JP2018141870A - Liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display device.
液晶表示装置の駆動方式として、TN(Twisted Nematic)、IPS(In−Plane Switching)、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)、FFS(Fringe Field Switching)等の方式がある。このうち、IPS方式およびFFS方式は、2枚の基板間に充填された液晶分子に対し、基板に平行な方向(横方向)の電場を与えることで、液晶分子の配向方向を変化させ、表示を行っている。このようなIPS方式およびFFS方式の液晶表示装置は、視覚特性に優れ、携帯電話、テレビジョン等をはじめとする幅広い機器に適用されている。 As a driving method of a liquid crystal display device, there are methods such as TN (Twisted Nematic), IPS (In-Plane Switching), FLC (Ferroelectric Liquid Crystal), FFS (Fringe Field Switching) and the like. Among these, the IPS mode and the FFS mode change the alignment direction of the liquid crystal molecules by applying an electric field in a direction parallel to the substrate (lateral direction) to the liquid crystal molecules filled between the two substrates. It is carried out. Such IPS liquid crystal display devices and FFS liquid crystal display devices have excellent visual characteristics and are applied to a wide range of devices such as mobile phones and televisions.
既存の液晶表示装置では、液晶分子は、電場が与えられない状態において、所定の方向に沿って配列されるよう、液晶分子の配向方向が強制されている。液晶分子は、電場の付与を停止させると、電場により変位した液晶分子の配向が元の配向状態、すなわち、電圧非印加時の配向状態に回復する。 In the existing liquid crystal display device, the alignment direction of the liquid crystal molecules is forced so that the liquid crystal molecules are aligned along a predetermined direction in a state where an electric field is not applied. When the application of the electric field is stopped for the liquid crystal molecules, the alignment of the liquid crystal molecules displaced by the electric field is restored to the original alignment state, that is, the alignment state when no voltage is applied.
液晶分子の配向方向をさらに強く拘束する方法として、基板上にポリイミドなどからなる配向膜を形成し、レーヨンや綿などの布により配向膜の表面を所定の方向に擦る方法(ラビング法)や、偏光紫外線を照射してポリイミド膜表面に異方性を発生させる手法(光配向法)などが採用されている。これらの処理により、配向膜付近の液晶分子は配向膜に強く束縛され、一定方向に配向する。ラビング法や光配向法により形成された配向膜で液晶分子に強い拘束力を付与することによって液晶分子を一定方向に配向した構成では、画像の表示を停止するために、電場の付与を停止させると、液晶分子は、配向膜の強い拘束力によって変位した液晶分子の配向が迅速に元の配向状態に戻る。 As a method of further constraining the alignment direction of liquid crystal molecules, a method of forming an alignment film made of polyimide or the like on a substrate and rubbing the surface of the alignment film in a predetermined direction with a cloth such as rayon or cotton (rubbing method), A technique (photo-alignment method) that irradiates polarized ultraviolet rays to generate anisotropy on the surface of the polyimide film is employed. By these treatments, the liquid crystal molecules near the alignment film are strongly bound to the alignment film and are aligned in a certain direction. In a configuration in which liquid crystal molecules are aligned in a certain direction by applying a strong binding force to the liquid crystal molecules with an alignment film formed by rubbing or photo-alignment, the application of an electric field is stopped to stop displaying images. Then, the alignment of the liquid crystal molecules displaced by the strong binding force of the alignment film quickly returns to the original alignment state.
ラビング法や光配向法により形成された配向膜を有するIPS方式およびFFS方式の液晶表示装置では、電場が与えられると、配向膜から遠い液晶分子が螺旋状にねじれることにより、複屈折が生じて画像が表示される。しかし、電極の真上では、基板に対して平行な電場が生じにくいため、配向膜から遠くても液晶分子が動きにくく、光の透過を阻害するため、明るい表示をすることができない。 In an IPS mode and FFS mode liquid crystal display device having an alignment film formed by a rubbing method or a photo-alignment method, when an electric field is applied, liquid crystal molecules far from the alignment film are twisted in a spiral shape, resulting in birefringence. An image is displayed. However, since an electric field parallel to the substrate is hardly generated immediately above the electrode, the liquid crystal molecules are difficult to move even if they are far from the alignment film, and light transmission is inhibited, so that a bright display cannot be achieved.
一方、外場(電場、磁場など)によって液晶分子の配向方向を所望の方向に向け、その状態を維持する(メモリーする)方法も提案されている。このような動作を実現するためには、基板表面の配向強制力(アンカリング)をなくす必要がある。このようにアンカリングを弱くする構成の関連技術として、特許文献1(特開2014−215421号公報)が提案されている。特許文献1に開示された構成は、平坦化処理を施した基板にポリマーブラシを形成し、この基板間に液晶を挟持した液晶セルにおいて、ポリマーブラシと液晶との共存部のTg(ガラス転移温度)よりも高く且つ共存部の形状を自由に変動させ得る温度に加熱することで、ゼロ面アンカリング状態を実現するというものである。
On the other hand, a method has been proposed in which the orientation direction of liquid crystal molecules is directed to a desired direction by an external field (electric field, magnetic field, etc.) and the state is maintained (memory). In order to realize such an operation, it is necessary to eliminate alignment forcing (anchoring) on the substrate surface. Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-215421) has been proposed as a related technology for a configuration that weakens anchoring. In the configuration disclosed in
特許文献1に記載された液晶表示装置においては、アンカリングが弱いため、電場が与えられると液晶分子が動きやすい。したがって、電極の真上では基板に対して平行な電場が生じにくくても、液晶分子が動くことができ、光が透過されやすく、明るい表示をすることができる。
In the liquid crystal display device described in
しかし、特許文献1に記載された液晶表示装置においては、配向膜による液晶分子に対する拘束力が弱いため、画像の表示を停止するために、電場の付与を停止させても、液晶分子の配向が元の配向状態に回復するのに時間がかかる。この様な背景から、画像の表示を停止する時に、高い応答性が望まれている。
However, in the liquid crystal display device described in
本発明は、明るい表示のために液晶分子が動きやすくても画像の表示を停止する時の応答性が高い、横方向の電場を与えることで液晶を動かす液晶表示装置を提供する。 The present invention provides a liquid crystal display device that moves a liquid crystal by applying a horizontal electric field that has a high response when stopping image display even if liquid crystal molecules are easy to move for bright display.
本発明に係る液晶表示装置は、第一の配向膜が形成された第一の基板と、前記第一の配向膜に対して間隔をおいて対向するように配置される第二の配向膜が形成された第二の基板と、前記第一の配向膜と前記第二の配向膜との間に配置され、液晶分子が駆動されることによって光を透過又は遮断する液晶層と、前記第一の基板に設けられ、前記液晶分子に前記第一の基板および前記第二の基板に平行な方向の電場を与える駆動電極層と、前記液晶層での画像の表示時に第一の周波数で前記駆動電極層を駆動し、前記液晶層での画像の非表示時に前記第一の周波数と異なる第二の周波数で前記駆動電極層を駆動する駆動回路とを備え、前記液晶分子は、前記第一の周波数と前記第二の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に、正負が異なる誘電率異方性を有し、前記第二の配向膜は、前記第一の配向膜に比べて、前記電場が与えられた時に、液晶分子に対して初期配向方向を維持する拘束力が強く、前記第一の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に、前記第一の配向膜側では、液晶分子の配向方向が、前記第一の基板および前記第二の基板に平行な面内で、前記初期配向方向から前記電場の大きさに応じて変化し、前記第二の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に、前記第一の配向膜側では、液晶分子が前記初期配向方向に配向された状態である。 The liquid crystal display device according to the present invention includes a first alignment film on which a first alignment film is formed, and a second alignment film disposed so as to face the first alignment film with a space therebetween. A second substrate formed, a liquid crystal layer disposed between the first alignment film and the second alignment film, and transmitting or blocking light by driving liquid crystal molecules; and the first A driving electrode layer that provides an electric field in a direction parallel to the first substrate and the second substrate to the liquid crystal molecules, and the driving at a first frequency when displaying an image on the liquid crystal layer. A driving circuit that drives the electrode layer and drives the driving electrode layer at a second frequency different from the first frequency when an image is not displayed on the liquid crystal layer, and the liquid crystal molecule includes the first liquid crystal molecule. When the driving electrode layer is driven at the frequency and the second frequency, the induction is different in polarity. The second alignment film has a stronger binding force to maintain the initial alignment direction with respect to the liquid crystal molecules when the electric field is applied, compared to the first alignment film. When the drive electrode layer is driven at the first frequency, on the first alignment film side, the alignment direction of the liquid crystal molecules is in a plane parallel to the first substrate and the second substrate, When the driving electrode layer is driven at the second frequency, the liquid crystal molecules are aligned in the initial alignment direction when the driving electrode layer is driven at the second frequency. It is the state that was done.
前記第一の周波数は前記第二の周波数よりも低くてよく、前記液晶分子は、前記第一の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に正の誘電率異方性を有し、前記第二の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に負の誘電率異方性を有するようにしてもよい。 The first frequency may be lower than the second frequency, and the liquid crystal molecules have a positive dielectric anisotropy when the drive electrode layer is driven at the first frequency, The driving electrode layer may have a negative dielectric anisotropy when driven at a second frequency.
前記第一の周波数は前記第二の周波数よりも高くてよく、前記液晶分子は、前記第一の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に負の誘電率異方性を有し、前記第二の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に正の誘電率異方性を有するようにしてもよい。 The first frequency may be higher than the second frequency, and the liquid crystal molecules have negative dielectric anisotropy when the drive electrode layer is driven at the first frequency, When the drive electrode layer is driven at a second frequency, it may have a positive dielectric anisotropy.
前記初期配向方向は、前記電場が与えられない時の液晶分子の配向方向であってよく、前記第一の配向膜側と前記第二の配向膜側で同じ方向であってよい。 The initial alignment direction may be the alignment direction of liquid crystal molecules when the electric field is not applied, and may be the same direction on the first alignment film side and the second alignment film side.
前記第一の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に、前記第二の配向膜から前記第一の配向膜に向けて、前記液晶層の前記初期配向方向に対する前記液晶分子の配向方向の変位角度が漸次大きくなるようにしてもよい。 When the drive electrode layer is driven at the first frequency, the displacement of the alignment direction of the liquid crystal molecules with respect to the initial alignment direction of the liquid crystal layer from the second alignment film toward the first alignment film The angle may be gradually increased.
前記液晶層にカイラル剤が添加されていないようにしてもよい。 A chiral agent may not be added to the liquid crystal layer.
本発明においては、横方向の電場を与えることで液晶を動かす液晶表示装置において、明るい表示のために液晶分子が動きやすくても画像の表示を停止する時の応答性を高めることができる。 In the present invention, in a liquid crystal display device that moves a liquid crystal by applying an electric field in the horizontal direction, even when the liquid crystal molecules are easy to move for a bright display, the responsiveness when stopping image display can be improved.
以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[第1実施形態]
液晶分子の配向方向を制御するための配向膜として、液晶分子の配向方向を拘束する力が強い強アンカリング配向膜と、液晶分子の配向方向を拘束する力が弱い弱アンカリング配向膜とがある。本発明は、互いに対向する配向膜の一方に強アンカリング配向膜を採用し、他方に弱アンカリング配向膜を採用した片面弱アンカリング形式を対象とする。
[First Embodiment]
As alignment films for controlling the alignment direction of liquid crystal molecules, there are a strong anchoring alignment film that has a strong force to constrain the alignment direction of liquid crystal molecules and a weak anchoring alignment film that has a weak force to restrict the alignment direction of liquid crystal molecules. is there. The present invention is directed to a single-sided weak anchoring type in which a strong anchoring alignment film is employed for one of the opposing alignment films and a weak anchoring alignment film is employed for the other.
図1および図2は、本発明の第1実施形態に係るIPS駆動方式の液晶表示装置10の概略構成を示す断面図であり、図1は、液晶層での画像の表示時の液晶分子の配向方向の分布を示し、図2は、液晶層での画像の非表示時の液晶分子の配向方向の分布を示す。本発明の第1実施形態では、後述する二周波駆動液晶を用いて、画像の表示時も非表示時も液晶層に電場を与える。図1および図2において点線は電場を表す。
1 and 2 are cross-sectional views showing a schematic configuration of an IPS-driven liquid
図1および図2に示すように、液晶表示装置10は、液晶パネル11と、液晶パネル11に光を提供するバックライトユニット12とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the liquid
バックライトユニット12は、液晶パネル11の裏面に設けられた光源(図示せず)から入力される光を、液晶パネル11の裏面11r側から表面11f側に向けて均一に照射する。バックライトユニット12は、例えば、その一側端部に設けられた光源(図示せず)から入力される光を、液晶パネル11の表面11fと平行な方向に伝搬するとともに、伝搬した光を液晶パネル11の裏面11r側から表面11f側に向けて照射する、いわゆるエッジライト型であってもよい。あるいは、バックライトユニット12は、液晶パネル11の裏面11r側に設けられた光源から入力される光を液晶パネル11の裏面11r側から表面11f側に向けて照射する、いわゆる直下型であってもよい。
The
液晶パネル11は、基板(第一の基板)13A,基板(第二の基板)13Bと、偏光板(第一の偏光板)14A,偏光板(第二の偏光板)14Bと、駆動電極層15と、弱アンカリング配向膜(第一の配向膜)16と、強アンカリング配向膜(第二の配向膜)17と、液晶層18と、を備えている。
The
基板13A,13Bは、それぞれガラス、あるいは樹脂などの基板からなり、所定の間隔をおいて互いに平行に配置されている。
The
偏光板14Aは、バックライトユニット12側に配置された基板13Aにおいて、バックライトユニット12に対向する側、もしくはバックライトユニット12とは反対側に設けられている。偏光板14Bは、バックライトユニット12から離間した側に配置された基板13Bにおいて、バックライトユニット12とは反対側、もしくは、バックライトユニット12に対向する側に設けられている。
The polarizing plate 14 </ b> A is provided on the side facing the
これらの偏光板14A,14Bは、その透過軸方向が、互いに直交するようクロスニコル方式で配置されている。例えば、一方の偏光板14A,14Bの透過軸方向は、基板13Bに平行な方向Xに設定されている。
These
この実施形態では、駆動電極層15は、バックライトユニット12側の基板13Aにおいて、バックライトユニット12から離間した側に設けられている。駆動電極層15は、基板13Aの表面に並べられた複数本の電極線20Aを有する。ここで、図3および図4に示すように、各電極線20Aは、その長軸方向が、例えば基板13Aの表面に平行な面内で方向Yに沿って延びるよう直線状に形成されている。駆動電極層15では、このような電極線20Aが、基板13Aの表面に平行な面内で方向Yに直交する方向Xに沿って、一定間隔ごとに並べられている。
In this embodiment, the
このような駆動電極層15においては、駆動電極層15の各電極線20Aに予め設定した電圧が与えられると、互いに隣接する電極線20A間に、これらの互いに隣接する電極線20A同士を結ぶ方向、すなわち基板13A,13Bに平行な方向Xの電場が生成される。図1および図2に加えて、図4において、電場を点線で表す。
In such a
この実施形態では、弱アンカリング配向膜16は、バックライトユニット12側の基板13Aにおけるバックライトユニット12から離間した側に形成され、強アンカリング配向膜17はバックライトユニット12から離間した側の基板13Bにおけるバックライトユニット12に対向する側に形成されている。
In this embodiment, the weak
強アンカリング配向膜17は、液晶層18の液晶分子Lを、その長軸方向が、基板13A,13Bの表面に平行な面内の所定の配向方向(図1では方向Y)にほぼ一致させるよう、配向方向が設定されている。強アンカリング配向膜17は、弱アンカリング配向膜16に比べて、電場が与えられた時に、液晶分子に対して初期配向方向を維持する拘束力が強い。弱アンカリング配向膜16は、電場が与えられた時に、液晶分子に対して初期配向方向を維持する拘束力が弱く、好ましくは拘束力がゼロである。
The strong
液晶層18は、弱アンカリング配向膜16と強アンカリング配向膜17との間に、多数の液晶分子Lが充填されることで形成されている。液晶層18は、駆動電極層15を構成する各電極線20Aに電圧が与えられることによって生じる電場により、液晶分子Lの配向方向が変化して駆動される。このようにして液晶分子Lの配向が変化することによって、液晶層18は、バックライトユニット12から供給される光を部分的に透過したり遮断したりすることで、表示画像を生成する。
The
液晶表示装置10は、さらに駆動回路24を備える。駆動回路24は、液晶層18での画像の表示時に第一の周波数で駆動電極層15を駆動し、液晶層18での画像の非表示時に第一の周波数と異なる第二の周波数で駆動電極層15を駆動する。したがって、この実施形態では、画像の表示時も非表示時も液晶層18に電場を与える。但し、駆動回路24が駆動電極層15を駆動せずに液晶層18に電場を与えない時には、もちろん液晶層18で画像は表示されない。
The liquid
液晶層18は二周波駆動液晶から構成され、その液晶分子Lは、第一の周波数と第二の周波数で駆動電極層15が駆動される時に、正負が異なる誘電率異方性Δεを有する。より具体的には、図5に示すように、液晶分子Lは、低い周波数で正の誘電率異方性を有し、高い周波数で負の誘電率異方性を有する。このような二周波駆動液晶は、例えば、下記の式で示される化学構造を有する二つの成分を有する。
The
例示された二つの成分を有する二周波駆動液晶については、周波数50Hzで電場が与えられると、誘電率異方性Δεが+6.1であり、周波数10kHzで電場が与えられると、誘電率異方性Δεが−2.2である。クロスオーバー周波数は、0℃で150Hz、室温で10kHz、50℃で80kHzである。液晶層18を構成する二周波駆動液晶は、上記の二つの成分のほかに他の成分を含んでもよい。
For the two-frequency driving liquid crystal having two exemplified components, when an electric field is applied at a frequency of 50 Hz, the dielectric anisotropy Δε is +6.1, and when an electric field is applied at a frequency of 10 kHz, the dielectric constant is anisotropic. The property Δε is −2.2. The crossover frequency is 150 Hz at 0 ° C., 10 kHz at room temperature, and 80 kHz at 50 ° C. The dual frequency drive liquid crystal constituting the
この実施形態では、画像を表示するための第一の周波数は、例えば50Hz〜100Hzであり、画像の表示を停止するための第二の周波数は、例えば100kHz〜2000kHzである。 In this embodiment, the first frequency for displaying an image is, for example, 50 Hz to 100 Hz, and the second frequency for stopping the display of an image is, for example, 100 kHz to 2000 kHz.
図1は、第一の周波数で駆動電極層15が駆動される時(すなわち液晶層18で画像が表示される時)の液晶分子の配向方向の分布を示し、図2は、第二の周波数で駆動電極層15が駆動される時(すなわち液晶層18で画像が表示されない時)の液晶分子の配向方向の分布を示す。また、液晶層18に電場が与えられない時の液晶分子の初期配向方向は、図2に示す方向と同じであり、方向Yである。液晶分子の初期配向方向は、弱アンカリング配向膜16側と強アンカリング配向膜17側で同じ方向である(すなわち液晶分子はホモジニアス配向である)。
FIG. 1 shows a distribution of orientation directions of liquid crystal molecules when the
強アンカリング配向膜17は、電場が与えられた時に、液晶分子に対して初期配向方向を維持する拘束力が強い。したがって、電圧が与えられて電場が生成されても、液晶層18において強アンカリング配向膜17側の液晶分子Lが、その長軸方向を、基板13A,13Bの表面に沿った面内で、強アンカリング配向膜17の配向処理方向(方向Y)にほぼ一致させた初期配向状態を維持する。図3は、強アンカリング配向膜17側の液晶分子Lの配向方向を示す。図1および図2の比較から明らかなように、駆動電極層15が第一の周波数で駆動されても第二の周波数で駆動されても、強アンカリング配向膜17側の液晶分子Lの配向方向は初期配向方向からほぼ変化しない。
The strong
これに対し、弱アンカリング配向膜16は、電場が与えられた時に、液晶分子に対して初期配向方向を維持する拘束力が弱く、好ましくは拘束力がゼロである。第一の周波数で電圧が与えられることで電場が生成された時(すなわち、第一の周波数で駆動電極層15が駆動される時)に、与えられた電圧が閾値を超えると、図1に示すように、弱アンカリング配向膜16側では、液晶分子Lの配向方向が、基板13A,13Bに平行な面内で、初期配向方向から電場の大きさに応じて変化する。これは第一の周波数では、液晶分子Lは正の誘電率異方性を持ち、電場の向きに対して平行に配向しやすいためである。他方、強アンカリング配向膜17側の液晶分子Lの配向方向は、駆動電極層15が第一の周波数で駆動されても、初期配向方向とほぼ同じであるので、第一の周波数で駆動電極層15が駆動される時には、図1に示すように、強アンカリング配向膜17から弱アンカリング配向膜16に向けて、液晶層の初期配向方向に対する液晶分子の配向方向の変位角度が漸次大きくなる。図4は、第一の周波数で駆動電極層15が駆動される時の弱アンカリング配向膜16側の液晶分子Lの配向方向を示す。
On the other hand, the weak
他方、第二の周波数で電圧が与えられることで電場が生成された時(すなわち、第二の周波数で駆動電極層15が駆動される時)には、図2および図3に示すように、弱アンカリング配向膜16側では、液晶分子Lが初期配向方向に配向された状態を維持する(または初期配向方向に配向された状態になる)。これは第二の周波数では、液晶分子Lは負の誘電率異方性を持ち、電場の向きに対して垂直に配向しやすいためである。この時、強アンカリング配向膜17側の液晶分子Lの配向方向は、初期配向方向とほぼ同じであるので、液晶層18全体においては、すべての液晶分子Lが初期配向方向に配向された状態である。
On the other hand, when an electric field is generated by applying a voltage at the second frequency (that is, when the
この実施形態においては、横方向の電場を与えることで液晶を動かすIPS駆動方式の液晶表示装置10において、明るい表示のために液晶分子が動きやすくても画像の表示を停止する時の応答性を高めることができる。すなわち、弱アンカリング配向膜16による液晶分子Lに対する拘束力が弱いため、電極線20Aの真上では基板13A,13Bに対して平行な電場が生じにくくても、弱アンカリング配向膜16側では液晶分子Lが動くことができ、第一の周波数で駆動電極層15を駆動すると、液晶分子Lは正の誘電率異方性を持ち、電場の向きに対して平行に配向しやすいため、液晶パネル11全体としては、光が透過されやすく、明るい表示をすることができる。他方、強アンカリング配向膜17による液晶分子Lに対する拘束力が強いため、駆動電極層15が第一の周波数で駆動されても第二の周波数で駆動されても、強アンカリング配向膜17側では、液晶分子Lが初期配向方向に配向された状態を維持する。
In this embodiment, in the IPS driving type liquid
そして、第二の周波数で駆動電極層15を駆動すると、液晶分子Lは負の誘電率異方性を持ち、電場の向きに対して垂直に配向しやすいために、弱アンカリング配向膜16側では液晶分子Lが初期配向方向に配向された状態を維持する(または初期配向方向に配向された状態になる)。したがって、画像の表示を停止するために、第二の周波数で駆動電極層15を駆動すると、画像の表示を停止する時の応答性が高い。したがって、この実施形態に係る液晶表示装置10では、明るい表示を達成することができるとともに、画像の表示を停止する時の応答性が高い。
When the
液晶層18には、初期状態(電場が与えられていない状態)で液晶分子Lにねじれを付与するカイラル剤が含まれてもよい。しかしながら、上記の効果を促進するため、液晶層18にはカイラル剤が添加されていないことが好ましい。
The
上記の強アンカリング配向膜17は、例えば、以下のようにして形成する。まず、基板13B上にポリイミドなどからなる配向膜を形成する。その後、レーヨンや綿などからなる布を巻いたローラーを、回転数及びローラーと基板13Bとの距離を一定に保った状態で回転させ、配向膜の表面を所定の方向に擦る(ラビング法)。あるいは、偏光紫外線を照射してポリイミドからなる配向膜の表面に異方性を発生させる(光配向法)。ラビング法、光配向法等により配向方向が設定された強アンカリング配向膜17は、液晶分子Lに対し、弱アンカリング配向膜16よりも強い配向強制力を付与する。
The strong
弱アンカリング配向膜16としては、例えば、ポリマーブラシで形成したものを用いることができる。ポリマーブラシは、一端が基板13A表面に固定され、他端が基板13Aの表面から離間する方向に延びたグラフトポリマー鎖により形成される。このようなグラフトポリマー鎖は、基板13A側から延びるようにして生成してもよいし、予め所定長を有したポリマー鎖を、基板13Aに付着させてもよい。弱アンカリング配向膜16の初期配向方向は、ラビング法などの公知の手法により、決定してもよい。
As the weak
以下に、ポリマーブラシの具体的な一例を示す。
ポリマーブラシは、例えば、次の一般式(1)で表される。
一般式(1)において、XはH又はCH3であり、mは正の整数であって、ポリマーブラシのTg(ガラス転移温度)が−5℃以下であるものである。Rは炭素原子数1〜20のアルキル基が好ましく、炭素原子数4〜20のアルキル基がさらに好ましく、炭素原子数6〜18のアルキル基がさらに好ましい。また、分岐を有するアルキル基も好適に用いられる。
Below, a specific example of a polymer brush is shown.
A polymer brush is represented by the following general formula (1), for example.
In the general formula (1), X is H or CH3, m is a positive integer, and the Tg (glass transition temperature) of the polymer brush is −5 ° C. or lower. R is preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 4 to 20 carbon atoms, and further preferably an alkyl group having 6 to 18 carbon atoms. A branched alkyl group is also preferably used.
図6は、弱アンカリング配向膜として基板に形成したポリマーブラシの例を示す断面図である。図6に示すように、液晶分子Lは、基板13A上に形成されたポリマーブラシ2の表層部分に浸透しており、液晶分子Lと接したポリマーブラシ2の表層部分は膨潤している(図中では、膨潤した状態は示していない)。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a polymer brush formed on a substrate as a weak anchoring alignment film. As shown in FIG. 6, the liquid crystal molecules L penetrate the surface layer portion of the
本明細書においては、液晶分子Lが浸透したポリマーブラシ2の部分を共存部4として表し、液晶分子Lが浸透していないポリマーブラシ2の部分をポリマーブラシ層3として表す。なお、図6では、本発明を理解し易くする観点から、共存部4とポリマーブラシ層3とを明確に区別して表したが、実際には、共存部4とポリマーブラシ層3との境界を区別することは難しい。
In the present specification, the portion of the
上記したようなポリマーブラシ2を用いることにより、共存部4のTg(ガラス転移温度)が、常温よりもかなり低い温度になるので、常温において、共存部4の形状を自由に変動させることができる。そのため、共存部4と液晶分子Lとの界面において共存部4の状態が変化し、基板13Aに対して水平方向に液晶分子Lを配向強制しつつ、水平面内ではいずれの方向にも配向強制力をもたない状態(ゼロ面アンカリング状態)を実現することができる。
By using the
共存部4のTgは、使用するポリマーブラシ2及び液晶分子Lの種類によって異なるため、一義的に定義することはできないが、一般に、ポリマーブラシ2単独のTgに比べて低くなる。また、共存部4のTgは、ポリマーブラシ2に対する液晶分子Lの浸透の程度(すなわち、ポリマーブラシ2と液晶分子Lとの割合)によっても変化する。具体的には、共存部4において、液晶分子Lの割合が多い液晶分子L側の共存部4はTgが低く、液晶分子Lの割合が少ないポリマーブラシ層3側の共存部4はTgが高くなる。
The Tg of the
しかしながら、ポリマーブラシ2として、上記一般式(1)で表され、一般式(1)において、XはH又はCH3であり、mは正の整数であって、ポリマーブラシのTgが−5℃以下であるものを用いることにより、共存部4のTgを、常温よりも十分低い温度にすることができるので、常温において、基板13Aの表面に対して水平な面内に液晶分子Lを配向強制しつつ、水平面内ではいずれの方向にも配向強制力をもたない状態(ゼロ面アンカリング状態)を実現することができる。
However, the
基板13Aの表面は必要に応じて、平坦化処理を行っても良い。平坦化処理としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いて行うことができる。平坦化処理の例としては、基板13Aの表面に平坦化膜を形成する方法が挙げられ、例えば、UV硬化性の透明樹脂などを基板13Aの表面に塗布してUV硬化すればよい。
The surface of the
基板13Aの例としては、アレイ基板が挙げられる。アレイ基板の例としては、アクティブマトリックスアレイ基板が挙げられる。このアクティブマトリックスアレイ基板は、一般的に、ガラス基板上にゲート配線及びソース配線がマトリックス状に配置されており、その交点部分に、薄層トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)などのアクティブ素子が形成され、このアクティブ素子に画素電極が接続されたものである。
An example of the
基板13Aに対向する基板13Bの例としては、カラーフィルタ基板が挙げられる。カラーフィルタ基板は、一般的に、ガラス基板上に、不要な光の漏れを防止するためにブラックマトリックスを形成した後、R(赤)、G(緑)、B(青)の着色層をパターン形成し、必要に応じて保護膜を形成したものである。これらの基板13Bを用いる場合、基板13Bの表面に透明樹脂を塗布して硬化し、平坦化膜を形成してもよい。
An example of the
基板13A上に形成されるポリマーブラシ2は、多数のグラフトポリマー鎖が高密度で基板13Aの表面に対して垂直方向に伸張した構造を有するのが好ましい。
The
一般的に、一端が基板13Aの表面に固定されたグラフトポリマー鎖は、グラフト密度が低いと、糸まり状の縮んだ構造をとるが、ポリマーブラシ2は、グラフト密度が高いため、隣接したグラフトポリマー鎖の相互作用(立体反発)により、基板13Aの表面に対して垂直方向に伸張した構造をとる。
In general, a graft polymer chain having one end fixed to the surface of the
本明細書において「高密度」とは、隣接するグラフトポリマー鎖間で立体反発が生じる程度に密集したグラフトポリマー鎖の密度を意味し、一般的に0.1本/nm2以上、好ましくは0.1〜1.2本/nm2の密度である。また、本明細書において「グラフトポリマー鎖の密度」とは、単位面積(nm2)あたりの基板13Aの表面上に形成されたグラフトポリマー鎖の本数を意味する。但し、ポリマーブラシ2は、多数のグラフトポリマー鎖が上記に示した「高密度」よりも低い密度で設けられたものであってもよい。
In the present specification, “high density” means the density of graft polymer chains that are so dense that steric repulsion occurs between adjacent graft polymer chains, and is generally 0.1 / nm 2 or more, preferably 0. The density is from 1 to 1.2 lines / nm 2 . Further, in this specification, the “density of graft polymer chains” means the number of graft polymer chains formed on the surface of the
ポリマーブラシ2は、基板13Aの表面上でポリマーブラシ2の層を形成する。このポリマーブラシ2の層の厚さは、特に限定されないが、一般に数十nm、具体的には1nm以上100nm未満、好ましくは10nm〜80nmである。また、このポリマーブラシ2の層にはサイズ排除効果があり、一定の大きさの物質はポリマーブラシ2の層を通過することはできない。そのため、ポリマーブラシ2の層の厚さを薄くしても、下地から液晶分子Lへの不純物の侵入を防止することができる。
The
ポリマーブラシ2の形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いて行うことができる。具体的には、ポリマーブラシ2は、ラジカル重合性モノマーをリビングラジカル重合させることにより形成することができる。ここで、本明細書において「リビングラジカル重合」とは、ラジカル重合反応において、連鎖移動反応及び停止反応が実質的に起こらず、ラジカル重合性モノマーが反応し尽くした後も連鎖成長末端が活性を保持する重合反応のことを意味する。
It does not specifically limit as a formation method of the
この重合反応では、重合反応終了後でも生成重合体の末端に重合活性を保持しており、ラジカル重合性モノマーを加えると再び重合反応を開始させることができる。また、リビングラジカル重合は、ラジカル重合性モノマーと重合開始剤との濃度比を調節することによって任意の平均分子量をもつ重合体の合成ができ、そして、生成する重合体の分子量分布が極めて狭いなどの特徴がある。 In this polymerization reaction, the polymerization activity is retained at the end of the produced polymer even after the completion of the polymerization reaction, and when the radical polymerizable monomer is added, the polymerization reaction can be started again. Living radical polymerization allows the synthesis of a polymer having an arbitrary average molecular weight by adjusting the concentration ratio between the radical polymerizable monomer and the polymerization initiator, and the molecular weight distribution of the resulting polymer is extremely narrow. There are features.
リビングラジカル重合の代表例は、原子移動ラジカル重合(ATRP:Atom Transfer Radical Polymerization)である。例えば、重合開始剤の存在下で、ハロゲン化銅/リガンド錯体を用いてラジカル重合性モノマーの原子移動リビングラジカル重合を行う。高分子末端ハロゲンをハロゲン化銅/リガンド錯体が引き抜くことにより可逆的に成長する成長ラジカルにラジカル重合性モノマーが付加して進行し、十分な頻度での可逆的活性化・不活性化により分子量分布が規制される。 A typical example of living radical polymerization is atom transfer radical polymerization (ATRP). For example, atom transfer living radical polymerization of a radical polymerizable monomer is performed using a copper halide / ligand complex in the presence of a polymerization initiator. A radical polymerizable monomer is added to a growing radical that reversibly grows by pulling out the terminal halogen of the polymer by a copper halide / ligand complex, and the molecular weight distribution is achieved by reversible activation / deactivation with sufficient frequency. Is regulated.
リビングラジカル重合に用いられるラジカル重合性モノマーは、有機ラジカルの存在下でラジカル重合を行うことが可能な不飽和結合を有するものであり、例えば、t−ブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ノニルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、n−オクチルメタクリレートなどのメタクリレート系モノマー;t−ブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、ベンジルアクリレート、ラウリルアクリレート、n−オクチルアクリレートなどのアクリレート系モノマー;スチレン、スチレン誘導体(例えば、o−、m−、p−メトキシスチレン、o−、m−、p−t−ブトキシスチレン、o−、m−、p−クロロメチルスチレンなど)、ビニルエステル類(例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酢酸ビニルなど)、ビニルケトン類(例えば、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンなど)、N−ビニル化合物(例えば、N−ビニルピロリドン、N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドールなど)、(メタ)アクリル酸誘導体(例えば、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、アクリルアミド、イソプロピルアクリルアミド、メタクリルアミドなど)、ハロゲン化ビニル類(例えば、塩化ビニル、塩化ビニリデン、テトラクロロエチレン、ヘキサクロロプレン、フッ化ビニルなど)などのビニルモノマーが挙げられる。これらの各種ラジカル重合性モノマーは、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。 The radical polymerizable monomer used in the living radical polymerization has an unsaturated bond capable of performing radical polymerization in the presence of an organic radical, and examples thereof include t-butyl methacrylate, hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, Methacrylate monomers such as nonyl methacrylate, lauryl methacrylate, n-octyl methacrylate; acrylate monomers such as t-butyl acrylate, hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, nonyl acrylate, benzyl acrylate, lauryl acrylate, n-octyl acrylate; styrene, Styrene derivatives (for example, o-, m-, p-methoxystyrene, o-, m-, pt-butoxystyrene, o-, m-, p-chloromethyl Ethylene), vinyl esters (eg, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl benzoate, vinyl acetate, etc.), vinyl ketones (eg, vinyl methyl ketone, vinyl hexyl ketone, methyl isopropenyl ketone, etc.), N-vinyl compounds (For example, N-vinylpyrrolidone, N-vinylpyrrole, N-vinylcarbazole, N-vinylindole, etc.), (meth) acrylic acid derivatives (for example, acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamide, isopropylacrylamide, methacrylamide, etc.), halogen And vinyl monomers such as vinyl chlorides (for example, vinyl chloride, vinylidene chloride, tetrachloroethylene, hexachloroprene, vinyl fluoride, etc.). These various radically polymerizable monomers may be used alone or in combination of two or more.
重合開始剤としては、特に限定されず、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。重合開始剤の例としては、p−クロロメチルスチレン、α−ジクロロキシレン、α,α−ジクロロキシレン、α,α−ジブロモキシレン、ヘキサキス(α−ブロモメチル)ベンゼン、塩化ベンジル、臭化ベンジル、1−ブロモ−1−フェニルエタン、1−クロロ−1−フェニルエタンなどのベンジルハロゲン化物;プロピル−2−ブロモプロピオネート、メチル−2−クロロプロピオネート、エチル−2−クロロプロピオネート、メチル−2−ブロモプロピオネート、エチル−2−ブロモイソブチレート(EBIB)などのα位がハロゲン化されたカルボン酸;p−トルエンスルホニルクロリド(TsCl)などのトシルハロゲン化物;テトラクロロメタン、トリブロモメタン、1−ビニルエチルクロリド、1−ビニルエチルブロミドなどのアルキルハロゲン化物;ジメチルリン酸クロリドなどのリン酸エステルのハロゲン誘導体が挙げられる。これらの各種重合開始剤は、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。 The polymerization initiator is not particularly limited, and those generally known in living radical polymerization can be used. Examples of the polymerization initiator include p-chloromethylstyrene, α-dichloroxylene, α, α-dichloroxylene, α, α-dibromoxylene, hexakis (α-bromomethyl) benzene, benzyl chloride, benzyl bromide, 1- Benzyl halides such as bromo-1-phenylethane, 1-chloro-1-phenylethane; propyl-2-bromopropionate, methyl-2-chloropropionate, ethyl-2-chloropropionate, methyl- Carboxylic acids in which the α-position is halogenated such as 2-bromopropionate and ethyl-2-bromoisobutyrate (EBIB); Tosyl halides such as p-toluenesulfonyl chloride (TsCl); Tetrachloromethane, Tribromo Alkanes such as methane, 1-vinylethyl chloride, 1-vinylethyl bromide Ruharogen products; halogenated derivatives of phosphoric acid esters such as dimethyl phosphoric acid chloride and the like. These various polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more.
ハロゲン化銅/リガンド錯体を与えるハロゲン化銅としては、特に限定されず、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。ハロゲン化銅の例としては、CuBr、CuCl、CuIなどが挙げられる。これらの各種ハロゲン化銅は、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。 The copper halide that gives the copper halide / ligand complex is not particularly limited, and those generally known in living radical polymerization can be used. Examples of the copper halide include CuBr, CuCl, and CuI. These various copper halides may be used alone or in combination of two or more.
ハロゲン化銅/リガンド錯体を与えるリガンド化合物としては、特に限定されず、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。リガンド化合物の例としては、トリフェニルホスファン、4,4’−ジノニル−2,2’−ジピリジン(dNbipy)、N,N,N’,N’N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンなどが挙げられる。これらの各種リガンド化合物は、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。 The ligand compound that gives the copper halide / ligand complex is not particularly limited, and those generally known in living radical polymerization can be used. Examples of ligand compounds include triphenylphosphane, 4,4′-dinonyl-2,2′-dipyridine (dNbipy), N, N, N ′, N′N ″ -pentamethyldiethylenetriamine, 1,1,4 , 7,10,10-hexamethyltriethylenetetraamine, etc. These various ligand compounds may be used alone or in combination of two or more.
ラジカル重合性モノマー、重合開始剤、ハロゲン化銅及びリガンド化合物の量は、使用する原料の種類に応じて適宜調節すればよいが、一般的に、重合開始剤1molに対して、ラジカル重合性モノマーが5〜10,000mol、好ましくは50〜5,000mol、ハロゲン化銅が0.1〜100mol、好ましくは0.5〜100mol、リガンド化合物が0.2〜200mol、好ましくは1.0〜200molである。 The amount of the radically polymerizable monomer, polymerization initiator, copper halide and ligand compound may be appropriately adjusted according to the type of raw material used. In general, the amount of the radically polymerizable monomer is 1 mol of the polymerization initiator. Is 5 to 10,000 mol, preferably 50 to 5,000 mol, copper halide is 0.1 to 100 mol, preferably 0.5 to 100 mol, and the ligand compound is 0.2 to 200 mol, preferably 1.0 to 200 mol. is there.
リビングラジカル重合は、通常、無溶媒で行うが、リビングラジカル重合で一般的に使用される溶媒を使用してもよい。使用可能な溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトン、クロロホルム、四塩化炭素、テトラヒドロフラン(THF)、酢酸エチル、トリフルオロメチルベンゼンなどの有機溶媒;水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、1−メトキシ−2−プロパノールなどの水性溶媒が挙げられる。これらの各種溶媒は、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。また、溶媒の量は、使用する原料の種類に応じて適宜調節すればよいが、一般的にラジカル重合性モノマー1gに対して、溶媒が0.01〜100mL、好ましくは0.05〜10mLである。 Living radical polymerization is usually performed without a solvent, but a solvent generally used in living radical polymerization may be used. Examples of usable solvents include benzene, toluene, N, N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetone, chloroform, carbon tetrachloride, tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate, trifluoromethylbenzene, and the like. And organic solvents such as water, methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, 1-methoxy-2-propanol and the like. These various solvents may be used alone or in combination of two or more. The amount of the solvent may be appropriately adjusted according to the type of raw material to be used. Generally, the solvent is 0.01 to 100 mL, preferably 0.05 to 10 mL with respect to 1 g of the radical polymerizable monomer. is there.
リビングラジカル重合は、上記の原料を含むポリマーブラシ形成用溶液中に基板13Aを浸漬、または基板13Aに上記の原料を含むポリマーブラシ形成用溶液を塗布し、加熱することによって行うことができる。加熱条件は、特に限定されることはなく、使用する原料などに応じて適宜調節すればよいが、一般的に、加熱温度は60〜150℃、加熱時間は0.1〜10時間である。この重合反応は、一般的に常圧で行われるが、加圧又は減圧しても構わない。基板13Aは、必要に応じて、ポリマーブラシ2の形成前に洗浄を行ってもよい。
Living radical polymerization can be carried out by immersing the
リビングラジカル重合により形成されるポリマーブラシ2の分子量は、反応温度、反応時間や使用する原料の種類や量によって調整可能であるが、一般的に数平均分子量が500〜1,000,000、好ましくは1,000〜500,000のポリマーブラシ2を形成することができる。また、ポリマーブラシ2の分子量分布(Mw/Mn)は、1.05〜1.60の間に制御することができる。
The molecular weight of the
ポリマーブラシ2は、基板13Aとポリマーブラシ2との間の固着性を高める観点から、必要に応じて、固定化膜を介して基板13Aの表面上に形成してもよい。固定化膜としては、基板13A及びポリマーブラシ2との固着性に優れたものであれば特に限定されることはなく、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。固定化膜の例としては、次の一般式(2)で表されるアルコキシシラン化合物から形成される膜が挙げられる。
The
一般式(2)において、R1はそれぞれ独立してC1〜C3のアルキル基又はC1〜C3のアルコキシ基であり、好ましくはメチル基、エチル基、メトキシ基、又はエトキシ基であり、R2はそれぞれ独立してメチル基又はエチル基であり、Xはハロゲン原子、好ましくはBrであり、nは3〜10の整数、より好ましくは4〜8の整数である。 In the general formula (2), R 1 is each independently a C1-C3 alkyl group or a C1-C3 alkoxy group, preferably a methyl group, an ethyl group, a methoxy group, or an ethoxy group, and R 2 is Each independently represents a methyl group or an ethyl group, X is a halogen atom, preferably Br, and n is an integer of 3 to 10, more preferably an integer of 4 to 8.
固定化膜には、ポリマーブラシ2が共有結合していることが好ましい。固定化膜とポリマーブラシ2とが結合力の強い共有結合で結ばれていれば、ポリマーブラシ2の剥がれを十分に防止することができる。その結果、液晶パネル11の特性が低下する可能性が低くなり、液晶パネル11の信頼性が向上する。
The
固定化膜の形成方法は、特に限定されず、使用する材料に応じて適宜設定すればよい。例えば、固定化膜形成用溶液に基板13Aを浸漬させたり、あるいは、基板13Aに上記の固定化膜形成用溶液を塗布後、乾燥させることによって固定化膜を形成することができる。ここで、所定の部分に固定化膜を形成させるために、固定化膜を形成させない部分にマスキングを施してもよい。基板13Aは、必要に応じて、固定化膜の形成前に洗浄を行ってもよい。
The method for forming the immobilization film is not particularly limited, and may be appropriately set depending on the material to be used. For example, the immobilization film can be formed by immersing the
基板13Bと、ポリマーブラシ2を形成した基板13Aとの間に、液晶分子Lを含む液晶材料を注入する方法としては、特に限定されず、毛細管現象を利用した真空注入法、液晶滴下注入法(ODF:One Drop Filling)などの公知の方法を用いることができる。例えば、毛細管現象を利用した真空注入法を用いる場合には、次のようにして行えばよい。
A method for injecting a liquid crystal material containing liquid crystal molecules L between the
まず、一方の基板13A上に公知の方法によって電極層15を形成する。他方の基板13B上には、フォトリソグラフィーなどの公知の方法によってスペーサーを形成した後、固定化膜(必要な場合)及びポリマーブラシ2を形成する。ここで、必要に応じて、基板13A上(スペーサー部以外)に平坦化膜などを形成することによって平坦化し、その上に固定化膜(必要な場合)及びポリマーブラシ2を形成してもよい。
First, the
次に、一方の基板13Bを洗浄して乾燥させた後、シール材を塗布し、他方の基板13Aと重ね合わせ、加熱又はUV照射などによってシール材を硬化させて接着する。ここで、シール材の一部には、液晶分子Lおよびカイラル剤を含む液晶材料を注入するための注入口を開けておく必要がある。次に、注入口から真空注入法によって基板13A,13Bの間に、液晶分子Lを含む液晶材料を注入した後、注入口を封止する。
Next, after cleaning and drying one
[実施例]
ポリマーブラシ2を有しゼロ面アンカリング状態とした弱アンカリング配向膜16を設けた基板13Aと、ラビングされたポリイミドからなる強アンカリング配向膜17を設けた基板13Bとをシール材を介して貼り合わせた。セルギャップを3μmとした。
[Example]
A
この構造に、上に例示された二つの成分を有する二周波駆動液晶を100℃で注入し、液晶分子Lをホモジニアス配向させ、第1実施形態に係る液晶表示装置10を製造した。液晶表示装置10を50℃に保ち、液晶層18に電場を与えない状態から、100Hz(第一の周波数)で10Vの電圧を液晶層18に与えた場合の表示開始応答時間Tonを求めた。さらに、この液晶表示装置10について、表示状態から、1000kHz(第二の周波数)で15Vの電圧を液晶層18に与えた場合の表示停止応答時間Toffを求めた。
The liquid
また、比較例として、二周波駆動液晶ではなく、通常の液晶を有する液晶表示装置を製造した。この液晶は、電場が与えられると、弱アンカリング配向膜16側で液晶分子がねじれて画像を表示し、電場が与えられなくなると、弱アンカリング配向膜16側で液晶分子が初期配向状態に戻って画像を表示しなくなる。比較例の液晶表示装置についても、50℃に保ち、液晶層に電場を与えない状態から、100Hz(第一の周波数)で10Vの電圧を液晶層に与えた場合の表示開始応答時間Tonを求めた。さらに、この比較例の液晶表示装置について、表示状態から、液晶層に与える電圧を遮断した場合の表示停止応答時間Toffを求めた。
Further, as a comparative example, a liquid crystal display device having normal liquid crystal instead of dual frequency driving liquid crystal was manufactured. When an electric field is applied, the liquid crystal molecules are twisted on the weak
上記の実験の結果を図7に示す。図7から明らかなように、比較例に対して実施例は、表示停止応答時間Toffが50%以上短縮された。 The results of the above experiment are shown in FIG. As is clear from FIG. 7, the display stop response time Toff of the comparative example was shortened by 50% or more compared to the comparative example.
[第2実施形態]
図8および図9は、本発明の第2実施形態に係るIPS駆動方式の液晶表示装置10の概略構成を示す断面図であり、図8は、液晶層での画像の表示時の液晶分子の配向方向の分布を示し、図9は、液晶層での画像の非表示時の液晶分子の配向方向の分布を示す。本発明の第2実施形態では、第1実施形態と異なる二周波駆動液晶を用いて、画像の表示時も非表示時も液晶層に電場を与える。図1および図2において点線は電場を表す。第2実施形態においては、上記第1実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
[Second Embodiment]
8 and 9 are cross-sectional views showing a schematic configuration of an IPS drive type liquid
この実施の形態の液晶表示装置10は、液晶層18を構成する二周波駆動液晶のタイプを除き、第1実施形態の液晶表示装置10とほぼ同じである。但し、強アンカリング配向膜17は、液晶層18の液晶分子Lを、その長軸方向が、基板13A,13Bの表面に平行な面内の所定の配向方向(図8では方向X)にほぼ一致させるよう、配向方向が設定されている。
The liquid
第1実施形態と同様に、駆動電極層15の各電極線20Aは、その長軸方向が、例えば基板13Aの表面に平行な面内で方向Yに沿って延びるよう直線状に形成されている。駆動電極層15では、このような電極線20Aが、基板13Aの表面に平行な面内で方向Yに直交する方向Xに沿って、一定間隔ごとに並べられている。
Similarly to the first embodiment, each
駆動回路24は、液晶層18での画像の表示時に第一の周波数で駆動電極層15を駆動し、液晶層18での画像の非表示時に第一の周波数と異なる第二の周波数で駆動電極層15を駆動する。したがって、この実施形態では、画像の表示時も非表示時も液晶層18に電場を与える。但し、駆動回路24が駆動電極層15を駆動せずに液晶層18に電場を与えない時には、もちろん液晶層18で画像は表示されない。
The
液晶層18は二周波駆動液晶から構成され、その液晶分子Lは、第一の周波数と第二の周波数で駆動電極層15が駆動される時に、正負が異なる誘電率異方性Δεを有する。より具体的には、図10に示すように、液晶分子Lは、低い周波数で負の誘電率異方性を有し、高い周波数で正の誘電率異方性を有する。この点は、第1の実施形態と逆である。
The
この実施形態では、画像を表示するための第一の周波数は、例えば100kHz〜2000kHzであり、画像の表示を停止するための第二の周波数は、例えば50Hz〜100Hzである。 In this embodiment, the first frequency for displaying an image is, for example, 100 kHz to 2000 kHz, and the second frequency for stopping the display of an image is, for example, 50 Hz to 100 Hz.
図8は、第一の周波数で駆動電極層15が駆動される時(すなわち液晶層18で画像が表示される時)の液晶分子の配向方向の分布を示し、図9は、第二の周波数で駆動電極層15が駆動される時(すなわち液晶層18で画像が表示されない時)の液晶分子の配向方向の分布を示す。また、液晶層18に電場が与えられない時の液晶分子の初期配向方向は、図9に示す方向と同じであり、方向Xである。液晶分子の初期配向方向は、弱アンカリング配向膜16側と強アンカリング配向膜17側で同じ方向である(すなわち液晶分子はホモジニアス配向である)。
FIG. 8 shows the distribution in the orientation direction of the liquid crystal molecules when the
強アンカリング配向膜17は、電場が与えられた時に、液晶分子に対して初期配向方向を維持する拘束力が強い。したがって、電圧が与えられて電場が生成されても、液晶層18において強アンカリング配向膜17側の液晶分子Lが、その長軸方向を、基板13A,13Bの表面に沿った面内で、強アンカリング配向膜17の配向処理方向(方向X)にほぼ一致させた初期配向状態を維持する。強アンカリング配向膜17側の液晶分子Lの配向方向は、常に図4に示す方向である。図8および図9の比較から明らかなように、駆動電極層15が第一の周波数で駆動されても第二の周波数で駆動されても、強アンカリング配向膜17側の液晶分子Lの配向方向は初期配向方向からほぼ変化しない。
The strong
これに対し、弱アンカリング配向膜16は、電場が与えられた時に、液晶分子に対して初期配向方向を維持する拘束力が弱く、好ましくは拘束力がゼロである。第一の周波数で電圧が与えられることで電場が生成された時(すなわち、第一の周波数で駆動電極層15が駆動される時)に、与えられた電圧が閾値を超えると、図8に示すように、弱アンカリング配向膜16側では、液晶分子Lの配向方向が、基板13A,13Bに平行な面内で、初期配向方向から電場の大きさに応じて変化する。これは第一の周波数では、液晶分子Lは負の誘電率異方性を持ち、電場の向きに対して垂直に配向しやすいためである。他方、強アンカリング配向膜17側の液晶分子Lの配向方向は、駆動電極層15が第一の周波数で駆動されても、初期配向方向とほぼ同じであるので、第一の周波数で駆動電極層15が駆動される時には、図8に示すように、強アンカリング配向膜17から弱アンカリング配向膜16に向けて、液晶層の初期配向方向に対する液晶分子の配向方向の変位角度が漸次大きくなる。第一の周波数で駆動電極層15が駆動される時の弱アンカリング配向膜16側の液晶分子Lの配向方向は、図3に示す方向である。
On the other hand, the weak
他方、第二の周波数で電圧が与えられることで電場が生成された時(すなわち、第二の周波数で駆動電極層15が駆動される時)には、図9および図4に示すように、弱アンカリング配向膜16側では、液晶分子Lが初期配向方向に配向された状態を維持する(または初期配向方向に配向された状態になる)。これは第二の周波数では、液晶分子Lは正の誘電率異方性を持ち、電場の向きに対して平行に配向しやすいためである。この時、強アンカリング配向膜17側の液晶分子Lの配向方向は、初期配向方向とほぼ同じであるので、液晶層18全体においては、すべての液晶分子Lが初期配向方向に配向された状態である。
On the other hand, when an electric field is generated by applying a voltage at the second frequency (that is, when the
この実施形態においては、横方向の電場を与えることで液晶を動かすIPS駆動方式の液晶表示装置10において、明るい表示のために液晶分子が動きやすくても画像の表示を停止する時の応答性を高めることができる。すなわち、弱アンカリング配向膜16による液晶分子Lに対する拘束力が弱いため、電極線20Aの真上では基板13A,13Bに対して平行な電場が生じにくくても、弱アンカリング配向膜16側では液晶分子Lが動くことができ、第一の周波数で駆動電極層15を駆動すると、液晶分子Lは負の誘電率異方性を持ち、電場の向きに対して垂直に配向しやすいため、液晶パネル11全体としては、光が透過されやすく、明るい表示をすることができる。他方、強アンカリング配向膜17による液晶分子Lに対する拘束力が強いため、駆動電極層15が第一の周波数で駆動されても第二の周波数で駆動されても、強アンカリング配向膜17側では、液晶分子Lが初期配向方向に配向された状態を維持する。
In this embodiment, in the IPS driving type liquid
そして、第二の周波数で駆動電極層15を駆動すると、液晶分子Lは正の誘電率異方性を持ち、電場の向きに対して平行に配向しやすいために、弱アンカリング配向膜16側では液晶分子Lが初期配向方向に配向された状態を維持する(または初期配向方向に配向された状態になる)。したがって、画像の表示を停止するために、第二の周波数で駆動電極層15を駆動すると、画像の表示を停止する時の応答性が高い。したがって、この実施形態に係る液晶表示装置10では、明るい表示を達成することができるとともに、画像の表示を停止する時の応答性が高い。
When the
液晶層18には、初期状態(電場が与えられていない状態)で液晶分子Lにねじれを付与するカイラル剤が含まれてもよい。しかしながら、上記の効果を促進するため、液晶層18にはカイラル剤が添加されていないことが好ましい。
The
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であればこれから様々な変形及び均等な実施の形態が可能である。
よって、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形や改良形態も本発明に含まれる。
The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but various modifications and equivalent embodiments are possible from those having ordinary knowledge in the technical field.
Therefore, the scope of right of the present invention is not limited to this, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the claims are also included in the present invention.
例えば、上記実施形態については、強アンカリング配向膜17、弱アンカリング配向膜16について、それぞれ具体的な形成方法を例示したが、これに限らない。すなわち、強アンカリング配向膜17と弱アンカリング配向膜16とで、電場を付与したときの、液晶分子Lの配向方向を矯正する配向強制力が互いに異なるのであれば、強アンカリング配向膜17、弱アンカリング配向膜16は、それぞれ、他のいかなる方法、材料で形成してもよい。
For example, in the above-described embodiment, specific formation methods are exemplified for the strong
上記実施形態では、駆動電極層15が設けられた基板13Aがバックライトユニット12側に設けられ、基板13Aに対向する基板13Bが光の出射側に設けられている。しかし、図11に示すように、駆動電極層15が設けられた基板13Aが光の出射側に設けられ、基板13Aに対向する基板13Bがバックライトユニット12側に設けられていてもよい。この場合、カラーフィルタは基板13Aに設けられる。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、液晶表示装置10は、IPS駆動方式であるが、本発明はIPS駆動方式に限定されず、液晶分子に基板に平行な方向(横方向)の電場を与えるFFS駆動方式、AFFS(Advanced Fringe Field Switching)駆動方式の液晶表示装置にも利用可能である。
In the above embodiment, the liquid
2 ポリマーブラシ
3 ポリマーブラシ層
4 共存部
10 液晶表示装置
11 液晶パネル
11f 表面
11r 裏面
12 バックライトユニット
13A 基板(第一の基板)
13B 基板(第二の基板)
14A 偏光板(第一の偏光板)
14B 偏光板(第二の偏光板)
15 駆動電極層
16 弱アンカリング配向膜(第一の配向膜)
17 強アンカリング配向膜(第二の配向膜)
18 液晶層
20A 電極線
L 液晶分子
2
13B substrate (second substrate)
14A Polarizing plate (first polarizing plate)
14B Polarizing plate (second polarizing plate)
15
17 Strong anchoring alignment film (second alignment film)
18
Claims (6)
前記第一の配向膜に対して間隔をおいて対向するように配置される第二の配向膜が形成された第二の基板と、
前記第一の配向膜と前記第二の配向膜との間に配置され、液晶分子が駆動されることによって光を透過又は遮断する液晶層と、
前記第一の基板に設けられ、前記液晶分子に前記第一の基板および前記第二の基板に平行な方向の電場を与える駆動電極層と、
前記液晶層での画像の表示時に第一の周波数で前記駆動電極層を駆動し、前記液晶層での画像の非表示時に前記第一の周波数と異なる第二の周波数で前記駆動電極層を駆動する駆動回路と
を備え、
前記液晶分子は、前記第一の周波数と前記第二の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に、正負が異なる誘電率異方性を有し、
前記第二の配向膜は、前記第一の配向膜に比べて、前記電場が与えられた時に、液晶分子に対して初期配向方向を維持する拘束力が強く、
前記第一の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に、前記第一の配向膜側では、液晶分子の配向方向が、前記第一の基板および前記第二の基板に平行な面内で、前記初期配向方向から前記電場の大きさに応じて変化し、
前記第二の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に、前記第一の配向膜側では、液晶分子が前記初期配向方向に配向された状態である、液晶表示装置。 A first substrate on which a first alignment film is formed;
A second substrate on which a second alignment film is formed so as to be opposed to the first alignment film with a space therebetween;
A liquid crystal layer disposed between the first alignment film and the second alignment film and transmitting or blocking light by driving liquid crystal molecules;
A driving electrode layer provided on the first substrate and applying an electric field to the liquid crystal molecules in a direction parallel to the first substrate and the second substrate;
The drive electrode layer is driven at a first frequency when an image is displayed on the liquid crystal layer, and the drive electrode layer is driven at a second frequency different from the first frequency when an image is not displayed on the liquid crystal layer. Drive circuit
The liquid crystal molecules have dielectric anisotropy with different positive and negative when the drive electrode layer is driven at the first frequency and the second frequency,
The second alignment film has a stronger binding force to maintain the initial alignment direction with respect to the liquid crystal molecules when the electric field is applied, compared to the first alignment film.
When the drive electrode layer is driven at the first frequency, on the first alignment film side, the alignment direction of the liquid crystal molecules is in a plane parallel to the first substrate and the second substrate, It changes according to the magnitude of the electric field from the initial orientation direction,
A liquid crystal display device in which liquid crystal molecules are aligned in the initial alignment direction on the first alignment film side when the drive electrode layer is driven at the second frequency.
前記液晶分子は、前記第一の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に正の誘電率異方性を有し、前記第二の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に負の誘電率異方性を有する、請求項1に記載の液晶表示装置。 The first frequency is lower than the second frequency;
The liquid crystal molecules have a positive dielectric anisotropy when the drive electrode layer is driven at the first frequency, and a negative dielectric constant when the drive electrode layer is driven at the second frequency. The liquid crystal display device according to claim 1, which has anisotropy.
前記液晶分子は、前記第一の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に負の誘電率異方性を有し、前記第二の周波数で前記駆動電極層が駆動される時に正の誘電率異方性を有する、請求項1に記載の液晶表示装置。 The first frequency is higher than the second frequency;
The liquid crystal molecules have a negative dielectric anisotropy when the driving electrode layer is driven at the first frequency, and a positive dielectric constant when the driving electrode layer is driven at the second frequency. The liquid crystal display device according to claim 1, which has anisotropy.
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