JP5650001B2 - Manufacturing method of liquid crystal display device - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置の製造方法に関し、特に、各種機器の表示パネルなどに使用される液晶表示装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a liquid crystal display device, and more particularly to a method for manufacturing a liquid crystal display device used for display panels of various devices.

液晶表示装置は、低駆動電圧、低消費電力及び軽量などの特性を有していることから、時計の表示パネルや、携帯電話、コンピュータ及びテレビのディスプレイなどにおける用途が拡大している。
このような液晶表示装置では、液晶を基板面に対して所定の方向に並べる(すなわち、配向させる)ことが一般的に必要とされているが、従来の配向技術としては、基板上にポリイミドなどから成る配向膜を形成した後にラビング処理を施すこと(ラビング法)により液晶を配向させる方法が知られている。ラビング処理は、レーヨンや綿などの布を巻いたローラーを、回転数及びローラーと基板との距離を一定に保った状態で回転させ、配向膜の表面を一方向に擦ることにより行われる。
Since the liquid crystal display device has characteristics such as a low driving voltage, low power consumption, and light weight, its use in a display panel for a watch, a mobile phone, a computer, a television display, and the like is expanding.
In such a liquid crystal display device, it is generally necessary to align (that is, align) the liquid crystal in a predetermined direction with respect to the substrate surface. As a conventional alignment technique, polyimide or the like is formed on the substrate. A method for aligning liquid crystals by performing a rubbing process after forming an alignment film made of (rubbing method) is known. The rubbing treatment is performed by rotating a roller wound with a cloth such as rayon or cotton while keeping the rotation speed and the distance between the roller and the substrate constant, and rubbing the surface of the alignment film in one direction.

しかしながら、ラビング処理による配向技術には、以下に挙げるように様々な問題がある。
(1)ラビング処理は、配向膜に大きなキズを生じさせることがあり、そのキズが液晶表示装置の黒表示時において光漏れの原因となり、液晶表示装置のコントラストを低下させる。
(2)ラビング処理によって、配向膜が剥がれたり、ローラーに巻いた布から毛が脱落したりする結果、液晶表示装置の表示品位や歩留まりが低下する。
(3)基板上に形成したTFT素子などによる段差により、ラビングされない部分が生じ、液晶表示装置の表示品位や歩留まりが低下する。
(4)基板とローラーとの間の摩擦によって生じる静電気により、基板上に形成したTFT素子が破壊し、歩留まりが低下する。
However, the alignment technique by rubbing has various problems as listed below.
(1) The rubbing treatment may cause large scratches on the alignment film, and the scratches cause light leakage at the time of black display of the liquid crystal display device, thereby reducing the contrast of the liquid crystal display device.
(2) As a result of the rubbing treatment, the alignment film is peeled off, or the hair is detached from the cloth wound around the roller. As a result, the display quality and yield of the liquid crystal display device are lowered.
(3) A portion that is not rubbed occurs due to a step due to a TFT element or the like formed on the substrate, and the display quality and yield of the liquid crystal display device are lowered.
(4) The static electricity generated by the friction between the substrate and the roller destroys the TFT element formed on the substrate, and the yield decreases.

(5)ラビング方向の微妙なズレや液晶セルを形成する際の基板の貼り合わせの微妙なズレにより、上下基板の配向方向がずれてしまい(すなわち、配向軸のずれが生じ)、液晶表示装置のコントラストが低下する。
(6)ラビング処理は、レーヨンや綿などのラビング用布の特性の定量化が困難で、製造上の管理が難しい。
(7)基板サイズが大きくなると、均一なラビング処理が困難になると共に、ラビング処理のための装置を大きくする必要があるため、投資コストが増大する。
(5) The alignment direction of the upper and lower substrates is deviated (that is, the alignment axis is deviated) due to a slight misalignment in the rubbing direction and a slight misalignment of the substrates when forming the liquid crystal cell. The contrast of the image is reduced.
(6) In the rubbing treatment, it is difficult to quantify the characteristics of the rubbing cloth such as rayon or cotton, and management in manufacturing is difficult.
(7) When the substrate size is increased, uniform rubbing processing becomes difficult and an apparatus for rubbing processing needs to be enlarged, which increases the investment cost.

そこで、ラビング処理を必要としない(ラビングレス)配向技術として、磁場による配向技術(例えば、特許文献1)、配向膜として液晶性高分子を用いる技術(例えば、特許文献2)、液晶中にポリマーを含有させて液晶の配向を制御する技術(例えば、特許文献3)などが提案されている。
しかしながら、これらの従来のラビングレス配向技術は、依然としてその効果が充分ではないという問題がある。
Therefore, as an alignment technique that does not require rubbing treatment (rubbing-less), an alignment technique using a magnetic field (for example, Patent Document 1), a technique using a liquid crystalline polymer as an alignment film (for example, Patent Document 2), a polymer in a liquid crystal There has been proposed a technique (for example, Patent Document 3) for controlling the alignment of the liquid crystal by containing.
However, these conventional rubbingless alignment techniques still have a problem that the effect is not sufficient.

また、近年、液晶表示装置には、省エネルギーの観点から低電圧駆動(低消費電力化)が要求されている。低電圧駆動のためには配向膜の厚さを薄くすることが有効であるが、配向膜にポリイミド膜を使用する場合、ポリイミド膜の下地から液晶への不純物の侵入を防ぐ観点から、配向膜の厚さを薄くすることができないという問題がある。加えて、ポリイミド膜の厚さを薄くすると、液晶の配向制御能力が低下してしまうという問題もある。
そこで、上記のような問題を解決すべく、本発明者らは、特願2009−233348号において、ポリマーブラシを配向膜として用いる配向技術を提案した。
In recent years, liquid crystal display devices are required to be driven at a low voltage (low power consumption) from the viewpoint of energy saving. Although it is effective to reduce the thickness of the alignment film for low-voltage driving, when using a polyimide film for the alignment film, the alignment film is used from the viewpoint of preventing impurities from entering the liquid crystal from the base of the polyimide film. There is a problem that the thickness of can not be reduced. In addition, when the thickness of the polyimide film is reduced, there is a problem that the alignment control ability of the liquid crystal is lowered.
In order to solve the above problems, the present inventors have proposed an alignment technique using a polymer brush as an alignment film in Japanese Patent Application No. 2009-233348.

特開平7−13168号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-13168 特公平7−54381号公報Japanese Patent Publication No. 7-54381 特開2004−286984号公報JP 2004-286984 A

しかしながら、上記のポリマーブラシを配向膜として用いる配向技術では、磁場配向法によって液晶を配向させているため、新たに磁場配向装置を購入するための投資が必要になるという問題がある。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ラビング処理、ポリイミド配向膜及び磁場配向法に起因する様々な問題を防止し、既存の装置を有効活用して、低コストで液晶の配向制御性に優れた液晶表示装置を製造し得る方法を提供することを目的とする。
However, the alignment technique using the polymer brush as an alignment film has a problem in that an investment for newly purchasing a magnetic field alignment apparatus is required because the liquid crystal is aligned by a magnetic field alignment method.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and prevents various problems caused by the rubbing process, the polyimide alignment film, and the magnetic field alignment method. An object of the present invention is to provide a method capable of producing a liquid crystal display device excellent in liquid crystal alignment controllability at a low cost.

本発明者らは、上記のような問題を解決すべく鋭意研究した結果、ポリマーブラシを配向膜として用いると共に、少なくとも1つの基板に凹凸構造を形成し、ポリマーブラシと液晶とが相溶した部分のTg(ガラス転移温度)よりも高く且つ液晶のNI点(N相からI相への相転移温度)よりも低い温度に加熱して保持した後、ポリマーブラシと液晶とが相溶した部分のTgよりも低い温度に冷却することで、液晶を容易に均一配向させ得ることを見出した。
すなわち、本発明は、少なくとも1つの基板が凹凸構造を有する2つの基板上にポリマーブラシを形成する工程と、前記ポリマーブラシを形成した2つの基板間に液晶を注入して液晶セルを作製する工程と、前記液晶セルを、前記ポリマーブラシと前記液晶とが相溶した部分のTgよりも高く且つ前記液晶のNI点よりも低い温度に加熱して保持する工程と、前記液晶セルを、前記ポリマーブラシと前記液晶とが相溶した部分のTgよりも低い温度に冷却する工程とを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法である。
As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have used a polymer brush as an alignment film and formed a concavo-convex structure on at least one substrate so that the polymer brush and the liquid crystal are compatible with each other. After heating and holding at a temperature higher than the Tg (glass transition temperature) and lower than the NI point (phase transition temperature from N phase to I phase) of the liquid crystal, It was found that the liquid crystal can be easily uniformly aligned by cooling to a temperature lower than Tg.
That is, the present invention includes a step of forming a polymer brush on two substrates in which at least one substrate has a concavo-convex structure, and a step of producing a liquid crystal cell by injecting liquid crystal between the two substrates on which the polymer brush is formed. Heating and holding the liquid crystal cell at a temperature higher than the Tg of the portion where the polymer brush and the liquid crystal are compatible and lower than the NI point of the liquid crystal; and And a step of cooling to a temperature lower than the Tg of the portion where the brush and the liquid crystal are compatible with each other.

本発明によれば、ラビング処理、ポリイミド配向膜及び磁場配向法に起因する様々な問題を防止し、既存の装置を有効活用して、低コストで液晶の配向制御性に優れた液晶表示装置を製造し得る方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to prevent various problems caused by rubbing treatment, polyimide alignment film and magnetic field alignment method, and to effectively utilize existing devices to provide a liquid crystal display device excellent in liquid crystal alignment controllability at low cost. Methods that can be manufactured can be provided.

本発明の液晶表示装置の製造方法を説明するための図(断面図)である。It is a figure (sectional drawing) for demonstrating the manufacturing method of the liquid crystal display device of this invention. 本発明の液晶表示装置の製造方法を説明するための図(上面図)である。It is a figure (top view) for demonstrating the manufacturing method of the liquid crystal display device of this invention. 実施例1で作製した液晶表示装置における時間と相対透過率との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between time and relative transmittance in the liquid crystal display device fabricated in Example 1. FIG.

以下、本発明の液晶表示装置の製造方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、以下では、横電界方式の液晶表示装置の製造方法を例に本発明を説明するが、本発明はこれに限定されず、縦電界方式の液晶表示装置の製造方法にも用いることも可能である。   Hereinafter, preferred embodiments of a method for producing a liquid crystal display device of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the present invention will be described by taking a method of manufacturing a horizontal electric field type liquid crystal display device as an example. It is.

図1は、本発明の液晶表示装置の製造方法を説明するための図(断面図)である。
本発明の液晶表示装置の製造方法では、まず、少なくとも1つの基板1に凹凸構造2を形成する(図1(a))。凹凸構造2は、液晶の配向方向を規定し、以下で説明する処理を行った後に、この凹凸構造2に沿って液晶を配向させる機能を有する。凹凸構造2としては、特に限定されないが、例えば、リブ構造や電極構造などが挙げられる。特に、凹凸構造2が、櫛型電極などの電極構造であれば、液晶の配向方向を規定するための凹凸構造2を別途形成する必要がないため、液晶表示装置の製造効率の向上及び製造コストの削減につながる。
FIG. 1 is a view (cross-sectional view) for explaining a method for manufacturing a liquid crystal display device of the present invention.
In the method for manufacturing a liquid crystal display device of the present invention, first, the concavo-convex structure 2 is formed on at least one substrate 1 (FIG. 1A). The concavo-convex structure 2 has a function of aligning the liquid crystal along the concavo-convex structure 2 after defining the alignment direction of the liquid crystal and performing the processing described below. The uneven structure 2 is not particularly limited, and examples thereof include a rib structure and an electrode structure. In particular, if the concavo-convex structure 2 is an electrode structure such as a comb-shaped electrode, it is not necessary to separately form the concavo-convex structure 2 for defining the alignment direction of the liquid crystal. Leads to reduction.

基板1としては特に限定されず、液晶表示装置において一般に公知のものを用いることができる。基板1の例としては、アレイ基板及び対向基板が挙げられる。アレイ基板の例としては、アクティブマトリックスアレイ基板が挙げられる。このアクティブマトリックスアレイ基板は、一般的に、ガラス基板上にゲート配線及びソース配線がマトリックス状に配置されており、その交点部分に、薄層トランジスタ(TFT)などのアクティブ素子が形成され、このアクティブ素子に画素電極が接続されたものである。また、対向基板の例としては、カラーフィルタ基板が挙げられる。このカラーフィルタ基板は、一般的に、ガラス基板上に、不要な光の漏れを防止するためにブラックマトリックスを形成した後、R(赤)、G(緑)、B(青)の着色層をパターン形成し、必要に応じて保護膜を形成し、そして画素電極に対向する対向電極を形成したものである。   It does not specifically limit as the board | substrate 1, A generally well-known thing can be used in a liquid crystal display device. Examples of the substrate 1 include an array substrate and a counter substrate. An example of the array substrate is an active matrix array substrate. In this active matrix array substrate, gate wirings and source wirings are generally arranged in a matrix on a glass substrate, and active elements such as thin layer transistors (TFTs) are formed at the intersections. A pixel electrode is connected to the element. An example of the counter substrate is a color filter substrate. In general, the color filter substrate is formed by forming a black matrix on a glass substrate to prevent unnecessary light leakage, and then adding R (red), G (green), and B (blue) colored layers. A pattern is formed, a protective film is formed if necessary, and a counter electrode facing the pixel electrode is formed.

少なくとも1つの基板1に凹凸構造2を形成する方法としては、特に限定されず、公知の方法に準じて行うことができる。なお、基板1は、必要に応じて、凹凸構造2の形成前に洗浄を行ってもよい。   The method for forming the concavo-convex structure 2 on at least one substrate 1 is not particularly limited, and can be performed according to a known method. The substrate 1 may be cleaned before the formation of the concavo-convex structure 2 as necessary.

次に、上記の2つの基板1上にポリマーブラシ4を形成する(図1(b))。ここで、本明細書において「ポリマーブラシ4」とは、多数のグラフトポリマー鎖が高密度で基板1表面に対して垂直方向に伸張した構造を有するものを意味する。一般的に、一端が基板1表面に固定されたグラフトポリマー鎖は、グラフト密度が低いと、糸まり状の縮んだ構造をとるが、ポリマーブラシ4は、グラフト密度が高いため、隣接したグラフトポリマー鎖の相互作用(立体反発)により、基板1表面に対して垂直方向に伸張した構造をとる。なお、本明細書において「高密度」とは、隣接するグラフトポリマー鎖間で立体反発が生じる程度に密集したグラフトポリマー鎖の密度を意味し、一般的に0.1本鎖/nm2以上、好ましくは0.1〜1.2本鎖/nm2の密度である。また、本明細書において「グラフトポリマー鎖の密度」とは、単位面積(nm2)あたりの基板1表面上に形成されたグラフトポリマー鎖の本数を意味する。 Next, the polymer brush 4 is formed on the two substrates 1 (FIG. 1B). Here, the “polymer brush 4” in the present specification means a structure in which a number of graft polymer chains have a high density and extend in a direction perpendicular to the surface of the substrate 1. In general, a graft polymer chain having one end fixed to the surface of the substrate 1 has a string-like contraction structure when the graft density is low. However, the polymer brush 4 has a high graft density, so that the adjacent graft polymer Due to the chain interaction (steric repulsion), the substrate 1 has a structure extending in the direction perpendicular to the surface. In the present specification, the term “high density” means the density of graft polymer chains that are so dense that steric repulsion occurs between adjacent graft polymer chains, and generally 0.1 chain / nm 2 or more, The density is preferably 0.1 to 1.2 strands / nm 2 . In the present specification, the “density of graft polymer chains” means the number of graft polymer chains formed on the surface of the substrate 1 per unit area (nm 2 ).

ポリマーブラシ4は、基板1及び凹凸構造2の表面上でポリマーブラシ4の層(以下、「ポリマーブラシ層」という。)を形成する。このポリマーブラシ層の厚さは、凹凸構造2の段差の大きさなどに応じて調整する必要があるが、一般に数十nm、具体的には1nm以上100nm未満、好ましくは10nm〜80nmである。かかる厚さであれば、従来のポリイミド配向膜の厚さ(一般的に100nm)よりも薄くなるため、液晶表示装置の低電圧駆動が可能になる。また、このポリマーブラシ層にはサイズ排除効果があり、一定の大きさの物質はポリマーブラシ層を通過することはできない。そのため、ポリマーブラシ層の厚さを薄くしても、下地から液晶への不純物の侵入を防止することができる。加えて、このポリマーブラシ層は、厚さが比較的薄くても、液晶の配向制御能力が良好である。   The polymer brush 4 forms a layer of the polymer brush 4 (hereinafter referred to as “polymer brush layer”) on the surface of the substrate 1 and the uneven structure 2. The thickness of the polymer brush layer needs to be adjusted according to the size of the step of the concavo-convex structure 2, but is generally several tens of nm, specifically 1 nm or more and less than 100 nm, preferably 10 nm to 80 nm. With such a thickness, the liquid crystal display device can be driven at a low voltage because the thickness is smaller than the thickness of the conventional polyimide alignment film (generally 100 nm). In addition, the polymer brush layer has a size exclusion effect, and a substance having a certain size cannot pass through the polymer brush layer. Therefore, even if the thickness of the polymer brush layer is reduced, it is possible to prevent impurities from entering the liquid crystal from the base. In addition, the polymer brush layer has good liquid crystal alignment control ability even if the thickness is relatively thin.

ポリマーブラシ4は、液晶の配向安定性を高める観点から、UV硬化性を示すことが好ましい。具体的には、ポリマーブラシ4は、UV硬化が可能な官能基を有することが好ましい。
また、ポリマーブラシ4は、種々の特性を付与する観点から、共重合体、特にブロック共重合体であることが好ましい。かかる共重合体であれば、単独重合体では得られない種々の効果が期待できる。
さらに、ポリマーブラシ4は、液晶との適合性の観点から、液晶性を示すことが好ましい。具体的には、ポリマーブラシ4は、液晶性を有することが好ましい。
The polymer brush 4 preferably exhibits UV curability from the viewpoint of increasing the alignment stability of the liquid crystal. Specifically, the polymer brush 4 preferably has a functional group capable of UV curing.
The polymer brush 4 is preferably a copolymer, particularly a block copolymer, from the viewpoint of imparting various properties. With such a copolymer, various effects that cannot be obtained with a homopolymer can be expected.
Furthermore, the polymer brush 4 preferably exhibits liquid crystallinity from the viewpoint of compatibility with liquid crystal. Specifically, the polymer brush 4 preferably has liquid crystallinity.

ポリマーブラシ4の形成方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いて行うことができる。具体的には、ポリマーブラシ4は、ラジカル重合性モノマーをリビングラジカル重合させることにより形成することができる。ここで、本明細書において「リビングラジカル重合」とは、ラジカル重合反応において、連鎖移動反応及び停止反応が実質的に起こらず、ラジカル重合性モノマーが反応し尽くした後も連鎖成長末端が活性を保持する重合反応のことを意味する。この重合反応では、重合反応終了後でも生成重合体の末端に重合活性を保持しており、ラジカル重合性モノマーを加えると再び重合反応を開始させることができる。また、リビングラジカル重合は、ラジカル重合性モノマーと重合開始剤との濃度比を調節することによって任意の平均分子量をもつ重合体の合成ができ、そして、生成する重合体の分子量分布が極めて狭いなどの特徴がある。   It does not specifically limit as a formation method of the polymer brush 4, It can carry out using a well-known method. Specifically, the polymer brush 4 can be formed by living radical polymerization of a radical polymerizable monomer. Here, in this specification, “living radical polymerization” means that the chain transfer reaction and termination reaction are not substantially caused in the radical polymerization reaction, and the chain growth terminal is active even after the radical polymerizable monomer is completely reacted. It means a polymerization reaction to be retained. In this polymerization reaction, the polymerization activity is retained at the end of the produced polymer even after the completion of the polymerization reaction, and when the radical polymerizable monomer is added, the polymerization reaction can be started again. Living radical polymerization allows the synthesis of a polymer having an arbitrary average molecular weight by adjusting the concentration ratio between the radical polymerizable monomer and the polymerization initiator, and the molecular weight distribution of the resulting polymer is extremely narrow. There are features.

本発明に用いられるリビングラジカル重合の代表例は、原子移動ラジカル重合(ATRP)である。例えば、重合開始剤の存在下で、ハロゲン化銅/リガンド錯体を用いてラジカル重合性モノマーの原子移動リビングラジカル重合を行う。高分子末端ハロゲンをハロゲン化銅/リガンド錯体が引き抜くことにより可逆的に成長する成長ラジカルにラジカル重合性モノマーが付加して進行し、十分な頻度での可逆的活性化・不活性化により分子量分布が規制される。   A typical example of the living radical polymerization used in the present invention is atom transfer radical polymerization (ATRP). For example, atom transfer living radical polymerization of a radical polymerizable monomer is performed using a copper halide / ligand complex in the presence of a polymerization initiator. A radical polymerizable monomer is added to a growing radical that reversibly grows by pulling out the terminal halogen of the polymer by a copper halide / ligand complex, and the molecular weight distribution is achieved by reversible activation / deactivation with sufficient frequency. Is regulated.

リビングラジカル重合に用いられるラジカル重合性モノマーは、有機ラジカルの存在下でラジカル重合を行うことが可能な不飽和結合を有するものであり、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ノニルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、2−メトキシエチルメタクリレート、ブトキシエチルメタクリレート、メトキシテトラエチレングリコールメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルメタクリレート、ジエチレングリコールメタクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート、2−(ジメチルアミノ)エチルメタクリレートなどのメタクリレート系モノマー;メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、ベンジルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート、n−オクチルアクリレート、2−メトキシエチルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、メトキシテトラエチレングリコールアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、ジエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、2−(ジメチルアミノ)エチルアクリレート、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなどのアクリレート系モノマー;スチレン、スチレン誘導体(例えば、o−、m−、p−メトキシスチレン、o−、m−、p−t−ブトキシスチレン、o−、m−、p−クロロメチルスチレンなど)、ビニルエステル類(例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酢酸ビニルなど)、ビニルケトン類(例えば、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンなど)、N−ビニル化合物(例えば、N−ビニルピロリドン、N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドールなど)、(メタ)アクリル酸誘導体(例えば、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、アクリルアミド、イソプロピルアクリルアミド、メタクリルアミドなど)、ハロゲン化ビニル類(例えば、塩化ビニル、塩化ビニリデン、テトラクロロエチレン、ヘキサクロロプレン、フッ化ビニルなど)などのビニルモノマーが挙げられる。これらの各種ラジカル重合性モノマーは、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。   The radical polymerizable monomer used in the living radical polymerization has an unsaturated bond capable of performing radical polymerization in the presence of an organic radical. For example, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, n-butyl methacrylate , T-butyl methacrylate, hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, nonyl methacrylate, benzyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, lauryl methacrylate, n-octyl methacrylate, 2-methoxyethyl methacrylate, butoxyethyl methacrylate, methoxytetraethylene glycol methacrylate, 2-hydroxy Ethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 3-chloro-2-hydroxy Methacrylate monomers such as propyl methacrylate, tetrahydrofurfuryl methacrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl methacrylate, diethylene glycol methacrylate, polyethylene glycol methacrylate, 2- (dimethylamino) ethyl methacrylate; methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, n -Butyl acrylate, t-butyl acrylate, hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, nonyl acrylate, benzyl acrylate, cyclohexyl acrylate, lauryl acrylate, n-octyl acrylate, 2-methoxyethyl acrylate, butoxyethyl acrylate, methoxytetraethylene glycol acrylate, 2-hydroxy Til acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 3-chloro-2-hydroxypropyl acrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate, diethylene glycol acrylate, polyethylene glycol acrylate, 2- (dimethylamino) ethyl acrylate, Acrylate monomers such as N, N-dimethylacrylamide, N-methylolacrylamide, N-methylolmethacrylamide; styrene, styrene derivatives (for example, o-, m-, p-methoxystyrene, o-, m-, pt) -Butoxystyrene, o-, m-, p-chloromethylstyrene, etc.), vinyl esters (for example, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl benzoate, vinyl acetate, etc.), Vinyl ketones (for example, vinyl methyl ketone, vinyl hexyl ketone, methyl isopropenyl ketone, etc.), N-vinyl compounds (for example, N-vinyl pyrrolidone, N-vinyl pyrrole, N-vinyl carbazole, N-vinyl indole, etc.), Vinyl monomers such as (meth) acrylic acid derivatives (for example, acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamide, isopropylacrylamide, methacrylamide), vinyl halides (for example, vinyl chloride, vinylidene chloride, tetrachloroethylene, hexachloroprene, vinyl fluoride, etc.) Is mentioned. These various radically polymerizable monomers may be used alone or in combination of two or more.

重合開始剤としては、特に限定されず、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。重合開始剤の例としては、p−クロロメチルスチレン、α−ジクロロキシレン、α,α−ジクロロキシレン、α,α−ジブロモキシレン、ヘキサキス(α−ブロモメチル)ベンゼン、塩化ベンジル、臭化ベンジル、1−ブロモ−1−フェニルエタン、1−クロロ−1−フェニルエタンなどのベンジルハロゲン化物;プロピル−2−ブロモプロピオネート、メチル−2−クロロプロピオネート、エチル−2−クロロプロピオネート、メチル−2−ブロモプロピオネート、エチル−2−ブロモイソブチレート(EBIB)などのα位がハロゲン化されたカルボン酸;p−トルエンスルホニルクロリド(TsCl)などのトシルハロゲン化物;テトラクロロメタン、トリブロモメタン、1−ビニルエチルクロリド、1−ビニルエチルブロミドなどのアルキルハロゲン化物;ジメチルリン酸クロリドなどのリン酸エステルのハロゲン誘導体が挙げられる。これらの各種重合開始剤は、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。   The polymerization initiator is not particularly limited, and those generally known in living radical polymerization can be used. Examples of the polymerization initiator include p-chloromethylstyrene, α-dichloroxylene, α, α-dichloroxylene, α, α-dibromoxylene, hexakis (α-bromomethyl) benzene, benzyl chloride, benzyl bromide, 1- Benzyl halides such as bromo-1-phenylethane, 1-chloro-1-phenylethane; propyl-2-bromopropionate, methyl-2-chloropropionate, ethyl-2-chloropropionate, methyl- Carboxylic acids in which the α-position is halogenated such as 2-bromopropionate and ethyl-2-bromoisobutyrate (EBIB); Tosyl halides such as p-toluenesulfonyl chloride (TsCl); Tetrachloromethane, Tribromo Alkanes such as methane, 1-vinylethyl chloride, 1-vinylethyl bromide Ruharogen products; halogenated derivatives of phosphoric acid esters such as dimethyl phosphoric acid chloride and the like. These various polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more.

ハロゲン化銅/リガンド錯体を与えるハロゲン化銅としては、特に限定されず、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。ハロゲン化銅の例としては、CuBr、CuCl、CuIなどが挙げられる。これらの各種ハロゲン化銅は、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
ハロゲン化銅/リガンド錯体を与えるリガンド化合物としては、特に限定されず、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。リガンド化合物の例としては、トリフェニルホスファン、4,4’−ジノニル−2,2’−ジピリジン(dNbipy)、N,N,N’,N’N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンなどが挙げられる。これらの各種リガンド化合物は、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
The copper halide that gives the copper halide / ligand complex is not particularly limited, and those generally known in living radical polymerization can be used. Examples of the copper halide include CuBr, CuCl, and CuI. These various copper halides may be used alone or in combination of two or more.
The ligand compound that gives the copper halide / ligand complex is not particularly limited, and those generally known in living radical polymerization can be used. Examples of ligand compounds include triphenylphosphane, 4,4′-dinonyl-2,2′-dipyridine (dNbipy), N, N, N ′, N′N ″ -pentamethyldiethylenetriamine, 1,1,4 , 7,10,10-hexamethyltriethylenetetraamine, etc. These various ligand compounds may be used alone or in combination of two or more.

ラジカル重合性モノマー、重合開始剤、ハロゲン化銅及びリガンド化合物の量は、使用する原料の種類に応じて適宜調節すればよいが、一般的に、重合開始剤1molに対して、ラジカル重合性モノマーが5〜10,000mol、好ましくは50〜5,000mol、ハロゲン化銅が0.1〜100mol、好ましくは0.5〜100mol、リガンド化合物が0.2〜200mol、好ましくは1.0〜200molである。   The amount of the radically polymerizable monomer, polymerization initiator, copper halide and ligand compound may be appropriately adjusted according to the type of raw material used. In general, the amount of the radically polymerizable monomer is 1 mol of the polymerization initiator. 5 to 10,000 mol, preferably 50 to 5,000 mol, copper halide 0.1 to 100 mol, preferably 0.5 to 100 mol, ligand compound 0.2 to 200 mol, preferably 1.0 to 200 mol. is there.

リビングラジカル重合は、通常、無溶媒で行うが、リビングラジカル重合で一般的に使用される溶媒を使用してもよい。使用可能な溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトン、クロロホルム、四塩化炭素、テトラヒドロフラン(THF)、酢酸エチル、トリフルオロメチルベンゼンなどの有機溶媒;水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、1−メトキシ−2−プロパノールなどの水性溶媒が挙げられる。これらの各種溶媒は、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。また、溶媒の量は、使用する原料の種類に応じて適宜調節すればよいが、一般的にラジカル重合性モノマー1gに対して、溶媒が0.01〜100mL、好ましくは0.05〜10mLである。   Living radical polymerization is usually performed without a solvent, but a solvent generally used in living radical polymerization may be used. Usable solvents include, for example, benzene, toluene, N, N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetone, chloroform, carbon tetrachloride, tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate, trifluoromethylbenzene and the like. And organic solvents such as water, methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, 1-methoxy-2-propanol and the like. These various solvents may be used alone or in combination of two or more. The amount of the solvent may be appropriately adjusted according to the type of raw material to be used. Generally, the solvent is 0.01 to 100 mL, preferably 0.05 to 10 mL with respect to 1 g of the radical polymerizable monomer. is there.

リビングラジカル重合は、上記の原料を含むポリマーブラシ形成用溶液中に基板1を浸漬し、加熱することによって行うことができる。加熱条件は、特に限定されることはなく、使用する原料などに応じて適宜調節すればよいが、一般的に、加熱温度は60〜150℃、加熱時間は0.1〜10時間である。この重合反応は、一般的に常圧で行われるが、加圧又は減圧しても構わない。なお、基板1は、必要に応じて、ポリマーブラシ4の形成前に洗浄を行ってもよい。   Living radical polymerization can be performed by immersing the substrate 1 in a polymer brush-forming solution containing the above raw materials and heating. The heating conditions are not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the raw materials used. In general, the heating temperature is 60 to 150 ° C., and the heating time is 0.1 to 10 hours. This polymerization reaction is generally carried out at normal pressure, but it may be pressurized or reduced. In addition, you may wash | clean the board | substrate 1 before formation of the polymer brush 4 as needed.

リビングラジカル重合により形成されるポリマーブラシ4の分子量は、反応温度、反応時間や使用する原料の種類や量によって調整可能であるが、一般的に数平均分子量が500〜1,000,000、好ましくは1,000〜500,000のポリマーブラシ4を形成することができる。また、ポリマーブラシ4の分子量分布(Mw/Mn)は、1.05〜1.60の間に制御することができる。
このようにして形成されるポリマーブラシ4は、液晶を基板1に対して平行に配向させることができる。
The molecular weight of the polymer brush 4 formed by living radical polymerization can be adjusted depending on the reaction temperature, reaction time, and type and amount of the raw material used, but generally the number average molecular weight is 500 to 1,000,000, preferably Can form 1,000 to 500,000 polymer brushes 4. Moreover, the molecular weight distribution (Mw / Mn) of the polymer brush 4 can be controlled between 1.05 and 1.60.
The polymer brush 4 thus formed can align the liquid crystal parallel to the substrate 1.

ポリマーブラシ4は、基板1及び凹凸構造2とポリマーブラシ4との固着性を高める観点から、必要に応じて、固定化膜3を介して基板1及び凹凸構造2の表面上に形成してもよい。
固定化膜3としては、基板1、凹凸構造2及びポリマーブラシ4との固着性に優れたものであれば特に限定されることはなく、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。固定化膜3の例としては、下記の一般式(1)で表されるアルコキシシラン化合物から形成される膜が挙げられる。
The polymer brush 4 may be formed on the surface of the substrate 1 and the concavo-convex structure 2 through the immobilization film 3 as necessary from the viewpoint of enhancing the adhesion between the substrate 1 and the concavo-convex structure 2 and the polymer brush 4. Good.
The immobilization film 3 is not particularly limited as long as it has excellent adhesion to the substrate 1, the concavo-convex structure 2, and the polymer brush 4, and those generally known in living radical polymerization should be used. Can do. An example of the immobilization film 3 is a film formed from an alkoxysilane compound represented by the following general formula (1).

Figure 0005650001
Figure 0005650001

一般式(1)中、R1はそれぞれ独立してC1〜C3のアルキル基、好ましくはメチル基又はエチル基であり;R2はそれぞれ独立してメチル基又はエチル基であり;Xはハロゲン原子、好ましくはBrであり;nは3〜10の整数、より好ましくは4〜8の整数である。 In the general formula (1), each R 1 is independently a C1-C3 alkyl group, preferably a methyl group or an ethyl group; each R 2 is independently a methyl group or an ethyl group; X is a halogen atom , Preferably Br; n is an integer of 3-10, more preferably an integer of 4-8.

固定化膜3には、ポリマーブラシ4が共有結合していることが好ましい。固定化膜3とポリマーブラシ4とが結合力の強い共有結合で結ばれていれば、ポリマーブラシ4の剥がれを十分に防止することができる。その結果、液晶表示装置の特性が低下する可能性が低くなり、液晶表示装置の信頼性が向上する。   It is preferable that the polymer brush 4 is covalently bonded to the immobilizing film 3. If the immobilization film 3 and the polymer brush 4 are connected by a covalent bond having a strong binding force, the polymer brush 4 can be sufficiently prevented from peeling off. As a result, the possibility of deterioration of the characteristics of the liquid crystal display device is reduced, and the reliability of the liquid crystal display device is improved.

固定化膜3の形成方法は、特に限定されず、使用する材料に応じて適宜設定すればよい。例えば、固定化膜形成用溶液に、基板1を浸漬させた後、乾燥させることによって固定化膜3を形成することができる。ここで、所定の部分に固定化膜3を形成させるために、固定化膜3を形成させない部分にマスキングを施してもよい。また、基板1は、必要に応じて、固定化膜3の形成前に洗浄を行ってもよい。   The formation method of the immobilization film 3 is not particularly limited, and may be set as appropriate according to the material to be used. For example, the immobilization film 3 can be formed by immersing the substrate 1 in the immobilization film forming solution and then drying it. Here, in order to form the immobilization film 3 in a predetermined portion, masking may be applied to a portion where the immobilization film 3 is not formed. Further, the substrate 1 may be cleaned before the formation of the immobilization film 3 as necessary.

次に、ポリマーブラシ4を形成した2つの基板1間に液晶5を注入する(図1(c))。液晶5の注入方法としては、特に限定されず、毛細管現象を利用した真空注入法、液晶滴下注入法(ODF)などの公知の方法を用いることができる。
例えば、毛細管現象を利用した真空注入法を用いる場合には、次のようにして行えばよい。
まず、一方の基板1上にフォトリソグラフィーなどの公知の方法によってスペーサー、固定化膜3(必要な場合)及びポリマーブラシ4を形成する。他方の基板1上には、電極、固定化膜3(必要な場合)及びポリマーブラシ4を形成する。液晶5の配向方向を規定する凹凸構造2として電極を用いない場合には、一方の基板1に各種配線などを形成した後にUV硬化性の平坦化膜などで平坦化し、その上に固定化膜3(必要な場合)及びポリマーブラシ4を形成すると共に、他方の基板1にスペーサー、液晶5の配向方向を規定するためのリブ、固定化膜3(必要な場合)及びポリマーブラシ4を形成する。
次に、一方の基板1を洗浄して乾燥させた後、シール材を塗布し、他方の基板1と重ね合わせ、加熱又はUV照射などによってシール材を硬化させて接着する。ここで、シール材の一部には、液晶5を注入するための注入口を開けておく必要がある。
次に、注入口から真空注入法によって基板1の間に液晶5を注入した後、注入口を封止する。
Next, a liquid crystal 5 is injected between the two substrates 1 on which the polymer brush 4 is formed (FIG. 1C). The method for injecting the liquid crystal 5 is not particularly limited, and a known method such as a vacuum injection method using a capillary phenomenon or a liquid crystal dropping injection method (ODF) can be used.
For example, when using a vacuum injection method utilizing capillary action, the following may be performed.
First, a spacer, an immobilizing film 3 (if necessary), and a polymer brush 4 are formed on one substrate 1 by a known method such as photolithography. On the other substrate 1, an electrode, an immobilizing film 3 (if necessary) and a polymer brush 4 are formed. When an electrode is not used as the concavo-convex structure 2 that defines the alignment direction of the liquid crystal 5, after forming various wirings on one substrate 1, it is flattened with a UV curable flattening film or the like, and an immobilization film thereon 3 (if necessary) and the polymer brush 4 are formed, and the spacer, the rib for defining the alignment direction of the liquid crystal 5, the immobilizing film 3 (if necessary) and the polymer brush 4 are formed on the other substrate 1. .
Next, after cleaning and drying one of the substrates 1, a sealing material is applied, superimposed on the other substrate 1, and the sealing material is cured and bonded by heating or UV irradiation. Here, it is necessary to open an injection port for injecting the liquid crystal 5 in a part of the sealing material.
Next, after the liquid crystal 5 is injected between the substrates 1 from the injection port by a vacuum injection method, the injection port is sealed.

本発明において用いられる液晶5としては、液晶5のNI点がポリマーブラシ4と液晶5とが相溶した部分のTgよりも高ければ特に限定されず、公知のものを用いることが可能である。
また、液晶5には、液晶5の配向安定性を高める観点から、光重合性モノマーを配合してもよい。
光重合性モノマーとしては、特に限定されることはなく、一般的に公知のものを使用することができる。また、日本シーベルヘグナー株式会社から販売されているActilane421、Actilane441、Actilane450や、DIC株式会社から販売されているULC−000−K1などの市販の光重合性モノマーを用いてもよい。
The liquid crystal 5 used in the present invention is not particularly limited as long as the NI point of the liquid crystal 5 is higher than the Tg of the portion where the polymer brush 4 and the liquid crystal 5 are compatible, and a known liquid crystal can be used.
Moreover, you may mix | blend a photopolymerizable monomer with the liquid crystal 5 from a viewpoint of improving the alignment stability of the liquid crystal 5. FIG.
The photopolymerizable monomer is not particularly limited, and generally known monomers can be used. Commercially available photopolymerizable monomers such as Actilane 421, Actilane 441, Actilane 450 sold by Nippon Sebel Hegner Co., Ltd., and ULC-000-K1 sold by DIC Corporation may be used.

好ましい光重合性モノマーは、下記一般式(2)で表される化合物である。
1−A1−(Z1−A2n−P2 (2)
上記一般式(2)中、P1及びP2は官能基であり、それぞれ独立してアクリレート、メタクリレート、ビニル、ビニロキシ又はエポキシ基であり;A1及びA2は環構造を有し、それぞれ独立して1,4−フェニレン又はナフタレン−2,6−ジイル基であり;Z1は−COO−若しくは−OCO−基又は単結合であり;nは0、1又は2である。
A preferred photopolymerizable monomer is a compound represented by the following general formula (2).
P 1 -A 1- (Z 1 -A 2 ) n -P 2 (2)
In the general formula (2), P 1 and P 2 are functional groups, each independently an acrylate, methacrylate, vinyl, vinyloxy or epoxy group; A 1 and A 2 have a ring structure and are each independent 1, 4-phenylene or naphthalene-2,6-diyl group; Z 1 is a —COO— or —OCO— group or a single bond; n is 0, 1 or 2;

上記一般式(2)において、P1及びP2は好ましくはアクリレート基であり、Z1は好ましくは単結合であり、nは好ましくは0又は1である。
より好ましい光重合性は、次の式(2a)〜(2c)で表される化合物である。
In the general formula (2), P 1 and P 2 are preferably acrylate groups, Z 1 is preferably a single bond, and n is preferably 0 or 1.
More preferable photopolymerizability is a compound represented by the following formulas (2a) to (2c).

Figure 0005650001
Figure 0005650001

上記式中、P1及びP2は、一般式(2)で定義した通りである。
光重合性モノマーは、液晶5中で0.1〜5質量%となるように配合されることが好ましい。光重合性モノマーの配合量が0.1質量%未満であると、液晶5の配向安定性が十分に得られないことがある。一方、光重合性モノマーの配合量が5質量%を超えると、未反応の光重合性モノマーが残り、液晶特性が低下することがある。
In the above formula, P 1 and P 2 are as defined in the general formula (2).
The photopolymerizable monomer is preferably blended so as to be 0.1 to 5% by mass in the liquid crystal 5. When the blending amount of the photopolymerizable monomer is less than 0.1% by mass, the alignment stability of the liquid crystal 5 may not be sufficiently obtained. On the other hand, when the compounding quantity of a photopolymerizable monomer exceeds 5 mass%, an unreacted photopolymerizable monomer remains and liquid crystal characteristics may deteriorate.

2つの基板1間に液晶5を注入すると、液晶5が基板1表面に対して平行に配向する。ここで、図1(c)の液晶セルの断面図に対応した液晶セルの上面図を図2(a)に示す。図1(c)及び図2(a)に示されているように、液晶5は基板1に対して水平配向しているが、その水平面での配向方向は一致していない。   When the liquid crystal 5 is injected between the two substrates 1, the liquid crystal 5 is aligned parallel to the surface of the substrate 1. Here, FIG. 2A shows a top view of the liquid crystal cell corresponding to the cross-sectional view of the liquid crystal cell of FIG. As shown in FIG. 1C and FIG. 2A, the liquid crystal 5 is horizontally aligned with respect to the substrate 1, but the alignment direction in the horizontal plane does not match.

そこで、次に、上記の液晶セルを、ポリマーブラシ4と液晶5とが相溶した部分のTgよりも高く且つ液晶5のNI点よりも低い温度に加熱して保持した後、ポリマーブラシ4と液晶5とが相溶した部分のTgよりも低い温度に冷却する(図1(d))。ここで、図1(d)の液晶セル断面図に対応した液晶セルの上面図を図2(b)に示す。図1(d)及び図2(b)に示されているように、この処理を行うことにより、水平面における液晶5の配向方向を凹凸構造2に沿って一致させることができる。   Therefore, next, the liquid crystal cell is heated and held at a temperature higher than the Tg of the portion where the polymer brush 4 and the liquid crystal 5 are compatible and lower than the NI point of the liquid crystal 5. The liquid crystal 5 is cooled to a temperature lower than the Tg of the part where it is compatible (FIG. 1 (d)). Here, FIG. 2B shows a top view of the liquid crystal cell corresponding to the cross-sectional view of the liquid crystal cell in FIG. As shown in FIG. 1D and FIG. 2B, by performing this process, the alignment direction of the liquid crystal 5 in the horizontal plane can be matched along the concavo-convex structure 2.

具体的には、まず、液晶セルを、ポリマーブラシ4と液晶5とが相溶した部分のTgよりも高く且つ液晶5のNI点よりも低い温度に加熱して保持することで、凹凸構造2に沿って、水平面における液晶5の配向方向を凹凸構造2に沿って一致させる。
ここで、ポリマーブラシ4と液晶5との界面付近では、ポリマーブラシ4の先端部に液晶5が僅かに膨潤していると考えられる。したがって、本明細書において「ポリマーブラシ4と液晶5とが相溶した部分」とは、液晶5が僅かに膨潤しているポリマーブラシ4の先端部のことを意味する。このポリマーブラシ4と液晶5とが相溶した部分のTgは、ポリマーブラシ4単独のTgに比べて低くなる。ポリマーブラシ4と液晶5とが相溶した部分のTgは、使用するポリマーブラシ4及び液晶5の種類によって異なるため、一義的に定義することはできないが、ラジカル重合性モノマーとしてメチルメタクリレートを用いて形成したポリマーブラシ4の場合、ポリマーブラシ4単独のTgよりも60℃程度低い温度であると考えられる。
Specifically, first, the concavo-convex structure 2 is obtained by heating and holding the liquid crystal cell at a temperature higher than the Tg of the portion where the polymer brush 4 and the liquid crystal 5 are compatible and lower than the NI point of the liquid crystal 5. The alignment direction of the liquid crystal 5 in the horizontal plane is made to coincide with the concavo-convex structure 2.
Here, it is considered that the liquid crystal 5 is slightly swollen at the tip of the polymer brush 4 in the vicinity of the interface between the polymer brush 4 and the liquid crystal 5. Therefore, in this specification, the “part where the polymer brush 4 and the liquid crystal 5 are compatible” means the tip of the polymer brush 4 where the liquid crystal 5 is slightly swollen. The Tg of the portion where the polymer brush 4 and the liquid crystal 5 are compatible is lower than the Tg of the polymer brush 4 alone. The Tg of the portion where the polymer brush 4 and the liquid crystal 5 are compatible varies depending on the types of the polymer brush 4 and the liquid crystal 5 to be used, and thus cannot be uniquely defined. However, methyl methacrylate is used as a radical polymerizable monomer. In the case of the formed polymer brush 4, it is considered that the temperature is about 60 ° C. lower than the Tg of the polymer brush 4 alone.

加熱温度が、ポリマーブラシ4と液晶5とが相溶した部分のTg以下であると、液晶5の流動性が得られないため、水平面における液晶5の配向方向を凹凸構造2に沿って一致させることができない。従って、加熱温度の下限は、液晶5のTg以上であることが好ましい。
一方、加熱温度がNI点以上であると、液晶5がI相(等方性液体相)となり、水平面における液晶5の配向方向を凹凸構造2に沿って一致させることができない。
If the heating temperature is equal to or lower than the Tg of the portion where the polymer brush 4 and the liquid crystal 5 are compatible, the fluidity of the liquid crystal 5 cannot be obtained, so that the alignment direction of the liquid crystal 5 in the horizontal plane is matched along the concavo-convex structure 2. I can't. Therefore, the lower limit of the heating temperature is preferably equal to or higher than the Tg of the liquid crystal 5.
On the other hand, when the heating temperature is equal to or higher than the NI point, the liquid crystal 5 becomes an I phase (isotropic liquid phase), and the alignment direction of the liquid crystal 5 in the horizontal plane cannot be matched along the concavo-convex structure 2.

上記の加熱温度での保持時間は、加熱温度によって変化するため一義的に定義することはできないが、一般的に数秒〜数十時間である。例えば、ポリマーブラシ4と液晶5とが相溶した部分よりも十分に高い温度(NI点付近の温度)で加熱する場合、一瞬にして水平面における液晶5の配向方向を凹凸構造2に沿って一致させることができる。一方、ポリマーブラシ4と液晶5とが相溶した部分のTg付近の温度で加熱する場合、水平面における液晶5の配向方向を凹凸構造2に沿って一致させるために一定の時間を要する。
上記の加熱処理を行うための加熱装置としては、温度調整が可能なものであれば特に限定されず、公知の加熱装置を用いることができる。
The holding time at the above heating temperature varies depending on the heating temperature and cannot be uniquely defined, but is generally several seconds to several tens of hours. For example, when heating at a temperature sufficiently higher than the portion where the polymer brush 4 and the liquid crystal 5 are compatible (temperature near the NI point), the orientation direction of the liquid crystal 5 in the horizontal plane is matched along the concavo-convex structure 2 instantly. Can be made. On the other hand, when heating at a temperature in the vicinity of Tg where the polymer brush 4 and the liquid crystal 5 are compatible, it takes a certain time to align the alignment direction of the liquid crystal 5 in the horizontal plane along the concavo-convex structure 2.
The heating device for performing the heat treatment is not particularly limited as long as the temperature can be adjusted, and a known heating device can be used.

次に、加熱処理を行った液晶セルを、ポリマーブラシ4と液晶5とが相溶した部分のTgよりも低い温度に、好ましくは室温まで冷却することで、水平面において一致させた液晶5の配向方向を保持させる。すなわち、上記の温度に冷却することによって、ポリマーブラシ4と液晶5とが相溶した部分を一軸配向したままガラス化させることができるため、アンカリング能力を発揮することができる。ポリマーブラシ4と液晶5とが相溶した部分のTg以上の温度であると、水平面において凹凸構造2に沿って一致させた液晶5の配向方向を十分に保持することができない。
上記の冷却処理の方法としては、特に限定されず、上記の加熱処理を停止することによって自然に冷却しても、公知の冷却装置を用いて強制的に冷却してもよい。
Next, the liquid crystal cell subjected to the heat treatment is cooled to a temperature lower than the Tg of the portion where the polymer brush 4 and the liquid crystal 5 are compatible, preferably to room temperature, so that the alignment of the liquid crystal 5 matched in the horizontal plane is achieved. Keep the direction. That is, by cooling to the above temperature, the portion where the polymer brush 4 and the liquid crystal 5 are compatible can be vitrified while being uniaxially oriented, so that the anchoring ability can be exhibited. If the temperature is equal to or higher than the Tg of the portion where the polymer brush 4 and the liquid crystal 5 are compatible, the alignment direction of the liquid crystal 5 aligned along the concavo-convex structure 2 on the horizontal plane cannot be sufficiently maintained.
The method for the cooling treatment is not particularly limited, and may be naturally cooled by stopping the heat treatment or may be forcibly cooled using a known cooling device.

また、任意工程であるが、ポリマーブラシ4がUV硬化性であり、及び/又は液晶5に光重合性モノマーを混合した場合、均一配向を得た時点、或いは冷却処理後に液晶セルにUV(紫外線)を照射する。これにより、液晶の配向安定性をより一層高めると共に、アンカリング能力を発揮する温度範囲を拡大させることが可能になる。
具体的には、ポリマーブラシ4がUV硬化性である場合、UV照射によってポリマーブラシ層の表層を硬化して固定化することができるため、液晶の配向保持力を高めることが可能になる。また、液晶5に光重合性モノマーを混合した場合、UV照射によってポリマーブラシ層の表面で光重合性モノマーが重合し、ポリマーとなって固定化するため、液晶5の配向保持力をより一層高めることが可能になる。
In addition, as an optional step, when the polymer brush 4 is UV curable and / or when a photopolymerizable monomer is mixed with the liquid crystal 5, UV (ultraviolet light) is applied to the liquid crystal cell when uniform alignment is obtained or after cooling treatment. ). As a result, it is possible to further enhance the alignment stability of the liquid crystal and expand the temperature range in which the anchoring ability is exhibited.
Specifically, when the polymer brush 4 is UV curable, the surface layer of the polymer brush layer can be cured and fixed by UV irradiation, so that it is possible to increase the orientation holding power of the liquid crystal. Further, when a photopolymerizable monomer is mixed in the liquid crystal 5, the photopolymerizable monomer is polymerized on the surface of the polymer brush layer by UV irradiation and is fixed as a polymer, so that the alignment holding power of the liquid crystal 5 is further enhanced. It becomes possible.

UV照射の条件は、使用するポリマーブラシ4及び光重合性モノマーの種類や、UVの波長などに応じて適宜調整すればよく、特に限定されないが、UVの強さは一般に数百〜数万mJである。例えば、300〜400nmの波長を有するUVを照射する場合、露光量を0.1〜10J/cm2とすることが好ましい。 The UV irradiation conditions may be appropriately adjusted according to the type of polymer brush 4 and photopolymerizable monomer used, the wavelength of UV, and the like, and are not particularly limited, but the UV intensity is generally several hundred to several tens of thousands mJ. It is. For example, when irradiating UV having a wavelength of 300 to 400 nm, the exposure amount is preferably 0.1 to 10 J / cm 2 .

このようにして行われる本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、ラビング処理、ポリイミド配向膜及び磁場配向法に起因する様々な問題を防止することができ、液晶の配向制御性に優れた液晶表示装置を得ることができる。特に、加熱及び冷却処理によって液晶の配向制御を行っているため、新たに磁場配向装置を導入する必要がなく、製造コストも削減することができる。また、セル状態で配向処理が為されるため、ラビング処理で生じる配向軸のずれ(ラビング方向のずれ、重ねずれ)もなく、液晶表示装置のコントラストも高くなる。   According to the method for producing a liquid crystal display device of the present invention thus performed, various problems caused by the rubbing treatment, the polyimide alignment film, and the magnetic field alignment method can be prevented, and the liquid crystal alignment controllability is excellent. A liquid crystal display device can be obtained. In particular, since the alignment control of the liquid crystal is performed by heating and cooling treatment, it is not necessary to newly introduce a magnetic field alignment device, and the manufacturing cost can be reduced. Further, since the alignment process is performed in the cell state, there is no alignment axis shift (rubbing direction shift or overlap shift) caused by the rubbing process, and the contrast of the liquid crystal display device is increased.

以下、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
ITOからなる櫛歯電極を形成したガラス基板及び約3μmの高さのフォトスペーサーを形成した対向基板を用意し、ポリマーブラシを形成させる必要がない部分をマスキングした。次に、エタノール38g、アンモニア水(28%)2g、2−ブロモ−2−メチルプロピオニロキシヘキシルトリエトキシシラン(BHE)0.4gを含む固定化膜形成用溶液に、マスキングを施した2つのガラス基板を常温で一晩浸漬させた後、乾燥させることによって固定化膜を形成した。
次に、固定化膜を形成した2つのガラス基板を洗浄し、乾燥させた後、スチレン(ラジカル重合性モノマー、45.0g)、エチル−2−ブロモイソブチレート(重合開始剤、0.081g)、CuBr(ハロゲン化銅、0.619g)及び4,4’−ジオニル−2,2’−ビピリジン(リガンド化合物、3.54g)を1000:1:12:24のモル比で含むポリマーブラシ形成用溶液に浸漬させ、110℃で3時間加熱してリビングラジカル重合させることにより、ポリマーブラシ(以下、PSブラシという)を形成した。次に、PSブラシを形成した2つのガラス基板を洗浄し、乾燥させた。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to the following Example.
Example 1
A glass substrate on which a comb-like electrode made of ITO was formed and a counter substrate on which a photospacer having a height of about 3 μm was formed were prepared, and a portion where it was not necessary to form a polymer brush was masked. Next, two films subjected to masking were applied to an immobilized film forming solution containing 38 g of ethanol, 2 g of aqueous ammonia (28%), and 0.4 g of 2-bromo-2-methylpropionyloxyhexyltriethoxysilane (BHE). The glass substrate was immersed at room temperature overnight and then dried to form an immobilized film.
Next, the two glass substrates on which the fixed film was formed were washed and dried, and then styrene (radical polymerizable monomer, 45.0 g), ethyl-2-bromoisobutyrate (polymerization initiator, 0.081 g). ), CuBr (copper halide, 0.619 g) and 4,4′-dionyl-2,2′-bipyridine (ligand compound, 3.54 g) in a molar ratio of 1000: 1: 12: 24 A polymer brush (hereinafter referred to as a PS brush) was formed by immersing in an aqueous solution and heating at 110 ° C. for 3 hours for living radical polymerization. Next, the two glass substrates on which the PS brushes were formed were washed and dried.

形成されたPSブラシの分子量について、GPC測定装置(日本分光株式会社製LC-2000plus)を用いて評価した。標準試料にはポリスチレンを用い、検出器にはUV検出器を用いた。その結果、このPSブラシは、数平均分子量(Mn)が64,323、重量平均分子量(Mw)が77,830、分子量分布(Mw/Mn)が1.21であった。
また、PSブラシの層(PSブラシ層)の厚さについて、X線反射率測定装置(株式会社リガク製Ultima IV)を用いて評価した。その結果、PSブラシ層の厚さは36.5nmであった。
さらに、PSブラシのグラフト密度について評価した結果、0.41本鎖/nm2であった。
The molecular weight of the formed PS brush was evaluated using a GPC measurement device (LC-2000plus manufactured by JASCO Corporation). Polystyrene was used as the standard sample, and a UV detector was used as the detector. As a result, this PS brush had a number average molecular weight (Mn) of 64,323, a weight average molecular weight (Mw) of 77,830, and a molecular weight distribution (Mw / Mn) of 1.21.
Moreover, about the thickness of the layer (PS brush layer) of PS brush, it evaluated using the X-ray-reflectance measuring apparatus (Rigaku Corporation Ultimate IV). As a result, the thickness of the PS brush layer was 36.5 nm.
Furthermore, as a result of evaluating the graft density of the PS brush, it was 0.41 strand / nm 2 .

次に、PSブラシが形成されたガラス基板の一方にシール剤を塗布した後、2つのガラス基板を貼り合わせ、窒素雰囲気下、120℃で2時間加熱することによってシール剤を硬化させた。そして、2つのガラス基板の間に液晶(チッソ株式会社製JC−5051××、NI点:112℃)を真空注入法によって注入し、注入が終了したら注入口を閉じて封止することによって液晶セルを作製した。
次に、上記で得られた液晶セルを、加熱装置を用いて110℃に加熱して10秒間保持した後、加熱装置を停止し、常温まで冷却することによって、櫛歯電極に沿って液晶が均一配向した液晶表示装置を得た。
Next, after applying the sealing agent to one of the glass substrates on which the PS brush was formed, the two glass substrates were bonded together, and the sealing agent was cured by heating at 120 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. Then, liquid crystal (JC-5051xx manufactured by Chisso Corporation, NI point: 112 ° C.) is injected between two glass substrates by a vacuum injection method, and after the injection is completed, the injection port is closed and sealed. A cell was produced.
Next, after heating the liquid crystal cell obtained above to 110 ° C. using a heating device and holding it for 10 seconds, the heating device is stopped and cooled to room temperature, so that the liquid crystal is aligned along the comb electrodes. A uniformly aligned liquid crystal display device was obtained.

(アンカリング能力の評価)
まず、LCD評価装置(大塚電子株式会社製LCD−5200)を用い、実施例1で作製した液晶表示装置における電圧と相対透過率との関係を60Hzの周波数、20℃の条件下で調べた。その結果、相対透過率が100%となる電圧が7.3Vであることがわかった。次に、同じLCD評価装置を用いて、液晶表示装置における時間と相対透過率との関係を調べた。この評価では、7.3Vの電圧を200×10-3秒間印加(20℃、60Hz)した後、電圧をオフにした。その結果を図3に示す。
図3の結果からわかるように、実施例1の液晶表示装置は、電圧を印加するとすぐに相対透過率が100%になった。また、電圧をオフにした後すぐに相対透過率が0%となり、アンカリング能力が高いことがわかった。
(Evaluation of anchoring ability)
First, using a LCD evaluation apparatus (LCD-5200 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), the relationship between the voltage and the relative transmittance in the liquid crystal display device produced in Example 1 was examined under a condition of a frequency of 60 Hz and 20 ° C. As a result, it was found that the voltage at which the relative transmittance was 100% was 7.3V. Next, using the same LCD evaluation apparatus, the relationship between time and relative transmittance in a liquid crystal display device was examined. In this evaluation, a voltage of 7.3 V was applied for 200 × 10 −3 seconds (20 ° C., 60 Hz), and then the voltage was turned off. The result is shown in FIG.
As can be seen from the results of FIG. 3, the liquid crystal display device of Example 1 had a relative transmittance of 100% as soon as voltage was applied. Also, it was found that the relative transmittance was 0% immediately after the voltage was turned off, and the anchoring ability was high.

以上の結果からわかるように、本発明によれば、ラビング処理、ポリイミド配向膜及び磁場配向法に起因する様々な問題を防止し、既存の装置を有効活用して、低コストで液晶の配向制御性に優れた液晶表示装置を製造し得る方法を提供することができる。   As can be seen from the above results, according to the present invention, various problems caused by the rubbing process, the polyimide alignment film and the magnetic field alignment method can be prevented, and the existing apparatus can be effectively used to control the alignment of the liquid crystal at a low cost. It is possible to provide a method capable of manufacturing a liquid crystal display device having excellent properties.

1 基板、2 凹凸構造、3 固定化膜、4 ポリマーブラシ、5 液晶。   1 substrate, 2 uneven structure, 3 fixing film, 4 polymer brush, 5 liquid crystal.

Claims (4)

少なくとも1つの基板が凹凸構造を有する2つの基板上にポリマーブラシを形成する工程と、
前記ポリマーブラシを形成した2つの基板間に液晶を注入して液晶セルを作製する工程と、
前記液晶セルを、前記ポリマーブラシと前記液晶とが相溶した部分のTgよりも高く且つ前記液晶のNI点よりも低い温度に加熱して保持する工程と、
前記液晶セルを、前記ポリマーブラシと前記液晶とが相溶した部分のTgよりも低い温度に冷却する工程と
を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
Forming a polymer brush on two substrates, wherein at least one substrate has a concavo-convex structure;
Injecting liquid crystal between two substrates on which the polymer brush is formed to produce a liquid crystal cell;
Heating and holding the liquid crystal cell at a temperature higher than the Tg of the portion where the polymer brush and the liquid crystal are compatible and lower than the NI point of the liquid crystal;
And a step of cooling the liquid crystal cell to a temperature lower than a Tg of a portion where the polymer brush and the liquid crystal are compatible with each other.
前記凹凸構造は、電極構造及び/又はリブ構造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。   The method for manufacturing a liquid crystal display device according to claim 1, wherein the uneven structure is an electrode structure and / or a rib structure. 前記ポリマーブラシはUV硬化性であり、及び/又は前記液晶に光重合性モノマーを混合し、前記冷却工程後にUV照射を行う工程をさらに含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置の製造方法。   The liquid crystal according to claim 1, wherein the polymer brush is UV curable, and / or further includes a step of mixing a photopolymerizable monomer with the liquid crystal and performing UV irradiation after the cooling step. Manufacturing method of display device. 前記ポリマーブラシの形成工程の前に、前記2つの基板上に固定化膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶表示装置の製造方法。   The method for manufacturing a liquid crystal display device according to claim 1, further comprising a step of forming an immobilization film on the two substrates before the step of forming the polymer brush. .
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