JP2014167643A - Alignment layer material for liquid crystal - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent generation of a second afterimage after generating an initial DC afterimage in an IPS (in-plane switching) system liquid crystal display device.SOLUTION: An alignment layer 113 is formed to have a two-layer structure of an upper alignment layer 1131 and a lower alignment layer. The upper alignment layer 1131 is a photo-alignment layer and is formed using a polyamide acid ester as a precursor. The lower alignment layer 1132 has resistance lower than that of the upper alignment layer 1131 as well as lower photoconductivity characteristics. The lower alignment layer 1132 is formed, not using polyamide acid derived from PMDA (pyromellitic dianhydride) as the precursor but using the polyamide acid having a sulfonic acid group or a carboxyl group as the precursor. Thereby, in a pixel, the difference of resistance between a portion irradiated with light and a portion not irradiated with the light is decreased, to prevent generation of a second afterimage.

Description

本発明は,液晶表示装置に係り,特に配向膜に光の照射で配向制御能を付与した液晶表示パネルを具備した液晶表示装置に関する。   The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device provided with a liquid crystal display panel in which an alignment film is provided with an alignment control ability by light irradiation.

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ(TFT)等がマトリクス状に形成されたTFT基板と、TFT基板に対向して、TFT基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、TFT基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。   In a liquid crystal display device, there are a TFT substrate in which pixel electrodes and thin film transistors (TFTs) are formed in a matrix, and a counter substrate in which color filters are formed at locations corresponding to the pixel electrodes of the TFT substrate, facing the TFT substrate. The liquid crystal is sandwiched between the TFT substrate and the counter substrate. An image is formed by controlling the light transmittance of the liquid crystal molecules for each pixel.

液晶表示装置はフラットで軽量であることから、TV等の大型表示装置から、携帯電話やDSC(Digital Still Camera)等、色々な分野で用途が広がっている。一方、液晶表示装置では視野角特性が問題である。視野角特性は、画面を正面から見た場合と、斜め方向から見た場合に、輝度が変化したり、色度が変化したりする現象である。視野角特性は、液晶分子を水平方向の電界によって動作させるIPS(In Plane Switching)方式が優れた特性を有している。   Since the liquid crystal display device is flat and lightweight, the application is expanding in various fields such as a large display device such as a TV, a mobile phone, and a DSC (Digital Still Camera). On the other hand, viewing angle characteristics are a problem in liquid crystal display devices. The viewing angle characteristic is a phenomenon in which luminance changes or chromaticity changes when the screen is viewed from the front and when viewed from an oblique direction. The viewing angle characteristic is excellent in an IPS (In Plane Switching) system in which liquid crystal molecules are operated by a horizontal electric field.

液晶表示装置に使用する配向膜を配向処理すなわち配向制御能を付与する方法として,従来技術としてラビングで処理する方法がある。このラビングによる配向処理は,配向膜を布で擦ることで配向処理を行うものであるが、一方,配向膜に非接触で配向制御能を付与する光配向法という手法がある。IPS方式はプレティルト角が小さいほうが性能的には優れているので、光配向法が有利である。   As a method for imparting an alignment treatment, that is, an alignment control ability, to an alignment film used in a liquid crystal display device, there is a conventional method of rubbing. The alignment treatment by rubbing is performed by rubbing the alignment film with a cloth. On the other hand, there is a technique called a photo-alignment method that imparts alignment control ability to the alignment film in a non-contact manner. Since the IPS method is superior in performance when the pretilt angle is small, the photo-alignment method is advantageous.

「特許文献1」には配向膜を2層構造にして、液晶層と接する層には、光配向性に優れたポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドとし、下層には電荷を逃がすために、低抵抗化し易いポリアミド酸を前駆体とするポリイミドを使用することが記載されている。   In “Patent Document 1”, the alignment film has a two-layer structure, the layer in contact with the liquid crystal layer is made of polyimide having a polyamic acid ester excellent in photo-alignment property as a precursor, and the lower layer is used to release charges. It is described that a polyimide having a precursor of polyamic acid which is easily reduced in resistance is used.

「特許文献2」には、配向膜を2層構造にして、液晶層と接する層には、光配向性に優れたポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドとし、下層には、光によって分解せず、機械的な強度が強い、シクロブタンを有しないポリアミド酸を前駆体とするポリイミドを使用することが記載されている。「特許文献2」によれば、下層の配向膜の機械的な強度が大きいために、光配向において、配向安定性を高く維持することが出来る。   In “Patent Document 2”, the alignment film has a two-layer structure, the layer in contact with the liquid crystal layer is a polyimide having a polyamic acid ester excellent in photo-alignment as a precursor, and the lower layer is decomposed by light. In addition, it is described that a polyimide having a high mechanical strength and a polyamic acid having no cyclobutane as a precursor is used. According to “Patent Document 2”, since the mechanical strength of the lower alignment film is high, alignment stability can be maintained high in the photo-alignment.

特開2010−072011号公報JP 2010-072011 A 特願2010−032443号公報Japanese Patent Application No. 2010-032443

液晶表示装置では、同じパターンを長時間表示していると、そのパターンが画面に焼きつくという現象がある。例えば、図8に示すように、白と黒にチェッカーフラグパターンを100時間程表示する。このとき、チェッカーフラグパターンにおける白は最大輝度となっている。その後、画面全体を例えば31階調/256階調のグレイパターンにするとチェッカーフラグパターンが残像として残る。白を表示した部分と黒を表示した部分の輝度の変化率が1%以上あると、人間の眼は残像として認識することが出来る。この現象にはDC残像と呼ばれる残像が含まれている。   In the liquid crystal display device, when the same pattern is displayed for a long time, the pattern burns on the screen. For example, as shown in FIG. 8, the checker flag pattern is displayed in white and black for about 100 hours. At this time, white in the checker flag pattern has the maximum luminance. Thereafter, when the entire screen is made a gray pattern of, for example, 31 gradations / 256 gradations, the checker flag pattern remains as an afterimage. If the rate of change in luminance between the portion displaying white and the portion displaying black is 1% or more, the human eye can recognize it as an afterimage. This phenomenon includes an afterimage called a DC afterimage.

これは、映像を切り換えても配向膜や絶縁膜に前のパターンによる電荷が残るためであり、時間と共にこの電荷は消失する。しがって、時間が経過すると、このDC残像は消える。しかし、DC残像が存在すると画質を低下させるので、DC残像は早く消失させることが望ましい。   This is because even if the image is switched, the charge of the previous pattern remains in the alignment film and the insulating film, and this charge disappears with time. Therefore, when time elapses, this DC afterimage disappears. However, the presence of a DC afterimage degrades the image quality, so it is desirable that the DC afterimage disappear quickly.

「特許文献1」では、IPS方式において、配向膜を2層にし、下層に低抵抗の層を配置することによって、配向膜全体の電気抵抗を下げ、配向膜に蓄積された電荷の解消を早めている。この時、下層に光導電性をもたせると、より効率的に電荷を逃がすことが出来ると記載されている。図9は、この効果を示す図であり、点線で示すBは配向膜の電気抵抗が高い場合の残像の変化を示す図であり、実線Aは下層膜の電気抵抗が低い場合の残像の変化を示す図である。図9に示すように、下層膜の電気抵抗が低いと早期に残像が消失する。   In “Patent Document 1”, in the IPS system, the alignment film is made into two layers, and a low resistance layer is arranged as a lower layer, thereby lowering the electrical resistance of the entire alignment film and accelerating the elimination of charges accumulated in the alignment film. ing. At this time, it is described that if the lower layer has photoconductivity, electric charges can be released more efficiently. FIG. 9 is a diagram showing this effect. B shown by a dotted line is a diagram showing a change in afterimage when the electrical resistance of the alignment film is high, and a solid line A is a change in afterimage when the electrical resistance of the lower layer film is low. FIG. As shown in FIG. 9, the afterimage disappears early when the electrical resistance of the lower layer film is low.

ところが、残像が早期に消失した後、新たに残像が生ずる現象が現れた。以後これを第2のDC残像という。図10にこの現象を示す。図10は4個のサンプルについての残像を評価した図である。図10は図8に示すチェッカーフラグパターンを100時間表示し、その後、31階調/256階調のグレイパターンを表示した場合に画面に残る残像のレベルを評価したものである。   However, after the afterimage disappeared early, a phenomenon that a new afterimage appeared. Hereinafter, this is referred to as a second DC afterimage. FIG. 10 shows this phenomenon. FIG. 10 is a diagram in which afterimages of four samples are evaluated. FIG. 10 shows an evaluation of the level of afterimage remaining on the screen when the checker flag pattern shown in FIG. 8 is displayed for 100 hours and then a gray pattern of 31 gradations / 256 gradations is displayed.

図10の横軸はチェッカーフラグパターンを100時間表示後、グレイパターンに切り換えてからの時間tである。縦軸MDは、チェッカーフラグパターンにおいて、白だった部分と黒だった部分の輝度の変化率である。図10において、輝度変化率が1%程度以下になると残像が消失したと考えてよい。図10に示すように、4個のサンプルとも、15分程度で、輝度の変化率が1%程度以下となり、一旦残像が消失する。   The horizontal axis in FIG. 10 represents the time t after the checker flag pattern is displayed for 100 hours and then switched to the gray pattern. The vertical axis MD represents the rate of change in luminance between the white portion and the black portion in the checker flag pattern. In FIG. 10, it may be considered that the afterimage has disappeared when the luminance change rate is about 1% or less. As shown in FIG. 10, in all four samples, the luminance change rate becomes about 1% or less in about 15 minutes, and the afterimage disappears once.

しかし、その後、図10に示すように、残像が再び生ずる現象を生じた。この第2のDC残像の発生は30分を過ぎて生じ、300分くらいまで強度が増す。このような第2のDC残像は240分〜480分程度で特に強くなる。この第2のDC残像は、チェッカーフラッグの表示時間が100時間でなくても、10時間程度以上であれば生ずることが分かっている。本発明の課題は、このような第2のDC残像の発生を対策するものである。   However, after that, as shown in FIG. The generation of the second DC afterimage occurs after 30 minutes, and the intensity increases up to about 300 minutes. Such a second DC afterimage becomes particularly strong in about 240 minutes to 480 minutes. This second DC afterimage has been found to occur if the checker flag display time is not 100 hours but is about 10 hours or longer. An object of the present invention is to prevent the occurrence of such second DC afterimage.

本発明は上記課題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。すなわち、液晶を配向させる配向膜を上層と下層の2層構造とする。液晶と接する上層を光配向膜とし、ポリアミド酸エステルを前駆体として形成する。下層は上層よりも電気抵抗が低いが、光導電特性も小さいものとする。下層は、PMDAを原料とするポリアミド酸を用いず、スルホン酸基またはカルボキシル基を含むポリアミド酸を前駆体として形成する。スルホン酸基もカルボキシル基も含まない場合には、対向電極と画素電極の間に存在する層間絶縁膜の厚さを770nm以上とする。   The present invention overcomes the above-described problems, and specific means are as follows. That is, the alignment film for aligning the liquid crystal has a two-layer structure of an upper layer and a lower layer. An upper layer in contact with the liquid crystal is formed as a photo-alignment film, and a polyamic acid ester is formed as a precursor. The lower layer has a lower electrical resistance than the upper layer, but also has a low photoconductive property. The lower layer is formed using a polyamic acid containing a sulfonic acid group or a carboxyl group as a precursor without using a polyamic acid made of PMDA as a raw material. When neither a sulfonic acid group nor a carboxyl group is contained, the thickness of the interlayer insulating film existing between the counter electrode and the pixel electrode is set to 770 nm or more.

本発明によれば、最初のDC残像が生じた後、第2のDC残像が生ずることを防止することが出来るので、高画質の液晶表示装置を実現することが出来る。   According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of the second DC afterimage after the first DC afterimage has occurred, so that a high-quality liquid crystal display device can be realized.

IPS方式の液晶表示装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of an IPS liquid crystal display device. 図1の画素の平面図である。It is a top view of the pixel of FIG. 本発明による配向膜の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the alignment film by this invention. 画素付近の等価回路である。This is an equivalent circuit near the pixel. DC輝度緩和時定数の説明図である。It is explanatory drawing of DC brightness relaxation time constant. 下層配向膜の製造プロセスである。It is a manufacturing process of a lower alignment film. 本発明の効果を示す表である。It is a table | surface which shows the effect of this invention. DC残像の検査パターンである。This is a DC afterimage inspection pattern. DC残像の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of DC afterimage. 残像の評価結果である。It is an evaluation result of an afterimage. 第2の残像発生のメカニズムを示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the mechanism of 2nd afterimage generation. 第2の残像発生のメカニズムを示す等価回路である。It is an equivalent circuit which shows the mechanism of 2nd afterimage generation.

図10で示した第2のDC残像の発生のメカニズムについて説明する。図11は液晶表示装置の断面模式図である。図11において、一番下にはバックライトBLが配置されている。バックライトBLの上に液晶パネルが存在している。液晶パネルとしては、画素部分において、下から順に、遮光膜130、対向電極108、層間絶縁膜109、画素電極110、下側配向膜113、液晶層300、上側配向膜113が記載されており、その他の液晶パネルの構成要素は省略されている。図11における、層間絶縁膜109の厚さは例えば、500nm、配向膜の厚さTAは例えば100nm、液晶層の厚さTLは例えば、4μmである。   A mechanism of generation of the second DC afterimage shown in FIG. 10 will be described. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device. In FIG. 11, a backlight BL is arranged at the bottom. A liquid crystal panel is present on the backlight BL. As the liquid crystal panel, in the pixel portion, a light shielding film 130, a counter electrode 108, an interlayer insulating film 109, a pixel electrode 110, a lower alignment film 113, a liquid crystal layer 300, and an upper alignment film 113 are described in order from the bottom. Other components of the liquid crystal panel are omitted. 11, the thickness of the interlayer insulating film 109 is, for example, 500 nm, the thickness TA of the alignment film is, for example, 100 nm, and the thickness TL of the liquid crystal layer is, for example, 4 μm.

図11において、液晶パネルの背面にバックライトBLからの光Lが照射される。バックライトBLからの光Lは遮光膜130において遮光される。配向膜113は光導電特性を有しており、バックライトBLからの光Lが照射された部分は抵抗が低下してρLのようになる。配向膜113の電気抵抗が低ければ、表面にチャージした電荷は早期に消失し、DC残像も消失する。   In FIG. 11, the light L from the backlight BL is irradiated to the back surface of the liquid crystal panel. Light L from the backlight BL is shielded by the light shielding film 130. The alignment film 113 has photoconductive properties, and the portion irradiated with the light L from the backlight BL is reduced in resistance to be ρL. If the electrical resistance of the alignment film 113 is low, the charge charged on the surface disappears early and the DC afterimage disappears.

一方、バックライトBLからの光Lが透過しない部分では、配向膜113の電気抵抗は高いままで、ρHである。したがって、この部分の配向膜113にチャージした電荷は消失するのに時間がかかる。しかし、遮光された部分は画像を形成しない部分なので、DC残像には影響が無い。   On the other hand, in the portion where the light L from the backlight BL is not transmitted, the electrical resistance of the alignment film 113 remains high and is ρH. Therefore, it takes time for the charges charged in this portion of the alignment film 113 to disappear. However, since the shaded portion does not form an image, the DC afterimage is not affected.

ところが、この遮光部分においてチャージした電荷が、バックライトの透過部の配向膜113に移動し、所定の時間経過すると、透過部の配向膜113を再び帯電させ、第2のDC残像を生じさせることがわかった。図12はこれを示す等価回路である。図12において、対向電極108の上に絶縁層109を介して画素電極110が形成されている。画素電極110は、配向膜113と液晶層300を介し、さらに容量を介して対向基板と接続している。図12における右側が透過部TRであり、左側が遮光部SHである。   However, the charge charged in the light-shielding portion moves to the alignment film 113 in the transmissive portion of the backlight, and after a predetermined time has elapsed, the alignment film 113 in the transmissive portion is charged again to generate a second DC afterimage. I understood. FIG. 12 is an equivalent circuit showing this. In FIG. 12, a pixel electrode 110 is formed on the counter electrode 108 with an insulating layer 109 interposed therebetween. The pixel electrode 110 is connected to the counter substrate through the alignment film 113 and the liquid crystal layer 300 and further through a capacitor. The right side in FIG. 12 is the transmission part TR, and the left side is the light shielding part SH.

図12において、液晶層は容量CLと抵抗RLが並列接続した回路で代表させ、配向膜は抵抗RAとして代表させている。配向膜と対向電極の間の容量はCACであり、CACのリーク抵抗はRACである。CACに帯電した電荷がDC残像の原因となる。   In FIG. 12, the liquid crystal layer is represented by a circuit in which a capacitor CL and a resistor RL are connected in parallel, and the alignment film is represented by a resistor RA. The capacitance between the alignment film and the counter electrode is CAC, and the leakage resistance of CAC is RAC. The charge charged in the CAC causes a DC afterimage.

ところで、抵抗RAは透過部においては、光導電特性のために抵抗が低下し、例えば、1013Ωcmである。一方、遮光部においては、光導電による抵抗の低下が無いので、抵抗RAは例えば、1014Ωcmである。したがって、透過部における電荷は抵抗RACを通して早期に消失し、残像も早期に消失する。 By the way, the resistance RA is reduced in the transmission portion due to photoconductive characteristics, for example, 10 13 Ωcm. On the other hand, the resistance RA is, for example, 10 14 Ωcm because there is no decrease in resistance due to photoconductivity in the light shielding portion. Therefore, the electric charge in the transmission part disappears early through the resistor RAC, and the afterimage disappears early.

しかし、遮光部においては、配向膜113の抵抗が高く、長時間配向膜上に電荷が帯電している。この電荷が矢印で示すように、透過部における配向膜113に移動し、透過部における配向膜を再び帯電させ、第2のDC残像を生じさせる。遮光部から透過部への電荷の移動は、電荷が厚さ方向ではなく、面方向に移動するので、抵抗が非常に大きく、電荷の移動に時間がかかるので、第2のDC残像は、通常のDC残像が無くなったあとに現れることになる。   However, in the light shielding portion, the resistance of the alignment film 113 is high, and the charge is charged on the alignment film for a long time. As indicated by the arrow, the charge moves to the alignment film 113 in the transmissive portion, and the alignment film in the transmissive portion is charged again, thereby generating a second DC afterimage. The movement of the charge from the light shielding part to the transmission part is very large in resistance because the charge moves not in the thickness direction but in the surface direction, and the movement of the charge takes time. Appears after the DC afterimage disappears.

本発明は、以下に実施例で示すような、発明によってこのような、第2のDC残像が生ずることを防止するものである。   The present invention prevents such a second DC afterimage from being generated by the invention as will be described in the following examples.

図1はIPS方式の液晶表示装置の表示領域における構造を示す断面図である。図1の構造は、現在広く使用されている構造であって、簡単に言えば、平面ベタで形成された対向電極108の上に絶縁膜109を挟んで櫛歯状の画素電極110が形成されている。そして、画素電極110と対向電極108の間の電圧によって液晶分子301を回転させることによって画素毎に液晶層300の光の透過率を制御することにより画像を形成するものである。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure in a display region of an IPS liquid crystal display device. The structure shown in FIG. 1 is a structure that is widely used at present. To put it simply, a comb-like pixel electrode 110 is formed on a counter electrode 108 formed with a flat solid surface with an insulating film 109 interposed therebetween. ing. Then, an image is formed by controlling the light transmittance of the liquid crystal layer 300 for each pixel by rotating the liquid crystal molecules 301 by the voltage between the pixel electrode 110 and the counter electrode 108.

図1において、ガラスで形成されるTFT基板100の上に、ゲート電極101が形成されている。ゲート電極101は走査線と同層で形成されている。ゲート電極101はAlNd合金の上にMoCr合金が積層されている。   In FIG. 1, a gate electrode 101 is formed on a TFT substrate 100 made of glass. The gate electrode 101 is formed in the same layer as the scanning line. The gate electrode 101 has a MoCr alloy laminated on an AlNd alloy.

ゲート電極101を覆ってゲート絶縁膜102がSiNによって形成されている。ゲート絶縁膜102の上に、ゲート電極101と対向する位置に半導体層103がa−Si膜によって形成されている。a−Si膜はTFTのチャネル部を形成するが、チャネル部を挟んでa−Si膜上にドレイン電極104とソース電極105が形成される。なお、a−Si膜とドレイン電極104あるいはソース電極105との間には図示しないn+Si層が形成される。半導体層とドレイン電極104あるいはソース電極105とのオーミックコンタクトを取るためである。   A gate insulating film 102 is formed of SiN so as to cover the gate electrode 101. A semiconductor layer 103 is formed of an a-Si film on the gate insulating film 102 at a position facing the gate electrode 101. The a-Si film forms the channel portion of the TFT, and the drain electrode 104 and the source electrode 105 are formed on the a-Si film with the channel portion interposed therebetween. Note that an n + Si layer (not shown) is formed between the a-Si film and the drain electrode 104 or the source electrode 105. This is to make ohmic contact between the semiconductor layer and the drain electrode 104 or the source electrode 105.

ドレイン電極104は映像信号線が兼用し、ソース電極105は画素電極110と接続される。ドレイン電極104もソース電極105も同層で同時に形成される。本実施例では、ドレイン電極104あるいはソース電極105はMoCr合金で形成される。ドレイン電極104あるいはソース電極105の電気抵抗を下げたい場合は、例えば、AlNd合金をMoCr合金でサンドイッチした電極構造が用いられる。   The drain electrode 104 is also used as a video signal line, and the source electrode 105 is connected to the pixel electrode 110. The drain electrode 104 and the source electrode 105 are simultaneously formed in the same layer. In this embodiment, the drain electrode 104 or the source electrode 105 is made of a MoCr alloy. In order to lower the electrical resistance of the drain electrode 104 or the source electrode 105, for example, an electrode structure in which an AlNd alloy is sandwiched between MoCr alloys is used.

TFTを覆って無機パッシベーション膜106がSiNによって形成される。無機パッシベーション膜106はTFTの、特にチャネル部を不純物401から保護する。無機パッシベーション膜106の上には有機パッシベーション膜107が形成される。有機パッシベーション膜107はTFTの保護と同時に表面を平坦化する役割も有するので、厚く形成される。厚さは1μmから4μmである。   An inorganic passivation film 106 is formed of SiN so as to cover the TFT. The inorganic passivation film 106 protects the TFT, particularly the channel portion, from the impurities 401. An organic passivation film 107 is formed on the inorganic passivation film 106. The organic passivation film 107 has a role of flattening the surface at the same time as protecting the TFT, and thus is formed thick. The thickness is 1 μm to 4 μm.

有機パッシベーション膜107の上には対向電極108が形成される。対向電極108は透明導電膜であるITO(Indium Tin Oxide)を表示領域全体にスパッタリングすることによって形成される。すなわち、対向電極108は面状に形成される。対向電極108を全面にスパッタリングによって形成した後、画素電極110とソース電極105を導通するためのスルーホール111部だけは対向電極108をエッチングによって除去する。   A counter electrode 108 is formed on the organic passivation film 107. The counter electrode 108 is formed by sputtering ITO (Indium Tin Oxide), which is a transparent conductive film, over the entire display region. That is, the counter electrode 108 is formed in a planar shape. After the counter electrode 108 is formed on the entire surface by sputtering, the counter electrode 108 is removed by etching only in the through hole 111 portion for conducting the pixel electrode 110 and the source electrode 105.

対向電極108を覆って層間絶縁膜109がSiNによって形成される。層間絶縁膜109が形成された後、エッチングによってスルーホール111を形成する。この層間絶縁膜109をレジストにして無機パッシベーション膜106をエッチングしてスルーホール111を形成する。その後、層間絶縁膜109およびスルーホール111を覆って画素電極110となるITOをスパッタリングによって形成する。スパッタリングしたITOをパターニングして画素電極110を形成する。画素電極110となるITOはスルーホール111にも被着される。スルーホール111において、TFTから延在してきたソース電極105と画素電極110が導通し、映像信号が画素電極110に供給されることになる。   An interlayer insulating film 109 is formed of SiN so as to cover the counter electrode 108. After the interlayer insulating film 109 is formed, a through hole 111 is formed by etching. The through hole 111 is formed by etching the inorganic passivation film 106 using the interlayer insulating film 109 as a resist. Thereafter, an ITO film that covers the interlayer insulating film 109 and the through hole 111 and becomes the pixel electrode 110 is formed by sputtering. The pixel electrode 110 is formed by patterning the sputtered ITO. ITO serving as the pixel electrode 110 is also deposited on the through hole 111. In the through hole 111, the source electrode 105 extending from the TFT and the pixel electrode 110 become conductive, and a video signal is supplied to the pixel electrode 110.

図2に画素電極110の1例を示す。画素電極110は、櫛歯状の電極である。画素電極110の両側には映像信号線1041が存在している。櫛歯と櫛歯の間にスリット112が形成されている。画素電極110の下方には、平面状の対向電極108が形成されている。画素電極110に映像信号が印加されると、スリット112を通して対向電極108との間に生ずる電気力線によって液晶分子301が回転する。これによって液晶層300を通過する光を制御して画像を形成する。   FIG. 2 shows an example of the pixel electrode 110. The pixel electrode 110 is a comb-like electrode. Video signal lines 1041 exist on both sides of the pixel electrode 110. A slit 112 is formed between the comb teeth. A planar counter electrode 108 is formed below the pixel electrode 110. When a video signal is applied to the pixel electrode 110, the liquid crystal molecules 301 are rotated by electric lines of force generated between the counter electrode 108 through the slit 112. As a result, light passing through the liquid crystal layer 300 is controlled to form an image.

図2において、画素電極110はTFTのソース電極105とスルーホール111を介して接続している。ソース電極105と画素電極110はオーバーラップしている。ソース電極105は金属で形成されているので、ソース電極105と画素電極110がオーバーラップしている部分では画素電極110の上に形成される配向膜113にはバックライトの光は照射されない。配向膜113は光導電特性を有しているので、ソース電極105とオーバーラップした部分では、しない部分に比較して配向膜113の抵抗が高くなる。   In FIG. 2, the pixel electrode 110 is connected to the TFT source electrode 105 through a through hole 111. The source electrode 105 and the pixel electrode 110 overlap. Since the source electrode 105 is formed of metal, the alignment film 113 formed on the pixel electrode 110 is not irradiated with backlight light in a portion where the source electrode 105 and the pixel electrode 110 overlap. Since the alignment film 113 has photoconductive characteristics, the resistance of the alignment film 113 is higher in the portion overlapping the source electrode 105 than in the portion not overlapping.

画素電極110の上には液晶分子301を配向させるための配向膜113が形成されている。本発明においては、配向膜113は、液晶層300と接する光配向膜1131と、光配向膜1131の下層に形成される低抵配向膜1132の2層構造となっている。配向膜の113の構成については、後で詳細に説明する。   An alignment film 113 for aligning liquid crystal molecules 301 is formed on the pixel electrode 110. In the present invention, the alignment film 113 has a two-layer structure of a photo-alignment film 1131 in contact with the liquid crystal layer 300 and a low-alignment film 1132 formed under the photo-alignment film 1131. The configuration of the alignment film 113 will be described in detail later.

図1において、液晶層300を挟んで対向基板200が設置されている。対向基板200の内側には、カラーフィルタ201が形成されている。カラーフィルタ201は画素毎に、赤、緑、青のカラーフィルタ201が形成されており、カラー画像が形成される。カラーフィルタ201とカラーフィルタ201の間にはブラックマトリクス202が形成され、画像のコントラストを向上させている。なお、ブラックマトリクス202はTFTの遮光膜としての役割も有し、TFTに光電流が流れることを防止している。   In FIG. 1, a counter substrate 200 is provided with a liquid crystal layer 300 interposed therebetween. A color filter 201 is formed inside the counter substrate 200. The color filter 201 is formed with red, green, and blue color filters 201 for each pixel, and a color image is formed. A black matrix 202 is formed between the color filters 201 to improve the contrast of the image. Note that the black matrix 202 also has a role as a light shielding film of the TFT, and prevents a photocurrent from flowing through the TFT.

カラーフィルタ201およびブラックマトリクス202を覆ってオーバーコート膜203が形成されている。カラーフィルタ201およびブラックマトリクス202の表面は凹凸となっているために、オーバーコート膜203によって表面を平らにしている。   An overcoat film 203 is formed to cover the color filter 201 and the black matrix 202. Since the surface of the color filter 201 and the black matrix 202 is uneven, the surface is flattened by the overcoat film 203.

オーバーコート膜203の上には、液晶の初期配向を決めるための配向膜113が形成されている。対向基板側の配向膜113もTFT基板側の配向膜113と同様に、液晶層300と接する光配向膜1131と、光配向膜1131の下層に形成される低抵抗配向膜1132の2層構造となっている。対向基板200の外側には液晶パネル内部の電位を安定化するために、外部導電膜210が形成され、この外部導電膜210に所定の電圧を印加している。   On the overcoat film 203, an alignment film 113 for determining the initial alignment of the liquid crystal is formed. Similarly to the alignment film 113 on the TFT substrate side, the alignment film 113 on the counter substrate side has a two-layer structure of a photo-alignment film 1131 in contact with the liquid crystal layer 300 and a low-resistance alignment film 1132 formed under the photo-alignment film 1131. It has become. An external conductive film 210 is formed outside the counter substrate 200 in order to stabilize the potential inside the liquid crystal panel, and a predetermined voltage is applied to the external conductive film 210.

図3は本発明による配向膜113を示す模式図である。図3において、配向膜113は画素電極110の上に形成され、光配向膜113である上層配向膜1131と、上層配向膜1131よりも抵抗が低い下層配向膜1132から形成されている。   FIG. 3 is a schematic view showing an alignment film 113 according to the present invention. In FIG. 3, the alignment film 113 is formed on the pixel electrode 110, and is formed of an upper alignment film 1131 that is a photo alignment film 113 and a lower alignment film 1132 that has a lower resistance than the upper alignment film 1131.

上層配向膜1131は光配向性の優れたポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドで形成されている。化学式(1)は光配向性の優れたポリアミド酸エステルの構造式である。   The upper alignment film 1131 is formed of polyimide having a precursor of a polyamic acid ester having excellent photo-alignment properties. Chemical formula (1) is a structural formula of a polyamic acid ester having excellent photoalignment properties.

Figure 2014167643
Figure 2014167643

化学式(1)において、R1は、それぞれ独立に炭素数1〜8のアルキル基であり、R2は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ビニル基(−(CH2)m−CH=CH2,m=0,1,2)又はアセチル基(−(CH2)m−C≡CH,m=0,1,2)であり、Arは芳香族化合物である。 In the chemical formula (1), each R1 is independently an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and each R2 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, a phenyl group, or a carbon atom having 1 to 6 carbon atoms. An alkyl group, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a vinyl group (— (CH 2) m —CH═CH 2, m = 0, 1, 2) or an acetyl group (— (CH 2) m —C≡CH, m = 0 , 1, 2), and Ar is an aromatic compound.

光配向性の優れたポリアミド酸エステルは光分解性の部位を有しており、このポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドに偏光された紫外線を照射すると、紫外線の偏光方向に平行なポリイミドの光分解性部位が分解され、配向膜が一軸異方性を持つようになる。このようにして形成された光配向膜は、プレティルト角がほとんどゼロである。ただし、配向膜の表面のプレティルトを測定すると、−0.1度から+0.1度程度の数値が出るが、この程度はプレティルト角がゼロであると考えて良い。特にIPS方式においては、配向膜のプレティルトをゼロに出来れば、液晶分子による光制御を効率的に行うことが出来る。   The polyamic acid ester having excellent photo-alignment property has a photodegradable site, and when irradiated with polarized ultraviolet light to the polyimide having the polyamic acid ester as a precursor, the light of the polyimide parallel to the polarization direction of the ultraviolet light is irradiated. The decomposable part is decomposed, and the alignment film has uniaxial anisotropy. The photo-alignment film thus formed has almost no pretilt angle. However, when the pretilt on the surface of the alignment film is measured, a numerical value of about -0.1 degrees to +0.1 degrees is obtained, and this degree may be considered that the pretilt angle is zero. Particularly in the IPS system, if the pretilt of the alignment film can be made zero, light control by liquid crystal molecules can be performed efficiently.

このように、ポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドからなる配向膜1131は光配向には優れた特性を示すが、電気抵抗が高く、DC残像を早期に消滅させることは難しい。そこで、本発明による配向膜では、電気抵抗をより低くすることが出来るポリアミド酸を前駆体とするポリイミドを下層配向膜1132として使用する。   As described above, the alignment film 1131 made of polyimide having a polyamic acid ester as a precursor exhibits excellent characteristics in photo-alignment, but has high electrical resistance, and it is difficult to eliminate the DC afterimage early. Therefore, in the alignment film according to the present invention, polyimide having a precursor of polyamic acid capable of lowering electrical resistance is used as the lower alignment film 1132.

このポリアミド酸を前駆体とするポリイミドからなる配向膜は、通常光導電特性を有し、光が照射されると電気抵抗が低くなる。光導電特性は、配向膜にチャージした電荷を早く逃がすことが出来るので、DC残像を早期に消失させるためには有利である。しかし、光導電特性効果によって、光が照射された部分と照射されない部分における配向膜の電気抵抗の差が大きく異なると、先に説明したような、第2のDC残像が生ずる。   This alignment film made of polyimide with polyamic acid as a precursor usually has photoconductive properties, and its electrical resistance is lowered when irradiated with light. The photoconductive property is advantageous for quickly eliminating the DC afterimage because the charge charged in the alignment film can be quickly released. However, if the difference in the electrical resistance of the alignment film between the portion irradiated with light and the portion not irradiated with the photoconductive characteristic effect is greatly different, the second DC afterimage as described above is generated.

したがって、第2のDC残像の発生を防止するには、ポリアミド酸を前駆体とするポリイミドによって形成された下層配向膜1132の光導電特性は小さいほうが良い。つまり、本発明では、下層配向膜1132の電気抵抗は上層配向膜1131の電気抵抗よりは低いほうがよいが、下層配向膜1132の光導電特性も同時に小さいほうが良い。   Therefore, in order to prevent the occurrence of the second DC afterimage, it is preferable that the lower conductive film 1132 formed of polyimide having a polyamic acid as a precursor has a small photoconductive characteristic. In other words, in the present invention, the electrical resistance of the lower alignment film 1132 should be lower than the electrical resistance of the upper alignment film 1131, but the photoconductive characteristics of the lower alignment film 1132 should also be small at the same time.

光導電特性は、照射されるバックライトからの光の強度すなわち、輝度依存性がある。例えば、輝度が10000cd/mの光を照射した場合の電気抵抗のほうが、輝度が1000cd/mの光を照射した場合の電気抵抗よりも低くなる。本発明では、1000cd/mの光を照射した場合の配向膜の電気抵抗と、10000cd/mの光を照射した場合の配向膜の電気抵抗の比が所定の値以下であることを必要とする。 The photoconductive property is dependent on the intensity of light from the irradiated backlight, that is, luminance. For example, more of the electrical resistance when the luminance is irradiated with light of 10000 cd / m 2 is lower than the electrical resistance when the luminance is irradiated with light of 1000 cd / m 2. In the present invention, the ratio of the electrical resistance of the alignment film when irradiated with light of 1000 cd / m 2 to the electrical resistance of the alignment film when irradiated with light of 10000 cd / m 2 needs to be a predetermined value or less. And

これを具体的に規定するために、DC輝度緩和時定数なるパラメータを導入する。DC輝度緩和時定数は例えば、図4に示すような等価回路を基準に求めることが出来る。図4は図1に示す液晶パネルの部分断面図である。図4のTFT基板100側において、有機パッシベーション膜107の上に対向電極108が形成され、その上に層間絶縁膜109を介して画素電極110が形成されている。画素電極110および層間絶縁膜109を覆って配向膜113が形成されている。また、対向基板200におけるオーバーコート膜203の上に配向膜113が形成され、配向膜113と配向膜113の間に液晶層が存在している。   In order to specifically define this, a parameter that is a DC luminance relaxation time constant is introduced. The DC luminance relaxation time constant can be obtained, for example, based on an equivalent circuit as shown in FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the liquid crystal panel shown in FIG. On the TFT substrate 100 side in FIG. 4, a counter electrode 108 is formed on the organic passivation film 107, and a pixel electrode 110 is formed thereon via an interlayer insulating film 109. An alignment film 113 is formed to cover the pixel electrode 110 and the interlayer insulating film 109. In addition, an alignment film 113 is formed over the overcoat film 203 in the counter substrate 200, and a liquid crystal layer exists between the alignment film 113 and the alignment film 113.

図4において、スイッチをONし、画素電極110と対向電極108の間に電圧を印加すると、図4の矢印で示すような電気力線が発生する。この電気力線によって液晶分子が回転し、液晶層300を通過する光の量が制御される。画素電極110から対向電極108にいたるまでの電界に沿って、図4に示すような等価回路が形成されていると考えることが出来る。なお、図4に示す等価回路と図17に示す等価回路は異なるモデルによるものである。   In FIG. 4, when the switch is turned on and a voltage is applied between the pixel electrode 110 and the counter electrode 108, lines of electric force as indicated by arrows in FIG. 4 are generated. The liquid crystal molecules are rotated by the lines of electric force, and the amount of light passing through the liquid crystal layer 300 is controlled. It can be considered that an equivalent circuit as shown in FIG. 4 is formed along the electric field from the pixel electrode 110 to the counter electrode 108. The equivalent circuit shown in FIG. 4 and the equivalent circuit shown in FIG. 17 are based on different models.

図4において、画素電極110からの電荷は、配向膜113、液晶層300、層間絶縁膜109を直列に移動して対向電極108に達すると考えることが出来る。各層は容量と抵抗の並列回路である。画素電極にDC電圧を印加すると、まず、各層の容量に応じてDC電圧が分割され、各層の表面に発生する。この場合、液晶の容量CLは他の容量、つまり、配向膜の容量CA、層間絶縁膜の容量CIに比べて小さい。そうすると、DC電圧を加えた瞬間は液晶層に大きな電圧が印加される。したがって、液晶パネルがノーマリブラックであれば、画面は明るくなる。   In FIG. 4, it can be considered that the charge from the pixel electrode 110 reaches the counter electrode 108 by moving the alignment film 113, the liquid crystal layer 300, and the interlayer insulating film 109 in series. Each layer is a parallel circuit of capacitance and resistance. When a DC voltage is applied to the pixel electrode, the DC voltage is first divided according to the capacitance of each layer and generated on the surface of each layer. In this case, the capacitance CL of the liquid crystal is smaller than other capacitances, that is, the capacitance CA of the alignment film and the capacitance CI of the interlayer insulating film. Then, a large voltage is applied to the liquid crystal layer at the moment when the DC voltage is applied. Therefore, if the liquid crystal panel is normally black, the screen becomes bright.

一方、各層にはリーク抵抗が存在するので、時間が経つにしたがって、各層の電位は配向膜113のリーク抵抗RA、液晶層のリーク抵抗RL、層間絶縁膜109のリーク抵抗CIによって決まる電位に集束する。つまり、液晶層300に印加される電圧は徐々に小さくなる。したがって、液晶パネルがノーマリブラックであれば、DC電圧を印加した瞬間は輝度が高くなり、その後、徐々に輝度が低下しつつ一定の明るさに近づく。   On the other hand, since leakage resistance exists in each layer, the potential of each layer is converged to a potential determined by the leakage resistance RA of the alignment film 113, the leakage resistance RL of the liquid crystal layer, and the leakage resistance CI of the interlayer insulating film 109 as time passes. To do. That is, the voltage applied to the liquid crystal layer 300 gradually decreases. Therefore, if the liquid crystal panel is normally black, the luminance increases immediately after the DC voltage is applied, and thereafter, the luminance gradually decreases and approaches a certain level of brightness.

この様子を図5に示す。図5において、横軸は時間t、縦軸は液晶表示装置の輝度である。すなわち、時間0において、図4に示す画素電極と対向電極との間にDC電圧を印加すると、液晶分子が回転して、バックライトからの光が透過して液晶表示装置における輝度が上昇する。   This is shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents the luminance of the liquid crystal display device. That is, when a DC voltage is applied between the pixel electrode and the counter electrode shown in FIG. 4 at time 0, the liquid crystal molecules rotate and light from the backlight is transmitted to increase the luminance of the liquid crystal display device.

図4の回路において説明したように、DC電圧を印加した直後は、配向膜113、液晶層300、層間絶縁膜109等の各要素の容量に応じてDC電圧が分割されるので、液晶に印加される電圧が大きい。したがって、その時点での液晶表示装置の輝度は高く、例えば、図5におけるB1である。しかし、各要素に印加される電圧は、除々に各要素のリーク抵抗によって決まる電圧に落ち着き、最終的には、輝度は図5に示すB2になる。図5に示す過度現象において、輝度B1からB2に至る時定数がDC輝度緩和時定数Tである。すなわち、図5における輝度の変化をコンデンサの放電として近似した場合、時定数Tは、初期の輝度B1から、B2+(B1−B2)×0.368になる場合の時間と定義する。ここで、0.368=1/eである。   As described in the circuit of FIG. 4, immediately after the DC voltage is applied, the DC voltage is divided according to the capacitance of each element such as the alignment film 113, the liquid crystal layer 300, the interlayer insulating film 109, etc. The voltage is large. Therefore, the luminance of the liquid crystal display device at that time is high, for example, B1 in FIG. However, the voltage applied to each element gradually settles at a voltage determined by the leakage resistance of each element, and finally the luminance becomes B2 shown in FIG. In the transient phenomenon shown in FIG. 5, the time constant from the luminance B1 to B2 is the DC luminance relaxation time constant T. That is, when the change in luminance in FIG. 5 is approximated as a capacitor discharge, the time constant T is defined as the time when the initial luminance B1 becomes B2 + (B1−B2) × 0.368. Here, 0.368 = 1 / e.

DC輝度緩和時定数Tは、図4に示すように、各要素のリーク抵抗の大きさによって変化する。配向膜には光導電性があるので、光導電性を生じさせ易い光が照射された場合と、光導電性を生じさせにくい光が照射された場合とでは、配向膜のリーク抵抗が異なり、DC輝度緩和時定数Tも異なる。   As shown in FIG. 4, the DC luminance relaxation time constant T varies depending on the magnitude of the leakage resistance of each element. Since the alignment film has photoconductivity, the leakage resistance of the alignment film differs between when irradiated with light that easily causes photoconductivity and when irradiated with light that does not easily cause photoconductivity. The DC luminance relaxation time constant T is also different.

光導電性は高輝度の光、例えば、10000cd/mの光を照射する場合の方が、低輝度の光、例えば、1000cd/mの光を照射する場合よりも効果が大きい。すなわち、輝度の高い光を照射するほうが配向膜の抵抗は小さくなる。つまり、図5に示すDC輝度緩和時定数Tは1000cd/mの光を照射した場合は大きく、例えば、T1であり、10000cd/mの光を照射した場合は小さく、例えば、T2である。 Photoconductivity high intensity of light, for example, towards the case of irradiation with light of 10000 cd / m 2 is under a low intensity of light, for example, is larger effect than the case of irradiation with light of 1000 cd / m 2. That is, the resistance of the alignment film is reduced by irradiating light with high luminance. That is, the DC luminance relaxation time constant T shown in FIG. 5 is large when irradiated with light of 1000 cd / m 2 , for example, T1, and small when irradiated with light of 10000 cd / m 2 , for example, T2. .

本発明においては、バックライトによる可視光を照射した時の配向膜の光導電性は小さいほうがよい。配向膜の光導電性を評価する方法は、低輝度、例えば1000cd/m、を照射した場合のDC輝度緩和時定数T1と、高輝度、例えば10000cd/m、を照射した場合のDC輝度緩和時定数T2との比によって評価する方法である。すなわち、T1とT2の差が大きいほど、光導電性がより顕著であるといえる。 In the present invention, the photoconductivity of the alignment film when irradiated with visible light from a backlight is better. The method for evaluating the photoconductivity of the alignment film includes a DC luminance relaxation time constant T1 when irradiated with low luminance, for example, 1000 cd / m 2 , and DC luminance when irradiated with high luminance, for example, 10000 cd / m 2 . This is a method of evaluation based on the ratio to the relaxation time constant T2. That is, it can be said that the greater the difference between T1 and T2, the more remarkable is the photoconductivity.

以上の知見を基に、第2のDC残像を評価した結果、輝度Iの光を照射した場合のDC輝度緩和時定数T1と、輝度I×10の光を照射した場合のDC輝度緩和時定数T2との比、T1/T2が3以下である配向膜を用いることによって、第2の残像が生ずる現象を防止できることがわかった。   As a result of evaluating the second DC afterimage based on the above knowledge, the DC luminance relaxation time constant T1 when irradiated with light of luminance I and the DC luminance relaxation time constant when irradiated with light of luminance I × 10 are obtained. It has been found that the use of an alignment film having a ratio of T2 to T1 / T2 of 3 or less can prevent the phenomenon of the second afterimage.

一方、第2のDC残像が顕著に検出されるのは、通常のDC残像が30分以下というように短い場合である。この現象を低輝度の光で代表させて評価する。つまり、本発明は、1000cd/mの光を照射した場合のDC輝度緩和時定数T1が30分以下の場合に、特に効果があるといえる。 On the other hand, the second DC afterimage is detected prominently when the normal DC afterimage is as short as 30 minutes or less. This phenomenon is evaluated by representing light with low brightness. That is, the present invention is particularly effective when the DC luminance relaxation time constant T1 when irradiated with light of 1000 cd / m 2 is 30 minutes or less.

本発明においては、配向膜は2層であるが、以上の説明は、2層の配向膜全体としての評価である。しかし、実際には、上層の配向膜は、光配向特性の要請から、材料を大きく変えることが出来る余地は小さい。これに対して下層の配向膜は、第2のDC残像を小さくするように材料を変化させる余地は大きい。   In the present invention, the alignment film has two layers, but the above description is an evaluation of the entire two-layer alignment film. However, in reality, the upper alignment film has little room for greatly changing the material because of the demand for photo-alignment characteristics. On the other hand, the lower alignment film has a large room for changing the material so as to reduce the second DC afterimage.

下層配向膜はポリアミド酸を前駆体とするポリイミドからなる配向膜である。図6は、配向膜の形成を示す構造式である。図6に示すように、酸二無水物とジアミンを混合するとポリアミド酸が形成される。このポリアミド酸を加熱することによってイミド化し、ポリイミドが生成され、これが下層の配向膜となる。通常の加熱プロセスでは、ポリアミド酸は100%イミド化されるのではなく、10%から50%は未反応物として残る。なお、上層配向膜1131と下層配向膜1132は別々に作製する必要はなく、上層の配向膜の前駆体であるポリアミド酸エステルと下層の配向膜の前駆体であるポリアミド酸を混合した液を塗布すると、その後の乾燥(レベリング)工程において、それらが下層と上層に分かれるので、上層1131と下層1132を同時に形成することが出来る。   The lower alignment film is an alignment film made of polyimide having polyamic acid as a precursor. FIG. 6 is a structural formula showing the formation of the alignment film. As shown in FIG. 6, when acid dianhydride and diamine are mixed, polyamic acid is formed. By heating this polyamic acid, it imidizes and a polyimide is produced | generated and this becomes a lower alignment film. In a normal heating process, the polyamic acid is not 100% imidized and 10% to 50% remains unreacted. The upper alignment film 1131 and the lower alignment film 1132 do not need to be prepared separately, and a liquid in which the polyamic acid ester that is the precursor of the upper alignment film and the polyamic acid that is the precursor of the lower alignment film is mixed is applied. Then, in the subsequent drying (leveling) step, since they are divided into a lower layer and an upper layer, the upper layer 1131 and the lower layer 1132 can be formed simultaneously.

図6において、酸二無水物の構造式におけるAの部分は、化学式(2)あるいは化学式(3)に示す物質であることが望ましい。   In FIG. 6, the portion A in the structural formula of acid dianhydride is preferably a substance represented by chemical formula (2) or chemical formula (3).

Figure 2014167643
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Figure 2014167643
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従来は、酸二無水物のAの部分として化学式(4)に示すようなベンゼン環、すなわちPMDA(Pyromellitic Dianhyderide)が使用されてきた。   Conventionally, a benzene ring as shown in chemical formula (4), that is, PMDA (pyromeric dihydride) has been used as the A portion of acid dianhydride.

Figure 2014167643
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しかし、酸二無水物としてPMDAを用いると、形成された配向膜は光導電性が強くなり、第2の残像を生じやすくなる。したがって、本発明における下層の配向膜には、図6の酸二無水物の構造式に示すAとしてベンゼン環、すなわちPMDAを使用しない。 However, when PMDA is used as the acid dianhydride, the formed alignment film has high photoconductivity and tends to generate a second afterimage. Therefore, in the lower alignment film in the present invention, a benzene ring, that is, PMDA is not used as A shown in the structural formula of acid dianhydride in FIG.

図6のジアミンにおけるBの部分は、例えばベンゼン環であり、ジアミンの具体的な構造式の例を化学式(5)に示す。   The portion B in the diamine of FIG. 6 is, for example, a benzene ring, and an example of a specific structural formula of diamine is shown in chemical formula (5).

Figure 2014167643
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本発明では、好ましいポリアミド酸の他の例として、スルホン酸基またはカルボキシル基の導入されたジアミンを用いる。このようなジアミンの構成を化学式(6)、化学式(7)、化学式(8)、化学式(9)、化学式(10)、化学式(11)に示す。   In the present invention, as another example of a preferable polyamic acid, a diamine having a sulfonic acid group or a carboxyl group introduced is used. The structure of such a diamine is represented by chemical formula (6), chemical formula (7), chemical formula (8), chemical formula (9), chemical formula (10), and chemical formula (11).

Figure 2014167643
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このようなポリアミド酸を用いることによって、上層のポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドからなる配向膜よりも、抵抗率が小さい、かつ、光導電性の小さい下層配向膜を形成することが出来る。   By using such a polyamic acid, it is possible to form a lower alignment film having a lower resistivity and a lower photoconductivity than an alignment film made of polyimide having a polyamic acid ester as an upper layer as a precursor.

図12で説明したように、第2の残像は、バックライトが照射されなかった配向膜に帯電した電荷が、バックライトから照射された光を受けて抵抗が小さくなった配向膜に移動することによって生ずる。この現象は層間絶縁膜の厚さの影響を受ける。   As described with reference to FIG. 12, in the second afterimage, the charge charged in the alignment film not irradiated with the backlight moves to the alignment film whose resistance is reduced by receiving the light irradiated from the backlight. Caused by. This phenomenon is affected by the thickness of the interlayer insulating film.

層間絶縁膜の厚さが大きいと、配向膜に帯電した電荷の移動がしやすくなり、その結果、第2の残像が生じにくくなる。従来、層間絶縁膜は500nm程度であるが、層間絶縁膜の厚さを770nm以上にすると、配向膜に帯電した電荷の移動が容易になり、第2の残像が生じにくくなった。   When the thickness of the interlayer insulating film is large, the charge charged in the alignment film easily moves, and as a result, the second afterimage is hardly generated. Conventionally, the interlayer insulating film has a thickness of about 500 nm. However, if the thickness of the interlayer insulating film is 770 nm or more, the charge charged in the alignment film can be easily moved, and the second afterimage is hardly generated.

図7は以上で説明した構成の第2の残像に対する効果を示すものである。図7において、種々のパラメータを変化させた13個のサンプルについて評価した。図7の表において、低抵抗成分材料は、配向膜の下層を構成する、ポリアミド酸を前駆体とした材料である。低抵抗材料成分として、前駆体であるポリアミド酸がPMDAを原料とする場合としない場合、スルホン酸基やカルボキシル基を含む場合と含まない場合を比較している。   FIG. 7 shows the effect of the configuration described above on the second afterimage. In FIG. 7, 13 samples with various parameters changed were evaluated. In the table of FIG. 7, the low-resistance component material is a material having a polyamic acid as a precursor constituting the lower layer of the alignment film. As a low-resistance material component, the case where the precursor polyamic acid is made of PMDA as a raw material is compared with the case where it does not contain sulfonic acid groups or carboxyl groups.

光配向は、配向膜に対して紫外線を照射することと配向膜を加熱する必要がある。この工程として、配向膜への紫外線の照射と加熱を同時に行う場合(図7における同時加熱)と、配向膜に紫外線を照射した後、加熱する場合(図7における後加熱)とがある。また、加熱温度として、180℃、200℃、230℃のように変化させ評価用配向膜を形成している。液晶としては、すべて同じ液晶を用いている。層間絶縁膜としては、膜厚が従来例である500nmのものと、これよりも厚い770nmのものを比較している。   For photo-alignment, it is necessary to irradiate the alignment film with ultraviolet rays and to heat the alignment film. As this process, there are a case where the alignment film is irradiated with ultraviolet rays and heating at the same time (simultaneous heating in FIG. 7), and a case where the alignment film is irradiated with ultraviolet rays and then heated (post-heating in FIG. 7). Further, the alignment film for evaluation is formed by changing the heating temperature to 180 ° C., 200 ° C., and 230 ° C. As the liquid crystal, the same liquid crystal is used. As the interlayer insulating film, a film having a thickness of 500 nm, which is a conventional example, is compared with a film having a thickness of 770 nm which is thicker than this.

以上のようにして作成した13個のサンプルに対して、図5に示すDC輝度緩和定数を、輝度が1000cd/mの光を照射した場合のDC輝度緩和時定数T1と、輝度が10000cd/mの光を照射した場合のDC輝度緩和時定数T2とを比較した。図7ではT1/T2の値も記載している。そして、各サンプルについて第2の残像の有無を評価した。 For the 13 samples prepared as described above, the DC luminance relaxation constant shown in FIG. 5 is the DC luminance relaxation time constant T1 when the light having the luminance of 1000 cd / m 2 is irradiated, and the luminance is 10,000 cd / m. comparing the DC luminance relaxation time constant T2 when irradiated with light of m 2. FIG. 7 also shows the value of T1 / T2. And the presence or absence of the 2nd afterimage was evaluated about each sample.

図7において、第2の残像が生ずる場合を×で、生じない場合を○で示している。図7に示すように、配向膜下層(低抵抗成分材料)にPMDAを原料とするポリアミド酸を前駆体として用いると全て第2の残像が現れる。また、配向膜下層(低抵抗成分材料)にPMDAを原料とするポリアミド酸を前駆体として用いない場合でも、スルホン酸基やカルボキシル基が存在せず、かつ、層間絶縁膜が従来のように500nmの場合は、第2の残像が生じている。   In FIG. 7, the case where the second afterimage occurs is indicated by x, and the case where the second afterimage does not occur is indicated by ◯. As shown in FIG. 7, the second afterimage appears when polyamic acid using PMDA as a raw material is used as a precursor for the alignment film lower layer (low resistance component material). Even when polyamic acid made of PMDA is not used as a precursor for the alignment film lower layer (low resistance component material), there is no sulfonic acid group or carboxyl group, and the interlayer insulating film is 500 nm as in the prior art. In this case, a second afterimage is generated.

これに対して、PMDAを原料とするポリアミド酸を前駆体として用いず、スルホン酸基またはカルボキシル基が存在するサンプルNo9、10、11、13は全て、第2の残像は生じていない。また、PMDAを原料とするポリアミド酸を前駆体として用いず、かつ、スルホン酸基またはカルボキシル基も存在しない場合でも、層間絶縁膜が770nmであれば、第2の残像は生じなかった。   On the other hand, the second afterimage does not occur in all of the sample Nos. 9, 10, 11, and 13 in which the polyamic acid using PMDA as a raw material is not used as a precursor and the sulfonic acid group or the carboxyl group exists. Even when the polyamic acid using PMDA as a raw material was not used as a precursor and no sulfonic acid group or carboxyl group was present, the second afterimage did not occur if the interlayer insulating film had a thickness of 770 nm.

また、光配向のプロセス、すなわち、偏光された紫外線の照射を加熱前に行うか否か、あるいは加熱温度等は、第2のDC残像に対しては有意な差は現れなかった。   In addition, there was no significant difference in the photo-alignment process, that is, whether or not the irradiation of polarized ultraviolet rays was performed before heating, the heating temperature, or the like with respect to the second DC afterimage.

以上のように、下層配向膜(低抵抗成分材料)にPMDAを原料とするポリアミド酸を前駆体として用いず、かつ、スルホン酸基またはカルボキシル基を含むポリアミド酸を用いた場合は、すべて第2の残像は生じない。一方、下層配向膜(低抵抗成分材料)にPMDAを原料とするポリアミド酸を前駆体として用いず、かつ、スルホン酸基もカルボキシル基も含まないポリアミド酸を用いた場合でも、層間絶縁膜が770nmである場合は、第2の残像は生じない。   As described above, when the polyamic acid containing PMDA as a precursor is not used as the precursor and the polyamic acid containing a sulfonic acid group or a carboxyl group is used for the lower alignment film (low resistance component material), the second is all No afterimage occurs. On the other hand, even when the lower alignment film (low resistance component material) does not use polyamic acid made of PMDA as a precursor and uses polyamic acid containing neither a sulfonic acid group nor a carboxyl group, the interlayer insulating film has a thickness of 770 nm. If this is the case, the second afterimage does not occur.

100…TFT基板、 101…ゲート電極、 102…ゲート絶縁膜、 103…半導体層、 104…ドレイン電極、 105…ソース電極、 106…無機パッシベーション膜、 107…有機パッシベーション膜、 108…対向電極、 109…層間絶縁膜、 110…画素電極、 111…スルーホール、 112…スリット、 113…配向膜、 200…対向基板、 201…カラーフィルタ、 202…ブラックマトリクス、 203…オーバーコート膜、 210…表面導電膜、 300…液晶層、 301…液晶分子、1041…映像信号線、 1131…上層配向膜、 1132…下層配向膜   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... TFT substrate 101 ... Gate electrode 102 ... Gate insulating film 103 ... Semiconductor layer 104 ... Drain electrode 105 ... Source electrode 106 ... Inorganic passivation film 107 ... Organic passivation film 108 ... Counter electrode 109 ... Interlayer insulating film, 110 ... pixel electrode, 111 ... through hole, 112 ... slit, 113 ... alignment film, 200 ... counter substrate, 201 ... color filter, 202 ... black matrix, 203 ... overcoat film, 210 ... surface conductive film, DESCRIPTION OF SYMBOLS 300 ... Liquid crystal layer, 301 ... Liquid crystal molecule | numerator, 1041 ... Video signal line, 1131 ... Upper layer alignment film, 1132 ... Lower layer alignment film

Claims (8)

液晶表示装置の配向膜に用いられる配向膜材料であって、
ポリアミド酸エステルと、
ベンゼン環を有さない酸二無水物とジアミンとから形成されたポリアミド酸とからなることを特徴とする液晶用配向膜材料。
An alignment film material used for an alignment film of a liquid crystal display device,
A polyamic acid ester;
A liquid crystal alignment film material comprising an acid dianhydride having no benzene ring and a polyamic acid formed from a diamine.
前記ベンゼン環を有さない酸二無水物とは、PMDAであることを特徴とする請求項1に記載の液晶用配向膜材料。 The alignment film material for liquid crystal according to claim 1, wherein the acid dianhydride having no benzene ring is PMDA. 前記ベンゼン環を有さない酸二無水物とは、化学式2又は化学式3を有していることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶用配向膜材料。
Figure 2014167643
Figure 2014167643
The alignment film material for liquid crystal according to claim 1, wherein the acid dianhydride having no benzene ring has a chemical formula 2 or a chemical formula 3.
Figure 2014167643
Figure 2014167643
前記ジアミンは、スルホン酸基またはカルボキシル基を含むことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の液晶用配向膜材料。 4. The alignment film material for liquid crystal according to claim 1, wherein the diamine contains a sulfonic acid group or a carboxyl group. 前記ジアミンは化学式(6)から(11)に示されたものであることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の液晶用配向膜材料。
Figure 2014167643
Figure 2014167643
Figure 2014167643
Figure 2014167643
Figure 2014167643
Figure 2014167643
5. The alignment film material for liquid crystal according to claim 1, wherein the diamine is represented by chemical formulas (6) to (11).
Figure 2014167643
Figure 2014167643
Figure 2014167643
Figure 2014167643
Figure 2014167643
Figure 2014167643
配向膜は光配向型の配向膜であり、
前記ポリアミド酸エステルは、光分解性の部位を有していることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の液晶用配向膜材料。
The alignment film is a photo-alignment type alignment film,
6. The alignment film material for liquid crystal according to claim 1, wherein the polyamic acid ester has a photodegradable portion.
前記ポリアミド酸エステルは化学式(1)で示されるものであることを特徴とする請求項6に記載の液晶用配向膜材料。
Figure 2014167643
但し、化学式(1)において、R1は、それぞれ独立に炭素数1〜8のアルキル基であり、R2は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、(−(CH2)m−CH=CH2,m=0,1,2)で示される基又は(−(CH2)m−C≡CH,m=0,1,2)で示される基であり、Arは芳香族化合物である。
The alignment film material for liquid crystal according to claim 6, wherein the polyamic acid ester is represented by the chemical formula (1).
Figure 2014167643
However, in Chemical formula (1), R1 is each independently a C1-C8 alkyl group, R2 is respectively independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, a phenyl group, C1-C1 An alkyl group having 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a group represented by (— (CH 2) m —CH═CH 2, m = 0, 1, 2) or (— (CH 2) m —C≡CH, m = 0, 1, 2), and Ar is an aromatic compound.
前記配向膜材料は、前記ポリアミド酸エステルと前記ポリアミド酸とが混合された液であることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の液晶用配向膜材料。 The alignment film material for a liquid crystal according to claim 1, wherein the alignment film material is a liquid in which the polyamic acid ester and the polyamic acid are mixed.
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