JP6476335B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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- Liquid Crystal (AREA)
Description
液晶表示装置には更なる高画質化、高品質化が求められており、特に高透過率化による高輝度化、低消費電力化が強く求められている。また液晶表示装置の普及に伴い、低コスト化に対しても強い要求がある。
ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸を各種溶媒に溶かして、基板上にスピン塗布または印刷によって塗布し、基板を200℃以上の高温で加熱することで、溶媒を除去すると共に、ポリアミド酸をポリイミドにイミド化閉環反応させる。この時の膜厚は100nm程度の薄膜である。このポリイミド薄膜表面をラビング布により表面を一定方向に擦ることで、表面のポリイミド高分子鎖をその方向に配向させ、表面高分子の異方性の高い状態を実現する。しかしながら、ラビングによる静電気や異物の発生、基板表面の凹凸によるラビングの不均一等の問題があり、ラビング布との接触を必要としない、偏光した光を用いて分子配向を制御する光配向法が採用されつつある。
その結果、ラビング技術に比べ静電気や異物の発生、基板表面の凹凸による不均一性等の問題に対しては有効であるが、残像特性に関し、今後の製品対応で課題のあることが判った。
Aはシクロブタン環を含む4価の有機基、Dは2価の有機基を示す。
括弧[ ]の中が繰り返し単位の化学構造、添え字nは繰り返し単位の数を示す。また、
Nは窒素原子、Oは酸素原子であり、Aは4価の有機基、Dは2価の有機基を示す。Aの構造の一例として、フェニレン環、ナフタレン環、アントラセン環等の芳香族環式化合物、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂肪族環式化合物、或いはそれら化合物に置換基を結合した化合物等を挙げることができる。また、Dの構造の一例として、フェニレン、ビフェニレン、オキシビフェニレン、ビフェニレンアミン、ナフタレン、
アントラセン等の芳香族環式化合物、シクロヘキセン、ビシクロヘキセン等の脂肪族環式化合物、或いはそれら化合物に置換基を結合した化合物等を挙げることができる。
図2(a)と図2(b)はその割合が膜表面から減少してから後に増加する場合、図2(c)はゆるやかに減少する場合である。図2(a)と図2(b)の違いは層2の酸素原子の割合が層1の下端よりも低い場合が図2(a)、同じである場合が図2(b)である。
このように、層1内ではその元素組成が複雑に変化することが可能であるが、後に説明するように優れた残像特性を得るためには、配向膜表面の疎水性の状態を維持しつつ配向膜表面の酸素原子割合を高めることが必要である。層1を特徴づけるパラメータとして、その層厚方向における酸素原子割合の最大値Cmaxと最小値Cminがあり、z=z0においてCmaxとなることが望ましい。なお、素子によっては層2を設けず、元素組成が変化する層のみから、配向膜を形成する場合もあるが、ここでは一般的な形として、図1のような2層構造を例示した。
オージェ電子分光、飛行時間型二次イオン質量分析装置(TOF−SIMS)等を用いて分析することができる。まず、対象となる液晶表示装置の液晶パネルを解体し、液晶をシクロヘキサン等のアルカン溶媒にて洗浄、乾燥させたものを試料として、各種分析を行う。特に、膜厚方向の深さ方向の分析を行うには、Ar等のガスイオンによってスパッタしながら各種分析を行うことによって評価することが可能である。
また、偏光紫外線照射と酸化雰囲気への暴露に加えて、これら処理前後または処理最中に、加熱乾燥や赤外線を含む別の波長の光照射を行うことも可能であり、あるいはその前後に表面異物等の除去のための水を含めた各種溶媒処理を行うことも可能である。どの程度の割合で光配向膜表面に酸素原子割合を増加させた層を形成すべきかについては、光配向処理による液晶配向規制力を低下させない程度であることが望ましく、具体的には光配向することが可能な配向膜層の液晶に接する表面からの膜厚の半分以下であることが望ましく、より望ましくはその膜厚の10分の1以下であることが望ましい。このような光配向膜表面に限定された酸素原子割合を増加させた層を形成することでは、それ以上の割合で酸素原子割合を増加させ、配向膜表面が過度に酸化されることによる弊害、例えば配向膜表面が親水性に変化して、水に対する接触角が20度以上低下し、配向膜と液晶分子の相互作用が変化してしまうことは抑制される。その一方で、未だその発現機構は解明されていないが、光配向によって液晶配向規制力の保持特性を向上させることが可能であり、例えば液晶表示装置形成直後には同じ液晶配向規制力を有していても、電場によって長時間液晶配向規制力が誘起する液晶配向方向とは異なる方向に液晶層を配向し続け、電場を除去した後に初期の配向方向に戻るまでの残像時間が短縮することが可能である。
表示領域DAにおいて1つの画素が占有する領域は、たとえば、隣接する2本の走査信号線GLと隣接する2本の映像信号線DLとで囲まれる領域に相当する。このとき、1つの画素の回路構成は、たとえば、図3Bに示すような構成になっており、アクティブ素子として機能するTFT素子Tr、画素電極PX、共通電極CT(対向電極と呼ぶこともある)、液晶層LCを有する。またこのとき、液晶表示パネル101には、たとえば、複数の画素の共通電極CTを共通化する共通化配線CLが設けられている。
および対向基板107を挟んで対向配置させた一対の偏光板109a、109bを有する。
通常、すべての画素で共有される大面積の一枚の平板電極であり、共通化配線CLは設けられていない。
たとえば、それぞれの画素における液晶層LCの厚さ(セルギャップということもある)を均一化するための柱状スペーサ110が複数設けられている。この複数の柱状スペーサ110は、たとえば、対向基板107に設けられている。
当該バックライト105が発した光は、図示していない反射板、導光板、光拡散板、プリズムシートなどにより面状光線に変換されて液晶表示パネル101に照射される。
TFT素子Trの半導体層603、映像信号線DL、および画素電極PXと、それらを覆う第2の絶縁層604が形成されている。半導体層603は、走査信号線GLの上に配置されており、走査信号線GLのうちの半導体層603の下部に位置する部分がTFT素子Trのゲート電極として機能する。
それぞれ、半導体層603に乗り上げており、当該半導体層603に乗り上げた部分がTFT素子Trのドレイン電極およびソース電極として機能する。
それらを覆う第1の絶縁層602が形成されている。第1の絶縁層602の上には、TFT素子Trの半導体層603、映像信号線DL、およびソース電極607と、それらを覆う第2の絶縁層604が形成されている。このとき、映像信号線DLの一部分およびソース電極607の一部分は、それぞれ、半導体層603に乗り上げており、当該半導体層603に乗り上げた部分がTFT素子Trのドレイン電極およびソース電極として機能する。
対向基板107の構成に関する詳細な説明は省略する。
およびバックライト105の構成についての詳細な説明は省略する。
配向膜を形成する下地層表面をUV/オゾン法、エキシマUV法、酸素プラズマ法等の各種表面処理方法を用いて清浄化する。次に、配向膜の前駆体をスクリーン印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷等の各種印刷方法を用いて塗布し、所定の条件で均一な膜厚となるようなレベリング処理を施した後、例えば180℃以上の温度で加熱することで前駆体のポリアミドをポリイミドにイミド化反応を行わせる。更に、所望の手段を用いて、偏光紫外線を照射や適度な後処理をすることにより、ポリイミド配向膜表面に配向規制力を発生させる(光配向)。この偏光紫外線照射や照射後処理の段階で加熱や別の波長の光を照射することも可能である。また、この偏光紫外線照射の前から後のいずれかの段階において、先に説明したような酸化雰囲気に暴露する過程を加えることにより、疎水性が維持された状態で表面の酸素原子割合の高い光配向膜が形成される。このこのようにして形成された配向膜付きのアクティブマトリクス基板と対向基板をその配向規制力の方向が所望の方位となるようにしつつ、一定の間隔を保持して上下2枚貼り合わせ、しかる後、その間隔を保持した部分に液晶を充填し、基板端部を封止することにより、液晶パネルが完成し、そのパネルに偏光板、位相差板等の光学フィルムを貼りつけ、駆動回路やバックライト等を併せて、液晶表示装置を得る。なお、上記の説明ではアクティブマトリクス基板(TFT基板)に形成した配向膜と対向基板(CF基板)に形成した配向膜の両者とも酸化雰囲気に暴露したが、いずれか一方だけであっても残像特性に対する改善効果を得ることができる。但し、両者とも酸化処理することにより、より残像特性が改善されることは言うまでもない。
乾燥させてから、同じ液晶でカイラル剤のないものを封入し、同様に配向を安定化させてから、ツイスト角φ1を測定する。この時、アンカリング強度は次式によって与えられる。
配向規制力方向も乱されることがないため、表示電圧の切り替えと共に、直ちに全画面グレーレベルの表示になるが、駆動の伴う残留電荷の発生や配向規制力方向の乱れ等によって、明領域(白パターンの部分)は実効的な配向状態が理想的なレベルからずれるために、輝度が異なって見えてしまうが、この中間調表示の電圧で更に長時間保持すると、この電圧での残留電荷や配向規制力方向にやがて落ち着くことになり、均一表示に見えてくる。液晶表示素子の面内輝度分布をCCDカメラによって測定し、均一表示になるまでの時間を焼き付き時間とし、この焼き付き時間をもって、その液晶表示素子の輝度緩和定数とした。但し、480時間経過しても緩和しない場合には、そこで評価を打切り、≧480と記載した。
試験用の配向膜には、以下のようなものを用いた。(化2)のポリイミドの前駆体となるポリアミド酸の骨格について、第1の配向膜の成分として
加熱乾燥等の表面の異物を除去したものを配向膜試料とした。また、得られた配向膜の元素組成はXPS法によって測定した。装置には、島津/Kratos社製X洗光電子分光装置AXIS−HSを用いた。測定条件は、X線源モノクロAl(管電圧15kV、管電流15mA)、レンズ条件Hybrid(分析面積600×1000μm□)、分解能Pass Energy 40、走査速度20eV/min(0.1eVステップ)であり、表面から深さ方向の元素組成を分析する際には、Ar+イオンでスパッタして分析した。表1に評価結果を示す。
z=10〜40nmではC=73〜74%、N=7%、O=18〜19%、z=60〜100nmでは、C=75〜76%、N=10%、O=13〜14%となった。このことは最表層でのみ、酸素Oの割合が増加し、相対的に炭素Cの割合が減少していることを示している。膜内部に比べて、最表層の酸素割合は、第1の配向膜に対しては(24−19)÷19=0.26と、26%ほど増加していることがわかる。なお、オゾン吹き付けの有無に関わらず両膜とも疎水性であった。
また、この配向膜を用いて、IPS方式の液晶表示装置を作製し、輝度緩和定数を測定したところ、オゾンを吹き付けなかった膜では54時間であったが、オゾンを吹き付けた膜では42時間と、輝度緩和特性が向上した。
N=7%、O=22%となったが、z=20〜40nmではC=73〜74%、N=7%、O=18〜19%、z=60〜100nmでは、C=75〜76%、N=10%、O=13〜14%となった。このことは最表層に近い領域でのみ、酸素Oの割合が増加し、相対的に炭素Cの割合が減少していることを示している。膜内部に比べて、最表層の酸素割合は、第1の配向膜に対しては(24−19)÷19=0.26と、26%ほど増加していることがわかる。なお、本実施例で作製した配向膜は疎水性を示した。
また、この配向膜を用いて、IPS方式の液晶表示装置を作製し、輝度緩和定数を測定したところ、比較た膜では54時間であったが、過酸化水素で処理した膜では36時間と、輝度緩和特性が向上した。
C=75〜76%、N=10%、O=13〜14%となった。このことは最表層に近い領域でのみ、酸素Oの割合が増加し、相対的に炭素Cの割合が減少していることを示している。なお、本実施例で作製した配向膜は疎水性を示した。
また、この配向膜を用いて、IPS方式の液晶表示装置を作製し、輝度緩和定数を測定したところ、比較した膜では54時間であったが、オゾン水で処理した膜では30時間と、輝度緩和特性が向上した。
C=75〜76%、N=10%、O=13〜14%となった。このことは最表層に近い領域でのみ、酸素Oの割合が増加し、相対的に炭素Cの割合が減少していることを示している。なお、本実施例で作製した配向膜は疎水性を示した。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
104…制御回路、105…バックライト、106…アクティブマトリクス基板(TFT基板)、107…対向基板、108…シール材、109a,109b…偏光板、110…柱状スペーサ、111…液晶分子、112…電界(電気力線)、601…ガラス基板、602…第1の絶縁層、603…(TFT素子の)半導体層、604…第2の絶縁層、605…第3の絶縁層、606…配向膜、607…ソース電極、608…導電層、609…突起形成部材、609a…(突起形成部材の)半導体層、609b…(突起形成部材の)導電層、701…ガラス基板、702…ブラックマトリクス、703R,703G,703B…カラーフィルタ、704…オーバーコート層、705…配向膜、GL…走査信号線、
DL…映像信号線、Tr…TFT素子、PX…画素電極、CT…共通電極、CL…共通化配線、LC…液晶層(液晶材料)。
Claims (7)
- 画素電極とTFTとを備え、最表面に第1配向膜が形成されたTFT基板と、前記TFT基板に対向して配置され、前記TFT基板側の最表面に第2配向膜が形成された対向基板と、前記TFT基板の前記第1配向膜と前記対向基板の前記第2配向膜の間に液晶層が挟持された液晶表示装置であって、
横電界を形成して前記液晶層の配向方向を変化させるものであり、
前記第2配向膜は偏光光照射により液晶配向規制力を付与可能な疎水性の材料であり、
前記第2配向膜の表面は、構成する元素の割合が膜厚方向に向けて変化し、
前記第2配向膜は、疎水性であり、配向表面が配向膜内部よりも酸素原子の割合が高く、
前記第2配向膜が、(化1)に示すポリイミドを含む光分解型の光配向膜であることを特徴とする液晶表示装置。(化1)中の、括弧[ ]の中が繰り返し単位の化学構造、添え字nは繰り返し単位の数、Nは窒素原子、Oは酸素原子であり、Aはシクロブタン環を含む4価の有機基、Dは2価の有機基を示す。
- 請求項1記載の液晶表示装置において、
前記第2配向膜を構成する元素の割合が、膜厚方向に向けて変化し、前記第2配向膜を構成する酸素の割合が、配向膜表面から配向膜内部に向かってなだらかに減少していることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1又は2記載の液晶表示装置において、
前記元素の割合が膜厚方向に向けて変化する層の中において、酸素の濃度の最も低い位置における酸素割合をA(%)とし、酸素濃度の最も高い位置における酸素割合をB(%)とした場合に、BはAの1.25倍以上であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
前記元素の割合が膜厚方向に向けて変化する層の厚みが、配向膜全体の厚みの50%以下であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1ないし4のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
前記第2配向膜の表面凹凸の大きさが二乗平均平方根で1nm以下であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1ないし5のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
前記第2配向膜表面が配向膜内部よりも炭素原子の割合が低いことを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項1ないし6のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
前記第2配向膜が2種類の積層した構造からなり、光配向が可能な光配向性の上層と前記光配向性の上層よりも抵抗率が小さい低抵抗性の下層からなる2層構造であることを特徴とする液晶表示装置。
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