JP5400213B2 - Alignment film material for photo-alignment film - Google Patents
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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。 The present invention relates to a display device, and more particularly to a liquid crystal display device in which screen burn-in during operation is small and screen defects such as black unevenness do not occur even after long-time operation.
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。 In a liquid crystal display device, there are a TFT substrate in which pixel electrodes and thin film transistors (TFTs) are formed in a matrix, and a counter substrate in which color filters are formed at locations corresponding to the pixel electrodes of the TFT substrate, facing the TFT substrate. The liquid crystal is sandwiched between the TFT substrate and the counter substrate. An image is formed by controlling the light transmittance of the liquid crystal molecules for each pixel.
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。 Since the liquid crystal display device is flat and lightweight, its application is expanding in various fields such as a large display device such as a TV, a mobile phone, and a DSC (Digital Still Camera). On the other hand, viewing angle characteristics are a problem in liquid crystal display devices. The viewing angle characteristic is a phenomenon in which luminance changes or chromaticity changes when the screen is viewed from the front and when viewed from an oblique direction. The viewing angle characteristic is excellent in an IPS (In Plane Switching) system in which liquid crystal molecules are operated by a horizontal electric field.
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。 An example of such an IPS liquid crystal display device is described in “Patent Document 1”.
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。 The liquid crystal display device is used for a long time. When the liquid crystal display device is used for a long time, a screen defect may occur. This screen defect can be divided into two types. The first defect is that the display screen changes irreversibly after long-term use. For example, the first defect is called black unevenness in a normally black mode in which black is displayed when no voltage is applied. The second defect is a phenomenon in which the same image remains on the screen when the same image is displayed for a long time, and is called, for example, a DC afterimage.
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。 An example of black unevenness is shown in FIG. In FIG. 12, black unevenness is indicated by BB. Black unevenness is a phenomenon in which an area on the screen becomes darker than other areas. This phenomenon may occur when the liquid crystal display device is operated for a long time, for example, 1000 hours or more. The cause of this is considered to be that the liquid crystal is contaminated with impurities by operating the liquid crystal display device for a long period of time, and the insulation resistance of the liquid crystal is lowered.
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。 The DC afterimage is a phenomenon in which, for example, when a pattern as shown in FIG. 10 is displayed for a certain period of time and then a gray gray solid pattern is displayed, the pattern as shown in FIG. 10 remains thin on the screen. As an example of the explanation for such a phenomenon, when an impurity adheres to the alignment film sandwiching the liquid crystal, it is considered that the impurity is charged by the video signal, and this charge is maintained for a specific time, thereby leaving an afterimage. The DC afterimage is a reversible phenomenon because it disappears when the impurities on the alignment film are not charged.
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。 An object of the present invention is to eliminate black unevenness and DC afterimage as described above.
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。 The present invention overcomes the above problems, and specific means are as follows.
(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。 (1) A TFT substrate in which an alignment film is formed on a pixel electrode and a pixel having TFTs, a counter substrate that is opposed to the TFT substrate and has an alignment film formed on a color filter, and the alignment of the TFT substrate A liquid crystal display device in which a liquid crystal is sandwiched between a film and an alignment film of the counter substrate, wherein the alignment film has a polyamic acid ester having a structure of chemical formula (1), and the liquid crystal is oxidized A liquid crystal display device comprising an inhibitor, wherein the liquid crystal has a dielectric anisotropy of 5 or less.
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。
Here, R1 is each independently an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and R2 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, a phenyl group, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, An alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a vinyl group (— (CH 2) m —CH═
(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。 (2) The liquid crystal display device according to (1), wherein the alignment film uses the polyamic acid ester as a precursor.
(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。 (3) The liquid crystal display device according to (1), wherein the counter electrode facing the pixel electrode is an IPS liquid crystal display device formed on the TFT substrate.
(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。 (4) The liquid crystal display device according to (1), wherein the alignment film is subjected to alignment treatment by photo-alignment.
(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。 (5) A first electrode formed in a planar shape, a second electrode disposed on the first electrode via an insulating film, and an alignment film formed on the pixel on which the TFT is formed A TFT substrate, a counter substrate facing the TFT substrate and having an alignment film formed on the color filter, and a liquid crystal sandwiched between the alignment film of the TFT substrate and the alignment film of the counter substrate In the display device, the alignment film includes a polyamic acid ester having a structure of the chemical formula (1), the liquid crystal includes an antioxidant, and the dielectric anisotropy of the liquid crystal is 5 or less. There is a liquid crystal display device.
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。
Here, R1 is each independently an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and R2 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, a phenyl group, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, An alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a vinyl group (— (CH 2) m —CH═
(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。 (6) The liquid crystal display device according to (5), wherein the alignment film uses the polyamic acid ester as a precursor.
(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。 (7) The liquid crystal display device according to (5), wherein the alignment film is subjected to alignment treatment by photo-alignment.
(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。 (8) The liquid crystal display device according to (5), wherein the first electrode is a counter electrode, and the second electrode is a pixel electrode formed in a comb shape.
(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。 (9) The liquid crystal display device according to (5), wherein the first electrode is a pixel electrode, and the second electrode is a counter electrode formed in a comb shape.
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。 According to the present invention, since the liquid crystal is prevented from being oxidized or decomposed, it is possible to prevent the liquid crystal oxide or decomposition product from becoming impurities in the liquid crystal and lowering the insulation resistance of the liquid crystal. Black unevenness caused by operating the apparatus for a long time can be prevented.
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。 In the present invention, since the alignment film is made of a material having a polyamic acid ester as a precursor that hardly adsorbs impurities to the interface, it is possible to prevent an afterimage due to residual DC caused by charging of the impurity at the interface of the alignment film. I can do it.
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。 The present invention uses a liquid crystal having a relative dielectric constant Δε of 5 or less, so that there is little mixing of impurities in the liquid crystal, and since a material having a polyamic acid ester alignment film as a precursor is used, the impurities are adsorbed to the alignment film interface. Hard to do. Therefore, afterimages due to residual DC and black unevenness that occurs after the liquid crystal display device has been operated for a long time can be prevented.
以下の実施例により本発明の内容を詳細に説明する。 The contents of the present invention will be described in detail by the following examples.
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。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure in a display region of a liquid crystal display device. Various electrode structures of IPS liquid crystal display devices have been proposed and put into practical use. The structure shown in FIG. 1 is a structure that is widely used at present. To put it simply, a comb-
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。
In FIG. 1, a
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。
A
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。
The
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。
An
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。
A photosensitive acrylic resin, silicon resin, polyimide resin, or the like is used for the
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。
A
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。
An upper insulating
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。
FIG. 2 shows an example of the
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。
FIG. 1 illustrates this as a cross-sectional view. A
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。
In the example of FIG. 1, a
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。
In FIG. 1, a
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。
An
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。
As shown in FIG. 1, in IPS, a conductive film is not formed inside the
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。
When the liquid crystal of the
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
When the
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。
The present invention prevents the antioxidant 400 from being adsorbed by the
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。
In FIG. 3A, a material having a
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。
Chemical formula (1) is a structural formula of the
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。
In the chemical formula (1), each R1 is independently an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and each R2 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, a phenyl group, or a carbon atom having 1 to 6 carbon atoms. An alkyl group, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a vinyl group (— (CH 2) m —CH═
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。
A feature of the
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。
On the other hand,
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。
If such an
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。
In order to reduce the black unevenness and the DC afterimage, not only the oxidation or decomposition of the liquid crystal is prevented to reduce the oxide or decomposition product of the liquid crystal, but also the
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。
FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the present invention. In FIG. 5A, a material having a
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。
In the conventional example shown in FIG. 5B, the amount of the
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。 FIG. 6 is a graph showing an evaluation related to occurrence of black unevenness after the liquid crystal display device is operated for a long time. In FIG. 6, the vertical axis represents the voltage holding ratio SVR, and the horizontal axis represents the backlight lighting time. FIG. 6 shows a sample in which the sample shown in FIG. 7 is set on a plurality of backlights, and the voltage holding ratio SVR is measured every time. This voltage holding ratio SVR is a measure of liquid crystal deterioration.
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。
FIG. 7 shows an outline of a method for measuring the voltage holding ratio SVR. In FIG. 7, a
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。
In FIG. 6, a plurality of samples having different specifications are placed on a liquid crystal backlight, and the backlight is turned on as in a normal liquid crystal display device. The voltage holding ratio SVR is measured every lighting time. It can be said that the smaller the decrease in the voltage holding ratio SVR, the less the occurrence of black unevenness in the actual liquid crystal display device. In FIG. 6, as the
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。
In FIG. 6, the
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。
FIG. 8 evaluates whether or not a DC afterimage is generated due to the specific resistance of the liquid crystal when a material having a
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。 The DC afterimage was evaluated as follows. That is, an 8 × 8 checker flag pattern in black and white as shown in FIG. 10 is displayed for 12 hours, and then returned to a gray solid halftone. The halftone gradation is 64/256. Immediately after returning to the halftone, the intensity of the DC afterimage was evaluated by measuring the difference between the luminance of the checker flag pattern where black was displayed and the luminance of the portion where white was displayed. In FIG. 8, the horizontal axis ρ represents the specific resistance of the liquid crystal, and the vertical axis LD represents the change rate of the luminance as a percentage. As can be seen from FIG. 8, it was found that the difference in luminance, that is, the intensity of the DC afterimage, has a correlation with the specific resistance of the liquid crystal. The actual afterimage is determined as NG if the checker flag pattern can be recognized 10 minutes after returning to the gray solid halftone, and OK if not recognized.
図8に示すように、液晶の比抵抗ρが1014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1014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。
As shown in FIG. 8, if the specific resistance ρ of the liquid crystal is 10 14 or more, it can be seen that the DC afterimage is OK. On the other hand, as shown in FIG. 9, the specific resistance ρ of the liquid crystal changes depending on the dielectric anisotropy of the liquid crystal. When the dielectric anisotropy Δε of the liquid crystal is 5 or less, the specific resistance ρ of the liquid crystal can be 10 14 or more. If the dielectric anisotropy of the liquid crystal is small, the
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。 As described above, by using the present invention, it is possible to reduce black unevenness, which is an irreversible phenomenon after long-term operation, and reversible residual DC that causes afterimages, and a liquid crystal display having excellent life characteristics. A device can be realized.
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。 In general, in the IPS system, an interface tilt with the substrate surface is not required in principle, unlike the vertical electric field system typified by the conventional TN system, and the viewing angle characteristics are better as the interface tilt angle is smaller. In particular, by setting the tilt angle to 1 degree or less, it is effective because the color change and the brightness change depending on the viewing angle of the liquid crystal display device can be made below the allowable limit. Therefore, the optical alignment that can make the interface tilt angle substantially 0 ° is an effective process in the IPS system.
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/cm2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。
The material having the
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。
When a liquid crystal display device is manufactured using the
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。
Such a problem can be reduced by using a material having a
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。
Further, by setting the dielectric anisotropy Δε of the liquid crystal to 5 or less as in the present invention, the possibility of taking the alignment film decomposition product into the liquid crystal can be reduced. Therefore, a phenomenon in which black unevenness is caused by the influence of the
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。
As described above, by using a material having a
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。 In the above embodiment, the IPS liquid crystal display device has been described. However, the present invention can be applied not only to the IPS system but also to a TN (Twisted Nematic) system or a VA (Vertical Alignment) system liquid crystal display device.
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。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記光配向膜用配向膜材料は化学式(1)の構造を有するポリアミド酸エステルであり、かつ、
前記ポリアミド酸エステルは、液晶が酸化防止剤を含み、かつ、液晶の誘電率異方性が5以下である液晶を有する液晶表示装置に使用されることを特徴とする光配向膜用配向膜材料。
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。 A TFT substrate having a photo-alignment film formed on a pixel electrode and a pixel having TFTs, a counter substrate facing the TFT substrate and having a photo-alignment film formed on a color filter, and photo-alignment of the TFT substrate An alignment film material for a photo-alignment film used in a liquid crystal display device in which a liquid crystal is sandwiched between a film and a photo-alignment film of the counter substrate,
The alignment film material for a photo-alignment film is a polyamic acid ester having a structure of the chemical formula (1), and
The polyamic acid ester is used for a liquid crystal display device having a liquid crystal in which the liquid crystal contains an antioxidant and the dielectric anisotropy of the liquid crystal is 5 or less. .
Here, R1 is each independently an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and R2 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, a phenyl group, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, An alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a vinyl group (— (CH 2) m —CH═CH 2, m = 0, 1, 2) or an acetyl group (— (CH 2) m —C≡CH, m = 0, 1, 2), Ar is an aromatic compound.
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