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WO2012121174A1 - 液晶表示パネル、液晶表示装置及び液晶表示セル - Google Patents

液晶表示パネル、液晶表示装置及び液晶表示セル Download PDF

Info

Publication number
WO2012121174A1
WO2012121174A1 PCT/JP2012/055463 JP2012055463W WO2012121174A1 WO 2012121174 A1 WO2012121174 A1 WO 2012121174A1 JP 2012055463 W JP2012055463 W JP 2012055463W WO 2012121174 A1 WO2012121174 A1 WO 2012121174A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid crystal
crystal display
alignment film
display panel
photo
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/055463
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
敢 三宅
宮地　弘一
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
Priority to US14/003,587 priority Critical patent/US20130342798A1/en
Publication of WO2012121174A1 publication Critical patent/WO2012121174A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/02—Liquid crystal materials characterised by optical, electrical or physical properties of the components, in general

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display panel, a liquid crystal display device, and a liquid crystal display cell. More specifically, the present invention relates to a liquid crystal display panel, a liquid crystal display device, and a liquid crystal display cell in which a horizontal light alignment film is formed.
  • Liquid crystal display devices have been used in a wide range of fields such as mobile applications, monitors, and large televisions, taking advantage of their thinness, light weight, and low power consumption. Various performances are required in these fields, and various display methods (modes) have been developed.
  • the basic configuration / basic principle is that a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of substrates, a voltage is appropriately applied to electrodes provided on the substrate on the liquid crystal layer side, and the orientation direction of liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer By controlling the light transmission / cut-off (display on / off), the liquid crystal display can be realized.
  • VA vertical alignment
  • IPS In-plane switching
  • FFS fringe field switching
  • liquid crystal molecules tilted at a predetermined pretilt angle can be obtained, and the orientation direction of the liquid crystal molecules can be defined in a certain direction.
  • the monomer for forming the polymer a material that is polymerized by heat, light (ultraviolet rays) or the like is selected.
  • the present inventors have been researching a photo-alignment technique that can control the liquid crystal alignment azimuth when a voltage is applied to a plurality of azimuths without applying a rubbing treatment to the alignment film, and can obtain excellent viewing angle characteristics.
  • the photo-alignment technique is a technique that uses an active material for light as the material of the alignment film, and irradiates the formed film with light rays such as ultraviolet rays, thereby generating alignment regulating force in the alignment film.
  • the alignment process can be performed in a non-contact manner with respect to the film surface, so that generation of dirt, dust, and the like during the alignment process can be suppressed.
  • unlike the rubbing treatment it can be suitably applied to a large-sized panel, and the manufacturing yield can be improved.
  • the current photo-alignment technology is mainly introduced for mass production of TVs using a vertical alignment film such as VA mode, and is still introduced for mass production of TVs using a horizontal alignment film such as IPS mode. Not. This is because the use of a horizontal alignment film causes a large amount of image sticking in the liquid crystal display.
  • the image sticking is a phenomenon in which when the same voltage is continuously applied to the liquid crystal cell for a certain period of time, brightness is different between a portion where the voltage is continuously applied and a portion where the voltage is not applied.
  • the present inventors have found that the formation of a stable polymer layer by PS conversion is suitable for reducing the occurrence of image sticking due to weak anchoring of the horizontal photo-alignment film. It is important to accelerate the polymerization reaction. Further, as described in detail in Japanese Patent Application No. 2010-231924, a combination of a specific liquid crystal component and a PS process is preferable. This improves the formation speed of the polymer layer (the speed at which the polymerizable monomer in the liquid crystal layer starts chain polymerization such as radical polymerization and deposits on the liquid crystal layer side surface of the alignment film to form the polymer layer). Thus, a polymer layer (PS layer) having a stable orientation regulating force can be formed. In addition, when the alignment film is a horizontal alignment film, the image sticking reduction effect can increase the polymerization reaction and the formation rate of the polymer layer, and is particularly great.
  • Non-Patent Document 1 describes alignment deformation due to weak ancanring, but there is no description regarding the photo-alignment film, and further, there is no discussion regarding the stabilizing effect of alignment deformation when a spacer is present.
  • the problem of reducing thread-like defects is particularly important when aiming for mass production of liquid crystal display devices that use a horizontal alignment film with weak alignment control power, and is a new problem in the technical field of the present invention. I think that the.
  • the present invention has been made in view of the above-described present situation, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display panel, a liquid crystal display device, and a liquid crystal display cell that reduce thread-like defects generated in display pixels and have excellent display quality. Is.
  • the first is a case where anchoring of the alignment film itself is weak.
  • the inventors of the present invention have found that if the anchoring of the alignment film is weak, the alignment regulating force becomes weak, and the liquid crystal molecules in the bulk are likely to deviate from the alignment treatment direction of the alignment film. That is, as a solution, a method of increasing the anchoring strength of the alignment film itself can be considered.
  • the horizontal photo-alignment film generally has a significantly lower anchoring energy than the horizontal alignment film for rubbing, The property improvement approach has been difficult.
  • the second is a case where the elastic constant of the liquid crystal is small.
  • the present inventors have found that when the elastic constant is small, the liquid crystal molecules are easily elastically deformed, and therefore alignment disorder is likely to occur.
  • the third is the presence of a spacer.
  • the present inventors have found that there is always a spacer at the start / end of the thread defect. Also, for example, even if a thread-like defect occurs at the moment of phase transition from the isotropic phase to the liquid crystal phase, the thread-like defect is not stable due to its elastic deformation energy and disappears with a finite time in the region where no spacer exists. Observed that. That is, since the spacer has an effect of stabilizing the thread-like defect, a method for destabilizing it was examined.
  • the deformation mode of the liquid crystal is mainly composed of Splay and Bend, and both ends of the thread defect, that is, around the spacer such as beads are sprayed.
  • Deformation and / or bend deformation, and both the splay deformation and the bend deformation are dominant in the middle part of the thread defect. Therefore, increasing the energy of orientation deformation leads to destabilization of the thread-like defect. Therefore, it is important to increase the elastic constants K1 (spray) and K3 (bend) of the liquid crystal.
  • the present invention is a liquid crystal display panel comprising a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, wherein at least one of the pair of substrates is a photo-alignment film in order from the liquid crystal layer side.
  • the liquid crystal layer is a liquid crystal display panel containing liquid crystal molecules having an elastic constant K1 of splay deformation and / or an elastic constant K3 of bend deformation of 13 pN or more at 20 ° C.
  • a horizontal photo-alignment film will be mainly described as the photo-alignment film.
  • the photo-alignment film in the present invention is a photo-alignment film that aligns liquid crystal molecules in the horizontal direction with respect to the substrate main surface (in this specification, a photo-alignment film that aligns liquid crystal molecules in the horizontal direction is referred to as “horizontal light”.
  • the alignment film is preferably referred to as an “alignment film.”
  • the effect of the present invention can be exhibited if it is a photo-alignment film. Note that the alignment of liquid crystal molecules in the horizontal direction with respect to the main surface of the substrate does not require the liquid crystal molecules to be strictly in the horizontal direction, but in the horizontal direction to the extent that a desired display can be realized in each mode of the liquid crystal display device. What is necessary is just to make it align.
  • the splay deformation elastic constant K1 and the bend deformation elastic constant K3 are preferably 13 pN or more at 20 ° C., respectively. Thereby, the energy which forms a thread-like defect also becomes large, and the effect of this invention which reduces a thread-like defect can further be exhibited.
  • the values of the elastic constants K1 and K3 are values at 20 ° C. unless otherwise specified.
  • a preferable upper limit of K1 is 20 pN.
  • the preferable upper limit of K3 is 20 pN.
  • the elastic constant K1 of splay deformation and / or the elastic constant K3 of bend deformation can be measured by EC-1 type manufactured by Toyo Corporation.
  • the measurement temperature is 20 ° C.
  • the liquid crystal molecules according to the present invention can be usually produced industrially using a general chemical method.
  • a person skilled in the art can easily prepare a liquid crystal material having a high elastic constant according to the present invention. That is, many kinds of liquid crystal molecules have been developed. For example, many of those liquid crystal molecule libraries in which K1 and K3 exceed 13 pN are used, and ⁇ n, ⁇ , ⁇ 1, Tni, etc.
  • a large number of liquid crystals are mixed to develop a liquid crystal for a display that satisfies not only the elastic constant but also all physical property values.
  • the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer may be a mixture of a plurality of types of liquid crystal molecules.
  • the liquid crystal layer may be divided into a plurality of liquid crystals. It can be a mixture of molecules.
  • the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer are a mixture of a plurality of types, it is necessary that the liquid crystal molecules as a whole satisfy the above-described configuration relating to the elastic modulus of the present invention.
  • the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer may be either one having positive dielectric anisotropy (positive type) or one having negative dielectric anisotropy (negative type).
  • At least one of the pair of substrates included in the liquid crystal display panel includes a polymer layer, a horizontal light alignment film, and an electrode in order from the liquid crystal layer side. You may have a different layer between a polymer layer and a horizontal photo-alignment film, and / or between a horizontal photo-alignment film and an electrode.
  • it is preferable that at least one of the pair of substrates has a polymer layer formed between the liquid crystal layer and the photo-alignment film in the liquid crystal display panel.
  • the polymer layer and the horizontal photo-alignment film and / or between the horizontal photo-alignment film and the electrode may be disposed between the polymer layer and the horizontal photo-alignment film and / or between the horizontal photo-alignment film and the electrode,
  • the polymer layer and the horizontal light alignment film are usually in contact with each other.
  • both of the pair of substrates have the horizontal light alignment film and the polymer layer.
  • at least one of the pair of substrates includes a linear electrode.
  • the liquid crystal layer includes liquid crystal molecules having an alkenyl group.
  • formation of the polymer layer is one preferred embodiment, it is a matter of course that formation of the polymer layer is not the only method for overcoming the burn-in of the horizontal photo-alignment film, and other methods (for example, a driving method)
  • the formation of the polymer layer is not essential if the seizure can be suppressed.
  • the horizontal light alignment film is a polymer film having a property of causing anisotropy in the film by irradiation with polarized light or non-polarized light, and generating an alignment regulating force in the horizontal direction with respect to the main surface of the substrate.
  • the horizontal photo-alignment film is a photo-alignment film that has been photo-aligned by ultraviolet rays, visible light, or both.
  • the magnitude of the pretilt angle imparted to the liquid crystal molecules by the photo-alignment film can be adjusted by the type of light, the light irradiation time, the light irradiation intensity, the type of photofunctional group, and the like.
  • the pretilt angle of the horizontal photo-alignment film is preferably 0 ° to 45 °, more preferably 0 ° to 10 °, and still more preferably 0 ° to 5 °.
  • the viewing angle characteristic is better when the pretilt angle is closer to 0 °. Since the alignment is fixed by forming the polymer layer, it is not necessary to prevent ultraviolet rays or visible light from entering the liquid crystal layer after the manufacturing process, and the range of selection of the manufacturing process is expanded.
  • the said horizontal photo-alignment film material may be a single polymer or a mixture containing further molecules.
  • the polymer containing a functional group capable of photo-orientation may have a form in which a further low molecule such as an additive or a further polymer that is photoinactive is contained.
  • a material that causes a photodecomposition reaction, a photoisomerization reaction, or a photodimerization reaction is selected.
  • the photo-alignment film preferably includes at least one structure selected from the group consisting of a photoisomerization structure of a photofunctional group, a photodimerization structure of a photofunctional group, and a photodecomposition structure of a photofunctional group.
  • the photoisomerizable structure of the photofunctional group is a structure in which the photofunctional group is isomerized by light irradiation.
  • it has a structure in which a photofunctional group of a cis isomer (or trans isomer) is changed into a photofunctional group of a trans isomer (or cis isomer) through an excited state by light irradiation.
  • the photodimerization structure of the photofunctional group is a structure in which photofunctional groups are bonded to each other by light irradiation, and is preferably formed by a crosslinking reaction that is a dimerization reaction.
  • the photodecomposable structure of the photofunctional group is a structure in which the photofunctional group is decomposed by light irradiation.
  • Typical materials that cause photoisomerization and photodimerization are azobenzene derivatives, cinnamoyl derivatives, chalcone derivatives, cinnamate derivatives, coumarin derivatives, diarylethene derivatives, stilbene derivatives, and anthracene derivatives.
  • the photoisomerization type or photodimerization type material is preferably a cinnamate group or a derivative thereof.
  • the photo-alignment film is preferably a cinnamate derivative.
  • the benzene ring contained in these functional groups may be a heterocyclic ring.
  • Typical materials that cause photodecomposition are polyimide, polyamic acid, and siloxane materials containing a cyclobutane skeleton.
  • the horizontal light alignment film is preferably a film that horizontally aligns liquid crystal molecules with respect to the main surface of the substrate (horizontal alignment film).
  • the horizontal alignment film may be any film as long as at least adjacent liquid crystal molecules are aligned substantially horizontally with respect to the photo-alignment film surface.
  • the pretilt angle of the horizontal photo-alignment film is preferably 0 ° to 45 °, more preferably 0 ° to 10 °, and still more preferably 0 ° to 5 °. Particularly in the IPS mode and the FFS mode, the viewing angle characteristics are better when the pretilt angle is closer to 0 °. Excitation energy transfer from the alignment film to the monomer when the horizontal light alignment film is irradiated with light is performed more efficiently in the horizontal alignment film than in the vertical alignment film. For example, a more stable PS layer is formed. Can do.
  • the horizontal photo-alignment film may be a photo-alignment film irradiated with ultraviolet rays from the outside of the liquid crystal cell.
  • these are preferably formed simultaneously using the same light. Thereby, a liquid crystal display panel with high manufacturing efficiency is obtained.
  • the polymer layer in the present invention is preferably formed by polymerizing a monomer added to the liquid crystal layer, in other words, the PS layer described above is preferable.
  • the PS layer usually controls the alignment of adjacent liquid crystal molecules.
  • the polymerizable functional group of the monomer is preferably at least one selected from the group consisting of an acrylate group, a methacrylate group, a vinyl group, a vinyloxy group, and an epoxy group.
  • the said polymer layer is formed by polymerizing the monomer containing an acrylate group or a methacrylate group.
  • the said monomer is a monomer which starts a polymerization reaction (photopolymerization) by irradiation of light, or a monomer which starts a polymerization reaction (thermal polymerization) by heating.
  • the polymer layer is preferably formed by photopolymerization or thermal polymerization.
  • photopolymerization is preferable, whereby the polymerization reaction can be easily started at room temperature.
  • the light used for photopolymerization is preferably ultraviolet light, visible light, or both.
  • the polymerization reaction for forming the PS layer is not particularly limited, and may be sequential polymerization in which a bifunctional monomer gradually increases in molecular weight while forming a new bond, and a small amount of catalyst ( A chain polymerization in which monomers are successively bonded to the active species generated from the initiator and chain-grown may be used.
  • a chain polymerization in which monomers are successively bonded to the active species generated from the initiator and chain-grown may be used.
  • Examples of the sequential polymerization include polycondensation and polyaddition.
  • Examples of the chain polymerization include radical polymerization, ionic polymerization (anionic polymerization, cationic polymerization, etc.) and the like.
  • the polymer layer is formed on the horizontal light alignment film that has been subjected to the alignment treatment, thereby improving the alignment regulating force of the alignment film and reducing the occurrence of image burn-in.
  • a voltage higher than a threshold is applied to the liquid crystal layer and the monomer is polymerized in a state where the liquid crystal molecules are pretilted, the polymer layer is pretilt aligned with respect to the liquid crystal molecules. It will be formed in the form which has the structure to make.
  • the liquid crystal display panel of the present invention has a spacer, and the spacer may be covered with the horizontal light alignment film.
  • the spacer is covered with the horizontal light alignment film as long as it can be said that at least a part (usually the side surface) of the spacer that is in contact with the liquid crystal layer is covered with the horizontal light alignment film.
  • the spacer can be coated with the photo-alignment film by performing the photo-alignment film coating process on the substrate on which the spacer is formed in advance or the substrate on which the spacer is arranged by spraying or the like.
  • the spacer formed in advance on the substrate is usually made of resin, and the spacer arranged by spraying or the like is usually made of glass or plastic.
  • the spacer is a spacer made of a resin formed in advance on the substrate. More preferably, the resin is an acrylic resin. Examples of the shape of the spacer include a cylinder, a prism, a frustum, and a sphere.
  • the pair of substrates included in the liquid crystal display panel of the present invention is a substrate for sandwiching a liquid crystal layer.
  • an insulating substrate such as glass or resin is used as a base, and wiring, electrodes, color filters, etc. are formed on the insulating substrate. Formed.
  • the alignment type of the liquid crystal layer is preferably a type that can use a horizontal alignment film, for example, an IPS (In-plane Switching) type, an FFS (Fringe Field Switching) type, an OCB (Optically Compensated Birefringence) type, or a TN (Twisted) type.
  • Nematic STN (Super Twisted Nematic)
  • FLC Fluoroelectrics Liquid Crystal
  • PDLC Polymer Dispersed Liquid Crystal
  • PNLC Polymer Network Liquid Crystal
  • the alignment type is also suitable for a blue-phase type that does not require the formation of an alignment film.
  • the orientation type is also suitable for a form in which a multi-domain structure is formed on at least one of the pair of substrates in order to improve viewing angle characteristics.
  • the multi-domain structure is different in the alignment mode of liquid crystal molecules (for example, the bend direction in OCB and the twist direction in TN and STN) or the alignment direction when no voltage is applied, when voltage is applied, or both.
  • the electrodes are positively patterned into an appropriate form, or the alignment direction of the horizontal photo-alignment film is patterned using a photomask or the like for light irradiation to the horizontal photo-alignment film. It is necessary to perform either or both of these processes.
  • the present invention can be suitably applied to a display device having an excellent viewing angle, such as an IPS type or an FFS type. Technologies with good viewing angles are required for applications such as medical monitors, electronic books, smartphones, and tablet terminals.
  • the present invention is also a liquid crystal display device including the liquid crystal display panel of the present invention.
  • the preferred form of the liquid crystal display panel in the liquid crystal display device of the present invention is the same as the preferred form of the liquid crystal display panel of the present invention.
  • the liquid crystal display device of the present invention is an IPS liquid crystal display device.
  • the liquid crystal display device of this invention is a FFS type liquid crystal display device.
  • the IPS liquid crystal display device is usually a horizontal electric field liquid crystal display device in which two types of electrodes are provided on one of a pair of substrates so as to face each other when the substrate main surface is viewed in plan view.
  • the FFS type liquid crystal display device is generally a fringe in which one of a pair of substrates is provided with a planar electrode and a slit electrode disposed in a separate layer with the planar electrode and an insulating layer interposed therebetween.
  • This is an electric field type liquid crystal display device.
  • the present invention further relates to a liquid crystal display cell comprising a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, wherein at least one of the pair of substrates includes a photo-alignment film and a liquid crystal layer in order from the liquid crystal layer side.
  • the liquid crystal layer having an electrode is also a liquid crystal display cell containing liquid crystal molecules having an elastic constant K1 of splay deformation and / or an elastic constant K3 of bend deformation of 20 pC and 13 pN or more.
  • the liquid crystal display cell of the present invention comprises the same constituent members as those of the liquid crystal display panel of the present invention, and preferred constituent members are also the same as those of the liquid crystal display panel of the present invention.
  • the photo-alignment film is preferably a photo-alignment film that aligns liquid crystal molecules in the horizontal direction with respect to the main surface of the substrate.
  • a liquid crystal display cell is normally provided with a raw glass as a substrate on the observation surface side.
  • the configuration of the liquid crystal display panel and the liquid crystal display device of the present invention is not particularly limited by other components as long as such components are formed as essential, and the liquid crystal display panel and the liquid crystal display are not limited. Other configurations normally used in the apparatus can be applied as appropriate.
  • the present invention it is possible to obtain a liquid crystal display panel and a liquid crystal display device that reduce thread-like defects generated in display pixels and have excellent display quality.
  • a liquid crystal display device such as an IPS type or an FFS type having a horizontal photo-alignment film, taking advantage of the characteristics of the horizontal photo-alignment film, the viewing angle is excellent, The effect of reducing thread-like defects can also be exhibited.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a liquid crystal display cell according to Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing a comb-tooth electrode according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a photograph showing a display unit of the liquid crystal display cell according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a photograph showing a display unit of a liquid crystal display cell according to Embodiment 2.
  • 6 is a schematic cross-sectional view showing a liquid crystal display panel according to Embodiment 3.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing an electrode having a slit according to Embodiment 3.
  • FIG. 10 is a schematic plan view showing a counter substrate according to Embodiment 3.
  • FIG. 6 is a photograph showing a display unit of a liquid crystal display panel according to Embodiment 3.
  • 6 is a photograph showing a display unit of a liquid crystal display panel according to Embodiment 4.
  • 10 is a photograph showing a display unit of a liquid crystal display panel according to Embodiment 5.
  • FIG. 4 is a photograph showing a display unit of a liquid crystal display cell according to Comparative Example 1.
  • 10 is a photograph showing a display unit of a liquid crystal display panel according to Comparative Example 2. It is a photograph which shows a thread-like defect. It is a photograph which shows a thread-like defect. It is an example of the orientation state of the liquid crystal molecule
  • 14 is a photograph showing a display unit of a liquid crystal display cell according to Comparative Example 3.
  • 14 is a photograph showing a display unit of a liquid crystal display panel according to Comparative Example 4.
  • a liquid crystal cell refers to a portion of a liquid crystal layer to be driven, for example, a portion located between both substrates.
  • “above” and “below” in the present specification include the numerical values. That is, “more than” means less (the value and more than the value).
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a liquid crystal display cell according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a schematic plan view illustrating the comb electrode according to the first embodiment.
  • the liquid crystal display cell includes an array substrate 10 and a liquid crystal layer 30 sandwiched between a pair of substrates made of a counter substrate 20.
  • the array substrate 10 includes an insulating transparent substrate 15 made of glass or the like, and further includes a signal electrode 11 (signal electrode), a common electrode 12, various wirings, a TFT, and the like formed on the transparent substrate 15.
  • the counter substrate 20 is an elemental glass substrate in the liquid crystal display cell of Embodiment 1, but an insulating transparent substrate 25 made of glass or the like, and a color filter and a black matrix formed on the transparent substrate 25 are used.
  • a color filter substrate may be provided, and a common electrode or the like may be further provided as necessary.
  • a pair of comb electrodes 13 are formed only on the array substrate 10 as shown in FIG.
  • the invention can also be applied to other modes, in which case electrodes are formed on both the array substrate 10 and the counter substrate 20 as necessary.
  • the array substrate 10 includes an alignment film (horizontal light alignment film) 16, and the counter substrate 20 also includes an alignment film (horizontal light alignment film) 26.
  • the alignment films 16 and 26 are films mainly composed of polyimide, polyamide, polyvinyl, polysiloxane, and the like, and liquid crystal molecules can be aligned in a certain direction by forming the alignment film.
  • a polymerizable monomer is present in the liquid crystal layer 30 before the PS polymerization step. Then, the polymerizable monomer starts to be polymerized by the PS polymerization process, and as shown in FIG. 1, the PS layers 17 and 27 are formed on the alignment films 16 and 26 to improve the alignment regulating force of the alignment films 16 and 26.
  • the PS layers 17 and 27 inject a liquid crystal composition containing a liquid crystal material and a polymerizable monomer between the array substrate 10 and the counter substrate 20, and irradiate or heat the liquid crystal layer 30 with a certain amount of light. It can be formed by polymerizing a polymerizable monomer. At this time, by performing polymerization in a state where a voltage equal to or higher than the threshold is applied to the liquid crystal layer 30, PS layers 17 and 27 having a shape along the initial inclination of the liquid crystal molecules are formed. PS layers 17 and 27 having high properties can be obtained. In addition, you may add a polymerization initiator to a liquid-crystal composition as needed.
  • the liquid crystal display panel according to Embodiment 1 is configured by laminating an array substrate 10, a liquid crystal layer 30, and a counter substrate 20 in this order from the back side to the observation surface side of the liquid crystal display device.
  • Linear polarizing plates 18 and 28 are provided on the back side of the array substrate 10 and the observation surface side of the counter substrate 20.
  • a retardation plate may be further arranged to form a circularly polarizing plate.
  • the liquid crystal display panel according to the first embodiment may be in the form of a color filter on array (Color ⁇ ⁇ ⁇ Filter On Array) including color filters on the array substrate 10. Further, the liquid crystal display panel according to Embodiment 1 may be a monochrome display or a field sequential color system, and in that case, a color filter need not be arranged.
  • the liquid crystal layer 30 is filled with a liquid crystal material having a characteristic of being oriented in a specific direction when a constant voltage is applied.
  • the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 30 is controlled by applying a voltage higher than a threshold value.
  • the alignment film used in Embodiment 1 is a horizontal light alignment film.
  • the horizontal photoalignment film electrons in the photoactive site are excited by light irradiation.
  • the photoactive site since the photoactive site directly interacts with the liquid crystal layer to align the liquid crystal, the intermolecular distance between the photoactive site and the polymerizable monomer is shorter than that of the vertical alignment film, and the excitation energy The probability of delivery increases dramatically.
  • the vertical alignment film since a hydrophobic group always exists between the photoactive site and the polymerizable monomer, the intermolecular distance becomes long, and energy transfer hardly occurs. Therefore, it can be said that the PS process is particularly suitable for a horizontal alignment film.
  • a glass substrate 15 having a pair of comb-teeth electrodes 13 disposed on the surface and a bare glass substrate 25 as a counter substrate were prepared, and a polyvinyl cinnamate solution was applied to each substrate by spin coating.
  • the pair of comb-shaped electrodes 13 has the signal electrode 11 and the common electrode 12 extending substantially in parallel with each other, and each is formed in a zigzag manner.
  • the double-headed arrow in FIG. 2 indicates the irradiation polarization direction (when using negative liquid crystal molecules).
  • IZO Indium Zinc Oxide
  • the electrode width L of the comb electrode was 3 ⁇ m
  • the inter-electrode distance S was 9 ⁇ m.
  • a polyvinyl cinnamate solution was prepared by dissolving polyvinyl cinnamate in a solvent in which N-methyl-2-pyrrolidone and ethylene glycol monobutyl ether were mixed in an equal amount to 3% by weight with respect to 100% by weight of the solution. . After spin coating, it was temporarily dried at 90 ° C. for 1 minute and baked at 200 ° C. for 60 minutes while purging with nitrogen. The film thickness of the alignment film after baking is 100 nm.
  • thermosetting seal (HC1413FP: manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was printed on the glass substrate 15 on which comb-shaped electrodes made of IZO were disposed on the surface. Further, in order to make the thickness of the liquid crystal layer 30 3.5 ⁇ m, 3.5 ⁇ m diameter plastic beads (SP-2035: manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) were sprayed on the opposite glass substrate 25. The two types of substrates were bonded so that the polarization directions of the irradiated ultraviolet rays coincided between the substrates.
  • the bonded substrate was heated at 100 ° C. for 60 minutes in a furnace purged with nitrogen while being pressurized at 0.5 kgf / cm 2 to cure the seal.
  • Liquid crystal was injected into the liquid crystal cell produced by the above method under vacuum.
  • Embodiment 1 negative liquid crystal (liquid crystal with negative dielectric anisotropy) MLC6883 (manufactured by Merck) is added as liquid crystal, and biphenyl-4,4′-diyl bis (2-methyl acrylate) is used as a polymerizable monomer.
  • the liquid crystal is not particularly limited to this, and may be positive type (liquid crystal having positive dielectric anisotropy).
  • the polymerizable monomer is not particularly limited to dimethacrylate.
  • the inlet of the liquid crystal cell into which the liquid crystal was injected was sealed with an ultraviolet curable resin (TB3026E: manufactured by Three Bond Co.).
  • the ultraviolet ray irradiated in the sealing process was 365 nm, and the pixel portion was shielded from light to remove the influence of the ultraviolet ray. Further, at this time, the electrodes were short-circuited so that the liquid crystal alignment was not disturbed by the external field, and the glass surface was subjected to a charge removal treatment.
  • the liquid crystal cell was heated at 130 ° C. for 40 minutes to perform a realignment treatment with the liquid crystal in an isotropic phase.
  • FIG. 3 is a photograph showing a display unit of the liquid crystal display cell according to the first embodiment. The distance of the thread-like defect was clearly shorter and less in number than Comparative Example 1 described later, and was improved as compared with Comparative Example 1.
  • a thread-like defect is an alignment disorder of liquid crystal molecules and is an alignment defect.
  • the reason why the thread-like defect loses light is that the liquid crystal molecules are aligned in the axial orientation of the polarizing plate in the surrounding uniformly oriented region, whereas in the thread-like defect, the liquid crystal existing on a certain line This is probably because the molecules rotate 180 degrees and the axis of the liquid crystal molecules deviates from the axis orientation of the polarizing plate. That is, this thread defect has elastic energy accompanying orientation deformation.
  • FIG. 13 and 14 are photographs showing thread-like defects.
  • FIG. 15 is an example of the alignment state of the liquid crystal molecules at the thread defect occurrence location.
  • the thread defect 204 occurs between spacers such as the beads 200. From observation with a polarizing microscope, it was found that the thread-like defect 204 is a “ ⁇ inversion wall” in which the liquid crystal molecules rotate 180 degrees when following the liquid crystal molecules perpendicular to the major axis direction of the thread-like defect 204.
  • An example of this orientation state is shown in FIG. Bend deformation and splay deformation have occurred on the reversal wall, and splay deformation has mainly occurred at the tip of the wall (near the bead 200), which is the end of the wall.
  • FIG. 15 is an example of the alignment state of the liquid crystal molecules at the thread defect occurrence location.
  • the thread defect 204 occurs between spacers such as the beads 200.
  • FIG. 13 and 14 are photographs showing thread-like defects.
  • FIG. 15 is an example of the
  • liquid crystal molecule 232 that undergoes bend deformation and a liquid crystal molecule 232 ′ that undergoes splay deformation.
  • the liquid crystal molecules are rotated 180 degrees on the alternate long and short dash line in FIG. 14 (the direction perpendicular to the major axis direction of the thread-like defect 204).
  • the elastic energy density F of the liquid crystal is expressed by the following formula (1).
  • F 1/2 ⁇ K1 ( ⁇ ⁇ n) ⁇ 2 + K2 (n ⁇ ( ⁇ ⁇ n)) ⁇ 2 + K3 (n ⁇ ( ⁇ ⁇ n)) ⁇ 2 ⁇
  • K1 is a constant related to splay deformation
  • K2 is a constant related to twist deformation
  • K3 is a constant related to bend deformation.
  • Each of the above constants is also called an elastic constant.
  • the smaller the K1 to K3 constant the smaller the elastic energy of orientation deformation and the easier orientation deformation occurs.
  • the thread-like defect which is the subject of the present invention, is structurally caused mainly by bend deformation and splay deformation, and the energy of the thread-like defect is considered to depend on either or both of K1 and K3.
  • the liquid crystal display panel including the liquid crystal cell of Embodiment 1 described above can appropriately include a member (for example, a color filter) included in a normal liquid crystal display panel.
  • the liquid crystal display device including the liquid crystal display panel according to Embodiment 1 described above can further include a member (for example, a light source such as a backlight) included in a normal liquid crystal display device as appropriate.
  • the liquid crystal display device of Embodiment 1 can be suitably used for TV panels, digital signage, medical monitors, electronic books, PC monitors, portable terminal panels, and the like. The same applies to liquid crystal cells, liquid crystal display panels, and the like according to embodiments described later.
  • the liquid crystal display device may be any of a transmission type, a reflection type, and a reflection / transmission type.
  • the liquid crystal display device of Embodiment 1 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 counter 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 counter substrate 20 needs to be a circularly polarizing plate.
  • the liquid crystal display device is disassembled, and the recovered liquid crystal is sealed in a cell, and the elastic constant can be measured with EC-1 type manufactured by Toyo Technica.
  • the measurement temperature is 20 ° C.
  • horizontal photo-alignment is performed by performing chemical analysis using gas chromatography mass spectrometry (GC-MS: Gas-Chromatograph-Mass Spectrometry), time-of-flight mass spectrometry (TOF-SIMS), etc. Analysis of membrane components, analysis of polymer layer components, and the like can be performed.
  • the cross-sectional shape of the liquid crystal cell including the alignment film and the PS layer can be confirmed by microscopic observation such as STEM (Scanning Transmission Electron Microscope) and SEM (Scanning Electron Microscope). it can.
  • Embodiment 2 A liquid crystal cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that negative liquid crystal MLC6610 (manufactured by Merck) was used instead of negative liquid crystal MLC6883 (manufactured by Merck). A polymerizable monomer was also added in the same manner.
  • FIG. 4 is a photograph showing the display unit of the liquid crystal display cell according to the second embodiment.
  • the distance of the thread-like defect is clearly shorter and the number is smaller than that of Comparative Example 1, which is improved from Comparative Example 1 described later.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a liquid crystal display panel according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic plan view illustrating an electrode having a slit according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic plan view illustrating the counter substrate according to the third embodiment.
  • FIGS. 5 to 7 according to the third embodiment there are hundreds of those that exhibit the same functions as the members and parts shown in FIGS. 1 and 2 according to the first embodiment, unless otherwise specified. The same reference numerals are given except that 1 is added to the place.
  • a TFT (Thin Film Transistor) substrate having an FFS (Fringe Field Switching) structure and a CF substrate previously provided with a spacer 129 were used as a counter substrate.
  • the material of the spacer in this embodiment is an acrylic resin, but the material is not particularly limited as long as the spacer 129 has a function of maintaining a desired liquid crystal cell thickness.
  • the spacers 129 are arranged on a BM (Black-Matrix) at 60 ⁇ m intervals in the horizontal direction and 160 ⁇ m intervals in the vertical direction, and cannot be observed with transmitted light (FIG. 7 is observed with reflected light).
  • the TFT substrate has an electrode 112 having a slit in the upper layer and a lower electrode 114 in the lower layer. There is an insulating layer 113 between the electrode 112 having a slit and the lower electrode 114.
  • a plurality of electrodes are extended substantially in parallel with each other, and each is formed in a straight line shape.
  • the irradiation ultraviolet polarization direction is inclined by 7 ° from the longitudinal direction of the electrode.
  • the electrode 112 having the upper layer slit is a signal electrode
  • the lower layer electrode 114 is a common electrode.
  • the upper electrode may be, for example, a pair of comb electrodes instead of the electrodes having slits.
  • the double-headed arrow in FIG. 6 indicates the irradiation polarization direction (when using negative liquid crystal molecules), as in FIG.
  • ITO IndiumxTin Oxide
  • the electrode width L of the electrode having the upper slit was 5 ⁇ m
  • the inter-electrode distance S was 5 ⁇ m.
  • MLC6883 (made by Merck) was used for the liquid crystal.
  • the elastic constant of MLC6883 is as described above in the first embodiment. It is considered that the elastic constant is large and the energy for forming the thread-like defect is also increased, and the thread-like defect is expected to decrease.
  • Other configurations (other members, procedures, etc. for manufacturing a liquid crystal display panel, for example, a PS layer obtained by PS conversion) are the same as those of the above-described second embodiment.
  • a polymerizable monomer was also added in the same manner.
  • FIG. 8 is a photograph showing the display unit of the liquid crystal display panel according to the third embodiment. Compared to Comparative Example 2 described later, both the length and number of thread defects were reduced and improved.
  • Embodiment 4 An FFS type liquid crystal display panel was produced in the same manner as in Embodiment 3, but negative liquid crystal MLC6610 (manufactured by Merck & Co., Inc.) was used as the liquid crystal. A polymerizable monomer was also added in the same manner.
  • the elastic constant of MLC6610 is as described above in the second embodiment. It is considered that the elastic constant is large and the energy for forming the thread-like defect is also increased, and the thread-like defect is expected to decrease.
  • Other configurations (other members, procedures, etc. for manufacturing a liquid crystal display panel.
  • an FFS-type electrode structure and a PS layer obtained by PS conversion) are the same as the configurations of the above-described third embodiment. It is the same.
  • FIG. 9 is a photograph showing the display unit of the liquid crystal display panel according to the fourth embodiment. Compared to Comparative Example 2 described later, both the length and number of thread defects were reduced and improved.
  • Embodiment 5 An FFS type liquid crystal display panel was manufactured in the same manner as in the third embodiment, but the negative type liquid crystal MLC6608 (manufactured by Merck) was used as the liquid crystal. A polymerizable monomer was also added in the same manner.
  • Other configurations (other members, procedures, etc. for manufacturing a liquid crystal display panel. For example, an FFS-type electrode structure and a PS layer obtained by PS conversion) are the same as the configurations of the above-described third embodiment. It is the same.
  • FIG. 10 is a photograph showing the display unit of the liquid crystal display panel according to the fifth embodiment. Compared to Comparative Example 2 described later, both the length and number of thread defects were reduced and improved.
  • PS-IPS mode IPS-processed IPS mode liquid crystal display device according to Embodiments 1 and 2
  • PS-FFS mode PS-processed FFS mode liquid crystal display devices according to Embodiments 3 to 5
  • the horizontal photo-alignment film generally has a weak alignment regulating force, the image sticking phenomenon is severe and mass production is difficult (here, the horizontal photo-alignment film is the above-described horizontal alignment film and photo-alignment film).
  • the present inventors solved this by performing PS (Polymer Sustained) treatment.
  • PS Polymer Sustained
  • the horizontal light alignment film has a weak alignment regulating force, which causes a thread defect.
  • the inventors of the present invention have successfully solved this by selecting a liquid crystal.
  • a usage application for example, a liquid crystal TV
  • visible light should be avoided as much as possible as light used for the alignment treatment of the horizontal light alignment film.
  • the surface of the alignment film is covered with the PS layer by PS treatment, and the alignment is fixed. Therefore, a material having a visible light region in the sensitivity wavelength may be used as the material of the horizontal light alignment film.
  • the sensitivity wavelength of the material of the horizontal light alignment film includes an ultraviolet light region, it is necessary to provide an ultraviolet absorption layer to cut weak ultraviolet rays from the backlight and the surrounding environment. Further, there is an advantage that it is not necessary to provide an ultraviolet absorbing layer by using PS.
  • the burn-in is improved, the PS irradiation amount (time) can be reduced.
  • throughput is increased by reducing the irradiation amount (time).
  • the irradiation device can be made smaller, the investment amount can be reduced.
  • the linearly polarized ultraviolet irradiation in the photo-alignment process of Examples 1 to 5 is performed before the pair of substrates are bonded together. However, after the pair of substrates are bonded, the photo-alignment process is performed from the outside of the liquid crystal cell. May be. The photo-alignment treatment may be performed before or after the liquid crystal is injected. However, in the case of irradiating the linearly polarized ultraviolet light in the photo-alignment process after injecting the liquid crystal, the photo-alignment process and the PS process can be performed at the same time, which has an advantage of shortening the process.
  • Embodiment 6 An FFS type liquid crystal display panel was produced in the same manner as in Embodiment 3, but the liquid crystal was trans-4-propyl-4'-vinyl-, which is a liquid crystal molecule further containing an alkenyl group in the negative type liquid crystal MLC6608 (manufactured by Merck). 1,1'-Bicyclohexane was added. In addition, the polymerizable monomer biphenyl-4,4'-diyl bis (2-methyl acrylate) was also added. The mixing ratio is 100: 5: 0.3 in weight ratio in order. Other configurations (other members, procedures, etc. for manufacturing a liquid crystal display panel.
  • an FFS-type electrode structure and a PS layer obtained by PS conversion are the same as the configurations of the above-described third embodiment. It is the same.
  • the produced panel was observed with a polarizing microscope, both the length and the number of thread-like defects were reduced and improved as compared with Comparative Example 2 described later.
  • the evaluation method for burn-in is as follows. A region X and a region Y to which two different voltages can be applied are formed in the liquid crystal panel of Embodiment 6, and 6 V is applied to the region X between an electrode having a slit (source electrode) and a lower layer electrode (common electrode). Y was allowed to elapse for 6 hours without applying anything. Thereafter, 2.4 V was applied to each of the region X and the region Y, and the luminance T (x) of the region X and the luminance T (y) of the region Y were measured.
  • ⁇ T (x, y) (
  • the burn-in rate ⁇ T of the liquid crystal panel of Embodiment 6 was very good at only 10%. This is considered to be due to the effect of suppressing the image sticking by the polymer layer and at the same time the liquid crystal molecules containing the alkenyl group promoting the formation of the polymer layer.
  • the FFS mode is superior in transmittance to the IPS mode, there is an advantage that a panel with low power consumption and high definition can be manufactured.
  • high-definition of mobile panels tablet terminals, smartphones
  • FFS to which photo-alignment is applied is likely to cause thread defects, and the present invention is suitable.
  • the structure of the FFS mode liquid crystal display device is different from the structure of the IPS mode liquid crystal display device in that there is a lower layer electrode, which has a shielding effect against static electricity. It also has the effect of preventing and increasing production yield.
  • Comparative Example 1 In Comparative Example 1, the manufacturing process of the constituent members and the cell is the same as that of the first embodiment except that 4-cyano-4'-pentylbiphenyl (5CB) is used as the liquid crystal. However, in Comparative Example 1, in order to eliminate the flow alignment and image sticking of the liquid crystal, the liquid crystal cell is heated at 130 ° C. for 40 minutes to perform realignment treatment with the liquid crystal in an isotropic phase, and the polarization direction of the ultraviolet rays irradiated to the alignment film When a liquid crystal cell uniaxially oriented in a direction perpendicular to the surface was obtained, when observed with a polarizing microscope, thread-like defects were generated between the beads and light was lost.
  • 4CB 4-cyano-4'-pentylbiphenyl
  • FIG. 11 is a photograph showing a display unit of a liquid crystal display cell according to Comparative Example 1. Some thread-like defects reached 1000 ⁇ m in length, and many thread-like defects were observed.
  • Comparative Example 2 In Comparative Example 2, the manufacturing process of the constituent members and the liquid crystal display panel is the same as that of the third embodiment except that 4-cyano-4'-pentylbiphenyl (5CB) is used as the liquid crystal.
  • the elastic constant of 5CB is as described above in Comparative Example 1.
  • a polymerizable monomer was also added in the same manner.
  • FIG. 12 is a photograph showing a display unit of a liquid crystal display panel according to Comparative Example 2. As in Comparative Example 1, many thread defects occurred. In Comparative Example 2, in the liquid crystal panel having the FFS structure, as in the liquid crystal cell according to Comparative Example 1, when the elastic constant of the liquid crystal is small, it indicates that thread-like defects frequently occur.
  • Comparative Example 3 In Comparative Example 3, the production process of the constituent members and cells is the same as that of Comparative Example 1 except that 4-cyano-4'-hexylbiphenyl (6CB) is used as the liquid crystal.
  • 6CB 4-cyano-4'-hexylbiphenyl
  • FIG. 16 is a photograph showing a display unit of a liquid crystal display cell according to Comparative Example 3. Similar to Comparative Example 1, the length of the thread defects reached 1000 ⁇ m, and many thread defects were observed.
  • the crystal phase (Cr) -nematic phase (N) phase transition temperature is 15 ° C.
  • the nematic phase (N) -isotropic phase (Iso) phase transition temperature (TnI) is 28 ° C. (Cr 15 ° C. N 28 ° C. Iso).
  • Comparative Example 4 In Comparative Example 4, the constituent members and the manufacturing process of the liquid crystal display panel are the same as those in Embodiment 3 except that 4-cyano-4'-hexylbiphenyl (6CB) is used as the liquid crystal.
  • the elastic constant of 6CB is as described above in Comparative Example 3.
  • a polymerizable monomer was also added in the same manner.
  • FIG. 17 is a photograph showing a display unit of a liquid crystal display panel according to Comparative Example 4. As in Comparative Example 3, many thread defects occurred.
  • Comparative Example 4 in the liquid crystal panel having the FFS structure, as in the liquid crystal cell according to Comparative Example 3, when the elastic constant of the liquid crystal is small, it indicates that the thread defects frequently occur.
  • both the cell and panel results are clearly improved over the first to fourth comparative examples. From the above results, it is clear that a marked improvement (boundary point) is seen at 13 pN or more.

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Abstract

表示画素内において発生する糸状欠陥を低減し、表示品位に優れる液晶表示パネル及び液晶表示装置を提供する。一対の基板の少なくとも一方は、光配向膜及び電極を有し、液晶層は、スプレイ変形の弾性定数Ｋ１及び／又はベンド変形の弾性定数Ｋ３が、２０℃で、１３ｐＮ以上である液晶分子を含有する液晶表示パネルである。

Description

液晶表示パネル、液晶表示装置及び液晶表示セル
本発明は、液晶表示パネル、液晶表示装置及び液晶表示セルに関する。より詳しくは、水平光配向膜が形成された液晶表示パネル、液晶表示装置及び液晶表示セルに関するものである。
液晶表示装置は、薄型、軽量及び低消費電力といった特長を活かし、モバイル用途やモニター、大型テレビ等の幅広い分野で用いられている。これらの分野において種々の性能が要求され、様々な表示方式（モード）が開発されている。その基本構成・基本原理は、液晶層を狭持する一対の基板を備え、液晶層側の基板上に設けられた電極に対して電圧を適宜印加し、液晶層に含まれる液晶分子の配向方向を制御することによって光の透過／遮断（表示のオン／オフ）を制御し、液晶表示を可能とするものである。
近年の液晶表示装置の表示方式としては、負の誘電率異方性を有する液晶分子を基板面に対して垂直配向させた垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードや、正又は負の誘電率異方性を有する液晶分子を基板面に対して水平配向させて液晶層に対し横電界を印加する面内スイッチング（ＩＰＳ：In-Plane Switching）モード及び縞状電界スイッチング（ＦＦＳ：Fringe Field Switching）等が挙げられる。
ところで、高輝度かつ高速応答可能な液晶表示装置を得る方法として、ポリマーを用いた配向安定化（以下、ＰＳ（Polymer Sustained）化ともいう。）を用いることが提案されている（例えば、特許文献１～８参照。）。このうち、ポリマーを用いたプレチルト角付与技術（以下、ＰＳＡ（Polymer Sustained Alignment）技術ともいう。）では、重合性を有するモノマー、オリゴマー等の重合性成分を混合した液晶組成物を基板間に封入し、基板間に電圧を印加して液晶分子をチルト（傾斜）させた状態でモノマーを重合させ、ポリマーを形成する。これにより、電圧印加を取り除いた後であっても、所定のプレチルト角でチルトする液晶分子が得られ、液晶分子の配向方位を一定方向に規定することができる。ポリマーを形成するモノマーとしては、熱、光（紫外線）等で重合する材料が選択される。
特許第４１７５８２６号明細書 特許第４２３７９７７号明細書 特開２００５－１８１５８２号公報 特開２００４－２８６９８４号公報 特開２００９－１０２６３９号公報 特開２００９－１３２７１８号公報 特開２０１０－３３０９３号公報 米国特許第６１７７９７２号明細書
木村宗弘、「液晶科学実験講座第１７回：界面アンカリングエネルギー係数測定方法（その３）」、液晶、日本液晶学会、２００６年１月２５日発行、第１０巻、第１号、ｐ．９５－１０１
本発明者らは、配向膜にラビング処理を施さなくても電圧印加時の液晶配向方位を複数方位に制御可能とし、優れた視角特性を得ることができる光配向技術の研究を行っている。光配向技術は、配向膜の材料として光に活性の材料を用い、形成した膜に対して紫外線等の光線を照射することによって、配向膜に配向規制力を生じさせる技術である。光配向技術によれば、配向処理を膜面に対して非接触で行うことができるので、配向処理中における汚れ、ごみ等の発生を抑制することができる。また、ラビング処理と異なり大型のサイズのパネルにも好適に適用することができ、更に、製造歩留まりも優れたものとすることができる。
現在の光配向技術は、主にＶＡモード等の垂直配向膜を用いるタイプのＴＶの量産用として導入されており、ＩＰＳモード等の水平配向膜を用いるタイプのＴＶの量産用には未だ導入されていない。その理由は、水平配向膜を用いることにより、液晶表示に焼き付きが大きく発生するためである。焼き付きとは、液晶セルに対して同じ電圧を一定時間印加し続けたときに、電圧を印加し続けた部分と電圧を印加していない部分とで、明るさが違って見える現象である。
水平光配向膜の弱アンカリングに起因する焼き付きの発生の低減にはＰＳ化による安定したポリマー層の形成が好適であることを本発明者らは見出しており、そのためには、ＰＳ化のための重合反応の促進が重要である。更に、特願２０１０－２３１９２４号において詳述したように、特定の液晶成分とＰＳ化工程との組み合わせが好適である。これにより、ポリマー層の形成速度（液晶層内の重合性モノマーがラジカル重合等の連鎖重合を開始し、配向膜の液晶層側の表面上に堆積してポリマー層が形成される速度）を向上させて安定した配向規制力をもつポリマー層（ＰＳ層）を形成することができる。また、焼き付きの低減効果は、配向膜が水平配向膜である場合に、重合反応及びポリマー層の形成速度を向上することができ、特に大きなものとなる。
ここで、例えば水平光配向膜を使用したＩＰＳモード、ＦＦＳモード、ＯＣＢモード、ＴＮモード、ＳＴＮモード等の液晶表示モードにおいて、水平光配向膜の弱アンカリングに起因する配向不良の中で特に問題なのは糸状欠陥の発生である。糸状欠陥とは、液晶の配向欠陥が糸状に発生して、光抜けを引き起こすことをいう。液晶表示装置の品位への影響としては、黒が沈まず、コントラストが悪化するとともに、表示のザラつきを引き起こすこととなる。なお、上述した特許文献１～８では水平光配向膜に関する記述がなく、弱アンカリング起因の糸状欠陥の発生に関しても記述がない。また、非特許文献１には弱アンカンリング起因の配向変形が記載されているが、光配向膜に関する記述がなく、さらにスペーサーが存在した場合の配向変形の安定化作用に関して議論されていない。
糸状欠陥の低減という課題は、配向規制力が弱い水平光配向膜を使用した液晶表示装置の量産化を目指す際にその重要性が特に顕著となるものであり、本発明の技術分野における新しい課題と思われる。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、表示画素内において発生する糸状欠陥を低減し、表示品位に優れる液晶表示パネル、液晶表示装置及び液晶表示セルを提供することを目的とするものである。
本発明者らが鋭意検討を行ったところ、この種の糸状欠陥が発生する原因は３つあることを見出した。１つ目は、配向膜自体のアンカリングが弱い場合である。本発明者らは、配向膜のアンカリングが弱いと配向規制力が弱くなり、バルク中の液晶分子が配向膜の配向処理方向から外れやすいことを見出した。すなわち解決手段としては配向膜自体のアンカリング強度を増す方法が考えられるが、水平光配向膜はラビング用水平配向膜に比べて一般的にアンカリングエネルギーが著しく小さいため、水平光配向膜材料の特性改善というアプローチは困難であった。２つ目は、液晶の弾性定数が小さい場合である。本発明者らは、弾性定数が小さいと液晶分子は弾性変形し易く、従って配向乱れが起きやすいことを見出した。３つ目は、スペーサーの存在である。本発明者らは、糸状欠陥の始端／終端にはスペーサーが必ず存在することを見出した。また、例えば、等方相から液晶相へ相転移した瞬間に糸状欠陥が発生したとしても、スペーサーが存在しない領域では糸状欠陥はその弾性変形エネルギーによって安定ではなく、有限の時間と共に消滅してしまうことを観察した。すなわち、スペーサーに糸状欠陥を安定化する作用が存在するため、これを不安定化する方法を検討した。
そして、本発明者らは、改善案を見出した。糸状欠陥の液晶配向を偏光顕微鏡にて詳細に解析した結果、液晶の変形様式は主にスプレイ（Splay）とベンド（Bend）からなっており、糸状欠陥の両端、すなわちビーズ等のスペーサー周りはスプレイ変形もしくはベンド変形もしくはその両方の変形が、糸状欠陥の中部分はスプレイ変形とベンド変形の両方が支配的である。従って配向変形のエネルギーを上げることが糸状欠陥の不安定化につながるため、液晶の弾性定数Ｋ１（スプレイ）及びＫ３（ベンド）を大きくすることが重要である。また、スプレイのみやベンドのみの変形で糸状欠陥は形成不能なため、弾性定数Ｋ１又はＫ３のいずれかを大きくすることでも、糸状欠陥を低減することに充分に効果がある。こうして本発明者らは、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、本発明は、一対の基板、及び、上記一対の基板間に挟持される液晶層を備える液晶表示パネルであって、上記一対の基板の少なくとも一方は、液晶層側から順に、光配向膜及び電極を有し、上記液晶層は、スプレイ変形の弾性定数Ｋ１及び／又はベンド変形の弾性定数Ｋ３が、２０℃で、１３ｐＮ以上である液晶分子を含有する液晶表示パネルである。
なお、以下では、光配向膜として主に水平光配向膜について説明する。本発明における光配向膜は、液晶分子を基板主面に対して水平方向に配向させる光配向膜（このように液晶分子を水平方向に配向させる光配向膜を、本明細書中、「水平光配向膜」と言う。）であることが好ましいが、光配向膜であれば本発明の効果を発揮することが可能である。なお、液晶分子を基板主面に対して水平方向に配向させるとは、液晶分子を厳密に水平方向にする必要はなく、液晶表示装置の各モードにおいて目的の表示を実現できる程度に水平方向に配向させるものであればよい。
上記スプレイ変形の弾性定数Ｋ１、及び、上記ベンド変形の弾性定数Ｋ３は、２０℃で、それぞれ１３ｐＮ以上であることが好ましい。これにより、糸状欠陥を形成するエネルギーも大きくなり、糸状欠陥を低減させる本発明の効果を更に発揮することができる。本明細書中、弾性定数Ｋ１、Ｋ３の値は、特に明示しない限りは、２０℃における値をいう。
上記Ｋ１の好ましい上限値は、２０ｐＮである。また、上記Ｋ３の好ましい上限値は、２０ｐＮである。
スプレイ変形の弾性定数Ｋ１及び／又はベンド変形の弾性定数Ｋ３は、東陽テクニカ社製、ＥＣ－１型で測定可能である。測定温度は２０℃である。なお、本発明に係る液晶分子は、通常、一般的な化学的手法を用いて工業的に製造することができるものである。当業者であれば容易に本発明に係る高い弾性定数の液晶材料を調製することが可能である。すなわち、液晶分子は数多くの種類が開発されており、例えば、それらの液晶分子ライブラリの中からＫ１，Ｋ３が１３ｐＮを超えるものを多く使用し、Δｎ、Δε、ε、γ１、Ｔｎｉなどの全体の物性値を所望の値に合わせ込むために、多くの液晶を混ぜあわせることで、弾性定数だけではなく全ての物性値を満たすディスプレイ用の液晶を開発することができる。
本発明において液晶層に含有される液晶分子は、複数の種類の液晶分子を混ぜたものでもよい。信頼性の確保、応答速度の向上、並びに、液晶相温度域、その他の弾性定数、誘電率異方性及び屈折率異方性の調整の少なくとも一つの目的のために、液晶層を複数の液晶分子の混合物とすることができる。液晶層に含有される液晶分子が複数の種類を混ぜたものである場合は、液晶分子が全体として上述した本発明の弾性係数に係る構成を満たすことが必要である。また、上記液晶層が含有する液晶分子は、正の誘電率異方性を有するもの（ポジ型）及び負の誘電率異方性を有するもの（ネガ型）のいずれであってもよい。
本発明のある一つの実施形態においては、液晶表示パネルが備える一対の基板の少なくとも一方は、液晶層側から順に、ポリマー層、水平光配向膜及び電極を有する。ポリマー層と水平光配向膜との間、及び／又は、水平光配向膜と電極との間に異なる層を有していてもよい。例えば、上記一対の基板の少なくとも一方は、上記液晶表示パネルにおける液晶層と光配向膜との間にポリマー層が形成されていることが好ましい。なお、本発明の効果が発揮される限り、ポリマー層と水平光配向膜との間、及び／又は、水平光配向膜と電極との間に、その他の層が配置されていてもよいが、ポリマー層と水平光配向膜とは通常は接している。また、水平光配向膜及びポリマー層は、上記一対の基板のいずれもが有していることが好ましい。更に、上記一対の基板の少なくとも一方は、線状の電極を含むことが好ましい。このようにポリマー層が形成された液晶表示パネルにおいては、液晶層がアルケニル基を有する液晶分子を含むことが特に好ましい。
また、ポリマー層の形成が一つの好ましい実施形態であるが、ポリマー層の形成が水平光配向膜の焼き付きを克服する唯一の方法ではないのは当然であり、その他の方法（例えば駆動方法など）により焼き付きを抑えることができるならば、ポリマー層の形成は必須ではない。
上記水平光配向膜とは、偏光又は無偏光の照射により膜に異方性を生じ、液晶に基板主面に対して水平方向の配向規制力を生ずる性質を有する高分子膜である。より好ましくは、上記水平光配向膜が、紫外線、可視光線、又は、これらの両方によって光配向処理された光配向膜である形態である。光配向膜によって液晶分子に付与されるプレチルト角の大きさは、光の種類、光の照射時間、光の照射強度、光官能基の種類等により調節することができる。水平光配向膜のプレチルト角は、好ましくは０°～４５°であり、より好ましくは、０°～１０°であり、さらに好ましくは、０°～５°である。ＩＰＳモードやＦＦＳモードではプレチルト角が０°に近いほうが視野角特性がよい。
なお、上記ポリマー層の形成により配向が固定されるため、製造工程後、液晶層に紫外線又は可視光線が入射することを防ぐ必要がなくなり、製造工程の選択の幅が広がる。
上記水平光配向膜材料は、前述の性質を有するものである限り、単一の高分子であっても、更なる分子を含む混合物であってもよい。例えば、光配向可能な官能基を含む高分子に、添加剤等の更なる低分子や、光不活性な更なる高分子が含まれる形態でもよい。水平光配向膜材料は、光分解反応や、光異性化反応や光二量化反応を生ずる材料が選択される。すなわち、上記光配向膜は、光官能基の光異性化構造、光官能基の光二量化構造及び光官能基の光分解構造からなる群より選択される少なくとも一つの構造を含むことが好ましい。上記光官能基の光異性化構造は、光官能基が光照射によって異性化した構造である。例えば、光照射によりシス異性体（又はトランス異性体）の光官能基が励起状態を経てトランス異性体（又はシス異性体）の光官能基に変化した構造を有する。上記光官能基の光二量化構造は、光官能基同士が光照射によって結合した構造であり、二量化反応である架橋反応により形成されたものであることが好ましい。上記光官能基の光分解構造は、光官能基が光照射によって分解した構造である。光異性化反応や光二量化反応を生ずる代表的な材料は、アゾベンゼン誘導体、シンナモイル誘導体、カルコン誘導体、シンナメート誘導体、クマリン誘導体、ジアリールエテン誘導体、スチルベン誘導体及びアントラセン誘導体である。上記光異性化型又は光二量化型の材料は、シンナメート基又はその誘導体であることが好ましい。例えば、上記光配向膜は、シンナメート誘導体であることが好ましい。これらの官能基に含まれるベンゼン環は複素環であってもよい。光分解反応を生ずる代表的な材料はシクロブタン骨格を含むポリイミド、ポリアミド酸、シロキサン材料である。
上記水平光配向膜は、基板主面に対して液晶分子を水平配向させるもの（水平配向膜）であることが好ましい。水平配向膜は、少なくとも近接する液晶分子を上記光配向膜面に対して実質的に水平に配向させるものであればよい。水平光配向膜のプレチルト角は、好ましくは０°～４５°であり、より好ましくは、０°～１０°であり、さらに好ましくは、０°～５°である。特にＩＰＳモードやＦＦＳモードではプレチルト角が０°に近いほうが視野角特性がよい。水平光配向膜に光照射がなされたときの配向膜からモノマーへの励起エネルギーの受け渡しは、垂直配向膜よりも水平配向膜において効率的に行われるため、例えばより安定したＰＳ層を形成することができる。
上記水平光配向膜は、上記液晶セルの外側から紫外線が照射された光配向膜であってもよい。この場合、上記水平光配向膜が光配向処理によって形成され、かつ上記ポリマー層が光重合によって形成される場合には、これらは同じ光を用いて同時に形成されたものであることが好ましい。これにより、製造効率の高い液晶表示パネルが得られる。
本発明におけるポリマー層は、上記液晶層中に添加したモノマーを重合して形成されたものであることが好ましく、言い換えれば、上述したＰＳ層であることが好ましい。ＰＳ層は、通常、近接する液晶分子を配向制御する。上記モノマーの重合性官能基は、アクリレート基、メタクリレート基、ビニル基、ビニロキシ基及びエポキシ基からなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。中でも、上記ポリマー層は、アクリレート基又はメタクリレート基を含むモノマーを重合させて形成されたものであることが好ましい。また、上記モノマーは、光の照射によって重合反応（光重合）を開始するモノマー、又は、加熱によって重合反応（熱重合）を開始するモノマーであることが好ましい。すなわち、上記ポリマー層は、光重合によって形成される、又は、熱重合によって形成されることが好ましい。特に光重合が好ましく、これにより、常温でかつ容易に重合反応を開始することができる。光重合に用いられる光は、紫外線、可視光線、又は、これらの両方であることが好ましい。
本発明においてＰＳ層を形成するための重合反応は特に限定されず、二官能性の単量体が新しい結合をつくりながら段階的に高分子量化する逐次重合であってもよく、少量の触媒（開始剤）から生じた活性種に単量体が次々に結合し、連鎖的に成長する連鎖重合であってもよい。上記逐次重合としては、重縮合、重付加等が挙げられる。上記連鎖重合としては、ラジカル重合、イオン重合（アニオン重合、カチオン重合等）等が挙げられる。
上記ポリマー層は、配向処理がなされた水平光配向膜上に形成されることで、配向膜の配向規制力を向上させ、表示の焼き付きの発生を低減することができる。また、液晶層に対して閾値以上の電圧を印加し、液晶分子がプレチルト配向している状態でモノマーを重合させ、ポリマー層を形成した場合には、上記ポリマー層は液晶分子に対してプレチルト配向させる構造を有する形で形成されることになる。
本発明の液晶表示パネルは、スペーサーを有し、該スペーサーは、上記水平光配向膜で被覆されていてもよい。スペーサーが水平光配向膜で被覆されているとは、スペーサーの、少なくとも液晶層と接する部分（通常は、側面部分）が水平光配向膜で被覆されているといえるものであればよい。例えば、スペーサーが予め形成された基板や、散布等によりスペーサーを配置した基板に対して、光配向膜の塗布工程を行うことにより、スペーサーが光配向膜で被覆されている形態とすることができる。基板に予め形成されたスペーサーは、通常は樹脂から構成され、散布等により配置されるスペーサーは、通常はガラス、又は、プラスチックから構成される。上記スペーサーが、基板に予め形成された、樹脂から構成されるスペーサーであることが好ましい。より好ましくは、上記樹脂がアクリル系樹脂である形態である。スペーサーの形状は、例えば円柱、角柱、錐台、球等が挙げられる。
本発明の液晶表示パネルが備える一対の基板は、液晶層を挟持するための基板であり、例えば、ガラス、樹脂等の絶縁基板を母体とし、絶縁基板上に配線、電極、カラーフィルタ等を作り込むことで形成される。
上記液晶層の配向型は、水平配向膜を用いることが可能な型が好ましく、例えばＩＰＳ（In-plane Switching）型、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）型、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence）型、ＴＮ（Twisted Nematic）型、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型、ＦＬＣ（Ferroelectrics Liquid Crystal）型、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）型又はＰＮＬＣ（Polymer Network Liquid Crystal）型が好適である。中でも、ＩＰＳ型、又は、ＦＦＳ型が特に好適である。また上記配向型は、配向膜の形成が不要なブルー相（Blue Phase）型にも好適である。更に、上記配向型は、視野角特性の改善のために上記一対の基板の少なくとも一方にマルチドメイン構造が形成された形態にも好適である。マルチドメイン構造とは、電圧無印加時若しくは電圧印加時のいずれか、又は、その両方時に、液晶分子の配向形態（例えば、ＯＣＢにおけるベンド方向や、ＴＮ及びＳＴＮにおける捩れ方向）又は配向方向の異なる領域が複数存在する構造のことである。マルチドメイン構造を達成するためには、積極的に、電極を適当な形態にパターニングする、若しくは、水平光配向膜への光照射にフォトマスク等を用いて水平光配向膜の配向方向をパターニングするといった処理のいずれか、又は、その両方の処理を行うことが必要である。
本発明は、上述したように、ＩＰＳ型、又は、ＦＦＳ型等の視野角に優れる表示装置に好適に適用することができる。視野角の良い技術が、医療用モニター、電子ブック、スマートフォン、タブレット端末等の用途に求められている。
本発明はまた、本発明の液晶表示パネルを備える液晶表示装置でもある。本発明の液晶表示装置における液晶表示パネルの好ましい形態は、本発明の液晶表示パネルの好ましい形態と同様である。本発明の液晶表示装置がＩＰＳ型液晶表示装置であることが、本発明の好ましい形態の一つである。また、本発明の液晶表示装置がＦＦＳ型液晶表示装置であることもまた、本発明の好ましい形態の一つである。なお、ＩＰＳ型液晶表示装置は、通常は、一対の基板の一方に、基板主面を平面視したときに２種類の電極が対向して設けられる、横電界方式の液晶表示装置である。また、ＦＦＳ型液晶表示装置は、通常は、一対の基板の一方に、面状の電極と、該面状の電極と絶縁層を介して別層に配置されたスリット電極とが設けられる、フリンジ電界方式の液晶表示装置である。両液晶表示装置について、実施形態において更に詳述する。
本発明は更に、一対の基板、及び、該一対の基板間に挟持される液晶層を備える液晶表示セルであって、上記一対の基板の少なくとも一方は、液晶層側から順に、光配向膜及び電極を有し、上記液晶層は、スプレイ変形の弾性定数Ｋ１及び／又はベンド変形の弾性定数Ｋ３が、２０℃で、１３ｐＮ以上である液晶分子を含有する液晶表示セルでもある。本発明の液晶表示セルは、本発明の液晶表示パネルと同様の構成部材を備えるものであり、好ましい構成部材も本発明の液晶表示パネルと同様である。例えば、上記光配向膜は、液晶分子を基板主面に対して水平方向に配向させる光配向膜であることが好ましい。なお、液晶表示セルは、通常、観察面側の基板として素ガラスを備えるものである。
本発明の液晶表示パネル及び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り特に限定されるものではなく、液晶表示パネル及び液晶表示装置に通常用いられるその他の構成を適宜適用することができる。
上述した各形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
本発明によれば、表示画素内において発生する糸状欠陥を低減し、表示品位に優れる液晶表示パネル及び液晶表示装置を得ることができる。また、本願発明を、水平光配向膜を有する、ＩＰＳ型、又は、ＦＦＳ型等の液晶表示装置に適用する場合は、水平光配向膜の特徴を活かし、視野角を優れたものとするとともに、糸状欠陥を低減する効果を併せて発揮することができる。
実施形態１に係る液晶表示セルの一形態を示す断面模式図である。 実施形態１に係る櫛歯電極を示す平面模式図である。 実施形態１に係る液晶表示セルの表示部を示す写真である。 実施形態２に係る液晶表示セルの表示部を示す写真である。 実施形態３に係る液晶表示パネルを示す断面模式図である。 実施形態３に係るスリットを有する電極を示す平面模式図である。 実施形態３に係る対向基板を示す平面模式図である。 実施形態３に係る液晶表示パネルの表示部を示す写真である。 実施形態４に係る液晶表示パネルの表示部を示す写真である。 実施形態５に係る液晶表示パネルの表示部を示す写真である。 比較例１に係る液晶表示セルの表示部を示す写真である。 比較例２に係る液晶表示パネルの表示部を示す写真である。 糸状欠陥を示す写真である。 糸状欠陥を示す写真である。 糸状欠陥発生箇所における液晶分子の配向状態の一例である。 比較例３に係る液晶表示セルの表示部を示す写真である。 比較例４に係る液晶表示パネルの表示部を示す写真である。
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。本明細書中、液晶セルは、液晶層の、駆動の対象となる部分、例えば、両基板に挾まれた間にある部分をいう。また、本願明細書における「以上」、「以下」は、当該数値を含むものである。すなわち、「以上」とは、不少（当該数値及び当該数値以上）を意味するものである。
実施形態１
図１は、実施形態１に係る液晶表示セルの一形態を示す断面模式図である。図２は、実施形態１に係る櫛歯電極を示す平面模式図である。
図１及び図２に示すように実施形態１の液晶表示セルは、アレイ基板１０と、対向基板２０からなる一対の基板間に挟持された液晶層３０とを備える。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１５を有し、更に、透明基板１５上に形成された信号電極１１（信号電極）、共通電極１２、各種配線、ＴＦＴ等を備える。対向基板２０は、実施形態１の液晶表示セルにおいては素ガラス基板であるが、ガラス等を材料とする絶縁性の透明基板２５、及び、透明基板２５上に形成されたカラーフィルタ、ブラックマトリクスを備えるカラーフィルタ基板であってもよく、更に必要に応じて共通電極等を備えてもよい。例えば、実施形態１のようにＩＰＳモードである場合には、図１に示されるようにアレイ基板１０にのみ一対の櫛歯電極１３（信号電極１１及び共通電極１２）が形成されるが、本発明は他のモードに適用することも可能であり、その場合には、必要に応じて、アレイ基板１０及び対向基板２０の両方に電極が形成される。
またアレイ基板１０は、配向膜（水平光配向膜）１６を備え、対向基板２０もまた配向膜（水平光配向膜）２６を備える。配向膜１６、２６は、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニル、ポリシロキサン等を主成分とする膜であり、配向膜を形成することで、液晶分子を一定方向に配向させることができる。
ＰＳ重合工程前において液晶層３０中には、重合性モノマーが存在している。そして、ＰＳ重合工程によって重合性モノマーは重合を開始し、図１に示すように、配向膜１６、２６上でＰＳ層１７、２７となって、配向膜１６、２６のもつ配向規制力を向上させる。
ＰＳ層１７、２７は、液晶材料と重合性モノマーとを含む液晶組成物をアレイ基板１０と対向基板２０との間に注入し、液晶層３０に対して一定量の光の照射又は加熱を行い、重合性モノマーを重合させることによって、形成することができる。なお、このとき、液晶層３０に対し閾値以上の電圧を印加した状態で重合を行うことで、液晶分子の初期傾斜に沿った形状をもつＰＳ層１７、２７が形成されるので、より配向安定性の高いＰＳ層１７、２７を得ることができる。なお、液晶組成物には、必要に応じて重合開始剤を添加してもよい。
実施形態１に係る液晶表示パネルは、アレイ基板１０、液晶層３０及び対向基板２０が、液晶表示装置の背面側から観察面側に向かってこの順に積層されて構成されている。アレイ基板１０の背面側、及び、対向基板２０の観察面側には、直線偏光板１８、２８が備え付けられている。これらの直線偏光板１８、２８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。
なお、実施形態１に係る液晶表示パネルは、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、実施形態１に係る液晶表示パネルは、モノクロディスプレイやフィールドシーケンシャルカラー方式であってもよく、その場合、カラーフィルタは配置される必要はない。
液晶層３０には、一定電圧が印加されることで特定の方向に配向する特性をもつ液晶材料が充填されている。液晶層３０内の液晶分子は、閾値以上の電圧の印加によってその配向性が制御されるものである。
なお、実施形態１で用いる配向膜は、水平光配向膜である。水平光配向膜は、光照射によって光活性部位の電子が励起される。加えて水平配向膜の場合、光活性部位が液晶層と直接相互作用して液晶を配向させるために、光活性部位と重合性モノマーとの分子間距離が垂直配向膜に比べて短く、励起エネルギーの受け渡しの確率が飛躍的に増大する。垂直配向膜の場合、光活性部位と重合性モノマーの間に必ず疎水基が存在するために分子間距離が長くなり、エネルギー移動が起こりにくい。従ってＰＳプロセスは水平配向膜に特に好適であるといえる。
以下、実施形態１に係る液晶表示装置が備える液晶セルを実際に作製した例を示す。
一対の櫛歯電極１３が表面に配置されたガラス基板１５と、対向基板として素ガラス基板２５を用意し、夫々の基板に、ポリビニルシンナメート溶液をスピンコートで塗布した。一対の櫛歯電極１３は、図２に示すように、信号電極１１と共通電極１２とが互いに略平行に延伸され、かつそれぞれがジグザグに形成されている。これにより、電場印加時の電場ベクトルが電極の長さ方向に対して略直交するため、マルチドメイン構造が形成され、良好な視野角特性を得ることができる。図２の両矢印は、照射偏光方向（ネガ型液晶分子を用いる場合）を示す。櫛歯電極の材料としては、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide：インジウム酸化亜鉛）を用いた。また、櫛歯電極の電極幅Ｌは３μｍ、電極間距離Ｓは９μｍとした。ポリビニルシンナメート溶液は、Ｎ－メチル－２－ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテルとを等量で混合した溶媒に、ポリビニルシンナメートを溶液１００重量％に対して３重量％となるように溶かして調製した。スピンコート塗布後、９０℃で１分仮乾燥して、窒素パージしながら２００℃で６０分焼成した。焼成後の配向膜の膜厚は、１００ｎｍである。
これらの基板に、液晶配向処理として、直線偏光紫外線を波長３１３ｎｍにおいて５Ｊ／ｃｍ２、基板法線方向から照射した。次に、ＩＺＯからなる櫛歯電極が表面に配置されたガラス基板１５に、スクリーン版を使用して熱硬化性シール（ＨＣ１４１３ＦＰ：三井化学社製）を印刷した。更に、液晶層３０の厚みを３．５μｍにするために対向側の素ガラス基板２５には３．５μｍ径プラスチックビーズ（ＳＰ－２０３５：積水化学工業社製）を散布した。この二種類の基板を、照射した紫外線の偏光方向が基板どうしで一致するように貼り合わせた。次に、貼り合わせた基板を０．５ｋｇｆ／ｃｍ２で加圧しながら窒素パージした炉で１００℃、６０分加熱して、シールを硬化させた。以上の方法で作製した液晶セルに、液晶を真空下で注入した。
実施形態１では、液晶としてネガ型液晶（誘電率異方性が負の液晶）ＭＬＣ６８８３（メルク社製）を添加し、重合性モノマーとしてビフェニル－４，４′－ジイル　ビス（２－メチルアクリレート）を液晶組成物全体に対して１重量％となるように添加した。液晶は、特にこれに限定されるものではなく、ポジ型（誘電率異方性が正の液晶）でもよい。また、重合性モノマーは、特にジメタクリレートに限定されない。
液晶を注入した液晶セルの注入口は、紫外線硬化樹脂（ＴＢ３０２６Ｅ：スリーボンド社製）で封止した。封止工程で照射する紫外線は３６５ｎｍであり、画素部は遮光して紫外線の影響をとり除くようにした。また、この時、液晶配向が外場によって乱されないように、電極間を短絡し、ガラス表面にも除電処理を行った。次に、液晶の流動配向と焼き付きを消すために、液晶セルを１３０℃で４０分加熱し、液晶を等方相にして再配向処理を行った。これにより、配向膜へ照射した紫外線の偏光方向に垂直な方向に一軸配向した液晶セルが得られた。この時、偏光顕微鏡で観察してもビーズとビーズとの間には糸状欠陥はわずかであり、光抜けによるコントラスト低下はわずかであった。
次に、この液晶セルをＰＳ処理するために、ブラックライト（ＦＨＦ３２ＢＬＢ：東芝社製）で２Ｊ／ｃｍ２の紫外線を照射した。これによりビフェニル－４，４′－ジイル　ビス（２－メチルアクリレート）のラジカル重合が進行する。
以上の方法により、ＰＳ処理を行ったＩＰＳセル（実施形態１の液晶セル）を作製した。図３は、実施形態１に係る液晶表示セルの表示部を示す写真である。糸状欠陥の距離は、後述する比較例１に対して明らかに短く、数も少なくなっており、比較例１と比べて改善した。
以下に、本実施形態の作用効果について更に考察を行う。糸状欠陥は、液晶分子の配向乱れであり、配向欠陥である。糸状欠陥が光抜けする理由は、周囲の一様配向している領域が偏光板の軸方位に液晶分子が配向しているのに対して、糸状欠陥においては、ある特定の線上に存在する液晶分子が１８０度の回転をしており、偏光板の軸方位から液晶分子の軸が外れることが原因と考えられる。すなわち、この糸状欠陥は配向変形に伴う弾性エネルギーを有している。
図１３及び図１４は、糸状欠陥を示す写真である。図１５は、糸状欠陥発生箇所における液晶分子の配向状態の一例である。図１３に示されるように、糸状欠陥２０４は、ビーズ２００等のスペーサー間に発生する。偏光顕微鏡による観察から、糸状欠陥２０４は、糸状欠陥２０４の長軸方向に対しての垂直方向の液晶分子をたどると、液晶分子が１８０度回転する「π反転壁」であることがわかった。この配向状態の一例が図１５である。反転壁ではベンド変形とスプレイ変形が起こっており、壁の終端である転傾中心（ビーズ２００近傍）ではスプレイ変形が主に起こっている。図１５では、ベンド変形する液晶分子２３２、及び、スプレイ変形する液晶分子２３２′を示している。例えば、図１４の一点鎖線上（糸状欠陥２０４の長軸方向に対しての垂直方向）において、液晶分子が１８０度回転している。
一般的に液晶の弾性エネルギー密度Ｆは、下記式（１）で表される。
Ｆ＝１／２｛Ｋ１（∇・ｎ）＾２＋Ｋ２（ｎ・（∇×ｎ））＾２＋Ｋ３（ｎ×（∇×ｎ））＾２｝　　　　（１）
Ｋ１はスプレイ変形に関する定数、Ｋ２はツイスト変形に関する定数、Ｋ３はベンド変形に関する定数である。上記定数は、それぞれ、弾性定数ともいう。Ｋ１～Ｋ３の定数が小さい液晶ほど、配向変形の弾性エネルギーは小さく、容易に配向変形が起こる。本発明の課題である糸状欠陥は構造的にベンド変形とスプレイ変形がメインで起こっていると考えられ、糸状欠陥のエネルギーはＫ１とＫ３両方又はいずれか一方に依存すると考えられる。
実施形態１で用いた液晶であるＭＬＣ６８８３の弾性定数は、Ｋ１＝１３．１ｐＮ、Ｋ３＝１３．５ｐＮである(P. J. M. Vanbrabant et al., Journal of Applied Physics 108,083104 (2010))。弾性定数が大きく、糸状欠陥を形成するエネルギーも大きくなると考えられ、糸状欠陥は減少すると思われる。
上述した実施形態１の液晶セルを備える液晶表示パネルは、通常の液晶表示パネルが備える部材（例えば、カラーフィルタ等）を適宜備えることができる。また、上述した実施形態１の液晶表示パネルを備える液晶表示装置は、更に、通常の液晶表示装置が備える部材（例えば、バックライト等の光源等）を適宜備えることができる。実施形態１の液晶表示装置は、ＴＶパネル、デジタルサイネージ、医療用モニター、電子ブック、ＰＣ用モニター、携帯端末用パネル等に好適に用いることができる。後述する実施形態に係る液晶セル、液晶表示パネル等においても同様である。
実施形態１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、実施形態１の液晶表示装置は、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及び対向基板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、対向基板２０の偏光板は、円偏光板である必要がある。
実施形態１に係る液晶表示装置を分解し、回収した液晶をセルに封入して東陽テクニカ社製、ＥＣ－１型で弾性定数は測定可能である。測定温度は２０℃である。また、ガスクロマトグラフ質量分析法（ＧＣ－ＭＳ：Gas Chromatograph Mass Spectrometry）、飛行時間質量分析法（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ：Time-of-Flight Mass Spectrometry）等を用いた化学分析を行うことにより、水平光配向膜の成分の解析、ポリマー層の成分の解析等を行うことができる。更に、ＳＴＥＭ（Scanning Transmission Electron Microscope：走査型透過電子顕微鏡）、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）等の顕微鏡観察により、配向膜、ＰＳ層を含む液晶セルの断面形状を確認することができる。
実施形態２
液晶として、ネガ型液晶ＭＬＣ６８８３（メルク社製）の代わりに、ネガ型液晶ＭＬＣ６６１０（メルク社製）を用いた以外は、実施形態１と同様に液晶セルを作製した。なお、重合性モノマーも同様に添加した。
実施形態２で用いた液晶であるＭＬＣ６６１０の弾性定数はＫ１＝１４．６ｐＮ、Ｋ３＝１６．５ｐＮである(P. J. M. Vanbrabant et al., Journal of Applied Physics 108, 083104 (2010)) 。弾性定数が、後述する比較例１で用いた液晶である５ＣＢより大きく、糸状欠陥を形成するエネルギーも大きくなると考えられ、糸状欠陥は減少すると思われる。
図４は、実施形態２に係る液晶表示セルの表示部を示す写真である。糸状欠陥の距離は比較例１に比べて明らかに短く、数も少なくなっており、後述する比較例１より改善した。
実施形態３
図５は、実施形態３に係る液晶表示パネルを示す断面模式図である。図６は、実施形態３に係るスリットを有する電極を示す平面模式図である。図７は、実施形態３に係る対向基板を示す平面模式図である。なお、実施形態３に係る図５～図７においては、特に明示したものを除いて、実施形態１に係る図１、図２に示した部材及び部分と同様の機能を発揮するものは百の位に１を付した以外は同じ符号を付している。
実施例１～２、及び、後述する比較例１では、ＩＺＯからなる櫛歯電極を有するガラス基板（Ｌ／Ｓ＝３μｍ／９μｍ）と、対向基板として素ガラスを使用したが、本実施形態では、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）構造を有するＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板と、対向基板として、予めスペーサー１２９を備えるＣＦ基板を使用した。本実施形態におけるスペーサーの材質はアクリル系樹脂であったが、スペーサー１２９として所望の液晶セル厚を保持するという機能を果たすのであれば材質は特に問われない。スペーサー１２９は、横方向に６０μｍ間隔、縦方向に１６０μｍ間隔で、ＢＭ（Black Matrix；ブラックマトリクス）上に配置されており、透過光では観察出来ない（図７は反射光で観察した）。ＴＦＴ基板においては、上層にスリットを有する電極１１２を有し、下層に下層電極１１４を有する。スリットを有する電極１１２と下層電極１１４との間は、絶縁層１１３がある。スリットを有する電極１１２のスリット部分は、図６のように、複数の電極が互いに略平行に延伸され、かつそれぞれが直線状に形成されている。図６において、照射紫外線偏光方向は電極長手方向から７°傾いている。なお、通常は、上層のスリットを有する電極１１２が信号電極であり、下層電極１１４が共通電極である。また、上層の電極が、スリットを有する電極の代わりに、例えば一対の櫛歯電極であってもよい。図６の両矢印は、図２と同様に、照射偏光方向（ネガ型液晶分子を用いる場合）を示す。電極の材料としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）を用いた。また、上層のスリットを有する電極の電極幅Ｌは５μｍ、電極間距離Ｓは５μｍとした。更に、液晶はＭＬＣ６８８３（メルク社製）を用いた。ＭＬＣ６８８３の弾性定数は、実施形態１において上述した通りである。弾性定数が大きく、糸状欠陥を形成するエネルギーも大きくなると考えられ、糸状欠陥は減少すると思われる。それ以外の構成（液晶表示パネルを作製するためのその他の部材、手順等。例えば、ＰＳ化処理されて得られるＰＳ層。）は、上述した実施形態２の構成と同様である。なお、重合性モノマーも同様に添加した。
図８は、実施形態３に係る液晶表示パネルの表示部を示す写真である。後述する比較例２に対して、糸状欠陥の長さ、数ともに減少し、改善した。
実施形態４
実施形態３と同様にＦＦＳ型の液晶表示パネルを作製したが、液晶は、ネガ型液晶ＭＬＣ６６１０（メルク社製）を用いた。重合性モノマーも同様に添加した。ＭＬＣ６６１０の弾性定数は、実施形態２において上述した通りである。弾性定数が大きく、糸状欠陥を形成するエネルギーも大きくなると考えられ、糸状欠陥は減少すると思われる。それ以外の構成（液晶表示パネルを作製するためのその他の部材、手順等。例えば、ＦＦＳ型の電極構造や、ＰＳ化処理されて得られるＰＳ層。）は、上述した実施形態３の構成と同様である。
図９は、実施形態４に係る液晶表示パネルの表示部を示す写真である。後述する比較例２に対して、糸状欠陥の長さ、数ともに減少し、改善した。
実施形態５
実施形態３と同様にＦＦＳ型の液晶表示パネルを作製したが、液晶は、ネガ型液晶ＭＬＣ６６０８（メルク社製）を用いた。重合性モノマーも同様に添加した。ＭＬＣ６６０８の弾性定数は、Ｋ１＝１６．７ｐＮ、Ｋ３＝１８．１ｐＮである（P. J. M. Vanbrabant et al., Journal of Applied Physics 108, 083104 (2010)）。弾性定数が大きく、糸状欠陥を形成するエネルギーも大きくなると考えられ、糸状欠陥は減少すると思われる。それ以外の構成（液晶表示パネルを作製するためのその他の部材、手順等。例えば、ＦＦＳ型の電極構造や、ＰＳ化処理されて得られるＰＳ層。）は、上述した実施形態３の構成と同様である。
図１０は、実施形態５に係る液晶表示パネルの表示部を示す写真である。後述する比較例２に対して、糸状欠陥の長さ、数ともに減少し、改善した。
上述した実施形態１、２のＰＳ－ＩＰＳモード（ＰＳ化処理されたＩＰＳモード）の液晶表示装置や、実施形態３～５のＰＳ－ＦＦＳモード（ＰＳ化処理されたＦＦＳモード）の液晶表示装置においては、ラビングよりも光配向により液晶分子を配向させることが、配向ムラやダストの発生を抑えることができるため好適である。ただ、水平光配向膜は、一般的に配向規制力が弱いため、焼き付き現象が酷く、量産化は困難であった（ここで水平光配向膜とは、上述した水平配向膜かつ光配向膜であるものをいい、液晶分子を実質的に基板に水平に配向させ、光照射により配向膜分子内に光異性化や光二量化、光分解を起こす官能基を有しており、さらに偏光照射により液晶分子を配向させることができるものである。）。このため本発明者らはＰＳ（Polymer Sustained）処理を行うことでこれを解決した。しかし、特に水平光配向膜は、配向規制力が弱いため糸状欠陥を発生させる原因ともなる。本発明者らは、これを、液晶を選択することにより見事に解決したものである。
また実際の使用態様として、可視光に曝される使用用途（例えば、液晶ＴＶ等）においては、水平光配向膜の配向処理に用いる光としては極力可視光を避けるべきであるが、実施形態１～３ではＰＳ処理を行うことで配向膜の表面をＰＳ層が覆い、配向が固定化されるため、水平光配向膜の材料として、感度波長に可視光領域が含まれる材料を用いてもよいという利点がある。
更に、水平光配向膜の材料の感度波長に紫外光領域が含まれる場合においても、バックライトや周囲環境からの微弱紫外線をカットするために紫外線吸収層を設ける必要性があったことを考慮すると、ＰＳ化により紫外線吸収層を設ける必要がなくなるという利点も挙げられる。
そして、ＰＳ処理を紫外線で行う場合においては、紫外線が液晶に照射されることで電圧保持率（ＶＨＲ）が低下する可能性があるが、実施例１～３のようにＰＳ化が効率よく行われることで紫外線照射時間が短くできるため、電圧保持率の低下も避けられる。
また焼き付きが改善するため、ＰＳ照射量（時間）を減らすことも可能である。液晶表示パネル生産においては、照射量（時間）を減らすことにより、スループットが上がる。また、照射装置をより小型にすることができるため、投資金額の削減にもつながる。
以上、実施例１～５の光配向処理の直線偏光紫外線照射は、一対の基板を貼り合わせる前に行われているが、一対の基板を貼り合わせた後に液晶セルの外側から光配向処理を行ってもよい。光配向処理は、液晶を注入する前か後かを問わない。ただし、液晶を注入した後に光配向処理の直線偏光紫外線照射をする場合においては、光配向処理とＰＳ工程とを同時に行うことができ、プロセスが短縮できるメリットがある。
実施形態６
実施形態３と同様にＦＦＳ型の液晶表示パネルを作製したが、液晶は、ネガ型液晶ＭＬＣ６６０８（メルク社製）にさらにアルケニル基を含む液晶分子であるｔｒａｎｓ－４－プロピル－４′－ビニル－１，１′－ビシクロヘキサンを添加した。さらに重合性モノマービフェニル－４，４′－ジイル　ビス（２－メチルアクリレート）も添加した。その混合比率は、順に重量比で１００：５：０．３である。それ以外の構成（液晶表示パネルを作製するためのその他の部材、手順等。例えば、ＦＦＳ型の電極構造や、ＰＳ化処理されて得られるＰＳ層。）は、上述した実施形態３の構成と同様である。
作製したパネルを偏光顕微鏡で観察したところ、後述する比較例２に対して、糸状欠陥の長さ、数ともに減少し、改善した。
続いて、実施形態６の液晶パネルの焼き付き評価を行った。焼き付きの評価方法は以下の通りである。実施形態６の液晶パネルに、２つの異なる電圧を印加できる領域Ｘ及び領域Ｙを作り、領域Ｘにはスリットを有する電極（ソース電極）と下層電極（コモン電極）間に６Ｖを印加し、領域Ｙには何も印加しない状態で、６時間経過させた。その後、領域Ｘ及び領域Ｙにそれぞれ２．４Ｖを印加して、領域Ｘの輝度Ｔ（ｘ）、及び、領域Ｙの輝度Ｔ（ｙ）をそれぞれ測定した。輝度測定にはデジタルカメラ（ＥＯＳ　Ｋｉｓｓ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｎ　ＥＦ－Ｓ１８－５５ＩＩ　Ｕ：キヤノン社製）を用いた。焼き付きの指標となる値ΔＴ（ｘ，ｙ）（％）は下記式により算出した。
ΔＴ（ｘ，ｙ）＝（｜Ｔ（ｘ）－Ｔ（ｙ）｜／Ｔ（ｙ））×１００
その結果、実施形態６の液晶パネルの焼き付き率ΔＴはわずか１０％と非常に良好であった。
これはポリマー層による焼き付きの抑制効果であると同時に、アルケニル基を含む液晶分子がポリマー層の形成を促進していることによると考えられる。
なお、ＦＦＳモードはＩＰＳモードに対して透過率で優れるため、低消費電力、高精細のパネルを作製することができるという有利点がある。近年は、モバイル向けパネル（タブレット端末、スマートフォン）の高精細化が特に著しいため、フォトスペーサーの数密度が増加し、光配向を適用したＦＦＳにとっては糸状欠陥が発生しやすく、本発明が好適に適用できる。また、ＦＦＳモードの液晶表示装置の構造は、ＩＰＳモードの液晶表示装置の構造と異なり下層電極が存在し、これが静電気に対して遮蔽効果があるため、静電気による液晶配向の焼き付きやトランジスタの破壊を防ぎ、生産上の歩留まりを上げるという効果もある。
比較例１
比較例１では液晶として４－シアノ－４′－ペンチルビフェニル（５ＣＢ）を用いた以外は、その構成部材、セルの製造工程は実施形態１の構成と同様である。しかしながら、比較例１では、液晶の流動配向と焼き付きを消すために、液晶セルを１３０℃で４０分加熱し液晶を等方相にして再配向処理を行い、配向膜へ照射した紫外線の偏光方向に垂直な方向に一軸配向した液晶セルが得られた時に、偏光顕微鏡で観察するとビーズとビーズの間には糸状欠陥が発生しており、光抜けしていた。また、実施形態１の方法により、ＰＳ処理を行って作製したＩＰＳセルの配向を偏光顕微鏡で観察したところ、ＰＳ処理前と同様にＰＳ処理後も液晶は一軸配向していたが、糸状欠陥も固定化されていた。図１１は、比較例１に係る液晶表示セルの表示部を示す写真である。糸状欠陥の長さは１０００μｍに達するものも存在し、多くの糸状欠陥が観察された。
５ＣＢの弾性定数は、Ｋ１＝７．１ｐＮ、Ｋ３＝９．８ｐＮである（T. N. Oo et al. PHYSICAL REVIEW E 76, 031705 (2007)）。なお、５ＣＢは２０℃では結晶相であるため、５ＣＢに限っては液晶相である２２℃（結晶－液晶相転移温度）における弾性定数を示している。５ＣＢは、２０℃でＫ１及び／又はＫ３が１３ｐＮ以上である液晶分子ではない。
比較例２
比較例２では液晶として４－シアノ－４′－ペンチルビフェニル（５ＣＢ）を用いた以外は、その構成部材、液晶表示パネルの製造工程は実施形態３の構成と同様である。なお、５ＣＢの弾性定数は、比較例１において上述した通りである。また、重合性モノマーも同様に添加した。
図１２は、比較例２に係る液晶表示パネルの表示部を示す写真である。比較例１と同様に、糸状欠陥が多発した。比較例２では、ＦＦＳ構造を有する液晶パネルにおいても比較例１に係る液晶セルと同様に、液晶の弾性定数が小さい場合は、糸状欠陥が多発することを示す。
比較例３
比較例３では液晶として４－シアノ－４′－ヘキシルビフェニル（６ＣＢ）を用いた以外は、その構成部材、セルの製造工程は比較例１の構成と同様である。作製したＩＰＳセルの配向を偏光顕微鏡で観察したところ、ＰＳ処理前と同様にＰＳ処理後も液晶は一軸配向していたが、糸状欠陥も固定化されていた。図１６は、比較例３に係る液晶表示セルの表示部を示す写真である。比較例１と同様に、糸状欠陥の長さは１０００μｍに達するものも存在し、多くの糸状欠陥が観察された。
６ＣＢの相転移温度については、結晶相（Cr）－ネマチック相（N）の相転移温度が１５℃で、ネマチック相（N）－等方相（Iso）の相転移温度（TnI）が２８℃であった（Cr 15℃ N 28℃ Iso）。
６ＣＢの２０℃の弾性定数は、Ｋ１＝４．９ｐＮ、Ｋ３＝６．０ｐＮである（N. V. Madhusudana et al. Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1982，Vol.89, pp.249-257 (1982)）。
比較例４
比較例４では液晶として４－シアノ－４′－ヘキシルビフェニル（６ＣＢ）を用いた以外は、その構成部材、液晶表示パネルの製造工程は実施形態３の構成と同様である。なお、６ＣＢの弾性定数は、比較例３において上述した通りである。また、重合性モノマーも同様に添加した。
図１７は、比較例４に係る液晶表示パネルの表示部を示す写真である。比較例３と同様に、糸状欠陥が多発した。比較例４では、ＦＦＳ構造を有する液晶パネルにおいても比較例３に係る液晶セルと同様に、液晶の弾性定数が小さい場合は、糸状欠陥が多発することを示す。
上述した実施形態１～６では、セル、パネルの結果ともに、比較例１～４より明らかに改善している。以上の結果から、１３ｐＮ以上に著しい改善（境界点）が見られることが明らかである。
上述した実施形態における各形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
なお、本願は、２０１１年３月９日に出願された日本国特許出願２０１１－０５１５３２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。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。
１０：アレイ基板
１１：信号電極
１２：共通電極
１３：一対の櫛歯電極
１５、２５、１１５、１２５：ガラス基板
１６、２６、１１６、１２６：配向膜（水平光配向膜）
１７、２６、１１６、１２６：ＰＳ層（ポリマー層）
１８、２８、１１８、１２８：直線偏光板
２０：対向基板
３０、１３０：液晶層
３２、１３２：液晶分子
１１２：スリットを有する電極
１１３：絶縁層
１１４：下層電極
１２９：スペーサー
２００：ビーズ
２０４：糸状欠陥
２３２：ベンド変形する液晶分子
２３２′：スプレイ変形する液晶分子
Ｒ：赤色画素
Ｇ：緑色画素
Ｂ：青色画素

Claims (14)

  1. 一対の基板、及び、該一対の基板間に挟持される液晶層を備える液晶表示パネルであって、
    該一対の基板の少なくとも一方は、液晶層側から順に、光配向膜及び電極を有し、
    該液晶層は、スプレイ変形の弾性定数Ｋ１及び／又はベンド変形の弾性定数Ｋ３が、２０℃で、１３ｐＮ以上である液晶分子を含有する
    ことを特徴とする液晶表示パネル。 
  2. 前記光配向膜は、液晶分子を基板主面に対して水平方向に配向させる光配向膜であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。
  3. 前記光配向膜は、光官能基の光異性化構造、光官能基の光二量化構造及び光官能基の光分解構造からなる群より選択される少なくとも一つの構造を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示パネル。
  4. 前記光配向膜は、シンナメート誘導体であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示パネル。
  5. 前記一対の基板の少なくとも一方は、前記液晶表示パネルにおける液晶層と光配向膜との間にポリマー層が形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の液晶表示パネル。
  6. 前記液晶層は、アルケニル基を有する液晶分子を含むことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示パネル。
  7. 前記ポリマー層は、アクリレート基又はメタクリレート基を含むモノマーを重合させて形成されたものであることを特徴とする請求項５又は６に記載の液晶表示パネル。
  8. 前記Ｋ１、及び、前記Ｋ３は、２０℃で、それぞれ１３ｐＮ以上である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パネル。
  9. 前記一対の基板の少なくとも一方は、線状の電極を含むことを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の液晶表示パネル。
  10. 請求項１～９のいずれかに記載の液晶表示パネルを備えることを特徴とする液晶表示装置。
  11. 前記液晶表示装置は、ＩＰＳ型液晶表示装置であることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
  12. 前記液晶表示装置は、ＦＦＳ型液晶表示装置であることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
  13. 一対の基板、及び、該一対の基板間に挟持される液晶層を備える液晶表示セルであって、該一対の基板の少なくとも一方は、液晶層側から順に、光配向膜及び電極を有し、
    該液晶層は、スプレイ変形の弾性定数Ｋ１及び／又はベンド変形の弾性定数Ｋ３が、２０℃で、１３ｐＮ以上である液晶分子を含有する
    ことを特徴とする液晶表示セル。
  14. 前記光配向膜は、液晶分子を基板主面に対して水平方向に配向させる光配向膜であることを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示セル。
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