JP5439077B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関するものである。

液晶表示装置は、現在、最も幅広く使用されているフラットパネル表示装置の一つであって、画素電極及び共通電極など電界生成電極（ｆｉｅｌｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）が形成されている２枚の表示板と、その間に挿入されている液晶層とを含む。液晶表示装置は、電界生成電極に電圧を印加して液晶層に電界を生成し、これによって液晶層の液晶分子の配向を決定し、入射光の偏光を制御することによって、画像を表示する。

一方、２枚の表示板の内側には、液晶層の液晶分子を配向するための配向膜が形成されている。電界生成電極に電圧が加えられない場合、液晶層は配向膜によって一定の方向に配列されており、電界生成電極に電圧が加えられた場合、電界の方向によって液晶が回転する。

本発明の目的は、液晶表示装置の残像及び染みの発生を減らし、かつ、安定性を向上することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による液晶表示装置は、互いに対向する第１基板及び第２基板と、第１基板及び第２基板のうちの少なくとも一つの上に形成され、主配向物質と第１垂直発現基（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐ）を含む垂直光配向物質（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｐｈｏｔｐ−ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）とを含む配向膜と、第１基板と第２基板との間に介在している液晶と、を含む。

配向膜は、表面に向かうほど主配向物質のモル濃度に対する垂直光配向物質のモル濃度の比率が大きくなってもよい。

第１垂直発現基は、配向膜の表面から配向膜の厚さの約２０％の深さまで位置してもよい。

垂直光配向物質と主配向物質との重量比率は、約５：９５〜５０：５０であってもよい。また、垂直光配向物質と主配向物質との重量比率は、約１０：９０〜４０：６０であってもよい。

主配向物質は、第２垂直発現基を約５モル％濃度以下含んでもよい。

液晶のプレチルト角度は、約８０〜９０°であってもよい。

垂直光配向物質は、イミド基を約７５モル％濃度以上含んでもよい。

主配向物質は、イミド基を約５０〜８０モル％濃度含んでもよい。

垂直光配向物質は、第１側鎖及び第２側鎖を有するジアミン系化合物を含んでもよい。

第１垂直発現基は、炭素数が３乃至１０のアルキル基または炭素数が３乃至１０のアルコキシ基が置換されたアリル基、または炭素数が３乃至１０のアルキル基または炭素数が３乃至１０のアルコキシ基が置換されたシクロヘキシル基を含んでもよい。

第１基板上で互いに交差する第１信号線及び第２信号線と、第１信号線及び第２信号線と接続される薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタと接続される画素電極と、第２基板上に形成される共通電極と、をさらに含んでもよい。

画素電極は、互いに分離されている第１副画素電極と第２副画素電極とを含んでもよい。

第２副画素電極は、第１副画素電極の上部に配置される第１電極部と、第１副画素電極の下部に配置され、第１副画素電極と接続される第２電極部と、第１副画素電極の左右に配置されて第１電極部と第２電極部とを接続する複数の接続部と、を含んでもよい。

液晶は、負の誘電率異方性を有し、第１基板及び第２基板に対して垂直に配向されてもよい。

本発明の一実施形態による液晶表示装置の製造方法は、第１基板及び第２基板のうちの少なくとも一つの上に主配向物質及び第１垂直発現基を含む垂直光配向物質の混合物を塗布し、塗布された混合物の上に紫外線を照射して配向膜を形成し、配向膜の上に液晶を形成し、第１基板と第２基板とを結合すること、を含む。

紫外線を２つ以上の方向に照射することによって、液晶のプレチルト角の方向が互いに異なるマルチドメインを形成してもよい。

本発明の一実施形態による液晶表示装置は、垂直光配向物質と主配向物質とを両方含み、ラビング工程なしに紫外線の照射のみによって形成される配向膜を含むことによって、残像及び染みの発生を減らす。

本発明の一実施形態による液晶表示装置における一画素に対する等価回路図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置における画素電極の配置図である。 図２に示した画素電極を含む液晶表示装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った概略的な断面図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置の配置図である。 図４の液晶表示装置の蓄積電極線を分離して示す配置図である。 図４の液晶表示装置における画素電極上の液晶配向方向を示す配置図である。 図４の液晶表示装置のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による配向膜を概念的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による配向膜を概念的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による配向膜をＴＯＦ−ＳＩＭＳ方法によって分析したグラフである。 本発明の一実施形態による配向膜をＴＯＦ−ＳＩＭＳ方法によって分析したグラフである。 本発明の一実施形態による配向膜を利用した液晶表示装置の染みの程度と残像の程度とを示すグラフである。 本発明の一実施形態による配向膜を利用した液晶表示装置の残像の程度を示すグラフである。

図面を参照しながら、本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は種々の異なる形態で実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために、説明上不必要な部分は省略し、明細書の全体にわたって同一または類似する構成要素に対しては同一の図面符号を付けた。また、広く知られている公知技術の場合、その具体的な説明は省略する。

図面において、種々の層及び領域を明確に表すために厚さを拡大して示した。明細書の全体にわたって類似する部分については同一の図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上”にあるとするとき、これは他の部分の“すぐ上”にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の“すぐ上”にあるとするときには、中間に他の部分がないことを意味する。逆に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“下”にあるとするとき、これは他の部分の“すぐ下”にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の“すぐ下”にあるとするときには、中間に他の部分がないことを意味する。

［実施形態］
図１は、本発明の一実施形態による液晶表示装置における一画素に対する等価回路図であり、図２は、本発明の一実施形態による液晶表示装置における画素電極の配置図であり、図３は、図２に示した画素電極を含む液晶表示装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った概略的な断面図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による液晶表示装置は、複数の信号線１２１、１３１、１７１ａ、１７１ｂ、及びこれに接続される画素ＰＸを含む。

図２及び図３を参照すると、本実施形態による液晶表示装置は、互いに対向する下部表示板１００及び上部表示板２００、及びその間に挿入されている液晶層３を含む。下部表示板１００には画素電極１９１が形成され、上部表示板２００には共通電極２７０が形成される。

画素電極１９１及び共通電極２７０の上にはそれぞれ配向膜１１、２１が形成される。配向膜１１、２１の詳細については後述する。

画素電極１９１は、互いに分離された第１副画素電極１９１ａ及び第２副画素電極１９１ｂを含む。

信号線１２１、１３１、１７１ａ、１７１ｂは、下部表示板１００に形成されており、ゲート信号を伝達するゲート線１２１、データ電圧を伝達する一対のデータ線１７１ａ、１７１ｂ、及び蓄積電圧が印加される蓄積電極線１３１を含む。データ線は、１画素につき１つとしてもよい。また、蓄積電極線１３１は省略可能である。

各画素ＰＸは、一対の副画素ＰＸａ、ＰＸｂを含み、各副画素ＰＸａ、ＰＸｂは、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂ、液晶キャパシタＣｌｃａ、Ｃｌｃｂ、及びストレージキャパシタＣｓｔａ、Ｃｓｔｂをそれぞれ含む。

スイッチング素子Ｑａ／Ｑｂは、下部表示板１００に備えられる三端子素子であって、ゲート電極はゲート線１２１と接続され、ソース電極はデータ線１７１ａ／１７１ｂと接続され、ドレイン電極は液晶キャパシタＣｌｃａ／Ｃｌｃｂ及びストレージキャパシタＣｓｔａ／Ｃｓｔｂと接続される。

液晶キャパシタＣｌｃａ／Ｃｌｃｂは、それぞれ、下部表示板１００の副画素電極１９１ａ／１９１ｂと、上部表示板２００の共通電極２７０とを２つの端子とし、２つの電極１９１ａ／１９１ｂと２７０との間の液晶層３は誘電体として機能する。副画素電極１９１ａ／１９１ｂはスイッチング素子Ｑａ／Ｑｂと接続され、共通電極２７０は上部表示板２００の全面に形成され、共通電圧Ｖｃｏｍの印加を受ける。

液晶キャパシタＣｌｃａ／Ｃｌｃｂの補助的な役割を果たすストレージキャパシタＣｓｔａ／Ｃｓｔｂは、下部表示板１００に具備された蓄積電極線１３１と画素電極１９１ａ／１９１ｂとが絶縁体を介在してオーバーラップすることにより形成される。ストレージキャパシタＣｓｔａ／Ｃｓｔｂは、必要に応じて省略されてもよい。

図２を参照すると、画素電極１９１は縦方向に向かって長い長方形であり、第１副画素電極１９１ａは第２副画素電極１９１ｂに取り囲まれる。

第１副画素電極１９１ａは、縦方向に長い実質的に同一の２つの長方形を横方向にくっつけた形状であり、２つの長方形を正確にくっつけるとほぼ正四角形になる。ここで、縦方向はデータ線１７１とほぼ平行な方向であり、横方向はゲート線１２１とほぼ平行な方向である。しかし、第１副画素電極１９１ａの横と縦の長さの比は、これとは異なってもよい。

図２において、第２副画素電極１９１ｂは、ほぼ一定の幅の間隙９１を間において第１副画素電極１９１ａを取り囲んでおり、第１副画素電極１９１ａの上側に位置する上部電極部１９１ｂ１と下側に位置する下部電極部１９１ｂ２、この２つを第１副画素電極１９１ａの左右で接続する接続部１９１ｂ１２を含む。

第２副画素電極１９１ｂは第１副画素電極１９１ａより大きく、第１副画素電極１９１ａと第２副画素電極１９１ｂとの縦の長さの比を調節することによって所望の面積比とすることができる。例えば、第２副画素電極１９１ｂの面積が第１副画素電極１９１ａ面積のほぼ２倍であってもよく、この場合、第１副画素電極１９１ａ、上部電極部１９１ｂ１、及び下部電極部１９１ｂ２がいずれも実質的に同一の面積を有してもよい。

液晶層３は、負の誘電率異方性を有し、垂直に配向されている。基板１１０、２１０の外側面にはそれぞれ偏光子（図示せず）が取り付けられてもよく、偏光子の偏光軸は互いにほぼ直交し、横方向及び縦方向に対して約４５°傾斜してもよい。

液晶層３に電界がないとき、つまり、画素電極１９１と共通電極２７０との間に電圧差がないとき、液晶分子３１は、配向膜１１、２１の表面に対し、ほぼ垂直であるか、または垂直に若干傾斜した状態であってもよい。

画素電極１９１と共通電極２７０との間に電位差が生じると、表示板１００、２００の面にほぼ垂直である電界が液晶層３に生成される。（以下、画素電極１９１及び共通電極２７０を共に“電界生成電極（ｆｉｅｌｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）”という。）そうすると、液晶層３の液晶分子３１は電界に応答して、その長軸が電界の方向にほぼ垂直をなすように傾斜し、液晶分子３１が傾いた程度によって液晶層３に入射した光の偏光の変更程度が変わる。このような偏光の変化は、偏光子によって透過率の変化として現れ、これによって液晶表示装置は画像を表示する。

液晶分子３１が傾斜する方向は配向膜１１、２１の特性によって変わり、例えば、配向膜１１、２１に偏光方向の異なる紫外線を照射したり、それらを傾斜するように照射することにより、液晶分子３１の傾斜方向を決定することができる。

画素電極１９１の上にある液晶層３部分は、液晶分子３１が傾斜する方向によって、左上Ｄ１、右上Ｄ２、右下Ｄ３、及び左下Ｄ４の４つ領域に区画される。これら領域Ｄ１〜Ｄ４は、画素電極１９１の横中心線と縦中心線とを境界とし、ほぼ大きさが同一である。このとき、横方向及び縦方向に隣接した領域Ｄ１〜Ｄ４にある液晶分子３１の傾斜方向は互いに約９０°をなし、対角線に沿って隣接した領域にある液晶分子３１の傾斜方向はほぼ互いに反対である。

図２において、矢印は液晶分子３１の傾斜方向を示し、左上領域Ｄ１では右上方向に、右上領域Ｄ２では右下方向に、右下領域Ｄ３では左下方向に、左下領域Ｄ４では左上方向に傾斜する。

しかし、これら４つの領域Ｄ１〜Ｄ４の傾斜方向はこれらに限定されず、色々な形態があり得る。また、液晶分子３１の傾斜方向が４つでなく、これらより多いか、または少なくてもよい。液晶分子の傾斜方向を多様にすれば、液晶表示装置の基準視野角が大きくなる。

一方、第１副画素電極１９１ａと第２副画素電極１９１ｂとには互いに異なる電圧が印加されるが、共通電圧Ｖｃｏｍを基準とすると、第１副画素電極１９１ａの相対電圧（relative voltage）は第２副画素電極１９１ｂの相対電圧よりも一般に大きい。液晶分子が傾く角度は電界の強さにより変わるが、第１副画素電極１９１ａの電圧と第２副画素電極１９１ｂの電圧とが異なるので、２つの副画素電極１９１ａ、１９１ｂの上にある液晶分子３１の傾斜角度は、互いに異なる。

したがって、液晶層３の各領域Ｄ１〜Ｄ４は、第１副画素電極１９１ａ上の第１副領域Ｄ１ａ、Ｄ２ａ、Ｄ３ａ、Ｄ４ａと、第２副画素電極１９１ｂ上の第２副領域Ｄ１ｂ、Ｄ２ｂ、Ｄ３ｂ、Ｄ４ｂと、に区画される。第１副画素電極１９１ａの相対電圧が高いので、図３に示したように、第１副領域Ｄ１ａ〜Ｄ４ａの液晶分子３１が第２副領域Ｄ１ｂ〜Ｄ４ｂの液晶分子３１よりもさらに大きく傾く。

このようになると、２つの副画素ＰＸａ、ＰＸｂの輝度が互いに異なるようになり、これらの輝度の合計が画素ＰＸの輝度となる。したがって、２つの副画素電極１９１ａ、１９１ｂに印加された電圧は、画素ＰＸの輝度が所望の階調値を達成しなければならない。つまり、２つの副画素電極１９１ａ、１９１ｂに印加された電圧は、１つの画素ＰＸに対する映像信号から分岐されたものである。

一方、第１副画素電極１９１ａの電圧と第２副画素電極１９１ｂの電圧とを適切に制御すれば、側面から見る画像を正面で見る映像に最大限近くすることができ、これによって側面視認性を向上することができる。

以下、本発明の他の実施形態による液晶表示装置について、図４乃至図７を参照して詳細に説明する。

図４は、本発明の一実施形態による液晶表示装置の配置図であり、図５は、図４の液晶表示装置から蓄積電極線を分離して示す配置図であり、図６は、図４の液晶表示装置における画素電極上の液晶配向方向を示す配置図であり、図７は、図４の液晶表示装置のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。

図４乃至図７を参照すると、本実施形態による液晶表示装置は、下部表示板（薄膜トランジスタ表示板）１００、上部表示板（共通電極表示板）２００、及び液晶層３を含む。

まず、薄膜トランジスタ表示板１００について説明する。絶縁基板１１０の上に、ゲート線１２１及び蓄積電極線１３１を含むゲート導電体が形成される。ゲート線１２１は、主に横方向にのび、上に突出した第１ゲート電極１２４ａ及び第２ゲート電極１２４ｂと、幅が広い端部１２９とを含む。

蓄積電極線１３１は、主に横方向にのび、２つのゲート線１２１の間に位置する。図５を参照すると、蓄積電極線１３１は、開放された四角形の帯状の蓄積電極１３７と、これに接続される接続部１３６とを含む。蓄積電極１３７は、横電極１３３、１３４ａ、１３４ｂ及び縦電極１３５を含み、横電極１３３、１３４ａ、１３４ｂは縦電極１３５より幅が広い。横電極１３３、１３４ａ、１３４ｂは、上部電極１３３、右下部電極１３４ａ、及び左下部電極１３４ｂを含む。上部電極１３３の一端と、右下部電極１３４ａの一端とが一つの縦電極１３５に接続されており、上部電極１３３の他端と左下部電極１３４ｂの一端とは他の縦電極１３５に接続されている。右下部電極１３４ａの他端と左下部電極１３４ｂの他端とは、互いに離隔して開放された四角形状を作る。接続部１３６は、縦電極１３５のほぼ中央に接続されている。

ゲート導電体１２１、１３１の上にはゲート絶縁膜１４０が形成される。ゲート絶縁膜１４０の上には、第１線状半導体１５１ａ及び第２線状半導体１５１ｂ（図面には１５１ａは図示し、１５１ｂは図示しないが、便宜上、１５１ｂと符号を付与する）が形成される。第１線状半導体１５１ａ／第２線状半導体１５１ｂは、主に縦方向にのび、第１ゲート電極１２４ａ／第２ゲート電極１２４ｂに向かって延びた第１突出部１５４ａ／第２突出部１５４ｂを含む。

第１線状半導体１５１ａの上には、第１線状オーミックコンタクト部材１６１ａ及び第１島型オーミックコンタクト部材１６５ａが形成される。第１線状オーミックコンタクト部材１６１ａは突出部１６３ａを含み、第１突出部１６３ａと第１島型オーミックコンタクト部材１６５ａとは対を成して第１突出部１５４ａの上で対向する。

第２線状半導体１５１ｂの上には、第２線状オーミックコンタクト部材（図示せず）及び第２島型オーミックコンタクト部材（図示せず）が形成される。第２線状オーミックコンタクト部材も突出部（図示せず）を含み、この突出部と第２島型オーミックコンタクト部材とは対を成して第２突出部１５４ｂの上で対向する。

第１線状オーミックコンタクト部材１６１ａの上には第１データ線１７１ａが形成され、第１島型オーミックコンタクト部材１６５ａの上には第１ドレイン電極１７５ａが形成される。第２線状オーミックコンタクト部材の上には第２データ線１７１ｂが形成され、第２島型オーミックコンタクト部材の上には第２ドレイン電極１７５ｂが形成される。

第１データ線１７１ａ及び第２データ線１７１ｂは、主に縦方向に延び、ゲート線１２１及び蓄積電極線１３１の接続部１３６と交差する。第１データ線１７１ａ／第２データ線１７１ｂは、第１ゲート電極１２４ａ／第２ゲート電極１２４ｂに向かって延びた第１ソース電極１７３ａ／第２ソース電極１７３ｂと広い端部１７９ａ、１７９ｂとを含む。

第１ドレイン電極１７５ａ／第２ドレイン電極１７５ｂは、第１ゲート電極１２４ａ／第２ゲート電極１２４ｂの上で第１ソース電極１７３ａ／第２ソース電極１７３ｂの曲がった部分によって一部取り囲まれた一端部を始点として上に延長される。

第１オーミックコンタクト部材１６１ａ、１６５ａは、その下の第１半導体１５１ａと、その上の第１データ線１７１ａ及び第１ドレイン電極１７５ａとの間にだけ存在し、これらの間の接触抵抗を低くする。第２オーミックコンタクト部材は、その下の第２半導体１５１ｂと、その上の第２データ線１７１ｂ及び第２ドレイン電極１７５ｂとの間にだけ存在し、これらの間の接触抵抗を低くする。第１線状半導体１５１ａは、第１データ線１７１ａ、第１ドレイン電極１７５ａ、及び第１オーミックコンタクト部材１６１ａ、１６５ａと実質的に同一の平面形状である。第２線状半導体１５１ｂは、第２データ線１７１ｂ、第２ドレイン電極１７５ｂ、及び第２オーミックコンタクト部材と実質的に同一の平面形状である。しかし、半導体１５１ａ、１５１ｂには、ソース電極１７３ａ、１７３ｂとドレイン電極１７５ａ、１７５ｂとの間をはじめとして、データ線１７１ａ、１７１ｂ及びドレイン電極１７５ａ、１７５ｂによって覆われずに露出した部分がある。

第１データ線１７１ａ及び第２データ線１７１ｂ、第１ドレイン電極１７５ａ及び第２ドレイン電極１７５ｂ、及び露出した半導体１５１ａ、１５４ｂ部分の上には保護膜１８０が形成される。保護膜１８０は、窒化ケイ素や酸化ケイ素などの無機絶縁物からなる下部膜１８０ｐと上部膜１８０ｑとを含む。下部膜１８０ｐ及び上部膜１８０ｑのうちの少なくとも一つは省略してもよい。

保護膜１８０には、データ線１７１ａ、１７１ｂの端部１７９ａ、１７９ｂを露出するコンタクトホール１８２ａ、１８２ｂと、ドレイン電極１７５ａ、１７５ｂの広い端部を露出するコンタクトホール１８５ａ、１８５ｂとが形成され、保護膜１８０とゲート絶縁膜１４０とにはゲート線１２１の端部１２９を露出する複数のコンタクトホール１８１が形成される。

下部膜１８０ｐと上部膜１８０ｑとの間には、カラーフィルタ２３０が形成される。

カラーフィルタ２３０にはコンタクトホール１８５ａ、１８５ｂに対応する貫通孔２３５ａ、２３５ｂが形成され、貫通孔２３５ａ、２３５ｂはコンタクトホール１８５ａ、１８５ｂより大きい。カラーフィルタ２３０には、また、徳咳電極１３７の上に位置した複数の開口部２３３ａ、２３３ｂ、２３４ａ、２３４ｂが形成される。開口部２３３ａ、２３３ｂは、上部電極１３３の上に位置し、開口部２３４ａ、２３４ｂはそれぞれ右下部電極１３４ａ及び左下部電極１３４ｂの上に位置する。

保護膜１８０の上部膜１８０ｑの上には、画素電極１９１及び複数の接触補助部材８１、８２が形成される。

図４に示したように、本実施形態による画素電極１９１は、図２に示した画素電極１９１と実質的に同一の形状を有する。簡単に説明すると、画素電極１９１は間隙９１を間に置いて、第１副画素電極１９１ａと第２副画素電極１９１ｂとを含む。

第１副画素電極１９１ａと第２副画素電極１９１ｂとの間の間隙９１は、蓄積電極１３７とオーバーラップする。蓄積電極１３７は、第１副画素電極１９１ａと第２副画素電極１９１ｂとの間の光漏れを防止すると共に、光配向によって発生する不要のテクスチャ（ｔｅｘｔｕｒｅ）を防止する。光配向によるテクスチャは、間隙９１を中心にして液晶分子が傾く方向に発生する。例えば、テクスチャが発生する位置は、図６を参照すると、第１副画素電極１９１ａの左上部分及び右下部分、第２副画素電極１９１ｂの上半部の右下部分及び下半部の左上部分である。したがって、第１副画素電極１９１ａの左半部を上に上げ、右半部を下に下げれば、第１副画素電極１９１ａのテクスチャ発生領域と第２副画素電極１９１ｂのテクスチャ発生領域とが一直線上にある。これによって、簡単で、かつ面積の小さい蓄積電極１３７でテクスチャの発生領域を効果的に覆うことができる。

画素電極１９１は、また、蓄積持電極１３７とオーバーラップしてストレージキャパシタを形成する。つまり、第１副画素電極１９１ａは上部電極１３３及び右下部電極１３４ａとオーバーラップしてストレージキャパシタＣｓｔａを形成し、第２副画素電極１９１ｂは上部電極１３３及び左下部電極１３４ａとオーバーラップしてストレージキャパシタＣｓｔｂ（図示せず）を形成する。このとき、カラーフィルタ２３０の開口部２３３ａ、２３４ａでは、画素電極１９１と蓄積電極１３７とが保護膜１８０だけを介在してオーバーラップするので、ストレージキャパシタの静電容量が大きくなる。

第１ゲート電極１２４ａ／第２ゲート電極１２４ｂ、第１線状半導体１５１ａ／第２線状半導体１５１ｂの第１突出部１５４ａ／第２突出部１５４ｂ、第１ソース電極１７３ａ／第２ソース電極１７３ｂ、及び第１ドレイン電極１７５ａ／第２ドレイン電極１７５ｂは、第１薄膜トランジスタＱａ／第２薄膜トランジスタＱｂを形成する。第１ドレイン電極１７５ａ／第２ドレイン電極１７５ｂは、コンタクトホール１８５ａ／１８５ｂによって第１副画素電極１９１ａ／第２副画素電極１９１ｂと接続されている。

接触補助部材８１、８２ａ、８２ｂは、コンタクトホール１８１、１８２によってゲート線１２１の端部１２９とデータ線１７１の端部１７９ａ、１７９ｂとにそれぞれ接続される。接触補助部材８１、８２ａ、８２ｂは、ゲート線１２１の端部１２９、またはデータ線１７１の端部１７９ａ、１７９ｂと、駆動集積回路のような外部装置との接着性を補完し、これらを保護する。接触補助部材８１、８２ａ、８２ｂは省略されてもよく、この場合、ゲート線１２１、データ線１７１、及び蓄積電極線１３１は、それぞれ薄膜トランジスタ表示板１００に内蔵された駆動回路と直接接続されてもよい。

次に、共通電極表示板２００について説明する。

絶縁基板２１０の上に複数の遮光部材２２０が形成され、遮光部材２２０の上には平坦化膜２５０が形成され、平坦化膜２５０の上には共通電極２７０が形成される。薄膜トランジスタ表示板１００と共通電極表示板２００とが対向する面にはそれぞれ配向膜１１、２１が形成される。配向膜１１、２１に対する詳細は後述する。

以下、本発明の一実施形態による配向膜１１、２１について、図７乃至図９を参照して詳細に説明する。

図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の一実施形態による配向膜を概念的に示す断面図であり、図９は、本発明の一実施形態による配向膜をＴＯＦ−ＳＩＭＳ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）方法によって分析したグラフである。

配向膜１１、２１は、側鎖に垂直発現基（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐ）１９が含まれている垂直光配向物質１７とＶＡ（ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、またはＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄｎｅｍａｔｉｃ）モードなどに一般的に使用される主配向物質１８との混合物を含む。このとき、図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、垂直光配向物質１７と主配向物質１８とは、ミクロ相分離（ＭＰＳ：ｍｉｃｒｏ ｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）状態にある。配向膜１１、２１のミクロ相分離構造は、垂直光配向物質１７と主配向物質１８とを混合して、混合物を画素電極１９１と共通電極２７０との上に塗布し、硬化させたときに発生する構造である。次に、ミクロ相分離構造が形成された配向膜１１、２１に紫外線を照射すると、光反応基の反応によって最終的に配向膜１１、２１が形成される。このとき、配向膜１１、２１内部には紫外線の照射による副産物（ｓｉｄｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ）の生成が少ないため、液晶表示装置の残像が減少する。また、配向膜１１、２１は、別途のラビング工程なしに紫外線の照射によってのみ形成されるので、工程原価が節減され、また、生産速度も増す。垂直光配向物質１７は液晶層３に近い表面側に主に形成され、主配向物質１８は基板１１０、２１０に近い側に主に形成される。したがって、配向膜１１、２１は、液晶層３に近い表面に向かうほど、主配向物質１８のモル濃度に対する垂直光配向物質１７のモル濃度の比率が大きくなる。このとき、垂直光配向物質１７に含まれる垂直発現基１９（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐ）は、配向膜の表面から配向膜の全体の厚さのほぼ２０％に相当する深さまで存在してもよく、この場合、ミクロ分離構造がさらに鮮明に形成される。

垂直光配向物質１７は、重量平均分子量が約１，０００〜１，０００，０００程度の高分子物質であって、主鎖（ｍａｉｎ ｃｈａｉｎ）に柔軟基（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐ）、熱可塑性作用基（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐ）、光反応基（ｐｈｏｔｏ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｇｒｏｕｐ）、垂直発現基などを含む側鎖（ｓｉｄｅ ｃｈａｉｎ）が少なくとも一つ以上結合した化合物である。このとき、主鎖は、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリアミック酸（ｐｏｌｙａｍｉｃ ａｃｉｄ）、ポリアミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ポリアミックイミド（ｐｏｌｙａｍｉｃｉｍｉｄｅ）、ポリエステル、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリスチレンなど様々な種類の化合物が一つ以上含まれる。また、主鎖がイミド基などの環構造を多く含むほど、主鎖の剛直性（ｒｉｇｉｄｉｔｙ）が強化される。したがって、液晶表示装置を長期間駆動したときに発生する染みが減少し、配向膜のプレチルト（ｐｒｅｔｉｌｔ）に対する安定性が強化される。なお、主鎖がイミド基などを約７５モル％濃度以上含むとき、染みがさらに減少し、配向膜のプレチルトに対する安定性がさらに強化される。また、ここでは、プレチルト角は約８０°〜９０°である。

柔軟基または熱可塑性作用基は、高分子主鎖に接続される側鎖が容易に配向されるように作用する官能基であり、炭素数が約３乃至２０の置換されたまたは置換されていないアルキル基、または約３乃至２０の置換されたまたは置換されていないアルコキシ基が含まれてもよい。

光反応基は、紫外線などの照射によって、光重合反応（ｐｈｏｔｏ ｄｉｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）または光異性化反応（ｐｈｏｔｏ ｉｓｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）を直接起こす官能基である。例えば、光反応基は、アゾ（ａｚｏ）系化合物、シンナマート（ｃｉｎｎａｍａｔｅ）系化合物、カルコン（ｃｈａｌｃｏｎｅ）系化合物、クマリン（ｃｏｕｍａｒｉｎ）系化合物、マレイミド（ｍａｌｅｉｍｉｄｅ）系化合物などを少なくとも１つ以上含んでもよい。

垂直発現基は、基板１１０、２２０と平行に位置した主鎖に対して垂直方向に側鎖全体を移動させるよう作用する官能基であり、炭素数が３乃至１０のアルキル基または炭素数が３乃至１０のアルコキシ基に置換されたアリル基、または炭素数が３乃至１０のアルキル基または炭素数が３乃至１０のアルコキシ基に置換されたシクロヘキシル基を含んでもよい。

垂直光配向物質１７は、柔軟基、光反応基、垂直発現基などの側差が結合しているジアミンなどの単量体が、酸無水物（ａｃｉｄ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ）などと共に高分子重合反応することによって製造できる。また、熱可塑性作用基、光反応基、垂直発現基などが結合している化合物を、前述したポリイミド、ポリアミック酸などに添加して製造することも可能である。この場合、熱可塑性作用基は高分子主鎖に直接結合されるため、側鎖は熱可塑性作用基、光反応基、垂直発現基などを含む。

主配向物質１８は、上述した高分子主鎖を含んでもよく、重量平均分子量は約１０，０００〜１，０００，０００であってもよい。主配向物質１８がイミド基などを約５０〜８０モル％濃度含むとき、液晶表示装置の染み及び残像がさらに減少する。主配向物質１８は、高分子の主鎖に結合された側鎖として、垂直発現基を約５モル％濃度以下含んでもよい。図１２は、主配向物質１８に含まれている垂直発現基のモル％に対する液晶表示装置の残像の程度を示すグラフである。図１２に示したように、主配向物質１８が垂直発現基を約５モル％濃度以下含有する場合、ミクロ相分離構造がさらに鮮明に形成されて、液晶表示装置の残像が減少する。さらに、主配向物質１８が垂直発現基を約２モル％濃度以下含有する場合、液晶表示装置の残像はさらに減少する。

垂直光配向物質１７と主配向物質１８とを混合した混合物の重量比率は、約５：９５〜５０：５０であってもよい。混合物における垂直光配向物質１７が約５０重量％以下である場合、電圧維持比率（ＶＨＲ：ｖｏｌｔａｇｅ ｈｏｌｄｉｎｇ ｒａｔｅ）が増加して液晶表示装置の残像を減少させることができる。混合物における垂直光配向物質１７が約５重量％以上である場合、プレチルトの均一性が維持されて、液晶表示装置の染みを減少させることができる。なお、垂直光配向物質１７と主配向物質１８とが約１０：９０〜４０：６０の重量比率で混合された場合、液晶表示装置の残像及び染みをさらに減少させることができる。

図１１は、垂直光配向物質１７の重量％に対する残像及び染みの程度を示すグラフであり、このグラフから、混合物における垂直光配向物質１７が約１０〜４０重量％である場合、液晶表示装置の残像及び染みがさらに減少することが分かる。さらに、垂直光配向物質１７が少なく混合されるほど、光反応基が少なくなるため、不必要な副産物がさらに少なく生成される。これによって、液晶表示装置の残像が減少し、反応効率が高くなる。また、垂直光配向物質１７が少なく混合されるほど、工程原価が節減される。

垂直光配向物質１７及び主配向物質１８の表面張力は、それぞれ約２５〜６５ｄｙｎｅ／ｃｍである。垂直光配向物質１７の表面張力は、主配向物質１８の表面張力と同一であるか、または小さくてもよく、この場合、ミクロ相分離構造がさらに鮮明に形成される。

図９のグラフは、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ方法に基づいて示したものであって、このとき使用された配向膜の構成は次の通りである。

この実施形態における垂直光配向物質１７は、フッ素（Ｆ）、アリル（ａｒｙｌ）基及びシンナマート（ｃｉｎｎａｍａｔｅ）を各々含む側鎖を２つ含むジアミンと酸二無水物（ａｃｉｄ ｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ）とを重合することにより生成された。このとき、垂直光配向物質１７は、２０重量％である。ここでは、フッ素（Ｆ）は、垂直光配向物質１７を検出するためのインジケータとしての役割を果たす。主配向物質１８としては、垂直発現基を含まないポリイミドが８０重量％使用された。基板上にＩＴＯ薄膜を形成し、ＩＴＯの上に垂直光配向物質１７と主配向物質１８との混合物を印刷した。次に、混合物が硬化した後、線偏光された紫外線を照射して、厚さ約１００ｎｍの配向膜を形成した。

図９に示すように、垂直発現基に含まれたフッ素（Ｆ）の強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）は、非常に短時間の間に急激に減少し、測定の結果、表面から約９，１ｎｍ深さからフッ素が存在しなかった。したがって、垂直光配向物質１７は表面から約９％まで形成され、主配向物質１８は垂直光配向物質１７の下部に形成されていたため、ミクロ相分離構造が鮮明に形成されたことが分かる。また、この配向膜を含む液晶表示装置を駆動した結果、線残像及び面残像は殆どなかった。

図１０のグラフは、ＴＯＦ−ＳＩＭＳの方法に基づいて示したものであって、このとき使用された配向膜の構成は、垂直光配向物質１７が約１０重量％、主配向物質１８が約９０重量％であることを除いては、前述した図９に使用された配向膜と同一である。この場合、表面からほぼ４，２ｎｍの深さでフッ素が存在せず、この配向膜を含む液晶表示装置を駆動した結果、線残像及び面残像は殆どなかった。

以下、本発明の一実施形態による液晶表示装置の製造方法について詳細に説明する。ただし、前述した液晶表示装置の説明と重複する説明は省略する。

基板１１０の上に、ゲート電極１２４ａ、１２４ｂ、ソース電極１７３ａ、１７３ｂ、ドレイン電極１７５ａ、１７５ｂ、及び半導体１５４ａ、１５４ｂなどを含む薄膜トランジスタを形成する。薄膜トランジスタの上に下部膜１８０ｐと上部膜１８０ｑとを形成する。下部膜１８０ｐと上部膜１８０ｑとの間にカラーフィルタ２３０を形成する。上部膜１８０ｑの上に画素電極１９１ａ、１９１ｂと接触補助部材８１、８２とを形成する。

画素電極１９１ａ、１９１ｂと接触補助部材８１、８２との上に、垂直光配向物質１７と主配向物質１８との混合物をインクジェット方式などによって印刷した後、この混合物を硬化させる。このとき、硬化は２段階で進められる。約７０〜８０度の温度で約２〜３分間の予備硬化（ｐｒｅ−ｂａｋｅ）工程によって溶媒を除去した後、約２１０度以上の温度で約１０〜２０分間の硬化工程を行って、ミクロ相分離構造を形成する。このとき、垂直光配向物質１７は上部に、主配向物質１８は下部に形成される。

次に、基板１１０に対して、垂直方向に、または傾いた方向から紫外線を基板１１０に照射する。このとき、配向膜１１を形成するための別途のラビング工程を必要としないため、生産速度が増加し、工程原価が節減される。また、マスクを利用して紫外線の照射方向を異なるようにすることで、プレチルトの方向が異なるマルチドメイン（ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ）を形成することができる。このとき、紫外線は、部分偏光された紫外線であってもよく、または線偏光された紫外線であってもよい。紫外線の波長は、約２７０〜３６０ｎｍであってもよく、そのエネルギーは約１０〜５０００ｍＪであってもよい。

次に、配向膜１１上に液晶層３を形成する。一方、基板２１０の上に遮光部材２２０、オーバーコート２５０、共通電極２７０を順次に形成する。次に、共通電極２７０の上に配向膜２１を前述した配向膜１１を形成する方法と同様に形成する。

次に、基板２１０の上に形成された配向膜２１が液晶層３と接触するように基板２１０を配置し、２つの基板１１０、２１０を結合する。しかし、前述とは異なり、液晶層３は基板２１０の配向膜２１上に形成されてもよく、この場合、基板１１０に形成された配向膜１１が液晶層３と接触するように基板２１０を配置し、２つの基板１１０、２１０を結合する。

薄膜トランジスタ及び電極を形成する方法は、通常の薄膜形成方法である薄膜蒸着、フォトエッチングによるパターニングなどの方法を用いることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれらに限定されず、請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の種々の変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。

３ 液晶層
１１、２１ 配向膜
１７ 垂直光配向物質
１８ 主配向物質
１１０、２１０ 基板
１９１ 画素電極
２７０ 共通電極

Claims (8)

1. 互いに対向する第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板及び前記第２基板のうちの少なくとも一つの上に形成され、光反応物質ではない主配向物質と第１垂直発現基及び光反応基を含む垂直光配向物質とを含む配向膜と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に介在する液晶層と、
   を含み、
   前記垂直光配向物質と前記主配向物質とはミクロ相分離状態にあり、前記光反応基はミクロ相分離状態で前記配向膜に照射された光と反応し、
   前記配向膜の表面に向かうほど主配向物質のモル濃度に対する垂直光配向物質のモル濃度の比率が大きくなり、
   前記第１垂直発現基は、前記配向膜の表面から前記配向膜の厚さの２０％の深さまで位置することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記垂直光配向物質と前記主配向物質との重量比率は、約５：９５〜約５０：５０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。
3. 前記垂直光配向物質と前記主配向物質との重量比率は、約１０：９０〜約４０：６０であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記主配向物質は、第２垂直発現基を５モル％濃度以下含むことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶のプレチルト角度は、約８０°〜約９０°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。
6. 前記垂直光配向物質は、イミド基を約７５モル％濃度以上含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記主配向物質は、イミド基を約５０〜約８０モル％濃度含むことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記垂直光配向物質は、第１側鎖及び第２側鎖を有するジアミン系化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。