液晶顯示裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及使視角特性及顯示對比度提高的高品質(zhì)液晶顯示裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 液晶顯示裝置因其顯示品質(zhì)高且超薄、輕巧、低耗電量等優(yōu)點(diǎn)而用途廣泛，在從手 機(jī)用顯示屏、數(shù)碼相機(jī)用顯示器等面向便攜裝置的顯示器，到臺式電腦用顯示器、面向印刷 和設(shè)計(jì)的顯示器、醫(yī)療用監(jiān)視器，甚至液晶電視等的各種用途中使用。隨著其用途的擴(kuò)大， 對液晶顯示裝置要求進(jìn)一步的高畫質(zhì)化和高品質(zhì)化，尤其強(qiáng)烈要求由高透過率化實(shí)現(xiàn)的高 亮度化和低耗電化。另外，隨著液晶顯示裝置的普及，對于低成本也有了強(qiáng)烈要求。
[0003] 通常，液晶顯示裝置的顯示是通過如下來進(jìn)行，即，向夾在一對基板間的液晶層的 液晶分子施加電場而使液晶分子的取向方向變化，再通過由此產(chǎn)生的液晶層的光學(xué)特性的 變化來進(jìn)行顯示。對于無電場施加時的液晶分子的取向方向，由對聚酰亞胺薄膜的表面實(shí) 施了摩擦處理而得到的取向膜來限定。以往，在每個像素內(nèi)均具有薄膜晶體管（TFT)等開 關(guān)元件的有源驅(qū)動型液晶顯示裝置中，在夾持液晶層的一對基板上分別設(shè)置電極，設(shè)定成 對液晶層施加的電場的方向相對于基板面大致垂直、即形成所謂的縱向電場，并利用構(gòu)成 液晶層的液晶分子的光旋光性來進(jìn)行顯示。作為縱向電場方式的代表性的液晶顯示裝置， 已知扭曲向列（TN:Twisted Nematic)方式和垂直取向（VA:Vertical Alignment)方式。
[0004] 在TN方式和VA方式的液晶顯示裝置中，視角窄是重大課題之一。于是，作為實(shí)現(xiàn) 廣視角化的顯示方式，已知IPS (平面切換、In-Plane Switching)方式和FFS (邊緣電場切 換、Fringe-Field Switching)方式。IPS方式及FFS方式是在一對基板中的一方上形成梳 齒狀的電極、且產(chǎn)生的電場具有與該基板面大致平行的成分的、所謂橫向電場方式的顯示 方式，其使構(gòu)成液晶層的液晶分子在與基板大致平行的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)動作，并利用液晶層的 雙折射性來進(jìn)行顯示。通過液晶分子的平面內(nèi)轉(zhuǎn)換，與以往的TN方式相比具有視角寬且低 負(fù)載電容等優(yōu)點(diǎn)，有望作為代替TN方式的新型液晶顯示裝置，近年來正在迅速發(fā)展。
[0005] 液晶顯示元件根據(jù)電場的有無來控制液晶層中的液晶分子的取向狀態(tài)。即，使設(shè) 于液晶層外部的上下的偏振片成為完全正交的狀態(tài)，并根據(jù)中間的液晶分子的取向狀態(tài)產(chǎn) 生相位差以形成明暗的狀態(tài)。為了控制未對液晶施加電場的狀態(tài)下的取向狀態(tài)，在基板表 面上形成稱為取向膜的高分子薄膜，通過在其高分子的排列方向上由界面上的高分子鏈與 液晶分子的范德瓦爾斯力（Van der Waals'forces)進(jìn)行的分子間相互作用來排列液晶分 子而實(shí)現(xiàn)。該作用也被稱為取向限制力或液晶取向功能的賦予、取向處理。
[0006] 對于液晶顯示器的取向膜，多使用聚酰亞胺。其形成方法是將聚酰亞胺的前體即 聚酰胺酸溶解在各種溶劑中，然后通過旋涂或印刷將其涂敷到基板上，并以200°C以上的高 溫對基板進(jìn)行加熱，從而除去溶劑并使聚酰胺酸以酰亞胺化閉環(huán)反應(yīng)成為聚酰亞胺。此時 的膜厚為l〇〇nm左右的薄膜。通過用摩擦布沿一定方向摩擦該聚酰亞胺薄膜的表面，而使 表面的聚酰亞胺高分子鏈沿該方向取向，實(shí)現(xiàn)表面高分子的各向異性很高的狀態(tài)。然而，由 于存在因摩擦而產(chǎn)生靜電或異物、因基板表面的凹凸不平而造成摩擦不均勻等問題，所以 正逐漸開始采用一種無需與摩擦布接觸的、利用偏振后的光控制分子取向的光取向法。
[0007] 在液晶取向膜的光取向法中，包括：像偶氮染料那樣通過照射偏振后的紫外線而 使分子內(nèi)的幾何配置發(fā)生變化的光異構(gòu)化型取向、和通過偏振后的紫外線使肉桂酸和香豆 素、查爾酮等分子骨架彼此生成化學(xué)鍵的光二聚型取向等，光分解型取向（通過將偏振后 的紫外線照射高分子而僅將在其方向上排列的高分子鏈切斷分解，使與其偏振方向垂直的 方向上的高分子鏈留下）適用于作為液晶取向膜可靠且具有效果的聚酰亞胺的光取向。
[0008] 在各種液晶顯示方式下對該取向方法進(jìn)行了研究，其中關(guān)于IPS方式，專利文獻(xiàn)1 中公開了一種減少了因初始取向方向的變動而產(chǎn)生的顯示缺陷，具有穩(wěn)定的液晶取向、量 產(chǎn)性、且對比度提高了的高品質(zhì)畫質(zhì)的液晶顯示裝置。其中，公開了通過取向處理，即對由 環(huán)丁烷四甲酸二酐及/或其衍生物與芳香族二胺構(gòu)成的聚酰胺酸或者聚酰亞胺實(shí)施加熱、 紅外線照射、遠(yuǎn)紅外線照射、電子束照射、放射線照射中的至少一種二次處理，從而賦予了 所述取向控制能力。
[0009] 而且，尤其公開了 ：通過將加熱、紅外線照射、遠(yuǎn)紅外線照射、電子束照射、放射線 照射中的至少一種處理與偏振光照射處理在時間上重疊地進(jìn)行，會更有效地發(fā)揮作用；通 過將取向控制膜的酰亞胺化燒制處理與偏振光照射處理在時間上重疊地進(jìn)行，也會有效地 發(fā)揮作用。尤其公開了在除了對液晶取向膜施加偏振光照射之外，還進(jìn)行加熱、紅外線照 射、遠(yuǎn)紅外線照射、電子束照射、放射線照射中的至少一種處理的情況下，取向控制膜的溫 度優(yōu)選為1 〇〇 °C~400 °C的范圍，更優(yōu)選為150 °C~300 °C的范圍，加熱、紅外線照射、遠(yuǎn)紅外 線照射的處理還能與取向控制膜的酰亞胺化燒制處理兼用，是有效的。
[0010] 然而，使用這些光取向膜的液晶顯示裝置與使用摩擦取向膜的情況相比，發(fā)展歷 史較短，并且作為實(shí)用上的液晶顯示裝置，對于經(jīng)過數(shù)年以上的很長一段時間的顯示品質(zhì) 并沒有足夠的了解。即，實(shí)際情況是，對于在制造初期階段未顯現(xiàn)出來的畫質(zhì)不良與光取向 膜固有的問題之間的關(guān)系，幾乎沒有報(bào)道。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0012] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2004-206091號公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2007-164153號公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2011-114470號公報(bào)
[0015] 發(fā)明人等考慮到今后在實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、高精細(xì)的液晶顯示裝置時光取向技術(shù)會變得 很重要，對將光取向技術(shù)應(yīng)用于液晶顯示裝置時的課題進(jìn)行了詳細(xì)研究。其結(jié)果是，在以往 的光取向技術(shù)中，用于光取向處理的紫外線在使取向膜表面產(chǎn)生液晶取向限制力方面很有 效，但對于需要長期結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的膜內(nèi)部也會發(fā)揮作用，使膜內(nèi)部因光劣化，同時在取向膜 本身上形成過度的光學(xué)各向異性，因此，會影響作為液晶顯示裝置的視角特性和對比度，可 知在今后的產(chǎn)品應(yīng)對上會存在一個課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的在于，提供一種在使用光取向技術(shù)的情況下能夠穩(wěn)定地獲得良好的 顯示特性的液晶顯示裝置及其制造方法。
[0017] 在本申請公開的發(fā)明中，先簡單說明一下代表性的結(jié)構(gòu)，具體如下。即，本發(fā)明的 目的能夠通過下述液晶顯示裝置來實(shí)現(xiàn)，其特征在于，具有：具備像素電極和TFT且在像素 上方形成有取向膜的TFT基板、和與所述TFT基板相對配置且在所述TFT基板側(cè)的最外表 面上形成有取向膜的對置基板，在所述TFT基板的取向膜與所述對置基板的取向膜之間夾 持有液晶，所述取向膜是能夠通過偏振光照射而賦予液晶取向限制力的材料，所述光取向 膜的最外表面層具有液晶取向限制力，并且在所述光取向膜中幾乎不存在光學(xué)各向異性。 本發(fā)明的液晶顯示裝置的更具體結(jié)構(gòu)如下所述。
[0018] 即，在所述液晶顯示裝置中，其特征在于，關(guān)于所述光取向膜表面的取向限制力， 以從光學(xué)扭曲角得到的錨定強(qiáng)度（anchoring strength)計(jì)為L 0X10 3J/m2以上。
[0019] 另外，在所述液晶顯示裝置中，其特征在于，所述光取向膜的光學(xué)各向異性以延遲 值（retardation value)計(jì)小于 L 0nm〇
[0020] 另外，在所述液晶顯示裝置中，其特征在于，所述光取向膜的光學(xué)各向異性以有序 參數(shù)（order parameter)計(jì)為 0· 1 以下。
[0021] 另外，在所述液晶顯示裝置中，其特征在于，所述光取向膜的表面凹凸的大小以均 方根（root mean square)計(jì)為 lnm 以下。
[0022] 另外，在所述液晶顯示裝置中，其特征在于，所述光取向膜僅形成在所述TFT基板 或所述對置基板中的任一方。
[0023] 另外，在所述液晶顯示裝置中，其特征在于，所述取向膜是光分解型的光取向膜。
[0024] 另外，在所述液晶顯示裝置中，其特征在于，所述取向膜是包括（化1)表示的聚酰 亞胺的光分解型的光取向膜。在此，括號□中表示重復(fù)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)，后綴η表示重復(fù) 單元的數(shù)量。另外，Ν為氮原子，0為氧原子，Α表示包括環(huán)丁烷的4價(jià)的有機(jī)基團(tuán)，D表示 2價(jià)的有機(jī)基團(tuán)。
[0025]
[0026] 另外，在所述液晶顯示裝置中，其特征在于，所述取向膜由兩種材料層疊而成的結(jié) 構(gòu)構(gòu)成，是由能夠進(jìn)行光取向的光取向性的上層和與所述光取向性的上層相比電阻率較小 的低電阻性的下層構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)。
[0027] 另外，在所述液晶顯示裝置中，其特征在于，所述液晶顯示裝置為IPS方式的液晶 顯示裝置。
[0028] 另外，還有一種液晶顯示裝置的制造方法，其特征在于，該液晶顯示裝置具有：具 備像素電極和TFT且在像素上方形成有取向膜的TFT基板、和與所述TFT基板相對配置且 在所述TFT基板側(cè)的最外表面上形成有取向膜的對置基板，在所述TFT基板的取向膜與所 述對置基板的取向膜之間夾持有液晶，該液晶顯示裝置的制造方法具有：準(zhǔn)備包括所述像 素電極和所述TFT的所述TFT基板的工序；在所述TFT基板或所述對置基板上方形成所述 取向膜的工序；通過向所述取向膜照射偏振后的紫外線并對所述取向膜進(jìn)行氧化處理，而 使所述取向膜的最外表面層具有液晶取向限制力，并在所述光取向膜中形成幾乎不存在光 學(xué)各向異性的狀態(tài)的工序；使具有被賦予了取向限制力的所述取向膜的帶取向膜的所述 TFT基板與所述對置基板貼合的工序；以及，在所述貼合工序中或者所述貼合工序之后，向 所述TFT基板與所述對置基板之間封入液晶的工序。
[0029] 另外，液晶顯示裝置的制造方法的其特征在于，在所述液晶顯示裝置的制造方法 中，向所述取向膜中添加交聯(lián)劑，在從向所述取向膜照射偏振后的紫外線的工序之后到使 所述TFT基板與所述對置基板貼合的工序?yàn)橹沟钠陂g，實(shí)施交聯(lián)處理。
[0030] 另外，在所述液晶顯示裝置的制造方法中，其特征在于，在從向所述取向膜照射偏 振后的紫外線的工序之后到使所述TFT基板與所述對置基板貼合的工序?yàn)橹沟钠陂g，不進(jìn) 行在180°C以上的溫度下的加熱處理。
[0031] 另外，在所述液晶顯示裝置的制造方法中，其特征在于，在從向所述取向膜照射偏 振后的紫外線的工序之后到使所述TFT基板與所述對置基板貼合的工序?yàn)橹沟钠陂g，不進(jìn) 行在120°C以上的溫度下的加熱處理。
[0032] 在此所說的"光取向膜的最外表面層具有液晶取向限制力、并且在所述光取向膜 中幾乎不存在光學(xué)各向異性"的狀態(tài)是指，處于在光取向膜的表面與膜內(nèi)部具有以下所示 的兩個特征的狀態(tài)。即，具有液晶取向限制力的取向膜的表面狀態(tài)是指，形成液晶顯示裝置 時在規(guī)定的取向像素區(qū)域內(nèi)能夠獲得單疇（monodomain)的液晶取向狀態(tài)的狀態(tài)。該取向 限制力的大小也能通過從例如專利文獻(xiàn)2中記載的光學(xué)扭曲角的測定值得到的錨定強(qiáng)度 而定量化。
[0033] 另一方面，在光取向膜中幾乎不存在光學(xué)各向異性的狀態(tài)是指，在對該取向膜整 體的膜表面內(nèi)的光學(xué)各向異性進(jìn)行測定后的情況下幾乎不存在各向異性的狀態(tài)。該光學(xué)各 向異性的大小能夠從例如專利文獻(xiàn)2中記載的延遲值求得。或者，該光學(xué)各向異性的大小 能夠例如專利文獻(xiàn)3中所記載的、通過測定取向膜的偏振紫外線吸收光譜、根據(jù)紫外線部 分的最大吸收波長中的吸收二色性比求得。
[0034] 通常，在產(chǎn)生了液晶取向限制力的取向膜表面上是在形成取向膜的分子的膜表面 內(nèi)產(chǎn)生了分子取向各向異性的狀態(tài)，但在取向膜整體上未產(chǎn)生光學(xué)各向異性的狀態(tài)是在觀 察到其分子取向各向異性的情況下在膜整體中幾乎不存在各向異性的狀態(tài)。這種狀態(tài)在例 如像專利文獻(xiàn)2中記載的那樣通過摩擦法產(chǎn)生取向限制力的情況下很容易就能實(shí)現(xiàn)，但在 光取向法中，高液晶取向限制力與低光學(xué)各向異性難以同時實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)椋Σ练ㄖ袃H在 直接接觸摩擦布的取向膜表面上誘發(fā)其分子取向各向異性，與其相對，在光取向法中，由于 用于取向的偏振紫外線會到達(dá)至膜內(nèi)部，所以也會在膜內(nèi)部的分子取向分布上產(chǎn)生各向異 性。
[0035] 這種液晶取向限制力很弱的情況下，例如像專利文獻(xiàn)3中記載的那樣，使液晶顯 示裝置的畫面以同一圖像長時間顯示，在停止該圖像的顯示并進(jìn)行了例如全部灰色顯示的 情況下，之前的圖像會重影顯示，即被確認(rèn)為所謂的余像現(xiàn)象。另外，若取向膜上具有光學(xué) 各向異性的話，則會產(chǎn)生殘留相位差，是視角特性降低這種顯示特性惡化的主要原因，用于 對其校正的相位差板需要具有相位差為80nm以下的小相位差，通常存在會成為難以實(shí)現(xiàn) 且高成本的液晶顯示裝置等問題。即，為了使由光取向膜實(shí)現(xiàn)的液晶顯示裝置的畫質(zhì)為由 摩擦膜實(shí)現(xiàn)的液晶顯示