(57)【要約】【課題】光配向処理をした配向膜を有する液晶表示装置において、低周波駆動をしたときの、フリッカ、輝度むらを防止する。【解決手段】液晶は誘電率異方性が負であって、誘電率異方性の絶対値が５以下であり、配向膜は、光配向処理によって配向能力を有し、液晶と接する側に存在する第１膜と、その下の、光配向処理によっては配向能力を有さない第２膜によって形成される。また、配向膜は、第１膜を形成する第１材料と前記第２膜を形成する第２材料の混合材料を基板に塗布することによって形成され、第１の配向膜材料の割合は第１材料と第２材料の合計重量に対して１０ｗｔ％よりも大きく、４０ｗｔ％よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配向膜を有する第１の基板と、配向膜を有する第２の基板の間に液晶を有する液晶表示装置であって、
前記液晶は誘電率異方性が負であって、誘電率異方性の絶対値が５以下であり、
前記配向膜は、偏光紫外線による光配向処理をうけており、
前記配向膜は、前記光配向処理によって配向能力を有し、前記液晶と接する側に存在する第１膜と、前記光配向処理による配向能力が付与されておらず、前記第１の基板あるいは前記第２の基板側に存在する第２膜によって形成され、
前記配向膜は、前記第１膜を形成する第１材料と前記第２膜を形成する第２材料の混合材料を前記第１の基板または前記第１の基板に塗布することによって形成され、
前記第１材料は前記第１材料と前記第２材料の合計重量に対して１０ｗｔ％よりも大きく、４０ｗｔ％よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１材料は（化１）で表されるポリアミド酸エステルである、前記第２材料はポリアミド酸を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【化１】
2016066053.tif 000010
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。
【請求項３】
前記第１材料はポリアミド酸エステルであり、
前記ポリアミド酸エステルは、第１ジアミンを前駆体として用いて形成されており、
前記第１ジアミンは、芳香環を有し、かつ、２つのアミノ基中にある窒素原子以外の窒素原子、フッ素原子、及び、酸素原子を有しないジアミンである、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第２材料はポリアミド酸であり、
前記ポリアミド酸は、第２ジアミンを前駆体として用いて形成されており、
前記第２ジアミンは、２つのアミノ基中にある窒素原子以外の窒素原子、フッ素原子、又は、酸素原子を有するジアミンである、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記混合材料はイミド化促進剤を含み、
前記イミド化促進剤は、ピコリン、キノリン、イソキノリン、又は、ピリジン骨格を有する第２級又は第３級アミン類、又は、アルコキシカルボニル基を有するアミノ酸であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記配向膜材料はさらに、（化３）または（化４）で示すシランカップリング剤を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【化３】
2016066053.tif 000011
【化４】
2016066053.tif 000012
【請求項７】
前記液晶表示装置は、２０ｋＨｚ以下の周波数で液晶を駆動することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
液晶表示装置の配向膜の形成に用いられる配向膜材料であって、
前記配向膜材料は第１材料と第２材料の混合物であり、
前記第１材料は（化１）で表されるポリアミド酸エステルを含み、前記第２材料は（化２）で表されるポリアミド酸を含み、
前記第１材料は前記第１材料と前記第２材料の合計重量に対して１０ｗｔ％よりも大きく、４０ｗｔ％よりも小さいことを特徴とする液晶用配向膜材料。
【化１】
2016066053.tif 000013
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。
【化２】
2016066053.tif 000014
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≡
【請求項９】
前記ポリアミド酸エステルは、第１ジアミンを前駆体として用いて形成されており、
前記第１ジアミンは、芳香環を有し、かつ、２つのアミノ基中にある窒素原子以外の窒素原子、フッ素原子、及び、酸素原子を有しないジアミンである、請求項８に記載の液晶用配向膜材料。
【請求項１０】
前記ポリアミド酸は、第２ジアミンを前駆体として用いて形成されており、
前記第２ジアミンは、２つのアミノ基中にある窒素原子以外の窒素原子、フッ素原子、又は、酸素原子を有するジアミンである、請求項８又は９に記載の液晶用配向膜材料。
【請求項１１】
イミド化促進剤を含み、
前記イミド化促進剤は、ピコリン、キノリン、イソキノリン、又は、ピリジン骨格を有する第２級又は第３級アミン類、又は、アルコキシカルボニル基を有するアミノ酸であることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記配向膜材料はさらに、（化３）または（化４）で示すシランカップリング剤を含むことを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の液晶用配向膜材料。
【化３】
2016066053.tif 000015
【化４】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に係り、特に光配向を用いた配向膜を有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等を有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して対向基板が配置され、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】
液晶表示装置では、配向膜を用いて液晶を初期配向させる必要がある。配向膜の配向処理として、従来は、ラビング法が用いられてきた。ラビング法は、ラビングの際の配向膜の削れ屑による輝点の発生、ラビング処理時に発生する静電気による配線の絶縁破壊等の問題が生ずる。一方、偏光紫外線を用いて、所定の方向の高分子鎖を切断することによって、配向膜に１軸異方性を付与する、いわゆる光配向は、上記のような、ラビングによる問題点が無いので、普及しつつある。
【０００４】
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。ＩＰＳ方式は、いわゆるプレティルト角が必要ないので、光配向に特に適している。
【０００５】
特許文献１には、光配向において、ポリアミド酸エステルを前駆体とした配向膜を用いることによって、残像の発生を防止する構成が記載されている。また、特許文献２には、光配向において、ポリアミド酸エステルとポリアミド酸を材料とし、ポリアミド酸エステルを前駆体とした配向膜と、ポリアミド酸を前駆体とした配向膜を層状に形成した配向膜の、表面の微小な凹凸を、ポリアミド酸エステルの重量平均分子量をポリアミド酸の重量平均分子量よりも小さくすることによって抑制する構成が記載されている。さらに、特許文献３には配向膜の形成を補助するイミド化促進剤の一例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８８２９８号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１１／１１５０７８号公報
【特許文献３】ＷＯ２０１１／１１４１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液晶表示装置に用いられる液晶には、ポジ型とネガ型がある。ポジ型液晶は、液晶分子の誘電率異方性Δεが正であり、ネガ型液晶は液晶分子の誘電率異方性Δεが負である。別な言い方をすると、ポジ型液晶は液晶分子の長軸が電界の方向に向くものであり、ネガ型液晶は液晶分子の短軸が電界の方向に向くものである。
【０００８】
ＩＰＳ方式の液晶表示装置を例にとると、液晶分子は、電界の方向に従って回転することによって各画素における光の透過率を制御し、画素毎に光の透過率を制御して画像を形成する。ところで、表示領域において、画素電極あるいは対向電極の形状によって、画素内に逆回転を生ずる領域が発生する。この領域はディスクリネーションと呼ばれているが、この領域は、光を透過しないので、画面の輝度を劣化させ、コントラストを低下させる。ポジ型液晶では、特に、電極パターンの端部において、ディスクリネーションが発生しやすい。
【０００９】
ポジ型液晶のもう一つの問題は、液晶表示パネルの表面を押した場合、液晶分子が基板の法線方向に立ち上がりやすい。なお、このような液晶分子の立ち上がりはディスクリネーションが発生している領域において生じ易い。ＩＰＳ方式の液晶表示装置において、このような液晶分子の立ち上がりが発生すると画面のにじみが発生しやすい。
【００１０】
一方ネガ型液晶はポジ型液晶に比べて上記のような問題が生じにくい。したがって、特にディスクリネーションを防止したい液晶表示装置ではネガ型液晶が使用される。しかし、ネガ型液晶を用いた場合、電圧保持率が低くなる場合が発生する。電圧保持率は、画素に信号を書き込んでから、次の信号の書き込みまでの間、前の信号電圧がどの程度保持せれるかを評価するものである。
【００１１】
電圧保持率が低い状態で、液晶表示装置の消費電力を抑えるために低周波駆動を行った場合、表示領域内でフリッカが発生する。また、画面において、部分的に電圧保持率が低下すると、表示領域内で画面のむらが発生する。本発明の課題は、ネガ型液晶を用い、配向膜に対して光配向を行った液晶表示装置において、電圧保持率の低下によるフリッカの発生および画面むらの発生を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記課題を克服するものであり、主な具体的な手段は次のとおりである。
【００１３】
（１）配向膜を有する第１の基板と、配向膜を有する第２の基板の間に液晶を有する液晶表示装置であって、前記液晶は誘電率異方性が負であって、誘電率異方性の絶対値が５
以下であり、前記配向膜は、偏光紫外線による光配向処理をうけており、前記配向膜は、前記光配向処理によって配向能力を有し、前記液晶と接する側に存在する第１膜と、前記光配向処理による配向能力が付与されておらず、前記第１の基板あるいは前記第２の基板側に存在する第２膜によって形成され、前記配向膜は、前記第１膜を形成する第１材料と前記第２膜を形成する第２材料の混合材料を前記第１の基板または前記第１の基板に塗布することによって形成され、前記第１材料は前記第１材料と前記第２材料の合計重量に対して１０ｗｔ％よりも大きく、４０ｗｔ％よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【００１４】
（２）前記第１材料は（化１）で表されるポリアミド酸エステルであり、前記第２材料はポリアミド酸であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００１５】
【化１】
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【００１６】
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。
【００１７】
（３）前記第１材料はポリアミド酸エステルであり、前記ポリアミド酸エステルは、第１ジアミンを前駆体として用いて形成されており、前記第１ジアミンは、芳香環を有し、かつ、２つのアミノ基中にある窒素原子以外の窒素原子、フッ素原子、及び、酸素原子を有しないジアミンである、（１）または（２）に記載の液晶表示装置。
【００１８】
（４）前記第２材料はポリアミド酸であり、前記ポリアミド酸は、第２ジアミンを前駆体として用いて形成されており、前記第２ジアミンは、２つのアミノ基中にある窒素原子以外の窒素原子、フッ素原子、又は、酸素原子を有するジアミンである、（１）ないし（３）のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【００１９】
前記混合材料はイミド化促進剤を含み、前記イミド化促進剤は、ピコリン、キノリン、イソキノリン、又は、ピリジン骨格を有する第２級又は第３級アミン類、又は、アルコキシカルボニル基を有するアミノ酸であることを特徴とする（１）ないし（４）のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明が適用される液晶表示装置の断面図である。
【図２】光配向のプロセスを示すフローチャートである。
【図３】電圧保持率を測定する回路である。
【図４】電圧保持率を測定する等価回路である。
【図５】試験セルの一方の電極の電位の動きを示す図である。
【図６】光配向処理を受ける第１膜を形成する第１材料と光配向処理を受けない第２膜を形成する第２材料の比率と電圧保持率の関係を示すグラフである。
【図７】２層配向膜の模式断面図である。
【図８】現実の２層配向膜の例を示す断面図である。
【図９】配向膜の深さ方向における、光配向処理を受ける第１膜を形成する第１材料と光配向処理を受けない第２膜を形成する第２材料の割合の例を示すグラフである。
【図１０】光配向処理を受ける第１膜を形成する第１材料と光配向処理を受けない第２膜を形成する第２材料の比率と表示むらの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
本発明は、光配向を用いた液晶表示装置全般に適用できる。以下に、ＩＰＳ方式の液晶表示装置を例にとって本発明を説明するが、例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式、ＶＡ（Ｖｉｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の液晶表示装置でも良い。
【００２３】
図１は、ＩＰＳ方式の液晶表示装置の断面図である。図１におけるＴＦＴは、いわゆるトップゲートタイプのＴＦＴであり、使用される半導体としては、ＬＴＰＳ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｏｌｙ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）が使用されている。一方、ａ−Ｓｉ半導体を使用した場合は、いわゆるボトムゲート方式のＴＦＴが多く用いられる。以後の説明では、トップゲート方式のＴＦＴを用いた場合を例にして説明するが、ボトムゲート方式のＴＦＴを用いた場合についても、本発明を適用することが出来る。
【００２４】
図１において、ガラス基板１００の上にＳｉＮからなる第１下地膜１０１およびＳｉＯ２からなる第２下地膜１０２が、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成される。第１下地膜１０１および第２下地膜１０２の役割は、ガラス基板１００からの不純物によって、半導体層１０３が汚染されることを防止することである。
【００２５】
第２下地膜１０２の上には半導体層１０３が形成される。この半導体層１０３は、第２下地膜１０２に上にＣＶＤによってａ−Ｓｉ膜を形成し、これをレーザアニールすることによってｐｏｌｙ−Ｓｉ膜に変換したものである。このｐｏｌｙ−Ｓｉ膜をフォトリソグラフィによってパターニングする。
【００２６】
半導体膜１０３の上にはゲート絶縁膜１０４が形成される。このゲート絶縁膜１０４はＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）によるＳｉＯ２膜である。この膜もＣＶＤによって形成される。その上にゲート電極１０５が形成される。ゲート電極１０５は図２に示す走査線１０が兼ねている。ゲート電極１０５は例えば、ＭｏＷ（モリブテン、タングステン）膜によって形成される。ゲート電極１０５あるいは走査線１０の抵抗を小さくする必要があるときはＡｌ合金が使用される。
【００２７】
ゲート電極１０５はフォトリソグラフィによってパターニングされる。このパターニングの際に、イオンインプランテーションによって、リンあるいはボロン等の不純物をｐｏｌｙ−Ｓｉ層にドープし、ｐｏｌｙ−Ｓｉ層にソースＳあるいはドレインＤを形成する。また、ゲート電極１０５のパターニングの際のフォトレジストを利用して、ｐｏｌｙ−Ｓｉ層のチャネル層と、ソースＳあるいはドレインＤとの間にＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）層を形成する。
【００２８】
その後、ゲート電極１０５を覆って第１層間絶縁膜１０６をＳｉＯ２によって形成する。第１層間絶縁膜１０６はゲート配線１０５とコンタクト電極１０７を絶縁するためである。第１層間絶縁膜１０６およびゲート絶縁膜１０４には、半導体層１０３のソース部Ｓをコンタクト電極１０７と接続するためのスルーホール１２０が形成される。第１層間絶縁膜１０６とゲート絶縁膜１０４にスルーホール１２０を形成するためのフォトリソグラフィは同時に行われる。
【００２９】
第１層間絶縁膜１０６の上にコンタクト電極１０７が形成される。コンタクト電極１０７は、スルーホール１３０を介して画素電極１１２と接続する。ＴＦＴのドレインＤは、図示しない部分において図２に示す映像信号線２０とスルーホール１４０を介して接続している。
【００３０】
コンタクト電極１０７および映像信号線は、同層で、同時に形成される。コンタクト電極１０７および映像信号線（以後コンタクト電極１０７で代表させる）は、抵抗を小さくするために、例えば、ＡｌＳｉ合金が使用される。しかし、ＡｌＳｉ合金はヒロックを発生したり、Ａｌが他の層に拡散したりする。そこで、例えば、図示しないＭｏＷ材料のバリア層およびキャップ層によって、ＡｌＳｉをサンドイッチする構造がとられている。
【００３１】
コンタクト電極１０７とＴＦＴは、無機パッシベーション膜（絶縁膜）１０８によって被覆及び保護されている。無機パッシベーション膜１０８は第１下地膜１０１と同様にＣＶＤによって形成される。無機パッシベーション膜１０８には、例えば窒化ケイ素や酸化ケイ素が用いられる。また、無機パッシベーション膜１０８を覆って有機パッシベーション膜１０９が形成される。有機パッシベーション膜１０９は感光性のアクリル樹脂で形成される。有機パッシベーション膜１０９は、アクリル樹脂の他、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等でも形成することが出来る。有機パッシベーション膜１０９は平坦化膜としての役割を持っているので、厚く形成される。有機パッシベーション膜１０９の膜厚は１〜４μｍであるが、多くの場合は２μｍ程度である。
【００３２】
画素電極１１０とコンタクト電極１０７との導通を取るために、無機パッシベーション膜１０８および有機パッシベーション膜１０９にスルーホール１３０が形成される。有機パッシベーション膜１０９は感光性の樹脂を使用している。感光性の樹脂を塗付後、この樹脂を露光すると、光が当たった部分のみが特定の現像液に溶解する。すなわち、感光性樹脂を用いることによって、フォトレジストの形成を省略することが出来る。有機パッシベーション膜１０９にスルーホール１３０を形成したあと、２３０℃程度で有機パッシベーション膜を焼成することによって有機パッシベーション膜１０９が完成する。
【００３３】
その後コモン電極１１０となるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）をスパッタリングによって形成し、スルーホール１３０およびその周辺からＩＴＯを除去するようにパターニングする。コモン電極１１０は各画素共通に平面状に形成することが出来る。その後、第２層間絶縁膜１１１となるＳｉＮをＣＶＤによって全面に形成する。その後、スルーホール１３０内において、コンタクト電極１０７と画素電極１１２の導通をとるためのスルーホールを第２層間絶縁膜１１１および無機パッシベーション膜１０８に形成する。その後、ＩＴＯをスパッタリングによって形成し、パターニングして画素電極１１２を形成する。
【００３４】
画素電極１１２の上に配向膜材料をフレキソ印刷あるいはインクジェット等によって塗布し、焼成して配向膜１１３を形成する。本発明では、配向膜に対して偏光紫外線処理を行うので、光配向に適した配向膜材料が使用される。光配向の方法も種々存在する。いわゆる光二量化型の光配向膜の場合は、波長３１３ｎｍを含む偏光紫外線を１００ｍＪ/ｃｍ２の強度で照射して配向処理を行う。いわゆる光異性化型の光配向膜の場合は、波長３６５ｎｍを含む偏光紫外線を２００ｍＪ/ｃｍ２の強度で照射して配向処理を行う。また、いわゆる光分解型の光配向膜の場合は、波長２５４ｎｍを含む偏光紫外線を１０００ｍＪ/ｃｍ２の強度で照射して配向処理を行う。
【００３５】
図２は、光分解型の光配向膜の形成を示すフローチャートである。図２において、配向膜をＴＦＴ基板に塗布し、乾燥させ、レベリングを行う。このレベリング工程で配向膜を平坦化する。その後、２００℃以上の高温で加熱をして配向膜をイミド化する。その後、偏光紫外線を照射して配向膜に一軸異方性を与える。その後、さらに高い温度で加熱をして、残存しているモノマーやオリゴマーを蒸発させる。本発明では、後で説明するように、配向膜材料としては、光配向処理される第１材料と光配向処理されない配第２材料を用いるが、光配向処理は、以上で説明したと同様である。
【００３６】
図１に戻り、画素電極１１２とコモン電極１１０の間に電圧が印加されると図１に示すような電気力線が発生する。この電界によって液晶分子３０１を回転させ、液晶層３００を通過する光の量を画素毎に制御することによって画像を形成する。
【００３７】
図１において、液晶層３００を挟んで対向基板２００が配置されている。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が形成されており、これによって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の間には遮光膜２０２が形成され、画像のコントラストを向上させている。遮光膜２０２の形状としては特に限定されないが、マトリクス形状が好ましい。
【００３８】
カラーフィルタ２０１および遮光膜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および遮光膜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。オーバーコート膜の上には、液晶の初期配向を決めるための配向膜１１３が形成される。配向膜１１３の配向処理は図２において説明したＴＦＴ基板１００側の配向膜１１３と同様である。
【００３９】
なお、以上の構成は例であり、例えば、品種によってＴＦＴ基板１００における無機パッシベーション膜１０８が形成されていない場合もある。また、スルーホール１３０の形成プロセスも品種によって異なる場合がある。
【００４０】
光配向処理を受けた配向膜の場合は、ラビング方法の場合と異なり、紫外線が透過する範囲の配向膜は配向処理を受けることになる。その結果、例えば光分解型の場合、紫外線によって配向膜が分解するので、膜強度が弱くなる。膜強度が弱くなることによって、残像現象が生じたりする等、液晶の初期配向が不安定になる現象が生ずる。
【００４１】
これを防止するために、本願発明は、光配向処理を受ける第１膜と、光配向処理を受けていない第２膜の２層構造とすることが行われている。これによって、液晶配向性と膜強度を両立させている。このような２層構造の配向膜は、例えば、（化１）に示すポリアミド酸エステルと（化２）に示すポリアミド酸の混合物を配向膜材料として塗布することによって形成される。
【００４２】
【化１】
2016066053.tif 000004
【００４３】
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】
【化２】
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【００４５】
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。
【００４６】
化学式（２）は、化学式（１）と異なり、シクロブタン骨格を有していない。化学式（２）はシクロブタンが無いので、紫外線の影響を受けにくい。その他に、化学式（１）と化学式（２）が異なる点は、化学式（２）においては、ポリアミド酸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。
【００４７】
（化１）と（化２）を混合した配向膜材料を塗布すると、層分離して、上側（液晶側）にポリアミド酸エステルを前駆体とする光配向処理される第１材料集まり、下側にポリアミド酸を前駆体とする光配向処理されない第２材料が集まる。
【００４８】
つまり、層分離するといっても、上配向膜と下配向膜がある境界を境にはっきり分離するものではないことがわかった。すなわち、上側の光配向する成分が下側から除々に増加するように、成分の分布が存在することがわかった。最表面は、光配向される成分で完全に覆われているような分布とすることが望ましいが、最表面から数ｎｍ下側は、光配向されない下側の配向膜成分がある割合で分布している。つまり、液晶と接する側を第１膜、および、第２の基板側に存在する第２膜は、明確に分離した膜として存在しているわけではない。
【００４９】
なお、（化２）で示すポリアミド酸は例であり、ポリアミド酸エステルと混合物を形成することが出来、該混合物を塗布した後、ポリアミド酸エステルと層分離をして、下層に配置する材料であれば、他の構造を有するポリアミド酸であってもよい。
【００５０】
ところで、最近、液晶表示装置は、静止画表示等において、低周波駆動（例えば２０ｋＨｚ以下の周波数）あるいは間欠駆動を行うことによって、駆動回路の消費電力を低減することが行われている。低周波駆動あるいは間欠駆動（以下低周波駆動で代表させる）を行う場合に、信号の書き込みから書き込みまでの間の、画素の電圧保持率が重要である。信号の書き込みから書き込みまでの時間が長くなると、リークによって画素の電位が低下する。液晶の抵抗率の低下は、このようなリークの大きな原因となる。信号の書き込みから書き込みまでの間に画素の電位が変動するとフリッカの原因になる。また、液晶内の不純物が局部に集積することによるリークが生ずると、局部的な輝度の変化が生じ、これは輝度むらとなって現れる。つまり、液晶の抵抗率及び画素の電圧保持率を高い値で維持することは、高品質な画質表示に対して重要である。
【００５１】
配向膜が、上層が光配向された第１膜で形成され、下層が光配向されていない第２膜によって形成されている場合、光配向される第１膜の材料と光配向されない第２膜の材料の比率によって、液晶表示装置の画素電極の電圧保持率が変化する。電圧保持率には、液晶の抵抗率が大きな影響を持つ。
【００５２】
図３は電圧保持率の測定回路を示す模式図である。図３において、試験セルの下基板１００には、電極１１２が形成され、その上に配向膜１１３が形成されている。上基板２００には、電極１１０が形成され、その上に配向膜１１３が形成されている。なお、電極１１２も電極１１０も画素電極あるいはコモン電極と同様にＩＴＯによって形成されている。上基板と下基板の間に液晶が挟持されている。
【００５３】
図３において、電極１１２と電極１１０との間に交流電圧を印加した場合の、上電極と下電極の間の電圧Ｖによって電圧保持率（ＶＨＲ）が決められる。電源は内部抵抗Ｒを持っているので、液晶の抵抗が下がると電圧Ｖが低下することになる。仮に液晶が不純物を取り込む等して、抵抗が小さくなると、電圧Ｖは低下することになる。電圧保持率は、液晶が長時間の動作において劣化した場合にも低下する。電圧保持率が低下すると、フリッカや画面の輝度むらとなる。
【００５４】
図３に示す電圧保持率は、印加する電圧波形や測定温度によっても異なる値となる。本明細書における電圧保持率は、図４に示すような電圧を印加した場合の電圧Ｖによって決められる。図４において、ＳＶが電源電圧の波形であり、Ｒは電源の内部抵抗、ＣＬが液晶の容量、ＲＬが液晶のリーク抵抗である。リーク抵抗ＲＬが小さくなるとＶが低下し、フリッカ等が発生しやすくなる。図４の電源の波形ＳＶは、パルスを特定の周期で印加するものである。
【００５５】
図５は、図４の回路における電源波形を印加した場合の試験セルの電極の一方の電圧の変化を示すものである。図５において、電源は、５Ｖで幅４ｍｓｅｃのパルスを１ｓｅｃ間隔で印加するものである。この時、試験セルの一方の電極の電圧は、パルスが印加されている４ｍｓｅｃの間は５Ｖをキープし、その後、液晶のリーク抵抗と液晶の容量で決まる時定数によって低下する。最初のパルスが印加されてから、１ｓｅｃ後に今度は、−５Ｖで幅４ｍｓｅｃのパルスを印加する。このように、正負のパルスを交互に印加するのは、液晶の駆動に近い条件によって試験するためである。
【００５６】
図５において、パルス電圧印加後に試験セルの一方の電極は時定数によって決まる指数関数によって低下する。仮に、液晶にリークが無い場合は、図５に点線で示すように、試験セルの一方の電極は５Ｖをキープする。本明細書では、電圧リークが無い場合の面積１ｓｅｃ×５Ｖ、すなわち、矩形の面積に対する図５における斜線の面積の比を電圧保持率と定義する。つまり、電圧リークが無い液晶表示装置ほど、電圧保持率が大きく、低周波動作におけるフリッカ等の発生を抑制することができる。
【００５７】
言い換えると、液晶の抵抗が高いほうが、電圧保持率を大きくすることができる。液晶の抵抗は、種々の条件によって変化する。本発明では、液晶材料として、液晶の誘電率異方性が負である、いわゆるネガ型液晶を対象としている。ネガ型液晶は、液晶の誘電率異方性が正であるいわゆるポジ型液晶に比べて抵抗が小さくなる傾向にある。これは、ネガ型液晶は、液晶中に不純物を取り込みやすい性質があるためと考えられる。
【００５８】
光配向を行った場合、紫外線照射によって配向膜が分解しその分解物が、紫外線照射後の加熱によって完全に蒸発しないで、残留物が存在することが多い。このような残留物がネガ型液晶に混入すると、液晶の抵抗が低下し、電圧リークが増大することになる。配向膜を２層構成とした場合、上層には、光配向を受ける第１膜が配置し、下層には、光配向を受けない第２膜が存在する。
【００５９】
光配向を受ける第１膜は紫外線によって分解し、分解物が完全に蒸発しないで残留する確率も大きくなる。一方、光配向を受けない第２膜は、紫外線による分解が前記光配向を受ける第１膜よりも非常に軽微であり、分解物も前記光配向を受ける第1膜よりも非常に少ない。発明者は、２層構造の配向膜を形成する配向膜材料において、光配向を受ける材料の比率によって、液晶の抵抗が変化する、すなわち、電圧保持率が変化することをつきとめた。
【００６０】
図６はこの様子を示すグラフである。図６において、横軸は２層構造を形成する配向膜材料において、光配向を受ける配向膜を形成する配向膜材料の割合を示す。縦軸は電圧保持率（ＶＨＲ）である。この時の測定温度は６０℃である。配向膜材料は、（化１）で示すポリアミド酸エステル（第１材料）と（化２）で示すポリアミド酸（第２材料）の混合物であり、図６の横軸は、ポリアミド酸エステルの割合を示す。
【００６１】
図６では、液晶の誘電率異方性εが正の場合と、εが負の場合について示されている。図６からわかるように、εが正の場合、電圧保持率は、ポリアミド酸エステル（ＰＥ）の比率に対する依存性は非常に小さい。一方、εが負の場合は、電圧保持率は、ポリアミド酸エステル（ＰＥ）の比率に大きく依存している。すなわち、ポリアミド酸エステルの比率が大きいほど電圧保持率は低下している。
【００６２】
つまり、ポリアミド酸エステルを前駆体とする配向膜は光配向を受けるので、紫外線照射後の分解物の残留物が発生する。これが液晶中に取り込まれるが、ネガ型液晶では、残留物を取り込みやすいために、液晶の抵抗が小さくなる。そして、この残留物は、ポリアミド酸エステルが多いほど多くなるためと考えられる。
【００６３】
なお、ネガ型液晶であっても、誘電率異方性の絶対値、｜ε｜が５以下であれば、液晶中に不純物を取り込みにくいことがわかった。液晶中に不純物が少なければ、液晶の抵抗を高く維持でき、電圧保持率の低下を防止することができる。したがって、本発明では、ネガ型液晶であって、｜ε｜が５以下の液晶を用いることが望ましい。
【００６４】
ところで、配向膜はある厚みを有しているが、液晶を配向させる作用は、最表面の層である。つまり、配向膜のうち、最表面を中心に光配向させればよいことになる。したがって、配向膜は、図７に示すように、大部分は光配向を受けないポリアミド酸を前駆体とする配向膜１１３２として、表面のみを光配向を受けるポリアミド酸エステルを前駆体とする配向膜１１３１とすることが最も効率がよい。図７において、斜線をほどこした部分が光配向を受けて、分解物を多く発生させる領域である。
【００６５】
つまり、光配向を受ける膜は、偏光紫外線が到達する範囲まで分解する。よって、偏光紫外線の照射量に比例して、分解物も多くなり、残留物も多くなる。光配向を受ける膜を際表面の薄い層のみとすれば、残留物も少なくなる。したがって、液晶の配向能力を維持させつつ、偏光紫外線による残留物の発生も少なくすることができる。
【００６６】
しかしながら、現実の２層構造の配向膜は、図７の点線のように、同じ厚さで、はっきり境界が存在するわけではない。つまり、平面方向にも深さ方向にも分布を持つことになる。図８は、光配向を受ける第１膜の割合が場所によって変化する例を示す配向膜の断面図である。図８に示唆されるように、光配向を受ける第１膜１１３１の割合を極端に小さくすると、光配向を受ける配向膜が存在しない領域が発生することになり、これは、場所によって、液晶の配向不良が生ずることになる。
【００６７】
図９は、配向膜の厚さ方向における光配向を受ける配向膜の割合を示す例である。図９において、横軸は配向膜の深さ方向であり、縦軸は、光配向を受ける第１膜１１３１の割合である。図９において、表面は光配向を受ける第１膜１１３１が存在しているが、第１膜１１３１よりも基板に近い位置にある光配向を受けない第２膜１１３２が存在している。配向膜のある深さｔ１になると、光配向を受ける第１膜１１３１の割合は実質的にゼロになる。なお、図９における配向膜の厚さはｔ０である。図９の例は、配向膜の表面全体が光配向を受ける第１膜のみになっている例である。しかし、第１膜の量が十分ではないので、光配向を受ける配向膜の割合が図９よりわずかに小さくなると、配向不良が発生する可能性が生ずることになる。
【００６８】
図１０は、実際の液晶表示装置において、配向膜材料における、光配向を受ける第１膜を形成する第１材料と光配向を受けない第２膜を形成する第２材料の割合と表示むらの関係を評価した結果を示す表である。図１０における○は表示むらが見えない状態であり、△は薄く見える状態である、×は表示むらが見える状態である。
【００６９】
図１０において、第１材料が１０ｗｔ％以下のように、少なすぎると表示むらが発生する。これは、配向膜の最表面に光配向を受ける第１膜が存在しない場合があるので、その部分の配向不良のためである。一方、光配向を受ける第１膜を形成する材料が４０ｗｔ％以上になると、表示むらが発生する。これは、図６に示すように、電圧保持率が低下するためと考えられる。
【００７０】
電圧保持率と表示むらの関係を図６に即して、さらに詳しく評価すると次のようになる。第１材料の割合が１０ｗｔ％より多く、４０ｗｔ％未満であれば、電圧保持率が９２％以上を確保することができ、表示むらの発生を防止することができる。また、光配向を受ける配向膜を形成する第１材料の割合が１８ｗｔ％以上で、４０ｗｔ％未満であれば、表示むらの発生をより安定的抑えることができる。さらに、第１膜を形成する第１材料の割合が２４ｗｔ％以上で、３５ｗｔ％以下であれば、表示むらの発生を確実に抑えることができる。図１０は表示むらで評価したが、フリッカも同様な原因で生ずるので、フリッカに対しても、同様にして対策することができる。
【００７１】
前述の記載から、配向膜材料及び配向膜は以下のような材料的特徴を有すると好ましい。
配向膜がＴＦＴ基板１００と対向基板１００を接着するシール材と接する場合、配向膜には高い膜強度、及び、シール材に対する強い接着強度が求められる。その場合（化３）あるいは（化４）で示すシランカップリング剤を有すると好ましい。また、他の添加物を含ませても良い。
【００７２】
【化３】
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【００７３】
【化４】
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【００７４】
配向膜材料は、他の添加物としてイミド化促進剤を含むと好ましい。イミド化促進剤を含ませることにより、ポリアミド酸やポリアミド酸エステルのイミド化を効率よく進めることが出来る。そして、光配向処理を行った後、配向膜の液晶と接する表面に良好な第１膜を形成できる。しかし、イミド化促進剤は、配向膜を形成する過程の加熱処理又は紫外線処理によって小さな分子に分解してしまい、液晶の抵抗を低下させる不純物となってしまう場合がある。その不純物の量は少量であっても、液晶の抵抗に影響を及ぼす場合もある。よって、イミド化促進剤は、イミド化促進効果及び分解性を考慮して選定するべきである。
【００７５】
本明細書における、好ましいイミド化促進剤の種類は、ピコリン、キノリン、イソキノリン、ピリジンの骨格を有する第２級又は第３級アミン類、又は、アルコキシカルボニル基を有するアミノ酸である。上述のアミン類としては第３級アミンが好ましい。また、上述のアミノ酸のアルコキシカルボニル基は、ブトキシカルボニル基が好ましい。上述のアミノ酸においてはアルコキシカルボニル基を２つ以上有する、又は、フルオレン骨格を有すると好ましい。
【００７６】
光配向処理を受ける第１材料としてポリアミド酸エステルを用いる場合は、（化１）で示す４つのＲ２のうち、２つがメチル基であり２つが水素であると好ましい。より好ましくは（化５）の構造である。式中のＲ３及びＲ４は、それぞれ独立に炭素数１〜８のアルキル基である。
【００７７】
【化５】
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【００７８】
ポリアミド酸及びポリアミド酸エステルは、前駆体としてジアミンを用いていると好ましい。ポリアミド酸エステルの前駆体としてのジアミン（第１ジアミン）の構造は、特に限定されない。好ましいジアミンとしては、芳香環を有し、かつ、２つのアミノ基中にある窒素原子以外の窒素原子、フッ素原子、及び、酸素原子を有しないジアミンである。より好ましくは、（化６）の構造を有するジアミンである。式中のＲ５及びＲ６は、それぞれ独立して水素又は炭素数３以下のアルキル基である。
【００７９】
【化６】
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【００８０】
上述に記載したジアミンを用いると、ポリアミド酸エステルの極性が低くなる。その結果、第１材料としてのポリアミド酸エステルと第２材料を混合した混合材料をＴＦＴ基板１００に塗布した際、第１材料が液晶層３００側に存在しやすくなる。これによって、混合材料中の第１材料の比率を低くしても、良好な特性を有する配向膜を形成することが出来る。
【００８１】
一方、ポリアミド酸の前駆体としてのジアミン（第２ジアミン）の構造も特に限定されない。好ましいジアミンとしては、２つのアミノ基中にある窒素原子以外の窒素原子、フッ素原子、又は、酸素原子を有すると好ましい。これらの元素を主骨格に有するジアミンを用いると、ポリアミド酸エステルの極性が高くなる。その結果、第１材料と第２材料としてのポリアミド酸を混合した混合材料をＴＦＴ基板１００に塗布した際、第２材料がＴＦＴ基板１００側に存在しやすくなる。これによって、混合材料中の第１材料の比率を低くしても、良好な特性を有する配向膜を形成することが出来る。
【００８２】
以上のように、本発明によれば、ネガ型液晶を用い、光配向処理を用いた液晶表示装置において、低周波駆動をおこなっても、表示ムラ、あるいは、フリッカの発生を防止することが出来る。
【符号の説明】
【００８３】
１００…ＴＦＴ基板、  １０１…第１下地膜、  １０２…第２下地膜、  １０３…半導体層、  １０４…ゲート絶縁膜、  １０５…ゲート電極、  １０６…第１層間絶縁膜、  １０７…コンタクト電極、  １０８…無機パッシベーション膜、  １０９…有機パッシベーション膜、  １１０…コモン電極、  １１１…第２層間絶縁膜、  １１２…画素電極、  １１３…配向膜、  １２０…第１スルーホール、  １３０…第２スルーホール、  １４０…第３スルーホール、  ２００…対向基板、  ２０１…カラーフィルタ、  ２０２…遮光膜、  ２０３…オーバーコート膜、  ３００…液晶層、  ３０１…液晶分子、  １１３１…第１膜、  １１３２…第２膜、  Ｄ…ドレイン部、  Ｓ…ソース部、  ＳＶ…電圧保持率測定用電源波形、  Ｒ…電源内部抵抗、  ＲＬ…液晶のリーク抵抗、  ＣＬ…液晶の容量
【図１】
2016066053.tif 000017
【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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【図８】
2016066053.tif 000024
【図９】
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【図１０】
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