JP2002221725A - 液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
き付き現象を防止する一方、液晶層中の水分による配向
膜の加水分解を原因とする画像の白ずみ(黒ずみ)を防
止して、液晶表示素子の表示品位向上を図る。 【解決手段】 カラーフィルタ層20上にマトリクス状
に配列される画素電極21を有するアレイ基板11表面
及び、コモン電極26を有する対向基板12表面に、表
面エネルギーが51〜60dyn/cmの範囲の配向膜
23、27を成膜して、この配向膜23、27を対向配
置してなる両基板11、12の間隙に液晶組成物16を
封入する。
Description
り、特に基板上に樹脂層を有する場合の、表示むらや白
ずみあるいは黒ずみによる表示品位の劣化を抑え、高画
質の画像を得る液晶表示素子に関する。
子により駆動される複数の画素電極を有するアレイ基板
あるいは対向電極を有する対向基板のいずれか一方に樹
脂層であるカラーフィルタ層を有しており、両基板を対
向配置してなる間隙に液晶組成物を封入して成ってい
る。そして従来、両基板間に封入される液晶組成物の液
晶分子を均一に配向させるため、両基板表面の液晶組成
物と接触する面上にはそれぞれ配向膜が成膜されてい
る。
層であるカラーフィルタ層等が形成される液晶表示素子
にあっては、樹脂材料に起因してカラーフィルタ層に含
まれる不純物が液晶層に溶出して焼き付き現象を発生
し、表示不良を生じ表示品位を著しく低下するという問
題を有していた。一方、液晶表示素子にあっては、液晶
層中に含まれる水分あるいは外部から侵入される水分に
より、液晶層と直接接触する配向膜が加水分解される事
に起因して、白ずみ(黒ずみ)を発生し、表示不良を生
じ、これによっても表示品位を低下するという問題を有
していた。
あり、液晶層中への不純物の溶出や水分の混入にかかわ
らず、これらを起因とする表示不良の発生を防止して、
表示品位の高い液晶表示素子を提供することを目的とす
る。
するための手段として、少なくともいずれか一方に電極
を有し対向配置される一対の基板と、この一対の基板の
少なくともいずれか一方に形成される樹脂層と、前記一
対の基板表面にそれぞれ成膜される表面エネルギーが5
1〜60dyn/cmの配向膜と、この配向膜を対向配
置してなる前記一対の基板の間隙に封入される液晶組成
物とを設けるものである。
る不純物が配向膜の所定箇所に集中するのを防止するこ
とにより焼き付きの発生を防止する一方、配向膜への水
分の付着を防止することにより白ずみ(黒ずみ)の発生
を防止して、表示品位の良い、信頼性の高い液晶表示素
子を得るものである。
る。不純物あるいは水分により液晶表示素子に表示不良
を発生する原因を調べるため、カラーフィルタ層が形成
される液晶表示素子に10mm角の白黒チェッカー画像
を1000時間表示して、信頼性試験を行いポリイミド
配向膜の表面エネルギーと、焼き付きの発生及び白ずみ
・黒ずみの発生との関係を調べたところ、図1に示す試
験結果を得られた。
が50dyn/cm以下であると、表示時間が1000
時間に達する前に液晶表示素子は焼き付き現象による表
示不能となる画素を生じ表示品位を著しく低下してしま
う。一方、ポリイミド配向膜の表面エネルギーが60d
yn/cmを超えると、表示時間が1000時間に達す
る前に液晶表示素子の表示に白ずみ(黒ずみ)を生じ表
示品位を著しく低下してしまう。
を設けると、カラーフィルタ層に含まれる不純物が液晶
層中に溶出され、液晶表示素子に成膜されるポリイミド
配向膜の表面エネルギーが低いと、電圧印加前にあって
は図2(a)に示すようにカラーフィルタ層から溶出さ
れた不純物1が液晶層2中に分散されて浮遊した状態を
呈するものの、画像表示時に電圧が印加されると、図2
(b)に示すように電圧印加部分の配向膜3上に局所的
に不純物が集中してしまい、焼き付きを発生する原因と
なる。
膜の表面エネルギーを高くすると、図3に示すように液
晶層2中に溶出された不純物1は配向膜3の表面にほぼ
均一にトラップされ、電圧印加時においても局所的に集
中する事が無く、従って焼き付き現象は発生しない。し
かしながら、表面エネルギーの高い配向膜3は、液晶層
2中に含まれあるいは外部から侵入した水分もトラップ
してしまう。このためトラップした水分により配向膜3
表面の加水分解を生じ、図1に示すように、配向膜の表
面エネルギーが60dyn/cmを超えると、長時間使
用する間に白ずみ(黒ずみ)を発生する事となる。
を51〜60dyn/cmの範囲にコントロールするこ
とによって、焼き付きと白ずみ(黒ずみ)のそれぞれの
原因による表示不良の発生を防止するものである。
に水滴を滴下し、水滴と配向膜との接触角度を測定する
方法で測定値を得ている。
実施の形態を参照して説明する。図4は、アレイ基板1
1及び対向基板12をスペーサ13を介して対向配置
し、熱硬化型エポキシ系接着剤ES−550(三井東圧
化学(株)社製)を用いたシール剤14にて周囲を接着
して成る間隙に注入口から液晶組成物16を注入後、注
入口を封止し、更にアレイ基板11及び対向基板12そ
れぞれに偏光板11a、12aを貼り付けてなる液晶表
示素子10を示す概略断面図である。
示しない走査線及び信号線の交点近傍に液晶駆動用の薄
膜トランジスタ(以下TFTと略称する。)素子18を
有している。TFT素子18の上にはR(赤)、G
(緑)、B(青)の着色層20a、20b、20cがス
トライプ状に配置されてなるカラーフィルタ層20が配
置されている。
い走査線及び信号線で囲まれる領域に、複数の画素電極
21がマトリクス状にパターン形成されていて、画素電
極21はカラーフィルタ層20に形成されるスルーホー
ル22を介してTFT素子18のソース電極(図示せ
ず)に接続し、TFT素子18により駆動される。更に
画素電極21上には表面エネルギー53.5dyn/c
mの配向膜23が成膜されている。
Oからなるコモン電極26が形成され、コモン電極26
上に表面エネルギー53.5dyn/cmの配向膜27
が成膜されている。
述べる。アレイ基板11は、通常のフォトリソグラフィ
工程によるパターニングを繰り返してガラス基板17上
にTFT素子18を形成する。次いで着色層材料とし
て、赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂
レジストCR−2000(富士ハントテクノロジー
(株)製)をスピンナーにて全面塗布し、フォトマスク
を介し赤を着色したい部分に356nmの波長の光を1
00mJ/cm2照射後、KOHの1% 水溶液で10
秒間現像してR(赤)22aの着色層20aを形成す
る。
0b、20cを形成する。G(緑)、B(青)の着色層
20b、20cの着色層材料としてはいずれも富士ハン
トテクノロジー(株)製の、緑色、青色の顔料を分散さ
せた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストCG−200
0,CB−2000を用いた。カラーフィルタ層20形
成後、スパッタ法にてITO膜を1500オングストロ
ームの厚さに成膜して、フォトリソグラフィ工程によっ
てパターン形成し、カラーフィルタ層20上にマトリク
ス配列される画素電極21を形成後、この上に配向膜2
3を塗布する。
スパッタ法にてITO膜を1500オングストロームの
厚さに成膜してコモン電極26を形成後、この上に配向
膜27を塗布する。
レイ基板11側の画素電極21上及び対向基板12側の
コモン電極26上にそれぞれポリイミド配向膜材料とし
てSE−7492(日産化学工業(株)社製)を滴下
し、スピンコートにより全面に500オングストローム
の厚さとなるように塗布する。更にそれぞれを180℃
で1時間焼成処理して、表面エネルギー53.5dyn
/cmの配向膜23、27を得る。
ス条件等により変化し、例えば焼成温度が高く、焼成時
間が長いと表面エネルギーは高くなる。本実施の形態に
おいては、上記の材料と、プロセス条件を選択する事に
より表面エネルギーを制御した。
り配向処理し、アレイ基板11の配向膜23の周辺に沿
ってシール剤14を印刷塗布し、アレイ基板11からコ
モン電極26に電圧を印加するためのトランスファ材
(図示せず)をシール剤14周辺に形成する一方、対向
基板12にスペーサ13を散布した後、アレイ基板11
及び対向基板12を、配向膜23、27のそれぞれのラ
ビング方向が90°となるよう対向配置し、シール剤14
を加熱硬化させて貼り合わせ液晶セルを形成する。
て、ZLI−1565(E.メルク社製)にカイラル材
を0.1wt%添加したものを注入し、この後注入口
(図示せず)を紫外線硬化樹脂で封止後、アレイ基板1
1及び対向基板12に偏光板11a、12aを貼り付け
て液晶表示素子10を完成する。
高湿度(50℃、80%)条件で10mm角の白黒チェ
ッカー画像を用いて1000時間連続画像表示試験をお
こなったが、焼き付き及び白ずみ(黒ずみ)の発生は皆
無で有り、良好な表示画像を得られた。
表面エネルギーが53.5dyn/cmと高い事から、
カラーフィルタ層22から液晶組成物16中に溶出した
不純物は配向膜23、27にほぼ均等にトラップされる
ので、長時間の画像表示にかかわらず、焼き付き現象を
防止出来る。また配向膜23、27の表面エネルギーは
高過ぎず、配向膜23、27を加水分解する程には液晶
組成物16中の水分をトラップしないので、高温高湿度
での条件下においても白ずみ(黒ずみ)の発生を防止出
来る。従って、液晶表示素子10は、不純物が溶出され
るカラーフィルタ層22を設けるにもかかわらず、不純
物による悪影響を受ける事無く、焼き付きや白ずみ(黒
ずみ)による表示不良を防止して、高い表示品位を得ら
れる。
べる。この(比較例1)は、前記実施の形態における表
面エネルギーが53.5dyn/cmの配向膜23、2
7に変えて、表面エネルギーが50.4dyn/cmと
低い配向膜を画素電極及びコモン電極表面に成膜するも
のであり、他は前記実施の形態と全く同様とする。この
(比較例1)の表面エネルギーが50.4dyn/cm
の配向膜は、ポリイミド配向膜材料であるSE−749
2(日産化学工業(株)社製)を画素電極及びコモン電
極表面に塗布後、220℃で1時間焼成処理して得るも
のである。
mの配向膜を有する(比較例1)の液晶表示素子を、前
記実施の形態と同様にして、高温高湿度(50℃、80
%)条件で10mm角の白黒チェッカー画像を用いて1
000時間連続画像表示試験をおこなった所、配向膜の
表面エネルギーが低いため、約110時間程で焼き付き
現象による表示不良を発生し、表示品位が著しく劣って
しまった。
(比較例2)は、前記実施の形態における表面エネルギ
ーが53.5dyn/cmの配向膜23、27に変え
て、表面エネルギーが62dyn/cmと高い配向膜を
画素電極及びコモン電極表面に成膜するものであり、他
は前記実施の形態と全く同様とする。この(比較例2)
の表面エネルギーが62dyn/cmの配向膜は、ポリ
イミド配向膜材料であるSE−7492(日産化学工業
(株)社製)を画素電極及びコモン電極表面に塗布後、
150℃で1時間焼成処理して得るものである。この表
面エネルギーが62dyn/cmの配向膜を有する(比
較例2)の液晶表示素子を、前記実施の形態と同様にし
て、高温高湿度(50℃、80%)条件で10mm角の
白黒チェッカー画像を用いて1000時間連続画像表示
試験をおこなった所、焼き付き現象は発生しなかったも
のの、配向膜の表面エネルギーが高過ぎる事から、水分
の侵入し易い注入口部分での水分のトラップが多くな
り、この水分により配向膜が加水分解されてしまい、約
700時間程で液晶組成物の注入口部分に白ずみ(黒ず
み)を発生し、表示不良により、表示品位が著しく劣っ
てしまった。
で無く、その趣旨を変えない範囲での変更は可能であっ
て、例えば、配向膜は表面エネルギーが51〜60dy
n/cmを有するものであればその原材料は限定されな
いし、焼成温度や焼成時間等の製造過程も任意である。
ーサも、アレイ基板あるいは対向基板のいずれかに柱状
スペーサを設ける等しても良い。その際のスペーサの材
質として、着色層に用いたのと同じ樹脂層を使用しても
良いし、着色層とは別に透明あるいは黒色等の材料を用
いる等任意である。更に着色層を対向基板側に設ける等
しても良い。又カラーフィルタ層を対向基板側に設ける
等しても良い。但しカラーフィルタ層を対向基板側に設
けた場合は、カラーフィルタ層は一体的なコモン電極に
被覆され、液晶層側への不純物の溶出が、比較的低減さ
れるのに比し、上記実施の形態のように、アレイ基板側
にカラーフィルタ層を設けると、パターン形成された画
素電極間の間隙から、カラーフィルタ層の不純物が液晶
層側に多く溶出し、焼き付き現象を生じ易い事から、本
発明の配向膜が焼き付き防止により効果を奏する。
向膜の表面エネルギーを適正な範囲にコントロールして
いる事から、液晶層に溶出される不純物による焼き付き
現象の発生を防止する一方、水分による配向膜の加水分
解による画像の白ずみ(黒ずみ)の発生を防止して、表
示不良を防止し、良好な表示品位を有する液晶表示素子
を得られる。
依存する表示不良の発生状態を示すグラフである。
し、(a)はその電圧印加前の不純物の浮遊状態を示
し、(b)はその電圧印加部分への不純物の集中を示す
説明図である。
向膜による不純物のトラップ状態を示す説明図である。
す概略説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 少なくともいずれか一方に電極を有し対
向配置される一対の基板と、 この一対の基板の少なくともいずれか一方に形成される
樹脂層と、 前記一対の基板表面にそれぞれ成膜される表面エネルギ
ーが51〜60dyn/cmの配向膜と、 この配向膜を対向配置してなる前記一対の基板の間隙に
封入される液晶組成物とを具備することを特徴とする液
晶表示素子。 - 【請求項2】 前記樹脂層がカラーフィルタ層である事
を特徴とする請求項1に記載の液晶表示素子。 - 【請求項3】 前記一対の基板の前記樹脂層を有する側
の基板が、前記樹脂層の上方に複数の駆動素子により駆
動される複数の画素電極を配置し、前記複数の画素電極
の上方に前記配向膜を成膜してなるアレイ基板である事
を特徴とする請求項1に記載の液晶表示素子。
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