JP2010008564A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モノマーを含む液晶層に紫外線照射工程を行って形成した液晶表示装置の製造方法において、未重合モノマーが残存してしまうために液晶の駆動電圧の上昇や、光散乱時の散乱度合いの低下が生じていた。
【解決手段】赤外線領域を含まない波長領域の紫外線を照射する第１紫外線照射工程と、第１紫外線照射工程で照射される紫外線より波長領域の広い紫外線を照射する第２紫外線照射工程とを含むことを特徴とする。赤外線領域を含まない紫外線を照射した後に波長領域の広い紫外線を照射することで、未重合モノマーの残存をほぼ無くすことができ、液晶の駆動電圧の上昇や光散乱時の散乱度低下を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶を用いた表示装置に関し、特に液晶層へ紫外線を照射する工程を有する液晶表示装置の製造方法に関するものである。

近年の液晶表示装置は、従来用いられていた電卓や腕時計等の用途から薄型液晶テレビ、カーナビゲーション、携帯型ゲーム機などへ適用の幅を広げてきている。しかし従来使用されてきたツイスト・ネマティック液晶やスーパー・ツイスト・ネマティック液晶を用いた液晶表装置では表示装置の両表面に偏光板を貼り付ける必要があった。偏光板を貼り付けることで液晶表示装置としての透過率が半分以下になってしまい、明るい表示を有する液晶表示装置の実現が困難であった。

これに対して、高分子分散型液晶（以下、ＰＤＬＣ＜Polymer Dispersed Liquid Crystal＞と記載する）や高分子ネットワーク型液晶（以下、ＰＮＬＣ＜Polymer Network
Liquid Crystal＞と記載する）を用いた表示装置は、偏光板を用いる必要が無いため、偏光板での透過光吸収による光の損失が無く、透過率の高い、つまりは明るい表示の液晶表示装置を実現可能である。さらに、電圧を印加した場合と印加しない場合とのコントラストが大きいことは、ＰＤＬＣやＰＮＬＣを用いた液晶表示装置の魅力のひとつでもある。

以下、液晶表示装置の製造方法を従来の製造方法を説明する。以下、基板の材質はガラス、液晶材料は液晶とモノマーを混ぜ合わせたＰＮＬＣを用いて説明する。

まず図２の断面図に示すように、透明電極３ａおよび３ｂを形成した基板１ａおよび１ｂにあって、ガラスからなる基板１ａもしくは１ｂどちらかの、透明電極を形成した面へシール５を形成する。図２では下側の基板１ａ上にシール５を形成している。シールの形成方法には印刷法、ディスペンス法、転写法、などがある。

続いて、基板間のすき間を一定に保つためのスペーサー（図示せず）を基板１ａもしくは１ｂのどちらかの基板上の、透明電極を形成した面へ散布する。さらに前記透明電極３ａおよび３ｂが対向するような状態で、前記基板間のすき間が所望の寸法となるように、２枚の基板１ａおよび１ｂを重ね合わせる。すると図３の断面図に示す構造体を得ることができる。

次に液晶注入装置（図示せず）を用いて、前記基板１ａと１ｂのすき間の中の、前記シールで囲まれた領域内へ液晶とモノマーが混合された未硬化のＰＮＬＣ７を注入する。ＰＮＬＣを注入後、紫外線硬化タイプの封孔剤で液晶注入口を封孔する。封孔後の構造体の断面図を図４に示す。

続いて図５に示すように、基板へ紫外線２１を照射する。液晶材料としてＰＮＬＣを用いている場合には、紫外線２１を照射することでモノマーが重合して、ポリマーとなる。さらにポリマーと液晶とが分離し、ポリマーのネットワークの中に液晶が分散した構造を得ることができる。

しかしながら従来技術による液晶表示装置の製造方法では、紫外線の照射を長時間行わないとモノマーの重合を完了させることが難しかった。モノマーが基板間に残存すると散乱時の透過率が上がってしまい、このタイプの液晶表示装置の長所であるコントラストを
悪くしてしまっていた。さらに液晶の経時変化によってしきい値電圧等の電気的な特性に劣化が見られていた。

この未重合モノマー１３のある液晶表示装置の断面図を図６に示す。このモノマー残渣１３があることで、散乱時の散乱度合いが下がってしまったり、駆動電圧の上昇が生じたりしていた。このような、紫外線照射時の未重合モノマー量を減らすため、高照度の紫外線を短時間照射した後に低照度の紫外線を長時間照射する液晶表示装置の製造方法が開示されている（例えば特許文献１参照。）。
特開平９−１０１５０７号公報（第４−５頁、第１図）

しかし、従来技術をもってしても、紫外線を照射したのと反対側の基板周辺のモノマーへは十分な量の紫外線を到達させることは難しく、モノマーの重合を完了させることは困難であった。また、未重合モノマー量を減らすために、ＰＮＬＣへ長時間の紫外線照射を行うと液晶材料自体の劣化が進んでしまい、駆動電圧が上がってしまうこともあった。さらには電圧をかけても液晶が反応しなくなるような事態までも引き起こしてしまっていた。

そこで本発明はこのような点を鑑みてなされたものであり、その目的としては、液晶表示装置の電気的特性の経時変化をなくし、コントラストの良好な液晶表示装置の製造方法を提供することにある。さらに詳しくは、紫外線照射不足に起因した未重合モノマーによって駆動電圧が上がることを無くすことであり、また、紫外線を照射しすぎることによって液晶材料がダメージを受け、電圧を印加しても液晶が駆動しなくなるような現象を無くすことである。

上記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下記の製造方法を採用する。

本発明の液晶表示装置の製造方法は、電極を形成した一対の基板を重ねあわせ、一対の基板の間にモノマーを含む液晶層を挟持し、液晶層に紫外線を照射して前記モノマーを硬化させる紫外線照射工程を有する液晶表示装置の製造方法において、紫外線照射工程では、赤外線領域を含まない波長領域の紫外線を照射する第１紫外線照射工程と、第１紫外線照射工程で照射される紫外線より波長領域の広い紫外線を照射する第２紫外線照射工程と、を含むことを特徴とする。

また、第１紫外線照射工程で用いられる光源は、発光ダイオードまたは水銀ランプであることを特徴とする。また、第２紫外線照射工程で用いられる光源は、キセノンランプまたはメタルハライドランプであることを特徴とする。また、第１紫外線照射工程の時間は、第２紫外線照射工程の時間より短いことを特徴とする。また、液晶層として高分子分散型液晶または高分子ネットワーク型液晶を用いたことを特徴とする。

従来は、ポリマー化が進む前に、つまり未重合モノマーが多い状態で、液晶材料の温度上昇があると、駆動電圧の上昇が起きてしまう問題点があった。しかし、本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、第１紫外線照射工程で赤外線領域を含まない波長領域の紫外線を照射して、液晶材料への温度上昇がない状態で、未重合モノマーをある程度ポリマー化してから、第２紫外線照射工程で、温度上昇を発生させて残った未重合モノマーをポリマー化するので、モノマー重合が完了する前での液晶の温度上昇を防ぐことができる。そ
の結果、モノマー重合前の液晶の温度上昇によって発生する駆動電圧の上昇化をなくすことができる。

さらに、第２紫外線照射工程時には波長領域の広い光を照射するため、液晶の温度を上昇させ、モノマーの重合を促進することができる。この結果、未重合モノマーをほぼ無くすことができ、駆動電圧の経時変化や、紫外線照射量の過多による液晶のダメージもなくすことができる。

よって、本発明の液晶表示装置の製造方法は、電気的特性の経時変化をなくし、コントラストの良好な液晶表示装置の製造方法を提供することができる。紫外線照射不足に起因した未重合モノマーによって駆動電圧が上がることをなくすことができる。また、紫外線を照射しすぎることによって液晶材料がダメージを受け、電圧を印加しても液晶が駆動しなくなるような現象もなくすことができる。

本発明の実施形態における液晶表示装置の製造方法は、透明電極を形成した複数の基板を重ねあわせ、前記基板の間にモノマーを含む液晶層を形成した液晶表示装置において、紫外線の照射を２回行う。まず１回目の紫外線照射では、赤外線領域を含まない紫外線を照射することでモノマーの重合をある程度進行させる。次に２回目の紫外線照射では波長領域の広い紫外線を照射することでモノマーの温度を上昇させ、紫外線だけではなく温度上昇によってもモノマーの重合を促進させている。以下、図面とともに本発明の具体的な実施例について説明する。

以下、図１から図１０を用いて本発明の液晶表示装置の製造方法について説明する。以下の説明では基板にガラスを、液晶材料にＰＮＬＣを用いて説明する。なお、本発明の構成は、従来例における液晶表示装置の基本的な構成と類似しているため、同様な構成要素については前述した図面と同一の符号を付与し、説明を省略する。

まず、従来技術と同様に、図４に示した封孔後の構造体を得る。シール５内には基板１ａと１ｂとの電気的導通を取るために導電性粒子（図示せず）を混ぜ込んでいる。導電粒子の直径は１２μｍとする。また、スペーサーの直径は１０μｍとし、基板１ａと１ｂとのすき間が同じく１０μｍとなるようにした。

その後、図１に示すように、重ね合わせた基板へ第１紫外線照射工程として、紫外線を照射する。まずは赤外線領域を含まない紫外線１７を照射する。紫外線の光強度は３０ｍＷ／ｃｍ²、照射時間は１５秒とする。ここでは光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記載する）を用いた紫外線照射装置を用いる。紫外線光源に用いるＬＥＤの一例として、日亜化学工業株式会社製の「ＮＣＳＵ０３４Ａ（Ｔ）」の発光波長スペクトルを図７に示す。３８０ｎｍ付近を中心として、発光波長は３６０ナノメートルから４２０ナノメートルの間にほとんど含まれており、ほぼ赤外線領域を含まない。よってＬＥＤを光源に用いた紫外線照射装置を用いることで、ＰＮＬＣ７の温度上昇を防ぎながら紫外線の照射を行うことができる。

赤外領域を含まない紫外線照射を行った後に、第２紫外線照射工程として、図８に示すように、波長領域の広い紫外線１９を照射する。ここでは波長領域の広い紫外線１９として、キセノンランプを光源に用いた紫外線照射装置を用いる。紫外線の光強度は３０ｍＷ／ｃｍ²、照射時間は４５秒と、第１紫外線照射工程の時間より長くする。キセノンランプの発光波長スペクトルを図９に示すが、発光波長領域はかなり広く、特に波長７８０ナノメートル以上の赤外線領域の発光がかなり多い。このため、キセノンランプによる紫外
線照射を行うことで、同時に未重合モノマーの温度を上昇させることができる。紫外線領域の光の照射と同時に未重合モノマーの温度を上昇させることによって未重合モノマーの重合をほぼ完了させることができる。

本発明の製造方法によって紫外線照射を行った液晶表示装置の断面図を図１０に示す。従来技術によって紫外線を照射した場合とは異なり、基板１ａおよび１ｂとの間に注入されたＰＮＬＣ内のモノマーは完全に重合を完了してポリマーとなり、未重合モノマーが見られない状態となっている。

以上のように、本実施例における液晶表示装置の製造方法によれば、赤外線領域を含まない紫外線を照射して、ある程度のモノマーを重合してから、波長領域の広い紫外線を照射して未重合モノマーの温度を上昇させ、その結果としてモノマーの重合を促進し、未重合モノマーをほとんど無くすことができる。特に紫外線を照射する側と反対側の基板周辺では、なかなか紫外線が到達できないために未重合モノマーが残りやすかったが、本発明の実施例における製造方法を適用することで未重合モノマーをほとんど無くすことができる。よって未重合モノマーが基板間に残存して散乱時の透過率が上がってしまう現象や経時変化によってしきい値電圧等の電気的な特性に劣化が見られる現象を無くすことができる。さらには長時間の紫外線照射によって液晶材料自体の劣化を引き起こすことで駆動電圧が上がってしまうことや、電圧をかけても液晶が反応しなくなるような事態を防ぐことができる。

なお、前記の本発明の実施例では赤外線領域を含まない紫外線１７の光源としてＬＥＤを用いて説明を行ったが、水銀ランプを用いることも可能である。水銀ランプは波長６００ナノメートル以上の発光はほとんど無いため、液晶材料の温度を上昇させること無く紫外線を照射することが可能である。水銀ランプの一例として、高圧水銀ランプの発光波長スペクトル図の一例を図１１に示す。

また、本実施例では波長領域の広い紫外線の光源１９としてキセノンランプを用いて説明を行ったが、メタルハライドランプを用いることも可能である。メタルハライドランプの場合は紫外線領域の光強度に比べて赤外線領域の光強度が弱いため、紫外線をカットするフィルター越しに照射を行うと、紫外線と赤外線の光量バランスがよくなり、未重合モノマーを無くすためにはより効果的である。メタルハライドランプの発光波長スペクトルの一例を図１２に示す。

さらに、前記の本発明の実施例では基板材料としてガラスを用いて説明を行ったが、ガラス以外にも透明なサファイア基板や、湾曲可能なポリカーボネートやポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレートなどのプラスチック基板などを用いることも可能である。

以上のように、本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、電気的特性の経時変化をなくし、コントラストの良好な液晶表示装置の製造方法を提供することができる。紫外線照射量の不足に起因した未重合モノマーの残存によって駆動電圧が上がることをなくすことができる。また、紫外線を照射しすぎることによって液晶材料がダメージを受け、電圧を印加しても液晶が駆動しなくなるような現象もなくすことができる。

本発明の製造方法に基づいて作られた液晶表示装置は、カーナビゲーションの液晶ディスプレイや携帯ゲーム機器の液晶画面、携帯電話の液晶画面、腕時計の液晶表示、パチンコの液晶画面、などに適用可能である。また、湾曲可能なプラスチック基板を用いることで電子ペーパー、屋内外の広告表示板、スーパーなどに用いる価格表示タグ、等にも適用
できるものである。

本発明の液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明および従来技術の液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明および従来技術の液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明および従来技術の液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 従来技術の液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 従来技術の液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 ＬＥＤ光源の発光波長スペクトルを説明する図である。 本発明の液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 キセノンランプの発光波長スペクトルを説明する図である。 本発明の液晶表示装置を説明する断面図である。 水銀ランプの発光波長スペクトルを説明する図である。 メタルハライドランプの発光波長スペクトルを説明する図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 基板
３ａ、３ｂ 透明電極
５ シール
７ ＰＮＬＣ（液晶とモノマーの混合液）
９ ポリマー
１１ 液晶
１３ 残存モノマー
１５ 封孔剤
１７ 赤外線領域を含まない紫外線
１９ 波長領域の広い紫外線

Claims (5)

1. 電極を形成した一対の基板を重ねあわせ、前記一対の基板の間にモノマーを含む液晶層を挟持し、該液晶層に紫外線を照射して前記モノマーを硬化させる紫外線照射工程を有する液晶表示装置の製造方法において、
   前記紫外線照射工程では、赤外線領域を含まない波長領域の紫外線を照射する第１紫外線照射工程と、
   該第１紫外線照射工程で照射される紫外線より波長領域の広い紫外線を照射する第２紫外線照射工程と、
   を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 請求項１の液晶表示装置の製造方法において、
   前記第１紫外線照射工程で用いられる光源は、発光ダイオードまたは水銀ランプであ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または２に記載の液晶表示装置の製造方法において、
   前記第２紫外線照射工程で用いられる光源は、キセノンランプまたはメタルハライドランプであることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示装置の製造方法において、
   前記第１紫外線照射工程の時間は、前記第２紫外線照射工程の時間より短いことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶表示装置の製造方法において、
   前記液晶層として高分子分散型液晶または高分子ネットワーク型液晶を用いたことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

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