JP2008176142A - 液晶表示パネル及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光照射を行って配向膜上に光重合体を形成する場合においても、液晶層中に気泡が生じることを抑制する液晶表示パネルを提供する。
【解決手段】一対の基板と、上記基板間に挟持された液晶層とを備える液晶表示パネルであって、上記一対の基板の少なくとも一方は、配線と、層間絶縁膜と、画素電極と、配向膜とをこの順に積層して備え、上記配向膜は、電圧印加時の液晶の配向方向を規定する光重合体を表面に有し、上記層間絶縁膜は、有機材料から構成され、上記配向膜は、無機材料、又は、無機物と有機物との複合材料から構成される液晶表示パネルである。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示パネル及び液晶表示装置に関する。より詳しくは、層間絶縁膜が有機材料から構成され、かつ配向膜表面には光重合体が形成された垂直配向モードの液晶表示パネル及び液晶表示装置に関するものである。

液晶の配向を制御して表示を行う液晶表示装置は、従来の標準的なディスプレイであるＣＲＴに比べ、薄型、軽量、低消費電力等の長所を有することから、各種の電子機器に広く用いられており、なかでも家庭用テレビジョン等の用途で近年急速に需要が増加している。したがって、液晶表示装置が備える液晶表示パネルについては、表示性能の向上を目的として、さまざまな検討がなされてきた。

例えば、液晶駆動の制御において重要な役割を果たすアクティブマトリクス基板は、通常、スイッチング素子、ゲート配線、ソース配線、ドレイン配線等の上部に層間絶縁膜及び画素電極が積層して形成されており、その画素電極と、スイッチング素子のドレイン電極とが層間絶縁膜を貫くコンタクトホールを介して接続されるものであり、このとき、層間絶縁膜材料としては、窒化シリコン等の無機材料が用いられることが多い。しかしながら、層間絶縁膜材料として無機材料を用いた場合であって、開口率の向上を図る目的で画素電極と各配線とをオーバーラップさせた場合には、寄生容量が大きくなってクロストークが観察されることがある。そこで、層間絶縁膜材料として、窒化シリコン等の無機材料よりも比誘電率が低い、有機材料からなる層間絶縁膜を用い、画素電極と各配線とをオーバーラップさせた場合であっても画素電極と各配線との間の寄生容量を低減させるといった工夫がなされている（例えば、特許文献１参照。）。

また、液晶セル間ギャップを均一に保つためのスペーサは、酸化シリコンの斜方蒸着によって配向膜が形成された場合、配向膜の下にスペーサを形成すると、スペーサの凸構造によってその高さの数倍の影ができ、配向膜の形成を均一に行うことが難しくなる。そこで、まず基板上に酸化シリコンを斜め蒸着して配向膜を形成し、続いて配向膜の上にスペーサの材料となる有機膜を塗布し、更に有機膜をリソグラフィーにより選択的に除去して画素電極を有しない領域にスペーサを形成するといった工夫がなされている（例えば、特許文献２参照。）。

更に、液晶の配向を規定する配向膜に関しては、斜方蒸着膜だけで無機配向膜を形成した場合、駆動時にプレチルト角の安定性が不十分でむらが発生しやすくなる点を解消するために、基板上に垂直配向性を有する無機配向膜を塗布した後にその塗布膜を焼成し、その後、無機配向膜上に酸化シリコンを、基板の法線方向に対し斜め方向から斜方蒸着で積層形成して、酸化シリコン膜からなる配向膜とする工夫がなされている（例えば、特許文献３参照。）。

また、配向膜に関しては、無機物からなる配向膜を斜方蒸着により形成した場合、正確で均一なプレチルト（初期傾斜）を実現することが困難となる点を解消するために、配向層を第一の配向層及び第二の配向層からなるものとし、かつ、第二の配向層を、液晶中にあらかじめ混入しておいた高分子前駆体に一定の光を照射してこれらを重合させて形成する方法が知られている（例えば、特許文献４参照）。この方法によれば、正確で均一なプレチルトを簡便な方法で得られ、応答速度や開口率の向上を図ることができる。しかしながら、特許文献４に記載の方法で作製した液晶表示装置は、その後の液晶表示装置の品質検査の試験を行ったときに、液晶層中に気泡が生じる場合があり、そのような装置は不良品とされるため、液晶層内に気泡が発生することを抑制する液晶表示装置を作製する方法が求められていた。
特許第２９３３８７９号明細書 特許第２８１８９８５号明細書 特開２００４−１２６４６３号公報 特許第３５２０３７６号明細書

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、光照射を行って配向膜上に光重合体を形成する場合においても、液晶層中に気泡が生じることを抑制する液晶表示パネルを提供することを目的とするものである。

本発明者らは、光照射を行って配向膜上に光重合体を形成した場合に液晶層内に気泡が発生する原因を解明するため、以下の検討を行った。本発明者らはまず、気泡の発生源を特定するため、一方の基板を単なるガラス基板とし、他方の基板を単なるガラス基板、アレイ側基板、又は、対向側基板とした３通りの基板の組合せを用意した。そして、それぞれの基板の組合せに対し、基板間にモノマーを含んだ液晶を注入し、有機材料から構成される配向膜を塗布・焼成し、更に光照射を行って３種類の評価パネルを作製した。そして、このような評価パネルを各種につき１０台ずつ用意し、−３０℃から８５℃、８５℃から−３０℃と温度変化を繰り返す冷熱サイクル試験に供したところ、他方の基板を単なるガラス基板としたものと、対向側基板としたものとでは、１０００サイクル経過した後において１台も気泡は発生しなかったが、他方の基板をアレイ側基板としたものでは１００〜２００サイクル経過後に５台（全体の１／２）で気泡が発生した。このような調査から、気泡の発生はアレイ側基板に原因があることが分かったため、本発明者らは、追加調査として更に以下の調査を行った。

本発明者らは続いて、一方の基板を単なるガラス基板とし、他方の基板を層間絶縁膜（アクリル樹脂）を形成したガラス基板、ゲート絶縁膜（ＳｉＮ_ｘ）を形成したガラス基板、又は、画素電極（ＩＴＯ）を形成したガラス基板とした３通りの基板の組合せを用意した。そして、それぞれの基板の組合せに対し、基板間にモノマーを含んだ液晶を注入し、有機材料から構成される配向膜を塗布・焼成し、更に光照射を行って３種類の評価パネルを作製した。そして、このような評価パネルを各種につき１０台ずつ用意し、−３０℃から８５℃、８５℃から−３０℃と温度変化を繰り返す冷熱サイクル試験に供したところ、他方の基板をゲート絶縁膜（ＳｉＮ_ｘ）を形成したガラス基板としたものと、画素電極（ＩＴＯ）を形成したガラス基板としたものとでは、１０００サイクル経過した後において１台も気泡は発生しなかったが、他方の基板を層間絶縁膜（アクリル樹脂）を形成したガラス基板としたものでは１００〜２００サイクル経過後に５台（全体の１／２）で気泡が発生した。

以上の調査から、本発明者らは、気泡の発生は層間絶縁膜に原因があったことを見いだした。また、本発明者らは更に鋭意検討を行ったところ、有機材料から構成される層間絶縁膜に高分子前駆体を重合させるための紫外域の光が照射されると、層間絶縁膜の一部が分解し、更に熱衝撃等の応力が加わることでそれがガス化して液晶層内に気泡として発生すること、及び、逆に重合に必要な紫外域の光の照射量を少なくして気泡が発生しない照射条件にすると、液晶中に未反応の高分子前駆体が残留して焼付きが発生し、液晶の表示特性を劣化させてしまうことを見いだすとともに、液晶表示パネルの層間絶縁膜が有機材料から構成されている場合であって配向膜の液晶層側表面に光重合体を設ける場合には、配向膜の材料として無機物を含有させることで、液晶層中での気泡の発生が効果的に抑制されることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、一対の基板と、上記基板間に挟持された液晶層とを備える液晶表示パネルであって、上記一対の基板の少なくとも一方は、配線と、層間絶縁膜と、画素電極と、配向膜とをこの順に積層して備え、上記配向膜は、電圧印加時の液晶の配向方向を規定する光重合体を表面に有し、上記層間絶縁膜は、有機材料から構成され、上記配向膜は、無機材料、又は、無機物と有機物との複合材料から構成される液晶表示パネルである。
以下に本発明を詳述する。

本発明の液晶表示パネルは、一対の基板と、上記基板間に挟持された液晶層とを備える。このような一対の基板は、例えば、一方が液晶の駆動制御に関与するアクティブマトリクス基板、他方がカラー表示に関与するカラーフィルタ基板として構成される。そして、これらの基板間に電圧を印加することで、液晶層内の液晶の駆動が行われる。

上記一対の基板の少なくとも一方は、配線と、層間絶縁膜と、画素電極と、配向膜とをこの順に積層して備える。配線としては、例えば、ゲート配線（走査配線）、ソース配線（信号配線）、ドレイン配線、保持容量配線等が挙げられる。また、このような配線には、通常、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）やＭＩＭ等のスイッチング素子が接続され、これらの配線から供給されてくる信号を制御する。層間絶縁膜は、このような配線と画素電極とを電気的に隔離するものである。配向膜は、電圧無印加時の液晶の配向方向を基板面に対して一定の方向に揃えるものである。本発明の液晶表示パネルは、このような構成を必須のものとする限り他の構成を含んでいてもよく、例えば、各基板の、液晶層とは反対側に更に位相差板、偏光板等を積層して備えていてもよい。また、本発明の液晶表示パネルは、一方の基板のみに配向膜が形成された構造であっても本発明の効果を奏することができるが、両方の基板に配向膜が形成されていることがより好ましい。

上記配向膜は、電圧印加時の液晶の配向方向を規定する光重合体を表面に有する。ここで、光重合体とは、光の照射を受けた単量体（モノマー）同士が重合してできる重合体（ポリマー）をいう。そのようなモノマーとしては、例えば、アクリレート系、メタアクリレート系、エポキシ系のモノマー等を用いることができる。本発明では、配向膜表面に光重合体が形成されており、この光重合体によって、配向膜表面の液晶の電圧印加時における配向方向が規定され、液晶に対してより正確で均一なプレチルトが得られることになり、応答速度や開口率が向上する。

上記層間絶縁膜は、有機材料から構成される。有機材料は、窒化シリコン等の無機材料よりも比誘電率が低いため、各配線と画素電極とをオーバーラップさせた場合であってもこれらの間の寄生容量を低減することができ、開口率の向上を図ることができる。ここで、本明細書において、「有機材料から構成される」とは、実質的に全体が有機材料で構成されていればよく、微量の不純物を有するものであってもよい。具体的には、有機化合物が配向膜全体の８０ｗｔ％以上の含有率を有するものをいう。有機材料としては、例えば、アクリル樹脂、ノボラック樹脂等が挙げられ、特に硬化物性や透明性の点からアクリル樹脂を用いることがより好ましい。配向膜表面に光重合体を形成する場合、通常、光の照射は、光の吸収を行うカラーフィルタ基板側からではなく、アクティブマトリクス基板側から液晶層に向かって行われる。そのため、層間絶縁膜にはモノマー重合のための光が照射されることになり、それによって、有機材料から構成される層間絶縁膜は、その一部で分解が生じてしまい、更に、その後の熱衝撃試験での応力の負荷によりガス化され、液晶層に気泡が放出されるという現象が生じる。そこで、本発明では、配向膜を以下のような構成としている。

上記配向膜は、無機材料、又は、無機物と有機物との複合材料から構成される。配向膜の材料としてこれらいずれかの材料を用いることで、配向膜に対して無機物特有の高い耐熱性、機械強度及び遮蔽性を付与することができ、これによって層間絶縁膜に加わる熱衝撃を和らげ、かつ層間絶縁膜が分解されて生じるガスが液晶層に放出されることを遮蔽することができる。また、同様に、無機物と有機物との複合材料を用いることで、配向膜は、無機物が持つ高い耐熱性、機械強度及び遮蔽性に加えて、有機物が持つ高い柔軟性と液晶への親和性とを有することになり、液晶のプレチルトの安定化が図れることになる。なお、「無機材料から構成される」とは、実質的に全体が無機材料で構成されていればよく、微量の不純物を有するものであってもよい。具体的には、無機化合物が配向膜全体の８０ｗｔ％以上の含有率を有するものをいう。無機材料としては、例えば、シロキサン、アルミナ等が挙げられる。また、「無機物と有機物との複合材料から構成される」とは、実質的に全体が無機物と有機物との複合材料で構成されていればよく、微量の不純物を有するものであってもよい。具体的には、上述と同様、無機物と有機物との複合成分が配向膜全体の８０ｗｔ％以上の含有率を有するものをいう。

上記配向膜は、シロキサン骨格を有する材料から構成されることが好ましい。配向膜として用いることができる無機材料の中でもシロキサンは架橋構造を有しており、かつ酸素原子が密に配列しているため、特に遮蔽性に優れている。また、シロキサン骨格は、シリカ結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を有してなるものであり、シリカ結合は３次元的に広がった剛直な構造を有しているため、配向膜は、耐熱性と機械強度とに優れたものとなり、層間絶縁膜に加わる熱衝撃をより効果的に和らげることができる。したがって、層間絶縁膜に有機材料から構成される材料を用いる場合は、このようなシロキサン骨格を有する材料を配向膜として用いることで、液晶層での気泡の発生を効果的に抑制することができる。

上記配向膜は、垂直配向膜であることが好ましい。垂直配向膜の材料としてシロキサン骨格を有する配向膜を用いることで、良質な垂直配向能を得ることができる。これは、シロキサン骨格が、極性の高い酸素が密に配列して構成されているためであり、これを配向膜として用いることで、液晶のような疎水性成分はぬれ難く、接触角が大きくなる。液晶を垂直配向させるには接触角を大きくする必要があるが、シロキサン骨格を有する材料から構成される配向膜はもともと接触角が大きいため、容易に高い垂直配向能を付与することができる。なお、本形態の垂直配向膜は、液晶分子を配向膜面に対して略垂直に並べることができるものであれば特に限定されず、このような垂直配向膜は、例えば、斜方蒸着や塗布・焼成によって形成することができる。また、配向膜表面に重合体（ポリマー）を形成し、この重合体により配向膜表面の液晶の電圧印加時における配向方向を規定することで、ラビング処理では得られ難い、垂直配向膜に対する正確で均一なプレチルト効果を得ることができる。すなわち、本発明は、垂直配向モードにおける液晶の配向安定化、及び、応答速度向上に好適なものである。

上記光重合体は、液晶層に電圧を印加しながら光照射することにより、液晶層中に分散させたモノマーを光重合させて形成されたものであることが好ましい。上述のとおり、光重合体とは、光の照射を受けたモノマー同士が重合してできるポリマーであるが、その光の照射法として、あらかじめ光重合を行うモノマーを液晶材料とともに混合しておき、電圧を印加して液晶を特定のチルト方位、チルト角に配向させた状態でそのモノマー同士を光重合させることで、液晶に対して正確で均一なプレチルトを付与する光重合体となる。

上記液晶表示パネルは、層間絶縁膜と配向膜との間に金属膜及び／又は金属化合物膜が配置されていることが好ましい。金属膜や金属化合物膜はシリカ結合と同様に３次元的に広がった剛直、かつ密に架橋した構造を有しているため、耐熱性、機械強度及び遮蔽性が高く、層間絶縁膜と配向膜との間に配置することで、気泡が液晶層に発生することを効果的に抑制することができる。金属膜の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）やモリブデン（Ｍｏ）等が挙げられる。なお、このような金属膜は、例えば、反射表示に用いる反射膜として利用することもできる。金属化合物膜の材料としては、インジウム酸化錫（ＩＴＯ）やインジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ）等の金属酸化物等を用いることができる。

上記液晶表示パネルは、透過表示に用いられる透過部と、反射表示に用いられる反射部とを有し、かつ反射部に層間絶縁膜が設けられていることが好ましい。透過表示と反射表示とを行う半透過型の液晶表示装置においては、透過部の液晶セル間ギャップを反射部の液晶セル間ギャップより大きくする必要があり、好ましくは透過部の液晶セル間ギャップを反射部の液晶セル間ギャップの倍にする。したがって、各配線とオーバーラップする領域を反射部とし、各配線上に設けた層間絶縁膜で透過部との液晶セル間ギャップを調整すれば、透過部において層間絶縁膜を設けなくてもよい。液晶層に発生する気泡は層間絶縁膜から発生するものであるため、こうして層間絶縁膜を減らすことで、気泡の発生も抑制することができる。

上記液晶表示パネルは、有機材料から構成される球形スペーサを基板間に備えることが好ましい。スペーサは、基板間のギャップ保持としての機能を果たすものであり、特に有機材料から構成される球形スペーサは、弾性、すなわち、力を加えると変形するが、除荷すれば元の寸法に戻る性質を有しているため、液晶表示パネルが変形したとしてもその動きに追従し、熱衝撃等の応力が加わってもその衝撃を吸収することができる。したがって、本形態によれば、熱衝撃によってガスが発生することを抑制し、液晶層に気泡が発生することを抑制することができる。

本発明はまた、上記液晶表示パネルを備える液晶表示装置でもある。本発明の液晶表示パネルを備えた液晶表示装置によれば、配向膜上に光重合体を形成する技術を用いた場合においても気泡を液晶層中に発生させにくくすることができ、不良品の発生率が低下する。本発明の液晶表示装置としては、例えば、上記液晶表示パネルにバックライトを備え付けたものが挙げられる。また、熱衝撃は、車載した場合に受けやすいため、本発明の液晶表示装置は、特に車載用として好適に用いられる。

本発明の液晶表示パネルは、配向膜として遮蔽性の高い無機材料を用いているので、層間絶縁膜として有機材料を用いる場合において、光照射を行って配向膜上に光重合体を形成したとしても液晶層中に気泡が生じることを抑制することができ、不良品の発生率を低下させることができる。

以下に実施形態を掲げ、本発明について、図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

（実施形態１）
図１は、実施形態１で用いる液晶表示パネルの１画素の平面模式図であり、図２は、図１で示される一点鎖線Ａ−Ｂに沿った液晶表示パネルの断面模式図である。図１に示すように、１つの画素は、直交して配置されたゲート配線１１及びソース配線１２で囲まれる領域で形成され、ゲート配線１１とソース配線１２との交点において、スイッチング素子であるＴＦＴ１５が接続されている。また、各ゲート配線１１間に、ゲート配線１１に平行して保持容量配線１４が設けられている。更に、同じくＴＦＴ１５と接続されたドレイン配線１３が、画素中央に向かって保持容量配線１４と重畳する領域まで伸びている。１つの画素を形成する領域には画素電極１６が設けられており、更にその画素電極１６の表面には、配向制御を行うために、１画素内で平面的にくの字（Ｖ字）型となる複数の斜め方向のスリット１６ａが刻み込まれている。また、画素電極１６と重畳する他の領域には、スリット１６ａと平行に、同様に、平面的にくの字（Ｖ字）型となる配向制御構造物３５ａが設けられている。更に、ゲート配線１１及びソース配線１２の交点と重畳する他の領域３６には、基板間のギャップを保持するためのフォトスペーサが形成されている。そして、画素電極１６の外周と重畳する他の領域にはブラックマトリクス３２が設けられている。

図２に示すように、実施形態１の液晶表示パネルは、一対の基板２１、３１と、その基板２１、３１間に挟持された液晶層３とを備える。これら一対の基板２１、３１のそれぞれは、ガラス（ＳｉＯ）でできたアレイ側基板２１及び対向側基板３１である。アレイ側基板２１上には、液晶層３側に向かって、ゲート電極２２、窒化シリコン（ＳｉＮ_ｘ）からなるゲート絶縁膜２３、半導体膜２４、及び、チャネル保護膜２５が形成されており、更に、ソース側にはソース電極２６及びソース配線１２が、ドレイン側にはドレイン電極２７及びドレイン配線１３がそれぞれ重畳して形成されている。また、これらの配線の上部には窒化シリコン（ＳｉＮ_ｘ）からなるパッシベーション膜３０が形成されており、更に、パッシベーション膜３０の上部、及び、パッシベーション膜がない非配線部のガラス基板上部にはアクリル樹脂から構成される透明な層間絶縁膜２８が膜厚３μｍで全面に形成されている。そして、層間絶縁膜２８上にはＩＴＯからなる画素電極１６がゲート配線１１及びソース配線１２とオーバーラップするようにして形成されており、画素電極１６上には、表面に光重合体２が形成された配向膜１が全面に形成されている。一方、対向側基板３１上には、液晶層３側に向かって、ブラックマトリクス３２、カラーフィルタ３３、対向電極３４、及び、表面に光重合体２が形成された配向膜１が形成されている。また、配向制御構造物３５ａは、対向電極３４と配向膜１との間に、液晶層３側に向かって膜厚１．２μｍで突起状にパターン形成されている。更に、フォトスペーサもまた、対向電極３４と配向膜１との間に、液晶層３側に向かって膜厚４μｍで突起上にパターン形成されている。なお、アレイ側基板２１と対向側基板３１とは、シール材を介して貼り合わされる。

以下、配向膜１について詳述する。本実施形態での配向膜１は、シロキサン骨格を有する無機材料から構成される垂直配向膜であり、斜め蒸着で形成されている。本実施形態では、このような垂直配向膜が両基板上にそれぞれ膜厚８００Åで表示領域の全面に形成されている。本実施形態の配向膜１を構成するシロキサン骨格は、下記一般式（１）；

（式中、Ｓｉは珪素原子を表し、Ｈは水素原子を表し、Ｏは酸素原子を表す。）で表される。シロキサン骨格は、シリカ結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）が３次元的に密に架橋した構造を有しているため、遮蔽性に優れている。また、シリカ結合は３次元的に広がった剛直な構造を有しているため、配向膜は、耐熱性と機械強度とに優れたものとなり、層間絶縁膜に加わる熱衝撃を和らげることができる。したがって、層間絶縁膜に有機材料を用いる場合は、このようなシロキサン骨格を有する無機物を配向膜に用いることで、液晶層での気泡の発生を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態の配向膜１の材料としては、下記一般式（２）；

（式中、Ｓｉは珪素原子を表し、Ｈは水素原子を表し、Ｏは酸素原子を表し、Ｒはアルキル基を表す。）で表される、無機物であるシロキサン骨格に炭素のような有機物が共有結合で部分的に結び付いたハイブリッド（複合）材料で構成される垂直配向膜でもよい。本実施形態では、このような垂直配向膜が両基板上にそれぞれ膜厚８００Åで表示領域の全面に塗布・焼成されて形成されている。このようなハイブリッド材料もまた、シリカ結合が３次元的に密に架橋した構造を有しているため、遮蔽性に優れている。また、このようなハイブリッド材料によれば、配向膜は、無機物が持つ高い耐熱性及び機械強度に加えて、有機物が持つ高い柔軟性と液晶への親和性とを有することになるので、層間絶縁膜に加わる熱衝撃を和らげるとともに、プレチルトの安定化が図れることになる。したがって、層間絶縁膜に有機材料を用いる場合は、このようなハイブリッド材料を配向膜に用いることで、液晶層での気泡の発生を効果的に抑制するとともに、プレチルトの安定化を図ることができる。

続いて、配向膜１表面に光重合体２を形成する方法について詳述する。液晶表示パネルへの光照射は次に示す二段階照射で行うことが好適である。まず、アレイ側基板２１と対向側基板３１とで構成される空パネルに、メタアクリロイル基を有する多官能アクリレートモノマーを０．３ｗｔ％添加したネガ型液晶を注入する。続いて、一次照射として、画素電極１６と対向電極３４とによって液晶層３にＡＣ１０Ｖを印加しながら、３００〜４００ｎｍの間に輝線ピークを有する紫外線をＩ基準で２０〜３０Ｊ／ｃｍ^２照射して配向膜１表面に高分子重合体を形成し、配向膜表面の液晶の電圧印加時における配向方向を規定する。次に、二次照射として、電圧無印加で蛍光灯下に４８時間暴露し、残留モノマーの除去を行う。なお、このような二段階照射は、カラーフィルタ３３による吸収を避けるために全てアレイ側基板２１面から行うのがよい。

（評価試験１）
本発明者らはまず、評価パネルとして、実施形態１の液晶表示パネルの構成であって、上記一般式（１）のシロキサン骨格を有する無機材料から構成される配向膜を備えるもの（以下、評価パネル（Ａ）ともいう。）と、上記一般式（２）の無機物と有機物とのハイブリッド材料から構成される配向膜を備えるもの（以下、評価パネル（Ｂ）ともいう。）と、有機材料から構成される配向膜を備えるもの（以下、評価パネル（Ｃ）ともいう。）との３種類のパネルを、それぞれ１０台用意した。なお、本評価試験において用いる、有機材料から構成される配向膜は、下記一般式（３）；

（式中、Ｃは炭素原子を表し、Ｈは水素原子を表し、Ｏは酸素原子を表し、Ｎは窒素原子を表す。）で表されるポリイミドで構成される垂直配向膜であり、塗布・焼成により形成されている。本実施形態では、このような垂直配向膜が両基板上にそれぞれ膜厚８００Åで表示領域の全面に形成されている。

次に、これらの評価パネルを、−３０℃から８５℃、８５℃から−３０℃と温度変化を繰り返す冷熱サイクル試験に供した。その結果、評価パネル（Ａ）と評価パネル（Ｂ）とでは１０００サイクル経過した後において一台も気泡は発生しなかったが、評価パネル（Ｃ）では、５台（全体の１／２）で１００〜２００サイクル経過後に気泡が発生した。このことから、上記一般式（１）及び（２）の材料については、気泡に対する遮蔽性が高く、一方、上記一般式（３）の材料については、気泡に対する遮蔽性が低いことがわかった。また、上記一般式（３）は、炭素と水素が中心の高分子鎖が２次元的に広がった柔軟な構造を有しているため、耐熱性と機械強度は上記一般式（１）及び（２）の材料から構成される配向膜より劣ることになり、また、架橋材を添加して高分子鎖に３次元的な架橋構造を付与しても、部分的な架橋であるため架橋密度が低く、遮蔽性も上記一般式（１）及び（２）の材料から構成される配向膜と比べ劣っていることがわかった。なお、上記一般式（３）の有機物から構成される配向膜も気泡の発生の原因となる可能性があるが、配向膜は層間絶縁膜より大幅に膜厚が薄いこと、及び、二段階照射は全てアレイ側基板面から行われるため、紫外域の光は全て層間絶縁膜を介して照射され、有機物を分解する短波長の光は配向膜よりも大きな膜厚の層間絶縁膜に概ね吸収されることから、配向膜からの気泡は特に考慮しなくてよい。

以上より、液晶表示パネルに有機材料から構成される層間絶縁膜を用いる場合においては、層間絶縁膜の上方に、無機材料から構成される配向膜、又は、無機物と有機物とのハイブリッド材料から構成される配向膜を形成することで、液晶層内に気泡を発生させなくすることができる。

（実施形態２）
図３は、実施形態２で用いる液晶表示パネルの１画素の平面模式図であり、図４は、図３で示される一点鎖線Ｃ−Ｄに沿った液晶表示パネルの断面模式図である。実施形態１では透過型の液晶表示パネルを用いたが、実施形態２では透過部Ｔと反射部Ｒとで表示光の経路が異なる半透過型の液晶表示パネルを用いている。そのため、実施形態２では、層間絶縁膜２８と画素電極１６との間の一部に反射表示を行うための反射膜２９が形成されている。また、本実施形態では、画素エッジの斜め電界を利用したピンホイール配向、すなわち、配向制御構造物を中心とした風車配向になっていることから、配向制御構造物３５ｂは実施形態１のように平面的にくの字（Ｖ字）型となっておらず、平面的に点状で設けられている。

図３に示すように、１つの画素は、直交して配置されたゲート配線１１及びソース配線１２で囲まれる領域で形成され、ゲート配線１１とソース配線１２との交点において、スイッチング素子であるＴＦＴ１５が接続されている。また、各ゲート配線１１間に、ゲート配線１１に平行して保持容量配線１４が設けられている。更に、同じくＴＦＴ１５と接続されたドレイン配線１３が、画素中央に向かって保持容量配線１４と重畳する領域まで伸びている。１つの画素を形成する領域にはＩＺＯからなる画素電極１６が設けられており、その画素電極１６と重畳する領域には反射部Ｒと透過部Ｔとの両方に、配向制御構造物３５ｂが点状にパターン形成されている。また、ゲート配線１１及びソース配線１２の交点と重畳する他の領域３６には、基板間のギャップを保持するためのフォトスぺーサが形成されている。更に、画素電極１６の外周と重畳する他の領域にはブラックマトリクス３２が設けられている。なお、１つの画素は、透過部Ｔと反射部Ｒとに分けられ、本実施形態ではこれらは面積比で５０％ずつとなっている。

図４に示すように、実施形態２の液晶表示パネルは、一対の基板２１、３１と、その基板２１、３１間に挟持された液晶層３とを備える。これら一対の基板２１、３１のそれぞれは、ガラス（ＳｉＯ）からなるアレイ側基板２１及び対向側基板３１である。アレイ側基板２１上には、液晶層３側に向かって、保持容量配線１４、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）からなるゲート絶縁膜２３、ドレイン配線１３、アクリル樹脂から構成される透明な層間絶縁膜２８、反射膜２９、及び、表面に光重合体２が形成された配向膜１が形成されている。なお、層間絶縁膜２８は、透過部Ｔには形成されておらず、反射部Ｒのみに膜厚２μｍで形成されている。一方、対向側基板３１上には、液晶層３側に向かって、カラーフィルタ３３、対向電極３４、及び、表面に多官能アクリレートモノマーが光重合してできた光重合体２が形成された配向膜１が形成されている。また、配向制御構造物３５ｂが、対向電極３４と配向膜１との間に、液晶層３側に向かって膜厚１．２μｍで突起状にパターン形成されている。更に、フォトスペーサが、対向電極３４と配向膜１との間に、液晶層３側に向かって膜厚２μｍで突起状にパターン形成されている。本実施形態での配向膜１は、上記一般式（２）の無機物と有機物とのハイブリッド材料から構成される配向膜を用いている。このような配向膜１は斜方蒸着又は塗布・焼成によって両基板上にそれぞれ膜厚８００Åで表示領域の全面に形成されている。なお、図４には図示していないが、ゲート電極、半導体膜、チャネル保護膜、ソース電極、ソース配線、及び、パッシベーション膜については、実施形態１と同様の構成となっている。

以下、反射膜２９について詳述する。本実施形態での反射膜２９は、層間絶縁膜２８と画素電極１６との間であって、かつ反射部Ｒのみに形成されている。このような反射膜２９の材料として、本実施形態ではアルミニウム（Ａｌ）とモリブデン（Ｍｏ）との積層体を用いているが、特に限定されず、例えば、Ａｌ、Ｍｏ等を単体で用いることもできる。これらの金属膜はシリカ結合と同様に３次元的に広がった剛直、かつ密に架橋した構造を有しているため、耐熱性、機械強度及び遮蔽性が高く、効果的に気泡の発生を抑えることができる。なお、本実施形態では、層間絶縁膜２８は反射部Ｒのみに形成されている。そうすることで、層間絶縁膜２８の占有面積を減らせるため、気泡発生の確率を低減させることができる。本実施形態では、画素電極（ＩＺＯ）１６を反射膜（Ａｌ／Ｍｏ）２９上に形成しているが、反射膜（Ａｌ／Ｍｏ）２９を画素電極（ＩＺＯ）１６上に形成する形態としてもよい。

（評価試験２）
本発明者らはまず、評価パネルとして、実施形態２の液晶表示パネルの構成であって、上記一般式（２）の無機物と有機物とのハイブリッド材料から構成される配向膜を備えるもの（以下、評価パネル（Ｄ）ともいう。）と、上記一般式（２）の無機物と有機物とのハイブリッド材料から構成される配向膜を備えるが、反射部Ｒの１０％の領域で配向膜が形成されていないもの（以下、評価パネル（Ｅ）ともいう。）と、上記一般式（２）の無機物と有機物とのハイブリッド材料から構成される配向膜を備えるが、表示領域に反射膜が形成されておらず、かつ上述の反射部に対応する領域の１０％の領域で配向膜が形成されていないもの（以下、評価パネル（Ｆ）ともいう。）との３種類のパネルを、それぞれ１０台用意した。次に、これらの評価パネルを、−３０℃から８５℃、８５℃から−３０℃と温度変化を繰り返す冷熱サイクル試験に供した。その結果、評価パネル（Ｄ）と 評価パネル（Ｅ）では１０００サイクル経過した後においても一台も気泡は発生しなかったが、評価パネル（Ｆ）では、１台（全体の１／１０）で１００〜２００サイクル経過後に気泡が発生した。

このように、層間絶縁膜２８の上方に配向膜１として無機物と有機物とのハイブリッド材料から構成される配向膜を形成することに加え、更に層間絶縁膜２８上に反射膜２９を設けることで、層間絶縁膜２８に対しより高い耐熱性、機械強度を付与するとともに、反射膜２９の有する遮蔽性によって、液晶層３内に生じる気泡の発生をより効果的に抑制することができる。本実施形態では反射部Ｒの配向膜を部分的に抜いたものも用いたが、例えば、無機材料から構成される配向膜、又は、無機物と有機物とのハイブリッド材料から構成される配向膜を用いても、ピンホールやはじきにより配向膜が無い領域が部分的にある場合や、塗布むらや表面凹凸により配向膜の膜厚が極端に薄い領域が部分的にある場合に、同様に、気泡が発生する場合が生じうる。これに対して、本実施形態のように画素電極と層間絶縁膜との間に反射膜を配置することで、より大きな遮蔽効果が得られ、液晶層３内に生じる気泡の発生を効果的に抑制することができる。

（実施形態３）
実施形態３の液晶表示パネルは、基板間のギャップ保持を行うスペーサとして有機材料から構成される球形の弾性体が用いられていること以外は、実施形態１と同様である。本実施形態では、スペーサの材料として、ジビニルベンゼン樹脂から構成される４μｍ径の球形スペーサを用いているが、有機材料としては特にジビニルベンゼン樹脂に限定されず、例えば、アクリル樹脂等を用いることもできる。このような有機材料は、弾性、すなわち、力を加えると変形するが、除荷すれば元の寸法に戻る性質を有しているため、液晶表示パネルの変形に追従し、熱衝撃等の応力が加わっても衝撃を吸収することができるため、気泡発生を抑制することができる。

（評価試験３）
本発明者らはまず、評価パネルとして、実施形態３の液晶表示パネルの構成であって、上記一般式（２）の無機物と有機物とのハイブリッド材料から構成される配向膜を備えるもの（以下、評価パネル（Ｇ）ともいう。）と、上記一般式（２）の無機物と有機物とのハイブリッド材料から構成される配向膜を備えるが、表示領域の１０％の領域で配向膜が形成されていないもの（以下、評価パネル（Ｈ）ともいう。）と、上記一般式（２）の無機物と有機物とのハイブリッド材料から構成される配向膜を備えるが、表示領域の１０％の領域で配向膜が形成されてなく、かつ、球形スペーサでなくフォトスペーサで基板間のギャップ保持が行われているもの（以下、評価パネル（Ｉ）ともいう。）との３種類のパネルを、それぞれ１０台用意した。次に、これらの評価パネルを、−３０℃から８５℃、８５℃から−３０℃と温度変化を繰り返す冷熱サイクル試験に供した。その結果、評価パネル（Ｇ）と 評価パネル（Ｈ）では１０００サイクル経過した後においても一台も気泡は発生しなかったが、評価パネル（Ｉ）では、１台（全体の１／１０）で１００〜２００サイクル経過後に気泡が発生した。

このように、本実施形態のように層間絶縁膜２８の上方に配向膜１として無機物と有機物とのハイブリッド材料から構成される配向膜を形成することに加え、更にスペーサとして有機物から構成される球形の弾性体を用いることで、層間絶縁膜２８に対し、より高い熱衝撃吸収性を付与することができ、それによって、液晶層３内に生じる気泡の発生をより効果的に抑制することができる。本実施形態では配向膜を部分的に抜いたものも用いたが、例えば、無機材料から構成される配向膜、又は、無機物と有機物とのハイブリッド材料から構成される配向膜を用いても、ピンホールやはじきにより配向膜が無い領域が部分的にある場合に、同様に、気泡が発生する場合が生じうる。これに対して、本実施形態のようにスペーサとして有機材料から構成される球形の弾性体を用いることで、より高い熱衝撃吸収性を付与することができ、液晶層３内に生じる気泡の発生をより効果的に抑制することができる。

実施形態１で用いる液晶表示パネルの１画素の平面模式図である。 図１で示される一点鎖線Ａ−Ｂに沿った液晶表示パネルの断面模式図である。 実施形態２で用いる液晶表示パネルの１画素の平面模式図である。 図３で示される一点鎖線Ｃ−Ｄに沿った液晶表示パネルの断面模式図である。

符号の説明

１：配向膜
２：光重合体
３：液晶層
１１：ゲート配線
１２：ソース配線
１３：ドレイン配線
１４：保持容量配線
１５：ＴＦＴ
１６：画素電極
１６ａ：画素電極のスリット
２１：アレイ側基板
２２：ゲート電極
２３：ゲート絶縁膜
２４：半導体膜
２５：チャネル保護膜
２６：ソース電極
２７：ドレイン電極
２８：層間絶縁膜
２９：反射膜
３０：パッシベーション膜
３１：対向側基板
３２：ブラックマトリクス
３３：カラーフィルタ
３４：対向電極
３５ａ、３５ｂ：配向制御構造物
Ｔ：透過部
Ｒ：反射部

Claims (8)

1. 一対の基板と、該基板間に挟持された液晶層とを備える液晶表示パネルであって、
   該一対の基板の少なくとも一方は、配線と、層間絶縁膜と、画素電極と、配向膜とをこの順に積層して備え、
   該配向膜は、電圧印加時の液晶の配向方向を規定する光重合体を表面に有し、
   該層間絶縁膜は、有機材料から構成され、
   該配向膜は、無機材料、又は、無機物と有機物との複合材料から構成される
   ことを特徴とする液晶表示パネル。
2. 前記配向膜は、シロキサン骨格を有する材料から構成されることを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
3. 前記配向膜は、垂直配向膜であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
4. 前記光重合体は、液晶層に電圧を印加しながら光照射することにより、液晶層中に分散させたモノマーを光重合させて形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
5. 前記液晶表示パネルは、層間絶縁膜と配向膜との間に金属膜及び／又は金属化合物膜が配置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
6. 前記液晶表示パネルは、透過表示に用いられる透過部と、反射表示に用いられる反射部とを有し、かつ反射部に層間絶縁膜が設けられていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
7. 前記液晶表示パネルは、有機材料から構成される球形スペーサを基板間に備えることを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
8. 請求項１記載の液晶表示パネルを備えることを特徴とする液晶表示装置。

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