KR20130122527A - 액정 조성물 및 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20130122527A
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테츠지 이시타니
다이수케 쿠보타
아키오 야마시타
사치코 가와카미
유코 카와타
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 보다 넓은 온도 범위에서 블루상을 발현하는 액정 조성물을 제공하고, 액정 표시 장치에 있어서, 보다 고콘트라스트화를 가능하게하는 블루상을 발현하는 액정 조성물을 제공하는 것을 과제로 한다.
블루상을 발현하는 액정 조성물에 있어서, 구조식 (100)으로 표시되는 화합물(ＰＰＥＰ-5ＦＣＮＦ(약칭))을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 것을 해결 수단으로 한다. 액정 표시 장치에 있어서, 구조식 (100)으로 표시되는 화합물(ＰＰＥＰ-5ＦＣＮＦ(약칭))을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지고 블루상을 발현하는 액정 조성물을 액정층에 이용한다.
Figure pct00013

Description

액정 조성물 및 액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL COMPOSITION AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
액정 조성물, 액정 표시 장치 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
박형, 경량화를 도모한 표시 장치(소위 플랫 패널 디스플레이)에는 액정 소자를 가지는 액정 표시 장치, 자기 발광 소자를 가지는 발광 장치, 필드 에미션 디스플레이(FED) 등이 경합하고, 개발되고 있다.
액정 표시 장치에 있어서는, 액정 분자의 응답 속도의 고속화가 요구된다. 액정의 표시 모드는 다양하게 있지만, 그 중에서도 특히 고속 응답이 가능한 액정 모드로서, FLC(Ferroelectric Liquid Crystal) 모드, OCB(Optical Compensated Birefringence) 모드, 블루상(blue phase)을 발현한 액정을 이용한 모드를 들 수 있다.
특히 블루상을 발현하는 액정을 사용하는 모드는 배향막이 불필요하고, 광시각화가 얻어지므로 실용화에 맞춰 보다 연구가 행해지고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1은 블루상이 출현하는 온도 범위를 넓히기 위해, 액정에 고분자 안정화 처리를 행하는 보고이다.
국제 공개 제 2005-090520호
보다 블루상이 발현하는 온도 범위가 넓은 액정 조성물을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
보다 고콘트라스트화를 달성하는 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 명세서에 개시하는 발명의 구성의 한 형태는 하기 구조식 (100)으로 표시되는 화합물을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물이다. 본 명세서에서는 하기 구조식 (100)으로 표시되는 화합물을 4-(4-n-펜틸페닐)벤조산4-시아노-3，5-디플루오로페닐(약칭 : PPEP-5FCNF)이라고 한다.
[구조식 (100)]
Figure pct00001
[0010]
본 명세서에 개시한 발명의 구성의 다른 한 형태는, 하기 구조식 (100)으로 표시되는 화합물을 포함하는 네마틱 액정, 카이럴제, 광경화 수지 및 광중합 개시제를 가지고 블루상을 발현하는 액정 조성물이다.
[0011]
[구조식 (100)]
Figure pct00002
블루상을 발현하는 액정 조성물로서 액정 및 카이럴제를 포함한다. 카이럴제는, 액정을 나선 구조로 배향시키고, 블루상을 발현시키기 위하여 이용한다. 예를 들면, 액정 조성물에 5 중량% 이상의 카이럴제를 혼합시키면 좋다.
카이럴제는 액정에 대한 상용성(相溶性)이 좋고, 비틀림력이 강한 재료를 이용한다. 또 R체, S체 중 어느 한쪽 재료가 좋고, R체와 S체의 비율이 50 : 50인 라세미체는 사용하지 않는다.
블루상을 발현하는 액정 조성물은, 조건에 따라 콜레스테릭상, 콜레스테릭 블루상, 등방상 등을 나타낸다.
블루상인 콜레스테릭 블루상은 나선 피치가 500nm 이하로 피치가 비교적 짧은 콜레스테릭상을 가지는 액정 조성물로 보여진다. 액정의 배향은 이중 꼬임 구조를 가진다. 가시광의 파장 이하의 질서를 가지고 있기 때문에 투명하고, 전압 인가에 의해서 배향 질서가 변화하여 광학적 변조 작용이 발생한다. 블루상은 광학적으로 등방이기 때문에 시야각 의존성이 없고, 배향막을 형성하지 않아도 좋기 때문에 표시 화상의 질 향상 및 비용 삭감이 가능하다.
또, 블루상은 좁은 온도 범위에서 밖에 발현이 어렵고, 온도 범위를 넓게 개선하기 위해 액정 조성물에 광경화 수지 및 광중합 개시제를 첨가하고, 고분자 안정화 처리를 행한다. 고분자 안정화 처리는, 액정, 카이럴제, 광경화 수지 및 광중합 개시제를 포함하는 액정 조성물에 광경화 수지 및 광중합 개시제가 반응하는 파장의 빛을 조사(照射)하여 행한다.
예를 들면, 액정 조성물의 온도를 제어하고, 블루상을 발현한 상태로 액정 조성물에 빛을 조사함으로써 고분자 안정화 처리를 행한다. 블루상과 등방상 간의 상전이 온도라는 것은 온도가 상승시에 블루상에서 등방상으로 전이되는 온도 또는 온도가 하강시에 등방상에서 블루상으로 상전이하는 온도를 말한다. 고분자 안정화 처리의 일례로서는 액정층을 등방상까지 가열한 후, 서서히 강온시켜 블루상으로까지 상전이시켜 블루상이 발현하는 온도를 유지한 상태로 빛을 조사하는 것이 가능하다. 또, 액정 조성물에 포함되는 광경화 수지로서, 자외선 경화수지(UV 경화수지)를 이용하는 경우, 액정층에 자외선을 조사하면 좋다.
상기 블루상을 발현하는 액정 조성물을 액정 표시 장치의 액정층에 이용할 수 있다. 블루상을 발현하는 액정 조성물은 응답 속도가 1msec 이하로 짧고, 고속 응답이 가능하기 때문에, 액정 표시 장치의 고성능화가 가능하게 된다.
PPEP-5FCNF(약칭)을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물은 보다 블루상이 발현하는 온도 범위가 보다 넓은 액정 조성물이다.
이 블루상을 발현하는 액정 조성물을 액정층에 이용하여, 보다 높은 콘트라스트화를 달성하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
도 1은 액정 조성물을 설명하는 개념도이다.
도 2는 액정 표시 장치의 한 형태를 설명하는 도면이다.
도 3은 액정 표시 장치의 전극 구성의 한 형태를 설명하는 도면이다.
도 4는 액정 표시 장치의 한 형태를 설명하는 도면이다.
도 5는 액정 표시 장치의 전극 구성의 한 형태를 설명하는 도면이다.
도 6은 액정 표시 장치의 한 형태를 설명하는 도면이다.
도 7은 액정 표시 모듈을 설명하는 도면이다.
도 8은 전자기기를 설명하는 도면이다.
도 9는 전자기기를 설명하는 도면이다.
도 10은 액정 소자에서의 인가 전압과 투과율의 관계를 설명하는 도면이다.
도 11은 액정 소자에서의 인가 전압과 콘트라스트비의 관계를 설명하는 도면이다.
도 12는 PPEP-5FCNF의 1H NMR 차트 도면이다.
실시형태에 대해서 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 단, 이하의 설명에 한정되지 않고, 취지 및 그 범위로부터 벗어나지 않고 그 형태 및 세부 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해된다. 따라서, 이하에 나타낸 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다. 또한, 이하에 설명하는 구성에 있어서, 동일 부분 또는 같은 기능을 가지는 부분에는 동일 부호를 다른 도면 간에서 공통하여 이용하고, 그 반복 설명은 생략한다.
또한, 제 1, 제 2, 또는 제 3으로 붙여진 서수사는 편의상 이용하는 것이며, 공정순 또는 적층순을 나타내는 것이 아니다. 또, 본 명세서에서 발명을 특정하기 위한 사항으로서 고유의 명칭을 나타내는 것은 아니다.
또한, 본 명세서 중에서 반도체 장치라는 것은 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리키고, 전기 광학 장치, 반도체 회로 및 전자기기는 모든 반도체 장치이다.
(실시형태 1)
본 명세서에 개시하는 발명 구성의 한 형태인 액정 조성물 및 이 액정 조성물을 이용한 액정 표시 장치를 도 1을 이용해서 설명한다. 도 1은 액정 표시 장치의 단면도이다.
본 실시형태에 관한 액정 조성물은 하기 구조식 (100)으로 표시되는 화합물(PPEP-5FCNF(약칭))을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물이다.
[구조식 (100)]
Figure pct00003
본 실시형태에 관한 액정 조성물은 하기 구조식 (100)으로 표시되는 화합물(PPEP-5FCNF(약칭))을 포함하는 네마틱 액정, 카이럴제, 광경화 수지 및 광중합 개시제를 가지고, 블루상을 발현하는 액정 조성물이다.
[구조식 (100)]
Figure pct00004
블루상을 발현하는 액정 조성물로서 액정 및 카이럴제를 포함한다. 카이럴제는 액정을 나선 구조로 배향시켜 블루상을 발현시키기 위해서 이용한다. 액정 조성물에 수 중량%, 예를 들면 5 중량% 이상의 카이럴제를 혼합시키면 좋다.
카이럴제는, 액정에 대한 상용성이 좋고, 비틀림력이 강한 재료를 이용한다. 또, R체, S체 중 어느 한쪽의 재료가 좋고, R체와 S체의 비율이 50 : 50인 라세미체는 사용하지 않는다.
블루상을 발현하는 액정 조성물은 조건에 따라 콜레스테릭상, 콜레스테릭 블루상, 등방상 등을 나타낸다.
블루상인 콜레스테릭 블루상은 나선 피치가 500nm 이하로 피치가 비교적 짧은 콜레스테릭상을 가지는 액정 조성물로 보여진다. 액정의 배향은 이중 꼬임 구조를 가진다. 가시광의 파장 이하 질서를 가지고 있기 때문에, 투명하고, 전압 인가에 의해 배향 질서가 변화하여 광학적 변조 작용이 발생한다. 블루상은 광학적으로 등방이기 때문에 시야각 의존성이 없고, 배향막을 형성하지 않아도 좋기 때문에 표시 화상의 질 향상 및 비용 삭감이 가능하다.
또, 블루상은 좁은 온도 범위에서밖에 발현이 어렵고, 온도 범위를 넓게 개선하기 위해서 액정 조성물에 광경화 수지 및 광중합 개시제를 첨가하고, 고분자 안정화 처리를 행한다. 고분자 안정화 처리는 액정, 카이럴제, 광경화 수지 및 광중합 개시제를 포함한 액정 조성물에 광경화 수지 및 광중합 개시제가 반응하는 파장의 빛을 조사하여 행한다.
예를 들면, 액정 조성물의 온도를 제어하고, 블루상을 발현한 상태에서 액정 조성물에 빛을 조사함으로써 고분자 안정화 처리를 행한다. 블루상과 등방상 간의 상전이 온도라는 것은, 승온시에 블루상에서 등방상으로 전이되는 온도 또는 강온시에 등방상에서 블루상으로 상전이하는 온도를 말한다. 고분자 안정화 처리의 일례로서는 액정층을 등방상까지 가열한 후, 서서히 강온시켜 블루상으로까지 상전이시켜 블루상이 발현하는 온도를 유지한 상태로 빛을 조사하는 것이 가능하다. 또, 액정 조성물에 포함되는 광경화 수지로서, 자외선 경화수지(UV 경화수지)를 이용하는 경우, 액정층에 자외선을 조사하면 좋다.
광경화 수지는, 아크릴레이트, 메타크릴레이트등의 단관능 모노머라도 좋고, 디아크릴레이트, 트리아크릴레이트, 디메타크릴레이트, 트리메타크릴레이트 등의 다관능 모노머라도 좋고, 이들을 혼합시킨 것이라도 좋다. 또, 액정성의 것(액정성 모노머)(액정성 단관능 모노머, 액정성 다관능 모노머)이라도 비액정성의 것(비액정성 모노머)(비액정성 단관능 모노머, 비액정성 다관능 모노머)라도 좋고, 양자를 혼합시켜도 좋다. 광경화 수지는, 이용하는 광중합 개시제가 반응하는 파장의 빛으로 경화하는 수지를 선택하면 좋고, 대표적으로는 자외선 경화수지를 이용하는 것이 가능하다.
광중합 개시제는 광조사에 의해서 라디칼을 발생시키는 라디칼 중합개시제라도 좋고, 산을 발생시키는 산발생제라도 좋고, 염기를 발생시키는 염기 발생제라도 좋다.
PPEP-5FCNF(약칭)을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물은 보다 블루상이 발현하는 온도 범위가 넓은 액정 조성물이다. 따라서, 이 액정 조성물은 온도 변화에 따른 다양한 용도에 이용해도 특성 변화가 발생하기 어려워 안정되기 때문에 신뢰성도 높다.
본 명세서에 개시하는 블루상을 발현하는 액정 조성물은 액정 표시 장치의 액정층에 이용할 수 있다. 본 명세서에 개시하는 블루상을 발현하는 액정 조성물을 액정 표시 장치의 액정층으로서 이용하는 예를 도 1에 도시한다.
도 1은 제 1 기판(200)과 제 2 기판(201)이 블루상을 발현하는 액정 조성물을 이용한 액정층(208)을 사이에 협지하여 대향하도록 배치된 액정 표시 장치이다. 제 1 기판(200)과 액정층(208)과의 사이에는 화소 전극층(230)과 공통 전극층(232)이 인접하여 형성되어 있다.
블루상을 발현하는 액정 조성물을 이용한 액정층을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서, 기판에 대략 평행(즉, 수평한 방향)한 전계를 발생시키고, 기판과 평행한 면 내에서 액정 분자를 움직여서 계조를 제어하는 방식을 이용하는 것이 가능하다.
액정층(208)을 통해서 인접하는 화소 전극층(230)과 공통 전극층(232)과의 거리는 화소 전극층(230) 및 공통 전극층(232)에 각각 소정의 전압을 인가했을 때, 화소 전극층(230) 및 공통 전극층(232)간에 개재하는 액정층(208)의 액정이 응답하는 거리로 한다. 이 거리에 따라서 인가하는 전압을 적절히 제어한다.
액정층(208)의 두께(막 두께)의 최대치는 1μm 이상 20μm 이하로하는 것이 바람직하다.
액정층(208)을 형성하는 방법으로서, 디스펜서법(적하법)이나 제 1 기판(200)과 제 2 기판(201)을 부착시키고 나서 모세관 현상 등을 이용하여 액정을 주입하는 주입법을 이용하는 것이 가능하다.
액정층(208)에 화합물(PPEP-5FCNF(약칭))을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물을 이용한다. 또, 이 액정 조성물에는 광경화 수지 및 광중합 개시제가 포함되어 있어도 좋다.
화소 전극층(230)과 공통 전극층(232)간에 전계를 형성함으로써 액정을 제어한다. 액정에는 수평 방향의 전계가 형성되기 때문에, 그 전계를 이용해서 액정 분자를 제어할 수 있다. 또, 블루상을 보이도록 배향하고 있는 액정 분자를 기판과 평행한 방향에서 제어할 수 있기 때문에 시야각이 넓어진다.
PPEP-5FCNF(약칭)을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물은 보다 블루상이 발현하는 온도 범위가 넓은 액정 조성물이다. 따라서, 이 액정 조성물은 온도 변화에 따른 다양한 용도로 이용되어도 특성 변화가 발생하기 어렵고 안정되기 때문에, 이 액정 조성물을 액정층에 이용한 액정 표시 장치는 고신뢰성으로 할 수 있다.
또, PPEP-5FCNF(약칭)을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물은 액정층에 이용하면, 높은 콘트라스트를 부여하는 것이 가능하기 때문에, 시인성이 좋은 고화질인 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
또, 블루상을 발현하는 액정 조성물은 응답 속도가 1msec 이하로 짧고, 고속 응답이 가능하기 때문에, 액정 표시 장치의 고성능화가 가능하게 된다.
예를 들면, 고속 응답이 가능하기 때문에 백라이트 장치에 RGB 발광 다이오드(LED) 등을 배치하고, 시분할에 따라 컬러 표시하는 계시가법 혼색법(Field Sequential법)이나 시분할에 따라 좌우 영상을 번갈아 보는 셔터 안경 방식에 의한 3차원 표시 방식에 적합하게 채용할 수 있다.
또, 도 1에서는 도시하진 않았지만, 편광판, 위상차판, 반사방지막 등의 광학 필름 등은 적절히 형성한다. 예를 들면, 편광판 및 위상차판에 의한 원편광을 이용해도 좋다. 또, 광원으로서 백라이트 등을 이용하는 것이 가능하다.
본 명세서에서는, 반도체 소자(예를 들면, 트랜지스터), 화소 전극층 및 공통 전극층이 형성되어 있는 기판을 소자 기판(제 1 기판)이라고 하며, 이 소자 기판과 액정층을 통해서 대향하는 기판을 대향 기판(제 2 기판)이라고 한다.
PPEP-5FCNF(약칭)을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물을 액정 표시 장치에 이용하고, 광원의 빛을 투과함으로써 표시를 행하는 투과형 액정 표시 장치, 입사(入射)하는 빛을 반사함으로써 표시를 행하는 반사형 액정 표시 장치, 또는 투과형과 반사형을 양쪽 가지는 반투과형 액정 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
투과형 액정 표시 장치의 경우, 빛이 투과하는 화소 영역에 존재하는 제 1 기판, 제 2 기판, 그 외의 절연막, 도전막 등은 가시광의 파장 영역의 빛에 대하여 투광성으로 한다. 화소 전극층, 공통 전극층에 있어서는 투광성이 바람직하지만, 개구 패턴을 가지는 경우는 형상에 따라서는 금속막 등의 비투광성 재료를 이용해도 좋다.
한편, 반사형 액정 표시 장치의 경우, 액정층에 대해서 시인측과 반대측에는 액정층을 투과한 빛을 반사하는 반사성 부재(반사성을 가지는 막이나 기판 등)를 형성하면 좋다. 따라서, 시인측부터 반사성 부재까지 형성되고, 빛이 투과하는 기판, 절연막, 도전막은 가시광의 파장 영역의 빛에 대하여 투광성으로 한다. 또한, 본 명세서에서 투광성이라는 것은, 적어도 가시광의 파장 영역의 빛을 투과하는 성질을 말한다.
화소 전극층(230), 공통 전극층(232)은 인듐 주석 산화물(ITO), 산화 인듐에 산화 아연(ZnO)을 혼합한 IZO(indium zinc oxide), 산화 인듐에 산화 실리콘(SiO2)을 혼합한 도전 재료, 유기 인듐, 유기 주석, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 티탄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 티탄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 또는 텅스텐(Ｗ), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속, 또는 그 합금, 또는 그 금속 질화물에서 하나, 또는 복수종을 이용해서 형성하는 것이 가능하다.
제 1 기판(200), 제 2 기판(201)에는 바륨 붕규산 유리 등의 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판 등을 이용하는 것이 가능하다.
PPEP-5FCNF(약칭)을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물은 보다 블루상이 발현하는 온도 범위가 넓은 액정 조성물이다.
이 블루상을 발현하는 액정 조성물을 액정층에 이용해서 보다 높은 콘트라스트화를 달성하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
(실시형태 2)
본 명세서에 개시하는 발명은 패시브 매트릭스형의 액정 표시 장치에도 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치에도 적용할 수 있다. 본 실시형태는 본 명세서에 개시하는 발명을 적용한 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치의 예를 도 2 및 도 3을 이용하여 설명한다.
도 2(A)는 액정 표시 장치의 평면도이며 1화소분의 화소를 도시하고 있다. 도 2(B)는 도 2(A)의 선 X1-X2의 단면도이다.
도 2(A)에서 복수의 소스 배선층(배선층(405a)을 포함한다)이 서로 평행(도면 중 상하방향으로 연장)하고 또한 서로 이간시킨 상태로 배치되어 있다. 복수의 게이트 배선층(게이트 전극층(401)을 포함한다)은 소스 배선층에 대략 직교하는 방향(도면 중 좌우 방향)으로 연장하고, 또 서로 이간하도록 배치되어 있다. 공통 배선층(408)은 복수의 게이트 배선층 각각에 인접하는 위치에 배치되어 있고, 게이트 배선층에 대략 평행한 방향, 즉, 소스 배선층에 대략 직교하는 방향(도면 중 좌우방향)으로 연장하고 있다. 소스 배선층과 공통 배선층(408) 및 게이트 배선층에 의해 대략 장방형의 공간이 둘러 싸여있지만, 이 공간에 액정 표시 장치의 화소 전극층 및 공통 배선층이 배치되어 있다. 화소 전극층을 구동하는 트랜지스터(420)는 도면 중 왼쪽 위 코너에 배치되어 있다. 화소 전극층 및 트랜지스터는 매트릭스상으로 복수 배치되어 있다.
도 2의 액정 표시 장치에서 트랜지스터(420)에 전기적으로 접속하는 제 1 전극층(447)이 화소 전극층으로서 기능하고, 공통 배선층(408)과 전기적으로 접속하는 제 2 전극층(446)이 공통 전극층으로서 기능한다. 또한, 제 1 전극층과 공통 배선층에 의해서 용량이 형성되어 있다. 공통 전극층은 플로팅 상태(전기적으로 고립한 상태)로서 동작시키는 것도 가능하지만 고정 전위, 바람직하게는 공통 전위(데이터로서 보내진 화상 신호의 중간 전위) 근방에서 플리커가 발생하지 않는 레벨로 설정해도 좋다.
기판에 대략 평행(즉, 수평한 방향)한 전계를 발생시키고, 기판과 평행한 면 내에서 액정 분자를 움직여서 계조를 제어하는 방법을 이용할 수 있다. 이와 같은 방법으로서, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같은 IPS모드에서 이용하는 전극 구성을 적용할 수 있다.
IPS 모드 등에 나타난 횡전계 모드는 액정층의 하방에 개구 패턴을 가지는 제 1 전극층(예를 들면 각 화소별로 전압이 제어되는 화소 전극층) 및 제 2 전극층(예를 들면, 전 화소에 공통 전압이 공급되는 공통 전극층)을 배치한다. 따라서 제 1 기판(441) 위에는 한쪽이 화소 전극층이고, 다른 한쪽이 공통 전극층인 제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)이 형성되어, 적어도 제 1 전극층 및 제 2 전극층의 한 쪽이 층간막 위에 형성되어 있다. 제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)은 평면 형상이 아니라, 다양한 개구 패턴을 가지고, 굴곡부나 분기시킨 빗살 형상을 포함한다. 제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)은 그 전극 간에 전계를 발생시키기 위해 같은 형상으로 겹쳐지지 않는 배치로 한다.
액정층(444)에 실시형태 1에서 나타낸 화합물(PPEP-5FCNF(약칭))을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물을 이용한다. 또, 이 액정 조성물에는 광경화 수지 및 광중합 개시제가 포함되어 있어도 좋다. 액정층(444)은 고분자 안정화 처리에 의해서, 블루상을 발현하고 있는 상태(블루상을 보이는 상태, 또는 블루상을 나타내는 상태라고도 한다)로 액정 표시 장치에 형성된다.
화소 전극층인 제 1 전극층(447)과 공통 전극층인 제 2 전극층(446)과의 사이에 전계를 형성함으로써 액정층(444)의 액정을 제어한다. 액정에는 수평 방향의 전계가 형성되기 때문에, 그 전계를 이용하여 액정 분자를 제어할 수 있다. 블루상을 보이도록 배향하고 있는 액정 분자를 기판과 평행한 방향으로 제어할 수 있기 때문에 시야각이 넓어진다.
제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)의 다른 예를 도 3에 나타낸다. 도 3(A) 내지 도 3(D)의 상면도에 나타낸 바와 같이, 제 1 전극층(447a) 내지 제 1 전극층(447d) 및 제 2 전극층(446a) 내지 제 2 전극층(446d)가 서로 다르게 형성되어 있고, 도 3(A)에서는 제 1 전극층(447a) 및 제 2 전극층(446a)은 구부러진 파상 형상이고, 도 3(B)에서는 제 1 전극층(447b) 및 제 2 전극층(446b)은 동심원상의 개구부를 가지는 형상이고, 도 3(C)에서는 제 1 전극층(447c) 및 제 2 전극층(446c)은 빗살 형상이자 일부 중첩되어 있는 형상이고, 도 3(D)에서는 제 1 전극층(447d) 및 제 2 전극층(446d)은 빗살 형상이자 전극끼리 맞물려 있는 형상이다. 또한, 도 3(A) 내지 도 3(C)과 같이 제 1 전극층(447a, 447b, 447c)과 제 2 전극층(446a, 446b, 446c)이 중첩되는 경우는 제 1 전극층(447)과 제 2 전극층(446)과의 사이에는 절연막을 형성하고, 다른 막 위에 제 1 전극층(447)과 제 2 전극층(446)이 형성된다.
또한, 제 1 전극층(447), 제 2 전극층(446)은 개구 패턴을 가지는 형상이기 때문에, 도 2(B)의 단면도에서는 분단된 복수의 전극층으로서 도시되고 있다. 이것은 본 명세서의 다른 도면에서도 마찬가지이다.
트랜지스터(420)는 역스태거형의 박막 트랜지스터이고, 절연 표면을 가지는 기판인 제 1 기판(441) 위에 형성되어, 게이트 전극층(401), 게이트 절연층(402), 반도체층(403), 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 기능하는 배선층(405a, 405b)을 포함한다.
본 명세서에 개시하는 액정 표시 장치에 적용할 수 있는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 톱 게이트 구조, 또는 보텀 게이트 구조의 스태거형 및 플레너형 등을 이용할 수 있다. 또, 트랜지스터는 채널 형성 영역이 하나 형성된 싱글 게이트 구조라도, 2개 형성된 더블 게이트 구조 또는 3개 형성된 트리플 게이트 구조라도 좋다. 또, 채널 영역의 상하에 게이트 절연층을 통해서 배치된 2개의 게이트 전극층을 가지는 듀얼 게이트형이라도 좋다.
트랜지스터(420)를 덮고, 반도체층(403)에 접하는 절연막(407), 절연막(409)이 형성되고, 절연막(409) 위에 층간막(413)이 적층되어 있다.
층간막(413)의 형성법은 특별히 한정되지 않고, 그 재료에 따라서, 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 액적 토출법(잉크 젯법, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄 등), 롤 코팅, 커튼 코팅, 나이프 코팅 등을 이용할 수 있다.
제 1 기판(441)과 대향 기판인 제 2 기판(442)을 액정층(444)을 사이에 협지시켜서 씰재로 고착한다. 액정층(444)을 형성하는 방법으로서 디스펜서법(적하법)이나 제 1 기판(441)과 제 2 기판(442)을 부착시키고 나서 모세관 현상 등을 이용하여 액정을 주입하는 주입법을 이용할 수 있다.
씰재로서는 대표적으로는 가시광 경화성, 자외선 경화성 또는 열 경화성의 수지를 이용한 것이 바람직하다. 대표적으로는 아크릴 수지, 에폭시 수지, 아민 수지 등을 이용할 수 있다. 또, 광(대표적으로 자외선)중합개시제, 열경화제, 필러, 커플링제를 포함해도 좋다.
액정층(444)에 실시형태 1에서 나타낸 화합물(PPEP-5FCNF(약칭))을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물을 이용한다. 또, 이 액정 조성물에는 광경화 수지 및 광중합 개시제가 포함되어도 좋다.
이 액정 조성물을 제 1 기판(441)과 제 2 기판(442) 간의 틈에 충전(充塡)후, 빛을 조사하여 고분자 안정화 처리를 행하고, 액정층(444)을 형성한다. 빛은 액정층에 포함되는 광경화 수지 및 광중합 개시제가 반응하는 파장의 빛으로 한다. 이 빛 조사에 의한 고분자 안정화 처리로, 액정층(444)이 블루상을 발현하는 온도 범위를 넓게 개선할 수 있다.
게다가 PPEP-5FCNF(약칭)을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물은 보다 블루상이 발현하는 온도 범위가 넓은 액정 조성물이다. 따라서, 이 액정 조성물은 온도 변화에 따른 다양한 용도에 이용해도 특성 변화가 발생하기 어렵고 안정되기 때문에, 이 액정 조성물을 액정층에 이용한 액정 표시 장치는 높은 신뢰성으로 할 수 있다.
씰재에 자외선 등의 광경화 수지를 이용하고, 적하법으로 액정층을 형성하는 경우 등 고분자 안정화 처리의 빛 조사 공정으로 씰재의 경화도 행해도 좋다.
본 실시형태에서는 제 1 기판(441)의 외측(액정층(444)과 반대측)에 편광판(443a)을 제 2 기판(442)의 외측(액정층(444)과 반대측)에 편광판(443b)을 형성한다. 또, 편광판 외, 위상차판, 반사방지막 등의 광학 필름 등을 형성해도 좋다. 예를 들면, 편광판 및 위상차판에 의한 원편광을 이용해도 좋다. 이상의 공정에서 액정 표시 장치를 완성시키는 것이 가능하다.
또, 대형 기판을 이용해서 복수의 액정 표시 장치를 제작하는 경우(소위 다면취), 그 분단 공정은 고분자 안정화 처리 전이나 편광판을 형성하기 전에 행할 수 있다. 분단 공정에 의한 액정층으로의 영향(분단 공정시에 걸리는 힘 등에 의한 배향의 흐트러짐 등)을 고려하면, 제 1 기판과 제 2 기판을 부착시킨 후, 고분자 안정화 처리의 전이 바람직하다.
도시하지는 않았지만, 광원으로서 백라이트, 사이드 라이트 등을 이용하면 좋다. 광원은 소자 기판인 제 1 기판(441)측으로부터 시인측인 제 2 기판(442)으로 투과하도록 조사된다.
제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)은 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 티탄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 티탄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 인듐 주석 산화물(이하, ITO라고 표시한다), 인듐 아연 산화물, 산화 규소를 첨가한 인듐 주석 산화물 등의 투광성을 가지는 도전성 재료를 이용할 수 있다.
또, 제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)은 텅스텐(Ｗ), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속, 또는 그 합금, 또는 그 금속 질화물로부터 한 개, 또는 복수종을 이용하여 형성하는 것이 가능하다.
또, 제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)으로서, 도전성 고분자(도전성 폴리머라고도 한다)를 포함하는 도전성 조성물을 이용하여 형성하는 것이 가능하다. 도전성 조성물을 이용하여 형성한 화소 전극은 시트 저항이 10000Ω／□(square) 이하, 파장 550nm에서 투과율이 70％ 이상인 것이 바람직하다. 또, 도전성 조성물에 포함되는 도전성 고분자의 저항률이 0.1Ω·cm 이하인 것이 바람직하다.
도전성 고분자로서는, 소위 π전자 공역계 도전성 고분자를 이용할 수 있다. 예를 들면, 폴리아닐린 또는 그 유도체, 폴리피롤 또는 그 유도체, 폴리티오펜 또는 그 유도체, 또는 아닐린, 피롤 및 티오펜의 2종 이상으로 된 공중합체(共重合體) 혹은 그 유도체 등을 들 수 있다.
하지막이 되는 절연막을 제 1 기판(441)과 게이트 전극층(401)간에 형성하면 좋다. 하지막은 제 1 기판(441)으로부터의 불순물 원소의 확산을 방지하는 기능이 있고, 질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 질화 산화 실리콘막, 또는 산화 질화 실리콘막으로부터 선택되거나 또는 복수의 막에 의한 단층, 또는 적층 구조로 형성하는 것이 가능하다. 게이트 전극층(401)의 재료는 몰리브덴, 티탄, 크롬, 탄탈, 텅스텐, 알루미늄, 구리, 네오디뮴, 스칸듐 등의 금속 재료 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 재료를 이용해서, 단층으로 또는 적층하여 형성하는 것이 가능하다. 게이트 전극층(401)에 차광성을 가지는 도전막을 이용하면 백라이트에서의 빛(제 1 기판(441)으로부터 입사하는 빛)이, 반도체층(403)으로 입사하는 것을 방지할 수 있다.
예를 들면, 게이트 전극층(401)의 2층 적층 구조로서는, 알루미늄층 위에 몰리브덴층이 적층된 2층의 적층 구조, 또는, 구리층 위에 몰리브덴층을 적층한 2층 구조, 또는, 구리층 위에 질화 티탄층 혹은 질화 탄탈층을 적층한 2층 구조, 질화 티탄층과 몰리브덴층을 적층한 2층 구조로 하는 것이 바람직하다. 3층 적층 구조로서는 텅스텐층 또는 질화 텅스텐층과, 알루미늄과 실리콘의 합금 또는 알루미늄과 티탄의 합금과, 질화 티탄층 또는 티탄층을 적층한 적층 구조로하는 것이 바람직하다.
게이트 절연층(402)은 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 산화 실리콘층, 질화 실리콘층, 산화 질화 실리콘층 또는 질화 산화 실리콘층을 단층 또는 적층하여 형성하는 것이 가능하다. 또, 게이트 절연층(402)으로서 유기 실란 가스를 이용한 CVD법으로 산화 실리콘층을 형성하는 것도 가능하다. 유기 실란 가스로서는, 규산에틸(TEOS : 화학식 Si(OC2H5)4), 테트라메틸 실란(TMS : 화학식Si(CH3)4), 테트라메틸사이클로테트라실록산(TMCTS), 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS), 헥사메틸디실라잔(HMDS), 트리에톡시실란(SiH(OC2H5)3), 트리스디메틸아미노실란(SiH(N(CH3)2)3) 등의 실리콘 함유 화합물을 이용할 수 있다.
반도체층(403)이 이용하는 재료는 특별히 한정되지 않고, 트랜지스터(420)에 요구되는 특성에 따라서 적절히 설정하면 좋다. 반도체층(403)에 이용하는 것이 가능한 재료의 예를 설명한다.
반도체층(403)을 형성하는 재료로서는, 실란이나 게르만으로 대표되는 반도체 재료 가스를 이용하여 기상 성장법이나 스퍼터링법으로 제작되는 비정질(아몰퍼스라고도 한다) 반도체, 이 비정질 반도체를 빛에너지나 열에너지를 이용하여 결정화시킨 다결정 반도체, 또는 미결정 반도체 등을 이용할 수 있다. 반도체층은 스퍼터링법, LPCVD법, 또는 플라즈마 CVD법 등으로 성막하는 것이 가능하다.
아몰퍼스 반도체로서는, 대표적으로는 수소화 아몰퍼스실리콘, 결정성 반도체로서는 대표적으로는 폴리실리콘 등을 들 수 있다. 폴리실리콘(다결정 실리콘)에는 800℃ 이상의 프로세스 온도를 거쳐 형성되는 폴리실리콘을 주재료로 이용한 소위 고온 폴리실리콘이나, 600℃ 이하의 프로세스 온도로 형성되는 폴리실리콘을 주재료로 이용한 소위 저온 폴리실리콘, 또 결정화를 촉진하는 원소 등을 이용하여, 비정질 실리콘을 결정화시킨 폴리실리콘 등을 포함하고 있다. 물론, 상기한 바와 같이 미결정 반도체 또는 반도체층의 일부에 결정상을 포함하는 반도체를 이용하는 것도 가능하다.
또, 산화물 반도체를 이용해도 좋고, 산화물 반도체로서는, 사원계 금속 산화물인 In-Sn-Ga-Zn-O계나, 삼원계 금속산화물인 In-Ga-Zn-O계, In-Sn-Zn-O계, In-Al-Zn-O계, Sn-Ga-Zn-O계, Al-Ga-Zn-O계, Sn-Al-Zn-O계나, 이원계 금속산화물인 In-Zn-O계, Sn-Zn-O계, Al-Zn-O계, Zn-Mg-O계, Sn-Mg-O계, In-Mg-O, In-Ga-O계나, In-O계, Sn-O계, Zn-O계 등을 이용할 수 있다. 또, 상기 산화물 반도체에 SiO2를 포함하고 있어도 좋다. 여기에서는 예를들면, In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체라는 것은, 적어도 In과 Ga과 Zn을 포함하는 산화물이고, 그 조성비에 특별히 제한은 없다. 또, In과 Ga과 Zn이외의 원소를 포함하고 있어도 좋다.
또, 산화물 반도체층은 화학식InMO3(ZnO)m(m＞0)으로 표기되는 박막을 이용할 수 있다. 여기에서, M은 Ga, Al, Mn 및 Co로부터 선택된 한 개 또는 복수의 금속 원소를 나타낸다. 예를 들면 M으로서, Ga, Ga 및 Al, Ga 및 Mn, 또는 Ga 및 Co 등이 있다.
또, 산화물 반도체로서 In-Zn-O계의 재료를 이용하는 경우, 원자수비로, In／Zn＝0.5∼50, 바람직하게는 In／Zn＝1∼20, 더욱 바람직하게는 In／Zn＝1.5∼15로 한다. Zn의 원자수비를 바람직한 상기 범위로 함으로써, 트랜지스터의 전계 효과 이동도를 향상시키는 것이 가능하다. 여기에서, 화합물의 원자수비가 In : Zn : O＝X : Ｙ : Z일 때, Z＞1.5X＋Ｙ으로 한다.
반도체층, 배선층의 제작 공정에서 박막을 소망의 형상으로 가공하기 위해서 에칭 공정을 이용한다. 에칭 공정은 드라이 에칭이나 웨트 에칭을 이용할 수 있다.
드라이 에칭에 이용하는 에칭 장치로서는, 반응성 이온 에칭법(RIE법)을 이용한 에칭 장치나, ECR(Electron Cyclotron Resonance)나 ICP(Inductiｖely Coupled Plasma) 등의 고밀도 플라즈마 원을 이용한 드라이 에칭 장치를 이용할 수 있다. 또, ICP 에칭 장치와 비교하여 넓은 면적에 걸쳐 동일한 방전을 얻기 쉬운 드라이 에칭 장치로서는, 상부 전극을 접지시키고, 하부 전극에 13.56MHz의 고주파 전원을 접속하고, 하부 전극에 3.2MHz의 저주파 전원을 더 접속한 ECCP(Enhanced Capacitiｖely Coupled Plasma)모드의 에칭 장치가 있다. 이 ECCP모드의 에칭 장치라면, 예를 들면, 기판으로서 제 10 세대의 3m를 초과하는 사이즈의 기판을 이용하는 경우에도 대응하는 것이 가능하다.
원하는 가공 형상으로 에칭할 수 있도록 에칭 조건(코일형 전극에 인가되는 전력량, 기판측 전극에 인가되는 전력량, 기판측 전극 온도 등)을 적절히 조절한다.
원하는 가공 형상으로 에칭할 수 있도록 재료에 맞추어 에칭 조건(에칭액, 에칭시간, 온도 등)을 적절히 조절한다.
소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 기능하는 배선층(405a, 405b)의 재료로서는 Al, Cr, Ta, Ti, Mo, Ｗ로부터 선택된 원소, 또는 상기한 원소를 성분으로 한 합금이나, 상기한 원소를 조합시킨 합금막 등을 들 수 있다. 또, 열처리를 행하는 경우에는 이 열처리에 견디는 내열성을 도전막이 갖추도록하는 것이 바람직하다. 예를 들면, Al 단체(單體)로는 내열성이 부족하고, 또 부식하기 쉽다는 등의 문제점이 있으므로 내열성 도전성 재료와 조합하여 형성한다. Al과 조합시킨 내열성 도전성 재료로서는, 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(Ｗ), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 네오디뮴(Nd), 스칸듐(Sc)로부터 선택된 원소, 또는 상기한 원소를 성분으로 하는 합금이나, 상기한 원소를 조합시킨 합금막, 또는 상기한 원소를 성분으로 하는 질화물로 형성한다.
게이트 절연층(402), 반도체층(403), 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 기능하는 배선층(405a, 405b)을 대기에 접촉시키지 않고 연속적으로 형성해도 좋다. 대기에 접촉시키지 않고 연속 성막함으로써, 대기 성분이나 대기 중에 부유하는 오염 불순물 원소로 오염되지 않고 각 적층 계면을 형성하는 것이 가능하므로, 트랜지스터 특성의 편차를 저감할 수 있다.
또한, 반도체층(403)은 일부만이 에칭되고, 홈부(오목부)를 가지는 반도체층이다.
트랜지스터(420)를 덮는 절연막(407), 절연막(409)은 건식법이나 습식법으로 형성되는 무기 절연막, 유기 절연막을 이용할 수 있다. 예를 들면, CVD법이나 스퍼터링법 등을 이용하여 얻어지는 질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 산화 질화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 산화 탄탈막 등을 이용할 수 있다. 또, 폴리이미드, 아크릴, 벤조사이클로부텐인, 폴리아미드, 에폭시 등의 유기 재료를 이용할 수 있다. 또 상기 유기 재료 외에, 저유전율 재료(loｗ-k 재료), 실록산계 수지, PSG(인 유리 : phosphosilicate glass), BPSG(인붕소 글라스 : borophosphosilicate glass)등을 이용할 수 있다. 또, 절연막(407)으로서 산화 갈륨막을 이용해도 좋다.
또한 실록산계 수지라는 것은, 실록산계 재료를 출발 재료로서 형성된 Si-O-Si 결합을 포함하는 수지에 상당한다. 실록산계 수지는 치환기(置換基)로서는 유기기(예를 들면 알킬기나 아릴기)나 플루오르기를 이용해도 좋다. 또, 유기기는 플루오르기를 가지고 있어도 좋다. 실록산계 수지는 도포법으로 성막하고, 소성함으로써 절연막(407)으로 이용할 수 있다.
또한, 이들의 재료로 형성되는 절연막을 복수 적층시킴으로써, 절연막(407), 절연막(409)을 형성해도 좋다. 예를 들면, 무기 절연막 위에 유기 수지막을 적층하는 구조로 해도 좋다.
또, 다계조 마스크로 형성한 복수(대표적으로는 두종류)의 두께 영역을 가지는 레지스터 마스크를 이용하면, 레지스터 마스크의 수를 줄이는 것이 가능하기 때문에, 공정 간략화, 저비용화를 도모할 수 있다.
이상과 같이, PPEP-5FCNF(약칭)를 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물은 액정층에 이용하면, 높은 콘트라스트를 부여할 수 있기 때문에, 시인성이 좋은 고화질의 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
또, 블루상을 발현하는 액정 조성물은 응답 속도가 1msec 이하로 짧고, 고속 응답이 가능하기 때문에, 액정 표시 장치의 고성능화가 가능하게 된다.
(실시형태 3)
본 명세서에 개시한 발명을 적용한 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치의 다른 예를, 도 4 및 도 5를 이용하여 설명한다.
도 4(A)는 액정 표시 장치의 평면도이며 1화소분의 화소를 도시하고 있다. 도 4(B)는 도 4(A)의 선 X3-X4의 단면도이다.
도 4(A)에서 복수의 소스 배선층(배선층(405a)을 포함한다)이 서로 평행(도 면중 상하 방향으로 연장)하고, 서로 이간된 상태로 배치되어 있다. 복수의 게이트 배선층(게이트 전극층(401)을 포함한다)은 소스 배선층에 대략 직교하는 방향(도면 중 좌우 방향)으로 연장하고, 서로 이간되도록 배치되어 있다. 공통 배선층(공통 전극층)은 복수의 게이트 배선층 각각에 인접하는 위치에 배치되어 있고, 게이트 배선층에 대략 평행한 방향, 즉, 소스 배선층에 대략 직교하는 방향(도면중 좌우방향)으로 연장하고 있다. 소스 배선층과 공통 배선층(공통 전극층) 및 게이트 배선층에 의해서 대략 장방형의 공간이 둘러싸여 있지만, 이 공간에 액정 표시 장치의 화소 전극층 및 공통 전극층이 배치되어 있다. 화소 전극층을 구동하는 트랜지스터(430)는 도면 중, 왼쪽 위 코너에 배치되어있다. 화소 전극층 및 트랜지스터는 매트릭스상으로 복수 배치되어있다.
도 4의 액정 표시 장치에서 트랜지스터(430)에 전기적으로 접속하는 제 1 전극층(447)이 화소 전극층으로서 기능하고, 공통 배선층과 전기적으로 접속하는 제 2 전극층(446)이 공통 전극층으로서 기능한다. 또한 도 4에 도시한 바와 같이, 제 2 전극층(446)은 화소에 있어서 공통 배선층도 겸하고 있으며, 서로 인접한 화소 간은 공통 전극층(419)에 의해서 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 화소 전극층과 공통 전극층에 의해서 용량이 형성되어 있다. 공통 전극층이라는 것은 플로팅 상태(전기적으로 고립한 상태)로서 동작시키는 것도 가능하지만, 고정 전위, 바람직하게는 공통 전위(데이터로서 보내진 화소 신호의 중간 전위) 근방에서 플리커가 발생하지 않는 레벨로 설정해도 좋다.
기판에 대략 평행(즉, 수평인 방향)한 전계를 발생시키고, 기판과 평행한 면 내에 액정 분자를 움직여서, 계조를 제어하는 방법을 이용한다. 이와 같은 방법으로서, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같은 FFS 모드로 이용하는 전극 구성을 적용할 수 있다.
FFS 모드 등으로 나타난 횡전계 모드는 액정층의 하방에 개구 패턴을 가지는 제 1 전극층(예를 들면 각 화소별로 전압이 제어되는 화소 전극층) 및 그 개구 패턴의 하방에 평판 형상의 제 2 전극층(예를 들면 전(全)화소에 공통 전압이 공급되는 공통 전극층)을 더 배치한다. 따라서 제 1 기판(441) 위에는 한쪽이 화소 전극층이고, 다른 한쪽이 공통 전극층인 제 1 전극층 및 제 2 전극층이 형성되고, 화소 전극층과 공통 전극층과는 절연막(또는 층간 절연층)을 통하여 적층하도록 배치된다. 화소 전극층 및 공통 전극층 중 어느 한 쪽은 하방에 형성되고, 평판 형상이며, 다른 쪽은 상방에 형성되고, 다양한 개구 패턴을 가지며, 굴곡부나 분기시킨 빗살 형상을 포함하는 형상이다. 제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)은 그 전극 간에 전계를 발생시키기 위해 같은 형상으로 겹치지 않는 배치로 한다.
본 실시형태에서는, 화소 전극층인 제 1 전극층(447)을 개구 패턴(슬릿)을 가지는 전극층으로 하고, 공통 전극층인 제 2 전극층(446)을 평판 형상의 전극층으로하는 예를 나타낸다.
제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)은 그 전극 간에 전계를 발생시키기 위해, 평판 형상의 제 2 전극층(446)과 제 1 전극층(447)의 개구 패턴(슬릿)과는 겹치는 배치로 한다.
액정층(444)에 실시형태 1에서 나타낸 화합물(PPEP-5FCNF(약칭))을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물을 이용한다. 또, 이 액정 조성물에는 광경화 수지 및 광중합 개시제가 포함되어도 좋다.
제 1 전극층(447)과 제 2 전극층(446) 간에 전계를 형성함으로써 액정층(444)의 액정을 제어한다. 액정에는 수평 방향의 전계가 형성되기 때문에, 그 전계를 이용해서 액정 분자를 제어할 수 있다. 블루상을 보이도록 배향하고 있는 액정 분자를 기판과 평행한 방향으로 제어할 수 있기 때문에 시야각이 넓어진다.
PPEP-5FCNF(약칭)를 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물은 보다 블루상이 발현하는 온도 범위가 넓은 액정 조성물이다. 따라서, 이 액정 조성물은 온도 변화에 따라 다양한 용도에 이용해도 특성 변화가 발생하기 어렵고 안정되기 때문에, 이 액정 조성물을 액정층에 이용한 액정 표시 장치는 고신뢰성으로 하는 것이 가능하다.
제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)의 예를 도 5에 도시한다. 도 5(A) 내지 도 5(D)에 도시한 바와 같이, 제 1 전극층(447e) 내지 제 1 전극층(447h)과, 제 2 전극층(446e) 내지 제 2 전극층(446h)과는 겹치도록 배치되고, 제 1 전극층(447e) 내지 제 1 전극층(447h)과, 제 2 전극층(446e) 내지 제 2 전극층(446h)과의 사이에는 절연막을 형성하고, 다른 막 위에 제 1 전극층(447e) 내지 제 1 전극층(447h)과, 제 2 전극층(446e) 내지 제 2 전극층(446h)을 각각 형성한다.
도 5(A) 내지 도 5(D)의 상면도에 도시한 바와 같이, 제 2 전극층(446e) 내지 제 2 전극층(446h) 위에 다양한 패턴으로 형성된 제 1 전극층(447e) 내지 제 1 전극층(447h)이 형성되어 있고, 도 5(A)에서는 제 2 전극층(446e) 위의 제 1 전극층(447e)은 굴곡된 V자 형상이며, 도 5(B)에서는 제 2 전극층(446f) 위의 제 1 전극층(447f)은 동심원상의 형상이고, 도 5(C)에서는 제 2 전극층(446g) 위의 제 1 전극층(447g)은 빗살 형상으로 전극끼리 맞물린 것과 같은 형상이며, 도 5(D)에서는 제 2 전극층(446h) 위의 제 1 전극층(447h)은 빗살 모양의 형상이다.
트랜지스터(430)는 역스태거형의 박막 트랜지스터이고, 절연 표면을 가지는 기판인 제 1 기판(441) 위에 게이트 전극층(401), 게이트 절연층(402), 반도체층(403), 소스 영역 또는 드레인 영역(404a, 404b), 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 기능하는 배선층(405a, 405b)을 포함한다. 제 1 전극층(447)은 제 1 기판(441) 위에 게이트 전극층(401)과 같은 층에 형성되고, 화소에서 평판 형상의 전극층이다.
트랜지스터(430)와 같이 반도체층(403)과 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 기능하는 배선층(405a, 405b) 간에 소스 영역 또는 드레인 영역(404a, 404b)을 형성하는 구성으로 해도 좋다. 소스 영역 또는 드레인 영역(404a, 404b)은 반도체층(403)보다 저저항인 반도체층 등을 이용할 수 있다.
트랜지스터(430)를 덮고, 반도체층(403)에 접하는 절연막(407)이 형성되어 있다. 절연막(407) 위에 층간막(413)이 형성되고, 층간막(413) 위에 화소에 있어서 평판 형상의 제 2 전극층(446)이 형성되고, 제 2 전극층(446) 위에 절연막(450)을 통하여 개구 패턴을 가지는 제 1 전극층(447)이 형성되어 있다. 따라서, 제 1 전극층(447)과 제 2 전극층(446)과는 사이에 절연막(450)을 끼워서 겹치도록 배치되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)을 투광성의 전극층으로 하면 투과형 액정 표시 장치로하는 것이 가능하다. 또, 평판 형상의 제 2 전극층(446)을 반사성 전극층으로 하고, 반사형 액정 표시 장치로하는 것도 가능하다.
이상과 같이 PPEP-5FCNF(약칭)를 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물은 액정층에 이용하면, 높은 콘트라스트를 부여할 수 있기 때문에, 시인성이 좋은 고화질의 액정 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
또, 블루상을 발현하는 액정 조성물은 응답 속도가 1msec 이하로 짧고, 고속 응답이 가능하기 때문에, 액정 표시 장치의 고성능화가 가능하게 된다.
(실시형태 4)
본 명세서에 개시하는 발명은, 패시브 매트릭스형의 액정 표시 장치에도 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치에도 적용할 수 있다. 패시브 매트릭스형의 액정 표시 장치의 예를, 도 6을 이용하여 설명한다. 액정 표시 장치의 상면도를 도 6(A)에, 도 6(A)의 선 G-H의 단면도를 도 6(B)에 도시한다. 또, 도 6(A)에는 액정층(1703), 대향 기판인 기판(1710), 편광판(1714b) 등은 생략되어 도시하지 않지만, 도 6(B)에서 도시한 바와 같이 각각 형성되어 있다.
도 6(A), 도 6(B)는 편광판(1714a)이 형성된 기판(1700)과 편광판(1714b)이 형성된 기판(1710)이 화합물(PPEP-5FCNF(약칭))을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물을 이용한 액정층(1703)을 사이에 협지하고 대향하도록 배치된 액정 표시 장치이다. 기판(1700)과 액정층(1703)과의 사이에는 공통 전극층(1706a, 1706b, 1706c), 절연막(1707) 및 화소 전극층(1701a, 1701b, 1701c)이 형성되어 있다.
화소 전극층(1701a, 1701b, 1701c) 및 공통 전극층(1706a, 1706b, 1706c)은 개구 패턴을 가지는 형상이며, 액정 소자(1713)의 화소 영역의 장방형의 개구(슬릿)를 가지고 있다.
액정층(1703)에, 실시형태 1에서 나타낸 화합물(PPEP-5FCNF(약칭))을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물을 이용한다. 또, 이 액정 조성물에는 광경화 수지 및 광중합 개시제가 포함되어도 좋다.
화소 전극층(1701a, 1701b, 1701c)과 공통 전극층(1706a, 1706b, 1706c)과의 사이에 전계를 형성함으로써 액정층(1703)의 액정을 제어한다. 액정에는 수평 방향의 전계가 형성되기 때문에, 그 전계를 이용하여 액정 분자를 제어할 수 있다. 블루상을 보이도록 배향하고 있는 액정 분자를 기판과 평행한 방향으로 제어할 수 있기 때문에, 시야각이 넓어진다.
PPEP-5FCNF(약칭)를 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물은 보다 블루상이 발현하는 온도 범위가 넓은 액정 조성물이다. 따라서, 이 액정 조성물은 온도 변화에 따라 다양한 용도에 이용해도 특성 변화가 발생하기 어렵고 안정되기 때문에, 이 액정 조성물을 액정층에 이용한 액정 표시 장치는 높은 신뢰성으로하는 것이 가능하다.
또, 컬러 필터로서 기능하는 착색층을 형성해도 좋고, 컬러 필터는 기판(1700) 및 기판(1710)의 액정층(1703)에 대해서 내측에 형성해도 좋으며, 기판(1710)과 편광판(1714b)의 사이, 또는 기판(1700)과 편광판(1714a)의 사이에 형성해도 좋다.
컬러 필터는 액정 표시 장치를 풀컬러 표시로 할 경우, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 나타내는 재료로부터 형성하면 좋고, 모노 컬러 표시로 할 경우, 착색층을 없애거나, 또는 적어도 하나의 색을 나타내는 재료로부터 형성하면 좋다. 또한, 백라이트 장치에 RGB의 발광 다이오드(LED) 등을 배치하고, 시분할에 따라 컬러를 표시하는 계시가법 혼색법(필드 시퀀셜법)을 채용할 때에는 컬러 필터를 형성하지 않는 경우도 있다.
화소 전극층(1701a, 1701b, 1701c), 공통 전극층(1706a, 1706b, 1706c)은 인듐 주석 산화물(ITO), 산화 인듐에 산화 아연(ZnO)을 혼합한 IZO(indium zinc oxide), 산화 인듐에 산화 규소(SiO2)를 혼합한 도전 재료, 유기 인듐, 유기 주석, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 티탄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 티탄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 또는 텅스텐(Ｗ), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속, 또는 그 합금, 또는 그 금속 질화물로부터 하나, 또는 복수 종을 이용하여 형성하는 것이 가능하다.
이상과 같이, PPEP-5FCNF(약칭)을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물은 액정층에 이용하면, 높은 콘트라스트를 부여하는 것이 가능하기 때문에 시인성이 좋은 고화질의 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
또, 블루상을 발현하는 액정 조성물은 응답 속도가 1msec 이하로 짧고, 고속 응답이 가능하기 때문에, 액정 표시 장치의 고성능화가 가능하게 된다.
본 실시형태는 다른 실시형태에 기재한 구성과 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시형태 5)
실시형태 1 내지 실시형태 4 중 어느 한 형태에서 나타낸 액정 표시 장치에 차광층(블랙 매트릭스)을 형성하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 실시형태 1 내지 실시형태 4와 같은 것에 관해서는 같은 재료 및 제작 방법을 적용하는 것이 가능하고, 동일 부분 또는 같은 기능을 가지는 부분의 상세한 설명은 생략한다.
차광층은 액정층을 협지하여 고착된 한 쌍의 기판의 내측(액정층측)에 형성해도 좋고, 기판 외측(액정층과 반대측)에 형성해도 좋다.
액정 표시 장치에 있어서 한 쌍의 기판의 내측에 차광층을 형성하는 경우, 차광층은 화소 전극층이 형성되는 소자 기판측에 형성해도 좋고, 대향 기판측에 형성해도 좋다. 차광층은 별도로 독립하여 형성해도 좋고, 실시형태 2 또는 실시형태 3과 같이 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치인 경우, 소자 기판 위에 형성되는 층간막으로서 만드는 것도 가능하다. 예를 들면, 실시형태 2의 도 4의 액정 표시 장치라면 층간막(413)의 일부에 차광층을 이용하는 구성으로 하면 좋다.
차광층은 빛을 반사, 또는 흡수하고, 차광성을 가지는 재료를 이용한다. 예를 들면, 흑색 유기 수지를 이용할 수 있고, 감광성 또는 비감광성의 폴리이미드 등의 수지 재료에 안료계의 흑색 수지나 카본 블랙, 티탄 블랙 등을 혼합시켜 형성하면 좋다. 또, 차광성의 금속막을 이용할 수도 있으며, 예를 들어 크롬, 몰리브덴, 니켈, 티탄, 코발트, 구리, 텅스텐, 또는 알루미늄 등을 이용하면 좋다.
차광층의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 재료에 따라서 증착법, 스퍼터링법, CVD법 등의 건식법, 또는 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 액적 토출법(잉크 젯법, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄 등)등의 습식법을 이용하고, 필요에 따라서 에칭법(드라이 에칭 또는 웨트 에칭)에 의해 원하는 패턴으로 가공하면 좋다.
차광층을 층간막(413)의 일부로서 이용한 경우, 흑색의 유기 수지를 이용하는 것이 바람직하다.
층간막의 일부로 차광층으로서 직접 소자 기판측에 형성하는 경우, 차광층과 화소 영역의 위치 조합에 오차 문제가 발생하지 않고, 보다 정밀한 형성 영역의 제어가 가능하며, 미세한 패턴의 화소에도 대응하는 것이 가능하다.
소자 기판 위에 차광층을 만드는 액정 표시 장치의 구성이라면, 액정층으로의 고분자 안정화를 위한 빛 조사시에 차광층에 의한 대향 기판측으로부터 조사되는 빛이 흡수, 차단되는 경우가 없기 때문에, 액정층 전체에 균일하게 조사하는 것이 가능하다. 따라서, 광중합의 불균일에 의한 액정의 배향의 흐트러짐이나 거기에 따르는 표시 편차 등을 방지할 수 있다.
차광층은 액정 표시 장치에 있어서, 트랜지스터의 반도체층이나, 콘택트 홀과 중첩하는 장소, 또는 화소 간 등에 형성되면 좋다.
이와 같이 차광층을 형성하면, 차광층은 트랜지스터의 반도체층으로의 빛의 입사를 차단할 수 있기 때문에, 빛의 입사에 의한 트랜지스터의 전기 특성의 변동을 억제하고, 안정화할 수 있다. 또, 차광층은 서로 인접하는 화소로의 빛 샘방지나, 콘택트 홀 위에 발생하기 쉬운 액정의 배향 결함에 의해 광 누출 등의 표시 편차를 숨기는 것이 가능하다. 따라서, 액정 표시 장치의 고정밀화, 고 신뢰성화를 도모할 수 있다.
본 실시형태는, 다른 실시형태에 기재한 구성과 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 컬러 표시를 행하는 액정 표시 장치의 예를 나타낸다. 실시형태 1 내지 실시형태 5 중 어느 형태에서 나타낸 액정 표시 장치에 컬러 필터를 설치하고 컬러 표시를 행할 수 있다. 또한, 실시형태 1 내지 실시형태 5와 같은 것에 관해서는 같은 재료 및 제작 방법을 적용할 수 있고, 동일 부분 또는 같은 기능을 가지는 부분의 상세한 설명은 생략한다.
컬러 필터는 액정 표시 장치를 풀컬러 표시로하는 경우, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 나타내는 재료로 형성하면 좋고, 모노크롬 이외의 모노컬러 표시로하는 경우, 적어도 하나의 색을 나타내는 재료로 형성하면 좋다.
구체적으로는 액정 표시 장치에 컬러 필터층으로서 기능하는 착색층을 형성한다. 컬러 필터층은 액정층을 협지하고 고착된 한 쌍의 기판의 내측(액정층측)에 형성해도 좋고, 기판의 외측(액정층과 반대측)에 형성해도 좋다.
우선, 액정 표시 장치에 있어서 한 쌍의 기판의 내측에 컬러 필터층을 형성하는 경우를 설명한다. 컬러 필터층은 화소 전극층이 형성된 소자 기판 측에 형성해도 좋고, 대향 기판 측에 형성해도 좋다. 컬러 필터층은 별도로 독립하여 형성해도 좋고, 실시형태 2 또는 실시형태 3과 같은 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치의 경우, 소자 기판 위에 형성되는 층간막으로서 만드는 것도 가능하다. 예를 들면, 실시형태 2인 도 2의 액정 표시 장치라면, 층간막(413)에 컬러 필터층으로서 기능하는 유채색의 투광성 수지층을 이용하는 구성으로 하면 좋다.
층간막을 컬러 필터층으로서 직접 소자 기판 측에 형성하는 경우, 컬러 필터층과 화소 영역의 위치 맞춤의 오차 문제가 발생하지 않고, 보다 정밀한 형성 영역의 제어가 가능하며, 미세한 패턴의 화소에도 대응하는 것이 가능하다. 또, 층간막과 컬러 필터층을 동일한 절연층으로 겸하고 있으므로 공정 간략화, 저 비용화와 같은 이점도 있다.
또, 소자 기판 위에 컬러 필터층을 만드는 액정 표시 장치의 구성이면, 액정층으로의 고분자 안정화를 위한 빛 조사시에, 컬러 필터층에 의해 대향 기판측으로부터 조사된 빛이 흡수되는 경우가 없기 때문에 액정층 전체에 균일하게 조사하는 것이 가능하다. 따라서, 광중합의 불균일에 의한 액정 배향의 흐트러짐이나 그에 따른 표시의 편차 등을 방지할 수 있다.
컬러 필터층으로서 이용하는 것이 가능한 유채색의 투광성 수지로서는, 감광성, 비감광성의 유기 수지를 이용할 수 있다. 감광성의 유기 수지층을 이용하면 레지스터 마스크 수를 삭감하는 것이 가능하기 때문에, 공정이 간략화되어 바람직하다.
유채색은 흑색, 회색, 백색 등의 무채색을 제외한 색이며, 착색층은 컬러 필터로서 기능시키기 위해, 그 착색된 유채색의 빛만을 투과하는 재료로 형성된다. 유채색로서는 적색, 녹색, 청색 등을 이용할 수 있다. 또, 시안, 마젠타, 옐로우(황색) 등을 이용해도 좋다. 착색된 유채색의 빛만을 투과한다는 것은 착색층에서 투과한 빛은 그 유채색의 빛 파장에 피크를 가진다는 것이다.
컬러 필터층은 포함시킨 착색 재료의 농도와 빛의 투과율 관계를 고려하여 최적의 막 두께를 적절히 제어하면 좋다.
유채색의 색에 의해 유채색의 투광성 수지층의 막 두께가 다른 경우나, 차광층, 트랜지스터에 기인하는 요철을 가지는 경우는 가시광 영역의 파장의 빛을 투과하는(소위 무색 투명) 절연층을 적층하고, 평탄화해도 좋다. 평탄성을 높이면 그 위에 형성된 화소 전극층 등의 피복성도 좋고, 액정층의 갭(막 두께)을 균일하게 하는 것이 가능하기 때문에, 보다 액정 표시 장치의 시인성을 향상시켜 고화질화가 가능하게 된다.
컬러 필터를 기판의 외측에 설치하는 경우는 접착층 등으로 컬러 필터를 기판에 접착하여 설치하는 것이 가능하다. 컬러 필터를 대향 기판의 외측에 설치하는 경우 공정순으로서 빛 조사에 의한 블루상의 고분자 안정화를 행한 후에 대향 기판의 외측에 컬러 필터를 설치한다.
광원으로서 백라이트, 사이드 라이트 등을 이용하면 좋다. 광원은 컬러 필터를 통과하여 시인측으로 조사됨으로써 컬러 표시를 행할 수 있다. 광원으로서 냉음극관이나 백색의 다이오드를 이용할 수 있다. 또, 반사판, 확산판, 편광판, 위상차판 등의 광학 부재를 형성해도 좋다.
본 실시형태는 다른 실시형태에 기재한 구성과 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
따라서, 고 콘트라스트로 저소비 전력의 액정 표시 장치에 있어서 컬러 표시 기능을 부여하는 것이 가능하다.
(실시형태 7)
트랜지스터를 제작하고, 이 트랜지스터를 화소부, 또한 구동 회로에 이용하여 표시 기능을 가지는 액정 표시 장치를 제작할 수 있다. 또, 트랜지스터를 이용하여 구동 회로의 일부 또는 전체를 화소부와 같은 기판 위에 일체 형성하여, 시스템 온 패널을 형성하는 것이 가능하다.
액정 표시 장치는 표시 소자로서 액정 소자(액정 표시 소자라고도 한다)를 포함한다.
또, 액정 표시 장치는 표시 소자가 봉지(封止)된 상태에 있는 패널과 이 패널에 컨트롤러를 포함하는 IC 등을 실장(實裝)한 상태에 있는 모듈을 포함한다. 또한 이 액정 표시 장치를 제작하는 과정에서의 표시 소자가 완성되기 전의 한 형태에 상당하는 소자 기판에 관하여 이 소자 기판은 전류를 표시 소자에 공급하기 위한 수단을 복수의 각 화소에 구비한다. 소자 기판은 구체적으로는 표시 소자의 화소 전극만이 형성된 상태라도 좋고, 화소 전극이 되는 도전막을 성막한 후이며, 에칭하여 화소 전극을 형성하는 전의 상태라도 좋고, 모든 형태가 적합하다.
또한, 본 명세서 중에서 액정 표시 장치라는 것은 화상 표시 디바이스, 표시 디바이스, 혹은 광원(조명 장치 포함)을 가리킨다. 또, 커넥터, 예를 들면 FPC(Flexible printed circuit) 혹은 TAB(Tape Automated Bonding)테이프 혹은 TCP(Tape Carrier Package)가 부착된 모듈, TAB 테이프나 TCP의 끝에 프린트 배선판이 형성된 모듈, 또는 표시 소자에 COG(Chip On Glass)방법에 의해 IC(집적회로)가 직접 실장된 모듈도 모든 액정 표시 장치에 포함하는 것으로 한다.
액정 표시 장치의 한 형태에 상당하는 액정 표시 패널의 외견 및 단면에 대해서, 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7(A1), 도 7(A2)은 제 1 기판(4001) 위에 형성된 트랜지스터(4010, 4011) 및 액정 소자(4013)를 제 2 기판(4006)과의 사이에 씰재(4005)로 봉지한 패널의 상면도이며, 도 7(B)은, 도 7(A1)(A2)의 M-N의 단면도에 상당한다.
제 1 기판(4001)위에 형성된 화소부(4002)와 주사선 구동 회로(4004)를 둘러싸도록 해서 씰재(4005)가 형성되어 있다. 또 화소부(4002)와, 주사선 구동 회로(4004) 위에 제 2 기판(4006)이 형성되어 있다. 따라서 화소부(4002)와 주사선 구동 회로(4004)와는 제 1 기판(4001)과 씰재(4005)와 제 2 기판(4006)에 의해 액정층(4008)과 함께 봉지되어 있다.
또, 도 7(A1)은 제 1 기판(4001) 상의 씰재(4005)로 둘러싸여 있는 영역과는 다른 영역에 별도로 준비된 기판 위에 단결정 반도체막 또는 다결정 반도체막으로 형성된 신호선 구동 회로(4003)가 실장되어 있다. 또한, 도 7(A2)은 신호선 구동 회로의 일부를 제 1 기판(4001) 위에 설치된 트랜지스터로 형성하는 예이며, 제 1 기판(4001) 위에 신호선 구동 회로(4003b)가 형성되고, 별도로 준비된 기판 위에 단결정 반도체막 또는 다결정 반도체막으로 형성된 신호선 구동 회로(4003a)가 실장되어 있다.
또한, 별도 형성한 구동 회로의 접속 방법은 특별히 한정되는 것이 아니고, COG 방법, 와이어 본딩 방법, 또는 TAB 방법 등을 이용할 수 있다. 도 7(A1)은 COG 방법으로 신호선 구동 회로(4003)를 실장하는 예이고, 도 7(A2)는 TAB 방법에 의해서 신호선 구동 회로(4003)를 실장하는 예이다.
또 제 1 기판(4001) 위에 형성된 화소부(4002)와 주사선 구동 회로(4004)는 트랜지스터를 복수 가지고 있고, 도 7(B)에서는 화소부(4002)에 포함되는 트랜지스터(4010)와 주사선 구동 회로(4004)에 포함되는 트랜지스터(4011)를 예시하고 있다. 트랜지스터(4010, 4011) 위에는 절연층(4020), 층간막(4021)이 형성되어 있다.
트랜지스터(4010, 4011)는 실시형태 2 또는 실시형태 3의 어느 한 형태에 나타낸 트랜지스터를 적용하는 것이 가능하다.
또, 층간막(4021), 또는 절연층(4020) 위에서 구동 회로용 트랜지스터(4011)의 반도체층의 채널 형성 영역과 중첩되는 위치에 도전층을 형성해도 좋다. 도전층은 전위가 트랜지스터(4011)의 게이트 전극층과 같아도 좋고, 달라도 좋으며, 제 2 게이트 전극층으로서 기능시키는 것도 가능하다. 또, 도전층의 전위가 GND, 0V, 또는 플로팅 상태이어도 좋다.
또, 층간막(4021) 위에 화소 전극층(4030) 및 공통 전극층(4031)이 형성되고, 화소 전극층(4030)은 트랜지스터(4010)와 전기적으로 접속되어 있다. 액정 소자(4013)는, 화소 전극층(4030), 공통 전극층(4031) 및 액정층(4008)을 포함한다. 또한, 제 1 기판(4001), 제 2 기판(4006)의 외측에는 각각 편광판(4032a, 4032b)이 형성되어 있다. 또, 본 실시형태에서는, 실시형태 2의 도 2에서 도시한 바와 같은 화소 전극층(4030) 및 공통 전극층이 개구 패턴을 가지는 형상이지만 실시형태 3과 같이 화소 전극층 및 공통 전극층 중 어느 한쪽이 평판 형상의 전극층으로한 구성이어도 좋다. 실시형태 2 내지 실시형태 4 중 어느 한 형태에서 나타낸 바와 같은 화소 전극층 및 공통 전극층의 구성을 적용할 수 있다.
액정층(4008)에 실시형태 1에서 나타낸 화합물(PPEP-5FCNF(약칭))을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물을 이용한다. 또, 이 액정 조성물에는 광경화 수지 및 광중합 개시제가 포함되어도 좋다.
화소 전극층(4030)과 공통 전극층(4031) 사이에 전계를 형성함으로써 액정층(4008)의 액정을 제어한다. 액정에는 수평 방향의 전계가 형성되기 때문에, 그 전계를 이용하여 액정 분자를 제어할 수 있다. 블루상을 보이도록 배향하고 있는 액정 분자를 기판과 평행한 방향으로 제어할 수 있기 때문에 시야각이 넓어진다.
PPEP-5FCNF(약칭)를 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물은 보다 블루상이 발현하는 온도 범위가 넓은 액정 조성물이다. 따라서, 이 액정 조성물은 온도 변화에 따라 다양한 용도에 이용해도 특성 변화가 발생하기 어렵고 안정되기 때문에, 이 액정 조성물을 액정층에 이용한 액정 표시 장치는 높은 신뢰성으로하는 것이 가능하다.
또한, 제 1 기판(4001), 제 2 기판(4006)으로서는, 투광성을 가지는 유리, 플라스틱 등을 이용할 수 있다. 플라스틱으로서는 FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics)판, PVF(폴리비닐플로라이드) 필름, 폴리에스테르 필름 또는 아크릴 수지필름을 이용할 수 있다. 또, 알루미늄 호일을 PVF 필름이나 폴리에스테르 필름으로 끼운 구조의 시트를 이용할 수 있다.
또 부호 4035는 절연막을 선택적으로 에칭함으로써 얻을 수 있는 주상(柱狀)의 스페이서이고, 액정층(4008)의 막 두께(셀 갭)를 제어하기 위해서 형성되어 있다. 또한 구상(球狀)의 스페이서를 이용하여도 좋다. 액정층(4008)을 이용하는 액정 표시 장치에서 액정층의 두께인 셀 갭은 1μm 이상 20μm 이하로하는 것이 바람직하다. 또한, 본 명세서에서 셀 갭의 두께라는 것은, 액정층 두께(막 두께)의 최대치로 한다.
또한 도 7은 투과형 액정 표시 장치의 예지만, 본 발명은 반투과형 액정 표시 장치라도 반사형 액정 표시 장치에서도 적용할 수 있다.
또, 도 7의 액정 표시 장치에서는 기판의 외측(시인측)에 편광판을 형성하는 예를 도시하지만, 편광판은 기판의 내측에 형성해도 좋다. 편광판의 재료나 제작 공정 조건에 따라서 적절히 설정하면 좋다. 또, 블랙 매트릭스로서 기능하는 차광층을 형성해도 좋다.
층간막(4021)의 일부로서 컬러 필터층이나 차광층을 형성해도 좋다. 도 7에서는 트랜지스터(4010, 4011) 상방을 덮도록 차광층(4034)이 제 2 기판(4006)측에 형성되어 있는 예이다. 차광층(4034)을 형성함으로써, 더욱 더 콘트라스트 향상이나 트랜지스터의 안정화 효과를 높이는 것이 가능하다.
트랜지스터의 보호막으로서 기능하는 절연층(4020)으로 덮는 구성으로 해도 좋지만, 특별히 한정되지 않는다.
또한, 보호막은 대기 중에 부유한 유기물이나 금속물, 수증기 등의 오염 불순물의 침입을 막기 위한 것이며, 치밀한 막이 바람직하다. 보호막은 스퍼터링법을 이용해서, 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화 질화 실리콘막, 질화 산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 질화 알루미늄막, 산화 질화 알루미늄막, 또는 질화 산화 알루미늄막의 단층, 또는 적층해서 형성하면 좋다.
또, 평탄화 절연막으로서 투광성 절연층을 더 형성하는 경우, 폴리이미드, 아크릴 벤조사이클로부텐인, 폴리아미드, 에폭시 등의, 내열성을 가지는 유기 재료를 이용할 수 있다. 또 상기 유기 재료 외에 저유전율 재료(loｗ-k 재료), 실록산계 수지, PSG(인 유리), BPSG(인 붕소 유리) 등을 이용할 수 있다. 또한, 이들의 재료로 형성되는 절연막을 복수 적층시킴으로써 절연층을 형성해도 좋다.
적층하는 절연층의 형성법은 특별히 한정되지 않고, 그 재료에 따라서 스퍼터링법, 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 액적 토출법(잉크 젯법, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄 등), 롤 코팅, 커튼 코팅, 나이프 코팅 등을 이용할 수 있다.
화소 전극층(4030) 및 공통 전극층(4031)은 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 티탄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 티탄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 인듐 주석 산화물(이하, ITO라고 나타낸다), 인듐 아연 산화물, 산화 규소를 첨가한 인듐 주석 산화물 등의 투광성을 가지는 도전성 재료를 이용할 수 있다.
또, 화소 전극층(4030) 및 공통 전극층(4031)은 텅스텐(Ｗ), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속, 또는 그 합금, 혹은 그 금속 질화물로부터 하나, 또는 복수종을 이용하여 형성하는 것이 가능하다.
또, 화소 전극층(4030) 및 공통 전극층(4031)으로서 도전성 고분자(도전성 폴리머라고도 한다)를 포함하는 도전성 조성물을 이용하여 형성하는 것이 가능하다.
또 별도 형성된 신호선 구동 회로(4003)와 주사선 구동 회로(4004) 또는 화소부(4002)에 부여되는 각종 신호 및 전위는 FPC(4018)로부터 공급되고 있다.
또, 트랜지스터는 정전기 등에 의해 파괴되기 쉽기 때문에, 게이트선 또는 소스선에 대해서, 구동 회로 보호용의 보호 회로를 동일 기판 위에 형성하는 것이 바람직하다. 보호 회로는 비선형 소자를 이용하여 구성하는 것이 바람직하다.
도 7에서는 접속 단자 전극(4015)이 화소 전극층(4030)과 같은 도전막으로 형성되고, 단자 전극(4016)은 트랜지스터(4010, 4011)의 소스 전극층 및 드레인 전극층과 같은 도전막으로 형성되어 있다.
접속 단자 전극(4015)은 FPC(4018)가 가지는 단자와, 이방성 도전막(4019)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다.
또 도 7에서는 신호선 구동 회로(4003)를 별도 형성하여 제 1 기판(4001)에 실장하고 있는 예를 도시하고 있지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 주사선 구동 회로를 별도 형성하여 실장해도 좋고, 신호선 구동 회로의 일부 또는 주사선 구동 회로의 일부만을 별도 형성하여 실장해도 좋다.
이상과 같이, PPEP-5FCNF(약칭)을 포함하는 네마틱 액정 및 카이럴제를 가지는 블루상을 발현하는 액정 조성물은 액정층에 이용하면, 높은 콘트라스트를 부여하는 것이 가능하기 때문에, 시인성이 좋은 고화질의 액정 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
또, 블루상을 발현하는 액정 조성물은 응답 속도가 1msec 이하로 짧고, 고속 응답이 가능하기 때문에, 액정 표시 장치의 고성능화가 가능하게 된다.
본 실시형태는, 다른 실시형태에 기재한 구성과 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시형태 8)
본 명세서에 개시한 액정 표시 장치는 다양한 전자기기(유기기(遊技機)도 포함한다)에 적용할 수 있다. 전자기기로서는, 예를 들면 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 한다), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 한다), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말기, 음악 재생 장치, 파칭코기 등의 대형 게임기 등이 있다.
도 8(A)은 전자 서적(E-book라고도 한다)이며, 케이스(9630), 표시부(9631), 조작키(9632), 태양 전지(9633), 충방전 제어 회로(9634)를 가지는 것이 가능하다. 도 8(A)에 도시한 전자 서적은 다양한 정보(정지 화면, 동영상, 텍스트 화상 등)을 표시하는 기능, 캘린더, 날짜 또는 시각 등을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시한 정보를 조작 또는 편집하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)로 처리를 제어하는 기능 등을 가지는 것이 가능하다. 또한, 도 8(A)에서는 충방전 제어 회로(9634)의 일례로서 배터리(9635), DCDC 컨버터(이하, 컨버터라고 약기한다)(9636)를 가지는 구성에 대해 도시하고 있다. 실시형태 1 내지 실시형태 7 중 어느 한 형태에서 나타낸 액정 표시 장치를 표시부(9631)에 적용함으로써 고 콘트라스트로 시인성이 좋고, 저비용 전력의 전자 서적으로하는 것이 가능하다.
도 8(A)에 도시한 구성으로 함으로써, 표시부(9631)로서 반투과형, 또는 반사형 액정 표시 장치를 이용하는 경우, 비교적 밝은 상황 아래에서의 사용도 예상되며, 태양 전지(9633)에 의한 발전 및 배터리(9635)로 충전을 효율 좋게 행할 수 있어 적합하다. 또한 태양 전지(9633)는 케이스(9630)의 빈 공간(앞면이나 뒷면)에 적절히 형성하는 것이 가능하기 때문에 효율적인 배터리(9635)의 충전을 행하는 구성으로 할 수 있기 때문에 적합하다. 또한 배터리(9635)로서는 리튬 이온 전지를 이용하면 소형화를 도모할 수 있는 등의 이점이 있다.
또, 도 8(A)에 도시하고 있는 충방전 제어 회로(9634)의 구성 및 동작에 대해서 도 8(B)에 블록도를 도시하여 설명한다. 도 8(B)에는 태양 전지(9633), 배터리(9635), 컨버터(9636), 컨버터(9637), 스위치(SＷ1) 내지 스위치(SＷ3), 표시부(9631)에 대해서 도시하고 있고, 배터리(9635), 컨버터(9636), 컨버터(9637), 스위치(SＷ1) 내지 스위치(SＷ3)가 충방전 제어 회로(9634)에 대응하는 개소가 된다.
우선 외광에 의해서 태양 전지(9633)로 인한 발전이 되는 경우의 동작예에 대해서 설명한다. 태양 전지(9633)에서 발전한 전력은 배터리(9635)를 충전하기 위한 전압이 되도록 컨버터(9636)로 승압 또는 강압이 이루어진다. 그리고 표시부(9631)의 동작에 태양 전지(9633)로부터의 전력이 이용될 때에는 스위치(SＷ1)를 온(on)으로 하고, 컨버터(9637)로 표시부(9631)에 필요한 전압으로 승압 또는 강압을하는 것이 된다. 또, 표시부(9631)에서의 표시를 행하지 않을 때에는, 스위치(SＷ1)를 오프로 하고, 스위치(SＷ2)를 온으로 하여 배터리(9635)의 충전을 행하는 구성으로 하면 좋다.
이어서 외광에 의해 태양 전지(9633)로 발전이 되지 않는 경우의 동작예에 대해서 설명한다. 배터리(9635)에 축전된 전력은 스위치(SＷ3)를 온으로 함으로써 컨버터(9637)에 의해서 승압 또는 강압이 이루어진다. 그리고 표시부(9631)의 동작에 배터리(9635)로부터의 전력이 이용되는 것이 된다.
또한, 태양 전지(9633)에 대해서는 충전 수단의 일례로서 나타냈지만, 다른 수단에 의한 배터리(9635)의 충전을 행하는 구성이라도 좋다. 또 다른 충전 수단을 조합하여 행하는 구성으로 해도 좋다.
도 9(A)는 노트형의 퍼스널 컴퓨터이며, 본체(3001), 케이스(3002), 표시부(3003), 키보드(3004) 등으로 구성되어 있다. 실시형태 1 내지 실시형태 7 중 어느 한 형태로 나타낸 액정 표시 장치를 표시부(3003)에 적용함으로써, 고 콘트라스트로 시인성이 좋고, 신뢰성이 높은 노트형 퍼스널 컴퓨터로 하는 것이 가능하다.
도 9(B)는 휴대 정보 단말기(PDA)이며 본체(3021)에는 표시부(3023)와 외부 인터페이스(3025)와 조작 버튼(3024) 등이 형성되어 있다. 또 조작용의 부속품으로서 스타일러스(3022)가 있다. 실시형태 1 내지 실시형태 7 중 어느 한 형태에서 나타낸 액정 표시 장치를 표시부(3023)에 적용함으로써 고 콘트라스트로 시인성이 좋고, 신뢰성이 높은 휴대 정보 단말기(PDA)로 하는 것이 가능하다.
도 9(C)는 전자 서적의 일례를 도시하고 있다. 예를 들면, 전자 서적(2700)은 케이스(2701) 및 케이스(2703)인 2개의 케이스로 구성되어 있다. 케이스(2701) 및 케이스(2703)는 축부(2711)에 의해 일체로 되어 있고, 이 축부(2711)를 축으로 개폐 동작을 할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해 종이 서적과 같은 동작을 행하는 것이 가능하게 된다.
케이스(2701)에는 표시부(2705)가 조립되어 있고, 케이스(2703)에는 표시부(2707)가 조립되어 있다. 표시부(2705) 및 표시부(2707)는 연속 화면을 표시하는 구성으로 해도 좋고, 다른 화면을 표시하는 구성으로 해도 좋다. 다른 화면을 표시하는 구성으로 함으로써, 예를 들면, 우측 표시부(도 9(C)에서는 표시부(2705))에 문장을 표시하고, 좌측 표시부(도 9(C)에서는 표시부(2707))에 화상을 표시할 수 있다. 실시형태 1 내지 실시형태 7 중 어느 한 형태에서 나타낸 액정 표시 장치를 표시부(2705), 표시부(2707)에 적용함으로써, 고 콘트라스트로 시인성이 좋고, 신뢰성이 높은 전자 서적(2700)으로하는 것이 가능하다.
또, 도 9(C)에서는 케이스(2701)에 조작부 등을 갖추고 있는 예를 도시하고 있다. 예를 들면, 케이스(2701)에서 전원(2721), 조작키(2723), 스피커(2725) 등을 갖추고 있다. 조작키(2723)에 의해 페이지를 보내는 것이 가능하다. 또한 케이스의 표시부와 동일면에 키보드나 포인팅 디바이스 등을 갖추는 구성으로 해도 좋다. 또, 케이스의 뒷면이나 측면에 외부 접속용 단자(이어폰 단자, USB 단자 등), 기록 매체 삽입부 등을 갖추는 구성으로 해도 좋다. 또한 전자 서적(2700)은 전자 사전으로서의 기능을 갖추는 구성으로 하면 좋다.
또, 전자 서적(2700)은 무선으로 정보를 송수신할 수 있는 구성으로 해도 좋다. 무선에 의해 전자 서적 서버로부터 소망의 서적 데이터 등을 구입하고, 다운로드하는 구성으로하는 것도 가능하다.
도 9(D)는 휴대 전화이며, 케이스(2800) 및 케이스(2801)인 두 개의 케이스로 구성되어 있다. 케이스(2801)에는 표시 패널(2802), 스피커(2803), 마이크로폰(2804), 포인팅 디바이스(2806), 카메라용 렌즈(2807), 외부 접속 단자(2808) 등을 갖추고 있다. 또, 케이스(2800)에는 휴대 전화 충전을 행하는 태양 전지 셀(2810), 외부 메모리 슬롯(2811) 등을 갖추고 있다. 또, 안테나는 케이스(2801) 내부에 내장되어 있다. 실시형태 1 내지 실시형태 7 중 어느 한 형태에서 나타낸 액정 표시 장치를 표시 패널(2802)에 적용함으로써, 고 콘트라스트로 시인성이 좋고, 신뢰성이 높은 휴대 전화로하는 것이 가능하다.
또, 표시 패널(2802)은 터치 패널을 갖추고 있고, 도 9(D)에는 영상 표시되어 있는 복수의 조작키(2805)를 점선으로 나타내고 있다. 또한, 태양 전지 셀(2810)에서 출력된 전압을 각 회로에 필요한 전압으로 승압하기 위한 승압 회로도 실장하고 있다.
표시 패널(2802)은 사용 형태에 따라서 표시 방향이 적절히 변화한다. 또, 표시 패널(2802)과 동일면 위에 카메라용 렌즈(2807)를 갖추고 있기 때문에, 영상 통화가 가능하다. 스피커(2803) 및 마이크로폰(2804)은 음성통화에 한정하지 않고, 영상 통화, 녹음, 재생 등이 가능하다. 게다가, 케이스(2800)와 케이스(2801)는 슬라이드하여 도 9(D)와 같이 전개하고 있는 상태로부터 서로 중첩된 상태로 하는 것이 가능하며, 휴대에 적합한 소형화가 가능하다.
외부 접속 단자(2808)는 AC 어댑터 및 USB 케이블 등의 각종 케이블과 접속 가능하며, 충전 및 퍼스널 컴퓨터 등과의 데이터 통신이 가능하다. 또, 외부 메모리 슬롯(2811)에 기록 매체를 삽입하여, 보다 대량의 데이터 보존 및 이동에 대응할 수 있다.
또, 상기 기능에 더하여 적외선 통신 기능, 텔레비전 수신 기능 등을 갖춘 것이라도 좋다.
도 9(E)는 디지털 비디오 카메라이고, 본체(3051), 표시부(A)(3057), 접안부(3053), 조작 스위치(3054), 표시부(B)(3055), 배터리(3056) 등으로 구성되어 있다. 실시형태 1 내지 실시형태 7 중 어느 한 형태에서 나타낸 액정 표시 장치를 표시부(A)(3057), 표시부(B)(3055)에 적용함으로써, 고 콘트라스트로 시인성이 좋고, 신뢰성이 높은 디지털 비디오 카메라로하는 것이 가능하다.
도 9(F)는 텔레비전 장치의 일례를 나타내고 있다. 텔레비전 장치(9600)는 케이스(9601)에 표시부(9603)가 포함되어 있다. 표시부(9603)에 의해서 영상을 표시하는 것이 가능하다. 또, 여기에서는 스탠드(9605)에 의해서 케이스(9601)를 지지한 구성을 도시하고 있다. 실시형태 1 내지 실시형태 7 중 어느 한 형태에서 나타낸 액정 표시 장치를 표시부(9603)에 적용함으로써, 고 콘트라스트로 시인성이 좋고, 신뢰성이 높은 텔레비전 장치(9600)로 하는 것이 가능하다.
텔레비전 장치(9600)의 조작은 케이스(9601)가 갖춘 조작 스위치나, 별체의 리모콘 조작기에 의해 행하는 것이 가능하다. 또, 리모콘 조작기에 이 리모콘 조작기로부터 출력한 정보를 표시하는 표시부를 형성하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 텔레비전 장치(9600)는 수신기나 모뎀 등을 갖춘 구성으로 한다. 수신기에 의해서 일반 텔레비전 방송의 수신이 가능하고, 더욱이 모뎀을 통해서 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크에 접속함으로써, 한 방향(송신자에서 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 간, 또는 수신자들끼리 등)의 정보 통신을 행하는 것도 가능하다.
본 실시형태는, 다른 실시형태에 기재한 구성과 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
[실시예 1]
본 실시예에서는 본 발명의 한 형태의 액정 소자와 비교예로서 본 발명을 적용하지 않는 비교 액정 소자를 제작하고, 각각의 특성의 평가를 행한다.
본 실시예에서 제작한 액정 소자에 이용한 액정 조성물의 구성을 표 1에 나타낸다. 또, 비교 액정 소자에 이용한 액정 조성물의 구성을 표 2에 나타낸다. 표 1 및 표 2에서는 혼합비는 모든 중량비로 나타낸다.
Figure pct00005
Figure pct00006
액정 소자 및 비교 액정 소자로는 액정 1로서 MDA-00-3506(머크 주식회사(Merck Ltd.)), 액정 2로서 NEDO LC-C(주식회사 머크제), 액정 3으로서 CPP-3FF(약칭), 액정 4로서 PEP-5CNF(약칭), 카이럴제로서 ISO-(6OBA)2(약칭), 액정성 자외선 경화 수지로서 RM257(주식회사 머크제), 비액정성 자외선 경화 수지로서는 메타크릴산도데실((DMeAc)(약칭)(동경 화성 공업 주식회사(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)제)) 및 중합개시제로서 DMPAP(약칭)(주식회사 동경화성공업제)를 이용했다. 또한, 본 실시예에서 이용한 액정 3 : CPP-3FF(약칭), 액정 4 : PEP-5CNF(약칭), 카이럴제 : ISO-(6OBA)2(약칭), 액정성 자외선 경화 수지 : RM257(주식회사 머크제), 비액정성 자외선 경화수지 : 메타크릴산도데실((DMeAc)(약칭)(주식회사 동경 화성 공업제)) 및 중합개시제 : DMPAP(약칭)(주식회사 동경 화성 공업제)의 구조식을 하기에 나타낸다.
[구조식]
Figure pct00007
또, 표 1에 나타내는 액정 소자에서는, 또한 액정 5로서 하기 구조식 (100)으로 표시되는 화합물인 PPEP-5FCNF(약칭)을 포함하는 네마틱 액정을 가지는 액정 조성물을 이용했다.
[구조식 (100)]
Figure pct00008
액정 소자 및 비교 액정 소자는 화소 전극층 및 공통 전극층이 도 3(D)과 같이 빗살 형상으로 형성된 유리 기판과 대향 기판이 되는 유리 기판을 사이에 공극(4μm)을 가지고 씰재로 부착시킨 후, 주입법에 의해 표 1, 또는 표 2에 나타낸 각 액정 조성물을 기판 간에 주입하고 제작했다. 화소 전극층 및 공통 전극층은 산화 규소를 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법으로 형성했다. 또한, 그 막 두께는 110nm로 하고, 화소 전극층과 공통 전극층의 각 폭 및 화소 전극층과 공통 전극층과의 간격은 2μm로 했다. 또, 씰재는 자외선 및 열경화형 씰재를 이용하고, 경화 처리로서 90초간 자외선(방사조도 100mＷ／cm2) 조사 처리를 행하고, 그 후에 120℃에서 1시간 가열 처리를 행했다.
액정 소자 및 비교 액정 소자의 고분자 안정화 평가를 행했다. 고분자 안정화 평가에는 편광 현미경(MX-50 올림푸스 주식회사(Olympus Corporation)제) 및 온도 조절기(MK1000 Instec제)를 이용했다.
액정 소자 및 비교 액정 소자의 액정 조성물을 등방상으로 한 후, 온도 조절기에 의해서 매분 1.0℃로 강온 시키면서 편광 현미경으로 관찰을 행하고, 액정 조성물이 블루상을 발현하는 온도 범위의 측정을 행했다.
또, 액정 소자 및 비교 액정 소자 각각에 있어서, 블루상을 발현하는 온도 범위의 임의의 온도에서 항온으로 하고, 자외선(파장 365nm, 방사 조도 1.5mＷ／cm2)을 30분간 조사함으로써, 고분자 안정화 처리를 행했다.
상기 관찰의 측정 조건은 편광 현미경에 있어서 측정 모드는 반사, 편광자는 크로스 니콜(crossed nicols), 배율은 200배였다.
고분자 안정화 처리 전의 블루상이 발현하는 온도 범위는 액정 소자에서는 상한 49.6℃, 하한 41.8℃이었지만, 고분자 안정화 처리 후의 블루상이 발현하는 온도 범위는 상한이 65.2℃까지 상승하고 있고, 10℃에서도 블루상을 확인할 수 있었다. 따라서, 액정 소자로는 고분자 안정화 처리에 의해서, 크게 블루상이 발현하는 온도 범위를 확대할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 비교 액정 소자에 있어서, 고분자 안정화 처리 전의 블루상이 발현하는 온도 범위는 상한 34.0℃, 하한 26.3℃이고, 고분자 안정화 처리 후의 블루상이 발현하는 온도 범위는 10℃에서 블루상을 확인할 수 있지만, 상한은 42.5℃로, 그다지 상승하지 않았으며, 블루상이 발현하는 온도 범위는 액정 소자보다 확대되지 않았다.
따라서, 본 발명의 한 형태인 본 실시예의 액정 소자는 넓은 블루상이 발현하는 온도 범위가 부여되는 것을 알 수 있었다.
또, 액정 소자 및 비교 액정 소자에 전압을 인가하고, 인가 전압에 대한 투과율 및 콘트라스트의 특성 평가를 행했다. 특성 평가는 액정 평가 장치(LCD-7200 주식회사 오오츠카 전자 주식회사(Otsuka Electronics Co., Ltd.)제)를 이용하고, 광원은 할로겐 램프, 온도는 실온의 측정 조건에서 액정 소자 및 비교 액정 소자를 크로스 니콜의 편광자로 끼운 상태로 행했다.
도 10에 액정 소자 및 비교 액정 소자의 인가 전압과 투과율의 관계를 도시하고, 도 11에 액정 소자 및 비교 액정 소자의 인가 전압과 콘트라스트비의 관계를 도시한다. 도 11의 인가 전압에 대한 콘트라스트비는 도 10의 투과율로부터 산출했다. 구체적으로는 인가 전압 0V의 콘트라스트비를 1로 하고, 각 인가 전압에서의 투과율을 인가 전압 0V의 투과율로 나눔으로써 콘트라스트비를 산출했다. 또한, 도 10 및 도 11에서 액정 소자는 흰 원의 도트로 도시하고, 비교 액정 소자는 흰 사각형의 도트로 도시하고 있다.
도 10에 도시한 바와 같이 액정 소자는 비교 액정 소자와 비교하여 인가 전압에 대한 투과율이 높다. 게다가, 액정 소자는 비교 액정 소자와 비교하여 인가 전압 0V의 투과율이 낮다. 이것은 도 11의 콘트라스트비에서 보다 현저한 차이가 나타나고, 같은 인가 전압에서 액정 소자는 비교 액정 소자보다 높은 콘트라스트비를 나타내고 있다.
이상으로부터, 본 실시예의 PPEP-5FCNF(약칭)을 포함하는 네마틱 액정을 가지는 액정 조성물은 보다 넓은 블루상이 발현하는 온도 범위를 가지는 것을 확인할 수 있었다.
또, 본 실시예의 액정 조성물을 포함하는 액정 소자는 높은 콘트라스트화를 가지고 있고, 이 액정 소자를 이용한 액정 표시 장치도 보다 고콘트라스트화를 달성할 수 있다.
[실시예 2]
실시예 1에서 사용한 4-(4-n-펜틸페닐)벤조산4-시아노-3，5-디플루오로페닐(약칭: PPEP-5FCNF)의 합성 방법을 이하에 기재한다.
＜4-(4-n-펜틸페닐)벤조산4-시아노-3，5-디플루오로페닐(약칭: PPEP-5FCNF)의 합성 방법＞
구조식 (100)에서 나타낸 PPEP-5FCNF(약칭)의 합성 스킴을 하기 (A-1)에 나타낸다.
[합성 스킴(A-1)]
Figure pct00009
2.3g(8.6mmol)의 4-(4-n-펜틸페닐)벤조산과, 1.3g(8.4mmol)의 2，6-디플루오르-4-하이드로벤조니트릴과, 0.16g(1.3mmol)의 4-디메틸아미노피리딘과, 8.6mL의 다이클로로메탄을 50mL의 가지형 플라스크에 더하여 교반했다. 이 혼합물에 1.8g(9.4mmol)의 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드염산염(EDC)을 더하고, 이 혼합물을 대기 아래, 실온에서 18시간 교반했다. 소정 시간 경과 후, 얻어진 혼합물에 물을 더하여, 물층을 디클로로메탄으로 추출했다. 얻어진 추출 용액과 유기층을 조합하여, 포화 탄산 수소 나트륨 수용액과 포화 식염수로 세정한 후, 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 이 혼합물을 자연 여과하고, 여액을 농축하여 담갈색 고체를 얻었다. 이 고체를 실리카겔 칼럼 크로마토 그래피(전개용매；톨루엔)에 의해서 정제했다. 얻어진 프랙션을 농축하여 백색 고체를 얻었다. 이 고체를 고속 액체 크로마토그래피(HPLC)(전개용매；클로로폼)에 의해 정제했다. 얻어진 플랙션을 농축하여 목적물인 백색 고체를 2.7g, 수율 79％로 얻었다.
얻어진 백색 고체 2.7g를 증류로 정제한 결과, 목적물인 백색 고체를 수량2.5g, 회수율 93％로 얻었다.
핵자기 공명법(NMR)에 의해서, 이 화합물이 목적물인 4-(4-n-펜틸페닐)벤조산4-시아노-3，5-디플루오로페닐(PPEP-5FCNF)인 것을 확인했다.
얻어진 물질인 1H NMR데이터를 이하에 나타낸다.
1H NMR(CDCl3, 300MHz) : δ(ppm)＝0.89(t, 3H), 1.30-1.34(m, 8H), 1.63-1.69(m, 2H), 2.67(t, 2H), 7.09(d, 2H), 7.31(d, 2H), 7.58(d, 2H), 7.75(d, 2H), 8.20(d, 2H). 또, 1H NMR차트를 도 12에 도시한다. 또한, 도 12(B)는 도 12(A)에서의 6.5ppm∼8.5ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 또한, 도 12(C)는 도 12(A)에서의 0.0ppm∼3.0ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다.
본 출원은 전문이 참조로서 본 명세서에 통합되고, 2010년 5월 21일 일본 특허청에 출원된, 일련 번호가 2010-117325인 일본 특허 출원과, 2011년 1월 31일 일본 특허청에 출원된, 일련 번호가 2011-018023인 일본 특허 출원에 기초한다.

Claims (8)

  1. 액정 조성물에 있어서,
    카이럴제와,
    하기 구조식
    [구조식]
    Figure pct00010

    으로 표시되는 화합물을 포함하는 네마틱 액정을 가지고,
    블루상을 발현하는 액정 조성물.
  2. 제 1 항에 기재한 액정 조성물을 액정층에 이용한 액정 표시 장치.
  3. 하기 구조식으로 표시되는 화합물을 포함하는 네마틱 액정, 카이럴제, 모노머 및 광중합 개시제를 가지고 블루상을 발현하는 액정 조성물.
    [구조식]
    Figure pct00011

  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모노머는 단관능(monofuctional) 모노머 또는 다관능(polyfunctional) 모노머인, 액정 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단관능 모노머로서 액정성 단관능 모너머가 포함되고,
    상기 다관능 모노머로서 액정성 다관능 모너머가 포함되는, 액정 조성물.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 단관능 모노머로서 비액정성 단관능 모너머가 포함되고,
    상기 다관능 모노머로서 비액정성 다관능 모너머가 포함되는, 액정 조성물.
  7. 액정 조성물을 포함하는 액정층을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 액정 조성물은 블루상을 발현하고,
    상기 액정 조성물은
    카이럴제,
    폴리머,
    광중합 개시제, 및
    하기 구조식으로 표시되는 화합물을 포함하는 네마틱 액정을 포함하는, 액정 표시 장치.
    [구조식]
    Figure pct00012

  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 폴리머는 단관능 폴리머 또는 다관능 폴리머인, 액정 조성물.
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