JP2015114377A

JP2015114377A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2015114377A
Application number: JP2013254208A
Authority: JP
Inventors: 絵美日向野; Emi Hyugano; 敏行日向野; Toshiyuki Hyugano; 武徳廣田; Takenori Hirota
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-06-22
Also published as: US20150160516A1

Abstract

【課題】ＤＣ残像特性を向上させるために、配向膜を下層に低抵抗成分、上層に配向成分の２層構成とすると、光透過率が低下する。
【解決手段】液晶表示装置は、ＴＦＴ基板と、対向基板と液晶層と、前記ＴＦＴ基板と前記液晶層の間に配置された第１配向膜と、前記対向基板と前記液晶層の間に配置された第２配向膜とを具備する。前記第１配向膜は光配向成分と該光配向成分の抵抗よりも低い低抵抗成分の２層構造であり、前記第２配向膜の透過率は前記第１配向膜の透過率よりも大きい。
【選択図】図４

Description

本開示は、液晶表示装置に関し、例えば配向膜を備えた液晶表示装置に適用可能である。

液晶表示装置の表示は、一対の基板間に挟まれた液晶層の液晶分子に電界を印加することにより液晶分子の配向方向を変化させ、それにより生じた液晶層の光学特性の変化により行われる。液晶表示装置では、液晶層を挟持する一対の基板の当該液晶層との界面には液晶配向制御能を付与した配向制御膜が形成される。配向制御膜はポリイミド等の有機膜からなり、配向膜ともいう。

ＤＣ残像特性を向上させるために、例えば、特開２０１１−１７００３１号公報（特許文献１）では、配向膜を下層に低抵抗成分（ポリアミド酸）、上層に配向成分（ポリアミド酸エステル）の２層構成としている。また、光透過率を向上させるために、例えば、特開２０１１−１０７４９２号公報（特許文献２）では、カラーフィルタ等を有する第２の基板に形成された第２の光配向膜の厚さを、アクティブ素子等を有する第１の基板に形成された第１の光配向膜の厚さよりも薄くしている。

特開２０１１−１７００３１号公報特開２０１１−１０７４９２号公報

特許文献１では配向膜の下層に低抵抗成分を含むため透過率を低下させてしまう。

その他の課題と新規な特徴は、本開示の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、液晶表示装置は、第１の配向膜をＴＦＴ基板と液晶層の間に、第２の配向膜をＣＦ基板と液晶層の間に有する。第２の配向膜は、第１の配向膜と異なり、電気特性に制約のない配向膜である。

上記液晶表示装置によれば、透過率を向上することができる。

実施例に係る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。画素電極示す平面図である。比較例に係る液晶表示装置の構造を示す断面模式図である。実施の形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面模式図である。

以下、実施の形態、実施例および比較例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。

図３は比較例に係る液晶表示装置の構造を示す断面模式図である。比較例に係る液晶表示装置は、配向膜１３をＴＦＴ基板１０と液晶層３０の間および対向基板２０と液晶層３０の間に有する。配向膜１３は配向成分１３_１と低抵抗成分１３_２の２層構造になっている。配向膜１３に低抵抗成分を含むため、透過率を低下させている。本明細書では、配向膜が２層構成と記載されているが、完全に２層に分離しない場合も存在する。つまり、配向膜１３は、配向成分１３_１と低抵抗成分１３_２を有するが、それらが明確に境界をもって層分離しておらず、各成分の構成比が厚み方向にわたって変化するような場合もあり、たとえば、液晶側の最表面はほとんどが配向膜成分であるが、厚み方向にしたがって配向成分１３_１と低抵抗成分１３_２が共存している場合もある。本願明細書ではこのような場合であっても２層構成と表現するものとする。

図４は実施の形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面模式図である。実施の形態に係る液晶表示装置は、配向膜１３をＴＦＴ基板１０と液晶層３０の間に、配向膜１４を対向基板２０と液晶層３０の間に有する。配向膜１４は、配向膜１３と異なり、電気特性に制約のない配向膜である。

横電界方式の液晶装置では、低抵抗成分を要求されるのはＴＦＴ基板側であることから、ＴＦＴ基板側に低抵抗成分を有する配向膜を使用し、対向基板側は電気特性に制約のない配向膜を使用することで、透過率を改善することができる。

以下の実施例では、横電界方式、つまり、ＩＰＳ方式の液晶表示装置を例に説明するが、それに限定されるものではなく、ＦＦＳ方式等の全てのＩＰＳ方式の横電界の液晶表示装置に適用することができる。

図１は実施例に係る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。液晶表示装置１はＩＰＳ方式の液晶表示装置であり、その構造は、平面ベタで形成された対向電極１０８の上に絶縁膜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（コモン電極ともいう）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。以下に図１の構造を詳しく説明する。なお、本実施例では、図１の構成を例にとって説明するが、図１以外の液晶表示装置にも適用することができる。

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は走査線と同層の金属層で形成されている。ゲート電極１０１はＳｉＮで形成される絶縁膜１０２に覆われている。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が形成されている。半導体層１０３はＴＦＴのチャネル部を形成するが、チャネル部を挟んで半導体層１０３上にソース電極１０４とドレイン電極１０５が形成される。ソース電極１０４は映像信号線が兼用し、ドレイン電極１０５は画素電極１１０と接続される。ソース電極１０４もドレイン電極１０５も同層の金属層で同時に形成される。

ＴＦＴはＳＩＮで形成される無機パッシベーション膜１０６に覆われている。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から保護する。無機パッシベーション膜１０６の上にはポリイミド樹脂等の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。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ＳｉＮで形成される絶縁膜１０９に覆われている。絶縁膜１０９およびスルーホール１１１を覆うように画素電極１１０が形成される。スルーホール１１１において、ＴＦＴから延在してきたドレイン電極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。対向電極１０８および画素電極１１０は透明導電膜であるＩＴＯで形成される。尚、無機パッシベーション膜と有機パッシベーション膜とを設けることとしているが、無機パッシベーション膜のみ、或いは、有機パッシベーション膜のみを設ける構成であってもよい。また、ＴＦＴ基板上に形成されたゲート電極上に半導体層を設けるボトムゲートの構成を開示しているが、ＴＦＴ基板上に半導体層を設け、半導体層上にゲート電極を設けるトップゲートの構成であってもよい。

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。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との間に生ずる電界によって液晶分子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。

図１はこの様子を断面図として説明したものである。櫛歯状の電極と櫛歯状の電極の間は図１に示すスリット１１２となっている。対向電極１０８には一定電圧が印加され、画素電極１１０には映像信号による電圧が印加される。画素電極１１０に電圧が印加されると図１に示すように、電気力線が発生して液晶分子３０１を電気力線の方向に回転させてバックライトからの光の透過を制御する。画素毎にバックライトからの透過が制御されるので、画像が形成されることになる。

図１の例では、有機パッシベーション膜１０７の上に、面状に形成された対向電極１０８が配置され、絶縁膜１０９の上に櫛歯電極１１０が配置されている。しかしこれとは逆に、有機パッシベーション膜１０７の上に面状に形成された画素電極１１０を配置し、絶縁膜１０９の上に櫛歯状の対向電極１０８が配置される場合もある。

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。本実施例においては、配向膜１１３は、液晶層３００と接する光配向成分１１３１と、光配向成分１１３１の下層（ＴＦＴ基板側）に形成される低抵抗成分１１３２の２層構造となっている。光配向成分１１３１がポリアミド酸エステルで、低抵抗成分１１３２がポリアミド酸で構成される。

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。

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。

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１１４が形成されている。対向基板側の配向膜１１４もＴＦＴ基板側の配向膜１１３と異なり、液晶層３００と接する光配向成分１１３１と、光配向成分１１３１の下層（対向基板側）に形成される高抵抗成分１１４２の２層構造となっている。なお、液晶表示装置１はＩＰＳ方式であるから、対向電極１０８はＴＦＴ基板１００側に形成されており、対向基板２００側には形成されていない。

図１に示すように、ＩＰＳでは、対向基板２００の内側には導電膜が形成されていない。そうすると、対向基板２００の電位が不安定になる。また、外部からの電磁ノイズが液晶層３００に侵入し、画像に対して影響を与える。このような問題を除去するために、対向基板２００の外側に表面導電膜２１０が形成される。

ポリアミド酸エステルとポリアミド酸をブレンドワニスした光配向膜材料をＴＦＴ基板１００上に印刷し、上下に２層分離、光照射、加熱イミド化等の処理を施して配向膜１１３が成膜される。なお、ポリアミド酸はポリアミド酸エステルに比較して極性が高くＩＴＯ（Indium Tin Oxide）や有機パッシベーション膜と馴染みやすいので、常にポリアミド酸１１３２が下層、ポリアミド酸エステル１１３１が上層となる。ここで、ポリアミド酸エステル１１３１は配向成分で、ポリアミド酸１１３２は低抵抗成分である。

ポリアミド酸エステルとポリアミド酸をブレンドワニスした光配向膜材料をＣＦ基板２００上に印刷し、上下に２層分離、光照射、加熱イミド化等の処理を施して配向膜１１４が成膜される。ポリアミド酸１１４２が下層、ポリアミド酸エステル１１３１が上層となる。ここで、ポリアミド酸エステル１１３１は配向成分で、ポリアミド酸１１４２は高抵抗成分である。

対向基板側の配向膜１１４の下層に透過率の高い高抵抗成分１１４２が形成されるため、ＴＦＴ基板側の配向膜１１３よりも１．５％〜３％程度透過率が高くなる。

尚、対向基板側の配向膜は、光配向成分と高抵抗成分とからなる２層の配向膜を開示しているが、高抵抗成分のみの１層構成でもよい。この場合の高抵抗、低抵抗は、ＴＦＴ基板の配向膜の低抵抗成分を基準としている。対向基板の配向膜を高抵抗成分の１層のみとした場合、ＴＦＴ基板や対向基板の光配向成分であるポリアミド酸エステルを使用してもよく、或いは、光配向機能を有する高抵抗成分からなるポリアミド酸を使用してもよい。また、より透過率を高めるため、対向基板側の配向膜の膜厚をＴＦＴ基板側の配向膜の膜厚よりも小さくしてもよい。また、ＴＦＴ側の配向膜は、低抵抗配向膜の１層構成でもよい。

ＴＦＴ基板側と対向基板側の配向膜は、光配向成分を有する光配向膜としているが、光配向成分をラビング用の配向成分とした配向膜であってもよい。例えば、ＴＦＴ基板に光配向成分と低抵抗成分とからなる配向膜を使用し、対向基板にラビング用の配向成分と高抵抗成分とからなる２層の配向膜を使用してもよい。この場合であっても、ラビング用の配向成分もＴＦＴ基板の低抵抗成分よりも高抵抗であることが望ましい。また、高抵抗成分からなる１層のラビング用の配向膜を使用してもよい。ラビング用の配向成分、高抵抗成分としては、ポリアミド酸を用いることが可能である。ＴＦＴ基板を光配向とすることにより、表面段差の大きいＴＦＴ基板であっても、段差の陰になる部分まで十分に配向させることが可能となる。このとき対向基板にラビング配向膜を全面に塗布し、ＴＦＴ基板に光配向膜をシール剤と重ならないように塗布することが望ましい。ラビング配向膜はシール材と接着性がよい。

印刷工程による配向膜切り替えは、タクトタイムが遅くなることから、配向膜の形成領域に応じて、ＴＦＴ基板側の配向膜はフレキソ印刷にて塗布し、対向基板側の配向膜はインクジェットやスピンコートで塗布してもよいし、逆にＴＦＴ基板側の配向膜をインクジェットで塗布し、対向基板側の配向膜を印刷にて塗布してもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。

１０・・・ＴＦＴ基板
１３・・・配向膜
１３_１・・・配向成分
１３_２・・・低抵抗成分
１４・・・電気的に制約のない配向膜
２０・・・対向基板
２１・・・ポリアミド酸エステル
２２・・・ポリアミド酸
１００・・・ＴＦＴ基板
１０１・・・ゲート電極
１０２・・・絶縁膜
１０３・・・半導体層
１０４・・・ソース電極
１０５・・・ドレイン電極
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・・・絶縁膜
１１０・・・画素電極
１１１・・・スルーホール
１１２・・・スリット
１１３・・・配向膜
１１４・・・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
１１３１・・・光配向成分
１１３２・・・低抵抗成分
１１４１・・・光配向成分
１１４２・・・高抵抗成分

Claims

液晶表示装置は、
ＴＦＴ基板と、
対向基板と
液晶層と、
前記ＴＦＴ基板と前記液晶層の間に配置された第１配向膜と、
前記対向基板と前記液晶層の間に配置された第２配向膜と
を具備し、
前記第１配向膜は光配向成分と該光配向成分の抵抗よりも低い低抵抗成分とを有し、
前記第２配向膜の透過率は前記第１配向膜の透過率よりも大きい。
請求項１の液晶表示装置において、
前記第１配向膜の光配向成分がポリアミド酸エステルであり、かつ前記第１配向膜の低抵抗成分がポリアミド酸である。
請求項２の液晶表示装置において、
前記第２配向膜は前記第１配向膜の低抵抗成分よりも高抵抗の成分を有する。
請求項３の液晶表示装置において、
前記第２配向膜の高抵抗成分が光配向された膜である。
請求項４の液晶表示装置において、
前記第２配向膜の高抵抗成分はポリアミド酸エステルである。
請求項３の液晶表示装置において、
前記第２配向膜がラビング処理された配向膜である。
請求項３の液晶表示装置において、
前記第１配向膜はフレキソ印刷法で塗布した配向膜であり、前記第２配向膜はインクジェットで塗布した配向膜である。
請求項３の液晶表示装置において、
前記第１配向膜はインクジェットで塗布された膜であり、前記第２配向膜はフレキソ印刷で塗布した配向膜である。
請求項３の液晶表示装置において、
前記第２配向膜は２層になっている配向膜である。
請求項１の液晶表示装置において、
前記光配向成分と前記低抵抗成分とは２層に層分離されている。