工程、絶縁膜形成工程、配向膜形成工程及び親水化処理工程を含む方法により、目的とする液晶配向用基板を得ることができる。 A target liquid crystal alignment substrate can be obtained by the method including the preparation step, the insulating film formation step, the alignment film formation step, and the hydrophilic treatment step described above.
3.液晶表示装置
(第1形態)
図17は、本発明に係る第1形態の液晶表示装置の断面構造を概略的に示す部分断面図である。図17に示すように、液晶表示装置300は、表示用液晶パネル200と、この表示用液晶パネル200の背面側に設置されたバックライト部250とを備えたマルチドメイン方式の垂直配向型の液晶表示装置である。
3. Liquid crystal display device (first form)
FIG. 17 is a partial cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 17, the liquid
表示用液晶パネル200は、例えば、図1等で既に説明した液晶配向用基板10を表示面側基板とし、図12等を用いて既に説明した液晶配向用基板50を背面側基板とする液晶パネルである。図17に示した部材のうちで既に説明したものについては、図1又は図12で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
The display
液晶配向用基板10と液晶配向用基板50とは、互いに間隔をあけた状態でシール材(熱硬化性樹脂)205によって貼り合わされている。これらの液晶配向用基板10、50同士の間隔(セルギャップ)は、液晶配向用基板50の配向膜43上に予め散布された球状スペーサー210によって一定に保たれており、両者の間の空隙には負の誘電率異方性を有する液晶(ネガ型液晶;例えばメルク社製のMLC−6608、MLC−2037、MLC−2038等)215が充填されている。
The liquid
また、液晶配向用基板10の外側面上には、板状又はフィルム状の第1の偏光素子220が設けられ、液晶配向用基板50の外側面上には、板状又はフィルム状の第2の偏光素子225が設けられている。これらの偏光素子220、225は、互いに直交ニコルの関係にある。
Further, a plate-shaped or film-shaped first
上述した構成を有する本形態の液晶表示装置300は、既に説明した本発明の液晶配向用基板10、50を用いて作製された表示用液晶パネル200を備えているので、表示特性及び応答特性に優れたものを低コストの下に製造することが容易な液晶表示装置である。
Since the liquid
液晶配向用基板10の配向膜9における親水性領域の配置パターンと液晶配向用基板50の配向膜43における親水性領域の配置パターンとは、平面視上、一致させることができる。
The arrangement pattern of the hydrophilic region in the
(第2形態)
図18は、本発明に係る第2形態の液晶表示装置の断面構造を概略的に示す部分断面図である。図18に示すように、液晶表示装置500は、表示用液晶パネル400と、この表示用液晶パネル200の背面側に設置されたバックライト部250とを備えたマルチドメイン方式の垂直配向型の液晶表示装置である。
(Second form)
FIG. 18 is a partial cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of the liquid crystal display device according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 18, a liquid
表示用液晶パネル400は、表示面側の液晶配向用基板として、図11を用いて既に説明した液晶配向用基板20が用いられているという点で、第1形態の液晶表示装置300と異なる。他の構成は液晶表示装置300と同様であるので、図18に示した部材のうちで既に説明したものについては、図11は図17で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
The liquid
このような構成を有する液晶表示装置500は、上述した液晶表示装置300と同様に、表示特性及び応答特性に優れたものを低コストの下に製造することが容易な液晶表示装置である。
Like the liquid
(他の形態)
本発明の液晶表示装置は、表示用液晶パネルを構成する2枚の液晶配向用基板のうちの少なくとも一方が、前述した本発明の液晶配向用基板であればよい。他の構成は、液晶表示装置の駆動方式や表示形態(白黒表示、モノカラー表示、マルチカラー表示及びフルカラー表示のいずれであるか)等に応じて、適宜変更可能である。
(Other forms)
In the liquid crystal display device of the present invention, at least one of the two liquid crystal alignment substrates constituting the display liquid crystal panel may be the liquid crystal alignment substrate of the present invention described above. Other configurations can be changed as appropriate according to the driving method and display mode of the liquid crystal display device (monochrome display, monocolor display, multicolor display, or full color display).
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
(実施例1)
<液晶配向用基板の製造>
先ず、片面にカラーフィルタアレイ、遮光層及び透明電極パターンが形成された透明基板を準備する。この透明ガラス基板に形成されているカラーフィルタアレイ、遮光層及び透明電極パターンの形状は、図1(a)及び図1(b)に示した液晶配向用基板10におけるカラーフィルタアレイ3、遮光層5及び透明電極パターン7の形状と同様である。
(Example 1)
<Manufacture of liquid crystal alignment substrate>
First, a transparent substrate having a color filter array, a light shielding layer, and a transparent electrode pattern formed on one side is prepared. The shape of the color filter array, the light shielding layer and the transparent electrode pattern formed on the transparent glass substrate is the same as the
前記の透明電極パターン上に、水平配向膜用のポリイミド(日産化学社製のSE−7492)をフレキソ印刷で塗布し、ホットプレートを用いて180℃で1時間乾燥して、厚さ60nmの絶縁膜(高分子膜)を形成した。 On the transparent electrode pattern, polyimide for horizontal alignment film (SE-7492 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) is applied by flexographic printing, dried at 180 ° C. for 1 hour using a hot plate, and insulated with a thickness of 60 nm. A membrane (polymer membrane) was formed.
次に、フルオロアルキルシラン(C8F17(CH2)2Si(OCH3)3)1.5g、テトラメトキシシラン(Si(OCH3)4)5.0g、HCl((0.005規定)26.6wt%)2.36gを室温で約20時間撹拌して反応させた(溶液A)。 Next, 1.5 g of fluoroalkylsilane (C 8 F 17 (CH 2 ) 2 Si (OCH 3 ) 3 ), 5.0 g of tetramethoxysilane (Si (OCH 3 ) 4 ), HCl ((0.005 normal)) (26.6 wt%) 2.36 g was reacted by stirring at room temperature for about 20 hours (solution A).
この溶液Aを前記の絶縁膜上に厚さ0.01〜1μmスピンコートし、180℃で1時間乾燥して、配向膜を形成した。 This solution A was spin-coated with a thickness of 0.01 to 1 μm on the insulating film and dried at 180 ° C. for 1 hour to form an alignment film.
次いで、前述した方法Iによって前記疎水性配向膜の表面に選択的に親水化処理を施して、当該表面に、前述した第1形態の液晶配向用基板10の配向膜9に形成されている親水性領域52の配置パターンと同じパターンで親水性領域を形成する。個々の親水性領域は、平面視上、図2に示す親水領域を形成するための幅W1を20μmとし、屈曲部までの長さL1を60mmとし、屈曲部の角度を130°とする。
Next, the surface of the hydrophobic alignment film is selectively hydrophilized by the method I described above, and the hydrophilic film formed on the
親水化処理を行うにあたっては、平均粒径5〜20μmの酸化チタン(アナターゼ型)粒子が20〜40重量%の割合で分散されたシリコーン樹脂を用いて光触媒層を形成し、その厚さ(マスクパターンの開口部での厚さ)は0.05〜0.5μmとする。また、フォトマスクと前記疎水性配向膜との間隔を約20μmに保ちつつ、10mW/cm2 の紫外光(波長200〜370nm)を60〜180秒間照射する。 In performing the hydrophilization treatment, a photocatalyst layer is formed using a silicone resin in which titanium oxide (anatase type) particles having an average particle diameter of 5 to 20 μm are dispersed at a ratio of 20 to 40% by weight, and the thickness (mask) The thickness at the opening of the pattern is 0.05 to 0.5 μm. Further, ultraviolet light (wavelength: 200 to 370 nm) of 10 mW / cm 2 is irradiated for 60 to 180 seconds while keeping the distance between the photomask and the hydrophobic alignment film at about 20 μm.
このようにして前記疎水性配向膜の表面に選択的に親水化処理を施すことにより、前述した第1形態の液晶配向用基板10と同様の構成の液晶配向用基板(以下、「第1の液晶配向用基板」という。)を得る。
In this way, by selectively subjecting the surface of the hydrophobic alignment film to hydrophilic treatment, a liquid crystal alignment substrate (hereinafter referred to as “first liquid crystal alignment substrate”) having the same configuration as the liquid
<液晶表示装置の製造>
先ず、前記第1の液晶配向用基板とは別に、アクティブマトリックス駆動方式の表示用液晶パネルにおける背面側基板(アクティブ素子が形成されている基板)として用いることができる液晶配向用基板(以下、「第2の液晶配向用基板」という。)を用意する。
<Manufacture of liquid crystal display devices>
First, separately from the first liquid crystal alignment substrate, a liquid crystal alignment substrate (hereinafter referred to as “a liquid crystal alignment substrate”) that can be used as a back side substrate (substrate on which an active element is formed) in an active matrix drive type display liquid crystal panel. A second liquid crystal alignment substrate ") is prepared.
当該第2の液晶配向用基板は、前記第1の液晶配向用基板と共に垂直配向型表示用液晶パネルを構成することができるものであり、第2の液晶配向用基板の配向膜に絶縁膜が形成されていない。絶縁膜が形成されていない点を除けば、第2の液晶配向用基板は図12(a)及び図12(b)に示した液晶配向用基板50と同様の構成を有している。
The second liquid crystal alignment substrate can constitute a vertical alignment type display liquid crystal panel together with the first liquid crystal alignment substrate, and an insulating film is provided on the alignment film of the second liquid crystal alignment substrate. Not formed. Except that the insulating film is not formed, the second liquid crystal alignment substrate has the same configuration as the liquid
次に、第2の液晶配向用基板の配向膜上に、スペーサードライ散布装置(株式会社アイエヌジー社製のSDI−12)を用いて、積水ファインケミカル社製の球状スペーサー(同社のSPシリーズ)を20〜50個/mm2の密度となるように散布する。 Next, on the alignment film of the second liquid crystal alignment substrate, a spherical spacer (SP series) manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd. is used 20 by using a spacer dry spray device (SDI-12 manufactured by ING Corporation). sprayed so that a density of 50 pieces / mm 2.
次いで、第2の液晶配向用基板の縁部(配向膜上)に三井化学製のシール材(XN−5A)をシールディスペンサ装置により塗布し、当該第2の液晶配向用基板と上述の第1の液晶配向用基板とを、配向膜が内側となるようにして貼り合わせる。 Next, a sealing material (XN-5A) manufactured by Mitsui Chemicals is applied to the edge (on the alignment film) of the second liquid crystal alignment substrate by a seal dispenser device, and the second liquid crystal alignment substrate and the first liquid crystal substrate described above. The liquid crystal alignment substrate is bonded so that the alignment film is on the inside.
貼り合わせた2枚の液晶配向用基板にプレス冶具を用いて20kPa前後の圧力をかけて、当該2枚の液晶配向用基板同士を密着させ、この状態で、温度180℃、時間60分、冷却放置時間約30分の条件の下に熱処理して、基板間のギャップが約4.5μmの空セルを得る。 A pressure of about 20 kPa is applied to the two bonded liquid crystal alignment substrates using a press jig to bring the two liquid crystal alignment substrates into close contact with each other. In this state, the temperature is 180 ° C., the time is 60 minutes, and the cooling is performed. Heat treatment is performed under a condition for about 30 minutes to obtain an empty cell having a gap between substrates of about 4.5 μm.
この空セルに真空注入装置を用いてメルク社製のネガ型液晶(MLC−6608)を注入し、注入口を封止して、表示用液晶パネルを得る。 A negative type liquid crystal (MLC-6608) manufactured by Merck Co., Ltd. is injected into the empty cell using a vacuum injection device, the injection port is sealed, and a display liquid crystal panel is obtained.
この後、第2の液晶配向用基板の背面側にバックライト部を設置して、マルチドメイン方式の垂直配向型の液晶表示装置を得る。この液晶表示装置は、第2の液晶配向用基板の配向膜に親水性領域が形成されていない以外は、図17に示した液晶表示装置300と同様の構成を有する。
After that, a backlight unit is installed on the back side of the second liquid crystal alignment substrate to obtain a multi-domain vertical alignment type liquid crystal display device. This liquid crystal display device has the same configuration as the liquid
この液晶表示装置では、黒表示、中間調表示及び白表示のいずれもが良好な画像表示を行うことができる。また、視野角は全方位に亘って十分に広く、かつ、均質である。 In this liquid crystal display device, a good image display can be performed for any of black display, halftone display, and white display. Further, the viewing angle is sufficiently wide and uniform in all directions.
(実施例2)
<液晶配向用基板の製造>
先ず、実施例1での第1の液晶配向用基板と同様の構成を有し、下記溶液Bを用いて配向膜を形成した以外は同じ要領で、前述した第1形態の液晶配向用基板10と同様の構成の液晶配向用基板(以下、「第3の液晶配向用基板」という。)を製造した。
(Example 2)
<Manufacture of liquid crystal alignment substrate>
First, the liquid
溶液B
フルオロアルキルシラン(C8H17(CH2)9Si(OCH3)3)5.0g、テトラメトキシシラン(Si(OCH3)4)5.0g、HCl((0.005規定)26.6wt%)2.36gを室温で約20時間撹拌して反応させて溶液Bを得た。
Solution B
Fluoroalkylsilane (C 8 H 17 (CH 2 ) 9 Si (OCH 3 ) 3 ) 5.0 g, tetramethoxysilane (Si (OCH 3 ) 4 ) 5.0 g, HCl ((0.005 normal) 26.6 wt %) 2.36 g was stirred and reacted at room temperature for about 20 hours to obtain a solution B.
また、実施例1での第2の液晶配向用基板と同様の構成を有し、前記溶液Bを用いて配向膜を形成した以外は同じ要領で、前述した第2形態の液晶配向用基板50と同様の構成の液晶配向用基板(以下、「第4の液晶配向用基板」という。)を製造した。
Further, the liquid
<液晶表示装置の製造>
表示用液晶パネルを構成する液晶配向用基板として、前記第3の液晶配向用基板と前記第4の液晶配向用基板とを用いる以外は実施例1と同様にして、マルチドメイン方式の垂直配向型の液晶表示装置を得る。この液晶表示装置は、図17に示した液晶表示装置300と同様の構成を有する。
<Manufacture of liquid crystal display devices>
A multi-domain vertical alignment type in the same manner as in Example 1 except that the third liquid crystal alignment substrate and the fourth liquid crystal alignment substrate are used as the liquid crystal alignment substrate constituting the liquid crystal panel for display. A liquid crystal display device is obtained. This liquid crystal display device has the same configuration as the liquid
この液晶表示装置では、黒表示、中間調表示及び白表示のいずれもが良好な画像表示を行うことができる。また、視野角は全方位に亘って十分に広く、かつ、均質である。 In this liquid crystal display device, a good image display can be performed for any of black display, halftone display, and white display. Further, the viewing angle is sufficiently wide and uniform in all directions.
1 透明基板
7 透明電極パターン
8 絶縁膜
9 配向膜
10 液晶配向用基板
20 液晶配向用基板
31 透明基板
33 透明電極パターン
42 絶縁膜
43 配向膜
50 液晶配向用基板
52 傾斜配向規制領域
53 垂直配向規制領域
55 傾斜配向規制領域
56 垂直配向規制領域
104 光触媒層
110 フォトマスク
130 フォトマスク
135 フォトマスク
140 配向膜
200 表示用液晶パネル
300 液晶表示装置
400 表示用液晶パネル
500 液晶表示装置
DESCRIPTION OF
Claims (17)
基板と、該基板の片面に形成された電極と、該電極上に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成され、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に沿って配向させるシランカップリング剤の配向膜と、を少なくとも備え、
前記配向膜のうちで画素に対応する個々の領域内に、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に対して傾斜して配向させる傾斜配向規制領域が形成されていることを特徴とする液晶配向用基板。 A liquid crystal alignment substrate used in a display liquid crystal panel of a multi-domain liquid crystal display device,
A substrate, an electrode formed on one side of the substrate, an insulating layer formed on the electrode, and a silane coupling formed on the insulating layer and aligning directors of liquid crystal molecules along the normal direction of the substrate An alignment film of an agent,
A tilt alignment regulating region for tilting a director of liquid crystal molecules with respect to the normal direction of the substrate is formed in each of the alignment films corresponding to the pixels. substrate.
片面に電極が形成された基板を準備する工程と、
前記電極上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上にシランカップリング剤の配向膜を形成する工程と、
前記配向膜の表面に選択的に親水化処理を施して、該配向膜の表面のうちで画素に対応する個々の領域内に、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に対して傾斜して配向させる傾斜配向規制領域を形成する工程と、
を含むことを特徴とする液晶配向用基板の製造方法。 A method for producing a liquid crystal alignment substrate used in a display liquid crystal panel of a multi-domain liquid crystal display device,
Preparing a substrate having an electrode formed on one side;
Forming an insulating layer on the electrode;
Forming an alignment film of a silane coupling agent on the insulating layer;
The surface of the alignment film is selectively hydrophilized, and the directors of the liquid crystal molecules are inclined with respect to the normal direction of the substrate in individual regions corresponding to the pixels in the surface of the alignment film. Forming an inclined orientation regulating region to be caused;
A method for producing a substrate for aligning liquid crystal, comprising:
表示用液晶パネルを構成する2枚の基板のうちの一方又は両方の基板の片面に電極を形成し、該電極上に絶縁層を形成し、該絶縁層上に、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に沿って配向させるシランカップリング剤の配向膜を形成し、該配向膜のうちで画素に対応する個々の領域内に、液晶分子のダイレクタを基板法線方向に対して傾斜して配向させる傾斜配向規制領域を形成したことを特徴とする液晶表示装置。 A multi-domain liquid crystal display device,
An electrode is formed on one surface of one or both of two substrates constituting a display liquid crystal panel, an insulating layer is formed on the electrode, and a director of liquid crystal molecules is formed on the insulating layer by a substrate method. An alignment film of a silane coupling agent that is aligned along the line direction is formed, and the director of liquid crystal molecules is inclined with respect to the normal direction of the substrate in each region corresponding to the pixel in the alignment film. A liquid crystal display device characterized in that an inclined alignment regulating region is formed.
Priority Applications (1)
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JP2003343737A JP2005107414A (en) | 2003-10-01 | 2003-10-01 | Substrate for liquid crystal alignment, its manufacturing method, and liquid crystal display |
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