JP6144708B2 - 液晶表示パネル及びその製造方法 - 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する。
異なる表示モードの要求により、ネマティック液晶を使用する液晶ディスプレーの基板の間のネマティック液晶の配向方式は異なる。一般的に、ネマティック液晶の配向方式は二種類ある。即ち、ネマティック液晶の平行配向モードとネマティック液晶の垂直配向モードである。
表示モードがＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ、ねじれネマティック、液晶分子のねじれ配向が９０°ねじった）、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ、１８０°ねじねネマティック）、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ、面内切替）、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ、フリンジ電場切換）などである場合、平行配向の方法によりネマティック液晶の配向を誘発する。例えば、製造方法は以下の通りである。
１、配向剤（例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ））を基板の表面に塗布し、配向層を形成する。
２、基板表面の配向層を乾燥させる。
３、乾燥した配向層を有する基板の表面を摩擦（ｒｕｂｂｉｎｇ）し、配向層を有する基板に複数の微細な溝を形成する。
４、ネマティック液晶を溝が形成された基板に滴下し、液晶セルが形成された後、液晶層が二枚の基板の間に挟まれる。基板に形成された配向層の作用下で、ネマティック液晶分子が誘発されて配向する。
表示モードがＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ、マルチドメイン垂直配向）である場合、異なる配向剤によりネマティック液晶の配向を誘発できる。製造方法は平行配向の方法と大体同じである。垂直配向の配向剤としてシロキサンが使用でき、シロキサンを基板の表面に塗布して乾燥させ、シロキサンが化学結合により基板に接着され、シロキサンの末端のフレキシブルチェーン基がネマティック液晶を基板に垂直に整列するように誘発できる。
上記二種類の通常の液晶配向方法は、全て基板の表面を処理することにより液晶の配向を実現する。配向の機構は、配向層の表面に近い液晶を誘発することにより、液晶セル全体におけるネマティック液晶の整列を進めることである。しかし、基板に塗布された配向層は、配向層から遠く離れた液晶分子を配向させる作用が小さいため、液晶分子を配向させる作用が異なり、さらに液晶表示効果を影響する。
本発明は液晶表示パネル及びその製造方法を提供する。液晶セル内に配向層から遠く離れたネマティック液晶の配向と、配向層に近いネマティック液晶の配向とを一致させ、液晶パネルの応答時間を短縮する。
本発明の一方面では、互いに対向するように配置されている二枚の基板と、この二枚の基板の間に充填された液晶層とを含む液晶表示パネルを提供する。前記液晶層は、ディスコチック液晶、ネマティック液晶及び光開始剤を含む混合物に紫外線を照射することにより形成された。前記混合物は、質量パーセントが５〜５０％であるディスコチック液晶と、質量パーセントが４０〜９０％であるネマティック液晶と、質量パーセントが０．０５〜１０％である光開始剤とを含む。
該液晶パネルにおいて、例えば、前記ディスコチック液晶の質量パーセントが５〜１０％である。
該液晶パネルにおいて、例えば、前記光開始剤は過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソヘプチルニトリル、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、又はジシクロヘキシルパーオキシジカーボネートからなる群より選ばれた一種又は多種である。
本発明の他の方面では、液晶パネルを製造する二枚の基板の少なくとも一枚に配向剤を塗布し、配向層を形成するステップと、
ディスコチック液晶、ネマティック液晶及び光開始剤を混合して暗所で撹拌し、混合物を得るステップと、
前記混合物を配向層が形成された前記基板に滴下し、暗所でセル化するステップと、
紫外線をセル化した基板に照射することにより、ディスコチック液晶を光開始剤の作用下で重合させ、ディスコチック液晶の高分子網目を形成するステップとを含む液晶表示パネルの製造方法を提供する。
該方法において、例えば、前記紫外線の波長は３５０ｎｍ〜３９０ｎｍであり、紫外線の照射時間は１〜１８０分であり、紫外線の照射強度は０．１〜１００ｍＷ／ｃｍ２である。
例えば、前記混合物を配向剤が塗布された基板に滴下する前、前記方法は、前記混合物を暗所で１〜２０時間脱泡するステップをされに含む。
該方法において、例えば、前記混合物において、ネマティック液晶の質量パーセントが４０〜９０％であり、ディスコチック液晶の質量パーセントが５〜５０％であり、光開始剤の質量パーセントが０．０５〜１０％である。該方法において、例えば、前記ディスコチック液晶の質量パーセントが５〜１０％である。
該方法において、例えば、前記光開始剤は過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソヘプチルニトリル、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、又はジシクロヘキシルパーオキシジカーボネートからなる群から選ばれた一種又は多種である。
本発明の実施例の技術案をより明確に説明するため、以下、実施例の図面を簡単に紹介する。明らかであるように、以下の図面は本発明の一部の実施例だけに関するものであり、本発明を制限するものではない。
本発明の液晶表示パネルの製造方法のフローチャートの概略図である。 通常のディスコチック液晶分子におけるベンゼン環の構造図である。 本発明の液晶表示パネルが垂直配向剤の作用下で紫外線に照射される前の構造概略図である。 本発明の液晶表示パネルが垂直配向剤の作用下で紫外線に照射された後の構造概略図である。 本発明の液晶表示パネルが平行配向剤の作用下で紫外線に照射される前の構造概略図である。 本発明の液晶表示パネルが平行配向剤の作用下で紫外線に照射された後の構造概略図である。 ディスコチック液晶が重合した後の高分子網目の電子顕微鏡写真である。 ネマティック液晶がディスコチック液晶に誘発されることなく配向する偏光写真である。 ディスコチック液晶がネマティック液晶を誘発して平行に配向させる偏光写真である。 ディスコチック液晶がネマティック液晶を誘発して垂直に配向させる偏光写真である。
本発明の実施例の目的、技術案と利点をより明らかにするように、以下、本発明の実施例の図面を組み合わせて、本発明の実施例の技術案を明確に、完全に説明する。明らかであるように、説明される実施例が本発明の一部の実施例であり、全ての実施例ではない。説明された本発明の実施例に基づき、当業者が創造的な労働をすることなく得た他の実施例は、全て本発明の保護範囲に属する。
特に定義されない限り、ここで使用された技術用語又は科学技術用語は、当業者に理解される通常の意味になるべきである。本発明の特許出願明細書及び特許請求の範囲に記載の「第一」、「第二」及び類似の用語は、いかなる順序、数量又は重要性を表示するものではなく、ただ異なる構成部分を区別するためである。同じように、「一つ」又は「一」などの言葉は、数量の制限を表示するものではなく、少なくとも一つあるという意味である。「接続」または「結合」などの言葉は、物理的、又は機械的接続に限らず、直接、又は間接な電気的接続を含んでよい。「上」、「下」、「左」、「右」は相対的な位置関係を表示するためのものだけであり、説明された対象の絶対位置が変化した後、該相対的な位置関係も相応に変化する。
図１は本発明が提供する液晶表示パネルの製造方法のフローチャートの概略図である。該液晶表示パネルの製造方法は、
ディスコチック液晶、ネマティック液晶及び光開始剤を所定の割合によって混合して暗所で撹拌し、混合物を得るステップ１０１と、
上記混合物を脱泡機において暗所で脱泡処理を行うするステップ１０２と、
配向剤を基板に塗布して相応な処理を行い、配向層を形成するステップ１０３と、
暗所の条件下で、ステップ１０１の混合物を配向層が形成された基板に滴下し、真空セル化の方法により上記混合物が滴下された基板ともう一枚の基板とをセル化するステップ１０４と、
紫外線をセル化した基板に照射することにより、光開始剤を誘発することでラジカルを発生させ、ディスコチック液晶分子１を重合させ、ディスコチック液晶の高分子網目５を形成し、ネマティック液晶分子２の配向を固定するステップ１０５とを含む。
ステップ１０１において、上記所定の割合というのは、上記混合物において、ネマティック液晶の質量パーセントが４０〜９０％で、ディスコチック液晶の質量パーセントが５〜５０％で、光開始剤の質量パーセントが０．０５〜１０％であってよいということである。本発明の目的と技術効果を実現さえすればよい。
ネマティック液晶は現在の市場で販売されている常用の液晶であり、一般的に２０〜３０成分からなる液晶単結晶の混合物である。光開始剤は、例えば、安息香酸アニソールである。
該ステップ及び後のステップを暗所で行う理由は、液晶に光開始剤を混入し、光における紫外線が光開始剤を誘発して重合を引き起こすからである。従って、上記「暗所」という条件は、光により発生する重合反応を避ける条件であればよい。
好ましくは、ディスコチック液晶の質量パーセントを５〜１０％にする。
一般的に、上記光開始剤を過酸化ジベンゾイル、過酸化ラウロイル、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソヘプチルニトリル、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、又はジシクロヘキシルパーオキシジカーボネートなどにしてよい。
ディスコチック液晶が独特な円盤状分子構造を有するとともに、ネマティック液晶との相溶性が強いため、ディスコチック液晶がネマティック液晶に流動できる。混合物を撹拌することにより、ディスコチック液晶とネマティック液晶とをよく相溶させ、比較的に安定な溶液を形成することができる。
ステップ１０２において、脱泡処理の時間は１〜２０時間であってよい。
ステップ１０３において、液晶が配向できるように、形成された配向層を処理する。該処理の過程は乾燥と摩擦などを含む。
必要なネマティック液晶の配向方向によって、異なる配向剤が選択できる。例えば、ネマティック液晶を基板に平行に配向させる必要があれば、配向剤はポリイミド（ＰＩ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等であってよい。ネマティック液晶を基板に垂直に配向させる必要があれば、配向剤はシロキサンであってよい。
上記基板は、アレイ基板及び／又はアレイ基板に対向するように配置されている基板（例えば、ＣＦ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｍ、カラーフィルム）基板）であってよい。
ステップ１０４において、該真空セル化の方法というのは、所定の真空条件下で（減圧条件下で）、液晶パネルを形成する二枚のパネルを互いに対向して配置するとともに、シール剤により液晶セルを形成するということである。
セル化した液晶セルの基板の内面に配向層が形成されたため、混合物におけるネマティック液晶の配向を誘発できる。且つ、ディスコチック液晶分子の円盤状コアの平面方向がネマティック液晶の軸方向に平行となる。つまり、図３（ａ）と図４（ａ）に示すように、配向剤がシロキサンである場合、基板４の表面に垂直配向層３が形成され、ネマティック液晶２の配向が基板４に垂直となる。このとき、ディスコチック液晶分子１の平面も基板４に垂直する。配向剤がＰＩ、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）である場合、基板４の表面に平行配向層６が形成され、ネマティック液晶２の配向が基板４に平行となる。このとき、ディスコチック液晶分子１の平面も基板４に平行となる。
なお、ステップ１０４の実施過程は、暗所で操作すべきである。
ステップ１０５について、図３（ｂ）と図４（ｂ）は、液晶層が紫外線に照射された後の構造概略図である。図３（ｂ）と図４（ｂ）から分かるように、紫外線誘発が光開始剤を照射して誘発することで形成されたラジカルの作用下で、上記混合物におけるディスコチック液晶１が重合し、高分子網目５が形成された。高分子網目５の作用下で、液晶セルにおけるディスコチック液晶の位置が固定され、ネマティック液晶２をディスコチック液晶のように垂直に、又は平行に配向させ、ネマティック液晶の配向を固定し、液晶セル内のネマティック液晶の配向を一致させる。
なお、紫外線照射の基本的な条件は以下の通りであってよい。即ち、紫外線の波長は３５０ｎｍ〜３９０ｎｍにして、一般的に紫外線の波長を３６５ｎｍにするとともに、紫外線の照射時間は１〜１８０分であり、紫外線の照射強度は０．１〜１００ｍＷ／ｃｍ２である。
本実施例において、二重結合官能基を有する枝分鎖をディスコチック液晶の円盤状分子につけて、フリーラジカルの作用下で、ディスコチック液晶分子の二重結合官能基が重合し、円盤状の液晶高分子網目が形成される。該高分子網目は立体的な網目構造であり、液晶セルにおけるディスコチック液晶の円盤状コアの位置を固定できるとともに、ネマティック液晶がディスコチック液晶の平面のように配向することを進める。
ディスコチック液晶は円盤状コアと分枝からなる。ディスコチック液晶のコアの構造により、重合後にネマティック液晶を誘発して配向させる効果は異なる。円盤状コアにベンゼン環の数が多ければ多いほど、ネマティック液晶を誘発する作用が大きくなる。図２は通常のディスコチック液晶分子の円盤状コアの構造図である。図２から分かるように、円盤状コアにベンゼン環の数が一つ、三つ、四つと七つであってよい。しかし、本実施例において、ディスコチック液晶分子の円盤状コアにおけるベンゼン環の可能な数はこれに限らない。
そして、ディスコチック液晶の含有量は、ネマティック液晶の整列を誘発する効果に影響を与える。一般的な法則は以下の通りである。即ち、ディスコチック液晶の含有量が少なければ少ないほど、重合後に形成された高分子網目がまばらになり、ネマティック液晶の配向を誘発する効果は悪くなる。ディスコチック液晶の含有量が多ければ多いほど、重合後に形成された高分子網目が密集するようになり、ネマティック液晶の配向を誘発する効果はよくなる。しかし、ディスコチック液晶の含有量が多すぎると、ディスコチック液晶のネマティック液晶分子における溶解度が低減し、さらにネマティック液晶の配向を抑制する。従って、ディスコチック液晶、ネマティック液晶及び光開始剤を所定の割合によって混合するとき、ディスコチック液晶の質量パーセントが５〜５０％であり、好ましくは５〜１０％にしてよい。
なお、ディスコチック液晶の質量パーセントが５〜１０％であるとき、ネマティック液晶を配向させる効果が最高である。図６（ｂ）と図６（ｃ）に示すように、図６（ｂ）と図６（ｃ）を図６（ａ）に比べて分かるように、図６（ａ）に明らかなシュリーレン構造があるが、図６（ｂ）と図６（ｃ）に、ディスコチック液晶を加えることにより、シュリーレン構造が無くなる。つまり、ディスコチック液晶の高分子網目の作用下でネマティック液晶の配向が一致した。
また、ディスコチック液晶分子における枝分鎖の構造により、形成された高分子網目の機械的機能が異なる。枝分鎖にベンゼン環又はナフタレン環を含むディスコチック液晶分子の数が多ければ多いほど、形成された高分子網目の剛性が強くなり、機械的機能がよくなる。枝分鎖にエステル基を含むディスコチック液晶分子の数が多ければ多いほど、形成された高分子網目の剛性が弱くなり、機械的機能が悪くなる。
その他、ディスコチック液晶の分枝における二重結合官能基の数が、ディスコチック液晶の重合速度に影響を与える。ディスコチック液晶の分枝における二重結合官能基の数が少なければ、紫外線と光開始剤の作用下でのディスコチック液晶の重合速度が遅い。ディスコチック液晶の枝分鎖における二重結合官能基の数が多ければ、紫外線と光開始剤の作用下でのディスコチック液晶の重合速度が速い。
実施例１
本実施例では、上記ステップ１０１において、ディスコチック液晶の質量パーセントが６％で、光開始剤の質量パーセントが１％で、ネマティック液晶の質量パーセントが９３％である。この割合によって混合した混合物はステップ１０１〜ステップ１０５により、ネマティック液晶を固定し、液晶セル内のネマティック液晶の配向を一致させることはできる。
実施例２
本実施例では、上記ステップ１０１において、ディスコチック液晶の質量パーセントが８％で、光開始剤の質量パーセントが２％で、ネマティック液晶の質量パーセントが９０％である。この割合によって混合した混合物はステップ１０１〜ステップ１０５により、ネマティック液晶を固定し、液晶セル内のネマティック液晶の配向を一致させることはできる。
実施例３
本実施例では、上記ステップ１０１において、ディスコチック液晶の質量パーセントが５％で、光開始剤の質量パーセントが２％で、ネマティック液晶の質量パーセントが９３％である。この割合によって混合した混合物はステップ１０１〜ステップ１０５により、ネマティック液晶を固定し、液晶セル内のネマティック液晶の配向を一致させることはできる。
実施例４
本実施例では、上記ステップ１０１において、ディスコチック液晶の質量パーセントが９％で、光開始剤の質量パーセントが３％で、ネマティック液晶の質量パーセントが８８％である。この割合によって混合した混合物はステップ１０１〜ステップ１０５により、ネマティック液晶を固定し、液晶セル内のネマティック液晶の配向を一致させることはできる。
実施例５
本実施例では、上記ステップ１０１において、ディスコチック液晶の質量パーセントが１０％で、光開始剤の質量パーセントが６％で、ネマティック液晶の質量パーセントが８４％である。この割合によって混合した混合物はステップ１０１〜ステップ１０５により、ネマティック液晶を固定し、液晶セル内のネマティック液晶の配向を一致させることはできる。
以上に記載の実施例は本発明の好ましい五つの実施例である。本発明に、ディスコチック液晶、ネマティック液晶及び光開始剤を所定の割合によって混合するとともに、配向層が形成された基板に滴下して真空セル化した後、紫外線照射の作用下で、ディスコチック液晶が高分子網目を形成し、ネマティック液晶の配向を固定し、配向層から比較的に離れたネマティック液晶を、配向層に近いネマティック液晶の配向と一致させることにより、液晶パネルの表示スクリーンの応答時間を短縮する。
以上は本発明の例示的な実施形態のみであり、本発明の保護範囲を制限するものではない。本発明の保護範囲は添付の特許請求の範囲によって確定される。

Claims (6)

  1. 互いに対向して配置された二枚の基板と、該二枚の基板の間に充填された液晶層とを含む液晶表示パネルにおいて、前記液晶層は、ＵＶ重合性のディスコチック液晶、ネマティック液晶及び光開始剤を含む混合物から形成され、前記混合物は、質量パーセントが５〜１０％である前記ＵＶ重合性のディスコチック液晶と、質量パーセントが４０〜９０％である前記ネマティック液晶と、質量パーセントが０．０５〜１０％である前記光開始剤とを含み、
    前記液晶層において、ディスコチック液晶分子の主な「円盤」の平面方向が、前記ネマティック液晶の長軸方向と平行である、液晶表示パネル。
  2. 前記光開始剤は、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソヘプチルニトリル、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、及びジシクロヘキシルパーオキシジカーボネートからなる群より選ばれた一種又は二種以上の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。
  3. 液晶パネルを製造する二枚の基板の少なくとも一枚に配向剤を塗布し、配向層を形成するステップと、
    ＵＶ重合性のディスコチック液晶、ネマティック液晶及び光開始剤を混合して暗所で撹拌し、混合物を得るステップであって、前記混合物において、前記ネマティック液晶の質量パーセントが４０〜９０％であり、前記ＵＶ重合性のディスコチック液晶の質量パーセントが５〜１０％であり、前記光開始剤の質量パーセントが０．０５〜１０％である、ステップと、
    暗所で前記混合物を配向層が形成された前記基板に滴下し、暗所でセル化するステップと、
    紫外線をセル化した基板に照射することにより、ディスコチック液晶を光開始剤の作用下で重合させ、ディスコチック液晶の高分子網目を形成するステップであって、ディスコチック液晶分子の主な「円盤」の平面方向が、ネマティック液晶の長軸方向と平行である、ステップとを含むことを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。
  4. 前記紫外線の波長は３５０ｎｍ〜３９０ｎｍであり、紫外線の照射時間は１〜１８０分であり、紫外線の照射強度は０．１〜１００ｍＷ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示パネルの製造方法。
  5. 前記混合物を配向剤が塗布された基板に滴下する前、前記混合物を暗所で脱泡することを特徴とする請求項３または４に記載の液晶表示パネルの製造方法。
  6. 前記光開始剤は、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソヘプチルニトリル、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、又はジシクロヘキシルパーオキシジカーボネートであることを特徴とする請求項３〜５の何れか一項に記載の液晶表示パネルの製造方法。
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