KR101169149B1

KR101169149B1 - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR101169149B1
Application number: KR1020107010629A
Authority: KR
Inventors: 겐따로 우스이; 세이지 다누마; 가즈따까 하나오까; 기미아끼 나까무라
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하; 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2012-07-30
Also published as: CN102364386B; JP2012177935A; JP5476427B2; EP2202565A4; WO2009050869A1; KR20100060036A; US20120127407A1; US8361570B2; CN101821670B; CN102364386A; JP5000722B2; US20100302491A1; CN101821670A; EP2202565A1; JPWO2009050869A1; US8092871B2

Abstract

본 발명의 액정 표시 장치는, 네마틱 액정 재료를 포함하는 액정층과, 액정층을 개재하여 서로 대향하는 한 쌍의 전극과, 한 쌍의 전극과 액정층 사이에 각각 형성된 한 쌍의 배향막과, 한 쌍의 배향막의 액정층측의 표면의 각각에 형성된 광중합물로 구성된 배향 유지층이며, 액정층에 전압을 인가하고 있지 않을 때, 액정층의 액정 분자의 프리틸트 방위를 규정하는 배향 유지층을 갖고, 액정층에 전압을 인가하고 있지 않을 때, 액정층의 액정 분자는, 배향 유지층에 의해 프리틸트 방위가 규정되어 있다. 네마틱 액정 재료는, 터페닐 환 구조를 갖는 액정성 화합물을 필수 성분으로서 포함하고, 액정층은, 광중합물의 원료인 광중합성 화합물의 일부를 더 포함하고, 광중합성 화합물의 네마틱 액정 재료에 대한 함유 비율은 0.015몰％ 미만이다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이며, 특히, Polymer Sustained Alignment Technology(이하,「PSA 기술」이라 함)를 사용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는, 액정층에 인가하는 전압에 의해 액정 분자의 배향 방향을 변화시키는 것을 이용하여 표시를 행한다. 액정층에 전압을 인가하지 않은 상태의 액정 분자의 배향 방향(프리틸트 방향)은, 종래, 배향막에 의해 규정되어 있었다. 예를 들어, TN 모드의 액정 표시 장치에 있어서는, 수평 배향막에 러빙 처리를 실시함으로써, 액정 분자의 프리틸트 방위를 규정하고 있었다. 여기서, 프리틸트 방위는, 전압을 인가하고 있지 않은 액정층 내의 액정 분자의 배향 방향을 나타내는 벡터 중, 액정층면 내(기판면 내)에 있어서의 성분을 가리킨다. 또한, 배향막과 액정 분자가 이루는 각인 프리틸트 각은, 주로 배향막과 액정 재료의 조합으로 결정된다. 프리틸트 방향은 프리틸트 방위와 프리틸트 각에 의해 나타내어진다. TN 모드의 액정 표시 장치에서는, 액정층을 개재하여 대향하는 한 쌍의 배향막에 의해 규정되는 프리틸트 방위는 서로 직교하도록 설정되고, 프리틸트 각은 1 내지 5°정도이다.

최근, 액정 분자의 프리틸트 방향을 제어하는 기술로서, PSA 기술이 개발되었다(특허문헌 1, 2 및 3 참조). PSA 기술은, 액정 재료 중에 소량의 중합성 재료(예를 들어 광중합성 단량체)를 혼입해 두고, 액정 셀을 조립한 후, 액정층에 소정의 전압을 인가한 상태에서 중합성 재료에 활성 에너지선(예를 들어 자외선)을 조사하고, 생성되는 중합체에 의해, 액정 분자의 프리틸트 방향을 제어하는 기술이다. 중합체가 생성될 때의 액정 분자의 배향 상태가, 전압을 제거한 후(전압을 인가하지 않은 상태)에 있어서도 유지(기억)된다. 따라서, PSA 기술은, 액정층에 형성되는 전계 등을 제어함으로써, 액정 분자의 프리틸트 방위 및 프리틸트 각도를 조정할 수 있다는 이점을 갖고 있다. 또한, PSA 기술은 러빙 처리를 필요로 하지 않으므로, 특히, 러빙 처리에 의해 프리틸트 방향을 제어하는 것이 어려운 수직 배향형의 액정층을 형성하는 데 적합하다. 특허문헌 1, 2 및 3의 개시 내용의 전체를 참고를 위해 본 명세서에 원용한다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2002-357830호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2003-307720호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 제2006-78968호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허 공개 제2006-169518호 공보

그러나, PSA 기술에서는, 자외선의 조사량이 부족하면, 미반응의 광중합성 화합물이 액정층 내에 잔존한다는 문제가 있다. 잔존한 광중합성 화합물은, 액정 표시 장치의 사용시에 백라이트의 광이나 열 등에 의해 서서히 반응하여, 사용시의 액정 분자의 배향 상태가 유지(기억)되는 일이 있다. 이 현상이 일어나면, 화상의 번인으로서 나타나는 일이 있다. 일반적인 액정 표시 장치에서 문제로 되는 번인은 액정층에 DC 성분이 잔류하기 때문에 일어나는 점에서「DC 번인」이라 불리는 것에 반해, PSA에 특유의 상기한 번인을「중합체 번인」이라는 것으로 한다.

한편, 자외선은, 액정 재료나 배향막 등의 유기 재료에 손상을 주어, 신뢰성을 저하시킬 우려가 있으므로, 조사량을 지나치게 증가시킬 수는 없다. 또한, 자외선의 조사 시간이 길어지면 그만큼 택트 타임이 길어져, 제조 비용의 증대로 이어진다.

특허문헌 3에는, 잔존 단량체량은 0.02mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다고 기재되어 있지만, 액정 표시 패널을 사용한 실시예 6(표 2)에서는, 40J/㎠를 초과하는 자외선을 조사하지 않으면 잔존 단량체량을 0.017mass％까지 저감시킬 수는 없다. 또한, 2회째의 자외선 조사의 조사량을 30J/㎠로부터 40J/㎠까지 증대시켜도, 잔존 단량체량은, 0.02mass％로부터 0.017mass％로 감소하고 있는 것에 지나지 않기 때문에, 신뢰성이나 제조 비용을 고려하면, 자외선 조사량의 증대에 의한 잔존 단량체량의 저감에는 한계가 있는 것을 알 수 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은, 종래보다도 자외선 조사량을 증대시키지 않고, 액정층에 잔존하는 중합성 화합물의 양이 충분히 저감된 PSA 기술을 이용한 액정 표시 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 액정 표시 장치는, 네마틱 액정 재료를 포함하는 액정층과, 상기 액정층을 개재하여 서로 대향하는 한 쌍의 전극과, 상기 한 쌍의 전극과 상기 액정층 사이에 각각 형성된 한 쌍의 배향막과, 상기 한 쌍의 배향막의 상기 액정층측의 표면의 각각에 형성된 광중합물로 구성된 배향 유지층이며, 상기 액정층에 전압을 인가하고 있지 않을 때, 상기 액정층의 액정 분자의 프리틸트 방위를 규정하는 배향 유지층을 갖고, 상기 액정층에 전압을 인가하고 있지 않을 때, 상기 액정층의 액정 분자는, 상기 배향 유지층에 의해 프리틸트 방위가 규정되어 있고, 상기 네마틱 액정 재료는, 터페닐 환 구조를 갖는 액정성 화합물을 필수 성분으로서 포함하고, 상기 액정층은, 상기 광중합물의 원료인 광중합성 화합물의 일부를 더 포함하고, 상기 광중합성 화합물의 상기 네마틱 액정 재료에 대한 함유 비율은 0.015몰％ 미만인 것을 특징으로 한다.

임의의 실시 형태에 있어서, 상기 네마틱 액정 재료에 포함되는 상기 터페닐 환 구조를 갖는 액정성 화합물의 함유율은, 1몰％ 이상 25몰％ 이하의 범위 내에 있다.

임의의 실시 형태에 있어서, 상기 광중합성 화합물은, 액정 골격을 갖는 디아크릴레이트 단량체 또는 액정 골격을 갖는 디메타크릴레이트 단량체를 포함한다.

임의의 실시 형태에 있어서, 상기 한 쌍의 배향 유지층은 입경이 50㎚ 이하인 상기 광중합물의 입자를 포함한다.

임의의 실시 형태에 있어서, 상기 한 쌍의 배향막은 수직 배향막이며, 상기 네마틱 액정 재료는 마이너스의 유전 이방성을 갖는다.

본 발명의 액정 표시 장치는, 액정층에 포함되는 네마틱 액정 재료가 터페닐 환 구조를 갖는 액정성 화합물을 필수 성분으로서 포함하고 있다. 터페닐 환 구조를 갖는 액정성 화합물은, 액정층 중에 있어서의 광중합성 화합물의 중합 반응의 효율을 상승시키는 작용을 가지므로, 최종적으로 얻어지는 액정 표시 장치의 액정층 중에 잔존하는 광중합성 화합물의 네마틱 액정 재료에 대한 함유 비율은 0.015몰％ 미만으로 할 수 있다. 또한, 자외선의 조사량을 종래보다도 증대시킬 필요가 없으므로, 신뢰성 및 제조 비용의 점에서도 유리하다.

도 1은 액정 표시 장치(100)의 하나의 화소의 단면도이며, 도 1의 (a)는 흑색 표시 상태(전압 무인가시), 도 1의 (b)는 백색 표시 상태(전압 인가시)의 액정 분자(42a)의 배향 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 의한 실시 형태의 액정 표시 장치가 갖는 배향 유지층의 SEM상을 도시하는 도면.
도 3은 네마틱 액정 재료의 조성과 잔존 단량체율의 관계를 설명하기 위한 그래프이며, 종축은 단량체 잔존율이고, 횡축은 자외선을 조사하였을 때의 액정 셀의 온도임.
도 4는 실험에 사용한 네마틱 액정 재료 LC-5, 6, 7을 구성하는 액정성 화합물, 화학 구조식, 조성 비율과 유전 이방성(Δε)을 표의 형식으로 도시하는 도면.
도 5는 터페닐계 액정성 화합물의 함유율과 단량체 잔존율의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 실험에 사용한 네마틱 액정 재료 LC-9를 구성하는 액정성 화합물, 화학 구조식, 조성 비율과 유전 이방성(Δε)을 표의 형식으로 도시하는 도면.
도 7은 터페닐계 액정성 화합물의 함유율과 전압 유지율(초기값 및 자외선 조사 후)을 나타내는 그래프.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 실시 형태의 액정 표시 장치를 설명한다. 본 발명은 이하에서 설명하는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.

[PSA 기술을 이용한 액정 표시 장치]

우선, 도 1 및 도 2를 참조하여, PSA 기술을 이용한 액정 표시 장치의 구성과 동작을 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 실시 형태의 액정 표시 장치(100)의 하나의 화소의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이며, 도 1의 (a)는 흑색 표시 상태(전압 무인가시), 도 1의 (b)는 백색 표시 상태(전압 인가시)의 액정 분자(42a)의 배향 상태를 아울러 도시하고 있다. 이하에서는, 노멀리 블랙 모드에서 표시를 행하는 수직 배향형의 액정 표시 장치를 예로 본 발명에 의한 실시 형태를 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

액정 표시 장치(100)는 복수의 화소를 갖고, 한 쌍의 기판(11 및 21)과, 이들의 외측에 설치되어 크로스니콜로 배치된 한 쌍의 편광판(도시하지 않음)을 갖고 노멀리 블랙 모드에서 화상을 표시하는 액정 표시 장치이다. 각 화소는, 유전 이방성이 마이너스인 네마틱 액정 재료(액정 분자(42a))를 포함하는 액정층(42)과, 액정층(42)을 개재하여 서로 대향하는 화소 전극(12) 및 대향 전극(22)을 갖고 있다. 화소 전극(12)과 액정층(42) 사이 및 대향 전극(22)과 액정층(42) 사이에는 한 쌍의 수직 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 배향막의 액정층(42)측의 표면의 각각에는, 광중합물로 구성되는 한 쌍의 배향 유지층(34a 및 34b)이 형성되어 있다. 배향 유지층(34a 및 34b)은, 액정 재료에 미리 혼합해 둔 광중합성 화합물을, 액정 셀을 제작한 후, 액정층(42)에 전압을 인가한 상태에서, 중합함으로써 형성된 것이다.

액정 분자(42a)는, 광중합성 화합물을 중합할 때까지는 수직 배향막(도시하지 않음)에 의해 배향 규제되어 있고, 기판면에 대하여 수직으로 배향하고 있다. 백색 표시 전압을 인가하면, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 화소 전극(12)의 에지부에 발생하는 경사 전계와, 대향 전극(22)의 개구부(22a)의 근방에 발생하는 경사 전계에 따라서 소정의 방향으로 경사진 배향 상태를 취한다.

백색 표시 전압을 인가한 상태에서 형성된 배향 유지층(34a 및 34b)은, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 액정층(42)에 백색 표시 전압을 인가한 상태의 액정 분자(42a)의 배향을, 전압을 제거한 후(전압을 인가하지 않은 상태)에 있어서도 유지(기억)하도록 작용한다.

또한, 수직 배향막에 가장 근접하고 있는 액정 분자(42a)는 강한 앵커링 작용을 받고 있으므로, 전압을 인가한 상태이어도, 수직 배향막의 표면에 대하여 수직으로 배향하고 있다. 따라서, 수직 배향막 상에 형성되는 배향 유지층(34a 및 34b)에 의해 고정되는 액정 분자(42a)는, 도 1의 (a)에 모식적으로 도시한 바와 같이 수직 방향으로부터 약간(1 내지 5°) 경사진 정도(프리틸트 각으로 표현하면 85°내지 89°)이며, 도 1의 (a)와 도 1의 (b)를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 배향 유지층(34a 및 34b)에 의해 고정되는 액정 분자(42a)의 배향은 전압을 인가하여도 거의 변화하는 일이 없다.

본 발명에 의한 실시 형태의 액정 표시 장치(100)는, 배향 유지층(34a 및 34b)을 가지므로, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 전압 무인가시에 있어서도, 소정의 방향으로 프리틸트한 배향 상태를 나타낸다. 이때의 배향 상태는, 도 1의 (b)에 도시한 백색 표시 상태(전압 인가시)의 액정 분자(42a)의 배향 상태와 정합하는 것이다. 그 결과, 안정된 배향 상태가 얻어짐과 함께, 액정 분자의 응답 특성 등을 개선할 수 있다.

여기서는, 액정 분자(42a)의 배향 방향을 제어하기 위해 대향 전극(22)에 개구부(도전층이 없는 부분)(22a)를 형성한 예를 나타내었지만, 배향 유지층(34a 및 34b)을 형성할 때의 액정 분자(42a)의 배향 방향을 제어하는 방법은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 유전체 돌기나 전극 슬릿 등을 적절히 형성함으로써, 액정 분자(42a)의 배향 방위가 상이한 4개의 액정 도메인을 형성할 수 있다.

배향 유지층(34a 및 34b)은, 예를 들어 이하와 같이 하여 형성할 수 있다. 여기서는, 특허문헌 3(실시예 6)에 기재되어 있는 것과 같은 방법으로 액정 표시 패널을 제작하였다.

유전 이방성이 마이너스인 네마틱 액정 재료에 대하여 0.1mass％ 이상 0.5mass％ 이하의 광중합성 화합물을 혼합한 재료를 사용하여, 액정 표시 장치(100)를 위한 액정 표시 패널을 제작한다. 또한, 광중합성 화합물로서는, 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기나 비닐기 등의 라디칼 중합이 가능한 관능기를 갖는 단량체 또는 올리고머를 사용하는 것이 바람직하다. 반응성의 관점에서, 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기를 갖는 것이 더욱 바람직하고, 그 중에서도 다관능인 것이 바람직하다. 여기서는, 광중합성 화합물로서는 액정 골격을 갖는 디아크릴레이트 또는 디메타크릴레이트의 단량체를 사용한다. 액정 골격을 갖는 단량체를 사용함으로써 액정 분자의 배향을 더 안정적으로 유지할 수 있다. 특히 특허문헌 2에 기재되어 있는 환 구조 또는 축환 구조에 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기가 직접 결합한 것이 바람직하다.

이 액정 표시 패널의 액정층(상기 단량체를 포함함)에, 소정의 전압을 인가한 상태에서, UV광(예를 들어 파장 365㎚의 i선, 약 20㎽)을 약 20J/㎠ 조사한다. 액정층에 전압을 인가하면, 대향 전극(22)과 화소 전극(12) 사이에 생성되는 전계에 의해, 액정 분자(42a)는 소정의 배향 상태를 취한다. UV 조사에 의해 광중합성 화합물이 중합하여 광중합물이 생성된다. 광중합물은, 수직 배향막 상에, 상기한 액정 분자(42a)의 배향 상태를 고정하는 배향 유지층(34a 및 34b)을 형성한다. 백색 표시 전압 이상의 소정의 전압을 인가하면서 광중합성 화합물을 광중합시켜 배향 유지층을 형성하기 위한 일련의 공정을「PSA 처리」라고 하는 경우가 있다.

도 2를 참조하여 배향 유지층(34a 및 34b)의 일례에 대하여, 그 구조를 설명한다. 도 2에 도시한 SEM상은, 상기와 같이 하여 제작된 액정 표시 패널의 시료를 분해 후, 액정 재료를 제거하고, 용제로 세정한 표면을 SEM으로 관찰한 것이다.

도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 배향 유지층은 입경이 50㎚ 이하인 광중합물의 입자를 포함하고 있다. 광중합물은 배향막의 표면의 전체면을 덮고 있을 필요는 반드시 없고, 배향막의 일부의 표면이 노출되어 있어도 된다. 액정층 내에 형성된 전계에 따라서 배향한 액정 분자가 광중합물에 의해 고정되어, 전계가 없는 상태이어도 배향이 유지된다. 수직 배향막 상의 배향 유지층이 형성된 후에는, 배향 유지층이 액정 분자의 프리틸트 방향을 규정한다.

또한, 배향 유지층의 존재는, SEM 외에, AFM이나 SIMS 등의 표면 분석법을 이용하여 확인할 수 있다.

[터페닐 환 구조를 갖는 액정성 화합물]

본 발명자는, 네마틱 액정 재료가 터페닐 환 구조(특별히 설명하지 않는 한 파라체를 가리킴)를 갖는 액정성 화합물(이하,「터페닐계 액정성 화합물」이라 함)을 포함하고 있는 경우에 광중합성 화합물의 잔존량이 저감되는 것을 발견하여, 본 발명에 상도하였다. 이하에, 실험예를 나타내어 본 발명을 상세하게 설명한다. 또한, 특허문헌 4는, 선택적인 성분으로서 터페닐계 액정성 화합물을 포함하는 유전 이방성이 마이너스인 네마틱 액정 재료를 개시하고 있지만, 이하의 지식에 대해서는 전혀 개시도 시사도 하고 있지 않다.

도 3을 참조하여, 네마틱 액정 재료의 조성과 잔존 단량체율의 관계를 설명한다. 여기서 사용한 액정 재료 LC-1은 유전 이방성(Δε)이 0인 네마틱 액정 재료이며, LC-2 내지 LC-4는, LC-1(모재)에 대하여, 종류가 상이한 액정성 화합물(1종)을 15mass％ 혼합한 것이다. LC-2는 터페닐계 액정성 화합물 A를 혼합한 것이며, LC-3은 터페닐계 액정성 화합물 B를 혼합한 것이며, LC-4는 알케닐계 액정성 화합물을 혼합한 것이다.

이들 LC-1 내지 4의 액정 재료에, 광중합성 화합물로서, 액정 골격을 갖는 디메타크릴레이트 단량체를 0.3mass％ 혼합하여, PSA용 액정 재료를 제조하였다. 또한, 광개시제는 사용하고 있지 않다.

얻어진 PSA용 액정 재료를 사용하여 액정 셀(셀 갭: 3.25㎛)을 제작하고, 20℃, 30℃, 40℃ 및 50℃의 각 온도에서 약 23㎽/㎠의 자외선(365㎚)을 약 400mJ/㎠ 조사하였다. 이 후, 각 액정 셀을 분해하고, 액정 재료를 소량 채취하여, 아세톤으로 희석한 후, 가스 크로마토그래피/질량 분석(GC/MS)법에 의해 잔존 단량체를 정량하였다. 도 3에 나타낸 그래프의 종축은 잔존 단량체량을 초기 단량체량에 대한 백분율로 나타낸 단량체 잔존율이다. 횡축은, 자외선을 조사하였을 때의 액정 셀의 온도이다. 또한, 디메타크릴레이트 단량체 대신에 디아크릴레이트 단량체를 사용하여도 같은 결과가 얻어지는 것을 실험적으로 확인하고 있다.

도 3으로부터 명백해진 바와 같이, 알케닐계 액정성 화합물을 포함하는 LC-4의 단량체 잔존율은 모재인 LC-1과 큰 차이가 없는 것에 반해, 터페닐계 액정성 화합물을 포함하는 LC-2 및 LC-3은, LC-1에 비해 단량체 잔존율이 작다. 이것으로부터 명백해진 바와 같이, 터페닐계 액정성 화합물은, 특이적으로 광중합성 화합물의 반응에 기여하여, 잔존 단량체의 양을 저감하는 효과를 발휘한다. 이 효과는 터페닐계 액정성 화합물의 종류(상기 A 또는 B)에 의존하지 않고 거의 동일한 정도이다. 또한, 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 터페닐계 액정성 화합물을 혼합하는 것에 의한 효과는, 자외선을 조사하는 온도가 높은 쪽이 현저해진다.

다음에, 터페닐계 액정성 화합물의 함유율과 단량체 잔존율의 관계를 검토한 결과를 설명한다.

도 4에 실험에 사용한 네마틱 액정 재료를 구성하는 액정성 화합물, 화학 구조식, 조성 비율과 유전 이방성(Δε)을 나타낸다. 액정 재료 LC-5는 터페닐계 액정성 화합물을 포함하지 않고, 액정 재료 LC-6은 터페닐계 액정성 화합물 A를 1.0mass％ 포함하고, 액정 재료 LC-7은 터페닐계 액정성 화합물 A를 12mass％, 터페닐계 액정성 화합물 B를 2.5mass％ 포함한다.

도 4에 나타낸 액정 재료 LC-5 내지 7에, 또한, 터페닐계 액정성 화합물 C를 21.0mass％ 포함하는 액정 재료 LC-8을 첨가한 4종류의 액정 재료에, 광중합성 화합물로서, 액정 골격을 갖는 디메타크릴레이트 단량체를 0.3mass％ 혼합하여, PSA용 액정 재료를 제조하였다. 광개시제는 사용하고 있지 않다. 얻어진 PSA용 액정 재료를 사용하여 액정 셀을 제작하고, 20℃, 30℃, 40℃ 및 50℃의 각 온도에서 약 23㎽/㎠의 자외선(365㎚)을 약 400mJ/㎠ 조사하였다. 이 후, 각 액정 셀을 분해하고, 액정 재료를 소량 채취하고, 아세톤으로 희석한 후, GC/MS법으로 잔존 단량체를 정량하였다. 도 5에 나타낸 그래프의 종축은 잔존 단량체량을 초기 단량체량에 대한 백분율로 나타낸 단량체 잔존율이다. 횡축은, 터페닐계 액정성 화합물의 함유율이다. 또한, 디메타크릴레이트 단량체 대신에 디아크릴레이트 단량체를 사용하여도 같은 결과가 얻어지는 것을 실험적으로 확인하고 있다.

도 5로부터 명백해진 바와 같이, 터페닐계 액정성 화합물의 함유율이 클수록 단량체 잔존율이 작다. 또한, 터페닐계 액정성 화합물을 1.0mass％ 함유하는 것만으로 잔존 단량체의 양을 저감하는 효과를 발휘하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 터페닐계 액정성 화합물을 혼합하는 것에 의한 효과는, 자외선을 조사하는 온도가 높은 쪽이 현저해진다. 또한, 도 5의 LC-7(터페닐계 액정성 화합물 A의 함유율 12mass％, 터페닐계 액정성 화합물 B의 함유율 2.5mass％) 및 도 3의 LC-2(터페닐계 액정성 화합물 A의 함유율 15.0mass％) 및 LC-3(터페닐계 액정성 화합물 B의 함유율 15.0mass％)의 단량체 잔존율은 거의 동일한 정도이며, 터페닐계 액정성 화합물 이외의 액정성 화합물의 종류에 의존하지 않는 것을 알 수 있다.

다음에, 잔존 단량체량과 중합체 번인의 관계를 검토한 결과를 설명한다. 여기서는 액정 재료로서 터페닐계 액정성 화합물(터페닐계 액정성 화합물 A)을 1.0mass％ 포함하는 LC-6과, 터페닐계 액정성 화합물을 포함하지 않은 액정 재료 LC-9를 사용하였다. 도 6에, LC-9를 구성하는 액정성 화합물, 화학 구조식, 조성 비율과 유전 이방성(Δε)을 나타낸다.

또한, 여기서 사용한 다양한 네마틱 액정 재료의 평균 분자량과 단량체의 분자량은 거의 동등하고, mass％의 값은 그대로 몰％의 값으로서 읽을 수 있다. 중합체 번인이나 전압 유지율에의 영향에 대하여, 액정 재료 중에 잔존하는 단량체의 수가 중요하다고 고려되므로, 몰％로 표현하는 경우가 있다.

우선, LC-6에 액정 골격을 갖는 디메타크릴레이트 단량체를 0.3mass％ 혼합하여, PSA용 액정 재료를 제조하였다. 광개시제는 사용하고 있지 않다. 상기 PSA용 액정 재료를 사용하여 TFT형 액정 표시 패널을 제작하였다. 수직 배향막으로서는 JSR사제 JALS-204를 사용하였다.

액정층(PSA용 액정 재료)에 전압을 인가하지 않은 상태에서, 자외선(365㎚, 약 23㎽/㎠)을 약 35J/㎠ 조사하였다. 자외선을 조사시의 액정 표시 패널의 온도는 30℃로 하였다. 이 액정 표시 패널을 분해하고, 상기와 마찬가지로 GC/MS법에 의해 잔존 단량체를 정량하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 잔존 단량체량은 네마틱 액정 재료에 대한 mass％(=몰％)이다. 또한, 액정 분자를 배향시키기 위한 전압 인가의 유무는, 잔존 단량체량에 영향을 미치지 않는다.

표 1의 결과로부터 명백해진 바와 같이, 터페닐계 액정성 화합물을 약간 1.0mass％ 첨가한 것만으로, 약 35J/㎠의 자외선의 조사에 의해 TFT형의 액정 표시 패널에 있어서의 잔존 단량체량을 0.010mass％(=0.010몰％)까지 저감할 수 있다.

제작한 액정 셀에 에이징 처리를 실시하였다. 에이징 처리는, 60℃의 항온조 내에서 액정 셀에 백라이트 상에서 흑백의 체커 패턴을 연속 240시간 표시시킴으로써 행하였다. 이 에이징 처리 후, 액정층에 전압을 인가하지 않은 상태에서 60℃의 항온조 내에 액정 셀을 240시간 정치함으로써 전하를 완전히 제거하였다. 이 후, 암실 환경 하에서, 표시면 전체에 특정의 중간조를 표시시킨 상태(솔리드 표시 상태)에서, 육안으로 체커 패턴의 번인 유무를 판정함으로써, 중합체 번인의 유무를 평가하였다. 또한, 대향 전극의 전위를 변화시켜도 표시에 변화가 발생하지 않았던 점에서, DC 번인이 아니라는 것을 확인하였다.

이러한 평가를 행한 결과, LC-6을 사용한 액정 표시 패널에서는 중합체 번인은 보이지 않고, LC-9를 사용한 액정 표시 패널에서는 중합체 번인이 보였다.

다음에, 표 1의 결과에 대하여, 중합체 번인을 일으키는 경계로 되는 잔존 단량체량을 파악하기 위해, LC-7을 사용하여 TFT형 액정 표시 패널을 제작하고, 자외선(365㎚, 약 23㎽/㎠)의 조사량을 바꾸어, 잔존 단량체량이 상이한 샘플을 제작하였다. 자외선 조사시의 액정 표시 패널의 온도는 30℃로 하였다. 수직 배향막으로서는 JSR사제 JALS-204를 사용하였다. TFT형 액정 표시 패널로서는, 화소 개구율이 54％이며, 화소 전극과 버스 라인 사이에 자외선 투과율이 약 80％인 층간 절연막을 갖는 것을 사용하였다. 각각의 조건에서 복수개의 샘플을 준비하고, 그 일부의 샘플에 대하여 잔류 단량체량을 정량하고, 나머지 샘플에 대하여 중합체 번인을 평가하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2의 결과로부터, 중합체 번인의 발생을 억제하기 위해서는, 잔존 단량체량을 0.015mass％(=몰％) 미만으로 할 필요가 있는 것을 알 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 터페닐계 액정성 화합물을 포함하지 않은 LC-9를 사용한 경우는, 35J/㎠의 자외선을 조사하여도, 잔류 단량체량은 0.022mass％까지밖에 저감할 수 없는 점에서, 터페닐계 액정성 화합물을 네마틱 액정 재료에 첨가하는 것에 의한 효과가 큰 것을 알 수 있다.

또한, 여기서 예시한 바와 같이, 광중합성 화합물을 네마틱 액정 재료에 대하여 0.3mass％를 혼합한 경우에는, 터페닐계 액정성 화합물을 1mass％ 이상 함유시키는 것이 바람직하지만, 광중합성 화합물의 양이 0.3mass％ 미만일 때에는, 터페닐계 액정성 화합물의 함유율은 1mass％ 미만에서도 효과가 얻어진다. 네마틱 액정 재료에 혼합하는 광중합성 화합물의 양은, 네마틱 액정 재료에 대하여 0.10mass％ 이상 0.50mass％ 이하인 것이 바람직하다. 0.10mass％보다도 적으면, 액정 분자의 배향을 유지하는 효과가 충분히 발휘되지 않는 경우가 있고, 0.50mass％를 초과하면 잔류 단량체량을 충분히 저감할 수 없는 경우가 있다.

또한, 네마틱 액정 재료에 혼합하는 터페닐계 액정성 화합물의 함유량의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 전압 유지율(Voltage Holding Ratio: VHR)의 관점에서, 35mass％를 초과하지 않는 것이 바람직하고, 25mass％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

터페닐계 액정성 화합물의 함유율이 14.5mass％(상기 LC-7), 25.0mass％, 35.0mass％ 및 44.0mass％의 네마틱 액정 재료를 사용하여, 액정 셀(셀 갭: 3.25㎛)을 제작하였다. 광중합성 단량체는 첨가하고 있지 않다. 액정 셀을 제작 직후의 전압 유지율과, 자외선(365㎚)을 24J/㎠ 조사 후의 전압 유지율을 구하였다. 전압 유지율의 측정은, 액정 셀을 70℃의 항온조 내에 정치하고, 진폭 전압이 ±5V이며 주파수가 30Hz인 구형파를 인가하여 행하였다. 또한 전압 인가 기간은 60마이크로초로 하고, 전압 인가 개시로부터 16.7밀리초 후까지의 유지 전압의 적분값이, 유지 전압이 5V이었던 경우에 대하여 나타내는 백분율을 전압 유지율로 하였다. 초기값과 자외선 조사 후의 전압 유지율을 도 7에 나타낸다.

도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 터페닐계 액정성 화합물의 함유율이 증가함에 따라서 전압 유지율이 저하된다. 실제 사용 환경에서의 신뢰성을 확보하기 위해서는 99.0％ 이상의 전압 유지율이 요구되고 있고, 도 7의 결과로부터, 터페닐계 액정성 화합물의 함유율은 35mass％를 초과하지 않는 것이 바람직하고, 25mass％ 이하에 들어가는 것이 더욱 바람직하다.

상술한 바와 같이, 네마틱 액정 재료에 포함되는 터페닐계 액정성 화합물은, 광중합 반응(라디칼 반응)의 효율(반응 속도)을 특이적으로 상승시키는 작용을 갖고, 최종적으로 얻어지는 액정 표시 장치의 액정층 중에 잔존하는 광중합성 화합물의 네마틱 액정 재료에 대한 함유 비율을 0.015몰％ 미만으로 할 수 있다. 또한, 자외선의 조사량을 종래보다도 증대시킬 필요가 없고, 오히려 저감할 수 있으므로, 신뢰성 및 제조 비용의 점에서도 유리하다.

본 발명은 휴대 전화용, 텔레비전용, 게임용, 각종 모니터용의 액정 표시 장치 등에 적절하게 사용된다.

11, 21: 기판
12: 화소 전극
22: 대향 전극
22a: 개구부
34a, 34b: 배향 유지층
42: 액정층
42a: 액정 분자
100: 액정 표시 장치

Claims

액정 표시 장치로서,
네마틱 액정 재료를 포함하는 액정층과,
상기 액정층을 개재하여 서로 대향하는 한 쌍의 전극과,
상기 한 쌍의 전극과 상기 액정층 사이에 각각 형성된 한 쌍의 배향막과,
상기 한 쌍의 배향막의 상기 액정층측의 표면의 각각에 형성된 광중합물로 구성된 배향 유지층이며, 상기 액정층에 전압을 인가하고 있지 않을 때, 상기 액정층의 액정 분자의 프리틸트 방위를 규정하는 배향 유지층을 갖고,
상기 액정층에 전압을 인가하고 있지 않을 때, 상기 액정층의 액정 분자는 상기 배향 유지층에 의해 프리틸트 방위가 규정되어 있고,
상기 네마틱 액정 재료는 터페닐 환 구조를 갖는 액정성 화합물을 필수 성분으로서 포함하고,
상기 액정층은 상기 광중합물의 원료인 광중합성 화합물의 일부를 더 포함하고, 상기 액정층에 잔존하는 상기 광중합성 화합물의 상기 네마틱 액정 재료에 대한 함유 비율은 0.015몰％ 미만인, 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 네마틱 액정 재료에 포함되는 상기 터페닐 환 구조를 갖는 액정성 화합물의 함유율은 1몰％ 이상 25몰％ 이하의 범위 내에 있는, 액정 표시 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광중합성 화합물은 액정 골격을 갖는 디아크릴레이트 단량체 또는 액정 골격을 갖는 디메타크릴레이트 단량체를 포함하는, 액정 표시 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 한 쌍의 배향 유지층은 입경이 50㎚ 이하인 상기 광중합물의 입자를 포함하는, 액정 표시 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 한 쌍의 배향막은 수직 배향막이며, 상기 네마틱 액정 재료는 마이너스의 유전 이방성을 갖는, 액정 표시 장치.