(57)【要約】  透過状態と散乱状態との間で状態が切り替えられ得る液晶層１と、液晶層１を間に保持する前面基板３および背面基板２と、液晶層１を挟んで配置され、液晶層１に電圧を印加する一対の電極４、８と、液晶層１と前面基板３および背面基板２との間にそれぞれ形成された第１および第２配向膜１３、１２とを備え、液晶層１は、画素のそれぞれに、連続した壁１０と、壁１０によって分離された複数の小部屋１４と、それぞれが、複数の小部屋１４の何れか１つに形成された複数の液晶領域１１とを有し、複数の液晶領域１１は、液晶層１に平行な面内にディレクタ２０を有する第１および第２の液晶領域１１を有しており、第１および第２の液晶領域１１のディレクタ２０は互いに異なる方向を向いている。
2010023851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を備えた液晶表示装置であって、
光を透過する透過状態と光を散乱する散乱状態との間で状態が切り替えられ得る液晶層と、
前記液晶層を間に保持する前面基板および背面基板と、
前記液晶層を挟んで配置され、前記液晶層に電圧を印加する一対の電極と、
前記液晶層と前記前面基板および背面基板との間にそれぞれ形成された第１および第２配向膜と
を備え、
前記液晶層は、前記画素のそれぞれに、
連続した壁と、
前記壁によって分離された複数の小部屋と、
それぞれが、前記複数の小部屋のいずれか１つに形成された複数の液晶領域と、
を有し、
前記複数の液晶領域は、前記液晶層に平行な面内にディレクタを有する第１および第２の液晶領域を有しており、前記第１および第２の液晶領域のディレクタは互いに異なる方向を向いている反射型液晶表示装置。
【請求項２】
前記複数の小部屋のそれぞれと、前記第１および第２配向膜のうちその小部屋に最も近接する配向膜との間には、他の小部屋は存在しない請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項３】
前記複数の小部屋のそれぞれと、前記第１および第２配向膜との間には、他の小部屋は存在しない請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項４】
前記複数の液晶領域のそれぞれは、前記第１および第２配向膜のうちいずれか一方と接している請求項１から３のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１および第２配向膜には配向処理が施されていない請求項１から４のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
【請求項６】
前記第１および第２配向膜の表面自由エネルギーは４４ｍＪ／ｍ2以上５０ｍＪ／ｍ2以下である請求項１から５のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
【請求項７】
前記液晶層は、各画素内に０．０１６個／μｍ2以上の密度で小部屋を有している請求項１から６のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
【請求項８】
前記液晶層は、各画素内に１個／μｍ2以上の密度で小部屋を有している請求項７に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項９】
前記液晶層の液晶材料の誘電異方性は正である請求項１から８のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶領域はカイラル剤を含んでいない請求項１から９のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
【請求項１１】
前記複数の小部屋の直径が０．６μｍ以上６μｍ以下である請求項１から１０のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
【請求項１２】
前記液晶領域に含まれる液晶材料の異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏとの差は０．１以上０．３以下である請求項１から１１のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
【請求項１３】
前記液晶層の背面側に設けられた反射層をさらに備える請求項１から１２のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
【請求項１４】
前記反射層は再帰性反射層である請求項１３に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項１５】
前記液晶層の背面側に設けられた光吸収層をさらに備える請求項１から１２のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の反射型液晶表示装置では、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モードやＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ  Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モードなどの表示モードが利用されている。しかし、これらの表示モードを利用する場合、液晶パネルの表面に偏光板を配置する必要があり、偏光板による光の吸収により、光利用効率が低くなってしまうという問題があった。【０００３】
そこで、偏光板を必要としない新たな表示モードとして、液晶層に印加する電圧によって、光を散乱させる散乱状態と光を透過する透過状態との間でスイッチングさせて表示を行うモード（以下、「散乱−透過モード」と称する。）が提案されている。この表示モードでは、例えば高分子分散型液晶（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ；ＰＤＬＣ）が用いられる。【０００４】
ＰＤＬＣを用いた液晶層（ＰＤＬＣ層）は、高分子中に分散させた複数の液晶領域（「液晶滴」ともいう。）を有している。各液晶領域は、高分子からなる壁によって規定される空間（以下、「小部屋」という。）内に形成されている。このようなＰＤＬＣ層では、電圧を印加しないとき（電圧無印加時）、液晶領域内の液晶と高分子との間に屈折率の差が生じ、これらの界面で光が散乱し、白表示が得られる。ＰＤＬＣ層に電圧を印加すると（電圧印加時）、液晶の配向が変化して液晶と高分子との屈折率の差が略等しくなるので、光はＰＤＬＣ層を透過する。このとき、液晶層の背面側に光吸収板を配置していれば、透過した光が光吸収板に吸収され、黒表示が得られる。【０００５】
光吸収板の代わりに、液晶層の背面側に、特定の色光を選択的に反射する反射層を設けてもよい。例えば特定の色を呈する平滑な金属板（鏡）を設けることにより、ＰＤＬＣ層が前方散乱型液晶の場合、特定の色と黒（鏡面反射）とで表示を行うことができる。また、特定の色を呈する金属板を設けることにより、ＰＤＬＣ層が後方散乱型液晶の場合、白色と特定の色とで表示を行うことができる。【０００６】
あるいは、液晶層の背面側に再帰性反射層を配置してもよい。例えば特許文献１には、再帰性反射層とＰＤＬＣとを組み合わせた表示装置（再帰性反射型液晶表示装置）が開示されている。以下、再帰性反射型液晶表示装置を例に、ＰＤＬＣを用いた従来の表示装置の構成を説明する。【０００７】
図１１は、特許文献１に開示されたアクティブマトリクス駆動の再帰性反射型液晶表示装置の模式的な断面図である。表示装置３００は、カラーフィルタ１１９、透明対向電極１１１および配向膜１１２が設けられた前面基板１１０と、前面基板１１０に対向するように配置された背面基板１０９と、これらの基板１１０、１０９の間に設けられた液晶層（ＰＤＬＣ層）１１３とを備えている。背面基板１０９には、複数のスイッチング素子（ＴＦＴ）１０１が設けられ、その上に、再帰反射性を示す表面形状を有する絶縁層１０２、複数の反射電極１０５および配向膜１１８が形成されている。反射電極１０５は、絶縁層１０２の上に形成され、絶縁層１０２の表面形状を反映した凹凸を有している。複数の反射電極１０５は、画像表示の一単位となる画素毎に、互いに離間して配置されている。各反射電極１０５は、絶縁層１０２に形成されたコンタクトホールを介して、対応するスイッチング素子１０１のドレイン電極と接続されている。配向膜１１８は、絶縁層１０２および反射電極１０５の上に形成されており、絶縁層１０２の表面形状を反映した凹凸を有している。【０００８】
次いで、表示装置３００の動作を説明する。【０００９】
表示装置３００では、対向電極１１１と反射電極１０５との間に印加する電圧を変化させることによって、液晶層１１３を、光を透過する透過状態と光を散乱（前方散乱および後方散乱）する散乱状態との間でスイッチングすることができる。液晶層１１３が透過状態に制御されていると、表示装置外部の光源や周囲からの光は、前面基板１１０および液晶層１１３を通過した後、反射電極１０５によって光が入射した方向に反射される。このとき、表示装置から観察者に届く像は観察者自身の目であるため、「黒」表示状態が得られる。【００１０】
他方、液晶層１１３が散乱状態に制御されていると、光源や周囲からの光は、前面基板１１０側から液晶層１１３に入射し、液晶層１１３で散乱される。液晶層１１３が前方散乱型液晶層の場合、散乱された光は反射電極１０５で反射し、さらに散乱状態の液晶層１１３を経て観察者方向に出射する。液晶層１１３による散乱によって反射電極１０５の再帰性が崩されるため、入射した光は入射方向には戻らない。従って、「白」表示状態が得られる。【００１１】
なお、図１１に示す表示装置３００は、再帰性反射層および画素電極として機能する反射電極１０５を備えているが、再帰性反射層を画素電極とは別個に設けることもできる。再帰性反射層は、画素電極と背面基板１０９との間に配置してもよいし、背面基板１０９の背面側に配置してもよい。【００１２】
表示装置３００のように散乱−透過モードを利用した反射型液晶表示装置には、他の表示モードを用いた表示装置と比べて、表示のコントラストが低いという問題がある。【００１３】
表示装置３００の白表示をより明るくしようとすると、液晶層１１３を厚くして、液晶層１１３に入射する光をより確実に散乱させる必要がある。しかし、液晶層１１３を厚くすると、液晶層１１３を透過状態に切り替える際に液晶層１１３により高い電圧を印加する必要が生じる。液晶層１１３に印加する電圧が不十分であれば、液晶層１１３の光透過率が低下し、高品位な黒表示を得ることができない。【００１４】
一方、特許文献２〜４は、液晶中に二色性色素を含有させたＰＤＬＣを用いたゲストホストモードの液晶表示装置において、液晶ディレクタを制御して表示のコントラストを改善する手法を開示している。これらの特許文献では、液晶領域の形状を基板の面内方向に広げて扁平にすることにより、液晶層に電圧を印加しないときの液晶分子のディレクタを、基板と平行な方向に向くように制御している。例えば特許文献２および３には、液晶層を機械的に押圧して、液晶滴を基板と平行方向に長い扁平状にする方法が開示されている。また、特許文献４には、液晶層形成時に基板と平行なずり応力を作用させる方法や、液晶層の表層部のみを固める方法が記載されている。【００１５】
特許文献２〜４の方法によると、液晶層の厚さを増大させることなく、表示のコントラストを改善することが可能になる。より詳しく説明すると、従来のＰＤＬＣを含む液晶層では、電圧無印加時に液晶領域内の液晶ディレクタはランダムな方向を向いており、電圧を印加すると、これらの液晶ディレクタが基板と垂直な方向に向く。これに対し、上記特許文献２〜４の方法では、電圧無印加時の液晶ディレクタを基板と平行な方向を向くように制御できるので、電圧印加時（液晶ディレクタが基板に垂直）との光吸収の差を拡大できる。この結果、表示のコントラストを従来よりも改善させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００６−２３７２１号公報
【特許文献２】特開平５−８０３０２号公報
【特許文献３】特開平７−１８１４５４号公報
【特許文献４】特開平１０−３１９３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明者が検討したところ、特許文献２〜４に開示された手法を適用すると、図１１に示す表示装置３００の液晶層１１３の液晶ディレクタを制御することができる。【００１８】
しかしながら、上記手法を適用しても、液晶層１１３の白表示の明るさを十分に改善することは困難である。特許文献２〜４に開示された手法によると、液晶領域が扁平してしまうので、基板面内に高い密度で液晶領域を配置させることが難しい。このため、液晶層の散乱強度を十分に高めることができない可能性があるからである。また、液晶層の厚さ方向に１つの液晶領域しか配置できないので（１層構造）、従来の液晶層よりも散乱特性が低下するおそれもある。【００１９】
さらに、特許文献２〜４に開示された手法を用いて形成された液晶層では、各液晶領域が一方向に扁平するので、白表示の視角特性の方位依存性が大きくなってしまう。その上、液晶層の形成プロセスが極めて複雑になるという問題もある。【００２０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、散乱状態と透過状態との間で状態を切り替えられ得る液晶層を備えた反射型液晶表示装置において、液晶層の散乱状態における散乱効率を向上させることにより、従来より明るい白表示を実現することにある。あるいは、白表示の明るさを維持しつつ、駆動電圧を低く抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の反射型液晶表示装置は、複数の画素を備えた液晶表示装置であって、光を透過する透過状態と光を散乱する散乱状態との間で状態が切り替えられ得る液晶層と、前記液晶層を間に保持する前面基板および背面基板と、前記液晶層を挟んで配置され、前記液晶層に電圧を印加する一対の電極と、前記液晶層と前記前面基板および背面基板との間にそれぞれ形成された第１および第２配向膜とを備え、前記液晶層は、前記画素のそれぞれに、連続した壁と、前記壁によって分離された複数の小部屋と、それぞれが、前記複数の小部屋のいずれか１つに形成された複数の液晶領域とを有し、前記複数の液晶領域は、前記液晶層に平行な面内にディレクタを有する第１および第２の液晶領域を有しており、前記第１および第２の液晶領域のディレクタは互いに異なる方向を向いている。【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記複数の小部屋のそれぞれと、前記第１および第２配向膜のうちその小部屋に最も近接する配向膜との間には、他の小部屋は存在しない。【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記複数の小部屋のそれぞれと、前記第１および第２配向膜との間には、他の小部屋は存在しない。【００２４】
前記複数の液晶領域のそれぞれは、前記第１および第２配向膜のうちいずれか一方と接していることが好ましい。【００２５】
前記第１および第２配向膜には配向処理が施されていないことが好ましい。【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記第１および第２配向膜の表面自由エネルギーは４４ｍＪ／ｍ2以上５０ｍＪ／ｍ2以下である。【００２７】
前記液晶層は、各画素内に０．０１６個／μｍ2以上の密度で小部屋を有していてもよい。あるいは、各画素内に１個／μｍ2以上の密度で小部屋を有していてもよい。【００２８】
前記液晶層の液晶材料の誘電異方性は正であることが好ましい。【００２９】
前記液晶領域はカイラル剤を含んでいないことが好ましい。【００３０】
前記複数の小部屋の直径が０．６μｍ以上６μｍ以下であることが好ましい。【００３１】
前記液晶領域に含まれる液晶材料の異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏとの差は０．１以上０．３以下であることが好ましい。【００３２】
ある好ましい実施形態において、上記反射型液晶表示装置は、前記液晶層の背面側に設けられた反射層をさらに備える。前記反射層は再帰性反射層であってもよい。【００３３】
ある好ましい実施形態において、上記反射型液晶表示装置は、前記液晶層の背面側に設けられた光吸収層をさらに備える。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によると、散乱状態と透過状態との間で状態を切り替えられ得る液晶層を備えた反射型液晶表示装置において、視角特性の方位依存性を増大させることなく、散乱状態の液晶層の散乱効率を向上させることができる。よって、白表示の明るさを向上できるので、表示のコントラスト比を改善できる。あるいは、液晶層の厚さを低減することにより、白表示の明るさを維持しつつ、駆動電圧を低く抑えることができる。【００３５】
また、本発明では、液晶領域のディレクタを配向膜によって制御するので、液晶領域の形状（小部屋の形状）によってディレクタを制御する従来の方法と比べて、液晶層内により高い密度で液晶領域を配置できる。その結果、液晶層の散乱特性をより効果的に向上させることが可能になる。【００３６】
さらに、本発明によると、上記のような反射型液晶表示装置を、製造プロセスを複雑化することなく簡便な方法で製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）は、本発明による実施形態の液晶表示装置を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、単一の画素における液晶層を模式的に示す図であり、（ａ）に示す液晶表示装置のＩｂ−Ｉｂ’線に沿った断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明による実施形態の液晶表示装置の表示原理を説明するための模式図であり、（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、液晶層に電圧を印加しない時および電圧を印加した時における液晶領域内の液晶分子の配向を例示する断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の表示装置において、電圧無印加時および電圧印加時の液晶分子の配向状態の一例を示す模式的な断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、従来の表示装置において、電圧無印加時および電圧印加時の液晶分子の配向状態の一例を示す模式的な断面図である。
【図５】本実施形態の表示装置において、電圧無印加時の液晶分子の配向状態の他の例を示す模式的な断面図である。
【図６】配向膜Ａを用いたサンプル液晶セルＮｏ．１の液晶層の断面ＳＥＭ像を示す図である。
【図７】配向膜Ｂを用いたサンプル液晶セルＮｏ．２の液晶層の断面ＳＥＭ像を示す図である。
【図８】配向膜Ａを用いたサンプル液晶セルＮｏ．５および配向膜Ｂを用いたサンプル液晶セルＮｏ．６の電圧無印加時（白表示状態）の散乱特性を測定した結果を示すグラフである。
【図９】配向膜Ａを用いたサンプル液晶セルＮｏ．７および配向膜Ｂを用いたサンプル液晶セルＮｏ．８の印加電圧と透過率との関係を測定した結果を示すグラフである。
【図１０】本実施形態の他の表示装置の模式的な断面図である。
【図１１】ＰＤＬＣを用いた従来の表示装置の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の反射型液晶表示装置は、一画素内に、液晶層と平行な面内にディレクタを有する少なくとも２つの液晶領域を備えており、これらの液晶領域のディレクタは互いに異なる方向を向いていることを特徴としている。
【００３９】
本発明によると、液晶領域のディレクタが液晶層と平行な面内にあるので、散乱状態（白表示）において、液晶領域同士を分離する壁との屈折率差を最大にでき、より明るい表示を実現できる。あるいは、表示の明るさを維持しつつ液晶層を薄くすることが可能となり、その結果、駆動電圧を低く抑えることができる。
【００４０】
また、複数の液晶領域のディレクタが面内で異なる方向を向いているので、散乱方向の方位依存性が小さくなり、散乱状態（白表示）における視野角の方位依存性を低減できる。
【００４１】
上記のような構成は、液晶層の前面基板側および背面基板側に設けられた配向膜の表面エネルギーを調整することにより実現できる。従って、特許文献１〜３のように液晶領域を機械的に扁平させる方法よりも簡便なプロセスで製造できる。
【００４２】
また、特許文献２〜４の方法によると、液晶領域が扁平してしまうので、液晶領域の面内のサイズ（基板の法線方向から見たサイズ）が大きくなり、面内に高い密度で液晶領域を配置させることができない。これに対し、本発明では、配向膜を利用して液晶領域のディレクタを制御するので、液晶領域の面内のサイズを小さくできる。その結果、面内の液晶領域の密度を高めることが可能になり、散乱効率を向上できる。さらに、液晶領域の形状を大きく扁平させることなく、液晶領域のディレクタを制御できるので、視角特性の方位依存性を低減できる。
【００４３】
以下、図１および図２を参照しながら、本発明による液晶表示装置のある好ましい実施形態を説明する。
【００４４】
図１（ａ）は、本発明による実施形態の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。図１（ｂ）は、液晶層に電圧を印加しない時（電圧無印加時）の液晶層の構成を説明するための模式図であり、基板と平行な断面を示している。図２（ａ）および（ｂ）は、液晶層に電圧を印加しない時（電圧無印加時）および電圧を印加した時（電圧印加時）における液晶領域内の液晶分子の配向を例示する模式的な断面図である。
【００４５】
まず、図１（ａ）を参照する。液晶表示装置１００は、前面基板３と、前面基板３に対向するように配置された背面基板２と、これらの基板２、３の間に設けられた液晶層１と、背面基板２の背面側に配置された再帰性反射層１６とを備えている。再帰性反射層１６は、例えばコーナーキューブアレイ形状を有している。
【００４６】
背面基板２の液晶層側の表面には、複数のスイッチング素子（ここでは薄膜トランジスタ）５と、複数の透明な画素電極４と、配向膜１２とがこの順に形成されている。本実施形態における配向膜１２は水平配向膜であり、液晶層１の背面側の表面と接している。複数の画素電極４は、互いに離間して配置され、画像表示の一単位となる画素を規定している。本実施形態では、これらの画素電極４はマトリクス状に配列され、それぞれ、対応する薄膜トランジスタ５のソース電極（図示せず）と電気的に接続されている。
【００４７】
一方、前面基板３の液晶層側の表面には、画素電極４と対応するように配置されたＲ（赤色）、Ｇ（緑色）およびＢ（青色）などのカラーフィルター６と、カラーフィルター６を被覆して平坦化するための平坦化膜７と、透明な対向電極８と、配向膜１３とがこの順に形成されており、配向膜１３は液晶層１の前面側の表面と接している。本実施形態における配向膜１３も、配向膜１２と同様に水平配向膜である。配向膜１２、１３にはラビング処理などの配向処理は施されていない。
【００４８】
液晶層１は、壁１０によって複数の小部屋１４に分割されている。各小部屋１４の中には液晶領域１１が形成されている。壁１０は、例えば高分子から形成されている。なお、図１（ａ）では、壁１０および配向膜１２、１３が小部屋１４となる空間を包囲しているが、壁１０のみが小部屋１４となる空間を包囲していてもよい。
【００４９】
また、図１（ｂ）からわかるように、各画素内において、少なくとも２つの小部屋１４が配置されており、壁１０は連続している。これらの小部屋１４内の液晶領域１１は、液晶層１と平行な面内にディレクタ２０を有している。また、液晶領域１１のディレクタ２０は、それぞれ、面内でランダムな方向を向いている。なお、図示する例では、全ての液晶領域１１が面内でランダムな方向を向くディレクタ２０を有しているが、本実施形態では、面内にディレクタ２０を有し、かつ、その方向が互いに異なる少なくとも２つの液晶領域１１が１つの画素内に配置されていればよい。
【００５０】
ここで、図２（ａ）および（ｂ）を参照しながら、液晶表示装置１００の表示原理を説明する。簡単のため、これらの図面では、各基板２、３に設けられた構成要素のうち配向膜１２、１３以外の構成要素を省略している。
【００５１】
図２（ａ）に示すように、電圧無印加時には、液晶領域１１内の液晶分子２２の一部は配向膜１２、１３の影響を受けて平行に配向する。また、液晶領域１１内の液晶分子２２の他の一部は、壁１０の影響を受けて傾斜する。しかしながら、液晶領域１１内の各液晶分子２２は、その液晶領域１１にディスクリネーションが生じないように、基板表面に平行な面内で略一様に配向しようとする。その結果、液晶領域１１内の液晶分子２２の配向は連続となり、液晶領域１１内の液晶分子２２は、１つのディレクタ２０で配向方向が表わされるモノドメインを形成している。図示する例では、液晶領域１１内の液晶分子２２は、液晶領域１１の両端を「極」として、一方の極から他方の極に向かう線に沿って配向している。従って、液晶領域１１の配向ベクトル（ディレクタ）２０は、基板２、３に平行な面内において、液晶領域１１の両端の極を結ぶ線と平行になる。
【００５２】
このときの液晶領域１１の屈折率は、その液晶領域１１のディレクタ２０と液晶層１に入射する光の偏光方向とのなす角度によって、常光屈折率ｎｏから異常光屈折率ｎｅまでの間で種々の屈折率をとり得る。よって、液晶層１に垂直方向から入射する光の大部分を散乱させることができる（散乱状態）。
【００５３】
この状態の液晶層１に観察者側（前面基板３の前面側）から光２４を入射させると、光２４は、主に液晶領域１１と壁１０との界面で散乱されて観察者側に出射し、白表示状態が得られる。なお、光２４は上記界面で散乱されるだけでなく、液晶領域１１内の液晶分子の配向のゆらぎによっても散乱される。また、図示する光２４は液晶層１によって後方散乱されているが、前方散乱された後、再帰性反射層１６で反射されて、再度前方散乱された後に観察者側に出射する場合もある。
【００５４】
一方、図２（ｂ）に示すように、液晶層１に所定値以上の電圧を印加すると、液晶領域１１のディレクタ２０は基板２、３に垂直に配向する。このとき、前面基板３から入射する光にとって、液晶領域１１の屈折率は、液晶材料の常光屈折率ｎｏと略等しくなる。本実施形態では、液晶材料の常光屈折率ｎｏと、壁１０を構成する高分子の屈折率ｎｐとが同程度となるように設計されており（ｎｏ≒ｎｐ）、液晶層１は透過状態となる。
【００５５】
透過状態の液晶層１に観察者側から光２６を入射させると、光２６は、液晶層１を通過して、再帰性反射層１６で光２６の入射方向に反射され、黒表示状態となる。
【００５６】
なお、図示する液晶領域１１は、２つの極を有するバイポーラ（ｂｉｐｏｌａｒ）配向を有するが、本実施形態における液晶領域１１内の液晶分子の配向状態は面内にディレクタを有するように配向していればよく、バイポーラ配向に限定されない。
【００５７】
次いで、本実施形態における液晶層内の液晶分子の配向を、従来の液晶分子の配向と比較して説明する。
【００５８】
図３（ａ）および（ｂ）は、本実施形態における液晶層の模式的な断面図であり、それぞれ、電圧無印加時および電圧印加時における液晶層内の液晶分子の配向を示す。図４（ａ）および（ｂ）は、従来の液晶層（例えば特許文献１に開示された液晶層）の模式的な断面図であり、それぞれ、電圧無印加時および電圧印加時における液晶層内の液晶分子の配向を示す。簡単のため、図１および図２と同様の構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００５９】
図３（ａ）に示すように、本実施形態における液晶層１では、電圧無印加時に、各液晶領域１１は配向膜１２、１３の規制を受けて、面内にディレクタを有する。このため、液晶領域１１と壁１０との屈折率差が大きくなる。よって、液晶層１の散乱強度が大きくなり、明るい白表示が得られる。また、本実施形態では、配向膜１２、１３はラビング処理などの配向処理が施されていないので、各液晶領域１１のディレクタが面内でランダムな方向を向く（図１（ｂ）参照）。従って、散乱特性の方位依存性を小さくでき、視野角特性を向上できる。
【００６０】
これに対し、従来の液晶層１では、図４（ａ）に示すように、液晶領域１１は壁１０によって略包囲されており、配向膜１２、１３と直接接していない。このため、液晶領域１１のディレクタは配向膜１２、１３によって規制されず、ランダムな方向を向いている。各液晶領域１１のディレクタは、主に小部屋１４の形状によって決まる。このうち一部の液晶領域１１ａは、基板２、３と略平行なディレクタを有しており、高い散乱特性を有し得る。しかし、他の液晶領域１１ｂは、基板２、３の法線に対して傾斜したディレクタを有しているので、液晶領域１１ｂと壁１０との屈折率差は、液晶領域１１ａと壁１０との屈折率差よりも小さくなる。従って、液晶領域１１ｂは光を散乱できるものの、その散乱特性は液晶領域１１ａよりも低くなる。また、液晶領域１１ｃは、基板２、３に対して略垂直なディレクタを有しており、散乱には寄与しない。このように、従来の液晶層１では、液晶領域１１のディレクタは配向膜１２、１３の影響を受けずにランダムに向いており、散乱に寄与しない液晶領域１１ｃや散乱特性の低い液晶領域１１ｂが多数存在しているので、本実施形態の液晶層１よりも散乱強度が大幅に低くなる。
【００６１】
一方、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、液晶層１に電圧を印加すると、本実施形態の液晶層１でも、従来の液晶層１と同様に、液晶領域１１のディレクタが基板２、３の法線方向に配向する。従って、液晶層１の液晶材料および壁１０の高分子材料が同じであれば、本実施形態および従来の電圧印加時における光透過率は略同等であると考えられる。
【００６２】
このように、本実施形態によると、黒表示の明るさを従来と同程度に維持しつつ、従来よりも明るい白表示を実現できるので、表示のコントラストを改善できる。あるいは、白表示の明るさを維持しつつ、液晶層を薄くできるので、より低電圧で駆動させることが可能になる。
【００６３】
また、本実施形態では、各液晶領域１１内の液晶分子の配向は一様であり、液晶領域１１の内部にディスクリネーションが存在しない。従って、例えば特開２００２−３０３８６９号公報などに記載された放射状の配向を有する液晶滴（液晶滴の略中心にディスクリネーションが形成される）を利用する場合と比べて、液晶分子の動作が速いので、電圧印加時の応答特性を改善できる。
【００６４】
その上、本実施形態では、後述するように、配向膜１２、１３の表面エネルギーを利用して電圧無印加時の液晶ディレクタを制御しており、特許文献２〜４に開示された方法のように液晶層に圧力をかける必要がない。よって、製造プロセスや製造コストの面からも有利である。
【００６５】
本実施形態において、各小部屋１４内の液晶領域１１のディレクタは、配向膜１２、１３による規制力や小部屋１４の構造（形状）の影響を受ける。各液晶領域１１のディレクタが面内でランダムな方向を向くように構成するためには、配向膜１２、１３にラビング処理などの配向処理が施されていないことが好ましい。配向膜１２、１３にラビング処理などが施されていなければ、画素内の複数の液晶領域１１が全て特定の一方向（ラビング方向など）に配向しないので、配向方向はランダムとなる。従って、微視的に見ると、各液晶領域１１は、それぞれ、ディレクタに起因する散乱特性の方位依存性を有するが、一画素内にランダムなディレクタを有する複数の液晶領域１１が存在する。このため、散乱特性の方位依存性が平均化され、視野角特性を向上できる。
【００６６】
本実施形態では、配向膜１２、１３の影響を受けて、面内でランダムに配向する液晶領域１１が一画素内に複数個あればよく、一部の液晶領域が放射状の配向を有していたり、液晶領域内部にディスクリネーションを有していてもかまわない。また、例えば図５に示すように、配向膜１２と接する液晶領域１１の列（上層）と、配向膜１３と接する液晶領域１１の列（下層）との間に、配向膜１２、１３の影響を受けずに配向する液晶領域１１が存在していてもよい。この場合でも、図４（ａ）に示す従来の液晶層１と比べて、散乱特性が大幅に改善される。
【００６７】
配向膜１２、１３によって液晶領域１１の配向状態をより確実に規制するためには、一画素内に形成された液晶領域１１のうち少なくとも２つの液晶領域１１が、配向膜１２、１３の一方または両方と接していることが好ましい。これにより、これらの液晶領域１１のディレクタをより確実に基板に略平行な方向に配向させることができる。液晶層１内の全ての液晶領域１１が何れかの配向膜１２、１３と接していると特に好ましい。なお、本明細書において、「液晶領域１１が配向膜１２、１３と接する」とは、液晶領域１１内の一部の液晶分子が配向膜１２、１３と直接接する場合の他、液晶領域１１と配向膜１２、１３との間に液晶分子および高分子などを含有する極めて薄い膜（例えば１０ｎｍ以下）を介在していても、液晶領域１１の液晶分子が配向膜１２、１３の影響を受ける場合も含むものとする。
【００６８】
小部屋１４は液晶層１の厚さ方向に１層または２層で配列されていることが好ましい。小部屋１４が液晶層１の厚さ方向に３層以上で配列されていると、最上層と最下層との間に位置する液晶領域１１は配向膜１２、１３の影響を受けないので、その液晶領域１１は面内にディレクタを有するモノドメインとしてみなされなくなる。液晶層１がこのような液晶領域１１を多く含んでいると、散乱特性が低下するおそれがある。また、液晶領域１１にディスクリネーションが生じやすくなり、液晶分子の動作が鈍くなって応答速度が低下する場合もある。これに対し、小部屋１４が液晶層１の厚さ方向に２層以下で配列されていれば、一画素内の略全ての液晶領域１１を配向膜１２、１３に接するように形成することが可能になり、本発明による応答速度の改善効果をより高めることができる。さらに、液晶層１が厚さを小さく抑えることができるので、駆動電圧をより低くできる。
【００６９】
特許文献２〜４に開示された手法によると、液晶層の厚さ方向に小部屋を１つずつ配置させた構造（以下、「１層構造」ともいう。）しか得られなかった。これに対し、本実施形態によると、液晶層１の厚さ方向に小部屋１４を２層で配列させることが可能になる（以下、「２層構造」ともいう。）。２層構造の液晶層１では、上層の液晶領域１１および下層の液晶領域１１（液晶層１の厚さ方向に沿って隣接する２つの液晶領域１１）のディレクタの方位は互いに異なるので、液晶層１に垂直方向に入射する光を何れかの液晶領域１１で確実に散乱できる。このため、１層構造の液晶層１よりも散乱強度を高めることができる。
【００７０】
なお、１層構造の液晶層１であっても、液晶層１に入射する光を液晶領域１１と壁１０との界面だけでなく、液晶領域１１内の液晶分子のゆらぎによっても散乱できるので、十分な散乱強度を得ることができる。
【００７１】
本明細書において、小部屋１４が液晶層１の厚さ方向に１層で配列されている（１層構造）とは、複数の小部屋１４のそれぞれと、配向膜１２、１３との間には、他の小部屋が存在しないことをいう。また、小部屋１４が液晶層１の厚さ方向に２層で配列されている（２層構造）とは、複数の小部屋１４のそれぞれと、配向膜１２、１３のうちその小部屋１４に最も近接する配向膜との間に他の小部屋が存在しないことをいう。
【００７２】
後で詳しく説明するように、液晶領域１１が配向膜１２、１３と接するように小部屋１４を形成するためには、配向膜１２、１３の表面自由エネルギーを最適化することが好ましい。これは、本願発明者らが種々の検討を重ねた結果、得られた知見である。表面自由エネルギーの好適な範囲は、液晶層１の材料によって変わるが、例えば４４ｍＪ／ｍ2以上５０ｍＪ／ｍ2以下である。
【００７３】
本実施形態では、一つの画素内に配置される小部屋１４の密度（すなわち液晶領域１１の密度）は０．０１６個／μｍ2以上であることが好ましく、より好ましくは１個／μｍ2以上である。小部屋１４の密度が高くなると、液晶層１の散乱強度が増大し、より明るい白表示を実現できるからである。一方、小部屋１４の数が多すぎると、各小部屋１４が小さくなり、配向膜１２、１３と接しない液晶領域１１が生じやすくなる。また、小部屋１４の壁１０と液晶分子２２との相互作用によって液晶分子２２の動きが鈍くなり、応答速度が遅くなるおそれもある。なお、液晶層１が２層構造の場合、その各層の小部屋１４の密度が０．０１６個／μｍ2以上であることが好ましい。この場合、液晶層１の各画素における小部屋１４の密度は０．０３２個／μｍ2以上となる。
【００７４】
液晶層１の厚さ方向における小部屋１４の長さＨの平均値（以下、単に「平均高さＨAVE」という）は、液晶層１の厚さの１／３以上であることが好ましく、より好ましくは１／２以上である。小部屋１４の平均高さＨAVEが液晶層１の厚さの１／２未満になると、液晶層１の厚さ方向における中央部に、配向膜１２、１３の影響を受けない液晶領域１１が形成されやすくなる。このような液晶領域１１では、液晶分子２２が液晶層１の厚さ方向に沿って配向し、面内にディレクタ２０が存在しなくなるため、電圧無印加時の液晶分子２２の配向を制御することが困難となるからである。
【００７５】
一方、液晶層１の面内における小部屋１４の最大幅Ｗの平均値（以下、単に「平均幅ＷAVE」という）は、平均高さＨAVEと同程度であることが好ましい。
【００７６】
好ましくは、小部屋１４の平均高さＨAVEは例えば０．６μｍ以上６μｍ以下の範囲内で適宜選択され、かつ、平均幅ＷAVEも例えば０．６μｍ以上６μｍ以下の範囲内で適宜選択される。この理由を以下に説明する。
【００７７】
小部屋１４が大きくなりすぎると、表示領域の単位面積当たり（例えば１画素当たり）に配置される小部屋１４の数が少なくなる。このため、液晶領域１１の密度（表示領域の単位面積当たりに存在する液晶領域１１の数密度）が低くなってしまい、高い散乱特性が得られない。また、各小部屋１４内の液晶領域１１に、液晶分子２２の配向が不連続となるディスクリネーションが発生しやすくなる。液晶領域１１のディスクリネーション近傍では液晶分子２２の駆動が鈍くなるので、応答速度が低下するおそれがある。よって、例えば小部屋１４の平均直径を０．６μｍ以上、かつ、６μｍ以下に抑えることにより、液晶領域１１の密度を確保するとともに、液晶領域１１におけるディスクリネーションの発生を効果的に抑制できる。
【００７８】
一方、小部屋１４の平均高さＨAVEや平均幅ＷAVEが０．６μｍ未満であれば、小部屋１４の壁１０と液晶領域１１の液晶分子２２との相互作用の影響が顕著になるため、液晶分子２２の駆動が鈍くなる。また、配向膜１２、１３と接しない液晶領域１１の数が多くなりやすく、散乱特性や応答速度を十分に改善できない可能性がある。従って、小部屋１４の平均高さＨAVEおよび平均幅ＷAVEは何れも０．６μｍ以上であることが好ましい。
【００７９】
液晶層１の厚さは特に限定されず、例えば再帰性反射層１６の反射率、駆動電圧などに応じて適宜選択される。例えば駆動電圧が４〜５Ｖのとき、液晶層１の厚さは４μｍ程度となるように設計される。
【００８０】
液晶層１の材料は特に限定されないが、液晶層１の液晶材料の誘電率異方性は正であることが好ましい。液晶材料の誘電率異方性が負である場合、液晶分子は電圧をオンにした時に基板に平行になるよう倒れなければいけないが、倒れる方向を規制することができず、液晶滴内の分子は一様な配向から乱れやすく、液晶領域内にディスクリネーションが発生したり、液晶分子の動きを妨げるおそれがあるからである。また、図２を参照しながら上述した表示原理を利用するためには、液晶層はカイラル剤を含んでいないことが好ましい。さらに、液晶層１の液晶材料の複屈折率Δｎ（異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏとの差）は０．１以上０．３以下であることが好ましい。複屈折率Δｎが０．１以上であれば、表示のコントラストを高めることができる。一方、０．３以下であれば材料的に選択肢が多く、低電圧化、高速化が可能となる。
【００８１】
本実施形態における液晶層１は、例えばネマチック液晶材料（すなわち低分子液晶組成物）および光硬化性樹脂（モノマーおよび／またはオリゴマー）の混合物を相溶させて透明基板間に配置した後、光硬化性樹脂を重合することによって得られる。光硬化性樹脂の種類は特に限定されないが、好ましくは紫外線硬化性樹脂を用いる。紫外線硬化性樹脂を用いると、重合を行う際に上記混合物を加熱する必要がないので、他の部材への熱による悪影響を防止できる。モノマー、オリゴマーは単官能でも多官能でもよい。
【００８２】
本実施形態では、液晶性を示す紫外線硬化性樹脂と液晶組成物との混合物（液晶混合物）を、紫外線等の活性光線の照射により光硬化させることによって液晶層１を形成する。液晶混合物としては、例えば、紫外線硬化材料と液晶とを２０：８０の重量比で混合し、少量の光開始剤を添加することによって得られた、常温でネマチック液晶相を示す液晶混合物を用いることができる。
【００８３】
上記の液晶混合物は、例えば真空注入法または滴下注入（ＯＤＦ：Ｏｎｅ  Ｄｒｏｐ  Ｆｉｌｌ）法によって一対の基板の間に保持された後、紫外線で照射される。これによって、紫外線硬化性プレポリマーが重合して高分子となり液晶と相分離し、高分子からなる壁と、その壁によって分離された複数の液晶領域とを有する液晶層が形成される。
【００８４】
本実施形態の液晶表示装置の構成は、図１に示す液晶表示装置１００の構成に限定されない。例えば、再帰性反射層１６の代わりに、白色とコントラストのよい反射層を設けてもよいし、光吸収層を設けてもよい。あるいは、再帰性反射層などの反射層を、背面基板２と配向膜１２との間に形成してもよい。この場合、反射層を画素毎に分離して、画素電極としても機能させてもよい。
【００８５】
平坦な表面を有する反射層を用いる場合には、反射層を背面基板２と配向膜１２との間に形成することが好ましい。一方、コーナーキューブアレイなどの凹凸を有する反射層を用いる場合には、背面基板２の背面側に配置することが好ましい。なお、凹凸を有する反射層を背面基板２と配向膜１２との間に形成してもよいが、その場合には、反射層と配向膜１２との間に平坦化層を形成する必要がある。液晶分子は配向膜１２の表面に平行に配向するので、配向膜１２の表面が凹凸を有していれば、液晶領域１１のディレクタ２０を面内に制御することが困難となる可能性があるからである。
【００８６】
＜液晶表示装置の製造方法＞
本実施形態における液晶表示装置は、例えば以下のような方法で製造できる。ここでは、真空注入法を用いて液晶層を形成する方法を例に説明する。
【００８７】
まず、薄膜トランジスタおよび画素電極が形成されたガラス基板（背面基板）、および、カラーフィルターや対向電極が形成されたガラス基板（前面基板）の表面に、それぞれ、スピンコート法またはインクジェット法を用いて配向膜を均一に塗布し、所定の温度で焼成を行う。配向膜にはラビング処理を施さない。また、配向膜として、後述する方法で測定した表面自由エネルギーが４７ｍＪ／ｍ2の水平配向膜を用いる。
【００８８】
次いで、光硬化性のモノマー、光重合開始剤、ポジ型液晶を均一に混ぜ合わせて液晶混合物を作製する。混ぜ合わせる際の温度は、液晶混合物がネマチック相に転移する温度Ｔni以上の温度とする。また、液晶の組成比は８０〜８５％である。得られた混合物を、転移温度Ｔni以上の温度で保持する。
【００８９】
続いて、前面基板と背面基板とをそれぞれ配向膜を内側にして対向させ、一定のギャップを確保するためのスペーサを介して貼り合わせる。
【００９０】
これらの基板を転移温度Ｔni以上で保持し、その間隙に、上記の転移温度Ｔni以上の温度で保持された液晶混合物を充填する（真空注入法）。この後、転移温度Ｔni以上の温度において、混合物に光（紫外線）を照射して、混合物内のモノマーから高分子を形成すると同時に、高分子と液晶とを相分離させる。これにより、前面基板と背面基板との間に液晶層が形成される。このようにして、液晶表示装置を得る。
【００９１】
上記の方法では、液晶層を形成する際に真空注入法を用いているが、代わりにＯＤＦ法を用いてもよい。その場合の液晶層の形成方法を以下に説明する。
【００９２】
まず、真空注入法を用いる場合と同様の方法で、配向膜の形成および液晶混合物の作製を行う。
【００９３】
次いで、転移温度Ｔni以上の温度で保持された背面基板または前面基板の配向膜上に、転移温度Ｔni以上の温度で保持された所定量の液晶混合物を滴下する。この後、混合物を滴下された基板に対して、他方の基板をスペーサを介して対向させて貼り合わせる。
【００９４】
続いて、転移温度Ｔni以上の温度で基板間の液晶混合物に光（紫外線）を照射することによって、混合物内のモノマーから高分子を形成すると同時に、高分子と液晶とを相分離させて液晶層を得る。
【００９５】
この後、背面基板の背面側にコーナーキューブアレイなどの再帰性反射板を設置する。このようにして、本実施形態の表示装置を得る。
【００９６】
上述したような方法で液晶表示装置を製造する場合、液晶領域のサイズや形状、配置などの液晶層の構造は、配向膜の種類や液晶層の形成条件によって制御できる。以下に詳しく説明するように、液晶領域の大きさは、液晶混合物に対する光の照射条件によって調整でき、また、液晶層における液晶領域の配置は、配向膜の種類によって調整することが可能である。
【００９７】
＜液晶領域の大きさと液晶混合物に対する光の照射条件との関係＞
本実施形態では、液晶層の散乱特性を高めるために、小部屋の大きさ（すなわち液晶領域の大きさ）を所定の範囲内に制御することが好ましい。上記方法と同様の液晶混合物を用いて液晶層を形成する場合には、液晶領域の大きさは、液晶混合物に対する光の照射条件によって調整することができる。本願発明者らは、光の照射条件と液晶領域の大きさとの関係を検討したので、その方法および結果を以下に説明する。
【００９８】
まず、２枚のガラス基板の表面にＩＴＯ膜および配向膜をこの順に形成し、これらのガラス基板の間に、真空注入法で液晶混合物を注入する。配向膜の形成方法や液晶混合物の材料・混合比などは、前述した方法と同様とする。次いで、ガラス基板間の液晶混合物に対して光を照射し、重合相分離させて液晶層を形成する。照射強度は、２ｍＷ／ｃｍ2〜１４０ｍＷ／ｃｍ2の範囲内から選択する。このようにして、照射強度の異なる複数の液晶セル（「サンプル液晶セル」とする）を作製する。
【００９９】
なお、サンプル液晶セルを作製する際の照射光として、３４０ｎｍ以下の波長をカットするフィルターなどを通過した光を利用する。波長が３４０ｎｍ以下の光が照射されると、液晶混合物内の液晶が分解してしまう等の不具合が発生するからである。
【０１００】
また、光の照射時間は、液晶混合物に含まれるモノマーが重合するために十分な時間とする。ここでは、液晶領域の液晶材料のＴniが、原料として液晶混合物に含まれる液晶のＴni’の９９％以上となる程度を目安として照射時間を設定する。例えば、照射強度が５０ｍＷ／ｃｍ2のときの照射時間は５０ｓｅｃである。
【０１０１】
この後、各サンプル液晶セルにおける小部屋の大きさをＳＥＭ観察によって求める。具体的には、サンプル液晶セルを切断して小部屋内の液晶を有機溶剤で洗い流す。次いで、このサンプル液晶セルから前面基板を剥がし、スパッタ法で導電膜を薄く形成した後、液晶層内の小部屋を上方から観察する。ここでは、一画素内に位置する複数個（例えば１００個）の小部屋の最大幅を計測し、その平均値（平均幅）ＷAVEを求める。
【０１０２】
得られたＳＥＭ観察結果を、まず、分解前の各サンプル液晶セルを光学顕微鏡で観察した結果と比較した。その結果、ＳＥＭで観察された小部屋の形状や配置は、分解前の各サンプル液晶セルにおける液晶領域の形状や配置と一致していることを確認した。従って、ＳＥＭ観察によって求めた小部屋の平均幅ＷAVEは、小部屋内に形成される液晶領域の平均幅と等しくなると考えられる。
【０１０３】
ＳＥＭ観察によって得られた小部屋の平均幅ＷAVE（すなわち液晶領域の平均幅）と液晶混合物に照射する光の強度との関係を表１に示す。表１に示す結果から、光の照射強度が小さいと液晶領域は大きくなり、照射強度が大きいほど液晶領域が小さくなることがわかり、照射強度によって液晶領域の大きさを制御できることが確認された。また、液晶領域の平均幅を略２μｍ以下に制御するためには、照射強度を５０ｍＷ／ｃｍ2以上に設定すればよいことがわかった。なお、照射強度の数値範囲は、使用する液晶混合物の材料や混合比によって変わる。
【０１０４】
ここでは、液晶領域の平均幅を求めたが、液晶領域の平均高さも、液晶層の厚さ（例えば４μｍ）以下の範囲内では、液晶領域の平均幅と同じように照射条件によって制御することができる。ただし、液晶領域が大きく、例えば液晶層の厚さ方向に亘って液晶領域が形成されると（１層構造）、液晶領域の平均高さは液晶層の厚さによって決まるため、照射条件にかかわらず一定となる。
【０１０５】
【表１】
2010023851.tif 000003
【０１０６】
＜液晶領域の配置と配向膜の表面自由エネルギーとの関係＞
液晶領域１１の液晶配向をより確実に制御するためには、小部屋１４は液晶層１の厚さ方向に２層以下となるように配置され、略全ての小部屋１４内の液晶領域１１の配向が配向膜１２、１３によって規制されることが好ましい。本願発明者らは、液晶領域１１の配置を制御するための液晶セルの作製条件について種々の検討を行った結果、配向膜１２、１３の特性（表面自由エネルギー）を制御することが重要であるという知見を得た。以下に、液晶セルの作製条件の検討方法および結果を詳しく説明する。
【０１０７】
ここでは、表面自由エネルギーの異なる４種類の水平配向膜（以下、単に「配向膜」）Ａ〜Ｄを用いる。このうち配向膜Ａ（ＡＬ１Ｔ１０４８：ＪＳＲ社製商品名）はＴＦＴを用いた液晶表示装置に一般的に使用される配向膜であり、配向膜Ａは配向膜Ｂよりも高い電圧保持率を有する。配向膜Ｂ（Ｐｌｘ１４００：日立化成デュポンマイクロシステムズ社製商品名）は市販されている水平配向標準セルに用いられている水平配向膜である。配向膜Ｃ（ＡＬ１Ｌ５０９：ＪＳＲ社製商品名）およびＤは、それぞれ、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ  Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、および、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードの液晶表示装置に一般的に使用される配向膜である。
【０１０８】
まず、４種類の配向膜の表面自由エネルギーを測定する。測定では、協和界面科学株式会社製の固液界面解析装置（ＤｒｏｐＭａｓｔｅｒ５００）を用い、液滴法によりプローブ液体の平均接触角を求める。プローブ液体として、水、エチレングリコール、ジヨードメタンを用いる。これらのプローブ液体の表面自由エネルギーは、それぞれ、７２．８ｍＪ／ｍ2、４７．７ｍＪ／ｍ2、５０．８ｍＪ／ｍ2である。具体的には、各配向膜表面に上記プローブ液体を約３０μｌ滴下して接触角を測定する。１０回測定した接触角の平均値を算出して、各プローブ液体についての「平均接触角」を得る。この後、付属ソフトウェアーであるＦＡＭＡＳ表面自由エネルギー解析アドインソフトウェアーを用いてＫｉｔａｚａｋｉ−Ｈａｔａ法で解析を行うことにより、その配向膜の表面自由エネルギーを得る。
【０１０９】
この結果、配向膜Ｂでは、水、エチレングリコール、ジヨードメタンの液滴の接触角はそれぞれ、７６．６°、４５．５°、２６．６°であった。得られた接触角度を用いて解析を行った結果、この配向膜の表面自由エネルギーは４７±２．２ｍＪ／ｍ2となった。同様にして、配向膜Ａ、ＣおよびＤの表面自由エネルギーを求めたところ、それぞれ、４１ｍＪ／ｍ2、５４ｍＪ／ｍ2、６５ｍＪ／ｍ2であった。
【０１１０】
次いで、上記配向膜Ａ〜Ｄを用いて、それぞれ、サンプル液晶セルを作製する。ここでは、２枚のガラス基板の表面に配向膜を形成し、これらのガラス基板の間に、真空注入法で液晶混合物を注入する。配向膜の形成方法や液晶混合物の材料・混合比などは、前述した方法と同様とする。この後、ガラス基板間の液晶混合物に対して、５０ｍＷ／ｃｍ2の強度で光（紫外線）を照射し、重合相分離させて液晶層を形成する。このようにして、配向膜Ａ〜Ｄを用いたサンプル液晶セルＮｏ．１〜Ｎｏ．４を得る。
【０１１１】
得られた各サンプル液晶セルＮｏ．１〜Ｎｏ．４を切断して小部屋内の液晶を有機溶剤で洗い流した後、スパッタ法で観察しようとする断面に導電膜を薄く蒸着し、断面ＳＥＭ観察を行う。さらに、サンプル液晶セルの一方のガラス基板を剥がして、液晶層の上方から平面ＳＥＭ観察を行う。この断面および平面ＳＥＭ観察により、高分子の壁によって規定された小部屋の配列状態を観察することができる。
【０１１２】
上記の平面ＳＥＭ観察の結果を、まず、分解前の各サンプル液晶セルを光学顕微鏡で観察した結果と比較した。その結果、平面ＳＥＭ観察された小部屋の形状や配置は、分解前の各サンプル液晶セルにおける液晶領域の形状や配置と一致していることを確認した。従って、断面ＳＥＭ観察による液晶層の厚さ方向の小部屋の配列状態は、液晶層の厚さ方向の液晶領域の配列状態と一致するものと考えられる。
【０１１３】
断面ＳＥＭによる小部屋の観察結果を説明する。図６および図７は、それぞれ、配向膜ＡおよびＢを用いたサンプル液晶セルＮｏ．１およびＮｏ．２の断面ＳＥＭ像を示す図である。
【０１１４】
サンプル液晶セルＮｏ．１およびＮｏ．２では、ガラス基板２、３の間に液晶層が形成されており、液晶層は、高分子からなる壁１０によって形成された複数の小部屋１４を有している。
【０１１５】
サンプル液晶セルＮｏ．１では、図６に示すように、液晶層１の厚さ方向に３以上の小部屋１４が配置されている部分が見られた。そのため、液晶層１の厚さ方向の中央には、配向膜１２、１３の何れにも接していない小部屋１４が存在していた。これらの小部屋１４内に形成される液晶領域では、液晶分子は配向膜１２、１３の規制をほとんど受けずに略垂直に配向する可能性が高いと考えられる。また、液晶層１内の何れの小部屋１４も壁１０によって包囲されており、配向膜１２、１３の近くに位置する液晶領域１１であっても配向膜１２、１３と直接接しておらず、配向膜１２、１３の規制を受け難いこともわかった。
【０１１６】
また、サンプル液晶セルＮｏ．３およびＮｏ．４の液晶層でも、サンプル液晶セルＮｏ．１と同様に、液晶層の厚さ方向に３以上の小部屋が形成されており、液晶層の中央に配向膜に接していない小部屋が存在することが観察された。
【０１１７】
これに対し、サンプル液晶セルＮｏ．２では、図７に示すように、高分子の壁１０によって形成される小部屋１４は液晶層１の厚さ方向において２層で配列され、下層の小部屋１４は配向膜１２と接しており、上層の小部屋１４は配向膜１３と接していた。従って、配向膜１２、１３と接していない小部屋１４が見られなかった。このことから、配向膜１２、１３の規制を受けずに液晶分子が垂直に配向してしまう液晶領域がほとんど形成されないと考えられ、他のサンプル液晶セルＮｏ．１、Ｎｏ．３およびＮｏ．４よりも高い散乱特性が得られることがわかった。
【０１１８】
従って、各小部屋１４内に形成される液晶領域内の液晶分子は、配向膜１２、１３によってより確実に規制されて、基板に平行に配向するため、散乱特性をより効果的に改善できることが確認された。また、高分子からなる壁１０は基板に略垂直に形成されていることがわかった。
【０１１９】
サンプル液晶セルＮｏ．１〜Ｎｏ．４の配向膜Ａ〜Ｄの表面自由エネルギーの測定結果および小部屋の配列状態を表２に示す。
【０１２０】
【表２】
2010023851.tif 000004
【０１２１】
表２に示す結果から、配向膜の表面自由エネルギーを例えば４４ｍＪ／ｍ2以上５０ｍＪ／ｍ2以下（Ｋｉｔａｚａｋｉ−Ｈａｔａ法で解析）に設定することにより、より確実に液晶領域を２層以下で配列することができることがわかった。これにより、液晶層全体に存在する液晶領域のうち、液晶層の中央に位置し、何れの配向膜の規制も受けない液晶領域の割合を低減できるので、液晶層の散乱効率を高めることができる。
【０１２２】
また、サンプル液晶セルＮｏ．１およびＮｏ．２の一方のガラス基板を剥がして、液晶層の上方から平面ＳＥＭ観察を行うと、サンプル液晶セルＮｏ．１では、高分子が凝集している領域が多く観察された。これに対し、サンプル液晶セルＮｏ．２では、高分子と液晶領域とは略均一に分離していた。よって、サンプル液晶セルＮｏ．２では、高分子の凝集によるムラ表示が抑制されて、より高い表示特性が得られることがわかった。さらに、サンプル液晶セルＮｏ．２の平面ＳＥＭ観察の結果から、高分子からなる壁が連続しており、壁の厚さが略均一であることもわかった。
【０１２３】
＜液晶層の散乱特性の評価＞
上記表２に示す配向膜ＡおよびＢを用いて、それぞれ、散乱特性評価用の液晶セル（サンプル液晶セルＮｏ．５、サンプル液晶セルＮｏ．６）を作製し、その散乱特性を測定したので、その方法および結果を説明する。
【０１２４】
まず、ガラス基板の一方の面に、透明電極および配向膜Ａをこの順で形成して前面基板を得た。同様にして、背面基板を作製した。次いで、前面および背面基板を配向膜Ａに対向するように配置し、その間に直径が４μｍのプラスチックビーズを散布した。この後、これらの基板を貼り合わせて、真空注入法により液晶混合物を注入した。液晶混合物の材料および混合比は、前述のサンプル液晶セルＮｏ．１〜Ｎｏ．４で用いた材料および混合比と同様とした。続いて、基板間の液晶混合物に対して、５０ｍＷ／ｃｍ2の強度で光（紫外線）を照射し、重合相分離させた。これにより、基板間に液晶層（厚さ：４μｍ）が形成された。このようにして得られた液晶セルをサンプル液晶セルＮｏ．５とした。
【０１２５】
また、配向膜Ａの代わりに配向膜Ｂを用いる点以外は、サンプル液晶セルＮｏ．５と同様の方法でサンプル液晶セルＮｏ．６を作製した。
【０１２６】
上記方法で作製したサンプル液晶セルＮｏ．５、Ｎｏ．６の前面基板側から光を入射させ、液晶層で散乱されて前面基板側に出射した光（散乱光）の散乱角度分布を測定した。測定には、大塚電子製のＬＣＤ評価装置（ＬＣＤ５２００）を用いた。
【０１２７】
測定結果を図８に示す。図８に示すグラフの横軸は、各セルの液晶層で散乱された光の受光角度であり、受光方向と基板の法線方向とのなす角度の絶対値である。縦軸は各セルの液晶層で散乱された光の強度比（透過強度比）を表している。透過強度比は、それぞれの受光角度に対するサンプル液晶セルＮｏ．５（配向膜Ａを用いたセル）の散乱光強度の値で規格化している。
【０１２８】
図８に示す結果から明らかなように、５°以上の受光角度では、サンプル液晶セルＮｏ．６の散乱光強度がサンプル液晶セルＮｏ．５の散乱光強度よりも大きくなった。従って、これらのサンプル液晶セルの液晶層の材料、厚さおよび露光照度が同じであるにもかかわらず、サンプル液晶セルＮｏ．６の方がサンプル液晶セルＮｏ．５よりも優れた散乱特性を有し、より明るい白表示を実現できることがわかった。これは、サンプル液晶セルＮｏ．６の液晶層では略全ての液晶領域が配向膜Ａと接するように配置され（図７参照）、面内にディレクタを有するが、サンプル液晶セルＮｏ．５の液晶層には散乱に寄与しない液晶領域が存在し（図６参照）、液晶層の散乱効率が低下するからと考えられる。
【０１２９】
＜液晶層の電圧特性の評価＞
上記表２に示す配向膜Ａおよび配向膜Ｂを用いて、それぞれ、電圧特性評価用の液晶セル（サンプル液晶セルＮｏ．７、サンプル液晶セルＮｏ．８）を作製し、各セルの電圧特性を測定したので、その方法および結果を説明する。
【０１３０】
前述したサンプル液晶セルＮｏ．５、Ｎｏ．６と同様の方法で、サンプル液晶セルＮｏ．７、Ｎｏ．８をそれぞれ作製した。ただし、これらのセルの白表示の明るさが略同等になるように、電圧無印加時における、基板法線方向から液晶層に入射する光（入射角度：０°）に対する透過率が互いに略等しくなるように、各セルの液晶層の厚さを調整した。具体的には、サンプル液晶セルＮｏ．７の液晶層の厚さを４．１μｍ、サンプル液晶セルＮｏ．８の液晶層の厚さを３．４μｍとした。
【０１３１】
上記方法で得られた各セルに対し、大塚電子製のＬＣＤ評価装置（ＬＣＤ５２００）を用いて、印加電圧を変化させながら透過率の測定を行った。ここでは、前面基板側から基板の法線方向に沿って光を入射し（入射角度：０°）、入射した光のうち、液晶層内を基板の法線方向に沿って進んで背面基板側から出射する光（透過光）の強度を測定した。入射光の強度に対する透過光の強度の割合を求めて「透過率（％）」とした。
【０１３２】
測定結果を図９に示す。図９に示すグラフの横軸は各セルに印加する電圧、縦軸は入射角度０°の光に対する透過率をそれぞれ表している。
【０１３３】
この測定結果から、配向膜Ｂを用いたサンプル液晶セルＮｏ．８の方が、配向膜Ａを用いたサンプル液晶セルＮｏ．７よりも低い電圧で透過状態になることがわかる。これは、サンプル液晶セルＮｏ．８の液晶層がサンプル液晶セルＮｏ．７の液晶層よりも薄く、液晶層の状態を切り替えやすいからと考えられる。
【０１３４】
なお、上記の実施例では、液晶層内の小部屋の構造を制御するために、所定の表面エネルギーを有する配向膜を選択したが、配向膜の表面を単分子吸着膜などを用いて改質することにより、配向膜の表面エネルギーを制御してもよい。また、配向膜の表面エネルギーの好適な範囲は、液晶の表面エネルギーと同程度（例えば差が２０％以下）であればよく、上述した配向膜Ｂの表面エネルギーの値に限定されない。
【０１３５】
また、本実施形態の表示装置の構成は、図１に示す構成に限定されない。前面および背面基板としてプラスチック基板を用いてもよいし、曲面基板を用いてもよい。あるいは、図１０に示すようなフレキシブル基板５２、５３を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明によると、散乱状態と透過状態との間で切り替えられ得る液晶層を備えた反射型液晶表示装置において、液晶層の散乱状態における散乱効率を向上させることができる。従って、従来より明るい白表示を実現できる。あるいは、白表示の明るさを低下させることなく、駆動電圧を低く抑えることができる。【０１３７】
本発明は、種々の反射型液晶表示装置や反射型液晶表示装置を用いた各種電気機器に適用できる。
【符号の説明】
【０１３８】
１            液晶層
２            背面基板
３            前面基板
４            画素電極
５            薄膜トランジスタ
６            カラーフィルター
７            平坦化膜
８            対向電極
１０          壁
１１          液晶領域
１２、１３    配向膜
１４          小部屋
１６          再帰性反射層
２０          ディレクタ
２２          液晶分子
２４、２６    光
５２、５３    フレキシブル基板
１００        液晶表示装置
【図１】
2010023851.tif 000005
【図２】
2010023851.tif 000006
【図３】
2010023851.tif 000007
【図４】
2010023851.tif 000008
【図５】
2010023851.tif 000009
【図６】
2010023851.tif 000010
【図７】
2010023851.tif 000011
【図８】
2010023851.tif 000012
【図９】
2010023851.tif 000013
【図１０】
2010023851.tif 000014
【図１１】
2010023851.tif 000015
【国際調査報告】
2010023851.tif 000016
2010023851.tif 000017
2010023851.tif 000018
2010023851.tif 000019