JP2007226122A - 液晶表示装置の製造方法およびこの製造方法で製造された液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光照射と加熱とで配向制御能を付与する際の処理時間を加熱効果の減少なしに短縮する。
【解決手段】配向膜材料ＯＲＩを塗布したガラス基板ＳＵＢを加熱ステージＨＳＴに載置する。この加熱ステージＨＳＴを搬送ステージＴＦＳ上に載せて矢印Ａ方向に搬送する。ガラス基板ＳＵＢを載置した複数の加熱ステージＨＳＴが搬送ステージＴＦＳ上を平流し形式で搬送される。加熱ステージＨＳＴに載せて搬送されるガラス基板ＳＵＢは加熱しつつ偏光を照射するプロセスＰ１と加熱のみを行なうプロセスＰ２を順次交互に施して配向制御能を付与する。
【選択図】図８

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特に配向膜に光の照射で配向制御能を付与した液晶表示パネルを具備した液晶表示装置の製造方法とこの製造方法で製造された液晶表示装置に関する。

液晶表示装置に使用する配向膜を配向処理すなわち配向制御能を付与する方法として、従来からラビングで処理する方法がある。このラビングによる配向処理は、配向膜を布で一定の方向に擦ることで配向制御能を付与するものである。一方、配向膜に非接触で配向制御能を付与する光配向法がある。この種の光配向法に関する従来技術を開示したものとしては特許文献２を挙げることができる。

図１は、光配向法の一例を説明する概念図である。ガラス基板ＳＵＢの表面に配向制御能を付与する前の紫外線反応型（光分解型）配向膜ＯＲＩを形成する。このガラス基板ＳＵＢを加熱ステージＨＳＴに載置し、基板ＳＵＢと共に配向膜ＯＲＩを加熱しながら、当該配向膜ＯＲＩの上方から偏光ＰＵＶを照射する。偏光ＰＵＶは、紫外線ランプ等の光源、偏光子、フィルタなどで構成した偏光光学系ＰＵＶＳで所定の周波数の偏光を生成する。

偏光ＰＵＶが照射された配向膜ＯＲＩは、偏光の偏光軸に対して直角方向の主鎖が分離し、分離した主鎖が熱により偏光の偏光軸に沿って再配置することで偏光の偏光軸方向に配向軸を有する配向処理がなされる（特許文献１参照）。

光配向法に関しては、その光源、光学系を含め、加熱を行なわない方法も含めて特許文献３、特許文献４、特許文献５を挙げることができる。また、加熱方法に関しても、特許文献１に開示されているような基板背面より温風を吹き付ける方法の外、基板を直接加熱するホットプレートやＩＲ（赤外線）ステージ、基板の上方から温風を吹き付ける方法、特許文献６に示されてような真空容器内での加熱などが知られている。
特願２０００−１８７２２１号公報 特願平１０−３６４８３９号公報 特開２００４−１４４８８４号公報 特許第３１４６９９８号公報 特許第２９２８２２６号公報 特願平５−２９９３５０号公報

光配向は、分子の主鎖レベルでの配向処理であるため、機械的に表面加工を行なうラビングと同等の配向制御能をえることが難しい。偏光の照射と同時に熱をかける方法がその解決手段の一つである。この方法では、光と熱のエネルギーバランスの最適化が必要である。

図２は、偏光の照度と照射量を一定としたときの処理時間の関係を説明する図であり、ここでは一例として照射量を２５００ｍＪ／ｃｍ²で一定とした。横軸は照度を，縦軸は照射量を一定としたときの配向処理に要する時間を示す。配向膜の配向処理速度を向上させるために偏光の照度を高くすると、光照射時間を短縮できることがわかる、照度を２０ｍＷ／ｃｍ²から１００ｍＷ／ｃｍ²にすることで、照射時間が１２５秒から２５秒に短縮できることが分かる。

図３は、偏光の照射と同時に熱を加える配向処理装置において、偏光の照度と配向処理される基板に加えられるエネルギー量（光量と熱量）との関係を説明する図である。照射量を一定として照度を変えると、図２を用いて説明したように照度が高くなるほど照射時間が短縮される。そのため、基板に加えられる熱量は，照度に反比例して減少する。

図４は、配向処理される基板に加えられる熱量と配向性の関係の一例を示す図である。横軸は熱量，縦軸は配向性（アンカリング強度）を示す。加えられる熱量が極端に少ない８０００以下の領域では配向性が低下していることが分かる。すなわち、加えられる熱量が少なすぎると、加熱による配向性向上の効果が減少することを示している。図４の例において配向性が低下しない８０００以上の熱量を加えるためには、図３によると照度を５０ｍＷ／ｃｍ２以下にしなければならず、５０ｍＷ／ｃｍ²以上の照度にして光照射時間の短縮することができない。あるいは、５０ｍＷ／ｃｍ²以上の照度にすると、高い配向性を付与することができない。

本発明の目的は、偏光照射と加熱とで配向制御能を付与する際の処理時間を加熱効果の減少なしに短縮できる液晶表示装置の製造方法およびこの製造方法で製造された液晶表示装置を提供することにある。

図５は、本発明の基本的な配向制御能付与方法を説明する図である。横軸は処理時間で、縦左軸は偏光の照度、縦右軸は加熱温度を示す。各軸は任意目盛である。本発明の基本的な特徴は、加熱しつつ偏光を照度するプロセスと加熱のみを行なうプロセスの両方を有する点にある。図５では、加熱しつつ偏光を照射するプロセスＰ１と加熱のみを行なうプロセスＰ２を交互に行なうようにしている。なお、本発明は、加熱しつつ偏光を照射するプロセスＰ１の間に加熱のみを行なうプロセスＰ２を少なくとも２回以上組み合わせることもできる。さらに、

図６は、本発明を従来技術と比較して説明する図である。本発明は、加熱しつつ偏光を照射するプロセスＰ１の合計時間が、良好な配向性を得るために加熱しつつ偏光を照射するプロセスＰ１のみの場合の時間と同じ、又は短くすることを特徴とする。図６（a）は従来技術、図６（b）は本発明のプロセスを説明する図である。図６（a）の従来技術で、加熱しつつ偏光を照射するプロセスＰ１のみの場合の時間をＴ、図６（b）の本発明のプロセスで、加熱しつつ偏光を照射するプロセスＰ１の合計時間（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）とした場合、Ｔ ≧ （ｔ１+ｔ２+ｔ３）とする。

次に、本発明を従来技術と比較して光と熱のエネルギーバランスについてさらに具体的に説明する。図７（ａ）は、従来技術における方法（１）と方法（２）の説明図である。図中（１）で示した従来方法では低照度光源（照度２０ｍＷ／ｃｍ²）を用いており、配向制御に必要な照射量を２５００ｍＪ／ｃｍ²としたため照射時間は２５００／２０＝１２５秒となる。加熱温度１７０℃の場合の基板に加える熱量の合計は１２５×１７０＝２１２５０秒・℃となる。

図中（２）で示した従来方法では、高照度光源（照度１００ｍＷ／ｃｍ²）を用いており、配向制御に必要な照射量を２５００ｍＪ／ｃｍ²としたため照射時間は２５００／１００＝２５秒となる。加熱温度１７０℃の場合の基板に加える熱量の合計は２５×１７０＝４２５０秒・℃となる。なお、図７（ａ）には示していないが、方法（１）よりもさらに低照度の光源（照度５ｍＷ／ｃｍ²）を使用し配向膜の材料に高感度のものを用いて必要照射時間を短縮した方法（３）では、配向制御に必要な照射量を１２５ｍＪ／ｃｍ²としたため照射時間は１２５／５＝２５秒となる。加熱温度１７０℃の場合の基板に加える熱量の合計は２５×１７０＝４２５０秒・℃となる。

上記従来技術では、熱量の合計が照射時間の短縮により１／５に減少するので、熱量の合計を増やす必要がある。その手段として加熱温度を上げることが考えられるが、安定した液晶分子の配向が得られるための最適温度があり、温度が高すぎると配向を阻害するような熱反応（例えば膜の酸化分解など）が発生することがある。またＴＦＴ−ＬＣＤにおいてはＴＦＴ素子の閾値やカラーフィルタ部材の退色などの他部材への影響が発生するため、加熱温度を上げることは困難な場合が多い。

そこで、本発明では図７（ｂ）に示したように、加熱しつつ偏光を照射するプロセスＰ１と、加熱のみを行うプロセスＰ２を複数回行う。具体的には、図７（ｂ）または図７（ｃ）中（４）で示すように、高照度光源（照度１００ｍＷ／ｃｍ²）を用い、処理時間０〜１２．５秒の間に１７０℃に加熱しながら光照射を行い、１２．５秒から６２．５秒の間は１７０℃の加熱のみを行う。６２．５秒から７５．０秒の間に再度加熱しながら光照射を行い、７５．０秒から１２５秒まで加熱のみを行う。以上の処理とすることにより、配向制御に必要な照射量を２５００ｍＪ／ｃｍ²とし，基板に加える熱量の合計を１２５×１７０＝２１２５０秒・℃とすることができ、（１）で示した低照射条件と同じ熱量を加えることができたため、安定な液晶分子の配向が得られた。以下、実施例により本発明を詳細に説明する。

図８は、本発明の製造方法の実施例１を説明する基板搬送システムの側面図である。また、図９は、図８に示した基板搬送システムの上面図である。実施例１では、サイズが１５００ｍｍ×１８５０ｍｍのガラス基板ＳＵＢを用いたものを例として、具体的な数値を示すが、これはあくまで例である。

図８、図９において、配向膜材料ＯＲＩを塗布したガラス基板ＳＵＢを加熱ステージＨＳＴに載置する。この加熱ステージＨＳＴを搬送ステージＴＦＳ上に載せて矢印Ａ方向に搬送する。ガラス基板ＳＵＢを載置した複数の加熱ステージＨＳＴが搬送ステージＴＦＳ上を平流し形式で搬送される。加熱ステージＨＳＴに載せて搬送されるガラス基板ＳＵＢは加熱しつつ偏光を照射するプロセスＰ１と加熱のみを行なうプロセスＰ２を順次交互に施されて配向制御能の付与される。

ここでは、プロセスＰ１が３、プロセスＰ２が２で構成される。搬送ステージＴＦＳは一定の速度で加熱ステージＨＳＴを搬送する。その搬送速度は偏光の照射に必要な光量（使用する配向膜材料に依存）と照射可能な光束と灯具（光源および光学系）の本数によって計算される。

この具体的な計算方法は、
所望の光量［ｍＪ/ｃｍ²］ ÷ 灯具の照度［ｍＷ/ｃｍ²］ ＝ 光照射時間［ｓ］
光照射時間［ｓ］ ÷ 灯具の数＝加熱しつつ偏光を照射するプロセスＰ１の１回分に必要な時間［ｓ］
灯具の光束［ｍｍ］ ÷ 加熱しつつ偏光を照射するプロセスＰ１の１回分に必要な時間［ｓ］＝ 搬送ステージの速度［ｍｍ/ｓ］
上記の計算式では、簡単のため、使用する灯具全ての光束及び照度が同一の場合を想定した。実際は、複数ある灯具の光束及び照度は自由に設定することが可能であり、１回目の加熱しつつ偏光を照射するプロセス、２回目の加熱しつつ偏光を照射するプロセス、３回目の加熱しつつ偏光を照射するプロセスを同一時間に設定する必要はない。

ガラス基板自体は光照射が始まる前に所望の温度に到達していることが必要である。所望の温度とは、安定した液晶分子配向を実現するために必要な温度であり、具体的には１７０℃以上、２５０℃以下が望ましい。

実施例１では、加熱しつつ偏光を照射するプロセスを少なくとも二回実施するものであるため、灯具（光源および光学系）は２本以上準備しておく必要がある（図１では、３本使用）。その本数は個々の灯具の光束の幅や基板サイズ等により決める。

本発明では、加熱しつつ偏光を照射するプロセスと次の加熱しつつ偏光を照射するプロセスの間に加熱のみを行なうプロセスを設けていることが重要である。好ましくは、[ １回の加熱しつつ偏光を照射するプロセスにかかる時間 ≦ １回の加熱のみを行なうプロセスにかかる時間 ] という関係が成り立つように灯具の間隔を設定する。図９に示したように、実施例１では、１回の加熱しつつ偏光を照射するプロセスと１回の加熱のみを行なうプロセスの幅の関係を３５０ｍｍと４００ｍｍとしている。また、実施例１では加熱のみを行なうプロセスを全て同一の時間に設定しているが、同一の時間である必要はない。

実施例１では、加熱しつつ偏光を照射するプロセスが最後に設けられているが、実際の処理の際には、加熱しつつ偏光を照射するプロセスの後に加熱のみを行なうプロセスを最後のプロセスとして設けるのが好ましい。これにより、光と熱による反応が完結すると考えられる。

更に、実施例１においては、図８、図９に示した装置構成のまま、複数の波長の偏光を照射することができる装置として、複数設ける灯具の波長範囲を全て同一にせず、偏光の波長を全て同一にせず、光反応の効率を考慮して個々の灯具ごとに波長範囲を設定することもできる。

実施例１により、偏光照射と加熱とで配向制御能を付与する際の処理時間を加熱効果の減少なしに短縮できる。

図１０は、本発明の製造方法の実施例２を説明する基板搬送システムの側面図である。実施例２は１つの灯具で基板への複数回の偏光の照射を可能とした基板搬送システムである。配向膜ＯＲＩを塗布した基板ＳＵＢを加熱ステージＨＳＴに載置し、図示しないが、図８と同様の搬送ステージで矢印Ａ方向に搬送される。灯具は、紫外線ランプＬＰ、反射板ＲＦ、偏光子/フィルタＰＯＬ/ＦＬＴ、シャッタＳＨＴで構成される。

基板ＳＵＢ自体は光照射が開始される前には所望の温度に達していることが必要である。所望の温度とは安定した液晶分子配向を実現するために必要な温度であり、具体的には１７０℃以上２５０℃以下が望ましい。

本発明では、加熱しつつ偏光を照射するプロセスを少なくとも二回実施することが必要であるため、ある時間加熱しつつ偏光ＰＵＶを照射するプロセスを施した後、シャッタＳＨＴを閉じることにより偏光を遮断し、加熱のみを行なうプロセスを施す。その後、シャッタＳＨＴを開いて再び加熱しつつ偏光を照射するプロセスを施す。

実施例２では、加熱しつつ偏光ＰＵＶを照射するプロセスを三回実施しているが、加熱しつつ偏光ＰＵＶを照射するプロセスと次の加熱しつつ偏光ＰＵＶを照射するプロセスの間に加熱のみを行なうプロセスが設けられている。そして、好ましくは[ １回の加熱しつつ偏光ＰＵＶを照射するプロセスにかかる時間 ≦ １回の加熱のみを行なうプロセスにかかる時間 ]の関係が成り立つようにシャッタＳＨＴの開閉を制御する。実際の処理の際には、加熱しつつ偏光ＰＵＶを照射するプロセスが最後ではなく、その後に加熱のみを行なうプロセスを短時間でも設けられていることが望ましい。

実施例２により、偏光照射と加熱とで配向制御能を付与する際の処理時間を加熱効果が完結し、配向制御能を付与する際の処理時間を加熱効果の減少なしに短縮できる。

次に、配向膜材料について説明する。配向膜材料としては、液晶分子を配向させることが可能な材料で、かつ、紫外線の照射による配向処理が可能なものであれば良く、特に限定されるものではない。紫外線反応型の液晶配向膜の材料としては、例えば偏光紫外線の偏光方向に対して垂直な方向に液晶分子の配向を発現する特性を持つものを使用できる。例えば、米国特許第５，７３１，４０５号明細書に開示されたポリイミド型光配向材料であるポリアミック酸系高分子材料を使用することができる。[化１]にポリイミドの構造式を示す。

一般には、ポリアミック酸系高分子材料は[化２]の構造式で表される。このポリアミック酸は[化３]の構造式で表されるテトラカルボン酸二無水物と、[化４]の構造式で表されるジアミンとを合成して得られる。

具体的には、ジアミンが２，２−ビス[４−（パラアミノフェノキシ）フェニル]プロパン,テトラカルボン酸二無水物が１,２,３,４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物などが挙げられる。その他の例として、特開２００５−１２０３４３号公報に示された構造なども挙げることができる。

図１１は、本発明が適用される液晶表示パネルの構成例を説明する一画素付近の断面模式図である。この液晶表示パネルＰＮＬはＩＰＳ方式の液晶表示パネルであり、ガラスを好適とするＴＦＴ基板ＳＵＢ１とＣＦ基板ＳＵＢ２の間に封入した液晶ＬＣを有する。ＴＦＴ基板ＳＵＢ１の内面にはゲート電極ＧＴ、ゲート絶縁膜ＧＩ、シリコン半導体層ＳＩ、ソース電極ＳＤ１、ドレイン電極ＳＤ２からなる薄膜トランジスタＴＦＴが形成されている。薄膜トランジスタＴＦＴを覆って絶縁層ＩＮＳが形成され、この絶縁層ＩＮＳ上に対向電極ＣＴがパターニングされている。

対向電極ＣＴを覆ってパッシベーション膜（パス膜）ＰＡＳが成膜されている。このパス膜ＰＡＳの上には画素電極ＰＸがパターニングされ、絶縁層ＩＮＳとパス膜ＰＡＳに形成したコンタクトホールを通してソース電極ＳＤ１に接続されている。画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとは、表示面側からみて櫛歯状に互いに噛み合うように配置されている。そして、最上層に一方の配向膜ＯＲＩ１が形成されている。

また、ＣＦ基板ＳＵＢ２の内面にはブラックマトリクスＢＭと、このブラックマトリクスＢＭで区画されたカラーフィルタＣＦが形成されている。このカラーフィルタＣＦの上にはオーバーコート層（平滑層）ＯＣを介して他方の配向膜ＯＲＩ２が形成されている。

この液晶表示パネルでは、上記の一方の配向膜ＯＲＩ１と他方の配向膜ＯＲＩ２の両方に光配向処理で液晶配向制御能が付与されている。なお、少なくともＴＦＴ基板ＳＵＢ１側の配向膜ＯＲＩ１は、該ＴＦＴ基板ＳＵＢ１の内面が薄膜トランジスタＴＦＴの存在で凹凸が激しいため、光配向処理で液晶配向制御能を付与することで、配向安定性が得られ、高品質の画像表示を可能とした液晶表示装置を構成できる。

なお、ＴＦＴ基板ＳＵＢ１とＣＦ基板ＳＵＢ２の外面には、それぞれ偏光板ＰＯＬ１、ＰＯＬ２が積層されて液晶表示パネルＰＮＬを構成している。

図１２は、本発明により製造された液晶表示装置の全体構造例を説明する展開斜視図である。図１１と同一符号は同一機能部分に対応する。液晶表示パネルＰＮＬは、周辺（ここでは、上辺と左辺）に駆動回路が搭載されている。上辺に搭載されているのはデータ線駆動回路チップ、左辺に搭載されているのは走査線駆動回路チップである。なお、ここでは駆動回路チップを搭載と記載したが、これに代えてＴＦＴ基板上に直接作り込んだ駆動回路とすることもできる。

駆動回路はフレキシブルプリント基板ＦＰＣで図示しない信号源に接続されている。液晶表示パネルＰＮＬの背面にはバックライトユニットＢＬが設置されている。バックライトユニットＢＬは、導光板ＧＬＢ、光源、プリズムシートや拡散シートからなる光学補償部材、導光板ＧＬＢの背面に設置された図示されない反射シートなどを収容したモ−ルドフレームＭＤＬで構成される。

そして、液晶表示パネルＰＮＬの上から金属材の上フレームＳＨＤを被せ、モ−ルドフレームＭＤＬの背面に設けた金属材の下フレームＭＦＬと接続して一体化される。液晶表示パネルＰＮＬに形成された電子潜像をバックライトユニットＢＬからの照明光で可視化する。

光配向法の一例を説明する概念図である。 偏光の照度と処理時間の関係を説明する図である。 一般的な照度と配向処理時間および加熱温度の関係を示す図である。 配向処理時間と配向性の関係を示す図である。 本発明の基本的な配向制御能付与方法を説明する図である。 本発明を従来技術と比較して説明する図である。 本発明を従来技術と比較して光と熱のエネルギーバランスについて、従来技術の（１）と（２）を説明する図である。 本発明のエネルギーバランスについてさらに具体的に説明する図である。 本発明のエネルギーバランスについてさらに具体的に説明する図である。 本発明の製造方法の実施例１を説明する基板搬送システムの側面図である。 図８に示した基板搬送システムの上面図である。 本発明の製造方法の実施例２を説明する基板搬送システムの側面図である。 本発明が適用される液晶表示パネルの構成例を説明する一画素付近の断面模式図である。 本発明により製造された液晶表示装置の全体構造例を説明する展開斜視図である。

符号の説明

ＳＵＢ・・・基板、ＳＵＢ１・・・ＴＦＴ基板、ＳＵＢ２・・・ＣＦ基板、ＰＸ・・・画素電極、ＯＲＩ・・・配向膜、ＯＲＩ１・・・ＴＦＴ基板側の配向膜、ＯＲＩ２・・・ＣＦ基板側の配向膜、ＣＴ・・・対向電極（共通電極）、ＣＦ・・・カラーフィルタ、ＬＣ・・・液晶、ＢＭ・・・ブラックマトリクス、ＰＯＬ１,ＰＯＬ２・・・偏光板、ＰＵＶ・・・偏光紫外線、ＰＵＶＳ・・・灯具（光源および光学系）。

Claims (4)

1. 画素選択用のアクティブ素子が形成された主面の最上層に第１の配向膜を有する一方の基板と、カラーフィルタが形成された主面の最上層に第２の配向膜を有する他方の基板と、前記一方の基板の前記第１の配向膜と前記他方の基板の前記第２の配向膜の間に封止された液晶とからなる液晶表示パネルを具備し、少なくとも前記第１の配向膜に偏光の照射で液晶配向制御能を付与するための配向処理を行なう液晶表示装置の製造方法であって、
   前記基板を加熱しつつ前記配向膜に前記偏光の照射を行う加熱・偏光照射工程と、前記偏光を照射せずに前記加熱のみを行なう加熱・偏光非照射工程とにより前記配向膜に配向制御能を付与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において、
   前記加熱・偏光照射工程と前記加熱・偏光非照射工程とを交互に組合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２において、
   前記加熱・偏光照射工程の間に前記加熱・偏光非照射工程を２以上組合せることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
4. 画素選択用のアクティブ素子が形成された主面の最上層に第１の配向膜を有する一方の基板と、カラーフィルタが形成された主面の最上層に第２の配向膜を有する他方の基板と、前記一方の基板の前記第１の配向膜と前記他方の基板の前記第２の配向膜の間に封止された液晶とからなる液晶表示パネルを具備し、少なくとも前記第１の配向膜に偏光の照射で液晶配向制御能を付与するための配向処理を行なう液晶表示装置であって、
   前記第１と第２の配向膜の少なくとも第１の配向膜が、前記基板を加熱しつつ前記偏光の照射を行う加熱・偏光照射工程と、前記偏光を照射せずに前記加熱のみを行なう加熱・偏光非照射工程とにより配向制御能が付与されたものであることを特徴とする液晶表示装置。
   
   

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