JP2007108371A - 液晶パネル、液晶パネルの製造方法および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液晶パネル1は、TFT基板17と、TFT基板17に対向する液晶パネル用対向基板12と、TFT基板17に接合された無機配向膜3と、液晶パネル用対向基板12と、液晶パネル用対向基板12に接合された無機配向膜4と、無機配向膜3と無機配向膜4との空隙に封入された液晶分子を含有する液晶層2とを有している。そして、各無機配向膜3、4の封止部5と重なる領域には、細孔30、40内を満たし、かつ表面を覆うように、無機配向膜3、4との親和性の高い第1の官能基と、封止部5との親和性の高い第2の官能基とを有する化合物を含む充填物6が充填されている。
【選択図】図2
Description
これらの垂直配向タイプの液晶表示素子に用いられる垂直配向膜としては、例えば液晶テレビにはポリイミド等の有機配向膜が用いられている。また、液晶プロジェクタには、無機配向膜が多用されている。
しかしながら、封止材には、広く、有機材料を主成分とする接着剤を用いる。このため、配向膜が無機配向膜である場合、封止材と配向膜との接着強度や密着性が低く、これらの界面から水分等が侵入し易くなる。そして、水分が液晶層に侵入すると、液晶分子が変質・劣化し、その結果、液晶パネルに表示不良が発生するという問題がある。
本発明の液晶パネルは、一対の基板と、
前記各基板の対向する面側に設けられ、複数の細孔を有する無機配向膜と、
前記無機配向膜同士の間に設けられた液晶層と、
前記無機配向膜同士の間であって、前記無機配向膜の外周部に沿って設けられ、前記液晶層を封止する封止部とを有し、
前記各無機配向膜の前記封止部と重なる領域に、前記細孔内を満たし、かつ表面を覆うように、前記無機配向膜との親和性の高い第1の官能基と、前記封止部との親和性の高い第2の官能基とを有する化合物を含む充填物を充填してなることを特徴とする。
本発明によれば、封止部と無機配向膜との界面や、無機配向膜の細孔を介して、水分等が液晶層に侵入するのを防止することができ、これにより、耐久性に優れる液晶パネルが得られる。
これにより、充填物を介した無機配向膜と封止部との密着性をより向上させることができる。
本発明の液晶パネルでは、前記無機配向膜は、SiO2またはAl2O3を主材料として構成され、
前記第1の官能基は、アルキルシリル基または水酸基であることが好ましい。
これらの官能基は、無機配向膜に存在する水酸基との反応性が高く、充填物と無機配向膜との密着性の向上を図ることができる。
斜方蒸着膜による無機配向膜は、特に、細孔が高密度で存在するため、かかる無機配向膜を備える液晶パネルに、本発明を適用すれば、水分等の液晶層への侵入防止効果がより顕著に発揮される。
本発明の液晶パネルでは、前記第2の官能基は、前記封止部と共有結合を形成する基であることが好ましい。
これにより、充填物を介した無機配向膜と封止部との密着性をより向上させることができる。
前記第2の官能基は、前記重合性基と重合する基であることが好ましい。
これにより、充填物と封止部との密着性の向上を図ることができる。
本発明の液晶パネルでは、前記充填物中の前記化合物の含有量は、50wt%以上であることが好ましい。
充填物において前記化合物の含有量(含有率)をこの範囲とすることにより、封止部の構成材料の種類や前記化合物の種類等によらず、封止部と充填物との十分な密着性が得られる。
かかる分子量の化合物は、常温で液状または比較的低温で液状となるため、取り扱い易く、また、各種溶媒に対する溶解性が高い。このため、液晶パネルの製造工程で使用する充填物組成物の調製や、その取り扱いが容易となる。
一方の面側に、前記無機配向膜を有する基板を一対用意する第1の工程と、
前記各無機配向膜の外周部において、その細孔内を満たし、かつ表面を覆うように、前記無機配向膜との親和性の高い第1の官能基と、前記封止部との親和性の高い第2の官能基とを有する化合物を含む充填物を充填する第2の工程と、
前記各無機配向膜の前記充填物が充填された領域内に、前記封止部を形成するための液状の封止材を供給する第3の工程と、
前記一対の基板を、これらの間に間隙が形成されるように、前記封止材同士を接触させて配置した後、前記封止材を硬化させる第4の工程と、
前記間隙に液晶組成物を注入して、前記液晶層を形成する第5の工程と、
前記液晶組成物を注入するのに用いた注入口を封止する第6の工程とを有することを特徴とする。
これにより、封止部と無機配向膜との界面や、無機配向膜の細孔を介して、水分等が液晶層に侵入するのを防止することができる液晶パネル、すなわち、耐久性に優れる液晶パネルを製造することができる。
このような方法、すなわち、液相プロセスを用いることにより、充填物の細孔への充填率をより向上させることができる。
これにより、無機配向膜の細孔のより奥深くにまで、十分な量の充填物を充填することができる。
本発明の電子機器は、本発明の液晶パネルを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
図1は、本発明の液晶パネルの実施形態を模式的に示す縦断面図、図2は、図1に示す液晶パネルの外周部付近を拡大して示す縦断面図である。なお、図1では、配線等の記載は省略した。また、以下の説明では、図1および図2中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
マイクロレンズ基板11は、凹曲面を有する複数(多数)の凹部(マイクロレンズ用凹部)112が設けられたマイクロレンズ用凹部付き基板111と、かかるマイクロレンズ用凹部付き基板111の凹部112が設けられた面に樹脂層(接着剤層)115を介して接合された表層114とを有している。
マイクロレンズ用凹部付き基板111は、平板状の母材(透明基板)より製造され、その表面には、複数(多数)の凹部112が形成されている。
凹部112は、例えば、マスクを用いた、ドライエッチング法、ウェットエッチング法等により形成することができる。
前記母材の熱膨張係数は、ガラス基板171の熱膨張係数とほぼ等しいもの(例えば両者の熱膨張係数の比が1/10〜10程度)であることが好ましい。これにより、得られる液晶パネル1では、温度が変化したときに二者の熱膨張係数が違うことにより生じるそり、たわみ、剥離等が防止される。
特に、後述するTFT基板17には、製造時の環境により特性が変化しにくい石英ガラスが好ましく用いられる。このため、これに対応させて、マイクロレンズ用凹部付き基板111を石英ガラスで構成することが好ましい。これにより、そり、たわみ等の生じにくい、安定性に優れた液晶パネル1を得ることができる。
凹部112内には、樹脂層115の構成材料が充填されることにより、マイクロレンズ113が形成されている。
樹脂層115は、例えば、マイクロレンズ用凹部付き基板111の構成材料の屈折率よりも高い屈折率の樹脂(接着剤)で構成することができ、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリルエポキシ系のような紫外線硬化樹脂等で好適に構成することができる。
表層(ガラス層)114は、例えばガラスで構成することができる。この場合、表層114の熱膨張係数は、マイクロレンズ用凹部付き基板111の熱膨張係数とほぼ等しいもの(例えば両者の熱膨張係数の比が1/10〜10程度)とすることが好ましい。これにより、マイクロレンズ用凹部付き基板111と表層114の熱膨張係数の相違により生じるそり、たわみ、剥離等が防止される。このような効果は、マイクロレンズ用凹部付き基板111と表層114とを同種類の材料で構成すると、より効果的に得られる。
なお、表層(バリア層)114は、例えばセラミックスで構成することもできる。なお、セラミックスとしては、例えば、AlN、SiN、TiN、BN等の窒化物系セラミックス、Al2O3、TiO2等の酸化物系セラミックス、WC、TiC、ZrC、TaC等の炭化物系セラミックスなどが挙げられる。
表層114をセラミックスで構成する場合、表層114の平均厚さは、特に限定されないが、20nm〜20μm程度とすることが好ましく、40nm〜1μm程度とすることがより好ましい。
なお、このような表層114は、必要に応じて省略することができる。
透明導電膜14は、導電性を有し、例えば、インジウムティンオキサイド(ITO)、インジウムオキサイド(IO)、酸化スズ(SnO2)等で構成されている。
TFT基板17は、液晶層2が含有する液晶分子を駆動(配向制御)する基板であり、ガラス基板171と、かかるガラス基板171上に設けられ、マトリックス状(行列状)に配設された複数(多数)の画素電極172と、各画素電極172に対応する複数(多数)の薄膜トランジスタ(TFT)173とを有している。
画素電極172は、透明導電膜(共通電極)14との間で充放電を行うことにより、液晶層2の液晶分子を駆動する。この画素電極172は、例えば、前述した透明導電膜14と同様の材料で構成されている。
TFT基板17の外表面(図1中上面)側には、偏光膜(偏光板、偏光フィルム)7が配置されている。同様に、液晶パネル用対向基板12の外表面(図1中下面)側には、偏光膜(偏光板、偏光フィルム)8が配置されている。
偏光膜としては、例えば、上記材料で構成された膜を一軸方向に延伸したものを用いることができる。
このような偏光膜7、8を配置することにより、通電量の調節による光の透過率の制御をより確実に行うことができる。
偏光膜7、8の偏光軸の方向は、通常、無機配向膜3、4の配向方向(本実施形態では、電圧印加時)に応じて決定される。
本実施形態では、TFT基板17と無機配向膜3とにより第1の電子デバイス用基板が構成され、液晶パネル用対向基板12と無機配向膜4とにより、第2の電子デバイス用基板が構成される。
液晶分子としては、例えば、フェニルシクロヘキサン誘導体、ビフェニル誘導体、ビフェニルシクロヘキサン誘導体、ターフェニル誘導体、フェニルエーテル誘導体、フェニルエステル誘導体、ビシクロヘキサン誘導体、アゾメチン誘導体、アゾキシ誘導体、ピリミジン誘導体、ジオキサン誘導体、キュバン誘導体、さらに、これらの誘導体に、フルオロ基、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基などのフッ素系置換基を導入したもの等が挙げられる。
なお、後述するように、無機配向膜3、4を用いた場合、液晶分子は垂直配向し易くなるが、垂直配向に適する液晶分子としては、例えば、下記化1〜化3で表される化合物等が挙げられる。
なお、これらの無機配向膜3、4の構成については、後に詳述する。
このような液晶パネル1では、通常、1個のマイクロレンズ113と、かかるマイクロレンズ113の光軸Qに対応したブラックマトリックス13の1個の開口131と、1個の画素電極172と、かかる画素電極172に接続された1個の薄膜トランジスタ173とが、1画素に対応している。
このとき、マイクロレンズ基板11の入射側に偏光膜8が設けられているため、入射光Lが液晶層2を透過する際に、入射光Lは直線偏光となっている。
このように、液晶パネル1は、マイクロレンズ113を有しており、しかも、マイクロレンズ113を通過した入射光Lは、集光されてブラックマトリックス13の開口131を通過する。
さて、無機配向膜3、4は、それぞれ、図2に示すように、複数の細孔30、40を有する構造をなし、各細孔30、40の軸は、TFT基板17(液晶パネル用対向基板12)の上面(無機配向膜3、4が形成される面)に対して、傾斜した状態で一軸配向している。
このように、各細孔30、40が規則的に配列していることにより、無機配向膜3、4は、高い構造規則性を有している。
また、無機配向膜3、4が高い構造規則性を有することから、液晶分子の配向方向もより正確に一定方向(垂直方向)に揃うようになる。その結果、液晶パネル1の性能(特性)の向上を図ることができる。
このような無機配向膜3、4は、例えば、斜方蒸着膜、電子ビーム蒸着膜、マグネトロンスパッタ法やイオンビームスパッタ法により形成された膜等で構成することができるが、特に、斜方蒸着膜で構成するのが好ましい。斜方蒸着膜は、細孔30、40の配向性が高く、また、その形成を寸法精度高く行い得ることから好ましい。
無機配向膜3、4は、好ましくは無機酸化物を主材料として構成される。一般に、無機材料は、有機材料に比べて、優れた化学的安定性(光安定性)を有している。このため、無機配向膜3、4は、有機材料で構成された配向膜に比べ、特に優れた耐光性を有するものとなる。
このような無機酸化物としては、例えば、SiO2、SiOのようなシリコン酸化物、Al2O3、MgO、TiO、TiO2、In2O3,Sb2O3,Ta2O5、Y2O3、CeO2、WO3、CrO3、GaO3、HfO2、Ti3O5、NiO、ZnO、Nb2O5、ZrO2、Ta2O5等の金属酸化物が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、SiO2またはAl2O3を主成分とするものが好ましい。SiO2やAl2O3は、誘電率が特に低く、かつ、高い光安定性を有する。
なお、前記不純物としては、例えば、液晶層2を封止する封止材(シール材)中の不純物および未反応成分、液晶層中の不純物および水分、製造過程で付着した汚れ等が挙げられる。
各表面積の測定方法には、それぞれ、BET(Brunauer−Emmett−Teller)法が好適に用いられる。表面積の測定法としては、気体吸着法(BET法、Harkins−Juraの相対法)、液相吸着法、浸漬熱法、透過法などがあるが、このBET法によれば、複雑な形状の無機配向膜3、4の表面積、すなわち、無機配向膜3、4の表面および細孔30、40の内面の全面積を正確に測定することができる。
このようなことを考慮して、本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、無機配向膜3、4が、次のような関係を満足すると、液晶分子の配向性が極めて良好なものとなることを見出した。
さらに、BET法に用いる吸着ガスとしては、例えば、クリプトンガス、ネオンガスのような希ガス、窒素ガス等が挙げられるが、希ガス、特に、クリプトンガスを用いるのが好ましい。クリプトンガスを用いるBET法によれば、特に、再現性よくかつ正確に表面積の測定が可能である。
なお、無機配向膜3、4の表面積は、無機配向膜3、4の成膜時の条件(例えば、後述するような斜方蒸着に際する蒸着装置内の真空度、蒸着レート等の各種条件)を適宜設定することにより調整することができる。
なお、上記では、無機配向膜3、4が無機酸化物を主材料として構成される場合を代表して説明したが、無機配向膜3、4は、例えば、SiNのような無機窒化物、MgF2のような無機フッ化物等を主材料として、また、無機酸化物、無機窒化物および無機フッ化物のうちの任意の2種以上を組み合わせた材料を主材料として構成することができる。これらの場合においても、面積比S2/S1と平均厚さtとの関係、面積比S2/S1および平均厚さtの具体的な値は、前記範囲とするのが好ましい。
この水酸基低減処理は、無機配向膜3、4に存在(露出)する活性な水酸基と、この水酸基と反応し得る化合物とを反応させる処理である。
なお、無機配向膜3、4が前述したような関係(面積比S2/S1と平均厚さtとの関係)を満足することにより、無機配向膜3、4の表面のみならず、細孔30、40の内面に存在する水酸基にも前記化合物を確実に化学結合させることができる。
この場合、無機配向膜3、4が同組成(同種)のアルコールで処理され、無機配向膜3と無機配向膜4とにおいて、化学結合したアルコールの平均分子量が等しくなっていてもよいが、無機配向膜3と無機配向膜4とにおいて、化学結合したアルコールの平均分子量が異なっているのが好ましい。
一方、無機配向膜3、4に存在する水酸基と液晶分子との反応に伴う液晶パネル1の配向異常の発生を防止(耐光性、耐久性を向上)する観点からは、無機配向膜3、4の表面に残存する水酸基から液晶分子をできる限り遠ざけるべく、無機配向膜3、4に化学結合させるアルコールとしては、比較的分子量の大きい(比較的炭素数の多い)ものを選択するのが好ましい。
なお、この場合、各無機配向膜3、4のアルコールにおいて、それらの平均分子量に差が存在すればよく、アルコールとしては、高分子量のアルコールと低分子量のアルコールとを適宜組み合わせるようにしてもよい。
このようなことから、本実施形態では、TFT基板17側に設けられた無機配向膜3のアルコールの平均分子量が、液晶パネル対向基板12側に設けられた無機配向膜4のアルコールの平均分子量より大きくなるように処理に用いるアルコールが選択するのが好ましい。
ここで、分子量がアルコールX>アルコールY>アルコールZである場合、無機配向膜3のアルコールの平均分子量が、無機配向膜4のアルコールの平均分子量より大きくなる組み合わせとしては、例えば、次のような組み合わせが挙げられる。
II :無機配向膜3:X+Y、無機配向膜4:X+Y
(ただし、X/Y:無機配向膜3>無機配向膜4)
III:無機配向膜3:X+Y、無機配向膜4:Y+Z
IV :無機配向膜3:X、 無機配向膜4:X+Z
また、無機配向膜3のアルコールおよび無機配向膜4のアルコールの双方が、複数種のアルコールを含んでなるものである場合、無機配向膜3のアルコールおよび無機配向膜4のアルコールは、同種のアルコールを含んでいるのが好ましい(前記III参照)。
また、無機配向膜3のアルコールは、炭素数6〜30のもの(特に、炭素数8〜30のもの)を主成分とするものが好ましい。これにより、前記効果がより顕著となる。
これらのことから、無機配向膜3のアルコールとしては、オクタノール、ノナノール、デカノール、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノール、テトラデカノール、ペンタデカノール、ヘキサデカノール、ヘプタデカノール、オクタデカノール、エイコサノール、ヘンエイコサノール、ドコサノール、トリコサノール、テトラコサノール等の脂肪族アルコール、コレステロール、エピコレステロール、コレスタノール、エピコレスタノール、エルゴスタノール、エピエルゴスタノール、コプレスタノール、エピコプレスタノール、α−エルゴステロール、β−シトステロール、スチグマステロール、カンペステロール等の脂環アルコールまたはこれらのフッ素置換体を主とするものが好適である。
一方、無機配向膜4のアルコールの平均分子量は、32〜70程度であるのが好ましく、32〜60程度であるのがより好ましい。これにより、液晶パネル1の焼き付きをより確実に防止することができる。
また、このような炭素数のアルコールは、分子サイズが小さいため、細孔40の奥深くにまで確実に浸透させることもできる。また、常温で液状であるため、後述する処理液により無機配向膜4を処理する際の取り扱いが容易である。
このようなことから、無機配向膜4のアルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノールまたはこれらのフッ素置換体を主とするものが好適である。
また、無機配向膜3、4において、アルコールの平均分子量を変える目的としては、配向異常の発生や焼き付きの発生を防止すること以外に、例えば、一対の配向膜における電気的なバラツキを解消すること等が挙げられる。
なお、アルコールは、入手を容易かつ安価に行えること、取り扱いが特に容易であること等から、水酸基低減処理には、アルコール処理を用いるのが好ましい。
また、液晶パネル1では、図1および2に示すように、無機配向膜3、4の間であって、それらの外周部に沿って封止部5が設けられている。
この封止部5は、液晶層2を封止して、液晶パネル1の外部に流出するのを防止する機能を有する。
本発明では、各無機配向膜3、4の封止部5と重なる領域に、細孔30、40内を満たし、かつ表面を覆うように、無機配向膜3、4との親和性の高い第1の官能基と、封止部5との親和性の高い第2の官能基とを有する化合物を含む充填物6を充填したことに特徴を有する。
また、各無機配向膜3、4の外周部において、細孔30、40が充填物6で満たされる。このため、細孔30、40を介して水分等が液晶層2に侵入するのを防止することができる。
特に、前述したような関係(面積比S2/S1と平均厚さtとの関係)を満足する無機配向膜3、4は、細孔30、40が占める割合が大きい。このため、かかる無機配向膜3、4を備える液晶パネル1では、細孔30、40を介した液晶層2への水分等の侵入を無視することができないが、本発明によれば、細孔30、40を充填物6を満たすため、このような細孔30、40の占める割合が大きい無機配向膜3、4を用いつつも、水分等の液晶層2への進入を確実に防止することができる。
後者の場合、他の材料としては、前記化合物との反応性が乏しいものが好適に用いられる。かかる材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリ−(4−メチルペンテン−1)、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリシクロヘキサンテレフタレート(PCT)等のポリエステル、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタンのような樹脂材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
このような化合物において、第1の官能基は、無機配向膜3、4と共有結合を形成する基であるのが好ましく、一方、第2の官能基は、封止部5と共有結合を形成する基が好ましい。これにより、充填物6を介した無機配向膜3、4と封止部5との密着性をより向上させることができる。その結果、液晶層2への水分等の侵入をより確実に防止することができる。
例えば、封止部5を構成する樹脂材料が、重合性基としてエポキシ基を有する場合、第2の官能基としては、エポキシ基、(メタ)アクリル基、ビニル基、アミノ基等が挙げられるが、特に、エポキシ基が好適であり、重合性基として(メタ)アクリル基を有する場合、第2の官能基としては、(メタ)アクリル基、エポキシ基、(メタ)アクリル基、ビニル基等が挙げられるが、特に、(メタ)アクリル基またはビニル基が好適である。
また、かかる分子量の化合物を用いることにより、充填物6を他の材料との混合物とする場合、これらの均一な混和を図ることができることからも好ましい。
なお、前記化合物には、前述したような第1の官能基および第2の官能基を有するポリマーを用いることもできる。
このような液晶パネル1は、例えば、次のようにして製造することができる。
無機配向膜3、4の形成方法(形成工程)は、同様であるので、以下、無機配向膜3の形成方法を代表に説明する。
斜方蒸着法では、図3に示すように、チャンバ(図示せず)内に、無機酸化物(原料)800を収納した蒸着源810と、TFT基板17とを設置し、これらの間にスリット821が形成されたスリット板820を配置する。
なお、TFT基板17は、駆動装置830に固定され、後述する蒸着角度(図3中、角度θ2)を維持した状態で、平行移動可能になっている。また、TFT基板17は、図示しない加熱手段により加熱可能となっている。
なお、このとき、TFT基板17を、前述の加熱手段により所定の温度に加熱するとともに、駆動装置830により所定の速度で平行移動させる。
ここで、蒸発源から気化した無機酸化物(蒸発粒子)800が、TFT基板17の上面に到達する蒸着角度(図3中、角度θ2)を適宜設定することにより、細孔30のTFT基板17の上面に対する角度を調整することができる。
また、無機配向膜3の表面積S2は、気化した無機酸化物800が基板に到着した際に形成される構造(カラム構造)の状態に大きく依存しており、蒸着時のチャンバ内の真空度、蒸着レート、TFT基板17の温度(基板温度)、蒸着角度θ2等の各種条件を適宜設定することにより調整することができる。
また、蒸着時の基板温度は、20〜150℃程度であるのが好ましく、50〜120℃程度であるのがより好ましい。
また、蒸着レートは、2.5〜25Å/秒程度であるのが好ましく、4〜20Å/秒程度であるのがより好ましい。
各種条件を、それぞれ前記範囲に設定することにより、目的とする面積比S2/S1の無機配向膜3を精度よく形成することができる。
例えば、真空度を高く設定すると、表面積S2が小さくなる傾向を示し、基板温度を高く設定すると、表面積S2が小さくなる傾向を示し、蒸着角度θ2を大きく設定すると、セルフシャドーイング(自己影づけ)効果により表面積S2が大きくなる傾向を示す。
また、蒸着源810とTFT基板17との方位角度(図3中、角度θ1)や、TFT基板17と蒸着源810との離間距離(図3中L)、スリット板820の厚さ(図3中T)やスリット821の幅(図3中W)等を適宜設定することにより、カラム構造の方向均一性を制御すること、すなわち、無機配向膜3の配向性を制御することができる。
この水酸基低減処理は、例えば、図4に示すような処理装置900が用いられる。
図4に示す処理装置900は、チャンバ910と、チャンバ910内に設けられたステージ950と、ステージ950上に配置された容器920と、容器920内に処理液Sを供給する給液手段960と、容器920内の処理液Sを排液する排液手段940と、チャンバ910内の排気を行う排気手段930とを有している。
排気手段930は、ポンプ932と、ポンプ932とチャンバ910とを連通する排気ライン931と、排気ライン931の途中に設けられたバルブ933とで構成されている。
また、給液手段960は、処理液Sを貯留する貯留タンク964と、貯留タンク964から処理液Sを容器920に導く給液ライン961と、給液ライン961の途中に設けられたポンプ962およびバルブ963とで構成されている。
また、排液手段940および給液手段960には、それぞれ、図示しない加熱手段(例えば、ヒータ等)が設けられ、処理液Sを加熱し得るよう構成されている。
ここでは、処理液Sとしてアルコールを用いる場合を一例に説明する。
具体的には、チャンバ910を開放し、無機配向膜3が形成されたTFT基板17を搬入して、容器920内に設置する。
次に、チャンバ910を密閉した状態とし、ポンプ962を作動し、この状態で、バルブ963を開くことにより、給液ライン961を介して、処理液Sを貯留タンク964から容器920内に供給する。
ここで、アルコールとしては、常温で液状のものであっても、常温で固形状または半固形状のものであってもよい。
常温で液状のアルコールを用いる場合、処理液Sには、このアルコールそのもの(アルコールの含有量がほぼ100%のもの)を用いることができる他、適当な溶媒にアルコールを混合して用いることができる。
アルコールを溶媒に混合または溶解する場合、溶媒には、アルコールを混合または溶解可能であり、かつ、アルコールより極性の低いものが選択される。これにより、溶媒が無機配向膜3の水酸基とアルコールとの反応を妨げることを防止することができ、化学反応を確実に生じさせることができる。
具体的には、チャンバ910を密閉した状態とし、ポンプ932を作動し、この状態で、バルブ933を開くことにより、排気ライン931を介して、チャンバ910内の気体を処理装置900外に排出する。
そして、チャンバ910内が所定の圧力になると、ポンプ932を停止するとともに、バルブ933を閉じる。
次に、ポンプ942を作動し、この状態で、バルブ943を開くことにより、容器920内の余剰の処理液Sを排液ライン941を介して回収タンク944に回収する。
そして、容器920内から処理液Sのほぼ全てが回収されると、ポンプ942を停止するとともに、バルブ943を閉じる。
具体的には、ステージ950に設けられた加熱手段を作動させることにより、無機配向膜3が形成されたTFT基板17を加熱する。
これにより、無機配向膜3の表面および細孔30の内面に存在する水酸基と、アルコールが有する水酸基との間に脱水縮合反応が生じ、無機配向膜3の表面および細孔30の内面に、アルコールが化学結合する。
TFT基板17の加熱温度は、特に限定されないが、80〜250℃程度であるのが好ましく、100〜200℃程度であるのがより好ましい。加熱温度が低過ぎると、アルコールの種類や、無機配向膜3の構成材料の種類等によっては、無機配向膜3にアルコールを十分に化学結合させることができないおそれがあり、一方、加熱温度を前記上限値を超えて高くしても、それ以上の効果の増大が見込めない。
なお、前記反応は、加熱による方法に限定されず、例えば、紫外線の照射、赤外線の照射等により行うこともできる。これらの場合、各処理を行うのに必要な機構(手段)が処理装置900に設けられる。
また、各アルコールをそれぞれ含有する複数の処理液を用意し、各処理液を順次用いて、前述したようにしてTFT基板17を処理するようにしてもよい。この場合、最も分子量の小さいアルコールを含有する処理液から、より分子量の大きいアルコールを含有する処理液へと順に変更して、TFT基板17を処理するのが好ましい。これにより、低分子量のアルコールを細孔30の奥にまでより確実に化学結合させることができる。
無機配向膜3に処理液Sを接触させる方法としては、例えば、無機配向膜3に処理液Sを塗布する方法(塗布法)、無機配向膜3が形成されたTFT基板17を処理液Sに浸漬する方法(浸漬法)、無機配向膜3を処理液Sの蒸気に曝す方法等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、塗布法には、例えば、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法等を用いることができる。
まず、充填物6を含む液状の充填物組成物を用意する。
充填物6が常温で液状の場合、充填物組成物は、充填物6をそのまま、または適当な溶媒に溶解して調製することができる。また、充填物6が固形状の場合、充填物組成物は、充填物6を加熱により液状とするか、または適当な溶媒に溶解して調整することができる。
充填物組成物を無機配向膜3、4の外周部に選択的に供給する方法には、インクジェット印刷法(液滴吐出法)により充填物組成物を液滴として吐出する方法、液晶層2を設ける領域(充填物6を充填することを要しない領域)をマスクで覆った状態で、スピンコート法やディップコート法等により充填物組成物を供給する方法等が挙げられる。
具体的には、充填物組成物の粘度は、0.1〜100cP程度であるのが好ましく、0.5〜50cP程度であるのがより好ましい。
また、この充填物6の無機配向膜3、4の表面を覆った部分の平均厚さ(図2中m)は、特に限定されないが、1〜25nm程度であるのが好ましく、2〜10nm程度であるのがより好ましい。
なお、本工程[3]は、前記工程[2]に先立って行うようにしてもよい。
この封止材には、封止部5の構成材料またはその前駆体を含む組成物が用いられる。
封止材の粘度は、好ましくは前記充填物組成物の粘度より高くなるように設定され、50〜100000cP程度であるのが好ましく、100〜50000cP程度であるのがより好ましい。
また、封止材の供給方法としては、前記工程[3]と同様の方法を用いることができる。
具体的には、無機配向膜3、4を対向させ、TFT基板17と液晶パネル用対向基板12とを、所定の距離離間するように封止材同士を接触させた後、封止材を硬化させる。
なお、前記工程[4]および本工程[5]は、封止材の硬化物の一部に、貫通孔が形成されるように行う。この貫通孔は、次工程[5]において液晶組成物を、無機配向膜3、4と封止材の硬化物で囲まれる空間(間隙)に注入するための注入口を構成する。
[7] 次に、前記注入口を封止する(第6の工程)。
この注入口の封止に用いる材料としては、前記封止材と同じものであってもよく、異なるものであってよい。
以上の工程を経て、液晶パネル1が製造される。
有機物を除去する処理としては、紫外線照射、プラズマ処理や、図4に示す処理装置900において、処理液Sとして洗浄液(例えば、超純水等)を用いた洗浄処理が好適であり、パーティクルを除去する処理としては、前記洗浄処理が好適である。
以上説明した液晶パネル1では、液晶駆動基板としてTFT基板を用いたが、液晶駆動基板にTFT基板以外の他の液晶駆動基板、例えば、TFD基板、STN基板などを用いてもよい。
図5は、本発明の電子機器(投射型表示装置)の光学系を模式的に示す図である。
同図に示すように、投射型表示装置300は、光源301と、複数のインテグレータレンズを備えた照明光学系と、複数のダイクロイックミラー等を備えた色分離光学系(導光光学系)と、赤色に対応した(赤色用の)液晶ライトバルブ(液晶光シャッターアレイ)24と、緑色に対応した(緑色用の)液晶ライトバルブ(液晶光シャッターアレイ)25と、青色に対応した(青色用の)液晶ライトバルブ(液晶光シャッターアレイ)26と、赤色光のみを反射するダイクロイックミラー面211および青色光のみを反射するダイクロイックミラー面212が形成されたダイクロイックプリズム(色合成光学系)21と、投射レンズ(投射光学系)22とを有している。
なお、投射型表示装置300では、ダイクロイックプリズム21と投射レンズ22とで、光学ブロック20が構成されている。また、この光学ブロック20と、ダイクロイックプリズム21に対して固定的に設置された液晶ライトバルブ24、25および26とで、表示ユニット23が構成されている。
光源301から出射された白色光(白色光束)は、インテグレータレンズ302および303を透過する。この白色光の光強度(輝度分布)は、インテグレータレンズ302および303により均一にされる。光源301から出射される白色光は、その光強度が比較的大きいものであるのが好ましい。これにより、スクリーン320上に形成される画像をより鮮明なものとすることができる。また、投射型表示装置300では、耐光性に優れた液晶パネル1を用いているため、光源301から出射される光の強度が大きい場合であっても、優れた長期安定性が得られる。
ダイクロイックミラー305を透過した赤色光は、ミラー306で図5中下側に反射し、その反射光は、集光レンズ310により整形され、赤色用の液晶ライトバルブ24に入射する。
ダイクロイックミラー307で反射した緑色光は、集光レンズ311により整形され、緑色用の液晶ライトバルブ25に入射する。
このように、光源301から出射された白色光は、色分離光学系により、赤色、緑色および青色の三原色に色分離され、それぞれ、対応する液晶ライトバルブに導かれ、入射する。
同様に、緑色光および青色光は、それぞれ、液晶ライトバルブ25および26に入射し、それぞれの液晶パネル1で変調され、これにより緑色用の画像および青色用の画像が形成される。この際、液晶ライトバルブ25が有する液晶パネル1の各画素は、緑色用の画像信号に基づいて作動する駆動回路によりスイッチング制御され、液晶ライトバルブ26が有する液晶パネル1の各画素は、青色用の画像信号に基づいて作動する駆動回路によりスイッチング制御される。
前記液晶ライトバルブ24により形成された赤色用の画像、すなわち液晶ライトバルブ24からの赤色光は、面213からダイクロイックプリズム21に入射し、ダイクロイックミラー面211で図5中左側に反射し、ダイクロイックミラー面212を透過して、出射面216から出射する。
また、前記液晶ライトバルブ26により形成された青色用の画像、すなわち液晶ライトバルブ26からの青色光は、面215からダイクロイックプリズム21に入射し、ダイクロイックミラー面212で図5中左側に反射し、ダイクロイックミラー面211を透過して、出射面216から出射する。
なお、本発明の電子機器は、図5の投射型表示装置の他にも、例えば、パーソナルコンピュータ(モバイル型パーソナルコンピュータ)、携帯電話機(PHSを含む)、ディジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、POS端末、タッチパネルを備えた機器(例えば金融機関のキャッシュディスペンサー、自動券売機)、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電表示装置、超音波診断装置、内視鏡用表示装置)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシュミレータなどが挙げられる。そして、これらの各種電子機器が表示部、モニタ部に備える液晶パネルに、本発明を適用可能なことは言うまでもない。
例えば、本発明の液晶パネルおよび電子機器では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、本発明の液晶パネルの製造方法では、任意の1または2以上の工程を追加することもできる。
1.液晶パネルの製造
(実施例1)
<1> まず、図1に示すTFT基板を用意し、図3に示す真空蒸着装置のチャンバ内に基板面が蒸着源に対して、角度θ1が50°となるようにセットした。また、スリット板の厚さは1.5cm、スリットの幅は2.0cmとし、蒸着角度θ2は60°、蒸着距離は1.5m、基板の稼動速度(移動速度)は2.5cm/分とした。
なお、得られた無機配向膜は、その細孔のTFT基板の上面に対する角度が約70°であり、平均厚さが45nmであり、細孔の平均開口径が0.003μmであった。
また、この無機配向膜の表面積S2と、TFT基板の表面積S1との面積比S2/S1は、2.85であった。
具体的には、各切片が封入された試験管内をヘリウムガスで置換した後、100℃で真空脱気した。そして、無機配向膜を含む各切片全体に、吸着温度77K(液体窒素温度)でクリプトンガスを吸着させた。測定範囲は、相対圧(P/P0)=0.0〜0.4、各平衡相対圧に対して180秒を平衡時間とした。なお、表面積の測定には、BET理論を適用した。このように測定した各切片全体の表面積Sから無機配向膜が形成されていない部分の幾何表面積sを差し引いて、無機配向膜の表面積S2を算出した。
また、無機配向膜形成前のTFT基板に対しても同様にして、表面積S1を測定した。
そして、測定されたS1およびS2の値に基づいて、面積比S2/S1を算出した。
<3> 次に、無機配向膜に対して、波長254nm、強度30mw/cm2の紫外線を10分間照射した。
<4> 次に、図4に示す処理装置内に、無機配向膜付き基板を搬入し、容器(ポリテトラフルオロエチレン製)内に、無機配向膜を上にして設置し、チャンバを密閉した。
そして、準備した超純水(洗浄液)を容器内に供給して、無機配向膜付き基板を洗浄液に浸漬させた。その後、チャンバ内を133Paに減圧し、この状態を10分間維持した。これにより、無機配向膜の細孔内の気体を超純水に置換した。
なお、超純水の温度は、30℃とした。
次いで、チャンバ内を大気圧に復帰させた後、超純水を容器から排液した。その後、再度、チャンバ内を減圧しつつ、基板を200℃×90分間、加熱した。これにより、無機配向膜を乾燥させた。
加熱終了後、減圧状態を維持しつつ、放冷した。
そして、図4に示す処理装置を用いて、前記工程<3>と同様にして、無機配向膜の細孔内の気体を1−オクタノールに置換した。
次いで、チャンバ内を大気圧に復帰させた後、1−オクタノールを容器から排出した。その後、再度、チャンバ内を133Paに減圧しつつ、基板を150℃×1時間で加熱した。これにより、無機配向膜の表面および細孔の内面に、1−オクタノールを化学結合させた。
加熱終了後、減圧状態を維持しつつ、放冷した。
<7> 次に、各無機配向膜の外周部に沿って、充填物(充填物組成物)として3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(分子量:220)を、インクジェト印刷法により供給して、細孔内を満たし、かつ表面を覆った。なお、無機配向膜の表面を覆った部分の平均厚さは、5nmであった。
なお、充填物組成物の粘度は、3cPであった。
なお、熱硬化型接着剤は、直径約3μmのシリカ球を混合したエポキシ樹脂であり、その粘度は、約25000cPであった。
<10> 次に、2枚の基板を貼り合わせて形成された内側の空間に、注入口から、フッ素系の負の誘電異方性液晶(メルク社製、「MLC−6610」)を真空注入法により注入した。
<11> 次に、注入口をアクリル系のUV接着剤(ヘンケルジャパン社製、「LPD−204」)を用いて、波長365nmのUVを3000mJ/cm2照射して硬化し、注入口を封止した。
以上のようにして、液晶パネルを製造した。
充填物として、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン(分子量:246)と、エチレン−酢酸ビニル共重合体との混合物を用いた以外は、前記実施例1と同様にして液晶パネルを製造した。
なお、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン:エチレン−酢酸ビニル共重合体=70:30(重量比)とした。
また、この混合物は、ヘキサンに溶解して充填物組成物を調製し、インクジェト印刷法により、無機配向膜に供給した。
なお、充填物組成物の粘度は、20cPであった。
(比較例)
充填物の充填を省略したい以外は、前記実施例1と同様にして液晶パネルを製造した。
各実施例および比較例で製造した液晶パネルを、高温多湿な環境(80℃、80%RH)に放置し、経時的に表示性能を確認し、表示異常が生じるまでの時間を測定した。
その結果、各実施例で製造した液晶パネルは、いずれも、表示異常が生じるまでの時間が、比較例で製造した液晶パネルにおいて表示異常が生じるまでの時間より明らかに長いことが確認された。
また、SiO2に代えて、Al2O3を用いて無機配向膜付きTFT基板および無機配向膜付き液晶パネル用対向基板を作製し、前記と同様にして、液晶パネルを製造して、前記と同様にして評価を行ったところ、前記と同様の結果が得られた。
Claims (12)
- 一対の基板と、
前記各基板の対向する面側に設けられ、複数の細孔を有する無機配向膜と、
前記無機配向膜同士の間に設けられた液晶層と、
前記無機配向膜同士の間であって、前記無機配向膜の外周部に沿って設けられ、前記液晶層を封止する封止部とを有し、
前記各無機配向膜の前記封止部と重なる領域に、前記細孔内を満たし、かつ表面を覆うように、前記無機配向膜との親和性の高い第1の官能基と、前記封止部との親和性の高い第2の官能基とを有する化合物を含む充填物を充填してなることを特徴とする液晶パネル。 - 前記第1の官能基は、前記無機配向膜と共有結合を形成する基である請求項1に記載の液晶パネル。
- 前記無機配向膜は、SiO2またはAl2O3を主材料として構成され、
前記第1の官能基は、アルキルシリル基または水酸基である請求項2に記載の液晶パネル。 - 前記無機配向膜は、斜方蒸着膜である請求項1ないし3のいずれかに記載の液晶パネル。
- 前記第2の官能基は、前記封止部と共有結合を形成する基である請求項1ないし4のいずれかに記載の液晶パネル。
- 前記封止部は、重合性基を有する樹脂材料を主材料として構成され、
前記第2の官能基は、前記重合性基と重合する基である請求項5に記載の液晶パネル。 - 前記充填物中の前記化合物の含有量は、50wt%以上である請求項1ないし6のいずれかに記載の液晶パネル。
- 前記化合物の平均分子量は、100〜500である請求項1ないし7のいずれかに記載の液晶パネル。
- 一対の基板と、前記各基板の対向する面側に設けられ、複数の細孔を有する無機配向膜と、前記無機配向膜同士の間に設けられた液晶層と、前記無機配向膜同士の間であって、前記無機配向膜の外周部に沿って設けられ、前記液晶層を封止する封止部とを有する液晶パネルを製造する方法であって、
一方の面側に、前記無機配向膜を有する基板を一対用意する第1の工程と、
前記各無機配向膜の外周部において、その細孔内を満たし、かつ表面を覆うように、前記無機配向膜との親和性の高い第1の官能基と、前記封止部との親和性の高い第2の官能基とを有する化合物を含む充填物を充填する第2の工程と、
前記各無機配向膜の前記充填物が充填された領域内に、前記封止部を形成するための液状の封止材を供給する第3の工程と、
前記一対の基板を、これらの間に間隙が形成されるように、前記封止材同士を接触させて配置した後、前記封止材を硬化させる第4の工程と、
前記間隙に液晶組成物を注入して、前記液晶層を形成する第5の工程と、
前記液晶組成物を注入するのに用いた注入口を封止する第6の工程とを有することを特徴とする液晶パネルの製造方法。 - 前記第2の工程において、前記充填物の充填は、該充填物を含む液状の充填物組成物を、前記各無機配向膜に供給することにより行われる請求項9に記載の液晶パネルの製造方法。
- 前記充填物組成物の粘度は、前記封止材の粘度より低い請求項10に記載の液晶パネルの製造方法。
- 請求項1ないし8のいずれかに記載の液晶パネルを備えることを特徴とする電子機器。
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