JP2007133444A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、液晶層に印加する電圧を調整しながら液晶層に含まれる重合性成分を重合して重合時の液晶分子の配向方向を規定する液晶表示装置及びその製造方法に関し、画像の焼付き現象を改善した液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】光又は熱により重合する重合性成分を含有する液晶組成物を基板間に封止し、液晶組成物に電圧を印加しながら重合性成分を重合して駆動時の液晶分子の配向方向を規定させる液晶表示装置の製造方法において、液晶組成物中の重合開始材の濃度ｘは、０≦ｘ≦０．００２（ｗｔ％）であるように構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光又は熱により重合する重合性成分（モノマーやオリゴマー等）を含有する液晶材料を基板間に封止し、液晶層に印加する電圧を調整しながら（印加電圧が０（ゼロ）である場合を含む。以下、必要に応じて単に「電圧を印加しながら」と略記する）重合性成分を重合して駆動時の液晶分子の配向方向を規定する液晶表示装置（ＬＣＤ）及びその製造方法に関する。

従来のＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ：ねじれネマチック）モードのＬＣＤに比べて視角特性に優れる液晶表示装置として、正の誘電率異方性を有する液晶を水平配向させて横電界を印加するＩＰＳモード（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅ）液晶表示装置（以下、ＩＰＳ−ＬＣＤと略称する）が知られている。しかしながら、ＩＰＳ−ＬＣＤは櫛形電極によって液晶分子を水平面内でスイッチングさせており、この櫛形電極により画素の開口率が著しく低下してしまうため高い光強度のバックライトユニットが必要になる。

これに対し、負の誘電率異方性を有する液晶を垂直配向させ、配向規制用構造物として基板上に土手（線状突起）や電極の抜き部（スリット）を設けたマルチドメイン垂直配向モード（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍｏｄｅ）液晶表示装置（以下、ＭＶＡ−ＬＣＤと略称する）が知られている。配向規制用構造物を設けているため、配向膜にラビング処理を施さなくても電圧印加時の液晶配向方位を複数方位に制御可能であり、視角特性に優れている。

しかしながら、ＭＶＡ−ＬＣＤにおける突起やスリットによる画素の実質開口率の低下はＩＰＳ−ＬＣＤの櫛形電極ほどではないにしても、ＴＮモードのＬＣＤに比べるとパネルの光透過率が低い。そのため現状では、低消費電力が要求されるノートパソコンにはＭＶＡ−ＬＣＤやＩＰＳ−ＬＣＤは不向きであると考えられている。

また、従来のＭＶＡ−ＬＣＤは、白輝度が低く表示が暗いという欠点を有している。この主な原因は、突起上方やスリット上方が配向分割の境界となって暗線が生じるため、白表示時の透過率が低くなって暗く見えることに因る。この欠点を改善するには、突起やスリットの配置間隔を十分広くすればよいが、配向規制用構造物である突起やスリットの数が少なくなるため、液晶に所定電圧を印加しても配向が安定するまでに時間がかかるようになり、応答時間が長くなってしまうという問題を生じる。

この問題を改善し、高輝度でしかも高速応答可能なＭＶＡ−ＬＣＤを実現するために、ポリマーを用いて駆動時の液晶分子の配向方向を規定する方法が提案されている。ポリマーを用いて駆動時の液晶分子の配向方向を規定する方法では、液晶にモノマーやオリゴマー等の重合性成分（以下、モノマーと略称する）を混合した液晶材料を基板間に封止する。基板間に電圧を印加して液晶分子をチルト（傾斜）させた状態下で、モノマーを重合してポリマー化させる。これにより、電圧印加を取り去っても所定のプレチルト角でチルトする液晶層が得られる。モノマーとしては、熱若しくは光（紫外線）で重合する材料が選択される。

しかしながら、ポリマーを用いて駆動時の液晶分子の配向方向を規定する方法により製造したＭＶＡ−ＬＣＤでは、同じ画像を長時間表示し続けると、表示を変えても前の画像が残って見えてしまう焼付き現象（ｉｍａｇｅ ｓｔｉｃｋｉｎｇ）が発生することがあり、表示品質が低下してしまうという問題を有している。

本発明の目的は、ポリマーを用いて駆動時の液晶分子の配向方向を規定する方法に基づいて生じる画像の焼付き現象を改善した液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。

上記目的は、対向する２枚の基板間に液晶材料を封止した液晶表示装置であって、前記液晶材料は、光又は熱により重合する重合性成分と、重合開始材と、液晶組成物とを含み、前記重合開始材の前記液晶材料中の濃度ｘが、０≦ｘ≦０．００２（ｗｔ％）であることを特徴とする液晶表示装置によって達成される。

本発明の一実施の形態による液晶表示装置及びその製造方法について図１乃至図４を用いて説明する。まず、本実施の形態による液晶表示装置及びその製造方法の概略について図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態による液晶表示装置の１画素２を基板面法線方向に見た状態を示している。不図示の絶縁膜を介して交差するゲートバスライン４とドレインバスライン６とで画定された長方形領域に画素２が形成されている。図中画素２左上には、後述する画素電極に階調電圧を印加する際のスイッチング素子として機能するＴＦＴ１６が形成されている。画素２内には、外周が同一長方形状の４つの配向ドメインに分割する十字形状の接続電極１２、１４が形成されている。接続電極１２は画素２内のほぼ中央でドレインバスライン６に平行に形成され、接続電極１４は画素２内のほぼ中央を横切る蓄積容量バスライン１８上に形成されている。

接続電極１２、１４からほぼ４５°の角度で微細電極パターンの複数のストライプ状電極８が繰り返し形成されている。接続電極１２、１４と複数のストライプ状電極８とで画素電極が構成される。図中左上のストライプ状電極８はＴＦＴ１６のソース電極に電気的に接続されている。隣接するストライプ状電極８間には電極を抜いた状態のスペース１０が形成されている。ストライプ状電極８とスペース１０とで配向規制用構造物が構成される。なお、図１のストライプ状電極８及びスペース１０に代えて、画素２内全面に形成した画素電極上に微細線状突起を形成するようにしてももちろんよい。図示は省略したが、画素電極側に形成された配向規制用構造物に対応して、対向基板にも絶縁性構造物又はスリット（コモン電極を部分的にパターニング除去したもの）を形成するようにしてももちろんよい。

このような微細ライン・アンド・スペースパターンをＴＦＴ基板の画素２の画素電極に形成後、ＴＦＴ基板と対向基板の対向面に垂直配向膜を形成する。垂直配向膜の材料としては種々のものが適用可能であるが、一例としてポリアミック酸タイプの配向膜を用いることができる。

次いで、負の誘電率異方性を有するネガ型の液晶を封止して両基板を貼り合せる。ネガ型液晶には、重合性成分が所定の割合で混入されている。重合性成分としては、ジアクリレートモノマーを用いている。

図２は、ＬＣＤパネルの液晶層に電圧を印加しつつ紫外線を照射する工程を示している。図２に示すように、紫外線照射装置３２のチャンバ内にＬＣＤパネルを載置する。ＬＣＤパネル内のモノマーを重合させる前の液晶組成物中の液晶分子は基板面に対してほぼ垂直に配向している。次いで、電圧印加装置３０からＬＣＤパネルの両基板に設けられた電極３４、３６間に電圧を印加する。これにより、電極３４、３６間に封止された液晶層３８に電圧が印加され、画素２内の液晶分子が所定方向に傾斜させられる。電圧印加装置３０から電圧を印加し続けながら、紫外線照射装置３２の不図示の高圧水銀ランプから紫外光（ＵＶ光）をＬＣＤパネル面に向けて照射させる。これにより、モノマーが添加された液晶材料に紫外光が照射されてモノマーが重合してポリマー化し、通常駆動時の液晶分子の配向方向を規定する。

図３は、別の構成を有するＭＶＡ−ＬＣＤの１画素２を基板面法線方向に見た状態を示している。図３に示す構成は、ＴＦＴ１６の形成されたＴＦＴ基板側の画素電極３をライン・アンド・スペースパターンのストライプ状電極にしている点に特徴を有している。図３に示すように、画素電極３は、ドレインバスライン６に平行にライン・アンド・スペースパターンが形成されたストライプ状電極８及びスペース１０を有している。

画素２ほぼ中央でゲートバスライン４に平行に形成された接続電極１４により、各ストライプ状電極８は電気的に接続されている。また、ストライプ状電極８の一部がＴＦＴ１６のドレイン電極２０に対向配置されたソース電極２２に接続されている。

不図示の対向基板の画素領域中央部の接続電極１４に対向する位置にはゲートバスライン４に平行に延びる線状突起が形成されている。当該線状突起により、液晶分子の配向規制方向をより明確に決定することができる。

図２に示した構成と同様にして、不図示の液晶層に電圧を印加して画素２内の液晶分子を所定方向に傾斜させた状態で、モノマーを添加した液晶材料に紫外光を照射してモノマーを重合することにより、液晶分子のプレチルト角及び／又は配向方位の安定化が実現できる。

以上説明した製造方法により製造されたＬＣＤにおいて、ポリマーを用いて駆動時の液晶分子の配向方向を規定する方法を採用したことにより生じる画像の焼付き現象を低減させるため、各種モノマー、重合開始材、及び液晶組成物（液晶分子）について検討した。その結果、重合開始材は、最適紫外線照射量を減らし、生産効率を上げる上では有効であるものの、画像の焼付きの原因となっていることが判明した。ポリマーを用いて電圧印加時の液晶分子の配向方向を規定するＬＣＤの場合、紫外線照射時のモノマーの重合の開始を助ける重合開始材の濃度が高いと重合に要する時間は短くなるが、完成したＬＣＤの表示画像の焼付き現象は相対的に悪化する。また、液晶材料中に重合開始材を全く添加しない場合は重合に要する時間は長くなるものの、完成したＬＣＤの表示画像の焼付き現象の程度は相対的に軽減する。したがって、焼付き現象を改善するには、重合開始材の濃度は低い方がよい。

すなわち、液晶材料中のモノマーの重合開始材を添加しないか、あるいは極めて僅かの添加量にしておいてモノマーを重合させることにより、画像の焼付き現象を低減することができる。
重合開始材の重合前の液晶材料中での濃度ｘ（ｗｔ％、以下同じ）、モノマーの重合前の液晶材料中での濃度ｙ、液晶組成物の重合前の液晶材料中での濃度ｚ、焼付き率αとしたとき、重合開始材の濃度ｘは、０≦ｘ≦０．００２（ｗｔ％）であることが好ましい。特に、ｘ＝０のときに焼付き率αが最も低くなる。また、モノマーの濃度ｙは、焼付き率αの観点からは０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下が望ましい。

焼付き率αは次のようにして求めている。白黒のチェッカーパターンをＬＣＤの表示領域に長時間表示させる。その後、表示領域全面に所定の中間調を表示させ、白表示領域の輝度βと黒表示領域の輝度γとの差（β−γ）を求め、当該輝度差（β−γ）を、黒表示領域の輝度γで除して焼付き率を求める。
すなわち、
焼付き率α＝（（β−γ）／γ）×１００（％）
である。

図４に重合開始材の濃度と焼付き率の関係を示す。図４は横軸に重合開始材の濃度（ｗｔ％）をとり、縦軸に焼付き率（％）をとっている。上述のように、重合開始材の濃度は、０．００２ｗｔ％以下であることが好ましく、液晶材料中に重合開始剤が全く添加されないときに焼付き率αが最も低くなる。一般的な観察者から見て、ＬＣＤの焼付き率αが５〜６％程度であれば実用上問題なく、１０％程度になると画像の焼付き現象が気になりだす。図４に示すグラフより、重合開始材濃度が０．００２ｗｔ％以下ならば焼付き率は６％以下であり、実用上問題ない特性が得られる。重合開始材濃度が０％、つまり重合開始材を用いない場合は約３％という極めて低い焼付き率αを得ることができる。

本実施の形態による液晶表示装置およびその製造方法について、以下具体的に実施例及び比較例を用いて説明する。以下の全ての実施例及び比較例では、図１に示す構造のＭＶＡ−ＬＣＤを用いている。すなわち、垂直配向膜が形成され、液晶は負の誘電率異方性を有している。また、両基板を挟んで対向する２枚の偏光板はクロスニコルに配置されて、電圧無印加時に黒表示となるノーマリブラックモードである。また、不図示の偏光板の偏光軸は各バスラインに対してほぼ平行又は直交する方向を向いている。パネルサイズは対角１５インチであり解像度はＸＧＡである。

［実施例１］
平均分子量が約３５０の液晶組成物に分子量が約３５０の光硬化性のジアクリレートモノマーを０．３ｗｔ％混合し、重合開始材を０．００６ｗｔ％混合した液晶材料を基板間に封止した。次いで、液晶層に電圧を印加した状態でモノマーを重合して液晶分子の倒れる方向を記憶させた。モノマーを重合させる紫外線は、室温（２０℃）中で照射し、照射エネルギーは１０Ｊ／ｃｍ^２である（下記比較例１と同一の紫外線照射装置を用いて、比較例１での紫外線照射時間の１０倍の時間照射した）。完成したＭＶＡ−ＬＣＤに対して白黒のチェッカーパターンを４８時間表示させた後に計測した焼付き率αは１５％であった。

［実施例２］
平均分子量が約３５０の液晶組成物に分子量が約３５０の光硬化性のジアクリレートモノマーを０．３ｗｔ％混合し、重合開始材は全く混合しない液晶材料を基板間に封止した。次いで、液晶層に電圧を印加した状態でモノマーを重合して液晶分子の倒れる方向を記憶させた。モノマーを重合させる紫外線は、室温（２０℃）中で照射し、照射エネルギーは１００Ｊ／ｃｍ^２である（下記比較例１と同一の紫外線照射装置を用いて、比較例１での紫外線照射時間の１００倍の時間照射した）。完成したＭＶＡ−ＬＣＤに対して白黒のチェッカーパターンを４８時間表示させた後に計測した焼付き率αは３％であった。

［比較例１］
平均分子量が約３５０の液晶組成物に分子量が約３５０の光硬化性のジアクリレートモノマーを０．３ｗｔ％混合し、重合開始材を０．００８ｗｔ％混合した液晶材料を基板間に封止した。次いで、液晶層に電圧を印加した状態でモノマーを重合して液晶分子の倒れる方向を記憶させた。モノマーを重合させる紫外線は、室温（２０℃）中で照射し、照射エネルギーは１Ｊ／ｃｍ^２である。完成したＭＶＡ−ＬＣＤに対して白黒のチェッカーパターンを４８時間表示させた後に計測した焼付き率αは３５％であった。

いずれの条件においても、紫外線照射後のＬＣＤパネルは、ほぼ等しい光学特性が得られた。実施例１、２及び比較例１に示すように、重合開始材の濃度を低下させるか、あるいは全く重合開始材を添加しないようにすると、完成したＬＣＤの表示画像の焼付き現象を大幅に低減させることができる。

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態ではモノマーとしてジアクリレートを用いたが、本発明はこれに限らず、例えば、多官能性ポリマーとしてトリアクリレートを重合性成分として用いてももちろんよい。

また、上記実施の形態では、ポリマーを用いた液晶配向安定化のための重合性成分としてモノマーを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、オリゴマーや、オリゴマーとモノマーの混合物を重合性成分として用いてももちろんよい。

以上説明した実施の形態による液晶表示装置及びその製造方法は、以下のようにまとめられる。
（付記１）
対向する２枚の基板間に液晶材料を封止した液晶表示装置であって、
前記液晶材料は、
光又は熱により重合する重合性成分と、重合開始材と、液晶組成物とを含み、
前記重合開始材の濃度ｘが、
０≦ｘ≦０．００２（ｗｔ％）
であること
を特徴とする液晶表示装置。

（付記２）
付記１記載の液晶表示装置において、
前記重合性成分は、紫外線の照射により重合すること
を特徴とする液晶表示装置。

（付記３）
付記１又は２に記載の液晶表示装置において、
前記重合性成分の前記液晶材料中の濃度ｙは、０．１≦ｙ≦１０（ｗｔ％）であること
を特徴とする液晶表示装置。

（付記４）
付記１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記重合性成分は、ジアクリレートであること
を特徴とする液晶表示装置。

（付記５）
付記１乃至４のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記重合性成分の重合前の前記液晶組成物中の液晶分子は、前記基板面に対してほぼ垂直に配向していること
を特徴とする液晶表示装置。

（付記６）
光又は熱により重合する重合性成分を含有する液晶材料を基板間に封止し、
前記液晶材料に電圧を印加しながら前記重合性成分を重合して駆動時の液晶分子の配向方向を規定する液晶表示装置の製造方法において、
前記液晶材料中の重合開始材の濃度ｘは、０≦ｘ≦０．００２（ｗｔ％）であること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。

（付記７）
付記６記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記重合性成分は、紫外線の照射により重合すること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。

（付記８）
付記６又は７に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記液晶材料中の前記重合性成分の濃度ｙは、０．１≦ｙ≦１０（ｗｔ％）であること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。

（付記９）
付記６乃至８のいずれか１項に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記重合性成分は、ジアクリレートであること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。

（発明の効果）
以上の通り、本発明によれば、ポリマーを用いて駆動時の液晶分子の配向方向を規定する方法に基づいて生じる画像の焼付き現象を改善できる。

本発明の一実施の形態による液晶表示装置及びその製造方法の概略について説明する図である。 ＬＣＤパネルの液晶層に電圧を印加しつつ紫外線を照射する工程を示す図である。 本発明の一実施の形態による別の液晶表示装置及びその製造方法の概略について説明する図である。 本発明の一実施の形態において重合開始材の濃度と焼付き率の関係を示す図である。

符号の説明

２ 画素
３ 画素電極
４ ゲートバスライン
６ ドレインバスライン
８ ストライプ状電極
１０ スペース
１２、１４ 接続電極
１８ 蓄積容量バスライン
２０ ドレイン電極
２２ ソース電極
３０ 電圧印加装置
３２ 紫外線照射装置
３４、３６ 電極
３８ 液晶層

Claims (4)

1. 対向する２枚の基板間に液晶材料を封止した液晶表示装置であって、
   前記液晶材料は、
   光又は熱により重合する重合性成分と、重合開始材と、液晶組成物とを含み、
   前記重合開始材の前記液晶材料中の濃度ｘが、
   ０≦ｘ≦０．００２（ｗｔ％）
   であること
   を特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記重合性成分は、紫外線の照射により重合すること
   を特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１又は２に記載の液晶表示装置において、
   前記重合性成分の前記液晶材料中の濃度ｙは、０．１≦ｙ≦１０（ｗｔ％）であること
   を特徴とする液晶表示装置。
4. 光又は熱により重合する重合性成分を含有する液晶材料を基板間に封止し、
   前記液晶材料に電圧を印加しながら前記重合性成分を重合して駆動時の液晶分子の配向方向を規定する液晶表示装置の製造方法において、
   前記液晶材料中の重合開始材の濃度ｘは、０≦ｘ≦０．００２（ｗｔ％）であること
   を特徴とする液晶表示装置の製造方法。

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