JP3898213B2 - Manufacturing method of liquid crystal display panel - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示パネル及びその製造方法に関し、特に少なくとも一方の基板面側で基板面に平行もしくは平行に近い配向をした液晶表示パネルの製造方法に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display panel and a manufacturing method thereof, a method of manufacturing a liquid crystal display panel, particularly to the parallel or nearly parallel orientation to the substrate surface at least one substrate surface.
従来、液晶分子を配向させる方法として、ラビング法、斜め蒸着法、及び回折格子法が知られている。 Conventionally, as a method for aligning liquid crystal molecules, a rubbing method, an oblique deposition method, and a diffraction grating method are known.
ラビング法は、基板の液晶層側の面に形成した配向膜に、ナイロン系もしくはビニル系の繊維を巻き付けたロールを特定の方向に擦りつける(ラビングする)方法である。この方法によると、ラビング処理時に100V〜10kV程度の静電気が発生する。静電気のために、基板表面上に形成された薄膜トランジスタ(TFT)等のアクティブ素子が破壊される場合がある。 The rubbing method is a method of rubbing (rubbing) a roll around which a nylon or vinyl fiber is wound on an alignment film formed on the surface of the substrate on the liquid crystal layer side. According to this method, static electricity of about 100 V to 10 kV is generated during the rubbing process. Due to static electricity, an active element such as a thin film transistor (TFT) formed on the substrate surface may be destroyed.
斜め蒸着法は、SiO等の無機膜を斜め方向から基板に蒸着する方法である。この方法によると、静電気の発生による素子の破壊を招くことはない。しかし、量産には不向きである。 The oblique deposition method is a method in which an inorganic film such as SiO is deposited on a substrate from an oblique direction. According to this method, the element is not destroyed due to the generation of static electricity. However, it is not suitable for mass production.
回折格子法は、基板の表面に微細なストライプ状の溝を形成し、この溝に沿って液晶分子を配向させる方法である。この方法では、フォトリソグラフィを用いて基板全面をパターニングする必要がある。
上述のように、ラビング法はTFT等のアクティブ素子が形成されている基板の配向処理には不向きである。また、斜め蒸着法及び回折格子法は、量産性の点で不利である。 As described above, the rubbing method is not suitable for the alignment treatment of the substrate on which an active element such as a TFT is formed. Further, the oblique deposition method and the diffraction grating method are disadvantageous in terms of mass productivity.
本発明の目的は、静電気の発生がなく、かつ量産に適した配向処理技術を用いた液晶表示パネルの製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a liquid crystal display panel using an alignment treatment technique which does not generate static electricity and is suitable for mass production.
本発明の液晶表示パネルの製造方法は、上記課題を解決するために、透明基板上に、光照射によって性質が変化する配向膜を形成する工程と、前記配向膜に配向性を付与する工程と、前記透明基板間に液晶分子を挟持する液晶表示パネルを作成する工程とを有し、前記配向膜に配向性を付与する工程では、配向処理が施されていない配向膜に、偏光子を通して、一方向に長い複数のパターンを各パターンの長手方向が相互にほぼ平行になる領域に直線偏光を照射することによって前記配向膜に配向性を付与することにより、前記液晶分子を前記長手方向に沿って配向させることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a method for producing a liquid crystal display panel according to the present invention includes a step of forming an alignment film whose properties are changed by light irradiation on a transparent substrate, and a step of imparting alignment to the alignment film. And a step of creating a liquid crystal display panel in which liquid crystal molecules are sandwiched between the transparent substrates, and in the step of imparting orientation to the alignment film, the alignment film not subjected to alignment treatment is passed through a polarizer, A plurality of long patterns in one direction are irradiated with linearly polarized light on regions where the longitudinal directions of the patterns are substantially parallel to each other, thereby imparting alignment to the alignment film, thereby aligning the liquid crystal molecules along the longitudinal direction. It is characterized by being oriented .
また、本発明の液晶表示パネルの製造方法では、前記液晶分子を、前記直線偏光の方向と平行に配向させることが好ましい。 In the method for producing a liquid crystal display panel of the present invention, it is preferable that the liquid crystal molecules are aligned in parallel with the direction of the linearly polarized light.
上記の発明によれば、光照射によって性質が変化する配向膜に光を照射することにより、配向膜に配向性を付与することができる。また、配向膜表面のうち、一方向に長い複数のパターンを各パターンの長手方向が相互にほぼ平行になるように配置した形状を有する領域に光を照射することにより、配向膜に配向性を付与することができる。これらの方法により配向性が付与される理由は、以下のように考察される。 According to the above invention, the alignment film can be imparted with alignment by irradiating the alignment film whose properties are changed by light irradiation. In addition, the alignment film can be aligned by irradiating light to a region having a shape in which a plurality of long patterns in one direction are arranged so that the longitudinal directions of the patterns are substantially parallel to each other. Can be granted. The reason why orientation is imparted by these methods is considered as follows.
光を照射することにより、配向膜の表面エネルギが部分的に変化する。表面エネルギが変化する領域の形状は、直線偏光の偏光方向もしくは光が照射された領域の形状に依存し、面内において方向性を有するものと考えられる。液晶分子は表面エネルギが変化した領域の影響を受けて特定の方向に配向すると考えられる。 Irradiation with light partially changes the surface energy of the alignment film. The shape of the region where the surface energy changes depends on the polarization direction of linearly polarized light or the shape of the region irradiated with light, and is considered to have directionality in the plane. The liquid crystal molecules are considered to be oriented in a specific direction under the influence of the region where the surface energy has changed.
光を照射する領域の形状を、その長手方向に関して幅が単調に変化する形状とすることにより、光を照射する領域の形状に、その長手方向に関する指向性を持たせることができる。光を照射された領域の形状が長手方向に関して指向性を有するため、長手方向に沿って配向した液晶分子にプレチルトも付与することができると期待される。 By making the shape of the region that irradiates light a shape whose width changes monotonously in the longitudinal direction, the shape of the region that irradiates light can have directivity in the longitudinal direction. Since the shape of the region irradiated with light has directivity in the longitudinal direction, it is expected that a pretilt can also be imparted to the liquid crystal molecules aligned along the longitudinal direction.
本発明によれば、配向膜にラビング処理を施すことなく配向処理することができる。TFTが形成された基板の配向処理を行う場合には、静電気の発生によるTFTの破壊等を防止することができる。 According to the present invention, alignment treatment can be performed without subjecting the alignment film to rubbing treatment. In the case where the alignment process is performed on the substrate on which the TFT is formed, the TFT can be prevented from being broken due to the generation of static electricity.
図1〜図3を参照して、本発明の第1の実施の形態を説明する。図1は、第1の実施の形態による液晶表示パネルの部分断面図を示す。液晶表示パネルは、基板10、20、及び液晶層30から構成されている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the liquid crystal display panel according to the first embodiment. The liquid crystal display panel is composed of
基板10は、透明基板11の表面上にカラーフィルタ12、透明電極13及び配向膜14がこの順番に積層されて構成されている。カラーフィルタ12には、赤色の光を透過させる領域R、緑色の光を透過させる領域G、及び青色の光を透過させる領域Bが画定されている。透明電極13及び配向膜14は、基板のほぼ全面に形成されている。配向膜14にはラビング処理が施され、配向性及びプレチルト角αが付与されている。
The
基板20は、TFT基板21と配向膜24から構成されている。TFT基板21には、図には示さないTFT、画素電極、及び配線が形成されている。配向膜24は、TFT基板21のほぼ全面に形成されている。配向膜24には、後述する方法で配向性が付与されている。
The
図2は、配向膜に配向性を付与する方法を説明するための配向処理装置の概略図を示す。配向処理装置は、エキシマレーザ光源42、ビームアッテネータ41、及び偏光子40を含んで構成されている。図中、偏光子40の左方には配向膜44が形成された基板45が、配向膜側の面を偏光子40に向けて配置されている。
FIG. 2 is a schematic view of an alignment processing apparatus for explaining a method for imparting alignment to an alignment film. The alignment processing apparatus includes an excimer laser light source 42, a
エキシマレーザ光源42は、発光波長248nmのKrFレーザ光源である。エキシマレーザ光源42から放射されたレーザ光は光軸43に沿って伝搬し、ビームアッテネータ41に入射する。ビームアッテネータ41はレーザ光のフルーエンスを調整する。
The excimer laser light source 42 is a KrF laser light source having an emission wavelength of 248 nm. The laser light emitted from the excimer laser light source 42 propagates along the optical axis 43 and enters the
ビームアッテネータ41を透過したレーザ光は、偏光子40に入射角56.5°で入射する。偏光子40は、昭和オプトロニクス製のPL248である。偏光子40を透過したレーザ光は直線偏光光になる。直線偏光されたレーザ光が、配向膜44の表面に照射される。
The laser light transmitted through the
上記配向処理装置を用い、配向膜44の表面におけるフルーエンスを25、20、15、10、及び5mJ/cm2とし、繰り返し周波数3Hzで1000ショットの照射を行った。用いた基板45は、透明電極付きガラス基板である。配向膜44は、基板45表面上に可溶性ポリイミド系配向膜材料(JSR社製のJALS214)を塗布し、焼成して形成されたものである。
Using the above alignment treatment apparatus, the fluence on the surface of the
上記条件でレーザ光を照射した基板45を用いてツイストネマチック(TN)型液晶パネルを作製し、屈折率を測定して液晶層の配向性を評価した。なお、レーザ光を照射した基板に対向する基板の配向膜はラビング処理されているものであり、プレチルト角は5°である。フルーエンスが10mJ及び5mJのときに、良好な配向が得られていることがわかった。
A twisted nematic (TN) type liquid crystal panel was manufactured using the
直線偏光したレーザ光の照射によって配向膜に配向性を付与することができる理由は、以下のように考察される。図3は、直線偏光したレーザ光を照射して配向処理した基板及び配向膜の部分斜視図である。基板45の表面上に配向膜44が形成されている。配向膜44に直線偏光したレーザ光を照射すると、配向膜44の表面が改質され、部分的に表面エネルギの異なる領域46が形成されると考えられる。表面エネルギの異なる領域46の形状は、照射するレーザ光の偏光方向に依存し、図3に示すように、偏光方向に平行な方向に長くなるものと考えられる。
The reason why the alignment film can be oriented by irradiation with linearly polarized laser light is considered as follows. FIG. 3 is a partial perspective view of a substrate and an alignment film that have been subjected to alignment treatment by irradiating linearly polarized laser light. An
液晶分子は表面エネルギの異なる領域46の影響を受けて、その長軸が領域46の長手方向に沿うように配向するものと考えられる。すなわち、液晶分子は、照射光の偏光方向に平行な方向に配向する。
The liquid crystal molecules are considered to be aligned such that the major axis thereof is along the longitudinal direction of the
図1において、TFT基板21側の配向膜24に、ラビング処理を施すことなく配向処理することができるため、静電気等によるTFTの破壊を防止できる。また、TFT基板21と反対側の配向膜14にラビング処理を施すことにより、配向性及びプレチルトを付与することができる。配向膜14側の基板10には、TFT等のアクティブ素子は形成されていないため、ラビング処理による静電気の悪影響はない。
In FIG. 1, the
このように、TFT基板側の配向膜にラビング処理を施すことなく、プレチルトを有する液晶表示パネルを作製することができる。なお、図1では、液晶分子がホモジニアス配列した場合を示したが、基板面に平行もしくは平行に近い配向をした他の配列の場合にも適用可能である。例えば、ツイストネマチック配列にも適用できるであろう。 In this manner, a liquid crystal display panel having a pretilt can be manufactured without subjecting the alignment film on the TFT substrate side to rubbing treatment. Although FIG. 1 shows the case where the liquid crystal molecules are homogeneously arranged, the present invention can also be applied to other arrangements in which the liquid crystal molecules are aligned parallel or nearly parallel to the substrate surface. For example, it could be applied to twisted nematic arrangement.
上記第1の実施の形態では、波長248nmのレーザ光を照射する場合を説明したが、他の波長のレーザ光でもよい。好ましくは、波長300nm以下のレーザ光を照射する。レーザ光のフルーエンスは、配向膜のアブレーション閾値の1/2以下であることが好ましい。また、可溶性ポリイミド系の配向膜材料を用いた場合を説明したが、光照射によって表面が改質されるものであれば、他の配向膜材料を用いてもよい。 In the first embodiment, the case of irradiating laser light with a wavelength of 248 nm has been described, but laser light with other wavelengths may be used. Preferably, laser light with a wavelength of 300 nm or less is irradiated. The fluence of the laser beam is preferably not more than 1/2 of the ablation threshold value of the alignment film. Moreover, although the case where the soluble polyimide type alignment film material was used was demonstrated, as long as the surface is modified by light irradiation, other alignment film materials may be used.
また、上記第1の実施の形態はTFT基板側の配向膜の配向処理を行う際に特に有効であるが、TFT等のアクティブ素子が形成されていない基板上に形成された配向膜の配向処理にも適用可能である。例えば、単純マトリクス方式の液晶表示パネルの配向処理にも適用できるであろう。 The first embodiment is particularly effective when performing alignment processing of the alignment film on the TFT substrate side. However, alignment processing of the alignment film formed on the substrate on which an active element such as a TFT is not formed. It is also applicable to. For example, the present invention can be applied to alignment processing of a simple matrix type liquid crystal display panel.
次に、図4及び図5を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。図4は、第2の実施の形態による配向処理方法を説明するための図である。透明基板50の表面上に配向膜51が形成されている。配向膜51の材料は、上記第1の実施の形態で使用したものと同様のものである。配向膜51の上に間隙を挟んでフォトマスク54を平行配置する。フォトマスク54は、ガラス基板52とマスクパターン53から構成されている。マスクパターン53は、1μmピッチの縞状パターンである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram for explaining an alignment processing method according to the second embodiment. An
フォトマスク54を介して配向膜51の表面に、KrFエキシマレーザ光を照射する。レーザ光のフルーエンスは10mJ/cm2であり、繰り返し周波数3Hzで2000ショットの照射を行った。本実施の形態で用いたレーザ光は直線偏光光ではなく種々の偏光を含んだものである。
The surface of the
図4に示す方法でレーザ光を照射した基板を用いて、第1の実施の形態の場合と同様のTN型液晶パネルを作製した。この液晶パネルの屈折率を測定して液晶層の配向性を評価した結果、良好な配向性を確認することができた。 Using the substrate irradiated with laser light by the method shown in FIG. 4, a TN liquid crystal panel similar to that in the first embodiment was produced. As a result of measuring the refractive index of the liquid crystal panel and evaluating the orientation of the liquid crystal layer, it was possible to confirm a good orientation.
上記第2の実施の形態では、KrFエキシマレーザ光を照射する場合を説明したが、低圧水銀灯からの紫外光を照射してもよい。ただし、低圧水銀灯からの紫外光は発散光であるため、フォトマスクと配向膜表面とを密着させることが好ましい。フォトマスクと配向膜表面とを密着させ、照射強度10mW/cm2、照射時間1〜5分の照射を行った。この結果、照射時間が2〜3分のときに良好な配向性が得られることがわかった。 In the second embodiment, the case of irradiating KrF excimer laser light has been described. However, ultraviolet light from a low-pressure mercury lamp may be irradiated. However, since the ultraviolet light from the low-pressure mercury lamp is diverging light, it is preferable that the photomask and the alignment film surface are in close contact with each other. The photomask and the alignment film surface were brought into close contact, and irradiation was performed at an irradiation intensity of 10 mW / cm 2 and an irradiation time of 1 to 5 minutes. As a result, it was found that good orientation was obtained when the irradiation time was 2 to 3 minutes.
図4に示す配向処理方法で配向性を付与できる理由は、以下のように考察される。縞状のフォトマスクを通してレーザ光もしくは紫外光を照射するため、配向膜表面の縞状の領域が改質される。この縞状の領域の表面エネルギは他の領域の表面エネルギと異なると考えられる。このため、第1の実施の形態の場合と同様に液晶分子が配向すると考えられる。 The reason why the orientation can be imparted by the orientation treatment method shown in FIG. 4 is considered as follows. Since the laser beam or the ultraviolet light is irradiated through the striped photomask, the striped region on the surface of the alignment film is modified. The surface energy of the striped region is considered to be different from the surface energy of other regions. For this reason, it is considered that the liquid crystal molecules are aligned as in the case of the first embodiment.
照射光の照射時間が好適な時間よりも短い場合は、配向膜表面の改質が十分に行われないため、良好な配向性を得られないものと考えられる。逆に、照射時間が好適な時間よりも長い場合は、縞状パターンの分解能が低下するため、良好な配向性を得られないものと考えられる。 If the irradiation time of the irradiation light is shorter than a suitable time, it is considered that the alignment film surface is not sufficiently modified, and thus good alignment cannot be obtained. Conversely, when the irradiation time is longer than a suitable time, the resolution of the striped pattern is lowered, and it is considered that good orientation cannot be obtained.
第2の実施の形態では、縞状パターンのピッチを1μmとしたが、必ずしも1μmである必要はない。液晶分子の大きさから、ピッチは3μm以下であることが好ましい。 In the second embodiment, the pitch of the striped pattern is 1 μm, but it is not necessarily 1 μm. From the size of the liquid crystal molecules, the pitch is preferably 3 μm or less.
図4では、直線状パターンがある方向に周期的に配列した形状を有するマスクパターンの場合を説明したが、必ずしも周期的に配列する必要はない。例えば、一方向に長い形状を有するパターンを各形状の長手方向が相互に平行になるように乱雑に配置したマスクパターン形状としてもよい。 Although FIG. 4 illustrates the case of a mask pattern having a shape in which a linear pattern is periodically arranged in a certain direction, it is not always necessary to periodically arrange the pattern. For example, it is good also as a mask pattern shape which arrange | positioned the pattern which has a long shape in one direction so that the longitudinal direction of each shape may become mutually parallel.
次に、図5を参照して、第2の実施の形態の変形例を説明する。図5(A)は、第2の実施の形態で使用したフォトマスクのマスクパターンの平面図を示す。図に示すように、y軸方向に延在する直線状のパターンがピッチ1μmでx軸方向に配列している。直線状パターンは、y軸方向に関して指向性を有さないため、y軸に平行に配向する液晶分子をチルトさせる作用はないと考えられる。これに対し、直線状パターンに指向性を持たせると、液晶分子をチルトさせる作用が働くと期待される。 Next, a modified example of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5A shows a plan view of the mask pattern of the photomask used in the second embodiment. As shown in the figure, linear patterns extending in the y-axis direction are arranged in the x-axis direction at a pitch of 1 μm. Since the linear pattern does not have directivity in the y-axis direction, it is considered that there is no action of tilting liquid crystal molecules aligned in parallel to the y-axis. On the other hand, when directivity is given to the linear pattern, it is expected that the action of tilting the liquid crystal molecules works.
図5(B)に示すように、y軸の負の方向を向いた二等辺三角形がy軸に平行に連なった形状のマスクパターンとすると、各マスクパターンがy軸方向に関して指向性を有することになる。図5(B)では、各マスクパターンの二等辺三角形のy軸上の位置が揃っている場合を示したが、図5(C)に示すように、y軸上の位置を揃えなくてもよい。また、二等辺三角形をy軸に平行に連ねなくても、各二等辺三角形の長手方向が一定の方向を向いていれば、図5(D)に示すように乱雑に配置してもよい。 As shown in FIG. 5B, if the mask pattern has a shape in which isosceles triangles oriented in the negative direction of the y-axis are connected in parallel to the y-axis, each mask pattern has directivity in the y-axis direction. become. FIG. 5B shows a case where the positions on the y-axis of the isosceles triangles of each mask pattern are aligned. However, as shown in FIG. 5C, the positions on the y-axis are not aligned. Good. Further, even if the isosceles triangles are not arranged parallel to the y-axis, the isosceles triangles may be randomly arranged as shown in FIG. 5D as long as the longitudinal direction of each isosceles triangle faces a certain direction.
図5(B)〜(D)では、指向性を有する形状として二等辺三角形を例に説明したが、その他の形状でもよい。マスクパターンの長手方向に関して、幅が単調に変化する形状を連ねた形状としてもよい。 5B to 5D, an isosceles triangle has been described as an example of a directional shape, but other shapes may be used. It is good also as a shape which connected the shape whose width | variety changes monotonously regarding the longitudinal direction of a mask pattern.
上記実施の形態では、一方向に長い形状を有する複数の領域を基板全面においてほぼ平行に配置し、これらの領域に光照射する場合を示したが、微視的領域において平行配置し、巨視的領域においては、長手方向が乱雑な方向を向くようにしてもよい。このような配置とすることにより、マルチドメイン構造の液晶表示パネルを容易に作製することができる。 In the above-described embodiment, a case where a plurality of regions having a long shape in one direction are arranged almost in parallel on the entire surface of the substrate and light is irradiated to these regions is shown. In the region, the longitudinal direction may be directed in a messy direction. With such an arrangement, a multi-domain liquid crystal display panel can be easily manufactured.
上述したように、液晶表示パネルの製造方法では、前記透明基板は、TFT基板であることが好ましい。As described above, in the method for manufacturing a liquid crystal display panel, the transparent substrate is preferably a TFT substrate.
また、液晶表示パネルは、一対の透明基板と、前記一対の透明基板のうち、少なくとも一方の透明基板の対向面側に形成された配向膜と、前記一対の透明基板の間に挟持された液晶層とを有する液晶表示パネルであって、前記配向膜の表面が平坦であり、光を照射した領域の液晶分子は、特定の方向に配向する。 Further, the liquid crystal display panel includes a pair of transparent substrates, an alignment film formed on an opposing surface side of at least one of the pair of transparent substrates, and a liquid crystal sandwiched between the pair of transparent substrates. A liquid crystal display panel having a layer, the surface of the alignment film is flat, and liquid crystal molecules in a region irradiated with light are aligned in a specific direction.
また、液晶表示パネルでは、前記配向膜は、一方向に長い複数のパターンを各パターンの長手方向が相互にほぼ平行になるように配置した形状を有していることが好ましい。 In the liquid crystal display panel, the alignment film preferably has a shape in which a plurality of long patterns in one direction are arranged so that the longitudinal directions of the patterns are substantially parallel to each other.
以上、実施の形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 As mentioned above, although this invention was demonstrated along embodiment, this invention is not restrict | limited to these. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
10、20 基板
11 ガラス基板
12 カラーフィルタ
13 透明電極
14、24 配向膜
21 TFT基板
30 液晶層
40 偏光子
41 ビームアッテネータ
42 エキシマレーザ光源
43 光軸
44 配向膜
45 基板
46 表面エネルギの異なる領域
50 透明基板
51 配向膜
52 ガラス基板
53 マスクパターン
54 フォトマスク
10, 20
Claims (2)
前記配向膜に配向性を付与する工程と、
前記透明基板間に液晶分子を挟持する液晶表示パネルを作成する工程とを有し、
前記配向膜に配向性を付与する工程では、
配向処理が施されていない配向膜に、偏光子を通して、一方向に長い複数のパターンを各パターンの長手方向が相互にほぼ平行になる領域に直線偏光を照射することによって前記配向膜に配向性を付与することにより、前記液晶分子を前記長手方向に沿って配向させることを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。 Forming an alignment film whose properties are changed by light irradiation on a transparent substrate;
A step of imparting orientation to the alignment film;
Having a liquid crystal display panel that sandwiches liquid crystal molecules between the transparent substrates,
In the step of imparting orientation to the alignment film,
The alignment film is oriented by irradiating a plurality of long patterns in one direction on a non-aligned alignment film with linearly polarized light in a region where the longitudinal directions of the patterns are almost parallel to each other . By providing the above, the liquid crystal molecules are aligned along the longitudinal direction .
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