JP2006251765A

JP2006251765A - 液晶表示装置の配向膜形成方法及びこれを用いて形成された配向膜を備える液晶表示装置

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Publication number: JP2006251765A
Application number: JP2005346891A
Authority: JP
Inventors: Hyun Sik Seo; 鉉植徐; Kwang Hoon Shin; 洸勳申
Original assignee: LG Philips LCD Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: EP1701205A3; JP4488363B2; EP1701205A2; KR20060098731A; US20060198969A1; US7615263B2; CN100428025C; KR101107701B1; CN1831617A; ATE547738T1; EP1701205B1

Abstract

【課題】液晶表示装置の配向膜形成方法において、基板への物理的接触無しに、電場または磁場を用いて配向膜の配向方向を決定することによって、ラビング配向法で生じる光の漏れを防止する。
【解決手段】基板を準備する工程と、液晶の初期配向のために、下記化学式（１）：
【化１】

（式中、ｎは正の整数）
で表される化合物を含有する配向膜を前記基板上に塗布する工程と、前記配向膜の配向方向を決定するために、前記配向膜が塗布された基板に電場または磁場を印加する工程とを備えてなる液晶表示装置の配向膜形成方法。
【選択図】図４Ｃ

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、より詳細には、液晶表示装置における液晶の初期配向のための配向膜に関する。

表示画面の厚さが数センチメートル（cm）に過ぎない超薄型の平板表示装置（Flat Panel Display）の中で、液晶表示装置は、動作電圧が低いために消費電力が少なく、携帯用に使用可能な利点から、ノート型パソコン、モニタ、宇宙船、航空機などに至るまで幅広く且つ多様に応用されている。

液晶表示装置は、一般に、カラーフィルタ層が形成されたカラーフィルタ基板と、このカラーフィルタ基板と対向し、薄膜トランジスタが形成されている薄膜トランジスタ基板と、これら基板間に形成された液晶層とを備えてなる。

このような液晶表示装置は、液晶層の配向方向が電圧印加により変更され、光の透過度が調節されることによって画像が再現される。したがって、電圧印加のために薄膜トランジスタ基板及びカラーフィルタ基板には電極が形成されるが、具体的には、薄膜トランジスタ基板に画素電極が配置され、カラーフィルタ基板に共通電極が配置されて、これら両基板間に垂直の電界が形成される場合（例えば、ＴＮ（Twisted nematic）モード）や、薄膜トランジスタ基板に画素電極と共通電極とが平行に配置されて水平の電界が形成される場合（例えば、ＩＰＳ（In-plane Switching）モード）などがある。

図１は、一般のＴＮモード液晶表示装置の分解斜視図である。

図１に示すように、薄膜トランジスタ基板１０には、ゲート線１２及びデータ線１４が交差して形成されており、その交差領域に薄膜トランジスタＴが形成され、薄膜トランジスタＴに連結された画素電極１６が形成されている。また、カラーフィルタ基板２０には、光の漏れを防止する遮光層２２が形成され、遮光層２２の間にＲＧＢのカラーフィルタ層２４が形成され、その上に、共通電極２５が形成されている。

この場合、薄膜トランジスタ基板１０に形成された画素電極１６とカラーフィルタ基板２０に形成された共通電極２５との間で垂直の電界が形成され、これにより液晶の配向方向が調節される。

このような構造の両基板１０，２０は、その後貼り合わされて一つの液晶パネルを形成し、この際に、両基板１０，２０間には液晶層が形成される。

この液晶層が、両基板１０，２０間で任意に配列されていると、液晶層の均一な分子配列を得難いため、図示してはいないが、薄膜トランジスタ基板１０及びカラーフィルタ基板２０に、液晶の初期配向のための配向膜が形成される。

従来、このような液晶の初期配向のための配向膜は、主としてラビング配向法により形成されてきた。

このラビング配向法は、基板上にポリイミドのような有機高分子を薄膜の形態に塗布する工程、ラビング布の巻いてあるラビングロールを回転させて移動させつつ薄膜形態の有機高分子を擦ることによって有機高分子の側鎖（side chain）を一定方向に整列させる工程及び整列された有機高分子を硬化させる工程からなる。

このラビング配向法により整列された有機高分子の側鎖の方向に液晶が配向される。すなわち、ラビングロールの移動方向が液晶の配向方向となる。

しかしながら、ラビング配向法は、下記のような短所があった。

第一に、ラビング布の配列が乱れた場合、光の漏れが生じる。

図２は、ラビング布の配列が乱れた場合を概略的に示す斜視図である。
前述したように、基板上には、薄膜トランジスタ、カラーフィルタ層及び電極層のような構造物が形成されているので、図２に示すように、ラビングロール３０が基板１０または２０上に形成された構造物の上で回転移動する際に、ラビングロール３０に巻かれているラビング布３２の一部３２ａにおいてその配列が乱れることがある。このようにラビング布が乱れると、乱れたラビング布によりラビングされた基板上の領域は、有機高分子の側鎖（side chain）が整列されず、その領域で液晶の配向が不均一になり光の漏れが生じる。

第二に、ラビング布が基板と触れない場合、光の漏れが生じてしまう。

図３は、ラビング布が基板と接触できない場合の液晶配列状態を概略的に示す斜視図である。

上述したように、基板上には、画素電極及び共通電極のような電極層が形成されている。したがって、図３に示すように、基板１０上に形成された電極層の段差により、ラビング布３２が基板と触れない領域（Ａ領域）ができ、このＡ領域において液晶の配向が不均一になるため、光の漏れが生じる。

このように、ラビング配向法は、ラビング布の配列が乱れたりまたはラビング布が基板と触れないことからラビングが不均一になり、結果として、光の漏れを招くという問題点があった。そこで、かかるラビング配向法における問題を解決できる新たな液晶配向方法の開発への要求が高まっている。

従来のラビング配向法が抱えている上記問題点は、ラビング配向がラビングロールと基板との間の物理的接触により行われることに起因するものである。

したがって、本発明の目的は、物理的な接触による光の漏れを防止できる配向膜形成方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、物理的な接触による光の漏れを防止できる配向膜形成方法を用いて形成された配向膜を備える液晶表示装置を提供することにある。

本発明者は、従来のラビング配向法に取って代わる、物理的接触を必要としない新規配向膜形成方法について研究した結果、特定の化合物を含有する配向膜に電場または磁場を印加すると、配向膜が一定の方向性を持ちながら配向されるという事実を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、上記目的を達成するために、本発明は、基板を準備する工程と、液晶の初期配向のために、下記化学式（１）：

（式中、ｎは、正の整数）
で表される化合物を含有する配向膜を前記基板上に塗布する工程と、前記配向膜の配向方向を決定するために、前記配向膜が塗布された基板に電場または磁場を印加する工程とを含む液晶表示装置の配向膜形成方法である。

ここで、前記Ｒ_１は、アルキル基またはベンゼン環含有基であることが好ましく、前記Ｒ_２は、アミン含有基またはベンゼン環とエーテル基とを含有する基であることが好ましい。また、ｎは、好ましくは１０，０００以上、５００，０００以下である。

上記化学式（１）で表される化合物を含有する配向膜の配向方向は、電場の印加方向と同一であり、磁場の印加方向とは垂直となる。したがって、電場は、前記配向膜の配向方向と同一方向に印加することが好ましく、磁場は、前記配向膜の配向方向と垂直方向に印加することが好ましい。

前記電場または磁場の印加は、前記配向膜の配向方向に応じて、電場または磁場の印加方向をｘ軸に水平、垂直または対角方向（斜め方向）に変更して行うことができる。この場合、前記電場または磁場の印加方向の変更は、配向膜が塗布された基板を固定し、電場または磁場印加装置を回転させて行ってもよく、電場または磁場印加装置を固定し、配向膜が塗布された基板を回転させて行ってもよい。

前記配向膜を塗布する工程及び電場または磁場を印加する工程を連続工程とすることが、工程時間の短縮のために好ましい。

前記電場または磁場を印加する工程後に、配向膜を硬化させる工程をさらに含むことができる。

また、本発明は、下部基板及び上部基板と、前記両基板間に形成された液晶層と、前記両基板のうち少なくとも一方の基板上に形成され、上記化学式（１）で表される化合物を含有する配向膜とを備えてなる液晶表示装置である。

本発明によれば、電場または磁場を用いて配向膜の配向方向を決定するため、基板への物理的接触が不要となり、ラビング配向法で生じる光の漏れを防止することが可能になる。

また、基板への物理的接触が要求されないため、ガラス基板、プラスチック基板の外に、フレキシブル基板も適用可能である。

また、配向膜を塗布する工程及び電場または磁場を印加する工程を連続工程とするため、工程時間が短縮される。

また、電場または磁場印加装置の回転により、配向膜の配向方向を自由に変更することが可能になる。

以下、添付の図面に基づき、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

実施の形態１
図４Ａ乃至図４Ｃは、本発明の実施の形態１による液晶表示装置の配向膜形成方法の概略を示す工程図で、電場を印加して配向膜を形成する方法を示している。

まず、図４Ａに示すように、基板１００を準備する。

基板１００は、液晶表示装置用の一基板であり、その上に薄膜トランジスタが形成された薄膜トランジスタ基板であってもよく、その上にカラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板であってもよい。ただし、この薄膜トランジスタ基板またはカラーフィルタ基板は、液晶表示装置のモードによってその上に形成される構成要素が異なる。

すなわち、基板１００が、いわゆるＴＮ（Twisted Nematic）モード液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板であれば、透明基板上に互いに交差して形成されて画素領域を画定するゲート線及びデータ線と、これらゲート線及びデータ線の交差領域にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を備える薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタのドレイン電極と連結されるように画素領域に形成される画素電極とが備えられる。

また、基板１００が、いわゆるＩＰＳ（In-plane switching）モード液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板であれば、透明基板上に互いに交差して形成されて画素領域を画定するゲート線及びデータ線と、これらゲート線及びデータ線の交差領域にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を備える薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタのドレイン電極と連結されるように画素領域に形成される画素電極と、画素電極と平行に形成される共通電極とが備えられる。

また、基板１００が、いわゆるＴＮモード液晶表示装置用カラーフィルタ基板であれば、透明基板上に光の漏れを防止するように形成された遮光層と、この遮光層上に形成される緑色／赤色／青色のカラーフィルタ層と、このカラーフィルタ層上に形成される共通電極とが備えられる。

また、基板１００が、いわゆるＩＰＳモード液晶表示装置用カラーフィルタ基板であれば、透明基板上に光の漏れを防止するように形成された遮光層と、この遮光層上に形成される緑色／赤色／青色のカラーフィルタ層と、基板平坦化のためにカラーフィルタ層上に形成されるオーバーコート層とが備えられる。

また、基板１００上に形成される構成要素の材質や形成方法などは、当業者にとって自明な範囲内で様々に変更可能である。

例えば、透明基板としては、ガラス基板、プラスチック基板の他に、フレキシブル（flexible）基板を使用することができる。

すなわち、従来のラビング配向法では、ラビングロールと基板との物理的接触のためにフレキシブル基板を使用するのには限界があった。一方、本発明の方法は、後述するように、電場を用いるので、物理的接触が発生しない。そのため、本発明ではフレキシブル基板を使用するのに何ら問題がない。

その後、図４Ｂに示すように、基板上に配向膜２００を塗布する。

配向膜２００は、下記の化学式（１）：

（式中、ｎは整数）
で表される化合物を含有する。

上記化学式（１）で表される化合物は、下記化学式（２）：

で表されるジアミンと、下記化学式（３）：

で表されるジエポキシドとの反応により形成されることが好ましい。

ここで、Ｒ_１は、アルキル基またはベンゼン環含有基が好ましい。

このベンゼン環含有基は、

からなる群より選ばれた基でありうる。

また、Ｒ_２は、アミン含有基またはベンゼン環とエーテル基とを含有する基であることが好ましい。

このアミン含有基は、

からなる群より選ばれた基でありうる。

ベンゼン環とエーテル基とを含有する基は、

からなる群より選ばれた基でありうる。

その後、図４Ｃに示すように、配向膜２００の配向方向を決定するために、電場印加装置３００を用いて配向膜２００が塗布された基板１００に電場を印加する。

電場印加装置３００は、配向膜２００が塗布された基板１００を間において陽極部３１０と陰極部３２０とが対向して配置され、矢印方向、つまり陽極部３１０から陰極部３２０の方向に電場Ｅが印加される。同図では陽極部３１０及び陰極部３２０がそれぞれ基板１００と接触していない場合が例示されているが、陽極部３１０及び陰極部３２０が基板１００の両側壁に接触しているものが、電場の強さ面では好ましい。

ここで、電場方向に配向膜２００が配向されるので、電場の印加方向は、配向膜２００の配向方向と同一方向に印加することが好ましい。

したがって、配向膜２００の配向方向がｘ軸に平行な場合には、図５Ａに示すように、電場をｘ軸に平行方向に印加すればよく、配向膜２００の配向方向がｘ軸に垂直な場合には、図５Ｂに示すように、電場をｘ軸に垂直方向に印加すればよく、配向膜２００の配向方向が斜めになる場合には、図５Ｃに示すように、電場を対角方向（斜め方向）に印加すればよい。

ここで、図５Ａ乃至図５Ｃのように電場の印加方向を変更するためには、電場印加装置３００を回転させるか、または基板１００を回転させればよい。

一方、図４Ｂの配向膜２００を塗布する工程及び図４Ｃの電場を印加する工程を連続工程とすることが、工程時間の短縮のために好ましい。

また、図示していないが、上記の電場印加工程後に配向膜の硬化を行うことができる。この硬化は、ヒーターから熱を加えて行うと好ましい。

実施の形態２
図６Ａ乃至図６Ｃは、本発明の他の実施形態による液晶表示装置の配向膜形成方法の概略を示す工程図で、磁場を印加して配向膜を形成する方法を示している。

まず、図６Ａに示すように、基板１００を準備する。

基板１００上には、上記の実施の形態１と同様に、液晶表示装置のモードによって多様な構成要素が形成され、基板としては、ガラス基板の他に、フレキシブル（flexible）基板及びプラスチック基板のような透明基板を使用するとよい。

その後、図６Ｂに示すように、基板上に配向膜２００を塗布する。

ここで、配向膜２００は上記の実施の形態１と同じ種類のものを使用する。

その後、図６Ｃに示すように、配向膜２００の配向方向を決定するために、磁場印加装置４００，５００を用いて配向膜２００が塗布された基板１００に磁場Ｂを印加する。

磁場印加のための磁場印加装置は、図６Ｃの（ｉ）に示すように、配向膜２００が塗布された基板１００を間においてコイル４２０の巻かれた一対の電磁石４００が対向して配置されたもの、または、図６Ｃの（ｉｉ）に示すように、配向膜２００が塗布された基板１００を囲むように形成された馬蹄形磁石５００を備えるものを使用することができるが、これらに限定されるものではない。なお、図６Ｃ（ｉ）及び（ｉｉ）いずれの場合にも、磁場Ｂが矢印方向に印加される。

前述の実施の形態１では、電場印加時に電極部を基板に接触させることが好ましく、よって、電極部を基板に接触するための工程をさらに行う必要があるが、本実施の形態２では、磁場印加時に基板と接触させる必要がなく、その接触工程が省かれるので、工程が短縮され生産性面において有利となる。

ここで、磁場印加方向と垂直方向に配向膜２００が配向されるので、磁場の印加方向は、配向膜２００の配向方向と垂直方向にすることが好ましい。

また、磁場の印加方向を変更するためには、磁場印加装置を回転させてもよく、基板１００を回転させてもよい。

図６Ｂの配向膜２００を塗布する工程及び図６Ｃの電場を印加する工程を連続工程とすることが、工程時間の短縮のために好ましい。

また、図示していないが、上記の磁場印加工程後に配向膜の硬化を行うことができる。

実施の形態３
図７は、本発明の一実施形態による液晶表示装置を概略的に示す断面図である。

図７に示すように、本発明による液晶表示装置は、下部基板１００ａ及び上部基板１００ｂと、両基板１００ａ，１００ｂの間に形成された液晶層６００と、両基板１００ａ，１００ｂ上にそれぞれ形成され、下記化学式（１）：

（式中、ｎは、正の整数）
で表される化合物を含有する配向膜２００ａ，２００ｂとを備えてなる。同図では、両基板１００ａ，１００ｂのそれぞれに配向膜２００ａ，２００ｂが形成されているが、いずれか一方の基板にのみ配向膜が形成されてもよい。

これら下部基板１００ａ及び上部基板１００ｂの構造は、前述したように、ＴＮモードまたはＩＰＳモードなどの液晶表示装置のモードによって適宜に変更可能である。

この化学式（１）は、前述したものと同一である。

以上、具体的な実施の形態を挙げて本発明を説明してきたが、これら具体例に限定されず、本発明は、当業者とって自明な範囲内で様々に変更して実施可能である。

一般の液晶表示装置の分解斜視図である。従来のラビング配向法における問題点を説明するための図である。従来のラビング配向法における問題点を説明するための図である。本発明の一実施形態による液晶表示装置の配向膜形成工程を示す図である。本発明の一実施形態による液晶表示装置の配向膜形成工程を示す図である。本発明の一実施形態による液晶表示装置の配向膜形成工程を示す図である。本発明の一実施形態における電場印加工程を示す概略図である。本発明の一実施形態における電場印加工程を示す概略図である。本発明の一実施形態における電場印加工程を示す概略図である。本発明の他の実施形態による液晶表示装置の配向膜形成工程を示す図である。本発明の他の実施形態による液晶表示装置の配向膜形成工程を示す図である。本発明の他の実施形態による液晶表示装置の配向膜形成工程を示す図である。本発明の一実施形態による液晶表示装置を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１００基板、２００配向膜、３００電場印加装置、３１０陽極部、３２０陰極部、４００電磁石、４２０コイル、５００馬蹄形磁石、６００液晶層

Claims

基板を準備する工程と、
液晶の初期配向のために、下記化学式（１）：

（式中、ｎは正の整数）
で表される化合物を含有する配向膜を前記基板上に塗布する工程と、
前記配向膜の配向方向を決定するために、前記配向膜が塗布された基板に電場または磁場を印加する工程と
を含む液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記化学式（１）で表される化合物は、下記化学式（２）：

で表されるジアミンと、下記化学式（３）：

で表されるジエポキシドとの反応により形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記Ｒ_１は、アルキル基またはベンゼン環含有基であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記ベンゼン環含有基は、

からなる群より選ばれた基であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記Ｒ_２は、アミン含有基またはベンゼン環とエーテル基とを含有する基であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記アミン含有基は、

からなる群より選ばれた基であることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記ベンゼン環とエーテル基とを含有する基は、

からなる群より選ばれた基であることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記電場を印加する工程は、前記配向膜の配向方向と同一方向に電場を印加することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記磁場を印加する工程は、前記配向膜の配向方向と垂直方向に磁場を印加することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記磁場を印加する工程は、電磁石装置を用いて行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記磁場を印加する工程は、馬蹄形磁石装置を用いて行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記電場または磁場の印加は、前記配向膜の配向方向に応じて、電場または磁場の印加方向をｘ軸に水平、垂直または対角方向（斜め方向）に変更して行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記電場または磁場の印加方向の変更は、前記配向膜が塗布された基板を固定し、電場または磁場印加装置を回転させて行うことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記電場または磁場の印加方向の変更は、電場または磁場印加装置を固定し、前記配向膜が塗布された基板を回転させて行うことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記配向膜を塗布する工程及び前記電場または磁場を印加する工程を連続工程とすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記電場または磁場を印加する工程後に、前記配向膜を硬化させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記基板を準備する工程は、透明基板上に互いに交差して形成されて画素領域を画定するゲート線及びデータ線と、前記ゲート線及びデータ線の交差領域に形成され、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を備える薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのドレイン電極と連結される画素電極とを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記基板を準備する工程は、透明基板上に互いに交差して形成されて画素領域を画定するゲート線及びデータ線と、前記ゲート線及びデータ線の交差領域に形成され、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を備える薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのドレイン電極と連結される画素電極と、前記画素電極と平行に形成される共通電極とを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記基板を準備する工程は、透明基板上に光の漏れを防止する遮光層と、前記遮光層上に形成された緑色／赤色／青色のカラーフィルタ層と、前記カラーフィルタ層上に形成された共通電極とを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記基板を準備する工程は、透明基板上に光の漏れを防止する遮光層と、前記遮光層上に形成された緑色／赤色／青色のカラーフィルタ層と、前記カラーフィルタ層上に形成されたオーバーコート層とを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
前記基板は、プラスチック基板またはフレキシブル基板であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
下部基板及び上部基板と、
前記両基板間に形成された液晶層と、
前記両基板のうち少なくとも一方の基板上に形成され、下記化学式（１）：

（式中、ｎは、正の整数）
で表される化合物を含有する配向膜と
を備えてなる液晶表示装置。
前記化学式（１）で表される化合物は、下記化学式（２）：

で表されるジアミンと、下記化学式（３）：

で表されるジエポキシドとの反応により形成されることを特徴とする請求項２２に記載の液晶表示装置。
前記Ｒ_１は、アルキル基またはベンゼン環含有基であることを特徴とする請求項２２または２３に記載の液晶表示装置。
前記ベンゼン環含有基は、

からなる群より選ばれた基であることを特徴とする請求項２４に記載の液晶表示装置。
前記Ｒ_２は、アミン含有基またはベンゼン環とエーテル基とを含有する基であることを特徴とする請求項２２または２３に記載の液晶表示装置。
前記アミン含有基は、

からなる群より選ばれた基であることを特徴とする請求項２６に記載の液晶表示装置。
前記ベンゼン環とエーテル基とを含有する基は、

からなる群より選ばれた基であることを特徴とする請求項２６に記載の液晶表示装置。