JPWO2008018213A1

JPWO2008018213A1 - 液晶表示装置

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Publication number: JPWO2008018213A1
Application number: JP2008528737A
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Inventors: 国広田代; 佐々木　貴啓; 貴啓佐々木; 松本　俊寛; 俊寛松本
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Abstract

本発明は、液晶の配向安定化や応答速度の向上を図ることができる液晶表示装置を提供する。本発明の液晶表示装置は、一対の基板と、上記基板間に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置であって、上記一対の基板の少なくとも一方は、液晶層と接する面に重合体を有し、上記重合体の表面形状は、基板断面方向から見て略鋸形であり、かつ、その傾斜面の傾斜方位が電圧印加時の液晶配向と略同方向であり、好ましくは更に、基板鉛直方向から見て略楔形であり、かつ、その頂点方位が電圧印加時の液晶配向と略逆方向である液晶表示装置である。

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、垂直配向モードにおける液晶の配向制御性の向上に特に好適な液晶表示装置に関するものである。

液晶の配向を制御して表示を行う液晶表示装置は、従来の標準的なディスプレイであるＣＲＴに比べ、薄型、軽量、低消費電力等の長所を有することから、各種の電子機器に広く用いられており、なかでも家庭用テレビジョン等の用途で近年急速に需要が増加している。この液晶表示装置については、表示品位の向上を目的として、液晶の配向制御方法についてさまざまな検討がなされてきた。

例えば、広視野角化、コントラスト比の向上等に有効な表示モードとして、マルチドメイン垂直配向（Multi-domain Vertical Alignment；以下、ＭＶＡともいう）モードが知られている。図１にＭＶＡモードの液晶表示装置（ＭＶＡ−ＬＣＤ）の構成を示す。図１に示すように、ＭＶＡ−ＬＣＤは、電圧無印加時に、基板上に形成した液晶駆動用の電極１１に対して液晶１２を略垂直に配向させ、電圧印加時に、電極１１に対して液晶１２を略平行に配向させることにより表示を行う垂直配向モードにおいて、基板上に突起構造物１３を設けたり、電極１１にスリット１１ａを設けたりすることにより、液晶１２を複数のドメインに分割して配向制御するものである。

しかしながら、ＭＶＡ−ＬＣＤは広視野角化、コントラスト比の向上については効果的であるものの、応答速度の向上については未だ改善の余地があり、特に中間調を表示する際の応答速度の向上が求められていた。これは、液晶に電圧を印加しても、瞬時に配向を変化させることができるのは、突起構造物や電極スリット付近の液晶分子のみであり、これらの配向制御構造から遠い距離にある液晶分子は応答が遅れてしまうためである。液晶の応答速度が遅いと、動画表示において映像がぼやけやすくなってしまう。また、ＭＶＡ−ＬＣＤでは、突起構造物や電極スリットが設けられることにより、開口率（透過率）が低下してしまうという点でも改善の余地があった。

これに対し、応答速度や開口率の向上を図ることができる技術としてPolymer Sustained Alignment（以下、ＰＳＡともいう）技術が知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。図２にPolymer Sustained Alignment（ＰＳＡ）技術の概念図を示す。（ａ）は重合体を形成するために光照射を行う様子を示し、（ｂ）は光重合により重合体を形成した後の液晶表示パネルを示す。図２に示すように、ＰＳＡ技術では、液晶１２中に単量体（モノマー）１４を分散させ、液晶１２に電圧を印加しながら光１６を照射することにより液晶１２中に分散させたモノマー１４を光重合させ、配向膜１５表面に重合体（ポリマー）１４ａを形成し、この重合体１４ａにより配向膜１５表面の液晶１２の初期傾斜（プレチルト）を固定化する。

ＭＶＡ−ＬＣＤでは突起構造物や電極スリットのみで配向制御が行われるため、突起構造物や電極スリットを基点に液晶分子が応答し、それが間隙部に伝播していくが、ＰＳＡ技術を適用した液晶表示装置（ＰＳＡ−ＬＣＤ）では配向膜表面に形成された重合体により配向制御が行われるため、液晶分子は重合体が形成された領域で一斉に応答する。また、ＭＶＡ−ＬＣＤにＰＳＡ技術を適用した場合には、両者で配向制御が行われ、まず突起構造物や電極スリット近傍の液晶分子が応答するが、直後に間隙部の液晶分子も一斉に応答する。更に、ＰＳＡ−ＬＣＤでは、基板面内の突起構造物や電極スリットの占有率を減らしたり、なくしたりすることができるため、開口率（透過率）においても有利である。

しかしながら、ＰＳＡ−ＬＣＤについても、液晶の配向安定性、及び、応答速度の向上について、更なる工夫が求められていた。
特許第３５２０３７６号明細書特開平８−１１４８０４号公報特開２００３−１７７４１８号公報

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、液晶の配向安定化や応答速度の向上を図ることができる液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、ＰＳＡ技術による液晶の配向安定化や応答速度の向上について種々検討したところ、ＰＳＡ化重合体により液晶の配向が制御される機構についての正確な知見が未だ充分に解明されていなかったことに着目した。そして、ＰＳＡ技術により形成される重合体（以下、ＰＳＡ化重合体ともいう）について鋭意検討した結果、ＰＳＡ化重合体の表面形状が、基板断面方向から見て略鋸形であり、かつ、その傾斜面の傾斜方位が電圧印加時の液晶配向と略同方向であることにより、液晶の配向安定化や応答速度の向上を図ることができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、一対の基板と、上記基板間に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置であって、上記一対の基板の少なくとも一方は、液晶層と接する面に重合体を有し、上記重合体の表面形状は、基板断面方向から見て略鋸形であり、かつ、その傾斜面の傾斜方位が電圧印加時の液晶配向と略同方向である液晶表示装置である。

本発明において、液晶層と接する面に設けられる重合体は、ＰＳＡ技術を用いて形成することができる。具体的には、液晶層中にモノマーを分散させ、液晶層に電圧印加しながら光照射し、液晶層中のモノマーを基板表面で光重合させることにより形成することができる。

上記重合体の表面形状は、基板断面方向から見て略鋸形であり、かつ、その傾斜面の傾斜方位が電圧印加時の液晶配向と略同方向である。本発明においては、このような表面形状を有する重合体により形成された複数の突起（凹凸面）が、液晶配向を規定する配向規制物として作用するので、液晶の配向安定化や応答速度の向上に効果的に寄与する。

本発明において、略鋸形とは、液晶層側に突出した突起部が列なる形状であれば特に限定されず、波形状と言い換えてもよい。ここで上記重合体の形状を基板断面方向から見て略鋸形にする意義は、略鋸形が配向安定化の点で特に優れていることによる。それ以外の形状では傾斜方位の異なる傾斜面が混在し、配向安定性が低下するからである。

略鋸形の傾斜面の傾斜方位が電圧印加時の液晶配向と略同方向であるとは、略鋸形の傾斜面のうち、傾斜角がなだらかな側の主傾斜面の高い方から低い方へ向かう３次元ベクトルを基板面に投影して得られる２次元ベクトルの向き（方位）である「傾斜方位」が、液晶層に閾値電圧以上の電圧が印加された状態での、液晶分子の重合体と接する側の端部から他端へ向かう３次元ベクトルを基板面に投影して得られる２次元ベクトルの向き（方位）である「液晶の配向方位」と概ね一致することを意味し、好ましくは、重合体の傾斜方位と液晶の配向方位とのなす角度が４５°以下であることを意味する。また、基板断面方向から見たときには、略鋸形の主傾斜面に対して液晶分子の向きが略垂直であることが好ましい。

上記重合体の表面形状は、基板鉛直方向から見て略楔形であり、かつ、その頂点方位が電圧印加時の液晶配向と略逆方向であることが好ましい。重合体の表面形状が、更にこのような形状となっていることで、突起によるコントラスト比の低下の防止と、形状による配向安定化とを両立させることができる。

本形態において、略楔形とは、一端が広く（一定の幅を有し）、他端に向かうにしたがって狭くなるような形状（例えば、三角形、台形等）であれば特に限定されないが、鋭角な頂点を有することが好ましく、例えば、鋭角三角形等が好適である。ここで、上記重合体の平面形状を基板鉛直方向から見て略楔形にする意義は、略楔形がコントラスト比と配向安定性の点で特に優れていることによる。電圧を印加しながら液晶層中のモノマーを基板表面で光重合させた場合、基板鉛直方向から見た重合体の平面形状はモノマー濃度や重合度が大きくなるにつれ、略針形、略楔形、略多角形、非定形（連続体）へと変化してゆく。略針形では突起によるコントラスト比の低下は少ないが、形状による配向安定化の効果も小さく、また略多角形では形状による配向安定化の効果は大きいが突起によるコントラスト比の低下も大きくなる。

略楔形の頂点方位が電圧印加時の液晶配向と略逆方向であるとは、略楔形の広い一端（底辺側）から頂点へ向かう３次元ベクトルを基板面に投影して得られる２次元ベクトルの向き（方位）である「頂点方位」が、液晶層に閾値電圧以上の電圧が印加された状態での、液晶分子の、重合体と接する側の端部から他端へ向かう３次元ベクトルを基板面に投影して得られる２次元ベクトルの向きである「液晶の配向方位」に対して概ね逆向きであることを意味し、好ましくは、重合体の頂点方位と液晶の配向方位とのなす角度が１３５°以上であることを意味する。

本発明の液晶表示装置の構成としては、上述の構成要素を必須とするものである限り、その他の構成要素を含んでいてもよく、例えば、上述の重合体の基板側には、配向膜が設けられることが好ましい。
本発明の液晶表示装置における好ましい形態について以下に詳しく説明する。

本発明において、上記一対の基板の少なくとも一方は、配向膜を備え、上記重合体は、配向膜表面に部分的に形成されていることが好ましい。重合体を全面に形成すると液晶分子が一様に初期傾斜（プレチルト）してしまうため、例えば、垂直配向（ＶＡ）モードではコントラスト比が大きく低下してしまうおそれがある。重合体を部分的に形成することにより、コントラスト比の大幅な低下を防止しつつ、応答速度向上の効果を得ることができる。また、モノマー添加量を必要最小限に抑えられるため、重合に要する時間を大幅に短縮することも可能である。配向膜表面に形成される重合体の面積比率としては、１０〜８０％であることが好ましい。１０％未満であると、重合体による本発明の作用効果を充分に得ることができないおそれがある。８０％を超えると、コントラスト比の低下を充分には抑制することができないおそれがある。

また、上記一対の基板の少なくとも一方は、垂直配向膜を備え、上記重合体は、垂直配向膜表面に形成されていることが好ましい。垂直配向膜は、液晶分子を配向膜面に対して略垂直に並べることができるものであれば特に限定されない。本発明は、垂直配向モードにおける液晶の配向安定化及び応答速度向上に好適なものである。また、本発明における重合体の表面形状を実現するには、垂直配向膜上で重合体の形成を行うのが好適である。

更に、本発明においては、上記重合体を配向膜表面に部分的に形成した形態と、配向膜として垂直配向膜を用いる形態との組み合わせの形態がより好ましい。すなわち、上記一対の基板の少なくとも一方は、垂直配向膜を備え、上記重合体は、垂直配向膜表面に部分的に形成されている形態がより好ましい。上記組み合わせにより、コントラスト比の低下をより抑制し、かつ液晶の配向安定化を実現することができる。つまり、上記重合体を配向膜表面に部分的に形成することでコントラスト比の大幅な低下を抑制し、かつ配向膜として垂直配向膜を用いて本発明における重合体の表面形状を良好に形成することで液晶の配向安定化をより効果的に実現することができる。

本発明の液晶表示装置によれば、液晶の配向安定化や応答速度の向上を図ることができ、優れた表示品位を実現することができる。このような液晶表示装置は、例えば、車載用表示装置として好適に用いられる。

以下に実施例を掲げ、図面を参照しながら本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
本実施例では、以下のようにしてＰＳＡ化処理を行って、ＭＶＡモードの液晶表示パネルを作製した。

まずアレイ側基板及び対向側基板のそれぞれの表面に、垂直配向膜（日産化学社製）を形成した空パネルを準備した。アレイ側基板は、画素毎に画素電極が設けられ、画素電極への電圧印加を薄膜トランジスタにより制御することができるものである。対向側基板は、画素毎に着色層が設けられ、配向膜下に共通電極が設けられたものである。垂直配向膜は、ポリイミドからなるものである。また、本実施例では、対向側基板の共通電極と配向膜との間にリブ状の突起構造物を形成し、アレイ側基板の画素電極にスリットを形成した。

そして、空パネルにメタアクリロイル基を有する多官能アクリレートモノマーを０．３ｗｔ％添加したネガ型液晶（メルク社製、飽和電圧６Ｖ）を注入してＰＳＡ化処理前の液晶表示パネルを作製した。続いて、ＰＳＡ化処理を以下に示す２段階照射で行った。１次照射は液晶層に交流電圧を１０Ｖ印加しながら、波長３００〜４００ｎｍ間に輝線ピークを有する紫外線を照射光強度２５ｍＷ／ｃｍ^２、照射光量３０Ｊ／ｃｍ^２（共にI線（３６５ｎｍ）基準）の条件で照射し、配向膜表面に多官能アクリレートモノマーを重合してなるＰＳＡ化重合体を形成した。これにより、液晶の初期傾斜（プレチルト）が固定化される。２次照射は液晶層に電圧を印加せずに蛍光灯下で４８時間暴露し、液晶層中の残留モノマーを除去した。また、２段階照射は全てアレイ側基板側から行った。アレイ側基板の透過領域の主な層構成は、ガラス基板／ゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ）／最終保護膜（ＳｉＮｘ）／層間絶縁膜（アクリル樹脂）／透明電極（ＩＴＯ）／配向膜（ポリイミド）となっている。以上により、本実施例の液晶表示パネルが完成した。更に、パネルの両面に位相差板、偏光板等を設け、透過型の液晶表示装置であれば、液晶表示パネルの表示面とは反対側にバックライト等を設けることにより、液晶表示装置を作製することができる。

（実施例２）
アレイ側基板と対向側基板の配向制御構造パターンをＭＶＡ用のスリット・リブ屈曲パターンから評価用のスリットストライプパターン（アレイ側基板と対向側基板との両方にスリットを設けたパターン）にしたこと以外は実施例１と同様の方法により実施例２の液晶表示パネルを作製した。

（比較例１）
比較例１としてＰＳＡ化処理を行わない場合の液晶表示パネルを作製した。比較例１の液晶表示パネルの作製は、上述のネガ型液晶に対しメタアクリロイル基を有する多官能アクリレートモノマーを添加する工程を行わなかったこと以外は実施例１と同様の方法を用いて行った。

（比較例２）
ＰＳＡ化処理の１次照射の際に、液晶層に電圧を印加しなかったこと以外は実施例２と同様の方法により比較例２の液晶表示パネルを作製した。

（比較例３）
ＰＳＡ化処理の１次照射の際に、紫外線照射量を少ない条件（４Ｊ／ｃｍ^２）としたこと以外は実施例２と同様の方法により比較例３の液晶表示パネルを作製した。

上述のようにして作製した液晶表示パネルの構造的特徴及び／又は特性を検証するために、（１）ＳＥＭ観察及びＴＥＭ観察、（２）ＡＦＭ表面解析、及び、（３）液晶の応答解析を行った。

（１）ＳＥＭ観察及びＴＥＭ観察
実施例１及び比較例１の液晶表示パネルについて、一方の基板を剥離し、配向膜表面に形成されたＰＳＡ化重合体を溶解しないようにＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を用いて液晶の除去を行った。このようにして得られた試料について、それぞれ走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）及び透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により配向膜表面の平面ＳＥＭ観察及び断面ＴＥＭ観察を行った。

図３は、配向膜表面の平面ＳＥＭ写真であり、（ａ）は、実施例１の液晶表示パネルから作製したＰＳＡ化処理を行った試料を示し、（ｂ）は、比較例１の液晶表示パネルから作製したＰＳＡ化処理を行っていない試料を示している。なお、図３のＳＥＭ写真は、加速電圧５ｋＶ、倍率１００ｋ（１０万倍）の条件で撮影された。

図４−１は、配向膜表面の断面ＴＥＭ写真であり、図４−２の点線内に示す画素内の略中央部から切り出した試料を観察したものである。（ａ）は、実施例１の液晶表示パネルから作製したＰＳＡ化処理を行った試料を示し、（ｂ）は、比較例１の液晶表示パネルから作製したＰＳＡ化処理を行っていない試料を示している。図４−１では、配向膜上にＰＳＡ化重合体が形成されている箇所を矢印で示している。

図３及び図４−１に示した配向膜表面の平面ＳＥＭ写真及び断面ＴＥＭ写真から、実施例１の液晶表示パネルから作製したＰＳＡ化処理を行った試料では、配向膜上に点状の突起が多数形成されていたものの、ＰＳＡ化処理を行っていない試料では、そのような突起は見られなかった。このことから、ＰＳＡ化重合体が配向膜表面に部分的（離散的）に形成されたことが分かる。このようにＰＳＡ化重合体が離散的に形成されると、液晶に初期傾斜を付与する部分が多くなり過ぎないので、垂直配向モード等の表示モードにおいて高コントラストを得ることができる。

ＰＳＡ化重合体が配向膜表面に部分的に形成されるか否かは、（Ａ）モノマー及び配向膜の材料条件と、（Ｂ）モノマー添加量及び紫外線照射条件とに依存する。（Ａ）については、モノマーに対する濡れ性（分散性）が低い配向膜であることが好ましい。（Ｂ）については、モノマー添加量が少なく、重合反応が徐々に進行する紫外線照射条件であることが好ましい。例えば、（Ａ）に関し、モノマーはアクリロイル基又はメタアクリロイル基を有する多官能アクリレートモノマーを、配向膜はポリイミドからなる垂直配向膜を用い、（Ｂ）に関し、モノマー添加量が０．３ｗｔ％以下、紫外線強度が３０ｍＷ／ｃｍ^２以下（I線基準）となる条件では、本発明におけるＰＳＡ化重合体が配向膜表面に部分的に形成されることが分かっている。

（２）ＡＦＭ表面解析
実施例２、比較例２及び比較例３の液晶表示パネルについて、一方の基板を剥離し、配向膜表面に形成されたＰＳＡ化重合体を溶解しないようにＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を用いて液晶の除去を行った。このようにして得られた試料について、それぞれ原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によりＰＳＡ化重合体の表面解析を行った。

図５は、比較例２の液晶表示パネルから作製した試料のＡＦＭ表面解析結果を示している。すなわち、図５は、ＰＳＡ化処理を電圧無印加状態で行ったときの結果である。図５（ａ）は、解析結果を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、解析結果を示す平面図であり、図５（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ（ａ）及び（ｂ）中に示した線分Ａ−Ｂ及び線分Ｃ−Ｄにおける断面を示す断面図である。なお、図５（ｂ）で示した領域では、透明電極（ＩＴＯ）が配置されていない。

図６は比較例３の液晶表示パネルから作製した試料のＡＦＭ表面解析結果を示している。すなわち、図６はＰＳＡ化処理を電圧印加状態（１０Ｖ）で行ったが、紫外線照射量が実施例２に比べて少ない条件（４Ｊ／ｃｍ^２）であったときの結果である。

図７は、実施例２の液晶表示パネルから作製した試料のＡＦＭ表面解析結果を示している。すなわち、図７は、ＰＳＡ化処理を電圧印加状態（１０Ｖ）で、波長３００〜４００ｎｍ間に輝線ピークを有する紫外線を照射光強度２５ｍＷ／ｃｍ^２、照射光量３０Ｊ／ｃｍ^２（共にI線（３６５ｎｍ）基準）の照射条件で行ったときの結果である。図７（ａ）は、解析結果を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、解析結果を示す平面図であり、図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示す領域における電極の配置を示す平面図であり、図７（ｄ）及び（ｅ）は、それぞれ（ａ）及び（ｂ）中に示した線分Ｅ−Ｆ及び線分Ｇ−Ｈにおける断面を示す断面図である。図７（ａ）、（ｂ）、（ｄ）及び（ｅ）中の白矢印は、ＰＳＡ化重合体により形成された突起の頂点方位、及び、ＰＳＡ化重合体の傾斜方位を示しており、これらの方位は互いに略逆方向となっている。なお、図７（ｃ）で示される領域には、透明電極（ＩＴＯ）２１と、そのスリット２１ａとが交互に形成されている。

図５に示すように、電圧無印加状態で光重合を行った場合には、平面形状や断面形状に指向性のない凸型のＰＳＡ化重合体が形成される。また、図６に示すように、電圧印加状態（１０Ｖ）でも紫外線照射量が少ない条件（４Ｊ／ｃｍ^２）で光重合を行った場合には、平面形状や断面形状に指向性のない略針形のＰＳＡ化重合体が形成される。一方、図７に示すように、電圧印加状態（１０Ｖ）で紫外線照射量が充分にある条件（３０Ｊ／ｃｍ^２）で光重合を行った場合には、平面形状や断面形状に指向性のある略鋸形のＰＳＡ化重合体が形成される。また、ＰＳＡ化重合体の平面形状は鋭角な頂点を有する略楔形であり、その頂点方位が微細な電極スリットの延伸方位を向いていることが分かる。このような形状のＰＳＡ化重合体を形成することにより、本発明においては配向安定化の効果を得ることができる。

ここで、図３に示した平面ＳＥＭ写真及び図４−１に示した断面ＴＥＭ写真と、図５〜７に示したＡＦＭ表面解析結果とで配向膜表面に形成されたＰＳＡ化重合体の見え方が異なる理由を説明する。平面ＳＥＭ観察や断面ＴＥＭ観察では電子線を用いて「よりミクロな領域」を走査しているのに対し、ＡＦＭはカンチレバーというプローブ（触針）を用いて「よりマクロな領域」を走査している。このため、平面ＳＥＭ写真や断面ＴＥＭ写真は対象物を均一な倍率で拡大表示するのに対し、ＡＦＭ表面解析では表面形状を強調するために高さ方向の倍率を上げて拡大表示している。この違いにより、ＡＦＭ表面解析では配向膜表面に形成されたＰＳＡ化重合体による凹凸が強調されて表示される。また、ＡＦＭではカンチレバーというプローブ（触針）を用いて対象物を走査しているため、配向膜表面にＰＳＡ化重合体が離散的に形成されていても、ＰＳＡ化重合体がある程度以上の密度で形成されていると、平坦部においてもプローブが微小振動を起こすために、平坦部が表示され難くなっている。

更に、実施例１の液晶表示パネルから得られた試料についても、ＡＦＭによりＰＳＡ化重合体の表面解析を行った。図８は、実施例１の液晶表示パネルから作製した試料のＡＦＭ表面解析結果を示している。すなわち、図８は、ＭＶＡモードの液晶表示パネルにおいて、ＰＳＡ化処理を電圧印加状態（１０Ｖ）で、波長３００〜４００ｎｍ間に輝線ピークを有する紫外線を照射光強度２５ｍＷ／ｃｍ^２、照射光量３０Ｊ／ｃｍ^２（共にI線（３６５ｎｍ）基準）の照射条件で行ったときの結果である。図８（ａ）は、表面解析を行った領域を示す画素の平面図であり、図８（ｂ）は、解析結果を示す斜視図であり、図８（ｃ）は、解析結果を示す平面図であり、図８（ｄ）は、（ｃ）に示す領域における液晶の配向方位を模式的に示す平面図であり、図８（ｅ）及び（ｆ）は、それぞれ（ａ）及び（ｃ）中に示した線分Ｉ−Ｊ及び線分Ｋ−Ｌにおける断面を示す断面図である。なお、図８（ａ）及び（ｂ）中の白矢印は、プローブ（触針）のスキャン方位を示している。図８（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）及び（ｆ）中の白矢印は、ＰＳＡ化重合体により形成された傾斜突起の頂点方位及び傾斜方位を示している。なお、図８（ｃ）で示した領域では、透明電極（ＩＴＯ）２１が全面に配置されている。

図８に示すように、ＭＶＡモードの液晶表示パネルにＰＳＡ技術を適用した場合においても、断面形状に指向性のある略鋸形のＰＳＡ化重合体が形成されており、その傾斜面の傾斜方位が電圧印加時の液晶の配向方位と概ね一致していることが分かる。また、ＰＳＡ化重合体の平面形状は鋭角な頂点を有する略楔形であり、その頂点方位が液晶の電圧印加時の液晶配向と概ね逆向きになっていることが分かる。更に、突起の傾斜面の傾斜角は２〜４°であり、突起の高さは５０〜２００ｎｍであった。このような形状のＰＳＡ化重合体を形成することにより、本発明においては配向安定化の効果を得ることができる。

図９にＰＳＡ化重合体３４ａにより形成された傾斜突起の頂点方位と液晶分子１２の配向方位との関係を示す。図９（ａ）に平面図を示すように、傾斜突起の頂点方位と液晶分子１２の配向方位とは逆向きであり、傾斜突起の傾斜方位と液晶分子１２の配向方位とが同じ向きである。これは、図９（ｂ）に断面図を示すように、傾斜突起が、楔形の頂点部において最も高く、傾斜面が頂点方位とは逆向きに傾斜しているためである。なお、図９（ｂ）において、逆三角の矢印で示した範囲が主傾斜面である。

ＰＳＡ化重合体が配向膜表面で上述のような異方性を発現するか否かは、（Ｃ）液晶の配向条件と、（Ｄ）光重合時の印加電圧及び紫外線照射条件とに依存する。（Ｃ）については、配向膜表面近傍の液晶がより均一となる配向条件であることが好ましい。（Ｄ）については、配向膜表面近傍の液晶がよりチルトし、かつＰＳＡ化重合体が充分に成長する条件であることが好ましい。例えば、（Ｃ）に関し、液晶がツイスト配向せず、かつ液晶配向の方位角ぶれが少ない配向条件とし、（Ｄ）に関し、光重合時の印加電圧を液晶材料の飽和電圧の１．５倍（例えば飽和電圧６Ｖの液晶材料を用いる場合には９Ｖ）以上、紫外線照射量を８Ｊ／ｃｍ^２以上（I線基準）とした条件では、ＰＳＡ化重合体が配向膜表面で異方性を発現することが分かっている。

（３）液晶の応答解析
ＰＳＡ化重合体の形成による液晶の応答速度の向上効果についてシミュレーションを行った。以下の４つの条件（ｐ）〜（ｓ）について応答解析を行った。条件（ｓ）が実施例１及び実施例２に該当する。本シミュレーションでは、図１０−１〜１０−１０に示すように、縦２０μｍ、横４０μｍの一対のアレイ側／対向側基板３０、４０間に液晶層２２が配置され、かつ一対のアレイ側／対向側電極３１、４１の一端に幅３μｍのスリット３１ａ、４１ａが互いに対向しない配置関係で設けられた構造体を解析した。なお、構造体の外縁（隣接部分の境界線）の外側方向には、構造体の縦横方向の境界線を対称軸として線対称な構造体が続いている。
（ｐ）ＰＳＡ化重合体がなく、液晶が初期傾斜していない条件
図１２では「重合体なし（無配向）」と記載
（ｑ）ＰＳＡ化重合体があり、液晶が初期傾斜していない条件
図１２では「重合体あり（無配向）」と記載
（ｒ）ＰＳＡ化重合体がなく、液晶が全面で一様に初期傾斜した条件
図１４では「重合体なし（全面配向）」と記載
（ｓ）ＰＳＡ化重合体があり、液晶がＰＳＡ化重合体上のみ初期傾斜した条件
図１４では「重合体あり（部分配向）」と記載

条件（ｐ）では、図１０−１及び１０−２に示す構造の液晶表示パネルにおいて、アレイ側／対向側電極３１、４１界面の液晶プレチルト角：９０°、液晶層２２の厚さ：３μｍ、印加電圧：６Ｖ、ネガ型液晶（電極面平行方向の比誘電率ε_１＝３．３、電極面法線方向の比誘電率ε_２＝６．１）の条件でシミュレーションを行った。
条件（ｑ）では、図１０−３及び１０−４に示す構造の液晶表示パネルにおいて、条件（ｐ）に加え、ＰＳＡ化重合体３４ａを、多官能アクリレートモノマーを重合してなるアクリル系樹脂、比誘電率ε＝３．２、高さｄ＝１７０ｎｍとした条件でシミュレーションを行った。また、図１０−５に示すように、ＰＳＡ化重合体３４ａにより形成された傾斜突起の平面形状は、底辺３μｍ、高さ３μｍの二等辺三角形とし、隣接する突起の頂点間の間隔を１μｍとした。なお、その他の条件は、条件（ｐ）と同じにした。

条件（ｒ）では、図１０−６及び１０−７に示す構造の液晶表示パネルにおいて、アレイ側電極３１界面の液晶プレチルト角：８８°、対向側電極４１界面の液晶プレチルト角：９０°、液晶層２２の厚さ：３μｍ、印加電圧：６Ｖ、ネガ型液晶（ε_１＝３．３、ε_２＝６．１）の条件でシミュレーションを行った。なお、図１０−７中の白矢印は、液晶のプレチルト方位を示している。
条件（ｓ）では、図１０−８〜１０−１０に示す構造の液晶表示パネルにおいて、条件（ｒ）に加え、条件（ｑ）と同様、ＰＳＡ化重合体３４ａを、多官能アクリレートモノマーを重合してなるアクリル系樹脂、比誘電率ε＝３．２、高さｄ＝１７０ｎｍとした条件でシミュレーションを行った。なお、図１０−９及び１０−１０中の白矢印は、液晶３２のプレチルト方位を示している。

図１１〜１４に、条件（ｐ）〜（ｓ）についての応答解析結果を示す。図１１及び１３は、電圧印加後の経過時間により液晶の配向が変化する様子を示す図であり、図１１（ａ）〜（ｃ）が、それぞれ条件（ｐ）における電圧印加５ｍｓｅｃ後、１０ｍｓｅｃ後、２０ｍｓｅｃ後を示し、図１１（ｄ）〜（ｆ）が、それぞれ条件（ｑ）における電圧印加５ｍｓｅｃ後、１０ｍｓｅｃ後、２０ｍｓｅｃ後を示し、図１３（ａ）〜（ｃ）が、それぞれ条件（ｒ）における電圧印加５ｍｓｅｃ後、１０ｍｓｅｃ後、２０ｍｓｅｃ後を示し、図１３（ｄ）〜（ｆ）が、それぞれ条件（ｓ）における電圧印加５ｍｓｅｃ後、１０ｍｓｅｃ後、２０ｍｓｅｃ後を示している。図１２は、電圧印加後の経過時間により透過光強度が変化する様子を条件（ｐ）と（ｑ）とで比較して示したグラフである。図１４は、電圧印加後の経過時間により透過光強度が変化する様子を条件（ｒ）と（ｓ）とで比較して示したグラフである。

ここで、条件（ｐ）は、配向膜表面に液晶以外何もなく、電圧無印加状態で液晶が全く初期傾斜（プレチルト）していない状態を想定している。条件（ｑ）は、配向膜表面にＰＳＡ化重合体が形成されており、電圧無印加状態で液晶は全く初期傾斜していない状態、すなわち電圧無印加でＰＳＡ化処理を行ったときの状態を想定している。条件（ｐ）と（ｑ）の結果の比較から、表面形状に異方性を有するＰＳＡ化重合体が誘電体として作用することにより応答速度が改善するかどうかを検証することができる。

また、条件（ｒ）は、配向膜表面に液晶以外何もなく、電圧無印加状態で液晶が全面で初期傾斜している状態、すなわちラビング等の全面配向処理が行われた状態を想定している。条件（ｓ）は、配向膜表面にＰＳＡ化重合体が形成されており、電圧無印加状態でＰＳＡ化重合体上の液晶のみが初期傾斜している状態、すなわち電圧印加してＰＳＡ化処理を行った本発明の状態を想定している。なお、本シミュレーションでは、便宜上一方の基板側のみ初期傾斜している状態を想定している。条件（ｒ）と（ｓ）の結果の比較から、表面形状に異方性を有するＰＳＡ化重合体が本発明の傾斜突起として作用した場合に応答速度がどの程度まで改善するかを検証することができる。

図１２に示す結果から、初期傾斜なしでは、ＰＳＡ化重合体があったとしても、その誘電体としての電界効果のみによって応答速度を改善させることはできない。これに対し、図１４に示す結果から、初期傾斜ありでは、ＰＳＡ化重合体の傾斜突起が部分的に形成されることにより、その形状効果によって応答速度を全面に初期傾斜がある状態と近い水準にまで改善できることが分かる。

（４）液晶の配向解析
ＰＳＡ化重合体の形成による液晶の配向状態への影響についてシミュレーションを行った。シミュレーション条件としては、上述の応答解析と同様に、４つの条件（ｐ）〜（ｓ）を用いた。図１５に配向解析に用いた計算条件を示す。なお、記載のない条件は応答解析の条件に準じている。
図１６〜１９に、条件（ｐ）〜（ｓ）についての配向解析結果を示す。図１６は、条件（ｐ）に対応し、図１７は、条件（ｑ）に対応し、図１８は、条件（ｒ）に対応し、図１９は、条件（ｓ）に対応する。また、各図の（ａ）は、極角の経時変化を示し、（ｂ）は、方位角の経時変化を示す。極角は、電極面に対する液晶分子のチルト角である。方位角は、液晶分子を電極面に投影したときに、液晶分子の電極面に近い側の端部から他端へ向かう方位を表す角度であり、液晶配向の方位角ぶれが全く無い場合は０°としている。ここで、配向解析では、図１５に示した解析断面における液晶配向のみを抜粋している。

図１６及び１７に示す結果から、初期傾斜なしでは、ＰＳＡ化重合体の誘電体としての電界効果があると却って極角及び方位角の配向ぶれは大きくなってしまう。これに対し、図１８及び１９に示す結果から、初期傾斜ありでは、ＰＳＡ化重合体の傾斜突起による形状効果により極角及び方位角の配向ぶれは全面に初期傾斜がある状態と近い水準まで改善し、配向の安定化が図られることが分かる。

なお、本願は、２００６年８月１０日に出願された日本国特許出願２００６−２１８９１６号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。

また、本願明細書における「以上」及び「以下」は、当該数値（境界値）を含む。

ＭＶＡモードの液晶表示装置の構成を示す図であり、（ａ）は電圧無印加時を示し、（ｂ）は電圧印加時を示す。ＰＳＡ技術の概念図であり、（ａ）は重合体を形成するために光照射を行う様子を示し、（ｂ）は光重合により重合体を形成した後の液晶表示パネルを示す。配向膜表面の平面ＳＥＭ写真であり、（ａ）は、実施例１の液晶表示パネルから作製したＰＳＡ化処理を行った試料を示し、（ｂ）は、比較例１の液晶表示パネルから作製したＰＳＡ化処理を行っていない試料を示している。配向膜表面の断面ＴＥＭ写真であり、（ａ）は、実施例１の液晶表示パネルから作製したＰＳＡ化処理を行った試料を示し、（ｂ）は、比較例１の液晶表示パネルから作製したＰＳＡ化処理を行っていない試料を示している。図４−１に示した断面の切り出し箇所を示す平面図である。（ａ）は実施例１、（ｂ）は比較例１である。比較例２の液晶表示パネルから作製した試料のＡＦＭ表面解析結果であり、（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は、平面図であり、（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ（ａ）及び（ｂ）中に示した線分Ａ−Ｂ及び線分Ｃ−Ｄにおける断面を示す断面図である。比較例３の液晶表示パネルから作製した試料のＡＦＭ表面解析結果の斜視図である。実施例２の液晶表示パネルから作製した試料のＡＦＭ表面解析結果であり、（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は、平面図であり、（ｃ）は、（ｂ）に示す領域における電極の配置を示す平面図であり、（ｄ）及び（ｅ）は、それぞれ（ａ）及び（ｂ）中に示した線分Ｅ−Ｆ及び線分Ｇ−Ｈにおける断面を示す断面図である。実施例１の液晶表示パネルから作製した試料のＡＦＭ表面解析結果であり、（ａ）は、表面解析を行った領域を示す画素の平面図であり、（ｂ）は、解析結果を示す斜視図であり、（ｃ）は、解析結果を示す平面図であり、（ｄ）は、（ｃ）に示す領域における液晶の配向方位を模式的に示す平面図であり、（ｅ）及び（ｆ）は、それぞれ（ｂ）及び（ｃ）中に示した線分Ｉ−Ｊ及び線分Ｋ−Ｌにおける断面を示す断面図である。ＰＳＡ化重合体により形成された傾斜突起の頂点方位と液晶分子の配向方位との関係を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。液晶の応答解析に用いた条件（ｐ）の液晶表示パネルの平面図である。液晶の応答解析に用いた条件（ｐ）の液晶表示パネルの断面図である。液晶の応答解析に用いた条件（ｑ）の液晶表示パネルの平面図である。液晶の応答解析に用いた条件（ｑ）の液晶表示パネルの断面図である。図１０−３のＰＳＡ化重合体により形成された傾斜突起の平面形状を説明するための拡大平面図である。液晶の応答解析に用いた条件（ｒ）の液晶表示パネルの平面図である。液晶の応答解析に用いた条件（ｒ）の液晶表示パネルの断面図である。液晶の応答解析に用いた条件（ｓ）の液晶表示パネルの平面図である。液晶の応答解析に用いた条件（ｓ）の液晶表示パネルの断面図である。図１０−８のＰＳＡ化重合体により形成された傾斜突起の平面形状を説明するための拡大平面図である。電圧印加後の経過時間により液晶の配向が変化する様子を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）が、それぞれ条件（ｐ）における電圧印加５ｍｓｅｃ後、１０ｍｓｅｃ後、２０ｍｓｅｃ後を示し、図１１（ｄ）〜（ｆ）が、それぞれ条件（ｑ）における電圧印加５ｍｓｅｃ後、１０ｍｓｅｃ後、２０ｍｓｅｃ後を示す。電圧印加後の経過時間により透過光強度が変化する様子を条件（ｐ）と（ｑ）とで比較して示したグラフである。電圧印加後の経過時間により液晶の配向が変化する様子を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）が、それぞれ条件（ｒ）における電圧印加５ｍｓｅｃ後、１０ｍｓｅｃ後、２０ｍｓｅｃ後を示し、図１３（ｄ）〜（ｆ）が、それぞれ条件（ｓ）における電圧印加５ｍｓｅｃ後、１０ｍｓｅｃ後、２０ｍｓｅｃ後を示す。電圧印加後の経過時間により透過光強度が変化する様子を条件（ｒ）と（ｓ）とで比較して示したグラフである。液晶の配向解析に用いた計算条件を示す液晶表示パネルの平面図である。条件（ｐ）についての配向解析結果を示すグラフであり、（ａ）は、極角の経時変化を示し、（ｂ）は、方位角の経時変化を示す。条件（ｑ）についての配向解析結果を示すグラフであり、（ａ）は、極角の経時変化を示し、（ｂ）は、方位角の経時変化を示す。条件（ｒ）についての配向解析結果を示すグラフであり、（ａ）は、極角の経時変化を示し、（ｂ）は、方位角の経時変化を示す。条件（ｓ）についての配向解析結果を示すグラフであり、（ａ）は、極角の経時変化を示し、（ｂ）は、方位角の経時変化を示す。

符号の説明

１１、２１：電極
１１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ：スリット
１２、３２：液晶
１３：突起構造物
１４：単量体（モノマー）
１４ａ：重合体（ポリマー）
１５：配向膜
１６：光
２２：液晶層
３０、４０：アレイ側／対向側基板
３１：アレイ側電極
３４ａ：ＰＳＡ化重合体
４１：対向側電極

Claims

一対の基板と、該基板間に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置であって、
該一対の基板の少なくとも一方は、液晶層と接する面に重合体を有し、
該重合体の表面形状は、基板断面方向から見て略鋸形であり、かつ、その傾斜面の傾斜方位が電圧印加時の液晶配向と略同方向である
ことを特徴とする液晶表示装置。
前記重合体の表面形状は、基板鉛直方向から見て略楔形であり、かつ、その頂点方位が電圧印加時の液晶配向と略逆方向であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記一対の基板の少なくとも一方は、配向膜を備え、
前記重合体は、配向膜表面に部分的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記一対の基板の少なくとも一方は、垂直配向膜を備え、
前記重合体は、垂直配向膜表面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記一対の基板の少なくとも一方は、垂直配向膜を備え、
前記重合体は、垂直配向膜表面に部分的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。