JP2008046471A - 液晶表示パネル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】残像を抑制しつつ、画質を高めた横電界方式の液晶表示パネルを提供する。
【解決手段】液晶表示パネル１０は、液晶層１１と、液晶層１１に横方向電界を印加する電極を有する駆動基板１２と、液晶層１１を挟んで駆動基板１２に対向する対向基板１３とを備える。駆動基板１２上には、液晶層１１に接する表面にラビング法で形成された第１の配向層２３が形成され、対向基板１３上には、液晶層１１に接する表面に粒子ビーム照射法で形成された第２の配向層３５が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示パネル及びその製造方法に関し、特に、横電界方式の液晶表示パネル及びその製造方法に関する。

液晶表示装置は、バックライト装置と、バックライト装置の発光面上に配設された液晶表示パネルとを備える。液晶表示パネルは、マトリックス状に配列された画素ごとに光スイッチングを行い、画像の表示を行う。また、光スイッチングを連続的に切り替えることによって映像の表示を行うことが出来る。

近年、液晶表示装置は、その薄型で軽量な特長が好まれ、情報処理端末の表示装置のみならず、カーナビゲーションシステムなどの車載機器や各種産業用機器の表示装置、更には、医療用や放送用の表示装置としても利用が拡がりつつある。利用分野の拡大に伴って、液晶表示装置には、より高い表示品質が求められるようになってきている。

液晶表示パネルの駆動方式として、従来、一対の駆動基板及び対向基板の相互間に電界を発生させるＴＮ（Twisted Nematic）方式が広く用いられてきた。しかし、ＴＮ方式は、液晶分子が基板の面内方向から立ち上がって配向するため、視野角の増大に伴って偏光角にずれが生じ、広視野角領域で高い画質が得られない。

上記に対して、基板の面内方向に平行な電界（横方向電界）を発生させ、液晶分子をその面内方向で回転させることによって、画質の視野角依存性を小さくした、ＩＰＳ（In Plain Switching）方式やＦＦＳ（Fringe Field Switching)方式と呼ばれる横電界方式が採用されつつある。横電界方式の液晶表示パネルは、液晶層に横方向電界を印加する電極や、電極を駆動する薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）などを備える駆動基板と、液晶層を介して駆動基板と対向する対向基板とを有する。

双方の基板は、無電界の際に液晶分子を所定の方向（初期配向方向）に配向させる目的で、液晶層側の表面に配向層をそれぞれ備えている。その結果、各階調における液晶分子の回転角の大きさは印加電圧と配向層による配向規制力とのバランスで決まる。従来、この配向層の形成に際しては、ラビング法が用いられていた。ラビング法は、配向層を構成するポリイミドなどの高分子膜の表面を特殊な布で所定の向きに擦ることによって、その高分子を配向させる方法である。しかし、液晶表示装置の画質への要求の高まりに伴って、ラビングに際して配向層の表面に形成されるスクラッチや屑（ラビング屑）の影響が無視できなくなってきた。

スクラッチやラビング屑による画質低下を抑制するために、非接触で配向層を形成する非接触配向法が検討されている。例えば特許文献１は、イオンや中性原子などの粒子ビーム照射によって、配向層の原子間の結合（π結合）を切断すると共に、照射方向に沿って再結合させる、粒子ビーム照射法を記載している。同文献は、また、配向層として、ＰＥ−ＣＶＤ（Plasma Enhanced - Chemical Vapor Deposition）法を用いてＤＬＣ（Diamond Like Carbon）と呼ばれる非晶質炭化水素膜を成膜する旨を記載している。

しかし、非接触配向法は、ラビング法に比して、液晶分子の配向規制力が劣る問題がある。これは、ラビング法では、高分子同士を繋ぐ高分子鎖間のπ結合との分子間力だけでなく、高分子鎖の分子レベルでの配向や高分子鎖よりも長い距離で配向層表面に形成された溝などの表面構造が、液晶分子を配向させるための規制要因になっているのに対して、非接触配向法では、作用距離の短い原子間のπ結合との分子間力しか存在しないためである。

上記に対して、特許文献２は、駆動基板の配向層を非接触配向法の一つである光配向法で形成すると共に、液晶分子に対する配向規制力の低下を補うために、対向基板の配向層をラビング法で形成することを提案している。
特許第３２２９２８１号公報（請求項１） 特開２００２−２４４１３８号公報（第３頁段落００１２）

ところで、横電界方式では、液晶分子は、駆動基板の近傍で発生する電界によって基板に平行な面内方向で回転するため、ＴＮ方式に比して、駆動基板の表面の影響を受けやすい。このため、横電界方式の液晶表示パネルで、駆動基板の配向層を非接触配向法で形成すると、電界を緩和した際に液晶分子が初期配向方向に戻りにくくなり、残像が生じ易くなる。残像は、特定の画像を長時間表示させた際や、ノーマリーブラック型の液晶表示パネルにおいて階調表示を行うために液晶層に弱い電界を印加した際に顕著に生じた。

近年、液晶表示パネルの表示品質への要求が高まり、残像の発生は液晶表示パネルの付加価値を大きく低下させる要因となる。例えば、医療機器の分野では、レントゲン装置で撮像した画像を液晶表示装置の画面上に表示させた状態で診断を行うことが考えられるが、特定の画像を長時間表示させた後に残像が発生すると誤診等の原因となる。また、放送用の表示装置や、テレビ等の映像表示用モニタとして利用する場合には、残像は映像の品質を大きく低下させる。

本発明は、上記に鑑み、横電界方式の液晶表示パネル及びその製造方法であって、駆動基板側及び対向基板側のそれぞれの配向層に対する最適な配向処理の組合せを提供し、これによって、残像を抑制しつつ、画質を高めた液晶表示パネル及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の液晶表示パネルは、液晶層と、該液晶層に横方向電界を印加する電極を有する駆動基板と、前記液晶層を挟んで前記駆動基板に対向する対向基板とを備える液晶表示装置において、
前記駆動基板上には、液晶層に接する表面にラビング法で形成された配向層が形成され、前記対向基板上には、液晶層に接する表面に非接触配向法で形成された配向層が形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る液晶表示パネルの製造方法は、液晶層と、該液晶層に横方向電界を印加する電極を有する駆動基板と、前記液晶層を挟んで前記駆動基板に対向する対向基板とを備える液晶表示装置を製造する方法において、
前記駆動基板の表面に配向膜を形成し、該配向膜をラビングして第１配向層を形成する工程と、
前記対向基板の表面に配向膜を形成し、該配向膜に対する光照射又は粒子ビーム照射によって第２配向層を形成する工程とを有することを特徴とする。

本発明の液晶表示パネルによれば、液晶層に横方向電界を印加する電極を有する駆動基板の配向層をラビング法で形成し、強い配向規制力を持たせることによって、電界を緩和した際に液晶分子を初期配向方向に速やかに戻すことができ、残像を抑制できる。また、表面の凹凸の大きな対向基板の配向層を非接触配向法で形成することによって、スクラッチやラビング屑の発生を抑制すると共に未配向領域を低減して、画質を高めることが出来る。

従って、本発明の液晶表示パネルは、液晶層に横方向電界を印加して光スイッチングを行う際に、双方の配向層をラビング法で形成した従来の液晶表示パネルに比して、残像を抑制しつつ、画質を高めることが出来る。

本発明の液晶表示パネルの好適な態様では、前記対向基板上に形成された配向層は、前記対向基板上に形成された膜を覆うオーバーコート層の表面部分に形成されている。配向層が配向膜とオーバーコート層とを兼ねる膜の表面部分に形成されていることによって、製造プロセスを簡素化できる。この場合、好ましくは、前記対向基板上に形成された配向層が共役二重結合を含む。配向層の配向規制力を高めることが出来る。

本発明の液晶表示パネルの好適な態様では、前記対向基板上に形成された配向層は、湿式成膜法で堆積された高分子膜でもよい。乾式成膜法に比して配向層の疎水化を抑制できるので、プレチルト角の増大を抑制し、視野角の低下や、駆動時の光漏れ、残像を抑制できる。また、表面をより平坦に形成できるので、液晶分子が配向し易くできる。更に、製造プロセスを簡素化できる。

本発明の液晶表示パネルでは、前記対向基板上に形成された配向層が、粒子ビーム照射によって配向されてもよい。

以下に、添付図面を参照し、本発明の第１実施形態を更に詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る液晶表示パネルの構成を示す断面図である。液晶表示パネル１０は、横電界方式の液晶表示パネルであって、液晶分子を含む液晶層１１と、液晶層１１に電界を印加し液晶層１１を駆動する駆動電極がアレイ状に配設された駆動基板１２と、液晶層１１を挟んで駆動基板１２に対向する対向基板１３とを備える。

駆動基板１２は、ガラス基板２１を備え、ガラス基板２１上には、駆動層２２及び第１の配向層２３が順次に形成されている。駆動層２２は、駆動電極や、駆動電極を駆動するＴＦＴ素子、ＴＦＴ素子に接続される配線、及び、それらの間に形成された複数層の絶縁膜から成る。駆動電極は、一対の画素電極及び共通電極から成り、駆動基板１２の面内方向に平行な電界を液晶層１１内に生じさせることが出来る。第１の配向層２３は、有機樹脂膜から成り、表面にはラビング法による配向処理が施されている。有機樹脂膜には、例えばポリイミド膜やポリアミック酸を用いる。

対向基板１３は、ガラス基板３１を備え、ガラス基板３１上には、ブラックマトリックス層（図示なし）、色層３２、オーバーコート層３３、及び、配向膜３４が順次に形成されている。液晶表示パネル１０は、カラー表示方式の液晶表示パネルであって、色層３２は赤、緑、青の３色の色層から構成されている。各色の色層３２はそれらの境界部分で互いに重なっており、ブラックマトリックス層は、それらの境界部分に形成されている。

オーバーコート層３３は、色層３２やブラックマトリクス層中に含まれる顔料、染料、又は、オーバーコート層３３下の膜中や膜間に含まれる水分が液晶層１１へ拡散することを抑制すると共に、オーバーコート層３３下に形成された段差を低減する役割を有している。オーバーコート層３３と配向膜３４との間には、液晶層１１の厚みを設定するための柱状スペーサ（図示せず）が形成されている。配向膜３４の表面は、膜下の柱状スペーサや、色層３２間の重なり、ブラックマトリックス層などの構造を反映して、凹凸を有する。

配向膜３４は、フレキソ印刷法などの湿式成膜法で成膜された高分子膜から成り、例えばポリイミドから成る。配向膜３４の表面部分は、粒子ビーム照射による配向処理が施されており、第２の配向層３５を構成する。第２の配向層３５は、配向処理が施されていない配向膜３４の部分とは異なる化学構造を有する。配向膜３４にポリイミドを用いた場合には、配向膜３４は、単一又は複数の芳香族テトラカルボン無水物と同様に、単一又は複数の芳香族ジアミンの重縮合体及びその環化反応物から成り、構成する各モノマーの反応性比及び立体構造に応じた比率の繰返し構造を持つ。これに対して、第２の配向層３５では、粒子ビーム照射での改質によって、配向膜３４に比して、カルボニル結合や共役２重結合が減少している。表示方式は例えばノーマリーブラック方式である。なお、配向膜３４には、ポリミアック酸などの他の高分子膜を用いることも出来る。

本実施形態の液晶表示パネル１０によれば、大きな電界が加わる駆動基板の第１の配向層２３をラビング法で形成し、第１の配向層２３に強い配向規制力を持たせることによって、電界を緩和した際に液晶分子を初期配向方向に速やかに戻すことができ、残像を抑制できる。また、表面の凹凸の大きな対向基板の第２の配向層３５が非接触の粒子ビーム照射法で形成されることによって、スクラッチやラビング屑の発生を抑制すると共に、未配向領域を低減して、画質を高めることが出来る。

つまり、本実施形態の液晶表示パネル１０は、双方の配向層をラビング法で形成した従来の液晶表示パネルに比して、残像を抑制しつつ、画質を高めることが出来る。従って、医療や放送用の表示装置、テレビ等の映像表示用モニタ等の分野で特に好適に使用できる。

図２は、図１の液晶表示パネルを製造する手順を示すフローチャートである。図３は、図２のフローチャートにおける、駆動基板１２を製造する各製造段階を順次に示す断面図である。図３（ａ）に示すように、ガラス基板２１上に駆動層２２を形成した後（ステップＳ１１。図２参照。以下同じ。）、図３（ｂ）に示すように、オフセット印刷法を用いて、駆動層２２上にポリイミド膜２３ａを形成する（ステップＳ１２）。

駆動基板１２をホットプレート上で加熱しポリイミド膜２３ａに含まれる溶媒を除去した後、図３（ｃ）に示すように、駆動基板１２を焼成炉４１内に導入する。引き続き、窒素雰囲気中での焼成を行い、化学反応によりポリイミド膜２３ａを硬化させる（ステップＳ１３）。焼成の際の最適な基板温度は配向膜３４の種類により異なるが、本実施形態では２００〜２５０℃が望ましく、例えば２３０℃とする。焼成に後続して、駆動基板１２を冷却させる。なお、焼成に際しては赤外線の照射によって基板表面を加熱してもよく、また、上記溶媒除去、焼成、及び、冷却の各工程が、更に複数の工程から構成されてもよい。

次いで、図３（ｄ）に示すように、ラビングローラ４２を用いてポリイミド膜２３ａの表面部分に対する配向処理を行い、図３（ｅ）に示す第１の配向層２３を形成する（ステップＳ１４）。引き続き、必要に応じて、第１の配向層２３表面を洗浄する（ステップＳ１５）。洗浄は、例えばイソプロピルアルコール等の有機溶媒を用いた洗浄や、超音波洗浄で行う。洗浄に後続して、第１の配向層２３表面を乾燥させる。乾燥は、エアナイフによる乾燥、基板の高速スピンによる乾燥、又は、熱風乾燥炉による乾燥を必要に応じて使い分ける。

第１の配向層２３表面に対する後処理（ステップＳ１６）を行った後、駆動基板１２表面の周縁部にシール材を形成する（ステップＳ１７）。

図４は、図２のフローチャートにおける、対向基板１３を製造する各製造段階を順次に示す断面図である。ガラス基板３１上にブラックマトリックス層を形成した後（ステップＳ２１）、ブラックマトリックス層上に色層３２を形成する（ステップＳ２２）。図４（ａ）に示すように、色層３２上にオーバーコート層３３を形成した後（ステップＳ２３）、オーバーコート層３３上に図示しない柱状スペーサを形成する。

次いで、図４（ｂ）に示すように、フレキソ印刷法を用いて、オーバーコート層３３上にポリイミドから成る配向膜３４を形成する（ステップＳ２４）。配向膜３４は、柱状スペーサを覆って形成する。なお、配向膜３４の形成に際しては、スピンコート法やインクジェット法など他の湿式成膜法で行ってもよい。

駆動基板１２の場合と同様に、対向基板１３をホットプレート上で加熱し配向膜３４に含まれる溶媒を除去した後、図４（ｃ）に示すように、対向基板１３を焼成炉４１内に導入する。引き続き、窒素雰囲気中での焼成を行い、化学反応により配向膜３４を硬化させる（ステップＳ２５）。焼成の際の温度は２００〜２５０℃が望ましく、例えば２３０℃とする。焼成に後続して、対向基板１３を冷却させる。なお、焼成に際しては赤外線の照射によって基板表面を加熱してもよく、また、上記溶媒除去、焼成、及び、冷却の各工程が、更に複数の工程から構成されてもよい。

対向基板１３を冷却させた後、配向膜３４表面の洗浄を行う（ステップＳ２６）。次いで、対向基板１３を粒子ビーム照射用チャンバ４３内に導入した後、粒子ビーム照射用チャンバ４３内の気圧を低下させて真空状態に近づける。引き続き、配向膜３４の表面に対する粒子ビーム照射を行い、配向膜３４の表面部分の配向処理を行う（ステップＳ２７）。粒子ビーム照射は、図４（ｄ）に示すように、イオンビームガン４４を用いて、配向膜３４の表面に向けてイオンビームを出射する。イオンビームの出射に際しては、基板表面に対して一定の傾きを持つ方向から行い、基板表面に対する入射角θを例えば１５°とする。

イオンビームガン４４の次段には、電子を発生させてイオンビームを中和させる中和ユニット（図示なし）が配設されている。イオンビームガン４４から出射されたＡｒイオンの一部は、中和ユニットによって中和されて中性のＡｒ原子となる。基板表面にはＡｒイオン及びＡｒ原子が照射され、双方の粒子が配向処理に寄与する。基板に照射されるＡｒイオンの量を低減することによって基板の帯電を抑え、基板表面に対して安定した粒子ビーム照射を行うことが出来る。粒子ビーム照射の際の気圧や電圧などの条件としては、例えば特開2004-205586号公報に記載されている条件を採用できる。

基板表面への粒子ビーム照射によって、配向膜３４の表面部分の高分子鎖の結合が切断、再結合され、結合が所定の方向に異方性を持った第２の配向層３５が形成される。従って、第２の配向層３５は、配向処理が行われる前とは異なる化学構造を有する。粒子ビーム照射に際しては、液晶表示パネル１０に組み立てた後に、アンチパラレル配向となる方向で照射する。

なお、粒子ビーム照射に際しては、Ａｒ以外の原子、分子、又は、イオン等の粒子を用いてもよい。また、第２の配向層３５の形成に際しては、他の非接触配向法を用いてもよい。液晶表示パネルの用途によっては、光配向法を用いてもよいが、適切な配向膜及び光照射技術を選択する。更に、第２の配向層３５の形成に際して、同一の、又は、異なる配向処理を繰り返してもよい。コントラスト比、残像抑制効果、又は、長期信頼性が向上することがある。

また、第２の配向層３５の配向は、スプレイ配向としてもよい。スプレイ配向は視野角による輝度の非対称性が小さいため、光学補償フィルムと組み合わせて採用することによって、輝度や色味の視野角依存性を抑制できる。一方、アンチパラレル配向では、スプレイ配向に比して、黒表示の際の特定方向から見た輝度を抑制できる。従って、液晶表示装置の用途などによって、配向方式を使い分けることが好ましい。

粒子ビーム照射に後続して、真空状態に保ったまま、対向基板１３を後処理用チャンバ４５に搬送し、後処理を行う（ステップＳ２８）。本ステップでは、フィラメントを用いて基板表面を加熱しつつ、図４（ｅ）に示すように、後処理ガス照射ユニット４６を用いて、基板表面に対して所定のガスの照射を行う。粒子ビーム照射を行った直後では、第２の配向層３５には不安定な化学結合が多数存在している。従って、本ステップでは、基板表面に対するガスの照射によって、それら不安定な結合の終端処理を行い、化学構造を安定化させる。

基板表面に照射するガスとして、本実施形態では水素と窒素の混合ガスを用いる。なお、特表2004-530790号公報は、水素と窒素の混合ガスを用いた終端処理方法の一例を記載している。水素と窒素の混合ガスに代えて、他の元素のガスやそれらの混合ガスを用い、或いは、水や有機物質を噴霧してもよい。有機物質を用いる際には適当な極性基を有するものを用いると、液晶分子のプレチルト角を下げることが出来る。

後処理が終了した後、図４（ｆ）に示すように、対向基板１３をクリーンルーム環境下に戻し、対向基板１３表面の周縁部にシール材を形成する（ステップＳ２９）。なお、シール材は、駆動基板１２及び対向基板１３の何れか一方に貼付してもよい。

次いで、駆動基板１２と対向基板１３とをシール材を介して互いに貼り合わせる（ステップＳ３１）。駆動基板１２と対向基板１３との間の隙間に注入孔を介して液晶を注入した後（ステップＳ３２）、注入孔を封止する（ステップＳ３３）。なお、液晶の注入に際しては、注入孔から液晶を注入する注入法に代えて、ＯＤＦ（One Drop Fill）法で行ってもよい。ＯＤＦ法では、シール材を形成した一方の基板の表面に液晶を滴下した後、他方の基板と貼り合わせてシール材を硬化させる。

液晶のネマチック−アイソトロピック転移温度以上の温度で熱処理を行った後、駆動基板１２及び対向基板１３の外側表面に偏光板をそれぞれ貼り付ける。引き続き、駆動基板１２にＴＦＴ素子を駆動する駆動基板を接続することによって、液晶表示パネル１０を製造する。更に、液晶表示パネル１０をバックライト装置と組み合わせることによって、液晶表示装置を製造できる。

本実施形態の製造方法では、対向基板の配向膜３４を高分子膜で構成することによって、その成膜に際してオフセット印刷法などの湿式成膜法を用いることが出来る。湿式成膜法では、特許文献１に記載のＰＥ−ＣＶＤ法などの乾式成膜法に比して、下地の凹凸形状を効果的に低減して表面をより平坦に形成できる。従って、液晶分子が配向し易くして、残像の発生を抑制できる。また、製造プロセスを簡素化できると共に、装置構成やメンテナンス、プロセス条件の管理等の面でコストを低減できる。

ところで、配向膜を乾式成膜法で形成すると、粒子ビーム照射に際して配向膜が疎水化し易くなる。配向膜が過度に疎水化すると、液晶分子は分子の長軸方向を配向膜の表面から遠ざけようとするため、プレチルト角が大きくなる。また、粒子ビーム照射により配向膜表面のラフネスが増加し、これに伴って、プレチルト角が更に大きくなる。

横電界方式の液晶表示パネルでは、プレチルト角が大きくなると、視野角が低下するだけでなく、液晶表示パネルの駆動時に液晶層内で生じる縦方向の電界を液晶分子が受け易くなり、光漏れや残像が生じ易くなる。これに対して、本実施形態の製造方法では、配向膜３４を湿式成膜法で形成することによって、配向膜３４の疎水化を抑制し、プレチルト角の増大を抑制できる。これによって、視野角の低下や、駆動時の光漏れ、残像を抑制できる。

なお、対向基板の第２の配向層３５の形成に際しては、特許文献２に記載のように、光照射法を用いることも考えられる。しかし、液晶表示パネルでは、エッチング工程のマスク材としてだけでなく、色層やブラックマトリックス層、スペーサなどにも光反応性レジストが用いられる。これらの光反応性レジストには、その形成後に熱処理等による安定化処理が施されるが、完全に安定化させることは難しい。従って、これらの材料に光配向法で過度に強い光が照射されると、光反応が進行して変性し、光学特性や電気特性が変化するおそれがある。

また、配向膜に感光性を有する材料が用いられるため、実使用環境下での光照射によって、配向膜が劣化するおそれもある。更に、光配向法で用いられる配向膜は、光照射によって特性が大きく変化する性質を有しているため、光配向法での光照射に際して、光強度の僅かな不均一が、液晶分子の配向やプレチルト角に影響を与えるおそれがある。従って、光配向法を用いる際には、光照射に際して適切な光強度を用いると共に、配向膜を含み対向基板を構成する各層の材料を適切に選定することが望ましい。

上記実施形態では、色層３２の形成後、オーバーコート層３３を形成することなく、配向膜３４を形成してもよい。この場合、色層３２の形成後、必要に応じて柱状スペーサを形成する。また、柱状スペーサの形成に代えて、散布法や印刷法によって基板上に球状スペーサを配置してもよい。この場合、粒子ビーム照射後に球状スペーサを配置することによって、粒子ビーム照射に際して影になる領域を低減できる。

上記実施形態では、カラー表示方式の液晶表示パネルの例を示したが、モノクロ表示方式の液晶表示パネルとしてもよい。モノクロ表示方式の液晶表示パネルの製造に際しては、色層３２を形成しなくてもよく、ブラックマトリックス層上にオーバーコート層３３を形成する。色層３２を形成しない場合には、カラー表示方式の液晶表示パネルで各色の色層３２間の重なりによって生じる段差が低減されること、及び、色層３２中の色素や顔料と駆動基板１２の駆動電極との間の電気的な相互作用が抑えられること等によって、残像が更に抑制される。

第１実施形態の製造方法に従って液晶表示パネルを製造し実施例１の液晶表示パネルとした。また、比較のために、比較例１〜３（表１参照）の液晶表示パネルを製造した。比較例１の液晶表示パネルでは、駆動基板の第１の配向層２３、対向基板の第２の配向層３５の双方をラビング法で形成した。比較例２の液晶表示パネルでは、実施例１の液晶表示パネルとは逆に、駆動基板の第１の配向層２３を粒子ビーム照射法で、対向基板の第２の配向層３５をラビング法で形成した。比較例３の液晶表示パネルでは、駆動基板の第１の配向層２３、対向基板の第２の配向層３５の双方を粒子ビーム照射法で形成した。

比較試験１として、実施例１及び比較例１〜３の液晶表示パネルに対して、プレチルト角の測定、光学測定、残像試験、及び、長期信頼性試験を行った。プレチルト角の測定は、偏光板の貼付け工程前に行った。

比較試験１に先立ち、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope：原子間力顕微鏡）を用いて、第１実施形態の製造方法に従って形成した駆動基板の第１の配向層２３、対向基板の第２の配向層３５の表面観察を行った。結果、駆動基板の第１の配向層２３の表面には配向処理方向に細長い溝が確認されたが、対向基板の第２の配向層３５の表面にはそのような溝は確認されなかった。

プレチルト角の測定は、液晶表示パネルの表示面の所定の測定点で行った。測定は実施例１及び比較例１〜３の各液晶表示パネルについて５台ずつ行うと共に、表示面内の５つの測定点で行い、それらの平均値を求めた。測定には中央精機社製液晶特性評価装置ＯＭＳを用いた。結果、実施例１の液晶表示パネルでは１．１度、比較例１の液晶表示パネルでは０．５度、比較例２の液晶表示パネルでは１．３度、比較例３の液晶表示パネルでは２．０度であった。このように、実施例１の液晶表示パネルでは、比較例１の液晶表示パネルよりも僅かに大きいものの、比較例２、３の液晶表示パネルより小さなプレチルト角が得られた。

光学測定では、実施例１及び比較例１〜３の各液晶表示パネルを液晶表示装置に組み立て、外観の目視観察及びコントラスト比の測定を行った。結果を表１に示す。

外観の目視観察では、液晶表示装置の表示面を目視で観察し、筋模様や輝点、ムラの有無の確認を行った。結果、同表に示すように、実施例１及び比較例２，３の液晶表示パネルでは、異常は観察されなかったが、比較例１の液晶表示パネルでは、細かな筋模様が観察された。なお、外観の目視観察に先立って、駆動基板の動作確認を行い、ＴＦＴ素子に不具合が無い液晶表示パネルのみを用いた。また、ラビング工程での静電気による破壊等は生じなかった。

コントラスト比の測定に際しては、液晶表示装置の表示面内の所定の測定点で、白階調及び黒階調の輝度を測定し、白階調の輝度を黒階調の輝度で割った値をコントラスト比とした。測定にはトプコン社製輝度測定器ＢＭ−５Ａを用いた。なお、試験は実施例１及び比較例１〜３の各液晶表示パネルについて５台ずつ行うと共に、表示面内の９つの測定点で行い、それらの平均値を求めた。また、表中のコントラスト比は、実施例１及び比較例１〜３の各液晶表示パネルについて得られたコントラスト比を、比較例１の液晶表示パネルのコントラスト比で除した値で示している。

同表に示したように、コントラスト比について、比較例１の液晶表示パネルに対して、比較例２の液晶表示パネルでは４％、比較例３の液晶表示パネルでは１％だけ高い値が得られたのに対して、実施例１の液晶表示パネルでは１０％も高い値が得られた。

残像試験では、実施例１及び比較例１〜３の各液晶表示パネルを液晶表示装置に組み立て、表示面に黒階調及び白階調を市松状に表示させた状態で８時間待機した後、128/256階調での全画面表示に切り替えて５分間待機し、市松状の残像の有無を暗室中で目視で確認した。試験は室温環境下で行い、試験中ではバックライトを常に点灯した状態に保持した。

残像の目視観察では、残像レベルを０〜４の５段階で評価した。残像が全く見られない状態を０とし、残像の度合いに応じて１、２、３、４の順に増加させた。１は1/256階調程度、２は2/256階調程度、３は3/256階調程度、４は4/256階調程度以上の差がそれぞれ見られた状態とした。実使用可能な残像レベルは０又は１である。また、上記と同様の手順で、128/256階調に代えて、57/256階調での全画面表示に切り替える試験も行った。結果を表２に示す。試験は実施例１及び比較例１〜３の各液晶表示パネルについて３台ずつ行い、それらの平均値を求めた。

同表に示したように、残像レベルについて、実施例１及び比較例１の液晶表示パネルでは、実使用可能な値が得られた。比較例２の液晶表示パネルでは、128/256階調表示の際には、実使用可能な値が得られたのに対して、57/256階調表示の際には、残像が顕著に生じ、実使用可能な値が得られなかった。比較例３の液晶表示パネルでは、128/256階調表示及び57/256階調表示の何れに際しても、残像が顕著に生じ、実使用可能な値が得られなかった。

なお、実施例１及び比較例１〜３の液晶表示パネルの何れについても、白階調表示を行った部分の輝度が、周囲の輝度よりも高くなるような残像が観察された。実施例１及び比較例１〜３の各液晶表示パネル内では、残像レベルのばらつきは無かった。同表において、残像は低階調表示でより顕著に発生しているが、これは、低階調表示には、弱い電界による僅かな液晶分子の動きを利用しているため、長時間にわたる電界の印加によって、液晶分子が初期配向方向からずれ易くなるためである。

長期信頼性試験では、実施例１及び比較例１〜３の各液晶表示パネルを液晶表示装置に組み立て、先ず、液晶表示装置を温度を６０℃、湿度を９０％にそれぞれ設定した恒温恒湿槽に入れ、全画面を白階調表示させた状態で５００時間保持した。次いで、液晶表示装置を恒温恒湿槽から取り出し、動作を停止した状態で、室温環境下で６時間保持した。本比較試験において、室温環境下とは温度が２０〜２５℃に制御された実験室環境をいう。

液晶表示装置を恒温恒湿槽に入れる前、及び、恒温恒湿槽から取り出し室温環境下での保持が終了した際に、輝度計ＢＭ−５Ａを用いて黒階調での輝度を測定し、前後にわたる輝度の変化を調べた。恒温恒湿槽から取り出した際には、目視の外観観察も行い、表示ムラ等の有無を調べた。結果を表３に示す。

同表に示したように、目視の外観観察では、何れの液晶表示パネルについても表示ムラは観察されなかったが、比較例１、２の液晶表示パネルでは、黒階調表示を行った部位やその近傍の低階調表示を行った部位で小さな輝点が観察された。実施例１及び比較例３の液晶表示パネルでは、そのような輝点は観察されなかった。輝点は、ラビング処理に際した生じた細かなラビング屑が対向基板上の柱状スペーサの影等に残留し、恒温恒湿下での長期動作によって、それらのラビング屑の周辺で液晶分子の配向不良が顕著になるために生じるものと考えられる。

また、恒温恒湿槽内での保持の前後にわたる輝度の変化については、比較例１の液晶表示パネルでは輝度上昇が１％で、実施例１の液晶表示パネルでは輝度上昇が２％であり、何れも輝度上昇が小さかった。これに対して、比較例２の液晶表示パネルでは輝度上昇が６％で、比較例３の液晶表示パネルでは輝度上昇が１０％もあり、何れも輝度上昇が大きく、長期にわたって使用した際に高い画質を維持できない。

比較試験１において、光学測定の結果より、実施例１の液晶表示パネルは、双方の配向層をラビング法で形成した比較例１の液晶表示パネルよりも高い画質を有すると評価できる。また、残像試験の結果より、実施例１の液晶表示パネルでは、残像レベルが、比較例１の液晶表示パネルよりも僅かに高いものの、駆動基板の配向層を粒子ビーム法で形成した比較例２の液晶表示パネルや、双方の配向層を粒子ビーム法で形成した比較例３の液晶表示パネルに比して、低減されると評価できる。更に、長期信頼性試験の結果より、実施例１の液晶表示パネルは、長期にわたって残像レベルや画質を良好な状態に維持できる高い長期信頼性を有すると評価できる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る液晶表示パネルの構成を示す断面図である。液晶表示パネル１４は、対向基板１３において、配向膜がオーバーコート層３３と一体的に構成されていることを除いては、図１の液晶表示パネル１０と同様の構成を有している。図６は、図５の液晶表示パネル１４を製造する手順を示すフローチャートである。液晶表示パネル１４の製造方法は、配向膜３３を形成するステップＳ２４を有しないことを除いては、図２に示した液晶表示パネル１０の製造方法と同様である。

ステップＳ２３のオーバーコート層３３の形成に際しては、アクリル樹脂と芳香環を含むモノマーとの共重合体から成り架橋基を持つ高分子を有機溶剤に溶かした状態でスピンコート法を用いて成膜する。オーバーコート層３３を構成する高分子樹脂膜は、上記樹脂に限定されないが、液晶分子に対する配向規制力を充分に高めるためには、炭素−炭素間、又は、他の原子間のπ共役二重結合を適度に含むことが望ましい。また、架橋基は無くてもよいが、その場合には配向層の異方性の低下を抑制するため、重合度の高い高分子を用いるか、分岐構造を持つ高分子を用いることが望ましい。

ステップＳ２５の焼成に際しては、先ず、対向基板１３を図示しないホットプレート上に載置し、低酸素雰囲気下で８０℃及び１２０℃に段階的に加熱し、オーバーコート層３３に含まれる溶媒を除去する。次いで、図４（ｃ）に示したように、対向基板１３を焼成炉４１内に導入し、窒素雰囲気中での焼成を行い、オーバーコート層３３を硬化させる。焼成の条件は、例えば基板温度が２００℃で１時間とする。対向基板１３を冷却した後、オーバーコート層３３上に柱状スペーサを形成する。

ステップＳ２７の粒子ビーム照射に際しては、第１実施形態と同様に、オーバーコート層３３の表面に対して粒子ビームを照射し、オーバーコート層３３の表面部分を第２の配向層３５に形成する。ステップＳ２８の後処理も、第１実施形態と同様に行う。

本実施形態の製造方法によれば、配向膜３４を形成するステップＳ２４を省略できるので、液晶表示パネル１４製造のスループットを向上させることが出来る。

第２実施形態の製造方法に従って液晶表示パネルを製造し実施例２の液晶表示パネルとした。また、比較のために、比較例４の液晶表示パネルを製造した。比較例４の液晶表示パネルでは、実施例２の液晶表示パネルにおいて、対向基板のオーバーコート層３３の表面部分に対してラビング法で配向処理を行い、第２の配向層３５を形成した。

比較試験２として、実施例２及び比較例４の液晶表示パネルに対して、比較試験１と同様に、光学測定、残像試験、及び、長期信頼性試験を行った。結果を表４に示す。同表中には、比較のために、実施例１及び比較例１の液晶表示パネルについての結果も示す。

同表に示すように、外観の目視観察について、実施例２の液晶表示パネルでは、実施例１の液晶表示パネルと同様に異常は観察されなかった。一方、比較例４の液晶表示パネルでは、細かな筋模様が比較例１の液晶表示パネルより顕著に観察された。実施例２の液晶表示パネルのコントラスト比は、実施例１の液晶表示パネルのコントラスト比に比して僅かに小さいものの、比較例１の液晶表示パネルのコントラスト比に対して８％上昇した。比較例４の液晶表示パネルのコントラスト比は、逆に１０％低下した。

残像試験における残像レベルについて、実施例２の液晶表示パネルでは、実施例１の液晶表示パネルと同じ実使用可能な値が得られた。一方、比較例４の液晶表示パネルでは、残像が顕著に生じ、実使用可能な値が得られなかった。

長期信頼性試験について、実施例２の液晶表示パネルでは、実施例１の液晶表示パネルと同様に、黒表示の輝度上昇や恒温恒湿槽から取り出した後の表示ムラ等は観察されなかった。比較例４の液晶表示パネルでは、黒表示の輝度上昇や恒温恒湿槽から取り出した後の表示ムラの発生が著しく、実用には適さないと判断した。

比較試験２の結果より、実施例２の液晶表示パネルは、実施例１の液晶表示パネルと同様に、良好な画質や残像レベル、又は、長期信頼性を有すると評価できる。なお、比較例４の液晶表示パネルの結果より、オーバーコート層の表面部分にラビング法で配向層を形成しても、良好な画質や残像レベルが得られなかった。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明に係る液晶表示パネル及びその製造方法は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施した液晶表示パネル及びその製造方法も、本発明の範囲に含まれる。

本発明の第１実施形態に係る液晶表示パネルの構成を示す断面図である。 図１の液晶表示パネルを製造する手順を示すフローチャートである。 図３（ａ）〜（ｅ）は、駆動基板を製造する各製造段階を順次に示す断面図である。 図４（ａ）〜（ｆ）は、対向基板を製造する各製造段階を順次に示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示パネルの構成を示す断面図である。 図５の液晶表示パネルを製造する手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０：液晶表示パネル
１１：液晶層
１２：駆動基板
１３：対向基板
２１：ガラス基板
２２：駆動層
２３：配向層
３１：ガラス基板
３２：色層
３３：オーバーコート層
３４：配向膜
３５：配向層
４１：焼成炉
４２：ラビングローラ
４３：粒子ビーム照射チャンバ
４４：イオンビームガン
４５：後処理用チャンバ
４６：後処理ガス照射ユニット

Claims (6)

1. 液晶層と、該液晶層に横方向電界を印加する電極を有する駆動基板と、前記液晶層を挟んで前記駆動基板に対向する対向基板とを備える液晶表示パネルにおいて、
   前記駆動基板上には、液晶層に接する表面にラビング法で形成された配向層が形成され、前記対向基板上には、液晶層に接する表面に非接触配向法で形成された配向層が形成されていることを特徴とする液晶表示パネル。
2. 前記対向基板上に形成された配向層は、前記対向基板上に形成された膜を覆うオーバーコート層の表面部分に形成されている、請求項１に記載の液晶表示パネル。
3. 前記対向基板上に形成された配向層が共役二重結合を含む、請求項２に記載の液晶表示パネル。
4. 前記対向基板上に形成された配向層が、湿式成膜法で堆積された高分子膜である、請求項１〜３の何れか一に記載の液晶表示パネル。
5. 前記対向基板上に形成された配向層が、粒子ビーム照射によって配向されている、請求項４に記載の液晶表示パネル。
6. 液晶層と、該液晶層に横方向電界を印加する電極を有する駆動基板と、前記液晶層を挟んで前記駆動基板に対向する対向基板とを備える液晶表示パネルを製造する方法において、
   前記駆動基板の表面に配向膜を形成し、該配向膜をラビングして第１配向層を形成する工程と、
   前記対向基板の表面に配向膜を形成し、該配向膜に対する光照射又は粒子ビーム照射によって第２配向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パネルの製造方法。

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