JP2023146598A

JP2023146598A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2023146598A
Application number: JP2022053853A
Authority: JP
Inventors: 康宏長谷場; Yasuhiro Haseba; 貴子中井; Takako Nakai
Original assignee: Sharp Display Technology Corp
Current assignee: Sharp Display Technology Corp
Priority date: 2022-03-29
Filing date: 2022-03-29
Publication date: 2023-10-12
Also published as: US20230314885A1

Abstract

【課題】ＶＨＲの低下を抑制し、かつ、応答速度を高めることができる液晶表示装置を提供する。【解決手段】バックライトと、カラーフィルタ層を備える第一の基板と、液晶組成物を含有する液晶層と、第二の基板と、を順に備え、上記液晶組成物は、少なくとも１つの水素原子がハロゲン原子に置換されたフェニル基及び上記フェニル基と連続した共役系を形成する共役結合基を有する液晶化合物を含む、液晶表示装置。【選択図】図１

Description

以下の開示は、液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、表示のために液晶組成物を利用する表示装置であり、その代表的な表示方式は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板と対向基板との間に封入された液晶組成物に対して電圧を印加し、印加した電圧に応じて液晶組成物中の液晶化合物の配向状態を変化させることにより、光の透過量を制御するものである。このような液晶表示装置は、薄型、軽量及び低消費電力といった特長を活かし、幅広い分野で用いられている。

液晶表示装置に関する技術として、例えば、特許文献１には、液晶化合物の安定剤に適した２，６－ジ－ｔｅｒｔ－ブチルフェノール化合物が開示されている。

また、特許文献２には、一対の基板と、該一対の基板間に挟持された液晶層とを含んで構成される液晶セルを備える液晶表示装置であって、該一対の基板の少なくとも一方は、電極と、該電極の液晶層側に形成された下地膜と、該下地膜の液晶層側に形成され、近接する液晶分子を配向制御するポリマー層とを有し、該下地膜は、光活性材料から形成されたものであり、該ポリマー層は、該液晶層中に添加したモノマーを重合させて形成されたものであり、該液晶層は、分子構造にベンゼン環の共役二重結合以外の多重結合を含む液晶分子を含有する液晶表示装置が開示されている。

特開平９－１２４５２９号公報国際公開第２０１２／０５０１７７号

本発明者らの検討によれば、液晶表示装置の応答速度を高めるために液晶組成物に対して添加される液晶化合物は、光照射により電圧保持率（ＶＨＲ：ＶｏｌｔａｇｅＨｏｌｄｉｎｇＲａｔｉｏ）が低下しやすい。そのため、液晶表示装置の信頼性を保持するために液晶組成物の成分が限定され、液晶表示装置の応答速度は限界に達しつつあり、劇的な応答速度の改善は困難な状況となっている。このように、ＶＨＲの低下を抑制し、かつ、応答速度を高めることができる液晶表示装置には未だ改良の余地がある。

上記特許文献１では、ＶＨＲの低下を抑制し、かつ、応答速度を高めることができる液晶表示装置については検討されていない。

本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、ＶＨＲの低下を抑制し、かつ、応答速度を高めることができる液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

（１）本発明の一実施形態は、バックライトと、カラーフィルタ層を備える第一の基板と、液晶組成物を含有する液晶層と、第二の基板と、を順に備え、上記液晶組成物は、少なくとも１つの水素原子がハロゲン原子に置換されたフェニル基及び上記フェニル基と連続した共役系を形成する共役結合基を有する液晶化合物を含む、液晶表示装置。

（２）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、上記液晶組成物は、上記液晶化合物を３重量％以上含有する、液晶表示装置。

（３）また、本発明のある実施形態は、上記（２）の構成に加え、上記液晶組成物は、上記液晶化合物を１０重量％以上含有する、液晶表示装置。

（４）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）又は上記（３）の構成に加え、上記液晶化合物は、下記一般式（Ｌ１）～（Ｌ６）で表される部分構造の少なくとも一種を有する、液晶表示装置。

（上記一般式（Ｌ１）～（Ｌ６）中、Ｘ^１１～Ｘ^１６、Ｘ^２１～Ｘ^２４、Ｘ^３１～Ｘ^３４、Ｘ^４１～Ｘ^４４、Ｘ^５１～Ｘ^５３、及び、Ｘ^６１～Ｘ^６３は、各々独立に、水素原子又はハロゲン原子を表し、Ｘ^１１～Ｘ^１４の少なくとも１つはハロゲン原子を表し、Ｘ^２１～Ｘ^２４の少なくとも１つはハロゲン原子を表し、Ｘ^３１～Ｘ^３４の少なくとも１つはハロゲン原子を表し、Ｘ^４２～Ｘ^４４の少なくとも１つはハロゲン原子を表し、Ｘ^５２～Ｘ^５３の少なくとも１つはハロゲン原子を表し、Ｘ^６１～Ｘ^６３の少なくとも１つはハロゲン原子を表し、＊は結合位置を表す。）

（５）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）又は上記（４）の構成に加え、上記液晶化合物は、第一の液晶化合物であり、上記液晶組成物は、更に、共役系を形成しないアルケニル基を有する第二の液晶化合物を含む、液晶表示装置。

（６）また、本発明のある実施形態は、上記（５）の構成に加え、上記液晶組成物は、上記第二の液晶化合物を５１重量％以上含有する、液晶表示装置。

（７）また、本発明のある実施形態は、上記（６）の構成に加え、上記液晶組成物は、上記第二の液晶化合物を７０重量％以上含有する、液晶表示装置。

（８）また、本発明のある実施形態は、上記（５）、上記（６）又は上記（７）の構成に加え、上記第二の液晶化合物は、下記一般式（Ｌ７）及び（Ｌ８）で表される部分構造の少なくとも一種を有する、液晶表示装置。

（上記一般式（Ｌ８）中、Ｒ^１は、炭素数１～３のアルキル基を表し、＊は結合位置を表す。）

（９）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）、上記（５）、上記（６）、上記（７）又は上記（８）の構成に加え、上記第一の基板と第二の基板との間に、上記液晶層を封止するシール材を有し、上記シール材は、封止口を有さない、液晶表示装置。

本発明によれば、ＶＨＲの低下を抑制し、かつ、応答速度を高めることができる液晶表示装置を提供することができる。

実施形態１に係る液晶表示装置の断面模式図である。実施形態２に係る液晶表示装置の断面模式図である。実施例１、参考例１及び比較例１のＶＨＲ測定の結果を示す図である。

以下に実施形態を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

＜用語の定義＞
本明細書中、「観察面側」とは、液晶表示装置の画面（表示面）に対してより近い側を意味し、「背面側」とは、液晶表示装置の画面（表示面）に対してより遠い側を意味する。

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係る液晶表示装置の断面模式図である。図１に示すように、本実施形態の液晶表示装置１は、バックライト２０と、カラーフィルタ層１１０Ｃを備える第一の基板１００と、液晶組成物を含有する液晶層３００と、第二の基板２００と、を順に備え、上記液晶組成物は、少なくとも１つの水素原子がハロゲン原子に置換されたフェニル基及び上記フェニル基と連続した共役系を形成する共役結合基を有する液晶化合物（以下、第一の液晶化合物ともいう）を含む。

上記第一の液晶化合物は、低粘性である。また、第一の液晶化合物は、Δｎ（屈折率異方性）が大きいため、セル厚（液晶層の厚さ）を薄くすることが可能である。そのため、液晶層３００が第一の液晶化合物を含むことにより、液晶表示装置１の応答速度を高めることができる。ここで、第一の液晶化合物は、初期のＶＨＲは高いが、バックライトエージングによりＶＨＲが顕著に低下するという性質を有する。しかしながら、本実施形態では、液晶層３００の背面側に、カラーフィルタ層１１０Ｃを備える第一の基板１００が配置されるため、液晶層３００に照射されるバックライト２０からの光が、通常構成の１／３以下となる。その結果、本実施形態の液晶表示装置１が備える液晶層３００は第一の液晶化合物を含有するが、ＶＨＲの低下を抑えることができる。

以下、本実施形態の液晶表示装置の各構成要素について説明する。

本実施形態の液晶表示装置１は、液晶パネル１０と、液晶パネル１０の背面側に配置されたバックライト２０と、を備える。液晶パネル１０は、背面側から観察面側に向かって順に、第一の偏光板４１０と、第一の基板１００と、第一の配向膜と、液晶層３００と、第二の配向膜と、第二の基板２００と、第二の偏光板４２０とを備える。ここで、第一の基板１００と、第一の配向膜と、液晶層３００と、第二の配向膜と、第二の基板２００と、から構成される単位は液晶セルともいう。バックライト２０は、光源２１を備える。

第一の基板１００は、支持基板１１０と、カラーフィルタ層１１０Ｃと、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１２０と、画素電極１３０と、を備える。カラーフィルタ（ＣＦ：ＣｏｌｏｒＦｉｌｔｅｒ）層１１０Ｃは、赤色カラーフィルタ１１０ＣＲ、緑色カラーフィルタ１１０ＣＧ及び青色カラーフィルタ１１０ＣＢを有する。本実施形態のように、ＴＦＴが設けられる基板側にＣＦ層が設けられる構成をＣＯＡ（ＣＦｏｎＡｒｒａｙ）構成ともいう。

第二の基板２００は、支持基板２１０と、支持基板２１０の液晶層３００側に設けられた共通電極２２０と、を備える。

支持基板１１０、２１０は、透明基板であることが好ましく、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等が挙げられる。

カラーフィルタ層１１０Ｃは、赤色カラーフィルタ１１０ＣＲ、緑色カラーフィルタ１１０ＣＧ及び青色カラーフィルタ１１０ＣＢが面内に並べられた構成を有する。赤色カラーフィルタ１１０ＣＲ、緑色カラーフィルタ１１０ＣＧ及び青色カラーフィルタ１１０ＣＢは、例えば、顔料を含有する透明樹脂で構成されている。通常、すべての画素に赤色カラーフィルタ１１０ＣＲ、緑色カラーフィルタ１１０ＣＧ及び青色カラーフィルタ１１０ＣＢの組み合わせが配置され、赤色カラーフィルタ１１０ＣＲ、緑色カラーフィルタ１１０ＣＧ及び青色カラーフィルタ１１０ＣＢを透過する色光の量を制御しつつ混色させることで各画素において所望の色が得られる。

図１に示すように、第一の基板１００は、支持基板１１０上に、互いに平行に延設された複数のゲート線と、ゲート絶縁膜を介して各ゲート線と交差する方向に互いに平行に延設され複数のソース線と、を備える。複数のゲート線及び複数のソース線は、各画素を区画するように全体として格子状に形成されている。各ゲート線と各ソース線との交点にはＴＦＴ１２０が配置されている。

各ＴＦＴ１２０は、複数のゲート線及び複数のソース線のうちの対応するゲート線及びソース線に接続され、対応するゲート線から突出した（ゲート線の一部である）ゲート電極、対応するソース線から突出した（ソース線の一部である）ソース電極、複数の画素電極１３０のうちの対応する画素電極１３０と接続されたドレイン電極、及び、薄膜半導体層を有する三端子スイッチである。ソース電極及びドレイン電極は、ソース線と同じソース配線層に設けられる電極であり、ゲート電極はゲート線と同じゲート配線層に設けられる電極である。

各ＴＦＴ１２０の薄膜半導体層は、例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン等からなる高抵抗半導体層と、アモルファスシリコンにリン等の不純物をドープしたｎ＋アモルファスシリコン等からなる低抵抗半導体層とによって構成される。また、薄膜半導体層として、酸化亜鉛等の酸化物半導体層を用いてもよい。

ゲート絶縁膜は、例えば、無機絶縁膜である。無機絶縁膜としては、例えば、窒化珪素（ＳｉＮ_ｘ）、酸化珪素（ＳｉＯ_２）等の無機膜（比誘電率ε＝５～７）や、それらの積層膜を用いることができる。

ゲート配線層及びソース配線層は、例えば、銅、チタン、アルミニウム、モリブデン、タングステン等の金属、又は、それらの合金の、単層又は複数層である。ゲート線、ソース線及びＴＦＴ１２０を構成する各種配線及び電極は、スパッタリング法等により、銅、チタン、アルミニウム、モリブデン、タングステン等の金属、又は、それらの合金を、単層又は複数層で成膜し、続いて、フォトリソグラフィ法等でパターニングを行うことで形成することができる。これら各種配線及び電極は、同じ層に形成されるものについては、それぞれ同じ材料を用いることで製造が効率化される。

画素電極１３０は、互いに隣接する２本のゲート線と互いに隣接する２本のソース線とに囲まれた各領域（画素領域）に配置された電極である。各画素電極１３０は、対応する画素領域と重畳するように配置されている。画素電極１３０は、ＴＦＴ１２０が備える薄膜半導体層を介して対応するソース線と電気的に接続されている。画素電極１３０は、対応するＴＦＴ１２０を介して供給されるデータ信号に応じた電位に設定される。

共通電極２２０は、画素の境界に関わらず、特定部分を除いて、ほぼ一面に形成された電極である。共通電極２２０に対しては一定値に保たれた共通信号が供給され、共通電極２２０は一定の電位に保たれる。

画素電極１３０及び共通電極２２０の材料としては、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等が挙げられる。

液晶層３００は、液晶組成物を含んでおり、上記液晶組成物は、少なくとも一種の液晶化合物を含有する。液晶化合物とは、低温（例えば、７０°）にすると、例えばネマチック相やスメクチック相といった液晶相が出現する化合物である。液晶化合物は、液晶性を発現するような剛直な部位（メソゲン基）を有する。液晶層３００に対して電圧を印加し、印加した電圧に応じて液晶組成物中の液晶化合物の配向状態を変化させることにより、光の透過量を制御することができる。

液晶化合物は、下記式（Ｌ）で定義される誘電率異方性（Δε）が正の値を有するものであってもよく、負の値を有するものであってもよい。なお、正の誘電率異方性を有する液晶化合物はポジ型液晶ともいい、負の誘電率異方性を有する液晶化合物はネガ型液晶ともいう。なお、液晶化合物の長軸方向が遅相軸の方向となる。また、液晶化合物は、電圧が印加されていない状態（電圧無印加状態）で、ホモジニアス配向するものであり、電圧無印加状態における液晶化合物の長軸の方向は、液晶化合物の初期配向の方向ともいう。
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）（Ｌ）

上記液晶組成物は、少なくとも１つの水素原子がハロゲン原子に置換されたフェニル基（ベンゼン環）及び上記フェニル基と連続した共役系を形成する共役結合基（共役多重結合）を有する第一の液晶化合物を含む。第一の液晶化合物を含有する液晶組成物を、以下では液晶組成物Ａともいう。

ここで、上記少なくとも１つの水素原子がハロゲン原子に置換されたフェニル基が、無置換のフェニル基であること以外は、第一の液晶化合物と同様の構造を有する液晶化合物を、以下では液晶化合物Ｒともいい、液晶化合物Ｒを含有する液晶組成物を液晶組成物Ｒともいう。

液晶組成物Ａ及び液晶組成物Ｒは、いずれも、低粘性であり、液晶表示装置の応答速度を向上させることができる。また、液晶組成物Ａ及び液晶組成物Ｒは、いずれも、Δｎ（屈折率異方性）が大きいため、セル厚（液晶層の厚さ）を薄くすることが可能であり、液晶表示装置の応答速度を向上させることができる。

液晶組成物の誘電率異方性（Δε）を揃えた場合、液晶組成物Ａを含有する液晶層を備える液晶表示装置では、液晶組成物Ｒを含有する液晶層を備える液晶表示装置に比べて、バックライトエージング後のＶＨＲの低下が抑えられる。しかしながら、ＣＦ層が液晶層を挟んでバックライトと反対側に配置された通常構成では、バックライトエージング後のＶＨＲの低下が顕著であり、液晶組成物Ａを用いてもＶＨＲの低下を抑えることが困難である。本実施形態では、ＣＦ層１１０Ｃを液晶層３００よりもバックライト２０側に配置し、かつ、液晶組成物Ａを用いることによって、応答速度を向上しつつ、バックライトエージング後であってもＶＨＲの低下を抑えることができる。

このように、第一の液晶化合物は、液晶組成物の屈折率異方性（Δｎ）を高める観点、誘電率異方性を高める観点、ネマチック相温度範囲を拡大させる観点、及び、粘度を低下させる観点から有用であり、液晶表示装置１の応答速度を高めることができるものの、光に対する安定性が特に悪く、高いＶＨＲを求められる、ＴＦＴを用いた液晶表示装置への使用がされていないか、極めて限定的であった。一方、本実施形態では、カラーフィルタ層１１０Ｃをバックライト２０と液晶層３００との間に配置することにより、液晶層３００へ入射するバックライト２０からの光をカラーフィルタ層１１０Ｃで低減することが可能となり、光照射によりＶＨＲが低下するのを抑えることができる。

上記特許文献１では、応答速度を向上しつつ、バックライトエージング後であってもＶＨＲの低下を抑えることができる液晶表示装置については検討されていない。また、特許文献１に記載の安定剤を用いても、液晶表示装置の用途によってはＶＨＲが低下し、光に対する信頼性に課題が残る。

上記特許文献１は材料の耐光性を高めることを目的とするが、本実施形態はＶＨＲ低下の原因となるバックライト光の強度そのものを削減し、ＶＨＲを向上させることができる。その結果、第一の液晶化合物のような耐光性に課題のある液晶化合物を使用することが可能となり、液晶組成物中の当該液晶化合物（第一の液晶化合物）の濃度を上げることが可能となり、応答速度を向上させることができる。

第一の液晶化合物の上記共役結合基としては、例えば、共役二重結合基、共役三重結合基等が挙げられ、具体的には、シアノ基、トラン基、イソチオシアネート基、－Ｃ＝Ｃ－Ｃ＝Ｃ－等が挙げられる。第一の液晶化合物の上記フェニル基が有する上記ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子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、液晶表示装置１のＶＨＲの低下をより抑制することができる。

第一の液晶化合物は、下記一般式（Ｌ１）～（Ｌ６）で表される部分構造の少なくとも一種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、効果的にＶＨＲの低下を抑制することができる。第一の液晶化合物は、１種の化合物中に下記一般式（Ｌ１）～（Ｌ６）で表される部分構造を２種以上含んでいてもよく、また、下記一般式（Ｌ１）～（Ｌ６）で表される部分構造の少なくとも一種を有する化合物を２種以上含んでいてもよい。

上記一般式（Ｌ１）～（Ｌ６）中、Ｘ^１１～Ｘ^１４の少なくとも１つはフッ素原子であることが好ましい。Ｘ^２１～Ｘ^２４の少なくとも１つはフッ素原子であることが好ましい。Ｘ^３１～Ｘ^３４の少なくとも１つはフッ素原子であることが好ましい。Ｘ^４２～Ｘ^４４の少なくとも１つはフッ素原子であることが好ましい。Ｘ^５２～Ｘ^５３の少なくとも１つはフッ素原子であることが好ましい。Ｘ^６１～Ｘ^６３の少なくとも１つはフッ素原子であることが好ましい。

上記一般式（Ｌ１）で表される部分構造を有する第一の液晶化合物の具体例としては、下記一般式（Ｌ１－１）～（Ｌ１－５）で表される構造を有する液晶化合物が挙げられる。

上記一般式（Ｌ２）で表される部分構造を有する第一の液晶化合物の具体例としては、下記一般式（Ｌ２－１）及び（Ｌ２－２）で表される構造を有する液晶化合物が挙げられる。

（上記一般式（Ｌ２－１）～（Ｌ２－２）中、Ｒ^２１～Ｒ^２３は、各々独立に、水素原子、水酸基、又は一価の有機基を表す。）

一般式（Ｌ２－１）～（Ｌ２－２）における一価の有機基は、炭素数１～１２の一価の有機基であることが好ましく、炭素数１～１２のアルキル基であることがより好ましい。上記一価の有機基は、炭素原子及び水素原子を含んでいればよく、その他の原子（例えば、酸素原子、ハロゲン原子等）を含んでいてもよい。上記アルキル基は、１個の－ＣＨ_２－ＣＨ_２－が－ＣＨ＝ＣＨ－に置き換わってもよく、また、少なくとも１つの水素原子がハロゲン原子に置換されていてもよい。上記アルキル基は直鎖状であっても、分岐状であっても、環状であっても、これらの組み合わせであってもよい。

上記一般式（Ｌ３）で表される部分構造を有する第一の液晶化合物の具体例としては、下記一般式（Ｌ３－１）で表される構造を有する液晶化合物が挙げられる。

（上記一般式（Ｌ３－１）中、Ｒ^３１は、水素原子、水酸基、又は一価の有機基を表す。）

一般式（Ｌ３－１）における一価の有機基は、炭素数１～１２の一価の有機基であることが好ましく、炭素数１～１２のアルキル基であることがより好ましい。上記一価の有機基は、炭素原子及び水素原子を含んでいればよく、その他の原子（例えば、酸素原子、ハロゲン原子等）を含んでいてもよい。上記アルキル基は、１個の－ＣＨ_２－ＣＨ_２－が－ＣＨ＝ＣＨ－に置き換わってもよく、また、少なくとも１つの水素原子がハロゲン原子に置換されていてもよい。上記アルキル基は直鎖状であっても、分岐状であっても、環状であっても、これらの組み合わせであってもよい。

上記一般式（Ｌ４）で表される部分構造を有する第一の液晶化合物の具体例としては、下記一般式（Ｌ４－１）で表される構造を有する液晶化合物が挙げられる。

（上記一般式（Ｌ４－１）中、Ｒ^４１は、水素原子、水酸基、又は一価の有機基を表す。）

一般式（Ｌ４－１）における一価の有機基は、炭素数１～１２の一価の有機基であることが好ましく、炭素数１～１２のアルキル基であることがより好ましく、炭素数３のアルキル基であることが更に好ましい。上記一価の有機基は、炭素原子及び水素原子を含んでいればよく、その他の原子（例えば、酸素原子、ハロゲン原子等）を含んでいてもよい。上記アルキル基は、１個の－ＣＨ_２－ＣＨ_２－が－ＣＨ＝ＣＨ－に置き換わってもよく、また、少なくとも１つの水素原子がハロゲン原子に置換されていてもよい。上記アルキル基は直鎖状であっても、分岐状であっても、環状であっても、これらの組み合わせであってもよい。

上記一般式（Ｌ５）で表される部分構造を有する第一の液晶化合物の具体例としては、下記一般式（Ｌ５－１）で表される構造を有する液晶化合物が挙げられる。

（上記一般式（Ｌ５－１）中、Ｒ^５１及びＲ^５２は、各々独立に、水素原子、水酸基、又は一価の有機基を表す。）

一般式（Ｌ５－１）における一価の有機基は、炭素数１～１２の一価の有機基であることが好ましく、炭素数１～１２のアルキル基であることがより好ましく、炭素数３のアルキル基であることが更に好ましい。上記一価の有機基は、炭素原子及び水素原子を含んでいればよく、その他の原子（例えば、酸素原子、ハロゲン原子等）を含んでいてもよい。上記アルキル基は、１個の－ＣＨ_２－ＣＨ_２－が－ＣＨ＝ＣＨ－に置き換わってもよく、また、少なくとも１つの水素原子がハロゲン原子に置換されていてもよい。上記アルキル基は直鎖状であっても、分岐状であっても、環状であっても、これらの組み合わせであってもよい。

上記一般式（Ｌ６）で表される部分構造を有する第一の液晶化合物の具体例としては、下記一般式（Ｌ６－１）で表される構造を有する液晶化合物が挙げられる。

（上記一般式（Ｌ６－１）中、Ｒ^６１は、水素原子、水酸基、又は一価の有機基を表す。）

一般式（Ｌ６－１）における一価の有機基は、炭素数１～１２の一価の有機基であることが好ましく、炭素数１～１２のアルキル基であることがより好ましい。上記一価の有機基は、炭素原子及び水素原子を含んでいればよく、その他の原子（例えば、酸素原子、ハロゲン原子等）を含んでいてもよい。上記アルキル基は、１個の－ＣＨ_２－ＣＨ_２－が－ＣＨ＝ＣＨ－に置き換わってもよく、また、少なくとも１つの水素原子がハロゲン原子に置換されていてもよい。上記アルキル基は直鎖状であっても、分岐状であっても、環状であっても、これらの組み合わせであってもよい。

上記液晶組成物は、第一の液晶化合物を、当該液晶組成物の全量に対して、３重量％以上含有することが好ましく、７重量％以上含有することがより好ましく、１０重量％以上含有することが更に好ましい。このような態様とすることにより、液晶表示装置の応答速度をより高めることができる。また、液晶組成物は、第一の液晶化合物を、当該液晶組成物の全量に対して、７０重量％以下含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、ＶＨＲの低下を効果的に抑制することができる。

上記液晶組成物は、第一の液晶化合物を、当該液晶組成物の全量に対して、３重量％以上、７０重量％以下含有することが好ましく、７重量％以上、７０重量％以下含有することがより好ましく、１０重量％以上、７０重量％以下含有することが更に好ましい。

上記液晶組成物は、共役系を形成しないアルケニル基を有する第二の液晶化合物を含むことが好ましい。第二の液晶化合物には、液晶組成物の粘度を低減させる効果があるため、液晶組成物が第二の液晶化合物を含有することにより、応答速度を高めることができる。しかしながら、第二の液晶化合物の含有率が多すぎると、光によるＶＨＲの低下度合いが大きくなり、ＴＦＴを用いた液晶表示装置への使用が困難となる。一方、本実施形態では、液晶層３００とバックライト２０との間にカラーフィルタ層１１０Ｃを配置することにより、液晶層３００へ入射するバックライト２０からの光をカラーフィルタ層１１０Ｃで低減することが可能となり、光照射によりＶＨＲが低下するのを抑えることができる。そのため、液晶組成物中に、第二の液晶化合物をより多く含有させることが可能となり、液晶表示装置の応答速度を効果的に高めることができる。

液晶組成物は、第二の液晶化合物を、当該液晶組成物の全量に対して、５１重量％以上含有することが好ましく、６０重量％以上含有することがより好ましく、７０重量％以上含有することが更に好ましい。このような態様とすることにより、液晶表示装置の応答速度をより高めることができる。また、液晶組成物は、第二の液晶化合物を、当該液晶組成物の全量に対して、９０重量％以下含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、ＶＨＲの低下を効果的に抑制することができる。

液晶組成物は、第二の液晶化合物を、当該液晶組成物の全量に対して、５１重量％以上、９０重量％以下含有することが好ましく、６０重量％以上、９０重量％以下含有することがより好ましく、７０重量％以上、９０重量％以下含有することが更に好ましい。

第二の液晶化合物は、具体的には、下記一般式（Ｌ７）及び（Ｌ８）で表される部分構造のうち少なくとも一種の部分構造を有していてもよい。第二の液晶化合物は、１種の化合物中に下記一般式（Ｌ７）及び（Ｌ８）で表される部分構造を２種含んでいてもよく、また、下記一般式（Ｌ７）及び（Ｌ８）で表される部分構造の少なくとも一種を有する化合物を２種以上含んでいてもよい。

一般式（Ｌ８）における炭素数１～３のアルキル基は、少なくとも１個の水素原子がハロゲン原子に置換されていてもよい。炭素数１～３のアルキル基は直鎖状であっても、分岐状であっても、環状であってもよい。

上記一般式（Ｌ７）で表される部分構造を有する第二の液晶化合物の具体例としては、下記一般式（Ｌ７－１）で表される構造を有する液晶化合物が挙げられる。

（上記一般式（Ｌ７－１）中、Ｒ^７１は、水素原子、水酸基、又は一価の有機基を表す。）

一般式（Ｌ７－１）における一価の有機基は、炭素数１～１２の一価の有機基であることが好ましく、炭素数１～１２のアルキル基であることがより好ましく、炭素数３のアルキル基であることが更に好ましい。上記一価の有機基は、炭素原子及び水素原子を含んでいればよく、その他の原子（例えば、酸素原子、ハロゲン原子等）を含んでいてもよい。上記アルキル基は、１個の－ＣＨ_２－ＣＨ_２－が－ＣＨ＝ＣＨ－に置き換わってもよく、また、少なくとも１つの水素原子がハロゲン原子に置換されていてもよい。上記アルキル基は直鎖状であっても、分岐状であっても、環状であっても、これらの組み合わせであってもよい。

上記一般式（Ｌ８）で表される部分構造を有する第二の液晶化合物の具体例としては、下記一般式（Ｌ８－１）で表される構造を有する液晶化合物が挙げられる。

（上記一般式（Ｌ８－１）中、Ｒ^８１は、水素原子、水酸基、又は一価の有機基を表し、Ｒ^１は、炭素数１～３のアルキル基を表す。）

一般式（Ｌ８－１）における一価の有機基は、炭素数１～１２の一価の有機基であることが好ましく、炭素数１～１２のアルキル基であることがより好ましく、炭素数３のアルキル基であることが更に好ましい。上記一価の有機基は、炭素原子及び水素原子を含んでいればよく、その他の原子（例えば、酸素原子、ハロゲン原子等）を含んでいてもよい。上記アルキル基は、１個の－ＣＨ_２－ＣＨ_２－が－ＣＨ＝ＣＨ－に置き換わってもよく、また、少なくとも１つの水素原子がハロゲン原子に置換されていてもよい。上記アルキル基は直鎖状であっても、分岐状であっても、環状であっても、これらの組み合わせであってもよい。

一般式（Ｌ８－１）におけるＲ^１は、一般式（Ｌ８）におけるＲ^１と同様である。

液晶組成物は、第一の液晶化合物を含有していればよく、第一の液晶化合物及び第二の液晶化合物の両者を含有することが好ましい。また、液晶組成物は、第一の液晶化合物及び第二の液晶化合物以外の液晶化合物を含有していてもよい。

液晶層３００に含まれる第一の液晶化合物は、一種であっても、二種以上であってもよい。液晶層３００が第二の液晶化合物を含有する場合、液晶層３００に含まれる第二の液晶化合物は、一種であっても、二種以上であってもよい。

液晶層３００は、高分子ネットワークを含んでいてもよい。このような態様とすることにより、ＶＨＲ悪化の原因とされるイオンが高分子ネットワークによって遮蔽され、電極へ到達しにくくなり、ＶＨＲが向上し得る。

液晶層３００は、例えば、滴下注入法により形成されることが好ましい。液晶層が滴下注入法により形成される場合、例えば、次のプロセスが採用される。まず、一対の基板（第一の基板１００及び第二の基板２００）のうち、一方の表面上にシール材を塗布し、他方の表面上に液晶組成物を滴下する。その後、真空にて一対の基板をシール材によって貼り合わせることによって、平面視においてシール材で囲まれた領域内に液晶層を形成することができる。そして、シール材を紫外線照射によって紫外線硬化させた後、加熱処理によって熱硬化させる。これにより、液晶組成物がシール材を通して外部に漏れることが防止され、シール材の接着強度が高まる。滴下注入法により形成された液晶層を備える液晶表示装置は、第一の基板１００及び第二の基板２００の間に、封止口を有さないシール材を備える。

ここで、滴下注入法により液晶層が形成される場合、未硬化のシール材と液晶組成物との接触が生じるため、液晶表示装置の信頼性が低下する可能性がある。しかしながら、バックライト２０と、カラーフィルタ層１１０Ｃを備える第一の基板１００と、第一の液晶化合物を含む液晶組成物を含有する液晶層３００と、第二の基板２００と、を順に備える本実施形態の液晶表示装置１では、このような滴下注入法により液晶層が形成される場合、すなわち、第一の基板１００と第二の基板２００との間に液晶層３００を封止するシール材を有し、当該シール材が封止口を有さない場合であっても、液晶表示装置１の信頼性の低下を抑制することができる。

第一の配向膜及び第二の配向膜は、液晶層３００に含まれる液晶化合物の配向を制御する機能を有する。第一の配向膜及び第二の配向膜は、それぞれ、液晶層３００への印加電圧が閾値電圧未満（電圧無印加を含む）のとき、画素領域において、液晶層３００中の液晶化合物を第一の基板１００及び第二の基板２００の主面に対して垂直方向に配向するよう制御する垂直配向膜、又は、水平方向に配向するよう制御する水平配向膜である。

ここで、液晶化合物が基板の主面に対して垂直方向に配向するとは、液晶化合物のプレチルト角が、基板の主面に対して８６°～９０°であることを意味し、好ましくは８７°～８９°、より好ましくは８７．５°～８９°であることを意味する。液晶化合物が基板の主面に対して水平方向に配向するとは、液晶化合物のプレチルト角が、基板の主面に対して０°～５°であることを意味し、好ましくは０°～２°、より好ましくは０°～１°であることを意味する。液晶化合物のプレチルト角は、液晶層への電圧無印加時に、液晶化合物の長軸が各基板の主面に対して傾斜する角度を意味する。

第一の配向膜及び第二の配向膜は、液晶化合物の配向を制御するための配向処理がなされた層であり、ポリイミド等の液晶表示装置の分野で一般的な配向膜を用いることができる。第一の配向膜及び第二の配向膜の材料としては、例えば、ポリイミド、ポリアミック酸、ポリシロキサン等の主鎖を有するポリマーが挙げられ、主鎖又は側鎖に光反応部位（官能基）を有する光配向膜材料が好適に用いられる。

また、第一の配向膜及び第二の配向膜は、脂肪族系の配向膜であってもよい。すなわち、第一の配向膜及び第二の配向膜は、脂肪族基を有する配向膜であってもよい。このような態様とすることにより、配向膜からのエネルギー移動や配向膜のラジカル化が抑制され、液晶化合物のラジカル化やイオン化を防ぐことができるため、ＶＨＲが向上し得る。

第一の偏光板４１０及び第二の偏光板４２０は、吸収型直線偏光板である。第一の偏光板４１０及び第二の偏光板４２０としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムにヨウ素錯体（又は染料）等の異方性材料を、染色及び吸着させてから延伸配向させた偏光子（吸収型偏光板）等を用いることができる。なお、通常は、機械強度や耐湿熱性を確保するために、ＰＶＡフィルムの両側にトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム等の保護フィルムをラミネートして実用に供される。

第一の偏光板４１０の吸収軸と第二の偏光板４２０の吸収軸とは、直交することが好ましい。このような構成によれば、第一の偏光板４１０と第二の偏光板４２０とがクロスニコルに配置されるため、電圧無印加状態において、良好な黒表示状態を実現することができる。

本明細書中、２つの軸（方向）が直交するとは、両者のなす角度（絶対値）が９０±３°の範囲内であることを指し、好ましくは９０±１°の範囲内であり、より好ましくは９０±０．５°の範囲内であり、特に好ましくは９０°（完全に直交）である。

液晶表示装置１は、ソース線に電気的に接続されたソースドライバ、及び、ゲート線に電気的に接続されたゲートドライバ、及び、コントローラを更に備える。ゲートドライバは、コントローラによる制御に基づいて、ゲート線に走査信号を順次供給する。ソースドライバは、ＴＦＴ１２０が走査信号によって電圧印加状態となるタイミングで、コントローラによる制御に基づいてソース線にデータ信号を供給する。画素電極１３０は各々、対応するＴＦＴ１２０を介して供給されるデータ信号に応じた電位に設定され、画素電極１３０と共通電極２２０との間で縦電界が発生し、液晶層３００中の液晶化合物の配向が制御される。そして、液晶表示装置１では、各画素において、液晶層３００に印加する電圧の大きさによって液晶化合物の配向状態を変えることにより、液晶層３００での光透過率を調整して画像が表示される。

本実施形態の液晶表示装置１の表示モードは特に限定されず、縦電界モードであるＶＡ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モード、並びに、横電界モードであるＦＦＳ（ＦｒｉｎｇｅＦｉｅｌｄＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ－Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード等の液晶表示装置に適用することができる。

液晶表示装置１が縦電界モードである場合、液晶層３００は、電圧無印加状態において第一の基板１００及び第二の基板２００に対して垂直方向に配向する液晶化合物を含有する。また、第一の配向膜及び第二の配向膜は、それぞれ、垂直配向膜である。

液晶表示装置１が横電界モードである場合、液晶層３００は、電圧無印加状態において第一の基板１００及び第二の基板２００に対して水平方向に配向する液晶化合物を含有する。また、第一の配向膜及び第二の配向膜は、それぞれ、水平配向膜である。

バックライト２０は、液晶パネル１０に対して光を照射するものであれば特に限定されず、直下型やエッジ型やその他のどの方式でもよい。バックライト２０は、例えば、光源、導光板及び反射板を備える。バックライト２０は、更に、拡散板、プリズムシート等の光学シートを備えてもよい。

本実施形態の液晶表示装置１は、液晶パネル１０及びバックライト２０の他、ＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）、ＰＣＢ（プリント配線基板）等の外部回路；視野角拡大フィルム、輝度向上フィルム等の光学フィルム；ベゼル（フレーム）等の複数の部材により構成されるものであり、部材によっては、他の部材に組み込まれていてもよい。既に説明した部材以外の部材については特に限定されず、液晶表示装置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ので、説明を省略する。

＜実施形態２＞
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１と重複する内容については説明を省略する。図２は、実施形態２に係る液晶表示装置の断面模式図である。上記実施形態では、第一の基板１００側にＣＦ層１１０Ｃ及びＴＦＴ１２０が設けられるが、図２に示すように、第二の基板２００側にＴＦＴ１２０が配置されてもよい。このような態様によっても、液晶層３００の背面側に、カラーフィルタ層１１０Ｃを備える第一の基板１００が配置されるため、液晶層に照射されるバックライト光が、通常構成の１／３以下となる。その結果、本実施形態においても、応答速度を高めつつ、ＶＨＲの低下を抑えることができる。

背面側に配置された基板（第一の基板）がＴＦＴを備える液晶表示装置に対して、本実施形態のように、観察面側に配置された基板（第二の基板）がＴＦＴを備える構成を「反転構成」ともいう。

上記実施形態１のＣＯＡ構成や本実施形態の反転構成では、カラーフィルタ層１１０Ｃが液晶層３００よりもバックライト２０側（背面側）に配置されるため、液晶層３００に照射されるバックライト光は、カラーフィルタ層１１０Ｃが液晶層３００よりも観察面側に配置される構成に比べて例えば１／３以下に抑えることができる。

以下に実施例及び比較例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

＜実施例１＞
正の誘電率異方性を有し、かつ、上記一般式（Ｌ６－１）に示す構造を有する液晶化合物（以下、シアノ系液晶化合物ともいう）、及び、正の誘電率異方性を有し、かつ、下記化学式（Ｆ－１）に示す構造を有する液晶化合物（以下、フッ素系液晶化合物ともいう）を含有する実施例１の液晶組成物を調整した。実施例１の液晶組成物の全量に対する上記シアノ系液晶化合物の含有量は８重量％とした。

上記によって調整した実施例１の液晶組成物を用いて、以下のようにして図１に示す実施形態１に係る液晶パネル１０を作成した。第一の支持基板１１０としてのガラス基板上に、カラーフィルタ層１１０Ｃ、ＴＦＴ１２０及びＩＴＯからなる画素電極１３０が設けられた第一の基板１００を用意した。第二の支持基板２１０としてのガラス基板上に、ＩＴＯからなる共通電極２２０が設けられた第二の基板２００を用意した。更に、第一の基板１００の画素電極１３０上、及び、第二の基板２００の共通電極２２０上に、それぞれ、第一及び第二の配向膜を形成した。

次に、第一の基板の第一の配向膜が形成された側の面に、紫外線硬化型シール材を描画し、第二の基板の第二の配向膜が形成された側の面の所定の位置に上記実施例１の液晶組成物を滴下した。続いて、真空にて両基板を貼り合せ、シール材を紫外光にて硬化させ、滴下注入法により実施例１の液晶セルを得た。セル厚（液晶層３００の厚さ）は３μｍであった。実施例１の液晶層３００は滴下注入法により形成されたため、実施例１の液晶表示装置は封止口を有さなかった。

＜参考例１＞
カラーフィルタ層を第一の基板側ではなく第二の基板側に設けたこと以外は、実施例１と同様にして参考例１の液晶セルを作製した。

＜比較例１＞
上記シアノ系液晶化合物を含まず、上記フッ素系液晶化合物のみを含むこと以外は、上記実施例１の液晶組成物と同様の構成を有する比較例１の液晶組成物を調整した。実施例１の液晶組成物に替えて比較例１の液晶組成物を用い、かつ、カラーフィルタ層を第一の基板側ではなく第二の基板側に設けたこと以外は実施例１と同様にして、比較例１の液晶セルを作製した。

＜実施例１、参考例１及び比較例１の液晶セルのＶＨＲの測定＞
実施例１、参考例１及び比較例１の各液晶セルについて、東陽テクニカ社製６２５４型ＶＨＲ測定システムを用いて、１Ｖ、１Ｈｚ、２５℃の条件で、ＶＨＲを測定した（エージング時間０ｈ）。その後、６０℃環境下で５００時間バックライトを暴露するバックライト暴露試験を行い、バックライト暴露試験後の各液晶セルについても、試験前と同様の測定条件でＶＨＲを測定した（エージング時間５００ｈ）。各液晶セルについて、エージング時間５００ｈでのＶＨＲを求めた。結果を、図３に示す。図３は、実施例１、参考例１及び比較例１のＶＨＲ測定の結果を示す図である。

バックライト暴露試験で用いたバックライト２０の輝度は５０００ｎｉｔであった。ここで、ＣＯＡ構成を有する実施例１では、液晶層３００とバックライト２０との間にカラーフィルタ層１１０Ｃが設けられているため、バックライト２０から出射された光の一部はカラーフィルタ層１１０Ｃにより吸収され、液晶層３００へ入射する光の強度は参考例１及び比較例１の１／３程度に減少すると考えられる。そのため、参考例１及び比較例１の液晶層にはバックライトから輝度５０００ｎｉｔの光が入射するが、実施例１の液晶層には輝度１７００ｎｉｔ程度の光が入射すると考えられる。

図３に示すように、実施例１では、エージング後のＶＨＲの低下が参考例１及び比較例１よりも抑制された。

＜実施例２＞
ＦＦＳモードの電極構造としたこと以外は、実施例１と同様にして実施例２の液晶表示装置を作製した。具体的には、第一の支持基板１１０に、面状の共通電極２２０及びスリットが設けられた画素電極１３０を設けた。液晶層３００のリタデーションは３００ｎｍに設定した。

＜比較例２＞
比較例１の液晶組成物を用いたこと以外は、実施例２と同様にして比較例２の液晶表示装置を作製した。液晶層のリタデーションは３００ｎｍに設定した。

＜実施例２及び比較例２の液晶セルの応答速度の測定＞
実施例２及び比較例２の各液晶セルについて、５Ｖの電圧を印加した後、規格化透過率が９０％から１０％へ変化する時間を測定したところ、実施例２の応答時間は、比較例２の応答時間の７７％に抑えられ、実施例２は比較例２に比べて応答速度が向上することが分かった。

上記シアノ系液晶化合物は、Δｎが大きく、セル厚を薄くできるため、シアノ系液晶化合物を用いることにより応答時間を短縮することができる。一方で、シアノ系液晶化合物は、初期のＶＨＲは高いが、バックライトエージングによりＶＨＲが顕著に低下するという性質を有する。ここで、ＣＯＡ構成や反転構成の液晶パネルでは、カラーフィルタ層が液晶層とバックライトとの間に配置されるため、液晶層に照射されるバックライト光が、通常構成の１／３以下となる。そのため、実施例１及び実施例２では、ＣＯＡ構成とすることにより、シアノ系液晶化合物を含有する液晶組成物を用いる場合であってもＶＨＲの低下を抑制しつつ、応答速度を向上させることができた。具体的には、ＣＯＡ構成を有する液晶パネルに、シアノ系液晶化合物を含む液晶組成物を用いた実施例１及び実施例２の液晶パネルでは、５００ｈのバックライトエージングの信頼性を、比較例１と同等以上に確保することが可能であり、かつ、応答時間を比較例２に対して２３％短縮できることが分かった。

１：液晶表示装置
１０：液晶パネル
２０：バックライト
２１：光源
１００：第一の基板
１１０、２１０：支持基板
１１０Ｃ：カラーフィルタ（ＣＦ）層
１１０ＣＢ：青色カラーフィルタ
１１０ＣＧ：緑色カラーフィルタ
１１０ＣＲ：赤色カラーフィルタ
１２０：薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
１３０：画素電極
２００：第二の基板
２２０：共通電極
３００：液晶層
４１０：第一の偏光板
４２０：第二の偏光板

Claims

バックライトと、
カラーフィルタ層を備える第一の基板と、
液晶組成物を含有する液晶層と、
第二の基板と、を順に備え、
前記液晶組成物は、少なくとも１つの水素原子がハロゲン原子に置換されたフェニル基及び前記フェニル基と連続した共役系を形成する共役結合基を有する液晶化合物を含むことを特徴とする液晶表示装置。
前記液晶組成物は、前記液晶化合物を３重量％以上含有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記液晶組成物は、前記液晶化合物を１０重量％以上含有することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
前記液晶化合物は、下記一般式（Ｌ１）～（Ｌ６）で表される部分構造の少なくとも一種を有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の液晶表示装置。

（上記一般式（Ｌ１）～（Ｌ６）中、Ｘ^１１～Ｘ^１６、Ｘ^２１～Ｘ^２４、Ｘ^３１～Ｘ^３４、Ｘ^４１～Ｘ^４４、Ｘ^５１～Ｘ^５３、及び、Ｘ^６１～Ｘ^６３は、各々独立に、水素原子又はハロゲン原子を表し、Ｘ^１１～Ｘ^１４の少なくとも１つはハロゲン原子を表し、Ｘ^２１～Ｘ^２４の少なくとも１つはハロゲン原子を表し、Ｘ^３１～Ｘ^３４の少なくとも１つはハロゲン原子を表し、Ｘ^４２～Ｘ^４４の少なくとも１つはハロゲン原子を表し、Ｘ^５２～Ｘ^５３の少なくとも１つはハロゲン原子を表し、Ｘ^６１～Ｘ^６３の少なくとも１つはハロゲン原子を表し、＊は結合位置を表す。）
前記液晶化合物は、第一の液晶化合物であり、
前記液晶組成物は、更に、共役系を形成しないアルケニル基を有する第二の液晶化合物を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記液晶組成物は、前記第二の液晶化合物を５１重量％以上含有することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
前記液晶組成物は、前記第二の液晶化合物を７０重量％以上含有することを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
前記第二の液晶化合物は、下記一般式（Ｌ７）及び（Ｌ８）で表される部分構造の少なくとも一種を有することを特徴とする請求項５～７のいずれかに記載の液晶表示装置。

（上記一般式（Ｌ８）中、Ｒ^１は、炭素数１～３のアルキル基を表し、＊は結合位置を表す。）
前記第一の基板と第二の基板との間に、前記液晶層を封止するシール材を有し、
前記シール材は、封止口を有さないことを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の液晶表示装置。