JP5773859B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関する。

液晶パネルに用いられる液晶材料として、特許文献１などに開示されるブルー相液晶は、ネマティック液晶と比較して高速な応答を実現することができ、光学的に等方であるため、視野角依存性がない。そのため、配向膜が不要であり、ラビングなどの配向処理や視野角補償のための光学フィルムも不要なため、液晶パネルを薄く安く作ることができる。また、ブルー相が安定に存在する温度領域が非常に狭かったが、これを広げる技術が登場し、実用化が期待されている。

特開２０１０−２５０３０６号公報

特許文献１には、信頼性の高いブルー相液晶表示装置を提供するため、光照射手段を走査し選択的に高分子安定化処理を行い、重合度の小さい領域と大きい領域を造り分けることが開示されている。ただし、特許文献１に開示されるのは、シール材と接する領域で重合度を低くすることである。

本発明の発明者は、ブルー相液晶について研究をしてきたところ、ブルー相液晶の形成される高分子構造によって表示特性が異なることが分かった。そこで、横電界方式の液晶パネルにブルー相液晶を使用したときに、同じ映像を長時間映し続けることで液晶分子の配列が固定されてしまう「焼き付き」とよばれる現象を防止する方法を見出した。

本発明は、横電界方式の液晶パネルにブルー相液晶を使用したときに焼き付き現象を防止することを目的とする。

（１）本発明に係る液晶表示装置は、第１基板と、第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板の間に挟まれ、高分子組成物と複合化してブルー相を発現する液晶材料と、前記第１基板に平行な横電界を前記液晶材料に加えるために、前記第１基板に形成された一対の透明電極と、を含み、前記高分子組成物は、前記第１基板と前記第２基板の間の方向に密度が異なるように形成され、少なくとも前記一対の透明電極と重なる領域で、前記高分子組成物の最も密度の高い部分が、前記第２基板よりも前記第１基板の近くに位置することを特徴とする。本発明によれば、電界強度が強くなる第１基板側において、高分子組成物の密度が高いので、液晶分子を安定に保持することができ、焼き付き現象を防止することができる。

（２）（１）に記載された液晶表示装置において、少なくとも前記一対の透明電極と重なる前記領域で、前記高分子組成物の前記第１基板に近い部分の密度が、前記第２基板に近い部分の密度よりも高いことを特徴としてもよい。

（３）（１）又は（２）に記載された液晶表示装置において、前記第１基板に形成された金属電極をさらに有し、前記高分子組成物は、前記金属電極と重なる領域を避けて形成され、前記金属電極と重なる前記領域では、前記液晶材料に光硬化性樹脂が添加されていることを特徴としてもよい。

（４）（１）又は（２）に記載された液晶表示装置において、前記第１基板に形成された金属電極と、前記金属電極と対向するように前記第２基板に形成された光反射膜と、をさらに有し、前記金属電極と重なる領域では、前記高分子組成物の前記第２基板に近い部分の密度が、前記第１基板に近い部分の密度よりも高いことを特徴としてもよい。

（５）（１）又は（２）に記載された液晶表示装置において、前記第１基板に形成された金属電極と、前記金属電極と対向するように前記第２基板に形成された光反射膜と、をさらに有し、前記金属電極と重なる領域では、前記液晶材料の前記第１基板に近い部分には光硬化性樹脂が添加され、前記液晶材料の前記第２基板に近い部分は前記高分子組成物と複合化していることを特徴としてもよい。

（６）（４）又は（５）に記載された液晶表示装置において、前記光反射膜は、紫外光を反射し、可視光を透過することを特徴としてもよい。

（７）本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、第１基板及び第２基板の間に、光硬化性樹脂が添加された液晶材料を挟み込む工程と、前記第１基板を通して前記光硬化性樹脂に光を照射する工程と、を含み、前記第１基板に平行な横電界を前記液晶材料に加えるために、前記第１基板には一対の透明電極が形成され、前記光を照射する工程で、前記光からエネルギーを吸収して前記光硬化性樹脂から高分子組成物が生成され、前記光は、前記第１基板から前記第２基板の方向に前記エネルギーを減少させながら進行し、少なくとも前記一対の透明電極と重なる領域で、前記第２基板よりも前記第１基板の近くに、前記高分子組成物の最も密度の高い部分を生成することを特徴とする。本発明によれば、電界強度が強くなる第１基板側において、高分子組成物の密度を高くするので、液晶分子を安定に保持することができ、焼き付き現象を防止することができる。

（８）（７）に記載された液晶表示装置の製造方法において、少なくとも前記一対の透明電極と重なる前記領域で、前記高分子組成物の前記第１基板に近い部分の密度を、前記第２基板に近い部分の密度よりも高くすることを特徴としてもよい。

（９）（７）又は（８）に記載された液晶表示装置の製造方法において、前記第１基板には金属電極が形成され、前記光を照射する工程で、前記金属電極は前記光を遮断し、前記高分子組成物を前記金属電極と重なる領域を避けて生成することを特徴としてもよい。

（１０）（７）又は（８）に記載された液晶表示装置の製造方法において、前記第１基板に、前記光を遮断する金属電極が形成され、前記第２基板には、前記金属電極と対向するように光反射膜が形成され、前記光を照射する工程で、前記光を、前記光反射膜で反射させて、前記金属電極と重なる領域に入射させることを特徴としてもよい。

（１１）（１０）に記載された液晶表示装置の製造方法において、前記光として紫外光を使用し、前記光反射膜は、紫外光を反射し、可視光を透過することを特徴としてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２の実施形態の変形例に係る液晶表示装置を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。液晶表示装置は、第１基板１０を有する。第１基板１０は、光透過性を有し、ガラスや樹脂などからなる。第１基板１０の一方の面（図１では下面）には、第１偏光板１２が貼り付けられている。第１偏光板１２は、特定方向に偏光又は偏波した光を通過させる。第１基板１０は、薄膜トランジスタ１４が形成されているため、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板ともよばれる。

詳しくは、第１基板１０にゲート電極１６が形成されている。ゲート電極１６はアルミニウムなどの金属からなる。つまり、第１基板１０には金属電極１８が形成されている。金属電極１８は光を遮断する。ゲート電極１６（金属電極１８）を覆うようにゲート絶縁膜２０が形成されている。ゲート絶縁膜２０は、ＳｉＮなどの無機材料からなり、光透過性を有する。ゲート電極１６の上方であってゲート絶縁膜２０の上には、半導体薄膜２２（例えばアモルファスシリコン薄膜）が形成されている。半導体薄膜２２は、下層２４と、下層２４よりも不純物の添加量が多い上層２６と、を含む。一対の上層２６が、間隔をあけて下層２４の上に形成されている。

ゲート絶縁膜２０及び半導体薄膜２２に載るように、一対の配線２８が形成されている。一対の配線２８は、光透過性を有し、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電材料からなる。一対の配線２８は、半導体薄膜２２の下層２４を避けて配置され、それぞれ一対の上層２６に載っている。一対の配線２８の一対の上層２６に載る部分が、それぞれ、薄膜トランジスタ１４のドレイン電極及びソース電極である。薄膜トランジスタ１４は、１層又は複数層の絶縁膜３０，３２で覆われている。絶縁膜３０，３２もＳｉＮなどの無機材料からなり、光透過性を有する。

第１基板１０には、一対の透明電極３４が形成されている。一対の透明電極３４は、絶縁膜３０，３２を介して配置されており、両者間に電圧を印加することで、第１基板１０に平行な横電界が生じるようになっている。一対の透明電極３４の一方は、上述した一対の配線２８の一方の一部であり、ドレイン電極及びソース電極の一方と電気的に接続されて、画素ごとに電圧が制御される。これに対して、他方の透明電極３４は、共通電極であり、複数の画素に対して共通の電圧が印加される。絶縁膜３０，３２の上に形成された他方の透明電極３４は、パッシベーション膜３６で覆われている。パッシベーション膜３６も光透過性を有する。

液晶表示装置は、第２基板３８を有する。第２基板３８は、光透過性を有し、ガラスや樹脂などからなる。第２基板３８の一方の面（図１では上面）には、第２偏光板４０が貼り付けられている。第２偏光板４０は、第１偏光板１２が通過させる光が偏光又は偏波する方向とは直交方向に偏光又は偏波した光を通過させる。第２基板３８は、図示しないカラーフィルタが形成されるため、ＣＦ（Color Filter）基板ともよばれる。

詳しくは、第２基板３８には、第２偏光板４０とは反対側の面に着色層４２が形成されている。また、第２基板３８にはブラックマトリクス４４が形成されており、ブラックマトリクス４４を着色層４２が覆うようになっている。着色層４２は、平坦化層４６によって覆われている。

液晶表示装置は、液晶材料４８を有する。液晶材料４８は、第１基板１０及び第２基板３８の間に挟まれている。液晶材料４８は、高分子組成物と複合化してブルー相を発現する。液晶材料４８には、一対の透明電極３４に電圧が印加されることで横電界が加えられる。本実施形態に係る液晶表示装置の駆動方式は、例えばIn Plane Switching方式である。

高分子組成物は、第１基板１０と第２基板３８の間の方向に密度が異なるように形成されている。少なくとも一対の透明電極３４と重なる領域で、高分子組成物の最も密度の高い部分５０が、第２基板３８よりも第１基板１０の近くに位置する。つまり、高分子組成物の第１基板１０に近い部分５０の密度が、第２基板３８に近い部分５２の密度よりも高い。高分子組成物は、金属電極１８と重なる領域を避けて形成されている。金属電極１８と重なる領域では、液晶材料４８には光硬化性樹脂５６が添加されている。

本実施形態によれば、平行な横電界を発生させるための一対の透明電極３４が第１基板１０に形成されているので、第１基板１０側において電界強度が強くなるが、第１基板１０側において高分子組成物の密度が高い。したがって、液晶分子を安定に保持することができ、焼き付き現象を防止することができる。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。本実施形態では、第１基板１０及び第２基板３８の間に、光硬化性樹脂５６が添加された液晶材料４８を挟み込む。光硬化性樹脂５６として、紫外線硬化型樹脂を使用する。そして、第１基板１０を通して光硬化性樹脂５６に光を照射する。光として紫外光を使用する。光からエネルギーを吸収して光硬化性樹脂５６から高分子組成物が生成される。光は、第１基板１０から第２基板３８の方向にエネルギーを減少させながら進行する。したがって、第２基板３８よりも第１基板１０の近くに、高分子組成物の最も密度の高い部分５０（図１参照）が生成される。つまり、高分子組成物の第１基板１０に近い部分５０の密度を、第２基板３８に近い部分５２（図１参照）の密度よりも高くすることができる。

本実施形態によれば、電界強度が強くなる第１基板１０側において、高分子組成物の密度を高くするので、液晶分子を安定に保持することができ、焼き付き現象を防止することができる。なお、光は、金属電極１８によって遮断されるので、金属電極１８と重複する領域には光が進行しない。したがって、高分子組成物は、金属電極１８と重なる領域を避けて生成される。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。本実施形態では、金属電極１８と対向するように、第２基板３８に光反射膜５４が形成されている。例えば、ブラックマトリクス４４の液晶材料４８側を向く面に光反射膜５４が形成されている。光反射膜５４は、紫外光を反射し、可視光を透過する。光反射膜５４は、酸化アルミニウム又は酸化ゲルマニウムから形成してもよいし、グリセリンを配合した低密度のポリオレフィン系合成樹脂フィルムや、酸化チタン、酸化亜鉛又は酸化セリウムなどの金属をケイ素やフッ素でコーティングした膜などを使用してもよいがこれらに限定されるものではない。その他の構成は、第１の実施形態で説明した内容が該当する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。本実施形態では、光を照射する工程で、光を、光反射膜５４で反射させて、金属電極１８と重なる領域に入射させる。光として紫外光を使用する。

こうすることで、図３に示すように、金属電極１８と重なる領域でも高分子組成物を形成することができる。なお、金属電極１８と重なる領域では、高分子組成物の第２基板３８に近い部分１５２の密度が、第１基板１０に近い部分１５０の密度よりも高い。

図５は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る液晶表示装置を示す断面図である。この例では、金属電極１８と重なる領域で、液晶材料４８の第１基板１０に近い部分２５０は、光硬化性樹脂が添加された状態になっている。つまり、この部分２５０には、高分子組成物は形成されていない。ただし、金属電極１８と重なる領域で、液晶材料４８の第２基板３８に近い部分２５２は高分子組成物と複合化している。光の進行によって、このような構成になることもある。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施の形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

１０ 第１基板、１２ 第１偏光板、１４ 薄膜トランジスタ、１６ ゲート電極、１８ 金属電極、２０ ゲート絶縁膜、２２ 半導体薄膜、２４ 下層、２６ 上層、２８ 配線、３０ 絶縁膜、３２ 絶縁膜、３４ 透明電極、３６ パッシベーション膜、３８ 第２基板、４０ 第２偏光板、４２ 着色層、４４ ブラックマトリクス、４６ 平坦化層、４８ 液晶材料、５０ 部分、５２ 部分、５４ 光反射膜、５６ 光硬化性樹脂、１５０ 部分、１５２ 部分、２５０ 部分、２５２ 部分。

Claims (9)

1. 第１基板と、
   第２基板と、
   前記第１基板及び前記第２基板の間に挟まれ、高分子組成物と複合化してブルー相を発現する液晶材料と、
   前記第１基板に平行な横電界を前記液晶材料に加えるために、前記第１基板に形成された一対の透明電極と、
   を含み、
   前記高分子組成物は、前記第１基板と前記第２基板の間の方向に密度が異なるように形成され、
   少なくとも前記一対の透明電極と重なる領域で、前記高分子組成物の最も密度の高い部分が、前記第２基板よりも前記第１基板の近くに位置し、
   少なくとも前記一対の透明電極と重なる前記領域で、前記高分子組成物の前記第１基板に近い部分の密度が、前記第２基板に近い部分の密度よりも高いことを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載された液晶表示装置において、
   前記第１基板に形成された金属電極をさらに有し、
   前記高分子組成物は、前記金属電極と重なる領域を避けて形成され、
   前記金属電極と重なる前記領域では、前記液晶材料に光硬化性樹脂が添加されていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１に記載された液晶表示装置において、
   前記第１基板に形成された金属電極と、
   前記金属電極と対向するように前記第２基板に形成された光反射膜と、
   をさらに有し、
   前記金属電極と重なる領域では、前記高分子組成物の前記第２基板に近い部分の密度が、前記第１基板に近い部分の密度よりも高いことを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項１に記載された液晶表示装置において、
   前記第１基板に形成された金属電極と、
   前記金属電極と対向するように前記第２基板に形成された光反射膜と、
   をさらに有し、
   前記金属電極と重なる領域では、前記液晶材料の前記第１基板に近い部分には光硬化性樹脂が添加され、前記液晶材料の前記第２基板に近い部分は前記高分子組成物と複合化していることを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項４に記載された液晶表示装置において、
   前記光反射膜は、紫外光を反射し、可視光を透過することを特徴とする液晶表示装置。
6. 第１基板及び第２基板の間に、光硬化性樹脂が添加された液晶材料を挟み込む工程と、
   前記第１基板を通して前記光硬化性樹脂に光を照射する工程と、
   を含み、
   前記第１基板に平行な横電界を前記液晶材料に加えるために、前記第１基板には一対の透明電極が形成され、
   前記光を照射する工程で、前記光からエネルギーを吸収して前記光硬化性樹脂から高分子組成物が生成され、前記光は、前記第１基板から前記第２基板の方向に前記エネルギーを減少させながら進行し、
   少なくとも前記一対の透明電極と重なる領域で、前記第２基板よりも前記第１基板の近くに、前記高分子組成物の最も密度の高い部分を生成し、
   少なくとも前記一対の透明電極と重なる前記領域で、前記高分子組成物の前記第１基板に近い部分の密度を、前記第２基板に近い部分の密度よりも高くすることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
7. 請求項６に記載された液晶表示装置の製造方法において、
   前記第１基板には金属電極が形成され、
   前記光を照射する工程で、前記金属電極は前記光を遮断し、前記高分子組成物を前記金属電極と重なる領域を避けて生成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
8. 請求項６に記載された液晶表示装置の製造方法において、
   前記第１基板に、前記光を遮断する金属電極が形成され、
   前記第２基板には、前記金属電極と対向するように光反射膜が形成され、
   前記光を照射する工程で、前記光を、前記光反射膜で反射させて、前記金属電極と重なる領域に入射させることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
9. 請求項８に記載された液晶表示装置の製造方法において、
   前記光として紫外光を使用し、
   前記光反射膜は、紫外光を反射し、可視光を透過することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

Images