JP4703051B2 - 液晶ディスプレイおよび液晶ディスプレイ用のカラーフィルタとアレイ基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示品質に優れた液晶ディスプレイ、特に複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイと、このような液晶ディスプレイの製造が可能なカラーフィルタおよびアレイ基板とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットディスプレイとして、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が注目されており、その薄型、軽量、小消費電力、フリッカーレスといった特徴から、ノート型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を中心に市場が急速に拡大してきた。また、最近になって、ＰＣ用のディスプレイの一環として、より大型のデスクトップ用モニターの需要が発生している。さらに、ＰＣ用のみならず、従来からＣＲＴが主流であったＴＶ向けにもＬＣＤが利用されるようになってきた。
【０００３】
上述のような大型のＬＣＤを考える場合、画面全域において視野角度によらない均一な輝度、コントラスト等が要求される。しかしながら、従来広く用いられている捩れ配向モード（ＴＮ−ＬＣＤ）では、その視野角度の狭さが大きな問題となっていた。そこで、近年In Plane Switchingモード（ＩＰＳモード）、光学補償ＴＮモード等、多くの視野角度改善モードが開発されている。
【０００４】
このような視野角度改善モードの一つである複数配向分割型垂直配向モード、すなわちMulti-domain Vertical Alignmentモード（ＭＶＡモード）は、（１）広視野角、（２）高コントラスト、（３）高速応答といった優位性から、現在広く注目を集めいている。特にコントラスト特性は、５００：１程度まで可能であり、他のモードに比べて著しく高品質である。
【０００５】
上記の複数配向分割（液晶分子の配向方向を複数方向とする）、いわゆるマルチドメイン化を実現するために、当初はマスクラビングを複数回繰り返す手法が考えられたが、この方法を用いた場合、ラビング工程に起因する静電気発生、発塵等による歩留まり率の低下、プロセスの複雑化による生産性の低下等、多くの問題があった。
【０００６】
そこで、液晶パネル内に突起を設けることにより、ラビングの手法を用いずに液晶分子の傾斜方向を制御する手法が開発されている（特許第２９４７３５０号）。上記の液晶分子の配向を制御する突起は、例えば、４５°のジグザグストライプ状とすることができ、一画素内における配向方向を４分割とし、かつ、その分割面積が等しくなるように設計されている。また、上記の突起は、カラーフィルタ側とアレイ基板側の双方に設けることができ、この場合、両基板を対向させてセル化したときに、双方の突起が交互に配列するように構成される。このような突起は、液晶分子にプレチルト角を付与し、かつ、電気力線を歪ませる役割をもち、この二つの効果により、電圧印加時に液晶分子が複数の異なった方向に配向することになる。さらに、最近では、アレイ基板側に上記の突起を設ける代わりに、仮想的な配向制御用突起として、透明電極にスリットを設けた構造が開発されている。
【０００７】
ここで、ＬＣＤの問題として、焼きつき現象が挙げられる。この現象は、ＬＣＤにおいて長時間同じ画像を表示した場合、画像を切り替えた後でも前の画像が残像として残ったり、いわゆるフリッカー（ちらつき）が発生する現象である。この残像やフリッカーは数秒で消えるものから、数十時間にわたって保持されるような緩和時間が非常に長いものまである。このような焼きつき現象を引き起こす原因としては、液晶層中に含まれるイオンが配向膜表面に吸着して生じた直流成分による電界、液晶分子と配向膜との誘電率および導電率の相違による電荷の蓄積等が考えられる。
【０００８】
一般にＬＣＤを駆動する場合は、６０Ｈｚ程度の交流電流が用いられる。したがって、理論上では上記のような問題点は発生しないはずである。しかしながら、実際にはＬＣＤの内部構造は完全に対称構造ではない。例えば、配向膜の厚さ、焼成温度等を完全に均一にすることは、実際の生産においては事実上不可能であり、この非対称性により、印加した交流電流のうち一部の電流は直流成分となってしまう。このため、液晶セル内において上述のようなイオンの偏りや、配向膜と液晶との界面における電荷の蓄積が発生し、焼きつき現象が引き起こされる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＶＡモードＬＣＤにおいても、上述のような内部構造の非対称性がみられ、特に液晶分子を挟持する対向した２枚の基板のうち一方の基板の液晶層側に配向制御用の突起を設け、他方の基板の液晶層側には透明電極を切り欠いたスリットを設けたＭＶＡモードＬＣＤでは、液晶セル内は非対称構造であり、さらに、電気力線も配向制御用の突起、透明電極のスリットによって歪められるため、電気的にも非対称性が高いものとなる。したがって、ＭＶＡモードＬＣＤにおいては、焼きつき現象が発生しやすく、また、緩和時間も非常に長くなる傾向にある。
【００１０】
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、焼きつき現象が生じにくく表示品質に優れた複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイと、このような液晶ディスプレイの製造を可能とするカラーフィルタ、アレイ基板を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＭＶＡモードＬＣＤにおける表示品質、焼きつき現象において、配向膜、液晶層、配向制御用突起の電気的特性、具体的には誘電率、導電率が大きな影響を与えていることに着目してなされたものである。
すなわち、上記のような目的を達成するために、本発明は、複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイにおいて、対向する１組の基板間に形成された液晶層の液晶分子の配向方向を複数方向に制御する突起を少なくとも一方の基板に備え、該突起は比誘電率１１以下、かつ、導電率３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上である電気特性を有するような構成とした。
【００１２】
また、本発明は、複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイに用いるカラーフィルタにおいて、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起を備え、該突起は比誘電率１１以下、かつ、導電率３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上である電気特性を有するような構成とした。
さらに、本発明は、複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイに用いるアレイ基板において、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起を備え、該突起は比誘電率１１以下、かつ、導電率３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上である電気特性を有するような構成とした。
このような本発明では、配向制御用の突起が適正な電気特性を備えることにより、焼きつき現象が生じにくい高品位の複数配向分割型垂直配向モード液晶ディスプレイが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の液晶ディスプレイの一実施形態を示す概略部分断面図である。図１において、液晶ディスプレイ１は、カラーフィルタ１１とアレイ基板２１とを所定の間隔で対向させ、周辺部をシール部材（図示せず）により封止し、間隙部分に液晶層２が形成された透過型の液晶ディスプレイである。尚、図示されていないが、カラーフィルタ１１とアレイ基板２１の外側には、それぞれ偏光板が配設されている。
【００１４】
本発明の液晶ディスプレイ１を構成する本発明のカラーフィルタ１１は、透明基板１２と、この透明基板１２上に形成されたブラックマトリックス１３および着色層１４を備え、ブラックマトリックス１３および着色層１４を覆うように共通透明電極１５が形成されており、さらに、共通透明電極１５上に、液晶層２の液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起１６が複数形成され、これらの突起１６を覆うように配向膜１７が形成されている。
また、本発明の液晶ディスプレイ１を構成するアレイ基板２１は、透明基板２２上に液晶駆動用の透明画素電極２３および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ（図示せず））を備え、透明画素電極２３にはスリット２４が形成され、このような透明画素電極２３を覆うように配向膜２５が形成されている。
【００１５】
本発明のカラーフィルタ１１を構成する透明基板１２としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。この中で特にコーニング社製１７３７ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶ディスプレイ用のカラーフィルタに適している。
【００１６】
また、カラーフィルタ１１を構成するブラックマトリックス１３は、着色層１４からなる表示画素部の間および着色層１４の形成領域の外側に設けられている。このようなブラックマトリックス１３は、スパッタリング法、真空蒸着法等により厚み１０００〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子、金属酸化物等の遮光性粒子を含有させた感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層をパターニングして形成したもの等、いずれであってもよい。
【００１７】
着色層１４は、赤色パターン１４Ｒ、緑色パターン１４Ｇおよび青色パターン１４Ｂが所望のパターン形状で配列されており、所望の着色材を含有した感光性樹脂を使用した顔料分散法により形成することができ、さらに、印刷法、電着法、転写法等の公知の方法により形成することができる。
共通透明電極１５は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、および、その合金等を用いて、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成することができる。
【００１８】
カラーフィルタ１１を構成する突起１６は、近傍の液晶分子にプレチルト角度を与える作用、および、電気力線を所望の方向に歪ませる作用をなすことにより、アレイ基板２１の透明画素電極２３におけるスリット２４と協働して液晶層２の液晶分子の配向方向を複数方向に制御することを可能とするものである。このような突起１６は、比誘電率が１１以下、より好ましくは９以下であり、かつ、導電率が３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上、より好ましくは５×１０-12Ｓ／ｃｍ以上であるような電気特性を有している。突起１６の比誘電率が１１を超えると、液晶分子の比誘電率ε⊥よりも高くなり、電気力線の歪み方向がプレチルト方向と反対方向となって配向不良を生じ、表示品質の低下を来たす。また、導電率が３×１０-12Ｓ／ｃｍ未満であると、焼きつき現象が発生した場合の緩和時間が長くなり、高品位の画像表示が困難となる。
【００１９】
上記のような電気特性を有する突起１６は、樹脂成分中に導電性粉体を含有したものとすることができ、例えば、導電性粉体を含有したネガ型感光性樹脂組成物やポジ型感光性樹脂組成物を用いてフォトリソグラフィー法によりパターニングして形成することができる。
【００２０】
突起１６を形成するための感光性樹脂組成物としては、公知のネガ型感光性樹脂組成物やポジ型感光性樹脂組成物を使用することができる。例えば、アクリル系ネガ型感光性樹脂組成物として、少なくとも紫外線照射によりラジカル成分を発生する光重合開始剤と、分子内にＣ＝Ｃなるアクリル基を有し上記の発生したラジカルにより開裂重合反応を起こして硬化する成分と、その後の現像により未露光部が溶解可能となる官能基（例えば、アルカリ溶液による現像の場合は酸性基をもつ成分）、とから構成されるものを用いることができる。上記のアクリル基を有する成分のうち、比較的低分子量の多官能アクリル分子としては、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ＤＰＨＡ）、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート（ＤＰＰＡ）、テトラメチルペンタトリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）等が挙げられる。また、高分子量の多官能アクリル分子としては、スチレン−アクリル酸−ベンジルメタクリレート共重合体の一部のカルボン酸基部分にスペーサを介してアクリル基を導入したポリマー等が挙げられる。
【００２１】
また、導電性粉体としては、カーボンブラック、銅−鉄−マンガン複合酸化物、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、アルミニウム、銀、酸化鉄等の粉体を用いることができる。突起１６中に含有される導電性粉体等の粉体含有量は、使用する樹脂成分等を考慮して、上記の範囲の電気特性を満足するように適宜設定することが好ましい。また、突起１６が画素の表示領域内に位置する場合には、光学濃度値（ＯＤ値）が画像品質に影響を与えない範囲、例えば、１．３以下となるように導電性粉体等を選定して使用することができる。一方、突起１６が画素領域の境界部分と重なるようなパターン、あるいは、突起１６がブラックマトリックスを兼ねる場合には、突起１６の光学濃度値（ＯＤ値）が３．０以上となるような導電性粉体等を選定して使用することができる。
【００２２】
突起１６のパターンは、所定ピッチで配列されたストライプ形状、ジグザグライン形状等とすることができ、配列ピッチは、例えば画素ピッチよりも小さくすることができる。また、突起１６の断面形状は、半円形、台形、三角形等とすることができ、突起１６の高さは０．８〜２．０μｍ程度、幅は５．０〜２０．０μｍ程度の範囲で設定することができる。そして、本発明の液晶ディスプレイ１を構成するアレイ基板２１は、その透明画素電極２３におけるスリット２４が上記のカラーフィルタ１１の突起１６のパターンに対応した形状であり、突起１６の配列ピッチに対して半ピッチずれたピッチで形成されている。図２は、カラーフィルタ１１の突起１６と、アレイ基板２１の透明画素電極２３のスリット２４のパターンを示す図である。図２に示される例では、突起１６のパターンが所定ピッチで配列されたジグザグライン形状であり、アレイ基板２１のスリット２４は同様のピッチで、かつ、半ピッチずらして配列されたジグザグライン形状である。
【００２３】
さらに、カラーフィルタ１１を構成する配向膜１７は、可溶性ポリイミド、ポリアミック酸タイプポリイミド、変性ポリイミド等の有機化合物により形成することができ、厚みは５００〜１０００Å程度とすることができる。このような配向膜１７は、種々の印刷法、公知の塗布方法により塗布した後、焼成することにより形成されるが、配向処理（ラビング）は不要である。
本発明のカラーフィルタ１１を構成するアレイ基板２１には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を開閉するゲート線群（図示せず）、映像信号を供給する信号線群（図示せず）、および、カラーフィルタ１１側の共通透明電極への電圧供給線（図示せず）が配設されている。これらのリード線は、通常、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造工程で一括して形成されたアルミニウム等の金属からなるものである。
【００２４】
上記のアレイ基板２１を構成する透明基板２２としては、上述のカラーフィルタ用の透明基板１２として挙げたものを使用することができる。また、スリット２４を備える透明画素電極２３は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、および、その合金等を用いて、スリットパターンを備えるマスクを介したスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成することができる。もしくは、既知のフォトリソグラフィの手法とエッチングの手法を組み合わせることにより形成することができる。
【００２５】
また、アレイ基板２１を構成する配向膜２５は、上述の配向膜１７と同様に、可溶性ポリイミド、ポリアミック酸タイプポリイミド、変性ポリイミド等の有機化合物により形成することができ、厚みは５００〜１０００Å程度とすることができる。このような配向膜２５は、種々の印刷法、公知の塗布方法により塗布した後、焼成することにより形成されるが、配向処理（ラビング）は不要である。
【００２６】
図３は、本発明の液晶ディスプレイの他の実施形態を示す概略部分断面図である。図３において、液晶ディスプレイ３１は、カラーフィルタ４１とアレイ基板５１とを所定の間隔で対向させ、周辺部をシール部材（図示せず）により封止し、間隙部分に液晶層３２が形成された透過型の液晶ディスプレイである。尚、図示されていないが、カラーフィルタ４１とアレイ基板５１の外側には、それぞれ偏光板が配設されている。
本発明の液晶ディスプレイ３１を構成する本発明のカラーフィルタ４１は、上述の液晶ディスプレイ１を構成するカラーフィルタ１１と同様とすることができる。
【００２７】
本発明の液晶ディスプレイ３１を構成する本発明のアレイ基板５１は、透明基板５２上に液晶駆動用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５３と透明画素電極５４を備え、透明画素電極５４の中心付近には突起５５が形成され、このような透明画素電極５４と突起５５を覆うように配向膜５６が形成されている。このアレイ基板５１には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５３を開閉するゲート線群（図示せず）、映像信号を供給する信号線群（図示せず）、および、カラーフィルタ４１側の共通透明電極への電圧供給線（図示せず）が配設されている。これらのリード線は、通常、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５３の製造工程で一括して形成されたアルミニウム等の金属からなるものである。
【００２８】
上記のアレイ基板５１を構成する透明基板５２としては、上述のカラーフィルタ用の透明基板１２として挙げたものを使用することができる。また、透明画素電極５４は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、および、その合金等を用いてスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成することができる。
アレイ基板５１を構成する突起５５は、近傍の液晶分子にプレチルト角度を与える作用、および、電気力線を所望の方向に歪ませる作用をなすことにより、上記のカラーフィルタ４１の突起４６と協働して液晶層３２の液晶分子の配向方向を複数方向に制御することを可能とするものである。このような突起５５は、上述の突起１６と同様に、比誘電率が１１以下、より好ましくは９以下であり、かつ、導電率が３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上、より好ましくは５×１０-12Ｓ／ｃｍ以上であるような電気特性を有している。突起５５の比誘電率が１１を超えると、液晶分子の比誘電率ε⊥よりも高くなり、電気力線の歪み方向がプレチルト方向と反対方向となって配向不良を生じ、表示品質の低下を来たす。また、突起５５の導電率が３×１０-12Ｓ／ｃｍ未満であると、焼きつき現象が発生した場合の緩和時間が長くなり、高品位の画像表示が困難となる。
【００２９】
上記のような電気特性を有する突起５５は、上述の突起１６と同様に形成することができる。突起５５のパターンは、所定ピッチで配列されたストライプ形状、ジグザグライン形状等とすることができ、また、突起５５の断面形状は、半円形、台形、三角形等とすることができる。例えば、突起５５をカラーフィルタ４１の突起４６に対応した形状とし、突起４６の配列ピッチに対して半ピッチずれたピッチで形成することができる。また、カラーフィルタ４１の突起４６を格子形状とし、アレイ基板５１の突起５５を、突起４６で囲まれた各領域の中心に対向するように配設された点状の突起とすることもできる。
【００３０】
アレイ基板５１を構成する配向膜５６は、可溶性ポリイミド、ポリアミック酸タイプポリイミド、変性ポリイミド等の有機化合物により形成することができ、厚みは５００〜１０００Å程度とすることができる。このような配向膜５６は、種々の印刷法、公知の塗布方法により塗布した後、焼成することにより形成されるが、配向処理（ラビング）は不要である。
【００３１】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
【００３２】
［実施例１］
（１）テストセルの作製
カラーフィルタ用のガラス基板として、１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのガラス基板（コーニング社製１７３７ガラス）を準備した。この基板を定法にしたがって洗浄した後、基板の片側全面に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる透明電極（厚み１６００Å）を形成した。
【００３３】
次に、ネガ型感光性樹脂組成物として、新日鉄化学（株）製Ｖ２５９ＰＡを使用し、導電性粉体としてカーボンブラック（キャボット（株）製 平均粒径１００ｎｍ）を種々の含有量で含有させて９種類の塗布液を調製した。次いで、この塗布液をそれぞれ上記の透明電極上にスピンコート法により塗布し、フォトリソグラフィー法により図２に示されるような高さ１．３μｍ、幅１０．０μｍのジグザグライン形状の配向制御用の突起を１００μｍピッチで形成した。その後、透明電極と突起を覆うようにポリアミック酸系垂直配向膜用塗料（ＪＳＲ（株）製ＪＡＬＳ−２０２１）をスピンコート法で塗布し、ホットプレート上で溶剤を除去後、１８０℃にて１時間焼成して、厚み８００Åの垂直配向膜を形成し、９種の基板Ａ−１〜基板Ａ−９を得た。
尚、実際のカラーフィルタは、ブラックマトリックスやＲ、Ｇ、Ｂの着色層上に上記の透明電極および突起が形成されるが、本実施例では、簡略化のためにブラックマトリックスや着色層を省略した基板Ａを作製した。
【００３４】
上記の９種の基板Ａについて、突起の比誘電率と導電率を下記の測定方法により測定し、結果を下記の表１に示した。
比誘電率および導電率の測定方法
導電性をもつ測定下地基板として、アルミニウム膜を１５００Åの厚さに製膜したガラス基板を用意した。このガラス基板を洗浄処理し、配向制御突起材料を２．５μｍの厚さでガラス基板のアルミニウム膜上に全面に形成した。次いで、この配向制御突起材料の表面に金を真空蒸着して、４ｍｍ平方の電極とした。測定にはSolartron社製インピーダンスアナライザーSI-1260を用い、測定周波数は６０Ｈｚ、測定電圧は３．０Ｖとした。
【００３５】
一方、アレイ基板用のガラス基板として、１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのガラス基板（コーニング社製１７３７ガラス）を準備した。この基板を定法にしたがって洗浄した後、基板の片側全面に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を１６００Åの厚さに成膜して透明電極とした。次に、ポジレジストを用いて既存の手法に従い透明電極に幅１０μｍのジグザグライン形状のスリットを形成した。このスリットの形状および配列ピッチは上記の突起の形状、配列ピッチと同じものとした。その後、上記と同様にして、スリットを備えた透明電極上に厚み８００Åの垂直配向膜を形成し、基板Ｂを得た。
尚、実際のアレイ基板は、液晶駆動用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えた基板上に透明電極が画素形状にパターニングされるが、本実施例では、簡略化のためＴＦＴを省略し、画素形状にパターニングしていない透明電極にスリットを形成して基板Ｂとした。
【００３６】
次に、基板Ａと基板Ｂを配向膜形成面側を対向させるようにして４．５μｍのギャップを設けて貼り合わせた。このとき、基板Ａの配向制御用の突起と基板Ｂのスリットが図２に示されるように半ピッチずれるように設定した。次いで、真空注入法を用いて負の誘電異方性をもつ液晶（ＭＥＲＣＫ社製ＭＬＣ−６６０８）を注入した。その後、注入口を紫外線硬化樹脂を用いて封止し、１０５℃にて１時間アニーリング処理を行い、流動配向効果をキャンセルした後、電極にリード線を取り付けて、９種のテストセル（試料１〜９）を作製した。
【００３７】
（２）評価
まず、各テストセルの突起の配向制御機能を評価するために、交流電圧（６０Ｈｚ矩形波）を印加した状態で偏光顕微鏡にて配向均一性を観察し、その結果を下記の表１に示した。また、図４、図５は、それぞれ試料２、試料６の偏光顕微鏡による観察状態を示す図面である。
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１に示されるように、比誘電率が１１以下である試料１〜５では、図４に示すような均一な配向となった。しかし、比誘電率が１１を超える試料６〜９では、図５に示すようなディスクリネーションが発生し配向不良がみられた。
【００４０】
次に、焼きつきの程度を評価するために、配向が均一なテストセル（試料１〜５）に関してフリッカー消去法により残留直流成分を測定するための測定装置を作製した。図６は、この測定装置の構成を示す図であり、測定装置７１では、１組の偏光板７３，７３間にテストセル７２が挿入され、これらを挟むようにハロゲン光源７４、光電気変換装置７５が配設され、任意波形発生装置７６、オシロスコープ７７、パーソナルコンピュータ７８が図示にようにテストセル７２、光電気変換装置７５等に接続されている。光電気変換装置７５は同潤光機（株）製の光電気変換装置、任意波形発生装置７６はＡＧＩＬＥＮＴ社製３３１２０Ａ、オシロスコープ７７はＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製５４６４５Ａを使用した。そして、偏光板７３，７３はクロスニコルの状態とし、ノーマリーブラック状態となるようにテストセル７２を挿入した。
【００４１】
上記の測定装置７１を用いて、各テストセルの電圧−透過率曲線を測定し、透過率が５０％時の印加電圧を求め、これをフリッカー消去法による測定電圧とした。一般に液晶セルにおいて、中間調表示時、すなわち透過率が５０％程度の時、電圧に対する透過率の変化が最も急峻となるため、残留直流成分によるフリッカーを精度よく検出することができる。各テストセル（試料１〜５）は概ね６Ｖp-p前後で５０％程度の透過率を示した。
【００４２】
次に、各テストセルについて、配向制御用の突起を形成した基板Ａ側の電極に＋２Ｖの直流電流を強制的に１時間印加して焼きつき時間を設け、その後、矩形波６０Ｈｚで駆動した場合のフリッカー現象が消去できるオフセット直流電圧を残留直流電圧として１時間にわたってモニターし、図７〜図１１に黒点プロットで示した。駆動電圧はフリッカー現象が顕著に表れる中間調表示状態の６Ｖp-p程度の電圧を用いた。また、強制直流電圧印加による上記の強制的な焼きつき時間を設けずに同様の残留直流電圧を測定して、図７〜図１１に白点プロットで示した。尚、これらすべての測定において、強制直流電圧印加による焼きつき時間を設けなかった場合のフリッカー消去に要するバイアス電圧を、全てのテストセルに全測定時間にわたって印加した。
【００４３】
図７〜図１１に白点プロットで示されるように、強制的な焼きつき時間を設けなかった場合、試料１〜５の何れのテストセルも、残留直流電圧は時間によらずほぼ０であった。したがって、本測定時間範囲では、通常の駆動を行った場合、焼きつき現象はほぼ無視できることが確認された。
【００４４】
一方、強制的な焼きつき時間を設けた場合、配向制御用の突起の導電率が低いテストセルほど、図中の黒点プロットと白点プロットの距離が大きいものとなった。この黒点プロットと白点プロットの距離は、小さいほど強制直流電圧印加による焼きつき現象が生じにくいことを示している。ここで、透過率が５０％程度の中間調状態において、０．１Ｖ程度のオフセット電圧が印加された場合、フリッカーによる透過率の変化幅は５％程度となるが、一般に観察者は５％以上の透過率変化をフリッカーとして認識可能であるため、オフセット電圧値が０．１Ｖ未満であれば、フリッカー現象が発生しないと判断できる。この判断基準からすると、配向制御用の突起の導電率が３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上であるテストセル（試料３〜５）は、焼きつき現象が生じにくいものであることが確認された。
【００４５】
［実施例２］
配向制御用の突起に含有させる導電性粉体として、銅−鉄−マンガン複合酸化物（大日精化（株）製 平均粒径１００μｍ）を使用し、これを種々の含有量で含有させた複数種の塗布液を調製した。次いで、これらの塗布液を使用して、実施例１と同様にして、テストセルを作製し、その後、実施例１と同様の評価を行った。その結果、配向制御用の突起の比誘電率が１１以下であるテストセルにおいて均一な配向が得られ、これらのテストセルのうち、配向制御用の突起の導電率が３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上であるテストセルが焼きつき現象の生じにくいものであった。
【００４６】
［実施例３］
配向制御用の突起に含有させる粉体として、導電性粉体としてのカーボンブラック（キャボット（株）製 平均粒径１００μｍ）と、二酸化チタン（三菱マテリアル（株）製 平均粒径１００μｍ）を使用し、これらを種々の含有量で含有させた複数種の塗布液を調製した。次いで、これらの塗布液を使用して、実施例１と同様にして、テストセルを作製し、その後、実施例１と同様の評価を行った。その結果、配向制御用の突起の比誘電率が１１以下であるテストセルにおいて均一な配向が得られ、これらのテストセルのうち、配向制御用の突起の導電率が３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上であるテストセルが焼きつき現象の生じにくいものであった。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば配向制御用の突起が適正な電気特性（比誘電率１１以下、かつ、導電率３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上）を備えることにより、複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイに発生しやすい焼きつき現象を緩和することができ、高品位の画像表示が可能な信頼性に優れた複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶ディスプレイの一実施形態を示す概略部分断面図である。
【図２】カラーフィルタの突起とアレイ基板の透明画素電極のスリットのパターンを示す図である。
【図３】本発明の液晶ディスプレイの他の実施形態を示す概略部分断面図である。
【図４】実施例１におけるテストセル（試料２）の偏光顕微鏡による観察状態を示す図面である。
【図５】実施例１におけるテストセル（試料６）の偏光顕微鏡による観察状態を示す図面である。
【図６】本発明の実施例においてフリッカー消去法により残留直流成分を測定するための測定装置の構成を示す図である。
【図７】実施例１においてテストセル（試料１）を矩形波で駆動したときのフリッカー現象が消去できるオフセット直流電圧を残留直流電圧として１時間にわたってモニターした結果を示す図である。
【図８】実施例１においてテストセル（試料２）を矩形波で駆動したときのフリッカー現象が消去できるオフセット直流電圧を残留直流電圧として１時間にわたってモニターした結果を示す図である。
【図９】実施例１においてテストセル（試料３）を矩形波で駆動したときのフリッカー現象が消去できるオフセット直流電圧を残留直流電圧として１時間にわたってモニターした結果を示す図である。
【図１０】実施例１においてテストセル（試料４）を矩形波で駆動したときのフリッカー現象が消去できるオフセット直流電圧を残留直流電圧として１時間にわたってモニターした結果を示す図である。
【図１１】実施例１においてテストセル（試料５）を矩形波で駆動したときのフリッカー現象が消去できるオフセット直流電圧を残留直流電圧として１時間にわたってモニターした結果を示す図である。
【符号の説明】
１，３１…液晶ディスプレイ
２，３２…液晶層
１１，４１…カラーフィルタ
１２，４２…透明基板
１３，４３…ブラックマトリックス
１４，４４…着色層
１５，４５…共通透明電極
１６，４６…突起
１７，４７…配向膜
２１，５１…アレイ基板
２２，５２…透明基板
２３，５４…透明画素電極
２４…スリット
２５…配向膜
５３…薄膜トランジスタ
５５…突起
５６…配向膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示品質に優れた液晶ディスプレイ、特に複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイと、このような液晶ディスプレイの製造が可能なカラーフィルタおよびアレイ基板とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットディスプレイとして、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が注目されており、その薄型、軽量、小消費電力、フリッカーレスといった特徴から、ノート型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を中心に市場が急速に拡大してきた。また、最近になって、ＰＣ用のディスプレイの一環として、より大型のデスクトップ用モニターの需要が発生している。さらに、ＰＣ用のみならず、従来からＣＲＴが主流であったＴＶ向けにもＬＣＤが利用されるようになってきた。
【０００３】
上述のような大型のＬＣＤを考える場合、画面全域において視野角度によらない均一な輝度、コントラスト等が要求される。しかしながら、従来広く用いられている捩れ配向モード（ＴＮ−ＬＣＤ）では、その視野角度の狭さが大きな問題となっていた。そこで、近年In Plane Switchingモード（ＩＰＳモード）、光学補償ＴＮモード等、多くの視野角度改善モードが開発されている。
【０００４】
このような視野角度改善モードの一つである複数配向分割型垂直配向モード、すなわちMulti-domain Vertical Alignmentモード（ＭＶＡモード）は、（１）広視野角、（２）高コントラスト、（３）高速応答といった優位性から、現在広く注目を集めいている。特にコントラスト特性は、５００：１程度まで可能であり、他のモードに比べて著しく高品質である。
【０００５】
上記の複数配向分割（液晶分子の配向方向を複数方向とする）、いわゆるマルチドメイン化を実現するために、当初はマスクラビングを複数回繰り返す手法が考えられたが、この方法を用いた場合、ラビング工程に起因する静電気発生、発塵等による歩留まり率の低下、プロセスの複雑化による生産性の低下等、多くの問題があった。
【０００６】
そこで、液晶パネル内に突起を設けることにより、ラビングの手法を用いずに液晶分子の傾斜方向を制御する手法が開発されている（特許第２９４７３５０号）。上記の液晶分子の配向を制御する突起は、例えば、４５°のジグザグストライプ状とすることができ、一画素内における配向方向を４分割とし、かつ、その分割面積が等しくなるように設計されている。また、上記の突起は、カラーフィルタ側とアレイ基板側の双方に設けることができ、この場合、両基板を対向させてセル化したときに、双方の突起が交互に配列するように構成される。このような突起は、液晶分子にプレチルト角を付与し、かつ、電気力線を歪ませる役割をもち、この二つの効果により、電圧印加時に液晶分子が複数の異なった方向に配向することになる。さらに、最近では、アレイ基板側に上記の突起を設ける代わりに、仮想的な配向制御用突起として、透明電極にスリットを設けた構造が開発されている。
【０００７】
ここで、ＬＣＤの問題として、焼きつき現象が挙げられる。この現象は、ＬＣＤにおいて長時間同じ画像を表示した場合、画像を切り替えた後でも前の画像が残像として残ったり、いわゆるフリッカー（ちらつき）が発生する現象である。この残像やフリッカーは数秒で消えるものから、数十時間にわたって保持されるような緩和時間が非常に長いものまである。このような焼きつき現象を引き起こす原因としては、液晶層中に含まれるイオンが配向膜表面に吸着して生じた直流成分による電界、液晶分子と配向膜との誘電率および導電率の相違による電荷の蓄積等が考えられる。
【０００８】
一般にＬＣＤを駆動する場合は、６０Ｈｚ程度の交流電流が用いられる。したがって、理論上では上記のような問題点は発生しないはずである。しかしながら、実際にはＬＣＤの内部構造は完全に対称構造ではない。例えば、配向膜の厚さ、焼成温度等を完全に均一にすることは、実際の生産においては事実上不可能であり、この非対称性により、印加した交流電流のうち一部の電流は直流成分となってしまう。このため、液晶セル内において上述のようなイオンの偏りや、配向膜と液晶との界面における電荷の蓄積が発生し、焼きつき現象が引き起こされる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＶＡモードＬＣＤにおいても、上述のような内部構造の非対称性がみられ、特に液晶分子を挟持する対向した２枚の基板のうち一方の基板の液晶層側に配向制御用の突起を設け、他方の基板の液晶層側には透明電極を切り欠いたスリットを設けたＭＶＡモードＬＣＤでは、液晶セル内は非対称構造であり、さらに、電気力線も配向制御用の突起、透明電極のスリットによって歪められるため、電気的にも非対称性が高いものとなる。したがって、ＭＶＡモードＬＣＤにおいては、焼きつき現象が発生しやすく、また、緩和時間も非常に長くなる傾向にある。
【００１０】
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、焼きつき現象が生じにくく表示品質に優れた複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイと、このような液晶ディスプレイの製造を可能とするカラーフィルタ、アレイ基板を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＭＶＡモードＬＣＤにおける表示品質、焼きつき現象において、配向膜、液晶層、配向制御用突起の電気的特性、具体的には誘電率、導電率が大きな影響を与えていることに着目してなされたものである。
すなわち、上記のような目的を達成するために、本発明は、複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイにおいて、対向する１組の基板間に形成された液晶層の液晶分子の配向方向を複数方向に制御する突起を少なくとも一方の基板に備え、該突起は比誘電率１１以下、かつ、導電率３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上である電気特性を有するような構成とした。
【００１２】
また、本発明は、複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイに用いるカラーフィルタにおいて、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起を備え、該突起は比誘電率１１以下、かつ、導電率３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上である電気特性を有するような構成とした。
さらに、本発明は、複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイに用いるアレイ基板において、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起を備え、該突起は比誘電率１１以下、かつ、導電率３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上である電気特性を有するような構成とした。
このような本発明では、配向制御用の突起が適正な電気特性を備えることにより、焼きつき現象が生じにくい高品位の複数配向分割型垂直配向モード液晶ディスプレイが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の液晶ディスプレイの一実施形態を示す概略部分断面図である。図１において、液晶ディスプレイ１は、カラーフィルタ１１とアレイ基板２１とを所定の間隔で対向させ、周辺部をシール部材（図示せず）により封止し、間隙部分に液晶層２が形成された透過型の液晶ディスプレイである。尚、図示されていないが、カラーフィルタ１１とアレイ基板２１の外側には、それぞれ偏光板が配設されている。
【００１４】
本発明の液晶ディスプレイ１を構成する本発明のカラーフィルタ１１は、透明基板１２と、この透明基板１２上に形成されたブラックマトリックス１３および着色層１４を備え、ブラックマトリックス１３および着色層１４を覆うように共通透明電極１５が形成されており、さらに、共通透明電極１５上に、液晶層２の液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起１６が複数形成され、これらの突起１６を覆うように配向膜１７が形成されている。
また、本発明の液晶ディスプレイ１を構成するアレイ基板２１は、透明基板２２上に液晶駆動用の透明画素電極２３および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ（図示せず））を備え、透明画素電極２３にはスリット２４が形成され、このような透明画素電極２３を覆うように配向膜２５が形成されている。
【００１５】
本発明のカラーフィルタ１１を構成する透明基板１２としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。この中で特にコーニング社製１７３７ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶ディスプレイ用のカラーフィルタに適している。
【００１６】
また、カラーフィルタ１１を構成するブラックマトリックス１３は、着色層１４からなる表示画素部の間および着色層１４の形成領域の外側に設けられている。このようなブラックマトリックス１３は、スパッタリング法、真空蒸着法等により厚み１０００〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子、金属酸化物等の遮光性粒子を含有させた感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層をパターニングして形成したもの等、いずれであってもよい。
【００１７】
着色層１４は、赤色パターン１４Ｒ、緑色パターン１４Ｇおよび青色パターン１４Ｂが所望のパターン形状で配列されており、所望の着色材を含有した感光性樹脂を使用した顔料分散法により形成することができ、さらに、印刷法、電着法、転写法等の公知の方法により形成することができる。
共通透明電極１５は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、および、その合金等を用いて、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成することができる。
【００１８】
カラーフィルタ１１を構成する突起１６は、近傍の液晶分子にプレチルト角度を与える作用、および、電気力線を所望の方向に歪ませる作用をなすことにより、アレイ基板２１の透明画素電極２３におけるスリット２４と協働して液晶層２の液晶分子の配向方向を複数方向に制御することを可能とするものである。このような突起１６は、比誘電率が１１以下、より好ましくは９以下であり、かつ、導電率が３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上、より好ましくは５×１０-12Ｓ／ｃｍ以上であるような電気特性を有している。突起１６の比誘電率が１１を超えると、液晶分子の比誘電率ε⊥よりも高くなり、電気力線の歪み方向がプレチルト方向と反対方向となって配向不良を生じ、表示品質の低下を来たす。また、導電率が３×１０-12Ｓ／ｃｍ未満であると、焼きつき現象が発生した場合の緩和時間が長くなり、高品位の画像表示が困難となる。
【００１９】
上記のような電気特性を有する突起１６は、樹脂成分中に導電性粉体を含有したものとすることができ、例えば、導電性粉体を含有したネガ型感光性樹脂組成物やポジ型感光性樹脂組成物を用いてフォトリソグラフィー法によりパターニングして形成することができる。
【００２０】
突起１６を形成するための感光性樹脂組成物としては、公知のネガ型感光性樹脂組成物やポジ型感光性樹脂組成物を使用することができる。例えば、アクリル系ネガ型感光性樹脂組成物として、少なくとも紫外線照射によりラジカル成分を発生する光重合開始剤と、分子内にＣ＝Ｃなるアクリル基を有し上記の発生したラジカルにより開裂重合反応を起こして硬化する成分と、その後の現像により未露光部が溶解可能となる官能基（例えば、アルカリ溶液による現像の場合は酸性基をもつ成分）、とから構成されるものを用いることができる。上記のアクリル基を有する成分のうち、比較的低分子量の多官能アクリル分子としては、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ＤＰＨＡ）、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート（ＤＰＰＡ）、テトラメチルペンタトリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）等が挙げられる。また、高分子量の多官能アクリル分子としては、スチレン−アクリル酸−ベンジルメタクリレート共重合体の一部のカルボン酸基部分にスペーサを介してアクリル基を導入したポリマー等が挙げられる。
【００２１】
また、導電性粉体としては、カーボンブラック、銅−鉄−マンガン複合酸化物、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、アルミニウム、銀、酸化鉄等の粉体を用いることができる。突起１６中に含有される導電性粉体等の粉体含有量は、使用する樹脂成分等を考慮して、上記の範囲の電気特性を満足するように適宜設定することが好ましい。また、突起１６が画素の表示領域内に位置する場合には、光学濃度値（ＯＤ値）が画像品質に影響を与えない範囲、例えば、１．３以下となるように導電性粉体等を選定して使用することができる。一方、突起１６が画素領域の境界部分と重なるようなパターン、あるいは、突起１６がブラックマトリックスを兼ねる場合には、突起１６の光学濃度値（ＯＤ値）が３．０以上となるような導電性粉体等を選定して使用することができる。
【００２２】
突起１６のパターンは、所定ピッチで配列されたストライプ形状、ジグザグライン形状等とすることができ、配列ピッチは、例えば画素ピッチよりも小さくすることができる。また、突起１６の断面形状は、半円形、台形、三角形等とすることができ、突起１６の高さは０．８〜２．０μｍ程度、幅は５．０〜２０．０μｍ程度の範囲で設定することができる。そして、本発明の液晶ディスプレイ１を構成するアレイ基板２１は、その透明画素電極２３におけるスリット２４が上記のカラーフィルタ１１の突起１６のパターンに対応した形状であり、突起１６の配列ピッチに対して半ピッチずれたピッチで形成されている。図２は、カラーフィルタ１１の突起１６と、アレイ基板２１の透明画素電極２３のスリット２４のパターンを示す図である。図２に示される例では、突起１６のパターンが所定ピッチで配列されたジグザグライン形状であり、アレイ基板２１のスリット２４は同様のピッチで、かつ、半ピッチずらして配列されたジグザグライン形状である。
【００２３】
さらに、カラーフィルタ１１を構成する配向膜１７は、可溶性ポリイミド、ポリアミック酸タイプポリイミド、変性ポリイミド等の有機化合物により形成することができ、厚みは５００〜１０００Å程度とすることができる。このような配向膜１７は、種々の印刷法、公知の塗布方法により塗布した後、焼成することにより形成されるが、配向処理（ラビング）は不要である。
本発明のカラーフィルタ１１を構成するアレイ基板２１には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を開閉するゲート線群（図示せず）、映像信号を供給する信号線群（図示せず）、および、カラーフィルタ１１側の共通透明電極への電圧供給線（図示せず）が配設されている。これらのリード線は、通常、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造工程で一括して形成されたアルミニウム等の金属からなるものである。
【００２４】
上記のアレイ基板２１を構成する透明基板２２としては、上述のカラーフィルタ用の透明基板１２として挙げたものを使用することができる。また、スリット２４を備える透明画素電極２３は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、および、その合金等を用いて、スリットパターンを備えるマスクを介したスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成することができる。もしくは、既知のフォトリソグラフィの手法とエッチングの手法を組み合わせることにより形成することができる。
【００２５】
また、アレイ基板２１を構成する配向膜２５は、上述の配向膜１７と同様に、可溶性ポリイミド、ポリアミック酸タイプポリイミド、変性ポリイミド等の有機化合物により形成することができ、厚みは５００〜１０００Å程度とすることができる。このような配向膜２５は、種々の印刷法、公知の塗布方法により塗布した後、焼成することにより形成されるが、配向処理（ラビング）は不要である。
【００２６】
図３は、本発明の液晶ディスプレイの他の実施形態を示す概略部分断面図である。図３において、液晶ディスプレイ３１は、カラーフィルタ４１とアレイ基板５１とを所定の間隔で対向させ、周辺部をシール部材（図示せず）により封止し、間隙部分に液晶層３２が形成された透過型の液晶ディスプレイである。尚、図示されていないが、カラーフィルタ４１とアレイ基板５１の外側には、それぞれ偏光板が配設されている。
本発明の液晶ディスプレイ３１を構成する本発明のカラーフィルタ４１は、上述の液晶ディスプレイ１を構成するカラーフィルタ１１と同様とすることができる。
【００２７】
本発明の液晶ディスプレイ３１を構成する本発明のアレイ基板５１は、透明基板５２上に液晶駆動用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５３と透明画素電極５４を備え、透明画素電極５４の中心付近には突起５５が形成され、このような透明画素電極５４と突起５５を覆うように配向膜５６が形成されている。このアレイ基板５１には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５３を開閉するゲート線群（図示せず）、映像信号を供給する信号線群（図示せず）、および、カラーフィルタ４１側の共通透明電極への電圧供給線（図示せず）が配設されている。これらのリード線は、通常、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５３の製造工程で一括して形成されたアルミニウム等の金属からなるものである。
【００２８】
上記のアレイ基板５１を構成する透明基板５２としては、上述のカラーフィルタ用の透明基板１２として挙げたものを使用することができる。また、透明画素電極５４は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、および、その合金等を用いてスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成することができる。
アレイ基板５１を構成する突起５５は、近傍の液晶分子にプレチルト角度を与える作用、および、電気力線を所望の方向に歪ませる作用をなすことにより、上記のカラーフィルタ４１の突起４６と協働して液晶層３２の液晶分子の配向方向を複数方向に制御することを可能とするものである。このような突起５５は、上述の突起１６と同様に、比誘電率が１１以下、より好ましくは９以下であり、かつ、導電率が３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上、より好ましくは５×１０-12Ｓ／ｃｍ以上であるような電気特性を有している。突起５５の比誘電率が１１を超えると、液晶分子の比誘電率ε⊥よりも高くなり、電気力線の歪み方向がプレチルト方向と反対方向となって配向不良を生じ、表示品質の低下を来たす。また、突起５５の導電率が３×１０-12Ｓ／ｃｍ未満であると、焼きつき現象が発生した場合の緩和時間が長くなり、高品位の画像表示が困難となる。
【００２９】
上記のような電気特性を有する突起５５は、上述の突起１６と同様に形成することができる。突起５５のパターンは、所定ピッチで配列されたストライプ形状、ジグザグライン形状等とすることができ、また、突起５５の断面形状は、半円形、台形、三角形等とすることができる。例えば、突起５５をカラーフィルタ４１の突起４６に対応した形状とし、突起４６の配列ピッチに対して半ピッチずれたピッチで形成することができる。また、カラーフィルタ４１の突起４６を格子形状とし、アレイ基板５１の突起５５を、突起４６で囲まれた各領域の中心に対向するように配設された点状の突起とすることもできる。
【００３０】
アレイ基板５１を構成する配向膜５６は、可溶性ポリイミド、ポリアミック酸タイプポリイミド、変性ポリイミド等の有機化合物により形成することができ、厚みは５００〜１０００Å程度とすることができる。このような配向膜５６は、種々の印刷法、公知の塗布方法により塗布した後、焼成することにより形成されるが、配向処理（ラビング）は不要である。
【００３１】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
【００３２】
［実施例１］
（１）テストセルの作製
カラーフィルタ用のガラス基板として、１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのガラス基板（コーニング社製１７３７ガラス）を準備した。この基板を定法にしたがって洗浄した後、基板の片側全面に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる透明電極（厚み１６００Å）を形成した。
【００３３】
次に、ネガ型感光性樹脂組成物として、新日鉄化学（株）製Ｖ２５９ＰＡを使用し、導電性粉体としてカーボンブラック（キャボット（株）製 平均粒径１００ｎｍ）を種々の含有量で含有させて９種類の塗布液を調製した。次いで、この塗布液をそれぞれ上記の透明電極上にスピンコート法により塗布し、フォトリソグラフィー法により図２に示されるような高さ１．３μｍ、幅１０．０μｍのジグザグライン形状の配向制御用の突起を１００μｍピッチで形成した。その後、透明電極と突起を覆うようにポリアミック酸系垂直配向膜用塗料（ＪＳＲ（株）製ＪＡＬＳ−２０２１）をスピンコート法で塗布し、ホットプレート上で溶剤を除去後、１８０℃にて１時間焼成して、厚み８００Åの垂直配向膜を形成し、９種の基板Ａ−１〜基板Ａ−９を得た。
尚、実際のカラーフィルタは、ブラックマトリックスやＲ、Ｇ、Ｂの着色層上に上記の透明電極および突起が形成されるが、本実施例では、簡略化のためにブラックマトリックスや着色層を省略した基板Ａを作製した。
【００３４】
上記の９種の基板Ａについて、突起の比誘電率と導電率を下記の測定方法により測定し、結果を下記の表１に示した。
比誘電率および導電率の測定方法
導電性をもつ測定下地基板として、アルミニウム膜を１５００Åの厚さに製膜したガラス基板を用意した。このガラス基板を洗浄処理し、配向制御突起材料を２．５μｍの厚さでガラス基板のアルミニウム膜上に全面に形成した。次いで、この配向制御突起材料の表面に金を真空蒸着して、４ｍｍ平方の電極とした。測定にはSolartron社製インピーダンスアナライザーSI-1260を用い、測定周波数は６０Ｈｚ、測定電圧は３．０Ｖとした。
【００３５】
一方、アレイ基板用のガラス基板として、１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのガラス基板（コーニング社製１７３７ガラス）を準備した。この基板を定法にしたがって洗浄した後、基板の片側全面に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を１６００Åの厚さに成膜して透明電極とした。次に、ポジレジストを用いて既存の手法に従い透明電極に幅１０μｍのジグザグライン形状のスリットを形成した。このスリットの形状および配列ピッチは上記の突起の形状、配列ピッチと同じものとした。その後、上記と同様にして、スリットを備えた透明電極上に厚み８００Åの垂直配向膜を形成し、基板Ｂを得た。
尚、実際のアレイ基板は、液晶駆動用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えた基板上に透明電極が画素形状にパターニングされるが、本実施例では、簡略化のためＴＦＴを省略し、画素形状にパターニングしていない透明電極にスリットを形成して基板Ｂとした。
【００３６】
次に、基板Ａと基板Ｂを配向膜形成面側を対向させるようにして４．５μｍのギャップを設けて貼り合わせた。このとき、基板Ａの配向制御用の突起と基板Ｂのスリットが図２に示されるように半ピッチずれるように設定した。次いで、真空注入法を用いて負の誘電異方性をもつ液晶（ＭＥＲＣＫ社製ＭＬＣ−６６０８）を注入した。その後、注入口を紫外線硬化樹脂を用いて封止し、１０５℃にて１時間アニーリング処理を行い、流動配向効果をキャンセルした後、電極にリード線を取り付けて、９種のテストセル（試料１〜９）を作製した。
【００３７】
（２）評価
まず、各テストセルの突起の配向制御機能を評価するために、交流電圧（６０Ｈｚ矩形波）を印加した状態で偏光顕微鏡にて配向均一性を観察し、その結果を下記の表１に示した。また、図４、図５は、それぞれ試料２、試料６の偏光顕微鏡による観察状態を示す図面である。
【００３８】
【表１】
表１に示されるように、比誘電率が１１以下である試料１〜５では、図４に示すような均一な配向となった。しかし、比誘電率が１１を超える試料６〜９では、図５に示すようなディスクリネーションが発生し配向不良がみられた。
【００４０】
次に、焼きつきの程度を評価するために、配向が均一なテストセル（試料１〜５）に関してフリッカー消去法により残留直流成分を測定するための測定装置を作製した。図６は、この測定装置の構成を示す図であり、測定装置７１では、１組の偏光板７３，７３間にテストセル７２が挿入され、これらを挟むようにハロゲン光源７４、光電気変換装置７５が配設され、任意波形発生装置７６、オシロスコープ７７、パーソナルコンピュータ７８が図示にようにテストセル７２、光電気変換装置７５等に接続されている。光電気変換装置７５は同潤光機（株）製の光電気変換装置、任意波形発生装置７６はＡＧＩＬＥＮＴ社製３３１２０Ａ、オシロスコープ７７はＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製５４６４５Ａを使用した。そして、偏光板７３，７３はクロスニコルの状態とし、ノーマリーブラック状態となるようにテストセル７２を挿入した。
【００４１】
上記の測定装置７１を用いて、各テストセルの電圧−透過率曲線を測定し、透過率が５０％時の印加電圧を求め、これをフリッカー消去法による測定電圧とした。一般に液晶セルにおいて、中間調表示時、すなわち透過率が５０％程度の時、電圧に対する透過率の変化が最も急峻となるため、残留直流成分によるフリッカーを精度よく検出することができる。各テストセル（試料１〜５）は概ね６Ｖp-p前後で５０％程度の透過率を示した。
【００４２】
次に、各テストセルについて、配向制御用の突起を形成した基板Ａ側の電極に＋２Ｖの直流電流を強制的に１時間印加して焼きつき時間を設け、その後、矩形波６０Ｈｚで駆動した場合のフリッカー現象が消去できるオフセット直流電圧を残留直流電圧として１時間にわたってモニターし、図７〜図１１に黒点プロットで示した。駆動電圧はフリッカー現象が顕著に表れる中間調表示状態の６Ｖp-p程度の電圧を用いた。また、強制直流電圧印加による上記の強制的な焼きつき時間を設けずに同様の残留直流電圧を測定して、図７〜図１１に白点プロットで示した。尚、これらすべての測定において、強制直流電圧印加による焼きつき時間を設けなかった場合のフリッカー消去に要するバイアス電圧を、全てのテストセルに全測定時間にわたって印加した。
【００４３】
図７〜図１１に白点プロットで示されるように、強制的な焼きつき時間を設けなかった場合、試料１〜５の何れのテストセルも、残留直流電圧は時間によらずほぼ０であった。したがって、本測定時間範囲では、通常の駆動を行った場合、焼きつき現象はほぼ無視できることが確認された。
【００４４】
一方、強制的な焼きつき時間を設けた場合、配向制御用の突起の導電率が低いテストセルほど、図中の黒点プロットと白点プロットの距離が大きいものとなった。この黒点プロットと白点プロットの距離は、小さいほど強制直流電圧印加による焼きつき現象が生じにくいことを示している。ここで、透過率が５０％程度の中間調状態において、０．１Ｖ程度のオフセット電圧が印加された場合、フリッカーによる透過率の変化幅は５％程度となるが、一般に観察者は５％以上の透過率変化をフリッカーとして認識可能であるため、オフセット電圧値が０．１Ｖ未満であれば、フリッカー現象が発生しないと判断できる。この判断基準からすると、配向制御用の突起の導電率が３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上であるテストセル（試料３〜５）は、焼きつき現象が生じにくいものであることが確認された。
【００４５】
［実施例２］
配向制御用の突起に含有させる導電性粉体として、銅−鉄−マンガン複合酸化物（大日精化（株）製 平均粒径１００μｍ）を使用し、これを種々の含有量で含有させた複数種の塗布液を調製した。次いで、これらの塗布液を使用して、実施例１と同様にして、テストセルを作製し、その後、実施例１と同様の評価を行った。その結果、配向制御用の突起の比誘電率が１１以下であるテストセルにおいて均一な配向が得られ、これらのテストセルのうち、配向制御用の突起の導電率が３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上であるテストセルが焼きつき現象の生じにくいものであった。
【００４６】
［実施例３］
配向制御用の突起に含有させる粉体として、導電性粉体としてのカーボンブラック（キャボット（株）製 平均粒径１００μｍ）と、二酸化チタン（三菱マテリアル（株）製 平均粒径１００μｍ）を使用し、これらを種々の含有量で含有させた複数種の塗布液を調製した。次いで、これらの塗布液を使用して、実施例１と同様にして、テストセルを作製し、その後、実施例１と同様の評価を行った。その結果、配向制御用の突起の比誘電率が１１以下であるテストセルにおいて均一な配向が得られ、これらのテストセルのうち、配向制御用の突起の導電率が３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上であるテストセルが焼きつき現象の生じにくいものであった。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば配向制御用の突起が適正な電気特性（比誘電率１１以下、かつ、導電率３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上）を備えることにより、複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイに発生しやすい焼きつき現象を緩和することができ、高品位の画像表示が可能な信頼性に優れた複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶ディスプレイの一実施形態を示す概略部分断面図である。
【図２】カラーフィルタの突起とアレイ基板の透明画素電極のスリットのパターンを示す図である。
【図３】本発明の液晶ディスプレイの他の実施形態を示す概略部分断面図である。
【図４】実施例１におけるテストセル（試料２）の偏光顕微鏡による観察状態を示す図面である。
【図５】実施例１におけるテストセル（試料６）の偏光顕微鏡による観察状態を示す図面である。
【図６】本発明の実施例においてフリッカー消去法により残留直流成分を測定するための測定装置の構成を示す図である。
【図７】実施例１においてテストセル（試料１）を矩形波で駆動したときのフリッカー現象が消去できるオフセット直流電圧を残留直流電圧として１時間にわたってモニターした結果を示す図である。
【図８】実施例１においてテストセル（試料２）を矩形波で駆動したときのフリッカー現象が消去できるオフセット直流電圧を残留直流電圧として１時間にわたってモニターした結果を示す図である。
【図９】実施例１においてテストセル（試料３）を矩形波で駆動したときのフリッカー現象が消去できるオフセット直流電圧を残留直流電圧として１時間にわたってモニターした結果を示す図である。
【図１０】実施例１においてテストセル（試料４）を矩形波で駆動したときのフリッカー現象が消去できるオフセット直流電圧を残留直流電圧として１時間にわたってモニターした結果を示す図である。
【図１１】実施例１においてテストセル（試料５）を矩形波で駆動したときのフリッカー現象が消去できるオフセット直流電圧を残留直流電圧として１時間にわたってモニターした結果を示す図である。
【符号の説明】
１，３１…液晶ディスプレイ
２，３２…液晶層
１１，４１…カラーフィルタ
１２，４２…透明基板
１３，４３…ブラックマトリックス
１４，４４…着色層
１５，４５…共通透明電極
１６，４６…突起
１７，４７…配向膜
２１，５１…アレイ基板
２２，５２…透明基板
２３，５４…透明画素電極
２４…スリット
２５…配向膜
５３…薄膜トランジスタ
５５…突起
５６…配向膜
Claims (3)
- 複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイにおいて、対向する１組の基板間に形成された液晶層の液晶分子の配向方向を複数方向に制御する突起を少なくとも一方の基板に備え、該突起は比誘電率１１以下、かつ、導電率３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上である電気特性を有することを特徴とする液晶ディスプレイ。
- 複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイに用いるカラーフィルタにおいて、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起を備え、該突起は比誘電率１１以下、かつ、導電率３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上である電気特性を有することを特徴とする液晶ディスプレイ用のカラーフィルタ。
- 複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイに用いるアレイ基板において、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起を備え、該突起は比誘電率１１以下、かつ、導電率３×１０-12Ｓ／ｃｍ以上である電気特性を有することを特徴とする液晶ディスプレイ用のアレイ基板。
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