JP2019184643A - 液晶モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】長期間の使用においても焼き付きを抑えることができる液晶モジュールを提供する。【解決手段】可視光を含む光を発するバックライト１４と、偏光板と、第一の基板３０と、液晶層２３と、第二の基板２１と、を背面側から順に有し、バックライト１４と上記偏光板との間、及び、上記偏光板と第一の基板３０との間の少なくとも一方に、断熱層２０を備え、第一の基板３０及び第二の基板２１の少なくとも一方の液晶層２３側に、アゾベンゼン基を含有する配向膜２２が配置される液晶モジュール。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶モジュールに関する。より詳しくは、光配向膜が設けられた液晶パネルとバックライトとを備える液晶モジュールに関するものである。

液晶モジュール（液晶ディスプレイ又は液晶表示装置ともいう。）は、表示のために液晶材料を利用する表示装置である。その代表的な表示方式は、一対の基板及び上記一対の基板間に封入された液晶層を有する液晶パネルに対してバックライト（ＢＬ：Ｂａｃｋ Ｌｉｇｈｔ）から光を照射し、液晶層に含まれる液晶材料に電圧を印加して液晶化合物（液晶分子）の配向を変化させることにより、液晶パネルを透過する光の量を制御するものである。

バックライトを備える液晶モジュールとして、例えば、特許文献１には、液晶素子をバックライト部により照明した、液晶ディスプレイにおいて、熱拡散板又は熱吸収板を、バックライト部と液晶素子との間に設けた液晶ディスプレイが開示されている。特許文献２には、液晶表示素子とバックライトとを装備する液晶表示モジュールであって、上記バックライトの表面側に重設される光拡散シートを備えており、この光拡散シートが近赤外線吸収剤を含有し、近赤外線透過率が５０％以下である液晶表示モジュールが開示されている。特許文献３には、液晶パネルとバックライトとを含む液晶表示装置において、上記液晶パネル並びに上記液晶パネルとバックライトとの間、のうち少なくとも一方に、近赤外領域である９００ｎｍ〜１１００ｎｍの光を吸収する近赤外領域吸収部材を備える液晶表示装置が開示されている。

また、液晶モジュールが備える上記一対の基板と上記液晶層との間には、それぞれ、電圧が印加されていない状態における液晶化合物の配向を制御する配向膜が設けられる。配向膜に施される配向処理の方法としては、配向膜表面をローラー等で擦るラビング法が従来広く用いられてきた。これに対して、近年では、ラビング法に代わる配向処理の方法として、配向膜表面に光を照射する光配向法が広く展開されつつある。光配向法によれば、配向膜の表面に接触することなく配向処理を実施できるので、ラビング処理と異なり、配向処理中における汚れ、ごみ等の発生を抑制することができるという利点がある。光配向法により配向処理される配向膜は、光配向膜とも呼ばれる。

光配向膜に関する技術として、例えば、特許文献４には、可視光を含む光を発するバックライトと、直線偏光子と、第一の基板と、配向膜と、液晶分子を含有する液晶層と、第二の基板と、を背面側から順に有し、上記配向膜は、可視光に対して吸収異方性を示し、かつ可視光の吸収によって異性化反応を生じるアゾベンゼン構造が含まれた材料を含有し、上記直線偏光子の偏光透過軸は、上記配向膜の吸収異方性の大きい方向に対して交差する方向にあるものである液晶表示装置が開示されている。また、特許文献５には、直線偏光によって配向可能な部位を有するガラス転移温度が２００℃以上の高分子薄膜に、上記配向可能な部位が容易に動ける状態において直線偏光を照射する高分子薄膜の配向方法が開示されている。

特開平４−６２５２０号公報 特開２００８−１４５８９０号公報 国際公開第２００８／０５９７０３号 国際公開第２０１６／０１７５３５号 特開平１１−２１８７６５号公報

液晶モジュールを出荷する前には、実使用における最も過酷な環境に近い条件で試験を行い、品質の確認を行う。液晶モジュールは、様々な用途で用いられており、その用途や使用環境によって、求められる品質が異なる。例えば、車載用の液晶表示装置は、スマートフォンやタブレット端末等の携帯型の液晶表示装置と比べて使用期間が長いため、長期間の使用に耐え得る長期信頼性が要求される。更に、車載用の液晶表示装置は、高温環境下での使用も想定されるため、高温での長期信頼性に優れることが要求される。上記高温での長期信頼性を評価する試験としては、熱衝撃試験、長期焼き付き試験等がある。上記熱衝撃試験では、液晶表示装置を構成する液晶パネルの温度を、一定の周期で低温及び高温に変化させ、温度変化による負荷をかける。上記長期焼き付き試験では、液晶パネルを、例えば８０℃前後の高温で加熱した状態で、ＢＬから液晶パネルに対して光を長時間照射する。

ここで、上記光配向法により配向規制力を発現させる配向膜（光配向膜）としては、光反応部位を有する配向膜が用いられる。本発明者の検討によると、分解型の光反応部位を有する配向膜を用いると、光配向処理により分解物が発生し、その分解物が、輝点として視認されることがあった。車載用の液晶表示装置は、実際の使用環境での温度範囲が広いため、上記熱衝撃試験での温度範囲も広く、例えば、−４０℃と８５℃の間を昇降させることもある。このような温度範囲では、液晶材料は激しく収縮と膨張を繰り返し、例えば、１０％程度も体積が変動することがある。熱衝撃試験において、液晶材料が伸縮、膨張を繰り返すことで、製造時には液晶層に溶解していた上記分解物が凝集し、輝点となって視認されると考えられる。

そこで、本発明者は、上記熱衝撃試験において輝点の発生を抑制することを検討し、光照射により異性化反応を起こすアゾベンゼン基を、光反応部位として有する配向膜を用いれば、光配向法により紫外線等の光が照射されても分解物が発生しないことから、上記輝点の課題自体が生じないことを見出した。一方で、アゾベンゼン基を有する配向膜を用いると、紫外線等の照射によって分解物が発生せず、上記輝点の課題がないものの、上記長期焼き付き試験において、配向膜の配向規制力が低下し、焼き付きが発生することがあった。

本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、長期間の使用においても焼き付きを抑えることができる液晶モジュールを提供することを目的とするものである。

本発明者は、長期焼き付き試験において、アゾベンゼン基を有する配向膜を備える液晶モジュールで焼き付きが発生する原因について検討を行った。図１０は、配向膜の吸光度を波長に対してプロットしたグラフである。図１０中、グラフＡはアゾベンゼン基を有する配向膜の吸光度を表し、グラフＢは分解型の光反応部位を有する配向膜の吸光度を表す。グラフＢは、一例として、光反応の主波長が２５４ｎｍである配向膜を用いた結果である。図１０に示したように、分解型の光反応部位を有する配向膜は、可視光領域に吸収をもたないのに対し、アゾベンゼン基を有する配向膜は、反応領域の裾野が可視光領域までブロードに広がっていることが分かる。

ＢＬから照射される光（バックライト光）にはアゾベンゼン基を有する配向膜の吸収波長領域の可視光が含まれるため、他の光反応部位を有する配向膜を用いた場合よりも、長期焼き付き試験において焼き付きが発生し易いと考えられる。以下にその理由を説明する。

図１１はバックライトの偏光方向を変えながら配向膜をエージングした際の、エージング時間に対する配向膜の屈折率異方性の変化を示したグラフである。図１１では、光配向処理を常温、６０℃及び８０℃のそれぞれの温度で実施したアゾベンゼン基を有する配向膜についての結果を示している。また、図１１では、常温で光配向処理した配向膜のエージング前（偏光バックライト照射０時間）における屈折率異方性の値を１．００００として各時間の屈折率異方性の値を規格化した。なお、配向膜の屈折率異方性は、光配向処理の露光量が増加するに従い増加し、その後飽和するが、上記規格化の基準とした屈折率異方性の値は、常温で光配向処理した配向膜の屈折率異方性が飽和したときの値に該当する。図１１に示すように、光配向処理時の加温の程度によってやや違いがあるものの、バックライトの偏光方向を、光配向処理時の露光機の偏光方向に対して平行とした０〜２５０時間の範囲では、配向膜の屈折率異方性がある程度上昇し、バックライトの偏光方向を、光配向処理時の露光機の偏光方向に対して直交させた２５０〜５００時間の範囲では、配向膜の屈折率異方性が大きく低下した。アゾベンゼン基を有する配向膜は、バックライトのエージングによりその配向性が少なからず変動するが、とりわけ、光配向処理時の偏光紫外線の偏光方向とバックライトの偏光方向とが一致しない場合は、配向膜の屈折率異方性が大きく低下する。また、アゾベンゼン基を有する配向膜では、屈折率異方性と配向規制力には相関があり、屈折率異方性が低下すれば、配向規制力も低下する。そして、配向規制力が低下する結果、焼き付きが発生すると考えられる。

ここで、アゾベンゼン分子（アゾベンゼン基）の基底状態はトランス体であり、この状態が最も安定であり、通常トランス体しか存在しない。シス体は光を照射する事で発生する励起状態の分子構造であり、安定な状態ではない為、直ちに基底状態のトランス体に戻る。基板に塗布した直後の配向膜には、規則性をもたずランダムな方向に向いたトランス体分子が多く存在した状態である。この配向膜に特定の偏光を照射すると、アゾベンゼン分子の長軸方向が上記特定の偏光と直交する方向であるトランス体分子は反応しない（遷移モーメントが異なるため光を吸収しない）が、アゾベンゼン分子の長軸方向が上記特定の偏光と直交しないトランス体分子は光を吸収し、トランス体からシス体への異性化反応を起こす。しかしながら、上術したようにシス体は安定した状態ではない為、すぐさまトランス体に戻る。この時生成されるトランス体が偏光と直交する方向に向けば、それ以上光を吸収する事はないため、そこでトランス−シスの異性化反応は終了する。一方、アゾベンゼン分子の長軸方向が上記特定の偏光と直交しないトランス体に再び戻れば、何度もトランス−シスの異性化反応を繰り返す。このようにして、最終的には、ほとんどのアゾベンゼン分子が偏光方向と直交する方向に向く（揃う）。

このように、アゾベンゼン基を有する配向膜では、偏光紫外線照射によりトランス−シスの異性化反応が繰り返され、照射偏光方向と直交方向に配列したトランス体が支配的になることで異方性が付与される。配向処理を完了した配向膜に光配向処理時の照射偏光方向と異なる偏光が照射されると、一部のアゾベンゼン基が再びトランス−シスの異性化反応を起こし、光配向処理時に配列したトランス体とは違う方向に向いたトランス体が発生し、本来意図した方向とは異なる方向への配向力が発生する。このような理由から、光配向処理時の偏光紫外線の偏光方向とバックライトの偏光方向とが一致しない場合は、配向膜の屈折率異方性が大きく低下し、配向規制力が低下する結果、焼き付きが発生すると考えられる。

上記特許文献４の技術によれば、直線偏光子の偏光透過軸を、配向膜の吸収異方性の大きい方に対して交差する方向に配置することにより、アゾベンゼンの光吸収及び異性化反応を抑制し、配向膜の屈折率異方性の低下を抑えることができる。しかしながら、長期間の使用による焼き付きの発生を抑えるには、未だ改良の余地がある。以下に理由を説明する。

液晶モジュールは、液晶パネル及びバックライトを備え、上記液晶パネルでは、透過軸が直交する２枚の偏光板により液晶層が挟持されている。また、２枚の偏光板と液晶層との間には、それぞれ、配向膜が配置されている。

液晶層に含有される液晶分子の長軸は、電圧が印加されていない状態では、何れかの偏光板の透過軸と同じ方向に一様に揃っており、バックライトからの光は偏光方向が変わらず透過しない。一方、電圧が印加された状態では、液晶分子は面内で回転し、その複屈折性により液晶セル内の位相差変化がおこる。これによりバックライトからの光は偏光方向が回転し、透過する。したがって、バックライトからの光は、常に同じ偏光方向で配向膜に照射されるわけではない。そのため、上記特許文献４の技術により長期使用における焼き付きの発生を抑えるには、未だ改良の余地がある。

上記特許文献１によれば、液晶素子に熱を均等に伝えることが可能であり、液晶素子の温度ムラを解消し、液晶ディスプレイの表示品質を向上させることができる。しかしながら、上記特許文献１では、アゾベンゼン基を有する配向膜を用いる場合に、長期間の使用により発生する液晶モジュールの焼き付きを抑えることは検討されていない。

上記特許文献２及び３では、バックライトの光源に起因して放出される近赤外線により、近赤外線を使用するテレビ等の家電機器のリモートコントロールシステムが誤作動することを防止することを目的としており、アゾベンゼン基を有する配向膜を用いる場合に、長期間の使用により発生する液晶モジュールの焼き付きを抑えることは検討されていない。

上記特許文献５では、直線偏光によって配向可能な部位を有するガラス転移温度が２００℃以上の高分子薄膜に、アゾベンゼン誘導体を用いることができる旨開示されているが、長期間の使用により発生する液晶モジュールの焼き付きを抑えることは検討されていない。

図１２は、配向膜の屈折率異方性の経時変化を、バックライトの放熱緩和の有無により比較したグラフである。図１２では、バックライトと、アゾベンゼン基を有する配向膜との間に断熱層を設けた態様（ＢＬ放熱緩和）と、上記断熱層を設けない態様とを比較している。本発明者は、アゾベンゼン基を有する配向膜の屈折率異方性の低下について更なる検討を重ね、長期焼き付き試験における焼き付きの悪化の度合いは、ＢＬからの輝度が高いほど顕著となることに着目した。そして、図１２に示すように、ＢＬの照度だけでなく、ＢＬからの放射熱がそれを助長させており、アゾベンゼン基を有する配向膜は、偏光だけでなく、熱にも弱いという課題を発見した。アゾベンゼン基のトランス−シスの異性化反応において、基底状態のトランス体は光によって励起してシス体となるが、熱が加わることでトランス−シスの異性化反応が助長されると考えられる。以上のことから本発明者は、ＢＬからの放射熱が、アゾベンゼン基を有する配向膜へ伝わることを抑えることにより、屈折率異方性の経時変化を抑えることができることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明の一態様は、可視光を含む光を発するバックライトと、偏光板と、第一の基板と、液晶層と、第二の基板と、を背面側から順に有し、上記バックライトと上記偏光板との間、及び、上記偏光板と上記第一の基板との間の少なくとも一方に、断熱層を備え、上記第一の基板及び上記第二の基板の少なくとも一方の上記液晶層側に、アゾベンゼン基を含有する配向膜が配置される液晶モジュールであってもよい。

上記断熱層は、熱線吸収フィルタ、空気層、不活性ガス層及び真空層からなる群より選択される少なくとも一種の層を含んでいてもよい。

長期間の使用においても焼き付きを抑えることができる液晶モジュールを提供することができる。

実施形態の液晶モジュールの断面模式図である。 実施形態の液晶モジュールの斜視模式図である。 液晶モジュールの黒表示時を模式的に示した斜視図である。 液晶モジュールの白表示時を模式的に示した斜視図である。 実施例１の配向膜付き基板の検証フローを示すブロック図である。 実施例１の配向膜付き基板に偏光バックライトを照射している状態を示す模式図である。 実施例１及び比較例１の配向膜付き基板に偏光バックライトを照射した際の、配向膜の屈折率異方性の経時変化を示したグラフである。 実施例２の配向膜付き基板の検証フローを示すブロック図である。 実施例２及び比較例２の配向膜付き基板に偏光バックライトを照射した際の、配向膜の屈折率異方性の経時変化を示したグラフである。 配向膜の吸光度を波長に対してプロットしたグラフである。 バックライトの偏光方向を変えながら配向膜をエージングした際の、エージング時間に対する配向膜の屈折率異方性の変化を示したグラフである。 配向膜の屈折率異方性の経時変化を、バックライトの放熱緩和の有無により比較したグラフである。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。なお、以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、実施形態に記載された各構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよいし、変更されてもよい。

［実施形態］
本実施形態では、正又は負の誘電率異方性を有する液晶分子を基板面に対して水平配向させて液晶層に対し横電界を印加する面内スイッチング（ＩＰＳ：Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードの液晶モジュールを例に挙げて説明を行う。図１は、実施形態の液晶モジュールの断面模式図である。図２は、実施形態の液晶モジュールの斜視模式図である。

本実施形態の液晶モジュール１は、可視光（例えば、４００〜８００ｎｍの波長）を含むバックライト１４と、断熱層２０と、偏光板（以下、第一の偏光板ともいう）ＰＬ１と、第一の基板３０と、液晶層２３と、第二の基板２１と、を背面側から順に有し、第一の基板３０及び第二の基板２１の液晶層２３側に、それぞれ、アゾベンゼン基を含有する配向膜２２が配置されている。

ここで、バックライトから照射される光には、光配向処理時の偏光露光プロセスとは異なり、本来照射したくない偏光方向の光（光配向処理時の照射偏光方向とは異なる偏光方向を有する光）も含まれる。そのため、長期焼き付き試験においてバックライトからの光がアゾベンゼン基を有する配向膜に照射されると、トランス−シスの異性化反応により、光配向処理時に配列したトランス体とは違う方向に向いたトランス体が発生し、配向膜の屈折率異方性が低下して焼き付きが発生する。その焼き付きの度合いは、バックライトの輝度が高いほど顕著となる。これは、バックライトの輝度が上がると、バックライトの照度だけでなく、バックライトからの放射熱により配向膜に過剰な熱負荷がかかり、トランス−シスの異性化反応が助長され、配向膜の屈折率異方性が低下し、配向膜の配向規制力が低下するためである。バックライトの輝度が上がると、バックライトからの発熱量も大きくなるため、配向膜の屈折率異方性が低下して焼き付きが発生するのである。したがって、アゾベンゼン基を有する配向膜にかかる熱を抑えることが、焼き付きの発生を抑える上で重要となる。

本実施形態では、偏光板ＰＬ１とバックライト１４との間に断熱層２０を設ける。このような態様とすることにより、バックライト１４から配向膜２２へと伝わる熱を抑えることが可能となり、アゾベンゼン基のトランス−シスの異性化反応による配向膜２２の屈折率異方性の低下を抑制でき、長期間の使用により発生する液晶モジュール１の焼き付きを抑えることができる。また、本実施形態における断熱層２０を設けることにより、液晶層２３のバックライト１４側に配置された配向膜２２だけでなく、液晶層２３のバックライト１４と反対側に配置された配向膜２２に対してもバックライト１４からの放射熱による熱負荷を抑えることができるため、液晶層２３を介して一対の配向膜２２が配置される場合であっても、両配向膜２２の配向規制力が低下を抑えることが可能となり、長期使用により発生する液晶モジュール１の焼き付きを効果的に抑えることができる。

ここで、上記光分解型の光反応部位は可視光をほとんど吸収しないため、光分解型の光反応部位を有する配向膜では、可視光に起因して配向膜の配向規制力が低下することにより発生する焼き付きは起こりにくいと考えられる。また、光配向処理以外の方法（例えば、ラビング処理）によって配向処理を行う配向膜は光反応部位を有さないため、光配向処理以外の方法によって配向処理が行われた配向膜では、光照射に起因して配向膜の配向規制力が低下することにより発生する焼き付きは起こりにくいと考えられる。

以下に本実施形態の詳細を説明する。

本実施形態の液晶モジュール１は、液晶パネル１１と、制御回路基板１２と、フレキシブル基板１３と、バックライト１４と、ドライバ１７と、断熱層２０とが、開口部１９を有する上側外装部材１５及び下側外装部材１６により囲まれた構造を有する。また、液晶モジュール１は、液晶パネル１１と、断熱層２０と、バックライト１４と、を観察面側から順に備え、画像が表示される領域である表示領域Ａ１と、画像が表示されない領域である非表示領域Ａ２とを備える。

液晶パネル１１は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備える第一の基板３０と、カラーフィルタ（ＣＦ：Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ）を備える第二の基板２１と、第一の基板３０及び第二の基板２１の間に挟持された液晶層２３と、を有し、第一の基板３０の液晶層２３と反対側には第一の偏光板ＰＬ１が配置され、第二の基板２１の液晶層２３と反対側には第二の偏光板ＰＬ２が配置されている。第一の基板３０及び第二の基板２１の間はシール部材２４により間隔が一定に保たれている。第一の基板３０と液晶層２３との間、及び、第二の基板２１と液晶層２３との間には、それぞれ、アゾベンゼン基を有する配向膜２２が配置されている。

第一の基板３０は、複数のソース線及び複数のソース線と交差する複数の走査線を有し、スイッチング素子としてのＴＦＴを備え、ＴＦＴ（アレイ）基板ともいう。第一の基板３０には、帯状の共通電極及び帯状の画素電極が交互に配置されており、共通電極と画素電極との間に電圧が印加されることにより液晶層２３中の液晶分子の配向状態が変化する。なお、本明細書では、共通電極と画素電極との間に電圧が印加された電圧印加状態を、単に「電圧印加状態」ともいい、共通電極と画素電極との間に電圧が印加されていない電圧無印加状態を、単に「電圧無印加状態」ともいう。

第二の基板２１は、ブラックマトリクス及びカラーフィルタを備え、ＣＦ基板ともいう。

配向膜２２は、液晶層２３中の液晶分子の配向を制御する機能を有するものであり、液晶層２３への印加電圧が閾値電圧未満（電圧無印加を含む）ときには、主に配向膜２２の働きによって液晶層２３中の液晶分子の配向が制御される。

配向膜２２は、アゾベンゼン基を含有する。アゾベンゼン基は光が照射されることによって異性化反応を起こす光反応部位であるため、アゾベンゼン基を有する配向膜２２は光配向処理を行うことができる光配向膜である。上記アゾベンゼン基は、一部の（短波長の）可視光の吸収によって異性化反応を生じる基である。

配向膜２２に含まれるアゾベンゼン基は、アゾベンゼンから１以上の水素原子を除去した基であり、アゾベンゼン基の少なくとも１つの水素原子は置換されていてもよい。

アゾベンゼン基を有する配向膜２２としては、例えば、アゾベンゼン基を有するポリマーを含む配向膜が挙げられる。上記アゾベンゼン基を有するポリマーは、主鎖にアゾベンゼン基を有することが好ましい。このような態様とすることにより、配向性が安定した配向膜２２を得ることができる。この理由は、光照射により直接的に主鎖の構造を変化させ、上記アゾベンゼン基を有するポリマーの向きを揃えることができることから、得られる配向膜２２の屈折率異方性が大きく向上するためであると考えられる。一方で、アゾベンゼン基を側鎖に有するポリマーを用いると、得られる配向膜２２の配向性が安定しない場合がある。その理由は定かではないが、光照射により側鎖が反応しても、主鎖が追従せずに上記アゾベンゼン基を有するポリマーの向きが揃わないためであると考えられる。

上記アゾベンゼン基を有するポリマーとしては、例えば、ポリマー主鎖に、ポリアミック酸構造、ポリイミド構造、ポリシロキサン構造及びポリビニル構造の少なくとも１種の構造を有するものが挙げられる。耐熱性に優れ、層分離し易いことから、上記アゾベンゼン基を有するポリマーはポリマー主鎖にポリアミック酸構造及び／又はポリイミド構造を有することがより好ましい。ポリアミック酸が有するアミド基・カルボキシル基のうち、イミド化によって脱水・環化した比率をイミド化率といい、本明細書中、ポリアミック酸構造とは、イミド化率が５０％未満のものをいい、ポリイミド構造とは、イミド化率が５０％以上のものをいう。なお、ポリアクリル構造は、高温で分解し焼成温度が限定されてしまうことから、アゾベンゼン基との相性が良くなく、上記アゾベンゼン基を有するポリマーはポリマー主鎖にポリアクリル構造を有さないことが好ましい。また、配向膜を後述する二層構造とする場合、ポリアクリル構造は、層分離し難く配向性が安定し難いことからも、上記アゾベンゼン基を有するポリマーはポリマー主鎖にポリアクリル構造を有さないことが好ましい。

配向膜２２は、上記アゾベンゼン基を有するポリマーを含み、かつ、液晶層２３側の表面に位置する光配向層と、上記アゾベンゼン基を有するポリマー以外の他のポリマーを含み、かつ、液晶層２３と反対側の表面に位置するベース層との二層構造であってもよい。上記光配向層は、液晶層２３と接する層であり、液晶層２３に含まれる液晶分子２３１の配向方向と、配向の強さ（アンカリング）を決めるという役割を有する。上記ベース層は、配向膜２２の下層であり、液晶層２３の電圧保持率（ＶＨＲ）を高く維持し、液晶モジュール１の信頼性を高めるという役割を有する。配向膜２２を上記二層構造とすることで、配向規制力に優れ、信頼性が高い液晶モジュール１を得ることができる。

上記他のポリマーとしては、特に限定されず、液晶モジュールの分野において通常使用されるものを用いることができ、上記アゾベンゼン基を有するポリマーとの層分離性を考慮して適宜選択することができる。上記他のポリマーは、上記光反応部位を含まなくてもよいし、配向規制力を発現させるための側鎖を有さなくてもよい。

上記他のポリマーとしては、ポリマー主鎖に、ポリアミック酸構造、ポリイミド構造、ポリシロキサン構造、ポリビニル構造等を有することが好まく、ポリアミック酸構造及び／又はポリイミド構造を有することがより好ましい。

配向膜２２中の、上記アゾベンゼン基を有するポリマー及び上記他のポリマーの重量比率は、２：８〜８：２であってもよい。上記アゾベンゼン基を有するポリマー及び上記他のポリマーが含まれる配向膜材料（配向膜組成物）を用いて配向膜２２を形成する場合、上記アゾベンゼン基を有するポリマーの含有量が多いと、露光工程においてアゾベンゼン基を反応させるために要する露光量が多くなり、上記配向膜材料中の溶媒が揮発し、上記アゾベンゼン基を有するポリマーの反応性が鈍化することがある。そのため、溶媒の揮発による影響を考慮すると、配向膜２２に含まれる上記アゾベンゼン基を有するポリマーの含有量は、上記他のポリマーの含有量よりも少ないことが好ましい。配向膜２２中の、上記アゾベンゼン基を有するポリマー及び上記他のポリマーの重量比率は、３：７〜５：５であることがより好ましい。

液晶層２３は、少なくとも一種の液晶分子を含有する層であれば特に限定されず、液晶モジュールの分野において通常使用されるものを用いることができる。液晶分子は、下記式で定義される誘電率異方性（Δε）が負の値を有するネガ型の液晶材料であってもよいし、Δε正の値を有するポジ型の液晶材料であってもよい。
Δε＝（液晶分子の長軸方向の誘電率）−（液晶分子の短軸方向の誘電率）

断熱層２０は、バックライト１４と第一の偏光板ＰＬ１との間に位置する。なお、本実施形態では、第一の偏光板ＰＬ１を備える液晶パネル１１とバックライト１４とを用意し、これらの組み合わせることで液晶モジュール１が作製されることを考慮し、バックライト１４と第一の偏光板ＰＬ１との間に断熱層２０を配置するが、断熱層２０はバックライト１４からの放射熱が配向膜２２に伝わることを抑えることができる位置に配置されればよい。例えば、第一の偏光板ＰＬ１と第一の基板３０との間に断熱層２０が配置されていても、長期間の使用により発生する液晶モジュールの焼き付きを、本実施形態と同様に抑制することができる。すなわち、断熱層２０は、第一の偏光板ＰＬ１のバックライト１４側及び第一の基板３０側のどちらに設けられても、長期間の使用により発生する液晶モジュール１の焼き付きを同程度に抑えることができる。

断熱層２０としては、例えば、熱を吸収するタイプ、防熱するタイプ、及び、遮熱するタイプ等の断熱層が挙げられる。

熱を吸収するタイプの断熱層２０としては、例えば、熱線吸収フィルタ（例えば、赤外線吸収フィルタ）等が挙げられる。

防熱タイプの断熱層２０としては、熱伝導率の低い層を用いることが可能であり、例えば、空気層、不活性ガス層等が挙げられる。空気層の厚みは、１ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましく、１．５ｍｍ〜２ｍｍであることがより好ましい。上記不活性ガス層に用いられる不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴン等が挙げられ、窒素であることが好ましく、アルゴンであることがより好ましい。不活性ガス層の厚みは、１ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましく、１．５ｍｍ〜２ｍｍであることがより好ましい。なお、常温での熱伝導率は、空気が０．０２６Ｗ／ｍＫ、窒素が０．０２６Ｗ／ｍＫ、アルゴンが０．０１７Ｗ／ｍＫである。窒素の熱伝導率は空気とほぼ同じであり、アルゴンの熱伝導率は窒素及び空気の２／３程度と低い。そのため、空気層及び窒素から構成される不活性ガス層よりも、アルゴンから構成される不活性ガス層の方が、より高い断熱性を有すると考えられる。断熱層２０として不活性ガス層を用いる場合は、例えば、透明素材で密閉され、かつ、窒素、アルゴン等の熱伝導率の低い不活性ガスが注入された不活性ガス層を用いることができる。

遮熱タイプの断熱層２０としては、熱伝導性をほぼ有さない層を用いることが可能であり、例えば、真空層等が挙げられる。真空層の厚みは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍであることが好ましく、０．８ｍｍ〜１ｍｍであることがより好ましい。断熱層２０として真空層を用いる場合は、例えば、透明素材で密閉され、かつ、該密閉空間内が排気された真空層を用いることができる。

断熱層２０は、可視光透過率が９０％以上であることが好ましい。このような態様とすることにより、バックライト１４の光の利用効率が低下することを抑えることができる。

第一の偏光板ＰＬ１及び第二の偏光板ＰＬ２は、直線偏光板であることが好ましく、液晶モジュールの分野において通常使用されるものを用いることができる。第一の偏光板ＰＬ１の透過軸と第二の偏光板ＰＬ２の透過軸とは、クロスニコルに配置されていることが好ましい。

バックライト１４は、光源（図示省略）、光拡散フィルム（図示省略）及びシャーシ１８を含む。バックライト１４は、可視光を含む光を発する。上記光源としては、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の、液晶モジュールの分野で通常使用されるものを用いることができる。バックライト１４は、直下型であっても、エッジライト型であってもよい。

バックライト１４は、輝度２０，０００ｃｄ／ｍ^２以上が好ましく、３０，０００ｃｄ／ｍ^２以上がより好ましい。バックライトの輝度、照度及び放射熱には相関関係があり、輝度を高めれば高めるほど、照度が上がり、放射熱も増加する。本実施形態によれば、輝度２０，０００ｃｄ／ｍ^２以上の高輝度のバックライト１４を用いる場合であっても、バックライト１４からの放射熱を断熱層２０により抑えることが可能であるため、液晶モジュール１の焼き付きの発生を効果的に抑えることができる。バックライト１４の輝度の上限は特に限定されないが、好ましくは、６０，０００ｃｄ／ｍ^２以下であり、より好ましくは、５０，０００ｃｄ／ｍ^２以下である。

バックライト１４の表面には、反射型偏光フィルム（例えば、３Ｍ社製の輝度上昇フィルム、商品名：ＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ））が設けられていてもよい。反射型偏光フィルムは、主に輝度（特に正面輝度）上昇を目的として取り入れられるもので、熱安定性が向上する（ここでの熱安定性は断熱ではなく面内分布を均一にするというもの）ものである。反射型偏光フィルムは偏光特性を有するものであるため、その偏光方向は液晶パネル１１に貼りつけられている第一の偏光板ＰＬ１と同じ方向に揃えることが好ましい。

以下に、図３及び図４を用いて、本実施形態の液晶モジュール１の表示方法を説明する。図３は、液晶モジュールの黒表示時を模式的に示した斜視図である。図４は、液晶モジュールの白表示時を模式的に示した斜視図である。図３の（ｂ）、図４の（ｂ）は、それぞれ図３の（ａ）、図４の（ａ）を第二の偏光板側から観察した場合に、液晶分子の配向方位と、第一及び第二の偏光板の透過軸、及び、液晶層を透過した光の振動方向を重ねて示したものである。図３の（ａ）及び図４の（ａ）では、説明の便宜のため、液晶パネル１１を構成する、液晶層２３、液晶分子２３１、第一の偏光板ＰＬ１、第二の偏光板ＰＬ２及びバックライト１４以外の部材については図示していないが、図１に示した液晶モジュール１と同様の構成を有する。図３の（ａ）、（ｂ）及び図４の（ａ）、（ｂ）中、破線の両矢印は第一の偏光板ＰＬ１の透過軸を表し、実線の両矢印は第二の偏光板ＰＬ２の透過軸を表し、白抜きの両矢印は、液晶層２３を透過した光の振動方向（偏光方向）を表す。

バックライト１４から第一の偏光板ＰＬ１を透過して液晶層２３に入射される光の振幅方向（偏光方向）は、第一の偏光板ＰＬ１の透過軸と平行である。図３の（ａ）、（ｂ）に示したように、液晶層２３に電圧が印加されていない電圧無印加状態では、液晶層２３中で光の偏光方向が変わらないため、液晶層２３を透過した光の偏光方向は、第二の偏光板ＰＬ２の透過軸と直交したままであり第二の偏光板ＰＬ２を透過しない。そのため、バックライト１４からの光は観察者側に射出されず黒表示となる。一方、図４の（ａ）、（ｂ）に示したように、液晶層２３に電圧が印加された状態では、液晶分子２３１は液晶パネル１１の面内で回転し、液晶分子２３１が有する複屈折性により液晶層２３内の位相差が変化する。これにより、液晶層２３に入射された光の偏光方向は回転し、第二の偏光板ＰＬ２を透過するため、バックライト１４からの光が観察者側に射出されて白表示となる。液晶層２３に印加する電圧の大きさを変えることで、液晶分子２３１の回転の程度を変化させ、諧調表示を行うことができる。図４の（ａ）、（ｂ）に示したように、液晶層２３を透過した光の偏光方向が第二の偏光板ＰＬ２の透過軸と平行となる場合に最も輝度が高くなる。なお、第一の偏光板ＰＬ１と第二の偏光板ＰＬ２の配置は、図３及び図４に示した配置と逆であってもよい。

［実施形態の変形例１］
上記実施形態では、帯状の画素電極及び帯状の共通電極が第一の基板３０上で交互に配置されるＩＰＳモードの液晶モジュール１について説明したが、画素毎に面状に配置された画素電極と絶縁膜とスリットが設けられた共通電極とが第一の基板３０上に順に配置されたＦＦＳモードの液晶モジュール１であってもよい。また、面状の共通電極と絶縁膜とスリットが設けられた画素電極とが第一の基板３０上に順に配置されたＦＦＳモードの液晶モジュール１であってもよい。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

［実施例１］
図５は、実施例１の配向膜付き基板の検証フローを示すブロック図である。図６は、実施例１の配向膜付き基板に偏光バックライトを照射している状態を示す模式図である。図５に示す検証フローに従い、実施例１の配向膜付き基板を以下のように作製し、偏光バックライトを照射した後、配向膜異方性の測定を行った。偏光バックライトを照射する際は、図６に示すように、配向膜付き基板３０１、断熱層２０、偏光板ＰＬ１及びバックライト１４を配置した。

主鎖にアゾベンゼン基と、ポリアミック酸又はポリイミド構造とを有するポリマー（第一の高分子ともいう）、及び、配向規制力を発現させるための側鎖を有さず、主鎖にポリアミック酸又はポリイミド構造を有する他のポリマー（第二の高分子ともいう）と、溶媒とを含有する配向膜材料（インク又はワニスともいう）を調製した。上記配向膜材料中の第一の高分子と第二の高分子の重量比率は３：７とした。上記溶媒としては、Ｎ−メチルー２−ピロリドン（ＮＭＰ）とブチルセルソルブ（ＢＣＳ）の混合溶液を用い、固形分濃度が約６％となるように調製した。ガラス基板上に、フレキソ印刷法により上記配向膜材料を塗布して塗膜を形成した。

続いて、設定温度８０℃のＨＰ（ホットプレート）上に１ｍｍのピンでガラス基板を受け９０秒保持することにより、仮乾燥を実施した。実基板温度は面内バラツキも含めて６０〜７０℃の範囲にあった。また、仮乾燥で溶媒成分を一様に揮発させた。

この仮乾燥には、大きく二つの意味があり、乾燥が不十分であっても過剰であっても良い条件とはいえない。仮乾燥を実施する理由の一つは、配向膜の層分離性を高めるということであり、もう一つは分子の流動性をある程度保持しておくということである。

まず、前者（層分離性を高めること）について説明する。本実施例で用いる配向膜は二層系からなり、上層に光配向層（フォト層ともいう。本実施例では、光配向部位としてアゾベンゼン基を有するポリアミック酸又はポリイミド構造を含有する層）が形成され、後に充填される液晶の配向方向と配向の強さ（アンカリング）を決める重要な役割を担う。下層にはベース層が形成され、主に信頼性を高める（保持率を高める）役割を担う。

溶媒に希釈された配向膜材料には、これらの両成分がランダムに混合されており、ガラス基板に塗布されるタイミングで層分離が始まる。溶媒が多く存在する状態では分子の流動性は極めて高く、層分離が急速に進行するが、この層分離が過剰に進むとフォト層の凝集が始まってしまい、ベース層が表層に発現する事になる。しかし、ベース層には液晶分子を配向させる機能はないため、層分離が過剰に進むことは良い状態とはいえず、速やかに溶媒を飛ばしてやる必要がある。

次に後者（分子の流動性を保持しておくこと）について説明する。溶媒を完全に飛ばし切った状態では、分子の流動性が低下し、後述の偏光紫外光照射時の光反応性を著しく低下させてしまう。それ故、溶媒を完全に飛ばし切るのではなく、光反応性を損なわない程度に保持してく必要がある。従って、この時点での良好な配向膜状態を得る為には、少なくとも基板温度を５０〜８０℃の範囲でキープしておくことが好ましく、乾燥時間は６０〜１２０秒の範囲に設定することが好ましい。本実施例では、その中でも最も良い条件で処理を行った。

次に、ガラス基板に偏光紫外光を露光し、光配向処理を施した。続いて、１ｓｔベークとして遠赤外線加熱炉（ＩＲ（ｉｎｆｒａｒｅｄ）炉）で１７５℃１０分の焼成処理を行った。最後に、２ｎｄベークとしてＩＲ炉で２２０℃２０分の焼成処理を行い、第一の基板３０上にアゾベンゼン基を有する配向膜２２が設けられた、実施例１の配向膜付き基板３０１を得た。なお、１ｓｔベーク処理は、配向膜に含まれる分子の再配向反応（偏光紫外光照射で反応しなかったフォト層の分子が、偏光紫外光照射による反応により一様に揃った分子に沿って同じ方向に配向する反応）を誘導し、かつ膜硬度を高める為の処理であり、材料の種類によって最適温度は異なる。また、２ｎｄ焼成では、配向膜材料に含まれるポリアミック酸のイミド化反応を促進させる為の最終焼成である。

配向膜の異方性測定は、以下の手順で行った。
図６に示すように実施例１の配向膜付き基板３０１、偏光板ＰＬ１及びバックライト１４を配置した。この際、実施例１の配向膜付き基板３０１と偏光板ＰＬ１との間に２ｍｍ程度のスペーサを介す事で空気による断熱層２０を設けた。そして、実施例１の配向膜付き基板３０１に対して法線方向から光を照射し、透過光のリタデーション（Δｎｄ）を所定の経過時間毎に測定し、得られた値をそれぞれの配向膜の膜厚（ｄ）で割ることで屈折率異方性（Δｎ）を算出した。上記リタデーション（Δｎｄ）は、Ａｘｏ Ｍｅｔｒｉｃｓ社製の「Ａｘｏ Ｓｃａｎ ＦＡＡ−３ｓｅｒｉｅｓ」を用いて測定した。また、上記膜厚は、小坂研究所社製の「全自動・高精度微細形状測定機ＥＴ５０００」を用いて、接触式段差測定により測定した。バックライト１４の光源にはＬＥＤを用いた。また、バックライト１４の輝度は約４０，０００ｃｄ／ｍ^２であった。

バックライトの照射時間が０〜２５０時間の範囲では、偏光板の偏光方向が配向膜の偏光ＵＶ照射方向と一致するように配置し、その後、偏光板を９０°回転させ、バックライトの照射時間が２５０〜５００時間の範囲では、偏光板の偏光方向が配向膜の偏光ＵＶ照射方向とが直交するように配置した。なお、本検証では偏光バックライト照射による配向膜の屈折率異方性の経時変化を見ており、本実施例１だけでなく、以下の実施例２及び比較例１〜２の配向膜についても同様の検証を行った。これらの屈折率異方性の経時変化の対比を容易にするために、実施例１〜２及び比較例１〜２の配向膜の屈折率異方性を次のように規格化した。すなわち、常温で光配向処理した実施例１の配向膜の偏光バックライト照射０時間における屈折率異方性の値を１．００００として、実施例１〜２及び比較例１〜２の配向膜の各時間の屈折率異方性の値を規格化した。なお、実施例１の配向膜の屈折率異方性は、光配向処理の露光量が増加するに従い増加し、その後飽和したが、上記規格化の基準とした屈折率異方性の値は、この飽和したときの値に該当する。図７は、実施例１及び比較例１の配向膜付き基板に偏光バックライトを照射した際の、配向膜の屈折率異方性の経時変化を示したグラフである。結果を下記表１及び図７に示す。

［比較例１］
配向膜の異方性測定において、配向膜付き基板と偏光板との間にスペーサを配置しなかったこと以外は、実施例１と同様にして比較例１の配向膜付き基板の異方性測定を行った。すなわち、比較例１では断熱層を設けなかった。この際、比較例１の配向膜付き基板の表面の温度は、実施例１の配向膜付き基板の表面の温度に比べて、約１０〜１５℃高かった。なお、実施例１及び比較例１でのバックライト透過光の照度は、互いに同じであった。結果を上記表１及び図７に示す。

［実施例１及び比較例１の対比］
断熱層を設けた実施例１では、断熱層を設けていない比較例１に比べて偏光バックライト照射による屈折率異方性の変化が小さくなっており、特に光配向処理時の偏光ＵＶ露光と偏光バックライト照射の偏光方向が一致していない場合において屈折率異方性の低下が抑制されていることが分かった。ここで、アゾベンゼン基を有する配向膜では、屈折率異方性と焼き付きの間には相関が確認されており、屈折率異方性の値が高ければ高い程、焼き付きの発生が抑制される事が分かっている。したがって、実施例１では、長期間の使用においても焼き付きの発生を抑えることができる。

なお、実施例１では、配向膜付き基板３０１、断熱層２０、偏光板ＰＬ１及びバックライト１４をこの順に配置しているが、断熱層２０はバックライト１４からの放射熱が配向膜付き基板３０１に伝わることを抑えることができる位置に配置されればよい。そのため、実施例１における断熱層２０及び偏光板ＰＬ１の配置を入れ替え、配向膜付き基板３０１、偏光板ＰＬ１、断熱層２０及びバックライト１４をこの順に配置しても、実施例１と同様の結果が得られると考えられる。

［実施例２］
図８は、実施例２の配向膜付き基板の検証フローを示すブロック図である。図８に示す検証フローに従い、実施例２の配向膜付き基板を以下のように作製し、偏光バックライトを照射した後、配向膜異方性の測定を行った。ガラス基板への配向膜印刷から配向膜仮乾燥までのフローは、実施例１と同様であるため説明を省略する。また、偏光バックライトを照射する際は、実施例１と同様に、図６に示すように、配向膜付き基板３０１、断熱層２０、偏光板ＰＬ１及びバックライト１４を配置した。

仮乾燥を行った配向膜付きガラス基板に光配向処理として偏光ＵＶ露光を行う際、実施例１では加熱を行わなかったが、実施例２では、配向膜付きガラス基板を８０℃に加温しながら光配向処理を実施した。加温することで配向膜分子の反応性を向上させることができる。偏光ＵＶ露光の後に続く検証フローについても、実施例１と同様であるため説明を省略する。図９は、実施例２及び比較例２の配向膜付き基板に偏光バックライトを照射した際の、配向膜の屈折率異方性の経時変化を示したグラフである。結果を下記表２及び図９に示す。

［比較例２］
配向膜の異方性測定において、配向膜付き基板と偏光板との間にスペーサを配置しなかったこと以外は、実施例２と同様にして比較例２の配向膜付き基板の異方性測定を行った。すなわち、比較例２では断熱層を設けなかった。この際、比較例２の配向膜付き基板の表面の温度は、実施例２の配向膜付き基板の表面の温度に比べて、約１０〜１５℃高かった。なお、実施例２及び比較例２でのバックライト透過光の照度は、互いに同じであった。結果を上記表２及び図９に示す。

［実施例２及び比較例２の対比］
実施例２及び比較例２においても、光配向処理時の偏光ＵＶ露光と偏光バックライト照射の偏光方向が一致する場合においては、経時変化は見られず有意差もない。また、実施例２及び比較例２の屈折率異方性の初期値は、それぞれ、実施例１及び比較例１の初期値より高い値となっている。これは、光配向処理時に加温しながら偏光ＵＶ露光を行った事による効果である。

一方、光配向処理時の偏光ＵＶ露光と偏光バックライト照射の偏光方向が一致していない場合においては、断熱層を設けた実施例２の屈折率異方性の低下は、比較例２と比べて抑制されていることが分かる。上述のように、屈折率異方性と焼き付きの間には相関があるため、実施例２では、長期間の使用においても焼き付きの発生を抑えることができる。

以上のことから、配向膜に含まれる化合物を目的の方向に揃えるように偏光を照射する時は熱を加えた方が良く、偏光照射による配向処理を行った後は、配向膜に加わる熱を遮断した方が、より良い品質を維持することができるとわかる。

なお、実施例２では、配向膜付き基板３０１、断熱層２０、偏光板ＰＬ１及びバックライト１４をこの順に配置しているが、断熱層２０はバックライト１４からの放射熱が配向膜付き基板３０１に伝わることを抑えることができる位置に配置されればよい。そのため、実施例２における断熱層２０及び偏光板ＰＬ１の配置を入れ替え、配向膜付き基板３０１、偏光板ＰＬ１、断熱層２０及びバックライト１４をこの順に配置しても、実施例２と同様の結果が得られると考えられる。

１：液晶モジュール
１１：液晶パネル
１２：制御回路基板
１３：フレキシブル基板
１４：バックライト
１５：上側外装部材
１６：下側外装部材
１７：ドライバ
１８：シャーシ
１９：開口部
２０：断熱層
２１：第二の基板（ＣＦ基板）
２２：配向膜
２３：液晶層
２４：シール部材
３０：第一の基板（ＴＦＴ（アレイ）基板）
２３１：液晶分子
３０１：配向膜付き基板
Ａ１：表示領域
Ａ２：非表示領域
ＰＬ１：第一の偏光板（偏光板）
ＰＬ２：第二の偏光板

Claims (2)

1. 可視光を含む光を発するバックライトと、偏光板と、第一の基板と、液晶層と、第二の基板と、を背面側から順に有し、
   前記バックライトと前記偏光板との間、及び、前記偏光板と前記第一の基板との間の少なくとも一方に、断熱層を備え、
   前記第一の基板及び前記第二の基板の少なくとも一方の前記液晶層側に、アゾベンゼン基を含有する配向膜が配置されることを特徴とする液晶モジュール。
2. 前記断熱層は、熱線吸収フィルタ、空気層、不活性ガス層及び真空層からなる群より選択される少なくとも一種の層を含むことを特徴とする請求項１記載の液晶モジュール。

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