JP2014052443A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ブルー相を発現する温度範囲が広い液晶層を有する、液晶表示装置を提供する。
【解決手段】第1基板と、第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板の間に配置された液晶層と、前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一方の基板に前記液晶層に電界を印加するための電極群と、を有し、前記液晶層は、少なくとも1種類の液晶性化合物と、少なくとも1種類のキラルドーパントとを含み、前記液晶層に含まれる前記液晶性化合物のうちの一つはブルー相液晶を発現し、前記液晶層の、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´は、4000Pa以上である、液晶表示装置。
【選択図】図6

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。
液晶パネルに用いられる液晶材料として、特許文献1などに開示されるブルー相液晶は、ネマティック液晶と比較して高速な応答を実現することができ、光学的に等方であるため、コントラストを飛躍的に向上することができ、IPS駆動のため視野角依存性がない。さらに、配向膜を省略することが可能であり、配向膜を省略した場合、ラビングなどの配向処理や視野角補償のための光学フィルムも不要となるため、液晶パネルを薄く安く作ることができる。また、ブルー相が安定に存在する温度領域が非常に狭かったが、これを広げる技術が登場し、実用化が期待されている。
特開2010−250306号公報
高コントラストかつ高速応答を示す次世代液晶ディスプレイに実用されることが期待される、ブルー相液晶は、その発現温度範囲が数℃程度であるという問題がある。ここで、液晶層に、既知の高分子安定化ブルー相液晶を用いた液晶表示装置は、ブルー相を発現する温度範囲が広がるものの、実用化可能な使用温度範囲と比較すると狭いことが課題である。
そして、ブルー相液晶を液晶表示装置に実用化しようとすると、ブルー相を発現する温度域が、−10℃付近の低温度域から、70℃付近の高温度域までをカバーしている必要がある。しかしながら、このような温度域をカバーしているブルー相液晶は、未だ知られていないという現状である。
本発明は、ブルー相を発現する温度範囲が広い液晶層を有する、液晶表示装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかにする。
本発明に係る液晶表示装置は、第1基板と、第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板の間に配置された液晶層と、前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一方の基板に前記液晶層に電界を印加するための電極群と、を有し、前記液晶層は、少なくとも1種類の液晶性化合物と、少なくとも1種類のキラルドーパントとを含み、前記液晶層に含まれる前記液晶性化合物のうちの一つはブルー相液晶を発現し、前記液晶層の、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´は、4000Pa以上である、ことを特徴とする。
また、前記液晶層に含まれる前記液晶性化合物のうちの一つは、TNI点(Nematic―Isotropic相の相転移温度)が70℃以上であることとしてもよい。また、前記液晶層は、少なくとも1種類の重合性モノマーによって重合された、高分子を含有する、こととしてもよい。また、前記液晶層は、前記高分子を10.0mol%以下含有する、こととしてもよい。また、前記高分子は、少なくとも2種類の重合性モノマーによって重合され、一方の前記重合性モノマーの溶解度パラメータの値は、前記液晶性化合物の溶解度パラメータの値よりも大きく、他方の前記重合性モノマーの溶解度パラメータの値は、前記液晶性化合物の溶解度パラメータの値よりも小さい、こととしてもよい。また、前記液晶層は、分子構造中に、フェニル基、シアノ基又は環状構造の分子構造を含む液晶性化合物を含み、前記キラルドーパントは、イソソルビド誘導体又はビナフチル誘導体である、こととしてもよい。
また、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、第1基板と、第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板の間に配置された液晶層と、前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一方の基板に前記液晶層に電界を印加するための電極群と、を有する液晶表示装置の製造方法であって、前記液晶層は、少なくとも1種類の液晶性化合物と、少なくとも1種類のキラルドーパントとを含み、前記液晶層に含まれる前記液晶性化合物のうちの一つはブルー相液晶を発現し、前記液晶層の、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´を、4000Pa以上に調整する、液晶層粘度調整工程を含むことを特徴とする。
また、液晶表示装置の製造方法における前記液晶層は、少なくとも1種類の重合性モノマーによって重合された、高分子を含有し、前記液晶層粘度調整工程は、前記高分子の重合度によって、前記液晶層の、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´を、4000Pa以上に調整することとしてもよい。
本発明により、ブルー相を発現する温度範囲が広い液晶層を有する、液晶表示装置を提供できる。
本発明に係る液晶表示装置の概略構成の一例を示す模式ブロック図である。 液晶表示パネルの1つの画素の回路構成の一例を示す模式回路図である。 液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式平面図である。 図1CのA−A線における断面構成の一例を示す模式断面図である。 一実施形態の液晶表示パネルにおけるアクティブマトリクス基板の1つの画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。 図2Aに示した領域の上に対向基板を重ねたときの平面構成の一例を示す模式平面図である。 図2Aおよび図2BのB−B線における断面構成の一例を示す模式断面図である。 図2Aおよび図2BのC−C線における断面構成の一例を示す模式断面図である。 図2Aおよび図2BのD−D線における断面構成の一例を示す模式断面図である。 図2Aおよび図2BのE−E線における断面構成の一例を示す模式断面図である。 貯蔵弾性率G´の測定を行う粘弾性測定装置について説明する図である。 本発明に係る液晶表示装置の液晶層に含有される高分子を形成する重合性モノマーの種類、及び濃度について示す図である。 サンプルA〜Hの重合性モノマーによって形成された高分子が液晶層に含有された際の、液晶層の25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率Paを示す図である。 サンプルA〜Hの重合性モノマーによって形成された高分子が液晶層に含有された際の、液晶層のブルー相を示す温度範囲を示す図である。 液晶層の25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率と、液晶層のブルー相を示す温度範囲との関係を示す図である。 液晶層の25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率と、液晶層のブルー相を示す下限温度との関係を示す図である。 サンプルA〜Hの重合性モノマーによって形成された高分子が液晶層に含有された液晶表示装置の−10℃における動作評価を示した図である。
まず、本発明にかかる一の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、下記で説明する実施形態、および実施例における技術的思想を逸脱しない範囲内において、適宜変更が可能であることはいうまでもない。
なお、下記説明において使用する全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本実施形態にかかる液晶表示装置は、例えば、複数のスイッチング素子を有するアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶層LCと、前記一対の基板の一方の基板に形成され、この基板面に対して支配的に平行な成分を持った電界を前記液晶層に発生させるための電極構造と、前記一対の基板上の前記液晶層に接触するそれぞれの面上に形成された一対の配向制御膜と、前記一対の基板を挟むように配置された一対の偏光板を有する。
図1A乃至図1Dは、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す模式図である。
図1Aは、本実施形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す模式ブロック図である。図1Bは、本実施形態に係る液晶表示パネルの1つの画素の回路構成を示す模式回路図である。図1Cは、本実施形態に係る液晶表示パネルの概略構成を示す模式平面図である。図1Dは、図1CのA−A線における断面構成を示す模式断面図である。
アクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、たとえば、図1Aに示すように、液晶表示パネル1、第1の駆動回路2、第2の駆動回路3、制御回路4、およびバックライト5
を有する。
液晶表示パネル1は、複数本の走査信号線GL(ゲート線)および複数本の映像信号線DL(ドレイン線)を有し、映像信号線DLは第1の駆動回路2に接続しており、走査信号線GLは第2の駆動回路3に接続している。また、液晶表示パネル1の表示領域DAは、多数の画素の集合で構成されており、1つの画素の回路構成は、たとえば、図1Bに示すような構成になっており、アクティブ素子として機能するTFT素子Tr、画素電極PX、共通電極CT(対向電極と呼ぶこともある)、液晶層LC(液晶材料)を有する。またこのとき、液晶表示パネル1には、たとえば、複数の画素の共通電極CTを共通化する共通化配線CLが設けられている。
さらに、液晶表示パネル1は、たとえば、図1Cおよび図1Dに示すように、アクティブマトリクス基板6と対向基板7の間に液晶層LCを配置した構造になっている。このとき、アクティブマトリクス基板6と対向基板7とは、表示領域DAの外側に設けられた環状のシール材8で接着されており、液晶層LCは、アクティブマトリクス基板6、対向基板7、およびシール材8で囲まれた空間に密封されている。またこのとき、バックライト5を有する液晶表示装置の液晶表示パネル1は、アクティブマトリクス基板6、液晶層LC、および対向基板7を挟んで対向配置させた一対の偏光板9a,9bを有する。
また、本実施形態に係る液晶表示装置では、液晶層LCが密封された空間に、たとえば、それぞれの画素における液晶層LCの厚さ(セルギャップということもある)の均一化するための柱状スペーサ10が複数設けられてもよい。
本発明は、上記のようなアクティブマトリクス方式の液晶表示装置のうち液晶表示パネル1の液晶層LCの材料組成に関する。そのため、本発明には直接関係しない第1の駆動回路2、第2の駆動回路3、制御回路4、およびバックライト5の構成についての詳細な説明は省略する。
図2A乃至図2Fは、本発明にかかる一実施形態のIPS方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式図である。
図2Aは、一実施形態の液晶表示パネルにおけるアクティブマトリクス基板の1つの画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。図2Bは、図2Aに示した領域の上に対向基板を重ねたときの平面構成の一例を示す模式平面図である。図2Cは、図2Aおよび図2BのB−B線における断面構成の一例を示す模式断面図である。図2Dは、図2Aおよび図2BのC−C線における断面構成の一例を示す模式断面図である。図2Eは、図2Aおよび図2BのD−D線における断面構成の一例を示す模式断面図である。図2Fは、図2Aおよび図2BのE−E線における断面構成の一例を示す模式断面図である。
なお、図2AにおけるB−B線、C−C線、D−D線、およびE−E線は、それぞれ、図2BにおけるB−B線、C−C線、D−D線、およびE−E線をアクティブマトリクス基板6に投影した線である。また、図2Fは、液晶層LCおよびその近傍のアクティブマトリクス基板6および対向基板7の断面構成のみを示している。
本発明の一実施形態においては、本発明に適応し得る液晶表示パネル1の一例として、横電界駆動方式であるIPS方式の液晶表示パネルを挙げる。このとき、液晶表示パネル1における1つの画素およびその周辺の構成は、たとえば、図2A乃至図2Fに示すような構成になっている。
アクティブマトリクス基板6は、ガラス基板601などの絶縁基板の表面に、走査信号線GLおよび共通化配線CLと、それらを覆う第1の絶縁層602が形成されている。
第1の絶縁層602の上には、TFT素子Trの半導体層603、映像信号線DL、および画素電極PXと、それらを覆う第2の絶縁層604が形成されている。半導体層603は、走査信号線GLの上に配置されており、走査信号線GLのうちの半導体層603の下部に位置する部分がTFT素子Trのゲート電極として機能する。また、半導体層603は、たとえば、第1のアモルファスシリコンからなる能動層(チャネル形成層)の上に、第1のアモルファスシリコンとは不純物の種類や濃度が異なる第2のアモルファスシリコンからなるソース拡散層およびドレイン拡散層が積層された構成になっている。またこのとき、映像信号線DLの一部分および画素電極PXの一部分は、それぞれ、半導体層603に乗り上げており、当該半導体層603に乗り上げた部分がTFT素子Trのドレイン電極およびソース電極として機能する。
ところで、TFT素子Trのソースとドレインは、バイアスの関係、すなわちTFT素子Trがオンになったときの画素電極PXの電位と映像信号線DLの電位との高低の関係によって入れ替わる。しかしながら、本明細書における以下の説明では、映像信号線DLに接続している電極をドレイン電極といい、画素電極に接続している電極をソース電極という。
第2の絶縁層604の上には、表面が平坦化された第3の絶縁層605(オーバーコート層)が形成されている。
第3の絶縁層605の上には、共通電極CTと、共通電極CTおよび第3の絶縁層605を覆う透明層610が形成されている。共通電極CTは、第1の絶縁層602、第2の絶縁層604、および第3の絶縁層605を貫通するコンタクトホールCH(スルーホール)を介して共通化配線CLと接続している。また、共通電極CTは、たとえば、図2Aに示した平面における画素電極PXとの間隙Pg(図2C参照)が、7(μm)程度になるように形成されている。
一方、対向基板7は、ガラス基板701などの絶縁基板の表面に、ブラックマトリクス702およびカラーフィルタ703R,703G,703Bと、それらを覆うオーバーコート層704が形成されている。ブラックマトリクス702は、たとえば、表示領域DAに画素単位の開口領域を設けるための格子状の遮光膜である。また、カラーフィルタ703R,703G,703Bは、たとえば、バックライト5からの白色光のうちの特定の波長領域(色)の光のみを透過する膜であり、液晶表示装置がRGB方式のカラー表示に対応している場合は、赤色の光を透過するカラーフィルタ703R、緑色の光を透過するカラーフィルタ703G、および青色の光を透過するカラーフィルタ703Bが配置される。また、オーバーコート層704は、表面が平坦化されている。
オーバーコート層704の上には、複数の柱状スペーサ10および配向膜705が形成されている。柱状スペーサ10は、たとえば、頂上部が平坦な円錐台形(台形回転体ということもある)であり、アクティブマトリクス基板6の走査信号線GLのうちの、TFT素子Trが配置されている部分および映像信号線DLと交差している部分を除く部分と重なる位置に形成されている。
そして、TFT素子Trをオンにして映像信号線DLに加えられている階調電圧を画素電極PXに書き込み、画素電極PXと共通電極CTとの間の電位差が生じると、図2Bおよび図2Cに示したような電界12(電気力線)が発生し、画素電極PXと共通電極CTとの電位差に応じた強度の電界12が液晶層LCに印加される。このとき、液晶層LCが持つ誘電異方性と電界12との相互作用により、液晶層LCの屈折異方性が変化する。またこのとき、屈折率異方性の大きさが印加する電界12の強度(画素電極PXと共通電極CTとの電位差の大きさ)によって決まる。したがって、液晶表示装置では、たとえば、共通電極CTの電位を固定しておき、画素電極PXに加える階調電圧を画素毎に制御して、それぞれの画素における光透過率を変化させることで、映像や画像の表示を行うことができる。
次に、液晶層LCについて下記に説明を行う。本実施形態における液晶層LCは、少なくとも1種類の液晶性化合物と、少なくとも1種類のキラルドーパントとを含む。そして、液晶層LCに含まれる液晶性化合物のうちの一つはブルー相液晶を発現するものである。そして、液晶層LCの、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´(動的せん断貯蔵弾性率)は、4000Pa以上である。
ブルー相を発現する液晶性化合物は、例えば、コレステリック相(カイラルネマチック相)と等方相との間で、ブルー相(青色相)を発現し得るものである。また、ブルー相を発現する液晶性化合物は、サーモトロピック液晶であることとしてもよい。
また、ブルー相を発現する液晶性化合物は、ビフェニル、ターフェニル、ビフェニル・シクロヘキシル等の分子構造を含み、不斉原子によりそれ自身がキラリティー(カイラルティー)を有する液晶性化合物であることとしてもよい。
また、ブルー相を発現する液晶性化合物は、液晶層に含まれるキラルドーパント(カイラル物質)によって、コレステリック相(カイラルネマチック相)を発現し得る液晶性化合物であることとしてもよい。このような液晶性化合物としては、ネマティック液晶が例示される。より具体的には、例えば、本実施形態における液晶層LCに含まれる液晶性化合物は、ネマティック液晶JC1041XX(チッソ社製)、4−pentyl−4’−cyanobiphenyl(5CB)(Aldrich社製)、又はこれらを所定のモル比で混合したものであることとしてもよい。
また、本実施形態における液晶層LCに含まれる液晶性化合物のうちの一つは、TNI点(Nematic―Isotropic相の相転移温度)が70℃以上であることとしてもよい。すなわち、本実施形態における液晶層LCに含まれる、ブルー相液晶を発現する液晶性化合物が、70℃以上のTNI点を有する液晶性化合物であることとしてもよい。また、本実施形態における液晶層LCに含まれる、ブルー相液晶を発現する液晶性化合物とは異なる種類の他の液晶性化合物であって、70℃以上のTNI点を有する液晶性化合物を、液晶層LCは、ブルー相液晶を発現する液晶性化合物の他に、更に含むこととしてもよい。ここで、液晶層LCに含まれる液晶性化合物全体のTNI点は、液晶層LCに含まれる液晶性化合物の混合物を、液晶層LCに含有されるモル比で調製し、当該混合物の相変化温度を、目視による観察によって測定した。また、例えば液晶性化合物の混合物の、着色の度合いによっては、相変化温度を目視による観察では測定しづらい場合がある。この様な場合、液晶性化合物全体のTNI点は、液晶層LCに含まれる液晶性化合物の混合物を、液晶層LCに含有されるモル比で調製し、DSC(示差走査熱量測定)を用いて測定された当該混合物の相変化温度に代替することとしてもよい。また、本実施形態における液晶層LCに含まれる液晶性化合物全体の、TNI点(Nematic―Isotropic相の相転移温度)が70℃以上であることとしてもよい。
TNI点(Nematic―Isotropic相の相転移温度)を70℃以上とするために、液晶層LCに含まれる液晶性化合物の一つは、分子構造中に、フェニル基、シアノ基、環状構造等の分子構造を含む液晶性化合物であることとしてもよい。より具体的には、液晶層LCに含まれる液晶性化合物の一つは、3フッ素環化合物であることとしてもよい。液晶層LCが、TNI点が70℃以上の液晶性化合物を含むことによって、本実施形態に係る液晶表示装置1の使用温度範囲が、広くなるという格別な効果を奏する。また、TNI点が70℃以上の液晶性化合物を含むことによって、本実施形態に係る液晶表示装置1の高温度域(例えば、70℃以上)での使用が可能となる。
なお、液晶層LC中が、TNI点70℃以上の液晶性化合物を含まない場合、液晶表示装置の使用温度範囲の上限は、当然70℃を下回る温度(高々40℃)にとどまり、結果、当該液晶表示装置の使用温度範囲は狭いものとなる。また、本実施形態における、液晶表示装置1の液晶層の溶ける温度(Tc値)は、70℃以上であることとしてもよい。
例えば、液晶性化合物が、ネマティック液晶JC1041XX(チッソ社製)を約47モル%、4−pentyl−4’−cyanobiphenyl(5CB)(Aldrich社製)を約47モル%含み、キラルドーパントであるZLI−4572を約6モル%からなる液晶層LCが備えられた液晶表示装置の場合、当該液晶表示装置の使用温度範囲の上限は、Tc値が70℃を下回り、高々40℃にとどまり、液晶表示装置に使用された際の使用温度は狭いものとなる。
また、液晶層LCに含まれる液晶性化合物のTNI点の上限については特に規定はないが、例えば、120℃以下であることとしてもよい。Tc値についても同様に、例えば、120℃以下であることとしてもよい。
また、本実施形態における液晶層LCは、上記説明を行った液晶性化合物の他に、誘電率異方性Δεが10以上である液晶性化合物を、更に含むこととしてもよい。また、本実施形態における液晶層LCに含まれる液晶性化合物全体のΔεが10以上であることとしてもよい。
すなわち、本実施形態における液晶層LCに含まれる、ブルー相液晶を発現する液晶性化合物が、Δεが10以上である液晶性化合物であることとしてもよい。また、本実施形態における液晶層LCに含まれる、ブルー相液晶を発現する液晶性化合物とは異なる種類の他の液晶性化合物であって、Δεが10以上である液晶性化合物を、液晶層LCは、ブルー相液晶を発現する液晶性化合物の他に、更に含むこととしてもよい。ここで、液晶性化合物のΔεは、液晶性化合物の容積変化を測定する方法によって測定された値である。
Δεが10以上である液晶性化合物は、例えば、シアノジフッ素エステルであることとしてもよい。
液晶層LCが、Δεが10の液晶性化合物を含むことによって、あるいは、液晶層LCに含まれる液晶性化合物全体のΔεが10以上であることによって、本実施形態に係る液晶表示装置1の駆動電圧が低くなる(例えば駆動電圧が、70V以下になる)という効果を奏する。
また、本実施形態における液晶層LCに含まれるキラルドーパントは、液晶に捩じれ構造を生じさせるものである。また、液晶層LCに含まれるキラルドーパントの分子構造は軸不斉および液晶に類似の構造を有することとしてもよい。また、本実施形態におけるキラルドーパントとしては、例えば、ビナフチル誘導体やアビエチン酸誘導体、イソソルビド誘導体等の環構造の光学活性部位を有するキラル化合物を用いることとしてもよい。また、本実施形態におけるキラルドーパントは、例えば、ビナフチル誘導体であることとしてもよい。またより具体的には、本実施形態におけるキラルドーパントは、イソソルビド誘導体、下記式(1)にて示されるビナフチル誘導体であることとしてもよい。
Figure 2014052443
なお、液晶層LCにキラルドーパントとして添加されるビナフチル誘導体の濃度によって、ブルー相が有するBragg回折光の波長を制御することとしてもよい。この場合、ビナフチル誘導体の液晶層LCにおける添加濃度は、特開2011−90278号公報に開示されている内容に基づいて定められることとしてもよい。
本実施形態における液晶層LCは、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´は、4000Pa以上である。また、本実施形態における液晶層LCは、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´は、4500Pa以上であることとしてもよい。
また、本実施形態における液晶層LCの、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´の上限値は、特に規定がないが、例えば、40000Pa以下であることとしてもよい。
液晶層LCの、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´が、4000Pa以上である場合、当該液晶層LCはブルー相を発現する温度範囲が広いものとなり、使用温度域が広い液晶表示装置を提供できる。また、25℃、周波数1Hzにおける貯蔵弾性率G´が4000Pa以上の液晶層LCが備えられた液晶表示装置1は、特に低温度域(−10以下)での使用が可能となるという格別の効果を奏するものである。
貯蔵弾性率G´は、図3にて示される粘弾性測定装置を用い、既知の方法によって測定される。以下に、図3を参照して貯蔵弾性率G´の測定方法について説明する。図3は、貯蔵弾性率G´の測定を行う粘弾性測定装置について説明する図である。図2に示されるように粘弾性測定装置は、回転軸101と、回転軸1010と固定して接続される上円板102と、上円板102と対向して備えられる下円板103と、が備えられている。また、下円板103の、上円板102と対向する側の面には粘着層120が備えられている。そして、粘着層120を介して評価試験体110を固定して、上円板102と下円板103との間に挟んで評価試験体110を取り付ける。評価試験体110は、測定対象となるブルー相が形成されたPSBP(Polymer stabilized blue phase)膜110Bと、該PSBP膜が固定される基板110Aとを、積層したものである。
本発明における貯蔵弾性率G´の測定は、Rheo Stress RS100(HAAKE社製)を用いて行った。測定位置は貯蔵弾性率G´が安定した位置とし、本発明においては液晶層(PSBP膜110B)の厚さ方向に、上円板102を0.002mm程度押し込んだ位置とした。測定条件は、温度25℃、周波数(回転数)1Hz、圧力3Paである。
液晶層LCの25℃、周波数1Hzにおける貯蔵弾性率G´は、液晶層LCを構成する化合物の組み合わせ、配合比率によって大きく変化する。液晶層LCの、25℃、周波数1Hzにおける貯蔵弾性率G´を4000Pa以上とするために、液晶層LCは、少なくとも1種類の重合性モノマーによって重合された、高分子を含有することとしてもよいし、又はカーボンナノチューブ若しくはカーボンナノホーンを含有することとしてもよい。
また、本実施形態における液晶層LCは、25℃、周波数1Hzにおける貯蔵弾性率G´を4000Pa以上とするために、少なくとも1種類の重合性モノマーによって重合された、高分子を含有することとしてもよい。
また、液晶層LCに高分子が含有される場合、該高分子を形成する重合性モノマーは、重合に用いられる反応性官能基の数が多いことが好ましい。すなわち、液晶層LCに高分子が含有される場合、該高分子を形成する重合性モノマーは、単官能であるよりも、多官能であることが好ましい。また、該高分子が、2種類以上の重合性モノマーによって重合される場合、重合性モノマーのそれぞれは、重合に用いられる反応性官能基を複数有することとしてもよい。すなわち、液晶層LCに含有される高分子は、2種以上の多官能重合性モノマーによって形成されることとしてもよい。
また、液晶層LCに高分子が含有される場合、該高分子を形成する重合性モノマーは、環構造を含むことが好ましい。具体的には、液晶層LCに高分子が含有される場合、該高分子を形成する重合性モノマーは、その構造中に、ベンゼン環、及びシクロヘキサン環から選択される少なくとも1種以上の環構造を有することとしてもよい。また、液晶層LCに高分子が含有される場合、該高分子を形成する重合性モノマーは、その構造中に、ベンゼン環、及びシクロヘキサン環から選択される環構造を少なくとも1つ以上有することとしてもよい。
また、液晶層LCに含有される高分子は、少なくとも2種類の重合性モノマーによって重合され、一方の該重合性モノマーの溶解度パラメータの値は、液晶層LCに含有される液晶性化合物の溶解度パラメータの値よりも大きく、他方の該重合性モノマーの溶解度パラメータの値は、液晶層LCに含有される液晶性化合物の溶解度パラメータの値よりも小さいこととしてもよい。
このように、液晶層LCに含有される、液晶性化合物の溶解度パラメータの値と、高分子を形成する複数の重合性モノマーのそれぞれの溶解パラメータの値と、を制御することによって、液晶性化合物によって形成される液晶構造のディスクリネーションに高分子が入り込みやすくなり、液晶層LCの安定化に寄与し、結果、本発明の効果を更に高めることとなる。
また、本実施形態における液晶層LCは、上記説明を行った高分子を15.0mol%以下含有することとしてもよい。液晶層LC中の高分子含有量が15.0mol%を超える場合、液晶表示装置の駆動電圧を高めることとなり、更にはブルー相自体が発現しない可能性が高まり好ましくない。また、本実施形態における液晶層LCは、上記説明を行った高分子を10.0mol%以下含有することは好ましい。液晶層LCが、上記説明を行った高分子を10.0mol%以下含有することによって本発明の効果は更に高まる。また、液晶層LC中の高分子含有量の下限値は特に規定はないが、例えば、本実施形態における液晶層LCは、上記説明を行った高分子を1.0mol%以上含有することとしてもよいし、5.0mol%以上含有することとしてもよい。
以下に、上記説明を行った液晶表示パネル1の製造方法の一例を説明する。なお、下記説明において、従来の液晶表示パネルの製造方法と同じ手順で行うことが可能な工程については、その詳細な説明を省略する。
本実施形態の液晶表示パネル1の製造方法は、アクティブマトリクス基板6を形成する工程と、対向基板7を形成する工程と、アクティブマトリクス基板6と対向基板7とを張り合わせて液晶材料(液晶層LC)を封入する工程の3つの工程に大別される。
アクティブマトリクス基板6を形成する工程は、たとえば、厚さが0.7mmの、表面を研磨したガラス基板601を用いて行う。そして、まず、ガラス基板601の表面に、走査信号線GLおよび共通化配線CLを形成する。走査信号線GLおよび共通化配線CLは、たとえば、ガラス基板601の表面全体にクロム膜(Cr膜)などの金属膜を形成した後、当該金属膜をエッチングして形成する。
次に、第1の絶縁層602を形成する。第1の絶縁層602は、たとえば、ガラス基板601の表面全体に、厚さ0.3(μm)程度の窒化シリコン膜を成膜して形成する。
次に、TFT素子Trの半導体層603に用いる島状半導体膜を形成する。島状半導体膜は、たとえば、第1の絶縁層602の表面全体にアモルファスシリコン膜を形成した後当該アモルファスシリコン膜をエッチングして形成する。このとき、アモルファスシリコン膜は、たとえば、第1のアモルファスシリコン層の上に、第1のアモルファスシリコン層とは導電型、または不純物の種類や濃度が異なる第2のアモルファスシリコン層が積層された構成になるように形成する。また、島状半導体膜を形成するときには、たとえば、走査信号線GLと映像信号線DLとが交差する領域に介在させる短絡防止層なども同時に形成する。
次に、映像信号線DLおよび画素電極PXを形成する。映像信号線DLおよび画素電極PXは、たとえば、第1の絶縁層602の上にクロム膜などの金属膜を形成した後、当該金属膜をエッチングして形成する。このとき、映像信号線DLは、島状半導体膜に乗り上げる部分、すなわちTFT素子Trのドレイン電極として機能させる部分を有する形状にする。またこのとき、画素電極PXは、島状半導体膜に乗り上げる部分、すなわちTFT素子のソース電極として機能させる部分を有する形状にする。
次に、映像信号線DLおよび画素電極PXをマスクにして島状半導体膜の第2のアモルファスシリコン層をエッチングしてドレイン拡散層とソース拡散層とに分離すると、TFT素子Trの半導体層603が得られる。
次に、第2の絶縁層604および第3の絶縁層605を形成する。第2の絶縁層604は、たとえば、厚さ0.3(μm)程度の窒化シリコン膜を成膜して形成する。第3の絶縁層は、たとえば、未硬化状態のアクリル系樹脂を塗布した後、所定の条件、たとえば、温度220℃で1時間加熱し、硬化させて形成する。また、第3の絶縁層605は、たとえば、絶縁性、透明性に優れるエポキシアクリル系樹脂またはポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂を用いて形成してもよい。またさらに、第3の絶縁層605は、たとえば、光硬化性の透明な樹脂を用いて形成してもよいし、ポリシロキサンなど無機系の材料を用いて形成してもよい。
次に、共通化配線CLのうちの所定の領域の上に、第1の絶縁層602、第2の絶縁層604、および第3の絶縁層605を貫通するコンタクトホールCHを形成する。コンタクトホールCHは、第1の絶縁層602、第2の絶縁層604、および第3の絶縁層60 5をエッチングして形成する。
次に、共通電極CTを形成する。共通電極CTは、たとえば、第3の絶縁層605の上にITO膜などの透明導電膜を約50nmの厚みで成膜した後、当該透明導電膜をエッチングして形成する。
一方、液晶表示パネル1の対向基板7を形成する工程は、従来の手順と同じでよいので、説明を省略する。
上記の手順で形成したアクティブマトリクス基板6と対向基板7とを張り合わせて、アクティブマトリクス基板6と対向基板7との間に液晶層LCを構成する各種材料を封入する工程は、たとえば、対向基板7の表示領域DAの外周部に環状のシール材8を塗布し、当該シール材8で囲まれた領域に液晶材料を滴下した後、アクティブマトリクス基板6を張り合わせる。
上述のように、本実施形態に係る液晶表示装置1に備えられる液晶層LCは、少なくとも1種類の液晶性化合物と、少なくとも1種類のキラルドーパントとを含み、液晶層LCに含まれる液晶性化合物のうちの一つはブルー相液晶を発現するものである。そして、本実施形態に係る液晶表示装置1の製造方法は、液晶層LCの、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´を、4000Pa以上に調整する、液晶層粘度調整工程を含む。
液晶層LCの貯蔵弾性率G´を調整する方法は、上述のように、例えば液晶層LCに高分子を配合する方法がある。
例えば、高分子を重合性モノマーの重合によって形成する場合、該重合性モノマーを紫外線による光重合によって形成することは好ましい。より具体的に説明を行うと、アクティブマトリクス基板6と対向基板7との間に、少なくとも1種類の液晶性化合物と、少なくとも1種類のキラルドーパントと、少なくとも1種類の紫外線により重合する重合性モノマーと、を封入し、封入後、該液晶性化合物がブルー相を示す温度範囲にて、紫外線照射を行うことによって該重合性モノマーを重合し高分子を形成することは好ましい。
なお、高分子を重合性モノマーの重合によって形成する場合、該重合性モノマーを加熱による重合によって形成することは好ましくない。なぜならば、仮に重合性モノマーを加熱によって重合すると、加熱によって液晶層LCに含有される液晶性化合物をブルー相の発現する温度範囲で維持することが困難であるからである。
ここで、液晶層LCに高分子を添加する場合、高分子の配合量によっては、液晶表示装置の駆動電圧を高め、液晶層LCのブルー相の発現を抑制するおそれがあるため、所定の貯蔵弾性率G´は可能な限り少ない高分子の配合量で得られることが好ましい。
すなわち、高分子が光重合性モノマーによって形成される場合であって、光重合性ポリマーが液晶層LC中に10.0mol%以下の範囲で含有される場合、照射する紫外線の照射強度を制御することによって所定の貯蔵弾性率を調整することが好ましい。
例えば、重合性モノマーとしてEHA/RM257(=70/30mol%)の二種類が、液晶層LC中に10.0mol%以下の範囲で配合される場合、所定の貯蔵弾性率を得るためには、1.9mWcm−2(UV:365nm)以上の照射強度が必要である。また、望ましくは2.0mWcm−2(UV:365nm)以上の照射強度にて重合し高分子を形成することが好ましい。
光重合性モノマーの種類によっては、重合度を高めることによって貯蔵弾性率G´が飛躍的に上昇するため、通常の重合反応にて照射する照射強度よりも、高い照射強度にて重合を行うことが、所定の貯蔵弾性率G´を確実に得ることが可能となり、結果、液晶表示装置1の使用温度範囲を広げることとなるからである。
また、本実施形態では、図2A乃至図2Fに示したような構成の画素を有する横電界方式の液晶表示パネル1を例に挙げたが、画素の構成、たとえば、TFT素子Tr、画素電極PX、および共通電極CTの平面形状(平面レイアウト)などは、これに限らず、適宜変更可能であることはもちろんである。
また、図2Aおよび図2Cに示したTFT素子Trは、走査信号線GLの上に半導体層603が配置されているボトムゲート構造であるが、これに限らず、ガラス基板601と走査信号線GLとの間に半導体層603が配置されているトップゲート構造であってもよいことはもちろんである。また、アクティブマトリクス基板6と対向基板7の液晶層LC側に配向膜などの膜を形成してもよい。ブルー相液晶は本実施形態のように配向膜がなくても作製可能であるが、現行ネマティック相を使用する際同様、配向膜はポリアミド酸加熱して得られるポリイミド樹脂で形成され、表面に液晶配向能を付与するためのラビング処理を施しても作製可能である。
以上のように、図1〜図2Fを用い本発明に係る一実施形態であるIPS方式液晶パネルの概略構成について説明を行ったが、電極構造はこれに限定されるものではなく、パネル面前面方向に光が透過する構成であればよい。また、作成方法や他の構成についても同様に、上記説明に限定されるものではない。
以下に、第1基板と、第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板の間に配置された液晶層と、前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一方の基板に前記液晶層に電界を印加するための電極群と、を有し、前記液晶層は、少なくとも1種類の液晶性化合物と、少なくとも1種類のキラルドーパントとを含み、前記液晶層に含まれる前記液晶性化合物のうちの一つはブルー相液晶を発現し、前記液晶層の、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´は、4000Pa以上である、液晶表示装置について更に具体的に説明を行う。
実施例における液晶表示装置の構造は、前述のIPS液晶表示装置とし、液晶層に含まれる液晶性化合物として、ネマティック液晶JC1041XX(チッソ社製)、4−pentyl−4’−cyanobiphenyl(5CB)(Aldrich社製)を等モルで混合したものを用いた。また、液晶層には上記化学式(1)にて示されるキラルドーパントが5.0mol%の割合で含有され、高TNI点(TNI点70℃以上)を有する液晶性化合物をTc値70℃となるように調製して添加した。
そして、液晶層の、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´を所定の数値に調整するための高分子は、光重合性モノマーによって形成した高分子を用いた。図4は、本発明に係る液晶表示装置の液晶層に含有される高分子を形成する重合性モノマーの種類、及び濃度について示す図である。図4に示されるように高分子を形成する材料(重合性モノマー)は二種類のものを併用し、60:40(モル比)にて混合したものを用いた。すなわち、実施例1のサンプルAを例にとると、EHA:RM257=60:40(モル比)で混合したものを、高分子を形成する重合性モノマーとした。また、図4中の濃度とは、液晶層中の、混合された重合性モノマー合計の配合割合であり、すなわち、液晶層中の高分子の配合濃度に相当する。
図5は、サンプルA〜Hの重合性モノマーによって形成された高分子が液晶層に含有された際の、液晶層の25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率Paを示す図である。図5に示されるように、サンプルA〜Cの重合性モノマーによって形成された高分子が液晶層に含有された際、該液晶層の25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率が、4000Pa以上となるように、重合条件(紫外線の照射強度)を調整し高分子を形成した。
一方、サンプルD〜Hの重合性モノマーによって形成された高分子が液晶層に含有された際、該液晶層の25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率が、4000Paよりも小さくなるように、重合条件(紫外線の照射強度)を調整し高分子を形成した。
なお実施例における、液晶層の25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率の測定方法は、前述説明のようにRheo Stress RS100(HAAKE社製)を用いて行った。
図6は、サンプルA〜Hの重合性モノマーによって形成された高分子が液晶層に含有された際の、液晶層のブルー相を示す温度範囲を示す図である。ここで、液晶層のブルー相を示す温度範囲TRの上限値Xは、液晶が溶け始める温度とし、液晶層のブルー相を示す温度範囲TRの下限値Yは、偏光板直交ニコル下で異方性を示した温度とした。
図6にて示されるように、サンプルA〜Cの重合性モノマーによって形成された高分子が液晶層に含有された際の、液晶層のブルー相を示す温度範囲TRは、サンプルD〜Hの重合性モノマーによって形成された高分子が液晶層に含有された際の、液晶層のブルー相を示す温度範囲TRよりも広いものであった。特に、サンプルA〜Cの重合性モノマーによって形成された高分子が液晶層に含有された際の、液晶層のブルー相を示す温度範囲TRは、低温度域において広くなっていることがわかる。
図7Aは、液晶層の25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率と、液晶層のブルー相を示す温度範囲との関係を示す図である。また、図7Bは、液晶層の25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率と、液晶層のブルー相を示す下限温度との関係を示す図である。
図7Aにて示されるように、液晶層の25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率が、4000Pa以上である場合、液晶層のブルー相を示す温度範囲は80℃以上である。また、液晶層の25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率が、4000Pa以上である場合、液晶層のブルー相を示す温度範囲は80℃以上である。
また、図7Bにて示されるように、液晶層の25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率が、4000Pa以上である場合、液晶層のブルー相を示す下限温度は−10℃以下である。
図8は、サンプルA〜Hの重合性モノマーによって形成された高分子が液晶層に含有された液晶表示装置の−10℃における動作評価を示した図である。図8中における−10℃における動作評価の○は、−10℃においても問題なく液晶表示装置が動作したことを示し、動作評価の×は、−10℃において液晶表示装置が動作しなかったことを示す。
1 液晶表示パネル、2 第1の駆動回路、3 第2の駆動回路、4 制御回路、5
バックライト、6 アクティブマトリクス基板、601 ガラス基板、602 第1の絶
縁層、603 (TFT素子の)半導体層、604 第2の絶縁層、605 第3の絶縁
層、607 ソース電極、608 導電層、609 突起形成部材、609a (突起形
成部材の)半導体層、609b (突起形成部材の)導電層、7 対向基板、701 ガ
ラス基板、702 ブラックマトリクス、703R,703G,703B カラーフィル
タ、704 オーバーコート層、8 シール材、9a,9b 偏光板、10 柱状スペー
サ、11 液晶分子、12 電界(電気力線)、GL 走査信号線、DL 映像信号線、
Tr TFT素子、PX 画素電極、CT 共通電極、CL 共通化配線、LC 液晶層、TR 温度範囲、X 上限温度、Y 下限温度。

Claims (8)

  1. 第1基板と、
    第2基板と、
    前記第1基板及び前記第2基板の間に配置された液晶層と、
    前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一方の基板に前記液晶層に電界を印加するための電極群と、を有し、
    前記液晶層は、少なくとも1種類の液晶性化合物と、少なくとも1種類のキラルドーパントとを含み、
    前記液晶層に含まれる前記液晶性化合物のうちの一つはブルー相液晶を発現し、
    前記液晶層の、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´は、4000Pa以上である、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記液晶層に含まれる前記液晶性化合物のうちの一つは、TNI点(Nematic―Isotropic転移温度)が70℃以上である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記液晶層は、少なくとも1種類の重合性モノマーによって重合された、高分子を含有する、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
  4. 前記液晶層は、前記高分子を10.0mol%以下含有する、
    ことを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
  5. 前記高分子は、少なくとも2種類の重合性モノマーによって重合され、
    一方の前記重合性モノマーの溶解度パラメータの値は、前記液晶性化合物の溶解度パラメータの値よりも大きく、
    他方の前記重合性モノマーの溶解度パラメータの値は、前記液晶性化合物の溶解度パラメータの値よりも小さい、
    ことを特徴とする請求項3又は4に記載の液晶表示装置。
  6. 前記液晶層は、分子構造中に、フェニル基、シアノ基又は環状構造の分子構造を含む液晶性化合物を含み、
    前記キラルドーパントは、イソソルビド誘導体又はビナフチル誘導体である、
    ことを特徴とする請求項1乃至5いずれか一項に記載の液晶表示装置。
  7. 第1基板と、第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板の間に配置された液晶層と、前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一方の基板に前記液晶層に電界を印加するための電極群と、を有する液晶表示装置の製造方法であって、
    前記液晶層は、少なくとも1種類の液晶性化合物と、少なくとも1種類のキラルドーパントとを含み、
    前記液晶層に含まれる前記液晶性化合物のうちの一つはブルー相液晶を発現し、
    前記液晶層の、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´を、4000Pa以上に調整する、液晶層粘度調整工程を含む、
    ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  8. 前記液晶層は、少なくとも1種類の重合性モノマーによって重合された、高分子を含有し、
    前記液晶層粘度調整工程は、前記高分子の重合度によって、前記液晶層の、25℃における周波数1Hzでの貯蔵弾性率G´を、4000Pa以上に調整する、
    ことを特徴とする請求項7に記載の液晶表示装置の製造方法。
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