JP4354948B2 - 液晶表示装置の配向膜形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置の画質を向上させる配向膜形成方法に関する。

一般に、画像情報を画面に示すディスプレイ装置の中で、ブラウン管表示装置(ＣＲＴ)が今まで最も多く使用されているが、これは表示面積に比べて体積が大きく重いので、使用に大変不便があった。
そして、今日では電子産業の発達に伴ってＴＶブラウン管などを限定的に用いていたディスプレイ装置が、パーソナルコンピュータ、ノートブックコンピュータ、無線端末機、自動車計器板、電光板などにまで拡大使用されている。なお、情報通信技術の発達に伴って大容量の画像情報が伝送できるようになって、これを処理して具現できる次世代ディスプレイ装置の重要性が大きくなっている。

このような次世代ディスプレイ装置は、軽く、薄く、短く、小さく、高輝度、大画面、低消費電力および低価格化を実現する必要があるが、その一つとして最近液晶表示装置が注目されている。
液晶表示装置(ＬＣＤ)は、表示解像度が他の平板表示装置より優れており、動画像を具現するとき、ブラウン管と比べられるほど速い応答速度を有している。

現在、薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)と薄膜トランジスタに連結された画素電極が行列方式で配列されたアクティブマトリックス液晶表示装置(ＡＭ−ＬＣＤ；Active Matrix ＬＣＤ)が最も注目されている。

図１は、一般の液晶表示装置の一部を示す分解斜視図である。
図１を参照すると、一般のカラー液晶表示装置は、ブラックマトリックス１０６サブカラーフィルタ(赤、緑、青)１０８を含んだカラーフィルタ１０７と、カラーフィルタ１０７上に透明な共通電極１１８が形成された上部基板１０５と、画素領域Ｐと画素領域Ｐ上に形成された画素電極１１７とスイッチング素子Ｔを含んだアレイ配線が形成された下部基板１２２とで構成され、上部基板１０５と下部基板１２２との間には、前述した液晶１１４が充填されている。
説明の便宜上、上部基板１０５は、上下を覆して図示した。

下部基板１２２はアレイ基板とも称し、スイッチング素子の薄膜トランジスタＴがマトリックス形態で位置し、このような多数の薄膜トランジスタを交差して通るゲートライン１１３とデータライン１１５とが形成される。

なお、画素領域Ｐは、ゲートライン１１３とデータライン１１５とが交差して定義される領域である。画素領域Ｐ上に形成される画素電極１１７は、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)のように光の透過率が比較的に優れた透明電導性金属を使用する。

そして、上部基板１０５と下部基板１２２の最上層には配向膜が形成され、液晶の初期配向方向とプレチルト角とを決定する。

上記のように構成される液晶表示装置は、画素電極１１７上に位置する液晶層１１４が薄膜トランジスタＴから印加された信号により配向され、液晶層１１４の配向程度によって液晶層１１４を透過する光の量を調節する方式で画像を表示することができる。

ここで、液晶の物理的特性は分子配列状態によって変わり、よって、電界などの外力に対する応答にも差ができる。
このような液晶分子の性質のため、液晶分子の配列制御は、液晶物性の研究は勿論、液晶表示装置の構成上でも必須の技術である。

特に、液晶分子を一定の方向へ均一に配向させるための配向膜のラビング工程は、液晶表示装置の正常的な駆動と画面の均一なディスプレイ特性を決める重要な要素であって、これに対する多くの研究が行われてきた。

ここで、従来の液晶分子の初期配列方向を決めるための配向膜形成過程についてより詳細に説明する。
配向膜は、高分子薄膜を塗布し、配向膜を一定の方向に配列する工程で形成される。

配向膜には、一般にポリイミド系列の有機物質が使われ、配向膜を配列する方法としては、主にラビング法が利用されている。
このラビング法は、まず、基板上にポリイミド系列の有機物質を塗布し、６０〜８０℃程度の温度で溶剤を揮発させ、整列させてから、８０〜２００℃程度の温度で硬化させてポリイミド配向膜を形成した後、ベルベットなどを巻いたラビング布を用いて、配向膜を一定の方向にこすることによって、配向方向を形成する方法である。

このようなラビング法には、配向処理が容易なので大量生産に適合し、安定した配向ができる長所がある。

しかし、このラビング法は、ラビングを行うとき欠陥のあるラビング布が付着されたローラを使う場合、ラビングの不良が発生する。
すなわち、上記のようなラビング布を用いたラビング方法は、配向膜とラビング布の直接的な接触を通じて行われるので、埃の発生による液晶セルの汚染、静電気の発生による予め基板に設けられたＴＦＴ素子の破壊、ラビング後の追加的な洗浄工程の必要、大面積適用時の配向の不均一性などの様々な問題点が発生して、液晶表示装置の製造収率を下げる問題点がある。
特に、基板のサイズが大型化さすることに伴って、縦線、スクラッチ、むらのようなラビング不良が発生する。

図２Ａは、従来の液晶表示装置の配向膜で発生した縦線を示す写真であり、図２Ｂは、従来液晶表示装置の配向膜で発生したスクラッチを示す概略的な断面図である。

図２Ａおよび図２Ｂに図示したように、配向膜で発生した縦線とスクラッチのようなラビング不良によって、液晶配向整列度が乱れて光漏れが発生したり、ブラック輝度増加および色コントラスト比の増加のような液晶表示装置の画質低下の問題点が発生する。

本発明の目的は、液晶表示装置において、ラビング処理をした配向膜基板の全面に、所定のエネルギーを有する非偏光ＵＶを照射することによって、ラビング不良を改善し、画質を向上させる液晶表示装置の配向膜形成方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明に係る液晶表示装置の配向膜形成方法は、基板上に配向膜を塗布する段階と、配向膜をラビングする段階と、配向膜に非偏光ＵＶを照射する段階とを含んでなることを特徴とする。

非偏光ＵＶの光照射エネルギーは、０．０１〜５Ｊ/ｃｍ^２であることを特徴とする。

非偏光ＵＶの波長は、２００〜４００ｎｍであることを特徴とする。

配向膜に非偏光ＵＶを照射する段階において、配向膜が２００Å以下にエッチングされることを特徴とする。

よって、本発明は、液晶表示装置において、ラビング処理をした配向膜の表面に非偏光ＵＶ光を照射してラビング不良を緩和することによって、画質を改善し、ラビングを行った配向膜に光照射時に非偏光された光が照射できるので、別途の偏光装備なしに高画質が具現でき、工程が簡単で製造費用を節減することができる。

本発明は、液晶表示装置の配向膜を形成する方法において、ラビング処理をした配向膜の表面に非偏光ＵＶ光を照射してラビング不良を緩和することによって、画質を改善する効果がある。
なお、本発明は、ラビングを行った配向膜に、光照射時に非偏光された光を照射することが可能なので、別途の偏光装備なしに高画質を具現でき、工程が簡単で、製造費用を節減する効果がある。

以下、添付の図面を参照して本発明に係る液晶表示装置の配向膜形成方法について具体的に説明する。

図３は、本発明に係る液晶表示装置の配向膜形成方法を示すフローチャートである。

まず、液晶表示装置の上・下基板を製作する(ステップＳ１００)。

そして、パターンが形成された基板上の異物質を除去するために洗浄工程(ステップＳ１１０)を行い、配向膜印刷装置を用いて、基板の上面に配向膜原料液のポリイミド(ＰＩ)などを印刷する配向膜印刷工程(ステップＳ１２０)を行う。

次に、配向膜原料液に高温の熱を与えて、溶媒を乾燥させ、硬化させる配向膜焼成工程(ステップＳ１３０)を行う。

続いて、ラビング装置を用いて、焼成処理された配向膜の表面に１次配向処理をするが、この１次配向処理は、ポリイミドからなる配向膜上で、ベルベット、レーヨン、ナイロンなどを巻いたラビング布を用いて、配向膜を一定の方向にこすることによって配向方向を形成するラビング法で行う(ステップＳ１４０)。

そして、上記のようにラビングされた配向膜に、光照射を用いて２次配向処理をする(ステップＳ１５０)。
この際に照射する光としては、非偏光ＵＶを使用する。

このとき、非偏光ＵＶ光の波長は、２００ｎｍ〜４００ｎｍ範囲の光を使用し、光照射エネルギーは、０．０１〜５Ｊ/ｃｍ^２程度にする。

そして、上記光を照射する方法は、傾斜照射または垂直照射法を用いることが可能である。

このように、光照射を用いた２次配向処理を行うと、配向膜のメインチェイン(main chain)またはサイドチェイン(side chain)が途切れて配向膜表面の一部が薄く削られるエッチング効果により、配向膜が薄くなる。

よって、１次配向処理後、配向膜に発生するラビング不良は、２次配向処理によるエッチング効果で除去できる。

この表１に示したように、配向膜(例えば、ポリイミド)に１次配向処理した後で２次配向処理前(ＵＶ照射の前)の配向膜の厚さは７９０Åであるが、２次配向処理の非偏光ＵＶ照射後は７５０Åに厚さが減少する。
このとき、非偏光ＵＶの照射エネルギーは大略３Ｊ/ｃｍ^２とした。

すなわち、非偏光ＵＶを配向膜上に照射すると、配向膜の表面の一部が薄く削られることによって、１次配向処理時に発生した配向膜表面の縦線、スクラッチ、むらなどのラビング不良が除去される効果がある。

したがって、配向膜の表面に約１００Å以下で発生するラビング不良は、前述した２次配向処理時に非偏光ＵＶを配向膜の表面に照射することで除去できる。

図４は、本発明に係る液晶表示装置の配向膜形成時に、１次配向処理後２次配向処理した配向膜を示す概略的な断面図である。

図示したように、基板２００上に形成されている配向膜２１０は、１次配向処理で形成される。
この１次配向処理は、ポリイミドのような配向物質からなる配向膜２１０上で、ベルベット、レーヨン、ナイロンなどを巻いたラビング布を用いて、配向膜２１０を一定の方向にこすることによって配向方向を形成するラビング法である。

このとき、基板２００上で、ラビング布が配向膜２１０に届かずに配向が行われないことや、ラビング布が段差を通過しながらラビング布が乱れて、縦線、スクラッチ、むらなどのラビング不良が発生する可能性がある。
したがって、基板２００上で１次配向処理された配向膜２１０に、光照射を用いて２次配向処理をする。

このように、１次配向処理を行った配向膜２１０に光照射のような２次配向処理をすると、配向膜２１０の表面が薄くエッチングされ、ラビング不良が除去される。

上記の配向膜形成工程が終わった後、上部基板のエッジ部に接着剤の役目をするシールパターンを、液晶注入口を除いた領域に形成し、下部基板にスペーサを散布する(ステップＳ１６０)。

次に、上下両基板を対向合着するが、与えられたマージンから外れたら光が漏れるので、通常数マイクロメートル程度の精密度が要求される(ステップＳ１７０)。

そして、そのような条件を満たして対向合着された基板を単位セルに切断するセル切断工程を行うが、これは、完全に合着された両基板を必要なサイズに切断するためである。セル切断工程は、上下基板の表面にラインを形成するスクライブ工程とスクライブされたラインに衝撃を与えて基板を分離するブレイク工程とを含む。

最後に、単位セルに切断された両基板の間に液晶を注入し、液晶が流れ出ないように液晶注入口を封止すると、求める液晶表示装置が完成する(ステップＳ１７０)。

また、２次配向処理後、配向膜上に液晶を滴下して形成し、基板を合着してから、前述したようにセル切断工程を行うことも可能である(ステップＳ１８０)。

ここで、本発明に係る液晶分子の初期配列方向を決めるための配向膜形成過程についてより詳細に説明する。

まず、配向膜は、高分子薄膜を塗布し、配向膜を一定の方向に配列する１次配向処理工程と２次配向処理工程とで形成される。
この１次配向処理は、ポリイミドからなる配向膜上で、ベルベット、レーヨン、ナイロンなどを巻いたラビング布を用いて、配向膜を一定の方向にこすることによって配向方向を形成するラビング法で行う。

上記配向膜物質として、ポリイミド樹脂のほかにも、ＵＶ照射時に選択的に切断される結合を有する高分子を含むポリアミック酸、ポリエチレンイミン、ポリビニールアルコール、ポリアミド、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリフェニレンフタルアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリメチルメタクリレイトなどがある。

耐熱性や、液晶との親和性に優れたポリイミド樹脂を基板上に印刷し、乾燥させて配向膜を形成し、ラビング工程を行って、配向膜に１次配向処理を行う。

そして、この１次配向処理が行われた配向膜に光照射をして、２次配向処理をする。
この際に照射する光としては、非偏光ＵＶを使用することが可能である。
この光の波長は、２００〜４００ｎｍ範囲の光を使用し、光照射のエネルギーは、０．０１〜５Ｊ/ｃｍ^２程度とする。

そして、光を照射する方法としては、傾斜照射または垂直照射法を用いることが可能である。

なお、非偏光ＵＶを照射する装置を用いて、基板全面に光を照射することも、基板を移動させながらインラインスキャンタイプで照射することも可能である。

このように、非偏光ＵＶを配向膜上に照射すると、配向膜の表面の一部が薄く削られ、これによって、１次配向処理時に発生した配向膜表面の縦線、スクラッチ、むらなどのラビング不良が除去される効果がある。

よって、配向膜表面に約１００Å以下で発生するラビング不良は、２次配向処理時に非偏光ＵＶを配向膜表面に照射することによって除去できるようになる。

図５は、本発明に係る液晶表示装置の配向膜に非偏光ＵＶ光を照射して、ラビング不良を緩和した画面を示す写真である。

図５に図示したように、ラビング法で１次配処理した配向膜にＵＶ光照射方法で２次配向処理をする際の光照射エネルギーを１．０Ｊ/ｃｍ^２の条件(２５０ｎｍ基準)とした場合、縦線が緩和することが確認できる。比較のために、ラビング法で配向膜を１次配向処理だけ行った場合の画面例を図２Ａに示した。

なお、ラビングによって配向膜の表面に発生したスクラッチの場合、非偏光ＵＶを照射して配向膜の表面を薄くエッチングすることによって、配向膜の表面のモルフォロジ(morphology)を変化させて、スクラッチを緩和または除去することが可能である。

以上、前述したように、本発明を具体的な実施例を通じて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためであって、本発明に係る液晶表示装置はこれに限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想内で当分野の知識を有する者によって、様々な変更や改良が可能である。

一般の液晶表示装置の一部を示す分解斜視図である。 従来の液晶表示装置の配向膜で発生した縦線を示す写真である。 従来液晶表示装置の配向膜で発生したスクラッチを示す概略的な断面図である。 本発明に係る液晶表示装置の配向膜形成方法を示すフローチャートである。 本発明に係る液晶表示装置の配向膜形成時に、１次配向処理後２次配向処理した配向膜を示す概略的な断面図である。 本発明に係る液晶表示装置の配向膜に２次配向処理条件を変更して示す写真である。

符号の説明

２００：基板
２１０：配向膜

Claims (4)

1. 液晶表示装置の配向膜を形成する方法において、
   基板上に配向膜を形成する段階と、
   前記配向膜上にラビングして配向方向を決定する第１配向工程を行う段階と、
   前記配向方向が決定された配向膜の表面に非偏光ＵＶ照射して40Åの前記配向膜をエッチングする第２配向工程を行う段階と
   を含むことを特徴とする液晶表示装置の配向膜形成方法。
2. 前記非偏光されたＵＶの照射エネルギーは、０．０1〜５Ｊ/ｃｍ^２であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
3. 前記非偏光されたＵＶの波長は、２００〜４００nmであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。
4. 前記液晶表示装置は、横電界モードで駆動される液晶表示装置であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の配向膜形成方法。