JP6985024B2

JP6985024B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP6985024B2
Application number: JP2017045754A
Authority: JP
Inventors: 勲安達; 丞治河村; 強前田
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2037-03-10
Also published as: KR20180103687A; JP2018151438A; KR101993343B1

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。

液晶表示装置の駆動方式として、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）、ＩＰＳ（Ｉｎ−ＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）、ＦＬＣ（ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）、ＦＦＳ（ＦｒｉｎｇｅＦｉｅｌｄＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）等の方式がある。このうち、ＩＰＳ方式およびＦＦＳ方式は、２枚の基板間に充填された液晶分子に対し、基板に平行な方向（横方向）の電場を与えることで、液晶分子の配向方向を変化させ、表示を行っている。このようなＩＰＳ方式およびＦＦＳ方式の液晶表示装置は、視覚特性に優れ、携帯電話、テレビジョン等をはじめとする幅広い機器に適用されている。

既存の液晶表示装置では、液晶分子は、電場が与えられない状態において、所定の方向に沿って配列されるよう、液晶分子の配向方向が強制されている。液晶分子は、電場の付与を停止させると、電場により変位した液晶分子の配向が元の配向状態、すなわち、電圧非印加時の配向状態に回復する。

液晶分子の配向方向をさらに強く拘束する方法として、基板上にポリイミドなどからなる配向膜を形成し、レーヨンや綿などの布により配向膜の表面を所定の方向に擦る方法（ラビング法）や、偏光紫外線を照射してポリイミド膜表面に異方性を発生させる手法（光配向法）などが採用されている。これらの処理により、配向膜付近の液晶分子は配向膜に強く束縛され、一定方向に配向する。ラビング法や光配向法により形成された配向膜で液晶分子に強い拘束力を付与することによって液晶分子を一定方向に配向した構成では、画像の表示を停止するために、電場の付与を停止させると、液晶分子は、配向膜の強い拘束力によって変位した液晶分子の配向が迅速に元の配向状態に戻る。

ラビング法や光配向法により形成された配向膜を有するＩＰＳ方式およびＦＦＳ方式の液晶表示装置では、電場が与えられると、配向膜から遠い液晶分子が螺旋状にねじれることにより、複屈折が生じて画像が表示される。しかし、電極の真上では、基板に対して平行な電場が生じにくいため、配向膜から遠くても液晶分子が動きにくく、光の透過を阻害するため、明るい表示をすることができない。

一方、外場（電場、磁場など）によって液晶分子の配向方向を所望の方向に向け、その状態を維持する（メモリーする）方法も提案されている。このような動作を実現するためには、基板表面の配向強制力（アンカリング）をなくす必要がある。このようにアンカリングを弱くする構成の関連技術として、特許文献１（特開２０１４−２１５４２１号公報）が提案されている。特許文献１に開示された構成は、平坦化処理を施した基板にポリマーブラシを形成し、この基板間に液晶を挟持した液晶セルにおいて、ポリマーブラシと液晶との共存部のＴｇ（ガラス転移温度）よりも高く且つ共存部の形状を自由に変動させ得る温度に加熱することで、ゼロ面アンカリング状態を実現するというものである。

特許文献１に記載された液晶表示装置においては、アンカリングが弱いため、電場が与えられると液晶分子が動きやすい。したがって、電極の真上で基板に対して平行な微弱な電場が生ずれば、液晶分子が動くことができ、光が透過されやすく、明るい表示をすることができる。

しかし、特許文献１に記載された液晶表示装置においては、配向膜による液晶分子に対する拘束力が弱いため、画像の表示を停止するために、電場の付与を停止させても、液晶分子の配向が元の配向状態に回復するのに時間がかかる。この様な背景から、画像の表示を停止する時に、高い応答性が望まれている。

本発明は、明るい表示のために液晶分子が動きやすくても画像の表示を停止する時の応答性が高い、横方向の電場を与えることで液晶を動かす液晶表示装置を提供する。

本発明に係る液晶表示装置は、第一の配向膜が形成された第一の基板と、前記第一の配向膜に対して間隔をおいて対向するように配置される第二の配向膜が形成された第二の基板と、前記第一の配向膜と前記第二の配向膜との間に配置され、液晶分子が駆動されることによって光を透過又は遮断する液晶層と、前記第一の基板に設けられ、前記液晶分子に前記第一の基板および前記第二の基板に平行な方向の電場を与える駆動電極層とを備え、前記第一の配向膜および前記第二の配向膜の少なくとも一方は、強アンカリング部分と弱アンカリング部分とを有し、前記強アンカリング部分は、前記弱アンカリング部分に比べて、前記電場が与えられた時に、前記液晶分子に対して初期配向方向を維持する拘束力が強く、前記強アンカリング部分と前記弱アンカリング部分は、前記駆動電極層の電極に重なる位置で混在するとともに、前記電極に重ならない位置でも混在する。

前記第一の配向膜および前記第二の配向膜の両方が前記強アンカリング部分と前記弱アンカリング部分とを有してもよく、前記第一の配向膜において、前記強アンカリング部分と前記弱アンカリング部分は、前記駆動電極層の電極に重なる位置で混在するとともに、前記電極に重ならない位置でも混在してもよく、前記第二の配向膜において、前記強アンカリング部分と前記弱アンカリング部分は、前記駆動電極層の電極に重なる位置で混在するとともに、前記電極に重ならない位置でも混在してもよい。

あるいは、前記第一の配向膜および前記第二の配向膜の一方には、前記強アンカリング部分と前記弱アンカリング部分が混在してもよく、前記第一の配向膜および前記第二の配向膜の他方が強アンカリング部分から構成されていてもよい。好ましくは、前記第一の配向膜には、前記強アンカリング部分と前記弱アンカリング部分が混在し、前記第二の配向膜が強アンカリング部分から構成されている。

前記強アンカリング部分と前記弱アンカリング部分が混在する配向膜の総面積において、前記弱アンカリング部分の面積が７０％〜９０％であってよい。

前記初期配向方向は、前記電場が与えられない時の液晶分子の配向方向であって、前記第一の配向膜側と前記第二の配向膜側で同じ方向であってよい。

前記電場を与えた状態で、前記第二の配向膜側から前記第一の配向膜側に向けて、前記液晶層の前記初期配向方向に対する前記液晶分子の配向方向の変位角度が漸次大きくなるようにしてもよい。

前記液晶層にカイラル剤が添加されていないようにしてもよい。

本発明においては、横方向の電場を与えることで液晶を動かす液晶表示装置において、明るい表示のために液晶分子が動きやすくても画像の表示を停止する時の応答性を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。図１の液晶表示装置の液晶層での画像の非表示時の液晶分子の配向方向の分布を示す断面図である。図１の液晶表示装置の第二の配向膜（強アンカリング配向膜）側の液晶分子の配向方向を示す平面図である。図１の液晶表示装置の画像の表示時の第一の配向膜（弱アンカリング配向膜）側の液晶分子の配向方向を示す平面図である。図１の液晶表示装置の第一の配向膜の弱アンカリング部分のポリマーブラシの例を示す模式的断面図である。図１の液晶表示装置の第一の配向膜の製造方法の一例の一工程を示す図である。第１実施形態に係る実験結果を示す表である。本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。図８の液晶表示装置の液晶層での画像の非表示時の液晶分子の配向方向の分布を示す断面図である。本発明の変形例に係る液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。本発明の他の変形例に係る液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。本発明の他の変形例に係る液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
液晶には、誘電率異方性が正であるポジティブ型と、誘電率異方性が負であるネガティブ型とが存在する。ポジティブ型の液晶は、誘電的性質が液晶分子の長軸方向に大きく、長軸方向に直交する方向に小さい。ネガティブ型は、誘電的性質が液晶分子の長軸方向に小さく、長軸方向に直交する方向に大きい。本実施形態では、ポジティブ型、すなわち誘電率異方性が正の液晶を用いた事例について説明する。

また、液晶分子の配向方向を制御するための配向膜として、液晶分子の配向方向を拘束する力が弱い弱アンカリング配向膜が知られている（特許文献１）。本発明では、互いに対向する配向膜の少なくとも一方に、液晶分子の配向方向を拘束する力が強い強アンカリング部分と、液晶分子の配向方向を拘束する力が弱い弱アンカリング部分とが混在する。

図１および図２は、本発明の第１実施形態に係るＩＰＳ駆動方式の液晶表示装置１０の概略構成を示す断面図であり、図１は、液晶層での画像の表示時（電場を与えた状態）の液晶分子の配向方向の分布を示し、図２は、液晶層での画像の非表示時（電場を与えない状態）の液晶分子の配向方向の分布を示す。図３および図４は、第１実施形態に係る液晶表示装置の液晶分子の配向方向を示す平面図である。図１および図４において点線は電場を表す。

図１および図２に示すように、液晶表示装置１０は、液晶パネル１１と、液晶パネル１１に光を提供するバックライトユニット１２とを備える。

バックライトユニット１２は、液晶パネル１１の裏面に設けられた光源（図示せず）から入力される光を、液晶パネル１１の裏面１１ｒ側から表面１１ｆ側に向けて均一に照射する。バックライトユニット１２は、例えば、その一側端部に設けられた光源（図示せず）から入力される光を、液晶パネル１１の表面１１ｆと平行な方向に伝搬するとともに、伝搬した光を液晶パネル１１の裏面１１ｒ側から表面１１ｆ側に向けて照射する、いわゆるエッジライト型であってもよい。あるいは、バックライトユニット１２は、液晶パネル１１の裏面１１ｒ側に設けられた光源から入力される光を液晶パネル１１の裏面１１ｒ側から表面１１ｆ側に向けて照射する、いわゆる直下型であってもよい。

液晶パネル１１は、基板（第一の基板）１３Ａ，基板（第二の基板）１３Ｂと、偏光板（第一の偏光板）１４Ａ，偏光板（第二の偏光板）１４Ｂと、駆動電極層１５と、第一の配向膜１６と、第二の配向膜１７と、液晶層１８とを備える。

基板１３Ａ，１３Ｂは、それぞれガラス、あるいは樹脂などの基板からなり、所定の間隔をおいて互いに平行に配置されている。

偏光板１４Ａは、バックライトユニット１２側に配置された基板１３Ａにおいて、バックライトユニット１２に対向する側、もしくはバックライトユニット１２とは反対側に設けられている。偏光板１４Ｂは、バックライトユニット１２から離間した側に配置された基板１３Ｂにおいて、バックライトユニット１２とは反対側、もしくは、バックライトユニット１２に対向する側に設けられている。

これらの偏光板１４Ａ，１４Ｂは、その透過軸方向が互いに直交するようクロスニコル方式で配置されている。例えば、偏光板１４Ａ，１４Ｂの透過軸方向は、基板１３Ｂに平行な方向Ｘに設定されている。

この実施形態では、駆動電極層１５は、バックライトユニット１２側の基板１３Ａにおいて、バックライトユニット１２から離間した側に設けられている。駆動電極層１５は、基板１３Ａの表面に並べられた複数本の電極線２０Ａを有する。図３および図４に示すように、各電極線２０Ａは、その長軸方向が、例えば基板１３Ａの表面に平行な面内で方向Ｙに沿って延びるよう直線状に形成されている。駆動電極層１５では、このような電極線２０Ａが、基板１３Ａの表面に平行な面内で方向Ｙに直交する方向Ｘに沿って、一定間隔ごとに並べられている。

図１および図４に示すように、このような駆動電極層１５においては、駆動電極層１５の各電極線２０Ａに予め設定した電圧が与えられると、互いに隣接する電極線２０Ａ間で、これらの互いに隣接する電極線２０Ａ同士を結ぶ方向、すなわち基板１３Ａ，１３Ｂに平行な方向Ｘの電場が生成される。

この実施形態では、第一の配向膜１６は、バックライトユニット１２側の基板１３Ａにおいて、バックライトユニット１２から離間した側に形成され、第二の配向膜１７は、バックライトユニット１２から離間した側の基板１３Ｂにおけるバックライトユニット１２に対向する側に形成されている。

第一の配向膜１６および第二の配向膜１７は、電場が与えられていない時に、液晶層１８のポジティブ型の液晶分子Ｌｐを、その長軸方向（初期配向方向）が、基板１３Ａ，１３Ｂの表面に平行な面内の所定の配向方向（図１では方向Ｙ）にほぼ一致させるよう、配向方向が設定されている。液晶分子の初期配向方向は、第一の配向膜１６側と第二の配向膜１７側で同じ方向である（すなわち液晶分子はホモジニアス配向である）。

第二の配向膜１７は、第一の配向膜１６に比べて、電場が与えられた時に、液晶分子Ｌｐに対して初期配向方向を維持する拘束力が強い。第一の配向膜１６は、電場が与えられた時に、液晶分子に対して初期配向方向を維持する拘束力が弱い。

液晶層１８は、第一の配向膜１６と第二の配向膜１７の間に、多数の液晶分子Ｌｐが充填されることで形成されている。液晶層１８は、駆動電極層１５を構成する各電極線２０Ａに電圧が与えられることによって生じる電場により、液晶分子Ｌｐの配向方向が変化して駆動される。このようにして液晶分子Ｌｐの配向が変化することによって、液晶層１８は、バックライトユニット１２から供給される光を部分的に透過したり遮断したりすることで、表示画像を生成する。

図１は、駆動電極層１５が駆動されて液晶分子Ｌｐに電場が与えられた時（すなわち液晶層１８で画像が表示される時）の液晶分子の配向方向の分布を示し、図２は、液晶分子Ｌｐに電場が与えられない時（すなわち液晶層１８で画像が表示されない時）の液晶分子の配向方向の分布を示す。前記の通り、液晶層１８に電場が与えられない時の液晶分子の初期配向方向は、図２に示すように、方向Ｙである。

第二の配向膜１７は、電場が与えられた時に、液晶分子Ｌｐに対して初期配向方向を維持する拘束力が強い。したがって、電圧が与えられて電場が生成されても、液晶層１８において第二の配向膜１７側の液晶分子Ｌｐが、その長軸方向を、基板１３Ａ，１３Ｂの表面に沿った面内で、第二の配向膜１７の配向処理方向（方向Ｙ）にほぼ一致させた初期配向状態を維持する。図３は、第二の配向膜１７側の液晶分子Ｌｐの配向方向を示す。図１および図２の比較から明らかなように、駆動電極層１５が駆動されても駆動されなくても、第二の配向膜１７側の液晶分子Ｌｐの配向方向は初期配向方向からほぼ変化しない。

これに対し、第一の配向膜１６は、電場が与えられた時に、液晶分子に対して初期配向方向を維持する拘束力が弱い。電場が生成された時に、与えられた電圧が閾値を超えると、図１に示すように、第一の配向膜１６側では、液晶分子Ｌｐの配向方向が、基板１３Ａ，１３Ｂに平行な面内で、初期配向方向から電場の大きさに応じて変化する。液晶分子Ｌｐは正の誘電率異方性を持ち、電場の向きに対して平行に配向しやすいためである。他方、第二の配向膜１７側の液晶分子Ｌｐの配向方向は、電場があってもなくても、初期配向方向とほぼ同じであるので、駆動電極層１５が駆動される時には、図１に示すように、第二の配向膜１７側から第一の配向膜１６側に向けて、液晶層１８の初期配向方向に対する液晶分子Ｌｐの配向方向の変位角度が漸次大きくなる。図４は、駆動電極層１５が駆動される時の第一の配向膜１６側の液晶分子Ｌｐの配向方向を示す。

他方、電場が生成されない時には、図２および図３に示すように、第一の配向膜１６側では、液晶分子Ｌｐが初期配向方向に配向された状態を維持する（または初期配向方向に配向された状態になる）。この時、第二の配向膜１７側の液晶分子Ｌｐの配向方向は、初期配向方向とほぼ同じであるので、液晶層１８全体においては、すべての液晶分子Ｌｐが初期配向方向に配向された状態である。

第二の配向膜１７は、例えば、以下のようにして形成する。まず、基板１３Ｂ上にポリイミドなどからなる配向膜を形成する。その後、レーヨンや綿などからなる布を巻いたローラーを、回転数及びローラーと基板１３Ｂとの距離を一定に保った状態で回転させ、配向膜の表面を所定の方向に擦る（ラビング法）。あるいは、偏光紫外線を照射してポリイミドからなる配向膜の表面に異方性を発生させる（光配向法）。ラビング法、光配向法等により配向方向が設定された第二の配向膜１７は、液晶分子Ｌｐに対し、第一の配向膜１６よりも強い配向強制力を付与する。

他方、図１および図２に示すように、第一の配向膜１６は、強アンカリング部分１６Ａと弱アンカリング部分１６Ｂとを有する。図１および図２の第一の配向膜１６において、ハッチングされた部分が強アンカリング部分１６Ａであり、ハッチングされていない部分が弱アンカリング部分１６Ｂである。第一の配向膜１６において、強アンカリング部分１６Ａと弱アンカリング部分１６Ｂはランダムに混在する。したがって、強アンカリング部分１６Ａと弱アンカリング部分１６Ｂは、駆動電極層１５における電極線２０Ａに重なる位置でランダムに混在するとともに、電極線２０Ａに重ならない位置でもランダムに混在する。

強アンカリング部分１６Ａは、第二の配向膜１７と同様または類似の性質を有し、弱アンカリング部分１６Ｂに比べて、電場が与えられた時に、液晶分子Ｌｐに対して初期配向方向を維持する拘束力が強い。

他方、弱アンカリング部分１６Ｂは、電場が与えられた時に、液晶分子Ｌｐに対して初期配向方向を維持する拘束力が弱く、好ましくは拘束力が１０^−５Ｊ／ｍ^２未満である。弱アンカリング部分１６Ｂは、例えば、ポリマーブラシを有する。ポリマーブラシは、一端が基板１３Ａの表面に固定され、他端が基板１３Ａの表面から離間する方向に延びたグラフトポリマー鎖により形成される。ポリマーブラシのＴｇ（ガラス転移温度）は好ましくは−５℃以下である。

図５は、弱アンカリング部分１６Ｂとして基板に形成したポリマーブラシの例を示す断面図である。図５に示すように、液晶分子Ｌｐは、基板１３Ａ上に形成されたポリマーブラシ２の表層部分に浸透しており、液晶分子Ｌｐと接したポリマーブラシ２の表層部分は膨潤している（図中では、膨潤した状態は示していない）。

本明細書においては、液晶分子Ｌｐが浸透したポリマーブラシ２の部分を共存部４として表し、液晶分子Ｌｐが浸透していないポリマーブラシ２の部分をポリマーブラシ層３として表す。なお、図５では、本発明を理解し易くする観点から、共存部４とポリマーブラシ層３とを明確に区別して表したが、実際には、共存部４とポリマーブラシ層３との境界を区別することは難しい。

上記したようなポリマーブラシ２を用いることにより、共存部４のＴｇ（ガラス転移温度）が、常温よりもかなり低い温度になるので、常温において、共存部４の形状を自由に変動させることができる。そのため、共存部４と液晶分子Ｌｐとの界面において共存部４の状態が変化し、基板１３Ａに対してほぼ平行に液晶分子Ｌｐを配向強制しつつ、基板１３Ａに対して平行な面内ではいずれの方向にも（方向Ｘにも方向Ｙにも）配向強制力をもたない状態（ゼロ面アンカリング状態）を実現することができる。

基板１３Ａの表面は必要に応じて、平坦化処理を行っても良い。平坦化処理としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いて行うことができる。平坦化処理の例としては、基板１３Ａの表面に平坦化膜を形成する方法が挙げられ、例えば、ＵＶ硬化性の透明樹脂などを基板１３Ａの表面に塗布してＵＶ硬化すればよい。

強アンカリング部分１６Ａと弱アンカリング部分１６Ｂが混在する第一の配向膜１６の製造方法の一例を説明する。まず、図６に示すように、無極性部位と高極性部位を有するコポリマー１６Ｃを基板１３Ａにコートする。コポリマー１６Ｃは、第一の配向膜１６の材料であり、この段階では、強アンカリング部分１６Ａと弱アンカリング部分１６Ｂに分離していない。コポリマー１６Ｃとしては、下記の式で示される化学構造を有する少なくともＡ^ｈ、Ｂ^ｉ及びＣ^ｊを有する共重合体を含む高分子材料である。

上記の式において、Ｐ、Ｑ、Ｌ、Ｍ、及びＮはそれぞれ結合基を表す。Ｒ^ｓ、Ｒ^ｔ及びＲ^ｕはそれぞれ化学基を表す。Ａ^ｈ、Ｂ^ｉ、及びＣ^ｊ各々は、少なくとも１種類以上（２種類以上でも３種類以上でもよい）の化学基である。

Ｐ、Ｑは結合基を表し、単結合、エステル結合、エーテル結合、アミド結合、イミド結合などの共有結合であってもよいし、イオン結合や水素結合のような結合であってもよい。共有結合が好ましく、さらには単結合が好ましい。また、ＰとＱは同じであっても異なっていてもよいが、同じほうが好ましい。

Ｌ、Ｍ及びＮは結合基を表し、単結合、エステル結合、エーテル結合、アミド結合、イミド結合などの共有結合であってもよいし、イオン結合や水素結合のような結合であってもよい。単結合、エステル結合、エーテル結合、アミド結合が好ましく、エステル結合、エーテル結合、単結合が好ましく、エステル結合が特に好ましい。

Ｒ^ｓは無極性化学基を有するアルキル基などの化学基である。Ｃ１〜Ｃ３０のアルキル基が好ましく、Ｃ６〜Ｃ２２のアルキル基がさらに好ましく、Ｃ６〜Ｃ１８のアルキル基がより好ましく、分岐を有するアルキル基であることが特に好ましい。

Ｒ^ｔは親水性化学基である。水酸基、カルボン酸基、ポリエチレングリコール基、ポリプロピレングリコール基を有する化学基であることが好ましい。

Ｒ^ｕは反応性を有する化学基であることが好ましい。アルコキシド、アクリル基、メタクリル基、イソシアネート基、エポキシド基、オキセタン基、無水カルボン酸基などが好ましい。アルコキシドは特にシランアルコキシドが好ましい。

ｘ、ｙ、ｚはＡ^ｈ、Ｂ^ｉ、Ｃ^ｊ基の割合を表し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。ｘは０．５以上が好ましく、ｙは０．１から０．４が好ましく、ｚは０．１以下が好ましい。またｙ＋ｚ＝０．５のとき、ｙは０．２５〜０．４が好ましく、ｚは０．１〜０．２５が好ましい。

コポリマー１６Ｃを基板１３Ａにコートした後、プリベーク、ポストベークを施して、第一の配向膜１６を完成させる。プリベークは、コポリマー１６Ｃから溶媒を蒸発させる処理であって、室温〜１００℃の環境に数十秒〜数分間、基板１３Ａを配置することにより行われる。ポストベークは、第一の配向膜１６内の成分を架橋させる処理であって、１００℃〜２５０℃の環境に数分〜２時間、基板１３Ａを配置することにより行われる。

溶媒の蒸発の段階で、無極性部位（Ｒ^ｓを有する）と高極性部位（Ｒ^ｔを有する）が自然に相分離し、ポストベーク後は、無極性部位が弱アンカリング部分１６Ｂとなり、高極性部位が強アンカリング部分１６Ａになる。

基板１３Ａの例としては、アレイ基板が挙げられる。アレイ基板の例としては、アクティブマトリックスアレイ基板が挙げられる。このアクティブマトリックスアレイ基板は、一般的に、ガラス基板上にゲート配線及びソース配線がマトリックス状に配置されており、その交点部分に、薄層トランジスタ（ＴＦＴ：ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのアクティブ素子が形成され、このアクティブ素子に画素電極が接続されたものである。

基板１３Ａに対向する基板１３Ｂの例としては、カラーフィルタ基板が挙げられる。カラーフィルタ基板は、一般的に、ガラス基板上に、不要な光の漏れを防止するためにブラックマトリックスを形成した後、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の着色層をパターン形成し、必要に応じて保護膜を形成したものである。これらの基板１３Ｂを用いる場合、基板１３Ｂの表面に透明樹脂を塗布して硬化し、平坦化膜を形成してもよい。

本実施形態において用いられるポジティブ型の液晶分子Ｌｐとしては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。但し、好ましくは、下記に列挙する化合物から選択された少なくとも１種類の化合物が使用されうる。３種類以上の化合物が併用されることが好ましい。

ここで、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３の各々は、Ｃ１〜Ｃ５のアルキル基またはＣ２〜Ｃ３のアルケニル基である。Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９の各々は、Ｃ１〜Ｃ５のアルキル基、Ｃ１〜Ｃ４のアルコキシ基、またはＣ４〜Ｃ５のアルケニル基である。Ｒ^１０、Ｒ^１１の各々は、Ｃ１〜Ｃ５のアルキル基である。

この実施形態においては、横方向の電場を与えることで液晶を動かすＩＰＳ駆動方式の液晶表示装置１０において、明るい表示のために液晶分子が動きやすくても画像の表示を停止する時の応答性を高めることができる。すなわち、第一の配向膜１６による液晶分子Ｌｐに対する拘束力が弱いため、電極線２０Ａの真上で基板１３Ａ，１３Ｂに対して平行な微弱な電場が生ずれば、第一の配向膜１６側では液晶分子Ｌｐが動くことができ、液晶分子Ｌｐは正の誘電率異方性を持つので、駆動電極層１５を駆動すると、電場の向きに対して平行に配向しやすいため、液晶パネル１１全体としては、光が透過されやすく、明るい表示をすることができる。他方、第二の配向膜１７による液晶分子Ｌｐに対する拘束力が強いため、駆動電極層１５が駆動されても駆動されなくても、第二の配向膜１７側では、液晶分子Ｌｐが初期配向方向に配向された状態を維持する。

そして、駆動電極層１５を駆動せず電場が与えられなくなると、第一の配向膜１６側では液晶分子Ｌが初期配向方向に配向された状態を維持する（または初期配向方向に配向された状態になる）。したがって、画像の表示を停止する時の応答性が高い。したがって、この実施形態に係る液晶表示装置１０では、明るい表示を達成することができるとともに、画像の表示を停止する時の応答性が高い。

液晶層１８には、初期状態（電場が与えられていない状態）で液晶分子Ｌｐにねじれを付与するカイラル剤が含まれてもよい。しかしながら、上記の効果を促進するため、液晶層１８にはカイラル剤が添加されていないことが好ましい。

［実施例］
第１実施形態に係る液晶表示装置１０を製造した（実施例）。液晶層１８に電場を与えない状態から、電場を液晶層１８に与えた場合の表示開始応答時間Ｔｏｎを求めた。さらに、この液晶表示装置１０について、表示状態から、電場を解除した場合の表示停止応答時間Ｔｏｆｆを求めた。

また、比較例１としての液晶表示装置を準備した。この液晶表示装置では、第一の配向膜１６が第１実施形態の第一の配向膜１６と同じ強アンカリング配向膜であり、第二の配向膜１７が弱アンカリング配向膜である。弱アンカリング配向膜は、ポリマーブラシを有する一様な膜であり、その組成は例えば、次の一般式で表される。

この一般式において、ＸはＨ又はＣＨ_３であり、ｍは正の整数である。Ｒは炭素原子数１〜２０のアルキル基が好ましく、炭素原子数４〜２０のアルキル基がさらに好ましく、炭素原子数６〜１８のアルキル基がさらに好ましい。また、分岐を有するアルキル基も好適に用いられる。

また、比較例２としての液晶表示装置を準備した。この液晶表示装置では、第一の配向膜１６も第二の配向膜１７も第１実施形態の第一の配向膜１６と同じ強アンカリング配向膜である。

比較例１、２の液晶表示装置についても、液晶層１８に電場を与えない状態から、電場を液晶層１８に与えた場合の表示開始応答時間Ｔｏｎを求めた。さらに、比較例１、２の液晶表示装置について、表示状態から、電場を解除した場合の表示停止応答時間Ｔｏｆｆを求めた。さらに、実施例、比較例１、２の液晶表示装置について、最大透過率を測定した。

上記の実験の結果を図７に示す。図７から明らかなように、比較例１に対して実施例は、表示停止応答時間Ｔｏｆｆが大幅に（１４．４分の１に）短縮された。比較例１の液晶表示装置においては、第二の配向膜１７による液晶分子に対する拘束力が弱いため、画像の表示を停止するために、電場の付与を停止させても、液晶分子の配向が元の配向状態に回復するのに時間がかかる。実施例の液晶表示装置は、第二の配向膜１７による液晶分子に対する拘束力をやや強めることによって、液晶分子の回復を促すことができる。また、表示開始応答時間Ｔｏｎも大幅に（５．６分の１に）短縮された。

実施例の表示停止応答時間Ｔｏｆｆおよび表示開始応答時間Ｔｏｎは、比較例２のそれらに劣る。しかし、比較例２に対して、実施例の液晶表示装置では、アンカリングが弱いため、電場が与えられると液晶分子が動きやすい。したがって、電極の真上で基板に対して平行な微弱な電場が生ずれば、液晶分子が動くことができ、光が透過されやすく、明るい表示をすることができる。実験結果によれば、実施例の最大透過率は３３％であり、比較例１の３６％と比べれば少々劣るが、比較例２の２４％と比べれば大幅に改善されることが確認された。

以上の通り、明るい表示のために液晶分子が動きやすくても画像の表示を停止および再開する時の応答性が高い、横方向の電場を与えることで液晶を動かす液晶表示装置が製造された。

強アンカリング部分１６Ａと弱アンカリング部分１６Ｂが混在する第一の配向膜１６の総面積において、弱アンカリング部分１６Ｂの面積が７０％〜９０％であると好ましい。弱アンカリング部分１６Ｂの面積の割合が大きすぎると、比較例１と同様に、電場の付与を停止させても、液晶分子の配向が元の配向状態に回復するのに時間がかかる。弱アンカリング部分１６Ｂの面積の割合が小さきすぎると、比較例２と同様に、透過率が低下し、表示が暗くなってしまう。

［第２実施形態］
図８および図９は、本発明の第２実施形態に係るＩＰＳ駆動方式の液晶表示装置１０の概略構成を示す断面図であり、図８は、液晶層での画像の表示時の液晶分子の配向方向の分布を示し、図９は、液晶層での画像の非表示時の液晶分子の配向方向の分布を示す。本発明の第２実施形態では、ポジティブ型の液晶に代えて、ネガティブ型の液晶を用いる。図８および図９において点線は電場を表す。第２実施形態においては、上記第１実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。

この実施の形態の液晶表示装置１０は、液晶層１８を構成するネガティブ型の液晶分子Ｌｎを除き、第１実施形態の液晶表示装置１０とほぼ同じである。但し、第二の配向膜１７は、液晶層１８の液晶分子Ｌｎを、その長軸方向が、基板１３Ａ，１３Ｂの表面に平行な面内の所定の配向方向（図８では方向Ｘ）にほぼ一致させるよう、配向方向が設定されている。

第１実施形態と同様に、駆動電極層１５の各電極線２０Ａは、その長軸方向が、例えば基板１３Ａの表面に平行な面内で方向Ｙに沿って延びるよう直線状に形成されている。駆動電極層１５では、このような電極線２０Ａが、基板１３Ａの表面に平行な面内で方向Ｙに直交する方向Ｘに沿って、一定間隔ごとに並べられている。

液晶層１８の液晶分子Ｌｎは、誘電率異方性が負であり、誘電的性質が長軸方向に小さく、長軸方向に直交する方向に大きいネガティブ型である。

図８は、駆動電極層１５が駆動されて液晶分子Ｌｎに電場が与えられた時（すなわち液晶層１８で画像が表示される時）の液晶分子の配向方向の分布を示し、図９は、液晶分子Ｌｎに電場が与えられない時（すなわち液晶層１８で画像が表示されない時）の液晶分子の配向方向の分布を示す。前記の通り、液晶層１８に電場が与えられない時の液晶分子の初期配向方向は、図９に示すように、方向Ｘである。

第二の配向膜１７は、電場が与えられた時に、液晶分子Ｌｎに対して初期配向方向を維持する拘束力が強い。したがって、電圧が与えられて電場が生成されても、液晶層１８において第二の配向膜１７側の液晶分子Ｌｎが、その長軸方向を、基板１３Ａ，１３Ｂの表面に沿った面内で、第二の配向膜１７の配向処理方向（方向Ｘ）にほぼ一致させた初期配向状態を維持する。第二の配向膜１７側の液晶分子Ｌの配向方向は、常に図４に示す方向である。図８および図９の比較から明らかなように、駆動電極層１５が駆動されても駆動されなくても、第二の配向膜１７側の液晶分子Ｌｎの配向方向は初期配向方向からほぼ変化しない。

これに対し、第一の配向膜１６は、電場が与えられた時に、液晶分子に対して初期配向方向を維持する拘束力が弱い。電場が生成された時に、与えられた電圧が閾値を超えると、図８に示すように、第一の配向膜１６側では、液晶分子Ｌｎの配向方向が、基板１３Ａ，１３Ｂに平行な面内で、初期配向方向から電場の大きさに応じて変化する。液晶分子Ｌｎは負の誘電率異方性を持ち、電場の向きに対して垂直に配向しやすいためである。他方、第二の配向膜１７側の液晶分子Ｌｎの配向方向は、電場があってもなくても、初期配向方向とほぼ同じであるので、駆動電極層１５が駆動される時には、図８に示すように、第二の配向膜１７側から第一の配向膜１６側に向けて、液晶層１８の初期配向方向に対する液晶分子Ｌｎの配向方向の変位角度が漸次大きくなる。駆動電極層１５が駆動される時の第一の配向膜１６側の液晶分子Ｌｎの配向方向は、図３に示す方向である。

他方、電場が生成されない時には、図９および図４に示すように、第一の配向膜１６側では、液晶分子Ｌｎが初期配向方向に配向された状態を維持する（または初期配向方向に配向された状態になる）。この時、第二の配向膜１７側の液晶分子Ｌｎの配向方向は、初期配向方向とほぼ同じであるので、液晶層１８全体においては、すべての液晶分子Ｌｎが初期配向方向に配向された状態である。

本実施形態において用いられるネガティブ型の液晶分子Ｌｎとしては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。但し、好ましくは、下記に列挙する化合物から選択された少なくとも１種類の化合物が使用されうる。３種類以上の化合物が併用されることが好ましい。

ここで、Ｒ^１２、Ｒ^１３、Ｒ^１４、Ｒ^１６、Ｒ^１８、Ｒ^２０、Ｒ^２４の各々は、Ｃ１〜Ｃ５のアルキル基またはＣ２〜Ｃ３のアルケニル基である。Ｒ^１５、Ｒ^１７、Ｒ^１９、Ｒ^２１、Ｒ^２２、Ｒ^２３、Ｒ^２５、Ｒ^２６、Ｒ^２７の各々は、Ｃ１〜Ｃ５のアルキル基、Ｃ１〜Ｃ４のアルコキシ基、またはＣ４〜Ｃ５のアルケニル基である。

この実施形態においては、横方向の電場を与えることで液晶を動かすＩＰＳ駆動方式の液晶表示装置１０において、明るい表示のために液晶分子が動きやすくても画像の表示を停止する時の応答性を高めることができる。すなわち、第一の配向膜１６による液晶分子Ｌｎに対する拘束力が弱いため、電極線２０Ａの真上で基板１３Ａ，１３Ｂに対して平行な微弱な電場が生ずれば、第一の配向膜１６側では液晶分子Ｌｎが動くことができ、液晶分子Ｌｎは負の誘電率異方性を持つので、駆動電極層１５を駆動すると、電場の向きに対して垂直に配向しやすいため、液晶パネル１１全体としては、光が透過されやすく、明るい表示をすることができる。他方、第二の配向膜１７による液晶分子Ｌｎに対する拘束力が強いため、駆動電極層１５が駆動されても駆動されなくても、第二の配向膜１７側では、液晶分子Ｌｎが初期配向方向に配向された状態を維持する。

液晶層１８には、初期状態（電場が与えられていない状態）で液晶分子Ｌｎにねじれを付与するカイラル剤が含まれてもよい。しかしながら、上記の効果を促進するため、液晶層１８にはカイラル剤が添加されていないことが好ましい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であればこれから様々な変形及び均等な実施の形態が可能である。
よって、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形や改良形態も本発明に含まれる。

例えば、上記実施形態では、駆動電極層１５が設けられた基板１３Ａがバックライトユニット１２側に設けられ、基板１３Ａに対向する基板１３Ｂが光の出射側に設けられている。しかし、図１０に示すように、駆動電極層１５が設けられた基板１３Ａが光の出射側に設けられ、基板１３Ａに対向する基板１３Ｂがバックライトユニット１２側に設けられていてもよい。この場合、カラーフィルタは基板１３Ａに設けられる。図示しないが、駆動電極層１５とカラーフィルタをともに、バックライトユニット１２から光が入射する基板１３Ａに設けたカラーフィルタオンアレイ（ＣＯＡ）方式にも本発明を利用してよい。

上記実施形態については、駆動電極層１５が設けられた基板１３Ａ側の第一の配向膜１６に、強アンカリング部分１６Ａと弱アンカリング部分１６Ｂが混在する。しかし、図１１に示すように、第一の配向膜１６に加えて、第二の配向膜１７にも強アンカリング部分１７Ａと弱アンカリング部分１７Ｂが混在してもよい。図１１の例では、第一の配向膜１６と同様に、第二の配向膜１７において、強アンカリング部分１７Ａと弱アンカリング部分１７Ｂは、駆動電極層１５の電極線２０Ａに重なる位置で混在するとともに、電極線２０Ａに重ならない位置でも混在する。

また、図１２に示すように、駆動電極層１５が設けられた基板１３Ａ側の第一の配向膜１６を強アンカリング部分のみから構成された強アンカリング配向膜とし、第二の配向膜１７のみに強アンカリング部分１７Ａと弱アンカリング部分１７Ｂが混在してもよい。図１２の例でも、第二の配向膜１７において、強アンカリング部分１７Ａと弱アンカリング部分１７Ｂは、駆動電極層１５の電極線２０Ａに重なる位置で混在するとともに、電極線２０Ａに重ならない位置でも混在する。

上記実施形態では、液晶表示装置１０は、ＩＰＳ駆動方式であるが、本発明はＩＰＳ駆動方式に限定されず、液晶分子に基板に平行な方向（横方向）の電場を与えるＦＦＳ駆動方式、ＡＦＦＳ（ＡｄｖａｎｃｅｄＦｒｉｎｇｅＦｉｅｌｄＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）駆動方式の液晶表示装置にも利用可能である。

２ポリマーブラシ
３ポリマーブラシ層
４共存部
１０液晶表示装置
１１液晶パネル
１１ｆ表面
１１ｒ裏面
１２バックライトユニット
１３Ａ基板（第一の基板）
１３Ｂ基板（第二の基板）
１４Ａ偏光板（第一の偏光板）
１４Ｂ偏光板（第二の偏光板）
１５駆動電極層
１６第一の配向膜
１６Ａ，１７Ａ強アンカリング部分
１６Ｂ，１７Ｂ弱アンカリング部分
１７第二の配向膜
１８液晶層
２０Ａ電極線
Ｌｐポジティブ型の液晶分子
Ｌｎネガティブ型の液晶分子

Claims

第一の配向膜が形成された第一の基板と、
前記第一の配向膜に対して間隔をおいて対向するように配置される第二の配向膜が形成された第二の基板と、
前記第一の配向膜と前記第二の配向膜との間に配置され、液晶分子が駆動されることによって光を透過又は遮断する液晶層と、
前記第一の基板に設けられ、前記液晶分子に前記第一の基板および前記第二の基板に平行な方向の電場を与える駆動電極層とを備え、
前記第一の配向膜および前記第二の配向膜の少なくとも一方は、強アンカリング部分と弱アンカリング部分とを有し、前記強アンカリング部分は、前記弱アンカリング部分に比べて、前記電場が与えられた時に、前記液晶分子に対して初期配向方向を維持する拘束力が強く、
前記強アンカリング部分と前記弱アンカリング部分は、前記駆動電極層の電極に重なる位置でランダムに混在するとともに、前記電極に重ならない位置でもランダムに混在する、液晶表示装置。
前記第一の配向膜および前記第二の配向膜の両方が前記強アンカリング部分と前記弱アンカリング部分とを有し、
前記第一の配向膜において、前記強アンカリング部分と前記弱アンカリング部分は、前記駆動電極層の電極に重なる位置でランダムに混在するとともに、前記電極に重ならない位置でもランダムに混在し、
前記第二の配向膜において、前記強アンカリング部分と前記弱アンカリング部分は、前記駆動電極層の電極に重なる位置でランダムに混在するとともに、前記電極に重ならない位置でもランダムに混在する、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第一の配向膜および前記第二の配向膜の一方には、前記強アンカリング部分と前記弱アンカリング部分がランダムに混在し、
前記第一の配向膜および前記第二の配向膜の他方が強アンカリング部分から構成されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第一の配向膜には、前記強アンカリング部分と前記弱アンカリング部分がランダムに混在し、
前記第二の配向膜が強アンカリング部分から構成されている、請求項３に記載の液晶表示装置。
前記強アンカリング部分と前記弱アンカリング部分がランダムに混在する配向膜の総面積において、前記弱アンカリング部分の面積が７０％〜９０％である、請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
前記初期配向方向は、前記電場が与えられない時の液晶分子の配向方向であって、前記第一の配向膜側と前記第二の配向膜側で同じ方向である、請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
前記電場を与えた状態で、前記第二の配向膜側から前記第一の配向膜側に向けて、前記液晶層の前記初期配向方向に対する前記液晶分子の配向方向の変位角度が漸次大きくなる、請求項１から６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
前記液晶層にカイラル剤が添加されていない、請求項１から７のいずれか一項に記載の液晶表示装置。