JP4669887B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関し、特に、垂直配向型で且つ光重合により形成されたポリマーの配向規制力を利用して、液晶分子の配向を制御する方式の液晶表示装置を対象とする。

従来、アクティブマトリクスを用いた液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）としては、正の誘電率異方性を持つ液晶材料を暗状態において基板面に水平に、且つ対向する基板間で９０度ツイストするように配向させたＴＮモードの液晶表示装置が広く用いられている。

このＴＮモードの液晶表示装置は、視角特性に劣るという問題を有しており、視角特性を改善すべく種々の検討が行われている。そこで、これに替わる方式として、負の誘電率異方性を持つ液晶材料を垂直配向させ、配向膜にラビング処理を施すことなく、基板表面に設けた突起やスリットにより電圧印加時の液晶分子の傾斜方向を複数方向に規制するＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）方式が開発されており、視角特性を大幅に改善することに成功している。

ＭＶＡ方式の液晶表示装置は、上述のように優れた視角特性を有する反面、配向規制用の突起等の構造物が設けられることから必然的に開口率を低下させ、明るさが劣るという問題がある。しかも、微細且つ精緻な前記構造物を形成すること自体、製造プロセスを複雑化し、製造コストを増加させるということも無視できない。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、液晶に表示ムラ等の不都合を生ぜしめることなく簡易且つ確実に開口率を向上させ、信頼性の高い液晶表示を実現する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。

本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。

本発明の液晶表示装置の製造方法は、第１の電極を有する第１の基板と、第２の電極を有する第２の基板とが、配向膜及び液晶層を介してシール材により接合されてなる液晶表示装置の製造方法であって、前記配向膜と、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合するシール材との間の領域において、液晶注入部位と対向する部位を幅広に、その他の部位を幅狭に形成し、液晶分子を所定方向に配向させるためのモノマーを混入した液晶を用い、液晶分子が前記幅広の領域を除き前記液晶層全面に亘って同一の配向となるように、前記幅広の領域の部分が前記液晶層のその他の部分よりも前記モノマーが薄くなるように前記液晶を注入した後、前記モノマーを重合させて所定の配向パターンのポリマー構造物を形成し、前記液晶分子を前記ポリマー構造物により配向規制する。

本発明によれば、液晶に表示ムラ等の不都合を生ぜしめることなく簡易且つ確実に開口率を向上させ、信頼性の高い液晶表示を実現することが可能となる。

−本発明の基本骨子−
先ず、本発明の基本骨子について説明する。
本発明者らは、ＭＶＡ方式の液晶表示装置を改良し、開口率を向上させて明るさを増加し、コストの点でもレベルアップさせる手法として、光重合又は熱重合するモノマーを液晶に混入させ、重合させることによって安定な配向を得る配向規制技術を開発してきた。

しかしながら、前記配向規制技術では、以下に示すような液晶注入に関わる問題を有している。
即ち図１に示すように、能動素子として例えばＴＦＴが設けられる基板（ＴＦＴ基板）１０１には、これと対向して配置されるカラーフィルター（不図示）及びブラックマトリクス（ＢＭ）１０３が設けられる基板（ＣＦ基板）１０２と接合するためのシール材１０４に液晶注入口１０５が設けられており、この液晶注入口１０５の対向辺における両端部に、中間調表示において黒ムラ１１１が発生する。本発明者らが検討したところ、この黒ムラの発生には、注入される液晶が画像の表示部（ブラックマトリクス１０３内の領域；ここでは配向膜１０６の配設部位に一致する。）よりも、その周縁部位である非表示部（ブラックマトリクス１０３とシール材１０４との間の領域）の方が、液晶注入速度が速いことに起因していると判明した。

更に詳細な検討の結果、非表示部の液晶注入速度は、非表示部の垂直配向でない部分、即ち配向膜外の領域（ここでは水平配向である。）が広い程、速くなることが判った。一般に垂直配向部位における液晶注入速度は遅く、水平配向では速い。そこで本発明者は、非表示部の配向を表示部の配向（ここでは垂直）とほぼ同等となるように制御することに想到した。具体的には、以下で詳細に説明するように、非表示部の面積を極力小さくなるようにシール材と配向膜とを近接させることや、非表示部に撥油性処理を行うことによって非表示部の液晶を疑似垂直配向化することが好適である。これにより、液晶注入速度を均一化し、中間調表示における黒ムラの発生を抑止することができる。

−具体的な実施形態−
上述した本発明の基本骨子を踏まえ、具体的な実施形態について、参考例と共に説明する。ここでは、図２に示すような主要構成を有する液晶表示装置を対象とする。

この液晶表示装置は、所定間隔をあけて対向する一対の透明ガラス基板１１，１２と、これら透明ガラス基板１１，１２間に狭持される液晶層１３とを備えて構成されている。透明ガラス基板１１，１２は、不図示のシール材により接合固定される。

一方の透明ガラス基板（ＴＦＴ基板）１１上には、絶縁層１４を介してＩＴＯからなる複数の画素電極１５、能動素子となる不図示の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が形成され、画素電極１５を覆うように透明の垂直配向膜１６ａが形成されており、他方の透明ガラス基板（ＣＦ基板）１２上には、カラーフィルター１７（及び不図示のブラックマトリクス）、共通電極（対向電極）１８及び垂直配向膜１６ｂが順次積層されている。そして、液晶層１３を狭持するように垂直配向膜１６ａ，１６ｂが突き合わせられてガラス基板１１，１２がシール材により固定され、各基板１１，１２の外側に偏光子１９，２０が設けられる。画素電極１５はアクティブマトリクス（ＴＦＴマトリクス）と共に形成され、図示の例ではＴＦＴのドレイン電極が接続されているデータバスライン２１が示されている。また、図示されていないが、ＴＦＴのゲート電極が接続されるゲートバスラインも形成されている。なお、電極は一方の基板のみに設けられることもある。

液晶層１３は、シール材に設けられた液晶注入口から液晶が注入されることにより形成される。本実施形態では、前記液晶は、光重合又は熱重合するモノマーが混入してなるものである。更に、画素電極１５には、例えば図３に示すように、配向パターンを形成する微細なスリット１５ａが形成されている。そして、図４に示すように、注入された液晶に所定の交流電圧を印加しながらＵＶ照射又は熱処理を施すことにより、前記モノマーを重合させてスリット１５ａの配向パターンに規制されたポリマー構造物１３ａが液晶層１３の表層（垂直配向膜１６ａ，１６ｂの表面）に形成され、当該ポリマー構造物に規制されて液晶分子が前記配向パターンに倣って配向する。

（参考例１）
図５は、参考例１による液晶表示装置の液晶層形成時の様子を示す模式図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が短辺に沿った断面図である。
この液晶表示装置では、ＴＦＴ基板１１に垂直配向膜１６ａを囲むシール材３１が、ＣＦ基板１２に垂直配向膜１６ｂの周縁を覆うブラックマトリクス３２がそれぞれ設けられており、シール材３１が垂直配向膜１６ａまで内寄せ配置され、ブラックマトリクス３２とシール材３１との間の領域である非表示部が極めて狭く（殆ど一致させる場合もある）されている。この非表示部の幅は例えば０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

この状態で、シール材３１の一辺に設けられた液晶注入口３１ａから前記液晶を注入する。このとき、非表示部が殆ど存在せず、シール材３１の内側領域を垂直配向膜１６ａ，１６ｂが覆っているため、全面に亘って液晶分子はこれらに規制されて垂直配向の状態で液晶注入が行われてゆく。従ってこの場合、上述したような液晶注入速度の相違は生ぜず、均一な注入速度で液晶層１３が形成され、液晶注入速度の相違に起因する黒ムラの発生が抑止される。

以上説明したように、参考例１の液晶表示装置によれば、液晶に表示ムラ等の不都合を生ぜしめることなく簡易且つ確実に開口率を向上させ、信頼性の高い液晶表示を実現することができる。

（参考例２）
図６は、参考例２による液晶表示装置の液晶層形成時の様子を示す模式図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が短辺に沿った断面図である。
この液晶表示装置では、ＴＦＴ基板１１に垂直配向膜１６ａを囲むシール材３１が、ＣＦ基板１２に垂直配向膜１６ｂの周縁を覆うブラックマトリクス３２がそれぞれ設けられており、垂直配向膜１６ａ，１６ｂがブラックマトリクス３２を超えてシール材３１まで拡大配置されている。この場合、垂直配向膜１６ａ，１６ｂとシール材３１との間の領域が極めて狭く（殆ど一致させる場合もある）されている。この領域の幅は例えば０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

この状態で、シール材３１の一辺に設けられた液晶注入口３１ａから前記液晶を注入する。このとき、非表示部が殆ど存在せず、シール材３１の内側領域を垂直配向膜１６ａ，１６ｂが覆っているため、全面に亘って液晶分子はこれらに規制されて垂直配向の状態で液晶注入が行われてゆく。従ってこの場合、上述したような液晶注入速度の相違は生ぜず、均一な注入速度で液晶層１３が形成され、液晶注入速度の相違に起因する黒ムラの発生が抑止される。

以上説明したように、参考例２の液晶表示装置によれば、液晶に表示ムラ等の不都合を生ぜしめることなく簡易且つ確実に開口率を向上させ、信頼性の高い液晶表示を実現することができる。

（参考例３）
図７は、参考例３による液晶表示装置の液晶層形成時の様子を示す模式図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が短辺に沿った断面図である。
この液晶表示装置では、ＴＦＴ基板１１に垂直配向膜１６ａを囲むシール材３１が、ＣＦ基板１２に垂直配向膜１６ｂの周縁を覆うブラックマトリクス３２がそれぞれ設けられており、ブラックマトリクス３２とシール材３１との間の領域である非表示部に撥油性樹脂であるフッ素材４１が塗布形成されている。

この状態で、シール材３１の一辺に設けられた液晶注入口３１ａから前記液晶を注入する。このとき、非表示部ではフッ素材４１により液晶が弾かれて液晶分子が疑似垂直配向化し、実質的にはほぼ全面に亘って液晶分子が垂直配向した状態で液晶注入が行われてゆく。従ってこの場合、上述したような液晶注入速度の相違は生ぜず、均一な注入速度で液晶層１３が形成され、液晶注入速度の相違に起因する黒ムラの発生が抑止される。

以上説明したように、参考例３の液晶表示装置によれば、液晶に表示ムラ等の不都合を生ぜしめることなく簡易且つ確実に開口率を向上させ、信頼性の高い液晶表示を実現することができる。

（本実施形態）
図８は、本実施形態による液晶表示装置の液晶層形成時の様子を示す模式図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が短辺に沿った断面図、（ｃ）が長辺に沿った断面図である。
この液晶表示装置では、この液晶表示装置では、ＴＦＴ基板１１に垂直配向膜１６ａを囲むシール材３１が、ＣＦ基板１２に垂直配向膜１６ｂの周縁を覆うブラックマトリクス３２がそれぞれ設けられている。

そして、図中短辺部位、即ち液晶注入口３１ａと平行な部位のうち、液晶注入口３１ａと対向する部位では、非表示部が図１と比しても幅広に形成（幅広領域４２）されている。更に、非表示部のその部位、即ち図中長辺部位（液晶注入口３１ａと直交する部位）及び液晶注入口３１ａの短辺部位では、シール材３１が垂直配向膜１６ａまで内寄せ配置され、ブラックマトリクス３２とシール材３１との間の領域である非表示部が極めて狭く（殆ど一致させる場合もある）されている。この非表示部の幅は例えば０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

この状態で、シール材３１の一辺に設けられた液晶注入口３１ａから前記液晶を注入する。このとき、液晶注入口３１ａから最も離間した幅広領域４２にモノマーの薄い液晶が閉じ込められ、局所的に滞留領域が形成される。一方、非表示部のその他の部位では非表示部が殆ど存在せず、シール材３１の内側領域を垂直配向膜１６ａ，１６ｂが覆っているため、全面に亘って液晶分子はこれらに規制されて垂直配向の状態で液晶注入が行われてゆく。従ってこの場合、幅広領域４２の液晶が悪影響を及ぼすことなく、上述したような液晶注入速度の相違は生ぜず、均一な注入速度で液晶層１３が形成され、液晶注入速度の相違に起因する黒ムラの発生が抑止される。

以上説明したように、本実施形態の液晶表示装置によれば、液晶に表示ムラ等の不都合を生ぜしめることなく簡易且つ確実に開口率を向上させ、信頼性の高い液晶表示を実現することができる。

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）第１の電極を有する第１の基板と、第２の電極を有する第２の基板とが、配向膜及び液晶層を介して接合されてなる液晶表示装置であって、
前記液晶層は、液晶中に当該液晶分子を所定方向に配向させるためのポリマー構造物が形成されており、
前記液晶分子が前記液晶層の表示部位とその周縁部位とで略同等のプレチルト角を有することを特徴とする液晶表示装置。

（付記２）前記周縁部位は、前記基板上の前記配向膜と、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合するシール材との間の領域として画定されており、
前記シール材が前記配向膜まで内寄せ配置されていることを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。

（付記３）前記周縁部位は、前記基板上の前記配向膜と、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合するシール材との間の領域として画定されており、
前記配向膜が前記シール材まで拡大配置されていることを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。

（付記４）前記周縁部位の一部に撥油性樹脂が塗布されていることを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。

（付記５）前記周縁部位は、液晶注入部位と対向する部位が幅広に、その他の部位が幅狭に形成されていることを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。

（付記６）第１の電極を有する第１の基板と、第２の電極を有する第２の基板とが、配向膜及び液晶層を介してシール材により接合されてなる液晶表示装置の製造方法であって、
前記配向膜と前記シール材とをほぼ接触するように配置し、
前記液晶層を形成するに際して、
液晶分子を所定方向に配向させるためのモノマーを混入した液晶を用い、液晶分子が前記液晶層のほぼ全面に亘って同一の配向となるように前記液晶を注入した後、
前記モノマーを重合させて所定の配向パターンのポリマー構造物を形成し、前記液晶分子を前記ポリマー構造物により配向規制することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

（付記７）前記シール材を前記配向膜まで内寄せ配置することを特徴とする付記６に記載の液晶表示装置の製造方法。

（付記８）前記配向膜を前記シール材まで拡大配置することを特徴とする付記６に記載の液晶表示装置の製造方法。

（付記９）第１の電極を有する第１の基板と、第２の電極を有する第２の基板とが、配向膜及び液晶層を介してシール材により接合されてなる液晶表示装置の製造方法であって、
前記配向膜と、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合するシール材との間の領域の一部に撥油性樹脂を塗布し、
前記液晶層を形成するに際して、
液晶分子を所定方向に配向させるためのモノマーを混入した液晶を注入した後、
前記モノマーを重合させて所定の配向パターンのポリマー構造物を形成し、前記液晶分子を前記ポリマー構造物により配向規制することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

（付記１０）第１の電極を有する第１の基板と、第２の電極を有する第２の基板とが、配向膜及び液晶層を介してシール材により接合されてなる液晶表示装置の製造方法であって、
前記配向膜と、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合するシール材との間の領域において、液晶注入部位と対向する部位を幅広に、その他の部位を幅狭に形成し、
液晶分子を所定方向に配向させるためのモノマーを混入した液晶を用い、液晶分子が前記幅広の領域を除き前記液晶層全面に亘って同一の配向となるように前記液晶を注入した後、
前記モノマーを重合させて所定の配向パターンのポリマー構造物を形成し、前記液晶分子を前記ポリマー構造物により配向規制することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

（付記１１）前記配向膜が垂直配向処理されてなるものであることを特徴とする付記６〜１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置の製造方法。

比較例の液晶表示装置の液晶層形成時の様子を示す模式図である。 本実施形態の液晶表示装置の主要構成を示す断面図である。 配向パターンを形成する微細なスリットが形成された画素電極の一部を示す平面図である。 液晶層形成時の様子を示す断面図である。 参考例１による液晶表示装置の液晶層形成時の様子を示す模式図である。 参考例２による液晶表示装置の液晶層形成時の様子を示す模式図である。 参考例３による液晶表示装置の液晶層形成時の様子を示す模式図である。 本実施形態による液晶表示装置の液晶層形成時の様子を示す模式図である。

符号の説明

１１，１２ 透明ガラス基板
１３ 液晶層
１３ａ ポリマー構造物
１４ 絶縁層
１５ 画素電極
１５ａ 微細なスリット
１６ａ，１６ｂ 配向膜
１７ カラーフィルター
１８ 共通電極
１９，２０ 偏光子
２１ データバスライン
３１ シール材
３２ ブラックマトリクス
４１ フッ素材
４２ 幅広領域

Claims (2)

1. 第１の電極を有する第１の基板と、第２の電極を有する第２の基板とが、配向膜及び液晶層を介してシール材により接合されてなる液晶表示装置の製造方法であって、
   前記配向膜と、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合するシール材との間の領域において、液晶注入部位と対向する部位を幅広に、その他の部位を幅狭に形成し、
   液晶分子を所定方向に配向させるためのモノマーを混入した液晶を用い、液晶分子が前記幅広の領域を除き前記液晶層全面に亘って同一の配向となるように、前記幅広の領域の部分が前記液晶層のその他の部分よりも前記モノマーが薄くなるように前記液晶を注入した後、
   前記モノマーを重合させて所定の配向パターンのポリマー構造物を形成し、前記液晶分子を前記ポリマー構造物により配向規制することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 前記配向膜が垂直配向処理されてなるもの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製造方法。

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