(57)【要約】【課題】  表示品位の良好な信頼性の高い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。【解決手段】  一対の基板間に液晶層を保持した構成のＯＣＢモードを適用した液晶表示装置であって、  一対の基板は、それぞれ絶縁基板１１及び２１と、絶縁基板の液晶層３０に接する面にそれぞれ配置され液晶層に含まれる液晶分子を配向させる配向膜１５及び２３と、を備え、  配向膜は、絶縁基板側よりも液晶層側のポリイミドのイミド化率が高いことを特徴とする。【選択図】      図３
2009186768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板間に液晶層を保持した構成のＯＣＢモードを適用した液晶表示装置であって、
前記一対の基板は、それぞれ絶縁基板と、前記絶縁基板の前記液晶層に接する面にそれぞれ配置され前記液晶層に含まれる液晶分子を配向させる配向膜と、を備え、
前記配向膜は、前記絶縁基板側よりも前記液晶層側のポリイミドのイミド化率が高いことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
一対の基板間に液晶層を保持した構成のＯＣＢモードを適用した液晶表示装置の製造方法であって、
絶縁基板の電極面に、予めイミド化された可溶性ポリイミドを溶媒に溶かした物質と、ポリアミック酸を含む物質と、の混合物によって配向膜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３】
前記配向膜は、前記絶縁基板側よりも前記液晶層側のポリイミドのイミド化率が高いことを特徴とする請求項２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】
この発明は、液晶表示装置及び液晶表示装置の製造方法に係り、特に、広視野角及び高速応答の実現が可能な光学的補償ベンド（ＯＣＢ；Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｅｎｄ）配向技術を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、各種分野に適用されている。このような液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を保持した構成であり、画素電極と対向電極との間の電界によって液晶層を通過する光に対する変調率を制御し、画像を表示するものである。
【０００３】
液晶層中に不純物イオン（可動イオン）が含まれる場合、表示画像への悪影響を及ぼすおそれがあり、種々の対策が施されている。例えば、液晶層内の不純物イオンを吸着する物質を備えた液晶表示装置に関する技術が開示されている（特許文献１参照）。これによれば、液晶分子を配向させるための配向膜をイオン吸着性の低いポリイミドで形成し、液晶層内のスペーサとしてイオン吸着性の高いポリアミック酸の微粒子を分散させる組み合わせの構成が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−７０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、視野角及び応答速度を改善可能な液晶表示装置として、ＯＣＢモードを適用した液晶表示装置が注目されている。このようなＯＣＢモードの液晶表示装置は、一対の基板間に所定の電圧を印加した状態でベンド配向した液晶分子を含む液晶層を保持した構成である。このようなＯＣＢモードは、ツイステッド・ネマティック（ＴＮ）モードと比較して応答速度の高速化が可能であり、さらに液晶分子の配向状態により液晶層を通過する光の複屈折の影響を光学的に自己補償できるため視野角の拡大が可能であるという利点がある。
【０００５】
このようなＯＣＢモードの液晶表示装置においては、ベンド配向の状態を保持するために、黒表示時以外でも一定期間黒表示電圧を印加するという黒挿入駆動を行う方式が主流となっており、液晶層中で常にフローが起こっている。特に、白表示時のフローが大きく、長時間白表示を行った際に、液晶層中の不純物イオンがフローによって一定の方向に掃き寄せられる。その結果、不純物イオンが黒表示部との境界やパネル周辺に集中することで、焼き付きや表示ムラといった表示不良を発生するおそれがある。
【０００６】
この発明の目的は、表示品位の良好な信頼性の高い液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の態様による液晶表示装置は、
一対の基板間に液晶層を保持した構成のＯＣＢモードを適用した液晶表示装置であって、
前記一対の基板は、それぞれ絶縁基板と、前記絶縁基板の前記液晶層に接する面にそれぞれ配置され前記液晶層に含まれる液晶分子を配向させる配向膜と、を備え、
前記配向膜は、前記絶縁基板側よりも前記液晶層側のポリイミドのイミド化率が高いことを特徴とする。
【０００８】
この発明の態様による液晶表示装置の製造方法は、
一対の基板間に液晶層を保持した構成のＯＣＢモードを適用した液晶表示装置の製造方法であって、
絶縁基板の電極面に、予めイミド化された可溶性ポリイミドを溶媒に溶かした物質と、ポリアミック酸を含む物質と、の混合物によって配向膜を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、表示品位の良好な信頼性の高い液晶表示装置及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。なお、液晶表示装置としては、１画素がバックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する透過部のみによって構成された透過型液晶表示装置、１画素が外光（あるいはフロントライトユニットから放射されたフロントライト光）を選択的に反射することによって画像を表示する反射部のみによって構成された反射型液晶表示装置、及び、１画素内に反射部と透過部とを有する半透過型液晶表示装置が挙げられ、いずれもこの発明の範疇であるが、ここでは、特に、ＯＣＢモードを適用した透過型液晶表示装置を例に説明する。
【００１１】
図１及び図２に示すように、透過型液晶表示装置は、ＯＣＢモードを適用した液晶表示パネル１と、液晶表示パネル１を照明するバックライトＢＬと、液晶表示パネル１とバックライトＢＬとの間に配置された第１光学補償素子ＯＤ１と、液晶表示パネル１の観察面側に配置された第２光学補償素子ＯＤ２と、を備えている。
【００１２】
液晶表示パネル１は、一対の基板すなわちアレイ基板（第１基板）１０と対向基板（第２基板）２０との間に液晶層３０を保持した構成であり、画像を表示するアクティブエリアＤＡを備えている。このアクティブエリアＤＡは、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸによって構成されている。
【００１３】
アレイ基板１０は、例えばガラス基板などの光透過性を有する絶縁基板１１を用いて形成されている。このアレイ基板１０は、絶縁基板１１の一方の主面（すなわち液晶層３０と対向する面）に、各画素ＰＸの駆動に必要な各種信号を供給するための信号供給線を備えている。
【００１４】
すなわち、アレイ基板１０は、信号供給線として、画素ＰＸの行方向に沿って配置された複数の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｍ）及び複数の補助容量線Ｃ（Ｃ１〜Ｃｍ）、画素ＰＸの列方向に沿って配置されたＮ本の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）、各画素ＰＸに配置されたスイッチング素子１２などを備えている。さらに、アレイ基板１０は、各スイッチング素子１２に接続された画素電極１３などを備えている。走査線Ｙのそれぞれは、駆動信号（走査信号）を供給するゲートドライバＹＤに接続されている。信号線Ｘのそれぞれは、駆動信号（映像信号）を供給するソースドライバＸＤに接続されている。
【００１５】
スイッチング素子１２は、例えば薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＴＦＴ）によって構成されている。このスイッチング素子１２は、各画素ＰＸに対応して走査線Ｙ及び信号線Ｘの交差部に配置されている。スイッチング素子１２のゲートは、対応する走査線Ｙに接続されている（あるいは走査線Ｙと一体的に形成されている）。スイッチング素子１２のソースは、対応する信号線Ｘに接続されている（あるいは信号線Ｘと一体的に形成されている）。スイッチング素子１２のドレインは、画素電極１３に電気的に接続されている。
【００１６】
画素電極１３は、スイッチング素子１２を覆う絶縁膜１４上に配置されており、絶縁膜１４に形成されたコンタクトホール１４Ｈを介してスイッチング素子１２のドレインと電気的に接続されている。この画素電極１３は、透過型液晶表示装置においては、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）やインジウム・ジンク・オキサイド（ＩＺＯ）などの光透過性を有する導電材料によって形成される。なお、反射型液晶表示装置においては、画素電極１３は、アルミニウム（Ａｌ）などの光反射性を有する導電材料によって形成される。
【００１７】
このような画素電極１３の表面（つまり、絶縁基板１１の電極面）は、液晶層３０に含まれる液晶分子３１の配向を制御するための第１配向膜１５によって覆われている。
【００１８】
対向基板２０は、例えばガラス基板などの光透過性を有する絶縁基板２１を用いて形成されている。この対向基板２０は、絶縁基板２１の一方の主面（すなわち液晶層３０と対向する面）に、複数の画素ＰＸの画素電極１３に対向するように配置された対向電極２２などを備えている。対向電極２２は、例えばＩＴＯなどの光透過性を有する導電材料によって形成されている。
【００１９】
このような対向電極２２の表面（つまり、絶縁基板２１の電極面）は、液晶層３０に含まれる液晶分子の配向を制御するための第２配向膜２３によって覆われている。
【００２０】
上述したような構成のアレイ基板１０と対向基板２０とは、画素電極１３と対向電極２２とを対向させた状態で配設され、これらの間にスペーサ（例えば、一方の基板に一体的に形成された柱状スペーサ）を介して所定のセルギャップを形成する。これらのアレイ基板１０及び対向基板２０は、アクティブエリアＤＡを囲むように配置されたシール材によって貼り合わせられている。液晶層３０は、これらのアレイ基板１０と対向基板２０との間のセルギャップに封入された液晶組成物によって形成されている。
【００２１】
液晶層３０は、正の誘電率異方性を有するとともに光学的に正の一軸性を有する液晶分子３１を含む液晶組成物によって構成されている。この液晶層３０においては、液晶層３０に所定の電圧（転移電圧）を印加した所定の表示状態において、液晶分子３１は、アレイ基板１０と対向基板２０との間でベンド配向している。
【００２２】
カラー表示タイプの液晶表示装置では、液晶表示パネル１は、複数種類の画素、例えば赤（Ｒ）を表示する赤色画素、緑（Ｇ）を表示する緑色画素、青（Ｂ）を表示する青色画素を有している。すなわち、赤色画素は、赤色の主波長の光を透過する赤色カラーフィルタを備えている。緑色画素は、緑色の主波長の光を透過する緑色カラーフィルタを備えている。青色画素は、青色の主波長の光を透過する青色カラーフィルタを備えている。これらのカラーフィルタは、アレイ基板１０または対向基板２０の主面に配置される。
【００２３】
各画素ＰＸは、各々画素電極１３及び対向電極２２間に液晶容量ＣＬＣを有している。複数の補助容量線Ｃ（Ｃ１〜Ｃｍ）は、各々対応行の画素電極１３に容量結合して補助容量Ｃｓを構成する。
【００２４】
第１光学補償素子ＯＤ１及び第２光学補償素子ＯＤ２は、上述したような液晶表示パネル１における液晶層３０に電圧を印加した所定の表示状態において、液晶層３０のリタデーションを光学的に補償する機能を有しており、偏光板及び位相差板などを備えて構成されている。第１光学補償素子ＯＤ１は、アレイ基板１０を構成する絶縁基板１１の他方の主面（すなわちバックライトＢＬと対向する面）に配置されている。また、第２光学補償素子ＯＤ２は、対向基板２０を構成する絶縁基板２１の他方の主面（すなわち観察側の面）に配置されている。
【００２５】
このＯＣＢモードの液晶表示パネル１においては、液晶層３０を保持する第１配向膜１５及び第２配向膜２３は、互いに平行な方向にラビング処理されている。このような配向膜の作用により、電源投入以前の段階では、液晶層３０に含まれる液晶分子３１は、スプレイ配向している。このスプレイ配向は、液晶分子３１がほとんど寝ている状態に相当する。
【００２６】
そして、電源投入後、表示動作以前の段階において、初期化処理が行われる。この初期化処理は、液晶層３０に対して転移電圧を印加するものであり、この転移電圧に対応した比較的強い電界により液晶分子３１の配向状態をスプレイ配向からベンド配向に転移させる。液晶分子３１の配向状態は、表示動作中、ベンド配向に維持されている。
【００２７】
表示動作において、液晶層３０に白画像（最高輝度に対応した階調レベルの画像）を表示するための白表示電圧が印加された際には、液晶層３０のミッドプレーン付近の液晶分子３１が基板に略垂直に立ち上がっているのに対して基板近傍の液晶分子３１が比較的寝ている状態となる。また、液晶層３０に黒画像（最低輝度に対応した階調レベルの画像）を表示するための黒表示電圧が印加された際には、液晶層３０のミッドプレーン付近の液晶分子３１のみならず、基板近傍の液晶分子３１も基板に対して略垂直に立ち上がった状態となる。
【００２８】
このようなＯＣＢモードの液晶表示パネル１においては、液晶分子３１の配向状態は、スプレイ配向のエネルギーとベンド配向のエネルギーとが拮抗するレベル以下の電圧印加状態や電圧無印加状態が長期間続く場合に、再びベンド配向からスプレイ配向に逆転移してしまう。
【００２９】
このため、ＯＣＢモードの液晶表示パネル１では、この逆転移を防止するために、黒挿入駆動の方式がとられている。黒挿入駆動では、例えば逆転移防止電圧及び映像信号に対応した電圧がフレーム周期で交互に駆動電圧として液晶層３０に印加され、ベンド配向を維持する。ノーマリホワイトモードにおいては、逆転移防止電圧が黒表示電圧に相当するため、黒挿入駆動と呼ばれる。
【００３０】
ところで、液晶層３０の中に不純物イオンが含まれる場合には、表示画像への悪影響を及ぼすおそれがある。液晶層中の不純物イオンは、液晶材料を注入する時に治具等から取り込まれる他に、液晶層３０が溶媒の働きをして配向膜表面及び膜中からも抽出されることがある。ＯＣＢモードでは他のモードに比べて、誘電率異方性（Δε）の大きい液晶材料を用いており、このことがより不純物イオンを取り込みやすい原因でもある。
【００３１】
このような液晶相中の不純物イオンは、表示動作において液晶層３０への電圧印加に伴い、液晶層３０内をラビング方向に沿って移動する場合が多い。すなわち、ＯＣＢモードの液晶表示パネル１では、液晶分子３１が表示動作のために液晶層３０内でベンド配向している。液晶層３０に低い電圧が印加された白表示状態と、液晶層３０に高い電圧が印加された黒表示状態との間では、液晶分子３１の配向状態が大きく変化する。このような配向状態の変化は、液晶分子３１の変位（ｄｒｉｆｔ）を伴うので、液晶層３０内でこの変位の方向に液晶分子３１の流れ(ｆｌｏｗ)が発生する。この流れの方向は、ＯＣＢモードの液晶表示パネル１では液晶分子３１を配向させる配向膜のラビング方向と一致している。
【００３２】
そこで、発明者は、配向膜を形成するための材料の特性に着目し、液晶層３０への不純物イオンの溶出を抑制とするとともに基板との密着性を維持する材料の組み合わせについて種々検討した。
【００３３】
ポリアミック酸タイプの配向膜は、ポリアミック酸を比較的高温（例えば、２５０℃以上）の脱水反応によりイミド化することによって得られる。しかしながら、ポリアミック酸のイミド化率は、一般的な硬化条件では１００％とはならない。このため、形成された配向膜中に未反応のアミック酸残基が存在する。その結果、配向膜のラビングや洗浄工程などにおいて、イオン性不純物が吸着しやすい状態となっている。
【００３４】
プレイミドタイプの配向膜は、ワニス状態で予めイミド化された可溶性ポリイミドを溶媒に溶かした物質を比較的低温（例えば、１８０℃以下）で焼成することによって得られる。このため、成膜後に反応性の高い官能基が存在しないため、不純物イオンを吸着しにくく、パネル化された後も液晶層中に不純物イオンが溶け出しにくい。しかしながら、このようなプレイミドタイプの配向膜は、反応性の高い官能基がないため、基板や電極面などとの密着性が悪く、膜剥がれを生じやすい。
【００３５】
発明者の検討によれば、５種類の配向膜材料（すなわち、ポリアミック酸タイプ：ＰＡ−１、２、３の３種類と、プレイミドタイプ：ＰＩ−１、２の２種類）を用意し、３種類の液晶材料（すなわち、ＬＣ−１、２、３）との組み合わせで液晶表示パネルを作製し、１２０℃で１時間アニールした後の液晶層のイオン量を測定したところ、何れの液晶材料に対してもプレイミドタイプの２種類を適用した液晶表示パネルはポリアミック酸タイプの３種類を適用した液晶表示パネルに比べて明らかにイオン量が少なかった。プレイミドタイプの２種類を適用した液晶表示パネルにおいては、いずれもイオン量は概ね５０ｐＣ以下であった。
【００３６】
なお、イオン量の測定は、温度が６０℃であって、液晶層に５Ｖの電圧を０．０１Ｈｚの周波数で印加した条件下で、（株）東洋テクニカ製のイオン密度測定装置を用いて行った。
【００３７】
本実施形態においては、予めイミド化された可溶性ポリイミドを溶媒に溶かした物質Ａと、ポリアミック酸を含む物質Ｂと、の混合物によって第１配向膜１５及び第２配向膜２３を形成している。すなわち、第１配向膜１５は、画素電極１３を形成済みのアレイ基板１０の表面に上述した混合物を成膜した後、ポリアミック酸がイミド化するのに必要な温度、例えば２５０℃に焼成することによって形成される。同様に、第２配向膜２３は、対向電極２２を形成済みの対向基板２０の表面に上述した混合物を成膜した後、高温（例えば２５０℃）で焼成することによって形成される。
【００３８】
このようにして形成された第１配向膜１５及び第２配向膜２３は、ともに層分離しており、図３に模式的に示すように、主に絶縁基板側にポリアミック酸をイミド化することによって得られたポリイミドの層Ｌ１を有するとともに、主に液晶層側に可溶性ポリイミドを焼成することによって得られたポリイミドの層Ｌ２を有している。なお、図３では、説明に必要な主要部のみを図示している。
【００３９】
層Ｌ１はポリアミック酸タイプの配向膜に相当し、層Ｌ２はプレイミドタイプの配向膜に相当するため、層Ｌ１よりも層Ｌ２のポリイミドのイミド化率が高い。つまり、配向膜の膜厚方向に沿ったポリイミドの分布を測定した際、基板側よりも液晶層側のポリイミドの密度（あるいは濃度）が高い。
【００４０】
このような構成の配向膜によれば、基板側はポリアミック酸タイプの特徴である電極面との密着性を維持しながら、液晶層側はプレイミドタイプの特徴であるイオン性不純物の影響を小さくすることができる。これにより、ＯＣＢモードの液晶表示装置において、セルプロセス起因の不純物イオンが液晶層へ溶け出しにくくすることができ、長時間の表示による焼付きや表示ムラ等の表示不良の発生を抑制することが可能となる。また、配向膜の膜剥がれを抑制することができ、信頼性の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００４１】
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示した液晶表示装置に適用可能なＯＣＢモードの液晶表示パネルの構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、図２に示した液晶表示パネルにおける配向膜の構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
ＤＳＰ…アクティブエリア  ＰＸ…表示画素  １…液晶表示パネル  １０…アレイ基板  １１…絶縁基板  １３…画素電極  １５…第１配向膜  ２０…対向基板  ２１…絶縁基板  ２２…対向電極  ２３…第２配向膜  ３０…液晶層  ３１…液晶分子  ＯＤ１…第１光学補償素子  ＯＤ２…第２光学補償素子  ＢＬ…バックライト  Ｌ１…ポリイミド層（ポリアミック酸タイプ）  Ｌ２…ポリイミド層（プレイミドタイプ）
【図１】
2009186768.tif 000003
【図２】
2009186768.tif 000004
【図３】
2009186768.tif 000005