专利名称：液晶取向处理方法及使用该方法的液晶显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够实现在液晶显示器件的阈值电压附近或中间色调显示时没有能看到的不均匀条纹、有良好的显示质量的研磨处理方法及使用该方法的液晶显示器件。
最近，液晶显示器件一面在扩大其显示容量(像素数目)，一面在开发大显示画面。特别是为了获得均匀的显示质量的大显示区域，取向处理成了关键。向来，液晶显示器件的取向处理，通过用在布上植有短纤维的研磨抛光轮打磨将聚酰胺酸热固化的聚酰亚胺取向膜表面进行。这种取向处理方法既简单又节省处理时间，成本也低。
但是在这种取向处理方法中，带有通过取向膜表面与研磨抛光轮前端的机械接触进行的磨削。这种接触的强弱和磨削的程度对于基板表面的高低差、特别对边缘部分影响很大，其影响将很容易在取向膜表面上作为信息留存下来。
特别是由彩色滤光片基板表面的取向处理引起的不均匀条纹，不可能用将研磨抛光轮表面垂直地压向取向膜表面、改变提高研磨密度等研磨条件的方法来解决。
考虑研磨辊与基板表面之间的接触点为一点的薄圆片模型时，较易理解在玻璃基板的移动方向看到的不均匀条纹的产生。图7是圆片状模型的模式图。薄圆片模型21与基板7以一点相接触，以研磨辊19的转轴19b为中心在箭头b的方向上旋转。表示玻璃基板7的移动方向(箭头a方向)的线20与辊的旋转方向在玻璃基板表面投影的线20a之间所成的角为θ。日本专利特开平2-22624号公报中提出通过设定角θ在±1°～45°的范围，以解决不均匀条纹的方法。
但是在上述取向处理方法中，薄圆片模型由于接触点为一点，因此易受基板表面高低差的影响。特别是显示容量增大、为减少透明导电膜(ITO)的电阻值，作为由交调失真(cross talk)和电极衰减引起的阈值不均的对策，倾向于加厚ITO的膜厚。一旦这样在加厚膜厚度的ITO上形成电极图形，就直线形地并排形成由数千高低差造成的沟。使用根据圆片模型接触点为一点的以往的基底纤维方向与研磨辊旋转方向一致的研磨抛光轮时，由这种沟的影响产生不均匀条纹。
而且，研磨辊每旋转一转的沟造成的影响是连续的，这些影响一个接一个相连，造成液晶显示器件在工作时看得出条纹。这样的不均匀条纹如图11(a)中所示是与基板移动方向平行地发生的不均匀显示条a1、不均匀显示带a2那样的产生位置以及宽度的随机性不均匀。24是液晶显示器件。
本发明的目的在于提供在液晶显示器件的阈值电压附近和中间色调显示时不存在能看到的不均匀条纹，能实现良好显示质量的液晶取向处理方法以及使用该方法的液晶显示器件。
本发明的液晶取向处理方法，是在液晶显示器件用的上下基板上形成的取向膜上，通过使卷绕用短纤维植毛的研磨抛光轮的圆筒形研磨辊的旋转轴与所述基板的移动方向成斜交，一边旋转所述研磨辊，一边打磨所述取向膜，对所述取向膜进行研磨处理，其特征在于，所述研磨抛光轮被粘贴成使基底纤维方向与所述研磨辊的旋转切线方向斜交，在所述上下基板的各正常取向方向的交叉角内，且对所述各正常取向方向成5～30°的范围内的研磨方向进行第1次研磨处理后，进行决定取向方向的第2次研磨处理。如采用所述液晶取向处理方法，则能防止不均匀条纹的发生，对全部液晶显示器件得到良好的显示质量。
设相对于所述研磨辊旋转方向，所述研磨抛光轮的基底纤维方向与研磨辊的旋转方向所成的角度α、辊的旋转速度N(rpm)、工作台的移动速度S(mm/s)、ITO电极宽度D满足D＜(60×S/N)tgα的关系时，不均匀条纹变得不连续而不被看出来。
此外，最好所述取向膜是聚酰亚胺系取向膜，预倾角大于3度。
图1是示出彩色滤光片侧基板的ITO电极图形形成后的状态的模式图。
图2是示出彩色滤光片配置的平面图。
图3是示出与彩色滤光片相对的基板的ITO电极图形形成后的状态的模式图。
图4是示出将液晶材料注入做成的空显示板中的状态的剖面图。
图5(a)、5(b)是示出第1和第2研磨处理方向的模式图。
图6是示出不均匀条纹的产生机理与消除条件的模式图。
图7为说明不均匀条纹的圆片状模型的模式图。
图8是示出在本发明的研磨方法中使用的研磨布的裁剪方法图。
图9是示出本发明的研磨方法的研磨工艺中的研磨辊与基板之间的关系图。
图10是示出本发明的研磨辊的1实施例的剖面图。
图11示出在以往的研磨方法制作的液晶显示器件中产生的显示不均匀。
图12示出用以往的研磨方法制作的液晶显示器件中产生的显示不均匀(亮度不匀)。
图13为研磨布的模式图。
图14为本发明的实施例中使用的研磨布的剖面图。
图15(a)为以往的制造方法中使用的研磨布的剖面图。图15(b)为本发明的制造方法中使用的研磨布的剖面图。
图16为液晶显示器件的立体图。
图17为液晶显示器件的剖面图。
下面结合
本发明的实施例。图1表示彩色滤光片侧基板ITO电极图形形成后的模式图。图2是表示彩色滤光片配置的平面图。作为一个例子，说明使用印刷方法的彩色滤光片的结构。
在下侧玻璃基板7上，利用印刷法将红(R)、绿(G)、蓝(B)的彩色滤光片1、2、3做成薄长方形。又在各彩色滤光片之间形成黑矩阵4。在各彩色滤光片、黑矩阵上形成平滑层5。再在平滑层5上形成作为铟、锡氧化物的薄膜电极ITO电极6。ITO电极6的膜厚设定为小于5Ω/□，在与薄长方形彩色滤光片垂直的方向上形成布线图案。取像素的电极线宽(图2中的尺寸c)为280μm，电极间隔(图2中的尺寸d)为20μm。
图3表示与彩色滤光片相对的上侧玻璃基板的ITO电极图案形成后的模式图。在上侧玻璃基板9上，以小于10Ω/□的膜厚形成薄膜状ITO电极8。而且，在ITO成膜面与下侧玻璃基板7相对的组合情况下，形成布线图案使其方向与下侧玻璃基板7的各色薄长方形彩色滤光片方向相平行。像素的电极线宽度(图2中尺寸e)为80μm，电极间隔(图2中尺寸f)为20μm。
图4为在上下基板间注入液晶材料并完成的液晶显示板的剖面图。在上、下玻璃基板9、7上分别形成取向膜10、11。
12为衬片，13为液晶材料，14为封接材料。
图5示出在上下各玻璃基板上进行的取向处理，图5(a)示出在上下玻璃基板上分别在正常取向处理方向上进行研磨处理后，从上侧玻璃基板9一侧看到的使各玻璃基板的取向处理面重合的状态。15表示上侧玻璃基板的正常取向处理方向，16表示下侧玻璃基板的正常取向处理方向。
又，作为在正常取向处理方向上对上下玻璃基板9、7的取向膜表面进行研磨处理之前的前处理，对上下玻璃基板9、7的取向膜表面进行第1研磨处理，其角度为距正常取向方向的5～30度范围内。以此能够使液晶分子扭转的方向性更可靠和削弱取向限制力。图5(b)示出下侧玻璃基板7的取向处理方向，表示从取向处理面一侧看到的下侧玻璃基板7的状态。17表示第1研磨方向，18表示正常取向处理方向。设定第1研磨处理的角度方向，使得在进入上侧玻璃基板9与下侧玻璃基板7组合时从一方基板面看，各研磨方向进入交错角的内侧。经过第1研磨处理后，进行决定取向方向的正常取向处理。研磨条件如下(a)辊的旋转速度N(rpm):1000rpm(b)工作台移动速度S(mm/s):45mm/s(c)抛光轮基底纤维轴方向与辊旋转方向所成的角α(参看下述图8)7°(d)抛光轮古川加工公司制造的YA-20R(e)压入量0.35mm所谓压入量是指在用双面胶带将抛光轮(研磨布)贴到辊上的状态下使辊轴向基板方向移位的距离(基准点为埋入抛光轮的基底纤维的短纤维来的毛绒尖头与基板的接触处)。
这里，用图6说明上述研磨条件与ITO电极宽度D(mm)之间的关系。以如图7所示的圆片模型考虑时，在研磨辊转过一转期间，基板行进的距离表示为60×S/N。因而，为在研磨辊转过一转期间穿越ITO电极宽度D，也就是要使条纹的不均匀不连续，必须满足以下的关系式D＜(60×S/N)tgα本实施例中，D(mm)如上所述在下侧玻璃基板7一边为280μm(0.28mm)，在上侧玻璃基板9一边为80μm(0.08mm)，右边据上述研磨条件算得(60×45/1000)tg7°=0.33mm，所以满足本关系式。因此，研磨辊转过一转期间能穿越ITO电极宽度，条纹的不均匀不连续，因而看不出来。
这里使用的研磨辊的研磨抛光轮，如图8所示以基底纤维的经线方向与研磨辊旋转的切线方向所成角度α加以裁剪。α以5°～30°为好。如果研磨辊旋转方向与毛绒的并排方向相一致，则在基板表面上各毛绒所接触的位置重复，研磨不均匀而成不均匀条纹，但通过使其斜交使之分散，故能进行均匀研磨。对研磨抛光轮的原料22以角度α斜交加以裁剪，使L方向与研磨辊的端面成平行地卷绕接触。23表示裁剪使用的研磨抛光轮的部分。
要求研磨辊19不因在研磨中研磨抛光轮6作用的切线方向的力或粘接强度劣化而发生研磨抛光轮6的松弛。研磨抛光轮6的松弛在液晶显示器件工作时，将成为图12所示那样的与旋转轴平行走向的亮度不均匀的原因。因此，研磨抛光轮6最好是在与旋转方向相当的方向上的延伸率小一点为好。具体地说，研磨抛光轮6在与旋转方向相当的方向上加载1kg/cm拉应力时的延伸率在10％以下为好。研磨抛光轮6的延伸率与所使用的基底的种类当然有关，还与裁剪角度有关，α=0时最小，45°时最大。
又，将研磨辊19做成如图10所示那样以旋转方向的长度缩短的几片研磨抛光轮(6a,6b)的等分割结构，可以防止所述松弛的产生。图10中是2分割，但分割数2～4是合适的。
如果研磨辊的旋转方向与基板移动方向相一致，则毛绒的尖端易开裂，往往有得不到均匀研磨的情况，因此使其以图9所示角度θ斜交。
又，旋转轴与垂直于基板移动方向的方向所成的角(图9所示的θ)为20°～45°是理想的，因为能减小由于研磨布的松弛而引起的不均匀。对于基板的配置虽无特定的限制，但如矩形基板的一边相对于移动方向成平行地配置，则能减少基板角部与研磨辊接触时产生的不均匀现象，所以较为理想。又，研磨辊的旋转速度，在辊直径为150mm时为600～1200rpm，基板移动速度为20～80mm/秒是合适的。
又，当毛绒长度为P(mm)、毛绒的倾斜角为β(°)时，在所述毛绒的毛根部与所述取向膜表面之间的最短距离比P cosβ表示的值小0.2～0.7mm的状态下进行研磨为好。这时毛绒的长度P为1.7～2.0mm是合适的。以此，能使研磨布的松弛和对取向膜表面的损伤保持在十分小的程度，与仅是毛绒尖端接触基板的情况相比，纤丝对基板的接触状态更为紧密，实现更均匀的研磨。而且最好是对一基板在同一方向上进行多次研磨。这种情况下的研磨次数取2～3次为好。
下面用图4说明上下玻璃基板的贴合。在下侧玻璃基板7的取向处理面上，散布必要数量的、用于保证必要的间隙大小的塑料珠12。又，将1％重量的具有规定直径的玻璃纤维制成的衬垫14混合到热固性树脂中，用规定线宽进行网板印刷印在上侧玻璃基板9的取向处理面的ITO电极8的像素外面。然后，经取向处理的下侧玻璃基板7、上侧玻璃基板9的表面作为内侧贴合，用耐热性的薄膜进行真空封装后，以规定的条件加热进行固化处理。
如上所述做成了空板。进而采用真空注入法将STN用液晶材料13注入该空板中做成液晶板。作为STN用液晶材料13，使用各向同性相-液晶相之间的相变温度为90度以上，并且统一成链烯基系液晶组成的混合液晶材料。也可使用各向同性相-液晶相之间的相变温度为90度以上、并且统一成烷基系液晶组成的混合液晶材料。在下面的表1中示出本发明的例与比较例的评价结果。各样品经1kHz的矩形波评价以及安装APT驱动组件进行实际驱动评价。
表1
表中，◎表示完全没有不均匀条纹，○表示能看出几条淡的不均匀条纹，△表示能看出几条不均匀条纹，×表示能看出几条以上的不均匀条纹。在液晶板点亮时，在研磨抛光轮角度为0°的比较例1～4中，只有预倾角为7°，而且液晶材料的介电常数的各向异性为7的比较例3能看到几条淡的不均匀条纹，但在实际驱动状态中，比较例1～4任一个中都看到几条以上的不均匀条纹，作为显示不均匀在实用中是不能胜任的。
另一方面，研磨抛光轮角度为7°的本发明1～5中，虽然只是取向膜的预倾角为3°，而且液晶材料的介电常数各向异性为12的本发明例3能看到几条淡的不均匀条纹，但本发明1～5的任一个都有实际使用中能胜任的显示质量。尤其是取向膜预倾角为3°、液晶材料的介电常数各向异性为5的本发明例1和取向膜的预倾角为7°，液晶材料的介电常数各向异性为7的本发明4，不仅完全没有不均匀横条，而且显示质量优良。
(研磨布的延伸率测量)作为研磨布的原料，使用图13或图14所示构造的材料。基底的经线53及纬线54使用旭化成工业株式会社制造的铜氨人造纤维，毛绒55使用纤维直径为3旦(但尼尔)的粘胶人造纤维(クラレ株式会社制造)构成的毛绒径为120旦的纤维。在植毛的研磨布的里面(毛绒尖头不突出的面)涂布醋酸乙烯树脂67以防止脱毛和基底变形。研磨布的总厚度D为1.8mm，毛绒平均长度P为1.8mm，毛绒的平均倾斜角度β为15°。
为测量研磨布的延伸率，将上述研磨布原料截取宽为5cm、长为30cm的6种试验片，其α角(图8所示)分别为0°、3°、10°、15°、30°和45°。对各试验片的长度L方向加拉应力5kg(即每1cm宽度1kg)测量其延伸率。结果如表2所示。其中，延伸率S(％)是原长度为L0、加应力时长度为L1时由S=(L1-L0)/L0×100所表示的值。
表2
这里，随着α的增大延伸率也变大的原因在于研磨抛光轮由双面胶带粘在研磨辊上之故。也就是说，加在研磨抛光轮上的最大应力是在与研磨辊旋转方向相平行即研磨辊表面的切线方向上。在该方向上，研磨抛光轮的主纤维轴方向指向着的α=0时，几乎不发生变形，α变大时则因剪切应力而变形。
(实施例1)将与上述研磨布延伸率测量中使用的研磨布料相同的研磨布原料裁成与旋转辊的外周相同长度的矩形作为研磨布，将研磨布长度(图8中的L)方向与旋转辊端面平行地用双面胶带将其卷绕在旋转辊的外周面上，制成研磨辊。将该研磨辊设置成图9所示那样，其旋转轴与垂直于基板移动方向的方向成倾斜，对基板进行研磨。
如图16与图17所示，在基板上用常用方法在形成透明电极81a、81b的表面上预先涂布聚酰亚胺预聚物82a、82b(チッソ石油化学株式会社制PSI2204),经固化形成取向膜。辊的倾斜角度(图9中的θ)，对第1透明基板80a取10°，对第2透明基板80b取60°，制作液晶单元时使上下基板间的取向方向的扭转角度成250°。又，研磨辊使用直径为150mm的，取辊的旋转速度为900rpm，基板移动速度为40mm/秒。在经研磨的上下基板上每1mm2散布200个衬垫后，在基板的外端部涂布密封材料，通过贴合上下基板80a、80b制成液晶单元。衬垫84使用粒径6.1μm的微粒(积水ファィン株式会社制造)，液晶层的厚度为6μm。用真空注入法从形成于密封部83的一部分上的注入口注入液晶。液晶材料85使用混合少量手性成分的折射率各向异性(Δn)为0.15的组成物。在经过用紫外线固化树脂封接注入口的液晶单元的上下面贴上偏光片87a、87b及相位差板86，得到图17所示的液晶显示器件。
在上述的制作方法中，改变研磨布原料的裁剪角度(图8中的α)及研磨时毛绒的压入量，如图3所示制成30种试样。所述压入量是以Pcosβ(=1.74mm)为基准(压入量为零)，用相对于所述基准的减少量表示研磨时研磨辊与基板之间的垂直距离。
表3
对于制成的各试样，以高于液晶阈值的电压在电极间加上电信号，将观察所产生的显示不均匀条纹(图11所示的不均匀条纹a1和不均匀带a2，以及图12所示的等间隔不均匀条)的结果示于表4。
表4
<p>观察结果以3等级评价，以对于用毛绒的起毛方向与基底的垂线方向一致的、图15(a)所示的已有的研磨布制成的试样上观察到的不均匀程度为基准(×)，比所述基准的不均匀有所减少的为Δ，比所述基准的不均匀显著减少的为○。
(实施例2)对第1和第2的两基板取研磨辊的旋转轴的倾斜角度(图9中的θ)为35°，此外用与实施例1相同的制造方法，改变研磨布原料的裁剪角度(图8的α)及研磨时毛绒的压入量，如图5所示制成15种试样。
表5
对于制成的各试样，以高于液晶阈值的电压在电极间加上电信号，将观察到所产生的显示不均匀(图11所示的不均匀条纹a1和不均匀带a2，以及图12所示的等间隔不均匀条)的结果示于表6。其中，评价的基准同实施例1。
表6
(实施例3)将与上述研磨布延伸率测量中使用的研磨布原料相同的研磨布料，裁成具有小于旋转辊外周1/2长度的矩形，做成2块研磨布。将这两块研磨布长度(图8中的L)方向与旋转辊端面平行地用双面胶带等间隔地卷绕在旋转辊的外周面上，制成研磨辊。用本实施制作的研磨辊的剖面图示于图10。
除使用上述那样的研磨辊之外，用与实施例1相同的制造方法，改变研磨布原料的裁剪角度(图8中的α)及研磨时的毛绒压入量，如表7所示制成9种试样。
表7<
对于制成的各试样，以高于液晶阈值的电压在电极间加上电信号，将观察所产生的显示不均匀(图11所示的不均匀条纹a1和不均匀带a2，以及图12所示的等间隔不均匀条)的结果示于表8。其中，评价的基准同实施例1。
表8<
>
又，在本实施形态中，作为液晶显示器件使用STN(超扭曲向列型)方式的显示器件，但对TN(扭曲向列型)显示方式，用横向驱动的显示方式也得到同样的结果。
此外，本实施例形态中虽然使用真空注入板，但不用单元(cell)结构形态也能得到同样的结果。
如上所述采用本发明的液晶取向处理方法，能防止液晶显示器件的阈值电压附近及中间色调显示时产生能看到的不均匀条纹，因此能使所有液晶显示器件全部实现稳定优良的显示质量。
权利要求
1．一种液晶取向处理方法，是在液晶显示器件用的上下基板上形成的取向膜上，通过使卷绕用短纤维植毛的研磨抛光轮的圆筒形研磨辊的旋转轴与所述基板的移动方向成斜交，进行打磨、研磨处理的方法，其特征在于，所述研磨抛光轮被粘贴成使其基底纤维轴方向与所述研磨辊的旋转的切线方向斜交，在所述上下基板的各正常取向方向的交叉角内，且以对所述各正常取向方向成5～30°的范围内的研磨方向进行第1次研磨处理后，进行决定取向方向的第2次研磨处理。
2．如权利要求1所述的液晶取向处理方法，其特征在于，相对于研磨辊旋转方向的所述研磨抛光轮的基底纤维轴方向与研磨辊的旋转方向所成角度记为α、辊的旋转速度为N(rpm)、工作台的移动速度为S(mm/s)、ITO电极宽度为D(nm)，则满足关系D＜(60×S/N)tgα
3．如权利要求1或2所述的液晶取向处理方法，其特征在于，所述上下基板的一方是彩色滤光片基板。
4．如权利要求1或2所述的液晶取向处理方法，其特征在于，研磨抛光轮在与研磨辊的旋转方向相当的方向上加上1kg/cm的拉应力时的延伸率为10％。
5．如权利要求1或2所述的液晶取向处理方法，其特征在于，将与所述研磨辊的旋转方向相当的方向上的尺寸小于所述旋转辊的圆周的1/n的n块研磨布等间隔地卷绕在所述旋转辊上，其中所述n是2以上的自然数。
6．如权利要求1或2所述的液晶显示器件的制造方法，其特征在于，所述研磨工艺在所述毛绒的毛根部与所述取向膜表面之间的最短距离比Pcosβ表示的值小0.2～0.7mm的状态下进行，其中P(mm)为所述毛绒的长度，β(°)为所述毛绒的倾斜角度，其中所述毛绒的倾斜角度β是所述毛绒与通过所述毛绒的毛根部的所述旋转辊的外周面的法线所成的角度。
7．如权利要求1或2所述的液晶显示器件的制造方法，其特征在于，在同一方向上对一块基板进行多次研磨。
8．一种液晶显示器件，其特征在于，采用如权利要求1或2所述的液晶取向处理方法形成。
9．如权利要求8所述的液晶显示器件，其特征在于，使用介电常数各向异性小于7、且各向同性相-液晶相之间的相变温度大于90度、并且统一成链烯基系液晶组成或烷基系液晶组成的混合液晶材料。
全文摘要
粘贴研磨抛光轮使其基底纤维轴方向与研磨辊的旋转切线方向成斜交,通过使研磨辊旋转轴与基板的移动方向斜交,将研磨辊在形成于液晶显示器件用的上下基板上的取向膜上以第1、第2二个方向打磨,进行决定取向方向的研磨处理,以此获得高显示质量的液晶显示器件。
文档编号G02F1/13GK1224178SQ9910136
公开日1999年7月28日 申请日期1999年1月20日 优先权日1998年1月20日
发明者内藤温胜, 望月秀晃, 山田聪, 松川秀树 申请人:松下电器产业株式会社