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WO2012063938A1 - 液晶表示装置、及び、液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

液晶表示装置、及び、液晶表示装置の製造方法 Download PDF

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Publication number
WO2012063938A1
WO2012063938A1 PCT/JP2011/076062 JP2011076062W WO2012063938A1 WO 2012063938 A1 WO2012063938 A1 WO 2012063938A1 JP 2011076062 W JP2011076062 W JP 2011076062W WO 2012063938 A1 WO2012063938 A1 WO 2012063938A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid crystal
alignment
display device
crystal display
alignment region
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/076062
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健史 野間
真伸 水▲崎▼
Original Assignee
シャープ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シャープ株式会社 filed Critical シャープ株式会社
Publication of WO2012063938A1 publication Critical patent/WO2012063938A1/ja

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    • G02F1/13378—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation
    • G02F1/133788—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation by light irradiation, e.g. linearly polarised light photo-polymerisation

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device and a method for manufacturing the liquid crystal display device. More specifically, the present invention relates to a liquid crystal display device in which a polymer layer is formed on an alignment film in order to increase the alignment regulating force of liquid crystal, and a method for manufacturing a liquid crystal display device that can suitably form a polymer layer.
  • a liquid crystal display device is a display panel that controls light transmission / blocking (display on / off) by controlling the orientation of liquid crystal molecules having birefringence.
  • a technique for aligning liquid crystal molecules for example, a rubbing method is used in which after an alignment film material is applied, grooves are formed by a roller or the like to form an alignment film.
  • alignment control structures such as a bank-like protrusion formed of a dielectric provided on the electrode and a slit provided on the electrode
  • an alignment film material having a photo-alignment functional group instead of rubbing treatment, such as a method for controlling the alignment of liquid crystal molecules using UV and UV 2 A (Ultraviolet induced multi-domain Vertical Alignment) technology
  • UV and UV 2 A Ultraviolet induced multi-domain Vertical Alignment
  • liquid crystal molecules are aligned perpendicular to the substrate surface when no voltage is applied.
  • the liquid crystal molecules become a voltage. It is tilted and oriented at an appropriate angle.
  • a plurality of regions (domains) in which the directions in which the liquid crystal molecules fall are different from each other are formed in one pixel by slits or bank-like protrusions provided on the electrodes.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between relative luminance and gradation in a conventional liquid crystal display device.
  • FIG. 5 shows the relationship between relative luminance and gradation when the screen is viewed from the front (viewing angle 0 °) and obliquely (viewing angles 30 ° and 60 °).
  • viewing angle 0 ° viewing angle 0 °
  • viewing angles 30 ° and 60 ° viewing angles 30 ° and 60 °.
  • the relative luminance is higher when viewed from an oblique direction than when viewed from the front.
  • MPD Multi-Pixel-Drive
  • a liquid crystal material containing a monomer is injected between substrates, the monomer is polymerized in a state where a voltage is applied, and a polymer in which the direction in which the liquid crystal molecules fall is memorized is stored.
  • a technique (PSA technique) for forming a film on an alignment film is known (for example, see Patent Document 1).
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device according to Patent Document 1 before the polymerization process
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device according to Patent Document 1 after the polymerization process.
  • the array substrate 110 has a protrusion 115.
  • the monomer 105 is present in the liquid crystal layer 130 before the polymerization step.
  • the liquid crystal layer 130 is irradiated with ultraviolet light from the side of the array substrate 110 on which the light shielding mask 125 is formed while a predetermined voltage is applied to the liquid crystal layer 130 through the electrodes 113 and 123, and the polymerization of the monomer 105 is performed. Be started.
  • the light shielding mask 125 is formed on the array substrate 110 so as to cover approximately half of one pixel.
  • the monomer 105 present in the region not shielded by the light shielding mask 125 is polymerized. Thereafter, the light shielding mask 125 is removed, the entire surface of the liquid crystal panel is irradiated with ultraviolet light, and the monomer 105 remaining in the liquid crystal layer 130 is polymerized.
  • the first polymer layer 126 having a strong binding force on the liquid crystal molecules is formed in a region that is not shielded by the light shielding mask 125 (exposure region), while the region that is shielded by the light shielding mask 125 (light shielding region).
  • the second polymer layer 127 having a weak binding force on the liquid crystal molecules is formed.
  • a region having a strong binding force on the liquid crystal molecules that is, a region having a high threshold voltage
  • a region having a low binding force on the liquid crystal molecules that is, a region having a low threshold voltage
  • the above-described method for improving white spots may cause an increase in manufacturing cost and a decrease in display characteristics.
  • MPD technology requires a structure for changing the voltage applied in the dot. For this reason, there are disadvantages in that the manufacturing cost increases and the aperture ratio decreases due to an increase in wiring and the like.
  • the protrusion is used, but it is difficult to use the region where the protrusion is disposed for display. For this reason, there was room for improvement in terms of increasing the aperture ratio and improving the luminance.
  • the alignment of the liquid crystal molecules is affected by the protrusions not only in the region where the protrusions are disposed but also in the vicinity thereof, it is difficult to control the alignment to a desired orientation. For this reason, there was room for improvement in terms of improving contrast.
  • a voltage is applied when polymerization is performed, there is room for improvement in that the manufacturing cost is increased.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and in the middle tone, while suppressing the deterioration of other display characteristics and the deterioration of reliability, such as a decrease in aperture ratio and a decrease in contrast ratio, which have been conventionally observed.
  • a liquid crystal display device capable of suppressing the occurrence of a so-called white spot phenomenon in which the luminance when the screen is viewed from above is higher than the luminance when the screen is viewed from the front, and a method for manufacturing the liquid crystal display It is for the purpose.
  • the present inventors paid attention to the PSA technology as a method for suppressing the white spot phenomenon, and conducted intensive studies on monomers used in the PSA technology.
  • the bifunctional monomer at least one kind absorbs light having a long wavelength (wavelength longer than 330 nm) and causes a polymerization reaction, thereby polymerizing the monomer without using light having a short wavelength. Therefore, it was found that damage to the liquid crystal and the alignment film can be suppressed.
  • one aspect of the present invention is a liquid crystal display device including a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, the liquid crystal layer having negative dielectric anisotropy. And at least one of the pair of substrates is a main surface on the liquid crystal layer side of the alignment film by polymerization of an electrode, an alignment film for vertically aligning adjacent liquid crystal molecules, and two or more kinds of bifunctional monomers. And at least one of the two or more bifunctional monomers undergoes a polymerization reaction when irradiated with light having a wavelength longer than 330 nm.
  • a plurality of pixels provided with a first alignment region in contact with the alignment film and the liquid crystal molecules, and a second alignment region in contact with the polymer layer and the liquid crystal molecules.
  • An alignment region and the second alignment region; , The threshold voltage is different from the liquid crystal display device with each other.
  • this liquid crystal display device is also referred to as a “first liquid crystal display device”.
  • a bifunctional monomer is used as a material for the polymer layer.
  • the bifunctional monomer is not particularly limited as long as it has two reactive functional groups and undergoes a polymerization reaction with light having a wavelength longer than 330 nm, but a monomer having an absorption wavelength peak of 330 nm or more is preferable.
  • the absorption wavelength peak of the bifunctional monomer is preferably 380 nm or less.
  • photopolymerization is excellent in that the exposure time can be shortened, productivity can be improved, and / or manufacturing cost can be reduced.
  • the polymer layer using a bifunctional monomer is excellent in the solubility to a liquid crystal compared with the polymer layer using the polyfunctional monomer which has a 3 or more reactive functional group.
  • the liquid crystal and the alignment film are easily deteriorated.
  • light having a wavelength longer than 330 nm has much less influence on the liquid crystal and the alignment film than light having a short wavelength.
  • the short wavelength light can be cut from the light irradiated at the time of polymer layer formation by forming a polymer layer using a bifunctional polymer that absorbs light having a wavelength longer than 330 nm and causes a polymerization reaction. Therefore, damage to the liquid crystal and the alignment film can be suppressed.
  • the monomer that undergoes a polymerization reaction when irradiated with light having a wavelength longer than 330 nm is more preferably one that undergoes a polymerization reaction at a wavelength of 340 nm to 380 nm.
  • the vertical alignment film means an alignment film capable of realizing a liquid crystal display in a vertical alignment mode, and is not only an alignment film that controls the alignment of liquid crystal molecules completely perpendicular to the film surface, that is, 90 °. And an alignment film for controlling the alignment of liquid crystal molecules substantially perpendicularly to the film surface.
  • Substantially perpendicular means 80 ° or more, preferably 85 ° or more.
  • the threshold voltage means a voltage value that generates an electric field that causes an optical change in the liquid crystal layer and changes a display state in the liquid crystal display device.
  • the difference between the threshold voltage difference of the first alignment region and the threshold voltage of the second alignment region is preferably 0.1 V or more, and more preferably 0.5 V to 1.5 V. .
  • the pretilt angle of the liquid crystal molecules in each alignment region may be different.
  • the threshold voltage can be made different by changing the anchoring strength in each alignment region.
  • FIG. 8 is a diagram showing a change in a VT (voltage-transmittance) curve due to a difference in pretilt angle. As shown in FIG. 8, the threshold voltage increases as the pretilt angle increases.
  • the configuration of the first liquid crystal display device is not particularly limited by other components as long as such components are essential.
  • the alignment film may be formed by irradiating polarized ultraviolet light to an alignment film material containing a photoreactive functional group (hereinafter, also referred to as a first embodiment). . Since the pretilt angle can be adjusted accurately by using polarized ultraviolet light, the liquid crystal display device of the first embodiment can be a photo-alignment type liquid crystal display device with excellent display quality.
  • the photoreactive functional group is preferably at least one selected from the group consisting of a chalcone group, a coumarin group, a cinnamate group, an azobenzene group, and a tolan group.
  • the photoreactive functional group included in the group is formed by irradiation with polarized ultraviolet light. It can be particularly suitably used for a liquid crystal display device provided with an alignment film.
  • the first liquid crystal display device is configured such that a pretilt angle of liquid crystal molecules in the first alignment region and a pretilt angle of liquid crystal molecules in the second alignment region are different from each other.
  • the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region is different from the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region, the threshold voltages of the respective alignment regions are different, thereby suppressing white spots. be able to.
  • the difference between the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region and the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region is preferably about 0.5 ° to 15 °. .
  • the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region is preferably 88.0 ° to 88.5 °, and the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region is 73.0 ° to 87. Preferably it is 5 °.
  • the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region is preferably larger than the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region. Since the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region is close to 90 °, the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region is larger than the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region. Is too large, the difference between the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region and the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region cannot be taken sufficiently, and a desired threshold voltage difference is obtained. May not be obtained.
  • the area of the second alignment region is preferably larger than 30% and smaller than 70% compared to the sum of the area of the first alignment region and the area of the second alignment region. If the area of the second alignment region is 30% or less, the area of the first alignment region is too large compared to the area of the second alignment region, so that white spots can be sufficiently suppressed. There is a risk that it will not be possible. On the other hand, if the area of the second alignment region is 70% or more, the area of the first alignment region is too small compared to the area of the second alignment region. You may not be able to do it. More preferably, the area of the first alignment region and the area of the second alignment region are substantially equal. Specifically, the second alignment region includes the first alignment region and the first alignment region. More preferably, it is larger than 45% and smaller than 55% compared with the total with the second alignment region.
  • the monomer that undergoes the polymerization reaction is preferably represented by the following chemical structural formula.
  • P 1 -A 1 -P 1 (P 1 in the formula represents a methacrylate group.
  • a 1 represents phenanthrene.
  • a hydrogen atom contained in phenanthrene may be substituted with a halogen, a methyl group, an ethyl group, or a propyl group.)
  • dimethacryloxyphenanthrene having a phenanthrene skeleton has an absorption wavelength shifted to a longer wavelength side, and has a wavelength longer than 330 nm (for example, 340 nm to 360 nm). )
  • the liquid crystal and the alignment film can be prevented from being damaged by the light irradiated when forming the polymer layer.
  • the formed polymer layer can make a pretilt angle small, Furthermore, it becomes possible to adjust the variation
  • the monomer that undergoes the polymerization reaction preferably includes 1,6-dimethacryloxyphenanthrene represented by the following chemical formula (1) or 3,6-dimethacryloxyphenanthrene represented by the following chemical formula (2).
  • the amount of change in the pretilt angle can be adjusted by using 1,6-dimethacryloxyphenanthrene or 3,6-dimethacryloxyphenanthrene and appropriately adjusting the concentration.
  • the pretilt angle in the second alignment region can be controlled, and the threshold voltage of the second alignment region is made different from the threshold voltage of the first alignment region, so that white spots can be suitably suppressed. It becomes possible.
  • the monomer that undergoes the polymerization reaction preferably also includes 2,7-dimethacryloxyphenanthrene represented by the following chemical formula (3).
  • 2,7-dimethacryloxyphenanthrene has little effect of controlling the pretilt angle even when polymerized alone, the concentration of the bifunctional monomer according to the present invention and 2,7-dimethacryloxyphenanthrene is adjusted appropriately. By using it, the amount of change in the pretilt angle can be adjusted with higher accuracy. As a result, the pretilt angle in the second alignment region can be controlled with high accuracy, and the threshold voltage of the second alignment region is made different from the threshold voltage of the first alignment region, so that white spots can be suppressed more suitably. It becomes possible to adjust as follows.
  • a liquid crystal display device comprising a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, wherein the liquid crystal layer has negative dielectric anisotropy, At least one of the pair of substrates includes an electrode, an alignment film that vertically aligns adjacent liquid crystal molecules, 1,6-dimethacryloxyphenanthrene, 3,6-dimethacryloxyphenanthrene, 2,7 A polymer layer which is formed on a part of the main surface of the alignment film on the liquid crystal layer side by polymerization with dimethacryloxyphenanthrene and controls the alignment of adjacent liquid crystal molecules, and the alignment film and the liquid crystal molecules It has a plurality of pixels provided with a first alignment region that is in contact, and a second alignment region where the polymer layer and liquid crystal molecules are in contact, and the first alignment region and the second alignment region are: Liquids with different threshold voltages It is also a display device.
  • this liquid crystal display device is also referred to as a “second liquid crystal display
  • 1,6-dimethacryloxyphenanthrene, 3,6-dimethacryloxyphenanthrene and 2,7-dimethacryloxyphenanthrene absorb light having a wavelength longer than 330 nm and cause a polymerization reaction
  • the polymer layer Light having a short wavelength can be cut from light irradiated during formation, and damage to the liquid crystal and the alignment film can be suppressed.
  • the pretilt angle can be adjusted with higher accuracy. The amount of change can be adjusted.
  • the pretilt angle in the second alignment region can be controlled with high accuracy, and the threshold voltage of the second alignment region is made different from the threshold voltage of the first alignment region, so that white spots can be suppressed more suitably. It becomes possible to adjust as follows.
  • components common to the first liquid crystal display device are the same as those in the first liquid crystal display device.
  • the configuration of the second liquid crystal display device is not particularly limited by other components as long as such components are essential.
  • the alignment film may be formed by irradiating polarized ultraviolet light to an alignment film material containing a photoreactive functional group (hereinafter also referred to as a second form). . Since the pretilt angle can be adjusted accurately by using polarized ultraviolet light, the liquid crystal display device of the second embodiment can be a photo-alignment type liquid crystal display device.
  • the photoreactive functional group is preferably at least one selected from the group consisting of a chalcone group, a coumarin group, a cinnamate group, an azobenzene group, and a tolan group.
  • the alignment control can be performed with high accuracy, and thus it is particularly suitable for a liquid crystal display device including an alignment film formed by irradiation with polarized ultraviolet light. Can be used.
  • the second liquid crystal display device is configured such that the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region and the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region are different from each other. Is mentioned.
  • the threshold voltages of the respective alignment regions are different, thereby suppressing white spots. be able to.
  • the difference between the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region and the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region is preferably about 0.5 ° to 15 °. .
  • the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region is preferably 88.0 ° to 88.5 °, and the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region is 73.0 ° to 87. Preferably it is 5 °.
  • the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region is preferably larger than the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region. Since the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region is close to 90 °, the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region is larger than the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region. Is too large, the difference between the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region and the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region cannot be taken sufficiently, and a desired threshold voltage difference is obtained. May not be obtained.
  • the area of the second alignment region is preferably larger than 30% and smaller than 70% compared to the sum of the area of the first alignment region and the area of the second alignment region. If the area of the second alignment region is 30% or less, the area of the first alignment region is too large compared to the area of the second alignment region, so that white spots can be sufficiently suppressed. There is a risk that it will not be possible. On the other hand, if the area of the second alignment region is 70% or more, the area of the first alignment region is too small compared to the area of the second alignment region. You may not be able to do it. More preferably, the area of the first alignment region and the area of the second alignment region are substantially equal. Specifically, the second alignment region includes the first alignment region and the first alignment region. More preferably, it is larger than 45% and smaller than 55% compared with the total with the second alignment region.
  • Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a liquid crystal display device including a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, the manufacturing method including at least one of the pair of substrates.
  • a step of forming an electrode, a step of forming an alignment film for controlling the alignment of adjacent liquid crystal molecules vertically, and a polymer for controlling the alignment of liquid crystal molecules adjacent to a part of the liquid crystal side main surface of the alignment film Forming the polymer layer, and the step of forming the polymer layer includes a step of shielding a part of at least one of the pair of substrates by a light shielding member and not shielding the remaining part from 330 nm.
  • Two or more kinds of bifunctional monomers added to the liquid crystal layer are polymerized by irradiating light of a long wavelength, and the first alignment region where the alignment film and the liquid crystal molecules are in contact with each other, the polymer layer and the liquid crystal molecules
  • This method for manufacturing a liquid crystal display device is also referred to as a “first liquid crystal display device manufacturing method”.
  • the light shielding member is formed on one substrate so as to cover a part of one pixel region, for example.
  • a region that is not shielded by the light shielding member and a region that is shielded from light are generated in one pixel region.
  • the bifunctional monomer is polymerized by light irradiation, and the polymer layer is formed on the alignment film.
  • a second alignment region in which the alignment of liquid crystal molecules is controlled by the polymer layer is formed in the pixel.
  • the bifunctional monomer is not substantially polymerized in the light shielding region.
  • the first liquid crystal display device of the present invention can be preferably manufactured. Further, since the irradiated light is light having a wavelength longer than 330 nm, damage to the liquid crystal and the alignment film can be suppressed as compared with irradiation with light having a short wavelength (330 nm or less).
  • components common to the first liquid crystal display device are the same as those of the first liquid crystal display device.
  • the configuration of the manufacturing method of the first liquid crystal display device is not particularly limited by other components and processes as long as such components and processes are essential.
  • the step of polymerizing the two or more types of bifunctional monomers is a state in which a pretilt angle of liquid crystal molecules is controlled by the alignment film, a part of the pixel is shielded by a light shielding member, and no voltage is applied to the liquid crystal layer
  • the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region is the second alignment region.
  • the value is preferably larger than the pretilt angle of the liquid crystal molecules therein.
  • the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region is set to the liquid crystal molecules in the first alignment region.
  • the pretilt angle is larger than the pretilt angle, the difference between the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region and the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region cannot be sufficiently obtained. There is a risk that a difference in threshold voltage may not be obtained.
  • the step of polymerizing the two or more types of bifunctional monomers is performed by applying non-polarized ultraviolet light to 1,6-dimethacryloxyphenanthrene, 3,6-dimethacryloxyphenanthrene, and 2,7-dimethacryloxyphenanthrene. It is preferable that it is an irradiation process. Thereby, the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region can be adjusted with high accuracy.
  • the region that is not shielded by the light shielding member is preferably larger than 30% and smaller than 70% compared to all the regions where the liquid crystal is orientation controlled. If the area of the second alignment region is 30% or less, the area of the first alignment region is too large compared to the area of the second alignment region, so that white spots can be sufficiently suppressed. There is a risk that it will not be possible. On the other hand, if the area of the second alignment region is 70% or more, the area of the first alignment region is too small compared to the area of the second alignment region. You may not be able to do it. More preferably, the area of the first alignment region is substantially equal to the area of the second alignment region. Specifically, it is more preferable that the second alignment region is larger than 45% and smaller than 55% as compared with the total of the first alignment region and the second alignment region.
  • Still another aspect of the present invention is a method for manufacturing a liquid crystal display device including a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, the manufacturing method including at least one of the pair of substrates.
  • a step of forming an electrode on the substrate, a step of forming an alignment film for controlling the alignment of adjacent liquid crystal molecules vertically, and controlling the alignment of the liquid crystal molecules adjacent to a part of the main surface of the alignment film on the liquid crystal side Forming the polymer layer, and the step of forming the polymer layer is performed at 330 nm in a state where a part of at least one of the pair of substrates is shielded by the light shielding member and the remaining part is not shielded.
  • 1,6-dimethacryloxyphenanthrene or 3,6-dimethacryloxyphenanthrene added to the liquid crystal layer by irradiating light with a longer wavelength, and 2,7-dimethacryloxyphenanthene A first alignment region where the alignment film and the liquid crystal molecules are in contact with each other, and a second alignment region where the polymer layer and the liquid crystal molecules are in contact with each other.
  • This alignment region and the second alignment region are also methods for manufacturing a liquid crystal display device having different threshold voltages. This method for manufacturing a liquid crystal display device is also referred to as a “second liquid crystal display device manufacturing method”.
  • the second liquid crystal display device of the present invention can be preferably manufactured. Further, since the irradiated light is light having a wavelength longer than 330 nm, damage to the liquid crystal and the alignment film can be suppressed as compared with irradiation with light having a short wavelength (330 nm or less).
  • components common to the second liquid crystal display device are the same as those of the first liquid crystal display device.
  • the configuration of the method for manufacturing the second liquid crystal display device is not particularly limited by other components and processes as long as such components and processes are formed as essential.
  • the step of polymerizing the 1,6-dimethacryloxyphenanthrene or 3,6-dimethacryloxyphenanthrene and 2,7-dimethacryloxyphenanthrene controls the pretilt angle of liquid crystal molecules in the alignment film, A part of the pixel is shielded by a light shielding member, and light irradiation is performed in a state where no voltage is applied to the liquid crystal layer, and the 1,6-dimethacryloxyphenanthrene or 3,6-dimethacryloxyphenanthrene , 2,7-dimethacryloxyphenanthrene is photopolymerized to form the polymer layer, and the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region is determined by the liquid crystal molecules in the second alignment region.
  • the value is preferably larger than the pretilt angle. Since the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region is close to 90 °, the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region is larger than the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region. Is too large, the difference between the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region and the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region cannot be taken sufficiently, and a desired threshold voltage difference is obtained. May not be obtained.
  • the region that is not shielded by the light shielding member is preferably larger than 30% and smaller than 70% compared to all the regions where the liquid crystal is orientation controlled. If the area of the second alignment region is 30% or less, the area of the first alignment region is too large compared to the area of the second alignment region, so that white spots can be sufficiently suppressed. There is a risk that it will not be possible. On the other hand, if the area of the second alignment region is 70% or more, the area of the first alignment region is too small compared to the area of the second alignment region. You may not be able to do it. More preferably, the area of the first alignment region is substantially equal to the area of the second alignment region. Specifically, it is more preferable that the second alignment region is larger than 45% and smaller than 55% as compared with the total of the first alignment region and the second alignment region.
  • the liquid crystal display device it is not necessary to form protrusions on the substrate, and it is not necessary to provide MPD wiring or the like, and the first alignment region and the second alignment region having different threshold voltages can be formed. Therefore, it is possible to obtain a liquid crystal display device that is low in cost and has a high aperture ratio while suppressing white spots.
  • the second alignment region it is not necessary to irradiate light with a short wavelength, so that a highly reliable liquid crystal display device can be obtained.
  • FIG. 6 is a diagram showing measurement results of pretilt angles in liquid crystal cells according to Test Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. It is a figure which shows the relationship between the relative brightness
  • the polymer layer is also referred to as a PSA (Polymer Sustained Alignment) film.
  • PSA Polymer Sustained Alignment
  • Examples of the bifunctional monomer used to form the PSA film in the embodiment of the present invention include those represented by the above chemical formulas (1) to (2).
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention before the polymerization step
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention after the polymerization step.
  • 1 and 2 are also schematic cross-sectional views of one pixel region of the liquid crystal display device.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing a state in which light shielding masks are arranged to overlap in one pixel region of the array substrate of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention. As shown in FIGS.
  • the array substrate 10, the liquid crystal layer 30, and the color filter substrate 20 are arranged from the back side of the liquid crystal display device toward the observation surface side.
  • a liquid crystal cell is provided.
  • the liquid crystal layer 30 sandwiched between a pair of substrates including the array substrate 10 and the color filter substrate 20 has negative dielectric anisotropy.
  • a linear polarizing plate is provided on the back side of the array substrate 10 and the observation surface side of the color filter substrate 20. For these linearly polarizing plates, a retardation plate may be further arranged to form a circularly polarizing plate.
  • the array substrate 10 includes various wirings, a thin film transistor (TFT) 44 and the like on an insulating transparent substrate 11 made of glass or the like.
  • the array substrate 10 includes a plurality of gate wirings 45 and auxiliary capacitance (Cs) wirings 43.
  • the plurality of gate lines 45 and the auxiliary capacitance (Cs) lines 43 extend in parallel to each other.
  • the array substrate 10 further includes a plurality of source lines 42 that intersect with the gate lines 45 and the auxiliary capacitance (Cs) lines 43 and extend in parallel to each other, and are provided in the vicinity of each intersection of the gate lines 45 and the source lines 42. TFT 44 is provided.
  • a pixel electrode 13 having a substantially rectangular shape is arranged in each pixel (pixel region).
  • the color filter substrate 20 includes an insulating transparent substrate 21 made of glass or the like, and a common electrode 23, a color filter, a black matrix, and the like formed on the transparent substrate 21.
  • Examples of the method for forming the pixel electrode 13 and the common electrode 23 include a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, and a vapor deposition method.
  • the pixel electrode 13 can be patterned into a shape having a slit or a comb shape by using a photolithography method, but the pixel electrode 13 is not patterned into a shape having a slit or a comb shape, It may be a flat plate electrode formed in the pixel region.
  • a transparent metal oxide film such as indium tin oxide (ITO: Indium ⁇ ⁇ Tin Oxide) is preferably used.
  • the array substrate 10 includes an alignment film 12, and the color filter substrate 20 also includes an alignment film 22.
  • the alignment films 12 and 22 are vertical alignment films, and can preliminarily align (initially tilt) liquid crystal molecules in the vertical direction.
  • the alignment film material for forming the alignment films 12 and 22 is not particularly limited.
  • a material obtained by dissolving a polymer material in a solvent is used.
  • the polymer material include polyimide, polyamide, polyvinyl, polysiloxane, and the like.
  • the polymer material preferably contains a photoreactive functional group. Examples of the photoreactive functional group include a chalcone group, a coumarin group, a cinnamate group, an azobenzene group, and a tolan group.
  • Examples of a method for forming the alignment films 12 and 22 include a rubbing method in which grooves are formed by a roller or the like after applying an alignment film material to form an alignment film. Moreover, after apply
  • the type of light irradiated at this time is not particularly limited as long as the photoreactive functional group can be reacted to develop the alignment function. For example, polarized ultraviolet rays are suitable.
  • the bifunctional monomer 5 and the bifunctional monomer 6 exist in the liquid crystal layer 30 before the bifunctional monomer polymerization step.
  • a light shielding mask 25 is provided on the outer side of the transparent substrate 21 (opposite the liquid crystal side), and shields about half of one pixel region.
  • non-polarized ultraviolet light having a wavelength of 330 nm or less cut by a wavelength cut filter is irradiated from the normal direction of the transparent substrate 21.
  • a voltage may be applied to the liquid crystal layer 30 via the pixel electrode 13 and the common electrode 23, but it is preferable that no voltage is applied from the viewpoint of reducing manufacturing costs.
  • the bifunctional monomer 5 and the bifunctional monomer 6 start to be polymerized by irradiation with non-polarized ultraviolet rays, and as shown in FIG. 2, a PSA layer 26 is formed in the unshielded region on the alignment films 12 and 22.
  • the light shielding mask 25 shields the light, the PSA layer 26 is not formed, the region where the alignment films 12 and 22 and the liquid crystal layer 30 are in contact (the first alignment region 40), and the PSA layer 26 are formed.
  • a region where the liquid crystal layer 30 is in contact with the liquid crystal layer 30 (second alignment region 41) is formed. Since the PSA layer 26 changes the alignment regulating force of the alignment films 12 and 22, the first alignment region 40 and the second alignment region 41 have different alignment regulating forces. The voltages will be different from each other. In the liquid crystal display device shown in FIGS. 1 and 2, no voltage is applied, and the liquid crystal molecules are aligned substantially vertically.
  • the bifunctional monomer 5 and / or bifunctional monomer 6 absorbs light having a long wavelength (wavelength longer than 330 nm), and forms a PSA layer 26 by polymerization reaction without using light having a short wavelength. Therefore, damage to the liquid crystal layer 30 and the alignment films 12 and 22 can be suppressed.
  • the threshold voltage in the first alignment region is preferably larger than the threshold voltage in the second alignment region.
  • the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the first alignment region is larger than the pretilt angle of the liquid crystal molecules in the second alignment region. It is preferable to do.
  • the threshold voltage in the first alignment region is made larger than the threshold voltage in the second alignment region. can do.
  • a preferable range of the threshold voltage in the first alignment region is 2.0V to 2.5V.
  • a preferable range of the threshold voltage in the second alignment region is 0.5V to 2.0V.
  • the light shielding mask 25 may be formed in close contact with the transparent substrate 21 or may be formed apart from the transparent substrate 21.
  • the light shielding mask 25 is not particularly limited as long as it shields light.
  • the light shielding mask 25 may be formed of a metal such as Cr or Al, or may be formed of a resin.
  • first alignment region and the second alignment region will be described in detail with reference to FIG.
  • the light shielding mask 25 is formed so as to cover approximately half of one pixel region. At this time, if the direction in which the liquid crystal molecules are aligned is divided into two in the longitudinal direction of the pixels in one pixel region before the second alignment region is formed, the second alignment region is formed. Thus, the alignment direction of the liquid crystal molecules is divided into four within one pixel.
  • the shape of the light shielding mask 25 is not limited to the example of FIG. 3, and may be, for example, a shape that bisects the longitudinal direction of one pixel region, or is arranged in a checkered pattern in one pixel region. Such a shape may be used.
  • VHR was measured using a 6254 type liquid crystal property measuring system manufactured by Toyo Technica. More specifically, the liquid crystal cell is placed in an oven at 70 ° C., and charges are applied between the electrodes at an applied voltage of 1 V and 5 V for 60 ⁇ s, and then during an open period of 16.67 ms (a period in which no voltage is applied). The inter-electrode potential was measured, and the ratio of the retained charge was measured.
  • the liquid crystal cell was shaken, the retardation was measured by the Senarmont method, and the pretilt angle was calculated by fitting using the crystal rotation method.
  • OMS-AF2 manufactured by Chuo Seiki Co., Ltd. was used.
  • the light source was irradiated with linearly polarized He—Ne laser light (wavelength 632.8 nm, output 2 mW) using a linearly polarized He—Ne laser irradiation apparatus.
  • the spot diameter was 1 mm and the temperature was 25 ° C.
  • Test example 1 An electrode was formed on the entire principal surface on one side of a pair of glass substrates, and an alignment film material containing polyimide having a cinnamate group that is a photoreactive functional group and an imidization ratio of 50% was applied by spin coating.
  • each glass substrate was irradiated with polarized ultraviolet rays as an alignment treatment to form a vertical alignment film.
  • the pretilt angle of the vertical alignment film was 88.1 ° to 88.5 °.
  • the two glass substrates are bonded together, and the bonded glass substrates are subjected to a pressure of 0.5 kgf / cm 2 . While being pressurized, the seal was cured by heating at 200 ° C. for 60 minutes in a nitrogen purged furnace.
  • a liquid crystal exhibiting negative dielectric anisotropy was injected into the cell produced by the above method.
  • 2,7-dimethacryloxyphenanthrene is added so as to be 0.6 wt% of the entire liquid crystal composition
  • 3,6-dimethacryloxyphenanthrene is added to 0.1 wt% of the entire liquid crystal composition. It added so that it might become.
  • heating and quenching were performed at 130 ° C. for 1 hour.
  • non-polarized UV (0.33 mW / cm 2 ) light having a wavelength of 330 nm or less cut by a wavelength cut filter is irradiated for 4 hours from the normal direction of the main surface of the glass substrate to polymerize the bifunctional monomer. It was.
  • Test example 2 2,7-dimethacryloxyphenanthrene was added so as to be 0.6 wt% of the whole liquid crystal composition, and 3,6-dimethacryloxyphenanthrene was added so as to be 0.3 wt% of the whole liquid crystal composition. Except for this, a liquid crystal cell was produced in the same manner as in Test Example 1.
  • Test example 3 2,7-dimethacryloxyphenanthrene is added so as to be 0.6 wt% of the total liquid crystal composition, and 1,6-dimethacryloxyphenanthrene is used instead of 3,6-dimethacryloxyphenanthrene.
  • a liquid crystal cell was produced in the same manner as in Test Example 1, except that the total amount was 0.1 wt%.
  • Test example 4 2,7-dimethacryloxyphenanthrene is added so as to be 0.6 wt% of the total liquid crystal composition, and 1,6-dimethacryloxyphenanthrene is used instead of 3,6-dimethacryloxyphenanthrene.
  • a liquid crystal cell was produced in the same manner as in Test Example 1 except that it was added so as to be 0.3 wt% of the whole.
  • Comparative Example 1 A liquid crystal cell was produced in the same manner as in Test Example 1 except that the bifunctional monomer was not added to the liquid crystal.
  • Comparative Example 2 A liquid crystal cell was produced in the same manner as in Test Example 1 except that only 2,7-dimethacryloxyphenanthrene was added so as to be 0.6 wt% of the entire liquid crystal composition.
  • Tables 1 and 2 show monomer conditions and unpolarized ultraviolet irradiation conditions in the liquid crystal display devices according to Test Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.
  • FIG. 4 is a diagram showing the measurement results of the pretilt angle in the liquid crystal cells according to Test Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.
  • Test Example 1 in which 0.6 wt% of 2,7-dimethacryloxyphenanthrene and 0.1 wt% of 3,6-dimethacryloxyphenanthrene were added, the pretilt angle was 85.0 °.
  • Test Example 2 in which 0.6 wt% of 2,7-dimethacryloxyphenanthrene and 0.3 wt% of 3,6-dimethacryloxyphenanthrene were added, the pretilt angle was 78.3 °.
  • Test Examples 3 and 4 even if 1,6-dimethacryloxyphenanthrene was added instead of 3,6-dimethacryloxyphenanthrene, Test Examples 1 and 2 using 3,6-dimethacryloxyphenanthrene were added. Similarly, it was found that the pretilt angle becomes smaller, and that the pretilt angle can be made smaller by increasing the concentration of 1,6-dimethacryloxyphenanthrene. Furthermore, from Test Examples 1 to 4, the amount of change in the pretilt angle is greater when 3,6-dimethacryloxyphenanthrene is added than when an equal amount of 1,6-dimethacryloxyphenanthrene is added. There was found.
  • the liquid crystal display device according to the present embodiment may be in the form of a color filter on array (Color Filter On Array) including color filters on the array substrate 10.
  • the liquid crystal display device according to the present embodiment may be a monochrome display. In that case, the color filter need not be arranged.
  • the liquid crystal display device may be any of a transmission type, a reflection type, and a reflection / transmission type. If it is a transmission type or a reflection / transmission type, the liquid crystal display device of this embodiment further includes a backlight.
  • the backlight is disposed on the back side of the liquid crystal cell, and is disposed such that light is transmitted through the array substrate 10, the liquid crystal layer 30, and the color filter substrate 20 in this order.
  • the array substrate 10 includes a reflection plate for reflecting external light. Further, at least in a region where reflected light is used as a display, the polarizing plate of the color filter substrate 20 needs to be a circularly polarizing plate.

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Abstract

本発明は、表示特性の悪化、及び、白抜け現象の発生を抑制できる液晶表示装置を提供する。本発明の一側面は、一対の基板と、液晶層とを備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、負の誘電率異方性を有し、前記一対の基板のうち少なくとも一方は、電極と、配向膜と、２種類以上の２官能モノマーの重合によって、前記配向膜の液晶層側の主面の一部に形成されたポリマー層とを有し、前記２種類以上の２官能モノマーのうち少なくとも１種類は、３３０ｎｍより長い波長の光を照射されたとき、重合反応するモノマーであり、前記配向膜と液晶分子とが接する第１の配向領域と、前記ポリマー層と液晶分子とが接する第２の配向領域とが設けられた複数の画素を有し、前記第１の配向領域と前記第２の配向領域とは、閾値電圧が互いに異なる液晶表示装置である。

Description

液晶表示装置、及び、液晶表示装置の製造方法
本発明は、液晶表示装置、及び、液晶表示装置の製造方法に関する。より詳しくは、液晶の配向規制力を高めるために配向膜上にポリマー層が形成された液晶表示装置、及び、好適にポリマー層を形成することができる液晶表示装置の製造方法に関するものである。
液晶表示装置は、複屈折性を有する液晶分子の配向を制御することにより光の透過／遮断（表示のオン／オフ）を制御する表示パネルである。液晶分子を配向させる技術としては、例えば、配向膜材料を塗布した後に、ローラ等により溝を形成させ、配向膜を形成するラビング法が用いられている。
また、マルチドメイン垂直配向（ＭＶＡ：Multi-domain Vertical Alignment）モードのように、電極の上に設けられた誘電体からなる土手状の突起物、電極に設けられたスリット等の配向制御用構造物を用いて液晶分子の配向を制御する方法や、ＵＶ２Ａ（Ultraviolet induced multi-domain Vertical Alignment）技術のように、ラビング処理の代わりに、光配向性官能基を有する配向膜材料を塗布した後に、光照射を行い、配向膜を形成する方法等も知られている。
ＭＶＡモードの液晶表示装置では、電圧を印加していない状態では液晶分子が基板面に対して垂直に配向しており、画素電極と共通電極との間に電圧を印加すると、液晶分子は電圧に応じた角度で傾斜して配向する。このとき、電極に設けられたスリットや土手状の突起物により、液晶分子の倒れる方向が相互に異なる領域（ドメイン）が１画素内に複数形成される。このように１画素内に複数のドメインを形成することにより、良好な表示特性を得ることができる。
しかし、従来のＭＶＡモードの液晶表示装置や、ＵＶ２Ａ技術を適用した液晶表示装置においては、中間調において、画面を斜め方向から見たときに白っぽく見える現象（以下、「白抜け」ともいう。）が発生するおそれがある。図５は、従来の液晶表示装置における相対輝度と階調との関係を示す図である。図５には、画面を正面（視野角０°）、及び、斜め方向（視野角３０°及び６０°）から見たときの相対輝度と階調との関係とが示されている。図５に示される通り、中間調においては、画面を正面から見たときに比べ、斜め方向から見たとき、相対輝度が高くなる。その結果、中間調において、画面を斜め方向から見たとき白抜けが生じる。これは、斜め方向から見た場合と正面方向から見た場合でのＶＴ（電圧－透過率）特性が異なることに起因するものであり、斜め方向から見た場合の透過率が正面方向からの透過率よりも高くなることに起因する。
この白抜けを改善する方法としては、１画素を構成するＲＧＢの各々のドットを更に２分割したセル単位で階調表現をコントロールする技術（以下、「ＭＰＤ（Multi Pixel Drive）技術」ともいう。）が知られている。
上記のＭＰＤ技術以外に、白抜けを改善する方法としては、モノマーを含む液晶材料を基板間に注入し、電圧を印加した状態でモノマーを重合させて、液晶分子の倒れる方向を記憶させたポリマーを配向膜上に形成する技術（ＰＳＡ技術）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
図６は特許文献１に係る液晶表示装置の重合工程前の断面模式図であり、図７は特許文献１に係る液晶表示装置の重合工程後の断面模式図である。図６に示すように、アレイ基板１１０は、突起１１５を有している。重合工程前において液晶層１３０中には、モノマー１０５が存在している。そして、光照射工程において、液晶層１３０には電極１１３、１２３を介して所定の電圧が印加されながら、遮光マスク１２５が形成されたアレイ基板１１０側から紫外光が照射され、モノマー１０５の重合が開始される。遮光マスク１２５は、１画素のおよそ半分を覆うようにアレイ基板１１０上に形成される。遮光マスク１２５によって遮光されなかった領域に存在するモノマー１０５が重合される。その後、遮光マスク１２５が除去され、液晶パネルの全面に紫外光が照射され、液晶層１３０に残存するモノマー１０５が重合される。その結果、遮光マスク１２５により遮光されなかった領域（露光領域）には、液晶分子に対する拘束力が強い第１のポリマー層１２６が形成され、一方、遮光マスク１２５により遮光された領域（遮光領域）には、液晶分子に対する拘束力が弱い第２のポリマー層１２７が形成される。その結果、１画素内に液晶分子に対する拘束力が強い領域（すなわち、閾値電圧が高い領域）と液晶分子に対する拘束力が弱い領域（すなわち、閾値電圧が低い領域）とが形成され、白抜けを抑制することができる。
特開２００６－２６７６８９号公報
しかし、上記の白抜けを改善する方法は、製造コストの上昇、表示特性の低下を引き起こすおそれがあった。例えば、ＭＰＤ技術は、ドット内に印加する電圧を変えるための構造を必要とする。このため、製造コストが高くなり、又、配線の増加等により開口率が減少するという点で不利な面があった。
また、上記の特許文献１に係る液晶表示装置においては、突起物が用いられているが、突起物が配置された領域は表示に用いることが困難であった。このため、開口率を高め、輝度を向上させる点で工夫の余地があった。また、突起物が配置された領域だけでなく、その近傍においても、液晶分子の配向が突起物の影響を受けるため、所望の配向に制御することが困難であった。このため、コントラストを向上させる点で工夫の余地があった。そして、上記の特許文献１に係る液晶表示装置においては、重合を行う際に短波長（３３０ｎｍ以下）の光を長時間照射する必要があったため、液晶や配向膜にダメージを与えてしまうことがあり、信頼性をより向上させる点で工夫の余地があった。更に、上記の特許文献１に係る液晶表示装置においては、重合を行う際に電圧が印加されているため、製造コストが高くなってしまうという点でも工夫の余地があった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、開口率の低下、コントラスト比の低下といった従来見られた他の表示特性の悪化や信頼性の低下を抑制しつつ、中間調において、斜めから画面を見たときの輝度が、正面から画面を見たときの輝度よりも高くなる、いわゆる白抜け現象が発生することを抑制できる液晶表示装置、及び、液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、白抜け現象を抑制する方法としてＰＳＡ技術に着目し、ＰＳＡ技術に用いられるモノマーについて鋭意検討を行った。その結果、垂直配向膜上に２種類以上の特定の２官能モノマーを用いてポリマー層を形成することにより、該ポリマー層により配向制御される領域の閾値電圧を調整することが可能であることを見出した。また、前記２官能モノマーとして、少なくとも１種類は、長波長（３３０ｎｍより長い波長）の光を吸収し、重合反応を起こすモノマーを用いることで、短波長の光を使用しなくてもモノマーを重合させることができるため、液晶や配向膜に与えるダメージを抑えることが可能であることを見出した。前記ポリマー層により、液晶や配向膜を劣化させることなく、配向制御される領域と前記ポリマー層により配向制御されない領域とで閾値電圧を違えることにより、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明の一側面は、一対の基板と、該一対の基板間に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、負の誘電率異方性を有し、前記一対の基板のうち少なくとも一方は、電極と、近接する液晶分子を垂直に配向させる配向膜と、２種類以上の２官能モノマーの重合によって、前記配向膜の液晶層側の主面の一部に形成され、近接する液晶分子を配向制御するポリマー層とを有し、前記２種類以上の２官能モノマーのうち少なくとも１種類は、３３０ｎｍより長い波長の光を照射されたとき、重合反応するモノマーであり、前記配向膜と液晶分子とが接する第１の配向領域と、前記ポリマー層と液晶分子とが接する第２の配向領域とが設けられた複数の画素を有し、前記第１の配向領域と前記第２の配向領域とは、閾値電圧が互いに異なる液晶表示装置である。この液晶表示装置を以下では、「第１の液晶表示装置」ともいう。
前記第１の液晶表示装置においては、ポリマー層の材料として２官能モノマーを用いる。上記２官能モノマーとは、２つの反応性の官能基を有し、３３０ｎｍより長い波長の光によって重合反応するモノマーであれば特に限定されないが、吸収波長のピークが３３０ｎｍ以上であるモノマーが好ましい。また、上記２官能モノマーの吸収波長のピークは、３８０ｎｍ以下であることが好ましい。２官能モノマーを用いたポリマー層は、単官能モノマーを用いたポリマー層と比べて、（１）プレチルト角を充分に保持することができるので高い信頼性が得られる点、（２）重合速度を早くすることができるので、例えば光重合であれば露光時間を短くでき、生産性の向上、及び／又は、製造コストの低減が可能である点で優れている。また、２官能モノマーを用いたポリマー層は、３つ以上の反応性の官能基を有する多官能モノマーを用いたポリマー層と比べて、液晶への溶解性に優れている。
短波長（３３０ｎｍ以下）の光は、液晶や配向膜に吸収されやすいため、液晶や配向膜の変質を招来しやすい。一方、３３０ｎｍよりも長い波長の光は、短波長の光に比べると液晶や配向膜に与える影響が格段に少ない。このため、３３０ｎｍよりも長い波長の光を吸収し、重合反応を起こす２官能ポリマーを用いてポリマー層を形成することで、ポリマー層形成時に照射する光から短波長の光をカットすることができるため、液晶や配向膜へのダメージを抑えることが可能となる。
上記３３０ｎｍより長い波長の光を照射されたとき、重合反応するモノマーは、波長３４０ｎｍ～３８０ｎｍで重合反応するものであることがより好ましい。
前記垂直に配向させる配向膜とは、垂直配向モードの液晶表示を実現可能な配向膜を意味し、液晶分子を膜面に対して完全に垂直、すなわち９０°に配向制御する配向膜だけでなく、液晶分子を膜面に対して実質的に垂直に配向制御する配向膜をも含む。実質的に垂直とは、８０°以上を意味し、好ましくは８５°以上を意味する。
前記閾値電圧とは、液晶層が光学的な変化を起こし、液晶表示装置において表示状態が変化することになる電場を生じる電圧値を意味する。
前記第１の配向領域の閾値電圧の差と、前記第２の配向領域の閾値電圧との差は、０．１Ｖ以上であることが好ましく、０．５Ｖ～１．５Ｖであることがより好ましい。
前記第１の配向領域と前記第２の配向領域とで閾値電圧を異ならせるためには、それぞれの配向領域における液晶分子のプレチルト角を異ならせることが挙げられる。また、それぞれの配向領域において、アンカリング強度を異ならせることによっても閾値電圧を異ならせることができる。図８は、プレチルト角の違いによるＶＴ（電圧－透過率）曲線の変化を示す図である。図８に示す通り、プレチルト角が大きくなる程、閾値電圧は高くなる。
前記第１の液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素によって特に限定されるものではない。
以下、前記第１の液晶表示装置の好ましい形態について、更に詳しく説明する。
前記好ましい形態の一つとして、前記配向膜は、光反応性官能基を含む配向膜材料に偏光紫外光を照射することにより形成される形態が挙げられる（以下では、第一形態とも言う。）。偏光紫外光を用いることで、プレチルト角の調整を精度よく行うことができるため、第一形態の液晶表示装置を表示品位に優れた光配向タイプの液晶表示装置とすることができる。
第一形態において、前記光反応性官能基は、カルコン基、クマリン基、シンナメート基、アゾベンゼン基、及び、トラン基からなる群から選択された少なくとも１つであることが好ましい。このような光反応性官能基を有するモノマーを用いてポリマー層を形成すると、配向制御を精度よく行うことができるため、前記群に含まれる光反応性官能基は、偏光紫外光の照射により形成される配向膜を備える液晶表示装置に特に好適に用いることができる。
前記好ましい形態の一つとして、前記第１の液晶表示装置は、前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角と、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角とが互いに異なる形態が挙げられる。前記第１の配向領域における液晶分子のプレチルト角と前記第２の配向領域における液晶分子のプレチルト角とを異ならせると、それぞれの配向領域の閾値電圧が異なることになるので、白抜けを抑制することができる。具体的には、前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角と、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角との差が０．５°～１５°程度であることが好ましい。また、第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角は、８８．０°～８８．５°であることが好ましく、第２の配向領域の液晶分子のプレチルト角は、７３．０°～８７．５°であることが好ましい。
前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角は、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角よりも大きい値となることが好ましい。前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角は、９０°に近いことから、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角を前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角よりも大きくすると、前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角と、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角との差を充分にとることができず、所望の閾値電圧の差が得られないおそれがある。
前記第２の配向領域の面積は、前記第１の配向領域の面積と前記第２の配向領域の面積との合計に比べ、３０％より大きく、７０％よりも小さいことが好ましい。前記第２の配向領域の面積が３０％以下であると、前記第２の配向領域の面積に比べ、前記第１の配向領域の面積が大きくなりすぎるため、充分に白抜けを抑制することができなくなるおそれがある。逆に、前記第２の配向領域の面積が７０％以上となると、前記第２の配向領域の面積に比べ、前記第１の配向領域の面積が小さくなりすぎるため、やはり充分に白抜けを抑制することができなくなるおそれがある。前記第１の配向領域の面積と前記第２の配向領域の面積とが実質的に等しくなることがより好ましく、具体的には、前記第２の配向領域は、前記第１の配向領域と前記第２の配向領域との合計に比べ、４５％より大きく、５５％よりも小さいことがより好ましい。
前記重合反応するモノマーは、以下の化学構造式で表されることが好ましい。
　　　Ｐ１－Ａ１－Ｐ１
（式中のＰ１は、メタクリレート基を表す。Ａ１は、フェナントレンを表す。フェナントレンに含まれる水素原子がハロゲン、メチル基、エチル基、又は、プロピル基で置換されていても良い。）
従来のＰＳＡ技術に用いられるビフェニル骨格やナフタレン骨格を有するモノマーに比べ、フェナントレン骨格を有するジメタクリルオキシフェナントレンは、吸収波長が長波長側にシフトしており、３３０ｎｍより長い波長（例えば、３４０ｎｍ～３６０ｎｍ）の光によって重合反応するため、ポリマー層を形成する際に照射する光によって液晶や配向膜がダメージを受けるのを抑えることができる。そして、形成されたポリマー層は、プレチルト角を小さくすることができ、更に、メタクリレート基の位置によってプレチルト角の変化量を調整し、プレチルト角を制御することが可能となる。
前記重合反応するモノマーは、下記化学式（１）で表される１，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、又は、下記化学式（２）で表される３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを含むことが好ましい。１，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、又は、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを用い、この濃度を適宜調整することにより、プレチルト角の変化量を調整することができる。その結果、第２の配向領域におけるプレチルト角を制御することができ、第２の配向領域の閾値電圧を第１の配向領域の閾値電圧と異ならせ、白抜けを好適に抑制できるように調整することが可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
また、このとき、前記重合反応するモノマーは、下記化学式（３）で表される２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンも含むことが好ましい。２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンは、単独で重合させてもプレチルト角を制御する効果が小さいが、本発明に係る２官能モノマーと２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンとを濃度を適宜調整して用いることで、より高精度にプレチルト角の変化量を調整することができる。その結果、第２の配向領域におけるプレチルト角を高精度に制御することができ、第２の配向領域の閾値電圧を第１の配向領域の閾値電圧と異ならせ、白抜けをより好適に抑制できるように調整することが可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
本発明の他の側面は、一対の基板と、該一対の基板間に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、負の誘電率異方性を有し、前記一対の基板のうち少なくとも一方は、電極と、近接する液晶分子を垂直に配向させる配向膜と、１，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、又は、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンと、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンとの重合によって、前記配向膜の液晶層側の主面の一部に形成され、近接する液晶分子を配向制御するポリマー層とを有し、前記配向膜と液晶分子とが接する第１の配向領域と、前記ポリマー層と液晶分子とが接する第２の配向領域とが設けられた複数の画素を有し、前記第１の配向領域と前記第２の配向領域とは、閾値電圧が互いに異なる液晶表示装置でもある。この液晶表示装置を以下では、「第２の液晶表示装置」ともいう。
１，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、及び、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンは、３３０ｎｍよりも長い波長の光を吸収し、重合反応を起こすことから、ポリマー層形成時に照射する光から短波長の光をカットすることができ、液晶や配向膜へのダメージを抑えることが可能となる。また、１，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、又は、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンと、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンとを濃度を適宜調整して用いることで、より高精度にプレチルト角の変化量を調整することができる。その結果、第２の配向領域におけるプレチルト角を高精度に制御することができ、第２の配向領域の閾値電圧を第１の配向領域の閾値電圧と異ならせ、白抜けをより好適に抑制できるように調整することが可能となる。
前記第２の液晶表示装置において、前記第１の液晶表示装置と共通する構成要素については、前記第１の液晶表示装置と同様である。
前記第２の液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素によって特に限定されるものではない。
以下、前記第２の液晶表示装置の好ましい形態について、更に詳しく説明する。
前記好ましい形態の一つとして、前記配向膜は、光反応性官能基を含む配向膜材料に偏光紫外光を照射することにより形成される形態が挙げられる（以下では、第二形態とも言う。）。偏光紫外光を用いることで、プレチルト角の調整を精度よく行うことができるため、前記第二形態の液晶表示装置を光配向タイプの液晶表示装置とすることができる。
第一形態において、前記光反応性官能基は、カルコン基、クマリン基、シンナメート基、アゾベンゼン基、及び、トラン基からなる群から選択された少なくとも１つであることが好ましい。このような光反応性官能基を有するモノマーを用いてポリマー層を形成すると、配向制御を精度よく行うことができるため、偏光紫外光の照射により形成される配向膜を備える液晶表示装置に特に好適に用いることができる。
前記好ましい形態の一つとして、前記第２の液晶表示装置は、前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角と、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角とが互いに異なる形態が挙げられる。前記第１の配向領域における液晶分子のプレチルト角と前記第２の配向領域における液晶分子のプレチルト角とを異ならせると、それぞれの配向領域の閾値電圧が異なることになるので、白抜けを抑制することができる。具体的には、前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角と、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角との差が０．５°～１５°程度であることが好ましい。また、第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角は、８８．０°～８８．５°であることが好ましく、第２の配向領域の液晶分子のプレチルト角は、７３．０°～８７．５°であることが好ましい。
前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角は、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角よりも大きい値となることが好ましい。前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角は、９０°に近いことから、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角を前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角よりも大きくすると、前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角と、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角との差を充分にとることができず、所望の閾値電圧の差が得られないおそれがある。
前記第２の配向領域の面積は、前記第１の配向領域の面積と前記第２の配向領域の面積との合計に比べ、３０％より大きく、７０％よりも小さいことが好ましい。前記第２の配向領域の面積が３０％以下であると、前記第２の配向領域の面積に比べ、前記第１の配向領域の面積が大きくなりすぎるため、充分に白抜けを抑制することができなくなるおそれがある。逆に、前記第２の配向領域の面積が７０％以上となると、前記第２の配向領域の面積に比べ、前記第１の配向領域の面積が小さくなりすぎるため、やはり充分に白抜けを抑制することができなくなるおそれがある。前記第１の配向領域の面積と前記第２の配向領域の面積とが実質的に等しくなることがより好ましく、具体的には、前記第２の配向領域は、前記第１の配向領域と前記第２の配向領域との合計に比べ、４５％より大きく、５５％よりも小さいことがより好ましい。
本発明の他の側面は、一対の基板と、該一対の基板に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置の製造方法であって、該製造方法は、前記一対の基板の少なくとも一方の基板に、電極を形成する工程と、近接する液晶分子を垂直に配向制御する配向膜を形成する工程と、前記配向膜の液晶側の主面の一部に、近接する液晶分子を配向制御するポリマー層を形成する工程とを有し、前記ポリマー層を形成する工程は、遮光部材により前記一対の基板の少なくとも一方の基板の一部を遮光し、かつ残りの部分を遮光しない状態で、３３０ｎｍより長い波長の光を照射することで液晶層中に添加された２種類以上の２官能モノマーを重合させ、前記配向膜と液晶分子とが接する第１の配向領域と、前記ポリマー層と液晶分子とが接する第２の配向領域とを画素内に形成する工程であり、前記第１の配向領域と前記第２の配向領域とは、閾値電圧が互いに異なる液晶表示装置の製造方法でもある。この液晶表示装置の製造方法を「第１の液晶表示装置の製造方法」ともいう。
前記遮光部材は、例えば、１画素領域の一部を覆うように一方の基板上に形成される。前記遮光部材が形成された基板に向けて光が照射されることで、１画素領域において、前記遮光部材により遮光されない領域と、遮光される領域とが生じる。前記遮光されない領域において、光照射により２官能モノマーが重合され、前記ポリマー層が前記配向膜上に形成される。その結果、前記ポリマー層により液晶分子が配向制御される第２の配向領域が画素内に形成される。一方、前記遮光される領域においては、実質的に２官能モノマーは重合されない。その結果、前記配向膜により液晶分子が配向制御される第１の配向領域が形成される。前記ポリマー層、及び、前記配向膜の配向規制力はそれぞれ異なるため、前記第１の配向領域と前記第２の配向領域とは、閾値電圧が互いに異なることとなる。このように、上記本発明の第１の液晶表示装置の製造方法によれば、上記本発明の第１の液晶表示装置を好適に製造することができる。また、照射される光は、３３０ｎｍより長い波長の光であるため、短波長（３３０ｎｍ以下）の光を照射するのに比べ、液晶や配向膜に与えるダメージを抑えることができる。
前記第１の液晶表示装置の製造方法において、前記第１の液晶表示装置と共通する構成要素については、前記第１の液晶表示装置と同様である。
前記第１の液晶表示装置の製造方法の構成としては、このような構成要素及び工程を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素及び工程により特に限定されるものではない。
以下、前記第１の液晶表示装置の製造方法における好ましい態様について以下に説明する。
前記２種類以上の２官能モノマーを重合させる工程は、前記配向膜で液晶分子のプレチルト角を制御し、遮光部材により画素内の一部を遮光し、かつ、前記液晶層に電圧を印加しない状態で光照射を行い、前記２種類以上の２官能モノマーを光重合させて前記ポリマー層を形成させる工程であり、前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角は、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角よりも大きい値となるのが好ましい。この態様では、前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角は、９０°に近いことから、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角を前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角よりも大きくすると、前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角と、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角との差を充分にとることができず、所望の閾値電圧の差が得られないおそれがある。
前記２種類以上の２官能モノマーを重合させる工程は、１，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、又は、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンと、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンとに無偏光紫外光を照射する工程であることが好ましい。これにより、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角を精度良く調整することができる。
前記遮光部材により遮光されない領域は、液晶が配向制御される全ての領域に比べ、３０％より大きく、７０％よりも小さいことが好ましい。前記第２の配向領域の面積が３０％以下であると、前記第２の配向領域の面積に比べ、前記第１の配向領域の面積が大きくなりすぎるため、充分に白抜けを抑制することができなくなるおそれがある。逆に、前記第２の配向領域の面積が７０％以上となると、前記第２の配向領域の面積に比べ、前記第１の配向領域の面積が小さくなりすぎるため、やはり充分に白抜けを抑制することができなくなるおそれがある。前記第１の配向領域の面積と前記第２の配向領域の面積とが実質的に等しくなることがより好ましい。具体的には、前記第２の配向領域は、前記第１の配向領域と前記第２の配向領域との合計に比べ、４５％より大きく、５５％よりも小さいことがより好ましい。
本発明の更に他の側面は、一対の基板と、該一対の基板に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置の製造方法であって、該製造方法は、前記一対の基板の少なくとも一方の基板に、電極を形成する工程と、近接する液晶分子を垂直に配向制御する配向膜を形成する工程と、前記配向膜の液晶側の主面の一部に、近接する液晶分子を配向制御するポリマー層を形成する工程とを有し、前記ポリマー層を形成する工程は、遮光部材により前記一対の基板の少なくとも一方の基板の一部を遮光し、かつ残りの部分を遮光しない状態で、３３０ｎｍより長い波長の光を照射することで液晶層中に添加された１，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、又は、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンと、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンとを重合させ、前記配向膜と液晶分子とが接する第１の配向領域と、前記ポリマー層と液晶分子とが接する第２の配向領域とを画素内に形成する工程であり、前記第１の配向領域と前記第２の配向領域とは、閾値電圧が互いに異なる液晶表示装置の製造方法でもある。この液晶表示装置の製造方法を「第２の液晶表示装置の製造方法」ともいう。
本発明の第２の液晶表示装置の製造方法によれば、上記本発明の第２の液晶表示装置を好適に製造することができる。また、照射される光は、３３０ｎｍより長い波長の光であるため、短波長（３３０ｎｍ以下）の光を照射するのに比べ、液晶や配向膜に与えるダメージを抑えることができる。
前記第２の液晶表示装置の製造方法において、前記第２の液晶表示装置と共通する構成要素については、前記第１の液晶表示装置と同様である。
前記第２の液晶表示装置の製造方法の構成としては、このような構成要素及び工程を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素及び工程により特に限定されるものではない。
以下、前記第２の液晶表示装置の製造方法における好ましい態様について以下に説明する。
前記１，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、又は、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンと、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンとを重合させる工程は、前記配向膜で液晶分子のプレチルト角を制御し、遮光部材により画素内の一部を遮光し、かつ、前記液晶層に電圧を印加しない状態で光照射を行い、前記１，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、又は、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンと、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンを光重合させて前記ポリマー層を形成させる工程であり、前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角は、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角よりも大きい値となるのが好ましい。前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角は、９０°に近いことから、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角を前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角よりも大きくすると、前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角と、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角との差を充分にとることができず、所望の閾値電圧の差が得られないおそれがある。
前記遮光部材により遮光されない領域は、液晶が配向制御される全ての領域に比べ、３０％より大きく、７０％よりも小さいことが好ましい。前記第２の配向領域の面積が３０％以下であると、前記第２の配向領域の面積に比べ、前記第１の配向領域の面積が大きくなりすぎるため、充分に白抜けを抑制することができなくなるおそれがある。逆に、前記第２の配向領域の面積が７０％以上となると、前記第２の配向領域の面積に比べ、前記第１の配向領域の面積が小さくなりすぎるため、やはり充分に白抜けを抑制することができなくなるおそれがある。前記第１の配向領域の面積と前記第２の配向領域の面積とが実質的に等しくなることがより好ましい。具体的には、前記第２の配向領域は、前記第１の配向領域と前記第２の配向領域との合計に比べ、４５％より大きく、５５％よりも小さいことがより好ましい。
前記液晶表示装置によれば、基板に突起物を形成する必要がなく、ＭＰＤの配線等を設ける必要もなく、閾値電圧の異なる第１の配向領域と第２の配向領域とを形成することが可能であるため、白抜けを抑制しながら低コストでかつ高開口率である液晶表示装置を得ることができる。また、第２の配向領域を形成する際に、短波長の光を照射する必要がないため、信頼度の高い液晶表示装置を得ることができる。
本発明の実施形態に係る液晶表示装置の重合工程前の断面模式図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の重合工程後の断面模式図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置のアレイ基板の１画素領域において、遮光マスクを重ねて配置した状態を示す平面模式図である。 試験例１～４、及び、比較例１、２に係る液晶セルにおけるプレチルト角の測定結果を示す図である。 従来の液晶表示装置における相対輝度と階調との関係を示す図である。 特許文献１に係る液晶表示装置の重合工程前の断面模式図である。 特許文献１に係る液晶表示装置の重合工程後の断面模式図である。 プレチルト角の違いによるＶＴ（電圧－透過率）曲線の変化を示す図である。
以下に実施形態を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
本発明の実施形態においては、ポリマー層を形成するために２種類の２官能モノマーが用いられる。前記ポリマー層を以下では、ＰＳＡ（Polymer Sustained Alignment）膜ともいう。本発明の実施形態においてＰＳＡ膜を形成するために用いられる２官能モノマーの例としては、上記化学式（１）～（２）で表されるものが挙げられる。
以下、本発明の実施形態に係る液晶表示装置について詳述する。図１は本発明の実施形態に係る液晶表示装置の重合工程前の断面模式図であり、図２は本発明の実施形態に係る液晶表示装置の重合工程後の断面模式図である。また、図１及び図２は、液晶表示装置の１画素領域の断面模式図でもある。図３は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置のアレイ基板の１画素領域において、遮光マスクを重ねて配置した状態を示す平面模式図である。図１及び図２に示すように本発明の実施形態の液晶表示装置は、アレイ基板１０、液晶層３０及びカラーフィルタ基板２０が、液晶表示装置の背面側から観察面側に向かって配置された液晶セルを備えている。アレイ基板１０及びカラーフィルタ基板２０からなる一対の基板間に挟持された液晶層３０は、負の誘電率異方性を有する。アレイ基板１０の背面側、及び、カラーフィルタ基板２０の観察面側には、直線偏光板が備え付けられている。これらの直線偏光板に対しては、更に位相差板が配置され、円偏光板が構成されていてもよい。
図３に示すように、本発明の実施形態の液晶表示装置において、複数の画素がマトリクス状又はデルタ状に配置されて１つの表示面を構成する。アレイ基板１０は、ガラス等を材料とする絶縁性の透明基板１１上に各種配線、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４４等を備える。具体的には、図３に示すように、アレイ基板１０は、複数のゲート配線４５と補助容量（Ｃｓ）配線４３とを有する。複数のゲート配線４５と補助容量（Ｃｓ）配線４３とは、相互に平行に伸びる。アレイ基板１０は、更に、ゲート配線４５及び補助容量（Ｃｓ）配線４３と交差し、かつ相互に平行に伸びる複数のソース配線４２と、ゲート配線４５とソース配線４２との各交差部近傍に設けられたＴＦＴ４４とを有する。各画素（画素領域）には、実質的に矩形の形状を有する画素電極１３が配置されている。
カラーフィルタ基板２０は、ガラス等を材料とする絶縁性の透明基板２１、及び、透明基板２１上に形成された、共通電極２３、カラーフィルタ、ブラックマトリクス等を備える。
画素電極１３及び共通電極２３の形成方法としては、スパッタ法、化学的気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法、蒸着法等が挙げられる。画素電極１３については更にフォトリソグラフィー法を用いることで、例えば、スリットを有する形状や櫛歯状にパターニングすることができるが、画素電極１３は、スリットを有する形状や櫛歯状にパターニングされず、画素領域内に形成された平板電極であってもよい。画素電極１３及び共通電極２３の材料としては、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）等の透明な金属酸化膜が好適に用いられる。
また、アレイ基板１０は配向膜１２を備え、カラーフィルタ基板２０もまた配向膜２２を備える。配向膜１２、２２は、垂直配向膜であり、液晶分子を実質的に垂直方向にプレチルト配向（初期傾斜）させることができる。配向膜１２、２２を形成するための配向膜材料は特に限定されず、例えば、溶媒に高分子材料を溶かしたものが用いられる。高分子材料としては、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニル、ポリシロキサン等が挙げられる。前記高分子材料は、光反応性官能基を含むものであることが好ましい。光反応性官能基には、例えば、カルコン基、クマリン基、シンナメート基、アゾベンゼン基、トラン基等が挙げられる。
配向膜１２、２２の形成方法としては、例えば、配向膜材料を塗布した後に、ローラ等により溝を形成させ、配向膜を形成するラビング法等が挙げられる。また、光反応性官能基を含む配向膜材料を塗布した後に、光を照射し、光配向膜を形成する形成方法が挙げられる。このとき照射される光の種類は、光反応性官能基を反応させて配向機能を発現させることができるものであれば、特に限定されないが、例えば、偏光紫外線が好適である。
図１に示すように、２官能モノマー重合工程前において液晶層３０中には、２官能モノマー５及び２官能モノマー６が存在している。また、透明基板２１の外部側（液晶側の反対側）には、遮光マスク２５が設けられており、１画素領域のおよそ半分を遮光する。そして、２官能モノマー重合工程において、３３０ｎｍ以下の波長を波長カットフィルタによりカットした無偏光紫外線が透明基板２１の法線方向から照射される。このとき、画素電極１３及び共通電極２３を介して、液晶層３０に電圧が印加されていてもよいが、製造コストを抑制する観点から、電圧は印加されないことが好ましい。無偏光紫外線の照射により、２官能モノマー５及び２官能モノマー６は重合を開始し、図２に示すように、配向膜１２、２２上の遮光されなかった領域にＰＳＡ層２６が形成される。その結果、遮光マスク２５によって遮光され、ＰＳＡ層２６が形成されず、配向膜１２、２２と液晶層３０とが接する領域（第１の配向領域４０）と、ＰＳＡ層２６が形成され、ＰＳＡ層２６と液晶層３０とが接する領域（第２の配向領域４１）とが形成される。ＰＳＡ層２６は、配向膜１２、２２のもつ配向規制力を変化させることから、第１の配向領域４０と第２の配向領域４１とは、配向規制力が互いに異なることとなり、その結果、閾値電圧が互いに異なることとなる。図１及び図２に記載の液晶表示装置において、電圧は印加されておらず、液晶分子は、実質的に垂直に配向されている。
上記ＰＳＡ層２６により配向制御される領域の閾値電圧を調整し、液晶表示装置における白抜けを抑制できる。また、上記２官能モノマー５、及び／又は、２官能モノマー６は、長波長（３３０ｎｍより長い波長）の光を吸収し、短波長の光を使用しなくても重合反応しＰＳＡ層２６を形成するので、液晶層３０や配向膜１２、２２に与えるダメージを抑えることが可能である。
第１の配向領域における閾値電圧は、第２の配向領域における閾値電圧よりも大きいことが好ましい。上述の通り、プレチルト角が大きくなる程、閾値電圧は高くなることから、第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角が、第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角よりも大きい値とすることが好ましい。また、第１の配向領域のアンカリング強度を第２の配向領域のアンカリング強度よりも強くすることによっても、第１の配向領域における閾値電圧を、第２の配向領域における閾値電圧よりも大きくすることができる。第１の配向領域における閾値電圧の好ましい範囲は、２．０Ｖ～２．５Ｖである。第２の配向領域における閾値電圧の好ましい範囲は、０．５Ｖ～２．０Ｖである。
遮光マスク２５は、透明基板２１上に密着して形成されていてもよく、透明基板２１と離れて形成されていてもよい。また、遮光マスク２５は、光を遮光するものであれば、特に限定されず、例えば、Ｃｒ又はＡｌ等の金属から形成されていてもよく、樹脂から形成されていてもよい。
更に、図３を用いて、第１の配向領域と第２の配向領域について詳述する。
図３に示すように、遮光マスク２５は、１画素領域の約半分を覆うように形成される。このとき、第２の配向領域が形成される前に、１画素領域内で、画素の長手方向に液晶分子の配向される方向が２分割されていれば、第２の配向領域が形成されることで、１画素内で液晶分子の配向方向は４つに分割されることとなる。更に、遮光マスク２５の形状は、図３の例に限定されず、例えば、１画素領域の長手方向を二分するような形状であってもよいし、１画素領域内に市松模様に配されるような形状であってもよい。
以下、本発明の実施形態に係る液晶表示装置に基づいて、第２の配向領域のみを有する液晶セルを作製し、プレチルト角と初期の電圧保持率（ＶＨＲ：Voltage Holding Ratio）とを測定した試験例を示す。
東陽テクニカ社製の６２５４型液晶物性測定システムを用いてＶＨＲを測定した。より具体的には、液晶セルを７０℃のオーブンに入れ、印加電圧１Ｖ及び５Ｖ、６０μｓ間で電極間に電荷を充電し、その後、１６．６７ｍｓ間の開放期間（電圧を印加しない期間）中の電極間電位を測定し、保持される電荷の割合を測定した。
液晶セルを振ってセナルモン法（Senarmont Method）によりリタデーションを測定し、クリスタルローテーション法を用いてフィッティングすることでプレチルト角を算出した。測定装置は、中央精機株式会社製のＯＭＳ－ＡＦ２を使用した。光源には、直線偏光のＨｅ－Ｎｅレーザー照射装置を用い、直線偏光のＨｅ－Ｎｅレーザー光（波長６３２．８ｎｍ、出力２ｍＷ）を照射した。スポット径は１ｍｍ、温度は２５℃で測定を行った。
試験例１
一対のガラス基板の片側の主面全体に電極を形成し、光反応性官能基であるシンナメート基を有するイミド化率５０％のポリイミドを含有する配向膜材料をスピンコート法により塗布した。
塗布後、９０℃で１分間仮乾燥を行い、続いて２００℃で６０分間焼成を行った。
次に、各ガラス基板の表面に対し、配向処理として偏光紫外線を照射し、垂直配向膜を形成した。垂直配向膜のプレチルト角は、８８．１°～８８．５°となった。
次に、一方のガラス基板にシールを塗布し、もう一方のガラス基板にビーズを散布した後、２枚のガラス基板の貼り合わせを行い、貼り合わせたガラス基板を０．５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で加圧しながら、窒素パージした炉内において２００℃で６０分間加熱し、シールを硬化させた。
以上の方法で作製したセルに負の誘電率異方性を示す液晶を注入した。液晶中には、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンを液晶組成物全体の０．６ｗｔ％となるように添加するとともに、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを液晶組成物全体の０．１ｗｔ％となるように添加した。液晶注入後、１３０℃で１時間加熱急冷を行った。
次に、３３０ｎｍ以下の波長を波長カットフィルタによりカットした無偏光ＵＶ（０．３３ｍＷ／ｃｍ２）の光をガラス基板の主面の法線方向から４時間照射し、２官能モノマーの重合を行った。
試験例２
２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンを液晶組成物全体の０．６ｗｔ％となるように添加するとともに、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを液晶組成物全体の０．３ｗｔ％となるように添加したこと以外は、試験例１と同様にして液晶セルを作製した。
試験例３
２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンを液晶組成物全体の０．６ｗｔ％となるように添加するとともに、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンに替えて、１，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを液晶組成物全体の０．１ｗｔ％となるように添加したこと以外は、試験例１と同様にして液晶セルを作製した。
試験例４
２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンを液晶組成物全体の０．６ｗｔ％となるように添加するとともに、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンに替えて、１，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを液晶組成物全体の０．３ｗｔ％となるように添加したこと以外は、試験例１と同様にして液晶セルを作製した。
比較例１
液晶中に、２官能モノマーを添加しなかったこと以外は、試験例１と同様にして液晶セルを作製した。
比較例２
２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンのみを液晶組成物全体の０．６ｗｔ％となるように添加したこと以外は、試験例１と同様にして液晶セルを作製した。
試験例１～４、及び、比較例１、２に係る液晶表示装置におけるモノマー条件及び無偏光紫外線の照射条件を表１及び２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
図４は、試験例１～４、及び、比較例１、２に係る液晶セルにおけるプレチルト角の測定結果を示す図である。図４に示すように、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンを０．６ｗｔ％、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを０．１ｗｔ％添加した試験例１においては、プレチルト角は、８５．０°となり、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンを０．６ｗｔ％、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを０．３ｗｔ％添加した試験例２においては、プレチルト角は、７８．３°となった。また、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンを０．６ｗｔ％、１，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを０．１ｗｔ％添加した試験例３においては、プレチルト角は、８７．２°となり、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンを０．６ｗｔ％、１，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを０．３ｗｔ％添加した試験例４においては、プレチルト角は、８６．６°となった。一方、２官能モノマーを添加しなかった比較例１においては、プレチルト角は、８８．３°となり、２官能モノマーである２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンのみを０．６ｗｔ％添加した比較例２においては、プレチルト角は、８８．４°となった。初期のＶＨＲは、試験例１～４、及び、比較例１、２のいずれにおいても、９９％以上となった。
試験例１、２、及び、比較例２より、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンに加え、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを添加すると、プレチルト角は小さくなり、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンの濃度を高くすることで、プレチルト角をより小さくすることが可能となることが判明した。
また、試験例３及び４より、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンに替えて１，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを添加しても、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを用いた試験例１及び２と同様にプレチルト角は小さくなり、１，６－ジメタクリルオキシフェナントレンの濃度を高くすることで、プレチルト角をより小さくすることが可能となることが判明した。更に、試験例１～４より、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを添加したときのほうが、等量の１，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを添加したときよりもプレチルト角の変化量が大きくなることが判明した。
以上から、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンに３，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、又は、１，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを添加し、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、又は、１，６－ジメタクリルオキシフェナントレンの濃度を調整することにより、第２の配向領域におけるプレチルト角を高精度で制御し、第２の配向領域の閾値電圧を精密に調整できることが判明した。これにより、ＭＰＤのように、画素毎に印加する電圧を変えることなく、全ての画素において印加する電圧を一定にしても、白抜けを好適に抑制し、コントラストを向上させることができる。その結果、コストを抑え、開口率を高めることが可能となる。また、短波長の光をカットし、３３０ｎｍより長い波長の光を使用して重合させることができるため、液晶や配向膜にダメージを与えることなく第２の配向領域を形成することができる。
上述の実施形態は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲でさまざまな変更が施されてもよい。以下に本実施形態の変形例を示す。本実施形態に係る液晶表示装置は、カラーフィルタをアレイ基板１０に備えるカラーフィルタオンアレイ（Color Filter On Array）の形態であってもよい。また、本実施形態に係る液晶表示装置はモノクロディスプレイであってもよく、その場合、カラーフィルタは配置される必要はない。
本実施形態に係る液晶表示装置は、透過型、反射型及び反射透過両用型のいずれであってもよい。透過型又は反射透過両用型であれば、本実施形態の液晶表示装置は、更に、バックライトを備えている。バックライトは、液晶セルの背面側に配置され、アレイ基板１０、液晶層３０及びカラーフィルタ基板２０の順に光が透過するように配置される。反射型又は反射透過両用型であれば、アレイ基板１０は、外光を反射するための反射板を備える。また、少なくとも反射光を表示として用いる領域においては、カラーフィルタ基板２０の偏光板は、円偏光板である必要がある。
なお、本願は、２０１０年１１月１１日に出願された日本国特許出願２０１０－２５３２１２号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。これらの出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。
４、１０４：液晶分子
５、６：２官能モノマー
１０、１１０：アレイ基板
１１、２１：透明基板
１２、２２、１１２、１２２：配向膜
１３：画素電極
２３：共通電極
２０、１２０：カラーフィルタ基板
２５、１２５：遮光マスク
２６：ＰＳＡ層
３０、１３０：液晶層
４０：第１の配向領域
４１：第２の配向領域
４２：ソース配線
４３：補助容量（Ｃｓ）配線
４４：ＴＦＴ
４５：ゲート配線
１０５：モノマー
１１３、１２３：電極
１１５：突起
１２６：第１のポリマー層
１２７：第２のポリマー層

Claims (15)

  1. 一対の基板と、該一対の基板間に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置であって、
    前記液晶層は、負の誘電率異方性を有し、
    前記一対の基板のうち少なくとも一方は、電極と、近接する液晶分子を垂直に配向させる配向膜と、２種類以上の２官能モノマーの重合によって、前記配向膜の液晶層側の主面の一部に形成され、近接する液晶分子を配向制御するポリマー層とを有し、
    前記２種類以上の２官能モノマーのうち少なくとも１種類は、３３０ｎｍより長い波長の光を照射されたとき、重合反応するモノマーであり、
    前記配向膜と液晶分子とが接する第１の配向領域と、前記ポリマー層と液晶分子とが接する第２の配向領域とが設けられた複数の画素を有し、
    前記第１の配向領域と前記第２の配向領域とは、閾値電圧が互いに異なる
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角と、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角とが互いに異なることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
  3. 前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角は、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角よりも大きい値となることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
  4. 前記配向膜は、光反応性官能基を含む配向膜材料に偏光紫外光を照射することにより形成されることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の液晶表示装置。
  5. 前記光反応性官能基は、カルコン基、クマリン基、シンナメート基、アゾベンゼン基、及び、トラン基からなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
  6. 前記第２の配向領域の面積は、前記第１の配向領域の面積と前記第２の配向領域の面積との合計に比べ、３０％より大きく、７０％よりも小さいことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の液晶表示装置。
  7. 前記重合反応するモノマーは、以下の化学構造式で表されることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の液晶表示装置。
    　　　Ｐ１－Ａ１－Ｐ１
    （式中のＰ１は、メタクリレート基を表す。Ａ１は、フェナントレンを表す。フェナントレンに含まれる水素原子がハロゲン、メチル基、エチル基、又は、プロピル基で置換されていても良い。）
  8. 前記重合反応するモノマーは、１，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、又は、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンを含むことを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の液晶表示装置。
  9. 前記重合反応するモノマーは、更に、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンを含むことを特徴とする請求項８記載の液晶表示装置。
  10. 一対の基板と、該一対の基板間に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置であって、
    前記液晶層は、負の誘電率異方性を有し、
    前記一対の基板のうち少なくとも一方は、電極と、近接する液晶分子を垂直に配向させる配向膜と、１，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、又は、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンと、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンとの重合によって、前記配向膜の液晶層側の主面の一部に形成され、近接する液晶分子を配向制御するポリマー層とを有し、
    前記配向膜と液晶分子とが接する第１の配向領域と、前記ポリマー層と液晶分子とが接する第２の配向領域とが設けられた複数の画素を有し、
    前記第１の配向領域と前記第２の配向領域とは、閾値電圧が互いに異なる
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  11. 一対の基板と、該一対の基板に挟持された負の誘電率異方性を有する液晶層とを備える液晶表示装置の製造方法であって、
    該製造方法は、前記一対の基板の少なくとも一方の基板に、電極を形成する工程と、近接する液晶分子を垂直に配向制御する配向膜を形成する工程と、前記配向膜の液晶側の主面の一部に、近接する液晶分子を配向制御するポリマー層を形成する工程とを有し、
    前記ポリマー層を形成する工程は、遮光部材により前記一対の基板の少なくとも一方の基板の一部を遮光し、かつ残りの部分を遮光しない状態で、３３０ｎｍより長い波長の光を照射することで液晶層中に添加された２種類以上の２官能モノマーを重合させ、前記配向膜と液晶分子とが接する第１の配向領域と、前記ポリマー層と液晶分子とが接する第２の配向領域とを画素内に形成する工程であり、
    前記第１の配向領域と前記第２の配向領域とは、閾値電圧が互いに異なる
    ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  12. 前記２種類以上の２官能モノマーを重合させる工程は、前記配向膜で液晶分子のプレチルト角を制御し、遮光部材により画素内の一部を遮光し、かつ、前記液晶層に電圧を印加しない状態で光照射を行い、前記２種類以上の２官能モノマーを光重合させて前記ポリマー層を形成させる工程であり、
    前記第１の配向領域中の液晶分子のプレチルト角は、前記第２の配向領域中の液晶分子のプレチルト角よりも大きい値となる
    ことを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置の製造方法。
  13. 前記２種類以上の２官能モノマーを重合させる工程は、１，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、又は、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンと、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンとに無偏光紫外光を照射する工程であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の液晶表示装置の製造方法。
  14. 前記遮光部材により遮光されない領域は、液晶が配向制御される全ての領域に比べ、３０％より大きく、７０％よりも小さいことを特徴とする請求項１１～１３のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
  15. 一対の基板と、該一対の基板に挟持された負の誘電率異方性を有する液晶層とを備える液晶表示装置の製造方法であって、
    該製造方法は、前記一対の基板の少なくとも一方の基板に、電極を形成する工程と、近接する液晶分子を垂直に配向制御する配向膜を形成する工程と、前記配向膜の液晶側の主面の一部に、近接する液晶分子を配向制御するポリマー層を形成する工程とを有し、
    前記ポリマー層を形成する工程は、遮光部材により前記一対の基板の少なくとも一方の基板の一部を遮光し、かつ残りの部分を遮光しない状態で、３３０ｎｍより長い波長の光を照射することで液晶層中に添加された１，６－ジメタクリルオキシフェナントレン、又は、３，６－ジメタクリルオキシフェナントレンと、２，７－ジメタクリルオキシフェナントレンとを重合させ、前記配向膜と液晶分子とが接する第１の配向領域と、前記ポリマー層と液晶分子とが接する第２の配向領域とを画素内に形成する工程であり、
    前記第１の配向領域と前記第２の配向領域とは、閾値電圧が互いに異なる
    ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
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