JP5135063B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は表示装置に係り、動作中の画面焼きつきの少ない、かつ長時間動作後も、黒ムラ等の画面欠陥が生じない液晶表示装置に関する。

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

液晶表示装置はフラットで軽量であることから、ＴＶ等の大型表示装置から、携帯電話やＤＳＣ(Digital Still Camera)等、色々な分野で用途が広がっている。一方、液晶表示装置では視野角特性が問題である。視野角特性は、画面を正面から見た場合と、斜め方向から見た場合に、輝度が変化したり、色度が変化したりする現象である。視野角特性は、液晶分子を水平方向の電界によって動作させるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が優れた特性を有している。

このようなＩＰＳ方式の液晶表示装置の例を記載したものとして、「特許文献１」が挙げられる。

特開平０９−７３１０１号公報

液晶表示装置は長期間にわたって使用される。液晶表示装置を長期間にわたって使用した場合、画面欠陥を生ずることがある。この画面欠陥は、２種類に分けることが出来る。第１の欠陥は長期間使用後、表示画面が不可逆的に変化するものであり、例えば、電圧無印加状態で黒を表示するノーマリブラックモードにおける黒ムラと呼ばれているものである。第２の欠陥は、同じ画像を長時間表示した場合に、その画像が画面に残る現象であり、例えば、ＤＣ残像と呼ばれている。

黒ムラの例を図１２に示す。図１２において、黒ムラをＢＢで示す。黒ムラは画面のある領域が他の領域に比べて黒っぽくなる現象である。この現象は液晶表示装置を長時間、例えば、千時間以上動作させた場合に生ずることがある。この原因は長期間液晶表示装置を動作させることによって、液晶が不純物に汚染されて、液晶の絶縁抵抗が低下することが原因と考えられている。

ＤＣ残像は、例えば、図１０のようなパターンを一定時間表示したあと、中間調の灰色ベタパターンを表示したような場合、画面中に図１０のようなパターンが薄く残る現象である。このような現象に対する説明の一例として、液晶を挟持する配向膜に不純物が付着した場合、この不純物が映像信号によって帯電し、特定時間、この帯電が維持されることによって残像が残ると考えられる。ＤＣ残像は、配向膜上の不純物の帯電が無くなると消失するので、可逆的な現象である。

本発明の課題は、以上説明したような、黒ムラおよびＤＣ残像を解消することである。

本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。

（１）画素電極とＴＦＴを有する画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向し、カラーフィルタの上に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記配向膜は化学式（１）の構造を有するポリアミド酸エステルを有しており、かつ、前記液晶は酸化防止剤を含み、前記液晶の誘電率異方性は５以下であることを特徴とする液晶表示装置。

ここで、Ｒ１は、それぞれ独立に炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。

（２）前記配向膜は前記ポリアミド酸エステルを前駆体としていることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（３）前記画素電極に対向する対向電極は前記ＴＦＴ基板に形成されているＩＰＳ方式の液晶表示装置であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（４）前記配向膜は光配向によって配向処理がなされていることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（５）平面状に形成された第１の電極と、前記第１の電極の上に絶縁膜を介して配置された第２の電極と、ＴＦＴが形成された画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向し、カラーフィルタの上に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記配向膜は化学式（１）の構造を有するポリアミド酸エステルを有しており、かつ、前記液晶は酸化防止剤を含み、前記液晶の誘電率異方性は５以下であることを特徴とする液晶表示装置。

ここで、Ｒ１は、それぞれ独立に炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。

（６）前記配向膜は前記ポリアミド酸エステルを前駆体としていることを特徴とする（５）に記載の液晶表示装置。

（７）前記配向膜は光配向によって配向処理がなされていることを特徴とする（５）に記載の液晶表示装置。

（８）前記第１の電極は対向電極であり、前記第２の電極は櫛歯状に形成された画素電極であることを特徴とする（５）に記載の液晶表示装置。

（９）前記第１の電極は画素電極であり、前記第２の電極は櫛歯状に形成された対向電極であることを特徴とする（５）に記載の液晶表示装置。

本発明によれば、液晶の酸化あるいは分解が防止されるので、液晶の酸化物あるいは分解物が不純物になって液晶中に存在して、液晶の絶縁抵抗を下げることを防止出来るので、液晶表示装置を長時間動作させたことによって生ずる黒ムラを防止することが出来る。

本発明では、配向膜として、不純物を界面に吸着しにくいポリアミド酸エステルを前駆体とする材料を使用するので、配向膜の界面の不純物が帯電することによって生ずる残留ＤＣによる残像を防止することが出来る。

本発明は、比誘電率Δεが５以下の液晶を用いるので、液晶中の不純物の混入が少なく、また、ポリアミド酸エステル配向膜を前駆体とする材料を用いるので、不純物が配向膜界面に吸着しにくい。したがって、残留ＤＣによる残像や、液晶表示装置を長時間動作させた後で生ずる黒ムラを防止することが出来る。

以下の実施例により本発明の内容を詳細に説明する。

図１は液晶表示装置の表示領域における構造を示す断面図である。ＩＰＳ方式の液晶表示装置の電極構造は種々のものが提案され、実用化されている。図１の構造は、現在広く使用されている構造であって、簡単に言えば、平面ベタで形成された対向電極１０８の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の画素電極１１０が形成されている。そして、画素電極１１０と対向電極１０８の間の電圧によって液晶分子３０１を回転させることによって画素毎に液晶層３００の光の透過率を制御することにより画像を形成するものである。以下に図１の構造を詳しく説明する。なお、本発明は、図１の構成を例にとって説明するが、図１以外のＩＰＳタイプの液晶表示装置にも適用することが出来る。

図１において、ガラスで形成されるＴＦＴ基板１００の上に、ゲート電極１０１が形成されている。ゲート電極１０１は走査線と同層で形成されている。ゲート電極１０１はＡｌＮｄ合金の上にＭｏＣｒ合金が積層されている。

ゲート電極１０１を覆ってゲート絶縁膜１０２がＳｉＮによって形成されている。ゲート絶縁膜１０２の上に、ゲート電極１０１と対向する位置に半導体層１０３がａ−Ｓｉ膜によって形成されている。ａ−Ｓｉ膜はプラズマＣＶＤによって形成される。ａ−Ｓｉ膜はＴＦＴのチャネル部を形成するが、チャネル部を挟んでａ−Ｓｉ膜上にソース電極１０４とドレイン電極１０５が形成される。なお、ａ−Ｓｉ膜とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５との間には図示しないｎ＋Ｓｉ層が形成される。半導体層とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５とのオーミックコンタクトを取るためである。

ソース電極１０４は映像信号線が兼用し、ドレイン電極１０５は画素電極１１０と接続される。ソース電極１０４もドレイン電極１０５も同層で同時に形成される。本実施例では、ソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５はＭｏＣｒ合金で形成される。ソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５の電気抵抗を下げたい場合は、例えば、ＡｌＮｄ合金をＭｏＣｒ合金でサンドイッチした電極構造が用いられる。

ＴＦＴを覆って無機パッシベーション膜１０６がＳｉＮによって形成される。無機パッシベーション膜１０６はＴＦＴの、特にチャネル部を不純物４０１から保護する。無機パッシベーション膜１０６の上には有機パッシベーション膜１０７が形成される。有機パッシベーション膜１０７はＴＦＴの保護と同時に表面を平坦化する役割も有するので、厚く形成される。厚さは１μｍから４μｍである。

有機パッシベーション膜１０７には感光性のアクリル樹脂、シリコン樹脂、あるいはポリイミド樹脂等が使用される。有機パッシベーション膜１０７には、画素電極１１０とドレイン電極１０５が接続する部分にスルーホール１１１を形成する必要があるが、有機パッシベーション膜１０７は感光性なので、フォトレジストを用いずに、有機パッシベーション膜１０７自体を露光、現像して、スルーホール１１１を形成することが出来る。

有機パッシベーション膜１０７の上には対向電極１０８が形成される。対向電極１０８は透明導電膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を表示領域全体にスパッタリングすることによって形成される。すなわち、対向電極１０８は面状に形成される。対向電極１０８を全面にスパッタリングによって形成した後、画素電極１１０とドレイン電極１０５を導通するためのスルーホール１１１部だけは対向電極１０８をエッチングによって除去する。

対向電極１０８を覆って上部絶縁膜１０９がＳｉＮによって形成される。上部電極が形成された後、エッチングによってスルーホール１１１を形成する。この上部絶縁膜１０９をレジストにして無機パッシベーション膜１０６をエッチングしてスルーホール１１１を形成する。その後、上部絶縁膜１０９およびスルーホール１１１を覆って画素電極１１０となるＩＴＯをスパッタリングによって形成する。スパッタリングしたＩＴＯをパターニングして画素電極１１０を形成する。画素電極１１０となるＩＴＯはスルーホール１１１にも被着される。スルーホール１１１において、ＴＦＴから延在してきたドレイン電極１０５と画素電極１１０が導通し、映像信号が画素電極１１０に供給されることになる。

図２に画素電極１１０の１例を示す。画素電極１１０は、両端が閉じた櫛歯状の電極である。櫛歯と櫛歯の間にスリット１１２が形成されている。画素電極１１０の下方には、図示しない平面状の対向電極１０８が形成されている。画素電極１１０に映像信号が印加されると、スリット１１２を通して対向電極１０８との間に生ずる電気力線によって液晶分子３０１が回転する。これによって液晶層３００を通過する光を制御して画像を形成する。

図１はこの様子を断面図として説明したものである。櫛歯状の電極と櫛歯状の電極の間は図１に示すスリット１１２となっている。対向電極１０８には基準電圧が印加され、画素電極１１０には映像信号による電圧が印加される。画素電極１１０に電圧が印加されると図１に示すように、電気力線が発生して液晶分子３０１を電気力線の方向に回転させてバックライトからの光の透過を制御する。画素毎にバックライトからの透過が制御されるので、画像が形成されることになる。なお、画素電極１１０の上には液晶分子３０１を配向させるための配向膜１１３が形成されている。

図１の例では、有機パッシベーション膜１０７の上に、面状に形成された対向電極１０８が配置され、上部絶縁膜１０９の上に櫛歯電極１１０が配置されている。しかしこれとは逆に、有機パッシベーション膜１０７の上に面状に形成された画素電極１１０を配置し、上部絶縁膜１０９の上に櫛歯状の対向電極１０８が配置される場合もある。

図１において、液晶層３００を挟んで対向基板２００が設置されている。対向基板２００の内側には、カラーフィルタ２０１が形成されている。カラーフィルタ２０１は画素毎に、赤、緑、青のカラーフィルタ２０１が形成されており、カラー画像が形成される。カラーフィルタ２０１とカラーフィルタ２０１の間にはブラックマトリクス２０２が形成され、画像のコントラストを向上させている。なお、ブラックマトリクス２０２はＴＦＴの遮光膜としての役割も有し、ＴＦＴに光電流が流れることを防止している。

カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２を覆ってオーバーコート膜２０３が形成されている。カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２の表面は凹凸となっているために、オーバーコート膜２０３によって表面を平らにしている。オーバーコート膜２０３の上には、液晶の初期配向を決めるための配向膜１１３が形成されている。なお、図２はＩＰＳであるから、対向電極１０８はＴＦＴ基板１００側に形成されており、対向基板２００側には形成されていない。

図１に示すように、ＩＰＳでは、対向基板２００の内側には導電膜が形成されていない。そうすると、対向基板２００の電位が不安定になる。また、外部からの電磁ノイズが液晶層３００に侵入し、画像に対して影響を与える。このような問題を除去するために、対向基板２００の外側に表面導電膜２１０が形成される。表面導電膜２１０は、透明導電膜であるＩＴＯをスパッタリングすることによって形成される。

図１に示す液晶層３００の液晶が酸化されたり分解されたりすると、液晶表示装置の表示特性が劣化する。これは特に光や熱の存在により顕著に起こる。したがって、液晶層３００に酸化防止剤４００を混入させて液晶の酸化を防止する。液晶材料に含ませる酸化防止剤としては、例えば、フェノール系、ホスファイト系、ホスフォイト系、イオウ系等の物質が挙げられる。それら物質を、０．０００５〜１０ｗｔ％の範囲で含有させることで効果を得ることができるが、より高い効果を得るためには、０．００１〜５ｗｔ％の範囲とすることが望ましいが、上述の物質、範囲に限定されるものではない。

図１に示すように、液晶層３００は配向膜１１３によって挟持されている。従来は、配向膜１１３の材料としてポリアミド酸１１３２を前駆体とする材料が使用されていた。ポリアミド酸１１３２は、イミド化焼成と呼ばれる２００℃前後の加熱により一部がポリイミドとなり、一部が未反応のポリアミド酸１１３２として残る。ところが、残ったポリアミド酸１１３２は後で述べるように、材料の性質上、極性が高く、酸化防止剤４００を吸着し易い。

酸化防止剤４００は配向膜１１３に吸着されると、液晶層３００中の酸化防止剤４００が減少する。そうすると光や熱の存在下で液晶が酸化されたり分解され易くなり、不純物４０１が発生する。この不純物４０１が液晶層３００中に存在すると、液晶層３００の絶縁抵抗を減少させ、電圧保持特性が低下する。一方、この不純物が配向膜１１３に吸着されると、液晶表示装置の動作中、これがチャージアップし、ＤＣ残像の原因になる。

本発明は、配向膜１１３にポリアミド酸エステル１１３１を前駆体とする材料を使用することによって、酸化防止剤４００が配向膜１１３に吸着されることを防止している。この様子を図３に示す。図３（ａ）は、本発明の構成を示す断面模式図であり、図３（ｂ）は、従来の構成を示す断面模式図である。図３（ａ）および図３（ｂ）において、図１に示す液晶表示装置の詳細構造は省略している。また、図３（ａ）、図３（ｂ）における白抜きの矢印は、液晶の酸化や分解を促進するバックライトからの光を示す。

図３（ａ）では、配向膜１１３にポリアミド酸エステル１１３１を前駆体とする材料を使用している。このポリアミド酸エステル１１３１も、ポリアミド酸と同様に、イミド化焼成により一部がポリイミドになり、一部が未反応のポリアミド酸エステル１１３１ととして残る。しかし、この残ったポリアミド酸エステル１１３１は、後で述べるようにポリアミド酸１１３２に比べて、材料の性質上、極性が低く、酸化防止剤４００を吸着しにくい。したがって、液晶層３００中に十分な酸化防止剤４００が存在しているので、液晶分子３０１の酸化を防ぐことが出来る。一方、従来例では、配向膜１１３にポリアミド酸１１３２を前駆体とする材料を使用しているので、酸化防止剤４００を吸着し易い。そうすると、液晶層３００中の酸化防止剤４００の量が相対的に少なくなり、液晶が酸化あるいは分解し、黒ムラ、ＤＣ残像等の問題を引き起こす。

化学式（１）は図３（ａ）で使用されるポリアミド酸エステル１１３１の構造式である。

化学式（１）において、Ｒ１は、それぞれ独立に炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。

ポリアミド酸エステル１１３１の特徴は、化学式（１）におけるＲ１である。ポリアミド酸エステル１１３１においては、Ｒ１はＣｎＨ２ｎ−１であり、ｎが１以上である。図３（ｂ）に示す従来の配向膜１１３で使用されているポリアミド酸１１３２は、化学式（１）において、ｎ＝０であり、Ｒ１の位置に水素のみが存在している。この水素は、その周辺に存在する水分量や化合物種及び量により程度は異なるが、一部が水素イオンとして電離し、水素イオンが電離した後のポリアミド酸１１３２は、負の電荷をもつカルボン酸イオンとなる。そうすると、酸化防止剤４００や、液晶層３００中の種々の不純物４０１を吸着し易くなる。これに対して、本発明では、配向膜１１３の材料として水素イオンが電離しないポリアミド酸エステル１１３１を使用することによって酸化防止剤４００が配向膜１１３に吸着されることを防止している。

一方、液晶層３００中には、酸化防止剤以外にも種々の不純物４０１が混入している。この不純物４０１は、液晶表示パネル内に封入する前の液晶中に存在していたものもあるし、液晶を注入後、液晶表示パネル内の構造物を形成する各種材料から混入するものもある。液晶の比誘電率が高いと、液晶中にこのような不純物４０１を混入しやすくなる。これに対して、液晶の比誘電率が低いと、このような不純物４０１を取り込みにくくなる。

液晶層３００中にこのような不純物４０１が含まれると、黒ムラ、ＤＣ残像等の原因になる。本発明では、液晶の比誘電率との相関の高いパラメータとして液晶の誘電率異方性に注目し、誘電率異方性が５以下のものを使用することによって、液晶中に取り込まれる不純物４０１の量を低減させることにより、黒ムラ、ＤＣ残像等を抑制している。この様子を図４に示す。図４（ａ）は本発明のように、液晶の誘電率異方性を５以下にした場合であり、図４（ｂ）は誘電率異方性が５よりも大きい場合である。図４（ａ）、図４（ｂ）は同じ配向膜材料を使用した場合にも液晶の誘電率異方性が大きいと液晶層３００中の不純物４０１が多いことを示している。

黒ムラおよびＤＣ残像を低下させるためには、液晶の酸化あるいは分解を防止して、液晶の酸化物あるいは分解物を減らすだけではなく、液晶中に取り込まれる不純物４０１も低減させなければならない。本発明は、この両方の手段を用いることによって、黒ムラおよびＤＣ残像を低下させる。図５はこの様子を示す断面模式図である。

図５（ａ）は本発明の構成を示す断面模式図である。図５（ａ）において、配向膜材料として、ポリアミド酸エステル１１３１を前駆体とする材料使用している。また、液晶材料として、誘電率異方性が５以下のものを使用している。一方、図５（ｂ）は、従来例の構成を示す断面模式図である。図５（ｂ）において、配向膜１１３には、ポリアミド酸１１３２を前駆体とする材料を使用している。また、液晶は誘電率異方性が５より大きいものを使用している。

図５（ｂ）に示す従来例では、配向膜１１３間に挟持された不純物４０１の量が多く、この不純物４０１は液晶層３００中にも存在し、配向膜１１３にも吸着している。一方、図５（ａ）に示す本発明においては、配向膜１１３には不純物４０１は吸着されておらず、液晶層３００中の不純物４０１は、従来例よりも少ない。したがって、本発明の構成を示す図５（ａ）においては、液晶中の不純物４０１に起因する黒ムラ、配向膜１１３界面における不純物４０１に起因するＤＣ残像のいずれも低減することが出来る。

図６は、液晶表示装置を長時間動作させた後の、黒ムラの発生に関連する評価を行なったグラフである。図６において、縦軸は、電圧保持率ＳＶＲであり、横軸はバックライトの点灯時間である。図６は図７に示す試料を複数バックライトの上にセットし、時間ごとに電圧保持率ＳＶＲを測定したものである。この電圧保持率ＳＶＲが液晶劣化の目安となる。

図７に電圧保持率ＳＶＲの測定方法の概略を示す。図７において、２枚のガラス基板５００の内側に電極となる導電膜５０１が形成されている。導電膜５０１の上に配向膜１１３が形成されている。液晶層３００を挟んで導電膜５０１に対して、交流によるパルス電圧を印加する。この交流パルス電圧によって液晶分子３０１が回転する。試料の導電膜５０１の端子間の電圧は保持電圧ＳＶとなる。液晶の絶縁抵抗が下がると、導電膜端子間の保持電圧ＳＶは低下する。電源に内部抵抗Ｒが存在するからである。長時間動作し、あるいは長時間バックライトにさらされて液晶が酸化等によって劣化すると、液晶の絶縁抵抗が低下する。そうすると保持電圧ＳＶは低下する。この保持電圧ＳＶの低下分を比率で表したものが電圧保持率ＳＶＲである。これにより、動作時間ごとに電圧保持率ＳＶＲを測定することによって液晶がどの程度劣化したかを評価することが出来る。

図６においては、異なる仕様の試料を複数、液晶のバックライトの上に載せて通常の液晶表示装置のようにバックライトを点灯させる。点灯時間ごとに電圧保持率ＳＶＲを測定している。電圧保持率ＳＶＲの低下が少ないほど、実際の液晶表示装置における黒ムラの発生が少ないといえる。図６において、配向膜１１３としては、ポリアミド酸エステル１１３１を前駆体とする材料を用いた場合と、ポリアミド酸１１３２を前駆体とする材料を用いた場合を比較しており、液晶の誘電率異方性Δεとしては、４の場合と７の場合を比較している。

図６において、配向膜１１３としてポリアミド酸エステル１１３１を前駆体とする材料を使用したものが、ポリアミド酸１１３２を前駆体とする材料を使用したものに比較して電圧保持率の寿命特性が良い。また、Δεが４の場合のほうがΔεが７の場合よりも電圧保持率が良い。図６に示すように、本発明の構成である、配向膜１１３にポリアミド酸エステル１１３１を前駆体とする材料を用い、液晶に誘電率異方性が５より小さいΔε＝４の材料を用いた場合は、その他の仕様の場合に比較して、電圧保持率の寿命特性が優れている。したがって、本発明によれば、長時間動作後も黒ムラは生じにくい。

図８は、配向膜１１３としてポリアミド酸エステル１１３１を前駆体とする材料を用いた場合に、液晶の比抵抗によってＤＣ残像が生ずるか否かを評価したものである。

ＤＣ残像は次のようにして評価した。すなわち、図１０に示すような白黒による８×８のチェッカーフラグパターンを１２時間表示し、その後、灰色ベタの中間調に戻す。中間調の階調は、６４／２５６である。中間調に戻した直後にチェッカーフラグパターンの黒を表示していた個所の輝度と白を表示していた個所の輝度の差を測定することによりＤＣ残像の強度を評価した。図８において、横軸ρは液晶の比抵抗、縦軸ＬＤは上記の輝度の変化率をパーセント表示したものである。図８からわかるように、輝度の差すなわちＤＣ残像の強さは、液晶の比抵抗と相関があることがわかった。実際の残像の判定としては、灰色ベタの中間調に戻してから１０分後、チェッカーフラグパターンが認識出来ればＮＧであり、認識できなければＯＫである。

図８に示すように、液晶の比抵抗ρが１０^１４以上であれば、ＤＣ残像はＯＫであることがわかる。一方、図９に示すように、液晶の比抵抗ρは、液晶の誘電率異方性によって変化する。液晶の誘電率異方性Δεが５以下であると、液晶の比抵抗ρを１０^１４以上とすることが出来る。液晶の誘電率異方性が小さいと、液晶中に混入する不純物４０１を小さく出来る。さらに、配向膜１１３にポリアミド酸エステル１１３１を前駆体とする材料を用いることによって、不純物４０１が配向膜１１３に吸着される程度が小さくなる。したがって、配向膜１１３に吸着される不純物４０１の量が少なくなり、あるいは残留ＤＣを抑制することが出来る。

以上のように、本発明を用いることによって、長期間動作後に生ずる、不可逆的な現象である黒ムラ、および、残像の原因となる可逆的な残留ＤＣを小さく出来、寿命特性の優れた液晶表示装置を実現することが出来る。

一般的に、ＩＰＳ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基板面との界面チルトが原理的に必要なく、界面チルト角が小さいほど視角特性が良い。特にチルト角を１度以下にすることにより、液晶表示装置の視角による色変化、明度変化を許容限度以下にすることが出来るため、効果的である。したがって、界面チルト角を実質的に０°にできる光配向は、ＩＰＳ方式において効果的なプロセスである。

実施例１で説明した、ポリアミド酸エステル１１３１を前駆体とする材料は光配向の配向膜１１３として好適である。イミド化焼成により得られたポリイミドは、成膜された状態では、概略として、図１１（ａ）に示すように、網目状の構成となっている。このような膜に対して、偏光された紫外線を例えば、６Ｊ／ｃｍ^２のエネルギーで照射する。そうすると、ポリイミドにおける偏光された紫外線の偏光方向の構造は、図１１（ｂ）に示すように、紫外線によって分解される。

このようにして形成された配向膜１１３を用いて液晶表示装置を製作すると、図１１（ｂ）に示すように、液晶分子３０１は、偏光された紫外線の偏光方向と直交する方向に配向することになる。光配向の問題点の一つは、紫外線によって分解された配向膜１１３の部分が極性をもち、不純物４０１になって液晶表示装置内に取り込まれる可能性があることである。

このような問題に対しては、本発明のように、配向膜１１３にポリアミド酸エステル１１３１を前駆体とする材料を使用することによって軽減することが出来る。すなわち、イミド化焼成後に残ったポリアミド酸エステル１１３１は実施例１で説明したように、材料として極性を持ちにくいので、このような配向膜１１３の分解物を吸着しにくく、したがって、液晶表示装置の内部に取り込みにくい。

さらに、本発明のように、液晶の誘電率異方性Δεを５以下とすることによって、液晶内への、配向膜分解物の取り込みの可能性も低く出来る。したがって、液晶層３００内の不純物４０１の影響によって黒ムラが生ずる現象も軽減することが出来る。

以上のように、配向膜１１３にポリアミド酸エステル１１３１を前駆体とする材料を用い、液晶として誘電率異方性Δεが５以下のものを使用することによって、寿命特性の優れた、光配向を用いた液晶表示装置を実現することが出来る。

以上の実施例では、ＩＰＳ方式の液晶表示装置について説明した。しかし、本発明は、ＩＰＳ方式に限らず、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式や、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の液晶表示装置についても適用することが出来る。

ＩＰＳ方式の液晶表示装置の断面図である。 図１の画素電極の平面図である。 本発明と従来例を比較する模式図である。 本発明と従来例を比較する他の模式図である。 本発明と従来例を比較するさらに他の模式図である。 本発明と従来例の特性の比較図である。 電圧保持率の測定方法である。 残留ＤＣと液晶の比抵抗の関係である。 液晶の比誘電率と比抵抗の関係である。 残像評価に使用するチェッカーフラグパターンである。 光配向の原理を示す模式図である。 黒ムラの例である。

符号の説明

１００…ＴＦＴ基板、 １０１…ゲート電極、 １０２…ゲート絶縁膜、 １０３…半導体層、 １０４…ソース電極、 １０５…ドレイン電極、 １０６…無機パッシベーション膜、 １０７…有機パッシベーション膜、 １０８…対向電極、 １０９…上部絶縁膜、 １１０…画素電極、 １１１…スルーホール、 １１２…スリット、 １１３…配向膜、 ２００…対向基板、 ２０１…カラーフィルタ、 ２０２…ブラックマトリクス、 ２０３…オーバーコート膜、 ２１０…表面導電膜、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子、 ４００…酸化防止剤、 ４０１…不純物、 ５００…試験用ガラス基板、 ５０１…試験用導電膜、 １１３１…ポリアミド酸エステル、 １１３２…ポリアミド酸、 ＢＢ…黒ムラ、 ＬＤ…輝度の変化率、 ＳＶ…保持電圧、 ＳＶＲ…電圧保持率、 ρ…液晶の比抵抗。

Claims (9)

1. 画素電極とＴＦＴを有する画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向し、カラーフィルタの上に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
   前記配向膜は化学式（１）の構造を有するポリアミド酸エステルを有しており、かつ、前記液晶は酸化防止剤を含み、前記液晶の誘電率異方性は５以下であることを特徴とする液晶表示装置。
   

   

   ここで、Ｒ１は、それぞれ独立に炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。
2. 前記配向膜は前記ポリアミド酸エステルを前駆体としていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記画素電極に対向する対向電極は前記ＴＦＴ基板に形成されているＩＰＳ方式の液晶表示装置であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記配向膜は光配向によって配向処理がなされていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 平面状に形成された第１の電極と、前記第１の電極の上に絶縁膜を介して配置された第２の電極と、ＴＦＴが形成された画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向し、カラーフィルタの上に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
   前記配向膜は化学式（１）の構造を有するポリアミド酸エステルを有しており、かつ、前記液晶は酸化防止剤を含み、前記液晶の誘電率異方性は５以下であることを特徴とする液晶表示装置。
   

   

   ここで、Ｒ１は、それぞれ独立に炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。
6. 前記配向膜は前記ポリアミド酸エステルを前駆体としていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記配向膜は光配向によって配向処理がなされていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
8. 前記第１の電極は対向電極であり、前記第２の電極は櫛歯状に形成された画素電極であることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
9. 前記第１の電極は画素電極であり、前記第２の電極は櫛歯状に形成された対向電極であることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。

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