JP5537345B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は，液晶表示装置に係り，特に配向膜に光の照射で配向制御能を付与した液晶表示パネルを具備した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。

液晶表示装置に使用する配向膜を配向処理すなわち配向制御能を付与する方法として，従来技術としてラビングで処理する方法がある。このラビングによる配向処理は，配向膜を布で擦ることで配向処理を行うものであるが、一方，配向膜に非接触で配向制御能を付与する光配向法という手法がある。ＩＰＳ方式はプレティルト角が小さいほうが性能的には優れているので、光配向法が有利である。

「特許文献１」には配向膜を２層構造にして、液晶層と接する層には、光配向性に優れたポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドとし、下層には電荷を逃がすために、低抵抗化し易いポリアミド酸を前駆体とするポリイミドを使用することが記載されている。

「特許文献２」には、配向膜を２層構造にして、液晶層と接する層には、光配向性に優れたポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドとし、下層には、光によって分解せず、機械的な強度が強い、シクロブタンを有しないポリアミド酸を前駆体とするポリイミドを使用することが記載されている。「特許文献２」によれば、下層の配向膜の機械的な強度が大きいために、光配向において、配向安定性を高く維持することが出来る。

特開２０１０−０７２０１１号公報 特願２０１０−０３２４４３号公報

液晶表示装置では、同じパターンを長時間表示していると、そのパターンが画面に焼きつくという現象がある。例えば、図８に示すように、白と黒にチェッカーフラグパターンを１００時間程表示する。このとき、チェッカーフラグパターンにおける白は最大輝度となっている。その後、画面全体を例えば３１階調／２５６階調のグレイパターンにするとチェッカーフラグパターンが残像として残る。白を表示した部分と黒を表示した部分の輝度の変化率が１％以上あると、人間の眼は残像として認識することが出来る。この現象にはＤＣ残像と呼ばれる残像が含まれている。

これは、映像を切り換えても配向膜や絶縁膜に前のパターンによる電荷が残るためであり、時間と共にこの電荷は消失する。しがって、時間が経過すると、このＤＣ残像は消える。しかし、ＤＣ残像が存在すると画質を低下させるので、ＤＣ残像は早く消失させることが望ましい。

「特許文献１」では、ＩＰＳ方式において、配向膜を２層にし、下層に低抵抗の層を配置することによって、配向膜全体の電気抵抗を下げ、配向膜に蓄積された電荷の解消を早めている。この時、下層に光導電性をもたせると、より効率的に電荷を逃がすことが出来ると記載されている。図９は、この効果を示す図であり、点線で示すＢは配向膜の電気抵抗が高い場合の残像の変化を示す図であり、実線Ａは下層膜の電気抵抗が低い場合の残像の変化を示す図である。図９に示すように、下層膜の電気抵抗が低いと早期に残像が消失する。

ところが、残像が早期に消失した後、新たに残像が生ずる現象が現れた。以後これを第２のＤＣ残像という。図１０にこの現象を示す。図１０は４個のサンプルについての残像を評価した図である。図１０は図８に示すチェッカーフラグパターンを１００時間表示し、その後、３１階調／２５６階調のグレイパターンを表示した場合に画面に残る残像のレベルを評価したものである。

図１０の横軸はチェッカーフラグパターンを１００時間表示後、グレイパターンに切り換えてからの時間ｔである。縦軸ＭＤは、チェッカーフラグパターンにおいて、白だった部分と黒だった部分の輝度の変化率である。図１０において、輝度変化率が１％程度以下になると残像が消失したと考えてよい。図１０に示すように、４個のサンプルとも、１５分程度で、輝度の変化率が１％程度以下となり、一旦残像が消失する。

しかし、その後、図１０に示すように、残像が再び生ずる現象を生じた。この第２のＤＣ残像の発生は３０分を過ぎて生じ、３００分くらいまで強度が増す。このような第２のＤＣ残像は２４０分〜４８０分程度で特に強くなる。この第２のＤＣ残像は、チェッカーフラッグの表示時間が１００時間でなくても、１０時間程度以上であれば生ずることが分かっている。本発明の課題は、このような第２のＤＣ残像の発生を対策するものである。

本発明は上記課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。すなわち、液晶を配向させる配向膜を上層と下層の２層構造とする。液晶と接する上層を光配向膜とし、ポリアミド酸エステルを前駆体として形成する。下層は上層よりも電気抵抗が低いが、光導電特性も小さいものとする。下層は、ＰＭＤＡを原料とするポリアミド酸を用いず、スルホン酸基またはカルボキシル基を含むポリアミド酸を前駆体として形成する。スルホン酸基もカルボキシル基も含まない場合には、対向電極と画素電極の間に存在する層間絶縁膜の厚さを７７０ｎｍ以上とする。

本発明によれば、最初のＤＣ残像が生じた後、第２のＤＣ残像が生ずることを防止することが出来るので、高画質の液晶表示装置を実現することが出来る。

ＩＰＳ方式の液晶表示装置の断面図である。 図１の画素の平面図である。 本発明による配向膜の構成を示す斜視図である。 画素付近の等価回路である。 ＤＣ輝度緩和時定数の説明図である。 下層配向膜の製造プロセスである。 本発明の効果を示す表である。 ＤＣ残像の検査パターンである。 ＤＣ残像の変化を示す図である。 残像の評価結果である。 第２の残像発生のメカニズムを示す断面模式図である。 第２の残像発生のメカニズムを示す等価回路である。

図１０で示した第２のＤＣ残像の発生のメカニズムについて説明する。図１１は液晶表示装置の断面模式図である。図１１において、一番下にはバックライトＢＬが配置されている。バックライトＢＬの上に液晶パネルが存在している。液晶パネルとしては、画素部分において、下から順に、遮光膜１３０、対向電極１０８、層間絶縁膜１０９、画素電極１１０、下側配向膜１１３、液晶層３００、上側配向膜１１３が記載されており、その他の液晶パネルの構成要素は省略されている。図１１における、層間絶縁膜１０９の厚さは例えば、５００ｎｍ、配向膜の厚さＴＡは例えば１００ｎｍ、液晶層の厚さＴＬは例えば、４μｍである。

図１１において、液晶パネルの背面にバックライトＢＬからの光Ｌが照射される。バックライトＢＬからの光Ｌは遮光膜１３０において遮光される。配向膜１１３は光導電特性を有しており、バックライトＢＬからの光Ｌが照射された部分は抵抗が低下してρＬのようになる。配向膜１１３の電気抵抗が低ければ、表面にチャージした電荷は早期に消失し、ＤＣ残像も消失する。

一方、バックライトＢＬからの光Ｌが透過しない部分では、配向膜１１３の電気抵抗は高いままで、ρＨである。したがって、この部分の配向膜１１３にチャージした電荷は消失するのに時間がかかる。しかし、遮光された部分は画像を形成しない部分なので、ＤＣ残像には影響が無い。

ところが、この遮光部分においてチャージした電荷が、バックライトの透過部の配向膜１１３に移動し、所定の時間経過すると、透過部の配向膜１１３を再び帯電させ、第２のＤＣ残像を生じさせることがわかった。図１２はこれを示す等価回路である。図１２において、対向電極１０８の上に絶縁層１０９を介して画素電極１１０が形成されている。画素電極１１０は、配向膜１１３と液晶層３００を介し、さらに容量を介して対向基板と接続している。図１２における右側が透過部ＴＲであり、左側が遮光部ＳＨである。

図１２において、液晶層は容量ＣＬと抵抗ＲＬが並列接続した回路で代表させ、配向膜は抵抗ＲＡとして代表させている。配向膜と対向電極の間の容量はＣＡＣであり、ＣＡＣのリーク抵抗はＲＡＣである。ＣＡＣに帯電した電荷がＤＣ残像の原因となる。

ところで、抵抗ＲＡは透過部においては、光導電特性のために抵抗が低下し、例えば、１０^１３Ωｃｍである。一方、遮光部においては、光導電による抵抗の低下が無いので、抵抗ＲＡは例えば、１０^１４Ωｃｍである。したがって、透過部における電荷は抵抗ＲＡＣを通して早期に消失し、残像も早期に消失する。

しかし、遮光部においては、配向膜１１３の抵抗が高く、長時間配向膜上に電荷が帯電している。この電荷が矢印で示すように、透過部における配向膜１１３に移動し、透過部における配向膜を再び帯電させ、第２のＤＣ残像を生じさせる。遮光部から透過部への電荷の移動は、電荷が厚さ方向ではなく、面方向に移動するので、抵抗が非常に大きく、電荷の移動に時間がかかるので、第２のＤＣ残像は、通常のＤＣ残像が無くなったあとに現れることになる。

本発明は、以下に実施例で示すような、発明によってこのような、第２のＤＣ残像が生ずることを防止するものである。

図１はＩＰＳ方式の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。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１０９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。

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膜上にドレイン電極１０４とソース電極１０５が形成される。なお、ａ−Ｓｉ膜とドレイン電極１０４あるいはソース電極１０５との間には図示しないｎ＋Ｓｉ層が形成される。半導体層とドレイン電極１０４あるいはソース電極１０５とのオーミックコンタクトを取るためである。

ドレイン電極１０４は映像信号線が兼用し、ソース電極１０５は画素電極１１０と接続される。ドレイン電極１０４もソース電極１０５も同層で同時に形成される。本実施例では、ドレイン電極１０４あるいはソース電極１０５はＭｏＣｒ合金で形成される。ドレイン電極１０４あるいはソース電極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とソース電極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を覆って層間絶縁膜１０９がＳｉＮによって形成される。層間絶縁膜１０９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。この層間絶縁膜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、層間絶縁膜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から延在してきたソース電極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、櫛歯状の電極である。画素電極１１０の両側には映像信号線１０４１が存在している。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、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２において、画素電極１１０はＴＦＴのソース電極１０５とスルーホール１１１を介して接続している。ソース電極１０５と画素電極１１０はオーバーラップしている。ソース電極１０５は金属で形成されているので、ソース電極１０５と画素電極１１０がオーバーラップしている部分では画素電極１１０の上に形成される配向膜１１３にはバックライトの光は照射されない。配向膜１１３は光導電特性を有しているので、ソース電極１０５とオーバーラップした部分では、しない部分に比較して配向膜１１３の抵抗が高くなる。

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。本発明においては、配向膜１１３は、液晶層３００と接する光配向膜１１３１と、光配向膜１１３１の下層に形成される低抵配向膜１１３２の２層構造となっている。配向膜の１１３の構成については、後で詳細に説明する。

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。対向基板側の配向膜１１３もＴＦＴ基板側の配向膜１１３と同様に、液晶層３００と接する光配向膜１１３１と、光配向膜１１３１の下層に形成される低抵抗配向膜１１３２の２層構造となっている。対向基板２００の外側には液晶パネル内部の電位を安定化するために、外部導電膜２１０が形成され、この外部導電膜２１０に所定の電圧を印加している。

図３は本発明による配向膜１１３を示す模式図である。図３において、配向膜１１３は画素電極１１０の上に形成され、光配向膜１１３である上層配向膜１１３１と、上層配向膜１１３１よりも抵抗が低い下層配向膜１１３２から形成されている。

上層配向膜１１３１は光配向性の優れたポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドで形成されている。化学式（１）は光配向性の優れたポリアミド酸エステルの構造式である。

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。

光配向性の優れたポリアミド酸エステルは光分解性の部位を有しており、このポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドに偏光された紫外線を照射すると、紫外線の偏光方向に平行なポリイミドの光分解性部位が分解され、配向膜が一軸異方性を持つようになる。このようにして形成された光配向膜は、プレティルト角がほとんどゼロである。ただし、配向膜の表面のプレティルトを測定すると、−０．１度から＋０．１度程度の数値が出るが、この程度はプレティルト角がゼロであると考えて良い。特にＩＰＳ方式においては、配向膜のプレティルトをゼロに出来れば、液晶分子による光制御を効率的に行うことが出来る。

このように、ポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドからなる配向膜１１３１は光配向には優れた特性を示すが、電気抵抗が高く、ＤＣ残像を早期に消滅させることは難しい。そこで、本発明による配向膜では、電気抵抗をより低くすることが出来るポリアミド酸を前駆体とするポリイミドを下層配向膜１１３２として使用する。

このポリアミド酸を前駆体とするポリイミドからなる配向膜は、通常光導電特性を有し、光が照射されると電気抵抗が低くなる。光導電特性は、配向膜にチャージした電荷を早く逃がすことが出来るので、ＤＣ残像を早期に消失させるためには有利である。しかし、光導電特性効果によって、光が照射された部分と照射されない部分における配向膜の電気抵抗の差が大きく異なると、先に説明したような、第２のＤＣ残像が生ずる。

したがって、第２のＤＣ残像の発生を防止するには、ポリアミド酸を前駆体とするポリイミドによって形成された下層配向膜１１３２の光導電特性は小さいほうが良い。つまり、本発明では、下層配向膜１１３２の電気抵抗は上層配向膜１１３１の電気抵抗よりは低いほうがよいが、下層配向膜１１３２の光導電特性も同時に小さいほうが良い。

光導電特性は、照射されるバックライトからの光の強度すなわち、輝度依存性がある。例えば、輝度が１００００ｃｄ／ｍ^２の光を照射した場合の電気抵抗のほうが、輝度が１０００ｃｄ／ｍ^２の光を照射した場合の電気抵抗よりも低くなる。本発明では、１０００ｃｄ／ｍ^２の光を照射した場合の配向膜の電気抵抗と、１００００ｃｄ／ｍ^２の光を照射した場合の配向膜の電気抵抗の比が所定の値以下であることを必要とする。

これを具体的に規定するために、ＤＣ輝度緩和時定数なるパラメータを導入する。ＤＣ輝度緩和時定数は例えば、図４に示すような等価回路を基準に求めることが出来る。図４は図１に示す液晶パネルの部分断面図である。図４のＴＦＴ基板１００側において、有機パッシベーション膜１０７の上に対向電極１０８が形成され、その上に層間絶縁膜１０９を介して画素電極１１０が形成されている。画素電極１１０および層間絶縁膜１０９を覆って配向膜１１３が形成されている。また、対向基板２００におけるオーバーコート膜２０３の上に配向膜１１３が形成され、配向膜１１３と配向膜１１３の間に液晶層が存在している。

図４において、スイッチをＯＮし、画素電極１１０と対向電極１０８の間に電圧を印加すると、図４の矢印で示すような電気力線が発生する。この電気力線によって液晶分子が回転し、液晶層３００を通過する光の量が制御される。画素電極１１０から対向電極１０８にいたるまでの電界に沿って、図４に示すような等価回路が形成されていると考えることが出来る。なお、図４に示す等価回路と図１７に示す等価回路は異なるモデルによるものである。

図４において、画素電極１１０からの電荷は、配向膜１１３、液晶層３００、層間絶縁膜１０９を直列に移動して対向電極１０８に達すると考えることが出来る。各層は容量と抵抗の並列回路である。画素電極にＤＣ電圧を印加すると、まず、各層の容量に応じてＤＣ電圧が分割され、各層の表面に発生する。この場合、液晶の容量ＣＬは他の容量、つまり、配向膜の容量ＣＡ、層間絶縁膜の容量ＣＩに比べて小さい。そうすると、ＤＣ電圧を加えた瞬間は液晶層に大きな電圧が印加される。したがって、液晶パネルがノーマリブラックであれば、画面は明るくなる。

一方、各層にはリーク抵抗が存在するので、時間が経つにしたがって、各層の電位は配向膜１１３のリーク抵抗ＲＡ、液晶層のリーク抵抗ＲＬ、層間絶縁膜１０９のリーク抵抗ＣＩによって決まる電位に集束する。つまり、液晶層３００に印加される電圧は徐々に小さくなる。したがって、液晶パネルがノーマリブラックであれば、ＤＣ電圧を印加した瞬間は輝度が高くなり、その後、徐々に輝度が低下しつつ一定の明るさに近づく。

この様子を図５に示す。図５において、横軸は時間ｔ、縦軸は液晶表示装置の輝度である。すなわち、時間０において、図４に示す画素電極と対向電極との間にＤＣ電圧を印加すると、液晶分子が回転して、バックライトからの光が透過して液晶表示装置における輝度が上昇する。

図４の回路において説明したように、ＤＣ電圧を印加した直後は、配向膜１１３、液晶層３００、層間絶縁膜１０９等の各要素の容量に応じてＤＣ電圧が分割されるので、液晶に印加される電圧が大きい。したがって、その時点での液晶表示装置の輝度は高く、例えば、図５におけるＢ１である。しかし、各要素に印加される電圧は、除々に各要素のリーク抵抗によって決まる電圧に落ち着き、最終的には、輝度は図５に示すＢ２になる。図５に示す過度現象において、輝度Ｂ１からＢ２に至る時定数がＤＣ輝度緩和時定数Ｔである。すなわち、図５における輝度の変化をコンデンサの放電として近似した場合、時定数Ｔは、初期の輝度Ｂ１から、Ｂ２＋（Ｂ１−Ｂ２）×０．３６８になる場合の時間と定義する。ここで、０．３６８＝１/ｅである。

ＤＣ輝度緩和時定数Ｔは、図４に示すように、各要素のリーク抵抗の大きさによって変化する。配向膜には光導電性があるので、光導電性を生じさせ易い光が照射された場合と、光導電性を生じさせにくい光が照射された場合とでは、配向膜のリーク抵抗が異なり、ＤＣ輝度緩和時定数Ｔも異なる。

光導電性は高輝度の光、例えば、１００００ｃｄ／ｍ^２の光を照射する場合の方が、低輝度の光、例えば、１０００ｃｄ／ｍ^２の光を照射する場合よりも効果が大きい。すなわち、輝度の高い光を照射するほうが配向膜の抵抗は小さくなる。つまり、図５に示すＤＣ輝度緩和時定数Ｔは１０００ｃｄ／ｍ^２の光を照射した場合は大きく、例えば、Ｔ１であり、１００００ｃｄ／ｍ^２の光を照射した場合は小さく、例えば、Ｔ２である。

本発明においては、バックライトによる可視光を照射した時の配向膜の光導電性は小さいほうがよい。配向膜の光導電性を評価する方法は、低輝度、例えば１０００ｃｄ／ｍ^２、を照射した場合のＤＣ輝度緩和時定数Ｔ１と、高輝度、例えば１００００ｃｄ／ｍ^２、を照射した場合のＤＣ輝度緩和時定数Ｔ２との比によって評価する方法である。すなわち、Ｔ１とＴ２の差が大きいほど、光導電性がより顕著であるといえる。

以上の知見を基に、第２のＤＣ残像を評価した結果、輝度Ｉの光を照射した場合のＤＣ輝度緩和時定数Ｔ１と、輝度Ｉ×１０の光を照射した場合のＤＣ輝度緩和時定数Ｔ２との比、Ｔ１／Ｔ２が３以下である配向膜を用いることによって、第２の残像が生ずる現象を防止できることがわかった。

一方、第２のＤＣ残像が顕著に検出されるのは、通常のＤＣ残像が３０分以下というように短い場合である。この現象を低輝度の光で代表させて評価する。つまり、本発明は、１０００ｃｄ／ｍ^２の光を照射した場合のＤＣ輝度緩和時定数Ｔ１が３０分以下の場合に、特に効果があるといえる。

本発明においては、配向膜は２層であるが、以上の説明は、２層の配向膜全体としての評価である。しかし、実際には、上層の配向膜は、光配向特性の要請から、材料を大きく変えることが出来る余地は小さい。これに対して下層の配向膜は、第２のＤＣ残像を小さくするように材料を変化させる余地は大きい。

下層配向膜はポリアミド酸を前駆体とするポリイミドからなる配向膜である。図６は、配向膜の形成を示す構造式である。図６に示すように、酸二無水物とジアミンを混合するとポリアミド酸が形成される。このポリアミド酸を加熱することによってイミド化し、ポリイミドが生成され、これが下層の配向膜となる。通常の加熱プロセスでは、ポリアミド酸は１００％イミド化されるのではなく、１０％から５０％は未反応物として残る。なお、上層配向膜１１３１と下層配向膜１１３２は別々に作製する必要はなく、上層の配向膜の前駆体であるポリアミド酸エステルと下層の配向膜の前駆体であるポリアミド酸を混合した液を塗布すると、その後の乾燥（レベリング）工程において、それらが下層と上層に分かれるので、上層１１３１と下層１１３２を同時に形成することが出来る。

図６において、酸二無水物の構造式におけるＡの部分は、化学式（２）あるいは化学式（３）に示す物質であることが望ましい。

従来は、酸二無水物のＡの部分として化学式（４）に示すようなベンゼン環、すなわちＰＭＤＡ（Ｐｙｒｏｍｅｌｌｉｔｉｃ Ｄｉａｎｈｙｄｅｒｉｄｅ）が使用されてきた。

しかし、酸二無水物としてＰＭＤＡを用いると、形成された配向膜は光導電性が強くなり、第２の残像を生じやすくなる。したがって、本発明における下層の配向膜には、図６の酸二無水物の構造式に示すＡとしてベンゼン環、すなわちＰＭＤＡを使用しない。

図６のジアミンにおけるＢの部分は、例えばベンゼン環であり、ジアミンの具体的な構造式の例を化学式（５）に示す。

本発明では、好ましいポリアミド酸の他の例として、スルホン酸基またはカルボキシル基の導入されたジアミンを用いる。このようなジアミンの構成を化学式（６）、化学式（７）、化学式（８）、化学式（９）、化学式（１０）、化学式（１１）に示す。

このようなポリアミド酸を用いることによって、上層のポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドからなる配向膜よりも、抵抗率が小さい、かつ、光導電性の小さい下層配向膜を形成することが出来る。

図１２で説明したように、第２の残像は、バックライトが照射されなかった配向膜に帯電した電荷が、バックライトから照射された光を受けて抵抗が小さくなった配向膜に移動することによって生ずる。この現象は層間絶縁膜の厚さの影響を受ける。

層間絶縁膜の厚さが大きいと、配向膜に帯電した電荷の移動がしやすくなり、その結果、第２の残像が生じにくくなる。従来、層間絶縁膜は５００ｎｍ程度であるが、層間絶縁膜の厚さを７７０ｎｍ以上にすると、配向膜に帯電した電荷の移動が容易になり、第２の残像が生じにくくなった。

図７は以上で説明した構成の第２の残像に対する効果を示すものである。図７において、種々のパラメータを変化させた１３個のサンプルについて評価した。図７の表において、低抵抗成分材料は、配向膜の下層を構成する、ポリアミド酸を前駆体とした材料である。低抵抗材料成分として、前駆体であるポリアミド酸がＰＭＤＡを原料とする場合としない場合、スルホン酸基やカルボキシル基を含む場合と含まない場合を比較している。

光配向は、配向膜に対して紫外線を照射することと配向膜を加熱する必要がある。この工程として、配向膜への紫外線の照射と加熱を同時に行う場合（図７における同時加熱）と、配向膜に紫外線を照射した後、加熱する場合（図７における後加熱）とがある。また、加熱温度として、１８０℃、２００℃、２３０℃のように変化させ評価用配向膜を形成している。液晶としては、すべて同じ液晶を用いている。層間絶縁膜としては、膜厚が従来例である５００ｎｍのものと、これよりも厚い７７０ｎｍのものを比較している。

以上のようにして作成した１３個のサンプルに対して、図５に示すＤＣ輝度緩和定数を、輝度が１０００ｃｄ／ｍ^２の光を照射した場合のＤＣ輝度緩和時定数Ｔ１と、輝度が１００００ｃｄ／ｍ^２の光を照射した場合のＤＣ輝度緩和時定数Ｔ２とを比較した。図７ではＴ１/Ｔ２の値も記載している。そして、各サンプルについて第２の残像の有無を評価した。

図７において、第２の残像が生ずる場合を×で、生じない場合を○で示している。図７に示すように、配向膜下層（低抵抗成分材料）にＰＭＤＡを原料とするポリアミド酸を前駆体として用いると全て第２の残像が現れる。また、配向膜下層（低抵抗成分材料）にＰＭＤＡを原料とするポリアミド酸を前駆体として用いない場合でも、スルホン酸基やカルボキシル基が存在せず、かつ、層間絶縁膜が従来のように５００ｎｍの場合は、第２の残像が生じている。

これに対して、ＰＭＤＡを原料とするポリアミド酸を前駆体として用いず、スルホン酸基またはカルボキシル基が存在するサンプルＮｏ９、１０、１１、１３は全て、第２の残像は生じていない。また、ＰＭＤＡを原料とするポリアミド酸を前駆体として用いず、かつ、スルホン酸基またはカルボキシル基も存在しない場合でも、層間絶縁膜が７７０ｎｍであれば、第２の残像は生じなかった。

また、光配向のプロセス、すなわち、偏光された紫外線の照射を加熱前に行うか否か、あるいは加熱温度等は、第２のＤＣ残像に対しては有意な差は現れなかった。

以上のように、下層配向膜（低抵抗成分材料）にＰＭＤＡを原料とするポリアミド酸を前駆体として用いず、かつ、スルホン酸基またはカルボキシル基を含むポリアミド酸を用いた場合は、すべて第２の残像は生じない。一方、下層配向膜（低抵抗成分材料）にＰＭＤＡを原料とするポリアミド酸を前駆体として用いず、かつ、スルホン酸基もカルボキシル基も含まないポリアミド酸を用いた場合でも、層間絶縁膜が７７０ｎｍである場合は、第２の残像は生じない。

１００…ＴＦＴ基板、 １０１…ゲート電極、 １０２…ゲート絶縁膜、 １０３…半導体層、 １０４…ドレイン電極、 １０５…ソース電極、 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…層間絶縁膜、 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、１０４１…映像信号線、 １１３１…上層配向膜、 １１３２…下層配向膜。

Claims (5)

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ＴＦＴ基板の前記配向膜は液晶層と接する第１の配向膜と、前記第１の配向膜の下層に形成された第２の配向膜によって構成され、
   前記第１の配向膜はポリアミド酸エステルを前駆体として形成され、
   前記第２の配向膜は、ＰＭＤＡを含まない酸二無水物とジアミンを混合することによって形成され、かつ、スルホン酸基またはカルボキシル基を含むポリアミド酸を前駆体として形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. ＴＦＴと、コモン電極の上に画素電極が層間絶縁膜を介して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ＴＦＴ基板の前記配向膜は液晶層と接する第１の配向膜と、前記第１の配向膜の下層に形成された第２の配向膜によって構成され、
   前記第１の配向膜はポリアミド酸エステルを前駆体として形成され、
   前記第２の配向膜は、ＰＭＤＡを含まない酸二無水物とジアミンを混合することによって形成され、かつ、前記層間絶縁膜の膜厚は７７０ｎｍ以上であることを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記液晶表示装置の背面から光を照射している場合において、前記対向電極と前記画素電極の間に直流電圧を印加した場合、直流電圧印加直後の輝度をＢ１とし、その後、輝度が一定になった場合の輝度をＢ２とした場合、初期の輝度Ｂ１から、輝度がＢ２＋（Ｂ１−Ｂ２）×０．３６８になる時間をＴとした場合、
   前記光の輝度がＩのときのＴをＴ１とし、
   前記光の輝度がＩ×１０のときのＴをＴ２としたとき、
   Ｔ１/Ｔ２は３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記Ｔ１は輝度Ｉが１０００ｃｄ／ｍ^２のときに３０分以下であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶のプレティルト角は０度であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の液晶表示装置。

Images