專利名稱：液晶顯示裝置、其制造方法和硬掩模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多疇模式的液晶顯示裝置及其制造方法，以及用于該裝置的硬掩模。具體而言，本發(fā)明涉及一種同時具有寬視角和快速響應(yīng)特性的液晶顯示裝置及其制造方法，以及用于該裝置的硬掩模。
背景技術(shù)：
使用向列型液晶的液晶顯示裝置最先用于諸如時鐘、計算器之類的數(shù)字段式顯示裝置?，F(xiàn)在，它已經(jīng)更加廣泛地用作筆記本式個人電腦(PC)或臺式個人電腦的監(jiān)視器的顯示裝置，其優(yōu)點是占用空間小而且功耗低。特別地，在用于臺式個人電腦的監(jiān)視器的顯示裝置市場中，傳統(tǒng)的陰極射線管(CRT)監(jiān)視器正在被LCD監(jiān)視器取代。在CRT占統(tǒng)治地位的電視機市場也可以看到這種趨勢。制造商們正在加大用LCD-TV取代CRT-TV的研究和開發(fā)。
為了使LCD-TV的應(yīng)用更加廣泛，主要的問題是支持電影的快速響應(yīng)特性和不依賴觀眾觀看屏幕的角度而定的寬視角。這些是與液晶的電-光特性有關(guān)的基本問題，而且已經(jīng)提出了各種各樣的解決方案。然而，目前還沒有具體實現(xiàn)同時提供快速響應(yīng)特性和寬視角的液晶顯示器。
例如，就快速響應(yīng)特性而言，在使用向列型液晶的液晶顯示模式中，日本專利申請公開號為11-7018中公開的光學(xué)補償雙折射(OCB)模式是最佳的。在該OCB模式中，當(dāng)對液晶層施加預(yù)定電壓時，配向膜附近的液晶分子在兩塊基板上都對稱地傾斜以形成彎曲排列。由于彎曲排列以這種方式形成，因此，與施加到液晶層的驅(qū)動電壓的改變相對應(yīng)的液晶分子的改變變快，而且可以獲得快速響應(yīng)特性，例如幾毫秒。然而，這種OCB模式還存在正面對比度(front contrast)、視角、顯示一致性以及類似方面的問題。
另一方面，在日本專利申請公開號10-301113中公開的液晶顯示裝置中，在沒有對液晶層施加驅(qū)動電壓時，液晶分子與基板表面垂直排列。這樣，在黑顯示狀態(tài)下不可能發(fā)生光泄漏，而且顯示裝置具有高對比特性。此外，在日本專利申請公開號10-301113中公開的液晶顯示裝置中，兩個疇的每個具有以互相相差180°的角度排列的液晶分子。在這些兩個疇之間的邊緣區(qū)域，形成一個小的疇，其所具有的液晶分子的排列方向與上述兩個疇的液晶分子的方向都正交。由此改進視角方面的特性和響應(yīng)特性。
日本專利申請公開號為11-352486公開了一種垂直排列(VA)模式的液晶顯示裝置。在該液晶顯示裝置中，在中間夾著液晶層互相相對的一對基板上的垂直配向膜上，通過掩膜摩擦工藝(mask rubbingprocess)或類似方式提供具有不同方向上的排列調(diào)整力(alignmentregulation forces)的區(qū)域，從而在施加電壓時形成四個疇，這四個疇具有位于液晶層厚度方向中間附近的液晶分子的不同排列方向。日本專利申請公開號11-352486中描述了主要使用通過在垂直配向膜上進行光蝕刻法實現(xiàn)的掩膜摩擦法、離子束法和照明法的任何一個作為像素分離法。日本專利申請?zhí)?1-352486中描述了通過形成具有不同液晶分子排列方向的疇，可以獲得具有改進的視角特性并能夠以高清晰度進行顯示的液晶顯示裝置。
在日本專利申請公開號2002-277877中，一個像素具有四個疇。其中，具有位于液晶層厚度方向的中央附近的液晶分子的不同排列方向的這四個疇，在一個方向上順序扭曲排列?；寤ハ嘟Y(jié)合，使得一塊基板上的排列區(qū)域邊緣垂直地交疊在其它基板的一個排列區(qū)域。由此實現(xiàn)具有不同的液晶分子排列狀態(tài)的四分疇(quartered domain)RTN模式。日本專利申請公開號2002-277877描述了通過如此結(jié)合垂直排列和排列分裂(alignment split)，可以增加視角，可以提高顯示清晰度，還可以提高對比度。
日本專利申請公開號7-2394747描述了一種使用水平配向膜的多疇TN模式的液晶顯示裝置的制造方法。在該方法中，對一對基板的至少一片進行至少一次摩擦加工，使用摩擦布通過一塊有條紋狀的掩膜部分(沒有開口部分)和一個開口的板進行摩擦加工。例如，可以使用通過從兩側(cè)施加的拉力來放置不銹鋼掩膜并由此使不銹鋼掩膜略微抬高于基板所提供的開口。
然而，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)日本專利申請公開號10-301113中公開的傳統(tǒng)液晶顯示裝置具有下述問題，即施加/切斷電壓會在疇之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移(disclination)線。因此，問題在于，當(dāng)從一定角度觀看顯示器表面時，從任何方向都會看見粗糙的顯示器表面。此外，如果嚴(yán)重地產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移線，就會存在顯示清晰度依賴視角的問題。
在日本專利申請公開號10-301113、11-352486和2002-277877的傳統(tǒng)液晶顯示裝置中，將一個像素分割(形成疇)以實現(xiàn)寬視角。用于此目的的排列過程主要是通過下述方法進行的通過光蝕刻法在垂直配向膜上形成抗蝕刻膜圖案并執(zhí)行掩膜摩擦處理。
然而，使用具有由光蝕刻法形成的圖案的抗蝕刻膜的摩擦方法需要一個用于生成或剝除抗蝕刻劑的化學(xué)處理和類似過程(一個通過蝕刻或類似方法去除被摩擦部分的處理)。這會破壞配向膜表面，并且無法良好地控制排列調(diào)整力。本發(fā)明的發(fā)明人進行了詳盡的研究，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在配向膜中受到光致抗蝕劑保護的部分和沒有受到保護的部分中，配向膜和液晶層之間的分界面狀況不同，而且傾角和錨定(anchoring)特性不同。這造成分裂疇之間響應(yīng)特性上的差異和/或電壓的差異/透射比特性的差異。因此，響應(yīng)特性沒有獲得期望的改進。具體地，在低溫時，例如，大約0℃，響應(yīng)變得相當(dāng)慢。因此表明上述液晶顯示裝置不適合用作液晶顯示電視。
作為進行排列處理的方法，也可以考慮使用具有官能團(functiongroup)的光電配向膜材料進行照明的方法，其中官能團對具有特定波長或偏轉(zhuǎn)方向的紫外線起作用。然而，光電配向膜的問題在于它的可靠特性、保持特性或類似特性較低。
日本專利申請公開號11-352486描述了使用金屬硬掩模的掩膜摩擦處理。日本專利申請公開號2002-277877描述了在必要區(qū)域由掩膜覆蓋的情況下執(zhí)行掩膜摩擦處理。然而，主要使用具有光蝕刻工藝形成的圖案的抗蝕刻膜作為掩膜的方法。目前，還根本沒有考慮像本發(fā)明中那樣通過僅僅使用硬掩模進行摩擦處理來提高響應(yīng)特性、可靠性和類似特性。
在日本專利申請公開號7-2394747中，為了抑制摩擦布對不銹鋼掩膜造成的破壞，通過拉力實施機械裝置(例如，彈簧)牽拉不銹鋼掩膜的兩端，并對基板施加拉力。由此，隨著不銹鋼掩膜略微從配向膜表面抬起，通過不銹鋼掩膜的開口在配向膜表面上進行摩擦處理，而且，具體地，摩擦處理區(qū)域變得比與不銹鋼掩膜開口的摩擦方向相對的寬度方向的兩側(cè)上的實際開口的寬度寬。因此，存在一個無法在摩擦處理區(qū)域內(nèi)獲得尺寸精度的問題。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，提供了一種在面對液晶層的一側(cè)上夾著液晶層的一對基板的至少一塊上提供有配向膜的液晶顯示裝置，其中沒有施加電壓時，配向膜使液晶層上的液晶分子基本垂直或水平地排列，并用至少一部分粘附到配向膜表面的硬掩模進行掩模摩擦處理，使得配向膜區(qū)域的排列控制方向互不相同。
在本發(fā)明的一個方面，液晶層根據(jù)掩模摩擦處理確定的排列控制方向形成多個疇。
在本發(fā)明的一個方面，像素部分內(nèi)的排列控制方向互不相同。
在本發(fā)明的一個方面，多個疇包括任意的二至四個在一個像素內(nèi)具有互不相同的排列控制方向的疇。
在本發(fā)明的一個方面，在一個方向上互相鄰接順序形成四個疇。
在本發(fā)明的一個方面，四個疇形成一個田字(squared plus)形。
在本發(fā)明的一個方面，當(dāng)施加預(yù)定閾值或更高的電壓時，多個疇中的液晶層具有平行排列的排列狀態(tài)。
在本發(fā)明的一個方面，當(dāng)施加預(yù)定閾值或更高的電壓時，多個疇中的液晶層具有扭曲排列的排列狀態(tài)。
在本發(fā)明的一個方面，多個疇的外緣部分位于非顯示部分內(nèi)。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種液晶顯示裝置的制造方法，該裝置用一對基板中間的液晶層中的排列變化進行顯示，該方法包括在這對基板的至少一塊上形成配向膜；且通過將具有開口部分的硬掩模定位來進行掩模摩擦處理，使得至少部分硬掩模與配向膜接觸，并通過開口部分在配向膜上進行掩模摩擦處理。
在本發(fā)明的一個方面，硬掩模包括在面向配向膜的一側(cè)上未開口表面上的沖擊緩沖(shock-absorbing)部件。
按照本發(fā)明的又一個方面，提供了一種液晶顯示裝置的制造方法，該裝置包括一對基板、位于這對基板之間的液晶層、和配向膜，該配向膜位于在面向液晶層的一側(cè)上的這對基板中至少一塊上，并且形成具有彼此不同方向的多個疇，在施加預(yù)定閾值或更高的電壓時，在多個疇的方向中，液晶層的液晶分子傾斜，該方法包括通過層壓硬掩模來進行掩模摩擦處理以形成疇，該掩模包括開口部分并在未開口部分中的沖擊緩沖部件，這樣沖擊緩沖部件與配向膜表面接觸，并通過該硬掩模的開口部分在配向膜上進行掩模摩擦處理。
在本發(fā)明的一個方面，配向膜至少是垂直配向膜或水平配向膜。
在本發(fā)明的一個方面，液晶顯示裝置的制造方法進一步包括在掩模摩擦處理后將這對基板結(jié)合使其中間具有預(yù)定的間隔，并將液晶層封裝在基板之間的縫隙中。
在本發(fā)明的一個方面，其中通過順序改變開口部分相對于配向膜的位置，多次進行所述掩模摩擦處理。
在本發(fā)明的一個方面，隨著硬掩模開口部分的位置的變化執(zhí)行掩模摩擦處理，以使該開口部分位于預(yù)定的摩擦位置。
在本發(fā)明的一個方面，通過移動硬掩模的開口部分的位置以使開口部分位于預(yù)定的摩擦位置，進行掩模摩擦處理。
在本發(fā)明的一個方面，針對每個像素部分或構(gòu)成這些像素部分的多個子像素部分確定該開口部分的位置，以執(zhí)行掩模摩擦處理。
在本發(fā)明的一個方面，根據(jù)像素尺寸和像素間距確定開口部分的尺寸。
在本發(fā)明的一個方面，開口部分設(shè)置比像素部分或子像素部分的尺寸大，從而使實際摩擦處理區(qū)域具有像素部分或子像素部分的尺寸。
在本發(fā)明的一個方面，硬掩模的厚度為30微米到50微米之間，包括30微米和50微米。
在本發(fā)明的一個方面，硬掩模具有一個由蝕刻法形成的預(yù)定開口部分。
在本發(fā)明的一個方面，硬掩模是由電鑄法制成的金屬掩模。
在本發(fā)明的一個方面，開口部分的橫截面具有小于90°的斜角。
在本發(fā)明的一個方面，開口部分的橫截面具有60°至70°的斜角，包括60°和70°。
在本發(fā)明的一個方面，在面向配向膜的側(cè)面上的部分硬掩模的未開口部分中形成沖擊緩沖部件。
在本發(fā)明的一個方面，沖擊緩沖部件在面向配向膜的側(cè)面上的硬掩模未開口部分中形成，以接觸對應(yīng)于液晶顯示裝置的一個像素中的非顯示部分的配向膜表面。
在本發(fā)明的一個方面，沖擊緩沖部件在橫跨面向配向膜的側(cè)面的整個表面的硬掩模的未開口部分之上形成。
在本發(fā)明的一個方面，在摩擦方向中，提供的開口部分相對于執(zhí)行的排列處理的疇大一個預(yù)定量。
在本發(fā)明的一個方面，相對疇而言，該預(yù)定量在摩擦方向的上游側(cè)比在下游側(cè)大。
在本發(fā)明的一個方面，液晶顯示裝置是垂直排列型液晶顯示裝置，其中，當(dāng)沒有施加電壓時，液晶層的液晶分子以基本垂直于該對基板的主表面來排列。
在本發(fā)明的一個方面，液晶顯示裝置是水平排列型液晶顯示裝置，其中，當(dāng)沒有施加電壓時，液晶層的液晶分子以基本平行于該對基板的主表面來排列。
在本發(fā)明的一個方面，配向膜至少是垂直配向膜或水平配向膜。
在本發(fā)明的一個方面，液晶顯示裝置的制造方法進一步包括在掩模摩擦處理后將這對基板結(jié)合使其中具有預(yù)定間隔，并將液晶層封裝在基板之間的縫隙中。
在本發(fā)明的一個方面，通過順序改變開口部分相對于配向膜的位置，多次進行掩模摩擦處理。
在本發(fā)明的一個方面，通過移動硬掩模的開口部分的位置以使開口部分定位于預(yù)定的摩擦位置，進行掩模摩擦處理。
在本發(fā)明的一個方面，用在不同位置具有開口部分的硬掩模替換所述硬掩模以使所述開口部分位于預(yù)定的摩擦位置時，進行所述掩模摩擦處理。
在本發(fā)明的一個方面，針對每個像素部分或構(gòu)成這些像素部分的多個子像素部分確定該開口部分的位置，以執(zhí)行掩模摩擦處理。
在本發(fā)明的一個方面，根據(jù)像素尺寸和像素間距確定開口部分的尺寸。
在本發(fā)明的一個方面，開口部分設(shè)置比像素部分或子像素部分的尺寸大，從而使實際摩擦處理區(qū)域具有像素部分或子像素部分的尺寸。
在本發(fā)明的一個方面，硬掩模的厚度為30微米到50微米之間，包括30微米和50微米。
在本發(fā)明的一個方面，硬掩模具有一個由蝕刻法形成的預(yù)定開口部分。
在本發(fā)明的一個方面，硬掩模是由電鑄法制成的金屬掩模。
在本發(fā)明的一個方面，開口部分的橫截面具有小于90°的斜角。
在本發(fā)明的一個方面，開口部分的橫截面具有60°至70°的斜角，包括60°和70°。
在本發(fā)明的一個方面，在面向配向膜的側(cè)面上的部分硬掩模的未開口部分中形成沖擊緩沖部件。
在本發(fā)明的一個方面，沖擊緩沖部件在面向配向膜的一側(cè)上的未開口部分中形成，以接觸對應(yīng)于液晶顯示裝置的一個像素中的非顯示部分的配向膜表面。
在本發(fā)明的一個方面，沖擊緩沖部件在橫跨面向配向膜的一側(cè)的整個表面的硬掩模的未開口部分之上形成。
在本發(fā)明的一個方面，在摩擦方向中，提供的開口部分相對于進執(zhí)行的排列處理的疇大一個預(yù)定量。
在本發(fā)明的一個方面，相對疇而言，該預(yù)定量在摩擦方向的上游側(cè)比在下游側(cè)大。
在本發(fā)明的一個方面，液晶顯示裝置是垂直排列型液晶顯示裝置，其中，當(dāng)沒有施加電壓時，液晶層的液晶分子以基本垂直于該對基板的主表面來排列。
在本發(fā)明的一個方面，液晶顯示裝置是水平排列型液晶顯示裝置，其中，當(dāng)沒有施加電壓時，液晶層的液晶分子以基本平行于該對基板的主表面來排列。
按照本發(fā)明的又一方面，提供了一種硬掩模，其包括一個或多個開口部分以用于在一個或多個預(yù)定位置的摩擦處理，還包括在未開口部分中而非在一個或多個開口部分中部分或者完整地接觸實際摩擦處理區(qū)域的表面。
在本發(fā)明的一個方面，這一個或每個開口部分被設(shè)置的尺寸比預(yù)定尺寸大預(yù)定量，從而使實際摩擦處理區(qū)域具有預(yù)定尺寸。
在本發(fā)明的一個方面，在與實際摩擦處理區(qū)域接觸的至少部分表面上設(shè)有沖擊緩沖部件。
在本發(fā)明的一個方面，設(shè)置沖擊緩沖部件以突出為肋條。
在本發(fā)明的一個方面，該沖擊緩沖部件是由彈性元件制成的。
在本發(fā)明的一個方面，硬掩模的厚度為30微米至50微米之間，包括30微米和50微米。
在本發(fā)明的一個方面，開口部分的橫截面具有60°至70°的斜角，包括60°和70°。
在本發(fā)明的一個方面，相對于摩擦方向，具有相同突出方向并且較所述肋條低的肋條被進一步突出，以設(shè)置在相對于摩擦方向，在所述或每個開口部分的兩側(cè)面上的邊緣部分上的相同突出部分上。
現(xiàn)在，將描述具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的作用。
按照本發(fā)明，可以通過將具有預(yù)定開口部分的硬掩模置于配向膜上來機械地并直接地在所需區(qū)域上進行摩擦處理，并以預(yù)定方向進行掩模摩擦處理。由此，可以形成這樣的疇，即其中液晶分子穩(wěn)定地沿著掩模摩擦處理確定的排列控制方向傾斜，而且響應(yīng)速度明顯提高。
通過在液晶層中形成多個疇，并設(shè)定這些疇中的排列狀態(tài)，當(dāng)將具有閾值或更高的驅(qū)動電壓施加到平行排列或扭曲排列時，就可以使不同疇中的光學(xué)響應(yīng)特性相同。
例如，通過在施加電壓時將一個像素內(nèi)液晶分子的傾斜方向分裂成多個不同的方向，例如，四個方向，由于視角不依賴于方向的角度，所以可以實現(xiàn)非常寬的視角。
液晶層的一個疇的外圍部分沒有均勻的排列狀態(tài)，因為在摩擦方向上摩擦布的接觸點有變化，特別是在使用硬掩模進行摩擦處理時，在掩模開口部分尤為如此。通過將該疇的外圍部分置于用黑色矩陣或類似物覆蓋的非顯示部分，顯示部分可以具有均勻和良好的排列狀態(tài)。由于硬掩模和配向膜互相粘附，可以在掩模開口部分的兩側(cè)上都以摩擦方向執(zhí)行高精度的摩擦處理。
通過將用于掩模摩擦處理的硬掩模設(shè)計成具有與所需像素尺寸和像素間距相符的開口部分，可以形成多個疇而不限制于像素部分中，而且可以實現(xiàn)多疇。
考慮到硬掩模的硬度和處理，優(yōu)選使用具有由蝕刻法或電鑄法形成的預(yù)定開口部分的金屬掩模進行掩模摩擦處理。隨著硬掩模的開口部分位于像素部分或子像素部分，執(zhí)行掩模摩擦處理。隨著位置和摩擦方向的改變，這種掩模摩擦處理重復(fù)數(shù)次，由此可以形成多個疇。
考慮到硬掩模的硬度和處理以及摩擦區(qū)域的精度，硬掩模必須厚到一定的程度。本發(fā)明發(fā)明人進行的研究表明，30微米至50微米(包括30微米和50微米)的厚度是優(yōu)選的。
當(dāng)在掩模摩擦處理中使用具有這樣厚度的硬掩模時，實際配向膜中被摩擦的面積與該掩模開口部分的面積總體上并不匹配，而是比掩模開口部分的面積小。應(yīng)該認(rèn)識到的是有一個由該掩模厚度決定的沒有被摩擦的區(qū)域(摩擦陰影(rubbing shade))。因此，由于摩擦區(qū)域的面積小于掩模開口部分的面積，優(yōu)選的是使硬掩模開口部分的尺寸比像素尺寸或子像素尺寸大，從而留出一塊沒有被摩擦(摩擦陰影)的區(qū)域。這確保液晶的疇位于像素部分或子像素部分的顯示部分。
優(yōu)選的是使用在其中的開口部分的橫截面不是垂直(90°)而是具有小于90°的斜角的硬掩模進行掩模摩擦處理。通過使用具有這種開口部分的金屬掩模進行掩模摩擦處理，可以抑制摩擦布在掩模摩擦處理過程中與配向膜表面的接觸點的變動，而且可以實現(xiàn)具有更高精度的摩擦處理。具體地，優(yōu)選的是使用具有60°至70°(包括60°和70°)的斜角的硬掩模進行掩模摩擦處理。通過將斜角設(shè)置在此范圍內(nèi)，可以降低摩擦陰影的長度，還可以使用具有在尺寸上變動較低而且鋸齒形端面較少(高度線性開口部分)的開口部分的硬掩模進行摩擦處理。
接下來，將描述一個在硬掩模的未開口部分(掩模部分)中配有沖擊緩沖部件(下文簡稱作緩沖部件)的實施例。在該實施例中，當(dāng)進行摩擦處理時，與摩擦布接觸的硬掩模未開口部分對基板表面施加壓力?？梢酝ㄟ^緩沖部件緩解該壓力，并防止該未開口部分覆蓋的配向膜表面受到損壞。
在部分未開口部分中形成緩沖部件時，優(yōu)點在于，通過在液晶顯示裝置的像素中的非顯示部分中提供緩沖部件，即使在配向膜經(jīng)由緩沖部件受到一定損壞時，也可以保持良好的顯示性能，因為受損部分位于非顯示部分。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置的制造方法中，相對于在其中以摩擦方向進行排列處理的疇，優(yōu)選的是使開口部分較大。當(dāng)通過開口部分進行摩擦處理時，由于掩模的厚度使得沒有精確進行摩擦處理的部分可以出現(xiàn)在開口部分的端面附近。因此，通過使開口部分大于疇，整個疇都可以進行合適的摩擦處理。
此外，在該例子中，優(yōu)選的是提供開口部分使得相對于疇的上游側(cè)大于下游側(cè)。這是由于在摩擦處理過程中未被摩擦的區(qū)域在下游側(cè)附近較寬。通過采用這種結(jié)構(gòu)，可以進行更精確的摩擦處理。
本發(fā)明總體上可用于寬視角液晶顯示模式，而且在由多個疇構(gòu)成的模式(多疇液晶顯示模式)中特別有效，該多個區(qū)域在施加特定閾值或更高的電壓時在液晶層中具有液晶分子的不同傾斜方向。本發(fā)明可用于多疇液晶顯示模式，例如使用水平配向膜的多疇TN(扭曲向列型)模式、多疇STN(超扭曲向列型)模式、多疇ECB(電控雙折射)模式、多疇OCB(光學(xué)補償雙折射)模式、多疇IPS(共面切換)模式、多疇FLC(鐵電液晶)模式、多疇AFLC(反鐵電液晶)模式、和類似模式；使用垂直配向膜的多疇VA(垂直排列)模式和類似模式；一塊基板使用水平配向膜而另一塊基板使用垂直配向膜的多疇HAN(混合排列向列)模式和類似模式；諸如此類。
本發(fā)明可以通過簡單和機械硬掩模摩擦處理而不用使用不可靠的紫外線照射或光蝕刻法之類的處理，來進行垂直排列液晶顯示模式中必須的分裂排列處理，而且可以提供快速響應(yīng)特性優(yōu)于，特別是在低溫下優(yōu)于傳統(tǒng)垂直排列液晶顯示模式的液晶顯示裝置。這樣就能夠制造同時具備良好的視角特性和響應(yīng)特性并且能夠以高清晰度進行顯示的液晶顯示裝置。
在硬掩模的未開口部分(掩模部分)中配有沖擊緩沖部件。因此，進行摩擦處理時，摩擦布搖動硬掩模并從該硬掩模對配向膜表面施加壓力(應(yīng)力)，但是可以通過沖擊緩沖部件緩解該壓力(應(yīng)力)以避免被硬掩模未開口部分覆蓋的配向膜表面由于排列控制力受到損壞。這樣就能夠制造同時具備良好的視角特性和響應(yīng)特性并且能夠以高清晰度進行顯示的液晶顯示裝置。
因此，本文所述的本發(fā)明可以提供可靠的液晶顯示裝置，在該裝置中，可以以一個摩擦方向在摩擦處理區(qū)域的兩側(cè)上都執(zhí)行具有良好尺寸精度的摩擦處理，而且該裝置具有良好的視角特性和響應(yīng)特性并且能夠以高清晰度進行顯示，還提供了該裝置的制造方法和用于該方法的硬掩模。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，在參照附圖閱讀和理解下列詳細(xì)描述時，本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點將變得顯而易見。


圖1是一個截面示意圖，其表示實施方式1的液晶顯示裝置中一個像素的結(jié)構(gòu)。
圖2是一個截面示意圖，其表示施加電壓時，圖1的液晶顯示裝置中一個像素的結(jié)構(gòu)。
圖3A是一個平面示意圖，其表示圖1和圖2所示的一個像素部分的四個疇中液晶分子的排列狀態(tài)；和圖3B是在圖3A所示的疇D2上進行摩擦處理所用的硬掩模的平面圖。
圖4A至4F是橫截面圖，它們表示為了使用圖1所示的液晶顯示裝置中的硬掩模形成四個排列疇，進行的掩模摩擦處理。
圖5A是實施方式2的液晶顯示裝置的一個截面示意圖，其表示沒有施加電壓時的像素結(jié)構(gòu)；和圖5B是從基板法線方向看時得到的實施方式2的液晶顯示裝置的一個平面圖，其示意性地表示施加電壓時像素的結(jié)構(gòu)。
圖6A是制造實施方式2的液晶顯示裝置所用的金屬掩模的平面圖；圖6B是沿著圖6A所示的線A-A’的橫截面圖；圖6C是表示使用該硬掩模進行掩模摩擦處理的平面圖。
圖7A是一個截面示意圖，其表示實施方式3的液晶顯示裝置中的一個像素的結(jié)構(gòu)；圖7B是一個截面示意圖，其表示實施方式4的液晶顯示裝置中的一個像素的結(jié)構(gòu)；和圖7C是一個截面示意圖，其表示對比實例的液晶顯示裝置中的一個像素的結(jié)構(gòu)。
圖8A是表示實施方式3和4和對比實例的液晶顯示裝置在40℃的光學(xué)響應(yīng)波形的測量結(jié)果的圖表；和圖8B是表示5℃的光學(xué)響應(yīng)波形的測量結(jié)果的圖表。
圖9是從與基板垂直的方向觀察得到的實施方式5的液晶顯示裝置的平面圖，其示意性地表示施加電壓時一個像素的田字狀結(jié)構(gòu)。
圖10A是一個平面圖，其表示制造實施方式6的液晶顯示裝置時所用的硬掩模的結(jié)構(gòu)；和圖10B是該硬掩模沿著線A-A’截取的橫截面圖。
圖11A是表示使用實施方式6的硬掩模進行掩膜摩擦處理時產(chǎn)生的摩擦上游陰影的測量結(jié)果的圖表；圖11B是表示下游陰影的測量結(jié)果的圖表。
圖12A和12B是截面示意圖，它們表示本發(fā)明的實施方式7的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)圖12A表示沒有施加電壓時的液晶顯示裝置；圖12B表示施加了具有預(yù)定閾值或更高值的足夠高的電壓時的液晶層的液晶分子。
圖13是表示本發(fā)明的實施方式7中使用的硬掩模的圖示。
圖14A和圖14B是表示使用對比實施例的制造方法的硬掩模的圖示圖14A是截面示意圖；圖14B是平面示意圖。
圖15表示本發(fā)明的實施方式7和對比實例的掩模摩擦處理的圖示。
圖16是表示本發(fā)明的實施方式7的液晶元件(cell)的圖示。
圖17是表示對比實例的液晶元件的圖示。
圖18是表示本發(fā)明的實施方式7的液晶元件中的動態(tài)響應(yīng)排列狀態(tài)的示意圖。
圖19是表示對比實例的液晶元件中的動態(tài)響應(yīng)排列狀態(tài)的示意圖。
圖20是用以表示本發(fā)明的實施方式7的另一種硬掩模實施例的橫截面圖。
圖21是用以表示本發(fā)明的實施方式8的硬掩模的實施例的平面圖。
具體實施例方式
在下文中，將參照

本發(fā)明的液晶顯示裝置的實施方式1到8。這里，為了簡化，與對于顯示器來說是最小的單位的“像素部分”對應(yīng)的液晶元件區(qū)域也被稱作“像素部分”。如果1個像素包括多個區(qū)域，它們被稱作是子像素部分。例如，在一個動態(tài)矩陣型液晶顯示裝置(例如，采用TFT作為開關(guān)元件的液晶顯示裝置)，通過像素電極和相反的反電極來確定像素部分。在一個簡單的矩陣型液晶顯示裝置中，通過條紋形柱狀列電極(信號電極)和行電極(掃描電極)的交集來確定像素部分。
(實施方式1)圖1是一個截面示意圖，其表示在實施方式1的液晶顯示裝置中一個像素的結(jié)構(gòu)。圖1展示了一個未施加電壓的液晶顯示裝置的狀態(tài)的實例。
如圖1中所示，液晶顯示裝置101包括一對相對的基板，第一基板1(例如，TFT基板)和第二基板(例如，濾色基板)；和加入到第一基板1與第二基板2之間的垂直陣列型的液晶層3。
在朝向液晶層3的第一基板1的表面部分上，安裝了用于向液晶層3施加驅(qū)動電壓的透明電極4以及在其上的垂直配向膜6。同樣地，在朝向液晶層3的第二基板2的表面部分上，安裝了用于向液晶層3施加驅(qū)動電壓的透明電極5以及在其上的垂直配向膜7。
垂直陣列型液晶層3由例如具有負(fù)介電各向異性的向列型液晶材料所形成。液晶層3被被安裝在朝向液晶層3的第一基板1上的垂直配向膜6和安裝在朝向液晶層3的第二基板2上的垂直配向膜7夾在中間并固定。
當(dāng)沒有施加驅(qū)動電壓(未施加電壓)時，在液晶層3中的液晶分子3a垂直于垂直配向膜6和7的表面排列。事實上，液晶分子3a以相對于垂直配向膜6和7的表面以略小于1°到幾度的很小的傾斜角(傾角)排列。由于事先設(shè)置的傾角，在垂直于液晶層3的方向上施加驅(qū)動電壓時，當(dāng)施加閥值或高于閥值的電壓時，液晶分子3a向著某個方向傾斜。當(dāng)施加足夠的驅(qū)動電壓時，液晶層3的液晶分子3a基本上平行于第一基板1和第二基板2排列。液晶分子3a傾斜的角度由安裝在第一基板1上的垂直配向膜6和安裝在第二基板2上的垂直配向膜7的表面的排列控制方向(由圖中的箭頭來表示)來確定。
在實施方式1的液晶顯示裝置101中，通過利用硬掩模僅在所需部分上進行掩模摩擦處理確定垂直配向膜6和7的表面的排列控制方向。硬掩模有一個按照像素尺寸和像素間距設(shè)計的開口。
這里使用的硬掩模不是指諸如在光蝕刻處理中使用的玻璃掩模(例如，帶有在其上形成圖案的例如Cr的金屬膜的玻璃基板)。這里使用的硬掩模指的是，例如，由厚度為幾十微米的金屬板、塑料板、玻璃板及類似物形成的掩模，并且在準(zhǔn)備進行掩模摩擦處理的區(qū)域具有實際的孔(開口)。在材料上沒有明確的限制。但是，優(yōu)選的是使用具有低膨脹系數(shù)和高硬度的材料。例如，在使用金屬板掩模(金屬掩模)的情況下，諸如不銹鋼(SUS430或SUS304)、殷鋼材料、42合金、鎳鈷合金等等的材料是優(yōu)選的。
按照其材料，采用不同的方法制造硬掩模。例如，大多數(shù)硬掩模是通過兩種不同的方法制造的蝕刻法和添加法(additive method)。在蝕刻法中，在金屬板上施用抗蝕劑，并僅僅將相應(yīng)于開口的部分暴露在紫外線下，顯影并蝕刻以便在金屬板上形成一個開口。在添加法中，將一定厚度的抗蝕劑施加到具有一部分為開口圖案的適當(dāng)?shù)牟考?，并將金屬施加到除開口外的將成為掩模部分的部分。
在實施方式1的液晶顯示裝置101中，在一個像素部分內(nèi)，液晶層3包括多個疇(例如，在圖1中的四個疇)。通過利用硬掩模的掩模摩擦法，疇具有彼此各異的排列控制方向。
在圖1中，D1、D2、D3和D4分別指示四個疇。在疇D1中，第一基板1在由正面向背面向圖1的紙張平面的方向中用摩擦處理來加工。第二基板2在由圖1的紙張平面向外的方向上用摩擦處理來加工。在疇D2中，第一基板1從圖1的左側(cè)向右側(cè)用摩擦處理來加工。第二基板2從圖1的右側(cè)向左側(cè)用摩擦處理來加工。在疇D3中，第一基板1從圖1的右側(cè)向左側(cè)用摩擦處理來加工。第二基板2從圖1的左側(cè)向右側(cè)用摩擦處理加工。在疇D4中，第一基板1在從圖1的紙張平面向外的方向上用摩擦處理加工。第二基板2在指向圖1的紙張平面的方向上用摩擦處理加工。
通過以這種方式利用硬掩模進行掩模摩擦處理，液晶層3可以被劃分為多個疇(圖1中的四個疇)。在疇中，當(dāng)未施加電壓時，可以沿著排列控制方向(摩擦方向)控制液晶分子3a的傾角方向，而且它們彼此各異。
如圖1中所示，在疇D1中，液晶分子3a向著圖1的紙張平面沿第一基板1和第二基板2的摩擦方向傾斜。在疇D2中，液晶分子3a從圖1的左側(cè)向著右側(cè)沿第一基板1和第二基板2的摩擦方向傾斜。在疇D3中，液晶分子3a從圖1的右側(cè)向著左側(cè)沿第一基板1和第二基板2的摩擦方向傾斜。在疇D4中，液晶分子3a朝向圖1的紙張前面沿著第一基板1和第二基板2的摩擦方向傾斜。因此，能夠制造多疇用于當(dāng)在疇中施加閥值或高于閥值的電壓時，得到液晶分子3a具有不同的傾斜方向，并且具有寬視角的液晶顯示裝置。
圖2是截面示意圖，顯示當(dāng)在圖1的液晶顯示裝置101中施加閥值或更高的驅(qū)動電壓時，在液晶層3中的液晶分子3a的典型排列狀態(tài)。
在圖2中，當(dāng)施加驅(qū)動電壓時，液晶分子3a向某個方向傾斜。其方向與疇D1到D4的每一個均不相同，并且基本上平行于第一基板1和第二基板2。由此得到多疇，并且獲得具有寬視角和高清晰度的液晶顯示裝置。
圖3A是平面示意圖，顯示在如圖1和2中所示的一個像素部分的四個疇中液晶分子的排列狀態(tài)。圖3B是用于在圖3A中所示的疇D2上進行摩擦處理的硬掩模的平面圖。在圖1、2和3A之間的位置關(guān)系為圖1和2是從箭頭L處觀察的、圖3A的平面圖中所示的一個像素部分的截面圖。較低的第一基板1的垂直配向膜6的摩擦方向用虛線表示。較高的第二基板2的垂直配向膜7的摩擦方向用實線表示。這些圖僅展示采用硬掩模摩擦處理的本申請的思想。像素和硬掩模的開口的例如尺寸和厚度的特定尺寸將在下文中說明。
圖4A到4F是橫截面圖，顯示一種用于制造實施方式1的液晶顯示裝置101中的四個疇D1到D4的典型制造方法。為了簡化，圖4A到4F僅顯示第一基板1的制造過程。但是，也可以用與第一基板1類似的過程制造第二基板2。
首先，如圖4A中所示，在第一基板1的透明電極4上，通過旋涂法，形成例如聚酰亞胺垂直配向膜JALS-682(得自JSR Corporation)的垂直配向膜，直至膜厚度為500埃。由此，形成配向膜層6。
接下來，如圖4B中所示，采用硬掩模以進行掩模摩擦處理。金屬掩模為硬掩模8，例如可由厚度為50微米的不銹鋼(SUS430)構(gòu)成，并具有例如安裝在處于x方向上300微米且y方向上300微米的間隔處的100微米(x方向)×200微米(y方向)的開口8a。在圖4B中，x方向指向紙張平面中右側(cè)方向，且y方向是指向紙張平面的方向。如圖4B中所示，金屬掩模8的開口8a被排列在對應(yīng)疇D2的位置，并被固定。然后，在其上使用摩擦滾筒10，并沿著預(yù)先確定的方向(在圖4B中指向右側(cè)的方向)進行掩模摩擦處理。用例如rayon cloth YA-19R(可得自Yoshikawa Kagaku Kogyo Co.Ltd.)的摩擦布9包裹摩擦滾筒10。摩擦條件為，例如，第一基板1的移動速率為50毫米/秒，滾筒10的半徑R為7.5厘米，滾筒10的轉(zhuǎn)速為500rpm，推入的碎片的量d為0.4毫米。如上所述，首先，在預(yù)定的方向上(向右側(cè)的方向)，用排列控制法僅處理了相應(yīng)于疇D2的一部分。其它部分被金屬掩模8的封閉部分(掩模部分)覆蓋。因此，它們不會被排列控制處理加工。
如圖4C中所示，金屬掩模8僅可向右側(cè)移動100微米。金屬掩模8的開口8a被排列在對應(yīng)疇D3的位置上。然后，通過類似的步驟，在朝向左側(cè)的方向上進行掩模摩擦處理。以這種方式，在預(yù)定的方向上(向左側(cè)的方向)，用排列控制處理僅加工了對應(yīng)于疇D3的一部分。
如圖4D中所示，金屬掩模8的開口8a被排列在對應(yīng)于疇D1的位置上，并使用類似的步驟，在指向紙張平面的方向上進行掩模摩擦處理。由此，在預(yù)定的方向上(指向紙張平面的方向)，用排列控制處理僅僅加工了對應(yīng)于疇D1的一部分。
如圖4E中所示，金屬掩模8的開口8a被排列在對應(yīng)于疇D4的位置上，并用類似的處理，在由紙張平面向外的方向上進行掩模摩擦處理。由此，在預(yù)定方向上(由紙張平面向外的方向)，用排列控制處理僅僅加工了對應(yīng)于疇D4的一部分。
在此掩模摩擦處理后，如圖4F中所示，在第一基板1上的垂直配向膜6被分割成具有四個排列控制方向。
通過類似的方法，將與第一基板1相對的第二基板2分割，使其具有分割的四個排列控制方向。對第一基板1和第二基板2施用阻隔墊珠(spacer bead)，并將它們互相連接，使其具有預(yù)定的元件間隙，例如，3.5微米的元件間隙。
然后，在第一基板1和第二基板2之間注入具有負(fù)介電各向異性的向列型液晶材料，例如n-型液晶(可得自Merck KGaA)MJ001025(Δn＝0.0916，Δε＝-2.4，Tni＝80℃)，并在60℃的條件下封裝。
此外，對具有注入的液晶層3的液晶顯示裝置實施再次排列處理步驟。在此步驟中，將液晶顯示裝置在設(shè)置到大約120℃的烘箱中放置約10分鐘，并以10℃/小時的速度逐漸冷卻至室溫(大約25℃)。
在由此制得的本發(fā)明的實施方式1的液晶顯示裝置101中，液晶層3被確定分離為四個疇，并且當(dāng)未施加電壓時，如圖1所示排列。此外，通過晶體旋轉(zhuǎn)法測量疇中的傾角。在所有疇中的傾角為88.5°。
可以確定的是當(dāng)向由此制得的液晶顯示裝置101施加閥值或更高的驅(qū)動電壓時，液晶分子3a被排列為沿著排列控制方向傾斜，排列控制方向由如圖2中所示在各自的疇中的掩模摩擦處理所確定。還可以確定的是當(dāng)施加足夠高的驅(qū)動電壓，例如7V時，液晶分子3a基本與第一基板1和第二基板2平行排列。此外，可以確定，在各自疇中的液晶分子3a的傾斜方向彼此相差90°，并可實現(xiàn)寬視角。
在如圖1中所示的液晶顯示裝置101中，為了形成四個具有不同排列控制方向的疇，如圖4A到4F中所示，對于兩塊基板來說總計需要八次掩模摩擦處理第一基板1和第二基板2各需四次。
現(xiàn)在，將描述實施例1的快速響應(yīng)特性。在配向膜掩模摩擦處理的分界面附近的液晶分子預(yù)先用掩模摩擦處理來加工，并且從一開始就將它們關(guān)于基板表面一致傾斜排列。在基板表面和排列方向之間的角度(傾角)為88.5°。在面對方向上，88.5°的傾角對光學(xué)性能幾乎沒有影響。但是，對于一致傾斜的液晶模塊來說，這個角度是足夠的。在實施方式1的液晶顯示裝置101中，所有的疇均用完整的表面摩擦處理來加工。在施加電壓的這一刻，在疇中遍布整個表面的液晶分子的傾斜方向是一致確定的，而且排列一致改變。結(jié)果，如圖7A和7B中所示的實施方式3的液晶顯示裝置201和202的波形那樣，其光學(xué)響應(yīng)波形快速升高。這將在下文中，通過利用如圖7C中所示的對比實例，參照實施方式3和4做詳細(xì)說明。
在實施方式1中，在金屬掩模8的開口8a的位置實施掩模摩擦處理，同時依序移動硬掩模，以預(yù)定目標(biāo)摩擦位置排列開口8a。但是本發(fā)明并不僅限于此?？梢砸佬蛘{(diào)換具有在不同位置的開口的金屬掩模8，以排列具有預(yù)定目標(biāo)摩擦位置的開口8a。
在實施方式1中，配向膜是垂直配向膜6和7，當(dāng)未施加電壓時，其將液晶層3中的液晶分子3a排列為基本垂直。通過使用金屬掩模8作為硬掩模，分別用掩模摩擦處理從開口8a處理在垂直配向膜6和7中的疇(在該實施例中為四個疇)，從而使得它們的排列控制方向彼此不同。但是，代替垂直配向膜6和7，可以使用水平配向膜，并可以進行水平排列掩模摩擦處理。本發(fā)明的效果在于提供一種液晶顯示裝置，其視角特性和響應(yīng)特性俱佳，并也可通過使用水平配向膜達(dá)到實施方式1那樣的效果。在使用水平配向膜的情況下，未施加電壓的一個像素的橫截面圖如圖2所示。施加預(yù)定電壓時(被驅(qū)動時)的一個像素的橫截面圖如圖1所示。水平配向膜中所用的材料為聚酰亞胺膜AL3046(可得自JSR Corporation)。它通過旋轉(zhuǎn)涂布的方法形成，具有500埃的膜厚度。元件厚度為4.5微米。采用p-型(正型)液晶材料ZLI-4792(Δn＝0.0988，Δε＝5.2)(可得自Merck KGaA)作為用于液晶層3的液晶材料。傾角為5度。其它條件與使用垂直配向膜6和7的情況下的條件相同。
實施方式1不限于使用垂直配向膜的垂直排列型液晶顯示裝置，或使用水平配向膜的水平排列型液晶顯示裝置。實施方式1也可適用于它們聯(lián)用的混合型的液晶顯示裝置。此外，只要是多疇液晶顯示模式，實施例1可適用于任何模式的液晶顯示裝置，例如，鐵電或反鐵電液晶顯示模式。
而且，本發(fā)明的液晶顯示裝置不限于如圖1和2中顯示的實施方式1的結(jié)構(gòu)。為了減少掩模摩擦處理的數(shù)量，可以使用例如下面圖5中所示的液晶顯示裝置102的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)將在下文中作為實施方式2詳細(xì)說明。
(實施方式2)在上述的實施方式1中，當(dāng)施用具有預(yù)定閥值或更高的電壓時，在四個疇內(nèi)的液晶層3的排列基本與基板表面水平的情況下，以及在四個疇內(nèi)的液晶層3的排列基本與基板表面垂直的情況下，應(yīng)用本發(fā)明。在實施方式2中，當(dāng)施加具有預(yù)定閥值或更高的電壓時，在四個疇內(nèi)的液晶層3的排列為扭曲排列的情況下應(yīng)用本發(fā)明。在此情況下，可以減少掩模摩擦處理的數(shù)量。
圖5A是未施加電壓時，顯示一個像素的實施方式2的液晶顯示裝置的截面示意圖。圖5B是從基板法向方向觀察時實施方式2的液晶顯示裝置的平面圖，為了示意性地展示施加電壓時一個像素的結(jié)構(gòu)。
圖5A顯示具有第一基板1的液晶顯示裝置102。在圖1中用摩擦處理從左向右加工疇D1和D2。在疇D3和D4中，在圖1中從右向左進行摩擦處理。
在第二基板2中，在從圖1的紙張向外的方向上對疇D1和D4進行摩擦處理，并在指向圖1的紙張的方向上對疇D2和D3進行摩擦處理。
在此情況下，通過使用硬掩模，在第一基板1和第二基板2的垂直配向膜6和7上進行的掩模摩擦處理可以是對一個基板進行處理的兩倍，總計為四次。
這樣，當(dāng)未施加電壓時，通過用硬掩模進行掩模摩擦處理，可以將液晶層3分離為多個具有液晶分子3a的傾角方向的疇(在圖5中為四個)，沿排列控制方向(摩擦方向)控制這些方向，且這些方向彼此各不相同。
如圖5A所示，在疇D1中，液晶分子3a從圖5A的左側(cè)向右側(cè)沿著第一基板1側(cè)面上的第一基板1的摩擦方向傾斜，并且在指向圖5A的紙張的方向上沿著第二基板2側(cè)面上的第二基板2的摩擦方向傾斜。在疇D2中，液晶分子3a從圖5A的左側(cè)向右側(cè)沿著在第一基板1側(cè)面上的第一基板1的摩擦方向傾斜，并且在從圖5A的紙張向外的方向上沿著第二基板2側(cè)面上的第二基板2的摩擦方向傾斜。在疇D3中，液晶分子3a從圖5A的右側(cè)向左側(cè)沿著在第一基板1側(cè)面上的第一基板1的摩擦方向傾斜，并且在從圖5A的紙張向外的方向上沿著在第二基板2側(cè)面上的第二基板2的摩擦方向傾斜。在疇D4中，液晶分子3a從圖5A的右側(cè)向左側(cè)沿著第一基板1側(cè)面上的第一基板1的摩擦方向傾斜，并且在指向圖5A的紙張的方向上沿著第二基板2側(cè)面上第二基板2的摩擦方向傾斜。
由此，能夠在液晶顯示裝置中提供多疇，當(dāng)沒有施加電壓時，此液晶顯示裝置具有在彼此各不相同的疇中的液晶分子3a的傾斜方向，并具有寬視角。
圖5B是顯示當(dāng)例如將7V的電壓從垂直于基板的方向上施加到圖5A中所示的液晶顯示裝置102中的液晶層3時，液晶分子3a的排列狀態(tài)的示意圖。
如圖5B中所示，提供多疇以具有傾斜排列，使得在疇中在液晶層3中間附近的液晶分子3a彼此相差90°(扭曲排列)。同樣地，可以實現(xiàn)多疇，并獲得具有寬視角和高清晰度的液晶顯示裝置。
圖1中所示的實施方式1的液晶顯示裝置101和圖5中所示的實施例2的液晶顯示裝置102在液晶層3的排列狀態(tài)中具有下述差異。當(dāng)施加足夠高的電壓(例如，7V)時，在圖2中液晶分子3a處于平行排列狀態(tài)，而在圖5中液晶分子3a處于扭曲排列，其中的扭曲集中在第一基板1和第二基板2之間的界面附近。但是，由本發(fā)明的發(fā)明人對視角特性進行詳細(xì)檢查的結(jié)果表明，在它們之間不存在差異。它們的視角特性幾乎相同。
此外，本發(fā)明的發(fā)明人使用不銹鋼金屬掩模11作為上述硬掩模8，并檢查了其開口/無開口之間的關(guān)系和已經(jīng)用掩模摩擦處理過的區(qū)域，并詳細(xì)地在配向膜表面獲得它們的排列控制方向。這在圖6A到6C中顯示。
首先，將對金屬掩模11進行說明。
圖6A是從法線方向觀察的在實施方式2中使用的金屬掩模11的平面圖。圖6B是沿著圖6A中所示的線A-A′觀察的截面圖。金屬掩模11包括在x方向上間隔300微米、在y方向上間隔100微米的100微米×200微米的開口11a。仔細(xì)檢查金屬掩模11的截面?？梢园l(fā)現(xiàn)金屬掩模11的截面的側(cè)面并非垂直，而是以一個預(yù)定的角度(斜角)α傾斜。舉例來說，角α為64°。進一步地，在平面上的金屬掩模11的開口的彎角不是直角，而是圓形的。此特性對于通過蝕刻法制造的掩模來說是特別的。在圖6A中所示的彎角R(當(dāng)在其中插入該彎角時，環(huán)形的輻射)在該掩模中為大約30微米。
隨后，為了進一步檢查具有通過掩模摩擦有效確定的排列控制方向的在液晶層3中的區(qū)域(圖6C的區(qū)域12)的尺寸和金屬掩模11的開口11a的尺寸之間的關(guān)系，采用金屬掩模11對僅僅一個疇進行掩模摩擦處理。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置101和102中，n-型液晶材料被夾在垂直配向膜之間。本發(fā)明的發(fā)明人在垂直配向膜上進行掩模摩擦處理并隨后施加大約7V的電壓后，進行了詳細(xì)的分析，并檢查了一個掩模摩擦區(qū)域。發(fā)現(xiàn)接受過掩模摩擦處理的區(qū)域的尺寸與在水平配向膜上進行掩模摩擦處理時的尺寸相同。相對于使用垂直配向膜的情況，當(dāng)使用水平配向膜時，可以省略對液晶層施加電壓的步驟。由此，只要考慮接受過掩模摩擦處理的區(qū)域的尺寸，水行配向膜可以用于實施方式2中的實驗。在下述說明中，只有接受過掩模摩擦處理的水平配向膜的區(qū)域的尺寸用于實驗。
例如，將水平配向膜AL3046(可得自JSR Corporation)施用到第一基板1和第二基板2上。將金屬掩模11粘合，并僅僅固定在第一基板1上，且沿著圖6A中所示的+x方向進行掩模摩擦處理。穿過第二基板2的整個表面，不使用金屬掩模11，沿著圖6A中所示的+y方向進行摩擦處理?；?和2用注入到它們之間的液晶材料結(jié)合。
在正交尼科耳棱鏡中放置一個起偏器和一個檢偏器。隨后，將液晶元件固定在起偏器和檢偏器之間，使得起偏器的偏振軸符合掩模摩擦方向的+x方向，用于進行顯微鏡觀察。液晶層3的液晶分子3a在大約90°的扭曲排列(TN)中，并且光僅僅在一個區(qū)域內(nèi)透過，在此區(qū)域內(nèi)掩模摩擦處理實際進行以確定液晶層3中液晶分子3a的排列控制方向。由此，能夠?qū)Υ藚^(qū)域進行測量，在此區(qū)域中確定排列控制方向。
圖6C是從垂直于基板的方向觀察的粘合到配向膜6和7上，并接受過摩擦處理的金屬掩模11的示意圖。
在圖6C中，區(qū)域12是通過掩模摩擦處理確定液晶層3的液晶分子3a的排列控制方向的區(qū)域。黑色粗線表示金屬掩模11的開口部分11a的末端部分11b和11c。
如圖6C中所示，通常，實際接受過掩模摩擦處理的區(qū)域12的尺寸小于相對于摩擦方向的金屬掩模11的開口11a的尺寸。更明確地，沿著平行于掩模摩擦方向(在圖6C中，開口的上側(cè)和下側(cè))的方向的金屬掩模的末端部分11c基本上與接受過掩模摩擦處理的掩模摩擦區(qū)域12的末端部分交迭，而沿著正交于掩模摩擦方向的金屬掩模部分11b(圖6C，沿著垂直方向的右和左側(cè))沒有與掩模摩擦區(qū)域12的末端部分交迭。
這是因為，金屬掩模11厚度有限(例如，50微米)，并產(chǎn)生了未經(jīng)掩模摩擦處理的區(qū)域(在下文中，被稱作摩擦陰影區(qū)域)。在下文中，當(dāng)進行掩模摩擦處理時，在沿著摩擦方向的近側(cè)生成的陰影被稱作摩擦上游陰影12a(或上游陰影)，在沿著摩擦方向的遠(yuǎn)側(cè)生成的陰影被稱作摩擦下游陰影12b(或下游陰影)。
在圖6C中，上游陰影12a的長度用a表示，下游陰影12b的長度用b表示。由于金屬掩模11的開口部分11a具有彎角R，掩模摩擦區(qū)域不是線型的，而是在掩模開口部分11a的彎角周圍圍繞。當(dāng)測量摩擦陰影時這是沒有考慮到的。
在摩擦上游部分中，在摩擦布的碎片進入開口部分11a的接觸點與下游部分相比發(fā)生了變化。掩模摩擦區(qū)域12的末端部分不是線型的，而是鋸齒形的。在另一方面，在摩擦下游部分中，摩擦布的碎片從開口部分11a處排出。與上游部分相比，末端表面更加線性，而鋸齒形程度較低。在這里，為了測量(長度)和量化掩模摩擦區(qū)域12，將摩擦點和元件的數(shù)量提高以詳細(xì)地測量鋸齒形的中點。結(jié)果為上游陰影的長度，a＝40±5微米；下游陰影的長度，b＝2.5±2.5微米。
如上所述，金屬掩模開口部分11a和掩模摩擦區(qū)域12彼此并不匹配。通過取決于金屬掩模厚度的量，相對于摩擦方向的掩模摩擦區(qū)域12的長度比金屬掩模開口部分11a的長度要短。因此，當(dāng)實際制造液晶顯示裝置時，必須在進行定位后，利用與各個像素中的疇(像素或子像素)尺寸相比面積較大的硬掩模進行掩模摩擦。
進一步地，在掩模摩擦區(qū)域12的末端部分中，更具體地，與掩模摩擦方向正交的末端部分、摩擦布的接觸點和脫離點變化。由此，末端部分具有有預(yù)定寬度的鋸齒形陰影。當(dāng)實際制造液晶顯示裝置時，如果看到這樣的鋸齒形末端部分，它會損害顯示清晰度。因此，必須將疇的外圍部分定位在被黑色矩陣、源線(source lines)、門線(gatelines)、增容線(supplementary volume lines)等等覆蓋的非顯示部分中，這樣就不會影響顯示。這將在下文中，根據(jù)實施方式3和4做詳細(xì)的說明。
(實施方式3和4)根據(jù)實施方式3和4，沿著用于顯示的掩模摩擦區(qū)域12的摩擦方向生成鋸齒形末端部分的情況，以及使用黑色矩陣或大量線覆蓋鋸齒形末端部分。
圖7A是顯示實施方式3的液晶顯示裝置的一個像素的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖7B是顯示實施方式4的液晶顯示裝置的一個像素的結(jié)構(gòu)的截面圖。
在圖7A和7B中，箭頭的方向是沿著使用金屬掩模進行摩擦處理的方向的掩模摩擦方向。實施方式3的液晶顯示裝置201包括尺寸為25微米×100微米的疇D1到D4。實施方式4的液晶顯示裝置202包括尺寸為50微米×100微米的疇D1和D2。
參考圖4A到4F，如上所述，在應(yīng)用垂直配向膜后進行掩模摩擦處理。在圖7A的液晶顯示裝置201中，以與圖1中所示的實施方式1的液晶顯示裝置101類似的方法進行掩模摩擦處理。特別地，在疇D1中，在指向圖7A的紙張平面的方向中用摩擦處理加工第一基板1，并在從圖7A的紙張平面出來的方向上用摩擦處理加工第二基板2。在疇D2中，在從圖7A的左側(cè)向右側(cè)的方向上用摩擦處理加工第一基板1，并在從圖7A的右側(cè)向左側(cè)的方向上用摩擦處理加工第二基板2。在疇D3中，在從圖7A的右側(cè)向左側(cè)的方向上用摩擦處理加工第一基板1，并在從圖7A的左側(cè)向右側(cè)的方向上用摩擦處理加工第二基板2。在疇D4中，在從圖7A的紙張平面上出來的方向上用摩擦處理加工第一基板1，并在指向圖7A的紙張平面的方向上用摩擦處理加工第二基板2。
由此，在疇D1中，液晶分子3a沿著第一基板1和第二基板2的摩擦方向在指向圖7A的紙張平面的方向上傾斜。在疇D2中，液晶分子3a沿著第一基板1和第二基板2的摩擦方向在從圖7A的左側(cè)向右側(cè)的方向上傾斜。在疇D3中，液晶分子3a沿著第一基板1和第二基板2的摩擦方向在從圖7A的右側(cè)向左側(cè)的方向上傾斜。在疇D4中，液晶分子3a沿著第一基板1和第二基板2的摩擦方向從圖7A的紙張平面上出來的方向上傾斜。當(dāng)施加具有某閥值或更高的電壓時，液晶分子3a在不同的疇中沿著不同的方向傾斜。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)液晶顯示裝置的多疇以達(dá)到寬視角。
在另一方面，如顯示了實施方式4的液晶顯示裝置202的圖7B中所示，在疇D1中，在從圖7B的左側(cè)向右側(cè)的方向上用摩擦處理加工第一基板1，并在從圖7B的右側(cè)向左側(cè)的方向上用摩擦處理加工第二基板2。在疇D2中，在從圖7B的右側(cè)向左側(cè)的方向上用摩擦處理加工第一基板1，并在從圖7B的左側(cè)向右側(cè)的方向上用摩擦處理加工第二基板2。
因此，在疇D1中，液晶分子3a沿著第一基板1和第二基板2的摩擦方向從圖7A的左側(cè)向右側(cè)的方向上傾斜。在疇D2中，液晶分子3a沿著第一基板1和第二基板2的摩擦方向從圖7A的右側(cè)向左側(cè)的方向上傾斜。當(dāng)施加具有某個閥值或更高值的電壓時，液晶分子3a在不同的疇中沿著不同的方向傾斜。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)液晶顯示裝置的多疇以達(dá)到寬視角。
將上述n-型液晶材料(例如，可以從Merck KGaA處獲得的n-型液晶材料MJ001025)注入到液晶元件中(元件厚度3.5微米)。然后，通過晶體旋轉(zhuǎn)法測量傾角。在液晶顯示裝置201和202中的所有的疇都是88.5°。
當(dāng)未施加電壓時，液晶分子3a由沿著在各自的疇中對第一基板1和第二基板2的掩模摩擦處理所確定的排列控制方向傾斜。每個疇都具有不同于其它疇的傾斜方向(排列控制方向)。
在圖7A和圖7B中所示的液晶顯示裝置201和202中，第二基板2包括遮光部分21。遮光部分21由樹脂BM構(gòu)成寬度為10微米的條紋狀，并安裝使得疇之間的邊界為中心線。如上所述，當(dāng)用金屬掩模進行掩模摩擦處理時，在摩擦上游部分和下游部分的摩擦布的接觸點在平均接觸點的±5微米范圍內(nèi)變化。因此，通過提供寬度為10微米的遮光部分21，在非顯示部分中能夠獲得在其中接觸點可變化的部分(疇的外圍部分)，由此避免對顯示特性的影響。遮光部分可以在第一基板1上提供。
在上面對實施方式1的快速響應(yīng)特性進行了說明?，F(xiàn)在，將用圖7C中所示的對比實例進一步詳細(xì)說明實施方式3和4的快速響應(yīng)特性。
圖7C是顯示對比實例的液晶顯示裝置的一個像素的結(jié)構(gòu)的截面圖。
如圖7C中所示，在液晶顯示裝置301中，對比實例的配向膜，沒有像垂直配向膜6和7那樣進行摩擦處理。在第一基板1一側(cè)上，在像素部分的外圍部分中得到錐形突起31。在第二基板2一側(cè)的電極5上，在像素部分的中心提供了切口。突起31和切口32導(dǎo)致液晶分子3a在疇D1和D2的外圍部分中傾斜。因此，當(dāng)施加電壓時，在疇中液晶分子3a的傾斜方向是確定的。液晶顯示裝置301基本上相當(dāng)于多疇垂直排列模式(MVA模式)，其為傳統(tǒng)的垂直排列液晶顯示模式。
在對比實例的液晶顯示裝置301中，通過將光敏樹脂形成圖案產(chǎn)生突起31，使得其形成高為大約1.5微米、基線長度為大約10微米的三角形圖案。切口32的寬度為10微米。元件厚度為3.5微米，與本實施方式的液晶顯示裝置201和202的相似。
測量實施方式3和4的液晶顯示裝置201和202和對比實例的液晶顯示裝置301的激活響應(yīng)波形(響應(yīng)特性)。
在偏光顯微鏡下，在正交尼科耳棱鏡中放置一個起偏器和一個檢偏器。同時，固定液晶顯示裝置，使得掩模摩擦方向與偏振軸形成一個45°角。在1.5V的黑色顯示電壓和6.2V的白色顯示電壓處，將1KHz的矩形脈沖施加到液晶顯示裝置201、202和301上。通過光電倍增器(光電倍增管)檢測從黑色顯示電壓到白色顯示電壓的響應(yīng)輸出波形。通過METTLER(METTLER FP90)控制液晶顯示裝置的溫度。在40℃和5℃下測量響應(yīng)波形。在40℃下的測量結(jié)果顯示在圖8A中。在5℃下的測量結(jié)果顯示在圖8B中。在圖8A和8B中，空三角表示液晶顯示裝置201的結(jié)果，空正方形表示液晶顯示裝置202的結(jié)果，實心圓形表示液晶顯示裝置301的結(jié)果。在圖8A和8B中，在時間T＝0處施加黑色顯示電壓。
如圖8A和8B中所示，實施方式3和4的液晶顯示裝置201和202的響應(yīng)波形在兩種溫度下均快速上升。另一方面，對比實例的液晶顯示裝置301的響應(yīng)波形顯示出雙重響應(yīng)特性。其一旦上升，然后透射比降低及再次上升。在5℃的低溫區(qū)域，雙重響應(yīng)特性比在40℃的區(qū)域更為明顯。當(dāng)存在這樣一種雙重響應(yīng)特性時，可以由肉眼觀察到在顯示器中的散焦，達(dá)到比由其響應(yīng)速度預(yù)料的程度更高的程度。因此，顯示器清晰度顯著降低。具體地，當(dāng)一幅顯示人臉的靜態(tài)圖片在水平方向上滾動時，由于圖片離開軌跡，對比實例的液晶顯示裝置301不能正常顯示圖片。另一方面，在實施方式3和4的液晶顯示裝置201和202中，圖片極少離開軌跡。甚至在低溫環(huán)境下滾動顯示，也能夠清晰地辨認(rèn)人臉。
認(rèn)為其原因如下。
通過掩模摩擦處理，預(yù)先對實施方式3和4的液晶顯示裝置201和202進行排列處理。在配向膜界面附近的液晶分子并非垂直于基板表面(90°)，而是略有傾斜。由基板表面與排列方向形成的角度(傾角)為88.5°。88.5°的傾角不能充分有助于從前面觀察到的光學(xué)特性，但對于當(dāng)施加電壓時一致傾斜液晶分子來說是足夠的。在實施方式3和4的液晶顯示裝置201和202中，用完整的表面摩擦處理來加工所有的疇。在施加電壓的瞬間，確定遍布疇的整個表面的液晶分子的傾斜方向。結(jié)果，光學(xué)響應(yīng)波形為如圖8A和8B中所示的快速上升波形。
在另一方面，在對比實例的液晶顯示裝置301中，沒有采用例如摩擦處理的排列處理來加工配向膜表面。液晶分子的傾角相對于界面是垂直的。但是，由于突起的形狀，液晶分子在突起31的上面傾斜。在電極切口32下，當(dāng)施加電壓時，在傾斜方向上施加電場，并確定液晶分子的傾斜方向。這樣，在對比實例的液晶顯示裝置301中，在施加電壓的瞬間，首先，提供有突起31和裂縫32處的液晶分子高速響應(yīng)。然后，在疇中的液晶分子從兩側(cè)受到影響，并由于多米諾效應(yīng)依次排列。結(jié)果，在對比實例的液晶顯示裝置301中，存在雙重光學(xué)響應(yīng)，其將在施加電壓后立即變亮，隨后變暗，接著再次變亮。
通過改變突起31的高度或?qū)挾?、它們之間的間距、電極切口32的寬度、它們之間的距離等等可以將對比實例的液晶顯示裝置301的雙重響應(yīng)特性改善到某種程度以達(dá)到最優(yōu)化。但是，只要存在沒有用排列處理加工的區(qū)域，完全消除雙重響應(yīng)特性是不可能的。在犧牲孔徑比率的情況下能夠改善此特性，并由此將損害透射比和亮度。
作為用于給出跨越疇的整個表面的傾角的方法、或用于進行排列處理的方法，可以考慮下述方法作為實施例采用光電配向膜材料的光電排列法，此材料具有僅響應(yīng)具有某種波長和偏振方向的紫外線的官能團；以及用于進行掩模摩擦處理的方法，這種方法使用一種通過將例如光致抗蝕劑的光敏樹脂施加到普通配向膜材料上并用光蝕刻處理形成圖案來制造掩模。
但是，上面的方法存在以下問題。光電配向膜在可靠性和保持特性方面較差。對光電配向膜已經(jīng)詳細(xì)地進行了研究，但仍沒有在大規(guī)模生產(chǎn)基礎(chǔ)上使用光電配向膜的報道。使用由光蝕刻處理制造的掩模的掩模摩擦法需要例如抗蝕劑的顯影/去除處理的化學(xué)過程。這會導(dǎo)致配向膜損壞。本發(fā)明的發(fā)明人對使用由光蝕刻處理制造的掩模的掩模摩擦處理做了大量的研究工作。但是，仍然難于獲得這樣一種由光蝕刻處理制造的掩模以及在各自的疇中的期望的傾角。結(jié)果，無法得到期望的高速響應(yīng)特性。
基于上述幾點，本發(fā)明的發(fā)明人得出結(jié)論，針對多疇垂直排列液晶顯示模式的雙重響應(yīng)特性的最好的方法是在各自的疇中通過掩模摩擦處理直接進行排列處理，其中，掩模摩擦處理使用帶有與像素尺寸和像素間距一致的開口部分的硬掩模，例如金屬掩模。
在圖7A中，一個像素部分在寬度方向上被分成四份，而在圖7B中，一個像素部分在寬度方向上被分成兩份。但是，在圖7B中，一個像素部分可以在指向紙張平面的方向上被進一步分成兩份，或不被分成兩份。
接下來，從上面觀察時具有“田字”形狀的四分疇的實施例，其通過在指向紙張平面的方向上進一步將二等分疇分成兩份而獲得，其中排列為扭曲排列，將在下文中參考實施方式5進行描述。
實施方式5根據(jù)實施方式5，一種“田字”形四分疇的實例，其中在施加預(yù)定閾值或更高的電壓時，該四分疇的液晶層3的排列(alignment)狀態(tài)為扭曲排列。
圖9是沿著與基板垂直的方向觀察到的實施方式5的液晶顯示裝置的平面俯視圖，用于示意顯示施加電壓時一個像素的田字結(jié)構(gòu)。在關(guān)于圖9的描述中，與圖5中的具有相似功能的部件用相同的數(shù)字表示。在圖9中，虛線箭頭表示下側(cè)基板(第一基板1)的摩擦方向。實線箭頭表示上側(cè)基板(第二基板2)的摩擦方向。液晶分子3a顯示在施加電壓時該元件的中層中的液晶分子的排列方向。
如圖9所示，在液晶顯示裝置103中，以圖9中疇D1和D2中的向下方向和圖9中疇D3和D4的向上方向?qū)Φ谝换?進行摩擦處理。
以圖9中疇D1和D3中從左到右的方向和圖9中疇D2和D3中從右到左的方向?qū)Φ诙?進行摩擦處理。
在這種情況下，在第一基板1和第二基板2的垂直配向膜6和7上進行的掩模摩擦處理可以使用一個硬掩模對每塊基板進行兩次處理，也就是在兩塊基板上一共進行四次處理。在這種情況下，該硬掩模包括具有條紋狀的開口部分和交替形成的掩模部。
通過使用這種硬掩模進行掩模摩擦處理，可以在第一基板1和第二基板2的垂直配向膜6和7的每一個上形成兩個條紋狀的液晶層3的配向區(qū)。沒有施加電壓時液晶分子3a在配向區(qū)的傾角方向可以沿著排列控制方向(摩擦方向)統(tǒng)一控制，并且交替確定具有與傾角相反方向的配向區(qū)的位置。設(shè)置經(jīng)過這種掩模摩擦處理的第一基板1和第二基板2的位置，使得垂直配向膜6和7的摩擦方向互相垂直。它們互相交叉的部分就是疇?？梢詫⒁粋€像素部分成四個如圖9所示排列成“田字”形的四個疇。因此，可以形成多疇以提供下述液晶顯示裝置，即在該裝置中，沒有施加電壓時，四個疇中的液晶分子3a以不同的方向傾斜，并因此具有寬視角。
圖9是對液晶層3施加7V電壓時，從與垂直于基板的方向觀察到的中層周圍的液晶分子3a的排列狀態(tài)的示意圖。實現(xiàn)多疇以使各個疇中的液晶分子3a排列成傾斜方向互相相差90°(扭曲排列)。因此，實現(xiàn)多疇，而且可以獲得具有寬視角和高清晰度的液晶顯示裝置。
本文，將解釋具有上述結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置103的制造方法。
例如，在第一基板1和第二基板2上，涂布一層垂直配向膜JALS-682(得自JSR Corporation)。金屬掩模只粘附并固定到第一基板1上。通過條紋狀開口部分在預(yù)定方向上進行掩模摩擦處理。然后，將金屬掩模移動1個間距，并通過條紋狀開口部分在與預(yù)定方向相反的方向上再次進行掩模摩擦處理。相似地，通過使用金屬掩模以與第一基板1的摩擦方向相差90°的方向在整個表面上對第二基板2進行摩擦處理。基板1和2互相結(jié)合，其中間注入液晶材料。
在正交尼科耳棱鏡中設(shè)置起偏振器和檢偏振器。然后在起偏振器和檢偏振器之間固定一個液晶元件，使得進行顯微鏡觀察，起偏振器的起偏振軸與掩模摩擦方向的+x方向一致。液晶層3的液晶分子3a呈大約90°的扭曲排列(TN)，而且，只有在實際進行掩模摩擦處理以確定液晶層3中的液晶分子3a的排列控制方向的區(qū)域中才透射光。因此，可以測量確定排列控制方向的區(qū)域。
在實施方式5中，通過條紋狀的開口部分在預(yù)定方向上進行掩模摩擦處理。然后，將掩模移動1個間距，并通過條紋狀開口部分在與預(yù)定方向相反的方向上進行掩模摩擦處理。由此，條紋開口區(qū)域和摩擦處理區(qū)以高精度互相匹配。在條紋方向和條紋寬度方向上的金屬掩模排列(定位)都很容易。能夠以高精度進行掩模摩擦處理。
實施方式6參考例6，考察掩模形狀。
圖10A和圖10B是說明實施方式6中使用的金屬掩模的圖圖10A是從與金屬掩模表面垂直的方向觀察到的金屬掩模的平面俯視圖；圖10B是該金屬掩模沿著線A-A’截取的截面圖。
在圖10A和圖10B中，角α是指開口部分41a的斜角。對于實施方式6的金屬掩模41，角α為62.8°。開口部分41a的設(shè)計尺寸為100微米×200微米。在x方向上的開口部分間隔為300微米，y方向上的開口部分間隔為100微米。
作為參考例，生產(chǎn)設(shè)計尺寸(厚度等)與金屬掩模41相同，只是斜角α分別為48.6°和87.5°的掩模51和52。
金屬掩模41和金屬掩模51和52所用的材料是SUS430。厚度為50微米。通過蝕刻法生產(chǎn)金屬掩模41和金屬掩模51和52的開口部分。
為了實際檢測實施方式6的金屬掩模41的開口部分尺寸和參考例的金屬掩模51和52的開口部分尺寸(參看表1)，測量任意選擇的10個樣品在x方向上的長度Δx和在y方向上的長度Δy。分析開口部分的變化。結(jié)果列于表1中。表1包括Δx和Δy的平均值、最大值和最小值。
表1

可以從表1中可以看出，在實施方式6的金屬掩模41和參考例的金屬掩模52中，最大值和最小值之間的差在5微米內(nèi)。它們是以高精度制得的。另一方面，在參考例的金屬掩模51中，最大值和最小值之間的差為10微米或更高。位于液晶顯示裝置非顯示部分的外緣部的邊緣必須非常小，或者需要具有大面積的遮光部。這在實際應(yīng)用中不是優(yōu)選的。金屬掩模51具有48.6°的小斜角。為了將該斜角控制在這樣小的度數(shù)內(nèi)，必須進行一個條件難以設(shè)定的處理過程。具體而言，通過蝕刻法制造金屬掩模51時，金屬掩模51必須從一側(cè)挖進較深，并從另一側(cè)挖進非常淺。由此，產(chǎn)生了一個問題，即開口部分的長度具有較大變化。因此，該金屬掩模51的斜角優(yōu)選為60°或更大，從而以高精度將液晶層分為多個疇?？梢酝ㄟ^改變從一側(cè)挖向另一側(cè)的深度來控制該斜角。
接下來，分析這三種金屬掩模，即金屬掩模41和金屬掩模51和52的摩擦陰影的長度變化。如上所述，金屬掩模41和金屬掩模51和52具有有限的厚度(幾十微米)。因此，進行掩模摩擦處理時，受到掩模摩擦處理的區(qū)域的尺寸在掩模摩擦方向上變得比金屬掩模41和金屬掩模51和52的尺寸小。
對于摩擦方向(從左向右)，測量摩擦布最先接觸的側(cè)上的陰影(上游陰影a)和摩擦布離開時的側(cè)上的陰影(下游陰影b)。結(jié)果顯示在圖11A和11B上。在圖11A和11B中，上游陰影a和下游陰影b的平均值、最大值、最小值的測量結(jié)果分別用實心圓表示。同樣地，在圖11A和圖11B中，具有相同材料和設(shè)計值但厚度為40微米和30微米的金屬掩模的測量結(jié)果用空心三角和實心正方形表示。
可以從圖11A和11B中看出，根據(jù)設(shè)計，小斜角是優(yōu)選的，因為可以使上游陰影a和下游陰影b的長度更短一些。此外，根據(jù)設(shè)計，薄金屬掩模41和金屬掩模51和52是優(yōu)選的，因為可以使上游陰影a和下游陰影b的長度更短一些。
然而，如果金屬掩模41或金屬掩模51和52太薄，該掩模就會像一張紙，就處理和強度而言，這不是優(yōu)選的。如本發(fā)明發(fā)明人的詳細(xì)實驗的結(jié)果所示，考慮到摩擦區(qū)的處理和精度，金屬掩模的厚度優(yōu)選在30微米至50微米之間(包括30微米和50微米)。
根據(jù)設(shè)計，優(yōu)選的是斜角小于70°或更小，因為下游陰影b在幾微米的范圍內(nèi)。這樣可以在設(shè)計掩模時不考慮下游陰影。然而，如果斜角為60°或更小，陰影的平均長度會降低，但是金屬掩模開口部分的精度會受損。如上所述，掩模開口部分的線性特性會受損。差異變大。具體而言，開口部分長度的最大值和最小值之差約為15微米。這樣難以控制劃分成多個疇的過程。因此，考慮到摩擦區(qū)的精度，金屬掩模的斜角的最佳范圍是60°至70°。
在實施方式6的上述描述中，主要計論了帶有由蝕刻法形成的預(yù)定開口部分的金屬掩模。本發(fā)明的發(fā)明人還考察了帶有由電鑄法形成的預(yù)定開口部分的金屬掩模。
電鑄法是一種預(yù)先在基板上將抗蝕劑構(gòu)圖成所需寬度和高度，并通過電鍍制造鎳-鈷合金的方法。在該方法中，難以提供如蝕刻法那樣的斜角。斜角約為90°，而且橫截面?zhèn)葞缀醮怪?。然而，可以提高開口部分的尺寸精度。本發(fā)明的發(fā)明人證實，有這樣的情況存在，即更適合使用由電鑄法制成的金屬掩模進行掩模摩擦處理，這取決于液晶顯示裝置的TFT基板或CF(濾色片)基板的設(shè)置。
實施方式7按照實施方式7，描述了下述例子，即在硬掩模面向配向膜表面?zhèn)鹊奈撮_口部分(掩模部)配有一個沖擊緩沖部件，以防止配向膜表面粘附到硬掩模的未開口部分(掩模部)。
圖12A和12B是示意性地顯示實施方式7的液晶顯示裝置的一個像素部的截面圖圖12A舉例顯示沒有施加電壓時實施方式7的一種液晶顯示裝置的實例；圖12B顯示對實施方式7的液晶顯示裝置施加具有預(yù)定閾值或更高值的足夠高的電壓時，液晶層的液晶分子的一種排列狀態(tài)的實例。與圖1和圖2中所示部件具有相似功能的部件用相同的數(shù)字表示。
如圖12所示，實施方式7的液晶顯示裝置104與實施方式1的液晶顯示裝置相似。該液晶顯示裝置104包括第一基板(例如，TFT基板)1；第二基板(例如濾色片基板(CF基板))2；垂直排列型液晶層3，其位于第一基板1和第二基板2之間。在第一基板和第二基板上設(shè)置向液晶層3施加電壓的透明電極4和5。
垂直排列型液晶層3大致是由具有負(fù)介電各向異性的向列型液晶材料制成的。該液晶層3夾在并固定在垂直配向膜6A和垂直配向膜7A之間，該垂直配向膜6A設(shè)置在面向液晶層3側(cè)的第一基板上的透明電極4上，垂直配向膜7A設(shè)置在面向液晶層3的第二基板2上的透明電極5上。沒有施加驅(qū)動電壓時，液晶層3中的液晶分子3a與垂直配向膜6A和7A的表面基本上垂直。實際上，液晶分子3a的排列方向相對于垂直配向膜6和7的表面有略小于1°至幾度的傾斜角。在與液晶層3的表面垂直的方向施加電壓時，當(dāng)施加閾值或更高的電壓時，由于預(yù)設(shè)的傾角，液晶分子3a朝向某個方向傾斜。施加足夠的電壓時，液晶層3的液晶分子3a與第一基板1和第二基板2幾乎平行地排列。由設(shè)置在第一基板1上的垂直配向膜6A和設(shè)置在第二基板2上的垂直配向膜7A的表面的排列控制方向(由圖中的箭頭表示)確定液晶分子3a的傾斜方向。
在實施方式7的液晶顯示裝置104中，通過僅在所需部分使用硬掩模進行掩模摩擦處理，來確定垂直配向膜表面的排列控制方向。該硬掩模具有根據(jù)像素尺寸和像素間距設(shè)計的開口。實施方式7中使用的硬掩模不是指光刻法中使用的那種玻璃掩模(例如，帶有金屬膜，例如在其上用Cr構(gòu)圖的玻璃基板)。實施方式7中使用的硬掩模是指，例如，由厚度為幾十微米的金屬板、塑料板、玻璃板和類似材料制成的掩模，而且僅在預(yù)定進行掩模摩擦處理的區(qū)域中實際有一個孔(開口)。對材料沒有特定的限制。然而，優(yōu)選使用具有低膨脹系數(shù)和高硬度的材料。例如，在使用金屬板掩模(金屬掩模)的情況下，諸如不銹鋼(SUS430或SUS304)、因瓦合金、42合金、鎳鈷合金之類的材料是優(yōu)選的。根據(jù)其材料用不同的方法制造金屬掩模。例如，它們中大多數(shù)是由兩種不同的方法，蝕刻法和疊加法制成的。在蝕刻法中，在金屬板上涂布抗蝕劑，只有與開口對應(yīng)的部分暴露在紫外線下，顯影并蝕刻從而在金屬板上形成開口。在疊加法中，在合適的元件上涂布一定厚度的抗蝕劑并構(gòu)圖，然后電鍍金屬。
在實施方式7的液晶顯示裝置101中，液晶層3包括在一個像素部中的多個疇(例如，圖中的四個疇)。通過使用硬掩模進行的掩模摩擦處理，這些疇具有互不相同的掩模摩擦方向。在圖12中，如圖1和2中那樣，四個疇分別表示為D1、D2、D3和D4。通過這樣使用硬掩模進行掩模摩擦處理，可以將液晶層3設(shè)成多個疇(在圖12中為四個疇)。在這些疇中，沒有施加電壓時，沿著排列控制方向(摩擦方向)控制液晶分子3a的傾角方向，而且它們互不相同。由此，可以制造多疇，它們是獲得下述液晶顯示裝置所必須的，即在疇中施加閾值或更高的電壓時，該裝置的液晶分子3a具有不同的傾斜方向，并且該裝置具有寬視角。
如圖12所示，在疇中施加驅(qū)動電壓時，液晶分子3a朝著某一方向傾斜。這些液晶分子3a與第一基板1和第二基板2基本上平行。由此實現(xiàn)多疇，而且可以獲得具有寬視角和高清晰度的液晶顯示裝置。
參照圖4A至4F和圖13，說明實施方式7的液晶顯示裝置104的制造方法。現(xiàn)在，使用圖4A至4F作為用于制造在實施方式7的液晶顯示裝置104中的四個疇D1至D4的制造方法的實例。圖13是用于說明實施方式7中使用的掩模的圖。為了簡化起見，只顯示第一基板的制造方法。然而，也可以用與第一基板相似的方法制造第二基板。
實施方式7的液晶顯示裝置104與實施方式1的液晶顯示裝置101的不同點在于在垂直配向膜6A和7A的摩擦處理中使用具有沖擊緩沖部件(或應(yīng)力緩沖部件)的硬掩模8A代替不帶沖擊緩沖部件并在實施方式1的垂直配向膜6和7的摩擦處理中使用的硬掩模8。
首先，如圖4A所示，在第一基板1的透明電極4上，形成垂直配向膜6A。該垂直配向膜6A是由，例如聚酰亞胺垂直配向膜JALS-682(得自JSR Corporation)構(gòu)成的并通過旋涂法形成厚度為500埃的膜。
接下來，將上述硬掩模8A放在垂直配向膜6A上以進行摩擦處理。該硬掩模8A可以是，例如，由厚度為50微米的不銹鋼(SUS430)構(gòu)成的金屬掩模，并且?guī)в?，例如?00微米(x方向)×200微米(y方向)的開口。在圖13B中，x方向是在紙平面上指右側(cè)的方向，而y方向是指向紙平面頭上的方向。
如圖13所示，使用包括在面向配向膜的側(cè)上的未開口部分中作為沖擊緩沖部件的肋條(或肋條部、凸起)81(圖4中未顯示)用以沖擊緩沖(或緩沖應(yīng)力)的掩模8A。通過對掩模8A的未開口部分進一步涂布抗蝕劑并通過光刻法構(gòu)圖抗蝕劑，從而獲得肋條81。如圖13A所示，沿著與摩擦方向垂直的方向，在彼此相鄰的開口部分之間的未開口部分形成實施方式7的金屬掩模的多個肋條81。每個肋條81的寬度為30微米，高度為10微米。此處，考慮到10微米或更高的肋條81增加了掩模的總厚度并導(dǎo)致摩擦陰影的長度變長，將其高度設(shè)為大約10微米。
相對于摩擦方向，設(shè)置的硬掩模8A的開口部分比像素中的疇尺寸大。特別地，開口部分的形成使得摩擦方向的上游側(cè)的比下游側(cè)的大。此外，定位開口部分在摩擦垂直方向上的端面以設(shè)置該像素的未開口部分的位置。
如圖4B所示，金屬掩模8A的開口與對應(yīng)于疇D2的位置對齊并固定。然后在其上使用摩擦輥10，并沿著預(yù)定方向(在圖4B中向右的方向)進行掩模摩擦處理。摩擦輥10包有摩擦布9，該摩擦布是，例如，人造纖維布YA-19R(獲自Yoshikawa Kagaku Kogyo Co.Ltd.)。摩擦條件是，例如，第一基板1的運動速度為50毫米/秒、輥10的轉(zhuǎn)速為500rpm、壓入的碎片量d為0.4毫米。輥10的半徑R是7.5厘米。
如上所述，首先，僅對與疇D2相對應(yīng)的部分以預(yù)定方向進行排列控制處理。其它部分被金屬掩模8的未開口部分(掩模部分)覆蓋。由此，它們不進行排列控制處理。然后，如圖4C所示，金屬掩模8A僅向右移動100微米。該金屬掩模的開口與疇D3對應(yīng)的位置對齊。然后，通過相似的程序向左進行掩模摩擦處理。如圖4D所示，使用相似的程序朝著紙平面的標(biāo)頭方向進行掩模摩擦處理。此后，如圖4E所示，金屬掩模的開口與對應(yīng)于疇D4的位置對齊，并以離開紙平面的方向進行掩模摩擦處理。這種掩模摩擦處理之后，如圖4F所示，將在第一基板1上的垂直配向膜6A劃分成具有四個排列控制方向的區(qū)域。
與第一基板1相對的第二基板2也以相似的方法被劃分成具有四個排列控制方向。在第一基板1和第二基板2中鋪上墊珠(spacer bead)，并使它們互相貼合以得到預(yù)定的元件(cell)間隙，例如3.5微米的元件間隙。然后，將帶有負(fù)介電各向異性的向列型液晶材料，例如將n型液晶(獲自Merck KgaA)MJ001025(Δn＝0.0916、Δε＝-2.4、Tni＝80℃)注入第一基板1和第二基板2之間并在60℃密封。然后，作為再排列處理步驟，將液晶顯示裝置在設(shè)為大約120℃的烘箱中保溫大約10分鐘，并以10℃/小時的速率逐漸冷卻至室溫(大約25℃)。
在如此制得的液晶顯示裝置104中，液晶層3被證實在沒有施加電壓時被劃分成四個疇并如圖12A所示排列。此外，通過晶體旋轉(zhuǎn)法測量這些疇中的傾角。所有疇中的傾角都是88.5°。證實在對如此制得的液晶顯示裝置104施加具有閾值或更高的電壓時，液晶分子3a會如圖12B所示沿著各個疇中的掩模摩擦處理所確定的排列控制方向排列。同樣證實，在施加足夠的電壓，例如7V時，液晶分子3a的排列方向與第一基板1和第二基板2基本平行。此外，證實各個疇中的液晶分子3a的傾斜方向互相相差90°，而且實現(xiàn)了寬視角。
在按照實施方式7所述的液晶顯示裝置104中，為了形成四個具有不同排列控制方向的疇，如圖4A和4F所示，需要對兩塊基板一共進行8次掩模摩擦處理對第一基板1和第二基板2各進行四次。在這種情況下，得到四個排列控制方向，結(jié)構(gòu)不限于圖12所示的結(jié)構(gòu)，而是可以是圖5所示的一種結(jié)構(gòu)以降低掩模摩擦處理的次數(shù)。在圖5中，在基板的四個疇中，兩個相鄰疇的摩擦方向相同。摩擦方向在基板1和2之一中發(fā)生改變的位置(疇間邊界)和摩擦方向在另一基板中發(fā)生改變的位置位移半個間距(一個疇)。在這種情況下，在第一基板1和第二基板2的垂直配向膜6A和7A上進行的掩模摩擦處理對每個基板而言可以進行兩次，即對兩塊基板一共進行四次。在這種情況下，也可以在施加具有某一閾值或更高的電壓時劃分四個疇并使其排列。圖5B是從與基板垂直的方向觀察到的對液晶層3施加例如7V電壓時液晶分子3a的排列狀態(tài)的示意圖。在這種情況下，形成多個傾斜排列的疇，這樣液晶層3中部周圍的液晶分子3a以互相相差90°的四個方向傾斜。實施方式7的排列狀態(tài)(圖12B)和圖5B所示的排列狀態(tài)具有下列不同。當(dāng)施加足夠高的電壓(例如，7V)時，前者中液晶分子3a是圖2中的平行排列狀態(tài)，而后者中液晶分子3a是扭曲排列，其中扭曲集中在第一基板1和第二基板2之間的界面周圍。然而，本發(fā)明的發(fā)明人詳細(xì)考察了視角性能后，在它們之間沒有發(fā)現(xiàn)明顯的差異。它們的視角性能基本上相同。
如上所述，金屬掩模開口部分和掩模摩擦區(qū)并不互相匹配。相對于摩擦方向的掩模摩擦區(qū)的長度比金屬掩模開口部分短，短的量取決于金屬掩模的厚度。因此，在實際制造實施方式7的液晶顯示裝置104時，必須在進行定位后使用硬掩模8A進行掩模摩擦處理，該硬掩模8A的面積比每個像素中的疇尺寸大。由此，可以精確顯示。
此外，由于摩擦布接觸點和離開點的差異，掩模摩擦區(qū)的端面，特別是在掩模摩擦方向上，變成具有一定寬度的Z字型表面。在實際制造實施方式7的液晶顯示裝置104時，如果看到這種Z字型末端部分，這會損害顯示清晰度。因此，必須使疇的外緣部分位于被黑色矩陣、源線(source lines)、門線(gate lines)、增容線(supplementary volumelines)等覆蓋的非顯示部分，這樣就不會影響顯示。
接下來，通過將更具體的例子與對比例進行比較，來描述實施方式7的液晶顯示裝置104的制造方法。
在實施方式7中，為了避免由于使用帶有開口部分和未開口部分的金屬掩模8A進行掩模摩擦處理時的壓力(某一時刻)對金屬掩模8A的未開口部分覆蓋下的配向膜造成損壞，使用在面向配向膜表面的一側(cè)上包括肋條(凸起)81的金屬掩模8A。另一方面，對比例使用不具有肋條(凸起)的金屬掩模8B(參看圖14)。
按照圖15的工藝流程對一個疇進行掩模摩擦處理。圖15顯示使用實施方式7的金屬掩模8A時的工藝流程。不過，使用金屬掩模8B的對比例也是如此，不同的是不含肋條81。通過疊加法制造實施方式7的金屬掩模8A和使用金屬掩模8B的對比例。它們與蝕刻法制得的金屬掩模的不同之處在于上述開口部端面很少有斜角，而且橫截面是垂直的。此外，在開口部分的拐角幾乎不存在上述圓角(角R)。
通過對掩模8A的未開口部分進一步涂布抗蝕劑并通過光刻法對抗蝕劑進行構(gòu)圖，從而獲得實施方式7的金屬掩模8A的肋條部分81。每個肋條81的寬度為30微米，高度為10微米。此處，考慮到10微米或更高的肋條81增加了掩模的總厚度并導(dǎo)致摩擦陰影的長度變長，將其高度設(shè)為大約10微米。
在如圖6A所示的位置設(shè)置實施方式7的金屬掩模8A的肋條81，使得其縱向垂直于掩模摩擦方向，如圖6B所示。分別使用實施方式7的金屬掩模8A和對比例的金屬掩模8B對一對基板進行掩模摩擦處理，這對基板中具有用垂直配向膜JALS-682處理的配向膜表面。對一對基板在整個表面上進行摩擦處理，該對基板的相對側(cè)(opposite side)具有用垂直配向膜JALS-682處理的配向膜表面。其中一對基板互相結(jié)合在一起形成一個液晶元件16，另一對互相結(jié)合形成一個液晶元件17。液晶元件16是使用實施方式7的金屬掩模8A進行掩模摩擦處理的元件。液晶元件17是使用對比例的金屬掩模8B進行掩模摩擦處理的液晶元件。液晶元件16和17都設(shè)排列成使相對側(cè)基板(opposite sidesubstrates)(+y方向)的摩擦方向與掩模摩擦方向(+x方向)正交。在圖16和17中，實線箭頭是指在進行掩模摩擦處理的基板上的掩模摩擦方向，虛線箭頭是指在對面?zhèn)然逭麄€表面上的摩擦方向。
將N型液晶(獲自Merck KGaA)MJ001025(Δn＝0.0916、Δε＝-2.4、Tni＝80℃)注入這兩個液晶元件中并在60℃密封。然后，作為再配向處理步驟，將液晶顯示裝置在設(shè)為大約120℃的烘箱中保溫大約10分鐘，并以10℃/小時的速率逐漸冷卻至室溫(大約25℃)。將液晶元件16和17固定在偏光顯微鏡的正交尼科耳棱鏡下，使得一塊基板的摩擦表面與起偏振器的起偏振軸匹配，而另一塊基板的摩擦方向與檢偏振器方向匹配。施加30Hz的矩形脈沖，使得有效電壓值為6.2V。觀察到只有掩模摩擦區(qū)呈現(xiàn)TN排列而且透過光。沒有進行掩模摩擦處理的區(qū)域仍然是黑的。在這種狀態(tài)下，肉眼沒有觀察到使用實施方式7的金屬掩模8A制得的液晶元件16與使用對比例的金屬掩模8B制得的液晶元件17在排列狀態(tài)方面的任何區(qū)別。
此后，接通并切斷6.2V的電壓，以此觀察動態(tài)排列狀態(tài)。然后，觀察到在液晶元件16中被金屬掩模8A的未開口部分18A覆蓋的部分18A’和液晶元件17中被金屬掩模8B的未開口部分19A覆蓋的部分19A’之間的明顯區(qū)別。圖18和19顯示肉眼觀察到的結(jié)果。在液晶元件16中，切斷電壓的一刻無規(guī)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)位移(disclination)線，隨后被未開口部分18A覆蓋的部分18A’和被未開口部分18B覆蓋的部分18B’都變暗。另一方面，在對比例的液晶元件17中，在切斷電壓的一刻無規(guī)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)位移線，隨后被未開口部分19B覆蓋的部分19B’類似地變暗，而被未開口部分19A覆蓋的部分19A’均勻變亮，然后變暗。這表明，在對比例的液晶元件17中，在進行掩模摩擦處理時，被未開口部分19A覆蓋的部分19A’同樣被賦予了一定的方向性。由于在液晶元件17的未開口部分19A上沒有肋條之類的凸起，在進行掩模摩擦處理時，金屬掩模8B粘附到配向膜上。在摩擦處理過程中通過粘附其上的金屬掩模8B摩擦配向膜，由此將一定的壓力(力矩)轉(zhuǎn)移到配向膜上。更具體地，摩擦布(絨布)的碎屑在金屬掩模8B的開口部分9C中直接接觸配向膜。隨后，碎屑立即進到未開口部分19A上。據(jù)推測，這些碎屑隨著金屬掩模8B的未開口部分振動配向膜表面，由此使下面的配向膜表面受到損壞。壓力(力矩)被認(rèn)為影響了液晶分子的活性行為，而且被金屬掩模8B的未開口部分覆蓋的部分19A’受到液晶分子的張馳方向的瞬時控制并產(chǎn)生均勻的排列變化。
關(guān)于被金屬掩模8A的未開口部分18B覆蓋的部分18B’和被金屬掩模8B的未開口部分19B覆蓋的部分19B’，液晶元件16和17都經(jīng)歷了無規(guī)張馳(relaxation)排列變化，而且沒有區(qū)別。這是因為被未開口部分18B和19B覆蓋的部分是沒有開口的部分，它們在整個摩擦處理過程中都被掩模的未開口部分覆蓋。沒有任何摩擦布(絨布)進和出并同時振動地方。因此，配向膜沒有受到損壞，并產(chǎn)生無規(guī)張馳排列變化。無規(guī)張馳排列變化意味著掩模摩擦處理沒有造成任何損壞。因此，可以看出，在使用實施方式7的金屬掩模8A制造的液晶元件16中，通過在金屬掩模8A的配向膜表面上設(shè)置肋條81，可以有效地避免對未開口部分的壓力(力矩)。在使用金屬掩模進行的掩模摩擦處理的過程中，基本的是僅對所需的部分(金屬掩模的開口部分下的部分)施加液晶分子的排列控制方向，并盡可能避免對其它部分施加壓力(損壞)。如果像在使用對比例的金屬掩模8B制得的液晶元件17中那樣，對金屬掩模的未開口部分下的部分施加了壓力(力矩)，就不可能在金屬掩模8B的開口部分移至未開口部分以進行不同方向的掩模摩擦處理時，施加所需的配向控制力。換言之，之前已經(jīng)施加的壓力(力矩)不能完全消除，因此，即使在實現(xiàn)多疇時在所有疇中都獲得相同的傾角，動態(tài)張馳排列變化也是不同的。本發(fā)明發(fā)明人的詳細(xì)研究表明，這樣做的結(jié)果是無法獲得所期望的快速響應(yīng)性能，或者無法實現(xiàn)動態(tài)寬視角。另一方面，在使用金屬掩模8A進行的掩模摩擦處理中，在金屬掩模8A的部分未開口部分的有些部分設(shè)置肋條(凸起)81以完全消除對未開口部分施加的壓力(力矩)。由此，可以制造可進行精確顯示的液晶顯示裝置。
為了將本發(fā)明的金屬掩模摩擦處理應(yīng)用于現(xiàn)有TFT面板，毋庸置疑的是，該金屬掩模的開口部分、未開口部分、它們的間距等必須設(shè)計成符合TFT基板、CF基板或類似基板的規(guī)格。此外，掩模的未開口部分下設(shè)置的肋條的位置優(yōu)選固定在例如TFT基板的源線、門線、增容線、接觸孔或TFT元件上、或在CF基板的黑色矩陣(matrix)上，而且如果可能，在這些肋條上方進行掩模摩擦處理。這是因為除了在未開口部分下，這些肋條可以消除這些部位上的壓力(力矩)，但是在某種情況下，或者按照肋條的形狀和尺寸，與肋條接觸的配向膜表面會受到損壞并影響張馳排列處理。因此，金屬掩模優(yōu)選設(shè)計成使肋條部分與對TFT基板和CF基板上的顯示沒有影響的非顯示部分接觸。
上文已經(jīng)主要討論了使用在硬掩模8A(金屬掩模)面向配向膜的側(cè)面上的部分未開口部分帶有沖擊緩沖肋條的掩模進行掩模摩擦處理的方法。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過在未開口部分的整個表面上提供肋條(沖擊緩沖層)，也能獲得相似的效果，這取決于肋條所用的材料(如橡膠之類的吸收壓力的彈性材料)。圖20顯示了一個例子。通過，例如，將金屬掩模8C浸涂上光敏聚酰亞胺溶液，獲得整個表面的肋條82。厚度為亞微米至幾微米。據(jù)顯示，在進行掩模摩擦處理時，這種聚酰亞胺薄掩?？梢杂米鳑_擊緩沖層，而且可以如上所述消除未開口部分下方的配向膜表面上的力矩(壓力)。
上文已經(jīng)描述了實施方式7的硬掩模8A，其開口部分的垂直截面如圖13所示。不過，本發(fā)明并不限于此。可以更好地成形開口部分，使其如圖6所述逐漸變細(xì)。可以通過使用厚度(包括沖擊緩沖部件的厚度)為30微米至50微米(包括30微米和50微米)而且斜角為60°至70°(包括60°和70°)的金屬掩模8A的部分或全部在配向膜上進行摩擦處理來提高摩擦區(qū)的精度。
實施方式8在實施方式7中，使用在面對配向膜的側(cè)面的部分上帶有用于沖擊緩沖的肋條81的金屬掩模8A(見圖13)。進行摩擦處理，其間掩模表面被肋條抬離配向膜表面大約10微米，并穿過開口。在實施方式8中，如圖21中所示，使用金屬掩模8D。金屬掩模8D可以包括肋條，其用于提高寬度方向上尺寸的精密度，并相對于摩擦方向15從在開口部分的兩側(cè)面上的邊緣部分83處突出(大約5到9微米)，其在與肋條81相同的方向上，但是比肋條81短。在此實例中，當(dāng)進行摩擦處理時，由于用于提高摩擦區(qū)域?qū)挾确较蛏铣叽绲木芏鹊睦邨l的緣故，摩擦布不會從開口部分的兩側(cè)面上的被抬起的部分散失。因此，可以提高在摩擦區(qū)域?qū)挾确较?其正交于摩擦方向)上的尺寸精密度。
如上所述，依照實施方式1至8，可以分別在面向液晶層3的側(cè)面上的基板1和2上制得垂直配向膜6和7(或水平配向膜)。在預(yù)定方向上采用硬掩模，用掩模摩擦法處理垂直配向膜6和7。液晶層3包括疇D1到D4。在疇D1到D4中，在未施加驅(qū)動電壓時，液晶分子在基本垂直于(在使用水平配向膜的情況下，是基本水平于)基板1和2的主表面的方向上排列，當(dāng)施加預(yù)定的閥值或高于閥值的電壓時，在通過在配向膜6和7上進行的掩模摩擦處理的方法確定的排列控制方向上傾斜。這使得制造在視角性能和響應(yīng)性能兩方面都出色，并能夠在高清晰度下顯示的液晶顯示裝置成為可能?？梢酝ㄟ^使用厚度(包括沖擊緩沖部件的厚度)為30微米至50微米(含30微米和50微米)而且斜角為60°至70°(含60°和70°)的金屬掩模8A的部分或全部在配向膜上進行摩擦處理來提高摩擦區(qū)的精度。進一步地，如果在面對配向膜的側(cè)面上的硬掩模8A的非開口部分提供沖擊緩沖部件81，當(dāng)摩擦布搖動硬掩模時，從硬掩模施加到排列表面的壓力(應(yīng)力)可以被沖擊緩沖部件吸收。因此，按照排列控制，能夠避免被硬掩模的非開口部分覆蓋的配向膜表面上的損壞。這進一步使得能夠制造在視角性能和響應(yīng)性能方面均表現(xiàn)良好，并能在更高清晰度下顯示的液晶顯示裝置。
根據(jù)實施方式1到8，盡管沒有明確說明，但本發(fā)明對于例如日本特許公開平11-352486和第2002-277877號的傳統(tǒng)工藝而言，在下述方面更為優(yōu)越提高的傾角穩(wěn)定性；施壓強度(用手指壓面板來打亂排列狀態(tài)時，面板恢復(fù)排列狀態(tài)所需的時間)；以及提高的用于實現(xiàn)高排列控制力的錨定強度。
本發(fā)明通過使用簡單的機械硬掩模摩擦處理而不用不可靠的例如紫外照射或光刻蝕法處理允許分裂排列處理(split alignmentprocess)，該分裂排列處理在垂直配向液晶顯示模式中是必須的，并能提供一種特別是在低溫下具有優(yōu)于傳統(tǒng)垂直配向液晶顯示模式的快速響應(yīng)性能、具有寬視角和快速響應(yīng)性能液晶顯示裝置，及其制造方法。本發(fā)明的液晶顯示裝置，具有這些優(yōu)越的特性，可以廣泛用于顯示裝置中，該顯示裝置用于筆記本個人電腦(PC)或臺式個人電腦中的顯示器、LCD-TV等等中。
在上文中，已經(jīng)按照優(yōu)選的基本結(jié)構(gòu)和本發(fā)明的實施方式1到8，對本發(fā)明進行了描述。但是，本發(fā)明不應(yīng)被解釋為被該基本結(jié)構(gòu)和實施方式1到8所限制。應(yīng)該認(rèn)識到，僅可通過權(quán)利要求來解釋本發(fā)明的范圍。應(yīng)該認(rèn)識到，那些熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)本發(fā)明的說明書和公知的技術(shù)常識，從特別優(yōu)選的基本結(jié)構(gòu)和實施方式1到8的說明實現(xiàn)相同的范圍。還應(yīng)該認(rèn)識到，本文提到的專利、專利申請和文獻，引用并入本文作為參考，如同完整描述它們一樣。
各種其它修正對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，是顯而易見的，并無需離開本發(fā)明的范圍和構(gòu)思就能夠輕易地進行。因此，這里所附的權(quán)利要求的范圍不限于本文中所列的說明，而是應(yīng)該從廣義的角度來理解。
權(quán)利要求
1.一種具有配向膜的液晶顯示裝置，該配向膜設(shè)置在夾有液晶層的一對基板的至少一塊基板的面向液晶層的側(cè)面上，其中在沒有施加電壓時，所述配向膜使所述液晶層中的液晶分子基本上垂直或水平地排列，并且用至少一部分粘附在所述配向膜表面的硬掩模進行掩模摩擦處理，以使所述配向膜各區(qū)域的排列控制方向互不相同。
2.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其中所述液晶層按照所述掩模摩擦處理確定的所述排列控制方向形成多個疇。
3.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其中一個像素部分內(nèi)的所述排列控制方向互不相同。
4.如權(quán)利要求2所述的液晶顯示裝置，其中所述多個疇包括二至四個在一個像素內(nèi)具有互不相同的排列控制方向的任意的疇。
5.如權(quán)利要求4所述的液晶顯示裝置，其中在一個方向上彼此相鄰順序地形成所述四個疇。
6.如權(quán)利要求4所述的液晶顯示裝置，其中所述四個疇形成一個田字形狀。
7.如權(quán)利要求2所述的液晶顯示裝置，其中當(dāng)施加預(yù)定閾值或更高的電壓時，所述多個疇中的所述液晶層具有平行排列的排列狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求2所述的液晶顯示裝置，其中當(dāng)施加預(yù)定閾值或更高的電壓時，所述多個疇中的所述液晶層具有扭曲排列的排列狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求2所述的液晶顯示裝置，其中所述多個疇的外緣部分位于非顯示部分內(nèi)。
10.一種液晶顯示裝置的制造方法，該裝置用一對基板之間的液晶層中的排列變化進行顯示，該方法包括在這該對基板的至少一塊基板上形成配向膜；和通過定位具有開口部分的硬掩模進行掩模摩擦處理，使得至少部分所述硬掩模與所述配向膜接觸，并通過所述開口部分在所述配向膜上進行所述掩模摩擦處理。
11.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述硬掩模包括在面向所述配向膜的側(cè)面上的未開口表面上的沖擊緩沖部件。
12.一種液晶顯示裝置的制造方法，該裝置包括一對基板、設(shè)置在該對基板之間的液晶層、和配向膜，該配向膜設(shè)置在該對基板的至少一塊基板的面向液晶層的側(cè)面上，并且該配向膜形成多個具有彼此不同方向的疇，其中在施加預(yù)定閾值或更高的電壓時，所述液晶層的液晶分子傾斜，該方法包括通過層壓硬掩模進行掩模摩擦處理以形成疇，所述掩模包括開口部分和未開口部分中的沖擊緩沖部件，使得所述沖擊緩沖部件與所述配向膜表面接觸；并通過所述硬掩模的所述開口部分在所述配向膜上進行掩模摩擦處理。
13.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述配向膜至少是垂直配向膜或水平配向膜。
14.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其進一步包括在所述掩模摩擦處理后，以在其間留有預(yù)定間隔的方式結(jié)合該對基板，并在所述基板之間的縫隙中封裝入液晶層。
15.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中通過順序改變所述開口部分相對于所述配向膜的位置，多次進行所述掩模摩擦處理。
16.如權(quán)利要求15所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中通過移動所述硬掩模的所述開口部分的位置以使所述開口部分位于預(yù)定的摩擦位置，進行所述掩模摩擦處理。
17.如權(quán)利要求15所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中用在不同位置具有開口部分的硬掩模替換所述硬掩模以使所述開口部分位于預(yù)定的摩擦位置時，進行所述掩模摩擦處理。
18.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中對每個像素部分或形成所述像素部分的多個子像素部分定位所述開口部分，以進行掩模摩擦處理。
19.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中根據(jù)像素尺寸和像素間距確定所述開口部分的尺寸。
20.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中將所述開口部分設(shè)定成較像素部分或子像素部分的尺寸大，以使實際摩擦處理區(qū)具有像素部分或子像素部分的尺寸。
21.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述硬掩模的厚度在30微米至50微米之間，包括30微米和50微米。
22.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述硬掩模具有由蝕刻法形成的預(yù)定開口部分。
23.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述硬掩模是由電鑄法制成的金屬掩模。
24.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述開口部分的橫截面具有小于90°的斜角。
25.如權(quán)利要求24所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述開口部分的橫截面具有60°至70°的斜角，包括60°和70°。
26.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中在面向所述配向膜的側(cè)面上在部分所述硬掩模的所述未開口部分形成沖擊緩沖部件。
27.如權(quán)利要求26所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中在面向所述配向膜的側(cè)面上在所述硬掩模的所述未開口部分形成所述沖擊緩沖部件，以接觸對應(yīng)于所述液晶顯示裝置的像素中的非顯示部分的配向膜表面。
28.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中在面向所述配向膜的側(cè)面的整個表面上在所述硬掩模的所述未開口部分上形成沖擊緩沖部件。
29.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中在摩擦方向，所述開口部分被設(shè)置成較相對于進行排列處理的疇大一預(yù)定量。
30.如權(quán)利要求29所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中相對于疇，所述預(yù)定量在摩擦方向的上游側(cè)比在下游的側(cè)大。
31.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述液晶顯示裝置是垂直排列型液晶顯示裝置，其中在沒有施加電壓時，所述液晶層的液晶分子基本上垂直于該對基板的主表面排列。
32.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述液晶顯示裝置是水平排列型液晶顯示裝置，其中在沒有施加電壓時，所述液晶層的液晶分子基本上平行于該對基板的主表面排列。
33.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述配向膜至少是垂直配向膜或水平配向膜。
34.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其進一步包括在掩模摩擦處理后，以在其間留有預(yù)定間隔的方式結(jié)合該對基板，并在基板之間的縫隙之間封裝入液晶層。
35.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中通過順序改變所述開口部分相對于所述配向膜的位置，多次進行所述掩模摩擦處理。
36.如權(quán)利要求35所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中通過移動所述硬掩模的所述開口部分的位置以使所述開口部分定位于預(yù)定的摩擦位置，進行掩模摩擦處理。
37.如權(quán)利要求35所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中用在不同位置具有開口部分的硬掩模替換所述硬掩模以使所述開口部分位于預(yù)定的摩擦位置時，進行所述掩模摩擦處理。
38.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中對每個像素部分或形成所述像素部分的多個子像素部分定位所述開口部分，以進行掩模摩擦處理。
39.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中其中根據(jù)像素尺寸和像素間距確定所述開口部分的尺寸。
40.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述開口部分被設(shè)定成較像素部分或子像素部分的尺寸大，以使實際摩擦處理區(qū)具有像素部分或子像素部分的尺寸。
41.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述硬掩模的厚度在30微米至50微米之間，包括30微米和50微米。
42.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述硬掩模具有由蝕刻法形成的預(yù)定開口部分。
43.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述硬掩模是由電鑄法制成的金屬掩模。
44.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述開口部分的橫截面具有小于90°的斜角。
45.如權(quán)利要求44所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述開口部分的橫截面具有60°至70°的斜角，包括60°和70°。
46.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中在面向所述配向膜的側(cè)面上在部分所述硬掩模的所述未開口部分形成沖擊緩沖部件。
47.如權(quán)利要求46所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中在面向所述配向膜的側(cè)面上在所述未開口部分形成所述沖擊緩沖部件，以接觸對應(yīng)于所述液晶顯示裝置的像素中的非顯示部分的配向膜表面。
48.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中在面向所述配向膜的側(cè)面的整個表面上在所述硬掩模的所述未開口部分上形成所述沖擊緩沖部件。
49.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中在摩擦方向，所述開口部分被設(shè)置成較相對于進行排列處理的疇大一預(yù)定量。
50.如權(quán)利要求49所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中相對于所述疇，所述預(yù)定量在摩擦方向的上游側(cè)比在下游側(cè)的大。
51.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述液晶顯示裝置是垂直排列型液晶顯示裝置，其中在沒有施加電壓時，所述液晶層的液晶分子基本上垂直于該對基板的主表面排列。
52.如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中所述液晶顯示裝置是水平排列型液晶顯示裝置，其中在沒有施加電壓時，所述液晶層的液晶分子基本上平行于該對基板的主表面排列。
53.一種硬掩模，其包括一個或多個用于在一個或多個預(yù)定位置進行摩擦處理的開口部分，和一個表面，該表面部分或者全部在未開口部分而非在一個或多個開口部分與實際摩擦處理區(qū)接觸。
54.如權(quán)利要求53所述的硬掩模，其中所述一個或每個開口部分被設(shè)定成較預(yù)定尺寸大一預(yù)定量，以使所述實際摩擦處理區(qū)具有所述預(yù)定尺寸。
55.如權(quán)利要求53所述的硬掩模，其中在與所述實際摩擦處理區(qū)接觸的至少部分表面上設(shè)置沖擊緩沖部件。
56.如權(quán)利要求55所述的硬掩模，其中設(shè)置所述沖擊緩沖部件以突出作為肋條。
57.如權(quán)利要求55所述的硬掩模，其中所述沖擊緩沖部件是由彈性元件制成的。
58.如權(quán)利要求53所述的硬掩模，其中所述硬掩模的厚度在30微米至
50微米之間，包括30微米和50微米。
59.如權(quán)利要求53所述的硬掩模，其中所述開口部分的橫截面具有60°至70°的斜角，包括60°和70°。
60.如權(quán)利要求56所述的硬掩模，其中具有相同突出方向并且較所述肋條低的肋條被進一步突出，以設(shè)置在相對于摩擦方向，在所述或每個開口部分的兩側(cè)面上的邊緣部分上的相同突出部分上。
全文摘要
一種設(shè)置在一對夾有液晶層的基板的至少一塊基板的面向液晶層的側(cè)面上的具有配向膜的液晶顯示裝置，其中沒有施加電壓時，配向膜使液晶層中的液晶分子基本上垂直或平行地排列，并用至少一部分粘附在配向膜表面上的硬掩模進行掩模摩擦處理，使得配向膜各區(qū)域的排列控制方向互不相同。
文檔編號H01L21/00GK1627156SQ200410091238
公開日2005年6月15日 申請日期2004年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月17日
發(fā)明者井上威一郎, 寺下慎一, 箱井博之, 宮地弘一, 陣田章仁, 小出貴子 申請人:夏普株式會社