JP6622885B2 - Liquid crystal display - Google Patents
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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。 The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device including a liquid crystal display panel in which an alignment film is provided with an alignment control ability by irradiation of light.
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, the 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.
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。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必要無いために、光配向法を適用することが出来る。 As a method for imparting an alignment treatment, that is, an alignment control ability, to an alignment film used in a liquid crystal display device, there is a conventional method of rubbing. The alignment treatment by rubbing is performed by rubbing the alignment film with a cloth. On the other hand, there is a technique called a photo-alignment method that imparts alignment control capability to an alignment film in a non-contact manner. Since the IPS method does not require a pretilt angle, a photo-alignment method can be applied.
特許文献1には紫外線に代表される光の照射による光分解型の光配向処理が開示されており、それによると光分解型の光配向処理においては(1)画素部の複雑な段差構造に起因する配向乱れを低減し、(2)ラビングによる配向処理における静電気による薄膜トランジスタの破損、ラビング布の毛先の乱れや塵による配向乱れを原因とする表示不良を解決し、均質な配向制御能を得るために要する頻繁なラビング布の交換によるプロセスの煩雑さ、を解決する。 Patent Document 1 discloses a photo-decomposition type photo-alignment process by irradiation of light typified by ultraviolet rays. According to this, in photo-decomposition type photo-alignment process, (1) a complicated step structure in a pixel portion is disclosed. (2) Resolving display defects caused by damage to thin film transistors due to static electricity in the alignment treatment by rubbing, disturbance of the rubbing tip of the rubbing cloth, or alignment disturbance due to dust, and uniform alignment control ability This eliminates the complexity of the process due to the frequent replacement of the rubbing cloth.
しかしながら配向膜への配向制御能の付与という点において、光配向処理はラビング処理と比較すると、一般的には配向安定性が低いということが知られている。配向安定性が低いと、初期配向方向が変動し、表示不良の原因となる。特に、高い配向安定性が要求される横電界方式の液晶表示パネルを用いた液晶表示装置では配向安定性が低いことで残像に象徴される表示不良が発生し易い。 However, it is known that the optical alignment treatment generally has lower alignment stability than the rubbing treatment in terms of imparting alignment control ability to the alignment film. If the alignment stability is low, the initial alignment direction varies, causing display defects. In particular, in a liquid crystal display device using a horizontal electric field type liquid crystal display panel that requires high alignment stability, a display defect symbolized by an afterimage tends to occur due to low alignment stability.
光配向処理ではラビング処理のような高分子の主鎖を延伸し、直線状にする工程がLCDプロセス中に存在しない。そのため、光配向処理においては偏光が照射されたポリイミドに代表される合成高分子の配向膜が、当該偏光方向と平行する方向で主鎖が切断されることで一軸性が付与される。液晶分子は切断されずに直線上に伸びて残った長い主鎖方向に沿って配向するが、この主鎖の長さが短くなると、一軸性が低下し、液晶との相互作用が弱くなって配向性が低下するために、前記した残像が発生し易くなる。 In the photo-alignment process, there is no step in the LCD process, such as a rubbing process, in which the main chain of the polymer is stretched and linearized. Therefore, in the photo-alignment treatment, a synthetic polymer alignment film represented by polyimide irradiated with polarized light is given uniaxiality by cutting the main chain in a direction parallel to the polarization direction. The liquid crystal molecules are not cut and are aligned along the long main chain direction that remains on the straight line, but if the length of this main chain is shortened, the uniaxiality decreases and the interaction with the liquid crystal weakens. Since the orientation deteriorates, the above-mentioned afterimage is likely to occur.
従って、配向膜の一軸性を向上させ、配向安定性を向上させるためには、配向膜の分子量を大きくすることが必要であるが、これを解決する手法として、ポリアミド酸アルキルエステルをイミド化した光配向膜材料を使用することが出来る。これによると、ポリアミド酸アルキルエステル材料では、従来のポリアミド酸材料で起こっていたようなイミド化反応時のジアミンと酸無水物への分解反応を伴わず、イミド化後も分子量を大きく保つことができ、ラビング処理並みの配向安定性を得ることができる。 Therefore, in order to improve the uniaxiality of the alignment film and improve the alignment stability, it is necessary to increase the molecular weight of the alignment film. A photo-alignment film material can be used. According to this, the polyamic acid alkyl ester material does not involve a decomposition reaction into a diamine and an acid anhydride at the time of the imidation reaction that occurs in the conventional polyamic acid material, and can maintain a large molecular weight even after imidization. Orientation stability equivalent to that of rubbing treatment can be obtained.
また、ポリアミド酸アルキルエステル材料においては、その化学構造中にカルボン酸を含有しないため、ポリアミド酸材料と比較してLCDの電圧保持率が上がり、長期信頼性の向上も確保することができる。 In addition, since the polyamic acid alkyl ester material does not contain a carboxylic acid in its chemical structure, the voltage holding ratio of the LCD is higher than that of the polyamic acid material, and improvement in long-term reliability can be ensured.
光配向膜の配向安定性、長期信頼性を得るためにはポリアミド酸アルキルエステル材料の適用が有効であるが、この材料は一般的に、ポリアミド酸材料と比較して配向膜比抵抗が高い。そのため、液晶分子を駆動する信号波形に直流電圧が重畳して残留DCとなった場合に、残留DCが緩和するまでの時定数が大きく、焼きつき(DC残像)の原因となり易い。 In order to obtain the alignment stability and long-term reliability of the photo-alignment film, it is effective to apply a polyamic acid alkyl ester material, but this material generally has a higher specific resistance of the alignment film than the polyamic acid material. Therefore, when a DC voltage is superimposed on a signal waveform for driving liquid crystal molecules to form a residual DC, the time constant until the residual DC is relaxed is large, and it is likely to cause image sticking (DC afterimage).
本発明の目的は、光配向処理において、ポリアミド酸アルキルエステル材料の配向安定性や長期信頼性を損なうことなくDC残像の消失時間を低減し、高品位の表示を可能とした液晶表示パネルを用いた液晶表示装置を提供することである。 An object of the present invention is to use a liquid crystal display panel that can reduce the disappearance time of a DC afterimage without impairing the alignment stability and long-term reliability of the polyamic acid alkyl ester material in the photo-alignment treatment, and enables high-quality display. The present invention provides a liquid crystal display device.
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。すなわち、本発明の液晶表示装置は、画素選択用のアクティブ素子が形成された主面の最上層にTFT側配向膜を有するTFT基板と、カラーフィルタが形成された主面の最上層にカラーフィルタ側配向膜を有する対向基板と、前記TFT基板の前記TFT側配向膜と前記対向基板の前記カラーフィルタ側配向膜の間に封止された液晶とからなる液晶表示パネルを具備する。また、前記TFT側配向膜とカラーフィルタ側配向膜は、光の照射により付与された液晶配向制御機能を有する。 The present invention overcomes the above problems, and specific means are as follows. That is, the liquid crystal display device of the present invention includes a TFT substrate having a TFT-side alignment film on the uppermost layer of the main surface on which an active element for pixel selection is formed, and a color filter on the uppermost layer of the main surface on which the color filter is formed. A liquid crystal display panel comprising: a counter substrate having a side alignment film; and a liquid crystal sealed between the TFT side alignment film of the TFT substrate and the color filter side alignment film of the counter substrate. The TFT side alignment film and the color filter side alignment film have a liquid crystal alignment control function provided by light irradiation.
TFT基板側の配向膜とカラーフィルタが形成された対向基板側配向膜の少なくとも一方に対し、光の照射により液晶配向制御機能を付与するための配向膜材料を、紫外線で代表される光により配向する材料と、比抵抗の低い材料との2成分系材料とし、配向膜形成後には、配向させるための光配向膜と、配向には寄与しない低抵抗膜との2層構造とする。 An alignment film material for imparting a liquid crystal alignment control function by light irradiation is aligned with light typified by ultraviolet rays to at least one of the alignment film on the TFT substrate and the alignment film on the opposite substrate on which the color filter is formed. A two-component material consisting of a material having low resistivity and a material having a low specific resistance, and after forming the alignment film, has a two-layer structure of a photo-alignment film for alignment and a low-resistance film that does not contribute to alignment.
光により配向する材料としては、光分解性のポリアミド酸アルキルエステル材料をポリイミド化した材料とすることができる。また、この化学ポリイミド化が70%以上であるものを用いることができる。 As the material oriented by light, a material obtained by polyimidizing a photodegradable polyamic acid alkyl ester material can be used. Moreover, what has this chemical polyimidation 70% or more can be used.
低抵抗材料としては、ポリアミド酸材料をポリイミド化した材料とすることができ、これは光分解性である必要はない。また、この化学イミド化が40%以上であるものを用いることができる。 As the low resistance material, a material obtained by polyimidizing a polyamic acid material can be used, and this does not need to be photodegradable. Moreover, this chemical imidation can use what is 40% or more.
本発明によれば、2成分系から成る材料を相分離させて配向膜を2層構造とし、配向安定性の高い光配向成分を液晶層側に配置して、配向安定性が不要である低抵抗成分を基板側に配置することによって、配向安定性と配向膜の低抵抗化によるDC残像の時定数の低減を同時に満たすことが可能となり、その結果、光配向膜の残像特性が大幅に改良される。 According to the present invention, a material composed of a two-component system is phase-separated to form an alignment film with a two-layer structure, and a photo-alignment component having high alignment stability is arranged on the liquid crystal layer side. By arranging the resistance component on the substrate side, it becomes possible to satisfy both the alignment stability and the reduction of the time constant of the DC afterimage due to the low resistance of the alignment film. As a result, the afterimage characteristics of the photoalignment film are greatly improved. Is done.
また、基板側に配置された低抵抗成分は配向に寄与しないため、分子量は極限まで落とすことができる。そのため、ポリアミド酸アルキルエステルやポリアミド酸などが有機溶剤に溶かされた配向膜ワニスの濃度や粘度の調整について裕度が拡大し、配向膜の形成方法について従来のフレキソ印刷のみならず、ワニスの低粘度化が必要とされるために配向膜の厚膜化が困難であるとされてきたインクジェット塗布においても、配向膜の厚膜化に対する裕度が向上することとなる。 Further, since the low resistance component arranged on the substrate side does not contribute to the alignment, the molecular weight can be lowered to the limit. Therefore, the tolerance for the adjustment of the concentration and viscosity of the alignment film varnish in which the polyamic acid alkyl ester or the polyamic acid is dissolved in the organic solvent is expanded, and the alignment film forming method is not limited to the conventional flexographic printing but also the low varnish. Even in the case of inkjet coating, in which it is difficult to increase the thickness of the alignment film due to the necessity of increasing the viscosity, the tolerance for increasing the thickness of the alignment film is improved.
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。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、例えば、対向電極が上部絶縁膜の上に位置し、画素電極が上部絶縁膜の下に位置するようなもの、或いは、対向電極と画素電極とが同一平面上にあるようなもの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 an IPS 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-
The structure of FIG. 1 will be described in detail below. The present invention will be described by taking the configuration of FIG. 1 as an example, but an IPS type liquid crystal display device other than FIG. 1, for example, the counter electrode is located on the upper insulating film and the pixel electrode is below the upper insulating film. The present invention can also be applied to the case where the counter electrode and the pixel electrode are on the same plane.
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には一定電圧が印加され、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。
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
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抗配向膜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。
An
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。
An
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。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。
On the
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3は本発明による配向膜113を示す模式図である。図3(a)は配向膜113の平面透視図、図3(b)は断面斜視図である。本発明の配向膜113は2層構造となっており、液晶層と接する上側は光配向膜1131であり、下側は低抵抗配向膜1132となっている。光配向膜1131は分子量の大きい光分解性ポリマー10によって形成され、低抵抗配向膜1132は分子量の小さい低抵抗ポリマー11によって形成されている。
FIG. 3 is a schematic view showing an
図3(a)は透視図であるから光分解性ポリマー10と低抵抗ポリマー11が透視して見えている。実際には、光分解性ポリマー10が低抵抗ポリマー11よりも上に存在している。図3(b)において、配向膜113は図1における画素電極110あるいは有機パッシベーション膜107の上に形成されている。図3(b)では配向膜113は画素電極110の上に形成されるとしている。上側の光配向膜1131の厚さt1は50nm程度、下側の低抵抗配向膜1132の厚さt2は50nm程度である。光配向膜1131と低抵抗配向膜1132の境界は明確ではないので、点線で記載している。
Since FIG. 3A is a perspective view, the
図4は光配向膜1131によって液晶を配向させるためのプロセスを示す模式図である。図4においては低抵抗配向膜1132は省略されている。図4(a)は光配向膜1131が塗布された状態を示している。光配向膜1131は光分解性ポリマー10によって形成されている。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a process for aligning liquid crystal with the photo-
図4(a)に示す光配向膜1131に対し、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、光配向膜1131において偏光された紫外線の偏光方向の光分解性ポリマー10は、図4(b)に示すように、紫外線によって破壊される。すなわち、紫外線の偏光方向に沿って紫外線による切断部15が形成される。そうすると、液晶分子は図4(b)における矢印Aの方向に配向されることになる。
4A is irradiated with polarized ultraviolet light with an energy of 6 J / cm 2 , for example. Then, the
図4に示すように、光分解性ポリマー10の主鎖が短いと一軸性が低下し、液晶との相互作用が弱くなって配向性が低下する。したがって、図4(b)において、光配向後においても、光分解性ポリマー10が矢印Aの方向にできるだけ長く伸びていることが望ましい。つまり、配向膜113の一軸性を向上させ、配向安定性を向上させるためには、配向膜113の分子量を大きくする必要がある。
As shown in FIG. 4, when the main chain of the
配向膜113における分子量としては、数分子量によって評価することが出来る。数分子量は、配向膜113に種々の分子量のポリマーが存在している場合、その平均的な分子量である。光配向膜1131においては、十分な配向安定性を得るためには、数分子量は5000以上であることが必要である。
The molecular weight of the
このような、大きな数分子量の光配向膜1131を得るためには、ポリアミド酸アルキルエステルをイミド化したものを用いることが出来る。ポリアミド酸アルキルエステルの構造は、化学式(1)に示すとおりである。
In order to obtain such a
ポリアミド酸アルキルエステルの特徴は、化学式(1)におけるR1である。ポリアミド酸アルキルエステルにおいては、R1はCnH2n−1であり、nが1以上である。ポリアミド酸アルキルエステルを光配向膜1131の前駆体として用いると、従来のポリアミド酸材料で起こっていたようなイミド化反応時のジアミンと酸無水物への分解反応を伴わず、イミド化後も分子量を大きく保つことができ、ラビング処理並みの配向安定性を得ることができる。
The feature of the polyamic acid alkyl ester is R1 in the chemical formula (1). In the polyamic acid alkyl ester, R1 is CnH2n-1, and n is 1 or more. When the polyamic acid alkyl ester is used as a precursor of the photo-
しかし、ポリアミド酸アルキルエステルをイミド化した光配向膜1131は比抵抗が非常に高く、例えば、1015Ωcm程度である。このように配向膜113の比抵抗が大きいと、液晶層にチャージした電荷を逃がすことができず、この電荷がDC残像の原因となる。
However, the photo-
液晶表示装置においては、液晶層に電荷がチャージしないように、交流駆動が行われるが、特定時間、特定画像を表示すると、ある時間、一方の基板にDC成分が残り、液晶層に電荷がチャージされ、このチャージした電荷のために残像が生ずる場合がある。配向膜113の抵抗が極端に大きくなければ、液晶中の電荷は、配向膜113を通して画素電極110等に流すことが出来る。
In a liquid crystal display device, AC driving is performed so that charges are not charged in the liquid crystal layer. However, when a specific image is displayed for a specific time, a DC component remains on one substrate for a certain time, and the liquid crystal layer is charged. In some cases, an afterimage is generated due to the charged electric charge. If the resistance of the
しかし、光配向膜1131は比抵抗が非常に大きく、短時間に液晶中の電荷を逃がすことが出来ない。本発明は、配向膜113を光配向膜1131と低抵抗配向膜1132の2層構造とすることによってこの問題を解決するものである。すなわち、液晶層と接する光配向膜1131は、十分な配向安定性を得るために、分子量の大きな光分解性ポリマー10を用いる。
However, the photo-
一方、下層の配向膜113は、分子量は小さいが比抵抗も小さい低抵抗配向膜1132とする。低抵抗配向膜1132の抵抗率は、例えば、1012〜1014Ωcm程度である。このような低抵抗配向膜1132はポリアミド酸をイミド化したものによって形成することが出来る。
On the other hand, the
ポリアミド酸は化学式(2)で示す構造によって表される。 Polyamic acid is represented by the structure represented by chemical formula (2).
ポリアミド酸がポリアミド酸アルキルエステルと異なる点は、ポリアミド酸アルキルエステルを示す化学式(1)において、R1がHに置き換わっている点である。ポリアミド酸はポリイミドを形成するイミド化反応時、ジアミンと酸無水物への分解反応を伴うので、ポリイミドを十分に大きな分子量とすることが出来ない。したがって、光配向膜1131としては十分な特性を得ることが出来ない。一方、ポリアミド酸によって形成されたポリイミドは比抵抗がそれほど大きくない。
The polyamic acid is different from the polyamic acid alkyl ester in that R1 is replaced with H in the chemical formula (1) indicating the polyamic acid alkyl ester. Since the polyamic acid is accompanied by a decomposition reaction into diamine and acid anhydride during the imidation reaction for forming the polyimide, the polyimide cannot have a sufficiently large molecular weight. Therefore, sufficient characteristics cannot be obtained for the photo-
このように、配向膜113を2層構造とすることによって光配向による配向安定性を確保するとともに、配向膜113全体としての比抵抗を適切な値に制御することが出来、DC残像を軽減することが出来る。
Thus, by making the
2層構造の配向膜113を形成するために、配向膜113形成プロセスを増やすことなく行うことが出来る。すなわち、図5(a)に示すように、光分解性ポリマー10と低抵抗ポリマー11を混合した材料を基板に塗布すると、レベリング効果によって図5(b)に示すように、基板と馴染みやすい材料が下層に形成され、他の材料が上に形成される、いわゆる相分離を生ずる。なお、図5(a)における基板としては、画素電極110で代表させている。
In order to form the
本実施例において、基板に相当するのは、画素電極110を形成するITOまたは、有機パッシベーション膜107である。図5においては、基板として画素電極110が記載されている。ポリアミド酸はポリアミド酸アルキルエステルに比較して画素電極110を形成するITOあるいは有機パッシベーション膜107と馴染みやすいので、常にポリアミド酸が下層となる。
In this embodiment, the substrate corresponds to the ITO or the
このようにして形成された樹脂膜に200℃程度の熱を加えてポリイミド化する。ポリイミド化は下層のポリアミド酸、上層のポリアミド酸アルキルエステルの両者に対して同時に行われる。したがって、1層の配向膜113形成と同じ工程によって2層の配向膜113形成を行うことが出来る。
The resin film thus formed is polyimideized by applying heat of about 200 ° C. Polyimidation is performed simultaneously on both the lower polyamic acid and the upper polyamic acid alkyl ester. Therefore, the two-
上層の光配向膜1131は配向特性を安定化するために、光分解性ポリマー10の分子量は大きくする必要があるので、イミド化率は高くする必要がある。光配向膜1131におけるイミド化率は70%以上であり、より好ましくは80%以上である。この残りは、前駆体としてのポリアミド酸アルキルエステルが光配向膜1131に存在することになる。
Since the
一方、下層の低抵抗配向膜1132は液晶の光配向特性とは関係が無いので、イミド化率は低くてもよい。例えば、イミド化率は40%以上であれば十分である。すなわち、イミド化の条件は、上層のポリアミド酸アルキルエステルのイミド化を主眼に設定すればよい。
On the other hand, the low
配向膜113の上層と下層の境界は明確ではない。図5ではこの境界を点線で示している。図5(b)において、上層の光配向膜1131は下層の低抵抗配向膜1132よりも分子量は大きい。光配向膜1131と低抵抗配向膜1132の分子量を比較する場合は、光配向膜1131の表面における分子量と低抵抗配向膜1132の基板との界面における分子量と比較すれば良い。
The boundary between the upper layer and the lower layer of the
光配向膜1131と低抵抗配向膜1132の2層構成とした配向膜113と、光配向膜のみの配向膜とした場合のDC残像特性を評価した。残像は次のようにして評価した。すなわち、図6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。
The DC afterimage characteristics were evaluated when the
図7はDC残像の評価結果である。図7において、横軸は、灰色ベタの中間調に戻したあとの時間である。縦軸は、残像のレベルである。縦軸において、RRは中間調に戻したときに、チェッカーフラグパターンが良く見える状態であり、NGである。Rは中間調に戻した時にチェッカーフラグパターンが薄いけれども見える状態である。図7において、曲線Aが本発明による配向膜を使用した場合のDC残像特性である。また、曲線Bが配向膜として光配向膜1層のみを使用した場合のDC残像特性の例である。 FIG. 7 shows the evaluation result of the DC afterimage. In FIG. 7, the horizontal axis represents the time after returning to a gray solid halftone. The vertical axis represents the afterimage level. On the vertical axis, RR is a state in which the checker flag pattern is clearly visible when the tone is returned to the halftone, and is NG. R is a state in which the checker flag pattern is thin but visible when the tone is returned to the halftone. In FIG. 7, a curve A is a DC afterimage characteristic when the alignment film according to the present invention is used. Curve B is an example of DC afterimage characteristics when only one photo-alignment film is used as the alignment film.
中間調に戻したときに、残像のレベルがRであっても、これが短時間に消失すれば、実用上は問題ないといえる。光配向膜1層の場合は、中間調に戻したときのレベルRが長時間続くので、実用上問題が残る。一方、本発明による2層構造の配向膜113では、DC残像が急激に減少し、中間調に戻したあと、17分程度で、DC残像は完全に消滅する。
Even if the afterimage level is R when the halftone is restored, it can be said that there is no practical problem if it disappears in a short time. In the case of a single photo-alignment film, the level R at the time of returning to the halftone continues for a long time, so that there remains a practical problem. On the other hand, in the
このように、光配向膜1層の場合と本発明の配向膜の場合の大きな違いは、光配向膜1層の場合は、DC残像が長く続くのに対して、本発明の配向膜を使用すると、DC残像が急激に減少するということである。図7において、
DC残像の目安となる、中間調に戻してから10分後のDC残像のレベルを比較すると、配向膜が光配向膜1層のみの場合は、DC残像が90%であるのに対し、本発明におけるDC残像は25%以下となり、本発明の効果は非常に大きいことがわかる。
Thus, the major difference between the case of the photo-alignment film 1 layer and the case of the alignment film of the present invention is that, in the case of the photo-alignment film 1 layer, the DC afterimage continues for a long time, whereas the alignment film of the present invention is used Then, the DC afterimage is suddenly reduced. In FIG.
Comparing the level of
ところで、光配向膜1131において配向特性を安定化させるためには、光分解性ポリマー10の分子量は大きいほうが良い。しかし、分子量が大きいと配向膜ワニスの粘度が高くなる。粘度が高くなるとフレキソ印刷やインクジェット塗布が困難になるので材料の濃度を低くして粘度を下げることになる。そうすると、塗布膜が薄くなってしまう。したがって、配向膜113を光配向膜1層のみで形成しようとする塗布条件が限定されてしまうことになる。
By the way, in order to stabilize the alignment characteristics in the photo-
これに対して本発明は次のような有利な点を有している。すなわち、基板側に配置された低抵抗成分は配向に寄与しないため、分子量は極限まで落とすことができる。そのため、ポリアミド酸アルキルエステルやポリアミド酸などが有機溶剤に溶かされた配向膜ワニスの濃度や粘度の調整について裕度が拡大し、配向膜113の形成方法について従来のフレキソ印刷のみならず、ワニスの低粘度化が必要とされるために配向膜113の厚膜化が困難であるとされてきたインクジェットによる塗布も可能になる。
In contrast, the present invention has the following advantages. That is, since the low resistance component arranged on the substrate side does not contribute to the alignment, the molecular weight can be lowered to the limit. Therefore, the tolerance for the adjustment of the concentration and viscosity of the alignment film varnish in which the polyamic acid alkyl ester and the polyamic acid are dissolved in the organic solvent is expanded, and the formation method of the
実施例1においては、2層の配向膜113のうちの下層の低抵抗配向膜1132として、ポリアミド酸をイミド化した膜を用いている。下層の低抵抗配向膜1132は光配向とは関係がないので、配向膜113の抵抗を小さくすることを主眼に材料を選定することが出来る。
In Example 1, a film obtained by imidizing polyamic acid is used as the low
液晶表示装置では、液晶表示パネルの背面にバックライトを配置して、バックライトからの光を画素毎に制御することによって画像を形成する。バックライトの光源としては、冷陰極管や発光ダイオードが使用される。したがって、配向膜113は液晶表示装置が動作中は、常にバックライトからの光にさらされることになる。下層の低抵抗配向膜1132として光導電性を有するものを使用すれば、液晶層にチャージした電荷をより早く逃がすことが出来、DC残像をより軽減することが出来る。
In a liquid crystal display device, a backlight is disposed on the back of a liquid crystal display panel, and an image is formed by controlling light from the backlight for each pixel. A cold cathode tube or a light emitting diode is used as a light source of the backlight. Therefore, the
配向膜材料が光導電特性を示す材料として、例えば、日産化学のSE6414等を挙げることが出来る。この場合も、ポリアミド酸アルキルエステルと混合し、混合材料を基板上に塗布すると、相分離して2層構造となる。この場合も、ポリアミド酸アルキルエステルが上層になる。その後、加熱してイミド化するが、このイミド化も同時に行うことが出来る。 As a material in which the alignment film material exhibits photoconductive properties, for example, Nissan Chemical's SE6414 can be cited. Also in this case, when mixed with the polyamic acid alkyl ester and the mixed material is applied onto the substrate, the phases are separated to form a two-layer structure. Also in this case, the polyamic acid alkyl ester is the upper layer. Then, although imidation is performed by heating, this imidation can also be performed simultaneously.
以上の説明は、TFT基板100側の配向膜113について説明したが、対向基板200側の配向膜113についても同様である。対向基板200側の配向膜113は、オーバーコート膜203の上に形成されるが、この場合も、低抵抗配向膜1132を形成する低抵抗ポリマー11がオーバーコート膜203と馴染みが強いために、レベリングによって低抵抗配向膜1132がオーバーコート膜203側に形成され、その上に光配向膜1131が形成されることになる。
Although the above description has been made on the
なお、本発明による2層構造の配向膜113は、例えば、TFT基板100あるいは対向基板200の配向膜113にのみ、適用しても効果を得ることが出来る。液晶層中のチャージを逃がすことは、どちらかの基板だけからでも一定の効果を上げることが出来るからである。
It should be noted that the two-
以上のように、本発明によれば、光配向による十分な配向規制を安定して行うことが出来るとともに、光配向膜1131が高抵抗率になることによるDC残像の問題を解決することが出来る。
As described above, according to the present invention, sufficient alignment regulation by photo-alignment can be stably performed, and the problem of DC afterimage due to the high resistivity of the photo-
尚、本発明を適用した液晶表示装置のプレティルト角は、クリスタルローテーション法を用いた測定によれば、0.5度以下となる。 Note that the pretilt angle of the liquid crystal display device to which the present invention is applied is 0.5 degrees or less according to the measurement using the crystal rotation method.
10…光分解性ポリマー、 11…低抵抗ポリマー、 15…紫外線による切断部、 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、 1131…光配向膜、 1132…低抵抗配向膜。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に保持された液晶層と、を有し、
前記配向膜は、前記液晶層側に位置し、光分解性を有するポリマーから形成された第1の部分と、前記第1の部分よりも前記第1基板側に位置し、前記第1の部分よりも抵抗率が低い第2の部分とを有しており、
前記第1の部分の数平均分子量は、前記第2の部分の数平均分子量よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。 A first substrate provided with a pixel electrode, a counter electrode, and an alignment film;
A second substrate;
A liquid crystal layer held between the first substrate and the second substrate,
The alignment film is located on the liquid crystal layer side, and is formed of a first portion made of a photodegradable polymer, and is located closer to the first substrate than the first portion, and the first portion has a low resistivity second portion than,
The number average molecular weight of the first portion is larger than the number average molecular weight of the second portion .
前記透明導電膜と前記第2の部分とは接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。 The pixel electrode and the counter electrode are formed of a transparent conductive film,
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the transparent conductive film and the second portion are in contact with each other.
第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に保持され、液晶分子有する液晶層と、を有し、
前記第1の基板は、ITOからなる透明導電膜と、前記透明導電膜上に設けられ、ポリアミド酸がイミド化された第2の部分と、前記第2の部分の上に設けられ、紫外線の照射により前記液晶分子に対する配向性を付与された第1の部分とを有しており、
前記第1の部分の数平均分子量は、前記第2の部分の数平均分子量よりも大きいことを特徴とするIPS方式の液晶表示装置。 A first substrate;
A second substrate;
A liquid crystal layer held between the first substrate and the second substrate and having liquid crystal molecules,
The first substrate is provided on the transparent conductive film made of ITO, the second portion on which the polyamic acid is imidized, the second portion on which the polyamic acid is imidized, and the second portion. and have a first portion granted orientation with respect to the liquid crystal molecules by the irradiation,
The number average molecular weight of the first portion is larger than the number average molecular weight of the second portion, IPS mode liquid crystal display device.
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