JP2006330601A - 液晶表示装置の製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】 光重合性成分を含む液晶組成物をガラス基板上に滴下する際に、意図しない露光による表示欠陥の発生を抑制する。
【解決手段】 光重合性成分を含む液晶組成物をディスペンサによるガラス基板上に滴下する際に、液晶組成物を保持するタンクおよび液晶組成物をノズルに供給する配管を遮光する。
【選択図】 図７

Description

本発明は一般に表示装置に係り、特に特に垂直配向モードの液晶表示装置の製造方法および製造装置に関する。

図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明者の提案になる、いわゆるＭＶＡ型とよばれる垂直配向型液晶表示装置１０の原理を示す。ただし図１（Ａ）は前記液晶表示装置１０に駆動電圧が印加されていない非駆動状態を、また図１（Ｂ）は前記液晶表示装置１０に駆動電圧が印加された駆動状態を示す。

図１（Ａ）を参照するに、液晶層１２がガラス基板１１Ａおよび１１Ｂの間に挟持されており、前記ガラス基板１１Ａおよび１１Ｂは、前記液晶層１２と共に液晶パネルを形成する。前記ガラス基板１１Ａおよび１１Ｂ上にはそれぞれ図示を省略した分子配向膜が形成されており、かかる分子配向膜の作用により、前記液晶層１２中の液晶分子は駆動電圧が印加されていない状態では前記液晶層１２に略垂直な方向に配向する。この状態においては、前記液晶表示装置に入射した光ビームは液晶層中において実質的に偏光面が回転されることがなく、従って図１（Ａ）の非駆動状態では、前記液晶パネルの上下にポラライザおよびアナライザを直交ニコル状態で配設した場合、前記ポラライザを通過して液晶層１２に入射した光ビームは、前記アナライザにおいて遮断される。

これに対して図１（Ｂ）の駆動状態では、液晶分子は印加電界の作用によりチルトしており、従って前記液晶層に入射した光ビームにおいては偏光面の回転が生じる。その結果前記ポラライザを通過して前記液晶層１２に入射した光ビームは前記アナライザを通過する。

さらに図１（Ａ），（Ｂ）の液晶表示装置１０においては、非駆動状態から駆動状態への遷移の際に、液晶分子がチルトする方向を規制し、応答速度を向上させるために、前記ガラス基板１１Ａおよび１１Ｂ上に、凸パターン１３Ａ，１３Ｂを、相互に平行に延在するように形成している。

かかる凸パターン１３Ａ．１３Ｂを形成することにより、液晶表示装置１０の応答速度が向上すると同時に、液晶層中に液晶分子のチルトする方向が異なる複数のドメインが形成され、その結果液晶表示装置の視野角が大きく改善される。
特開２００２−１０７７３０号公報 特開２００２−３５７８３０号公報

図２は、前記図１（Ａ），（Ｂ）の構成をもとにしたアクティブマトリクス駆動型液晶表示装置の概略的構成を示す。

図２を参照するに、多数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）および前記ＴＦＴに協働する透明画素電極を担持するＴＦＴガラス基板３１Ａと、前記ＴＦＴ基板３１Ａ上に形成され対向電極を担持する対向ガラス基板３１Ｂとよりなり、前記基板３１Ａと３１Ｂとの間には液晶層３１が、シール部材３１Ｃにより封入されている。図示の液晶表示装置では、前記透明画素電極を対応するＴＦＴを介して選択的に駆動することにより、前記液晶層３１中において前記選択された画素電極に対応して、液晶分子の配向を選択的に変化させる。さらに、前記ガラス基板３１Ａおよび３１Ｂの外側には、ポラライザ３１ａおよびアナライザ３１ｂが、直交ニコル状態で配設されている。また前記ガラス基板３１Ａおよび３１Ｂの内側には、図示を省略したが前記液晶層３１に接するように分子配向層が形成され、液晶分子の配向方向を非駆動状態において前記液晶層３１の面に略垂直になるように規制する。

前記液晶層３１としては、メルク社より市販されている負の誘電率異方性を有する液晶を使うことができ、また前記分子配向層としてはＪＳＲ社より提供される垂直配向膜を使用することができる。典型的な例では、前記基板３１Ａおよび３１Ｂは、前記液晶層３１の厚さが約４μｍになるように適当なスペーサを使って組み立てられる。

図３（Ａ）は図２の液晶表示装置３0の断面図を、図３（Ｂ）は前記ＴＦＴガラス基板３１Ａの一部を拡大して示す。

図３（Ａ）を参照するに、ＴＦＴ基板となる前記下側ガラス基板３１Ａ上には図示を省略したＴＦＴ３１Ｔに電気的に接続されて前記画素電極３４が形成されており、前記画素電極３４は配向膜３５により覆われる。同様に前記上側ガラス基板３１Ｂ上には一様な対向電極３６が形成され、前記対向電極３６は別の垂直配向膜３７により覆われる。また前記液晶層３３は、前記配向膜３５および３７に接した状態で、前記基板３１Ａおよび３１Ｂ間に挟持される。

図３（Ｂ）を参照するに、前記ガラス基板３１Ａ上には走査信号を供給される多数のパッド電極３３Ａおよびこれから延在する多数の走査電極３３と、画像信号を供給される多数のパッド電極３２Ａおよびこれから延在する多数の信号電極３２とが、走査電極３３の延在方向と信号電極３２の延在方向とが略直交するように形成されており、前記走査電極３３と前記信号電極３２との交点には、ＴＦＴ３１Ｔが形成されている。さらに、前記基板３１Ａ上には、各々のＴＦＴ３１Ｔに対応して透明画素電極３４が形成されており、各々のＴＦＴ３１Ｔは対応する走査電極３３上の走査信号により選択され、対応する信号電極３２上のビデオ信号により、協働するＩＴＯ等の透明画素電極３４を駆動する。

前記液晶表示装置３０は、前記透明画素電極３４に駆動電圧が印加されない非駆動状態においては液晶分子は前記液晶層３１の面に対して略垂直に配向するため、前記ポラライザ３１ａおよびアナライザ３１ｂの作用により表示は黒となるが、前記透明画素電極３４に駆動電圧が印加された駆動状態では、前記液晶分子は略水平配向となるため白表示が得られる。

図３（Ａ）に示すように、前記ガラス基板３１上の上部電極３６上には、レジスト膜などの樹脂をパターニングして形成された凸パターン３６Ａが形成されている。前記凸パターン３６Ａは図１（Ａ），（Ｂ）の凸パターン１３Ｂと同様な液晶分子のチルト作用を生じ、また前記カットアウトパターン３４Ａも、局所的な電界分布の変形を生じ、図１（Ａ）,（Ｂ）に示す凸パターン１３Ａと同様な液晶分子のチルト作用を生じる。

図４は、前記基板３１Ａ上に形成される一つの画素電極３４の構成を詳細に示す。

図４を参照するに、前記基板３１Ａ上には前記信号電極３２と走査電極３３とが交差して延在し、前記電極３２と３３との交点に対応して前記ＴＦＴ３１Ｔと、これに協働する画素電極３４とが形成されているのがわかる。また、図４中には、前記走査電極３３に平行に、補助容量電極３４Ｃ（Ｃｓ）が形成されている。

図４中、前記画素電極３４は梨地で示してあるが、前記画素電極３４は領域Ａ〜Ｄに分割されており、各々の領域上には、白抜きで示した微細なカットアウトパターン３４Ａが、互いに平行に延在するように形成されている。

このような、互いに平行に延在する微細なカットアウトパターン３４Ａは、前記液晶表示装置３０の駆動状態において、液晶層３１に印加される駆動電界を局所的に変調し、その結果、液晶層３１中の液晶分子は、前記液晶表示装置３０の駆動状態において、前記カットアウトパターン３４Ａの延在方向に倒れる。

前記画素電極３４では、前記液晶分子が倒れる方向が、画素電極中心に対して対称に配列された領域Ａ〜Ｄに対応して、画素電極中心に対して対称に規制され、このため、液晶表示装置３０の視野角特性が大きく改善される。

さらに、このようなＭＶＡ型液晶表示装置３０では、応答速度を向上させるのに、液晶表示装置３０の非駆動状態において前記配向膜３５，３７に接する液晶分子が、基板３１Ａ，３１Ｂに対して厳密に垂直方向ではなく、多少前記駆動状態において倒れる方向にプレチルトしているのが有効であり、このために従来、図５（Ａ）〜（Ｃ）で示すＰＳＡ（polymer-sustained alignment）技術が提案されている。

図５（Ａ）を参照するに、前記液晶層３１は液晶分子３１Ｌを含んでいるが、その他に、光硬化性樹脂組成物（モノマーやオリゴマー）３１Ｍを含んでいることに注意すべきである。

図５（Ａ）の非駆動状態では、液晶分子３１Ｌは前記配向膜３５，３７の作用により、前記基板３１Ａ，３１Ｂに対して実質的に垂直に配向しているが、前記ＰＳＡ技術においては、図５（Ｂ）の工程において前記電極３４および３６間に駆動電圧を印加することにより、前記液晶分子３１Ｌは、所望の配向方向に倒される。

ＰＳＡ技術では、この状態で前記液晶層３１に紫外光を照射し、前記光硬化性樹脂組成物３１Ｍを重合させ、前記液晶層３１中にポリマネットワークを形成する。

このように液晶層３１中にポリマネットワークを形成しておくと、図５（Ｃ）に示すように駆動電圧の印加を停止した後も、前記ポリマネットワークの作用で、液晶分子３１Ｌは、所望の方向にわずかな角度だけ倒れ、プレチルトを形成する。

一般に液晶表示装置は、対向する一対のガラス基板を、シール部材を介して接合した後、間のギャップを真空に引き、これに液晶を注入することで形成される。

一方、近年では、ガラス基板の周囲にシール部材を枠状に形成し、前記ガラス基板とシール部材とで画成される領域中に所定量の液晶を滴下し、さらに真空中において対向ガラス基板を、前記ガラス基板に前記シール部材において張り合わせることにより、液晶パネルを組み立てる技術が注目されている。このような技術を使うことにより、例えば図３（Ａ）のように対向基板３１Ｂ上に配向規制構造物３６Ａのような大きな構造物が多数形成されているような場合でも、液晶層を迅速に、かつ均一に注入することが可能である。

一方、特にＰＳＡ技術を使った液晶表示装置では、注入される液晶中に、先にも述べたように光硬化性樹脂組成物（モノマー）が含まれるため、注入の過程でこのようなモノマーやオリゴマーが反応した場合、図５（Ｃ）の光重合工程の前に液晶中にポリマーが析出してしまい、輝点などの欠陥が生じてしまう。さらに、滴下前の液晶中において前記モノマーあるいはオリゴマーに部分的な重合が生じた場合、液晶層３１中におけるポリマー濃度が不均一になり、表示ムラが現れてしまう。

一の側面によれば、本発明は、上記の課題を解決するため、第１の基板と第２の基板との間に挟持された液晶層を有する液晶表示装置の製造方法であって、光重合性成分を含有する液晶組成物を、前記第１の基板上に滴下して前記液晶層を形成する工程と、前記第１の基板上に前記第２の基板を装着し、前記液晶層を前記第１および第２の基板の間で挟持する工程と、を含み、前記液晶組成物の滴下工程は、前記液晶組成物を、前記光重合性成分に光重合を生じさせるような波長の光から遮蔽した状態で実行されることを特徴とする液晶表示装置の製造方法を提供する。

本発明によれば、ＰＳＡ技術を使って液晶層中の液晶分子の配向を規制する液晶表示装置の製造方法において、光硬化性樹脂組成物を含む液晶組成物の滴下時における露光が抑制され、意図しない露光に起因して生じる輝点や表示むらなどの欠陥の発生が効果的に抑制される。

［第1実施例］
図６は、本発明の第１実施例による液晶表示装置の製造工程の一部を示すフローチャートである。以下、図６のフローチャートを、図２の液晶表示装置３０の製造工程を例に説明する。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図６を参照するに、本実施例の液晶表示装置の製造工程は、ステップ１における液晶組成物のガラス基板３１Ａ上への滴下工程と、ステップ２における、真空中において行われる前記ガラス基板３１Ａ上への対向ガラス基板３１Ｂの装着および貼り付け工程と、先に図５（Ａ）〜（Ｃ）で説明した紫外光照射工程とよりなる。

図７は、前記ステップ１のガラス基板３１Ａ上への液晶組成物滴下工程の概要を示す。

図７を参照するに、前記ガラス基板３１Ａのうち、シール部材３１Ｃより内側の領域には、ディスペンサ１００により、液晶組成物が滴下される。ここで液晶組成物は、後でＰＳＡ技術を適用することを念頭に、負の誘電率異方性を有する液晶組成物に、光重合性成分として、例えばアクリル系モノマーを０．３ｗｔ％の割合で添加されている。なお、前記ガラス基板３１Ａは、先に図３（Ａ），（Ｂ）でも説明したように、ＴＦＴ３１Ｔが形成されているＴＦＴ基板であり、画素電極３４や配向膜３５が既に形成されている。

前記ディスペンサ１００は、滴下ノズル１０１と、前記滴下ノズル１０１に連続するシリンジ１０１Ａと、前記シリンジ１０１Ａに協働するプランジャ１０１Ｂとを、金属などよりなるディスペンサ本体１００Ａ内に備え、前記シリンジ１０１Ａには液晶タンク１０２中の液晶が、配管１０３およびバルブ１０３Ａ，１０３Ｂを介して供給される。ここでバルブ１０３Ａは前記配管１０３とシリンジ１０１Ａの間の連通を制御し、バルブ１０３Ｂはシリンジ１０１Ａとノズル１０１の間の連通を制御する。

さらに前記ディスペンサ１００中には、モータ１０４で駆動されるスクリューロッド１０４Ａが設けられており、前記スクリューロッド１０４Ａは前記プランジャ１０１Ｂに機械的に結合されて、前記モータ１０４の回動に応じて前記プランジャ１０１Ｂを駆動する。さらに、図７の構成では、前記モータ１０４を駆動するのにコントローラ１０５が設けられている。

そこで、前記バルブ１０３Ｂを閉鎖してバルブ１０３Ａを開放し、さらに前記モータ１０４により前記プランジャ１０１Ｂを引き上げると前記タンク１０２中の液晶組成物が前記シリンジ１０１Ａ中に取り込まれ、さらに前記バルブ１０３Ａを閉じバルブ１０３Ｂを開いた状態で前記プランジャ１０１Ｂを下降させることにより、前記シリンジ１０１Ａ中の液晶組成物が前記滴下ノズル１０１を介して前記ガラス基板３１Ｂ上の前記シール部材３１Ｃにより囲まれた領域に、所定量滴下される。

ここで一般に液晶タンク１０２あるいは配管１０３は透明なプラスチックで形成されることが多いが、本実施例では液晶組成物が光重合性成分を含んでいるため、タンク内あるいは配管内での光重合を抑制するため、図７の装置では、前記液晶タンク１０２および配管１０３をアルミ箔１０７により、連続的に覆っている。

このような滴下装置を使うことにより、図６の工程Ｓ１において、前記ガラス基板３１Ａ上に滴下される液晶組成物中に添加された光重合性成分が、滴下された時点において部分的にでも光重合を生じることはない。

次に図６のステップ２において、図８に示すように、対向ガラス基板３１Ｂが前記ガラス基板３１Ａに対向して配設され、これを前記ガラス基板３１Ａ上のシール部材３１Ｃに接合する。これにより、前記ガラス基板３１Ａとガラス基板３１Ｂとの間に液晶層３１が封入された液晶パネルが得られる。ここで、前記ガラス基板３１B上には、前記対向電極３６および分子配向膜３７、さらに配向規制構造物３６Ａが形成されている。ただし、前記図８の接合工程は、液晶層３１中に気泡が導入されないように、真空中において実行される。

さらに図６のステップ３において、前記対向電極３６および画素電極３４の間に駆動電圧が印加され、この状態で５（Ｂ）の工程と同様に前記液晶層３１に紫外光照射を行うことにより、所望のプレチルトを、液晶分子に誘起することが可能になる。

このような手順により、輝点などの光学的な欠陥のない高い表示品位の液晶表示装置をいえることができる。

なお、図７のディスペンサにおいて、前記液晶タンク１０２および配管１０３を覆うのに、遮光テープを使うことも可能である。

［第２実施例］
図９は、本発明の第２実施例によるディスペンサ２００の構成を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図９を参照するに、本実施例では、液晶タンク１０２がアルミニウムなど金属製のホルダ１０８に格納されており、配管１０３は、アルミ箔やテープなどの遮光カバー１０９により覆われている。これにより、液晶タンク１０２あるいは配管中の液晶組成物が、ガラス基板３１Ａ上への滴下に先立って露光されるのが回避される。

さらに図９の実施例では、前記アルミニウム製ホルダ１０８中に窓１０８が形成されており、前記窓１０８には、波長が４００ｎｍ以下の紫外光成分をカットするアクリル樹脂板が設けられている。

かかる構成によれば、前記液晶タンク１０２中の液晶の残量を、前記窓を介して液面を観察することにより知ることが可能で、生産ラインにおいて生産性を向上させることが可能になる。

［第３実施例］
図１０は、本発明の第３実施例によるディスペンサ３００の構成を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１０を参照するに、本実施例では液晶タンク１０２として、褐色の半透明ガラス瓶を使う。このような褐色ガラス瓶は波長が４００ｎｍ以下の紫外光成分をカットするため、内部の液晶組成物中の光重合性成分が露光されることはない。

また前記配管１０３は、アルミ箔やテープなどの遮光カバー１０９により覆われており、このため、液晶タンク１０２あるいは配管中の液晶組成物が、ガラス基板３１Ａ上への滴下に先立って露光されることはない。

図１０の構成では、タンク１０２中の液晶組成物の残量が目視できるため、生産ラインにおいて生産性を向上させるのに有効である。

以上、本発明を図３（Ａ）に示す液晶配向規制物３６Ａおよび図４に示すマルチドメイン画素電極３４を使った液晶表示装置の製造を例に説明したが、本発明は図５（Ａ）〜（Ｃ）で説明したＰＳＡ技術を使った液晶表示装置の製造に広く使うことができる。

本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。

ＭＶＡ型液晶表示装置の原理を説明する図である。 関連技術によるＭＶＡ型液晶表示装置の構成を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図２のＭＶＡ型液晶表示装置の構成を示す図である。 図２の液晶表示装置で使われる画素電極の例を示す図である。 関連技術による液晶表示装置の製造工程を示す図である。 本発明の第１実施例による液晶表示装置の製造工程を示すフローチャートである。 図６の工程のうち、液晶滴下工程を示す図である。 図６の工程のうち、パネル組み立て工程を示す図である。 本発明の第２実施例を示す図である。 本発明の第３実施例を示す図である。

符号の説明

１０，３０ 液晶表示装置
１１Ａ，１１Ｂ ガラス基板
１２ 液晶層
１３Ａ，１３Ｂ，３６Ａ 配向規制構造物
３１ 液晶層
３１Ａ ＴＦＴ基板
３１Ｂ 対向基板
３１Ｃ シール部材
３１Ｌ 液晶分子
３１Ｍ 光重合性成分
３１ａ，３１ｂ 偏光板
３２ データバスライン
３３ ゲートバスライン
３３Ｃ 蓄積容量バスライン
３４ 画素電極
３４Ａ スリット
３５，３７ 配向膜
３６ 対向電極

Claims (7)

1. 第１の基板と第２の基板との間に挟持された液晶層を有する液晶表示装置の製造方法であって、
   光重合性成分を含有する液晶組成物を、前記第１の基板上に滴下して前記液晶層を形成する工程と、
   前記第１の基板上に前記第２の基板を装着し、前記液晶層を前記第１および第２の基板の間で挟持する工程と、を含み、
   前記液晶組成物の滴下工程は、前記液晶組成物を、前記光重合性成分に光重合を生じさせるような波長の光から遮蔽した状態で実行されることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 前記液晶組成物の滴下工程は、前記液晶組成物を、波長が約４００ｎｍ以下の光から遮蔽した状態で実行されることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
3. 前記液晶組成物の滴下工程は、前記液晶組成物を保持する液晶タンクと、前記液晶組成物を前記液晶タンクから供給する配管と、前記配管から供給された液晶組成物を滴下するディスペンサとよりなる滴下装置により実行され、その際、少なくとも前記液晶タンクおよび前記配管を、光学的に遮蔽することを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示装置の製造方法。
4. 前記液晶タンクおよび配管は、遮光部材により覆われることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置の製造方法。
5. 前記液晶組成物の滴下工程は、前記液晶組成物を保持する液晶タンクと、前記液晶組成物を前記液晶タンクから供給する配管と、前記配管から供給された液晶組成物を滴下するディスペンサとよりなる滴下装置により実行され、その際、前記液晶タンクは、波長が４００ｎｍ以下の光成分を遮断する材料よりなることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置の製造方法。
6. 前記液晶表示装置は垂直配向型液晶表示装置であり、前記第１の基板上に凸構造を有することを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置の製造方法。
7. 前記液晶表示装置は、前記第２の基板上に複数の画素電極を担持し、各々の画素電極は複数のドメインに分割されていることを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置の製造方法。
   

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