TWI686655B - 液晶顯示裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種使設於薄膜電晶體上的絕緣膜兼作使液晶分子配向的配向膜而結構較以前簡化的液晶顯示裝置、以及製造步驟較以前簡化的液晶顯示裝置的製造方法。本發明的液晶顯示裝置是將第1基板與第2基板夾持著液晶層彼此相向配置而成，在第1基板上設有用來驅動液晶層的液晶分子的薄膜電晶體、至少一種電極、以及至少一部分與液晶層直接接觸的絕緣膜。在絕緣膜上配置有至少一種電極中的一個，絕緣膜對液晶層的液晶分子具有配向功能。

Description

液晶顯示裝置及其製造方法
本發明涉及一種具備薄膜電晶體(thin film transistor)的液晶顯示裝置及其製造方法，本發明尤其涉及一種設於薄膜電晶體上的絕緣膜兼作使液晶層的液晶分子配向的配向膜的液晶顯示裝置及其製造方法。
液晶顯示裝置具有可實現薄型、輕量及低消耗電力等優點，因此被廣泛地用於各種電子設備中。另外，液晶顯示裝置是與觸摸屏(touch panel)組合而廣泛地利用。
近年來，在面向電視、電腦用顯示器等的用途中，與大畫面化相對應而需求視角廣的液晶顯示裝置。作為擴大視角的顯示方式，所謂面內切換(In Plane Switching，IPS)方式(以下也簡稱為IPS方式)受到關注，所述IPS方式是通過產生與基板平行的電場而使液晶分子在與基板平行的面內旋轉。該IPS方式中，無論在接通(on)狀態下還是在斷開(off)狀態下，液晶分子的長軸均一直與基板大致平行，相對於基板而並無起伏，因此與視角 相對應的液晶的光學特性的變化小，可獲得廣視角。
例如專利文獻1中公開了一種使用IPS方式的液晶顯示裝置。專利文獻1的液晶顯示裝置中，在隔著液晶層而彼此相向配置的透明基板中，在其中一片或兩片透明基板的液晶層側的面上具備像素電極及相向電極，通過在這些像素電極與相向電極之間施加電壓而與透明基板平行地產生電場。專利文獻1的液晶顯示裝置中，設定有通過不在像素電極與相向電極之間施加電壓而將從一片透明基板經由液晶向另一透明基板透過的光遮蔽的液晶的配向狀態及偏光板的偏光狀態，並且像素電極與相向電極中的至少任一個是由透明導電膜所構成。
作為除了IPS方式以外擴大視角的顯示方式，已知邊緣場切換(Fringe Field Switching)方式。
例如專利文獻2中記載了一種邊緣場切換模式(FFS模式)的液晶顯示裝置，該邊緣場切換模式(FFS模式)的液晶顯示裝置具有彼此相向配置的成一對的第1基板及第2基板、在該一對基板中的至少一片基板上隔著絕緣層而形成的可施加不同電位的像素電極與共用電極、在一對基板間不施加電壓的狀態下液晶分子與基板面大致平行地配向的液晶層、以及夾持液晶層而配置的一對偏光板，並且通過由像素電極及共用電極所形成的電場來控制液晶層的配向。專利文獻2的液晶顯示裝置中，絕緣層的膜厚在一像素內或子像素間不同，或者絕緣層的介電常數在一像素內或子像素間不同。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平9-73]01號公報
[專利文獻2]日本專利特開2007-279478號公報
如上文所述，液晶顯示裝置被廣泛地利用，且與觸摸屏組合等用途也不斷擴大。對於液晶顯示裝置，要求結構的簡化及製造步驟的簡化等。然而關於液晶顯示裝置，現狀下並未考慮到結構的簡化及製造步驟的簡化。
本發明的目的在於解決所述現有技術的問題，提供一種使設於薄膜電晶體上的絕緣膜兼作使液晶分子配向的配向膜而結構較以前簡化的液晶顯示裝置、及製造步驟較以前簡化的液晶顯示裝置的製造方法。
為了達成所述目的，本發明提供一種液晶顯示裝置，其是將第1基板與第2基板夾持著液晶層彼此相向配置而成，並且所述液晶顯示裝置的特徵在於：在第1基板上設有用來驅動液晶層的液晶分子的薄膜電晶體、至少一種電極、及至少一部分與液晶層直接接觸的絕緣膜，在絕緣膜上配置著至少一種電極中的一個，絕緣膜對液晶層的液晶分子具有配向功能。
關於第1基板，優選的是在薄膜電晶體上進一步設有有 機平坦化層，至少一種電極為設於有機平坦化層上的第1電極與第2電極，絕緣膜是由第1電極與第2電極夾持而設置，第1電極為梳齒狀的電極。另外，絕緣膜優選的是膜厚為1μm以下。
關於第1基板，優選的是在薄膜電晶體上設有絕緣膜，在絕緣膜上設有至少一種電極，至少一種電極為梳齒狀的電極，絕緣膜兼作有機平坦化層。另外，兼作有機平坦化層的絕緣膜優選的是膜厚為2μm以上且5μm以下。
絕緣膜優選的是具有光配向性。另外，絕緣膜優選的是用來形成絕緣膜的有機絕緣膜前驅物具有光配向性。
優選的是將保持第1基板與第2基板的間隔的間隔件(spacer)設置在第1基板與第2基板之間。間隔件也可配置在與至少一種電極相對應的位置。
本發明提供一種液晶顯示裝置的製造方法，其為製造具有液晶層、以及夾持著液晶層而彼此相向配置的第1基板與第2基板的液晶顯示裝置的方法，並且其特徵在於包括以下步驟：在第1基板上形成用來驅動液晶層的液晶分子的薄膜電晶體、絕緣膜、及位於絕緣膜上的至少一種電極中的一個；將第1基板與第2基板貼合；以及在將第1基板與第2基板貼合的步驟前或步驟後，在第1基板與第2基板之間以絕緣膜的至少一部分直接接觸的方式注入液晶；並且形成絕緣膜的步驟包括以下步驟：使用具有光配向性的有機材料形成將成為絕緣膜的膜後，對膜的至少一部分照射偏振光，賦予對液晶分子的配向功能。
優選的是在形成薄膜電晶體後，形成至少一種電極中的 一個，且在絕緣膜上形成至少一種電極的一個。另外，也可在形成薄膜電晶體後，形成絕緣膜，且形成至少一種電極。
形成絕緣膜的步驟優選的是在照射偏振光前或照射偏振光後，對膜進行熱硬化處理。偏振光的波長優選200nm~400nm。另外，所注入的液晶優選水平配向液晶。
根據本發明的液晶顯示裝置，通過使絕緣膜與配向膜合一，可使結構較以前的液晶顯示裝置簡化。
10、12:液晶顯示裝置
20:第1基板
20a、22a、34a、40a、44a:表面
20b、22b:背面
21:第1偏光板
22:第2基板
23:第2偏光板
24:液晶層
26:薄膜電晶體陣列層
28:薄膜電晶體
30:薄膜電晶體陣列
32:有機平坦化層
34、44:配向絕緣膜
36:第1電極
38:第2電極
40、112:配向膜
42:間隔件
46:電極
50:柵極線
52、58:絕緣膜
54a:源極部
54b:漏極部
56:半導體層
100、102:液晶顯示裝置
110:無機絕緣膜
S10、S12、S14、S16:步驟
圖1為表示本發明的第1實施形態的液晶顯示裝置的結構的示意性截面圖。
圖2為表示本發明的第1實施形態的液晶顯示裝置的薄膜電晶體的結構的一例的示意性截面圖。
圖3為表示本發明的第1實施形態的液晶顯示裝置的製造方法的流程圖。
圖4為表示本發明的第2實施形態的液晶顯示裝置的結構的示意性截面圖。
圖5為表示以前的液晶顯示裝置的結構的第1例的示意性截面圖。
圖6為表示以前的液晶顯示裝置的結構的第2例的示意性截面圖。
以下，根據隨附圖式中所示的優選實施形態，對本發明的液晶顯示裝置及其製造方法加以詳細說明。
此外，下文中表示數值範圍的“~”包括兩側所記載的數值。例如，所謂ε為數值α~數值β，是指ε的範圍為包括數值α與數值β的範圍，若以數學記號表示則為α≦ε≦β。
(第1實施形態)
圖1為表示本發明的第1實施形態的液晶顯示裝置的結構的示意性截面圖，圖2為表示本發明的第1實施形態的液晶顯示裝置的薄膜電晶體的結構的一例的示意性截面圖。
圖1所示的液晶顯示裝置10為邊緣場切換方式的液晶顯示裝置。
液晶顯示裝置10具有液晶層24、以及夾持著液晶層24而彼此相向配置的第1基板20與第2基板22，且具有至少一種電極。液晶層24優選的是由水平配向液晶所構成。
在第1基板20的表面20a上設有薄膜電晶體陣列層26，在該薄膜電晶體陣列層26上設有有機平坦化層32。在有機平坦化層32上設有例如平板狀的第2電極38。在第2電極38上設有配向絕緣膜34。在配向絕緣膜34的表面34a上設有例如梳齒狀的第1電極36。關於配向絕緣膜34，其設有第1電極36的區域以外的表面34a與液晶層24的液晶分子(未圖示)接觸。
第2基板22在表面22a上設有配向膜40。在第1基板20的配向絕緣膜34與第2基板22的配向膜40相向的狀態下，夾持著液晶層24配置有第1基板20與第2基板22。
在第1基板20的背面20b上配置有第1偏光板21，在第2基板22的背面22b上配置有第2偏光板23。第2偏光板23側為液晶顯示裝置10的視認側。
此外，第1基板20及第2基板22例如可使用玻璃基板或樹脂基板等透明基板。
在第1基板20與第2基板22之間，設有將第1基板20與第2基板22的間隔保持為預先設定的間隔的間隔件42。間隔件42在第1基板20側是配置在第1電極36上，在第2基板22側是配置在配向膜40的表面40a上。此外，間隔件42在第1基板20側也可配置在配向絕緣膜34的表面34a上。
間隔件42可適當利用眾所周知的液晶顯示裝置中使用的間隔件，可為柱狀或球狀，其構成並無特別限定。
薄膜電晶體陣列層26具有多個薄膜電晶體28。薄膜電晶體28是相對於成為像素(未圖示)的一個區域(未圖示)而分別設置一個。借此，在第1基板20的表面20a上以矩陣狀配置有薄膜電晶體28。將多個薄膜電晶體28統稱為薄膜電晶體陣列30。
薄膜電晶體28是用來對成為像素的一個區域內的液晶層24的液晶分子進行驅動。雖未圖示，但將第1電極36或第2電極38與薄膜電晶體28電連接。通過薄膜電晶體28，以預定的電壓對第1電極36或第2電極38供給圖像信號，根據圖像信號來驅動液晶分子。
薄膜電晶體28例如為圖2所示的構成。薄膜電晶體28可適當利用眾所周知的液晶顯示裝置中使用的薄膜電晶體，其構 成並無特別限定，可為頂部柵極(top gate)型也可為底部柵極(bottom gate)型。
圖2所示的薄膜電晶體28中，在第1基板20的表面20a上設有柵極線50。在第1基板20的表面20a上設有覆蓋柵極線50的絕緣膜52。在絕緣膜52上設有源極部54a與漏極部54b，並且在柵極線50正上方的絕緣膜52上，以將源極部54a與漏極部54b連接的方式設有半導體層56，由這些柵極線50、源極部54a、漏極部54b及半導體層56而構成薄膜電晶體28。設置將柵極線50、源極部54a、漏極部54b及半導體層56覆蓋的絕緣膜58。在絕緣膜58上設有有機平坦化層32。
薄膜電晶體28中，源極部54a與漏極部54b之間根據柵極線50的電位而成為導通狀態或非導通狀態。此外，雖未圖示，但將柵極線50連接於驅動部，該驅動部具有用來驅動液晶層24的液晶分子的驅動電路。
柵極線50、源極部54a及漏極部54b的形成材料可使用氧化銦錫(ITO)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化銦鋅(IZO)等透明的導電材料。除此以外，可使用鋁及銅等金屬材料、以及使用這些金屬的合金材料。
半導體層56可由非晶矽、多晶矽及氧化物半導體等所構成。薄膜電晶體28可為具有保護絕緣膜(鈍化膜)的構成，也可為進而具有遮光層及絕緣膜的構成。
有機平坦化層32是為了使薄膜電晶體陣列層26中產生的凹凸不對上層的構成造成不良影響而設置。利用有機平坦化層 32，例如可抑制由薄膜電晶體陣列層26的凹凸所致的第2電極38的密接性降低等。
有機平坦化層32是由有機材料所構成，例如可使用下文中將詳細說明的有機絕緣膜組合物(1)。
配向絕緣膜34為具有對液晶層24的液晶分子的配向功能、及電絕緣功能的絕緣膜。具體來說，配向絕緣膜34兼作將薄膜電晶體28或電極加以電絕緣的絕緣膜、與使液晶層24的液晶分子配向的配向膜。配向絕緣膜34用以使液晶分子配向，因此在不平坦的情況下，液晶分子的配向會混亂，所以其表面34a平坦。配向絕緣膜34的表面34a的平坦程度只要與眾所周知的液晶顯示裝置的配向膜為相同程度即可。
此外，所謂對液晶分子的配向功能，是指使液晶層24的液晶分子沿某特定的方向配向的功能。
配向絕緣膜34例如是由第1電極36與第2電極38夾持而設置，將第1電極36與第2電極38加以電絕緣。
配向絕緣膜34例如是使用具有光配向性的有機材料所形成，並無特別限定。另外，可使配向絕緣膜34具有光配向性，也可使用來形成配向絕緣膜34的有機絕緣膜前驅物具有光配向性。配向絕緣膜34例如可使用下文中將詳細說明的有機絕緣膜組合物(2)來形成。有機絕緣膜前驅物例如為有機絕緣膜組合物(2)。
這裡說明的有機絕緣膜組合物通過加熱而發生硬化反應，變化成配向絕緣膜34。所謂硬化反應，具體是指通過交聯基引起分子間交聯反應，或在分子內引起脫水環化反應，由此發生作為永 久膜所必需的物理變化。
除了上文所述的電絕緣以外，配向絕緣膜34具有在第1電極36與第2電極38之間形成電容器(capacitor)的作用。為了增大電容器的電容，配向絕緣膜34以薄為宜。該情況下，配向絕緣膜34優選的是膜厚為1000nm以下，更優選200nm以下，進而優選100nm以下，最優選50nm以下。
第1電極36及第2電極38可使用氧化銦錫(ITO)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化銦鋅(IZO)等透明的導電材料。除此以外，可使用鋁及銅等金屬材料、以及使用這些金屬的合金材料。
第1電極36及第2電極38只要為像素電極與共用電極的組合，則任一個為像素電極或共用電極均可。將第1電極36設定為梳齒狀的電極，第2電極38設定為平板狀的電極(所謂整面電極)，但第1電極36及第2電極38的形態並無特別限定。也可使第1電極36為平板狀的電極，且第2電極38為梳齒狀的電極。
配向膜40用來使液晶層24的液晶分子配向，可適當利用眾所周知的液晶顯示裝置中所用的配向膜。
液晶顯示裝置10可進行單色顯示，也可進行彩色顯示。進行彩色顯示的情況下，在第2基板22上，在彼此鄰接的像素與像素之間形成黑色矩陣層，與各像素相對應而形成紅色、藍色、綠色的彩色濾光片，進而形成覆蓋彩色濾光片的外塗層。
液晶顯示裝置10可以下述方式製造。
圖3為表示本發明的第1實施形態的液晶顯示裝置的製造方法的流程圖。
首先，在步驟S10中，使用光微影法等眾所周知的方法，在第1基板20的表面20a上對成為像素的一個區域形成一個薄膜電晶體28，從而形成薄膜電晶體陣列層26。
然後，在薄膜電晶體陣列層26上，例如使用旋塗法、印刷法或塗布法來塗布下文中將詳細說明的有機絕緣膜組合物(1)而形成塗膜。然後，以預先設定的溫度及時間對塗膜實施熱硬化處理，形成有機平坦化層32。
接著，在有機平坦化層32上，例如利用濺鍍法使用ITO(氧化銦錫)來形成透明導電膜，其後例如通過濕式蝕刻法對透明導電膜進行加工而形成平板狀的第2電極38。
然後，在第2電極38上形成配向絕緣膜34(步驟S12)。
關於配向絕緣膜34，例如使用印刷法或塗布法將下文中將詳細說明的有機絕緣膜組合物(2)塗布在第2電極38上而形成塗膜。該塗膜為將成為配向絕緣膜34的膜。然後，以預先設定的溫度及時間對塗膜實施熱硬化處理。
然後，在配向絕緣膜34的表面34a上，例如通過濺鍍法使用ITO(氧化銦錫)來形成透明導電膜，其後例如通過濕式蝕刻法對透明導電膜進行加工而形成梳齒狀的第1電極36。
接著，對熱硬化處理後的塗膜的至少一部分照射偏振光而實施光配向處理，由此賦予對液晶分子的配向功能。藉此，形成可使液晶層24的液晶分子沿某特定的方向配向、且可電絕緣的絕緣膜即配向絕緣膜34。此外，熱硬化處理是設定為光配向處理前，但也可為光配向處理後。另外，所照射的偏振光優選的是波長為 200nm~400nm，更優選220nm~350nm，最優選250nm~300nm。偏振光的光源可為單色光源(雷射)，也可為具有波長寬度的連續色光源。從廉價的曝光裝置等觀點來看，偏振光的光源優選連續色光源。
此外，對配向絕緣膜34進行利用光的圖案化。具體來說，通過圖案化而形成用來確保ITO等透明電極與金屬配線的導通的接觸孔(contact hole)。本實施形態中，承擔圖案化的光酸產生劑的感光波長例如為365nm的長波。
然後準備第2基板22。在第2基板22上配置間隔件42。該情況下，間隔件42是配置在與第1基板20側的第1電極36相對應的位置。另外，間隔件42也可配置在第1基板20側的配向絕緣膜34的表面34a上。在第2基板22的表面22a上形成配向膜40。配向膜40是與眾所周知的液晶顯示裝置中使用的配向膜同樣地形成。另外，配向膜40也可與上文所述的配向絕緣膜34同樣地形成。
然後，將第1基板20的配向絕緣膜34與第2基板22的配向膜40以形成預先設定的間隙的方式配置為相向的狀態，設置液晶的注入口並使用密封材料將設有第1電極36的第1基板20與第2基板22貼合(步驟S14)。
然後，在第1基板20與第2基板22之間注入例如水平配向液晶作為液晶，使用紫外線硬化性的封口劑將注入口密封而形成液晶層24(步驟S16)。在步驟S16中，以配向絕緣膜34的 表面34a的至少一部分與液晶直接接觸的方式注入液晶。通過以上步驟，可製造液晶顯示裝置10。
這裡，在圖5中示出以前的液晶顯示裝置100。圖5所示的以前的液晶顯示裝置100與圖1所示的液晶顯示裝置10相對應，同為邊緣場切換方式的液晶顯示裝置。此外，圖5中，對與圖1所示的液晶顯示裝置10相同的結構物標注相同符號，省略其詳細說明。
與圖1所示的液晶顯示裝置10相比，圖5所示的以前的液晶顯示裝置100未設置配向絕緣膜34，在第2電極38上設有無機絕緣膜110，在無機絕緣膜110上設有第1電極36。進而，在無機絕緣膜110上設有覆蓋第1電極36的配向膜112。
無機絕緣膜110例如是由氮化矽構成。配向膜112與圖1所示的液晶顯示裝置10的配向膜40相同。
以前的液晶顯示裝置100具有無機絕緣膜110與配向膜112。相對於此，液晶顯示裝置10設置兼作絕緣膜與配向膜的配向絕緣膜34，由此與以前的液晶顯示裝置100相比可減少層構成，簡化結構。因此，在製造步驟中也可使步驟數較以前的液晶顯示裝置100更少，可簡化製造步驟。
配向處理是在薄膜電晶體的形成步驟結束後進行，因此可抑制薄膜電晶體形成步驟中的配向性降低。
另外，在形成電極後不需要用來形成配向膜的塗布等濕式製程(wet process)，因此能以低成本製造使用水平配向液晶的液晶 顯示裝置。
另外，通過將間隔件42配置在第1電極36上，可設定為配向絕緣膜34與間隔件42不接觸的結構。因此，可抑制因操作觸摸屏時間隔件42與配向絕緣膜34摩擦所致的異物的產生。
(第2實施形態)
以下，對本發明的第2實施形態加以說明。
圖4為表示本發明的第2實施形態的液晶顯示裝置的結構的示意性截面圖。
在圖4所示的液晶顯示裝置12中，對與圖1中所示的液晶顯示裝置10相同的結構物標注相同符號，省略其詳細說明。
圖4所示的液晶顯示裝置12為IPS(In Plane Switching)方式的液晶顯示裝置，驅動方式與圖1所示的液晶顯示裝置10不同。
與圖1所示的液晶顯示裝置10相比，本實施形態的液晶顯示裝置12未設置有機平坦化層32，配向絕緣膜44兼作有機平坦化層。另外，電極構成不同，在配向絕緣膜44的表面44a上設有梳齒狀的電極46。雖未圖示，但將梳齒狀的電極46與薄膜電晶體陣列層26的薄膜電晶體28電連接。因此，在配向絕緣膜44兼作有機平坦化層的情況下，優選的是配向絕緣膜44的表面平坦，視需要也可設有接觸孔、凸塊及槽等。
另外，液晶顯示裝置12中，在薄膜電晶體陣列層26上設有配向絕緣膜44。配向絕緣膜44為與液晶顯示裝置10的配向絕緣膜34相同的構成。
與圖1所示的配向絕緣膜34同樣地，配向絕緣膜44將薄膜電晶體28加以電絕緣。除此以外，配向絕緣膜44具有使薄膜電晶體28與電極46之間不產生寄生電容的作用。根據這些情況，配向絕緣膜44的膜厚優選1μm以上，更優選2μm以上。上限優選5μm以下，更優選4μm以下，進而優選3μm以下。
在液晶顯示裝置12中也設有間隔件42。間隔件42在第1基板20側是配置在電極46上，在第2基板22側是配置在配向膜40的表面40a上。此外，間隔件42在第1基板20側也可配置在配向絕緣膜44的表面44a上。
與第1電極36及第2電極38同樣地，電極46可使用氧化銦錫(ITO)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化銦鋅(IZO)等透明的導電材料，除此以外，可使用鋁及銅等金屬材料、以及使用這些金屬的合金材料。
然後，對液晶顯示裝置12的製造方法加以說明。
此外，液晶顯示裝置12的製造方法中，關於與圖1所示的液晶顯示裝置10的製造方法相同的步驟，省略其詳細說明。
與圖1所示的液晶顯示裝置10的製造方法相比，液晶顯示裝置12的製造方法中直到形成薄膜電晶體陣列層26的步驟為相同步驟，因此省略其詳細說明。
液晶顯示裝置12中，在形成薄膜電晶體陣列層26後，在其上形成配向絕緣膜44。配向絕緣膜44的形成步驟為與液晶顯示裝置10的配向絕緣膜34相同的步驟，因此省略其詳細說明。
接著，在配向絕緣膜44的表面44a整個面上，例如利用濺鍍 法使用ITO(氧化銦錫)來形成透明導電膜，其後例如通過濕式蝕刻法將透明導電膜加工成梳齒狀，形成梳齒狀的電極46。
與液晶顯示裝置10的製造方法同樣地，準備在表面22a上設有配向膜40的第2基板22，設置液晶的注入口並使用密封材料將第1基板20與第2基板22貼合。然後，例如從注入口以與配向絕緣膜44的表面44a的至少一部分直接接觸的方式注入水平配向液晶，使用紫外線硬化性的封口劑將注入口密封。通過以上步驟，可製造液晶顯示裝置12。
這裡，在圖6中示出以前的液晶顯示裝置102。圖6所示的以前的液晶顯示裝置102與圖4所示的液晶顯示裝置12相對應，為相同方式的液晶顯示裝置。此外，圖6中，對與圖4所示的液晶顯示裝置12相同的結構物標注相同符號，省略其詳細說明。
與圖4所示的液晶顯示裝置12相比，圖6所示的以前的液晶顯示裝置102未設置配向絕緣膜44，在薄膜電晶體陣列層26上設有有機平坦化層32，在有機平坦化層32上設有梳齒狀的電極46。進而，在有機平坦化層32上設有覆蓋梳齒狀的電極46的配向膜112。
有機平坦化層32與圖1所示的液晶顯示裝置10的有機平坦化層32相同。配向膜112與配向膜40相同。
以前的液晶顯示裝置102具有有機平坦化層32與配向膜112。相對於此，液晶顯示裝置12設置兼作絕緣膜與配向膜的配向絕緣膜44，由此與以前的液晶顯示裝置102相比可減少層構成，簡化結構。因此，在製造步驟中也可使步驟數較以前的液晶 顯示裝置102更少，可簡化製造步驟。此外，本實施形態中，除此以外也可獲得與第1實施形態的液晶顯示裝置10及其製造方法相同的效果。
以下，對用於形成有機平坦化層32的有機絕緣膜組合物(1)加以說明。
<有機絕緣膜組合物(1)合成例1>
<甲基丙烯酸四氫-2H-呋喃-2-基酯(MATHF)的合成>
預先將甲基丙烯酸(86g、1mol)冷卻到15℃，添加樟腦磺酸(4.6g、0.02mol)。在該溶液中滴加2-二氫呋喃(71g、1mol、1.0當量)。攪拌1小時後，添加飽和碳酸氫鈉(500mL)，以乙酸乙酯(500mL)進行萃取，以硫酸鎂加以乾燥後，將不溶物過濾，然後在40℃以下減壓濃縮，將殘渣的黃色油狀物減壓蒸餾，以無色油狀物的形式獲得125g的沸點(bp.)54℃~56℃/3.5mmHg餾分的甲基丙烯酸四氫-2H-呋喃-2-基酯(MATHF)(產率80%)。
<聚合物A的合成>
將HS-EDM(東邦化學公司製造，二乙二醇乙基甲基醚，82份)在氮氣流下、90℃下加熱攪拌。用2小時將MATHF(所述獲得的甲基丙烯酸四氫-2H-呋喃-2-基酯，43份(相當於所有單體成分中的40.5mol%))、甲基丙烯酸(3-乙基氧雜環丁烷-3-基)甲酯(商品名OXE-30，大阪有機化學公司製造，48份(相當於所有單體成分中的37.5mol%))、甲基丙烯酸(MAA(和光純藥工業公司製造，6份(相當於所有單體成分中的9.5mol%)))、甲基丙烯酸羥基乙酯(HEMA(和光純藥工業公司製造，11份(相當於所有單 體成分中的12.5mol%)))、自由基聚合引發劑V-601(商品名，和光純藥工業公司製造，4.3份)及丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA(82份))的混合溶液滴加到所述HS-EDM(二乙二醇乙基甲基醚)中，進而在90℃下反應2小時，由此獲得聚合物A的PGMEA(丙二醇單甲基醚乙酸酯)溶液(固體成分濃度：40%)。所得的聚合物A的由凝膠滲透色譜法(Gel Permeation Chromatography，GPC)所測定的重量平均分子量為15,000。
．黏合劑，所述聚合物A，46.3g
．光酸產生劑，商品名：PAG-103(巴斯夫(BASF)公司製造)，0.435g
．溶劑，HS-EDM(東邦化學公司製造，二乙二醇乙基甲基醚)，52.2g
．交聯劑，JER157S65(環氧交聯劑：日本環氧樹脂(Japan Epoxy Resin)公司製造)，0.99g
．密接促進劑，γ-縮水甘油氧基丙基三烷氧基矽烷(KBM-403：信越化學公司製造)，0.599g
．鹼性化合物
DBN：1,5-二氮雜雙環[4.3.0]-5-壬烯(東京化成公司製造)，0.01g
TPI：三苯基咪唑(和光純藥工業公司製造)，0.01g
．表面活性劑，含全氟烷基的非離子表面活性劑F-554，迪愛生(DIC)公司製造)，0.02g
將所述各成分混合而製成均勻的溶液後，以孔徑0.2μm的聚四氟乙烯制過濾器進行過濾，製備有機絕緣膜組合物(1)。以下， 將所述製備的有機絕緣膜組合物(1)稱為有機絕緣膜組合物(P-1)。
<有機絕緣膜組合物(1)合成例2>
合成日本專利第2961722號公報的合成例1中記載的酸/環氧黏合劑B(以下稱為黏合劑溶液B)。
．利用所述合成法所得的黏合劑溶液B (以固體成分計相當於20.0份的量)
．感光劑(東洋合成公司製造的TAS-200) 5.0份
．密接促進劑(信越化學公司製造的KBM-403(產品名)) 0.5份
．溶劑 丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA(大賽璐(Daicel)化學公司製造)) 77.1份
．表面活性劑(迪愛生(DIC)公司製造的美佳法(Megafac)F172) 0.005份
將所述各成分混合而製成均勻的溶液後，以孔徑0.2μm的聚四氟乙烯制過濾器進行過濾，製備有機絕緣膜組合物(1)。
<有機絕緣膜組合物(1)合成例3>
將甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA(和光純藥工業公司製造，26.51份(0.21莫耳當量)))、甲基丙烯酸(MAA(和光純藥工業公司製造，18.35份(0.24莫耳當量)))、苯乙烯(St(和光純藥工業公司製造，41.62份(0.45莫耳當量)))、甲基丙烯酸-3,4-環氧環己基甲酯(和光純藥工業公司製造，13.52份(0.10莫耳當量))及丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA(257.0份))的混合溶液在氮氣流下加熱至80℃。一面攪拌該混合溶液，一面用2.5小時滴加自 由基聚合引發劑V-65(商品名，和光純藥工業公司製造，3份)及丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA(大賽璐(Daicel)化學公司製造，100.0份))的混合溶液。滴加結束後，在70℃下反應4小時，由此獲得PGMEA(丙二醇單甲醚乙酸酯)溶液(固體成分濃度：40%)。以下，將PGMEA(丙二醇單甲醚乙酸酯)溶液稱為黏合劑溶液C。
．利用所述合成法所得的黏合劑溶液C 65份
．二季戊四醇六丙烯酸酯(新中村化學公司製造的A-DPH) 25份
．OXE-01(商品名，巴斯夫(BASF)公司製造) 10份
．溶劑 丙二醇單甲醚乙酸酯(PGEMA(大賽璐(Daicel)化學公司製造)) 59份
．二乙二醇乙基甲基醚(東邦化學公司製造，HS-EDM) 7份
將所述各成分混合而製成均勻的溶液後，以孔徑0.2μm的聚四氟乙烯制過濾器進行過濾，製備有機絕緣膜組合物(1)。
以下，對用來形成配向絕緣膜34、配向絕緣膜44的有機絕緣膜組合物(2)加以說明。
<有機絕緣膜組合物(2)或配向膜組合物合成例>
參考國際公開第2013/018904號，合成脂環聚醯亞胺的有機絕緣膜(2)組合物。
使196.34g的1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐(東京化成公司製造，1.00mol)溶解在2394g的1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)(和光 純藥工業公司製造)中而呈漿料狀，添加101.11g的對苯二胺(東京化成公司製造，0.935mol)，進而以固體成分濃度成為8重量%的方式添加1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，在室溫下攪拌24小時，獲得聚醯胺酸的溶液。該聚醯胺酸溶液的溫度25℃下的黏度為115mPa．s。以下，將該溶液稱為有機絕緣膜組合物(H-1)。有機絕緣膜組合物(H-1)在波長220nm~300nm左右具有吸收帶。
本發明基本上是以上述方式構成。以上，對本發明的液晶顯示裝置及其製造方法進行了詳細說明，但本發明不限定於所述實施形態，當然可於不偏離本發明的主旨的範圍內進行各種改良或變更。
[實施例]
對本發明的液晶顯示裝置的效果加以更具體說明。
本實施例中，製作實施例1、實施例2、比較例1及比較例2來確認本發明的效果。
實施例1、實施例2、比較例1及比較例2中，為了將用來確認效果的構成簡化而製成未形成薄膜電晶體的液晶顯示元件。實施例1、實施例2、比較例1及比較例2的液晶顯示元件除了未形成薄膜電晶體的方面以外，為與液晶顯示裝置相同的構成。
(實施例1)
實施例1的液晶顯示元件為IPS(In Plane Switching)方式、且有機絕緣膜與液晶直接接觸的水平配向液晶元件。
實施例1中，絕緣膜為雙層型。關於元件構成，以基板-第1有機絕緣膜-第2有機絕緣膜-梳齒電極-具有水平配向液晶的液晶 層-配向膜的順序層疊。實施例1的液晶顯示元件中，在並無梳齒電極的部分，有機絕緣膜與水平配向液晶直接接觸。
以下，對實施例1的液晶顯示元件的製造方法加以說明。
實施例1中，第1基板使用玻璃基板。通過旋塗法對第1基板塗布所述有機絕緣膜組合物(P-1)，在80℃的加熱板上進行1分鐘預乾燥後，在230℃的潔淨烘箱中煆燒60分鐘，形成厚度3μm的第1有機絕緣膜。
然後，通過印刷法在第1有機絕緣膜上塗布所述有機絕緣膜組合物(H-1)，在80℃的加熱板上進行2分鐘預乾燥後，在240℃的潔淨烘箱中煆燒30分鐘，在第1有機絕緣膜上形成厚度150nm的第2有機絕緣膜。
利用濺鍍法在第2有機絕緣膜的中央部形成ITO(氧化銦錫)透明導電膜後，通過濕式蝕刻而加工成梳齒狀，形成可與外部連接的1cm×1cm的梳齒電極。所述梳齒電極為透明電極，且在1cm×1cm見方的區域內以相同寬度且相同間隔形成有5條梳齒。實施例1中，在第2有機絕緣膜上以在一個梳齒電極的梳齒間配置有另一梳齒電極的梳齒的方式配置兩個梳齒電極。
對於形成有梳齒電極的第1基板，使用紫外線偏光曝光裝置(HC-2150PUFM，朗科(Runtec)公司製造)，利用波長220nm~330nm的連續色且強度為1J/cm2的偏振光對第2有機絕緣膜進行光配向處理，獲得配向絕緣膜。
然後，準備形成有配向膜的第2基板。第2基板也為玻璃基板。關於配向膜，通過印刷法在第2基板上塗布有機絕緣膜組合 物(H-1)，在80℃的加熱板上進行2分鐘預乾燥後，在240℃的潔淨烘箱中進行30分鐘煆燒，在第2基板上形成厚度150nm的液晶配向膜。然後，對液晶配向膜使用紫外線偏光曝光裝置(HC-2150PUFM，朗科(Runtec)公司製造)，利用波長220nm~330nm的連續色且強度為1J/cm2的偏振光進行光配向處理，獲得配向膜。
使用環氧樹脂系的密封材料，以3μm的單元間隙(cell gap)將第1基板與第2基板貼合而獲得液晶顯示單元。
然後，在液晶顯示單元中注入默克(Merck)公司製造的水平配向用液晶組合物MLC-2055，以紫外線硬化性的封口劑將注入口密封。其後，在液晶顯示單元的兩面上使配向方向一致而貼附偏光板，製作實施例1的液晶顯示元件。
在燈箱(light box)(白色光源)上觀察實施例1的液晶顯示元件，結果光均勻地透過，未見配向不均等顯示不良。進而，對實施例1的液晶顯示元件施加±5V、30Hz的矩形波，結果具有透明的梳齒電極的1cm×1cm的部分被遮光，獲得了良好的顯示。
(實施例2)
實施例2的液晶顯示元件為IPS(In Plane Switching)方式、且有機絕緣膜與液晶直接接觸的水平配向液晶元件。
實施例2中，絕緣膜為單層型。關於元件構成，以基板-有機絕緣膜-梳齒電極-具有水平配向液晶的液晶層-配向膜的順序層疊。實施例2的液晶顯示元件中，在並無梳齒電極的部分，有機絕緣膜與水平配向液晶直接接觸。
以下，對實施例2的液晶顯示元件的製造方法加以說明。
實施例2中，第1基板使用玻璃基板。通過旋塗法對第1基板塗布所述有機絕緣膜組合物(H-1)，在80℃的加熱板上進行1分鐘預乾燥後，在240℃的潔淨烘箱中煆燒60分鐘，形成厚度3μm的有機絕緣膜。
利用濺鍍法在有機絕緣膜的中央部形成ITO(氧化銦錫)透明導電膜後，通過濕式蝕刻而加工成梳齒狀，形成可與外部連接的1cm×1cm的梳齒電極。梳齒電極為透明電極。實施例2中，與實施例1同樣地將兩個梳齒電極配置在有機絕緣膜上。
對於形成有梳齒電極的第1基板，使用紫外線偏光曝光裝置(HC-2150PUFM，朗科(Runtec)公司製造)，利用波長220nm~330nm的連續色且強度為1J/cm2的偏振光對有機絕緣膜進行光配向處理，獲得配向絕緣膜。
然後，準備通過與實施例1相同的步驟而形成有配向膜的第2基板。
接著，使用環氧樹脂系的密封材料，以3μm的單元間隙將第1基板與第2基板貼合而獲得液晶顯示單元。然後，在液晶顯示單元中注入默克(Merck)公司製造的水平配向用液晶組合物MLC-2055，以紫外線硬化性的封口劑將注入口密封。其後，在液晶顯示單元的兩面上使配向方向一致而貼附偏光板，製作實施例2的液晶顯示元件。
在燈箱(白色光源)上觀察實施例2的液晶顯示元件，結果光均勻地透過，未見配向不均等顯示不良。進而，對實施例2 的液晶顯示元件施加±5V、30Hz的矩形波，結果具有透明的梳齒電極的1cm×1cm的部分被遮光，獲得了良好的顯示。
(比較例1)
比較例1的液晶顯示元件為邊緣場切換方式。
關於元件構成，以基板-有機絕緣膜-平面狀的透明電極-無機絕緣膜-梳齒電極-配向膜-具有水平配向液晶的液晶層-配向膜的順序層疊。比較例1的液晶顯示元件中，在梳齒電極上塗設有配向膜，有機絕緣膜與水平配向液晶未直接接觸。
以下，對比較例1的液晶顯示元件的製造方法加以說明。
比較例1中，第1基板使用玻璃基板。通過旋塗法對基板塗布有機絕緣膜組合物(P-1)，在80℃的加熱板上進行1分鐘預乾燥後，在230℃的潔淨烘箱中煆燒60分鐘，形成厚度3μm的有機絕緣膜。
利用濺鍍法在有機絕緣膜的中央部形成ITO(氧化銦錫)透明導電膜後，通過濕式蝕刻而加工成平面狀，形成可與外部連接的1cm×1cm的平面狀的透明電極。
通過濺鍍法在平面狀的透明電極上形成SiNx膜，獲得無機絕緣膜。再次利用濺鍍法在無機絕緣膜的中央部形成ITO(氧化銦錫)透明導電膜後，通過濕式蝕刻而加工成梳齒狀，形成可與外部連接的1cm×1cm的梳齒電極。梳齒電極為透明電極。
通過印刷法對形成有梳齒電極的基板塗布有機絕緣膜組合物(H-1)，在80℃的加熱板上進行2分鐘預乾燥後，在240℃的潔淨烘箱中進行30分鐘煆燒，在基板上形成厚度150nm的液晶配 向膜。
然後，對液晶配向膜使用紫外線偏光曝光裝置(HC-2150PUFM，朗科(Runtec)公司製造)，利用波長220nm~330nm的連續色且強度為1J/cm2的偏振光進行光配向處理，獲得配向膜。
然後，準備通過與實施例1相同的步驟而形成有配向膜的第2基板。
接著，使用環氧樹脂系的密封材料，以3μm的單元間隙將第1基板與第2基板貼合而獲得液晶顯示單元。然後，在液晶顯示單元中注入默克(Merck)公司製造的水平配向用液晶組合物MLC-2055，以紫外線硬化性的封口劑將注入口密封。其後，在液晶顯示單元的兩面上使配向方向一致而貼附偏光板，製作比較例1的液晶顯示元件。
在燈箱(白色光源)上觀察比較例1的液晶顯示元件，結果光均勻地透過，未見配向不均等顯示不良。進而，對比較例1的液晶顯示元件施加±5V、30Hz的矩形波，結果具有透明電極的1cm×1cm的部分被遮光，獲得了良好的顯示。
(比較例2)
比較例2的液晶顯示元件為IPS(In Plane Switching)方式。
關於元件構成，以基板-有機絕緣膜-梳齒電極-具有水平配向液晶的液晶層-配向膜的順序層疊。比較例2的液晶顯示元件中，水平配向液晶與有機絕緣膜並未直接接觸。
以下，對比較例2的液晶顯示元件的製造方法加以說明。
比較例2中，第1基板使用玻璃基板。通過旋塗法對第1基板塗布所述有機絕緣膜組合物(P-1)，在80℃的加熱板上進行1分鐘預乾燥後，在230℃的潔淨烘箱中煆燒60分鐘，形成厚度3μm的有機絕緣膜。
利用濺鍍法在有機絕緣膜的中央部形成ITO(氧化銦錫)透明導電膜後，通過濕式蝕刻而加工成梳齒狀，形成可與外部連接的1cm×1cm的梳齒電極。梳齒電極為透明電極。比較例2中，與實施例1同樣地將兩個梳齒電極配置在有機絕緣膜上。
然後，在有機絕緣膜上覆蓋梳齒電極而通過印刷法塗布有機絕緣膜組合物(H-1)，在80℃的加熱板上進行2分鐘預乾燥後，在240℃的潔淨烘箱中煆燒30分鐘，在基板上形成厚度150nm的液晶配向膜。然後，對液晶配向膜使用紫外線偏光曝光裝置(HC-2150PUFM，朗科(Runtec)公司製造)，利用波長220nm~330nm的連續色且強度為1J/cm2的偏振光進行光配向處理，獲得配向膜。
然後，準備通過與實施例1相同的步驟而形成有配向膜的第2基板。
接著，使用環氧樹脂系的密封材料，以3μm的單元間隙將第1基板與第2基板貼合而獲得液晶顯示單元。然後，在液晶顯示單元中注入默克(Merck)公司製造的水平配向用液晶組合物MLC-2055，以紫外線硬化性的封口劑將注入口密封。其後，在液晶顯示單元的兩面上使配向方向一致而貼附偏光板，製作比較例2的液晶顯示元件。
在燈箱(白色光源)上觀察比較例2的液晶顯示元件，結果光均勻地透過，未見配向不均等顯示不良。進而，對比較例2的液晶顯示元件施加±5V、30Hz的矩形波，結果具有透明電極的1cm×1cm的部分被遮光，獲得了良好的顯示。
如上文所述，實施例1、實施例2與比較例2均為IPS(In Plane Switching)方式。比較例1為邊緣場切換方式。結構經簡化的實施例1、實施例2與比較例1、比較例2同樣地，光均勻地透過，未見配向不均等顯示不良，獲得了良好的顯示。
此外，通過設定為本發明的液晶顯示裝置的構成，在形成電極後無需配向膜的濕式製程，因此能以低成本製造使用水平配向液晶的液晶顯示裝置。
10:液晶顯示裝置
20:第1基板
20a、22a、34a、40a:表面
20b、22b:背面
21:第1偏光板
22:第2基板
23:第2偏光板
24:液晶層
26:薄膜電晶體陣列層
28:薄膜電晶體
30:薄膜電晶體陣列
32:有機平坦化層
34:配向絕緣膜
36:第1電極
38:第2電極
40:配向膜
42:間隔件

Claims (14)

  1. 一種液晶顯示裝置，其是將第1基板與第2基板夾持著液晶層彼此相向配置而成，且所述液晶顯示裝置的特徵在於：在所述第1基板上設有用來驅動所述液晶層的液晶分子的薄膜電晶體、至少一種電極、以及至少一部分與所述液晶層直接接觸的絕緣膜，在所述絕緣膜上配置有至少一種電極中的一個，所述絕緣膜對所述液晶層的所述液晶分子具有配向功能，且所述絕緣膜具有光配向性。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的液晶顯示裝置，其中：在所述第1基板上，在所述薄膜電晶體上進一步設有有機平坦化層，所述至少一種電極為設於所述有機平坦化層上的第1電極與第2電極，所述絕緣膜是由所述第1電極與所述第2電極夾持而設置，所述第1電極為梳齒狀的電極。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的液晶顯示裝置，其中：在所述第1基板上，在所述薄膜電晶體上設有所述絕緣膜，將所述至少一種電極設於所述絕緣膜上，所述至少一種電極為梳齒狀的電極，所述絕緣膜兼作有機平坦化層。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的液晶顯示裝置，其中：關於所述絕緣膜，用來形成所述絕緣膜的有機絕緣膜前驅物具有光配向性。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的液晶顯示裝置，其中：所述絕緣膜的膜厚為1μm以下。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的液晶顯示裝置，其中：所述絕緣膜的膜厚為2μm以上且5μm以下。
  7. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的液晶顯示裝置，其中：將保持所述第1基板與所述第2基板的間隔的間隔件設於所述第1基板與所述第2基板之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的液晶顯示裝置，其中：將所述間隔件配置在與所述至少一種電極相對應的位置。
  9. 一種液晶顯示裝置的製造方法，其為製造具有液晶層、以及夾持著所述液晶層而彼此相向配置的第1基板與第2基板的液晶顯示裝置的方法，且其特徵在於包括以下步驟：在所述第1基板上形成用來驅動所述液晶層的液晶分子的薄膜電晶體、絕緣膜、以及位於所述絕緣膜上的至少一種電極中的一個；將所述第1基板與所述第2基板貼合；以及在將所述第1基板與所述第2基板貼合的步驟前或步驟後，在所述第1基板與所述第2基板之間以所述絕緣膜的至少一部分直接接觸的方式注入液晶；並且形成所述絕緣膜的步驟包括以下步驟：使用具有光配向性的有機材料形成將成為所述絕緣膜的膜後，對所述膜的至少一部分照射偏振光，賦予對液晶分子的配向 功能。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的液晶顯示裝置的製造方法，其中：在形成所述薄膜電晶體後，形成所述至少一種電極中的一個，且在所述絕緣膜上形成所述至少一種電極的一個。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的液晶顯示裝置的製造方法，其中：在形成所述薄膜電晶體後，形成所述絕緣膜，且形成所述至少一種電極。
  12. 如申請專利範圍第9項至第11項中任一項所述的液晶顯示裝置的製造方法，其中：形成所述絕緣膜的步驟在照射所述偏振光前或照射所述偏振光後，對所述膜進行熱硬化處理。
  13. 如申請專利範圍第9項至第11項中任一項所述的液晶顯示裝置的製造方法，其中：所述偏振光的波長為200nm~400nm。
  14. 如申請專利範圍第9項至第11項中任一項所述的液晶顯示裝置的製造方法，其中：注入的所述液晶為水平配向液晶。
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