JP3690634B2 - Liquid crystal display device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display without any disturbance of orientation, with high contrast and a high numerical aperture and a method for its manufacture. SOLUTION: A liquid crystal layer held between a first and a second substrates is provided. The liquid crystal layer has plural liquid crystal regions divided by columnar spacers reaching the first and the second substrates. In this case, the columnar spacers have planes inclined toward the surfaces of each of the first and the second substrates at the sections brought in contact with the first and the second substrates.

Description

【0001】
【従来の技術】
本発明者らは、視野角特性を改善する方法として、液晶分子を各絵素ごとに軸対称状に配向した表示モード(Axially Symmetric Aligned Microcell Mode:ASMモード)を特開平7−120728号公報に開示している。この方式は液晶材料(正の誘電異方性を有する液晶材料:Np型液晶材料)と光重合性樹脂の混合物から相分離を利用して液晶分子を軸対称状に配向させる技術であり、電圧無印加時に液晶分子が軸対称状(例えば、同心円状)に配向しており、飽和電圧印加により液晶分子が基板に対して垂直に配向するP型のASM表示モードである。
【0002】
また、特願平8−341590号において、一対の電極基板と両基板間に挟持された液晶層とを有し、液晶層の液晶分子は負の誘電異方性(Nn型液晶材料)を有し、電圧無印加時には液晶分子が基板に対して垂直に配向しており、飽和電圧印加時には液晶分子が絵素領域毎に軸対称状に配向する液晶表示装置を提案している。本液晶表示装置においては、ノーマリーブラックモードで動作するため、従来のASMモードの液晶表示装置に比べ高コントラストを得ることができる。
【0003】
特開平6−51319号公報においては、液晶層の厚さ(セルギャップ)を一定に保つスペーサの形状を柱状で端の幅よりも中央部の幅が狭くすることによって配向の乱れが見えなくなるようにする技術が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
特開平7−120728号公報に開示されている技術では、視野角特性は改善されるものの、▲1▼液晶分子を軸対称状に配向させるためのNp型液晶材料と光重合性樹脂との混合物の相分離が、完全に行うことが難しい、▲2▼液晶分子を軸対称状に配向させるプロセスが複雑である、▲3▼Np型液晶分子の配向が高分子壁(区画壁)の近傍で乱れ、コントラスト比が低下する、とういう問題があった。
【0005】
特願平8−341590号に記載されている技術は、Nn型の液晶材料を用いてノーマリーブラックモードで動作するため、従来のASMモードの液晶表示装置に比べ高コントラストを得ることができ、また、簡単に製造することができるという利点がある。しかしながら、ノーマリーブラックモードであるが故に、液晶分子の配向に乱れがあると、光漏れを引き起こし、コントラスト比が著しく低下する場合があった。特に、絵素周辺の高分子壁の近傍で液晶分子の配向乱れが発生しやすく、この部分における光漏れを解消・抑制することが課題である。また、パネルの開口率を向上させるため、および製造時の液晶材料の注入時間を減少するために、基板間に形成する高分子壁等の体積をできるだけ低減することが課題である。
【0006】
特開平6−51319号公報は、液晶層の厚さを一定に保つためのスペーサの形状を柱状として、基板に接している端の幅よりも厚さ方向の中央部の幅を狭くすることによって、液晶分子の配向の乱れが見えなくなるようにする技術を開示している。この技術は、上下基板の配向膜から液晶分子への配向規制力がもっとも弱いセル中央部において液晶分子の配向の乱れが最大になるという考えに基づいている。この配向の乱れた領域をスペーサの厚さ方向の中央部の幅が狭くなっている部分で隠すことを意図している。すなわち、この公報に開示されいている技術は、配向乱れをなくすことはできないので、配向乱れの領域の大きさおよび位置を制御しなくてはいけないと言った課題を有している。上記公報に開示されているスペーサ柱は基板にほぼ垂直に接しており、この部分で液晶分子は著しい配向方向の変化(90度)を余儀なくされ、配向が乱れ、結果として部分的に透過率が変化するという現象が生じることとなる。
【0007】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、配向乱れを無くし、高コントラストで高開口率の液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、第1の基板と、第2の基板と、該第1の基板及び該第2の基板の間に挟持された液晶層とを有し、該液晶層は、該第1の基板と該第2の基板に達する柱状スペーサによって分割された複数の液晶領域を有し、該柱状スペーサは、該第1の基板及び第2の基板と接する部分に、それぞれ該第1の基板及び該第2の基板の表面に対して3度以上且つ60度以下の角度をもって傾斜した面を有し、該第1の基板及び該第2の基板の該液晶層に接する表面、および該柱状スペーサの表面に配向膜が形成されており、該配向膜が垂直配向膜であり、該液晶分子が負の誘電異方性を有し、該液晶層の液晶分子が絵素領域毎に軸対称状に配向し、そのことによって上記目的が達成される。
【0009】
前記第1の基板は、基板と誘電体シートと、該基板と該誘電体シートとの間に形成された隔壁とで囲まれたライン状放電チャンネルを有し、前記柱状スペーサは、前記第2基板と該誘電体シートとの間に形成されている、構成としてもよい。
【0010】
前記液晶層は、液晶材料と、少なくとも、重合性樹脂、重合性樹脂硬化物、重合開始剤のうちのいずれかを含んでもよい。
【0014】
前記柱状スペーサが感光性樹脂で形成されていることが好ましい。
【0015】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、第1の基板と、第2の基板と、該第1の基板及び該第2の基板の間に挟持された液晶層とを有し、該液晶層は、該第1の基板と該第2の基板に達する柱状スペーサによって分割された複数の液晶領域を有し、該柱状スペーサは、該第1の基板及び第2の基板と接する部分に、それぞれ該第1の基板及び該第2の基板の表面に対して3度以上且つ60度以下の角度をもって傾斜した面を有する液晶表示装置の製造方法であって、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィ工程にて該第1の基板上及び該第2の基板上に予め柱状スペーサをそれぞれ形成し、該第1の基板上及び該第2の基板上にそれぞれ形成された柱状スペーサ同士を重ね合わせることによって、該柱状スペーサを形成しており、該傾斜した面の該第1の基板及び該第2の基板の表面に対する角度は、該フォトリソグラフィ工程における、プリベーク温度、プリベーク時間、マスクギャップ、露光強度、露光時間、現像温度、現像時間、現像液濃度のいずれかによって制御され、そのことによって上記目的が達成される。
【0016】
前記傾斜した面の前記第1の基板及び前記第2の基板の表面に対する角度は、前記フォトリソグラフィ工程における、プリベーク温度、プリベーク時間、マスクギャップ、露光強度、露光時間、現像温度、現像時間、現像液濃度のいずれか2つ以上の組み合わせによって制御されてもよい。
【0017】
以下作用について説明する。
【0018】
本発明によれば、上述の従来の液晶表示装置において液晶分子の配向乱れが発生しやすい箇所、すなわち基板と基板上に形成された柱状スペーサとの境界領域において、柱状スペーサが基板表面に対して傾斜した面を有しているので、液晶分子の急激な配向方向の変化は生じず、その結果配向乱れを抑制することが可能となる。本発明の柱状スペーサは、液晶層を挟持する一対の基板の両方に接する部分に傾斜した面を有しているので、両方の基板表面と柱状スペーサとが接する領域における配向乱れを抑制することができる。本発明をノーマリーホワイトモードの液晶表示装置に適用した場合には、電圧無印加時の透過率の低下が抑制され、ノーマリーブラックモードに適用した場合には、電圧無印加時の白ぬけが抑制され、その結果コントラスト比を向上することができる。
【0019】
区画壁(高分子壁)を省略して柱状スペーサのみの構造にすることに、区画壁による光の損失を無くすことができるので、開口率を上げることができる。さらに、液晶材料の注入抵抗を減少させることができるので、注入速度を速くしてタクト時間を短縮することができる。また、注入速度を速くすることによって、大型パネルにおけるクロマト現象による液晶材料の組成の偏りを減らすことが可能となる。
【0020】
柱状スペーサを感光性樹脂を用いて形成すると、フォトリソグラフィ法でパターンニングして柱状スペーサを形成する条件、例えば、露光強度、露光時間、プリベーク温度、プリベーク時間、マスクギャップ、または現像時間、現像温度、現像液濃度を変化させることによって、柱状スペーサの傾斜した面の傾斜角を所望の値に容易にコントロールすることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。実質的に同じ機能を有する部材は同じ参照符号で示す。
【0022】
図1は、本発明の液晶表示装置100を模式的に表した断面図であり、図2は図1の円IIの中を抜き出した部分断面図である。
【0023】
ガラス基板8上に信号電極10(例えばITOからなる)が形成されており、その上に柱状スペーサ25が形成されている。さらに柱状スペーサ25の側面、信号電極10の上には配向層26が形成されている。柱状スペーサ25は基板8の表面に対して傾斜角θで接している。本状態において柱状スペーサ25側面から基板8の表面にかけての液晶分子11は連続的にそのプレチルト角が変化していくため極端な配向乱れが生じることはない。ガラス基板8に対向配設されたガラス基板4上に走査電極9が形成されており、柱状スペーサ25は基板4の表面に対して傾斜角θで接している。柱状スペーサ25の基板4に対する傾斜角と基板8に対する傾斜角は同じでもよいし、異なっていても良い。また、柱状スペーサ25の両側の傾斜角も、互いに異なっても、同じでも良い。柱状スペーサ25で少なくとも部分的に包囲された液晶領域15内において液晶分子11が電圧のon/offに伴って軸対称配向するように構成することができる。液晶分子が軸対称配向した液晶領域を有する液晶表示装置は、視角特性の方位角依存性が小さく、広視野角特性を有する。
【0024】
図2に参照しながら、柱状スペーサ25の傾斜面の効果を説明する。図2に模式的に表した液晶分子の配向状態は、基板8の表面上に形成された配向膜26が水平配向膜であり液晶材料が正の誘電異方性を有する場合の電圧印加状態、もしくは配向膜26が垂直配向膜であり液晶材料が負の誘電異方性を有する場合の電圧無印加状態の柱状スペーサ25近傍での液晶分子11の配向状態を模式的に表した断面図である。
【0025】
柱状スペーサ25が基板8(正確には基板8上配向膜26)と接する部分での傾斜角(θ)が約60度以下であれば、図2に示した様に連続的にプレチルト角が変化し、配向乱れに起因する光漏れは観察されない。液晶分子11が絵素領域毎に軸対称状に配向している場合にも、光漏れは観察されず安定した軸対称状配向を得ることができる。しかしながら、θが小さくなるにつれて柱状スペーサ25が基板8と接している面積が増加し、開口率の低下といった問題を引き起こすので、θは約3度以上である必要がある。また、垂直配向膜を使った場合、液晶分子の倒れる方向を規定するために、θは約3°以上が好ましい。約3度より小さいと、液晶分子の倒れる方向が一定しない場合がある。
【0026】
柱状スペーサの材料としては、ネガ型もしくはポジ型の感光性樹脂を用いることが好ましい。本発明で使用する感光性樹脂としては、アクリレート系、エポキシ系、メタクリレート系、スチレン系、ノボラック系、ポリイミド系樹脂およびこれらの誘導体を使用することができる。またこれらの樹脂に光重合開始剤を添加することもできる。柱状スペーサは、無色、透明もしくは黒、赤、緑、青に顔料や色素で着色されていても良い。無機材料でこのような柱状スペーサを形成することも可能であるが、樹脂材料のような有機材料に比べ伸縮性に乏しいため、押圧などによってその部分から変形、破壊が生じることがあるためあまり好ましくない。
【0027】
柱状スペーサは、有機材料や無機材料をレジストを用いたフォトリソグラフィ技術を用いて加工することによって、形成することができる。製造工程を簡略化することができるので、感光性樹脂を用いて柱状スペーサを形成することが好ましい。感光性樹脂を用いた具体的な製造方法を以下に説明する。
【0028】
(a)感光性樹脂を基板表面に塗布する。基板とは、ガラス基板などの上に電極や必要に応じてTFTなどのスイッチング素子が予め形成されている基板をも含む。
(b)感光性樹脂をプリベークする。
(c)所定のパターンのマスクを用いて、所定のマスクギャップで、感光性樹脂を露光する。
(d)露光された感光性樹脂を現像し、所定のパターンの感光性樹脂を形成する。
(e)感光性樹脂に残存する現像液等をリンスによって除去する。
(f)ポストベークし、パターン形成された感光性樹脂を乾燥するとともに、安定化する。
【0029】
上述した上下の基板と接する部分での柱状スペーサの傾斜角度は、(a)〜(f)の各工程の条件を変えることによって制御することができる。また、一度(a)〜(e)までの工程を行った後、もう一度(d)、(e)の工程を行い、次いで(f)のポストベークを行っても良い。
【0030】
使用する感光性材料によっては、柱状スペーサの上下基板と接する部分の傾斜角を1回の上述の工程で所望する値に制御することが困難な材料がある。そのような場合には、図3(a)に示す様に、上基板4および下基板8それぞれの上に、基板と接する部分の傾斜角(θ)を制御した柱状スペーサ25(a)および25(b)を予め形成し、図3(b)に示すように、上下基板4及び8を貼り合わせることによって柱状スペーサを形成することも可能である。
【0031】
フォトリソグラフィー技術を用いて感光性樹脂で柱状スペーサを形成する際に、プリベーク温度、プリベーク時間、露光強度、露光時間、マスクギャップ、現像液濃度、現像液温度、現像時間といったプロセスパラメータ(加工条件)を変化させることにより、柱状スペーサの傾斜角を変化させることができる。上記のパラメータの一つでも変われば傾斜角は変化する。上記パラメータの2つ以上を組み合わせて変化させることによって傾斜角の制御を行ってもよい。
【0032】
(実施形態1)
図4に実施形態1の液晶表示装置200の模式図を示す。コーニング社製7059ガラス基板8の上にITO(酸化インジウム、酸化錫混合物)からなる厚さ100nmの透明電極10を形成し、さらにこの上に膜厚5μmになるようにV259−PA(新日鐵化学社製)をスピンコート法で塗布した。ホットプレート上で100℃/3分間加熱した後に循環オーブンで80℃/15分間さらに加熱(プリベーク)した。
【0033】
図5に示した様に、100μm×100μm角の遮光部29を有し、透光部30の幅が25μmのマスクを用い、マスク越しにコンタクト露光を120秒行った。その時の照度は365nmで10mW/cm2であった。これを0.4%−K2CO3・aqで300秒間現像し、純水シャワーで120秒間リンスを行った後、240℃の循環オーブンで1時間ポストベークを行い柱状スペーサ25を形成した。厚さ100nmのITOからなる透明電極の付いたガラス基板4を先のガラス基板8と貼り合わせると図4に示すようなセルを作製することができる。傾斜角(θ)はSEMによる断面観察の結果、基板8と接する部分で40度、基板4と接する部分で45度であった。
【0034】
樹脂材料としての、β−(パーフロロオクチル)エチルアクリレート2%、ステアリルアクリレート4%、トリメチルプロパントリアクリレート1%、4−フロロスチレン3%と、液晶ZLI−4792(メルク社製、誘電異方性が正の液晶材料、カイラル剤を5μmのセル厚で90度ツイストとなるように添加)90%と、重合開始剤Irgacure651を液晶材料と樹脂材料の混合物の0.5%に(いずれも重量%)なるように添加し、均一に混合して相溶状態のまま先に作製したセルに注入した。電圧(3.1V)を印加しながらUV光を365nmの波長で4mW/cm2の強度で10分間照射して、液晶領域15内で液晶分子が軸対称状に配向した液晶表示装置200が得られた。電圧を印加すると柱状スペーサ25の壁面効果によって液晶分子が安定に軸対称配向する。また、電圧印加状態において光重合性材料を硬化することによって、軸対称配向がさらに安定化する。
【0035】
これを偏光顕微鏡(クロスニコル)下で観察すると、図6(a)に示すように絵素領域(図中の正方形)の中央から4辺に向かって消光模様が観察されるが、絵素領域の周辺部においての透過率の低下は見られなかった。
【0036】
なお、上述した液晶表示装置は構造を説明するために透明電極が対向する単純マトリクス型の液晶表示装置をモデルにして述べてたが、本発明はこれに限らずアクティブマトリクス型の液晶表示装置にも適応できる。アクティブマトリクス型の液晶表示装置は、一方の基板上に薄膜トランジスタ(TFT)などのスイッチング素子と、ゲート信号やソース信号を送る信号電極と、絵素電極とを有しており、他方の基板上には対向電極が形成された構造である。
【0037】
(比較例1)
コーニング社製7059ガラス基板8の上にITOからなる厚さ100nmの透明電極10を形成し、さらにこの上に膜厚5μmになるようにV259−PA(新日鐵化学社製)をスピンコート法で塗布した。ホットプレート上で100℃/1分間加熱した後に循環オーブンで80℃/10分間さらに加熱した。図5のように100μm×100μm角の絵素領域が得られるマスクを用い、マスク越しにコンタクト露光を30秒行った。その時の照度は365nmで10mW/cm2であった。これを0.4%−K2CO3・aqで120秒現像し、純水シャワーで120秒間リンスを行った後、240℃の循環オーブンで1時間ポストベークを行い柱状スペーサ25を形成した。厚さ100nmのITOからなる透明電極の付いたガラス基板4を先のガラス基板8と貼り合わせると図7に示すようなセルを作製することができた。SEMによる断面観察の結果、柱状スペーサ25は両基板に対してほぼ垂直に接していた。
【0038】
実施形態1と同様の材料を相溶状態のまま先に作製したセルに注入し、実施形態1と同様に、電圧を印加しながらUV光を365nmの波長で4mW/cm2の強度で10分間照射して軸対称状の液晶配向を得た。これを偏光顕微鏡(クロスニコル)下で観察すると、図6(b)に示すように絵素領域の中央から4辺に向かって消光模様が観察されるが、絵素の周辺部において透過率が低下している部分が見られた。
【0039】
(比較例2)
コーニング社製7059ガラス基板4、8の上にITOからなる厚さ100nmの透明電極9、10を形成し、さらにこの上に膜厚1μmになるようにV259−PA(新日鐵化学社製)をスピンコート法で塗布した。ホットプレート上で100℃/2分間加熱した。図5に示す100μm×100μm角遮光領域29が得られるマスクを用い、実施形態1と同様に10秒間コンタクト露光を行った。0.4%−K2CO3・aqで30秒現像し、純水シャワーで120秒間リンスを行った後、240℃の循環オーブンで1時間ポストベークを行い柱状スペーサ25を形成した。柱状スペーサ25を形成した基板8に基板表面からの膜厚が4μmになるようにV−259PAをさらに塗布してホットプレート100℃/1分間加熱した後に循環オーブンで80℃/10分間さらに加熱した。図8のように遮光部29が110μm×110μmで、透光部30の幅が15μmであり、図5に示したマスクと遮光部の中心が同じであるマスクを用い、このマスク越しにコンタクト露光を30秒行った。その時の照度は365nmで10mW/cm2であった。これを0.4%−K2CO3・aqで150秒現像し、純水シャワーで120秒間リンスを行った後、240℃の循環オーブンで1時間ポストベークを行い柱状スペーサ25を形成した。
【0040】
先に柱状スペーサを形成していたガラス基板4を、この2回の成膜工程を通したガラス基板8と位置合わせを行い貼り合わせると図9に示すような断面を持つセルを作製することができた。SEMによる断面観察の結果、柱状スペーサ25はそれぞれ基板に対してほぼ垂直に接していた。
【0041】
実施形態1と同様の材料を相溶状態のまま先に作製したセルに注入し、実施形態1と同様に、電圧を印加しながらUV光を365nmの波長で4mW/cm2の強度で10分間照射して軸対称状の液晶配向を得た。これを偏光顕微鏡(クロスニコル)下で観察すると、比較例1の時と同様に図6(b)に示すように絵素領域の中央から4辺に向かって消光模様が観察され、絵素の周辺部において透過率が低下している部分が見られた。
【0042】
(実施形態2)
図10に、本発明をプラズマアドレス型液晶表示装置に適用した例を示す。
【0043】
基板4の上にアノード電極Aおよびカソード電極Kをライン状に形成し、アノード電極上に隔壁7をライン状に形成し、この基板を中間シート3である薄板ガラス(厚さ50μm)と貼り合わせた。この基板4と薄板ガラス3と隔壁7で囲まれた空間に電離用ガスを封入してライン状の放電チャンネル5を形成し、プラズマセル2を作製した。本発明は、公知のプラズマアドレス型液晶表示装置に適用できる。プラズマアドレス型液晶表示装置については、例えば、特開平4−313788号公報に開示されている。
【0044】
赤(R)、緑(G)、青(B)およびブラックマトリクス(BM)からなるカラーフィルター(CF)13が形成されたガラス基板8にITOからなる電極10を厚さ150nmで形成した。この上に膜厚が6μmになるようにJNPC−43(JSR社製)をスピンコート法で塗布した。ホットプレート上で80℃/3分間加熱した後100μm×100μm角の遮光部29を有して透光部30の幅が25μmのマスクを用い、マスク越しにコンタクト露光を60秒行った。その時の照度は365mで10mW/cm2であった。これを現像液CD(15%希釈、25℃)で200秒現像し、純水シャワーで120秒間リンスを行った後、200℃の循環オーブンで1時間ポストベークを行い柱状スペーサ25を形成した。
【0045】
R−684(日本化薬社製)4%、p−フェニルスチレン4%、下記の(化1)に示す化合物A2%、液晶ZLI−4792(メルク社製、誘電異方性が正の液晶材料、カイラル剤を6μmのセル厚で90度ツイストとなるように添加)90%、上記材料の0.5重量%になるようにIrgacure651を加えた均一混合物を液晶層6とし、先に柱状スペーサ25を形成した基板8とプラズマセル2でこの液晶層6を挟み込む形で図10に示すプラズマアドレス型の液晶表示装置を形成した。
【0046】
【化1】

Figure 0003690634
【0047】
柱状スペーサ25の傾斜角はSEMによる断面観察の結果、基板8と接する部分で20度、中間シート3と接する部分で15度であった。
【0048】
プラズマ基板2に電圧を加えてプラズマを発生させて液晶層6に電圧を印加して、液晶分子が軸対称状に配向した状態で、UV光を365nmの波長で4mW/cm2の強度で10分間照射して軸対称状の液晶配向を得た。これを偏光顕微鏡(クロスニコル)下で観察すると、実施形態1の時と同様で、図6(a)に示すように絵素領域の中央から4辺に向かって消光模様が観察され、絵素領域の周辺部においての透過率の低下は見られなかった。
【0049】
(実施形態3)
コーニング社製7059ガラス基板8の上にITOからなる厚さ100nmの透明電極10を形成し、さらにこの上にに膜厚が5μmになるようにV259−PA(新日鐵化学社製)をスピンコート法で塗布した。ホットプレート上で100℃/3分間加熱した後に循環オーブンで80℃/15分間さらに加熱した。図5のように100μm×100μm角の遮光部29を有して透光部30の幅が25μmのマスクを用い、マスク越しにコンタクト露光を120秒行った。その時の照度は365nmで10mW/cm2であった。これを0.4%−K2CO3・aqで300秒現像し、純水シャワーで120秒間リンスを行った後、240℃の循環オーブンで1時間ポストベークを行い柱状スペーサ25を形成した。水平配向膜AL−3046(JSR社製)を80nmの膜厚になるように塗布して、180℃の循環オーブンで1時間焼成して配向膜層26を形成した。
【0050】
厚さ100nmのITOからなる透明電極の付いたガラス基板4の上にも同じ水平配向膜AL−3046を80nmの膜厚になるように塗布して配向膜層26を形成し、先のガラス基板8と貼り合わせると図1に示すようなセルを作製することができた。傾斜角はSEMによる断面観察の結果、基板8と接する部分で36度、基板4と接する部分で43度であった。
【0051】
ここに誘電異方性が正の液晶材料E7(メルク社製)を注入したが、配向不良に起因する透過率変化は観察されず、柱状スペーサ25周辺部においても配向が乱れていなかった。
【0052】
(実施形態4)
コーニング社製ガラス基板4、8の上に、100nmの厚さの透明電極9、10を形成し、さらにこの上にJCR BLACK535(JSR社製)をスピンコート法で2.5μmの膜厚になるように塗布し、ホットプレート上で80℃/5分間加熱した。図11のように50μm×50μm角の絵素28の4角に10μm角の柱状スペーサ25が形成されるように設計されたマスクを用い、マスク越しにコンタクト露光を25秒行った。その時の照度は365nmで10mW/cm2であった。これを専用現像液CD−200CR(50倍希釈、25℃)で80秒現像し、純水シャワーで60秒間リンスを行った後、220℃の循環オーブンで30分間ポストベークを行い図12(a)に示すように柱状スペーサ25(a)、25(b)を形成した。柱状スペーサ25(a)、25(b)が、ガラス基板4、8と接している点での傾斜角(θ)は共に25度であることがSEMによる断面観察の結果分かった。両ガラス基板の柱状スペーサが形成された側にさらに垂直配向膜JALS−204(JSR社製)を80nmの膜厚で塗布し、180℃で1時間ポストベークを行い配向膜層26を形成した。図12(b)に示すように両ガラス基板4、8を柱状スペーサ25(a)と柱状スペーサ25(b)がちょうど重なり合うように位置合わせを行いシール剤を介して貼り合わせた。
【0053】
誘電異方性が負の液晶(△ε:−4.0、△n=0.08、セルギャップ5μmで90度ツイストとなるようにカイラル剤を添加)を先のセルに注入してクロスニコル下で偏光顕微鏡観察を行った。電庄を基板間に印加すると図13(a)に示すように絵素領域の中央から4辺に向かって消光模様が観察されるようになり、軸対称状に液晶分子が配向していた。柱状スペーサ25近傍での光漏れは観察されなかった。
【0054】
(比較例3)
コーニング社製ガラス基板4、8の上に、100nmの厚さの透明電極9、10を形成し、この上にJCR BLACK535(JSR社製)をスピンコート法で2.5μmの膜厚になるように塗布して、ホットプレート上で80℃/4分間加熱した。実施形態4と同じマスクを用い同じ条件で露光を行った。
これを専用現像液CD−200CR(50倍希釈、25℃)で50秒現像し、純水シャワーで60秒間リンスを行った。その後、220℃の循環オーブンで30分間ポストベークを行うと、図14(a)に示すように台形の柱状スペーサ25(a)、25(b)が得られ、それぞれがガラス基板4、8と接している点での傾斜角(θ)は共に80度であることがSEMによる断面観察の結果分かった。両ガラス基板の柱状スペーサが形成された側にさらに垂直配向膜JALS−204(JSR社製)を80nm膜厚で塗布し、180℃で1時間ポストベークを行い配向膜層26を作製して、両ガラス基板4、8を、図14(b)のように柱状スペーサどうしがちょうど重なり合うように位置合わせを行いシール剤を介して貼り合わせた。
【0055】
実施形態4と同じ誘電異方性が負の液晶(△ε=−4.0、△n=0.08、セルギャップ5μmで90度ツイストとなるようにカイラル添加済み)をこのセルに注入してクロスニコル下で偏光顕微鏡観察を行った。電圧を基板間に印加すると図13(b)に示すように液晶分子が軸対称状に配向することによる消光模様が観察されるが、先の実施形態4とは異なり柱状スペーサ25近傍で光漏れ31が観察された。
【0056】
(実施形態5)
図15に示すプラズマアドレス型液晶表示装置を形成する。基板4の上にアノード電極Aおよびカソード電極Kをライン状に形成し、アノード電極A上に隔壁7をライン状に形成し、この基板を中間シート3である薄板ガラスと貼り合わせた。この基板4と薄板ガラス3と隔壁7で囲まれた空間に電離用ガスを封入してライン状の放電チャンネル5を形成し、プラズマセル2を作製した。
【0057】
赤(R)、緑(G)、青(B)およびブラックマトリクス(BM)からなるカラーフィルター(CF)13を形成したガラス基板8にITO10を250nm厚さで形成した。この基板8および先ほどのプラズマ基板2の中間シート3上にJCR BLACK535(JSR社製)をスピンコート法で3μmの膜厚になるように塗布し、ホットプレート上で80℃/5分間加熱した。実施形態4と同じマスクを用い、同じ露光条件、現像条件、焼成(ポストベーク)条件で柱状スペーサを形成した。それぞれの基板と柱状スペーサが接している点での傾斜角(θ)は共に20度であることがSEMによる断面観察の結果分かった。
【0058】
両ガラス基板の柱状スペーサが形成された側にさらに垂直配向膜JALS−204(JSR社製)を100nmの膜厚で塗布し、180℃で1時間ポストベークを行い配向膜層26を作製して、プラズマ基板2とガラス基板8を柱状スペーサどうしがちょうど重なり合うように位置合わせを行いシール剤を介して貼り合わせ、図15に示すプラズマアドレス型の液晶表示用のセルを作製した。
【0059】
誘電異方性が負の液晶(△ε=−4.0、△n:0.08、セルギャップ6μmで90度ツイストとなるようにカイラル剤添加)を先のセルに注入してクロスニコル下で偏光顕微鏡観察を行った。プラズマ基板に電圧を印加して基板間にかかる電圧を増していくと先の実施形態4と同様に、図13(a)に示すように絵素領域の中央から4辺に向かって消光模様が観察されるようになり、軸対称状に液晶分子が配向していた。柱状スペーサ25近傍での光漏れは観察されなかった。
【0060】
(実施形態6)
100nm厚の透明電極10が形成されたガラス基板8の上に感光性ポリイミドを膜厚6μmになるようにスピンコーターを使って塗布した。ホットプレートで90℃/10minプリベークし、365nmで10mW/cm220秒コンタクト露光を行い、循環オーブンで175℃/15minポストエクポージャーベークを行い、専用現像液(50%に希釈)を用いて25℃で1分間現像行った。その後、IPAで30秒間リンスし、循環オーブンで200℃/30minポストベークを行った。これらの一連の操作を標準の条件とし、一つだけ条件を変えて図16に示すように基板上に柱状スペーサ25(b)を形成し、その柱状スペーサ25(b)が基板8と接する部分で傾斜になっている面の傾斜角(θ)を測定した。これを図17(a)〜(h)に示す。
図17(a)〜(h)から明らかなように、プリベーク温度(a)、プリベーク時間(b)、マスクギャップ(c)、露光強度(d)、露光時間(e)、現像温度(f)、現像時間(g)、現像液濃度(h)のいずれかを変化させると、傾斜角を制御できることが明らかになった。
【0061】
(実施形態7)
コーニング社製ガラス基板4,8の上に、100nmの厚さの透明電極9,10を形成し、この上に膜厚が3μmになるようにJNPC−43(JSR社製)をスピンコートした。プリベークはホットプレートで温度を60℃から80℃、焼成時間を1分から5分間とし、図18に示す様に100μm×100μmの絵素28の四辺に柱状スペーサ25が線幅25μmで作製されるようなマスクを用い、マスクギャップを50μmにして露光を60秒(UV照度10mW/cm2365nm)行った。これを専用現像液CD(15%希釈、25℃)で100秒から360秒現像し、純水シャワーで120秒間リンスを行った後、200℃の循環オーブンで1時間ポストベークを行い柱状スペーサ25(a)、25(b)を形成した。
【0062】
傾斜角の測定を行うと表1に示すように5度から100度の範囲のθを持つ柱状スペーサができていることが確認された。
【0063】
両ガラス基板の柱状スペーサが形成された側に垂直配向膜JALS−204(JSR社製)を80nmの膜厚で塗布し、180℃で1時間ポストベークを行い配向膜層26を作製して、両ガラス基板4,8を柱状スペーサ25(a)と柱状スペーサ25(b)がちょうど重なり合うように位置合わせを行いシール剤を介して貼り合わせた。誘電異方性が負の液晶(△ε=−4.0、△n=0.08、セルギャップ6μmで90度ツイストとなるようにカイラル剤を添加)をセルに注入してガラス基板4,8の外側(液晶層6と反対の側)に偏光板をクロスニコル状態になるように貼り付けた。
【0064】
両ガラス基板間に電圧を印加していき、閾値電圧(Vth)を越えてもさらに電圧を印加し続けると液晶領域では絵素の中央から4方へのびていく消光模様が観察されるようになるが、本実施形態においては柱状スペーサ25周辺において電圧無印加時に光漏れが観察されるものがあった。この光漏れの程度を比較するために透過率測定を行った結果を以下の表1に示す。
【0065】
【表1】

傾斜角度(度) 5 14 38 45 57 63 73 88 108
透過率(%) 20 21 24 23 25 48 49 64 71
【0066】
上記の表1に示したように、傾斜角が63度になった段階から透過率の低下が発生していることがわかる。これは、傾斜角が60度を越えると、液晶分子の配向方向が急激に変化するために、柱状スペーサ付近で液晶分子の配向が乱れていることを示している。この結果から、柱状スペーサの傾斜角は60度以下が好ましいことが分かる。
【0067】
(実施形態8)
基板4の上にアノード電極Aおよびカソード電極Kをライン状に形成し、アノード電極上に隔壁7をライン状に形成し、この基板を中間シート3である薄板ガラスと貼り合わせた。この基板4と薄板ガラス3と隔壁7で囲まれた空間に電離用ガスを封入してライン状の放電チャンネル5を形成し、プラズマセル2を作製した。
【0068】
赤(R)、緑(G)、青(B)およびブラックマトリクス(BM)からなるカラーフィルター(CF)13を形成したガラス基板8にITOからなる電極10を厚さ250nmで形成した。この基板8のITO上にJCR BLACK535(JSR社製)をスピンコート法で6μmの膜厚になるように塗布し、ホットプレート上で80℃/8分間加熱した。図19(a)に示すような100μm角の絵素(図中の四角)を囲むように半径25μmの断面が円形の柱状スペーサ25が形成できるような設計になったマスクを用い、マスク越しにコンタクト露光を60秒行った。その時の照度は365nmで10mW/cm2であった。これを専用現像液CD−200CR(50倍希釈、25℃)で80秒現像し、純水シャワーで60秒間リンスを行った後、さらに同じ現像液で20秒現像をし、純水シャワーで再び60秒間リンスを行った。220℃の循環オーブンで30分間ポストベークを行い柱状スペーサ25を形成した。
【0069】
柱状スペーサの配置は図19(a)に示した例に限られず、例えば、図19(b)のように配置してもよい。柱状スペーサの配置及び密度は、液晶表示装置の構成や用途に応じて適宜設定される。
【0070】
プラズマセル2の中間シート3、およびガラス基板8の柱状スペーサが形成された側に、垂直配向膜JALS−204(JSR社製)を60nmの膜厚で塗布し、180℃で1時間ポストペークを行い配向膜層(図示しない)を作製してシール剤を介して貼り合わせ、図20に示すプラズマアドレス型の液晶表示用のセルを作製した。
【0071】
ITO電極10および中間シート3とそれぞれ接している点での傾斜角(θ)は25度および33度であることがSEMによる断面観察の結果分かった。
【0072】
誘電異方性が負の液晶(△ε:−4.0、△n=0.08、セルギャップ6μmで90度ツイストとなるようにカイラル剤添加)を先のセルに注入してクロスニコル下で偏光顕微鏡観察を行った。プラズマに電圧を印加して基板間にかかる電圧を増していくと先の実施形態4と同様で図13(a)に示すように絵素領域の中央から4辺に向かって消光模様が観察されるようになり、軸対称状に液晶分子が配向していた。柱状スペーサ25近傍での光漏れは観察されなかった。
また同時に作製していたこのセルに、先と同じ液晶材料に対して0.3wt%の下記の(化2)で表される光重合性材料Bと、重合開始剤Irgacure651 0.1wt%の均一混合物を注入した。プラズマセルに駆動用の電圧を印加して液晶層に5Vの電圧を印加して液晶分子を軸対称状に配向させながら、25℃で紫外線(4mW/cm2 365nm)を10分間、プラズマセル2の側から照射して重合性樹脂を硬化させた。
【0073】
【化2】
Figure 0003690634
【0074】
得られたセルも液晶材料のみを注入した場合と同様な消光模様を呈し、軸対称状に液晶分子が配向していることが確認できた。応答時間(立ち上がり時間τr+立ち下がり時間τd)は、液晶材料のみの場合(55mS)に比べて、34mSと短くなることが確認された。
【0075】
上記実施形態においては、軸対称配向した液晶領域を有する液晶表示装置について説明したが、本願発明は、TNモードの液晶表示装置にも適用できる。
【0076】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、配向乱れの無い、高コントラストで高開口率の液晶表示装置及びその製造方法が提供される。本発明の液晶表示装置は、柱状スペーサが液晶層を挟持する一対の基板の両表面に対して傾斜した面を有しているので、液晶分子の急激な配向方向の変化は生じず、その結果配向乱れを抑制することが可能となる。本発明をノーマリーホワイトモードの液晶表示装置に適用した場合には、電圧無印加時の透過率の低下が抑制され、ノーマリーブラックモードに適用した場合には、電圧無印加時の白ぬけが抑制され、その結果コントラスト比を向上することができる。
【0077】
高分子壁を省略して柱状スペーサのみの構造にすることに、区画壁による光の損失を無くすことができるので、開口率を上げることができる。さらに、液晶材料の注入抵抗を減少させることができるので、注入速度を速くしてタクト時間を短縮するとともに、大型パネルにおけるクロマト現象による液晶材料の組成の偏りを減らすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図2】図1の円II中の部分拡大図である。
【図3】本発明による柱状スペーサの作製プロセスを示す模式図である。
【図4】実施形態1で作製した液晶表示装置の模式図である。
【図5】実施形態1で使用するホトマスクの模式図である。
【図6】液晶セルの絵素を偏光顕微鏡(クロスニコル)で観察した結果の模式図で(a)は実施形態1、(b)は比較例1の結果をそれぞれ示す。
【図7】比較例1で作製した液晶表示装置の模式図である。
【図8】比較例2で使用するホトマスクの模式図である。
【図9】比較例2で作製した液晶表示装置の模式図である。
【図10】実施形態2で作製した液晶表示装置の模式図である。
【図11】実施形態4で作製する液晶表示装置の柱状スペーサと絵素と非絵素領域の位置関係を示したモデル図である。
【図12】実施形態4の柱状スペーサを作製するプロセスを示す模式図である。
【図13】実施形態4で作製した液晶セルの絵素を偏光頭微鏡(クロスニコル)で観察した模式図(a)と、比較例3で作製した液晶セルの絵素を偏光頭微鏡(クロスニコル)で観察した模式図(b)である。
【図14】比較例3の柱状スペーサを作製するプロセスを示した概略図である。
【図15】実施形態5で作製したプラズマアドレス型の液晶表示装置の概略図である。
【図16】実施形態6で作製した柱状スペーサのモデル図である。
【図17】(a)〜(h)は、プロセスパラメターと傾斜角度との関係を示すグラフである。
【図18】実施形態7の液晶表示装置における柱状スペーサと絵素の位置関係を示したモデル図である。
【図19】実施形態8で作製した液晶表示装置における柱状スペーサと絵素の位置関係を示したモデル図である。
【図20】実施形態8で作製したプラズマアドレス型液晶表示装置の概略図である。
【符号の説明】
4、8 基板
9,10 透明電極
11 液晶分子
15 液晶領域
25 柱状スペーサ
26 配向膜層
27 非絵素領域
28 絵素
29 ホトマスクの遮光部
30 ホトマスクの透光部
31 光漏れ[0001]
[Prior art]
As a method for improving viewing angle characteristics, the present inventors have disclosed a display mode (Axially Symmetric Aligned Microcell Mode: ASM mode) in which liquid crystal molecules are aligned symmetrically for each picture element in Japanese Patent Laid-Open No. 7-120728. Disclosure. This method is a technique for orienting liquid crystal molecules in an axially symmetrical manner by utilizing phase separation from a mixture of a liquid crystal material (liquid crystal material having positive dielectric anisotropy: Np type liquid crystal material) and a photopolymerizable resin. This is a P-type ASM display mode in which liquid crystal molecules are aligned axially symmetrically (for example, concentric circles) when no voltage is applied, and liquid crystal molecules are aligned perpendicular to the substrate when a saturation voltage is applied.
[0002]
Japanese Patent Application No. 8-341590 has a pair of electrode substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the two substrates, and the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer have negative dielectric anisotropy (Nn type liquid crystal material). In addition, a liquid crystal display device is proposed in which liquid crystal molecules are aligned perpendicularly to the substrate when no voltage is applied, and liquid crystal molecules are axially symmetrically aligned for each pixel region when a saturation voltage is applied. Since this liquid crystal display device operates in a normally black mode, a high contrast can be obtained as compared with a conventional ASM mode liquid crystal display device.
[0003]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-51319, the alignment of the spacer is made invisible by making the shape of the spacer for maintaining the thickness (cell gap) of the liquid crystal layer constant and making the central portion narrower than the end width. The technology to make is disclosed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-120728, although the viewing angle characteristics are improved, (1) a mixture of an Np-type liquid crystal material and a photopolymerizable resin for orienting liquid crystal molecules in an axisymmetric manner (2) The process of orienting liquid crystal molecules in an axially symmetric manner is complicated. (3) The orientation of Np-type liquid crystal molecules is near the polymer wall (partition wall). There was a problem that the contrast ratio was lowered.
[0005]
Since the technology described in Japanese Patent Application No. 8-341590 operates in a normally black mode using an Nn-type liquid crystal material, a high contrast can be obtained compared to a conventional ASM mode liquid crystal display device. Moreover, there exists an advantage that it can manufacture easily. However, because of the normally black mode, if the alignment of the liquid crystal molecules is disturbed, light leakage may occur and the contrast ratio may be significantly reduced. In particular, alignment disorder of liquid crystal molecules tends to occur in the vicinity of the polymer wall around the picture element, and it is a problem to eliminate / suppress light leakage in this portion. Further, in order to improve the aperture ratio of the panel and to reduce the time for injecting the liquid crystal material at the time of manufacturing, it is a problem to reduce the volume of the polymer wall formed between the substrates as much as possible.
[0006]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-51319 discloses that a spacer for maintaining the thickness of the liquid crystal layer is formed in a columnar shape, and the width of the central portion in the thickness direction is made narrower than the width of the end in contact with the substrate. Discloses a technique for making the alignment disorder of liquid crystal molecules invisible. This technique is based on the idea that the disorder of alignment of liquid crystal molecules is maximized at the center of the cell where the alignment regulating force from the alignment films on the upper and lower substrates to the liquid crystal molecules is the weakest. This disordered region is intended to be hidden by a portion where the width of the central portion in the thickness direction of the spacer is narrow. That is, the technique disclosed in this publication has the problem that the orientation disorder cannot be eliminated, and the size and position of the orientation disorder area must be controlled. The spacer column disclosed in the above publication is in contact with the substrate substantially perpendicularly, and the liquid crystal molecules are forced to change significantly in the orientation direction (90 degrees) in this portion, and the orientation is disturbed, resulting in partial transmission. The phenomenon of change will occur.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having high contrast and a high aperture ratio, and a method for manufacturing the same, which eliminates alignment disorder.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The liquid crystal display device of the present invention includes a first substrate, a second substrate, and a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate. A plurality of liquid crystal regions divided by a first substrate and a columnar spacer reaching the second substrate, wherein the columnar spacer is in contact with the first substrate and the second substrate, respectively; Having a surface inclined at an angle of not less than 3 degrees and not more than 60 degrees with respect to the surface of the second substrate and the surface of the second substrate.An alignment film is formed on the surface of the first substrate and the second substrate in contact with the liquid crystal layer and on the surface of the columnar spacer, the alignment film is a vertical alignment film, and the liquid crystal molecules It has negative dielectric anisotropy, and the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are aligned axially symmetrically for each pixel region,This achieves the above object.
[0009]
The first substrate includes a line-shaped discharge channel surrounded by a substrate, a dielectric sheet, and a partition formed between the substrate and the dielectric sheet, and the columnar spacer includes the second spacer.ofIt is good also as a structure currently formed between the board | substrate and this dielectric material sheet.
[0010]
The liquid crystal layer may include a liquid crystal material and at least one of a polymerizable resin, a cured polymer resin, and a polymerization initiator.
[0014]
The columnar spacer is preferably formed of a photosensitive resin.
[0015]
The method for manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention includes a first substrate, a second substrate, and a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate, and the liquid crystal layer Has a plurality of liquid crystal regions divided by columnar spacers that reach the first substrate and the second substrate, and the columnar spacers are in contact with the first substrate and the second substrate, respectively. A method of manufacturing a liquid crystal display device having a surface inclined at an angle of 3 degrees to 60 degrees with respect to the surfaces of the first substrate and the second substrate, and a photolithography process using a photosensitive resinIn this step, columnar spacers are formed in advance on the first substrate and the second substrate, respectively, and the columnar spacers formed on the first substrate and the second substrate are overlapped with each other. The columnar spacers are formed,The angles of the inclined surface with respect to the surfaces of the first substrate and the second substrate are prebaking temperature, prebaking time, mask gap, exposure intensity, exposure time, development temperature, development time, development in the photolithography process. It is controlled by any of the liquid concentrations, thereby achieving the above objective.
[0016]
The angles of the inclined surface with respect to the surfaces of the first substrate and the second substrate are prebaking temperature, prebaking time, mask gap, exposure intensity, exposure time, development temperature, development time, development in the photolithography process. It may be controlled by any two or more combinations of liquid concentrations.
[0017]
The operation will be described below.
[0018]
According to the present invention, in the above-described conventional liquid crystal display device, the columnar spacer is located with respect to the substrate surface at the location where the alignment disorder of the liquid crystal molecules is likely to occur, that is, in the boundary region between the substrate and the columnar spacer formed on the substrate. Since it has an inclined surface, a sudden change in the alignment direction of the liquid crystal molecules does not occur, and as a result, it is possible to suppress alignment disturbance. Since the columnar spacer of the present invention has an inclined surface at a portion in contact with both of the pair of substrates sandwiching the liquid crystal layer, it can suppress alignment disorder in a region where both the substrate surface and the columnar spacer are in contact. it can. When the present invention is applied to a normally white mode liquid crystal display device, a decrease in transmittance when no voltage is applied is suppressed, and when applied to a normally black mode, whitening when no voltage is applied is suppressed. As a result, the contrast ratio can be improved.
[0019]
By omitting the partition wall (polymer wall) and using only the columnar spacer, the loss of light due to the partition wall can be eliminated, so that the aperture ratio can be increased. Furthermore, since the injection resistance of the liquid crystal material can be reduced, the injection speed can be increased and the tact time can be shortened. Further, by increasing the injection speed, it is possible to reduce the compositional deviation of the liquid crystal material due to the chromatographic phenomenon in the large panel.
[0020]
When the columnar spacer is formed using a photosensitive resin, the conditions for forming the columnar spacer by patterning by photolithography, for example, exposure intensity, exposure time, pre-baking temperature, pre-baking time, mask gap, or developing time, developing temperature The inclination angle of the inclined surface of the columnar spacer can be easily controlled to a desired value by changing the developer concentration.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Members having substantially the same function are denoted by the same reference numerals.
[0022]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a liquid crystal display device 100 of the present invention, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view extracted from a circle II in FIG.
[0023]
A signal electrode 10 (for example, made of ITO) is formed on the glass substrate 8, and a columnar spacer 25 is formed thereon. Further, an alignment layer 26 is formed on the side surface of the columnar spacer 25 and on the signal electrode 10. The columnar spacer 25 is in contact with the surface of the substrate 8 at an inclination angle θ. In this state, since the pretilt angle of the liquid crystal molecules 11 from the side surfaces of the columnar spacers 25 to the surface of the substrate 8 continuously changes, no extreme alignment disturbance occurs. A scanning electrode 9 is formed on the glass substrate 4 disposed opposite to the glass substrate 8, and the columnar spacer 25 is in contact with the surface of the substrate 4 at an inclination angle θ. The inclination angle of the columnar spacer 25 with respect to the substrate 4 and the inclination angle with respect to the substrate 8 may be the same or different. Further, the inclination angles on both sides of the columnar spacer 25 may be different or the same. In the liquid crystal region 15 at least partially surrounded by the columnar spacer 25, the liquid crystal molecules 11 can be configured to be axially symmetrically aligned with the voltage on / off. A liquid crystal display device having a liquid crystal region in which liquid crystal molecules are axially symmetrically aligned has small azimuth dependency of viewing angle characteristics and wide viewing angle characteristics.
[0024]
The effect of the inclined surface of the columnar spacer 25 will be described with reference to FIG. The alignment state of the liquid crystal molecules schematically shown in FIG. 2 is a voltage application state when the alignment film 26 formed on the surface of the substrate 8 is a horizontal alignment film and the liquid crystal material has positive dielectric anisotropy, Or it is sectional drawing which represented typically the orientation state of the liquid crystal molecule 11 in the columnar spacer 25 vicinity of the voltage-less application state in case the orientation film 26 is a vertical orientation film and a liquid crystal material has negative dielectric anisotropy. .
[0025]
If the inclination angle (θ) at the portion where the columnar spacer 25 is in contact with the substrate 8 (more precisely, the alignment film 26 on the substrate 8) is about 60 degrees or less, the pretilt angle continuously changes as shown in FIG. In addition, no light leakage due to orientation disturbance is observed. Even when the liquid crystal molecules 11 are aligned in an axially symmetric manner for each pixel region, no light leakage is observed and a stable axially symmetric orientation can be obtained. However, as θ decreases, the area where the columnar spacers 25 are in contact with the substrate 8 increases, causing problems such as a decrease in the aperture ratio. Therefore, θ needs to be about 3 degrees or more. When a vertical alignment film is used, θ is preferably about 3 ° or more in order to define the direction in which the liquid crystal molecules are tilted. If it is less than about 3 degrees, the direction in which the liquid crystal molecules fall may not be constant.
[0026]
As a material for the columnar spacer, a negative or positive photosensitive resin is preferably used. As the photosensitive resin used in the present invention, acrylate-based, epoxy-based, methacrylate-based, styrene-based, novolac-based, polyimide-based resins, and derivatives thereof can be used. Photopolymerization initiators can also be added to these resins. The columnar spacers may be colorless, transparent, or colored with pigments or pigments in black, red, green, and blue. It is possible to form such a columnar spacer with an inorganic material, but it is less preferable because it is less stretchable than an organic material such as a resin material, and may be deformed or broken from that part by pressing or the like. Absent.
[0027]
The columnar spacer can be formed by processing an organic material or an inorganic material using a photolithography technique using a resist. Since the manufacturing process can be simplified, it is preferable to form the columnar spacers using a photosensitive resin. A specific manufacturing method using the photosensitive resin will be described below.
[0028]
(A) A photosensitive resin is applied to the substrate surface. The substrate includes a substrate in which electrodes and switching elements such as TFTs are formed in advance on a glass substrate or the like.
(B) Pre-baking the photosensitive resin.
(C) Using a mask having a predetermined pattern, the photosensitive resin is exposed with a predetermined mask gap.
(D) The exposed photosensitive resin is developed to form a photosensitive resin having a predetermined pattern.
(E) The developer remaining in the photosensitive resin is removed by rinsing.
(F) The post-baked and patterned photosensitive resin is dried and stabilized.
[0029]
The inclination angle of the columnar spacers at the portions in contact with the upper and lower substrates described above can be controlled by changing the conditions of the steps (a) to (f). Alternatively, after the steps (a) to (e) are performed once, the steps (d) and (e) are performed again, and then the post-baking (f) may be performed.
[0030]
Depending on the photosensitive material used, there is a material in which it is difficult to control the inclination angle of the portion of the columnar spacer in contact with the upper and lower substrates to a desired value in one step described above. In such a case, as shown in FIG. 3 (a), columnar spacers 25 (a) and 25 on each of the upper substrate 4 and the lower substrate 8 in which the inclination angle (θ) of the portion in contact with the substrate is controlled. It is also possible to form columnar spacers by forming (b) in advance and bonding the upper and lower substrates 4 and 8 together as shown in FIG.
[0031]
Process parameters (processing conditions) such as pre-baking temperature, pre-baking time, exposure intensity, exposure time, mask gap, developer concentration, developer temperature, development time when forming columnar spacers with photosensitive resin using photolithography technology The inclination angle of the columnar spacer can be changed by changing. If one of the above parameters changes, the tilt angle changes. The tilt angle may be controlled by changing two or more of the above parameters in combination.
[0032]
(Embodiment 1)
FIG. 4 is a schematic diagram of the liquid crystal display device 200 according to the first embodiment. A transparent electrode 10 having a thickness of 100 nm made of ITO (mixture of indium oxide and tin oxide) is formed on a 7059 glass substrate 8 manufactured by Corning, and V259-PA (Nippon Steel Co., Ltd.) is formed on the transparent electrode 10 to a thickness of 5 μm. Chemical Co., Ltd.) was applied by spin coating. After heating at 100 ° C./3 minutes on a hot plate, it was further heated (prebaked) in a circulating oven at 80 ° C./15 minutes.
[0033]
As shown in FIG. 5, contact exposure was performed for 120 seconds through the mask using a mask having a light shielding portion 29 of 100 μm × 100 μm square and a width of the light transmitting portion 30 of 25 μm. Illuminance at that time is 365 m and 10 mW / cm2Met. 0.4% -K2COThreeDevelopment was performed with aq for 300 seconds, rinsed with a pure water shower for 120 seconds, and then post-baked in a circulation oven at 240 ° C. for 1 hour to form columnar spacers 25. When a glass substrate 4 with a transparent electrode made of ITO having a thickness of 100 nm is attached to the glass substrate 8, a cell as shown in FIG. 4 can be produced. As a result of cross-sectional observation by SEM, the inclination angle (θ) was 40 degrees at the portion in contact with the substrate 8 and 45 degrees at the portion in contact with the substrate 4.
[0034]
As a resin material, β- (perfluorooctyl) ethyl acrylate 2%, stearyl acrylate 4%, trimethylpropane triacrylate 1%, 4-fluorostyrene 3%, liquid crystal ZLI-4792 (Merck, dielectric anisotropy) Is a positive liquid crystal material, a chiral agent is added so that the cell thickness is 5 μm and twisted 90 degrees), and the polymerization initiator Irgacure 651 is added to 0.5% of the mixture of the liquid crystal material and the resin material (both by weight%) And mixed uniformly and injected into the previously prepared cell in a compatible state. While applying voltage (3.1V), UV light is 4 mW / cm at a wavelength of 365 nm.2The liquid crystal display device 200 in which the liquid crystal molecules were aligned in an axially symmetric manner in the liquid crystal region 15 was obtained by irradiation for 10 minutes at an intensity of. When a voltage is applied, the liquid crystal molecules are stably axisymmetrically aligned due to the wall effect of the columnar spacer 25. In addition, by curing the photopolymerizable material in a voltage applied state, the axially symmetric orientation is further stabilized.
[0035]
When this is observed under a polarizing microscope (crossed Nicols), a quenching pattern is observed from the center of the picture element area (square in the figure) toward the four sides as shown in FIG. There was no decrease in transmittance at the periphery of the film.
[0036]
Note that the liquid crystal display device described above has been described using a simple matrix liquid crystal display device with transparent electrodes facing each other as a model in order to explain the structure. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this. Can also be adapted. An active matrix liquid crystal display device has a switching element such as a thin film transistor (TFT) on one substrate, a signal electrode for sending a gate signal or a source signal, and a pixel electrode. Is a structure in which a counter electrode is formed.
[0037]
(Comparative Example 1)
A transparent electrode 10 made of ITO having a thickness of 100 nm is formed on a 7059 glass substrate 8 manufactured by Corning, and V259-PA (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) is spin-coated so as to have a film thickness of 5 μm. It was applied with. After heating on a hot plate at 100 ° C./1 minute, it was further heated in a circulating oven at 80 ° C./10 minutes. As shown in FIG. 5, contact exposure was performed for 30 seconds through the mask using a mask capable of obtaining a pixel area of 100 μm × 100 μm square. Illuminance at that time is 365 m and 10 mW / cm2Met. 0.4% -K2COThreeAfter developing with aq for 120 seconds and rinsing with a pure water shower for 120 seconds, post-baking was performed in a circulation oven at 240 ° C. for 1 hour to form columnar spacers 25. When the glass substrate 4 with a transparent electrode made of ITO having a thickness of 100 nm was bonded to the previous glass substrate 8, a cell as shown in FIG. 7 could be produced. As a result of cross-sectional observation by SEM, the columnar spacer 25 was in contact with both substrates substantially perpendicularly.
[0038]
A material similar to that of the first embodiment is injected into the previously prepared cell in a compatible state, and UV light is applied at a wavelength of 365 nm to 4 mW / cm while applying a voltage, as in the first embodiment.2Axisymmetric liquid crystal alignment was obtained by irradiation for 10 minutes at an intensity of. When this is observed under a polarizing microscope (crossed Nicol), a quenching pattern is observed from the center of the picture element region toward the four sides as shown in FIG. 6 (b). A decreasing part was seen.
[0039]
(Comparative Example 2)
Transparent electrodes 9 and 10 made of ITO are formed on Corning 7059 glass substrates 4 and 8, and V259-PA (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) is formed thereon to a thickness of 1 μm. Was applied by spin coating. Heated on a hot plate at 100 ° C./2 minutes. Contact exposure was performed for 10 seconds in the same manner as in the first embodiment, using a mask from which a 100 μm × 100 μm square light shielding region 29 shown in FIG. 5 was obtained. 0.4% -K2COThreeAfter developing with aq for 30 seconds and rinsing with a pure water shower for 120 seconds, post-baking was performed in a circulation oven at 240 ° C. for 1 hour to form columnar spacers 25. V-259PA was further applied to the substrate 8 on which the columnar spacers 25 were formed so that the film thickness from the substrate surface was 4 μm and heated at 100 ° C./1 minute on a hot plate, and then further heated at 80 ° C./10 minutes in a circulation oven. . As shown in FIG. 8, the light shielding part 29 is 110 μm × 110 μm, the width of the light transmitting part 30 is 15 μm, and the mask shown in FIG. 5 is the same as the center of the light shielding part. For 30 seconds. Illuminance at that time is 365 m and 10 mW / cm2Met. 0.4% -K2COThreeAfter developing with aq for 150 seconds and rinsing with a pure water shower for 120 seconds, post-baking was performed in a circulating oven at 240 ° C. for 1 hour to form columnar spacers 25.
[0040]
When the glass substrate 4 on which the columnar spacers have been formed is aligned and bonded to the glass substrate 8 that has passed through the two film forming steps, a cell having a cross section as shown in FIG. 9 can be produced. did it. As a result of cross-sectional observation by SEM, the columnar spacers 25 were in contact with the substrate substantially perpendicularly.
[0041]
A material similar to that of the first embodiment is injected into the previously prepared cell in a compatible state, and UV light is applied at a wavelength of 365 nm to 4 mW / cm while applying a voltage, as in the first embodiment.2Axisymmetric liquid crystal alignment was obtained by irradiation for 10 minutes at an intensity of. When this is observed under a polarizing microscope (crossed Nicol), a quenching pattern is observed from the center of the picture element region toward the four sides as shown in FIG. The part where the transmittance | permeability fell in the peripheral part was seen.
[0042]
(Embodiment 2)
FIG. 10 shows an example in which the present invention is applied to a plasma addressed liquid crystal display device.
[0043]
The anode electrode A and the cathode electrode K are formed in a line shape on the substrate 4, and the partition wall 7 is formed in a line shape on the anode electrode, and this substrate is bonded to a thin glass (thickness 50 μm) as the intermediate sheet 3. It was. An ionizing gas was sealed in a space surrounded by the substrate 4, the thin glass plate 3, and the partition walls 7 to form a line-shaped discharge channel 5, thereby producing a plasma cell 2. The present invention can be applied to a known plasma addressed liquid crystal display device. A plasma addressed liquid crystal display device is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-313788.
[0044]
An electrode 10 made of ITO was formed to a thickness of 150 nm on a glass substrate 8 on which a color filter (CF) 13 made of red (R), green (G), blue (B) and black matrix (BM) was formed. On top of this, JNPC-43 (manufactured by JSR) was applied by spin coating so that the film thickness was 6 μm. After heating on a hot plate at 80 ° C. for 3 minutes, contact exposure was performed through the mask for 60 seconds using a mask having a light-shielding portion 29 of 100 μm × 100 μm square and a width of the light-transmitting portion 30 of 25 μm. Illuminance at that time is 365m and 10mW / cm2Met. This was developed with developer CD (15% dilution, 25 ° C.) for 200 seconds, rinsed with a pure water shower for 120 seconds, and then post-baked in a circulating oven at 200 ° C. for 1 hour to form columnar spacers 25.
[0045]
R-684 (Nippon Kayaku Co., Ltd.) 4%, p-phenylstyrene 4%, Compound A 2% shown in the following (Chemical Formula 1), liquid crystal ZLI-4792 (manufactured by Merck Ltd., liquid crystal material having positive dielectric anisotropy) The liquid crystal layer 6 is a uniform mixture of 90% and Irgacure 651 so that 0.5% by weight of the above material is added. A plasma address type liquid crystal display device shown in FIG. 10 was formed in such a manner that the liquid crystal layer 6 was sandwiched between the substrate 8 and the plasma cell 2 formed thereon.
[0046]
[Chemical 1]
Figure 0003690634
[0047]
As a result of cross-sectional observation by SEM, the inclination angle of the columnar spacer 25 was 20 degrees at the portion in contact with the substrate 8 and 15 degrees at the portion in contact with the intermediate sheet 3.
[0048]
A voltage is applied to the plasma substrate 2 to generate plasma, and a voltage is applied to the liquid crystal layer 6 so that the liquid crystal molecules are aligned in an axially symmetrical manner, and UV light is 4 mW / cm at a wavelength of 365 nm.2Axisymmetric liquid crystal alignment was obtained by irradiation for 10 minutes at an intensity of. When this is observed under a polarizing microscope (crossed Nicol), as in the first embodiment, a quenching pattern is observed from the center of the picture element region toward the four sides as shown in FIG. There was no decrease in transmittance at the periphery of the region.
[0049]
(Embodiment 3)
A transparent electrode 10 made of ITO and having a thickness of 100 nm is formed on a 7059 glass substrate 8 manufactured by Corning, and V259-PA (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) is spun so that the film thickness becomes 5 μm. The coating method was applied. After heating on a hot plate at 100 ° C./3 minutes, it was further heated in a circulating oven at 80 ° C./15 minutes. As shown in FIG. 5, a mask having a 100 μm × 100 μm square light shielding portion 29 and a light transmitting portion 30 having a width of 25 μm was used, and contact exposure was performed for 120 seconds through the mask. Illuminance at that time is 365 m and 10 mW / cm2Met. 0.4% -K2COThreeAfter developing for 300 seconds with aq and rinsing for 120 seconds with a pure water shower, post-baking was performed for 1 hour in a circulation oven at 240 ° C. to form columnar spacers 25. A horizontal alignment film AL-3046 (manufactured by JSR) was applied to a thickness of 80 nm, and baked in a circulating oven at 180 ° C. for 1 hour to form an alignment film layer 26.
[0050]
The same horizontal alignment film AL-3046 is applied on the glass substrate 4 with a transparent electrode made of ITO having a thickness of 100 nm so as to have a film thickness of 80 nm to form the alignment film layer 26. When bonded to 8, a cell as shown in FIG. 1 could be produced. As a result of cross-sectional observation by SEM, the inclination angle was 36 degrees at the portion in contact with the substrate 8 and 43 degrees at the portion in contact with the substrate 4.
[0051]
A liquid crystal material E7 (manufactured by Merck & Co., Inc.) having a positive dielectric anisotropy was injected here, but no change in transmittance due to poor alignment was observed, and the alignment was not disturbed in the periphery of the columnar spacer 25.
[0052]
(Embodiment 4)
Transparent electrodes 9 and 10 having a thickness of 100 nm are formed on glass substrates 4 and 8 made by Corning, and JCR BLACK535 (manufactured by JSR) is further formed thereon to a thickness of 2.5 μm by spin coating. And heated on a hot plate at 80 ° C. for 5 minutes. As shown in FIG. 11, using a mask designed to form 10 μm square columnar spacers 25 at four corners of a 50 μm × 50 μm square picture element 28, contact exposure was performed for 25 seconds through the mask. Illuminance at that time is 365 m and 10 mW / cm2Met. This was developed with a dedicated developer CD-200CR (50-fold dilution, 25 ° C.) for 80 seconds, rinsed with a pure water shower for 60 seconds, and then post-baked in a circulating oven at 220 ° C. for 30 minutes. Columnar spacers 25 (a) and 25 (b) were formed as shown in FIG. As a result of cross-sectional observation by SEM, it was found that the inclination angle (θ) at which the columnar spacers 25 (a) and 25 (b) are in contact with the glass substrates 4 and 8 are both 25 degrees. A vertical alignment film JALS-204 (manufactured by JSR) was further applied at a film thickness of 80 nm on the side of both glass substrates on which the columnar spacers were formed, and post-baked at 180 ° C. for 1 hour to form an alignment film layer 26. As shown in FIG. 12 (b), the glass substrates 4 and 8 were aligned so that the columnar spacers 25 (a) and the columnar spacers 25 (b) were just overlapped, and were bonded together via a sealant.
[0053]
Crossed Nicols by injecting liquid crystal with negative dielectric anisotropy (Δε: -4.0, Δn = 0.08, adding chiral agent so that the cell gap is 5 μm and 90 degree twist) into the previous cell. Observation under a polarizing microscope was performed below. When a voltage is applied between the substrates, as shown in FIG. 13A, a quenching pattern is observed from the center of the picture element region toward the four sides, and the liquid crystal molecules are aligned in an axially symmetrical manner. Light leakage in the vicinity of the columnar spacer 25 was not observed.
[0054]
(Comparative Example 3)
Transparent electrodes 9 and 10 having a thickness of 100 nm are formed on glass substrates 4 and 8 made by Corning, and JCR BLACK535 (manufactured by JSR) is formed thereon with a thickness of 2.5 μm by spin coating. And heated on a hot plate at 80 ° C. for 4 minutes. Exposure was performed under the same conditions using the same mask as in the fourth embodiment.
This was developed with a dedicated developer CD-200CR (50-fold dilution, 25 ° C.) for 50 seconds and rinsed with a pure water shower for 60 seconds. After that, when post-baking is performed for 30 minutes in a circulation oven at 220 ° C., trapezoidal columnar spacers 25 (a) and 25 (b) are obtained as shown in FIG. As a result of cross-sectional observation by SEM, it was found that the inclination angle (θ) at the contact point was 80 degrees. A vertical alignment film JALS-204 (manufactured by JSR) is further applied to the side of both glass substrates on which the columnar spacers are formed to a thickness of 80 nm, and post-baking is performed at 180 ° C. for 1 hour to prepare an alignment film layer 26. Both glass substrates 4 and 8 were aligned with each other so that the columnar spacers overlapped as shown in FIG.
[0055]
A liquid crystal having the same dielectric anisotropy as that of the fourth embodiment (Δε = −4.0, Δn = 0.08, chiral added so that the cell gap is 5 μm and a twist of 90 degrees) is injected into this cell. Then, a polarizing microscope was observed under crossed Nicols. When a voltage is applied between the substrates, as shown in FIG. 13B, a quenching pattern is observed due to the alignment of the liquid crystal molecules in an axially symmetrical manner, but unlike the fourth embodiment, light leakage occurs in the vicinity of the columnar spacer 25. 31 was observed.
[0056]
(Embodiment 5)
The plasma addressed liquid crystal display device shown in FIG. 15 is formed. The anode electrode A and the cathode electrode K were formed in a line shape on the substrate 4, and the partition wall 7 was formed in a line shape on the anode electrode A, and this substrate was bonded to a thin glass as the intermediate sheet 3. An ionizing gas was sealed in a space surrounded by the substrate 4, the thin glass plate 3, and the partition walls 7 to form a line-shaped discharge channel 5, thereby producing a plasma cell 2.
[0057]
ITO 10 was formed to a thickness of 250 nm on a glass substrate 8 on which a color filter (CF) 13 composed of red (R), green (G), blue (B) and black matrix (BM) was formed. JCR BLACK535 (manufactured by JSR) was applied to the substrate 8 and the intermediate sheet 3 of the plasma substrate 2 by spin coating so as to have a film thickness of 3 μm, and heated on a hot plate at 80 ° C. for 5 minutes. Columnar spacers were formed using the same mask as in Embodiment 4 under the same exposure conditions, development conditions, and baking (post-bake) conditions. As a result of cross-sectional observation by SEM, it was found that the inclination angle (θ) at the point where each substrate and the columnar spacer were in contact was 20 degrees.
[0058]
A vertical alignment film JALS-204 (manufactured by JSR Co.) is further applied with a film thickness of 100 nm on the side on which the columnar spacers of both glass substrates are formed, and post-baking is performed at 180 ° C. for 1 hour to prepare the alignment film layer 26 Then, the plasma substrate 2 and the glass substrate 8 were aligned with each other so that the columnar spacers were overlapped with each other, and were bonded together with a sealant to produce a plasma address type liquid crystal display cell shown in FIG.
[0059]
Liquid crystal with negative dielectric anisotropy (Δε = -4.0, Δn: 0.08, chiral agent added so that the cell gap is 6 μm and twisted 90 degrees) was injected into the previous cell and crossed Nicols Was observed with a polarizing microscope. When a voltage is applied to the plasma substrate and the voltage applied between the substrates is increased, a quenching pattern is formed from the center of the pixel region toward the four sides as shown in FIG. As a result, the liquid crystal molecules were axially symmetrical. Light leakage in the vicinity of the columnar spacer 25 was not observed.
[0060]
(Embodiment 6)
Photosensitive polyimide was applied on the glass substrate 8 on which the transparent electrode 10 having a thickness of 100 nm was formed using a spin coater so as to have a film thickness of 6 μm. Pre-baked at 90 ° C for 10 min on a hot plate and 10 mW / cm at 365 nm2Contact exposure was performed for 20 seconds, post-exposure baking was performed at 175 ° C./15 min in a circulation oven, and development was performed at 25 ° C. for 1 minute using a dedicated developer (diluted to 50%). Then, it rinsed with IPA for 30 second, and performed 200 degreeC / 30min post-baking with the circulation oven. A series of these operations is a standard condition, and only one condition is changed to form a columnar spacer 25 (b) on the substrate as shown in FIG. 16, and the columnar spacer 25 (b) is in contact with the substrate 8 The inclination angle (θ) of the inclined surface was measured. This is shown in FIGS.
As apparent from FIGS. 17A to 17H, the pre-bake temperature (a), the pre-bake time (b), the mask gap (c), the exposure intensity (d), the exposure time (e), and the development temperature (f). It was revealed that the tilt angle can be controlled by changing either the development time (g) or the developer concentration (h).
[0061]
(Embodiment 7)
Transparent electrodes 9 and 10 having a thickness of 100 nm were formed on glass substrates 4 and 8 made by Corning, and JNPC-43 (manufactured by JSR) was spin-coated so that the film thickness was 3 μm. The pre-baking is performed on a hot plate at a temperature of 60 ° C. to 80 ° C. and a baking time of 1 minute to 5 minutes. As shown in FIG. 18, columnar spacers 25 are produced with a line width of 25 μm on four sides of a picture element 28 of 100 μm × 100 μm. A mask with a mask gap of 50 μm and exposure for 60 seconds (UV illumination 10 mW / cm2365 nm). This is developed with a dedicated developer CD (15% diluted, 25 ° C.) for 100 seconds to 360 seconds, rinsed with a pure water shower for 120 seconds, and then post-baked in a circulating oven at 200 ° C. for 1 hour to form the columnar spacer 25. (A) and 25 (b) were formed.
[0062]
When the inclination angle was measured, it was confirmed that a columnar spacer having θ in the range of 5 degrees to 100 degrees was formed as shown in Table 1.
[0063]
A vertical alignment film JALS-204 (manufactured by JSR) is applied with a film thickness of 80 nm on the side where the columnar spacers of both glass substrates are formed, and post-baking is performed at 180 ° C. for 1 hour to prepare the alignment film layer 26. Both glass substrates 4 and 8 were aligned so that the columnar spacers 25 (a) and the columnar spacers 25 (b) overlapped each other, and were bonded together via a sealant. A liquid crystal having a negative dielectric anisotropy (Δε = −4.0, Δn = 0.08, a chiral agent added so that the cell gap is 6 μm and a twist of 90 degrees) is injected into the cell, and the glass substrate 4, A polarizing plate was attached to the outer side of 8 (the side opposite to the liquid crystal layer 6) so as to be in a crossed Nicol state.
[0064]
When a voltage is applied between both glass substrates and the voltage is further applied even if the threshold voltage (Vth) is exceeded, a quenching pattern extending in the four directions from the center of the picture element is observed in the liquid crystal region. However, in this embodiment, light leakage is observed around the columnar spacer 25 when no voltage is applied. Table 1 below shows the results of measuring transmittance to compare the degree of light leakage.
[0065]
[Table 1]

Tilt angle (degree) 5 14 38 45 57 63 73 88 108
Transmittance (%) 20 21 24 23 25 48 49 49 64 71
[0066]
As shown in Table 1 above, it can be seen that a decrease in transmittance has occurred since the inclination angle reached 63 degrees. This indicates that when the tilt angle exceeds 60 degrees, the alignment direction of the liquid crystal molecules changes abruptly, so that the alignment of the liquid crystal molecules is disturbed in the vicinity of the columnar spacer. From this result, it can be seen that the inclination angle of the columnar spacer is preferably 60 degrees or less.
[0067]
(Embodiment 8)
The anode electrode A and the cathode electrode K were formed in a line shape on the substrate 4, and the partition wall 7 was formed in a line shape on the anode electrode, and this substrate was bonded to the thin glass as the intermediate sheet 3. An ionizing gas was sealed in a space surrounded by the substrate 4, the thin glass plate 3, and the partition walls 7 to form a line-shaped discharge channel 5, thereby producing a plasma cell 2.
[0068]
An electrode 10 made of ITO was formed with a thickness of 250 nm on a glass substrate 8 on which a color filter (CF) 13 made of red (R), green (G), blue (B) and black matrix (BM) was formed. JCR BLACK535 (manufactured by JSR) was applied on the ITO of the substrate 8 to a film thickness of 6 μm by spin coating, and heated on a hot plate at 80 ° C. for 8 minutes. A mask designed to form a columnar spacer 25 having a circular cross section with a radius of 25 μm so as to surround a 100 μm square picture element (square in the figure) as shown in FIG. Contact exposure was performed for 60 seconds. Illuminance at that time is 365 m and 10 mW / cm2Met. This was developed with a dedicated developer CD-200CR (50-fold dilution, 25 ° C.) for 80 seconds, rinsed with a pure water shower for 60 seconds, further developed with the same developer for 20 seconds, and again with a pure water shower. Rinse was performed for 60 seconds. Post-baking was performed for 30 minutes in a circulation oven at 220 ° C. to form columnar spacers 25.
[0069]
The arrangement of the columnar spacers is not limited to the example shown in FIG. 19A, and may be arranged as shown in FIG. 19B, for example. The arrangement and density of the columnar spacers are appropriately set according to the configuration and application of the liquid crystal display device.
[0070]
A vertical alignment film JALS-204 (manufactured by JSR) is applied to a thickness of 60 nm on the intermediate sheet 3 of the plasma cell 2 and the side of the glass substrate 8 where the columnar spacers are formed, and post-paque is performed at 180 ° C. for 1 hour. An alignment film layer (not shown) was prepared and bonded through a sealant to prepare a plasma address type liquid crystal display cell shown in FIG.
[0071]
As a result of cross-sectional observation by SEM, it was found that the inclination angles (θ) at the points in contact with the ITO electrode 10 and the intermediate sheet 3 were 25 degrees and 33 degrees, respectively.
[0072]
Liquid crystal with negative dielectric anisotropy (Δε: -4.0, Δn = 0.08, chiral agent added so that the cell gap is 6 μm and 90 degrees twisted) was injected into the previous cell and crossed Nicols Was observed with a polarizing microscope. When a voltage is applied to the plasma and the voltage applied between the substrates is increased, a quenching pattern is observed from the center of the picture element region toward the four sides as shown in FIG. As a result, the liquid crystal molecules were aligned in an axially symmetrical manner. Light leakage in the vicinity of the columnar spacer 25 was not observed.
In addition, 0.3 wt% of the photopolymerizable material B represented by the following (Chemical Formula 2) and the polymerization initiator Irgacure 651 0.1 wt% in a uniform amount of 0.3 wt% with respect to the same liquid crystal material as previously described. The mixture was injected. While applying a driving voltage to the plasma cell and applying a voltage of 5 V to the liquid crystal layer to align the liquid crystal molecules in an axially symmetrical manner, ultraviolet rays (4 mW / cm at 25 ° C.)2365 nm) for 10 minutes from the plasma cell 2 side to cure the polymerizable resin.
[0073]
[Chemical 2]
Figure 0003690634
[0074]
The obtained cell also exhibited a quenching pattern similar to that in the case of injecting only the liquid crystal material, and it was confirmed that the liquid crystal molecules were aligned in an axial symmetry. It was confirmed that the response time (rise time τr + fall time τd) was as short as 34 mS compared to the case of the liquid crystal material alone (55 mS).
[0075]
In the above embodiment, a liquid crystal display device having a liquid crystal region aligned in an axial symmetry has been described, but the present invention can also be applied to a TN mode liquid crystal display device.
[0076]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided a liquid crystal display device having a high contrast and a high aperture ratio which is free from alignment disturbance and a method for manufacturing the same. In the liquid crystal display device of the present invention, since the columnar spacer has inclined surfaces with respect to both surfaces of the pair of substrates sandwiching the liquid crystal layer, a sudden change in the alignment direction of the liquid crystal molecules does not occur. It becomes possible to suppress alignment disorder. When the present invention is applied to a normally white mode liquid crystal display device, a decrease in transmittance when no voltage is applied is suppressed, and when applied to a normally black mode, whitening when no voltage is applied is suppressed. As a result, the contrast ratio can be improved.
[0077]
By omitting the polymer wall and using only the columnar spacer, the loss of light due to the partition wall can be eliminated, so that the aperture ratio can be increased. Furthermore, since the injection resistance of the liquid crystal material can be reduced, the injection speed can be increased to shorten the tact time, and the deviation of the composition of the liquid crystal material due to the chromatographic phenomenon in the large panel can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged view of a circle II in FIG.
FIG. 3 is a schematic view showing a manufacturing process of a columnar spacer according to the present invention.
4 is a schematic view of a liquid crystal display device manufactured in Embodiment 1. FIG.
5 is a schematic view of a photomask used in Embodiment 1. FIG.
FIGS. 6A and 6B are schematic diagrams of results obtained by observing picture elements of a liquid crystal cell with a polarizing microscope (crossed Nicols), where FIG. 6A shows the results of Embodiment 1, and FIG. 6B shows the results of Comparative Example 1;
7 is a schematic view of a liquid crystal display device manufactured in Comparative Example 1. FIG.
8 is a schematic diagram of a photomask used in Comparative Example 2. FIG.
9 is a schematic view of a liquid crystal display device manufactured in Comparative Example 2. FIG.
10 is a schematic view of a liquid crystal display device manufactured in Embodiment 2. FIG.
FIG. 11 is a model diagram showing a positional relationship among columnar spacers, picture elements, and non-picture element regions of a liquid crystal display device manufactured in Embodiment 4;
12 is a schematic diagram showing a process for producing a columnar spacer according to Embodiment 4. FIG.
13 is a schematic diagram (a) in which picture elements of a liquid crystal cell manufactured in Embodiment 4 are observed with a polarizing head mirror (crossed Nicols), and a picture element of a liquid crystal cell manufactured in Comparative Example 3 is used as a polarizing head microscope. It is the schematic diagram (b) observed by (Cross Nicol).
14 is a schematic view showing a process for producing a columnar spacer of Comparative Example 3. FIG.
15 is a schematic view of a plasma addressed liquid crystal display device manufactured in Embodiment 5. FIG.
16 is a model diagram of a columnar spacer manufactured in Embodiment 6. FIG.
FIGS. 17A to 17H are graphs showing a relationship between a process parameter and an inclination angle.
FIG. 18 is a model diagram showing the positional relationship between columnar spacers and picture elements in the liquid crystal display device of Embodiment 7.
19 is a model diagram showing a positional relationship between columnar spacers and picture elements in the liquid crystal display device manufactured in Embodiment 8. FIG.
20 is a schematic view of a plasma addressed liquid crystal display device manufactured in Embodiment 8. FIG.
[Explanation of symbols]
4, 8 substrate
9,10 Transparent electrode
11 Liquid crystal molecules
15 Liquid crystal area
25 Columnar spacer
26 Alignment film layer
27 Non-pixel region
28 picture elements
29 Shading part of photomask
30 Translucent part of photomask
31 Light leakage

Claims (6)

第1の基板と、第2の基板と、該第1の基板及び該第2の基板の間に挟持された液晶層とを有し、
該液晶層は、該第1の基板と該第2の基板に達する柱状スペーサによって分割された複数の液晶領域を有し、
該柱状スペーサは、該第1の基板及び第2の基板と接する部分に、それぞれ該第1の基板及び該第2の基板の表面に対して3度以上且つ60度以下の角度をもって傾斜した面を有し、
該第1の基板及び該第2の基板の該液晶層に接する表面、および該柱状スペーサの表面に配向膜が形成されており、
該配向膜が垂直配向膜であり、該液晶分子が負の誘電異方性を有し、該液晶層の液晶分子が絵素領域毎に軸対称状に配向している、液晶表示装置。
A first substrate; a second substrate; a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate;
The liquid crystal layer has a plurality of liquid crystal regions divided by columnar spacers reaching the first substrate and the second substrate,
The columnar spacer is a surface inclined at an angle of 3 degrees or more and 60 degrees or less with respect to the surfaces of the first substrate and the second substrate, respectively, at a portion in contact with the first substrate and the second substrate. have a,
An alignment film is formed on the surface of the first substrate and the second substrate in contact with the liquid crystal layer, and on the surface of the columnar spacer,
The liquid crystal display device , wherein the alignment film is a vertical alignment film, the liquid crystal molecules have negative dielectric anisotropy, and the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are aligned in an axially symmetrical manner for each pixel region .
前記第1の基板は、基板と誘電体シートと、該基板と該誘電体シートとの間に形成された隔壁とで囲まれたライン状放電チャンネルを有し、
前記柱状スペーサは、前記第2の基板と該誘電体シートとの間に形成されている、請求項1に記載の液晶表示装置。
The first substrate has a linear discharge channel surrounded by a substrate, a dielectric sheet, and a partition formed between the substrate and the dielectric sheet;
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the columnar spacer is formed between the second substrate and the dielectric sheet.
前記液晶層は、液晶材料と、少なくとも、重合性樹脂、重合性樹脂硬化物、重合開始剤のうちのいずれかを含む、請求項1または2に記載の液晶表示装置。The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal layer includes a liquid crystal material and at least one of a polymerizable resin, a polymerizable resin cured product, and a polymerization initiator. 前記柱状スペーサが感光性樹脂で形成されている、請求項1からのいずれかに記載の液晶表示装置。The columnar spacer is formed of a photosensitive resin, a liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 3. 第1の基板と、第2の基板と、該第1の基板及び該第2の基板の間に挟持された液晶層とを有し、該液晶層は、該第1の基板と該第2の基板に達する柱状スペーサによって分割された複数の液晶領域を有し、該柱状スペーサは、該第1の基板及び第2の基板と接する部分に、それぞれ該第1の基板及び該第2の基板の表面に対して3度以上且つ60度以下の角度をもって傾斜した面を有する液晶表示装置の製造方法であって、
感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィ工程にて該第1の基板上及び該第2の基板上に予め柱状スペーサをそれぞれ形成し、該第1の基板上及び該第2の基板 上にそれぞれ形成された柱状スペーサ同士を重ね合わせることによって、該柱状スペーサを形成しており、
該傾斜した面の該第1の基板及び該第2の基板の表面に対する角度は、該フォトリソグラフィ工程における、プリベーク温度、プリベーク時間、マスクギャップ、露光強度、露光時間、現像温度、現像時間、現像液濃度のいずれかによって制御される、液晶表示装置の製造方法。
A first substrate; a second substrate; and a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate, wherein the liquid crystal layer includes the first substrate and the second substrate. A plurality of liquid crystal regions divided by columnar spacers that reach the first substrate, the columnar spacers being in contact with the first substrate and the second substrate, respectively, the first substrate and the second substrate; A method of manufacturing a liquid crystal display device having a surface inclined at an angle of 3 degrees to 60 degrees with respect to the surface of
Columnar spacers are formed in advance on the first substrate and the second substrate in a photolithography process using a photosensitive resin, respectively, and are formed on the first substrate and the second substrate , respectively. The columnar spacers are formed by overlapping the columnar spacers,
The angles of the inclined surface with respect to the surfaces of the first substrate and the second substrate are prebaking temperature, prebaking time, mask gap, exposure intensity, exposure time, development temperature, development time, development in the photolithography process. A method for manufacturing a liquid crystal display device, which is controlled by any one of liquid concentrations.
前記傾斜した面の前記第1の基板及び前記第2の基板の表面に対する角度は、前記フォトリソグラフィ工程における、プリベーク温度、プリベーク時間、マスクギャップ、露光強度、露光時間、現像温度、現像時間、現像液濃度のいずれか2つ以上の組み合わせによって制御される、請求項に記載の液晶表示装置の製造方法。The angles of the inclined surface with respect to the surfaces of the first substrate and the second substrate are prebaking temperature, prebaking time, mask gap, exposure intensity, exposure time, development temperature, development time, development in the photolithography process. The method for manufacturing a liquid crystal display device according to claim 5 , which is controlled by a combination of any two or more of liquid concentrations.
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