JP2010217523A - Liquid crystal display element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal panel which has improved responsiveness. <P>SOLUTION: In an alignment layer 34 on the side of an array substrate 13, a plurality of linear grooves 34a are formed in a predetermined direction by nanoimprint. The grooves 34a is polymerized with a polymerizable compound contained in a liquid crystal layer 16 to set director directions of liquid crystal molecules LC of the liquid crystal layer 16. The liquid crystal molecules LC can be pretilted, so that the responsiveness can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、配向膜間に介在された液晶層を備えた液晶表示素子に関する。   The present invention relates to a liquid crystal display device including a liquid crystal layer interposed between alignment films.

液晶表示素子において、光透過性、応答時間、視野角、コントラストなどの表示素子としての性能は、液晶分子の配列特性に応じて決められる。したがって、液晶分子の配列を均一に制御することは非常に重要である。   In the liquid crystal display element, the performance as a display element such as light transmittance, response time, viewing angle, and contrast is determined according to the alignment characteristics of the liquid crystal molecules. Therefore, it is very important to control the alignment of liquid crystal molecules uniformly.

近年、アクティブマトリクスを用いた液晶表示装置としては、正の誘電率異方性を持つ液晶材料を、基板面に水平にかつ対向する基板間で90度ツイストするように配向されたTNモードの液晶表示装置が幅広く用いられている。しかし、このTNモードは視野角が狭く応答が遅いという問題点を有している。   In recent years, as a liquid crystal display device using an active matrix, a TN mode liquid crystal in which a liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy is aligned so as to be twisted by 90 degrees horizontally between substrates facing each other. Display devices are widely used. However, this TN mode has a problem that the viewing angle is narrow and the response is slow.

これに代わる方式として、高性能要求を満たすため、負の誘電異方性を有する液晶材料と垂直配向膜とを用いた垂直配向(VA)モードが提案されている。   As an alternative method, a vertical alignment (VA) mode using a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy and a vertical alignment film has been proposed in order to satisfy high performance requirements.

通常は、突起(リブ)または透明電極(例えば、ITO電極)に設けられたスリットによって液晶分子の配向が規定されている。さらに、配向膜に一定方向の溝部を形成することにより、液晶分子のダイレクタ方向が一定方向に並ぶため光透過率が向上する。なお、フォトグラフィ法あるいはナノインプリント法などにより、配向膜に微細構造を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   Usually, the alignment of liquid crystal molecules is defined by a slit provided on a protrusion (rib) or a transparent electrode (for example, an ITO electrode). Furthermore, by forming the grooves in a certain direction in the alignment film, the director direction of the liquid crystal molecules is aligned in a certain direction, so that the light transmittance is improved. A method for forming a fine structure in an alignment film by a photolithography method or a nanoimprint method has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開平9−152612号公報JP-A-9-152612

しかしながら、上述の方法では、液晶分子のダイレクタ方向が一定方向に並ぶため透過率が向上する利点があるものの、液晶分子の倒れる方角は定まらず、液晶分子が安定するまで時間を要するので、応答時間が遅いという問題点を有している。   However, the method described above has the advantage of improving the transmittance because the director direction of the liquid crystal molecules is aligned in a certain direction, but the direction in which the liquid crystal molecules fall is not fixed, and it takes time until the liquid crystal molecules stabilize, so the response time Has the problem of being slow.

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、応答性を向上した液晶表示素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a liquid crystal display element with improved responsiveness.

本発明は、対をなす基板と、これら基板のそれぞれに形成された配向膜と、垂直配向された液晶分子を備え、前記配向膜間に介在された液晶層とを具備し、前記配向膜の少なくともいずれか一方は、所定方向に沿ってナノインプリント形成された直線状の溝部を表面に有し、前記液晶層は、重合性化合物の重合と前記配向膜の前記溝部とによって前記液晶分子のダイレクタ方向が設定されているものである。   The present invention comprises a pair of substrates, an alignment film formed on each of these substrates, and a liquid crystal layer that includes vertically aligned liquid crystal molecules and is interposed between the alignment films. At least one of them has a linear groove portion nanoimprinted along a predetermined direction on the surface, and the liquid crystal layer has a director direction of the liquid crystal molecules by polymerization of a polymerizable compound and the groove portion of the alignment film. Is set.

本発明によれば、液晶分子のダイレクタ方向を設定するので、応答性を向上できる。   According to the present invention, since the director direction of the liquid crystal molecules is set, the responsiveness can be improved.

本発明の第1の実施の形態の液晶表示素子の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the liquid crystal display element of the 1st Embodiment of this invention. 同上液晶表示素子を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows a liquid crystal display element same as the above. 同上液晶表示素子の溝部と液晶分子との配置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows arrangement | positioning of the groove part and liquid crystal molecule of a liquid crystal display element same as the above. 同上液晶表示素子の製造方法を(a)ないし(c)の順に示す説明断面図である。It is explanatory sectional drawing which shows the manufacturing method of a liquid crystal display element same as the above in order of (a) thru | or (c). 本発明の第2の実施の形態の液晶表示素子の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the liquid crystal display element of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態の液晶表示素子の溝部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the groove part of the liquid crystal display element of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態の液晶表示素子の溝部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the groove part of the liquid crystal display element of the 4th Embodiment of this invention. 同上液晶表示素子の実施例1ないし6と比較例1および2との溝部の方向、突起部の形状および重合性化合物の有無と、それぞれの応答時間との関係を示す表である。It is a table | surface which shows the relationship between the direction of the groove part of Examples 1 thru | or 6 of a liquid crystal display element, and Comparative Examples 1 and 2, the shape of a projection part, the presence or absence of a polymeric compound, and each response time.

以下、本発明の第1の実施の形態の液晶表示素子の構成を図1ないし図4を参照して説明する。   Hereinafter, the configuration of the liquid crystal display element according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1および図2において、11は液晶表示素子、すなわちLCD(Liquid Crystal Display)である液晶パネルであり、この液晶パネル11は、例えば図示しない面状光源装置であるバックライトからの白色の面状光を変調透過させて画像を表示する透過型のものである。なお、入射光を反射させて画像を表示する反射型、あるいは透過型と反射型とを組み合わせた半透過型などでも対応して用いることができることはいうまでもない。   In FIG. 1 and FIG. 2, 11 is a liquid crystal display element, that is, a liquid crystal panel which is an LCD (Liquid Crystal Display), and this liquid crystal panel 11 is, for example, a white surface from a backlight which is a surface light source device (not shown). A transmissive type that modulates and transmits light to display an image. Needless to say, a reflective type in which incident light is reflected to display an image or a transflective type in which a transmissive type and a reflective type are combined can be used.

そして、液晶パネル11は、例えばカラー表示が可能なアクティブマトリクス型のもので、(第1)基板であるアレイ基板13と(第2)基板である対向基板14とを、間隙保持部材である図示しないスペーサを介して互いに対向配置し、これら基板13,14間に光変調層である液晶層16を介在し、かつ、基板13,14のそれぞれに偏光板17,18を取り付けて構成され、基板13,14が互いに図示しない接着部としてのシール部にて貼り合わされて接着固定され、画像を表示させる画素である副画素Pが垂直(V)方向と水平(H)方向とに沿って、マトリクス状に配置されている。   The liquid crystal panel 11 is, for example, an active matrix type capable of color display, and an array substrate 13 as a (first) substrate and a counter substrate 14 as a (second) substrate are illustrated as gap holding members. The liquid crystal layer 16 that is a light modulation layer is interposed between the substrates 13 and 14 and the polarizing plates 17 and 18 are attached to the substrates 13 and 14, respectively. The sub-pixels P, which are pixels for displaying images, are bonded to each other in a matrix along the vertical (V) direction and the horizontal (H) direction. Arranged in a shape.

アレイ基板13は、例えば透光性を有する(第1)基板本体であるガラス基板25を有し、このガラス基板25の液晶層16側の主面上には、金属部材などの導電体により薄膜状に形成された複数の配線である走査線(ゲート配線)31と信号線(ソース配線)32とが互いに略直交するように格子状に配置されており、これら走査線31と信号線32とのそれぞれの交差位置に、スイッチング素子である画素駆動用の薄膜トランジスタ(TFT)33が配置され、これらの上に液晶層16の液晶分子LCの配向用の配向膜34が設けられている。   The array substrate 13 includes, for example, a glass substrate 25 that is a light-transmitting (first) substrate body. A thin film is formed on the main surface of the glass substrate 25 on the liquid crystal layer 16 side by a conductor such as a metal member. The scanning lines (gate wirings) 31 and the signal lines (source wirings) 32, which are a plurality of wirings formed in a grid, are arranged in a lattice pattern so as to be substantially orthogonal to each other, and the scanning lines 31 and the signal lines 32 A pixel driving thin film transistor (TFT) 33, which is a switching element, is disposed at each crossing position, and an alignment film 34 for aligning the liquid crystal molecules LC of the liquid crystal layer 16 is provided thereon.

走査線31は、駆動回路としての走査線駆動回路であるゲートドライバ36に電気的に接続されており、信号線32は、駆動回路としての信号線駆動回路であるソースドライバ37に電気的に接続されている。   The scanning line 31 is electrically connected to a gate driver 36 which is a scanning line driving circuit as a driving circuit, and the signal line 32 is electrically connected to a source driver 37 which is a signal line driving circuit as a driving circuit. Has been.

また、各薄膜トランジスタ33は、制御電極であるゲート電極が走査線31に電気的に接続され、入力電極であるソース電極が信号線32に電気的に接続され、かつ、出力電極であるドレイン電極が副画素Pを構成する画素電極39に電気的に接続されている。そして、各薄膜トランジスタ33は、ゲートドライバ36からの信号が走査線31を介してゲート電極に印加されることでスイッチング制御され、ソースドライバ37から信号線32を介して入力された信号に対応して画素電極39に電圧を印加することで、各副画素Pをそれぞれ独立してオン/オフ駆動させることが可能となっている。   Each thin film transistor 33 has a gate electrode as a control electrode electrically connected to the scanning line 31, a source electrode as an input electrode electrically connected to the signal line 32, and a drain electrode as an output electrode. The pixel electrode 39 constituting the sub-pixel P is electrically connected. Each thin film transistor 33 is subjected to switching control by applying a signal from the gate driver 36 to the gate electrode via the scanning line 31, and corresponds to a signal input from the source driver 37 via the signal line 32. By applying a voltage to the pixel electrode 39, each sub-pixel P can be independently driven on / off.

ゲートドライバ36およびソースドライバ37は、ガラス基板25上に形成されデータ処理回路およびクロック生成回路などを備えた図示しないコントローラと電気的に接続されている。ここで、データ処理回路は、外部機器などから入力されたRGBデータを処理して映像信号としてソースドライバ37へと出力するものであり、また、クロック生成回路は、各ドライバ36,37での動作タイミングを制御するクロック信号を生成して出力するものである。   The gate driver 36 and the source driver 37 are electrically connected to a controller (not shown) that is formed on the glass substrate 25 and includes a data processing circuit, a clock generation circuit, and the like. Here, the data processing circuit processes RGB data input from an external device or the like and outputs it as a video signal to the source driver 37. The clock generation circuit operates in each of the drivers 36 and 37. A clock signal for controlling the timing is generated and output.

各画素電極39は、例えばITOなどの透明導電材料により薄膜状に形成されている。また、各画素電極39は、垂直(V)方向に長手状の平面視四角形状に形成されている。   Each pixel electrode 39 is formed in a thin film shape using a transparent conductive material such as ITO. Each pixel electrode 39 is formed in a rectangular shape in plan view that is long in the vertical (V) direction.

配向膜34は、ポリイミド、あるいはポリアミドなどの有機高分子物質により全ての画素電極39を覆って薄膜状に形成されており、液晶層16側である表面上に、所定方向に沿って、直線状の複数の溝部34aがそれぞれ長手状に形成されている。したがって、配向膜34の表面上には、溝部34aにより微細凹凸構造が形成されている。   The alignment film 34 is formed in a thin film shape so as to cover all the pixel electrodes 39 with an organic polymer material such as polyimide or polyamide, and is linear in a predetermined direction on the surface on the liquid crystal layer 16 side. The plurality of groove portions 34a are each formed in a longitudinal shape. Therefore, a fine concavo-convex structure is formed on the surface of the alignment film 34 by the groove 34a.

各溝部34aは、図1および図3に示すように、液晶分子LCのダイレクタ方向のみを設定制御するためのもので、ナノインプリント法により形成されており、互いに略等間隔に離間されている。また、各溝部34aは、底部へと徐々に幅が狭くなるように、両側壁34bが傾斜して形成されている。さらに、各溝部34aの幅寸法は、例えば50〜1000nm、好ましくは100〜500nmに設定されており、かつ、各溝部34aの深さは、1〜200nm、好ましくは5〜50nmに設定されている。各溝部34aは、幅、深さともに狭すぎても広すぎても液晶分子LCのダイレクタ方向を制御できないため、前記設定内の寸法に制御する必要がある。ここで、溝部34aの幅寸法とは、溝部34aの最大の幅寸法、すなわち両側の開口縁間での幅寸法をいうものとする。   As shown in FIG. 1 and FIG. 3, each groove 34a is for setting and controlling only the director direction of the liquid crystal molecules LC, and is formed by a nanoimprint method and is separated from each other at substantially equal intervals. Each groove 34a is formed with inclined side walls 34b so that the width gradually decreases toward the bottom. Furthermore, the width dimension of each groove 34a is set to, for example, 50 to 1000 nm, preferably 100 to 500 nm, and the depth of each groove 34a is set to 1 to 200 nm, preferably 5 to 50 nm. . Each groove portion 34a cannot be controlled in the director direction of the liquid crystal molecules LC if both the width and the depth are too narrow or too wide. Therefore, it is necessary to control the dimension within the setting. Here, the width dimension of the groove 34a refers to the maximum width dimension of the groove 34a, that is, the width dimension between the opening edges on both sides.

なお、各溝部34aを形成する所定方向は、例えば垂直(V)方向(画素電極39(副画素P)の長手方向に沿う方向)、水平(H)方向(画素電極39(副画素P)の幅方向に沿う方向)、あるいはこれら垂直(V)方向および水平(H)方向にそれぞれ交差する斜め方向など、任意の方向とすることができるが、例えば垂直(V)方向に沿って形成されているものとする。   The predetermined direction for forming each groove 34a is, for example, the vertical (V) direction (the direction along the longitudinal direction of the pixel electrode 39 (subpixel P)) or the horizontal (H) direction (the pixel electrode 39 (subpixel P)). (The direction along the width direction), or an oblique direction intersecting with the vertical (V) direction and the horizontal (H) direction, respectively. It shall be.

一方、図1に示すように、対向基板14は、透光性を有する(第2)基板本体であるガラス基板55を有し、このガラス基板55上に、カラーフィルタ層56、対向電極57および配向膜58が順次積層されている。   On the other hand, as shown in FIG. 1, the counter substrate 14 includes a glass substrate 55 that is a light-transmitting (second) substrate body. On the glass substrate 55, a color filter layer 56, a counter electrode 57, and An alignment film 58 is sequentially stacked.

カラーフィルタ層56は、例えばRGBに対応して合成樹脂などにより薄膜状に形成された着色層56r,56g,56bを有している。これら着色層56r,56g,56bは、例えば垂直(V)方向に沿って形成されて、平面視で例えばストライプ状をなしている。また、各着色層56r,56g,56bは、垂直(V)方向に並ぶ副画素P(画素電極39)に対応して形成されている。なお、このカラーフィルタ層56は、アレイ基板13側に形成してもよい。また、着色層56r,56g,56b間には、ガラス基板55上に、ブラックマトリクスである遮光層59が形成されている。   The color filter layer 56 includes colored layers 56r, 56g, and 56b formed in a thin film shape with synthetic resin or the like corresponding to RGB, for example. These colored layers 56r, 56g, and 56b are formed, for example, along the vertical (V) direction and have, for example, a stripe shape in plan view. The colored layers 56r, 56g, and 56b are formed corresponding to the sub-pixels P (pixel electrodes 39) arranged in the vertical (V) direction. The color filter layer 56 may be formed on the array substrate 13 side. A light shielding layer 59 that is a black matrix is formed on the glass substrate 55 between the colored layers 56r, 56g, and 56b.

遮光層59は、基板13,14をシール部により貼り合わせた際の画素電極39と各着色層56r,56g,56bとの位置ずれに起因する混色を防止するためのものであり、遮光性(光不透過性)を有する黒色の合成樹脂などにより、例えば垂直(V)方向に沿って長手状に形成されている。   The light shielding layer 59 is for preventing color mixing caused by a positional shift between the pixel electrode 39 and the colored layers 56r, 56g, and 56b when the substrates 13 and 14 are bonded together by a seal portion. For example, it is formed in a longitudinal shape along the vertical (V) direction with a black synthetic resin having light impermeability.

対向電極57は、各画素電極39の共通電位を設定するもので、画素電極39全体に対向して、例えばITOなどの透明導電材料により、スパッタリング法などで形成されている。   The counter electrode 57 sets a common potential of the pixel electrodes 39, and is formed by a sputtering method or the like with a transparent conductive material such as ITO, for example, facing the entire pixel electrode 39.

配向膜58は、アレイ基板13側の配向膜34との間で液晶分子LCのダイレクタ方向を設定するためのもので、対向電極57全体を覆って、ポリイミド、あるいはポリアミドなどの有機高分子物質により薄膜状に形成されている。   The alignment film 58 is for setting the director direction of the liquid crystal molecules LC with the alignment film 34 on the array substrate 13 side. The alignment film 58 covers the entire counter electrode 57 and is made of an organic polymer material such as polyimide or polyamide. It is formed as a thin film.

この配向膜58により、直線状に液晶分子LCのダイレクタ方向が設定されるので、偏光板17,18としては、円偏光板はもちろんのこと、直線偏光板を用いることもできる。そして、液晶分子LCのダイレクタ方向が直線状に設定されるため、直線偏光板で懸念される光透過率を維持しつつ、コントラストを向上できる。   Since the alignment film 58 linearly sets the director direction of the liquid crystal molecules LC, not only circularly polarizing plates but also linearly polarizing plates can be used as the polarizing plates 17 and 18. Since the director direction of the liquid crystal molecules LC is set to a linear shape, the contrast can be improved while maintaining the light transmittance that is a concern with the linear polarizing plate.

また、液晶層16は、負の誘電率異方性を有する所定の液晶組成物により形成された光変調層である。この液晶層16の液晶分子LCは、垂直(ホメオトロピック)配向されているとともに、図4に示すように、液晶層16の液晶組成物に含まれる(溶解される)重合性化合物(重合性モノマー)61によって予めチルト(プレチルト)が設定制御されている。   The liquid crystal layer 16 is a light modulation layer formed of a predetermined liquid crystal composition having negative dielectric anisotropy. The liquid crystal molecules LC of the liquid crystal layer 16 are vertically (homeotropic) aligned and, as shown in FIG. 4, a polymerizable compound (polymerizable monomer) contained (dissolved) in the liquid crystal composition of the liquid crystal layer 16. ) 61, the tilt (pretilt) is set and controlled in advance.

ここで、重合性化合物61は、例えば紫外線、熱、あるいはそれらの双方によって重合されることで析出して高分子ネットワーク構造62を形成することにより、液晶分子LCを所定の傾斜状態に安定して配列させるように構成されている。   Here, the polymerizable compound 61 is polymerized by, for example, ultraviolet rays, heat, or both, to form a polymer network structure 62, thereby stably stabilizing the liquid crystal molecules LC in a predetermined tilted state. It is comprised so that it may arrange.

さらに、シール部は、所定の接着剤などにより四角形枠状(額縁状)に形成されている。   Furthermore, the seal portion is formed in a rectangular frame shape (frame shape) with a predetermined adhesive or the like.

次に、上記第1の実施の形態の作用を説明する。   Next, the operation of the first embodiment will be described.

図1に示す液晶パネル11の製造の際には、まず、アレイ基板13と対向基板14とを、それぞれ別個に形成する。   When manufacturing the liquid crystal panel 11 shown in FIG. 1, first, the array substrate 13 and the counter substrate 14 are separately formed.

アレイ基板13は、通常の成膜工程およびパターニング工程を適宜繰り返すことにより、走査線31、信号線32、薄膜トランジスタ33および画素電極39などを形成し、配向膜34を塗布した後、ナノインプリント法によって、配向膜34に溝部34aを形成する。   The array substrate 13 is formed by repeatedly repeating a normal film forming process and a patterning process to form the scanning line 31, the signal line 32, the thin film transistor 33, the pixel electrode 39, and the like, and after applying the alignment film 34, the nanoimprint method. A groove 34 a is formed in the alignment film 34.

対向基板14は、通常の成膜工程およびパターニング工程を適宜繰り返すことにより、カラーフィルタ層56および対向電極57などを形成した後、配向膜58を塗布する。   The counter substrate 14 is coated with the alignment film 58 after forming the color filter layer 56, the counter electrode 57, and the like by appropriately repeating a normal film forming process and a patterning process.

次いで、図4(a)に示すように、アレイ基板13と対向基板14とをシール部により貼り合わせて液晶層16をこれらアレイ基板13と対向基板14との間に介在させる。液晶層16を構成する液晶組成物は、液晶分子LCの他に、重合性化合物61などを含んでおり、液晶滴下法、あるいは真空注入法などによって、基板13,14間に配置される。   Next, as shown in FIG. 4A, the array substrate 13 and the counter substrate 14 are bonded together by a seal portion, and the liquid crystal layer 16 is interposed between the array substrate 13 and the counter substrate 14. The liquid crystal composition constituting the liquid crystal layer 16 includes a polymerizable compound 61 in addition to the liquid crystal molecules LC, and is disposed between the substrates 13 and 14 by a liquid crystal dropping method or a vacuum injection method.

この状態で、図3および図4(b)に示すように、画素電極39と対向電極57(図1)との間に、薄膜トランジスタ33の閾値電圧以上の電圧を電源Eにより印加すると、液晶分子LCが溝部34aに沿って所定の方角に倒れて並ぶ。液晶分子LCの倒れ方向は、画素電極39のエッジ部分で規定される。   In this state, when a voltage higher than the threshold voltage of the thin film transistor 33 is applied between the pixel electrode 39 and the counter electrode 57 (FIG. 1) by the power source E, as shown in FIGS. The LCs are lined up in a predetermined direction along the groove 34a. The tilt direction of the liquid crystal molecules LC is defined by the edge portion of the pixel electrode 39.

さらに、このように液晶分子LCが倒れて安定した後、紫外線の照射(例えば500〜5000mJ/cm2)、あるいは、熱処理、あるいはそれら双方を行うことにより(図中の矢印ex)、重合性化合物61が重合されて高分子ネットワーク構造62を構成するので、図4(c)に示すように、電圧の印加を解除した状態でも、液晶分子LCが溝部34a方向に沿って若干倒れた状態で安定的に保持される。 Moreover, after stable thus fall down the liquid crystal molecules LC, the irradiation of ultraviolet rays (e.g. 500~5000mJ / cm 2), or heat treatment, or (arrow ex in the figure), the polymerizable compound by performing them both Since 61 is polymerized to form a polymer network structure 62, as shown in FIG. 4 (c), the liquid crystal molecules LC are stable in a state of being slightly tilted along the direction of the groove 34a even when the voltage application is canceled. Retained.

ここで、閾値電圧とは、薄膜トランジスタ33の活性層の界面にキャリア(電子、あるいは正孔)が誘起され始めるゲート−ソース間電圧をいうものとする。   Here, the threshold voltage refers to a gate-source voltage at which carriers (electrons or holes) start to be induced at the interface of the active layer of the thin film transistor 33.

また、紫外線の照射および熱処理は、アレイ基板13側から、あるいは、対向基板14側から、すなわち片側から行っても、あるいは両側から行ってもよい。   Further, the ultraviolet irradiation and heat treatment may be performed from the array substrate 13 side or from the counter substrate 14 side, that is, from one side, or from both sides.

そして、このように、アレイ基板13側の配向膜34に、所定方向に沿って直線状の複数の溝部34aをナノインプリント形成し、これら溝部34aと重合性化合物61の重合とによって液晶層16の垂直配向された液晶分子LCのダイレクタ方向を設定することにより、液晶分子LCに予めチルトを設定しておくことができるので、応答性を向上できる。   In this way, a plurality of linear grooves 34a are formed in a predetermined direction along the alignment film 34 on the array substrate 13 side by nanoimprinting, and the vertical alignment of the liquid crystal layer 16 is performed by polymerization of the grooves 34a and the polymerizable compound 61. By setting the director direction of the aligned liquid crystal molecules LC, the tilt can be set in advance for the liquid crystal molecules LC, so that the responsiveness can be improved.

すなわち、配向膜に溝部などの微細凹凸構造を形成する従来の構成では、電極39,57間に電圧を印加した際に、溝部に沿って液晶分子が並ぶ、換言すればダイレクタ方向を制御することができるものの、液晶分子の倒れる方角(プレチルト)が定まらず(図3の想像線)、液晶分子が安定するまでに時間を要し、応答時間が良好でないのに対して、本実施の形態では、配向膜34に溝部34aを形成し、電圧を印加して安定した状態で重合性化合物61を重合させることで液晶分子LCが倒れる方角を規定することができるので、応答時間を改善することができる。   That is, in the conventional configuration in which a fine uneven structure such as a groove is formed in the alignment film, liquid crystal molecules are aligned along the groove when a voltage is applied between the electrodes 39 and 57, in other words, the director direction is controlled. Although the tilting direction (pretilt) of the liquid crystal molecules is not determined (imaginary line in FIG. 3), it takes time for the liquid crystal molecules to stabilize and the response time is not good. The direction in which the liquid crystal molecules LC are tilted can be defined by forming the groove 34a in the alignment film 34 and polymerizing the polymerizable compound 61 in a stable state by applying a voltage, thereby improving the response time. it can.

また、複数の溝部34aを同一方向に沿って形成することにより、液晶分子LCのダイレクタ方向が一定方向に並び、透過率が向上するとともに、1つの副画素P内で多方向形成を必要としないので、アライメント機構を要することなく溝部34aを形成できる。   Further, by forming the plurality of groove portions 34a along the same direction, the director directions of the liquid crystal molecules LC are aligned in a certain direction, the transmittance is improved, and multi-direction formation is not required in one subpixel P. Therefore, the groove 34a can be formed without requiring an alignment mechanism.

さらに、本実施の形態では、配向膜58にラビングを用いないので、ピンホールの発生、ラビングによる有機高分子膜の損傷や剥離、ラビング布からの発塵などの汚染などがなく、また、有機物により構成された配向膜58をラビング布で擦ることにより発生する静電気を防止できるため、薄膜トランジスタ33をスイッチング素子として用いる場合、薄膜トランジスタ33の静電破壊が生じて表示欠陥が発生するということもないので、欠陥を抑制した表示品位に優れた液晶パネル11を得ることができる。   Furthermore, in this embodiment, since rubbing is not used for the alignment film 58, there is no occurrence of pinholes, damage or peeling of the organic polymer film due to rubbing, contamination such as dust generation from the rubbing cloth, and organic matter. Static electricity generated by rubbing the alignment film 58 formed by rubbing with a rubbing cloth can be prevented. Therefore, when the thin film transistor 33 is used as a switching element, there is no occurrence of display defects due to electrostatic breakdown of the thin film transistor 33. In addition, it is possible to obtain the liquid crystal panel 11 having excellent display quality while suppressing defects.

次に、第2の実施の形態を図5を参照して説明する。なお、上記第1の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。   Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In addition, about the structure and effect | action similar to the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

この第2の実施の形態は、上記第1の実施の形態において、基板13,14の配向膜のうち溝部が形成されていない側、本実施の形態では対向基板14側の配向膜58に、突起部であるリブ64が形成されているものである。   In the second embodiment, the alignment film of the substrates 13 and 14 in the first embodiment is formed on the side where the groove is not formed, in this embodiment, on the alignment film 58 on the counter substrate 14 side. A rib 64 which is a protrusion is formed.

リブ64は、溝部34aに対して交差する方向に沿って畝状に形成されている。すなわち、リブ64は、水平(H)方向、垂直(V)方向、あるいは、これら水平(H)方向および垂直(V)方向に交差する斜め方向などに沿って画素電極39の幅方向に沿って形成されており、ここでは、例えば画素電極39の長手方向の略中心位置に、水平(H)方向に沿って形成されている。また、リブ64は、それぞれ断面が三角形状に形成されており、断面視での頂点64aがアレイ基板13側へと突出し、この頂点64aを形成する傾斜面64b,64bが略等角度でかつ互いに線対称に傾斜して形成されている。   The rib 64 is formed in a hook shape along the direction intersecting the groove 34a. That is, the rib 64 extends along the width direction of the pixel electrode 39 along the horizontal (H) direction, the vertical (V) direction, or an oblique direction intersecting the horizontal (H) direction and the vertical (V) direction. Here, for example, the pixel electrode 39 is formed at a substantially central position in the longitudinal direction along the horizontal (H) direction. Each of the ribs 64 has a triangular cross section, and a vertex 64a in a cross-sectional view protrudes toward the array substrate 13, and the inclined surfaces 64b and 64b forming the vertex 64a are substantially equiangular and mutually It is formed to be inclined in line symmetry.

そして、この液晶パネル11を上記第1の実施の形態と同様に製造する際に、画素電極39と対向電極57との間に、薄膜トランジスタ33の閾値電圧以上の電圧を印加すると、液晶分子LCが溝部34aに沿って所定の方角に倒れて並ぶ。このとき、液晶分子LCは、リブ64の傾斜面64bに対して略直交するように傾斜することで、液晶分子LCの倒れる方角が規定される。   When the liquid crystal panel 11 is manufactured in the same manner as in the first embodiment, when a voltage higher than the threshold voltage of the thin film transistor 33 is applied between the pixel electrode 39 and the counter electrode 57, the liquid crystal molecules LC are Lined up in a predetermined direction along the groove 34a. At this time, the liquid crystal molecules LC are inclined so as to be substantially orthogonal to the inclined surfaces 64b of the ribs 64, whereby the direction in which the liquid crystal molecules LC are tilted is defined.

さらに、液晶分子LCが安定した後、紫外線の照射、あるいは、熱処理、あるいはそれら双方を行うことにより、重合性化合物61が重合されて高分子ネットワーク構造62を構成するので、電圧の印加を解除した状態でも、液晶分子LCが溝部34a方向に沿って若干倒れた状態で安定的に保持される。   In addition, after the liquid crystal molecules LC are stabilized, the polymer compound 61 is polymerized to form the polymer network structure 62 by performing ultraviolet irradiation, heat treatment, or both, so that the application of voltage is released. Even in this state, the liquid crystal molecules LC are stably held in a state of being slightly tilted along the direction of the groove 34a.

すなわち、配向膜34,58のうち、溝部34aを形成していない方、すなわち配向膜58に、溝部34aと交差(直交)する方向に沿ってリブ64を形成することにより、液晶分子LCの倒れる方角を、より確実に制御できるので、より応答性が良好になる。   That is, of the alignment films 34 and 58, the liquid crystal molecules LC are tilted by forming the ribs 64 along the direction intersecting (orthogonal) with the groove 34a in the alignment film 58 where the groove 34a is not formed. Since the direction can be controlled more reliably, the responsiveness becomes better.

なお、上記第2の実施の形態において、リブ64の断面は、液晶分子LCの倒れ方向を規定できれば、任意に設定できる。   In the second embodiment, the cross section of the rib 64 can be arbitrarily set as long as the tilt direction of the liquid crystal molecules LC can be defined.

また、上記各実施の形態において、各溝部34aは、図6に示す第3の実施の形態のように、両側壁34bが傾斜することなく形成されていてもよく、図7に示す第4の実施の形態のように、各エッジ部34cが丸みを帯びていてもよい。   Further, in each of the above embodiments, each groove 34a may be formed without inclining both side walls 34b as in the third embodiment shown in FIG. 6, and the fourth side shown in FIG. As in the embodiment, each edge portion 34c may be rounded.

さらに、溝部は、アレイ基板13側の配向膜34ではなく、対向基板14側の配向膜58に形成してもよく、各配向膜34,58にそれぞれ形成してもよい。この場合、リブ64は、溝部と反対側の配向膜、すなわち配向膜58に溝部を形成した場合には配向膜34に形成し、配向膜34,58にそれぞれ溝部を形成した場合には配向膜58,34に形成すればよい。   Further, the groove portion may be formed not in the alignment film 34 on the array substrate 13 side but in the alignment film 58 on the counter substrate 14 side, or may be formed in each of the alignment films 34 and 58. In this case, the rib 64 is formed on the alignment film 34 when the groove is formed on the alignment film opposite to the groove, that is, when the groove is formed on the alignment film 58, and when the groove is formed on each of the alignment films 34 and 58, the alignment film is formed. 58 and 34 may be formed.

そして、上記第1の実施の形態に対応する実施例1ないし実施例3、および、上記第2の実施の形態に対応する実施例4ないし実施例6と、従来例に対応する比較例1および比較例2とについて、それぞれ応答時間を測定した。   Examples 1 to 3 corresponding to the first embodiment, Examples 4 to 6 corresponding to the second embodiment, and Comparative Example 1 corresponding to the conventional example and For Comparative Example 2, the response time was measured.

実施例1は、アレイ基板13側の配向膜34の溝部34aを画素電極39の長手方向に沿ってナノインプリント形成したものである。   In the first embodiment, the groove 34 a of the alignment film 34 on the array substrate 13 side is nanoimprinted along the longitudinal direction of the pixel electrode 39.

実施例2は、アレイ基板13側の配向膜34の溝部34aを画素電極39の幅方向に沿ってナノインプリント形成したものである。   In the second embodiment, the groove 34 a of the alignment film 34 on the array substrate 13 side is nanoimprinted along the width direction of the pixel electrode 39.

実施例3は、アレイ基板13側の配向膜34の溝部34aを画素電極39に対して傾斜状にナノインプリント形成したものである。   In the third embodiment, the groove 34a of the alignment film 34 on the array substrate 13 side is nanoimprinted with respect to the pixel electrode 39 so as to be inclined.

実施例4は、上記実施例1において、対向基板14側の配向膜58に、画素電極39の幅方向に沿うリブ64を形成したものである。   In the fourth embodiment, a rib 64 is formed along the width direction of the pixel electrode 39 in the alignment film 58 on the counter substrate 14 side in the first embodiment.

実施例5は、上記実施例2において、対向基板14側の配向膜58に、画素電極39の長手方向に沿うリブ64を形成したものである。   In the fifth embodiment, ribs 64 are formed along the longitudinal direction of the pixel electrode 39 in the alignment film 58 on the counter substrate 14 side in the second embodiment.

実施例6は、上記実施例3において、対向基板14側の配向膜58に、画素電極39の長手方向一端側で画素電極39の一側に沿い、画素電極39の長手方向の中心域で画素電極39の幅方向に沿い、かつ、画素電極39の長手方向他端側で画素電極39の他側に沿う、クランク状のリブ64を形成したものである。   In the sixth embodiment, in the third embodiment, the pixel is formed on the alignment film 58 on the counter substrate 14 side along one side of the pixel electrode 39 on one end side in the longitudinal direction of the pixel electrode 39 and in the center area in the longitudinal direction of the pixel electrode 39. A crank-shaped rib 64 is formed along the width direction of the electrode 39 and along the other side of the pixel electrode 39 at the other end in the longitudinal direction of the pixel electrode 39.

一方、比較例1は、対向基板14側の配向膜58に、画素電極39の幅方向に沿うリブを形成し、アレイ基板13側の配向膜34には、何も施さず、かつ、液晶層16に重合性化合物61を含まない構成としたものである。   On the other hand, in Comparative Example 1, ribs are formed along the width direction of the pixel electrodes 39 in the alignment film 58 on the counter substrate 14 side, nothing is applied to the alignment film 34 on the array substrate 13 side, and the liquid crystal layer 16 does not include the polymerizable compound 61.

比較例2は、アレイ基板13側の配向膜34に、画素電極39の長手方向に沿う溝部34aをナノインプリント形成し、液晶層16に重合性化合物61を含まない構成としたものである。   In Comparative Example 2, a groove portion 34a along the longitudinal direction of the pixel electrode 39 is nanoimprinted on the alignment film 34 on the array substrate 13 side, and the liquid crystal layer 16 does not include the polymerizable compound 61.

そして、図8の表に示すように、上記実施例1〜6および比較例1〜2に対して、それぞれ応答時間を計測した結果、実施例1〜3では、応答時間が短い良好な応答性を有し、実施例4〜6では、実施例1〜3よりもさらに応答時間が短かったのに対して、比較例1では、応答性が実施例1〜6よりも長くなり、比較例2では、応答時間が比較例1よりもさらに長くなり、応答性が充分ではなかった。   And as shown in the table | surface of FIG. 8, as a result of measuring response time with respect to the said Examples 1-6 and Comparative Examples 1-2, respectively, in Examples 1-3, favorable responsiveness with a short response time is shown. In Examples 4-6, the response time was shorter than in Examples 1-3, whereas in Comparative Example 1, the responsiveness was longer than in Examples 1-6, and Comparative Example 2 Then, the response time was longer than that of Comparative Example 1, and the responsiveness was not sufficient.

このように、配向膜34に溝部34aをナノインプリント形成することで、応答性を向上でき、かつ、配向膜58にリブ64を溝部34aに交差(直交)する方向に沿って形成することで、応答性をさらに向上できることが分かった。   In this way, the response can be improved by nanoimprinting the groove 34a in the alignment film 34, and the response can be achieved by forming the rib 64 in the alignment film 58 along the direction intersecting (orthogonal) the groove 34a. It was found that the sex could be further improved.

11 液晶表示素子である液晶パネル
13 基板であるアレイ基板
14 基板である対向基板
16 液晶層
34,58 配向膜
34a 溝部
61 重合性化合物
64 突起部であるリブ
LC 液晶分子
11 Liquid crystal panel as a liquid crystal display element
13 Array substrate
14 Counter substrate, which is a substrate
16 Liquid crystal layer
34, 58 Alignment film
34a Groove
61 Polymerizable compounds
64 Ribs that are protrusions
LC liquid crystal molecules

Claims (2)

対をなす基板と、
これら基板のそれぞれに形成された配向膜と、
垂直配向された液晶分子を備え、前記配向膜間に介在された液晶層とを具備し、
前記配向膜の少なくともいずれか一方は、所定方向に沿ってナノインプリント形成された直線状の溝部を表面に有し、
前記液晶層は、前記溝部と重合性化合物の重合とにより前記液晶分子のダイレクタ方向が設定されている
ことを特徴とする液晶表示素子。
A pair of substrates,
An alignment film formed on each of these substrates;
Comprising vertically aligned liquid crystal molecules, comprising a liquid crystal layer interposed between the alignment films,
At least one of the alignment films has a linear groove on the surface that is nanoimprinted along a predetermined direction.
In the liquid crystal layer, a director direction of the liquid crystal molecules is set by polymerization of the groove and a polymerizable compound.
前記配向膜の他方に前記溝部と交差する方向に沿って形成され、前記液晶分子のダイレクタ方向を前記重合性化合物の重合および前記溝部とともに設定する突起部を具備した
ことを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子。
2. A projection formed on the other side of the alignment film along a direction intersecting with the groove and setting a director direction of the liquid crystal molecules together with polymerization of the polymerizable compound and the groove. The liquid crystal display element as described.
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