JPWO2018101442A1 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[3] 前記液晶層の厚みが2.5μm以下である、上記[1]の液晶表示装置。
[4] 前記光配向膜のプレチルト角が88.5度未満である、上記[1]〜[3]のいずれか1の液晶表示装置。
[6] 前記光配向膜のプレチルト角が88.3度未満である、上記[4]又は[5]の液晶表示装置。
[7] 前記第1配向膜及び前記第2配向膜は光配向膜であり、前記液晶層は、下記式(1)を満たす値以上のリターデーション値を有する、上記[4]〜[6]のいずれか1の液晶表示装置。
R=−10.806×P+1264.4 …(1)
(式(1)中、Pは前記光配向膜のプレチルト角(度)であり、Rはリターデーション値(nm)である。)
[9] 前記第1配向膜近傍の液晶分子の長軸方向を投影した方位と、前記第2配向膜近傍の液晶分子の長軸方向を投影した方位とが反平行となるように前記液晶分子を配向させる、上記[1]〜[6]のいずれか1の液晶表示装置。
[10] 前記第1配向膜及び前記第2配向膜のうち一方のプレチルト角が90度未満であり、他方のプレチルト角が90度である、上記[1]〜[6]のいずれか1の液晶表示装置。
[11] 画素幅が250μm以下である、上記[1]〜[10]のいずれか1の液晶表示装置。
[13] 前記画素は、前記複数の配向領域として、前記液晶分子の配向方位が第1方向である第1ドメインと、前記液晶分子の配向方位が前記第1方向とは異なる第2方向であって前記第1ドメインに隣接する第2ドメインと、を少なくとも有し、前記第1ドメインと前記第2ドメインとの境界において、前記第1ドメイン及び前記第2ドメインからなる領域内の白表示時の最大輝度を1としたときに輝度が0.5以下となる領域の幅Wと、前記液晶層の厚みdとの比(W/d)が2.0以下である、上記[1]〜[12]のいずれか1の液晶表示装置。
[14] 前記画素は、スイッチング素子として薄膜トランジスタを備え、前記薄膜トランジスタを構成する半導体が、酸化物半導体、低温ポリシリコン、及びアモルファスシリコンにレーザーアニールを施した材料のいずれかである、上記[1]〜[13]のいずれか1の液晶表示装置。
[17] 前記第1基板と前記第2基板との間に形成されるスペーサが、オキシムエステル系ラジカル重合開始剤を含む感放射線性樹脂組成物を用いて形成されている、上記[15]又は[16]の液晶表示装置の製造方法。
以下に、第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
式(cn−2)中、R4は、炭素数1〜3のアルキル基である。R5は、ハロゲン原子、炭素数1〜3のアルキル基、又は炭素数1〜3のアルコキシ基である。A2は、酸素原子、*1−COO−、*1−OCO−、*1−NH−CO−又は*1−CO−NH−(「*1」はR6との結合手を示す。)である。R6は、炭素数1〜6のアルカンジイル基である。cは0又は1であり、dは0〜4の整数である。但し、dが2以上の場合、複数のR5は同一であっても異なっていてもよい。「*」は結合手であることを示す。)
その他の重合体の含有割合は、液晶配向剤中に含まれる重合体成分の全体量に対して、30質量%以下とすることが好ましく、20質量%以下とすることがより好ましく、10質量%以下とすることがさらに好ましい。
1.簡易的なレーザーアニールをアモルファスシリコンに施した材料は約2倍以上、
2.酸化物半導体(例えば、In−Ga−Zn−Oなど)は約5倍以上、
3.低温ポリシリコンは約10倍以上、の移動度を有しているため、これらを用いることでTFTサイズの増大を抑えることができ、ひいては開口率の低下を抑制できる。
工程A:電極を表面に有する第1基板11及び第2基板12のそれぞれの電極配置面に液晶配向膜(第1配向膜22、第2配向膜23)を形成する。このとき、第1基板11及び第2基板12の少なくとも一方に対し、液晶配向剤を用いて形成した塗膜に光照射による配向処理を施すことにより、1つの画素内に、液晶分子の配向方位が異なる複数の配向領域を形成する。
工程B:上記工程Aで得られた第1基板11及び第2基板12を、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶層13を介して、互いの液晶配向膜(第1配向膜22、第2配向膜23)が対向するように配置して液晶セルを構築する。
また、国際公開第2010/102502号、特開2008−78678号公報、特開2008−78686号公報、特開2011−132215号公報、特開2012−132558号公報、特開2015−152153号公報、特開2015−93842号公報等に記載のオキシムエステル系重合開始剤を用いることができる。
黒色顔料、黒色色素、カーボンブラック等の黒色系着色材としては、例えば、特開2007−249113号公報、特開2015−69181号公報等に記載の着色剤を用いることができる。
図1に対応する液晶表示装置10を製造した。厚さ0.7mmの透明な2枚のガラス基板14,16を用意し、一方のガラス基板(ガラス基板14)には、ITOによる複数の帯状の透明電極(画素電極15)をストライプ状に設けた。なお、帯状電極の周期(図1中のα)は248、124、62μmの3種類を用意した。電極間の距離である電極隙間26は全て6μmとした。すなわち、それぞれの電極幅(図1中のβ)は、242、118、56μmとした。なお、帯状電極の周期の数値(248、124、62μm)は、テレビの画素精細度の規格であるフルハイビジョン(FHD)、4K、8Kのそれぞれにおける65型の1画素の幅に相当する値である。
(アルカリ可溶性樹脂の合成)
冷却管及び撹拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)5質量部及びジエチレングリコールメチルエチルエーテル220質量部を仕込み、引き続き、メタクリル酸 12質量部、メタクリル酸グリシジル 40質量部、スチレン 20質量部、及びメタクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル 28質量部を仕込み、窒素置換し、緩やかに攪拌しつつ、溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持して重合することにより、共重合体(A−1)を含有する溶液を得た(固形分濃度=31.3%)。共重合体(A−1)は、Mw=12,000であった。
(感放射線性樹脂組成物の調製)
上記で得られた共重合体(A−1)を固形分換算で100質量部、重合性化合物としてジペンタエリスリトールペンタアクリレートとジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとの混合物(KAYARAD DPHA、日本化薬社)100質量部、オキシムエステル系重合開始剤としてエタノン−1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)(イルガキュアOXE02、BASF社製)5質量部、を混合し、固形分濃度が30質量%となるように、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテルを加えた後、孔径0.5μmのミリポアフィルタでろ過することにより、オキシムエステル系重合開始剤を含む感放射線性樹脂組成物を調製した。
ガラス基板上に、上記で調製した感放射線性樹脂組成物をスピンナーにより塗布した後、100℃のホットプレート上で2分間プレベークすることにより、膜厚3.0μmの塗膜を形成した。次いで、得られた塗膜に、直径20μmの範囲の異なる大きさの丸状残しパターンを有するフォトマスクを介し、高圧水銀ランプを用いて露光量を500J/m2で放射線照射を行った。その後、23℃の0.40質量%水酸化カリウム水溶液を現像液として、現像圧1kgf/cm2、ノズル径1mmで吐出することによりシャワー現像を行い、純水洗浄を1分間行った。さらにオーブン中230℃にて30分間ポストベークすることによりスペーサーパターンを形成した。スペーサ高さを、レーザー顕微鏡(VK−8500、キーエンス社)を用いて測定した。このとき、複数のスペーサの高さの差が3%以内にあり、スペーサの高さを均一にできることを確認した。
<液晶配向剤>
2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物4.5g、下記式(d−1)で表される化合物9.92g、及び3,5−ジアミノ安息香酸コレスタニル0.53gを、N−メチル−2−ピロリドン230g及びγ−ブチロラクトンからなる混合溶液2100gに溶解し、40℃で3時間反応を行った後、γ−ブチロラクトン1350gを追加し、ポリアミック酸を10質量%含有する溶液を得た。これを液晶配向剤とした。
図8〜10は、観察エリアPにおける液晶層13の厚みdと暗線幅δとの関係を示す図である。図8は画素幅を248μmとした場合、図9は124μmとした場合、図10は62μmとした場合についてそれぞれ示している。図8〜10の横軸は、観察エリアPにおいて、帯状電極の幅方向における一端側を基準位置X0とし、その基準位置X0からの幅方向の位置(X位置)を示し、縦軸は明るさを示す。なお、図8〜10において、明るさ「1」は、偏光板2枚を、偏光方向が互いに平行となるように配置したときの明るさであり、明るさ「0」は、偏光板2枚を、偏光方向が互いに直交するように配置したときの明るさである。
本発明者らが調べたところ、実用化されている液晶テレビの多くは、液晶層13の厚みdが3.4μmであった。そこで、液晶セルの断面光量(透過率)について、液晶層13の厚みdが3.4μmのとき(比較例1−1)を100%として、厚みdを変更したときの相対透過率を液晶シミュレーターにより調べた。その結果を下記表1に示す。また、表1のデータをプロットしたものを図11に示す。ここでは、画素幅が異なる3つの液晶セル(画素幅=248μm、124μm、62μm)についてそれぞれ調べた。
本発明者らは、配向分割の境界部分に現れる暗線幅δは液晶の配向乱れに起因し、暗線幅δは、配向乱れが起きる領域の大きさ、つまり液晶配向の変形のサイズで決まるとともに、液晶配向の変形のサイズと相似形で変化する、という仮説を立てた。この仮説によれば、液晶層13の厚みdを薄くすると、液晶の連続変形の影響により液晶配向の変形のサイズが小さくなり、これにより暗線幅δが狭くなる結果が得られたものと推測される。この場合、暗線幅δは液晶層13の厚みdと相似形で変化すると考えられる。そこで本実施例では、液晶層13の厚みdと暗線幅δとの関係について調べた。
また、画素幅を124μmとしたときの暗線幅についても同様に確認したが、画素幅を248μmとした場合と同等であった。このことは、画素端の影響が及ばない限りは、配向分割の境界における暗線幅は画素幅に影響しないためであると考察される。
・PSA(Polymer Sustained Alignment)モード:
液晶層の厚みdを小さくした場合、PSAモードで用いられるフィッシュボーン電極の幅/隙間が、厚みdに比して相対的に広くなる。そのため、配向方位の一様性が低下し、透過率は大きく低下してしまう。厚みdを狭くすることによってドメイン分割の暗線が細くなる現象も確認できたが、フィッシュボーン電極に由来する透過率低下の方が大きく、光配向膜を有する上記垂直配向モードのような透過率改善の効果は得られない。フィッシュボーン電極に由来する透過率低下を防ぐためには、比例倍でフィッシュボーン電極の幅/隙間を細くする必要があるが、微細パターニング(フォトリソグラフィ)の困難性から実現は難しい。
・MVA(Multi-domain Vertical Alignment)モード:
・PVA(Patterned Vertical Alignment)モード:
これらのモードは、構造物で配向分割を達成しているため、暗線幅は構造物のサイズに由来し、液晶層13の厚みdを薄くしてもドメイン分割の暗線幅は細くならない。仮に構造物を細くし、かつ液晶層13の厚みdを薄くすると、構造物間の配向規制力が相対的に低下し、応答不良といった不具合が生じる。液晶層13の厚みdを薄くすることによる応答不良を防ぐには構造物間の距離を狭める必要があり、結局は透過率を低下させてしまう。
・IPS(In-Plane Switching)モード:
・FFS(Fringe Field Switching)モード:
液晶層13の厚みdを薄くした場合、ドメイン分割に起因する暗線は細くなるものの、これらのモードで用いる横電界用の電極の幅/隙間が厚みdに比して相対的に広くなるため、透過率が低下してしまう。電極に由来する透過率低下を防ぐためには、比例倍で電極の幅/隙間を細くする必要があるが、微細パターニング(フォトリソグラフィ)の困難性から実現は難しい。
第2実施形態は、光配向膜のプレチルト角θを所定値以下とすることによって透過率向上効果を得るものである。この場合、プレチルト角θは88.5度未満とし、88.3度未満とすることが好ましく、88.0度未満とすることがより好ましい。当該プレチルト角の下限値は特に制限されないが、透過率の高い液晶表示装置10を得る観点で、86.4度以上とすることが好ましく、87.1度以上とすることがより好ましい。なお、本実施形態の液晶表示装置10は、第1実施形態と同じくVATNモードである。液晶表示装置10の基本構成については第1実施形態の説明が適用される。
[実施例3]
本実施例では、光配向膜のプレチルト角θを90度よりも小さくすることによる暗線幅の狭小効果を確認した。
・透過率評価1
図14は、観察エリアPにおける暗線幅δとプレチルト角θとの関係を示す図である。本実施例では、プレチルト角θがそれぞれ、89度(比較例7−1)、88度(実施例3−1)、87度(実施例3−2)、86度(実施例3−3)の4種類の液晶表示装置10について評価した。プレチルト角θは、光配向膜材料中の重合体成分につき、水平配向性を有するポリアミック酸の配合比率を調整することによって所望の値のプレチルト角θとした。プレチルト角は第1配向膜22と第2配向膜23とで同じである。なお、図14では、液晶表示装置10につき、液晶層13の厚みdを3.4μm、画素幅を124μmとした。その他については実施例1と同様とした。
本発明者らが調べたところ、光配向技術を用いて実用化されている液晶テレビの多くは、プレチルト角θが89.0度付近であった。そこで、液晶セルの断面光量(透過率)について、プレチルト角が89.0度、液晶層13の厚みdが3.4μmのとき(比較例7−1)を透過率100%として、プレチルト角θ及び厚みdを変更したときの相対透過率を液晶シミュレーターにより調べた。その結果を下記表4に示す。また、表4のデータをプロットしたものを図15に示す。
実施例3により、プレチルト角θを小さくした場合、相対透過率の最高点が低下することが明らかになった。そして、リターデーション値が320nmでは不足していると推測した。そこで、各プレチルト角においてリターデーション値を変化させ、透過率の最高点がどのように変化するかを調べた。光配向膜(第1配向膜22及び第2配向膜23)のプレチルト角を89.0度、リターデーション値を320nmとしたときの透過率の最高点の値を100%とし、プレチルト角(deg.)及びリターデーション値(nm)を変化させた場合の透過率の最高点を相対値(相対透過率(%))で示した結果を下記表5に示す。また、表5のデータをプロットしたものを図16に示す。
97%透過率 : R=−10.806×P+1264.4 …(1)
98%透過率 : R=−11.516×P+1332.3 …(2)
99%透過率 : R=−12.24×P+1402.5 …(3)
100%透過率: R=−13.621×P+1532.3 …(4)
第3実施形態では、液晶配向膜につき、第1配向膜22近傍の液晶分子の長軸方向を投影した方位と、第2配向膜23近傍の液晶分子の長軸方向を投影した方位とが反平行となるように光配向処理を施した点で第1実施形態及び第2実施形態と異なる。このモードは、VAECB(Vertical Alignment Electrically Control Birefringence)モードとも称されている。なお、液晶層13の厚みd及びプレチルト角θに関する説明は上記実施形態の説明が適用される。
図6の2分割ドメインにつき、第1基板11については、2つのドメインのうち一方の領域の配向方位を、電極の帯状方向に対して+45度、他方の領域の配向方位を−45度になるように光配向処理を施した。また、第2基板12にも同様に2方向の光配向処理を行った。ただし、第2基板12については、第1基板11の対向するそれぞれの領域の配向方位と反平行になるように、各領域に紫外線照射した。
第4実施形態は、第1配向膜22及び第2配向膜23のうち、第1配向膜22については光配向処理を行って作成したのに対し、第2配向膜23は光配向処理を行わなかった点で第1実施形態〜第3実施形態と相違する。この実施形態では、第1配向膜22と第2配向膜23とのプレチルト角θが互いに異なっている。具体的には、光配向処理を行った第1配向膜22は、プレチルト角θが90度未満であり、光配向処理を行わなかった第2配向膜23は、プレチルト角θが90度である。
図6の2分割ドメインにつき、第1基板11については、光配向膜材料により形成した塗膜に対し、2つのドメインのうち一方の領域の入射方位を、電極の帯状方向に対して+45度、他方の領域の入射方位を−45度になるように光配向処理を施した以外は、実施例1と同様にして第1配向膜22を作製した。第1配向膜22のプレチルト角θは88度とした。一方、第2基板12については、光配向膜材料を基板上に塗布し、プレベーク及びポストベークを行った後に紫外線照射を行わなかった以外は実施例1と同様にして第2配向膜23を作製した。紫外線未照射の場合のプレチルト角θは90度であった。
Claims (17)
- 第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板の間に配置された液晶層と、前記第1基板及び前記第2基板のそれぞれに形成された液晶配向膜と、を備える液晶表示装置であって、
前記第1基板及び前記第2基板のそれぞれは、前記液晶層側の表面に電極を有し、
前記液晶配向膜は、前記第1基板の前記電極の配置面上に形成された第1配向膜と、前記第2基板の前記電極の配置面上に形成された第2配向膜とを有し、かつ前記第1配向膜及び前記第2配向膜のうち少なくとも一方が光配向膜であり、
1つの画素内に、前記液晶層中の液晶分子の配向方位を異ならせる複数の配向領域を有し、
前記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含み、かつ前記液晶層の厚みが2.9μm以下である、液晶表示装置。 - 前記液晶層の厚みが2.7μm以下である、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層の厚みが2.5μm以下である、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記光配向膜のプレチルト角が88.5度未満である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板の間に配置された液晶層と、前記第1基板及び前記第2基板のそれぞれに形成された液晶配向膜と、を備える液晶表示装置であって、
前記第1基板及び前記第2基板のそれぞれは、前記液晶層側の表面に電極を有し、
前記液晶配向膜は、前記第1基板の前記電極の配置面上に形成された第1配向膜と、前記第2基板の前記電極の配置面上に形成された第2配向膜とを有し、かつ前記第1配向膜及び前記第2配向膜のうち少なくとも一方が光配向膜であり、
1つの画素内に、前記液晶層中の液晶分子の配向方位を異ならせる複数の配向領域を有し、
前記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含み、
前記光配向膜のプレチルト角が88.5度未満である、液晶表示装置。 - 前記光配向膜のプレチルト角が88.3度未満である、請求項4又は5のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記第1配向膜及び前記第2配向膜は光配向膜であり、
前記液晶層は、下記式(1)を満たす値以上のリターデーション値を有する、請求項4〜6のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
R=−10.806×P+1264.4 …(1)
(式(1)中、Pは前記光配向膜のプレチルト角(度)であり、Rはリターデーション値(nm)である。) - 前記第1配向膜近傍の液晶分子の長軸方向を投影した方位と、前記第2配向膜近傍の液晶分子の長軸方向を投影した方位とが直交するように前記液晶分子を配向させる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記第1配向膜近傍の液晶分子の長軸方向を投影した方位と、前記第2配向膜近傍の液晶分子の長軸方向を投影した方位とが反平行となるように前記液晶分子を配向させる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記第1配向膜及び前記第2配向膜のうち一方のプレチルト角が90度未満であり、他方のプレチルト角が90度である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 画素幅が250μm以下である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層は、ビフェニル骨格を有する化合物、ターフェニル骨格を有する化合物及びクォーターフェニル骨格を有する化合物よりなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を、前記液晶層の全体量に対して30質量%以上含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記画素は、前記複数の配向領域として、前記液晶分子の配向方位が第1方向である第1ドメインと、前記液晶分子の配向方位が前記第1方向とは異なる第2方向であって前記第1ドメインに隣接する第2ドメインと、を少なくとも有し、
前記第1ドメインと前記第2ドメインとの境界において、前記第1ドメイン及び前記第2ドメインからなる領域内の白表示時の最大輝度を1としたときに輝度が0.5以下となる領域の幅Wと、前記液晶層の厚みdとの比(W/d)が2.0以下である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の液晶表示装置。 - 前記画素は、スイッチング素子として薄膜トランジスタを備え、
前記薄膜トランジスタを構成する半導体が、酸化物半導体、低温ポリシリコン、及びアモルファスシリコンにレーザーアニールを施した材料のいずれかである、請求項1〜13のいずれか一項に記載の液晶表示装置。 - 電極を表面に有する第1基板及び第2基板のそれぞれの電極配置面に液晶配向膜を形成する工程Aと、
前記工程Aで得られた前記第1基板及び前記第2基板を、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶層を介して、互いの前記液晶配向膜が対向するように配置して液晶セルを構築する工程Bと、を含み、
前記工程Aは、前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一方に対し、液晶配向剤を用いて形成した塗膜に光照射による配向処理を施すことにより、1つの画素内に、前記液晶分子の配向方位を異ならせる複数の配向領域を形成する工程を有し、
前記液晶層の厚みが2.9μm以下である、液晶表示装置の製造方法。 - 電極を表面に有する第1基板及び第2基板のそれぞれの電極配置面に液晶配向膜を形成する工程Aと、
前記工程Aで得られた前記第1基板及び前記第2基板を、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶層を介して、互いの前記液晶配向膜が対向するように配置して液晶セルを構築する工程Bと、を含み、
前記工程Aは、前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一方に対し、液晶配向剤を用いて形成した塗膜に光照射による配向処理を施すことにより、1つの画素内に、前記液晶分子の配向方位を異ならせる複数の配向領域を形成する工程を有し、
前記光照射による配向処理した液晶配向膜のプレチルト角が88.5度未満である、液晶表示装置の製造方法。 - 前記第1基板と前記第2基板との間に形成されるスペーサが、オキシムエステル系ラジカル重合開始剤を含む感放射線性樹脂組成物を用いて形成されている、請求項15又は16に記載の液晶表示装置の製造方法。
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