特許 6461548 液晶表示装置およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6461548

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年1月30日

(54)【発明の名称】液晶表示装置およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/1337 20060101AFI20190121BHJP

   G02F 1/1368 20060101ALI20190121BHJP

   C08G 73/10 20060101ALI20190121BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/1337 525

   G02F1/1368

   C08G73/10

【請求項の数】8

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2014-210116(P2014-210116)

(22)【出願日】2014年10月14日

(65)【公開番号】特開2016-80796(P2016-80796A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2017年9月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】今西 泰雄

【審査官】 越河 勉

(56)【参考文献】

【文献】 中国特許出願公開第１０４０５９２２７（ＣＮ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１１１８３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０９−２９７３１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３００４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１０６９１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０９−３１１３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７２０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０６６４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０３００１５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−２２８８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−００４８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０４９４３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／１３３７

Ｇ０２Ｆ １／１３６−１／１３６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

画素電極とＴＦＴとを備え、画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板側の最表面上に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記配向膜は液晶層と接する少なくとも１種類のポリイミドを有する第１の配向膜層と、前記第１の配向膜層の下層に形成された少なくとも１種類のポリイミドを有する第２の配向膜層によって構成され、前記第１の配向膜層は偏光光照射により液晶配向規制力を付与可能な材料であることを特徴とする液晶表示装置において、
前記第１の配向膜層と前記第２の配向膜層には共通のポリイミド成分を有し、
前記共通のポリイミド成分は、第１の配向膜層のみに含まれるポリイミド成分を構成する繰り返し単位構造の一部と、第２の配向膜層にのみ含まれるポリイミド成分を構成する繰り返し単位構造の一部とを含むことを特徴とする液晶表示装置。

【請求項2】

前記液晶表示装置において、前記配向膜は基板塗布直前の状態において溶媒に均一に溶解させた溶液状態であり、基板塗布後に加熱することで前記溶液状態に相分離状態が発現することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

【請求項3】

前記液晶表示装置において、前記配向膜は基板塗布直前の状態において、前記ポリイミドは未イミド化状態にあり、かつ溶媒に均一に溶解させた溶液状態であり、基板塗布後に加熱することで前記溶液状態に相分離状態が発現す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。

【請求項4】

前記液晶表示装置において、前記共通のポリイミド成分は第１の配向膜層全体に対して１から２０ｗｔ％の範囲にあり、かつ前記共通のポリイミド成分は第２の配向膜層全体に対して１から２０ｗｔ％の範囲にあることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

【請求項5】

前記液晶表示装置において、前記配向膜が光分解型の光配向膜であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

【請求項6】

前記液晶表示装置において、前記第１の配向膜が（化１）で与えられるポリイミドを含む光分解型の光配向膜であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。ここで、括弧［ ］の中が繰り返し単位の化学構造、添え字ｎは繰り返し単位の数を示す。また、Ｎは窒素原子、Ｏは酸素原子であり、Ａはシクロブタン環を含む４価の有機基、Ｄは２価の有機基を示す。

【化1】

【請求項7】

前記液晶表示装置において、前記配向膜が２種類の積層した構造からなり、光配向が可能な光配向性の上層と前記光配向性の上層よりも抵抗率が小さい低抵抗性の下層からなる２層構造であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

【請求項8】

前記液晶表示装置において、前記液晶表示装置がＩＰＳ方式の液晶表示装置であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、視野角特性及び表示コントラストを向上させた高品質液晶表示装置およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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。この用途拡大に伴い、液晶表示装置には更なる高画質化、高品質化が求められており、特に高透過率化による高輝度化、低消費電力化が強く求められている。また液晶表示装置の普及に伴い、低コスト化に対しても強い要求がある。

【0003】

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）方式や垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）方式が知られている。

【0004】

ＴＮ方式やＶＡ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ＩＰＳ方式の一種であるＦＦＳ（Fringe-Field Switching）方式が知られている。ＩＰＳ方式およびＦＦＳ方式は、一対の基板の一方に電極を形成し、発生する電界が当該基板面にほぼ平行な成分を有する、所謂横電界方式の表示方式であり、液晶層を構成する液晶分子を基板とほぼ平行な面内で回転動作させ、液晶層の複屈折性を用いて表示を行う。液晶分子の面内スイッチングにより従来のＴＮ方式に比べて視野角が広く低負荷容量である等の利点があり、ＴＮ方式に代わる新たな液晶表示装置として有望視され、近年急速に進歩している。

【0005】

液晶表示素子は、液晶層中の液晶分子の配向状態を電場の有無によって制御する。すなわち、液晶層の外部に設けられた上下の偏光板を完全直交状態にして、中間の液晶分子の配向状態により位相差を発生させて明暗の状態を形成する。液晶に電場を印加しない状態の配向状態を制御するためには、基板表面に配向膜と呼ばれる高分子薄膜を形成し、その高分子の配列方向に界面での高分子鎖と液晶分子とのファンデルワールス力による分子間相互作用によって、液晶分子を並べることによって実現している。この作用は配向規制力または液晶配向能の付与、配向処理とも呼ばれる。

【0006】

液晶ディスプレイの配向膜にはポリイミドが用いられることが多い。その形成方法は、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸を各種溶媒に溶かして、基板上にスピン塗布または印刷によって塗布し、基板を２００℃以上の高温で加熱することで、溶媒を除去すると共に、ポリアミド酸をポリイミドにイミド化閉環反応させる。この時の膜厚は１００ｎｍ程度の薄膜である。このポリイミド薄膜表面をラビング布により表面を一定方向に擦ることで、表面のポリイミド高分子鎖をその方向に配向させ、表面高分子の異方性の高い状態を実現する。しかしながら、ラビングによる静電気や異物の発生、基板表面の凹凸によるラビングの不均一等の問題があり、ラビング布との接触を必要としない、偏光した光を用いて分子配向を制御する光配向法が採用されつつある。

【0007】

液晶配向膜の光配向法には、アゾ色素のように偏光した紫外線を照射することで分子内の幾何学的配置が変化する光異性化型、ケイ皮酸やクマリン、カルコン等の分子骨格同士が偏光した紫外線によって化学結合を発生させる光二量体化型、等があるが、高分子に偏光した紫外線を照射することで、その方向に並んでいる高分子鎖のみ切断分解し、その偏光方向に垂直な方向の高分子鎖を残留させる光分解型が、液晶配向膜として信頼と実績のあるポリイミドの光配向には適している。

【0008】

この手法は各種液晶表示方式で検討がなされたが、そのうちＩＰＳ方式に関しては、初期配向方向の変動による表示不良の発生を低減、安定な液晶配向、量産性、かつコントラスト比を高めた高品位の画質を有する液晶表示装置として、「特許文献１」に開示されている。この中では、シクロブタンテトラカルボン酸２無水物および又はその誘導体と芳香族ジアミンからなるポリアミック酸またはポリイミドを、加熱、赤外線照射、遠赤外線照射、電子線照射、放射線照射のうち少なくとも一つの二次処理を施す配向処理により前記配向制御能が付与されていることを示している。なお、配向膜を２層構造とした構成は「特許文献２」に記載されている。

【0009】

そして、特に、加熱、赤外線照射、遠赤外線照射、電子線照射、放射線照射のうち少なくとも一つの処理を偏光照射処理と時間的な重なりをもって行うことにより、さらに有効に作用すること、配向制御膜のイミド化焼成処理と偏光照射処理を時間的な重なりをもって行うことによっても有効に作用することが示されている。特に、液晶配向膜に偏光照射に加え、加熱、赤外線照射、遠赤外線照射、電子線照射、放射線照射のうち少なくとも一つの処理を行う場合に、配向制御膜の温度が１００℃〜４００℃の範囲であること、さらには１５０℃〜３００℃の範囲であることが望ましく、加熱、赤外線照射、遠赤外線照射の処理は配向制御膜のイミド化焼成処理と兼用することも可能であり有効であることが示されている。

【0010】

しかしながら、これら光配向膜を用いた液晶表示装置はラビング配向膜を用いた場合と比べて開発の歴史が浅く、実用上の液晶表示装置として数年以上にわたる長期間の表示品質については十分な知見がない。すなわち、製造初期の段階では顕在化していない画質の不良と光配向膜固有の問題との関係についてはほとんど報告されていないのが実情である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２００４−２０６０９１号公報

【特許文献2】特開２０１０−７２０１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

発明者等は、今後高品質、高精細の液晶表示装置を実現する上で光配向技術が重要になると考え、光配向技術を液晶表示装置に適用する際の課題について詳細な検討を行った。その結果、従来の光配向技術では光配向処理に用いる紫外線が、配向膜表面には液晶配向規制力を発生させる上で有効であるが、長期構造安定性を必要とする膜内部に対しても作用し、膜内部を光劣化させ、膜の機械的強度を低下させるために、振動、衝撃、熱ひずみ等が外部から加わった際の液晶表示装置としての表示安定性に影響し、今後の製品対応で課題のあることが判った。

【0013】

本発明の目的は、光配向技術を用いた場合であっても、長期間にわたり良好な表示特性が安定して得られる液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態を簡単に説明すれば、次のとおりである。

【0015】

画素電極とＴＦＴとを備え、画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板側の最表面上に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記配向膜は液晶層と接する少なくとも１種類のポリイミドを有する第１の配向膜層と、前記第１の配向膜層の下層に形成された少なくとも１種類のポリイミドを有する第２の配向膜層によって構成され、前記第１の配向膜層は偏光光照射により液晶配向規制力を付与可能な材料であることを特徴とする液晶表示装置において、前記第１の配向膜層と前記第２の配向膜層には共通のポリイミド成分を有することを特徴とする液晶表示装置にある。

【0016】

また、前記液晶表示装置において、前記共通のポリイミド成分は、第１の配向膜層のみに含まれるポリイミド成分を構成する繰り返し単位構造の一部と、第２の配向膜層にのみ含まれるポリイミド成分を構成する繰り返し単位構造の一部とを含むことを特徴とする液晶表示装置にある。

【0017】

また、前記液晶表示装置において、前記配向膜は基板塗布直前の状態において溶媒に均一に溶解させた溶液状態であり、基板塗布後に加熱することで前記溶液状態に相分離状態が発現することを特徴とする液晶表示装置にある。

【0018】

また、前記液晶表示装置において、前記配向膜は基板塗布直前の状態において、前記ポリイミドは未イミド化状態にあり、かつ溶媒に均一に溶解させた溶液状態であり、基板塗布後に加熱することで前記溶液状態に相分離状態が発現することを特徴とする液晶表示装置にある。

【0019】

また、前記液晶表示装置において、前記共通のポリイミド成分は第１の配向膜層全体に対して1から20ｗｔ％の範囲にあり、かつ前記共通のポリイミド成分は第２の配向膜層全体に対して1から20ｗｔ％の範囲にあることを特徴とする液晶表示装置にある。

【0020】

また、前記液晶表示装置において、前記配向膜が光分解型の光配向膜であることを特徴とする液晶表示装置にある。

【0021】

また、前記液晶表示装置において、前記第１の配向膜が（化１）で与えられるポリイミドを含む光分解型の光配向膜であることを特徴とする液晶表示装置にある。ここで、括弧［ ］の中が繰り返し単位の化学構造、添え字ｎは繰り返し単位の数を示す。また、Ｎは窒素原子、Ｏは酸素原子であり、Ａはシクロブタン環を含む４価の有機基、Ｄは２価の有機基を示す。

【0022】

【化1】

【0023】

また、前記配向膜が2種類の積層した構造からなり、光配向が可能な光配向性の上層と前記光配向性の上層よりも抵抗率が小さい低抵抗性の下層からなる２層構造であることを特徴とする液晶表示装置にある。下層の配向膜の比抵抗率を小さくすることによって、配向膜にチャージした電荷を早期に消失させ、残像現象を軽減することが出来る。

【0024】

また、前記液晶表示装置において、前記液晶表示装置がＩＰＳ方式の液晶表示装置であることを特徴とする液晶表示装置にある。

【0025】

また、画素電極とＴＦＴとを備え、画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板側の最表面上に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に液晶が挟持された液晶表示装置の製造方法であって、
前記画素電極と前記ＴＦＴとを含む前記ＴＦＴ基板を準備する工程と、
第１の溶解度パラメータを有する第１の高分子材料と、第２の溶解度パラメータを有する第２の高分子材料と、第１の溶解度パラメータと第２の溶解度パラメータの中間の第３の溶解度パラメータを有する第３の高分子材料をブレンドした配向膜材料を準備する工程と、
前記ＴＦＴ基板または前記対向基板の表面をオゾン水処理する工程と、
前記オゾン水処理の後、前記ＴＦＴ基板または前記対向基板の上に、前記配向膜材料を用いて配向膜を形成する工程と、
前記配向膜へ偏光した紫外線照射することにより、前記配向膜の最表面層に液晶配向規制力を有する状態にする工程と、
前記配向規制力を付与された配向膜を有する配向膜付きの前記ＴＦＴ基板および前記対向基板とを貼り合わせる工程と、
前記貼り合わせる工程中もしくは前記貼り合わせる工程後に前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶を封入する工程と、
を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法にある。

【0026】

また、前記紫外線照射をした後、前記配向膜を酸化処理することを特徴とする液晶表示装置の製造方法にある。

【0027】

また、前記液晶表示装置の製造方法において、前記ＴＦＴ基板または前記対向基板の上に、前記配向膜を形成する工程の後に、基板を100〜150℃に保持したことを特徴とする液晶表示装置の製造方法にある。

【0028】

ここでいうポリイミドとは、（化１）で示される高分子化合物であり、ここで、括弧［ ］の中が繰り返し単位の化学構造、添え字ｎは繰り返し単位の数を示す。また、Ｎは窒素原子、Ｏは酸素原子であり、Ａは４価の有機基、Ｄは２価の有機基を示す。Ａの構造の一例として、フェニレン環、ナフタレン環、アントラセン環等の芳香族環式化合物、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂肪族環式化合物、或いはそれら化合物に置換基を結合した化合物等を挙げることができる。また、Ｄの構造の一例として、フェニレン、ビフェニレン、オキシビフェニレン、ビフェニレンアミン、ナフタレン、アントラセン等の芳香族環式化合物、シクロヘキセン、ビシクロヘキセン等の脂肪族環式化合物、或いはそれら化合物に置換基を結合した化合物等を挙げることができる。

【0029】

【化1】

【0030】

これらポリイミドは、ポリイミドの前駆体の状態で基板に保持された各種下地層の上に塗布される。

【0031】

また、ここでいうポリイミドの前駆体とは、（化２）で示されるポリアミド酸またはポリアミド酸エステル高分子化合物である。ここで、Ｈは水素原子であり、またＲ_１及びＲ_２は水素または−Ｃ_ｍＨ_２ｍ＋１のアルキル鎖であり、ｍ＝１または２である。

【0032】

【化2】

【0033】

このような配向膜を形成するためには、一般的なポリイミド配向膜の形成方法、例えば下地層をＵＶ／オゾン法、エキシマＵＶ法、酸素プラズマ法等の各種表面処理方法を用いて清浄化した後、配向膜の前駆体をスクリーン印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷等の各種印刷方法を用いて塗布し、所定の条件で均一な膜厚となるようなレベリング処理を施した後、例えば180℃以上の温度で加熱することで前駆体のポリアミドをポリイミドにイミド化反応を行わせることにより薄膜形成される。この際、あらかじめ下地層への濡れ性向上やイミド化反応促進等のために、各種添加剤を加えることも可能である。

【0034】

この際、下地層に強い極性を持たせることは、本発明のような複数種の配向膜層を有する配向膜をただ一度の塗布によって形成する上では特に有効である。すなわち、前記複数種の配向膜層を形成するポリイミド成分が、塗布直後においては均一に混合された溶液でありながら、塗布後の溶媒乾燥の過程で最上層の空気層に対する表面自由エネルギと下地層の表面自由エネルギの差に基づき自然に二層分離する効果を利用することができる。

【0035】

しかしながら、下地層の清浄度は溶媒を含む溶液に触れた瞬間にその効果を失うために、溶媒乾燥に向けた高濃度化の途中では表面自由エネルギ差が、塗布直前の状態よりも小さくなっている。下地層の表面自由エネルギを強く極性を保つような表面処理、例えばオゾン水洗浄によって極性基を発生させると、長く表面自由エネルギ差を保つことが可能となり、自然に二層分離する性質を長く保持することができる。また、このような二層分離性は、用いた複数種の配向膜層を形成するポリイミド成分が本質的に相分離性を有することが望ましい。

【0036】

仮に相分離性を持たないポリイミドブレンドである場合、空気層および下地層との間に表面自由エネルギの差異があったとしても、ポリマブレンドを効率よく二層に分離することができず、空気または下地層に接した界面近傍にしか特定成分のポリマを誘導することができない。一般にポリマブレンドの相分離性は臨界温度よりも低い温度で相分離するものと高い温度で相分離するものがあるが、配向膜形成においては室温で塗布した後、熱イミド化反応を進行させる180℃以上の高温にする過程で、相分離性が発現することが望ましい。

【0037】

より望ましくは100〜150℃の温度に一定時間保持するプロセスを熱イミド化の前に行うことで、二層分離性が促進されるような高温での相分離性を有するポリマブレンドの選択が重要である。これよりも低い温度においては基板上に塗布した後の溶媒が残留しすぎるために、ポリイミド前駆体と溶媒の混合相となっている。ある程度溶媒乾燥が進むと、ポリイミド前駆体ブレンドの相分離性が発現することが可能となる。更に、所望の手段を用いて、偏光紫外線を照射をしたり、適度な後処理をすることにより、ポリイミド配向膜表面に配向規制力を発生させることが可能である。

【0038】

このようにして形成された配向膜付きの基板を一定の間隔を保持して上下２枚貼り合わせ、その間隔を保持した部分に液晶を充填し、あるいは基板を貼り合わせる前に液晶を滴下してから貼り合わせた後、基板端部を封止することにより、液晶パネルが完成し、そのパネルに偏光板、位相差板等の光学フィルムを貼りつけ、駆動回路やバックライト等を併せて、液晶表示装置を得る。

【発明の効果】

【0039】

本発明により、光配向膜の機械的強度が確保され、長期保存安定性に優れた広い視野角特性、高い表示コントラスト、残像の少ない高品質な液晶表示装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1A】従来の２層構造配向膜の断面模式図である。

【図1B】本発明の２層構造配向膜の断面模式図である。

【図2】本発明の液晶表示装置の配向膜の光配向過程の模式図である。

【図3A】本発明に関わる液晶表示装置の概略構成の一例を示す模式ブロック図である。

【図3B】液晶表示パネルの１つの画素の回路構成の一例を示す模式回路図である。

【図3C】液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式平面図である。

【図3D】図３（ｃ）のＡ−Ａ’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。

【図4】本発明によるＩＰＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式図である。

【図5】本発明によるＦＦＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式図である。

【図6】本発明によるＶＡ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式図である。

【図7】本発明の配向膜を用いた液晶表示装置の製造工程のフロー図である。

【図8】ツイスト角測定のための光学系の模式図である。

【図9】実施例１の配向膜のＳＥＭ写真である。

【図10】本発明の実施例１で得られた評価結果を示す表１である。

【図11】本発明の実施例２で得られた評価結果を示す表２である。

【図12】本発明の実施例３で得られた評価結果を示す表３である。

【図13】仮乾燥条件を示す表４である。

【図14】本発明の実施例４で得られた評価結果を示す表５である。

【発明を実施するための形態】

【0041】

以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

【0042】

図１Ａは従来の液晶表示装置における２層構造の配向膜の断面模式図であり、図１Ｂは、本発明の液晶表示装置における２層構造の配向膜の断面模式図である。図１Ａに示すように、従来の第１の配向膜層（１）と、第１の配向膜層の下層に形成された第２の配向膜層（２）によって構成された配向膜（３）からなる液晶表示装置においては、第１の配向膜層の成分高分子（４）は第１の配向膜層（１）に存在し、第２の配向膜層の成分高分子（５）は第２の配向膜層（２）に存在している。

【0043】

このような２層構造の光配向膜は、例えば特許文献２に記載されている。このような光配向膜においては、２成分系から成る材料を相分離させて配向膜を２層構造とし、配向安定性の高い光配向成分を液晶層側に配置して、配向安定性が不要である低抵抗成分を基板側に配置することによって、配向安定性と配向膜の低抵抗化によるＤＣ残像の時定数の低減を同時に満たすことが可能となり、その結果、光配向膜の残像特性が大幅に改良されることが示されている。

【0044】

しかしながら、光配向性の高さはその部分の光反応を伴うものであり、特に光分解型の光配向膜材料ではその部分の化学構造を破壊していくために、配向性の高い配向膜層は必然的に機械的強度の脆弱な配向膜となってしまう。そこで、図１（ｂ）に示すように、本発明では第１の配向膜層（１）と第２の配向膜層（２）の両方に共通して存在する配向膜に共通の成分高分子（６）を導入する。このような共通成分があることで、第１の配向膜層（１）の機械的強度が補強されると共に、第１の配向膜層（１）と第２の配向膜層（２）との間での界面剥離が低減される。

【0045】

図２に示すように、このような異種高分子のブレンドの相溶性に関しては、各高分子の溶解度パラメータχによって整理することができる。（ここでは単純のため高分子の分子量はすべて同じとする。）ここで、第1の配向膜層の成分高分子（４）の溶解度パラメータをχ₁、第２の配向膜層の成分高分子（５）の溶解度パラメータをχ_２、とすると、相互溶解性の乏しい（相分離しやすい）高分子ブレンドほどχ_１とχ_２の差が大きい。したがって、両方の配向膜層に対して溶解性を持つ共通の成分高分子（６）はχ_１とχ_２の間の溶解度パラメータχ_３を持つ必要がある。このような中間的な溶解度パラメータを持つ共通の成分高分子（６）を探す分子設計が必要であるが、簡便な方法として成分高分子（４）と成分高分子（５）を構成する繰り返し単位（図ではそれぞれ白丸、黒丸で略記している）をランダムに混合して合成した成分高分子（６’）は中間的な溶解度パラメータχ_４となる。このような３成分系においては成分高分子（４）と成分高分子（６）は相溶性を持たないのに、双方に共通する成分高分子（６’）は双方に溶解性を有する。但し、成分高分子（４）と成分高分子（６）に等しい割合で共通する成分高分子（６’）が溶解するとは限らず、各成分の為す相の成分比となる。このような配向膜は通常の手法によって、液晶表示装置に組み立てることができる。

【0046】

次に、本配向膜が作製された液晶表示装置について説明する。図３Ａ〜図３Ｄは、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の概略構成の一例を示す模式図である。図３Ａは、本液晶表示装置の概略構成の一例を示す模式ブロック図である。図３Ｂは、液晶表示パネルの１つの画素の回路構成の一例を示す模式回路図である。図３Ｃは、液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式平面図である。図３Ｄは、図３ＣのＡ−Ａ’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。

【0047】

本発明の配向膜は、たとえば、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置に適用される。アクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、たとえば、携帯型電子機器向けのディスプレイ（モニター）、パーソナルコンピュータ用のディスプレイ、印刷やデザイン向けのディスプレイ、医療用機器のディスプレイ、液晶テレビなどに用いられている。

【0048】

アクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、たとえば、図３Ａに示すように、液晶表示パネル１０１、第１の駆動回路１０２、第２の駆動回路１０３、制御回路１０４、およびバックライト１０５を有する。

【0049】

液晶表示パネル１０１は、複数本の走査信号線ＧＬ（ゲート線）および複数本の映像信号線ＤＬ（ドレイン線）を有し、映像信号線ＤＬは第１の駆動回路１０２に接続しており、走査信号線ＧＬは第２の駆動回路１０３に接続している。なお、図３Ａには、複数本の走査信号線ＧＬのうちの一部を示しており、実際の液晶表示パネル１０１には、さらに多数本の走査信号線ＧＬが密に配置されている。同様に、図３Ａには、複数本の映像信号線ＤＬのうちの一部を示しており、実際の液晶表示パネル１０１には、さらに多数本の映像信号線ＤＬが密に配置されている。

【0050】

また、液晶表示パネル１０１の表示領域ＤＡは、多数の画素の集合で構成されており、表示領域ＤＡにおいて１つの画素が占有する領域は、たとえば、隣接する２本の走査信号線ＧＬと隣接する２本の映像信号線ＤＬとで囲まれる領域に相当する。このとき、１つの画素の回路構成は、たとえば、図３Ｂに示すような構成になっており、アクティブ素子として機能するＴＦＴ素子Ｔｒ、画素電極ＰＸ、共通電極ＣＴ（対向電極と呼ぶこともある）、液晶層ＬＣを有する。またこのとき、液晶表示パネル１０１には、たとえば、複数の画素の共通電極ＣＴを共通化する共通化配線ＣＬが設けられている。

【0051】

また、液晶表示パネル１０１は、たとえば、図３Ｃおよび図３Ｄに示すように、アクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）１０６と対向基板１０７の表面に配向膜６０６および７０５をそれぞれ形成し、それら配向膜の間に液晶層ＬＣ（液晶材料）を配置した構造になっている。また、ここでは特に図示していないが、配向膜６０６とアクティブマトリクス基板１０６の間、または配向膜７０５と対向基板１０７の間に、適宜中間層（例えば位相差板や色変換層、光拡散層等の光学的中間層）を設けてもよい。

【0052】

このとき、アクティブマトリクス基板１０６と対向基板１０７とは、表示領域ＤＡの外側に設けられた環状のシール材１０８で接着されており、液晶層ＬＣは、アクティブマトリクス基板１０６側の配向膜６０６、対向基板１０７側の配向膜７０５、およびシール材１０８で囲まれた空間に密封されている。またこのとき、バックライト１０５を有する液晶表示装置の液晶表示パネル１０１は、アクティブマトリクス基板１０６、液晶層ＬＣ、および対向基板１０７を挟んで対向配置させた一対の偏光板１０９ａ、１０９ｂを有する。

【0053】

なお、アクティブマトリクス基板１０６は、ガラス基板などの絶縁基板の上に走査信号線ＧＬ、映像信号線ＤＬ、アクティブ素子（ＴＦＴ素子Ｔｒ）、画素電極ＰＸなどが配置された基板である。また、液晶表示パネル１０１の駆動方式がＩＰＳ方式などの横電界駆動方式である場合、共通電極ＣＴおよび共通化配線ＣＬはアクティブマトリクス基板１０６に配置されている。また、液晶表示パネル１０１の駆動方式がＴＮ方式やＶＡ（Vertical Alignment）方式などの縦電界駆動方式である場合、共通電極ＣＴは対向基板１０７に配置されている。縦電界駆動方式の液晶表示パネル１０１の場合、共通電極ＣＴは、通常、すべての画素で共有される大面積の一枚の平板電極であり、共通化配線ＣＬは設けられていない。

【0054】

また、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置では、液晶層ＬＣが密封された空間に、たとえば、それぞれの画素における液晶層ＬＣの厚さ（セルギャップということもある）を均一化するための柱状スペーサ１１０が複数設けられている。この複数の柱状スペーサ１１０は、たとえば、対向基板１０７に設けられている。

【0055】

第１の駆動回路１０２は、映像信号線ＤＬを介してそれぞれの画素の画素電極ＰＸに加える映像信号（階調電圧ということもある）を生成する駆動回路であり、一般に、ソースドライバ、データドライバなどと呼ばれている駆動回路である。また、第２の駆動回路１０３は、走査信号線ＧＬに加える走査信号を生成する駆動回路であり、一般に、ゲートドライバ、走査ドライバなどと呼ばれている駆動回路である。また、制御回路１０４は、第１の駆動回路１０２の動作の制御、第２の駆動回路１０３の動作の制御、およびバックライト１０５の輝度の制御などを行う回路であり、一般に、ＴＦＴコントローラ、タイミングコントローラなどと呼ばれている制御回路である。また、バックライト１０５は、たとえば、冷陰極蛍光灯などの蛍光灯、または発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源であり、当該バックライト１０５が発した光は、図示していない反射板、導光板、光拡散板、プリズムシートなどにより面状光線に変換されて液晶表示パネル１０１に照射される。

【0056】

図４は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置のＩＰＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式図である。アクティブマトリクス基板１０６は、ガラス基板６０１などの絶縁基板の表面に、走査信号線ＧＬおよびここでは図示していないが共通化配線ＣＬと、それらを覆う第１の絶縁層６０２が形成されている。第１の絶縁層６０２の上には、ＴＦＴ素子Ｔｒの半導体層６０３、映像信号線ＤＬ、および画素電極ＰＸと、それらを覆う第２の絶縁層６０４が形成されている。半導体層６０３は、走査信号線ＧＬの上に配置されており、走査信号線ＧＬのうちの半導体層６０３の下部に位置する部分がＴＦＴ素子Ｔｒのゲート電極として機能する。

【0057】

また、半導体層６０３は、たとえば、第１のアモルファスシリコンからなる能動層６０３１（チャネル形成層）の上に、第１のアモルファスシリコンとは不純物の種類や濃度が異なる第２のアモルファスシリコン６０３２からなるソース拡散層およびドレイン拡散層が積層された構成になっている。またこのとき、映像信号線ＤＬの一部分および画素電極ＰＸの一部分は、それぞれ、半導体層６０３に乗り上げており、当該半導体層６０３に乗り上げた部分がＴＦＴ素子Ｔｒのドレイン電極およびソース電極として機能する。

【0058】

ところで、ＴＦＴ素子Ｔｒのソースとドレインは、バイアスの関係、すなわちＴＦＴ素子Ｔｒがオンになったときの画素電極ＰＸの電位と映像信号線ＤＬの電位との高低の関係によって入れ替わる。しかしながら、本明細書における以下の説明では、映像信号線ＤＬに接続している電極をドレイン電極といい、画素電極に接続している電極をソース電極という。第２の絶縁層６０４の上には、表面が平坦化された第３の絶縁層６０５（有機パッシベーション膜）が形成されている。第３の絶縁層６０５の上には、共通電極ＣＴと、共通電極ＣＴおよび第３の絶縁層６０５を覆う配向膜６０６が形成されている。

【0059】

共通電極ＣＴは、第１の絶縁層６０２、第２の絶縁層６０４、および第３の絶縁層６０５を貫通するコンタクトホール（スルーホール）を介して共通化配線ＣＬと接続している。また、共通電極ＣＴは、たとえば、平面における画素電極ＰＸとの間隙Ｐｇが７μｍ程度になるように形成されている。配向膜６０６は以下の実施例に記載された高分子材料が塗布され、表面に液晶配向能を付与するための表面処理（光配向処理）及び酸化処理が施され、疎水性が維持された状態で配向膜表面の酸素原子割合が高められている。

【0060】

一方、対向基板１０７には、ガラス基板７０１などの絶縁基板の表面に、ブラックマトリクス７０２およびカラーフィルタ（７０３Ｒ，７０３Ｇ，７０３Ｂ）と、それらを覆うオーバーコート層７０４が形成されている。ブラックマトリクス７０２は、たとえば、表示領域ＤＡに画素単位の開口領域を設けるための格子状の遮光膜である。また、カラーフィルタ（７０３Ｒ，７０３Ｇ，７０３Ｂ）は、たとえば、バックライト１０５からの白色光のうちの特定の波長領域（色）の光のみを透過する膜であり、液晶表示装置がＲＧＢ方式のカラー表示に対応している場合は、赤色の光を透過するカラーフィルタ７０３Ｒ、緑色の光を透過するカラーフィルタ７０３Ｇ、および青色の光を透過するカラーフィルタ７０３Ｂが配置される（ここでは一つの色の画素について代表して示している）。

【0061】

また、オーバーコート層７０４は、表面が平坦化されている。オーバーコート層７０４の上には、複数の柱状スペーサ１１０および配向膜７０５が形成されている。柱状スペーサ１１０は、たとえば、頂上部が平坦な円錐台形（台形回転体ということもある）であり、アクティブマトリクス基板１０６の走査信号線ＧＬのうちの、ＴＦＴ素子Ｔｒが配置されている部分および映像信号線ＤＬと交差している部分を除く部分と重なる位置に形成されている。また、配向膜７０５は、たとえば、ポリイミド系樹脂で形成されており、表面に液晶配向能を付与するための表面処理（光配向処理）及び酸化処理が施され、疎水性が維持された状態で配向膜表面の酸素原子割合が高められている。

【0062】

また、図４の方式の液晶表示パネル１０１における液晶層ＬＣの液晶分子１１１は、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの電位が等しい電界無印加時には、ガラス基板６０１、７０１の表面にほぼ平行に配向された状態であり、配向膜６０６、７０５に施された配向規制力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。そして、ＴＦＴ素子Ｔｒをオンにして映像信号線ＤＬに加えられている階調電圧を画素電極ＰＸに書き込み、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの間の電位差が生じると、図中に示したような電界１１２（電気力線）が発生し、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの電位差に応じた強度の電界１１２が液晶分子１１１に印加される。

【0063】

このとき、液晶層ＬＣが持つ誘電異方性と電界１１２との相互作用により、液晶層ＬＣを構成する液晶分子１１１は電界１１２の方向にその向きを変えるので、液晶層ＬＣの屈折異方性が変化する。またこのとき、液晶分子１１１の向きは、印加する電界１１２の強度（画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの電位差の大きさ）によって決まる。したがって、液晶表示装置では、たとえば、共通電極ＣＴの電位を固定しておき、画素電極ＰＸに加える階調電圧を画素毎に制御して、それぞれの画素における光透過率を変化させることで、映像や画像の表示を行うことができる。

【0064】

図５は、本発明の実施の形態に係る他の液晶表示装置のＦＦＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式図である。アクティブマトリクス基板１０６は、ガラス基板６０１などの絶縁基板の表面に、共通電極ＣＴ、走査信号線ＧＬ、および共通化配線ＣＬと、それらを覆う第１の絶縁層６０２が形成されている。第１の絶縁層６０２の上には、ＴＦＴ素子Ｔｒの半導体層６０３、映像信号線ＤＬ、およびソース電極６０７と、それらを覆う第２の絶縁層６０４が形成されている。このとき、映像信号線ＤＬの一部分およびソース電極６０７の一部分は、それぞれ、半導体層６０３に乗り上げており、当該半導体層６０３に乗り上げた部分がＴＦＴ素子Ｔｒのドレイン電極およびソース電極として機能する。

【0065】

また、図５の液晶表示パネル１０１では、第３の絶縁層６０５が形成されておらず、第２の絶縁層６０４の上に画素電極ＰＸと、画素電極ＰＸを覆う配向膜６０６が形成されている。ここでは図示していないが、画素電極ＰＸは、第２の絶縁層６０４を貫通するコンタクトホール（スルーホール）を介してソース電極６０７と接続している。このとき、ガラス基板６０１の表面に形成された共通電極ＣＴは、隣接する２本の走査信号線ＧＬと隣接する２本の映像信号線ＤＬで囲まれた領域（開口領域）に平板状に形成されており、当該平板状の共通電極ＣＴの上に、複数のスリットを有する画素電極ＰＸが積層されている。またこのとき、走査信号線ＧＬの延在方向に並んだ画素の共通電極ＣＴは、共通化配線ＣＬによって共通化されている。一方、図５の液晶表示パネル１０１における対向基板１０７は、図４の液晶表示パネルの対向基板１０７と同じ構成である。そのため、対向基板１０７の構成に関する詳細な説明は省略する。

【0066】

図６は、本発明の実施の形態に係る他の液晶表示装置のＶＡ方式液晶表示パネルの主要部の断面構成の一例を示す模式断面図である。縦電界駆動方式の液晶表示パネル１０１は、例えば、図６に示すように、アクティブマトリクス基板１０６に画素電極ＰＸが形成されており、対向基板１０７に共通電極ＣＴが形成されている。縦電界駆動方式の１つであるＶＡ方式の液晶表示パネル１０１の場合、画素電極ＰＸおよび共通電極ＣＴは、たとえば、ＩＴＯなどの透明導電体によりベタ形状（単純な平板形状）に形成されている。

【0067】

このとき、液晶分子１１１は、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの電位が等しい電界無印加時には、配向膜６０６、７０５によりガラス基板６０１、７０１の表面に対して垂直に並べられている。そして、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの間に電位差が生じると、ガラス基板６０１、７０１に対してほぼ垂直な電界１１２（電気力線）が発生し、液晶分子１１１が基板６０１、７０１に対して平行な方向に倒れ、入射光の偏光状態が変化する。またこのとき、液晶分子１１１の向きは、印加する電界１１２の強度によって決まる。

【0068】

したがって、液晶表示装置では、たとえば、共通電極ＣＴの電位を固定しておき、画素電極ＰＸに加える映像信号（階調電圧）を画素毎に制御して、それぞれの画素における光透過率を変化させることで、映像や画像の表示を行う。また、ＶＡ方式の液晶表示パネル１０１における画素の構成、たとえば、ＴＦＴ素子Ｔｒや画素電極ＰＸの平面形状は、種々の構成が知られており、図６に示したＶＡ方式での液晶表示パネル１０１における画素の構成は、それらの構成のいずれかであればよい。ここでは、その液晶表示パネル１０１における画素の構成に関する詳細な説明を省略する。なお、符号６０８は導電層、符号６０９は突起形成部材、符号６０９ａは半導体層、符号６０９ｂは導電層を示す。

【0069】

本発明の実施の形態は、上記のようなアクティブマトリクス方式の液晶表示装置のうち、液晶表示パネル１０１、特に、アクティブマトリクス基板１０６および対向基板１０７において液晶層ＬＣに接する部分およびその周辺の構成に関する。そのため、従来の技術をそのまま適用できる第１の駆動回路１０２、第２の駆動回路１０３、制御回路１０４、およびバックライト１０５の構成についての詳細な説明は省略する。

【0070】

これら液晶表示装置を製造するためには、既に液晶表示装置に用いられている各種配向膜材料や配向処理方法、各種液晶材料等を用いることが可能であり、それらを液晶表示装置に組立加工する際の各種プロセスを適用することも可能である。その一例を図７に示す。まず、アクティブマトリクス基板と対向基板をそれぞれの製造プロセスを経て準備し、配向膜を形成する下地層表面をＵＶ／オゾン法、エキシマＵＶ法、酸素プラズマ法等の各種表面処理方法を用いて清浄化する。

【0071】

次に、配向膜の前駆体をスクリーン印刷、フレキソ印刷、インクジェット等の各種印刷方法を用いて塗布し、所定の条件で均一な膜厚となるようなレベリング処理を施した後、例えば１８０℃以上の温度で加熱することで前駆体のポリアミドをポリイミドにイミド化反応を行わせる。更に、所望の手段を用いて、偏光紫外線を照射したり適度な後処理をすることにより、ポリイミド配向膜表面に配向規制力を発生させる（光配向）。この偏光紫外線照射や照射後処理の段階で加熱や別の波長の光を照射することも可能である。また、この偏光紫外線照射の前から後のいずれかの段階において、先に説明したような表面処理過程を加えることにより、表面の液晶配向規制力が高く、かつ膜全体の光学的異方性のない光配向膜が形成される。

【0072】

このようにして形成された配向膜付きのアクティブマトリクス基板と対向基板をその配向規制力の方向が所望の方位となるようにしつつ、一定の間隔を保持して上下２枚貼り合わせ、しかる後、その間隔を保持した部分に液晶を充填し、基板端部を封止することにより、液晶パネルが完成し、そのパネルに偏光板、位相差板等の光学フィルムを貼りつけ、駆動回路やバックライト等を併せて、液晶表示装置を得る。なお、上記の説明ではアクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）に形成した配向膜と対向基板（ＣＦ基板）に形成した配向膜の両者とも酸化雰囲気に暴露したが、いずれか一方だけであっても残像特性に対する改善効果を得ることができる。但し、両者とも表面処理することにより、より残像特性が改善されることは言うまでもない。

【0073】

次に、得られた光配向膜が所望の特性を有する膜であり、それを組み立てて得られた液晶表示装置が所望の特性を有する装置となっていることを確認する方法の一例について説明する。
まず、配向規制力の大きさを表す液晶のアンカリング力は次の方法で測定できる。すなわち、２枚一組のガラス基板に配向膜を塗布して光配向処理を行い、その２枚の配向膜の配向方向が平行となるようにして、適当な厚みｄのスペーサを介在させて、評価用ホモジニアス配向液晶セルを作製する。これに材料物性が既知のカイラル剤入りネマチック液晶材料（らせんピッチｐ、弾性定数Ｋ₂）を封入し、配向を安定化させるために一度液晶等方相に評価用セルを保持した後、室温に戻し、以下の方法でツイスト角φ₂を測定する。

【0074】

次に、空気の圧力または遠心力でセル内の大部分の液晶を除去し、セル内を溶媒洗浄、乾燥させてから、同じ液晶でカイラル剤のないものを封入し、同様に配向を安定化させてから、ツイスト角φ₁を測定する。この時、アンカリング強度は次式によって与えられる。

【0075】

【数1】

【0076】

また、ツイスト角は、図８に示すような光学系を用いて測定した。すなわち、可視光源６とフォトマル１０を同一直線上にコリメートし、その間に偏光子７、評価用セル８、検光子９の順に配置する。可視光源９にはタングステンランプを用い、まず偏光子７の透過軸と検光子９の吸収軸を評価用セル８の配向膜の配向方向（Ｌ−Ｌ’）とほぼ平行に合わせる。次に、偏光子のみを回転し、透過光強度が最小になるように角度を変化させる。

【0077】

次に、検光子のみを回転し、透過光強度が最小になるように角度を変化させる。以下、同様に偏光子のみの回転、検光子のみの回転を繰り返し、角度が一定になるまで繰り返す。最終的に収束した時点での偏光子の透過軸回転角度φ_偏光子と、検光子の吸収軸回転角度φ_検光子に対して、ツイスト角φ＝φ_検光子−φ_偏光子と定義する。ここで、測定の読み取り誤差は用いる液晶の屈折率異方性Δｎと液晶セルの厚みｄとを調節することで低減できる。

【0078】

次に、得られた光配向膜の機械的強度は以下のような９０°ピール強度測定により行った。すなわち、100mm角の素ガラス基板を用意し、この上に所定の基板表面清浄化処理を行った後、配向膜前駆体溶液を塗布し、仮乾燥、熱イミド化反応を行わせた後、最初のピール強度試験を行った（この時の膜強度を初期膜強度とする）。この後、偏光紫外線を照射し、所定の熱処理等を施した後、各処理後の試料のピール強度試験を行った（この時の膜強度を試験後強度とする）。各処理後の膜強度の変化は相対膜強度（試験後強度／初期強度をパーセント表示した値）で表した。なお、これらの試験は室温２３℃、湿度３０％の定常環境室内に試料を24時間保持した後に行い、測定も同じ環境室内にて行った。

【0079】

次に、輝度緩和定数は以下の方法で測定できる。先に詳細に述べるような手順によって、配向膜を含む各種液晶表示素子を作製する。この液晶表示装置に、白黒のウィンドウパターンを所定時間連続表示後（これを焼付け時間と称する）、直ちに全画面中間調のグレーレベルの表示電圧に切り替え、ウィンドウパターン（焼き付き、残像ともいう）が消失する時間を計測する。

【0080】

理想的には配向膜においては、液晶表示装置のいずれの部分にも残留電荷が発生せず、配向規制力方向も乱されることがないため、表示電圧の切り替えと共に、直ちに全画面グレーレベルの表示になるが、駆動の伴う残留電荷の発生や配向規制力方向の乱れ等によって、明領域（白パターンの部分）は実効的な配向状態が理想的なレベルからずれるために、輝度が異なって見えてしまうが、この中間調表示の電圧で更に長時間保持すると、この電圧での残留電荷や配向規制力方向にやがて落ち着くことになり、均一表示に見えてくる。液晶表示素子の面内輝度分布をＣＣＤカメラによって測定し、均一表示になるまでの時間を焼き付き時間とし、この焼き付き時間をもって、その液晶表示素子の輝度緩和定数とした。但し、４８０時間経過しても緩和しない場合には、そこで評価を打切り、≧４８０と記載した。

【0081】

次に、得られた光配向膜が第１の配向膜層と、第１の配向膜層の下層に形成された第２の配向膜層との積層構造であるかは以下の手法で確認した。素ガラス基板上に所定の方法で形成した光配向膜を基板ごと割断し、更にＦＩＢ（Focused Ion Beam）エッチング加工によって平坦な膜断面に仕上げた後、１mol／little硝酸銀水溶液に１昼夜浸漬、水洗後、配向膜断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）観察した。これを図９に示す。

【0082】

一例として、実施例１の中の図１１に示す表１の試料「試料１−３」の断面ＳＥＭ像を示した。基板（２１）の上に配向膜（３）が形成され、基板側から第２の配向膜層（２）、第１の配向膜層（１）が形成されており、第２の配向膜層（２）の方が第１の配向膜層（１）よりも明るいコントラストで映し出されている。第１の配向膜層（１）にあるのは、ＳＥＭ観察時の試料帯電防止のためのコート層（２２）である。

【0083】

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。

【実施例1】

【0084】

最初に、画素電極とＴＦＴとを備え、画素の上に配向膜が形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置され、前記ＴＦＴ基板側の最表面上に配向膜が形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板の配向膜と前記対向基板の配向膜の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記配向膜は液晶層と接する少なくとも１種類のポリイミドを有する第１の配向膜層と、前記第１の配向膜層の下層に形成された少なくとも１種類のポリイミドを有する第２の配向膜層によって構成され、前記第１の配向膜層は偏光光照射により液晶配向規制力を付与可能な材料であることを特徴とする液晶表示装置において、前記第１の配向膜層と前記第２の配向膜層には共通のポリイミド成分を有することを特徴とする液晶表示装置を作製した結果について、図表を用いて説明する。

【0085】

試験用の配向膜には、以下のようなものを用いた。まず、第１の配向膜層の成分高分子（４）となるポリイミドの前駆体として、（化２）で表される分子骨格の中から、（化３）で示すような化学構造を選んで、既存の化学合成方法に従って、原料となる酸二無水物とジアミンからポリアミド酸を合成した。

【0086】

【化3】

【0087】

また、第２の配向膜層の成分高分子（５）となるポリイミドの前駆体として、（化２）で表される分子骨格の中から、（化４）で示される化学構造を選んだ。

【0088】

【化4】

【0089】

また、配向膜に共通の成分高分子（６’）として、（化２）で表される分子骨格の中から、Ａ_１：Ａ_２＝Ｄ_１：Ｄ_２＝−ＣＨ_３：−Ｈの比率が１：１（これを特性比率とする）となるようにしたランダムコポリマを選んだ。

【0090】

これらの各ポリアミド酸の分子量はＧＰＣ（ゲル浸透クロマトグラフ分析) によってポリスチレン換算分子量から求め、それぞれ１６０００、１４０００、１３０００であった。ブチルセロソルブ、N−メチルピロリドン、γ―ブチロラクトン、等の各種溶媒を混合したものに所定の比率で溶解させた。これを所定の下地基板にフレクソ印刷で薄膜化し、４０℃以上の温度で仮乾燥した後、１５０℃以上のベーク炉にてイミド化を行った。この時の膜厚が概ね１００ｎｍとなるように、薄膜化条件は事前に調整した。

【0091】

次に、偏光した光によって高分子化合物の一部分子骨格が切断されることにより液晶配向規制力を付与するために、紫外線ランプ（低圧水銀灯）とワイヤグリッド偏光子、干渉フィルタにて、偏光化した紫外線（主波長２８０ｎｍ）を集光照射した。しかる後、加熱乾燥等により表面の異物を除去した（これを加熱処理と称する）ものを作製した。この際、照射した偏光紫外線量は２０〜２０００mJ/cm²の範囲で変化させ、アンカリング力が最大となった時の照射条件をその膜の最適照射光量とした。以降の結果は、この最適照射光量の時の特性を比較検討したものである。

【0092】

図１０の表１には、得られた膜およびその膜を用いたＩＰＳ型の液晶表示素子に関しての評価結果（アンカリング力、初期膜強度、相対膜強度、輝度緩和定数）をまとめた。ここで、第１の配向膜層の成分高分子（４）と第２の配向膜層の成分高分子（５）の混合割合は１：１に固定し、共通の成分高分子（６’）を加えなかった場合を比較例とし、共通の成分高分子（６’）の添加量を１〜３０％で変化させた時の特性を比較した。これを見ると、液晶配向規制力の大きさを示すアンカリング力は共通の成分高分子（６’）の割合が１２％までは１．４〜１．６mJ/m²の範囲でほとんど変化しないが、２０％以上では低下が見られる。

【0093】

これに対して膜強度は、共通の成分高分子（６’）の割合によらず初期膜強度は0.67〜0.74kN/mの範囲でほとんど変化しないが、相対膜強度は比較例が３５％と脆弱化しているのに対して、共通の成分高分子（６’）の割合が増えるにつれて増加し、光配向処理に伴う偏光紫外線によるダメージに対する耐性が増加している。更に、液晶表示装置としての輝度緩和定数を比較すると、共通の成分高分子（６’）の割合が１〜２０％の範囲では比較例よりも小さな値となり、液晶表示装置の残像特性が改善している。念のため、これら試料が第１の配向膜層と、その下層に形成された第２の配向膜層によって構成されていることは断面ＳＥＭ観察によって確認した。

【0094】

以上のことから、液晶層と接する少なくとも１種類のポリイミドを有する第１の配向膜層と、第１の配向膜層の下層に形成された少なくとも１種類のポリイミドを有する第２の配向膜層によって構成され、第１の配向膜層は偏光光照射により液晶配向規制力を付与可能な材料であることを特徴とする液晶表示装置において、第１の配向膜層と前記第２の配向膜層には共通のポリイミド成分を有することを特徴とする配向膜を用いる液晶表示装置において、配向膜の機械的強度が高まるのみならず、液晶表示装置としての性能も高まることが確認された。

【実施例2】

【0095】

次に、別の特性比率で合成した共通の成分高分子（６’）を用いて、実施例１と同様の手順で配向膜および液晶表示装置を作製し、その特性を比較した結果について、図表を用いて説明する。

【0096】

すなわち、第１の配向膜層の成分高分子（４）、及び第２の配向膜層の成分高分子（５）は実施例１と同一のものを用い、共通の成分高分子（６’）については特性比率＝４：６のものを用いた。それ以外の条件は実施例１と同様である。

【0097】

図１１に示す表２には、得られた膜およびその膜を用いたＩＰＳ型の液晶表示素子に関しての評価結果（アンカリング力、初期膜強度、相対膜強度、輝度緩和定数）をまとめた。ここで、第１の配向膜層の成分高分子（４）と第２の配向膜層の成分高分子（５）の混合割合は１：１に固定し、共通の成分高分子（６’）を加えなかった場合を比較例とし、共通の成分高分子（６’）の添加量を１〜３０％で変化させた時の特性を比較した。これを見ると、液晶配向規制力の大きさを示すアンカリング力は共通の成分高分子（６’）の割合が２０％までは１．４〜１．６mJ/m²の範囲でほとんど変化しないが、２０％以上では低下が見られる。実験結果による、より好ましい割合は１２％までである。

【0098】

これに対して膜強度は、共通の成分高分子（６’）の割合によらず初期膜強度は0.67〜0.79kN/mの範囲でほとんど変化しないが、相対膜強度は比較例が３５％と脆弱化しているのに対して、共通の成分高分子（６’）の割合が増えるにつれて増加し、光配向処理に伴う偏光紫外線によるダメージに対する耐性が増加している。更に、液晶表示装置としての輝度緩和定数を比較すると、共通の成分高分子（６’）の割合が１〜２０％の範囲では比較例よりも小さな値となり、液晶表示装置の残像特性が改善している。

【0099】

以上のことから、液晶層と接する少なくとも１種類のポリイミドを有する第１の配向膜層と、第１の配向膜層の下層に形成された少なくとも１種類のポリイミドを有する第２の配向膜層によって構成され、第１の配向膜層は偏光光照射により液晶配向規制力を付与可能な材料であることを特徴とする液晶表示装置において、第１の配向膜層と前記第２の配向膜層には共通のポリイミド成分を有することを特徴とする配向膜を用いる液晶表示装置において、配向膜の機械的強度が高まるのみならず、液晶表示装置としての性能も高まることが確認された。

【実施例3】

【0100】

次に、別の特性比率で合成した共通の成分高分子（６’）を用いて、実施例１と同様の手順で配向膜および液晶表示装置を作製し、その特性を比較した結果について、図表を用いて説明する。すなわち、第１の配向膜層の成分高分子（４）、及び第２の配向膜層の成分高分子（５）は実施例１と同一のものを用い、共通の成分高分子（６’）については特性比率＝６：４のものを用いた。それ以外の条件は実施例１と同様である。

【0101】

図１２に示す表３には、得られた膜およびその膜を用いたＩＰＳ型の液晶表示素子に関しての評価結果（アンカリング力、初期膜強度、相対膜強度、輝度緩和定数）をまとめた。ここで、第１の配向膜層の成分高分子（４）と第２の配向膜層の成分高分子（５）の混合割合は１：１に固定し、共通の成分高分子（６’）を加えなかった場合を比較例とし、共通の成分高分子（６’）の添加量を１〜３０％で変化させた時の特性を比較した。

【0102】

これを見ると、液晶配向規制力の大きさを示すアンカリング力は共通の成分高分子（６’）の割合が８％までは１．４〜１．６mJ/m²の範囲でほとんど変化しないが、１２％以上では低下が見られる。これに対して膜強度は、共通の成分高分子（６’）の割合によらず初期膜強度は0.64〜0.71kN/mの範囲でほとんど変化しないが、相対膜強度は比較例が３５％と脆弱化しているのに対して、共通の成分高分子（６’）の割合が増えるにつれて増加し、光配向処理に伴う偏光紫外線によるダメージに対する耐性が増加している。更に、液晶表示装置としての輝度緩和定数を比較すると、共通の成分高分子（６’）の割合が１〜１２％の範囲では比較例よりも小さな値となり、液晶表示装置の残像特性が改善している。総合的にみると、共通の成分高分子（６’）の割合が１〜１２％の範囲では比較例よりもすぐれた特性を示し、より好ましい範囲は、共通の成分高分子（６’）の割合が１〜１２％の範囲である。

【0103】

以上のことから、液晶層と接する少なくとも１種類のポリイミドを有する第１の配向膜層と、第１の配向膜層の下層に形成された少なくとも１種類のポリイミドを有する第２の配向膜層によって構成され、第１の配向膜層は偏光光照射により液晶配向規制力を付与可能な材料であることを特徴とする液晶表示装置において、第１の配向膜層と前記第２の配向膜層には共通のポリイミド成分を有することを特徴とする配向膜を用いる液晶表示装置において、配向膜の機械的強度が高まるのみならず、液晶表示装置としての性能も高まることが確認された。

【実施例4】

【0104】

次に、本発明の配向膜は、基板塗布直前の状態において溶媒に均一に溶解させた溶液状態であり、基板塗布後に加熱することで前記溶液状態に相分離状態が発現することを、図表を用いて説明する。

【0105】

図１３に示す表４には、ここで検討した基板塗布後から、熱イミド化反応前までの過程で、仮乾燥条件として種々変化させた加熱条件の一覧を示した。ここでは加熱温度は５０〜１８０℃の範囲で変化させ、加熱時間は１〜５分の間で変化させた。（特に説明しなかったが、実施例１から３においては条件５を標準としている。）
図１４に示す表５には、得られた配向膜の断面構造観察結果をまとめた。ここで、図９のように膜全面にわたり均一な二層構造が認められた場合をＤＬ、部分的に二層構造があったり、不鮮明だった場合をＭＤ、全く不鮮明な像しか得られなかった場合をＡＭと表記した。これを見ると、共通の成分高分子（６’）の比率によって異なるが、加熱温度が７０〜１５０℃の範囲で二層構造が出現しやすく、加熱時間は１分以上で効果があるか、より長い時間の方が二層構造が出現しやすいことがわかる。一方、塗布後直ちにイミド化させた場合はいずれの比率でも二層構造が観察されず、塗布直後の各高分子成分の分布はアモルファス状態であることが推察される。また、１８０℃以上でも二層構造が見出されておらず、これはこの温度以上では既に熱イミド化反応が進行し、相分離状態を実現させるための各高分子の流動性が確保されないためと推定される。

【0106】

以上のことから、本発明の配向膜は、基板塗布直前の状態において溶媒に均一に溶解させた溶液状態であり、基板塗布後に加熱することで前記溶液状態に相分離状態が発現することが明らかとなった。

【符号の説明】

【0107】

１…第１の配向膜層、
２…第２の配向膜層、
３…配向膜、
４…第１の配向膜層の成分高分子、
５…第２の配向膜層の成分高分子、
６，６’…：配向膜に共通の成分高分子、
８…可視光源、
９…偏光子、
１０，１０’…試料、
１１…検光子、
１２…フォトマル、
２１…基板、
２２…コート層、
１０１…液晶表示パネル、
１０２…第１の駆動回路、
１０３…第２の駆動回路、
１０４…制御回路、
１０５…バックライト、
１０６…アクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）、
１０７…対向基板、
１０８…シール材、
１０９ａ，１０９ｂ…偏光板、
１１０…柱状スペーサ、
１１１…液晶分子、
１１２…電界（電気力線）、
６０１…ガラス基板、
６０２…第１の絶縁層、
６０３…（ＴＦＴ素子の）半導体層、
６０４…第２の絶縁層、
６０５…第３の絶縁層、
６０６…配向膜、
６０７…ソース電極、
６０８…導電層、
６０９…突起形成部材、
６０９ａ…（突起形成部材の）半導体層、
６０９ｂ…（突起形成部材の）導電層、
７０１…ガラス基板、
７０２…ブラックマトリクス、
７０３Ｒ，７０３Ｇ，７０３Ｂ…カラーフィルタ、
７０４…オーバーコート層、
７０５…配向膜、
ＧＬ…走査信号線、
ＤＬ…映像信号線、
Ｔｒ…ＴＦＴ素子、
ＰＸ…画素電極、
ＣＴ…共通電極、
ＣＬ…共通化配線、
ＬＣ…液晶層（液晶材料）。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】