JP5341643B2 - 液晶表示装置、および液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法に係り、特に液晶表示装置に用いられている光学異方性フィルムの代替として、リオトロピック液晶性を示す二色性色素を含む塗布材料からなる光学異方性塗膜を有する液晶表示装置、および液晶表示装置の製造方法に関する。

液晶表示装置は、薄型、省スペース、軽量、低消費電力といった利点を有し、テレビ、コンピュータ、携帯電話や小型携帯機器、車載機器他のさまざまな電子機器の表示装置として用途が拡大している。現状、特に携帯電話や小型携帯機器では、液晶表示装置に対して薄型化が強く求められている。

液晶表示装置は、液晶を１対の透過性基板で挟持した液晶セル、液晶セルの両外側に位置する光学異方性フィルムと、光源となるバックライトとの組み合わせからなっている。この光学異方性フィルムの中でも偏光板フィルムは、バックライトから偏光を取り出す光学フィルタとなり、液晶表示装置の表示品質を左右する重要な部材である。偏光板フィルムは、一軸に延伸させてポリビニルアルコール樹脂フィルムを基材として、その表面に光学異方性を示すヨウ素や二色性色素を吸着配向させて、さらに両面に保護フィルム基材（トリアセチルセルロース）を貼り合わせた構成となったものが一般的である。

このような光学異方性フィルムでは、フィルム基材が百から数百μｍと厚いため、液晶表示装置としての薄型化を阻害する要因となっている。

この課題を解決するために、二色性色素を配向させた塗膜により光学異方性機能を発現させる技術が開示されている。特許文献１には、基材をラビング処理した後、コロナ処理を施し、その上に二色性色素を塗布し、ラビング方向に二色性色素を配向させた光学異方性フィルムが提案されている。特許文献２および特許文献３には、リオトロピック液晶性を示す二色性色素を、剪断力を加えながら塗布することにより配向させる光学異方性フィルムが提案されている。

特開平３−５４５０６号公報 特開２００２−１８００５２号公報 特開２００２−２７７６３６号公報

液晶表示装置に対して、社団法人電子情報技術産業協会（ＪＥＩＴＡ）が規格を定めて、種々の試験項目を規定している（規格番号：ED-2531B、規格名称：液晶表示デバイスの環境試験方法）。この試験の一例として恒温試験の温度条件も規格があり、これらに対して問題のない信頼性が求められている。

光吸収に対して色素分子の長軸と短軸方向で性質の異なる異方性を示す二色性色素において、色素分子が溶媒の存在下で一定の濃度、溶媒組成、温度条件下で、規則的に配列した液晶状態（リオトロピック液晶性）に会合した溶液となる。このような二色性色素では、溶液から規則的に色素分子が一定方向に配列した塗膜を形成して光学異方性を発現する。

このとき、塗膜とする基材表面に一般的に液晶を配向させるラビング処理を施すことで配向に対する規制力を発現させて、基材表面に色素分子が配向した塗膜とする技術が知られている。また、リオトロピック液晶性を示す二色性色素溶液に剪断力を加えながら塗布することにより、ラビング処理がなくとも、液晶配向状態の塗膜とすることで配向に対する規制力を発現させて二色性色素を配向させる技術が知られている。

このような従来技術では、光学異方性を発現している二色性色素塗膜の内の配向状態においては、二色性色素分子は、長軸方向が基板表面と平行に、短軸方向が基板面に立った状態で分子同士が配列しているだけで、分子レベルでは下地層との化学的な結合力が強固でなく、例えば８５℃から１００℃での温度保持環境下では、二色性色素の配向を保持することができない。このため、色素分子配列が乱れることで、光学異方特性が経時劣化して、液晶表示装置としての表示性能に著しく影響を及ぼす問題がある。

本発明の目的は、特に光学異方性フィルムの代替として、リオトロピック液晶性を示す二色性色素を含む塗布材料からなる光学異方性塗膜の二色性色素の配向を強固にし、信頼性を高めた液晶表示装置、および液晶表示装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明の液晶表示装置は、複数本のドレイン線と、前記ドレイン線と交差する複数本のゲート線とが形成される第１基板と、
液晶を介して前記第１基板に対向配置される第２基板と、
前記第１基板または前記第２基板の前記液晶と接しない側に形成され光学異方性膜とを有する液晶パネルを備え、
前記ドレイン線と前記ゲート線とに囲まれた領域を画素の領域とする液晶表示装置であって、
前記光学異方性膜を形成する分子はリオトロピック液晶性を有する二色性色素を含み、かつ、前記二色性色素は前記第１基板を構成する材料または前記第２基板を構成する材料に、配向した状態で化学結合していることを特徴としている。
また、上記課題を解決するためになされた本発明の液晶表示装置の製造方法は、複数本のドレイン線と、前記ドレイン線と交差する複数本のゲート線とが形成される第１基板と、
液晶を介して前記第１基板に対向配置される第２基板と、
前記第１基板または前記第２基板の前記液晶と接しない側に形成され光学異方性膜とを有する液晶パネルを備え、
前記ドレイン線と前記ゲート線とに囲まれた領域を画素の領域とする液晶表示装置の製造方法において、
前記第１基板または第２基板の表面を化学修飾する工程と、
前記光学異方性膜を、当該膜を形成する分子に含まれるリオトロピック液晶性を有する二色性色素が配向した状態で、前記第１基板または第２基板の前記化学修飾された表面上に形成する工程と、
前記二色性色素が配向した状態で形成した前記光学異方性膜を、前記前記二色性色素が配向した状態で、前記第１基板または第２基板の前記化学修飾された表面に化学結合させる工程を含むことを特徴としている。

本発明では、光学異方性フィルムの代替として、リオトロピック液晶性を示す二色性色素を含む塗布材料からなる光学異方性塗膜の二色性色素の配向を強固にし、信頼性を固めた液晶表示装置、および液晶表示装置の製造方法を実現することができる。

本発明の実施形態１の液晶表示装置の概略構成を説明するための斜視図である。 図１に示すａ−ａ’面での断面図である。 本発明の実施形態１の光学異方性塗膜を形成する際の化学反応を説明するための図である。 本発明の実施形態２の液晶表示装置の概略構成を説明するための斜視図である。 図１に示すｂ−ｂ’面での断面図である。

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。

〈実施形態１〉
〈全体構成〉
図１は本発明の実施形態１の液晶表示装置の概略構成を説明するための斜視図である。なお、図中のＸ、ＹはそれぞれＸ方向、Ｙ方向を示す。

図１に示すように、実施形態１の表示装置は画素電極等が形成される第１基板（薄膜トランジスタ回路基板）１０１と、カラーフィルタやブラックマトリクス（遮光膜）が形成され、第１基板１０１に対向して配置される第２基板（カラーフィルタ基板）１０３と、該第１基板１０１と第２基板１０３とで挟持される液晶（液晶層）１０２とで構成される液晶表示パネルを有し、該液晶表示パネルと光源となる図示しないバックライトユニットとを組み合わせることにより、液晶表示装置が構成される。特に、第１基板１０１及び第２基板１０３の外面側すなわち液晶表示パネルの両外側には、本願発明の光学異方性薄膜１０４（下面側は図示せず）が形成される構成となっている。また、第１基板１０１と第２基板１０３との固定（固着）及び２枚の基板１０１、１０３で挟持される液晶１０２の封止は、図示しない表示領域の周辺に形成されるシール材で固定され、液晶１０２も封止される構成となっている。なお、以下の説明では、液晶表示パネルの説明においても、液晶表示装置と記す。また、実施形態１の光学異方性薄膜１０４の詳細については後述する。さらには、第１基板１０１及び第２基板１０３としては、可視光領域で透明性が良好な周知の無アルカリガラスを用いることが適しているが、他の周知のガラス基板を用いてもよい。

また、実施形態１の液晶表示装置では、走査信号駆動回路（ゲートドライバ）及び映像信号駆動回路（ドレインドライバ）等を含む画素を駆動する回路は、第１基板１０１上に形成される液晶表示用制御ＩＣ１０５が備える構成となっている。この液晶表示用制御ＩＣ１０５には、プリント配線基板１０６を介して、外部装置からの画像表示用の信号やその制御信号等が入力される構成となっている。

また、図１に示す実施形態１の液晶表示装置では、第１基板１０１の液晶側の面であって表示領域内には、図中Ｘ方向に延在しＹ方向に並設される図示しない走査信号線（ゲート線）が形成されている。また、図中Ｙ方向に延在しＸ方向に並設される図示しない映像信号線（ドレイン線）が形成されている。

ドレイン線とゲート線とで囲まれる領域は画素が形成される領域を構成し、これにより、各画素は表示領域内においてマトリックス状に配置される構成となっている。各画素は、例えば、ゲート線からの走査信号によってオンされる薄膜トランジスタと、このオンされた薄膜トランジスタを介してドレイン線からの映像信号が供給される画素電極と、コモン線に接続され映像信号の電位に対して基準となる電位を有する基準信号が供給される共通電極とを備えている。画素電極と共通電極との間には、第１基板１０１の面に平行な成分を有する電界が生じ、この電界によって液晶の分子を駆動させるようになっている。このような液晶表示装置は、いわゆる広視野角表示ができるものとして知られ、液晶への電界の印加の特異性からＩＰＳ方式あるいは横電界方式と称される。なお、液晶駆動の表示方式としては、前述のＩＰＳ方式（In-Place-Switching方式）の他に、Twisted Nematic方式、Virtical Alignment方式などが知られており、本発明では、液晶セルの駆動表示方式を特に限定するものではない。

また、各ドレイン線及び各ゲート線はその端部においてシール材を越えてそれぞれ延在され、ゲート線及びドレイン線は液晶表示用制御ＩＣ３０５に接続される構成となっている。

〈光学異方性薄膜の詳細構成〉
次に、図２に図１に示すａ−ａ’面での断面図を示し、以下、図２に基づいて、本発明の実施形態１の光学異方性薄膜について詳細に説明する。ただし、実施形態１の液晶表示装置は光学異方性薄膜の構成を除く他の構成は、従来の液晶表示装置と同様の構成となるので、以下の説明において、光学異方性薄膜の構成について詳細に説明する。また、以下の説明では、第１基板１０１及び第２基板１０３を含む対向面側の液晶表示パネル部分は適宜液晶セル２０３と記す。

図２から明らかなように、実施形態１の液晶表示装置では、液晶セル２０３のバックライト２０４側（図２中の下面側）すなわち第１基板１０１の外側面には、第１基板１０１に近い側からガラス表面処理層２０２と光学異方性塗膜２０１とからなる光学異方性薄膜１０４が形成される構成となっている。また、液晶セル２０３の観察者側（図中の上面側）すなわち第２基板１０３の外側面も同様に、第１基板１０１に近い側からガラス表面処理層２０２と光学異方性塗膜２０１とからなる光学異方性薄膜１０４が形成される構成となっている。このとき、実施形態１の光学異方性塗膜２０１及びガラス表面処理層２０２は、第１基板１０１及び第２基板１０３に直接形成される構成となっている。

このような構成とすることによって、実施形態１の液晶表示装置では、バックライト２０４側からの光は、バックライト２０４側の光学異方性塗膜（第１基板１０１の光学異方性塗膜）２０１を透過することで光学異方性となる。次に、液晶セル２０３を透過することで、薄膜トランジスタによる駆動した液晶の光シャッタ機能によって、液晶セル２０３の外側の光学異方性塗膜（第２基板１０３の光学異方性塗膜）を透過する光成分が、液晶表示装置の外（観察者側）に取り出され、表示画像として観察者に視認されることになる。

このとき、実施形態１の液晶表示装置では、光学異方性塗膜２０１として、リオトロピック液晶性を有する二色性色素を含む塗布材料を用いる構成としている。ただし、従来の液晶表示装置のように第１基板と第２基板の対向面側（液晶側面）に二色性色素からなる光学異方性薄膜を形成する場合に比較して、実施形態１の液晶表示装置では、外側面に光学異方性塗膜２０１を形成する場合には、光学異方性塗膜２０１が外気等にさらされることとなるので、以下に説明するように形成する必要がある。

ここで、基板上に形成された塗膜において分子が配列した状態では、一般的に、分子と基板間の相互作用、分子同士の相互作用、塗膜内の分子層間の相互作用に分子配列は影響されると考えられる。このときの分子が、リオトロピック液晶性を示す二色性色素の場合は、液晶状態で配向しており、分子と基板間の相互作用に比べて、分子間や分子層間の相互作用は強く働いている。

従来のように、第１基板及び第２基板の対向面側に形成された二色性色素の塗膜では、色素分子と下地層との相互作用となる化学的な結合力が強固でない。このために、高温保持の温度環境下では、二色性色素の配列は緩和されて乱れ、その結果、光学異方特性が容易に劣化してしまう。このため、実施形態１の光学異方性塗膜２０１では配向状態にある二色性色素を、下地層となるガラス表面処理層２０２を介して形成することにより、第１基板１０１及び第２基板１０３と光学異方性薄膜１０４との結合を強固にすることを可能としている。

〈光学異方性塗膜の構成〉
以下、本発明の実施形態１の光学異方性塗膜２０１及びガラス表面処理層２０２の構成について、詳細に説明する。本発明において、光学異方性塗膜２０１が５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の膜厚が望ましく、特には１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下が望ましい。これは、膜厚が薄いと膜厚方向の色素分子の濃度が小さく、光学的な異性が足りず、また厚膜では絶対的な膜透過率が小さくなり、液晶表示装置としての光透過輝度が低下することで視認性が劣ることを防止する可能となるからである。

本発明で用いる二色性色素は、芳香族系環や複素環を基本とした分子骨格構造と、これら骨格構造にカルボキシル基あるいはスルホン酸基、またはアミノ基が置換基として結合している化合物を用いる。本発明で用いる二色性色素の基本的な分子骨格構造としては、アゾ、アントラキノン、スチルベン、ピラゾロン、ペリレン、ナフタルイミド、トリフェニルメタン、キノリン構造が挙げられる。二色性色素の具体例としては、以下に記載する化合物が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。

分子構造中にカルボキシル基を有する二色性色素の具体例としては、下記の化１及び化２の化学式で示す化合物が挙げられる。

本願発明に適用可能であり、分子構造中にスルホン酸基を有する二色性色素の具体例としては、C.I.Direct Orange２６、C.I.Direct Red２３、C.I.Direct Red３、C.I.Direct Red７９、C.I.Direct Yellow４４、C.I.Direct Blue８６、C.I.Direct Blue６７、C.I.Direct Blue１６８、C.I.Acid Yellow３８、C.I.Direct Red１８、C.I.Acid Blue１１３、C.I.Acid Green２５、C.I.Acid Black２６、C.I.Reactive Red４３、C.I.Reactive Blue２、C.I.Direct Yellow ５０、C.I.Acid Yellow １７、C.I.Mordant Red７、C.I.Mordant Blue１３、C.I.Direct Yellow１１、C.I.Direct Red８１、C.I.Direct Violet５１、C.I.Direct Brown１０６などが挙げられる。

分子構造中にスルホン酸基とカルボキシル基とを有する二色性色素の具体例としては、C.I.Mordant Yellow３、C.I.Acid Green５９などが挙げられる。

また、分子構造中にスルホン酸基とアミノ基とを有する二色性色素の具体例としては、C.I.Acid Black１９、C.I.Acid Red３７、C.I.Reactive Blue１９、C.I.Reactive Black５、C.I.Reactive Blue５、C.I.Reactive Blue４、C.I.Reactive Blue２、C.I.Direct Green５９、C.I.Reactive Orange１３、C.I.Direct Black１７、C.I.Direct Blue７１、C.I.Direct Blue１５などが挙げられる。

さらには、分子構造中にアミノ基を有する二色性色素の具体例としては、C.I.Pigment Red１７７が一例として挙げられる。

特に、本願発明では、前述の二色性色素を１種あるいは２種以上を選択して、水溶液や水と有機溶媒との混合溶液とする。溶液中の色素の固形分濃度は、溶液中で液晶相を形成する範囲で、用いる色素の種類により任意に選択される。

ただし、溶液を塗膜とする際に、スリットコート方式と言われる剪断力を加えながら塗布する方法を用いることが望ましく、これにより二色性色素分子が規則的に配向した塗膜を得ることができる。ただし、溶液の塗布形式はスリットコート方式に限定されない。

また、本発明では、下地となる第１基板１０１及び第２基板１０３の表面を化学修飾して形成したガラス表面処理層２０２を設けることにより、アミノ基末端を有する第１基板１０１及び第２基板１０３に対しては、分子構造中にカルボキシル基あるいはスルホン酸基を官能基として有する二色性色素の塗膜としてなる光学異方性膜を形成する。また、カルボキシル基あるいはエポキシ基末端を有する第１基板１０１及び第２基板１０３に対しては、分子構造中にアミノ基を官能基として有する二色性色素の塗膜としてなる光学異方性膜を形成する。

〈ガラス表面処理層の構成〉
以下、図２に基づいて、第１基板１０１及び第２基板１０３の表面を化学修飾して形成するガラス表面処理層２０２について、詳細に説明する。

第１基板１０１及び第２基板１０３のバックライト側及び観察者側の表面に化学修飾してカルボキシル基やエポキシ基、アミノ基末端を形成する場合、ガラス基板である第１基板及び第２基板の表面の化学修飾には、カルボキシル基やエポキシ基、アミノ基を末端に有する有機ケイ素化合物を用いることが適している。

ガラス表面の化学修飾では、有機ケイ素化合物分子が基板表面に吸着被覆して、分子の末端が基板表面と化学反応し、基板表面に反応サイトがなくなってそれ以上には反応が進行しないからである。このとき、有機ケイ素化合物分子の化学反応した末端とは反対側にあるカルボキシル基やエポキシ基、アミノ基末端によって、ガラス基板表面が被覆される。

より詳細には、ガラス基板表面に対して、水やアルコールなどを用いた洗浄により異物や汚染成分を除去した後、紫外光の照射や酸素プラズマ雰囲気への曝露することで、ガラス基板表面に水酸基が生成される。このときに、前述の有機ケイ素化合物において、末端がアルコキシシランやアルキルシラン基とすると、ガラス基板表面の水酸基と反応して、加熱処理を行うと反応が進み、結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）が形成される。

カルボキシル基末端を有する有機ケイ素化合物の具体例としては、７−カルボキシ−ヘプチルトリエトキシシランや５−カルボキシ−ペンチルトリエトキシシランが挙げられる。また、エポキシ基末端を有する有機ケイ素化合物の具体例としては、３−グリシジルオキシプロピル（ジメトキシ）メチルシラン、３−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、ジエトキシ（３−グリシジルオキシプロピル）メチルシランが挙げられる。また、アミノ基末端を有する有機ケイ素化合物の具体例としては、３−（２−アミノエチルアミノ）プロピルジメトキシメチルシラン、３−（２−アミノエチルアミノ）プロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルジメトキシメチルシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、p−アミノフェニルトリメトキシシランなどが挙げられる。ただし、これらに限定されるわけではない。

前述するように、分子構造中にカルボキシル基やスルホン酸基を官能基として有する二色性色素や、アミノ基も官能基として存在するがカルボキシル基やスルホン酸基が分子内に多く存在する二色性色素においては、アミノ基末端を有する透明基板表面に対して、前述の塗布方法で規則的に色素分子が配列した塗膜とした後に、加熱処理を行うと、色素塗膜とガラス基板界面において、ガラス基板表面に存在するアミノ基のようなアルカリ性基と色素分子内に存在するカルボキシル基やスルホン酸基などの酸性基の間での反応であるが、配向状態の二色性色素分子がガラス基板と結合が生じて固定化される。この界面での配向固定化による色素分子塗膜は、その後の温度保持環境下での配向緩和が抑制され、色素分子配列が乱れることなく、光学異方特性を保持できるという効果を得ることができる。

また、下地となる第１基板１０１及び第２基板１０３の表面を化学修飾してカルボキシル基やエポキシ基末端を有する基板表面に対して、分子構造中にアミノ基を官能基として有する二色性色素の塗膜を形成すると、前述と同様に、ガラス基板表面に存在するカルボキシル基やスルホン酸基などの酸性基と色素分子内に存在するアミノ基のようなアルカリ性基との間での反応であるが、色素塗膜とガラス基板界面において、基板表面のカルボキシル基やエポキシ基末端が色素分子のアミノ基と反応して、界面において配向状態の二色性色素分子がガラス基板と結合が生じて固定化できるという効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明の実施形態１の液晶表示装置では、マトリックス状に配列される画素への電荷の書き込みを制御する薄膜トランジスタ等が形成される第１基板と、カラーフィルタやブラックマトリクス等が形成され、第１基板１０１に対向して配置される第２基板とのそれぞれの対向面側と反対の面である外側面に対して、リオトロピック液晶性を有する二色性色素を含む塗布材料からなる光学異方性塗膜を形成する際に、二色性色素を規則配列させた光学異方性塗膜下層の色素分子層と第１及び第２基板とを界面接合するためのガラス表面処理層を形成する構成となっているので、第１及び第２基板と光学異方性塗膜との接合を強固にできると共に、この結合が配向規制力として作用して、下層の色素分子層に対して積層される二色性色素分子層である光学異方性塗膜全体に働くので、二色性色素塗膜の配向を強固に保つことが可能となる。

さらには、本発明の実施形態１の液晶表示装置では、光学異方性塗膜とガラス表面処理層とからなる光学異方性薄膜を、第１基板及び第２基板に直接形成する構成となっているので、光学異方性フィルムを用いた従来の液晶表示装置よりもさらに薄型化、軽量化をすることが可能となる。

さらには、液晶表示装置の製造工程で光学異方性薄膜を形成することが可能となるので、液晶表示装置の製造コストを低減できる。

以下に、本発明の実施形態１の液晶表示装置の実施例を示す。

本発明の実施例１の液晶表示装置は、以下の条件で作製した。作製方法を図１及び図２を用いて説明する。

実施例１の液晶表示装置は、光学異方性薄膜１０４として、リオトロピック液晶性を示す下記の化３で示す化学式の二色性色素を含む塗布材料からなる光学異方性塗膜２０１を形成する物である。

色素固形分濃度１８重量％の純水とエタノールの混合溶液（混合比８対２）を用意する。

液晶セル２０３のガラス基板両外側に有機ケイ素化合物を用いて表面処理を施す。ここで、化３に示す色素に対しては、アミノ基末端でガラス基板（第１基板及び第２基板）表面が被覆されるように、有機ケイ素化合物として、３−アミノプロピルトリメトキシシランを用いた。

光学異方性薄膜１０４の形成においては、まず、液晶セル２０３の外側の一方のガラス基板（例えば、第１基板１０１）表面を、アセトンを用いて洗浄して有機性付着成分を除去した後、エキシマ紫外線ランプ（波長１９３ｎｍ）を用いて光照射洗浄を行った。

次に、３−アミノプロピルトリメトキシシランをガラス基板表面に塗布し、続いてオーブン炉を用いて１２０℃で３０分間、温風加熱処理を行った。続いて、イソプロピルアルコールを用いて、ガラス基板表面を洗浄した後、オーブン炉の中で、８０℃で１０分間の加熱乾燥を行った。これら一連の工程を行うことで、図３に示す化学反応によって、ガラス基板表面がアミノ基末端で被覆された処理層を形成した。

次に、同じ処理工程を液晶セル２０３の外側ガラス基板の残り一方（例えば、第２基板１０３）の表面に施した。これにより、液晶セル２０３両外側のガラス基板表面がアミノ基末端で被覆されたガラス表面処理層２０２を形成した。

次に、液晶セル２０３片側のガラス表面処理層２０２上に、化３に示す色素溶液をスリットコート方式の塗布装置を用いて剪断力を加えながら塗布することにより、色素分子が規則的な配向状態にある塗膜を３００ｎｍ厚で形成した。

次に、オーブン炉の中で、１００℃で２０分間の加熱処理を行うことで、化３に示す色素にあるスルホン酸基とガラス基板表面あるアミノ基との間に結合が生じることで、下地層に固定化させる。引き続き、同じ処理工程を液晶セル外側ガラス基板の残り一方表面に施した。

これら一連の処理工程によって、液晶セル２０３の両外側にガラス表面処理層２０２を形成し、その表面に化３に示す化学式の色素からなる光学異方性塗膜２０１を形成した。

上述により得られた液晶セル２０３を用いて、図１に示す液晶表示装置を作製した。このようにして作成した液晶表示装置では、二色性色素を規則配列させた光学異方性塗膜下層の色素分子層と液晶セルガラス基板（第１基板及び第２基板）表面での界面結合が強固となり、この結合が配向規制力として作用して、下層の色素分子層に対して積層される二色性色素分子層全体に働くことで、光学異方性塗膜２０１である二色性色素塗膜の配向を強固に保つことが可能となる。

本発明の実施例２では、実施例１の化３で示す化学式の色素に替わり、スルホン酸基を有する化４で示す化学式の色素を用いて、実施例１と同条件で光学異方性薄膜１０４を形成し、液晶表示装置を作製した。

上述により形成された光学異方性薄膜１０４を備える液晶表示装置では、二色性色素を規則配列させた光学異方性塗膜２０１の下層の色素分子層と液晶セルガラス基板（第１基板及び第２基板）表面での界面結合が強固となり、この結合が配向規制力として作用して、下層の色素分子層に対して積層される二色性色素分子層全体に働くことで、光学異方性塗膜２０１である二色性色素塗膜の配向を強固に保つことが可能となる。

本発明の実施例３では、実施例１の化３で示す化学式の色素に替わり、カルボキシル基を有する化２で示す化学式の色素を用いて、実施例１と同条件で光学異方性薄膜１０４を形成し、液晶表示装置を作製した。

上述により形成された光学異方性薄膜１０４を備える液晶表示装置では、二色性色素を規則配列させた光学異方性塗膜下層の色素分子層と液晶セルガラス基板（第１基板及び第２基板）表面での界面結合が強固となり、この結合が配向規制力として作用して、下層の色素分子層に対して積層される二色性色素分子層全体に働くことで、光学異方性塗膜２０１である二色性色素塗膜の配向を強固に保つことが可能となる。

本発明の実施例４では、アミノ基末端基が多く存在する化５で示す化学式の色素を用いて、光学異方性薄膜を形成し、液晶表示装置を作製した。実施例５では、色素固形分濃度１８重量％の純水とエタノールの混合溶液（混合比８対２）を用意する。

液晶セル２０３のガラス基板（第１基板及び第２基板）の外側に有機ケイ素化合物を用いて表面処理を施す。化５で示す化学式の色素に対しては、実施例４では、カルボキシル基末端でガラス基板表面が被覆されるように、有機ケイ素化合物として５−カルボキシ−ペンチルトリエトキシシランを用いた。

まず、実施例1と同様にして、液晶セル２０３の外側のガラス基板表面を、アセトンを用いて洗浄して有機性付着成分を除去した後、エキシマ紫外線ランプ（波長１９３ｎｍ）を用いて光照射洗浄を行う。次に、５−カルボキシ−ペンチルトリエトキシシランをガラス基板表面に塗布し、続いてオーブン炉の中で、１２０℃で３０分間の温風加熱処理を行った。続いて、イソプロピルアルコールを用いて、ガラス基板表面を洗浄した後、オーブン炉の中で、８０℃で１０分間の加熱乾燥を行った。これら一連の工程を行うことで、実施例1と同様に有機ケイ素化合物の末端とガラス基板表面で化学反応が生じることで、ガラス基板表面がカルボキシル基末端で被覆されたガラス表面処理層２０２を形成した。ここで形成されるガラス表面処理層２０２は、実施例1と同様に、液晶セル両外側にカルボキシル基末端で被覆されたガラス表面処理層２０２となる。

続いて、化５で示す化学式の色素を用いて、実施例1と同様に、塗布、加熱処理工程を施すことで、液晶セル両外側に光学異方性塗膜２０１である二色性色素塗膜を形成した。

上述により形成された光学異方性薄膜１０４を備える液晶表示装置では、二色性色素を規則配列させた光学異方性塗膜２０１の下層の色素分子層と液晶セルガラス基板（第１基板及び第２基板）表面での界面結合が強固となり、この結合が配向規制力として作用して、下層の色素分子層に対して積層される二色性色素分子層全体に働くことで、光学異方性塗膜２０１である二色性色素塗膜の配向を強固に保つことが可能となる。

〈実施形態２〉
図４は本発明の実施形態２の液晶表示装置の概略構成を説明するための斜視図である。ただし、実施形態２の液晶表示装置は、保護膜４０１の構成を除く他の構成は実施形態１の液晶表示装置と同様の構成とである。従って、以下の説明では、保護膜４０１について、詳細に説明する。

図４から明らかなように、実施形態２の液晶表示装置では、第２基板１０３の観察者側に形成される光学異方性薄膜１０４の上層（観察者側）に保護膜４０１が形成される構成となっている。

以下、図５に図４に示すｂ−ｂ’面での断面図を示し、以下、図５に基づいて、本発明の実施形態２の保護膜４０１について詳細に説明する。

図５から明らかなように、実施形態２の液晶表示装置においても、第１基板１０１のバックライト２０４側（図中の下面側）には、第１基板１０１に近い側からガラス表面処理層２０２と光学異方性塗膜２０１とからなる光学異方性薄膜１０４が形成され、第２基板１０３の観察者側（図中の上面側）には、第１基板１０１に近い側からガラス表面処理層２０２と光学異方性塗膜２０１とからなる光学異方性薄膜１０４が形成される構成となっている。

また、実施形態２の液晶表示装置では、第２基板１０３に形成される光学異方性塗膜２０１の上層である観察者側（図中の上面側）には、保護膜４０１が形成される構成となっている。すなわち、実施形態２の液晶表示装置では、表示画像の視認方向である第２基板１０３に形成される光学異方性塗膜２０１の上層に、外界に対して光学異方性塗膜２０１を保護する保護膜４０１を備えるものである。なお、実施形態２の液晶表示装置では、保護膜４０１を第２基板１０３の側のみに保護膜４０１を形成する構成としたが、これに限定されることはなく、第１基板１０１に形成される光学異方性塗膜２０１の上層にも形成する構成でもよい。

本発明の実施形態２の保護膜４０１としては、例えば、６０℃以上１４０℃以下の条件にて周知の化学気相成長法を用いて成膜されてなる、窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜から選択される絶縁膜を用いることが適している。これらの絶縁膜は、数十ｎｍ以上１μｍ以下の薄膜においても十分な膜強度を有し、保護膜４０１として用いるに適しているからである。また、窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜は薄膜として形成することで、膜（保護膜）の光使率を８０％以上確保することが可能であり、液晶表示としての視認性も確保した良好な保護膜４０１とすることが可能である。

また、２５℃以上１４０℃以下で成膜されてなる酸化物透明導電膜を保護膜４０１として用いることも適している。酸化物透明導電膜としては、インジウム酸化スズ膜の他に、酸化インジウム酸化亜鉛膜、酸化亜鉛などの材料を、周知のスパッタリング法で成膜することで形成することが可能である。これらも数十ｎｍ以上１μｍ以下の薄膜においても十分な膜強度を有し、保護膜４０１として用いるに適しているからである。さらには、保護膜４０１を酸化物透明導電膜で形成した場合は、液晶セル２０３の表面に生じる静電気を逃す役目も果たすことが可能であり、液晶表示装置における静電気対策にもなり得るという格別の効果を得ることも可能となる。

さらには、保護膜４０１の代わりに、透明基板からなる保護板を設けることも可能である。この場合、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂などの透明基板を用いて、これらの基板周辺部に接着材料を設けて、液晶セル２０３のガラス基板と接着させることにより、光学異方性塗膜２０１を保護できる。

以上説明したように、本発明の実施形態２の液晶表示装置においては、第１基板１０１のバックライト２０４側及び第２基板１０３の観察者側にそれぞれガラス表面処理層２０２と光学異方性塗膜２０１とからなる光学異方性薄膜１０４を形成すると共に、少なくとも第２基板１０３に形成される光学異方性薄膜１０４の観察者側に保護膜４０１を形成する構成となっているので、実施形態１の効果に加えて、外部環境からの影響も防ぐことができるという格別の効果を得ることができる。

以下に、本発明の実施形態２の液晶表示装置の実施例５、６を示す。

実施例５では、実施例1で得られた二色性色素塗膜すなわち光学異方性塗膜２０１を両外側に形成した液晶セル２０３に対して、二色性色素塗膜を外環境より保護するために、１００℃温度下で化学気相成長法を用いて窒化シリコン膜を８０ｎｍの膜厚で、保護膜４０１を形成した。この窒化シリコン膜は、液晶材料自体に影響を与えない温度で成膜して、かつ十分な膜強度を有し、保護膜として用いるに適している。また、薄膜とすることで膜の光使率を８０％以上確保することが可能であり、液晶表示としての視認性も確保した良好な保護膜４０１となる。

このようにして形成された液晶セル２０３を用いて、液晶表示装置を作製した。

実施例５の液晶表示装置では、二色性色素を規則配列させた光学異方性塗膜２０１の下層の色素分子層と液晶セルガラス基板表面での界面結合が強固となり、この結合が配向規制力として作用して、下層の色素分子層に対して積層される二色性色素分子層全体に働くことで、光学異方性塗膜２０１である二色性色素塗膜の配向を強固に保つことが可能となる。さらには、二色性色素塗膜に保護膜４０１を形成することで、外環境からの影響も防ぐことが可能となる。

実施例６では、実施例５の窒化シリコン膜の代わりに、酸化物透明導電膜の酸化インジウム酸化亜鉛膜を、２５℃温度下で、周知のスパッタリング法を用いて２０ｎｍ厚で成膜した。これにより、液晶材料自体に影響を与えない温度で成膜して、かつ十分な膜強度を有し、保護膜４０１として用いるに適している。また、薄膜とすることで膜の光使率を８０％以上確保することが可能であり、液晶表示としての視認性も確保した良好な保護膜４０１となる。また、導電性を有しているため、液晶セル表面に生じる静電気を逃す役目も果たすことが可能であり、液晶表示装置での静電気対策にもなり得る。

このようにして形成された液晶表示装置では、二色性色素を規則配列させた光学異方性塗膜下層の色素分子層と液晶セルガラス基板表面での界面結合が強固となり、この結合が配向規制力として作用して、下層の色素分子層に対して積層される二色性色素分子層全体に働くことで、光学異方性塗膜２０１である二色性色素塗膜の配向を強固に保つことが可能となる。

１０１・・・第１基板（薄膜トランジスタ回路基板）、１０２・・・液晶（液晶層）
１０３・・・第２基板（カラーフィルタ基板）、１０４・・・光学異方性薄膜
１０５・・・液晶表示用制御ＩＣ、１０６・・・プリント配線基板、
２０１・・・光学異方性塗膜、２０２・・・ガラス基板表面処理層
２０３・・・液晶セル、２０４・・・液晶バックライト
４０１・・・保護膜あるいは保護板

Claims (22)

1. 複数本のドレイン線と、前記ドレイン線と交差する複数本のゲート線とが形成される第１基板と、
   液晶を介して前記第１基板に対向配置される第２基板と、
   前記第１基板及び前記第２基板の前記液晶と接しない側に形成される光学異方性膜とを有する液晶パネルを備え、
   前記ドレイン線と前記ゲート線とに囲まれた領域を画素の領域とする液晶表示装置であって、
   前記光学異方性膜はリオトロピック液晶性を有する二色性色素を含み、
   前記二色性色素の分子は、カルボキシル基またはスルホン酸基を有し、且つ所定の方向に配向しており、
   前記第１基板または前記第２基板の前記光学異方性膜の側の表面には、アミノ基を有する膜が形成され、
   前記カルボキシル基と前記アミノ基、または前記スルホン酸基と前記アミノ基とは、互いに化学結合していることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記光学異方性膜は、５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の膜厚であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記アミノ基を有する前記膜は、前記アミノ基を有する有機ケイ素化合物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 複数本のドレイン線と、前記ドレイン線と交差する複数本のゲート線とが形成される第１基板と、
   液晶を介して前記第１基板に対向配置される第２基板と、
   前記第１基板及び前記第２基板の前記液晶と接しない側に形成される光学異方性膜とを有する液晶パネルを備え、
   前記ドレイン線と前記ゲート線とに囲まれた領域を画素の領域とする液晶表示装置であって、
   前記光学異方性膜はリオトロピック液晶性を有する二色性色素を含み、
   前記二色性色素の分子は、アミノ基を有し、且つ所定の方向に配向しており、
   前記第１基板または前記第２基板の前記光学異方性膜の側の表面には、カルボキシル基あるいはエポキシ基を有する膜が形成され、
   前記アミノ基と前記カルボキシル基、または前記アミノ基と前記エポキシ基とは、互いに化学結合していることを特徴とする液晶表示装置。
5. 前記光学異方性膜は、５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の膜厚であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記カルボキシル基あるいは前記エポキシ基を有する前記膜は、前記カルボキシル基あるいは前記エポキシ基を有する有機ケイ素化合物であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記光学異方性膜の液晶側と反対側に透明な保護膜を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の液晶表示装置。
8. 前記保護膜は、窒化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記保護膜は、酸化物透明導電膜であることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
10. 前記光学異方性膜の液晶側と反対側に透明基板からなる保護板を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の液晶表示装置。
11. 前記保護板は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂の何れか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. 複数本のドレイン線と、前記ドレイン線と交差する複数本のゲート線とが形成される第１基板と、
    液晶を介して前記第１基板に対向配置される第２基板と、
    前記第１基板及び前記第２基板の前記液晶と接しない側に形成される光学異方性膜とを有する液晶パネルを備え、
    前記ドレイン線と前記ゲート線とに囲まれた領域を画素の領域とする液晶表示装置の製造方法において、
    前記第１基板または第２基板の表面を化学修飾し、表面処理膜を形成する工程と、
    前記光学異方性膜を、前記表面処理膜上に形成する工程と、
    前記光学異方性膜と前記表面処理膜とを互いに化学結合させる工程とを含み、
    前記光学異方性膜はリオトロピック液晶性を有する二色性色素を含み、
    前記二色性色素の分子は、カルボキシル基またはスルホン酸基を有し、且つ所定の方向に配向しており
    前記表面処理膜は、アミノ基を有し、
    前記化学結合は、前記カルボキシル基あるいは前記スルホン酸基と、前記アミノ基との化学結合であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
13. 複数本のドレイン線と、前記ドレイン線と交差する複数本のゲート線とが形成される第１基板と、
    液晶を介して前記第１基板に対向配置される第２基板と、
    前記第１基板及び前記第２基板の前記液晶と接しない側に形成される光学異方性膜とを有する液晶パネルを備え、
    前記ドレイン線と前記ゲート線とに囲まれた領域を画素の領域とする液晶表示装置の製造方法において、
    前記第１基板または第２基板の表面を化学修飾し、表面処理膜を形成する工程と、
    前記光学異方性膜を、前記表面処理膜上に形成する工程と、
    前記光学異方性膜と前記表面処理膜とを互いに化学結合させる工程とを含み、
    前記光学異方性膜はリオトロピック液晶性を有する二色性色素を含み、
    前記二色性色素の分子は、アミノ基を有し、且つ所定の方向に配向しており
    前記表面処理膜は、カルボキシル基あるいはエポキシ基を有し、
    前記化学結合は、前記アミノ基と、前記カルボキシル基あるいは前記エポキシ基との化学結合であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
14. 前記光学異方性膜は、５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の膜厚であることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の液晶表示装置の製造方法。
15. 前記表面処理膜は、有機ケイ素化合物であることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４に記載の液晶表示装置の製造方法。
16. 前記光学異方性膜は、塗布膜であることを特徴とする請求項１２乃至請求項１５に記載の液晶表示装置の製造方法。
17. 前記光学異方性膜は、剪断力を加えながら塗布された膜であることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置の製造方法。
18. 前記光学異方性膜の液晶側と反対側に透明な保護膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１２乃至請求項１７の何れかに記載の液晶表示装置の製造方法。
19. 前記保護膜は、窒化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項１８に記載の液晶表示装置の製造方法。
20. 前記保護膜は、酸化物透明導電膜であることを特徴とする請求項１８に記載の液晶表示装置の製造方法。
21. 前記光学異方性膜の液晶側と反対側に透明基板からなる保護板を配置する工程を有することを特徴とする請求項１２乃至請求項１７の何れかに記載の液晶表示装置の製造方法。
22. 前記保護板は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂の何れかであることを特徴とする請求項２１に記載の液晶表示装置の製造方法。

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