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WO2018163984A1 - 液晶セル、及び液晶表示装置 - Google Patents

液晶セル、及び液晶表示装置 Download PDF

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WO2018163984A1
WO2018163984A1 PCT/JP2018/007952 JP2018007952W WO2018163984A1 WO 2018163984 A1 WO2018163984 A1 WO 2018163984A1 JP 2018007952 W JP2018007952 W JP 2018007952W WO 2018163984 A1 WO2018163984 A1 WO 2018163984A1
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crystal cell
alignment film
cell according
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PCT/JP2018/007952
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English (en)
French (fr)
Inventor
真伸 水崎
智徳 伊藤
佐藤 孝
Original Assignee
シャープ株式会社
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Publication date
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    • G02F2203/00Function characteristic
    • G02F2203/09Function characteristic transflective

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal cell and a liquid crystal display device.
  • the liquid crystal display device includes a liquid crystal panel as a display unit for displaying information such as images.
  • the liquid crystal panel has a configuration in which a liquid crystal layer is sealed between a pair of substrates arranged opposite to each other, the orientation of the liquid crystal compound in the liquid crystal layer is controlled by an electric field applied to the liquid crystal layer, and the liquid crystal layer is The amount of light passing through is controlled.
  • liquid crystal display devices are roughly classified into three types, “transmission type”, “reflection type”, and “semi-transmission type”, depending on the method of supplying light to the liquid crystal panel.
  • the transmission type is a system in which light is supplied from a light source (backlight) installed on the back side of the liquid crystal panel, and display is performed using light transmitted through the liquid crystal panel.
  • the reflection type is a method in which display is performed using external light such as natural light reflected by an electrode (reflection electrode) in the liquid crystal panel.
  • the transflective type is a method in which a transmissive type and a reflective type are combined (see, for example, Patent Document 1).
  • the reflective and transflective liquid crystal display devices include a reflective electrode made of a film-like conductive material such as aluminum (Al) or silver (Ag) in the liquid crystal panel.
  • the reflective electrode is made of a film-like conductive material such as aluminum (Al) or silver (Ag), and is formed on the inner surface on the liquid crystal layer side of one substrate of the liquid crystal panel.
  • Some of the reflective electrodes of this type have a micro-reflective structure (hereinafter referred to as MRS structure) in which a large number of irregularities are formed on the surface of the reflective electrode for the purpose of improving the viewing angle.
  • the MRS structure reflective electrode is formed so as to cover an interlayer insulating layer formed on a transparent substrate (for example, a glass substrate) constituting the substrate.
  • the surface of the interlayer insulating layer has a large number of irregularities formed using photolithography technology, and a reflective electrode having a large number of irregularities formed on the surface following the irregularities is formed on the interlayer insulating layer. Is formed.
  • the interlayer insulating layer is mainly composed of a positive photoresist material containing a polymer, a photoacid generator, a photosensitizer, and the like, and naphthoquinone diazide (hereinafter, NQD) is used as the photosensitizer.
  • NQD naphthoquinone diazide
  • An alignment film made of an organic material such as polyimide is laminated on the surface of the reflective electrode.
  • the reflective electrode In a liquid crystal display device provided with a reflective electrode having an MRS structure, the reflective electrode is in direct contact with an interlayer insulating layer made of an organic material or an alignment film. Therefore, the material (for example, Al, Ag) constituting the reflective electrode can easily become ions (Al 3+ or the like) when it comes into contact with moisture. Further, as described above, NQD is contained in the interlayer insulating layer, and when the NQD is irradiated with light, NQD (a-1) is converted into compound (a) by the reaction shown in FIG. -2), the carboxylic acid compound (a-3) is formed.
  • the carboxylic acid compound (a-3) is eliminated by reacting with, for example, an epoxy compound previously contained in a liquid crystal layer, an alignment film or the like. However, the carboxylic acid compound (a-3) remaining without reacting with the epoxy compound moves from the inside of the interlayer insulating layer, passes through the reflective electrode, and elutes into the alignment film or the liquid crystal layer. There is something.
  • ions (Al 3+ and the like) generated from the reflective electrode are also eluted in the alignment film or the liquid crystal layer. Then, the ions generated from the reflective electrode and the carboxyl group of the carboxylic acid compound (a-3) are represented by the redox represented by the formulas (B-1) to (B-4) as shown in FIG. A radical is generated from the carboxyl group by the reaction.
  • the carboxylic acid compound in the radical state becomes an impurity by passing through the alignment film and further eluting to the alignment film surface or the liquid crystal layer.
  • Negative type liquid crystal molecules contain more polar atoms such as oxygen atoms (O), fluorine atoms (F), chlorine atoms (Cl), etc. than positive types, and oxygen in the same molecule.
  • An alkoxyl group having an atom and a fluorine atom (F) may be contained, and the polarity of the liquid crystal molecule is higher than that of the positive liquid crystal molecule. Therefore, negative liquid crystal molecules easily take in highly polar moisture.
  • An object of the present invention is to provide a liquid crystal cell and a liquid crystal display device in which a decrease in voltage holding ratio and an increase in residual DC are suppressed.
  • a liquid crystal cell according to the present invention is a liquid crystal cell comprising a pair of substrates facing each other and having an alignment film on each facing surface, and a liquid crystal layer interposed between the substrates, wherein the alignment film comprises:
  • a liquid crystal cell comprising a polymer for alignment films having a hydrazide functional group represented by the chemical formula (1).
  • the main chain of the alignment film polymer is at least one selected from the group consisting of polyamic acid, polyimide, polysiloxane, polyacryl, polymethacryl, and polyvinyl, and the hydrazide functional group is It may be connected to the main chain.
  • the main chain of the alignment film polymer is preferably made of polyamic acid and / or polyimide.
  • the alignment film polymer may have a photoreactive functional group.
  • the photoreactive functional group may be at least one selected from the group consisting of a cinnamate group, a chalcone group, a coumarin group, an azobenzene group, and a tolan group.
  • the alignment film polymer may be a polyamic acid represented by the following chemical formula (2) or an imide thereof.
  • p is an arbitrary natural number
  • m is a value of 0.001 or more and 0.1 or less.
  • X represents the following chemical formulas (3-1) to (3-12).
  • Y in the formula has a structure represented by the following chemical formulas (4-1) to (4-17), and Z in the formula has the following chemical formulas (5-1) to ( 5-8).
  • the liquid crystal layer may contain a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy.
  • a dielectric anisotropy ( ⁇ ) of the liquid crystal material may be ⁇ 5.0 or less.
  • At least one of the pair of substrates has an electrode made of at least one selected from the group consisting of Al, Ag, Zn, Cu, and alloys thereof. Also good.
  • the electrode may be formed on an insulating layer.
  • the insulating layer may include a positive type photoresist material.
  • the electrode may have a minute reflection structure having a large number of irregularities formed on the surface.
  • the liquid crystal cell may be a reflective liquid crystal cell or a transflective liquid crystal cell.
  • the display mode of the liquid crystal cell may be any of VA-TN mode, VA-ECB mode, IPS mode, and FFS mode.
  • a liquid crystal display device comprises any one of the liquid crystal cells described above.
  • Explanatory drawing which shows reaction in which carboxylic acid compound is formed from naphthoquinone diazide by light irradiation
  • Explanatory drawing showing the redox reaction between ions generated from the reflective electrode and the carboxylic acid compound
  • Explanatory drawing which represented typically the structure of the liquid crystal display device which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • Explanatory drawing which represented typically the structure of the liquid crystal display device which concerns on Embodiment 2 of this invention.
  • Explanatory drawing which shows the first half part of the synthesis example of the diamine monomer which has a hydrazide type functional group
  • Explanatory drawing which shows the latter half part of the synthesis example of the diamine monomer which has a hydrazide functional group
  • FIG. 3 is an explanatory view schematically showing the configuration of the liquid crystal display device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the liquid crystal display device 1A of Embodiment 1 is a reflective liquid crystal display device that displays an image on a display surface using external light such as natural light or illumination.
  • the liquid crystal display device 1A mainly includes a panel-like liquid crystal cell 10A.
  • the liquid crystal display device 1A includes a polarizing plate, a retardation plate, and the like laminated on the liquid crystal cell 10A.
  • the liquid crystal cell 10 ⁇ / b> A includes a pair of substrates 11, 12 that face each other and have alignment films 11 a, 12 a on opposite surfaces, and a liquid crystal layer LC interposed between the substrates 11, 12.
  • a sealing material (not shown) is interposed between the substrates 11 and 12 so as to surround the liquid crystal layer LC. Further, a spacer is interposed between the substrates 11 and 12.
  • One of the pair of substrates 11 and 12 is a pixel electrode substrate (array substrate) 11 and the other substrate is a counter substrate 12.
  • the pixel electrode substrate (array substrate) 11 is formed by forming a thin film transistor (TFT) 15, a reflective pixel electrode 17, etc. on a transparent support substrate (for example, glass) 13.
  • An alignment film 11a is formed on the opposing surface (opposing surface).
  • the reflective pixel electrode 17 has a minute reflective structure (MRS structure) M, and a large number of fine irregularities are formed on the surface of the reflective pixel electrode 17 for the purpose of improving the viewing angle.
  • the alignment film 11a is formed on the reflective pixel electrode 17 so as to cover the surface on which many irregularities are formed.
  • a thin film transistor 15 used as a switching element is disposed at a predetermined position on the support substrate 13.
  • An interlayer insulating layer 16 is formed on the support substrate 13 so as to cover the thin film transistor 15.
  • the interlayer insulating layer 16 is mainly composed of a positive type photoresist material containing a polymer, a photoacid generator, a photosensitizer, and the like, and is formed on the surface of the interlayer insulating layer 16 by using a photolithography technique. Many fine irregularities are arranged. Naphthoquinonediazide (NQD) is used as a photosensitive agent for the interlayer insulating layer 16.
  • NQD Naphthoquinonediazide
  • the reflective pixel electrode 17 is formed on the interlayer insulating layer 16 having irregularities on the surface by using a known film forming technique. Since the reflective pixel electrode 17 is formed on the interlayer insulating layer 16 so as to follow the irregularities on the surface, a large number of fine irregularities are also formed on the surface of the reflective pixel electrode 17. Examples of the material constituting the reflective pixel electrode 17 include at least one selected from the group consisting of Al, Ag, Zn, Cu, and alloys thereof.
  • the alignment film 11a is formed by subjecting a film made of a polymer for an alignment film such as polyamic acid having a hydrazide functional group to an alignment process such as a rubbing process or a photo-alignment process.
  • an alignment film 11a various alignment films such as a vertical alignment film, a horizontal alignment film, and a photo alignment film are appropriately selected and used according to the purpose.
  • the counter substrate 12 is formed by forming a color filter (CF) 18 or the like on a transparent support substrate (for example, made of glass) 14, and is on a surface (opposite surface) facing the other pixel electrode substrate 11.
  • An alignment film 12a is formed.
  • a layered color filter 18 is formed on the support substrate 14 of the counter substrate 12, and a common electrode (counter electrode) 19 is formed so as to cover the color filter 18.
  • the alignment film 12 a is formed on the common electrode 19 so as to cover the common electrode 19.
  • the alignment film 12a is formed by subjecting a film made of a polymer for an alignment film such as polyamic acid having a hydrazide functional group to an alignment process such as a rubbing process or a photo-alignment process. Details of the alignment film 11a and the alignment film 12a will be described later.
  • liquid crystal layer LC for example, nematic liquid crystal, smectic liquid crystal, or the like can be used.
  • a nematic liquid crystal having positive dielectric anisotropy positive liquid crystal
  • biphenyl liquid crystal, phenyl cyclohexane liquid crystal, ester liquid crystal, Phenyl liquid crystals, biphenylcyclohexane liquid crystals, pyrimidine liquid crystals, dioxane liquid crystals, bicyclooctane liquid crystals, cubane liquid crystals, and the like are used.
  • a chiral agent, a ferroelectric liquid crystal, or the like may be further added to these liquid crystals.
  • a nematic type liquid crystal having negative dielectric anisotropy (negative type liquid crystal) is preferable.
  • (di) fluorine type liquid crystal, dicyanobenzene type A liquid crystal, a pyridazine liquid crystal, a Schiff base liquid crystal, an azoxy liquid crystal, a biphenyl liquid crystal, a phenylcyclohexane liquid crystal, or the like is used.
  • the liquid crystal material used for the liquid crystal layer LC is appropriately selected so as to have a desired dielectric anisotropy ( ⁇ ).
  • the display mode of the liquid crystal cell 10A is appropriately selected according to the purpose.
  • a display mode of the liquid crystal cell 10A for example, a VA (or VA-TN: Vertical Aligned Twisted Nematic) mode in which liquid crystal molecules have a twist structure by using vertical alignment films whose alignment treatment directions are orthogonal to each other on the substrates,
  • a VA mode or VA-ECB: Vertical Aligned Birefringence
  • IPS In-Plane Switching
  • FFS Frringe
  • the light L1 incident on the liquid crystal cell 10A from the outside is efficiently reflected by the reflective pixel electrode 17 having the minute reflection structure M, and the reflected light L2 is emitted.
  • FIG. 4 is an explanatory view schematically showing the configuration of the liquid crystal display device 1B according to the second embodiment of the present invention.
  • the liquid crystal display device 1B of Embodiment 2 is a transflective liquid crystal display device, and displays an image on the display surface using light from the backlight device BL, which is an external light source, while using external light.
  • the liquid crystal display device 1B mainly includes a panel-like liquid crystal cell 10B and a backlight device BL that is disposed on the back side of the liquid crystal cell 10B and supplies light to the liquid crystal cell 10B.
  • the liquid crystal display device 1B includes a polarizing plate, a retardation plate, and the like laminated on the liquid crystal cell 10B.
  • the liquid crystal cell 10 ⁇ / b> B includes a pair of substrates 21 and 22 that face each other and have alignment films 21 a and 22 a on their opposing surfaces, and a liquid crystal layer LC that is interposed between the substrates 21 and 22.
  • a sealing material (not shown) is interposed between the substrates 21 and 22 so as to surround the liquid crystal layer LC.
  • a spacer is interposed between the substrates 21 and 22.
  • One of the pair of substrates 21 and 22 is a pixel electrode substrate (array substrate) 21, and the other substrate is a counter substrate 22.
  • the pixel electrode substrate (array substrate) 21 is formed by forming a thin film transistor (TFT) 25, a reflective pixel electrode 27, and the like on a transparent support substrate (for example, glass) 23.
  • An alignment film 21a is formed on the opposing surface (opposing surface).
  • the reflective pixel electrode 27 has a minute reflective structure (MRS structure) M, and a large number of fine irregularities are formed on the surface of the reflective pixel electrode 27 for the purpose of improving the viewing angle.
  • the alignment film 21a is formed on the reflective pixel electrode 27 so as to cover the surface on which a large number of irregularities are formed.
  • a thin film transistor 25 used as a switching element is disposed at a predetermined position on the support substrate 23.
  • An interlayer insulating layer 26 is formed on the support substrate 23 so as to cover the thin film transistor 25.
  • the interlayer insulating layer 26 is mainly composed of a positive photoresist material containing a polymer, a photoacid generator, a photosensitizer, and the like.
  • the surface of the interlayer insulating layer 26 has a photolithography technique. Numerous fine irregularities formed by using the are arranged. Naphthoquinonediazide (NQD) is used as a photosensitive agent for the interlayer insulating layer 26.
  • NQD Naphthoquinonediazide
  • the reflective pixel electrode 27 is formed on the interlayer insulating layer 26 having irregularities on the surface by using a known film forming technique as in the first embodiment. Since the reflective pixel electrode 27 is formed on the interlayer insulating layer 26 so as to follow the irregularities on the surface, many fine irregularities are also formed on the surface of the reflective pixel electrode 27.
  • the material constituting the reflective pixel electrode 27 is the same as that of the first embodiment.
  • an opening 30 is partially formed through the reflective pixel electrode 27.
  • a transparent pixel electrode 31 made of a transparent conductive material (ITO, IZO, etc.) is formed in the opening 30.
  • the transmissive pixel electrode 31 is formed on the support substrate 23.
  • a part of the alignment film 21 a is formed so as to cover the transmissive pixel electrode 31.
  • the alignment film 21a is formed by subjecting a film made of a polymer for an alignment film such as polyamic acid having a hydrazide functional group to an alignment process such as a rubbing process or a photo-alignment process.
  • the counter substrate 22 is formed by forming a color filter (CF) 28 or the like on a transparent support substrate (for example, made of glass) 24, and is on a surface (opposite surface) facing the other pixel electrode substrate 21.
  • An alignment film 22a is formed.
  • a layered color filter 28 is formed on the support substrate 24 of the counter substrate 22, and a common electrode (counter electrode) 29 is formed so as to cover the color filter 28.
  • the alignment film 22 a is formed on the common electrode 29 so as to cover the common electrode 29.
  • the common electrode 29 is made of a transparent conductive material such as ITO or IZO.
  • the alignment film 22a is formed by subjecting a film made of a polymer for an alignment film such as polyamic acid having a hydrazide functional group to an alignment process such as a rubbing process or a photo-alignment process. Details of the alignment film 21a and the alignment film 22a will be described later.
  • liquid crystal layer LC For the liquid crystal layer LC, the same kind of liquid crystal material as in Embodiment 1 can be used.
  • the liquid crystal material used for the liquid crystal layer LC is appropriately selected so as to have a desired dielectric anisotropy ( ⁇ ).
  • the display mode of the liquid crystal cell 10B is appropriately selected from known modes according to the purpose.
  • the light L3 incident on the liquid crystal cell 10B from the outside is efficiently reflected by the reflective pixel electrode 27 having the minute reflection structure M, and the reflected light L4 is emitted.
  • the light L5 supplied from the backlight device BL toward the liquid crystal cell 10B enters the liquid crystal cell 10B from the back side and passes through the transmissive pixel electrode 31 in the opening 30 while facing the liquid crystal layer LC. The light passes through the substrate 22 and is emitted from the display surface side.
  • the interlayer insulating layers 16 and 26 containing naphthoquinonediazide (NQD) as a photosensitive agent are formed below the reflective pixel electrodes 17 and 27.
  • alignment films 11a and 21a are formed on the reflective pixel electrodes 17 and 27, respectively.
  • the alignment film 11a and the like include a polymer for alignment film having a hydrazide functional group, and the hydrazide functional group is generated from ions (for example, aluminum ions, A silver ion) forms a complex and suppresses the redox reaction shown in FIG.
  • the alignment film contains a polymer for alignment film having a hydrazide functional group represented by the following chemical formula (1).
  • the polymer for alignment films When the polymer for alignment films has such a hydrazide functional group, it forms a complex with ions (for example, aluminum ions and silver ions) generated from the reflective pixel electrode, and the redox as shown in FIG. The reaction can be suppressed.
  • ions for example, aluminum ions and silver ions
  • the main chain of the alignment film polymer is at least one selected from the group consisting of polyamic acid, polyimide, polysiloxane, polyacryl, polymethacryl, and polyvinyl, and the hydrazide functional group is connected to the main chain.
  • the hydrazide functional group is introduced not into the main chain but into the side chain connected to the main chain (including the cross-linked moiety connecting the main chains), so that the hydrazide functional group forms a complex with aluminum ions, etc. easy.
  • the main chain of the alignment film polymer is preferably made of polyamic acid and / or polyimide.
  • polyamic acid and / or polyimide may be either polyamic acid or polyimide, or both polyamic acid and polyimide.
  • the alignment film polymer may contain a photoreactive functional group that undergoes a reaction (for example, photoisomerization reaction) upon receiving predetermined light (polarized ultraviolet light or the like) during photo-alignment treatment, and changes its structure.
  • a reaction for example, photoisomerization reaction
  • predetermined light polarized ultraviolet light or the like
  • the photoreactive functional group may be introduced into the main chain of the alignment film polymer, or may be introduced as a side chain connected to the main chain of the alignment film polymer.
  • Examples of the photoreactive functional group include a cinnamate group, a chalcone group, a coumarin group, an azobenzene group, and a tolan group.
  • the photoreactive functional group may be at least one selected from the group consisting of a cinnamate group, a chalcone group, a coumarin group, an azobenzene group, and a tolan group.
  • Polyamic acid I As the alignment film polymer, for example, a polyamic acid represented by the following chemical formula (2) can be used.
  • p degree of polymerization
  • m is a value from 0.001 to 0.1, and more preferably from 0.01 to 0.05.
  • the value of m is in such a range, the effect of introducing a hydrazide functional group (complex formation with ions) can be obtained while suppressing an increase in viscosity.
  • the value of m becomes larger than 0.1, the viscosity of the alignment film polymer increases, and film formation becomes difficult.
  • X in the above formula (2) has a structure represented by the following chemical formulas (3-1) to (3-12) when the alignment film is a horizontal alignment film or a vertical alignment film.
  • X in the above formula (2) is represented by the following chemical formulas (3-13) to (3-16) when the alignment film is a photo-alignment film (horizontal photo-alignment film or vertical photo-alignment film). It consists of a structure.
  • Y in the above formula (2) has a structure represented by the following chemical formulas (4-1) to (4-17) when the alignment film is a horizontal alignment film or a vertical alignment film.
  • Y in the above formula (2) is represented by the following chemical formulas (4-18) to (4-25) when the alignment film is a photo-alignment film (horizontal photo-alignment film or vertical photo-alignment film). It consists of a structure.
  • the structures represented by the following chemical formulas (4-18) to (4-25) can be used as Y in the above formula (2) even when the alignment film is a horizontal alignment film or a vertical alignment film. it can.
  • Z in the above formula (2) has a structure represented by the following chemical formulas (5-1) to (5-8) when the alignment film is a horizontal alignment film.
  • Z in the above formula (2) has a structure represented by the following chemical formulas (5-9) to (5-15) when the alignment film is a vertical alignment film.
  • the symbol “*” shown in chemical formulas (5-9) to (5-15) represents a bond.
  • Z in the above formula (2) has a structure represented by the following chemical formula (5-16) and chemical formula (5-17) when the alignment film is a horizontal light alignment film.
  • Z in the above formula (2) has a structure represented by the following chemical formulas (5-18) to (5-38) when the alignment film is a vertical photo alignment film.
  • the alignment film polymer comprising the polyamic acid represented by the chemical formula (2) may be imidized as appropriate, and for example, a polyimide represented by the following chemical formula (6) may be used as the alignment film polymer.
  • a polyimide represented by the following chemical formula (6) may be used as the alignment film polymer.
  • the conditions of X, Y, Z, p, and m in the following chemical formula (6) are the same as those in the chemical formula (2).
  • the monomer unit in the above formula (7) has Y or Y ′.
  • the structure Y is the same as that in the chemical formula (2) (that is, represented by the chemical formula (4-1) to the chemical formula (4-25)). Any structure).
  • the structure Z is included as a side chain.
  • the structure Z is the same as that in the chemical formula (2) (that is, any structure represented by the chemical formula (5-1) to the chemical formula (5-38)).
  • the monomer unit in the formula (7) includes the structure Y ′
  • a structure having two bonds is applied to the structure Y ′.
  • a specific example of the structure Y ′ will be described later. Note that the structure Y ′ does not include the side chain represented by the structure Z.
  • the introduction rate of structure Y in the above formula (7) is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, but is set to, for example, 0.1 to 0.4 (10 to 40%). .
  • the alignment film polymer composed of the polyamic acid represented by the chemical formula (7) may be imidized as appropriate and used as the alignment film polymer composed of polyimide.
  • the alignment film polymer composed of the polyamic acid represented by the chemical formula (8) may be appropriately imidized and used as the alignment film polymer composed of polyimide.
  • p degree of polymerization
  • m and r are both 0 or more and less than 1 (0 ⁇ m ⁇ 1, 0 ⁇ r ⁇ 1), and m + r ⁇ 1.
  • X ′ represents a substituent such as an alkoxy group such as hydrogen (—H), a hydroxyl group (—OH), a methoxy group (—OCH 3 ), an ethoxy group (—OC 2 H 5 ), etc. Consists of.
  • Z ′ in the above formula (9) is the same as Z in the above chemical formula (2) (that is, any structure represented by the chemical formula (5-1) to the chemical formula (5-38)), Alternatively, it has a structure represented by the following chemical formula (10-1) and chemical formula (10-2).
  • a polymer having no hydrazide functional group may be used in combination with the polymer having the hydrazide functional group as described above.
  • a plurality of polymers having a hydrazide functional group may be used in combination.
  • the polymer for alignment film is appropriately dissolved in an organic solvent and prepared as an alignment agent for alignment film.
  • substrate For example, well-known methods, such as a spin coater, are applied.
  • the coating film made of the aligning agent is baked in two stages of pre-baking and main baking.
  • the coating film made of the aligning agent is subjected to a heat treatment, for example, at 80 ° C. for 2 minutes by temporary baking to remove the organic solvent or the like in the coating film.
  • the main calcination is performed for the purpose of imidizing polyamic acid, minimizing the conformation of the polymer chain in the photo-alignment film, and the like.
  • heating is performed at a temperature (for example, 200 ° C.) higher than that of the preliminary firing for a longer time (for example, 40 minutes) than the preliminary firing.
  • the alignment treatment for the alignment film may be a rubbing treatment or a photo-alignment treatment in which light such as polarized ultraviolet rays is irradiated from a predetermined angle.
  • An acid anhydride (1 mol) represented by the following chemical formula (11-3) was added to a ⁇ -butyrolactone solution containing a diamine compound (0.05 mol, see FIG. 6) represented by c-6), and the mixture was added at 60 ° C. for 12 hours. By reacting, a polyamic acid having a random structure was obtained.
  • the following treatment was performed.
  • an excess of pyridine (3 mol) and acetic anhydride (3 mol) were added and reacted at 150 ° C. for 3 hours.
  • the obtained polyimide had a weight average molecular weight of 70,000 and a molecular weight distribution of 2.9.
  • the imidation rate was 40% or more.
  • the polyamic acid which has a hydrazide type functional group, and the polyimide were obtained.
  • polyamic acids and polyamides having different introduction ratios of hydrazide functional groups can be obtained by appropriately adjusting the introduction amount (ratio) of the diamine compound (c-6).
  • the thickness of the alignment film is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and is appropriately set.
  • the alignment film including the alignment film polymer having a hydrazide functional group as described above is formed on each substrate of the liquid crystal cell, so that the liquid crystal cell of the present embodiment has a reduced voltage holding ratio and a residual voltage.
  • An increase in DC is suppressed. This is because a complex is formed between a hydrazide-based functional group introduced into the alignment film and ions (aluminum ions, etc.) generated from electrodes such as reflective pixel electrodes, and as a result, as shown in FIG. This is because the redox reaction is suppressed.
  • the common electrode is formed on the counter substrate of the liquid crystal cell.
  • the present invention is not limited to this.
  • the common electrode is formed on the pixel electrode substrate side. It may be a configuration.
  • P (degree of polymerization) in formula (7) is an arbitrary natural number.
  • X in the formula (7) is a structure represented by the following chemical formula (3-5).
  • the structure Y has a structure represented by the following chemical formula (4-1) and includes the structure Z as a side chain.
  • the structure Z is a structure represented by the following chemical formula (5-9).
  • the structure Y ′ has a structure represented by the following chemical formula (12-1). Note that the structure Y ′ does not include the side chain represented by the structure Z.
  • the coating film on each substrate was heated at 80 ° C. for 2 minutes to perform a pre-baking treatment, followed by heating at 200 ° C. for 40 minutes to perform the main baking treatment. Thereafter, each coating film was rubbed and each coating film was washed with water to form an alignment film on each substrate.
  • an uncured ODF sealant was drawn in a frame shape on the alignment film of the pixel electrode substrate using a dispenser.
  • a sealing material the thing provided with ultraviolet curable and thermosetting was utilized.
  • the pixel electrode substrate and the counter substrate were bonded to each other, T NI of liquid crystal material (nematic - isotropic phase transition temperature) or higher temperatures in the heating for 30 minutes (annealing) that by performing re-alignment treatment to the alignment film
  • T NI liquid crystal material
  • annealing annealing
  • a reflective vertical alignment liquid crystal cell of Example 2 was produced in the same manner as Comparative Example 1 except that the alignment agent was used.
  • the voltage holding ratio was measured using a 6254 type VHR measuring system (manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.) under the conditions of 1V and 70 ° C.
  • the residual DC voltage (V) was measured by flicker erasing after applying a DC offset voltage of 2 V to the liquid crystal cell for 2 hours. The results are shown in Table 1.
  • the value of m in the chemical formula (7) can be appropriately adjusted in the range of 0 to 0.1 (10% introduction) according to the alignment state of the liquid crystal.
  • m is larger than 0.1 (if the amount introduced is larger than 10%), the viscosity becomes too high due to the influence of cross-linking between polymer molecules, so that film formation becomes difficult.
  • P (degree of polymerization) in formula (8) is an arbitrary natural number.
  • X in the formula (8) is a structure represented by the following chemical formula (3-5).
  • Y ′ in the formula (8) has a structure represented by the following chemical formula (12-1).
  • the coating film on each substrate was heated at 80 ° C. for 2 minutes to perform a pre-baking treatment, followed by heating at 200 ° C. for 40 minutes to perform the main baking treatment. Thereafter, each coating film was rubbed, and each coating film was washed with isopropyl alcohol (IPA) to form an alignment film on each substrate.
  • IPA isopropyl alcohol
  • an uncured ODF sealing material was drawn in a frame shape using a dispenser on the alignment film of one substrate (pixel electrode substrate).
  • a sealing material the thing provided with ultraviolet curable and thermosetting was utilized.
  • T NI of liquid crystal material nematic - isotropic phase transition temperature
  • annealing annealing
  • a reflective FFS mode liquid crystal cell of Example 5 was produced in the same manner as Comparative Example 2 except that the alignment agent was used.
  • the value of m in the chemical formula (8) can be appropriately adjusted in the range of 0 to 0.1 (10% introduction) according to the alignment state of the liquid crystal.
  • m is larger than 0.1 (if the amount introduced is larger than 10%), the viscosity becomes too high due to the influence of cross-linking between polymer molecules, so that film formation becomes difficult.
  • P in the formula (2) is an arbitrary natural number.
  • X in the formula (2) has a structure represented by the following chemical formula (3-5).
  • Y in the formula (2) has a structure represented by the following chemical formula (4-17), and Z in the formula (2) has a structure represented by the following chemical formula (5-38).
  • each coating film on each substrate was heated at 80 ° C. for 2 minutes to perform a pre-baking treatment, and subsequently heated at 200 ° C. for 40 minutes to perform the main baking treatment. Thereafter, each coating film was subjected to a photo-alignment treatment by irradiating polarized ultraviolet rays at 20 mJ / cm 2 from a direction inclined by 40 ° from the normal direction of the substrate.
  • an uncured ODF sealant was drawn in a frame shape on the alignment film of the pixel electrode substrate using a dispenser.
  • a sealing material the thing provided with ultraviolet curable and thermosetting was utilized.
  • the pixel electrode substrate and the counter substrate were bonded to each other, T NI of liquid crystal material (nematic - isotropic phase transition temperature) or higher temperatures in the heating for 30 minutes (annealing) that by performing re-alignment treatment to the alignment film
  • T NI liquid crystal material
  • annealing annealing
  • the value of m in the chemical formula (2) can be appropriately adjusted in the range of 0 to 0.1 (10% introduction) according to the alignment state of the liquid crystal.
  • m is larger than 0.1 (if the amount introduced is larger than 10%), the viscosity becomes too high due to the influence of cross-linking between polymer molecules, so that film formation becomes difficult.
  • Examples 9 to 10 tend to have a larger rDC value as a whole than Examples 1 to 8 described above. This is presumably because the vertical photo-alignment films of Examples 9 to 10 have the property of easily capturing impurities having a charge such as ionicity (radical) on the alignment film surface.
  • p degree of polymerization
  • r is a value of 0 or more and less than 1 (0 ⁇ r ⁇ 1)
  • Z in the formula (9) has a structure represented by the following chemical formula (10-1) or (10-2).
  • X ′ in the formula (9) consists of a methoxy group (CH 3 O—).
  • the polysiloxane prepared in Synthesis Example 16 and a polyamic acid containing no hydrazide-based functional group mixed at a predetermined ratio and an organic solvent are mixed to obtain an alignment agent for a vertical alignment film.
  • the said orientation agent was apply
  • a coating film was formed on the pixel electrode substrate so as to cover the reflective pixel electrode, and a coating film was formed on the counter substrate so as to cover the common electrode.
  • each coating film on each substrate was heated at 80 ° C. for 2 minutes to perform a preliminary baking treatment, and subsequently heated at 230 ° C. for 40 minutes to perform a main baking treatment. Thereafter, each coating film was subjected to a photo-alignment treatment by irradiating polarized ultraviolet rays at 20 mJ / cm 2 from a direction inclined by 40 ° from the normal direction of the substrate.
  • an uncured ODF sealant was drawn in a frame shape on the alignment film of the pixel electrode substrate using a dispenser.
  • a sealing material the thing provided with ultraviolet curable and thermosetting was utilized.
  • the pixel electrode substrate and the counter substrate were bonded to each other, T NI of liquid crystal material (nematic - isotropic phase transition temperature) or higher temperatures in the heating for 30 minutes (annealing) that by performing re-alignment treatment to the alignment film
  • T NI liquid crystal material
  • annealing annealing
  • the value of m in the chemical formula (9) can be appropriately adjusted in the range of 0 to 0.1 (10% introduction) according to the alignment state of the liquid crystal.
  • m is larger than 0.1 (if the amount introduced is larger than 10%), the viscosity becomes too high due to the influence of cross-linking between polymer molecules, so that film formation becomes difficult.
  • Examples 13 to 16 tend to have a higher VHR and a smaller rDC as compared with Examples 9 to 12 described above. This is presumably because the polysiloxane type vertical photo-alignment films of Examples 13 to 16 have a property that it is difficult to trap impurities having a charge such as ionicity (radical).
  • SYMBOLS 1A Liquid crystal display device (reflection type), 10A ... Liquid crystal cell, 11 ... Pixel electrode substrate, 11a ... Alignment film, 12 ... Opposite substrate, 12a ... Alignment film, 13, 14 ... Support substrate, 15 ... Thin film transistor, 16 ... Interlayer Insulating layer, 17 ... reflective pixel electrode, 18 ... color filter, 19 ... common electrode, LC ... liquid crystal layer, M ... minute reflective structure

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Abstract

本発明の液晶セル10Aは、互いに向かい合い、かつ各々の対向面に配向膜11a,12aを有する一対の基板11,12と、基板11,12間に介在される液晶層LCとを備える液晶セル10Aであって、配向膜11a,12aは、下記化学式(1)で示されるヒドラジド系官能基を有する配向膜用重合体を含有することを特徴とする。

Description

液晶セル、及び液晶表示装置
 本発明は、液晶セル、及び液晶表示装置に関する。
 液晶表示装置は、画像等の情報を表示する表示部として液晶パネルを備えている。液晶パネルは、対向配置された一対の基板間に液晶層が封止された構成を備えており、液晶層に印加する電界によって液晶層中の液晶化合物の配向が制御され、そしてその液晶層を通る光の量が制御される。
 また、液晶表示装置は、液晶パネルに光を供給する方式の違いにより、「透過型」、「反射型」、及び「半透過型」の3種類に大別される。透過型は、液晶パネルの背面側に設置した光源(バックライト)から光を供給し、液晶パネルを透過する光を利用して表示を行う方式である。反射型は、自然光等の外部光が液晶パネル内の電極(反射電極)等で反射した光を利用して表示を行う方式である。半透過型は、透過型と反射型とを組み合わせた方式である(例えば、特許文献1参照)。
 これらのうち、反射型及び半透過型の液晶表示装置は、液晶パネル内に、アルミニウム(Al)や銀(Ag)等の膜状の導電材料からなる反射電極を備えている。反射電極は、アルミニウム(Al)や銀(Ag)等の膜状の導電材料からなり、液晶パネルの一方の基板における液晶層側の内面上に形成されている。また、この種の反射電極の中には、視野角向上等を目的として反射電極の表面に多数の凹凸を形成した微小反射構造(Micro Reflective Structure)(以下、MRS構造)を有するものもある。
 MRS構造の反射電極は、前記基板を構成する透明基板(例えば、ガラス基板)上に形成された層間絶縁層を覆うように形成されている。層間絶縁層の表面には、フォトリソグラフィー技術を利用して形成された多数の凹凸が存在しており、その凹凸に倣う形で表面に多数の凹凸が形成された反射電極が層間絶縁層上に形成されている。層間絶縁層は、主として、重合体、光酸発生剤、感光剤等を含むポジ型のフォトレジスト材料から構成され、前記感光剤としては、ナフトキノンジアジド(以下、NQD)が用いられている。なお、反射電極の表面上には、ポリイミド等の有機材料からなる配向膜が積層されている。
国際公開第2011/158671号
(発明が解決しようとする課題)
 MRS構造の反射電極を備えた液晶表示装置では、反射電極が有機材料で構成された層間絶縁層、若しくは配向膜と直に接触している箇所がある。そのため、反射電極を構成する材料(例えば、Al,Ag)が水分に接触することで容易にイオン(Al3+等)になり得る。また、上記のように、層間絶縁層の内部にはNQDが含まれており、そのNQDに光が照射されると、図1に示される反応により、NQD(a-1)は、化合物(a-2)を経て、カルボン酸化合物(a-3)が形成される。カルボン酸化合物(a-3)は、例えば、液晶層や配向膜等に予め含ませておいたエポキシ化合物と反応させて消失させている。ただし、エポキシ化合物と反応せずに残存したカルボン酸化合物(a-3)の中には、層間絶縁層の内部から移動して反射電極を通過し、そして配向膜中又は液晶層中に溶出するものがある。また、反射電極から生じたイオン(Al3+等)も、配向膜中又は液晶層中に溶出することになる。すると、反射電極から発生したイオンと、カルボン酸化合物(a-3)のカルボキシル基とが、図2に示されるように、式(B-1)~式(B-4)で表されるレドックス反応により、カルボキシル基からラジカルが発生する。
 ラジカル状態のカルボン酸化合物は、液晶表示装置を長期間に亘って使用した場合、配向膜の内部を通過して、更に配向膜表面若しくは液晶層に溶出することで不純物となり、その不純物が、電圧保持率の低下に由来するフリッカや、残留DCの増加に由来する焼き付きを引き起こすことが問題となっていた。
 特に、ネガ型の液晶材料は、ポジ型の液晶材料と比べて水分を多く取り込み易く、上記レドックス反応に由来するラジカル物質の溶出が起こり易い。ネガ型の液晶分子の中には、酸素原子(O)、フッ素原子(F)、塩素原子(Cl)等の極性の高い原子がポジ型よりも多く含まれており、かつ同一分子内に酸素原子を有するアルコキシル基とフッ素原子(F)とが含まれることもあり、液晶分子の極性が、ポジ型の液晶分子と比べて高くなる。そのため、ネガ型の液晶分子は、極性の高い水分を取り込み易い。
 本発明の目的は、電圧保持率の低下、及び残留DCの増加が抑制された液晶セル及び液晶表示装置を提供することである。
(課題を解決するための手段)
 本発明に係る液晶セルは、互いに向かい合い、かつ各々の対向面に配向膜を有する一対の基板と、前記基板間に介在される液晶層とを備える液晶セルであって、前記配向膜は、下記化学式(1)で示されるヒドラジド系官能基を有する配向膜用重合体を含有することを特徴とする液晶セル。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 前記液晶セルにおいて、前記配向膜用重合体の主鎖は、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリシロキサン、ポリアクリル、ポリメタクリル、及びポリビニルからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、前記ヒドラジド系官能基が前記主鎖に接続されてもよい。
 前記液晶セルにおいて、前記配向膜用重合体の主鎖は、ポリアミック酸、及び/又はポリイミドからなることが好ましい。
 前記液晶セルにおいて、前記配向膜用重合体は、光反応性官能基を有するものであってもよい。
 前記液晶セルにおいて、前記光反応性官能基は、シンナメート基、カルコン基、クマリン基、アゾベンゼン基、及びトラン基からなる群より選ばれる少なくとも1種であってもよい。
 前記液晶セルにおいて、前記配向膜用重合体は、下記化学式(2)で示されるポリアミック酸、又はそのイミド体であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
(式中、pは、任意の自然数であり、mは、0.001以上0.1以下の値である。また、式中のXは、下記化学式(3-1)~(3-12)で表される構造からなり、式中のYは、下記化学式(4-1)~(4-17)で表される構造からなり、式中のZは、下記化学式(5-1)~(5-8)で表される構造からなる。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
 前記液晶セルにおいて、前記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶材料を含有するものであってもよい。
 前記液晶セルにおいて、前記液晶材料の誘電率異方性(Δε)は、-5.0以下であってもよい。
 前記液晶セルにおいて、一対の前記基板のうち、少なくとも一方の基板は、Al、Ag、Zn、Cu、及びそれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも1種を材料とする電極を有するものであってもよい。
 前記液晶セルにおいて、前記電極は、絶縁層上に形成されるものであってもよい。
 前記液晶セルにおいて、前記絶縁層は、ポジ型のフォトレジスト材料を含むものであってもよい。
 前記液晶セルにおいて、前記電極は、表面に多数の凹凸が形成された微小反射構造を有するものであってもよい。
 前記液晶セルは、反射型液晶セル、又は半透過型液晶セルからなるものであってもよい。
 前記液晶セルにおいて、前記液晶セルの表示モードは、VA-TNモード、VA-ECBモード、IPSモード、FFSモードの何れかであってもよい。
 また、本発明に係る液晶表示装置は、前記何れかに記載の液晶セルを含むものからなる。
 本発明によれば、電圧保持率の低下、及び残留DCの増加が抑制された液晶セル及び液晶表示装置を提供することができる。
光照射によりナフトキノンジアジドからカルボン酸化合物が形成される反応を示す説明図 反射電極から発生したイオンと、カルボン酸化合物とのレドックス反応を示す説明図 本発明の実施形態1に係る液晶表示装置の構成を模式的に表した説明図 本発明の実施形態2に係る液晶表示装置の構成を模式的に表した説明図 ヒドラジド系官能基を有するジアミンモノマーの合成例の前半部分を示す説明図 ヒドラジド系官能基を有するジアミンモノマーの合成例の後半部分を示す説明図
(液晶表示装置:反射型)
 以下、本発明の実施形態1を、図面を参照しつつ説明する。図3は、本発明の実施形態1に係る液晶表示装置の構成を模式的に表した説明図である。実施形態1の液晶表示装置1Aは、自然光や照明等の外部光を利用して表示面に画像を表示させる反射型液晶表示装置である。液晶表示装置1Aは、主として、パネル状の液晶セル10Aを備えている。液晶表示装置1Aは、液晶セル10A以外に、液晶セル10Aに積層される偏光板、位相差板等を備えている。
(液晶セル)
 液晶セル10Aは、互いに向かい合い、かつ各々の対向面に配向膜11a,12aを有する一対の基板11,12と、それらの基板11,12間に介在される液晶層LCとを備えている。基板11,12間には、液晶層LCの周りを囲む形でシール材(不図示)が介在されている。また、基板11,12間には、スペーサが介在されている。
 一対の基板11,12のうち、一方の基板は、画素電極基板(アレイ基板)11であり、他方の基板は、対向基板12である。
(画素電極基板)
 画素電極基板(アレイ基板)11は、透明な支持基板(例えば、ガラス製)13上に、薄膜トランジスタ(TFT)15、反射型画素電極17等が形成されたものからなり、他方の対向基板12と対向する面(対向面)上に、配向膜11aが形成されている。反射型画素電極17は、微小反射構造(MRS構造)Mを備えており、反射型画素電極17の表面には、視野角向上等を目的として、多数の微細な凹凸が形成されている。配向膜11aは、多数の凹凸が形成された表面を覆う形で、反射型画素電極17上に形成されている。
 図3に示されるように、支持基板13上の所定箇所に、スイッチング素子と利用される薄膜トランジスタ15が配設されている。そして、薄膜トランジスタ15を覆う形で支持基板13上に層間絶縁層16が形成されている。
 層間絶縁層16は、主として、重合体、光酸発生剤、感光剤等を含むポジ型のフォトレジスト材料から構成され、層間絶縁層16の表面には、フォトリソグラフィー技術を利用して形成された多数の微細な凹凸が配されている。層間絶縁層16の感光剤としては、ナフトキノンジアジド(NQD)が用いられる。
 反射画素電極17は、公知の成膜技術を利用して、表面に凹凸を有する層間絶縁層16上に形成される。反射画素電極17は、表面の凹凸に倣う形で層間絶縁層16上に形成されるため、反射画素電極17の表面にも多数の微細な凹凸が形成される。反射画素電極17を構成する材料としては、Al、Ag、Zn、Cu、及びそれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも1種が挙げられる。
 配向膜11aは、後述するように、ヒドラジド系官能基を有するポリアミック酸等の配向膜用重合体からなる膜に、ラビング処理、光配向処理等の配向処理を施したものからなる。配向膜11aとしては、目的に応じて、垂直配向膜、水平配向膜、光配向膜等の各種配向膜が適宜、選択されて利用される。
(対向基板)
 対向基板12は、透明な支持基板(例えば、ガラス製)14上に、カラーフィルタ(CF)18等が形成されたものからなり、他方の画素電極基板11と対向する面(対向面)上に、配向膜12aが形成されている。図3に示されるように、対向基板12の支持基板14上には、層状のカラーフィルタ18が形成されており、そのカラーフィルタ18を覆う形で共通電極(対向電極)19が形成されている。配向膜12aは、共通電極19を覆うように共通電極19上に形成されている。共通電極19としては、例えば、酸化インジウム錫(Indium Tin Oxide:ITO)、酸化インジウム亜鉛(Indium Zinc Oxide:IZO)等の透明導電材料が利用される。
 配向膜12aは、上記配向膜11aと同様、ヒドラジド系官能基を有するポリアミック酸等の配向膜用重合体からなる膜に、ラビング処理、光配向処理等の配向処理を施したものからなる。なお、配向膜11a及び配向膜12aの詳細は、後述する。
(液晶層)
 液晶層LCには、例えば、ネマティック型液晶、スメクティック型液晶等を用いることができる。TN型液晶セル又はSTN型液晶セルの場合、ネマティック型液晶のうち正の誘電異方性を有するもの(ポジ型の液晶)が好ましく、例えばビフェニル系液晶、フェニルシクロヘキサン系液晶、エステル系液晶、ターフェニル系液晶、ビフェニルシクロヘキサン系液晶、ピリミジン系液晶、ジオキサン系液晶、ビシクロオクタン系液晶、キュバン系液晶等が用いられる。これら液晶に、カイラル剤、強誘電性液晶等を、更に添加して使用してもよい。
 これに対し、垂直配向型の液晶セルの場合には、ネマティック型液晶のうち負の誘電異方性を有するもの(ネガ型の液晶)が好ましく、例えば、(ジ)フッ素系液晶、ジシアノベンゼン系液晶、ピリダジン系液晶、シッフベース系液晶、アゾキシ系液晶、ビフェニル系液晶、フェニルシクロヘキサン系液晶等が用いられる。
 液晶層LCに使用される液晶材料は、所望の誘電率異方性(Δε)を有するように、適宜、選択される。
(液晶モード)
 液晶セル10Aの表示モードは、目的に応じて、適宜、選択される。液晶セル10Aの表示モードとしては、例えば、互いの基板で配向処理方向が直交する垂直配向膜を用いることにより、液晶分子がツイスト構造となるVA(又はVA-TN:Vertical Alignment Twisted Nematic)モード、任意のドメインについて、配向方位が互いの基板で反平行となった垂直配向膜を用いるVAモ(又はVA-ECB:Vertical Alignment Electrically Controled Birefringence)モード、IPS(In-Plane Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード等が挙げられる。
 図3に示されるように、外側から液晶セル10Aに入射した光L1は、微小反射構造Mを備えた反射型画素電極17で効率的に反射されて、反射光L2が出射される。
(液晶表示装置:半透過型)
 次いで、本発明の実施形態2を、図面を参照しつつ説明する。図4は、本発明の実施形態2に係る液晶表示装置1Bの構成を模式的に表した説明図である。実施形態2の液晶表示装置1Bは、半透過型液晶表示装置であり、外部光を利用しつつ、外部光源であるバックライト装置BLからの光を利用して表示面に画像を表示させる。液晶表示装置1Bは、上記実施形態1と同様、主として、パネル状の液晶セル10Bと、液晶セル10Bの背面側に配され、液晶セル10Bに光を供給するバックライト装置BLとを備えている。なお、液晶表示装置1Bは、それら以外に、液晶セル10Bに積層される偏光板、位相差板等を備えている。
(液晶セル)
 液晶セル10Bは、互いに向かい合い、かつ各々の対向面に配向膜21a,22aを有する一対の基板21,22と、それらの基板21,22間に介在される液晶層LCとを備えている。基板21,22間には、液晶層LCの周りを囲む形でシール材(不図示)が介在されている。また、基板21,22間には、スペーサが介在されている。
 一対の基板21,22のうち、一方の基板は、画素電極基板(アレイ基板)21であり、他方の基板は、対向基板22である。
(画素電極基板)
 画素電極基板(アレイ基板)21は、透明な支持基板(例えば、ガラス製)23上に、薄膜トランジスタ(TFT)25、反射型画素電極27等が形成されたものからなり、他方の対向基板22と対向する面(対向面)上に、配向膜21aが形成されている。反射型画素電極27は、微小反射構造(MRS構造)Mを備えており、反射型画素電極27の表面には、視野角向上等を目的として、多数の微細な凹凸が形成されている。配向膜21aは、多数の凹凸が形成された表面を覆う形で、反射型画素電極27上に形成されている。
 図4に示されるように、支持基板23上の所定箇所に、スイッチング素子と利用される薄膜トランジスタ25が配設されている。そして、薄膜トランジスタ25を覆う形で支持基板23上に層間絶縁層26が形成されている。
 層間絶縁層26は、上記実施形態1と同様、主として、重合体、光酸発生剤、感光剤等を含むポジ型のフォトレジスト材料から構成され、層間絶縁層26の表面には、フォトリソグラフィー技術を利用して形成された多数の微細な凹凸が配されている。層間絶縁層26の感光剤としては、ナフトキノンジアジド(NQD)が用いられる。
 反射画素電極27は、上記実施形態1と同様、公知の成膜技術を利用して、表面に凹凸を有する層間絶縁層26上に形成される。反射画素電極27は、表面の凹凸に倣う形で層間絶縁層26上に形成されるため、反射画素電極27の表面にも多数の微細な凹凸が形成される。反射画素電極27を構成する材料は、実施形態1と同様のものが利用される。
 なお、反射画素電極27には、部分的に開口部30が貫通形成されている。この開口部30には、透明導電材料(ITO、IZO等)からなる透過画素電極31が形成されている。透過画素電極31は、支持基板23上に形成されている。配向膜21aの一部は、透過画素電極31を覆う形で形成されている。
 配向膜21aは、実施形態1と同様、ヒドラジド系官能基を有するポリアミック酸等の配向膜用重合体からなる膜に、ラビング処理、光配向処理等の配向処理を施したものからなる。
(対向基板)
 対向基板22は、透明な支持基板(例えば、ガラス製)24上に、カラーフィルタ(CF)28等が形成されたものからなり、他方の画素電極基板21と対向する面(対向面)上に、配向膜22aが形成されている。図4に示されるように、対向基板22の支持基板24上には、層状のカラーフィルタ28が形成されており、そのカラーフィルタ28を覆う形で共通電極(対向電極)29が形成されている。配向膜22aは、共通電極29を覆うように共通電極29上に形成されている。共通電極29は、実施形態1と同様、ITO、IZO等の透明導電材料からなる。
 配向膜22aは、上記配向膜21aと同様、ヒドラジド系官能基を有するポリアミック酸等の配向膜用重合体からなる膜に、ラビング処理、光配向処理等の配向処理を施したものからなる。なお、配向膜21a及び配向膜22aの詳細は、後述する。
(液晶層)
 液晶層LCは、上記実施形態1と同種の液晶材料を用いることができる。液晶層LCに使用される液晶材料は、所望の誘電率異方性(Δε)を有するように、適宜、選択される。
(液晶モード)
 液晶セル10Bの表示モードは、液晶セル10Aの表示モードと同様、目的に応じて、公知のモードの中から、適宜、選択される。
 図4に示されるように、外側から液晶セル10Bに入射した光L3は、微小反射構造Mを備えた反射型画素電極27で効率的に反射されて、反射光L4が出射される。また、バックライト装置BLから液晶セル10Bに向けて供給された光L5は、液晶セル10B内に背面側から入射し、開口部30内の透過画素電極31を透過しつつ、液晶層LC及び対向基板22を透過して、表示面側から出射される。
 上記実施形態1,2の各液晶セル1A,1Bは、上記のように、反射画素電極17,27の下側に、感光剤としてナフトキノンジアジド(NQD)を含む層間絶縁層16、26が形成されている。そして、各反射画素電極17,27上には、配向膜11a,21aが形成されている。後述するように、配向膜11a等は、ヒドラジド系官能基を有する配向膜用重合体を備えており、そのヒドラジド系官能基が、反射画素電極17,27から発生したイオン(例えば、アルミニウムイオン、銀イオン)との間で錯体を形成し、図2に示されるレドックス反応を抑制する。
 以下、上記実施形態1,2等の本発明の実施形態において使用される配向膜について説明する。
(配向膜)
 配向膜は、下記化学式(1)で示されるヒドラジド系官能基を有する配向膜用重合体を含有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 配向膜用重合体がこのようなヒドラジド系官能基を有すると、反射画素電極から発生したイオン(例えば、アルミニウムイオン、銀イオン)との間で錯体を形成し、図2に示されるようなレドックス反応を抑制することができる。
 配向膜用重合体の主鎖は、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリシロキサン、ポリアクリル、ポリメタクリル、及びポリビニルからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、ヒドラジド系官能基が前記主鎖に接続される。ヒドラジド系官能基が、主鎖ではなく、主鎖に接続する側鎖(主鎖同士を接続する架橋部分を含む)に導入されることで、ヒドラジド系官能基がアルミニウムイオン等と錯体を形成し易い。
 配向膜用重合体の主鎖は、ポリアミック酸、及び/又はポリイミドからなることが好ましい。なお、本明細書において、「ポリアミック酸、及び/又はポリイミド」とは、ポリアミック酸、ポリイミドの何れか一方であってもよいし、ポリアミック酸及びポリイミドの双方であってもよい。
 また、配向膜用重合体は、光配向処理時において、所定の光(偏光紫外線等)を受けると反応(例えば、光異性化反応)して、構造が変化する光反応性官能基を含んでもよい。光反応性官能基は、配向膜用重合体の主鎖中に導入されてもよいし、配向膜用重合体の主鎖に接続する側鎖として導入されてもよい。
 前記光反応性官能基としては、例えば、シンナメート基、カルコン基、クマリン基、アゾベンゼン基、トラン基が挙げられる。なお、前記光反応性官能基は、シンナメート基、カルコン基、クマリン基、アゾベンゼン基、及びトラン基からなる群より選ばれる少なくとも1種であってもよい。
 以下、配向膜用重合体の具体例を説明する。
(ポリアミック酸I)
 配向膜用重合体としては、例えば、下記化学式(2)に示されるポリアミック酸を用いることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 上記式(2)中、p(重合度)は、任意の自然数であり、mは、0.001以上0.1以下の値であり、より好ましくは、0.01以上0.05以下である。mの値がこのような範囲であると、粘度上昇を抑制しつつ、ヒドラジド系官能基を導入した効果(イオンとの錯体形成)が得られる。なお、mの値が0.1よりも大きくなると、配向膜用重合体の粘度が高くなり、成膜が難しくなる。
 また、上記式(2)中のXは、配向膜が水平配向膜、又は垂直配向膜である場合、下記化学式(3-1)~(3-12)で表される構造からなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 また、上記式(2)中のXは、配向膜が光配向膜(水平光配向膜、又は垂直光配向膜)である場合、下記化学式(3-13)~(3-16)で表される構造からなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 また、上記式(2)中のYは、配向膜が水平配向膜、又は垂直配向膜である場合、下記化学式(4-1)~(4-17)で表される構造からなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 また、上記式(2)中のYは、配向膜が光配向膜(水平光配向膜、又は垂直光配向膜)である場合、下記化学式(4-18)~(4-25)で表される構造からなる。
 なお、下記化学式(4-18)~(4-25)で表される構造は、配向膜が水平配向膜、又は垂直配向膜である場合も、上記式(2)中のYとして用いることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 また、上記式(2)中のZは、配向膜が水平配向膜である場合、下記化学式(5-1)~(5-8)で表される構造からなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
 また、上記式(2)中のZは、配向膜が垂直配向膜である場合、下記化学式(5-9)~(5-15)で表される構造からなる。なお、化学式(5-9)~(5-15)に示される記号「*」は、結合手を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 また、上記式(2)中のZは、配向膜が水平光配向膜である場合、下記化学式(5-16)、及び化学式(5-17)で表される構造からなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
 また、上記式(2)中のZは、配向膜が垂直光配向膜である場合、下記化学式(5-18)~(5-38)で表される構造からなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
 上記化学式(2)で示されるポリアミック酸からなる配向膜用重合体は、適宜、イミド化されて、例えば、下記化学式(6)で示されるポリイミドを、配向膜用重合体として用いてもよい。なお、下記化学式(6)中のX,Y,Z,p、mの条件は、上記化学式(2)中のものと同じである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
(ポリアミック酸II)
 また、他の配向膜用重合体としては、下記化学式(7)で示されるポリアミック酸が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
 上記式(7)中のX、p、mの条件は、上記化学式(2)中のものと同じである。また、上記式(7)中のモノマーユニットは、Y又はY’を備えている。上記式(7)中のモノマーユニットが、構造Yを含む場合、構造Yは、上記化学式(2)中のものと同じ(つまり、化学式(4-1)~化学式(4-25)で表される何れかの構造)である。そして、上記式(7)中のモノマーユニットが、構造Yを含む場合、側鎖として、構造Zを含む。構造Zは、上記化学式(2)中のものと同じ(つまり、化学式(5-1)~化学式(5-38)で表される何れかの構造)である。
 これに対し、上記式(7)中のモノマーユニットが、構造Y’を含む場合、構造Y’は、2つの結合手を有する構造が適用される。構造Y’の具体例は後述する。なお、構造Y’は、構造Zで示される側鎖は含まない。
 なお、上記式(7)中における構造Yの導入率は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、0.1~0.4(10~40%)に設定される。
 上記化学式(7)で示されるポリアミック酸からなる配向膜用重合体は、適宜、イミド化されて、ポリイミドからなる配向膜用重合体として利用されてもよい。
(ポリアミック酸III)
 また、他の配向膜用重合体としては、下記化学式(8)で示されるポリアミック酸が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
 上記式(8)中のX、p、mの条件は、上記化学式(2)中のものと同じである。また、上記式(8)中のY’は、上記化学式(7)中のY’と同じである。
 上記化学式(8)で示されるポリアミック酸からなる配向膜用重合体は、適宜、イミド化されて、ポリイミドからなる配向膜用重合体として利用されてもよい。
(ポリシロキサン)
 また、他の配向膜用重合体としては、下記化学式(9)で示されるポリシロキサンが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
 上記式(9)中のp(重合度)は、任意の自然数であり、m、rは共に、0以上1未満の値(0≦m<1、0≦r<1)であり、m+r<1である。
 また、上記式(9)中のX’は、水素(-H)、水酸基(-OH)、メトキシ基(-OCH)、エトキシ基(-OC)等のアルコキシ基等の置換基からなる。
 また、上記式(9)中のZ’は、上記化学式(2)中のZと同じ(つまり、化学式(5-1)~化学式(5-38)で表される何れかの構造)か、或いは下記化学式(10-1)及び化学式(10-2)で示される構造からなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
 なお、配向膜用重合体としては、上述したようなヒドラジド系官能基を有する重合体と共に、ヒドラジド系官能基を有していない重合体とを組み合わせて用いてもよい。また、ヒドラジド系官能基を有する複数の重合体同士を組み合わせて用いてもよい。配向膜用重合体は、適宜、有機溶剤に溶解されて、配向膜用の配向剤として調製される。配向剤を基板に塗布する方法としては、特に制限はなく、例えば、スピンコーター等の公知方法が適用される。
 また、配向剤からなる塗膜は、仮焼成と本焼成の2段階に分けて焼成される。前記配向剤からなる塗膜は、仮焼成により、例えば、80℃で2分間加熱処理されて、塗膜中の有機溶剤等が除去される。また、本焼成は、ポリアミック酸のイミド化、光配向膜中の高分子鎖のコンフォメーションの最低化等を目的として行われる。本焼成では、仮焼成よりも高い温度(例えば、200℃)で、仮焼成よりも長い時間(例えば、40分間)加熱される。
 配向膜(塗膜)に対する配向処理は、上述したように、ラビング処理でもよいし、所定の角度から偏光紫外線等の光を照射する光配向処理で行ってもよい。
(ヒドラジド系官能基を有するモノマーの合成)
 ここで、図5及び図6を参照しつつ、ヒドラジド系官能基を有するジアミンモノマーの合成例(スキーム)を説明する。図5に示されるように、3,5-ジニトロ安息香酸(c-1)4g(18.9mmol、分子量:212)を含むTHF溶液(30mL)中に、塩化チオニル(c-2)を滴下して、3,5-ジニトロ安息香酸クロリド(c-3)(16.4mmol、分子量:230.5、収率87%)を得た。続いて、商品名「Irganox MD1024(BASF社製)」(c-4)を3.5g(6mmol、分子量:586)含むと共に、トリエチルアミンを2g(20mmol)含むベンゼン(40mL)溶液中に、3,5-ジニトロ安息香酸クロリド(c-3)3.46g(15mmol)を含むTHF溶液(20mL)を、室温、窒素雰囲気下で滴下した。その後、2時間、室温で反応させた。反応終了後、不純物を水で抽出した後、カラムクロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン/酢酸エチル=4/1)にて反応物を精製し、ジニトロ化合物(c-5)(分子量:974)を2.75g(収率47%)得た。
 次いで、図6に示されるように、ジニトロ化合物(c-5)2.5g(2.6mol、分子量:974)を、商品名「ソルミックスAP-I」(日本アルコール販売社製)20mLに溶解させ、それにラネーニッケル0.3gを加え、オートクレーブ中で、系内を水素置換し、室温で一晩0.4MPaの圧力下で放置した。その後、HPLCで反応停止を確認し、セライト(登録商標)を通して飯能駅をろ過し、ろ液を留出がなくなるまで濃縮した。得られた粗液体を減圧蒸留し、ジアミン化合物(c-6)(分子量:854)を1.71g(2.0mmol、収率77%)を得た。
(ヒドラジド系官能基を有する配向膜用重合体の合成)
 次いで、上記ジアミン化合物(c-6)を利用したポリアミック酸の合成例について説明する。ここでは、ヒドラジド系官能基を有するジアミン化合物(c-6)の導入量が、10モル%である合成例について説明する。
 下記化学式(11-1)で示される垂直配向膜用の側鎖を有するジアミン化合物(0.3mol)、下記化学式(11-2)で示されるp-フェニレンジアミン(0.65mol)、及び符号(c-6)で示されるジアミン化合物(0.05mol、図6参照)を含むγ-ブチロラクトン溶液に、下記化学式(11-3)で示される酸無水物(1mol)を加え、60℃で12時間反応させることにより、ランダム構造のポリアミック酸を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
 更に、得られたポリアミック酸をイミド化するために、以下の処理を施した。得られたポリアミック酸のγ-ブチロラクトン溶液に過剰のピリジン(3mol)と無水酢酸(3mol)を添加した状態で、150℃で3時間反応させた。このようにして、得られたポリイミドの重量平均分子量は70,000であり、分子量分布は2.9であった。また、イミド化率は40%以上であった。このようにして、ヒドラジド系官能基を有するポリアミック酸、及びポリイミドを得た。
 なお、上記ジアミン化合物(c-6)の導入量(比率)を適宜、調整することで、ヒドラジド系官能基の導入比率の異なるポリアミック酸、及びポリアミドが得られる。
 配向膜の厚みは、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はなく、適宜、設定される。
 以上のような、ヒドラジド系官能基を有する配向膜用重合体を含む配向膜が、液晶セルの各基板に形成されることで、本実施形態の液晶セルは、電圧保持率の低下、及び残留DCの増加が抑制される。何故ならば、配向膜中に導入されたヒドラジド系官能基と、反射画素電極等の電極から発生したイオン(アルミニウムイオン等)との間で錯体が形成され、その結果、図2に示されるようなレドックス反応が抑制されるからである。
 なお、上記実施形態1,2では、液晶セルの対向基板に共通電極が形成される構成であったが、本発明はこれに限られず、例えば、画素電極基板側に、共通電極が形成される構成であってもよい。
 以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
〔ポリアミック酸の合成〕
(合成例1)
 下記化学式(7)で示され、式中のmが0であるポリアミック酸(m=0)を合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
 式(7)中のp(重合度)は、任意の自然数である。また、式(7)中のXは、下記化学式(3-5)で示される構造である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
 また、式(7)中のモノマーユニットが、構造Yを含む場合、構造Yは下記化学式(4-1)で示される構造からなり、かつ側鎖として、構造Zを含む。構造Zは下記化学式(5-9)で示される構造からなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
 また、式(7)中のモノマーユニットが、構造Y’を含む場合、構造Y’は下記化学式(12-1)で示される構造からなる。なお、構造Y’は、構造Zで示される側鎖は含まない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
 なお、式(7)中における構造Yの導入率は、0.3(30%)である。
(合成例2)
 上記化学式(7)中のmを0.005に変更したこと以外は、上記合成例1と同様のポリアミック酸(m=0.005)を合成した。
(合成例3)
 上記化学式(7)中のmを0.01に変更したこと以外は、上記合成例1と同様のポリアミック酸(m=0.01)を合成した。
(合成例4)
 上記化学式(7)中のmを0.05に変更したこと以外は、上記合成例1と同様のポリアミック酸(m=0.05)を合成した。
(合成例5)
 上記化学式(7)中のmを0.10に変更したこと以外は、上記合成例1と同様のポリアミック酸(m=0.10)を合成した。
〔比較例1〕
(液晶セルの作製)
 ガラス基板上に、表面に凹凸を有するMRS構造の層間絶縁層を形成した。そして、その層間絶縁層上にアルミニウム(Al)からなる反射型画素電極を形成して一方の基板(画素電極基板)を得た。なお、層間絶縁層の内部には、NQDが含まれており、光照射により発生したNQD由来のカルボン酸化合物が残存している。また、他のガラス基板上に、ITO(Indium Tin Oxide)からなる共通電極を形成して他方の基板(対向基板)を得た。
 続いて、上記合成例1で調製したポリアミック酸と、ヒドラジド系官能基を含まない他のポリアミック酸とを所定の割合で混合したものと、有機溶剤とを混合して、垂直配向膜用の配向剤を作製した。そして、前記画素電極基板及び前記対向基板に、それぞれ前記配向剤をスピンコート法で塗布して塗膜を形成した。前記画素電極基板には、反射型画素電極を覆う形で塗膜が形成され、また、前記対向基板には、共通電極を覆う形で塗膜が形成された。
 各基板上の塗膜を、80℃で2分間加熱して仮焼成処理を行い、続いて200℃で40分間加熱して本焼成処理を行った。その後、各塗膜に対してラビング処理を施し、続いて各塗膜を水で洗浄して、各基板上に配向膜を形成した。
 次に、画素電極基板の配向膜上に、未硬化状態のODF用のシール材を、ディスペンサを利用して枠状に描画した。なお、シール材としては、紫外線硬化性、及び熱硬化性を備えたものを利用した。そして、枠状のシール材の内側に、負の誘電率異方性を有する液晶材料(Δε=-5.5)を滴下し、その後、画素電極基板と対向基板とを前記シール材を介して互いに貼り合わせた。
 互いに貼り合わせた画素電極基板及び対向基板を、液晶材料のTNI(ネマティック-等方相転移温度)以上の温度で30分間加熱(アニール処理)して、配向膜に再配向処理を施すことで、反射型垂直配向方式の液晶セルを得た。
〔実施例1〕
 上記合成例1のポリアミック酸に代えて上記合成例2のポリアミック酸(ヒドラジド系官能基含有、m=0.005)を用いたこと以外は、上記比較例1と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例1と同様にして、実施例1の反射型垂直配向方式の液晶セルを作製した。
〔実施例2〕
 上記合成例1のポリアミック酸に代えて上記合成例3のポリアミック酸(ヒドラジド系官能基含有、m=0.01)を用いたこと以外は、上記比較例1と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例1と同様にして、実施例2の反射型垂直配向方式の液晶セルを作製した。
〔実施例3〕
 上記合成例1のポリアミック酸に代えて上記合成例4のポリアミック酸(ヒドラジド系官能基含有、m=0.05)を用いたこと以外は、上記比較例1と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例1と同様にして、実施例3の反射型垂直配向方式の液晶セルを作製した。
〔実施例4〕
 上記合成例1のポリアミック酸に代えて上記合成例5のポリアミック酸(ヒドラジド系官能基含有、m=0.10)を用いたこと以外は、上記比較例1と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例1と同様にして、実施例4の反射型垂直配向方式の液晶セルを作製した。
〔通電試験〕
 比較例1及び実施例1~4の各液晶セルを、25℃の環境下で、1000時間、3Vの条件で通電(1Hz矩形波)し、通電前後(試験開始時(0時間)、及び試験開始後1000時間)における液晶セルの電圧保持率(VHR:Voltage Holding Ratio)の測定、及び残留DC電圧(rDC)の測定を行った。
 なお、電圧保持率は、6254型VHR測定システム(株式会社東陽テクニカ製)を使用し、1V、70℃の条件で測定した。また、残留DC電圧(V)は、DCオフセット電圧2Vを液晶セルに2時間印加した後、フリッカ消去法により測定した。各結果は、表1に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000037
 比較例1の場合(上記化学式(7)中、m=0)、通電試験開始から1000時間後に、電圧保持率、及び残留DCが悪化した。これは、層間絶縁層中に残存するNQD由来のカルボン酸化合物と、反射型画素電極からのイオン(アルミニウムイオン)との反応で形成されたカルボキシル基由来のラジカルが配向膜及び液晶層(ネガ型液晶材料)に溶出したためと推測される。
 これに対し、実施例1~4の場合、上記化学式(7)中のmの値が大きくなるにつれて、1000時間後のVHR低下は小さくなり、またrDCも小さくなった。これは、配向膜中に導入したヒドラジド系官能基と、アルミニウムイオンとの間で錯体が形成され、図2に示されるレドックス反応が抑制されたためと推測される。
 なお、上記化学式(7)中のmの値は、液晶の配向状態に応じて、0から0.1(10%導入)の範囲で、適宜、調節することができる。ただし、mが0.1よりも大きいと(導入量が10%よりも多いと)、ポリマー分子間の架橋の影響により、粘度が高くなりすぎるため、成膜が困難となる。
〔ポリアミック酸の合成〕
(合成例6)
 下記化学式(8)で示され、式中のmが0であるポリアミック酸(m=0)を合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
 式(8)中のp(重合度)は、任意の自然数である。また、式(8)中のXは、下記化学式(3-5)で示される構造である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
 また、式(8)中のY’は、下記化学式(12-1)で示される構造からなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
(合成例7)
 上記化学式(8)中のmを0.005に変更したこと以外は、上記合成例5と同様のポリアミック酸(m=0.005)を合成した。
(合成例8)
 上記化学式(8)中のmを0.01に変更したこと以外は、上記合成例5と同様のポリアミック酸(m=0.01)を合成した。
(合成例9)
 上記化学式(8)中のmを0.05に変更したこと以外は、上記合成例5と同様のポリアミック酸(m=0.05)を合成した。
(合成例10)
 上記化学式(8)中のmを0.10に変更したこと以外は、上記合成例5と同様のポリアミック酸(m=0.10)を合成した。
〔比較例2〕
(液晶セルの作製)
 ガラス基板上に、表面に凹凸を有するMRS構造の層間絶縁層を形成した。そして、その層間絶縁層上に銀(Ag)からなる反射型画素電極を形成し、その上にSiNからなる無機膜を形成し、更にその上にITOからなる共通電極を形成して一方の基板(画素電極基板)を形成した。なお、層間絶縁層の内部には、NQDが含まれており、光照射により発生したNQD由来のカルボン酸化合物が残存している。また、ガラス基板等からなる他の基板(対向基板)を用意した。
 続いて、上記合成例6で調製したポリアミック酸と、ヒドラジド系官能基を含まない他のポリアミック酸とを所定の割合で混合したものと、有機溶剤とを混合して、水平配向膜用の配向剤を作製した。そして、前記画素電極基板及び前記対向基板に、それぞれ前記配向剤をスピンコート法で塗布して塗膜を形成した。なお、前記画素電極基板には、反射型画素電極を覆う形で塗膜が形成された。
 各基板上の塗膜を、80℃で2分間加熱して仮焼成処理を行い、続いて200℃で40分間加熱して本焼成処理を行った。その後、各塗膜に対してラビング処理を施し、続いて各塗膜をイソプロピルアルコール(IPA)で洗浄して、各基板上に配向膜を形成した。
 次に、一方の基板(画素電極基板)の配向膜上に、未硬化状態のODF用のシール材を、ディスペンサを利用して枠状に描画した。なお、シール材としては、紫外線硬化性、及び熱硬化性を備えたものを利用した。そして、枠状のシール材の内側に、負の誘電率異方性を有する液晶材料(Δε=-5.0)を滴下し、その後、画素電極基板と対向基板とを前記シール材を介して互いに貼り合わせた。
 互いに貼り合わせた画素電極基板及び対向基板を、液晶材料のTNI(ネマティック-等方相転移温度)以上の温度で30分間加熱(アニール処理)して、配向膜に再配向処理を施すことで、反射型FFSモード方式の液晶セルを得た。
〔実施例5〕
 上記合成例6のポリアミック酸に代えて上記合成例7のポリアミック酸(ヒドラジド系官能基含有、m=0.005)を用いたこと以外は、上記比較例2と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例2と同様にして、実施例5の反射型FFSモード方式の液晶セルを作製した。
〔実施例6〕
 上記合成例6のポリアミック酸に代えて上記合成例8のポリアミック酸(ヒドラジド系官能基含有、m=0.01)を用いたこと以外は、上記比較例2と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例2と同様にして、実施例6の反射型FFSモード方式の液晶セルを作製した。
〔実施例7〕
 上記合成例6のポリアミック酸に代えて上記合成例9のポリアミック酸(ヒドラジド系官能基含有、m=0.05)を用いたこと以外は、上記比較例2と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例2と同様にして、実施例7の反射型FFSモード方式の液晶セルを作製した。
〔実施例8〕
 上記合成例6のポリアミック酸に代えて上記合成例7のポリアミック酸(ヒドラジド系官能基含有、m=0.10)を用いたこと以外は、上記比較例2と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例2と同様にして、実施例8の反射型FFSモード方式の液晶セルを作製した。
〔通電試験〕
 比較例2及び実施例5~8の各液晶セルを、上記実施例1等と同様に、25℃の環境下で、1000時間、3Vの条件で通電(1Hz矩形波)し、通電前後(試験開始時(0時間)、及び試験開始後1000時間)における液晶セルの電圧保持率(VHR:Voltage Holding Ratio)の測定、及び残留DC電圧(rDC)の測定を行った。結果は、表2に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000041
 比較例2の場合(上記化学式(8)中、m=0)、通電試験開始から1000時間後に、電圧保持率、及び残留DCが悪化した。これは、層間絶縁層中に残存するNQD由来のカルボン酸化合物と、反射型画素電極からのイオン(銀イオン)との反応で形成されたカルボキシル基由来のラジカルが配向膜及び液晶層(ネガ型液晶材料)に溶出したためと推測される。
 これに対し、実施例5~8の場合、上記化学式(8)中のmの値が大きくなるにつれて、1000時間後のVHR低下は小さくなり、またrDCも小さくなった。これは、配向膜中に導入したヒドラジド系官能基と、銀イオンとの間で錯体が形成され、図2に示されるレドックス反応が抑制されたためと推測される。
 なお、上記化学式(8)中のmの値は、液晶の配向状態に応じて、0から0.1(10%導入)の範囲で、適宜、調節することができる。ただし、mが0.1よりも大きいと(導入量が10%よりも多いと)、ポリマー分子間の架橋の影響により、粘度が高くなりすぎるため、成膜が困難となる。
〔ポリアミック酸の合成〕
(合成例11)
 下記化学式(2)で示され、式中のmが0であるポリアミック酸(m=0)を合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
 式(2)中のpは、任意の自然数である。また、式(2)中のXは、下記化学式(3-5)で示される構造である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
 また、式(2)中のYは、下記化学式(4-17)で示される構造からなり、式(2)中のZは、下記化学式(5-38)で示される構造からなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
(合成例12)
 上記化学式(2)中のmを0.005に変更したこと以外は、上記合成例11と同様のポリアミック酸(m=0.005)を合成した。
(合成例13)
 上記化学式(2)中のmを0.01に変更したこと以外は、上記合成例11と同様のポリアミック酸(m=0.01)を合成した。
(合成例14)
 上記化学式(2)中のmを0.05に変更したこと以外は、上記合成例11と同様のポリアミック酸(m=0.05)を合成した。
(合成例15)
 上記化学式(2)中のmを0.10に変更したこと以外は、上記合成例11と同様のポリアミック酸(m=0.10)を合成した。
〔比較例3〕
(液晶セルの作製)
 ガラス基板上に、表面に凹凸を有するMRS構造の層間絶縁層を形成した。そして、その層間絶縁層上にアルミニウム(Al)からなる反射型画素電極を形成して一方の基板(画素電極基板)を得た。なお、層間絶縁層の内部には、NQDが含まれており、光照射により発生したNQD由来のカルボン酸化合物が残存している。また、他のガラス基板上に、ITOからなる共通電極を形成して他方の基板(対向基板)を得た。
 続いて、上記合成例11で調製したポリアミック酸と、ヒドラジド系官能基を含まない他のポリアミック酸とを所定の割合で混合したものと、有機溶剤とを混合して、垂直配向膜用の配向剤を作製した。そして、前記画素電極基板及び前記対向基板に、それぞれ前記配向剤をスピンコート法で塗布して塗膜を形成した。前記画素電極基板には、反射型画素電極を覆う形で塗膜が形成され、また、前記対向基板には、共通電極を覆う形で塗膜が形成された。
 各基板上の塗膜を、80℃で2分間加熱して仮焼成処理を行い、続いて200℃で40分間加熱して本焼成処理を行った。その後、各塗膜に対して、基板の法線方向から40°傾斜した方向から、偏光紫外線を20mJ/cm照射することで、光配向処理を施した。
 次に、画素電極基板の配向膜上に、未硬化状態のODF用のシール材を、ディスペンサを利用して枠状に描画した。なお、シール材としては、紫外線硬化性、及び熱硬化性を備えたものを利用した。そして、枠状のシール材の内側に、負の誘電率異方性を有する液晶材料(Δε=-6.0)を滴下し、その後、画素電極基板と対向基板とを前記シール材を介して互いに貼り合わせた。
 互いに貼り合わせた画素電極基板及び対向基板を、液晶材料のTNI(ネマティック-等方相転移温度)以上の温度で30分間加熱(アニール処理)して、配向膜に再配向処理を施すことで、反射型垂直配向方式の液晶セルを得た。
〔実施例9〕
 上記合成例11のポリアミック酸に代えて上記合成例12のポリアミック酸(ヒドラジド系官能基含有、m=0.005)を用いたこと以外は、上記比較例3と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例3と同様にして、実施例9の反射型垂直配向方式の液晶セルを作製した。
〔実施例10〕
 上記合成例11のポリアミック酸に代えて上記合成例13のポリアミック酸(ヒドラジド系官能基含有、m=0.01)を用いたこと以外は、上記比較例3と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例3と同様にして、実施例10の反射型垂直配向方式の液晶セルを作製した。
〔実施例11〕
 上記合成例11のポリアミック酸に代えて上記合成例14のポリアミック酸(ヒドラジド系官能基含有、m=0.05)を用いたこと以外は、上記比較例3と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例3と同様にして、実施例11の反射型垂直配向方式の液晶セルを作製した。
〔実施例12〕
 上記合成例11のポリアミック酸に代えて上記合成例15のポリアミック酸(ヒドラジド系官能基含有、m=0.10)を用いたこと以外は、上記比較例3と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例3と同様にして、実施例12の反射型垂直配向方式の液晶セルを作製した。
〔通電試験〕
 比較例3及び実施例9~12の各液晶セルを、上記実施例1等と同様に、25℃の環境下で、1000時間、3Vの条件で通電(1Hz矩形波)し、通電前後(試験開始時(0時間)、及び試験開始後1000時間)における液晶セルの電圧保持率(VHR:Voltage Holding Ratio)の測定、及び残留DC電圧(rDC)の測定を行った。結果は、表3に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000046
 比較例3の場合(上記化学式(2)中、m=0)、通電試験開始から1000時間後に、電圧保持率、及び残留DCが悪化した。これは、層間絶縁層中に残存するNQD由来のカルボン酸化合物と、反射型画素電極からのイオン(アルミニウムイオン)との反応で形成されたカルボキシル基由来のラジカルが配向膜及び液晶層(ネガ型液晶材料)に溶出したためと推測される。
 これに対し、実施例9~10の場合、上記化学式(2)中のmの値が大きくなるにつれて、1000時間後のVHR低下は小さくなり、またrDCも小さくなった。これは、配向膜中に導入したヒドラジド系官能基と、アルミニウムイオンとの間で錯体が形成され、図2に示されるレドックス反応が抑制されたためと推測される。
 なお、上記化学式(2)中のmの値は、液晶の配向状態に応じて、0から0.1(10%導入)の範囲で、適宜、調節することができる。ただし、mが0.1よりも大きいと(導入量が10%よりも多いと)、ポリマー分子間の架橋の影響により、粘度が高くなりすぎるため、成膜が困難となる。
 また、実施例9~10は、上述した実施例1~8と比べて、全体的にrDCの値が大きい傾向にある。これは、実施例9~10の垂直光配向膜が、イオン性(ラジカル)等の電荷を有する不純物を配向膜表面で捕捉し易い性質を有するためと推測される。
〔ポリシロキサンの合成〕
(合成例16)
 下記化学式(9)で示され、式中のmが0であるポリシロキサン(m=0)を合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
 上記式(9)中のp(重合度)は、任意の自然数であり、rは、0以上1未満の値(0≦r<1)であり、m+r<1である。また、式(9)中のZは、下記化学式(10-1)、又は化学式(10-2)で示される構造からなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
 また、式(9)中のX’は、メトキシ基(CHO-)からなる。
(合成例17)
 上記化学式(9)中のmを0.005に変更したこと以外は、上記合成例16と同様のポリシロキサン(m=0.005)を合成した。
(合成例18)
 上記化学式(9)中のmを0.01に変更したこと以外は、上記合成例16と同様のポリシロキサン(m=0.01)を合成した。
(合成例19)
 上記化学式(9)中のmを0.05に変更したこと以外は、上記合成例16と同様のポリシロキサン(m=0.05)を合成した。
(合成例17)
 上記化学式(9)中のmを0.10に変更したこと以外は、上記合成例16と同様のポリシロキサン(m=0.10)を合成した。
〔比較例4〕
(液晶セルの作製)
 ガラス基板上に、表面に凹凸を有するMRS構造の層間絶縁層を形成した。そして、その層間絶縁層上に銀(Ag)からなる反射型画素電極を形成して一方の基板(画素電極基板)を得た。なお、層間絶縁層の内部には、NQDが含まれており、光照射により発生したNQD由来のカルボン酸化合物が残存している。また、他のガラス基板上に、ITOからなる共通電極を形成して他方の基板(対向基板)を得た。
 続いて、上記合成例16で調製したポリシロキサンと、ヒドラジド系官能基を含まないポリアミック酸とを所定の割合で混合したものと、有機溶剤とを混合して、垂直配向膜用の配向剤を作製した。そして、前記画素電極基板及び前記対向基板に、それぞれ前記配向剤をスピンコート法で塗布して塗膜を形成した。前記画素電極基板には、反射型画素電極を覆う形で塗膜が形成され、また、前記対向基板には、共通電極を覆う形で塗膜が形成された。
 各基板上の塗膜を、80℃で2分間加熱して仮焼成処理を行い、続いて230℃で40分間加熱して本焼成処理を行った。その後、各塗膜に対して、基板の法線方向から40°傾斜した方向から、偏光紫外線を20mJ/cm照射することで、光配向処理を施した。
 次に、画素電極基板の配向膜上に、未硬化状態のODF用のシール材を、ディスペンサを利用して枠状に描画した。なお、シール材としては、紫外線硬化性、及び熱硬化性を備えたものを利用した。そして、枠状のシール材の内側に、負の誘電率異方性を有する液晶材料(Δε=-5.5)を滴下し、その後、画素電極基板と対向基板とを前記シール材を介して互いに貼り合わせた。
 互いに貼り合わせた画素電極基板及び対向基板を、液晶材料のTNI(ネマティック-等方相転移温度)以上の温度で30分間加熱(アニール処理)して、配向膜に再配向処理を施すことで、反射型垂直配向方式の液晶セルを得た。
〔実施例13〕
 上記合成例16のポリシロキサンに代えて上記合成例17のポリシロキサン(ヒドラジド系官能基含有、m=0.005)を用いたこと以外は、上記比較例4と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例4と同様にして、実施例13の反射型垂直配向方式の液晶セルを作製した。
〔実施例14〕
 上記合成例16のポリシロキサンに代えて上記合成例18のポリシロキサン(ヒドラジド系官能基含有、m=0.01)を用いたこと以外は、上記比較例4と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例4と同様にして、実施例14の反射型垂直配向方式の液晶セルを作製した。
〔実施例15〕
 上記合成例16のポリシロキサンに代えて上記合成例19のポリシロキサン(ヒドラジド系官能基含有、m=0.05)を用いたこと以外は、上記比較例4と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例4と同様にして、実施例15の反射型垂直配向方式の液晶セルを作製した。
〔実施例16〕
 上記合成例16のポリシロキサンに代えて上記合成例20のポリシロキサン(ヒドラジド系官能基含有、m=0.10)を用いたこと以外は、上記比較例4と同様にして、配向剤を作製した。また、その配向剤を使用したこと以外は、上記比較例4と同様にして、実施例16の反射型垂直配向方式の液晶セルを作製した。
〔通電試験〕
 比較例4及び実施例13~16の各液晶セルを、上記実施例1等と同様に、25℃の環境下で、1000時間、3Vの条件で通電(1Hz矩形波)し、通電前後(試験開始時(0時間)、及び試験開始後1000時間)における液晶セルの電圧保持率(VHR:Voltage Holding Ratio)の測定、及び残留DC電圧(rDC)の測定を行った。結果は、表4に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000049
 比較例4の場合(上記化学式(9)中、m=0)、通電試験開始から1000時間後に、電圧保持率、及び残留DCが悪化した。これは、層間絶縁層中に残存するNQD由来のカルボン酸化合物と、反射型画素電極からのイオン(銀イオン)との反応で形成されたカルボキシル基由来のラジカルが配向膜及び液晶層(ネガ型液晶材料)に溶出したためと推測される。
 これに対し、実施例13~16の場合、上記化学式(9)中のmの値が大きくなるにつれて、1000時間後のVHR低下は小さくなり、またrDCも小さくなった。これは、配向膜中に導入したヒドラジド系官能基と、銀イオンとの間で錯体が形成され、図2に示されるレドックス反応が抑制されたためと推測される。
 なお、上記化学式(9)中のmの値は、液晶の配向状態に応じて、0から0.1(10%導入)の範囲で、適宜、調節することができる。ただし、mが0.1よりも大きいと(導入量が10%よりも多いと)、ポリマー分子間の架橋の影響により、粘度が高くなりすぎるため、成膜が困難となる。
 また、実施例13~16は、上述した実施例9~12と比べて、全体的にVHRが高く、rDCは小さい傾向にある。これは、実施例13~16のポリシロキサン型の垂直光配向膜が、イオン性(ラジカル)等の電荷を有する不純物を捕捉し難い性質を有するためと推測される。
 1A…液晶表示装置(反射型),10A…液晶セル、11…画素電極基板,11a…配向膜、12…対向基板、12a…配向膜、13,14…支持基板、15…薄膜トランジスタ、16…層間絶縁層、17…反射型画素電極、18…カラーフィルタ、19…共通電極、LC…液晶層、M…微小反射構造

Claims (15)

  1.  互いに向かい合い、かつ各々の対向面に配向膜を有する一対の基板と、前記基板間に介在される液晶層とを備える液晶セルであって、
     前記配向膜は、下記化学式(1)で示されるヒドラジド系官能基を有する配向膜用重合体を含有することを特徴とする液晶セル。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
  2.  前記配向膜用重合体の主鎖は、ポリアミック酸、ポリイミド、ポリシロキサン、ポリアクリル、ポリメタクリル、及びポリビニルからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、前記ヒドラジド系官能基が前記主鎖に接続される請求項1に記載の液晶セル。
  3.  前記配向膜用重合体の主鎖は、ポリアミック酸、及び/又はポリイミドからなる請求項1又は請求項2に記載の液晶セル。
  4.  前記配向膜用重合体は、光反応性官能基を有する請求項1から請求項3の何れか一項に記載の液晶セル。
  5.  前記光反応性官能基は、シンナメート基、カルコン基、クマリン基、アゾベンゼン基、及びトラン基からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項4に記載の液晶セル。
  6.  前記配向膜用重合体は、下記化学式(2)で示されるポリアミック酸、又はそのイミド体である請求項1から請求項5の何れか一項に記載の液晶セル。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式中、pは、任意の自然数であり、mは、0.001以上0.1以下の値である。また、式中のXは、下記化学式(3-1)~(3-12)で表される構造からなり、式中のYは、下記化学式(4-1)~(4-17)で表される構造からなり、式中のZは、下記化学式(5-1)~(5-8)で表される構造からなる。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
  7.  前記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶材料を含有する請求項1から請求項6の何れか一項に記載の液晶セル。
  8.  前記液晶材料の誘電率異方性(Δε)は、-5.0以下である請求項7に記載の液晶セル。
  9.  一対の前記基板のうち、少なくとも一方の基板は、Al、Ag、Zn、Cu、及びそれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも1種を材料とする電極を有する請求項1から請求項8の何れか一項に記載の液晶セル。
  10.  前記電極は、絶縁層上に形成される請求項9に記載の液晶セル。
  11.  前記絶縁層は、ポジ型のフォトレジスト材料を含む請求項10に記載の液晶セル。
  12.  前記電極は、表面に多数の凹凸が形成された微小反射構造を有する請求項9から請求項11の何れか一項に記載の液晶セル。
  13.  前記液晶セルは、反射型液晶セル、又は半透過型液晶セルからなる請求項1から請求項12の何れか一項に記載の液晶セル。
  14.  前記液晶セルの表示モードは、VA-TNモード、VA-ECBモード、IPSモード、FFSモードの何れかである請求項1から請求項13の何れか一項に記載の液晶セル。
  15.  請求項1から請求項14の何れか一項に記載の液晶セルを含む液晶表示装置。
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