JP2000192040A

JP2000192040A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2000192040A
Application number: JP10371333A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Naito; 勝之内藤; Nobuko Fukuoka; 暢子福岡; Hitoshi Hado; 仁羽藤; Natsuko Maya; 奈津子磨矢; Atsuyuki Manabe; 敦行真鍋; Kiyoshi Shobara; 潔庄原; Daisuke Miyazaki; 大輔宮崎; Muneharu Akiyoshi; 宗治秋吉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2000-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶層または配向膜と接触する材料に起因す
る表示むらを防止した液晶表示装置を提供すること。【解決手段】基板と、基板上に配置された着色層と、
着色層上に配置された電極とを有するカラーフィルタ基
板、カラーフィルタ基板と対向して配置された対向基
板、およびカラーフィルタ基板と対向基板との間隙に挟
持された液晶層を具備し、前記着色層が、有機不純物を
含有し、前記液晶層に含まれる液晶分子の疎水性パラメ
ータＬｏｇＰが６以上であること、または分子子末端に
に―ＯＣＦ₃基を有する液晶化合物を5wt%以上含有する
液晶組成物を用いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、それぞれ配向膜を有す
る２枚の電極基板を、配向膜同士が対向するように配置
し、その間に液晶層を挾持して構成されている。これら
の２枚の電極基板は、周辺領域に配置されたシール材お
よび封止材によって貼り合わされているとともに、その
間には基板間距離を保持するために粒状スペーサまたは
フォトリソグラフィー法により形成された樹脂からなる
スペーサ柱が配置されている。

【０００３】このような液晶表示装置でカラー表示する
場合には、基板の一方に多くの場合赤色（Ｒ），緑色
（Ｇ），青色（Ｂ）からなる着色層が配置される。ある
場合には、これに対向する基板として、基板の一主面上
に交差して配置された複数の信号線及び複数の走査線
と、前記交差部毎に配置されたスイッチング素子を有す
るいわゆるアクティブマトリクスアレイ基板がもちいら
れ、また、ある場合には、アクティブマトリクスアレイ
基板上に着色層が配置される。また、必要に応じて、着
色層上やスイッチング素子を有する基板上に樹脂からな
る透明保護膜が形成されることもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような液晶表示装
置において、シール材料、封止材料、スペーサ材料、保
護層材料、着色層材料など、液晶層または配向膜と直接
接する材料に起因して、表示むら、焼き付けが発生する
場合があった。

【０００５】本発明は、このような事情の下になされ、
液晶層または配向膜と接触する材料に起因する表示むら
などを防止した液晶表示装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第１の発明は、基板と、前記基板上に配置された着
色層と、前記着色層上に配置された電極とを有するカラ
ーフィルタ基板、前記カラーフィルタ基板と対向して配
置された対向基板、および前記カラーフィルタ基板と前
記対向基板との間隙に挟持された液晶層を具備し、前記
着色層が、アルキル酸、フェニルカルボン酸、フェニル
カルボン酸誘導体、フェニレンジカルボン酸、フェニレ
ンジカルボン酸誘導体、アルキルアミン、アニリン、ア
ニリン誘導体、フェニレンジアミン、フェニレンジアミ
ン誘導体、フェニレンアミンカルボン酸、フェニレンア
ミンカルボン酸誘導体、アルキルイミド、フタルイミド
誘導体、シアノベンゼン誘導体、およびジシアノベンゼ
ン誘導体からなる群から選ばれた少なくとも１種の有機
不純物を含有する液晶表示装置において、前記液晶層に
含まれる液晶混合物の各成分ｉのモル分率をｘ_ｉとし、
長鎖アルキル基をメチル基として計算される各成分ｉの
疎水性パラメータをＬｏｇＰ_ｉとした場合、ｘ_ｉとＬｏ
ｇＰ_ｉの積の全成分の総和をＬｏｇＰとすると、Ｌｏｇ
Ｐが６以上であることを特徴とする液晶表示装置を提供
する。

【０００７】また、第２の発明は、基板の一主面上に交
差して配置された複数の信号線及び複数の走査線と、前
記交差部毎に配置されたスイッチング素子と、前記信号
線、前記走査線及び前記スイッチング素子の少なくとも
一部を覆うように配置された着色層と、前記着色層に形
成されるスルーホール部により前記スイッチング素子の
各々に接続されるとともに、前記着色層上に配置された
複数の画素電極とを有するアレイ基板、前記アレイ基板
と対向して配置された対向基板、および前記アレイ基板
と前記対向基板との間隙に挟持された液晶層を具備する
液晶表示装置において、前記液晶層に含まれる液晶混合
物の各成分ｉのモル分率をｘ_ｉとし、長鎖アルキル基を
メチル基として計算される各成分ｉの疎水性パラメータ
をＬｏｇＰ_ｉとした場合、ｘ_ｉとＬｏｇＰ_ｉの積の全
成分の総和をＬｏｇＰとすると、ＬｏｇＰが６以上であ
ることを特徴とする液晶表示装置を提供する。

【０００８】以上の第１及び第２の発明によると、シー
ル、封止材、スペーサ、保護層、着色層に含まれる不純
物、例えばアルキル酸、フェニルカルボン酸、フェニル
カルボン酸誘導体、フェニレンジカルボン酸、フェニレ
ンジカルボン酸誘導体、アルキルアミン、アニリン、ア
ニリン誘導体、フェニレンジアミン、フェニレンジアミ
ン誘導体、フェニレンアミンカルボン酸、フェニレンア
ミンカルボン酸誘導体、アルキルイミド、フタルイミド
誘導体、シアノベンゼン誘導体、ジシアノベンゼン誘導
体を、液晶層に溶解しにくくすることにより、電圧保持
率の低下による白抜け、配向むら、焼き付けなどを防止
することが出来る。

【０００９】白抜け、配向むら、焼き付けは、アレイ基
板と対向基板との間隙に挟持された液晶層を具備する液
晶表示装置において、シール、封止材、スペーサ、保護
層、着色層等に含まれる、イオン性や極性の高い上述の
不純物が、液晶層に溶解して液晶の抵抗値を下げるため
に電圧保持率が低下することや、液晶中に不純物が溶解
した後、配向膜に再吸着することにより発生するものと
考えられる。従って、白抜け、配向むら、焼き付けは、
シール、封止材、スペーサ、保護層、着色層等が液晶層
又は配向膜と直接接触する領域がある場合に発生するも
のと考えられる。これは、シール、封止材、スペーサ、
保護層、着色層等に含まれる不純物が、表示領域に関与
する液晶層にしみだしていくことにより、不純物の液晶
層中への溶出や、その後の不純物の配向膜への吸着が原
因であるものと推測される。

【００１０】疎水性パラメータＬｏｇＰは、１―オクタ
ノール溶液と水溶液との分配比Ｐの対数である。このよ
うなＬｏｇＰを用いる方法は、経験パラメータから計算
する方法である。ＬｏｇＰには非常に多くの実測値が
あり、経験パラメータも揃っており、実測値と計算値と
がよく一致することが知られている。

【００１１】ＬｏｇＰは平衡定数であるので、Ｌｏｇ
Ｐは、以下の式に示すように、液晶分子のオクタノール
溶液中と水溶液中の単位濃度当たりの自由エネルギーの
差（ΔＧ）に比例する。 ΔＧ＝―２．３ＲＴＬｏｇＰここで、液晶分子ｉのモル成分比をｘ_ｉとし、疎水性パ
ラメータをＬｏｇＰ_ｉとすると、系全体でのオクタノー
ル溶液中の自由エネルギーと水溶液中の自由エネルギー
の差は、下記式に示すように、各成分の自由エネルギー
の和である。

【００１２】 ΔＧ_total＝ΣΔＧ＝ ―２．３ＲＴＬｏｇＰ_ｉ従って、ＬｏｇＰについては加成性が成立し、Σｘ_ｉＬ
ｏｇＰ_ｉ＝ＬｏｇＰとして液晶混合物のＬｏｇＰを求め
ることが出来る。下記表１に、液晶成分の分子構造と、
疎水性パラメータＬｏｇＰ、分極率α、双極子モーメン
トＤＭの各計算値を示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】上記表１から、末端基が−ＯＣＦ₃基であ
る液晶成分が特徴的であることがわかる。即ち、この液
晶成分は、ＬｏｇＰが大きく、疎水性が大きいにもかか
わらず、分極率α（誘電率に比例）が、末端基がＦ基の
液晶成分に比べて大きいことが特徴的である。

【００１５】通常は、疎水性を増やそうとすると、極性
基を減らすために誘電率が低下してしまう。誘電率が低
下すると、駆動電圧が高くなるため好ましくない。この
末端ＯＣＦ₃基を有する液晶は、疎水性が高く、保持率
の低下が少なく、かつ駆動電圧も低くできる可能性があ
ることを示している。

【００１６】次に、第３の発明は、基板と、前記基板上
に配置された着色層と、前記着色層上に配置された電極
とを有するカラーフィルタ基板、前記カラーフィルタ基
板と対向して配置された対向基板、前記カラーフィルタ
基板と前記対向基板とを所定の間隙をあけて配置して接
着する液晶注入口を除いて基板外周に配置されたシール
手段、前記間隙間を保持するスペーサ、前記液晶注入口
から前記間隙に注入されてなる液晶組成物からなる液晶
層、および前記液晶注入口を封止する封止材を具備し、
前記着色層が、アルキル酸、フェニルカルボン酸、フェ
ニルカルボン酸誘導体、フェニレンジカルボン酸、フェ
ニレンジカルボン酸誘導体、アルキルアミン、アニリ
ン、アニリン誘導体、フェニレンジアミン、フェニレン
ジアミン誘導体、フェニレンアミンカルボン酸、フェニ
レンアミンカルボン酸誘導体、アルキルイミド、フタル
イミド誘導体、シアノベンゼン誘導体、およびジシアノ
ベンゼン誘導体からなる群から選ばれた少なくとも１種
の有機不純物を含有する液晶表示装置において、前記液
晶組成物が、分子末端−ＯＣＦ₃基を有する液晶化合物
を少なくとも１種類以上含み、前記液晶化合物の含有量
が５重量％以上であることを特徴とする液晶表示装置を
提供する。

【００１７】また第４の発明は、アレイ基板、前記アレ
イ基板に対向して配置された対向基板、および前記アレ
イ基板と前記対向基板との間に挟持された液晶組成物か
らなる液晶層を具備し、前記アレイ基板は、一主面に交
差して配置された複数の信号線および複数の走査線と、
前記交差部毎に配置されたスイッチング素子と、前記信
号線、前記走査線及び前記スイッチング素子の少なくと
も一部を覆うように配置された、異なる色の複数の着色
層と、前記着色層に形成されたスルーホール部を通して
前記スイッチング素子の各々に接続された、前記着色層
上に配置された複数の画素電極とを有し、前記着色層
は、アルキル酸、フェニルカルボン酸、フェニルカルボ
ン酸誘導体、フェニレンジカルボン酸、フェニレンジカ
ルボン酸誘導体、アルキルアミン、アニリン、アニリン
誘導体、フェニレンジアミン、フェニレンジアミン誘導
体、フェニレンアミンカルボン酸、フェニレンアミンカ
ルボン酸誘導体、およびアルキルイミド、フタルイミド
誘導体、シアノベンゼン誘導体、およびジシアノベンゼ
ン誘導体からなる群から選ばれた少なくとも１種の有機
不純物を含有する液晶表示装置において、前記液晶組成
物が、分子末端−ＯＣＦ₃基を有する液晶化合物を少な
くとも１種類以上含み、前記液晶化合物の含有量が５重
量％以上であることを特徴とする液晶表示装置を提供す
る。

【００１８】以上の第３及び第４の発明によると、分子
末端にＯＣＦ₃基を有する液晶化合物を５％以上含有す
る液晶組成物を用いることにより、焼き付きや表示むら
を防止することができる。

【００１９】発明者らの検討によると、表示むらは、着
色層の中の有機不純物が液晶層や配向膜中に溶出し、そ
の結果、配向むらや焼き付け現象などの表示むらが発生
することが分かった。すなわち、アルキル酸、フェニル
カルボン酸、フェニルカルボン酸誘導体、フェニレンジ
カルボン酸、フェニレンジカルボン酸誘導体、アルキル
アミン、アニリン、アニリン誘導体、フェニレンジアミ
ン、フェニレンジアミン誘導体、フェニレンアミンカル
ボン酸、フェニレンアミンカルボン酸誘導体、アルキル
イミドなどの有機不純物が着色層に含まれており、これ
が原因であることが分かった。

【００２０】また、これらの不純物は、着色層の中でも
緑色層に多く含まれることが分かった。すなわち、通常
液晶表示装置のカラーフィルタの緑色着色材料に用いら
れる顔料は、Ｇ７やＧ３６などのような、塩素化銅フタ
ロシアニン顔料、あるいは塩素化臭素化銅フタロシアニ
ン顔料であるが、これらには上記のような不純物が多く
含まれるのである。

【００２１】更に、顔料を着色ペーストに分散する際の
分散剤にも多くの不純物が含まれている。また、上記の
顔料や分散剤は、高温時やアルカリへの接触、あるいは
紫外線への暴露によって分解し、上記の有機不純物を発
生することが分かった。このように、緑色層は他の色、
すなわち例えば赤色層や青色層に比べて多くの不純物を
液晶層や配向膜層に発生させることが分かった。

【００２２】更にまた、発明者らは、着色層、特に塩素
化銅フタロシアニン顔料、あるいは塩素化臭素化銅フタ
ロシアニン顔料、あるいはこれらの誘導体からなる顔料
を有する緑着色層がら溶出する不純物に起因した表示む
ら、焼き付け現象は、用いる液晶組成物の種類によって
大きく異なることを見いだした。

【００２３】これは、液晶組成物に含有される液晶化合
物の化学構造により、上記の不純物を溶出させる能力が
異なるためと考えられる。第３及び第４の発明は、この
ような知見に基づくものである。

【００２４】なお、上述の有機不純物として、下記
（１）式で表されるアルキル酸、下記（２）式で表され
るフェニルカルボン酸またはフェニルカルボン酸誘導
体、下記（３）式で表されるフェニレンジカルボン酸ま
たはフェニレンジカルボン酸誘導体、下記（４）式で表
されるアルキルアミン、下記（５）式で表されるアニリ
ンまたはアニリン誘導体、下記（６）式で表されるフェ
ニレンジアミンまたはフェニレンジアミン誘導体、下記
（７）式で表されるフェニレンアミンカルボン酸または
フェニレンアミンカルボン酸誘導体、下記（８）式で表
されるアルキルイミド、下記（９）式で表されるフタル
イミド誘導体、下記（１０）式で表されるシアノベンゼ
ン誘導体、下記（１１）式で表されるジシアノベンゼン
誘導体が挙げられる。

【００２５】

【化１】

【００２６】

【化２】

【００２７】

【化３】

【００２８】以上の式において、Ｒ_１は炭素数１ないし
２０のアルキル基、Ｒ_２は―Ｈまたは炭素数１ないし２
０のアルキル基、Ｒ₃は炭素数１ないし2０のアルキル
基、Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚは炭素数１ないし１０のアルキ
ル基、炭素数１ないし１０のアルコキルル基、―Ｆ、―
Ｃｌ、―Ｂｒ、―Ｃ_６Ｈ₅、―Ｈから選ばれる１つ、
ｎは１または２である。

【００２９】以上説明した有機不純物の液晶への溶出量
は、有機不純物を含む着色材料の硬化片１０ｍｍ³と液
晶５０ｃｃをアンプル管に収容し、封止した後、８０℃
で１００時間保存し、次いで分析することにより求める
ことが出来る。抽出する液晶材料としては、フッ素系液
晶やシアノ系ネマティック液晶を使用する事が出来、具
体的にはＺＬ１−１５６５（Ｅ．メルク社製）のシアノ
系液晶またはＬＯＸＯＮ５００１（チッソ社製）のフッ
素系液晶を用いた。測定機には、ガスクロマト分析装置
である島津１４Ａ（島津社製）を用いた。

【００３０】本発明において使用可能な、着色層に含ま
れる顔料として、下記に示すものが挙げられるが、これ
らに限定されるものではない。

【００３１】緑色顔料例

【化４】

【００３２】青色顔料例

【化５】

【００３３】赤色顔料例

【化６】

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。最初に、本発明の第１および第２の発明に
係る実施形態について説明する。本発明者らは、液晶組
成物の組成を変えて液晶セルを構成し、種々の有機物お
よび無機物が混入した場合に、液晶セルの表示特性に与
える影響（特に電圧保持率低下）に関する実験を以下の
ように行った。

【００３５】液晶セルは、ガラス基板上にスイッチング
素子及び画素電極を有するアレイ基板と、ガラス基板上
に対向電極を有する対向基板に、それぞれ配向膜を塗布
し、これら配向膜が対向するように２枚の基板を配置し
て、基板間に液晶層を挟持したＴＮ構造とした。付着物
として種々の有機物、無機物を配向膜上に付着させた状
態で、電圧保持率を評価した。液晶材料としては、フッ
素系液晶混合物を用いた。

【００３６】電圧保持率測定用液晶セルは、次のように
して作製された。まず、２枚のＩＴＯ基板を準備し、そ
れぞれの基板上に配向膜材料（可溶性ポリイミド；ＳＥ
−５２９１：日産化学社製）を塗布し、８０℃で６０分
の熱処理を行い、ラビング処理を行って、配向膜を形成
した。

【００３７】これら配向膜上に部分的にドデカン酸をIP
A（イソプロピルアルコール）に溶解した１０重量％Ｉ
ＰＡ溶液１μリットルを塗布して、不純物を付着させ
た。そして、これら２枚の基板間に１０種の液晶組成物
を挟持させて、１０個の液晶セルを組み立て、それらの
電圧保持率（％）を測定した。また、参照として、不純
物を付着させないで同様に１０個の液晶セルを作製し、
それらの電圧保持率（％）を測定した。問題となるの
は、不純物を付着させた液晶セルと、不純物を付着させ
ない液晶セルの電圧保持率（％）の差ΔＶ（％）であ
り、ΔＶが小さい方が好ましい。

【００３８】次に、焼き付け欠陥評価用の液晶セルを以
下のようにして作製した。まず、アレイ基板と対向基板
を準備し、それぞれの基板上に配向膜材料（可溶性ポリ
イミド；ＳＥ−５２９１：日産化学社製）を塗布し、８
０℃で６０分の熱処理を行い、ラビング処理を行って、
配向膜を形成した。

【００３９】これら配向膜上に部分的に、不純物として
ドデカン酸をIPA（イソプロピルアルコール）に溶解し
た１０重量％ＩＰＡ溶液１μリットルを塗布して、不純
物を付着させた。そして、これら２枚の基板間に１０種
の液晶組成物を挟持させて、１０個の液晶セルを組み立
てた。

【００４０】焼き付け欠陥評価の方法としては、この液
晶セルに対し、市松模様のパターンを３時間連続点灯駆
動させた後、全面階調パターンにて不純物塗布領域周辺
の市松模様の焼き付けむらの程度を評価した。更に、こ
の液晶セルを５０℃、８０％で１００時間連続点灯評価
を行い、信頼性試験による表示むらの有無を評価した。

【００４１】液晶分子の疎水性パラメータＬｏｇＰの化
学計算は、ＨｙｐｅｒＣｈｅｍ（Ｈｙｐｅｒｃｕｂｅ社
製）を用い、パーソナルコンピュータ（ＰＶ３０００：
東芝社製）上で行った。まず、分子力場計算（ＭＭ＋）
を用いて液晶分子の最適コンフォメーションを計算し、
その構造について経験的ＱＳＡＲ（Ｑｕａｎｔｉｔａｔ
ｉｖｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅ―ＡｃｔｉｖｉｔｙＲｅ
ｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）プログラムを用いて、疎水性パ
ラメータＬｏｇＰを計算した。液晶分子は、種々の分子
の混合物であるが、アルキル基はすべてメチル基として
計算した。液晶同士の相対的相違を問題とするために
は、共通であるアルキル基は重要ではないからである。

【００４２】下記表２に、上記表１に示す種々の液晶分
子構造を有する液晶を組合せ、混合して作った、異なる
ＬｏｇＰ値を有する各種液晶混合物（ＬＣ１−ＬＣ１
０）のＬｏｇＰ、以上のようにして求めた液晶セルのΔ
Ｖ、白抜け不良および焼き付け不良の有無を示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】上記表２から、１０⁷／ＰとΔＶはほぼ正
比例していることがわかる。ΔＶが１０％以下であるた
めには、１０⁷／Ｐが１０以下、すなわちＬｏｇＰが６
以上であればよいことがわかる。ΔＶが１０％以下であ
れば白抜き欠陥は生じないことが、ＴＦＴアレイ基板を
用いた別の実験から分かっている。また、より好ましく
は、ＬｏｇＰが６．３以上であれば、ΔＶは５％以下と
なり、液晶表示装置の信頼性は更に向上する。

【００４５】１／Ｐは液晶分子の分配比［ＬＣ］aq／
［ＬＣ］octanolであり、［ＬＣ］aq＞＞［ＬＣ］octan
olであるから、１／Ｐは［ＬＣ］aqにほぼ比例する。
［ＬＣ］aqは液晶と水（極性物質）との相互作用の大き
さを示すと考えられるから、１／Ｐが大きいほど、極性
の不純物を含みやすく、 ΔＶが大きくなる。

【００４６】図１は、上述の実施形態に係る液晶表示装
置を示す断面図である。図１に示すように、液晶表示装
置１０は、対向基板１２０とカラーフィルタ基板１１０
の間に液晶層７０を挟持しており、これらの２枚の基板
間距離は、粒状スペーサ３１によって保持されている。
対向基板１２０とカラーフィルタ基板１１０は、液晶注
入口を除く基板外周を囲むように配置されるシール２５
によって接着され、液晶注入口３２には封止材が塗布さ
れている。シール材料としては、熱硬化型エポキシ系接
着剤ＥＳ−５５００（三井東圧化学（株）社製）を用い
た。

【００４７】対向基板１２０は、透明基板２１上にＩＴ
Ｏからなる透明電極２２および配向膜１３を順次配置し
て構成されている。さらに、図２に示すように、カラー
フィルタ基板（アレイ基板）１１０は、透明基板１１上
にＭｏＷ（モリブデン・タングステン）からなる走査線
（図示せず）及びゲート電極１６が配置され、走査線及
びゲート電極１６を覆うように酸化シリコンおよび窒化
シリコンからなるゲート絶縁膜１２を配置して構成され
ている。

【００４８】ゲート絶縁膜１２上には、アモルファスシ
リコンからなる半導体層１５が配置され、更にＭｏ／Ａ
ｌ／Ｍｏの３層構造からなるソース電極２０、ドレイン
電極１８、信号線（図示せず）が配置されている。信号
線及び走査線は交差して配置され、その交差部毎にゲー
ト電極１６、ゲート絶縁膜１２、半導体層１５、ソース
電極２０、ドレイン電極１８からなるスイッチング素子
１４と、このスイッチング素子に接続する画素電極３０
が配置されている。

【００４９】そして、スイッチング素子１４を覆うよう
に、赤色着色層（Ｒ）２４ａ、緑色着色層（Ｇ）２４
ｂ、青色着色層（Ｂ）２４ｃがストライプ状に配置され
ている。画素電極３０は、この着色層２４上に配置され
ており、着色層２４に形成されているスルーホール２６
を介してソース電極２０と接続している。更に、画素電
極３０及び着色層２４を覆うように、基板全面には配向
膜１３が配置されている。

【００５０】着色層材料としては、紫外線硬化型アクリ
ル樹脂ＣＫ−２０００、ＣＧ２０００、ＣＲ―２００
０、ＣＢ−２０００（富士ハントテクノロジー（株）社
製）を、配向膜材料としては、ポリイミドSE-５２９４
（日産化学工業社製）を用いた。

【００５１】次に、以上説明した液晶表示装置の製造工
程について説明する。まず、カラーフィルタ基板１１０
の製造工程について説明する。透明基板１１上に、スパ
ッタリング法により約０．３μｍのモリブデン・タング
ステン膜を堆積し、パターニングすることにより、ゲー
ト電極１６、及び走査線を形成した。次いで、ＣＶＤ法
により、アモルファスシリコン膜を堆積し、これをパタ
ーニングして、ＴＦＴの半導体層１５を形成した。

【００５２】次に、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｌ（アルミ
ニウム）、Ｍｏ（モリブデン）を順次堆積し、パターニ
ングして、信号線、ソース電極２０、およびドレイン電
極１８を形成した。

【００５３】その後、紫外線硬化型アクリル系緑色レジ
スト液（上記ＣＧＹ−Ｓ６２４Ｄ）を、電極が形成され
た基板上にスピンナ塗布した。続いて、約９０℃で約５
分間プリベークし、所定のマスクパターンを用いて、１
５０ｍＪ／ｃｍ²の強度の紫外線により露光した。ここ
で用いるフォトマスクパターンは、緑色着色層に対応す
るストライプ形状パターンと、画素電極３０とソース電
極１２との接続のためのスルーホール２６として直径１
５μｍの円形形状パターンを有している。

【００５４】続いて、約０．１重量％のＴＭＡＨ（テト
ラメチルアンモニウムハイドライド）水溶液を用いて、
緑色レジスト膜を約６０秒間現像し、さらに水洗い後、
約２００℃で１時間ほどポストベークを行うことによっ
て、スルーホール２６を有する緑色着色層２４ａを形成
した。

【００５５】続いて、青色着色層２４ｂ，赤色着色層２
４ｃを、緑色着色層２４ａと同様の工程により形成し
た。次に、着色層２４上にスパッタリング法によりイン
ジウム・すず酸化物（ＩＴＯ）を堆積し、これをパター
ニングすることにより画素電極３０を形成し、ポリイミ
ドからなる配向膜材料を基板全面に塗布し、配向処理を
施して配向膜を形成し、カラーフィルタ基板１１０を得
た。

【００５６】次に、透明基板２１上にスパッタリング法
によりＩＴＯを約１００ｎｍの厚さに堆積して対向電極
２２を形成し、続いてポリイミドからなる配向膜材料を
基板全面に塗布し、配向処理を施して配向膜を形成し、
対向基板１２０を得た。

【００５７】その後、対向基板１２０の配向膜面上に、
直径約５μｍの粒状スペーサ３１を１平方ｍｍあたり約
１００個の割合で散布した。続いて、図３に示すよう
に、対向基板１２０の外周周辺部に所定の大きさを有す
るファイバを混入したシール材２５を、液晶注入用の注
入口３２を除いて塗布した。この対向基板１２０、カラ
ーフィルタ基板１１０とをシール材２５により貼り合わ
せて、空状態のセルが完成する。

【００５８】次に、カイラル材が添加されたネマティッ
ク液晶材料（上記表２に示すＬｏｇＰ値が異なる液晶混
合物ＬＣ１〜ＬＣ１０のいずれか１つ）を注入口３２か
ら液晶セル内に真空注入し、注入後、注入口３２を封止
材３３としての紫外線硬化樹脂を用いて封止した後、セ
ルの両側にそれぞれ偏光板（図示せず）を配置すること
により、液晶表示装置が完成する。

【００５９】以上のようにして、それぞれ異なるＬｏｇ
Ｐを有する液晶混合物を注入してつくられた液晶表示装
置について、ライフ試験を行った。即ち、８０℃で画像
表示を行い、白抜き不良が発生するまでの時間と焼き付
き不良が発生するまでの時間を測定した。その結果を下
記表３に示す。なお、測定は１０００時間まで行い、表
中の「発生せず」は、１０００時間経過時に発生してい
ないことである。

【００６０】

【表３】

【００６１】上記表３から、ＬｏｇＰが６以上の液晶混
合物を用いた液晶表示装置は、いずれも３００時間以上
の実用的耐性を有していることがわかる。

【００６２】次に、本発明の第３および第４の発明に係
る実施形態について説明する。最初に、発明者らが行っ
た実験結果について説明する。まず、１平方センチメー
トルのＩＴＯ電極をそれぞれ有する２枚のガラス基板に
配向膜としてＳＥ−７４９２８（日産化学工業社製）を
８０ｎｍの厚みに塗布し、焼成した後、ラビングを行
い、両者の周辺をシールして空状態のセルを形成し、こ
のセル内に、液晶組成物として、分子末端に−ＯＣＦ₃
基を有する液晶化合物Ａ、Ｂ、並びに、分子末端に−Ｏ
ＣＦ₃基を有しない液晶化合物Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、
Ｈ、Ｉを種々の濃度で混合した各種液晶組成物を作製
し、これに緑色の銅フタロシアニン顔料を３重量％添加
したものを注入し、電圧保持率測定用液晶セルを作製し
た。

【００６３】この液晶セルについて、フレーム周波数1
6.6msのゲートパルスを印加した時に保持される電圧の
実効値を算出し、電圧保持率とした。測定温度は６０℃
であった。その結果を下記表４に示す。

【００６４】また、緑色の銅フタロシアニン顔料を添加
しない各種液晶組成物を、実際にカラーフィルタが形成
されたアクティブマトリクス基板を用いた、図１に示す
ような液晶表示装置に注入し、焼き付きと、７０℃、８
０％動作を３００時間行った後の表示ムラを評価した。
その結果を同様に下記表４および表５に示す。

【００６５】なお、着色層材料として用いた赤色顔料
（ピグメントレッド）を含む紫外線硬化型アクリル樹脂
ＣＲＹ−Ｓ６２３Ｃ（赤色）、緑色顔料（ピグメントグ
リーン７、ピグメントグリーン３ｂ）を含むＣＧＹ−Ｓ
６２４Ｄ（緑色）、青色顔料（ピグメントブルー１６）
を含むＣＢＶ−Ｓ６２５Ｃ（青色）（富士フィルムオー
リン（株）社製）の液晶組成物への溶出量は、それぞれ
５００ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、１０ｐｐｍである。

【００６６】

【表４】

【００６７】

【表５】

【００６８】なお、用いた液晶化合物は、下記式に示す
通りである。Ａ：Ｒ−Ｘ−Ｘ−Ｙ−ＯＣＦ₃ Ｂ：Ｒ−Ｘ−Ｘ−C₂H₄−Ｙ−ＯＣＦ₃ Ｃ：Ｒ−Ｘ−Ｘ−Ｙ−Ｆ₂ Ｄ：Ｒ−Ｘ−Ｙ−Ｙ−Ｆ₂ Ｅ：Ｒ−Ｘ−Ｘ−Ｙ−Ｆ₃ Ｆ：Ｒ−Ｘ−Ｙ−Ｙ−Ｆ３Ｇ：Ｒ−Ｘ−Ｘ− C₂H₄−Ｙ−Ｆ₃ Ｈ：Ｒ−Ｘ−Ｘ−Ｆ。

【００６９】式中、Ｒは炭素数１ないし８のアルキル
基、Ｘはシクロヘキサン、Ｙはベンゼン、− Ｆ₂は、２
つのＦ原子で置換されていること、−Ｆ₃は、３つのＦ
原子で置換されていることを示す。また、表４には記載
していないが、実際には上記液晶組成物にカイラル材と
してＳ−８１１（メルクジャパン社製）を０．５ｗｔ％
添加したもの作製し、これを各セルに注入し、各液晶表
示装置の評価を行った。

【００７０】上記表４および表５から明らかなように、
―ＯＣＦ₃基を分子末端に有する液晶化合物の含有量が
５％未満の液晶組成物を用いた場合は、Ｇ７やＧ３６を
添加した時の電圧保持率の低下が著しく、また、焼き付
きや表示ムラも発生したのに対し、―ＯＣＦ₃基を分子
末端に有する液晶化合物を５％以上含有する液晶組成物
を用いた場合、Ｇ７やＧ３６を添加した時の電圧保持率
の低下が殆ど無く、また、実際の焼き付きや表示ムラも
発生していないことが分かる。

【００７１】このように、本発明の第３および第４の発
明に係る実施形態においては、分子末端に―ＯＣＦ₃基
を有する液晶化合物を５％以上含有する液晶組成物を用
いることにより、焼き付きや表示ムラを効果的に防止す
ることができる。

【００７２】なお、着色層を有するカラーフィルタ基板
とアクティブマトリクスアレイ基板とを対向して設置す
る液晶表示素子の場合、通常はカラーフィルタ基板上の
電極は着色層を全面覆っていることが多いが、必要に応
じて対向するアレイ基板上の表示電極に対応してカラー
フィルタ基板の電極に設けられた穴により発生する電界
により液晶分子配向を制御することがあり、この場合に
は着色層は直接、または、必要応じて設けられて配向膜
を介して液晶層に接触することになる。このような場
合、本発明は特に効果を発揮する。

【００７３】また、アレイ基板上に着色層が設けられ、
信号線、走査線及びスイッチング素子の少なくとも一部
を覆うように着色層が配置され、これに形成されるスル
ーホール部によりスイッチング素子と画素委電極が接続
される構成の場合、着色層には保護層が設けられていな
いときには、必然的に着色層が画素電極から露出するこ
とになる。この場合も、本発明は特に効果を発揮する。

【００７４】次に、本発明の第３および第４の発明に係
る実施形態の他の例について、図４を参照して説明す
る。

【００７５】上述の液晶表示装置では、スイッチング素
子が逆スタガ型で、半導体層としてアモルファスシリコ
ンを用いているのに対し、この例では、スイッチング素
子が正スタガ型で、半導体層としてポリシリコンを用い
ている。また、上述の例では、スペーサとして球状のス
ペーサを用いているのに対し、本例では、一方の基板に
固定された柱状スペーサを用いている。また、本実施形
態では、スペーサとしては、赤、緑、青の顔料が混入さ
れた黒色樹脂を用いた。

【００７６】図４に示すように、液晶表示装置１００
は、対向基板１２０とカラーフィルタ基板（アレイ基
板）３１０の間に液晶層７０を挟持しており、これらの
２枚の基板間距離は、例えば柱状スペーサ２１９によっ
て保持されている。

【００７７】対向基板１２０は、透明基板２１上に対向
電極２２および配向膜１３を順次配置して構成されてい
る。一方、カラーフィルタ基板（アレイ基板）３１０
は、透明基板２１０上に酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜の
２層構造からなるアンダ−コ−ティング層２１１を配置
し、その上に半導体活性層（チャネル領域）２１４およ
びソース・ドレインとなる高濃度不純物領域２１３を配
置し、これらを覆うようにゲート酸化膜２１２を形成
し、このゲート酸化膜２１２上にゲート電極２１５を配
置して、正スタガ型のポリシリコンＴＦＴが構成されて
いる。

【００７８】なお、走査線（図示せず）は、ゲート電極
２１５と同一の工程で形成される。走査線およびゲート
酸化膜２１２上には、ＭｏとＡｌの２層構造からなる信
号線２１９が配置されている。信号線２１９は、層間絶
縁膜２２０とゲート酸化膜２１２を貫通する第１のコン
タクトホール２２１を介して高濃度不純物領域２１３に
接続されている。

【００７９】信号線２１９上には、酸化ケイ素膜と窒化
ケイ素膜の２層構造からなる無機絶縁膜２１６、赤、
青、緑の３色のストライプ状の厚さ３μｍの有機樹脂か
らなる着色層２１７が配置されている。有機樹脂として
は、紫外線硬化型アクリル樹脂ＣＫ−２０００（商品
名：富士フィルムオウリン（株）社製）を用いた。

【００８０】無機絶縁膜２１６および着色層２１７に
は、第２のコンタクトホール２２２が形成されている。
着色層２１７上には、後に形成される画素電極の非形成
領域に、アレイ基板３１０と対向基板１２０との基板間
間隔を保持するための上述した柱状スペーサ２３０が配
置されている。なお、この柱状スペーサ２３０を形成す
る際に、基板の外周に沿って、額縁状に額縁遮光層も同
時に形成した。

【００８１】また、着色層２１７上には、ＩＴＯからな
る画素電極２１８が配置され、この画素電極２１８は、
信号線２１９と電気的に接続されている。更に、柱状ス
ペーサ２１９、画素電極２１８、着色層２１７を覆うよ
うに、配向膜１３が設けられている。

【００８２】以上のように構成された液晶表示素子は、
分子末端に―ＯＣＦ₃基を有する液晶化合物を20wt%含有
する、上記表４に示す（１）の液晶組成物を用いてお
り、そのため、配向むらや焼き付きなどの表示むらは認
められなかった。

【００８３】また、上記例では、スイッチング素子が配
置されるアレイ基板側にカラーフィルタを配置している
が、対向基板上にカラーフィルタを配置する場合にも適
用できることは言うまでもなく、更には、特に対向基板
上の電極に開口部があり、着色層が配向膜を介して液晶
層に接する、あるいは直接着色層が液晶層に接している
ような場合などに非常に大きな効果をもって適用するこ
とが出来る。

【００８４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、第１及び
第２の発明によると、液晶分子の疎水性パラメータＬｏ
ｇＰが６以上の液晶混合物を用いることにより、シー
ル、封止材、スペーサ、保護層、着色層等に含まれる不
純物を液晶層に溶解しにくくすることが出来、それによ
り、電圧保持率の低下による白抜け、配向むら、焼き付
けなどを効果的に防止することが出来る。

【００８５】また、第３および第４の発明によると、分
子末端に―ＯＣＦ₃基を有する液晶化合物を5wt%以上含
有する液晶組成物を用いることにより、着色層から溶出
する不純物に起因した表示むら、焼き付けなどを効果的
に防止することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を示す
縦断面図。

【図２】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置のカラ
ーフィルタ基板を示す縦断面図。

【図３】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置のシー
ル材と封止材との塗布位置を示す略平面図。

【図４】本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置を示
す縦断面図。

【符号の説明】

１０，１００…液晶表示装置１１，２１，２１０…基板１２…ゲート絶縁膜１３…配向膜１４…スイッチング素子１５…半導体層１６…ゲート電極１８…ドレイン電極２０…ソース電極２１…基板２２…対向電極２４…着色層２６…スルーホール３０…画素電極３１…スペーサ７０…液晶層１１０…カラーフィルタ基板１２０…対向基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者羽藤仁埼玉県深谷市幡羅町１丁目９番２号株式会社東芝深谷電子工場内 (72)発明者磨矢奈津子埼玉県深谷市幡羅町１丁目９番２号株式会社東芝深谷電子工場内 (72)発明者真鍋敦行埼玉県深谷市幡羅町１丁目９番２号株式会社東芝深谷電子工場内 (72)発明者庄原潔埼玉県深谷市幡羅町１丁目９番２号株式会社東芝深谷電子工場内 (72)発明者宮崎大輔埼玉県深谷市幡羅町１丁目９番２号株式会社東芝深谷電子工場内 (72)発明者秋吉宗治埼玉県深谷市幡羅町１丁目９番２号株式会社東芝深谷電子工場内Ｆターム(参考） 2H048 BA45 BB02 BB14 BB44 2H091 FA02Y FB02 FB12 FB13 GA00 GA06 GA13 4H027 BA02 BC04 BD24 BE02 CQ04 CR03 CR04 CT03 CT04 CW04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に配置された着色層
と、前記着色層上に配置された電極とを有するカラーフ
ィルタ基板、前記カラーフィルタ基板と対向して配置された対向基
板、および前記カラーフィルタ基板と前記対向基板との
間隙に挟持された液晶層を具備し、前記着色層が、アル
キル酸、フェニルカルボン酸、フェニルカルボン酸誘導
体、フェニレンジカルボン酸、フェニレンジカルボン酸
誘導体、アルキルアミン、アニリン、アニリン誘導体、
フェニレンジアミン、フェニレンジアミン誘導体、フェ
ニレンアミンカルボン酸、フェニレンアミンカルボン酸
誘導体、アルキルイミド、フタルイミド誘導体、シアノ
ベンゼン誘導体、およびジシアノベンゼン誘導体からな
る群から選ばれた少なくとも１種の有機不純物を含有す
る液晶表示装置において、前記液晶層に含まれる液晶混合物の各成分ｉのモル分率
をｘ_ｉとし、長鎖アルキル基をメチル基として計算され
る各成分ｉの疎水性パラメータをＬｏｇＰ_ｉとした場
合、ｘ_ｉとＬｏｇＰ_ｉの積の全成分の総和をＬｏｇＰ
とすると、ＬｏｇＰが６以上であることを特徴とする液
晶表示装置。
【請求項２】基板の一主面上に交差して配置された複数
の信号線及び複数の走査線と、前記交差部毎に配置され
たスイッチング素子と、前記信号線、前記走査線及び前
記スイッチング素子の少なくとも一部を覆うように配置
された着色層と、前記着色層に形成されるスルーホール
部により前記スイッチング素子の各々に接続されるとと
もに、前記着色層上に配置された複数の画素電極とを有
するアレイ基板、前記アレイ基板と対向して配置された対向基板、および
前記アレイ基板と前記対向基板との間隙に挟持された液
晶層を具備する液晶表示装置において、前記液晶層に含まれる液晶混合物の各成分ｉのモル分率
をｘ_ｉとし、長鎖アルキル基をメチル基として計算され
る各成分ｉの疎水性パラメータをＬｏｇＰ_ｉとした場
合、ｘ_ｉとＬｏｇＰ_ｉの積の全成分の総和をＬｏｇＰ
とすると、ＬｏｇＰが６以上であることを特徴とする液
晶表示装置。
【請求項３】基板と、前記基板上に配置された着色層
と、前記着色層上に配置された電極とを有するカラーフ
ィルタ基板、前記カラーフィルタ基板と対向して配置された対向基
板、前記カラーフィルタ基板と前記対向基板とを所定の間隙
をあけて配置して接着する液晶注入口を除いて基板外周
に配置されたシール手段、前記間隙間を保持するスペーサ、前記液晶注入口から前記間隙に注入されてなる液晶組成
物からなる液晶層、および前記液晶注入口を封止する封
止材を具備し、前記着色層が、アルキル酸、フェニルカ
ルボン酸、フェニルカルボン酸誘導体、フェニレンジカ
ルボン酸、フェニレンジカルボン酸誘導体、アルキルア
ミン、アニリン、アニリン誘導体、フェニレンジアミ
ン、フェニレンジアミン誘導体、フェニレンアミンカル
ボン酸、フェニレンアミンカルボン酸誘導体、アルキル
イミド、フタルイミド誘導体、シアノベンゼン誘導体、
およびジシアノベンゼン誘導体からなる群から選ばれた
少なくとも１種の有機不純物を含有する液晶表示装置に
おいて、前記液晶組成物が、分子末端−ＯＣＦ₃基を有する液晶
化合物を少なくとも１種類以上含み、前記液晶化合物の
含有量が５重量％以上であることを特徴とする液晶表示
装置。
【請求項４】前記カラーフィルタ基板または前記対向基
板のいずれか一方に、スイッチング素子が配置されてい
ることを特徴とする請求項１または３に記載の液晶表示
装置。
【請求項５】アレイ基板、前記アレイ基板に対向して配置された対向基板、および
前記アレイ基板と前記対向基板との間に挟持された液晶
組成物からなる液晶層を具備し、前記アレイ基板は、一主面に交差して配置された複数の
信号線および複数の走査線と、前記交差部毎に配置され
たスイッチング素子と、前記信号線、前記走査線及び前
記スイッチング素子の少なくとも一部を覆うように配置
された、異なる色の複数の着色層と、前記着色層に形成
されたスルーホール部を通して前記スイッチング素子の
各々に接続された、前記着色層上に配置された複数の画
素電極とを有し、前記着色層は、アルキル酸、フェニルカルボン酸、フェ
ニルカルボン酸誘導体、フェニレンジカルボン酸、フェ
ニレンジカルボン酸誘導体、アルキルアミン、アニリ
ン、アニリン誘導体、フェニレンジアミン、フェニレン
ジアミン誘導体、フェニレンアミンカルボン酸、フェニ
レンアミンカルボン酸誘導体、およびアルキルイミド、
フタルイミド誘導体、シアノベンゼン誘導体、およびジ
シアノベンゼン誘導体からなる群から選ばれた少なくと
も１種の有機不純物を含有する液晶表示装置において、前記液晶組成物が、分子末端−ＯＣＦ₃基を有する液晶
化合物を少なくとも１種類以上含み、前記液晶化合物の
含有量が５重量％以上であることを特徴とする液晶表示
装置。
【請求項６】前記着色層が、塩素化銅フタロシアニン顔
料、塩素化臭素化銅フタロシアニン顔料、およびこれら
の同族体顔料からなる群から選ばれた少なくとも１つを
含有していることを特徴とする請求項３または５に記載
の液晶表示装置。