WO2016017509A1 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

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WO2016017509A1
WO2016017509A1 PCT/JP2015/070900 JP2015070900W WO2016017509A1 WO 2016017509 A1 WO2016017509 A1 WO 2016017509A1 JP 2015070900 W JP2015070900 W JP 2015070900W WO 2016017509 A1 WO2016017509 A1 WO 2016017509A1
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liquid crystal
light
substrate
display device
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PCT/JP2015/070900
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大明 淺木
敢 三宅
平井　明
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シャープ株式会社
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    • G02F1/133749—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers for low pretilt angles, i.e. lower than 15 degrees

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a liquid crystal display device. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a liquid crystal display device that forms an alignment film that controls the alignment of liquid crystal molecules.
  • a liquid crystal display device is a display device that uses a liquid crystal composition for display.
  • a typical display method is to apply a voltage to a liquid crystal composition sealed between a pair of substrates, and apply the applied voltage.
  • the amount of transmitted light is controlled by changing the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal composition according to the above.
  • Such a liquid crystal display device is used in a wide range of fields, taking advantage of its thinness, light weight, and low power consumption.
  • the alignment of liquid crystal molecules in a state where no voltage is applied is controlled by an alignment film subjected to an alignment treatment.
  • the rubbing method has been widely used as a method for the alignment treatment.
  • a photo-alignment method capable of performing the alignment treatment in a non-contact manner has been advanced.
  • various methods such as a decomposition type, an isomerization type, and a dimerization type are known.
  • a photo-alignment film having an acrylic skeleton as a main chain and a photofunctional group such as a cinnamate group in a side chain has been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
  • the photo-alignment film described above can achieve good alignment with a very low dose of several mJ to several tens of mJ, but has a lower voltage holding ratio (VHR) reliability than conventional polyimide alignment films.
  • VHR voltage holding ratio
  • the reason why the VHR reliability is inferior is that the photo-alignment film does not have an amide group or the like that traps ionic impurities unlike the polyimide alignment film. This is because the cross-linking reaction is insufficient and the alignment film is not a dense high-order polymer, so that ionic impurities that cause a reduction in VHR are easily dissolved in the liquid crystal during aging.
  • Patent Document 1 describes that the orientation is stabilized by additional irradiation.
  • Non-Patent Document 1 reports a slight increase in anchoring energy (see Table 1) and improved thermal stability due to additional irradiation.
  • the additional anchoring treatment (alignment regulating force) of the alignment film is reduced when the ultraviolet irradiation treatment is additionally performed, and as a result, the seizure characteristic is deteriorated. It was done. This is not recognized in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a liquid crystal display device capable of manufacturing a liquid crystal display device excellent in reliability of voltage holding ratio and image sticking characteristics. is there.
  • the inventors of the present invention are studying a method for manufacturing a liquid crystal display device in a horizontal alignment mode using a photo-alignment method, and a photofunctional group that undergoes a dimerization reaction or a crosslinking reaction by light irradiation. It was noted that a photo-alignment film exhibiting good orientation can be obtained by an alignment film material containing a polymer having As a result of repeated studies on this photo-alignment film, it has been found that although additional irradiation is desirable to improve VHR reliability, the seizure characteristics are deteriorated by additional irradiation.
  • the present inventors have conventionally formed a symmetrical alignment film on a pair of substrates (hereinafter also referred to as “upper and lower substrates”) sandwiching a liquid crystal layer, but it is intentionally asymmetric.
  • a symmetrical alignment film on a pair of substrates (hereinafter also referred to as “upper and lower substrates”) sandwiching a liquid crystal layer, but it is intentionally asymmetric.
  • the present inventors have found that VHR reliability and seizure characteristics can be compatible. From the above, the present inventors have conceived that the above problems can be solved brilliantly and have reached the present invention.
  • one embodiment of the present invention is a method for manufacturing a horizontal alignment mode liquid crystal display device including a drive substrate including a pair of electrodes and a counter substrate, and is aligned on the surfaces of the drive substrate and the counter substrate.
  • the liquid crystal display device contains a polymer having a photofunctional group that undergoes a crosslinking reaction, and in the additional irradiation step, a light irradiation amount to the alignment film formed on the surface of the counter substrate is formed on the surface of the driving substrate.
  • Light to the alignment film May be a method of manufacturing the liquid crystal display device is larger than the amount of radiation.
  • Patent Document 1 there is no description or suggestion of performing additional irradiation only on one substrate or changing the irradiation amount of additional irradiation for each substrate.
  • FIG. 6 is a diagram showing emission spectra of UVB (ultraviolet lamp) used in Examples 1 to 4, 6 and 7, and BLB (black light lamp) used in Example 5. It is the figure which showed the result of having calculated the orientation distribution of the liquid crystal molecule in the liquid crystal layer in FFS mode.
  • UVB ultraviolet lamp
  • BLB black light lamp
  • the manufacturing method of the liquid crystal display device of this embodiment is a method of manufacturing a horizontal alignment mode liquid crystal display device including a drive substrate having a pair of electrodes and a counter substrate, and the surface of the drive substrate and the counter substrate A coating step of applying an alignment film material thereon, a photo-alignment processing step of irradiating the applied alignment film material with light, firing the photo-aligned alignment film material, A main baking step of forming an alignment film on the surface of the counter substrate, and an additional irradiation step of irradiating the alignment film with light, wherein the alignment film material is formed by light irradiation with a (meth) acryl skeleton.
  • the liquid crystal display device performs display in a horizontal alignment mode.
  • a threshold voltage including no voltage application
  • the main liquid crystal display device is used.
  • the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is controlled in the horizontal direction with respect to the substrate surface of the driving substrate or the counter substrate by the action of the alignment film. In this state, the angle formed by the major axis of the liquid crystal molecules with respect to the substrate surface of the driving substrate or the counter substrate is called a “pretilt angle”.
  • the horizontal alignment mode for example, an in-plane switching (IPS) mode and a fringe field switching (FFS) mode are preferably used.
  • the drive substrate includes a pair of electrodes.
  • an active matrix substrate thin film transistor (TFT) substrate
  • TFT thin film transistor
  • the configuration includes a plurality of parallel gate signal lines on a transparent substrate; a plurality of sources that extend in a direction perpendicular to the gate signal lines and are parallel to each other.
  • Signal lines Signal lines; active elements such as thin film transistors arranged corresponding to the intersections of the gate signal lines and the source signal lines; pixel electrodes arranged in a matrix in a region partitioned by the gate signal lines and the source signal lines And the like, a common wiring, a common electrode connected to the common wiring (the other of the pair of electrodes), and the like.
  • Examples of the pair of electrodes include those capable of applying an electric field in a substantially parallel direction to the substrate surface of the drive substrate in a liquid crystal layer held between the drive substrate and the counter substrate.
  • a voltage is applied to the liquid crystal layer through the pair of electrodes, the orientation of the liquid crystal molecules changes according to the magnitude of the applied voltage. Thereby, the polarization state of the polarized light transmitted through the liquid crystal layer can be controlled.
  • a pair of comb electrodes disposed on the same insulating film is preferably used as the pair of electrodes, and a lateral electric field is formed in the liquid crystal layer.
  • the pair of electrodes a combination of an electrode having a slit arranged in the upper layer of the insulating film and a planar electrode arranged in the lower layer of the insulating film is preferably used. An oblique electric field is formed in the liquid crystal layer.
  • a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (Indium Zinc Oxide: IZO), or the like can be given.
  • a color filter (CF) substrate usually used in a liquid crystal display device in a horizontal alignment mode
  • the configuration of the color filter substrate include a configuration in which a black matrix formed in a lattice shape, a color filter formed inside a lattice, that is, a pixel, a black matrix, and the like are provided on a transparent substrate. Note that a color filter may not be formed on the counter substrate, and both the color filter and the active matrix may be formed on the driving substrate.
  • the transparent substrate used for the drive substrate and the counter substrate examples include glass such as float glass and soda glass; and those made of plastic such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethersulfone, polycarbonate, and alicyclic polyolefin. Is mentioned.
  • the driving substrate and the counter substrate are usually bonded together by a sealing material provided so as to surround the periphery of the liquid crystal layer, and the liquid crystal layer is held in a predetermined region by the driving substrate, the counter substrate, and the sealing material.
  • a sealing material for example, an epoxy resin containing an inorganic filler or an organic filler and a curing agent can be used.
  • polarizing plates linear polarizers
  • a typical example of the polarizing plate is a polyvinyl alcohol (PVA) film obtained by adsorbing and orienting an anisotropic material such as an iodine complex having dichroism.
  • a protective film such as a triacetyl cellulose film is laminated on both sides of the PVA film and put to practical use.
  • an optical film such as a retardation film may be disposed between the polarizing plate and the drive substrate or the counter substrate.
  • the alignment film is not particularly limited as long as it is a horizontal alignment film that controls liquid crystal molecules in the liquid crystal layer in a horizontal direction with respect to the substrate surface of the driving substrate or the counter substrate.
  • the magnitude of the pretilt angle provided by the alignment film is not particularly limited, but is preferably substantially 0 °, for example, preferably less than 10 °.
  • the “pretilt angle” means an angle of inclination of liquid crystal molecules from a direction parallel to the substrate surface, the angle parallel to the substrate surface is 0 °, and the normal angle of the substrate surface is 90 °. It is.
  • the viewing angle characteristic can be improved as the pretilt angle is brought closer to 0 °.
  • the liquid crystal display device includes: a liquid crystal display panel; an external circuit such as a TCP (tape carrier package) and a PCB (printed wiring board); an optical film such as a viewing angle widening film and a brightness enhancement film; a backlight unit; ) And the like, and some members may be incorporated in other members.
  • a liquid crystal display panel an external circuit such as a TCP (tape carrier package) and a PCB (printed wiring board); an optical film such as a viewing angle widening film and a brightness enhancement film; a backlight unit; ) And the like, and some members may be incorporated in other members.
  • Members other than those already described are not particularly limited, and those normally used in the field of liquid crystal display devices can be used, and thus description thereof is omitted.
  • the coating step is a step of coating an alignment film material on the surfaces of the drive substrate and the counter substrate.
  • the alignment film material a material containing a polymer having a (meth) acryl skeleton and a photofunctional group that undergoes a dimerization reaction or a crosslinking reaction by light irradiation is used.
  • a specific photofunctional group By using such a specific photofunctional group, it is possible to achieve good orientation with a very low dose of several mJ to several tens of mJ.
  • the specific photofunctional group is used, it is difficult to ensure the VHR reliability.
  • the VHR reliability is improved by performing the additional irradiation step. Can do.
  • the (meth) acrylic skeleton may be a structure containing at least one of acrylic and methacrylic, for example, a structure formed by polymerizing an ester of acrylic acid or an ester of methacrylic acid, and a main chain of the polymer
  • the thing which comprises is mentioned.
  • a specific example of the methacryl skeleton is shown as the following formula (1).
  • the photofunctional group that undergoes a dimerization reaction or a crosslinking reaction by light irradiation at least one group selected from the group consisting of a cinnamate group, a coumarin group, a chalcone group, and a cinnamoyl group is preferably used.
  • the photofunctional group may be included in the main chain of the polymer or may be included in the side chain.
  • X represents a monovalent organic group
  • n represents the number of repeating units, and is an arbitrary integer of 2 or more.
  • the alignment film material may contain other optional components as necessary, and is preferably prepared as a solution composition in which each component is dissolved in an organic solvent.
  • the other optional components include a crosslinking agent (curing agent), a curing catalyst, and a surfactant.
  • the solid content concentration of the alignment film material that is, the ratio of the weight of all components other than the solvent in the alignment film material to the total weight of the alignment film material is selected in consideration of viscosity, volatility, etc. It is in the range of 1 to 10% by weight.
  • Examples of the coating method include a roll coater method, a spinner method, a printing method, and an ink jet method.
  • the photo-alignment treatment step is a step of irradiating the applied alignment film material with light.
  • the photofunctional group in the alignment film material undergoes a dimerization reaction or a cross-linking reaction, and a desired pretilt angle is imparted.
  • the light used for the photo-alignment treatment linearly polarized light or non-polarized light can be used.
  • ultraviolet light and visible light including light having a wavelength of 150 nm to 800 nm can be used, and a wavelength of 250 nm to 400 nm can be used. Ultraviolet rays containing the above light are preferred.
  • irradiation may be performed from a direction perpendicular to the substrate surface, an oblique direction for providing a pretilt angle, or a combination thereof.
  • the direction of irradiation is an oblique direction.
  • a light source to be used for example, a low pressure mercury lamp, a high pressure mercury lamp, a deuterium lamp, a metal halide lamp, an argon resonance lamp, a xenon lamp, an excimer laser, or the like can be used.
  • the ultraviolet rays in the preferable wavelength region can be obtained by means of using the light source in combination with, for example, a filter or a diffraction grating.
  • the irradiation amount in the photo-alignment treatment is set so that the thermal self-organization (re-orientation) of the polymer material constituting the alignment film can be sufficiently advanced in the main baking after the photo-alignment treatment. For this reason, it is difficult to replace the additional irradiation process by increasing the irradiation amount in the photo-alignment process.
  • the irradiation amount is preferably 0.1 mJ / cm 2 or more and less than 1000 mJ / cm 2 , more preferably 1 mJ / cm 2 or more and less than 100 mJ / cm 2 . If the amount of irradiation is too large, thermal self-organization may be hindered. If the amount of irradiation is too small, an alignment film material having a very high sensitivity to light will be used. There is a possibility that handling of the substrate coated with the coating becomes difficult.
  • the main firing step is a step of firing the alignment film material subjected to the photo-alignment treatment to form an alignment film on the surfaces of the drive substrate and the counter substrate.
  • the heating temperature in the main baking step is preferably 90 ° C. or higher, more preferably 120 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower.
  • the heating time in the main baking step is preferably 5 minutes or longer, more preferably 10 minutes or longer, preferably 120 minutes or shorter, more preferably 60 minutes or shorter.
  • preheating preheating
  • post-baking main baking
  • the thickness of the alignment film after the main baking is preferably 10 nm or more, more preferably 40 nm or more, still more preferably 45 nm or more, particularly preferably 50 nm or more, and preferably 300 nm or less. More preferably, it is 150 nm or less, More preferably, it is 145 nm or less, Especially preferably, it is 140 nm or less.
  • the additional irradiation step is a step of irradiating the alignment film with light.
  • the light used for the additional irradiation include ultraviolet light and visible light including light having a wavelength of 150 nm to 800 nm, and ultraviolet light is preferably used, and in particular, ultraviolet light including light having a wavelength of 250 nm to 400 nm. Are preferably used.
  • a light source to be used for example, a UVB (ultraviolet lamp), a black light lamp (BLB), or the like can be used.
  • the light irradiation direction to the alignment film is not particularly limited, unlike the photo-alignment treatment step in which the pretilt angle is given.
  • both linearly polarized light and non-polarized light can be used, but non-polarized light is preferably used because the exposure apparatus can be simplified.
  • a combination using polarized light for the photo-alignment treatment and non-polarized light for the additional irradiation is preferable, and a combination using polarized ultraviolet light for the photo-alignment processing and non-polarized ultraviolet light for the additional irradiation is more preferable.
  • the amount of light applied to the alignment film formed on the surface of the counter substrate is made larger than the amount of light applied to the alignment film formed on the surface of the drive substrate.
  • light irradiation in the additional irradiation step may be performed on the entire surface of the alignment film, and is preferably performed on at least a display region in which pixels of the liquid crystal display device are arranged.
  • additional irradiation it is preferable to perform additional irradiation before the liquid crystal material is disposed on the alignment film. For this reason, light irradiation may be performed when the sealing material used for sealing the liquid crystal material between the driving substrate and the counter substrate is cured, but by light irradiation for curing the sealing material, It is difficult to serve as the additional irradiation step.
  • the manufacturing method of the liquid crystal display device in this embodiment should just include the said application
  • a drying step may be included between the coating step and the photo-alignment treatment step.
  • Example 1 A TFT substrate (driving substrate) on which a TFT, FFS electrode structure and the like were formed on a glass substrate was prepared.
  • the TFT has a channel formed of IGZO (indium-gallium-zinc-oxygen) which is an oxide semiconductor.
  • the FFS electrode structure had an electrode width L of 3 ⁇ m and an electrode spacing S of 5 ⁇ m.
  • a transparent electrode made of ITO was used as the pixel electrode constituting the FFS electrode structure.
  • a CF substrate (counter substrate) having a black matrix, a color filter, and a photo spacer was prepared on a glass substrate. The height of the photo spacer was 3.5 ⁇ m.
  • the solid content of the alignment film solution is a polymer material having a methacryl skeleton (main chain) and a side chain of a cinnamate group having photoreactivity.
  • the chemical structure of the solid content is shown as the following formula (2).
  • the solid content represented by the following formula (2) used in this example was a copolymer containing methacrylic acid having no photofunctional group, although all side chains thereof contained cinnamate groups. You may use the material obtained by doing.
  • As the solvent for the alignment film solution a mixture of N-methyl-2-pyrrolidone and ethylene glycol monobutyl ether in an equal amount was used.
  • the solid content concentration in the alignment film solution was 5 wt%.
  • R 1 represents a single bond or a divalent organic group
  • R 2 represents a hydrogen atom, a fluorine atom or a monovalent organic group
  • n represents the number of repeating units, and 2 or more It is an arbitrary integer.
  • the TFT substrate and the CF substrate were temporarily dried at 70 ° C. for 2 minutes (pre-baking). Subsequently, as a photo-alignment treatment, the surface of the temporarily dried TFT substrate and CF substrate was irradiated with linearly polarized ultraviolet light at an intensity of 5 mJ / cm 2 at a wavelength of 313 nm from the substrate normal direction.
  • the TFT substrate and the CF substrate were heated at 140 ° C. for 30 minutes.
  • the thickness of the alignment film after the main baking was about 100 nm.
  • the alignment film formed on the TFT substrate side was not subjected to additional irradiation treatment, and only the alignment film formed on the CF substrate side was irradiated with 200 mJ / cm 2 of UVB (ultraviolet lamp) non-polarized ultraviolet rays.
  • UVB ultraviolet lamp
  • a heat / visible light combined sealing material (manufactured by Kyoritsu Chemical Industry Co., Ltd., trade name: World Rock) was drawn on the TFT substrate with a dispenser. Then, the TFT substrate and the CF substrate were bonded to each other while sandwiching positive type liquid crystal having positive dielectric anisotropy while adjusting the directions so that the polarization directions of the ultraviolet rays irradiated in the photo-alignment treatment were parallel to each other. After the substrates were bonded, the sealing material was cured by irradiating light with a wavelength of 380 nm or less removed while the display area was shielded by a mask. The intensity of light for curing the sealing material was 10 J / cm 2 at a wavelength of 405 nm.
  • liquid crystal molecules were realigned by heating at 130 ° C. for 40 minutes to obtain a uniformly uniaxially aligned FFS liquid crystal panel.
  • Examples 2 to 7, Comparative Examples 1 to 3 An FFS liquid crystal panel was produced in the same manner as in Example 1 except that the conditions of the additional irradiation treatment were changed as follows. -In Example 2, the irradiation amount was reduced to 100 mJ / cm ⁇ 2 >. In Examples 3 and 4, additional irradiation treatment was also performed on the alignment film on the TFT substrate side so that the irradiation amount on the CF substrate side was larger than that on the TFT substrate side. In Example 5, the light source used was changed to BLB (black light lamp).
  • FIG. 1 is a diagram showing emission spectra of UVB (ultraviolet lamp) used in Examples 1 to 4, 6, and 7, and BLB (black light lamp) used in Example 5.
  • Example 6 the light source used was changed to UVB (ultraviolet lamp) linearly polarized ultraviolet light.
  • -Example 7 made the irradiation amount small (20mJ / cm ⁇ 2 >).
  • no additional irradiation treatment was performed.
  • the additional irradiation treatment was performed also on the alignment film on the TFT substrate side, so that the irradiation amounts on the TFT substrate side and the CF substrate side were the same amount (200 mJ / cm 2 ).
  • additional alignment treatment was performed on the alignment film on the TFT substrate side, so that the irradiation amounts on the TFT substrate side and the CF substrate side were both small and the same (100 mJ / cm 2 ).
  • both UVB and BLB emit light having a wavelength of 300 nm to 400 nm, but UVB emits light having a shorter wavelength. Since UVB light emission has a peak wavelength near the absorption wavelength (313 nm) of the cinnamate group, which is a photosensitive group, the effect of improving VHR can be obtained by processing at a lower dose and shorter time than BLB. Can do. On the other hand, since UVB tends to cause seizure, more precise process management is required than BLB.
  • VHR reliability 5 V energization aging was performed in an environment of 60 ° C., and VHR was measured after 500 hours. The results were evaluated based on the following criteria. ⁇ : VHR is 97% or more ⁇ : VHR is 95% or more and less than 97% ⁇ : VHR is less than 95%
  • Burn-in characteristics After displaying the white-black checker pattern for 24 hours, 32 gradations are displayed on the entire screen Is displayed. The display state of 32 gradations was confirmed, and visual evaluation of the burn-in level was performed. The results were evaluated based on the following criteria.
  • ⁇ No burn-in was observed even when viewed with the naked eye.
  • ⁇ Burning was observed when viewed with the naked eye, but no burning was observed when viewed through a neutral density filter with ND-20 (average transmittance 20%).
  • X Image sticking was observed when viewed through a neutral density filter with ND-10 (average transmittance of 10%), but image persistence was observed when viewed with a neutral density filter with ND-8 (average transmittance of 8%).
  • Table 1 shows the amount of light irradiation and the results of the evaluation test in each Example and Comparative Example.
  • VHR can be secured at 95% or more, and when viewed with a ND-20 (average transmittance 20%) neutral density filter, seizure is not observed. It was not found. That is, it was possible to achieve both good VHR reliability and good seizure characteristics.
  • TFT TFT It can be seen that the additional dose on the CF substrate side needs to be larger than the additional dose on the substrate side. In addition, it can be seen that in order to obtain particularly good VHR reliability (evaluation), it is preferable to set the additional dose on the CF substrate side to 100 mJ / cm 2 or more.
  • the following can be understood from the results of the evaluation test. -From the comparison between Example 1 and Example 3 or the comparison between Example 2 and Example 4, even if the TFT substrate side is not subjected to additional irradiation, the TFT substrate side is irradiated with 20 mJ / cm 2 Equivalent VHR reliability is obtained. In addition, the condition where no additional irradiation is performed on the TFT substrate side is superior to the condition where the TFT substrate side is irradiated with 20 mJ / cm 2. A mode in which no additional irradiation is performed on the side is optimal.
  • the light source for additional irradiation is not limited to UVB, and the same effect can be obtained with BLB. -The light used for the additional irradiation is not limited to non-polarized light, and the same effect can be obtained by using polarized light.
  • the low molecular weight component of the alignment film is difficult to elute into the liquid crystal layer due to a crosslinking reaction with the alignment film polymer due to the dimerization of the cinnamate group by the additional irradiation.
  • the photo-functional group that could not be reacted by the photo-alignment treatment undergoes a dimerization reaction (cross-linking reaction), so that the alignment film polymer becomes a high-order and dense polymer layer. It becomes difficult to elute inside. For these reasons, display defects such as unevenness and spots can be suppressed during long-term use.
  • the reliability may be improved while the seizure characteristics may be deteriorated. is there.
  • the reason for this is that the anchoring energy of the alignment film decreases due to the progress of the dimerization reaction or the crosslinking reaction of the alignment film polymer, so that when the voltage is applied in the azimuth direction (In-plane direction) within the substrate surface. It is thought that the orientation of the liquid crystal molecules is easily memorized and the image sticking deteriorates.
  • the additional irradiation conditions are individually optimized for the upper and lower substrates, thereby achieving compatibility.
  • FIG. 2 is a diagram showing the result of calculating the orientation distribution of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer in the FFS mode. 2 on the vertical axis in FIG. 2 represents the position of the planar lower electrode, and # 2 represents the position of the pixel electrode provided with the electrode slit. An insulating film exists between # 1 and # 2, and a liquid crystal layer exists above # 2.
  • the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is represented by the direction and length of the line representing each liquid crystal molecule.
  • One embodiment of the present invention is a method of manufacturing a horizontal alignment mode liquid crystal display device including a drive substrate including a pair of electrodes and a counter substrate, and an alignment film material is formed on the surfaces of the drive substrate and the counter substrate.
  • a horizontal alignment mode liquid crystal display device including a drive substrate including a pair of electrodes and a counter substrate, and an alignment film material is formed on the surfaces of the drive substrate and the counter substrate.
  • firing the alignment film material that has been subjected to the photo-alignment treatment and firing the alignment film material.
  • the alignment film material is a (meth) acryl skeleton and a dimerization reaction or crosslinking by light irradiation.
  • a polymer having a photofunctional group that reacts, and in the additional irradiation step, the amount of light irradiated to the alignment film formed on the surface of the counter substrate is an alignment formed on the surface of the driving substrate.
  • the amount of light irradiated to the film It may be a method of manufacturing also large liquid crystal display device. According to the method for manufacturing a liquid crystal display device of the above aspect, a liquid crystal display device having both VHR reliability and seizure characteristics can be manufactured.
  • the amount of light applied to the alignment film formed on the surface of the driving substrate is 20 mJ / cm 2 or less, and for the alignment film formed on the surface of the counter substrate. More preferably, only light is irradiated.
  • the amount of light applied to the alignment film formed on the surface of the counter substrate is preferably 20 mJ / cm 2 or more, and more preferably 100 mJ / cm 2 or more. With such a configuration, particularly good VHR reliability can be obtained.
  • the light irradiated in the additional irradiation step may be ultraviolet light. By setting it as such a structure, the effect of additional irradiation can fully be acquired.
  • the photofunctional group may be at least one group selected from the group consisting of a cinnamate group, a coumarin group, a chalcone group, and a cinnamoyl group. In such a configuration, additional irradiation is particularly effective.
  • the alignment film may have a pretilt angle of substantially 0 ° applied to the liquid crystal molecules. In such a configuration, additional irradiation is particularly effective.
  • the horizontal alignment mode may be an IPS mode or an FFS mode. In such a configuration, additional irradiation is particularly effective.

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Abstract

本発明は、電圧保持率の信頼性及び焼付き特性に優れた液晶表示装置を製造できる液晶表示装置の製造方法を提供する。本発明の液晶表示装置の製造方法は、一対の電極を備える駆動基板と、対向基板とを備える水平配向モードの液晶表示装置を製造する方法であって、上記駆動基板及び上記対向基板の表面上に配向膜材料を塗布する塗布工程と、塗布された上記配向膜材料に対して光照射をする光配向処理工程と、光配向処理された上記配向膜材料を焼成し、上記駆動基板及び上記対向基板の表面上に配向膜を形成する本焼成工程と、上記配向膜に対して光照射をする追加照射工程とを含み、上記配向膜材料は、（メタ）アクリル骨格と、光照射により二量化反応又は架橋反応をする光官能基とを有する高分子を含有し、上記追加照射工程では、上記対向基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量が上記駆動基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量よりも大きい。

Description

液晶表示装置の製造方法
本発明は、液晶表示装置の製造方法に関する。より詳しくは、液晶分子の配向を制御する配向膜を形成する液晶表示装置の製造方法に関するものである。
液晶表示装置は、表示のために液晶組成物を利用する表示装置であり、その代表的な表示方式は、一対の基板間に封入された液晶組成物に対して電圧を印加し、印加した電圧に応じて液晶組成物中の液晶分子の配向状態を変化させることにより、光の透過量を制御するものである。このような液晶表示装置は、薄型、軽量及び低消費電力といった特長を活かし、幅広い分野で用いられている。
電圧が印加されていない状態における液晶分子の配向は、配向処理が施された配向膜によって制御されるのが一般的である。配向処理の方法としては、ラビング法が従来広く用いられてきたが、近年では、非接触で配向処理を実施できる光配向法に関する研究開発が進められている。光配向法としては、分解型、異性化型、二量化型等の様々な方式が知られている。
光配向法に関しては、アクリル骨格を主鎖とし、側鎖にシンナメート基等の光官能基を有する光配向膜が提案されている（例えば、特許文献１、及び、非特許文献１参照）。
国際公開第２０１３／０８１０６６号
ノブヒロ・カワツキ(Nobuhiro KAWATSUKI)、外４名、「液晶用分子配向光配向層(Molecular-Oriented Photoalignment Layer for Liquid Crystals)」、Japanese Journal of Applied Physics、応用物理学会物理系学術誌刊行センター、２００７年、第４６巻、第１号、ｐ．３３９－３４１
上述した光配向膜は、数ｍＪ～数十ｍＪの非常に低照射量で良好な配向性を実現できるが、従来のポリイミド配向膜と比べて、電圧保持率（ＶＨＲ）の信頼性が劣っており、シミ、ムラ等の表示不良が発生しやすい点で改善の余地があった。ＶＨＲ信頼性が劣っている理由は、上記光配向膜がポリイミド配向膜と異なりイオン性不純物をトラップするアミド基等を有していないのみならず、配向処理時の照射（配向照射）だけでは光架橋反応が不充分で配向膜が緻密な高次ポリマーとなっていないために、ＶＨＲ低下を引き起こすイオン性不純物がエージング中に液晶中に溶解しやすいためである。
そこでＶＨＲ信頼性を改善するために、配向照射及び本焼成後の光配向膜に対して、追加で照射を行う手法が提案されている。特許文献１には、追加照射により配向が安定化すると記載されている。また、非特許文献１では、追加照射によるアンカリング・エネルギーの僅かな上昇（表１参照）及び熱安定性の向上が報告されている。しかしながら、本発明者らの検討によれば、追加的に紫外線照射処理を行うと、配向膜のアンカリング・エネルギー（配向規制力）は低下し、その結果、焼付き特性が悪化することが確認された。このことは、特許文献１や非特許文献１において認識されていなかったことである。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、電圧保持率の信頼性及び焼付き特性に優れた液晶表示装置を製造できる液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、光配向法を利用した水平配向モードの液晶表示装置の製造方法について研究を進める中で、（メタ）アクリル骨格と、光照射により二量化反応又は架橋反応をする光官能基とを有する高分子を含有する配向膜材料によって良好な配向性を示す光配向膜が得られることに着目した。そして、この光配向膜について検討を重ねた結果、ＶＨＲ信頼性を改善するために追加照射を行うことが望ましいものの、追加照射を行うことで焼付き特性が悪化してしまうことを見出した。これに対して、本発明者らは、液晶層を挟持する一対の基板（以下、「上下基板」ともいう）に対称な配向膜を形成することが従来の通例であったが、あえて非対称な配向膜を形成することを着想し、対向基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量を、駆動基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量よりも大きくすることによって、ＶＨＲ信頼性と焼付き特性の両立が可能となることを見出した。以上のことから、本発明者らは、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達した。
すなわち、本発明の一態様は、一対の電極を備える駆動基板と、対向基板とを備える水平配向モードの液晶表示装置を製造する方法であって、上記駆動基板及び上記対向基板の表面上に配向膜材料を塗布する塗布工程と、塗布された上記配向膜材料に対して光照射をする光配向処理工程と、光配向処理された上記配向膜材料を焼成し、上記駆動基板及び上記対向基板の表面上に配向膜を形成する本焼成工程と、上記配向膜に対して光照射をする追加照射工程と、を含み、上記配向膜材料は、（メタ）アクリル骨格と、光照射により二量化反応又は架橋反応をする光官能基とを有する高分子を含有し、上記追加照射工程では、上記対向基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量が上記駆動基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量よりも大きい液晶表示装置の製造方法であってもよい。
ちなみに、特許文献１及び非特許文献１においては、追加照射を一方の基板のみに行うことや、追加照射の照射量を基板ごとに変えることは記載も示唆もされていない。
本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、ＶＨＲ信頼性と焼付き特性を両立させることができる。
実施例１～４、６及び７で使用されたＵＶＢ（紫外線ランプ）、及び、実施例５で使用されたＢＬＢ（ブラックライトランプ）の発光スペクトルを示した図である。 ＦＦＳモードにおける液晶層中の液晶分子の配向分布を計算した結果を示した図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。
本実施形態の液晶表示装置の製造方法は、一対の電極を備える駆動基板と、対向基板とを備える水平配向モードの液晶表示装置を製造する方法であって、上記駆動基板及び上記対向基板の表面上に配向膜材料を塗布する塗布工程と、塗布された上記配向膜材料に対して光照射をする光配向処理工程と、光配向処理された上記配向膜材料を焼成し、上記駆動基板及び上記対向基板の表面上に配向膜を形成する本焼成工程と、上記配向膜に対して光照射をする追加照射工程と、を含み、上記配向膜材料は、（メタ）アクリル骨格と、光照射により二量化反応又は架橋反応をする光官能基とを有する高分子を含有し、上記追加照射工程では、上記対向基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量が上記駆動基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量よりも大きい。
最初に、上記製造方法によって製造される液晶表示装置について説明を行う。
上記液晶表示装置は、水平配向モードにより表示を行うものであり、駆動基板と対向基板との間に挟持された液晶層への印加電圧が閾値電圧未満（電圧無印加を含む）のときには、主に配向膜の働きによって液晶層中の液晶分子の配向が、駆動基板又は対向基板の基板面に対して水平方向に制御される。この状態において、駆動基板又は対向基板の基板面に対して液晶分子の長軸が形成する角度が「プレチルト角」と呼ばれる。水平配向モードとしては、例えば、面内スイッチング（ＩＰＳ：Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、フリンジ・フィールド・スイッチング（ＦＦＳ：Ｆｒｉｎｇｅ　Ｆｉｅｌｄ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードが好適に用いられる。
上記駆動基板は、一対の電極を備えるものであり、例えば、水平配向モードの液晶表示装置において通常使用されるアクティブマトリックス基板（薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板）を用いることができる。アクティブマトリックス基板を平面視したときの構成としては、透明基板上に、複数本の平行なゲート信号線；ゲート信号線に対して直交する方向に伸び、かつ互いに平行に形成された複数本のソース信号線；ゲート信号線とソース信号線との交点に対応して配置された薄膜トランジスタ等のアクティブ素子；ゲート信号線とソース信号線とによって区画された領域にマトリックス状に配置された画素電極（一対の電極の一方）、共通配線、共通配線に接続された共通電極（一対の電極の他方）等が設けられた構成が挙げられる。
上記一対の電極としては、上記駆動基板と上記対向基板の間に保持される液晶層中に、上記駆動基板の基板面に対して略平行方向の電界を印加できるものが挙げられる。上記一対の電極を通じて液晶層に電圧が印加されると、印加された電圧の大きさに応じて液晶分子の配向が変化する。これにより、液晶層を透過する偏光の偏光状態を制御することができる。ここで、ＩＰＳモードの場合には、上記一対の電極として、同一の絶縁膜上に配置された一対の櫛歯電極が好適に用いられ、液晶層中には横電界が形成される。一方、ＦＦＳモードの場合には、上記一対の電極として、絶縁膜の上層に配置されたスリットを有する電極と、該絶縁膜の下層に配置された面状の電極との組合せが好適に用いられ、液晶層中には斜め電界が形成される。上記一対の電極を構成する材料としては、酸化インジウム錫（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｚｉｎｃ　Ｏｘｉｄｅ：ＩＺＯ）等の透明導電材料が挙げられる。
上記対向基板としては、水平配向モードの液晶表示装置において通常使用されるカラーフィルタ（ＣＦ）基板を用いることができる。カラーフィルタ基板の構成としては、透明基板上に、格子状に形成されたブラックマトリックス、格子すなわち画素の内側に形成されたカラーフィルタ、ブラックマトリックス等が設けられた構成が挙げられる。なお、上記対向基板にはカラーフィルタを形成せず、カラーフィルタ及びアクティブマトリックスの両方を駆動基板に形成してもよい。
上記駆動基板及び上記対向基板に用いられる透明基板としては、例えば、フロートガラス、ソーダガラス等のガラス；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、脂環式ポリオレフィン等のプラスチック等からなるものが挙げられる。
上記駆動基板及び上記対向基板は、通常では、液晶層の周囲を囲むように設けられたシール材によって貼り合わされ、駆動基板、対向基板及びシール材によって液晶層が所定の領域に保持される。シール材としては、例えば、無機フィラー又は有機フィラー及び硬化剤を含有するエポキシ樹脂等を用いることができる。また、駆動基板及び対向基板の液晶層とは反対側にはそれぞれ、偏光板（直線偏光子）が配置されてもよい。偏光板としては、典型的には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムに、二色性を有するヨウ素錯体等の異方性材料を、吸着配向させたものが挙げられる。通常は、ＰＶＡフィルムの両面にトリアセチルセルロースフィルム等の保護フィルムをラミネートして実用に供される。また、偏光板と駆動基板又は対向基板との間には、位相差フィルム等の光学フィルムが配置されていてもよい。
また、上記駆動基板及び上記対向基板の表面には配向膜が形成される。配向膜は、液晶層中の液晶分子を駆動基板又は対向基板の基板面に対して水平方向に制御する水平配向膜であれば特に限定されない。配向膜によって付与されるプレチルト角の大きさは特に限定されないが、実質的に０°であることが好ましく、例えば、１０°未満であることが好ましい。なお、本明細書において「プレチルト角」とは、基板面と平行な方向からの液晶分子の傾きの角度を表し、基板面と平行な角度が０°、基板面の法線の角度が９０°である。なお、ＦＦＳモードやＩＰＳモードの場合、プレチルト角を０°に近づけるほど、視野角特性を向上させることができる。
上記液晶表示装置は、液晶表示パネル；ＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）、ＰＣＢ（プリント配線基板）等の外部回路；視野角拡大フィルム、輝度向上フィルム等の光学フィルム；バックライトユニット；ベゼル（フレーム）等の複数の部材により構成されるものであり、部材によっては、他の部材に組み込まれていてもよい。既に説明した部材以外の部材については特に限定されず、液晶表示装置の分野において通常使用されるものを用いることができるので、説明を省略する。
次に、上記製造方法の詳細について説明を行う。
上記塗布工程は、上記駆動基板及び上記対向基板の表面上に配向膜材料を塗布する工程である。上記配向膜材料としては、（メタ）アクリル骨格と、光照射により二量化反応又は架橋反応をする光官能基とを有する高分子を含有するものが用いられる。このような特定の光官能基を用いることで、数ｍＪ～数十ｍＪの非常に低照射量で良好な配向性を実現することができる。一方で、上記特定の光官能基を用いた場合には、ＶＨＲ信頼性を確保しづらいものの、本実施形態では、追加照射工程を実施することによって、ＶＨＲ信頼性についても良好なものとすることができる。
（メタ）アクリル骨格としては、アクリル及びメタクリルの少なくとも一方を含む構造であればよく、例えば、アクリル酸のエステル又はメタクリル酸のエステルが重合して形成された構造であって、高分子の主鎖を構成するものが挙げられる。メタクリル骨格の具体例を下記式（１）として示す。光照射により二量化反応又は架橋反応をする光官能基としては、シンナメート基、クマリン基、カルコン基及びシンナモイル基からなる群から選択される少なくとも１つの基が好適に用いられる。上記光官能基は、高分子の主鎖に含まれるものであってもよく、側鎖に含まれるものであってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
上記式（１）中、Ｘは１価の有機基を表し、ｎは繰り返し単位の数を表し、２以上の任意の整数である。
上記配向膜材料は、必要に応じて他の任意成分を含有してもよく、好ましくは各成分が有機溶媒に溶解された溶液状の組成物として調製される。上記他の任意成分としては、例えば、架橋剤（硬化剤）、硬化触媒、界面活性剤等を挙げることができる。上記配向膜材料の固形分濃度、すなわち配向膜材料中の溶媒以外の全成分の重量が配向膜材料の全重量に占める割合は、粘性、揮発性等を考慮して選択されるが、好ましくは１～１０重量％の範囲である。
上記塗布の方法としては、ロールコーター法、スピンナー法、印刷法、インクジェット法等が挙げられる。
上記光配向処理工程は、塗布された上記配向膜材料に対して光照射をする工程である。上記光配向処理工程において光照射されることによって、配向膜材料中の光官能基が二量化反応又は架橋反応をし、所望のプレチルト角が付与される。上記光配向処理に利用される光としては、直線偏光、無偏光を使用することができ、例えば１５０ｎｍ～８００ｎｍの波長の光を含む紫外線及び可視光線を用いることができるが、２５０ｎｍ～４００ｎｍの波長の光を含む紫外線が好ましい。直線偏光を用いる場合には、照射は基板面に垂直の方向から行っても、プレチルト角を付与するために斜め方向から行ってもよく、また、これらを組み合わせて行ってもよい。無偏光を照射する場合には、照射の方向は斜め方向である。使用する光源としては、例えば低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、重水素ランプ、メタルハライドランプ、アルゴン共鳴ランプ、キセノンランプ、エキシマーレーザー等を使用することができる。前記の好ましい波長領域の紫外線は、前記光源を、例えばフィルタ、回折格子等と併用する手段等により得ることができる。
なお、光配向処理における照射量は、光配向処理後の本焼成において、配向膜を構成するポリマー材料の熱自己組織化（再配向）を充分に進めることができるように設定される。このため、光配向処理における照射量を大きくすることによって、追加照射処理の代わりとすることは困難である。照射量としては、好ましくは０．１ｍＪ／ｃｍ２以上、１０００ｍＪ／ｃｍ２未満であり、より好ましくは１ｍＪ／ｃｍ２以上、１００ｍＪ／ｃｍ２未満である。照射量が大き過ぎると、熱自己組織化を阻害するおそれがあり、また、照射量が少なすぎると、光に対する感度が非常に高い配向膜材料を用いることになり、パネル製造時における配向膜材料を塗布した基板の取扱いが困難になるおそれがある。
上記本焼成工程は、光配向処理された上記配向膜材料を焼成し、上記駆動基板及び上記対向基板の表面上に配向膜を形成する工程である。本焼成工程における加熱温度は、好ましくは９０℃以上であり、より好ましくは１２０℃以上であり、また、好ましくは３００℃以下であり、より好ましくは２５０℃以下である。本焼成工程における加熱時間は、好ましくは５分以上であり、より好ましくは１０分以上であり、また、好ましくは１２０分以下であり、より好ましくは６０分以下である。なお、本焼成工程の前に、本焼成（ポストベーク）よりも低い温度で実施される予備加熱（プレベーク）を行ってもよい。
本焼成後の配向膜の厚さは、好ましくは１０ｎｍ以上であり、より好ましくは４０ｎｍ以上であり、更に好ましくは４５ｎｍ以上であり、特に好ましくは５０ｎｍ以上であり、また、好ましくは３００ｎｍ以下であり、より好ましくは１５０ｎｍ以下であり、更に好ましくは１４５ｎｍ以下であり、特に好ましくは１４０ｎｍ以下である。
上記追加照射工程は、上記配向膜に対して光照射をする工程である。上記追加照射に利用される光としては、例えば、１５０ｎｍ～８００ｎｍの波長の光を含む紫外線及び可視光線が挙げられるが、紫外線を用いることが好ましく、なかでも２５０ｎｍ～４００ｎｍの波長の光を含む紫外線が好適に用いられる。使用する光源としては、例えばＵＶＢ（紫外線ランプ）、ブラックライトランプ（ＢＬＢ）等を使用することができる。追加照射工程においては、プレチルト角の付与をおこなう光配向処理工程とは異なり、配向膜に対する光の照射方向は特に限定されない。このため、光配向処理と比べて、光源等に関する制約が少ないという利点がある。追加照射工程においては、直線偏光及び無偏光のいずれも使用することができるが、露光装置を簡素化できることから、無偏光が好適に用いられる。光配向処理に偏光を用い、追加照射に無偏光を用いる組合せが好適であり、光配向処理に偏光紫外線を用い、追加照射に無偏光紫外線を用いる組合せがより好適である。
上記追加照射工程では、対向基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量が、駆動基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量よりも大きくされる。照射量をこのようにすることで、ＶＨＲ信頼性の改善効果を得つつ、焼付き特性の低下を防止することができる。対向基板側の照射量を大きくし、駆動基板側の照射量を小さくすることによって、対向基板側の光配向膜の架橋率を駆動基板側の光配向膜の架橋率よりも高くすることができる。上記追加照射工程の照射態様としては、駆動基板側の光の照射量が２０ｍＪ／ｃｍ２以下である態様が好ましく、対向基板側にのみ光を照射して駆動基板側に光を照射しない態様がより好ましい。また、対向基板側の光の照射量が２０ｍＪ／ｃｍ２以上である態様が好ましく、１００ｍＪ／ｃｍ２以上である態様がより好ましい。
なお、追加照射工程における光照射は、配向膜の全面に対して行われてもよく、少なくとも液晶表示装置の画素が配置される表示領域に対して行われることが好ましい。また、追加照射工程による液晶材料の劣化を防止するためには、配向膜上に液晶材料が配置される前に追加照射を行うことが好ましい。このため、駆動基板と対向基板との間に液晶材料を封止するために用いられるシール材を硬化させる際に光照射が行われる場合があるが、シール材を硬化させるための光照射によって、上記追加照射工程を兼ねさせることは困難である。
なお、本実施形態における液晶表示装置の製造方法は、少なくとも、上記塗布工程、上記光配向処理工程、上記本焼成工程及び上記追加照射工程を含むものであればよく、その他の工程を含んでいてもよい。例えば、上記塗布工程と上記光配向処理工程との間に乾燥工程を含んでいてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、説明された個々の事項は、すべて本発明全般に対して適用され得るものである。
以下に実施例及び比較例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
ガラス基板上に、ＴＦＴ、ＦＦＳ電極構造等が形成されたＴＦＴ基板（駆動基板）を用意した。ＴＦＴは、酸化物半導体であるＩＧＺＯ（インジウム－ガリウム－亜鉛－酸素）でチャネルを形成したものであった。ＦＦＳ電極構造は、電極幅Ｌが３μｍ、電極間隔Ｓが５μｍであった。ＦＦＳ電極構造を構成する画素電極には、ＩＴＯ製の透明電極を用いた。また、ガラス基板上に、ブラックマトリクス、カラーフィルタ及びフォトスペーサを有するＣＦ基板（対向基板）を用意した。フォトスペーサの高さは３．５μｍとした。
ＴＦＴ基板及びＣＦ基板の各々の表面上に、配向膜溶液を塗布した。配向膜溶液の固形分は、メタクリル骨格（主鎖）を有し、その側鎖には光反応性を有するシンナメート基を有するポリマー材料である。固形分の化学構造を下記式（２）として示す。なお、本実施例で用いた、下記式（２）で表わされる固形分は、その全ての側鎖がシンナメート基を含んだものであったが、光官能基を有さないメタクリル酸と共重合して得られる材料を用いてもよい。配向膜溶液の溶媒は、Ｎ－メチル－２－ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテルを等量で混合したものを用いた。配向膜溶液における固形分濃度は５ｗｔ％とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
上記式（２）中、Ｒ１は単結合又は２価の有機基を表し、Ｒ２は水素原子、フッ素原子又は１価の有機基を表し、ｎは繰り返し単位の数を表し、２以上の任意の整数である。
配向膜溶液を塗布した後、ＴＦＴ基板及びＣＦ基板を７０℃で２分間、仮乾燥した（プレベーク）。続いて、光配向処理として、仮乾燥されたＴＦＴ基板及びＣＦ基板の表面に対して、基板法線方向から、直線偏光紫外線を波長３１３ｎｍにおいて５ｍＪ／ｃｍ２の強度で照射した。
その後、本焼成（ポストベーク）として、ＴＦＴ基板及びＣＦ基板を１４０℃で３０分間、加熱した。本焼成後の配向膜の膜厚は１００ｎｍ程度であった。
本焼成後、ＴＦＴ基板側に形成された配向膜には追加照射処理を行わず、ＣＦ基板側に形成された配向膜にのみＵＶＢ（紫外線ランプ）の無偏光紫外線を２００ｍＪ／ｃｍ２照射した。
続いて、ＴＦＴ基板に熱・可視光併用シール材（協立化学産業社製、商品名：ワールドロック）をディスペンサにより描画した。そして、ＴＦＴ基板とＣＦ基板とを、光配向処理で照射した紫外線の偏光方向が互いに平行となるように向きを調整しつつ、誘電異方性が正のポジ型液晶を挟み込んで貼り合わせた。基板の貼り合わせ後、マスクによって表示領域を遮光した状態で、３８０ｎｍ以下の波長を除去した光を照射してシール材を硬化した。シール材硬化用の光の強度は、波長４０５ｎｍにおいて１０Ｊ／ｃｍ２であった。
その後、１３０℃で４０分加熱することで液晶分子の再配向処理を行い、一様に一軸配向したＦＦＳ液晶パネルを得た。
（実施例２～７、比較例１～３）
追加照射処理の条件を以下のように変更したこと以外は、実施例１と同様にして、ＦＦＳ液晶パネルを作製した。
・実施例２では、照射量を１００ｍＪ／ｃｍ２に減らした。
・実施例３、４では、ＴＦＴ基板側の配向膜にも追加照射処理を実施し、ＴＦＴ基板側よりもＣＦ基板側の照射量を大きくした。
・実施例５は、使用光源をＢＬＢ（ブラックライトランプ）に変更した。図１は、実施例１～４、６及び７で使用されたＵＶＢ（紫外線ランプ）、及び、実施例５で使用されたＢＬＢ（ブラックライトランプ）の発光スペクトルを示した図である。
・実施例６は、使用光源をＵＶＢ（紫外線ランプ）の直線偏光紫外線に変更した。
・実施例７は、照射量を少量にした（２０ｍＪ／ｃｍ２）。
・比較例１は、追加照射処理を実施しなかった。
・比較例２は、ＴＦＴ基板側の配向膜にも追加照射処理を実施し、ＴＦＴ基板側とＣＦ基板側の照射量を同量にした（２００ｍＪ／ｃｍ２）。
・比較例３は、ＴＦＴ基板側の配向膜にも追加照射処理を実施し、ＴＦＴ基板側とＣＦ基板側の照射量をともに少量かつ同量にした（１００ｍＪ／ｃｍ２）。
なお、図１に示したように、ＵＶＢ及びＢＬＢは、いずれも３００ｎｍ～４００ｎｍの波長の光を発するが、ＵＶＢの方がより短波長の光を発する。ＵＶＢの発光は、感光性基であるシンナメート基の吸収波長（３１３ｎｍ）付近にピーク波長を有していることから、ＢＬＢよりも低照射量及び短時間の処理によって、ＶＨＲの改善効果を得ることができる。その反面、ＵＶＢの方が焼付きを生じさせやすいため、ＢＬＢよりも精密なプロセス管理が必要となる。
（評価試験）
実施例１～７及び比較例１～３で作製したＦＦＳ液晶パネルについて、以下の評価試験を行った。
（１）ＶＨＲ信頼性
６０℃の環境で、５Ｖ通電エージングを実施し、５００時間後のＶＨＲを測定した。
以下の基準に基づき、結果の評価を行った。
〇：ＶＨＲが９７％以上
△：ＶＨＲが９５％以上、９７％未満
×：ＶＨＲが９５％未満
（２）焼付き特性
白－黒のチェッカーパターンを２４時間表示した後、画面全体に３２階調を表示した。３２階調の表示状態を確認し、焼付きレベルの目視評価を行った。
以下の基準に基づき、結果の評価を行った。
〇：裸眼で見ても焼付きが観察されなかった。
△：裸眼で見たときには焼付きが観察されたが、ＮＤ－２０（平均透過率２０％）の減光（Ｎｅｕｔｒａｌ　Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタを通して見たときには焼付きが観察されなかった。
×：ＮＤ－１０（平均透過率１０％）の減光フィルタを通して見たときには焼付きが観察されたが、ＮＤ－８（平均透過率８％）の減光フィルタで見たときには焼付きが観察されなかった。
下記表１に、各実施例及び比較例における光の照射量、及び、評価試験の結果を示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
上記表１から分かるように、実施例１～７では、ＶＨＲを９５％以上確保することができ、かつ、ＮＤ－２０（平均透過率２０％）の減光フィルタで見たときには、焼付きが発見されなかった。すなわち、良好なＶＨＲ信頼性と良好な焼付き特性を両立することができた。
一方、比較例１は、２４時間の焼付き試験では裸眼により視認される焼付きが発生しなかったが、５００時間エージング試験後のＶＨＲが９５％未満となり、またシール周辺にシミが確認された。このことから、追加照射処理を全く行わない場合は、信頼性において劣ることが分かる。
比較例２、３は、５００時間エージング試験後のＶＨＲは９７％以上を保持しており、ムラ・シミ等の発生もなかったが、２４時間の焼付き試験において、ＮＤ－１０（平均透過率１０％）の減光フィルタ越しに観察した場合であっても焼付きが視認された。このことから、ＴＦＴ基板側及びＣＦ基板側に対して１００ｍＪ／ｃｍ２以上の追加照射処理を行うと、焼付き特性が大幅に悪化することが分かる。
実施例１～７及び比較例１～３を比較した結果から、良好な焼付き特性（〇評価又は△評価）、及び、良好なＶＨＲ信頼性（〇評価又は△評価）を得るために、ＴＦＴ基板側の追加照射量よりも、ＣＦ基板側の追加照射量を大きくする必要があることが分かる。また、特に良好なＶＨＲ信頼性（〇評価）を得るためには、ＣＦ基板側の追加照射量を１００ｍＪ／ｃｍ２以上とすることが好ましいことが分かる。
更に、上記評価試験の結果から以下のことも分かる。
・実施例１と実施例３の比較、又は、実施例２と実施例４の比較より、ＴＦＴ基板側に追加照射がされない条件であっても、ＴＦＴ基板側に２０ｍＪ／ｃｍ２照射した条件と同等のＶＨＲ信頼性が得られる。加えて、ＴＦＴ基板側に追加照射がされない条件は、ＴＦＴ基板側に２０ｍＪ／ｃｍ２照射した条件に対し、焼付き特性がより優れているため、ＣＦ基板側のみに追加照射を行い、ＴＦＴ基板側には追加照射を行わない態様が最適である。
・追加照射の光源はＵＶＢに限られず、ＢＬＢでも同様の効果が得られる。
・追加照射に用いられる光は無偏光に限られず、偏光を用いても同様の効果が得られる。
（効果のまとめ）
最後に、実施形態及び実施例で説明した液晶表示装置の製造方法によって得られる効果について、補足説明を行う。
(１）ＶＨＲ信頼性に関して
追加照射を行っていない場合には、配向膜が高次で緻密なポリマー層となっていないため、配向膜の低分子量成分、基板から発生する不純物成分等のイオン性不純物が長期エージング中に液晶層中に溶出し、ＶＨＲ低下要因となる可動イオンになりやすい。一方、追加照射を行うと、追加照射によるシンナメート基の二量化により、配向膜の低分子量成分が、配向膜ポリマーと架橋反応することで、液晶層に溶出しにくくなる。また、光配向処理では反応しきれなかった光官能基が二量化反応（架橋反応）することにより、配向膜ポリマーが高次で緻密なポリマー層となるため、基板から発生する不純物成分が液晶層中に溶出しにくくなる。これらの理由により、長期使用時に、ムラ・シミ等の表示不良が発生することを抑制できる。
（２）焼付き特性に関して
光配向膜を成膜（塗布・仮乾燥・露光・本焼成）後の基板に追加照射を行うと、信頼性が改善する一方で、焼付き特性が悪化するおそれがある。この理由は、配向膜ポリマーの二量化反応又は架橋反応が進行することで、配向膜のアンカリング・エネルギーが低下するため、基板面内の方位角方向（Ｉｎ－ｐｌａｎｅ方向）に電圧印加時の液晶分子の配向がメモリーされやすくなり、焼付きが悪化するものと考えられる。このため、ＶＨＲの低下を防止するのに充分な照射量を確保することと、焼付きの発生を防止することとは両立しがたいことであった。本発明においては、追加照射の条件を上下基板で個別に最適化することによって、両立を可能としている。
（３）上下基板での非対称構成の優位性に関して
水平配向モードでの電界印加時の電界分布（分子配向）を検討するため、シンテック社製ＬＣＤ－ＭＡＳＴＥＲを用いて、下記条件にて、ＦＦＳモードの電圧印加時の分子配向を計算した。その結果を図２に示した。
［シミュレーション条件］
・電極スリットの延伸方向と液晶の初期配向方向とのなす角度＝７°
・画素電極の電極幅／電極スリット幅（Ｌ／Ｓ）＝３μｍ／５μｍ
・液晶層の厚さ＝３．２μｍ
・印加電圧＝６Ｖ
・液晶の種類：ポジ型液晶
図２は、ＦＦＳモードにおける液晶層中の液晶分子の配向分布を計算した結果を示した図である。図２の縦軸の♯１は、面状の下層電極の位置を表し、♯２は、電極スリットが設けられた画素電極の位置を表している。♯１と♯２の間には、絶縁膜が存在し、♯２よりも上方には、液晶層が存在する。図２においては、液晶層中の液晶分子の配向が、各液晶分子を表す線の向き及び長さによって表現されている。
水平配向モードでは電圧印加時、液晶分子がＩｎ－ｐｌａｎｅ方向に回転することで白表示しているが、図２より、ＣＦ基板側（図２中の領域Ａ）に比べ、ＴＦＴ基板側（図２中の領域Ｂ）で液晶分子が大きく回転していることが分かる。これはつまり、水平配向モードの焼付き特性は、ＣＦ基板よりもＴＦＴ基板のアンカリング・エネルギー（配向規制力）に非常に強く影響を受けることを示している。そこで、信頼性改善のためにＣＦ基板側に追加照射を行って配向膜の光架橋率を向上させ、かつ焼付き特性を悪化させないためにＴＦＴ基板側には追加照射を行わない、又は、低照射量とすることで、ＶＨＲ信頼性と焼付き特性に共に優れた液晶表示装置を製造することができる。
［付記］
以上の実施形態及び実施例から、以下に示す本発明の各態様が導かれる。各態様は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
本発明の一態様は、一対の電極を備える駆動基板と、対向基板とを備える水平配向モードの液晶表示装置を製造する方法であって、上記駆動基板及び上記対向基板の表面上に配向膜材料を塗布する塗布工程と、塗布された上記配向膜材料に対して光照射をする光配向処理工程と、光配向処理された上記配向膜材料を焼成し、上記駆動基板及び上記対向基板の表面上に配向膜を形成する本焼成工程と、上記配向膜に対して光照射をする追加照射工程と、を含み、上記配向膜材料は、（メタ）アクリル骨格と、光照射により二量化反応又は架橋反応をする光官能基とを有する高分子を含有し、上記追加照射工程では、上記対向基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量が上記駆動基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量よりも大きい液晶表示装置の製造方法であってもよい。上記態様の液晶表示装置の製造方法によれば、ＶＨＲ信頼性と焼付き特性を両立した液晶表示装置を製造することができる。
上記追加照射工程では、上記駆動基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量が２０ｍＪ／ｃｍ２以下であることが好ましく、上記対向基板の表面上に形成された配向膜に対してのみ光を照射することがより好ましい。このような構成とすることで、ＶＨＲ信頼性を維持しつつ、焼付き特性をより優れたものにすることができる。
上記追加照射工程では、上記対向基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量が２０ｍＪ／ｃｍ２以上であることが好ましく、１００ｍＪ／ｃｍ２以上であることがより好ましい。このような構成とすることで、特に良好なＶＨＲ信頼性を得ることができる。
上記追加照射工程で照射する上記光は、紫外光であってもよい。このような構成とすることで、追加照射の効果を充分に得ることができる。
上記光官能基は、シンナメート基、クマリン基、カルコン基及びシンナモイル基からなる群から選択される少なくとも１つの基であってもよい。このような構成において、追加照射は特に有効である。
上記配向膜は、液晶分子に付与するプレチルト角が実質的に０°であってもよい。このような構成において、追加照射は特に有効である。
上記水平配向モードは、ＩＰＳモード又はＦＦＳモードであってもよい。このような構成において、追加照射は特に有効である。

Claims (9)

  1. 一対の電極を備える駆動基板と、対向基板とを備える水平配向モードの液晶表示装置を製造する方法であって、
    前記駆動基板及び前記対向基板の表面上に配向膜材料を塗布する塗布工程と、
    塗布された前記配向膜材料に対して光照射をする光配向処理工程と、
    光配向処理された前記配向膜材料を焼成し、前記駆動基板及び前記対向基板の表面上に配向膜を形成する本焼成工程と、
    前記配向膜に対して光照射をする追加照射工程と、を含み、
    前記配向膜材料は、（メタ）アクリル骨格と、光照射により二量化反応又は架橋反応をする光官能基とを有する高分子を含有し、
    前記追加照射工程では、前記対向基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量が前記駆動基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  2. 前記追加照射工程では、前記駆動基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量が２０ｍＪ／ｃｍ２以下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。
  3. 前記追加照射工程では、前記対向基板の表面上に形成された配向膜に対してのみ光を照射することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置の製造方法。
  4. 前記追加照射工程では、前記対向基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量が２０ｍＪ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
  5. 前記追加照射工程では、前記対向基板の表面上に形成された配向膜に対する光の照射量が１００ｍＪ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。
  6. 前記追加照射工程で照射する前記光は、紫外光であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
  7. 前記光官能基は、シンナメート基、クマリン基、カルコン基及びシンナモイル基からなる群から選択される少なくとも１つの基であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
  8. 前記配向膜は、液晶分子に付与するプレチルト角が実質的に０°であることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
  9. 前記水平配向モードは、ＩＰＳモード又はＦＦＳモードであることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
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