JPH11326912A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高輝度な液晶表示装置を提供する。 【解決手段】液晶表示装置の液晶層に接する面に形成さ
れた配向膜が光配向能を有する光異性化部と、光配向能
を有さない骨格部とを有する化合物を含む。この骨格部
は光配向に用いる光を実質的に吸収しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関
し、特に基板平面にほぼ平行な方向に電界を印加して液
晶を駆動し、非常に広い視野角を有するいわゆる横電界
方式液晶表示装置及びそのために用いる光配向膜材料に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示装置においては、液晶層
を駆動する電極として２枚の基板上にそれぞれ形成され
た、対向している透明電極を用いていた。これは液晶に
印加する電界の方向を基板表面にほぼ垂直な方向とする
ことで動作する、ツイステッドネマチック表示方式に代
表される表示方式を採用していたことによるものであ
る。

【０００３】一方、液晶に印加する電界の方向を基板表
面にほぼ平行にする方式として櫛歯電極対を用いた方式
が例えば特公昭63−21907号，USP4345249号，W091／109
36号，特開平6−222397 号及び特開平6−160878 号等に
より提案されている（以下本方式を横電界方式と呼
ぶ）。この横電界方式を用いると非常に広い視野角が得
られる。

【０００４】しかしながら本方式では櫛歯上の電極及び
配線電極が同一基板上にあるため基板上の段差構造が多
いという問題がある。このような段差の多い基板にラビ
ング処理を行うと、電極段差部がラビング処理されにく
くそのため光漏れが起こりやすいという問題がある。こ
れはいわゆるラビング処理がロールに巻き付けられたラ
ビング布の毛先で配向膜をこする方法であるため、電極
段差部はいわゆる「影」となってしまうためである。この
ような電極段差部の影をなくすためには、精密なラビン
グ強度のコントロールが必要である。

【０００５】さらに、基板面全面で電極段差部の光漏れ
を起こさないためには、基板面全面で一定のラビング強
度とし、なおかつこの精密なラビング強度のコントロー
ルをする必要がある。大面積になるとこのようなラビン
グ強度のコントロールはますます難しくなる。このよう
な大画面時の問題を解決する手段としては光照射による
配向処理、いわゆる光配向法がある。光照射によれば、
照射方向を工夫することにより、いわゆる影がなく、全
面に光を照射できる。従って、光配向法によれば仮に段
差構造があっても均一に光照射することにより均一な配
向処理が可能となる。

【０００６】この光照射により配向処理を行う方法とし
ては、特開平2−277025 号のように異方性吸収分子の光
異性化反応を用いる方法や日本国特許番号2608661 号の
ように光重合を用いる方法或いはH.Endo et al,IDW'96,
LC2−2(1996)にあるような光分解を用いる方法がある。
しかしながら、従来技術にはこれらの光配向技術を横電
界方式液晶表示装置に適用する場合に起こる問題点につ
いては何ら言及されていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】我々はまず光異性化方
式について検討した。まず、その配向過程を以下に説明
する。

【０００８】まず、光異性化方式に用いる材料は図１に
示したように光異性化が起こる部位と光異性化を行わな
い部位（以下骨格部と称する）からなる。光異性化部と
は−Ｎ＝Ｎ−や−ＣＨ＝ＣＨ−結合などの光により異性
化を起こす結合部とそのような結合部に直接結合してい
る芳香族基あるいは脂環式基を含めた部分をここでは言
う。ジアミンに４，４′−ジアミノアゾベンゼンを用
い、酸無水物に１，２，３，４−シクロペンテンテトラ
カルボン酸２無水物を用いた配向膜での光配向部と骨格
部とを図２に示した。この光異性化部の異性化を起こす
結合はトランス型構造がもっとも安定である。トランス
型を模式的に書くと図１のようにほぼ直線的な構造にな
る。ある方向の偏光を照射するとその偏光軸とほぼ平行
な分子長軸を持つ部分は照射された光を吸収し、異性化
してシス型構造になる（図１）。その後熱による構造の
変化（緩和）が徐々に起こり、最終的にはもっとも安定
な構造であるトランス型構造に戻る。

【０００９】もし、この熱緩和後のトランス型構造が照
射する偏光と平行な分子長軸を持つ場合には再度光吸収
による異性化が起こり、シス型への異性化及び熱による
構造変化によるトランス型への緩和が起こる。熱緩和後
の構造の分子長軸が偏光方向とほぼ垂直な場合には光吸
収が起こらず、構造はそのまま保存される。つまり、光
照射をある一定時間行うと、分子長軸が偏光方向と垂直
になった部分はその構造がそのまま保存され、分子長軸
が偏光方向と垂直でない場合には光異性化及び構造変化
が分子長軸が偏光方向に垂直になるまで起こる。従っ
て、このような光照射を続けると分子長軸が照射偏光と
垂直な部分が多く存在するようになる。つまり、配向膜
の分子が照射偏光と垂直方向に配向する。

【００１０】我々が検討した結果、横電界方式液晶表示
装置にこのような光配向処理を用いる場合には電圧保持
率低下による輝度低下の問題が発生することがわかっ
た。そして、その原因を検討した結果、以下のように説
明されることが判明した。

【００１１】光配向に用いる紫外光を照射すると、配向
膜の光異性化部だけではなく、光配向に寄与しないいわ
ゆる骨格部も一部光配向用の光を吸収する。この光吸収
により発生した励起状態の内大部分は熱となって緩和す
るが一部は分子内の結合の切断すなわち分解を起こす。
この分解によってＯＨ基等のイオン解離性の基が発生す
る。このようなイオン解離性の基は極性の強い溶媒であ
る液晶と接すると解離してイオンを発生する。その発生
したイオンのために液晶の比抵抗が大幅に低下し、保持
率が低下して結果として輝度が低下する。横電界方式で
はツイステッドネマチック表示方式と異なり、液晶の比
抵抗が１０¹³Ωcm以下であっても電圧保持率が低下しな
い。そのため、比抵抗が低下するものの低駆動電圧化と
高速応答化を両立するために有効なシアノ系液晶を用い
ることができる。

【００１２】しかしながら、このシアノ系液晶は従来の
ツイステッドネマチック表示方式用の液晶に主に用いら
れるフッ素系と異なり、極性が高い物質を溶解し抵抗低
下を起こしやすい。そのため、上記のような解離性基に
よる大幅な抵抗低下が起こり、保持率の低下が起こって
しまう。

【００１３】以上のような現象は光重合を用いた配向処
理によっても起こる。すなわち、光重合法に用いる配向
膜には光重合が起こる部位とそれ以外の部位が存在す
る。光重合に用いる光を光重合に寄与しない部分が吸収
し、分解が起こると上記と同様にイオン解離性基が生成
し、保持率の低下が起こる。

【００１４】本発明の目的はこのような保持率低下を防
止し、高輝度な液晶表示装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記のような課題は下記
のような方法で解決できる。

【００１６】すなわち、光配向能を有する配向膜の骨格
部（光配向能のない部分）が光配向に用いる光をほとん
ど吸収しないようにする。そのようにすると骨格部が光
配向に用いる光を吸収しないため、骨格部が分解するこ
とはない。そのため、解離性の基が生成せず、液晶の抵
抗が低下しない。そのため、保持率が低下せず、高輝度
が得られる。

【００１７】このような配向膜は、以下のようなジアミ
ンと酸無水物の組合わせにより作成したポリイミド膜に
より達成できる。

【００１８】ジアミンとして光配向能を有する、４，
４′−ビス（ベンゾアゾリル）スチルベンや４，４′−
ジアミノアゾベンゼンなどを用いる場合には、酸無水物
として１，２，３，４−シクロペンテンテトラカルボン
酸２無水物、１，２，４，５−シクロヘキサンテトラカ
ルボン酸２無水物、３，３′，４，４′−ビスシクロヘ
キサンテトラカルボン酸２無水物、３，３′，４，４′
−ベンゾフェノンテトラカルボン酸２無水物などを用い
ればよい。これらは単体で用いる必要はなく、２種類以
上混合して用いてもよい。

【００１９】また、酸無水物として、光配向能を有する
化合物（１）や（２）の化合物などを用いる場合には、

【００２０】

【化１】

【００２１】

【化２】

【００２２】ジアミンとして４，４′−ジアミノジフェ
ニルスルフィド、３，３′−ジアミノジフェニルスルフ
ィド、１，４−ジアミノシクロヘキサン、３，３′−ジ
アミノジフェニルスルホンなどを用いればよい。これら
は単体で用いる必要はなく、２種類以上の混合物であっ
てもよい。

【００２３】上記のような配向膜を用いると配向膜が光
配向に用いる光をあまり吸収したくなるため、光配向に
用いる光が配向膜を通過し、下部の層に照射される。そ
の場合直接カラーフィルタの顔料分散層に光配向に用い
る光が照射されるため、光劣化が起こりやすくなる。こ
の課題は、（１）配向膜層とカラーフィルタ層の間に光
配向に用いる光を吸収する層を設ける或いは（２）カラ
ーフィルタ層に光配向に用いる光を吸収する材料を含む
ようにすることで対策できる。

【００２４】このような光配向に用いる光を吸収する層
は光配向に用いる光を吸収し、400ｎｍから７００ｎｍ
までの波長のいわゆる可視光を吸収しない層であればよ
い。また、光配向に用いる光を吸収する材料としても、
光配向に用いる光を吸収し、４００ｎｍから７００ｎｍ
までの波長のいわゆる可視光を吸収しない材料であれば
よい。具体的には芳香族酸無水物及び芳香族ジアミンを
用いたポリイミドやアクリル樹脂，エポキシ樹脂，カル
ドポリマー，ポリシランなどを用いることができる。ま
た、光吸収材としては、上記の高分子を用いてもよい
し、或いはトリアジン化合物などを用いてもよい。

【００２５】

【発明の実施の形態】［実施例１］図１は本実施例の液
晶表示装置の断面図を示したものである。この図は図２
に示した本実施例の液晶表示装置の正面図のＡ−Ａ′の
部分を切断した際の断面図である。ガラス基板１の上に
Ａｌからなる共通電極２及び走査信号電極３が形成さ
れ、更にその表面はアルミナ膜４で被覆されている。ま
た、それらの電極の上にＳｉＮからなるゲート絶縁膜５
が形成され、更にその上に非晶質Ｓｉ（ａ−Ｓｉ）膜
６，ｎ型ａ−Ｓｉ膜７，Ａｌ／Ｃｒからなる映像信号電
極８及び画素電極９からなるＴＦＴ（Thin Film Transi
stor）が形成されている。

【００２６】また、更にその上層には、ＳｉＮからなる
保護膜１０が形成され、更にその上層には配向膜１１が
形成されている。共通電極２は走査信号電極３と平行に
配置されている。また、画素は映像信号電極８と共通電
極２及び画素電極９によって４分割されている。また、
画素電極９は共通電極２と一部重なり合い、保持容量を
形成している。また基板に対向するカラーフィルタ側基
板は、対向ガラス基板１３上にブラックマトリックス１
４が形成されその上にカラーフィルタ層１５が形成され
ている。さらにその上にはカラーフィルタ用保護層１６
が形成されている。さらにその上層には配向膜１１が形
成されている。

【００２７】本実施例の特徴は配向膜１１が光配向能を
有し、且つ光配向能を有しない部分が光配向に用いる光
を吸収しない点にある。具体的には酸無水物として化合
物（１）を用い、ジアミンとして化合物（３）を用い
た。

【００２８】

【化３】

【００２９】

【化４】

【００３０】また、本発明のもう一つの特徴はカラーフ
ィルタ層１５の上に光配向に用いる光を吸収する保護層
１６があることである。この保護層はカルドポリマーか
らなるものである。

【００３１】上記の酸無水物とジアミンからポリアミッ
ク酸溶液を作成し、その溶液を基板に塗布し、乾燥・焼
成させて配向膜を形成した。この配向膜の配向処理は、
365ｎｍの偏光を偏光面が図３の液晶分子長軸方向２１
と直交するように照射した。光強度は５０ｍＷ／cm² で
２０ｓ照射した。液晶材料には含シアノ系液晶材料を用
いてパネルを作成した。

【００３２】図４に作製した液晶表示装置の接続図を示
した。

【００３３】液晶表示装置には駆動ＬＳＩが接続され、
ＴＦＴ基板上に垂直走査回路１７，映像信号駆動回路１
８，共通電極駆動回路１９を接続し、電源回路及びコン
トローラ２０から走査信号電圧，映像信号電圧，タイミ
ング信号を供給し、アクティブマトリックス駆動され
る。

【００３４】図３に示した偏光板の透過軸方向２２は一
方に基板側が液晶分子長軸方向２１と平行になるように
し、もう一方の基板に配置された偏光板の透過軸方向２
２が液晶分子長軸方向２１と直角になるようにした。こ
のような配置にすることにより、いわゆるノーマリクロ
ーズの特性が得られた。

【００３５】この液晶表示装置の電圧保持率を輝度が信
号周波数によりどれだけ変化するかで評価した。ＴＦＴ
はｏｎ状態とし、映像信号電圧の周波数が３０Ｈｚの時
の輝度を映像信号電圧の周波数が１ＭＨｚである場合の
輝度で割った値を保持率として評価した。その結果保持
率は９０.０％ であり、十分に高い保持率が得られた。
そのために、液晶表示装置として高い輝度が得られた。

【００３６】また、光配向に用いる光がカラーフィルタ
用保護層１６で吸収されるため、特にカラーフィルタ層
１５の色調が変化することはなく、良好な画像が得られ
た。また、光配向を用いているため、前面が均一にコン
トラスト比の高い表示が得られた。

【００３７】このような配向膜１１としては、以下のよ
うなジアミンと酸無水物の組合わせにより作成したポリ
イミド膜を用いても達成できる。例えば、ジアミンとし
て光配向能を有する、４，４′−ジアミノアゾベンゼン
などを用いる場合には、酸無水物として１，２，３，４
−シクロペンテンテトラカルボン酸２無水物、１，２，
３，４，５−シクロヘキサンテトラカルボン酸２無水
物、３，３′，４，４′−ビスシクロヘキサンテトラカ
ルボン酸２無水物、３，３′，４，４′−ベンゾフェノ
ンテトラカルボン酸２無水物などを用いればよい。これ
らは単体で用いる必要はなく、２種類以上混合して用い
てもよい。

【００３８】また、酸無水物として、光配向能を有する
化合物（２）などを用いる場合には、

【００３９】

【化５】

【００４０】ジアミンとして４，４′−ジアミノジフェ
ニルスルフィド、３，３′−ジアミノジフェニルスルフ
ィド、１，４−ジアミノシクロヘキサン、３，３′−ジ
アミノジフェニルスルホンなどを用いればよい。これら
は単体で用いる必要はなく、２種類以上の混合物であっ
てもよい。

【００４１】また、カラーフィルタ用保護層１６は光配
向に用いる光を吸収し、４００ｎｍから７００ｎｍまで
の波長のいわゆる可視光を吸収しない層であればよい。
具体的には芳香族酸無水物及び芳香族ジアミンを用いた
ポリイミドやアクリル樹脂，エポキシ樹脂，カルドポリ
マー，ポリシランなどを用いることができる。また、こ
のように保護層を用いる代わりにカラーフィルタ層１５
に光配向に用いる光を吸収する材料を添加してもよい。
光吸収材としては、上記の高分子を用いてもよいし、或
いはトリアジン化合物などを用いてもよい。また同様
に、保護層１６の代わりに通常の芳香族酸無水物及び芳
香族ジアミンを用いたポリイミド配向膜を用いることが
できる。

【００４２】また、本実施例のカラーフィルタは顔料分
散法により形成されたものであるが、カラーフィルタは
そのものに特定されない。例えば、フィルム転写法によ
り作製されたものや、インクジェットも用いた染色法に
より形成されたものでもよい。

【００４３】また、電極材料・構造およびＴＦＴ構造は
本実施例の構造に限定される必要はまったくない。電極
構造は例えば保護膜の上に画素電極及び共通電極が配置
される構造であっても良い。電極材料はＩＴＯ，Ａｌ，
Ｃｒ，Ｎｂ，Ｃｕ等であってもよい。また、ＴＦＴ構造
は正スタガ構造や、コプレーナ構造であっても良い。 ［実施例２］本実施例の特徴は、光配向能を有する配向
膜として化合物（２）を酸無水物として用い、化合物
（３）をジアミン成分として用いた点である。この場合
には３１０ｎｍの偏光を偏光面が図３の液晶分子長軸方
向２１と直交するように照射した。上記の事項以外は実
施例１と同様に液晶表示装置を作製した。本実施例の化
合物もその光配向に寄与しない部分が３１０ｎｍの光を
ほとんど吸収しない。その結果実施例１と同様に測定し
た保持率は９１.０％ であり、十分高いものであった。
そのため、実施例１と同様な高輝度で前面が均一にコン
トラストの高い液晶表示装置が得られた。

【００４４】この配向膜としては本実施例の化合物以外
でもよく、以下のようなジアミンと酸無水物の組合わせ
により作成したポリイミド膜により達成できる。

【００４５】ジアミンとして光配向能を有する、４，
４′−ビス（２−ベンゾアゾリル）スチルベンなどを用
いる場合には、酸無水物として１，２，３，４−シクロ
ペンテンテトラカルボン酸２無水物、１，２，４，５−
シクロヘキサンテトラカルボン酸２無水物、３，３′，
４，４′−ビスシクロヘキサンテトラカルボン酸２無水
物、３，３′，４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボ
ン酸２無水物などを用いればよい。これらは単体で用い
る必要はなく、２種類以上混合して用いてもよい。

【００４６】また、酸無水物として、光配向能を有する
化合物（２）の化合物などを用いる場合には、

【００４７】

【化６】

【００４８】ジアミンとして４，４′−ジアミノジフェ
ニルスルフィド、３，３′−ジアミノジフェニルスルフ
ィド、１，４−ジアミノシクロヘキサン、３，３′−ジ
アミノジフェニルスルホンなどを用いればよい。これら
は単体で用いる必要はなく、２種類以上の混合物であっ
てもよい。

【００４９】［実施例３］本実施例では配向膜として酸
無水物として化合物（１）を用い、ジアミンとしてパラ
フェニレンジアミンを用いた。それ以外は実施例１と同
様にして液晶表示装置を作製した。

【００５０】

【化７】

【００５１】この配向膜の光配向に寄与しない部分は３
６５ｎｍの光を吸収する。この液晶表示装置の保持率を
実施例１と同様に測定したところ、６０.０％ であっ
た。そのため、良好な高輝度な液晶表示装置とならなか
った。

【００５２】［実施例４］本実施例では、保護層１６が
３６５ｎｍの光をまったく吸収しない材料を用いた以外
は実施例２と同様に液晶表示装置を作製した。この場合
カラーフィルタ層のブルー層の色度が変化した。そのた
め、青色が緑色がかった表示となってしまった。

【００５３】［実施例５］配向膜材料として光重合法用
材料であるポリビニルシンナメートを用いた以外は実施
例３と同様に液晶表示装置を作製した。その液晶表示装
置の保持率は８７％であり、高輝度な液晶表示装置が得
られた。

【００５４】［実施例６］本実施例では、液晶材料とし
て極性材料としてシアノ系材料を含まない液晶を用いた
以外は実施例３と同様に液晶表示装置を作製した。この
液晶表示装置の保持率は８９.０％ であり、十分高かっ
た。そのため高輝度で全面が均一にコントラストの高い
液晶表示装置が得られた。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば保持
率が高く、高輝度で視野角が著しく広くかつ画面全面で
均一にコントラスト比の高い液晶表示装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】光異性化法用の配向膜材料の構造の模式図を示
す。

【図２】光異性化法用配向膜材料の構造式の一例を示
す。

【図３】本発明の一例の単位画素の断面図を示す。

【図４】本発明の実施例１の液晶表示装置の正面図を示
す。

【図５】本発明における液晶分子長軸方向と偏光板の透
過軸ならびに電極と電界方向との関係を示す。

【図６】本発明の液晶表示装置の全体接続図を示す。

【符号の説明】 １…ガラス基板、２…共通電極、３…走査信号電極、４
…アルミナ膜、５…ゲート絶縁膜、６…非晶質Ｓｉ（ａ
−Ｓｉ）膜、７…ｎ型ａ−Ｓｉ膜、８…映像信号電極、
９…画素電極、１０…保護層、１１…配向膜、１２…液
晶層、１３…対向ガラス基板、１４…ブラックマトリッ
クス、１５…カラーフィルタ層、１６…カラーフィルタ
用保護層、１７…垂直走査回路、１８…映像信号駆動回
路、１９…共通電極駆動回路、２０…電源回路及びコン
トローラ、２１…液晶分子長軸方向、２２…偏光板透過
軸方向、２３…電極、２４…電界方向。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横倉 久男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方が透明な一対の基板と、前
   記一対の基板間に挾持された液晶層とを有する液晶表示
   装置であって、 前記一対の基板の一方の基板は、この基板にほぼ平行な
   電界を液晶層に印加するための複数の電極群と、これら
   の電極に接続された複数のアクティブ素子とを有し、 前記一対の基板上の前記液晶層に接する面上には配向膜
   が形成され、 前記配向膜は光配向能を有する部位と光配向能を有さな
   い部位とを有する化合物を含み、光配向能を有さない部
   位は光配向に用いる光を実質的に吸収しない液晶表示装
   置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記配向膜はジアミン
   と酸無水物の組合わせからなるポリイミド膜である液晶
   表示装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記一対の基板のどち
   らか一方は、カラーフィルタを有し、このカラーフィル
   タには光配向に用いる光を吸収する保護層が形成されて
   いる液晶表示装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記一対の基板のどち
   らか一方はカラーフィルタを有し、このカラーフィルタ
   の顔料分散層に光配向に用いる光を吸収する材料が含ま
   れている液晶表示装置。
5. 【請求項５】一対の基板と、前記一対の基板間に挾持さ
   れた液晶層とを有する液晶表示装置であって、 前記一対の一方の基板は、この基板にほぼ平行な電界を
   液晶層に印加するための複数の電極と、前記複数の電極
   を保護するために形成された保護膜と、前記保護膜上に
   形成された光配向能を有する配向膜とを有し、前記配向
   膜が光配向能を有し、前記液晶層は、フッ素系の極性材
   料を有する液晶表示装置。
6. 【請求項６】請求項５において、前記配向膜は光配向能
   を有する光異性化部と、光配向能を有さない骨格部とを
   有する化合物を含む液晶表示装置。
7. 【請求項７】前記配向膜を構成する化合物の骨格部分は
   スルフォニル基を有する液晶表示装置。