CN106662778A - 液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

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浅木大明
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Abstract

本发明提供一种能够使用光取向膜来长期维持良好的对比度特性的液晶显示装置。本发明的液晶显示装置从背面侧起依次具有发出包含可见光的光的背光源、直线偏振片、第一基板、取向膜、含有液晶分子的液晶层和第二基板，上述取向膜对可见光具有吸收各向异性，且包含具有因可见光的吸收而发生异构反应的偶氮苯构造的材料，上述直线偏振片的偏振光透射轴位于与上述取向膜的吸收各向异性大的方向交叉的方向上。

Description

液晶显示装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及液晶显示装置及其制造方法。更详细来说，涉及形成有控制液晶分子的取向的取向膜的液晶显示装置及其制造方法。
背景技术
液晶显示装置是为了进行显示而利用液晶组成物的显示装置，其代表的显示方式为：对被封入于一对基板间的液晶组成物施加电压，与施加了的电压相应地使液晶组成物中的液晶分子的取向状态变化，从而控制光的透过量。这样的液晶显示装置具有薄型、轻量和低耗电量等的特长，因此在许多领域中被广泛使用。
不被施加电压的状态下的液晶分子的取向一般通过被实施了取向处理的取向膜来进行控制。作为取向处理的方法，当前广泛使用摩擦法，但是，近年来，关于能够以非接触的方式来实施取向处理的光取向法的研究开发正在不断进行。已知因太阳光等的外光而在实施了光取向处理的取向膜产生取向散乱的情况(例如参照专利文献1)。
专利文献1所记载的发明，其目的在于防止由来自观察面的太阳光所包含的紫外线引起的取向散乱，通过使观察面侧的偏振元件的偏振光透射轴方向与在光取向处理时照射的偏振光的偏振方向相同，从而难以产生因外光导致的取向散乱。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/024750号
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明者们着眼于，以偶氮苯为光官能基的光取向膜有望作为能够实现高品质的显示性能的光取向膜，对于实现IPS模式用的液晶面板、FFS模式用的液晶面板的高对比度化是有用的。该光取向膜是以下光异构型的材料：通过偏振紫外线照射来反复进行反式-顺式反应，使在与照射偏振方向正交的方向上排列的反式异构体为支配地位，从而赋予各向异性。但是，对于以偶氮苯为光官能基的光取向膜正在进行研究，已知在液晶显示装置的使用时对比度特性具有经时劣化的倾向。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够使用光取向膜来长期维持良好的对比度特性的液晶显示装置及其制造方法。
用于解决问题的技术手段
本发明者们对于在使用以偶氮苯为光官能基的光取向膜的情况下对比度特性经时劣化的原因进行了研究，发现：在完成了取向处理的取向膜中，存在由于波长400～500nm程度的蓝色的可见光而发生反应的顺式异构体的偶氮苯，该顺式异构体使对比度特性劣化。并且，顺式异构体的偶氮苯具有吸收各向异性，想到如果将取向膜中的顺式异构体的吸收轴方向和从背光源透过偏振元件入射的偏振方向配置成交差(优选正交)时，能够抑制顺式异构体的反应。由此，本发明者们想到能够很好地解决上述问题的方法，完成了本发明。
即，本发明的一方式中，从背面侧起依次具有发出包含可见光的光的背光源、直线偏振片、第一基板、取向膜、含有液晶分子的液晶层和第二基板，上述取向膜对可见光具有吸收各向异性，且包含具有因可见光的吸收而发生异构反应的偶氮苯构造的材料，上述直线偏振片的偏振光透射轴位于与上述取向膜的吸收各向异性大的方向交叉的方向上。
另外，专利文献1中提出了在将2个偏光板以正交尼科尔配置的情况下，将液晶取向方向和偏光板的配置设为与上述方式相差90°的结构。
此外，本发明的另一方式是制造上述液晶显示装置的方法，对上述取向膜进行的取向处理使用偏振度30︰1以上的直线偏振紫外线进行。
发明效果
本发明的液晶显示装置，因为具有上述结构，所以能够防止背光源光被在光取向处理后的取向膜中包含的偶氮苯的顺式异构体吸收。由此，能够抑制生成向与由光取向处理控制的方向不同的方向进行取向限制的反式异构体的异构反应，所以即使在背光源光长时间点亮的情况下也能够维持取向膜的良好的取向限制。因此，能够提供长期防止黑显示时的漏光的增加且对比度特性良好的液晶显示装置。
附图说明
图1是示意地表示实施方式1的液晶显示装置的结构的分解立体图。
图2是说明水平取向模式中的取向膜与液晶分子的关系的图。
图3是表示在实施例1中使用的光取向膜的正式烧制后的序参数的图表。
图4是表示白色LED背光源的发射光谱的图表。
图5是表示对实施例1～3的液晶面板测定初始对比度的结果的图表。
图6是表示在实施例6和7使用的TFT基板中的像素电极附近的结构的截面示意图。
图7是示意地表示实施例8的液晶显示装置的结构的分解立体图。
图8是说明实施例8中的光取向处理的图。
图9是说明在垂直取向模式中的光官能基与液晶分子的关系的图。
图10是说明垂直取向模式的光取向处理中的偏振光与顺式异构体的吸收轴方向的关系的图。
图11是示意地表示比较例1的液晶显示装置的结构的分解立体图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行说明。本发明不限于以下的实施方式，在本发明的结构的范围内，能够适当进行设计变更。
此外，在以下的说明中，对同一部分或者具有同样功能的部分在不同的附图间共同使用同一符号，省略重复的说明。
[实施方式1]
图1是示意地表示实施方式1的液晶显示装置的结构的分解立体图。
实施方式1的液晶显示装置从背面侧依次具有：发出包含可见光的光的背光源10、直线偏振片21、第一基板22、取向膜23、含有液晶分子31的液晶层30和第二基板42，上述取向膜23对可见光具有吸收各向异性，且含有包含因可见光的吸收而发生异构反应的偶氮苯构造的材料，上述直线偏振片的偏振光透射轴21位于与上述取向膜23的吸收各向异性大的方向交叉的方向上。
以下，详细述说本实施方式的液晶显示装置。
如图1所示，在本实施方式的液晶显示装置中，背光源10配置在液晶面板的背面侧。具有这样结构的液晶显示装置一般被称为透过型的液晶显示装置。作为背光源10，只要是能够发出包含可见光的光的装置就没有特别限定，可以为发出仅包含可见光的光的装置，也可以为发出包含可见光和紫外光这两者的光的装置。为了能够进行液晶显示装置的彩色显示，适合使用发出白色光的背光源10。作为背光源10的种类，例如能够列举发光二极管(LED)、冷阴极管(CCFL)等。此外，本说明书中，“可见光”指波长380nm以上且不到800nm的光(电磁波)。
在背光源10的观察面侧配置有直线偏振片(偏光板)21。从背光源10发出的光在图1中的箭头所示的方向上前进，入射到直线偏振片21。入射到直线偏振片21的光被转换为沿着直线偏振片21的偏振光透射轴振动的直线偏振光。作为直线偏振片21，典型来讲，例如能够通过使具有二向色性的碘络合物等的各向异性材料在聚乙烯醇(PVA)膜吸附取向而得到。通常，在PVA膜的两个面层压三乙酰纤维素膜等的保护膜来供实际使用。另外，在直线偏振片21与第一基板22之间可以配置相位差膜等的光学膜。
在直线偏振片21的观察面侧依次配置有第一基板22、液晶层30和第二基板42。第一基板22和第二基板42通过以包围液晶层30的周围的方式设置的密封材料(未图示)贴合，通过第一基板22、第二基板42和密封材料将液晶层30保持在规定的区域内。
作为第一基板22和第二基板42例如能够列举有源矩阵基板(薄膜晶体管(TFT)基板)和滤色片(CF)基板的组合。作为有源矩阵基板，能够使用在液晶显示装置的领域中通常使用的基板。作为俯视有源矩阵基板时的结构，能够例举在透明基板上设置多个平行的栅极信号线、在与栅极信号线正交的方向上延伸且相互平行地形成的多个源极信号线；对应于栅极信号线与源极信号线的交点地配置的薄膜晶体管；在由栅极信号线和源极信号线划分的区域中配置成矩阵状的像素电极等的结构。
作为上述滤色片基板，能够使用在液晶显示装置的领域中通常使用的基板。作为滤色片基板的结构，能够列举在透明基板上设置形成为格子状的黑矩阵、形成在格子即像素的内侧的滤色片和黑矩阵等的结构。
另外，第一基板22和第二基板42也可以为在单侧的基板形成滤色片和有源矩阵双方的结构。
作为上述有源矩阵基板和上述滤色片基板所使用的透明基板，例如能够列举：浮法玻璃、苏打玻璃等的玻璃；由聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚砜、聚碳酸酯、脂环式聚烯烃等的塑料等形成的材料。
液晶层30是含有液晶分子31的层。作为液晶分子31优选具有负介电常数各向异性(负型液晶)。液晶显示装置的显示模式没有特别限定，例如能够使用面内开关(IPS：In-Plane Switching)模式、边缘场开关(FFS：Fringe Field Switching)模式、扭曲向列(TN：Twisted Nematic)模式，其中，优选使用IPS模式、FFS模式。
作为密封材料例如能够使用无机填料或者含有有机填料和固化剂的环氧树脂等。
另外，在第一基板22和液晶层30之间存在取向膜23。如图1所示，在液晶层30与第二基板42之间也可以设置取向膜41。取向膜23、41具有控制液晶层30中的液晶分子31的取向的功能，在向液晶层30施加的电压不到阈值电压(包含无电压施加)时，主要通过取向膜23、41的动作来控制液晶层30中的液晶分子31的取向。在该状态下，液晶分子31的长轴相对于第一基板22或者第二基板42的基板面形成的角度被称为“预倾角”。此外，在本说明书中，“预倾角”表示从与基板面平行的方向起的液晶分子的倾斜角度，与基板面平行的角度是0°，基板面的法线的角度是90°。
由取向膜23、41赋予的液晶分子31的预倾角的大小没有特别限定，取向膜23、41可以为水平取向膜，也可以为垂直取向膜，但是，优选水平取向膜。在取向膜23、41为水平取向膜的情况下，预倾角优选实质上是0°(例如小于10°)，从获得长期维持良好的对比度特性的效果的观点出发，更优选为0°。此外，在显示模式为IPS模式或者FFS模式的情况下，从视角特性的观点出发，也优选预倾角是0°，但是，在显示模式为TN模式的情况下，由于模式的制约，预倾角例如设定为大约2°。
取向膜23含有包含偶氮苯构造的材料。作为包含偶氮苯构造的材料，例如能够使用日本特开2013-242526号公报记载的材料，具体来说，能够列举[化学式5]中的(VII-1)、(VII-2)、(VII-3)、[化学式6]中的(VII-1-1)、(VII-1-2)、(VII-3)。偶氮苯构造可以包含于构成取向膜23的高分子中的主链，也可以包含于侧链。此外，本说明书中，“偶氮苯构造”是指具有2个苯环以偶氮基(-N＝N-)相连的构造的偶氮苯及其衍生物，其反式异构体的一个例子由下述式(1)表示，顺式异构体的一个例子由下述式(2)表示。
[化学式1]
[化学式2]
偶氮苯构造是以下光官能基：通过在光取向处理中照射偏振紫外线而反复进行反式-顺式反应，使在与照射偏振光方向正交的方向上排列的反式异构体成为支配性，从而赋予向期望方向的取向限制的光官能基。另一方面，在光取向处理后，顺式异构体的偶氮苯构造残存在取向膜23中，在与其吸收轴方向相同的方向照射偏振后的可见光的情况下，由下述的反应式(3)所示，产生从顺式异构体向反式异构体的异构反应。此时生成的反式异构体，在与光取向处理中赋予的期望的取向方向不同的方向上进行取向限制，所以取向膜23的取向限制散乱，对比度特性降低。
[化学式3]
对此，在本实施方式的液晶显示装置中，如图1所示，直线偏振片21的偏振光透射轴(即，背光源光的偏振方向21A)配置在与取向膜23的吸收各向异性大的方向(即，顺式异构体的吸收轴方向23A)交叉的方向上，从而能够抑制顺式异构体的吸收和异构反应。因此，能够防止取向膜23的取向限制的降低。此外，优选直线偏振片21的偏振光透射轴和取向膜23的吸收各向异性大的方向所成的角度为45°以上，更优选为60°以上，进一步优选实质上正交，特别优选正交。另外，取向膜23的吸收各向异性大的方向能够以对于可见光(波长380nm以上且不到800nm)的吸收为基准来决定，在偶氮苯的吸收光谱中，吸收的峰值在波长440nm附近，因此能够以对于400～500nm的波长区域的光(蓝色可见光)的吸收为基准来决定。
在第一基板22和第二基板42的一者或两者设置有用于对液晶层30施加电压的电极。当通过上述电极对液晶层30施加电压时，液晶分子31的取向根据施加电压的大小而变化。由此，能够控制透过液晶层30的偏振光的偏振状态。上述电极通常是成为取向膜23的基底的层。作为构成上述电极的材料，能够列举氧化铟锡(Indium Tin Oxide：ITO)、氧化铟锌(Indium Zinc Oxide：IZO)等的透明导电材料。
在第二基板42的观察面侧配置有直线偏振片(偏光板)43。透过第二基板42的光入射到直线偏振片43，只有沿着直线偏振片43的偏振光透射轴振动的直线偏振光透过。直线偏振片43的偏振光透射轴方向优选与直线偏振片21的偏振光透射轴方向交叉，更优选实质上正交，特别优选正交。直线偏振片43能够使用与直线偏振片21同样的偏振片。另外，在直线偏振片43与第二基板42之间可以配置相位差膜等的光学膜。
本实施方式的液晶显示装置包括：液晶显示面板；TCP(Tape Carrier Package，带载封装)、PCB(印刷配线基板)等的外部电路；视角扩大膜、亮度提高膜等的光学膜；背光源单元；边框(框)等的多个部件，根据部件，可以将其组装到其它的部件。已经说明的部件以外的部件没有特别限定，能够使用在液晶显示装置的领域中通常使用的部件，因此省略说明。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是说明过的各事项能够应用于本发明的所有结构。
以下列举实施例来对本发明更加详细地进行说明，但是本发明不仅限于这些实施例。
(实施例1)
通过以下的方法制作具有实施方式1的结构的液晶显示装置。作为第一基板22，准备了在厚度0.7mm的玻璃基板上形成有TFT、FFS电极构造等的TFT基板。TFT是由作为氧化物半导体的IGZO(铟-镓-锌-氧)形成沟道的晶体管。FFS电极构造中，电极宽度L为3μm，电极间隔S为5μm。构成FFS电极构造的像素电极使用ITO制的透明电极。像素电极的厚度为300nm。另外，作为第二基板42，准备了具有黑矩阵、滤色片和光间隔件的CF基板。光间隔件的高度为3.5μm。
在第一基板22和第二基板42上涂敷取向膜溶液。取向膜溶液的固态部分是包含聚酰胺酸的材料，包含由下述式(4)表示的构造单位。取向膜溶液的溶剂使用将N-甲基-2-吡咯烷酮和乙二醇单丁基醚等量混合而成的溶剂。取向膜溶液中的固态部分浓度为4wt％。
[化学式4]
上述式(4)中，X表示烃基，Y是由下述式(5)表示的构造单位，在主链中包含作为光官能基的偶氮苯构造。n是任意的数。
[化学式5]
在上述式(5)中，结合位置不被固定的基表示与苯环的任意位置结合。修饰基R1、R3和间隔部R2、R4各自独立，也可以不存在。修饰基R1和R3是一价的有机基，也可以不存在。间隔部R2和R4是单键或者一价的有机基。
在涂敷取向膜溶液后，将两基板22、42在70℃下预干燥2分钟。接着，进行光取向处理，对预干燥后的两基板22、42的表面，从基板法线方向在波长365nm下以1J/cm2的强度照射直线偏振紫外线。照射的偏振紫外线的偏振度在波长365nm下为7︰1。
之后，进行正式烧制，在120℃下将两基板22、42加热20分钟后，在200℃下将两基板22、42加热30分钟。通过正式烧制，上述固态部分被亚胺化(酰胺酸构造的脱水闭环反应)，成为由下述式(6)表示的聚酰亚胺。此外，通过光取向处理后的正式烧制使得热自我组织化有效地进行，因此，上述固态部分优选在光取向处理时为由上述式(4)表示的聚酰胺酸的状态。正式烧制后的膜厚为100nm左右。由此，形成了取向膜23、41。
[化学式6]
此外，上述式(6)中的X、Y和n与上述式(4)相同。
接着，利用分配器在第一基板22描绘热可见光兼用密封材料(协立化学产业社制，商品名：WORLD ROCK)。然后，一边调整朝向以使得在光取向处理中照射的紫外线的偏振方向相互平行，一边夹着液晶材料使第一基板22与第二基板42贴合，由此，制作显示单元。此外，作为液晶材料，使用具有负的介电各向异性，散射指数(Scattering Parameter：SP)为9.0×109N-1的材料。另外，在基板22、42贴合时，将显示区域遮光，进行用于将密封材料固化的曝光。
此外，上述散射指数是由下述式定义的值(参照日本专利第4990402号公报)。
SP＝(Δn×(ne+no)2×Δn)/K
在上述式中，Δn表示液晶材料的折射率各向异性，ne表示液晶材料的异常光折射率，no表示液晶材料的常光折射率，K是表示喷涂K11、旋转K22、弯曲K33的弹性常数的平均值。
之后，通过在130℃下加热40分钟进行液晶分子31的再取向处理，同样获得一轴取向的FFS模式用的液晶面板。图2是说明水平取向模式下的取向膜和液晶分子的关系的图。如图2所示，构成取向膜23、41的高分子具有在主链P1包含光官能部位P2的结构，液晶分子31相对于构成取向膜23、41的高分子水平取向。
对于得到的FFS模式用的液晶面板，在第一基板22的背面侧(背光源光入射面侧)和第二基板42的观察面侧(背光源光的出射面侧)分别以成为图1所示的轴的配置关系的方式粘贴偏光板21、43。此外，在本实施例中使用的偏光板21、43的偏振度是12000︰1。另外，取向膜23的吸收各向异性大的方向和液晶分子的取向方向31A均相当于与光取向处理时的紫外线的偏振方向正交的方向。通过以上步骤，制作了带偏光板的液晶面板。
本实施例的带偏光板的液晶面板中的取向膜23、41相对于可见光具有吸收各向异性。图3表示关于取向膜23、41的吸收各向异性的确认结果。
图3是表示在实施例1使用的光取向膜的正式烧制后的序参数的图表。序参数S是由S＝(A//-A⊥)/(A//+2A⊥)定义的值。在此，A//表示与光取向处理时的紫外线的偏振方向平行的方向的吸光度，A⊥表示与光取向处理时的紫外线的偏振方向垂直的方向的吸光度。根据上述定义可以明确，序参数S为负是表示与偏振方向的平行方向比垂直方向的吸收大。
从图3可知，在300～400nm附近的波长区域和400～500nm附近的波长区域，取向膜23的吸收各向异性大的方向存在于与光取向处理时的紫外线的偏振方向正交的方向。一般来说，可知偶氮苯通过近紫外光(波长320nm附近)的照射而从反式异构体向顺式异构体进行异构化，通过可见光(波长440nm附近)的照射而从顺式异构体向反式异构体进行异构化。据此，认为在图3的300～400nm附近的波长区域出现的波峰是由反式异构体引起的，在400～500nm附近的波长区域出现的波峰是由顺式异构体引起的。
图4是表示白色LED背光源的发射光谱的图表。从图4可知，背光源光包含波长400～500nm附近的蓝色的可见光。由此可知：当以取向膜23的顺式异构体的吸收轴方向23A和从背光源10通过偏光板21入射的偏振光的方向为相同方向的方式配置偏光板21和面板时，在液晶显示装置的使用时，偶氮苯的顺式异构体吸收背光源光。当顺式异构体吸光时，发生异构反应而生成反式异构体，产生向与本来意图方向不同的方向的取向力。这引起了黑显示时的来自面板的漏光的增加，降低了液晶显示装置的对比度。
而在本实施例中，由于以取向膜23中的顺式异构体的吸收轴方向23A和来自背光源10侧的入射光的偏振方向正交的方式配置，因此能够抑制顺式异构体的吸光，能够长期实现对比度特性良好的液晶面板。
另外，构成取向膜23的偶氮苯，使液晶分子31向与光取向处理时被照射的偏振光方向正交的方向水平取向。即，通过光取向处理，使得对取向膜23赋予的吸收轴方向(吸收各向异性大的方向)23A和液晶层30的在阈值电压以下的液晶分子31的取向方向31A平行。因此，本实施例中，向使用时的液晶面板去的入射光，不仅在取向膜23中的顺式异构体的吸收轴方向23A配置，还以与液晶分子31的长轴方向正交的方式配置，因此还能够同时获得抑制长期使用的液晶材料的光劣化的效果。
为了实际确认以上的效果，使用具有图4所示的发射光谱的、亮度10,000cd/m2的白色LED背光源，对实施例1中制作的带偏光板的液晶面板在非驱动状态下实施1,000小时的曝露试验。
在上述曝露试验的前后，显微镜观察液晶面板时，实施例1的液晶面板在暴露试验前后未发现变化。
另外，在上述曝露试验的前后，使用光电子倍增管测定黑显示时(对液晶层无施加电压时)的漏光量的结果在曝露试验前后也相等。
根据以上的确认结果可知，在实施例1中，能够抑制曝露试验中的顺式异构体的反应，能够以较高水准保持取向限制。
另外，在曝露试验的前后，测定电压保持率(VHR)。其结果是，实施例1的液晶面板在试验前的VHR为99.2％，试验后的VHR为98.0％。根据该结果可知，在曝露试验前后VHR的变化小，VHR的可靠性良好。这是因为，在实施例1中使用的取向膜23使液晶分子31在与光取向处理时的紫外线的偏振方向正交的方向(与取向膜23的顺式异构体的吸收轴方向23A平行的方向)取向，从而在曝露试验中透过直线偏振片21照射的偏振光入射到与液晶分子31的长轴方向正交的方向。另外，由于能够抑制取向膜23中的顺式异构体的吸收，因此不仅能够抑制生成反式异构体的异构反应，还能够抑制离子化反应、分解反应，由此认为有助于抑制VHR的降低。
(比较例1)
图11是示意地表示比较例1的液晶显示装置的结构的分解立体图。比较例1的液晶面板与实施例1同样制作，从背面侧依次具有：发出包含可见光的光的背光源110；直线偏振片121；第一基板122；取向膜123；液晶层130；取向膜141；和第二基板142。对该FFS模式用的液晶面板，在第一基板122的背面侧(背光源光入射面侧)和第二基板142的观察面侧(背光源光的出射面侧)分别以成为图11所示的轴的配置关系的方式粘贴偏光板121、143。与实施例1相比，本比较例成为使偏光板121、143相对于FFS模式用的液晶面板旋转90°配置的方式。
在比较例1的结构中，取向膜123中的顺式异构体的吸收轴方向和来自背光源110侧的入射光的偏振方向为相同方向，因此，在使用液晶显示装置时，对波长400～500nm带有吸收的顺式异构体发生反应。因此，向实施取向处理的方向不同的方向产生取向力，黑显示时的来自面板的漏光增加。
为了实际确认以上的结果，在与实施例1相同的条件下，对在比较例1中制作的带偏光板的液晶面板进行了背光源曝露试验。
在上述曝露试验的前后，显微镜观察液晶面板时，比较例1的液晶面板在暴露试验前未被观察到的像素的粗糙在暴露试验后被观察到。
另外，在上述曝露试验的前后，在使用光电子倍增管测定黑显示时(对液晶层无施加电压时)的漏光量的结果中，观察到5％的劣化。
如上所述，实际确认了与实施例1相比在比较例1中取向性的耐光性劣化。
这被认为是因为，在比较例1中，因LED背光源的背光源光所包含的可见光的蓝色成分，在曝露时使取向膜中的顺式异构体发生反应，使取向限制降低。
另外，测定曝露试验前后的电压保持率。其结果是，比较例1的液晶面板的试验前的VHR是99.3％，试验后的VHR是97.1％。根据该结果确认了与实施例1相比，电压保持率的耐光性降低。这是因为，在比较例1中使用的取向膜123使液晶分子131在与光取向处理时的紫外线的偏振方向正交的方向(与取向膜123的顺式异构体的吸收轴方向和平行方向)取向，因此在曝露试验中透过直线偏振片121照射的偏振光入射到与液晶分子131的长轴方向平行的方向。
(实施例2)
除了在光取向处理中照射的偏振紫外线的偏振度在波长365nm下为30︰1之外，与实施例1同样地制作带偏光板的液晶面板。
图5是表示对实施例1～3的液晶面板测定初始对比度后的结果的图表。如图5所示，在评价实施例1的液晶面板和实施例2的液晶面板的初始对比度时，实施例2的液晶面板更多出10％为良好。即，在实施例2中，提高了在光取向处理时照射的紫外线的偏振度，与实施例1相比能够使对比度性能更高。根据以上可知，利用偏振度30︰1以上的光实施的取向处理，在使光取向膜的取向性能成为最大限度的方面是优选的。能够提高初始对比度性能的理由是因为能够提高上述序参数S。当初始取向的序参数S高时，吸收的各向异性大，所以更容易受到入射到液晶面板的光的偏振方向的影响，能够使提高取向的耐光性的本发明的效果更加显著。
另外，与实施例1同样地实施了曝露试验。在曝露试验的前后，使用光电子倍增管测定黑显示时(对液晶层无施加电压时)的漏光量的结果在曝露试验前后相等。根据以上可确认出能够确保优良的耐光性。
(实施例3)
除了在光取向处理中照射的偏振紫外线的偏振度在波长365nm下为100︰1以外，与实施例1同样制作出带偏光板的液晶面板。
如图5所示，当评价实施例1的液晶面板和实施例3的液晶面板的初始对比度时，实施例3的液晶面板更多出11％为良好。与实施例2同样，提高了在光取向处理时照射的紫外线的偏振度，由此能够使对比度性能更高，但是，与实施例1至实施例2的改善效果相比，实施例2至实施例3的改善效果小。根据以上可知，在偏振度30︰1以上中，液晶面板的对比度性能大致饱和。因此，偏振度的适合的范围为30︰1以上。
另外，与实施例1同样地实施了曝露试验。在曝露试验的前后，使用光电子倍增管测定黑显示时(向液晶层无施加电压时)的漏光量的结果在曝露试验前后相等。根据以上可确认出能够确保优良的耐光性。
(实施例4和5)
在实施例4中，除了作为液晶材料具有负的介电各向异性，且使用散射指数为5.0×109N-1的材料之外，与实施例1同样地制作出带偏光板的液晶显示面板。在实施例5中，除了作为液晶材料具有负的介电各向异性，且使用散射指数为7.0×109N-1的材料之外，与实施例1同样地制作出带偏光板的液晶显示面板。
评价实施例1的液晶面板与实施例4和5的液晶面板的初始对比度。其结果是，实施例4的液晶面板的黑显示时(向液晶层无施加电压时)的漏光量比实施例1的液晶面板少8％。另外，实施例5的液晶面板的黑显示时的漏光量比实施例1的液晶面板少3％。如上所述，使用散射指数低的液晶材料，能够抑制液晶层30的光的散射，能够进一步提高对比度性能。
(实施例6和7)
在实施例6中，除了使构成FFS电极构造的像素电极的厚度为150nm以外，与实施例1同样地制作出带偏光板的液晶面板。在实施例7中，除了令构成FFS电极构造的像素电极的厚度为80nm之外，与实施例1同样地制作出带偏光板的液晶面板。图6是表示在实施例6和7使用的TFT基板中的像素电极附近的结构的截面示意图。图6表示有FFS电极构造所包含的作为一对电极的像素电极24和面状的共用电极26、将像素电极24与共用电极26电绝缘的绝缘膜25、以及形成在像素电极24上的取向膜23。
当像素电极24变厚时，因以下的理由产生光漏。
如图6所示，在像素电极24的端部具有倾斜(斜面)部24A，因此，在将取向膜溶液涂敷在基板后，至完成预干燥处理之间，倾斜部24A上的溶液流到绝缘膜25上。在此，当像素电极24的厚度大时，伴随于此的倾斜部24A的宽度W变宽，流到绝缘膜25上的溶液的量变多，因此，作为漏光被观察到。因此，在实施例1中，存在沿着作为开口部的像素电极24被发现轻微漏光的部分。
对此，使像素电极24的厚度在一定值以下，能够抑制像素电极24端部的漏光，能够使对比度性能更高。在利用显微镜观察在实施例6和7中制作的液晶面板时，沿着作为开口部的像素电极24的漏光完全观察不到。根据该实施例6和7的结果，可以说优选使像素电极24的厚度在150nm以下。
此外，在IPS模式中，取向膜23不仅覆盖像素电极24而且覆盖共用电极地配置。因此，在IPS模式的情况下，优选使像素电极24和共用电极的厚度在150nm以下。
(实施例8)
本发明不仅能够应用于IPS模式、FFS模式等的水平取向模式，也能够应用于垂直取向模式。实施例8是将本发明应用于作为垂直取向模式中的一种的垂直定向扭曲向列(Vertical Alignment Twisted Nematic(VATN))模式的例子。
图7是示意地表示实施例8的液晶显示装置的结构的分解立体图。图8是说明实施例8中的光取向处理的图。
利用以下的方法制作具有实施例8的结构的液晶显示装置。
作为第一基板22，准备在厚度0.7mm的玻璃基板上形成有TFT、FFS电极构造等的TFT基板。TFT是由作为氧化物半导体的IGZO(铟-镓-锌-氧)形成沟道的晶体管。像素电极使用ITO制的透明电极。像素电极的厚度为150nm。作为第二基板42准备具有黑矩阵、滤色片和光间隔件和ITO制的透明电极的CF基板。光间隔件的高度为3.5μm。
在第一基板22和第二基板42上涂敷取向膜溶液。取向膜溶液的固态部分是包含聚酰胺酸的材料，与实施例1的材料的二胺构造不同，是在侧链具有作为光官能基的偶氮苯构造的垂直取向性的取向膜材料。取向膜溶液的溶剂使用将N-甲基-2-吡咯烷酮和乙二醇单丁基醚等量混合而成的溶剂。取向膜溶液中的固态部分浓度为4wt％。
在涂敷取向膜溶液后，将两基板22、42在70℃下预干燥2分钟。接着，进行正式烧制，在230℃对基板22、42加热30分钟。正式烧制后的膜厚是100nm程度。
然后，进行光取向处理，如图8所示，对两基板22、42的表面，从自基板面法线方向倾斜40°的斜方向，将P偏振光的直线偏振紫外线(图8中的空心箭头)在波长365nm下以1J/cm2的强度进行照射。照射的偏振紫外线的偏振度在波长365nm下为7︰1。此时，以在每一个像素中形成4个畴的方式，对取向膜23、41各自沿图7所示的4个方向D1、D2、D3和D4进行光取向处理。
之后，与实施例1同样地进行密封材料的描绘、液晶材料的密封、基板22、42的贴合、再取向处理等，制作出液晶面板。此外，基板22、42的贴合，如图7所示，以对基板22、42进行的光取向处理的方向D1、D2、D3和D4相互正交的方式进行。另外，作为液晶材料，使用具有负的介电各向异性的负型液晶。
对得到的液晶面板，在第一基板22的背面侧(背光源光入射面侧)和第二基板42的观察面侧(背光源光的出射面侧)以成为图7所示的轴的配置关系的方式分别粘贴偏光板21、43。此外，本实施例中使用的偏光板21、43的偏振度是12000︰1。如以上的方式，制作出带偏光板的液晶面板。
本实施例的带偏光板的液晶面板的显示模式是VATN模式。在VATN模式中，当基板22、42之间被施加阈值以上的AC电压时，液晶分子31具有在基板22、42间的基板面法线方向上扭转90°的构造，并且，AC电压施加时的平均的液晶指向矢方向在俯视基板22、42时成为将对于基板22、42的光照射方向分为两部分的朝向。即，能够形成以位于液晶层30的厚度方向的中央附近的液晶分子31的取向方向相互正交的方式构成的4个畴。如上所述，在VATN模式中，一个像素被划分为4个畴，所以能够实现广视角。
本实施例的带偏光板的液晶显示面板中的取向膜23、41对可见光具有吸收各向异性。在本实施例中，取向膜23的吸收各向异性大的方向相当于与光取向处理时的紫外线的偏振方向正交的方向。由此，取向膜23中的顺式异构体的吸收轴方向23A和来自背光源侧的入射光的偏振方向正交地配置。由此，能够抑制顺式异构体的吸光，能够长期实现对比度特性的良好的液晶面板。
为了实际确认以上的效果，将在实施例8中制作的带偏光板的液晶面板在非驱动状态下，使用具有图4所示的发射光谱、亮度10,000cd/m2的白色LED背光源，实施1,000小时的曝露试验。
在上述曝露试验的前后，显微镜观察液晶面板时，实施例8的液晶面板在暴露试验前后未发现变化。
另外，在上述曝露试验的前后，使用光电子倍增管测定黑显示时(向液晶层无施加电压时)的漏光量的结果在曝露试验前后相等。
根据以上的确认结果可知，在实施例8中，能够抑制曝露试验中的顺式异构体的反应，能够以高的水准保持取向限制。
另外，在曝露试验的前后，测定电压保持率(VHR)。其结果，实施例8的液晶面板中，试验前的VHR为99.0％，试验后的VHR为98.1％。根据该结果可知，在曝露试验前后，VHR的变化小，VHR的可靠性良好。这是因为，在实施例8中使用的取向膜23使液晶分子31垂直取向，所以在曝露试验中透过直线偏振片21照射的偏振光在与液晶分子31的长轴方向正交的方向入射。
以下，参照图9和图10对本实施例中说明的垂直取向模式和实施例1～5中说明的水平取向模式的不同进行补充说明。
图9是说明垂直取向模式下的光官能基与液晶分子的关系的图。图10是说明垂直取向模式的光取向处理中的偏振光与顺式异构体的吸收轴方向的关系的图。
如图9所示，在垂直取向模式中，与水平取向模式不同，构成取向膜23的高分子在侧链中具有光官能部位P2和液晶取向部位P3。在此，液晶取向部位P3一般是具有与液晶分子的骨骼类似的构造(介晶基团)的部位。光官能部位P2和液晶取向部位P3相对于基板面立起，因此，因偏振光照射而产生的顺式异构体的吸收各向异性大的方向(顺式异构体的吸收轴方向23A)是与偏振光垂直的方向，这与水平取向模式的情况同样，但是，其吸收各向异性的大小比水平取向模式的情况小。因此，认为在蓝色可见光从背光源10侧通过偏光板21入射时，该光对异构反应的影响变小。根据以上的情况，在水平取向模式中，本发明的效果被最大限度发挥。
[附记]
从以上的实施方式和实施例可以得出以下所示的本发明的各方式。各方式在不脱离本发明的主旨的范围内可以适当组合。
本发明的一方式是液晶显示装置，其从背面侧起依次具有发出包含可见光的光的背光源10、直线偏振片21、第一基板22、取向膜23、含有液晶分子31的液晶层30和第二基板42，上述取向膜23对可见光具有吸收各向异性，且包含具有因可见光的吸收而发生异构反应的偶氮苯构造的材料，上述直线偏振片的偏振光透射轴位于与上述取向膜的吸收各向异性大的方向交叉的方向上。
根据上述方式的液晶显示装置，能够防止背光源光由光取向处理后的取向膜23中包含的偶氮苯的顺式异构体吸收，从而能够抑制产生向与光取向处理所控制的方向不同的方向进行取向限制的反式异构体的异构反应。由此，在背光源光长时间点亮的情况下，能够维持取向膜23的良好的取向限制。因此，能够提供长期防止黑显示时的漏光的增加且对比度特性的良好的液晶显示装置。
在上述方式中，由上述取向膜23赋予的上述液晶分子31的预倾角实质上为0°。在这样的结构中，通过抑制偶氮苯的顺式异构体所进行的吸收，能够使获得的效果更大。
在上述方式中，显示模式可以为IPS模式或者FFS模式。在这样的结构中，通过抑制偶氮苯的顺式异构体所进行的吸收，能够使获得的效果更大。
在上述方式中，上述液晶分子31可以具有负的介电常数各向异性。这样的结构中，通过抑制偶氮苯的顺式异构体所进行的吸收，能够使获得的效果更大。
在上述方式中，上述取向膜23的吸收各向异性大的方向可以与上述液晶层30的在阈值电压以下的液晶分子的取向方向31A平行。通过采用这样的结构，从背光源10向液晶面板去的入射光与液晶分子31的长轴方向交叉，所以能够抑制长期使用导致的液晶材料的光劣化。
在上述方式中，上述液晶层可以包含散射指数为9.0×109N-1以下的液晶材料。通过使用散射指数低的液晶材料，能够抑制液晶层30的光的散射，能够使对比度性能更高。
在上述方式中，上述第一基板22具有厚度为150nm以下的像素电极24，上述取向膜23覆盖上述像素电极24。通过使像素电极24的厚度为150nm以下，能够充分抑制像素电极24的端部的漏光，能够使对比度性能更高。
另外，本发明的另一方式是用于制造上述液晶显示装置的液晶显示装置的制造方法，对上述取向膜23进行的取向处理使用偏振度30︰1以上的直线偏振紫外线进行。在上述方式的液晶显示装置的制造方法中，利用偏振度高的光进行光取向处理，所以能够使取向膜23的取向性能成为最大限度，其结果是，能够提高初始对比度性能。另外，伴随初始对比度性能提高，通过适当设置直线偏振片21的偏振光透射轴与取向膜23的吸收各向异性大的方向的关系，能够使本发明所获得的效果更加显著。
附图标记说明
10：背光源
21：直线偏振片(偏光板)
21A：背光源光的偏振方向
22：第一基板
23：取向膜
23A：顺式异构体的吸收轴方向
24：像素电极
24A：倾斜部
25：绝缘膜
26：共用电极
30：液晶层
31：液晶分子
31A：液晶分子的取向方向
41：取向膜
42：第二基板
43：直线偏振片(偏光板)
D1～D4：光取向处理的方向
P1：高分子的主链
P2：高分子的光官能部位
P3：高分子的液晶取向部位
W：倾斜部的宽度。

Claims (8)

1.一种液晶显示装置，其特征在于：
从背面侧起依次具有发出包含可见光的光的背光源、直线偏振片、第一基板、取向膜、含有液晶分子的液晶层和第二基板，
所述取向膜对可见光具有吸收各向异性，且包含具有因可见光的吸收而发生异构反应的偶氮苯构造的材料，
所述直线偏振片的偏振光透射轴位于与所述取向膜的吸收各向异性大的方向交叉的方向上。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
由所述取向膜赋予的所述液晶分子的预倾角实质上为0°。
3.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：
显示模式是IPS模式或者FFS模式。
4.如权利要求1～3中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述液晶分子具有负的介电常数各向异性。
5.如权利要求1～4中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述取向膜的吸收各向异性大的方向与所述液晶层的在阈值电压以下的液晶分子的取向方向平行。
6.如权利要求1～5中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述液晶层包含散射指数为9.0×109N-1以下的液晶材料。
7.如权利要求1～6中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述第一基板具有厚度为150nm以下的像素电极，所述取向膜覆盖所述像素电极。
8.一种液晶显示装置的制造方法，其用于制造权利要求1～7中任一项所述的液晶显示装置，所述液晶显示装置的制造方法的特征在于：
对所述取向膜进行的取向处理使用偏振度30︰1以上的直线偏振紫外线进行。
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