(57)【要約】【課題】表示画像の焼き付きが少なく、高品位な液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置は、少なくとも一方が透明な一対の基板と、一対の基板間に配置された液晶層２４０と、一対の基板の一方の基板２３２に形成され、液晶層２４０に電界を印加するための一対の電極群と、一対の電極群に接続された複数のアクティブ素子と、液晶層２４０に接する面上に形成された配向膜２３７とを有する液晶表示装置であって、一画素の領域において一対の電極群のうちいずれか一方の電極２３３は平板状、他方の電極２３６は櫛歯状に形成されており、一対の電極の間には絶縁膜２７０が配置され、櫛歯状電極の上に配向膜２３７が配置され、絶縁膜２７０の比抵抗ρｐ（Ωｃｍ）および膜厚ｄｐ（ｎｍ）、配向膜２３７の比抵抗ρＡ（Ωｃｍ）および膜厚ｄＡ（ｎｍ）が関係式（ρｐ・ρＡ）／（ρｐ・ｄＡ＋ρＡ・ｄｐ）≧８×１０１７（Ω）を満たす。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が透明な一対の基板と、
前記一対の基板間に配置された液晶層と、
前記一対の基板の一方の基板に形成され、前記液晶層に電界を印加するための一対の電極群と、
前記一対の電極群に接続された複数のアクティブ素子と、
前記液晶層に接する面上に形成された配向膜とを有する液晶表示装置であって、
一画素の領域において前記一対の電極群のうちいずれか一方の電極は平板状、他方は櫛歯状に形成されており、
前記一対の電極の間には絶縁膜が配置され、
前記櫛歯状電極の上に配向膜が配置され、
前記絶縁膜の比抵抗ρｐ（Ωｃｍ）および膜厚ｄｐ（ｎｍ）、前記配向膜の比抵抗ρＡ（Ωｃｍ）および膜厚ｄＡ（ｎｍ）が関係式
（ρｐ・ρＡ）／（ρｐ・ｄＡ＋ρＡ・ｄｐ）≧８×１０１７（Ω）
を満たす、ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記絶縁膜の比抵抗ρｐ（Ωｃｍ）および膜厚ｄｐ（ｎｍ）、前記配向膜の比抵抗ρＡ（Ωｃｍ）および膜厚ｄＡ（ｎｍ）が関係式
（ρｐ・ρＡ）／（ρｐ・ｄＡ＋ρＡ・ｄｐ）≧２×１０１８（Ω）
を満たす、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】
前記絶縁膜の比抵抗ρｐは、１×１０１４（Ωｃｍ）以上かつ１×１０１７（Ωｃｍ）未満である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記絶縁膜の比抵抗ρｐは、５×１０１５（Ωｃｍ）以上かつ１×１０１７（Ωｃｍ）未満である、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５】
前記配向膜の比抵抗ρＡは、１×１０１４（Ωｃｍ）以上かつ１×１０１７（Ωｃｍ）未満である、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記配向膜の比抵抗ρＡは、５×１０１５（Ωｃｍ）以上かつ１×１０１７（Ωｃｍ）未満である、ことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記絶縁膜の膜厚ｄｐは、２００（ｎｍ）以上１０００（ｎｍ）以下である、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記配向膜の膜厚ｄＡは、２０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下である、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記液晶層の比抵抗は、１×１０１４（Ωｃｍ）以上である、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記配向膜は、偏光紫外線を照射することにより液晶配向能を付与されている、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記配向膜は、ポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドを含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの基板に挟持された液晶層を配向させる配向膜を有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は表示品質が高く、且つ薄型、軽量、低消費電力などといった特長からその用途を広げており、携帯電話用モニター、デジタルスチルカメラ用モニターなどの携帯向けモニターからデスクトップパソコン用モニター、印刷やデザイン向けモニター、医療用モニターさらには液晶テレビなど様々な用途に用いられている。これら用途拡大に伴い、液晶表示装置には各用途に合わせたより高度な品質が求められている。
【０００３】
通常、液晶表示装置の表示は一対の基板間に挟まれた液晶層の液晶分子に電界を印加することにより液晶分子の配向方向を変化させ、それにより生じた液晶層の光学特性の変化により行われる。電界無印加時の液晶分子の配向方向は、ポリイミド薄膜の表面にラビング処理を施した配向膜（「配向制御膜」とも言う）により規定されている。従来、画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子を備えたアクティブ駆動型液晶表示装置は、液晶層を挟持する一対の基板のそれぞれに電極を設け、液晶層に印加する電界の方向が基板面に対してほぼ垂直になる、所謂縦電界になるように設定され、液晶層を構成する液晶分子の光旋光性を利用して表示を行う。縦電界方式の代表的な液晶表示装置として、ツイステッドネマチック（ＴＮ：Twisted Nematic）方式が知られている。ＴＮ方式の液晶表示装置においては視野角が狭いことが大きな課題の一つである。そこで、広視野角化を達成する表示方式としてＩＰＳ（In-Plane Switching）方式やＶＡ（Vertically Alignment）方式が知られている。
【０００４】
また、このような液晶表示装置において、駆動時に電荷が溜まることにより残像、焼き付きが起こることが知られている。本課題に対して、特許文献１には、配向膜抵抗を出来るだけ下げることにより、溜まった電荷を拡散しやすくして解消することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４１２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＴＶ等の大型液晶表示装置に比べて、短時間でオン／オフを繰り返す中小型の液晶表示装置においては、溜まった電荷を拡散し残像を解消する時間を短くすることより、初期の残像強度が低い方が望ましい。本出願の発明者の研究によれば、平面状の電極と層間絶縁膜（保護絶縁膜）を介して形成された櫛歯状電極の間に電界をかけて液晶を駆動する方式の液晶表示装置において、配向膜抵抗を下げてしまうと、駆動時に蓄積する電荷量が多くなってしまい、初期に発生する残像強度が大きくなってしまうことが分かった。また、保護絶縁膜の抵抗も配向膜抵抗と共に残像強度に大きく関わっており、これらの合成抵抗が低いと残像強度を抑制できないことも分かった。
【０００７】
本発明は、上述の事情を鑑みてされたものであり、表示画像の焼き付きが少ない高品位な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液晶表示装置は、少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板間に配置された液晶層と、前記一対の基板の一方の基板に形成され、前記液晶層に電界を印加するための一対の電極群と、前記一対の電極群に接続された複数のアクティブ素子と、前記液晶層に接する面上に形成された配向膜とを有する液晶表示装置であって、一画素の領域において前記一対の電極群のうちいずれか一方の電極は平板状、他方は櫛歯状に形成されており、前記一対の電極の間には絶縁膜が配置され、前記櫛歯状電極の上に配向膜が配置され、前記絶縁膜の比抵抗ρｐ（Ωｃｍ）および膜厚ｄｐ（ｎｍ）、前記配向膜の比抵抗ρＡ（Ωｃｍ）および膜厚ｄＡ（ｎｍ）が関係式（ρｐ・ρＡ）／（ρｐ・ｄＡ＋ρＡ・ｄｐ）≧８×１０１７（Ω）を満たす、ことを特徴とする液晶表示装置である。
【０００９】
ここで、絶縁膜は、ゲート絶縁膜、保護絶縁膜等を含み、後述する実施例におけるＰＡＳ膜を意味している。
【００１０】
また、本発明の液晶表示装置では、前記絶縁膜の比抵抗ρｐ（Ωｃｍ）および膜厚ｄｐ（ｎｍ）、前記配向膜の比抵抗ρＡ（Ωｃｍ）および膜厚ｄＡ（ｎｍ）が関係式（ρｐ・ρＡ）／（ρｐ・ｄＡ＋ρＡ・ｄｐ）≧２×１０１８（Ω）を満たしていてもよい。
【００１１】
また、本発明の液晶表示装置においては、前記絶縁膜の比抵抗ρｐを、１×１０１４（Ωｃｍ）以上かつ１×１０１７（Ωｃｍ）未満としてもよく、更に、前記絶縁膜の比抵抗ρｐを、５×１０１５（Ωｃｍ）以上かつ１×１０１７（Ωｃｍ）未満としてもよい。
【００１２】
また、本発明の液晶表示装置においては、前記配向膜の比抵抗ρＡを、１×１０１４（Ωｃｍ）以上かつ１×１０１７（Ωｃｍ）未満としてもよく、更に、前記配向膜の比抵抗ρＡを、５×１０１５（Ωｃｍ）以上かつ１×１０１７（Ωｃｍ）未満としてもよい。
【００１３】
また、本発明の液晶表示装置においては、前記絶縁膜の膜厚ｄｐを、２００（ｎｍ）以上１０００（ｎｍ）以下としてもよい。
【００１４】
また、本発明の液晶表示装置においては、前記配向膜の膜厚ｄＡを、２０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下としてもよい。
【００１５】
また、本発明の液晶表示装置においては、前記液晶層の比抵抗を、１×１０１４（Ωｃｍ）以上としてもよい。
【００１６】
また、本発明の液晶表示装置において、前記配向膜は、偏光紫外線を照射することにより液晶配向能を付与されていてもよい。
【００１７】
また、本発明の液晶表示装置において、前記配向膜は、ポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドを含むこととしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、表示画像の焼き付きが少ない高品位な液晶表示装置を提供できる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例に係る液晶表示装置について概略的に示す図である。
【図２】図１の液晶モジュールのある画素についての断面を概略的に示す図である。
【図３】ＴＦＴ基板の１画素付近の模式平面図である。
【図４】ＰＡＳ膜及び配向膜それぞれの膜厚及び比抵抗並びに液晶の比抵抗と、残像強度との関係を示す表である。
【図５】ＰＡＳ膜の比抵抗の違いについて比較するための表である。
【図６】配向膜の比抵抗の違いについて比較するための表である。
【図７】液晶の比抵抗の違いについて比較するための表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。実施例を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例】
【００２１】
図１には、本発明の実施例に係る液晶表示装置１００が概略的に示されている。この図に示されるように、液晶表示装置１００は、上フレーム１１０及び下フレーム１２０に挟まれるように固定された液晶モジュール２００から構成されている。
【００２２】
図２には、図１の液晶モジュール２００のある画素についての断面を概略的に示す図であり、後述する図３のII−II線での断面を示している。この図２に示されるように、液晶モジュール２００は、不図示の光源等から構成されるバックライト２６０と、各画素の階調値に基づく、電界を発生させる薄膜トランジスタ基板（以下、「ＴＦＴ基板」という。）２３０と、ＲＧＢのカラーフィルタを有するカラーフィルタ基板２２０と、ＴＦＴ基板２３０及びカラーフィルタ基板２２０の間に封止された液晶組成物からなる液晶層２４０とを備えている。
【００２３】
また、ＴＦＴ基板２３０は、ガラス基板２３２と、ガラス基板２３２のバックライト２６０側に配置され、バックライト２６０から出射された光を偏光させる偏光板２３１と、ガラス基板２３２の液晶層２４０側に平面的に形成された共通電極２３３と、共通電極２３３上に形成された絶縁膜であるゲート絶縁膜２３４と、ゲート絶縁膜２３４上に形成された保護絶縁膜２３５と、保護絶縁膜２３５上に形成された櫛歯状の画素電極２３６と、画素電極２３６上に形成され、電圧が印加されていないときに液晶組成物を配向させる配向膜２３７と、を有している。
【００２４】
また、カラーフィルタ基板２２０は、ガラス基板２２２と、ガラス基板２３２の液晶層２４０側とは反対側に配置された偏光板２２１と、ガラス基板２２２の液晶層２４０側に、各画素の各色を仕切るように形成され、隣の画素に入るべき光が入光するのを防ぐブラックマトリクス２２６と、ブラックマトリクス２２６に囲まれた領域に形成され、ＲＧＢのいずれかの色に対応する波長を透過するカラーフィルタ２２３と、ブラックマトリクス２２６及びカラーフィルタ２２３を覆うように形成されたオーバーコート層２２４と、オーバーコート層２２４上に形成され、電圧が印加されていないときに液晶組成物を配向させる配向膜２２５と、を有している。
【００２５】
画素電極２３６と共通電極２３３は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）により形成されており、共通電極２３３は画素のほぼ全体を覆う平板状電極で形成されている。本構成により電極上も透過部として利用することができ、開口率を向上することができる。また、電極間隔を短くすることができ、電界を効率よく液晶に印加できる。また、画素電極２３６と共通電極２３３に印加する電圧を反転させて液晶を駆動することも可能である。
【００２６】
ＴＦＴ基板２３０の製造において、ガラス基板２３２には、厚みが０．７ｍｍで表面を研磨したものが用いられており、ガラス基板２３２上には、共通電極２３３、画素電極２３６、信号配線２３８及び走査配線２３９（図３参照）の短絡を防止するためのゲート絶縁膜２３４と、薄膜トランジスタ２８０（図３参照）、画素電極２３６及び信号配線２３８を保護する保護絶縁膜２３５が形成されている。
【００２７】
図３は、ＴＦＴ基板２３０の１画素付近の模式平面図であり、図２は、図３のII−II線での断面図である。薄膜トランジスタ２８０は、画素電極（ソース電極）２３６、信号配線（ドレイン電極）２３８、走査配線（ゲート電極）２３９及びアモルファスシリコン２８１から構成される。走査配線（ゲート電極）２３９はアルミニウム膜をパターニングし、信号配線（ドレイン電極）２３８はクロム膜をパターニングし、そして共通電極２３３と画素電極２３６とはＩＴＯをパターニングして形成する。
【００２８】
ゲート絶縁膜２３４と保護絶縁膜２３５は窒化珪素からなる。容量素子は画素電極２３６と共通電極２３３でゲート絶縁膜２３４と保護絶縁膜２３５を挟む構造として形成され、これら２つの絶縁膜を合わせてＰＡＳ膜２７０とする。窒化珪素は、製膜時のＮ２ガスまたはＮＨ４ガスの流量を変化させることにより膜中窒素量を変化させ、比抵抗の異なる窒化珪素膜を製膜した。なおＰＡＳ膜はアクリル樹脂などの有機絶縁膜であっても良く、樹脂材料を変更することにより比抵抗を変化させることができる。
【００２９】
画素電極２３６は、ベタ形状の共通電極２３３の上層に重畳する形で配置されている。画素数は１０２４×３（Ｒ，Ｇ，Ｂに対応）本の信号配線２３８と、７６８本の走査配線２３９とから構成される１０２４×３×７６８個とする。カラーフィルタ基板２２０のガラス基板２２２上には、ブラックマトリクス２２６付きカラーフィルタ２２３を形成している。
【００３０】
本実施例において、配向膜２３７はポリイミドを用い、偏光紫外線を照射することにより液晶配向能を付与した。紫外線を照射することにより配向膜の比抵抗が上昇するため、本発明を有効に作用させることができる。また、ポリイミドは前駆体であるポリアミド酸またはポリアミド酸エステルを基板に塗布した後、加熱焼成することにより製膜した。本実施例においてはポリアミド酸１（１×１０１４Ωｃｍ）、ポリアミド酸２（１×１０１５Ωｃｍ）、ポリアミド酸メチルエステル（５×１０１５Ωｃｍ）の比抵抗の異なる３種の前駆体を用いて配向膜を用いた。ポリアミド酸エステルはポリアミド酸に比べて比抵抗が高いため、本発明を有効に作用させることができる。なお液晶配向能はラビング配向法により付与することもできる。
【００３１】
ＴＦＴ基板２３０の配向膜２３７及びカラーフィルタ基板２２０の配向膜２２５の配向方向は互いにほぼ平行とした。これらの基板間に平均粒径が４μｍのポリマービーズをスペーサとして分散し、ＴＦＴ基板２３０とカラーフィルタ基板２２０との間に液晶分子を挟み込み液晶層２４０を形成している。
【００３２】
ＴＦＴ基板２３０とカラーフィルタ基板２２０とを挟む２枚の偏光板２３１及び２２１はクロスニコルに配置した。そして、低電圧で暗状態となり、高電圧で明状態をとるノーマリークローズ特性を採用した。
【００３３】
図４には、本実施例で作製した液晶表示装置１００における、ＰＡＳ膜２７０及び配向膜２３７それぞれの膜厚及び比抵抗並びに液晶の比抵抗と、測定された残像強度との関係を示す表が示されている。図４の表には、Ｎｏ．１からＮｏ．１３までの１３種類の測定結果が示されている。本実施例では、液晶表示装置１００の画像の焼き付け、残像を定量的に測定するため、輝度計を用いて評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウパターンを２時間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示、ここでは、輝度が最大輝度の５０％となるように全面を切り換え、ウインドウパターン表示部の輝度Ｂ１と非表示部の輝度Ｂ０を輝度計を用いて測定し、式（Ｂ１−Ｂ０）／Ｂ０×１００により残像強度を求めた。ここで許容される残像強度は１．０％未満であり、１．０％未満であれば残像はほとんど認知されない。また、表中の合成抵抗は、絶縁膜の比抵抗ρｐ（Ωｃｍ）および膜厚ｄｐ（ｎｍ）、前記配向膜の比抵抗ρＡ（Ωｃｍ）および膜厚ｄＡ（ｎｍ）とした場合の式（（ρｐ・ρＡ）／（ρｐ・ｄＡ＋ρＡ・ｄｐ））により求められる値であり、ＰＡＳ膜と配向膜の面内方向における合成抵抗を示している。
【００３４】
図４の表に示されるように、合成抵抗７×１０１７（Ω）及び合成抵抗２×１０１７（Ω）で残像強度がそれぞれ４．５％及び４．４％の高い値となったが、合成抵抗８×１０１７（Ω）以上では、残像強度が０．９％以下の良好な値が得られた。特に、合成抵抗２×１０１８（Ω）以上では、残像強度が０．７％以下となり、より好ましいことが分かる。
【００３５】
図５には、図４の表のうち、ＰＡＳ膜（絶縁膜）の膜厚が４００（ｎｍ）、配向膜の膜厚が１００（ｎｍ）、比抵抗が１×１０１４（Ωｃｍ）以上、液晶の比抵抗が１×１０１４（Ωｃｍ）である測定について抽出した、ＰＡＳ膜の比抵抗の違いについて比較するための表が示されている。この図５の表に示されるように、ＰＡＳ膜の比抵抗が１×１０１３（Ωｃｍ）の場合には、残像強度が４．４％の高い値であるが、ＰＡＳ膜の比抵抗が１×１０１４（Ωｃｍ）以上では、残像強度が０．５％以下の良好な値が得られている。また、ＰＡＳ膜の比抵抗が５×１０１５（Ωｃｍ）である場合には残像強度が０．１％であり、ＰＡＳ膜の比抵抗が５×１０１５（Ωｃｍ）以上であることがより好ましいことが分かる。
【００３６】
図６には、図４の表のうち、ＰＡＳ膜の膜厚が４００（ｎｍ）、比抵抗が１×１０１４（Ωｃｍ）、配向膜の膜厚が１００（ｎｍ）、液晶の比抵抗が１×１０１４（Ωｃｍ）である測定について抽出した、配向膜の比抵抗の違いについて比較するための表が示されている。この図６の表に示されるように、配向膜の比抵抗が１×１０１３（Ωｃｍ）の場合には、残像強度が４．５％の高い値であるが、配向膜の比抵抗が１×１０１４（Ωｃｍ）以上では、残像強度が０．５％以下の良好な値が得られている。また、配向膜の比抵抗が５×１０１５（Ωｃｍ）である場合には残像強度が０．３％であり、配向膜の比抵抗が５×１０１５（Ωｃｍ）以上であることがより好ましいことが分かる。
【００３７】
図７には、図４の表のうち、合成抵抗が８×１０１７（Ω）以上である測定について抽出して示すと共に、合成抵抗が８×１０１７（Ω）以上であり、かつ液晶の比抵抗が１×１０１３（Ωｃｍ）であるＮｏ．１４の測定結果が加えられている。この図７の表に示されるように、合成抵抗が８×１０１７（Ω）以上であっても、液晶の比抵抗が１×１０１３（Ωｃｍ）である場合には、残像強度は３．８％と高い値を示しており、液晶の比抵抗１×１０１４（Ωｃｍ）以上が好ましいことが分かる。
【００３８】
ＰＡＳ膜（絶縁膜）及び配向膜の比抵抗値において、１×１０１７（Ωｃｍ）以上のものを製造することは困難であることから、ＰＡＳ膜（絶縁膜）及び配向膜の比抵抗値は、１×１０１７（Ωｃｍ）未満である。
【００３９】
一方、ＰＡＳ膜は２００ｎｍより薄いと絶縁破壊しやすくなり、１０００ｎｍより厚く形成するのはコスト、生産性の点から好ましくない。
【００４０】
また、配向膜は２０ｎｍより薄いと塗布均一性を保つのが難しくなり、液晶の配向方向にムラが出来てしまうため好ましくなく、また２００ｎｍより厚いと膜形成時に残留溶媒が残りやすく、液晶を汚染してしまうため好ましくない。
【００４１】
また、本実施例による液晶表示装置の表示品位を評価したところ、コントラスト比５００対１の高品位な表示が確認されるとともに、中間調表示時における広視野角が確認された。
【符号の説明】
【００４２】
１００  液晶表示装置、１１０  上フレーム、１２０  下フレーム、２００  液晶モジュール、２２０  カラーフィルタ基板、２２１  偏光板、２２２  ガラス基板、２２３  カラーフィルタ、２２４  オーバーコート層、２２５  配向膜、２２６  ブラックマトリクス、２３０  ＴＦＴ基板、２３１  偏光板、２３２  ガラス基板、２３３  共通電極、２３４  ゲート絶縁膜、２３５  保護絶縁膜、２３６  画素電極、２３７  配向膜、２３８  信号配線、２３９  走査配線、２４０  液晶層、２６０  バックライト、２７０  ＰＡＳ膜、２８０  薄膜トランジスタ、２８１  アモルファスシリコン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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