液晶显示装置的制作方法

专利名称：液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示装置。更详细而言，涉及适用通过施加电压而使液晶层弯曲变形来控制光的透过的显示方式的液晶显示装置。
背景技术：
液晶显示装置以薄型、轻量和低消耗电力作为特征，被广泛用于各种领域。而且其显示性能伴随着年月的经历而飞跃地进步，现在已超过CRT(阴极射线管)。液晶显示装置的显示方式由在单元内使液晶如何排列来决定。现有技术中， 作为液晶显示装置的显示方式，已知有例如TNCTwisted Nematic 扭曲向列)模式、 MVA(Multi-domain Vertical Alignment 多畴垂直取向)模式、IPS(In_plane Switching 面内开关)模式、OCB(Optically self-Compensated Birefringence 光学自补偿双折射) 模式等各种显示方式。而且，使用这样的显示方式的液晶显示装置被大量生产。其中，例如TN模式的液晶显示装置被广泛且通常使用。然而，TN模式的液晶显示装置在响应慢、视野角较窄等方面具有改善的余地。相对于此，MVA模式是在有源矩阵基板的像素电极设置狭缝(缝隙)，并且在对置基板的对置电极设置液晶分子的取向控制用的突起(肋)，由利用它们形成的边缘场 (Fringe Field)使液晶分子的取向方向向多个方向分散。而且，MVA模式通过在施加电压时使液晶分子倾倒的方向被分割(Multi-domain:多畴)为多个而实现广视野角(例如参照专利文献1。)。另外，由于MVA模式为垂直取向模式，所以与TN、IPS和OCB等各模式相比，具有能够获得高对比度的特征。然而，由于制造工序复杂，与TN模式同样地在响应慢的方面具有改善的余地。作为上述以外的显示方式，还提出有以下显示方式(例如参照专利文献2 7) 为了解决MVA模式的工艺问题，在垂直取向模式中，使用ρ型向列型液晶作为液晶材料，利用梳齿状电极产生的横电场驱动该液晶的显示方式(以下也称为TBA(Transverse Bend Alignment 横向弯曲取向)模式。)。TBA模式与MVA模式相比具有以下特征。首先，能够高速响应。另外，能够实现由垂直取向产生的高对比度。进而，能够实现广视野角。而且，在TBA模式中不需要由突起进行取向控制，像素结构单纯，所以能够容易地制造。即价格低廉。再者，作为利用微细的构造物控制液晶的取向的技术，公开了在取向膜表面形成朝向规定方向的多个倾斜面的技术(例如参照专利文献8)。另外，公开了在基板表面形成高度周期性变化的凹凸的技术(例如参照专利文献9)。另外，公开了基于饱和阈值法的锚定能的评价方法(例如参照非专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利特开平11-M2225号公报专利文献2 日本专利特开昭57-618号公报专利文献3 日本专利特开平10-186351号公报专利文献4 日本专利特开平10-333171号公报专利文献5 日本专利特开平11-24068号公报专利文献6 日本专利特开2000-275682号公报专利文献7 日本专利特开2002-55357号公报专利文献8 日本专利特开平3-150530号公报专利文献9 日本专利特开平11-M2225号公报非专利文献
非专利文献1 佐佐木义一、其他2名、“基于饱和阈值法的负型液晶的锚定强度的 .第53次应用物理学关系联合演讲会演讲预稿集(2006春、武藏工业大学),2006年、 P. 1365、No. 23a-P-
发明内容
发明要解决的课题以下，以TBA模式为例，对本发明的课题进行说明，但本发明并不限定于TBA模式。本发明的发明人首先发现TBA模式中，如图10所示，特别是在施加高电压时，存在液晶取向崩溃(溃散)、产生显示不良的情况。在图10中，在光亮的部分导致液晶取向崩溃。在不施加电压时，由于偏光板正交而为黑显示，通过施加电压而从电极附近起明亮地点亮。在此，当施加过大的电压时，在电极间区域引起液晶的取向崩溃、漏光(偏振状态紊乱的光的出射)。此时，同时观察正常点亮的部分和取向崩溃而漏光的部分。能够充分观测到存在亮度不同，图10中表示在暂时除去施加电压，使正常的部分垂直取向时(即，黑显示时)的照片。对于TBA模式，如图11所示，通过施加电场在单元内形成弓形(弯曲状)的液晶的取向分布。另外，随着增加施加电压，形成的弯曲的曲率逐渐变小。此时，由于施加电场变大而弯曲的曲率过于变小时，单元内的系的自由能变大。因此，系向消除弯曲的变形的方向行进，其结果，可认为弯曲状的液晶的取向分布崩溃。本发明鉴于上述现状而研发，其目的在于提供能够抑制因液晶取向的崩溃引起的显示不良的液晶显示装置。本发明的发明人对能够抑制因液晶取向的崩溃引起的显示不良的液晶显示装置进行了各种研讨后，着眼于液晶的变形、即液晶取向的变化的容易性。然后发现通过以下方式通过减小取向层界面的液晶的束缚力而使液晶的变形变得容易；使用容易变形的液晶材料；和/或以使液晶容易变形的方式对基板界面进行控制，更具体而言，(1)液晶材料的弯曲弹性常数k33满足k33彡14pN ； (2)取向层的锚定能为1.5X10_4J/m2以下；(3)取向层包括具有含氟基团的取向膜；⑷取向层包括化学吸附膜；(5)取向层包含用于控制ρ型液晶材料的取向的凹凸；(6)p型液晶材料包含在不施加电压时向通过施加电压而倾斜的方向预先倾斜的液晶分子；(7)梳齿状电极在液晶层侧的面具有倾斜部，或者通过将这些方式组合，能够容易地进行液晶的变形，想到能够很好地解决上述课题，从而实现本发明。即，本发明是一种液晶显示装置，其特征在于具备包括一对基板和被封入在上述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件，上述液晶层包含在不施加电压时与上述一对基板面垂直地取向的P型液晶材料，上述一对基板的一个具有梳齿状电极；和对上述P型液晶材料进行取向控制的第一取向层，上述一对基板的另一个具有对上述P型液晶材料进行取向控制的第二取向层，构成上述液晶层的液晶材料的弯曲弹性常数k33满足k33 ^ 14pN。本发明还是一种液晶显示装置，其特征在于具备包括一对基板和被封入在上述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件，上述液晶层包含在不施加电压时与上述一对基板面垂直地取向的P型液晶材料，上述一对基板的一个具有梳齿状电极；和对上述P型液晶材料进行取向控制的第一取向层，上述一对基板的另一个具有对上述P型液晶材料进行取向控制的第二取向层，上述第一取向层的锚定能为1.5X10_4J/m2以下。本发明还是一种液晶显示装置，其特征在于具备包括一对基板和被封入在上述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件，上述液晶层包含在不施加电压时与上述一对基板面垂直地取向的P型液晶材料，上述一对基板的一个具有梳齿状电极；和对上述P型液晶材料进行取向控制的第一取向层，上述一对基板的另一个具有对上述P型液晶材料进行取向控制的第二取向层，上述第一取向层包括具有含氟基团的取向膜。本发明还是一种液晶显示装置，其特征在于具备包括一对基板和被封入在上述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件，上述液晶层包含在不施加电压时与上述一对基板面垂直地取向的P型液晶材料，上述一对基板的一个具有梳齿状电极；和对上述P型液晶材料进行取向控制的第一取向层，上述一对基板的另一个具有对上述P型液晶材料进行取向控制的第二取向层，上述第一取向层包括化学吸附膜。本发明还是一种液晶显示装置，其特征在于具备包括一对基板和被封入在上述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件，上述液晶层包含在不施加电压时与上述一对基板面垂直地取向的P型液晶材料，上述一对基板的一个具有梳齿状电极；和对上述P型液晶材料进行取向控制的第一取向层，上述一对基板的另一个具有对上述P型液晶材料进行取向控制的第二取向层，上述第一取向层在与上述液晶层接触的表面具有用于控制上述P型液晶材料的取向的凹凸。本发明还是一种液晶显示装置，其特征在于具备包括一对基板和被封入在上述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件，上述液晶层包含在不施加电压时与上述一对基板面垂直地取向的P型液晶材料，上述一对基板的一个具有梳齿状电极；和对上述P型液晶材料进行取向控制的第一取向层，上述一对基板的另一个具有对上述P型液晶材料进行取向控制的第二取向层，上述P型液晶材料包含在不施加电压时向通过施加电压而倾斜的方向预先倾斜的液晶分子。本发明还是一种液晶显示装置，其特征在于具备包括一对基板和被封入在上述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件，上述液晶层包含在不施加电压时与上述一对基板面垂直地取向的P型液晶材料，上述一对基板的一个具有梳齿状电极；和对上述P型液晶材料进行取向控制的第一取向层，上述一对基板的另一个具有对上述P型液晶材料进行取向控制的第二取向层，上述梳齿状电极在上述液晶层侧的面具有倾斜部。其中，上述垂直没有必要一定严格垂直，包括鉴于本发明的效果而实质上能够视作垂直的大致垂直。另外，也可以包括在制造工艺上会产生的误差。作为本发明的液晶显示装置的结构，只要以这种结构要素作为必须的形成，则对于其他结构要素没有特别限定。
另外，本发明的液晶显示装置也可以分别相互适当组合。即，上述发明也可以分别适当具有该发明以外的本发明的液晶显示装置的结构。以下详细地对本发明的液晶显示装置的优选方式进行说明。而且，以下所示的各方式也能够适当组合。从更可靠地起到本发明的效果的观点出发，优选上述第二取向层的锚定能为 1. 5Xl(T4J/m2 以下。从同样的观点出发，优选上述第一取向层的锚定能为lX10_4J/m2以下。从同样的观点出发，优选上述第二取向层的锚定能为lX10_4J/m2以下。从同样的观点出发，优选上述第二取向层包括具有含氟基团的取向膜。从同样的观点出发，优选上述第二取向层包括化学吸附膜。从同样的观点出发，优选上述第二取向层在与上述液晶层接触的表面具有用于控制上述P型液晶材料的取向的凹凸。从同样的观点出发，优选上述弯曲弹性常数k33满足k33 ^ 13pN,更优选满足 k33 ( 12. 5pN。从同样的观点出发，优选上述液晶分子与上述第一取向层相邻。从同样的观点出发，优选上述倾斜部向上述ρ型液晶材料所包含的液晶分子通过施加电压而倾斜的方向倾斜。优选上述含氟基团为CF2基团。通过导入含氟基团(F类官能基)，能够降低表面能，能够平稳地进行液晶分子的旋转。另外，该含氟基团导入的效果在氟原子的比例越多时则越高，所以导入CF2基团极其有效。上述凹凸更具体而言，优选在像素内呈二维排列。另外，上述凹凸更具体而言，优选对上述液晶层赋予预倾角。即，优选上述液晶层在不施加电压时具有由上述凹凸产生的预倾斜。优选上述液晶层的预倾角为87°以上且不到90°。不到87°时，有可能对比度比降低。上述ρ型液晶材料更具体而言，优选为ρ型向列型液晶材料。发明效果根据本发明的液晶显示装置，能够抑制因液晶取向的崩溃引起的显示不良。


图1是表示实施方式1的液晶显示装置的基本结构的立体示意图。图2是实施方式1的液晶显示装置的截面示意图，表示施加电压时的单元内的电位分布的一个例子。图3是实施方式1的液晶显示装置的截面示意图，表示施加电压时的液晶取向分布的一个例子。图4是表示实施例1的液晶显示元件的基本结构的截面示意图。图5是用于说明实施例1的液晶显示装置的透过轴方位和电场施加方向的平面图。
图6是表示实施例6的液晶显示元件的微细构造的示意图，(a)为平面图，(b)为右侧面图，(c)为下侧面图。图7是实施例7的基板的截面示意图，为用于说明实施例7的由偏振紫外线照射而形成的2区域的状态的图，(a)表示第一次照射时，(b)表示第二次照射时。图8是实施例7的基板的立体概念图，是用于说明实施例7的偏振紫外线照射的方向与液晶分子的预倾角的产生方位的关系的图。图9是实施例1的液晶显示元件的显微镜照片，是用于说明实施例1的液晶显示元件的弯曲稳定性的照片。图10是现有的TBA模式的液晶显示元件的显微镜照片，是用于说明现有的TBA模式的液晶显示元件的弯曲稳定性的照片。图11是TBA模式的液晶显示装置的截面示意图，表示施加电压时的液晶取向分布的一个例子。图12是表示实施方式2的液晶显示装置的结构的截面示意图。图13是表示实施方式1或2的液晶显示装置的结构的平面示意图。图14是表示实施例7的液晶显示元件的其他结构的截面示意图。
具体实施例方式在本说明书中，锚定能是通过使用平行平板电极单元，在使施加电压变化的同时对该单元的静电电容进行测定以后，描绘出dC/dV比1/V的曲线图而计算得出的。详细情况参照上述非专利文献1。其中，平行平板电极单元为使用整面形成有透明电极的2块玻璃基板，隔着间隔物夹持液晶层的通常的测试单元。另外，在2块玻璃基板的液晶层侧的表面分别形成有要测定的取向层。另外，在2块玻璃基板上通常形成相同的取向层。另外，预倾角使用SHINTEC公司制造的偏光解析装置Optipro进行测定。测定方法是求取极角相对于液晶分子的倾斜的方位为-30° +30°的角度下的透过光的偏振状态(斯托克斯参数)，通过由光学仿真计算的预倾角与上述偏振状态的关系的拟合，决定测定样品的预倾角。以下列举实施方式，参照附图对本发明进行更详细说明，但本发明并不仅限于这些实施方式。(实施方式1)本实施方式的液晶显示装置是通过施加电场而在单元内形成电场强度的分布，实现液晶的弯曲排列的装置。另外，本实施方式的液晶显示装置是对垂直取向的P型向列型液晶(具有正的介电各向异性的向列型液晶)，相对于基板面在横方向上施加电场的液晶显示装置，具有通过施加该电场来形成弯曲状的排列的特征。另外，由上述电场规定液晶分子的取向方位。而且，上述电场为具有与基板面平行的成分的电场即可。另外，本实施方式的液晶显示装置具备液晶显示元件(单元)、驱动电路和背光源(照明装置)。上述驱动电路和背光源的结构与现有相同。从而，对于它们的结构，省略其说明。本实施方式的液晶显示元件如图1所示，具有2块透明基板(上基板)11和基板(下基板)12，在2块透明的基板11和基板12之间密封有包含ρ型向列型液晶(以下也简称为“液晶分子”。)15的液晶材料，形成液晶层。另外，在基板11、12上配设有取向层13、14，该取向层13、14是用于对液晶材料尤其是P型向列型液晶15进行取向控制的部材。取向层13、14在不施加电场(电压)时使液晶材料尤其是P型向列型液晶15与基板11、12的主面大致垂直地取向。因此，ρ型向列型液晶15在不施加电压时显示垂直取向。更具体而言，取向层13、 14附近的液晶分子15的长轴在不施加电压时以分别大致垂直地朝向基板11、12的主面的方式取向。而且，在本实施方式的显示方式中不需要精密的预倾角的控制。另外，在一个基板12上形成有以梳齿形状的共用电极组与梳齿形状的像素电极组相互啮合的方式相对配置的梳齿状电极16。其中，共用电极组包括相互平行的多个共用电极，各共用电极在像素(或图像元素)的周边区域相互相连。共用电极组对各像素(或图像元素)供给共用的信号(公用信号)。另外，像素电极组也包括相互平行的多个像素电极，各像素电极在像素(或图像元素)的周边区域相互相连。像素电极组与各像素(或图像元素)对应地设置，对于像素电极组，按每个像素(或图像元素)在规定的定时供给图像信号。进一步，在2块基板11、12的外主面上配设有偏光板17、18。这样的单元结构由专利文献2公开，通过施加电场而形成弯曲状的电场，形成相互指向矢方位相差180°的2个畴；与之相伴获得广视野角特性的情况在专利文献4和5中被公开。另外，本发明的发明人已经对在这样的单元结构中通过使梳齿状电极16的电极宽度L和电极间隔(电极间的间隔)S与液晶层厚(单元间隙)d最优化来实现高透过率、 广视野角和高速响应的方案提交了专利申请。然而，如上所述，在施加高电压时的取向稳定性上有问题。另外，在本实施方式的显示模式中，在施加高电压时的弯曲取向与不施加电压时的垂直取向之间进行灰度等级显示。此时的最大曲率依赖于施加电压，电场强度越大则越变大。即，利用电极宽度L或电极间隔S、液晶层厚d等能够任意地控制施加高电压时的最大曲率。从而，能够使施加高电压时的最大曲率为OCB模式以上，其结果，能够实现OCB模式以上的高速响应。而且，此处的曲率是指“弯曲的程度”，而不是物理上的定义。然而，在“弯曲的程度”大至超出必要的情况下，如折弯一根棒子时那样，会导致弯曲取向被破坏。对此，在本实施方式中，通过减少例如取向层13、14的锚定能，能够实现稳定的弯曲取向状态。这与例如当折弯玻璃薄板时会立即破裂，但对于塑料制的衬底，即使大幅折弯也不会破裂是一样的。图2表示施加7V电压时的单元内的等电位曲线。此时，液晶分子15对应于该电场强度分布和来自界面的束缚力而排列。此时的状态示于图3。通过施加电压，液晶分子 15从垂直取向向弯曲状排列连续地变化。更详细而言，在施加电场时，梳齿状电极16间的电力线呈半圆状弯曲，形成弯曲状(弓形)的电场。因此，液晶分子15如图3所示，在基板厚度方向上呈弓形地弯曲排列。其结果，对于在与基板面垂直的方向上行进的光显示双折射性。这样，在通常的驱动中，液晶层常常呈现弯曲状排列，能够以不同的灰度等级间的响应进行高速响应。另外，由于形成相互指向矢方位相差180°的2个畴，所以能够获得广视野角特性。进而，在进行通常的驱动的情况下，不存在弯曲状排列崩溃。然而，在TFT驱动中不能忽略横电场的影响等情况下，存在液晶排列崩溃的情况。而且，本发明的发明人等发现液晶分子的弯曲状排列崩溃是液晶排列过度弯曲的情况，并且明白了能够通过使液晶材料本身能够与弯曲应力对抗，或者减弱在取向层13、14 与液晶层的界面处的锚定能，或者使该界面处的液晶取向的倾斜角沿电力线的方向倾斜， 或者将这些手段组合来有效地抑制液晶排列的崩溃。具体的手法如下(1)使用弯曲弹性常数k33满足k33 ( 14pN的液晶材料。(2)使取向层13、14的锚定能为1. 5X10_4J/m2以下。(3)作为取向层13、14，使用具有含氟基团的取向膜。(4)作为取向层13、14，使用化学吸附膜。(5)作为取向层13、14，使用微细形状取向限制层。(6)通过施加电压使液晶分子预先向倾斜的方向倾斜。(7)使梳齿状电极的液晶层侧的面倾斜。以下，对这些手法更详细地进行说明。根据上述(1)的手法，能够容易地使液晶分子变形。即，通过使用k33比较小的容易变形的液晶材料，能够使液晶取向容易地变化。从而，能够抑制因液晶取向的崩溃引起的显示不良。从抑制液晶取向的崩溃的观点出发，优选k33越小越好，具体而言，优选为13pN以下，更优选为12. 5pN以下，进一步优选为12pN以下。另一方面，关于k33的下限，根据液晶的构造自身存在极限。详细而言，k33比 6pN SpN小的液晶材料并不现实。从而，优选k33为6pN以上，更优选为SpN以上。另外，在折射率各向异性Δη、介电常数各向异性Δ ε等k33以外的液晶物性值不改变的情况下，通常，k33越小则液晶越容易弹性变形。从而，k33越小则也越能够降低驱动电压。根据提高液晶取向的稳定性的目的，对液晶材料的k33以外的物性没有特别限定而能够适当设定。然而，作为适于在本实施方式中使用的显示方式的液晶材料，能够列举折射率各向异性Δη = 0. 1 0. 3的材料、介电常数各向异性Δε = 10 25的材料，特别优选满足折射率各向异性Δη = 0. 1 0. 3和介电常数各向异性Δε = 10 25的材料。 另外，从可靠性的观点出发，优选使用F(氟)系液晶材料。而且，在F系液晶材料的液晶分子中被导入有氟原子、含氟基团等。另外，对电极宽度L、电极间隔S、单元间隙d等没有特别限定而能够适当设定，不过优选满足电极宽度L = 1 5 μ m (特别优选2. 5 μ m)、电极间隔S = 3. 5 8 μ m、单元间隙d与液晶材料的折射率各向异性Δη的乘积d Δη = 300 400nm。根据上述(2)的手法，能够容易地使液晶分子变形。即，通过这样将锚定能(表面锚定能、锚定强度)设定得比较小，能够减小基板表面、即取向层13、14表面的液晶分子的束缚力，能够使液晶取向容易发生变化。其结果，能够抑制因液晶取向的崩溃引起的显示不良。另一方面，在专利文献3中存在由于垂直取向而锚定小的记载，但没有明确记载具体的锚定能。另外，若为垂直取向则锚定能也未必一定变小。从抑制液晶取向的崩溃的观点出发，优选锚定能越小越好，具体而言，优选为 lX10_4J/m2以下。另外，通过减小锚定能，能够降低阈值电压。另一方面，对于锚定能的下限没有特别限定，优选为lX10_6J/m2以上。若不到 IX 10_6J/m2，则通过施加电压而形成的弯曲状取向有可能即使在解除电压后也不恢复，而成为其他取向状态。即，有可能导致发挥存储性。而且，在原理上，两基板11、12上的取向层13、14的锚定能对液晶取向造成影响。 然而，由于电场强度在设置有梳齿状电极16的下基板侧更大，所以可认为下基板的液晶取向的改善效果较大。即，在仅仅下基板侧的取向层14满足上述锚定能的数值范围的情况下，也能够期待发挥某种程度的效果。同样地，关于后述的上述(3) (5)的手法也可以仅适用于下基板侧的取向层14。但是，从更可靠地抑制因液晶取向的崩溃引起的显示不良的观点出发，优选上述 (2) (5)的手法不仅适用于取向层14还适用于取向层13。另外，当上基板侧的取向层13与下基板侧的取向层14中材质、结构、形成方法等不同时，有可能产生残影等问题。从而，通常优选取向层13和取向层14由相同的材质和结构形成，另外，优选通过相同的形成方法形成。同样地，优选取向层13和取向层14为同一锚定能，优选在上述C3)的手法中为具有相同的含氟基团的取向膜，优选在上述的手法中为相同的化学吸附膜，优选在上述 (5)的手法中具有相同的微细形状取向限制层。作为用于将取向层13、14的锚定能设定在上述范围中的具体的手段没有特别限定，能够列举使用由上述⑶ (5)的手法、朗缪尔-布罗基特(LB)法形成的膜(LB膜) 的单元，其中优选使用上述(3) (5)的手法的手段。根据上述(3)的手法，能够使与液晶分子相接的取向层13、14的表面氟化。从而， 由于能够大大降低取向层13、14的表面的表面能量，所以也能够降低取向层13、14的锚定能。其结果，与上述O)同样地，能够抑制因液晶取向的崩溃引起的显示不良。另外，因为能够减小对离子性杂质的亲和性，所以能够使得在取向层13、14的表面难以形成双电层。作为含氟基团只要是含氟的基(基团)则没有特别限定，例如能够列举CF2基团及CF3基等，其中优选CF2基团。关于上述的手法，基于化学吸附膜的液晶取向(特别是在垂直取向模式中) 一般表面锚定能低，适于本实施方式。另外，能够进一步通过化学反应将其他化学吸附膜导入取向层13、14，能够任意地控制其表面能量。即，根据上述的手法，通过分子设计，能够使构成化学吸附膜的分子化学吸附更多的分子。因此，能够成为超薄膜，并且能够任意地控制其表面物性。从而，因为还能够由含有氟原子的分子修饰化学吸附膜，所以能够控制化学吸附膜的表面能量。因此，能够减小取向层13、14的锚定能，其结果，与上述( 同样地，能够抑制因液晶取向的崩溃引起的显示不良。
这样，优选化学吸附膜被氟化。S卩，优选上述(4)的手法与上述C3)的手法组合使用。另一方面，一般利用化学吸附膜精密地控制预倾角并不容易。然而，在本实施方式的显示方式中不需要精密的预倾角控制。因此，作为取向层13、14，能够毫无问题地利用能够通过极其简便的成膜工艺形成的化学吸附膜。另外，由于化学吸附膜为分子级的超薄膜，所以能够减少基于取向层13、14的电压损失。进而，将化学吸附膜和基板之间、以及构成化学吸附膜的分子彼此分别利用共价键接合，能够形成强固的膜。根据上述(5)的手法，与一般的由聚酰亚胺形成的取向膜相比，能够减少一位数左右的锚定能。其结果，与上述O)同样地，能够抑制因液晶取向的崩溃引起的显示不良。其中，微细形状取向限制层是指利用由微细的凹凸(构造物)构成的表面形状对液晶分子(P型向列型液晶)的取向进行限制(控制)的层。即，微细形状取向限制层在与液晶层接触的表面具有用于限制液晶分子的取向的微细的构造物(凹凸)。另外，微细形状取向限制层是基于弹性理论使液晶排列(取向)的结构。例如对于具有波形白铁皮(tutanaga)这样的表面形状的基板，液晶易于沿该白铁皮的槽排列。进而，微细的凹凸与在MVA模式中在像素内局部(一维)设置的肋不同，遍及像素内的几乎整个区域，二维并且均勻地排列。而且，对于微细形状取向限制层的具体的方式没有特别限定，例如能够利用在上述专利文献8和专利文献9中记载的方式。更具体而言，优选形成有上述凹凸的基板的表面具有高度沿第1方向以第1周期变化，高度沿与第1方向正交的第2方向以与第1周期不同的第2周期变化的区域，第1周期为0. Iym以上、IOym以下，第2周期为0. 1 μ m以上、10 μ m以下。另外，优选液晶层在不施加电压时具有由上述凹凸产生的预倾斜。由此，能够高精度地控制液晶取向。微细形状取向限制层的形成方法没有特别限定，例如能够利用光刻法、纳米压印法、捣固法(stamp)、离子束法等。另外，即使取向层13、14为仅由微细的凹凸形成的形态也能够使液晶分子大致垂直地取向。然而，从提高液晶取向性的观点出发，优选取向层13、14还包括在微细的凹凸上形成的垂直取向膜。根据上述(6)的手法，能够容易地使液晶取向变化，并且能够缓和通过对梳齿状电极16施加电压而产生的液晶指向矢的变形。其结果，能够抑制引起弯曲状排列的崩坏。从抑制液晶取向的崩溃的观点出发，优选液晶分子的预倾斜的角度即预倾角越小越好，但从液晶取向的崩溃的抑制和高对比度比并存的观点出发，优选为87°以上且不到 90°。而且，作为对液晶分子赋予预倾角的具体的方法没有特别限定，但优选使用光取向法的方法和上述(7)的手段。这样根据上述(7)的手法，也能够容易地使液晶取向变化，并且能够缓和通过对梳齿状电极16施加电压而产生的液晶指向矢的变形。其结果，能够抑制引起弯曲状排列的崩坏(崩溃)。
从进一步可靠地抑制液晶取向的崩溃的观点出发，优选倾斜部向液晶分子的预倾方向倾斜。另外，从同样的观点出发，优选梳齿状电极16的倾斜角度被设定为使液晶分子的预倾方向朝向施加电压时产生的电力线的方向。另一方面，从液晶取向的崩溃的抑制和高对比度比并存的观点出发，优选梳齿状电极16的倾斜角度被设定为液晶层的预倾角收敛于87°以上且不到90°的范围内。以上，根据本实施方式的液晶显示装置，能够抑制因液晶取向的崩溃引起的显示不良。而且，在实施方式1中，作为液晶材料列举包含ρ型向列型液晶的ρ型向列型液晶材料为例进行了说明，但本发明的液晶材料只要包含P型液晶材料则没有特别限定。另外，实施方式1的液晶显示装置是通过施加电场而在单元内形成电场强度的分布，实现液晶的弯曲排列的装置。在实施方式1中，优选使用折射率各向异性Δη大的液晶材料和介电常数各向异性△ ε大的液晶。作为这种P型液晶材料，例如除CN(氰基)系液晶材料(掌性向列型系液晶材料)以外，还能够列举F(氟)系液晶材料。以下示出实施例，参照附图对本发明进一步详细地说明。(实施例1)图4表示在实施例1的液晶显示装置中使用的液晶显示元件的基本结构。首先， 在ITO制造的具有梳齿状电极41的玻璃基板(下基板)42上通过旋涂法涂布聚酰亚胺制垂直取向膜JALS-204(JSR公司制造、5wt. %、Y-丁内酯溶液)。其后，以200°C烧制2小时。此时的取向膜(取向层)44的膜厚为60nm。而且，不仅实施例1，在全部实施例中，电极宽度被设定为4 μ m，电极间隔被设定为4μπι，单元间隙被设定为4μπι。液晶的取向紊乱依赖于电场强度。从而，由于已知以更窄的间隔进行实验，本发明的效果更好，所以在全部实施例中，在通常使用的电极间隔中也设定为相对窄的电极间隔Gum)。同样地，将由与取向膜44相同的材料形成的取向膜(取向层)45制膜在玻璃基板 43 (上基板)上。其后，在基板42上分散积水化学工业公司制造的4微米树脂珠46 (微珠 SP)。接着，在基板43上印刷三井化学(股份)制造的密封树脂STRUCTB0NDXN-21-S，并将两基板42、43贴合。其后，通过以250°C烧制3小时，制作液晶单元。其后，利用真空注入法封入下述表1所示的各种液晶组成物并将偏光板49、50贴合，制作液晶显示元件[1] [5]。图5表示此时的电场施加的方向与偏光板49、50的轴方位的关系。下基板侧的偏光板49的透过轴方位51与上基板侧的偏光板50的透过轴方位 52正交，电场施加的方向53为将两透过轴方位51、52 二等分的方向。在此，封入的液晶材料48为Merck公司制造的液晶材料K15 ( Δ η = 0. 1816、Δ ε =13. 2、弯曲弹性常数k33 = 8. 4pN)与Merck公司制造的液晶材料ZLI-2293 (Δη = 0. 1322、Δ ε = 10. 0、k33 = 17. 9pN)的混合组成物。然后，对端子间(梳齿状电极41)施加20V的30Hz矩形波(方波)以后，评价除去施加电压时的液晶的取向状态。将其结果示于下述表1。[表1]液晶显示元件K15的比例(重量 %)ZLI-2293 的比例(重量％)液晶材料 k33 (pN)有无取向紊乱[1]10008.4无[2]802010.3无[3]604012.2无[4]406014.1有[5]208016.0有图10表示仅仅使用ZLI-2293作为液晶材料的情况下的显微镜照片。图10中，在 B的区域形成有均质(均勻)的弯曲取向(弯曲状排列)，但在A的区域中弯曲取向崩溃。 与此相对，图9为液晶显示元件[3]的显微镜照片。如图9所示，在液晶材料的k33为14pN 以下的情况下，不能识别到这样的液晶排列的崩溃。根据以上，可知本发明涉及的实施例1的液晶显示装置，尤其是液晶材料的k33为 14pN以下的液晶显示装置在弯曲取向的稳定性方面优异，其实用性高。而且，对端子间施加电压的条件，不仅仅在实施例1中，在全部实施例中，驱动电压设定为20V，频率设定为30Hz，波形设定为矩形波。30Hz为在现有的液晶显示器中采用的频率。另外，关于驱动电压，一般在低电压(例如6V以下)下难以引起取向紊乱，在高电压(例如IOV以上)下根据液晶材料而引起取向紊乱。而且，当成为20V左右时在没有采取任何对策的液晶单元中100%引起取向紊乱。根据这样的理由，在全部实施例中，将驱动电压设定为20V。(实施例2)在实施例2的液晶显示装置中使用的液晶显示元件的基本结构与图4相同。而且， 通过下述的方法制作电极宽度为4 μ m、电极间隔为4 μ m和单元间隙为4 μ m的液晶单元。首先，将ITO制的具有梳齿状电极41的玻璃基板42浸渍在包含由下述式(1)所示的硅烷偶联剂材料的0. Olmol/1三氯甲烷-NMP混合溶液(三氯甲烷NMP的混合比(体积比)=1 10)中5分钟。其后，在干燥氮中以120°C干燥1小时，形成由化学吸附膜构成的取向膜(取向层)44。同样地，将由与取向膜44相同材料的化学吸附膜构成的取向膜(取向层)45制膜在玻璃基板43上。其后，在基板42上分散积水化学工业公司制造的4微米树脂珠46 (微珠SP)。接着，在基板43上印刷三井化学(股份)制造的密封树脂STRUCTB0NDXN-21-S， 并将两基板42、43贴合。其后，通过以250°C烧制3小时，制作液晶单元。其后，利用真空注入法封入Merck公司制造的液晶材料48 :ZLI_2293 (Δη = 0. 1322、Δ ε = 10. 0、k33 = 17. 9ρΝ)，并且将偏光板49,50贴合，制作液晶显示元件[6]。其后，与实施例1同样地对端子间(梳齿状电极41)施加20V的30Hz矩形波，得到没有取向缺陷的均勻的取向。另外，对在本实施例中使用的取向膜44、45的锚定能进行测定，其值为5X10_SJ/m2。另外在实施例1中制作的液晶显示元件[5]的锚定能表示出4X10_4J/m2，液晶取向因施加20V的30Hz矩形波而崩溃。根据以上可知，本发明涉及的实施例2的液晶显示装置即使施加高电压也不会导致弯曲取向崩溃，其实用价值大。就为何本实施例的液晶显示装置表现出稳定的弯曲取向而言，能够做出以下考虑。即，在通过施加电压而形成弯曲取向时，变形能被蓄积。与此相对，在低锚定能膜的情况下，取向膜界面的液晶分子变得相对容易运动。从而，能够认为是由于上述变形能在低锚定能膜的情况下被很好地缓和。另外，本实施例的取向膜(化学吸附膜)44、45是单分子吸附膜，能够仅仅通过将基板浸于溶液中而均勻地形成。从而，通过单分子吸附膜，能够获得均勻的取向膜，并且取向膜的成膜工艺变得极其简便。另一方面，在现有的显示方式中需要赋予一定的预倾角，由单分子吸附膜控制预倾角并不容易。然而，在本发明的显示方式中，只要使液晶分子大致垂直取向即可，不需要精密的预倾角控制。从而，单分子吸附膜与本发明的显示方式非常匹配。另外，由于单分子吸附膜为分子级的超薄膜，基于取向膜的电压损耗也少，所以适于本发明的显示方式。(实施例3)除使用具有下述式O)的构造的材料作为硅烷偶联剂材料以外，与实施例2同样地制作实施例3涉及的液晶显示元件[7]。[化2]CF3-CH2CH2-SiCl3 (2)其后，与实施例1同样地对端子间(梳齿状电极41)施加20V的30Hz矩形波，用显微镜观察其取向状态后确认为均勻的弯曲取向。与实施例2同样地，对液晶显示元件[7] 的锚定能进行测定，其值为lX10_4J/m2。(实施例4)在实施例4的液晶显示装置中使用的液晶显示元件的基本结构与图4相同。而且， 通过下述的方法制作电极宽度为4 μ m、电极间隔为4 μ m和单元间隙为4 μ m的液晶单元。首先，与实施例2同样地，将ITO制的具有梳齿状电极41的玻璃基板42浸渍在包含由下述式⑶表示的化合物的0. 01mol/l三氯甲烷-NMP混合溶液(三氯甲烷NMP的混合比(体积比)=1 10)5分钟。其后，在干燥氮中以80°C干燥1小时，形成由化学吸附膜构成的取向膜(取向层)44。将由与取向膜44相同材料形成的取向膜(取向层)45制膜在玻璃基板43上。
权利要求
1.一种液晶显示装置，其特征在于具备包括一对基板和被封入在所述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件， 所述液晶层包含在不施加电压时与所述一对基板面垂直地取向的P型液晶材料， 所述一对基板的一个具有梳齿状电极；和对所述P型液晶材料进行取向控制的第一取向层，所述一对基板的另一个具有对所述P型液晶材料进行取向控制的第二取向层， 所述第一取向层的锚定能为1. 5X10_4J/m2以下。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于 所述第一取向层的锚定能为lX10_4J/m2以下。
3.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于 所述第二取向层的锚定能为1. 5X10_4J/m2以下。
4.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于 所述第二取向层的锚定能为lX10_4J/m2以下。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于 所述第一取向层包括具有含氟基团的取向膜。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于 所述第二取向层包括具有含氟基团的取向膜。
7.根据权利要求5或6所述的液晶显示装置，其特征在于 所述含氟基团为CF2基团。
8.根据权利要求1 7中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于 所述第一取向层包括化学吸附膜。
9.根据权利要求1 8中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于 所述第二取向层包括化学吸附膜。
10.根据权利要求1 9中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于所述第一取向层在与所述液晶层接触的表面具有用于控制所述P型液晶材料的取向的凹凸。
11.根据权利要求1 10中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于所述第二取向层在与所述液晶层接触的表面具有用于控制所述P型液晶材料的取向的凹凸。
12.根据权利要求10或11所述的液晶显示装置，其特征在于 所述凹凸在像素内呈二维排列。
13.根据权利要求10 12中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于 所述液晶层在不施加电压时具有由所述凹凸产生的预倾斜。
14.根据权利要求1 13中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于 构成所述液晶层的液晶材料的弯曲弹性常数k33满足k33 ^ 14pN。
15.根据权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于 所述弯曲弹性常数k33满足k33彡13pN。
16.根据权利要求15所述的液晶显示装置，其特征在于 所述弯曲弹性常数k33满足k33 ^ 12. 5pN。
17.根据权利要求1 16中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于所述P型液晶材料包含在不施加电压时向通过施加电压而倾斜的方向预先倾斜的液晶分子。
18.根据权利要求17所述的液晶显示装置，其特征在于 所述液晶分子与所述第一取向层相邻。
19.根据权利要求1 18中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于 所述梳齿状电极在所述液晶层侧的面具有倾斜部。
20.根据权利要求19所述的液晶显示装置，其特征在于所述倾斜部向所述P型液晶材料所包含的液晶分子通过施加电压而倾斜的方向倾斜。
21.根据权利要求1 20中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于 所述液晶层的预倾角为87°以上且不到90°。
22.根据权利要求1 21中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于 所述P型液晶材料为P型向列型液晶材料。
23.一种液晶显示装置，其特征在于具备包括一对基板和被封入在所述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件， 所述液晶层包含在不施加电压时与所述一对基板面垂直地取向的P型液晶材料， 所述一对基板的一个具有梳齿状电极；和对所述P型液晶材料进行取向控制的第一取向层，所述一对基板的另一个具有对所述P型液晶材料进行取向控制的第二取向层， 所述第一取向层包括具有含氟基团的取向膜。
24.一种液晶显示装置，其特征在于具备包括一对基板和被封入在所述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件， 所述液晶层包含在不施加电压时与所述一对基板面垂直地取向的P型液晶材料， 所述一对基板的一个具有梳齿状电极；和对所述P型液晶材料进行取向控制的第一取向层，所述一对基板的另一个具有对所述P型液晶材料进行取向控制的第二取向层， 所述第一取向层包括化学吸附膜。
25.一种液晶显示装置，其特征在于具备包括一对基板和被封入在所述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件， 所述液晶层包含在不施加电压时与所述一对基板面垂直地取向的P型液晶材料， 所述一对基板的一个具有梳齿状电极；和对所述P型液晶材料进行取向控制的第一取向层，所述一对基板的另一个具有对所述P型液晶材料进行取向控制的第二取向层， 所述第一取向层在与所述液晶层接触的表面具有用于控制所述P型液晶材料的取向的凹凸。
26.一种液晶显示装置，其特征在于具备包括一对基板和被封入在所述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件， 所述液晶层包含在不施加电压时与所述一对基板面垂直地取向的P型液晶材料， 所述一对基板的一个具有梳齿状电极；和对所述P型液晶材料进行取向控制的第一取向层，所述一对基板的另一个具有对所述P型液晶材料进行取向控制的第二取向层， 构成所述液晶层的液晶材料的弯曲弹性常数k33满足k33 ^ 14pN。
27.一种液晶显示装置，其特征在于具备包括一对基板和被封入在所述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件， 所述液晶层包含在不施加电压时与所述一对基板面垂直地取向的P型液晶材料， 所述一对基板的一个具有梳齿状电极；和对所述P型液晶材料进行取向控制的第一取向层，所述一对基板的另一个具有对所述P型液晶材料进行取向控制的第二取向层， 所述P型液晶材料包含在不施加电压时向通过施加电压而倾斜的方向预先倾斜的液晶分子。
28.一种液晶显示装置，其特征在于具备包括一对基板和被封入在所述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件， 所述液晶层包含在不施加电压时与所述一对基板面垂直地取向的P型液晶材料， 所述一对基板的一个具有梳齿状电极；和对所述P型液晶材料进行取向控制的第一取向层，所述一对基板的另一个具有对所述P型液晶材料进行取向控制的第二取向层， 所述梳齿状电极在所述液晶层侧的面具有倾斜部。
全文摘要
本发明提供能够抑制因液晶取向的崩溃引起的显示不良的液晶显示装置。本发明是一种液晶显示装置，其具备包括一对基板和被封入在所述一对基板之间的液晶层的液晶显示元件，所述液晶层包含在不施加电压时与所述一对基板面垂直地取向的p型液晶材料，所述一对基板的一个具有梳齿状电极和对所述p型液晶材料进行取向控制的第一取向层，所述一对基板的另一个具有对所述p型液晶材料进行取向控制的第二取向层，所述第一取向层的锚定能为1.5×10-4J/m2以下。
文档编号G02F1/139GK102282506SQ201080004746
公开日2011年12月14日 申请日期2010年3月17日 优先权日2009年5月27日
发明者大竹忠, 村田充弘, 樱井猛久, 石原将市, 神崎修一 申请人:夏普株式会社