專利名稱：液晶顯示裝置及其制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及液晶顯示裝置及其制造方法，特別是涉及使用PSA技術(shù)的液晶顯示裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
液晶顯示裝置具有顯示品質(zhì)依賴于視野角的性質(zhì)。因此，通過在各像素內(nèi)形成液晶分子的預傾方向相互不同的多個液晶疇(例如MVA模式等的取向分割)，或形成具有向相互不同的多個預傾方向取向的液晶分子的液晶疇(例如CPA模式的軸對稱取向疇)，來實現(xiàn)液晶顯示裝置的廣視野角化。近年，作為控制液晶分子的預傾方向的技術(shù)，開發(fā)有聚合物穩(wěn)定取向技術(shù) (Polymer Sustained Alignment Technology)(以下稱為“PSA 技術(shù)”)(參照專利文獻 1、2 和非專利文獻1)。為了參考，將專利文獻1、2和非專利文獻1的全部公開內(nèi)容援引到本說明書中。PSA技術(shù)是向液晶材料中預先混入少量的聚合性化合物(例如光聚合性單體或低聚物)，構(gòu)成液晶單元后，在向液晶層施加有規(guī)定電壓的狀態(tài)下，向聚合性化合物照射活性能量線(例如紫外線)，通過生成的聚合物來控制液晶分子的預傾方向的技術(shù)。生成聚合物時的液晶分子的取向狀態(tài)，在去掉電壓后(不施加電壓的狀態(tài))也被維持(記憶)。因此，PSA技術(shù)具有以下優(yōu)點通過控制形成在液晶層的電場等，能夠?qū)σ壕Х肿拥念A傾方位和預傾角度進行調(diào)整。另外，因為PSA技術(shù)不需要進行摩擦處理，所以特別適于形成難以通過摩擦處理來控制預傾方向的垂直取向型液晶層。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2002-357830號公報專利文獻2 日本特開2006-78968號公報非專利文獻非專利文獻1 :K. Hanaoka et al. "A New MVA-LCD by Polymer Sustained Alignment Technology", SID 04DIGEST1200-1203(2004)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題不過，本發(fā)明的發(fā)明人在研究使用PSA技術(shù)的液晶顯示裝置的批量生產(chǎn)穩(wěn)定性和信賴性的過程中，發(fā)現(xiàn)了以下問題(1)液晶分子的預傾角不穩(wěn)定，觀察到顯示不勻；和(2) 在使用液晶顯示裝置的期間，發(fā)生顯示的殘影。本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于使利用PSA技術(shù)的液晶顯示裝置的批量生產(chǎn)穩(wěn)定性和信賴性提高。用于解決問題的手段
本發(fā)明的液晶顯示裝置具有各自具有透過區(qū)域的多個像素，上述多個像素各自具有第一電極；第二電極；設置在上述第一電極與上述第二電極之間的液晶層；設置在上述第一電極與上述液晶層之間的第一垂直取向膜；設置在上述第二電極與上述液晶層之間的第二垂直取向膜；和在上述第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的上述液晶層一側(cè)的表面的各個形成的由光聚合物構(gòu)成的一對取向維持層，上述一對取向維持層的上述光聚合物覆蓋上述第一垂直取向膜和上述第二垂直取向膜各自的上述透過區(qū)域的面積的30%以上60% 以下的區(qū)域。在某實施方式中，上述液晶層包括介電各向異性為負的向列型液晶材料和生成上述光聚合物的光聚合性化合物，上述光聚合性化合物的含有率大于液晶材料的質(zhì)量的 0. 015質(zhì)量％且不足0. 068質(zhì)量％。在某實施方式中，上述光聚合物實質(zhì)上僅由粒徑為500nm以下的粒子形成。在某實施方式中，上述光聚合性化合物包括二丙烯酸酯或二甲基丙烯酸酯。本發(fā)明的液晶顯示裝置的制造方法，其是上述任一液晶顯示裝置的制造方法，上述制造方法包括工序(a)，準備液晶單元，該液晶單元包括形成有上述第一電極和上述第一垂直取向膜的第一基板；形成有上述第二電極和上述第二垂直取向膜的第二基板；和上述第一基板與上述第二基板之間的向列型液晶材料和光聚合性化合物的混合物；工序 (b)，在上述第一電極與上述第二電極之間施加有電壓的狀態(tài)下，通過向上述混合物照射光，生成上述光聚合物，使得該光聚合物覆蓋上述第一垂直取向膜和上述第二垂直取向膜的上述液晶層一側(cè)的上述表面各自的上述透過區(qū)域的15%以上的面積；和工序(c)，在上述工序(b)之后，在不向上述第一電極與上述第二電極之間施加電壓的狀態(tài)下，通過向上述混合物進一步照射光，進一步生成上述光聚合物，使得該光聚合物覆蓋上述第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的上述液晶層一側(cè)的上述表面各自的上述透過區(qū)域的30%以上的面積。在某實施方式中，在上述工序(a)中，上述混合物中的上述光聚合性化合物的含有率在上述液晶材料的質(zhì)量的0. 15質(zhì)量％以上0. 40質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)。發(fā)明效果通過本發(fā)明，能夠使利用PSA技術(shù)的液晶顯示裝置的批量生產(chǎn)穩(wěn)定性和信賴性提
尚ο


圖1 (a)和(b)是表示本發(fā)明實施方式的液晶顯示裝置100的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是液晶顯示裝置100的示意性截面圖，(b)是液晶顯示裝置100具有的基板10、20的液晶層一側(cè)的表面的示意性平面圖。圖2(a) (c)是為了說明本發(fā)明的實施方式的液晶顯示裝置100的制造方法的示意性截面圖。圖3(a)和(b)是說明在本發(fā)明的實施方式的液晶顯示裝置100的制造方法中， 形成取向維持層的狀況的圖，(a)是表示第一次光照射工序后的取向膜上的狀態(tài)的SEM像， (b)是表示第二次光照射工序后的取向膜上的狀態(tài)的SEM像。圖4(a)和(b)是用于說明現(xiàn)有技術(shù)中的液晶顯示裝置的問題點的示意圖，(a)是表示形成在基板上的光聚合物的示意性截面圖，(b)是示意性地表示液晶分子的預傾混亂的狀況的截面圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式的液晶顯示裝置的構(gòu)造。雖然，在這里，舉例示出了像素僅由以透過模式進行顯示的透過區(qū)域形成的透過型液晶顯示裝置，但本發(fā)明的實施方式的液晶顯示裝置也能夠適用于像素各自具有以反射模式進行顯示的反射區(qū)域和以透過模式進行顯示的透過區(qū)域的透過反射兩用型或半透過型(Transflective)液晶顯示裝置。參照圖1(a)和(b)，說明本發(fā)明的實施方式的液晶顯示裝置100的結(jié)構(gòu)。圖1表示液晶顯示裝置100的一個像素內(nèi)的構(gòu)造，即液晶分子具有一定的預傾的區(qū)域的構(gòu)圖。圖1 (a)是液晶顯示裝置100的示意性截面圖，圖1 (b)是液晶顯示裝置100具有的基板10、20的液晶層一側(cè)的表面的示意性平面圖。液晶顯示裝置100具有第一基板10 ；第二基板20 ；和設置在第一基板10與第二基板20之間的液晶層32。第一基板10是例如TFT基板，第二基板20是例如彩色濾光片基板。第一基板10具有例如玻璃基板11 ；形成在玻璃基板11上的第一電極(例如像素電極)12;形成在第一電極12的液晶層32 —側(cè)的第一垂直取向膜14;和形成在第一垂直取向膜14的液晶層32 —側(cè)的表面的第一取向維持層16。第二基板20具有例如玻璃基板21 ； 形成在玻璃基板21上的第二電極(例如對置電極)22 ；形成在第二電極22的液晶層32 — 側(cè)的第二垂直取向膜M ；和形成在第二垂直取向膜M的液晶層32 —側(cè)的表面的第二取向維持層26。第一取向維持層16和第二取向維持層沈分別是通過PSA技術(shù)形成的，且由光聚合物構(gòu)成，覆蓋第一垂直取向膜14和第二垂直取向膜M的各個像素的面積的30%以上 60%以下的區(qū)域。之后，如示出實驗結(jié)果的一部分而進行說明的那樣，通過構(gòu)成為第一取向維持層16和第二取向維持層沈覆蓋第一垂直取向膜14和第二垂直取向膜M各自的透過區(qū)域的面積的30%以上60%以下的區(qū)域，能夠使液晶顯示裝置100的批量生產(chǎn)穩(wěn)定性和信賴性提高。如圖1 (b)示意性地表示的那樣，在垂直取向膜14、24的液晶層一側(cè)的表面形成有多個光聚合物粒子16aJ6a。光聚合物粒子16a、26a構(gòu)成取向維持層16、26。在這里，光聚合物粒子16aJ6a實質(zhì)上優(yōu)選僅由粒徑為500nm以下的粒子構(gòu)成。如圖4(a)示意性地表示的那樣，當在基板91的垂直取向膜92上存在粒徑超過 500nm的聚合物粒子96a時，存在液晶分子的取向混亂、或者成為顯示時的亮點的問題。另外，在形成有粒徑超過500nm的聚合物粒子96a的情況下，被聚合物粒子96a覆蓋的面積不足30%的情況較多。其結(jié)果是，如圖4(b)所示，在表面形成有這種聚合物96a、96b的基板 90a和90b之間設置的液晶層94的液晶分子9 的取向，因部位不同而混亂，成為顯示不勻的原因。另外，在這里，雖然舉例示出了像素僅具有透過區(qū)域的透過型液晶顯示裝置，但是在像素具有反射區(qū)域的情況下(即，半透過型液晶顯示裝置的情況下)，第一取向維持層16 和第二取向維持層26只要覆蓋第一垂直取向膜14和第二垂直取向膜M各自的透過區(qū)域的面積的30%以上60%以下的區(qū)域即可。當被第一取向維持層和第二取向維持層16J6覆蓋的面積(有時簡稱為“覆蓋率”)不足30%時，由于在預傾方向或預傾角中產(chǎn)生偏差，存在產(chǎn)生顯示不均的情況，所以缺乏批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性。另一方面，當被第一取向維持層和第二取向維持層1636覆蓋的面積大于60%時，存在液晶顯示裝置的信賴性降低的情況。即，為了使覆蓋率為60%以上， 而使混合在向列型液晶材料中的光聚合性化合物的含有率大于液晶材料的質(zhì)量的0. 40質(zhì)量％，并且，例如需要通過加長光照射時間，充分地使光聚合反應進行。這樣一來，液晶層中殘存的光聚合性化合物的含有率變高?；蛘撸瑸榱耸挂壕又袣埓娴墓饩酆闲曰衔锏暮新食浞纸档投M行長時間的光照射時，由于取向膜和有機層間絕緣膜等發(fā)生光劣化而產(chǎn)生分解氣體，其結(jié)果，例如有時會產(chǎn)生在液晶材料中生成氣泡的問題。液晶層32中殘存的光聚合性化合物的含有率，優(yōu)選大于液晶材料的質(zhì)量的0. 015 質(zhì)量％且不足0. 068質(zhì)量％以下。當殘存的光聚合性化合物的含有率是液晶材料質(zhì)量的 0. 068質(zhì)量％以上時，在使用液晶顯示裝置的期間，由于光聚合性化合物聚合，以固定此時的液晶分子的取向的方式起作用，所以存在液晶分子的預傾角發(fā)生變化的情況。液晶分子的預傾角不同的區(qū)域，在顯示動作中，由于呈現(xiàn)不同的亮度，所以存在被觀察到顯示的殘影或顯示不均的情況。例如，顯示白色的區(qū)域的液晶分子的預傾角變小時，由于該區(qū)域的亮度變得比周邊高，存在被顯示得發(fā)白的圖像看起來像殘影的情況。另外，為了使殘存的光聚合性化合物的含有率為液晶材料的質(zhì)量的0. 015質(zhì)量％以下，最初需要減少混合的光聚合性化合物的量，并且，不能形成取向維持層16、26，或者不能充分發(fā)揮作為取向維持層16 J6 的功能。為了將液晶層32中殘存的光聚合性化合物的含有率控制在大于液晶材料的 0. 015質(zhì)量％且不足0. 068質(zhì)量％的范圍內(nèi)，用于形成液晶層32的混合物中的光聚合性化合物的含有率優(yōu)選在大于液晶材料的質(zhì)量的0. 15質(zhì)量％且0. 40質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)。當光聚合性化合物的含有率大于0. 40質(zhì)量％時，為了使殘存的光聚合性化合物的含有率下降，如上所述，需要引起取向膜等的光劣化的程度的光照射。當用于形成液晶層32的混合物中的光聚合性化合物的含有率為液晶材料的質(zhì)量的0. 15質(zhì)量％以下時，不能形成取向維持層16、26，或者不能充分發(fā)揮作為取向維持層16、26的功能。光聚合性化合物可以是單體或低聚物，也可以是它們的混合物。作為單體，適用二丙烯酸酯或二甲基丙烯酸酯。另外，優(yōu)選不使用引發(fā)劑，而使用紫外線(例如i線，365nm) 進行聚合。接著，參照圖2(a) (c)和圖3 (a)、(b)，說明本發(fā)明實施方式的液晶顯示裝置 100的制造方法。首先，如圖2(a)所示，準備液晶單元100a，該液晶單元IOOa包括形成有第一電極和第一垂直取向膜(在這里未圖示)的第一基板10'；形成有第二電極和第二垂直取向膜(在這里未圖示)的第二基板20'；和第一基板10'與第二基板20'之間的介電各向異性為負的向列型液晶材料和光聚合性化合物的混合物。另外，當在第一基板10'和第二基板20'的垂直取向膜的表面形成取向維持層時，能夠得到如圖1(a)所示的第一基板10 和第二基板20。液晶單元IOOa例如使用滴下式注入法(One Drop Filling, ODF法)制作。在減壓氣氛下，向在周邊部描繪有密封劑34的圖案的第一基板10'上，賦予介電各向異性為負的向列型液晶材料和光聚合性化合物的混合物的液滴后，粘合第二基板20‘。之后，通過使密封劑34硬化，能夠得到液晶單元100a。這時，向列型液晶材料的液晶分子32a，顯示相對于垂直取向膜的表面約90°的預傾角。光聚合性化合物(例如，二丙烯酸酯單體)的分子36a，分散在液晶層32'中。接著，如圖2(b)所示，在形成于第一基板10'和第二基板20'的一對電極之間施加有電壓的狀態(tài)下，即在向上述混合物施加有電壓的狀態(tài)下，通過向上述混合物照射光 UV1，生成光聚合物16aJ6a，使得該光聚合物覆蓋第一基板10'和第二基板20'的垂直取向膜的液晶層32' —側(cè)的表面的15%以上的面積。這時，優(yōu)選使光聚合物16a、26a不覆蓋第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的液晶層32' —側(cè)的表面的30%以上的面積。通過因在施加有電壓的狀態(tài)下的光照射而生成的光聚合物16a J6a，得到希望的預傾角。照射時間越長(照射光量越多)，預傾角越增大。在圖2(b)中示意性地表示，通過由于形成在第一電極和第二電極的狹縫(開口部)而生成的傾斜電場，液晶分子3 呈現(xiàn)規(guī)定的取向的狀態(tài)。液晶分子32a的取向方向， 能夠由形成在電極的狹縫和在電極的液晶層32' —側(cè)由電介質(zhì)形成的突起(肋)等控制。 通過生成光聚合物16a J6a，使得該光聚合物覆蓋第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的液晶層32' —側(cè)的表面的15%以上的面積，能夠維持由電場限制的液晶分子32a的取向。接著，如圖2(c)所示，在不向第一電極與第二電極之間施加電壓的狀態(tài)下，通過進一步向混合物照射光UV2，進一步生成光聚合物，使得該光聚合物覆蓋第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的液晶層32—側(cè)的表面各自的30%以上60%以下的面積。這時，優(yōu)選照射光的強度，比之前的光照射時低，并且照射時間長。通過第二次光照射，使液晶層32中殘存的單體的量降低。以下，示出實驗例。在介電各向異性為負的向列型液晶材料中，混合液晶材料的質(zhì)量的0. 25質(zhì)量％ 的二丙烯酸酯單體。不混合引發(fā)劑。作為垂直取向膜，例如使用日產(chǎn)化學制的SE-5561或 SE8963。準備形成有電極和上述垂直取向膜的一對基板，通過使用滴下式注入法注入上述混合物，得到液晶單元100a。液晶層的厚度例如為3. 5 μ m。在向上述混合物施加IOV的電壓的狀態(tài)下，使用超高壓水銀燈，從一個基板一側(cè)照射313nm的照度為約5mW/cm2的紫外線(用濾光片(filter)除去波長310nm以下的紫外線。主波長是313nm、334nm和365歷)約60 300秒。當?shù)谝换?0，是TFT基板，第二基板20'是彩色濾光片基板時，優(yōu)選從第一基板10' —側(cè)照射。當從第二基板20' —側(cè)照射時，由于紫外線被彩色濾光片吸收，所以效率差。另外，也可以從兩側(cè)照射。另外，這時施加到混合物的電壓，只要是使液晶分子32a向希望的方向取向的電壓，則可以任意。接著，為了使液晶層32'中殘存的二丙烯酸酯單體的含有率降低，進行第二次光照射。例如，使用背光源，與上述第一次光照射同樣地從一個基板一側(cè)照射365nm的照度約為4mW/cm2的紫外線約10 60分鐘。這時，不需要向混合物施加電壓。像這樣，通過在比較長的時間內(nèi)照射紫外線，液晶層32’中殘存的二丙烯酸酯單體進一步聚合，形成光聚合物，使得該光聚合物覆蓋垂直取向膜的表面的30%以上的面積。另外，由于當初的混合物中的二丙烯酸酯單體的含有率是液晶材料的質(zhì)量的0. 25質(zhì)量％ (0. 40質(zhì)量％以下)，所以覆蓋率不會超過60%。在圖3(a)中表示在上述實驗例的制造方法中第一次光照射工序后的取向膜上的狀態(tài)的SEM像，在圖3(b)中表示第二次光照射工序后的取向膜上的狀態(tài)的SEM像。它們都是用SEM觀察在規(guī)定的光照射工序后，分解液晶單元，除去液晶材料，用溶劑洗凈后的表面的圖。如圖3(a)所示，聚合物的粒子形成在垂直取向膜上。將聚合物粒子換算為球時的直徑在約50nm IOOnm的范圍內(nèi)。另外，將SEM圖像二值化，根據(jù)白色部分的面積求出的覆蓋率是17. 8%。另外，這時的單體的殘量，是液晶材料的質(zhì)量的約0. 13質(zhì)量％，混合的單體的約50%發(fā)生了反應。并且，殘存的單體量，利用氣相色譜法(GC)，根據(jù)下面的計算式求
出ο殘存單體量=(光照射后的單體的峰值面積/光照射前的單體的峰值面積)X光照射前的單體量如圖3(b)所示，進行第二次光照射后，覆蓋率是40. 1%。聚合物粒子的直徑，與上述同樣，在約50nm IOOnm的范圍內(nèi)。單體的殘量為液晶材料的質(zhì)量的約0. 0375質(zhì)量％， 混合的單體的約85%發(fā)生了反應。在各種條件下進行如上述實驗后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)如果最終得到的取向維持層的覆蓋率為30%以上60%以下，則液晶分子的預傾穩(wěn)定，看不見顯示不均。另外，如果液晶層中殘存的單體的含有率不足液晶材料的質(zhì)量的0. 068質(zhì)量％，則不會發(fā)生顯示的殘影。進而，也不會發(fā)生在液晶材料中生成氣泡的問題。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明適用于使用PSA技術(shù)的液晶顯示裝置及其制造方法。附圖標記說明10、20 基板11、21玻璃基板12、22 電極14、M垂直取向膜16、沈取向維持層16a 光聚合物的粒子32液晶層32a液晶分子34密封劑100液晶顯示裝置
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示裝置，其特征在于所述液晶顯示裝置具有各自具有透過區(qū)域的多個像素，所述多個像素各自具有第一電極；第二電極；設置在所述第一電極與所述第二電極之間的液晶層；設置在所述第一電極與所述液晶層之間的第一垂直取向膜；設置在所述第二電極與所述液晶層之間的第二垂直取向膜；和在所述第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的所述液晶層一側(cè)的表面的各個形成的由光聚合物構(gòu)成的一對取向維持層，所述一對取向維持層的所述光聚合物覆蓋所述第一垂直取向膜和所述第二垂直取向膜各自的所述透過區(qū)域的面積的30%以上60%以下的區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述液晶層包括介電各向異性為負的向列型液晶材料和生成所述光聚合物的光聚合性化合物，所述光聚合性化合物的含有率大于所述液晶材料的質(zhì)量的0. 015質(zhì)量％且不足 0. 068 質(zhì)量 ％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述光聚合物實質(zhì)上僅由粒徑為500nm以下的粒子形成。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項所述的液晶顯示裝置，其特征在于所述光聚合性化合物包括二丙烯酸酯或二甲基丙烯酸酯。
5.一種液晶顯示裝置的制造方法，其是權(quán)利要求1 4中任一項所述的液晶顯示裝置的制造方法，所述制造方法的特征在于，包括工序(a)，準備液晶單元，該液晶單元包括形成有所述第一電極和所述第一垂直取向膜的第一基板；形成有所述第二電極和所述第二垂直取向膜的第二基板；和所述第一基板與所述第二基板之間的向列型液晶材料和光聚合性化合物的混合物；工序(b)，在所述第一電極與所述第二電極之間施加有電壓的狀態(tài)下，通過向所述混合物照射光，生成所述光聚合物，使得該光聚合物覆蓋所述第一垂直取向膜和所述第二垂直取向膜的所述液晶層一側(cè)的所述表面各自的所述透過區(qū)域的15%以上的面積；和工序(c)，在所述工序(b)之后，在不向所述第一電極與所述第二電極之間施加電壓的狀態(tài)下，通過向所述混合物進一步照射光，進一步生成所述光聚合物，使得該光聚合物覆蓋所述第一垂直取向膜和所述第二垂直取向膜的所述液晶層一側(cè)的所述表面各自的所述透過區(qū)域的30%以上的面積。
6.如權(quán)利要求5所述的液晶顯示裝置的制造方法，其特征在于在所述工序(a)中，所述光聚合性化合物的含有率在所述液晶材料的質(zhì)量的0.15質(zhì)量％以上0. 40質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明的液晶顯示裝置(100)，各像素具有第一電極(12)；第二電極(22)；設置在第一電極與第二電極之間的液晶層(32)；設置在第一電極與液晶層之間的第一垂直取向膜(14)；設置在第二電極與液晶層之間的第二垂直取向膜(24)；和在第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的液晶層一側(cè)的表面的各個形成的由光聚合物(16a、26a)構(gòu)成的一對取向維持層(16、26)，一對取向維持層的光聚合物(16a、26a)覆蓋第一垂直取向膜和第二垂直取向膜(14、24)各自的透過區(qū)域的面積的30％以上60％以下的區(qū)域。由此，能夠使液晶顯示裝置的批量生產(chǎn)穩(wěn)定性和信賴性提高。
文檔編號G02F1/1337GK102326119SQ20108000843
公開日2012年1月18日 申請日期2010年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者高木稔 申請人:夏普株式會社