JP7652607B2 - 配向膜材料、及び、液晶表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、配向膜材料、及び、液晶表示装置に関する。

特許文献１には、第１透光性基板と、第１透光性基板と対向して配置される第２透光性基板と、第１透光性基板と第２透光性基板との間に封入される液晶層と、第１透光性基板及び第２透光性基板の少なくとも１つの側面に対向して配置される少なくとも１つの発光部とを備える表示装置が記載されている。また、第１透光性基板、第２透光性基板及び液晶層からなる表示パネルには、該第１透光性基板及び第２透光性基板の少なくとも１つの内面に配向膜（液晶配向膜）が設けられている。

この種の表示装置では、液晶層は、網目状に形成されたポリマーネットワークの隙間に分散保持された液晶分子を含み、例えば非通電時に配向膜が液晶分子を配向させることにより、液晶層の液晶分子が発光部の光を散乱しない非散乱状態となる。このため、表示装置は、表示パネルの一方の面から、反対側の他方の面側の背景を視認可能となる。

特開２０１８－０２１９７４号公報

ところで、従来の表示装置では、例えば、表示パネルの画面の点押しや落下衝撃などを繰り返すことで、液晶層のポリマーネットワークが不可逆的に移動するため、液晶分子の配向が乱れる。このため、表示パネルの画面中央付近に、むらが発生してコントラストが低下する事態が生じ、表示装置の耐衝撃性の向上が要望されていた。

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたもので、耐衝撃性を向上できる配向膜材料及び液晶表示装置を提供することを目的とする。

一態様に係る配向膜材料は、高分子分散型液晶に用いられ、高分子分散型液晶に含まれる光架橋性モノマーと連結される光架橋基を含む。

他の態様に係る表示装置は、第１透光性基板と、第１透光性基板と対向して配置される第２透光性基板と、第１透光性基板と第２透光性基板との間に封入される液晶層と、第１透光性基板及び第２透光性基板に設けられ液晶層と接する配向膜と、第１透光性基板及び第２透光性基板の少なくとも１つの側面に対向して配置される少なくとも１つの発光部と、を備え、液晶層は、網目状に形成されたポリマーネットワークと、ポリマーネットワークの隙間に分散保持された液晶分子と含む高分子分散型液晶であり、配向膜は、ポリマーネットワークと連結する光架橋基を有する。

図１は、本実施形態に係る表示装置の一例を表す斜視図である。 図２は、実施形態１の表示装置を表すブロック図である。 図３は、実施形態１のフィールドシーケンシャル方式において、光源が発光するタイミングを説明するタイミングチャートである。 図４は、画素電極への印加電圧と画素の散乱状態との関係を示す説明図である。 図５は、図１の表示装置の断面の一例を示す断面図である。 図６は、図１の表示装置の平面を示す平面図である。 図７は、図５の液晶層部分を拡大した拡大断面図である。 図８は、液晶層においてモノマーが重合前の状態を示す断面図である。 図９は、液晶層において散乱状態を説明するための断面図である。 図１０は、実施形態２の液晶層においてモノマーが重合前の状態を示す断面図である。 図１１は、液晶層において非散乱状態を説明するための断面図である。 図１２は、液晶層において散乱状態を説明するための断面図である。

本開示を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、開示の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本開示の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る表示装置の一例を表す斜視図である。図２は、図１の表示装置を表すブロック図である。図３は、フィールドシーケンシャル方式において、光源が発光するタイミングを説明するタイミングチャートである。

図１に示すように、表示装置（液晶表示装置）１は、表示パネル２と、光源３と、駆動回路４とを有する。ここで、表示パネル２の平面の一方向がＰＸ方向とされ、ＰＸ方向と直交する方向がＰＹ方向とされ、ＰＸ－ＰＹ平面に直交する方向がＰＺ方向とされている。

表示パネル２は、アレイ基板（第１透光性基板）１０と、対向基板（第２透光性基板）２０と、液晶層５０（図５参照）とを備えている。対向基板２０は、アレイ基板１０の表面に垂直な方向（図１に示すＰＺ方向）に対向する。液晶層５０は、アレイ基板１０と対向基板２０との間に配置される。液晶層５０は、後述する高分子分散型液晶（PDLC；Polymer Dispersed Liquid Crystal）ＬＣを含み、この高分子分散型液晶ＬＣは、アレイ基板１０と対向基板２０と封止部１８とで封止されている。

図１に示すように、表示パネル２において、封止部１８の内側が画像を表示可能な表示領域ＡＡとなる。表示領域ＡＡには、複数の画素Ｐｉｘがマトリクス状に配置されている。なお、本開示において、行とは、一方向に配列されるｍ個の画素Ｐｉｘを有する画素行をいう。また、列とは、行が配列される方向と直交する方向に配列されるｎ個の画素Ｐｉｘを有する画素列をいう。そして、ｍとｎとの値は、垂直方向の表示解像度と水平方向の表示解像度に応じて定まる。また、複数の走査線ＧＬが行毎に配線され、複数の信号線ＳＬが列毎に配線されている。

光源３は、表示パネル２と光学接続された複数の発光部３１を備えている。表示パネル２と発光部３１の隙間には光学接着層２１（図５参照）が充填されている。図２に示すように、光源制御回路３２は、駆動回路４に含まれる。なお、光源制御回路３２は、駆動回路４の回路とは別の回路にしてもよい。発光部３１と、光源制御回路３２とは、アレイ基板１０内の配線で電気的に接続されている。

図１に示すように、駆動回路４は、アレイ基板１０の表面に設けられている。図２に示すように、駆動回路４は、信号処理回路４１、画素制御回路４２、ゲート駆動回路４３、ソース駆動回路４４及び共通電位駆動回路４５を備えている。アレイ基板１０は、対向基板２０よりもＰＸ－ＰＹ平面の面積が大きく、対向基板２０から露出したアレイ基板１０の張り出し部分に、駆動回路４が設けられる。

信号処理回路４１には、外部制御部９の画像出力部９１から、フレキシブル基板９２を介して、入力信号（ＲＧＢ信号など）ＶＳが入力される。

信号処理回路４１は、入力信号解析部４１１と、記憶部４１２と、信号調整部４１３とを備える。入力信号解析部４１１は、外部から入力された第１入力信号ＶＳに基づいて第２入力信号ＶＣＳを生成する。

第２入力信号ＶＣＳは、第１入力信号ＶＳに基づいて、表示パネル２の各画素Ｐｉｘにどのような階調値を与えるかを定める信号である。言い換えると、第２入力信号ＶＣＳは、各画素Ｐｉｘの階調値に関する階調情報を含む信号である。

信号調整部４１３は、第２入力信号ＶＣＳから第３入力信号ＶＣＳＡを生成する。信号調整部４１３は、第３入力信号ＶＣＳＡを画素制御回路４２へ送出し、光源制御信号ＬＣＳＡを光源制御回路３２へ送出する。光源制御信号ＬＣＳＡは、例えば、画素Ｐｉｘへの入力階調値に応じて設定される発光部３１の光量の情報を含む信号である。例えば、暗い画像が表示される場合、発光部３１の光量は小さく設定される。明るい画像が表示される場合、発光部３１の光量は大きく設定される。

そして、画素制御回路４２は、第３入力信号ＶＣＳＡに基づいて水平駆動信号ＨＤＳと垂直駆動信号ＶＤＳとを生成する。本実施形態では、フィールドシーケンシャル方式で駆動されるので、水平駆動信号ＨＤＳと垂直駆動信号ＶＤＳとが発光部３１が発光可能な色毎に生成される。

ゲート駆動回路４３は水平駆動信号ＨＤＳに基づいて１垂直走査期間内に表示パネル２の走査線ＧＬを順次選択する。走査線ＧＬの選択の順番は任意である。

ソース駆動回路４４は垂直駆動信号ＶＤＳに基づいて１水平走査期間内に表示パネル２の各信号線ＳＬに各画素Ｐｉｘの出力階調値に応じた階調信号を供給する。

本実施形態において、表示パネル２はアクティブマトリクス型パネルである。このため、平面視でＰＹ方向に延在する信号（ソース）線ＳＬ及びＰＸ方向に延在する走査（ゲート）線ＧＬを有し、信号線ＳＬと走査線ＧＬとの交差部にスイッチング素子Ｔｒを有する。

スイッチング素子Ｔｒとして薄膜トランジスタが用いられる。薄膜トランジスタの例としては、ボトムゲート型トランジスタ又はトップゲート型トランジスタを用いてもよい。スイッチング素子Ｔｒとして、シングルゲート薄膜トランジスタを例示するが、ダブルゲートトランジスタでもよい。スイッチング素子Ｔｒのソース電極及びドレイン電極のうち一方は信号線ＳＬに接続され、ゲート電極は走査線ＧＬに接続され、ソース電極及びドレイン電極のうち他方は、後述する高分子分散型液晶ＬＣの容量の一端に接続されている。高分子分散型液晶ＬＣの容量は、一端がスイッチング素子Ｔｒに画素電極ＰＥを介して接続され、他端が共通電極ＣＥを介してコモン電位配線ＣＯＭＬに接続されている。また、画素電極ＰＥと、コモン電位配線ＣＯＭＬに電気的に接続されている保持容量電極ＩＯとの間には、保持容量ＨＣが生じる。なお、コモン電位配線ＣＯＭＬは、共通電位駆動回路４５より供給される。

発光部３１は、第１色（例えば、赤色）の発光体３３Ｒと、第２色（例えば、緑色）の発光体３３Ｇと、第３色（例えば、青色）の発光体３３Ｂを備えている。光源制御回路３２は、光源制御信号ＬＣＳＡに基づいて、第１色の発光体３３Ｒ、第２色の発光体３３Ｇ及び第３色の発光体３３Ｂのそれぞれを時分割で発光するように制御する。このように、第１色の発光体３３Ｒ、第２色の発光体３３Ｇ及び第３色の発光体３３Ｂは、フィールドシーケンシャル方式で駆動される。

図３に示すように、第１サブフレーム（第１所定時間）ＲＦにおいて、第１色の発光期間ＲＯＮで第１色の発光体３３Ｒが発光するとともに、１垂直走査期間ＧａｔｅＳｃａｎ内に選択された画素Ｐｉｘが光を散乱させて表示する。表示パネル２全体では、１垂直走査期間ＧａｔｅＳｃａｎ内に選択された画素Ｐｉｘに、上述した各信号線ＳＬに各画素Ｐｉｘの出力階調値に応じた階調信号が供給されていれば、第１色の発光期間ＲＯＮにおいて第１色のみ点灯している。

次に、第２サブフレーム（第２所定時間）ＧＦにおいて、第２色の発光期間ＧＯＮで第２色の発光体３３Ｇが発光するとともに、１垂直走査期間ＧａｔｅＳｃａｎ内に選択された画素Ｐｉｘが光を散乱させて表示する。表示パネル２全体では、１垂直走査期間ＧａｔｅＳｃａｎ内に選択された画素Ｐｉｘに、上述した各信号線ＳＬに各画素Ｐｉｘの出力階調値に応じた階調信号が供給されていれば、第２色の発光期間ＧＯＮにおいて第２色のみ点灯している。

さらに、第３サブフレーム（第３所定時間）ＢＦにおいて、第３色の発光期間ＢＯＮで第３色の発光体３３Ｂが発光するとともに、１垂直走査期間ＧａｔｅＳｃａｎ内に選択された画素Ｐｉｘが光を散乱させて表示する。表示パネル２全体では、１垂直走査期間ＧａｔｅＳｃａｎ内に選択された画素Ｐｉｘに、上述した各信号線ＳＬに各画素Ｐｉｘの出力階調値に応じた階調信号が供給されていれば、第３色の発光期間ＢＯＮにおいて第３色のみ点灯している。

人間の眼には、時間的な分解能の制限があり、残像が発生するので、１フレーム（１Ｆ）の期間に３色の合成された画像が認識される。フィールドシーケンシャル方式では、カラーフィルタを不要とすることができ、カラーフィルタでの吸収ロスが低減するので、高い透過率が実現できる。カラーフィルタ方式では、第１色、第２色、第３色毎に画素Ｐｉｘを分割したサブピクセルで一画素を作るのに対し、フィールドシーケンシャル方式では、このようなサブピクセル分割をしなくてもよい。なお、第４サブフレームをさらに有し、第１色、第２色及び第３色とは異なる第４色を発光するようにしてもよい。

図４は、画素電極への印加電圧と画素の散乱状態との関係を示す説明図である。図５は、図１の表示装置の断面の一例を示す断面図である。図６は、図１の表示装置の平面を示す平面図である。図５は、図６のＶ－Ｖ’断面である。

１垂直走査期間ＧａｔｅＳｃａｎ内に選択された画素Ｐｉｘに、上述した各信号線ＳＬに各画素Ｐｉｘの出力階調値に応じた階調信号が供給されていれば、階調信号に応じて画素電極ＰＥへの印加電圧が変わる。画素電極ＰＥへの印加電圧が変わると、画素電極ＰＥと、共通電極ＣＥとの間の電圧が変化する。そして、図４に示すように、画素電極ＰＥへの印加電圧に応じて、画素Ｐｉｘ毎の液晶層５０の散乱状態が制御され、画素Ｐｉｘ内の散乱割合が変化する。

図４に示すように、画素電極ＰＥへの印加電圧が飽和電圧Ｖｓａｔ以上となると、画素Ｐｉｘ内の散乱割合の変化が小さくなる。そこで、駆動回路４は、飽和電圧Ｖｓａｔよりも低い電圧範囲Ｖｄｒにおいて、垂直駆動信号ＶＤＳに応じた画素電極ＰＥへの印加電圧を変化させる。

図５及び図６に示すように、アレイ基板１０は、第１主面１０Ａ、第２主面１０Ｂ、第１側面１０Ｃ、第２側面１０Ｄ、第３側面１０Ｅ及び第４側面１０Ｆを備える。第１主面１０Ａと第２主面１０Ｂとは、平行な平面である。また、第１側面１０Ｃと第２側面１０Ｄとは、平行な平面である。第３側面１０Ｅと第４側面１０Ｆとは、平行な平面である。

図５及び図６に示すように、対向基板２０は、第１主面２０Ａ、第２主面２０Ｂ、第１側面２０Ｃ、第２側面２０Ｄ、第３側面２０Ｅ及び第４側面２０Ｆを備える。第１主面２０Ａと第２主面２０Ｂとは、平行な平面である。第１側面２０Ｃと第２側面２０Ｄとは、平行な平面である。第３側面２０Ｅと第４側面２０Ｆとは、平行な平面である。

図５及び図６に示すように、光源３は、対向基板２０の第２側面２０Ｄに対向する。光源３は、サイド光源と呼ばれることもある。図５に示すように、光源３は、対向基板２０の第２側面２０Ｄへ光源光Ｌを照射する。光源３と対向する対向基板２０の第２側面２０Ｄは、光入射面となる。

図５に示すように、光源３から照射された光源光Ｌは、アレイ基板１０の第１主面１０Ａ及び対向基板２０の第１主面２０Ａで反射しながら、第２側面２０Ｄから遠ざかる方向（ＰＹ方向）に伝播する。アレイ基板１０の第１主面１０Ａ又は対向基板２０の第１主面２０Ａから外部へ光源光Ｌが向かうと、屈折率の大きな媒質から屈折率の小さな媒質へ進むことになるので、光源光Ｌがアレイ基板１０の第１主面１０Ａ又は対向基板２０の第１主面２０Ａへ入射する入射角が臨界角よりも大きければ、光源光Ｌがアレイ基板１０の第１主面１０Ａ又は対向基板２０の第１主面２０Ａで全反射する。

図５に示すように、アレイ基板１０及び対向基板２０の内部を伝播した光源光Ｌは、散乱状態となっている液晶分子がある画素Ｐｉｘで散乱され、散乱光の入射角が臨界角よりも小さな角度となって、放射光６８、６８Ａがそれぞれ対向基板２０の第１主面２０Ａ、アレイ基板１０の第１主面１０Ａから外部に放射される。対向基板２０の第１主面２０Ａ、アレイ基板１０の第１主面１０Ａからそれぞれ外部に放射された放射光６８、６８Ａは、観察者に観察される。

次に、表示パネル２を構成するアレイ基板１０、対向基板２０及び液晶層５０について説明する。図７は、図５の液晶層部分を拡大した拡大断面図である。この図７では、モノマーが重合した後の状態の液晶層を示す。また、図７では、非散乱状態の液晶層を示している。図８は、液晶層においてモノマーが重合前の状態を示す断面図である。図９は、液晶層において散乱状態を説明するための断面図である。

図７に示すように、アレイ基板１０は、第１透光性基材１９と画素電極ＰＥと第１配向膜（配向膜）ＡＬ１とを有している。対向基板２０は、第２透光性基材２９と共通電極ＣＥと第２配向膜（配向膜）ＡＬ２とを有している。液晶層５０は、第１配向膜ＡＬ１と第２配向膜ＡＬ２との間に封止されている。

第１透光性基材１９及び第２透光性基材２９は、例えばガラスやポリエチレンテレフタレートなどの透光性を有する材料で形成されている。画素電極ＰＥと共通電極ＣＥは、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透光性を有する導電材料によって形成されている。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、液晶層５０中の液晶分子５２（後述する）を所定の方向に配向させるものであり、ポリイミドなどの透光性を有する配向膜材料によって形成されている。本実施形態では、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、表面（液晶層５０と接する面）に、例えばラビング処理（ラビング配向処理）が施されることにより水平配向膜となっている。ラビング処理とは、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の各表面を布等で一方向に沿って擦ることで該表面に異方性を生じさせ、液晶配向性を付与することをいう。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の具体的構成については後述する。

図８に示すように、第１配向膜ＡＬ１と第２配向膜ＡＬ２との間には、光架橋性のモノマー５１Ａと、液晶分子５２と、光重合開始剤５３とを複数含む溶液ＬＣ´が注入されている。これらモノマー５１Ａ及び液晶分子５２は、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の各ラビング処理により、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２（アレイ基板１０及び対向基板２０）の間で一様に概ね水平方向にホモジニアス配向されている。ここで、溶液ＬＣ´を注入後のＯＤＦ用の光照射時には、アレイ基板１０と対向基板２０とをシールするシール部（不図示）以外に光が照射されないようにマスク露光をすることが好ましい。

次に、モノマー５１Ａ及び液晶分子５２がホモジニアス配向された状態で、水銀ランプの輝線やＬＥＤ光源を用いて、光重合開始剤５３の吸収波長の光（例えば、ｉ線、ｇ線、ｈ線などの紫外線）を照射する。この場合、アレイ基板１０は、比較的凹凸などの段差が大きいため、この段差への対応を要するアレイ基板１０側からよりも、平坦な対向基板２０側から紫外線を照射することが好ましい。これにより、光透過性が低いブラックマトリックス（ＢＭ）や、アレイ基板１０の配線上の光架橋反応も問題なく進めることが可能となる。

本実施形態では、モノマー５１Ａとして、式（１）に示す光架橋性を有するアクリレート系の材料を用いることができる。式（１）のモノマーは、左右端部にそれぞれ光架橋基としての機能を有するアクリレート基を有している。

上記した紫外線照射により、溶液ＬＣ´中の光重合開始剤５３が光を吸収し、ラジカルを生成するため、溶液ＬＣ´中のモノマー５１Ａ同士が架橋反応して重合する。なお、モノマー５１Ａとしては、上記した式（１）に示すものに限らず、式（２－１）～式（２－４）に示すアクリレート基や、式（２－５）～式（２－８）に示すマレイミド基のような光架橋性を有する各材料を用いることができる。

液晶分子５２は、誘電率異方性Δεがポジ型に形成されたネマチック液晶材料が用いられる。液晶材料として、誘電率異方性Δεがポジ型の場合には、屈折率異方性Δｎが大きな液晶組成物（液晶分子５２）が望ましく、液晶分子５２に加えて、光架橋性のモノマー５１Ａと光重合開始剤５３とが含まれている。

光重合開始剤５３は、所定波長の紫外線照射により、ラジカルを発生してモノマー５１Ａの重合を開始させるものである。この光重合開始剤５３は、使用する紫外線波長に適したものを選択して使用することができ、例えば、以下の中から１つを使用することができる。

（±）－カンファーキノン、アセトフェノン、ベンゾフェノン、４－ベンゾイル安息香酸、２－ベンゾイル安息香酸、２－ベンゾイル安息香酸メチル、４，４´－ビス（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４´－ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４´－ジクロロベンゾフェノン、１，４－ジベンゾイルベンゼン、ベンジル、ｐ－アニシル、２－ベンゾイル－２－プロパノール、２－ヒドロキシ－４´－（２－ヒドロキシエトキシ）－２－メチルプロピオフェノン、１－ベンジルシクロヘキサノール、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、ｏ－トシルベンゾイン、２，２－ジエトキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、２－メチル－４´－（メチルチオ）－２－モルホリノプロピオフェノン、２－ベンジル－２－（ジメチルアミノ）－４´－モノホリノブチロフェノン、２－イソニトロソプロピオフェノン、２－クロロチオキサントン、２－イソプロピルチオキサントン、２，４－ジエチルチオキサンテン－９－オン、２，２´－ビス（２－クロロフェニル）－４，４，５，５´－テトラフェニル－１，２´－ビイミダゾール、ジフェニル（２，４，６－トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド、フェニルビス（２，４，６－トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド、フェニル（２，４，６－トリメチルベンゾイル）ホスフィン酸リチウム。

上記したモノマー５１Ａの光架橋（重合）反応により、図７に示すように、３次元の網目状のポリマーネットワーク５１が形成される。これにより、ポリマーネットワーク５１の隙間に液晶分子５２が分散されたリバースモードの高分子分散型液晶ＬＣを有する液晶層５０が形成される。

ところで、通常、モノマーを重合させてポリマーネットワークを形成した場合、このポリマーネットワークは、何ら固定されておらず液晶層中を浮遊している。このため、例えば、表示パネルの画面の点押しや落下衝撃などを繰り返すことで、液晶層のポリマーネットワークが不可逆的に移動することにより液晶分子の配向に乱れが生じる。このため、表示パネルの画面中央付近に、むらが発生してコントラストが低下する事態が生じ、表示装置（表示パネル）の耐衝撃性の向上が要望されていた。

本実施形態では、ポリマーネットワーク５１の末端（一部）が、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２に連結されている。このため、ポリマーネットワーク５１は、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２を介して、アレイ基板１０及び対向基板２０に固定される。これにより、液晶層５０を含む表示パネル２の耐衝撃性が向上し、信頼性が向上する。なお、ポリマーネットワーク５１の末端（一部）は、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２のいずれか一方に連結する構成としてもよい。

次に、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の構成について説明する。本実施形態では、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、可視領域で透明な配向膜が望ましくポリイミドによって形成されている。ポリイミドは、ポリアミド酸（ポリアミド酸化合物を含む）を加熱してイミド化することにより得ることができる。このため、液状のポリアミド酸を画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥの表面にそれぞれスピンコートなどによって塗布し、これをイミド化することにより第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２が形成される。ポリアミド酸は、テトラカルボン酸化合物（テトラカルボン酸二無水物）とジアミン化合物とを反応させることによって合成することができる。このため、ポリイミドは、式（３）で示すように、テトラカルボン酸二無水物由来の骨格とジアミン化合物由来の骨格とを有して形成される。

この式（３）において、テトラカルボン酸二無水物由来の骨格が有するＲ１は、例えば、シクロブタン骨格、シクロブタン骨格以外の脂環式骨格、または鎖式骨格とすることができる。また、ジアミン化合物由来の骨格が有するＲ２は、例えば、シクロブタン骨格以外の脂環式骨格、または鎖式骨格とすることができる。ここで、シクロブタン骨格以外の脂環式骨格としては、例えばシクロへプタン骨格やシクロヘキサン骨格などが例示される。一方、脂環式骨格として、芳香族化合物も使用可能であるが、ポリイミドの着色が少ないものが望ましい。

本実施形態では、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の材料（配向膜材料）であるポリイミドは、光架橋基Ｘを該ポリイミドの側鎖に有する。具体的には、ジアミン化合物由来の骨格を形成する上記したＲ２にエーテル結合を介して、光架橋基Ｘが設けられている。また、エーテル結合の代わりにエステル結合を介して光架橋基Ｘを設けてもよい。すなわち、ポリイミドを構成するジアミン化合物が光架橋基Ｘを有する。この光架橋基Ｘは、上記したモノマー５１Ａの光架橋（重合）反応の際に、モノマー５１Ａと反応し、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２とポリマーネットワーク５１（ポリマー繊維）とをそれぞれ連結する。これにより、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２とポリマーネットワーク５１とが強固に連結されるため、液晶層５０を含む表示パネル２の耐衝撃性が向上し、信頼性が向上する。

光架橋基Ｘは、式（４）に示すように、例えば、アクリレート基を設けることができる。この場合、式（４）に示すＲは、光架橋基が連結される基を意味しているが、上記したエーテル結合またはエステル結合を含むものとする。

この構成では、ジアミン化合物由来の骨格が有するＲ２にエーテル結合またはエステル結合を介して光架橋基Ｘを設けておくことにより、該光架橋基Ｘを含むポリイミドからなる第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２を容易に形成することができ、これら第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２とポリマーネットワーク５１との連結を容易に実行することができる。また、光架橋基Ｘは、ポリイミドの側鎖に設けられているため、ポリマー主鎖に設けられている場合に比べて配向の自由度が高く、ポリマーネットワーク５１の形成時に、光架橋基Ｘと光架橋性のモノマー５１Ａとの光架橋（重合）反応の効率を高めることができる。

また、光架橋基Ｘは、アクリレート基に限るものではなく、式（５－１）～式（５－５）に示すような、メタクリレート基、桂皮酸基、マレイミド基、フェニルジアジリン、フェニルアジドのうち少なくとも１種をポリイミドの側鎖に設けてもよい。なお、これらの光架橋基Ｘは、ポリイミドの主鎖に設けても良いし、側鎖または主鎖の末端に設けてもよい。

次に、別の構成を有するポリイミドについて説明する。上記には、側鎖に光架橋基Ｘを有するポリイミドの構成を説明したが、ポリイミドの主鎖に光架橋基を有する構成を採用することもできる。具体的には、式（３）における、テトラカルボン酸二無水物由来の骨格が有するＲ１に光架橋基として、式（６－１）に示すジアゾ基を有するポリイミドや、式（６－２）に示すベンゾフェノン基を有するポリイミドを採用することができる。この式（６－１）、（６－２）において、Ｅｔはエチル基を示す。また、式（６－１）、（６－２）に示す構造式は例示であり、ジアゾ基またはベンゾフェノン基を有するポリイミドであれば、他の構成としてもよい。

この構成では、ポリイミドがそもそも光架橋基として機能する官能基を有するため、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２とポリマーネットワーク５１との連結を容易に実行することができる。また、光架橋基はポリイミドの主鎖に設けられているため、ポリマーネットワーク５１と連結されると該ポリマーネットワーク５１が動きにくくなり、固定化することができる。

上記した構成において、ポリマーネットワーク５１及び液晶分子５２は、それぞれ光学異方性を有している。液晶分子５２の配向は、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間の電圧差によって制御される。画素電極ＰＥへの印加電圧により、液晶分子５２の配向が変化する。液晶分子５２の配向が変化することにより、画素Ｐｉｘ（画素電極ＰＥ上の領域）を通過する光の散乱の度合いが変化する。

例えば、図７に示すように、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に電圧が印加されていない状態では、ポリマーネットワーク５１の光軸Ａｘ１と液晶分子５２の光軸Ａｘ２の向きは互いに概ね等しい。液晶分子５２の光軸Ａｘ２は、液晶層５０のＰＹ方向（図５）と平行である。またポリマーネットワーク５１の光軸Ａｘ１は、電圧の有無に関わらず、液晶層５０のＰＹ方向と平行である。

ポリマーネットワーク５１と液晶分子５２の常光屈折率は互いに等しい。画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に電圧が印加されていない状態では、あらゆる方向においてポリマーネットワーク５１と液晶分子５２との間の屈折率差がほぼゼロになる。液晶層５０は、光源光Ｌ（図５）を散乱しない非散乱状態となる。光源光Ｌは、図５に示すように、アレイ基板１０の第１主面１０Ａ及び対向基板２０の第１主面２０Ａで反射しながら、光源３（発光部３１）から遠ざかる方向に伝播する。液晶層５０が光源光Ｌを散乱しない非散乱状態であると、アレイ基板１０の第１主面１０Ａから対向基板２０の第１主面２０Ａ側の背景が視認され、対向基板２０の第１主面２０Ａからアレイ基板１０の第１主面１０Ａ側の背景が視認される。

図９に示すように、電圧が印加された画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間では、液晶分子５２の光軸Ａｘ２は、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に発生する電界によって傾くことになる。ポリマーネットワーク５１の光軸Ａｘ１は、電界によって変化しないため、ポリマーネットワーク５１の光軸Ａｘ１と液晶分子５２の光軸Ａｘ２の向きは互いに異なる。電圧が印加された画素電極ＰＥがある画素Ｐｉｘにおいて、光源光Ｌが散乱される。上述したように散乱された光源光Ｌの一部がアレイ基板１０の第１主面１０Ａ又は対向基板２０の第１主面２０Ａから外部に放射された光は、観察者に観察される。

電圧が印加されていない画素電極ＰＥがある画素Ｐｉｘでは、アレイ基板１０の第１主面１０Ａから対向基板２０の第１主面２０Ａ側の背景が視認され、対向基板２０の第１主面２０Ａからアレイ基板１０の第１主面１０Ａ側の背景が視認される。そして、本実施形態の表示装置１は、画像出力部９１から第１入力信号ＶＳが入力されると、画像が表示される画素Ｐｉｘの画素電極ＰＥに電圧が印加され、第３入力信号ＶＣＳＡに基づく画像が背景とともに視認される。このように、高分子分散型液晶ＬＣが散乱状態にあるとき、表示領域において画像が表示される。

電圧が印加された画素電極ＰＥがある画素Ｐｉｘにおいて光源光Ｌが散乱されて外部に放射された光によって表示された画像は、背景に重なり、表示されることになる。換言すると、本実施形態の表示装置１は、放射光６８又は放射光６８Ａと、背景との組み合わせにより、画像を背景に重ね合わせて表示することができる。

本実施形態の効果を確認するために、上記した光架橋基Ｘを有するポリイミドからなる第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２をそれぞれ設けた表示パネルと、光架橋基を有しないポリイミドからなる第１配向膜及び第２配向膜をそれぞれ設けた表示パネルとを作成した。光架橋基の有無以外は同一の構成とした。

作成した各表示パネルに対して耐衝撃試験を行った。耐衝撃試験は、表示パネルの一辺の下に棒状の支持具を挿入して表示パネルを浮かせた状態を作り、上面側から表示パネルの略中央部を所定の力（例えば１０ｋＰａ）で所定回数（例えば５～１０回）、繰り返し点押しする。この結果、光架橋基Ｘを有しない第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２を設けた表示パネルでは、画面中央付近に、表示パネルのコントラストが低下する、むら不良（例えば白むら）が発生したのに対し、光架橋基Ｘを有する第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２を設けた表示パネルでは、このようなコントラストの低下がほとんど無く、表示パネル（透明ディスプレイ）の耐衝撃性の向上が認められた。

（実施形態２）
図１０は、実施形態２の液晶層においてモノマーが重合前の状態を示す断面図である。
図１１は、液晶層において非散乱状態を説明するための断面図である。図１２は、液晶層において散乱状態を説明するための断面図である。図１１、１２では、モノマーが重合した後の状態の液晶層を示している。上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

本実施形態では、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、表面（液晶層５０と接する面）に、例えばラビング処理（ラビング配向処理）が施されることにより垂直配向膜となっている。また、図１０に示すように、第１配向膜ＡＬ１と第２配向膜ＡＬ２との間には、光架橋性のモノマー５１Ａと、液晶分子５２と、光重合開始剤５３とを複数含む溶液ＬＣ´が注入されている。この液晶分子５２は、誘電率異方性Δεがネガ型に形成されたネマチック液晶材料が用いられる。また、モノマー５１Ａ、光重合開始剤５３には、実施形態１と同一な材料を使用することができる。これらモノマー５１Ａ及び液晶分子５２は、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の各ラビング処理により、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２（アレイ基板１０及び対向基板２０）の間で、一様に概ね垂直方向にホメオトロピック配向されている。また、電界印加時の液晶分子５２の傾き方向を面内で規定するために、ラビング処理によりプレチルト角８５度～８８度を付与している。その際のラビング方向は、高い散乱強度が得られることから、光源光Ｌの伝搬方向に直交方向が好ましい。この状態で上記した実施形態１と同様に、所定波長の紫外線を照射すると、上記したモノマー５１Ａの光架橋（重合）反応により、図１１に示すように、３次元の網目状のポリマーネットワーク５１が形成される。これにより、ポリマーネットワーク５１の隙間に液晶分子５２が分散されたリバースモードの高分子分散型液晶ＬＣを有する液晶層５０が形成される。

また、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２にも、上記実施形態１と同一の配向膜材料（ポリイミド）を使用することができる。さらに、本実施形態では、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２が垂直配向膜であることを考慮して、式（７）に示すポリイミドを用いることが好ましい。式（７）のポリイミドは、側鎖の末端に光架橋基Ｘであるアクリレート基が設けられているが、このアクリレート基は、エーテル基に鎖式骨格であるＲ３を介して接続されている。このＲ３は、長鎖アルキル基（（ＣＨ_２）_ｎ；ｎ＝１～１２）であり、特にｎ＝６～１２とし、さらに長鎖アルキル基の密度が高まるほど、液晶分子５２のプレチルト角が大きくなり易くなるため、垂直配向膜とする場合に有効である。

本実施形態においても、液晶分子５２の配向は、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間の電圧差によって制御される。例えば、図１１に示すように、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に電圧が印加されていない状態では、ポリマーネットワーク５１の光軸Ａｘ１と液晶分子５２の光軸Ａｘ２の向きは互いに概ね等しい。液晶分子５２の光軸Ａｘ２は、液晶層５０のＰＺ方向（図５）と平行である。またポリマーネットワーク５１の光軸Ａｘ１は、電圧の有無に関わらず、液晶層５０のＰＺ方向と平行である。

画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に電圧が印加されていない状態では、あらゆる方向においてポリマーネットワーク５１と液晶分子５２との間の屈折率差がゼロになる。このため、液晶層５０は、光源光Ｌ（図５）を散乱しない非散乱状態となる。液晶層５０が光源光Ｌを散乱しない非散乱状態であると、アレイ基板１０の第１主面１０Ａから対向基板２０の第１主面２０Ａ側の背景が視認され、対向基板２０の第１主面２０Ａからアレイ基板１０の第１主面１０Ａ側の背景が視認される。

図１２に示すように、電圧が印加された画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間では、液晶分子５２の光軸Ａｘ２は、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に発生する電界によって傾くことになる。ポリマーネットワーク５１の光軸Ａｘ１は、電界によって変化しないため、ポリマーネットワーク５１の光軸Ａｘ１と液晶分子５２の光軸Ａｘ２の向きは互いに異なる。電圧が印加された画素電極ＰＥがある画素Ｐｉｘにおいて、光源光Ｌが散乱される。上述したように散乱された光源光Ｌの一部がアレイ基板１０の第１主面１０Ａ又は対向基板２０の第１主面２０Ａから外部に放射された光は、観察者に観察される。

電圧が印加されていない画素電極ＰＥがある画素Ｐｉｘでは、アレイ基板１０の第１主面１０Ａから対向基板２０の第１主面２０Ａ側の背景が視認され、対向基板２０の第１主面２０Ａからアレイ基板１０の第１主面１０Ａ側の背景が視認される。そして、本実施形態の表示装置１は、画像出力部９１から第１入力信号ＶＳが入力されると、画像が表示される画素Ｐｉｘの画素電極ＰＥに電圧が印加され、第３入力信号ＶＣＳＡに基づく画像が背景とともに視認される。このように、高分子分散型液晶ＬＣが散乱状態にあるとき、表示領域において画像が表示される。

電圧が印加された画素電極ＰＥがある画素Ｐｉｘにおいて光源光Ｌが散乱されて外部に放射された光によって表示された画像は、背景に重なり、表示されることになる。換言すると、本実施形態の表示装置１は、放射光６８又は放射光６８Ａと、背景との組み合わせにより、画像を背景に重ね合わせて表示することができる。

本実施形態においても、上記した耐衝撃試験を行った結果、光架橋基Ｘを有しない第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２を設けた表示パネルでは、画面中央付近に、表示パネルのコントラストが低下する、むら不良が発生したのに対し、光架橋基Ｘを有する第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２を設けた表示パネルでは、このようなコントラストの低下がほとんど無く、表示パネル（透明ディスプレイ）の耐衝撃性の向上が認められた。

（実施形態３）
この実施形態３では、上記した実施形態１と構成は概ね同一である。このため、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。この実施形態３においても、ポリマーネットワーク５１を構成するモノマー５１Ａ、液晶分子５２、光重合開始剤５３、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２には、上記した実施形態と同一の材料を用いることができる。

本実施形態においても、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は水平配向膜であり、液晶分子５２はポジ型のネマチック液晶である。実施形態１との違いは、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の表面にラビング処理が施されるのではなく光配向処理が施されている。光配向処理とは、直線偏光紫外線を第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の各表面に照射することによって、偏光方向の高分子鎖を選択的に反応させ、これによって異方性を発生させて液晶配向性を付与することをいう。

この場合、光配向処理に用いる直線偏向紫外線は、溶液ＬＣ´に含まれる光重合開始剤５３による光重合反応に用いる紫外線とは異なる波長を用いることが望ましい。一方で、主にラジカル反応を用いる上記した光架橋基とは異なる光反応である、例えば光分解型や光異性化型に基づく光配向膜の場合には、ほぼ同じ波長の光（紫外線）を用いても構わない。例えば、光分解型の光配向膜の材料として、式（８）に示す繰り返し骨格を含むポリイミド（配向膜材料）が挙げられる。このポリイミドの表面に直線偏光紫外線を照射すると、該直線偏光紫外線の偏光方向に沿って配向した分子が優先的に分解する。液晶分子５２は、分解されずに残存したポリイミド分子とその界面で相互作用する結果、液晶分子５２及びモノマー５１Ａは、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２（アレイ基板１０及び対向基板２０）の間で一様に概ね水平方向にホモジニアス配向される。

また、例えば、光異性化型の光配向膜の材料として、式（９）に示すアゾベンゼン骨格のような光によるシス－トランス異性化が可能な骨格を、ポリイミドの構成要素であるジアミン化合物の一部に含むポリイミド（配向膜材料）が挙げられる。なお、光異性化型の光配向膜の材料は、スチルベン骨格をジアミン化合物の一部に含むポリイミドであってもよい。

本実施形態においても、上記した耐衝撃試験を行った結果、光架橋基Ｘを有しない第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２を設けた表示パネルでは、画面中央付近に、表示パネルのコントラストが低下する、むら不良が発生したのに対し、光架橋基Ｘを有する第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２を設けた表示パネルでは、このようなコントラストの低下がほとんど無く、表示パネル（透明ディスプレイ）の耐衝撃性の向上が認められた。

以上、好適な実施の形態を説明したが、本開示はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本開示の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本開示の技術的範囲に属する。

例えば、上記実施形態では、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の配向膜材料としてポリアミド酸のイミド化からなるポリイミドを採用した構成を説明したが、これに限るものではなく、式（１０）に示すポリアミドイミドを採用してもよい。

式（１０）において、Ｒ４は、例えば芳香族化合物を示す。この芳香族化合物にエーテル基を介して光架橋基Ｘが設けられている。このため、ポリアミドイミドを用いた第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２であっても、光重合反応時にポリマーネットワーク５１と第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２とが強固に連結されるため、液晶層５０を含む表示パネル２の耐衝撃性が向上し、信頼性が向上する。

また、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の配向膜材料として、可溶性ポリイミドを採用することもできる。可溶性ポリイミドは溶剤に溶かして使用することができるため、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の生成が容易となる。この可溶性ポリイミドにも、上記した式（３）のジアミン化合物由来の骨格が有するＲ２にエーテル結合またはエステル結合を介して光架橋基Ｘを設けられている。このため、光架橋基Ｘを含むポリイミドからなる第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２を容易に形成することができ、これら第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２とポリマーネットワーク５１との連結を容易に実行することができる。

また上記実施形態では、表示パネル２厚み方向に縦電界を印加する場合を説明したが、これに限らず一方の基板（例えばアレイ基板１０）上に、櫛歯状に形成された櫛歯電極を形成して横電界を印加する構成としてもよい。この構成によっても、縦電界を印加する場合と同等の作用効果を得ることができる。

以上、好適な実施の形態を説明したが、本開示はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本開示の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本開示の技術的範囲に属する。

１ 表示装置（液晶表示装置）
２ 表示パネル
３ 光源
１０ アレイ基板（第１透光性基板）
２０ 対向基板（第２透光性基板）
３１ 発光部
５０ 液晶層
５１ ポリマーネットワーク
５１Ａ モノマー
５２ 液晶分子
５３ 光重合開始剤
ＡＬ１ 第１配向膜（配向膜）
ＡＬ２ 第２配向膜（配向膜）
ＣＥ 共通電極
ＰＥ 画素電極
ＬＣ 高分子分散型液晶
ＬＣ´ 溶液

Claims (7)

1. 高分子分散型液晶に用いられる配向膜材料であって、
   前記高分子分散型液晶に含まれる光架橋性モノマーと連結される光架橋基を含み、
   前記光架橋基は、ジアゾ基を含む、配向膜材料。
2. 前記配向膜材料は、テトラカルボン酸化合物とジアミン化合物からなるポリアミド酸を含み、
   前記テトラカルボン酸化合物が前記光架橋基を有する、請求項１に記載の配向膜材料。
3. 第１透光性基板と、前記第１透光性基板と対向して配置される第２透光性基板と、前記第１透光性基板と前記第２透光性基板との間に封入される液晶層と、前記第１透光性基板及び前記第２透光性基板に設けられ前記液晶層と接する配向膜と、前記第１透光性基板及び前記第２透光性基板の少なくとも１つの側面に対向して配置される少なくとも１つの発光部と、を備え、
   前記液晶層は、網目状に形成されたポリマーネットワークと、前記ポリマーネットワークの隙間に分散保持された液晶分子と含む高分子分散型液晶であり、
   前記配向膜は、前記ポリマーネットワークと連結する光架橋基を有し、
   前記配向膜は、前記光架橋基としてジアゾ基またはベンゾフェノン基を主鎖に有しているポリイミドである、液晶表示装置。
4. 前記配向膜は、前記液晶層と接する面において、ラビング配向処理が施されている、請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記配向膜は、前記液晶層と接する面において、光配向処理が施されている、請求項３に記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶分子及び前記ポリマーネットワークは、前記第１透光性基板及び前記第２透光性基板の間でホモジニアス配向、またはホメオトロピック配向している請求項３～５のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
7. 前記高分子分散型液晶が散乱状態にあるとき、表示領域において画像を表示し、
   前記高分子分散型液晶が非散乱状態にあるとき、前記表示領域において、前記第１透光性基板から前記第２透光性基板の背景が視認され、前記第２透光性基板から前記第１透光性基板の背景が視認される請求項３～６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。

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