液晶显示单元及其制造方法 技术领域 本发明涉及一种包括液晶显示装置的液晶显示单元， 其中液晶层封装在相对面上 具有取向膜的一对基板之间， 还涉及制造液晶显示单元的方法。
背景技术 近年来， 液晶显示器 (LCD ： liquid crystal display) 常常用作液晶电视、 笔记本 个人电脑和车载导航系统等的监视器。 液晶显示器根据基板之间夹持的液晶层中所含的液 晶分子的分子排列 ( 取向 ) 而分类为各种显示模式 ( 方式 )。作为一种显示模式， 例如， 在 未施加电压的状态下液晶分子扭曲取向的 TN( 扭曲向列 ) 模式是公知的。在 TN 模式中， 液 晶分子具有正的介电常数各向异性， 即， 具有液晶分子长轴方向的介电常数大于液晶分子 短轴方向的介电常数的特性。 因此， 液晶分子在垂直于基板面的方向上排列， 同时在平行于 基板面的平面内液晶分子的取向方向顺次旋转。
另一方面， 在未施加电压的状态下液晶分子垂直于基板面取向的 VA( 垂直排列 ) 模式日益引起人们关注。在 VA 模式中， 液晶分子具有负的介电常数各向异性， 即， 具有液 晶分子长轴方向的介电常数小于液晶分子短轴方向的介电常数的特性， 并且能够实现比 TN 模式更宽的视角。
在这种 VA 模式液晶显示器中， 在施加电压的情况下， 发生应答， 使得由于负的介 电常数各向异性的原因， 在垂直于基板方向上取向的液晶分子倒在平行于基板的方向上， 从而光透过。然而， 在垂直于基板方向上取向的液晶分子倒下的方向是任意的。因此， 在施 加电压的情况下， 液晶分子的取向混乱， 这导致对电压的应答特性恶化。
因此， 为了改善应答特性， 已经研究了用于调控液晶分子响应于电压而倒下的方 向的技术。 具体例子包括通过使用经照射紫外光的直线偏振光或从斜对基板面的方向照射 紫外光而形成的取向膜来赋予液晶分子预倾斜的技术 ( 光取向膜技术 ) 等。作为光取向膜 技术， 例如， 通过向由含有查耳酮结构的聚合物构成的膜照射紫外光的直线偏振光或从斜 对基板面的方向照射紫外光并使查耳酮结构中的双键部分交联而形成取向膜的技术是已 知的 ( 参考专利文献 1 ～ 3)。此外并且除此之外， 还存在通过使用乙烯基肉桂酸酯衍生物 聚合物和聚酰亚胺的混合物而形成取向膜的技术 ( 参考专利文献 4)。此外， 通过向含有聚 酰亚胺的膜照射波长 254nm 的直线偏振光并使一部分聚酰亚胺分解而形成取向膜的技术 ( 参考专利文献 5) 等是已知的。 此外， 作为光取向膜技术的周边技术， 存在通过在用直线偏 振光或倾斜光照射的由含有二色性光反应性构成单元 ( 如偶氮苯衍生物 ) 的聚合物构成的 膜上形成由液晶性高分子化合物构成的膜， 从而形成液晶性取向膜的技术 ( 参考专利文献 6)。
引用文献列表
专利文献
专利文献 1 ： 日本专利申请未审查公开 No.10-087859
专利文献 2 ： 日本专利申请未审查公开 No.10-252646
专利文献 3 ： 日本专利申请未审查公开 No.2002-082336 专利文献 4 ： 日本专利申请未审查公开 No.10-232400 专利文献 5 ： 日本专利申请未审查公开 No.10-073821 专利文献 6 ： 日本专利申请未审查公开 No.11-326638发明内容 然而， 在上述光取向膜技术中， 尽管应答特性得以改善， 但存在的问题是， 在形成 取向膜时， 必须使用大的光照射设备， 如照射直线偏振光的设备和从斜对基板面的方向照 射光的设备。 此外， 存在的问题是， 为制造具有为了实现更宽视角而在像素内设置多个亚像 素以分割液晶分子取向的多区域的液晶显示器， 必须使用更大的设备， 并且制造步骤复杂。 具体而言， 在具有多区域的液晶显示器中， 形成取向膜， 使得对于每个亚像素赋予不同的预 倾斜。 因此， 在上述光取向膜技术用于制造具有多区域的液晶显示器的情况下， 对于每个亚 像素照射光。因此， 必须对于每个亚像素使用掩模图案， 从而导致更大的光照射设备。
本发明有鉴于上述问题， 本发明的第一个目的是提供一种应答特性能够改善的包 括液晶显示装置的液晶显示单元。此外， 本发明的第二个目的是提供一种无需使用大的设 备制造应答特性能够容易地改善的液晶显示单元的方法。
实现上述第一目的的根据本发明第一方面的液晶显示单元包括液晶显示装置， 所 述液晶显示装置具有设置在一对基板的相对面侧上的一对取向膜以及设置在所述一对取 向膜之间并含有具有负的介电常数各向异性的液晶分子的液晶层， 其中所述一对取向膜中 的至少一个取向膜含有通过使具有作为侧链的交联性官能团的高分子化合物交联而获得 的化合物 ( 为简便起见， 称作″取向处理后的化合物″ )， 和通过交联的化合物 (″取向处 理后的化合物″ ) 赋予液晶分子预倾斜。此外， 实现上述第一目的的根据本发明第一方面 的液晶显示装置由根据本发明第一方面的液晶显示单元中的液晶显示装置构成。 在这种情 况下，″交联性官能团″是指能够形成交联的结构 ( 交联结构 ) 的基团。
实现上述第一目的的根据本发明第二方面的液晶显示单元包括液晶显示装置， 所 述液晶显示装置具有设置在一对基板的相对面侧上的一对取向膜以及设置在所述一对取 向膜之间并含有具有负的介电常数各向异性的液晶分子的液晶层， 其中所述一对取向膜中 的至少一个取向膜含有通过使具有作为侧链的感光性官能团的高分子化合物变形而获得 的化合物 ( 为简便起见， 称作″取向处理后的化合物″ )， 和通过变形的化合物 (″取向处 理后的化合物″ ) 赋予液晶分子预倾斜。此外， 实现上述第一目的的根据本发明第二方面 的液晶显示装置由根据本发明第二方面的液晶显示单元中的液晶显示装置构成。 在这种情 况下，″感光性官能团″是指能够吸收能量线的基团。
实现上述第二目的的根据本发明第一方面的制造液晶显示单元的方法 ( 或制造 液晶显示装置的方法 )， 包括以下步骤 ： 在一对基板中的一个基板上形成由具有作为侧链 的交联性官能团的高分子化合物 ( 为简便起见， 称作″取向处理前的化合物″ ) 构成的第 一取向膜 ； 在所述一对基板中的另一个基板上形成第二取向膜 ； 配置所述一对基板使得第 一取向膜和第二取向膜彼此相对， 并在第一取向膜和第二取向膜之间封装含有具有负的介 电常数各向异性的液晶分子的液晶层 ； 和在封装所述液晶层后， 使所述高分子化合物 ( 取 向处理前的化合物 ) 交联， 从而赋予液晶分子预倾斜。
在这种情况下， 在根据本发明第一方面的制造液晶显示单元的方法 ( 或制造液晶 显示装置的方法 ) 中， 可以在通过向所述液晶层施加给定电场使所述液晶分子取向的同 时， 通过照射紫外线使所述高分子化合物 (″取向处理前的化合物″ ) 的侧链交联。
在这种情况下， 优选的是， 在向所述液晶层施加电场的同时照射紫外线使得所述 液晶分子斜对所述一对基板中的至少一个基板的表面排列。 此外， 优选的是， 所述一对基板 由具有像素电极的基板和具有对向电极的基板构成， 并且从具有像素电极的基板侧照射紫 外线。一般而言， 在具有对向电极的基板侧上形成滤色片。存在紫外线被滤色片吸收并且 取向膜材料的交联性官能团的反应难以进行的可能性。因此， 如上所述， 优选的是， 从未形 成滤色片的具有像素电极的基板侧照射紫外线。 在滤色片形成于具有像素电极的基板侧上 的情况下， 优选的是， 从具有对向电极的基板侧照射紫外线。基本上， 由电场的方向确定将 被赋予预倾斜的液晶分子的方位角 ( 偏转角 )， 并由电场强度确定极角 ( 天顶角 )。这同样 适用于后述的根据第二方面和本发明第三方面的制造液晶显示单元的方法。
实现上述第二目的的根据本发明第二方面的制造液晶显示单元的方法 ( 或制造 液晶显示装置的方法 )， 包括以下步骤 ： 在一对基板中的一个基板上形成由具有作为侧链 的感光性官能团的高分子化合物 ( 为简便起见， 称作″取向处理前的化合物″ ) 构成的第 一取向膜 ； 在所述一对基板中的另一个基板上形成第二取向膜 ； 配置所述一对基板使得第 一取向膜和第二取向膜彼此相对， 并在第一取向膜和第二取向膜之间封装含有具有负的介 电常数各向异性的液晶分子的液晶层 ； 和在封装所述液晶层后， 使所述高分子化合物 ( 取 向处理前的化合物 ) 变形， 从而赋予液晶分子预倾斜。 在这种情况下， 在根据本发明第二方面的制造液晶显示单元的方法 ( 或制造液晶 显示装置的方法 ) 中， 可以在通过向所述液晶层施加给定电场使所述液晶分子取向的同 时， 通过照射紫外线使所述高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 的侧链变形。
实现上述第二目的的根据本发明第三方面的制造液晶显示单元的方法 ( 或制造 液晶显示装置的方法 )， 包括以下步骤 ： 在一对基板中的一个基板上形成由具有作为侧链 的交联性官能团或感光性官能团的高分子化合物 ( 为简便起见， 称作″取向处理前的化合 物″ ) 构成的第一取向膜 ； 在所述一对基板中的另一个基板上形成第二取向膜 ； 配置所述 一对基板使得第一取向膜和第二取向膜彼此相对， 并在第一取向膜和第二取向膜之间封装 含有具有负的介电常数各向异性的液晶分子的液晶层 ； 和在封装所述液晶层后， 向高分子 化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 照射能量线， 从而赋予液晶分子预倾斜。在这种情况下， 能 量线的例子包括紫外光、 X 射线和电子射线。
在这种情况下， 在根据本发明第三方面的制造液晶显示单元的方法 ( 或制造液晶 显示装置的方法 ) 中， 可以在通过向所述液晶层施加给定电场使所述液晶分子取向的同 时， 向所述高分子化合物照射作为能量线的紫外线。
在一些情况下， 根据本发明第一方面的液晶显示单元或包括上述优选实施方案 的根据本发明第一方面的制造液晶显示单元的方法下面简单地统称作″本发明的第一方 面″。在一些情况下， 根据本发明第二方面的液晶显示单元或包括上述优选实施方案的根 据本发明第二方面的制造液晶显示单元的方法下面简单地统称作″本发明的第二方面″。 在一些情况下， 包括上述优选实施方案的根据本发明第三方面的制造液晶显示单元的方法 下面简单地统称作″本发明的第三方面″。
在本发明的第一方面、 第二方面或第三方面中， 高分子化合物 ( 取向处理前的化 合物 ) 或构成一对取向膜中的至少一个取向膜的化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 可以由具 有作为侧链的式 (1) 代表的基团的化合物构成。为简便起见， 这种结构被称作″本发明的 1A 结构、 本发明的 2A 结构和本发明的 3A 结构″。
-R1-R2-R3 (1)
在式中， R1 代表碳数 3 以上的直链或支链二价有机基团， 并与所述高分子化合物 或交联的化合物 ( 取向处理前的化合物或取向处理后的化合物 ) 的主链结合 ； R2 代表含有 多个环结构的二价有机基团， 并且构成所述环结构的原子之一与 R1 结合 ； 和 R3 代表氢原 子、 卤原子、 烷基、 烷氧基、 具有碳酸酯基团的一价基团或其衍生物。
另外， 在本发明的第一方面、 第二方面或第三方面中， 高分子化合物 ( 取向处理前 的化合物 ) 或构成一对取向膜中的至少一个取向膜的化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 可以 由具有作为侧链的式 (2) 代表的基团的化合物构成。为简便起见， 这种结构被称作″本发 明的 1B 结构、 本发明的 2B 结构和本发明的 3B 结构″。
-R11-R12-R13-R14 (2)
在式中， R11 代表可含有醚基团或酯基团的碳数 1 ～ 20、 优选 3 ～ 12 的直链或支 链二价有机基团， 并与所述高分子化合物或交联的化合物 ( 取向处理前的化合物或取向处 理后的化合物 ) 的主链结合， 或 R11 代表醚基团或酯基团， 并与所述高分子化合物或交联 的化合物 ( 取向处理前的化合物或取向处理后的化合物 ) 的主链结合 ； R12 代表例如含有 查耳酮、 肉桂酸酯、 肉桂酰基、 香豆素、 马来酰亚胺、 二苯甲酮、 降冰片烯、 阿魏酸酯和壳聚糖 中的一种结构的二价基团， 或代表亚乙炔基 ； R13 代表含有多个环结构的二价有机基团 ； 和 R14 代表氢原子、 卤原子、 烷基、 烷氧基、 具有碳酸酯基团的一价基团或其衍生物。
另外， 在本发明的第一方面中， 通过使所述高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 交联而获得的化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 由侧链和将侧链支持到基板的主链构成。所 述侧链与所述主链结合， 并由在其中一部分侧链交联的交联部以及与所述交联部结合的末 端结构部构成。所述液晶分子沿着所述末端结构部定位或夹在所述末端结构部之间， 从而 所述液晶分子被赋予预倾斜。另外， 在本发明的第二方面中， 通过使所述高分子化合物 ( 取 向处理前的化合物 ) 变形而获得的化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 由侧链和将侧链支持到 基板的主链构成。所述侧链与所述主链结合， 并由在其中一部分侧链变形的变形部以及与 所述变形部结合的末端结构部构成。 所述液晶分子沿着所述末端结构部定位或夹在所述末 端结构部之间， 从而所述液晶分子被赋予预倾斜。另外， 在本发明的第三方面中， 通过向高 分子化合物照射能量线而获得的化合物由侧链和将侧链支持到基板的主链构成。 所述侧链 与所述主链结合， 并由在其中一部分侧链交联或变形的交联部或变形部以及与所述交联部 或变形部结合的末端结构部构成。 所述液晶分子沿着所述末端结构部定位或夹在所述末端 结构部之间， 从而所述液晶分子被赋予预倾斜。 为简便起见， 这种结构被称作″本发明的 1C 结构、 本发明的 2C 结构和本发明的 3C 结构″。在本发明的 1C 结构、 本发明的 2C 结构和本 发明的 3C 结构中， 所述末端结构部可以具有介晶基团。
另外， 在本发明的第一方面中， 通过使所述高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 交联而获得的化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 由侧链和将侧链支持到基板的主链构成。所 述侧链与所述主链结合， 并由在其中一部分侧链交联的交联部以及与所述交联部结合且具有介晶基团的末端结构部构成。 为简便起见， 这种结构被称作″本发明的 1D 结构″。 此外， 在本发明的 1D 结构中， 所述主链可以通过共价键结合到交联部， 并且所述交联部可以通过 共价键结合到所述末端结构部。另外， 在本发明的第二方面中， 通过使所述高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 变形而获得的化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 由侧链和将侧链支 持到基板的主链构成。所述侧链与所述主链结合， 并由在其中一部分侧链变形的变形部以 及与所述变形部结合且具有介晶基团的末端结构部构成。为简便起见， 这种结构被称作″ 本发明的 2D 结构″。另外， 在本发明的第三方面中， 通过向高分子化合物 ( 取向处理前的 化合物 ) 照射能量线而获得的化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 由侧链和将侧链支持到基板 的主链构成。所述侧链与所述主链结合， 并由在其中一部分侧链交联或变形的交联部或变 形部以及与所述交联部或变形部结合且具有介晶基团的末端结构部构成。为简便起见， 这 种结构被称作″本发明的 3D 结构″。
在包括本发明的 1A 结构～ 1D 结构的本发明第一方面中， 侧链 ( 更具体而言， 交联 部 ) 可以具有光二聚感光基团。
此外， 在包括上面说明的优选结构和优选构成的本发明第一方面至第三方面中， 第一取向膜的表面粗糙度 Ra 可以为 1nm 以下， 或所述一对取向膜中的至少一个取向膜其表 面粗糙度 Ra 为 1nm 以下。为简便起见， 这种结构被称作″本发明的 1E 结构、 本发明的 2E 结构和本发明的 3E 结构″。表面粗糙度 Ra 按 JIS B 0601 ： 2001 中规定的。 此外， 在包括上面说明的优选结构和优选构成的本发明第一方面至第三方面中， 第二取向膜可以由构成第一取向膜的高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 构成， 或所述 一对取向膜具有相同组成。然而， 只要含有本发明第一方面至第三方面规定的高分子化合 物 ( 取向处理前的化合物 )， 所述一对取向膜可以具有彼此不同的组成， 或第二取向膜可以 由不同于构成第一取向膜的高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 的高分子化合物 ( 取向 处理前的化合物 ) 构成。
此外， 在包括上面说明的优选结构和优选构成的本发明第一方面至第三方面中， 可以设置由电极中形成的狭缝或所述基板中设置的突起构成的取向控制部。
在包括上面说明的优选结构和优选构成的本发明第一方面至第三方面中， 所述主 链可以在重复单元中含有酰亚胺键。此外， 所述高分子化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 可 以包括使所述液晶分相对于所述一对基板在给定方向上取向的结构。此外， 所述一对基板 可以由具有像素电极的基板和具有对向电极的基板构成。
在根据本发明第一方面的液晶显示单元中， 所述一对取向膜中的至少一个取向膜 含有通过使具有作为侧链的交联性官能团的高分子化合物交联而获得的化合物。因此， 交 联的化合物赋予液晶分子预倾斜。 因此， 在电场施加在像素电极和对向电极之间的情况下， 液晶分子应答， 使得其长轴方向成为相对于基板面的给定方向， 并且能够确保良好显示特 性。 此外， 交联的化合物赋予液晶分子预倾斜。 因此， 与未赋予液晶分子预倾斜的情况相比， 取决于电极之间电场的应答速度增大。与未使用交联的化合物赋予预倾斜的情况相比， 容 易保持良好显示特性。
在根据本发明第一方面的制造液晶显示单元的方法中， 在形成含有具有作为侧链 的交联性官能团的高分子化合物的第一取向膜后， 在第一取向膜和第二取向膜之间封装液 晶层。在这种情况下， 通过第一取向膜和第二取向膜使液晶层中的全部液晶分子相对于第
一取向膜和第二取向膜的表面在给定方向 ( 例如， 水平方向、 垂直方向或倾斜方向 ) 上排 列。接下来， 通过在施加电场的同时使交联性官能团反应， 以使高分子化合物交联。由此， 预倾斜能够被赋予交联的化合物附近的液晶分子。即， 通过在液晶分子排列的状态下使高 分子化合物交联， 能够赋予液晶分子预倾斜， 无需在封装液晶层之前向取向膜照射直线偏 振光或倾斜光， 或者无需使用大的设备。因此， 与未赋予液晶分子预倾斜的情况相比， 应答 速度更为改善。
在根据本发明第二方面的液晶显示单元中， 所述一对取向膜中的至少一个取向膜 含有通过使具有作为侧链的感光性官能团的高分子化合物变形而获得的化合物。因此， 变 形的化合物赋予液晶分子预倾斜。 因此， 在电场施加在像素电极和对向电极之间的情况下， 液晶分子应答， 使得其长轴方向成为相对于基板面的给定方向， 并且能够确保良好显示特 性。 此外， 交联的化合物赋予液晶分子预倾斜。 因此， 与未赋予液晶分子预倾斜的情况相比， 取决于电极之间电场的应答速度增大。与未使用变形的化合物赋予预倾斜的情况相比， 容 易保持良好显示特性。
在根据本发明第二方面的制造液晶显示单元的方法中， 在形成含有具有作为侧链 的感光性官能团的高分子化合物的第一取向膜后， 在第一取向膜和第二取向膜之间封装液 晶层。在这种情况下， 通过第一取向膜和第二取向膜使液晶层中的全部液晶分子相对于第 一取向膜和第二取向膜的表面在给定方向 ( 例如， 水平方向、 垂直方向或倾斜方向 ) 上排 列。接下来， 通过在施加电场的同时使高分子化合物变形。由此， 预倾斜能够被赋予变形的 化合物附近的液晶分子。 即， 通过在液晶分子排列的状态下使高分子化合物变形， 能够赋予 液晶分子预倾斜， 无需在封装液晶层之前向取向膜照射直线偏振光或倾斜光， 或者无需使 用大的设备。因此， 与未赋予液晶分子预倾斜的情况相比， 应答速度更为改善。 在根据本发明第三方面的制造液晶显示单元的方法中， 通过向高分子化合物 ( 取 向处理前的化合物 ) 照射能量线赋予液晶分子预倾斜。即， 通过在液晶分子排列的状态下 使高分子化合物的侧链交联或变形能够赋予液晶分子预倾斜， 无需在封装液晶层之前向取 向膜照射直线偏振光或倾斜光， 或者无需使用大的设备。 因此， 与未赋予液晶分子预倾斜的 情况相比， 应答速度更为改善。
附图说明 图 1 是本发明的液晶显示单元的示意性部分截面图。
图 2 是说明液晶分子的预倾斜的示意图。
图 3 是说明制造图 1 所示的液晶显示单元的方法的流程图。
图 4 是显示取向膜中的高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 的状态的示意图， 用于说明制造图 1 所示的液晶显示单元的方法。
图 5 是基板等的示意性部分截面图， 用于说明制造图 1 所示的液晶显示单元的方 法。
图 6 是基板等的示意性部分截面图， 用于说明图 5 后续的步骤。
图 7(A) 是基板等的示意性部分截面图， 用于说明图 6 后续的步骤， 图 7(B) 是显示 取向膜中的高分子化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 的状态的示意图。
图 8 是图 1 所示的液晶显示单元的电路构成图。
图 9 是说明有序参数的截面示意图。
图 10 是本发明的液晶显示单元的变形例的示意性部分截面图。
图 11 是图 10 所示的液晶显示单元的变形例的示意性部分截面图。
图 12 是本发明的液晶显示单元的另一个变形例的示意性部分截面图。
图 13 是显示在实施例 1 中的施加的电压与应答时间之间关系的特性图。
图 14 是显示在实施例 2 中的时间与透过率之间关系的特性图。
图 15 是说明交联的高分子化合物与液晶分子之间关系的概念图。
图 16 是说明变形的高分子化合物与液晶分子之间关系的概念图。
图 17(A)、 图 17(B) 和图 17(C) 是实施例 4A、 比较例 4A 和比较例 4E 中的取向膜表 面的 AFM 图像。
图 18 是描绘在实施例 4A ～ 4H 和比较例 4A ～ 4L 中的表面粗糙度 Ra 与应答时间 之间关系的示图。
图 19 是描绘在实施例 4A ～ 4H 和比较例 4A ～ 4L 中的对比度与应答时间之间关 系的示图。 具体实施方式下面， 参照附图， 基于本发明的实施方案和实施例说明本发明。然而， 本发明不限 于本发明的实施方案和实施例， 相反本发明的实施方案和实施例中的各种数值和材料作为 举例显示。按以下顺序进行说明。
1.[ 对本发明的液晶显示单元中的共同构成和共同结构进行说明 ]
2.[ 基于本发明的实施方案对本发明的液晶显示单元及其制造方法进行说明 ]
3.[ 基于实施例对本发明的液晶显示单元及其制造方法进行说明以及其他 ]
[ 对本发明的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 中的共同构成和共同结构进行说 明]
图 1 显示根据本发明第一方面至第三方面的液晶显示单元 ( 或液晶显示装置 ) 的 示意性部分截面图。该液晶显示单元具有多个像素 10(10A、 10B、 10C 等 )。在该液晶显示单 元 ( 液晶显示装置 ) 中， 含有液晶分子 41 的液晶层 40 经由 TFT( 薄膜晶体管 ) 基板 20 和 CF( 滤色片 ) 基板 30 之间的取向膜 22 和 32 设置在其间。该液晶显示单元 ( 液晶显示装 置 ) 是所谓的透过型液晶显示单元， 其显示模式是垂直排列 (VA) 模式。图 1 显示未施加驱 动电压的非驱动状态。
在 TFT 基板 20 中， 多个像素电极 20B 设置在玻璃基板 20A 的与 CF 基板 30 相对侧 的表面上， 例如， 以矩阵状态。此外， 包括分别驱动多个像素电极 20B 的栅极、 源极和漏极等 的 TFT 切换元件以及与 TFT 切换元件连接的栅极线和源极线等 ( 图未示 ) 设置在其上。对 于由玻璃基板 20A 上的像素分离部 50 电气分离的每个像素设置像素电极 20B。像素电极 20B 例如由具有透明度的材料如 ITO( 氧化铟锡 ) 构成。像素电极 20B 设有在各像素内例如 具有条纹状或 V 形状图案的狭缝部 21( 未形成电极的部分 )。由此， 在施加驱动电压的情 况下， 产生斜对液晶分子 41 的长轴方向的电场， 在各像素内形成取向方向不同的区域 ( 取 向分割 )， 因而改善视角特性。即， 为了确保良好的显示特性， 狭缝部 21 是用于控制液晶层 40 中的全部液晶分子 41 的取向的取向控制部。在这种情况下， 液晶分子 41 的取向方向在
施加驱动电压期间由狭缝部 21 控制。如上所述， 基本上， 被赋予预倾斜的液晶分子的方向 角由电场方向决定， 而电场方向由取向控制部决定。
在 CF 基板 30 中， 由例如红色 (R)、 绿色 (G) 和蓝色 (B) 条纹状滤波器构成的滤色 片 ( 图未示 ) 和对向电极 30B 在有效显示区域的几乎整个面上设置在玻璃基板 30A 的与 TFT 基板 20 相对的面上。象像素电极 20B 那样， 对向电极 30B 例如由具有透明度的材料如 ITO 构成。
取向膜 22 设置在 TFT 基板 20 的液晶层 40 侧的表面上， 以覆盖像素电极 20B 和狭 缝部 21。取向膜 32 设置在 CF 基板 30 的液晶层 40 侧的表面上， 以覆盖对向电极 30B。取 向膜 22 和 32 控制液晶分子 41 的取向。在这种情况下， 取向膜 22 和 32 具有使液晶分子 41 在垂直于基板面的方向上取向并赋予基板附近的液晶分子 41(41A 和 41B) 预倾斜的功能。 在图 1 所示的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 中， 狭缝部未设置在 CF 基板 30 侧上。
图 8 显示图 1 所示的液晶显示单元的电路结构。
如图 8 所示， 液晶显示单元包括具有设置在显示区域 60 内的多个像素 10 的液晶 显示装置。在液晶显示单元中， 在显示区域 60 周围设置有源极驱动器 61、 栅极驱动器 62、 用于控制源极驱动器 61 和栅极驱动器 62 的时序控制器 63 以及用于向源极驱动器 61 和栅 极驱动器 62 供给电力的电源电路 64。
显示区域 60 是显示画像的区域， 并且是能够通过以矩阵状态排列多个像素 10 而 显示画像的区域。图 8 显示包括多个像素 10 的显示区域 60， 还显示了对应于四个像素 10 的区域的放大图。
在显示区域 60 中， 多条源极线 71 按行方向排列， 多条栅极线 72 按列方向排列， 各 像素 10 分别设置在源极线 71 和栅极线 72 相互交叉的位置。各像素 10 包括晶体管 121 和 电容器 122 以及像素电极 20B 和液晶层 40。在各晶体管 121 中， 源电极与源极线 71 连接， 栅电极与栅极线 72 连接， 漏电极与电容器 122 和像素电极 20B 连接。各源极线 71 与源极 驱动器 61 连接， 并且从源极驱动器 61 供给图像信号。各栅极线 72 与栅极驱动器 62 连接， 并且从栅极驱动器 62 顺次供给扫描信号。
源极驱动器 61 和栅极驱动器 62 从多个像素 10 中选择特定的像素 10。
时序控制器 63 向源极驱动器 61 输出例如图像信号 ( 例如， 对应于红色、 绿色和蓝 色的各个 RGB 画像信号 ) 以及用于控制源极驱动器 61 的操作的源极驱动器控制信号。此 外， 时序控制器 63 向栅极驱动器 62 输出例如用于控制栅极驱动器 62 的操作的栅极驱动器 控制信号。源极驱动器控制信号的例子包括水平同步信号、 起始脉冲信号和源极驱动器用 的时钟信号等。 栅极驱动器控制信号的例子包括垂直同步信号和栅极驱动器用的时钟信号 等。
在液晶显示单元中， 按以下方式在像素电极 20B 和对向电极 30B 之间施加驱动电 压， 由此显示画像。具体而言， 在从时序控制器 63 输入源极驱动器控制信号的情况下， 源极 驱动器 61 基于同样从时序控制器 63 输入的图像信号向给定的源极线 71 单独供给图像信 号。同时， 在从时序控制器 63 输入栅极驱动器控制信号的情况下， 栅极驱动器 62 在给定时 机向栅极线 72 顺次供给扫描信号。由此， 选择位于被供给图像信号的源极线 71 和被供给 扫描信号的栅极线 72 的相互交叉位置的像素 10， 并向像素 10 施加驱动电压。
下面， 基于本发明的实施方案 ( 简称作″实施方案″ ) 和实施例说明本发明。[ 第一实施方案 ]
第一实施方案涉及根据本发明第一方面的 VA 模式液晶显示单元 ( 或液晶显示装 置 )， 还涉及根据本发明第一方面和本发明第三方面的制造液晶显示单元 ( 或液晶显示装 置 ) 的方法。在第一实施方案中， 取向膜 22 和 32 通过含有一种或多种在侧链中具有交联 结构的高分子化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 而构成。由交联的化合物赋予液晶分子预倾 斜。在这种情况下， 通过形成含有一种或多种具有主链和侧链的高分子化合物 ( 取向处理 前的化合物 ) 的取向膜 22 和 32， 设置液晶层 40， 然后使高分子化合物交联 ； 或向高分子化 合物照射能量线 ； 或更具体而言， 在施加电场或磁场的同时使侧链中所含的交联性官能团 反应， 从而生成取向处理后的化合物。取向处理后的化合物含有其中液晶分子相对于一对 基板 ( 具体而言， TFT 基板 20 和 CF 基板 30) 在给定方向 ( 具体而言， 倾斜方向 ) 上排列的 结构。 如上所述， 通过使高分子化合物交联或通过向高分子化合物照射能量线， 取向处理后 的化合物被包含在取向膜 22 和 32 中。由此， 取向膜 22 和 32 附近的液晶分子 41 能够被赋 予预倾斜。因此， 应答速度变快， 显示特性改善。
取向处理前的化合物优选包括具有高耐热性的结构作为主链。由此， 即使液晶显 示单元 ( 液晶显示装置 ) 处于高温环境下， 取向膜 22 和 32 中的取向处理后的化合物对于 液晶分子 41 也保持取向控制能力。结果， 应答特性和显示特性如对比度保持良好， 并能确 保可靠性。在这种情况下， 主链优选在重复单元中含有酰亚胺键。主链中含有酰亚胺键的 取向处理前的化合物的例子包括含有式 (3) 代表的聚酰亚胺结构的高分子化合物。含有式 (3) 所示的聚酰亚胺结构的高分子化合物可以由一种式 (3) 所示的聚酰亚胺结构构成， 可 以含有多种无规连接的聚酰亚胺结构， 或可以含有除了式 (3) 所示结构之外的其他结构。
在式中， R1 代表四价有机基团， R2 代表二价有机基团， 和 n1 代表 1 以上的整数。
式 (3) 中的 R1 和 R2 是任意的， 只要 R1 和 R2 是含有碳的四价或二价基团。R1 和 R2 中的一个优选含有作为侧链的交联性官能团。 由此， 在取向处理后的化合物中， 容易获得 充分的取向控制能力。
此外， 在取向处理前的化合物中， 多个侧链与主链结合。 多个侧链中的至少一个侧 链含有交联性官能团就足够。 即， 除了具有交联性的侧链之外， 取向处理前的化合物可以含 有未显示交联性的侧链。含有交联性官能团的侧链的种类数量可以是一种或多种。交联性 官能团是任意的， 只要交联性官能团是在形成液晶层 40 后能够发生交联反应的官能团。交 联性官能团可以是通过光反应形成交联结构的基团， 或可以是通过热反应形成交联结构的 基团。特别地， 通过光反应形成交联结构的光反应性的交联性官能团 ( 具有感光性的感光 基团 ) 是优选的， 因为这样能够容易地制造其中在给定方向上容易控制液晶分子 41 的取 向、 应答特性改善并显示良好显示特性的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )。
光反应性的交联性官能团 ( 具有感光性的感光基团， 如光二聚感光基团 ) 的例子 包括含有查耳酮、 肉桂酸酯、 肉桂酰基、 香豆素、 马来酰亚胺、 二苯甲酮、 降冰片烯、 阿魏酸酯
(orizanol) 和壳聚糖中的一种结构的基团。 其中， 含有查耳酮、 肉桂酸酯或肉桂酰基结构的 基团的例子包括式 (41) 代表的基团。在使具有含有式 (41) 所示基团的侧链的取向处理前 的化合物交联的情况下， 例如， 形成式 (42) 所示的结构。即， 从含有式 (41) 所示基团的高 分子化合物生成的取向处理后的化合物含有具有环丁烷骨架的式 (42) 所示的结构。例如， 在一些情况下， 除了光二聚反应之外， 光反应性的交联性官能团 ( 如马来酰亚胺 ) 还显示聚 合反应。因此，″交联性官能团″不仅包括显示光二聚反应的交联性官能团， 而且包括显 示聚合反应的交联性官能团。换句话说， 在本发明中，″交联″的概念不仅包括光二聚反 应， 而且包括聚合反应。
在式中， R3 代表含有芳香环的二价基团， R4 代表含有 1 个或 2 个以上环结构的一 价基团， 和 R5 代表氢原子、 烷基或其衍生物。
式 (41) 中的 R3 是任意的， 只要 R3 是含有芳香环 ( 如苯环 ) 的二价基团， 除了芳香 环之外， 其还可以含有羰基、 醚键、 酯键或烃基。此外， 式 (41) 中的 R4 是任意的， 只要 R4 是 含有 1 个或 2 个以上环结构的一价基团， 除了环结构之外， 其还可以含有羰基、 醚键、 酯键、 烃基或卤原子等。R4 中所含的环结构是任意的， 只要该环含有碳作为构成骨架的元素。环 结构的例子包括芳香环、 杂环环、 脂肪环和通过连接或稠合它们得到的环结构。式 (41) 中 的 R5 是任意的， 只要 R5 是氢原子、 烷基或其衍生物。在这种情况下， ″衍生物″是指通过 用取代基 ( 如卤原子 ) 取代烷基中所含的部分或全部氢原子而得到的基团。此外， 作为 R5 引入的烷基中的碳数是任意的。 作为 R5， 氢原子或甲基是优选的， 因为这样获得了良好的交 联反应性。
式 (42) 中的每一个 R3 可以彼此相同或不同。这同样适用于式 (41) 中的每一个 R4 和每一个 R5。式 (42) 中的 R3、 R4 和 R5 的例子包括与上式 (41) 中的 R3、 R4 和 R5 相似 的那些。
式 (41) 所示的基团的例子包括式 (41-1) ～ (41-27) 代表的基团。然而， 式 (41) 所示的基团不限于式 (41-1) ～ (41-27) 所示的基团， 只要基团具有式 (41) 所示的结构即 可。
取向处理前的化合物优选含有使液晶分子 41 在垂直于基板面的方向上取向的结 构 ( 下面称作″垂直排列诱发结构部″ )。由此， 即使除了取向处理后的化合物之外， 取向膜 22 和 32 不含有具有垂直排列诱发结构部的化合物 ( 所谓的通常的垂直取向剂 )， 也能够 进行整个液晶分子 41 的取向控制。此外， 与单独包含具有垂直排列诱发结构部的化合物的 情况相比， 可以更容易地形成能够对于液晶层 40 更均匀地表现出取向控制功能的取向膜 22 和 32。在取向处理前的化合物中， 垂直排列诱发结构部可以包含在主链、 侧链或这两者 中。此外， 在取向处理前的化合物含有上式 (3) 所示的聚酰亚胺结构的情况下， 优选含有两 种类型的结构， 即， 作为 R2 的含有垂直排列诱发结构部的结构 ( 重复单元 ) 和作为 R2 的含 有交联性官能团的结构 ( 重复单元 )， 因为这是容易获得的。 在垂直排列诱发结构部被包含 在取向处理前的化合物中的情况下， 垂直排列诱发结构部也被包含在取向处理后的化合物 中。
垂直排列诱发结构部的例子包括碳数 10 以上的烷基、 碳数 10 以上的卤代烷基、 碳 数 10 以上的烷氧基、 碳数 10 以上的卤代烷氧基和含有环结构的有机基团。具体例子包括 式 (5-1) ～ (5-6) 代表的结构作为含有垂直排列诱发结构部的结构。
在式中， Y1 代表碳数 10 以上的烷基、 碳数 10 以上的烷氧基或含有环结构的一价 有机基团。此外， Y2 ～ Y15 代表氢原子、 碳数 10 以上的烷基、 碳数 10 以上的烷氧基或含有 环结构的一价有机基团。Y2 和 Y3 中的至少一个、 Y4 ～ Y6 中的至少一个、 Y7 和 Y8 中的至 少一个、 Y9 ～ Y12 中的至少一个和 Y13 ～ Y15 中的至少一个是碳数 10 以上的烷基、 碳数 10 以上的烷氧基或含有环结构的一价有机基团。然而， Y11 和 Y12 可以相互结合形成环结构。
此外， 作为垂直排列诱发结构部的含有环结构的一价有机基团的例子包括式 (6-1) ～ (6-23) 代表的基团。此外， 作为垂直排列诱发结构部的含有环结构的二价有机基 团的例子包括式 (7-1) ～ (7-7) 代表的基团。
在式中， a1 ～ a3 代表 0 ～ 21 的整数。
在式中， a1 代表 0 ～ 21 的整数。垂直排列诱发结构部不限于上述基团， 只要包含用于使液晶分子 41 在垂直于基 板面的方向上排列的结构。
此外， 根据本发明的 1A 结构和 2A 结构 ( 参考后述的第六实施方案 ) 或 3A 结构， 交联前的高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 由除了具有交联性官能团之外还具有作为 侧链的式 (1) 代表的基团的化合物构成。式 (1) 所示的基团能够沿着液晶分子 41 移动， 因 而在取向处理前的化合物被交联时， 式 (1) 所示的基团与交联性官能团一起固定在式 (1)
所示的基团沿着液晶分子 41 的取向方向定位的状态。由于固定的式 (1) 所示的基团， 因而 液晶分子 41 的取向方向能够在给定方向上更容易地控制。因此， 能够更容易地制造具有良 好显示特性的液晶显示装置。
-R1-R2-R3 (1)
在式中， R1 代表碳数 3 以上的直链或支链二价有机基团， 并与交联前的高分子化 合物 ( 取向处理前的化合物 ) 的主链结合。R2 代表含有多个环结构的二价有机基团， 并且 构成环结构的原子之一与 R1 结合。R3 代表氢原子、 卤原子、 烷基、 烷氧基、 具有碳酸酯基团 的一价基团或其衍生物。
式 (1) 中的 R1 是用作在主链上固定 R2 和 R3 以及使 R2 和 R3 更容易和更自由地 沿着液晶分子 41 移动的间隔部分的区域。R1 的例子包括亚烷基等。亚烷基在各中间碳原 子之间可以具有醚键。具有醚键的位置数量可以是一个或多个。此外， R1 可以具有羰基或 碳酸酯基团。R1 的碳数更优选 6 以上。由此， 式 (1) 所示的基团与液晶分子 41 相互作用， 因而 R2 和 R3 容易沿着液晶分子 41 定位。碳数优选被确定成使得 R1 的长度大约等于液晶 分子 41 的末端链的长度。
式 (1) 中的 R2 是沿着一般的向列型液晶分子中所含的环结构 ( 核心区域 ) 的部 分。R2 的例子包括与液晶分子中所含的环结构相似的基团或骨架， 如 1， 4- 亚苯基、 1， 4- 亚 环己基、 嘧啶 -2， 5- 二基、 1， 6- 亚萘基、 具有甾族化合物骨架的二价基团或其衍生物。在这 种情况下，″衍生物″是指通过将一个或多个取代基引入上述各基团而得到的基团。 式 (1) 中的 R3 是沿着液晶分子的末端链的部分。R3 的例子包括亚烷基和亚烷基 卤化物基团。 在亚烷基卤化物基团中， 亚烷基中的至少一个氢原子被卤原子取代就足够， 并 且卤原子种类是任意的。亚烷基或亚烷基卤化物基团在各中间碳原子之间可以具有醚键。 具有醚键的位置数量可以是一个或多个。此外， R3 可以具有羰基或碳酸酯基团。出于与 R1 相似的原因， R3 的碳数更优选 6 以上。
具体例子包括式 (1-1) ～ (1-8) 代表的一价基团作为式 (1) 所示的基团。
然而， 式 (1) 所示的基团不限于上述基团， 只要基团能够沿着液晶分子 41 移动。
另外， 根据本发明的 1B 结构和 2B 结构 ( 参考后述的第六实施方案 ) 或 3B 结构， 交联前的高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 由具有作为侧链的式 (2) 代表的基团的化 合物构成。除了交联区域之外还包含沿着液晶分子 41 的区域和自由移动区域， 能够在侧链 的区域沿着液晶分子 41 定位的状态下进行固定。由此， 液晶分子 41 的取向能够在给定方 向上更容易地控制。因此， 能够更容易地制造具有良好显示特性的液晶显示装置。
-R11-R12-R13-R14 (2)
在式中， R11 代表可含有醚基团或酯基团的碳数 1 ～ 20 或优选 3 ～ 12 的直链或 支链二价有机基团， 并与高分子化合物或交联的化合物 ( 取向处理前的化合物或取向处理 后的化合物 ) 的主链结合。另外， R11 代表醚基团或酯基团， 并与高分子化合物或交联的化 合物 ( 取向处理前的化合物或取向处理后的化合物 ) 的主链结合。 R12 代表含有查耳酮、 肉 桂酸酯、 肉桂酰基、 香豆素、 马来酰亚胺、 二苯甲酮、 降冰片烯、 阿魏酸酯和壳聚糖中的一种 结构的二价基团， 或代表亚乙炔基。R13 代表含有多个环结构的二价有机基团。R14 代表氢 原子、 卤原子、 烷基、 烷氧基、 具有碳酸酯基团的一价基团或其衍生物。
式 (2) 中的 R11 是能够在取向处理前的化合物中自由移动的区域， 并优选在取向 处理前的化合物中具有柔韧性。R11 的例子包括对于式 (1) 中的 R1 所述的基团。在式 (2) 所示的基团中， R12 ～ R14 容易以 R11 作为中心轴移动， 因而 R13 和 R14 容易沿着液晶分子
41 定位。R11 的碳数更优选为 6 ～ 10。
式 (2) 中的 R12 是具有交联性官能团的区域。如上所述， 交联性官能团可以是通 过光反应形成交联结构的基团， 或可以是通过热反应形成交联结构的基团。 R12 的具体例子 包括含有查耳酮、 肉桂酸酯、 肉桂酰基、 香豆素、 马来酰亚胺、 二苯甲酮、 降冰片烯、 阿魏酸酯 和壳聚糖中的一种结构的二价基团， 或代表亚乙炔基。
式 (2) 中的 R13 是能够沿着液晶分子 41 的核心区域定位的区域。R13 的例子包括 对于式 (1) 中的 R2 所述的基团。
式 (2) 中的 R14 是沿着液晶分子 41 的末端链定位的区域。R14 的例子包括对于式 (1) 中的 R3 所述的基团。
式 (2) 所示的基团的具体例子包括式 (2-1) ～ (2-7) 代表的一价基团。
在式中， n 代表 3 ～ 20 的整数。
然而， 式 (2) 所示的基团不限于上述基团， 只要包含上述四个区域 (R11 ～ R14)。
另外， 根据本发明的 1C 结构， 通过使高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 交联 而获得的化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 由侧链和将侧链支持到基板的主链构成。侧链与
主链结合， 并由在其中一部分侧链交联的交联部以及与交联部结合的末端结构部构成。在 液晶分子沿着末端结构部定位或由末端结构部夹持的情况下， 液晶分子被赋予预倾斜。此 外， 根据本发明的 2C 结构 ( 参考后述的第六实施方案 )， 通过使高分子化合物 ( 取向处理前 的化合物 ) 变形而获得的化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 由侧链和将侧链支持到基板的主 链构成。侧链与主链结合， 并由在其中一部分侧链变形的变形部以及与变形部结合的末端 结构部构成。在液晶分子沿着末端结构部定位或由末端结构部夹持的情况下， 液晶分子被 赋予预倾斜。此外， 根据本发明的 3C 结构， 通过向高分子化合物照射能量线而获得的化合 物由侧链和将侧链支持到基板的主链构成。侧链与主链结合， 并由在其中一部分侧链交联 或变形的交联部或变形部以及与交联部或变形部结合的末端结构部构成。 在液晶分子沿着 末端结构部定位或由末端结构部夹持的情况下， 液晶分子被赋予预倾斜。
在本发明的 1C 结构中， 一部分侧链交联的交联部对应于式 (2) 中的 R12( 交联 后 )。此外， 末端结构部对应于式 (2) 中的 R13 和 R14。在这种情况下， 在取向处理后的化 合物中， 例如， 从主链延伸的两个侧链中的交联部被交联， 部分液晶分子夹在从一个交联部 延伸的末端结构部和从另一个交联部延伸的末端结构部之间， 并且末端结构部在末端结构 部和基板之间存在给定角度的状态下固定。结果， 液晶分子被赋予预倾斜。这种状态示于 图 15 的概念图中。
另外， 根据本发明的 1D 结构， 通过使高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 交联 而获得的化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 由侧链和将侧链支持到基板的主链构成。侧链与 主链结合， 并由一部分侧链交联的交联部以及与交联部结合且具有介晶基团的末端结构部 构成。在这种情况下， 侧链可以具有光二聚感光基团。主链可以通过共价键结合到交联部， 并且交联部可以通过共价键结合到末端结构部。此外， 根据本发明的 2D 结构 ( 参考后述的 第六实施方案 )， 通过使高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 变形而获得的化合物 ( 取 向处理后的化合物 ) 由侧链和将侧链支持到基板的主链构成。侧链与主链结合， 并由一部 分侧链变形的变形部以及与变形部结合且具有介晶基团的末端结构部构成。此外， 根据本 发明的 3D 结构， 通过向高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 照射能量线而获得的化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 由侧链和将侧链支持到基板的主链构成。 侧链与主链结合， 并由一 部分侧链交联或变形的交联部或变形部以及与交联部或变形部结合且具有介晶基团的末 端结构部构成。
在本发明的 1D 结构中， 如上所述， 作为交联性官能团 ( 感光性官能团 ) 的光二聚 感光基团的例子包括含有查耳酮、 肉桂酸酯、 肉桂酰基、 香豆素、 马来酰亚胺、 二苯甲酮、 降 冰片烯、 阿魏酸酯和壳聚糖中的一种结构的基团。此外， 可能的是， 构成末端结构部的刚直 介晶基团表现出作为侧链的液晶性或未表现出液晶性。 所述结构的具体例子包括甾族化合 物衍生物、 胆甾醇衍生物、 联苯、 三联苯和萘等。此外， 末端结构部的例子包括式 (2) 中的 R13 和 R14。
此外， 根据本发明的 1E 结构和 2E 结构 ( 参考后述的第六实施方案 ) 或 3E 结构， 第一取向膜 ( 或由取向处理后的化合物构成的取向膜 ) 的表面粗糙度 Ra 为 1nm 以下。
取向处理后的化合物可以含有未反应的交联性官能团。然而， 如果在驱动期间进 行反应， 则液晶分子 41 的取向可能被扰乱。因此， 未反应的交联性官能团的含量优选较少。 取向处理后的化合物是否含有未反应的交联性官能团例如能够通过拆解液晶显示单元并利用透过型或反射型 FT-IR( 傅里叶变换红外分光光度计 ) 分析取向膜 22 和 32 来确认。 具 体而言， 首先， 拆解液晶显示单元， 并用有机溶剂等洗涤取向膜 22 和 32 的表面。其后， 利用 FT-IR 分析取向膜 22 和 32。例如， 在形成式 (41) 所示的交联结构的双键残留在取向膜 22 和 32 中的情况下， 获得来自双键的吸收光谱， 从而能够确认取向处理后的化合物含有未反 应的交联性官能团。
此外， 除了上述取向处理后的化合物之外， 取向膜 22 和 32 还可以含有其他垂直取 向剂。 其他垂直取向剂的例子包括具有垂直排列诱发结构部的聚酰亚胺和具有垂直排列诱 发结构部的聚硅氧烷等。
液晶层 40 含有具有负的介电常数各向异性的液晶分子 41。 液晶分子 41 例如具有 以相互垂直的长轴和短轴分别作为中心轴的旋转对称形状， 并且具有负的介电常数各向异 性。
液晶分子 41 能够被分类成在与取向膜 22 的界面附近由取向膜 22 保持的液晶分 子 41A、 在与取向膜 32 的界面附近由取向膜 32 保持的液晶分子 41B 以及液晶分子 41A 和液 晶分子 41B 之外的液晶分子 41C。液晶分子 41C 在液晶层 40 的厚度方向上位于中间区域， 并被排列成使得在驱动电压中断的状态下液晶分子 41C 的长轴方向 ( 指向矢 ) 几乎垂直 于玻璃基板 20A 和 30A。在驱动电压接通的情况下， 液晶分子 41C 倾斜取向， 使得液晶分子 41C 的指向矢平行于玻璃基板 20A 和 30A。这种行为是由于在液晶分子 41C 中， 长轴方向的 介电常数小于短轴方向的介电常数。液晶分子 41A 和液晶分子 41B 具有相似性质， 因而根 据驱动电压的接通 / 中断状态变化， 液晶分子 41A 和液晶分子 41B 基本上显示出与液晶分 子 41C 相似的行为。然而， 在驱动电压中断的状态下， 液晶分子 41A 由取向膜 22 赋予预倾 角 θ1， 其指向矢从玻璃基板 20A 和 30A 的法线方向倾斜。相似地， 液晶分子 41B 由取向膜 32 赋予预倾角 θ2， 其指向矢从玻璃基板 20A 和 30A 的法线方向倾斜。在这种情况下，″ 被保持″是指取向膜 22 和 32 与液晶分子 41A 和 41C 没有牢固地固定， 并且液晶分子 41 的 取向可被控制。″预倾角 θ(θ1 和 θ2)″是指如图 2 所示， 在垂直于玻璃基板 20A 和 30A 的表面的方向 ( 法线方向 ) 是 Z 的情况下， 在驱动电压中断的状态下， 液晶分子 41(41A 和 41B) 的指向矢 D 相对于 Z 方向的倾角。
在液晶层 40 中， 预倾角 θ1 和预倾角 θ2 均具有大于 0°的值。在液晶层 40 中， 预倾角 θ1 和预倾角 θ2 可以是相同角度 (θ1 ＝ θ2)， 或者预倾角 θ1 和预倾角 θ2 可以 是彼此不同的角度 (θ1 ≠ θ2)。特别地， 预倾角 θ1 和预倾角 θ2 优选彼此不同。由此， 与预倾角 θ1 和预倾角 θ2 均为 0°的情况相比， 对于施加驱动电压的应答速度更为改善。 此外， 能够获得与预倾角 θ1 和预倾角 θ2 均为 0°的情况几乎相等的对比度。因此， 在应 答特性改善的同时， 黑显示时的光透过量能够减少并且对比度能够改善。在预倾角 θ1 和 预倾角 θ2 是彼此不同的角度的情况下， 预倾角 θ1 和预倾角 θ2 中较大的预倾角 θ 更期 望是 1°～ 4°。通过设置较大预倾角 θ 在上述范围内， 获得了特别高的效果。
接下来， 结合图 3 所示的流程图、 图 4 所示的说明取向膜 22 和 32 中的状态的示意 图以及图 5、 图 6 和图 7(A) 所示的液晶显示单元等的示意性部分截面图， 说明制造上述液晶 显示单元 ( 液晶显示装置 ) 的方法。为简化目的， 图 5、 图 6 和图 7(A) 仅示出一个像素的一 部分。
首先， 在 TFT 基板 20 的表面上形成取向膜 22 和在 CF 基板 30 的表面上形成取向膜 32( 步骤 S101)。
具体而言， 首先， 通过在玻璃基板 20A 的表面上例如以矩阵状态设置具有给定狭 缝部 21 的像素电极 20B， 形成 TFT 基板 20。此外， 通过在其上形成有滤色片的玻璃基板 30A 的滤色片上设置对向电极 30B， 形成 CF 基板 30。
另一方面， 例如， 混合取向处理前的化合物或作为取向处理前的化合物的高分子 化合物前体、 溶剂和需要时的垂直取向剂， 从而制备液体取向膜材料。
例如， 在具有作为侧链的交联性官能团的高分子化合物含有式 (3) 所示的聚酰亚 胺结构的情况下， 作为取向处理前的化合物的高分子化合物前体的例子包括具有交联性官 能团的聚酰胺酸。例如， 通过二胺化合物与四羧酸二酐反应合成作为高分子化合物前体的 聚酰胺酸。本文使用的二胺化合物和四羧酸二酐中的至少一种具有交联性官能团。二胺化 合物的例子包括式 (A-1) ～ (A-15) 代表的具有交联性官能团的化合物。四羧酸二酐的例 子包括式 (a-1) ～ (a-10) 代表的具有交联性官能团的化合物。式 (A-9) ～ (A-15) 代表 的化合物是在本发明的 1C 结构中构造交联的高分子化合物的交联部和末端结构部的化合 物。另外， 在本发明的 1C 结构中构造交联的高分子化合物的交联部和末端结构部的化合物 的例子包括式 (F-1) ～ (F-18) 代表的化合物。在式 (F-1) ～ (F-18) 代表的化合物中， 预 倾斜可以沿着式 (F-1) ～ (F-3)、 式 (F-7) ～ (F-9) 和式 (F-13) ～ (F-15) 代表的化合物的 末端结构部赋予液晶分子， 而预倾斜可以被赋予由式 (F-4) ～ (F-6)、 式 (F-10) ～ (F-12) 和式 (F-16) ～ (F-18) 代表的化合物的末端结构部所夹持的液晶分子。
在式中， X1 ～ X4 代表单键或二价有机基团。
在式中， X5 ～ X7 代表单键或二价有机基团。
此外， 在合成作为高分子化合物前体的聚酰胺酸使得取向处理前的化合物含有 垂直排列诱发结构部的情况下， 除了上述具有交联性官能团的化合物之外， 还可以使用式 (B-1) ～ (B-36) 代表的具有垂直排列诱发结构部的化合物作为二胺化合物或式 (b-1) ～ (b-3) 代表的具有垂直排列诱发结构部的化合物作为四羧酸二酐。
在式中， a4 ～ a6 代表 0 ～ 21 的整数。
在式中， a4 代表 0 ～ 21 的整数。
在式中， a4 代表 0 ～ 21 的整数。
此外， 在合成作为高分子化合物前体的聚酰胺酸使得取向处理前的化合物含有式 (1) 所示的基团连同交联性官能团的情况下， 除了上述具有交联性官能团的化合物， 可以使 用式 (C-1) ～ (C-20) 代表的具有能够沿着液晶分子 41 定位的基团的化合物作为二胺化合 物。
此外， 在合成作为高分子化合物前体的聚酰胺酸使得取向处理前的化合物具有 式 (2) 所示的基团的情况下， 除了上述具有交联性官能团的化合物， 可以使用式 (D-1) ～ (D-7) 代表的具有能够沿着液晶分子 41 定位的基团的化合物作为二胺化合物。
在式中， n 代表 3 ～ 20 的整数。
此外， 在合成作为高分子化合物前体的聚酰胺酸使得取向处理前的化合物含有作 为式 (3) 中 R2 的两种类型的结构 ( 即， 含有垂直排列诱发结构部的结构和含有交联性官能 团的结构 ) 的情况下， 例如， 二胺化合物和四羧酸二酐选择如下。 即， 使用式 (A-1) ～ (A-15) 代表的具有交联性官能团的化合物中的至少一种、 式 (B-1) ～ (B-36) 和式 (b-1) ～ (b-3) 代表的具有垂直排列诱发结构部的化合物中的至少一种以及式 (E-1) ～ (E-28) 代表的四 羧酸二酐中的至少一种。式 (E-23) 中的 R1 和 R2 是相同或不同的烷基、 烷氧基或卤原子。 卤原子种类是任意的。
在式中， R1 和 R2 是烷基、 烷氧基或卤原子。
此外， 在合成作为高分子化合物前体的聚酰胺酸使得取向处理前的化合物含有作 为式 (3) 中 R2 的两种类型的结构 ( 即， 含有式 (1) 所示的基团的结构和含有交联性官能团 的结构 ) 的情况下， 例如， 二胺化合物和四羧酸二酐选择如下。即， 使用式 (A-1) ～ (A-15) 所示的具有交联性官能团的化合物中的至少一种、 式 (C-1) ～ (C-20) 所示的化合物中的至 少一种以及式 (E-1) ～ (E-28) 所示的四羧酸二酐中的至少一种。
此外， 在合成作为高分子化合物前体的聚酰胺酸使得取向处理前的化合物含有作 为式 (3) 中 R2 的两种类型的结构 ( 即， 含有式 (2) 所示的基团的结构和含有交联性官能团 的结构 ) 的情况下， 例如， 二胺化合物和四羧酸二酐选择如下。即， 使用式 (A-1) ～ (A-15) 所示的具有交联性官能团的化合物中的至少一种、 式 (D-1) ～ (D-7) 所示的化合物中的至 少一种以及式 (E-1) ～ (E-28) 所示的四羧酸二酐中的至少一种。
在取向膜材料中， 取向处理前的化合物或作为取向处理前的化合物的高分子化合 物前体的含量优选为 1wt％～ 30wt％， 更优选 3wt％～ 10wt％。此外， 根据需要， 取向膜材 料可以与光聚合引发剂等混合。
然后， 用制得的取向膜材料分别涂布或印刷 TFT 基板 20 和 CF 基板 30， 使得像素 电极 20B、 狭缝部 21 和对向电极 30B 被覆盖， 然后进行加热处理。加热处理的温度优选为 80℃以上， 更优选 150℃～ 200℃。此外， 在加热处理中， 加热温度可以逐渐变化。由此， 涂 布或印刷的取向膜材料中所含的溶剂被蒸发， 并且形成含有具有作为侧链的交联性官能团 的高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 的取向膜 22 和 32。其后， 根据需要， 可以进行摩 擦等处理。
在这种情况下， 取向膜 22 和 32 中的取向处理前的化合物可以处于图 4 所示的状 态。即， 取向处理前的化合物含有主链 Mc(Mc1 ～ Mc3) 和作为侧链引入主链 Mc 中的交联性 官能团 A。主链 Mc1 ～ Mc3 处于未连接状态。在此状态下的交联性官能团 A 由于热运动无 规地取向。
接下来， 配置 TFT 基板 20 和 CF 基板 30， 使得取向膜 22 和取向膜 32 彼此相对， 并 在取向膜 22 和取向膜 32 之间封装含有液晶分子 41 的液晶层 40( 步骤 S102)。具体而言， 朝着 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 之一的形成取向膜 22 和 32 的面上散布用于确保胞间隙的 间隔突起物， 如塑料珠， 并通过例如丝网印刷法使用环氧树脂粘合剂等印刷密封部。其后， 如图 5 所示， TFT 基板 20 和 CF 基板 30 与其间的间隔突起物和密封部贴合， 使得取向膜 22 和 32 彼此相对， 并注入含有液晶分子 41 的液晶材料。其后， 通过加热等使密封部固化， 从 而在 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 之间封装液晶材料。图 5 显示在取向膜 22 和 32 之间封装 的液晶层 40 的截面结构。
接下来， 如图 6 所示， 使用电压施加装置 1 在像素电极 20B 和对向电极 30B 之间施 加电压 V1( 步骤 S103)。电压 V1 例如是 5 伏～ 30 伏。由此， 在相对于玻璃基板 20A 和 30A 的表面呈现给定角度的方向上产生电场， 并且液晶分子 41 从垂直于玻璃基板 20A 和 30A 的 方向开始在给定方向上倾斜取向。 即， 由电场的方向确定液晶分子 41 的方位角 ( 偏转角 )， 并由电场强度确定极角 ( 天顶角 )。 液晶分子 41 的倾角大致等于在后述步骤中赋予在与取 向膜 22 的界面附近由取向膜 22 保持的液晶分子 41A 的预倾角 θ1 和在与取向膜 32 的界 面附近由取向膜 32 保持的液晶分子 41B 的预倾角 θ2。因此， 通过适宜地控制电压 V1 的 值， 能够控制液晶分子 41A 和 41B 的预倾角 θ1 和预倾角 θ2 的值。
此外， 如图 7(A) 所示， 在连续施加电压 V1 的状态下， 例如从 TFT 基板 20 的外侧向 取向膜 22 和 32 照射能量线 ( 具体而言， 紫外线 UV)。即， 在向液晶层施加电场或磁场的同 时， 照射紫外线， 使得液晶分子 41 在斜对一对基板 20 和 30 表面的方向上排列。由此， 取向 膜 22 和 32 中的取向处理前的化合物所含的交联性官能团反应， 并且取向处理前的化合物 被交联 ( 步骤 S104)。因此， 由取向处理后的化合物存储液晶分子 41 的应该应答的方向， 并赋予取向膜 22 和 32 附近的液晶分子 41 预倾斜。结果， 在取向膜 22 和 32 中形成取向处 理后的化合物。在非驱动状态时， 液晶层 40 中的位于与取向膜 22 和 32 界面附近的液晶分 子 41A 和 41B 被赋予预倾角 θ1 和预倾角 θ2。作为紫外线 UV， 含有大量波长约 365nm 的 光成分的紫外线是优选的。在使用含有大量短波长范围的光成分的紫外线的情况下， 存在 液晶分子 41 被光分解和劣化的可能性。在这种情况下， 从 TFT 基板 20 的外侧照射紫外线 UV。然而， 可以从 CF 基板 30 的外侧照射紫外线 UV， 或者从 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 的外 侧都照射紫外线 UV。在这种情况下， 优选以较高透过率从基板侧照射紫外线 UV。此外， 在 从 CF 基板 30 的外侧照射紫外线 UV 的情况下， 取决于紫外线 UV 的波长范围， 存在紫外线 UV 被滤色片吸收并且难于发生交联反应的可能性。因此， 优选从 TFT 基板 20 的外侧 ( 具有像 素电极的基板侧 ) 照射紫外线 UV。
在这种情况下， 取向膜 22 和 32 中的取向处理后的化合物处于图 7(B) 所示的状 态。 即， 被引入取向处理前的化合物的主链 Mc 中的交联性官能团 A 的方向根据液晶分子 41 的取向方向而变化， 物理距离相互接近的交联性官能团 A 彼此反应， 而形成连接部 Cr。由 于按这种方式生成的取向处理后的化合物， 取向膜 22 和 32 赋予液晶分子 41A 和 41B 预倾角 θ1 和预倾角 θ2。连接部 Cr 可以在取向处理前的化合物之间形成， 或者可以在取向处 理前的化合物内形成。即， 如图 7(B) 所示， 连接部 Cr 可以在具有主链 Mc1 的取向处理前的 化合物的交联性官能团 A 和具有主链 Mc2 的取向处理前的化合物的交联性官能团 A 之间形 成。此外， 例如， 象在具有主链 Mc3 的高分子化合物的情况下那样， 连接部 Cr 可以通过使被 引入相同主链 Mc3 中的交联性官能团 A 彼此反应而形成。
通过上述步骤， 能够完成图 1 所示的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )。
在操作液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 时， 在选定的像素 10 中， 在施加驱动电压 的情况下， 液晶层 40 中所含的液晶分子 41 的取向态根据像素电极 20B 和对向电极 30B 之间 的电位差而变化。具体而言， 在液晶层 40 中， 在状态从图 1 所示的施加驱动电压前的状态 变为施加驱动电压的状态的情况下， 位于取向膜 22 和 32 附近的液晶分子 41A 和 41B 在其 倾斜方向上倒下， 并且这种行为传递到其他液晶分子 41C。 结果， 液晶分子 41 应答而采取大 致水平于 ( 平行于 )TFT 基板 20 和 CF 基板 30 的姿态。由此， 液晶层 40 的光学特性变化， 液晶显示装置的入射光变为经调制的出射光， 基于出射光表现颜色层次， 从而显示图像。
在这种情况下， 在未实施预倾斜处理的液晶显示装置及包括它的液晶显示单元 中， 即使在基板上设置用于控制液晶分子取向的取向控制部 ( 如狭缝部 )， 在施加驱动电压 的情况下， 在垂直于基板方向上取向的液晶分子也倒下， 使得其指向矢在基板的面内方向 中在任意方向上取向。 如上所述， 在响应于驱动电压的液晶分子中， 各液晶分子的指向矢的 方位处于不稳定状态， 并且整个取向混乱。由此， 应答速度变慢， 并且应答特性劣化。结果， 存在显示特性劣化的问题。此外， 在初始驱动电压被设定为是比显示状态的驱动电压更高 的值以进行驱动 ( 过驱动 ) 的情况下， 当施加初始驱动电压时， 存在应答性液晶分子和几乎 非应答性液晶分子。 应答性液晶分子的指向矢倾斜与几乎非应答性液晶分子的指向矢倾斜 极为不同。如果随后施加显示状态的驱动电压， 则在施加初始驱动电压时应答的液晶分子 的指向矢倾斜在其行为几乎未被传递到其他液晶分子之前成为对应于显示状态的驱动电 压的指向矢倾斜， 并且这种倾斜被传递到其他液晶分子。 结果， 整个像素的亮度到达在施加 初始驱动电压时的显示状态的亮度。 然而， 亮度随后降低， 并再次到达显示状态的亮度。 即， 存在以下问题。 如果进行过驱动， 则表观应答速度变得比未进行过驱动的情况更快， 但是难 以获得充足的显示质量。这种问题在 IPS 模式或 FFS 模式液晶显示装置中难以产生， 并且 可能是 VA 模式液晶显示装置特有的问题。
针对这种情况， 在第一实施方案的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 及其制造方法 中， 上述取向膜 22 和 32 赋予液晶分子 41A 和 41B 预倾角 θ1 和预倾角 θ2。由此， 难于产 生在完全未实施预倾斜处理的情况下发生的问题， 对驱动电压的应答速度大幅改善， 并且 过驱动时的显示质量改善。此外， 由于 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 中的至少一个设有作为用 于控制液晶分子 41 取向的取向控制部的狭缝部 21 等， 所以确保了显示特性如视角特性。 因 此， 在保持良好显示特性的状态下改善了应答特性。
此外， 在制造液晶显示单元的现有方法 ( 光取向膜技术 ) 中， 通过向设置在基板面 上的含有给定高分子材料的前体膜照射直线偏振光或照射斜对基板面方向的光 ( 下面称 作″倾斜光″ ) 而形成取向膜， 从而实施预倾斜处理。因此， 存在的问题是， 在形成取向膜 时必须使用大的光照射设备， 如照射直线偏振光的设备或照射倾斜光的设备。 此外， 存在的 问题是， 为了形成具有用于实现更宽视角的多区域的像素， 必须使用更大的设备， 并且制造步骤复杂。 特别地， 在使用倾斜光形成取向膜的情况下， 如果基板上存在诸如隔离物等结构 或凹凸， 则会产生隐藏在该结构等的后面且倾斜光不能到达的区域， 并且在该区域中难于 对液晶分子进行所希望的取向控制。 在这种情况下， 例如， 为了使用用于在像素内设置多区 域的光掩模来照射倾斜光， 必须考虑光衍射来设计像素。 即， 在使用倾斜光形成取向膜的情 况下， 存在的问题是， 难以形成高清晰度的像素。
此外， 在现有光取向膜技术中， 在交联性高分子化合物用作高分子材料的情况下， 前体膜中的交联性高分子化合物中所含的交联性官能团由于热运动无规地取向 ( 指向 )。 因此， 各交联性官能团之间的物理距离变小的可能性降低。此外， 在照射随机光 ( 非偏振 光 ) 的情况下， 各交联性官能团之间的物理距离变小， 因而引起反应。然而， 对于通过照射 直线偏振光引起反应的交联性官能团， 偏振方向和反应部位的方向应该在给定方向上对 齐。此外， 由于倾斜光的照射面积比垂直光的照射面积宽， 所以每单位面积的照射量降低。 即， 由于直线偏振光或倾斜光而反应的交联性官能团的比例比在垂直于基板面的方向上照 射随机光 ( 非偏振光 ) 的情况更低。因此， 在形成的取向膜中交联密度 ( 交联度 ) 易于下 降。
针对这种情况， 在第一实施方案中， 在形成含有取向处理前的化合物的取向膜 22 和 32 之后， 在取向膜 22 和取向膜 32 之间封装液晶层 40。接下来， 通过向液晶层 40 施加电 压， 液晶分子 41 在给定取向上取向， 由液晶分子 41 排列交联性官能团的方向 ( 即， 由液晶 分子 41 决定侧链的末端结构部相对于基板或电极的方向 )， 并且取向膜 22 和 32 中的取向 处理前的化合物被交联。由此， 能够形成赋予液晶分子 41A 和 41B 预倾角 θ 的取向膜 22 和 32。即， 根据第一实施方案的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 及其制造方法， 能够容易 地改善应答特性， 而无需使用大的设备。此外， 在取向处理前的化合物被交联时， 能够赋予 液晶分子 41 预倾角 θ， 而不依赖于紫外线照射方向。因此， 能够形成高清晰度的像素。此 外， 在交联性官能团的方向已经在取向处理前的化合物中排列的状态下形成取向处理后的 化合物。因此， 取向处理后的化合物的交联度比通过上述现有制造方法形成的取向膜的交 联度更高。因此， 即使在长时间驱动后， 在驱动时也难以形成新的交联结构。因此， 液晶分 子 41A 和 41B 的预倾角 θ1 和预倾角 θ2 能够保持在制造时的状态， 并且能够改善可靠性。
在这种情况下， 在第一实施方案中， 在取向膜 22 和 32 之间封装液晶层 40 之后， 取 向膜 22 和 32 中的取向处理前的化合物被交联。因此， 在驱动液晶显示装置时的透过率能 够连续增大。
具体而言， 在使用现有光取向膜技术的情况下， 如图 9(A) 所示， 为实施预倾斜处 理而照射的倾斜光 L 的一部分被玻璃基板 30 的背面反射。因此， 在液晶分子 41 的一部分 (41P) 中， 预倾斜方向混乱。 在这种情况下， 由于一部分液晶分子 41 的预倾斜方向偏离其他 液晶分子 41 的预倾斜方向， 作为表示液晶分子 41 取向态的指标 ( 表示取向态的一致程度 ) 的有序参数减小。 由此， 在液晶显示装置的初始驱动时， 预倾斜方向偏离的一部分液晶分子 41P 显示出不同于其他液晶分子 41 的行为， 这部分液晶分子 41P 在不同于其他液晶分子 41 的方向上取向， 并且透过率增大。然而， 这部分液晶分子 41P 随后在与其他液晶分子 41 相 同的方向上取向。因此， 在临时倾斜的液晶分子 41P 的指向矢方向垂直于基板面之后， 液晶 分子 41P 的指向矢方向与其他液晶分子 41 的指向矢方向对齐。因此， 存在液晶显示装置的 透过率不是连续增大而是局部减小的可能性。针对这种情况， 在其中封装液晶层 40 后通过取向处理前的化合物的交联反应来 实施预倾斜处理的第一实施方案中， 通过用于控制液晶分子 41 的取向的取向控制部 ( 如狭 缝部 21)， 根据驱动时液晶分子 41 的取向方向赋予预倾斜。 因此， 如图 9(B) 所示， 液晶分子 41 的预倾斜方向容易对齐， 因此有序参数增大 ( 接近 1)。由此， 在驱动液晶显示装置时， 液 晶分子 41 显示一致行为。因此， 透过率连续增大。
在这种情况下， 特别地， 在取向处理前的化合物具有式 (1) 所示的基团连同交联 性官能团或者取向处理前的化合物具有式 (2) 所示的基团作为交联性官能团的情况下， 取 向膜 22 和 32 更容易赋予预倾角 θ。因此， 应答速度能够更为改善。
此外， 在制造液晶显示装置的另一个现有方法中， 在使用含有具有光聚合性的单 体等的液晶材料形成液晶层后， 在液晶层包含单体的状态下， 在为液晶层中的液晶分子提 供给定取向的同时， 照射光以使单体聚合。按上述形成的聚合物赋予液晶分子预倾斜。然 而， 在制得的液晶显示装置中， 存在的问题是， 未反应的光聚合性单体残留在液晶层中， 并 且可靠性下降。 此外， 存在的问题是， 为减少未反应的单体的量， 必须增大光照射时间， 从而 造成制造所需的时间 ( 节拍时间， takt time) 增长。
针对这种情况， 在第一实施方案中， 即使不是使用如上所述添加有单体的液晶材 料来形成液晶层， 取向膜 22 和 32 也赋予液晶层 40 中的液晶分子 41A 和 41B 预倾角 θ1 和 预倾角 θ2。因此， 可靠性能够改善。此外， 能够抑制节拍时间增长。此外， 无需使用赋予液 晶分子预倾斜的现有技术 ( 如摩擦处理 )， 预倾角 θ 就能够良好地被赋予液晶分子 41A 和 41B。 因此， 不会产生摩擦处理的问题因素， 例如， 摩擦处理在取向膜中产生的划痕造成对比 度降低、 摩擦处理时的静电造成的配线断裂、 异物造成的可靠性等下降。
在第一实施方案中， 已经对使用含有取向处理前的化合物 ( 其具有主要含有聚酰 亚胺结构的主链 ) 的取向膜 22 和 32 的情况进行了说明。然而， 取向处理前的化合物具有 的主链不限于含有聚酰亚胺结构的主链。 例如， 主链可以含有聚硅氧烷结构、 聚丙烯酸酯结 构、 聚甲基丙烯酸酯结构、 马来酰亚胺聚合物结构、 苯乙烯聚合物结构、 苯乙烯 / 马来酰亚 胺聚合物结构、 多聚糖结构或聚乙烯醇结构等。 特别地， 具有含有聚硅氧烷结构的主链的取 向处理前的化合物是优选的。此外， 构成主链的化合物的玻璃化转变温度 Tg 期望是 200℃ 以上， 因为这样能够获得与上述含有聚酰亚胺结构的高分子化合物相似的效果。具有含有 聚硅氧烷结构的主链的取向处理前的化合物的例子包括含有式 (9) 所示的聚硅烷结构的 高分子化合物。式 (9) 中的 R10 和 R11 是任意的， 只要 R10 和 R11 是含有碳的一价基团。 R10 和 R11 中的一个优选含有作为侧链的交联性官能团， 因为这样在取向处理后的化合物 中容易获得充足的取向控制能力。在这种情况下交联性官能团的例子包括上式 (41) 所示 的基团。
在式中， R10 和 R11 代表一价有机基团， 和 m1 代表 1 以上的整数。
此外， 在第一实施方案中， 通过在像素电极 20B 中设置狭缝部 21， 从而实现取向分 割以改善视角特性。然而， 改善视角特性的方法不限于在像素电极 20B 中设置狭缝部 21。
例如， 代替狭缝部 21， 可以在像素电极 20B 和取向膜 22 之间设置作为取向控制部的突起。 通过设置这种突起， 能够获得与设置狭缝部 21 的情况下相似的效果。此外， 也可以在 CF 基 板 30 的对向电极 30B 和取向膜 32 之间设置作为取向控制部的突起。在这种情况下， TFT 基 板 20 上的突起和 CF 基板 30 上的突起配置成不是在基板之间彼此相对。在这种情况下， 能 够获得与上述情况相似的效果。
接下来， 对其他实施方案进行说明。 对于与第一实施方案相同的元件， 使用相同的 附图标记， 并且省略了对它们的说明。 此外， 在适宜时省略了与第一实施方案相似的作用和 效果。此外， 在第一实施方案中说明的各种技术内容在适宜时适用于其他实施方案。
[ 第二实施方案 ]
第二实施方案是第一实施方案的变形实施方案。在第一实施方案中， 对使得位于 取向膜 22 和 32 附近的液晶分子 41A 和 41B 的预倾角 θ1 和预倾角 θ2 几乎相同的液晶显 示单元 ( 液晶显示装置 ) 进行了说明。然而， 在第二实施方案中， 预倾角 θ1 值不同于预倾 角 θ2 值。
具体而言， 在第二实施方案中， 首先， 按与上述步骤 S101 相同方式形成具有取向 膜 22 的 TFT 基板 20 和具有取向膜 32 的 CF 基板 30。接下来， 例如， 在液晶层 40 中包含紫 外线吸收剂并封装。随后， 在像素电极 20B 和对向电极 30B 之间施加给定电压， 并从 TFT 基 板 20 侧照射紫外线， 从而取向膜 22 中的取向处理前的化合物被交联。此时， 由于紫外线吸 收剂包含在液晶层 40 中， 所以从 TFT 基板 20 侧进入的紫外线被液晶层 40 中的紫外线吸收 剂吸收， 几乎没有到达 CF 基板 30 侧。因此， 在取向膜 22 中， 生成取向处理后的化合物。随 后， 在像素电极 20B 和对向电极 30B 之间施加不同于上述给定电压的电压， 并从 CF 基板 30 侧照射紫外线， 从而取向膜 32 中的取向处理前的化合物反应而形成取向处理后的化合物。 由此， 根据在从 TFT 基板 20 侧照射紫外线时施加的电压和在从 CF 基板 30 侧照射紫外线时 施加的电压， 能够设定位于取向膜 22 和 32 附近的液晶分子 41A 和 41B 的预倾角 θ1 和预 倾角 θ2。因此， 预倾角 θ1 值能够不同于预倾角 θ2 值。然而， TFT 基板 20 设有 TFT 切换 元件和各种总线， 并且在驱动时产生各种横向电场。因此， 期望的是， 形成 TFT 基板 20 侧的 取向膜 22 使得位于取向膜 22 附近的液晶分子 41A 的预倾角 θ1 大于位于取向膜 32 附近 的液晶分子 41B 的预倾角 θ2。 由此， 能够有效地降低横向电场所引起的液晶分子 41A 的取 向混乱。
[ 第三实施方案 ]
第三实施方案是第一实施方案和第二实施方案的变形实施方案。图 10 显示根据 第三实施方案的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 的示意性部分截面图。与第一实施方案不 同的是， 在第三实施方案中， 取向膜 22 不含有取向处理后的化合物。即， 在第三实施方案 中， 位于取向膜 32 附近的液晶分子 41B 的预倾角 θ2 具有大于 0°的值， 而位于取向膜 22 附近的液晶分子 41A 的预倾角 θ1 为 0°。
在这种情况下， 取向膜 22 例如由上述其他垂直取向剂构成。
在 TFT 基板 20 上形成取向膜 22 时 ( 图 3 的步骤 S101)， 使用上述其他垂直取向剂 代替取向处理前的化合物或作为取向处理前的化合物的高分子化合物前体， 能够制造第三 实施方案的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )。
在第三实施方案的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 中， 在液晶层 40 中， 液晶分子41A 的预倾角 θ1 为 0°， 并且液晶分子 41B 的预倾角 θ2 大于 0°。由此， 与未实施预倾斜 处理的液晶显示单元相比， 对驱动电压的应答速度能够大幅改善。此外， 由于液晶分子 41A 在与玻璃基板 20A 和 30A 的法线接近的方向上取向， 所以黑显示时的光透过量能够减少， 并 且与第一实施方案和第二实施方案的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 相比， 对比度能够改 善。即， 在这种液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 中， 例如， 通过将位于 TFT 基板 20 侧的液晶 分子 41A 的预倾角 θ1 设定为 0°， 对比度改善， 同时通过将位于 CF 基板 30 侧的液晶分子 41B 的预倾角 θ2 设定为大于 0°的值， 应答速度能够改善。因此， 对驱动电压的应答速度 以及对比度能够良好平衡地改善。
此外， 根据第三实施方案的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 及其制造方法， 在 TFT 基板 20 上形成不含有取向处理前的化合物的取向膜 22， 并且在 CF 基板 30 上形成含有取 向处理前的化合物的取向膜 32。接下来， 在 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 之间封装液晶层 40 后， 取向膜 32 中的取向处理前的化合物反应而生成取向处理后的化合物。因此， 能够形成 赋予液晶分子 41B 预倾角 θ 的取向膜 32 而无需使用大的光照射设备， 因而应答特性能够 容易地改善。此外， 与通过用含有光聚合性单体的液晶材料封装液晶层后使光聚合性单体 聚合的情况相比， 能够确保更高的可靠性。
第三实施方案的其他效果与第一实施方案的相似。
此外， 在第三实施方案中， 如图 10 所示， 覆盖 CF 基板 30 的取向膜 32 含有取向处 理后的化合物并赋予液晶层 40 的位于 CF 基板 30 侧的液晶分子 41B 预倾角 θ2， 但是其结 构不限于此。即， 如图 11 所示， 可能的是， 取向膜 32 不含有取向处理后的化合物， 覆盖 TFT 基板 20 的取向膜 22 含有取向处理后的化合物并赋予液晶层 40 的位于 TFT 基板 20 侧的液 晶分子 41A 预倾角 θ1。在这种情况下， 能够获得与第三实施方案相似的作用和效果。然 而， 如上所述， 在 TFT 基板 20 中， 在驱动时产生各种横向电场。因此， 期望的是， 形成 TFT 基 板 20 侧的取向膜 22 以赋予位于其附近的液晶分子 41A 预倾角 θ1。由此， 能够有效地降低 横向电场所引起的液晶分子 41A 的取向混乱。
[ 第四实施方案 ]
第四实施方案也是第一实施方案和第二实施方案的变形实施方案。图 12 显示根 据第四实施方案的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 的示意性部分截面图。第四实施方案具 有与第一实施方案和第二实施方案的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 相似的结构， 除了 CF 基板 30 中包含的对向电极 30B 的结构不同。
具体而言， 对向电极 30B 在各像素内设置有具有与像素电极 20B 相似图案的狭缝 部 31。狭缝部 31 未与狭缝部 21 在基板之间相对配置。由此， 在施加驱动电压的情况下， 向 液晶分子 41 的指向矢赋予倾斜电场。由此， 对电压的应答速度改善， 在各像素内形成取向 方向不同的区域 ( 取向分割 )， 因而视角特性改善。
在图 3 的步骤 S 101 中， 通过使用在作为 CF 基板 30 的玻璃基板 30A 的滤色片上 设置有具有给定狭缝部 31 的对向电极 30B 的基板， 能够制造第四实施方案的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )。
根据第四实施方案的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 及其制造方法， 在形成含有 交联前的高分子化合物的取向膜 22 和 32 后， 在取向膜 22 和取向膜 32 之间封装液晶层 40。 接下来， 取向膜 22 和 32 中的交联前的高分子化合物反应而生成交联的高分子化合物。由此， 向液晶分子 41A 和 41B 赋予给定预倾角 θ1 和 θ2。因此， 与未实施预倾斜处理的液晶 显示单元相比， 对驱动电压的应答速度能够大幅改善。因此， 能够形成赋予液晶分子 41 预 倾角 θ 的取向膜 22 和 32， 而无需使用大的设备。因此， 应答特性能够容易地改善。此外， 例如， 与通过用含有光聚合性单体的液晶材料封装液晶层并随后使光聚合性单体聚合而实 施预倾斜处理的情况相比， 能够确保更高的可靠性。
第四实施方案的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 及其制造方法的作用和效果与上 述第一实施方案和第二实施方案的作用和效果相似。
此外， 在第四实施方案中， 形成取向膜 22 和 32 以赋予位于其附近的液晶分子 41A 和 41B 预倾角 θ1 和预倾角 θ2。 然而， 可以通过使用与第三实施方案说明的制造方法相似 的方法赋予位于取向膜 22 和 32 之一附近的液晶分子 41 预倾角 θ。在这种情况下， 也能够 获得与第三实施方案相似的作用和效果。
[ 第五实施方案 ]
在第一实施方案至第四实施方案中， 取向处理前的化合物在设置液晶层 40 状态 下的取向膜 22 和 32 中的至少一个中反应而生成取向处理后的化合物， 从而赋予位于其附 近的液晶分子 41 预倾斜。针对这种情况， 在第五实施方案中， 高分子化合物结构在设置液 晶层 40 状态下的取向膜 22 和 32 中的至少一个中分解， 从而赋予位于其附近的液晶分子 41 预倾斜。即， 第五实施方案的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 具有与上述第一实施方案至 上述第四实施方案相似的结构， 除了形成取向膜 22 和 32 的方法不同。
在液晶分子 41A 和 41B 具有给定预倾角 θ1 和预倾角 θ2 的情况下， 第五实施方 案的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 例如按下述制造。首先， 在 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 上形成含有诸如上述其他垂直取向剂等高分子化合物的取向膜 22 和 32。接下来， 配置 TFT 基板 20 和 CF 基板 30， 使得取向膜 22 和取向膜 32 彼此相对， 并在取向膜 22 和取向膜 32 之 间封装液晶层 40。接下来， 在像素电极 20B 和对向电极 30B 之间施加电压。在连续施加电 压的状态下， 向取向膜 22 和 32 照射与上述紫外线 UV 相比含有更大量的在波长约 250nm 的 短波长范围内的光成分的紫外线 UV。此时， 由于在短波长范围内的紫外线 UV， 取向膜 22 和 32 中的高分子化合物例如分解， 从而结构变化。由此， 能够赋予位于取向膜 22 附近的液晶 分子 41A 和位于取向膜 32 附近的液晶分子 41B 给定预倾角 θ1 和给定预倾角 θ2。
在封装液晶层 40 之前取向膜 22 和 32 中所含的高分子化合物的例子包括具有式 (10) 所示的聚酰亚胺结构的高分子化合物。如化学反应式 (I) 所示， 在通过照射紫外线 UV 而使式 (10) 中的环丁烷结构裂解的情况下， 式 (10) 所示的聚酰亚胺结构变为式 (11) 所示 的结构。
在式中， R20 代表二价有机基团， 和 p1 代表 1 以上的整数。 在第五实施方案中， 由于位于取向膜 22 附近的液晶分子 41A 和位于取向膜 32 附近的液晶分子 41B 具有给定预倾角 θ1 和给定预倾角 θ2， 因此与未实施预倾斜处理的液 晶显示单元相比， 应答速度能够大幅改善。此外， 能够形成可赋予液晶分子 41 预倾角 θ 的 取向膜 22 和 32 中的至少一个， 而无需使用大的设备。因此， 应答特性能够容易地改善。然 而， 存在由于向取向膜 22 和 32 照射紫外线而使液晶分子 41 例如分解的可能性。因此， 在 第一实施方案至第四实施方案中能够确保更高的可靠性。
[ 第六实施方案 ]
第六实施方案涉及根据本发明第二方面的液晶显示单元， 还涉及根据本发明第二 方面和第三方面的制造液晶显示单元的方法。
在第一实施方案至第四实施方案中， 通过使具有作为侧链的交联性官能团的取向 处理前的化合物中的交联性官能团交联而获得取向处理后的化合物。另一方面， 在第六实 施方案中， 基于经照射能量线而变形的具有作为侧链的感光性官能团的取向处理前的化合 物而获得取向处理后的化合物。
在这种情况下， 在第六实施方案中， 取向膜 22 和 32 通过含有一种或多种在侧链中 具有交联结构的高分子化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 而构成。由变形的化合物赋予液 晶分子预倾斜。在这种情况下， 通过形成含有一种或多种具有主链和侧链的高分子化合物 ( 取向处理前的化合物 ) 的取向膜 22 和 32， 随后设置液晶层 40， 然后使高分子化合物变形 或向高分子化合物照射能量线， 或更具体而言， 在施加电场或磁场的同时使侧链中所含的 感光性官能团变形， 从而生成取向处理后的化合物。这种状态示于图 16 的概念图中。在图 16 中，″ UV″箭头的方向和″电压″箭头的方向不是表示紫外线的照射方向和电场的施 加方向。取向处理后的化合物含有其中液晶分子相对于一对基板 ( 具体而言， TFT 基板 20 和 CF 基板 30) 在给定方向 ( 具体而言， 倾斜方向 ) 上排列的结构。如上所述， 通过使高分 子化合物变形或通过向高分子化合物照射能量线， 取向处理后的化合物被包含在取向膜 22 和 32 中， 由此取向膜 22 和 32 附近的液晶分子 41 能够被赋予预倾斜。 因此， 应答速度变快， 显示特性改善。
作为感光性官能团， 能够举例提到的有具有偶氮基团的偶氮苯化合物、 骨架中具 有亚胺和醛亚胺的化合物 ( 为简便起见， 称作″醛亚胺苯″ ) 和具有苯乙烯骨架的化合物 ( 为简便起见， 称作″ 1， 2- 二苯乙烯″ )。这些化合物响应于能量线 ( 例如， 紫外线 ) 而变 形， 即， 这些化合物从反式状态变为顺式状态。结果， 预倾斜能够被赋予液晶分子。
醛亚胺苯
1， 2- 二苯乙烯
作为式 (AZ-0) 代表的偶氮苯化合物中的″ X″， 具体而言， 例如， 能够举例提到的有下式 (AZ-1) ～ (AZ-9)。
在式中， R 和 R″之一与含有二胺的苯环结合， 另一个是末端基团。R、 R′和 R″代 表氢原子、 卤原子、 烷基、 烷氧基、 具有碳酸酯基团的一价基团或其衍生物。R″与含有二胺 的苯环直接结合。
第六实施方案的液晶显示单元及其制造方法与第一实施方案至第四实施方案说 明的液晶显示单元及其制造方法基本上相似， 除了使用经照射能量线 ( 具体而言， 紫外线 ) 而变形的具有感光性官能团的取向处理前的化合物。因此， 省略了对它们的详细说明。
实施例 1
实施例 1A
实施例 1 涉及根据本发明第一方面的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 及其制造方 法， 还涉及根据本发明第三方面的制造液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 的方法。在实施例 1A 中， 根据以下步骤形成图 11 所示的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )。
首先， 准备 TFT 基板 20 和 CF 基板 30。作为 TFT 基板 20， 使用在厚度 0.7mm 的玻 璃基板 20A 的一面侧上包括由具有狭缝图案 ( 线宽度 60μm 和线间隔 10μm ： 狭缝部 21) 的 ITO 构成的像素电极 20B 的基板。此外， 作为 CF 基板 30， 使用在形成有滤色片的厚度 0.7mm 的玻璃基板 30A 的滤色片上包括由具有狭缝图案 ( 线宽度 60μm 和线间隔 10μm ： 狭缝部 31) 的 ITO 构成的对向电极 30B 的基板。由于在像素电极 20B 和对向电极 30B 中形成的狭 缝图案， 所以在 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 之间施加倾斜电场。随后， 在 TFT 基板 20 上形成 3.5μm 的间隔突起物。
另一方面， 制备取向膜材料。在这种情况下， 首先， 将 1mol 的作为二胺化合物的式 (A-7) 所示的具有交联性官能团的化合物、 1mol 的式 (B-6) 所示的具有垂直排列诱发结构 部的化合物和 2mol 的式 (E-2) 所示的四羧酸二酐溶解在 N- 甲基 -2- 吡咯烷酮 (NMP) 中。 随后， 将溶液在 60℃下反应 6 小时。其后， 将大幅过量的纯水倒入反应后的溶液中， 沉淀出 反应产物。随后， 在分离出沉淀的固体后， 用纯水洗涤固体， 并在 40℃下减压干燥 15 小时。 由此， 合成作为取向处理前的化合物的聚酰胺酸 ( 其是高分子化合物前体 )。最后， 将 3.0g 得到的聚酰胺酸溶解在 NMP 中， 从而得到固体浓度为 3wt％的溶液。 其后， 用 0.2μm 过滤器 过滤溶液。
随后， 使用旋涂机用制得的取向膜材料分别涂布 TFT 基板 20 和 CF 基板 30。其 后， 使用 80℃的热板将涂布膜干燥 80 秒。随后， 在氮气气氛下， 在 200℃的烘箱中， 将 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 加热 1 小时。由此， 在像素电极 20B 和对向电极 30B 上形成厚度 80nm
的取向膜 22 和 32。随后， 通过用含有粒径为 3.5μm 的二氧化硅粒子的紫外线固化树脂涂布 CF 基板 30 上的像素部的周缘， 形成密封部。将由作为负型液晶的 MLC-7029(Merck 制 ) 构成的液 晶材料滴入密封部包围的部分中。其后， 将 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 相互贴合， 使得像素 电极 20B 的线部分的中央与对向电极 30B 的狭缝部 31 彼此相对， 并固化密封部。随后， 在 120℃的烘箱中将生成物加热 1 小时以完全固化密封部。由此， 封装液晶层 40 以完成液晶 胞。
随后， 在有效电压 10 伏的矩形波交流电场 (60Hz) 被施加到按上述形成的液晶胞 的状态下， 向其照射 500mJ( 波长 365nm 下测量 ) 的均匀紫外线， 使取向膜 22 和 32 中的取向 处理前的化合物反应。由此， 在 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 上形成含有取向处理后的化合物的取向膜 22 和 32。因此， 能够完成图 12 所示的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )， 其中 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 侧的液晶分子 41A 和 41B 被赋予预倾斜。最后， 将一对偏光板贴附到 液晶显示单元的外侧， 使得各吸收轴相互垂直。
[ 实施例 1B]
在实施例 1B 中， 采用与实施例 1A 相似的步骤， 除了代替聚酰胺酸， 通过使聚酰胺 酸脱水闭环得到的酰亚胺化聚合物用作取向膜材料。此时， 将实施例 1A 中合成的聚酰胺酸 溶解在 N- 甲基 -2- 吡咯烷酮中， 随后向其中加入吡啶和乙酸酐。使混合溶液在 110℃下反 应 3 小时， 以进行脱水闭环。随后， 将大幅过量的纯水倒入反应后的混合溶液中， 沉淀出反 应产物。在分离出沉淀的固体后， 用纯水洗涤固体。其后， 生成物在 40℃下减压干燥 15 小 时。由此， 获得作为取向处理前的化合物的酰亚胺化聚合物。
[ 实施例 1C]
在实施例 1C 中， 采用与实施例 1A 相似的步骤， 除了在合成聚酰胺酸时， 使用下式 (B-37) 所示的具有垂直排列诱发结构部的化合物代替上式 (B-6) 所示的具有垂直排列诱 发结构部的化合物。
[ 实施例 1D]
在实施例 1D 中， 采用与实施例 1A 相似的步骤， 除了在合成聚酰胺酸时， 使用式 (E-3) 所示的四羧酸二酐代替式 (E-2) 所示的四羧酸二酐。
[ 实施例 1E]
在实施例 1E 中， 采用与实施例 1A 相似的步骤， 除了在合成聚酰胺酸时， 使用式 (E-1) 所示的四羧酸二酐代替式 (E-2) 所示的四羧酸二酐。
[ 实施例 1F]
在实施例 1F 中， 采用与实施例 1A 相似的步骤， 除了在合成聚酰胺酸时， 未使用作 为二胺化合物的式 (A-7) 所示的具有交联性官能团的化合物， 并且向液晶胞照射的紫外线 变化。具体而言， 在合成聚酰胺酸时， 2mol 的式 (B-6) 所示的具有垂直排列诱发结构部的 化合物用作二胺化合物。此外， 在有效电压 10 伏的矩形波交流电场被施加到液晶胞的状态 下， 向其照射 100mJ( 波长 250nm 下测量 ) 的均匀紫外线。
[ 比较例 1A]
在比较例 1A 中， 采用与实施例 1A 相似的步骤， 除了未向液晶胞照射紫外线。
[ 比较例 1B]
在比较例 1B 中， 采用与实施例 1F 相似的步骤， 除了向液晶胞照射的紫外线变为 500mJ( 波长 365nm 下测量 ) 的均匀紫外线。
对于实施例 1A ～ 1F、 比较例 1A 和比较例 1B 的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )， 测量应答时间。因此， 获得图 13 所示的结果。在测量应答时间时， 使用 LCD5200(Otsuka Electronics Co.Ltd. 制 ) 作为测量设备， 在像素电极 20B 和对向电极 30B 之间施加驱动电 压 (2.5 伏～ 7.5 伏 )， 并测量直到从亮度 10％对应于其驱动电压的梯度水平变为亮度 90％
的时间。 如图 13 所示， 在取向膜 22 和 32 含有具有聚酰亚胺结构连同交联结构的高分子化 合物 ( 取向处理后的化合物 ) 的实施例 1A ～ 1E 中， 与侧链不含有交联的聚酰亚胺的比较 例 1A 和比较例 1B 相比， 应答时间缩短。此外， 在取向膜 22 和 32 通过分解聚酰亚胺而赋予 液晶分子 41A 和 41B 预倾角 θ1 和预倾角 θ2 的实施例 1F 中， 应答时间比实施例 1A ～ 1E 的应答时间长， 但比具有聚酰亚胺未分解的取向膜 22 和 32 的比较例 1A 和比较例 1B 的应 答时间短。
即， 在实施例 1A ～ 1F 中， 形成取向膜 22 和 32 使得预倾角 θ1 和预倾角 θ2 被赋 予液晶分子 41A 和 41B， 并且液晶取向性良好。另一方面， 在比较例 1A 和比较例 1B 中， 未形 成与实施例 1A ～ 1F 相似的取向膜 22 和 32。
因此， 在 VA 模式液晶显示单元 ( 或液晶显示装置 ) 中， 在设置液晶层 40 的状态 下， 取向膜 22 和 32 中的取向处理前的化合物被交联或高分子化合物结构分解， 使得取向膜 22 和 32 赋予其附近的液晶分子 41 预倾角 θ。由此， 应答速度能够大幅改善。在这种情况 下， 已经确认能够形成可赋予液晶分子 41A 和 41B 预倾斜的取向膜 22 和 32， 而无需使用大 的设备。因此， 已经确认应答特性能够容易地改善。
[ 参考例 1A]
接下来， 通过以下步骤形成取向膜， 并检测交联密度。即， 使用实施例 1A 的取向膜 材料形成取向膜。在这种情况下， 首先， 使用旋涂机用实施例 1A 中使用的取向膜材料 ( 聚 酰胺酸溶液， 固体浓度 3wt％ ) 涂布玻璃基板的一面侧上的表面。其后， 使用 80℃的热板将 涂布膜干燥 80 秒。其后， 在氮气气氛下， 在 200℃的烘箱中， 将玻璃基板加热 1 小时。由此，
形成含有取向处理前的化合物的厚度 80nm的取向膜 ( 前体膜 )。随后， 从玻璃基板的取向膜侧照射 500mJ( 波长 365nm 下测量 ) 的均匀紫外线 ( 随机光 )， 使前体膜中的取向 处理前的化合物反应。由此， 形成含有取向处理后的化合物的取向膜。 [ 参考例 1B]
采用与参考例 1A 相似的步骤， 除了在照射紫外线时， 照射 500mJ( 波长 365nm 下测 量 ) 的偏振光来代替随机光。
对于参考例 1A 和参考例 1B 的取向膜， 测量交联密度。 因此， 得到表 1 所示的结果。
在测量交联密度时， 使用反射型 FT-IR (Nicoletnexus 470FT-IR， Thermo Fisher Scientific Co. 制 ) 测量取向膜的红外光谱。 此时， 首先， 对于照射紫外线前的取向膜 ( 前 体膜 ) 测量红外光谱 ( 反射 )。基于光谱， 计算波数 1642cm-1 下的吸收峰的面积 ( 前体膜中
的吸收峰面积 )。波数 1642cm-1 下的吸收峰源于引入聚酰亚胺中的交联性官能团 ( 查耳酮 基团 ) 进行交联反应的碳双键 (C ＝ C) 的伸缩振动。 随后， 对于照射紫外线后的取向膜按与 上述方法相同方式测量红外光谱。基于光谱， 计算波数 1642cm-1 下的吸收峰的面积 ( 照射 紫外线后的取向膜中的吸收峰面积 )。 基于照射紫外线前后的这些吸收峰面积， 计算交联密 度 (％ ) ＝ [1-( 照射紫外线后的取向膜中的吸收峰面积 / 前体膜中的吸收峰面积 )]×100。
[ 表 1]
如表 1 所示， 在照射随机光的参考例 1A 中， 交联密度是 71.2％， 明显高于照射偏振 光的参考例 1B( 交联密度是 47.7％ )。表明以下结果。在前体膜中， 交联性官能团由于热 运动无规地取向 ( 指向 )。此时， 在照射随机光 ( 非偏振光 ) 的情况下， 当各交联性官能团 之间的物理距离由于热运动变小时， 引起反应， 并且侧链交联。然而， 在照射偏振光的情况 下， 由于热运动， 偏振方向和交联性官能团的反应部位 ( 查耳酮基团中的进行交联反应的 C ＝ C 键 ) 的方向在给定方向上对齐。此外， 在各交联性官能团之间的物理距离变小的情况 下， 引起反应， 并且侧链交联。 因此， 在随机光用作交联用的紫外线的情况下， 取向膜中的交 联密度高于使用偏振光情况下的交联密度。
因此， 已经确认在通过紫外线照射形成含有具有交联结构的高分子化合物的取向 膜的情况下， 通过使用随机光作为紫外线， 能够增大交联密度。 因此， 已经表明， 在按上述形 成的包括具有较高交联密度的取向膜的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 中， 可靠性改善。
实施例 2
实施例 2A
实施例 2 也涉及根据本发明第一方面的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 及其制造 方法， 还涉及根据本发明第三方面的制造液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 的方法。与实施 例 1A 不同的是， 在实施例 2A 中， 形成图 1 所示的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )， 并且检测 应答特性。
具体而言， 首先， 准备 TFT 基板 20 和 CF 基板 30。作为 TFT 基板 20， 使用在厚度 0.7mm 的玻璃基板 20A 的一面侧上形成由具有狭缝图案 ( 线宽度 4μm 和线间隔 4μm ： 狭缝 部 21) 的 ITO 构成的像素电极 20B 的基板。此外， 作为 CF 基板 30， 使用在形成有滤色片的 厚度 0.7mm 的玻璃基板 30A 的滤色片整个区域上形成由 ITO 构成的对向电极 30B 的基板。 通过在像素电极 20B 中形成的狭缝图案， 在 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 之间施加倾斜电场。 随后， 在 TFT 基板 20 上使用感光性丙烯酸树脂 PC-335(JSR Co. 制 ) 形成 3.5μm 的间隔突 起物。
另一方面， 制备取向膜材料。在这种情况下， 首先， 将作为二胺化合物的式 (A-8) 所示的具有交联性官能团的化合物、 式 (B-6) 所示的具有垂直排列诱发结构部的化合物、 式 (C-1) 所示的化合物和式 (E-2) 所示的四羧酸二酐以表 2 所示的比例溶解在 NMP 中。随 后， 将溶液在 60℃下反应 4 小时。其后， 将大幅过量的甲醇倒入反应后的溶液中， 沉淀出反 应产物。随后， 在分离出沉淀的固体后， 用甲醇洗涤固体， 并在 40℃下减压干燥 15 小时。由 此， 合成作为取向处理前的化合物的聚酰胺酸 ( 其是高分子化合物前体 )。 最后， 将 3.0g 得 到的聚酰胺酸溶解在 NMP 中， 从而得到固体浓度为 3wt％的溶液。 其后， 用 0.2μm 过滤器过 滤溶液。
随后， 使用旋涂机用制得的取向膜材料分别涂布 TFT 基板 20 和 CF 基板 30。其后， 使用 80℃的热板将涂布膜干燥 80 秒。随后， 在氮气气氛下， 在 200℃的烘箱中， 将 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 加热 1 小时。由此， 在像素电极 20B 和对向电极 30B 上形成厚度 90nm 的取向膜 22 和 32。
随后， 象实施例 1A 中那样， 通过用紫外线固化树脂涂布 CF 基板 30 上的像素部的 周缘， 形成密封部。将由负型液晶构成的液晶材料滴入密封部包围的部分中。其后， 将 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 相互贴合， 并固化密封部。随后， 在 120℃的烘箱中将生成物加热 1 小 时以完全固化密封部。由此， 封装液晶层 40 以完成液晶胞。
随后， 在有效电压 10 伏的矩形波交流电场 (60Hz) 被施加到按上述形成的液晶胞 的状态下， 向其照射 500mJ( 波长 365nm 下测量 ) 的均匀紫外线， 使取向膜 22 和 32 中的取 向处理前的化合物反应。由此， 在 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 上形成含有取向处理后的化合 物的取向膜 22 和 32。因此， 能够完成图 1 所示的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )， 其中 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 侧的液晶分子 41A 和 41B 被赋予预倾斜。最后， 将一对偏光板贴附到 液晶显示单元的外侧， 使得各吸收轴相互垂直。
[ 实施例 2B]
在实施例 2B， 采用与实施例 2A 相似的步骤， 除了在合成聚酰胺酸时， 未使用式 (B-6) 所示的具有垂直排列诱发结构部的化合物。
[ 实施例 2C]
在实施例 2C 中， 采用与实施例 2A 相似的步骤， 除了在合成聚酰胺酸时， 使用式 (C-2) 所示的化合物代替式 (C-1) 所示的化合物。
[ 实施例 2D 和实施例 2E]
在实施例 2D 和实施例 2E 中， 采用与实施例 2A 相似的步骤， 除了在合成聚酰胺酸 时， 以表 2 所示比例使用式 (D-7) 所示的具有基团的化合物和式 (G-1) 所示的化合物代替 式 (A-8) 所示的具有交联性官能团的化合物、 式 (B-6) 所示的具有垂直排列诱发结构部的 化合物和式 (C-1) 所示的化合物。
[ 比较例 2]
在比较例 2 中， 采用与实施例 2A 相似的步骤， 除了在合成聚酰胺酸时， 使用式 (B-6) 所示的具有垂直排列诱发结构部的化合物代替式 (D-7) 所示的具有基团的化合物。
对于实施例 2A ～ 2E 和比较例 2 的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )， 测量预倾角 θ 和应答时间。因此， 得到表 2 所示的结果。
在 检 测 液 晶 分 子 41 的 预 倾 角 θ 时， 基 于 已 知 方 法 (J.Appl.Phys.， vol.19， p.2013， 1980， T.J.Scheffer 等人中记载的方法 )， 使用 He-Ne 激光， 利用晶体旋转法进行测 量。在后述各实施例和比较例中， 测量预倾角 θ 的方法与该方法相同。如上所述并且如图 2 所示， 预倾角 θ 是在垂直于玻璃基板 20A 和 30A 的表面的方向 ( 法线方向 ) 是 Z 的情况 下， 在驱动电压中断的状态下， 液晶分子 41(41A 和 41B) 的指向矢 D 相对于 Z 方向的倾角。
在测量应答时间时， 使用 LCD5200(Otsuka Electronics Co.Ltd. 制 ) 作为测量设 备， 在像素电极 20B 和对向电极 30B 之间施加驱动电压 (7.5 伏 )， 并测量直到从亮度 10％ 对应于其驱动电压的梯度水平变为亮度 90％的时间。在后述各实施例和比较例中， 测量应 答时间的方法与该方法相同。
[ 表 2]
如表 2 所示， 在取向膜 22 和 32 中的取向处理后的化合物含有具有式 (1) 或式 (2) 所示的基团的化合物的实施例 2A ～ 2E 中， 与不含这种化合物的比较例 2 相比， 预倾角 θ 被赋予， 并且应答时间缩短。
即， 在实施例 2A ～ 2E 中， 形成取向膜 22 和 32 以赋予液晶分子 41A 和 41B 预倾角 θ1 和预倾角 θ2， 并且液晶取向性良好。另一方面， 在比较例 2 中， 未形成与实施例 2A ～ 2E 相似的取向膜 22 和 32。
因此， 在 VA 模式液晶显示单元 ( 或液晶显示装置 ) 中， 已经确认取向膜 22 和 32 中的取向处理后的化合物含有具有式 (1) 或式 (2) 所示的基团的化合物， 预倾角 θ 能够被 赋予， 并且应答速度能够大幅改善。
接下来， 制作图 1 所示的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )， 并检测驱动时的透过率。
[ 参考例 2A]
在参考例 2A 中， 采用与实施例 2A 相似的步骤， 除了预倾斜按以下步骤赋予。即， 使用旋涂机在 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 的相对面侧上形成光取向膜 (RN1338， Nissan Chemical Industries 制 )。其后， 使用 80℃的热板将光取向膜干燥 80 秒。随后， 在氮气气 氛下， 在 200℃的烘箱中， 将 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 加热 1 小时。其后， 向光取向膜倾斜 照射偏振紫外光， 从而赋予预倾斜。
[ 参考例 2B]
在参考例 2B 中， 采用与实施例 2A 相似的步骤， 除了预倾斜按以下步骤赋予。即， 使用旋涂机在 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 的相对面侧上形成垂直取向膜 (JALS2131-R6， JSR Co. 制 )。 其后， 使用 80℃的热板将垂直取向膜干燥 80 秒。 随后， 在氮气气氛下， 在 200℃的 烘箱中， 将 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 加热 1 小时。随后， 通过用含有粒径为 3.5μm 的二氧 化硅粒子的紫外线固化树脂涂布 CF 基板 30 上的像素部的周缘， 形成密封部。 将通过在作为 负型液晶的 MLC-7029(Merck 制 ) 中混合 0.3wt％的丙烯酸单体 (A-BP-2E， Shin-Nakamura Chemical Co.， Ltd. 制 ) 得到的液晶材料滴入密封部包围的部分中。随后， 在施加有效电 压 10 伏的矩形波交流电场 (60Hz) 的状态下， 照射 500mJ( 波长 365nm 下测量 ) 的均匀紫外 线， 从而赋予预倾斜。
对于实施例 2E、 参考例 2A 和参考例 2B 的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )， 测量驱
动时的透过率。因此， 获得图 14 所示的结果。在测量透过率时， 在像素电极 20B 和对向电 极 30B 之间施加驱动电压 (7.5 伏 )， 并且检测从 TFT 基板 20 侧透射到 CF 基板 30 侧的光透 过率。
如图 14 所示， 在使用含有具有交联结构的高分子化合物 ( 取向处理后的化合物 ) 的取向膜 22 和 32 的实施例 2E 中， 透过率连续增大。另一方面， 在未使用上述取向膜 22 和 32 的参考例 2A 和参考例 2B 中， 透过率没有连续增大， 但是透过率增大， 一度减小， 并再次增 大。
即， 在实施例 2E 中， 由于液晶分子 41 的预倾斜方向对齐并且有序参数增大， 所以 随着时间推移透过率连续增大。另一方面， 在参考例 2A 和参考例 2B 中， 液晶分子 41 的预 倾斜方向混乱并且有序参数减小。因此， 随着时间推移透过率在途中减小。
因此， 在 VA 模式液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 中， 在设置液晶层 40 的状态下， 取向膜 22 和 32 中的取向处理前的化合物被交联或高分子化合物结构分解， 使得取向膜 22 和 32 赋予液晶分子 41 预倾角 θ。由此， 透过率能够连续增大。因此， 已经确认应答特性能 够容易和稳定地改善。
实施例 3
实施例 3A ～ 3R
实施例 3 也涉及根据本发明第一方面的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 及其制造 方法， 还涉及根据本发明第三方面的制造液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 的方法。在实施 例 3A ～ 3R 中， 不具有液晶分子沿着末端结构部定位的结构的高分子化合物作为比较例 3， 并且检测与比较例 3 相比应答速度是否改善。
具体而言， 使二胺化合物和四羧酸二酐反应获得聚酰胺酸。 接下来， 将进行酰亚胺 反应和脱水闭环的物质溶解在 NMP 中。按上述得到的式 (F-1) ～ (F-6) 所示的 6 种聚酰亚 胺被称作实施例 3A ～ 3F。此外， 将式 (F-7) ～ (F-12) 所示的丙烯酸酯单体在 MEK( 甲基乙 基酮 ) 中与聚合引发剂一起反应。接下来， 将干燥的生成物溶解在 NMP 中。按上述得到的 6 种聚丙烯酸酯被称作实施例 3G ～ 3L。此外， 对式 (F-13) ～ (F-18) 所示的硅烷进行水解 裂解， 使生成的硅烷醇脱水缩合， 并且将生成物溶解在 NMP 中。按上述得到的 6 种聚硅氧烷 被称作实施例 3M ～ 3R。
在使用实施例 3A ～ 3R 按与实施例 2A 相同方式获得取向膜 22 和 32 后， 基于与实 施例 2A 说明的基本相似方法完成液晶胞。然而， 间隔突起物的高度为 3.5μm， 使用粒径为 3.5μm 的二氧化硅粒子， 并且形成密封部。 此外， 像素电极 20B 和对向电极 30B 上的取向膜 22 和 32 的厚度为 90nm。
接下来， 在有效电压 20 伏的矩形波交流电场 (60Hz) 被施加到按上述形成的液晶 胞的状态下， 照射 500mJ( 波长 365nm 下测量 ) 的均匀紫外线， 使取向膜 22 和 32 中的取向 处理前的化合物反应。由此， 在 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 上形成含有取向处理后的化合物 的取向膜 22 和 32。因此， 能够完成图 1 所示的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )， 其中 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 侧的液晶分子 41A 和 41B 被赋予预倾斜。最后， 将一对偏光板贴附到 液晶显示单元的外侧， 使得各吸收轴相互垂直。
对于按上述制作的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )[ 实施例 3A ～ 3R]， 测量液晶分 子的预倾斜和应答速度。结果示于下表 3。按与实施例 2A ～ 2E 相同方式测量应答速度。[ 比较例 3]
在比较例 3 中， 按与实施例 3A 相同方式制作液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )， 除了 使用式 (G-2) 所示的材料， 并且由式 (E-2) 所示的四羧酸二酐制成的材料连同与式 (G-2) 所示的化合物等摩尔量的式 (B-1) 所示的化合物一起使用。测量液晶分子的预倾斜和应答 速度。结果示于下表 3。式 (G-2) 所示的材料不具有能够沿着液晶分子 41 定位的基团， 并 且不具有介晶基团。
[ 表 3]
从表 3 发现， 在实施例 3A ～ 3R 中的应答速度明显高于比较例 3 的应答速度。
实施例 4
[ 实施例 4A ～ 4H]
实施例 4 也涉及根据本发明第一方面的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 及其制造 方法， 还涉及根据本发明第三方面的制造液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 的方法。在实施 例 4A ～ 4H 中， 检测取向膜的表面粗糙度 Ra 和应答速度 / 对比度之间的关系。
具体而言， 将具有与二胺化合物 ( 式 (G-3) 所示的二胺化合物和式 (G-1) 所示的 二胺化合物之间的比例如表 4 所示 ) 的总摩尔数等量的式 (E-2) 所示的四羧酸二酐溶解在 NMP 中。随后， 使溶液在 60℃下反应 4 小时， 从而得到聚酰亚胺。作为四羧酸二酐， 能够使 用式 (E-1) 和式 (E-3) ～ (E-28) 所示的其他四羧酸二酐。接下来， 将大幅过量的甲醇倒入 反应混合物， 沉淀出反应产物。其后， 用甲醇洗涤反应产物， 并在 40℃下减压干燥 15 小时。 由此， 合成聚酰胺酸。按上述合成的聚酰胺酸被称作表 4 所示的取向膜材料 a 和取向膜材 料 b。
[ 表 4]
在实施例 4A ～ 4H 中， 在按与实施例 2A 相同方式获得取向膜 22 和 32 后， 基于与 实施例 2A 说明的基本相似方法完成液晶胞。此时， 间隔突起物的高度为 3.5μm， 使用粒径 为 3.5μm 的二氧化硅粒子， 并且形成密封部。此外， 像素电极 20B 和对向电极 30B 上的取 向膜 22 和 32 的厚度为 90nm。 此外， 使像素电极图案化， 使得倾斜电场被施加到形成间隔突 起物的像素电极侧。 此时， 图案化的像素电极的宽度为 4μm， 并且图案化的像素电极与像素 电极之间的间距为 4μm。 即， 像素电极以线和间隔的状态被图案化。 即， 狭缝图案的线宽度 为 4μm， 线间隔为 4μm。
随后， 在有效电压 2.5 伏～ 50 伏的矩形波交流电场 (60Hz) 被施加到按上述形成 的液晶胞的状态下， 照射 500mJ( 波长 365nm 下测量 ) 的均匀紫外线， 使取向膜中的取向处 理前的化合物反应， 并赋予液晶分子 41A 和 41B 预倾斜。由此， 在 TFT 基板和 CF 基板中形 成含有取向处理后的化合物的取向膜。因此， 能够完成图 1 所示的液晶显示单元 ( 液晶显 示装置 )， 其中 TFT 基板和 CF 基板侧上的液晶分子被赋予预倾斜。 最后， 将一对偏光板贴附 到液晶显示单元的外侧， 使得各吸收轴相互垂直。
另一方面， 在比较例 4A ～ 4L 中， 按与实施例 4A ～ 4H 相同方式， 在具有像素电极 的 TFT 基板上形成间隔突起物， 同时在 CF 基板上形成未图案化的对向电极。随后， 用垂直 取向膜 (AL1H659， JSR Co.Ltd. 制 ) 分别旋涂 TFT 基板和 CF 基板的对向面， 并且使用 80℃ 的热板将生成物干燥 80 秒。随后， 在氮气气氛下， 在 200℃的烘箱中， 将 TFT 基板和 CF 基板 加热 1 小时。随后， 通过用含有粒径为 3.5μm 的二氧化硅粒子的紫外线固化树脂涂布 CF 基板上的像素部的周缘， 形成密封部。将通过在作为负型液晶的 MLC-7029(Merck 制 ) 中混 合丙烯酸单体 (A-BP-2E， Shin-Nakamura Chemical Co.， Ltd. 制 ) 得到的液晶材料滴入密 封部包围的部分中。其后， 将 TFT 基板和 CF 基板相互贴合， 固化密封部。随后， 在 120℃的 烘箱中将生成物加热 1 小时以完全固化密封部。由此， 能够封装液晶层以完成液晶胞。接
下来， 在向液晶层施加电压的同时照射紫外线， 从而使丙烯酸单体聚合。由此， 在取向膜的 最上表面上形成聚合物突起， 并且聚合物突起赋予液晶分子预倾斜。
对于实施例 4A ～ 4H 和比较例 4A ～ 4L 的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )， 检测表 面粗糙度 Ra、 预倾角 θ、 应答时间和对比度。因此， 获得表 5 所示的结果。在实施例 4A ～ 4D 中， 使用取向膜材料 a， 并且改变在通过照射紫外线使取向膜中的取向处理前的化合物 反应时所施加的有效电压的值。在实施例 4E ～ 4H 中， 使用取向膜材料 b， 并且改变在通过 照射紫外线使取向膜中的取向处理前的化合物反应时所施加的有效电压的值。 所施加的有 效电压之间的关系如下。 另一方面， 在比较例 4A ～ 4D 中， 丙烯酸单体的加入量为 0.3wt％， 在比较例 4E ～ 4H 中， 丙烯酸单体的加入量为 0.1wt％， 在比较例 4I ～ 4L 中， 丙烯酸单体的 加入量为 0.03wt％。此外， 在通过照射紫外线使取向膜中的取向处理前的化合物反应时所 施加的有效电压的值之间的关系如下。
[ 有效电压 ]
实施例 4A ＞实施例 4B ＞实施例 4C ＞实施例 4D
实施例 4E ＞实施例 4F ＞实施例 4G ＞实施例 4H
比较例 4A ＞比较例 4B ＞比较例 4C ＞比较例 4D
比较例 4H ＞比较例 4G ＞比较例 4F ＞比较例 4E
比较例 4I ＞比较例 4J ＞比较例 4K ＞比较例 4L
在 测 量 表 面 粗 糙 度 Ra 时， 液 晶 胞 分 解， 并 且 使 用 AFM VN-8000， Keyence Corporation 制进行测量。此时， 打开 ( 分解 ) 液晶胞， 使得取向膜未被损坏， 并且使用 IPA 从取向膜表面仔细地洗去液晶。 其后， 将生成物在氮气气氛下的烘箱中在 85℃下干燥 10 分 钟， 测量表面粗糙度 Ra。使用 CS-2000， Konica Minolta 制在暗室内测量对比度。
图 17(A)、 图 17(B) 和图 17(C) 显示实施例 4A、 比较例 4A 和比较例 4E 中的取向膜 表面的 AFM 图像。图 18 是描绘表面粗糙度 Ra 与应答时间之间关系的示图。图 19 是描绘 对比度与应答时间之间关系的示图。
[ 表 5]
在丙烯酸单体聚合后， 在取向膜的最上表面上形成聚合物突起。然而， 从比较例 4A ～ 4L 可见， 随着丙烯酸单体的加入量减少， 取向膜的表面粗糙度值减小并且取向膜的最 上表面上形成的聚合物突起减少。此外， 随着取向膜的表面粗糙度值减小， 对比度值增大。 在比较例 4I ～ 4L 中， 表面粗糙度 Ra 为 1nm 以下， 能够获得 6000 以上的对比度值。然而， 随着丙烯酸单体的加入量减少， 预倾斜值减小， 应答速度下降， 并且不能实现高速应答。其 原因如下。在表面粗糙度为 1nm 以下的情况下， 聚合物突起的形成不充足， 存在垂直排列成 分， 并且存在液晶倒下方向不受控制的区域。 另一方面， 在取向膜的表面粗糙度粗糙的情况 下， 液晶的有序参数被扰乱， 对比度降低。在比较例 4A ～ 4L 中， 表面粗糙度 Ra 和应答时间 之间以及对比度和应答时间之间存在良好相关性。
针对这种情况， 在实施例 4A ～ 4H 中， 表面粗糙度 Ra 和应答时间之间以及对比度 和应答时间之间不存在相关性。已经确认， 在实施例 4A ～ 4H 中， 能够实现在现有方法中不 能实现的 1nm 以下的表面粗糙度 Ra 和 100 毫秒以下的应答速度。此外， 已经确认， 在实施 例 4A ～ 4H 中， 应答特性能够容易和稳定地改善。在实施例 4A ～ 4H 中， 通过高分子化合物 的交联反应夹持液晶分子， 并且在驱动时根据液晶分子的取向方向赋予预倾斜。 因此， 即使 在取向膜的表面上未形成聚合物突起， 预倾斜也能够被赋予液晶。 因此， 在取向膜的表面粗 糙度为 1nm 以下的液晶显示装置中， 能够实现高对比度和高速应答速度， 对驱动电压的应 答速度能够大幅改善， 并且在保持良好显示特性的状态下能够改善应答特性。
如上所述， 基于本发明的 1E 结构， 在本发明中， 第一取向膜 ( 或由取向处理后的化 合物构成的取向膜 ) 的表面粗糙度 Ra 为 1nm 以下。此外， 在具有这种取向膜的液晶显示单 元 ( 液晶显示装置 ) 中能够保持优异的应答速度和高对比度。
实施例 5
实施例 5 涉及根据本发明第二方面的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 及其制造方
法， 还涉及根据本发明第三方面的制造液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 的方法。在实施例 5 中， 使用具有感光性官能团的取向处理前的化合物 / 取向处理后的化合物。具体而言， 通 过使用下式 (AZ-11) ～ (AZ-17) 所示的偶氮苯化合物作为具有感光性官能团的取向处理前 的化合物， 来制作具有与图 12 所示相似的构成和结构的液晶显示单元， 并检测应答特性。
在实施例 5 中， 使用旋涂机用由重量比 9 ∶ 1 的 (AZ-11) 所示的化合物和化合物 (C-1) 作为二胺材料以及式 (E-2) 所示的四羧酸二酐作为二酐制得的聚酰亚胺材料分别涂 布 TFT 基板 20 和 CF 基板 30。其后， 使用 80℃的热板将涂布膜干燥 80 秒。随后， 在氮气气
氛下， 在 200℃的烘箱中， 将 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 加热 1 小时。由此， 在像素电极 20B 和对向电极 30B 上形成厚度 90nm 的取向膜 22 和 32。
随 后， 象 实 施 例 1A 中 那 样， 通 过 用 含 有 粒 径 为 3.5μm 的 二 氧 化 硅 粒 子 的 紫 外线固化树脂涂布 CF 基板 30 上的像素部的周缘， 形成密封部。将由作为负型液晶的 MLC-7029(Merck 制 ) 构成的液晶材料滴入密封部包围的部分中。其后， 将 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 相互贴合， 使得像素电极 20B 的线部分的中央与对向电极 30B 的狭缝部 31 彼此 相对， 并固化密封部。随后， 在 120℃的烘箱中将生成物加热 1 小时以完全固化密封部。由 此， 封装液晶层 40 以完成液晶胞。
随后， 在有效电压 20 伏的矩形波交流电场 (60Hz) 被施加到按上述形成的液晶胞 的状态下， 照射 500mJ( 波长 365nm 下测量 ) 的均匀紫外线， 使取向膜 22 和 32 中的取向处理 前的化合物变形。由此， 在 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 上形成含有取向处理后的化合物 ( 变 形的高分子化合物 ) 的取向膜 22 和 32。因此， 能够完成液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )， 其中 TFT 基板 20 和 CF 基板 30 侧的液晶分子 41A 和 41B 被赋予预倾斜。最后， 将一对偏光 板贴附到液晶显示单元的外侧， 使得各吸收轴相互垂直。
通过使用式 (AZ-12) ～ (AZ-17) 所示的化合物代替式 (AZ-11) 所示的化合物， 按 与上述相同方式完成液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )。
为比较， 通过使用下式所示的化合物代替式 (AZ-11) 所示的化合物， 按与上述相 同方式完成液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )。该液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 被称作比 较例 5。
对于按上述制作的液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )， 测量预倾角 θ 和应答时间。 因此， 获得表 6 所示的结果。
[ 表 6]
使用的化合物 式 (AZ-11) 预倾角 (° ) 0.5 应答速度 ( 毫秒 ) 18.265102362218 A CN 102362235 式 (AZ-12) 式 (AZ-13) 式 (AZ-14) 式 (AZ-15) 式 (AZ-16) 式 (AZ-17) 比较例 5
说0.4 1.2 1.4 0.9 1.5 1.4 0.1明书19.3 12.0 11.7 15.2 10.3 11.4 51.061/61 页从表 6 发现， 在实施例 5 中的应答速度明显高于比较例 5 的应答速度。此外， 在比 较例 5 中， 几乎没有赋予预倾角 θ。
上面结合优选的实施方案和实施例说明了本发明。然而， 本发明不限于这些实施 方案等， 可以做出各种变形。例如， 在实施方案和实施例中， 对 VA 模式液晶显示单元 ( 液晶 显示装置 ) 进行了说明。然而， 本发明不限于此， 相反本发明能够适用于其他显示模式， 如 TN 模式、 IPS( 面内切换 ) 模式、 FFS( 边缘场切换 ) 模式和 OCB( 光学补偿弯曲 ) 模式。在 这些模式中， 能够获得相似效果。 然而， 在本发明中， 与未实施预倾斜处理的情况相比， 特别 地， 在 VA 模式中比在 IPS 模式和 FFS 模式中表现出应答特性的更高改善效果。
此外， 在实施方案和实施例中， 仅对透过型液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 进行了 说明。然而， 本发明不限于透过型液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )， 相反本发明可以适用于 反射型液晶显示单元 ( 液晶显示装置 )。在反射型液晶显示单元 ( 液晶显示装置 ) 的情况 下， 像素电极由诸如铝等具有光反射性的电极材料构成。