JP2013113904A - 液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】液晶材料としてブルー相液晶を用いた際に生じる性能面と工程面の問題を解決し、より実用的な液晶表示素子および液晶表示装置の製造方法を得る。
【解決手段】互いに対向する第１基板（１２）および第２基板（１３）と、第１基板と第２基板との間に封止される液晶（１）とを備え、液晶として、ブルー相液晶（１）を含む液晶材料が用いられ、１つ１つの小部屋としての微細孔が、空間的に互いに連結しながら３次元的に配列されて１つの大空間を形成し、第１基板と第２基板との間に挿入される微細孔構造層（２１）をさらに備え、ブルー相液晶（１）は、微細孔構造層（２１）に設けられた微細孔のそれぞれに分かれて封止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶材料としてブルー相液晶を含む液晶表示装置に関し、性能面、製造面での改善を図った液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法に関する。
液晶パネルに用いられる液晶材料の１つとして、ブルー相液晶が挙げられる。ブルー相液晶は、らせんピッチの比較的短いキラルネマチック相と等方相の間に出現する液晶相である。そして、このブルー相液晶は、ネマティック液晶と比較して、高速な応答を実現することができ、より具体的には、応答速度が１０〜１００μＳと速い特徴がある。
このブルー相液晶を適用する従来技術として、高分子を用いてブルー相液晶を安定化させる技術がある。従来の高分子安定化を図った、ブルー相液晶を含む液晶表示装置の製造工程は、以下のようになる。
ステップ１：液晶に光重合性モノマーを添加することで、モノマーを液晶に混ぜる。
ステップ２：ホットプレート上でブルー相液晶が現れる温度に制御する。（ブルー相は±０．５℃制御が必要）
ステップ３：ブルー相液晶が現れた状態でＵＶ照射し、高分子化することでブルー相を安定化する。
このような工程を経ることで、高分子ネットワークが作られて、その中で、ブルー相液晶に配向を持たせることができる。この結果、電圧の印加により、高速駆動が可能な液晶表示素子を得ることができる（例えば、特許文献１参照）。
図５は、液晶材料としてブルー相液晶を含む従来の液晶表示装置のパネル断面を示す図である。図２に示すように、スペーサを介して向かい合う画素基板と対向基板の間に、ＵＶ照射によって高分子ネットワークが形成され、この高分子ネットワーク内のブルー相液晶により、高速駆動を実現している。
国際公開第２００５／０９０５２０号パンフレット
しかしながら、ブルー相液晶を含む液晶表示装置の実用化に当たって、従来技術には、以下のような課題がある。
従来技術においては、液晶に光重合性モノマーを添加して、ＵＶ照射による高分子化を行っている。しかしながら、ブラックマトリクスなどの遮光層により、ＵＶ光が照射されない領域が存在し、未反応のモノマーが残ることとなる。これにより、保持率の低下が起こり、表示ムラが発生する。
また、ＵＶ照射の面内均一性、あるいはブルー相液晶を現出させるための温度管理が正確でないと、形成されるポリマーが不完全となり、面内で不均一になる。これにより、初期表示ムラが発生する、あるいは、長時間駆動した際にポリマーの網目構造が壊れることによる表示ムラが発生する。
さらに、ブルー相液晶を得るためには、先のステップ２において、ブルー相液晶の出現範囲である約１度以内の範囲の温度制御が必要となり、製造過程における大きな制約となってしまう。
このような問題点を、性能上の問題点と、工程上の問題点とに大別すると、以下のように整理することができる。
（１）性能上の問題点
・初期表示ムラ、低コントラスト
・長時間駆動による表示ムラ
・保持率低下
（２）工程上の問題点
・高い精度の温度制御（±０．５度）、および面内均一ＵＶ照射工程が必要
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、液晶材料としてブルー相液晶を用いた際に生じる性能面と工程面の問題を解決し、より実用的な液晶表示素子および液晶表示装置の製造方法を得ることを目的とする。
本発明に係る液晶表示装置は、互いに対向する第１基板および第２基板と、第１基板と第２基板との間に封止される液晶とを備えた液晶表示装置であって、液晶として、ブルー相液晶を含む液晶材料が用いられ、１つ１つの小部屋としての微細孔が、空間的に互いに連結しながら３次元的に配列されて１つの大空間を形成し、第１基板と第２基板との間に挿入される微細孔構造層をさらに備え、ブルー相液晶は、微細孔構造層に設けられた微細孔のそれぞれに分かれて封止されるものである。
また、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、１つ１つの小部屋としての微細孔が、空間的に互いに連結しながら３次元的に配列されて１つの大空間を形成し、第１基板と第２基板との間に挿入される微細孔構造層の一方の面に第１基板を貼り付け、一方の面と反対側の他方の面に第２基板を貼り付けるステップと、第１基板と第２基板との間に挟まれた微細孔構造層に設けられた微細孔のそれぞれにブルー相液晶を封止するステップとを備えるものである。
本発明によれば、従来のような高分子ネットワークを用いる代わりに、微細孔が形成された構造層を用い、この構造層の隙間にブルー相液晶を充填することで、モノマーを高分子化するためのＵＶ照射、温度制御を不要とすることにより、液晶材料としてブルー相液晶を用いた際に生じる性能面と工程面の問題を解決し、より実用的な液晶表示素子および液晶表示装置の製造方法を得ることができる。
本発明の実施の形態１において、液晶材料としてブルー相液晶を含む液晶表示装置のパネル断面を示す図である。 本発明の実施の形態１における微細孔構造フィルムの模式図である。 本発明の実施の形態１における液晶表示装置の製造に関する一連処理を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態１における液晶表示装置の性能検証試験の結果をまとめたものである。 液晶材料としてブルー相液晶を含む従来の液晶表示装置のパネル断面を示す図である。
以下、本発明の液晶表示素子および液晶表示装置の製造方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
上述したように、ブルー相液晶を充填するための安定化構造（安定化法）として高分子構造を用いる従来の方法では、高精度にＵＶ照射や温度制御を行う必要があった。これに対して、本発明は、高分子構造の代わりに、微細孔が形成されたフィルムを用いることで、均一でありながら、丈夫な安定化構造を容易に実現することを技術的特徴としている。
図１は、本発明の実施の形態１において、液晶材料としてブルー相液晶を含む液晶表示装置のパネル断面を示す図である。この図１に示す本実施の形態１に係る液晶表示装置は、ブルー相液晶１、水平電極１１、画素基板１２、対向基板１３、および微細孔構造フィルム２１を備えて構成されている。
一方の面に水平電極１１が設けられた画素基板１２と、水平電極１１と向かい合うように画素基板１２に対向する対向基板１３との間には、微細孔構造フィルム２１（微細孔構造層に相当）が挟み込まれている。
ここで、微細孔構造フィルム２１としては、例えば、住友３Ｍ社製の多孔質フィルムプロポアファブリックを用いることができる（Microporous Film ProporeFabric http://www.mmm.co.jp/pcrp/microp/index.html参照）
この微細孔構造フィルム２１は、１つ１つの小部屋としての微細孔が、空間的に互いに連結、かつ空間的に連続しながら３次元的に配列されて、構成されている。すなわち、各微細孔は、隣接する微細孔と空間的につながれているとともに、小部屋を形成するためのフィルムにより、互いに連結されて３次元的に配列され、結果的に、連続した１つの大空間を有している。
より具体的には、一例として、画素基板１２と対向基板１３との間隔は、５μｍ程度であり、その間に挟み込まれ、同等の５μｍ程度の厚みを有する微細孔構造フィルム２１は、１μｍ以下の直径を有する略球形で構成された微細孔が３次元的に配列され、連続した１つの大空間を形成している。
そして、微細孔構造フィルム２１のある１箇所から、ブルー相液晶を充填することで、１つの大空間内にブルー相液晶を注入でき、その結果、各微細孔における小部屋に対して、ブルー相液晶１が封止されることとなる。
図２は、本発明の実施の形態１における微細孔構造フィルムの模式図であり、小部屋に分かれている様子をパネル断面図として模式的に示したものである。図２に示すように、微細孔構造フィルム２１に設けられたそれぞれの小部屋ごとに、ブルー相液晶１が封止され、電圧制御されることで、所望の画像表示を実現することとなる。
このように、微細孔構造フィルム２１を用いることで、従来のように、モノマーを高分子化するためのＵＶ照射／温度制御が不要となり、製造コストを低減することが可能となる。
また、従来のポリマーによる高分子構造は、長時間駆動させた場合には、液晶のスイッチングで、網目構造が壊れやすいという欠点があった。しかしながら、高分子構造の代わりに、微細孔構造を用いることで、長時間駆動させた場合にも、微細孔構造が壊れるおそれがなく、配向が安定で、高コントラストを維持できる液晶表示装置を実現できる。
さらに、画素基板１２と対向基板１３との間のセル厚も、微細孔構造フィルム２１の厚みを管理することで、容易に所望の厚みとすることができる。この結果、セル厚を制御するために用いるスペーサの形成が不要となり、パネルの大型化も可能となる。
次に、本実施の形態１における液晶表示装置の製造方法、および性能検証実験について、フローチャートを用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の製造方法および性能検証実験に関する一連処理を示したフローチャートである。まず始めに、ステップＳ３０１において、水平電極１１が設けられた画素基板１２と対向基板１３を、微細孔構造フィルム２１を挟んだ状態で貼り合わせる。
次に、ステップＳ３０２において、両基板の貼り合わせが完了した微細孔構造フィルム２１の１つの大空間内にブルー相液晶１を注入することで、各微細孔にブルー相液晶１を充填する。次に、ステップＳ３０３において、ステップＳ３０１、Ｓ３０２を経て製造されたパネルを用いて、ブルー相液晶１の温度範囲測定を行う。なお、温度範囲の測定結果については、図４を用いて、後で詳細に説明する。
次に、ステップＳ３０４において、温度範囲測定後のパネルに、偏光板を貼り付ける。そして、ステップＳ３０５において、電圧を印加する前の状態（黒画像表示状態）と、電圧を印加した後の状態（白画像表示状態）とに基づいて、コントラストの測定を行う。また、表示不良の検証も合わせて行う。
図４は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の性能検証試験の結果をまとめたものである。なお、このデータを収集するに当たっては、微細孔の直径が、０．３μｍ、１μｍ、２μｍの３種の微細孔構造フィルム２１を用いている。また、従来の高分子構造を用いた場合との比較も行っている。
まず、温度範囲については、微細孔の直径が１μｍ以下であれば、従来と同等以上の温度範囲が得られ、特に、微細孔の直径が０．３μｍの場合には、従来の１．８倍程度の温度範囲をカバーできることがわかった。
また、表示不良に関しては、微細孔の直径がいずれの場合にも、良好な結果が得られ、白輝度に関しては、微細孔の直径が１μｍ以下であれば、従来と同等の白輝度が得られることがわかった。
さらに、コントラストに関しては、微細孔の直径が２μｍの場合に、従来と同等のコントラストが得られ、微細孔の直径が１μｍの場合には約２倍、微細孔の直径が０．３μｍの場合には約４倍のコントラスト比が得られることがわかった。また、微細孔の直径がいずれの場合にも、２４時間駆動後のコントラストが、初期のコントラストからほとんど劣化しない良好な結果が得られた。
また、図４には示していないが、微細孔構造フィルム２１のうち、各微細孔で形成される空間部分の占める割合を微細孔存在率と定義すると、微細孔の直径がいずれの場合にも、この微細孔存在率が９５％以上であれば、白輝度として良好な輝度が得られることが実証できた。
以上のように、実施の形態１によれば、微細孔構造層を適用することで、従来の高分子構造を備えた液晶表示装置と比較して、低コスト化、高信頼性、パネルの大型化といった効果を有する、ブルー液晶による液晶表示装置およびその製造方法を実現することができる。
また、検証試験により、温度範囲、表示不良、コントラストの観点からは、微細孔構造フィルムに設けられる微細孔は、その直径に関しては１μｍ以下が好ましく、微細孔存在率に関しては９５％以上が好ましいことが実証された。
１ ブルー相液晶、１１ 水平電極、１２ 画素基板、１３ 対向基板、２１ 微細孔構造フィルム（微細孔構造層）。

Claims (4)

  1. 互いに対向する第１基板および第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板との間に封止される液晶と
    を備えた液晶表示装置であって、
    前記液晶として、ブルー相液晶を含む液晶材料が用いられ、
    １つ１つの小部屋としての微細孔が、空間的に互いに連結しながら３次元的に配列されて１つの大空間を形成し、前記第１基板と前記第２基板との間に挿入される微細孔構造層をさらに備え、
    前記ブルー相液晶は、前記微細孔構造層に設けられた前記微細孔のそれぞれに分かれて封止される
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
    前記微細孔構造層に設けられた前記微細孔のそれぞれは、直径が１μｍ以下で構成されている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  3. 請求項１または２に記載の液晶表示装置において、
    前記微細孔構造層は、各微細孔で形成される空間部分が前記微細孔構造層に対して占める割合を微細孔存在率と定義した際に、前記微細孔存在率が９５％以上である
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  4. １つ１つの小部屋としての微細孔が、空間的に互いに連結しながら３次元的に配列されて１つの大空間を形成し、前記第１基板と前記第２基板との間に挿入される微細孔構造層の一方の面に第１基板を貼り付け、前記一方の面と反対側の他方の面に第２基板を貼り付けるステップと、
    前記第１基板と前記第２基板との間に挟まれた前記微細孔構造層に設けられた前記微細孔のそれぞれにブルー相液晶を封止するステップと
    を備えたことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
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