JP3850554B2 - マルチドメインの液晶表示素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子(Liquid Crystal Display device;LCD)に関するものであり、さらに詳細には液晶配向膜を一回光照射することによって視野角を改善したマルチドメインの液晶表示素子を製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般的に液晶は異方性(anisotropy)分子を含む液体である。液晶分子の長側の平均方向をディレクターと呼ぶが、液晶の内でディレクターの分布は基板上のアンカリングエネルギー(anchoring energy)により決められ、液晶の表面エネルギーとアンカリングエネルギー(anchoring energy)の最小に相当するディレクターにより特徴される。そして、外部の電界下で液晶表示素子の作動によりディレクターの再配列が成り立つ。
【0003】
液晶表示素子の基本単位は二つの基板とその間の液晶である。液晶表示素子で均一な輝度と高いコントラスト比を得るためにはセルの内の液晶を均一に配向することが必要である。
【0004】
前記液晶セルの均一配向を得るための技術として最も一般的な技術が高分子の表面に微細溝(microgrooves)を形成するものであって、これは強いアンカリングエネルギーをもっていて安定な配向を提供する。前記技術をラビング法という。前記ラビング法は高分子をコーティングした基板を布で擦る簡単な方法によって大面積化と高速処理が可能であって工業的に広く利用されている方法である。
【0005】
しかし、前記ラビング方法はいくつかの決定的な欠陥を有している。
【0006】
即ち、ラビング工程では配向布と配向膜の摩擦強度によって配向膜に形成される微細溝の形態が変わるために、液晶分子の配列が不均一となって位相歪曲(phase distortion)と光散乱(light scattering)が発生する。かつ、配向膜である高分子の表面を擦ることによって発生する静電気(ESD;Electrostatic Discharge)はアクティブマトリクスの液晶表示素子にゴミを発生させる原因となり、結果的に歩留りが低下し、基板を破損することが生じる。
【0007】
前記問題点を解決するため、偏光の紫外線を光反応のポリマ(photosensitive polymer)に照射する光配向方法が提案されている。(M.Schadt et al.,Jpn.J Appl.Phys.,31(1992)2155;T.Marusii及びYu.Reznikov,Mol.Mater.,3(1993)161)。光反応のポリマの配向能力は光照射にて誘導されたポリマの異方性で決められる。
【0008】
即ち、ポリビニルシナメイト(PVCN;polyvinylcinnamate)(M.Schadt et al.,Jpn.J.Appl.Phys.,31(1992)2155),ポリシロキサン(PS;polysiloxane)及びポリイミド(PI;polyimide)(J.Chenetal.,Phys.Rev.E.,54,n2(1996))等が液晶表示素子の光配向の物質として最も広く用いられ、前記物質の光配向の特性は紫外線の照射下で表われる。
【0009】
そして、ジアゾディアミン(diazodiamine)染料及び重合したネマチック液晶のモノマー造成物が混入されたシリコンのポリイミドの空中合体が基本である物質は光学の貯蔵用にて用いられ(W.Gbbons et al.,Nature,351(1991)49、377(1995)46;P.Shennon et a1.,Nature,368(1994)532),この物質等は可視光線の領域で光反応性がある。
【0010】
一般的に、配向膜の配向方向は照射された紫外線の偏光方向に常に垂直であるというものの、いくつかの物質は紫外線の偏光方向に平行な配向方向を提供する。
【0011】
光配向法は従来のラビングに比べて色々な利点を有する。まず、ラビング途中にラビング布で発生する静電気及びそれによるゴミの粒子がない。この他にも、光反応のポリマは配向膜の配向方向及び方位角(azimuthal)アンカリングエネルギーを調節することができ、これにして液晶セルの内で配向方向を決定する。特に、光配向法は、液晶表示素子の視野角の特性を向上させるところに必要なマルチドメインの構造を設計するところに適用できる。
【0012】
前記光配向法を用いる液晶表示素子からマルチドメイン構造を得るために様々な方法が提案されている。
【0013】
前記方法の中で、W.Gibbons et al (Nature,351(1991)49)が提案した方法は、光反応のポリマが塗布された基板を単一の方向ヘラビングした後、前記基板に紫外線を照射してラビング方向に直角である配向方向を作る。前記基板と、この基板のラビング方向と同方向ヘラビングされた基板と、これらの基板の間に注入される液晶によって液晶表示素子を構成する。しかし、この方法は配向膜に微細溝を形成するラビング法を用いることが必需的であるので、ラビングにより発生される静電気及びゴミによる問題を依然に持っている。
【0014】
前記方法の異なる変型をP.Shennon et al (Nature,368(1994)532)が提案した。この方法は配向膜をラビングする代りに、偏光を照射して初期配向する。前記方法でラビングによる短所は克服されるが、製造工程途中に配向方向を再配列するために、偏光方向が互いに垂直な偏光を二回照射することが必要であり、従って工程数が増加するという短所がある。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を解決するためのものであって、紫外線及び可視光線の波長領域の光を一回光照射することによってマルチドメインの液晶表示素子の製造を可能にする方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明のマルチドメインの液晶表示素子の製造方法は、基板上に光配向膜を形成する段階と、光透過の特性が異なった複数の領域で構成されたマスクを提供する段階と、前記光配向膜の光を一回照射して前記マスクの各領域に対応する配向膜の領域に互いに異なる配向方向を形成する段階で構成される。
【0017】
そして、前記マスクの各領域は、波長領域が異なる領域の光を透過させる第1領域及び第2領域で構成される。前記マスクの第1領域は、紫外線の領域の光を透過させ、第2領域は、可視光線の領域の光を透過させることを特徴とする。
【0018】
なお、前記光配向膜は、波長領域が異なる領域の光に各々光反応する光反応成分の混合物で構成され、マスクの第1領域及び第2領域に対応する複数の物質で構成される。前記マスクの第1領域に対応する領域の光一誘導の配向方向は照射光の偏光方向に水平であり、前記マスクの第2領域に対応する領域の光一誘導の配向方向は照射光の偏光方向に垂直である。
【0019】
一般的に、光配向物質は照射される紫外線の偏光方向に対して平行及び垂直な配向方向を形成する。そして、配向膜の配向方向は配向膜に照射される光スペクトル性質、即ち可視光線及び紫外線による配向物質の化学的構造の変化で決められる。
【0020】
例えば、波長260nm、強さ2〜5mW/cm2の紫外線を5分間PSCN−1(図1)に照射すると紫外線の偏光方向に平行な配向方向が形成される。また、PSCN−2(図3)を同様な実験条件で30分間照射しても同一な特性を表す。このような物質は200〜400nm領域の光を吸収する。
【0021】
なお、可視光線の領域の光を吸収するポリマ等も優秀な光配向の待性を表す。例えば、物質AB(azobenzene)(図2)は400〜500nm領域の光を吸収し、照射光の偏光方向に垂直な光−誘導の配向方向を有する。
【0022】
前記結果は、低分子量の異方性の染料分子をボリマに混合するものであっても得られる。例えば、ジアゾディアミン染料及びアゾ染料の分子を混合したポリシロキサン及びポリイミドを偏光された可視光線にて照射すると、可視光線の偏光方向に垂直な配向方向を提供する(W.Gibbons et al.,Nature,351(1991)49,377(1995)46;Y.Iimuraet a1.,Jap.Journ.Appl.Phys.Part2,NolA/B.L93(1993);A.Dyadyusha et a1:,Mol.Mat.,5,183−188(1995))。
【0023】
そして、アゾ染料メチルオレンジ及びメチルレッド(図4及び図5)を混合したPSCN−1及びPSCN−2をその吸収バンド(PSCNの透過領域)の偏光にて照射すると偏光方向に水平な配向方向を表す。
【0024】
このような事実は、液晶表示素子でマルチドメインの液晶配向を可能にする新な方法を提供する。即ち、本発明は前記光配向の特性を用いるものであって、異なる吸収バンドをもって、波長の変化によって相互に垂直な配向方向を表す複合物質からなる配向膜の配向方向を一回の光照射にて調節するものである。
【0025】
本発明のマルチドメインの液晶表示素子の製造方法は、Δλ(h)(h;horizonta1)及びΔλ(v)(v;vertical)の異なる領域の光で照射する方式として、偏光に光配向膜を照射して液晶配向を直交する方向へ構成するものである(Δλ(h)は照射光の偏光方向に平行な液晶配向を起こす領域の光、Δλ(v)は照射光の偏光方向に垂直な液晶配向を起こす領域の光)。その結呆として、照射された配向膜の各ドメインは相互直交する方向へ配向される。従って、この光配向膜が形成された基板はマルチドメイン構造の液晶表示素子を製造するところに用いられる。
【0026】
本発明において、配向膜にマルチドメインの配向方向を形成する実験装置を図6に示した。基板(S)は光配向物質(PM)にて塗布し、水銀(Hg)ランプでΔλ(h)及びΔλ(v)を含む光を照射する。前記光配向物質(PM)は光照射下で相互に垂直な光−誘導の配向方向を表す造成物の混合からなる光配向膜を形成する。前記照射光は、光線を線偏光させる偏光板(P)と、コンデンサ(0)及びマスク(M)を通過する。
【0027】
前記マスクは二つのタイプの領域を含む。第1領域(T1)はΔλ(h)である光が透過し、Δλ(v)である光が透過できない。それに対して、第2領域(T2)はΔλ(v)である光が透過し、Δλ(h)である光が透過できない。前記光配向膜を照射した結果として、第1領域(T1)に対応する領域は照射光に平行な配向方向を表し、第2領域(T2)に対応する領域は照射光に垂直な配向方向を表す。
【0028】
本発明のマルチドメインの液晶表示素子は、各ドメインの配向方向が互いに直交するようにピクセルを形成する。例えば、前記のように光照射された配向膜を形成した基板と、単一の方向へ配向された配向膜を形成した他の基板にてセルが組立てできる。前記配向膜は、単一の方向の配向膜の配向方向が光配向膜の配向方向の中の一つと一致するように配置する。このような場合、液晶は両基板の平行な配向方向の領域で均一に配向し、相互垂直な配向方向の領域でツイスト構造にて配向する。前記液晶セルを平行または交差する偏光板の間に位置させると、液晶表示素子の黒白及び明暗が調節できる。
【0029】
なお、本発明は広視野角の待性を有したマルチドメインの液晶表示素子が実現できる。液晶配向が隣のドメインに対して90度回転されているツイスト2ドメイン構造とされているので、前記液晶表示素子の各ドメインの非対称的視野角の特性を表すが、両側が補償されて対称的広視野角を実現する。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。
【0031】
(実施の形態1)
1、2−ジクロロエタンにPSCN−1及びAB(質量比2:l)を溶かした溶液を備える。溶液中のポリマの総濃度は10g/lである。前記ポリマはガラス基板にスピンーコ−テイングにて積層する。スピンーコーテイング機の回転速度は4000rev/minで30秒間コーティングする。前記基板は1時間の間60℃で遠心分離の後ソフトベーキング(softbaking)処理する。前記ポリマの吸収スペクトルを図7に示した。紫外線の領域の吸収はPSCN−1で決められ、可視光線の領域の吸収はABに起因する。
【0032】
基板は図6に示した実験装置に取り付ける。水銀ランプは紫外線及び可視光線の光源として提供される。紫外線の偏光方向はガラス基板の長側に平行である。ランプの光スペクトルは図8に示している。前記スペクトルは、P=250WでありFhotoMult.FEU‐79であるMDR‐12で測定したものである。
【0033】
マスクに対する光の強さは3mW/cm2である。マスクは、2×3cm2である薄膜のガラス基板であって、その表面が1×1mm2であるポリマフィルムのピースが格子のように置換されたものである。ポリマフィルムは水銀ランプの紫外線を遮断し、可視光線を通過させる(図8参照)。基板の照射は15分間行う。
【0034】
液晶セルは、前記光配向膜を形成した基板と、PICU−2012にて塗布及びラビングしたガラス基板で構成する。この配向膜は、基板の長側と平行な単一の配向方向を提供し、液晶セルは従来の方法で製造する。セルのキヤップは0.5mmであり、セルは常温で液晶ZLI4801−000で詰める。液晶セルは交差する偏光子の間に配置する。(実施の形態2)
実施条件は実施の形態1と同一であり、PSCN−2にメチルオレンジを入れた混合物を光配向の造成物で用いる。PSCN−2に対するメチルオレンジの質量濃度は20%である。基板の照射は5分間行われ、第1実施の形態と同一な結果を表す。造成物の吸収スペクトルは図9に示した。
【0035】
(実施の形態3)
実施条件は実施の形態1と同一であり、PSCN−2にメチルレッドを入れた混合物を光配向の造成物で用いる。PSCN−2に対するメチルレッドの質量濃度は30%である。基板の照射は30分間行われ、第1実施の形態と同一な結果を表す。造成物の吸収スペクトルは図10に示している。
【0036】
本明細書ではマルチドメインの液晶表示素子の製造方法に対してだけ説明しているが、本発明が前記条件及び物質のみに限るものではないし、本発明の技術的範囲の内で多用な応用が可能である。
【0037】
【発明の効果】
本発明のマルチドメインの液晶表示素子の製造方法は、異なった吸収バンドをもって、異なる波長の領域で相互に垂直な配向方向を表す複合物質からなる配向膜を用いるものであるため、光透過の特性が異なった複数の領域で構成されたマスクを提供して一回光照射することによって、従来技術と比べて工程が単純化できるだけでなく、優秀な広視野角の特性及び光学の情報貯蔵の能力を有するマルチドメインの液晶表示素子が容易に製造できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の第1実施の形態による配向膜の構成物質PSCN−1の構造式を示す図面。
【図2】 図2は、本発明の第1実施の形態による配向膜の構成物質ABの構造式を示す図面。
【図3】 図3は、本発明の第2及び第3実施の形態による配向膜の構成物質PSCN−2の構造式を示す図面。
【図4】 図4は、本発明の第2実施の形態による配向膜の構成物質のメチルオレンジの構造式を示す図面。
【図5】 図5は、本発明の第3実施の形態による配向膜の構成物質のメチルレッドの構造式を示す図面。
【図6】 図6は、本発明の実施の形態による配向膜にマルチドメインの配向方向を形成する実験装置を示す図面。
【図7】 図7は、PSCN−1及びABポリマの混合物の吸収スペクトル(spectrum)を示す図面。
【図8】 図8は、水銀ランプの照射スペクトルを示す図面。
【図9】 図9は、アゾ染料“メチルオレンジ”を混入したPSCN−2ポリマの吸収スペクトルを示す図面。
【図10】 図10は、アゾ染料“メチルレッド”を混入したPSCN−2ボリマの吸収スペクトルを示す図面。
Claims (11)
- 基板上に光配向膜を形成する段階と、
波長に依存して光透過の特性が異なった複数の領域で構成されたマスクを提供する段階と、
前記光配向膜に複数の波長領域を有する光を照射して、前記マスクの各領域に対応する配向膜の領域に互いに異なる配向方向を形成する段階で構成され、
ここで、前記光配向膜は、前記複数の波長領域を有する光に各々光反応する光反応の成分の混合物で構成される、
マルチドメインの液晶表示素子の製造方法。 - 請求項1において、前記マスクの各領域が、波長領域が異なる領域の光を透過させる第1領域及び第2領域で構成されたことを特徴とするマルチドメインの液晶表示素子の製造方法。
- 請求項2において、前記マスクの第1領域が、紫外線の領域の光を透過させることを特徴とするマルチドメインの液晶表示素子の製造方法。
- 請求項2において、前記マスクの第2領域が、可視光線の領域の光を透過させることを特徴とするマルチドメインの液晶表示素子の製造方法。
- 請求項1において、前記光が一回のみ照射されることを特徴とするマルチドメインの液晶表示素子の製造方法。
- 請求項1において、前記光配向膜が、波長領域が異なる領域の光に各々光反応する光反応の成分の混合物で構成されることを特徴とするマルチドメインの液晶表示素子の製造方法。
- 請求項1において、前記光配向膜が、前記マスクの第1領域及び第2領域に対応する複数の物質で構成されたことを特徴とするマルチドメインの液晶表示素子の製造方法。
- 請求項7において、前記光配向膜が、前記マスクの第1領域に対応する領域の光−誘導の配向方向が照射光の偏光方向に水平であり、
前記マスクの第2領域に対応する領域の光−誘導の配向方向が照射光の偏光方向に垂直であることを特徴とするマルチドメインの液晶表示素子の製造方法。 - 請求項7において、前記光配向膜で、前記マスクの第1領域に対応する領域で光反応する物質がPSCN(polysi1oxanecinnamate)誘導体であり、
前記マスクの第2領域に対応する領域で光反応する物質がアゾベンゼン(azobenzene)の誘導体であることを特徴とするマルチドメインの液晶表示素子の製造方法。 - 請求項7において、前記光配向膜で、前記マスクの第1領域に対応する領域で光反応する物質がPSCN(polysi1oxanecinnamate)の誘導体であり、
前記マスクの第2領域に対応する領域で光反応する物質がメチルオレンジ(methylorange)であることを特徴とするマルチドメインの液晶表示素子の製造方法。 - 請求項7において、前記光配向膜で、前記マスクの第1領域に対応する領域で光反応する物質がPSCN(polysi1oxanecinnamate)の誘導体であり、
前記マスクの第2領域に対応する領域で光反応する物質がメチルレッド(methylred)であることを特徴とするマルチドメインの液晶表示素子の製造方法。
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