(57)【要約】      （修正有）【課題】広い温度範囲で優れた高速応答性と安定性を示す液晶表示装置を提供する。【解決手段】一対の基板１０１、２０１と、当該一対の基板１０１、２０１の間にフッ素系ネマチック液晶と重合性モノマーと重合開始剤から構成される液晶組成物を封入し、マスクを施した紫外線照射による高分子安定化工程によって、各画素に複数の高分子構造物７を形成する。液晶表示装置はモノマー残量を含む液晶層３を有する複数の画素と、前記一対の基板１０１と２０１との間を連結する複数の高分子構造物７を配置することによって構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板と、当該一対の基板の間に封入された液晶層とを有し、かつ、一対の電極および前記液晶層を有する画素を複数有する液晶表示装置であって、
それぞれの前記画素は、前記一対の基板間を連結する高分子構造物を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記高分子構造物は、膜状構造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。
【請求項３】
前記高分子構造物は、柱状構造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。
【請求項４】
前記高分子構造物は、前記液晶層に含有するモノマー成分を重合させたものでなり、
前記液晶層に、前記モノマー成分が残留している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５】
前記画素は、前記一対の電極が、前記一対の基板のうちの同じ基板に設けられている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６】
一対の基板の間に液晶層を封入する工程を有する液晶表示装置の製造方法であって、
当該工程は、前記液晶層として用いる母体液晶に光重合性モノマーを含有させた液晶組成物を、前記一対の基板の間に封入した後、
あらかじめ定められた条件の光を、前記基板を通して前記液晶組成物に照射して前記光重合性モノマーを重合させ、前記一対の基板間を連結する高分子構造物を形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項７】
前記光は、フォトマスクを介して照射することを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、一対の基板の間に液晶層を設けた液晶表示パネルを有する表示装置であり、たとえば、液晶テレビ、パーソナルコンピュータ向けの液晶ディスプレイ、および携帯電話端末の液晶ディスプレイなどとして広く用いられている。
【０００３】
この種の液晶表示装置は、液晶表示パネルの表示領域が複数の画素の集合でなり、当該複数の画素（ドット）により文字、数字、図、絵などの画像や映像を表示する表示装置である。このような表示方法は、一般に、ドットマトリクス方式と呼ばれている。
【０００４】
ドットマトリクス方式は、画素の駆動方式により、単純マトリクス型（パッシブマトリクス型と呼ぶこともある）と、アクティブマトリクス型とに分類される。単純マトリクス型は、各基板に形成した画素形成用の電極に選択的に電圧を印加して所定の画素を駆動する型式である。一方、アクティブマトリクス型は、一方の基板に画素選択用のアクティブ素子（スイッチング素子と呼ぶこともある）を形成し、このアクティブ素子のオン／オフにより所定の画素を駆動する型式である。特に、後者のアクティブマトリクス型は、コントラスト性能や高速表示性能等の優れた性能を備えることから、液晶表示装置における画素の駆動方式の主流になっている。
【０００５】
また、この種の液晶表示装置における液晶層の動作モードとしては、たとえば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ  Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、およびＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードなどがある。
【０００６】
ところで、液晶テレビなどの液晶表示装置では、近年、動画表示特性を向上させるために、たとえば、応答の高速化（応答時間の低減）が求められている。この要求に応える方策の一つとして、液晶層に低粘度の液晶組成物を使用することが考えられる。そこで、ＳＴＮモードの液晶表示装置で用いられてきたシアノ系ネマチック液晶組成物に替わって、フッ素系ネマチック液晶組成物が開発されてきた。このフッ素系ネマチック液晶組成物は、シアノ系ネマチック液晶組成物と比較して粘度が低く、かつ、比抵抗が高い。そのため、当該フッ素系ネマチック液晶組成物を用いた液晶層を有する液晶表示装置は、表示むらが少なく、信頼性の高いものとなっている。
【０００７】
また、さらなる応答の高速化に対しては、液晶組成物自身の低粘度化だけでなく、たとえば、高分子による安定化といった方策も提案されている（たとえば、非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ハセベ（Hasebe）, ジャパン・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Jpn. J. appl. Phys.）, 33, 6245(1994)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年の携帯電話端末やカーナビゲーションシステムには、たとえば、テレビ放送の視聴や動画を再生する機能が搭載されたものも多く、これらの携帯型電子機器に用いられる小型の液晶表示装置でも、応答の高速化が求められている。
【００１０】
しかしながら、上記のような応答を高速化させるための液晶組成物の開発は、液晶テレビなどの大型の液晶表示装置に使用する液晶組成物に関しては比較的進んでいるものの、携帯電話端末などの小型の液晶表示装置に使用する液晶組成物に関しては十分に進んでいない。この理由の一つとして、大型の液晶表示装置と小型の液晶表示装置とで、使用される環境に違いがあるということが挙げられる。
【００１１】
液晶テレビなどの大型の液晶表示装置は、室内で使用されることが多く、常に室温近傍の温度で使用される。そのため、液晶テレビに使用する液晶組成物は、室温近傍の狭い温度範囲（たとえば、１５度から３５度程度の範囲）で、所望の応答特性を示すものであればよい。したがって、従来、液晶テレビに使用する液晶組成物の応答特性は、室温近傍での粘度や応答速度に着目して改良が進められてきた。
【００１２】
これに対し、携帯電話端末やカーナビゲーションシステムなどに用いられる小型の液晶表示装置は、屋外や車内で使用することも多く、冬の寒い環境から夏の暑い環境までの広い温度範囲で使用される。そのため、携帯電話端末やカーナビゲーションシステムに使用する液晶組成物には、低温から高温までの広い温度範囲（たとえば、０度から５０度程度の範囲）で、所望の応答特性を示すことが要求される。
【００１３】
しかしながら、液晶組成物の性質上、広い温度範囲で所望の応答特性を安定して示す液晶組成物の開発は非常に難しく、広い温度範囲で優れた応答性を示す液晶表示装置の実現が遅れている。
【００１４】
この点、上述の高分子による安定化は、広い温度範囲の動作環境における応答の高速化に適している。
【００１５】
しかしながら、この高分子による安定化においては、液晶化合物に光重合性モノマーおよび重合開始剤をかなりの重量比率で添加して調製された液晶組成物を、一対の基板の間に注入し、その後、当該液晶組成物に紫外線を照射することにより当該光重合性モノマーを重合させて高分子を生成する必要があった。
【００１６】
そのため、従来の高分子による安定化では、一対の基板の間に形成された液晶層に重合開始剤などの不純物が残存することは避けられず、当該不純物が、たとえば、電圧保持率の低下といった液晶表示装置としての信頼性に影響することが懸念されていた。また、コントラストの低下も指摘されていた。
【００１７】
本発明の目的は、広い温度範囲で優れた応答性を示す液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、広い温度範囲で優れた応答性を示し、かつ、信頼性（表示品質）の高い液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概略を説明すれば、以下の通りである。
【００２１】
（１）一対の基板と、当該一対の基板の間に封入された液晶層とを有し、かつ、一対の電極および前記液晶層を有する画素を複数有する液晶表示装置であって、それぞれの前記画素は、前記一対の基板間を連結する高分子構造物を有する液晶表示装置。
【００２２】
（２）一対の基板の間に液晶層を封入する工程を有する液晶表示装置の製造方法であって、当該工程は、前記液晶層として用いる母体液晶に光重合性モノマーを含有させた液晶組成物を、前記一対の基板の間に封入した後、あらかじめ定められた条件の光を、前記基板を通して前記液晶組成物に照射して前記光重合性モノマーを重合させ、前記一対の基板間を連結する高分子構造物を形成する液晶表示装置の製造方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の液晶表示装置およびその製造方法によれば、液晶表示装置において所望の応答特性を示す温度範囲を広くすることができる。
【００２４】
また、本発明の液晶表示装置およびその製造方法によれば、液晶表示装置において所望の応答特性を示す温度範囲を広くでき、かつ、それにともなう信頼性（表示品質）の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る液晶表示パネルの平面構成の一例を示す模式平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線の位置における断面構成の一例を示す模式断面図である。
【図３】一対の基板の間に設ける高分子構造物の平面構成の一例を示す模式平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ’線の位置における断面構成の一例を示す模式断面図である。
【図５】図３のＣ−Ｃ’線の位置における断面構成の一例を示す模式断面図である。
【図６】本発明に係る液晶表示パネルにおける画素の平面構成の一具体例を説明するための模式平面図である。
【図７】高分子構造物の配置方法の一例を示す模式平面図である。
【図８】高分子構造物の配置方法の別の例を示す模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２７】
図１乃至図５は、本発明に係る液晶表示装置の主要部の概略構成を説明するための模式図である。
図１は、本発明に係る液晶表示パネルの平面構成の一例を示す模式平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線の位置における断面構成の一例を示す模式断面図である。図３は、一対の基板の間に設ける高分子構造物の平面構成の一例を示す模式平面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ’線の位置における断面構成の一例を示す模式断面図である。図５は、図３のＣ−Ｃ’線の位置における断面構成の一例を示す模式断面図である。
【００２８】
本明細書では、本発明に係る液晶表示装置の一例として、携帯電話端末などに用いられる小型の液晶表示装置を挙げる。また、本発明は、液晶表示装置のうちの、液晶表示パネルの構成に関わるものである。そのため、本明細書では、本発明に係る液晶表示装置のうちの、液晶表示パネルの構成およびその製造方法のみを説明する。なお、本発明に係る液晶表示パネルの基本的な構成は、従来のものと同じ構成でよい。そのため、本明細書では、本発明に係る液晶表示パネルの特徴部分の構成およびその製造方法の説明を中心とし、従来のものと同じ構成および製造方法でよい点に関する具体的な説明は省略する。また、液晶表示パネルは、アクティブマトリクス型であるとする。
【００２９】
本発明に係る液晶表示パネルは、たとえば、図１および図２に示すように、ＴＦＴ基板１、対向基板２、液晶層３、シール材４ａ，４ｂ、第１の偏光板５、および第２の偏光板６、ならびに高分子構造物７を有する。
【００３０】
ＴＦＴ基板１は、第１の絶縁基板１０１、第１の薄膜積層体１０２、および第１の配向膜１０３を有する。第１の絶縁基板１０１は、たとえば、ガラス基板などの透明な絶縁基板である。第１の薄膜積層体１０２は、たとえば、走査信号線、映像信号線、ＴＦＴ素子、および画素電極、ならびに複数の絶縁層からなる。第１の配向膜１０３は、たとえば、表面（液晶層３との界面）にラビング処理などの配向処理が施されたポリイミド膜でなる。
【００３１】
対向基板２は、第２の絶縁基板２０１、第２の薄膜積層体２０２、および第２の配向膜２０３を有する。第２の絶縁基板２０１は、たとえば、ガラス基板などの透明な絶縁基板である。第２の薄膜積層体２０２は、たとえば、ブラックマトリクス、カラーフィルタ、および平坦化層からなる。第２の配向膜２０３は、たとえば、表面（液晶層３との界面）にラビング処理などの配向処理が施されたポリイミド膜でなる。
【００３２】
なお、前記画素電極と対になる共通電極は、ＴＦＴ基板１に設けられていてもよいし、対向基板２に設けられていてもよい。
【００３３】
液晶表示パネルは、図１および図２に示したように、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間に液晶層３が設けられている。このとき、ＴＦＴ基板１と対向基板２とは、表示領域ＤＡを囲む環状のシール材４ａで張り合わせている。また、シール材４ａは、液晶層３として用いる液晶組成物を注入する注入口を有し、当該注入口はシール材４ｂで封止されている。すなわち、液晶層３は、シール材４ａ，４ｂにより、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間に封入されている。
【００３４】
また、図示は省略するが、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間には、たとえば、各画素における液晶層３の厚さを均一化するためのスペーサが設けられている。
【００３５】
またさらに、本発明に係る液晶表示パネルでは、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間に、液晶層３やスペーサの他に、複数の高分子構造物７が設けられている。この高分子構造物７は、たとえば、液晶層３の応答性を向上させるためのものであり、図２に示したように、当該一対の基板を連結するように設けられている。また、高分子構造物７は、表示領域ＤＡにある全ての画素に設ける。またこのとき、高分子構造物７は、１つの画素に対して複数個ずつ設ける。なお、図２における寸法Ｐｘは、１つの画素のｘ軸方向の寸法である。
【００３６】
以下、この高分子構造物７の形状について、図３乃至図５を参照しながら、具体的に説明する。
【００３７】
高分子構造物７は、たとえば、図３乃至図５に示すように、ｕ軸方向の寸法（以下、厚さという）がｔ、ｖ軸方向の寸法（以下、幅という）がｗ、ｚ軸方向の寸法（以下、高さという）がｄの概略直方体になるように形成する。
【００３８】
なお、図１に示したｘｙ平面で見た高分子構造物７の平面形状を示しており、図３におけるｕ軸方向およびｖ軸方向は、いずれもｘｙ平面内に存在する。また、図３におけるｕ軸方向およびｖ軸方向は、それぞれ、１つの高分子構造物７をｘｙ平面で見たときの短手方向および長手方向である。またこのとき、ｕ軸方向およびｖ軸方向と、ｘ軸方向およびｙ軸方向との関係は、任意である。
【００３９】
高分子構造物７は、図４および図５に示したように、ＴＦＴ基板１と対向基板２とを連結するように設けられている。そのため、ＴＦＴ基板１から対向基板２に向かう方向（ｚ方向）の高分子構造物７の寸法、すなわち高さｄは、セルギャップ（液晶層３の厚さ）と同じ値になる。
【００４０】
高分子構造物７における厚さｔ、幅ｗ、および高さｄの関係は、任意であり、適宜変更可能であるが、本明細書では、厚さｔと幅ｗとの関係が、ｔ≦ｗの関係であるとする。また、本明細書の以下の説明では、厚さｔ、幅ｗ、および高さｄの関係が、ｔ＜ｄ＜ｗの関係である高分子構造物７を膜状構造の高分子構造物と呼び、ｔ≦ｗ＜ｄの関係である高分子構造物７を柱状構造の高分子構造物と呼ぶ。
【００４１】
また、複数の高分子構造物７の配置は、図３に示したような全ての高分子構造物７のｕ軸方向とｖ軸方向との関係が一致するような配置に限らず、それらの関係が複数通りある配置でもよいし、あるいはランダムな配置であっても構わない。
【００４２】
また、複数の高分子構造物７は、全ての高分子構造物７の寸法が概ね等しくなるようにする必要はなく、たとえば、画素内における位置に応じて寸法を変えてもよい。またこのとき、複数の高分子構造物７は、たとえば、膜状構造の高分子構造物と、柱状構造の高分子構造物とが混在していても構わない。またさらに、膜状構造の高分子構造物７を配置するときには、厚さｔが高さｄより小さければ、高分子構造物の両端がつながり、閉じた構造になっていてもよい。
【００４３】
また、複数の高分子構造物７を配置するときの数（密度）は、広い温度範囲で優れた応答性を示す範囲内で適宜変更可能であり、特に限定されるものではない。ただし、高分子構造物７の数が多くなると、その分、バックライトからの光が透過する領域が狭くなるので、たとえば、バックライトを明るくするなどの対策が必要になる。
【００４４】
図６乃至図８は、本発明に係る液晶表示パネルにおける画素の概略構成および高分子構造物の配置方法の具体例を説明するための模式図である。
図６は、本発明に係る液晶表示パネルにおける画素の平面構成の一具体例を説明するための模式平面図である。図７は、高分子構造物の配置方法の一例を示す模式平面図である。図８は、高分子構造物の配置方法の別の例を示す模式平面図である。
【００４５】
本発明に係る液晶表示パネルにおいて、高分子構造物７を除く画素の構成は、基本的には任意であり、たとえば、従来より知られている種々の構成のいずれかであればよい。そこで、本明細書では、液晶表示パネルにおける画素の構成の一例として、ＩＰＳモードの場合の画素の構成を挙げる。
【００４６】
ＩＰＳモードの液晶表示パネルは、画素電極８および共通電極９が、ともにＴＦＴ基板１（第１の薄膜積層体１０２）に設けられている。このとき、ＴＦＴ基板１における１つの画素の平面構成は、たとえば、図６に示すような構成になっており、櫛歯形状の画素電極８と、櫛歯形状の共通電極９とが、互いの歯が交互に並ぶように配置されている。またこのとき、画素電極８と共通電極９とは、通常、絶縁層の同一面に配置されている。
【００４７】
なお、図６において、１０は走査信号線であり、１１は映像信号線である。また、隣接する２本の走査信号線１０の距離Ｐｘは、１つの画素のｘ軸方向の寸法であり、隣接する２本の映像信号線１１の距離Ｐｙは、１つの画素のｙ軸方向の寸法である。また、図６は、１つの画素の平面構成を模式的に示しており、ｘ軸方向の寸法とｙ軸方向の寸法との関係が、実際の液晶表示装置における関係とは異なっている。また、図６では省略しているが、液晶表示パネルにおける各画素は、たとえば、１本の走査信号線１０と接続しているゲート電極、１本の映像信号線１１と接続している第１のソース・ドレイン電極、および画素電極８と接続している第２のソース・ドレイン電極を有するＴＦＴ素子を有する。
【００４８】
ＩＰＳモードの液晶表示パネルにおける液晶層３は、電界無印加時の配向がホモジニアス配向であり、画素電極８と共通電極９との間に電位差を与えて電界を印加すると、液晶分子が概略ｘｙ面内で回転する。
【００４９】
画素電極８および共通電極９の歯が、図６に示したように、映像信号線１１の延びるｙ軸方向を長手方向とする帯状であり、かつ、これらの歯が走査信号線１０の延びるｘ軸方向に並んでいる場合、画素電極８と共通電極９との間に電位差を与えることにより液晶層３に印加される電界の方向１２は、主として、ｘ軸方向になる。そのため、このような画素を有する液晶表示パネルでは、たとえば、電界無印加時の液晶層３の配向方向１３が、電界方向１２（ｘ軸方向）から角度θだけ傾いた方向になるようにする。この電界無印加時の液晶層３の配向方向１３と電界方向１２とのなす角θは、たとえば、７０度から８５度程度である。
【００５０】
このような画素に、前述の高分子構造物７を設ける場合は、電界無印加時の液晶層３の配向方向１３が維持されるように設ける必要がある。そのため、高分子構造物７は、たとえば、図７に示すように、高分子構造物７の幅方向（ｖ軸方向）と、電界無印加時の液晶層３の配向方向１３とのなす角φが、概ね９０度になるようにする。このとき、高分子構造物７の膜面の配向能として液晶に対して垂直配向になるようにしておけばよい。
【００５１】
また、図６に示したような画素に高分子構造物７を設ける場合は、たとえば、図８に示すように、高分子構造物７の幅方向（ｖ軸方向）と、電界無印加時の液晶層３の配向方向１３とのなす角φが、概ね０度になるようにしてもよい。このとき、高分子構造物７の膜面の配向能として液晶に対して平行配向になるようにしておけばよい。
【００５２】
なお、図６に示したような画素を有する液晶表示パネルにおける高分子構造物７の配置は、広い温度範囲で優れた応答性を示し、かつ、電界無印加時の液晶層３の配向方向１３が維持される配置であればよく、図７や図８に示した例に限らず、適宜変更可能であることはもちろんである。また、高分子構造物７は、膜状構造でもよいし、柱状構造でもよいことはもちろんである。またさらに、高分子構造物７は、膜状構造のものと柱状構造のものが混在していてもよいことはもちろんである。
【００５３】
また、本明細書では、説明を省略するが、図６に示した構成とは異なる構成の画素を有する液晶表示パネルに高分子構造物７を設ける場合も、広い温度範囲で優れた応答性を示し、かつ、電界無印加時の液晶層３の配向方向１３が維持される配置にすればよい。このとき、高分子構造物７は、膜状構造でもよいし、柱状構造でもよいことはもちろんである。またこのとき、高分子構造物７は、膜状構造のものと柱状構造のものが混在していてもよいことはもちろんである。
【００５４】
さて、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間に、それらを連結する高分子構造物７を設ける場合、その形成方法には、ＴＦＴ基板１と対向基板２とを張り合わせる前に形成する方法と、張り合わせた後で形成する方法との２通りが考えられる。前者の形成方法としては、たとえば、第１の配向膜１０３または第２の配向膜２０３のいずれかの上に、フォトリソグラフィー技術を利用して形成する方法がある。また、後者の形成方法としては、たとえば、液晶組成物に含有するモノマー成分を重合させて形成する方法がある。
【００５５】
フォトリソグラフィー技術を利用して高分子構造物７を形成する方法は、液晶表示パネルの製造方法における導電層（走査信号線など）の形成方法と同じ手順でよいので、本明細書では、その説明を省略する。
【００５６】
液晶組成物に含有するモノマー成分を重合させて高分子構造物７を形成する場合は、たとえば、以下のような要領で形成する。
【００５７】
液晶層３は、液晶材料と数種類の添加物からなる液晶組成物である。この液晶組成物において、高分子構造物７の形成に用いる重合性モノマーの含有量（液晶層３を構成する液晶組成物の総重量に占める重合性モノマーの割合）は、たとえば、２．０重量％以下とすることができ、好ましくは１．５重量％以下とすることができる。またこのとき、重合性モノマーの含有量は、より好ましくは１．０重量％以下とすることができる。
【００５８】
この場合、液晶層３における液晶材料の含有量（液晶層３を構成する液晶組成物の総重量に占める液晶材料の割合）は、たとえば、９８．０〜９９．０重量％とすることができる。なお、液晶組成物に含有される液晶材料としては、ネマチック液晶材料を好ましく用いることができる。
【００５９】
液晶層３に含有するモノマー成分を重合させて高分子構造物７を形成する場合は、重合性モノマーを含有する液晶組成物をＴＦＴ基板１と対向基板２との間に封入し、次いで当該封入された液晶組成物中で重合性モノマーを重合することにより形成する。
【００６０】
ここで、重合性モノマーとしては、たとえば、光を照射することで重合する光重合性モノマーを好ましく用いることができる。すなわち、たとえば、二つ以上の官能基を有する光重合性モノマーを好ましく用いることができる。具体的には、芳香環を含む主骨格構造の両末端に官能基としてアクリル基、メタクリル基を有する誘導体を好ましく用いることができる。
【００６１】
また、高分子構造物７の形成には、たとえば、液晶性の重合性モノマーを用いることもできる。液晶性を示す重合性モノマーを用いることにより、液晶材料を高分子構造物７により安定化する効果を高めることができる。重合性モノマーとしては、これらのうち１種を単独で用いることができ、また、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００６２】
光重合性モノマーを用いる場合、高分子構造物７は、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間に封入された液晶組成物に所定の条件を満たす光を照射し、当該液晶組成物に含有する光重合性モノマーを重合させることにより形成される。
【００６３】
すなわち、まず、ＴＦＴ基板１および対向基板２と、液晶材料および光重合性モノマーを含有する液晶組成物とを準備する。次いで、ＴＦＴ基板１と対向基板２とを貼り合わせるとともに、当該ＴＦＴ基板１と対向基板２との間に液晶組成物を封入する。
【００６４】
そして、この液晶組成物に対し、ＴＦＴ基板１または対向基板２のいずれか一方、あるいは両方を介して、光重合性モノマーの重合に適した条件の光を照射する。この光照射によって、液晶組成物中で光重合性モノマーの重合が進行し、高分子構造物７が形成される。この形成方法では、液晶材料（液晶分子）が配向した場で高分子構造物７が形成されるので、高分子構造物７は液晶層３の初期配向１３（電界無印加時の配向方向）を維持するように形成されると考えられる。このとき照射する光は、光重合性モノマーを重合できるものであれば特に限られないが、たとえば、紫外線を好ましく用いることができる。また、液晶表示パネルの製造過程においては、光重合性モノマーの重合条件を適切に設定することにより、画素内に高分子構造物７を任意に配置させることができる。
【００６５】
すなわち、たとえば、図６に示したように、液晶層３の初期配向の方向１３と高分子構造物７の幅方向とのなす角φが９０度になるようにするには、フォトマスクを使用して紫外線を照射すればよい。フォトマスクの光透過部の形状を長方形にし、その短辺の長さ（高分子構造物７の厚さ方向の寸法）をセルギャップ（液晶層３の厚さｄ）以下にし、その長辺に対する法線方向（高分子構造物７の厚さ方向）を液晶層３の初期配向の方向１３と同じくすれば、図６に示したような膜状構造の高分子構造物７を形成することができる。また、フォトマスクの光透過部の形状を正方形にし、その各辺の長さをセルギャップ（液晶層３の厚さｄ）以下にすれば、柱状構造の高分子構造物７を形成することができる。
【００６６】
また、光重合性モノマーを重合させる場合は、通常、重合開始剤を用いる。この重合開始剤としては、液晶組成物に対する光照射に伴って光重合性モノマーの重合を効果的に進行させるものであれば特に限られず、任意の種類のものを適宜選択して用いることができる。すなわち、たとえば、紫外線の照射によってフリーラジカルを発生させて、光重合性モノマーのラジカル重合を効果的に促進する重合開始剤を好ましく用いることができる。
【００６７】
また、液晶組成物に含有する重合性モノマーを重合させて高分子構造物７を形成する場合、第１の配向膜１０３および第２の配向膜２０３は、液晶層３に含有される液晶材料を効果的に配向させることのできるものであれば特に限られず、たとえば、ポリイミドから構成され適切な配向処理が施された配向膜を好ましく用いることができる。
【００６８】
次に、本発明に係る液晶表示パネルの具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００６９】
実施例１では、ＩＰＳモードの液晶表示パネルに高分子構造物７を設けるときの具体的な形成方法および作用効果について説明する。
【００７０】
なお、実施例１では、平面寸法が１００ｍｍ（長片側）×１００ｍｍ（短片側）で、対角寸法が約６インチの液晶表示パネルを作製した。この液晶表示パネルの厚みは１．１ｍｍであった。また、１つ画素の大きさ（Ｐｙ×Ｐｘ）は１ｍｍ×０．５ｍｍとした。
【００７１】
また、この液晶表示パネルにおける第１の絶縁基板１０１および第２の絶縁基板２０１には、それぞれ、表面が研磨された透明なガラス基板を用いた。
【００７２】
そして、一方のガラス基板である第１の絶縁基板１０１上には、図５に示したような走査信号線１０、映像信号線１１、ＴＦＴ素子、画素電極８、および共通電極９、ならびに絶縁層を有する第１の薄膜積層体１０２と、第１の配向膜１０３とを形成し、ＴＦＴ基板１とした。
【００７３】
また、他方のガラス基板である第２の絶縁基板２０１上には、たとえば、ブラックマトリクス、カラーフィルター、および平坦化層を有する第２の薄膜積層体２０２と、第２の配向膜２０３とを形成し、対向基板２とした。
【００７４】
このとき、第１の配向膜１０３および第２の配向膜２０３を構成する材料としては、ポリイミドを採用した。すなわち、まず、ポリイミド樹脂（またはその前駆体）を印刷機で塗布して焼成し、膜厚が０．０７〜０．１μｍのポリイミド膜を形成した。その後、当該ポリイミド膜の表面に、液晶層３に含まれる液晶材料を配向させるための配向処理を施して、第１の配向膜１０３および第２の配向膜２０３としている。配向処理は、ラビングロールとしてレーヨン製バフ布を備えたラビング機を用いて行なった。ラビング角度は、短辺側に対して４５度とし、一対の基板１，２の間で平行になるようにした。
【００７５】
ＴＦＴ基板１と対向基板２との接着は、図１に示した環状のシール材４ａを介して行った。すなわち、エポキシ樹脂からなるシール剤の中にポリマビーズを適量混入して複合シール剤を調製し、シールマスクを用いて当該複合シール剤を一方の基板上に印刷することによりシール材４ａを形成した。その後、シール材４ａを構成する複合シール剤の仮硬化を行い、ＴＦＴ基板１と対向基板２とを組み合わせた。そして、プレスを用いて当該一対の基板を加圧しつつ、シール材４ａを完全硬化させた。
【００７６】
このとき、ＴＦＴ基板１、対向基板２、およびシール材４ａで囲まれた空間（パネル部）には、球形のポリマビーズを狭持し、液晶組成物を封入した状態でのギャップ（厚さｄ）が４．５μｍとなるように調整した。またこのとき、パネル部に液晶組成物を注入するためにシール材４ａに設けた液晶注入口の幅は、１０ｍｍとした。
【００７７】
一方、液晶層３および高分子構造物７の形成に用いる液晶組成物として、重合性モノマー、重合開始剤、および液晶材料から構成される液晶組成物Ａを調製した。重合性モノマーとしては、２官能性アクリルモノマーを用いた。重合開始剤としては、２，２−ジエトキシ-フェニル-アセトフェノン（イルガキュア６５１、長瀬産業株式会社）を使用した。液晶材料としては、フッ素系ネマチック液晶組成物を使用した。
【００７８】
なお、この液晶組成物Ａにおける重合性モノマー、重合開始剤、および液晶材料の重量比率は、それぞれ、０.９重量％、０.１重量％、および９９.０重量％であった。
【００７９】
次に、ＴＦＴ基板１、対向基板２、およびシール材４ａで囲まれた空間に液晶組成物Ａを注入した。すなわち、図示しない密閉可能な容器の中に液晶表示パネルを、その液晶注入口を下方に向けて配置した。また、容器の外部に設けられた上下駆動装置に接続されている液晶皿に液晶組成物Ａを入れた。なお、液晶組成物Ａは液晶皿中で若干盛り上がった状態で保持された。容器の外部には真空ポンプとピラニ真空計に接続され配管とが設けられた。そして、真空ポンプを作動させ、調整バルブでピラニ真空計をモニタしながら排気量を調整し、真空度が１２０分で５Ｐａになるまで排気して容器内を減圧した。
【００８０】
次いで、上下駆動装置を作動させて液晶注入口を液晶組成物Ａに浸漬した。その後、調整バルブを閉じ、リーク配管の調整バルブを開けて、容器内に窒素又は空気を導入して、ＴＦＴ基板１、対向基板２、およびシール材４ａで囲まれた空間に液晶組成物Ａを注入した。注入が終了した後、液晶注入口を紫外線硬化剤（アクリル性樹脂）でなるシール材４ｂで封止した。
【００８１】
次に、液晶表示パネルを８０℃で所定時間保持することにより、液晶材料を等方性液体にした。これにより、液晶組成物中の重合性モノマーや重合開始剤が均一に分散した。
【００８２】
その後、ＴＦＴ基板１側から紫外線を照射することにより、液晶組成物中において重合性モノマーを重合させる高分子安定化工程を実施した。こうして、液晶組成物Ａを用いて形成された液晶層３と高分子構造物７を有する液晶表示パネルを製造した。
【００８３】
また、同様にして、液晶組成物Ａに代えて、母体液晶（すなわち、液晶組成物Ａに含有される液晶材料と同一のフッ素系ネマチック液晶組成物）を液晶組成物として用いて、高分子構造物７を有しない液晶表示パネル（以下、「比較パネル」という。）も製造した。
【００８４】
そして、このようにして製造された液晶表示パネルおよび比較パネルにおける応答速度を評価した。その結果、２０℃において、母体液晶のみを使用した比較パネルの応答時間（τｏｆｆ）が４０ｍｓであったのに対して、液晶組成物Ａを使用した液晶表示パネルの応答時間は３４ｍｓであり、応答性に改善が見られた。
【００８５】
さらに、０℃においては、比較パネルの応答時間が１２０ｍｓであったのに対して、液晶組成物Ａを使用した液晶表示パネルの応答時間は１１８ｍｓであり、やはり改善が見られた。また、液晶組成物Ａを使用した液晶表示パネルにおいては、電圧保持率の低下は無く、実用上問題のないことが示された。これは従来の高分子安定化に比較して、モノマー量が１.０重量％以下と少ないことが起因していると推測される。また、コントラストも比較パネルとほぼ同じであった。
【００８６】
次に、液晶組成物Ａを使用した液晶表示パネルを分解した後、液晶表示パネル中の液晶組成物をベンゼンで洗い流した。その後、液晶表示パネル中にベンゼンを入れた状態で０℃に冷却してフリーズドライ法によりベンゼンを除去した。そして、このベンゼンを除去した後の液晶表示パネルの断面を電子顕微鏡で観測した。
【００８７】
その結果、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間隙に、基板間を連結した膜状構造の高分子構造物７が複数個観察された。したがって、高分子構造物７がＴＦＴ基板１と対向基板２とを連結するように存在することで、ＩＰＳモードの駆動と相まって液晶を配向させる効果を生じ、これにより高速化が達成されたと考えられる。また、高分子構造物７が連続的に形成されているのでなく、分散して配置されているため、コントラストの低下が生じていないと思われる。
【００８８】
また、液晶組成物Ａを使用した液晶表示パネルを分解した際に抽出された液晶組成物を回収し、化学分析を行ったところ、モノマー残量が２８．５重量％であった。したがって、反応度が７０重量％以上あれば、高速応答に効果があると考えられる。
【実施例２】
【００８９】
実施例２では、実施例１と同様に、ＩＰＳモードの液晶表示パネルに高分子構造物７を設けるときの具体的な方法および作用効果について説明する。なお、実施例２では、液晶組成物中の重合性モノマーを重合させる高分子安定化工程において、フォトマスクを使用した。また、実施例２の液晶表示パネルの製造方法において、フォトマスクを使用して重合性モノマーを重合させる点以外は、実施例１と同じである。そのため、実施例２では、液晶表示パネルの製造手順に関する説明を省略する。
【００９０】
実施例２において、重合性モノマーを重合させる際に使用するフォトマスクは、１ｍｍ（縦方向）×０．５ｍｍ（横方向）のサイズの画素中に、光透過部を縦方向に１００列、横方向に２５列配置した。また、フォトマスクの光透過部の形状は長方形にし、その短辺の長さを１．０μｍ、長辺の長さを１０．０μｍにし、その長辺に対する法線方向を液晶材料（液晶分子）の初期配向と同じくした。すなわち、実施例２では、高分子構造物７の向きと液晶層３の初期配向の方向１３との関係が、図７に示したような関係になるフォトマスクを使用している。
【００９１】
そして、実施例２の手順で製造された液晶表示パネルにおける応答速度について、実施例１の場合と同様の評価をした。その結果、２０℃において、母体液晶のみを使用した比較パネルの応答時間（τｏｆｆ）が上述のとおり４０ｍｓであったのに対して、液晶組成物Ａを使用した実施例２の液晶表示パネルの応答時間は３５ｍｓであり、改善が見られた。
【００９２】
さらに、０℃においては、比較パネルの応答時間が上述のとおり１２０ｍｓであったのに対して、液晶組成物Ａを使用した実施例２の液晶表示パネルの応答時間は１１９ｍｓであり、やはり改善が見られた。
【００９３】
すなわち、液晶組成物Ａを使用した実施例２の液晶表示パネルにおける応答時間の改善効果は、上述の実施例１で得られた効果とほぼ同等であった。また、実施例２の液晶表示パネルは、実施例１のものと比較して若干コントラストが向上した。これは、高分子安定化処理が画素全体でなく、フォトマスクを使用して部分的に実施したためと推測される。
【００９４】
次に、実施例２の液晶表示パネルに対して、実施例１で説明したような処理を施し、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間隙を電子顕微鏡にて観察した。その結果、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間隙に、これらの基板間を連結した膜状構造の高分子構造物７が複数個観察された。また、膜状構造の高分子構造物７の膜面（ｖｚ面）の法線方向（ｕ軸方向）は液晶材料の初期配向の方向と同じであった。
【実施例３】
【００９５】
実施例３では、実施例２と同様に、液晶組成物中の重合性モノマーを重合させる高分子安定化工程においてフォトマスクを使用した液晶表示パネルの作用効果について説明する。なお、実施例３の液晶表示パネルの製造方法において、フォトマスクを使用して重合性モノマーを重合させる点以外は、実施例１と同じである。そのため、実施例３では、液晶表示パネルの製造手順に関する説明を省略する。また、実施例３の液晶表示パネルの製造方法では、フォトマスクにおける光透過部の配置を、実施例２の場合とは変えている。
【００９６】
実施例３において、重合性モノマーを重合させる際に使用するフォトマスクは、１ｍｍ（縦方向）×０．５ｍｍ（横方向）のサイズの画素中に、光透過部を縦方向に１００列、横方向に２５列配置した。また、フォトマスクの光透過部の形状は長方形にし、その短辺の長さを１．０μｍ、長辺の長さを１０．０μｍにし、その長辺に対する接線方向を液晶の初期配向と同じくした。すなわち、実施例３では、高分子構造物７の向きと液晶層３の初期配向の方向１３との関係が、図８に示したような関係になるフォトマスクを使用している。
【００９７】
そして、実施例３の手順で製造された液晶表示パネルにおける応答速度について、実施例１と同様の評価をした。その結果、２０℃において、母体液晶のみを使用した比較パネルの応答時間（τｏｆｆ）が上述のとおり４０ｍｓであったのに対して、液晶組成物Ａを使用した実施例３の液晶表示パネルの応答時間は３６ｍｓであり、改善が見られた。
【００９８】
さらに、０℃においては、比較パネルの応答時間が上述のとおり１２０ｍｓであったのに対して、液晶組成物Ａを使用した実施例３の液晶表示パネルの応答時間は１１０ｍｓであり、やはり改善が見られた。
【００９９】
すなわち、液晶組成物Ａを使用した実施例３の液晶表示パネルにおける応答時間の改善効果は、上述の実施例１で得られた効果とほぼ同等であった。また、実施例３の液晶表示パネルは、実施例１のものと比較して若干コントラストが向上した。これは、高分子安定化処理が画素全体でなく、フォトマスクをして部分的に実施したためと推測される。
【０１００】
次に、実施例３の液晶表示パネルに対して、実施例１で説明したような処理を施し、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間隙を電子顕微鏡にて観察した。その結果、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間隙に、これらの基板間を連結した膜状構造の高分子構造物７が複数個観察された。また、膜状構造の高分子構造物７の膜面（ｖｚ面）の接線方向（ｖ軸方向）は液晶材料の初期配向と同じであった。
【実施例４】
【０１０１】
実施例４では、実施例２および実施例３と同様に、液晶組成物中の重合性モノマーを重合させる高分子安定化工程においてフォトマスクを使用した液晶表示パネルの作用効果について説明する。なお、実施例４の液晶表示パネルの製造方法において、フォトマスクを使用して重合性モノマーを重合させる点以外は、実施例１と同じである。そのため、実施例３では、液晶表示パネルの製造手順に関する説明を省略する。また、実施例４の液晶表示パネルの製造方法では、フォトマスクにおける光透過部の開口構造を、実施例２および実施例３の場合とは変えている。
【０１０２】
実施例４において、重合性モノマーを重合させる際に使用するフォトマスクは、１ｍｍ（縦方向）×０．５ｍｍ（横方向）のサイズの画素中に、光透過部を縦方向に１００列、横方向に５０列配置した。また、フォトマスクの光透過部の形状は正方形にし、その辺の長さを１．０μｍにした。すなわち、実施例２および実施例３では、膜状構造の高分子構造物７が形成されるフォトマスクを使用したのに対し、実施例４では、柱状構造の高分子構造８が形成されるようなフォトマスクを使用している。
【０１０３】
そして、実施例４の手順で製造された液晶表示パネルにおける応答速度について、実施例１と同様の評価をした。その結果、２０℃において、母体液晶のみを使用した比較パネルの応答時間（τｏｆｆ）が上述のとおり４０ｍｓであったのに対して、液晶組成物Ａを使用した実施例４の液晶表示パネルの応答時間は３６ｍｓであり、改善が見られた。
【０１０４】
さらに、０℃においては、比較パネルの応答時間が上述のとおり１２０ｍｓであったのに対して、液晶組成物Ａを使用した実施例４の液晶表示パネルの応答時間は１１１ｍｓであり、やはり改善が見られた。
【０１０５】
すなわち、液晶組成物Ａを使用した実施例４の液晶表示パネルにおける応答時間の改善効果は、上述の実施例１で得られた効果とほぼ同等であった。また、実施例４の液晶表示パネルは、実施例１のものと比較して若干コントラストが向上した。これは、高分子安定化処理が画素全体でなく、フォトマスクをして部分的に実施したためと推測される。
【０１０６】
次に、実施例４の液晶表示パネルに対して、実施例１で説明したような処理を施し、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間隙を電子顕微鏡にて観察した。その結果、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間隙に、これらの基板間を連結した柱状構造の高分子構造物７が複数個観察された。
【０１０７】
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。
【０１０８】
たとえば、実施例１乃至実施例４には、ＩＰＳモードで駆動する液晶表示パネルにおける応答速度の改善について主に記載した。しかしながら、この応答速度の改善の要因は、高分子安定化による液晶組成物の弾性率向上にあると推測されることから、ＩＰＳモードに限らず、たとえば、ＴＮモード、ＳＴＮモード、ＯＣＢモード、ＦＦＳモードなどの他の駆動モードの液晶表示パネルにおいても、広い温度領域で応答速度が改善され、かつ、信頼性にも優れることはもちろんである。
【０１０９】
また、液晶表示パネルは、たとえば、図２に示したように、第１の偏光板４と第２の偏光板５の一対の偏光板が液晶層３を挟んで配置されているものに限らず、第２の偏光板５のみを有するもの、すなわち反射型の液晶表示パネルであってもよいことはもちろんである。また、液晶表示パネルは、１つの画素に、バックライトからの光の透過量を制御する領域と、外光の反射量を制御する領域とが存在する半透過型の液晶表示パネルであってもよいことはもちろんである。
【０１１０】
また、真空封入ではなく、ＯＤＦ（滴下封入）によって液晶組成物を封入することにより液晶層３を形成した場合であっても、同様に、広い温度範囲において応答速度に優れ、かつ、信頼性にも優れた液晶表示パネル（液晶表示装置）を提供することももちろんである。
【０１１１】
すなわち、本発明は、ある特定の用途の液晶表示パネル（液晶表示装置）に対してだけではなく、さまざまな液晶表示装置に適用可能である。しかしながら、本発明の液晶表示パネルは、上記のように、広い温度範囲において優れた応答速度を示し、かつ、信頼性にも優れているという特長を有する。したがって、本発明は、たとえば、携帯電話端末やカーナビゲーションシステムなどの広い温度範囲で使用され得る携帯型電子機器に設ける液晶表示装置に適用することで、その効果を最大限に発揮する。
【符号の説明】
【０１１２】
１  ＴＦＴ基板
１０１  第１の絶縁基板
１０２  第１の薄膜積層体
１０３  第１の配向膜
２  対向基板
２０１  第２の絶縁基板
２０２  第２の薄膜積層体
２０３  第２の配向膜
３  液晶層
４ａ，４ｂ  シール材
５  第１の偏光板
６  第２の偏光板
７  高分子構造物
８  画素電極
９  共通電極
１０  走査信号線
１１  映像信号線
１２  電界の方向
１３  電界無印加時の液晶層３の配向方向（液晶材料の初期配向の方向）
【図１】
2011081256.tif 000003
【図２】
2011081256.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011081256.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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