JP4129846B2 - 液晶セルのプレチルト制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶セルに関するもので、特に光配向層を熱処理することによって所望の大きさのプレチルト角を得ることができる液晶セルのプレチルト制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置(LCD)で均一な明るさと高いコントラスト比(contrast ratio)を得るためには注入された液晶分子を一定の方向に配列させる配向が必要になるが、液晶を配向させるための方法に現在最も多く用いられているのがラビング(rubbing)による配向方法である。このラビングによる配向方法は、基板に配向膜として主にポリイミド(polyimide)を塗布してラビングを実行し、上記配向膜表面に規則的な徴細溝を形成させる。液晶分子は配向膜表面で弾性変形エネルギーが最小化されるように上記微細溝と平行に配列される。
【0003】
然し乍ら、ラビングによる配向方法では配向膜表面に生成される微細溝の欠陥による位相歪曲と光散乱が発生するようになって液晶表示装置の性能を低下させる問題があった。且つ、ラビングによって配向膜に塵及び静電気が発生して収率が悪くなり基板が破損されることがあった。
【0004】
上記問題を解決するために提案された配向方法が図1に示すように紫外線を用いた光配向方法である(SlD95 DIGEST.877頁,小林外)。上記方法によると、配向膜としてPVCN(po1yvinycinnamate)系高分子光配向膜を用いて上記配向膜に紫外線を垂直及び傾斜照射して配向膜表面のプレチルト方向を決定する。即ち、図1(a)に示したように、配向膜10に偏光方向がy軸と平行な紫外線を垂直照射すると、高分子のy軸側鎖が離合反応(dimerization)してx−z平面の側鎖のみが残るようになる。この時、図1(a)の正面図及び側面図で点線の矢印は高分子の離合反応の方向を示し、実線の矢印は紫外線照射時残る側鎖の方向を示す。図に示すように、上記紫外線の垂直照射によってx−z平面の光学常数は異方性を示すが、y−z平面の光学常数はz軸に方向づけられる。その後、図1(b)に示すように、偏光方向がx−z平面にある紫外線を基板に傾斜照射すれば、上記偏光方向と一致する方向の側鎖が離合反応して紫外線の入射方向と平行な側鎖のみが残るようになる。この残った側鎖が液晶分子と相互作用して液晶分子に配向方向が付与される。この時、配向膜と紫外線の照射角度を変化させて配向膜表面のプレチルト角を決定する。その例として、二度目の紫外線の照射で配向膜表面に紫外線が照射される角度を30°、45°、60°で変化させる時、生成されるプレチルト角は約0.15°、0.26°、0.30°である。
【0005】
然し乍ら、小林が提案したプレチルト角制御方法は配向膜に紫外線を二度照射しなければならないので、工程が複雑であるとともに、プレチルト角の大きさも非常に小さくなって多様な大きさの所望のプレチルト角を得られないという問題があった。
【0006】
本発明ではポリシロキサン物質(polysiloxane based material)やPVCN−F(polyvinylfluorocinnamate)を用いる。次の化学式は各々ポリシロキサン系物質とPVCN‐Fを示すものであり、(化学式1)はPVCN‐Fを示し、(化学式2)及び(化学式3)はポリシロキサン物質の例としてポリシロキサンシンナメートI(polysiloxane cinnamate I)とポリシロキサンシンナメートIIを示す。
【0007】
【化1】
【0008】
【化2】
【0009】
【化3】
【0010】
上記ポリシロキサン系物質やPVCN‐Fからなる配向膜は、図1に示すように紫外線の照射エネルギーによってプレチルト角の大きさが0〜90°に変わる性質を有する。従って、紫外線の照射エネルギー、即ち紫外線の照射時間を制御することによって、所望の大きさのプレチルト角を得られるようになる。
【0011】
配向膜に形成されるプレチルト角の大きさは液晶表示装置の性能を左右する非常に重要な要素である。液晶分子が配向膜に形成されたプレチルト方向に沿って配向されるため、プレチルト角が大きな場合には液晶パネル(panel)に印加される電圧に液晶分子が非常に敏感に反応して動画像の転換が早くなるが、小さい場合には反応速度が小さいので動画像の転換が遅くなって画面が切れる現象が発生する。さらに、プレチルト角が大きい場合には小さい駆動電圧によっても液晶分子が敏感であるので液晶表示装置の消費電力が節減される。
【0012】
ポリシロキサン系やPVCN‐Fのような物質を配向膜として使用する場合には図2に示すように、プレチルト角を0〜90°で制御することができるが、△x領域で紫外線の照射エネルギー、即ち紫外線の照射時間とプレチルト角との関係を示す特性曲線の傾きが余り大きいので、紫外線の照射時間によってプレチルト角の大きさが急激に変わる。従って、この領域でのプレチルト角を正確に制御することは殆ど不可能な実情であり、実質的には上記領域(△x)を除外した領域(約3〜5°)のプレチルト角のみを制御できるだけである。
【0013】
上記のように、ポリシロキサン物質やPVCN‐Fからなる光配向膜に形成されたプレチルト角の大きさより少し大きいだけの、所望の大きさのプレチルト角を得られない問題があった。さらに、紫外線の照射エネルギーによってプレチルト角の大きさが急激に変わるので所望のプレチルト角を正確に制御することができない問題があった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題を解決するためのもので、光配向膜に吸収される熱エネルギーを制御することによって所望の大きさのプレチルト角を得ることができる液晶セルのプレチルト制御方法を提供するものである。
【0015】
本発明の他の目的は一定以上のプレチルト角を形成することによって、画質が向上され消費電力を節減することができる液晶セルのプレチルト制御方法に関するものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明による液晶セルのプレチルト方向制御方法は、基板に光配向物質を塗布して光配向膜を形成する段階と、上記光配向膜に紫外線を照射する段階で構成される。
【0017】
ポリシロキサン系物質やPVCN‐Fからなる配向膜をアニーリングする間吸収される熱エネルギーによってプレチルト角の大きさが変わる。紫外線の照射エネルギーが一定の場合、一定なアニーリング時間ではアニーリング温度が高くなるにつれてプレチルト角の大きさが小さくなる。紫外線照射エネルギーを変化させてプレチルト角を決定する時には配向膜に吸収される熱エネルギーが小さい程照射エネルギーの変化によるプレチルト角の傾きが小さいので、広い領域のプレチルト角が容易に決定される。
【0018】
且つ、一定のアニーリング温度及び紫外線照射時間に対して配向膜の厚さが大きい程プレチルト角の大きさが大きくなる。
【0019】
配向膜にプレチルトを決定するためには、配向膜をアニーリングした後偏光された紫外線を照射して偏光方向と垂直の配向方向を決定した後、さらに偏光された紫外線や非偏光された紫外線を照射して一方の配向方向を選ぶ。且つ、紫外線を1回照射してから液晶を注入して液晶の流れ効果によってプレチルトを決定することができ、偏光された紫外線を1回傾斜照射してプレチルトを決定することもできる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態による液晶セルのプレチルト方向制御方法について詳細に説明する。 先ず、基板に形成されたポリシロキサン物質やPVCN−Fからなる光配向膜に一定時間のあいだ熱を加えて上記配向膜をアニーリングした後、基板に偏光された紫外線を垂直照射してプレチルト角の大きさを決定する。図2は、この紫外線の照射によって配向膜に形成されるプレチルト角の大きさを示すグラフである。
【0021】
図3は、紫外線の照射エネルギー(Euv)とプレチルト角(θp)の関係を変化させるために必要な紫外線の照射エネルギー(Euv)を示す。図に示すように、配向膜のアニーリング時間が長くなるにつれて一定大きさのプレチルト角(θp)を変化させるための紫外線の領域が小さくなるので(△ax<△bx<△cx)、紫外線の照射時間を制御することによって従来に比べて大きさがずっと大きい(上記範囲内の)プレチルト角(θp)を得ることがだけではなく、プレチルト角(θp)の大きさを正確に制御することができる。
【0022】
図4は、紫外線照射エネルギー(Euv)が一定である時のアニーリング時間(H)とプレチルトの関係を示すグラフを示す。各曲線はアニーリング温度が約150℃、200℃、250℃である時の特性曲線である。勿論、この曲線は配向膜をアニーリングした後、紫外線を照射してプレチルト角の大きさを測定した後完成されるものである。図4に示すように、特定のエネルギー照射に対して一定のアニーリング温度ではアニーリング時間が長くなるにつれてプレチルト角(θp)が小さくなり、一定のアニーリング時間ではアニーリング温度が高くなる程プレチルト角(θp)の大きさが小さくなる。従って、配向膜に形成されたプレチルト角(θp)は配向膜に吸収される熱エネルギーが大きくなるはど小さくなることを知ることができる。
【0023】
また、上記ポリシロキサン物質かPVCN‐Fからなる配向膜は図5に示したように、配向膜の厚さが大きくなるほどプレチルト角θpの大きさが大きくなる。図面で横軸は紫外線の照射エネルギーEuvを示し縦軸はプレチルト角θPを示す。特性曲線a,bはそれぞれ一定時間アニーリングされたとき厚さが40Å及び880Åである配向膜の特性曲線を示す。図面に示したように、膜厚さが大きくなることによって生成されるプレチルト角θpの大きさが大きくなるのみならず、一定の大きさのプレチルト角θpを変化させるための紫外線の領域が大きくなるので、配向膜の厚さを増加させることによってプレチルト角θpの大きさを正確に制御することができるようになる。
【0024】
上記したように一定時間、一定温度でアニーリングされて熱エネルギーを吸収した配向膜に偏光された紫外線を垂直に照射して配向膜の法線に対して互いに対称された二つのプレチルト方向とプレチルト角θpの大きさを決定した後、さらに非偏光された紫外線を基板に傾斜照射して上記プレチルト方向中に一つの方向を選択することによって液晶セルのプレチルトを制御する。この際、一番目の紫外線の照射によって生成された二つのプレチルト方向中で二番目の紫外線の進行方向とほぼ平行したプレチルト方向が決定される。
【0025】
また、上記のように配向膜を塗布し非偏光された紫外線を基板に対して傾斜照射した後、さらに偏光された紫外線を基板に垂直に照射してプレチルトを制御することもでき、アーニリングされた配向膜に非偏光された紫外線を基板に傾斜照射した後、さらに偏光された紫外線を基板に傾斜照射してプレチルト方向を制御することもできる。この際、偏光された紫外線と非偏光された紫外線の順序を変えて非偏光された紫外線を傾斜照射した後、さらに偏光された紫外線を傾斜照射して液晶セルのプレチルト方向を制御することも勿論できる。
【0026】
上記したように、紫外線を二回照射してプレチルトを制御する方法以外に基板間への液晶注入による液晶の流れ効果(flowing effect)を利用した方法もある。先ず、上記方法等と同様に配向膜を一定温度でアニーリングした後、偏光された紫外線を基板に対して垂直に照射して基板の法線に対して互いに対称された二つのプレチルト方向を決定する。その後、基板間へ液晶を注入すると、液晶の流れによって対称された二つのプレチルト方向中、液晶の流れ方向側のプレチルト方向が選択される。この際にも、配向膜には熱エネルギー及び紫外線の照射エネルギーによってプレチルト角θpの大きさが決定される。
【0027】
また、偏光された紫外線を基板に一回傾斜照射して配向方向を決定することもできる。即ち、図6に示したように、偏光された紫外線を配向膜10に傾斜照射すると、紫外線の偏光方向と平行した重合体の側鎖が二合反応(図6で□で表示)して紫外線の照射方向とほぼ平行した側鎖(図6で□で表示)のみが残るようになる。従って、液晶分子が上記重合体に残っている側鎖と反応して液晶分子が紫外線の照射方向と平行するように配向される。この際、θは配向膜の表面に対する側鎖の角度であって、この角度が液晶が基板間へ注入されたとき液晶分子と配向膜間のチルト(tilt)角になる。
【0028】
【発明の効果】
本発明は、上記のように配向膜に吸収される熱エネルギーを制御してプレチルト角の大きさを制御することによって、光配向時所望する大きさのプレチルト角を正確に決定することができるので画質が向上する。また上記熱エネルギー及び配向膜の厚さによってプレチルト角の大きさを大きくすることができるので、液晶の駆動時消費電力を大幅に節減することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の光配向方法を示す図。
【図2】従来の液晶セルでの紫外線照射エネルギーとプレチルト角の関係を示すグラフ。
【図3】本発明の実施の形態における液晶セルでの紫外線照射エネルギーとプレチルト角の関係を示すグラフ。
【図4】本発明の実施の形態における液晶セルでのアニーリング時間とプレチルト角の関係を示すグラフ。
【図5】本発明の実施の形態における液晶セルの配向膜の厚さに従う紫外線の照射エネルギとプレチルト角の関係を示す図。
【図6】本発明の実施の形態による光配向方法を示す図。
【符号の説明】
Euv 紫外線の照射エネルギー
θp プレチルト角
Euv Euvとθpの関係を変化させるために必要な紫外線の照射エネルギー
Claims (10)
- 基板に塗布された配向膜をアニーリングすることにより熱エネルギーを印加する段階と、ここで前記配向膜はポリシロキサンシンナメートからなり、
前記配向膜に光を照射して配向膜の配向方向を制御する段階よりなり、ここで、前記配向膜に光を照射する段階は、非偏光された紫外線を基板に対して傾斜照射した後、偏光された紫外線を基板に対して垂直に照射する工程を含む
液晶セルのプレチルト制御方法。 - 請求項1記載の液晶セルのプレチルト制御方法において、上記配向膜のプレチルト角の大きさが印加される熱エネルギーの大きさによって変わることを特徴とする液晶セルのプレチルト制御方法。
- 請求項1記載の液晶セルのプレチルト制御方法において、上記配向膜のプレチルト角の大きさが光の照射エネルギーによって変わることを特徴とする液晶セルのプレチルト制御方法。
- 請求項1記載の液晶セルのプレチルト制御方法において、上記配向膜のプレチルト角の大きさが配向膜の厚さによって変わることを特徴とする液晶セルのプレチルト制御方法。
- 請求項1記載の液晶セルのプレチルト制御方法において、上記配向膜に熱エネルギーを印加する段階が一定温度で一定時間のあいだ上記配向膜をアニーリングする段階を含むことを特徴とする液晶セルのプレチルト制御方法。
- 基板に塗布された配向膜をアニーリングすることにより熱エネルギーを印加する段階と、
ここで前記配向膜はポリシロキサンシンナメートからなり、
前記配向膜に光を照射する段階と、ここで、前記配向膜に光を照射する段階は、非偏光された紫外線を基板に対して傾斜照射した後、偏光された紫外線を基板に対して垂直に照射する工程を含み
前記配向膜が塗布された基板間へ液晶を注入する段階からなる液晶セルのプレチルト制御方法。 - 請求項6記載の液晶セルのプレチルト制御方法において、上記配向膜のプレチルト角の大きさが印加される熱エネルギーの大きさによって変わることを特徴とする液晶セルのプレチルト制御方法。
- 請求項6記載の液晶セルのプレチルト制御方法において、上記配向膜のプレチルト角の大きさが光の照射エネルギーによって変わることを特徴とする液晶セルのプレチルト制御方法。
- 請求項6記載の液晶セルのプレチルト制御方法において、上記配向膜のプレチルト角の大きさが配向膜の厚さによって変わることを特徴とする液晶セルのプレチルト制御方法。
- 請求項6記載の液晶セルのプレチルト制御方法において、上記配向膜に熱エネルギーを印加する段階が一定温度で一定時間のあいだ上記配向膜をアニーリングする段階を含むことを特徴とする液晶セルのプレチルト制御方法。
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