JP4175826B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光又は熱により重合するモノマーやオリゴマーなどを含有する液晶材料を基板間に封止し、液晶層に印加する電圧を調整しながら重合性成分を重合して液晶の配向方向を決定する液晶表示装置及び液晶材料に関する。前記電圧は０ボルトを含み、以下電圧調整とは０ボルトを含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブマトリックスタイプの液晶表示装置は、以前はＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）モードが主流であった。ＴＮモードの場合、視角特性が狭いのが難点であった。そこで現在、広視野角液晶パネルには、ＭＶＡ（ｍｕｌｔｉｄｏｍａｉｎ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードとＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードと呼ばれる技術が採用されている。
【０００３】
ＩＰＳモードでは、表示面方向に平行な水平面内に互いに対向する１組の平たい櫛形電極を設け、対向する電極間の液晶分子を水平面内でスイッチングする。平たい形状の櫛形電極は液晶表示装置の開口率を著しく低下させるので、ＩＰＳモード液晶表示装置では強力なバックライトが必要である。
【０００４】
ＭＶＡモードでは、液晶を基板に垂直に配向させ、透明電極（ＩＴＯ膜）に設けられたスリットと対向基板に設けられた突起によって液晶分子の配向を規定する。ＭＶＡモード液晶表示装置におけるスリットや突起による実質開口率の低下は櫛形電極を用いるＩＰＳモード液晶表示装置におけるほどではないにしても、ＴＮモード液晶表示装置に比べると、ＭＶＡモード液晶表示装置の光透過率は低い。そのため、ＭＶＡモード液晶表示装置は、低消費電力が要求されるノートパソコンには採用することができていない。
【０００５】
最近のＭＶＡモード液晶表示装置では、広視野角化のため、電圧印加時に液晶分子が４方向に倒れるよう、土手（突起）とＩＴＯスリットを複雑に配置しているため、光透過率が更に低くなっている。これらの配置を単純化し、土手間隔あるいはＩＴＯスリット間隙を広げれば、光透過率を高くすることができる。しかし、土手あるいはＩＴＯスリットの間隙が非常に広いと、液晶分子の傾斜の伝播に時間がかかるようになり、表示のため装置に電圧を印加したときの装置の応答が非常に遅くなる。
【０００６】
この応答の遅れの問題の解決のために、ＭＶＡモード液晶表示装置の製造において、重合可能なモノマーを含有している液晶材料を基板間に注入し、電圧を印加した状態でモノマーを重合して液晶分子の倒れる方向を記憶しておくという技術が導入された。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、液晶表示装置には、同じ画像を長時間表示し続けると、表示画像を変えても前の画像が残って見えてしまう焼付き現象が、多かれ少なかれ認められる。重合可能なモノマーを含む液晶材料を基板間に注入し、電圧を印加した状態でモノマーを重合して液晶分子の倒れる方向を記憶しておくという上述の技術により製造した液晶表示装置においても、やはり焼付き現象の発生は避けて通れない問題であり、それを確実に低減できる技術はこれまで知られていないのが実状であった。
【０００８】
そこで、本発明は、焼付きを効果的に低減した液晶表示装置、特にＭＶＡモード液晶表示装置の提供を目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明が提供する液晶表示装置は、透明電極と液晶分子を配向させる配向制御膜とを備えた２枚の基板を有し、これらの基板の間に液晶組成物を含んでなる液晶表示装置であり、重合可能なモノマーを含有している液晶組成物を２枚の基板の間に注入し、これらの基板の相対する透明電極の間に電圧を印加しながら、該モノマーを重合する工程を経て製造される液晶表示装置であって、上記液晶組成物中に含まれる重合可能なモノマーが、１つ以上の環構造あるいは縮環構造と、該環構造あるいは縮環構造と直接結合している２つの官能基とを有することを特徴とする液晶表示装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、電圧印加時の応答の遅れを基板間に封入した液晶分子の倒れる方向を記憶しておくことにより改善した液晶表示装置における、いわゆる焼付き現象を、液晶分子の倒れる方向を規制するため液晶表示装置の製造段階で使用するモノマー化合物として特別なものを使用することにより大幅に低減したものである。
【００１１】
具体的に言えば、本発明は、発明者らが液晶表示装置の焼付きの問題を解決するため、使用する各種モノマー化合物と液晶組成物について行った様々な検討の結果得た、以下の知見を基にしている。
液晶組成物中に含まれるモノマーの分子量が小さいほど、焼付きは少なくなる。
液晶組成物中に含まれるモノマーが環構造あるいは縮環構造と官能基を有し、且つ環構造と官能基が直接結合していると、焼付きが少なくなる。
環構造の数が１のモノマーより環構造２個が縮環したモノマーを使用する方が、環構造２個が縮環したモノマーより非縮環式の環構造２個のモノマーを使用する方が、焼付きが少なくなる。
【００１２】
本発明において環構造あるいは縮環構造のモノマー化合物を使用するのは、官能基を持たない通常の液晶分子の方向とモノマーの分子方向とが揃うために必要である。使用するモノマーにおける環の数が１のモノマーより環構造２個が縮環したモノマーの方が、また、環構造２個が縮環したモノマーより非縮環式の環構造２個のモノマーの方が、通常の液晶分子を配向させる能力が高く、また、相対的に官能基部の分子中に占める割合が減り、分子そのものが剛直となる。一方、モノマーが環構造と官能基との間にアルキレン基あるいはポリメチレン基などの屈曲可能な部位を含むと、高分子化後、液晶表示装置に電圧を印加すると液晶分子とともに高分子も変形し、焼付きの原因になる。
【００１３】
本発明で使用するモノマー化合物は、好ましくは、下記一般式（１）で表されるものから選ばれる。
Ｐ1−Ａ1−（Ｚ1−Ａ2）n−Ｐ2 （１）
この式中、Ｐ1及びＰ2は官能基であって、それぞれ独立に、アクリレート、メタクリレート、ビニル、ビニロキシ又はエポキシ基であり、Ａ1及びＡ2は環構造であって、それぞれ独立に、１，４−フェニレン又はナフタレン−２，６−ジイル基を表し、Ｚ1は−ＣＯＯ−もしくは−ＯＣＯ−基又は単結合であり、ｎは０、１又は２である。
【００１４】
式（１）において、Ｐ1及びＰ2は好ましくはアクリレート基であり、Ｚ1は好ましくは単結合であり、ｎは好ましくは０又は１である。本発明において殊に好ましいモノマーは、次の式で表される化合物である。
【００１５】
【化５】
Figure 0004175826
【００１６】
上式中、Ｐ1及びＰ2は先に式（１）において定義されたとおりであり、特に好ましいＰ1及びＰ2はアクリレート基である。
【００１７】
上記の化合物のうちで非常に好ましいのは式（１ａ）及び（１ｂ）の化合物であり、式（１ａ）の化合物が特に好ましい。
【００１８】
【実施例】
次に、実施例により本発明を詳しく説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１９】
以下の例における液晶表示装置では、垂直配向膜を使用した。また、誘電率異方性が負の液晶を使用し、そして電圧無印加時の液晶分子のダイレクタが基板に対しておおよそ垂直方向になるようにした。偏光板はクロスニコルに液晶表示装置の両側に貼付するのでノーマリーブラックであり、偏光板の偏光軸はバスラインに対して平行であった。パネルサイズは１５型、解像度はＸＧＡであった。
【００２０】
図１に、作製した液晶表示装置を説明する模式平面図を示し、図２に、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図を示す。一方のガラス基板１６に、遮光用のブラックマトリクス３４と色分解フィルタ（カラーフィルタ）３９が形成され、色分解フィルタ３９の上一面にＩＴＯの共通電極１２が形成されている。ガラス基板１６には、更にジグザグ状に突起２０が形成され、また補助突起２０’も形成されている。他方のガラス基板１７には、複数本の平行なゲートバスライン３１、ゲートバスライン３１と垂直方向に平行に形成された複数本のデータバスライン３２、ゲートバスライン３１とデータバスライン３２との交点に対応してマトリクス状に形成されれた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３３、そしてＩＴＯの表示画素電極１３が設けられている。ゲートバスライン３１は、絶縁膜５１によりデータバスライン３２から切り離され、そしてデータバスライン３２と同じ層にＴＦＴ３３のソース・ドレイン電極が形成されている。データバスライン３２の層上には絶縁膜５２が形成され、更にその上に画素電極１３が形成されている。画素電極１３には、図１の平面図で突起２０と平行に、且つ隣り合う突起２０の中間の位置に、スリット２１が設けられている。ゲートバスライン３１と平行に、且つ隣り合うゲートバスライン３１の中間の位置には、各画素電極１３の電位を安定化するための補助容量用にＣｓ電極３５が設けられている。図２に見られるように、共通電極１２と画素電極１３とが対向するように２枚のガラス基板１６、１７を組み合わせ、それらの間に液晶組成物（図示せず）が保持される。共通電極１２と画素電極１３の表面には配向制御膜が形成されているが、簡単にするため、図２にこれらは図示していない。同様に、ガラス基板１６、１７のおのおのの外面側に貼付する偏光板も、簡単にするため、図２には図示していない。
【００２１】
また、以下の例では、焼付き率を以下のようにして求めた。
白黒チェッカーパターンを表示領域に４８時間表示させた。その後表示領域全域に所定の中間調（グレイ）を表示させ、白表示であった領域の輝度βと黒表示であった領域の輝度γとの差（β−γ）を、黒表示であった領域の輝度γで除して焼付き率を求めた。すなわち、焼付き率αを次の式で計算した。
焼付き率α＝（（β−γ）／γ）×１００（％）
【００２２】
（比較例１）
環構造と官能基の間にトリメチレン鎖を有し、分子量が比較的大きい、下式で表されるジアクリレート
【００２３】
【化６】
Figure 0004175826
【００２４】
を０．３ｗｔ％を加えた液晶組成物を、液晶表示装置の対向基板間に注入後、１０Ｖの電圧を印加しながら、紫外線を室温で４Ｊ／ｃｍ2照射した。この液晶表示装置の４８時間の焼付き率は２５％であった。
【００２５】
（比較例２）
環構造と官能基の間にヘキサメチレン鎖を有する、下式で表されるジアクリレート
【００２６】
【化７】
Figure 0004175826
【００２７】
を０．３ｗｔ％加えた液晶組成物を、液晶表示装置の対向基板間に注入後、１０Ｖの電圧を印加しながら、紫外線を室温で４Ｊ／ｃｍ2照射した。この液晶表示装置の４８時間の焼付き率は２６％であった。
【００２８】
（実施例１）
環構造と官能基が直接結合した、下式で表されるジアクリレート
【００２９】
【化８】
Figure 0004175826
【００３０】
を０．３ｗｔ％加えた液晶組成物を、液晶表示装置の対向基板間に注入後、１０Ｖの電圧を印加しながら、紫外線を室温で４Ｊ／ｃｍ2照射した。この液晶表示装置の４８時間の焼付き率は６％であった。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、焼付き率を大幅に低減した液晶表示装置の提供か可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例と実施例で作製した液晶表示装置を説明する模式平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
１２…共通電極
１３…画素電極
１６、１７…ガラス基板
２０…突起
２１…画素電極のスリット
３１…ゲートバスライン
３２…データバスライン
３３…ＴＦＴ
３４…ブラックマトリクス
３５…Ｃｓ電極

Claims (8)

  1. 透明電極と液晶分子を配向させる垂直配向膜とを備えた２枚の基板を有し、これらの基板の間に液晶組成物を含んでなる液晶表示装置であり、誘電率異方性が負の液晶と重合可能なモノマーとを含有している液晶組成物を２枚の基板の間に注入し、これらの基板の相対する透明電極の間に電圧を印加しながら、該モノマーを重合する工程を経て製造される液晶表示装置であって、上記液晶組成物中に含まれる重合可能なモノマーが、１つ以上の環構造あるいは縮環構造と、該環構造あるいは縮環構造と直接結合している２つの官能基とを有し、
    前記液晶表示装置は、前記２枚の基板を挟持する一対の偏光板を有し、前記一対の偏光板はクロスニコルに配置されており、電圧無印加時の液晶分子のダイレクタは前記２枚の基板に対しておおよそ垂直方向であり、ノーマリブラックモードで表示を行うＭＶＡモードの液晶表示装置。
  2. 前記モノマーが下記一般式で表される、請求項１記載の液晶表示装置。
    Ｐ1−Ａ1−（Ｚ1−Ａ2）n−Ｐ2
    （この式中、Ｐ1及びＰ2は、それぞれ独立に、アクリレート、メタクリレート、ビニル、ビニロキシ又はエポキシ基であり、Ａ1及びＡ2は、それぞれ独立に、１，４−フェニレン又はナフタレン−２，６−ジイル基を表し、Ｚ1は−ＣＯＯ−もしくは−ＯＣＯ−基又は単結合であり、ｎは０、１又は２である）
  3. Ｐ1及びＰ2がアクリレート基であり、Ｚ1が単結合であり、ｎが０又は１である、請求項２記載の液晶表示装置。
  4. 前記モノマーが次の式で表される、請求項２記載の液晶表示装置。
    Figure 0004175826
    （式中のＰ1及びＰ2は、それぞれ独立に、アクリレート、メタクリレート、ビニル、ビニロキシ又はエポキシ基である）
  5. 前記モノマーが次の式で表される、請求項２記載の液晶表示装置。
    Figure 0004175826
    （式中のＰ1及びＰ2は、それぞれ独立に、アクリレート、メタクリレート、ビニル、ビニロキシ又はエポキシ基である）
  6. 前記モノマーが次の式で表される、請求項２記載の液晶表示装置。
    Figure 0004175826
    （式中のＰ1及びＰ2は、それぞれ独立に、アクリレート、メタクリレート、ビニル、ビニロキシ又はエポキシ基である）
  7. Ｐ1及びＰ2がアクリレート基である、請求項４から６までのいずれか１つに記載の液晶表示装置。
  8. 前記モノマーが次の式で表される、請求項１記載の液晶表示装置。
    Figure 0004175826
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