WO2014061754A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

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WO2014061754A1
WO2014061754A1 PCT/JP2013/078235 JP2013078235W WO2014061754A1 WO 2014061754 A1 WO2014061754 A1 WO 2014061754A1 JP 2013078235 W JP2013078235 W JP 2013078235W WO 2014061754 A1 WO2014061754 A1 WO 2014061754A1
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liquid crystal
display device
crystal display
substrate
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仲西 洋平
真伸 水▲崎▼
健史 野間
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シャープ株式会社
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    • G02F1/1393Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the birefringence of the liquid crystal being electrically controlled, e.g. ECB-, DAP-, HAN-, PI-LC cells
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    • G02F2202/02Materials and properties organic material
    • G02F2202/022Materials and properties organic material polymeric
    • G02F2202/023Materials and properties organic material polymeric curable

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device. More specifically, the liquid crystal display device includes a polymer layer (hereinafter also referred to as an alignment maintenance (PSA) layer) that controls the alignment of liquid crystal molecules formed by polymerizing monomers contained in the liquid crystal composition. It is about.
  • PSA alignment maintenance
  • a liquid crystal display (LCD) device is a device that controls light transmission / blocking (display on / off) by controlling the orientation of liquid crystal molecules having birefringence.
  • the liquid crystal alignment mode of LCD includes TN (TwistedmaticNematic) mode in which liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy are aligned 90 ° when viewed from the normal direction of the substrate, negative anisotropic dielectric constant Vertical alignment (VA: Vertical Alignment) mode in which liquid crystal molecules having a vertical characteristic are aligned with respect to the substrate surface, and liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy are horizontally aligned with respect to the substrate surface to be transverse to the liquid crystal layer.
  • Examples include an in-plane switching (IPS) mode in which an electric field is applied and a fringe field switching (FFS) mode.
  • the liquid crystal display device includes, for example, an array substrate, a color filter substrate, and a liquid crystal layer sandwiched between a pair of substrates including the array substrate and the color filter substrate.
  • An alignment film may be provided on the liquid crystal layer side surfaces of both substrates.
  • a plurality of spacers made of an insulating material are provided on any one of the above substrates, and the two substrates are bonded together.
  • the dropping method is used, the liquid crystal material is dropped before the substrates are bonded, and when the vacuum injection method is used, the liquid crystal material is vacuum-injected after the substrates are bonded to close the injection port.
  • a liquid crystal display panel is completed by affixing a polarizing plate, retardation film, etc. on the surface on the opposite side to the liquid crystal layer side of each board
  • a gate driver, a source driver, a display control circuit, and the like are mounted on the liquid crystal display panel, and a liquid crystal display device is completed by combining a backlight and the like.
  • the PSA layer encapsulates a liquid crystal composition in which a polymerizable component such as a monomer or oligomer is mixed with a liquid crystal material, and polymerizes the polymerizable component such as a monomer or oligomer by irradiation with heat or light (for example, ultraviolet rays).
  • a polymerizable component such as a monomer or oligomer
  • heat or light for example, ultraviolet rays
  • Patent Document 1 a liquid crystal material mixed with a photopolymerizable compound is sandwiched between both substrates on which a photoalignment film is formed, and the photopolymerizable compound is polymerized by irradiating light to form an alignment maintaining layer. It is described.
  • the photo-alignment film of Patent Document 1 is an alignment film including a main chain and a polymer having a side chain including a photoreactive functional group. By irradiating light from different directions, the alignment film has different directions. A plurality of regions to which the orientation regulating force is applied can be formed.
  • this light irradiation may generate impurities from the photo-alignment film
  • the pre-tilt direction of the liquid crystal molecules is fixed by fixing the impurities by the alignment maintaining layer and suppressing the generation of impurity ions in the liquid crystal layer.
  • the decrease in voltage holding ratio and the occurrence of burn-in can be suppressed.
  • Patent Document 2 a liquid crystal composition containing a polymerizable monomer is injected between substrates, and ultraviolet light is applied while applying a voltage between opposing transparent electrodes of the substrate to polymerize the monomer. It is described that the burn-in of the liquid crystal display device can be reduced and that the monomer has one or more ring structures or condensed ring structures and two functional groups directly bonded to the ring structures or condensed ring structures. Has been.
  • FIG. 39 is a schematic front view of the liquid crystal display device in a halftone (32/255) after use in a high temperature and high humidity environment.
  • a spot 1002 appears along the outer edge of the display area 1001 of the liquid crystal display device 1000, the brightness differs between the outer edge and the center of the display area 1001, and display unevenness occurs. May be observed.
  • the display area 1001 is an area for displaying an image recognized by the observer, and does not include the frame area 1003.
  • a frame driver 1003 houses a gate driver, a source driver, a display control circuit, and the like.
  • liquid crystal display devices tend to widen the display area, and there is a demand for narrowing the frame area.
  • the frame area is narrowed, the area where the spots and display unevenness are generated becomes conspicuous as described above, and the display quality of the liquid crystal display device is greatly deteriorated.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device that can maintain high display quality even in an environment of high temperature and high humidity.
  • the inventors of the present invention have studied the cause of the occurrence of spots and display unevenness in the liquid crystal display device, and focused on the process of bonding both substrates using a sealing material in the manufacturing process of the liquid crystal display device. And, as a result of intensive studies, when the sealing material used for bonding the substrates is not sufficiently cured and comes into contact with the liquid crystal layer, the sealing material component may be eluted in the liquid crystal layer. We found that when liquid crystal display devices are used in high-temperature and high-humidity environments, moisture such as moisture enters from the outside of the liquid crystal display device, and the components of the sealing material may elute into the liquid crystal layer together with moisture. . Further, it has been found that the presence of these moisture and impurities in the liquid crystal layer causes spots and display unevenness.
  • liquid crystal composition containing a liquid crystal material and a radical polymerizable monomer having an amide group between both substrates, polymerizing the monomer by ultraviolet irradiation, and polymer layer (PSA layer)
  • PSA layer polymer layer
  • FIG. 40 is a schematic diagram showing the interaction between an ester group or an amide group and a water molecule.
  • R 7 to R 10 of the ester group and amide group represent a hydrocarbon group.
  • the —CO— possessed by the amide group (—NRCO— group) of the radical polymerizable monomer in the present invention has a very high polarity compared to the case of the ester. Causes strong dipole-dipole interactions.
  • the amide group (—NHCO—) has a nitrogen atom, and can form a hydrogen bond with a polar molecule having hydrogen bonding properties such as water through a hydrogen atom bonded to the nitrogen atom. . Therefore, radically polymerizable monomers having an amide group can strongly interact with highly polar impurities, particularly impurities with hydrogen bonding properties, so that moisture and polarity can be maintained even in high temperature and high humidity environments. Therefore, it is possible to take in high impurities and prevent impurities from remaining in the liquid crystal.
  • One embodiment of the present invention includes a first substrate and a second substrate, a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate and containing a liquid crystal material, and at least one of the first substrate and the second substrate
  • a polymer layer for controlling alignment of liquid crystal molecules formed on the substrate wherein the first substrate has a first electrode, and the polymer layer is one or more radicals added in the liquid crystal layer.
  • a polymerizable monomer is formed by polymerization, and at least one of the radical polymerizable monomers is a liquid crystal display device which is a compound represented by the following chemical formula (1).
  • Sp 1 and Sp 2 are the same or different and each represents a linear or branched alkylene group or alkyleneoxy group having 1 to 6 carbon atoms or a direct bond.
  • a 1 represents a divalent alicyclic, aromatic monocyclic or condensed polycyclic hydrocarbon group.
  • a 2 represents a phenylene group or a naphthalene 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 —CH ⁇ group of A 1 and A 2 may be substituted with a —N ⁇ group unless they are adjacent to each other.
  • the hydrogen atom that A 1 and A 2 have are a fluorine atom, a chlorine atom, a -CN group, or a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an alkoxy group, an alkylcarbonyl group, an alkoxycarbonyl group. Alternatively, it may be substituted with an alkylcarbonyloxy group, and one or more of these carbon atoms may be substituted with a silicon atom.
  • Z 1 , Z 2 and Z 3 may be the same or different and represent —O— group, —S— group, —NH— group, —CO— group, —COO— group, —OCO— group, —O—COO— Group, —OCH 2 — group, —CH 2 O— group, —SCH 2 — group, —CH 2 S— group, —N (CH 3 ) — group, —N (C 2 H 5 ) — group, —N (C 3 H 7 ) — group, —N (C 4 H 9 ) — group, —NRCO— group, —CONR— group, —CF 2 O— group, —OCF 2 — group, —CF 2 S— group, —SCF 2 — group, —N (CF 3 ) — group, —CH 2 CH 2 — group, —CF 2 CH 2 — group, —CH 2 CF 2 — group, —CF 2 CF 2 — group,
  • At least one of Z 1 , Z 2 and Z 3 represents a —NRCO— group or a —CONR— group.
  • R represents a hydrogen atom or a linear alkyl group or alkenyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • n 1 is 0 or 1.
  • the configuration of the liquid crystal display device of the present embodiment is not particularly limited by other components as long as such components are essential.
  • the compound represented by the chemical formula (1) is, for example, a modifying group such as a linear alkyl group or alkenyl group having 1 to 6 carbon atoms. Is preferably introduced, and the solubility in liquid crystals can be improved.
  • Examples of the compound represented by the chemical formula (1) include a compound represented by the following chemical formula (2).
  • a 1 represents a divalent alicyclic, aromatic monocyclic or condensed polycyclic hydrocarbon group.
  • a 2 represents a phenylene group or a naphthalene 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 —CH ⁇ group of A 1 and A 2 may be substituted with a —N ⁇ group unless they are adjacent to each other.
  • the hydrogen atom that A 1 and A 2 have are a fluorine atom, a chlorine atom, a -CN group, or a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an alkoxy group, an alkylcarbonyl group, an alkoxycarbonyl group. Alternatively, it may be substituted with an alkylcarbonyloxy group, and one or more of these carbon atoms may be substituted with a silicon atom.
  • Z 1 represents an —O— group, —CO— group, —COO— group, —OCO— group, —NRCO— group, —CONR— group, or a direct bond.
  • R represents a hydrogen atom or a linear alkyl group or alkenyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • P 1 and P 2 are the same or different and represent a radical polymerizable group, and at least one is an acryloylamino group or a methacryloylamino group.
  • n 1 is 0 or 1.
  • Examples of A 1 possessed by the compounds represented by the chemical formulas (1) and (2) include benzene-1,2-diyl group, benzene-1,3-diyl group, benzene-1,4-diyl group, Pyridine-2,3-diyl group, pyridine-2,4-triyl group, pyridine-2,5-diyl group, pyridine-2,6-diyl group, naphthalene-1,2-diyl group, naphthalene-1,4 -Diyl group, naphthalene-1,5-diyl group, naphthalene-1,8-diyl group, naphthalene-2,3-diyl group, naphthalene-2,6-diyl group, naphthalene-2,7-diyl group, cyclo Hexane-1,2-diyl group, cyclohexane-1,3-diyl
  • More specific examples of the compound represented by the chemical formula (1) include compounds represented by any of the following chemical formulas (3-1) to (3-18).
  • W 1 and W 2 are the same or different and represent —H group or —CH 3 group.
  • the liquid crystal composition may further contain a monomer having a structure that generates radicals by a hydrogen abstraction reaction by light irradiation, or a monomer having a structure that generates radicals by a self-cleavage reaction by light irradiation.
  • the structure in the panel of the liquid crystal display device deteriorates by irradiating a wavelength component near 300 nm for a long time, and the performance as a display device is impaired. It is effective to shorten the light irradiation time required for the polymerization reaction by using together a monomer having a structure that generates radicals by.
  • the monomer having a structure that generates radicals by light irradiation preferably has a structure that efficiently generates radicals by irradiation with light having a wavelength component of 300 nm or more, more preferably 350 nm or more.
  • Examples of the monomer having a structure that generates a radical by a hydrogen abstraction reaction by light irradiation include a compound represented by the following chemical formula (4).
  • a 3 represents an aromatic ring.
  • a 4 represents an aromatic ring that is the same as or different from A 3 , or a linear or branched alkyl group or alkenyl group having 1 to 12 carbon atoms. At least one of A 3 and A 4 includes a —Sp 3 —P group.
  • the aromatic ring possessed by at least one of A 3 and A 4 is a benzene ring or a biphenyl ring.
  • the hydrogen atoms of A 3 and A 4 are: —Sp 3 —P group, halogen atom, —CN group, —NO 2 group, —NCO group, —NCS group, —OCN group, —SCN group, —SF 5 group Alternatively, it may be substituted with an alkyl group, alkenyl group or aralkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and the alkyl group and alkenyl group may be linear or branched. Two adjacent hydrogen atoms of A 3 and A 4 may be substituted with a linear or branched alkylene group or alkenylene group having 1 to 12 carbon atoms to form a cyclic structure.
  • the hydrogen atom of the alkyl group, alkenyl group, alkylene group, alkenylene group or aralkyl group of A 3 and A 4 may be substituted with a —Sp 3 —P group.
  • the —CH 2 — group of the alkyl group, alkenyl group, alkylene group, alkenylene group or aralkyl group of A 3 and A 4 is an —O— group, —S—, unless an oxygen atom, a sulfur atom and a nitrogen atom are adjacent to each other.
  • P represents a radical polymerizable group.
  • Sp 3 represents a linear, branched or cyclic alkylene group or alkyleneoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or a direct bond.
  • m 1 is 1 or 2.
  • a dotted line portion connecting A 3 and Y and a dotted line portion connecting A 4 and Y indicate that a bond via Y may exist between A 3 and A 4 .
  • 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 is represented.
  • Examples of the compound represented by the chemical formula (4) include compounds represented by any of the following chemical formulas (6-1) to (6-8).
  • R 3 and R 4 are the same or different and are represented by —Sp 8 —P group, hydrogen atom, halogen atom, —CN group, —NO 2 group, —NCO group, —NCS group, —OCN group, —SCN group, -SF 5 radical, a linear or branched alkyl group or aralkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or a phenyl group.
  • At least one of R 3 and R 4 includes a —Sp 8 —P group.
  • P represents a radical polymerizable group.
  • Sp 8 represents a linear, branched or cyclic alkylene group or alkyleneoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or a direct bond.
  • R 3 and R 4 When at least one of R 3 and R 4 is an alkyl group, an aralkyl group, or a phenyl group having 1 to 12 carbon atoms, the hydrogen atom that R 3 and R 4 have is a fluorine atom, a chlorine atom, or —Sp It may be substituted with an 8- P group.
  • the —CH 2 — group of R 3 and R 4 is an —O— group, —S— group, —NH— group, —CO— group, —COO— unless an oxygen atom, a sulfur atom and a nitrogen atom are adjacent to each other.
  • the compound having any one of the structures represented by the chemical formulas (6-1) to (6-6) has an absorption wavelength range up to about 380 nm, and is represented by the chemical formula (6-7) or (6-8).
  • the represented compound has an absorption wavelength region up to around 430 nm. Therefore, by using a compound having any one of the structures represented by the chemical formulas (6-1) to (6-8), light having a short wavelength (for example, light having a wavelength of less than 300 nm) can be cut. Even in this case, the polymerization reaction rate by light irradiation in the production of the liquid crystal display device can be increased, and the throughput can be improved.
  • the compound represented by the chemical formula (6-7) or (6-8) is more light-lighter than the compound having any one of the structures represented by the chemical formulas (6-1) to (6-6). Since the absorption wavelength range is wide and the light utilization efficiency is high, even after a polarizing plate is attached to each of a pair of substrates of a liquid crystal display device, light can be irradiated to polymerize a radical polymerizable monomer. it can.
  • R 1 represents a linear or branched alkyl group or alkenyl group having 1 to 4 carbon atoms, or —Sp 6 —P.
  • R 2 represents a linear or branched alkyl group or alkenyl group having 1 to 4 carbon atoms, or —Sp 7 —P.
  • P represents the same or different radical polymerizable group, and the total number is two or more.
  • Sp 4 represents a linear, branched or cyclic alkylene group, alkyleneoxy group or alkylenecarbonyloxy group having 1 to 6 carbon atoms, or a direct bond, and is the same when m 2 is 2 or more. Or different.
  • Sp 5 represents a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, an alkyleneoxy group or an alkylenecarbonyloxy group, or a direct bond, and is the same when m 3 is 2 or more. Or different.
  • Sp 6 represents a linear, branched or cyclic alkylene group, alkyleneoxy group or alkylenecarbonyloxy group having 1 to 6 carbon atoms.
  • Sp 7 represents a linear, branched or cyclic alkylene group, alkyleneoxy group or alkylenecarbonyloxy group having 1 to 6 carbon atoms.
  • L 1 represents a —F group, —OH group, a linear or branched alkyl group or alkenyl group having 1 to 12 carbon atoms, or an aralkyl group, and when n 2 is 2 or more, , May be the same or different.
  • n 2 is 2 or more, , May be the same or different.
  • two L 1 are respectively bonded to two adjacent carbon atoms in the aromatic ring, they may be bonded to each other to form a cyclic structure, and the two L 1 may be the same or different and have a carbon number 1 to 12, a linear or branched alkylene group or alkenylene group.
  • L 2 represents an —F group, an —OH group, a linear or branched alkyl group or alkenyl group having 1 to 12 carbon atoms, or an aralkyl group, and when n 3 is 2 or more, , May be the same or different.
  • n 3 is 2 or more, , May be the same or different.
  • two L 2 are respectively bonded to two adjacent carbon atoms in the aromatic ring, they may be bonded to each other to form a cyclic structure, and the two L 2 may be the same or different and have a carbon number 1 to 12, a linear or branched alkylene group or alkenylene group.
  • One or more hydrogen atoms of the alkyl group, alkenyl group, alkylene group, alkenylene group or aralkyl group of L 1 and L 2 may be substituted with an —F group or an —OH group.
  • the —CH 2 — group of the alkyl group, alkenyl group, alkylene group, alkenylene group or aralkyl group of L 1 and L 2 is —O— group, —S, unless the oxygen atom, sulfur atom and nitrogen atom are adjacent to each other.
  • n 2 is an integer from 1 to 3.
  • m 3 is an integer from 0 to 3.
  • n 2 is an integer from 0 to 4.
  • n 3 is an integer from 0 to 4.
  • the sum of m 2 and n 2 is an integer from 1 to 5.
  • the sum of m 3 and n 3 is an integer from 0 to 5.
  • the sum of m 2 and m 3 is an integer from 1 to 6.
  • Examples of the compound represented by the chemical formula (5) include a compound represented by the following chemical formula (7).
  • R 5 represents a linear or branched alkyl group or alkenyl group having 1 to 4 carbon atoms.
  • R 6 represents a linear or branched alkyl group or alkenyl group having 1 to 4 carbon atoms.
  • P is the same or different and represents a radically polymerizable group.
  • Sp 9 represents a linear, branched or cyclic alkylene group, alkyleneoxy group or alkylenecarbonyloxy group having 1 to 6 carbon atoms, or a direct bond.
  • Sp 10 represents a linear, branched or cyclic alkylene group, alkyleneoxy group or alkylenecarbonyloxy group having 1 to 6 carbon atoms, or a direct bond.
  • Examples of P contained in the compounds represented by the chemical formulas (1) and (4) to (7) include (meth) acryloyloxy group, (meth) acryloylamino group, vinyl group, and vinyloxy group. It is done.
  • the liquid crystal material may have a negative dielectric anisotropy or a positive dielectric anisotropy.
  • the second substrate may have a second electrode.
  • a dielectric protrusion On the surface of at least one of the first electrode and the second electrode on the liquid crystal layer side, a dielectric protrusion may be provided.
  • At least one of the first electrode and the second electrode may have an opening.
  • the dielectric protrusion may be linear or substantially circular in plan view.
  • the opening may be linear or substantially circular in plan view.
  • the first substrate may further include a third electrode.
  • the first electrode and the third electrode may both be comb electrodes.
  • the first electrode may have a flat plate shape
  • the third electrode may have a comb shape
  • an insulating layer may be provided between the first electrode and the third electrode.
  • liquid crystal display device that can maintain high display quality even in an environment of high temperature and high humidity.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device according to Embodiment 1 before the PSA polymerization step.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view after the PSA polymerization process of the liquid crystal display device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device according to Embodiment 2 before a PSA polymerization step.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view after a PSA polymerization process of the liquid crystal display device according to the second embodiment.
  • FIG. FIG. 12 is a schematic perspective view of the liquid crystal display device according to Application Mode 1 when a voltage is applied.
  • FIG. 7 is a schematic plan view of one pixel for a liquid crystal display device according to an application mode 1.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of one pixel for a liquid crystal display device according to an application mode 2.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of one pixel of a liquid crystal display device according to an application form 3.
  • FIG. 10 The perspective schematic diagram at the time of the voltage non-application of the liquid crystal display device which concerns on the application form 4.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of one pixel for a liquid crystal display device according to an application form 4.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view of a liquid crystal display device according to an application mode 5 when a voltage is applied.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of one pixel for a liquid crystal display device according to an application form 5.
  • FIG. 6 The perspective schematic diagram at the time of the voltage non-application of the liquid crystal display device which concerns on the application form 6.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of one pixel for a liquid crystal display device according to an application form 6.
  • FIG. FIG. 10 is a schematic plan view of one pixel of a liquid crystal display device according to application form 7.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of one pixel for a liquid crystal display device according to an application mode 8. 10 illustrates a pixel electrode of a liquid crystal display device according to an application mode 8. 10 is another example of a pixel electrode of a liquid crystal display device according to an application mode 8.
  • FIG. 10 The cross-sectional schematic diagram after the PSA polymerization process of the liquid crystal display device which concerns on the application form 8.
  • FIG. The front schematic diagram of the liquid crystal display device in the halftone (32/255) after using it in an environment of high temperature and high humidity. The schematic diagram showing interaction with an ester group or an amide group, and a water molecule.
  • the liquid crystal display device of the present invention can exhibit excellent display characteristics when used for display devices such as a television, a personal computer, a mobile phone, and an information display.
  • FIGS. 1 and 2 are schematic cross-sectional views of the liquid crystal display device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 shows the PSA polymerization process before
  • FIG. 2 shows the PSA polymerization process.
  • the liquid crystal display device according to the first embodiment is sandwiched between a pair of substrates including an array substrate 10, a color filter substrate 20, and the array substrate 10 and the color filter substrate 20.
  • a liquid crystal layer 30 is provided.
  • the array substrate 10 includes an insulating transparent substrate made of glass or the like, various wirings formed on the transparent substrate, pixel electrodes, thin film transistors (TFTs), and the like.
  • the color filter substrate 20 includes an insulating transparent substrate made of glass or the like, a color filter formed on the transparent substrate, a black matrix, a common electrode, and the like.
  • the array substrate 10 and the color filter substrate 20 each include an alignment film 8 on the surface on the liquid crystal layer 30 side.
  • the liquid crystal material 30 and the radical polymerizable monomer 4 are contained in the liquid crystal layer 30 before the PSA polymerization step.
  • the radical polymerizable monomer 4 is a compound represented by the above chemical formula (1), more specifically a compound represented by the above chemical formula (2), and more specifically, the above chemical formula (3-1). ) To (3-18).
  • the radical polymerizable monomer 4 By irradiating the liquid crystal layer 30 with light, the radical polymerizable monomer 4 generates a radical, and the radical polymerizable group of the radical polymerizable monomer 4 starts and advances one after another using the radical as an active species. , Polymerize.
  • the polymer formed by the polymerization is deposited as a polymer layer (PSA layer) 7 on the alignment film 8 formed on the substrates 10 and 20, as shown in FIG.
  • stains and display unevenness that occur in an environment of high temperature and high humidity are considered to be caused by moisture, impurities, or the like entering the liquid crystal layer.
  • the voltage holding ratio (VHR) decreases. Since the radical polymerizable monomer 4 has an amide group, it can form hydrogen bonds with moisture, water-soluble impurities, and the like. Therefore, by forming the polymer layer 7 using the radical polymerizable monomer 4, the residual amount of moisture, impurities, etc. in the liquid crystal layer can be reduced, and the decrease in VHR can be suppressed. As a result, a liquid crystal display device that can maintain high display quality even in an environment of high temperature and high humidity can be obtained.
  • a polymerization initiator is generally used.
  • a polymerization initiator for example, Irgacure 651
  • the one cleaved by ultraviolet irradiation floats as impurities in the liquid crystal. Therefore, VHR is lowered.
  • the radically polymerizable monomer 4 itself generates a radical, such a polymerization initiator is not required, and impurities derived from the polymerization initiator are not generated, so that a high VHR can be maintained.
  • the radical polymerizable monomer 4 has two polymerizable groups, it is easily taken into the polymer layer 7 when forming the polymer layer 7 and hardly remains in the liquid crystal layer as an impurity, which causes a decrease in VHR. hard.
  • the polymer layer 7 is formed on the alignment film 8 formed on the array substrate 10 and the color filter substrate 20. Further, between the array substrate 10 and the color filter substrate 20, the sealing material 3 is attached on the alignment film 8 along the outer edges of the substrates 10 and 20, and the liquid crystal layer 30 is formed of the sealing material 3. Is sealed between the array substrate 10 and the color filter substrate 20. Further, since the light irradiation to the liquid crystal layer 30 is performed after the liquid crystal layer 30 is sealed with the sealing material 3, the polymer layer 7 is formed in a region surrounded by the sealing material 3.
  • the sealing material any one that is cured by heat, one that is cured by irradiation with ultraviolet light, or one that is cured by either heat or ultraviolet light irradiation may be used.
  • the polymer layer when the PSA polymerization process is performed, the polymer layer is formed by using one or more radical polymerizable monomers in the first embodiment without applying a voltage higher than the threshold voltage to the liquid crystal layer 30.
  • the liquid crystal molecules can be aligned in a specific direction with respect to the substrate surface. For example, in the horizontal alignment mode such as the IPS mode and the FFS mode, the polymer layer is formed and the alignment of the liquid crystal molecules is controlled even when the voltage exceeding the threshold is not applied to the liquid crystal layer during the PSA polymerization process. can do.
  • the formed polymer layer has a structure that defines a pretilt angle with respect to the liquid crystal molecules even when no voltage is applied later.
  • the alignment film 8 may be a horizontal alignment film or a vertical alignment film.
  • the vertical alignment film is an alignment film that aligns liquid crystal molecules perpendicularly to the substrate surface when no voltage is applied, and may be subjected to alignment treatment.
  • Vertical alignment refers to the case where the average initial tilt angle of the liquid crystal molecules with respect to the substrate surface is 80 ° to 90 °, preferably 85 ° to 90 °.
  • the “tilt angle” is an angle between the major axis of the liquid crystal molecules and the substrate surface in the range of 0 ° to 90 °, and the “average tilt angle” is also referred to as “tilt angle”.
  • the horizontal alignment film is an alignment film that aligns liquid crystal molecules horizontally with respect to the substrate surface when no voltage is applied, and may be subjected to an alignment treatment.
  • Horizontal alignment refers to the case where the average initial tilt angle of liquid crystal molecules with respect to the substrate surface is 0 to 30 °, and preferably 0 to 10 °. Examples of the alignment treatment method include a rubbing method and a photo-alignment method.
  • alignment film 8 examples include polyimide, polyamic acid, and polysiloxane.
  • the alignment film 8 may be a photo-alignment film.
  • Photoalignment films include those that align liquid crystal molecules using the cis-trans change of azobenzene, those that align liquid crystal molecules due to the anisotropy of the dimer of polyvinyl cinnamate, and those that vary depending on the anisotropy of light absorption. Examples thereof include one that undergoes isotropic decomposition and aligns liquid crystal molecules (photolytic type).
  • 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 liquid crystal material may have a positive dielectric anisotropy or a negative dielectric anisotropy, and its orientation is controlled by application of a voltage equal to or higher than a threshold value.
  • the array substrate 10, the liquid crystal layer 30, and the color filter substrate 20 are stacked in this order from the back side of the liquid crystal display device toward the observation surface side.
  • Polarizers are provided on the back side of the array substrate 10 and the observation surface side of the color filter substrate 20.
  • a retardation plate may be further arranged for these polarizing plates, and the polarizing plate may be a circularly polarizing plate.
  • the liquid crystal display device may be any of a transmission type, a reflection type, and a reflection / transmission type. If it is a transmission type or a reflection / transmission type, the liquid crystal display device of Embodiment 1 further includes a backlight. The backlight is arranged on the further back side of the array substrate 10, and is arranged so that light passes through the array substrate 10, the liquid crystal layer 30, and the color filter substrate 20 in this order.
  • the array 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 color filter substrate 20 needs to be a circularly polarizing plate provided with a so-called ⁇ / 4 retardation plate.
  • the liquid crystal display device disassembles a liquid crystal display device (for example, a mobile phone, a monitor, a liquid crystal TV (television), an information display), a nuclear magnetic resonance analysis (NMR), a Fourier transform.
  • a liquid crystal display device for example, a mobile phone, a monitor, a liquid crystal TV (television), an information display
  • NMR nuclear magnetic resonance analysis
  • the monomer component present in the polymer layer is analyzed by performing chemical analysis using infrared spectroscopy (FT-IR: Fourier Transform Infrared Spectroscopy), mass spectrometry (MS: Mass Spectrometry), etc. The type of can be determined.
  • FT-IR Fourier Transform Infrared Spectroscopy
  • MS mass spectrometry
  • the second embodiment is the same as the first embodiment except that in addition to the radical polymerizable monomer used in the first embodiment, another monomer having a structure that generates radicals by light irradiation is used.
  • FIGS. 3 and 4 are schematic cross-sectional views of the liquid crystal display device according to the second embodiment.
  • FIG. 3 shows before the PSA polymerization step
  • FIG. 4 shows after the PSA polymerization step.
  • the liquid crystal display device according to the second embodiment is sandwiched between a pair of substrates including the array substrate 10, the color filter substrate 20, and the array substrate 10 and the color filter substrate 20.
  • the array substrate 10 includes an insulating transparent substrate made of glass or the like, and various wirings, pixel electrodes, TFTs, and the like formed on the transparent substrate.
  • the color filter substrate 20 includes an insulating transparent substrate made of glass or the like, a color filter formed on the transparent substrate, a black matrix, a common electrode, and the like.
  • the array substrate 10 and the color filter substrate 20 each include an alignment film 8 on the surface on the liquid crystal layer 30 side.
  • the liquid crystal layer 30 contains the liquid crystal material, the first radical polymerizable monomer 4 and the second radical polymerizable monomer 6 before the PSA polymerization step.
  • the first radical polymerizable monomer 4 is a compound represented by the chemical formula (1), more specifically a compound represented by the chemical formula (2), and more specifically, the chemical formula (1).
  • the second radical polymerizable monomer 6 is a monomer having a structure that generates radicals by light irradiation, and a hydrogen abstraction reaction by light irradiation described in the above chemical formula (4) or (6-1) to (6-8).
  • It may be a compound having a structure that generates a radical due to the above, or may be a compound having a structure that generates a radical by a self-cleavage reaction by light irradiation, as described in the chemical formula (5) or (7).
  • each of the first radical polymerizable monomer 4 and the second radical polymerizable monomer 6 By irradiating the liquid crystal layer 30 with light, each of the first radical polymerizable monomer 4 and the second radical polymerizable monomer 6 generates a radical alone, and the radical is used as an active species to perform the first radical polymerization.
  • the radically polymerizable groups possessed by the polymerizable monomer 4 and the second radically polymerizable monomer 6 successively start and proceed with chain polymerization and polymerize.
  • the polymer formed by the polymerization is deposited as a polymer layer (PSA layer) 17 on the alignment film 8 formed on the substrates 10 and 20, as shown in FIG.
  • the polymer layer 17 is formed on the alignment film 8 formed on the array substrate 10 and the color filter substrate 20. Further, between the array substrate 10 and the color filter substrate 20, the sealing material 3 is attached on the alignment film 8 along the outer edges of the substrates 10 and 20, and the liquid crystal layer 30 is formed of the sealing material 3. Is sealed between the array substrate 10 and the color filter substrate 20. Further, since the light irradiation to the liquid crystal layer 30 is performed after the liquid crystal layer 30 is sealed with the sealing material 3, the polymer layer 17 is formed in a region surrounded by the sealing material 3.
  • the second embodiment similarly to the first embodiment, it is possible to obtain a liquid crystal display device that can maintain high display quality even in an environment of high temperature and high humidity. Furthermore, by using together a monomer having a structure that generates radicals by light irradiation, a polymer layer can be formed in a short irradiation time, so that throughput can be improved.
  • Application mode 1 is a liquid crystal display device in which the liquid crystal display device of the first embodiment is in the MVA mode.
  • the liquid crystal layer side surface of at least one of the first electrode of the first substrate and the second electrode of the second substrate may have a dielectric protrusion
  • the first electrode At least one of the second electrode and the second electrode may have an opening.
  • An example of the dielectric protrusion is a wall-like dielectric protrusion that is linear in a plan view and is provided on the electrode so as to protrude toward the liquid crystal layer. Such a wall-shaped dielectric protrusion is also referred to as a rib.
  • an opening (hereinafter also referred to as a slit) that is linear in a plan view formed in the electrode can be given.
  • Such a mode in which ribs and / or slits are provided to control the alignment of liquid crystal molecules is also referred to as an MVA (Multi-domain Vertical Alignment) mode.
  • MVA Multi-domain Vertical Alignment
  • a pair of substrates each have an electrode, a liquid crystal layer side surface of an electrode of one substrate has a rib formed of a dielectric, and an electrode of the other substrate is The form which has a slit is mentioned.
  • FIG. 5 and 6 are schematic perspective views of the liquid crystal display device according to the first application mode.
  • FIG. 5 shows the time when no voltage is applied
  • FIG. 6 shows the time when a voltage is applied.
  • the second electrode (common electrode) 122 of the second substrate has a rib 52 on the surface on the liquid crystal layer 130 side
  • the first electrode (pixel electrode) 112 of the first substrate is The case where the slit 61 is provided is illustrated.
  • a vertical alignment film may be formed on the surfaces of both substrates, and a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy can be used.
  • the rib material include a photosensitive acrylic resin.
  • the ribs and slits can be formed using a photolithography method.
  • the liquid crystal molecules 105 when no voltage is applied, most of the liquid crystal molecules 105 are aligned in a direction perpendicular to the substrate surface except for some liquid crystal molecules 105 close to the ribs 52.
  • the liquid crystal molecules 105 in the vicinity of the slit 61 are inclined toward the electrode, the liquid crystal molecules 105 in the vicinity of the rib 52 are inclined toward the outside of the rib, and the liquid crystal molecules 105 between the rib 52 and the slit 61 are applied.
  • the tilt angle of the liquid crystal molecules is controlled by the magnitude of the voltage applied to the liquid crystal layer, thereby enabling gradation display. In this manner, display can be performed by controlling the alignment of the liquid crystal molecules.
  • FIG. 7 is a schematic plan view for one pixel of the liquid crystal display device according to the application mode 1, and represents a time when a voltage is applied.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view after the PSA polymerization process of the liquid crystal display device according to Application Mode 1.
  • the first substrate (array substrate) 110 has a pixel electrode 112 formed on a glass substrate 111
  • the second substrate (color filter substrate) 120 has a common electrode 122 formed on a glass substrate 121. Is done.
  • illustration of wiring, a color filter, an alignment film, etc. is omitted.
  • the first substrate includes a plurality of gate signal lines 41, a plurality of source signal lines 42, and a plurality of auxiliary capacitance (Cs) wirings 43 extending in parallel with each other, as insulating films.
  • the gate signal line 41 and the auxiliary capacitance (Cs) wiring 43 extend in parallel to each other and intersect the plurality of source signal lines 42.
  • a TFT 44 serving as a switching element for controlling driving of the pixel is provided.
  • the TFT 44 is a three-terminal field effect transistor, and has three electrodes including a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode in addition to the semiconductor layer.
  • the gate signal line 41 and the source signal line 42 are connected to the respective electrodes of the thin film transistor (TFT) 44.
  • TFT thin film transistor
  • one pixel electrode 112 is divided into a plurality of sub-pixel electrodes, a TFT is provided for each sub-pixel electrode, and a multi-drive in which two sub-pixel electrodes are controlled by one gate wiring. Also good.
  • the second substrate includes a light-shielding BM (black matrix) and a color filter that transmits only light of a specific wavelength.
  • BMs are formed in the gaps between the color filters, and have a lattice shape as a whole.
  • the BM is disposed at a position overlapping with each wiring and TFT of the first substrate, and each color filter is disposed at a position overlapping with each of the pixel electrodes of the first substrate.
  • the ribs 52 and the slits 61 are linear in a plan view and are arranged with a certain interval. Although some regions may have different intervals, it is preferable that substantially all of the ribs 52 and the slits 61 have a constant interval, whereby a good display can be obtained.
  • the rib 52 is formed on the common electrode 122. Moreover, it is preferable that the rib 52 has a bent part in a part thereof, and a part of the rib 52 has a V shape in a plan view. In this case, the rib 52 has a zigzag shape when viewed as a whole substrate.
  • the common electrode 122 may have a flat plate shape.
  • Each of the slits 61 formed in the pixel electrode 112 has a substantially rectangular shape, and a plurality of slits 61 are arranged in a matrix to constitute one display surface. Note that “substantially rectangular” indicates that a part of the rectangle may include a protruding portion or a cutout portion as shown in FIG. 7.
  • the polymer layer (PSA layer) 107 is formed on the entire surfaces of both substrates including the pixel electrode 112, the common electrode 122, the portion exposed by the slit 61 of the pixel electrode 112, the rib 52, and the like. Then, an interface with the liquid crystal layer 130 is formed.
  • a liquid crystal display device capable of maintaining high display quality even in an environment of high temperature and high humidity by forming a polymer layer (PSA layer) using a radically polymerizable monomer having an amide group. can get.
  • the application mode 2 is another example in which the liquid crystal display device of the first embodiment is set to the MVA mode.
  • each of the pair of substrates has an electrode
  • each of the electrodes of the pair of substrates has a rib on the surface on the liquid crystal layer side.
  • FIG. 9 and 10 are schematic perspective views of the liquid crystal display device according to the application form 2, in which FIG. 9 shows the time when no voltage is applied, and FIG. 10 shows the time when the voltage is applied.
  • the second electrode (common electrode) 222 included in the second substrate has a rib 52 on the surface on the liquid crystal layer 230 side, and the first electrode (pixel electrode) 212 included in the first substrate.
  • the case where the rib 51 is provided on the surface on the liquid crystal layer 230 side is illustrated.
  • a vertical alignment film may be formed on the surfaces of both substrates, and a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy can be used.
  • the liquid crystal molecules 205 when no voltage is applied, most of the liquid crystal molecules 205 are aligned in a direction perpendicular to the substrate surface except for some liquid crystal molecules 205 adjacent to the ribs 51 and 52. As shown in FIG. 10, when a voltage is applied, the liquid crystal molecules 205 near the ribs 51 and 52 are inclined obliquely toward the outside of the ribs 51 and 52, respectively. The liquid crystal molecules 205 are inclined in substantially the same direction. In the application mode 2, the tilt angle of the liquid crystal molecules is controlled by the magnitude of the voltage applied to the liquid crystal layer, thereby enabling gradation display. In this manner, display can be performed by controlling the alignment of the liquid crystal molecules.
  • FIG. 11 is a schematic plan view for one pixel of the liquid crystal display device according to the application mode 2, and shows a time when a voltage is applied.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view after the PSA polymerization step of the liquid crystal display device according to the application mode 2.
  • the first substrate (array substrate) 210 has a pixel electrode 212 formed on a glass substrate 211
  • the second substrate (color filter substrate) 220 has a common electrode 222 formed on a glass substrate 221. Is done.
  • illustration of wiring, a color filter, an alignment film, etc. is omitted.
  • the ribs 51 and 52 are linear in a plan view, and are arranged at a predetermined interval. Although some regions may have different intervals, it is preferable that substantially all of the ribs 51 and 52 have a constant interval, whereby a good display can be obtained.
  • the rib 51 is formed on the pixel electrode 212, and the rib 52 is formed on the common electrode 222. Moreover, it is preferable that the ribs 51 and 52 have a bent part in part, and partly comprises V shape in planar view. In this case, the ribs 51 and 52 have a zigzag shape when viewed as the entire substrate.
  • the polymer layer (PSA layer) 207 is formed on the entire surface of both substrates including the pixel electrode 212, the common electrode 222, the ribs 51 and 52, and forms an interface with the liquid crystal layer 230. To do.
  • a liquid crystal display device capable of maintaining high display quality even in an environment of high temperature and high humidity by forming a polymer layer (PSA layer) using a radical polymerizable monomer having an amide group Is obtained.
  • Application mode 3 is an example in which the liquid crystal display device of the first embodiment is set to the PVA mode.
  • a mode in which slits are provided in each of the electrodes of the pair of substrates to control the alignment of liquid crystal molecules is also referred to as a PVA (Patterned Vertical Alignment) mode.
  • a pair of substrates each have an electrode, and each electrode of the pair of substrates has a slit.
  • FIG. 13 and 14 are schematic perspective views of the liquid crystal display device according to the application form 3, in which FIG. 13 shows a state when no voltage is applied, and FIG. 14 shows a state when a voltage is applied.
  • the second electrode (common electrode) 322 included in the second substrate includes the slit 62
  • the first electrode (pixel electrode) 312 included in the first substrate includes the slit 61.
  • a vertical alignment film may be formed on the surfaces of both substrates, and a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy can be used.
  • FIG. 15 is a schematic plan view for one pixel of the liquid crystal display device according to the application form 3, and represents a time when a voltage is applied.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view after the PSA polymerization process of the liquid crystal display device according to Application Mode 3.
  • the first substrate (array substrate) 310 has a pixel electrode 312 formed on a glass substrate 311, and the second substrate (color filter substrate) 320 has a common electrode 322 formed on the glass substrate 321. Is done.
  • illustration of wiring, a color filter, an alignment film, etc. is omitted.
  • the slits 61 and 62 are linear in a plan view, and are arranged at a predetermined interval. Although some regions may have different intervals, it is preferable that substantially all the slits 61 and 62 have a constant interval, whereby a good display can be obtained.
  • the slit 62 formed in the common electrode 322 preferably has a bent portion in a part thereof, and has a V shape in plan view.
  • Each of the slits 61 formed in the pixel electrode 312 has a substantially rectangular shape, and a plurality of slits 61 are arranged in a matrix to form one display surface.
  • substantially rectangular indicates that a part of the rectangle may include a protruding portion or a notch as shown in FIG. 15.
  • the liquid crystal molecules 305 adjacent to each other can be controlled in a balanced manner in four different directions.
  • the configurations of the gate signal line 41, the source signal line 42, the auxiliary capacitance (Cs) wiring 43, and the TFT 44 are the same as those in the application mode 1.
  • the polymer layer (PSA layer) 307 includes a pixel electrode 312, a common electrode 322, a portion exposed by the slit 61 included in the pixel electrode 312, a portion exposed by the slit 62 included in the common electrode 322, and the like. Are formed on the entire surface of both substrates including the liquid crystal layer 330.
  • a liquid crystal display device capable of maintaining high display quality even in an environment of high temperature and high humidity Is obtained.
  • Application mode 4 is an example in which the liquid crystal display device of Embodiment 1 is set to the CPA mode.
  • the dielectric protrusion has a substantially circular shape in a plan view, and has a substantially rounded tip provided on the electrode so as to protrude toward the liquid crystal layer.
  • a conical dielectric protrusion may be used.
  • Such a substantially conical dielectric protrusion having a rounded tip is also referred to as a rivet.
  • a mode in which rivets are provided to control the alignment of liquid crystal molecules is also referred to as a CPA (Continuous Pinwheel Alignment) mode.
  • a pair of substrates each have an electrode, a liquid crystal layer side surface of an electrode of one substrate has a rivet, and an electrode of the other substrate has a slit. Can be mentioned.
  • FIG. 17 and 18 are schematic perspective views of the liquid crystal display device according to the application form 4, in which FIG. 17 shows no voltage application, and FIG. 18 shows a voltage application.
  • the second electrode (common electrode) 422 included in the second substrate has a rivet 72 on the surface on the liquid crystal layer 430 side, and the first electrode (pixel electrode) 412 included in the first substrate is The case of having the slits 81 is illustrated.
  • a vertical alignment film may be formed on the surfaces of both substrates, and a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy can be used.
  • the rivet material include a photosensitive acrylic resin, which can be formed using a photolithography method.
  • FIG. 19 is a schematic plan view for one pixel of the liquid crystal display device according to the application mode 4.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device according to Application Mode 4 after the PSA polymerization process.
  • the first substrate (array substrate) 410 has a pixel electrode 412 formed on a glass substrate 411
  • the second substrate (color filter substrate) 420 has a common electrode 422 formed on a glass substrate 421. Is done.
  • illustration of wiring, a color filter, an alignment film, etc. is omitted.
  • each rivet 72 has a substantially circular shape in plan view, and three rivets 72 are arranged per one subpixel.
  • a slit 81 is formed in the electrode of the first electrode (pixel electrode) 412, and one pixel electrode is divided into three regions by the slit 81. Further, the rivets 72 are respectively arranged at positions that overlap with the centers of the three regions.
  • a constant interval between the rivets 72 is preferable from the viewpoint of reducing display unevenness, but there may be a region where the interval is partially different.
  • the configurations of the gate signal line 41, the source signal line 42, the auxiliary capacitance (Cs) wiring 43, and the TFT 44 are the same as those in the application mode 1.
  • the polymer layer (PSA layer) 407 is formed on the entire surface of both substrates including the pixel electrode 412, the common electrode 422, the portion exposed by the slit 81 of the pixel electrode 412, the rivet 72, and the like. Then, an interface with the liquid crystal layer 430 is formed.
  • a liquid crystal display device capable of maintaining high display quality even in an environment of high temperature and high humidity by forming a polymer layer (PSA layer) using a radical polymerizable monomer having an amide group Is obtained.
  • the application form 5 is another example in which the liquid crystal display device of the embodiment 1 is set to the CPA mode.
  • a substantially circular opening (hole) may be provided in the electrode in a plan view instead of the rivet.
  • a pair of substrates each have an electrode, an electrode included in one substrate has a substantially circular opening (hole) in plan view, and an electrode included in the other substrate is The form which has a slit is mentioned.
  • FIG. 21 and 22 are schematic perspective views of the liquid crystal display device according to the application form 5.
  • FIG. 21 shows the time when no voltage is applied
  • FIG. 22 shows the time when a voltage is applied.
  • the second electrode (common electrode) 522 included in the second substrate has a hole 82
  • the first electrode (pixel electrode) 512 included in the first substrate has a slit 81.
  • a vertical alignment film may be formed on the surfaces of both substrates, and a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy can be used.
  • FIG. 23 is a schematic plan view for one pixel of the liquid crystal display device according to the application form 5.
  • FIG. 24 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device according to Application Mode 5 after the PSA polymerization process.
  • the first substrate (array substrate) 510 has a pixel electrode 512 formed on a glass substrate 511
  • the second substrate (color filter substrate) 520 has a common electrode 522 formed on a glass substrate 521. Is done.
  • illustration of wiring, a color filter, an alignment film, etc. is omitted.
  • the holes 82 are substantially circular in a plan view, and three holes 82 are arranged for each subpixel.
  • a slit 81 is formed in the electrode of the first electrode (pixel electrode) 512, and one pixel electrode is divided into three regions by the slit 81. Further, the holes 82 are respectively arranged at positions that overlap with the centers of the three regions. Although it is preferable from the viewpoint of reducing display unevenness that the interval between the holes 82 is constant, there may be a region where the interval is partially different.
  • the configurations of the gate signal line 41, the source signal line 42, the auxiliary capacitance (Cs) wiring 43, and the TFT 44 are the same as those in the application mode 1.
  • the polymer layer (PSA layer) 507 is exposed through the pixel electrode 512, the common electrode 522, the portion exposed by the slit 81 included in the pixel electrode 512, and the hole 82 included in the common electrode 522. It is formed on the entire surface of both substrates including the part and the like, and forms an interface with the liquid crystal layer 530.
  • a liquid crystal display device capable of maintaining high display quality even in a high temperature and high humidity environment by forming a polymer layer (PSA layer) using a radical polymerizable monomer having an amide group Is obtained.
  • the application form 6 is an example in which an electrode having a fine slit is used in the liquid crystal display device of the first embodiment.
  • FIG. 25 and 26 are perspective schematic views of the liquid crystal display device according to the application form 6.
  • FIG. 25 shows the time when no voltage is applied
  • FIG. 26 shows the time when a voltage is applied.
  • the second electrode (common electrode) 622 included in the second substrate has a flat plate shape
  • the first electrode (pixel electrode) 612 included in the first substrate includes a fine slit 612a and a comb tooth portion 612b.
  • a structure like a fish bone hereinafter also referred to as a fishbone structure).
  • a vertical alignment film may be formed on the surfaces of both substrates, and a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy can be used.
  • liquid crystal molecules 605 when no voltage is applied, most of the liquid crystal molecules 605 are aligned in a direction perpendicular to the substrate surface.
  • FIG. 26 when a voltage is applied, an electric field distorted in an oblique direction with respect to the substrate surface from the pixel electrode 612 toward the common electrode 622 is formed in the liquid crystal layer 630.
  • the liquid crystal molecules 605 have negative dielectric anisotropy and are aligned in a direction perpendicular to the electric field, so that the tilt angle (tilt angle) of the liquid crystal molecules 605 with respect to the substrate surface changes.
  • the liquid crystal molecules try to incline toward the electrode, but if the widths of the comb teeth 612b and the fine slits 612a are narrow, the liquid crystal molecules in very close positions interfere with each other in an attempt to incline in opposite directions, and finally It stabilizes by inclining in the direction parallel to the slit.
  • the widths of the comb teeth 612b and the fine slits 612a are preferably 1 to 5 ⁇ m.
  • the tilt angle of the liquid crystal molecules is controlled by the magnitude of the voltage applied to the liquid crystal layer, thereby enabling gradation display. In this manner, display can be performed by controlling the alignment of the liquid crystal molecules.
  • FIG. 27 is a schematic plan view for one pixel of the liquid crystal display device according to the application form 6, and represents a time when a voltage is applied.
  • FIG. 28 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device according to Application Mode 6 after the PSA polymerization process.
  • the first substrate (array substrate) 610 has pixel electrodes 612 formed on a glass substrate 611
  • the second substrate (color filter substrate) 620 has common electrodes 622 formed on a glass substrate 621. Is done.
  • illustration of wiring, a color filter, an alignment film, etc. is omitted.
  • the pixel electrode 612 is provided for each region surrounded by the source signal line 42 and the gate signal line 41.
  • a TFT 44 is provided near the intersection of the gate signal line 41 and the source signal line 42.
  • the pixel electrode 612 includes a connection electrode 612c, a connection electrode 612d, and a plurality of comb teeth portions 612b. Between the adjacent comb-tooth parts 612b is a fine slit 612a.
  • the connection electrode 612c is formed in parallel with the long side of the pixel along the bisector of the horizontal side of the pixel.
  • the connection electrode 612d is formed in parallel with the short side of the pixel along the bisector of the vertical side of the pixel.
  • the auxiliary capacitance (Cs) wiring 43 is formed in parallel with the short side of the pixel along the bisector of the vertical side of the pixel, and is formed so as to overlap the connection electrode 612d.
  • the connection electrodes 612c and 612d are arranged so as to divide the pixel into four rectangles having the same shape.
  • the plurality of comb-tooth portions 612b are extended in 45 °, 135 °, 225 °, and 315 ° orientations so as to form an angle of 45 ° with the longitudinal direction of the connection electrode 612c or the connection electrode 612d.
  • the liquid crystal molecules 605 are aligned in four different directions because the liquid crystal molecules 605 are aligned in a direction parallel to the longitudinal direction of the slit 612a formed in the pixel electrode 612. Thereby, a favorable viewing angle characteristic can be obtained.
  • a potential is supplied to the pixel electrode 612, and the liquid crystal molecules 605 are aligned in a direction parallel to the longitudinal direction of the slit 612a of the pixel electrode 612 to irradiate ultraviolet rays to polymerize the radical polymerizable monomer. May be.
  • the polymer layer PSA layer
  • a pretilt angle can be given to the substrate surface, and the liquid crystal molecules have orientation directions in four different directions. The orientation of liquid crystal molecules can be fixed.
  • liquid crystal molecules near each substrate can be tilted slightly obliquely from the direction perpendicular to the surface of each substrate and in a direction parallel to the longitudinal direction of the slit.
  • the response speed of liquid crystal molecules can be increased.
  • the polymer layer (PSA layer) 607 is formed on the entire surface of both substrates including the pixel electrode 612, the common electrode 622, the portion exposed by the slit 612a of the pixel electrode 612, and the like. An interface with the liquid crystal layer 630 is formed.
  • Application 7 is an example in which the liquid crystal display device of Embodiment 1 is set to the IPS mode.
  • a mode in which a transverse electric field is generated and the orientation of liquid crystal molecules is controlled is also referred to as an IPS (In-Plane-Switching) mode.
  • IPS In-Plane-Switching
  • one substrate includes a pair of comb-like electrodes.
  • FIG. 29 and 30 are schematic perspective views of the liquid crystal display device according to the application form 7.
  • FIG. 29 shows the time when no voltage is applied
  • FIG. 30 shows the time when a voltage is applied.
  • the application form 7 illustrates a case where the first substrate includes a comb-shaped first electrode (pixel electrode) 712 and a comb-shaped third electrode (common electrode) 713.
  • a horizontal alignment film may be formed on the surfaces of both substrates, and a liquid crystal material having positive dielectric anisotropy can be used.
  • the liquid crystal molecules 705 are aligned horizontally with respect to the substrate surface.
  • a horizontal electric field is generated between the pixel electrode 712 and the common electrode 713, and the liquid crystal molecules 705 rotate in the direction of the electric field. In this manner, display can be performed by controlling the alignment of the liquid crystal molecules.
  • FIG. 31 is a schematic plan view for one pixel of the liquid crystal display device according to the application form 7.
  • FIG. 32 is a schematic cross-sectional view after the PSA polymerization step of the liquid crystal display device according to the application form 7.
  • a pixel electrode 712 and a common electrode 713 are formed on a glass substrate 711 with an insulator 731 interposed therebetween.
  • the second substrate (color filter substrate) 720 includes a glass substrate 721.
  • illustration of wiring, a color filter, an alignment film, etc. is omitted.
  • each of the pixel electrode 712 and the common electrode 713 has a comb shape, and has a plurality of comb teeth portions 712b and comb teeth portions 713b.
  • the pixel electrode 712 and the common electrode 713 are arranged so that the plurality of comb-tooth portions 712b and 713b are engaged with each other and at a predetermined interval.
  • the configurations of the gate signal line 41, the source signal line 42, the auxiliary capacitance (Cs) wiring 43, and the TFT 44 are the same as those in the application mode 1.
  • the polymer layer (PSA layer) 707 is formed between the pixel electrode 712, the common electrode 713, the adjacent comb teeth of the pixel electrode 712, and the adjacent comb teeth of the common electrode 713. It is formed on the entire surface of both substrates including the exposed part, and forms an interface with the liquid crystal layer 730.
  • a liquid crystal display device capable of maintaining high display quality even in an environment of high temperature and high humidity by forming a polymer layer (PSA layer) using a radical polymerizable monomer having an amide group Is obtained.
  • Application 8 is an example in which the liquid crystal display device of Embodiment 1 is set to the FFS mode.
  • the application mode 7 shows the IPS mode in which the alignment of liquid crystal molecules is controlled by a horizontal electric field
  • the alignment of liquid crystal molecules can also be controlled by a fringe electric field.
  • a mode in which the fringe electric field is generated and the alignment of the liquid crystal molecules is controlled is also referred to as a fringe field switching (FFS) mode.
  • FFS mode one substrate includes a flat plate electrode and a comb-like electrode, and an insulating layer is provided between the two electrodes.
  • FIG. 33 and 34 are schematic perspective views of the liquid crystal display device according to the application form 8.
  • FIG. 33 shows a state in which no voltage is applied
  • FIG. 34 shows a state in which a voltage is applied.
  • the first substrate has a flat plate-like third electrode (common electrode) 813 and a comb-like first electrode (pixel electrode) 812, and the common electrode 813, the pixel electrode 812, An example in which the insulator 831 is provided between the two is illustrated.
  • a horizontal alignment film may be formed on the surfaces of both substrates, and a liquid crystal material having positive dielectric anisotropy can be used.
  • the liquid crystal molecules 805 are aligned horizontally with respect to the substrate surface.
  • a fringe electric field is generated between the pixel electrode 812 and the common electrode 813, and the liquid crystal molecules 805 rotate in the direction of the electric field. In this manner, display can be performed by controlling the alignment of the liquid crystal molecules.
  • FIG. 35 is a schematic plan view for one pixel of the liquid crystal display device according to the application mode 8.
  • 36 and 37 are examples of the pixel electrode of the liquid crystal display device according to Application Mode 8.
  • FIG. FIG. 38 is a schematic cross-sectional view after the PSA polymerization step of the liquid crystal display device according to Application Mode 8.
  • a flat common electrode 813 is formed on a glass substrate 811 and a pixel electrode 812 is formed through an insulator 831.
  • the second substrate (color filter substrate) 820 has a glass substrate 821.
  • illustration of wiring, color filters, and the like is omitted.
  • the pixel electrode 812 has a comb-like shape, has a plurality of comb-tooth portions 812b, and is provided for each pixel.
  • a TFT 44 is provided near the intersection of the gate signal line 41 and the source signal line 42.
  • the configurations of the gate signal line 41, the source signal line 42, the auxiliary capacitance (Cs) wiring 43, and the TFT 44 are the same as those in the application mode 1.
  • one end of the comb-tooth portion 812b included in the pixel electrode 812 is open, but as shown in FIGS. 36 and 37, both ends of the comb-tooth portion 812b may be closed.
  • the gate signal line 41 is disposed so as to cross the center of the pixel electrode 812, and the pixel electrode 812 has a TFT 44 in the center.
  • the plurality of comb-tooth portions 812b are formed obliquely with a predetermined interval obliquely with respect to the long side of the pixel electrode, and are formed to be line symmetric with respect to a line crossing the center of the pixel electrode as an axis of symmetry. .
  • regions where the inclinations of the comb-tooth portions 812b are different are formed in the upper half and the lower half of the pixel electrode.
  • the comb tooth portion 812b has a bent portion in a part thereof, and forms a V shape in a plan view.
  • a plurality of the comb-tooth portions 812b are formed in parallel with the short sides of the pixel electrode.
  • the common electrode 813 has a flat plate shape, and may be provided for each pixel or may be formed across adjacent pixels.
  • the polymer layer (PSA layer) 807 is formed on the entire surface of both substrates including the pixel electrode 812 and the portion exposed between the adjacent comb teeth portions 812b. An interface with 830 is formed.
  • a liquid crystal display device capable of maintaining high display quality even in an environment of high temperature and high humidity by forming a polymer layer (PSA layer) using a radical polymerizable monomer having an amide group Is obtained.
  • the above application modes 1 to 8 can also be applied to the second embodiment, and similarly to the first embodiment, a liquid crystal display capable of maintaining high display quality even in a high temperature and high humidity environment. A device is obtained.
  • the test cell was produced by the following method. First, a pair of substrates having a transparent electrode on the surface was prepared, the substrates were washed, and then an alignment film material was applied to both substrates to form a vertical alignment film. As the transparent electrode, an ITO electrode having a vertical width of 1 cm and a horizontal width of 1 cm was used. After the alignment film was formed, pre-baking was performed at 80 ° C. for 1 minute, followed by post-baking at 200 ° C. for 60 minutes. Thereafter, a sealing material was applied to the one-side substrate, and a liquid crystal composition containing a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy and a radical polymerizable monomer was dropped and bonded. The cell thickness was 3.2 ⁇ m.
  • Sample B which is a comparative object, a compound represented by the following chemical formula (9) was added as a radical polymerizable monomer so that the content was 0.2% by weight based on the entire liquid crystal composition.
  • Samples A to C were irradiated with non-polarized ultraviolet light 2.57 mW / cm 2 from the normal direction for 20 minutes in a state where a voltage of 10 V was applied between the transparent electrodes of the upper and lower substrates. Monomer polymerization was performed to complete each test cell.
  • a black light FHF-32BLB (wavelength region: 300 to 370 nm) manufactured by Toshiba Lighting & Technology was used.
  • VHR initial voltage holding ratio
  • VHR voltage holding ratio
  • VHR voltage holding ratio
  • VHR voltage holding ratio
  • Table 1 below shows the measurement results of the initial VHR of samples A to C and the VHR after the aging test.
  • the initial VHR was as high as 99% or more for all of samples A to C.
  • the VHR after the aging test was around 97% for the sample A, whereas both the samples B and C were lowered to the 93% range.
  • the formed polymer layer (PSA layer) has an amide group. For this reason, the polymer layer formed hydrogen bonds with moisture, impurities, and the like that entered the liquid crystal layer, and thus it is considered that VHR did not significantly decrease even after the aging test.
  • the formed polymer layer (PSA layer) does not have an amide group. Therefore, it is considered that the polymer layer cannot sufficiently form hydrogen bonds with moisture, impurities and the like that have entered the liquid crystal layer, and the VHR after the aging test is lowered.
  • Sample C it is considered that VHR after the aging test was lowered because moisture, impurities and the like entered the liquid crystal layer.
  • Example 1 In Example 1, the MVA mode liquid crystal display device shown in Application Mode 1 was manufactured.
  • a pair of substrates comprising an array substrate and a color filter substrate was prepared.
  • a photosensitive acrylic resin was used as a material on the surface of the common electrode, and a linear dielectric protrusion (rib) was formed in a pattern in a plan view using a photolithography method.
  • a slit was formed in the pixel electrode in the photolithography process for patterning the pixel electrode in accordance with the pixel.
  • a sealing material was applied to one substrate, and a liquid crystal composition containing a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy and a radical polymerizable monomer was dropped. After dropping the liquid crystal composition, bonding was performed.
  • the radical polymerizable monomer the compound represented by the chemical formula (8) was added so as to be 0.2% by weight with respect to the entire liquid crystal composition.
  • non-polarized ultraviolet light (4 J / cm 2 ) was irradiated to polymerize the radical polymerizable monomer, thereby completing a liquid crystal display device.
  • a black light FHF-32BLB (wavelength region: 300 to 370 nm) manufactured by Toshiba Lighting & Technology was used.
  • the obtained liquid crystal display device was subjected to an aging test.
  • the conditions for the aging test are the same as those for the evaluation test.
  • no stain or display unevenness was observed.
  • Example 2 In Example 2, the PVA mode liquid crystal display device shown in Application Mode 3 was manufactured.
  • a pair of substrates comprising an array substrate and a color filter substrate was prepared.
  • a linear opening slit
  • the array substrate a slit was formed in the pixel electrode in the photolithography process for patterning the pixel electrode in accordance with the pixel.
  • a vertical alignment film is formed on both substrates, a sealing material is applied to one substrate, and a liquid crystal composition containing a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy and a radical polymerizable monomer is dropped, and Example 1 Bonding was performed in the same manner as described above.
  • the radical polymerizable monomer the compound represented by the chemical formula (8) was added so as to be 0.2% by weight based on the entire liquid crystal composition. Thereafter, in the same manner as in Example 1, a radical polymerizable monomer was polymerized to complete a liquid crystal display device.
  • the obtained liquid crystal display device was subjected to an aging test.
  • the conditions for the aging test are the same as those for the evaluation test.
  • no stain or display unevenness was observed.
  • the PVA mode liquid crystal display device is formed in a high temperature and high humidity environment by forming a polymer layer (PSA layer) using a monomer having an amide group as represented by the chemical formula (8). Even so, a liquid crystal display device capable of maintaining high display quality was obtained.
  • Example 3 the CPA mode liquid crystal display device having the rivet shown in the application mode 4 was manufactured.
  • a pair of substrates comprising an array substrate and a color filter substrate was prepared.
  • a photosensitive acrylic resin is used as a material on the surface of the common electrode, and the tip is provided in a substantially circular shape in a plan view and protruding on the electrode toward the liquid crystal layer by using a photolithography method.
  • a rounded, substantially conical dielectric protrusion was formed.
  • a slit was formed in the pixel electrode in the photolithography process for patterning the pixel electrode in accordance with the pixel.
  • a vertical alignment film is formed on both substrates, a sealing material is applied to one substrate, and a liquid crystal composition containing a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy and a radical polymerizable monomer is dropped, and Example 1 Bonding was performed in the same manner as described above.
  • the radical polymerizable monomer the compound represented by the chemical formula (8) was added so as to be 0.2% by weight based on the entire liquid crystal composition. Thereafter, in the same manner as in Example 1, a radical polymerizable monomer was polymerized to complete a liquid crystal display device.
  • the obtained liquid crystal display device was subjected to an aging test.
  • the conditions for the aging test are the same as those for the evaluation test.
  • no stain or display unevenness was observed.
  • a CPA mode liquid crystal display device having rivets is formed at a high temperature and high humidity by forming a polymer layer (PSA layer) using a monomer having an amide group as represented by the chemical formula (8). Even in such an environment, a liquid crystal display device capable of maintaining high display quality was obtained.
  • Example 4 In Example 4, a CPA mode liquid crystal display device having holes shown in Application Mode 5 was manufactured.
  • a pair of substrates comprising an array substrate and a color filter substrate was prepared.
  • a substantially circular opening was formed in a plan view using a photolithography method for the common electrode.
  • a slit was formed in the pixel electrode in the photolithography process for patterning the pixel electrode in accordance with the pixel.
  • a vertical alignment film is formed on both substrates, a sealing material is applied to one substrate, and a liquid crystal composition containing a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy and a radical polymerizable monomer is dropped, and Example 1 Bonding was performed in the same manner as described above.
  • the radical polymerizable monomer the compound represented by the chemical formula (8) was added so as to be 0.2% by weight based on the entire liquid crystal composition. Thereafter, in the same manner as in Example 1, a radical polymerizable monomer was polymerized to complete a liquid crystal display device.
  • the obtained liquid crystal display device was subjected to an aging test.
  • the conditions for the aging test are the same as those for the evaluation test.
  • no stain or display unevenness was observed.
  • Example 5 a VA mode liquid crystal display device using the pixel electrode having the fishbone structure described in Application Mode 6 was manufactured.
  • a pair of substrates comprising an array substrate and a color filter substrate was prepared.
  • a flat common electrode was formed on the color filter substrate.
  • a slit was formed in the pixel electrode in the photolithography process for patterning the pixel electrode in accordance with the pixel.
  • the pixel electrode has a fishbone structure in which the electrode width of the comb teeth is 3 ⁇ m and the slit width is 3 ⁇ m.
  • a vertical alignment film is formed on both substrates, a sealing material is applied to one substrate, and a liquid crystal composition containing a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy and a radical polymerizable monomer is dropped, and Example 1 Bonding was performed in the same manner as described above.
  • the radical polymerizable monomer the compound represented by the chemical formula (8) was added so as to be 0.2% by weight based on the entire liquid crystal composition. Thereafter, in the same manner as in Example 1, a radical polymerizable monomer was polymerized to complete a liquid crystal display device.
  • Example 5 a voltage is applied between the pixel electrode and the common electrode, and in a state where liquid crystal molecules are aligned in a direction parallel to the longitudinal direction of the slit of the pixel electrode, ultraviolet rays are irradiated, and the radical polymerizable monomer is Polymerized.
  • the obtained liquid crystal display device was subjected to an aging test.
  • the conditions for the aging test are the same as those for the evaluation test.
  • no stain or display unevenness was observed.
  • a polymer layer (PSA layer) is formed using a monomer having an amide group as represented by the chemical formula (8).
  • Example 6 In Example 6, the IPS mode liquid crystal display device described in Application Mode 7 was manufactured.
  • An IPS mode liquid crystal display device can also be used in a high temperature and high humidity environment by forming a polymer layer (PSA layer) using a monomer having an amide group as represented by the chemical formula (8). However, a liquid crystal display device capable of maintaining high display quality was obtained.
  • PSA layer polymer layer
  • Example 7 In Example 7, the FFS mode liquid crystal display device described in Application Mode 8 was manufactured.
  • An FFS mode liquid crystal display device can also be used in a high temperature and high humidity environment by forming a polymer layer (PSA layer) using a monomer having an amide group as represented by the chemical formula (8). However, a liquid crystal display device capable of maintaining high display quality was obtained.
  • PSA layer polymer layer
  • a liquid crystal display device capable of maintaining high display quality was obtained.
  • Sealing material 4 (First) radical polymerizable monomer 6: (Second) radical polymerizable monomer 7, 17, 107, 207, 307, 407, 507, 607, 707, 807: Polymer layer (PSA) layer) 8: Alignment films 10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810: First substrate (array substrate) 20, 120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820: second substrate (color filter substrate) 30, 130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830: liquid crystal layer 41: gate signal line 42: source signal line 43: auxiliary capacitance (Cs) wiring 44: thin film transistor (TFT) 51, 52: ribs 61, 62, 81, 612a: slit 72: rivet 82: holes 111, 121, 211, 221, 311, 321, 411, 421, 511, 521, 611, 621,

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Abstract

本発明の液晶表示装置は、第一基板及び第二基板と、該第一基板及び該第二基板に挟持され、液晶材料を含有する液晶層と、該第一基板及び該第二基板の少なくとも一方の基板上に形成された、液晶分子を配向制御するポリマー層とを備え、該第一基板は、第一の電極を有し、該ポリマー層は、液晶層中に添加された一種以上のラジカル重合性モノマーが重合することによって形成されたものであり、該ラジカル重合性モノマーの少なくとも一つは、P-Sp-Z-A-(Z-An1-Z-Sp-Pで表される化合物である。(式中、Pは、ラジカル重合性基を表す。Sp及びSpは、アルキレン基など又は直接結合を表す。Aは、2価の芳香族炭化水素基などを表す。Aは、フェニレン基などを表す。Z、Z及びZは、同一又は異なって、-O-基、-NH-基、-CO-基、-COO-基、-OCO-基、-NRCO-基、-CONR-基など、又は、直接結合を表す。Z、Z及びZの少なくとも1つは、-NRCO-基又は-CONR-基を表す。Rは、水素原子又は炭素数1~6の直鎖状のアルキル基若しくはアルケニル基を表す。n1は、0又は1である。)

Description

液晶表示装置
本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、液晶組成物中に含まれるモノマーを重合させて形成した液晶分子の配向性を制御するポリマー層(以下、配向維持(PSA:Polymer Sustained Alignment)層ともいう。)を備える液晶表示装置に関するものである。
液晶表示(LCD:Liquid Crystal Display)装置は、複屈折性を有する液晶分子の配向を制御することにより光の透過/遮断(表示のオン/オフ)を制御する機器である。
LCDの液晶配向モードとしては、正の誘電率異方性を有する液晶分子を基板法線方向から見たときに90°捩れた状態で配向させるTN(Twisted Nematic)モード、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る垂直配向(VA:Vertical Alignment)モード、正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)モード及びフリンジ電界スイッチング(FFS:Fringe Field Switching)モード等が挙げられる。
液晶表示装置は、例えば、アレイ基板と、カラーフィルタ基板と、アレイ基板及びカラーフィルタ基板からなる一対の基板間に狭持された液晶層とを備える。両基板の液晶層側の表面上は、配向膜を有していてもよい。
以下に、液晶表示装置の製造工程の一例を説明する。上記のいずれか一方の基板に、絶縁材料からなるスペーサを複数設け、両基板を貼り合わせる。滴下法を用いる場合には、基板の貼合せ前に液晶材料を滴下し、真空注入法を用いる場合には、基板の貼合せ後に液晶材料を真空注入し、注入口を塞ぐ。そして、各基板の液晶層側と反対側の面上に、偏光板、位相差フィルム等を貼り付けることにより、液晶表示パネルが完成する。更に、液晶表示パネルに、ゲートドライバー、ソースドライバー、表示制御回路等を実装するとともに、バックライト等を組み合わせることによって、液晶表示装置が完成する。
近年、配向膜上又は配向膜を有さない基板上に、液晶分子の配向を制御するポリマー層(PSA層)を形成する技術が注目を集めている。PSA層は、液晶材料にモノマーや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、熱又は光(例えば、紫外線)照射によって、モノマーやオリゴマー等の重合性成分を重合して形成する。
特許文献1には、光重合性化合物を混合した液晶材料を、光配向膜を形成した両基板間に挟持し、光を照射することによって光重合性化合物を重合させ、配向維持層を形成することが記載されている。特許文献1の光配向膜は、主鎖と、光反応性官能基を含む側鎖を有する高分子を含む配向膜であり、異なる方向から光を照射することで、配向膜に対し異なる方向の配向規制力を付与する複数の領域を形成することができる。この光照射により、光配向膜から不純物が発生することがあるが、配向維持層により、不純物を固定化し、液晶層中での不純物イオンの発生を抑制することで、液晶分子のプレチルト方向を固定化しつつ、電圧保持率の低下及び焼き付きの発生を抑制することができる。
特許文献2には、重合可能なモノマーを含有している液晶組成物を基板間に注入し、基板の相対する透明電極の間に電圧を印加しながら紫外線を照射し、該モノマーを重合することで、液晶表示装置の焼付きを軽減できること、該モノマーが1つ以上の環構造あるいは縮環構造と、該環構造あるいは縮環構造と直接結合している2つの官能基とを有することが記載されている。
国際公開第2009/157207号 特開2003-307720号公報
PSA処理を行った液晶表示装置を高温、高湿度の環境下で使用すると、表示領域の外縁に沿ってシミ、表示ムラが発生することがある。シミ、表示ムラの発生について、図39を用いて説明する。図39は、高温、高湿度の環境下で使用した後の中間調(32/255)における液晶表示装置の正面模式図である。高温、高湿度の環境下で使用すると、液晶表示装置1000の表示領域1001の外縁に沿ってシミが発生した領域1002が現れ、表示領域1001の外縁と中心部とで輝度が異なり、表示ムラが観察されることがある。表示領域1001とは、観察者が認識する画像を表示する領域であり、額縁領域1003は含まれない。額縁領域1003には、ゲートドライバー、ソースドライバー、表示制御回路等が収容される。
近年、液晶表示装置は、表示領域を広くする傾向にあり、額縁領域を狭くする要請がある。額縁領域を狭くすると、上述のようにシミ、表示ムラが発生した領域が目立つことになるので、液晶表示装置の表示品質は大きく低下する。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、液晶表示装置にシミ、表示ムラが発生する原因について検討し、液晶表示装置の製造工程において、シール材を用いて両基板を貼り合せる工程に着目した。そして、鋭意検討を行ったところ、基板の貼り合せに用いられるシール材が充分に硬化していない状態で液晶層と接触すると、液晶層中にシール材の成分が溶出する場合があること、また、液晶表示装置を高温、高湿度の環境下で使用すると、液晶表示装置の外部から湿気等の水分が浸入し、水分と共にシール材の成分が液晶層中に溶出する場合があることを見いだした。更に、これらの水分、不純物等が液晶層中に存在することにより、シミ、表示ムラが発生することを見いだした。
そして、本発明者らは更に検討し、液晶材料と、アミド基を有するラジカル重合性モノマーとを含む液晶組成物を、両基板間に挟持し、紫外線照射によりモノマーを重合させポリマー層(PSA層)を形成することで、液晶分子の配向を制御でき、かつ、高温、高湿度の環境下で使用しても、シミ、表示ムラを発生させ難くすることができることを見いだした。
以下に図40を用いて、液晶表示装置のシミ、表示ムラの発生が抑制される理由を説明する。図40は、エステル基又はアミド基と、水分子との相互作用を表した模式図である。図40中のエステル基及びアミド基が有するR~R10は、炭化水素基を表す。
ポリマー層(PSA層)を形成するために用いられる従来のモノマーは、エステル基(-COO-基)を有する。図40(a)に示すように、エステル基が有する-CO-は、極性が比較的高いため、他の極性分子(例えば、水分子、シール材由来の成分のうち、極性が高いもの等)との間で双極子-双極子相互作用を生じさせる。しかし、高温、高湿の環境下では、従来のモノマーは、水分やシール材由来の不純物との相互作用を維持することが困難となるので、液晶層中に不純物等が残存してしまう。
一方、本発明におけるラジカル重合性モノマーのアミド基(-NRCO-基)が有する-CO-は、エステルの場合と比較して非常に極性が高いため、他の極性分子との間で、非常に強い双極子-双極子相互作用を生じさせる。更に、アミド基(-NHCO-)は、窒素原子を有し、窒素原子に結合した水素原子を介して、水等の水素結合性を有する極性分子との間で水素結合を形成することができる。そのため、アミド基を有するラジカル重合性モノマーは、極性が高い不純物、特に水素結合性を有する不純物と強く相互作用を持つことができるため、高温、高湿度の環境下であっても、水分や極性が高い不純物を取り込むことができ、液晶中に不純物が残存することを防ぐことができる。
こうして、本発明者らは、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。
本発明の一態様は、第一基板及び第二基板と、該第一基板及び該第二基板に挟持され、液晶材料を含有する液晶層と、該第一基板及び該第二基板の少なくとも一方の基板上に形成された、液晶分子を配向制御するポリマー層とを備え、該第一基板は、第一の電極を有し、該ポリマー層は、液晶層中に添加された一種以上のラジカル重合性モノマーが重合することによって形成されたものであり、該ラジカル重合性モノマーの少なくとも一つは、下記化学式(1)で表される化合物である液晶表示装置である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
(式中、
Pは、同一又は異なって、ラジカル重合性基を表す。
Sp及びSpは、同一又は異なって、炭素数1~6の、直鎖状若しくは分岐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。
は、2価の、脂環式、芳香族単環式、又は、縮合多環式の炭化水素基を表す。
は、フェニレン基又はナフタレン基を表す。
及びAが有する-CH-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。
及びAが有する-CH=基は、互いに隣接しない限り-N=基で置換されていてもよい。
及びA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1~12の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基、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に置換されていてもよく、更にこれらの炭素原子の1つ以上がケイ素原子に置換されていても良い。
、Z及び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、-OCH-基、-CHO-基、-SCH-基、-CHS-基、-N(CH)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-NRCO-基、-CONR-基、-CFO-基、-OCF-基、-CFS-基、-SCF-基、-N(CF)-基、-CHCH-基、-CFCH-基、-CHCF-基、-CFCF-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。
、Z及びZの少なくとも1つは、-NRCO-基又は-CONR-基を表す。
Rは、水素原子又は炭素数1~6の直鎖状のアルキル基若しくはアルケニル基を表す。
は、0又は1である。)
本形態の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い。
アミド基を有するモノマーの液晶への溶解性が低い点を考慮すると、上記化学式(1)に示す化合物は、例えば、炭素数1~6の、直鎖状のアルキル基又はアルケニル基等の修飾基を導入することが好ましく、液晶への溶解性を向上させることができる。
上記化学式(1)で表される化合物の例としては、下記化学式(2)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
(式中、
は、2価の、脂環式、芳香族単環式、又は、縮合多環式の炭化水素基を表す。
は、フェニレン基又はナフタレン基を表す。
及びAが有する-CH-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。
及びAが有する-CH=基は、互いに隣接しない限り-N=基で置換されていてもよい。
及びA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1~12の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基、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に置換されていてもよく、更にこれらの炭素原子の1つ以上がケイ素原子に置換されていても良い。
は、-O-基、-CO-基、-COO-基、-OCO-基、-NRCO-基、-CONR-基、又は、直接結合を表す。
Rは、水素原子又は炭素数1~6の直鎖状のアルキル基若しくはアルケニル基を表す。
及びPは、同一又は異なって、ラジカル重合性基を表し、少なくとも1つは、アクリロイルアミノ基又はメタクリロイルアミノ基である。
は、0又は1である。)
上記化学式(1)及び(2)で表される化合物が有するAの例としては、ベンゼン-1,2-ジイル基、ベンゼン-1,3-ジイル基、ベンゼン-1,4-ジイル基、ピリジン-2,3-ジイル基、ピリジン-2,4-トリイル基、ピリジン-2,5-ジイル基、ピリジン-2,6-ジイル基、ナフタレン-1,2-ジイル基、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-1,8-ジイル基、ナフタレン-2,3-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、ナフタレン-2,7-ジイル基、シクロへキサン-1,2-ジイル基、シクロへキサン-1,3-ジイル基、シクロへキサン-1,4-ジイル基、デカヒドロナフタレン-1,2-ジイル基、デカヒドロナフタレン-1,4-ジイル基、デカヒドロナフタレン-1,5-ジイル基、デカヒドロナフタレン-1,8-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,3-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、インダン-1,1-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-1,6-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-1,9-ジイル基、フェナントレン-2,7-ジイル基、フェナントレン-2,9-ジイル基、フェナントレン-3,6-ジイル基、フェナントレン-3,9-ジイル基、フェナントレン-9,10-ジイル基、アントラセン-1,4-ジイル基、アントラセン-1,5-ジイル基、アントラセン-1,9-ジイル基、アントラセン-2,3-ジイル基、アントラセン-2,6-ジイル基、アントラセン-2,9-ジイル基、又は、アントラセン-9,10-ジイル基が挙げられ、上記Aの例としては、ベンゼン-1,2-ジイル基、ベンゼン-1,3-ジイル基、ベンゼン-1,4-ジイル基、ナフタレン-1,2-ジイル基、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-1,8-ジイル基、ナフタレン-2,3-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、又は、ナフタレン-2,7-ジイル基が挙げられる。
上記化学式(1)で表される化合物のより具体的な例としては、下記化学式(3-1)~(3-18)のいずれかで表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(式中、W及びWは、同一又は異なって、-H基又は-CH基を表す。)
上記液晶組成物は、更に、光照射による水素引き抜き反応によってラジカルを生成する構造を有するモノマー、又は、光照射による自己開裂反応によってラジカルを生成する構造を有するモノマーを含有してもよい。
また、300nm付近の波長成分を長時間照射することにより、液晶表示装置のパネル内の構造物が劣化し、表示装置としての性能を損なう例があるため、品質保持の観点からは、上記光照射によってラジカルを生成する構造を有するモノマーを併せて用い、重合反応に要する光照射時間を短縮することが有効である。更に、上記光照射によってラジカルを生成する構造を有するモノマーは、300nm以上、より好ましくは350nm以上の波長成分を有する光を照射することによって、効率よくラジカルを発生する構造を有することが好ましい。
上記光照射による水素引き抜き反応によってラジカルを生成する構造を有するモノマーの例としては、下記化学式(4)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
(式中、
は、芳香環を表す。
は、Aと同一若しくは異なる芳香環、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。
及びAの少なくとも一方は、-Sp-P基を含む。
及びAの少なくとも一方が有する芳香環は、ベンゼン環又はビフェニル環である。
及びAが有する水素原子は、-Sp-P基、ハロゲン原子、-CN基、-NO基、-NCO基、-NCS基、-OCN基、-SCN基、-SF基、又は、炭素数1~12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く、該アルキル基及びアルケニル基は、直鎖状であっても分枝状であってもよい。
及びA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。
及びA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、-Sp-P基で置換されていてもよい。
及びA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-CH-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、-OCH-基、-CHO-基、-SCH-基、-CHS-基、-N(CH)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-CFO-基、-OCF-基、-CFS-基、-SCF-基、-N(CF)-基、-CHCH-基、-CFCH-基、-CHCF-基、-CFCF-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。
Pは、ラジカル重合性基を表す。
Sp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。
は、1又は2である。
とYとをつなぐ点線部分、及び、AとYとをつなぐ点線部分は、AとA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、-CH-基、-CHCH-基、-CH=CH-基、-O-基、-S-基、-NH-基、-N(CH)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-OCH-基、-CHO-基、-SCH-基、-CHS-基、又は、直接結合を表す。) 
上記化学式(4)で表される化合物の例としては、下記化学式(6-1)~(6-8)のいずれかで表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
(式中、
及びRは、同一若しくは異なって、-Sp-P基、水素原子、ハロゲン原子、-CN基、-NO基、-NCO基、-NCS基、-OCN基、-SCN基、-SF基、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ラルキル基、又は、フェニル基を表す。
及びRの少なくとも一方は、-Sp-P基を含む。
Pは、ラジカル重合性基を表す。
Sp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。
及びRの少なくとも一方が、炭素数1~12の、アルキル基若しくはアラルキル基、又は、フェニル基であるとき、R及びRが有する水素原子は、フッ素原子、塩素原子又は-Sp-P基に置換されていてもよい。
及びRが有する-CH-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、-OCH-基、-CHO-基、-SCH-基、-CHS-基、-N(CH)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-CFO-基、-OCF-基、-CFS-基、-SCF-基、-N(CF)-基、-CHCH-基、-CFCH-基、-CHCF-基、-CFCF-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。)
上記化学式(6-1)~(6-6)で表されるいずれかの構造を有する化合物は、吸収波長域を380nm付近まで有し、上記化学式(6-7)又は(6-8)で表される化合物は、吸収波長域を430nm付近まで有する。したがって、上記化学式(6-1)~(6-8)で表されるいずれかの構造を有する化合物を併せて用いることで、短波長の光(例えば、300nm未満の波長をもつ光)をカットしても、液晶表示装置の製造における、光照射による重合反応速度を速くすることができ、スループットを改善することができる。更に、上記化学式(6-7)又は(6-8)で表される化合物は、上記化学式(6-1)~(6-6)で表されるいずれかの構造を有する化合物よりも光の吸収波長域が広く、光利用効率が高くなるため、液晶表示装置の一対の基板のそれぞれに偏光板を貼り付けた後であっても、光を照射し、ラジカル重合性モノマーを重合させることができる。
上記光照射による自己開裂反応によってラジカルを生成する構造を有するモノマーの例としては、下記化学式(5)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
(式中、
は、炭素数1~4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、又は、-Sp-Pを表す。
は、炭素数1~4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、又は、-Sp-Pを表す。
Pは、同一又は異なるラジカル重合性基を表し、総数が二以上である。
Sp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、アルキレンオキシ基若しくはアルキレンカルボニルオキシ基、又は、直接結合を表し、mが2以上の場合は、同一であっても、異なっていてもよい。
Sp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、アルキレンオキシ基若しくはアルキレンカルボニルオキシ基、又は、直接結合を表し、mが2以上の場合は、同一であっても、異なっていてもよい。
Spは、炭素数1~6の、直鎖状、分枝状又は環状のアルキレン基、アルキレンオキシ基又はアルキレンカルボニルオキシ基を表す。
Spは、炭素数1~6の、直鎖状、分枝状又は環状のアルキレン基、アルキレンオキシ基又はアルキレンカルボニルオキシ基を表す。
は、-F基、-OH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若しくはアルケニル基、又は、アラルキル基を表し、nが2以上の場合は、同一であっても、異なっていてもよい。
2つのLが、芳香環における2つの隣接する炭素原子にそれぞれ結合している場合、互いに結合して環状構造となっていてもよく、該2つのLは、同一又は異なって、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となる。
は、-F基、-OH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若しくはアルケニル基、又は、アラルキル基を表し、nが2以上の場合は、同一であっても、異なっていてもよい。
2つのLが、芳香環における2つの隣接する炭素原子にそれぞれ結合している場合、互いに結合して環状構造となっていてもよく、該2つのLは、同一又は異なって、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となる。
及びL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1つ以上の水素原子は、-F基又は-OH基に置換されていてもよい。
及びL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-CH-基はそれぞれ、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、-OCH-基、-CHO-基、-SCH-基、-CHS-基、-N(CH)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-CFO-基、-OCF-基、-CFS-基、-SCF-基、-N(CF)-基、-CHCH-基、-CFCH-基、-CHCF-基、-CFCF-基、-CH=CH-基、-CF=CF-基、-C≡C-基、-CH=CH-COO-基、-OCO-CH=CH-基、-Sp-P基、又は、-Sp-P基で置換されていてもよい。
は、1~3のいずれかの整数である。
は、0~3のいずれかの整数である。
は、0~4のいずれかの整数である。
は、0~4のいずれかの整数である。
とnの合計は、1~5のいずれかの整数である。
とnの合計は、0~5のいずれかの整数である。
とmの合計は、1~6のいずれかの整数である。)
上記化学式(5)で表される化合物の例としては、下記化学式(7)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
(式中、
は、炭素数1~4の、直鎖状又は分枝状のアルキル基又はアルケニル基を表す。
は、炭素数1~4の、直鎖状又は分枝状のアルキル基又はアルケニル基を表す。
Pは、同一又は異なって、ラジカル重合性基を表す。
Sp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、アルキレンオキシ基若しくはアルキレンカルボニルオキシ基、又は、直接結合を表す。
Sp10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、アルキレンオキシ基若しくはアルキレンカルボニルオキシ基、又は、直接結合を表す。)
上記化学式(1)、(4)~(7)で表される化合物に含まれるPの例としては、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリロイルアミノ基、ビニル基、又は、ビニルオキシ基が挙げられる。
上記液晶材料は、負の誘電率異方性を有するものであっても、正の誘電率異方性を有するものであってもよい。
上記第二基板は、第二の電極を有していてもよい。
上記第一の電極及び上記第二の電極の少なくとも一方の液晶層側の表面上は、誘電体突起物を有していてもよい。
上記第一の電極及び上記第二の電極の少なくとも一方は、開口部を有していてもよい。
上記誘電体突起物は、平面視において、線状又は略円状であってもよい。
上記開口部は、平面視において、線状又は略円状であってもよい。
上記第一基板は、更に、第三の電極を有していてもよい。
上記第一の電極及び上記第三の電極は、いずれも櫛歯電極であってもよい。
上記第一の電極は平板状であり、上記第三の電極は櫛歯状であり、上記第一の電極と上記第三の電極との間に絶縁層を有していてもよい。
本発明によれば、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られる。
実施形態1に係る液晶表示装置のPSA重合工程前の断面模式図。 実施形態1に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図。 実施形態2に係る液晶表示装置のPSA重合工程前の断面模式図。 実施形態2に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図。 応用形態1に係る液晶表示装置の電圧無印加時の斜視模式図。 応用形態1に係る液晶表示装置の電圧印加時の斜視模式図。 応用形態1に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図。 応用形態1に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図。 応用形態2に係る液晶表示装置の電圧無印加時の斜視模式図。 応用形態2に係る液晶表示装置の電圧印加時の斜視模式図。 応用形態2に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図。 応用形態2に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図。 応用形態3に係る液晶表示装置の電圧無印加時の斜視模式図。 応用形態3に係る液晶表示装置の電圧印加時の斜視模式図。 応用形態3に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図。 応用形態3に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図。 応用形態4に係る液晶表示装置の電圧無印加時の斜視模式図。 応用形態4に係る液晶表示装置の電圧印加時の斜視模式図。 応用形態4に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図。 応用形態4に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図。 応用形態5に係る液晶表示装置の電圧無印加時の斜視模式図。 応用形態5に係る液晶表示装置の電圧印加時の斜視模式図。 応用形態5に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図。 応用形態5に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図。 応用形態6に係る液晶表示装置の電圧無印加時の斜視模式図。 応用形態6に係る液晶表示装置の電圧印加時の斜視模式図。 応用形態6に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図。 応用形態6に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図。 応用形態7に係る液晶表示装置の電圧無印加時の斜視模式図。 応用形態7に係る液晶表示装置の電圧印加時の斜視模式図。 応用形態7に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図。 応用形態7に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図。 応用形態8に係る液晶表示装置の電圧無印加時の斜視模式図。 応用形態8に係る液晶表示装置の電圧印加時の斜視模式図。 応用形態8に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図。 応用形態8に係る液晶表示装置の画素電極の例示。 応用形態8に係る液晶表示装置の画素電極の他の例示。 応用形態8に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図。 高温、高湿度の環境下で使用した後の中間調(32/255)における液晶表示装置の正面模式図。 エステル基又はアミド基と、水分子との相互作用を表した模式図。
以下に実施形態を掲げ、本発明の一態様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。
本発明の液晶表示装置は、例えば、テレビジョン、パーソナルコンピュータ、携帯電話、インフォメーションディスプレイ等の表示機器に用いることで、優れた表示特性を発揮することができる。
(実施形態1)
以下に、実施形態1に係る液晶表示装置の一例を示す。図1及び図2は、実施形態1に係る液晶表示装置の断面模式図であり、図1はPSA重合工程前を示し、図2はPSA重合工程後を示す。図1及び図2に示すように、実施形態1に係る液晶表示装置は、アレイ基板10と、カラーフィルタ基板20と、アレイ基板10及びカラーフィルタ基板20からなる一対の基板間に狭持された液晶層30を備える。アレイ基板10は、ガラス等を材料とする絶縁性の透明基板と、透明基板上に形成された各種配線、画素電極、TFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)等とを備える。カラーフィルタ基板20は、ガラス等を材料とする絶縁性の透明基板と、透明基板上に形成されたカラーフィルタ、ブラックマトリクス、共通電極等とを備える。アレイ基板10及びカラーフィルタ基板20は、液晶層30側の表面上に配向膜8をそれぞれ備える。
図1に示すように、PSA重合工程前において、液晶層30中には、液晶材料とラジカル重合性モノマー4とが含まれている。ラジカル重合性モノマー4は、上記化学式(1)で表される化合物であり、より具体的には上記化学式(2)で表される化合物であり、更に具体的には、上記化学式(3-1)~(3-18)のいずれかで表される化合物である。
液晶層30へ光を照射することにより、ラジカル重合性モノマー4はラジカルを生成し、そのラジカルを活性種として、ラジカル重合性モノマー4のもつラジカル重合性基が次々に連鎖重合を開始、進行させ、重合する。重合によって形成されたポリマーは、図2に示すように、基板10及び20上に形成された配向膜8上にポリマー層(PSA層)7として析出される。
上述のように、高温、高湿度の環境下で発生するシミ及び表示ムラは、液晶層中に水分及び不純物等が浸入することが原因であると考えられる。液晶層中に水分及び不純物等が浸入すると、電圧保持率(VHR)が低下する。ラジカル重合性モノマー4は、アミド基を有するため、水分、水溶性の不純物等と水素結合を形成することができる。そのため、ラジカル重合性モノマー4を用いてポリマー層7を形成することにより、液晶層中の水分、不純物等の残存量を減らすことができ、VHRの低下を抑制することができる。その結果、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置を得ることができる。
また、従来のPSA技術では、一般的に重合開始剤が用いられていたが、重合開始剤(例えば、Irgacure651等)を用いた場合は、紫外線照射により開裂したものが、不純物として液晶中に漂うためVHRを低下させる。実施形態1では、ラジカル重合性モノマー4は自らラジカルを生成するため、このような重合開始剤を必要とせず、重合開始剤に由来する不純物が発生しないため、高いVHRを維持することができる。また、ラジカル重合性モノマー4は、重合性基を2つ有するため、ポリマー層7を形成する際にポリマー層7に取り込まれ易く、不純物として液晶層中に残存し難いため、VHRの低下を引き起こし難い。
図2に示すように、実施形態1においては、アレイ基板10及びカラーフィルタ基板20上に形成された配向膜8上に、ポリマー層7が形成されている。また、アレイ基板10とカラーフィルタ基板20との間には、これらの基板10、20の外縁に沿って配向膜8上にシール材3が貼り付けられており、液晶層30は、シール材3によってアレイ基板10とカラーフィルタ基板20との間に封止される。また、液晶層30に対する光の照射は、シール材3による液晶層30の封止後になされるので、シール材3によって囲まれた領域内にポリマー層7が形成されることになる。シール材としては、熱により硬化するもの、紫外光の照射により硬化するもの、並びに、熱及び紫外光照射のいずれによっても硬化するもののいずれを用いてもよい。
実施形態1においては、PSA重合工程を行う際に、液晶層30に対し閾値以上の電圧を印加せずとも、実施形態1における一種以上のラジカル重合性モノマーを用いた場合には、ポリマー層を形成することができ、液晶分子を基板面に対して特定の方位に配向させることができる。例えば、IPSモード、FFSモードのような水平配向モードでは、PSA重合工程を行う際に、液晶層に対し閾値以上の電圧を印加しなくても、ポリマー層を形成し、液晶分子の配向を制御することができる。
また、例えば、PSA重合工程を行う際に、液晶層30に対し閾値以上の電圧を印加した状態で光照射を行うことで、閾値以上の電圧印加状態で配向した液晶分子にならった形で重合体が形成される。この場合、形成されるポリマー層は、後に電圧無印加状態となっても液晶分子に対しプレチルト角を規定する構造をもつことになる。
実施形態1に係る液晶表示装置の他の構成要素について詳述する。
上記配向膜8は、水平配向膜であっても、垂直配向膜であってもよい。垂直配向膜とは、電圧無印加時において、液晶分子を基板面に対して垂直に配向させる配向膜であり、配向処理が施されていてもよい。垂直配向とは、基板面に対する液晶分子の平均初期傾斜角が、80°~90°の場合をいい、好ましくは85°~90°である。「傾斜角」は、液晶分子の長軸と基板面とがなす角度を0°~90°の範囲で表したものであり、「平均傾斜角」を「チルト角」ともいう。また、電圧無印加時における液晶分子の各基板に対する傾斜角の平均を「平均初期傾斜角」といい、以下、単純に「プレチルト角」ともいう。水平配向膜とは、電圧無印加時において、液晶分子を基板面に対して水平に配向させる配向膜であり、配向処理が施されていてもよい。水平配向とは、基板面に対する液晶分子の平均初期傾斜角が、0~30°の場合をいい、好ましくは0~10°である。配向処理方法としては、ラビング法、光配向法等が挙げられる。
上記配向膜8としては、ポリイミド系、ポリアミック酸系、ポリシロキサン系等が挙げられる。
また、上記配向膜8は、光配向膜であってもよい。光配向膜としては、アゾベンゼンのシスートランス変化を利用して液晶分子を配向させるもの、ポリビニルシンナメートの二量体が有する異方性により液晶分子を配向させるもの、光吸収の異方性により異方的分解が起こり液晶分子を配向させるもの(光分解型)等が挙げられる。
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。液晶材料は、正の誘電率異方性を有するものであっても、負の誘電率異方性を有するものであってもよく、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。
実施形態1に係る液晶表示装置においては、アレイ基板10、液晶層30及びカラーフィルタ基板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いる。アレイ基板10の背面側及びカラーフィルタ基板20の観察面側には、偏光板が備え付けられている。これらの偏光板に対しては、更に位相差板が配置されていてもよく、上記偏光板は、円偏光板であってもよい。
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、更に、バックライトを備えている。バックライトは、アレイ基板10の更に背面側に配置され、アレイ基板10、液晶層30及びカラーフィルタ基板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、アレイ基板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、カラーフィルタ基板20の偏光板は、いわゆるλ/4位相差板を備える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は、液晶表示装置(例えば、携帯電話、モニター、液晶TV(テレビジョン)、インフォメーションディスプレイ)を分解し、核磁気共鳴分析法(NMR:Nuclear Magnetic Resonance)、フーリエ変換赤外分光法(FT-IR:Fourier Transform Infrared Spectroscopy)、質量分析法(MS:Mass Spectrometry)等を用いた化学分析を行うことにより、ポリマー層中に存在するモノマー成分の解析を行い、モノマー成分の種類を決定することができる。
(実施形態2)
実施形態2は、実施形態1で用いたラジカル重合性モノマーに加え、更に、光照射によってラジカルを生成する構造を有する他のモノマーを用いた点以外は、実施形態1と同様である。
以下に、実施形態2に係る液晶表示装置の一例を示す。図3及び図4は、実施形態2に係る液晶表示装置の断面模式図である。図3はPSA重合工程前を示し、図4はPSA重合工程後を示す。図3及び図4に示すように、実施形態2に係る液晶表示装置は、アレイ基板10と、カラーフィルタ基板20と、アレイ基板10及びカラーフィルタ基板20からなる一対の基板間に狭持された液晶層30とを備える。アレイ基板10は、ガラス等を材料とする絶縁性の透明基板と、透明基板上に形成された各種配線、画素電極、TFT等とを備える。カラーフィルタ基板20は、ガラス等を材料とする絶縁性の透明基板と、透明基板上に形成されたカラーフィルタ、ブラックマトリクス、共通電極等とを備える。アレイ基板10及びカラーフィルタ基板20は、液晶層30側の表面上に配向膜8をそれぞれ備える。
図3に示すように、PSA重合工程前において、液晶層30中には、液晶材料、第一のラジカル重合性モノマー4及び第二のラジカル重合性モノマー6が含まれている。第一のラジカル重合性モノマー4は、上記化学式(1)で表される化合物であり、より具体的には上記化学式(2)で表される化合物であり、更に具体的には、上記化学式(3-1)~(3-18)のいずれかで表される化合物である。第二のラジカル重合性モノマー6は、光照射によってラジカルを生成する構造を有するモノマーであり、上記化学式(4)又は(6-1)~(6-8)に挙げられる光照射による水素引き抜き反応によってラジカルを生成する構造を有する化合物であってもよく、上記化学式(5)又は(7)に挙げられる光照射による自己開裂反応によってラジカルを生成する構造を有する化合物であってもよい。光照射によってラジカルを生成する構造を有するモノマーを併せて用いることで、新たに重合開始剤を追加する必要なく重合反応を進行させることができ、よりVHRの低下を妨げることができる。
液晶層30へ光を照射することにより、第一のラジカル重合性モノマー4及び第二のラジカル重合性モノマー6のいずれも単独でラジカルを生成し、そのラジカルを活性種として、第一のラジカル重合性モノマー4及び第二のラジカル重合性モノマー6のもつラジカル重合性基が次々に連鎖重合を開始、進行させ、重合する。重合によって形成されたポリマーは、図4に示すように、基板10及び20上に形成された配向膜8上にポリマー層(PSA層)17として析出される。
図4に示すように、実施形態2においては、アレイ基板10及びカラーフィルタ基板20上に形成された配向膜8上に、ポリマー層17が形成されている。また、アレイ基板10とカラーフィルタ基板20との間には、これらの基板10、20の外縁に沿って配向膜8上にシール材3が貼り付けられており、液晶層30は、シール材3によってアレイ基板10とカラーフィルタ基板20との間に封止される。また、液晶層30に対する光の照射は、シール材3による液晶層30の封止後になされるので、シール材3によって囲まれた領域内にポリマー層17が形成されることになる。
実施形態2においても、実施形態1と同様に、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置を得ることができる。更に、光照射によってラジカルを生成する構造を有するモノマーを併せて用いることで、短い照射時間でポリマー層を形成することができるため、スループットを向上させることができる。
(応用形態1)
応用形態1は、実施形態1の液晶表示装置をMVAモードとした液晶表示装置である。
第一基板が有する第一の電極、及び、第二基板が有する第二の電極の少なくとも一方の液晶層側の表面上は、誘電体突起物を有してもよく、また、第一の電極及び第二の電極の少なくとも一方は、開口部を有していてもよい。誘電体突起物の一例としては、平面視において線状であり、電極上に液晶層に向かって突出して設けられた壁状の誘電体突起物が挙げられる。このような、壁状の誘電体突起物をリブともいう。開口部の一例としては、電極に形成された平面視において線状である開口部(以下、スリットともいう。)が挙げられる。このような、リブ及び/又はスリットを設けて液晶分子の配向を制御するモードを、MVA(Multi-domain Vertical Alignment)モードともいう。MVAモードの一例としては、一対の基板がそれぞれ電極を有し、一方の基板が有する電極の液晶層側の表面上は、誘電体から形成されたリブを有し、他方の基板が有する電極は、スリットを有する形態が挙げられる。
図5及び図6は、応用形態1に係る液晶表示装置の斜視模式図であり、図5は、電圧無印加時を示し、図6は、電圧印加時を示す。応用形態1では、第二基板が有する第二の電極(共通電極)122の液晶層130側の表面上は、リブ52を有し、第一基板が有する第一の電極(画素電極)112は、スリット61を有する場合を例示する。両基板の表面上には、垂直配向膜が形成されていてもよく、液晶材料は、負の誘電率異方性を有するものを用いることができる。リブの材料としては、例えば、感光性アクリル樹脂が挙げられる。また、リブ及びスリットは、フォトリソグラフィー法を用いて形成することができる。
図5に示すように、電圧無印加時において、リブ52に近接する一部の液晶分子105を除き、ほとんどの液晶分子105は、基板面に対して垂直の方向に配向している。電圧が印加されると、スリット61の近傍の液晶分子105は電極に向かって傾斜し、リブ52近傍の液晶分子105はリブの外側に向かって傾斜し、リブ52及びスリット61間の液晶分子105は、図6に示すようにほぼ同じ方向に傾斜する。応用形態1では、液晶層に印加する電圧の大きさによって、液晶分子の傾斜角度を制御し、階調表示を可能にする。このように液晶分子の配向を制御することで、表示を行うことができる。
図7は、応用形態1に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図であり、電圧印加時を表す。図8は、応用形態1に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図である。図8に示すように、第一基板(アレイ基板)110は、ガラス基板111上に画素電極112が形成され、第二基板(カラーフィルタ基板)120は、ガラス基板121上に共通電極122が形成される。図8では、配線、カラーフィルタ、配向膜等の図示は省略している。
図7に示すように、第一基板(アレイ基板)は、相互に平行に伸びる複数のゲート信号線41、複数のソース信号線42、及び、複数の補助容量(Cs)配線43をそれぞれ絶縁膜を介して有する。ゲート信号線41と補助容量(Cs)配線43とは相互に平行に伸びており、かつ複数のソース信号線42と交差している。ゲート信号線41とソース信号線42との交点付近には、画素の駆動制御を行うスイッチング素子となるTFT44が設けられている。TFT44は、三端子型の電界効果トランジスタであり、半導体層のほかに、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の3つの電極を有する。ゲート信号線41及びソース信号線42は、それぞれ薄膜トランジスタ(TFT)44が有する各電極に接続されている。なお、応用形態1においては、一つの画素電極112を複数の副画素電極に分け、それぞれの副画素電極に対してTFTを設け、一つのゲート配線で二つの副画素電極を制御するマルチ駆動としてもよい。
第二基板(カラーフィルタ基板)は、遮光性を有するBM(ブラックマトリクス)と、それぞれ特定の波長の光のみを透過するカラーフィルタを有する。各カラーフィルタの間隙にBMが形成され、全体として格子状となっている。BMは第一基板の各配線及びTFTと重なる位置に、各カラーフィルタは第一基板の画素電極のそれぞれと重なる位置にそれぞれ配置されている。
リブ52及びスリット61は、平面視において線状であり、かつ、一定の間隔を空けて配置されている。一部に間隔の異なる領域があってもよいが、実質的に全てのリブ52及びスリット61が一定間隔を有していることが好ましく、これにより良好な表示を得ることができる。リブ52は、共通電極122上に形成される。また、リブ52は一部に屈曲部を有しており、平面視において、一部がV字型を構成していることが好ましい。この場合、基板全体としてみれば、リブ52はジグザグ形状となる。これにより、一つの画素内において、リブ52に近接する液晶分子105を異なる4方位にバランスよく配向制御することができる。共通電極122は、平板状であってもよい。画素電極112に形成されたスリット61は、各々が実質的に矩形の形状を有し、マトリクス状に複数配置されて1つの表示面を構成する。なお、「実質的に矩形」とは、図7のように、矩形の一部に突出部や切り欠き部が含まれていてもよいことを示す。
また、図8に示すように、ポリマー層(PSA層)107は、画素電極112及び共通電極122、画素電極112が有するスリット61によって露出した部位、リブ52等を含む両基板の表面全体に形成され、液晶層130との界面を形成する。
応用形態1では、アミド基を有するラジカル重合性モノマーを用いてポリマー層(PSA層)を形成することで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られる。
(応用形態2)
応用形態2は、実施形態1の液晶表示装置をMVAモードとした他の一例である。
MVAモードの他の一例としては、一対の基板がそれぞれ電極を有し、一対の基板が有する各電極の液晶層側の表面上は、それぞれリブを有する形態が挙げられる。
図9及び図10は、応用形態2に係る液晶表示装置の斜視模式図であり、図9は、電圧無印加時を示し、図10は、電圧印加時を示す。応用形態2では、第二基板が有する第二の電極(共通電極)222の液晶層230側の表面上は、リブ52を有し、第一基板が有する第一の電極(画素電極)212の液晶層230側の表面上は、リブ51を有する場合を例示する。両基板の表面上には、垂直配向膜が形成されていてもよく、液晶材料は、負の誘電率異方性を有するものを用いることができる。
図9に示すように、電圧無印加時において、リブ51及び52に近接する一部の液晶分子205を除き、ほとんどの液晶分子205は、基板面に対して垂直の方向に配向している。図10に示すように、電圧が印加されると、リブ51及び52近傍の液晶分子205は、それぞれリブ51及び52の外側に向かって斜め方向に傾斜し、その結果リブ51と52の間の液晶分子205はほぼ同じ方向に傾斜する。応用形態2では、液晶層に印加する電圧の大きさによって、液晶分子の傾斜角度を制御し、階調表示を可能にする。このように液晶分子の配向を制御することで、表示を行うことができる。
図11は、応用形態2に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図であり、電圧印加時を表す。図12は、応用形態2に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図である。図12に示すように、第一基板(アレイ基板)210は、ガラス基板211上に画素電極212が形成され、第二基板(カラーフィルタ基板)220は、ガラス基板221上に共通電極222が形成される。図12では、配線、カラーフィルタ、配向膜等の図示は省略している。
図11に示すように、リブ51及び52は、平面視において線状であり、かつ、一定の間隔を空けて配置されている。一部に間隔の異なる領域があってもよいが、実質的に全てのリブ51及び52が一定間隔を有していることが好ましく、これにより良好な表示を得ることができる。リブ51は、画素電極212上に形成されており、リブ52は、共通電極222上に形成されている。また、リブ51及び52は、一部に屈曲部を有しており、平面視において、一部がV字型を構成していることが好ましい。この場合、基板全体としてみれば、リブ51及び52はジグザグ形状となる。これにより、一つの画素内において、リブ51及び52に近接する液晶分子205を異なる4方位にバランスよく配向制御することができる。ゲート信号線41、ソース信号線42、補助容量(Cs)配線43、TFT44の構成は、応用形態1と同様である。
また、図12に示すように、ポリマー層(PSA層)207は、画素電極212、共通電極222、リブ51及び52等を含む両基板の表面全体に形成され、液晶層230との界面を形成する。
応用形態2においても、アミド基を有するラジカル重合性モノマーを用いてポリマー層(PSA層)を形成することで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られる。
(応用形態3)
応用形態3は、実施形態1の液晶表示装置をPVAモードとした一例である。
一対の基板が有する電極のそれぞれにスリットを設けて液晶分子の配向を制御するモードを、PVA(Patterned Vertical Alignment)モードともいう。PVAモードの一例としては、一対の基板がそれぞれ電極を有し、一対の基板が有する各電極は、それぞれスリットを有する形態が挙げられる。
図13及び図14は、応用形態3に係る液晶表示装置の斜視模式図であり、図13は、電圧無印加時を示し、図14は、電圧印加時を示す。応用形態3では、第二基板が有する第二の電極(共通電極)322は、スリット62を有し、第一基板が有する第一の電極(画素電極)312は、スリット61を有する場合を例示する。両基板の表面上には、垂直配向膜が形成されていてもよく、液晶材料は、負の誘電率異方性を有するものを用いることができる。
図13に示すように、電圧無印加時において、ほとんどの液晶分子305は、基板面に対して垂直の方向に配向している。図14に示すように、電圧が印加されると、スリット61及び62近傍の液晶分子305は電極に向かって傾斜し、その結果スリット61及び62の間の液晶分子305はほぼ同じ方向に向かって傾斜する。液晶層に印加する電圧の大きさによって、液晶分子の傾斜角度を制御し、階調表示を可能にする。このように液晶分子の配向を制御することで、表示を行うことができる。
図15は、応用形態3に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図であり、電圧印加時を表す。図16は、応用形態3に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図である。図16に示すように、第一基板(アレイ基板)310は、ガラス基板311上に画素電極312が形成され、第二基板(カラーフィルタ基板)320は、ガラス基板321上に共通電極322が形成される。図16では、配線、カラーフィルタ、配向膜等の図示は省略している。
図15に示すように、スリット61及び62は、平面視において線状であり、かつ、一定の間隔を空けて配置されている。一部に間隔の異なる領域があってもよいが、実質的に全てのスリット61及び62が一定間隔を有していることが好ましく、これにより良好な表示を得ることができる。また、共通電極322に形成されたスリット62については、一部に屈曲部を有しており、平面視において、V字型を構成していることが好ましい。画素電極312に形成されたスリット61は、各々が実質的に矩形の形状を有し、マトリクス状に複数配置されて1つの表示面を構成する。なお、「実質的に矩形」とは、図15のように、矩形の一部に突出部や切り欠き部が含まれていてもよいことを示す。これにより、近接する液晶分子305を異なる4方位にバランスよく配向制御することができる。ゲート信号線41、ソース信号線42、補助容量(Cs)配線43、TFT44の構成は、応用形態1と同様である。
また、図16に示すように、ポリマー層(PSA層)307は、画素電極312及び共通電極322、画素電極312が有するスリット61によって露出した部位、共通電極322が有するスリット62によって露出した部位等を含む両基板の表面全体に形成され、液晶層330との界面を形成する。
応用形態3においても、アミド基を有するラジカル重合性モノマーを用いてポリマー層(PSA層)を形成することで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られる。
(応用形態4)
応用形態4は、実施形態1の液晶表示装置をCPAモードとした一例である。
応用形態1では、誘電体突起物として、リブを用いた例を示したが、平面視において略円状であり、電極上に液晶層に向かって突出して設けられた先端が丸みを帯びた略円錐形の誘電体突起物を用いてもよい。このような、先端が丸みを帯びた略円錐形の誘電体突起物をリベットともいう。また、リベットを設けて液晶分子の配向を制御するモードを、CPA(Continuous Pinwheel Alignment)モードともいう。CPAモードの一例としては、一対の基板がそれぞれ電極を有し、一方の基板が有する電極の液晶層側の表面上は、リベットを有し、他方の基板が有する電極は、スリットを有する形態が挙げられる。
図17及び図18は、応用形態4に係る液晶表示装置の斜視模式図であり、図17は、電圧無印加時を示し、図18は、電圧印加時を示す。応用形態4では、第二基板が有する第二の電極(共通電極)422の液晶層430側の表面上は、リベット72を有し、第一基板が有する第一の電極(画素電極)412は、スリット81を有する場合を例示する。両基板の表面上には、垂直配向膜が形成されていてもよく、液晶材料は、負の誘電率異方性を有するものを用いることができる。リベットの材料としては、例えば、感光性アクリル樹脂が挙げられ、フォトリソグラフィー法を用いて形成することができる。
図17に示すように、電圧無印加時において、リベット72に近接する一部の液晶分子405を除き、ほとんどの液晶分子405は、基板面に対して垂直の方向に配向している。図18に示すように、電圧が印加されると、液晶分子405は、リベット72に向かって放射状に配向する。液晶層に印加する電圧の大きさによって、液晶分子の傾斜角度を制御し、階調表示を可能にする。このように液晶分子の配向を制御することで、表示を行うことができる。
図19は、応用形態4に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図である。図20は、応用形態4に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図である。図20に示すように、第一基板(アレイ基板)410は、ガラス基板411上に画素電極412が形成され、第二基板(カラーフィルタ基板)420は、ガラス基板421上に共通電極422が形成される。図20では、配線、カラーフィルタ、配向膜等の図示は省略している。
図19に示すように、各リベット72は、平面視において略円状であり、一つの副画素あたり3つのリベット72が配置されている。第一の電極(画素電極)412の電極内にはスリット81が形成されており、スリット81により、一つの画素電極は3つの領域に区分されている。また、リベット72は、上記3つに区切られた領域の各領域の中心と重なる位置に、それぞれ配置されている。リベット72同士の間隔は一定であることが表示むらを少なくする観点から好ましいが、一部に間隔の異なる領域があってもよい。ゲート信号線41、ソース信号線42、補助容量(Cs)配線43、TFT44の構成は、応用形態1と同様である。
また、図20に示すように、ポリマー層(PSA層)407は、画素電極412、共通電極422、画素電極412が有するスリット81によって露出した部位、リベット72等を含む両基板の表面全体に形成され、液晶層430との界面を形成する。
応用形態4においても、アミド基を有するラジカル重合性モノマーを用いてポリマー層(PSA層)を形成することで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られる。
(応用形態5)
応用形態5は、実施形態1の液晶表示装置をCPAモードとした他の一例である。
応用形態4では、CPAモードの一例としてリベットを用いた例を示したが、リベットの代わりに、電極内に平面視において略円状の開口部(ホール)を設けてもよい。CPAモードの他の一例としては、一対の基板がそれぞれ電極を有し、一方の基板が有する電極は、平面視において略円状の開口部(ホール)を有し、他方の基板が有する電極は、スリットを有する形態が挙げられる。
図21及び図22は、応用形態5に係る液晶表示装置の斜視模式図であり、図21は、電圧無印加時を示し、図22は、電圧印加時を示す。応用形態5では、第二基板が有する第二の電極(共通電極)522は、ホール82を有し、第一基板が有する第一の電極(画素電極)512は、スリット81を有する場合を例示する。両基板の表面上には、垂直配向膜が形成されていてもよく、液晶材料は、負の誘電率異方性を有するものを用いることができる。
図21に示すように、電圧無印加時において、ほとんどの液晶分子505は、基板面に対して垂直の方向に配向している。図22に示すように、電圧が印加されると、液晶分子505は、ホール82に向かって放射状に配向する。液晶層に印加する電圧の大きさによって、液晶分子の傾斜角度を制御し、階調表示を可能にする。このように液晶分子の配向を制御することで、表示を行うことができる。
図23は、応用形態5に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図である。図24は、応用形態5に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図である。図24に示すように、第一基板(アレイ基板)510は、ガラス基板511上に画素電極512が形成され、第二基板(カラーフィルタ基板)520は、ガラス基板521上に共通電極522が形成される。図24では、配線、カラーフィルタ、配向膜等の図示は省略している。
図23に示すように、ホール82は、平面視において略円状であり、一つの副画素あたり3つのホール82が配置されている。第一の電極(画素電極)512の電極内にはスリット81が形成されており、スリット81により、一つの画素電極は3つの領域に区分されている。また、ホール82は、上記3つに区切られた領域の各領域の中心と重なる位置に、それぞれ配置されている。ホール82同士の間隔は一定であることが表示むらを少なくする観点から好ましいが、一部に間隔の異なる領域があってもよい。ゲート信号線41、ソース信号線42、補助容量(Cs)配線43、TFT44の構成は、応用形態1と同様である。
また、図24に示すように、ポリマー層(PSA層)507は、画素電極512、共通電極522、画素電極512が有するスリット81によって露出した部位、及び、共通電極522が有するホール82によって露出した部位等を含む両基板の表面全体に形成され、液晶層530との界面を形成する。
応用形態5においても、アミド基を有するラジカル重合性モノマーを用いてポリマー層(PSA層)を形成することで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られる。
(応用形態6)
応用形態6は、実施形態1の液晶表示装置において微細スリットを有する電極を用いた一例である。
図25及び図26は、応用形態6に係る液晶表示装置の斜視模式図であり、図25は、電圧無印加時を示し、図26は、電圧印加時を示す。応用形態6では、第二基板が有する第二の電極(共通電極)622は、平板状であり、第一基板が有する第一の電極(画素電極)612は、微細スリット612a、櫛歯部612bを有し、魚の骨のような構造(以下、フィッシュボーン構造ともいう。)である場合を例示する。両基板の表面上には、垂直配向膜が形成されていてもよく、液晶材料は、負の誘電率異方性を有するものを用いることができる。
図25に示すように、電圧無印加時において、ほとんどの液晶分子605は、基板面に対して垂直の方向に配向している。図26に示すように、電圧が印加されると、液晶層630内には、画素電極612から共通電極622に向かって、基板面に対して斜め方向に歪んだ電界が形成される。液晶分子605は、負の誘電率異方性を有しており、該電界に対して垂直な方向に配向するため、液晶分子605の基板面に対する傾斜角(チルト角)が変化する。このとき、液晶分子は電極に向かって傾斜しようとするが、櫛歯部612b及び微細スリット612aの幅が狭いと極めて近い位置にある液晶分子が互いに逆方向に傾斜しようとして干渉し合い、最終的にはスリットと並行な方向に傾斜して安定する。櫛歯部612b及び微細スリット612aの幅は、それぞれ1~5μmであることが好ましい。この場合も、液晶層に印加する電圧の大きさによって、液晶分子の傾斜角度を制御し、階調表示を可能にする。このように液晶分子の配向を制御することで、表示を行うことができる。
図27は、応用形態6に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図であり、電圧印加時を表す。図28は、応用形態6に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図である。図28に示すように、第一基板(アレイ基板)610は、ガラス基板611上に画素電極612が形成され、第二基板(カラーフィルタ基板)620は、ガラス基板621上に共通電極622が形成される。図28では、配線、カラーフィルタ、配向膜等の図示は省略している。
図27に示すように、画素電極612は、ソース信号線42とゲート信号線41とで囲まれた領域ごとに設けられている。ゲート信号線41とソース信号線42との交点付近には、TFT44が設けられている。画素電極612は、接続電極612c、接続電極612d、及び、複数の櫛歯部612bから構成される。隣り合う櫛歯部612bの間は、微細スリット612aである。接続電極612cは、画素の横辺の二等分線に沿って、画素の長辺と平行に形成されている。接続電極612dは、画素の縦辺の二等分線に沿って、画素の短辺と平行に形成されている。補助容量(Cs)配線43は、接続電極612dと同様、画素の縦辺の二等分線に沿って、画素の短辺と平行に形成され、接続電極612dと重畳するように形成されている。接続電極612c及び612dは、画素を同一形状の4つの長方形に分割するように配置される。複数の櫛歯部612bは、接続電極612c又は接続電極612dの長手方向と45°の角度を成すように、45°、135°、225°、315°方位に延伸されている。電圧が印加されると、液晶分子605は、画素電極612に形成されたスリット612aの長手方向に平行な方位に配向するため、4つの異なる方位に配向する。これにより、良好な視野角特性を得ることができる。
応用形態6では、画素電極612に電位を供給し、液晶分子605を画素電極612のスリット612aの長手方向と平行な方位に配向させた状態で、紫外線を照射し、ラジカル重合性モノマーを重合させてもよい。液晶分子を配向させた状態でポリマー層(PSA層)を形成することで、基板面に対してプレチルト角を付与することができ、かつ、液晶分子が4つの異なる方向に配向方位を持つように、液晶分子の方位を固定することができる。そのため、電圧無印加時においても、各基板近くの一部の液晶分子は、各基板面に対して垂直な方向から若干斜め方向に、かつ、スリットの長手方向に平行な方位に傾けることができ、液晶分子の応答速度を早くすることができる。
また、図28に示すように、ポリマー層(PSA層)607は、画素電極612、共通電極622、及び、画素電極612のスリット612aによって露出した部位等を含む両基板の表面全体に形成され、液晶層630との界面を形成する。
応用形態6においても、アミド基を有するラジカル重合性モノマーを用いてポリマー層(PSA層)607を形成することで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られる。
(応用形態7)
応用形態7は、実施形態1の液晶表示装置をIPSモードとした一例である。
応用形態1~6では、液晶層に縦電界を発生させ、液晶分子の配向を制御する表示モードについて説明したが、液晶層に横電界を発生させることによっても、液晶分子の配向を制御することができる。横電界を発生させ、液晶分子の配向を制御するモードを、IPS(In-Plane Switching)モードともいう。IPSモードの一例としては、一方の基板が、一対の櫛歯状の電極を有する形態が挙げられる。
図29及び図30は、応用形態7に係る液晶表示装置の斜視模式図であり、図29は、電圧無印加時を示し、図30は、電圧印加時を示す。応用形態7では、第一基板が、櫛歯状の第一の電極(画素電極)712及び櫛歯状の第三の電極(共通電極)713とを有する場合を例示する。両基板の表面上には、水平配向膜が形成されていてもよく、液晶材料は、正の誘電率異方性を有するものを用いることができる。
図29に示すように、電圧無印加時において液晶分子705は、基板面に対して水平に配向している。図30に示すように、電圧が印加されると、画素電極712と共通電極713との間に横電界が発生し、液晶分子705は電界の向きに回転する。このように液晶分子の配向を制御することで、表示を行うことができる。
図31は、応用形態7に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図である。図32は、応用形態7に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図である。図32に示すように、第一基板(アレイ基板)710は、ガラス基板711上に、絶縁体731を介して、画素電極712及び共通電極713が形成される。第二基板(カラーフィルタ基板)720は、ガラス基板721を有する。図32では、配線、カラーフィルタ、配向膜等の図示は省略している。
図31に示すように、画素電極712及び共通電極713は、ともに櫛歯状であり、それぞれ複数の、櫛歯部712b、櫛歯部713bを有する。画素電極712と共通電極713とは、複数の櫛歯部712b及び713bが互いに噛み合わさるように、かつ、一定間隔を空けて配置されている。ゲート信号線41、ソース信号線42、補助容量(Cs)配線43、TFT44の構成は、応用形態1と同様である。
また、図32に示すように、ポリマー層(PSA層)707は、画素電極712、共通電極713、画素電極712の隣り合う櫛歯部の間及び共通電極713の隣り合う櫛歯部の間によって露出した部位等を含む両基板の表面全体に形成され、液晶層730との界面を形成する。
応用形態7においても、アミド基を有するラジカル重合性モノマーを用いてポリマー層(PSA層)を形成することで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られる。
(応用形態8)
応用形態8は、実施形態1の液晶表示装置をFFSモードとした一例である。
応用形態7では、横電界により液晶分子の配向を制御するIPSモードを示したが、フリンジ電界によっても、液晶分子の配向を制御することができる。フリンジ電界を発生させ、液晶分子の配向を制御するモードを、フリンジ電界スイッチング(FFS:Fringe Field Switching)モードともいう。FFSモードの一例としては、一方の基板が、平板上の電極と、櫛歯状の電極とを有し、両電極の間に絶縁層を有する形態が挙げられる。
図33及び図34は、応用形態8に係る液晶表示装置の斜視模式図であり、図33は、電圧無印加時を示し、図34は、電圧印加時を示す。実施形態8では、第一基板が、平板状の第三の電極(共通電極)813と、櫛歯状の第一の電極(画素電極)812とを有し、共通電極813と画素電極812との間に、絶縁体831を有する場合を例示する。両基板の表面上には、水平配向膜が形成されていてもよく、液晶材料は、正の誘電率異方性を有するものを用いることができる。
図33に示すように、電圧無印加時において液晶分子805は、基板面に対して水平に配向している。図34に示すように、電圧が印加されると、画素電極812と共通電極813との間にフリンジ電界が発生し、液晶分子805は電界の方向に回転する。このように液晶分子の配向を制御することで、表示を行うことができる。
図35は、応用形態8に係る液晶表示装置の一画素分の平面模式図である。図36及び37は、応用形態8に係る液晶表示装置の画素電極の例示である。図38は、応用形態8に係る液晶表示装置のPSA重合工程後の断面模式図である。図38に示すように、第一基板(アレイ基板)810は、ガラス基板811上に平板状の共通電極813が形成され、絶縁体831を介して、画素電極812が形成されている。第二基板(カラーフィルタ基板)820は、ガラス基板821を有する。図38では、配線、カラーフィルタ等の図示は省略している。
図35に示すように、画素電極812は、櫛歯状であり、複数の櫛歯部812bを有し、画素ごとに設けられている。ゲート信号線41とソース信号線42との交点付近には、TFT44が設けられている。ゲート信号線41、ソース信号線42、補助容量(Cs)配線43、TFT44の構成は、応用形態1と同様である。
図35では、画素電極812が有する櫛歯部812bは、一端が開放されているが、図36及び図37に示すように、櫛歯部812bの両端が閉じた形態でもよい。図36では、ゲート信号線41は画素電極812の中央を横断するように配置され、画素電極812は、中央にTFT44を有する。複数の櫛歯部812bは、画素電極の長辺に対して斜めに、一定間隔を空けて形成され、画素電極の中央を横断する線を対称軸として、線対称となるように形成されている。平面視において、画素電極の上半分と下半分とでは櫛歯部812bの傾きが異なる領域が形成される。図37では、櫛歯部812bは一部に屈曲部を有しており、平面視において、V字型を構成している。該櫛歯部812bは、画素電極の短辺と平行に複数形成される。共通電極813は平板状であり、画素ごとに設けられていてもよいし、隣接する画素をまたいで形成されていてもよい。
また、図38に示すように、ポリマー層(PSA層)807は、画素電極812、及び、隣り合う櫛歯部812bの間によって露出した部位等を含む両基板の表面全体に形成され、液晶層830との界面を形成する。
応用形態8においても、アミド基を有するラジカル重合性モノマーを用いてポリマー層(PSA層)を形成することで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られる。
上記応用形態1~8は、実施形態2にも適用することができ、実施形態1に適用した場合と同様に、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られる。
(評価試験)
以下に、サンプルA~Cのテストセルを作製し、評価試験を行った。実施形態1に準じた形でサンプルAを作製し、比較対象として、サンプルB及びCを作製した。
テストセルは、以下の方法で作製した。まず、透明電極を表面に有する一対の基板を用意し、基板を洗浄した後、両基板に配向膜材料を塗布し垂直配向膜を形成した。透明電極は、縦幅が1cm、横幅が1cmのITO電極を用いた。配向膜を形成した後、80℃で1分間プリべークを行い、引き続き200℃で60分間ポストべークを行った。その後、片側基板にシール材を塗布し、負の誘電率異方性を有する液晶材料とラジカル重合性モノマーとを含有する液晶組成物を滴下し、貼り合わせを行った。セル厚は、3.2μmとした。
実施形態1に係るサンプルAでは、ラジカル重合性モノマーとして下記化学式(8)で表される化合物を、液晶組成物全体に対して0.2重量%となるように添加した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
比較対象であるサンプルBでは、ラジカル重合性モノマーとして、下記化学式(9)で表される化合物を液晶組成物全体に対して0.2重量%となるように添加した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
サンプルCは、液晶組成物にラジカル重合性モノマーを添加しなかった。
サンプルA~Cに、上下基板が有する透明電極間に10Vの電圧を印加した状態で、無偏光紫外光2.57mW/cmを基板に対して法線方向から20分間照射し、ラジカル重合性モノマーの重合を行い、各テストセルを完成させた。無偏光紫外光光源は、東芝ライテック社製ブラックライトFHF-32BLB(波長領域:300~370nm)を用いた。
完成した各テストセルについて、初期の電圧保持率(VHR)、及び、エージング試験後の電圧保持率(VHR)を測定した。エージング試験は、温度50℃、湿度90%の環境下で、1000時間放置することで行った。
高温、高湿度の環境下でエージング試験を行い、エージング試験後の電圧保持率(VHR)を測定することで、上述のシミ及び表示ムラの発生の程度を評価することができる。エージング試験後のVHRが高い場合は、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置であるといえる。
電圧保持率(VHR)は、東陽テクニカ社製の6254型液晶物性測定システムを用いて測定した。テストセルの両基板が有する電極間にパルス電圧を印加し、解放期間の電位差を測定した。測定条件は、70℃、30Hzとした。
下記表1に、サンプルA~Cの初期VHR、及び、エージング試験後のVHRの測定結果を示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
初期VHRは、サンプルA~Cはいずれも99%以上と高い値を示した。エージング試験後のVHRは、サンプルAは、97%前後であったのに対し、サンプルB及びCは、ともに93%台まで低下した。
上記の結果について検討すると、実施形態1に係るサンプルAは、上記化学式(8)で表される化合物を用いたため、形成されたポリマー層(PSA層)は、アミド基を有する。そのため、該ポリマー層は、液晶層中に浸入した水分、不純物等と水素結合を形成したため、エージング試験後においてもVHRは大きく低下しなかったと考えられる。
一方で、比較対象であるサンプルBでは、上記化学式(9)で表される化合物を用いたため、形成されたポリマー層(PSA層)は、アミド基を有さない。そのため、該ポリマー層は、液晶層中に浸入した水分、不純物等と水素結合を充分に形成することができず、エージング試験後のVHRが低下したと考えられる。また、サンプルCは、液晶層中に水分、不純物等が浸入したため、エージング試験後のVHRが低下したと考えられる。
(実施例1)
実施例1では、応用形態1に示したMVAモードの液晶表示装置を作製した。
まず、アレイ基板及びカラーフィルタ基板からなる一対の基板を用意した。カラーフィルタ基板においては、共通電極の表面上に感光性アクリル樹脂を材料とし、フォトリソグラフィー法を用いて、平面視において、線状の誘電体突起物(リブ)をパターン形成した。また、アレイ基板においては、画素にあわせて画素電極をパターン形成するためのフォトリソグラフィー工程の際に、あわせて画素電極にスリットを形成した。
両基板上に垂直配向膜を作成し、片側基板にシール材を塗布し、負の誘電率異方性を有する液晶材料とラジカル重合性モノマーとを含有する液晶組成物を滴下した。液晶組成物を滴下後、貼り合わせを行った。ラジカル重合性モノマーとしては、上記化学式(8)で表される化合物を液晶組成物全体に対して0.2重量%となるように添加した。
その後、共通電極と画素電極との間に10Vの電圧を印加した状態で、無偏光紫外光(4J/cm)を照射し、ラジカル重合性モノマーの重合を行い、液晶表示装置を完成させた。無偏光紫外光光源は、東芝ライテック社製ブラックライトFHF-32BLB(波長領域:300~370nm)を用いた。
得られた液晶表示装置について、エージング試験を行った。エージング試験の条件は、評価試験と同様である。エージング試験後の液晶表示装置では、シミ、表示ムラは観察されなかった。
以上により、MVAモードの液晶表示装置について、上記化学式(8)で表されるような、アミド基を有するモノマーを用いることで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られた。応用形態2に示したMVAモードの液晶表示装置についても同様である。
(実施例2)
実施例2では、応用形態3に示したPVAモードの液晶表示装置を作製した。
まず、アレイ基板及びカラーフィルタ基板からなる一対の基板を用意した。カラーフィルタ基板においては、共通電極にフォトリソグラフィーを用いて、平面視において、線状の開口部(スリット)を形成した。また、アレイ基板においては、画素にあわせて画素電極をパターン形成するためのフォトリソグラフィー工程の際に、あわせて画素電極にスリットを形成した。
両基板上に垂直配向膜を作成し、片側基板にシール材を塗布し、負の誘電率異方性を有する液晶材料とラジカル重合性モノマーとを含有する液晶組成物を滴下し、実施例1と同様に貼り合わせを行った。ラジカル重合性モノマーとして、上記化学式(8)で表される化合物を液晶組成物全体に対して0.2重量%となるように添加した。その後、実施例1と同様に、ラジカル重合性モノマーの重合を行い、液晶表示装置を完成させた。
得られた液晶表示装置について、エージング試験を行った。エージング試験の条件は、評価試験と同様である。エージング試験後の液晶表示装置では、シミ、表示ムラは観察されなかった。
以上により、PVAモードの液晶表示装置について、上記化学式(8)で表されるような、アミド基を有するモノマーを用いてポリマー層(PSA層)を形成することで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られた。
(実施例3)
実施例3では、応用形態4に示したリベットを有するCPAモードの液晶表示装置を作製した。
まず、アレイ基板及びカラーフィルタ基板からなる一対の基板を用意した。カラーフィルタ基板においては、共通電極の表面上に感光性アクリル樹脂を材料とし、フォトリソグラフィー法を用いて、平面視において略円状であり、電極上に液晶層に向かって突出して設けられた先端が丸みを帯びた略円錐形の誘電体突起物を形成した。また、アレイ基板においては、画素にあわせて画素電極をパターン形成するためのフォトリソグラフィー工程の際に、あわせて画素電極にスリットを形成した。
両基板上に垂直配向膜を作成し、片側基板にシール材を塗布し、負の誘電率異方性を有する液晶材料とラジカル重合性モノマーとを含有する液晶組成物を滴下し、実施例1と同様に貼り合わせを行った。ラジカル重合性モノマーとして、上記化学式(8)で表される化合物を液晶組成物全体に対して0.2重量%となるように添加した。その後、実施例1と同様に、ラジカル重合性モノマーの重合を行い、液晶表示装置を完成させた。
得られた液晶表示装置について、エージング試験を行った。エージング試験の条件は、評価試験と同様である。エージング試験後の液晶表示装置では、シミ、表示ムラは観察されなかった。
以上により、リベットを有するCPAモードの液晶表示装置について、上記化学式(8)で表されるような、アミド基を有するモノマーを用いてポリマー層(PSA層)を形成することで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られた。
(実施例4)
実施例4では、応用形態5に示したホールを有するCPAモードの液晶表示装置を作製した。
まず、アレイ基板及びカラーフィルタ基板からなる一対の基板を用意した。カラーフィルタ基板においては、共通電極にフォトリソグラフィー法を用いて、平面視において、略円状の開口部(ホール)を形成した。また、アレイ基板においては、画素にあわせて画素電極をパターン形成するためのフォトリソグラフィー工程の際に、あわせて画素電極にスリットを形成した。
両基板上に垂直配向膜を作成し、片側基板にシール材を塗布し、負の誘電率異方性を有する液晶材料とラジカル重合性モノマーとを含有する液晶組成物を滴下し、実施例1と同様に貼り合わせを行った。ラジカル重合性モノマーとして、上記化学式(8)で表される化合物を液晶組成物全体に対して0.2重量%となるように添加した。その後、実施例1と同様に、ラジカル重合性モノマーの重合を行い、液晶表示装置を完成させた。
得られた液晶表示装置について、エージング試験を行った。エージング試験の条件は、評価試験と同様である。エージング試験後の液晶表示装置では、シミ、表示ムラは観察されなかった。
以上により、ホールを有するCPAモードの液晶表示装置について、上記化学式(8)で表されるような、アミド基を有するモノマーを用いてポリマー層(PSA層)を形成することで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られた。
(実施例5)
実施例5では、応用形態6に示したフィッシュボーン構造を有する画素電極を用いたVAモードの液晶表示装置を作製した。
まず、アレイ基板及びカラーフィルタ基板からなる一対の基板を用意した。カラーフィルタ基板においては、平板状の共通電極を形成した。また、アレイ基板においては、画素にあわせて画素電極をパターン形成するためのフォトリソグラフィー工程の際に、あわせて画素電極にスリットを形成した。画素電極は、櫛歯部の電極幅が3μmで、スリット幅が3μmであるフィッシュボーン構造とした。
両基板上に垂直配向膜を作成し、片側基板にシール材を塗布し、負の誘電率異方性を有する液晶材料とラジカル重合性モノマーとを含有する液晶組成物を滴下し、実施例1と同様に貼り合わせを行った。ラジカル重合性モノマーとして、上記化学式(8)で表される化合物を液晶組成物全体に対して0.2重量%となるように添加した。その後、実施例1と同様に、ラジカル重合性モノマーの重合を行い、液晶表示装置を完成させた。
実施例5では、画素電極と共通電極との間に電圧を印加し、液晶分子を画素電極のスリットの長手方向と平行な方位に配向させた状態で、紫外線を照射し、ラジカル重合性モノマーを重合させた。
得られた液晶表示装置について、エージング試験を行った。エージング試験の条件は、評価試験と同様である。エージング試験後の液晶表示装置では、シミ、表示ムラは観察されなかった。
以上により、フィッシュボーン構造を有する画素電極を用いたVAモードの液晶表示装置について、上記化学式(8)で表されるような、アミド基を有するモノマーを用いてポリマー層(PSA層)を形成することで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られた。
(実施例6)
実施例6では、応用形態7に示したIPSモードの液晶表示装置を作製した。IPSモードの液晶表示装置についても、上記化学式(8)で表されるような、アミド基を有するモノマーを用いてポリマー層(PSA層)を形成することで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られた。
(実施例7)
実施例7では、応用形態8に示したFFSモードの液晶表示装置を作製した。FFSモードの液晶表示装置についても、上記化学式(8)で表されるような、アミド基を有するモノマーを用いてポリマー層(PSA層)を形成することで、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られた。
以上、評価試験及び実施例1~7の結果より、上記化学式(8)で表されるような、アミド基を有するモノマーを用いてポリマー層(PSA層)を形成することで、液晶材料の種類、配向膜の種類、及び、表示モードの種類によらず、高温、高湿度の環境下であっても、高い表示品質を保持できる液晶表示装置が得られることが分かった。
3:シール材
4:(第一の)ラジカル重合性モノマー
6:(第二の)ラジカル重合性モノマー
7、17、107、207、307、407、507、607、707、807:ポリマー層(PSA層)
8:配向膜
10、110、210、310、410、510、610、710、810:第一基板(アレイ基板)
20、120、220、320、420、520、620、720、820:第二基板(カラーフィルタ基板)
30、130、230、330、430、530、630、730、830:液晶層
41:ゲート信号線
42:ソース信号線
43:補助容量(Cs)配線
44:薄膜トランジスタ(TFT)
51、52:リブ
61、62、81、612a:スリット
72:リベット
82:ホール
111、121、211、221、311、321、411、421、511、521、611、621、711、721、811、821:ガラス基板
112、212、312、412、512、612、712、812:第一の電極(画素電極)
122、222、322、422、522、622:第二の電極(共通電極)
105、205、305、405、505、605、705、805:液晶分子
612c、612d:接続電極
612b、712b、713b、812b:櫛歯部
713、813:第三の電極(共通電極)
731、831:絶縁体
1000:高温、高湿度の環境下で使用した後の液晶表示装置
1001:表示領域
1002:シミが発生した領域
1003:額縁領域

Claims (16)

  1. 第一基板及び第二基板と、
    該第一基板及び該第二基板に挟持され、液晶材料を含有する液晶層と、
    該第一基板及び該第二基板の少なくとも一方の基板上に形成された、液晶分子を配向制御するポリマー層とを備え、
    該第一基板は、第一の電極を有し、
    該ポリマー層は、液晶層中に添加された一種以上のラジカル重合性モノマーが重合することによって形成されたものであり、
    該ラジカル重合性モノマーの少なくとも一つは、下記化学式(1)で表される化合物である
    ことを特徴とする液晶表示装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式中、
    Pは、同一又は異なって、ラジカル重合性基を表す。
    Sp及びSpは、同一又は異なって、炭素数1~6の、直鎖状若しくは分岐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。
    は、2価の、脂環式、芳香族単環式、又は、縮合多環式の炭化水素基を表す。
    は、フェニレン基又はナフタレン基を表す。
    及びAが有する-CH-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。
    及びAが有する-CH=基は、互いに隣接しない限り-N=基で置換されていてもよい。
    及びA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1~12の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基、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に置換されていてもよく、更にこれらの炭素原子の1つ以上がケイ素原子に置換されていても良い。
    、Z及び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、-OCH-基、-CHO-基、-SCH-基、-CHS-基、-N(CH)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-NRCO-基、-CONR-基、-CFO-基、-OCF-基、-CFS-基、-SCF-基、-N(CF)-基、-CHCH-基、-CFCH-基、-CHCF-基、-CFCF-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。
    、Z及びZの少なくとも1つは、-NRCO-基又は-CONR-基を表す。
    Rは、水素原子又は炭素数1~6の直鎖状のアルキル基若しくはアルケニル基を表す。
    は、0又は1である。)
  2. 前記化学式(1)で表される化合物は、下記化学式(2)で表される化合物であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式中、
    は、2価の、脂環式、芳香族単環式、又は、縮合多環式の炭化水素基を表す。
    は、フェニレン基又はナフタレン基を表す。
    及びAが有する-CH-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。
    及びAが有する-CH=基は、互いに隣接しない限り-N=基で置換されていてもよい。
    及びA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1~12の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基、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に置換されていてもよく、更にこれらの炭素原子の1つ以上がケイ素原子に置換されていても良い。
    は、-O-基、-CO-基、-COO-基、-OCO-基、-NRCO-基、-CONR-基、又は、直接結合を表す。
    Rは、水素原子又は炭素数1~6の直鎖状のアルキル基若しくはアルケニル基を表す。
    及びPは、同一又は異なって、ラジカル重合性基を表し、少なくとも1つは、アクリロイルアミノ基又はメタクリロイルアミノ基である。
    は、0又は1である。)
  3. 前記化学式(1)で表される化合物は、下記化学式(3-1)~(3-18)で表されるいずれかの化合物であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    (式中、W及びWは、同一又は異なって、-H基又は-CH基を表す。)
  4. 前記液晶組成物は、更に、光照射による水素引き抜き反応によってラジカルを生成する構造を有するモノマー、又は、光照射による自己開裂反応によってラジカルを生成する構造を有するモノマーを含有す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装置。
  5. 前記光照射による水素引き抜き反応によってラジカルを生成する構造を有するモノマーは、下記化学式(4)で表される化合物であることを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    (式中、
    は、芳香環を表す。
    は、Aと同一若しくは異なる芳香環、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。
    及びAの少なくとも一方は、-Sp-P基を含む。
    及びAの少なくとも一方が有する芳香環は、ベンゼン環又はビフェニル環である。
    及びAが有する水素原子は、-Sp-P基、ハロゲン原子、-CN基、-NO基、-NCO基、-NCS基、-OCN基、-SCN基、-SF基、又は、炭素数1~12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く、該アルキル基及びアルケニル基は、直鎖状であっても分枝状であってもよい。
    及びA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。
    及びA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、-Sp-P基で置換されていてもよい。
    及びA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-CH-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、-OCH-基、-CHO-基、-SCH-基、-CHS-基、-N(CH)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-CFO-基、-OCF-基、-CFS-基、-SCF-基、-N(CF)-基、-CHCH-基、-CFCH-基、-CHCF-基、-CFCF-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。
    Pは、ラジカル重合性基を表す。
    Sp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。
    は、1又は2である。
    とYとをつなぐ点線部分、及び、AとYとをつなぐ点線部分は、AとA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、-CH-基、-CHCH-基、-CH=CH-基、-O-基、-S-基、-NH-基、-N(CH)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-OCH-基、-CHO-基、-SCH-基、-CHS-基、又は、直接結合を表す。)
  6. 前記光照射による自己開裂反応によってラジカルを生成する構造を有するモノマーは、下記化学式(5)で表され化合物であることを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
    (式中、
    は、炭素数1~4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、又は、-Sp-Pを表す。
    は、炭素数1~4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、又は、-Sp-Pを表す。
    Pは、同一又は異なるラジカル重合性基を表し、総数が二以上である。
    Sp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、アルキレンオキシ基若しくはアルキレンカルボニルオキシ基、又は、直接結合を表し、mが2以上の場合は、同一であっても、異なっていてもよい。
    Sp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、アルキレンオキシ基若しくはアルキレンカルボニルオキシ基、又は、直接結合を表し、mが2以上の場合は、同一であっても、異なっていてもよい。
    Spは、炭素数1~6の、直鎖状、分枝状又は環状のアルキレン基、アルキレンオキシ基又はアルキレンカルボニルオキシ基を表す。
    Spは、炭素数1~6の、直鎖状、分枝状又は環状のアルキレン基、アルキレンオキシ基又はアルキレンカルボニルオキシ基を表す。
    は、-F基、-OH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若しくはアルケニル基、又は、アラルキル基を表し、nが2以上の場合は、同一であっても、異なっていてもよい。
    2つのLが、芳香環における2つの隣接する炭素原子にそれぞれ結合している場合、互いに結合して環状構造となっていてもよく、該2つのLは、同一又は異なって、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となる。
    は、-F基、-OH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若しくはアルケニル基、又は、アラルキル基を表し、nが2以上の場合は、同一であっても、異なっていてもよい。
    2つのLが、芳香環における2つの隣接する炭素原子にそれぞれ結合している場合、互いに結合して環状構造となっていてもよく、該2つのLは、同一又は異なって、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となる。
    及びL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1つ以上の水素原子は、-F基又は-OH基に置換されていてもよい。
    及びL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-CH-基はそれぞれ、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、-OCH-基、-CHO-基、-SCH-基、-CHS-基、-N(CH)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-N(C)-基、-CFO-基、-OCF-基、-CFS-基、-SCF-基、-N(CF)-基、-CHCH-基、-CFCH-基、-CHCF-基、-CFCF-基、-CH=CH-基、-CF=CF-基、-C≡C-基、-CH=CH-COO-基、-OCO-CH=CH-基、-Sp-P基、又は、-Sp-P基で置換されていてもよい。
    は、1~3のいずれかの整数である。
    は、0~3のいずれかの整数である。
    は、0~4のいずれかの整数である。
    は、0~4のいずれかの整数である。
    とnの合計は、1~5のいずれかの整数である。
    とnの合計は、0~5のいずれかの整数である。
    とmの合計は、1~6のいずれかの整数である。)
  7. 前記液晶材料は、負の誘電率異方性を有することを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の液晶表示装置。
  8. 前記液晶材料は、正の誘電率異方性を有することを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の液晶表示装置。
  9. 前記第二基板は、第二の電極を有することを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載の液晶表示装置。
  10. 前記第一の電極及び前記第二の電極の少なくとも一方の液晶層側の表面上は、誘電体突起物を有することを特徴とする請求項9に記載の液晶表示装置。
  11. 前記第一の電極及び前記第二の電極の少なくとも一方は、開口部を有することを特徴とする請求項9に記載の液晶表示装置。
  12. 前記誘電体突起物は、平面視において、線状又は略円状であることを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置。
  13. 前記開口部は、平面視において、線状又は略円状であることを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置。
  14. 前記第一基板は、更に、第三の電極を有することを特徴とする請求項1~13のいずれかに記載の液晶表示装置。
  15. 前記第一の電極及び前記第三の電極は、いずれも櫛歯電極であることを特徴とする請求項14に記載の液晶表示装置。
  16. 前記第一の電極は平板状であり、
    前記第三の電極は櫛歯状であり、
    前記第一の電極と前記第三の電極との間に絶縁層を有する
    ことを特徴とする請求項14に記載の液晶表示装置。
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