JP5939614B2 - 配向膜およびそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、２つの基板に挟持された液晶層を配向させる配向膜、およびその配向膜を形成するための配向膜形成用組成物、およびその配向膜を有する液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は表示品質が高く、且つ薄型、軽量、低消費電力などといった特長からその用途を広げており、携帯電話用モニター、デジタルスチルカメラ用モニターなどの携帯向けモニターからデスクトップパソコン用モニター、印刷やデザイン向けモニター、医療用モニターさらには液晶テレビなど様々な用途に用いられている。これら用途拡大に伴い、液晶表示装置には高透過率化による高輝度化、低消費電力化、また低コスト化が強く求められている。
通常、液晶表示装置の表示は一対の基板間に挟まれた液晶層の液晶分子に電界を印加することにより液晶分子の配向方向を変化させ、それにより生じた液晶層の光学特性の変化により行われる。電界無印加時の液晶分子の配向方向は、ポリイミド薄膜の表面にラビング処理を施した配向膜により規定されている。従来、画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子を備えたアクティブ駆動型液晶表示装置は、液晶層を挟持する一対の基板のそれぞれに電極を設け、液晶層に印加する電界の方向が基板面に対してほぼ垂直になる、所謂縦電界になるように設定され、液晶層を構成する液晶分子の光旋光性を利用して表示を行う。縦電界方式の代表的な液晶表示装置として、ツイステッドネマチック（ＴＮ：Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式が知られている。
ＴＮ方式の液晶表示装置においては視野角が狭いことが大きな課題の一つである。そこで、広視野角化を達成する表示方式としてＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式やＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式が知られている。
いくつかの方式の液晶表示装置において配向膜の体積固有抵抗が高いと液晶表示装置に残留電荷が溜まってしまい、表示画像が焼きつく残像が起こることが知られている。特許文献１にＶＡ方式における配向膜の体積固有抵抗低減に関する提案がある。また、特許文献２に配向膜構造に関する提案がある。
しかしながら、従来の液晶表示装置に用いられる配向膜においては、表示画像の焼き付きの抑制が不十分であるという問題がある。
本発明の目的は、表示画像の焼き付きが少ない配向膜を備えた液晶表示装置を提供することにある。また、本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかにする。
本発明に係る液晶表示装置は、少なくとも一方の基板が透明である第一の基板および第二の基板と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置された液晶層と、前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、前記電極群に接続された複数のアクティブ素子と、前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板に配置された配向膜と、を含む液晶表示装置において、前記配向膜は、偏光紫外線を照射することにより液晶配向能を付与されており、ポリアミド酸エステルである第一の化合物とポリアミド酸である第二の化合物とを前駆体とするポリイミドを含み、前記第二の化合物の化学構造は下記式（１）で示される、ことを特徴とする。
但し、ｎは１０〜１００００の整数であり、それぞれのＸ１は２価の有機基であり、また、それぞれのＹ１は構造中にシクロブタン構造を含まない４価の有機基で、それぞれのＹ１のうちの３０％以上９０％以下は、構造中に少なくとも１つの不飽和環状構造を含む、４価の有機基である。
また、前記配向膜は、前記第一の化合物及び前記第一の化合物を前駆体とするポリイミドの合計と、前記第二の化合物及び前記第二の化合物を前駆体とするポリイミドの合計と、を２０：８０〜８０：２０のモル比で含む、こととしてもよい。
また、前記不飽和環状構造を含む４価の有機基は、下記化合物群Ａに示される化合物から選択されるいずれかの化合物の４価の有機基である、こととしてもよい。
但し、Ａ１はそれぞれ独立に、炭素数１から３のアルキレン基、−ＣＲ２−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＮＲ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−、−Ｓｉ−、および、−ＳｉＲ２−、から選択される構造であり、前記Ａ１に含まれるＲはそれぞれ独立に、水素、炭素数１から８のアルキル基、および、炭素数１から８のフルオロアルキル基から選択される構造である。
また、前記化合物群Ａに示される化合物中に含まれる前記不飽和環状構造を含む４価の有機基と結合する水素原子の少なくとも１つは、炭素数１から３のアルキル基、炭素数１から３のアルコキシ基、炭素数１から３のフルオロアルキル基、炭素数１から３のフルオロアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、若しくは、臭素原子で置換されている、こととしてもよい。
また、それぞれの前記Ｘ１のうちの５０％以上は構造中に少なくとも１つの不飽和環状構造を含む２価の有機基である、こととしてもよい。
また、前記第一の化合物はシクロブタンテトラカルボン酸二無水物誘導体と芳香族ジアミンとを用いて形成される、こととしてもよい。
本発明に係る配向膜は、ポリイミドと前記ポリイミドの前駆体とを含む配向膜であって、前記ポリイミドの前駆体は、ポリアミド酸エステルである第一の化合物とポリアミド酸である第二の化合物を含み、前記第二の化合物の化学構造は下記式（１）で示される、ことを特徴とする。
但し、ｎは１０〜１００００の整数であり、それぞれのＸ１は２価の有機基であり、また、それぞれのＹ１は構造中にシクロブタン構造を含まない４価の有機基で、それぞれのＹ１のうちの３０％以上９０％以下は構造中に少なくとも１つの不飽和環状構造を含む４価の有機基である。
本発明に係る配向膜形成用組成物は、ポリイミドと前記ポリイミドの前駆体とを含む配向膜を形成する配向膜形成用組成物であって、前記ポリイミドの前駆体は、ポリアミド酸エステルである第一の化合物とポリアミド酸である第二の化合物を含み、前記第二の化合物の化学構造は下記式（１）で示される、ことを特徴とする。
但し、ｎは１０〜１００００の整数であり、それぞれのＸ１は２価の有機基であり、また、それぞれのＹ１は構造中にシクロブタン構造を含まない４価の有機基で、それぞれのＹ１のうちの３０％以上９０％以下は構造中に少なくとも１つの不飽和環状構造を含む４価の有機基である。
本発明により、表示画像の焼き付きが少ない配向膜を備えた液晶表示装置を提供できる。
ＩＰＳ方式の液晶表示装置における、配向膜（配向制御膜とも言う）の配向処理方法として、配向膜表面を布で擦るラビング配向技術に代わり、配向膜表面に光を照射することにより液晶配向能を付与する光配向技術が注目されている。光配向技術においては、焼き付き（残像とも言う）が大きな課題となっており、焼き付きを解決するため、配向膜に次の二つの特性が必要である点に発明者らは着目した。一つ目は長期間にわたって安定した液晶配向能（高アンカリング特性）であり、もう一つは配向膜の体積比抵抗の低減である。安定した液晶配向能を得るためには、光配向膜材料として化学構造中にシクロブタン誘導体を含むポリアミド酸エステルを用いることが有効である。しかし、ポリアミド酸エステルは体積比抵抗が高く、液晶駆動時に配向膜界面に直流電荷が蓄積し、焼き付きが生じてしまうという問題がある点に発明者らは着目した。
そして、発明者らの鋭意検討の結果、ポリアミド酸エステルである第一の化合物を含む光配向膜材料の体積比抵抗を下げるためには、下記化学式（１）で示されるような化学構造のポリアミド酸である第二の化合物を当該光配向膜材料に混合することが有効であることが分かった。
但し、ｎは１０〜１００００の整数であり、それぞれのＸ１は２価の有機基であり、また、それぞれのＹ１のうちの３０％以上９０％以下は構造中に少なくとも１つの不飽和環状構造を含む４価の有機基である。また、上記化学式（１）におけるｎは、高分子量化に伴い配向膜強度が高くなるため、配向膜の削れ耐性などが向上するため、あるいは、表示画像の焼き付きがより少ない配向膜を得るために２０〜１００００であることが好適であり、３０〜１００００であることが更に好適である。
また、それぞれのＹ１は４価の有機基で、それぞれのＹ１のうちの４０％以上８５％以下が構造中に少なくとも１つの不飽和環状構造を含む４価の有機基であることが好ましく、更にはそれぞれのＹ１のうちの５０％以上８０％以下が構造中に少なくとも１つの不飽和環状構造を含む４価の芳香族基であることが特に好ましい。
また、それぞれのＹ１のうちの３０％以上９０％以下は構造中に１つの不飽和環状構造を含む４価の有機基であることとしてもよい。また、それぞれのＹ１は４価の有機基で、それぞれのＹ１のうちの４０％以上８５％以下が構造中に１つの不飽和環状構造を含む４価の有機基であることとしてもよい、更にはそれぞれのＹ１のうちの５０％以上８０％以下が構造中に１つの不飽和環状構造を含む４価の芳香族基であることとしてもよい。Ｙ１に１つの不飽和環状構造のみを含むことは、ポリアミド酸エステルである第一の化合物を含む光配向膜材料の溶媒への溶解安定性の観点から好ましい。
また、上述の不飽和環状構造は、ベンゼン環構造、ナフタレン環構造、およびアントラセン環構造から選択される環状構造であることとしてもよい。また、上述の不飽和環状構造は、ベンゼン環構造、および、ナフタレン環構造から選択される環状構造であることが好ましい。不飽和環状構造がアントラセン環構造である場合、形成される配向膜が着色してしまう虞があるためである。また、上述の不飽和環状構造は、ベンゼン環構造であることが特に好ましい。不飽和環状構造がナフタレン環構造である場合、アントラセン環構造よりも顕著ではないが、形成される配向膜が着色してしまう虞があるためである。
また、それぞれのＹ１は４価の有機基で、それぞれのＹ１のうちの３０％以上９０％以下は構造中に２つ以下のベンゼン環構造を含む４価の有機基であることとしてもよい。また、それぞれのＹ１のうちの４０％以上８５％以下が構造中に２つ以下のベンゼン環構造を含む４価の有機基であることとしてもよい。更にはそれぞれのＹ１のうちの５０％以上８０％以下が構造中に２つ以下のベンゼン環構造を含む４価の有機基であることとしてもよい。
また、上述の不飽和環状構造は、炭化水素からなる炭素環構造のみならず、環構造に炭素以外の元素を含む複素環構造であることとしてもよい。しかしながら、不飽和環状構造が複素環構造である場合、形成される配向膜のコストが高くなり、また、形成される配向膜が着色してしまう虞があるため、不飽和環状構造は、炭化水素からなる炭素環構造である方がより好ましい。また、不飽和環状構造が複素環構造である場合、複素環構造に窒素原子を含むと、形成される配向膜の着色がより濃くなる虞がある。そのため、複素環構造に窒素原子を含まないことがより好ましい。
このような構成とすることにより、ポリアミド酸に光導電性を付与することができ、液晶表示装置のバックライト（ＢＬ）からの光を吸収して抵抗を下げられるため、残像の解消に有効に作用する。不飽和環状構造の導入により分子構造中の共役系が拡張すると、吸収波長が長波長化してバックライトの可視光の吸収効率が高くなり、また共役電子系が拡張してπ電子が動きやすくなるため、光導電性の向上が期待できる。
また、ポリアミド酸の構造中に不飽和環状構造を含む４価の有機基であるＹ１の数が多いほど体積比抵抗が下がるが、多すぎると形成される配向膜の透過率の低下、光配向膜材量の溶媒への溶解安定性が低下するという問題がある。
またそれぞれのＹ１は構造中にシクロブタン構造を含まない４価の有機基であることが好ましい。すなわち、本発明に用いられるポリアミド酸は、その原料としてシクロブタン誘導体を含まないことが好ましい。Ｙ１が構造中にシクロブタン構造を含むと、光照射の際にポリアミド酸の高分子鎖が当該シクロブタン構造の部分で切断され、ポリアミド酸の分子量が低下してしまう。分子量低下によって配向膜が脆弱になってしまい、液晶配向能の安定性を低下、残像特性を悪化させてしまうため、Ｙ１が構造中にシクロブタン構造を含むことは好ましくない。
本発明の液晶表示装置における配向膜は、ポリアミド酸エステルである第一の化合物及び当該第一の化合物を前駆体とするポリイミドの合計と、ポリアミド酸である第二の化合物及び当該第二の化合物を前駆体とするポリイミドの合計と、を２０：８０〜８０：２０のモル比で含むことが好ましく、より好ましくは３０：７０〜から７０：３０のモル比で含み、更に好ましくは４０：６０〜６０：４０のモル比で含む。配向膜において、ポリアミド酸エステル及びポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドの比率が高すぎると当該配向膜の抵抗が高くなってしまい、ポリアミド酸及びポリアミド酸を前駆体とするポリイミドの比率が高すぎると当該配向膜の液晶配向能の安定性が低下してしまうため、残像特性が悪化し、好ましくない。
また、第二の化合物の化学構造中に含まれるＹ１のうちの、不飽和環状構造を含む４価の有機基はそれぞれ独立に、下記化合物群Ａに示される化合物から選択されるいずれかの化合物の４価の有機基であることとしてもよい。
また、第二の化合物の化学構造中に含まれるＹ１のうちの、不飽和環状構造を含む４価の有機基は、下記化合物群Ａに示される化合物から選択されるいずれか１種の化合物の４価の有機基であることとしてもよい。
但し、Ａ１はそれぞれ独立に、炭素数１から３のアルキレン基、−ＣＲ２−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＮＲ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−、−Ｓｉ−、および、−ＳｉＲ２−、から選択される構造であり、 前記Ａ１に含まれるＲはそれぞれ独立に、水素、炭素数１から８のアルキル基、および、炭素数１から８のフルオロアルキル基から選択される構造である。
また、前記化合物群Ａに示される化合物の構造中に含まれる不飽和環状構造と結合する水素原子はそれぞれ独立に、炭素数１から３のアルキル基、炭素数１から３のアルコキシ基、炭素数１から３のフルオロアルキル基、炭素数１から３のフルオロアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、若しくは、臭素原子で置換されている、又は、未置換である。すなわち、前記化合物群Ａに示される化合物の構造中に含まれる不飽和環状構造と結合する水素原子はそれぞれ独立に、炭素数１から３のアルキル基、炭素数１から３のアルコキシ基、炭素数１から３のフルオロアルキル基、炭素数１から３のフルオロアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、若しくは、臭素原子で置換されていることとしてもよい。
以下に、Ｙ１の不飽和環状構造を含む４価の有機基の具体的構造を下記化学式（Ｙ−１）〜（Ｙ−３２）に示す。但し、これらに限定されるものではない。
上記例示した不飽和環状構造を含む４価の有機基に対し、Ｙ１に対応する脂肪族基（不飽和環状構造を含まない４価の有機基）の代表例は以下のようなものがある。但し、これらに限定されるものではない。
また、上記化学式（１）におけるＸ１のうちの５０％以上は構造中に不飽和環状構造を含む２価の有機基であることが好ましい。また、上記化学式（１）におけるＸ１のうちの６０％以上は構造中に不飽和環状構造を含む２価の有機基であることがより好ましい。また、上記化学式（１）におけるＸ１のうちの７０％以上は構造中に不飽和環状構造を含む２価の有機基であることが特に好ましい。本構成とすることにより、ポリアミド酸である第二の化合物の抵抗を下げることができ、残像特性の向上に有効に作用する。
また、第二の化合物の化学構造中に含まれるＸ１のうちの、不飽和環状構造を含む２価の有機基はそれぞれ独立に、下記化合物群Ｂに示される化合物から選択されるいずれかの化合物の２価の有機基であることとしてもよい。
また、第二の化合物の化学構造中に含まれるＸ１のうちの、不飽和環状構造を含む２価の有機基は、下記化合物群Ｂに示される化合物から選択されるいずれか１種の化合物の２価の有機基であることとしてもよい。
但し、Ａ２はそれぞれ独立に、炭素数１から３のアルキレン基、−ＣＲ２−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＮＲ−、−ＮＨ−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−、−Ｓｉ−、および、−ＳｉＲ２−、から選択される構造であり、前記Ａ２に含まれるＲはそれぞれ独立に、水素、炭素数１から８のアルキル基、および、炭素数１から８のフルオロアルキル基から選択される構造である。また、Ａ３は単結合または炭素数１から８のアルキレン基である。
また、前記化合物群Ｂに示される化合物の構造中に含まれる不飽和環状構造と結合する水素原子はそれぞれ独立に、炭素数１から３のアルキル基、炭素数１から３のアルコキシ基、炭素数１から３のフルオロアルキル基、炭素数１から３のフルオロアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヒドロキシル基、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、若しくは、ホスホン酸基で置換されている、又は、未置換である。すなわち、前記化合物群Ｂに示される化合物の構造中に含まれる不飽和環状構造と結合する水素原子はそれぞれ独立に、炭素数１から３のアルキル基、炭素数１から３のアルコキシ基、炭素数１から３のフルオロアルキル基、炭素数１から３のフルオロアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヒドロキシル基、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、若しくは、ホスホン酸基で置換されていることとしてもよい。
また、上述の不飽和環状構造を含む２価の有機基における不飽和環状構造は、ベンゼン環構造、ナフタレン環構造、およびアントラセン環構造から選択される環状構造であることとしてもよい。また、上述の不飽和環状構造を含む２価の有機基における不飽和環状構造は、ベンゼン環構造、および、ナフタレン環構造から選択される環状構造であることが好ましい。不飽和環状構造がアントラセン環構造である場合、形成される配向膜が着色してしまう虞があるためである。また、上述の不飽和環状構造を含む２価の有機基における不飽和環状構造は、ベンゼン環構造であることが特に好ましい。不飽和環状構造がナフタレン環構造である場合、アントラセン環構造よりも顕著ではないが、形成される配向膜が着色してしまう虞があるためである。
また、上述の不飽和環状構造を含む２価の有機基における不飽和環状構造は、炭化水素からなる炭素環構造のみならず、環構造に炭素以外の元素を含む複素環構造であることとしてもよい。しかしながら、不飽和環状構造が複素環構造である場合、形成される配向膜のコストが高くなり、また、形成される配向膜が着色してしまう虞があるため、不飽和環状構造は、炭化水素からなる炭素環構造である方がより好ましい。また、不飽和環状構造が複素環構造である場合、複素環構造に窒素原子を含むと、形成される配向膜の着色がより濃くなる虞がある。そのため、複素環構造に窒素原子を含まないことがより好ましい。
以下に、Ｘ１の不飽和環状構造を含む２価の有機基の具体的構造を下記化学式（Ｘ−１）〜（Ｘ−３９）に示す。但し、これらに限定されるものではない。
但し、上記化学式（Ｘ−３１）、（Ｘ−３２）、（Ｘ−３３）において、ｍは１から６の整数である。
上記例示した不飽和環状構造を含む２価の有機基に対し、Ｘ１に対応する脂肪族基（不飽和環状構造を含まない２価の有機基）の代表例は以下のようなものがある。但し、これらに限定されるものではない。
また、本発明の液晶表示装置に備えられる配向膜に含まれるポリアミド酸エステルである第一の化合物のうちの５０モル％は、下記化学式（２）で示される化合物であることは好ましい。また、本発明の液晶表示装置に備えられる配向膜に含まれるポリアミド酸エステルである第一の化合物のうちの７０モル％は、下記化学式（２）で示される化合物であることは好ましい。本発明の液晶表示装置に備えられる配向膜に含まれるポリアミド酸エステルである第一の化合物のうちの９０モル％は、下記化学式（２）で示される化合物であることは特に好ましい。
但し、ｎは１０〜１００００の整数であり、上記化学式（２）で示される化合物において、Ｘ２は構造中に少なくとも１つの不飽和環状構造を含む２価の有機基であり、Ｙ２はそれぞれ独立に炭素数１から８のアルキル基または炭素数１から８のアルコキシ基であり、Ｚ２はそれぞれ独立に炭素数１から８のアルキル基である。本構成とすることにより、安定した液晶配向能を得ることができ、残像特性の向上に有効に作用する。また、上記化学式（２）におけるｎは、高分子量化に伴い配向膜強度が高くなるため、配向膜の削れ耐性などが向上するため、あるいは、表示画像の焼き付きがより少ない配向膜を得るために２０〜１００００であることが好適であり、３０〜１００００であることが更に好適である。
また、上記化学式（２）で示される化合物におけるＸ２に対応する、構造中に少なくとも１つの不飽和環状構造を含む２価の有機基の代表例は、上記化学式（１）で示される化合物におけるＸ１に対応する、構造中に少なくとも１つの不飽和環状構造を含む２価の有機基にて例示した、上記化合物群Ｂに示される化合物から選択されるいずれか１種の化合物の２価の有機基が同様に挙げられる。
本発明の目的は、表示画像の焼き付きが少ない液晶表示装置用配向膜および該配向膜を備えた液晶表示装置を提供することにある。
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。これら実施例に用いた本発明による配向制御膜はその一例を示したもので、その他の構造についても同様の効果が確認されている。なお、以下では、薄膜トランジスタ等のアクティブ素子を形成した基板をアクティブマトリクス基板という。また、その対向基板にカラーフィルタを有する場合は、これをカラーフィルタ基板ともいう。また、本発明において、目標として望ましいコントラストは５００：１以上であり、目標とする残像が消失する時間は５分以内が望ましい。なお、残像消失時間は下記の実施例において定義される方法にて決定される。
図１は、実施例１に係る液晶表示装置の１画素付近の模式断面図である。また、図２は、実施例１に係る液晶表示装置の１画素付近の構成を示すアクティブマトリクス基板の模式平面図である。図２Ａ実施例１に係る液晶表示装置の１画素付近の構成を示すアクティブマトリクス基板の模式平面図である。図２Ｂは図２Ａに示す２Ｂ線に沿った断面図である。図２Ｃは図２Ａに示す２Ｃ線に沿った断面図である。また、図１は、図２Ａに示す２Ｂ線に沿った断面の一部に対応する。
なお、図２Ｂと図２Ｃは、要部構成を強調して模式的に示すもので、図２Ａの２Ｂ線と２Ｃ線の切断部に１対１で対応しない。例えば、図２Ｂでは半導体膜１１６は図示せず、図２Ｃではコモン電極１０３とコモン配線１２０を接続するスルーホール１１８は１箇所のみを代表して示してある。
本実施例では、アクティブマトリクス基板（第一の基板）としてのガラス基板１０１上には、Ｃｒ（クロム）からなる走査配線（ゲート電極）１０４及び共通電極配線（コモン配線）１２０が配置され、このゲート電極１０４及びコモン配線１２０を覆うように窒化シリコンからなるゲート絶縁膜１０７が形成されている。
また、ゲート電極１０４上には、ゲート絶縁膜１０７を介してアモルファスシリコン又はポリシリコンからなる半導体膜１１６が配置され、アクティブ素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１１５の能動層として機能するようにされている。また、半導体膜１１６のパターンの一部に重畳するようにＣｒ・Ｍｏ（クロム・モリブデン）よりなる信号配線（ドレイン電極）１０６と画素電極（ソース電極）１０５が配置され、これら全てを被覆するように窒化シリコンよりなる保護絶縁膜１０８が形成されている。
また、図２Ｃに示すように、ゲート絶縁膜１０７と保護絶縁膜１０８を貫通して形成されたスルーホール１１８を介してコモン配線１２０に接続するコモン電極１０３がオーバーコート層（有機保護膜）１１２上に配置されている。また、図２Ａに示すように、平面的には１画素の領域において、その画素電極１０５に対向するように、コモン配線１２０からスルーホール１１８を介して引き出されているコモン電極１０３が形成されている。
本実施例においては、画素電極１０５は、有機保護膜１１２の下層の保護絶縁膜１０８のさらに下層に配置され、有機保護膜１１２上に共通電極１０３が配置された構成となっている。これらの複数の画素電極１０５と共通電極１０３とに挟まれた領域で、１画素が構成される構造となっている。また、以上のように構成した単位画素をマトリクス状に配置したアクティブマトリクス基板の表面、すなわち、共通電極１０３が形成された有機保護膜１１２上には配向制御膜１０９が形成されている。
一方、図１に示すように、対向基板を構成するガラス基板１０２には、カラーフィルタ層１１１が遮光膜（ブラックマトリクス）１１３で画素毎に区切られて配置され、また、カラーフィルタ層１１１及び遮光膜１１３上は、透明な絶縁性材料からなる有機保護膜１１２で覆われている。さらに、その有機保護膜１１２上にも配向制御膜１０９が形成されてカラーフィルタ基板（第二の基板）を構成している。
なお、アクティブマトリクス基板（第一の基板）と、カラーフィルタ基板（第二の基板）と、で一対の基板を構成している。したがって本明細書中ではアクティブマトリクス基板（第一の基板）と、カラーフィルタ基板（第二の基板）と、をまとめて一対の基板ということがある。
これらの配向制御膜１０９は、ラビング配向法または高圧水銀ランプを光源とし、石英板を積層したパイル偏光子を用いて取り出される紫外線の直線偏光照射により液晶配向能が付与されている。
アクティブマトリクス基板を構成するガラス基板１０１とカラーフィルタ基板を構成するガラス基板１０２とが、配向制御膜１０９の面で対向配置され、これらの間に液晶分子１１０ａで構成される液晶層（液晶組成物層）１１０ｂが配置される。また、アクティブマトリクス基板を構成するガラス基板１０１及びカラーフィルタ基板を構成するガラス基板１０２の外側の面のそれぞれには、偏光板１１４が形成されている。
以上のようにして、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置（ＴＦＴ液晶表示装置）が構成される。このＴＦＴ液晶表示装置では、液晶組成物層１１０ｂを構成する液晶分子１１０ａは、電界無印加時には対向配置されているガラス基板１０１，１０２面にほぼ平行に配向された状態となり、配向処理で規定された初期配向方向に向いた状態でホモジニアス配向している。
ここで、ゲート電極１０４に電圧を印加してＴＦＴ１１５をオンにすると、画素電極１０５と共通電極１０３の間の電位差により液晶組成物層１１０ｂに電界１１７が印加され、液晶組成物層１１０ｂが持つ誘電異方性と電界との相互作用により液晶組成物層１１０ｂを構成する液晶分子１１０ａは電界方向にその向きを変える。このとき液晶組成物層１１０ｂの屈折異方性と偏光板１１４の作用により液晶表示装置の光透過率を変化させ表示を行うことができる。
また、有機保護膜１１２は、絶縁性、透明性に優れるアクリル系樹脂、エポキシアクリル系樹脂又はポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂を用いればよい。また、有機保護膜１１２として光硬化性の透明な樹脂を用いてもよいし、ポリシロキサン系の樹脂など無機系の材料を用いてもよい。さらには、有機保護膜１１２が配向制御膜１０９を兼ねるものであってもよい。
一般的に、ＩＰＳ方式においては、従来のＴＮ方式に代表される縦電界方式と異なり基板面との界面チルトが原理的に必要なく、界面チルト角が小さいほど視角特性が良いことが知られており、特に１度以下にすることにより、液晶表示装置の視角による色変化、明度変化を大幅に抑制することが出来るため、チルト角が発生しにくい光配向法による配向が効果的である。
次に、本実施例の液晶表示装置の製造方法として、配向制御膜のラビングレス配向法を用いた配向制御膜の形成について説明する。本実施例による配向制御膜の形成工程のフローは、以下（１）から（４）のようになる。
（１）配向制御膜の塗膜・形成（表示領域全面にわたり均一な塗膜を形成する）
（２）配向制御膜のイミド化焼成（ワニス溶剤の除去と耐熱性の高いポリイミド化を促進
する）
（３）偏光照射による液晶配向能付与（表示領域に均一な配向能を付与する）
（４）（加熱、赤外線照射、遠赤外線照射、電子線照射、放射線照射）による配向能の促進・安定化
（１）配向制御膜の塗膜・形成（表示領域全面にわたり均一な塗膜を形成する）
（２）配向制御膜のイミド化焼成（ワニス溶剤の除去と耐熱性の高いポリイミド化を促進
する）
（３）偏光照射による液晶配向能付与（表示領域に均一な配向能を付与する）
（４）（加熱、赤外線照射、遠赤外線照射、電子線照射、放射線照射）による配向能の促進・安定化
以上の４段階のプロセスを介して配向制御膜を形成するが、上記（１）から（４）のプロセスの順番に限定されるものではなく、以下（ａ）（ｂ）のような場合には更なる効果が期待される。
（ａ）上記（３）（４）を時間的に重なるように処理することにより液晶配向能付与を加速し架橋反応などを誘起することで、更に効果的に配向制御膜を形成することが可能となる。
（ｂ）上記（４）の加熱、赤外線照射、遠赤外線照射などを用いる場合には、上記（２）（３）（４）を時間的にオーバーラップさせることにより、上記（４）のプロセスが上記（２）のイミド化プロセスを兼ねることも可能となり、短時間に配向制御膜の形成が可能となる。
（ａ）上記（３）（４）を時間的に重なるように処理することにより液晶配向能付与を加速し架橋反応などを誘起することで、更に効果的に配向制御膜を形成することが可能となる。
（ｂ）上記（４）の加熱、赤外線照射、遠赤外線照射などを用いる場合には、上記（２）（３）（４）を時間的にオーバーラップさせることにより、上記（４）のプロセスが上記（２）のイミド化プロセスを兼ねることも可能となり、短時間に配向制御膜の形成が可能となる。
次に、本実施例の具体的な製造方法について説明する。アクティブマトリクス基板を構成するガラス基板１０１及びカラーフィルタ基板を構成するガラス基板１０２として、厚みが０．７ｍｍで表面を研磨したガラス基板を用いる。ガラス基板１０１に形成する薄膜トランジスタ１１５は、画素電極（ソース電極）１０５、信号配線（ドレイン電極）１０６、走査配線（ゲート電極）１０４及びアモルファスシリコンからなる半導体膜１１６から構成される。
走査配線１０４、共通電極配線１２０、信号配線１０６及び画素電極１０５は、全てクロム膜をパターニングして形成し、画素電極１０５と共通電極１０３との間隔は７μｍとした。なお、共通電極１０３と画素電極１０５については、低抵抗でパターニングの容易なクロム膜を使用したが、ＩＴＯ膜を使用することで透明電極を構成して、より高い輝度特性を達成することも可能である。
ゲート絶縁膜１０７と保護絶縁膜１０８は窒化珪素からなり、膜厚はそれぞれ０．３μｍとした。その上にはアクリル系樹脂を塗布し、２２０℃、１時間の加熱処理により透明で絶縁性のある有機保護膜１１２を形成した。
次に、フォトリソグラフィ、エッチング処理により、図２Ｃに示すように、共通電極配線１２０までスルーホール１１８を形成し、共通電極配線１２０と接続する共通電極１０３をパターニングして形成した。
その結果、単位画素（１画素）内では、図２Ａに示すように、画素電極１０５が３本の共通電極１０３の間に配置されている構成となり、画素数は１０２４×３（Ｒ、Ｇ、Ｂに対応）本の信号配線１０６と、７６８本の走査配線１０４とから構成される１０２４×３×７６８個とするアクティブマトリクス基板を形成した。
本実施例において、配向制御膜１０９として、上記化学式（１）中のＸ１およびＹ１の構造が下記表１Ａに示す構造であるポリアミド酸と、上記化学式（２）中のＸ２が上記化学式（Ｘ−１）の構造であり、上記化学式（２）中の４箇所のＹ２のうちの２箇所が水素原子で、２箇所がメチル基であり、上記化学式（２）中の２箇所のＺ２がメチル基であるポリアミド酸エステルと、を５０：５０の割合（モル比）で混合した配向膜材料を用いて液晶表示装置を作製した。樹脂分濃度（配向膜材料）５重量％、ＤＭＡＣ６０重量％、γブチロラクトン２０重量％、ブチルセロソルブ１５重量％のワニスに調製し、アクティブマトリクス基板の上に印刷形成して熱処理によりイミド化し、膜厚約１３０ｎｍの緻密な配向制御膜１０９を形成した。本発明においてイミド化率は２５〜１００％の範囲にて適宜選択されることとしてよい。本実施例では第一の化合物及び第二の化合物のそれぞれのイミド化率は約９０％である。また、第二の化合物における平均重合度はｎ＝３０であり、すなわち上記化学式（１）におけるｎはｎ＝３０を含むものである。
同様に、ＩＴＯを成膜したもう一方のガラス基板１０２の表面にも同様のポリアミド酸アミドワニスを印刷形成し、約１００ｎｍの緻密なポリイミド及びポリアミド酸からなる配向制御膜１０９を形成した。その表面に液晶配向能を付与するために、偏光ＵＶ（紫外線）光を配向制御膜１０９に照射した。光源には高圧水銀ランプを用い、干渉フィルタを介して、２４０ｎｍ〜３２０ｎｍの範囲のＵＶ光を取り出し、石英基板を積層したパイル偏光子を用いて偏光比約１０：１の直線偏光とし、２．０Ｊ／ｃｍ２の照射エネルギーで照射した。その結果、配向制御膜表面の液晶分子の配向方向は、照射した偏光ＵＶの偏光方向に対し、直交方向であることがわかった。
次に、これらの２枚のガラス基板１０１、１０２をそれぞれの液晶配向能を有する配向制御膜１０９を有する表面を相対向させて、分散させた球形のポリマービーズからなるスペーサを介在させ、周辺部にシ−ル剤を塗布し、液晶表示装置となる液晶表示パネル（以下「セル」ともいう。）を組み立てた。２枚のガラス基板１０１、１０２の液晶配向方向は互いにほぼ並行とした。このセルに、誘電異方性Δεが正で、その値が１０．２（１ｋＨｚ、２０℃）であり、屈折率異方性Δｎが０．０７５（波長５９０ｎｍ、２０℃）、ねじれ弾性定数Ｋ２が７．０ｐＮ、ネマティック−等方相転移温度Ｔ（Ｎ−Ｉ）が約７６℃のネマティック液晶組成物Ａを真空で注入し、紫外線硬化型樹脂からなる封止材で封止した。液晶層の厚み（ギャップ）は４．２μｍの液晶パネルを製作した。
この液晶表示パネルのリタデーション（Δｎ・ｄ）は、約０．３１μｍとなる。Δｎ・ｄは０．２μｍ≦Δｎ・ｄ≦０．５μｍの範囲が望ましく、この範囲を超えると白表示が色づいてしまうなどの問題がある。また、このパネルに用いた配向制御膜と液晶組成物とが同等のものを用いてホモジニアス配向の液晶表示パネルを作製し、クリスタルローテーション法を用いて液晶のプレチルト角を測定したところ約０．２度を示した。この液晶表示パネルを２枚の偏光板１１４で挟み、一方の偏光板の偏光透過軸を上記の液晶配向方向とほぼ平行とし、他方をそれに直交するように配置した。その後、駆動回路、バックライトなどを接続してモジュール化し、アクティブマトリクス型の液晶表示装置を得た。本実施例では、低電圧で暗表示、高電圧で明表示となるノーマリークローズ特性とした。
次に、本実施例による液晶表示装置の表示品位を評価したところ、コントラスト比５００対１の高品位な表示が確認されるとともに、中間調表示時における広視野角が確認された。
また、本実施例による液晶表示装置の画像の焼き付け、残像を定量的に測定するため、ホトダイオードを組合せたオシロスコープを用いて評価した。まず、画面上に最大輝度でウインドウパターンを１００時間表示し、その後、残像が最も目立つ中間調表示、ここでは、輝度が最大輝度の１０％となるように全面を切り換え、ウインドウパターンのエッジ部のパターンが消えるまでの時間を残像消失時間として評価した。ただし、ここで許容される残像消失時間は５分以下である。
本実施例で作製した液晶表示装置について、残像消失時間を評価した。結果を表１Ｂに示す。
図３は、実施例２に係る液晶表示装置の１画素付近の模式断面図である。図４Ａは、実施例２に係る液晶表示装置の１画素付近の構成を示すアクティブマトリクス基板の模式平面図である。図４Ｂは図４Ａに示す４Ｂ線に沿った断面図である。図４Ｃは図４Ａに示す４Ｃ線に沿った断面図である。
また、図４は、本実施例による液晶表示装置の１画素付近の構成を説明するアクティブマトリクス基板の模式図であり、図４Ａは平面図、図４Ｂは図４Ａに示す４Ｂ線に沿った断面図、図４Ｃは図４Ａの４Ｃ線に沿った断面図を示す。また、図３は図４Ａに示す４Ｂ線に沿った断面の一部に対応する。
なお、図４Ｂと図４Ｃは、要部構成を強調して模式的に示すもので、図４Ａの４Ｂ線と４Ｃ線の切断部に１対１で対応しない。例えば、図４Ｂでは半導体膜１１６は図示していない。
本実施例では、アクティブマトリクス基板を構成するガラス基板１０１上には、Ｃｒよりなるゲート電極１０４及び共通電極配線１２０が配置され、ゲート電極１０４と共通電極配線１２０を覆うように窒化シリコンからなるゲート絶縁膜１０７が形成されている。また、ゲート電極１０４上には、ゲート絶縁膜１０７を介してアモルファスシリコン又はポリシリコンからなる半導体膜１１６が配置され、アクティブ素子である薄膜トランジスタ１１５の能動層として機能するようにされている。
また、半導体膜１１６のパターンの一部に重畳するようにクロム・モリブデンよりなるドレイン電極１０６と画素電極（ソース電極）１０５が配置され、これら全てを被覆するように窒化シリコンよりなる保護絶縁膜１０８が形成されている。この保護絶縁膜１０８上には、有機保護膜１１２が配置されている。この有機保護膜１１２は、例えば、アクリル樹脂などの透明な材料から構成する。また、画素電極１０５はＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３：Ｓｎ）などの透明電極から構成されている。共通電極１０３は、ゲート絶縁膜１０７、保護絶縁膜１０８及び有機保護膜１１２を貫通するスルーホール１１８を介して、共通電極配
線１２０に接続している。
線１２０に接続している。
液晶を駆動する電界を与える場合に、画素電極１０５と対をなす共通電極１０３は、平面的に１画素の領域を囲うように形成されている。また、この共通電極１０３は、有機保護膜１１２の上に配置されている。そして、この共通電極１０３は、上部から見たときに下層に配置しているドレイン電極１０６、走査配線１０４及び能動素子である薄膜トランジスタ１１５を隠すように配置され、半導体膜１１６を遮光する遮光層を兼ねている。
以上のように構成した単位画素（１画素）をマトリクス状に配置したアクティブマトリクス基板を構成するガラス基板１０１の表面、すなわち、有機保護膜１１２上及びその上に形成された共通電極１０３の上には、配向制御膜１０９が形成されている。一方、対向基板を構成するガラス基板１０２にも、カラーフィルタ層１１１の上に形成される有機保護膜１１２の上には、配向制御膜１０９が形成されている。
ここで、実施例１と同様に、高圧水銀ランプを光源とし、石英板を積層したパイル偏光子を用いて取り出される紫外線の直線偏光照射により、これらの配向制御膜１０９に液晶配向能が付与されている。
そして、ガラス基板１０１と対向ガラス基板１０２が、配向制御膜１０９の形成面で対向配置され、これらの間に液晶分子１１０ａで構成された液晶組成物層１１０ｂが配置される。また、ガラス基板１０１及び対向ガラス基板１０２の外側の面のそれぞれには偏光板１１４が形成されている。
このように、本実施例においても、先に述べた実施例１と同様に、画素電極１０５は、有機保護膜１１２及び保護絶縁膜１０８の下層に配置され、画素電極１０５と有機保護膜１１２との上に共通電極１０３が配置された構成となっている。また、共通電極１０３の電気抵抗が十分低い場合には、この共通電極１０３は、最下層に形成されている共通電極配線１２０も兼ねることができる。その際には、最下層に配置している共通電極配線１２０の形成及びそれに伴うスルーホール１１８の加工を省くことができる。
本実施例では、図４Ａに示すように、格子状に形成された共通電極１０３に囲まれた領域で１画素が構成され、画素電極１０５と合わせて１画素を４つの領域に分割するように配置されている。また、画素電極１０５及びそれと対向する共通電極１０３がお互いに平行に配置されたジグザグな屈曲構造からなり、１画素が２つ以上の複数の副画素を形成している。これにより面内での色調変化を相殺する構造となっている。
次に、本実施例による液晶表示装置の製造方法について説明する。ガラス基板１０１及び１０２としては、厚みが０．７ｍｍで表面を研磨したガラス基板を用いる。薄膜トランジスタ１１５は、画素電極（ソース電極）１０５、信号配線（ドレイン電極）１０６、走査配線（ゲート電極）１０４及びアモルファスシリコンからなる半導体膜１１６から構成される。走査配線１０４は、アルミニウム膜をパターニングし、共通電極配線１２０及び信号配線１０６は、クロム膜をパターニングし、画素電極１０５は、ＩＴＯ膜をパターニングし、図４Ａに示すように、走査配線１０４以外は、ジグザグに屈曲した電極配線パターンに形成した。その際、屈曲の角度は１０度に設定した。ゲート絶縁膜１０７と保護絶縁膜１０８は窒化珪素からなり、膜厚はそれぞれ０．３μｍとした。
次に、フォトリソグラフィ法とエッチング処理により、図４Ｃに示すように、共通電極配線１２０まで約１０μｍ径の円筒状にスルーホール１１８を形成し、その上にはアクリル系樹脂を塗布し、２２０℃、で１時間の加熱処理により透明で絶縁性のある誘電率約４の有機保護膜１１２を約１μｍ厚に形成した。この有機保護膜１１２により表示領域の画素電極１０５の段差起因の凹凸を平坦化し、また、隣接する画素間のカラーフィルタ層１１１の境界部分の段差凹凸を平坦化した。
その後、約７μｍ径にスルーホール１１８を再度エッチング処理し、その上から共通電極配線１２０と接続する共通電極１０３を、ＩＴＯ膜をパターニングして形成した。その際、画素電極１０５と共通電極１０３との間隔は７μｍとした。さらに、この共通電極１０３は、信号配線１０６、走査配線１０４及び薄膜トランジスタ１１５の上部を覆い画素を囲むように格子状に形成し、遮光層を兼ねるようにした。
その結果、単位画素内では図４Ａに示すように、画素電極１０５が３本の共通電極１０３の間に配置されている構成となり、画素数は１０２４×３（Ｒ、Ｇ、Ｂに対応）本の信号配線１０６と、７６８本の走査配線１０４とから構成される１０２４×３×７６８個とするアクティブマトリクス基板が得られた。
本実施例において、配向制御膜１０９として、上記化学式（１）中のＸ１およびＹ１の構造が下記表２Ａに示す構造であるポリアミド酸と、上記化学式（２）中のＸ２が上記化学式（Ｘ−１）８０モル％、（Ｘ−２６）２０モル％の構造であり、上記化学式（２）中の４箇所のＹ２のうちの２箇所が水素原子で、２箇所がメチル基であり、上記化学式（２）中の２箇所のＺ２がメチル基であるポリアミド酸エステルと、を６０：４０の割合（モル比）で混合した配向膜材料を用いて液晶表示装置を作製した。樹脂分濃度（配向膜材料）５重量％、ＤＭＡＣ６０重量％、γブチロラクトン２０重量％、ブチルセロソルブ１５重量％のワニスに調製し、アクティブマトリクス基板の上に印刷形成して熱処理によりイミド化し、膜厚約１３０ｎｍの緻密な配向制御膜１０９を形成した。本実施例では第一の化合物及び第二の化合物のそれぞれのイミド化率は約９０％である。また、第二の化合物における平均重合度はｎ＝３０であり、すなわち上記化学式（１）におけるｎはｎ＝３０を含むものである。
その配向処理方法は、実施例１と同様の偏光ＵＶを２．５Ｊ／ｃｍ２の照射エネルギーで照射した。
次に、これらの２枚のガラス基板１０１、１０２をそれぞれの配向制御膜を有する表面を相対向させて、分散させた球形のポリマービーズからなるスペーサを介在させて、周辺部にシール剤を塗布し、液晶表示パネルを組み立てた。２枚のガラス基板１０１、１０２の液晶配向方向は互いにほぼ並行とした。
この液晶表示パネルに誘電異方性Δεが正でその値が１０．２（１ｋＨｚ、２０℃）であり、屈折率異方性Δｎが０．０７５（波長５９０ｎｍ、２０℃）、ねじれ弾性定数Ｋ２が７．０ｐＮ、ネマティック−等方相転移温度Ｔ（Ｎ−Ｉ）が約７６℃のネマティック液晶組成物Ａを真空で注入し、紫外線硬化型樹脂からなる封止材で封止した。液晶層の厚み（ギャップ）は４．２μｍの液晶パネルを製作した。このパネルのリタデーション（Δｎｄ）は、約０．３１μｍとなる。
また、この液晶表示パネルに用いた配向制御膜と液晶組成物とが同等のものを用いてホモジニアス配向の液晶表示パネルを作製し、クリスタルローテーション法を用いて液晶のプレチルト角を測定したところ約０．２度を示した。このパネルを２枚の偏光板１１４で挟み、一方の偏光板の偏光透過軸を上記の液晶配向方向とほぼ平行とし、他方をそれに直交するように配置した。その後、駆動回路、バックライトなどを接続してモジュール化し、アクティブマトリクス型の液晶表示装置を得た。本実施例では、低電圧で暗表示、高電圧で明表示となるノーマリークローズ特性とした。
本実施例で作製した液晶表示装置について、実施例１と同様にして残像消失時間を評価した。結果を表２Ｂに示す。
図５は、実施例３に係る液晶表示装置の１画素付近の模式断面図である。図中、前記した各実施例の図面と同一符号は同一機能部分に対応する。図５に示すように、本実施例では、保護絶縁膜１０８の下層に配置した画素電極１０５を、スルーホール１１８を介して有機保護膜１１２上に引き上げて共通電極１０３と同層に配置した。この構成とした場合には、液晶を駆動する電圧をさらに低減することが可能である。
以上のように構成されたＴＦＴ液晶表示装置では、電界無印加時には、液晶組成物層１１０ｂを構成する液晶分子１１０ａは対向配置されているガラス基板１０１と１０２の面にほぼ平行な状態となり、光配向処理で規定された初期配向方向に向いた状態でホモジニアス配向している。ここで、ゲート電極１０４に電圧を印加して薄膜トランジスタ１１５をオンにすると、画素電極１０５と共通電極１０３との間の電位差により液晶組成物層１１０ｂに電界１１７が印加され、液晶組成物が持つ誘電異方性と電界との相互作用により液晶分子１１０ａは電界方向にその向きを変える。このとき液晶組成物層１１０ｂの屈折
異方性と偏光板１１４の作用により液晶表示装置の光透過率を変化させ表示を行うことができる。
異方性と偏光板１１４の作用により液晶表示装置の光透過率を変化させ表示を行うことができる。
以下、本実施例による液晶表示装置の製造方法について説明する。ガラス基板１０１と１０２としては、厚みが０．７ｍｍで表面を研磨したガラス基板を用いる。薄膜トランジスタ１１５は、画素電極（ソース電極）１０５、信号配線（ドレイン電極）１０６、走査配線（ゲート電極）１０４及びアモルファスシリコンからなる半導体膜１１６から構成される。走査配線１０４はアルミニウム膜をパターニングし、共通電極配線１２０、信号配線１０６及び画素電極１０５はクロム膜をパターニングして形成した。ゲート絶縁膜１０７と保護絶縁膜１０８は窒化珪素からなり、膜厚はそれぞれ０．３μｍとした。その上にアクリル系樹脂を塗布し、２２０℃、１時間の加熱処理により透明で絶縁性のある誘電率約４の有機保護膜１１２を約１．０μｍ厚に形成した。この有機保護膜１１２により表示領域の画素電極１０５の段差起因の凹凸を平坦化し、また、隣接する画素間の段差凹凸を平坦化した。
次に、フォトリソグラフィ法とエッチング処理により、図５に示すように、ソース電極１０５まで約１０μｍ径の円筒状にスルーホール１１８を形成し、その上からソース電極１０５と接続する画素電極１０５を、ＩＴＯ膜をパターニングして形成した。また、共通電極配線１２０についても約１０μｍ径の円筒状にスルーホール１１８を形成し、その上からＩＴＯ膜をパターニングして共通電極１０３を形成した。その際、画素電極１０５と共通電極１０３との間隔は７μｍとし、走査配線１０４以外は、ジグザグに屈曲した電極配線パターンに形成した。その際、屈曲の角度は１０度に設定した。さらに、この共通電極１０３は信号配線１０６、走査配線１０４及び薄膜トランジスタ１１５の上部を覆い画素を囲むように格子状に形成し、遮光層を兼ねるようにした。
その結果、単位画素内に２種類のスルーホール１１８が形成されている以外は、実施例２とほぼ同様に、画素電極１０５が３本の共通電極１０３の間に配置されている構成となり、画素数は１０２４×３（Ｒ、Ｇ、Ｂに対応）本の信号配線１０６と、７６８本の走査配線１０４とから構成される１０２４×３×７６８個とするアクティブマトリクス基板を形成した。
以上のように、画素構造と、用いる配向制御膜以外は、実施例２と同様として、図５に示すように、液晶表示装置を作製した。
本実施例において、配向制御膜１０９として、上記化学式（１）中のＸ１およびＹ１の構造が次の下記表３Ａに示す構造であるポリアミド酸と、上記化学式（２）中のＸ２が上記化学式（Ｘ−１６）３０モル％、（Ｘ−２５）７０モル％の構造であり、上記化学式（２）中の４箇所のＹ２のうちの３箇所が水素原子であり、１箇所がメチル基、上記化学式（２）中の２箇所のＺ２がｔ−ブチル基であるポリアミド酸エステルと、を２０：８０の割合で混合した配向膜材料を用いて液晶表示装置を作製した。樹脂分濃度（配向膜材料）５重量％、ＤＭＡＣ６０重量％、γブチロラクトン２０重量％、ブチルセロソルブ１５重量％のワニスに調製し、アクティブマトリクス基板の上に印刷形成して熱処理によりイミド化し、膜厚約１３０ｎｍの緻密な配向制御膜１０９を形成した。本実施例では第一の化合物及び第二の化合物のそれぞれのイミド化率は約９０％である。また、第二の化合物における平均重合度はｎ＝３０であり、すなわち上記化学式（１）におけるｎはｎ＝３０を含むものである。
その配向処理方法は、実施例１と同様の偏光ＵＶを２．５Ｊ／ｃｍ２の照射エネルギーで照射した。
本実施例で作製した液晶表示装置について、実施例１と同様にして残像消失時間を評価した。結果を表３Ｂに示す。
図６は、実施例４に係る液晶表示装置の１画素付近の模式断面図である。図中、前記した各実施例の図面と同一符号は同一機能部分に対応する。本実施例では、電極などによる段差が大きい構造となっている。図６において、薄膜トランジスタ１１５のゲート電極１０４と共通電極１０３とを同層に形成し、共通電極１０３と画素電極１０５による電界１１７によって、液晶分子１１０ａはその電界方向に向きを変える。
また、上記した各実施例においては、１つの画素における共通電極１０３と画素電極１０５から構成される表示領域は、複数組設けることが可能である。このように、複数組設けることによって、１つの画素が大きい場合でも、画素電極１０５と共通電極１０３との間の距離を短くできるので、液晶を駆動させるために印加する電圧を小さくできる。
また、上記した各実施例においては、画素電極と共通電極の少なくとも一方を構成する透明導電膜の材料としては、特に制限はないが、加工の容易さ、信頼性の高さ等を考慮して、インジウム・チン・オキサイド（ＩＴＯ）のようなチタン酸化物にイオンドープされた透明導電膜又はイオンドープされた亜鉛酸化物を用いるのが望ましい。
本実施例による液晶表示装置の製造方法において、ガラス基板１０１と１０２としては、厚みが０．７ｍｍで表面を研磨したガラス基板を用いる。薄膜トランジスタ１１５は画素電極（ソース電極）１０５、信号配線（ドレイン電極）１０６、走査配線（ゲート電極）１０４及びアモルファスシリコンからなる半導体膜１１６から構成される。走査配線１０４、共通電極配線１２０、信号配線１０６、画素電極１０５及び共通電極１０３は、全てクロム膜をパターニングして形成し、画素電極１０５と共通電極１０３との間隔は７μｍとした。ゲート絶縁膜１０７と保護絶縁膜１０８は窒化珪素からなり、膜厚はそれぞれ０．３μｍとした。
本実施例において、配向制御膜１０９として、上記化学式（１）中のＸ１およびＹ１の構造が下記表４Ａに示す構造であるポリアミド酸と、上記化学式（２）中のＸ２が上記化学式（Ｘ−１）９０モル％、（Ｘ−３３）（但し、ｍ＝３）１０モル％の構造であり、上記化学式（２）中の４箇所のＹ２のうちの２箇所が水素原子であり、２箇所がメチル基であり、上記化学式（２）中の２箇所のＺ２がメチル基であるポリアミド酸エステルを８０：２０の割合で混合した配向膜材料を用いて液晶表示装置を作製した。樹脂分濃度（配向膜材料）５重量％、ＤＭＡＣ６０重量％、γブチロラクトン２０重量％、ブチルセロソルブ１５重量％のワニスに調製し、アクティブマトリクス基板の上に印刷形成して熱処理によりイミド化し、膜厚約１３０ｎｍの緻密な配向制御膜１０９を形成した。本実施例では第一の化合物及び第二の化合物のそれぞれのイミド化率は約９０％である。また、第二の化合物における平均重合度はｎ＝３０であり、すなわち上記化学式（１）におけるｎはｎ＝３０を含むものである。
その配向処理方法は、実施例１と同様の偏光ＵＶを２．５Ｊ／ｃｍ２の照射エネルギーで照射した。その結果、画素数は１０２４×３（Ｒ、Ｇ、Ｂに対応）本の信号配線１０６と、７６８本の走査配線１０４とから構成される１０２４×３×７６８個とするアクティブマトリクス基板を形成した。
以上のように、画素構造以外は実施例１と同様として、図６に示す本実施例の液晶表示装置を作製した。
本実施例で作製した液晶表示装置について、実施例１と同様にして残像消失時間を評価した。結果を表４Ｂに示す。
図７は、実施例５に係る液晶表示装置の１画素付近の模式断面図である。図中、前記した各実施例の図面と同一符号は同一機能部分に対応する。本実施例において、画素電極１０５と共通電極１０３は、ＩＴＯにより形成されており、共通電極１０３は画素のほぼ全体を覆うベタ電極で構成されている。本構成により電極上も透過部として利用することができ、開口率を向上することができる。また、電極間隔を短くすることができ、電界を効率よく液晶に印加できる。
図８は、実施例５に係る液晶表示装置の１画素付近の構成を示すアクティブマトリクス基板の模式平面図であり、薄膜トランジスタ１１５、共通電極１０３、画素電極１０５、信号配線１０６の構造を示す。
本実施例による液晶表示装置の製造方法において、ガラス基板１０１としては、厚みが０．７ｍｍで表面を研磨したガラス基板を用いる。ガラス基板１０１上には、共通電極１０３、画素電極１０５、信号配線１０６及び走査配線１０４の短絡を防止するためのゲート絶縁膜１０７と、薄膜トランジスタ１１５、画素電極１０５及び信号配線１０６を保護する保護絶縁膜１０８を形成してＴＦＴ基板とする。
薄膜トランジスタ１１５は、画素電極（ソース電極）１０５、信号配線（ドレイン電極）１０６、走査配線（ゲート電極）１０４及びアモルファスシリコンからなる半導体膜１１６から構成される。走査配線（ゲート電極）１０４はアルミニウム膜をパターニングし、信号配線（ドレイン電極）１０６はクロム膜をパターニングし、そして共通電極１０３と画素電極１０５とはＩＴＯをパターニングして形成する。
ゲート絶縁膜１０７と保護絶縁膜１０８は窒化珪素からなり、膜厚はそれぞれ０．２μｍと０．３μｍとした。容量素子は画素電極１０５と共通電極１０３でゲート絶縁膜１０７と保護絶縁膜１０８を挟む構造として形成する。
画素電極１０５は、ベタ形状の共通電極１０３の上層に重畳する形で配置されている。画素数は１０２４×３（Ｒ，Ｇ，Ｂに対応）本の信号配線１０６と、７６８本の走査配線１０４とから構成される１０２４×３×７６８個とする。
ガラス基板１０２上には、実施例１と同様に、ブラックマトリクス１１３付きカラーフィルタ層１１１を形成し、対向カラーフィルタ基板とした。
本実施例において、配向制御膜１０９として、上記化学式（１）中のＸ１およびＹ１の構造が下記表５Ａに示す構造であるポリアミド酸と、上記化学式（２）中のＸ２が上記化学式（Ｘ−１）７５モル％、（Ｘ−３１）（但し、ｍ＝２）２５モル％の構造であり、上記化学式（２）中の４箇所のＹ２のうち２箇所が水素原子で、２箇所がメチル基であり上記化学式（２）中の２箇所のＺ２がメチル基であるポリアミド酸エステルを５０：５０の割合で混合した配向膜材料を用いて液晶表示装置を作製した。樹脂分濃度（配向膜材料）５重量％、ＤＭＡＣ６０重量％、γブチロラクトン２０重量％、ブチルセロソルブ１５重量％のワニスに調製し、アクティブマトリクス基板の上に印刷形成して熱処理によりイミド化し、膜厚約１３０ｎｍの緻密な配向制御膜１０９を形成した。本実施例では第一の化合物及び第二の化合物のそれぞれのイミド化率は約９０％である。また、第二の化合物における平均重合度はｎ＝３０であり、すなわち上記化学式（１）におけるｎはｎ＝３０を含むものである。
同様に、ＩＴＯを成膜したもう一方のガラス基板１０２の表面にも同様の配向制御膜１０９を形成した。
その配向処理方法は、実施例１と同様の偏光ＵＶを２．５Ｊ／ｃｍ２の照射エネルギーで照射した。
ＴＦＴ基板及びカラーフィルタ基板における配向制御膜１０９の配向方向は互いにほぼ平行とした。これらの基板間に平均粒径が４μｍのポリマービーズをスペーサとして分散し、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に液晶分子１１０ａを挟み込んだ。液晶分子１１０ａは、実施例１と同じ液晶組成物Ａを用いた。
ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板とを挟む２枚の偏光板１１４はクロスニコルに配置した。そして、低電圧で暗状態となり、高電圧で明状態をとるノーマリークローズ特性を採用した。
本実施例で作製した液晶表示装置について、実施例１と同様にして残像消失時間を評価した。結果を表５Ｂに示す。
１０１，１０２ ガラス基板、１０３ 共通電極（コモン電極）、１０４ 走査配線（ゲート電極）、１０５ 画素電極（ソース電極）、１０６ 信号配線（ドレイン電極）、１０７ ゲート絶縁膜、１０８ 保護絶縁膜、１０９ 配向制御膜、１１０ａ 液晶分子、１１０ｂ 液晶層（液晶組成物層）、１１１ カラーフィルタ層、１１２ オーバーコート層（有機保護膜）、１１３ 遮光膜（ブラックマトリクス）、１１４ 偏光板、１１５ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、１１６ 半導体膜（アモルファスシリコン又はポリシリコン）、１１７ 電界（電界方向）、１１８ スルーホール、１２０ 共通電極配線（コモン配線）。
Claims (6)
- 少なくとも一方の基板が透明である第一の基板および第二の基板と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置された液晶層と、前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、前記電極群に接続された複数のアクティブ素子と、前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板に配置された配向膜と、を含む液晶表示装置において、
前記配向膜は、ポリアミド酸エステルである第一の化合物とポリアミド酸である第二の化合物とを前駆体とするポリイミドを含み、
前記第二の化合物の化学構造は下記式（１）で示される、ことを特徴とする液晶表示装置。
また、前記第二の化合物の化学構造中に含まれるＹ１のうちの、前記芳香族基を含む４価の有機基はそれぞれ独立に、下記化合物群Ａに示される化合物から選択されるいずれかの化合物の４価の有機基である。
前記Ａ１に含まれるＲはそれぞれ独立に、水素（但し上記−ＣＲ２−におけるＲの場合を除く）、炭素数１から８のアルキル基、および、炭素数１から８のフルオロアルキル基から選択される構造であり、前記芳香族基と結合する水素原子はそれぞれ独立に、炭素数１から３のアルキル基、炭素数１から３のアルコキシ基、炭素数１から３のフルオロアルキル基、炭素数１から３のフルオロアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、若しくは、臭素原子で置換されている、又は、未置換である。）） - 前記配向膜は、前記第一の化合物及び前記第一の化合物を前駆体とするポリイミドの合計と、前記第二の化合物及び前記第二の化合物を前駆体とするポリイミドの合計と、を２０：８０〜８０：２０のモル比で含む、ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
- それぞれの前記Ｘ１のうちの５０％以上は構造中に少なくとも１つの芳香族基を含む２価の有機基である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
- 前記第一の化合物はシクロブタンテトラカルボン酸二無水物誘導体と芳香族ジアミンとを用いて形成される、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- ポリイミドと前記ポリイミドの前駆体とを含む液晶配向膜であって、
前記ポリイミドの前駆体は、ポリアミド酸エステルである第一の化合物とポリアミド酸である第二の化合物を含み、
前記第二の化合物の化学構造は下記式（１）で示される、ことを特徴とする液晶配向膜。
また、前記第二の化合物の化学構造中に含まれるＹ１のうちの、前記芳香族基を含む４価の有機基はそれぞれ独立に、下記化合物群Ａに示される化合物から選択されるいずれかの化合物の４価の有機基である。
前記Ａ１に含まれるＲはそれぞれ独立に、水素（但し上記−ＣＲ２−におけるＲの場合を除く）、炭素数１から８のアルキル基、および、炭素数１から８のフルオロアルキル基から選択される構造であり、前記芳香族基と結合する水素原子はそれぞれ独立に、炭素数１から３のアルキル基、炭素数１から３のアルコキシ基、炭素数１から３のフルオロアルキル基、炭素数１から３のフルオロアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、若しくは、臭素原子で置換されている、又は、未置換である。）） - ポリイミドと前記ポリイミドの前駆体とを含む配向膜を形成する液晶配向膜形成用組成物であって、
前記ポリイミドの前駆体は、ポリアミド酸エステルである第一の化合物とポリアミド酸である第二の化合物を含み、
前記第二の化合物の化学構造は下記式（１）で示される、ことを特徴とする液晶配向膜形成用組成物。
また、前記第二の化合物の化学構造中に含まれるＹ１のうちの、前記芳香族基を含む４価の有機基はそれぞれ独立に、下記化合物群Ａに示される化合物から選択されるいずれかの化合物の４価の有機基である。
前記Ａ１に含まれるＲはそれぞれ独立に、水素（但し上記−ＣＲ２−におけるＲの場合を除く）、炭素数１から８のアルキル基、および、炭素数１から８のフルオロアルキル基から選択される構造であり、前記芳香族基と結合する水素原子はそれぞれ独立に、炭素数１から３のアルキル基、炭素数１から３のアルコキシ基、炭素数１から３のフルオロアルキル基、炭素数１から３のフルオロアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、若しくは、臭素原子で置換されている、又は、未置換である。））
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