JP2011197207A

JP2011197207A - 液晶表示装置および電子機器

Info

Publication number: JP2011197207A
Application number: JP2010062074A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Asuke; 慎太郎足助
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】耐水性が高い耐久性に優れた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】対向する一対の基板間に挟持された液晶層を備え、少なくとも一方の前記基板の前記液晶層の側の表面に無機配向膜を備える液晶表示装置であって、前記無機配向膜の表面に化学結合させて結合されたシランカップリング剤を主体とするナノ重合薄膜を形成した。
【選択図】図２

Description

本願発明は、液晶表示装置および電子機器に関する。

従来、投射型表示装置、いわゆるプロジェクターのライトバルブや、携帯電話等の表示装置として液晶表示装置が広く採用されている。液晶表示装置は、互いに対向する２枚の基板間に液晶を保持し、２枚の基板の液晶側の面には液晶分子の配列を制御する配向膜が形成されている。

従来、配向膜にはポリビニールアルコールやポリイミドを基板上に塗布し、ラビングにより配向性を付与し形成していた。しかし、この有機配向膜では液晶表示装置の大型化に伴う信頼性の確保が困難となっていた。そこで、信頼性確保のために、更に有機配向膜上にシランカップリング剤の単分子膜を形成し、配向性能を高める技術が用いられた（特許文献１）。

また、近年は有機配向膜から無機材料によって配向膜を基板上に形成した液晶表示装置が実用化された。しかし、この無機配向膜は耐水性に劣る欠点があり、特許文献１のようなシランカップリング剤を無機配向膜表面に装飾し、撥水（疎水）性能を付与することが知られている（特許文献２）。

特開平８−２６２４５２号公報特開２００８−８３３２５号公報

しかし、上述の特許文献２の技術では、無機配向膜上にはシランカップリング剤の単分子膜が基板上の配向膜の配向方向に結合した状態であり、柱状（カラム状）に形成される無機配向膜のカラム間にはシランカップリング剤が十分に堆積しない。その結果、無機配向膜に十分な撥水（疎水）性能を付与することができず、耐水性能の不十分な液晶表示装置となってしまっていた。

そこで、耐水性の優れたシランカップリング剤が装飾された無機配向膜を形成した基板を備える液晶表示装置を提供する。

本願発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。

〔適用例１〕本適用例による液晶表示装置は、対向する一対の基板間に挟持された液晶層を備え、少なくとも一方の前記基板の前記液晶層の側の表面に無機配向膜を備える液晶表示装置であって、前記無機配向膜の表面に化学結合させて結合されたシランカップリング剤を主体とするナノ重合薄膜を形成したことを特徴とする。

上述の適用例によれば、カラム状の無機配向膜の間に露出するＴＦＴ基板の配線（ＩＴＯ）と封入される液晶との直接接触を回避し、液晶の耐久性を向上させることができる。また、無機配向膜の耐水性を向上させることができ、画像表示品質の低下を抑制することができる。

〔適用例２〕上述の適用例において、前記ナノ重合薄膜が形成された前記基板の平均表面粗さＲａ_Tが、前記ナノ重合薄膜の形成直前の前記基板の平均表面粗さＲａ_Nに対して、
（Ｒａ_N−Ｒａ_T）≧５ｎｍ、であることを特徴とする。

〔適用例３〕上述の適用例において、前記シランカップリング剤は、直鎖状の炭素鎖を８〜１８有するシラン化合物を主体とすることを特徴とする。

上述の適用例によれば、液晶表示装置の光透過率を向上させることができ、明るくコントラストの良い画像が表示できる液晶表示装置を得ることができる。

〔適用例４〕上述の液晶表示装置を備えた電子機器。

上述の適用例によれば、画像表示の耐久性が高く、明るくコントラストの良い画像を表示できる液晶表示装置を備える電子機器を得ることができる。

実施形態に係る液晶表示装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’部の概略拡大断面図。図１（ｂ）におけるＢ部を模式的に示す拡大図。実施形態に係る装飾皮膜の構造を説明する概念図。本願発明の電子機器の事例を示す概略斜視図。

以下、図面を参照して、本願発明に係る実施形態を説明する。

（実施形態）
図１は実施形態に係る液晶表示装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’部の概略拡大断面図である。液晶表示装置１００は、図１（ｂ）に示すようにＴＦＴ基板１０と、ＴＦＴ基板１０に対向配置される対向基板２０とを備え、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間にシール材３０によって液晶４０が封入されている。ＴＦＴ基板１０の対向基板２０に対向する面には画像表示領域１０ａを備え、画像表示領域１０ａを囲うようにシール材３０が設けられている。

シール材３０の外側の領域には、走査線に走査信号を供給する走査線駆動素子６１と、データ線に画像信号を供給するデータ線駆動素子６２とが実装されている。走査線駆動素子６１とデータ線駆動素子６２からは、ＴＦＴ基板１０の端部に設けた接続端子７０にかけて配線７１が引き回されている。

また、対向基板２０（図１（ａ）には図示せず）には、画像表示領域１０ａのほぼ全域に対応する範囲に、共通電極２０ａが形成され、共通電極２０ａの四隅には基板間導通部８０が形成されている。基板間導通部８０からは、接続端子７０まで配線７２が引き回されている。そして、接続端子７０を介して外部から入力された各種信号によって、画像表示領域１０ａに画像が表示されるように液晶表示装置１００が駆動される。

図２は、図１（ｂ）のＢ部を拡大し、模式的に描いた断面図である。ＴＦＴ基板１０の液晶側の面となる画像表示領域１０ａには、液晶４０の液晶分子の向きを所定の方向に揃える無機物による無機配向膜１１が形成されている。無機配向膜１１は蒸着、スパッタ等の方法によって無機化合物、例えばＳｉＯ、ＳｉＯ₂、ＭｇＦ、Ａｌ₂Ｏ_3、ＴｉＯ₂等により形成されている。更に、この無機配向膜１１の表面にはシランカップリング剤による装飾皮膜１２が形成されている。

装飾皮膜１２は、気相法、例えばＣＶＤ法などにより長鎖アルキル基を含んだシランカップリング剤溶液を処理チャンバー内に蒸気導入し、ＴＦＴ基板１０に形成した無機配向膜１１表面に堆積させ、その後、重合により３次元的に結合させたナノ重合薄膜である。シランカップリング剤とは、１分子中に有機官能基と、２〜３の無機物と反応する官能基を有するもので、次式によって表されるものである。

使用されるシランカップリング剤としては、直鎖状の炭素鎖が８〜１８有するシラン化合物を主体とするものが好適に用いられる。特に、デシルトリメトキシシラン（ＣＨ₃（ＣＨ₂）₉Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃）は炭素鎖１０を持ち、耐光性能と耐湿性のバランスが良く、より好ましい。しかし、その他のシランカップリング剤であっても、撥水性能および耐光性能の良好なものであれば良く、上述の（化１）における有機官能基Ｙがアルキル基であるものが好適に用いられる。また、加水分解基には、例えばメトキシ基（−Ｏ−ＣＨ₃）、エトキシ基（−Ｏ−Ｃ₂Ｈ₅）などの分子量が小さく、無機配向膜１１の表面に反応、結合した際に立体障害が起こりにくい基が好適に用いられる。

ナノ重合薄膜である３次元的な結合状態について説明する。図３は、装飾皮膜１２を拡大し模型的に示した図であり、無機配向膜１１の表面のＳｉと、シランカップリング剤の加水分解によってＯと結合し、先端部に長鎖アルキル基１２ｂを持つシランカップリング剤の単分子１２ａとして形成される。ここに、後述する製造過程において水蒸気を供給することで、加水分解は促進され、シランカップリング剤は単分子１２ａの中のＳｉとも結合し、装飾皮膜１２が形成される。すなわち、従来の無機配向膜１１上に単分子１２ａが単層で膜状に配列されただけでなく、複合的に結合して薄膜状態となっているものをナノ重合薄膜と言う。

なお、上述では気相法によって装飾皮膜１２の形成を行うことを説明したが、他にも液相法によっても形成することができる。無機配向膜１１が形成されたＴＦＴ基板１０を、シランカップリング剤の溶液内に所定時間浸漬させ、無機配向膜１１の表面上に堆積させ、結合反応によってナノ重合薄膜を形成し装飾皮膜１２となる。

装飾皮膜１２は、上述の通りシランカップリング剤の長鎖アルキル基を含む分子を堆積させた後に重合させることにより、３次元的に分子が結合した皮膜、いわゆるナノ重合薄膜となっている。このように装飾皮膜１２を形成させるので、カラム状の無機配向膜１１の隣り合うカラム間の隙間１１ａにも装飾皮膜１２が形成され、液晶４０が直接にＴＦＴ基板１０の表面、特に図示されていないが、ＴＦＴ基板１０に形成されているＩＴＯ配線に触れることがなく、液晶４０の劣化を防止することができる。

また、隙間１１ａをもって無機配向膜１１が形成されているため、無機配向膜１１を含むＴＦＴ基板１０の表面粗さは粗くなってしまい、光透過率を低下させる要因にもなっていたが、装飾皮膜１２により、無機配向膜１１の凸凹をレベリングする作用によって、光透過率を向上させることもできる。上述の実施形態では、例えば可視紫外光の透過率では、装飾皮膜１２を形成することにより１５％程度の透過率の向上が認められる。

このレベリングの程度としては、装飾皮膜１２の形成前後における表面粗さの差によって評価することができる。また、表面粗さの差によって装飾皮膜１２の形成状態を評価することができ、装飾皮膜１２が形成されたＴＦＴ基板１０の装飾皮膜１２形成面の平均表面粗さＲａ_Tが、装飾皮膜１２の形成直前となる無機配向膜１１までが形成されたＴＦＴ基板１０の平均表面粗さＲａ_Nに対して、（Ｒａ_N−Ｒａ_T）≧５ｎｍであると、無機配向膜１１のカラム間の隙間１１ａまで装飾皮膜１２であるシランカップリング剤のナノ重合薄膜が形成された状態となっている。

カラム間の隙間１１ａにまで装飾皮膜１２が形成されることにより、基板間に封入される液晶４０が直接にＴＦＴ基板１０、対向基板２０の配線と接触することが無く、液晶の耐久性を劣化させない基板を得ることができる。

上述の説明ではＴＦＴ基板１０を代表に記載したが、対向基板２０であっても無機配向膜１１を形成した場合には、同様に装飾皮膜１２を形成する。

〔製造方法〕
上述の液晶表示装置１００のＴＦＴ基板１０面および対向基板２０面への装飾皮膜１２の形成方法について説明する。以下はＴＦＴ基板１０を例にして説明するが、対向基板２０についても同様の方法により、装飾皮膜を形成することができる。

遮蔽膜、半導体層、走査線、データ線、その他の配線、および画素電極までを形成し、更に液晶側表面に斜方蒸着により無機配向膜１１が形成された基板を準備する。準備された基板は、処理前に十分な洗浄を行う。

次に、前述の基板をＣＶＤ装置のチャンバー内に格納する。チャンバー内を減圧加熱し、無機配向膜１１の吸着水分量を所定の範囲になるようにチャンバー環境を制御する。次に、装飾皮膜１２の原料シランカップリング剤を、飽和水蒸気圧の３０〜９０％の圧力でチャンバー内に導入し気化させる。このとき、シランカップリング剤の一部がシラノール化する。導入されたシランカップリング剤と、無機配向膜１１の表面のヒドロキシル基とを６０〜１９０℃の条件下で重合させ、ナノ重合薄膜の装飾皮膜１２を徐々に無機配向膜１１表面上に形成する。

シランカップリング剤の導入と平行して水蒸気を導入することで、加水分解を促進しシランカップリング剤の３次元的な重合、すなわち無機配向膜１１表面のＳｉとの結合だけではなく、シランカップリング剤のＳｉとも結合しながら重合が進行し、緻密なナノ重合薄膜の形成を促進する。

シランカップリング剤の導入を停止し、重合環境を維持して、反応を終了させ装飾皮膜１２の形成が完了する。以上、ＣＶＤ法（気相法）による装飾皮膜１２の製造方法の概略であるが、上述したように液相法によっても装飾皮膜１２を形成することができる。液相法の場合は次の概略方法による。

無機配向膜を形成した基板を洗浄、乾燥し清浄な基板を準備する。洗浄された基板を、シランカップリング剤濃度を約１％とした処理液に浸漬し、約１秒間、基板を動かさず放置し、２ｍｍ／ｓｅｃのスピードで基板を浸漬液から引き上げる。引上げ後に洗浄、例えばＩＰＡ洗浄を行い、クリーンオーブンにて１６０℃×２時間の乾燥を行い、装飾皮膜１２の形成処理が完了する。

〔電子機器〕
上述の液晶表示装置を備えた電子機器の例について説明する。図４（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図であり、図４（ａ）に示すように携帯電話２００の表示部２０１に本願発明の液晶表示装置が用いられている。

図４（ｂ）は、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。携帯型情報処理装置３００は、キーボードなどの入力部３０１、情報処理装置本体３０３、液晶表示部３０２を備え、液晶表示部３０２に本願発明の液晶表示装置が用いられている。

図４（ｃ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。時計本体４００は、液晶表示装置４０１を備え、液晶表示装置４０１に本願発明の液晶表示装置が用いられている。

図４に示すような電子機器は、表示部に上述の本願発明の液晶表示装置を適用したものであり、高い耐久性を持った液晶表示装置を備えた電子機器を実現できる。

１０…ＴＦＴ基板、１１…無機配向膜、１２…装飾皮膜、４０…液晶。

Claims

対向する一対の基板間に挟持された液晶層を備え、少なくとも一方の前記基板の前記液晶層の側の表面に無機配向膜を備える液晶表示装置であって、
前記無機配向膜の表面に化学結合させて結合されたシランカップリング剤を主体とするナノ重合薄膜を形成した、
ことを特徴とする液晶表示装置。
前記ナノ重合薄膜が形成された前記基板の平均表面粗さＲａ_Tが、前記ナノ重合薄膜の形成直前の前記基板の平均表面粗さＲａ_Nに対して、
（Ｒａ_N−Ｒａ_T）≧５ｎｍ
である、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記シランカップリング剤は、直鎖状の炭素鎖を８〜１８有するシラン化合物を主体とする、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶表示装置を備えた、ことを特徴とする電子機器。