液晶表示装置
【課題】ＩＰＳ方式の液晶表示装置において、ＤＣ残像の少ない光配向膜を可能とする。
【解決手段】配向膜１１３を光配向が可能な光配向膜１１３１と光配向膜よりも抵抗率が小さい低抵抗配向膜１１３２の２層構造とする。光配向膜１１３１はポリアミド酸アルキルエステルを前駆体とするポリイミドで形成し、数分子量が大きく、光配向による配向安定性が優れる。低抵抗配向膜１１３２はポリアミド酸を前駆体とするポリイミドで形成し、数分子量は小さく、抵抗率が小さい。配向膜を２層構造とすることによって優れた光配向特性を維持しつつ、配向膜全体としては抵抗率を小さくできるので、ＤＣ残像を抑えることが出来る。
【解決手段】配向膜１１３を光配向が可能な光配向膜１１３１と光配向膜よりも抵抗率が小さい低抵抗配向膜１１３２の２層構造とする。光配向膜１１３１はポリアミド酸アルキルエステルを前駆体とするポリイミドで形成し、数分子量が大きく、光配向による配向安定性が優れる。低抵抗配向膜１１３２はポリアミド酸を前駆体とするポリイミドで形成し、数分子量は小さく、抵抗率が小さい。配向膜を２層構造とすることによって優れた光配向特性を維持しつつ、配向膜全体としては抵抗率を小さくできるので、ＤＣ残像を抑えることが出来る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に配向膜に光の照射で配向制御能を付与した液晶表示パネルを具備した液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。
【０００３】
液晶表示装置はフラットで軽量であることから、ＴＶ等の大型表示装置から、携帯電話やＤＳＣ（Digital Still Camera）等、色々な分野で用途が広がっている。一方、液晶表示装置では視野角特性が問題である。視野角特性は、画面を正面から見た場合と、斜め方向から見た場合に、輝度が変化したり、色度が変化したりする現象である。視野角特性は、液晶分子を水平方向の電界によって動作させるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が優れた特性を有している。
【０００４】
液晶表示装置に使用する配向膜を配向処理すなわち配向制御能を付与する方法として、従来技術としてラビングで処理する方法がある。このラビングによる配向処理は、配向膜を布で擦ることで配向処理を行うものである。一方、配向膜に非接触で配向制御能を付与する光配向法という手法がある。ＩＰＳ方式はプレティルト角が必要無いために、光配向法を適用することが出来る。
【０００５】
特許文献１には紫外線に代表される光の照射による光分解型の光配向処理が開示されており、それによると光分解型の光配向処理においては（１）画素部の複雑な段差構造に起因する配向乱れを低減し、（２）ラビングによる配向処理における静電気による薄膜トランジスタの破損、ラビング布の毛先の乱れや塵による配向乱れを原因とする表示不良を解決し、均質な配向制御能を得るために要する頻繁なラビング布の交換によるプロセスの煩雑さ、を解決する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２０６０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら配向膜への配向制御能の付与という点において、光配向処理はラビング処理と比較すると、一般的には配向安定性が低いということが知られている。配向安定性が低いと、初期配向方向が変動し、表示不良の原因となる。特に、高い配向安定性が要求される横電界方式の液晶表示パネルを用いた液晶表示装置では配向安定性が低いことで残像に象徴される表示不良が発生し易い。
【０００８】
光配向処理ではラビング処理のような高分子の主鎖を延伸し、直線状にする工程がＬＣＤプロセス中に存在しない。そのため、光配向処理においては偏光が照射されたポリイミドに代表される合成高分子の配向膜が、当該偏光方向と平行する方向で主鎖が切断されることで一軸性が付与される。液晶分子は切断されずに直線上に伸びて残った長い主鎖方向に沿って配向するが、この主鎖の長さが短くなると、一軸性が低下し、液晶との相互作用が弱くなって配向性が低下するために、前記した残像が発生し易くなる。
【０００９】
従って、配向膜の一軸性を向上させ、配向安定性を向上させるためには、配向膜の分子量を大きくすることが必要であるが、これを解決する手法として、ポリアミド酸アルキルエステルをイミド化した光配向膜材料を使用することが出来る。これによると、ポリアミド酸アルキルエステル材料では、従来のポリアミド酸材料で起こっていたようなイミド化反応時のジアミンと酸無水物への分解反応を伴わず、イミド化後も分子量を大きく保つことができ、ラビング処理並みの配向安定性を得ることができる。
【００１０】
また、ポリアミド酸アルキルエステル材料においては、その化学構造中にカルボン酸を含有しないため、ポリアミド酸材料と比較してＬＣＤの電圧保持率が上がり、長期信頼性の向上も確保することができる。
【００１１】
光配向膜の配向安定性、長期信頼性を得るためにはポリアミド酸アルキルエステル材料の適用が有効であるが、この材料は一般的に、ポリアミド酸材料と比較して配向膜比抵抗が高い。そのため、液晶分子を駆動する信号波形に直流電圧が重畳して残留ＤＣとなった場合に、残留ＤＣが緩和するまでの時定数が大きく、焼きつき（ＤＣ残像）の原因となり易い。
【００１２】
本発明の目的は、光配向処理において、ポリアミド酸アルキルエステル材料の配向安定性や長期信頼性を損なうことなくＤＣ残像の消失時間を低減し、高品位の表示を可能とした液晶表示パネルを用いた液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。すなわち、本発明の液晶表示装置は、画素選択用のアクティブ素子が形成された主面の最上層にＴＦＴ側配向膜を有するＴＦＴ基板と、カラーフィルタが形成された主面の最上層にカラーフィルタ側配向膜を有する対向基板と、前記ＴＦＴ基板の前記ＴＦＴ側配向膜と前記対向基板の前記カラーフィルタ側配向膜の間に封止された液晶とからなる液晶表示パネルを具備する。また、前記ＴＦＴ側配向膜とカラーフィルタ側配向膜は、光の照射により付与された液晶配向制御機能を有する。
【００１４】
ＴＦＴ基板側の配向膜とカラーフィルタが形成された対向基板側配向膜の少なくとも一方に対し、光の照射により液晶配向制御機能を付与するための配向膜材料を、紫外線で代表される光により配向する材料と、比抵抗の低い材料との２成分系材料とし、配向膜形成後には、配向させるための光配向膜と、配向には寄与しない低抵抗膜との２層構造とする。
【００１５】
光により配向する材料としては、光分解性のポリアミド酸アルキルエステル材料をポリイミド化した材料とすることができる。また、この化学ポリイミド化が７０％以上であるものを用いることができる。
【００１６】
低抵抗材料としては、ポリアミド酸材料をポリイミド化した材料とすることができ、これは光分解性である必要はない。また、この化学イミド化が４０％以上であるものを用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、２成分系から成る材料を相分離させて配向膜を２層構造とし、配向安定性の高い光配向成分を液晶層側に配置して、配向安定性が不要である低抵抗成分を基板側に配置することによって、配向安定性と配向膜の低抵抗化によるＤＣ残像の時定数の低減を同時に満たすことが可能となり、その結果、光配向膜の残像特性が大幅に改良される。
【００１８】
また、基板側に配置された低抵抗成分は配向に寄与しないため、分子量は極限まで落とすことができる。そのため、ポリアミド酸アルキルエステルやポリアミド酸などが有機溶剤に溶かされた配向膜ワニスの濃度や粘度の調整について裕度が拡大し、配向膜の形成方法について従来のフレキソ印刷のみならず、ワニスの低粘度化が必要とされるために配向膜の厚膜化が困難であるとされてきたインクジェット塗布においても、配向膜の厚膜化に対する裕度が向上することとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下の実施例により本発明の内容を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１はＩＰＳ方式の液晶表示装置の表示領域における構造を示す断面図である。ＩＰＳ方式の液晶表示装置の電極構造は種々のものが提案され、実用化されている。図１の構造は、現在広く使用されている構造であって、簡単に言えば、平面ベタで形成された対向電極１０８の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の画素電極１１０が形成されている。そして、画素電極１１０と対向電極１０８の間の電圧によって液晶分子３０１を回転させることによって画素毎に液晶層３００の光の透過率を制御することにより画像を形成するものである。以下に図１の構造を詳しく説明する。なお、本発明は、図１の構成を例にとって説明するが、図１以外のＩＰＳタイプの液晶表示装置、例えば、対向電極が上部絶縁膜の上に位置し、画素電極が上部絶縁膜の下に位置するようなもの、或いは、対向電極と画素電極とが同一平面上にあるようなものにも適用することが出来る。
【００２１】
図１において、ガラスで形成されるＴＦＴ基板１００の上に、ゲート電極１０１が形成されている。ゲート電極１０１は走査線と同層で形成されている。ゲート電極１０１はＡｌＮｄ合金の上にＭｏＣｒ合金が積層されている。
【００２２】
ゲート電極１０１を覆ってゲート絶縁膜１０２がＳｉＮによって形成されている。ゲート絶縁膜１０２の上に、ゲート電極１０１と対向する位置に半導体層１０３がａ−Ｓｉ膜によって形成されている。ａ−Ｓｉ膜はプラズマＣＶＤによって形成される。ａ−Ｓｉ膜はＴＦＴのチャネル部を形成するが、チャネル部を挟んでａ−Ｓｉ膜上にソース電極１０４とドレイン電極１０５が形成される。なお、ａ−Ｓｉ膜とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５との間には図示しないｎ＋Ｓｉ層が形成される。半導体層とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５とのオーミックコンタクトを取るためである。
【００２３】
ソース電極１０４は映像信号線が兼用し、ドレイン電極１０５は画素電極１１０と接続される。ソース電極１０４もドレイン電極１０５も同層で同時に形成される。本実施例では、ソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５はＭｏＣｒ合金で形成される。ソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５の電気抵抗を下げたい場合は、例えば、ＡｌＮｄ合金をＭｏＣｒ合金でサンドイッチした電極構造が用いられる。
【００２４】
ＴＦＴを覆って無機パッシベーション膜１０６がＳｉＮによって形成される。無機パッシベーション膜１０６はＴＦＴの、特にチャネル部を不純物４０１から保護する。無機パッシベーション膜１０６の上には有機パッシベーション膜１０７が形成される。有機パッシベーション膜１０７はＴＦＴの保護と同時に表面を平坦化する役割も有するので、厚く形成される。厚さは１μｍから４μｍである。
【００２５】
有機パッシベーション膜１０７には感光性のアクリル樹脂、シリコン樹脂、あるいはポリイミド樹脂等が使用される。有機パッシベーション膜１０７には、画素電極１１０とドレイン電極１０５が接続する部分にスルーホール１１１を形成する必要があるが、有機パッシベーション膜１０７は感光性なので、フォトレジストを用いずに、有機パッシベーション膜１０７自体を露光、現像して、スルーホール１１１を形成することが出来る。
【００２６】
有機パッシベーション膜１０７の上には対向電極１０８が形成される。対向電極１０８は透明導電膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を表示領域全体にスパッタリングすることによって形成される。すなわち、対向電極１０８は面状に形成される。対向電極１０８を全面にスパッタリングによって形成した後、画素電極１１０とドレイン電極１０５を導通するためのスルーホール１１１部だけは対向電極１０８をエッチングによって除去する。
【００２７】
対向電極１０８を覆って上部絶縁膜１０９がＳｉＮによって形成される。上部電極が形成された後、エッチングによってスルーホール１１１を形成する。この上部絶縁膜１０９をレジストにして無機パッシベーション膜１０６をエッチングしてスルーホール１１１を形成する。その後、上部絶縁膜１０９およびスルーホール１１１を覆って画素電極１１０となるＩＴＯをスパッタリングによって形成する。スパッタリングしたＩＴＯをパターニングして画素電極１１０を形成する。画素電極１１０となるＩＴＯはスルーホール１１１にも被着される。スルーホール１１１において、ＴＦＴから延在してきたドレイン電極１０５と画素電極１１０が導通し、映像信号が画素電極１１０に供給されることになる。
【００２８】
図２に画素電極１１０の１例を示す。画素電極１１０は、両端が閉じた櫛歯状の電極である。櫛歯と櫛歯の間にスリット１１２が形成されている。画素電極１１０の下方には、図示しない平面状の対向電極１０８が形成されている。画素電極１１０に映像信号が印加されると、スリット１１２を通して対向電極１０８との間に生ずる電気力線によって液晶分子３０１が回転する。これによって液晶層３００を通過する光を制御して画像を形成する。
【００２９】
図１はこの様子を断面図として説明したものである。櫛歯状の電極と櫛歯状の電極の間は図１に示すスリット１１２となっている。対向電極１０８には一定電圧が印加され、画素電極１１０には映像信号による電圧が印加される。画素電極１１０に電圧が印加されると図１に示すように、電気力線が発生して液晶分子３０１を電気力線の方向に回転させてバックライトからの光の透過を制御する。画素毎にバックライトからの透過が制御されるので、画像が形成されることになる。
【００３０】
図１の例では、有機パッシベーション膜１０７の上に、面状に形成された対向電極１０８が配置され、上部絶縁膜１０９の上に櫛歯電極１１０が配置されている。しかしこれとは逆に、有機パッシベーション膜１０７の上に面状に形成された画素電極１１０を配置し、上部絶縁膜１０９の上に櫛歯状の対向電極１０８が配置される場合もある。
【００３１】
画素電極１１０の上には液晶分子３０１を配向させるための配向膜１１３が形成されている。本発明においては、配向膜１１３は、液晶層３００と接する光配向膜１１３１と、光配向膜１１３１の下層に形成される低抵抗配向膜１１３２の２層構造となっている。配向膜の１１３の構成については、後で詳細に説明する。
【００３２】
図１において、液晶層３００を挟んで対向基板２００が設置されている。対向基板２００の内側には、カラーフィルタ２０１が形成されている。カラーフィルタ２０１は画素毎に、赤、緑、青のカラーフィルタ２０１が形成されており、カラー画像が形成される。カラーフィルタ２０１とカラーフィルタ２０１の間にはブラックマトリクス２０２が形成され、画像のコントラストを向上させている。なお、ブラックマトリクス２０２はＴＦＴの遮光膜としての役割も有し、ＴＦＴに光電流が流れることを防止している。
【００３３】
カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２を覆ってオーバーコート膜２０３が形成されている。カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２の表面は凹凸となっているために、オーバーコート膜２０３によって表面を平らにしている。
【００３４】
オーバーコート膜２０３の上には、液晶の初期配向を決めるための配向膜１１３が形成されている。対向基板側の配向膜１１３もＴＦＴ基板側の配向膜１１３と同様に、液晶層３００と接する光配向膜１１３１と、光配向膜１１３１の下層に形成される低抵抗配向膜１１３２の２層構造となっている。なお、図２はＩＰＳであるから、対向電極１０８はＴＦＴ基板１００側に形成されており、対向基板２００側には形成されていない。
【００３５】
図１に示すように、ＩＰＳでは、対向基板２００の内側には導電膜が形成されていない。そうすると、対向基板２００の電位が不安定になる。また、外部からの電磁ノイズが液晶層３００に侵入し、画像に対して影響を与える。このような問題を除去するために、対向基板２００の外側に表面導電膜２１０が形成される。表面導電膜２１０は、透明導電膜であるＩＴＯをスパッタリングすることによって形成される。
【００３６】
図３は本発明による配向膜１１３を示す模式図である。図３（ａ）は配向膜１１３の平面透視図、図３（ｂ）は断面斜視図である。本発明の配向膜１１３は２層構造となっており、液晶層と接する上側は光配向膜１１３１であり、下側は低抵抗配向膜１１３２となっている。光配向膜１１３１は分子量の大きい光分解性ポリマー１０によって形成され、低抵抗配向膜１１３２は分子量の小さい低抵抗ポリマー１１によって形成されている。
【００３７】
図３（ａ）は透視図であるから光分解性ポリマー１０と低抵抗ポリマー１１が透視して見えている。実際には、光分解性ポリマー１０が低抵抗ポリマー１１よりも上に存在している。図３（ｂ）において、配向膜１１３は図１における画素電極１１０あるいは有機パッシベーション膜１０７の上に形成されている。図３（ｂ）では配向膜１１３は画素電極１１０の上に形成されるとしている。上側の光配向膜１１３１の厚さｔ１は５０ｎｍ程度、下側の低抵抗配向膜１１３２の厚さｔ２は５０ｎｍ程度である。光配向膜１１３１と低抵抗配向膜１１３２の境界は明確ではないので、点線で記載している。
【００３８】
図４は光配向膜１１３１によって液晶を配向させるためのプロセスを示す模式図である。図４においては低抵抗配向膜１１３２は省略されている。図４（ａ）は光配向膜１１３１が塗布された状態を示している。光配向膜１１３１は光分解性ポリマー１０によって形成されている。
【００３９】
図４（ａ）に示す光配向膜１１３１に対し、偏光された紫外線を例えば、６Ｊ／ｃｍ２のエネルギーで照射する。そうすると、光配向膜１１３１において偏光された紫外線の偏光方向の光分解性ポリマー１０は、図４（ｂ）に示すように、紫外線によって破壊される。すなわち、紫外線の偏光方向に沿って紫外線による切断部１５が形成される。そうすると、液晶分子は図４（ｂ）における矢印Ａの方向に配向されることになる。
【００４０】
図４に示すように、光分解性ポリマー１０の主鎖が短いと一軸性が低下し、液晶との相互作用が弱くなって配向性が低下する。したがって、図４（ｂ）において、光配向後においても、光分解性ポリマー１０が矢印Ａの方向にできるだけ長く伸びていることが望ましい。つまり、配向膜１１３の一軸性を向上させ、配向安定性を向上させるためには、配向膜１１３の分子量を大きくする必要がある。
【００４１】
配向膜１１３における分子量としては、数分子量によって評価することが出来る。数分子量は、配向膜１１３に種々の分子量のポリマーが存在している場合、その平均的な分子量である。光配向膜１１３１においては、十分な配向安定性を得るためには、数分子量は５０００以上であることが必要である。
【００４２】
このような、大きな数分子量の光配向膜１１３１を得るためには、ポリアミド酸アルキルエステルをイミド化したものを用いることが出来る。ポリアミド酸アルキルエステルの構造は、化学式（１）に示すとおりである。
【００４３】
【化１】
化学式（１）において、Ｒ１は、それぞれ独立に炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。
【００４４】
ポリアミド酸アルキルエステルの特徴は、化学式（１）におけるＲ１である。ポリアミド酸アルキルエステルにおいては、Ｒ１はＣｎＨ２ｎ−１であり、ｎが１以上である。ポリアミド酸アルキルエステルを光配向膜１１３１の前駆体として用いると、従来のポリアミド酸材料で起こっていたようなイミド化反応時のジアミンと酸無水物への分解反応を伴わず、イミド化後も分子量を大きく保つことができ、ラビング処理並みの配向安定性を得ることができる。
【００４５】
しかし、ポリアミド酸アルキルエステルをイミド化した光配向膜１１３１は比抵抗が非常に高く、例えば、１０１５Ωｃｍ程度である。このように配向膜１１３の比抵抗が大きいと、液晶層にチャージした電荷を逃がすことができず、この電荷がＤＣ残像の原因となる。
【００４６】
液晶表示装置においては、液晶層に電荷がチャージしないように、交流駆動が行われるが、特定時間、特定画像を表示すると、ある時間、一方の基板にＤＣ成分が残り、液晶層に電荷がチャージされ、このチャージした電荷のために残像が生ずる場合がある。配向膜１１３の抵抗が極端に大きくなければ、液晶中の電荷は、配向膜１１３を通して画素電極１１０等に流すことが出来る。
【００４７】
しかし、光配向膜１１３１は比抵抗が非常に大きく、短時間に液晶中の電荷を逃がすことが出来ない。本発明は、配向膜１１３を光配向膜１１３１と低抵抗配向膜１１３２の２層構造とすることによってこの問題を解決するものである。すなわち、液晶層と接する光配向膜１１３１は、十分な配向安定性を得るために、分子量の大きな光分解性ポリマー１０を用いる。
【００４８】
一方、下層の配向膜１１３は、分子量は小さいが比抵抗も小さい低抵抗配向膜１１３２とする。低抵抗配向膜１１３２の抵抗率は、例えば、１０１２〜１０１４Ωｃｍ程度である。このような低抵抗配向膜１１３２はポリアミド酸をイミド化したものによって形成することが出来る。
【００４９】
ポリアミド酸は化学式（２）で示す構造によって表される。
【００５０】
【化２】
化学式（２）において、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。
【００５１】
ポリアミド酸がポリアミド酸アルキルエステルと異なる点は、ポリアミド酸アルキルエステルを示す化学式（１）において、Ｒ１がＨに置き換わっている点である。ポリアミド酸はポリイミドを形成するイミド化反応時、ジアミンと酸無水物への分解反応を伴うので、ポリイミドを十分に大きな分子量とすることが出来ない。したがって、光配向膜１１３１としては十分な特性を得ることが出来ない。一方、ポリアミド酸によって形成されたポリイミドは比抵抗がそれほど大きくない。
【００５２】
このように、配向膜１１３を２層構造とすることによって光配向による配向安定性を確保するとともに、配向膜１１３全体としての比抵抗を適切な値に制御することが出来、ＤＣ残像を軽減することが出来る。
【００５３】
２層構造の配向膜１１３を形成するために、配向膜１１３形成プロセスを増やすことなく行うことが出来る。すなわち、図５（ａ）に示すように、光分解性ポリマー１０と低抵抗ポリマー１１を混合した材料を基板に塗布すると、レベリング効果によって図５（ｂ）に示すように、基板と馴染みやすい材料が下層に形成され、他の材料が上に形成される、いわゆる相分離を生ずる。なお、図５（ａ）における基板としては、画素電極１１０で代表させている。
【００５４】
本実施例において、基板に相当するのは、画素電極１１０を形成するＩＴＯまたは、有機パッシベーション膜１０７である。図５においては、基板として画素電極１１０が記載されている。ポリアミド酸はポリアミド酸アルキルエステルに比較して画素電極１１０を形成するＩＴＯあるいは有機パッシベーション膜１０７と馴染みやすいので、常にポリアミド酸が下層となる。
【００５５】
このようにして形成された樹脂膜に２００℃程度の熱を加えてポリイミド化する。ポリイミド化は下層のポリアミド酸、上層のポリアミド酸アルキルエステルの両者に対して同時に行われる。したがって、１層の配向膜１１３形成と同じ工程によって２層の配向膜１１３形成を行うことが出来る。
【００５６】
上層の光配向膜１１３１は配向特性を安定化するために、光分解性ポリマー１０の分子量は大きくする必要があるので、イミド化率は高くする必要がある。光配向膜１１３１におけるイミド化率は７０％以上であり、より好ましくは８０％以上である。この残りは、前駆体としてのポリアミド酸アルキルエステルが光配向膜１１３１に存在することになる。
【００５７】
一方、下層の低抵抗配向膜１１３２は液晶の光配向特性とは関係が無いので、イミド化率は低くてもよい。例えば、イミド化率は４０％以上であれば十分である。すなわち、イミド化の条件は、上層のポリアミド酸アルキルエステルのイミド化を主眼に設定すればよい。
【００５８】
配向膜１１３の上層と下層の境界は明確ではない。図５ではこの境界を点線で示している。図５（ｂ）において、上層の光配向膜１１３１は下層の低抵抗配向膜１１３２よりも分子量は大きい。光配向膜１１３１と低抵抗配向膜１１３２の分子量を比較する場合は、光配向膜１１３１の表面における分子量と低抵抗配向膜１１３２の基板との界面における分子量と比較すれば良い。
【００５９】
光配向膜１１３１と低抵抗配向膜１１３２の２層構成とした配向膜１１３と、光配向膜のみの配向膜とした場合のＤＣ残像特性を評価した。残像は次のようにして評価した。すなわち、図６に示すような白黒による８×８のチェッカーフラグパターンを１２時間表示し、その後、灰色ベタの中間調に戻す。中間調の階調は、６４／２５６である。
【００６０】
図７はＤＣ残像の評価結果である。図７において、横軸は、灰色ベタの中間調に戻したあとの時間である。縦軸は、残像のレベルである。縦軸において、ＲＲは中間調に戻したときに、チェッカーフラグパターンが良く見える状態であり、ＮＧである。Ｒは中間調に戻した時にチェッカーフラグパターンが薄いけれども見える状態である。図７において、曲線Ａが本発明による配向膜を使用した場合のＤＣ残像特性である。また、曲線Ｂが配向膜として光配向膜１層のみを使用した場合のＤＣ残像特性の例である。
【００６１】
中間調に戻したときに、残像のレベルがＲであっても、これが短時間に消失すれば、実用上は問題ないといえる。光配向膜１層の場合は、中間調に戻したときのレベルＲが長時間続くので、実用上問題が残る。一方、本発明による２層構造の配向膜１１３では、ＤＣ残像が急激に減少し、中間調に戻したあと、１７分程度で、ＤＣ残像は完全に消滅する。
【００６２】
このように、光配向膜１層の場合と本発明の配向膜の場合の大きな違いは、光配向膜１層の場合は、ＤＣ残像が長く続くのに対して、本発明の配向膜を使用すると、ＤＣ残像が急激に減少するということである。図７において、
ＤＣ残像の目安となる、中間調に戻してから１０分後のＤＣ残像のレベルを比較すると、配向膜が光配向膜1層のみの場合は、ＤＣ残像が９０％であるのに対し、本発明におけるＤＣ残像は２５％以下となり、本発明の効果は非常に大きいことがわかる。
【００６３】
ところで、光配向膜１１３１において配向特性を安定化させるためには、光分解性ポリマー１０の分子量は大きいほうが良い。しかし、分子量が大きいと配向膜ワニスの粘度が高くなる。粘度が高くなるとフレキソ印刷やインクジェット塗布が困難になるので材料の濃度を低くして粘度を下げることになる。そうすると、塗布膜が薄くなってしまう。したがって、配向膜１１３を光配向膜１層のみで形成しようとする塗布条件が限定されてしまうことになる。
【００６４】
これに対して本発明は次のような有利な点を有している。すなわち、基板側に配置された低抵抗成分は配向に寄与しないため、分子量は極限まで落とすことができる。そのため、ポリアミド酸アルキルエステルやポリアミド酸などが有機溶剤に溶かされた配向膜ワニスの濃度や粘度の調整について裕度が拡大し、配向膜１１３の形成方法について従来のフレキソ印刷のみならず、ワニスの低粘度化が必要とされるために配向膜１１３の厚膜化が困難であるとされてきたインクジェットによる塗布も可能になる。
【実施例２】
【００６５】
実施例１においては、２層の配向膜１１３のうちの下層の低抵抗配向膜１１３２として、ポリアミド酸をイミド化した膜を用いている。下層の低抵抗配向膜１１３２は光配向とは関係がないので、配向膜１１３の抵抗を小さくすることを主眼に材料を選定することが出来る。
【００６６】
液晶表示装置では、液晶表示パネルの背面にバックライトを配置して、バックライトからの光を画素毎に制御することによって画像を形成する。バックライトの光源としては、冷陰極管や発光ダイオードが使用される。したがって、配向膜１１３は液晶表示装置が動作中は、常にバックライトからの光にさらされることになる。下層の低抵抗配向膜１１３２として光導電性を有するものを使用すれば、液晶層にチャージした電荷をより早く逃がすことが出来、ＤＣ残像をより軽減することが出来る。
【００６７】
配向膜材料が光導電特性を示す材料として、例えば、日産化学のＳＥ６４１４等を挙げることが出来る。この場合も、ポリアミド酸アルキルエステルと混合し、混合材料を基板上に塗布すると、相分離して２層構造となる。この場合も、ポリアミド酸アルキルエステルが上層になる。その後、加熱してイミド化するが、このイミド化も同時に行うことが出来る。
【００６８】
以上の説明は、ＴＦＴ基板１００側の配向膜１１３について説明したが、対向基板２００側の配向膜１１３についても同様である。対向基板２００側の配向膜１１３は、オーバーコート膜２０３の上に形成されるが、この場合も、低抵抗配向膜１１３２を形成する低抵抗ポリマー１１がオーバーコート膜２０３と馴染みが強いために、レベリングによって低抵抗配向膜１１３２がオーバーコート膜２０３側に形成され、その上に光配向膜１１３１が形成されることになる。
【００６９】
なお、本発明による２層構造の配向膜１１３は、例えば、ＴＦＴ基板１００あるいは対向基板２００の配向膜１１３にのみ、適用しても効果を得ることが出来る。液晶層中のチャージを逃がすことは、どちらかの基板だけからでも一定の効果を上げることが出来るからである。
【００７０】
以上のように、本発明によれば、光配向による十分な配向規制を安定して行うことが出来るとともに、光配向膜１１３１が高抵抗率になることによるＤＣ残像の問題を解決することが出来る。
【００７１】
尚、本発明を適用した液晶表示装置のプレティルト角は、クリスタルローテーション法を用いた測定によれば、０．５度以下となる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】ＩＰＳ方式の液晶表示装置の断面図である。
【図２】図１の画素電極の平面図である。
【図３】本発明による配向膜の構成を示す図である。
【図４】光配向膜の形成プロセスを示す図である。
【図５】本発明の配向膜の断面図である。
【図６】ＤＣ残像の評価パターンである。
【図７】ＤＣ残像の評価結果である。
【符号の説明】
【００７３】
１０…光分解性ポリマー、 １１…低抵抗ポリマー、 １５…紫外線による切断部、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…ゲート電極、 １０２…ゲート絶縁膜、 １０３…半導体層、 １０４…ソース電極、 １０５…ドレイン電極、 １０６…無機パッシベーション膜、 １０７…有機パッシベーション膜、 １０８…対向電極、 １０９…上部絶縁膜、 １１０…画素電極、 １１１…スルーホール、 １１２…スリット、 １１３…配向膜、 ２００…対向基板、 ２０１…カラーフィルタ、 ２０２…ブラックマトリクス、 ２０３…オーバーコート膜、 ２１０…表面導電膜、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子、 １１３１…光配向膜、 １１３２…低抵抗配向膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に配向膜に光の照射で配向制御能を付与した液晶表示パネルを具備した液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。
【０００３】
液晶表示装置はフラットで軽量であることから、ＴＶ等の大型表示装置から、携帯電話やＤＳＣ（Digital Still Camera）等、色々な分野で用途が広がっている。一方、液晶表示装置では視野角特性が問題である。視野角特性は、画面を正面から見た場合と、斜め方向から見た場合に、輝度が変化したり、色度が変化したりする現象である。視野角特性は、液晶分子を水平方向の電界によって動作させるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が優れた特性を有している。
【０００４】
液晶表示装置に使用する配向膜を配向処理すなわち配向制御能を付与する方法として、従来技術としてラビングで処理する方法がある。このラビングによる配向処理は、配向膜を布で擦ることで配向処理を行うものである。一方、配向膜に非接触で配向制御能を付与する光配向法という手法がある。ＩＰＳ方式はプレティルト角が必要無いために、光配向法を適用することが出来る。
【０００５】
特許文献１には紫外線に代表される光の照射による光分解型の光配向処理が開示されており、それによると光分解型の光配向処理においては（１）画素部の複雑な段差構造に起因する配向乱れを低減し、（２）ラビングによる配向処理における静電気による薄膜トランジスタの破損、ラビング布の毛先の乱れや塵による配向乱れを原因とする表示不良を解決し、均質な配向制御能を得るために要する頻繁なラビング布の交換によるプロセスの煩雑さ、を解決する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２０６０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら配向膜への配向制御能の付与という点において、光配向処理はラビング処理と比較すると、一般的には配向安定性が低いということが知られている。配向安定性が低いと、初期配向方向が変動し、表示不良の原因となる。特に、高い配向安定性が要求される横電界方式の液晶表示パネルを用いた液晶表示装置では配向安定性が低いことで残像に象徴される表示不良が発生し易い。
【０００８】
光配向処理ではラビング処理のような高分子の主鎖を延伸し、直線状にする工程がＬＣＤプロセス中に存在しない。そのため、光配向処理においては偏光が照射されたポリイミドに代表される合成高分子の配向膜が、当該偏光方向と平行する方向で主鎖が切断されることで一軸性が付与される。液晶分子は切断されずに直線上に伸びて残った長い主鎖方向に沿って配向するが、この主鎖の長さが短くなると、一軸性が低下し、液晶との相互作用が弱くなって配向性が低下するために、前記した残像が発生し易くなる。
【０００９】
従って、配向膜の一軸性を向上させ、配向安定性を向上させるためには、配向膜の分子量を大きくすることが必要であるが、これを解決する手法として、ポリアミド酸アルキルエステルをイミド化した光配向膜材料を使用することが出来る。これによると、ポリアミド酸アルキルエステル材料では、従来のポリアミド酸材料で起こっていたようなイミド化反応時のジアミンと酸無水物への分解反応を伴わず、イミド化後も分子量を大きく保つことができ、ラビング処理並みの配向安定性を得ることができる。
【００１０】
また、ポリアミド酸アルキルエステル材料においては、その化学構造中にカルボン酸を含有しないため、ポリアミド酸材料と比較してＬＣＤの電圧保持率が上がり、長期信頼性の向上も確保することができる。
【００１１】
光配向膜の配向安定性、長期信頼性を得るためにはポリアミド酸アルキルエステル材料の適用が有効であるが、この材料は一般的に、ポリアミド酸材料と比較して配向膜比抵抗が高い。そのため、液晶分子を駆動する信号波形に直流電圧が重畳して残留ＤＣとなった場合に、残留ＤＣが緩和するまでの時定数が大きく、焼きつき（ＤＣ残像）の原因となり易い。
【００１２】
本発明の目的は、光配向処理において、ポリアミド酸アルキルエステル材料の配向安定性や長期信頼性を損なうことなくＤＣ残像の消失時間を低減し、高品位の表示を可能とした液晶表示パネルを用いた液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。すなわち、本発明の液晶表示装置は、画素選択用のアクティブ素子が形成された主面の最上層にＴＦＴ側配向膜を有するＴＦＴ基板と、カラーフィルタが形成された主面の最上層にカラーフィルタ側配向膜を有する対向基板と、前記ＴＦＴ基板の前記ＴＦＴ側配向膜と前記対向基板の前記カラーフィルタ側配向膜の間に封止された液晶とからなる液晶表示パネルを具備する。また、前記ＴＦＴ側配向膜とカラーフィルタ側配向膜は、光の照射により付与された液晶配向制御機能を有する。
【００１４】
ＴＦＴ基板側の配向膜とカラーフィルタが形成された対向基板側配向膜の少なくとも一方に対し、光の照射により液晶配向制御機能を付与するための配向膜材料を、紫外線で代表される光により配向する材料と、比抵抗の低い材料との２成分系材料とし、配向膜形成後には、配向させるための光配向膜と、配向には寄与しない低抵抗膜との２層構造とする。
【００１５】
光により配向する材料としては、光分解性のポリアミド酸アルキルエステル材料をポリイミド化した材料とすることができる。また、この化学ポリイミド化が７０％以上であるものを用いることができる。
【００１６】
低抵抗材料としては、ポリアミド酸材料をポリイミド化した材料とすることができ、これは光分解性である必要はない。また、この化学イミド化が４０％以上であるものを用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、２成分系から成る材料を相分離させて配向膜を２層構造とし、配向安定性の高い光配向成分を液晶層側に配置して、配向安定性が不要である低抵抗成分を基板側に配置することによって、配向安定性と配向膜の低抵抗化によるＤＣ残像の時定数の低減を同時に満たすことが可能となり、その結果、光配向膜の残像特性が大幅に改良される。
【００１８】
また、基板側に配置された低抵抗成分は配向に寄与しないため、分子量は極限まで落とすことができる。そのため、ポリアミド酸アルキルエステルやポリアミド酸などが有機溶剤に溶かされた配向膜ワニスの濃度や粘度の調整について裕度が拡大し、配向膜の形成方法について従来のフレキソ印刷のみならず、ワニスの低粘度化が必要とされるために配向膜の厚膜化が困難であるとされてきたインクジェット塗布においても、配向膜の厚膜化に対する裕度が向上することとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下の実施例により本発明の内容を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１はＩＰＳ方式の液晶表示装置の表示領域における構造を示す断面図である。ＩＰＳ方式の液晶表示装置の電極構造は種々のものが提案され、実用化されている。図１の構造は、現在広く使用されている構造であって、簡単に言えば、平面ベタで形成された対向電極１０８の上に絶縁膜を挟んで櫛歯状の画素電極１１０が形成されている。そして、画素電極１１０と対向電極１０８の間の電圧によって液晶分子３０１を回転させることによって画素毎に液晶層３００の光の透過率を制御することにより画像を形成するものである。以下に図１の構造を詳しく説明する。なお、本発明は、図１の構成を例にとって説明するが、図１以外のＩＰＳタイプの液晶表示装置、例えば、対向電極が上部絶縁膜の上に位置し、画素電極が上部絶縁膜の下に位置するようなもの、或いは、対向電極と画素電極とが同一平面上にあるようなものにも適用することが出来る。
【００２１】
図１において、ガラスで形成されるＴＦＴ基板１００の上に、ゲート電極１０１が形成されている。ゲート電極１０１は走査線と同層で形成されている。ゲート電極１０１はＡｌＮｄ合金の上にＭｏＣｒ合金が積層されている。
【００２２】
ゲート電極１０１を覆ってゲート絶縁膜１０２がＳｉＮによって形成されている。ゲート絶縁膜１０２の上に、ゲート電極１０１と対向する位置に半導体層１０３がａ−Ｓｉ膜によって形成されている。ａ−Ｓｉ膜はプラズマＣＶＤによって形成される。ａ−Ｓｉ膜はＴＦＴのチャネル部を形成するが、チャネル部を挟んでａ−Ｓｉ膜上にソース電極１０４とドレイン電極１０５が形成される。なお、ａ−Ｓｉ膜とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５との間には図示しないｎ＋Ｓｉ層が形成される。半導体層とソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５とのオーミックコンタクトを取るためである。
【００２３】
ソース電極１０４は映像信号線が兼用し、ドレイン電極１０５は画素電極１１０と接続される。ソース電極１０４もドレイン電極１０５も同層で同時に形成される。本実施例では、ソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５はＭｏＣｒ合金で形成される。ソース電極１０４あるいはドレイン電極１０５の電気抵抗を下げたい場合は、例えば、ＡｌＮｄ合金をＭｏＣｒ合金でサンドイッチした電極構造が用いられる。
【００２４】
ＴＦＴを覆って無機パッシベーション膜１０６がＳｉＮによって形成される。無機パッシベーション膜１０６はＴＦＴの、特にチャネル部を不純物４０１から保護する。無機パッシベーション膜１０６の上には有機パッシベーション膜１０７が形成される。有機パッシベーション膜１０７はＴＦＴの保護と同時に表面を平坦化する役割も有するので、厚く形成される。厚さは１μｍから４μｍである。
【００２５】
有機パッシベーション膜１０７には感光性のアクリル樹脂、シリコン樹脂、あるいはポリイミド樹脂等が使用される。有機パッシベーション膜１０７には、画素電極１１０とドレイン電極１０５が接続する部分にスルーホール１１１を形成する必要があるが、有機パッシベーション膜１０７は感光性なので、フォトレジストを用いずに、有機パッシベーション膜１０７自体を露光、現像して、スルーホール１１１を形成することが出来る。
【００２６】
有機パッシベーション膜１０７の上には対向電極１０８が形成される。対向電極１０８は透明導電膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を表示領域全体にスパッタリングすることによって形成される。すなわち、対向電極１０８は面状に形成される。対向電極１０８を全面にスパッタリングによって形成した後、画素電極１１０とドレイン電極１０５を導通するためのスルーホール１１１部だけは対向電極１０８をエッチングによって除去する。
【００２７】
対向電極１０８を覆って上部絶縁膜１０９がＳｉＮによって形成される。上部電極が形成された後、エッチングによってスルーホール１１１を形成する。この上部絶縁膜１０９をレジストにして無機パッシベーション膜１０６をエッチングしてスルーホール１１１を形成する。その後、上部絶縁膜１０９およびスルーホール１１１を覆って画素電極１１０となるＩＴＯをスパッタリングによって形成する。スパッタリングしたＩＴＯをパターニングして画素電極１１０を形成する。画素電極１１０となるＩＴＯはスルーホール１１１にも被着される。スルーホール１１１において、ＴＦＴから延在してきたドレイン電極１０５と画素電極１１０が導通し、映像信号が画素電極１１０に供給されることになる。
【００２８】
図２に画素電極１１０の１例を示す。画素電極１１０は、両端が閉じた櫛歯状の電極である。櫛歯と櫛歯の間にスリット１１２が形成されている。画素電極１１０の下方には、図示しない平面状の対向電極１０８が形成されている。画素電極１１０に映像信号が印加されると、スリット１１２を通して対向電極１０８との間に生ずる電気力線によって液晶分子３０１が回転する。これによって液晶層３００を通過する光を制御して画像を形成する。
【００２９】
図１はこの様子を断面図として説明したものである。櫛歯状の電極と櫛歯状の電極の間は図１に示すスリット１１２となっている。対向電極１０８には一定電圧が印加され、画素電極１１０には映像信号による電圧が印加される。画素電極１１０に電圧が印加されると図１に示すように、電気力線が発生して液晶分子３０１を電気力線の方向に回転させてバックライトからの光の透過を制御する。画素毎にバックライトからの透過が制御されるので、画像が形成されることになる。
【００３０】
図１の例では、有機パッシベーション膜１０７の上に、面状に形成された対向電極１０８が配置され、上部絶縁膜１０９の上に櫛歯電極１１０が配置されている。しかしこれとは逆に、有機パッシベーション膜１０７の上に面状に形成された画素電極１１０を配置し、上部絶縁膜１０９の上に櫛歯状の対向電極１０８が配置される場合もある。
【００３１】
画素電極１１０の上には液晶分子３０１を配向させるための配向膜１１３が形成されている。本発明においては、配向膜１１３は、液晶層３００と接する光配向膜１１３１と、光配向膜１１３１の下層に形成される低抵抗配向膜１１３２の２層構造となっている。配向膜の１１３の構成については、後で詳細に説明する。
【００３２】
図１において、液晶層３００を挟んで対向基板２００が設置されている。対向基板２００の内側には、カラーフィルタ２０１が形成されている。カラーフィルタ２０１は画素毎に、赤、緑、青のカラーフィルタ２０１が形成されており、カラー画像が形成される。カラーフィルタ２０１とカラーフィルタ２０１の間にはブラックマトリクス２０２が形成され、画像のコントラストを向上させている。なお、ブラックマトリクス２０２はＴＦＴの遮光膜としての役割も有し、ＴＦＴに光電流が流れることを防止している。
【００３３】
カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２を覆ってオーバーコート膜２０３が形成されている。カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２の表面は凹凸となっているために、オーバーコート膜２０３によって表面を平らにしている。
【００３４】
オーバーコート膜２０３の上には、液晶の初期配向を決めるための配向膜１１３が形成されている。対向基板側の配向膜１１３もＴＦＴ基板側の配向膜１１３と同様に、液晶層３００と接する光配向膜１１３１と、光配向膜１１３１の下層に形成される低抵抗配向膜１１３２の２層構造となっている。なお、図２はＩＰＳであるから、対向電極１０８はＴＦＴ基板１００側に形成されており、対向基板２００側には形成されていない。
【００３５】
図１に示すように、ＩＰＳでは、対向基板２００の内側には導電膜が形成されていない。そうすると、対向基板２００の電位が不安定になる。また、外部からの電磁ノイズが液晶層３００に侵入し、画像に対して影響を与える。このような問題を除去するために、対向基板２００の外側に表面導電膜２１０が形成される。表面導電膜２１０は、透明導電膜であるＩＴＯをスパッタリングすることによって形成される。
【００３６】
図３は本発明による配向膜１１３を示す模式図である。図３（ａ）は配向膜１１３の平面透視図、図３（ｂ）は断面斜視図である。本発明の配向膜１１３は２層構造となっており、液晶層と接する上側は光配向膜１１３１であり、下側は低抵抗配向膜１１３２となっている。光配向膜１１３１は分子量の大きい光分解性ポリマー１０によって形成され、低抵抗配向膜１１３２は分子量の小さい低抵抗ポリマー１１によって形成されている。
【００３７】
図３（ａ）は透視図であるから光分解性ポリマー１０と低抵抗ポリマー１１が透視して見えている。実際には、光分解性ポリマー１０が低抵抗ポリマー１１よりも上に存在している。図３（ｂ）において、配向膜１１３は図１における画素電極１１０あるいは有機パッシベーション膜１０７の上に形成されている。図３（ｂ）では配向膜１１３は画素電極１１０の上に形成されるとしている。上側の光配向膜１１３１の厚さｔ１は５０ｎｍ程度、下側の低抵抗配向膜１１３２の厚さｔ２は５０ｎｍ程度である。光配向膜１１３１と低抵抗配向膜１１３２の境界は明確ではないので、点線で記載している。
【００３８】
図４は光配向膜１１３１によって液晶を配向させるためのプロセスを示す模式図である。図４においては低抵抗配向膜１１３２は省略されている。図４（ａ）は光配向膜１１３１が塗布された状態を示している。光配向膜１１３１は光分解性ポリマー１０によって形成されている。
【００３９】
図４（ａ）に示す光配向膜１１３１に対し、偏光された紫外線を例えば、６Ｊ／ｃｍ２のエネルギーで照射する。そうすると、光配向膜１１３１において偏光された紫外線の偏光方向の光分解性ポリマー１０は、図４（ｂ）に示すように、紫外線によって破壊される。すなわち、紫外線の偏光方向に沿って紫外線による切断部１５が形成される。そうすると、液晶分子は図４（ｂ）における矢印Ａの方向に配向されることになる。
【００４０】
図４に示すように、光分解性ポリマー１０の主鎖が短いと一軸性が低下し、液晶との相互作用が弱くなって配向性が低下する。したがって、図４（ｂ）において、光配向後においても、光分解性ポリマー１０が矢印Ａの方向にできるだけ長く伸びていることが望ましい。つまり、配向膜１１３の一軸性を向上させ、配向安定性を向上させるためには、配向膜１１３の分子量を大きくする必要がある。
【００４１】
配向膜１１３における分子量としては、数分子量によって評価することが出来る。数分子量は、配向膜１１３に種々の分子量のポリマーが存在している場合、その平均的な分子量である。光配向膜１１３１においては、十分な配向安定性を得るためには、数分子量は５０００以上であることが必要である。
【００４２】
このような、大きな数分子量の光配向膜１１３１を得るためには、ポリアミド酸アルキルエステルをイミド化したものを用いることが出来る。ポリアミド酸アルキルエステルの構造は、化学式（１）に示すとおりである。
【００４３】
【化１】
化学式（１）において、Ｒ１は、それぞれ独立に炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。
【００４４】
ポリアミド酸アルキルエステルの特徴は、化学式（１）におけるＲ１である。ポリアミド酸アルキルエステルにおいては、Ｒ１はＣｎＨ２ｎ−１であり、ｎが１以上である。ポリアミド酸アルキルエステルを光配向膜１１３１の前駆体として用いると、従来のポリアミド酸材料で起こっていたようなイミド化反応時のジアミンと酸無水物への分解反応を伴わず、イミド化後も分子量を大きく保つことができ、ラビング処理並みの配向安定性を得ることができる。
【００４５】
しかし、ポリアミド酸アルキルエステルをイミド化した光配向膜１１３１は比抵抗が非常に高く、例えば、１０１５Ωｃｍ程度である。このように配向膜１１３の比抵抗が大きいと、液晶層にチャージした電荷を逃がすことができず、この電荷がＤＣ残像の原因となる。
【００４６】
液晶表示装置においては、液晶層に電荷がチャージしないように、交流駆動が行われるが、特定時間、特定画像を表示すると、ある時間、一方の基板にＤＣ成分が残り、液晶層に電荷がチャージされ、このチャージした電荷のために残像が生ずる場合がある。配向膜１１３の抵抗が極端に大きくなければ、液晶中の電荷は、配向膜１１３を通して画素電極１１０等に流すことが出来る。
【００４７】
しかし、光配向膜１１３１は比抵抗が非常に大きく、短時間に液晶中の電荷を逃がすことが出来ない。本発明は、配向膜１１３を光配向膜１１３１と低抵抗配向膜１１３２の２層構造とすることによってこの問題を解決するものである。すなわち、液晶層と接する光配向膜１１３１は、十分な配向安定性を得るために、分子量の大きな光分解性ポリマー１０を用いる。
【００４８】
一方、下層の配向膜１１３は、分子量は小さいが比抵抗も小さい低抵抗配向膜１１３２とする。低抵抗配向膜１１３２の抵抗率は、例えば、１０１２〜１０１４Ωｃｍ程度である。このような低抵抗配向膜１１３２はポリアミド酸をイミド化したものによって形成することが出来る。
【００４９】
ポリアミド酸は化学式（２）で示す構造によって表される。
【００５０】
【化２】
化学式（２）において、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。
【００５１】
ポリアミド酸がポリアミド酸アルキルエステルと異なる点は、ポリアミド酸アルキルエステルを示す化学式（１）において、Ｒ１がＨに置き換わっている点である。ポリアミド酸はポリイミドを形成するイミド化反応時、ジアミンと酸無水物への分解反応を伴うので、ポリイミドを十分に大きな分子量とすることが出来ない。したがって、光配向膜１１３１としては十分な特性を得ることが出来ない。一方、ポリアミド酸によって形成されたポリイミドは比抵抗がそれほど大きくない。
【００５２】
このように、配向膜１１３を２層構造とすることによって光配向による配向安定性を確保するとともに、配向膜１１３全体としての比抵抗を適切な値に制御することが出来、ＤＣ残像を軽減することが出来る。
【００５３】
２層構造の配向膜１１３を形成するために、配向膜１１３形成プロセスを増やすことなく行うことが出来る。すなわち、図５（ａ）に示すように、光分解性ポリマー１０と低抵抗ポリマー１１を混合した材料を基板に塗布すると、レベリング効果によって図５（ｂ）に示すように、基板と馴染みやすい材料が下層に形成され、他の材料が上に形成される、いわゆる相分離を生ずる。なお、図５（ａ）における基板としては、画素電極１１０で代表させている。
【００５４】
本実施例において、基板に相当するのは、画素電極１１０を形成するＩＴＯまたは、有機パッシベーション膜１０７である。図５においては、基板として画素電極１１０が記載されている。ポリアミド酸はポリアミド酸アルキルエステルに比較して画素電極１１０を形成するＩＴＯあるいは有機パッシベーション膜１０７と馴染みやすいので、常にポリアミド酸が下層となる。
【００５５】
このようにして形成された樹脂膜に２００℃程度の熱を加えてポリイミド化する。ポリイミド化は下層のポリアミド酸、上層のポリアミド酸アルキルエステルの両者に対して同時に行われる。したがって、１層の配向膜１１３形成と同じ工程によって２層の配向膜１１３形成を行うことが出来る。
【００５６】
上層の光配向膜１１３１は配向特性を安定化するために、光分解性ポリマー１０の分子量は大きくする必要があるので、イミド化率は高くする必要がある。光配向膜１１３１におけるイミド化率は７０％以上であり、より好ましくは８０％以上である。この残りは、前駆体としてのポリアミド酸アルキルエステルが光配向膜１１３１に存在することになる。
【００５７】
一方、下層の低抵抗配向膜１１３２は液晶の光配向特性とは関係が無いので、イミド化率は低くてもよい。例えば、イミド化率は４０％以上であれば十分である。すなわち、イミド化の条件は、上層のポリアミド酸アルキルエステルのイミド化を主眼に設定すればよい。
【００５８】
配向膜１１３の上層と下層の境界は明確ではない。図５ではこの境界を点線で示している。図５（ｂ）において、上層の光配向膜１１３１は下層の低抵抗配向膜１１３２よりも分子量は大きい。光配向膜１１３１と低抵抗配向膜１１３２の分子量を比較する場合は、光配向膜１１３１の表面における分子量と低抵抗配向膜１１３２の基板との界面における分子量と比較すれば良い。
【００５９】
光配向膜１１３１と低抵抗配向膜１１３２の２層構成とした配向膜１１３と、光配向膜のみの配向膜とした場合のＤＣ残像特性を評価した。残像は次のようにして評価した。すなわち、図６に示すような白黒による８×８のチェッカーフラグパターンを１２時間表示し、その後、灰色ベタの中間調に戻す。中間調の階調は、６４／２５６である。
【００６０】
図７はＤＣ残像の評価結果である。図７において、横軸は、灰色ベタの中間調に戻したあとの時間である。縦軸は、残像のレベルである。縦軸において、ＲＲは中間調に戻したときに、チェッカーフラグパターンが良く見える状態であり、ＮＧである。Ｒは中間調に戻した時にチェッカーフラグパターンが薄いけれども見える状態である。図７において、曲線Ａが本発明による配向膜を使用した場合のＤＣ残像特性である。また、曲線Ｂが配向膜として光配向膜１層のみを使用した場合のＤＣ残像特性の例である。
【００６１】
中間調に戻したときに、残像のレベルがＲであっても、これが短時間に消失すれば、実用上は問題ないといえる。光配向膜１層の場合は、中間調に戻したときのレベルＲが長時間続くので、実用上問題が残る。一方、本発明による２層構造の配向膜１１３では、ＤＣ残像が急激に減少し、中間調に戻したあと、１７分程度で、ＤＣ残像は完全に消滅する。
【００６２】
このように、光配向膜１層の場合と本発明の配向膜の場合の大きな違いは、光配向膜１層の場合は、ＤＣ残像が長く続くのに対して、本発明の配向膜を使用すると、ＤＣ残像が急激に減少するということである。図７において、
ＤＣ残像の目安となる、中間調に戻してから１０分後のＤＣ残像のレベルを比較すると、配向膜が光配向膜1層のみの場合は、ＤＣ残像が９０％であるのに対し、本発明におけるＤＣ残像は２５％以下となり、本発明の効果は非常に大きいことがわかる。
【００６３】
ところで、光配向膜１１３１において配向特性を安定化させるためには、光分解性ポリマー１０の分子量は大きいほうが良い。しかし、分子量が大きいと配向膜ワニスの粘度が高くなる。粘度が高くなるとフレキソ印刷やインクジェット塗布が困難になるので材料の濃度を低くして粘度を下げることになる。そうすると、塗布膜が薄くなってしまう。したがって、配向膜１１３を光配向膜１層のみで形成しようとする塗布条件が限定されてしまうことになる。
【００６４】
これに対して本発明は次のような有利な点を有している。すなわち、基板側に配置された低抵抗成分は配向に寄与しないため、分子量は極限まで落とすことができる。そのため、ポリアミド酸アルキルエステルやポリアミド酸などが有機溶剤に溶かされた配向膜ワニスの濃度や粘度の調整について裕度が拡大し、配向膜１１３の形成方法について従来のフレキソ印刷のみならず、ワニスの低粘度化が必要とされるために配向膜１１３の厚膜化が困難であるとされてきたインクジェットによる塗布も可能になる。
【実施例２】
【００６５】
実施例１においては、２層の配向膜１１３のうちの下層の低抵抗配向膜１１３２として、ポリアミド酸をイミド化した膜を用いている。下層の低抵抗配向膜１１３２は光配向とは関係がないので、配向膜１１３の抵抗を小さくすることを主眼に材料を選定することが出来る。
【００６６】
液晶表示装置では、液晶表示パネルの背面にバックライトを配置して、バックライトからの光を画素毎に制御することによって画像を形成する。バックライトの光源としては、冷陰極管や発光ダイオードが使用される。したがって、配向膜１１３は液晶表示装置が動作中は、常にバックライトからの光にさらされることになる。下層の低抵抗配向膜１１３２として光導電性を有するものを使用すれば、液晶層にチャージした電荷をより早く逃がすことが出来、ＤＣ残像をより軽減することが出来る。
【００６７】
配向膜材料が光導電特性を示す材料として、例えば、日産化学のＳＥ６４１４等を挙げることが出来る。この場合も、ポリアミド酸アルキルエステルと混合し、混合材料を基板上に塗布すると、相分離して２層構造となる。この場合も、ポリアミド酸アルキルエステルが上層になる。その後、加熱してイミド化するが、このイミド化も同時に行うことが出来る。
【００６８】
以上の説明は、ＴＦＴ基板１００側の配向膜１１３について説明したが、対向基板２００側の配向膜１１３についても同様である。対向基板２００側の配向膜１１３は、オーバーコート膜２０３の上に形成されるが、この場合も、低抵抗配向膜１１３２を形成する低抵抗ポリマー１１がオーバーコート膜２０３と馴染みが強いために、レベリングによって低抵抗配向膜１１３２がオーバーコート膜２０３側に形成され、その上に光配向膜１１３１が形成されることになる。
【００６９】
なお、本発明による２層構造の配向膜１１３は、例えば、ＴＦＴ基板１００あるいは対向基板２００の配向膜１１３にのみ、適用しても効果を得ることが出来る。液晶層中のチャージを逃がすことは、どちらかの基板だけからでも一定の効果を上げることが出来るからである。
【００７０】
以上のように、本発明によれば、光配向による十分な配向規制を安定して行うことが出来るとともに、光配向膜１１３１が高抵抗率になることによるＤＣ残像の問題を解決することが出来る。
【００７１】
尚、本発明を適用した液晶表示装置のプレティルト角は、クリスタルローテーション法を用いた測定によれば、０．５度以下となる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】ＩＰＳ方式の液晶表示装置の断面図である。
【図２】図１の画素電極の平面図である。
【図３】本発明による配向膜の構成を示す図である。
【図４】光配向膜の形成プロセスを示す図である。
【図５】本発明の配向膜の断面図である。
【図６】ＤＣ残像の評価パターンである。
【図７】ＤＣ残像の評価結果である。
【符号の説明】
【００７３】
１０…光分解性ポリマー、 １１…低抵抗ポリマー、 １５…紫外線による切断部、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…ゲート電極、 １０２…ゲート絶縁膜、 １０３…半導体層、 １０４…ソース電極、 １０５…ドレイン電極、 １０６…無機パッシベーション膜、 １０７…有機パッシベーション膜、 １０８…対向電極、 １０９…上部絶縁膜、 １１０…画素電極、 １１１…スルーホール、 １１２…スリット、 １１３…配向膜、 ２００…対向基板、 ２０１…カラーフィルタ、 ２０２…ブラックマトリクス、 ２０３…オーバーコート膜、 ２１０…表面導電膜、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子、 １１３１…光配向膜、 １１３２…低抵抗配向膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素電極とＴＦＴを有する画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向し、カラーフィルタの上に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
前記配向膜は液晶層と接する第１のポリイミドを有する第１の配向膜と、前記第１の配向膜の下層に形成された第２のポリイミドを有する第２の配向膜によって構成され、
前記第１の配向膜の数分子量は前記第２の配向膜の数分子量よりも大きく、
前記第１の配向膜の抵抗率は前記第２の配向膜の抵抗率よりも大きく、
前記第１の配向膜には光配向処理が施されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１の配向膜のイミド化率は、前記第２の配向膜のイミド化率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
画素電極とＴＦＴを有する画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向し、カラーフィルタの上に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
前記配向膜は液晶層と接する第１のポリイミドを有する第１の配向膜と、前記第１の配向膜の下層に形成された第２のポリイミドを有する第２の配向膜によって構成され、
前記第１の配向膜の数分子量は前記第２の配向膜の数分子量よりも大きく、
前記第１の配向膜の抵抗率は前記第２の配向膜の抵抗率よりも大きく、
前記第１の配向膜は、化学式（１）の構造を有するポリアミド酸アルキルエステルを含み、
前記第１の配向膜には光配向処理が施されていることを特徴とする液晶表示装置。
【化１】
ここで、Ｒ１は、それぞれ独立に炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。
【請求項４】
前記第２の配向膜は化学式（２）の構造を有するポリアミド酸を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【化２】
ここで、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。
【請求項５】
前記第１の配向膜のイミド化率は、前記第２の配向膜のイミド化率よりも大きいことを特徴とする請求項３または４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第２の配向膜は光導電性を有することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項１】
画素電極とＴＦＴを有する画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向し、カラーフィルタの上に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
前記配向膜は液晶層と接する第１のポリイミドを有する第１の配向膜と、前記第１の配向膜の下層に形成された第２のポリイミドを有する第２の配向膜によって構成され、
前記第１の配向膜の数分子量は前記第２の配向膜の数分子量よりも大きく、
前記第１の配向膜の抵抗率は前記第２の配向膜の抵抗率よりも大きく、
前記第１の配向膜には光配向処理が施されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１の配向膜のイミド化率は、前記第２の配向膜のイミド化率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
画素電極とＴＦＴを有する画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向し、カラーフィルタの上に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
前記配向膜は液晶層と接する第１のポリイミドを有する第１の配向膜と、前記第１の配向膜の下層に形成された第２のポリイミドを有する第２の配向膜によって構成され、
前記第１の配向膜の数分子量は前記第２の配向膜の数分子量よりも大きく、
前記第１の配向膜の抵抗率は前記第２の配向膜の抵抗率よりも大きく、
前記第１の配向膜は、化学式（１）の構造を有するポリアミド酸アルキルエステルを含み、
前記第１の配向膜には光配向処理が施されていることを特徴とする液晶表示装置。
【化１】
ここで、Ｒ１は、それぞれ独立に炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。
【請求項４】
前記第２の配向膜は化学式（２）の構造を有するポリアミド酸を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【化２】
ここで、Ｒ２は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フェニル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、ビニル基（−（ＣＨ2）ｍ−ＣＨ＝ＣＨ2，ｍ＝０，１，２）又はアセチル基（−（ＣＨ2）ｍ−Ｃ≡ＣＨ，ｍ＝０，１，２）であり、Ａｒは芳香族化合物である。
【請求項５】
前記第１の配向膜のイミド化率は、前記第２の配向膜のイミド化率よりも大きいことを特徴とする請求項３または４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第２の配向膜は光導電性を有することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−７２０１１（Ｐ２０１０−７２０１１Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３５９００（Ｐ２００８−２３５９００）
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【Ｆターム（参考）】
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