JP2007187850A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】応答時間が改善された液晶表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】第１電極１１および第２電極２１の形成面側を対向させて、第１基板１０と第２基板２０とを所定の間隔で貼り合わせる工程と、第１基板１０と第２基板２０の間に液晶材料と重合性化合物３４の含有液を封入する工程と、第１電極１１および第２電極２１の間に電界を印加した状態で、重合性化合物３４を重合させて、ポリマー３４’中に液晶滴３５が分散された液晶層３０を形成する工程とを有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置の製造方法に関するものであって、特には、電界の印加により光散乱性が変化する液晶層を備えた液晶表示装置の製造方法に関する。

近年、携帯電話、携帯情報端末などのモバイル機器の発達に伴い、低消費電力かつ高品位画質の表示素子の需要が高まってきている。その中でも、電子書籍配信事業の出現により、読書用携帯端末用途として、長時間の読書に適した表示品位を持った「読む」ディスプレイの実現が期待されている。

「読む」ディスプレイとしては、コレステリック液晶ディスプレイ、電子インクディスプレイ、ツイストボール型ディスプレイなどが提案されているが、その中で、偏光板が不要で明るく、紙と同様に外光の散乱を用いて明表示を行うものは、紙に近い表示品位で長時間の読書に最も適していると言うことができる。また、バックライトを用いず、外光の反射（散乱）により表示するため、非常に低消費電力である。

その中の有力な候補として、ポリマーネットワーク型液晶ディスプレイ（以下、ＰＮ−ＬＣＤ）がある（例えば、下記特許文献１参照）。このディスプレイは、液晶層中に三次元網目状に形成されたポリマーネットワークが張り巡らされた構造を持ち、印加電界により液晶の位相を変化させることで光散乱強度を制御する表示モードである。光散乱表示である他に、中諧調表示が容易である、一般的なアモルファスシリコン薄膜トランジスタ（以下、ａ−ＳｉＴＦＴ）で駆動が可能である、など多くの特徴がある。

上述したようなＰＮ−ＬＣＤは、次のような工程を行うことで製造される。まず、一主面側に電極が設けられた一対の基板を、電極形成面側を対向させた状態で、所定の間隔で貼り合わせた後、基板間に液晶材料と重合性化合物の含有液を封入する。次いで、重合性化合物を重合させてポリマーネットワークを形成することで、ポリマーネットワーク中に液晶滴が分散された液晶層を形成する。これにより、一対の基板間に電極を介して光散乱性の液晶層を挟持してなる液晶表示装置が製造される。

特開２００５−１４１１２６号公報

しかしながら、上述したようなＰＮ−ＬＣＤは、液晶滴がポリマーネットワーク中に存在するため、電界を印加したときにポリマーを介して液晶滴に電界が及ぶことから、液晶分子の配向に変化を与えるには高い駆動電圧が必要となり、また、液晶分子が配向変化するときの応答速度が遅いといった課題を有している。しかも、上述したＰＮ−ＬＣＤの製造方法では、液晶分子がランダムに配向している無電界状態で重合性化合物を重合させてポリマーネットワークを形成するため、ポリマーネットワーク中に分散された液晶滴は、ポリマーネットワークからのアンカリングを全方向から受け、特に、ポリマーと液晶滴の界面付近にある液晶分子の応答速度が遅くなり易い。

汎用されている光散乱型以外の液晶ディスプレイでも、液晶分子の応答速度の遅さは、特に動画の尾引きといった画質低下に大きく拘わる因子であり、応答時間を短縮させるために、配向膜上で液晶分子をプレチルトさせる技術などが採用されている。

かかる問題点を改善するため、本発明は、応答時間が改善された光散乱型の液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。

上述したような目的を達成するために、本発明の液晶表示装置の製造方法は、一主面側に電極が設けられた一対の基板間に、電極を介して光散乱性の液晶層を挟持してなる液晶表示装置の製造方法において、次のような工程を順次行うことを特徴としている。まず、電極の形成面側を対向させて、一対の基板を所定の間隔で貼り合わせる工程を行う。次に、貼り合わせた一対の基板間に、液晶材料と重合性化合物の含有液を封入する工程を行う。続いて、電極間に電界を印加した状態で、重合性化合物を重合させて、ポリマー中に液晶滴が分散された液晶層を形成する工程を行う。

このような液晶表示装置の製造方法によれば、電極間に電界を印加し、液晶分子が電界方向に配向された状態で、重合性化合物を重合させて、ポリマーを形成することから、無電界状態にしても液晶分子が完全にはランダムに配向されず、ポリマーと液晶滴の界面付近にある液晶分子が電界方向に配向し易い状態にプレチルトされる。これにより、無電界の状態、すなわち液晶分子がランダムに配向された状態で重合性化合物を重合させて製造した液晶表示装置と比較して、電界を印加した際に液晶分子が電界方向に配向するまでの応答時間が短縮される。

以上説明したように、本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、応答時間を短くすることができるため、動画の尾引きといった画質低下を防止することができるとともに、低い駆動電圧で液晶分子の配向を変化させることができることから、高画質の液晶表示装置を製造できるとともに、液晶表示装置の低消費電力化を図ることができる。

以下、本発明の液晶表示装置の製造方法に係わる実施の形態の一例を、詳細に説明する。ここでは、反射型のＰＮ−ＬＣＤの製造方法の一例について、図１の製造工程断面図を用いて説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、背面側の基板となる第１基板１０の一主面側に、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor（ＴＦＴ））（図示省略）を配列形成する。この第１基板１０は、例えばガラス等の透明性基板で構成されることとする。次に、上記ＴＦＴを覆う状態で、第１基板１０上に平坦化絶縁膜（図示省略）を形成した後、この平坦化絶縁膜にＴＦＴに達する接続孔を形成する。次いで、平坦化絶縁膜上に、例えば蒸着法、スパッタリング法、または化学的気相成長（Chemical Vapor Deposition（ＣＶＤ））法により、上記接続孔を埋め込む状態で、透明性を有する例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide)膜を形成する。次いで、通常のリソグラフィ技術により、ＩＴＯ膜をパターン加工することで、第１電極１１を形成する。

また、第１基板１０における第１電極１１の形成面とは反対側の面に、例えばカーボンナノ粒子からなる光吸収層１２を形成する。

一方、表示側の基板となる第２基板２０上にも、透明性を有するＩＴＯ膜からなる第２電極２１を形成する。ここでは、第２基板２０を、例えばガラス等の透明性基板で形成し、第２電極２１をベタ膜状に形成することとする。

なお、上述した第１電極１１上および第２電極２１上には、例えばポリイミドからなる配向膜を形成してもよい。

次に、一方の基板、例えば第１基板１０の第１電極１１の形成面側の周縁部にシール材３１を形成する。このシール材３１には、後述する液晶材料と重合性化合物の含有液を基板間に封入するための注入口（図示省略）が開口されている。次いで、例えば第１基板１０上に、第１基板１０と第２基板２０間の間隔を維持するスペーサ３２を散布する。続いて、第１電極１１および第２電極２１の形成面を対向させて、第１基板１０と第２基板２０とをスペーサ３２を挟んで重ね合わせ、上記シール材３１により第１基板１０と第２基板２０の周囲を接着する。これにより、第１基板１０と第２基板２０はスペーサ３２の直径により規定される所定の間隔で貼り合わされた状態となる。

次いで、図１（ｂ）に示すように、シール材３２に設けられた注入口（図示省略）から第１基板１０と第２基板２０との間に、液晶材料（液晶分子３３）と例えば紫外線（ＵＶ）硬化型の重合性化合物３４との含有液を充填する。この際、液晶材料と重合性化合物３４とが相溶状態となるように、後述する相分離温度よりも高温で上記含有液を充填する。その後、上記注入口を封止材（図示省略）により封止する。ここで、この含有液には、重合性化合物の重合開始剤も含まれることとする。また、この液晶分子３３の誘電率異方性は正であり、後述するように、第１電極１１と第２電極２１との間に電界を印加した場合には、電界方向に配向される。

続いて、図１（ｃ）に示すように、第１電極１１と第２電極２１との間に、例えば±２０Ｖの矩形波の電圧をかけて電界を印加し、液晶分子３３を電界方向、すなわち基板面に対して垂直方向に配向させた状態とする。そして、電界を印加した状態で、例えばＵＶを３０秒間照射することで、重合性化合物３４（前記図１（ｂ）参照）を重合させて硬化し、３次元網目状のネットワーク構造を有するポリマー３４’を形成する。これにより、ポリマー３４’のネットワーク構造中に液晶分子３３を包括する液晶滴３５が分散された液晶層３０が形成される。また、液晶分子３３を電界方向に配向させた状態でポリマー３４’を形成するため、無電界状態に戻しても、ポリマー３４’と液晶滴３５の界面付近の液晶分子３３は、電界方向に配向し易いようにプレチルトされる。なお、この重合性化合物３４の重合工程は、重合性化合物３４と液晶材料とが相分離する温度に調整して行うこととし、ここでは、相分離温度は２５℃であることとする。

ここで、第１電極１１と第２電極２１との間に印加する電圧は、液晶分子３３が電界方向に配向する閾値電圧よりも高く、ポリマー３４’が破壊されない程度の電圧であればよく、５Ｖ以上５０Ｖ以下であることが好ましい。そして、上記範囲内でより高い電圧を印加した方が、重合性化合物３４を重合させる間、液晶分子３３がより強く、確実に電界方向に配向した状態となるため、無電界状態に戻した場合の液晶分子３３のプレチルト角が大きくなり、好ましい。

なお、ここでは、ＵＶ硬化型の重合性化合物３４を用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されず、ＵＶ以外の光硬化型の重合性化合物３４を用いてもよく、熱硬化型の重合性化合物３４を用いてもよい。ただし、重合する際には、重合性化合物３４と液晶材料とは相分離していることが好ましいため、相分離温度が常温付近である場合には、光硬化型の重合性化合物３４を用いることが好ましい。

その後、図２に示すように、電圧の印加を止めると、液晶滴３５中の液晶分子３３は完全にはランダムに配向されずに、ポリマー３４’と液晶滴３５の界面付近にある液晶分子３３はプレチルトされた状態（図示省略）になり、界面付近以外の液晶滴３５中の液晶分子３３はランダムに配向された状態となる。

以上のようにして製造されたＰＮ−ＬＣＤは、第１電極１１と第２電極２１との間に電界を印加していないときには、上述したように、ポリマー３４’と液晶滴３５の界面付近の液晶分子３３はプレチルトされた状態になり、界面付近以外の液晶滴３５中の液晶分子３３はランダムに配向される。これにより、第２基板２０側から入射した光に対してポリマー３４’と液晶滴３５との間で屈折率差が生じ、光が散乱されて白表示となる（ノーマリーホワイト）。

一方、第１電極１１と第２電極２１との間に電界を印加したときには、液晶滴３５中の液晶分子３３が電界方向に配向する。これにより、第２基板２０側から入射した光に対してポリマー３４’の屈折率と液晶滴３５の屈折率とが等しくなるので、この光は散乱されることなく液晶層３０および第１基板１０を透過して下側に設けられた光吸収層１２で吸収されて黒表示される。

上述したような液晶表示装置の製造方法によれば、第１電極１１と第２電極２１との間に電界を印加し、液晶分子３３を電界方向に配向した状態で、重合性化合物３４を重合させて、ポリマー３４’を形成する。このため、無電界状態にしたときにも液晶分子３３が完全にはランダムに配向されず、ポリマー３４’と液晶滴３５の界面付近にある液晶分子３３がプレチルトされた状態となる。これにより、無電界状態で重合性化合物を重合させてポリマーを形成した液晶表示装置と比較して、電界を印加した際に液晶分子３３が電界方向に配向変化するまでの応答時間が早くなる。したがって、動画の尾引きといった画質低下を防止することができるとともに、低い駆動電圧で液晶分子の配列を変化させることができるため、高画質の液晶表示装置を製造できるとともに、液晶表示装置の低消費電力化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、反射型の液晶表示装置の例を用いて説明したが、透過型の液晶表示装置であっても、本発明は適用可能である。この場合には、第１基板１０に光吸収層１２を形成せずに、例えば第１基板１０側から入射した光を第２基板２０側へ透過させる。このため、電界を印加していない状態が遮光となり、電界を印加した状態が透過となる。

さらに上記実施形態は、ＰＮ型の液晶層３０を備えた液晶表示装置について説明したが、本発明は光散乱型の液晶表示装置であればよく、ポリマー中に液晶を含有したマイクロカプセルを分散させた高分子分散型液晶（Polymer Dispersion Liquid Crystal（ＰＤＬＣ））を用いた液晶表示装置であっても適用可能である。ただし、ＰＮ型の液晶層３０を備えた液晶表示装置の方が、液晶分子３３とポリマー３４’とが直接接触しているため、本発明の効果を顕著に奏することができる。

（実施例１）
図１を用いて説明した実施形態の製造方法と同様の方法で、図２に示す液晶表示装置を製造した。すなわち、ガラス基板からなる第１基板１０上にＩＴＯからなる第１電極１１を５０ｎｍの膜厚で形成した。また、第２基板２０上にも、ＩＴＯからなる第２電極２１を５０ｎｍの膜厚で形成した。次いで、第１電極１１と第２電極２１とを対向させた状態で、第１基板１０と第２基板２０とをスペーサ３２（積水化学社製スペーサーミクロパールＳＰ−２５０（直径５０μｍ））を挟んで重ね合わせ、シール材３１（協立化学産業株式会社製ワードロック７８０Ｐ−Ｎ７）により、第１基板１０と第２基板２０の周囲を接着した。

続いて、第１基板１０と第２基板２０との間に、シール材３１に設けられた注入口から、重合性化合物３４と液晶材料（液晶分子）の含有液（大日本インキ化学工業社製液晶（モノマーミクスチャーＦＳ−１００）を充填した後、封止材（積水化学工業株式会社製フォトレックＡ７８５−１８０）で注入口を接着した。次いで、第１電極１１と第２電極２１との間に±２０Ｖの矩形波の電圧を印加した状態で、照度４２ｍＷ／ｃｍ²のＵＶランプで３０秒間照射することで、重合性化合物３４を重合させて、ポリマー３４’中に液晶分子３３を包括する液晶滴３５が分散された液晶層３０を形成した。以上のようにして、液晶表示装置を作製した。

（実施例２）
実施例１の液晶表示装置の製造方法において、重合性化合物３４を重合する際に、±１０Ｖの矩形波の電圧を印加した状態で、照度４２ｍＷ／ｃｍ²のＵＶランプで３０秒間照射した以外は、実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。

（比較例１）
上述した実施例１、２に対する比較例１として、重合性化合物３４を重合する際に、電界を印加せずに、照度４２ｍＷ／ｃｍ²のＵＶランプで３０秒間照射した以外は、実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。

上述した実施例１、２および比較例１の液晶表示装置について、液晶表示装置を±２０Ｖまたは±３０Ｖの矩形波電圧で駆動させたときの反射率が９０％から１０％に変化する時間（応答時間）を測定した。ここでは、分光光度計（大塚電子社製分光光度計ＭＣＰＤ−７０００）でリング照明における標準拡散板に対する反射率を測定し、液晶表示装置に電界を印加していない時の反射率を１００％、±５０Ｖの矩形波電圧を印加した時の反射率を０％とした。

以上の結果を表１に示す。

この表に示すように、±２０Ｖの矩形波電圧で駆動させた場合の比較例１の液晶表示装置の応答時間は４３ｍｓｅｃであるのに対し、実施例１、２の液晶表示装置の応答時間はそれぞれ２６ｍｓｅｃ、３３ｍｓｅｃであり、応答時間が顕著に短縮されることが確認された。また、±３０Ｖの矩形波電圧で駆動させた場合も同様に、比較例１の液晶表示装置の応答時間は１９ｍｓｅｃであるのに対し、実施例１、２の液晶表示装置の応答時間はそれぞれ１１ｍｓｅｃ、１３ｍｓｅｃであり、応答時間が顕著に短縮されることが確認された。また、重合性化合物３４を重合させる際に、±１０Ｖの矩形波の電圧を印加した実施例２の液晶表示装置よりも、±２０Ｖの矩形波の電圧を印加した実施例１の液晶表示装置の方が応答時間が短縮されることが確認された。

本発明の液晶表示装置の製造方法に係る実施形態を説明するための製造工程断面図である。 本発明の液晶表示装置の製造方法により製造される液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１０…第１基板、１１…第１電極、２０…第２基板、２１…第２電極、３０…液晶層、３４…重合性化合物、３４’…ポリマー、３５…液晶滴

Claims (3)

1. 一主面側に電極が設けられた一対の基板間に、前記電極を介して光散乱性の液晶層を挟持してなる液晶表示装置の製造方法において、
   前記電極の形成面側を対向させて、前記一対の基板を所定の間隔で貼り合わせる工程と、
   貼り合せた前記一対の基板間に、液晶材料と重合性化合物の含有液を封入する工程と、
   前記電極間に電界を印加した状態で、前記重合性化合物を重合させることで、ポリマー中に液晶滴が分散された液晶層を形成する工程とを有する
   ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 請求項１記載の液晶表示装置の製造方法において、
   前記液晶層を形成する工程では、
   紫外線を照射することで、前記重合性化合物を重合させる
   ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
3. 請求項１記載の液晶表示装置の製造方法において、
   前記液晶層を形成する工程では、
   前記重合性化合物を重合させることで、ネットワーク構造を有する前記ポリマーを形成し、当該ポリマーのネットワーク構造中に前記液晶滴が分散された前記液晶層を形成する
   ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
   

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