WO2013031616A1 - 液晶表示パネル及び液晶表示装置 - Google Patents

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WO2013031616A1
WO2013031616A1 PCT/JP2012/071256 JP2012071256W WO2013031616A1 WO 2013031616 A1 WO2013031616 A1 WO 2013031616A1 JP 2012071256 W JP2012071256 W JP 2012071256W WO 2013031616 A1 WO2013031616 A1 WO 2013031616A1
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liquid crystal
crystal display
group
photo
display panel
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PCT/JP2012/071256
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敢 三宅
宮地　弘一
Original Assignee
シャープ株式会社
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    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
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    • G02F1/13394—Gaskets; Spacers; Sealing of cells spacers regularly patterned on the cell subtrate, e.g. walls, pillars

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display panel and a liquid crystal display device. More specifically, the present invention relates to a liquid crystal display panel and a liquid crystal display device in which a polymer layer for improving characteristics is formed on a horizontal light alignment film.
  • Liquid crystal display devices have been used in a wide range of fields such as mobile applications, monitors, and large televisions, taking advantage of their thinness, light weight, and low power consumption. Various performances are required in these fields, and various display methods (modes) have been developed.
  • the basic configuration / basic principle is that a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of substrates, a voltage is appropriately applied to electrodes provided on the substrate on the liquid crystal layer side, and the orientation direction of liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer By controlling the light transmission / cut-off (display on / off), the liquid crystal display can be realized.
  • VA vertical alignment
  • IPS In-plane switching
  • FFS fringe field switching
  • liquid crystal molecules tilted at a predetermined pretilt angle can be obtained, and the orientation direction of the liquid crystal molecules can be defined in a certain direction.
  • the monomer for forming the polymer a material that is polymerized by heat, light (ultraviolet rays) or the like is selected.
  • the present inventors have been researching a photo-alignment technique that can control the liquid crystal alignment azimuth when a voltage is applied to a plurality of azimuths without applying a rubbing treatment to the alignment film, and can obtain excellent viewing angle characteristics.
  • the photo-alignment technique is a technique that uses an active material for light as the material of the alignment film, and irradiates the formed film with light rays such as ultraviolet rays, thereby generating alignment regulating force in the alignment film.
  • the alignment process can be performed in a non-contact manner with respect to the film surface, so that generation of dirt, dust, and the like during the alignment process can be suppressed.
  • unlike the rubbing treatment it can be suitably applied to a large-sized panel, and the manufacturing yield can be improved.
  • the current photo-alignment technology is mainly introduced for mass production of TVs using a vertical alignment film such as VA mode, and is still introduced for mass production of TVs using a horizontal alignment film such as IPS mode. Not. This is because the use of a horizontal alignment film causes a large amount of image sticking in the liquid crystal display.
  • the image sticking is a phenomenon in which when the same voltage is continuously applied to the liquid crystal cell for a certain period of time, brightness is different between a portion where the voltage is continuously applied and a portion where the voltage is not applied.
  • the present inventors have found that the formation of a stable polymer layer by PS conversion is suitable for reducing the occurrence of image sticking caused by weak anchoring of the photo-alignment film. It is important to accelerate the polymerization reaction. Furthermore, as described in detail in Japanese Patent Application No. 2011-084755, a combination of a specific liquid crystal component and a PS process is preferable. This improves the formation speed of the polymer layer (the speed at which the polymerizable monomer in the liquid crystal layer starts chain polymerization such as radical polymerization and deposits on the liquid crystal layer side surface of the alignment film to form the polymer layer). Thus, a polymer layer (PS layer) having a stable orientation regulating force can be formed. In addition, the image sticking reduction effect is particularly excellent as a result of improving the polymerization reaction and the formation rate of the polymer layer when the alignment film is a horizontal alignment film.
  • the problem of reducing thread-like defects is particularly important when aiming for mass production of liquid crystal display devices that use a horizontal alignment film with weak alignment control power, and is a new problem in the technical field of the present invention. I think that the.
  • Patent Document 9 described above provides a liquid crystal display device that improves the light transmittance without reducing the response speed at the time of gradation change.
  • Embodiment 6-2 of Patent Document 9 It is described that alignment unevenness occurs in the uneven reflective electrode due to unevenness, and that alignment processing at the bottom of the uneven surface is insufficient when rubbing is performed.
  • a polymer layer can be formed on the uneven reflective electrode to suppress the occurrence of disclination due to orientation disorder.
  • Non-Patent Document 1 further includes a liquid crystal display device using a horizontal light alignment film, in order to suitably reduce disclination generated in the display pixels due to the PS process. There was room for ingenuity.
  • the present invention has been made in view of the above-described situation, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display panel and a liquid crystal display device that are excellent in display quality by reducing thread defects generated in display pixels.
  • the first is a case where anchoring of the alignment film itself is weak.
  • the inventors of the present invention have found that if the anchoring of the alignment film is weak, the alignment regulating force becomes weak, and the liquid crystal molecules in the bulk are likely to deviate from the alignment treatment direction of the alignment film. That is, as a solution, a method of increasing the anchoring strength of the alignment film itself can be considered.
  • the horizontal photo-alignment film generally has a significantly lower anchoring energy than the horizontal alignment film for rubbing, The property improvement approach has been difficult.
  • the second is a case where the elastic constant of the liquid crystal is small.
  • the present inventors have found that when the elastic constant is small, the liquid crystal molecules are easily elastically deformed, and thus alignment disorder is likely to occur. Since the thread defect is considered to be an alignment defect composed of splay deformation and / or bend deformation, a liquid crystal having a large elastic constant of splay deformation and bend deformation is considered difficult to form an alignment defect.
  • the third is the presence of spacers. The present inventors have found that a spacer exists at the start / end of the thread defect. For example, even if a thread-like defect occurs at the moment of phase transition from the isotropic phase to the liquid crystal phase, it has been observed that the thread-like defect is not stable in a region where no spacer exists and disappears with a finite time.
  • the spacer has an effect of stabilizing the thread-like defect, and a method for destabilizing this was investigated. For example, even if a thread-like defect occurs at the moment of phase transition from the isotropic phase to the liquid crystal phase, it has been observed that the thread-like defect is not stable in a region where there is no spacer and disappears with a finite time. That is, it is considered that the spacer has an effect of stabilizing the thread-like defect, and a method for destabilizing this was investigated.
  • the inventors have found an improvement plan. There are three improvement plans. The first is as follows. As a result of detailed analysis of the liquid crystal orientation of the thread defect with a polarizing microscope, the deformation mode of the liquid crystal is mainly composed of Splay and Bend, and both ends of the thread defect, that is, around the spacers such as beads are sprayed. Splay deformation and bend deformation are dominant in the middle part of the deformation. Therefore, since increasing the energy of orientation deformation leads to destabilization of the thread-like defect, it is important to increase the elastic constant K1 (spray) and / or K3 (bend) of the liquid crystal. This was filed in Japanese Patent Application No. 2011-051532.
  • the second improvement is to increase the thickness of the horizontal alignment film. This is considered to be because, by increasing the film thickness, the exposed area of the photo spacer is reduced, and thus the thread-like defects can be destabilized.
  • a third improvement is to form a groove between the spacers, confine the thread-like defect in the groove, and shield the light with a BM or the like.
  • a first aspect of the present invention is a liquid crystal display panel including a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, wherein at least one of the pair of substrates includes a photo-alignment film.
  • the photo-alignment film is a liquid crystal display panel in which liquid crystal molecules are horizontally aligned with respect to the main surface of the substrate, and the film thickness of the photo-alignment film is 50 nm or more.
  • the photo-alignment film is for horizontally aligning liquid crystal molecules with respect to the main surface of the substrate (also referred to as a horizontal photo-alignment film in this specification).
  • the horizontal photo-alignment film may be any film as long as at least adjacent liquid crystal molecules are aligned substantially horizontally with respect to the horizontal photo-alignment film surface.
  • a liquid crystal display panel comprising a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, wherein at least one of the pair of substrates has a photo-alignment film.
  • the photo-alignment film horizontally aligns liquid crystal molecules with respect to the main surface of the substrate, the liquid crystal display panel includes a photo spacer between a pair of substrates, and the photo spacer includes the pair of substrates.
  • At least the present invention is capable of preferably solving the problem in the configuration in which the thread-like defect occurs. It can be said that they have the same or corresponding special technical features that are common or closely related to each other.
  • At least one of the pair of substrates preferably further has a polymer layer on the liquid crystal layer side of the horizontal light alignment film.
  • the film thickness of the horizontal light alignment film is more preferably 85 nm or more.
  • the horizontal light alignment film has a thickness of 125 nm or more.
  • the film thickness of the horizontal light alignment film can be obtained by measuring the film thickness of the pixel opening.
  • the thickest part is set as the film thickness of the horizontal light alignment film.
  • the spacer may be a spacer disposed by spraying or the like, but is preferably a photo spacer provided on at least one of the pair of substrates and protruding toward the liquid crystal layer.
  • the spacer provided in advance on the substrate is usually made of resin, and the spacer arranged by spreading or the like is usually made of glass or plastic.
  • the spacer is preferably a spacer provided on the substrate and made of resin. More preferably, the resin is an acrylic resin. Examples of the shape of the spacer include a cylinder, a prism, a frustum, and a sphere, and a cylinder, a prism, and a frustum are preferable.
  • the spacer may be covered with the horizontal light alignment film.
  • the spacer is covered with the horizontal light alignment film as long as it can be said that at least a portion (usually the side surface portion) of the spacer in contact with the liquid crystal layer is covered with the horizontal light alignment film.
  • the substrate on which the spacer is provided is preferably a counter substrate (color filter substrate).
  • the thickness of the horizontal photo-alignment film included in the counter substrate provided with the spacer is larger than the thickness of the horizontal photo-alignment film included in the thin film transistor array substrate provided with no spacer.
  • the diameter of the bottom surface (substrate surface) of the photo spacer is preferably 14 ⁇ m or less. Thereby, the effect of this invention can be exhibited more fully. More preferably, it is 12 ⁇ m or less.
  • the diameter at the bottom is as described later.
  • At least one of the pair of substrates included in the liquid crystal display panel of the present invention has, for example, a polymer layer and a horizontal light alignment film in order from the liquid crystal layer side, but the pair of substrates included in the liquid crystal display panel of the present invention It is preferable that the other has a polymer layer, a horizontal light alignment film, and an electrode in order from the liquid crystal layer side. You may have a different layer between a polymer layer and a horizontal photo-alignment film, and / or between a horizontal photo-alignment film and an electrode.
  • both of the pair of substrates have the horizontal light alignment film and the polymer layer.
  • at least one of the pair of substrates includes a linear electrode.
  • the horizontal photo-alignment film in the present invention is preferably an alignment film having the property of aligning adjacent liquid crystal molecules in a certain direction. However, not only the alignment film but also the alignment treatment is not performed. It includes a film that does not have it. That is, the present invention relates to a polymer stabilization process for expanding a BP temperature range for a polymer stabilized BP (Blue Phase) type display device that does not require alignment treatment, and a liquid crystal in a PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) type display device. It can be applied in various ways such as a process of partially polymerizing a layer.
  • BP Blue Phase
  • PDLC Polymer Dispersed Liquid Crystal
  • the present invention can be applied to any liquid crystal display panel having a polymer layer that is used not only for the PS treatment for preventing burn-in but also for the purpose of forming a polymer from a polymerizable monomer in the liquid crystal layer.
  • the photo-alignment treatment is preferable in that the effect of the present invention becomes more remarkable and the excellent viewing angle characteristics can be obtained. May be subjected to orientation treatment.
  • the horizontal photo-alignment film can be subjected to a photo-alignment treatment that imparts alignment characteristics to the substrate surface by irradiating light under certain conditions.
  • the polymer film having the property of controlling the alignment of the liquid crystal by the photo-alignment treatment is also referred to as a photo-alignment film.
  • the polymer constituting the horizontal photo-alignment film is preferably polysiloxane, polyamic acid or polyimide from the viewpoint of heat resistance.
  • the photo-alignment film is a polymer film having a property of causing anisotropy in the film by irradiation with polarized light or non-polarized light and causing alignment regulating force in the liquid crystal. More preferably, the horizontal photo-alignment film is a photo-alignment film that has been photo-aligned by ultraviolet rays, visible light, or both.
  • the magnitude of the pretilt angle imparted to the liquid crystal molecules by the photo-alignment film can be adjusted by the type of light, the light irradiation time, the irradiation direction, the irradiation intensity, the type of photofunctional group, and the like.
  • the alignment is fixed by forming the polymer layer, it is not necessary to prevent ultraviolet rays or visible light from entering the liquid crystal layer after the manufacturing process, and the range of selection of the manufacturing process is expanded.
  • the pretilt angle is 0 °.
  • the photoactive material is preferably a photo-alignment film material.
  • the photo-alignment film material may be a single polymer or a mixture containing additional molecules as long as it has the aforementioned properties.
  • the polymer containing a functional group capable of photo-orientation may have a form in which a further low molecule such as an additive or a further polymer that is photoinactive is contained.
  • a material that causes a photodecomposition reaction, a photoisomerization reaction, or a photodimerization reaction is selected.
  • the photoisomerization reaction and the photodimerization reaction are generally excellent in mass productivity because they can be oriented with a long wavelength and a small irradiation dose.
  • Typical materials that cause photoisomerization and photodimerization are azobenzene derivatives, cinnamoyl derivatives, chalcone derivatives, cinnamate derivatives, coumarin derivatives, diarylethene derivatives, stilbene derivatives, and anthracene derivatives.
  • the photoisomerization type or photodimerization type material is preferably a cinnamate group or a derivative thereof.
  • the benzene ring contained in these functional groups may be a heterocyclic ring.
  • a typical material that causes a photodecomposition reaction is a material containing a cyclobutane skeleton in a repeating unit, and examples thereof include a polyimide containing a cyclobutane ring.
  • the horizontal light alignment film may be a horizontal light alignment film irradiated with ultraviolet rays from the outside of the liquid crystal cell.
  • these are preferably formed simultaneously using the same light. Thereby, a liquid crystal display panel with high manufacturing efficiency is obtained.
  • the polymer layer in the present invention is preferably formed by polymerizing a monomer added to the liquid crystal layer, in other words, the PS layer described above is preferable. Since the excitation energy is transferred from the alignment film to the monomer more efficiently in the horizontal alignment film than in the vertical alignment film when the horizontal light alignment film is irradiated with light, a more stable PS layer is formed in the present invention. Can be formed.
  • the PS layer usually controls the alignment of adjacent liquid crystal molecules.
  • the polymerizable functional group of the monomer is preferably at least one selected from the group consisting of an acrylate group, a methacrylate group, a vinyl group, a vinyloxy group, and an epoxy group. Among these, an acrylate group and / or a methacrylate group are more preferable.
  • Such a polymerizable functional group has a high radical generation probability and is effective for shortening the manufacturing tact time.
  • the monomer preferably has at least two polymerizable functional groups. This is because the greater the number of polymerizable functional groups, the higher the reaction efficiency. Furthermore, the preferable upper limit of the polymerizable functional group in the monomer is four. Thereby, molecular weight can be made small enough and a monomer can be made easy to melt
  • the polymer layer is preferably formed by photopolymerization or thermal polymerization.
  • photopolymerization is preferable, whereby the polymerization reaction can be easily started at room temperature.
  • the light used for photopolymerization is preferably ultraviolet light, visible light, or both.
  • the polymerization reaction for forming the PS layer is not particularly limited, and may be sequential polymerization in which a bifunctional monomer gradually increases in molecular weight while forming a new bond, and a small amount of catalyst ( A chain polymerization in which monomers are successively bonded to the active species generated from the initiator and chain-grown may be used.
  • a chain polymerization in which monomers are successively bonded to the active species generated from the initiator and chain-grown may be used.
  • Examples of the sequential polymerization include polycondensation and polyaddition.
  • Examples of the chain polymerization include radical polymerization, ionic polymerization (anionic polymerization, cationic polymerization, etc.) and the like.
  • the polymer layer can improve the alignment regulating force of the horizontal light alignment film subjected to the alignment treatment, and can reduce the occurrence of display burn-in.
  • a voltage higher than a threshold is applied to the liquid crystal layer and the monomer is polymerized in a state where the liquid crystal molecules are pretilted, the polymer layer is pretilt aligned with respect to the liquid crystal molecules. It will be formed in the form which has the structure to make.
  • the pair of substrates included in the liquid crystal display panel of the present invention is a substrate for sandwiching a liquid crystal layer.
  • an insulating substrate such as glass or resin is used as a base, and wiring, electrodes, color filters, etc. are formed on the insulating substrate. Formed.
  • the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer may be a mixture of a plurality of types of liquid crystal molecules.
  • the liquid crystal layer may be divided into a plurality of liquid crystals. It can be a mixture of molecules.
  • the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer are a mixture of a plurality of types, it is necessary that the liquid crystal molecules as a whole satisfy the above-described configuration relating to the elastic modulus of the present invention.
  • the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer may be either one having positive dielectric anisotropy (positive type) or one having negative dielectric anisotropy (negative type).
  • the alignment type of the liquid crystal layer is preferably a type in which a horizontal alignment film can be used. Nematic), STN (Super Twisted Nematic), FLC (Ferroelectrics Liquid Crystal), AFLC (Anti-Ferroelectrics Liquid Crystal), PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) or PNLC (Polymer Network Liquid Crystal) is there.
  • the IPS type, FFS type, FLC type, or AFLC type is more preferable, and the IPS type or FFS type is more preferable.
  • the alignment type is also suitable for a blue-phase type that does not require the formation of an alignment film.
  • the orientation type is also suitable for a form in which a multi-domain structure is formed on at least one of the pair of substrates in order to improve viewing angle characteristics.
  • the multi-domain structure is different in the alignment mode of liquid crystal molecules (for example, the bend direction in OCB and the twist direction in TN and STN) or the alignment direction when no voltage is applied, when voltage is applied, or both.
  • the present invention can be suitably applied to a display device having an excellent viewing angle, such as an IPS type or an FFS type.
  • Technology with a good viewing angle is required for uses such as medical monitors, electronic books, and smartphones.
  • the photo spacer is preferably provided regularly in a non-display area of the liquid crystal display panel, and the liquid crystal layer in at least a part of the area between the photo spacers is preferably thicker than the liquid crystal layer in the display area of the liquid crystal display panel.
  • at least one of the pair of substrates is provided with a groove in at least a partial region between the photo spacers.
  • the groove may be formed not only on the substrate on which the photospacer is formed, but also on the opposite substrate side.
  • the groove is an electrode formed on the side surface and the bottom surface of the groove, and is a contact hole for connecting the electrode existing in the upper layer of the interlayer insulating film in which the groove is formed and the electrode existing in the lower layer to the same potential. It is preferable.
  • the location where the contact holes between the adjacent photo spacers are arranged becomes a liquid crystal layer thicker than the active area, and the thread-like defects are located at the locations where the contact holes are arranged between the photo spacers (under the black matrix). ) To reduce thread-like defects generated in the display pixel.
  • the present invention further relates to a liquid crystal display panel comprising a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, wherein at least one of the pair of substrates is composed of a polymer layer and a horizontal layer in order from the liquid crystal layer side. It is also a liquid crystal display panel that has a photo-alignment film, is provided with a plurality of photo spacers, and is provided with a groove in at least a partial region between the photo spacers.
  • the other constituent members of the liquid crystal display panel of the present invention are the same as those of the liquid crystal display panel of the present invention described above, and preferred forms thereof are also preferred forms of the liquid crystal display panel of the present invention described above. It is the same.
  • the present invention is also a liquid crystal display device including the liquid crystal display panel of the present invention.
  • the preferred form of the liquid crystal display panel in the liquid crystal display device of the present invention is the same as the preferred form of the liquid crystal display panel of the present invention.
  • the liquid crystal display device of the present invention is an IPS liquid crystal display device.
  • the liquid crystal display device of this invention is a FFS type liquid crystal display device.
  • the IPS liquid crystal display device is usually a horizontal electric field liquid crystal display device in which two types of electrodes are provided on one of a pair of substrates so as to face each other when the substrate main surface is viewed in plan view.
  • the FFS type liquid crystal display device is generally a fringe in which one of a pair of substrates is provided with a planar electrode and a slit electrode disposed in a separate layer with the planar electrode and an insulating layer interposed therebetween.
  • This is an electric field type liquid crystal display device. Both liquid crystal display devices will be described in more detail in the embodiment.
  • the configuration of the liquid crystal display panel and the liquid crystal display device of the present invention is not particularly limited by other components as long as such components are formed as essential, and the liquid crystal display panel and the liquid crystal display are not limited. Other configurations normally used in the apparatus can be applied as appropriate.
  • the present invention it is possible to obtain a liquid crystal display panel and a liquid crystal display device that reduce thread-like defects generated in display pixels and have excellent display quality.
  • the present invention when the present invention is applied to an IPS type or FFS type liquid crystal display device having a photo-alignment film, it makes use of the characteristics of the photo-alignment film and has an excellent viewing angle, as well as thread defects. It is also possible to exhibit the effect of reducing.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a liquid crystal display panel according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a spacer of the liquid crystal display panel according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing an electrode having a slit according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing a counter substrate according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a cross-sectional schematic diagram which shows the spacer immediately before application
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the spacer after temporary firing in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing a lattice-like black matrix and a photo spacer in Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view taken along the line AB in FIG. 7. It is a cross-sectional schematic diagram when the photo-spacer diameter in this embodiment is changed.
  • 10 is a schematic plan view showing a grid-like black matrix, photo spacers, and grooves in Embodiment 9.
  • FIG. It is a cross-sectional schematic diagram along the CD line of FIG. 10 is a photograph showing a display unit of a liquid crystal display panel according to Embodiment 9.
  • FIG. 11 is a schematic plan view showing a grid-like black matrix, a photo spacer, and a contact hole in Embodiment 10.
  • a pixel may be a picture element (sub-pixel) unless otherwise specified.
  • a substrate on which the thin film transistor element is disposed is also referred to as a TFT substrate, and a color filter substrate is also referred to as a CF substrate.
  • the measurement of the thread-like defect was performed by observing all pixels of the manufactured panel using a polarizing microscope.
  • members and portions that exhibit the same function are denoted by the same reference numerals except that the hundreds are changed.
  • “above” and “below” in the present specification include the numerical values. That is, “more than” means less (the value and more than the value).
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the liquid crystal display panel according to the first embodiment.
  • the liquid crystal display panel of Embodiment 1 includes a TFT substrate (array substrate) 10 and a liquid crystal layer 30 sandwiched between a pair of substrates made of a counter substrate (CF substrate) 20.
  • the TFT substrate 10 has an insulating transparent substrate 15 made of glass or the like.
  • it has the electrode 12 which has a slit in an upper layer, and has the lower layer electrode 14 in a lower layer. Between the electrode 12 having a slit and the lower layer electrode 14 is an insulating layer 13.
  • the electrode 12 having the upper layer slit is a signal electrode
  • the lower layer electrode 14 is a common electrode.
  • the upper electrode may be, for example, a pair of comb electrodes instead of the electrodes having slits.
  • the counter substrate 20 includes an insulating transparent substrate 25 made of glass or the like, a color filter (not shown) formed on the transparent substrate 25, and a black matrix (not shown). Furthermore, you may provide a common electrode etc. as needed.
  • electrodes slit electrode 12 and planar electrode 14
  • electrodes are formed only on the TFT substrate 10 as shown in FIG. It is also possible to apply to the mode. In that case, electrodes are formed on both the TFT substrate 10 and the counter substrate 20 as necessary.
  • the TFT substrate 10 includes an alignment film (horizontal light alignment film) 16, and the counter substrate 20 also includes an alignment film (horizontal light alignment film) 26 d.
  • the alignment films 16 and 26d are films mainly composed of polyimide, polyamide, polyvinyl, polysiloxane, and the like, and the liquid crystal molecules can be aligned in a certain direction by forming the alignment film.
  • the horizontal photo-alignment film preferably includes a functional group capable of photoreaction or photodimerization photoreaction. More preferably, it contains a functional group that undergoes photoisomerization. Examples of the functional group that undergoes photoisomerization include a cinnamate group, an azo group, a chalcone group, and a stilbene group. It is particularly preferred to include a group.
  • the film thickness of the alignment film 16 included in the TFT substrate 10 is 75 nm in the active area.
  • the thickness of the alignment film 26d provided in the counter substrate 20 is 85 nm in the active area. As described above, by increasing the thickness of the alignment film 26d included in the counter substrate 20, a region where the photo spacer 29 is exposed is reduced as described later, and the thread-like defect can be destabilized.
  • the diameter of the photo spacer 29 formed on the counter substrate 20 side is 12 ⁇ m at the bottom (bottom surface).
  • a polymerizable monomer is present in the liquid crystal layer 30 before the PS polymerization step. Then, the polymerizable monomer starts to be polymerized by the PS polymerization process, and as shown in FIG. 1, the PS layers 17 and 27 are formed on the alignment films 16 and 26d, and the alignment regulating force of the alignment films 16 and 26 is improved. Let As shown in FIG. 1, generally, the alignment film 16 is hardly attached around the photo spacer.
  • a liquid crystal composition containing a liquid crystal material and a polymerizable monomer is injected between the TFT substrate 10 and the counter substrate 20, and a certain amount of light is irradiated or heated on the liquid crystal layer 30. It can be formed by polymerizing a polymerizable monomer.
  • the PS layers 17 and 27 having a shape along the initial alignment of the liquid crystal molecules are obtained by polymerizing the liquid crystal layer 30 with no voltage applied or with a voltage less than the threshold applied.
  • PS layers 17 and 27 with higher alignment stability can be obtained.
  • the liquid crystal display panel according to Embodiment 1 is configured by laminating a TFT substrate 10, a liquid crystal layer 30, and a counter substrate 20 in this order from the back side of the liquid crystal display device toward the observation surface side.
  • Linear polarizing plates 18 and 28 are provided on the back side of the TFT substrate 10 and the observation surface side of the counter substrate 20.
  • a retardation plate may be further arranged to form a circularly polarizing plate.
  • the liquid crystal display panel according to the first embodiment may be in the form of a color filter on array provided on the TFT substrate 10 instead of providing the color filter on the counter substrate. Further, the liquid crystal display panel according to Embodiment 1 may be a monochrome display or a field sequential color system, and in that case, a color filter need not be arranged.
  • the liquid crystal layer 30 is filled with a liquid crystal material having a characteristic of being oriented in a specific direction when a constant voltage is applied.
  • the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 30 is controlled by applying a voltage higher than a threshold value.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the spacer of the liquid crystal display panel according to the first embodiment. Since the photo spacer 29 has a tapered shape (tapered shape), when the thickness of the alignment film 26d such as polyimide is increased when the main surface of the substrate is viewed in plan, the exposed region of the photo spacer 29 is reduced. Thereby, thread-like defects can be destabilized and reduced.
  • FIG. 3 is a schematic plan view illustrating an electrode having a slit according to the first embodiment.
  • the slit portions of the electrode 12 having slits are formed such that the linear portions of the electrodes are stretched substantially parallel to each other and are linearly formed.
  • the polarization direction of the irradiated ultraviolet light is inclined by 10 ° from the longitudinal direction of the electrode.
  • the double-headed arrow in FIG. 3 indicates the irradiation polarization direction (when using negative liquid crystal molecules). Since the pixel according to Embodiment 1 has two domains, the slit is bent as shown in FIG.
  • ITO IndiumxTin Oxide
  • IZO Indium Zinc Oxide
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing the counter substrate (CF substrate) according to the first embodiment.
  • the spacer 29 is arranged on a lattice point of a BM (Black Matrix) on the lattice. Such a spacer 29 cannot be observed with transmitted light (FIG. 4 was observed with reflected light).
  • An IGZO-TFT substrate having an FFS structure of 10 inches in size and a color filter as a counter substrate were prepared, and a polyvinyl cinnamate solution was applied to each substrate by spin coating.
  • the IGZO-TFT substrate refers to a thin film transistor array substrate using indium gallium zinc composite oxide as a semiconductor.
  • a polyvinyl cinnamate solution was prepared by dissolving 3% by weight of polyvinyl cinnamate in a solvent obtained by mixing equal amounts of N-methyl-2-pyrrolidone and ethylene glycol monobutyl ether. After spin coating, the film was temporarily dried at 100 ° C. for 1 minute, and the alignment film was baked at 215 ° C. for 40 minutes while purging with nitrogen.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a spacer immediately after application of polyimide in the first embodiment and before temporary firing.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the spacer after preliminary firing in the first embodiment.
  • an alignment film such as polyimide tends to remain on the taper (tapered part) of the photospacer by raising the temporary baking temperature. Thereby, the area of the exposed region of the photo spacer is reduced, and the thread-like defect can be destabilized.
  • the film thickness of the alignment film on the transparent electrode which is the uppermost layer on the TFT side, is 75 nm in the active area.
  • the alignment film thickness on the CF side is 85 nm in the active area.
  • the diameter of the photo spacer formed on the CF side is 12 ⁇ m at the bottom (bottom surface).
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing the grid-like black matrix BM and the photo spacer 229 in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view taken along the line AB of FIG.
  • On the black matrix BM is a planarization film 222 and the like, and on the planarization film 222 and the like is an alignment film 226d such as polyimide.
  • Bottom diameter of the PS is the diameter on the opposite side of the liquid crystal layer of the alignment layer 226d, represented by d B.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view when the photo spacer diameter at the bottom in the present embodiment is changed.
  • FIG. 9 shows a photo spacer 229W having a large photo spacer diameter d BW and a photo spacer 229N having a small photo spacer diameter d BN .
  • photo spacer diameter d BN is less photo-spacers 229N, so that the PS exposed areas is reduced.
  • the inclination of the side surface of the photo spacer is usually about 40 ° to 50 °, although it is difficult to control the taper in actual manufacturing and it depends on the material.
  • thermosetting seal (HC1413FP: manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was printed on the TFT substrate using a screen plate.
  • the height of the photo spacer is set so that the thickness of the liquid crystal layer in the active area is 3.5 ⁇ m.
  • the two types of substrates were bonded so that the polarization directions of the irradiated ultraviolet rays were matched between the substrates.
  • the bonded substrate was heated at 130 ° C. for 60 minutes in a furnace purged with nitrogen while being pressurized at 0.5 kgf / cm 2 to cure the seal.
  • Liquid crystal was injected under vacuum into the panel produced by the above method.
  • 5% by weight of liquid crystal molecule trans-4-propyl-4′-vinyl-1,1′-bicyclohexane is added to 100% by weight of MLC-6610 (manufactured by Merck & Co., Inc.) as a liquid crystal, and further polymerizable.
  • the additive used was 1% by weight of biphenyl-4,4′-diyl bis (2-methyl acrylate).
  • the inlet of the cell into which the liquid crystal was injected was sealed with an epoxy adhesive (Araldite AR-S30; manufactured by Nichiban Co.).
  • the electrodes were short-circuited so that the liquid crystal alignment was not disturbed by the external field, and the surface of the glass was subjected to charge removal.
  • the liquid crystal orientation is turned off, and the panel is heated at 130 ° C for 40 minutes to reorient the liquid crystal in an isotropic phase to reproduce the seal hardening in the ODF (One Drop Drop Fill) process during mass production. Went.
  • ODF One Drop Drop Fill
  • an FFS liquid crystal panel uniaxially aligned in a direction perpendicular to the polarization direction of the ultraviolet rays irradiated to the alignment film was obtained. All of the above was performed under a yellow fluorescent lamp so that the ultraviolet light from the fluorescent lamp was not exposed to the liquid crystal panel.
  • the liquid crystal display device including the liquid crystal display panel of Embodiment 1 described above can further include a member (for example, a light source such as a backlight) provided in a normal liquid crystal display device as appropriate.
  • a member for example, a light source such as a backlight
  • the liquid crystal display device of Embodiment 1 can be suitably used for TV panels, digital signage, medical monitors, electronic books, PC monitors, portable terminal panels, and the like. The same applies to a liquid crystal display panel according to an embodiment to be described later.
  • the liquid crystal display device may be any of a transmission type, a reflection type, and a reflection / transmission type.
  • the liquid crystal display device of Embodiment 1 includes a backlight.
  • the backlight is disposed on the back side of the liquid crystal cell, and is disposed such that light is transmitted through the TFT substrate 10, the liquid crystal layer 30, and the counter substrate 20 in this order.
  • the TFT substrate 10 includes a reflection plate for reflecting external light. Further, at least in a region where reflected light is used as a display, the polarizing plate of the counter substrate 20 needs to be a circularly polarizing plate.
  • the liquid crystal display device is disassembled, and the recovered liquid crystal is sealed in a cell, and the elastic constant can be measured with EC-1 type manufactured by Toyo Technica.
  • the measurement temperature is 20 ° C.
  • horizontal photo-alignment is achieved by performing chemical analysis using gas chromatography mass spectrometry (GC-MS: Gas-Chromatograph-Mass- Spectrometry), time-of-flight mass spectrometry (TOF-SIMS), etc. Analysis of membrane components, analysis of polymer layer components, and the like can be performed.
  • the cross-sectional shape of the liquid crystal cell including the alignment film and the PS layer can be confirmed by microscopic observation such as STEM (Scanning Transmission Electron Microscope) and SEM (Scanning Electron Microscope). it can.
  • Embodiment 2 The second embodiment is the same as the first embodiment except that the thickness of the alignment film on the CF substrate side is 50 nm in the active area. Other than that, four liquid crystal display panels were produced in the same manner as in the first embodiment, but there were two panels in which thread-like defects occurred.
  • Embodiment 3 is the same as the first embodiment except that the film thickness of the alignment film on the CF substrate side is 125 nm in the active area. Other than that, four liquid crystal display panels were produced in the same manner as in the first embodiment. However, the number of panels in which thread defects were generated was zero.
  • Embodiment 4 is the same as the first embodiment except that the alignment film baking temperature is changed from 215 ° C. to 200 ° C. Other than that, four liquid crystal display panels were produced in the same manner as in the first embodiment, but there were two panels in which thread-like defects occurred.
  • Embodiment 5 is the same as the first embodiment except that the alignment film temporary drying temperature is changed from 100 ° C. to 80 ° C. Other than that, four liquid crystal display panels were produced in the same manner as in the first embodiment, but there were two panels in which thread-like defects occurred.
  • Embodiment 6 is the same as the first embodiment except that the diameter of the photo spacer formed on the CF substrate side is 12 ⁇ m to 14 ⁇ m at the bottom (bottom surface). Other than that, eight liquid crystal display panels were produced by the same method as in the first embodiment, but there were four panels in which thread-like defects occurred.
  • Embodiment 7 The seventh embodiment is the same as the first embodiment except that the diameter of the photo spacer formed on the CF substrate side is 12 ⁇ m to 17 ⁇ m at the bottom (bottom surface). Other than that, eight liquid crystal display panels were produced in the same manner as in the first embodiment, but there were five panels in which thread-like defects occurred.
  • Embodiment 8 is the same as the first embodiment except that the diameter of the photo spacer formed on the CF substrate side is 12 ⁇ m to 9 ⁇ m at the bottom (bottom surface). Other than that, eight liquid crystal display panels were produced in the same manner as in the first embodiment, but only one panel in which thread-like defects occurred.
  • the film thickness of the alignment film on the photo spacer formation side substrate is preferably 125 nm or more (Embodiments 1 to 3), and (2) the baking temperature of the alignment film is increased to 215 ° C. or more. Preferable (it is considered that the alignment regulating force is increased) (Embodiments 1 and 4), (3) It is preferable to raise the temporary drying temperature of the alignment film to 100 ° C. or more (alignment is achieved by instantaneously removing the solvent). The film is prevented from flowing out of the photo spacer. (Embodiments 1 and 5), (4) It is particularly preferable that the diameter of the photo spacer is 12 ⁇ m or less (the non-oriented region is reduced and the disclination is hardly generated). (Embodiment 1, 6 to 8).
  • the film thickness of the alignment film on the photo spacer formation side substrate is 50 nm or more, preferably 85 nm or more, and more preferably 125 nm or more. As a result, the effects of the present invention can be exhibited more remarkably, the voltage holding ratio can be improved, the occurrence of alignment film defects can be suppressed, and the yield can be improved.
  • the film thickness of the alignment film on the photo spacer formation side substrate is preferably 200 nm or less. As a result, unevenness in the alignment film application (including both printing and ink jet application) can be sufficiently reduced. Moreover, residual DC image sticking can be sufficiently prevented.
  • Embodiment 9 solves the problem that thread-like defects start to appear in the active area (display area that is not shielded from light).
  • the problem was solved by confining the disclination under the BM to reduce the thread-like defects generated in the display pixel and finding that a groove is formed between the photo spacer and the photo spacer. .
  • the configuration of the above-described embodiment and the configuration in which a groove is formed between the photospacer and the photospacer, it is possible to remarkably reduce the reduction of thread defects generated in the display pixel. Even if the thickness of the alignment film is not 50 nm or more, if the groove is formed between the photo spacers and the photo spacers, the effect of reducing the thread defects can be exhibited.
  • a liquid crystal display panel having a thickness of 2.5 ⁇ m between the photo spacer and the photo spacer (between the photo spacer along the gate wiring and the photo spacer) is 2.5 ⁇ m.
  • the thread defect (disclination) starts to appear in the active area. This is considered to be because the elastic deformation energy density is smaller as the liquid crystal layer is thicker, where the thread-like defect is the alignment deformation of the liquid crystal. Based on this hypothesis, the thread-like defect is stabilized at a thick portion of the liquid crystal layer. Therefore, a groove may be formed between the photo spacer and the photo spacer.
  • FIG. 10 is a schematic plan view showing a grid-like black matrix, photo spacers, and grooves in the ninth embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view taken along line CD in FIG.
  • a groove may be formed in the interlayer insulating film (JAS) of the TFT substrate, or a groove may be formed in the planarizing film (OC) on the CF side.
  • COS interlayer insulating film
  • OC planarizing film
  • 10 and 11 show the case where a groove having a depth of 2 ⁇ m is formed in the planarization film 322 between the photo spacers along the gate bus line. At this time, the thickness of the liquid crystal layer in the groove portion is 3.5 ⁇ m.
  • Other configurations in the ninth embodiment are the same as those in the first embodiment.
  • FIG. 12 is a photograph showing a display unit of a liquid crystal display panel according to Embodiment 9, in which a liquid crystal cell is made of a color filter (CF) having a flattened film with a groove having a depth of 2 ⁇ m and a raw glass, and reflected polarized light. It is a photograph taken with a microscope. Since the disclination 334 extends between the photospacer and the photospacer and the disclination 334 is present under the BM, no disclination is observed in the transmitted light.
  • a groove is provided between the photo spacers along the gate bus line. However, a groove may be provided between the photo spacers along the source bus line.
  • FIG. 13 is a schematic plan view showing a grid-like black matrix, photo spacers, and contact holes in the tenth embodiment.
  • a contact hole (on the IGZO-TFT substrate side) is formed between the photo spacers 429a and 429b along the gate bus line G and between the photo spacers 429c and 429d along the gate bus line G.
  • CH was formed.
  • CH is a kind of groove in the present specification, and electrodes are formed on the side surface and the bottom surface, and the upper layer electrode and the lower layer electrode are connected to the same potential. Is to do.
  • the depth of CH is 2 ⁇ m.
  • the liquid crystal layer thickness of the CH part is 4.0 ⁇ m, and the thickness of the alignment film of the CH part is 500 nm, with respect to the active area liquid crystal layer thickness of 3.5 ⁇ m.
  • CH is provided between the photo spacers along the gate bus line G.
  • CH may be provided between the photo spacers along the source bus line S.
  • the photo spacer diameter is 14 ⁇ m
  • the pixel pitch in the gate direction is 30 ⁇ m
  • the contact hole diameter is 8 ⁇ m.
  • the gate direction pixel pitch is 40 ⁇ m or less in that the effects of the present invention can be remarkably exhibited.
  • the contact hole diameter is preferably 3 to 10 ⁇ m.
  • Other configurations in the tenth embodiment are the same as those in the first embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a liquid crystal display panel according to a modification of the present embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic plan view showing a pair of comb electrodes according to a modification of the present embodiment.
  • a modification of the present embodiment relates to an IPS liquid crystal display panel.
  • a TFT substrate (array substrate) 510 includes an insulating transparent substrate 515 made of glass or the like, and further includes a signal electrode 511 (signal electrode) and a common electrode 512 formed on the transparent substrate 515.
  • Various wirings, TFTs, etc. are provided.
  • a pair of comb electrodes 513 are formed only on the TFT substrate 510 as shown in FIG. .
  • the pair of comb electrodes 513 are formed by extending the signal electrode 511 and the common electrode 512 substantially in parallel with each other and bending each other. Thereby, since the electric field vector at the time of electric field application is substantially orthogonal to the length direction of the electrode, a multi-domain structure is formed, and good viewing angle characteristics can be obtained.
  • the double-headed arrow in FIG. 15 indicates the irradiation polarization direction (in the case where negative liquid crystal molecules are used), as described above with reference to FIG.
  • the liquid crystal display panel having such an IPS structure can also exhibit the advantageous effects of the present invention.
  • the present invention can also be applied to other liquid crystal display panels such as an FLC structure and an AFLC structure.
  • PS-FFS mode PSF-processed FFS mode liquid crystal display device of the first to ninth embodiments described above
  • PS-IPS mode PS-processed IPS mode liquid crystal of the modification of the present embodiment
  • the rubbing causes a pretilt in the liquid crystal, whereas the photo-alignment does not cause the pretilt and the viewing angle characteristics are favorable, which is more preferable.
  • the horizontal photo-alignment film is the above-described horizontal alignment film and photo-alignment film.
  • PS Polymer Sustained
  • the horizontal light alignment film has a weak alignment regulating force, which causes a thread defect.
  • the present inventors have successfully solved this problem by selecting an appropriate orientation direction of the liquid crystal. It can also be said that the present invention also provides a very simple way to realize photo-alignment IPS.
  • a usage application for example, a liquid crystal TV
  • visible light should be avoided as much as possible as light used for the alignment treatment of the photo-alignment film.
  • the PS layer covers the surface of the alignment film by performing the PS treatment and the alignment is fixed, there is an advantage that a material having a visible wavelength region in the sensitivity wavelength may be used as the material of the photo-alignment film. is there.
  • the burn-in is improved, the PS irradiation amount (time) can be reduced.
  • throughput is increased by reducing the irradiation amount (time).
  • the irradiation device can be made smaller, the investment amount can be reduced.
  • the linearly polarized ultraviolet irradiation in the photo-alignment process of the above-described embodiment is performed before the pair of substrates are bonded together, and after the pair of substrates are bonded, the photo-alignment process is performed from outside the liquid crystal cell. Also good.
  • the photo-alignment treatment may be performed before or after the liquid crystal is injected.
  • the photo-alignment process and the PS process can be performed at the same time, and there is an advantage that the process can be shortened.
  • the polymer layer in the present embodiment may be formed by polymerizing a monomer that is polymerized by irradiation with visible light.
  • the monomer used for polymer layer formation of this invention can be confirmed by confirming the molecular structure of the monomer unit in the polymer layer of this invention.
  • the polymer layer is preferably formed by polymerizing a monomer that is polymerized by light irradiation.
  • the polymer layer is more preferably formed by polymerizing a monomer that is polymerized by irradiation with ultraviolet light.
  • the suitable monomer in this invention is explained in full detail.
  • the polymer layer is preferably formed by polymerization of a monomer having a monofunctional or polyfunctional polymerizable group having one or more ring structures.
  • a monomer having a monofunctional or polyfunctional polymerizable group having one or more ring structures examples include the following chemical formula (1);
  • R 1 represents —R 2 —Sp 1 —P 1 group, hydrogen atom, halogen atom, —CN group, —NO 2 group, —NCO group, —NCS group, —OCN group, —SCN group, —SF 5 group, or a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms
  • P 1 represents a polymerizable group
  • Sp 1 is a linear group having 1 to 6 carbon atoms, branched or cyclic alkylene group or alkyleneoxy group, or a hydrogen atom
  • R 1 has to represent a direct bond
  • -CH 2 may .
  • R 1 be substituted by a fluorine atom or a chlorine atom has - group
  • the —CH 2 — groups of A 1 and A 2 may be substituted with —O— groups or —S— groups as long as they are not adjacent to each other.
  • a hydrogen atom of A 1 and A 2 is substituted with a fluorine atom, a chlorine atom, a —CN group, or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group, an alkylcarbonyl group, an alkoxycarbonyl group, or an alkylcarbonyloxy group. It may be.
  • Z is the same or different and represents an —O— group, —S— group, —NH— group, —CO— group, —COO— group, —OCO— group, —O—COO— group, —OCH 2 — group.
  • m is 0, 1 or 2.
  • P 1 is the same or different and represents a polymerizable group.
  • Examples of P 1 include an acryloyloxy group, a methacryloyloxy group, a vinyl group, a vinyloxy group, an acryloylamino group, and a methacryloylamino group.
  • the hydrogen atom of the benzene ring and the condensed ring in the compounds represented by the chemical formulas (2-1) to (2-5) is a halogen atom, or a partial alkyl group or alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms.
  • the hydrogen atom of the alkyl group or alkoxy group may be partially or completely substituted with a halogen atom.
  • the bonding position of P 1 to the benzene ring and condensed ring is not limited thereto.
  • the polymer layer in this embodiment may be formed by polymerizing a monomer that is polymerized by irradiation with visible light.
  • the monomer that is polymerized by irradiation with visible light may be a monomer that polymerizes another monomer.
  • the wavelength range of reaction differs from the monomer that polymerizes the other monomers, but, for example, polymerization of other monomers that undergo a chemical reaction upon irradiation with visible light and cannot be polymerized alone by irradiation with visible light Initiates and promotes self and also polymerizes itself.
  • Many monomers that are not polymerized by light irradiation such as existing visible light can be used as the material of the polymer layer by the monomer for polymerizing the other monomer.
  • the monomer for polymerizing the other monomer include monomers having a structure that generates radicals by irradiation with visible light.
  • Examples of the monomer for polymerizing the other monomer include, for example, the following chemical formula (3);
  • a 3 and A 4 are the same or different and each represents a benzene ring, a biphenyl ring, or a linear or branched alkyl group or alkenyl group having 1 to 12 carbon atoms.
  • a 3 and A 4 At least one of 4 includes a —Sp 2 —P 2 group, and the hydrogen atoms of A 3 and A 4 include a —Sp 2 —P 2 group, a halogen atom, a —CN group, a —NO 2 group, and a —NCO group.
  • a 3 and two adjacent hydrogen atoms a 4 has the number 1 to 12 linear or branched optionally .
  • Alkylene group, alkenylene group or a hydrogen atom of the aralkyl group is an alkyl group -Sp 2 may be substituted with -P 2 group .
  • a 3 and A 4 an alkenyl group, an alkylene group, an alkenylene
  • Y represents a —CH 2 — group, —CH 2 CH 2 — group, —CH ⁇ CH— group, —O— group, —S— group, —NH— group. , -N (CH 3) - group, -N (C 2 H 5) - group, -N (C 3 H 7) - group, -N (C 4 H 9) - group, -OCH 2 - group, CH 2 O- group, -SCH 2 - group, -CH 2 S- group, or a direct bond. ).
  • R 3 and R 4 are the same or different and represent a —Sp 2 —P 2 group, a hydrogen atom, a halogen atom, a —CN group, a —NO 2 group, a —NCO group, a —NCS group, a —OCN group; , -SCN group, -SF 5 group, or a linear or branched alkyl group, aralkyl group or phenyl group having 1 to 12 carbon atoms, at least one of R 3 and R 4 is -Sp 2 -P 2 group is included, P 2 represents a polymerizable group, Sp 2 represents a linear, branched or cyclic alkylene group or alkyleneoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or a direct bond When at least one of R 3 and R 4 is a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an aralkyl group, or a phenyl group, a hydrogen atom that
  • Examples of P 2 include an acryloyloxy group, a methacryloyloxy group, a vinyl group, a vinyloxy group, an acryloylamino group, and a methacryloylamino group.
  • the hydrogen atom of the benzene ring in the compounds represented by the chemical formulas (4-1) to (4-8) is partially or partially a halogen atom or an alkyl group or alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms. All may be substituted, and the hydrogen atom of the alkyl group or alkoxy group may be partially or completely substituted with a halogen atom.
  • the bonding position of R 3 and R 4 to the benzene ring is not limited thereto.
  • Monomers forming the polymer layer for example, compounds represented by chemical formulas (2-1) to (2-5) and compounds represented by chemical formulas (4-1) to (4-8)) It is preferable to have two or more polymerizable groups. For example, those having two polymerizable groups are preferred.
  • the above-described monomer may be added to the liquid crystal without using a conventional polymerization initiator.
  • the polymerization initiator which can become an impurity does not remain in the liquid crystal layer, and the electrical characteristics can be remarkably improved. That is, when the monomer is polymerized, the monomer polymerization initiator can be substantially absent in the liquid crystal layer.
  • a biphenyl-based bifunctional methacrylate monomer represented by the following chemical formula (5) may be used.
  • a methacrylate group exists, it contributes also to self-forming a polymer by radical polymerization reaction.
  • the monomer those that are soluble in liquid crystal are desirable, and rod-like molecules are desirable.
  • the biphenyl type, naphthalene type, phenanthrene type, and anthracene type are also conceivable.
  • Some or all of these hydrogen atoms may be substituted with a halogen atom, an alkyl group, or an alkoxy group (the hydrogen atom may be partially or entirely substituted with a halogen atom).
  • an acryloyloxy group in addition to the methacryloyloxy group, an acryloyloxy group, a vinyloxy group, an acryloylamino group, and a methacryloylamino group are also conceivable.
  • radicals can be generated with light having a wavelength in the range of about 300 to 380 nm.
  • monomers such as acrylates and diacrylates that do not have a photopolymerization initiation function may be mixed, whereby the photopolymerization reaction rate can be adjusted.
  • the irradiation of the PS process is made visible light, thereby suppressing damage to the liquid crystal and the photo-alignment film.
  • Other monomers that can be used include benzoin ether, acetophenone, benzyl catal, and ketone that generate radicals by photocleavage or hydrogen abstraction.
  • the polymerizable groups need to be given a polymerizable group, and examples thereof include acryloyloxy groups, vinyloxy groups, acryloylamino groups, and methacryloylamino groups. It is done.
  • polyimide having cyclobutane in the skeleton may be used as the polymer main chain of the alignment film material.
  • the liquid crystal layer contains liquid crystal molecules including multiple bonds other than a conjugated double bond of a benzene ring in the molecular structure.
  • the liquid crystal molecules may be either one having a positive dielectric anisotropy (positive type) or one having a negative dielectric anisotropy (negative type).
  • the liquid crystal molecules are preferably nematic liquid crystal molecules having high symmetry in the liquid crystal layer.
  • the multiple bond does not include a conjugated double bond of a benzene ring. This is because the benzene ring is poor in reactivity.
  • the liquid crystal molecule may have a conjugated double bond of the benzene ring as long as it has a multiple bond other than the conjugated double bond of the benzene ring, and this bond is specifically excluded. is not.
  • the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer may be a mixture of a plurality of types.
  • the liquid crystal material may be a mixture of a plurality of liquid crystal molecules. It is possible.
  • the multiple bond is preferably a double bond, and is preferably contained in an ester group or an alkenyl group.
  • a double bond is contained in the alkenyl group.
  • the double bond is more reactive than the triple bond.
  • the multiple bond may be a triple bond.
  • the triple bond is preferably contained in a cyano group.
  • the liquid crystal molecules preferably have two or more types of the multiple bonds.
  • the liquid crystal molecules preferably include at least one molecular structure selected from the group consisting of the following formulas (8-1) to (8-6). Particularly preferred is a molecular structure comprising the following formula (8-4).
  • Embodiment 11 In the eleventh embodiment, a cell was completed in the same manner as in the ninth embodiment except for the alignment film material and the alignment treatment conditions described later.
  • a polyimide solution having a cyclobutane skeleton was used as the alignment film material.
  • the alignment film material was applied to the substrate and dried in the same manner as in the first embodiment.
  • the surface of each substrate was irradiated with polarized ultraviolet rays as an alignment treatment from the normal direction of each substrate so as to be 500 mJ / cm 2 at a wavelength of 254 nm. Thereby, the alignment film material applied on the substrate undergoes a photodecomposition reaction, and a horizontal alignment film is formed.
  • this panel was observed in the reflection mode of a polarizing microscope, the disclination was aligned between the photo spacer and the photo spacer as in the ninth embodiment, and there was disclination under the BM. Nation is not observed.
  • Electrode having slit 13 Insulating layer 14: Lower layer electrode 13, 513: A pair of comb-tooth electrodes 15, 25, 125, 515, 525: Glass substrate (transparent substrate) 16d, 26d, 126d, 226d, 516d, 526d: alignment film (horizontal light alignment film) 17, 27, 517, 527: PS layer (polymer layer) 18, 28, 518, 528: linearly polarizing plate 20, 520: counter substrate (CF substrate) 29, 129, 229, 229N, 229W, 329, 429a, 429b, 429c, 429d, 629: photo spacer 30, 530: liquid crystal layer 32, 132, 532: liquid crystal alignment direction 322: planarization film 323: groove 334: disk Line 511: Signal electrode 512: Common electrode 634: Thread defect R: Red pixel G: Green pixel B: Blue pixel BM: Black matrix CH: Contact hole GB: Gate bus line SB:

Abstract

本発明は、表示画素内において発生する糸状欠陥を低減し、表示品位に優れる液晶表示パネル及び液晶表示装置を提供する。本発明の液晶表示パネルは、一対の基板、及び、該一対の基板間に挟持される液晶層を備える液晶表示パネルであって、上記一対の基板の少なくとも一方は、光配向膜を有し、上記光配向膜は、基板主面に対して液晶分子を水平配向させるものであり、上記光配向膜の膜厚は、５０ｎｍ以上である液晶表示パネルである。

Description

液晶表示パネル及び液晶表示装置
本発明は、液晶表示パネル及び液晶表示装置に関する。より詳しくは、水平光配向膜上に特性改善のためのポリマー層が形成された液晶表示パネル及び液晶表示装置に関するものである。
液晶表示装置は、薄型、軽量及び低消費電力といった特長を活かし、モバイル用途やモニター、大型テレビ等の幅広い分野で用いられている。これらの分野において種々の性能が要求され、様々な表示方式（モード）が開発されている。その基本構成・基本原理は、液晶層を狭持する一対の基板を備え、液晶層側の基板上に設けられた電極に対して電圧を適宜印加し、液晶層に含まれる液晶分子の配向方向を制御することによって光の透過／遮断（表示のオン／オフ）を制御し、液晶表示を可能とするものである。
近年の液晶表示装置の表示方式としては、負の誘電率異方性を有する液晶分子を基板面に対して垂直配向させた垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードや、正又は負の誘電率異方性を有する液晶分子を基板面に対して水平配向させて液晶層に対し横電界を印加する面内スイッチング（ＩＰＳ：In-Plane Switching）モード及び縞状電界スイッチング（ＦＦＳ：Fringe Field Switching）等が挙げられる。
ここで、高輝度かつ高速応答可能な液晶表示装置を得る方法として、ポリマーを用いた配向安定化（以下、ＰＳ（Polymer Sustained）化ともいう。）を用いることが提案されている（例えば、特許文献１～９参照。）。このうち、ポリマーを用いたプレチルト角付与技術（以下、ＰＳＡ（Polymer Sustained Alignment）技術ともいう。）では、重合性を有するモノマー、オリゴマー等の重合性成分を混合した液晶組成物を基板間に封入し、基板間に電圧を印加して液晶分子をチルト（傾斜）させた状態でモノマーを重合させ、ポリマーを形成する。これにより、電圧印加を取り除いた後であっても、所定のプレチルト角でチルトする液晶分子が得られ、液晶分子の配向方位を一定方向に規定することができる。ポリマーを形成するモノマーとしては、熱、光（紫外線）等で重合する材料が選択される。
また例えば、一方の基板に光配向処理及びＰＳ化処理をおこない、他方の基板にラビング処理をおこなった液晶表示デバイスにおいて、液晶中の、ＰＳ化処理に用いるモノマー濃度に対するヒステリシス等の影響を調べた文献が開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。
特許第４１７５８２６号明細書 特許第４２３７９７７号明細書 特開２００５－１８１５８２号公報 特開２００４－２８６９８４号公報 特開２００９－１０２６３９号公報 特開２００９－１３２７１８号公報 特開２０１０－３３０９３号公報 米国特許第６１７７９７２号明細書 特開２００３－１７７４１８号公報
ナガタケ（Ｙ．Ｎａｇａｔａｋｅ）、他１名、「Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ＥＯ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　Ｐｈｏｔｏ－Ａｌｉｇｎｅｄ　ＩＰＳ－ＬＣＤｓ　ｗｉｔｈ　Ｐｏｌｙｍｅｒ－Ｓｕｒｆａｃｅ－Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　Ｍｅｔｈｏｄ」、ＩＤＷ’１０、インターナショナル　ディスプレイ　ワークショップス（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ）、２０１０年、ｐ．８９－９２
本発明者らは、配向膜にラビング処理を施さなくても電圧印加時の液晶配向方位を複数方位に制御可能とし、優れた視角特性を得ることができる光配向技術の研究を行っている。光配向技術は、配向膜の材料として光に活性の材料を用い、形成した膜に対して紫外線等の光線を照射することによって、配向膜に配向規制力を生じさせる技術である。光配向技術によれば、配向処理を膜面に対して非接触で行うことができるので、配向処理中における汚れ、ごみ等の発生を抑制することができる。また、ラビング処理と異なり大型のサイズのパネルにも好適に適用することができ、更に、製造歩留まりも優れたものとすることができる。
現在の光配向技術は、主にＶＡモード等の垂直配向膜を用いるタイプのＴＶの量産用として導入されており、ＩＰＳモード等の水平配向膜を用いるタイプのＴＶの量産用には未だ導入されていない。その理由は、水平配向膜を用いることにより、液晶表示に焼き付きが大きく発生するためである。焼き付きとは、液晶セルに対して同じ電圧を一定時間印加し続けたときに、電圧を印加し続けた部分と電圧を印加していない部分とで、明るさが違って見える現象である。
光配向膜の弱アンカリングに起因する焼き付きの発生の低減にはＰＳ化による安定したポリマー層の形成が好適であることを本発明者らは見出しており、そのためには、ＰＳ化のための重合反応の促進が重要である。更に、特願２０１１－０８４７５５号において詳述したように、特定の液晶成分とＰＳ化工程との組み合わせが好適である。これにより、ポリマー層の形成速度（液晶層内の重合性モノマーがラジカル重合等の連鎖重合を開始し、配向膜の液晶層側の表面上に堆積してポリマー層が形成される速度）を向上させて安定した配向規制力をもつポリマー層（ＰＳ層）を形成することができる。また、焼き付きの低減効果は、配向膜が水平配向膜である場合に、重合反応及びポリマー層の形成速度を向上することができる結果、特に優れたものとなる。
ここで、例えば水平光配向膜を使用したＩＰＳモード、ＦＦＳモード等の横電界配向モードにおいて焼き付きを防ぐために、ＰＳ化処理をする際には、パネルが配向不良を起こしていると、配向不良が固定化されてしまい、表示不良となってしまう。配向不良の中で特に問題なのは糸状欠陥の発生である。糸状欠陥とは、液晶の配向欠陥が糸状に発生して、光抜けを引き起こすことをいう。液晶表示装置の品位への影響としては、黒が沈まず、コントラストが悪化するとともに、表示のザラつきを引き起こすこととなる。なお、上述した特許文献１～８では水平光配向膜に関する記述がなく、弱アンカリング起因の糸状欠陥の発生に関しても記述がない。
糸状欠陥の低減という課題は、配向規制力が弱い水平光配向膜を使用した液晶表示装置の量産化を目指す際にその重要性が特に顕著となるものであり、本発明の技術分野における新しい課題と思われる。
例えば、上述した特許文献９は、階調変化時の応答速度を低下させずに光透過率を向上させた液晶表示装置を提供するとしているところ、特許文献９の実施形態６－２においては、凹凸反射電極が凹凸に起因して配向不良が発生すること、ラビング処理を施す場合には凹凸面の底部での配向処理が不充分になることが記載されている。これに対し、凹凸反射電極上にポリマー層を形成して配向乱れによるディスクリネーションの発生を抑えることができることを言及する。しかしながら、配向規制力が弱い水平光配向膜を使用した液晶表示装置において、ＰＳ化処理をする際に配向不良が固定化することにもとづいてディスクリネーションが生じるという課題を解決できるものではなく、逆にＰＳ化処理前に発生したディスクリネーションはＰＳ化処理によってディスクリネーションとして強く固定化されてしまう。非特許文献１に記載の技術は、水平光配向膜を使用した液晶表示装置において、ＰＳ化処理をすることに起因して表示画素内で発生するディスクリネーションを好適に低減するために、更に工夫の余地があった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、表示画素内において発生する糸状欠陥を低減し、表示品位に優れる液晶表示パネル及び液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明者らが鋭意検討を行ったところ、この種の糸状欠陥が発生する原因は３つあることを見出した。１つ目は、配向膜自体のアンカリングが弱い場合である。本発明者らは、配向膜のアンカリングが弱いと配向規制力が弱くなり、バルク中の液晶分子が配向膜の配向処理方向から外れやすいことを見出した。すなわち解決手段としては配向膜自体のアンカリング強度を増す方法が考えられるが、水平光配向膜はラビング用水平配向膜に比べて一般的にアンカリングエネルギーが著しく小さいため、水平光配向膜材料の特性改善というアプローチは困難であった。２つ目は、液晶の弾性定数が小さい場合である。本発明者らは、弾性定数が小さいと液晶分子は弾性変形しやすく、従って配向乱れが起きやすいことを見出した。糸状欠陥はスプレイ（Splay）変形及び／又はベンド（Bend）変形からなる配向欠陥であると考えられるため、スプレイ変形とベンド変形の弾性定数が大きな液晶は配向欠陥を作り難いと考えられる。３つ目は、スペーサの存在である。本発明者らは、糸状欠陥の始端／終端にはスペーサが存在することを見出した。例えば、等方相から液晶相へ相転移した瞬間に糸状欠陥が発生したとしても、スペーサが存在しない領域では糸状欠陥は安定ではなく、有限の時間と共に消滅してしまうことを観察した。すなわち、スペーサに糸状欠陥を安定化する作用が存在すると考えられ、これを不安定化する方法を検討した。
例えば、等方相から液晶相へ相転移した瞬間に糸状欠陥が発生したとしても、スペーサが存在しない領域では糸状欠陥は安定ではなく、有限の時間と共に消滅してしまう事が観察された。すなわち、スペーサに糸状欠陥を安定化する作用が存在すると考えられ、これを不安定化する方法を検討した。
そして、本発明者らは、改善案を見出した。改善案は３つある。１つ目は、以下の通りである。糸状欠陥の液晶配向を偏光顕微鏡にて詳細に解析した結果、液晶の変形様式は主にスプレイ（Splay）とベンド（Bend）からなっており、糸状欠陥の両端、すなわちビーズ等のスペーサ周りはスプレイ変形が、糸状欠陥の中部分はスプレイ変形とベンド変形が支配的である。従って配向変形のエネルギーを上げることが糸状欠陥の不安定化につながるため、液晶の弾性定数Ｋ１（スプレイ）及び／又はＫ３（ベンド）を大きくすることが重要である。これについては、特願２０１１－０５１５３２号で出願した。
改善案の２つ目は、水平配向膜の膜厚を厚くすることである。これは、膜厚を厚くすることにより、フォトスペーサが剥き出しの領域が減るため、糸状欠陥を不安定化させることができるためであると考えられる。改善案の３つ目は、スペーサ間に溝を形成し、糸状欠陥を溝上に閉じ込め、ＢＭ等で遮光することである。こうして本発明者らは、これら改善案の２つ目及び３つ目によっても上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明の第１の形態は、一対の基板、及び、該一対の基板間に挟持される液晶層を備える液晶表示パネルであって、上記一対の基板の少なくとも一方は、光配向膜を有し、上記光配向膜は、基板主面に対して液晶分子を水平配向させるものであり、上記光配向膜の膜厚は、５０ｎｍ以上である液晶表示パネルである。
上記光配向膜は、基板主面に対して液晶分子を水平配向させるもの（本明細書中、水平光配向膜ともいう。）である。水平光配向膜は、少なくとも近接する液晶分子を上記水平光配向膜面に対して実質的に水平に配向させるものであればよい。
また本発明の第２の形態は、一対の基板、及び、該一対の基板間に挟持される液晶層を備える液晶表示パネルであって、上記一対の基板の少なくとも一方は、光配向膜を有し、上記光配向膜は、基板主面に対して液晶分子を水平配向させるものであり、上記液晶表示パネルは、一対の基板間にフォトスペーサを有し、上記フォトスペーサは、上記一対の基板の少なくとも一方に設けられ、液晶層側に突出し、上記一対の基板の少なくとも一方は、上記フォトスペーサ間の少なくとも一部の領域に溝が設けられたものである液晶表示パネルである。
本発明の第１の形態の場合も、本発明の第２の形態の場合も、糸状欠陥が発生するという課題のあった構成において、当該課題を好適に解決することができる点で、少なくとも発明が有する技術上の意義が共通若しくは密接に関連していて、同一の又は対応する特別な技術的特徴を有しているといえる。
以下、本発明の第１の形態及び第２の形態に共通する特徴及びこれらの好ましい特徴について、詳述する。すなわち、以下の特徴は、本発明の効果を発揮できる限り、上述した本発明の第１の形態及び第２の形態のいずれにも好適に適用することができる。
上記一対の基板の少なくとも一方は、更に、上記水平光配向膜の液晶層側にポリマー層を有することが好ましい。また、上記水平光配向膜の膜厚は、８５ｎｍ以上であることがより好ましい。特に好ましくは、上記水平光配向膜の膜厚が１２５ｎｍ以上であることである。膜厚を厚くすることで、本発明の糸状欠陥の低減効果を更に優れたものとすることができる。また、電圧保持率を良好なものとし、配向膜の欠損を抑制し、歩留まりを良好なものとすることができる。また、水平光配向膜の膜厚は、２００ｎｍ以下が好ましい。これにより、配向膜の塗布（印刷、インクジェットのいずれの塗布も含む）ムラを充分に低減することができる。また、残留ＤＣ焼き付きを充分に防止することができる。なお、水平光配向膜の膜厚は、画素の開口部の膜厚を測定することで求めることができる。アレイ基板や対向基板の膜厚が基板によって異なる場合や、画素の開口部内で異なる場合においては、最も膜厚の厚い部分を水平光配向膜の膜厚とする。
上記スペーサは、散布等により配置されるスペーサであってもよいが、上記一対の基板の少なくとも一方に設けられ、液晶層側に突出するフォトスペーサであることが好ましい。基板に予め設けられたスペーサは、通常は樹脂から構成され、散布等により配置されるスペーサは、通常はガラス、又は、プラスチックから構成される。上記スペーサが、基板に設けられた、樹脂から構成されるスペーサであることが好ましい。より好ましくは、上記樹脂がアクリル系樹脂である形態である。スペーサの形状は、例えば円柱、角柱、錐台、球等が挙げられ、好ましくは、円柱、角柱又は錐台である。なお、スペーサは、上記水平光配向膜で被覆されていてもよい。スペーサが水平光配向膜で被覆されているとは、スペーサの、少なくとも液晶層と接する部分（通常は、側面部分）が水平光配向膜で被覆されているといえるものであればよい。上記スペーサが設けられる基板は、対向基板（カラーフィルタ基板）であることが好適である。例えば、スペーサが設けられる対向基板が有する水平光配向膜の膜厚が、スペーサが設けられない薄膜トランジスタアレイ基板が有する水平光配向膜の膜厚よりも厚いことが好ましい。
上記フォトスペーサの底面（基板面）における径は、１４μｍ以下であることが好ましい。これにより、本発明の効果を更に充分に発揮できる。より好ましくは、１２μｍ以下である。底面における径とは、後述する通りである。
本発明の液晶表示パネルが備える一対の基板の少なくとも一方は、例えば、液晶層側から順に、ポリマー層及び水平光配向膜を有するものであるが、本発明の液晶表示パネルが備える一対の基板の他方が、液晶層側から順に、ポリマー層、水平光配向膜及び電極を有することが好ましい。ポリマー層と水平光配向膜との間、及び／又は、水平光配向膜と電極との間に異なる層を有していてもよい。なお、本発明の効果が発揮される限り、ポリマー層と水平光配向膜との間、及び／又は、水平光配向膜と電極との間に、その他の層が配置されていてもよいが、ポリマー層と水平光配向膜とは通常は接している。また、水平光配向膜及びポリマー層は、上記一対の基板のいずれもが有していることが好ましい。更に、上記一対の基板の少なくとも一方は、線状の電極を含むことが好ましい。
本発明における水平光配向膜は、近接する液晶分子を一定の方向に配向させる特性を有する配向膜であることが好適であるが、当該配向膜のみならず、配向処理等がなされず配向特性を有していない膜も含む。すなわち、本発明は、配向処理がそもそも必要ない高分子安定化ＢＰ（Blue Phase）型表示装置に対するＢＰ温度域を広げるための高分子安定化処理、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）型表示装置において液晶層を部分的に高分子化するプロセス等、多岐に適用可能である。すなわち、焼き付きを防ぐためのＰＳ化処理のみならず、液晶層において重合性モノマーからの高分子形成が必要な用途で用いられるポリマー層を有する液晶表示パネルであれば、本発明は適用可能である。配向処理を施す場合の配向処理の手段としては、本発明の作用効果がより顕著なものとなる点、及び、優れた視角特性を得ることができる点では光配向処理が好ましいが、例えばラビング等によって配向処理がなされたものであってもよい。
上記水平光配向膜は、一定条件の光を照射することによって基板面内に配向特性を付与する光配向処理を施すことができる。以下、光配向処理によって液晶の配向を制御できる性質を有する高分子膜を光配向膜ともいう。
上記水平光配向膜を構成するポリマーは耐熱性の観点からポリシロキサン、ポリアミド酸又はポリイミドが好ましい。
上記光配向膜とは、偏光又は無偏光の照射により膜に異方性を生じ、液晶に配向規制力を生ずる性質を有する高分子膜である。より好ましくは、上記水平光配向膜が、紫外線、可視光線、又は、これらの両方によって光配向処理された光配向膜である形態である。光配向膜によって液晶分子に付与されるプレチルト角の大きさは、光の種類、光の照射時間、照射方向、照射強度、光官能基の種類等により調節することができる。なお、上記ポリマー層の形成により配向が固定されるため、製造工程後、液晶層に紫外線又は可視光線が入射することを防ぐ必要がなくなり、製造工程の選択の幅が広がる。なお、照射偏光に対して垂直に配向する性質を有する水平光配向膜を、基板法線方向又は斜め方向かつｐ偏光で照射した場合には、プレチルト角０°となる。
上記光活性材料は、光配向膜材料であることが好ましい。光配向膜材料は、前述の性質を有するものである限り、単一の高分子であっても、更なる分子を含む混合物であってもよい。例えば、光配向可能な官能基を含む高分子に、添加剤等の更なる低分子や、光不活性な更なる高分子が含まれる形態でもよい。光配向膜材料は、光分解反応や、光異性化反応や光二量化反応を生ずる材料が選択される。光分解反応に比べて光異性化反応及び光二量化反応は、一般的に、長波長でかつ少ない照射量で配向が可能なため、量産性に優れる。光異性化反応や光二量化反応を生ずる代表的な材料は、アゾベンゼン誘導体、シンナモイル誘導体、カルコン誘導体、シンナメート誘導体、クマリン誘導体、ジアリールエテン誘導体、スチルベン誘導体及びアントラセン誘導体である。上記光異性化型又は光二量化型の材料は、シンナメート基又はその誘導体であることが好ましい。これらの官能基に含まれるベンゼン環は複素環であってもよい。光分解反応を生ずる代表的な材料は、シクロブタン骨格を繰り返し単位に含む材料であり、例えば、シクロブタン環を含むポリイミドが挙げられる。
上記水平光配向膜は、上記液晶セルの外側から紫外線が照射された水平光配向膜であってもよい。この場合、上記水平光配向膜が光配向処理によって形成され、かつ上記ポリマー層が光重合によって形成される場合には、これらは同じ光を用いて同時に形成されたものであることが好ましい。これにより、製造効率の高い液晶表示パネルが得られる。
本発明におけるポリマー層は、上記液晶層中に添加したモノマーを重合して形成されたものであることが好ましく、言い換えれば、上述したＰＳ層であることが好ましい。水平光配向膜に光照射がなされたときの配向膜からモノマーへの励起エネルギーの受け渡しは、垂直配向膜よりも水平配向膜において効率的に行われるため、本願発明においてはより安定したＰＳ層を形成することができる。ＰＳ層は、通常、近接する液晶分子を配向制御する。上記モノマーの重合性官能基は、アクリレート基、メタクリレート基、ビニル基、ビニロキシ基及びエポキシ基からなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。中でも、アクリレート基及び／又はメタクリレート基がより好ましい。このような重合性官能基はラジカル生成確率が高く、製造上のタクト短縮に有効である。また、モノマーが、少なくとも２つの重合性官能基を有することが好ましい。重合性官能基の数が多いほど反応効率が高いためである。更に、モノマー中の重合性官能基の好ましい上限値は４つである。これにより、分子量を充分小さくし、モノマーを液晶へ溶けやすくすることができる。また、上記モノマーは、光の照射によって重合反応（光重合）を開始するモノマー、又は、加熱によって重合反応（熱重合）を開始するモノマーであることが好ましい。すなわち、上記ポリマー層は、光重合によって形成される、又は、熱重合によって形成されることが好ましい。特に光重合が好ましく、これにより、常温でかつ容易に重合反応を開始することができる。光重合に用いられる光は、紫外線、可視光線、又は、これらの両方であることが好ましい。
本発明においてＰＳ層を形成するための重合反応は特に限定されず、二官能性の単量体が新しい結合をつくりながら段階的に高分子量化する逐次重合であってもよく、少量の触媒（開始剤）から生じた活性種に単量体が次々に結合し、連鎖的に成長する連鎖重合であってもよい。上記逐次重合としては、重縮合、重付加等が挙げられる。上記連鎖重合としては、ラジカル重合、イオン重合（アニオン重合、カチオン重合等）等が挙げられる。
上記ポリマー層は、配向処理がなされた水平光配向膜の配向規制力を向上させ、表示の焼き付きの発生を低減することができる。また、液晶層に対して閾値以上の電圧を印加し、液晶分子がプレチルト配向している状態でモノマーを重合させ、ポリマー層を形成した場合には、上記ポリマー層は液晶分子に対してプレチルト配向させる構造を有する形で形成されることになる。
本発明の液晶表示パネルが備える一対の基板は、液晶層を挟持するための基板であり、例えば、ガラス、樹脂等の絶縁基板を母体とし、絶縁基板上に配線、電極、カラーフィルタ等を作り込むことで形成される。
本発明において液晶層に含有される液晶分子は、複数の種類の液晶分子を混ぜたものでもよい。信頼性の確保、応答速度の向上、並びに、液晶相温度域、その他の弾性定数、誘電率異方性及び屈折率異方性の調整の少なくとも一つの目的のために、液晶層を複数の液晶分子の混合物とすることができる。液晶層に含有される液晶分子が複数の種類を混ぜたものである場合は、液晶分子が全体として上述した本発明の弾性係数に係る構成を満たすことが必要である。また、上記液晶層が含有する液晶分子は、正の誘電率異方性を有するもの（ポジ型）及び負の誘電率異方性を有するもの（ネガ型）のいずれであってもよい。
上記液晶層の配向型は、水平配向膜を用いることが可能な型が好ましく、例えばＩＰＳ（In-plane Switching）型、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）型、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence）型、ＴＮ（Twisted Nematic）型、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型、ＦＬＣ（Ferroelectrics Liquid Crystal）型、ＡＦＬＣ（Anti-Ferroelectrics Liquid Crystal）型、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）型又はＰＮＬＣ（Polymer Network Liquid Crystal）型が好適である。より好ましくは、ＩＰＳ型、ＦＦＳ型、ＦＬＣ型、又は、ＡＦＬＣ型であり、更に好ましくは、ＩＰＳ型又はＦＦＳ型である。また上記配向型は、配向膜の形成が不要なブルー相（Blue Phase）型にも好適である。更に、上記配向型は、視野角特性の改善のために上記一対の基板の少なくとも一方にマルチドメイン構造が形成された形態にも好適である。マルチドメイン構造とは、電圧無印加時若しくは電圧印加時のいずれか、又は、その両方時に、液晶分子の配向形態（例えば、ＯＣＢにおけるベンド方向や、ＴＮ及びＳＴＮにおける捩れ方向）又は配向方向の異なる領域が複数存在する構造のことである。マルチドメイン構造を達成するためには、積極的に、電極を適当な形態にパターニングする、若しくは、光活性材料への光照射にフォトマスク等を用いるといった処理のいずれか、又は、その両方の処理を行うことが必要である。
本発明は、上述したように、ＩＰＳ型、又は、ＦＦＳ型等の視野角に優れる表示装置に好適に適用することができる。視野角の良い技術が、医療用モニター、電子ブック、スマートフォン等の用途に求められている。
上記フォトスペーサは、液晶表示パネルの非表示領域に規則的に設けられ、上記フォトスペーサ間の少なくとも一部の領域における液晶層は、液晶表示パネルの表示領域の液晶層よりも厚いことが好ましい。例えば、上記一対の基板の少なくとも一方は、上記フォトスペーサ間の少なくとも一部の領域に溝が設けられたものであることが好ましい。このように隣接フォトスペーサ間の液晶層を厚くするように溝を形成することにより、糸状欠陥がフォトスペーサ間の溝（ブラックマトリクスの下）に沿うように形成されて、表示画素内において発生する糸状欠陥を低減することができる。これは、１）糸状欠陥の弾性エネルギー密度が溝上で減少するためであるとともに、２）形成された溝に水平光配向膜が流れこむことにより、溝の水平光配向膜の配向膜表面の平坦性が下がるため、溝の配向膜のアンカリングエネルギーが減少し、糸状欠陥が溝上に安定に存在するためだと考えられる。なお、溝はフォトスペーサが形成されている側の基板のみならず、対向する基板側に形成されていても良い。
上記溝は、溝の側面と底面に電極が形成されており、溝が形成された層間絶縁膜の上層に存在する電極と下層に存在する電極とを同電位に接続するためのコンタクトホールであることが好ましい。このようにコンタクトホールを配置することによっても、隣接フォトスペーサ間のコンタクトホールが配置される箇所がアクティブエリアよりも厚い液晶層となり、糸状欠陥がフォトスペーサ間のコンタクトホール配置箇所（ブラックマトリクスの下）に引っ張られて、表示画素内において発生する糸状欠陥を低減することができる。
本発明は更に、一対の基板、及び、該一対の基板間に挟持される液晶層を備える液晶表示パネルであって、上記一対の基板の少なくとも一方は、液晶層側から順に、ポリマー層及び水平光配向膜を有し、複数のフォトスペーサが設けられており、該フォトスペーサ間の少なくとも一部の領域に溝が設けられたものである液晶表示パネルでもある。本発明の液晶表示パネルのその他の各構成部材は、上述した本発明の液晶表示パネルの各構成部材と同様であり、その好ましい形態も本発明の上述した本発明の液晶表示パネルの好ましい形態と同様である。
本発明はまた、本発明の液晶表示パネルを備える液晶表示装置でもある。本発明の液晶表示装置における液晶表示パネルの好ましい形態は、本発明の液晶表示パネルの好ましい形態と同様である。本発明の液晶表示装置がＩＰＳ型液晶表示装置であることが、本発明の好ましい形態の一つである。また、本発明の液晶表示装置がＦＦＳ型液晶表示装置であることもまた、本発明の好ましい形態の一つである。なお、ＩＰＳ型液晶表示装置は、通常は、一対の基板の一方に、基板主面を平面視したときに２種類の電極が対向して設けられる、横電界方式の液晶表示装置である。また、ＦＦＳ型液晶表示装置は、通常は、一対の基板の一方に、面状の電極と、該面状の電極と絶縁層を介して別層に配置されたスリット電極とが設けられる、フリンジ電界方式の液晶表示装置である。両液晶表示装置については、実施形態において更に詳述する。
本発明の液晶表示パネル及び液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではなく、液晶表示パネル及び液晶表示装置に通常用いられるその他の構成を適宜適用することができる。
上述した各形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
本発明によれば、表示画素内において発生する糸状欠陥を低減し、表示品位に優れる液晶表示パネル及び液晶表示装置を得ることができる。また、本願発明を、光配向膜を有する、ＩＰＳ型、又は、ＦＦＳ型等の液晶表示装置に適用する場合は、光配向膜の特徴を活かし、視野角を優れたものとするとともに、糸状欠陥を低減する効果を併せて発揮することができる。
実施形態１に係る液晶表示パネルを示す断面模式図である。 実施形態１に係る液晶表示パネルのスペーサを示す断面模式図である。 実施形態１に係るスリットを有する電極を示す平面模式図である。 実施形態１に係る対向基板を示す平面模式図である。 実施形態１におけるポリイミドの塗布直後、仮焼成前のスペーサを示す断面模式図である。 実施形態１における仮焼成後のスペーサを示す断面模式図である。 実施形態１における格子状のブラックマトリックス及びフォトスペーサを示す平面模式図である。 図７のＡ－Ｂ線に沿った断面模式図である。 本実施形態におけるフォトスペーサ径を変化させたときの断面模式図である。 実施形態９における格子状のブラックマトリックス、フォトスペーサ及び溝を示す平面模式図である。 図１０のＣ－Ｄ線に沿った断面模式図である。 実施形態９に係る液晶表示パネルの表示部を示す写真である。 実施形態１０における格子状のブラックマトリックス、フォトスペーサ及びコンタクトホールを示す平面模式図である。 本実施形態の変形例に係る液晶表示パネルを示す断面模式図である。 本実施形態の変形例に係る一対の櫛歯電極を示す平面模式図である。 糸状欠陥が発生した液晶表示パネルのアクティブエリアを示す写真である。
以下に実施形態を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。本明細書中、画素とは、特に明示しない限り、絵素（サブ画素）であってもよい。また、薄膜トランジスタ素子が配置される基板をＴＦＴ基板ともいい、カラーフィルタ基板をＣＦ基板ともいう。実施形態中、糸状欠陥の測定は、偏光顕微鏡を用いて、作製したパネルの全画素を観察しておこなった。なお、各実施形態において、特に明示しない限り、同様の機能を発揮する部材及び部分は百の位を変更した以外は同じ符号を付している。また、本願明細書における「以上」、「以下」は、当該数値を含むものである。すなわち、「以上」とは、不少（当該数値及び当該数値以上）を意味するものである。
実施形態１
図１は、実施形態１に係る液晶表示パネルを示す断面模式図である。図１に示すように実施形態１の液晶表示パネルは、ＴＦＴ基板（アレイ基板）１０と、対向基板（ＣＦ基板）２０からなる一対の基板間に挟持された液晶層３０とを備える。ＴＦＴ基板１０は、ガラス等を材料とする絶縁性の透明基板１５を有する。また、上層にスリットを有する電極１２を有し、下層に下層電極１４を有する。スリットを有する電極１２と下層電極１４との間は、絶縁層１３がある。なお、通常は、上層のスリットを有する電極１２が信号電極であり、下層電極１４が共通電極である。また、上層の電極が、スリットを有する電極の代わりに、例えば一対の櫛歯電極であってもよい。対向基板２０は、ガラス等を材料とする絶縁性の透明基板２５、及び、透明基板２５上に形成されたカラーフィルタ（図示せず）、ブラックマトリクス（図示せず）を備える。更に、必要に応じて共通電極等を備えてもよい。例えば、実施形態１のようにＦＦＳモードである場合には、図１に示されるようにＴＦＴ基板１０にのみ電極（スリット電極１２及び面状電極１４）が形成されるが、本発明は他のモードに適用することも可能であり、その場合には、必要に応じて、ＴＦＴ基板１０及び対向基板２０の両方に電極が形成される。
またＴＦＴ基板１０は、配向膜（水平光配向膜）１６を備え、対向基板２０もまた配向膜（水平光配向膜）２６ｄを備える。配向膜１６、２６ｄは、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニル、ポリシロキサン等を主成分とする膜であり、配向膜を形成することで、液晶分子を一定方向に配向させることができる。上記水平光配向膜は、光異性化型又は光二量化型の光反応をしうる官能基を含むことが好ましい。より好ましくは、光異性化する官能基を含むことである。前記光異性化する官能基は、例えば、シンナメート基、アゾ基、カルコン基、スチルベン基が挙げられるが、中でも、シンナメート基を含むもの、言い換えれば、上記水平光配向膜は、シンナメート誘導体を有する官能基を含むことが特に好ましい。
ＴＦＴ基板１０が備える配向膜１６の膜厚は、アクティブエリアにおいて７５ｎｍである。対向基板２０が備える配向膜２６ｄの膜厚は、アクティブエリアにおいて８５ｎｍである。このように、対向基板２０が備える配向膜２６ｄの膜厚を厚いものとすることにより、後述するようにフォトスペーサ２９が剥き出しになる領域が小さくなり、糸状欠陥を不安定化させることができる。また、対向基板２０側に形成してあるフォトスペーサ２９の径は、ボトム（底面）で１２μｍである。
ＰＳ重合工程前において液晶層３０中には、重合性モノマーが存在している。そして、ＰＳ重合工程によって重合性モノマーは重合を開始し、図１に示すように、配向膜１６、２６ｄ上でＰＳ層１７、２７となって、配向膜１６、２６のもつ配向規制力を向上させる。なお、図１にも示されるように、一般にフォトスペーサ周りには配向膜１６が殆ど付いていない。
ＰＳ層１７、２７は、液晶材料と重合性モノマーとを含む液晶組成物をＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間に注入し、液晶層３０に対して一定量の光の照射又は加熱を行い、重合性モノマーを重合させることによって、形成することができる。なお、このとき、液晶層３０に対し、電圧無印加の状態、又は、閾値未満の電圧を印加した状態で重合を行うことで、液晶分子の初期配向に沿った形状をもつＰＳ層１７、２７が形成されるので、より配向安定性の高いＰＳ層１７、２７を得ることができる。なお、液晶組成物には、必要に応じて重合開始剤を添加してもよい。
実施形態１に係る液晶表示パネルは、ＴＦＴ基板１０、液晶層３０及び対向基板２０が、液晶表示装置の背面側から観察面側に向かってこの順に積層されて構成されている。ＴＦＴ基板１０の背面側、及び、対向基板２０の観察面側には、直線偏光板１８、２８が備え付けられている。これらの直線偏光板１８、２８に対しては、更に位相差板が配置され、円偏光板が構成されていてもよい。
なお、実施形態１に係る液晶表示パネルは、カラーフィルタを対向基板に備える代わりにＴＦＴ基板１０に備えるカラーフィルタオンアレイ（Color Filter On Array）の形態であってもよい。また、実施形態１に係る液晶表示パネルは、モノクロディスプレイやフィールドシーケンシャルカラー方式であってもよく、その場合、カラーフィルタは配置される必要はない。
液晶層３０には、一定電圧が印加されることで特定の方向に配向する特性をもつ液晶材料が充填されている。液晶層３０内の液晶分子は、閾値以上の電圧の印加によってその配向性が制御されるものである。
なお、図１においては、配向膜２６ｄ、ＰＳ層２７とが、フォトスペーサを完全に覆っているように表されているが、実際には、後述するように、配向膜２６ｄ、ＰＳ層２７とが、フォトスペーサを完全には覆っておらず、フォトスペーサの側面部分においてフォトスペーサが剥き出しになっている部分があると思われる。図２は、実施形態１に係る液晶表示パネルのスペーサを示す断面模式図である。フォトスペーサ２９は、テーパー形状（先細形状）になっているので、基板主面を平面視したときに、ポリイミド等の配向膜２６ｄの膜厚が厚くなるとフォトスペーサ２９が剥き出しの領域が減る。これにより、糸状欠陥を不安定化させ、減少させることができる。
図３は、実施形態１に係るスリットを有する電極を示す平面模式図である。スリットを有する電極１２のスリット部分は、図３のように、電極の線状部分が互いに略平行に延伸され、かつそれぞれが直線状に形成されている。図３において、照射紫外線偏光方向は電極長手方向から１０°傾いている。図３の両矢印は、照射偏光方向（ネガ型液晶分子を用いる場合）を示す。実施形態１に係る画素は２ドメインであるため、スリットは図６に示したように折れ曲がっている。電極の材料としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）を用いた。なお、この他、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide；酸化インジウム亜鉛）等の公知の材料を用いることができる。
図４は、実施形態１に係る対向基板（ＣＦ基板）を示す平面模式図である。スペーサ２９は、格子上のＢＭ（Black Matrix；ブラックマトリクス）の格子点上に配置されている。このようなスペーサ２９は、透過光では観察出来ない（図４は反射光で観察した）。
以下に、実施形態１に係る液晶表示パネルを実際に作製した例を示す。
大きさが１０インチのＦＦＳ構造を有するＩＧＺＯ－ＴＦＴ基板と、対向基板として、カラーフィルタを用意し、それぞれの基板に、ポリビニルシンナメート溶液をスピンコートで塗布した。なお、ＩＧＺＯ－ＴＦＴ基板とは、半導体としてインジウムガリウム亜鉛複合酸化物を用いた薄膜トランジスタアレイ基板を示す。また、上層のスリットを有する電極の電極幅Ｌは３μｍ、電極間距離（スリット幅）Ｓは５μｍとした（Ｌ／Ｓ＝３μｍ／５μｍ）。ポリビニルシンナメート溶液は、Ｎ－メチル－２－ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテルを等量で混合した溶媒に、ポリビニルシンナメートを３重量％溶かして調製した。スピンコート塗布後、１００℃で１分仮乾燥して、窒素パージしながら２１５℃で４０分配向膜を焼成した。
図５は、実施形態１におけるポリイミドの塗布直後、仮焼成前のスペーサを示す断面模式図である。図６は、実施形態１における仮焼成後のスペーサを示す断面模式図である。図６の点線が囲んだ部分に示したように、仮焼成温度を上げることでフォトスペーサのテーパー（先細部分）にポリイミド等の配向膜が残りやすくなる。これにより、フォトスペーサ剥き出しの領域の面積が減り、糸状欠陥を不安定化させることができる。
上述したように、ＴＦＴ側の最上層である透明電極上の配向膜の膜厚は、アクティブエリアにおいて７５ｎｍである。また、ＣＦ側の配向膜厚は、アクティブエリアにおいて８５ｎｍである。ＣＦ側に形成してあるフォトスペーサの径は、ボトム（底面）で１２μｍである。
ＰＳのボトム径（ボトム〔底面〕での径）について説明する。図７は、実施形態１における格子状のブラックマトリックスＢＭ及びフォトスペーサ２２９を示す平面模式図である。図８は、図７のＡ－Ｂ線に沿った断面模式図である。ブラックマトリックスＢＭ上に平坦化膜２２２等があり、平坦化膜２２２等の上にポリイミド等の配向膜２２６ｄがある。ＰＳのボトム径は、配向膜２２６ｄの液晶層と反対側の面上の径であり、ｄＢで表される。
図９は、本実施形態におけるボトムでのフォトスペーサ径を変化させたときの断面模式図である。図９では、フォトスペーサ径ｄＢＷが大きいフォトスペーサ２２９Ｗとフォトスペーサ径ｄＢＮが小さいフォトスペーサ２２９Ｎとが示されている。フォトスペーサ径ｄＢＮが小さいフォトスペーサ２２９Ｎでは、ＰＳ剥き出しの領域が減ることとなる。なお、フォトスペーサの側面の傾きは、テーパーの制御が実際の製造上難しく、また、材質にもよるが、通常は４０°～５０°程度である。
これらの基板に、液晶配向処理として、直線偏光紫外線を波長３１３ｎｍにおいて５Ｊ／ｃｍ２、基板法線方向から照射した。ＩＴＯからなる電極スリット方向と偏光方向とのなす角は１０°である。
次に、ＴＦＴ基板に、スクリーン版を使用して熱硬化性シール（ＨＣ１４１３ＦＰ：三井化学社製）を印刷した。フォトスペーサ高さはアクティブエリアの液晶層の厚みが３．５μｍになるように設定してある。この二種類の基板を、照射した紫外線の偏光方向が基板どうしで一致するように貼り合せた。次に、貼り合せた基板を０．５ｋｇｆ／ｃｍ２で加圧しながら窒素パージした炉で１３０℃で６０分加熱して、シールを硬化させた。
以上の方法で作製したパネルに、液晶を真空下で注入した。本実施形態では液晶として、ＭＬＣ－６６１０（メルク社製）１００重量％に液晶性分子ｔｒａｎｓ－４－プロピル－４′－ビニル－１，１′－ビシクロヘキサンを５重量％添加し、さらに重合性添加剤としてビフェニル－４，４′－ジイル　ビス（２－メチルアクリレート）を１重量％添加したものを用いた。液晶を注入したセルの注入口はエポキシ系接着剤（アラルダイトＡＲ－Ｓ３０；ニチバン社製）で封止した。またこの時、液晶配向が外場によって乱されないように、電極間を短絡し、ガラス表面にも除電処理をおこなった。次に液晶の流動配向を消し、量産時のＯＤＦ（One Drop Fill；液晶滴下）工程のシール硬化を再現するために、パネルを１３０℃で４０分加熱し液晶を等方相にして再配向処理を行った。これにより、配向膜へ照射した紫外線の偏光方向に垂直な方向に一軸配向したＦＦＳ液晶パネルが得られた。以上は全てイエロー蛍光灯の下で作業し、液晶パネルに蛍光灯からの紫外線が暴露されないようにした。
さらにＰＳ処理直前に１３０℃で４０分加熱してパネルの除電処理を入念に行った。
その後このパネルをＰＳ処理するために、ブラックライト（東芝社製ランプ：ＦＨＦ３２ＢＬＢ）で１．５Ｊ／ｃｍ２の紫外線を照射した。これによりビフェニル－４，４′－ジイル　ビス（２－メチルアクリレート）の重合が進行する。
上記の方法で同様の液晶表示パネルを４枚作製したが、糸状欠陥が発生したパネルは僅か１枚であった。
上述した実施形態１の液晶表示パネルを備える液晶表示装置は、更に、通常の液晶表示装置が備える部材（例えば、バックライト等の光源等）を適宜備えることができる。実施形態１の液晶表示装置は、ＴＶパネル、デジタルサイネージ、医療用モニター、電子ブック、ＰＣ用モニター、携帯端末用パネル等に好適に用いることができる。後述する実施形態に係る液晶表示パネルにおいても同様である。
実施形態１に係る液晶表示装置は、透過型、反射型及び反射透過両用型のいずれであってもよい。透過型又は反射透過両用型であれば、実施形態１の液晶表示装置は、バックライトを備えている。バックライトは、液晶セルの背面側に配置され、ＴＦＴ基板１０、液晶層３０及び対向基板２０の順に光が透過するように配置される。反射型又は反射透過両用型であれば、ＴＦＴ基板１０は、外光を反射するための反射板を備える。また、少なくとも反射光を表示として用いる領域においては、対向基板２０の偏光板は、円偏光板である必要がある。
実施形態１に係る液晶表示装置を分解し、回収した液晶をセルに封入して東陽テクニカ社製、ＥＣ－１型で弾性定数は測定可能である。測定温度は２０℃である。また、ガスクロマトグラフ質量分析法（ＧＣ－ＭＳ：Gas Chromatograph Mass Spectrometry）、飛行時間質量分析法（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ：Time-of-Fright Mass Spectrometry）等を用いた化学分析を行うことにより、水平光配向膜の成分の解析、ポリマー層の成分の解析等をおこなうことができる。更に、ＳＴＥＭ（Scanning Transmission Electron Microscope：走査型透過電子顕微鏡）、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）等の顕微鏡観察により、配向膜、ＰＳ層を含む液晶セルの断面形状を確認することができる。
実施形態２
実施形態２ではＣＦ基板側の配向膜の膜厚をアクティブエリアにおいて５０ｎｍとした以外は、実施形態１と同様である。それ以外は実施形態１と同様の方法で液晶表示パネルを４枚作製したが、糸状欠陥が発生したパネルは２枚であった。
実施形態３
実施形態３ではＣＦ基板側の配向膜の膜厚をアクティブエリアにおいて１２５ｎｍとした以外は、実施形態１と同様である。それ以外は実施形態１と同様の方法で液晶表示パネルを４枚作製したが、糸状欠陥が発生したパネルは０枚であった。
実施形態４
実施形態４では配向膜焼成温度を２１５℃から２００℃とした以外は、実施形態１と同様である。それ以外は実施形態１と同様の方法で液晶表示パネルを４枚作製したが、糸状欠陥が発生したパネルは２枚であった。
実施形態５
実施形態５では配向膜仮乾燥温度を１００℃から８０℃とした以外は、実施形態１と同様である。それ以外は実施形態１と同様の方法で液晶表示パネルを４枚作製したが、糸状欠陥が発生したパネルは２枚であった。
実施形態６
実施形態６ではＣＦ基板側に形成してあるフォトスペーサの径をボトム（底面）で１２μｍから１４μｍとした以外は、実施形態１と同様である。それ以外は実施形態１と同様の方法で液晶表示パネルを８枚作製したが、糸状欠陥が発生したパネルは４枚であった。
実施形態７
実施形態７ではＣＦ基板側に形成してあるフォトスペーサの径をボトム（底面）で１２μｍから１７μｍとした以外は、実施形態１と同様である。それ以外は実施形態１と同様の方法で液晶表示パネルを８枚作製したが、糸状欠陥が発生したパネルは５枚であった。
実施形態８
実施形態８ではＣＦ基板側に形成してあるフォトスペーサの径をボトム（底面）で１２μｍから９μｍとした以外は、実施形態１と同様である。それ以外は実施形態１と同様の方法で液晶表示パネルを８枚作製したが、糸状欠陥が発生したパネルは僅か１枚であった。
発明のポイントとしては、（１）フォトスペーサ形成側基板の配向膜の膜厚が１２５ｎｍ以上が好ましいこと（実施形態１～３）、（２）配向膜の焼成温度を２１５℃以上に高めることが好ましいこと（配向規制力が増すと考えられる。）（実施形態１、４）、（３）配向膜の仮乾燥温度を１００℃以上に高めることが好ましいこと（瞬時に溶媒を飛ばすことにより、配向膜がフォトスペーサから流れ落ちることを防ぐ。）（実施形態１、５）、（４）フォトスペーサの径が１２μｍ以下であることが特に好ましいこと（無配向領域が減って、ディスクリネーションが出にくい。）（実施形態１、６～８）が挙げられる。
フォトスペーサ形成側基板の配向膜の膜厚は、５０ｎｍ以上であるが、好ましくは８５ｎｍ以上であり、より好ましくは、１２５ｎｍ以上である。これにより、本発明の効果をより顕著に発揮できるとともに、電圧保持率を良好なものとし、また、配向膜の欠損の発生を抑制し、歩留まりを向上させることができる。また、フォトスペーサ形成側基板の配向膜の膜厚は、２００ｎｍ以下が好ましい。これにより、配向膜の塗布（印刷、インクジェットのいずれの塗布も含む）ムラを充分に低減することができる。また、残留ＤＣ焼き付きを充分に防止することができる。
実施形態９
実施形態９は、アクティブエリア（遮光されていない表示領域）に糸状欠陥がせりだすとの課題を解決するものである。すなわち、ＢＭ下にディスクリネーションを閉じ込めて、表示画素内において発生する糸状欠陥を低減することに着目し、フォトスペーサ－フォトスペーサ間に溝を形成することを見出してこれを解決したものである。上述した実施形態の構成と、フォトスペーサ－フォトスペーサ間に溝を形成する構成とを組み合わせることにより、表示画素内において発生する糸状欠陥を低減することを顕著に発揮することができる。なお、配向膜の厚みを５０ｎｍ以上としなくても、フォトスペーサ－フォトスペーサ間に溝を形成する構成とすれば、糸状欠陥を低減する効果を発揮することができる。
液晶層の厚みが３．５μｍのアクティブエリアに対して、フォトスペーサ－フォトスペーサ間（ゲート配線沿いのフォトスペーサとフォトスペーサとの間）の液晶層の厚みが２．５μｍである液晶表示パネルの糸状欠陥（ディスクリネーション）は、図１６に示した様に糸状欠陥がアクティブエリアにせりだす。これは、糸状欠陥が液晶の配向変形であるところ、液晶層厚が厚いほど弾性変形エネルギー密度が小さくなるため、エネルギー的に不利なフォトスペーサ－フォトスペーサ間を避けるためであると考えられる。この仮説に立てば、液晶層の厚い場所で糸状欠陥は安定化されるため、フォトスペーサ－フォトスペーサ間に溝を形成すれば良い。
図１０は、実施形態９における格子状のブラックマトリックス、フォトスペーサ及び溝を示す平面模式図である。図１１は、図１０のＣ－Ｄ線に沿った断面模式図である。例えばＴＦＴ基板の層間絶縁膜（ＪＡＳ）に溝を形成しても良いし、ＣＦ側の平坦化膜（ＯＣ）に溝を形成しても良い。図１０及び図１１では、ゲートバスラインに沿ったフォトスペーサとフォトスペーサとの間において、平坦化膜３２２に深さ２μｍの溝を形成した場合を示している。このとき、溝の部分の液晶層の厚みは３．５μｍである。実施形態９におけるその他の構成は、実施形態１における構成と同様である。
図１２は、実施形態９に係る液晶表示パネルの表示部を示す写真であり、平坦化膜に深さ２μｍの溝を形成したカラーフィルタ（ＣＦ）と素ガラスで液晶セルを作製し、反射偏光顕微鏡で撮影した写真である。フォトスペーサ－フォトスペーサ間にディスクリネーション３３４が沿っており、ＢＭの下にディスクリネーション３３４があるため、透過光ではディスクリネーションは観察されない。なお、本実施形態ではゲートバスラインに沿うフォトスペーサ間に溝を設けたが、ソースバスラインに沿うフォトスペーサ間に溝を設けてもよい。
実施形態１０
図１３は、実施形態１０における格子状のブラックマトリックス、フォトスペーサ及びコンタクトホールを示す平面模式図である。
実施形態１０では、ゲートバスラインＧに沿うフォトスペーサ４２９ａとフォトスペーサ４２９ｂとの間、ゲートバスラインＧに沿うフォトスペーサ４２９ｃとフォトスペーサ４２９ｄとの間に、それぞれＩＧＺＯ－ＴＦＴ基板側にコンタクトホール（ＣＨ）を形成した。ＣＨは、本明細書における溝の一種であり、側面と底面に電極が形成されており、ＣＨが形成された層間絶縁膜の上層に存在する電極と下層に存在する電極とを同電位に接続するためのものである。ＣＨの深さは、２μｍである。アクティブエリアの液晶層厚３．５μｍに対して、ＣＨ部の液晶層厚は４．０μｍであり、ＣＨ部の配向膜の膜厚は５００ｎｍである。例えば、フォトスペーサ４２９ｃ－フォトスペーサ４２９ｄ間の糸状欠陥４３４は液晶層の厚いＣＨに引っ張られてＢＭの下に隠れてしまい、糸状欠陥は観察されない。なお、本実施形態ではゲートバスラインＧに沿うフォトスペーサ間にＣＨを設けたが、ソースバスラインＳに沿うフォトスペーサ間にＣＨを設けてもよい。
実施形態１０では、フォトスペーサ径が１４μｍであり、ゲート方向画素ピッチが３０μｍであり、コンタクトホール径が８μｍである。本発明の効果を顕著に発揮できる点で、ゲート方向画素ピッチが４０μｍ以下であることが好ましい。また、コンタクトホール径が３～１０μｍであることが好ましい。実施形態１０におけるその他の構成は、実施形態１における構成と同様である。
本実施形態の変形例
図１４は、本実施形態の変形例に係る液晶表示パネルを示す断面模式図である。図１５は、本実施形態の変形例に係る一対の櫛歯電極を示す平面模式図である。本実施形態の変形例は、ＩＰＳ型の液晶表示パネルに係るものである。
図１４では、ＴＦＴ基板（アレイ基板）５１０は、ガラス等を材料とする絶縁性の透明基板５１５を有し、更に、透明基板５１５上に形成された信号電極５１１（信号電極）、共通電極５１２、各種配線、ＴＦＴ等を備える。例えば、本実施形態の変形例のようにＩＰＳモードである場合には、図１４に示されるようにＴＦＴ基板５１０にのみ一対の櫛歯電極５１３（信号電極５１１及び共通電極５１２）が形成される。
一対の櫛歯電極５１３は、図１５に示すように、信号電極５１１と共通電極５１２とが互いに略平行に延伸され、かつそれぞれが屈曲して形成されている。これにより、電場印加時の電場ベクトルが電極の長さ方向に対して略直交するため、マルチドメイン構造が形成され、良好な視野角特性を得ることができる。図１５の両矢印は、図３において上述したのと同様に、照射偏光方向（ネガ型液晶分子を用いる場合）を示す。
本実施形態の変形例のその他の構成は、上述した各実施形態の構成と同様のものとすることができる。このようなＩＰＳ構造の液晶表示パネルにおいても、本発明の有利な効果を発揮することができる。また、ＦＬＣ構造、ＡＦＬＣ構造等の、その他の液晶表示パネルにおいても本発明を適用することができる。
上述した実施形態１～９等のＰＳ－ＦＦＳモード（ＰＳ化処理されたＦＦＳモード）の液晶表示装置や、本実施形態の変形例のＰＳ－ＩＰＳモード（ＰＳ化処理されたＩＰＳモード）の液晶表示装置においては、ラビングよりも光配向により液晶分子を配向させることが、配向ムラやダストの発生を抑えることができるため好適である。また、ラビングが液晶にプレチルトを生じるのに対して、光配向はプレチルトを生じず、視野角特性が良好であるため、さらに好適である。ただ、水平光配向膜は、一般的に配向規制力が弱いため、焼き付き現象が酷く、量産化は困難であった（ここで水平光配向膜とは、上述した水平配向膜かつ光配向膜であるものをいい、液晶分子を実質的に基板に水平に配向させ、光照射により配向膜分子内に光異性化や光二量化、光分解を起こす官能基を有しており、さらに偏光照射により液晶分子を配向させることができるものである。）。このため本発明者らはＰＳ（Polymer Sustained）処理を行うことでこれを解決した。しかし、特に水平光配向膜は、配向規制力が弱いため糸状欠陥を発生させる原因ともなる。本発明者らは、これを、液晶の配向方向を適切なものに選択することにより見事に解決したものである。本発明はまた、光配向ＩＰＳを実現する非常に簡単な方法を提供するといえる。
また実際の使用態様として、可視光に曝される使用用途（例えば、液晶ＴＶ等）においては、光配向膜の配向処理に用いる光としては極力可視光を避けるべきであるが、上述した実施形態ではＰＳ処理を行うことで配向膜の表面をＰＳ層が覆い、配向が固定化されるため、光配向膜の材料として、感度波長に可視光領域が含まれる材料を用いてもよいという利点がある。
更に、光配向膜の材料の感度波長に紫外光領域が含まれる場合においても、バックライトや周囲環境からの微弱紫外線をカットするために紫外線吸収層を設ける必要性があったことを考慮すると、ＰＳ化により紫外線吸収層を設ける必要がなくなるという利点も挙げられる。
そして、ＰＳ処理を紫外線で行う場合においては、紫外線が液晶に照射されることで電圧保持率（ＶＨＲ）が低下する可能性があるが、上述した実施形態のようにＰＳ化が効率よく行われることで紫外線照射時間が短くできるため、電圧保持率の低下も避けられる。
また焼き付きが改善するため、ＰＳ照射量（時間）を減らすことも可能である。液晶表示パネル生産においては、照射量（時間）を減らすことにより、スループットが上がる。また、照射装置をより小型にすることができるため、投資金額の削減にもつながる。
以上、上述した実施形態の光配向処理の直線偏光紫外線照射は、一対の基板を貼り合わせる前に行われているが、一対の基板を貼り合わせた後に液晶セルの外側から光配向処理を行ってもよい。光配向処理は、液晶を注入する前か後かを問わない。ただし、液晶を注入した後に光配向処理の直線偏光紫外線照射をする場合においては、光配向処理とＰＳ工程とを同時に行うことができ、プロセスが短縮できるメリットがある。
本実施形態における上記ポリマー層は、可視光の照射により重合するモノマーを重合して形成されたものであっても良い。なお、本発明のポリマー層形成に用いられたモノマーは、本発明のポリマー層における単量体単位の分子構造を確認することにより、確認することが可能である。
上記ポリマー層は、光照射により重合するモノマーを重合して形成されたものであることが好ましい。中でも、上記ポリマー層は、紫外光の照射により重合するモノマーを重合して形成されたものであることがより好ましい。以下に、本発明における好適なモノマーについて詳述する。
また上記ポリマー層は、一種以上の環構造を有する単官能又は多官能の重合性基を有するモノマーが重合することによって形成されたものであることが好ましい。そのようなモノマーとしては、例えば、下記化学式（１）；
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
（式中、Ｒ１は、－Ｒ２－Ｓｐ１－Ｐ１基、水素原子、ハロゲン原子、－ＣＮ基、－ＮＯ２基、－ＮＣＯ基、－ＮＣＳ基、－ＯＣＮ基、－ＳＣＮ基、－ＳＦ５基、又は、炭素数１～１２の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基である。Ｐ１は、重合性基を表す。Ｓｐ１は、炭素数１～６の直鎖状、分枝状若しくは環状のアルキレン基若しくはアルキレンオキシ基、又は、直接結合を表す。Ｒ１が有する水素原子は、フッ素原子又は塩素原子に置換されていてもよい。Ｒ１が有する－ＣＨ２－基は、酸素原子及び硫黄原子が互いに隣接しない限り－Ｏ－基、－Ｓ－基、－ＮＨ－基、－ＣＯ－基、－ＣＯＯ－基、－ＯＣＯ－基、－Ｏ－ＣＯＯ－基、－ＯＣＨ２－基、－ＣＨ２Ｏ－基、－ＳＣＨ２－基、－ＣＨ２Ｓ－基、－Ｎ（ＣＨ３）－基、－Ｎ（Ｃ２Ｈ５）－基、－Ｎ（Ｃ３Ｈ７）－基、－Ｎ（Ｃ４Ｈ９）－基、－ＣＦ２Ｏ－基、－ＯＣＦ２－基、－ＣＦ２Ｓ－基、－ＳＣＦ２－基、－Ｎ（ＣＦ３）－基、－ＣＨ２ＣＨ２－基、－ＣＦ２ＣＨ２－基、－ＣＨ２ＣＦ２－基、－ＣＦ２ＣＦ２－基、－ＣＨ＝ＣＨ－基、－ＣＦ＝ＣＦ－基、－Ｃ≡Ｃ－基、－ＣＨ＝ＣＨ－ＣＯＯ－基、又は、－ＯＣＯ－ＣＨ＝ＣＨ－基で置換されていてもよい。Ｒ２は、－Ｏ－基、－Ｓ－基、－ＮＨ－基、－ＣＯ－基、－ＣＯＯ－基、－ＯＣＯ－基、－Ｏ－ＣＯＯ－基、－ＯＣＨ２－基、－ＣＨ２Ｏ－基、－ＳＣＨ２－基、－ＣＨ２Ｓ－基、－Ｎ（ＣＨ３）－基、－Ｎ（Ｃ２Ｈ５）－基、－Ｎ（Ｃ３Ｈ７）－基、－Ｎ（Ｃ４Ｈ９）－基、－ＣＦ２Ｏ－基、－ＯＣＦ２－基、－ＣＦ２Ｓ－基、－ＳＣＦ２－基、－Ｎ（ＣＦ３）－基、－ＣＨ２ＣＨ２－基、－ＣＦ２ＣＨ２－基、－ＣＨ２ＣＦ２－基、－ＣＦ２ＣＦ２－基、－ＣＨ＝ＣＨ－基、－ＣＦ＝ＣＦ－基、－Ｃ≡Ｃ－基、－ＣＨ＝ＣＨ－ＣＯＯ－基、－ＯＣＯ－ＣＨ＝ＣＨ－基、又は、直接結合を表す。Ａ１及びＡ２は、同一又は異なって、１，２－フェニレン基、１，３－フェニレン基、１，４－フェニレン基、ナフタレン－１，４－ジイル基、ナフタレン－１，５－ジイル基、ナフタレン－２，６－ジイル基、１，４－シクロヘキシレン基、１，４－シクロヘキセニレン基、１，４－ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ピペリジン－１，４－ジイル基、ナフタレン－２，６－ジイル基、デカヒドロナフタレン－２，６－ジイル基、１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基、インダン－１，３－ジイル基、インダン－１，５－ジイル基）、インダン－２，５－ジイル基、フェナントレン－１，６－ジイル基、フェナントレン－１，８－ジイル基、フェナントレン－２，７－ジイル基、フェナントレン－３，６－ジイル基、アントラセン－１，５‐ジイル基、アントラセン－１，８－ジイル基、アントラセン－２，６－ジイル基、又は、アントラセン－２，７－ジイル基を表す。Ａ１及びＡ２が有する－ＣＨ２－基は、互いに隣接しない限り－Ｏ－基又は－Ｓ－基で置換されていてもよい。Ａ１及びＡ２が有する水素原子は、フッ素原子、塩素原子、－ＣＮ基、又は、炭素数１～６のアルキル基、アルコキシ基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基若しくはアルキルカルボニルオキシ基で置換されていてもよい。Ｚは、同一又は異なって、－Ｏ－基、－Ｓ－基、－ＮＨ－基、－ＣＯ－基、－ＣＯＯ－基、－ＯＣＯ－基、－Ｏ－ＣＯＯ－基、－ＯＣＨ２－基、－ＣＨ２Ｏ－基、－ＳＣＨ２－基、－ＣＨ２Ｓ－基、－Ｎ（ＣＨ３）－基、－Ｎ（Ｃ２Ｈ５）－基、－Ｎ（Ｃ３Ｈ７）－基、－Ｎ（Ｃ４Ｈ９）－基、－ＣＦ２Ｏ－基、－ＯＣＦ２－基、－ＣＦ２Ｓ－基、－ＳＣＦ２－基、－Ｎ（ＣＦ３）－基、－ＣＨ２ＣＨ２－基、－ＣＦ２ＣＨ２－基、－ＣＨ２ＣＦ２－基、－ＣＦ２ＣＦ２－基、－ＣＨ＝ＣＨ－基、－ＣＦ＝ＣＦ－基、－Ｃ≡Ｃ－基、－ＣＨ＝ＣＨ－ＣＯＯ－基、－ＯＣＯ－ＣＨ＝ＣＨ－基、又は、直接結合を表す。ｍは、０、１又は２である。）で表される化合物が挙げられる。
より具体的には、例えば、下記化学式（２－１）～（２－５）；
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
（式中、Ｐ１は、同一又は異なって、重合性基を表す。）で表されるいずれかの化合物が挙げられる。
上記Ｐ１としては、例えば、アクリロイルオキシ基、メタアクリロイルオキシ基、ビニル基、ビニルオキシ基、アクリロイルアミノ基、又は、メタアクリロイルアミノ基が挙げられる。ここで、上記化学式（２－１）～（２－５）で表される化合物におけるベンゼン環及び縮合環の水素原子は、ハロゲン原子、又は、炭素数１～１２のアルキル基若しくはアルコキシ基に部分的に又はすべて置換されてもよく、また、アルキル基、アルコキシ基の水素原子はハロゲン原子に部分的に又はすべて置換されていてもよい。また、Ｐ１のベンゼン環及び縮合環への結合位置は、これに限らない。
なお、本実施形態における上記ポリマー層は、可視光の照射により重合するモノマーを重合して形成されたものであっても良い。
上記ポリマー層を形成するモノマーは、二種以上であり、上記可視光の照射により重合するモノマーは、他のモノマーを重合させるモノマーであっても良い。上記他のモノマーを重合させるモノマーとは、分子構造により反応する波長域は異なるが、例えば、可視光の照射を受けて化学反応を起こし、可視光の照射により単独で重合できない他のモノマーの重合を開始、促進させるとともに、自己も重合するものを指す。上記他のモノマーを重合させるモノマーにより、現存の可視光等の光照射で重合しない多くのモノマーをポリマー層の材料として用いることができる。上記他のモノマーを重合させるモノマーの例としては、可視光の照射によりラジカルを生成する構造をもつモノマーが挙げられる。
上記他のモノマーを重合させるモノマーとしては、例えば、下記化学式（３）；
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
（式中、Ａ３及びＡ４は、同一又は異なって、ベンゼン環、ビフェニル環、又は、炭素数１～１２の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基若しくはアルケニル基を表す。Ａ３及びＡ４の少なくとも一方は、－Ｓｐ２－Ｐ２基を含む。Ａ３及びＡ４が有する水素原子は、－Ｓｐ２－Ｐ２基、ハロゲン原子、－ＣＮ基、－ＮＯ２基、－ＮＣＯ基、－ＮＣＳ基、－ＯＣＮ基、－ＳＣＮ基、－ＳＦ５基、又は、炭素数１～１２の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基、アルケニル基若しくはアラルキル基で置換されていてもよい。Ａ３及びＡ４が有する隣接する２つの水素原子は、炭素数１～１２の直鎖状又は分枝状のアルキレン基又はアルケニレン基で置換されて環状構造となっていてもよい。Ａ３及びＡ４のアルキル基、アルケニル基、アルキレン基、アルケニレン基又はアラルキル基が有する水素原子は、－Ｓｐ２－Ｐ２基で置換されていてもよい。Ａ３及びＡ４のアルキル基、アルケニル基、アルキレン基、アルケニレン基又はアラルキル基が有する－ＣＨ２－基は、酸素原子、硫黄原子及び窒素原子が互いに隣接しない限り－Ｏ－基、－Ｓ－基、－ＮＨ－基、－ＣＯ－基、－ＣＯＯ－基、－ＯＣＯ－基、－Ｏ－ＣＯＯ－基、－ＯＣＨ２－基、－ＣＨ２Ｏ－基、－ＳＣＨ２－基、－ＣＨ２Ｓ－基、－Ｎ（ＣＨ３）－基、－Ｎ（Ｃ２Ｈ５）－基、－Ｎ（Ｃ３Ｈ７）－基、－Ｎ（Ｃ４Ｈ９）－基、－ＣＦ２Ｏ－基、－ＯＣＦ２－基、－ＣＦ２Ｓ－基、－ＳＣＦ２－基、－Ｎ（ＣＦ３）－基、－ＣＨ２ＣＨ２－基、－ＣＦ２ＣＨ２－基、－ＣＨ２ＣＦ２－基、－ＣＦ２ＣＦ２－基、－ＣＨ＝ＣＨ－基、－ＣＦ＝ＣＦ－基、－Ｃ≡Ｃ－基、－ＣＨ＝ＣＨ－ＣＯＯ－基、又は、－ＯＣＯ－ＣＨ＝ＣＨ－基で置換されていてもよい。Ｐ２は、重合性基を表す。Ｓｐ２は、炭素数１～６の直鎖状、分枝状若しくは環状のアルキレン基若しくはアルキレンオキシ基、又は、直接結合を表す。ｎは、１又は２である。Ａ３とＹとをつなぐ点線部分、及び、Ａ４とＹとをつなぐ点線部分は、Ａ３とＡ４との間にＹを介した結合が存在していてもよいことを表す。Ｙは、－ＣＨ２－基、－ＣＨ２ＣＨ２－基、－ＣＨ＝ＣＨ－基、－Ｏ－基、－Ｓ－基、－ＮＨ－基、－Ｎ（ＣＨ３）－基、－Ｎ（Ｃ２Ｈ５）－基、－Ｎ（Ｃ３Ｈ７）－基、－Ｎ（Ｃ４Ｈ９）－基、－ＯＣＨ２－基、－ＣＨ２Ｏ－基、－ＳＣＨ２－基、－ＣＨ２Ｓ－基、又は、直接結合を表す。）で表される化合物が挙げられる。
より具体的には、例えば、下記化学式（４－１）～（４－８）；
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
（式中、Ｒ３及びＲ４は、同一又は異なって、－Ｓｐ２－Ｐ２基、水素原子、ハロゲン原子、－ＣＮ基、－ＮＯ２基、－ＮＣＯ基、－ＮＣＳ基、－ＯＣＮ基、－ＳＣＮ基、－ＳＦ５基、又は、炭素数１～１２の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基、アラルキル基若しくはフェニル基を表す。Ｒ３及びＲ４の少なくとも一方は、－Ｓｐ２－Ｐ２基を含む。Ｐ２は、重合性基を表す。Ｓｐ２は、炭素数１～６の直鎖状、分枝状若しくは環状のアルキレン基若しくはアルキレンオキシ基、又は、直接結合を表す。Ｒ３及びＲ４の少なくとも一方が、炭素数１～１２の直鎖状又は分枝状のアルキル基、アラルキル基又はフェニル基であるとき、上記Ｒ３及びＲ４の少なくとも一方が有する水素原子は、フッ素原子、塩素原子又は－Ｓｐ２－Ｐ２基に置換されていてもよい。Ｒ３及びＲ４が有する－ＣＨ２－基は、酸素原子、硫黄原子及び窒素原子が互いに隣接しない限り－Ｏ－基、－Ｓ－基、－ＮＨ－基、－ＣＯ－基、－ＣＯＯ－基、－ＯＣＯ－基、－Ｏ－ＣＯＯ－基、－ＯＣＨ２－基、－ＣＨ２Ｏ－基、－ＳＣＨ２－基、－ＣＨ２Ｓ－基、－Ｎ（ＣＨ３）－基、－Ｎ（Ｃ２Ｈ５）－基、－Ｎ（Ｃ３Ｈ７）－基、－Ｎ（Ｃ４Ｈ９）－基、－ＣＦ２Ｏ－基、－ＯＣＦ２－基、－ＣＦ２Ｓ－基、－ＳＣＦ２－基、－Ｎ（ＣＦ３）－基、－ＣＨ２ＣＨ２－基、－ＣＦ２ＣＨ２－基、－ＣＨ２ＣＦ２－基、－ＣＦ２ＣＦ２－基、－ＣＨ＝ＣＨ－基、－ＣＦ＝ＣＦ－基、－Ｃ≡Ｃ－基、－ＣＨ＝ＣＨ－ＣＯＯ－基、又は、－ＯＣＯ－ＣＨ＝ＣＨ－基で置換されていてもよい。）で表されるいずれかの化合物が挙げられる。
上記Ｐ２としては、例えば、アクリロイルオキシ基、メタアクリロイルオキシ基、ビニル基、ビニルオキシ基、アクリロイルアミノ基、又は、メタアクリロイルアミノ基が挙げられる。ここで、上記化学式（４－１）～（４－８）で表される化合物におけるベンゼン環の水素原子は、ハロゲン原子、又は、炭素数１～１２のアルキル基若しくはアルコキシ基に部分的に又はすべて置換されてもよく、また、アルキル基、アルコキシ基の水素原子はハロゲン原子に部分的に又はすべて置換されていてもよい。更に、Ｒ３、Ｒ４のベンゼン環への結合位置は、これに限らない。
上記ポリマー層を形成するモノマー（例えば、化学式（２－１）～（２－５）で表される化合物、及び、上記化学式（４－１）～（４－８）で表される化合物）は、重合性基を２つ以上もつことが好ましい。例えば、重合性基を２つもつものが好適なものとして挙げられる。
本発明において、従来の重合開始剤（initiator）は用いずに、上述したモノマーを液晶に添加しても良い。これにより、液晶層中に不純物となりえる重合開始剤は残存しなくなり、電気特性を格段に向上することができる。すなわち、モノマーを重合させる際に、液晶層中にモノマーの重合開始剤が実質的に存在しないものとすることができる。
本実施形態においては、例えば、以下の下記化学式（５）で示されるビフェニル系の二官能メタクリレートモノマーを用いても良い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
この場合、光重合開始剤を混合しなくても、ポリマー形成を確認することができる。光照射により下記式（６－１）、（６－２）に示したようなラジカル生成過程；
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
を生じているものと考えられる。また、メタクリレート基が存在するため、ラジカル重合反応により自身がポリマーを形成することにも寄与する。
モノマーとしては、液晶に溶解するものが望ましく、棒状分子が望ましい。上記ビフェニル系のほかに、ナフタレン系、フェナントレン系、アントラセン系も考えられる。また、これらの水素原子の一部又はすべてはハロゲン原子や、アルキル基、アルコキシ基（その水素原子がハロゲン原子に一部又はすべて置換してもよい）に置換されていてもよい。
重合性基としては、上記メタアクリロイルオキシ基のほかに、アクリロイルオキシ基、ビニルオキシ基、アクリロイルアミノ基、メタアクリロイルアミノ基も考えられる。このようなモノマーであれば、３００～３８０ｎｍ程度の範囲の波長の光で、ラジカル生成が可能である。
また、上記モノマー以外に、光重合開始機能を有しないアクリレート、ジアクリレートのようなモノマーを混合させてもよく、これにより光重合反応速度を調整することが出来る。
また、本実施形態において、下記化学式（７Ａ）で示されるモノマー及び下記化学式（７Ｂ）で示されるモノマーの混合物；
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
を用いることもできる。
この場合、ＰＳ工程の照射を可視光とし、これにより、液晶及び光配向膜へのダメージを抑制することも出来る。
モノマーとしては、他にも光開裂や水素引き抜きによってラジカルを生成するベンゾインエーテル系、アセトフェノン系、ベンジルケータル系、ケトン系を用いることができる。また、これらに重合性基が付与されている必要があるが、当該重合性基としては、上記メタアクリロイルオキシ基のほかに、アクリロイルオキシ基、ビニルオキシ基、アクリロイルアミノ基、メタアクリロイルアミノ基が挙げられる。
また、本実施形態において、配向膜材料のポリマー主鎖として、シクロブタンを骨格に有するポリイミドを用いても良い。
最後に、本実施形態の液晶表示装置が備える液晶層の好適な形態について述べる。上記液晶層は、分子構造にベンゼン環の共役二重結合以外の多重結合を含む液晶分子を含有する。 液晶分子は、正の誘電率異方性を有するもの（ポジ型）及び負の誘電率異方性を有するもの（ネガ型）のいずれであってもよい。上記液晶分子は、液晶層中において高い対称性をもつネマチック液晶分子が好ましい。
上記多重結合は、ベンゼン環の共役二重結合は含まれない。これは、ベンゼン環が反応性に乏しいためである。なお、本実施形態において液晶分子は、ベンゼン環の共役二重結合以外の多重結合を必須として有する限り、ベンゼン環の共役二重結合を有していてもよく、この結合が特に除外されるわけではない。また、本実施形態において液晶層に含まれる液晶分子は、複数の種類を混ぜたものでもよい。信頼性の確保、応答速度の向上、並びに、液晶相温度域、弾性定数、誘電率異方性及び屈折率異方性の調整のために、液晶材料を複数の液晶分子の混合物とすることがありうる。
上記多重結合は、二重結合であることが好ましく、エステル基又はアルケニル基に含まれていることが好ましい。例えば、二重結合がアルケニル基に含まれていることが好適である。上記多重結合は、三重結合よりも、二重結合の方が反応性に優れている。なお、上記多重結合は、三重結合であってもよいが、その場合には、上記三重結合は、シアノ基に含まれていることが好ましい。更に、上記液晶分子は、上記多重結合を二種類以上有することが好ましい。
上記液晶分子は、下記式（８－１）～（８－６）からなる群より選択される少なくとも一つの分子構造を含むことが好ましい。特に好ましくは、下記式（８－４）を含む分子構造である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
実施形態１１
実施形態１１では、後述する配向膜材料、及び、配向処理の条件以外は、実施形態９と同様にしてセルを完成させた。
配向膜材料として、シクロブタン骨格を有するポリイミド溶液を用いた。配向膜材料の基板への塗布及び乾燥は、実施形態１と同様にした。
各基板の表面に対し、配向処理として偏光紫外線を、波長２５４ｎｍにおいて５００ｍＪ／ｃｍ２となるように、各基板の法線方向から照射した。これにより、基板上に塗布された配向膜材料が光分解反応を起こし、水平配向膜が形成される。
このパネルを偏光顕微鏡の反射モードで観察したところ、実施形態９と同様にフォトスペーサ－フォトスペーサ間にディスクリネーションが沿っており、ＢＭの下にディスクリネーションがあるため、透過光ではディスクリネーションは観察されない。
上述した実施形態における各形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
なお、本願は、２０１１年８月３１日に出願された日本国特許出願２０１１－１８９８３５号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。
１０、５１０：ＴＦＴ基板（アレイ基板）
１２：スリットを有する電極
１３：絶縁層
１４：下層電極
１３、５１３：一対の櫛歯電極
１５、２５、１２５、５１５、５２５：ガラス基板（透明基板）
１６ｄ、２６ｄ、１２６ｄ、２２６ｄ、５１６ｄ、５２６ｄ：配向膜（水平光配向膜）
１７、２７、５１７、５２７：ＰＳ層（ポリマー層）
１８、２８、５１８、５２８：直線偏光板
２０、５２０：対向基板（ＣＦ基板）
２９、１２９、２２９、２２９Ｎ、２２９Ｗ、３２９、４２９ａ、４２９ｂ、４２９ｃ、４２９ｄ、６２９：フォトスペーサ
３０、５３０：液晶層
３２、１３２、５３２：液晶配向方向
３２２：平坦化膜
３２３：溝
３３４：ディスクリネーション
５１１：信号電極
５１２：共通電極
６３４：糸状欠陥
Ｒ：赤色画素
Ｇ：緑色画素
Ｂ：青色画素
ＢＭ：ブラックマトリクス
ＣＨ：コンタクトホール
ＧＢ：ゲートバスライン
ＳＢ：ソースバスライン

Claims (19)

  1. 一対の基板、及び、該一対の基板間に挟持される液晶層を備える液晶表示パネルであって、
    該一対の基板の少なくとも一方は、光配向膜を有し、
    該光配向膜は、基板主面に対して液晶分子を水平配向させるものであり、
    該光配向膜の膜厚は、５０ｎｍ以上である
    ことを特徴とする液晶表示パネル。
  2. 前記光配向膜は、２１５℃以上で焼成されたものである
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。
  3. 前記一対の基板の少なくとも一方は、更に、前記光配向膜の液晶層側にポリマー層を有する
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示パネル。
  4. 前記光配向膜の膜厚は、１２５ｎｍ以上である
    ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の液晶表示パネル。
  5. 前記光配向膜は、１００℃以上で乾燥されたものである
    ことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の液晶表示パネル。
  6. 一対の基板、及び、該一対の基板間に挟持される液晶層を備える液晶表示パネルであって、
    該一対の基板の少なくとも一方は、光配向膜を有し、
    該光配向膜は、基板主面に対して液晶分子を水平配向させるものであり、
    該液晶表示パネルは、一対の基板間にフォトスペーサを有し、
    該フォトスペーサは、該一対の基板の少なくとも一方に設けられ、液晶層側に突出し、
    該一対の基板の少なくとも一方は、該フォトスペーサ間の少なくとも一部の領域に溝が設けられたものである
    ことを特徴とする液晶表示パネル。
  7. 前記フォトスペーサの基板面における径は、１４μｍ以下である
    ことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示パネル。
  8. 前記一対の基板の少なくとも一方は、更に、前記光配向膜の液晶層側にポリマー層を有する
    ことを特徴とする請求項６又は７に記載の液晶表示パネル。
  9. 前記溝は、溝の側面と底面に電極が形成されており、溝が形成された層間絶縁膜の上層に存在する電極と下層に存在する電極とを同電位に接続するためのコンタクトホールである
    ことを特徴とする請求項６～８に記載の液晶表示パネル。
  10. 前記液晶層の配向型は、ＩＰＳ型又はＦＦＳ型である
    ことを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の液晶表示パネル。
  11. 前記ポリマー層は、前記液晶層中に添加したモノマーを重合して形成されたものである
    ことを特徴とする請求項３又は８に記載の液晶表示パネル。
  12. 前記ポリマー層は、光照射により重合するモノマーを重合して形成されたものである
    ことを特徴とする請求項３又は８に記載の液晶表示パネル。
  13. 前記光配向膜は、光異性化型又は光二量化型の光反応をしうる官能基を含む
    ことを特徴とする請求項１～１２のいずれかに記載の液晶表示パネル。
  14. 前記光配向膜は、シンナメート誘導体を有する官能基を含む
    ことを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示パネル。
  15. 前記光配向膜材料は、シクロブタン骨格を繰り返し単位に含む
    ことを特徴とする請求項１～１２のいずれかに記載の液晶表示パネル。
  16. 前記液晶層は、分子構造にベンゼン環の共役二重結合以外の多重結合を含む液晶分子を含有する
    ことを特徴とする請求項１～１５に記載の液晶表示パネル。
  17. 前記多重結合は、二重結合である
    ことを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示パネル。
  18. 前記二重結合は、アルケニル基に含まれている
    ことを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示パネル。
  19. 請求項１～１８のいずれかに記載の液晶表示パネルを備える
    ことを特徴とする液晶表示装置。
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