JP3780063B2 - アクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents
アクティブマトリクス型液晶表示装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブマトリクス型液晶表示装置に係り、特に基板平面にほぼ平行な方向に電界を印加して液晶を駆動する横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置の表示は、基板間に挟まれた液晶層の液晶分子に電界を加えることにより液晶分子の配向方向を変化させ、それにより生じる液晶層の光学特性の変化により行われる。
【０００３】
従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、液晶に印加する電界の方向が基板界面にほぼ垂直な方向に設定され、液晶の光旋光性を利用した表示を行うツイステッドネマチック（ＴＮ）表示方式に代表される。一方、櫛歯電極を用いて液晶に印加する電界の方向を基板界面にほぼ平行とし、液晶の複屈折性を用いて表示を行う方式（横電界方式）が、例えば特公昭63−21907号，特開平5−505247号により提案されている。この横電界方式は従来のＴＮ方式に比べて広視野角，低負荷容量などの利点があり、アクティブマトリクス型液晶表示装置として有望な技術である。
【０００４】
近年の液晶表示装置の高速応答化に伴い、液晶表示素子の残像と呼ばれる画像の焼き付け現象が顕在化し、表示不良の一因として歩留まりの低下を招いている。この画像の焼き付け現象、すなわち残像問題は、通常約５０ミリ秒程度の液晶応答速度に比べ著しく応答の遅い領域が発生する場合に生じる。
【０００５】
従来のＴＮ型液晶表示装置におけるこれらの発生原因は完全には解明されていないが、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）から発生する直流電荷が画素に蓄積して起こるという説が有力視されている。すなわち、画素電極上の配向膜、又は液晶配向膜の界面において電圧印加時の電位が応答時間内に解消されずに保持されることにより、液晶層に実効的な電圧が掛かった状態になることにより発生すると言われている。このような残像現象と残留直流電圧成分との相関関係が検討され、現在は残留直流電圧が低減されるほど残像現象が改良されることが分かりはじめている。そのため、従来のＴＮ方式の配向膜には直流電荷が蓄積し難い性質が要求されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、前記の横電界方式においても画像の焼き付け（残像）現象が発生し、黒レベルの低下，コントラスト低下を引き起こし画質や歩留まりの低下で量産性が低下するという問題がある。そこで従来ＴＮ方式において残像現象と相関があった画素電極に残留する直流電圧をこの横電界方式についても測定したところ、
（１）残像の発生する液晶表示素子と発生しないものとの残留直流電圧値に有意な差がほとんどないこと、また（２）この横電界方式では画像の焼き付きが半永久的に持続しコントラストの著しい低下を引き起こすものがあることが分かった。以上の点から、この横電界方式の残像，焼き付き現象は従来のＴＮ方式とは全く異なった横電界方式特有のメカニズムに基づいていると考えられ、横電界特有の画像の焼き付け，残像問題の解決が求められている。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、横電界方式を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置において、上記の課題を解決し、画像の焼き付き残像現象による表示むらが少なく、高画質で量産性に優れたアクティブマトリクス型液晶表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題を解決するための手段を以下に示す。
【０００９】
本発明では、少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶層と、前記一対の基板の一方の基板に形成され、この基板面に対して支配的に平行な成分を持った電界を前記液晶層に印加するための電極群、及び、これらの電極群に対応する電極に接続された複数のアクティブ素子と、前記液晶層と前記一対の基板の少なくとも一方の基板との間に配置された配向膜と、前記一対の基板の少なくともどちらか一方の基板に形成される前記液晶層の分子配向状態に応じて光学特性を変える光学手段とを有し、前記配向膜のガラス転移温度Ｔｇは３００℃以上、重量平均分子量は１０ , ０００以上〜３００ , ０００ 以下であり、かつ、ポリアミック酸イミド系，ポリイミド系，ポリイミドシロキサン系，ポリアミドイミド系の有機高分子であり、前記液晶層の屈折異方性をΔｎ、厚さをｄとしたときのパラメータΔｎ・ｄが、０ . ２μｍ＜Δｎ・ｄ＜０ . ５μｍを満たし、前記配向膜が、重量平均分子量／数平均分子量の比で表される分散係数が２以下の有機高分子であることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を採る。
【００１０】
また上記構成において、前記光学手段は、前記一対の基板を挟み、それらの偏光軸が互いにほぼ直交する一対の偏光板であることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を採る。
【００１１】
また上記構成において、前記配向膜は、化学式Ｈ 2 Ｎ−Ｒ−ＮＨ 2 で示すジアミン化合物と、化学式
【００１２】
【化１】
で示すテトラカルボン酸二無水物とからなるポリアミック酸の脱水閉環した有機高分子であり、その繰り返し構造の中のＲ及びＸに、−Ｏ−，−Ｓ− , −ＣＨ 2 −，−Ｃ ( ＣＨ 3 ) 2 − , −Ｃ ( ＣＦ 3 ) 2 −，−ＳＯ 2 −が合わせて３個以下であることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を採る。
【００１３】
また上記構成において、前記配向膜は、化学式Ｈ 2 Ｎ−Ｒ−ＮＨ 2 で示すジアミン化合物と、化学式
【００１４】
【化１】
で示すテトラカルボン酸二無水物とからなるポリアミック酸の脱水閉環した有機高分子であり、その繰り返し構造の中のＲ及びＸに、メタ結合，オルト結合が合わせて３個以下であることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を採る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の前提となる横電界方式の動作原理を図１を例に用いて説明する。図１（ａ),（ｂ）は横電界方式の液晶素子１画素内での液晶の動作を示す側断面を、図１（ｃ),（ｄ）はその正面図を表す。
【００１６】
電圧無印加時のセル側断面を図１（ａ）に、その時の正面図を図１（ｃ）に示す。一方の基板の内側に線状電極１，４が形成され、基板表面は対となる基板の双方とも配向膜５となっており、基板間には液晶組成物が挟持されている（この例ではその誘電異方性は正と仮定しているが、負の液晶組成物では液晶分子の長軸と短軸の方向を入れ換えるだけで横電界方式は同様に実現可能である）。
【００１７】
棒状の液晶分子６は、配向膜５との結合により両基板界面において共に電極１，４長手方向（図１（ｃ）正面図）に若干の角度を持つ方向１０の向きに配向制御されており、電界無印加時には液晶層内ではほぼ一様にこの方向を向いた状態となっている。ここで、画素電極４と共通電極１のそれぞれに異なる電位を与え、それらの間の電位差により液晶組成物層に電界９を印加すると、液晶組成物が持つ誘電異方性と電界との相互作用により図１（ｂ),（ｄ）に示したように液晶分子は電界方向にその向きを変える。このとき液晶組成物層の屈折異方性と偏光板８の作用により本液晶素子の光学特性が変化し、この変化により表示を行う。図２は、横電界方式の液晶表示装置の電極間の印加電圧とその表示輝度との関係を模式的に示したグラフである。図２（ａ）の実線は初期の基本特性を示しており、（ｂ）の点線は典型的な残像を示す場合の電圧・輝度特性曲線を示している。このように残像，画像の焼き付け現象は、中間調領域で顕著な輝度変動を示している。
【００１８】
ここで、残像現象のメカニズムについて考察する。
【００１９】
前記の配向膜と液晶分子の結合による配向規制力（結合力）は、配向膜材料やそのラビング処理条件等によって大きく異なることが知られているが、配向膜表面での液晶分子の配向変化の方向によっても異なる。表面にほぼ水平に配向した正の誘電率異方性を持つ液晶材料を考えると、電界印加により生じる基板表面の液晶分子の配向変化方向は、基板界面に対して電界がほぼ垂直に印加されるＴＮ方式では基板表面から立ち上がる方向（図３に示す極角方向）に、また基板界面に対して電界がほぼ平行に印加される横電界方式では基板面内方向（図３に示す面内の捻れ回転方向）となる。したがって、従来のＴＮ方式では液晶分子の極角方向の配向変化の戻り難さが画像の焼き付き，残像に対応し、またそれは上下の対電極付近に残留する直流電位に起因すると考えられている。
【００２０】
一方、横電界方式では、画像の焼き付き，残像は基板面内方向の液晶分子のねじれ変形の戻り難さに相当する。また先に述べたように残像と画素電極近傍に残留する直流電位との相関が認められないことから、これは電気的な要因というよりはむしろ液晶／配向膜界面の相互作用に基づくと考えられる。
【００２１】
そこで本発明者らが鋭意検討した結果、横電界方式の画像の焼き付き，残像現象の発生は、液晶分子の面内捻れ変形に基づき発生する回転トルクにより液晶分子の配向を規制している配向膜表面が弾性変形し、その変形・クリープが高分子特有の（遅延弾性変形後の）弾性余効、すなわち残留した歪みとしてある有限の遅延時間とともに回復していく残像として、または永久変形としての画像の焼き付き現象として現れると解釈された。
【００２２】
したがって、このような残像現象の発生を低減する対策として、配向膜の硬さ（弾性率）を増大させ、液晶分子の駆動による回転トルクの影響を受け難い高弾性高分子表面を形成すること、又は液晶層の回転トルクが配向膜層に伝搬し難いように界面の捻れ結合の弱い状態を形成することが有効であると考えられる。
【００２３】
配向膜の高弾性率化を図るための具体策としては、配向膜を構成するポリマーの分子構造が剛直で直線性に富んだ構造であることが望ましく、また分子量をなるべく大きくするのが好ましい。さらには単分散系にするのが良い。また配向膜塗布・焼成硬化・ラビング配向処理後の光架橋反応により高次のネットワークを構築し力学的に強度を高めるのも良い。分子量を１０,０００ 以上に大きくすることによって、ポリマー鎖間の凝集力を増加させ弾性率の増加を図ることができる。しかし、一方で分子量が３００,０００ 以上に大きくなると、配向膜ワニスの融液状態でポリマー鎖の絡み合いが発生し、ポリマー鎖の密度の高いパッキングが妨げられることがある。またポリマー配向膜の弾性率は周囲の環境条件、特に温度により大きな影響を受けることが知られている。
【００２４】
この観点から上記のような高弾性率配向膜の選定の指標として弾性率以外に配向膜高分子のガラス転移点Ｔｇがある。このＴｇが高ければ高いほど配向膜の高い弾性率が保証されることになる。このＴｇの大きさと本発明の課題である横電界方式の残像の大きさの相関をとると配向膜のＴｇが３００℃を越えるものが表示性能の許容値を満足する程度までに残像を低減できることがわかった。従って、配向膜のＴｇが３００℃以上のポリマーが望ましい。このＴｇは配向膜ポリマーのバルクの値であり、実際に液晶配向膜界面に係わる配向膜表面のＴｇは大きく見積もっても約１００℃の低下が予想される。従って、実際に動作が保証されている−３０℃から７０℃の範囲では配向膜表面の弾性率の低下はほとんどないと考えられる。
【００２５】
また、高分子の分子軸の回転を可能にする結合基、−Ｏ−，−Ｓ−,−ＣＨ2−，−Ｃ(ＣＨ3)2−，−ＳＯ2− ，メタ結合，オルト結合が合わせて３個以下であることが望ましい。なぜならば、ポリマー主鎖間の拡散はほとんど起こらないが、上記のような結合基が多数存在すると分子軸回りの回転が容易となり局所的な熱運動が可能となるため、配向膜高分子の弾性率の低下を引き起こす結果となる。このような現象は弾性率の温度特性に現れる側鎖の副分散といて知られている。
【００２６】
また、従来のＴＮ方式に用いられる配向膜ではチルト角を制御するために側鎖に直鎖アルキル基等を導入する方法が用いられるているが、横電界方式では視野角の広さを保持するためにも、また上記の観点からもチルト角を発生する直鎖アルキル基などの長鎖の枝分かれした側鎖官能基の少ないもの、またはかさ高い側鎖置換基を全く持たないポリマーが好適である。
【００２７】
以上のような観点から、本発明に用いる配向膜の合成材料であるアミン成分の化合物およびその他共重合可能な化合物は、例えば、芳香族ジアミンとしては、ｐ−フェニレンジアミン，ｍ−フェニレンジアミン、２，４−ジアミノトルエン、２，５−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエン，ジアミノデュレン，ベンジジン，Ｏ−トリジン、３，３′−ジメトキシベンジジン、４，４″−ジアミノターフェニル、１，５−ジアミノナフタレン、２，７−ジアミノフルオレン、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、４，４′−ジアミノジフェニルスルフィド、４，４′−ジアミノジフェニルメタン、３，３′−ジメチル−４，４′−ジアミノジフェニルメタン、２，５−ジアミノピリジン、４，４′−ビス（ｐ−アミノフェノキシ）ビフェニル、２，２−ビス｛４−(ｐ−アミノフェノキシ)フェニル｝プロパン、２，２−ビス｛４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、４，４′−ビス（ｍ−アミノフェノキシ）ジフェニルスルフォンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
一方、酸成分の化合物およびその他共重合可能な化合物は例えば、芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物、メチルーピロメリット酸二無水物、ジメチレントリメリテート酸二無水物、３，３′、４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３′、４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物，ジメチレントリメリテート酸二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、３，３′、４，４′−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、３，３′、４，４′−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、３，３′、４，４′−ジフェニルメタンテトラカルボン酸二無水物，脂環式テトラカルボン酸二無水物としては、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−ビスシクロブタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２９】
また、溶剤については例えば極性を有するＮ−メチル−２−ピロリドン，ジメチルホルムアミド，ジメチルアセトアミド，ジメチルスルホキサイド，スルフォラン，ブチルラクトン，クレゾール，フェノール，シクロヘキサノン，ジメチルイミダゾリジノン，ジオキサン，テトラヒドロフラン，ブチルセルソルブ，ブチルセルソルブアセテート，アセトフェノンなどを用いることができる。
【００３０】
更に、有機高分子中に例えばγ−アミノプロピルトリエトキシシラン，δ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン，Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系シランカップリング剤，エポキシ系シランカップリング剤，チタネ−トカップリング剤，アルミニウムアルコレート，アルミニウムキレート，ジルコニウムキレートなどの表面処理剤を混合もしくは反応することもできる。配向膜の形成は一般的なスピンコ−ト，印刷，刷毛塗り，スプレー法などによって行うことができる。
【００３１】
用いる液晶としては、例えば４−置換フェニル−４′−置換シクロヘキサン，４−置換シクロヘキシル−４′−置換シクロヘキサン，４−置換フェニル−４′−置換ジシクロヘキサン，４−置換ジシクロヘキシル−４′−置換ジフェニル，４−置換−４″−置換ターフェニル，４−置換ビフェニル−４′−置換シクロヘキサン，２−（４−置換フェニル）−５−ピリミジン，２−（４−置換ジオキサン）−５−フェニル，４−置換安息香酸−４′−フェニルエステル，４−置換シクロヘキサンカルボン酸−４′−置換フェニルエステル，４−置換シクロヘキサンカルボン酸−４′−置換ビフェニルエステル，４−（４−置換シクロヘキサンカルボニルオキシ）安息香酸−４′−置換フェニルエステル，４−（４−置換シクロヘキシル）安息香酸−４′−置換フェニルエステル，４−（４−置換シクロヘキシル）安息香酸−４′−置換シクロヘキシルエステル、４−置換−４′−置換ビフェニル等を挙げることができ、これらの化合物の中でも、少なくても分子の一方の末端にアルキル基，アルコキシ基，アルコキシメチレン基，シアノ基，フッ素基，ジフッ素基，トリフッ素基を有する多成分系の混合液晶組成物が用いられる。
【００３２】
本発明の実施例を具体的に説明する。
【００３３】
（実施例１）
基板として、厚みが１.１mm で表面を研磨した透明なガラス基板を２枚用い、これらの基板のうち一方の基板の上に横電界が印加できる薄膜トランジスタおよび配線電極を形成し、更にその上の最表面に窒化シリコンからなる絶縁保護膜を形成した。
【００３４】
薄膜トランジスタおよび各種電極の構造を図４に、基板面に垂直な方向から見た正面図と、正面図のＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′における側断面図として示す。
【００３５】
薄膜トランジスタ素子１４は画素電極（ソ−ス電極）４，信号電極（ドレイン電極）３，走査電極（ゲート電極）１２およびアモルファスシリコン１３から構成される。
【００３６】
共通電極１と走査電極１２、および信号電極３と画素電極４とはそれぞれ同一の金属層をパターン化して構成した。
【００３７】
画素電極４は正面図において、３本の共通電極１の間に配置されている。
【００３８】
画素ピッチは横方向（すなわち信号電極３間）は１００μｍ、縦方向（すなわち走査電極１２間）は３００μｍである。
【００３９】
電極幅は、複数画素間にまたがる配線電極である走査電極，信号電極，共通電極配線部（走査配線電極に並行に延びた部分）を広めにし、線欠陥を回避した。
幅はそれぞれ１０μｍ，８μｍ，８μｍである。
【００４０】
一方、開口率向上のために１画素単位で独立に形成した画素電極、および共通電極の信号配線電極の長手方向に延びた部分の幅は若干狭くし、それぞれ５μｍ，６μｍとした。これらの電極の幅を狭くしたことで異物などの混入により断線する可能性が高まるが、この場合１画素の部分的欠落ですみ、線欠陥には至らない。
【００４１】
信号電極３と共通電極１は絶縁膜を介して２μｍの間隔を設けた。
【００４２】
画素数は、６４０×３（Ｒ，Ｇ，Ｂ）本の信号配線電極と、４８０本の配線電極とにより６４０×３×４８０個とした。
【００４３】
用いた配向膜は、ｐ−フェニレンジアミン１.０ モル％をＮ−メチル−２−ピロリドン中に溶解させ、これにピロメリット酸二無水物１モル％を加えて２０℃で１２時間反応させて、標準ポリスチレン換算重量平均分子量が約250,000 、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｖ／Ｍｎ）が約１.８ のポリアミック酸ワニスを得た。このワニスを６％濃度に希釈してγ−アミノプロピルトリエトキシシランを固形分で０.３ 重量％添加後、印刷形成して２２０℃／３０分の熱処理を行い、約８００Åの緻密なポリイミド配向膜を形成した。
【００４４】
また、上記と同様な製法で得たポリイミド配向膜のガラス転移温度Ｔｇを測定したところ、約３８０℃を示した。
【００４５】
次に、ラビングローラに取り付けたバフ布で配向膜表面をラビング処理し、液晶配向膜を付与した。
【００４６】
もう一方の基板には、遮光層付きカラーフィルタを形成し、上記と同様に最表面にポリイミド配向膜を形成しラビング処理により液晶配向能を付与した。
【００４７】
本実施例では配向能を付与する方法としてラビング法を用いたが、それ以外の例えば紫外線硬化型樹脂溶液を塗布して配向膜とし、それに偏光紫外線光を照射して光化学反応を生じさせることにより液晶配向能を付与する方法や、水面上に展開した有機分子膜を基板上に引き上げて形成した配向性の良い多層膜を配向膜として用いる方法なども利用できる。
【００４８】
特に後者の二つの方法は、従来十分大きな界面チルト角を付与することが困難とされてきた配向制御方法であるが、横電界方式においては従来のＴＮ方式に代表される縦電界方式と異なり界面チルト角が原理的に必要ないため、横電界方式との組合せにより量産性などの実用性を向上させることができる。
【００４９】
次に、これらの２枚の基板をそれぞれの液晶配向能を有する表面を相対向させて、分散させた球形のポリマビーズからなるスペーサを介在させて、周辺部にシール剤を塗布し、セルを組み立てた。２枚の基板のラビング方向は互いにほぼ並行で、かつ印加横電界方向とのなす角度を７５゜とした。このセルに誘電異方性Δεが正でその値が１０.２(１ｋＨｚ，２０℃）であり、屈折率異方性Δｎが０.０７５(波長５９０ｎｍ，２０℃）のネマチック液晶組成物を真空で注入し、紫外線硬化型樹脂からなる封止材で封止した。液晶層の厚み(ギャップ)は４.８μｍの液晶パネルを製作した。このパネルのリタデーション（Δｎ・ｄ）は、０.３６μｍとなる。このパネルを２枚の偏光板（日東電工社製G1220DU）で挾み、一方の偏光板の偏光透過軸を上記のラビング方向とほぼ並行とし、他方をそれに直交させた。
【００５０】
その後、駆動回路，バックライトなどを接続してモジュール化し、アクティブマトリクス型液晶表示装置を得た。本実施例では低電圧で暗表示，高電圧で明表示となるノーマリクローズ特性とした。
【００５１】
このように作製した液晶表示装置の画像の焼き付け，残像を定量的に測定するため、ホトダイオードを組合せたオシロスコープを用いて評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウのパターンを３０分間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示、ここでは輝度が最大輝度の１０％となるように全面を切り換え、ウインドウのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像時間として評価し、またウインドウの残像部分と周辺中間調部分の輝度Ｂの輝度変動分の大きさΔＢ／Ｂ（１０％）を残像強度として評価した。但し、ここで許容される残像強度は３％以下である。
【００５２】
その結果を輝度変動分である残像強度ΔＢ／Ｂ（１０％）は約２％であり、残像が消失するまでの時間は約５０ミリ秒でここで用いた液晶の立ち下がり応答時間約３５ミリ秒とほとんど同じであった。目視による画質残像検査においても、画像の焼き付け，残像による表示むらも一切見られず、高い表示特性が得られた。このように上記配向膜を使用することにより画像の焼き付き，残像の表示不良が低減される液晶表示素子を得ることができた。
【００５３】
（実施例２）
用いた配向膜以外は実施例１と同様にして、ｍ−フェニレンジアミン１.０ モル％をＮ−メチル−２−ピロリドン中に溶解させ、これに３，３′、４，４′−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物１.０ モル％を加え４０℃で６時間反応させ、標準ポリスチレン換算重量平均分子量が約２１,０００ 、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｖ／Ｍｎ）が約１.５ のポリアミック酸ワニスを得た。このワニスを６％濃度に希釈してγ−アミノプロピルトリエトキシシランを固形分で０.３ 重量％添加後、印刷形成して２１０℃／３０分の熱処理を行い、約７００Åの緻密なポリイミド配向膜を形成した。
【００５４】
また、上記と同様な製法で得たポリイミド配向膜のガラス転移温度Ｔｇを測定したところ、約３１０℃を示した。
【００５５】
実施例１と同様、このように作製した液晶表示装置の画像の焼き付け，残像を定量的に測定するため、ホトダイオードを組合せたオシロスコープを用いて評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウのパターンを３０分間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示、ここでは輝度が最大輝度の１０％となるように全面を切り換え、ウインドウのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像時間として評価し、またウインドウの残像部分と周辺中間調部分の輝度Ｂの輝度変動分の大きさΔＢ／Ｂ（１０％）を残像強度として評価した。但し、ここで許容される残像強度は３％以下である。
【００５６】
その結果を輝度変動分である残像強度ΔＢ／Ｂ（１０％）は約３％であり、残像が消失するまでの時間は約５６ミリ秒でここで用いた液晶の立ち下がり応答時間約３５ミリ秒とほとんど同じであった。目視による画質残像検査においても、画像の焼き付け，残像による表示むらも一切見られず、高い表示特性が得られた。このように上記配向膜を使用することにより画像の焼き付き，残像の表示不良が低減される液晶表示素子を得ることができた。
【００５７】
（実施例３）
用いた配向膜以外は実施例１と同様にして、４，４′−ジアミノジフェニルメタン１.０ モル％をＮ−メチル−２−ピロリドンとジメチルアセトアミドの混合溶媒中に溶解させ、これに１，２，３，４−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物１.０ モル％を加え３０℃で１２時間反応させ、標準ポリスチレン換算重量平均分子量が約１５,０００ 〜２５０,０００ のポリアミック酸ワニスを作製した。その後このワニスをゲル浸透クロマトグラフィを用いて重量平均分子量が約２００,０００ 、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｖ／Ｍｎ）が１.０５ の単分散ポリアミック酸ワニスに分集した。このワニスを６％濃度に希釈してγ−アミノプロピルトリエトキシシランを固形分で０.３ 重量％添加後、印刷形成して２２０℃／３０分の熱処理を行い、、約７００Åの緻密なポリイミド配向膜を形成した。
【００５８】
また、上記と同様な製法で得たポリイミド配向膜のガラス転移温度Ｔｇを測定したところ、約３８０℃を示した。
【００５９】
実施例１と同様、このように作製した液晶表示装置の画像の焼き付け，残像を定量的に測定するため、ホトダイオードを組合せたオシロスコープを用いて評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウのパターンを３０分間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示、ここでは輝度が最大輝度の１０％となるように全面を切り換え、ウインドウのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像時間として評価し、またウインドウの残像部分と周辺中間調部分の輝度Ｂの輝度変動分の大きさΔＢ／Ｂ（１０％）を残像強度として評価した。但し、ここで許容される残像強度は３％以下である。
【００６０】
その結果を輝度変動分である残像強度ΔＢ／Ｂ（１０％）は約２％であり、残像が消失するまでの時間は約４８ミリ秒でここで用いた液晶の立ち下がり応答時間約３５ミリ秒とほとんど同じであった。目視による画質残像検査においても、画像の焼き付け，残像による表示むらも一切見られず、高い表示特性が得られた。このように上記配向膜を使用することにより画像の焼き付き，残像の表示不良が低減される液晶表示素子を得ることができた。
【００６１】
（実施例４）
用いた配向膜以外は実施例１と同様にして、４−フルオロ−メタフェニレンジアミン１.０ モル％をＮ−メチル−２−ピロリドン中に溶解させ、これに３，３′，４，４′−ビスシクロブタンテトラカルボン酸二無水物１.０ モル％を加えて２０℃で８時間および１００℃で２時間反応させて、標準ポリスチレン換算重量平均分子量が約１２,０００ 、重量平均分子量／数平均分子量(Ｍｖ／Ｍｎ)が１.９５ のポリアミドイミドを得た。このワニスを６％濃度に希釈してγ−アミノプロピルトリエトキシシランを固形分で０.３ 重量％添加後、印刷形成して２００℃／３０分の熱処理を行い、約６００Åの緻密なポリアミドイミド配向膜を形成し、液晶層の厚みｄが４.０μｍの液晶表示装置を作成した。
【００６２】
また、上記と同様な製法で得たポリイミド配向膜のガラス転移温度Ｔｇを測定したところ、約３１０℃を示した。
【００６３】
実施例１と同様、このように作製した液晶表示装置の画像の焼き付け，残像を定量的に測定するため、ホトダイオードを組合せたオシロスコープを用いて評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウのパターンを３０分間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示、ここでは輝度が最大輝度の１０％となるように全面を切り換え、ウインドウのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像時間として評価し、またウインドウの残像部分と周辺中間調部分の輝度Ｂの輝度変動分の大きさΔＢ／Ｂ（１０％）を残像強度として評価した。但し、ここで許容される残像強度は３％以下である。
【００６４】
その結果を輝度変動分である残像強度ΔＢ／Ｂ（１０％）は約３％であり、残像が消失するまでの時間は約６０ミリ秒でここで用いた液晶の立ち下がり応答時間約３５ミリ秒とほとんど同じであった。目視による画質残像検査においても、画像の焼き付け，残像による表示むらも一切見られず、高い表示特性が得られた。このように上記配向膜を使用することにより画像の焼き付き，残像の表示不良が低減される液晶表示素子を得ることができた。
【００６５】
（比較例１）
２，２−ビス｛４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパン１.０ モル％、３，３′、４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物１.０ モル％をＮ−メチル−２−ピロリドン中で２０℃で１０時間重合して、標準ポリスチレン換算重量平均分子量が約２００,０００ 、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｖ／Ｍｎ）が約１.９ のポリアミック酸ワニスを得た。このワニスを６％濃度に希釈してγ−アミノプロピルトリエトキシシランを固形分で０.３ 重量％添加後、印刷形成して２２０℃／３０分の熱処理を行い、約８００Åの緻密なポリイミド配向膜を形成した。
【００６６】
また、上記と同様な製法で得たポリイミド配向膜のガラス転移温度Ｔｇを測定したところ、約２４０℃を示した。
【００６７】
次に、この配向膜材料を用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作成し、液晶表示装置の画像の焼き付け，残像を定量的に測定評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウのパターンを３０分間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示に全面を切り換え、ウインドウのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像時間、及びウインドウの残像部分と周辺中間調部分の輝度Ｂの輝度変動分の大きさΔＢ／Ｂ（１０％）を残像強度として評価した。但し、ここで許容される残像強度は３％以下である。
【００６８】
その結果、輝度変動分である残像強度ΔＢ／Ｂ（１０％）は約５％と大きく、残像が消失するまでの時間も約６０分掛かり、目視による画質残像検査においても、明らかな画像の焼き付け，残像による表示むらとして確認された。このように上記配向膜を使用することにより画像の焼き付き，残像による表示不良が目立った。
【００６９】
（比較例２）
２，２−ビス〔４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニル〕オクタン０.５ モル％、４，４′−ジアミノジフェニルメタン０.５ モル％、３，３′、４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物１.０ モル％をＮ−メチル−２−ピロリドン中で２０℃で８時間重合して、標準ポリスチレン換算重量平均分子量が約４０,０００ 、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｖ／Ｍｎ）が約１.８ のポリアミック酸ワニスを得た。このワニスを６％濃度に希釈してγ−アミノプロピルトリエトキシシランを固形分で０.３ 重量％添加後、印刷形成して２００℃／３０分の熱処理を行い、約８００Åの緻密なポリイミド配向膜を形成した。
【００７０】
また、上記と同様な製法で得たポリイミド配向膜のガラス転移温度Ｔｇを測定したところ、約２３０℃を示した。
【００７１】
次に、この配向膜材料を用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作成し、液晶表示装置の画像の焼き付け，残像を定量的に測定評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウのパターンを３０分間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示に全面を切り換え、ウインドウのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像時間、及びウインドウの残像部分と周辺中間調部分の輝度Ｂの輝度変動分の大きさΔＢ／Ｂ（１０％）を残像強度として評価した。但し、ここで許容される残像強度は３％以下である。
【００７２】
その結果、輝度変動分である残像強度ΔＢ／Ｂ（１０％）は約８％と大きく、残像が消失するまでの時間も約１２０分掛かり、目視による画質残像検査においても、明らかな画像の焼き付け，残像による表示むらとして確認された。このように上記配向膜を使用することにより画像の焼き付き，残像による表示不良が目立った。
【００７３】
（比較例３）
２，２−ビス〔４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニル〕ヘキサフルオロプロパン１.０モル％、４，４′−ジアミノジフェニルエ−テル１.０モル％をＮ−メチル−２−ピロリドン中で２０℃で６時間重合して、標準ポリスチレン換算重量平均分子量が約８０００、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｖ／Ｍｎ）が約３.５ のポリアミック酸ワニスを得た。このワニスを６％濃度に希釈してγ−アミノプロピルトリエトキシシランを固形分で０.３ 重量％添加後、印刷形成して２００℃／３０分の熱処理を行い、約８００Åの緻密なポリイミド配向膜を形成した。
【００７４】
また、上記と同様な製法で得たポリイミド配向膜のガラス転移温度Ｔｇを測定したところ、約２００℃を示した。
【００７５】
次に、この配向膜材料を用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作成し、液晶表示装置の画像の焼き付け，残像を定量的に測定評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウのパターンを３０分間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示に全面を切り換え、ウインドウのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像時間、及びウインドウの残像部分と周辺中間調部分の輝度Ｂの輝度変動分の大きさΔＢ／Ｂ（１０％）を残像強度として評価した。但し、ここで許容される残像強度は３％以下である。
【００７６】
その結果、輝度変動分である残像強度ΔＢ／Ｂ（１０％）は約６％と大きく、残像が消失するまでの時間も約１００分掛かり、目視による画質残像検査においても、明らかな画像の焼き付け，残像による表示むらとして確認された。このように上記配向膜を使用することにより画像の焼き付き，残像による表示不良が目立った。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、液晶／配向膜界面における液晶分子の面内捻れ回転トルクにより誘発される配向膜表面の弾性変形による横電界方式特有の画像の焼き付き，残像現象の低減効果が図れ、画像の焼き付き，残像現象による表示むらの少ない高画質で量産性に優れたアクティブマトリクス型液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置における液晶の動作を示す図。
【図２】本発明の電気光学特性を説明する図。
【図３】液晶分子と基板表面との極結合と捻れ結合を示す図。
【図４】本発明の薄膜トランジスタ，電極，配線の構造を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ｃ）側断面図。
【符号の説明】
１…共通電極（コモン電極）、２…ゲート絶縁膜、３…信号電極（ドレイン電極）、４…画素電極（ソース電極）、５…配向膜、６…液晶組成物層中の液晶分子、７…基板、８…偏光板、９…電界方向、１０…界面上の分子長軸配向方向（ラビング方向）、１１…偏光板偏光透過軸方向、１２…走査電極(ゲート電極)、１３…アモルファスシリコン、１４…薄膜トランジスタ素子。
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブマトリクス型液晶表示装置に係り、特に基板平面にほぼ平行な方向に電界を印加して液晶を駆動する横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置の表示は、基板間に挟まれた液晶層の液晶分子に電界を加えることにより液晶分子の配向方向を変化させ、それにより生じる液晶層の光学特性の変化により行われる。
【０００３】
従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、液晶に印加する電界の方向が基板界面にほぼ垂直な方向に設定され、液晶の光旋光性を利用した表示を行うツイステッドネマチック（ＴＮ）表示方式に代表される。一方、櫛歯電極を用いて液晶に印加する電界の方向を基板界面にほぼ平行とし、液晶の複屈折性を用いて表示を行う方式（横電界方式）が、例えば特公昭63−21907号，特開平5−505247号により提案されている。この横電界方式は従来のＴＮ方式に比べて広視野角，低負荷容量などの利点があり、アクティブマトリクス型液晶表示装置として有望な技術である。
【０００４】
近年の液晶表示装置の高速応答化に伴い、液晶表示素子の残像と呼ばれる画像の焼き付け現象が顕在化し、表示不良の一因として歩留まりの低下を招いている。この画像の焼き付け現象、すなわち残像問題は、通常約５０ミリ秒程度の液晶応答速度に比べ著しく応答の遅い領域が発生する場合に生じる。
【０００５】
従来のＴＮ型液晶表示装置におけるこれらの発生原因は完全には解明されていないが、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）から発生する直流電荷が画素に蓄積して起こるという説が有力視されている。すなわち、画素電極上の配向膜、又は液晶配向膜の界面において電圧印加時の電位が応答時間内に解消されずに保持されることにより、液晶層に実効的な電圧が掛かった状態になることにより発生すると言われている。このような残像現象と残留直流電圧成分との相関関係が検討され、現在は残留直流電圧が低減されるほど残像現象が改良されることが分かりはじめている。そのため、従来のＴＮ方式の配向膜には直流電荷が蓄積し難い性質が要求されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、前記の横電界方式においても画像の焼き付け（残像）現象が発生し、黒レベルの低下，コントラスト低下を引き起こし画質や歩留まりの低下で量産性が低下するという問題がある。そこで従来ＴＮ方式において残像現象と相関があった画素電極に残留する直流電圧をこの横電界方式についても測定したところ、
（１）残像の発生する液晶表示素子と発生しないものとの残留直流電圧値に有意な差がほとんどないこと、また（２）この横電界方式では画像の焼き付きが半永久的に持続しコントラストの著しい低下を引き起こすものがあることが分かった。以上の点から、この横電界方式の残像，焼き付き現象は従来のＴＮ方式とは全く異なった横電界方式特有のメカニズムに基づいていると考えられ、横電界特有の画像の焼き付け，残像問題の解決が求められている。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、横電界方式を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置において、上記の課題を解決し、画像の焼き付き残像現象による表示むらが少なく、高画質で量産性に優れたアクティブマトリクス型液晶表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題を解決するための手段を以下に示す。
【０００９】
本発明では、少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶層と、前記一対の基板の一方の基板に形成され、この基板面に対して支配的に平行な成分を持った電界を前記液晶層に印加するための電極群、及び、これらの電極群に対応する電極に接続された複数のアクティブ素子と、前記液晶層と前記一対の基板の少なくとも一方の基板との間に配置された配向膜と、前記一対の基板の少なくともどちらか一方の基板に形成される前記液晶層の分子配向状態に応じて光学特性を変える光学手段とを有し、前記配向膜のガラス転移温度Ｔｇは３００℃以上、重量平均分子量は１０ , ０００以上〜３００ , ０００ 以下であり、かつ、ポリアミック酸イミド系，ポリイミド系，ポリイミドシロキサン系，ポリアミドイミド系の有機高分子であり、前記液晶層の屈折異方性をΔｎ、厚さをｄとしたときのパラメータΔｎ・ｄが、０ . ２μｍ＜Δｎ・ｄ＜０ . ５μｍを満たし、前記配向膜が、重量平均分子量／数平均分子量の比で表される分散係数が２以下の有機高分子であることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を採る。
【００１０】
また上記構成において、前記光学手段は、前記一対の基板を挟み、それらの偏光軸が互いにほぼ直交する一対の偏光板であることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を採る。
【００１１】
また上記構成において、前記配向膜は、化学式Ｈ 2 Ｎ−Ｒ−ＮＨ 2 で示すジアミン化合物と、化学式
【００１２】
【化１】
【００１３】
また上記構成において、前記配向膜は、化学式Ｈ 2 Ｎ−Ｒ−ＮＨ 2 で示すジアミン化合物と、化学式
【００１４】
【化１】
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の前提となる横電界方式の動作原理を図１を例に用いて説明する。図１（ａ),（ｂ）は横電界方式の液晶素子１画素内での液晶の動作を示す側断面を、図１（ｃ),（ｄ）はその正面図を表す。
【００１６】
電圧無印加時のセル側断面を図１（ａ）に、その時の正面図を図１（ｃ）に示す。一方の基板の内側に線状電極１，４が形成され、基板表面は対となる基板の双方とも配向膜５となっており、基板間には液晶組成物が挟持されている（この例ではその誘電異方性は正と仮定しているが、負の液晶組成物では液晶分子の長軸と短軸の方向を入れ換えるだけで横電界方式は同様に実現可能である）。
【００１７】
棒状の液晶分子６は、配向膜５との結合により両基板界面において共に電極１，４長手方向（図１（ｃ）正面図）に若干の角度を持つ方向１０の向きに配向制御されており、電界無印加時には液晶層内ではほぼ一様にこの方向を向いた状態となっている。ここで、画素電極４と共通電極１のそれぞれに異なる電位を与え、それらの間の電位差により液晶組成物層に電界９を印加すると、液晶組成物が持つ誘電異方性と電界との相互作用により図１（ｂ),（ｄ）に示したように液晶分子は電界方向にその向きを変える。このとき液晶組成物層の屈折異方性と偏光板８の作用により本液晶素子の光学特性が変化し、この変化により表示を行う。図２は、横電界方式の液晶表示装置の電極間の印加電圧とその表示輝度との関係を模式的に示したグラフである。図２（ａ）の実線は初期の基本特性を示しており、（ｂ）の点線は典型的な残像を示す場合の電圧・輝度特性曲線を示している。このように残像，画像の焼き付け現象は、中間調領域で顕著な輝度変動を示している。
【００１８】
ここで、残像現象のメカニズムについて考察する。
【００１９】
前記の配向膜と液晶分子の結合による配向規制力（結合力）は、配向膜材料やそのラビング処理条件等によって大きく異なることが知られているが、配向膜表面での液晶分子の配向変化の方向によっても異なる。表面にほぼ水平に配向した正の誘電率異方性を持つ液晶材料を考えると、電界印加により生じる基板表面の液晶分子の配向変化方向は、基板界面に対して電界がほぼ垂直に印加されるＴＮ方式では基板表面から立ち上がる方向（図３に示す極角方向）に、また基板界面に対して電界がほぼ平行に印加される横電界方式では基板面内方向（図３に示す面内の捻れ回転方向）となる。したがって、従来のＴＮ方式では液晶分子の極角方向の配向変化の戻り難さが画像の焼き付き，残像に対応し、またそれは上下の対電極付近に残留する直流電位に起因すると考えられている。
【００２０】
一方、横電界方式では、画像の焼き付き，残像は基板面内方向の液晶分子のねじれ変形の戻り難さに相当する。また先に述べたように残像と画素電極近傍に残留する直流電位との相関が認められないことから、これは電気的な要因というよりはむしろ液晶／配向膜界面の相互作用に基づくと考えられる。
【００２１】
そこで本発明者らが鋭意検討した結果、横電界方式の画像の焼き付き，残像現象の発生は、液晶分子の面内捻れ変形に基づき発生する回転トルクにより液晶分子の配向を規制している配向膜表面が弾性変形し、その変形・クリープが高分子特有の（遅延弾性変形後の）弾性余効、すなわち残留した歪みとしてある有限の遅延時間とともに回復していく残像として、または永久変形としての画像の焼き付き現象として現れると解釈された。
【００２２】
したがって、このような残像現象の発生を低減する対策として、配向膜の硬さ（弾性率）を増大させ、液晶分子の駆動による回転トルクの影響を受け難い高弾性高分子表面を形成すること、又は液晶層の回転トルクが配向膜層に伝搬し難いように界面の捻れ結合の弱い状態を形成することが有効であると考えられる。
【００２３】
配向膜の高弾性率化を図るための具体策としては、配向膜を構成するポリマーの分子構造が剛直で直線性に富んだ構造であることが望ましく、また分子量をなるべく大きくするのが好ましい。さらには単分散系にするのが良い。また配向膜塗布・焼成硬化・ラビング配向処理後の光架橋反応により高次のネットワークを構築し力学的に強度を高めるのも良い。分子量を１０,０００ 以上に大きくすることによって、ポリマー鎖間の凝集力を増加させ弾性率の増加を図ることができる。しかし、一方で分子量が３００,０００ 以上に大きくなると、配向膜ワニスの融液状態でポリマー鎖の絡み合いが発生し、ポリマー鎖の密度の高いパッキングが妨げられることがある。またポリマー配向膜の弾性率は周囲の環境条件、特に温度により大きな影響を受けることが知られている。
【００２４】
この観点から上記のような高弾性率配向膜の選定の指標として弾性率以外に配向膜高分子のガラス転移点Ｔｇがある。このＴｇが高ければ高いほど配向膜の高い弾性率が保証されることになる。このＴｇの大きさと本発明の課題である横電界方式の残像の大きさの相関をとると配向膜のＴｇが３００℃を越えるものが表示性能の許容値を満足する程度までに残像を低減できることがわかった。従って、配向膜のＴｇが３００℃以上のポリマーが望ましい。このＴｇは配向膜ポリマーのバルクの値であり、実際に液晶配向膜界面に係わる配向膜表面のＴｇは大きく見積もっても約１００℃の低下が予想される。従って、実際に動作が保証されている−３０℃から７０℃の範囲では配向膜表面の弾性率の低下はほとんどないと考えられる。
【００２５】
また、高分子の分子軸の回転を可能にする結合基、−Ｏ−，−Ｓ−,−ＣＨ2−，−Ｃ(ＣＨ3)2−，−ＳＯ2− ，メタ結合，オルト結合が合わせて３個以下であることが望ましい。なぜならば、ポリマー主鎖間の拡散はほとんど起こらないが、上記のような結合基が多数存在すると分子軸回りの回転が容易となり局所的な熱運動が可能となるため、配向膜高分子の弾性率の低下を引き起こす結果となる。このような現象は弾性率の温度特性に現れる側鎖の副分散といて知られている。
【００２６】
また、従来のＴＮ方式に用いられる配向膜ではチルト角を制御するために側鎖に直鎖アルキル基等を導入する方法が用いられるているが、横電界方式では視野角の広さを保持するためにも、また上記の観点からもチルト角を発生する直鎖アルキル基などの長鎖の枝分かれした側鎖官能基の少ないもの、またはかさ高い側鎖置換基を全く持たないポリマーが好適である。
【００２７】
以上のような観点から、本発明に用いる配向膜の合成材料であるアミン成分の化合物およびその他共重合可能な化合物は、例えば、芳香族ジアミンとしては、ｐ−フェニレンジアミン，ｍ−フェニレンジアミン、２，４−ジアミノトルエン、２，５−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエン，ジアミノデュレン，ベンジジン，Ｏ−トリジン、３，３′−ジメトキシベンジジン、４，４″−ジアミノターフェニル、１，５−ジアミノナフタレン、２，７−ジアミノフルオレン、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、４，４′−ジアミノジフェニルスルフィド、４，４′−ジアミノジフェニルメタン、３，３′−ジメチル−４，４′−ジアミノジフェニルメタン、２，５−ジアミノピリジン、４，４′−ビス（ｐ−アミノフェノキシ）ビフェニル、２，２−ビス｛４−(ｐ−アミノフェノキシ)フェニル｝プロパン、２，２−ビス｛４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、４，４′−ビス（ｍ−アミノフェノキシ）ジフェニルスルフォンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
一方、酸成分の化合物およびその他共重合可能な化合物は例えば、芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物、メチルーピロメリット酸二無水物、ジメチレントリメリテート酸二無水物、３，３′、４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３′、４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物，ジメチレントリメリテート酸二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、３，３′、４，４′−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、３，３′、４，４′−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、３，３′、４，４′−ジフェニルメタンテトラカルボン酸二無水物，脂環式テトラカルボン酸二無水物としては、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−ビスシクロブタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２９】
また、溶剤については例えば極性を有するＮ−メチル−２−ピロリドン，ジメチルホルムアミド，ジメチルアセトアミド，ジメチルスルホキサイド，スルフォラン，ブチルラクトン，クレゾール，フェノール，シクロヘキサノン，ジメチルイミダゾリジノン，ジオキサン，テトラヒドロフラン，ブチルセルソルブ，ブチルセルソルブアセテート，アセトフェノンなどを用いることができる。
【００３０】
更に、有機高分子中に例えばγ−アミノプロピルトリエトキシシラン，δ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン，Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系シランカップリング剤，エポキシ系シランカップリング剤，チタネ−トカップリング剤，アルミニウムアルコレート，アルミニウムキレート，ジルコニウムキレートなどの表面処理剤を混合もしくは反応することもできる。配向膜の形成は一般的なスピンコ−ト，印刷，刷毛塗り，スプレー法などによって行うことができる。
【００３１】
用いる液晶としては、例えば４−置換フェニル−４′−置換シクロヘキサン，４−置換シクロヘキシル−４′−置換シクロヘキサン，４−置換フェニル−４′−置換ジシクロヘキサン，４−置換ジシクロヘキシル−４′−置換ジフェニル，４−置換−４″−置換ターフェニル，４−置換ビフェニル−４′−置換シクロヘキサン，２−（４−置換フェニル）−５−ピリミジン，２−（４−置換ジオキサン）−５−フェニル，４−置換安息香酸−４′−フェニルエステル，４−置換シクロヘキサンカルボン酸−４′−置換フェニルエステル，４−置換シクロヘキサンカルボン酸−４′−置換ビフェニルエステル，４−（４−置換シクロヘキサンカルボニルオキシ）安息香酸−４′−置換フェニルエステル，４−（４−置換シクロヘキシル）安息香酸−４′−置換フェニルエステル，４−（４−置換シクロヘキシル）安息香酸−４′−置換シクロヘキシルエステル、４−置換−４′−置換ビフェニル等を挙げることができ、これらの化合物の中でも、少なくても分子の一方の末端にアルキル基，アルコキシ基，アルコキシメチレン基，シアノ基，フッ素基，ジフッ素基，トリフッ素基を有する多成分系の混合液晶組成物が用いられる。
【００３２】
本発明の実施例を具体的に説明する。
【００３３】
（実施例１）
基板として、厚みが１.１mm で表面を研磨した透明なガラス基板を２枚用い、これらの基板のうち一方の基板の上に横電界が印加できる薄膜トランジスタおよび配線電極を形成し、更にその上の最表面に窒化シリコンからなる絶縁保護膜を形成した。
【００３４】
薄膜トランジスタおよび各種電極の構造を図４に、基板面に垂直な方向から見た正面図と、正面図のＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′における側断面図として示す。
【００３５】
薄膜トランジスタ素子１４は画素電極（ソ−ス電極）４，信号電極（ドレイン電極）３，走査電極（ゲート電極）１２およびアモルファスシリコン１３から構成される。
【００３６】
共通電極１と走査電極１２、および信号電極３と画素電極４とはそれぞれ同一の金属層をパターン化して構成した。
【００３７】
画素電極４は正面図において、３本の共通電極１の間に配置されている。
【００３８】
画素ピッチは横方向（すなわち信号電極３間）は１００μｍ、縦方向（すなわち走査電極１２間）は３００μｍである。
【００３９】
電極幅は、複数画素間にまたがる配線電極である走査電極，信号電極，共通電極配線部（走査配線電極に並行に延びた部分）を広めにし、線欠陥を回避した。
幅はそれぞれ１０μｍ，８μｍ，８μｍである。
【００４０】
一方、開口率向上のために１画素単位で独立に形成した画素電極、および共通電極の信号配線電極の長手方向に延びた部分の幅は若干狭くし、それぞれ５μｍ，６μｍとした。これらの電極の幅を狭くしたことで異物などの混入により断線する可能性が高まるが、この場合１画素の部分的欠落ですみ、線欠陥には至らない。
【００４１】
信号電極３と共通電極１は絶縁膜を介して２μｍの間隔を設けた。
【００４２】
画素数は、６４０×３（Ｒ，Ｇ，Ｂ）本の信号配線電極と、４８０本の配線電極とにより６４０×３×４８０個とした。
【００４３】
用いた配向膜は、ｐ−フェニレンジアミン１.０ モル％をＮ−メチル−２−ピロリドン中に溶解させ、これにピロメリット酸二無水物１モル％を加えて２０℃で１２時間反応させて、標準ポリスチレン換算重量平均分子量が約250,000 、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｖ／Ｍｎ）が約１.８ のポリアミック酸ワニスを得た。このワニスを６％濃度に希釈してγ−アミノプロピルトリエトキシシランを固形分で０.３ 重量％添加後、印刷形成して２２０℃／３０分の熱処理を行い、約８００Åの緻密なポリイミド配向膜を形成した。
【００４４】
また、上記と同様な製法で得たポリイミド配向膜のガラス転移温度Ｔｇを測定したところ、約３８０℃を示した。
【００４５】
次に、ラビングローラに取り付けたバフ布で配向膜表面をラビング処理し、液晶配向膜を付与した。
【００４６】
もう一方の基板には、遮光層付きカラーフィルタを形成し、上記と同様に最表面にポリイミド配向膜を形成しラビング処理により液晶配向能を付与した。
【００４７】
本実施例では配向能を付与する方法としてラビング法を用いたが、それ以外の例えば紫外線硬化型樹脂溶液を塗布して配向膜とし、それに偏光紫外線光を照射して光化学反応を生じさせることにより液晶配向能を付与する方法や、水面上に展開した有機分子膜を基板上に引き上げて形成した配向性の良い多層膜を配向膜として用いる方法なども利用できる。
【００４８】
特に後者の二つの方法は、従来十分大きな界面チルト角を付与することが困難とされてきた配向制御方法であるが、横電界方式においては従来のＴＮ方式に代表される縦電界方式と異なり界面チルト角が原理的に必要ないため、横電界方式との組合せにより量産性などの実用性を向上させることができる。
【００４９】
次に、これらの２枚の基板をそれぞれの液晶配向能を有する表面を相対向させて、分散させた球形のポリマビーズからなるスペーサを介在させて、周辺部にシール剤を塗布し、セルを組み立てた。２枚の基板のラビング方向は互いにほぼ並行で、かつ印加横電界方向とのなす角度を７５゜とした。このセルに誘電異方性Δεが正でその値が１０.２(１ｋＨｚ，２０℃）であり、屈折率異方性Δｎが０.０７５(波長５９０ｎｍ，２０℃）のネマチック液晶組成物を真空で注入し、紫外線硬化型樹脂からなる封止材で封止した。液晶層の厚み(ギャップ)は４.８μｍの液晶パネルを製作した。このパネルのリタデーション（Δｎ・ｄ）は、０.３６μｍとなる。このパネルを２枚の偏光板（日東電工社製G1220DU）で挾み、一方の偏光板の偏光透過軸を上記のラビング方向とほぼ並行とし、他方をそれに直交させた。
【００５０】
その後、駆動回路，バックライトなどを接続してモジュール化し、アクティブマトリクス型液晶表示装置を得た。本実施例では低電圧で暗表示，高電圧で明表示となるノーマリクローズ特性とした。
【００５１】
このように作製した液晶表示装置の画像の焼き付け，残像を定量的に測定するため、ホトダイオードを組合せたオシロスコープを用いて評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウのパターンを３０分間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示、ここでは輝度が最大輝度の１０％となるように全面を切り換え、ウインドウのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像時間として評価し、またウインドウの残像部分と周辺中間調部分の輝度Ｂの輝度変動分の大きさΔＢ／Ｂ（１０％）を残像強度として評価した。但し、ここで許容される残像強度は３％以下である。
【００５２】
その結果を輝度変動分である残像強度ΔＢ／Ｂ（１０％）は約２％であり、残像が消失するまでの時間は約５０ミリ秒でここで用いた液晶の立ち下がり応答時間約３５ミリ秒とほとんど同じであった。目視による画質残像検査においても、画像の焼き付け，残像による表示むらも一切見られず、高い表示特性が得られた。このように上記配向膜を使用することにより画像の焼き付き，残像の表示不良が低減される液晶表示素子を得ることができた。
【００５３】
（実施例２）
用いた配向膜以外は実施例１と同様にして、ｍ−フェニレンジアミン１.０ モル％をＮ−メチル−２−ピロリドン中に溶解させ、これに３，３′、４，４′−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物１.０ モル％を加え４０℃で６時間反応させ、標準ポリスチレン換算重量平均分子量が約２１,０００ 、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｖ／Ｍｎ）が約１.５ のポリアミック酸ワニスを得た。このワニスを６％濃度に希釈してγ−アミノプロピルトリエトキシシランを固形分で０.３ 重量％添加後、印刷形成して２１０℃／３０分の熱処理を行い、約７００Åの緻密なポリイミド配向膜を形成した。
【００５４】
また、上記と同様な製法で得たポリイミド配向膜のガラス転移温度Ｔｇを測定したところ、約３１０℃を示した。
【００５５】
実施例１と同様、このように作製した液晶表示装置の画像の焼き付け，残像を定量的に測定するため、ホトダイオードを組合せたオシロスコープを用いて評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウのパターンを３０分間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示、ここでは輝度が最大輝度の１０％となるように全面を切り換え、ウインドウのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像時間として評価し、またウインドウの残像部分と周辺中間調部分の輝度Ｂの輝度変動分の大きさΔＢ／Ｂ（１０％）を残像強度として評価した。但し、ここで許容される残像強度は３％以下である。
【００５６】
その結果を輝度変動分である残像強度ΔＢ／Ｂ（１０％）は約３％であり、残像が消失するまでの時間は約５６ミリ秒でここで用いた液晶の立ち下がり応答時間約３５ミリ秒とほとんど同じであった。目視による画質残像検査においても、画像の焼き付け，残像による表示むらも一切見られず、高い表示特性が得られた。このように上記配向膜を使用することにより画像の焼き付き，残像の表示不良が低減される液晶表示素子を得ることができた。
【００５７】
（実施例３）
用いた配向膜以外は実施例１と同様にして、４，４′−ジアミノジフェニルメタン１.０ モル％をＮ−メチル−２−ピロリドンとジメチルアセトアミドの混合溶媒中に溶解させ、これに１，２，３，４−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物１.０ モル％を加え３０℃で１２時間反応させ、標準ポリスチレン換算重量平均分子量が約１５,０００ 〜２５０,０００ のポリアミック酸ワニスを作製した。その後このワニスをゲル浸透クロマトグラフィを用いて重量平均分子量が約２００,０００ 、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｖ／Ｍｎ）が１.０５ の単分散ポリアミック酸ワニスに分集した。このワニスを６％濃度に希釈してγ−アミノプロピルトリエトキシシランを固形分で０.３ 重量％添加後、印刷形成して２２０℃／３０分の熱処理を行い、、約７００Åの緻密なポリイミド配向膜を形成した。
【００５８】
また、上記と同様な製法で得たポリイミド配向膜のガラス転移温度Ｔｇを測定したところ、約３８０℃を示した。
【００５９】
実施例１と同様、このように作製した液晶表示装置の画像の焼き付け，残像を定量的に測定するため、ホトダイオードを組合せたオシロスコープを用いて評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウのパターンを３０分間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示、ここでは輝度が最大輝度の１０％となるように全面を切り換え、ウインドウのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像時間として評価し、またウインドウの残像部分と周辺中間調部分の輝度Ｂの輝度変動分の大きさΔＢ／Ｂ（１０％）を残像強度として評価した。但し、ここで許容される残像強度は３％以下である。
【００６０】
その結果を輝度変動分である残像強度ΔＢ／Ｂ（１０％）は約２％であり、残像が消失するまでの時間は約４８ミリ秒でここで用いた液晶の立ち下がり応答時間約３５ミリ秒とほとんど同じであった。目視による画質残像検査においても、画像の焼き付け，残像による表示むらも一切見られず、高い表示特性が得られた。このように上記配向膜を使用することにより画像の焼き付き，残像の表示不良が低減される液晶表示素子を得ることができた。
【００６１】
（実施例４）
用いた配向膜以外は実施例１と同様にして、４−フルオロ−メタフェニレンジアミン１.０ モル％をＮ−メチル−２−ピロリドン中に溶解させ、これに３，３′，４，４′−ビスシクロブタンテトラカルボン酸二無水物１.０ モル％を加えて２０℃で８時間および１００℃で２時間反応させて、標準ポリスチレン換算重量平均分子量が約１２,０００ 、重量平均分子量／数平均分子量(Ｍｖ／Ｍｎ)が１.９５ のポリアミドイミドを得た。このワニスを６％濃度に希釈してγ−アミノプロピルトリエトキシシランを固形分で０.３ 重量％添加後、印刷形成して２００℃／３０分の熱処理を行い、約６００Åの緻密なポリアミドイミド配向膜を形成し、液晶層の厚みｄが４.０μｍの液晶表示装置を作成した。
【００６２】
また、上記と同様な製法で得たポリイミド配向膜のガラス転移温度Ｔｇを測定したところ、約３１０℃を示した。
【００６３】
実施例１と同様、このように作製した液晶表示装置の画像の焼き付け，残像を定量的に測定するため、ホトダイオードを組合せたオシロスコープを用いて評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウのパターンを３０分間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示、ここでは輝度が最大輝度の１０％となるように全面を切り換え、ウインドウのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像時間として評価し、またウインドウの残像部分と周辺中間調部分の輝度Ｂの輝度変動分の大きさΔＢ／Ｂ（１０％）を残像強度として評価した。但し、ここで許容される残像強度は３％以下である。
【００６４】
その結果を輝度変動分である残像強度ΔＢ／Ｂ（１０％）は約３％であり、残像が消失するまでの時間は約６０ミリ秒でここで用いた液晶の立ち下がり応答時間約３５ミリ秒とほとんど同じであった。目視による画質残像検査においても、画像の焼き付け，残像による表示むらも一切見られず、高い表示特性が得られた。このように上記配向膜を使用することにより画像の焼き付き，残像の表示不良が低減される液晶表示素子を得ることができた。
【００６５】
（比較例１）
２，２−ビス｛４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパン１.０ モル％、３，３′、４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物１.０ モル％をＮ−メチル−２−ピロリドン中で２０℃で１０時間重合して、標準ポリスチレン換算重量平均分子量が約２００,０００ 、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｖ／Ｍｎ）が約１.９ のポリアミック酸ワニスを得た。このワニスを６％濃度に希釈してγ−アミノプロピルトリエトキシシランを固形分で０.３ 重量％添加後、印刷形成して２２０℃／３０分の熱処理を行い、約８００Åの緻密なポリイミド配向膜を形成した。
【００６６】
また、上記と同様な製法で得たポリイミド配向膜のガラス転移温度Ｔｇを測定したところ、約２４０℃を示した。
【００６７】
次に、この配向膜材料を用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作成し、液晶表示装置の画像の焼き付け，残像を定量的に測定評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウのパターンを３０分間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示に全面を切り換え、ウインドウのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像時間、及びウインドウの残像部分と周辺中間調部分の輝度Ｂの輝度変動分の大きさΔＢ／Ｂ（１０％）を残像強度として評価した。但し、ここで許容される残像強度は３％以下である。
【００６８】
その結果、輝度変動分である残像強度ΔＢ／Ｂ（１０％）は約５％と大きく、残像が消失するまでの時間も約６０分掛かり、目視による画質残像検査においても、明らかな画像の焼き付け，残像による表示むらとして確認された。このように上記配向膜を使用することにより画像の焼き付き，残像による表示不良が目立った。
【００６９】
（比較例２）
２，２−ビス〔４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニル〕オクタン０.５ モル％、４，４′−ジアミノジフェニルメタン０.５ モル％、３，３′、４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物１.０ モル％をＮ−メチル−２−ピロリドン中で２０℃で８時間重合して、標準ポリスチレン換算重量平均分子量が約４０,０００ 、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｖ／Ｍｎ）が約１.８ のポリアミック酸ワニスを得た。このワニスを６％濃度に希釈してγ−アミノプロピルトリエトキシシランを固形分で０.３ 重量％添加後、印刷形成して２００℃／３０分の熱処理を行い、約８００Åの緻密なポリイミド配向膜を形成した。
【００７０】
また、上記と同様な製法で得たポリイミド配向膜のガラス転移温度Ｔｇを測定したところ、約２３０℃を示した。
【００７１】
次に、この配向膜材料を用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作成し、液晶表示装置の画像の焼き付け，残像を定量的に測定評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウのパターンを３０分間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示に全面を切り換え、ウインドウのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像時間、及びウインドウの残像部分と周辺中間調部分の輝度Ｂの輝度変動分の大きさΔＢ／Ｂ（１０％）を残像強度として評価した。但し、ここで許容される残像強度は３％以下である。
【００７２】
その結果、輝度変動分である残像強度ΔＢ／Ｂ（１０％）は約８％と大きく、残像が消失するまでの時間も約１２０分掛かり、目視による画質残像検査においても、明らかな画像の焼き付け，残像による表示むらとして確認された。このように上記配向膜を使用することにより画像の焼き付き，残像による表示不良が目立った。
【００７３】
（比較例３）
２，２−ビス〔４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェニル〕ヘキサフルオロプロパン１.０モル％、４，４′−ジアミノジフェニルエ−テル１.０モル％をＮ−メチル−２−ピロリドン中で２０℃で６時間重合して、標準ポリスチレン換算重量平均分子量が約８０００、重量平均分子量／数平均分子量（Ｍｖ／Ｍｎ）が約３.５ のポリアミック酸ワニスを得た。このワニスを６％濃度に希釈してγ−アミノプロピルトリエトキシシランを固形分で０.３ 重量％添加後、印刷形成して２００℃／３０分の熱処理を行い、約８００Åの緻密なポリイミド配向膜を形成した。
【００７４】
また、上記と同様な製法で得たポリイミド配向膜のガラス転移温度Ｔｇを測定したところ、約２００℃を示した。
【００７５】
次に、この配向膜材料を用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作成し、液晶表示装置の画像の焼き付け，残像を定量的に測定評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウのパターンを３０分間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示に全面を切り換え、ウインドウのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像時間、及びウインドウの残像部分と周辺中間調部分の輝度Ｂの輝度変動分の大きさΔＢ／Ｂ（１０％）を残像強度として評価した。但し、ここで許容される残像強度は３％以下である。
【００７６】
その結果、輝度変動分である残像強度ΔＢ／Ｂ（１０％）は約６％と大きく、残像が消失するまでの時間も約１００分掛かり、目視による画質残像検査においても、明らかな画像の焼き付け，残像による表示むらとして確認された。このように上記配向膜を使用することにより画像の焼き付き，残像による表示不良が目立った。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、液晶／配向膜界面における液晶分子の面内捻れ回転トルクにより誘発される配向膜表面の弾性変形による横電界方式特有の画像の焼き付き，残像現象の低減効果が図れ、画像の焼き付き，残像現象による表示むらの少ない高画質で量産性に優れたアクティブマトリクス型液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置における液晶の動作を示す図。
【図２】本発明の電気光学特性を説明する図。
【図３】液晶分子と基板表面との極結合と捻れ結合を示す図。
【図４】本発明の薄膜トランジスタ，電極，配線の構造を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ｃ）側断面図。
【符号の説明】
１…共通電極（コモン電極）、２…ゲート絶縁膜、３…信号電極（ドレイン電極）、４…画素電極（ソース電極）、５…配向膜、６…液晶組成物層中の液晶分子、７…基板、８…偏光板、９…電界方向、１０…界面上の分子長軸配向方向（ラビング方向）、１１…偏光板偏光透過軸方向、１２…走査電極(ゲート電極)、１３…アモルファスシリコン、１４…薄膜トランジスタ素子。
Claims (4)
- 少なくとも一方が透明な一対の基板と、
前記一対の基板間に配置された液晶層と、
前記一対の基板の一方の基板に形成され、この基板面に対して支配的に平行な成分を持った電界を前記液晶層に印加するための電極群、及び、これらの電極群に対応する電極に接続された複数のアクティブ素子と、
前記液晶層と前記一対の基板の少なくとも一方の基板との間に配置された配向膜と、
前記一対の基板の少なくともどちらか一方の基板に形成される前記液晶層の分子配向状態に応じて光学特性を変える光学手段とを有し、
前記配向膜のガラス転移温度Ｔｇは３００℃以上、重量平均分子量は１０,０００ 以上〜３００,０００ 以下であり、かつ、ポリアミック酸イミド系，ポリイミド系，ポリイミドシロキサン系，ポリアミドイミド系の有機高分子であり、
前記液晶層の屈折異方性をΔｎ、厚さをｄとしたときのパラメータΔｎ・ｄが、０.２μｍ＜Δｎ・ｄ＜０.５μｍを満たし、
前記配向膜が、重量平均分子量／数平均分子量の比で表される分散係数が２以下の有機高分子であることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。 - 請求項１において、前記光学手段は、前記一対の基板を挟み、それらの偏光軸が互いにほぼ直交する一対の偏光板であることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
- 請求項１において、前記配向膜は、化学式Ｈ2Ｎ−Ｒ−ＮＨ2で示すジアミン化合物と、化学式
- 請求項１において、前記配向膜は、化学式Ｈ2Ｎ−Ｒ−ＮＨ2で示すジアミン化合物と、化学式
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