WO2016017535A1 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、光配向膜を用いて長期にわたって良好なコントラスト特性を維持することができる液晶表示装置を提供する。本発明の液晶表示装置は、可視光を含む光を発するバックライトと、直線偏光子と、第一の基板と、配向膜と、液晶分子を含有する液晶層と、第二の基板と、を背面側から順に有し、上記配向膜は、可視光に対して吸収異方性を示し、かつ可視光の吸収によって異性化反応を生じるアゾベンゼン構造が含まれた材料を含有し、上記直線偏光子の偏光透過軸は、上記配向膜の吸収異方性の大きい方向に対して交差する方向にあるものである。

Description

液晶表示装置及びその製造方法

本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関する。より詳しくは、液晶分子の配向を制御する配向膜が形成された液晶表示装置、及び、その製造方法に関するものである。

液晶表示装置は、表示のために液晶組成物を利用する表示装置であり、その代表的な表示方式は、一対の基板間に封入された液晶組成物に対して電圧を印加し、印加した電圧に応じて液晶組成物中の液晶分子の配向状態を変化させることにより、光の透過量を制御するものである。このような液晶表示装置は、薄型、軽量及び低消費電力といった特長を活かし、幅広い分野で用いられている。

電圧が印加されていない状態における液晶分子の配向は、配向処理が施された配向膜によって制御されるのが一般的である。配向処理の方法としては、ラビング法が従来広く用いられてきたが、近年では、非接触で配向処理を実施できる光配向法に関する研究開発が進められている。光配向処理が施された配向膜について、太陽光等の外光により配向乱れが生じることが分かっている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された発明は、観察面からの太陽光に含まれる紫外線が引き起こす配向乱れを防ぐことを目的としており、観察面側の偏光素子の偏光透過軸方向と、光配向処理時に照射する偏光の偏光方向とを同じにすることで、外光による配向乱れを生じ難くするものである。

国際公開第２０１３／０２４７５０号

本発明者らは、アゾベンゼンを光官能基とする光配向膜が、高品位な表示性能を実現できる光配向膜として有望であり、ＩＰＳモード用の液晶パネルやＦＦＳモード用の液晶パネルの高コントラスト化を実現するのに有用であることに着目した。この光配向膜は、偏光紫外線照射によりトランス－シス反応を繰り返し、照射偏光方向と直交方向に配列したトランス体が支配的となることで異方性が付与される光異性化型の材料である。しかしながら、アゾベンゼンを光官能基とする光配向膜について研究を進める中で、液晶表示装置の使用時にコントラスト特性が経時的に悪化する傾向があることが分かった。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、光配向膜を用いて長期にわたって良好なコントラスト特性を維持することができる液晶表示装置、及び、その製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、アゾベンゼンを光官能基とする光配向膜を使用した場合に、コントラスト特性が経時的に悪化する原因について検討したところ、配向処理を完了した配向膜中に、波長４００～５００ｎｍ程度の青色の可視光によって反応するシス体のアゾベンゼンが存在しており、このシス体がコントラスト特性を悪化させることを見出した。更に、シス体のアゾベンゼンには吸収異方性があり、配向膜中のシス体の吸収軸方向と、バックライトから偏光素子を透過して入射する偏光方向とを交差（好ましくは直交）するように配置すれば、シス体の反応を抑制できることに想到した。以上のことから、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。

すなわち、本発明の一態様は、可視光を含む光を発するバックライトと、直線偏光子と、第一の基板と、配向膜と、液晶分子を含有する液晶層と、第二の基板と、を背面側から順に有し、上記配向膜は、可視光に対して吸収異方性を示し、かつ可視光の吸収によって異性化反応を生じるアゾベンゼン構造が含まれた材料を含有し、上記直線偏光子の偏光透過軸は、上記配向膜の吸収異方性の大きい方向に対して交差する方向にある液晶表示装置であってもよい。

ちなみに、特許文献１においては、２枚の偏光板をクロスニコルで配置した場合に、液晶配向方向と偏光板の配置を、上記態様とは９０°異なる構成とすることが提案されている。

また、本発明の別の一態様は、上記液晶表示装置を製造する方法であって、上記配向膜への配向処理は、偏光度３０：１以上の直線偏光紫外線により行われる液晶表示装置の製造方法であってもよい。

本発明の液晶表示装置は、上述した構成を有するので、バックライト光が、光配向処理後の配向膜中に含まれるアゾベンゼンのシス体によって吸収されることを防止できる。これによって、光配向処理によって制御した方向とは異なる方向への配向規制を行うトランス体を生成させる異性化反応を抑制できるので、バックライト光が長時間点灯された場合であっても、配向膜による良好な配向規制を維持することができる。したがって、長期にわたって、黒表示時の漏れ光の増加が防止され、コントラスト特性の良好な液晶表示装置を提供することができる。

実施形態１の液晶表示装置の構成を模式的に示した分解斜視図である。 水平配向モードでの配向膜と液晶分子との関係を説明する図である。 実施例１で用いた光配向膜の本焼成後のオーダーパラメータを示すグラフである。 白色ＬＥＤバックライトの発光スペクトルを示すグラフである。 実施例１～３の液晶パネルについて、初期コントラストを測定した結果を示すグラフである。 実施例６及び７で用いられたＴＦＴ基板における画素電極近傍の構成を示した断面模式図である。 実施例８の液晶表示装置の構成を模式的に示した分解斜視図である。 実施例８における光配向処理を説明する図である。 垂直配向モードでの光官能基と液晶分子との関係を説明する図である。 垂直配向モードの光配向処理における偏光とシス体の吸収軸方向の関係を説明する図である。 比較例１の液晶表示装置の構成を模式的に示した分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。
なお、以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。

［実施形態１］
図１は、実施形態１の液晶表示装置の構成を模式的に示した分解斜視図である。
実施形態１の液晶表示装置は、可視光を含む光を発するバックライト１０と、直線偏光子２１と、第一の基板２２と、配向膜２３と、液晶分子３１を含有する液晶層３０と、第二の基板４２と、を背面側から順に有し、上記配向膜２３は、可視光に対して吸収異方性を示し、かつ可視光の吸収によって異性化反応を生じるアゾベンゼン構造が含まれた材料を含有し、上記直線偏光子２１の偏光透過軸は、上記配向膜２３の吸収異方性の大きい方向に対して交差する方向にあるものである。
以下、本実施形態の液晶表示装置について詳述する。

図１に示したように、本実施形態の液晶表示装置においては、バックライト１０が液晶パネルの背面側に配置されている。このような構成を有する液晶表示装置は、一般的に、透過型の液晶表示装置と呼ばれる。バックライト１０としては、可視光を含む光を発するものであれば特に限定されず、可視光のみを含む光を発するものであってもよく、可視光及び紫外光の両方を含む光を発するものであってもよい。液晶表示装置によるカラー表示が可能とするためには、白色光を発するバックライト１０が好適に用いられる。バックライト１０の種類としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、冷陰極管（ＣＣＦＬ）等が挙げられる。なお、本明細書において、「可視光」とは、波長３８０ｎｍ以上、８００ｎｍ未満の光（電磁波）を意味する。

バックライト１０の観察面側には、直線偏光子（偏光板）２１が配置される。バックライト１０から発せられた光は、図１中の矢印の指す方向に進み、直線偏光子２１に入射する。直線偏光子２１に入射した光は、直線偏光子２１の偏光透過軸に沿って振動する直線偏光に変換される。直線偏光子２１としては、典型的には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムに、二色性を有するヨウ素錯体等の異方性材料を、吸着配向させたものが挙げられる。通常は、ＰＶＡフィルムの両面にトリアセチルセルロースフィルム等の保護フィルムをラミネートして実用に供される。また、直線偏光子２１と第一の基板２２の間には、位相差フィルム等の光学フィルムが配置されていてもよい。

直線偏光子２１の観察面側には、第一の基板２２、液晶層３０及び第二の基板４２が順に配置されている。第一の基板２２及び第二の基板４２は、液晶層３０の周囲を囲むように設けられたシール材（図示せず）によって貼り合わされており、第一の基板２２、第二の基板４２及びシール材によって液晶層３０が所定の領域に保持されている。

第一の基板２２及び第二の基板４２としては、例えば、アクティブマトリックス基板（薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板）及びカラーフィルタ（ＣＦ）基板の組み合わせが挙げられる。アクティブマトリックス基板としては、液晶表示装置の分野において通常使用されるものを用いることができる。アクティブマトリックス基板を平面視したときの構成としては、透明基板上に、複数本の平行なゲート信号線；ゲート信号線に対して直交する方向に伸び、かつ互いに平行に形成された複数本のソース信号線；ゲート信号線とソース信号線との交点に対応して配置された薄膜トランジスタ；ゲート信号線とソース信号線とによって区画された領域にマトリックス状に配置された画素電極等が設けられた構成が挙げられる。

上記カラーフィルタ基板としては、液晶表示装置の分野において通常使用されるものを用いることができる。カラーフィルタ基板の構成としては、透明基板上に、格子状に形成されたブラックマトリックス、格子すなわち画素の内側に形成されたカラーフィルタ及びブラックマトリックス等が設けられた構成が挙げられる。

また、第一の基板２２及び第二の基板４２は、カラーフィルタ及びアクティブマトリックスの両方が片側の基板に形成されたものであってもよい。

上記アクティブマトリックス基板及び上記カラーフィルタ基板に用いられる透明基板としては、例えば、フロートガラス、ソーダガラス等のガラス；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、脂環式ポリオレフィン等のプラスチック等からなるものが挙げられる。

液晶層３０は、液晶分子３１を含有する層である。液晶分子３１としては、負の誘電率異方性を有するもの（ネガ型液晶）が好ましい。液晶表示装置の表示モードは特に限定されず、例えば、面内スイッチング（ＩＰＳ：Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、フリンジ・フィールド・スイッチング（ＦＦＳ：Ｆｒｉｎｇｅ　Ｆｉｅｌｄ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ツイステッド・ネマチック（ＴＮ：Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードを用いることができ、なかでも、ＩＰＳモード、ＦＦＳモードが好適に用いられる。

シール材としては、例えば、無機フィラー又は有機フィラー及び硬化剤を含有するエポキシ樹脂等を用いることができる。

また、第一の基板２２と液晶層３０との間には、配向膜２３が介在している。図１に示したように、液晶層３０と第二の基板４２との間にも配向膜４１が介在していてもよい。配向膜２３、４１は、液晶層３０中の液晶分子３１の配向を制御する機能を有し、液晶層３０への印加電圧が閾値電圧未満（電圧無印加を含む）のときには、主に配向膜２３、４１の働きによって液晶層３０中の液晶分子３１の配向が制御される。この状態において、第一の基板２２又は第二の基板４２の基板面に対して液晶分子３１の長軸が形成する角度が「プレチルト角」と呼ばれる。なお、本明細書において「プレチルト角」とは、基板面と平行な方向からの液晶分子の傾きの角度を表し、基板面と平行な角度が０°、基板面の法線の角度が９０°である。

配向膜２３、４１によって付与される液晶分子３１のプレチルト角の大きさは特に限定されず、配向膜２３、４１は、水平配向膜であってもよいし、垂直配向膜であってもよいが、好ましくは水平配向膜である。配向膜２３、４１が水平配向膜である場合、プレチルト角は、実質的に０°（例えば、１０°未満）であることが好ましく、長期にわたって良好なコントラスト特性を維持する効果を得る観点からは、０°であることがより好ましい。なお、表示モードがＩＰＳモード又はＦＦＳモードである場合には、視野角特性の観点からも、プレチルト角は０°であることが好ましいが、表示モードがＴＮモードである場合には、モードとしての制約のため、プレチルト角は例えば約２°に設定される。

配向膜２３は、アゾベンゼン構造が含まれた材料を含有するものである。アゾベンゼン構造が含まれた材料としては、例えば、特開２０１３－２４２５２６号公報に記載されたものを用いることができ、具体的には、［化５］中の（ＶＩＩ－１）、（ＶＩＩ－２）、（ＶＩＩ－３）、［化６］中の（ＶＩＩ－１－１）、（ＶＩＩ－１－２）、（ＶＩＩ－３）が挙げられる。アゾベンゼン構造は、配向膜２３を構成する高分子中の主鎖に含まれていてもよいし、側鎖に含まれていてもよい。なお、本明細書において、「アゾベンゼン構造」とは、２個のベンゼン環がアゾ基（－Ｎ＝Ｎ－）でつながった構造を有するアゾベンゼン及びその誘導体を意味し、そのトランス体の一例は、下記式（１）で表され、そのシス体の一例は、下記式（２）で表される。

アゾベンゼン構造は、光配向処理において偏光紫外線が照射されることによりトランス－シス反応を繰り返し、照射偏光方向と直交方向に配列したトランス体が支配的となることで、所望の方向への配向規制を付与する光官能基である。一方で、光配向処理後においてもシス体のアゾベンゼン構造が配向膜２３中に残存しており、その吸収軸方向と同一方向に偏光した可視光が照射された場合には、下記の反応式（３）に示したように、シス体からトランス体への異性化反応を生じることになる。このとき生成されるトランス体は、光配向処理で付与した所望の配向方向とは異なる方向に配向規制することから、配向膜２３の配向規制が乱されてコントラスト特性が低下してしまう。

これに対して、本実施形態の液晶表示装置では、図１に示したように、直線偏光子２１の偏光透過軸（すなわち、バックライト光の偏光方向２１Ａ）が、配向膜２３の吸収異方性の大きい方向（すなわち、シス体の吸収軸方向２３Ａ）に対して交差する方向に配置されており、シス体による吸収及び異性化反応が抑制されている。したがって、配向膜２３による配向規制の低下を防止できる。なお、直線偏光子２１の偏光透過軸と、配向膜２３の吸収異方性の大きい方向とがなす角度は、４５°以上であることが好ましく、６０°以上であることがより好ましく、実質的に直交であることが更に好ましく、直交であることが特に好ましい。また、配向膜２３の吸収異方性の大きい方向は、可視光（波長３８０ｎｍ以上、８００ｎｍ未満）に対する吸収を基準にして決定することができるが、アゾベンゼンの吸収スペクトルにおいて吸収のピークが波長４４０ｎｍ付近にあることから、４００～５００ｎｍの波長領域の光（青色可視光）に対する吸収を基準にして決定することもできる。

第一の基板２２と第二の基板４２の一方又は両方には、液晶層３０に電圧を印加するための電極が設けられている。上記電極を通じて液晶層３０に電圧が印加されると、印加された電圧の大きさに応じて液晶分子３１の配向が変化する。これにより、液晶層３０を透過する偏光の偏光状態を制御することができる。上記電極は、通常、配向膜２３の下地となる層である。上記電極を構成する材料としては、酸化インジウム錫（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｚｉｎｃ　Ｏｘｉｄｅ：ＩＺＯ）等の透明導電材料が挙げられる。

第二の基板４２の観察面側には、直線偏光子（偏光板）４３が配置される。第二の基板４２を透過した光は、直線偏光子４３に入射し、直線偏光子４３の偏光透過軸に沿って振動する直線偏光のみが透過する。直線偏光子４３の偏光透過軸方向は、直線偏光子２１の偏光透過軸方向と交差することが好ましく、実質的に直交することがより好ましく、直交することが特に好ましい。直線偏光子４３としては、直線偏光子２１と同様のものを用いることができる。また、直線偏光子４３と第二の基板４２の間には、位相差フィルム等の光学フィルムが配置されていてもよい。

本実施形態の液晶表示装置は、液晶表示パネル；ＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）、ＰＣＢ（プリント配線基板）等の外部回路；視野角拡大フィルム、輝度向上フィルム等の光学フィルム；バックライトユニット；ベゼル（フレーム）等の複数の部材により構成されるものであり、部材によっては、他の部材に組み込まれていてもよい。既に説明した部材以外の部材については特に限定されず、液晶表示装置の分野において通常使用されるものを用いることができるので、説明を省略する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、説明された個々の事項は、すべて本発明全般に対して適用され得るものである。

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
実施形態１の構成を有する液晶表示装置を、以下の方法により作製した。
第一の基板２２として、厚さ０．７ｍｍのガラス基板上に、ＴＦＴ、ＦＦＳ電極構造等が形成されたＴＦＴ基板を用意した。ＴＦＴは、酸化物半導体であるＩＧＺＯ（インジウム－ガリウム－亜鉛－酸素）でチャネルを形成したものであった。ＦＦＳ電極構造は、電極幅Ｌが３μｍ、電極間隔Ｓが５μｍであった。ＦＦＳ電極構造を構成する画素電極には、ＩＴＯ製の透明電極を用いた。画素電極の厚みは、３００ｎｍとした。また、第二の基板４２として、ブラックマトリックス、カラーフィルタ及びフォトスペーサを有するＣＦ基板を用意した。フォトスペーサの高さは３．５μｍとした。

第一の基板２２及び第二の基板４２上に、配向膜溶液を塗布した。配向膜溶液の固形分は、ポリアミック酸を含む材料であり、下記式（４）で表される構造単位を含む。配向膜溶液の溶媒は、Ｎ－メチル－２－ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテルを等量で混合したものを用いた。配向膜溶液における固形分濃度は４ｗｔ％とした。

上記式（４）中、Ｘは、炭化水素基を表し、Ｙは、下記式（５）で表される構造単位であり、光官能基であるアゾベンゼン構造を主鎖中に含む。ｎは、任意の数を表す。

上記式（５）中、結合位置が固定されていない基は、ベンゼン環の任意の位置に結合していることを示している。修飾基Ｒ^１、Ｒ^３及びスペーサ部Ｒ^２、Ｒ^４はそれぞれ独立であり、存在していなくてもよい。修飾基Ｒ^１及びＲ^３は、一価の有機基であり、存在していなくてもよい。スペーサ部Ｒ^２及びＲ^４は、単結合、又は、一価の有機基である。

配向膜溶液を塗布した後、両基板２２、４２を７０℃で２分間、仮乾燥した。続いて、光配向処理として、仮乾燥された両基板２２、４２の表面に対して、基板法線方向から、直線偏光紫外線を波長３６５ｎｍにおいて１Ｊ／ｃｍ^２の強度で照射した。照射した偏光紫外線の偏光度は波長３６５ｎｍにて７：１であった。

その後、本焼成として、１２０℃で２０分間、両基板２２、４２を加熱した後、２００℃で３０分間、両基板２２、４２を加熱した。本焼成により、上記固形分はイミド化（アミック酸構造の脱水閉環反応）され、下記式（６）で表されるポリイミドとなる。なお、光配向処理後の本焼成により熱自己組織化を効率的に進めるため、上記固形分は、光配向処理時には上記式（４）で表されるポリアミック酸の状態であることが好ましい。本焼成後の膜厚は１００ｎｍ程度であった。これにより、配向膜２３、４１が形成された。

なお、上記式（６）中のＸ、Ｙ及びｎは、上記式（４）と同じである。

続いて、第一の基板２２に熱・可視光併用シール材（協立化学産業社製、商品名：ワールドロック）をディスペンサにより描画した。そして、第一の基板２２と第二の基板４２とを、光配向処理で照射した紫外線の偏光方向が互いに平行となるように向きを調整しつつ、液晶材料を挟み込んで貼り合わせることにより、セルを作製した。なお、液晶材料としては、負の誘電異方性を有し、散乱指数（Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒ：ＳＰ）が９．０×１０^９Ｎ^－１のものを用いた。また、基板２２、４２の貼り合わせ時には、表示領域を遮光し、シール材を硬化するための露光を行った。

なお、上記散乱指数は、下記式で定義される値である（特許第４９９０４０２号公報参照）。
ＳＰ　＝（Δｎ×（ｎｅ＋ｎｏ）^２ ×Δｎ）／ Ｋ
上記式中、Δｎは、液晶材料の屈折率異方性を表し、ｎｅは、液晶材料の異常光屈折率を表し、ｎｏは、液晶材料の常光屈折率を表し、Ｋは、スプレイＫ_１１、ツイストＫ_２２、ベンドＫ_３３の弾性定数の平均値を表す。

その後、１３０℃で４０分加熱することで液晶分子３１の再配向処理を行い、一様に一軸配向したＦＦＳモード用の液晶パネルを得た。図２は、水平配向モードでの配向膜と液晶分子との関係を説明する図である。図２に示したように、配向膜２３、４１を構成する高分子は、主鎖Ｐ１に光官能部位Ｐ２が含まれた構成を有し、液晶分子３１は、配向膜２３、４１を構成する高分子に対して水平に配向している。

得られたＦＦＳモード用の液晶パネルに対し、第一の基板２２の裏面側（バックライト光入射面側）及び第二の基板４２の観察面側（バックライト光の出射面側）に、それぞれ偏光板２１、４３を、図１に示した軸の配置関係となるように貼り付けた。なお、本実施例で用いた偏光板２１、４３の偏光度は１２０００：１であった。また、配向膜２３の吸収異方性の大きい方向、及び、液晶分子の配向方向３１Ａは、いずれも光配向処理時の紫外線の偏光方向に対して直交する方向に相当する。以上のようにして、偏光板付き液晶パネルを作製した。

本実施例の偏光板付き液晶パネルにおける配向膜２３、４１は、可視光に対して吸収異方性を示すものである。配向膜２３、４１の吸収異方性に関する確認結果を図３に示す。
図３は、実施例１で用いた光配向膜の本焼成後のオーダーパラメータを示すグラフである。オーダーパラメータＳは、Ｓ＝（Ａ／／－Ａ⊥）／（Ａ／／＋２Ａ⊥）で定義される値である。ここで、Ａ／／は、光配向処理時の紫外線の偏光方向に対して平行方向の吸光度を表し、Ａ⊥は、光配向処理時の紫外線の偏光方向に対して垂直方向の吸光度を表す。上記定義から明らかなように、オーダーパラメータＳが負であることは、偏光方向に対して平行方向よりも垂直方向の吸収が大きいことを示す。

図３より、３００～４００ｎｍ付近の波長領域と４００～５００ｎｍ付近の波長領域で、配向膜２３の吸収異方性の大きい方向が、光配向処理時の紫外線の偏光方向とは直交する方向に存在することが分かる。一般に、アゾベンゼンは近紫外光（波長３２０ｎｍ付近）の照射によりトランス体からシス体へと異性化し、可視光（波長４４０ｎｍ付近）の照射によりシス体からトランス体へと異性化することが分かっている。このことから、図３の３００～４００ｎｍ付近の波長領域で見られるピークはトランス体に起因するものであり、４００～５００ｎｍ付近の波長領域で見られるピークはシス体に起因するものであると考えられる。

図４は、白色ＬＥＤバックライトの発光スペクトルを示すグラフである。図４から分かるように、バックライト光には波長４００～５００ｎｍ付近の青色の可視光が含まれている。よって、配向膜２３のシス体の吸収軸方向２３Ａと、バックライト１０から偏光板２１を通して入射される偏光の方向とが同方向となるように偏光板２１とパネルとを配置すると、液晶表示装置の使用時に、アゾベンゼンのシス体がバックライト光を吸収することが分かる。シス体が吸光すると、異性化反応を生じてトランス体が生成され、本来意図した方向とは異なる方向への配向力が発生することとなる。これは、黒表示時のパネルからの漏れ光の増加を引き起し、液晶表示装置のコントラストが低下することになる。

一方、本実施例では、配向膜２３中のシス体の吸収軸方向２３Ａと、バックライト１０側からの入射光の偏光方向が直交するように配置しているので、シス体の吸光が抑制されており、長期にわたってコントラスト特性の良好な液晶パネルを実現することができる。

また、配向膜２３を構成するアゾベンゼンは、光配向処理時に照射される偏光方向に対して直交方向に液晶分子３１を水平配向させるものである。すなわち、光配向処理により配向膜２３へ付与される吸収軸方向（吸収異方性の大きい方向）２３Ａと、液晶層３０の閾値電圧以下での液晶分子３１の配向方向３１Ａとは平行である。したがって、本実施例では、使用時における液晶パネルへの入射光は、配向膜２３中のシス体の吸収軸方向２３Ａだけでなく、液晶分子３１の長軸方向に対しても直交するように配置させることから、長期使用による液晶材料の光劣化を抑制する効果についても、併せて得ることができる。

以上の効果を実際に確認するため、実施例１で作製した偏光板付き液晶パネルを非駆動状態にて、図４に示した発光スペクトルを有し、輝度１０，０００ｃｄ／ｍ^２の白色ＬＥＤバックライトを用いて、１，０００時間の曝露試験を実施した。

上記曝露試験の前後で、液晶パネルを顕微鏡観察したところ、実施例１の液晶パネルは、暴露試験前後で変化は見られなかった。
また、上記曝露試験の前後で、光電子倍増管を用いて黒表示時（液晶層への電圧無印加時）の漏れ光量を測定した結果においても、曝露試験前後で同等であった。
以上の確認結果から、実施例１においては、曝露試験中のシス体の反応を抑えることができ、配向規制を高い水準で保つことができたことが分かる。

また、曝露試験の前後で、電圧保持率（ＶＨＲ）を測定した。その結果、実施例１の液晶パネルは、試験前のＶＨＲが９９．２％であり、試験後のＶＨＲが９８.０％であった。この結果から、曝露試験前後でＶＨＲの変化が小さく、ＶＨＲの信頼性が良好であったことが分かる。これは、実施例１で使用した配向膜２３が、光配向処理時の紫外線の偏光方向と直交方向（配向膜２３のシス体の吸収軸方向２３Ａと平行方向）に液晶分子３１を配向させるものであったことから、曝露試験で直線偏光子２１を透過して照射された偏光が、液晶分子３１の長軸方向に直交する方向に入射するものであったためである。また、配向膜２３中のシス体の吸収を抑制できたことによって、トランス体を生成する異性化反応だけでなく、イオン化反応、分解反応についても抑制され、このことがＶＨＲの低下抑制に寄与したことが考えられる。

（比較例１）
図１１は、比較例１の液晶表示装置の構成を模式的に示した分解斜視図である。比較例１の液晶パネルは、実施例１と同様に作製されたものであり、可視光を含む光を発するバックライト１１０と、直線偏光子１２１と、第一の基板１２２と、配向膜１２３と、液晶層１３０と、配向膜１４１と、第二の基板１４２と、を背面側から順に有する。このＦＦＳモード用の液晶パネルに対し、第一の基板１２２の裏面側（バックライト光入射面側）及び第二の基板１４２の観察面側（バックライト光の出射面側）に、それぞれ偏光板１２１、１４３を、図１１に示した軸の配置関係となるように貼り付けた。実施例１と比べたときに本比較例は、ＦＦＳモード用の液晶パネルに対して偏光板１２１、１４３を９０°回転させて配置した形態となっている。

比較例１の構成では、配向膜１２３中のシス体の吸収軸方向と、バックライト１１０側からの入射光の偏光方向が同方向となっているため、液晶表示装置の使用時に、波長４００～５００ｎｍに吸収をもつシス体が反応する。このため、配向処理を施した方向とは異なる方向への配向力が発生し、黒表示時のパネルからの漏れ光が増加する。

以上の結果を実際に確認するため、実施例１と同様の条件で、比較例１で作製した偏光板付き液晶パネルについてバックライト曝露試験を行った。
上記曝露試験の前後で、液晶パネルを顕微鏡観察したところ、比較例１の液晶パネルは、暴露試験前には見られなかった画素のざらつきが暴露試験後に観察された。
また、上記曝露試験の前後で、光電子倍増管を用いて黒表示時（液晶層への電圧無印加時）の漏れ光量を測定した結果において、５％の悪化が観測された。
以上のように、比較例１では、実施例１と比べて、配向性の耐光性が悪化することが実際に確認された。
これは、比較例１では、ＬＥＤバックライトのバックライト光に含まれる可視光の青色成分によって、曝露時に配向膜中のシス体が反応を生じ、配向規制を低下させたためであると考えられる。

また、曝露試験前後での電圧保持率を測定した。その結果、比較例１の液晶パネルは、試験前のＶＨＲが９９．３％であり、試験後のＶＨＲが９７.１％であった。この結果から、実施例１と比べて、電圧保持率の耐光性が低下していることが確認された。これは、比較例１で使用した配向膜１２３が、光配向処理時の紫外線の偏光方向と直交方向（配向膜１２３のシス体の吸収軸方向と平行方向）に液晶分子１３１を配向させるものであったことから、曝露試験で直線偏光子１２１を透過して照射された偏光が、液晶分子１３１の長軸方向に平行な方向に入射するものであったためである。

（実施例２）
光配向処理において照射した偏光紫外線の偏光度が波長３６５ｎｍにて３０：１であったこと以外は、実施例１と同様にして偏光板付き液晶パネルを作製した。

図５は、実施例１～３の液晶パネルについて、初期コントラストを測定した結果を示すグラフである。図５に示したように、実施例１の液晶パネルと実施例２の液晶パネルの初期コントラストを評価したところ、実施例２の液晶パネルの方が１０％良好であった。すなわち、実施例２では、光配向処理の際に照射する紫外線の偏光度を高くしたことにより、実施例１よりもコントラスト性能をより高いものとすることができた。このことから、偏光度３０：１以上の光にて配向処理を施すことが、光配向膜の配向性能を最大限発現させるうえで好ましいことが分かる。初期コントラスト性能を向上できた理由は、上記オーダーパラメータＳを高くできたためである。初期配向のオーダーパラメータＳが高いと、吸収の異方性が大きいことから、液晶パネルに入射した光の偏光方向の影響をより受けやすくなり、配向の耐光性を向上できるという本発明の効果をより顕著なものとすることができる。

また、実施例１と同様に、曝露試験を実施した。曝露試験の前後で、光電子倍増管を用いて黒表示時（液晶層への電圧無印加時）の漏れ光量を測定した結果は、曝露試験前後で同等であった。このことから、優れた耐光性が確保できていることが確認できた。

（実施例３）
光配向処理において照射した偏光紫外線の偏光度が波長３６５ｎｍにて１００：１であったこと以外は、実施例１と同様にして偏光板付き液晶パネルを作製した。

図５に示したように、実施例１の液晶パネルと実施例３の液晶パネルの初期コントラストを評価したところ、実施例３の液晶パネルの方が１１％良好であった。実施例２と同様に、光配向処理の際に照射する紫外線の偏光度を高くしたことにより、コントラスト性能をより高いものとすることができたが、実施例１から実施例２の改善効果に比べて、実施例２から実施例３の改善効果は小さいものであった。このことから、偏光度３０：１以上では、液晶パネルのコントラスト性能がほぼ飽和していることが分かる。したがって、偏光度の好適な範囲は、３０：１以上である。

また、実施例１と同様に、曝露試験を実施した。曝露試験の前後で、光電子倍増管を用いて黒表示時（液晶層への電圧無印加時）の漏れ光量を測定した結果は、曝露試験前後で同等であった。このことから、優れた配向の耐光性が確保できていることが確認できた。

（実施例４及び５）
実施例４では、液晶材料として、負の誘電異方性を有し、散乱指数が５．０×１０^９Ｎ^－１のものを用いたこと以外は、実施例１と同様にして偏光板付き液晶表示パネルを作製した。実施例５では、液晶材料として、負の誘電異方性を有し、散乱指数が７．０×１０^９Ｎ^－１のものを用いたこと以外は、実施例１と同様にして偏光板付き液晶表示パネルを作製した。

実施例１の液晶パネルと実施例４及び５の液晶パネルの初期コントラストを評価した。その結果、実施例４の液晶パネルは、黒表示時（液晶層への電圧無印加時）の漏れ光量が実施例１の液晶パネルよりも８％少なかった。また、実施例５の液晶パネルは、黒表示時の漏れ光量が実施例１の液晶パネルよりも３％少なかった。このように、散乱指数が低い液晶材料を用いることで、液晶層３０での光の散乱を抑制することができ、コントラスト性能をより高いものとすることができる。

（実施例６及び７）
実施例６では、ＦＦＳ電極構造を構成する画素電極の厚みを１５０ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして偏光板付き液晶パネルを作製した。実施例７では、ＦＦＳ電極構造を構成する画素電極の厚みを８０ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして偏光板付き液晶パネルを作製した。図６は、実施例６及び７で用いられたＴＦＴ基板における画素電極近傍の構成を示した断面模式図である。図６には、ＦＦＳ電極構造に含まれる一対の電極である画素電極２４と面状の共通電極２６、画素電極２４と共通電極２６を電気的に絶縁する絶縁膜２５、画素電極２４上に形成される配向膜２３が示されている。

画素電極２４が厚くなると、以下の理由で光漏れが生じることがある。
図６に示したように、画素電極２４の端には勾配（斜面）部２４Ａがあるため、配向膜溶液を基板に塗布した後、仮乾燥処理を完了するまでの間に、勾配部２４Ａ上の溶液は、絶縁膜２５上に流れ落ちる。ここで、画素電極２４の厚みが大きいと、それに伴い勾配部２４Ａの幅Ｗが広くなり、絶縁膜２５上に流れ落ちる溶液の量が多くなるため、光り抜けとして観察されるようになってしまう。このため、実施例１では、開口部である画素電極２４に沿って僅かに光漏れの見られる部分が存在していた。

これに対して、画素電極２４の厚みを一定値以下とすることで、画素電極２４の端での光漏れを抑制することができ、コントラスト性能をより高いものとすることができる。実施例６及び７で作製した液晶パネルを、顕微鏡で観察したところ、開口部である画素電極２４に沿った光漏れは全く観察されなかった。この実施例６及び７の結果から、画素電極２４の厚みを１５０ｎｍ以下にすることが好ましいと言える。

なお、ＩＰＳモードでは、配向膜２３は、画素電極２４だけでなく、共通電極を覆って配置される。したがって、ＩＰＳモードの場合には、画素電極２４及び共通電極の厚みを１５０ｎｍ以下にすることが好ましい。

（実施例８）
本発明は、ＩＰＳモード、ＦＦＳモード等の水平配向モードだけでなく、垂直配向モードにも適用できる。実施例８は、垂直配向モードの一種であるＶｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ（ＶＡＴＮ）モードに本発明を適用した例である。

図７は、実施例８の液晶表示装置の構成を模式的に示した分解斜視図である。図８は、実施例８における光配向処理を説明する図である。
実施例８の構成を有する液晶表示装置を、以下の方法により作製した。
第一の基板２２として、厚さ０．７ｍｍのガラス基板上に、ＴＦＴ、画素電極等が形成されたＴＦＴ基板を用意した。ＴＦＴは、酸化物半導体であるＩＧＺＯ（インジウム－ガリウム－亜鉛－酸素）でチャネルを形成したものであった。画素電極には、ＩＴＯ製の透明電極を用いた。画素電極の厚みは、１５０ｎｍとした。また、第二の基板４２として、ブラックマトリックス、カラーフィルタ、フォトスペーサ及びＩＴＯ製の透明電極を有するＣＦ基板を用意した。フォトスペーサの高さは３．５μｍとした。

第一の基板２２及び第二の基板４２上に、配向膜溶液を塗布した。配向膜溶液の固形分は、ポリアミック酸を含む材料であり、実施例１の材料とはジアミン構造が異なり、光官能基としてのアゾベンゼン構造を側鎖に有する垂直配向性の配向膜材料であった。配向膜溶液の溶媒は、Ｎ－メチル－２－ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテルを等量で混合したものを用いた。配向膜溶液における固形分濃度は４ｗｔ％とした。

配向膜溶液を塗布した後、両基板２２、４２を７０℃で２分間、仮乾燥した。続いて、本焼成として、２３０℃で３０分間、基板２２、４２を加熱した。本焼成後の膜厚は１００ｎｍ程度であった。

その後、光配向処理として、図８に示すように、両基板２２、４２の表面に対して、基板面法線方向から４０°傾いた斜め方向から、Ｐ偏光の直線偏光紫外線（図８中の白抜き矢印）を波長３６５ｎｍにおいて１Ｊ／ｃｍ^２の強度で照射した。照射した偏光紫外線の偏光度は波長３６５ｎｍにて７：１であった。このとき、一画素あたり４つのドメインを形成することができるように、配向膜２３、４１のそれぞれに対して、図７に示した４方向Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４に沿って光配向処理を行った。

その後、シール材の描画、液晶材料の封止、基板２２、４２の貼り合わせ、再配向処理等を実施例１と同様にして行い、液晶パネルを作製した。なお、基板２２、４２の貼り合わせは、図７に示すように、基板２２、４２に対する光配向処理の方向Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４が互いに直交するようにして行われた。また、液晶材料としては、負の誘電異方性を有するネガ型液晶を用いた。

得られた液晶パネルに対し、第一の基板２２の裏面側（バックライト光入射面側）及び第二の基板４２の観察面側（バックライト光の出射面側）に、それぞれ偏光板２１、４３を、図７に示した軸の配置関係となるように貼り付けた。なお、本実施例で用いた偏光板２１、４３の偏光度は１２０００：１であった。以上のようにして、偏光板付き液晶パネルを作製した。

本実施例の偏光板付き液晶パネルの表示モードは、ＶＡＴＮモードである。ＶＡＴＮモードにおいては、基板２２、４２の間に閾値以上のＡＣ電圧が印加されると、液晶分子３１は基板２２、４２間の基板面法線方向において９０°ねじれた構造を有するとともに、ＡＣ電圧印加時の平均の液晶ダイレクター方向は、基板２２、４２を平面視したときに、基板２２、４２に対する光照射方向を二分する向きとなる。すなわち、液晶層３０の厚み方向における中央付近に位置する液晶分子３１の配向方向が互いに直交するように構成された４つのドメインを形成することができる。このように、ＶＡＴＮモードにおいては、一画素が４つのドメインに分割されることから、広視野角を実現することができる。

本実施例の偏光板付き液晶表示パネルにおける配向膜２３、４１は、可視光に対して吸収異方性を示すものである。本実施例では、配向膜２３の吸収異方性の大きい方向は、光配向処理時の紫外線の偏光方向に対して直交する方向に相当する。よって、配向膜２３中のシス体の吸収軸方向２３Ａと、バックライト側からの入射光の偏光方向は直交するように配置されている。これにより、シス体の吸光が抑制されており、長期にわたってコントラスト特性の良好な液晶パネルを実現することができる。

以上の効果を実際に確認するため、実施例８で作製した偏光板付き液晶パネルを非駆動状態にて、図４に示した発光スペクトルを有し、輝度１０，０００ｃｄ／ｍ^２の白色ＬＥＤバックライトを用いて、１，０００時間の曝露試験を実施した。

上記曝露試験の前後で、液晶パネルを顕微鏡観察したところ、実施例８の液晶パネルは、暴露試験前後で変化は見られなかった。
また、上記曝露試験の前後で、光電子倍増管を用いて黒表示時（液晶層への電圧無印加時）の漏れ光量を測定した結果においても、曝露試験前後で同等であった。
以上の確認結果から、実施例８においても、曝露試験中のシス体の反応を抑えることができ、配向規制を高い水準で保つことができたことが分かる。

また、曝露試験の前後で、電圧保持率（ＶＨＲ）を測定した。その結果、実施例８の液晶パネルは、試験前のＶＨＲが９９．０％であり、試験後のＶＨＲが９８.１％であった。この結果から、曝露試験前後でＶＨＲの変化が小さく、ＶＨＲの信頼性が良好であったことが分かる。これは、実施例８で使用した配向膜２３が、液晶分子３１を垂直配向させるものであったことから、曝露試験で直線偏光子２１を透過して照射された偏光が、液晶分子３１の長軸方向に直交する方向に入射するものであったためである。

以下に、図９及び図１０を参照して、本実施例において説明した垂直配向モードと、実施例１～５において説明した水平配向モードとの違いについて補足説明する。
図９は、垂直配向モードでの光官能基と液晶分子との関係を説明する図である。図１０は、垂直配向モードの光配向処理における偏光とシス体の吸収軸方向の関係を説明する図である。
図９に示したように、垂直配向モードでは、水平配向モードとは異なり、配向膜２３を構成する高分子は、側鎖中に光官能部位Ｐ２及び液晶配向部位Ｐ３を有する。ここで、液晶配向部位Ｐ３は、一般には液晶分子の骨格と類似した構造（メソゲン基）を有する部位である。光官能部位Ｐ２及び液晶配向部位Ｐ３は基板面に対し立ち上がっているため、偏光照射により生じるシス体の吸収異方性の大きい方向（シス体の吸収軸方向２３Ａ）は、偏光に垂直な方向であることでは水平配向モードの場合と同様であるが、その吸収異方性の大きさは水平配向モードの場合と比べて小さくなる。したがって、バックライト１０側から偏光板２１を通じて青色可視光が入射したときに、その光による異性化反応への影響は小さくなると考えられる。以上のことから、水平配向モードにおいて、本発明の効果が最大限引き出されることになる。

［付記］
以上の実施形態及び実施例から、以下に示す本発明の各態様が導かれる。各態様は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。

本発明の一態様は、可視光を含む光を発するバックライト１０と、直線偏光子２１と、第一の基板２２と、配向膜２３と、液晶分子３１を含有する液晶層３０と、第二の基板４２と、を背面側から順に有し、上記配向膜２３は、可視光に対して吸収異方性を示し、かつ可視光の吸収によって異性化反応を生じるアゾベンゼン構造が含まれた材料を含有し、上記直線偏光子の偏光透過軸は、上記配向膜２３の吸収異方性の大きい方向に対して交差する方向にある液晶表示装置であってもよい。

上記態様の液晶表示装置によれば、バックライト光が、光配向処理後の配向膜２３中に含まれるアゾベンゼンのシス体によって吸収されることを防止できるので、光配向処理によって制御した方向とは異なる方向への配向規制を行うトランス体を生成させる異性化反応を抑制できる。これにより、バックライト光が長時間点灯された場合であっても、配向膜２３による良好な配向規制を維持することができる。したがって、長期にわたって、黒表示時の漏れ光の増加が防止され、コントラスト特性の良好な液晶表示装置を提供することができる。

上記態様において、上記配向膜２３によって付与される上記液晶分子３１のプレチルト角が実質的に０°であってもよい。このような構成においては、アゾベンゼンのシス体による吸収を抑制することで得られる効果が大きなものとなる。

上記態様において、表示モードがＩＰＳモード又はＦＦＳモードであってもよい。このような構成においては、アゾベンゼンのシス体による吸収を抑制することで得られる効果が大きなものとなる。

上記態様において、上記液晶分子３１は、負の誘電率異方性を有していてもよい。このような構成においては、アゾベンゼンのシス体による吸収を抑制することで得られる効果が大きなものとなる。

上記態様において、上記配向膜２３の吸収異方性の大きい方向は、上記液晶層３０の閾値電圧以下での液晶分子の配向方向３１Ａに対して、平行であってもよい。このような構成とすることで、バックライト１０から液晶パネルへの入射光と液晶分子３１の長軸方向が交差することから、長期使用による液晶材料の光劣化を抑制することができる。

上記態様において、上記液晶層は、散乱指数が９．０×１０^９Ｎ^－１以下である液晶材料を含んでいてもよい。散乱指数が低い液晶材料を用いることで、液晶層３０での光の散乱を抑制することができ、コントラスト性能をより高いものとすることができる。

上記態様において、上記第一の基板２２は、厚み１５０ｎｍ以下の画素電極２４を有し、上記画素電極２４を上記配向膜２３が覆っていてもよい。画素電極２４の厚みを１５０ｎｍ以下とすることで、画素電極２４の端での光漏れを充分に抑制することができ、コントラスト性能をより高いものとすることができる。

また、本発明の別の一態様は、上記液晶表示装置を製造する方法であって、上記配向膜２３への配向処理は、偏光度３０：１以上の直線偏光紫外線により行われる液晶表示装置の製造方法であってもよい。上記態様の液晶表示装置の製造方法では、偏光度の高い光で光配向処理を行うので、配向膜２３の配向性能を最大限発現させることができ、その結果、初期コントラスト性能を向上できる。また、初期コントラスト性能が向上することに伴い、直線偏光子２１の偏光透過軸と、配向膜２３の吸収異方性の大きい方向との関係を適切なものとすることによって得られる本発明の効果が顕著なものとなる。

１０：バックライト
２１：直線偏光子（偏光板）
２１Ａ：バックライト光の偏光方向
２２：第一の基板
２３：配向膜
２３Ａ：シス体の吸収軸方向
２４：画素電極
２４Ａ：勾配部
２５：絶縁膜
２６：共通電極
３０：液晶層
３１：液晶分子
３１Ａ：液晶分子の配向方向
４１：配向膜
４２：第二の基板
４３：直線偏光子（偏光板）
Ｄ１～Ｄ４：光配向処理の方向
Ｐ１：高分子の主鎖
Ｐ２：高分子の光官能部位
Ｐ３：高分子の液晶配向部位
Ｗ：勾配部の幅

Claims (8)

1. 可視光を含む光を発するバックライトと、
   直線偏光子と、
   第一の基板と、
   配向膜と、
   液晶分子を含有する液晶層と、
   第二の基板と、を背面側から順に有し、
   前記配向膜は、可視光に対して吸収異方性を示し、かつ可視光の吸収によって異性化反応を生じるアゾベンゼン構造が含まれた材料を含有し、
   前記直線偏光子の偏光透過軸は、前記配向膜の吸収異方性の大きい方向に対して交差する方向にあることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記配向膜によって付与される前記液晶分子のプレチルト角が実質的に０°であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 表示モードがＩＰＳモード又はＦＦＳモードであることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置。
4. 前記液晶分子は、負の誘電率異方性を有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記配向膜の吸収異方性の大きい方向は、前記液晶層の閾値電圧以下での液晶分子の配向方向に対して、平行であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶層は、散乱指数が９．０×１０^９Ｎ^－１以下である液晶材料を含むことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 前記第一の基板は、厚み１５０ｎｍ以下の画素電極を有し、前記画素電極を前記配向膜が覆う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. 請求項１～７のいずれかの液晶表示装置を製造する方法であって、
   前記配向膜への配向処理は、偏光度３０：１以上の直線偏光紫外線により行われることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

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