JPH0731326B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、液晶表示装置に関する。さらに詳しくは、
優れた電圧保持特性を有し、ことに、MIM素子（金属−
絶縁層−金属電界効果素子）、電界効果型薄膜トランジ
スタ（TFT）素子等のスイッチング手段が配列された基
板を液晶セルに用いたいわゆるアクティブ駆動型液晶表
示装置に関する。

（ロ）従来の技術 従来から液晶を利用した表示装置として、表面に配向膜
を形成してなる一対の電極基板をこれらの配向方向が所
定角度に交差するように対向配置し、これら電極基板間
に液晶をねじれ配向させて狭持してなる、ツイステッド
ネマチック液晶表示装置が汎用されている。また、上記
液晶のねじれ角度を90°以上に設定したものもいわゆる
スーパーツイストネマチィック液晶表示装置として知ら
れている。また、色素を添加したいわゆるゲスト−ホス
ト型液晶表示も知られている。これらの表示モードを以
後総じてツイストネマティック液晶表示と表現する。

これらのうち、マトリックス表示やTV表示を行うための
上記ツイステッドネマチック液晶表示装置として、多数
の画素電極（通常、透明電極）とこのON−OFFを行なう
多数のMIM素子やTFT素子を組み込んだ電極基板を用いた
ものが知られており、これらはアクティブ型ツイステッ
ドネマチック液晶表示装置として知られている。

一方、上記液晶表示装置における電極基板面上に形成さ
れる配向膜としては、従来から種々の無機材料や有機材
料からなるものが用いられており、その一つとして、ピ
ロメリット酸のごとき芳香族系テトラカルボン酸（又は
その無水物）と芳香族系ジアミンからポリアミック酸を
経て形成される全芳香族ポリイミドがその優れた化学安
定性や耐熱性の点で一つの好適な配向膜構成材料として
使用されている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記アクティブ型の液晶表示装置におい
て安定で良好な表示を得るためには、各画素電極間に印
加された電圧が一定時間ロスされずに保たれることが必
要であり、即ち、画素電極間の電気抵抗ができるだけ高
い事が望まれる。かかる特性を評価するために、例えば
TFT素子駆動の液晶表示装置でTFTのゲートへのパルス印
加によって発生するドレイン電圧が1/60秒後に低下する
度合いを、電圧保持率Ｐ＝（1/60秒間のドレイン電圧の
実効値／ソース電圧）として表した場合、この電圧保持
率ができるだけ高いことが望まれる。

しかしながら、前述した従来の全芳香族ポリイミドを配
向膜材料として用いた液晶表示装置においては、他の条
件を適合化してもこの電圧保持率Ｐが低く、アクティブ
型の液晶表示装置で安定かつ良好な表示特性を得ること
は困難であった。

この発明は、かかる状況下になされたものであり、こと
に電圧保持率が高く、とくにアクティブ型液晶表示に好
適なツイステッドネマチック液晶表示装置を提供しよう
とするものである。

（ニ）課題を解決するための手段 上記観点から本発明者らは鋭意研究を行なった結果、従
来の全芳香族系ポリイミドの代わりに、脂環族基を主鎖
に含有する脂環族系ポリイミドを配向膜として用いるこ
とにより、電圧保持率が著しく改善され安定で良好な表
示を行える液晶表示装置が得られる事実を見出した。な
お、かかる脂環族系ポリイミドは、全芳香族系ポリイミ
ドに比して耐熱性、絶縁性が劣るものとされているた
め、従来液晶表示用の配向膜には使用されていなかった
ものである。

かくしてこの発明によれば、表面に配向膜を形成してな
る電極基板の一対を対向配置し、この電極基板間に液晶
を狭持してなる液晶表示装置において、 上記配向膜は、下記式の脂環族テトラカルボン酸二無水
物とジアミンとの重縮合で形成された脂環族系ポリイミ
ドよりなることを特徴とする液晶表示装置が提供され
る。

この発明の配向膜は、テトラカルボン酸二無水物として
脂環族基を有するもの、即ち脂環族系のものを用い、こ
れとジアミンを重縮合して脂環族系ポリイミド膜を形成
し、次いでこの表面をラビング処理することにより得ら
れる。

ここで脂環族系ポリイミド膜は、具体的には、脂環族系
テトラカルボン酸二無水物とジアミンにより合成された
ポリアミック酸又はポリイミドをジメチルアセトミド
（DMAC）、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチルピロリドン
等の極性溶媒に溶解し、この溶液を所定の電極基板面に
スピンナー法、浸漬法等で塗布した後、加熱焼成するこ
とにより形成することができる。

上記加熱温度は、150〜220℃程度とするのが適してお
り、通常200℃前後（±20℃）が好ましい。また、最終
的に形成させる膜厚は、通常300〜1500Å程度とするの
が適しており、これは塗布量を制御することにより適宜
調整可能である。ここで300Å未満では、配向の安定性
が低下し、1500Åを越えるとコントラストが不均一化す
るので好ましくない。

上記脂環族系テトラカルボン酸とは、芳香性を有さない
炭素環式化合物及びその誘導体を骨格として有し、かつ
各々分子内で脱水環化可能な２対のカルボキシル基を有
してなる化合物を意味し、具体的には下記式の化合物が
該当する。

なお、これらは、混合して用いることもできる。

また、上記脂環族系ジアミンとしては、前述と同様な炭
素環式化合物のジアミンが挙げられ、例えば、下式（I
V）で示される化合物が挙げられる。

（式中、Ｂは酸素原子又は低級アルキレン基を示す） なお、原料の組合せとしては、脂環族系テトラカルボン
酸二無水物と脂環族系ジアミン、脂環族系テトラカルボ
ン酸二無水物と芳香族系ジアミンを適用することができ
る。これらのうち脂環族系テトラカルボン酸と脂環族系
ジアミンとから構成されるポリイミドを用いるのが、電
圧保持率の点で好ましい。

なお、この発明の液晶表示装置は、アクティブ型ツイス
テッドネマチック液晶表示装置のみならず、通常のセグ
メント表示を行う液晶表示装置やスーパーツイステッド
ネマチック表示装置の構成からなるものであってもよ
い。ただし、アクティブ型に適用した場合にその効果が
最も有効に発現される点で好適である。これらの液晶表
示装置は、前述のごとき特定の配向膜を形成した所定の
一対の基板を用い、通常の方法でこの間に液晶を狭持、
封入して液晶セルを構成し、偏光板等の付属品を適宜取
付けることにより作製できる。アクティブ型の場合に
は、電極基板として、MIM素子やTFT素子を多数取り付け
たものを用いるのが適しており、ことにガラス基板上に
アモルファスシリコンからなるTFT素子を一体に形成し
た電極基板を用いるのが好ましい。

（ホ）作用 脂環族系ポリイミド膜で構成された配向膜は、ツイステ
ッドネマチック液晶表示装置の電圧保持率を向上するよ
う作用する。この理由は明確ではないが、かかるポリイ
ミド膜は従来のポリイミド膜に比して不純物の吸着保持
性が少ないため、より高抵抗化されている点に基づいて
いると考えられる。

（ヘ）実施例 実施例１ （電圧保持率の測定） 配向膜形成用の脂環族系テトラカルボン酸二無水物とし
て、下記Ａ−１〜Ａ−５の化合物を用いた。

なお、これらは各々ポリイミド材料市販メーカーから入
手したものである。

また芳香族系テトラカルボン酸二無水物として下記Ｃ−
１〜Ｃ−３の化合物を用いた。

一方、ジアミンとしては下記Ｂ−１、Ｂ−２で示される
脂環族系ジアミンとＤ−１〜Ｄ−４で示される芳香族系
ジアミンを用いた。

上記各種のテトラカルボン酸二無水物とジアミンの組合
せで合成されたポリマーを８重量％となるようにDMAC、
NMP又はγ−ブチロラクトンに溶解して塗布溶液を各々
調整した。

二枚のガラス基板（30×30×1.0mm）上に、各々スパッ
タリング法によって所定パターンのITO透明電極を形成
した。このパターンを、第２図A,Bに示した。図中、１
はガラス基板、２はITO透明電極を示す。

この基板上に、各々、前記で調整した所定の塗布溶液を
スピンコートし、約1000ű100Åの塗膜を形成した
後、200℃で１時間加熱処理（比較例については250℃.1
時間）して焼成し、ポリイミド膜に変換した。次いでこ
のポリイミド膜表面を一方向にラビングすることによ
り、配向膜を得た。なお、ラビング方向は両基板で90℃
交差するように行った。

次いで、両基板（Ａパターン基板とＢパターン基板）
を、配向膜が対向するように配置し、エポキシ系熱硬化
性接着剤で貼り合せた。この際、両基板間のギャップを
一定に保つため、直径5.0μｍのガラス短繊維をスペー
サとして介在させた。

この両基板間にネマチック液晶（PCH系液晶混合物；メ
ルク社製）を真空含浸法によって注入し、注入口をUV硬
化性樹脂で封止することにより、第１図に示すごとき液
晶セルを得た。なお、図中３はシールパターン、４はポ
リイミド配向膜、５は液晶、６は封止剤を各々示すもの
である。

かかる液晶セルを用いて、電圧保持率の測定を行なっ
た。電圧保持率の測定は、上記両基板のITO電極間の電
圧をデジタルメモリースコープによりモニターする状態
で、第３図のモデル回路によりパルス電圧を印加し、IT
O電極間の電圧の変化を測定して行なった。測定条件
は、モデル回路におけるゲートＧ−ソースＳ間に、パル
ス幅30μ秒、電圧10Vのゲート信号と周波数30Hz、電圧
±5Vのソース信号を入力し、ドレイン電圧VDの変化を測
定してそのスコープ上の波形の実効値を求め、下記の計
算式により算出した。

電圧保持率＝ドレイン波形実効値（Ｖ）/5（Ｖ）×100
（％） このようにして、種々のポリイミド配向膜を有する液晶
セルの電圧保持率を用いたポリイミド原料と共に、表１
に示した。なお、電圧保持率については、±２％程度の
バラツキがあり、各算出値は平均値を示すものである。

なお、実施例についてのこれらの測定値は、ポリイミド
形成時の熱処理条件を250℃、１時間又は180℃、２時間
に代えても同様であった。

（考察） このように従来の全芳香族ポリイミドを配向膜とした液
晶セル（比較例イ〜ト）に比して、脂環族基が含有され
た脂環族系ポリイミドを配向膜としたこの発明の液晶セ
ル（実施例１〜29）では、電圧保持率が著しく改善され
ていることが判る。

更に、芳香族系テトラカルボン酸二無水物と脂環族系ジ
アミンからなるポリイミド配向膜に比しても、この発明
の液晶セルでは電圧保持率が改善されていることが判
る。

表１の結果をテトラカルボン酸とジアミンとを、それぞ
れの系統にわけて分類すると表２の通りとなる。

すなわちテトラカルボン酸もジアミンをシクロヘキサン
系を用いたポリイミド配向膜を選んだ系統分類Ａが電圧
保持率が99.1％と最も良好である。脂環族の導入はテト
ラカルボン酸への導入により大きく効果がある。シクロ
ヘキサン環をテトラカルボン酸に導入した分類Ｄは97.9
％でありベンゼン環をジアミンに導入した分類Ｈは71.9
％である。又脂環族では、シクロヘキサン環＞ビシクロ
オクタン＞シクロヘキセンの順に電圧保持率が良好であ
る。

実施例２ テトラカルボン酸とジアミンの組合せとして、Ａ−1/D
−1,A−2/D−4,A−1/B−1,及びＡ−5/D−２（実施例１
の試験番号1,5,10,25に対応）を選択し、TV表示用のTFT
−TNLCDを作製した。作製工程は以下の通りである。

まず片側のガラス基板の通常の一般的なプロセスにより
アモルファスシリコンTFTを各画素に形成した。画素数
は240×384とした。もう一方のガラス基板上にR.G.B.の
カラーフィルター絵素をゼラチンを用いた染色法により
形成し、その上にI.T.O.透明導電膜をスパッタリング法
により形成した。これらの基板を用い、配向膜として各
々上記の６種のポリイミド材料をオフセット印刷法によ
り塗布し、通常のLCDプロセスによりLCDセルを作成し
た。膜厚は600Åとした。ポリイミドの構成条件は200
℃、１時間とし、セル厚は5.0μｍとし、液晶はメルク
社製PCH系液晶混合物を用いた。

上記LCDを用いてTV画像を表示した所、従来のポリイミ
ドでは、コントラストのムラの大きな表示しか得られな
いのに対し、上記ポリイミドでは各画素に十分電圧がか
かり良好な表示が得られた。特にLCDセル内に液晶層以
外に特別のキャパシターを形成しない場合には、その差
は大きかった。

（ト）発明の効果 この発明の液晶表示装置は、高い電圧保持率を有するた
め、安定で良好な表示を行うことができ、ことにアクテ
ィブ型の表示装置とした場合にコントラストの均一な表
示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の液晶表示装置の一実施例を示すもの
で、Ａは側面からの構成説明図、Ｂは平面からの構成説
明図、第２図は、第１図の液晶表示装置製造時のガラス
基板のパターンを示す平面説明図、第３図は、電圧保持
率測定時の等価回路図である。 １……ガラス基板、２……ITO透明電極、３……シール
パターン、４……ポリイミド配向膜、５……液晶、６…
…封止剤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 典子 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−244927（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−129316（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−205640（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−226625（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−249127（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に配向膜を形成してなる電極基板の一
   対を対向配置し、この電極基板間に液晶を狭持してなる
   液晶表示装置において、 上記配向膜は、下記式の脂環族テトラカルボン酸二無水
   物とジアミンとの重縮合で形成された脂環族系ポリイミ
   ドよりなることを特徴とする液晶表示装置。