KR101547582B1 - 액정 표시 소자 - Google Patents

액정 표시 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR101547582B1
KR101547582B1 KR1020090035415A KR20090035415A KR101547582B1 KR 101547582 B1 KR101547582 B1 KR 101547582B1 KR 1020090035415 A KR1020090035415 A KR 1020090035415A KR 20090035415 A KR20090035415 A KR 20090035415A KR 101547582 B1 KR101547582 B1 KR 101547582B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid crystal
crystal molecules
substrate
polymer compound
display element
Prior art date
Application number
KR1020090035415A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090112589A (ko
Inventor
신고 가타오카
Original Assignee
가부시키가이샤 재팬 디스프레이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 재팬 디스프레이 filed Critical 가부시키가이샤 재팬 디스프레이
Publication of KR20090112589A publication Critical patent/KR20090112589A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101547582B1 publication Critical patent/KR101547582B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/52—Liquid crystal materials characterised by components which are not liquid crystals, e.g. additives with special physical aspect: solvents, solid particles
    • C09K19/54—Additives having no specific mesophase characterised by their chemical composition
    • C09K19/56—Aligning agents
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133703—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by introducing organic surfactant additives into the liquid crystal material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2323/00—Functional layers of liquid crystal optical display excluding electroactive liquid crystal layer characterised by chemical composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2323/00—Functional layers of liquid crystal optical display excluding electroactive liquid crystal layer characterised by chemical composition
    • C09K2323/03—Viewing layer characterised by chemical composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2323/00—Functional layers of liquid crystal optical display excluding electroactive liquid crystal layer characterised by chemical composition
    • C09K2323/03—Viewing layer characterised by chemical composition
    • C09K2323/035—Ester polymer, e.g. polycarbonate, polyacrylate or polyester
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133707—Structures for producing distorted electric fields, e.g. bumps, protrusions, recesses, slits in pixel electrodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133738—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers for homogeneous alignment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133742—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers for homeotropic alignment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G02F1/134309—Electrodes characterised by their geometrical arrangement
    • G02F1/134363—Electrodes characterised by their geometrical arrangement for applying an electric field parallel to the substrate, i.e. in-plane switching [IPS]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13775—Polymer-stabilized liquid crystal layers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

응답성을 손상시키지 않고 표시 불균형을 쉽게 생기지 않게 하는 동시에, 구조상의 안정성을 확보할 수 있는 액정 표시 소자를 제공한다. 액정 표시 소자는 액정 분자와 함께, 화학식 1에 의해 표현되는 구조체를 가지는 고분자 화합물을 포함하는 액정층; 및 상기 액정층을 사이에 두고 대향 배치된 한 쌍의 기판을 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112009024581913-pat00001
(n 및 m은 1 이상 4 이하의 정수)

Description

액정 표시 소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 협지한 액정 표시 소자에 관한 것이다.
종래, 액정 표시 소자를 구동함으로써 영상 표시를 행하는 액정 표시 장치는, 박형이고 경량이며 또한 소비 전력이 작으므로, 텔레비전이나 모니터 등의 화상 표시 장치 외에, 디지털 카메라, 휴대 전화기 등의 정보 단말기 등에 넓게 활용되고 있다.
이와 같은 액정 표시 장치에서는, 액정 표시 소자의 액정 표시 방식(표시 모드)에 의해 분류되고, 트위스티드 네마틱(TN；Twisted Nematic) 모드가 알려져 있지만, TN 모드보다 광시야 각을 실현할 수 있으므로, 수직 배향(VA；Vertical Alignment) 모드로의 관심이 높아지고 있다.
이 VA 모드에서는, 예를 들면, 액정 재료 중의 액정 분자가 마이너스의 유전율 이방성(negative dielectric constant anisotropy), 즉 분자의 장축 방향의 유전율이 단축 방향과 비교하여 작은 성질을 가지고 있고, 기판에 수직으로 배향하고 있던 액정 분자가, 전압의 인가에 의해, 기판에 대하여 평행한 방향으로 배향하도 록 응답하고, 광을 변조, 투과시키는 구성으로 되어 있다. 이 VA 모드에서는, 액정 분자가 임의의 방향으로 배향하므로 액정 분자의 배향 방향이 정해지지 않고, 그것이 전압에 대한 응답성을 악화시키는 요인이 된다. 그래서, 응답성을 개선하기 위해, 액정 분자의 배향을 규제하는 러빙 처리(rubbing process)가 행해진다. 그러나 러빙 처리를 행한 액정 표시 소자에서는, 러빙에 의한 스크래치(scratches)가 표시 불균형의 요인으로 되기 쉽고, 또 액정 분자의 배향 방향이 상이한 영역을 복수 설치하는 배향 분할을 하지 않으면, 광시야 각을 확보하는 것이 어렵다. 그러므로 이 러빙 처리 이외에, 액정 분자의 배향을 규제하는 기술이 종래부터 검토되어 있다.
이 액정 분자의 배향을 규제하는 기술로서는, 예를 들면, 도 12에 나타낸 바와 같이 기판 표면에 선형 돌기(linear projections)를 설치하는 기술이 알려져 있다. 이 액정 표시 소자에서는 구동 기판(200)과 대향 기판(300) 사이에 액정 분자(500A)를 포함하는 액정층(500)이 밀봉되어 있다. 구동 기판(200)과 대향 기판(300)과의 각 대향면에는, 전극(202, 302)과, 서로 대향하지 않는 선형 돌기(410)와, 이들을 덮는 배향막(400)이 설치되어 있다. 액정층(500)에서는, 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서, 액정 분자(500A)는 배향막(400)의 면에 대하여 대략 수직으로 배향하도록 되어 있다. 따라서, 액정 분자(500A)는, 선형 돌기(410) 근방의 영역에서는 구동 기판(200) 및 대향 기판(300)의 표면에 대하여 약간 경사져 있고(즉, 틸트각이 부여되어 있다), 그 이외의 영역에서는 구동 기판(200) 및 대향 기판(300)의 표면에 대하여 대략 수직으로 되는 자세를 취하고 있 다. 이 상태의 액정층(500)에 전압이 인가되면, 선형 돌기(410) 근방의 액정 분자(500A)의 경사가 다른 액정 분자(500A)에 차례로 전파하고, 이들 액정 분자(500A)는 구동 기판(200) 및 대향 기판(300)의 표면에 대하여 대략 수평으로 배향하도록 응답한다.
그런데 도 12에 나타낸 액정 표시 소자에서는, 구동 기판(200) 및 대향 기판(300)의 표면에 대하여 수직으로 배향한 액정 분자(500A)가 전압의 인가에 응답하여 넘어지는 타이밍과 선형 돌기(410) 근방의 액정 분자(500A)가 전압의 인가에 응답하여 넘어지는 타이밍 사이에 어긋남이 생기고, 그 결과 액정 분자(500A) 전체의 응답 속도가 지연되는 문제가 있다. 특히, 흑색으로부터 중간 색으로의 계조 변화에서는, 인가하는 전압의 변화량이 작으므로 응답 속도가 더 지연된다.
그래서, VA 모드에 있어서, 고분자 재료에 의해, 액정 분자를 기판 법선으로부터 약간 경사지게 하여 유지하고, 액정 분자의 배향을 규제하는 기술이 일본 특허출원 공개번호 2002-357830호 공보 및 일본 특허출원 공개번호 2003-307720호 공보에 알려져 있다. 구체적으로는, 광중합성을 가지는 모노머(monomer)를 첨가하여 조성한 액정층을 기판 사이에 밀봉한 후, 전압을 인가하여 액정 분자에 틸트각을 부여한 상태로 노광하여 모노머를 중합시켜, 폴리머를 형성한다. 이로써, 액정 분자에 프리틸트각이 부여되고, 전압을 인가하지 않은 상황에서 액정 분자의 경사 방향을 미리 정하고 있다.
그러나 일본 특허출원 공개번호 2002-357830호 공보 및 일본 특허출원 공개번호 2003-307720호 공보에 기재되어 있는 모노머를 사용한 경우에는, 응답성은 개선되지만, 안정적으로 액정 분자의 배향을 규제하는 것이 곤란하다. 구체적으로는, 아크릴레이트계의 모노머를 사용한 경우에는, 형성된 폴리머가 액정 표시 소자의 구동에 따라 열화되고, 규제된 액정 분자의 배향을 장기간 유지하는 것이 곤란하다. 또한, 이 아크릴레이트계 모노머에서는, 액정층에 다량으로 첨가할 필요가 있으므로, 불균일하게 폴리머가 형성되는 것에 의한 표시 불균형(명도 및 채도의 불균일한 분포)이 생겨 버린다. 또한, 비페닐 스켈레톤(biphenyl skeleton)에 메타크릴레이트기를 도입한 모노머를 사용한 경우에는, 형성된 폴리머의 열화는 쉽게 생기지 않지만, 모노머와 액정 분자와의 융화성이 낮기 때문에, 폴리머가 치우쳐 형성되고, 표시 불균일이 생겨 버린다. 이와 같은 문제는, VA 모드에 한정된 것이 아니고, IPS(In-Plane-Switching) 모드나 FFS(Fringe Field Switching) 모드에 있어서도 마찬가지이다. 그러므로 응답성을 손상시키지 않고, 표시 불균형을 쉽게 생기지 않게 하고, 또한, 규제한 액정 분자의 배향을 장기간 안정적으로 유지할 수 있도록 구조상 높은 안정성을 가지는 액정 표시 소자가 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 문제점에 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 응답성을 손상시키지 않고, 표시 불균형이 쉽게 생기지 않게 하는 동시에, 구조상의 안정성을 확보할 수 있는 액정 표시 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 액정 표시 소자는, 액정 분자와 함께, 화학식 1에 의해 표현되는 구조체를 가지는 고분자 화합물을 포함하는 액정층과, 그 액정층을 사이에 두고 대향 배치된 한 쌍의 기판을 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112009024581913-pat00002
(n 및 m은 1 이상 4 이하의 정수)
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 소자에서는, 액정층 중의 고분자 화합물이 그 근방의 액정 분자의 배향을 규제한다. 이 고분자 화합물이 화학식 1에 나타낸 구조체를 가지는 것에 의해, 기판에 따른 면 내측 방향에 있어서, 보다 균일하게 분포하기 쉬워진다. 환언하면, 기판에 따른 면 내측 방향에 있어서, 고분자 화합물의 분포에 편향이 쉽게 생기지 않게 된다. 또한, 기판에 대한 물리적인 압력이 가해지거나, 액정 표시 소자가 고온 환경에 노출되어도, 규제된 액정 분자의 배향이 양호하게 유지되고, 예를 들면, 번인(burn-in) 등의 열화도 쉽게 생기지 않게 된다. 따라서, 구동 전압이 인가된 경우에, 액정층 중의 액정 분자가 그 전계에 따라 배향을 신속하게 변화시킨다.
본 발명의 액정 표시 소자에 의하면, 액정층이 화학식 1에 나타낸 구조체를 가지는 고분자 화합물을 포함하므로, 그 고분자 화합물의 불균일화를 억제하는 동시에, 고분자 화합물 근방의 액정 분자의 배향을 안정적으로 규제한다. 따라서, 응답성을 손상시키지 않고, 표시 불균형을 쉽게 생기지 않게 하는 동시에, 구조상의 안정성을 확보할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
[제1 실시예]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 액정 표시 소자의 단면 모식도이다. 이 액정 표시 소자는, 복수의 화소(1)를 가지고 있고, 서로 대향 배치된 화소 전극 기판(10) 및 대향 전극 기판(20)과, 화소 전극 기판(10) 및 대향 전극 기판(20)의 서로 대향하는 면을 덮도록 설치된 배향막(31, 32)과, 화소 전극 기판(10)과 대향 전극 기판(20) 사이에 배향막(31, 32)을 통하여 밀봉된 액정층(40)을 구비하고 있다. 이 액정 표시 소자의 표시 모드는, 이른바 수직 배향(VA) 모드이며, 도 1에서는, 구동 전압이 인가되어 있지 않은 상태(흑표시)를 나타내고 있다. 이 액정 표시 소자는, 이른바 투과형 액정 표시 소자이며, 화소 전극 기판(10) 및 대향 전극 기판(20)의 외측으로부터 협지하도록 한 쌍의 편광판(도시하지 않음)이 설치되어 있다.
화소 전극 기판(10)은, 구동 소자를 포함하는 구동 회로(도시하지 않음)가 형성된 투명 기판(11)의 일면에, 화소 전극(12)이 설치된 구성을 가지고 있다. 투명 기판(11)은, 예를 들면, 유리나 플라스틱 등의 투명(광투과성) 재료에 의해 구 성되어 있다. 화소 전극(12)은, 액정층(40)에 전압을 인가하기 위한 한쪽의 전극이다. 이 화소 전극(12)은, 예를 들면, 복수 존재하고, 매트릭스형의 배열 패턴을 형성하고 있다. 즉, 각 화소 전극(12)에는, 독립적으로 개별적으로 전위가 공급되도록 되어 있다. 화소 전극(12)은, 예를 들면, 광투과성을 가지는 투명 전극이며, 예를 들면, 산화 인듐주석(ITO; Indium Tin Oxide) 등의 투명 전극 재료에 의해 구성되어 있다.
대향 전극 기판(20)은, 투명 기판(21)의 위에, 예를 들면, 적(R), 녹(G), 청(B)의 필터가 스트라이프형으로 설치된 컬러 필터(도시하지 않음)와 유효 표시 영역의 대략 전체면에 걸쳐 공통 전극(22)이 설치된 구성을 가지고 있다. 투명 기판(21)은, 예를 들면, 투명 기판(11)과 마찬가지의 재료에 의해 구성되어 있다. 공통 전극(22)은, 액정층(40)에 전압을 인가하기 위한 다른 한쪽의 전극이며, 예를 들면, 화소 전극(12)과 마찬가지로, 투명 전극 재료에 의해 구성되어 있다.
배향막(31, 32)은, 액정층(40)이 포함하는 액정 분자(41)를 기판면에 대하여 수직 방향으로 배향시키는 수직 배향막이며, 예를 들면, 폴리이미드 등의 유기 재료에 의해 구성되어 있다. 배향막(31, 32)에는, 또한, 러빙 등의 액정 분자(41)의 배향을 규제하는 처리가 행해져 있어도 된다.
액정층(40)은, 액정 분자(41)와 고분자 화합물(42)을 포함하고 있다. 액정 분자(41)는, 마이너스의 유전율 이방성을 가지는 것이며, 예를 들면, 서로 직교하는 장축(long axis) 및 단축(short axis)을 각각 중심축으로서 회전 대칭인 형상으로 되어 있다.
고분자 화합물(42)은, 배향막(31, 32) 중 적어도 한쪽의 근방에 존재하는 것이 바람직하고, 배향막(31, 32) 중 적어도 한쪽의 표면에, 고정 또는 고착하도록 설치되어 있는 것이 보다 바람직하다. 여기서는, 고분자 화합물(42)은, 배향막(31, 32)의 양쪽의 표면에 설치되어 있다. 이 고분자 화합물(42)은, 그 근방의 액정 분자(41)(액정 분자(41A))를 유지하도록, 그 배향을 규제하는 것이며, 화학식 2에 의해 표현되는 구조체 중 어느 1종 또는 2종 이상을 가지고 있다. 이로써, 액정층(40)과 배향막(31, 32)과의 계면에 고분자 화합물(40)이 대체로 균일하게 형성되고, 또한, 액정 분자(40A)의 배향의 유지성(배향 규제력)이 높아지기 때문에, 응답성을 손상시키지 않고, 표시 불균일이 쉽게 생기지 않게 되는 동시에 구조상의 안정성이 확보된다.
[화학식 2]
Figure 112009024581913-pat00003
(m 및 n은 1 이상 4 이하의 정수)
화학식 2에 나타낸 구조체는, 메타크릴레이트기와 알킬기가 도입된 비페닐 스켈레톤을 가지는 중합성 화합물이 중합됨으로써 형성된 구조의 일부이다. 화학식 2 중의 m 및 n은 1 이상 4 이하의 정수이면, m 및 n은 서로 동일해도 되고 상이해도 되고, 그 알킬기가 직쇄형(straight-chain)에서도 되고, 분기(branch)를 가지고 있어도 된다. 그 알킬기의 탄소수가 1 이상 4 이하(m 및 n이 1 이상 4 이하)인 것은, 그 범위 밖이고 배향 규제력 및 고분자 화합물(42)의 균일성이 저하하기 쉽기 때문이다. 이 m 및 n은 서로 동일한 것이 바람직하고, 이 경우에는, m 및 n은 1 이상 3 이하인 것이 바람직하다. 특히 m 및 n은, 1 또는 2인 것이 바람직하고, 1인 것이 보다 바람직한 데, 보다 높은 효과가 얻어지기 때문이다.
화학식 2에 나타낸 구조체로서는, 예를 들면, 화학식 3에 의해 표현되는 일련의 구조체를 들 수 있다. 고분자 화합물(42)은, 이들 중 1종이 반복 결합한 것이어도 되고, 이들 중의 복수 종류가 결합한 것이어도 된다. 그 중에서도, 화학식 3(1)~3(3)에 나타낸 구조체를 가지는 것이 바람직하고, 특히 화학식 3(1)에 나타낸 구조체를 가지는 것이 바람직하다. 표시 불균일이 쉽게 생기지 않게 되는 동시에 구조상의 안정성이 확보되고 배향 규제력이 높으므로, 높은 응답성을 얻을 수 있기 때문이다.
[화학식 3]
Figure 112009024581913-pat00004
또한, 고분자 화합물(42)은, 화학식 2에 나타낸 구조체 외에, 다른 구조체를 가지고 있어도 되고, 특히, 화학식 4에 의해 표현되는 구조체를 가지는 것이 바람직한 데, 보다 높은 효과가 얻어지기 때문이다. 상세하게는, 화학식 2에 나타낸 구조체를 포함하지 않고 화학식 4에 나타낸 구조체를 가지는 고분자 화합물에서는, 배향 규제력은 높지만, 불균일하게 형성되기 쉽고, 고분자 화합물의 분포에 편향이 생기기 쉽다. 그러나 고분자 화합물(42)이 화학식 2에 나타낸 구조체와 함께 화학식 4에 나타낸 구조체를 가지는 것에 의해, 고분자 화합물(42)은 높은 배향 규제력을 유지한 채, 화소 전극 기판(10) 및 대향 전극 기판(20)의 면 내측 방향에 있어서, 보다 균일하게 형성되고, 균일하게 분포하기 쉬워진다. 따라서, 보다 높은 효과가 얻어진다.
[화학식 4]
Figure 112009024581913-pat00005
이 고분자 화합물(42)은, 배향막(31, 32)의 표면에 화학 결합되어 있는 것이 바람직한 데, 구조상의 안정성이 향상되기 때문이다.
이 액정층(40)에서는, 액정 분자(41)를, 배향막(31, 32)과의 계면 근방에서, 고분자 화합물(42)에 의해 유지되도록 배향이 규제된 액정 분자(41A)와 그 이외의 액정 분자(41B)로 분류할 수 있다. 액정 분자(41B)는, 액정층(40)의 두께 방향의 중간 영역에 위치하고, 구동 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서, 액정 분자(41B) 의 장축 방향이 투명 기판(11, 21)의 표면에 대하여 대략 수직으로 되도록 배향하고 있다. 한편, 액정 분자(41A)는, 고분자 화합물(42)에 의해, 프리틸트각 θ가 부여되고, 그 장축 방향이 투명 기판(11, 12)의 표면에 대하여 경사진 자세로 된다. 그리고 본 실시예에 있어서의 프리틸트각 θ은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 투명 기판(11, 12)의 표면을 XY 평면으로 하고, 이 XY 평면에 수직인 방향을 Z으로 한 경우, XY 평면에 대한 액정 분자(41)(41A, 41B)의 장축 방향 D의 경사 각도를 말하는 것으로 한다.
이 액정층(40)에서는, 액정 분자(41A)의 프리틸트각 θ는, 88°보다 크게 90°미만(88°＜θ＜90°)인 것이 바람직한 데, 구동 전압을 인가하고 있지 않은 상태(흑표시)에 있어서, 광의 투과량이 저감되고, 양호한 콘트라스트가 유지되는 동시에, 응답 시간이 단축되기 때문이다.
이 액정 표시 소자는, 예를 들면, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
먼저, 예를 들면, 투명 기판(11)에 화소 전극(12)이 소정의 패턴으로 설치된 화소 전극 기판(10)과 투명 기판(21)에 공통 전극(22)이 설치된 대향 전극 기판(20)을 준비한다. 이어서, 화소 전극(12) 및 공통 전극(22)의 각각의 표면에, 수직 배향제(vertical alignment agent)의 도포나, 수직 배향막을 기판 상에 인쇄해 소성함으로써, 배향막(31, 32)을 형성한다.
한편, 액정층(40)을 구성하는 재료로서, 액정 분자(41)와 화학식 2에 나타낸 구조체의 중합 전의 중합성 화합물(모노머)인 화학식 5에 의해 표현되는 화합물을 혼합함으로써 액정 재료를 조제한다. 화학식 5에 나타낸 화합물로서는, 예를 들 면, 화학식 6에 의해 표현되는 일련의 화합물을 들 수 있다. 이들을 단독으로 사용해도 되고, 복수 종류를 혼합하여 사용해도 된다. 또한, 이 액정 재료에는, 필요에 따라 화학식 4에 나타낸 구조체의 중합 전의 모노머인 화학식 7에 의해 표현되는 화합물을 혼합하는 것이 바람직한 데, 보다 높은 효과가 얻어지기 때문이다. 이 때, 필요에 따라 자외선 흡수제나 광중합 개시제 등을 액정 재료에 첨가해도 된다.
[화학식 5]
Figure 112009024581913-pat00006
(m 및 n은 1 이상 4 이하의 정수)
[화학식 6]
Figure 112009024581913-pat00007
[화학식 7]
Figure 112009024581913-pat00008
다음에, 화소 전극 기판(10) 또는 대향 전극 기판(20) 중 어느 한쪽의 배향막(31, 32)이 형성되어 있는 면에 대하여, 셀 갭(cell gap)을 확보하기 위한 스페이서 돌기물, 예를 들면, 레지스트에 의해 기둥형 돌기물을 형성하거나, 또는 플라스틱 비즈(plastic beads) 등을 살포한다. 이와 동시에, 예를 들면, 스크린 인쇄법에 의해 에폭시 접착제 등의 시일제를 사용하여, 실링부를 인쇄하거나, 디스펜서에 의해 시일제를 도포함으로써 실링부를 형성한다. 이 후, 화소 전극 기판(10)과 대향 전극 기판(20)을, 배향막(31, 32)을 대향시키도록, 스페이서 돌기물 및 실링 부를 통하여 접합시킨다. 이어서, 액정 재료를 주입하는 주입 개구(밀봉 개구)를 제외하여, 가열 등을 수행하여 실링부의 경화를 행한다. 이어서, 상기 액정 재료를 주입 개구를 통하여 화소 전극 기판(10)과 대향 전극 기판(20) 사이에 주입한 후, 밀봉 개구를 시일제 등에 의해 밀봉한다.
다음에, 화소 전극(12)과 공통 전극(22) 사이에 소정의 전압을 인가한다. 이로써, 투명 기판(11, 21)의 표면에 대하여, 액정 분자(41)가 투명 기판(11, 12)의 법선 방향으로부터 소정 방향으로 기울어 배향하게 된다. 이때의 액정 분자(41)의 경사각과 후술하는 공정에서 액정 분자(41A)에 부여되는 프리틸트각 θ와 대체로 같게 된다. 따라서, 이 전압의 크기를 적당히 조절함으로써, 액정 분자(41A)의 프리틸트각 θ의 크기를 제어할 수 있다. 도 3은, 여기서의 전압과 콘트라스트와의 관계를 나타내고 있다. 즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 이 전압은, 액정 분자(41A)의 프리틸트각 θ가 88°보다 크게 90°미만으로 되도록 하는 것이 바람직하다. 프리틸트각 θ가 88°이하로 되도록 전압을 인가한 경우에는, 콘트라스트가 현저하게 저하될 우려가 있기 때문이다. 또한, 프리틸트각 θ가 90°인 경우에는, 응답 속도가 늦게 되어, 응답성을 해칠 우려가 있기 때문이다.
다음에, 전술한 소정의 전압을 인가한 상태로 자외광을 화소 전극 기판(10) 및 대향 전극 기판(20) 중 적어도 한쪽의 외측으로부터 액정층(40)에 조사함으로써 액정 재료 중의 모노머를 중합시켜, 배향막(31, 32)의 표면에 화학식 2에 나타낸 구조체를 가지는 고분자 화합물(42)을 형성한다. 이로써, 도 1에 나타낸 액정 표시 소자가 완성한다.
전술한 제조 방법에서는, 화학식 5에 나타낸 화합물(모노머)을 사용하여, 고분자 화합물(42)을 형성하도록 한 것에 의해, 액정 표시 소자에서 제조 방법에 기인한 표시 불균형은 쉽게 생기지 않게 되어 있다.
여기서, 액정 표시 소자의 표시 불균형에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4는, 중간 조(gray scale)를 표시한 경우에서의 표시 불균형을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같은 표시 불균형은, 액정 재료에 모노머를 많이 혼합한 경우나, 액정과의 융화성이 낮은 모노머를 사용한 경우나, 저분자량의 광중합 개시제를 사용한 경우 등에 생기기 쉽다. 이 경우에는, 액정 재료를 주입한 밀봉 개구 A1의 위치와 표시 불균일이 발생한 영역과의 관계로부터, 불균일하게 고분자 화합물이 형성된 것에 의한 것으로 생각된다. 상세하게는, 액정 재료 주입 시에 있어서의 흡착 크로마토그래피의 효과에 의해, 밀봉된 액정 재료에서는, 밀봉 개구 A1 근방의 위치와 기판의 면 내측 방향으로 대향하는 위치로, 그 성분 비율의 상이한 상태가 생긴다. 그 결과, 액정층에 있어서 균일하게 고분자 화합물이 형성되지 않고, 소자 내에 있어서 배향 규제력에 불균일이 생기는 것에 의해, 표시 불균일이 생긴 것으로 생각된다. 이와 같은 표시 불균일이 생기는 경우로 해서는, 예를 들면, 후술하는 화학식 9에 의해 표현되는 모노머를 액정 재료에 많이 혼합한 경우나, 화학식 7에 나타낸 화합물을 단독으로 사용한 경우나, 광중합 개시제로서 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤을 사용한 경우 등을 들 수 있다.
또한, 도 5는 흑표시를 한 경우에서의 표시 불균형을 모식적으로 나타낸 것 이다. 도 5에 나타낸 바와 같은 표시 불균형은, 액정 분자와의 융화성이 낮은 모노머를 사용한 경우에 생기는 것으로서, 액정 재료를 주입한 밀봉 개구A2의 위치와 표시 불균일이 발생한 영역과의 관계로부터, 고분자 화합물이 국소적으로 형성되고, 균일하게 형성되지 않았던 경우 것에 의한 것으로 생각된다. 즉, 액정 재료에 함유시킨 모노머가 액정 분자와 융화하지 않고, 또한, 액정 재료 중에 분산되지 않는 것에 의해, 모노머가 회합하고, 그 결과, 국소적으로 고분자 화합물이 형성되고, 흑표시 시에 휘점(bright spot)으로 되어 표시된 것으로 생각된다. 이와 같은 모노머로서는, 예를 들면, 화학식 7에 나타낸 화합물 등을 들 수 있다.
그리고 표시 불균형은, 전술한 경우 외에, 액정 분자의 배향을 규제하는 고분자 화합물이 열화되는 것에 의해 생기는 경우가 있다. 구체적으로는, 액정 표시 소자의 구동에 따라 고분자 화합물이 분해되고 이온화되고, 그 이온화된 분해물이 배향막에 흡착 또는 부착되는, 이른바 번인을 일으키는 경우에 의해 생기는 것도 있다.
이와 같이 본 실시예에 있어서의 액정 표시 소자에서는, 화소 전극(12)과 공통 전극(22)과의 사이에, 화상 데이터에 기초하여 구동 전압이 인가되면, 액정층(40)에서의 액정 분자(41)가 넘어져 응답하고, 광을 변조, 투과시킴으로써, 표시가 행해진다. 이 때, 액정층(40)에 있어서, 고분자 화합물(42) 근방의 액정 분자(41A)가 소정의 프리틸트각 θ를 가지도록 배향이 규제되어 있으므로, 액정 분자의 배향을 돌기나 슬릿에 의해 규제하고 있는 종래의 VA 모드의 액정 표시 소자와 비교하여, 응답성이 향상된다.
또한, 이 액정 표시 소자에 의하면, 고분자 화합물(42)이 화학식 2에 나타낸 구조체를 가지고 있으므로, 그 구조체를 포함하지 않고, 화학식 4에 나타낸 구조체나 화학식 8(1)~8(5)에 나타낸 구조체를 가지는 고분자 화합물을 사용하여 액정 분자의 배향을 규제하고 있는 경우와 비교하여, 응답성을 손상시키지 않고, 전술한 바와 같은 표시 불균형을 쉽게 생기지 않게 할 수 있다. 또한, 투명 기판(11, 12)의 외측으로부터 물리적인 압력이 가해져도 고분자 화합물(42)에 의해 규제된 액정 분자(41A)의 배향은 복귀하기 쉽고, 고온 환경 하에 노출되어도 액정 분자(41A)의 배향이 양호하게 유지되고, 이른바 소부 등의 열화도 쉽게 생기지 않게 된다. 따라서, 구조상의 안정성을 확보할 수 있다. 그리고 화학식 8(1)~8(5)에 나타낸 구조체를 가지는 고분자 화합물을 형성할 때 사용하는 모노머는, 화학식 9(1)~9(5)에 나타낸 화합물이다.
[화학식 8]
Figure 112009024581913-pat00009
[화학식 9]
Figure 112009024581913-pat00010
또한, 이 액정 표시 소자에 의하면, 고분자 화합물(42)이 또한, 화학식 4에 나타낸 구조체를 가지고 있으면, 표시 불균형을 쉽게 생기지 않게 하는 동시에, 보다 높은 구조상의 안정성을 확보할 수 있고, 높은 응답성을 얻을 수 있다. 또한, 액정 분자(41A)의 프리틸트각 θ가 88°＜θ＜90°의 범위 내이면, 전술한 효과 외에, 더 높은 콘트라스트를 유지하면서, 응답 시간을 단축할 수 있다.
그리고 본 실시예에 있어서의 액정 표시 소자에서는, 고분자 화합물(42)이 배향막(31, 32)의 표면에 고정된 구성에 대하여 설명하였으나, 고분자 화합물(42)은, 액정층(40) 중에 포함되어 있어도 된다.
또한, 본 실시예에 있어서의 액정 표시 소자에서는, 화소 전극(12)을 투명 기판(11)의 일면에 설치한 것으로 하였으나, 예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같은 소정 간격으로 복수의 슬릿을 가지는 화소 전극(13)으로서도 된다. 화소 전극(13)은, 라인(L)과 스페이스(S)로 이루어지는 슬릿이 복수 가지는 것이며, 이른바 고기뼈(fishbone shape)의 형상의 것이다. 이로써, 이 화소 전극(13)을 사용한 액정 표시 소자에서는, 직선 편광판을 사용한 경우에서의 광의 투과율이 높아지고, 직선 편광판을 사용함으로써 고콘트라스트가 실현할 수 있다. 화소 전극(13)에서는, L과 S와의 폭은, 임의로 설정 가능하다. 화소 전극(13)을 사용한 액정 표시 소자에서는, 예를 들면, 원편광 판의 사용이 필요한 액정 표시 소자는 예를 들면, 후술하는 도 8에 나타낸 액정 표시 소자와 비교하여, L=2.5μm, S=2.5μm로 한 경우에는, 광의 투과율은 약 80%가 되지만, 콘트라스트는 약 4배에 상당하는 4000 정도로 된다. 또한, 마찬가지로 비교하면, L=4.0μm, S=4.0μm로 한 경우에는, 광의 투과율이 70% 정도로 되고, L 및 S를 4.0μm보다 넓게 한 경우에는, 액정 분자(41)의 배향이 혼란 불균일로 되고, 광의 투과율이 급격하게 저하되는 경향이 있다. 그러므로 L 및 S는 4.0μm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서는, 공통 전극(22)을 투명 기판(21)의 일면에 설치한 것으로 하였으나, 개구 또는 노치를 가지는 것인 것이 바람직하다. 이로써, 액정 분자(41)의 배향이 보다 안정화된다. 또한, 고분자 화합물(42)을 형성하기 전의 상태에서도 액정 분자(41)의 배향이 안정화되므로, 고분자 화합물(42)을 형성할 때, 액정 분자(41A)의 프리틸트각 θ를 제어하기 쉬워진다. 이와 같은 공통 전극으로서는, 도 7에 나타낸 바와 같은 개구를 가지는 공통 전극(23)을 들 수 있다. 공통 전극(23)은, 예를 들면, 화소 전극(12)과 대향하는 영역의 중앙부에 원형의 개구 부(23A)가 설치되어 있다. 그리고 도 7에서는, 개구부(23A)의 형상이 원형의 것을 나타내었지만, 그 형상은, 슬릿 등 사각형은 물론이거니와, 다각형이어도 되고, 액정 분자(41)의 배향을 안정화시키는 것이 가능하면 임의의 것이어도 된다.
다음에, 제1 실시예로서의 액정 표시 소자의 변형예에 대하여 설명하지만, 제1 실시예와 공통의 구성 요소에 대하여는, 동일한 부호를 부여하여 설명은 생략한다.
[제1 실시예의 변형예]
도 8은 제1 실시예의 변형예에 있어서의 액정 표시 소자의 단면 모식도이며, 도 9a 및 도 9b는 도 8의 액정 표시 소자에 사용한 공통 전극(22) 및 그 위에 설치된 돌기(24)(도 9a)와 화소 전극(14)(도 9b)의 평면 모식도이다. 이 액정 표시 소자에서는, 화소 전극 기판(10)이 슬릿(14A)을 가지는 화소 전극(14)을 구비하는 동시에, 대향 전극 기판(20)이 공통 전극(22)의 액정층(40) 측의 표면에 돌기(24)를 구비한 점을 제외하곤, 제1 실시예에 있어서의 액정 표시 소자와 동일한 구성을 가지고 있다.
화소 전극(14)은, 1화소를 분할하고 영역(1A)과 영역(1B)을 형성하도록, 슬릿(14A)이 설치되어 있다. 돌기(24)는, 배향막(32)과 공통 전극(22) 사이에, 화소 전극(14)의 영역(1A, 1B) 각각의 중심과 대향하도록 설치되어 있다.
여기서의 액정층(40)에서는, 돌기(24)의 근방에 위치하는 액정 분자(41A)는, 고분자 화합물(42)에 의해 양호하게 규제되고, 돌기(24)를 중심으로 하여 방사상으로 기울어 배향하고 있다. 이로써, 구동 전압을 인가했을 때는, 영역(1A) 및 영 역(1B)의 각각에 있어서, 액정 분자(41)가 돌기(24)의 정점을 중심으로 하여 방사상으로 넘어져 응답하게 된다.
이 액정 표시 소자에서는, 화소 전극(14)과 공통 전극(22) 사이에, 화상 데이터에 기초하여 구동 전압이 인가되면, 액정층(40)에 있어서의 액정 분자(41)가 방사상으로 넘어져 응답하고, 광을 변조, 투과시킴으로써, 표시가 행해진다.
또한, 이 액정 표시 소자에 의하면, 배향막(32)과 공통 전극(22) 사이에 돌기(24)를 설치하는 동시에, 슬릿(14A)을 가지는 화소 전극(14)을 구비하고, 액정층(40)에 포함되는 고분자 화합물(42)이 화학식 2에 나타낸 구조체를 가지고 있으므로, 액정 분자(41A)의 배향이 소정의 프리틸트각 θ로 되도록 양호하게 규제되고, 액정 분자(41)의 배향이 안정화된다. 그러므로 화학식 2에 나타낸 구조체를 포함하지 않는 경우와 비교하여, 표시 불균형을 쉽게 생기지 않게 하는 동시에 구조상의 안정성을 확보할 수 있고 응답성을 향상시킬 수 있다. 이 경우에는, 액정 분자(41)가 방사상으로 넘어져 응답하기 위해, 원편광 판을 사용함으로써, 광의 투과 손실이 최소한으로 억제되고, 광의 투과율이 높은(밝은) 액정 표시 소자가 실현될 수 있다.
이 다른 작용 효과에 대하여는, 제1 실시예에 있어서의 액정 표시 소자의 작용 효과와 같다.
[제2 실시예]
도 10a 및 도 10b는 제2 실시예에 있어서의 액정 표시 소자의 단면 모식도이다. 도 10a는 구동 전압이 인가되어 있지 않은 상태를 나타내고, 도 10b는 구동 전압이 인가되어 있는 상태를 나타내고 있다. 도 10a 및 도 10b에 나타낸 액정 표시 소자의 표시 모드는, 이른바 IPS 모드이다. 이 액정 표시 소자는, 예를 들면, 도 10a 및 도 10b에 나타낸 바와 같이, 서로 대향 배치된 전극 기판(50) 및 대향 기판(60)과, 전극 기판(50) 및 대향 기판(60)의 서로 대향하는 면을 덮도록 설치된 배향막(71, 72)과, 전극 기판(50)과 대향 기판(60) 사이에 배향막(71, 72)을 통하여 밀봉된 액정층(80)을 구비하고, 전극 기판(50)은 화소 전극(52)과 공통 전극(53)을 설치한 구성을 가지고 있다. 이 액정 표시 소자는, 투과형 액정 표시 소자이며, 전극 기판(50) 및 대향 기판(60)의 외측으로부터 협지하도록 한 쌍의 편광판(도시하지 않음)이 설치되어 있다.
전극 기판(50)은, 구동 소자를 포함하는 구동 회로가 형성된 투명 기판(51)의 일면에, 화소 전극(52)과 공통 전극(53)이 소정 간격으로 평행하게 배치된 구성을 가지고 있다. 투명 기판(51)은, 예를 들면, 유리나 플라스틱 등의 투명(광투과성) 재료에 의해 구성되어 있다. 화소 전극(52) 및 공통 전극(53)은, 액정층(80)에 전압을 인가하기 위한 전극이다. 화소 전극(52) 및 공통 전극(53)은, 예를 들면, 광투과성을 가지는 투명 전극이며, 산화 인듐주석 등의 투명 전극 재료에 의해 구성되어 있다.
대향 기판(60)은, 예를 들면, 적(R), 녹(G), 청(B)의 필터가 스트라이프형으로 배치된 컬러 필터(도시하지 않음)가 설치되고, 유리나 플라스틱 등의 투명(광투과성) 재료에 의해 구성되어 있다.
배향막(71, 72)은, 액정층(80)이 포함하는 액정 분자(81)를 기판면에 대하여 수평 방향으로 배향시키는 수평 배향막이며, 예를 들면, 폴리이미드 등의 유기 재료에 의해 구성되어 있다. 배향막(71, 72)에는, 또한, 러빙 등의 액정 분자(81)의 배향을 규제하는 처리가 행해져 있어도 된다.
액정층(80)은, 액정 분자(81)와 고분자 화합물(82)을 포함하고 있다. 액정 분자(81)는, 플러스의 유전율 이방성을 가지는 것이며, 예를 들면, 서로 직교하는 장축 및 단축을 각각 중심축으로서 회전 대칭인 형상으로 되어 있다.
고분자 화합물(82)은, 배향막(71, 72) 중 적어도 한쪽의 근방에 존재하고 있는 것이 바람직하고, 배향막(71, 72) 중 적어도 한쪽의 표면에, 고정 또는 고착되게 설치되어 있는 것이 바람직하고, 여기서는 배향막(71, 72)의 양쪽의 표면에 설치되어 있다. 이 고분자 화합물(82)은, 그 근방의 액정 분자(81)(액정 분자(81A))를 유지하도록, 그 배향을 규제하는 것이며, 제1 실시예의 액정 표시 소자에 있어서의 고분자 화합물(42)과 동일한 구성을 가지고 있다.
이 액정층(80)에서는, 액정 분자(81)를, 배향막(71, 72)과의 계면 근방에서, 고분자 화합물(82)에 의해 유지되도록 배향이 규제된 액정 분자(81A)와 그 이외의 액정 분자(81B)로 분류할 수 있다. 액정 분자(81B)는, 액정층(80)의 두께 방향의 중간 영역에 위치한 것이다. 액정 분자(81A, 81B)는, 구동 전압을 인가하지 않은 상태(도 10a 참조)에서, 액정 분자(81A, 81B)의 장축 방향이 화소 전극(52) 및 공통 전극(53)에 대하여 경사(20°정도)인 동시에, 전극 기판(50) 및 대향 기판(60)의 표면에 대하여 대략 수평인 자세를 취하도록 배향되어 있다.
이 액정 표시 소자는, 예를 들면, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
먼저, 예를 들면, 투명 기판(51)에 화소 전극(52) 및 공통 전극(53)이 소정 간격으로 평행하게 설치된 전극 기판(50)과 대향 기판(60)을 준비한다. 이어서, 전극 기판(50)의 화소 전극(52) 및 공통 전극(53)이 설치된 표면과 대향 기판(60)의 한쪽 면에, 수평 배향제의 도포나, 수평 배향막을 기판 상에 인쇄해 소성함으로써, 배향막(71, 72)을 형성한다.
한편, 액정층(80)을 구성하는 재료로서, 액정 분자(81)와 화학식 5에 나타낸 화합물과 필요에 따라 화학식 7에 나타낸 화합물을 혼합함으로써 액정 재료를 조제한다. 이 때, 필요에 따라 자외선 흡수제나 광중합 개시제 등을 액정 재료에 첨가해도 된다.
다음에, 전극 기판(50) 또는 대향 기판(60) 중 어느 한쪽의, 배향막(71, 72)이 형성되어 있는 면에 대하여, 셀 갭을 확보하기 위한 기둥형 돌기물을 레지스트에 의해 형성하는 동시에, 예를 들면, 디스펜서에 의해 에폭시 접착제 등의 시일제를 도포함으로써 실링부를 형성한다. 이 후, 전극 기판(50)과 대향 기판(60)을, 배향막(71, 72)을 대향시키도록 접합시킨다. 이어서, 액정 재료를 주입하는 주입 개국(밀봉 개구)을 제외하여, 가열 등에 의하여 실링부의 경화를 행한다. 이어서, 전술한 액정 재료를 주입 개구를 통하여 전극 기판(50)과 대향 기판(60) 사이에 주입한 후, 밀봉 개구를 시일제 등을 사용하여 밀봉한다.
다음에, 자외광을 전극 기판(50) 및 대향 기판(60) 중 적어도 한쪽의 외측으로부터 액정층(80)에 조사함으로써 액정 재료 중의 모노머를 중합시켜, 배향막(71, 72)의 표면에 화학식 2에 나타낸 구조체를 가지는 고분자 화합물(82)을 형성한다. 이로써, 도 10a 및 도 10b에 나타낸 액정 표시 소자가 완성한다.
이 액정 표시 소자에서는, 도 10a에 나타낸 바와 같이 구동 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서, 액정층(80) 중의 액정 분자(81)는, 화소 전극(52) 및 공통 전극(53)에 대하여 경사(20°정도)인 동시에, 전극 기판(50) 및 대향 기판(60)의 표면에 대하여 대략 수평인 자세를 취하고 있다. 화소 전극(52)과 공통 전극(53) 사이에, 화상 데이터에 기초하여 구동 전압이 인가되면, 도 10b에 나타낸 바와 같이, 액정층(80)에 있어서의 액정 분자(81)이 전극 기판(50) 및 대향 기판(60)의 표면에 대하여 대략 수평인 동시에, 화소 전극(52) 및 공통 전극(53)에 대하여 직교로 되도록 회전함으로써 응답한다. 이로써, 광을 변조, 투과시켜, 표시가 행해진다.
또한, 이 액정 표시 소자에 의하면, 액정층(80)에 포함되는 고분자 화합물(82)이 화학식 2에 나타낸 구조체를 가지고 있으므로, 그것을 포함하지 않는 경우와 비교하여, 응답성을 손상시키지 않고, 표시 불균형을 쉽게 생기지 않게 하는 동시에, 구조상의 안정성을 확보할 수 있다. 그리고, 화학식 2에 나타낸 구조체를 가지지 않는 경우로는, 예를 들면, 액정층이 고분자 화합물을 포함하지 않는 경우나, 화학식 2에 나타낸 구조체를 포함하지 않는 고분자 화합물을 가지는 경우를 들 수 있다.
특히, 고분자 화합물(82)이 또한, 화학식 4에 나타낸 구조체를 가지고 있으면, 표시 불균형을 보다 쉽게 생기지 않게 하는 동시에, 보다 높은 구조상의 안정성을 확보할 수 있으며, 높은 응답성을 얻을 수 있다.
또한, 종래의 IPS 모드의 액정 표시 소자에서는, 기판에 대하여 물리적인 압 력이 가해져 셀 갭이 변화된 경우에는, 액정 분자의 배향이 흐트러져 그 흐트러진 액정 분자의 배향이 원래로 돌아오지 않게 되는 현상이 생기기 쉽다. 그러므로, 종래의 IPS 모드의 액정 표시 소자를 터치 패널 방식의 I/O 디스플레이에 탑재하는 경우에는, 액정 표시 소자의 기판면에 대하여 물리적인 압력이 걸리지 않는 구조로 할 필요가 있고, 디스플레이의 박형화가 곤란했었다. 이에 대하여, 본 실시예에 있어서의 액정 표시 소자에서는, 고분자 화합물(82)이 화학식 2에 나타낸 구조체를 가지고 있으므로, 액정 분자(81A)의 배향을 강하게 규제할 수 있다. 이로써, 기판면(전극 기판(50) 및 대향 기판(60)의 외측의 표면)에 대한 물리적인 압력(외압)이 가해져 액정 분자(81)의 배향이 흐트러진 경우라도, 그 흐트러진 배향 상태는, 신속하게 원상태로 돌아온다. 즉, 본 실시예에 있어서의 액정 표시 소자를 터치 패널 방식의 I/O 디스플레이에 탑재한 경우에는, 종래의 액정 표시 소자보다 구조상의 안정성이 높으므로, 디스플레이의 박형화에 기여할 수 있다.
[제3 실시예]
도 11a 및 도 11b는 제3 실시예에 있어서의 액정 표시 소자의 단면 모식도이다. 도 11a는 구동 전압이 인가되어 있지 않은 상태를 나타내고, 도 11b는 구동 전압이 인가되어 있는 상태를 나타내고 있다. 도 11a 및 도 11b에 나타낸 액정 표시 소자의 표시 모드는, 이른바 FFS 모드이다. 이 액정 표시 소자는, 예를 들면, 도 11a 및 도 11b에 나타낸 바와 같이, 서로 대향 배치된 전극 기판(100) 및 대향 기판(110)과 전극 기판(100) 및 대향 기판(110)의 서로 대향하는 면을 덮도록 설치된 배향막(121, 122)과, 전극 기판(100)과 대향 기판(110) 사이에 배향막(121, 122)을 통하여 밀봉된 액정층(130)을 구비하고, 전극 기판(100)은 공통 전극(102)과 화소 전극(104)을 설치한 구성을 가지고 있다. 이 액정 표시 소자는, 투과형 액정 표시 소자이며, 전극 기판(100) 및 대향 기판(110)의 외측으로부터 협지하도록 한 쌍의 편광판(도시하지 않음)이 설치되어 있다.
전극 기판(100)은, 구동 소자를 포함하는 구동 회로가 형성된 투명 기판(101)의 일면에, 공통 전극(102)이 형성되어 있고, 공통 전극(102)의 위에, 절연막(103)을 통하여 화소 전극(104)이 스트라이프형으로 배치된 구성을 가지고 있다. 투명 기판(101)은, 예를 들면, 유리나 플라스틱 등의 투명(광투과성) 재료에 의해 구성되어 있다. 공통 전극(102) 및 화소 전극(104)은, 액정층(130)에 전압을 인가하기 위한 전극이다. 공통 전극(102) 및 화소 전극(104)은, 예를 들면, 광투과성을 가지는 투명 전극이며, 산화 인듐주석 등의 투명 전극 재료에 의해 구성되어 있다. 절연막(103)은, 공통 전극(102)과 화소 전극(104) 사이에 형성되어 있고, 절연성의 재료에 의해 구성되어 있다.
대향 기판(110)은, 예를 들면, 적(R), 녹(G), 청(B)의 필터가 스트라이프형으로 배치된 컬러 필터(도시하지 않음)가 설치되고, 유리나 플라스틱 등의 투명(광투과성) 재료에 의해 구성되어 있다.
배향막(121, 122)은, 액정층(130)이 포함하는 액정 분자(131)를 기판면에 대하여 수평 방향으로 배향시키는 수평 배향막이며, 예를 들면, 폴리이미드 등의 유기 재료에 의해 구성되어 있다. 배향막(121, 122)에는, 또한, 러빙 등의 액정 분자(131)의 배향을 규제하는 처리가 행해져 있다.
액정층(130)은, 액정 분자(131)와 고분자 화합물(132)을 포함하고 있다. 액정 분자(131)는, 플러스의 유전율 이방성을 가지는 것이며, 예를 들면, 서로 직교하는 장축 및 단축을 각각 중심축으로서 회전 대칭인 형상으로 되어 있다.
고분자 화합물(132)은, 배향막(121, 122) 중 적어도 한쪽의 근방에 존재하는 것이 바람직하고, 배향막(121, 122) 중 적어도 한쪽의 표면에 고정 또는 고착되게 설치되어 있는 것이 보다 바람직하고, 여기서는 배향막(121, 122)의 양쪽의 표면에 설치되어 있다. 이 고분자 화합물(132)은, 그 근방의 액정 분자(131)(액정 분자(131A))를 유지하도록, 그 배향을 규제하는 것이며, 제1 실시예에 있어서의 고분자 화합물(42) 및 제2 실시예에 있어서의 고분자 화합물(82)과 동일한 구성을 가지고 있다.
이 액정층(130)에서는, 액정 분자(131)를, 배향막(121, 122)과의 계면 근방에서, 고분자 화합물(132)에 의해 유지되도록 배향이 규제된 액정 분자(131A)와 그 이외의 액정 분자(131B)로 분류할 수 있다. 액정 분자(131B)는, 액정층(130)의 두께 방향의 중간 영역에 위치한 것이다. 액정 분자(131A, 131B)는, 구동 전압을 인가하고 있지 않은 상태(도 11a 참조)에서, 액정 분자(131A, 131B)의 장축 방향이 각 화소 전극(104)에 대하여 경사(10°정도)인 동시에, 전극 기판(100) 및 대향 기판(110)의 표면에 대하여 대략 수평인 자세를 취하도록 배향하고 있다.
이 액정 표시 소자는, 예를 들면, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
먼저, 예를 들면, 투명 기판(101)의 일면에 공통 전극(102), 절연막(103) 및 화소 전극(104)이 설치된 전극 기판(100)과 대향 기판(110)을 준비한다. 이어서, 전극 기판(100)의 화소 전극(104)이 설치된 표면과 대향 기판(110)의 한쪽 면에, 수평 배향막을 기판 상에 인쇄해 소성함으로써, 배향막(121, 122)을 형성한다.
한편, 액정층(130)을 구성하는 재료로서, 액정 분자(131)와 화학식 5에 나타낸 화합물과 필요에 따라 화학식 7에 나타낸 화합물을 혼합함으로써 액정 재료를 조제한다. 이 때, 필요에 따라 자외선 흡수제나 광중합 개시제 등을 액정 재료에 첨가해도 된다.
다음에, 전극 기판(100) 또는 대향 기판(110) 중 어느 한쪽의, 배향막(121, 122)이 형성되어 있는 면에 대하여, 셀 갭을 확보하기 위한 기둥형 돌기물을 레지스트에 의해 형성하는 동시에, 예를 들면, 디스펜서에 의해 에폭시 접착제 등의 시일제를 도포함으로써 실링부를 형성한다. 이 후, 전극 기판(100)과 대향 기판(110)을, 배향막(121, 122)을 대향시키도록 접합시킨다. 이어서, 액정 재료를 주입하는 주입 개구(밀봉 개구)를 제외하여, 가열 등에 의하여 실링부의 경화를 행한다. 이어서, 전술한 액정 재료를 주입 개구를 통하여 전극 기판(100)과 대향 기판(110) 사이에 주입한 후, 밀봉 개구를 시일제 등을 사용하여 밀봉한다.
다음에, 자외광을 전극 기판(100) 및 대향 기판(110) 중 적어도 한쪽의 외측으로부터 액정층(130)에 조사함으로써 액정 재료 중의 모노머를 중합시켜, 배향막(121, 122)의 표면에 화학식 2에 나타낸 구조체를 가지는 고분자 화합물(132)을 형성한다. 이로써, 도 11에 나타낸 액정 표시 소자가 완성된다.
이 액정 표시 소자에서는, 도 11a에 나타낸 바와 같이 구동 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서, 액정층(130) 중의 액정 분자(131)는, 각 화소 전극(104)에 대 하여 경사(10°정도)인 동시에, 전극 기판(100) 및 대향 기판(110)의 표면에 대하여 대략 수평인 자세를 취하고 있다. 화소 전극(104)과 공통 전극(102) 사이에, 화상 데이터에 기초하여 구동 전압이 인가되면, 도 11b에 나타낸 바와 같이, 액정층(130)에서의 액정 분자(131)가 전극 기판(100) 및 대향 기판(110)의 표면에 대하여 대략 수평인 동시에, 각 화소 전극(104)에 대하여 직교로 되도록 회전함으로써 응답한다. 이로써, 광을 변조, 투과시켜, 표시가 행해진다.
또한, 이 액정 표시 소자에 의하면, 액정층(130)이 포함하는 고분자 화합물(132)이 화학식 2에 나타낸 구조체를 가지고 있으므로, 그것을 포함하지 않는 경우와 비교하여, 응답성을 손상시키지 않고, 표시 불균형을 쉽게 생기지 않게 하는 동시에, 구조상의 안정성을 확보할 수 있다. 그리고 화학식 2에 나타낸 구조체를 포함하지 않는 경우로는, 예를 들면, 액정층이 고분자 화합물을 포함하지 않는 경우나, 화학식 2에 나타낸 구조체를 포함하지 않는 고분자 화합물을 가지는 경우를 들 수 있다.
특히, 고분자 화합물(132)이 또한, 화학식 4에 나타낸 구조체를 가지고 있으면, 표시 불균형을 보다 쉽게 생기지 않게 하는 동시에, 보다 높은 구조상의 안정성을 확보할 수 있으며, 높은 응답성을 얻을 수 있다.
또한, 종래의 FFS 모드의 액정 표시 소자에 있어서도 IPS 모드의 액정 표시 소자와 마찬가지로, 기판에 대하여 물리적인 압력이 가해져 셀 갭이 변화된 경우에는, 액정 분자의 배향이 흐트러져 그 흐트러진 액정 분자의 배향이 원래로 돌아오지 않게 되는 현상이 생기기 쉽다. 이에 대하여, 본 실시예에 있어서의 액정 표시 소자에서는, 고분자 화합물(132)이 화학식 2에 나타낸 구조체를 가지고 있으므로, 액정 분자(131A)의 배향을 강하게 규제할 수 있다. 이로써, 기판면에 대한 물리적인 압력(외압)이 가해져 액정 분자(131)의 배향이 흐트러진 경우라도, 그 흐트러진 배향 상태는 신속하게 원 상태로 돌아온다. 환언하면, 본 실시예에 있어서의 액정 표시 소자를 터치 패널 방식의 I/O 디스플레이에 탑재한 경우에는, 종래의 액정 표시 소자보다 구조상의 안정성이 높으므로, 디스플레이의 박형화에 기여할 수 있다.
[예]
본 발명의 예에 대하여 상세하게 설명한다.
[예 1-1]
이하의 순서에 따라 도 8에 나타낸 VA 모드의 액정 표시 소자를 제작한다.
먼저, 투명 기판(11)에 화소 전극(14)이 설치된 화소 전극 기판(10)과 투명 기판(21)에 공통 전극(22) 및 돌기(24)가 설치된 대향 전극 기판(20)을 준비한다. 이 때, 화소 전극 기판(10)으로서는, 폭 6μm의 슬릿(14A)을 가지는 45μm×106μm의 화소 전극(14)을 설치한 것을 사용한다. 또한, 대향 전극 기판(20)으로서는, 직경이 12μm의 돌기(24)를 가지는 것을 사용한다. 이어서, 화소 전극(14)과 공통 전극(22) 및 돌기(24)의 각각의 표면에, 수직 배향제(JSR 가부시키가이샤제)를 도포하고, 그 후 소성함으로써, 배향막(31, 32)을 형성하였다.
다음에, 마이너스의 유전율 이방성을 가지는 네거티브형 액정(머크·재팬 가부시키가이샤제)과 모노머로서 화학식 5에 나타낸 화합물인 화학식 6(1)에 나타낸 화합물을 혼합하고, 액정 재료를 조제한다. 이 때, 액정 재료 중에서의 모노머의 함유량이 0.4중량%로 되도록 용해시켰다.
다음에, 화소 전극 기판(10)의 배향막(31)이 형성되어 있는 면에 대하여, 셀 갭을 확보하기 위한 레지스트로 이루어지는 기둥형 스페이서를 형성하는 동시에, 디스펜서에 의해 시일제를 도포해 실링부를 형성하였다. 이 후, 화소 전극 기판(10)과 대향 전극 기판(20)을, 배향막(31, 32)을 대향시키도록 접합시켰다. 이어서, 액정 재료를 주입하는 주입 개구를 제외하고, 가열하여 실링부의 경화를 행하였다. 이어서, 액정 재료를 주입 개구를 통하여 화소 전극 기판(10)과 대향 전극 기판(20) 사이에 주입한 후, 주입 개구를 시일제를 사용하여 밀봉한다.
다음에, 화소 전극(14)과 공통 전극(22) 사이에, 전압을 인가하고, 그 상태로 자외광을 화소 전극 기판(10) 및 대향 전극 기판(20)의 외측으로부터 액정층(40)에 조사함으로써 액정 재료 중의 모노머를 중합시켜, 배향막(31, 32)의 표면에 화학식 3(1)에 나타낸 구조체를 가지는 고분자 화합물(42)을 형성하였다. 이 때, 액정 분자(41A)의 프리틸트각 θ는 투명 기판(11, 21)에 대하여 88°보다 크게 90°미만으로 되도록 고분자 화합물(42)을 형성하였다. 이로써, 도 8에 나타낸 액정 표시 소자가 완성된다.
[예 1-2 ~ 1-4]
모노머로서 화학식 6(1)에 나타낸 화합물에 대신하여, 화학식 6(2)~6(4)에 나타낸 화합물을 사용하고, 화학식 3(2)~3(4)에 나타낸 구조체를 가지는 고분자 화합물(42)을 형성한 것을 제외하고, 예 1-1과 마찬가지의 수순을 밟는다.
[예 1-5]
모노머로서 화학식 7에 나타낸 화합물을 더하여, 화학식 3(1)에 나타낸 구조체와 함께 화학식 4에 나타낸 구조체를 가지는 고분자 화합물(42)을 형성한 것을 제외하고, 예 1-1과 마찬가지의 수순을 밟는다. 이 때, 액정 재료 중에서의 화학식 6(1)에 나타낸 화합물 및 화학식 7에 나타낸 화합물의 함유량을 모두 0.2중량%으로 하였다.
[비교예 1-1]
액정 재료에 모노머를 더하지 않은 것을 제외하고, 예 1-1과 마찬가지의 수순을 밟는다.
[비교예 1-2 ~ 1-7]
모노머로서 화학식 6(1)에 나타낸 화합물에 대신하여, 화학식 7에 나타낸 화합물(비교예 1-2) 또는 화학식 9(1)~9(5)에 나타낸 화합물(비교예 1-3 ~ 1-7)을 사용하고, 화학식 4에 나타낸 구조체(비교예 1-2) 또는 화학식 8(1)~8(5)에 나타낸 구조체(비교예 1-3 ~ 1-7)를 가지는 고분자 화합물을 형성한 것을 제외하고, 예 1-1과 마찬가지의 수순을 밟는다.
이들의 예 1-1 ~ 1-5 및 비교예 1-1 ~ 1-7의 액정 표시 소자에 대하여, 표시 불균형, 구조 안정성 및 응답성을 조사했던바, 표 1에 나타낸 결과를 얻을 수 있었다.
표시 불균형을 조사할 때는, 중간 조 표시 시에 있어서 표시 불균형을 육안관찰에 의해 평가했다. 표시 불균형의 평가로서는, 표시 불균일이 확인되지 않는 것을 "A", 표시 불균일이 약간 생기지만 합격 레벨의 것을 "B", 분명하게 표시 불 균일이 생긴 것(불합격 레벨)을 "x"라고 표시했다. 그리고 비교예 1-1에서는 표시 불균형의 평가를 하지 않았다.
또한, 구조 안정성은, 표시 표면을 가압한 후의 배향 혼란 소실 계조 시험(misalignment elimination gray level test)에 의해 평가하는 동시에, 번인 시험 및 보존 시험에 의해 배향 안정성을 평가했다. 표시 표면을 가압한 후의 배향 혼란 소실 계조 시험을 할 때는, 액정 표시 소자의 투명 기판(21)의 표면을 스타일러스(stylus)로 켜고, 8/8 계조(흰색 계조)에서 1/8계조(흑표시)까지의 사이에서, 액정의 배향의 혼란이 소실한 계조를 조사한다. 그리고 배향의 혼란은, 흰색 계조에 가까운 쪽이 남기 쉽고, 4/8 계조를 배향 혼란 소실 계조의 합격 레벨로 했다. 즉, 1/8 ~ 3/8 계조를 불합격으로 하였다. 또한, 번인 시험을 할 때는, 65℃의 분위기 하에서, 흑백의 체커 패턴(checker pattern)을 2시간 표시한 후, 회색 계조를 표시하고 번인 상태를 조사한다. 또한, 보존 시험을 할 때는, 초기의 응답 시간을 측정하는 동시에, 85℃의 분위기 하에서 500시간 보존한 후에 보존 후의 응답 시간을 측정하고, 이 초기의 응답 시간과 보존 후의 응답 시간을 비교했다. 배향 안정성의 평가로서는, 보존 시험에 있어서 초기의 응답 시간과 보존 후(85℃, 500시간 후)의 응답 시간에는 대략 차이가 없고, 또한, 번인 시험에 있어서 번인을 거의 볼 수 없는 것을 "A", 보존 시험에 있어서 초기 응답 시간과 보존 후의 응답 시간에 거의 차이가 없고, 번인 시험에서 약간 번인을 볼 수 있었던 것을 "B", 보존 시험에서 보존 후의 응답 시간이 약간 길어져, 번인 시험에 있어서 번인을 볼 수 있었지만 합격 레벨의 것을 "C", 보존 시험에서 보존 후의 응답 시간이 매우 길고, 또 한, 번인 시험에 있어서 분명하게 번인이 생긴 것(불합격 레벨)을 "x"라고 했다. 그리고 비교예 1에서는, 배향 안정성의 평가를 행하지 않았다.
응답성을 조사할 때는, 구동 전압 2.8V를 인가하고, 그 응답 시간을 측정함으로써 응답 개선도를 조사한다. 응답 개선도의 평가로서는, 비교예 1-1의 응답 시간에 대하여, 응답 시간이 50% 이상 단축된 것을 "S", 40% 이상 50% 미만 단축된 것을 "A", 20% 이상 40% 미만 단축된 것을 "B", 10% 이상 20% 미만 단축된 것을 "C", 10% 미만 단축된 것 및 단축되지 않았던 경우 것(불합격 레벨)을 "x"라고 했다.
[표 1]
Figure 112009024581913-pat00011
표 1에 나타낸 바와 같이, 액정층(40)이 화학식 3(1)~3(4)에 나타낸 구조체를 가지는 고분자 화합물(42)을 포함하는 예 1-1 ~ 1-5에서는, 표시 불균형, 배향 혼란 소실 계조 및 배향 안정성의 평가도 합격 레벨 이상이며, 응답 시간도 비교예 1-1보다 10% 이상 단축되었다. 이에 대하여 비교예 1-2 ~ 1-7에서는, 배향 혼란 소실 계조, 배향 안정성 및 응답 개선도가 합격 레벨에 이르는 것도 있지만, 표시 불균일이 생겼다. 이 결과는, 화학식 2에 나타낸 구조체와 유사하지만 상이한 구조체인 화학식 4에 나타낸 구조체(메타크릴레이트계이지만 비페닐 스켈레톤이 알킬 기를 포함하지 않음)나, 화학식 8(1), 8(2)에 나타낸 구조체(아크릴레이트계의 고분자 화합물)나, 화학식 8(3)에 나타낸 구조체(메타크릴레이트계이지만 비페닐 스켈레톤의 알킬기의 위치가 상이함)를 가지는 고분자 화합물에서는, 불균일하게 형성되기 쉽거나 또는 배향 규제력이 낮은 것을 나타내고 있다. 또한, 예 1-1과 비교예 1-3의 비교, 및 비교예 1-2와 비교예 1-4의 비교로부터, 아크릴레이트계의 고분자 화합물보다 메타크릴레이트계의 고분자 화합물 쪽이, 액정 분자의 배향을 강하게 규제하는 것도 시사되었다. 환언하면, 이 결과는, 고분자 화합물(42)에서는, 화학식 2에 나타낸 구조체를 가지는 것에 의해, 면 내측 방향에 있어서 보다 균일하게 분포하고, 높은 배향 규제력을 발휘하는 것을 나타내고 있다.
이로부터, VA 모드의 액정 표시 소자에서는, 액정층(40)이 포함하는 화학식 2에 나타낸 구조체를 가지는 고분자 화합물(42)이 배향막(31, 32)의 표면에 형성된 것에 의해, 응답성을 손상시키지 않고, 표시 불균형을 쉽게 생기지 않게 하는 동시에, 구조상의 안정성을 확보할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 이 고분자 화합물(42)에 의해 액정 분자(41A)의 프리틸트각을 88°보다 크게 90°미만으로 되도록 배향을 규제함으로써, 응답성이 향상되는 것이 확인되었다.
또한, 예 1-1 ~ 1-4의 비교로부터, 화학식 2 중의 m 및 n에 주목하면, 이것들은 모두 3 이하이면, 표시 불균형, 배향 혼란 소실 계조 및 배향 안정성의 평가가 보다 높아지고, 모두 1이면, 이들 평가는 특히 높게 되었다.
이로부터, 고분자 화합물(42)에서는, 화학식 2 중의 m 및 n이 3 이하인 구조체를 가지는 것에 의해, 보다 높은 효과가 얻어지고, m 및 n이 1인 구조체를 가지 는 것에 의해, 특히 높은 효과가 얻어지는 것이 확인되었다.
또한, 예 1-1과 예 1-5의 비교로부터, 고분자 화합물(42)이 또한, 화학식 4에 나타낸 구조체를 가지는(예 1-5) 편이, 표시 불균형, 배향 혼란 소실 계조 및 배향 안정성의 평가가 높게 되었다. 이로부터, 고분자 화합물(42)이 화학식 2에 나타낸 구조체와 함께 화학식 4에 나타낸 구조체를 가지는 것에 의해, 보다 높은 효과가 얻어지는 것이 확인되었다.
[예 2]
다음에, 도 11a 및 도 11b에 나타낸 FFS 모드의 액정 표시 소자를 제작한다.
먼저, 투명 기판(101)의 일면에 공통 전극(102), 절연막(103) 및 화소 전극(104)이 설치된 전극 기판(100)과 대향 기판(110)을 준비한다. 이어서, 전극 기판(100)의 화소 전극(104)이 설치된 표면과 대향 기판(110)의 한쪽 면에, 수평 배향제(JSR 가부시키가이샤제)를 도포한 후, 소성하고, 배향막(121, 122)을 형성하였다.
다음에, 포지티브형 액정(치소 가부시키가이샤제)과 모노머로서 화학식 6(1)에 나타낸 화합물을 혼합하고, 액정 재료를 조제한다. 이 때, 액정 재료 중에서의 모노머의 함유량이 0.4중량%로 되도록 용해시켰다.
다음에, 전극 기판(100)의 배향막(121)이 형성되어 있는 면에 대하여, 셀 갭을 확보하기 위한 레지스트로 이루어지는 기둥형 스페이서를 형성하고, 디스펜서에 의해 시일제를 도포해 실링부를 형성하였다. 이 후, 전극 기판(100)과 대향 기판(110)을, 배향막(121, 122)을 대향시키도록 접합시켰다. 이어서, 액정 재료를 주입하는 주입 개구를 제외하고, 가열하여 실링부의 경화를 행하였다. 이어서, 액정 재료를 주입 개구를 통하여 전극 기판(100)과 대향 기판(110) 사이에 주입한 후, 주입 개구를 시일제를 사용하여 밀봉한다.
다음에, 공통 전극(102)과 화소 전극(104) 사이에 전압을 인가하지 않는 상태로 자외광을 전극 기판(100) 및 대향 기판(110)의 외측으로부터 액정층(130)에 조사하고, 액정 재료 중의 모노머를 중합시켜, 배향막(121, 122)의 표면에 화학식 3(1)에 나타낸 구조체를 가지는 고분자 화합물(132)을 형성하였다. 이로써, 도 11a 및 도 11b에 나타낸 액정 표시 소자가 완성된다.
[비교예 2]
액정 재료에 모노머를 더하지 않은 것을 제외하곤, 예 2와 마찬가지의 수순을 밟는다.
이들의 예 2 및 비교예 2의 액정 표시 소자에 대하여, 예 1-1 등과 마찬가지로, 표시 불균형, 구조 안정성 및 응답성을 조사한다.
그 결과, FFS 모드의 액정 표시 소자에 있어서도, 표 1의 결과와 같았다. 환언하면, 예 2에서는, 표시 불균형은 생기지 않고, 배향 안정성은 "A"로 되고, 배향 혼란 소실 계조는 8/8 계조로 되고 전계조에 있어서 액정 분자(131)의 배향의 혼란은 원래로 돌아왔다. 또한, 실시예 2에서는, 응답 시간은 비교예 2보다 단축되었다. 이에 대하여, 비교예 2에서는, 표시 불균형은 볼 수 없었지만, 배향 혼란 소실 계조는 5/8 계조로 되고, FFS 모드의 액정 표시 소자로서는 합격 레벨에 이르지 않았다.
이로부터, FFS 모드의 액정 표시 소자에서는, 액정층(130)이 포함하는 화학식 2에 나타낸 구조체를 가지는 고분자 화합물(132)이 배향막(121, 122)의 표면에 형성된 것에 의해, 응답성을 손상시키지 않고, 표시 불균형을 쉽게 생기지 않게 하는 동시에, 구조상의 안정성을 확보할 수 있는 것이 확인되었다.
이상, 실시예 및 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예 및 실시예에 한정되지 않고, 여러 가지 변형 가능하다. 예를 들면, 상기 실시예 및 실시예에서는, 본 발명의 액정 표시 소자를 VA 모드, IPS 모드 및 FFS 모드에 적용하는 경우에 대하여 설명하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 예를 들면, TN 모드나 MVA(Multi-domain Vertical Alignment) 모드 등에 있어서도 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시예 및 실시예에서는, 본 발명의 액정 표시 소자를 투과형의 액정 표시 소자에 적용하도록 했지만, 반드시 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 반사형의 액정 표시 소자에 적용할 수도 있다. 이것들의 반사형의 액정 표시 소자에서는, 화소 전극이 알루미늄 등의 광반사성을 가지는 전극 재료에 의해 구성된다.
본 출원은 2008년 4월 24일에 일본특허청에 출원된 일본특허출원 JP 2008-113697에 개시된 요지를 포함하며, 상기 문헌의 내용은 본 명세서에 원용된다.
첨부된 청구의 범위 및 그 등가물의 범주 내에 있는 한 설계 요건 및 그외 요인에 따라 다양한 변형, 조합, 서브조합 및 대안이 이루어질 수 있다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 액정 표시 소자의 단면 구성을 나타낸 모식도이다.
도 2는 액정 분자의 프리틸트각(pretilt angle)을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 고분자 화합물 형성 시의 인가 전압과 콘트라스트와의 관계를 나타낸 모식도이다.
도 4는 표시 불균형(display unevenness)을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 다른 표시 불균형을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 도 1에 나타낸 화소 전극의 변형예를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 1에 나타낸 공통 전극의 변형예를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 8은 도 1의 변형예에 관한 액정 표시 소자의 단면 구성을 나타낸 모식도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8에 나타낸 화소 전극, 및 공통 전극 및 돌기의 평면 구성을 나타낸 모식도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제2 실시예에 관한 액정 표시 소자의 단면 구성을 나타낸 모식도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제3 실시예에 관한 액정 표시 소자의 단면 구성을 나타낸 모식도이다.
도 12는 종래의 액정 표시 소자를 설명하기 위한 단면도이다.

Claims (9)

  1. 액정 분자와 함께, 화학식 1에 의해 표현되는 구조체를 가지는 고분자 화합물을 포함하는 액정층;
    [화학식 1]
    Figure 112015034649848-pat00012
    (n 및 m은 1 이상 4 이하의 정수)
    상기 액정층을 사이에 두고 대향 배치된 한 쌍의 기판; 및
    상기 한 쌍의 기판과 상기 액정층 사이에 각각 설치된 배향막을 포함하고,
    상기 액정층 중의 상기 고분자 화합물은 적어도 한쪽의 상기 배향막의 표면에 층상으로 설치되어 있는, 액정 표시 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 화합물은 상기 배향막에 고정되어 있는, 액정 표시 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1에 나타낸 n 및 m은 3 이하인, 액정 표시 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 화합물은 화학식 2에 의해 표현되는 구조체
    [화학식 2]
    Figure 112015034649848-pat00013
    를 더 포함하는 액정 표시 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 기판은 한쪽이 화소 전극을 가지고 다른 쪽이 공통 전극을 가지며,
    상기 액정 분자는, 마이너스의 유전율 이방성(negative dielectric constant anisotropy)을 가지는 동시에, 상기 한 쌍의 기판의 표면에 대한 프리틸트각이 88°보다 크고 90°미만인 액정 분자를 포함하는, 액정 표시 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공통 전극은 개구 또는 노치(notch)를 가지는, 액정 표시 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 화소 전극은 소정 간격으로 복수의 슬릿을 가지는, 액정 표시 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 기판은 한쪽이 화소 전극과 함께 공통 전극을 가지며,
    상기 액정 분자는 플러스의 유전율 이방성을 가지고,
    상기 화소 전극 및 상기 공통 전극은 상기 한 쌍의 기판의 표면에 평행한 성분을 가지는 가로 전계(transverse electric field)를 발생하는, 액정 표시 소자.
  9. 삭제
KR1020090035415A 2008-04-24 2009-04-23 액정 표시 소자 KR101547582B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008113697A JP4618321B2 (ja) 2008-04-24 2008-04-24 液晶表示素子
JPJP-P-2008-113697 2008-04-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090112589A KR20090112589A (ko) 2009-10-28
KR101547582B1 true KR101547582B1 (ko) 2015-08-26

Family

ID=41215291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090035415A KR101547582B1 (ko) 2008-04-24 2009-04-23 액정 표시 소자

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7922935B2 (ko)
JP (1) JP4618321B2 (ko)
KR (1) KR101547582B1 (ko)
CN (1) CN101566761B (ko)
TW (1) TWI405003B (ko)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5028452B2 (ja) * 2009-07-06 2012-09-19 株式会社ジャパンディスプレイイースト 液晶表示装置
JP5105113B2 (ja) * 2010-03-05 2012-12-19 Ｊｓｒ株式会社 液晶表示素子の製造方法
JP5301485B2 (ja) * 2010-03-15 2013-09-25 スタンレー電気株式会社 液晶表示装置
KR101198185B1 (ko) * 2010-07-27 2012-11-12 전북대학교산학협력단 액정표시장치 및 그 제조방법
WO2012046608A1 (ja) * 2010-10-07 2012-04-12 シャープ株式会社 液晶表示装置
TWI578063B (zh) * 2010-10-14 2017-04-11 Merck Patent Gmbh A liquid crystal display device, and a liquid crystal display device
TWI545372B (zh) 2010-10-14 2016-08-11 Merck Patent Gmbh Liquid crystal display device
TWI574994B (zh) * 2010-10-14 2017-03-21 Merck Patent Gmbh Liquid crystal display device
WO2012121174A1 (ja) * 2011-03-09 2012-09-13 シャープ株式会社 液晶表示パネル、液晶表示装置及び液晶表示セル
WO2012121330A1 (ja) 2011-03-09 2012-09-13 シャープ株式会社 液晶表示装置
JPWO2012144464A1 (ja) * 2011-04-19 2014-07-28 シャープ株式会社 液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法
US9405153B2 (en) * 2011-08-25 2016-08-02 Sharp Kabushiki Kaisha Method for manufacturing liquid crystal display device
CN103748508B (zh) * 2011-08-26 2016-08-31 夏普株式会社 液晶显示面板和液晶显示装置
US9249242B2 (en) 2011-08-29 2016-02-02 Sharp Kabushiki Kaisha Method for manufacturing liquid crystal display device
WO2013031461A1 (ja) * 2011-08-29 2013-03-07 シャープ株式会社 液晶表示装置の製造方法
JP5759565B2 (ja) * 2011-11-30 2015-08-05 シャープ株式会社 液晶表示装置
JP5785867B2 (ja) * 2011-12-19 2015-09-30 株式会社ジャパンディスプレイ 液晶表示装置及びその製造方法
JP6274407B2 (ja) * 2011-12-22 2018-02-07 日産化学工業株式会社 横電界駆動用液晶表示素子の製造方法
US9733524B2 (en) 2012-01-30 2017-08-15 Sharp Kabushiki Kaisha Liquid crystal display device and manufacturing method therefor
CN103626660A (zh) * 2012-08-23 2014-03-12 奇美电子股份有限公司 用于液晶层或配向层的感旋光性单体、使用其的液晶显示面板及其制作方法
CN104737068B (zh) * 2012-10-19 2018-04-27 默克专利有限公司 液晶显示装置和液晶显示装置的制造方法
TWI494672B (zh) * 2012-11-30 2015-08-01 Au Optronics Corp 液晶顯示面板之畫素結構
CN103412438B (zh) 2013-07-31 2016-03-02 京东方科技集团股份有限公司 显示基板及其制备方法、双稳态液晶显示面板
CN106164759B (zh) * 2014-03-27 2019-10-25 夏普株式会社 液晶显示装置和液晶显示装置的制造方法
CN105116621A (zh) * 2015-09-01 2015-12-02 深圳市华星光电技术有限公司 液晶面板的制造方法
WO2018221236A1 (ja) * 2017-06-01 2018-12-06 Dic株式会社 重合性モノマー、それを用いた液晶組成物及び液晶表示素子
JP7180247B2 (ja) * 2018-09-28 2022-11-30 Dic株式会社 液晶表示素子の製造方法
CN110764316B (zh) * 2019-11-14 2021-08-03 Tcl华星光电技术有限公司 自配向材料、自配向液晶材料及液晶面板

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3131954B2 (ja) * 1992-02-13 2001-02-05 大日本インキ化学工業株式会社 液晶デバイス
JP3192780B2 (ja) * 1992-09-22 2001-07-30 旭硝子株式会社 ツイステッドネマチック液晶表示素子
JP2000347175A (ja) * 1999-03-26 2000-12-15 Seiko Epson Corp 液晶装置及びその製造方法並びにそれを用いた電子機器
US6977704B2 (en) 2001-03-30 2005-12-20 Fujitsu Display Technologies Corporation Liquid crystal display
JP4175826B2 (ja) * 2002-04-16 2008-11-05 シャープ株式会社 液晶表示装置
JP2005024927A (ja) * 2003-07-02 2005-01-27 Seiko Epson Corp 液晶装置、その製造方法、電子機器、及びプロジェクタ
JP4477421B2 (ja) * 2004-05-28 2010-06-09 富士通株式会社 液晶表示装置及びその製造方法
TWI349029B (en) * 2007-03-30 2011-09-21 Au Optronics Corp Liquid crystalline medium, liquid crystal display panel using the same, and method for manufacturing liquid crystal display panel

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009265308A (ja) 2009-11-12
US7922935B2 (en) 2011-04-12
JP4618321B2 (ja) 2011-01-26
TW200951556A (en) 2009-12-16
TWI405003B (zh) 2013-08-11
CN101566761A (zh) 2009-10-28
KR20090112589A (ko) 2009-10-28
CN101566761B (zh) 2011-09-07
US20090269515A1 (en) 2009-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101547582B1 (ko) 액정 표시 소자
US8273422B2 (en) Liquid crystal display
US7864276B2 (en) Liquid crystal display device
KR102347474B1 (ko) 코팅형 편광판 및 이를 구비한 액정표시소자
US8199139B2 (en) Viewing angle control device and display provided with the same
US8860920B2 (en) Liquid-crystal display device and manufacturing method therefor
US20130208224A1 (en) Liquid crystal display apparatus
US20130003004A1 (en) Liquid crystal panel and liquid crystal display device
US7929090B2 (en) Liquid crystal display and method of manufacturing the same
US10996532B2 (en) Liquid crystal diffraction grating, liquid crystal composition, method for producing liquid crystal diffraction grating, and wire grid polarizer
US20130258256A1 (en) Display apparatus
US9891466B2 (en) Liquid crystal display panel and fabrication method thereof
US10241364B2 (en) Liquid crystal display device
US8999465B2 (en) Liquid crystal display device
US20130342798A1 (en) Liquid crystal display panel, liquid crystal display apparatus, and liquid crystal display cell
US10642094B2 (en) Display panel
KR20120071328A (ko) 도료, 위상차 소자, 표시 장치, 위상차 소자의 제조 방법
US8743318B2 (en) Display device and method of manufacturing the same
US20140098313A1 (en) Liquid crystal display and method of manufacturing the same
JP4031658B2 (ja) 液晶表示装置
US9921429B2 (en) Display device
JP2010181838A (ja) 液晶表示装置
WO2012011403A1 (ja) 液晶表示装置
WO2012108313A1 (ja) 液晶ディスプレイ
WO2012063938A1 (ja) 液晶表示装置、及び、液晶表示装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
N231 Notification of change of applicant
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant