專利名稱：液晶顯示裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用在基板表面設置的突起結構物或透明象素電極的沖壓(隙縫)來控制液晶分子的取向方向的MVA方式的液晶顯示裝置，和使用由具有液晶骨架的光固化性組成物形成的光固化物來規(guī)定液晶分子的取向方向的液晶顯示裝置。
背景技術：
液晶顯示裝置除了用于筆記薄型個人計算機或攜帶信息終端這樣的移動用途以外，根據節(jié)省空間、節(jié)省能量這樣的社會需要而被用作臺式計算機和電視機等。液晶顯示裝置的性能與CRT監(jiān)視器的性能相比，正在推進接近CRT監(jiān)視器性能的開發(fā)。
CRT監(jiān)視器利用熒光體的發(fā)光，所以角度依賴性小，視角寬。另一方面，液晶顯示裝置電控制來自光源的光透過液晶層時的液晶排列方向，改變透過率來顯示圖像，但即使?jié)M足與畫面垂直方向的對比度，如果從斜方向看，對比度仍小或產生色反向，視角依賴性大。
例如，作為使用有源矩陣的液晶顯示器(LCD)，正廣泛地使用將具有正的介電常數各向異性的液晶材料配置在基板面上，使得在水平、并且對置的基板之間可90度扭曲取向的扭曲向列(TN)模式的液晶顯示裝置。該TN模式LCD的最大缺點是視角窄。正在進行改善該視角特性的各種研究。
例如，通過將一個象素分割成多區(qū)域，在各區(qū)域使取向方向分散，來擴大作為一個象素整體的視角的MVA(Multi-domain VerticalAlignment)方式等。
圖3是MVA方式液晶顯示裝置的概念圖。21和22是上部和下部的玻璃基板，61和62是各基板上設置的突起狀構造物，5是液晶分子。另外，圖中未示出，但構成透明電極、取向膜、薄膜晶體管(TFT)、相位差膜等。
在兩塊玻璃基板之間封入介電常數各向異性為負的液晶材料后，液晶分子因取向膜的限制力而大致垂直取向。在一個玻璃基板上形成被連接到TFT的象素電極，在另一玻璃基板側上形成共用電極。然后，在象素電極上和共用電極上形成相互不同的各自突起狀構造物。
在TFT為OFF狀態(tài)的情況下，突起上構造物的間隙區(qū)域的液晶分子沿與基板界面大致垂直的方向取向，突起狀構造物附近的液晶分子沿在斜面上垂直的方向取向。
在TFT為ON狀態(tài)的情況下，液晶上施加電場，在基板上從垂直的方向倒塌，但通過突起狀構造物的傾斜，被限制在最初倒塌的液晶分子的倒塌方向，其傾斜傳播到間隙區(qū)域的液晶分子。
圖4表示MVA方式的液晶顯示裝置的一個象素內的液晶分子的傾斜方向的圖。61和62是上下基板中設置的突起構造物，7是下部基板上設置的象素電極。一個象素被分割成紅、綠、藍的三個縱長的區(qū)域。突起狀構造物61和62在一個象素內使方向彎曲90度。
在該構造例中，上下基板中設置的突起狀構造物的間隙領域被分割成A、B、C和D四個區(qū)域，各區(qū)域中的液晶分子的取向方向相互相差90度。這樣，在MVA方式的液晶顯示裝置中，在使TFT為ON狀態(tài)時，液晶分子取向在多個方向上，所以視角擴大。
MVA方式的液晶顯示裝置的問題在于，中間色調的響應比較慢。MVA方式的情況下，通過在基板表面上設置的突起構造物或縫隙來規(guī)定液晶分子的傾斜取向，所以液晶分子的開關動作以從構造物附近向間隙部的液晶分子的傾斜取向傳播這樣的過程來進行。
圖5表示具有負的介電常數各向異性的液晶分子的傾斜傳播的狀況。圖中的6是突起構造物，其他與圖3一樣。在圖的上部，表示初始的液晶分子的取向狀態(tài)。圖的下部表示在21和22上施加臺階狀電壓后經過一定時間后的狀態(tài)。
最初，突起構造物附近的液晶分子受電壓變化的影響而倒塌角變大。受該變化影響，不靠近突起構造物的傾斜的液晶分子的附近處的液晶分子倒塌，依次傾斜傳播。實線表示其最終狀態(tài)的傾斜狀態(tài)。虛線是施加電壓小的中色調，因電場產生的限制力小，所以至完成對整個區(qū)域的液晶分子的傳播需要長時間。這成為MVA方式的中色調的響應慢的最大原因。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供在全色調中顯示高速的響應特性的液晶顯示裝置，特別是在MVA方式的液晶顯示裝置中，通過使開關動作時的液晶分子的傾斜取向在整個顯示區(qū)域中同時傾斜，來提高液晶分子對電場的響應性。
本發(fā)明的原理示于圖1。在圖中，1表示玻璃基板，2表示電極，3表示取向膜，51表示所有液晶分子的平均長軸方向，52和53表示在第1和第2玻璃基板的表面附近被取向控制膜限制的液晶分子的長軸方向，54表示液晶骨架的平均極角方向。在僅受取向膜的限制力的情況下，平均的所有液晶分子取向在將兩個預傾斜角平均的方向上。
但是，通過添加液晶骨架，來形成取向膜的限制力和液晶骨架的限制力，使液晶分子傾斜。此時的液晶分子在用斜線所示的不施加電壓時的范圍內傾斜。該傾斜的大小可以通過液晶骨架與液晶的比例、液晶骨架的傾斜角的大小來任意地改變。
此時，由于在液晶分子中存在向液晶骨架的取向方向傾斜的力，所以與只有研磨等界面傾斜取向的狀態(tài)相比，可進行高速開關。
但是，在對液晶分子的液晶骨架的引力過強的情況下，液晶分子與液晶骨架取向在同一方向上，結果對施加電壓時的傾斜的束縛增大，反而使特性(對比度等)下降。
即，在液晶骨架的極角方向與玻璃基板形成的平均傾斜角為α，上下界面中的液晶分子的一個預傾斜角為β1，另一個為β2時，該液晶分子在不施加電壓時的平均傾斜角為θ(1)在液晶分子的介電常數各向異性為負的情況下，滿足α＜θ＜(β1＋β2)/2(2)在液晶分子的介電常數各向異性為正的情況下，滿足
(β1＋β2)/2＜θ＜α根據(介電常數各向異性為負的情況下，用圖1的不施加電壓時用斜線示出范圍)視角特性、響應特性，驅動時的液晶層的變形主要利用噴射或扭曲的模式是極其重要的。
此外，此時，液晶層中的具有液晶骨架的光固化性組成物的光固化物的濃度為0.3至3wt％，并且對液晶層施加閾值電壓以上的電壓，在液晶層變形的狀態(tài)下一邊照射光一邊使液晶骨架的傾斜角固定，期望(3)在液晶分子的介電常數各向異性為負的情況下，滿足(β1＋β2)/2－θ＜θ－α(4)在液晶分子的介電常數各向異性為正的情況下，滿足θ－(β1＋β2)/2＜α－θ來進行液晶分子和液晶骨架的取向。即使具有(介電常數各向異性為負的情況下，用圖1的電壓施加時用斜線示出范圍)液晶骨架的光固化性組成物的光固化物的濃度為從0.3至3wt％中，但最好為從1.0至2.0wt％。
再有，本發(fā)明不僅在基板界面而且對液晶層的整體實現初始傾斜的賦予，并且可控制任意的傾斜角，所以即使對于實施研磨等取向控制的方式，也可以獲得改善效果。
本發(fā)明人發(fā)現因全面同時傾斜造成的大幅度響應速度的高速化可這樣實現在使液晶骨架相對于基板傾斜的狀態(tài)下來形成液晶層中具有液晶骨架的光固化性組成物的光固化物。
在方案1的液晶顯示裝置中，在向列液晶層中添加0.3至3wt％的具有液晶骨架的光固化性組成物，在使液晶骨架向一定方向傾斜的狀態(tài)下進行光重合來形成光固化物，將液晶層的變形限定為噴射變形或扭曲變形。
在本發(fā)明的方案1中，由于液晶骨架在其附近的液晶分子中產生規(guī)定的取向傾斜角，所以在顯示信號電壓施加到液晶層時，取向在整個面上同時一致，響應速度提高。
在方案2的液晶顯示裝置中，作為用于構成MVA方式的液晶顯示裝置的對置基板的結構，具有在至少一個基板的表面上形成突起狀構造物或切縫(縫隙)的透明象素電極，在至少一個基板面上有使液晶分子的長軸方向對該基板面大致垂直取向的取向控制層，此外，至少一個取向控制層不進行取向處理。
在方案2的液晶顯示裝置中，規(guī)定用于控制方案1的液晶層的基板構造。
在方案3的液晶顯示裝置的制造方法中，在方案1所述的液晶層中包含的液晶分子的長軸方向規(guī)定光固化性組成物的濃度，使得作為其他參數的預傾斜角和液晶骨架的極核方向之間的關系滿足以下條件。即，對液晶層施加的電壓為0V時，在該液晶分子的介電常數各向異性為負的情況下，滿足α＜θ＜(β1＋β2)/2在該液晶分子的介電常數各向異性為正的情況下，滿足(β1＋β2)/2＜θ＜α的關系，而在施加電壓時，在該液晶分子的介電常數各向異性為負的情況下，滿足(β1＋β2)/2－θ＜θ－α在該液晶分子的介電常數各向異性為正的情況下，滿足θ－(β1＋β2)/2＜α－θ那樣來決定光固化性組成物的濃度。
本發(fā)明的方案3通過規(guī)定決定光固化性組成物的濃度的條件，使得液晶骨架的傾斜角和液晶骨架的量相互依賴而將改變的液晶分子的傾斜角容納在規(guī)定的范圍內，從而提高整個表面顯示區(qū)域的液晶分子的響應速度。


圖1表示本發(fā)明的液晶分子的取向方向的圖。
圖2表示光固化物的形成圖。
圖3表示MVA方式液晶顯示裝置的原理圖。
圖4表示液晶分子的傾斜方向的圖。
圖5表示液晶分子的傾斜傳播的圖。
圖6表示響應速度與單體添加量依賴性的圖。
圖7表示對比度與單體添加量的依賴性的圖。
圖8表示因有無扭曲變形產生的響應速度的變化的圖。
具體實施例方式
如在課題中所述，為了改善MVA方式的響應速度，需要使傾斜傳播上需要的時間為零，并且使整個表面顯示區(qū)域同時傾斜。為了實現整個面同時傾斜，在不施加電壓狀態(tài)中將液晶分子相對于整個基板界面傾斜是非常有效的，但對于可適用于MVA方式的具體方法，至今仍不明白。
銳意試行的結果發(fā)現整個表面同時傾斜造成的大幅度的響應速度的高速化，通過在使液晶骨架相對于基板傾斜的狀態(tài)下來形成液晶層中具有液晶骨架的光固化性組成物的光固化物可實現。
圖2表示光固化物的形成狀況的圖。圖中的4是對液晶施加的電壓所產生的電場，5是液晶分子，8是液晶單體，9是主鏈，10的紫外線，55是液晶骨架。將液晶和液晶單體混合，施加直至獲得最大透過率的電壓，在液晶中產生電場。
其結果，具有負的介電常數各向異性的液晶分子和液晶單體以某種角度傾斜。作為具有液晶骨架的光固化性組成物的液晶單體8使用紫外線10來進行光聚合、固化。其結果是主鏈8上連接的液晶骨架55在向一定方向傾斜的狀態(tài)下被固化。該骨架是光固化物。
以下示出本發(fā)明第1實施例。在一個基板上形成包括TFT晶體管的象素電極和突起狀構造物，在另一基板上形成共用電極和突起狀構造物。在這兩塊玻璃基板之間，在メルク·ジャパン株式會社制的液晶MJ961213中添加大日本インキ株式會社制的液晶モノァクリレ一トモノマ一UCL-001-K1，注入后一邊施加電壓一邊照射紫外線，液晶骨架在顯示區(qū)域中與基板表面成大約30°的狀態(tài)下制作固化的MVA屏板。
這里，在取向膜上使用JSP株式會社制的ポリァミック酸材料JALS-684，在上下基板上通過シプレィ株式會社制抗蝕劑LC200以37.5μm的間隙來設置高度1.5μm、寬度10μm的突起物構造物，單元厚度為4.0μm。
圖6是以液晶骨架單體的添加量作為參數，來測定液晶分子的響應速度的圖。從該曲線可知，添加量為0.3wt％時可觀察到響應速度稍微改善，但為了在高電壓側也加強限制傾斜方向，需要添加量在1.0wt％左右。2.0wt％左右的值則開始飽和。
圖7表示與圖6測定同時測定的單體添加量與絕對透過率和對比度。在圖中，實線是亮狀態(tài)(施加電壓5.5V)和暗狀態(tài)(施加電壓0V)的透過率，虛線是對比度。添加量在1.5wt％之前亮狀態(tài)的透過率、對比度都保持大的值，而在2.0wt％時對比度急劇下降。此外，在3.0wt％時，液晶分子幾乎取向在液晶骨架方向上，并且可看到大的散射。
液晶單體(光固化物)的濃度在0.3至1.5wt％的較低的情況下，可考慮利用于重視色調的領域，而在1.5至3.0wt％的較高情況下，可考慮利用于重視響應速度的領域.
在本發(fā)明第2實施例中，使用與實施例1相同的液晶材料、取向膜材料、單體材料，在上下取向膜上實施研磨處理，注入后一邊施加電壓一邊照射紫外線，在顯示區(qū)域中與基板面成大約30°的狀態(tài)下來制作使液晶骨架固化的屏板。這里，添加量為2.0wt％，研磨形成上下基板中非平行和錯開90°這兩種狀況。此外，單元厚度是4.0μm。結果示于圖8。形成錯開90°來實施研磨的屏板的響應速度變慢。
錯開90°的情況是扭曲變形，而非平行的情況是噴射變形。這樣，本發(fā)明的液晶層的變形除了扭曲以外，還依賴于噴射或彎曲。
在本發(fā)明第3實施例中，使用材料和突起狀構造物的形成條件、單元厚度采用與實施例1相同的MVA屏板，來試作改變固化時的液晶骨架的角度和液晶分子的平均傾斜度的屏板，調查取向狀態(tài)和聚合物產生的散射度。這里，液晶分子的平均傾斜角由單體的添加量來進行控制，角度的值根據不施加電壓時的透過率由計算求出。
結果示于表1中。這里，β＝(β1＋β2)/2。獲得良好的取向、散射狀態(tài)是取向膜產生的限制角度(β)、液晶分子的傾斜角(θ)和液晶骨架的傾斜角(α)β－θ＜θ－α的關系成立時。如果液晶分子的傾斜角與取向膜限制角分離，接近液晶骨架的傾斜角，則取向、散射狀態(tài)惡化。這是因為增加單體的添加量，則單元中形成的聚合物產生的散射增強，并且在聚合物形成時液晶分子的導向混亂。
表1液晶骨架、液晶分子的角度和取向、散射狀態(tài)

(注)○取向良好 散射無△取向稍差 散射有一些×取向差 散射多通過使用本發(fā)明，不僅使整個顯示區(qū)域同時傾斜，還使對電場的液晶分子的響應性本身提高，可以原封不動維持良好的取向狀態(tài)來實現全色調中極高速的響應特性。
權利要求
1.一種液晶顯示裝置，其特征在于，包括由透明象素電極、有源元件和取向控制膜形成的第1基板、以及對置電極和取向控制膜形成的第2基板組成的基板對；以及包含由向列液晶分子和具有液晶骨架的光固化性組成物三維形成的光固化物的被夾在該基板對之間的液晶層；該液晶層的變形至少是噴射變形或彎曲變形；該光固化性組成物的濃度是0.3至3wt％。
2.如權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于，所述基板對的至少一個基板有突起或電極的切縫，該基板對的至少一個基板有使所述液晶分子的長軸方向對該基板面大致垂直取向的所述取向控制層。
3.一種制造權利要求1或2所述的液晶顯示裝置的制造方法，其特征在于在所述液晶骨架的極角方向與所述第1基板形成的角的平均值為α，該第1和第2基板的界面中的所述液晶分子的預傾斜角分別為β1和β2，該液晶分子在不施加電壓時與該第1基板形成的角的平均值為θ時，決定所述光固化性組成物的濃度，使得該α、β1、β2、θ在該液晶分子的介電常數各向異性為負的情況下，滿足α＜θ＜(β1＋β2)/2在該液晶分子的介電常數各向異性為正的情況下，滿足(β1＋β2)/2＜θ＜α的關系，在施加電壓時，該α、β1、β2、θ在該液晶分子的介電常數各向異性為負的情況下，滿足(β1＋β2)/2－θ＜θ－α在該液晶分子的介電常數各向異性為正的情況下，滿足θ－(β1＋β2)/2＜α－θ的關系。
全文摘要
MVA方式的液晶顯示裝置,目的在于提高與開關操作時的液晶分子的電場對應的響應特性。使具有與傾斜或彎曲變形的液晶分子對應的液晶骨架的光固化性組成物產生的光固化物的濃度為0.3至3wt%,在與基板傾斜的狀態(tài)下形成液晶骨架,使液晶分子的平均傾斜角收容在液晶骨架的極角和基板界面附近的液晶分子的預傾斜角形成的范圍內。
文檔編號G02F1/13GK1332386SQ01121750
公開日2002年1月23日 申請日期2001年7月6日 優(yōu)先權日2000年7月7日
發(fā)明者片岡真吾 申請人:富士通株式會社