JP5198580B2 - 配向膜および配向膜を有する液晶表示装置ならびに配向膜の形成方法 - Google Patents

配向膜および配向膜を有する液晶表示装置ならびに配向膜の形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、配向膜および上記配向膜を有する液晶表示装置ならびに配向膜の形成方法に関する。
液晶表示装置は、携帯電話の表示部等の小型の表示装置だけでなく大型テレビジョンとしても利用されている。従来しばしば用いられたTN(Twisted Nematic)モードの液晶表示装置は比較的狭い視野角を有していたが、近年、IPS(In−Plane―Switching)モードおよびVA(Vertical Alignment)モードといった広視野角の液晶表示装置が作製されている。そのような広視野角のモードの中でも、VAモードは高コントラスト比を実現できるため、多くの液晶表示装置に採用されている。
液晶表示装置は、その近傍の液晶分子の配向方向を規定する配向膜を有しており、VAモードの液晶表示装置において、配向膜は、液晶分子をその主面に略垂直に配向する。一般的な配向膜は、耐熱性、耐溶媒性および吸湿性等の点で利点を有するポリイミドから形成されている。
VAモードの一種として、1つの画素領域に複数の液晶ドメインを形成するMVA(Multi−domain Vertical Alignment)モードが知られている。MVAモードの液晶表示装置には、垂直配向型液晶層を挟んで対向する一対の基板のうちの少なくとも一方の液晶層側に配向規制構造が設けられている。配向規制構造は、例えば、電極に設けられた線状のスリット(開口部)またはリブ(突起構造)である。配向規制構造により、液晶層の一方または両側から配向規制力が付与され、配向方向の異なる複数の液晶ドメイン(典型的には4つの液晶ドメイン)が形成され、視野角特性の改善が図られている。
また、VAモードの別の一種として、CPA(Continuous Pinwheel Alignment)モードも知られている。一般的なCPAモードの液晶表示装置では対称性の高い形状を有する画素電極が設けられるとともに液晶ドメインの中心に対応して対向電極に突起物が設けられている。この突起物はリベットとも呼ばれる。電圧を印加すると、対向電極と対称性の高い画素電極とによって形成される斜め電界にしたがって液晶分子は放射形状に傾斜配向する。また、リベットの傾斜側面の配向規制力によって液晶分子の傾斜配向が安定化される。このように、1画素内の液晶分子が放射形状に配向することにより、視野角特性の改善が行われている。
配向膜によって液晶分子のプレチルト方向を規定しているTNモードの液晶表示装置とは異なり、MVAモードの液晶表示装置では、線状のスリットやリブによって配向規制力が液晶分子に付与されているため、画素領域内の液晶分子に対する配向規制力はスリットやリブからの距離に応じて異なり、画素内の液晶分子の応答速度に差が生じる。同様に、CPAモードでも画素内の液晶分子の応答速度に差が生じ、また、画素電極のサイズが大きくなるほど、応答速度の差が顕著になる。さらに、VAモードの液晶表示装置においてスリット、リブまたはリベットが設けられている領域の光の透過率が低いので、高輝度の実現が困難である。
上述の問題を回避するために、VAモードの液晶表示装置についても、電圧無印加時に配向膜の主面の法線方向から傾くように液晶分子に配向規制力を付与する配向膜を用いることが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
特許文献1に開示されている液晶表示装置には、配向膜に対してラビング等の配向処理が行われており、配向膜により、液晶分子が電圧無印加時においてもその主面の法線方向から傾いて配向するように規定され、これにより、応答速度の向上が実現される。さらに、1画素内の液晶分子が対称的に配向するように配向膜が液晶分子のプレチルト方位を規定することにより、視野角特性の改善が行われる。特許文献1に開示されている液晶表示装置では、液晶層には、第1配向膜の2つの配向領域と第2配向膜の2つの配向領域との組み合わせに応じて4つの液晶ドメインが形成されており、これにより、広視野角化が図られている。
また、特許文献2に開示されている配向膜は光反応性官能基を有する感光性材料から形成されており、この配向膜に対して斜めから光を照射することにより、電圧無印加状態において液晶分子が配向膜の主面の法線方向から傾くようにプレチルトが付与される。このような光配向処理によってプレチルトが付与される配向膜は光配向膜とも呼ばれる。特許文献2に開示されている光配向膜は、光反応性官能基の結合構造を含む配向膜材料を用いることによってプレチルト角のばらつきが1°以下に制御されている。
1つのポリマーを用いて形成された配向膜では十分な特性が得られないことがある。このため、2つの異なるポリマーから配向膜を形成することが検討されている(特許文献3および非特許文献1参照)。
特許文献3に開示されている配向膜は、分子量および/または極性の大きい第1のポリマーから形成された主体層と、分子量および/または極性の小さい第2のポリマーから形成された表面層とを有している。第1のポリマーとして、内部DCバイアス電圧がほとんど生じない芳香族を含む材料(例えば、日産化学工業株式会社製 SE7690)が用いられている。また、第2のポリマーは紫外線照射に対するプレチルト角の変化の大きい材料であり、シクロブタン系のポリマーの材料である。特許文献3では、第2のポリマーとして日産化学工業株式会社製 SE7210が用いられている。
また、非特許文献1には、ポリアミック酸を主成分とする下側層と、ポリイミドを主成分とする上側層とを含む配向膜が開示されている。非特許文献1では、プリベークの温度および時間を適切に設定することにより、上側層および下側層の二層分離が行われている。
特開平11−352486号公報 国際公開第2006/121220号パンフレット 特開平8−334771号公報
ム−スン クウァク(Mu−Sun Kwak)ら、「オブザベーション オブ ハイブリッド タイプ アラインメント フィルム イン ティエフティー−エルシーディ(Observation of Hybrid Type Alignment Film in TFT−LCD)」、2007年日本液晶学会討論会講演予稿集、2007年9月、PA03、p138
一般に、液晶表示装置では同一のパターンを長時間表示し続けると、表示を切り替えても前のパターンが残ってしまうことがある。このような現象は焼き付きとも呼ばれている。例えば、画面の一部の領域に白を、別の領域に黒を長時間表示した後で、液晶パネル全体に同じ中間階調を表示すると、前に黒を表示していた領域よりも前に白を表示していた領域がわずかに明るく見えることがある。
このような焼き付きの原因の1つは電荷の蓄積による。黒を表示していた領域に蓄積された電荷量は、白を表示していた領域に蓄積された電荷量とは異なり、液晶中の不純物イオンが配向膜と液晶層の界面に蓄積することに起因して電界が発生する。このため、全体を同じ階調に切り替えた場合、白および黒を表示していた領域の各々の液晶層に異なる電圧が印加されて焼き付きとして認識される。
なお、このような電荷の蓄積に起因する焼き付きは、各画素に極性の反転した電圧を印加することにより、ある程度抑制可能である。このため、電荷の蓄積に起因する焼き付きはDC焼き付きとも呼ばれている。また、DC焼き付きを抑制するために極性の反転した電圧を印加する駆動は極性反転駆動とも呼ばれている。なお、実際には、極性反転駆動を行っても、極性の完全に対称な電圧を印加することは困難であり、発生した焼き付きがフリッカーとして認識されることもある。
また、プレチルト角が微小に変化しても焼き付きが生じる。プレチルト角が変化するとV−T特性に影響が生じるため、同じ電圧を印加しても透過率が変化してしまう。白表示時の印加電圧は黒表示時の印加電圧とは異なるため、印加電圧に応じてチルト角の変化量が異なり、その後、全体を同じ階調に切り替えた場合、チルト角の変化に起因して焼き付きが認識されることがある。このような焼き付きは極性反転駆動を行っても抑制できず、AC焼き付きとも呼ばれている。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、プレチルト角の変化に起因する焼き付きを抑制する配向膜、および、上記配向膜を有する液晶表示装置、ならびに、配向膜の形成方法を提供することである。
本発明による配向膜は、第1ポリイミドを含む第1配向層と、前記第1ポリイミドとは異なる第2ポリイミドと、多官能モノマーの重合した重合体とを含む第2配向層とを備える、配向膜であって、前記多官能モノマーは一般式(1)P1−A1−(Z1−A2)n−P2(一般式(1)において、P1およびP2は、それぞれ独立に、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、ビニル、ビニロキシまたはエポキシ基であり、A1およびA2は、それぞれ独立に、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキサン、2,5−チオフェン、またはナフタレン−2,6−ジイル基を表し、Z1は−COO−、−OCO−、−O−、−CONH−基または単結合であり、nは0、1または2である)で表される。
ある実施形態において、前記多官能モノマーは、ジメタクリレートモノマー、ジアクリレートモノマー、ジメタクリルアミドモノマーおよびジアクリルアミドモノマーのうちの少なくとも1つのモノマーを含む。
ある実施形態では、前記多官能モノマーにおいて、P1およびP2はアクリレート基であり、Z1は単結合であり、nは0または1である。
ある実施形態では、前記多官能モノマーにおいて、P1およびP2はメタクリレート基であり、Z1は単結合であり、nは0または1である。
ある実施形態では、前記多官能モノマーにおいて、P1およびP2はアクリルアミド基であり、Z1は単結合であり、nは0または1である。
ある実施形態では、前記多官能モノマーにおいて、P1およびP2はメタクリルアミド基であり、Z1は単結合であり、nは0または1である。
ある実施形態において、前記第1ポリイミドの前駆体の側鎖は垂直配向性基を有しない。
ある実施形態において、前記第1ポリイミドは一般式(2x)
Figure 0005198580
で表される。
ある実施形態において、前記第1ポリイミドの前駆体の側鎖は垂直配向性基を有している。
ある実施形態において、前記第1ポリイミドは一般式(2y)
Figure 0005198580
で表され、
Rは、炭素数が3から18の飽和アルキル基または不飽和アルキル基である。
ある実施形態において、前記第2ポリイミドは一般式(3)
Figure 0005198580
で表される。
ある実施形態において、前記第2ポリイミドは一般式(4)
Figure 0005198580
で表される側鎖を有しており、
Aは、場合によりフッ素、塩素、シアノから選択される基によるか、またはC118環式、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル残基(これは、場合により1個のシアノ基または1個以上のハロゲン原子で置換されており、そして、場合により、アルキルの隣接しない1個以上の−CH2−基は、基Qで置き換えられている)で置換されている、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、2,5−チオフェニレン、2,5−フラニレン、1,4−若しくは2,6−ナフチレンまたはフェニレンを表し、
Bは、非置換か、シアノ若しくはハロゲンで単置換されているか、またはハロゲンで多置換されている、炭素原子3〜18個を有する直鎖状または分岐鎖状のアルキル残基(ここで、隣接しない1個以上のCH2基は、独立して基Qで置き換えられていてもよい)であり、
1およびC2は、互いに独立して、芳香族または脂環式基(これは、非置換か、あるいはフッ素、塩素、シアノまたは環式、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル残基(これは、非置換か、シアノ若しくはハロゲンで単置換されているか、またはハロゲンで多置換されており、炭素原子1〜18個を有し、隣接しない1個以上のCH2基は、独立して基Qで置き換えられていてもよい)で置換されている)を表し、
Dは、酸素原子または−NR1−(ここで、R1は、水素原子または低級アルキルを表す)を表し、
1およびS2は、互いに独立して、共有単結合またはスペーサ単位を表し、
3は、スペーサ単位を表し、
Qは、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−Si(CH32−O−Si(CH32−、−NR1−、−NR1−CO−、−CO−NR1−、−NR1−CO−O−、−O−CO−NR1−、−NR1−CO−NR1−、−CH=CH−、−C≡C−および−O−CO−O−(ここで、R1は、水素原子または低級アルキルを表す)から選択される基を表し、
E、Fは、互いに独立して、水素、フッ素、塩素、シアノ、場合よりフッ素で置換され、炭素原子1〜12個を有するアルキル(ここで、場合により隣接しない1個以上のCH2基は、−O−、−CO−O−、−O−CO−および/または−CH=CH−で置き換えられている)を表す。
ある実施形態において、前記第2ポリイミドはフッ素基を有している。
ある実施形態において、前記第2ポリイミドは光反応性官能基を有する。
ある実施形態において、前記光反応性官能基は、シンナメート基、カルコン基、トラン基、クマリン基およびアゾベンゼン基から選択されたいずれかである。
ある実施形態において、前記第2ポリイミドの側鎖は垂直配向性基を有する。
本発明による液晶表示装置は、画素電極を有するアクティブマトリクス基板と、対向電極を有する対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に設けられた垂直配向型の液晶層とを備える、液晶表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板および前記対向基板の少なくとも一方は前記液晶層側に配向膜をさらに有しており、前記配向膜は、第1ポリイミドを含む第1配向層と、前記第1ポリイミドとは異なる第2ポリイミドと、多官能モノマーの重合した重合体とを含む第2配向層とを有しており、前記多官能モノマーは一般式(1)P1−A1−(Z1−A2)n−P2(一般式(1)において、P1およびP2は、それぞれ独立に、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、ビニル、ビニロキシまたはエポキシ基であり、A1およびA2は、それぞれ独立に、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキサン、2,5−チオフェン、またはナフタレン−2,6−ジイル基を表し、Z1は−COO−、−OCO−、−O−、−CONH−基または単結合であり、nは0、1または2である)で表される。
ある実施形態において、前記配向膜は、電圧無印加時に前記液晶層の液晶分子が前記配向膜の主面の法線方向から傾くように前記液晶分子を規定する。
ある実施形態において、前記液晶表示装置は複数の画素を有しており、前記液晶層は、前記複数の画素のそれぞれに対して、基準配向方位の互いに異なる複数の液晶ドメインを有している。
ある実施形態において、前記複数の液晶ドメインは4つの液晶ドメインである。
本発明による配向膜の形成方法は、第1ポリイミドを含む第1配向層を形成する工程と、前記第1ポリイミドとは異なる第2ポリイミドと、多官能モノマーの重合した重合体とを含む第2配向層を形成する工程とを包含する。
ある実施形態において、前記第1配向層を形成する工程は、前記第1ポリイミドの前駆体を含む第1配向層材料を用意する工程と、前記第1配向層材料を塗布する工程と、前記第1ポリイミドの前駆体をイミド化して前記第1ポリイミドを形成する工程とを含む。
ある実施形態において、前記第1ポリイミドを形成する工程は、前記第1配向層材料を付与した後に、プリベークを行い、その後、前記プリベークよりも高温でポストベークを行う工程を含む。
ある実施形態において、前記第2配向層を形成する工程は、前記第2ポリイミドの前駆体と、多官能モノマーとを含有する第2配向層材料を用意する工程と、前記第2配向層材料を前記第1配向層の上に塗布する工程と、前記第2ポリイミドの前駆体をイミド化した前記第2ポリイミドを形成するとともに、前記多官能モノマーを重合した重合体を形成する工程とを含む。
ある実施形態では、前記第2配向層材料を用意する工程において、前記多官能モノマーは一般式(1)P1−A1−(Z1−A2)n−P2(一般式(1)において、P1およびP2は、それぞれ独立に、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、ビニル、ビニロキシまたはエポキシ基であり、A1およびA2は、それぞれ独立に、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキサン、2,5−チオフェン、またはナフタレン−2,6−ジイル基を表し、Z1は−COO−、−OCO−、−O−、−CONH−基または単結合であり、nは0、1または2である)で表される。
ある実施形態では、前記第2配向層材料を用意する工程において、前記第2配向層材料に対する前記多官能モノマーの濃度は2wt%以上20wt%以下である。
本発明によれば、プレチルト角の変化に起因する焼き付きを抑制することができる。
本発明による配向膜の実施形態の模式的な断面図である。 (a)は本発明による液晶表示装置の実施形態の模式図であり、(b)は本実施形態の液晶表示装置における液晶パネルの模式図である。 (a)〜(c)は、それぞれ、本実施形態の液晶表示装置の製造方法を説明するための模式図である。 (d)〜(f)は、それぞれ、本実施形態の液晶表示装置の製造方法を説明するための模式図である。 (a)は本実施形態の液晶表示装置における配向膜の模式図であり、(b)は配向膜の模式図であり、(c)は液晶ドメインの中央の液晶分子の配向方向を示す模式図である。 (a)は、実施例1−1の液晶表示装置における液晶分子の配向状態を示す模式図であり、(b)は、観察者側からみた第1、第2配向膜の配向処理方向を示す模式図である。 (a)〜(d)は、比較例の液晶表示装置における配向膜の形成方法を説明するための模式図である。 実施例4の液晶表示装置において、観察者側からみた第1、第2配向膜の配向処理方向を示す模式図である。 実施例5の液晶表示装置において、観察者側からみた第1、第2配向膜の配向処理方向を示す模式図である。
以下、図面を参照して、本発明による配向膜および上記配向膜を有する液晶表示装置の実施形態を説明する。
図1に、本実施形態の配向膜100の模式図を示す。配向膜100は、第1ポリイミドp1を含む第1配向層102と、第2ポリイミドp2および重合体poを含む第2配向層104とを有している。第2配向層104は、第1配向層102よりも上側に位置している。配向膜100において、第1、第2ポリイミドp1、p2の主鎖はほぼ一方向に配列されている。
第1ポリイミドp1は電圧印加後の電気的特性の変動の小さいものであり、第1配向層102は残留DC電圧の低減に有効に機能する。第1ポリイミドp1はいわゆる水平配向膜成分のポリイミドであってもよく、あるいは、いわゆる垂直配向膜成分のポリイミドであってもよい。
また、第2ポリイミドp2は、配向処理に対する液晶分子のプレチルト角の変化の大きいものであり、第2配向層104は液晶分子の配向制御に有効に機能する。第2ポリイミドp2は側鎖に垂直配向性基を有するポリイミドであってもよい。あるいは、第2ポリイミドp2は光反応性官能基を側鎖または主鎖に有していてもよい。光反応性官能基は、例えば、シンナメート基、カルコン基、トラン基、クマリン基またはアゾベンゼン基である。
なお、残留DC電圧の低減の観点から、第1配向層102は厚いほど好ましい。第1配向層102の厚さは、例えば50nm以上であることが好ましい。ただし、第1配向層102が厚すぎると、焼成に必要な時間が長くなりすぎるため、第1配向層102の厚さは120nm以下であることが好ましい。また、液晶分子の配向制御の観点から、第2配向層102は薄いほうが好ましい。第2配向層102の厚さは、例えば10nm以上30nm以下である。
例えば、第1、第2ポリイミドp1、p2は異なる前駆体のイミド化(重合)によって形成される。なお、残留DC電圧低減の観点から、第1ポリイミドp1のイミド化率は第2ポリイミドp2よりも低いことが好ましい。例えば、第2ポリイミドp2のイミド化率は50%以上であり、第1ポリイミドp1のイミド化率は50%以下である。
本実施形態の配向膜100は重合体poを含有する第2配向層104を有しており、重合体poは配向膜100の表面にも存在している。重合体poは多官能モノマーの重合によって形成される。重合は、多官能モノマーに熱または光を付与することによって行われる。
配向膜100は以下のように形成される。まず、配向膜材料を用意する。本実施形態において、配向膜材料のうち、第1配向層102を形成するための材料は第2配向層104を形成するための材料とは異なる。以下の説明において、第1配向層102を形成するための材料を第1配向層材料と呼び、第2配向層104を形成するための材料を第2配向層材料と呼ぶ。第1配向層材料は、第1ポリイミドp1の前駆体を溶媒に溶解させたものである。また、第2配向層材料は、第2ポリイミドp2の前駆体を溶媒に溶解させ、さらに多官能モノマーを混合したものである。第2配向層材料に対する多官能モノマーの濃度は2wt%以上20wt%以下である。
第1配向層材料を塗布する。第1配向層材料の塗布は、印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行われる。次に、配向層材料の溶媒を除去する。例えば、加熱処理を行うことにより、溶媒の除去が行われる。また、加熱処理により、第1ポリイミドp1の前駆体が第1ポリイミドp1にイミド化して第1配向層102が形成される。
このように第1配向層102を形成した後、第1配向層102の上に第2配向層材料を塗布する。第2配向層材料の塗布は、印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行われる。次に、配向層材料の溶媒を除去する。例えば、加熱処理を行うことにより、溶媒の除去が行われる。また、加熱処理により、第2ポリイミドp2の前駆体のイミド化した第2ポリイミドp2、および、多官能モノマーの重合した重合体poを含む第2配向層104が形成される。重合体poは配向膜100の表面にも存在し、これにより、液晶分子のプレチルト角の変化が抑制される。
多官能モノマーの重合によって形成された重合体poは3次元的な網目構造を有する。また、この多官能モノマーは、複数の官能基の間に、2以上の直接結合された環構造または1以上の縮環構造を有していてもよく、この場合、変形に対する自由度が低く、重合体poは応力に対して変形しにくい。このような重合体poを含有することにより、配向膜100は構造的に安定化され、配向特性の変動が抑制される。例えば、多官能モノマーは複数のビニル基を有するジメタクリレート、ジアクリレート、ジアクリルアミドおよびジメタクリルアミドのうちの少なくとも1つのモノマーを含んでいる。
以下、図2を参照して、本実施形態の配向膜110、120を有する液晶表示装置200を説明する。図2(a)に、液晶表示装置200の模式図を示す。液晶表示装置200は、液晶パネル300と、液晶パネル300を駆動する駆動回路350と、駆動回路350を制御する制御回路360とを備えている。また、図示していないが、液晶表示装置200は必要に応じてバックライトを備えていてもよい。
図2(b)に示すように、液晶パネル300は、第1配向膜110を有するアクティブマトリクス基板220と、第2配向膜120を有する対向基板240と、アクティブマトリクス基板220と対向基板240との間に設けられた液晶層260とを備えている。アクティブマトリクス基板220は、第1絶縁基板222と、画素電極224とをさらに有しており、第1配向膜110は画素電極224を覆っている。また、対向基板240は、第2絶縁基板242と、対向電極244とをさらに有しており、第2配向膜120は対向電極244を覆っている。液晶層260は、アクティブマトリクス基板220と対向基板240との間に挟まれている。例えば、第1、第2絶縁基板222、242は透明なガラス基板である。
液晶表示装置200には、複数の行および複数の列に沿ったマトリクス状の画素が設けられている。アクティブマトリクス基板220には、各画素に対して少なくとも1つのスイッチング素子(例えば、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT))(ここでは図示せず)が設けられており、アクティブマトリクス基板220はTFT基板とも呼ばれる。本明細書において「画素」とは、表示において特定の階調を表現する最小の単位を指し、カラー表示においては、例えば、R、GおよびBのそれぞれの階調を表現する単位に対応し、ドットとも呼ばれる。R画素、G画素およびB画素の組み合わせが、1つのカラー表示画素を構成する。「画素領域」は、表示の「画素」に対応する液晶パネル300の領域を指す。
なお、図示していないが、アクティブマトリクス基板220および対向基板240のそれぞれには、偏光板が設けられている。したがって、2つの偏光板は液晶層260を挟んで互いに対向するように配置されている。2つの偏光板の透過軸(偏光軸)は、互いに直交するように配置されており、一方が水平方向(行方向)、他方が垂直方向(列方向)に沿うように配置されている。
第1配向膜110は、第1ポリイミドp1を含む第1配向層112と、第2ポリイミドp2および重合体poを含む第2配向層114とを有している。第2配向層114は第1配向層112よりも液晶層260側に位置している。同様に、第2配向膜120は、第1ポリイミドp1を含む第1配向層122と、第2ポリイミドp2および重合体poを含む第2配向層124とを有している。第2配向層124は第1配向層122よりも液晶層260側に位置している。
第1ポリイミドp1はその前駆体をイミド化することによって形成される。また、第2ポリイミドp2もその前駆体をイミド化することによって形成される。重合体poは多官能モノマーの重合によって形成される。重合は、多官能モノマーに対して熱または光を付与することによって行われる。
第1配向膜110は2つの異なる配向層材料から形成される。第1配向層材料は第1ポリイミドp1の前駆体を溶媒に溶解させたものである。例えば、第1配向層材料を画素電極224上に塗布した後、加熱処理を行い、溶媒の蒸発およびイミド化を行うことにより、第1ポリイミドp1を含有する第1配向層112が形成される。加熱処理は、例えば、異なる温度で2回行われる。
一方、第2配向層材料は、第2ポリイミドp2の前駆体と、多官能モノマーとを溶媒に溶解させたものである。例えば、第2配向層材料を第1配向層112上に塗布した後、加熱処理を行い、溶媒の蒸発およびイミド化・重合を行うことにより、第2ポリイミドp2および重合体poを含有する第2配向層114が形成される。加熱処理は、例えば、異なる温度で2回行われる。以上のようにして第1配向膜110が形成される。
同様に、第1配向層材料を対向電極244上に塗布した後、加熱処理を行い、溶媒の蒸発およびイミド化を行うことにより、第1ポリイミドp1を含む第1配向層122が形成される。その後、第2配向層材料を第1配向層122上に塗布した後、加熱処理を行い、溶媒の蒸発およびイミド化・重合を行うことにより、第2ポリイミドp2および重合体poを含む第2配向層124が形成される。このようにして第2配向膜120が形成される。
液晶層260は負の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料(液晶分子262)を含有している。第1配向膜110および第2配向膜120は、それぞれ、垂直配向膜の表面に対して、液晶分子262のプレチルト角が90°未満となるように処理される。液晶分子262のプレチルト角は、第1配向膜110および第2配向膜120の主面と、プレチルト方向に規定された液晶分子262の長軸とのなす角度である。
液晶層260は垂直配向型であるが、第2ポリイミドp2を含む第2配向層114、124により、その近傍の液晶分子262は第1、第2配向膜110、120の主面の法線方向からわずかに傾いている。プレチルト角は、例えば85°から89.7°の範囲内である。プレチルト角は、例えば、クリスタルローテーション法で測定される。また、第2ポリイミドp2の側鎖により、液晶分子262のプレチルト方向が規定される。以下の説明において、この成分をプレチルト角発現成分とも呼ぶことがある。
なお、第1配向膜110による液晶分子262のプレチルト方位は第2配向膜120による液晶分子262のプレチルト方位とは異なる。例えば、第1配向膜110による液晶分子262のプレチルト方位は第2配向膜120による液晶分子262のプレチルト方位と90°交差している。なお、ここでは、液晶層260にカイラル剤は添加されておらず、液晶層260に電圧を印加すると、液晶層260内の液晶分子は第1、第2配向膜110、120の配向規制力に従ってツイスト配向をとる。ただし、必要に応じて液晶層260にカイラル剤が添加されていてもよい。液晶層260はクロスニコル配置された偏光板と組み合わされてノーマリーブラックモードの表示を行う。
また、第1、第2配向膜110、120のそれぞれは画素ごとに複数の配向領域を有してもよい。例えば、第1配向膜110の一部をマスキングして、第1配向膜110の所定の領域にある方向から光を照射した後、光の照射されなかった別の領域に異なる方向から光を照射する。さらに、第2配向膜120も同様に形成される。このようにして、第1、第2配向膜110、120のそれぞれに、異なる配向規制力を付与する領域を形成することができる。
例えば、第1ポリイミドp1は一般式(2x)で表される。
Figure 0005198580
一般式(2x)で表される第1ポリイミドp1はいわゆる水平配向膜の成分として用いられることもある。さらに具体的には、第1ポリイミドp1は構造式(2xa)で表される。
Figure 0005198580
あるいは、第1ポリイミドp1は一般式(2y)で表される。
Figure 0005198580
ここで、側鎖(Side Chain)のRは、炭素数が3から18の飽和アルキル基または不飽和アルキル基である。なお、一般式(2y)で表される第1ポリイミドp1はいわゆる垂直配向膜の成分として用いられることもある。
また、例えば、第2ポリイミドp2は一般式(3)で表される。
Figure 0005198580
なお、第2ポリイミドp2の側鎖は光反応性官能基を含んでいてもよい。この場合、光照射により、側鎖には二量化サイトが形成される。このような第2ポリイミドp2を含む第2配向層114、124は光配向層とも呼ばれる。例えば、第2ポリイミド(Polyimide:PI)p2の側鎖は一般式(4)で表される。
Figure 0005198580
ここで、Aは、場合によりフッ素、塩素、シアノから選択される基によるか、またはC118環式、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル残基(これは、場合により1個のシアノ基または1個以上のハロゲン原子で置換されており、そして、場合により、アルキルの隣接しない1個以上の−CH2−基は、基Qで置き換えられている)で置換されている、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、2,5−チオフェニレン、2,5−フラニレン、1,4−若しくは2,6−ナフチレンまたはフェニレンを表す。
また、Bは、非置換か、シアノ若しくはハロゲンで単置換されているか、またはハロゲンで多置換されている、炭素原子3〜18個を有する直鎖状または分岐鎖状のアルキル残基(ここで、隣接しない1個以上のCH2基は、独立して基Qで置き換えられていてもよい)である。
また、C1およびC2は、互いに独立して、芳香族または脂環式基(これは、非置換か、あるいはフッ素、塩素、シアノまたは環式、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル残基(これは、非置換か、シアノ若しくはハロゲンで単置換されているか、またはハロゲンで多置換されており、炭素原子1〜18個を有し、隣接しない1個以上のCH2基は、独立して基Qで置き換えられていてもよい)で置換されている)を表す。また、Dは、酸素原子またはNR1−(ここで、R1は、水素原子または低級アルキルを表す)を表す。
1およびS2は、互いに独立して、共有単結合またはスペーサ単位を表す。また、S3は、スペーサ単位を表す。
また、Qは、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−Si(CH32−O−Si(CH32−、−NR1−、−NR1−CO−、−CO−NR1−、−NR1−CO−O−、−O−CO−NR1−、−NR1−CO−NR1−、−CH=CH−、−C≡C−および−O−CO−O−(ここで、R1は、水素原子または低級アルキルを表す)から選択される基を表す。E、Fは、互いに独立して、水素、フッ素、塩素、シアノ、場合よりフッ素で置換され、炭素原子1〜12個を有するアルキル(ここで、場合により隣接しない1個以上のCH2基は、−O−、−CO−O−、−O−CO−および/または−CH=CH−で置き換えられている)を表す。
なお、Aに芳香族化合物があること、Bに炭化フッ素があること、Dに少なくとも1個以上の炭化水素基があること、E、Fに水素原子があることが好ましい。
また、この側鎖はフッ素原子を含んでいてもよい。側鎖がフッ素原子を含むことにより、上述した焼き付きがある程度抑制される。
第2ポリイミドp2は具体的には構造式(3a)で表される。
Figure 0005198580
この場合、第1、第2配向膜110、120に対してその主面の法線方向の斜め方向から光を照射することにより、第2ポリイミドp2に、電圧無印加時において液晶分子262が第1、第2配向膜110、120の主面の法線方向から傾いて配向するように配向規制力が付与される。構造式(3a)で表される第2ポリイミドp2は光配向性ポリイミドとも呼ばれており、このような処理は光配向処理とも呼ばれる。光配向処理は非接触で行われるので、ラビング処理のように摩擦による静電気の発生が無く、歩留まりを向上させることができる。
また、上述した説明では、第2ポリイミドp2は光反応性官能基を有しており、配向処理として光配向処理が行われるが、本発明はこれに限定されない。第2ポリイミドp2は側鎖に垂直配向性基を有しており、配向処理としてラビング処理またはイオンビームの照射を行ってもよい。第2ポリイミドp2の前駆体として、JSR株式会社製のAL60101を用いてもよい。側鎖に垂直配向性基を含む第2ポリイミドp2は垂直配向性ポリイミドとも呼ばれている。第1、第2配向膜110、120の形成後に、第1、第2配向膜110、120に対してラビング処理またはイオンビームの照射を行うことにより、液晶分子262にプレチルトを付与することができる。
重合体poは多官能モノマーを重合したものである。多官能モノマーは、一般式(1)で表される。
P1−A1−(Z1−A2)n−P2 (1)
なお、一般式(1)において、P1およびP2は、それぞれ独立に、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、ビニル、ビニロキシまたはエポキシ基であり、A1およびA2は、それぞれ独立に、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキサン、2,5−チオフェン、またはナフタレン−2,6−ジイル基を表し、Z1は−COO−、−OCO−、−O−、−CONH−基または単結合であり、nは0、1または2である。例えば、多官能モノマーの主鎖は2つの環状構造を有しており、多官能モノマーはビフェニルジメタクリレート、ビフェニルジアクリレート、ビフェニルジメタクリルアミドまたはビフェニルジアクリルアミドである。
なお、第2配向層114には、第2ポリイミドp2および重合体poが存在している一方、第1配向層112には第1ポリイミドp1は存在しているが、重合体poは存在していない。同様に、第2配向層124内には、ポリイミドp2および重合体poの両方が存在している一方、第1配向層122にはポリイミドp1は存在しているが、重合体poは存在していない。
重合体poが第1、第2配向膜110、120の表面にも存在しており、これにより、第1、第2配向膜110、120が構造的に安定化され、配向機能の変化が抑制され、液晶層260の液晶分子262のプレチルト角が維持される。なお、モノマーが単官能モノマーであるとすると、重合体として形成される細長い直鎖状のポリマーは変形しやすいので、配向機能の変化を十分に抑制することはできないが、モノマーが多官能モノマーであることにより、その重合体は配向機能の変化を十分に抑制できる。なお、配向膜110、120は、重合体poだけでなく第1、第2ポリイミドp1、p2を含有しており、配向膜110、120の耐熱性、耐溶媒性および吸湿性等の特性は、ポリイミドのみから形成された一般的な配向膜と比べて実質的に低下しない。
第1、第2配向膜110、120の表面における重合体poの濃度は第1、第2配向膜110、120の内部よりも極めて高い。重合体poの濃度は、例えば、飛行時間型2次イオン質量分析法(Time Of Flight−Secondary Ion Mass Spectrometry:TOF−SIMS)またはX線電子分光法(X−ray Photoelectron Spectroscopy:XPS)で測定される。なお、XPSでは、例えばアルバック・ファイ社製の装置を用いてC60でエッチングしながら深さ方向の原子を分析することができる。
上述したように、重合体poは第2配向層114、124の表面に存在している。このように、重合体poが第1、第2配向膜110、120の表面に存在することにより、液晶分子262のプレチルト角の変化を効率的に抑制することができる。
なお、上述した説明では、第1配向層材料に含まれる第1ポリイミドp1の前駆体に加熱処理を行うことにより、第1ポリイミドp1のイミド化を行ったが、本発明はこれに限定されない。第1配向層材料が、化学イミド化による一定のイミド化率を有する第1ポリイミドp1を含んでいてもよい。
また、プレチルト角の変化に起因する焼き付きを抑制するための別の技術としてPolymer Sustained Alignment Technology(以下、「PSA技術」という)が知られている。PSA技術では、少量の重合性化合物(例えば光重合性モノマー)の混合された液晶層に電圧を印加した状態で重合性化合物に活性エネルギー線(例えば紫外光)を照射して生成される重合体によって液晶分子のプレチルト方向が制御される。
ここで、一般的なPSA技術において形成される配向維持層と、本実施形態の液晶表示装置200の配向膜110、120における重合体poとの違いを説明する。
PSA技術では、配向維持層が配向膜上に存在しており、液晶パネルを分解してアクティブマトリクス基板または対向基板表面をTOF−SIMSやXPSで分析すると、基板の最表面からは重合成分由来のイオンや原子が検出される。これに対して、本実施形態の表示装置200では、重合体poは配向膜110、120に含有されており、液晶パネルを分解して同様にアクティブマトリクス基板220または対向基板240の表面を分析すると、重合体po由来のイオンまたは原子だけでなく第2配向層114、124の第2ポリイミドp2由来のイオンまたは原子が検出される。このことから、アクティブマトリクス基板220の表面に第2ポリイミドp2および重合体poが存在しており、同様に、対向基板240表面に第2ポリイミドp2および重合体poが存在していることがわかる。
また、PSA技術では、配向膜を備えた液晶パネルを作製した後で光を照射して重合体を形成しているが、本実施形態の液晶表示装置200では、第1、第2配向膜110、120が重合体poを含有しており、アクティブマトリクス基板220と対向基板240とを貼り合わせる前に、重合体poが形成されている。このため、アクティブマトリクス基板220および対向基板240を貼り合わせる場所がアクティブマトリクス基板220や対向基板240を作製した場所と異なる場合でも、貼り合わせる場所において重合体の形成を行わなくてもよく、液晶表示装置200を簡便に製造することができる。
また、PSA技術では、液晶層中に未反応のモノマーが残存すると、電圧保持率が低下してしまう。このため、PSA技術では、残存モノマーを減少させるためには、紫外線を長時間照射させる必要がある。これに対して、本実施形態の液晶表示装置200では、プレチルト角の変化を抑制する重合体を配向膜に形成しているため、電圧保持率の低下を抑制するとともに紫外線の長時間照射を省略することができる。
本実施形態の液晶表示装置200では、上述したように、配向膜110、120が重合体poを含有しており、これにより、液晶分子262のプレチルト方向が固定化される。これは、重合体poにより、プレチルト角発現成分の変形が抑制され、その結果、第2ポリイミドp2による液晶分子262の配向方向は、配向膜110、120の主面に対しほぼ垂直方向に維持されるからと考えられる。また、重合体poにより、配向処理時における損傷によって発生した不純物などが固定されて不純物イオンの発生が抑制され焼き付きの発生が抑制される。
本実施形態の液晶表示装置200では、第2配向層材料に上記一般式(1)で示す多官能モノマーを導入し、通常の方法で成膜することによって、多官能モノマーの重合によって形成された重合体poが第1、第2配向膜110、120の液晶層260側に存在する。このため、液晶分子262のプレチルト角を安定化させることができ、電圧保持率が高く、また残留DCが低く維持されるので焼き付きが防止される。また、PSA技術とは異なり、液晶材料を付与した後に光重合を行う必要がないため、簡便な工程で製造でき、液晶材料に残存したモノマーによる電圧保持率の低下の問題も生じない。
以下、図3および図4を参照して、液晶表示装置200の製造方法を説明する。
まず、図3(a)に示すように、第1絶縁基板222上に画素電極224を形成する。なお、図3(a)には図示していないが、第1絶縁基板222と画素電極224との間には、TFTおよびそれらに接続された配線等が設けられている。
次に、画素電極224を覆う第1配向膜110を形成する。第1配向膜110の形成は以下のように行われる。まず、2つの配向層材料を用意する。第1配向層材料は、第1ポリイミドp1の前駆体を溶媒に溶解させたもの(混合物)である。
例えば、第1ポリイミドp1の前駆体(ポリアミック酸)は一般式(2x’)で表される。
Figure 0005198580
一般式(2x’)で表される第1ポリイミドp1の前駆体はいわゆる水平配向膜の材料として用いられることもある。さらに具体的には、第1ポリイミドp1の前駆体は構造式(2xa’)で表される。
Figure 0005198580
あるいは、第1ポリイミドp1の前駆体(ポリアミック酸)として一般式(2y’)で表される化合物を用いてもよい。
Figure 0005198580
ここで、Rは、炭素数が3から18の飽和アルキル基または不飽和アルキル基である。なお、一般式(2y’)で表される第1ポリイミドp1の前駆体はいわゆる垂直配向膜の材料として用いられることもある。
また、第2配向層材料は、第2ポリイミドp2の前駆体と、多官能モノマーとを溶媒に溶解させたもの(混合物)である。例えば、第2ポリイミドp2の前駆体(ポリアミック酸)は一般式(3’)で表される。
Figure 0005198580
さらに具体的には、第2ポリイミドp2の前駆体は構造式(3a’)で表される。
Figure 0005198580
また、第2ポリイミドp2の前駆体(Polyamic Acid:PAA)の側鎖は一般式(4)で表される。
Figure 0005198580
Aは、場合によりフッ素、塩素、シアノから選択される基によるか、またはC118環式、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル残基(これは、場合により1個のシアノ基または1個以上のハロゲン原子で置換されており、そして、場合により、アルキルの隣接しない1個以上の−CH2−基は、基Qで置き換えられている)で置換されている、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、2,5−チオフェニレン、2,5−フラニレン、1,4−若しくは2,6−ナフチレンまたはフェニレンを表す。
また、Bは、非置換か、シアノ若しくはハロゲンで単置換されているか、またはハロゲンで多置換されている、炭素原子3〜18個を有する直鎖状または分岐鎖状のアルキル残基(ここで、隣接しない1個以上のCH2基は、独立して基Qで置き換えられていてもよい)である。
また、C1およびC2は、互いに独立して、芳香族または脂環式基(これは、非置換か、あるいはフッ素、塩素、シアノまたは環式、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル残基(これは、非置換か、シアノ若しくはハロゲンで単置換されているか、またはハロゲンで多置換されており、炭素原子1〜18個を有し、隣接しない1個以上のCH2基は、独立して基Qで置き換えられていてもよい)で置換されている)を表す。また、Dは、酸素原子または−NR1−(ここで、R1は、水素原子または低級アルキルを表す)を表す。
1およびS2は、互いに独立して、共有単結合またはスペーサ単位を表す。また、S3は、スペーサ単位を表す。
また、Qは、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−Si(CH32−O−Si(CH32−、−NR1−、−NR1−CO−、−CO−NR1−、−NR1−CO−O−、−O−CO−NR1−、−NR1−CO−NR1−、−CH=CH−、−C≡C−および−O−CO−O−(ここで、R1は、水素原子または低級アルキルを表す)から選択される基を表す。E、Fは、互いに独立して、水素、フッ素、塩素、シアノ、場合よりフッ素で置換され、炭素原子1〜12個を有するアルキル(ここで、場合により隣接しない1個以上のCH2基は、−O−、−CO−O−、−O−CO−および/または−CH=CH−で置き換えられている)を表す。
ここで、Aに芳香族化合物があること、Bに炭化フッ素があること、Dに少なくとも1個以上の炭化水素基があること、E、Fに水素原子があることが好ましい。
また、第2ポリイミドp2の側鎖はフッ素原子を含んでいてもよい。第2ポリイミドp2の側鎖がフッ素原子を含むことにより、上述した焼き付きがある程度抑制される。
また、第2ポリイミドp2は、光反応性官能基としてシンナメート基を含む側鎖を有してもよい。この場合、光照射により、側鎖には二量化サイトが形成される。具体的には、第2ポリイミドp2は式(3a)で表される。
Figure 0005198580
また、この前駆体は式(3a’)で表される。
Figure 0005198580
なお、多官能モノマーは、第2ポリイミドp2の前駆体と共有結合を形成するものではない。
このように、第1配向層材料は、第1ポリイミドp1の前駆体(ポリアミック酸)を含有しており、第2配向層材料は、第2ポリイミドp2およびその前駆体(ポリアミック酸)を含有している。なお、ここでは、第2ポリイミドおよびその前駆体は構造式(3a)、(3a’)に示したように、側鎖に光反応性官能基を有しているのに対して、第1ポリイミドp1の前駆体は構造式(2xa’)に示したように側鎖に光反応性官能基を有していない。
あるいは、第2ポリイミドp2は側鎖に垂直配向性基を有していてもよく、その前駆体としてJSR株式会社製のAL60101を用いてもよい。
本実施形態では、上述したように、第2配向層材料は多官能モノマーを含有している。多官能モノマーは、例えば、2以上の直接結合された環構造または1以上の縮環構造を有していてもよい。例えば、多官能モノマーとして、メタクリレート系モノマー、アクリレート系モノマー、メタクリルアミド系モノマー、またはアクリルアミド系モノマーが用いられる。
多官能モノマーは一般式(1)P1−A1−(Z1−A2)n−P2(一般式(1)において、P1およびP2は、それぞれ独立に、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、ビニル、ビニロキシまたはエポキシ基であり、A1およびA2は、それぞれ独立に、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキサン、2,5−チオフェン、またはナフタレン−2,6−ジイル基を表し、Z1は−COO−、−OCO−、−O−、−CONH−基または単結合であり、nは0、1または2である)で表される。
また、溶媒は、例えば、γ−ブチロラクトンおよびN−メチルピロリドン(N−methylpyrrolidone:NMP)を含有している。第2配向層材料に対する多官能モノマーの濃度は、例えば2wt%以上20wt%以下である。このように第2配向層材料に多官能モノマーを低濃度で含有させることにより、少量の多官能モノマーで液晶分子262の配向を制御することができる。また、多官能モノマーの濃度が高いと液晶表示装置の透過率が低下することがあるが、多官能モノマーは低濃度でよいため、透過率の低下を抑制することができる。
次に、第1配向層材料を塗布し、加熱処理を行う。加熱処理として、例えば、異なる温度で2回の加熱処理が行われてもよい。具体的には、第1加熱処理を行った後に、第1加熱処理よりも高温で第2加熱処理が行われる。第1加熱処理により、溶媒の大部分は除去される。なお、以下の説明において、溶媒が実質的に除去されたものも配向膜と呼ぶ。また、その後の第2加熱処理により、イミド化が進行し、配向層は安定化する。第1加熱処理は仮焼成またはプリベークとも呼ばれ、第2加熱処理は本焼成またはポストベークとも呼ばれる。加熱処理により、ポリアミック酸はイミド化して第1ポリイミドp1が形成される。このようにして図3(b)に示した第1配向層112が形成される。
次に、図3(c)に示すように、ノズルから第2配向層材料を塗布し、加熱処理を行うことによって第2配向層114を形成する。加熱処理として、例えば、異なる温度で2回の加熱処理が行われてもよい。具体的には、第1加熱処理を行った後に、第1加熱処理よりも高温で第2加熱処理が行われる。第1加熱処理(プリベーク)により、溶媒の大部分は除去される。また、その後の第2加熱処理(ポストベーク)により、イミド化が進行し、配向層は安定化する。加熱処理により、ポリアミック酸はイミド化して第2ポリイミドp2が形成される。なお、第1配向層材料および第2配向層材料のそれぞれについてポストベークの時間は、配向膜の種類、厚さ、および、目的とするイミド化率に応じて調整される。イミド化率は、例えば、加熱温度により調整可能である。第2配向層114のポストベーク温度は第1配向層112と同じであってもよく、あるいは、異なってもよい。また、例えば、ポストベークの時間は好ましくは10分以上であり、さらに好ましくは40分程度である。また、加熱処理により、多官能モノマーが重合して重合体poが形成され、重合体poは第1配向膜110の表面にも存在する。なお、重合体poは第2ポリイミドp2と共有結合を形成するものではない。このようにして第2配向層114が形成される。
次に、第1配向膜110に対して配向処理を行う。配向処理は、第2配向層114の形成時の第1加熱処理後に行われてもよいし、第2加熱処理後に行われてもよい。配向処理は、例えば、第1配向膜110に対して光を照射することによって行われる。例えば、波長250nm以上400nm以下の範囲内の光が20mJ/cm2以上200mJ/cm2以下の照射量で、第1配向膜110の主面の法線方向から傾いた方向から第1配向膜110に照射される。なお、照射量が200mJ/cm2よりも増大すると配向膜が劣化し電圧保持率等が低下することがある。また、光の照射角度は第1配向膜110の主面の法線方向から5°以上85°以下の範囲であればよく、また、40°以上60°以下であることが好ましい。なお、照射角度が小さいとプレチルト角が付与されにくく、照射角度があまり大きいと同じプレチルトを付与するのに時間がかかる。また、光は無偏光であってもよく、直線偏光、楕円偏光または円偏光であってもよい。ただし、光反応性官能基としてシンナメート基を用いる場合、直線偏光が用いられる。あるいは、配向処理として第1配向膜110にラビング処理またはイオンビームの照射を行ってもよい。以上のようにして、図4(d)に示したアクティブマトリクス基板220が形成される。
図4(e)に示すように、第2絶縁基板242上に対向電極244を形成する。次に、対向電極244上に第2配向膜120を形成する。第2配向膜120は、図3(a)〜図3(c)を参照して説明した第1配向膜110と同様に形成される。
まず、配向層材料を用意する。例えば、この配向層材料は、第1配向膜110と同様のものである。次に、第1配向層材料を塗布し、加熱処理を行うことによって第1配向層122を形成する。第1加熱処理により、溶媒の大部分は除去される。その後の第2加熱処理により、イミド化が進行し、配向層は安定化する。ポリアミック酸はイミド化して第1ポリイミドp1が形成される。
次に、第2配向層材料を塗布し、加熱処理を行うことによって第2配向層124を形成する。第1加熱処理により、溶媒の大部分は除去される。また、その後の第2加熱処理により、イミド化が進行し、配向層は安定化する。加熱処理により、ポリアミック酸はイミド化して第2ポリイミドp2が形成される。また、加熱処理により、多官能モノマーが重合して重合体poが形成され、重合体poは第2配向膜120の表面にも存在している。このように形成された第2配向膜120が形成される。その後、第2配向膜120に対して配向処理を行う。配向処理は、第1配向膜110と同様に行われる。以上のようにして対向基板240が形成される。
次に、図4(f)に示すように、第1配向膜110および第2配向膜120が向かい合うようにアクティブマトリクス基板220および対向基板240を貼り合わせる。本明細書において、液晶層を形成する前に、アクティブマトリクス基板および対向基板を貼り合わせたものを「空パネル」とも呼ぶ。
次に、液晶材料を用意し、空パネルの第1配向膜110と第2配向膜120との間に液晶材料を付与し、液晶層260を形成する。上述したように、第1、第2配向膜110、120には配向処理が行われており、液晶分子262は、電圧無印加時にも第1、第2配向膜110、120の主面の法線方向から傾くように配向している。また、重合体poは液晶分子262の配向を維持しており、結果として、焼き付きが抑制される。このようにして液晶パネル300が形成される。その後、液晶パネル300に、図2(a)に示した駆動回路350、制御回路360を実装し、液晶表示装置200が作製される。
なお、上述したPSA技術では、電圧を印加した状態で重合体を形成している。このように電圧を印加しながら、重合体を形成するための紫外線を照射する場合、液晶パネルに電圧を印加するデバイスと紫外光を照射するデバイスとが一体化された複雑な製造装置が必要となる。また、所定の配向を得るために、液晶パネルに電圧を長時間印加した後で紫外光を照射するため、この製造装置を長時間使用する必要がある。また、液晶材料を滴下することによって液晶パネルの液晶層を形成する場合、一般に、大型のマザーガラス基板を用いて複数個の液晶パネルを同時に作製した後、大型のマザーガラス基板を分断して各液晶パネルを取り出す。このように複数個の液晶パネルを同時に作製する場合、複数個の液晶パネルに同時に電圧を印加するためにマザーガラス基板上に特殊な配線を形成するように設計する必要がある。
また、特にサイズの大きい液晶パネルを作製する場合、各画素の液晶層に電圧を均一に印加することは困難であり、不均一な電圧を印加した状態で紫外光の照射を行うと、プレチルト角がばらついてしまう。
また、重合体の形成時に電圧を印加する場合、視野角特性の改善を行うために、画素電極および対向電極にリブ、スリットまたはリベットを設けることが必要となるが、その結果、工程数が増大するとともに実質的な開口率が低下する。
これに対して、本実施形態では重合体poの形成時に電圧を印加しない。したがって、複雑な製造装置を用いなくても液晶表示装置200を容易に製造することができる。また、液晶材料を滴下して液晶層260を形成する場合でも液晶パネルを容易に作製することができる。また、重合体poの形成時に、すべての画素の液晶層260に電圧を印加しなくてもよいため、液晶分子262のプレチルト角の変化を抑制することができる。さらに、画素電極224および対向電極244にリブ、スリットまたはリベットを設けることなく視野角の改善を行うことができ、工程の増加を抑制することができる。
ただし、画素電極224および対向電極244にスリット、リブおよび/またはリベットを設けてもよい。あるいは、画素電極224および対向電極244にスリット、リブおよび/またはリベットが設けられていなくてもよく、対向電極244と対称性の高い画素電極224とによって形成される斜め電界に従って液晶分子262を配向させてもよい。これにより、電圧印加時における液晶分子262の配向規制力をさらに増大させることができる。
なお、上述した説明では、第1、第2配向膜110、120は同じ配向層材料から形成されたが、本発明はこれに限定されない。第1、第2配向膜110、120は異なる配向層材料から形成されてもよい。例えば、第1配向膜110の第1、第2ポリイミドp1、p2および重合体poの少なくとも1つは、第2配向膜120の第1、第2ポリイミドp1、p2および重合体poの少なくとも1つと異なってもよい。
また、上述した説明では、第1、第2配向膜110、120は重合体poをそれぞれ含有していたが、本発明はこれに限定されない。第1、第2配向膜110、120の一方のみが対応する重合体poを含有してもよい。
また、上述した説明では、アクティブマトリクス基板220および対向基板240が第1、第2配向膜110、120をそれぞれ有していたが、本発明はこれに限定されない。アクティブマトリクス基板220および対向基板240の一方のみが、対応する第1、第2配向膜110、120を有していてもよい。
なお、上述した説明では、重合体poは、加熱処理によって形成されたが、本発明はこれに限定されない。重合体poは、光の照射によって形成されてもよい。例えば、この光照射では、波長365nmの紫外光(i線)を主に出射する光源が好適に用いられる。照射時間は、例えば約500秒であり、光の照射強度は約20mW/cm2である。光を照射して重合を行う場合、光の照射強度が10mW/cm2以下であっても多官能モノマーは充分に重合する。光の波長は250nm以上400nm以下の範囲内であることが好ましく、波長は300nm以上400nm以下の範囲内であることがさらに好ましい。しかしながら、400nmよりも大きい波長の光でも重合は充分に行われる。また、波長300nm以下の光でも重合を行うことができるが、波長200nm近傍の深紫外線を照射すると有機物の分解が起こるので、照射量をできるだけ少なくすることが好ましい。
また、液晶表示装置200は、4D―RTN(4 Domain―Reverse Twisted Nematic)モードであってもよい。以下、図5を参照して4D―RTNモードの液晶表示装置を説明する。
図5(a)には、アクティブマトリクス基板220の配向膜110に規定された液晶分子のプレチルト方向PA1およびPA2を示しており、図5(b)には、対向基板240の配向膜120に規定された液晶分子のプレチルト方向PB1およびPB2を示している。図5(c)には、電圧印加状態において液晶ドメインA〜Dの中央の液晶分子の配向方向、および、配向乱れによって暗く見える領域(ドメインライン)DL1〜DL4を示している。なお、ドメインラインDL1〜DL4は、いわゆるディスクリネーションラインではない。
図5(a)〜図5(c)には、観察者側から見たときの液晶分子の配向方向を模式的に示している。図5(a)〜図5(c)では、円柱状の液晶分子の端部(ほぼ円形部分)が観察者に向かうようにチルトしていることを示している。
図5(a)に示すように、第1配向膜110は、第1配向領域OR1と第2配向領域OR2とを有している。第1配向領域OR1に規定された液晶分子は、第1配向膜110の主面の法線方向から−y方向に傾いており、第1配向膜110の第2配向領域OR2に規定された液晶分子は、第1配向膜110の主面の法線方向から+y方向に傾いている。また、第1配向領域OR1と第2配向領域OR2の境界線は、列方向(y方向)に延びており、画素の行方向(x方向)の略中心に位置している。このように、第1配向膜110には、プレチルト方位の異なる第1、第2配向領域OR1、OR2が設けられている。
また、図5(b)に示すように、第2配向膜120は、第3配向領域OR3と第4配向領域OR4とを有している。第3配向領域OR3に規定された液晶分子は第2配向膜120の主面の法線方向から+x方向に傾いており、この液晶分子の−x方向の端部が前面側に向いている。また、第2配向膜120の第4配向領域OR4に規定された液晶分子は第2配向膜120の主面の法線方向から−x方向に傾いており、この液晶分子の+x方向の端部が前面側に向いている。このように、第2配向膜120には、プレチルト方位の異なる第3、第4配向領域OR3、OR4が設けられている。
配向処理方向は、液晶分子の長軸に沿って配向領域に向かう方向をその配向領域に投影した方位角成分と対応している。第1、第2、第3および第4配向領域の配向処理方向をそれぞれ第1、第2、第3および第4配向処理方向とも呼ぶ。
第1配向膜110の第1配向領域OR1には、第1配向処理方向PD1に配向処理が行われおり、第2配向領域OR2には、第1配向処理方向PD1とは異なる第2配向処理方向PD2に配向処理が行われている。第1配向処理方向PD1は第2配向処理方向PD2とほぼ反平行である。また、第2配向膜120の第3配向領域OR3には、第3配向処理方向PD3に配向処理が行われおり、第4配向領域OR4には、第3配向処理方向PD3とは異なる第4配向処理方向PD4に配向処理が行われている。第3配向処理方向PD3は第4配向処理方向PD4とほぼ反平行である。
図5(c)に示すように、画素の液晶層には4つの液晶ドメインA、B、CおよびDが形成される。液晶層260のうち、第1配向膜110の第1配向領域OR1と第2配向膜120の第3配向領域OR3とに挟まれる部分が液晶ドメインAとなり、第1配向膜110の第1配向領域OR1と第2配向膜120の第4配向領域OR4とに挟まれる部分が液晶ドメインBとなり、第1配向膜110の第2配向領域OR2と第2配向膜120の第4配向領域OR4とに挟まれる部分が液晶ドメインCとなり、第1配向膜110の第2配向領域OR2と第2配向膜120の第3配向領域OR3とに挟まれる部分が液晶ドメインDとなる。なお、第1、第2配向処理方向PD1、PD2と第3、第4配向処理方向PD3、PD4とのなす角度はほぼ90°であり、各液晶ドメインA、B、C、Dにおけるねじれ角はほぼ90°である。
液晶ドメインA〜Dの中央の液晶分子の配向方向は、第1配向膜110による液晶分子のプレチルト方向と第2配向膜120による液晶分子のプレチルト方向との中間の方向となる。本明細書において、液晶ドメインの中央における液晶分子の配向方向を基準配向方向と呼び、基準配向方向のうち液晶分子の長軸に沿って背面から前面に向かう方向の方位角成分(すなわち、基準配向方向を第1配向膜110または第2配向膜120の主面に投影した方位角成分)を基準配向方位と呼ぶ。基準配向方位は、対応する液晶ドメインを特徴付けており、各液晶ドメインの視野角特性に支配的な影響を与える。ここで、表示画面(紙面)の水平方向(左右方向)を方位角方向の基準とし、左回りに正をとる(表示面を時計の文字盤に例えると3時方向を方位角0°として、反時計回りを正とする)と、4つの液晶ドメインA〜Dの基準配向方向は任意の2つの方向の差が90°の整数倍に略等しい4つの方向となるように設定されている。具体的には、液晶ドメインA、B、C、Dの基準配向方位は、それぞれ、225°、315°、45°、135°である。
図5(c)に示すように、液晶ドメインA、B、C、DにドメインラインDL1〜DL4がそれぞれ形成される。画素電極224のエッジ部EG1の一部と平行にドメインラインDL1が生じ、エッジ部EG2の一部と平行にドメインラインDL2が形成される。また、画素電極224のエッジ部EG3の一部と平行にドメインラインDL3が形成され、エッジ部EG4の一部と平行にドメインラインDL4が形成される。また、液晶ドメインA〜Dのそれぞれが他の液晶ドメインと隣接する境界領域に、破線で示したディスクリネーションラインCLが観察される。ディスクリネーションラインCLは、上述した中央部の暗線である。ディスクリネーションラインCLとドメインラインDL1〜DL4とは連続的であり、逆卍状の暗線が発生している。なお、ここでは、暗線は逆卍状であったが、暗線は8の字状であってもよい。
また、上述した液晶表示装置は4D−RTNモードであったが、本発明はこれに限定されない。液晶表示装置はCPAモードであってもよい。
また、上述した説明では、配向膜は2層の配向層を有しているが、本発明はこれに限定されない。配向膜は3層以上の配向層を有していてもよい。
以下、本実施例の配向膜および液晶表示装置を説明する。
[実施例1]
(実施例1−1)
以下、図2、図3、図4および図6を参照して、実施例1−1の配向膜および液晶表示装置を説明する。実施例1−1の液晶表示装置もRTNモードで動作する。
まず、第1絶縁基板222の主面の上に、図示しないが、TFTおよびTFTに接続された配線および絶縁層等を形成し、それらの上に画素電極224を形成した。同様に、第2絶縁基板242の主面の上に、図示しないが、カラーフィルタを有する着色層および絶縁層等を形成し、それらの上に対向電極244を形成した。
次に、2つの配向層材料を用意した。第1配向層材料は、構造式(2xa’)に示した第1ポリイミドp1の前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させたものであった。第2配向層材料は、構造式(3a’)に示した第2ポリイミドp2の前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させた後に、多官能モノマーをさらに溶解させたものであった。第2ポリイミドp2の前駆体は側鎖にシンナメート基を有していた。また、多官能モノマーはビフェニルジメタクリレートであった。第2配向層材料に対する多官能モノマーの濃度は10wt%であった。
画素電極224上に第1配向層材料を塗布した。第1配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸がイミド化し、第1ポリイミドp1を含む第1配向層112が形成された。
次に、第1配向層112上にノズルから第2配向層材料を塗布した。第2配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸のイミド化した第2ポリイミドp2、および、多官能モノマーの重合した重合体poを含む第2配向層114が形成された。このようにして、画素電極224上に第1配向膜110が形成された。
その後、第1配向膜110の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、ピーク波長330nmのP偏光を50mJ/cm2照射することにより、光配向処理を行った。同様に、上述した2つの配向層材料を塗布して、対向電極244上に第1配向層122および第2配向層124を含む第2配向膜120を形成し、光配向処理を行った。なお、第1、第2配向膜110、120を分析したところ、ビフェニルジメタクリレートの重合した重合体poは第2配向層114、124内にのみ存在し、第1配向層112、122内には存在しなかった。
次に、第1配向膜110および第2配向膜120が互いに対向するとともに第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板220および対向基板240を貼り合わせて、アクティブマトリクス基板220と対向基板240との間隔が4μm程度になるように固定した。
次に、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料を用意し、アクティブマトリクス基板220と対向基板240との間に付与した。液晶材料の誘電率異方性Δεは−3、複屈折率Δnが0.085であった。液晶分子262のプレチルト角は86.8°であった。
図6(a)に、実施例1−1の液晶表示装置における液晶分子262の配向状態を示す。図6(b)に示すように、第1配向膜110の配向処理方向PD1と第2配向膜120の配向処理方向PD3とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板220および対向基板240を貼り合わせており、液晶分子262のねじれ角は90°であった。なお、ここでは、アクティブマトリクス基板220の偏光板の偏光軸が第1配向膜110の配向処理方向と平行であり、対向基板240の偏光板の偏光軸が第2配向膜120の配向処理方向と平行であった。このようにして液晶パネルを作製した。
次に、作製した液晶パネルに対して、室温で電圧±10Vを50時間印加し続ける通電試験を行った後でチルト角変化量を測定した結果、プレチルト角変化量は0.02°であった。なお、通電試験終了後に測定した電圧保持率は99.5%以上であったことから、通電が充分行われていることが確認された。また、この液晶パネルを70℃のオーブン中で1000h保管した後に測定した電圧保持率は99.5%以上であった。残留DC電圧は50mV以下と充分低かった。このように製造された液晶パネルには焼き付きが発生しなかった。
(実施例1−2)
以下、図2、図3、図4および図6を参照して、実施例1−2の配向膜および液晶表示装置を説明する。実施例1−2の液晶表示装置もRTNモードで動作する。
まず、第1絶縁基板222の主面の上に、図示しないが、TFTおよびTFTに接続された配線および絶縁層等を形成し、それらの上に画素電極224を形成した。同様に、第2絶縁基板242の主面の上に、図示しないが、カラーフィルタを有する着色層および絶縁層等を形成し、それらの上に対向電極244を形成した。
次に、2つの配向層材料を用意した。第1配向層材料は、構造式(2xa’)に示した第1ポリイミドp1の前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させたものであった。第2配向層材料は、構造式(3a’)に示した第2ポリイミドp2の前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させた後に、多官能モノマーをさらに溶解させたものであった。第2ポリイミドp2の前駆体は側鎖にシンナメート基を有していた。また、多官能モノマーはビフェニルジメタクリレートであった。第2配向層材料に対する多官能モノマーの濃度は10wt%であった。
画素電極224上に第1配向層材料を塗布した。第1配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸がイミド化し、第1ポリイミドp1を含む第1配向層112が形成された。
次に、第1配向層112上に第2配向層材料を塗布した。第2配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去した。その後、第1配向膜110の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、ピーク波長330nmのP偏光を50mJ/cm2照射することにより、光配向処理を行った。さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として150℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸のイミド化した第2ポリイミドp2、および、多官能モノマーの重合した重合体poを含む第2配向層114が形成された。このようにして、画素電極224上に第1配向膜110が形成された。
同様に、上述した2つの配向層材料を塗布して、対向電極244上に第1配向層122および第2配向層124を含む第2配向膜120を形成するとともに光配向処理を行った。なお、第1、第2配向膜110、120を分析したところ、ビフェニルジメタクリレートの重合した重合体poは第2配向層114、124内にのみ存在し、第1配向層112、122内には存在しなかった。
次に、第1配向膜110および第2配向膜120が互いに対向するとともに第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板220および対向基板240を貼り合わせて、アクティブマトリクス基板220と対向基板240との間隔が4μm程度になるように固定した。
次に、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料を用意し、アクティブマトリクス基板220と対向基板240との間に付与した。液晶材料の誘電率異方性Δεは−3、複屈折率Δnが0.085であった。液晶分子262のプレチルト角は87.5°であった。
第1配向膜110の配向処理方向PD1と第2配向膜120の配向処理方向PD3とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板220および対向基板240が貼り合わされており、液晶分子262のねじれ角は90°であった。なお、ここでは、アクティブマトリクス基板220の偏光板の偏光軸が第1配向膜110の配向処理方向と平行であり、対向基板240の偏光板の偏光軸が第2配向膜120の配向処理方向と平行であった。このようにして液晶パネルを作製した。
次に、作製した液晶パネルに対して、室温で電圧±10Vを50時間印加し続ける通電試験を行った後でチルト角変化量を測定した結果、プレチルト角変化量は0.02°であった。なお、通電試験終了後に測定した電圧保持率は99.5%以上であったことから、通電が充分行われていることが確認された。また、この液晶パネルを70℃のオーブン中で1000h保管した後に測定した電圧保持率は99.5%以上であった。残留DC電圧は50mV以下と充分低かった。このように製造された液晶パネルには焼き付きが発生しなかった。
(比較例1−1)
以下、比較例1−1の配向膜および液晶表示装置を説明する。比較例1−1の液晶表示装置もRTNモードで動作する。ここで、比較例1−1の液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の形成方法は図7を参照して説明する。
まず、図7(a)に示した第1絶縁基板822の主面の上に、図7には図示しないが、TFTおよびTFTに接続された配線および絶縁層等を形成し、それらの上に画素電極を形成した。同様に、図7には図示しないが、第2絶縁基板の主面の上に、カラーフィルタを有する着色層および絶縁層等を形成し、それらの上に対向電極を形成した。
次に、2つの配向層材料を用意した。第1配向層材料は、構造式(2xa’)に示した第1ポリイミドの前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させたものであった。第2配向層材料は、構造式(3a’)に示した第2ポリイミドの前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させた後に、多官能モノマーをさらに溶解させたものであった。第2ポリイミドの前駆体は側鎖にシンナメート基を有していた。また、多官能モノマーはビフェニルジメタクリレートであった。第2配向層材料に対する多官能モノマーの濃度は10wt%であった。
画素電極上に第1配向層材料を塗布した。第1配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去して図7(b)に示す第1配向層702を形成した。
次に、図7(c)に示すように第1配向層702上にノズルから第2配向層材料を塗布した。第2配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、図7(d)に示すように第1ポリイミド、ポリアミック酸のイミド化した第2ポリイミド、および、多官能モノマーの重合した重合体の混合した混合層705が形成された。このようにして、画素電極上に第1配向膜が形成された。その後、第1配向膜110の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、ピーク波長330nmのP偏光を50mJ/cm2照射することにより、光配向処理を行った。
同様に、上述した2つの配向層材料を塗布して、対向電極上に第2配向膜を形成するとともに光配向処理を行った。なお、第1、第2配向膜を分析したところ、いずれも第1配向層材料および第2配向層材料が混合されて1つの層状になっており、ビフェニルジメタクリレートの重合した重合体は配向膜全体に存在していた。
次に、第1配向膜および第2配向膜が互いに対向するとともに第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板および対向基板を貼り合わせて、アクティブマトリクス基板と対向基板との間隔が4μm程度になるように固定した。
次に、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料を用意し、アクティブマトリクス基板と対向基板との間に付与した。液晶材料の誘電率異方性Δεは−3、複屈折率Δnが0.085であった。液晶分子のプレチルト角は88.2°であった。
第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板および対向基板は貼り合わされており、液晶分子のねじれ角は90°であった。なお、ここでは、アクティブマトリクス基板の偏光板の偏光軸が第1配向膜の配向処理方向と平行であり、対向基板の偏光板の偏光軸が第2配向膜の配向処理方向と平行であった。このようにして液晶パネルを作製した。
次に、作製した液晶パネルに対して、室温で電圧±10Vを50時間印加し続ける通電試験を行った後でチルト角変化量を測定した結果、プレチルト角変化量は0.16°であった。なお、通電試験終了後に測定した電圧保持率は99.5%以上であったことから、通電が充分行われていることが確認された。また、この液晶パネルを70℃のオーブン中で1000h保管した後に測定した電圧保持率は99.5%以上であった。残留DC電圧は50mV以下と充分低かった。このように製造された液晶パネルには焼き付きが発生した。
比較例1−1では、第1配向層の形成後にポストベークを行わなかったため、イミド化が起こらず、第2配向層材料の塗布によって第1配向層が溶けてしまい、二層構造の配向膜が形成されなかったと考えられる。また、第2配向層材料の溶液中に含まれていたビフェニルジメタクリレートモノマーも、第2配向層材料が第1配向層と混合した際に、第1配向層の内部に入り込んでしまい、重合体の表面分布密度は低下した。
(比較例1−2)
以下、比較例1−2の配向膜および液晶表示装置を説明する。ここでも図7を参照して説明を行う。比較例1−2の液晶表示装置もRTNモードで動作する。
まず、図7(a)に示した第1絶縁基板822の主面の上に、図7には図示しないが、TFTおよびTFTに接続された配線および絶縁層等を形成し、それらの上に画素電極を形成した。同様に、第2絶縁基板の主面の上に、図示しないが、カラーフィルタを有する着色層および絶縁層等を形成し、それらの上に対向電極を形成した。
次に、2つの配向層材料を用意した。第1配向層材料は、構造式(2xa’)に示した第1ポリイミドの前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させたものであった。第2配向層材料は、構造式(3a’)に示した第2ポリイミドの前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させた後に、多官能モノマーをさらに溶解させたものであった。第2ポリイミドの前駆体は側鎖にシンナメート基を有していた。また、多官能モノマーはビフェニルジメタクリレートであった。第2配向層材料に対する多官能モノマーの濃度は10wt%であった。
画素電極上に第1配向層材料を塗布した。第1配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去して図7(b)に示す第1配向層702を形成した。
次に、図7(c)に示すように第1配向層702上にノズルから第2配向層材料を塗布した。第2配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去した。その後、第1配向膜の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、ピーク波長330nmのP偏光を50mJ/cm2照射することにより、光配向処理を行った。さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として150℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、図7(d)に示すように第1ポリイミド、ポリアミック酸のイミド化した第2ポリイミド、および、多官能モノマーの重合した重合体の混合した混合層705が形成された。このようにして、第1配向膜の形成が行われた。
同様に、上述した2つの配向層材料を塗布して、対向電極上に第2配向膜を形成するとともに光配向処理を行った。なお、第1、第2配向膜を分析したところ、いずれも第1配向層材料および第2配向層材料が混合されて1つの層状になっており、ビフェニルジメタクリレートの重合した重合体は配向膜全体に存在していた。
次に、第1配向膜および第2配向膜が互いに対向するとともに第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板および対向基板を貼り合わせて、アクティブマトリクス基板と対向基板との間隔が4μm程度になるように固定した。
次に、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料を用意し、アクティブマトリクス基板と対向基板との間に付与した。液晶材料の誘電率異方性Δεは−3、複屈折率Δnが0.085であった。液晶分子のプレチルト角は88.5°であった。
第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板および対向基板は貼り合わされており、液晶分子のねじれ角は90°であった。なお、ここでは、アクティブマトリクス基板の偏光板の偏光軸が第1配向膜の配向処理方向と平行であり、対向基板の偏光板の偏光軸が第2配向膜の配向処理方向と平行であった。このようにして液晶パネルを作製した。
次に、作製した液晶パネルに対して、室温で電圧±10Vを50時間印加し続ける通電試験を行った後でチルト角変化量を測定した結果、プレチルト角変化量は0.16°であった。なお、通電試験終了後に測定した電圧保持率は99.5%以上であったことから、通電が充分行われていることが確認された。また、この液晶パネルを70℃のオーブン中で1000h保管した後に測定した電圧保持率は99.5%以上であった。残留DC電圧は50mV以下と充分低かった。このように製造された液晶パネルには焼き付きが発生した。
比較例1−1と同様で、第1配向層の熱イミド化が起こっていないため、第2配向層材料の溶液を塗布した際に第1配向層が溶けてしまい、二層構造の配向膜ができなかったと考えられる。また、第2配向層材料の溶液中に含まれていたビフェニルジメタクリレートモノマーも、第2配向層材料が第1配向層と混合した際に、第1配向層の内部に入り込んでしまい、重合体の表面分布密度は低下した。
(比較例1−3)
以下、比較例1−3の配向膜および液晶表示装置を説明する。比較例1−3の液晶表示装置もRTNモードで動作する。
まず、第1絶縁基板の主面の上に、図示しないが、TFTおよびTFTに接続された配線および絶縁層等を形成し、それらの上に画素電極を形成した。同様に、第2絶縁基板の主面の上に、図示しないが、カラーフィルタを有する着色層および絶縁層等を形成し、それらの上に対向電極を形成した。
ここでは、1つの配向層材料を用意した。配向層材料は、構造式(2xa’)に示した第1ポリイミドの前駆体(ポリアミック酸)と、構造式(3a’)に示した第2ポリイミドの前駆体(ポリアミック酸)とを溶媒に溶解させものであり、配向層材料には多官能モノマーを混合しなかった。
画素電極上に配向層材料を塗布した。配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸のイミド化したポリイミドを含む配向膜が形成された。その後、第1配向膜の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、ピーク波長330nmのP偏光を50mJ/cm2照射することにより、光配向処理を行った。
同様に、上述した配向層材料を塗布して、対向電極上に第2配向膜を形成するとともに光配向処理を行った。
次に、第1配向膜および第2配向膜が互いに対向するとともに第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板および対向基板を貼り合わせて、アクティブマトリクス基板と対向基板との間隔が4μm程度になるように固定した。
次に、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料にビフェニルジメタクリレートを混合し、アクティブマトリクス基板と対向基板との間に付与した。液晶材料の誘電率異方性Δεは−3、複屈折率Δnが0.085であった。液晶分子のプレチルト角は88.5°であった。
次に、ピーク波長365nmの紫外光を強度15mW/cm2で4時間照射することにより、ビフェニルジメタクリレートの重合を行った。
第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板および対向基板は貼り合わされており、液晶分子のねじれ角は90°であった。なお、ここでは、アクティブマトリクス基板の偏光板の偏光軸が第1配向膜の配向処理方向と平行であり、対向基板の偏光板の偏光軸が第2配向膜の配向処理方向と平行であった。このようにして液晶パネルを作製した。
次に、作製した液晶パネルに対して、室温で電圧±10Vを50時間印加し続ける通電試験を行った後でチルト角変化量を測定した結果、プレチルト角変化量は0.03°であった。なお、通電試験終了後に測定した電圧保持率は98.5%以上であったことから、通電が充分行われていることが確認された。また、この液晶パネルを70℃のオーブン中で1000h保管した後に測定した電圧保持率は96.0%まで低下し、残留DC電圧は100mVまで増加した。電圧保持率の低下および残留DC電圧の増加は、未重合の残留モノマーに起因すると考えられる。また、このように製造された液晶パネルには焼き付きが発生した。これは、電圧保持率が低く、残留DC電圧が大きいことが原因と考えられる。
(比較例1−4)
以下、比較例1−4の配向膜および液晶表示装置を説明する。比較例1−4の液晶表示装置もRTNモードで動作する。比較例1−4では、配向層材料に多官能モノマーとして2,6−ナフチルジメタクリレートを混合した点を除いて上述した比較例1−3と同様である。作製した液晶パネルのプレチルト角は88.6°であった。
次に、作製した液晶パネルに対して、室温で電圧±10Vを50時間印加し続ける通電試験を行った後でチルト角変化量を測定した結果、プレチルト角変化量は0.04°であった。なお、通電試験終了後に測定した電圧保持率は98.5%以上であったことから、通電が充分行われていることが確認された。また、この液晶パネルを70℃のオーブン中で1000h保管した後に測定した電圧保持率は96.0%まで低下し、残留DC電圧は100mVまで増加した。電圧保持率の低下および残留DC電圧の増加は、未重合の残留モノマーに起因すると考えられる。また、このように製造された液晶パネルには焼き付きが発生した。これは、電圧保持率が低く、残留DC電圧が大きいことが原因と考えられる。
(比較例1−5)
以下、比較例1−5の配向膜および液晶表示装置を説明する。比較例1−5の液晶表示装置もRTNモードで動作する。
まず、第1絶縁基板の主面の上に、図示しないが、TFTおよびTFTに接続された配線および絶縁層等を形成し、それらの上に画素電極を形成した。同様に、第2絶縁基板の主面の上に、図示しないが、カラーフィルタを有する着色層および絶縁層等を形成し、それらの上に対向電極を形成した。
ここでは、1つの配向層材料を用意した。配向層材料は、構造式(2xa’)に示した第1ポリイミドの前駆体(ポリアミック酸)と、構造式(3a’)に示した第2ポリイミドの前駆体(ポリアミック酸)とを溶媒に溶解させものに、さらに、多官能モノマーとしてビフェニルジメタクリレートを混合した。配向層材料に対するビフェニルジメタクリレートの濃度は10wt%であった。
画素電極上に配向層材料を塗布した。配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸がイミド化したポリイミド、および、ビフェニルジメタクリレートの重合した重合体を含む配向膜が形成された。
その後、第1配向膜の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、ピーク波長330nmのP偏光を50mJ/cm2照射することにより、光配向処理を行った。
同様に、上述した配向層材料を塗布して、対向電極上に第2配向膜を形成するとともに光配向処理を行った。なお、第1、第2配向膜を分析したところ、第1配向層と第2配向層とは混合して1つの層状になっており、ビフェニルジメタクリレートの重合した重合体は配向膜全体に存在していた。
次に、第1配向膜および第2配向膜が互いに対向するとともに第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板および対向基板を貼り合わせて、アクティブマトリクス基板と対向基板との間隔が4μm程度になるように固定した。
次に、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料にビフェニルジメタクリレートを混合し、アクティブマトリクス基板と対向基板との間に付与した。液晶材料の誘電率異方性Δεは−3、複屈折率Δnが0.085であった。液晶分子のプレチルト角は88.4°であった。
第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板および対向基板は貼り合わされており、液晶分子のねじれ角は90°であった。なお、ここでは、アクティブマトリクス基板の偏光板の偏光軸が第1配向膜の配向処理方向と平行であり、対向基板の偏光板の偏光軸が第2配向膜の配向処理方向と平行であった。このようにして液晶パネルを作製した。
次に、作製した液晶パネルに対して、室温で電圧±10Vを50時間印加し続ける通電試験を行った後でチルト角変化量を測定した結果、プレチルト角変化量は0.17°であった。なお、通電試験終了後に測定した電圧保持率は99.5%以上であったことから、通電が充分行われていることが確認された。また、この液晶パネルを70℃のオーブン中で1000h保管した後に測定した電圧保持率は99.5%以上であった。残留DC電圧は50mV以下と充分低かった。
このように製造された液晶パネルには焼き付きが発生した。これは、配向膜が2層構造となっておらず、配向膜の表面に存在する重合体の濃度が低く、プレチルト角が0.1°以上変化したためと考えられる。
[実施例2]
以下、図2、図3、図4および図6を参照して、実施例2の配向膜および液晶表示装置を説明する。実施例2の液晶表示装置もRTNモードで動作する。
まず、第1絶縁基板222の主面の上に、図示しないが、TFTおよびTFTに接続された配線および絶縁層等を形成し、それらの上に画素電極224を形成した。同様に、第2絶縁基板242の主面の上に、図示しないが、カラーフィルタを有する着色層および絶縁層等を形成し、それらの上に対向電極244を形成した。
次に、2つの配向層材料を用意した。第1配向層材料は、構造式(2xa’)に示した第1ポリイミドp1の前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させたものであった。第2配向層材料は、第2ポリイミドp2の前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させた後に、多官能モノマーをさらに溶解させたものであった。第2ポリイミドp2の前駆体は側鎖に垂直配向性基を有するポリアミック酸(JSR株式会社製のAL60101)であった。また、多官能モノマーはビフェニルジメタクリレートであった。第2配向層材料に対する多官能モノマーの濃度は10wt%であった。
画素電極224上に第1配向層材料を塗布した。第1配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸がイミド化し、第1ポリイミドp1を含む第1配向層112が形成された。
次に、第1配向層112上に第2配向層材料を塗布した。第2配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸のイミド化した第2ポリイミドp2、および、多官能モノマーの重合した重合体poを含む第2配向層114が形成された。このようにして、画素電極224上に第1配向膜110が形成された。その後、第1配向膜110の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、イオンビームを照射することにより、配向処理を行った。
同様に、上述した2つの配向層材料を塗布して、対向電極244上に第1配向層122および第2配向層124を含む第2配向膜120を形成し、イオンビームの照射による配向処理を行った。なお、第1、第2配向膜110、120を分析したところ、ビフェニルジメタクリレートの重合した重合体poは第2配向層114、124内にのみ存在し、第1配向層112、122内には存在しなかった。
次に、第1配向膜110および第2配向膜120が互いに対向するとともに第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板220および対向基板240を貼り合わせて、アクティブマトリクス基板220と対向基板240との間隔が4μm程度になるように固定した。
次に、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料を用意し、アクティブマトリクス基板220と対向基板240との間に付与した。液晶材料の誘電率異方性Δεは−3、複屈折率Δnが0.085であった。液晶分子262のプレチルト角は86.0°であった。
第1配向膜110の配向処理方向PD1と第2配向膜120の配向処理方向PD3とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板220および対向基板240は貼り合わされており、液晶分子262のねじれ角は90°であった。なお、ここでは、アクティブマトリクス基板220の偏光板の偏光軸が第1配向膜110の配向処理方向と平行であり、対向基板240の偏光板の偏光軸が第2配向膜120の配向処理方向と平行であった。このようにして液晶パネルを作製した。
次に、作製した液晶パネルに対して、室温で電圧±10Vを50時間印加し続ける通電試験を行った後でチルト角変化量を測定した結果、プレチルト角変化量は0.03°であった。なお、通電試験終了後に測定した電圧保持率は99.5%以上であったことから、通電が充分行われていることが確認された。また、この液晶パネルを70℃のオーブン中で1000h保管した後に測定した電圧保持率は99.5%以上であった。残留DC電圧は50mV以下と充分低かった。このように製造された液晶パネルには焼き付きが発生しなかった。
(比較例2)
以下、比較例2の配向膜および液晶表示装置を説明する。比較例2の液晶表示装置もRTNモードで動作する。
まず、第1絶縁基板の主面の上に、図示しないが、TFTおよびTFTに接続された配線および絶縁層等を形成し、それらの上に画素電極を形成した。同様に、第2絶縁基板の主面の上に、図示しないが、カラーフィルタを有する着色層および絶縁層等を形成し、それらの上に対向電極を形成した。
次に、2つの配向層材料を用意した。第1配向層材料は、構造式(2xa’)に示した第1ポリイミドの前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させたものであった。第2配向層材料は、第2ポリイミドの前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させた後に、多官能モノマーをさらに溶解させたものであった。第2ポリイミドの前駆体は側鎖に垂直配向性基を有するものであった(JSR株式会社製のAL60101)。また、多官能モノマーはビフェニルジメタクリレートであった。第2配向層材料に対する多官能モノマーの濃度は10wt%であった。
画素電極上に第1配向層材料を塗布した。第1配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去して第1配向層を形成した。
次に、第1配向層上に第2配向層材料を塗布した。第2配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸のイミド化した第2ポリイミド、および、多官能モノマーの重合した重合体を含む第2配向層が形成された。このようにして、画素電極上に第1配向膜が形成された。その後、第1配向の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、イオンビームを照射することにより、光配向処理を行った。
同様に、上述した2つの配向層材料を塗布して、対向電極上に第1配向層および第2配向層を含む第2配向膜を形成するとともにイオンビームによる配向処理を行った。なお、第1、第2配向膜を分析したところ、第1ポリイミドと第2ポリイミドとは混合して1つの層状になっており、ビフェニルジメタクリレートの重合した重合体は配向膜全体に存在していた。
次に、第1配向膜および第2配向膜が互いに対向するとともに第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板および対向基板を貼り合わせて、アクティブマトリクス基板と対向基板との間隔が4μm程度になるように固定した。
次に、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料を用意し、アクティブマトリクス基板と対向基板との間に付与した。液晶材料の誘電率異方性Δεは−3、複屈折率Δnが0.085であった。液晶分子のプレチルト角は86.2°であった。
第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板および対向基板は貼り合わされており、液晶分子のねじれ角は90°であった。なお、ここでは、アクティブマトリクス基板の偏光板の偏光軸が第1配向膜の配向処理方向と平行であり、対向基板の偏光板の偏光軸が第2配向膜の配向処理方向と平行であった。このようにして液晶パネルを作製した。
次に、作製した液晶パネルに対して、室温で電圧±10Vを50時間印加し続ける通電試験を行った後でチルト角変化量を測定した結果、プレチルト角変化量は0.19°であった。なお、通電試験終了後に測定した電圧保持率は99.5%以上であったことから、通電が充分行われていることが確認された。また、この液晶パネルを70℃のオーブン中で1000h保管した後に測定した電圧保持率は99.5%以上であった。残留DC電圧は50mV以下と充分低かった。このように製造された液晶パネルには焼き付きが発生した。
比較例1−1、1−2と同様に、第1配向層の形成後にポストベークを行わなかったため、イミド化が起こらず、第2配向層材料の塗布によって第1配向層が溶けてしまい、二層構造の配向膜が形成されなかったと考えられる。また、第2配向層材料の溶液中に含まれていたビフェニルジメタクリレートモノマーも、第2配向層材料が第1配向層と混合した際に、第1配向層の内部に入り込んでしまい、重合体の表面分布密度は低下した。
[実施例3]
以下、図2、図3、図4および図6を参照して、実施例3の配向膜および液晶表示装置を説明する。実施例3の液晶表示装置もRTNモードで動作する。
まず、第1絶縁基板222の主面の上に、図示しないが、TFTおよびTFTに接続された配線および絶縁層等を形成し、それらの上に画素電極224を形成した。同様に、第2絶縁基板242の主面の上に、図示しないが、カラーフィルタを有する着色層および絶縁層等を形成し、それらの上に対向電極244を形成した。
次に、2つの配向層材料を用意した。第1配向層材料は、構造式(2xa’)に示した第1ポリイミドp1の前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させたものであった。第2配向層材料は、第2ポリイミドp2の前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させた後に、多官能モノマーをさらに溶解させたものであった。第2ポリイミドp2の前駆体は側鎖に垂直配向性基を有するポリアミック酸(JSR株式会社製のAL60101)であった。また、多官能モノマーはビフェニルジメタクリレートであった。第2配向層材料に対する多官能モノマーの濃度は10wt%であった。
画素電極224上に第1配向層材料を塗布した。第1配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸がイミド化し、第1ポリイミドp1を含む第1配向層112が形成された。
次に、第1配向層112上に第2配向層材料を塗布した。第2配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸のイミド化した第2ポリイミドp2、および、多官能モノマーの重合した重合体poを含む第2配向層114が形成された。このようにして、画素電極224上に第1配向膜110が形成された。その後、第1配向膜110の主面に対してラビング処理を行った。
同様に、上述した2つの配向層材料を塗布して、対向電極244上に第1配向層122および第2配向層124を含む第2配向膜120を形成し、ラビング処理を行った。なお、第1、第2配向膜110、120を分析したところ、ビフェニルジメタクリレートの重合した重合体poは第2配向層114、124内にのみ存在し、第1配向層112、122内には存在しなかった。
次に、第1配向膜110および第2配向膜120が互いに対向するとともに第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板220および対向基板240を貼り合わせて、アクティブマトリクス基板220と対向基板240との間隔が4μm程度になるように固定した。
次に、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料を用意し、アクティブマトリクス基板220と対向基板240との間に付与した。液晶材料の誘電率異方性Δεは−3、複屈折率Δnが0.085であった。液晶分子262のプレチルト角は85.9°であった。
第1配向膜110の配向処理方向PD1と第2配向膜120の配向処理方向PD3とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板220および対向基板240は貼り合わされており、液晶分子262のねじれ角は90°であった。なお、ここでは、アクティブマトリクス基板220の偏光板の偏光軸が第1配向膜110の配向処理方向と平行であり、対向基板240の偏光板の偏光軸が第2配向膜120の配向処理方向と平行であった。このようにして液晶パネルを作製した。
次に、作製した液晶パネルに対して、室温で電圧±10Vを50時間印加し続ける通電試験を行った後でチルト角変化量を測定した結果、プレチルト角変化量は0.03°であった。なお、通電試験終了後に測定した電圧保持率は99.5%以上であったことから、通電が充分行われていることが確認された。また、この液晶パネルを70℃のオーブン中で1000h保管した後に測定した電圧保持率は99.5%以上であった。残留DC電圧は50mV以下と充分低かった。このように製造された液晶パネルには焼き付きが発生しなかった。
(比較例3)
以下、比較例3の配向膜および液晶表示装置を説明する。比較例3の液晶表示装置もRTNモードで動作する。
まず、第1絶縁基板の主面の上に、図示しないが、TFTおよびTFTに接続された配線および絶縁層等を形成し、それらの上に画素電極を形成した。同様に、第2絶縁基板の主面の上に、図示しないが、カラーフィルタを有する着色層および絶縁層等を形成し、それらの上に対向電極を形成した。
次に、2つの配向層材料を用意した。第1配向層材料は、構造式(2xa’)に示した第1ポリイミドの前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させたものであった。第2配向層材料は、第2ポリイミドの前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させた後に、多官能モノマーをさらに溶解させたものであった。第2ポリイミドの前駆体は側鎖に垂直配向性基を有するものであった(JSR株式会社製のAL60101)。また、多官能モノマーはビフェニルジメタクリレートであった。第2配向層材料に対する多官能モノマーの濃度は10wt%であった。
画素電極上に第1配向層材料を塗布した。第1配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去して第1配向層を形成した。
次に、第1配向層上に第2配向層材料を塗布した。第2配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸のイミド化した第2ポリイミド、および、多官能モノマーの重合した重合体を含む第2配向層が形成された。このようにして、画素電極上に第1配向膜が形成された。その後、第1配向膜の主面にラビング処理を行った。
同様に、上述した2つの配向層材料を塗布して、対向電極上に第1配向層および第2配向層を含む第2配向膜を形成するとともにラビング処理を行った。なお、第1、第2配向膜を分析したところ、第1ポリイミドと第2ポリイミドとは混合して1つの層状になっており、ビフェニルジメタクリレートの重合した重合体は配向膜全体に存在していた。
次に、第1配向膜および第2配向膜が互いに対向するとともに第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板および対向基板を貼り合わせて、アクティブマトリクス基板と対向基板との間隔が4μm程度になるように固定した。
次に、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料を用意し、アクティブマトリクス基板と対向基板との間に付与した。液晶材料の誘電率異方性Δεは−3、複屈折率Δnが0.085であった。液晶分子のプレチルト角は86.0°であった。
第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板および対向基板は貼り合わされており、液晶分子のねじれ角は90°であった。なお、ここでは、アクティブマトリクス基板の偏光板の偏光軸が第1配向膜の配向処理方向と平行であり、対向基板の偏光板の偏光軸が第2配向膜の配向処理方向と平行であった。このようにして液晶パネルを作製した。
次に、作製した液晶パネルに対して、室温で電圧±10Vを50時間印加し続ける通電試験を行った後でチルト角変化量を測定した結果、プレチルト角変化量は0.17°であった。なお、通電試験終了後に測定した電圧保持率は99.5%以上であったことから、通電が充分行われていることが確認された。また、この液晶パネルを70℃のオーブン中で1000h保管した後に測定した電圧保持率は99.5%以上であった。残留DC電圧は50mV以下と充分低かった。このように製造された液晶パネルには焼き付きが発生した。
比較例1−1、比較例1−2、比較例2と同様に、第1配向層の形成後にポストベークを行わなかったため、イミド化が起こらず、第2配向層材料の塗布によって第1配向層が溶けてしまい、二層構造の配向膜が形成されなかったと考えられる。また、第2配向層材料の溶液中に含まれていたビフェニルジメタクリレートモノマーも、第2配向層材料が第1配向層と混合した際に、第1配向層の内部に入り込んでしまい、重合体の表面分布密度は低下した。
[実施例4]
以下、図2、図3、図4および図8を参照して、実施例4の配向膜および液晶表示装置を説明する。実施例4の液晶表示装置もRTNモードで動作する。
まず、第1絶縁基板222の主面の上に、図示しないが、TFTおよびTFTに接続された配線および絶縁層等を形成し、それらの上に画素電極224を形成した。同様に、第2絶縁基板242の主面の上に、図示しないが、カラーフィルタを有する着色層および絶縁層等を形成し、それらの上に対向電極244を形成した。
次に、2つの配向層材料を用意した。第1配向層材料は、構造式(2xa’)に示した第1ポリイミドp1の前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させたものであった。第2配向層材料は、構造式(3a’)に示した第2ポリイミドp2の前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させた後に、多官能モノマーをさらに溶解させたものであった。第2ポリイミドp2の前駆体は側鎖にシンナメート基を有していた。また、多官能モノマーはビフェニルジメタクリレートであった。第2配向層材料に対する多官能モノマーの濃度は10wt%であった。
画素電極224上に第1配向層材料を塗布した。第1配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸がイミド化し、第1ポリイミドp1を含む第1配向層112が形成された。
次に、第1配向層112上に第2配向層材料を塗布した。第2配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸のイミド化した第2ポリイミドp2、および、多官能モノマーの重合した重合体poを含む第2配向層114が形成された。このようにして、画素電極224上に第1配向膜110が形成された。
その後、第1配向膜110のうち各画素の半分に対応する領域に対して、方位角0°および第1配向膜110の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、ピーク波長330nmのP偏光を50mJ/cm2照射した。光照射を行うとシンナメート基が二量化反応を起こして、二量化サイトが形成された。次いで、第1配向膜110の各画素の別の半分に対応する領域に対して、方位角180°および第1配向膜110の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、ピーク波長330nmのP偏光を50mJ/cm2照射した。このようにして光配向処理を行い、配向処理方向の異なる領域を形成した。
また、同様に、上述した2つの配向層材料を対向電極244上に順番に塗布し、それぞれの配向層材料に対して90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに200℃で40分間加熱した。第1、第2ポリイミドp1、p2が形成されるとともにジメタクリレートが重合して重合体poが形成された。このようにして、対向電極244上に第2配向膜120が形成された。その後、第2配向膜120の各画素に対して、第2配向膜120の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、ピーク波長330nmのP偏光を50mJ/cm2照射した。このようにして光配向処理を行った。なお、第1、第2配向膜110、120を分析したところ、ビフェニルジメタクリレートの重合した重合体poは第2配向層114、124内にのみ存在し、第1配向層112、122内には存在しなかった。
次に、第1配向膜110および第2配向膜120が互いに対向するとともに第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板220および対向基板240を貼り合わせて、アクティブマトリクス基板220と対向基板240との間隔が4μm程度になるように固定した。
次に、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料を用意し、アクティブマトリクス基板220と対向基板240との間に付与した。液晶材料の誘電率異方性Δεは−3、複屈折率Δnが0.085であった。
図8に、実施例4の第1、第2配向膜110、120の配向処理方向を示す。上述したように、第1配向膜110の配向処理方向PD1、PD2と第2配向膜120の配向処理方向PD3とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板220および対向基板240を貼り合わせており、液晶分子262のねじれ角は90°であった。なお、通電試験終了後に測定した電圧保持率は99.5%以上であったことから、通電が充分行われていることが確認された。このように製造された液晶パネルには焼き付きが発生しなかった。
[実施例5]
以下、図2、図3、図4および図9を参照して、実施例5の配向膜および液晶表示装置を説明する。実施例5の液晶表示装置もRTNモードで動作する。
まず、第1絶縁基板222の主面の上に、図示しないが、TFTおよびTFTに接続された配線および絶縁層等を形成し、それらの上に画素電極224を形成した。同様に、第2絶縁基板242の主面の上に、図示しないが、カラーフィルタを有する着色層および絶縁層等を形成し、それらの上に対向電極244を形成した。
次に、2つの配向層材料を用意した。第1配向層材料は、構造式(2xa’)に示した第1ポリイミドp1の前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させたものであった。第2配向層材料は、構造式(3a’)に示した第2ポリイミドp2の前駆体(ポリアミック酸)を溶媒に溶解させた後に、多官能モノマーをさらに溶解させたものであった。第2ポリイミドp2の前駆体は側鎖にシンナメート基を有していた。また、多官能モノマーはビフェニルジメタクリレートであった。第2配向層材料に対する多官能モノマーの濃度は10wt%であった。
画素電極224上に第1配向層材料を塗布した。第1配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸がイミド化し、第1ポリイミドp1を含む第1配向層112が形成された。
次に、第1配向層112上に第2配向層材料を塗布した。第2配向層材料の塗布は印刷法、インクジェット法またはスピンコート法で行った。第1加熱処理(プリベーク)として90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに、第2加熱処理(ポストベーク)として200℃で40分間加熱した。このような加熱処理により、ポリアミック酸のイミド化した第2ポリイミドp2、および、多官能モノマーの重合した重合体poを含む第2配向層114が形成された。このようにして、画素電極224上に第1配向膜110が形成された。
その後、第1配向膜110のうち各画素の半分に対応する領域に対して、方位角0°および第1配向膜110の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、ピーク波長330nmのP偏光を50mJ/cm2照射した。光照射を行うとシンナメート基が二量化反応を起こして、二量化サイトが形成された。次いで、第1配向膜110の各画素の別の半分に対応する領域に対して、方位角180°および第1配向膜110の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、ピーク波長330nmのP偏光を50mJ/cm2照射した。このようにして光配向処理を行い、配向処理方向の異なる領域を形成した。
また、第1配向膜110と同様に、上述した第1配向層材料を対向電極244上に塗布し、90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに200℃で40分間加熱した後、さらに、第2配向層材料を塗布し、同様に、90℃で1分間加熱して溶媒をある程度除去し、さらに200℃で40分間加熱した。これにより、ポリアミック酸がイミド化し、第1ポリイミドp1を含む第1配向層122および第2ポリイミドp2を含む第2配向層124が形成された。このようにして、対向電極244上に第2配向膜120が形成された。
その後、第2配向膜120において各画素の半分に対応する領域に対して、方位角90°および第2配向膜120の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、ピーク波長330nmのP偏光を50mJ/cm2照射した。光照射を行うとシンナメート基が二量化反応を起こして、二量化サイトが形成された。次いで、第2配向膜120において各画素の別の半分に対応する領域に対して、方位角270°および第2配向膜120の主面の法線方向に対して斜め40°方向から、ピーク波長330nmのP偏光を50mJ/cm2照射した。このようにして光配向処理を行い、配向処理方向の異なる領域を形成した。なお、第1、第2配向膜110、120を分析したところ、ジメタクリレートは重合しており、配向膜表面にも重合体poは存在していた。
次に、第1配向膜110および第2配向膜120が互いに対向するとともに第1配向膜の配向処理方向と第2配向膜の配向処理方向とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板220および対向基板240を貼り合わせて、アクティブマトリクス基板220と対向基板240との間隔が4μm程度になるように固定した。
次に、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料を用意し、アクティブマトリクス基板220と対向基板240との間に付与した。液晶材料の誘電率異方性Δεは−3、複屈折率Δnが0.085であった。
図9に、実施例5の第1、第2配向膜110、120の配向処理方向を示す。上述したように、第1配向膜110の配向処理方向PD1、PD2と第2配向膜120の配向処理方向PD3、PD4とのなす角が90°となるようにアクティブマトリクス基板220および対向基板240を貼り合わせており、液晶分子262のねじれ角は90°であった。なお、通電試験終了後に測定した電圧保持率は99.5%以上であったことから、通電が充分行われていることが確認された。このように製造された液晶パネルには焼き付きが発生しなかった。
なお、参考のために、本願の基礎出願である特願2008−303231号の開示内容を本明細書に援用する。
本発明による配向膜は、プレチルト角の変化に起因する焼き付きを抑制することができる。また、本発明による液晶表示装置は簡便に製造され得る。例えば、アクティブマトリクス基板と対向基板を貼り合わせた後に重合を行う必要が無く、製造上の自由度を増大させることができる。
100 配向膜
p1 第1ポリイミド
p2 第2ポリイミド
po 重合体
102 第1配向層
104 第2配向層
110 第1配向膜
112 第1配向層
114 第2配向層
120 第2配向膜
122 第1配向層
124 第2配向層
200 液晶表示装置
220 アクティブマトリクス基板
222 第1絶縁基板
224 画素電極
240 対向基板
242 第2絶縁基板
244 対向電極
260 液晶層
262 液晶分子
300 液晶パネル

Claims (26)

  1. 第1ポリイミドを含む第1配向層と、
    前記第1ポリイミドとは異なる第2ポリイミドと、多官能モノマーの重合した重合体とを含む第2配向層と
    を備える、配向膜であって、
    前記多官能モノマーは一般式(1)P1−A1−(Z1−A2)n−P2(一般式(1)において、P1およびP2は、それぞれ独立に、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、ビニル、ビニロキシまたはエポキシ基であり、A1およびA2は、それぞれ独立に、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキサン、2,5−チオフェン、またはナフタレン−2,6−ジイル基を表し、Z1は−COO−、−OCO−、−O−、−CONH−基または単結合であり、nは0、1または2である)で表される、配向膜。
  2. 前記多官能モノマーは、ジメタクリレートモノマー、ジアクリレートモノマー、ジメタクリルアミドモノマーおよびジアクリルアミドモノマーのうちの少なくとも1つのモノマーを含む、請求項1に記載の配向膜。
  3. 前記多官能モノマーにおいて、P1およびP2はアクリレート基であり、Z1は単結合であり、nは0または1である、請求項1または2に記載の配向膜。
  4. 前記多官能モノマーにおいて、P1およびP2はメタクリレート基であり、Z1は単結合であり、nは0または1である、請求項1または2に記載の配向膜。
  5. 前記多官能モノマーにおいて、P1およびP2はアクリルアミド基であり、Z1は単結合であり、nは0または1である、請求項1または2に記載の配向膜。
  6. 前記多官能モノマーにおいて、P1およびP2はメタクリルアミド基であり、Z1は単結合であり、nは0または1である、請求項1または2に記載の配向膜。
  7. 前記第1ポリイミドの前駆体の側鎖は垂直配向性基を有しない、請求項1から6のいずれかに記載の配向膜。
  8. 前記第1ポリイミドは一般式(2x)
    Figure 0005198580
    で表される、請求項7に記載の配向膜。
  9. 前記第1ポリイミドの前駆体の側鎖は垂直配向性基を有している、請求項1から6のいずれかに記載の配向膜。
  10. 前記第1ポリイミドは一般式(2y)
    Figure 0005198580
    で表され、
    Rは、炭素数が3から18の飽和アルキル基または不飽和アルキル基である、請求項9に記載の配向膜。
  11. 前記第2ポリイミドは一般式(3)
    Figure 0005198580
    で表される、請求項1から10のいずれかに記載の配向膜。
  12. 前記第2ポリイミドは一般式(4)
    Figure 0005198580
    で表される側鎖を有しており、
    Aは、場合によりフッ素、塩素、シアノから選択される基によるか、またはC118環式、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル残基(これは、場合により1個のシアノ基または1個以上のハロゲン原子で置換されており、そして、場合により、アルキルの隣接しない1個以上の−CH2−基は、基Qで置き換えられている)で置換されている、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、2,5−チオフェニレン、2,5−フラニレン、1,4−若しくは2,6−ナフチレンまたはフェニレンを表し、
    Bは、非置換か、シアノ若しくはハロゲンで単置換されているか、またはハロゲンで多置換されている、炭素原子3〜18個を有する直鎖状または分岐鎖状のアルキル残基(ここで、隣接しない1個以上のCH2基は、独立して基Qで置き換えられていてもよい)であり、
    1およびC2は、互いに独立して、芳香族または脂環式基(これは、非置換か、あるいはフッ素、塩素、シアノまたは環式、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル残基(これは、非置換か、シアノ若しくはハロゲンで単置換されているか、またはハロゲンで多置換されており、炭素原子1〜18個を有し、隣接しない1個以上のCH2基は、独立して基Qで置き換えられていてもよい)で置換されている)を表し、
    Dは、酸素原子または−NR1−(ここで、R1は、水素原子または低級アルキルを表す)を表し、
    1およびS2は、互いに独立して、共有単結合またはスペーサ単位を表し、
    3は、スペーサ単位を表し、
    Qは、−O−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−Si(CH32−O−Si(CH32−、−NR1−、−NR1−CO−、−CO−NR1−、−NR1−CO−O−、−O−CO−NR1−、−NR1−CO−NR1−、−CH=CH−、−C≡C−および−O−CO−O−(ここで、R1は、水素原子または低級アルキルを表す)から選択される基を表し、
    E、Fは、互いに独立して、水素、フッ素、塩素、シアノ、場合よりフッ素で置換され、炭素原子1〜12個を有するアルキル(ここで、場合により隣接しない1個以上のCH2基は、−O−、−CO−O−、−O−CO−および/または−CH=CH−で置き換えられている)を表し、
    1 、n 2 は、正の整数である、請求項1から11のいずれかに記載の配向膜。
  13. 前記第2ポリイミドはフッ素基を有している、請求項1から12のいずれかに記載の配向膜。
  14. 前記第2ポリイミドは光反応性官能基を有する、請求項1から13のいずれかに記載の配向膜。
  15. 前記光反応性官能基は、シンナメート基、カルコン基、トラン基、クマリン基およびアゾベンゼン基から選択されたいずれかである、請求項14に記載の配向膜。
  16. 前記第2ポリイミドの側鎖は垂直配向性基を有する、請求項1から13のいずれかに記載の配向膜。
  17. 画素電極を有するアクティブマトリクス基板と、
    対向電極を有する対向基板と、
    前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に設けられた垂直配向型の液晶層と
    を備える、液晶表示装置であって、
    前記アクティブマトリクス基板および前記対向基板の少なくとも一方は前記液晶層側に配向膜をさらに有しており、
    前記配向膜は、
    第1ポリイミドを含む第1配向層と、
    前記第1ポリイミドとは異なる第2ポリイミドと、多官能モノマーの重合した重合体とを含む第2配向層と
    を有しており、
    前記多官能モノマーは一般式(1)P1−A1−(Z1−A2)n−P2(一般式(1)において、P1およびP2は、それぞれ独立に、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、ビニル、ビニロキシまたはエポキシ基であり、A1およびA2は、それぞれ独立に、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキサン、2,5−チオフェン、またはナフタレン−2,6−ジイル基を表し、Z1は−COO−、−OCO−、−O−、−CONH−基または単結合であり、nは0、1または2である)で表される、液晶表示装置。
  18. 前記配向膜は、電圧無印加時に前記液晶層の液晶分子が前記配向膜の主面の法線方向から傾くように前記液晶分子を規定する、請求項17に記載の液晶表示装置。
  19. 前記液晶表示装置は複数の画素を有しており、
    前記液晶層は、前記複数の画素のそれぞれに対して、基準配向方位の互いに異なる複数の液晶ドメインを有している、請求項17または18に記載の液晶表示装置。
  20. 前記複数の液晶ドメインは4つの液晶ドメインである、請求項19に記載の液晶表示装置。
  21. 第1ポリイミドを含む第1配向層を形成する工程と、
    前記第1ポリイミドとは異なる第2ポリイミドと、多官能モノマーの重合した重合体とを含む第2配向層を形成する工程と
    を包含する、配向膜の形成方法。
  22. 前記第1配向層を形成する工程は、
    前記第1ポリイミドの前駆体を含む第1配向層材料を用意する工程と、
    前記第1配向層材料を塗布する工程と、
    前記第1ポリイミドの前駆体をイミド化して前記第1ポリイミドを形成する工程と
    を含む、請求項21に記載の配向膜の形成方法。
  23. 前記第1ポリイミドを形成する工程は、前記第1配向層材料を付与した後に、プリベークを行い、その後、前記プリベークよりも高温でポストベークを行う工程を含む、請求項22に記載の配向膜の形成方法。
  24. 前記第2配向層を形成する工程は、
    前記第2ポリイミドの前駆体と、多官能モノマーとを含有する第2配向層材料を用意する工程と、
    前記第2配向層材料を前記第1配向層の上に塗布する工程と、
    前記第2ポリイミドの前駆体をイミド化した前記第2ポリイミドを形成するとともに、前記多官能モノマーを重合した重合体を形成する工程と
    を含む、請求項21から23のいずれかに記載の配向膜の形成方法。
  25. 前記第2配向層材料を用意する工程において、前記多官能モノマーは一般式(1)P1−A1−(Z1−A2)n−P2(一般式(1)において、P1およびP2は、それぞれ独立に、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、ビニル、ビニロキシまたはエポキシ基であり、A1およびA2は、それぞれ独立に、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキサン、2,5−チオフェン、またはナフタレン−2,6−ジイル基を表し、Z1は−COO−、−OCO−、−O−、−CONH−基または単結合であり、nは0、1または2である)で表される、請求項24に記載の配向膜の形成方法。
  26. 前記第2配向層材料を用意する工程において、前記第2配向層材料に対する前記多官能モノマーの濃度は2wt%以上20wt%以下である、請求項24または25に記載の配向膜の形成方法。
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