JP4100941B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関し、特に、垂直配向型で且つ光重合により形成されたポリマー構造物の配向規制力を利用して、液晶分子の配向を制御する方式の液晶表示装置を対象とする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アクティブマトリクスを用いた液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）としては、正の誘電率異方性を持つ液晶材料を暗状態において基板面に水平に、且つ対向する基板間で９０度ツイストするように配向させたＴＮモードの液晶表示装置が広く用いられている。
【０００３】
このＴＮモードの液晶表示装置は、視角特性に劣るという問題を有しており、視角特性を改善すべく種々の検討が行われている。そこで、これに替わる方式として、負の誘電率異方性を持つ液晶材料を垂直配向させ、配向膜にラビング処理を施すことなく、基板表面に設けた突起やスリットにより電圧印加時の液晶分子の傾斜方向を複数方向に規制するＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）方式が開発されており、視角特性を大幅に改善することに成功している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＶＡ方式の液晶表示装置は、従来のＴＮ型に比べて視角特性に優れているが、白輝度が低く、表示が暗いという欠点がある。この主な原因は、土手やスリット上が液晶配向の分割境界となり、この部分が光学的に暗く見えることに起因して白表示の透過率が低くなるためである。これを改善するには、土手やスリット間の間隙を十分広くすれば良いが、この場合、液晶配向を制御する土手やスリットが少なくなるため、配向が安定するまでに時間がかかるようになり、応答速度が遅くなる。
【０００５】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、表示に焼き付け等の不都合を生ぜしめることなく簡易且つ確実に表示特性を向上させ、信頼性の高い液晶表示を実現する液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【０００７】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、第１の電極を有する第１の基板と、第２の電極を有する第２の基板とが、配向膜及び垂直配向型の液晶からなる液晶層を介して対向配置されてなる液晶表示装置の製造方法であって、液晶分子を所定方向に配向させるためのモノマーを混入した液晶からなる前記液晶層を前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持した状態で、前記基板間に交流電圧を印加しながら、前記モノマーを重合させて所定の配向パターンのポリマー構造物を形成し、液晶分子を前記ポリマー構造物により配向規制するに際して、前記交流電圧の周波数を、当該交流電圧のスイッチング速度が液晶分子の応答速度より大きくなる程度の値に制御し、焼き付き率を５％以下に調節する。
【０００８】
前記交流電圧の周波数は、具体的には６０Ｈｚ〜１ｋＨｚとすることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
−本発明の基本骨子−
先ず、本発明の基本骨子について説明する。
本発明者らは、ＭＶＡ方式の液晶表示装置を改良し、開口率を向上させて明るさを増加し、コストの点でもレベルアップさせる手法として、光重合又は熱重合するモノマーを液晶に混入させ、基板間に所定の電圧を印加しながらモノマーを重合させることによって安定な配向を得る配向規制技術を開発してきた。
【００１０】
しかしながら、前記配向規制技術では、モノマー材などによって固化する方式を用いていないパネルよりも駆動時の液晶パネルの焼き付きに関して、程度が悪いという問題があることが明らかとなった。
【００１１】
パネルの焼き付き率αは次のようにして求めている。
白黒のチェッカーパターンを液晶表示装置の表示領域に長時間表示させる。その後、表示領域全面に所定の中間調を表示させ、白表示領域の輝度βと黒表示領域の輝度γとの差（β−γ）を求め、当該輝度差（β−γ）を、黒表示領域の輝度γで除して焼き付き率を求める。
即ち、
焼き付き率α＝（（β−γ）／γ）×１００（％）
で定義する。
【００１２】
この焼き付き率αが５〜６％程度であれば実用上問題はないが、１０％程度になるとユーザにとって画像の焼き付き現象が気になり出し、無視できないものとなる。
【００１３】
通常、液晶表示装置の駆動には、焼き付き防止のため液晶層に交流電圧を印加する。しかしながら、液晶層をはさむ一対の基板はそれぞれ、層構造や形成されている電極が異なっているために基板間で極性が生じ、これが交流電圧に影響を与える。結果として、液晶表示装置に、外部電圧印加装置からある一定値の交流電圧を印加したとしても、液晶層に印加される電圧は、交流電圧のスイッチングによって異なる２つの値となる。電圧の値が変化すると液晶の配向も状態も変化する。
【００１４】
このため、液晶層に通常駆動用の周波数３０Ｈｚの交流電圧を印加し、その印加状態を維持しながら配向制御用のポリマー構造物の形成を行うと、瞬間的な電圧変化によって生じる配向乱れが残ったまま配向方向が規定されることになる。配向乱れが発生すると液晶表示装置に焼き付きが見られるようになり、表示特性が低下する。
【００１５】
本発明者は、焼き付きを抑止するため、液晶層に印加する交流電圧の周波数を高くすることに想到した。
そこで、交流電圧の周波数と、焼き付き率との関係について調べたところ、図１に示すように、交流電圧の周波数が６０Ｈｚで焼き付き率は５％以下の最小値を示す。更に周波数を大きくすると徐々に焼き付き率は増加する（１ｋＨｚで周波数３０Ｈｚとほぼ同等となる。）ことから、周波数の適正範囲は６０Ｈｚ〜１ｋＨｚである。
【００１６】
このように焼き付き率は変化することは、交流電圧の周波数を通常駆動より大きく、例えば２倍（６０Ｈｚ）程度とすると、液晶分子の応答速度が交流電圧のスイッチング速度に追いつかなくなるからである。このため、液晶分子の配向は交流電圧のスイッチングによらず、各スイッチング時の中間の状態で規定される。この状態でポリマーの形成を行うことにより、焼き付きが少なく配向乱れの生じない、表示特性の良好な液晶表示装置を得ることができる。
【００１７】
−具体的な実施形態−
上述した本発明の基本骨子を踏まえ、具体的な実施形態について説明する。ここでは、図２に示すような主要構成を有する液晶表示装置を対象とする。
【００１８】
この液晶表示装置は、所定間隔をあけて対向する一対の透明ガラス基板１１，１２と、これら透明ガラス基板１１，１２間に狭持される液晶層１３とを備えて構成されている。透明ガラス基板１１，１２は、不図示のシール材により接合固定される。
【００１９】
一方の透明ガラス基板（ＴＦＴ基板）１１上には、絶縁層１４を介してＩＴＯからなる複数の画素電極１５、能動素子となる不図示の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が形成され、画素電極１５を覆うように透明の垂直配向膜１６ａが形成されており、他方の透明ガラス基板（ＣＦ基板）１２上には、カラーフィルター１７（及び不図示のブラックマトリクス）、共通電極（対向電極）１８及び垂直配向膜１６ｂが順次積層されている。そして、液晶層１３を狭持するように垂直配向膜１６ａ，１６ｂが突き合わせられてガラス基板１１，１２がシール材により固定され、各基板１１，１２の外側に偏光子１９，２０が設けられる。画素電極１５はアクティブマトリクス（ＴＦＴマトリクス）と共に形成され、図示の例ではＴＦＴのドレイン電極が接続されているデータバスライン２１が示されている。また、図示されていないが、ＴＦＴのゲート電極が接続されるゲートバスラインも形成されている。なお、電極は一方の基板のみに設けられることもある。
【００２０】
液晶層１３は、シール材に設けられた液晶注入口から液晶が注入されることにより形成される。本実施形態では、前記液晶は、光重合又は熱重合するモノマーが混入してなるものである。更に、画素電極１５には、例えば図３に示すように、配向パターンを形成する微細なスリット１５ａが形成されている。そして、図４に示すように、注入された液晶に所定の交流電圧、本実施形態では６０Ｈｚ〜１ｋＨｚの交流電圧を印加しながらＵＶ照射又は熱処理を施すことにより、前記モノマーを重合させてスリット１５ａの配向パターンに規制されたポリマー構造物１３ａが液晶層１３の表層（垂直配向膜１６ａ，１６ｂの表面）に形成され、当該ポリマー構造物に規制されて液晶分子が前記配向パターンに倣って配向する。
【００２１】
本実施形態では実際に、画素ピッチ２９７μｍ、画素数１０２４×７６８の液晶表示装置を作製した。
一方の基板（ＴＦＴ基板）上にＴＦＴ素子、データバスライン、ゲートバスライン及び配向規制用の微細なスリットが形成されてなる画素電極を形成した。他方の基板（ＣＦ基板）には、カラーフィルター及び共通電極を形成した。基板材料には板厚０．７ｍｍのガラス基板ＯＡ−２（日本電気硝子製）を用いた。微細なスリットは画素中央部から４方位（右上、右下、左上、左下）に伸びるように形成した。スリット幅は３μｍ、スリット間距離は３μｍとした。これらの基板上に、印刷法を用いて垂直配向膜（ポリイミド材料）を形成し、１８０℃で６０分の熱処理を行った。これらの基板を径４μｍのスペーサ（積水ファインケミカル製）を介して貼り合わせ、空セルを作製した。こうして得たセルに、光重合性モノマーを微量添加した誘電異方性が負の液晶を注入し、液晶パネルを作製した。光重合性モノマーの添加量は、０．３ｗｔ％とした。
【００２２】
次に、パネルに通常駆動の２倍である周波数６０Ｈｚの交流電圧（１０Ｖ）を印加した状態でＵＶ光を照射し、光重合性モノマーを固化させた。光照射量は、約４０００ｍＪ／ｃｍ²（波長３６５ｎｍ）とした。画素内の配向状態に乱れは無く、白黒のチェッカーパターンを４８時間表示させた後に計測した焼き付き率αは５％であった。
【００２３】
（比較例）
本実施形態の比較例を説明する。この比較例は、以下の要件を除いて本実施形態と同様である。
光重合性モノマーを固化させる際の電圧を通常の周波数３０Ｈｚの交流電圧（１０Ｖ）とし、ＵＶ光を照射した。
【００２４】
この場合には、本実施形態の場合と異なり、画素内の配向状態に若干の乱れが生じ、白黒のチェッカーパターンを４８時間表示させた後に計測した焼き付き率αは１０％であった。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態の液晶表示装置の製造方法によれば、表示に焼き付け等の不都合を生ぜしめることなく簡易且つ確実に表示特性を向上させ、信頼性の高い液晶表示を実現することが可能となる。
【００２６】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００２７】
（付記１）第１の電極を有する第１の基板と、第２の電極を有する第２の基板とが、配向膜及び液晶層を介して対向配置されてなる液晶表示装置の製造方法であって、
液晶分子を所定方向に配向させるためのモノマーを混入した液晶からなる前記液晶層を前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持した状態で、前記基板間に交流電圧を印加しながら、前記モノマーを重合させて所定の配向パターンのポリマー構造物を形成し、液晶分子を前記ポリマー構造物により配向規制するに際して、
前記交流電圧の周波数を、当該交流電圧のスイッチング速度が液晶分子の応答速度より大きくなる程度の値に制御することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【００２８】
（付記２）前記交流電圧が矩形波であることを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置の製造方法。
【００２９】
（付記３）前記交流電圧の周波数が６０Ｈｚ以上であることを特徴とする付記１又は２に記載の液晶表示装置の製造方法。
【００３０】
（付記４）前記交流電圧の周波数が１ｋＨｚ以下であることを特徴とする付記３に記載の液晶表示装置の製造方法。
【００３１】
（付記５）前記第１の電極に、前記配向パターンの規制を行うためのスリットが形成されていることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示装置の製造方法。
【００３２】
（付記６）光照射又は熱処理により、前記モノマーを重合させて前記ポリマー構造物を形成することを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示装置の製造方法。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、表示に焼き付け等の不都合を生ぜしめることなく簡易且つ確実に表示特性を向上させ、信頼性の高い液晶表示を実現する液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】交流電圧の周波数と、焼き付き率との関係を示す特性図である。
【図２】本実施形態の液晶表示装置の主要構成を示す断面図である。
【図３】配向パターンを形成する微細なスリットが形成された画素電極の一部を示す平面図である。
【図４】液晶層形成時の様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１１，１２ 透明ガラス基板
１３ 液晶層
１３ａ ポリマー構造物
１４ 絶縁層
１５ 画素電極
１５ａ 微細なスリット
１６ａ，１６ｂ 配向膜
１７ カラーフィルター
１８ 共通電極
１９，２０ 偏光子
２１ データバスライン

Claims (5)

1. 第１の電極を有する第１の基板と、第２の電極を有する第２の基板とが、配向膜及び垂直配向型の液晶からなる液晶層を介して対向配置されてなる液晶表示装置の製造方法であって、
   液晶分子を所定方向に配向させるためのモノマーを混入した液晶からなる前記液晶層を前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持した状態で、前記基板間に交流電圧を印加しながら、前記モノマーを重合させて所定の配向パターンのポリマー構造物を形成し、液晶分子を前記ポリマー構造物により配向規制するに際して、
   前記交流電圧の周波数を、当該交流電圧のスイッチング速度が液晶分子の応答速度より大きくなる程度の値に制御し、焼き付き率を５％以下に調節することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 前記交流電圧が矩形波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. 前記交流電圧の周波数が６０Ｈｚ以上である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。
4. 前記交流電圧の周波数が１ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置の製造方法。
5. 前記第１の電極に、前記配向パターンの規制を行うためのスリットが形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示装置の製造方法。

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