(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示用液晶分子層と、この層を挟んで対向して配置された基板と、前記基板の少なくとも一方に前記表示用液晶分子層に接するように設けられ、前記表示用液晶分子層における表示用液晶分子の配向方向を前記基板の基板面に対し略垂直に制御する垂直配向膜とを有し、
前記垂直配向膜が、液晶性骨格を有し、異種物質との界面においてディレクタ（配向 ベクトル）を界面に垂直に向けて配向する性質と、重合する性質とを有する重合性液晶 分子からなる層から形成され、
前記垂直配向膜において、前記の重合性液晶分子からなる層が液晶状態にあり、且つ 、前記ディレクタが前記基板面の法線方向からわずかに傾いた方向に配向した状態で、 前記重合性液晶分子の少なくとも一部が重合し、前記の重合性液晶分子からなる層が、 未反応の重合性液晶分子と重合性液晶分子重合体との複合体からなる層に変化して硬化 することによって形成され、前記複合体中の前記ディレクタの配向方向が、前記基板面 の法線方向からわずかに傾いた方向に固定され、更に、前記の重合性液晶分子からなる 層は、前記ディレクタが前記基板面に対し垂直に配向した液晶状態を一旦とった後に、 前記ディレクタが前記基板面の法線方向からわずかに傾いた方向に配向した状態に変化 した層であり、
電界が印加されていないときの前記表示用液晶分子は、前記基板面の法線方向に関し て、前記ディレクタが配向している方向とは反対の方向にわずかに傾斜して配向してい  る、
液晶表示素子。
【請求項２】
前記対向基板の両方に前記垂直配向膜がそれぞれ設けられ、これら２つの垂直配向膜において、対向位置にあるそれぞれの膜中の前記ディレクタの配向方向が互いに平行である、請求項１に記載した液晶表示素子。
【請求項３】
各画素中において、前記の複合体からなる層が、前記ディレクタの傾斜方向が異なる複数の領域にパターニングして形成されている、請求項１に記載した液晶表示素子。
【請求項４】
前記重合性液晶分子が、重合性官能基として、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニルエーテル基、及びエポキシ基からなる群から選ばれた少なくとも１つの官能基を有する、請求項１に記載した液晶表示素子。
【請求項５】
電界が印加されていないときの前記垂直配向膜及び前記表示用液晶分子によって生じる光学異方性を打ち消す光学補償層が設けられている、請求項１に記載した液晶表示素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載した液晶表示素子を製造するに際し、
液晶性骨格を有し、異種物質との界面においてディレクタ（配向ベクトル）を界面に 垂直に向けて配向する性質と、重合する性質とを有する重合性液晶分子からなる層を前 記基板に形成する工程と、
前記の重合性液晶分子からなる層を液晶状態に保ちつつ、前記ディレクタを前記基板 面の法線方向からわずかに傾いた方向に配向させる工程と、
前記ディレクタが配向した上記の状態で前記重合性液晶分子の少なくとも一部を重合 させ、前記の重合性液晶分子からなる層を、未反応の重合性液晶分子と重合性液晶分子 重合体との複合体からなる層に変化させて硬化させる工程と
前記垂直配向膜として、前記ディレクタの配向方向が前記基板面の法線方向からわず かに傾いた方向に固定されている前記の複合体からなる層を形成し、この際、前記ディ レクタを配向させる前に、前記の重合性液晶分子からなる層において、前記ディレクタ が前記基板面に対し垂直に配向した液晶状態を前記重合性液晶分子にとらせる処理を行 う工程と、
電界が印加されていないときの前記表示用液晶分子の前記配向方向を、前記基板面の 法線方向に関して、前記ディレクタが配向している方向とは反対の方向にわずかに傾い た方向に制御する工程と
を行う、液晶表示素子の製造方法。
【請求項７】
前記の重合性液晶分子からなる層を形成する工程の後、且つ、前記ディレクタを配向させる工程の前に、前記の重合性液晶分子からなる層の温度を上昇させ、一旦前記重合性液晶分子を等方相状態にし、この後、前記の重合性液晶分子からなる層の温度を徐々に低下させ、前記ディレクタが前記基板面に対し垂直に配向した液晶状態を前記重合性液晶分子にとらせる工程を行う、請求項６に記載した液晶表示素子の製造方法。
【請求項８】
紫外線、赤外線又は電子線の照射、及び／又は、加熱によって、前記重合性液晶分子を重合させる、請求項６に記載した液晶表示素子の製造方法。
【請求項９】
前記の液晶状態に保たれた重合性液晶分子からなる層に磁場を印加することによって、前記ディレクタを前記基板面の法線方向からわずかに傾いた方向に配向させる、請求項６に記載した液晶表示素子の製造方法。
【請求項１０】
フォトマスクを用いた紫外線、赤外線又は電子線の照射によって、各画素中の一部の領域の重合性液晶分子を重合させる工程を、磁場の印加方向を変えながら画素中の複数の領域ごとに行い、各画素中に、前記の複合体からなる層を、前記ディレクタの傾斜方向が異なる複数の領域にパターニングして形成する、請求項６に記載した液晶表示素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子において表示用液晶分子の配向を制御する垂直配向膜及びその製造方法、その垂直配向膜を備えた垂直配向基板及びその製造方法、並びに液晶表示素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、液晶表示装置は、携帯電話や液晶テレビなどの電子機器の表示部として、また、パーソナルコンピュータ（Personal Computer；ＰＣ）用の表示装置などとして、広く用いられている。フルカラー表示装置として一般に用いられている透過型液晶表示装置は、カラーフィルタを備えた透過型液晶表示素子（液晶表示パネル）と、その背面側を白色光で照射するバックライト装置からなり、照射光が液晶表示素子を透過する透過率を制御することによって画像を表示する。
【０００３】
図１６は、従来の液晶表示素子の基本的な構成を示す部分断面図である。液晶表示素子１００では、液晶層１０１と、液晶層１０１を挟んで対向する一対の透明基板１０２ａおよび１０２ｂとによって液晶セル１０５が形成され、透明基板１０２ａおよび１０２ｂの外面側に一対の偏光板１０６ａおよび１０６ｂがそれぞれ配置されている。
【０００４】
透明基板１０２ａおよび１０２ｂはガラス基板などからなり、透明基板１０２ａの内面には、透明電極１０３ａおよび配向膜１０４ａなどが形成され、透明基板１０２ｂの内面には、（図示省略した）Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三原色カラーフィルタ、透明電極１０３ｂ、および配向膜１０４ｂなどが形成されている。透明電極１０３ａおよび１０３ｂは、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などからなる。配向膜１０４ａおよび１０４ｂは液晶層１０１に接するように設けられている。
【０００５】
偏光板１０６ａおよび１０６ｂは、それぞれ、偏光フィルムと２枚の透明保護膜などからなる。偏光フィルムは、通常、一軸延伸されたポリビニルアルコールなどのフィルムと、そのフィルムに保持されたヨウ素または二色性染料などからなる。そして、その両側に透明保護膜としてＴＡＣ（トリアセチルセルロース）膜などが貼り合わされて用いられる。
【０００６】
液晶表示素子１００では、電界が印加されていないときに、液晶層１０１の液晶分子に透明基板１０２ａと１０２ｂとの間で特定の規則的な配向状態をとらせておく。そして、この液晶分子に電界を作用させることによって、液晶分子の配向状態を変化させ、液晶表示素子１００の光透過率を変化させる。従って、電界が印加されていないときに液晶分子に特定の配向状態をとらせておく配向技術が、液晶表示素子の善し悪しを決める鍵の１つになっている。
【０００７】
上記の配向技術や、電界によって液晶分子の配向状態を変化させる方法などの違いによって、液晶表示素子１００には様々な動作モードがあり、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モード、ＯＣＢ（Optically Compensatory Bend）モード、およびＶＡ（Vertical Alignment）モードなどが提案されている（例えば、山崎照彦、川上英昭、堀浩雄  監修、カラーＴＦＴ液晶ディスプレイ（改訂版）、共立出版（2005）参照。）。
【０００８】
図１７（ａ）は、ＴＮモード、ＩＰＳモード、ＥＣＢモード、およびＯＣＢモードなどにおいて用いられる配向技術を示す説明図であり、水平配向膜１１４に接してホモジニアス配向している液晶分子の配向状態を示している。これらの動作モードでは、電界が印加されていないときには、水平配向膜１１４によって、これに接している液晶分子１１０の長軸方向を、透明基板１０２の面に対しほぼ平行に、且つ、一定方向に揃って並ぶように水平配向させる。この場合、図１７（ａ）に示すように、水平配向している液晶分子１１０の配向方向が基板面に対してわずかに傾いている（プレチルトしている）ことが重要である。このプレチルトが存在することによって、電界を作用させたときに液晶分子１１０が反対方向に傾くリバースチルトを防止し、液晶表示素子としての良好な動作特性や光学特性を実現することができる。
【０００９】
このように上記の各動作モードにおいて、水平配向膜１１４は必須のものである。現在広く用いられている水平配向膜１１４は、基板上にポリイミドなどの有機高分子樹脂膜を形成し、その表面をレーヨンやナイロンの布などで一定方向に強く擦るラビング処理を施して作製される。ラビング処理された高分子樹脂膜に対し、液晶分子１１０は、長軸方向がラビング方向と平行になるように配向する。ポリイミド膜は、ラビング処理によって数度程度のプレチルト角が得られるので、好適に用いられる。
【００１０】
しかしながら、ラビング処理ではラビング布や高分子樹脂膜などから微小な塵が発生する。この塵は、液晶表示素子の欠陥の原因になるおそれがあり、また、この塵を除くために洗浄工程や乾燥工程などが必要になるため、製造工程が増加する原因になる。また、ラビング処理する際に静電気が発生し、例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置の場合、薄膜トランジスタなどの半導体素子が破壊されるおそれがある。また、ラビング処理によって実現できるプレチルト角は、高分子樹脂の材料特性によって狭い範囲に限定され、再現性のよいプレチルト角を実現するには、ラビング状態を精密に制御する必要がある。
【００１１】
そこで、ラビング処理によらない水平配向膜の製造方法が提案されている。例えば、後述の特許文献１では、主鎖形液晶ポリマーを液晶状態にして平行磁場に晒し、主鎖を配向させ、このあと所定の処理によってこの配向状態を大部分固化させて、ＳＴＮ（Super TN）モードに好適な水平配向膜を作製する、液晶用配向膜の製造方法が提案されている。ここで、「主鎖形」とは、液晶状態の形成に寄与するメソゲン基が分子の主鎖にあるものを指し、「液晶ポリマー」には、融点以上のある温度範囲で液晶状態をとるサーモトロピック液晶と、適当な溶媒に高濃度で溶解した場合に液晶状態を呈するライオトロピック液晶とがある。
【００１２】
特許文献１の方法では、主鎖形液晶ポリマーがサーモトロピック液晶である場合には、基板上に液晶ポリマーからなる層を形成した後、液晶ポリマー層を融点以上の適当な温度に加熱して液晶状態をとらせる。この状態で液晶ポリマー層を所定の時間平行磁場に晒し、主鎖を配向させた後、液晶ポリマー層の温度を融点未満に低下させ、配向状態をできるだけ保ったまま凝固させる。
【００１３】
また、主鎖形液晶ポリマーがライオトロピック液晶である場合には、液晶ポリマーを適当な溶媒に溶解させた後、溶液を塗布などの方法で基板上に配置し、液晶ポリマーに液晶状態をとらせた溶液層を形成する。この状態で液晶ポリマーを所定の時間平行磁場に晒し、主鎖を配向させた後、溶液層から溶媒を蒸発させて液晶ポリマーを析出させ、配向状態をできるだけ保ったまま固化させる。
【００１４】
特許文献１の実施例１では、基板面と磁束との角が４５゜(度）になるように磁場を印加した場合に、３５〜３７°のプレチルト角を発現する水平配向膜が得られた例が示され、その他の実施例として、基板面と磁束との角が３０〜５０゜になるように磁場を印加した場合に、２５〜４７°のプレチルト角を発現する水平配向膜が得られた例が述べられている。また、配向膜が無配向性ポリマーと主鎖形液晶ポリマーとからなり、これらが単一相の大きさが約１μｍ以下になるように相分離して形成されている場合に、主鎖形液晶ポリマー分子の配向がより均一になる傾向があると述べられている。
【００１５】
また、後述の特許文献２では、約１０゜程度のプレチルト角を再現性よく発現させる技術が提案され、この技術を用いた液晶セルの製造方法が提案されている。この製造方法では、まず、紫外線を透過し得る基板主面上に、紫外線吸収剤と光重合開始剤と重合性液晶性モノマーからなるメソゲン層を形成する。次に、重合性液晶性モノマーが液晶状態に保たれる所定温度に基板を保ち、所望の方向の磁場を印加しつつ、基板を通してメソゲン層に紫外線を照射することによって、重合性液晶性モノマーを重合させ、高分子層を形成する。次に、その表面の未反応物を有機溶剤で洗浄除去し、高分子層だけを残し、配向膜を得る。この後、配向膜が対向するように一対の基板を配置し、所望の間隙を保って貼合わせ、この間隙に液晶を充填することによって、液晶セルを作製する。メソゲン層は、低分子液晶と紫外線吸収剤と光重合開始剤と重合性液晶性モノマーからなる層としてもよく、磁場と電場を併用してもよいとされている。
【００１６】
また、基板の主面を予めシランカップラー層や有極性有機樹脂層で被覆しておくと、その上に均一なメソゲン層を形成するのに効果的であったと記載されている。実際、特許文献２では、プレチルト角が具体的に示されているすべての実施例で、基板の主面をシランカップラー層または有極性有機樹脂層で被覆し、その上にメソゲン層を形成している。
【００１７】
図１７（ｂ）は、特許文献２の実施例１に記載されていた下記の記述をもとにして、水平配向膜とその近傍を図示した概略図である。実施例１では、まず、ＩＴＯ透明電極を設けた低アルカリガラス基板１０２ａ（または１０２ｂ）の一主面にビニルトリメトキシシランからなるシランカップラー層１１５を形成した後、その上に４−アクリロイルオキシ−４’−ブチル−ビシクロヘキシルなどの重合性液晶性モノマー１１６に少量のベンゾフェノン系光重合開始剤を加えたアセトン溶液を塗布した後、風乾して、メソゲン層を形成した。偏光顕微鏡観察によれば、メソゲン層は液晶相を示していた。
【００１８】
次に、基板１０２の法線と磁束のなす角が約６５゜（基板面と磁束のなす角が約２５゜）になるように磁場を印加して重合性液晶性モノマー１１６を配向させ、この状態で基板１０２の裏面側から紫外線を照射して、メソゲン層の少なくとも一部を重合させ、高分子層を形成した。この後、アセトンに数分間浸漬し、未反応物を除去して、水平配向膜１１７を得た。この水平配向膜１１７にはリタデーションが存在することを確認した。
【００１９】
この後、一対の基板を、水平配向膜１１７が対向するように、また、水平配向膜１１７を形成したときに加えた磁場の方向が反平行となるように配置し、一定（１０μｍ）の間隙を保って貼り合わせ、この間隙にメルク社製のネマチック液晶ＺＬＩ−２２９３を充填して、液晶セルを作製した。この液晶セルにおけるプレチルト角は、２３．２〜２３．５゜であった。
【００２０】
特許文献２には、この他に、基板面と磁束とがなす角が５°、１０°、および１５°であるとき、それぞれ、４．９〜５．１°、９．４〜９．７°、および１３．６〜１３．８°のプレチルト角を発現する水平配向膜が得られた実施例が述べられている。
【００２１】
一方、図１８は、ＶＡモードにおいて用いられる配向技術を示す部分断面図である。図１８（ａ）は、電界が印加されていないときに、ホメオトロピック配向している液晶分子１２０の配向状態を示している。ＶＡモードでは、液晶層１０１を構成する液晶分子１２０として、異種物質との界面において界面に垂直に配向する性質をもつ液晶分子を選択する。この結果、電界が印加されていないときには、液晶分子１２０が基板面に対し垂直に配向した状態（ホメオトロピック配向状態）をとらせることができる。
【００２２】
さらに、液晶分子１２０として、誘電率異方性が負で、電界を作用させた時に分子の長軸が電界方向と略垂直になるように配向しようとする性質をもつ分子を選択して用いる。この結果、電界を作用させたときに、図１８（ｂ）に示すように、液晶分子１２０が、長軸が電界方向と略垂直に配向した状態（基板面に平行に配向した状態）に近づくように、配向方向を変化させるようにすることができる。
【００２３】
そして、ＶＡモードでは、２枚の偏光板１０６ａと１０６ｂ（図１６参照。）とを互いの偏光軸が直交するようにクロスニコル配置する。これによって、液晶表示素子を、図１８（ａ）に示すように、電界が印加されておらず、表示用液晶分子１２０が基板面に垂直に配向しているとき、光をほとんど透過させず、図１８（ｂ）に示すように、電界が印加され、表示用液晶分子１２０が基板面の法線方向から傾いて配向しているときに光を透過させる、ノーマリーブラックの液晶表示素子として動作させることができる。
【００２４】
ＶＡモードでは、電界が印加されていない遮光時に液晶分子が基板面に対し垂直に配向しているので、遮光時の光透過率が偏光板１０６ａと１０６ｂの直交性によって決まる最小値になる。このため、他の動作モードに比べて真の暗黒に近い黒を実現することができ、高いコントラストが得られる。
【００２５】
しかし、図１８（ｂ）に示すように、同じ画素に属するすべての液晶分子が同一方向に傾斜するシングルドメインのＶＡモードの場合には、光を透過させるはずの電界印加時に光が透過しない方向が発生するなど、階調の反転現象が起こり、視野角依存性が大きくなりすぎる問題点がある。この対策として、ＭＶＡ（Multi-domain ＶＡ）モードや、ＰＶＡ（Patterned ＶＡ）モード（別名、ＥＶＡ（Electrically tilted ＶＡ）モード）などが提案されている。
【００２６】
図１９は、ＭＶＡモードにおいて用いられる配向技術を示す部分断面図である。図１９（ａ）は、電界が印加されていないときの液晶分子の配向状態を示し、図１９（ｂ）は、電界を作用させたときの液晶分子１２０の配向状態を示している。ＭＶＡモードでは、フォトレジスト技術を用いて画素の中央に小さな透明の突起物（リブ）１３０を設けている。このため、電界が印加されていないとき、１画素中の大部分の液晶分子１２０は基板面に対し垂直に配向しているが、突起物（リブ）１３０の近傍の、図中、点線で囲んで示した液晶分子１３１は、基板面に垂直な方向から左または右に少し傾いた方向に配向している。このようにしておくと、電界を作用させたときに、突起物（リブ）１３０に接して予め傾斜している液晶分子１３１を起点として、他の液晶分子１２０がドミノ倒し的に配向変化を起こしていく。この結果、１つの画素は、突起物（リブ）１３０を境として、液晶分子の傾斜方向が互いに逆方向である偶数個のドメインに自動的に分割される。図１９には左右に２つのドメインが形成される例を示したが、通常、突起物（リブ）１３０を中心として左右、前後に分割され、４つのドメインが形成される。
【００２７】
図１９（ｂ）に示すように、ＭＶＡモードでは、斜め方向から液晶画面を見た場合でも、１画素中の複数のドメインから、傾斜方向が互いに逆方向である液晶分子を通過した光が届くので、角度依存性が平均化され、視野角依存性が小さく抑えられる。
【００２８】
図２０は、ＰＶＡモードにおいて用いられる配向技術を示す部分断面図である。図２０（ａ）は、電界を作用させ始めた直後の液晶分子の配向状態を示し、図２０（ｂ）は、電界を作用させた後、十分時間が経過して配向が完了したときの液晶分子１２０の配向状態を示している。ＰＶＡモードでは、透明電極１４０にスリット１４１を設け、一部の液晶分子に斜め方向の電界（フリンジ電界）が加わるようにして、液晶分子１２０が傾く方向を制御する。この場合、電界を作用させたとき、まず、図２０（ａ）中に点線で囲んで示した、斜め方向の電界（フリンジ電界）を受けた液晶分子１４２が、電界方向に応じて左方向または右方向に傾き、次に、これらの液晶分子を起点として、他の液晶分子がドミノ倒し的に配向変化を起こしていく。この結果、図２０（ｂ）に示すように、１つの画素は、スリット１４０を境として、液晶分子の傾斜方向が互いに逆方向である偶数個のドメインに自動的に分割される。
【００２９】
ＰＶＡモードでは、ＭＶＡモードと同様に、斜め方向から液晶画面を見た場合でも、１画素中の複数のドメインから、傾斜方向が互いに逆方向である液晶分子を通過した光が届くので、角度依存性が平均化され、視野角依存性が小さく抑えられる。
【００３０】
ＭＶＡモードの液晶表示素子では、電界が印加されていない遮光時に一部の液晶分子１３１が基板面に対し垂直に配向していないので、液晶層に光異方性が生じ、遮光時の光透過率が、偏光板１０６ａと１０６ｂの直交性によって決まる最小値よりも少し大きくなる。このため、図１８に示したＶＡモードの液晶表示素子と比べると、コントラストが少し低下する可能性がある。一方、ＰＶＡモードの液晶表示素子では、遮光時にすべての液晶分子１２０が基板面に対し垂直に配向しているので、真の暗黒に近い黒を実現することができ、高いコントラストが得られる。
【００３１】
上述したように、ＭＶＡモ−ドやＰＶＡモ−ドを含めてＶＡモードにおいて、配向膜１０４は必須のものではない。但し、液晶分子１２０の垂直配向を補助するものとして垂直配向膜が形成されることがある。前述した水平配向膜では、液晶分子が配向膜にほぼ平行に並ぶように、液晶分子を配向させるのに対し、垂直配向膜では、液晶分子が配向膜に垂直に並ぶように、液晶分子を配向させる。従って、垂直配向膜には、水平配向膜とは全く異なる表面物性や表面構造が求められる。このため、垂直配向膜の材料として、例えば、垂直配向タイプのポリイミドやシランカップリング剤系垂直配向材料が用いられ、通常、ラビング処理は行われない。このように、ひとまとめに配向膜と呼ばれていても、水平配向膜と垂直配向膜とは、目的もその実現方法も全く異なり、別種の膜であると考える方がよい。
【００３２】
さて、図１８に示した単純なＶＡモードでは、電界を作用させたときに液晶分子１２０が傾く方向を規制する突起物（リブ）１３０やスリット１４０がない。この場合、液晶分子１２０が基板面の法線方向からどの方向に傾いても等価であるので、電界を作用させたときに液晶分子１２０が傾く方向が不定になりやすい。これを防止するには、水平配向膜によってプレチルトを発現させたように、電界が印加されていないときに、液晶分子１２０の長軸方向が基板面の法線方向から所定の方向にわずかに傾くように、垂直配向膜によって規制しておくことが望ましい。
【００３３】
ＭＶＡモ−ドやＰＶＡモ−ドでは、上述したように、電界を作用させたときに液晶分子１２０が傾く方向が不定になることはない。しかし、ＭＶＡモ−ドでは、突起物（リブ）１３０近傍の、予め傾斜している液晶分子１３１を起点として、他の液晶分子がドミノ倒し的に配向変化を起こしていくため、すべての液晶分子が一斉に配向変化を起こす場合に比べて、応答速度が遅くなる。また、ＰＶＡモ−ドでも、初めに斜め方向の電界（フリンジ電界）で傾斜した液晶分子１４２を起点として、他の液晶分子がドミノ倒し的に配向変化を起こしていくため、すべての液晶分子が一斉に配向変化を起こす場合に比べて、応答速度が遅くなる。ＰＶＡモ−ドではさらに、液晶層１０１に垂直にしか電界を作用させられない領域に、表示に寄与しない領域が生じる不都合もある。従って、これらの動作モードにおいても、電界が印加されていないときに、液晶分子１２０の長軸方向が基板面の法線方向から所定の方向にわずかに傾くように、垂直配向膜によって規制しておくことが望ましい。
【００３４】
電界が印加されていないときに、液晶分子１２０の配向方向を基板面の法線方向からわずかに傾ける方法の１つとして、垂直配向膜の表面をラビング処理によって加工する方法が考えられるが、この方法はむらを生じやすく、均一な傾きを実現することが困難であり、行われていない。
【００３５】
他の方法として、光配向性材料を用いる垂直配向膜の製造方法が提案されている。光配向性材料は、斜め方向からの光の照射を受けると異方的な液晶配向能が発生する材料である。この方法では、光配向性を有する垂直配向材料を用いて垂直配向膜を形成した後、垂直配向膜に斜め方向から光を照射することによって異方的な液晶配向能を発現させる。例えば、後述の特許文献３には、垂直配向ポリイミド膜を形成し、照射方向を変えて光を２度照射する方法が提案され、作製した垂直配向の液晶セルのプレチルト角が８８゜（基板面の法線方向からの傾きが２°）であった例が報告されている。
【００３６】
垂直配向膜を加工する方法とは異なるが、後述の特許文献４には、ＭＶＡモードによる液晶表示装置において、一定方向に配向した高分子状硬化物を液晶層中に形成することによって、電界が印加されていないときの液晶分子の配向方向を、基板面の法線方向からわずかに傾かせた液晶表示装置が提案されている。高分子状硬化物は、光硬化性の液晶性モノマーを少量液晶層に混入させておき、液晶セルを組み立てた後、液晶層に電圧を印加して液晶分子および液晶性モノマーを配向させた状態で、液晶層に紫外光を照射することによって形成する。この高分子状硬化物は、液晶分子の配向を効果的に制御できるように、液晶性骨格を備えていることが望ましい。
【００３７】
【特許文献１】特開平２−４３５１７号公報（第２−５頁）
【特許文献２】特許第３５７２７８７号公報（第４、５、７、及び８頁、特に［０００９］、図３）
【特許文献３】特開２００１−２４２４６５号公報（第７及び８頁、実施例６、４及び１、図１）
【特許文献４】特開２００２−３５７８３０号公報（第９及び１０頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】
上述したように、液晶分子を基板面の法線方向からわずかに傾いた方向に配向させる方法としては、ラビング処理を除けば、光配向性材料からなる垂直配向膜を用いる構成が特許文献３などで提案され、また、液晶分子を配向させる高分子状硬化物を液晶層中に設ける構成が特許文献４で提案されている。
【００３９】
しかし、光配向性材料を用いる構成は、長時間駆動や熱的な信頼性といった点に関して不十分である。また、特許文献４のように液晶層中に配向用構造物を設ける構成は、液晶層中にイオン性の不純物が混入することによって電圧保持率が低下したり、配向用構造物によって液晶表示素子の動作特性や光学特性が損なわれたりすることなどが懸念される。
【００４０】
特許文献１および特許文献２には、配向した液晶性材料からなる配向膜の製造方法が提案されている。しかし、これらは、例えばプレチルト角が１０°程度の水平配向膜の製造方法であり、垂直配向膜の製造方法ではない。例えば、特許文献２で提案されている水平配向膜の構成材料や製造方法はそのままにして、単に印加する磁場や電場の方向を変更するだけで、９０°近いプレチルト角を有する垂直配向膜を形成することは不可能である。この点に関しては、後述する実施の形態１において、本発明に基づく垂直配向膜及びその製造方法と比較しながら説明する。
【００４１】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、表示用液晶分子を基板面の法線方向からわずかに傾いた方向に配向させる、信頼性の高い垂直配向膜及びその製造方法、その垂直配向膜を備えた垂直配向基板及びその製造方法、並びに液晶表示素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
即ち、本発明は、表示用液晶分子層と、この層を挟んで対向して配置された基板とを有する液晶表示素子において、前記基板の少なくとも一方に前記表示用液晶分子層に接するように設けられ、前記表示用液晶分子層における表示用液晶分子の配向方向を、前記基板の基板面に対し略垂直に制御する垂直配向膜において、
液晶性骨格を有し、異種物質との界面においてディレクタ（配向ベクトル）を界面に  垂直に向けて配向する性質と、重合する性質とを有する重合性液晶分子からなる層から  形成され、
前記の重合性液晶分子からなる層が液晶状態にあり、且つ、前記ディレクタが前記基  板面の法線方向からわずかに傾いた方向に配向した状態で、前記重合性液晶分子の少な  くとも一部が重合し、前記の重合性液晶分子からなる層が、未反応の重合性液晶分子と  重合性液晶分子重合体との複合体からなる層に変化して硬化することによって形成され  、
前記複合体中の前記ディレクタの配向方向が、前記基板面の法線方向からわずかに傾  いた方向に固定されている
ことを特徴とする、垂直配向膜に係わるものである。
【００４３】
なお、前記重合性液晶分子の重合は、前記複合体が硬化し、前記複合体中の前記液晶性骨格の配向方向が確実に固定される程度まで起こればよい。上記の「前記重合性液晶分子の少なくとも一部が重合する」とは、この条件を満たしていれば、前記複合体中に未反応の重合性液晶分子が多少残存していてもよいという意味である。未反応の重合性液晶分子を完全になくすことは必要ではないし、実際上、それはほとんど不可能である。また、前記重合性液晶分子は、重合性モノマーであることが多いが、そのダイマーなどのオリゴマーであってもよい。
【００４４】
本発明は、また、表示用液晶分子層と、この層を挟んで対向して配置された基板とを有する液晶表示素子において、前記基板の少なくとも一方に前記表示用液晶分子層に接するように設けられ、前記表示用液晶分子層における表示用液晶分子の配向方向を前記基板の基板面に対し略垂直に制御する垂直配向膜の形成方法において、
液晶性骨格を有し、異種物質との界面においてディレクタ（配向ベクトル）を界面に  垂直に向けて配向する性質と、重合する性質とを有する重合性液晶分子からなる層を前  記基板に形成する工程と、
前記の重合性液晶分子からなる層を液晶状態に保ちつつ、前記ディレクタを前記基板  面の法線方向からわずかに傾いた方向に配向させる工程と、
前記ディレクタが配向した上記の状態で前記重合性液晶分子の少なくとも一部を重合  させ、前記の重合性液晶分子からなる層を、未反応の重合性液晶分子と重合性液晶分子  重合体との複合体からなる層に変化させて硬化させる工程と
を有し、
前記垂直配向膜として、前記ディレクタの配向方向が前記基板面の法線方向からわず  かに傾いた方向に固定されている前記の複合体からなる層を形成する
ことを特徴とする、垂直配向膜の形成方法に係わるものである。
【００４５】
また、液晶表示素子の、表示用液晶分子層に接して配置される基板において、
前記垂直配向膜が、前記表示用液晶分子層に接する面側に設けられている
ことを特徴とする、垂直配向基板に係わり、また、液晶表示素子の、表示用液晶分子層に接して配置される基板の製造方法において、
前記垂直配向膜の形成方法によって、前記表示用液晶分子層に接する面側に垂直配向  膜を形成する工程を含む
ことを特徴とする、垂直配向基板の製造方法に係わるものである。
【００４６】
また、表示用液晶分子層と、この層を挟んで対向して配置された基板とを有する液晶表示素子において、
前記垂直配向膜が、前記基板の少なくとも一方に前記表示用液晶分子層に接するよう  に設けられ、
電界が印加されていないときの表示用液晶分子の配向方向が、前記基板面の法線方向  からわずかに傾いた方向に制御されている
ことを特徴とする、液晶表示素子に係わるものである。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の垂直配向膜は、前記重合性液晶分子の少なくとも一部が重合し、前記の重合性液晶分子からなる層が、未反応の重合性液晶分子と重合性液晶分子重合体との複合体からなる層に変化して硬化することによって形成され、前記垂直配向膜を構成する前記複合体中の前記ディレクタの配向方向が、前記基板面の法線方向からわずかに傾いた方向に固定されていることを特徴とする。このように配向した前記液晶性骨格を有する前記複合体中の重合性液晶分子およびその重合体は、これらに接して配置されている前記表示用液晶分子の長軸を、液晶分子間の相互作用によって、前記基板面の法線方向からわずかに傾いた方向へ配向させる。
【００４８】
本発明の垂直配向膜の形成方法は、
液晶性骨格を有し、異種物質との界面においてディレクタ（配向ベクトル）を界面に  垂直に向けて配向する性質と、重合する性質とを有する重合性液晶分子からなる層を前  記基板に形成する工程と、
前記の重合性液晶分子からなる層を液晶状態に保ちつつ、前記ディレクタを前記基板  面の法線方向からわずかに傾いた方向に配向させる工程と
を有する。前記重合性液晶分子として、異種物質との界面において前記ディレクタを界面に垂直に向けて配向する性質を有する分子を用いるので、前記の重合性液晶分子からなる層において、前記ディレクタを前記基板面の法線方向からわずかに傾いた方向に配向させる工程を、磁場などの作用を利用して容易に行うことができる。
【００４９】
また、前記垂直配向膜を形成する材料として、重合する性質を有する前記重合性液晶分子を用いるので、
前記ディレクタが配向した上記の状態で前記重合性液晶分子の少なくとも一部を重合  させ、前記の重合性液晶分子からなる層を、未反応の重合性液晶分子と重合性液晶分子  重合体との複合体からなる層に変化させて硬化させる工程
によって、前記ディレクタの配向を固定することができる。
【００５０】
以上の結果、前記ディレクタの配向がよく揃った前記垂直配向膜を、確実に形成することができる。
【００５１】
また、本発明の垂直配向基板は、本発明の垂直配向膜が、前記表示用液晶分子層に接する面側に設けられているので、本発明の垂直配向膜の機能を発現させる基板として機能する。また、本発明の垂直配向基板の製造方法は、本発明の垂直配向膜の形成方法によって、前記表示用液晶分子層に接する面側に垂直配向膜を形成する工程を含むので、前記ディレクタの配向がよく揃った前記垂直配向基板を、確実に製造することができる。
【００５２】
また、本発明の液晶表示素子は、前記垂直配向膜が、前記基板の少なくとも一方に前記表示用液晶分子層に接するように設けられ、電界が印加されていないときの表示用液晶分子の配向方向が、前記基板面の法線方向からわずかに傾いた方向に制御されている。このため、電界を作用させたときに前記表示用液晶分子が傾く方向が不定にならず、液晶表示素子としての良好な動作特性や光学特性を実現することができる。しかも、すべての前記表示用液晶分子が一斉に配向変化を起こすので、一部の液晶分子を起点として他の液晶分子がドミノ倒し的に配向変化を起こしていくＭＶＡモ−ドやＰＶＡモ−ドの液晶表示素子に比べ、より速い応答速度を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
本発明の垂直配向膜において、前記の重合性液晶分子からなる層は、前記ディレクタが前記基板面に対し垂直に配向した液晶状態を一旦とった後に、前記した前記ディレクタが前記基板面の法線方向からわずかに傾いた方向に配向した状態に変化した層であるのがよい。このようであると、前記重合性液晶分子は前記ディレクタを界面に垂直に向けて配向する性質をもつ分子であるので、前記重合性液晶分子が、前記ディレクタが前記基板面に対し垂直に配向した液晶状態をとるのは比較的容易であり、各重合性液晶分子の配向方向も揃いやすい。そして、この層の前記ディレクタの向きがわずかに変化するだけで、しかも、前記重合性液晶分子の、液晶分子間の相互作用によって互いの配向方向を規制し合い、協同的に振る舞う性質が発現した状態で変化することで、前記した前記ディレクタが前記基板面の法線方向からわずかに傾いた方向に配向した状態に変わるので、層中の各重合性液晶分子の配向方向が所定の方向に一様によく揃った層が形成される。
【００５４】
また、前記複合体中の前記ディレクタの前記配向方向が、前記基板面の法線方向から０．１〜２０°傾いた方向であるのがよい。望ましくは、前記配向方向が前記法線方向から１〜１０°傾いた方向であり、更に望ましくは、１〜５°傾いた方向であるのがよい。前記配向方向が小さすぎると、前記表示用液晶分子を傾斜させる機能が生じにくく、大きすぎると、面内リタデーションが大きくなり、正面コントラストが低下する傾向がある。ここで、前記ディレクタの配向方向とは、前記液晶性骨格の長軸方向の平均的な配向方向であり、例えばリタデーションのあおり角（入射角）依存性から求めることができる。ただし、この際、空気中から液晶層に斜めに光を入射した場合、実際に液晶層を通過する光の角度は、界面での光の屈折によって、空気中から液晶層との界面に入射した入射角よりも小さくなることを考慮する必要がある。
【００５５】
上記のようであると、電界が印加されていないときの前記液晶表示素子の配向方向を、前記基板面の法線方向から０．１〜５°傾いた方向に制御することができる。この配向方向は、前記法線方向から０．５〜２．５°傾いた方向であることが望ましく、０．８〜１．５°傾いた方向であることが更に望ましい。前記表示用液晶分子の傾斜角度は、例えばクリスタルローテーション法によって調べることができる。前記液晶表示素子の配向方向の傾きが小さすぎると、電界を作用させたときに前記表示用液晶分子が傾く方向を一定に定める効果、および、すべての前記表示用液晶分子が一斉に配向変化を起こすことによって速い応答速度を実現する効果が得られない。一方、前記液晶表示素子の配向方向の傾きが大きすぎると、配向した前記液晶表示素子による光学異方性によって面内リタデーションが生じ、遮光時の光透過率が大きくなりすぎ、正面コントラストの低下が許容できない大きさになる。
【００５６】
また、前記重合性液晶分子が、重合性官能基として、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニルエーテル基、及びエポキシ基からなる群から選ばれた少なくとも１つの官能基を有するのがよい。これらの官能基は、紫外線、赤外線又は電子線の照射、及び／又は、加熱によって重合させることができる。前記基板面の法線方向からわずかに傾いた配向状態を前記重合性液晶分子に取らせるには、まず、前記重合性液晶分子を前記基板面にほぼ完全に垂直に配向させ、この後、配向方向をわずかに傾けるのが好ましい。前記重合性液晶分子を前記基板面に垂直に配向させるには、重合性官能基がアクリロイルオキシ基やメタクリロイルオキシ基であるのが好ましい。
【００５７】
また、前記重合性液晶分子が、磁化率異方性の大きい分子であるであるのがよい。このようであれば、前記重合性液晶分子の前記液晶性骨格を磁場で配向させる場合に、磁場が前記重合性液晶分子に効果的に作用する。分子が示す反磁性は、定性的には、ベンゼン環などのπ電子が局在を解かれて環状電流を形成する場合などに大きく発現するので、前記重合性液晶分子が芳香族環を有する分子であるのがよく、分子中の芳香族環の数が多いほど、反磁性磁化率の異方性が大きくなるので好ましい。
【００５８】
この際、磁場によって前記重合性液晶分子を配向させるには、前記重合性液晶分子が棒状の分子であるのがよい。この理由は下記の通りである。磁場中におかれたベンゼン環では、ベンゼン環の面と磁場の方向とが直交するとき、エネルギーが最も高くなり、平行のとき、エネルギーが最も低くなる。このため、磁場中の前記重合性液晶分子は、分子中のベンゼン環が磁場に平行になるように配向しようとする。前記重合性液晶分子が棒状分子である場合、ディレクタの方向はベンゼン環を含む分子骨格の方向と一致しているので、ディレクタは磁場の方向に配向する。この結果、ディレクタの方向は磁場の印加のみによって定めることができる。一方、前記重合性液晶分子がディスク状分子である場合、ディレクタの方向はベンゼン環を含む分子骨格の面に直交しているので、ディレクタは磁場の方向に直交するように配向する。この結果、ディレクタの方向は磁場の印加のみでは一意的に決まらず、ディレクタの方向を定めるには、磁場に加えて他の方法を併用する必要がある。
【００５９】
また、各画素中において、前記の複合体からなる層が、前記ディレクタの傾斜方向が異なる複数の領域にパターニングして形成されているのがよい。このようにすると、前記画素をマルチドメイン化して、前記液晶表示素子の視野角依存性を小さく抑えることができる。
【００６０】
また、前記表示用液晶分子を、前記基板面の法線方向から０．１〜５°、望ましくは０．５〜２．５°、更に望ましくは０．８〜１．５°傾いた方向に配向させるのがよい。この理由は上述した通りである。
【００６１】
また、前記表示用液晶分子を、前記基板面の法線方向に関して、前記ディレクタが配向している方向とは反対の方向に傾斜させて配向させるのがよい。このような例は本発明の実施例において観察された。この場合、視野角の変化による階調の変化を抑え、視野角依存性を改善する効果が得られる。
【００６２】
前記ディレクタの傾斜方向と、前記表示用液晶分子の傾斜方向とが反対になるメカニズムは、現在のところ、不明である。磁場を作用させたときの、前記の重合性液晶分子からなる層のバルクにおける前記ディレクタの配向は、いわゆる連続弾性体理論で理解される。この場合、前記の重合性液晶分子からなる層の、膜厚方向における中央部で、前記液晶性骨格が最もよく磁場方向に配向する。バルクにおける前記ディレクタの配向方向は、リタデーションのあおり角依存性などを計測することで測定可能である。
【００６３】
一方、前記表示用液晶分子の配向を直接制御するのは、前記の複合体からなる層の表面に位置する液晶性骨格、すなわち、前記の重合性液晶分子からなる層において表面を占めていた重合性液晶分子の液晶性骨格である。この液晶性骨格は窒素雰囲気などの気体に接しており、バルクと全く同じ弾性体理論で記述できるとは限らない。例えば、自由界面では表面エネルギーの関係から、前記重合性液晶分子中の特定の基が自由界面に向けて配列する可能性がある。また、前記の重合性液晶分子からなる層と気層との界面では密度が連続的に変化していると考えられるので、液晶相から等方相へ変化している状態とも考えることができる。このようなことが原因となって、表面の重合性液晶分子はバルクの重合性液晶分子とは異なる方向に配向しており、その結果、前記表示用液晶分子を、前記基板の法線方向に関して、（バルクにおいて）前記ディレクタが配向している方向とは反対の方向に傾斜させて配向させるのかもしれない。
【００６４】
本発明の垂直配向膜の形成方法において、前記ディレクタを配向させる工程の前に、前記の重合性液晶分子からなる層において、前記ディレクタが前記基板面に対し垂直に配向した液晶状態を前記重合性液晶分子にとらせる処理を行うのがよい。前記重合性液晶分子は前記ディレクタを界面に垂直に向けて配向する性質をもつ分子であるので、前記重合性液晶分子に前記ディレクタが前記基板面に対し垂直に配向した液晶状態をとらせるのは比較的容易である。そして、この層の前記ディレクタの向きを変化させるようにすれば、前記ディレクタの配向方向の変化分はわずかでよく、しかも、前記重合性液晶分子の、液晶分子間の相互作用によって互いの配向方向を規制し合い、協同的に振る舞う性質を利用することができるので、層中の各重合性液晶分子を所定の方向に一様に揃えて配向させることができる。
【００６５】
この際、前記の重合性液晶分子からなる層を形成する工程の後、且つ、前記ディレクタを配向させる工程の前に、前記の重合性液晶分子からなる層の温度を上昇させ、一旦前記重合性液晶分子を等方相状態にし、この後、前記の重合性液晶分子からなる層の温度を徐々に低下させ、前記ディレクタが前記基板面に対し垂直に配向した液晶状態を前記重合性液晶分子にとらせる工程を行うのがよい。上記のように、一旦等方相状態を経ることによって、前記の重合性液晶分子からなる層の初期の、多数の小領域に分かれ、各小領域内では前記重合性液晶分子の配向方向が揃っているものの、小領域間では前記重合性液晶分子の配向方向がばらばらに異なっている状態や、ディスクリネーションなどの欠陥が存在している状態を解消させ、その後、前記重合性液晶分子が最適状態に配向する時間的余裕を与えながら、徐々に冷却することによって、ほぼすべての重合性液晶分子の配向が界面に垂直な方向に１つに揃った層を形成することができる。
【００６６】
また、前記磁場によって、前記の重合性液晶分子からなる層における前記ディレクタを、前記基板面の法線方向から０．１〜２０°、望ましくは１〜１０°、更に望ましくは１〜５°傾いた方向に配向させるのがよい。この理由は上述した通りである。
【００６７】
また、紫外線、赤外線又は電子線の照射、及び／又は、加熱によって、前記重合性液晶分子を重合させるのがよい。前記重合性液晶分子を重合させる方法としては、これらの方法を挙げることができ、特に限定されるものではないが、適用できる前記重合性液晶分子の多様さや実施の容易さなどから、紫外線の照射が最も好ましい。この場合、上述したように、前記重合性液晶分子として、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニルエーテル基、及びエポキシ基からなる群から選ばれた少なくとも１つの官能基を重合性官能基として有する分子を用いるのがよい。
【００６８】
また、前記の液晶状態に保たれた重合性液晶分子からなる層に磁場を印加することによって、前記基板面の法線方向からわずかに傾いた方向へ前記ディレクタを配向させるのがよい。この場合、上述したように、前記重合性液晶分子として磁化率異方性の大きい分子、例えば、芳香族環を有する分子を用いるのがよい。但し、これに限るものではなく、例えば電場によって前記ディレクタを配向させてもよい。
【００６９】
また、フォトマスクを用いた紫外線、赤外線又は電子線の照射によって、各画素中の一部の領域の重合性液晶分子を重合させる工程を、磁場の印加方向を変えながら画素中の複数の領域ごとに行い、各画素中に、前記の複合体からなる層を、前記液晶性骨格の傾斜方向が異なる複数の領域にパターニングして形成するのがよい。このようにすると、前記画素を容易、且つ確実にマルチドメイン化して、前記液晶表示素子の視野角依存性を小さく抑えることができる。
【００７０】
本発明の液晶表示素子は、前記基板の両方に垂直配向膜が設けられ、これら２つの垂直配向膜において、対向位置にあるそれぞれの膜中の前記液晶性骨格の配向方向が互いに平行であるのがよい。このようであれば、２つの前記垂直配向膜によって制御される前記表示用液晶分子の長軸の配向方向も平行になり、前記表示用液晶分子は前記基板面の法線方向から一様に傾斜した配向をとることになる。なお、前記垂直配向膜は、前記基板の片方にのみ設けられていてもよい。
【００７１】
また、電界が印加されていないときの前記表示用液晶分子の配向方向が、前記基板面の法線方向から０．１〜５°、望ましくは０．５〜２．５°、更に望ましくは０．８〜１．５°傾いた方向であるのがよい。この理由は上述した通りである。
【００７２】
また、電界が印加されていないときの前記表示用液晶分子の配向方向が、前記基板面の法線方向に関して、前記垂直配向膜において前記液晶性骨格が配向している方向とは反対の方向であるのがよい。
【００７３】
また、電界が印加されていないときの前記垂直配向膜及び前記表示用液晶分子によって生じる光学異方性を打ち消す光学補償層が設けられているのがよい。この光学補償層は、例えば、前記垂直配向膜と同じ配向方向をもったネガティブＣプレートなどで形成することができる。このようにすると、上記の光学異方性が打ち消されることによって、上記の光学異方性に起因する遮光時の光透過率の増加や、コントラストの低下が最小限に抑えられる。
【００７４】
また、本発明の液晶表示素子は、バックライト装置と組み合わされて透過型液晶表示装置を形成する、透過型液晶表示素子として構成されているのがよい。
【００７５】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に、より具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施の形態に限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００７６】
実施の形態１
実施の形態１では、主として、請求項１〜８および１３に記載した垂直配向膜と請求項１４〜２４に記載したその製造方法、請求項２６および２７に記載した垂直配向基板およびその製造方法、並びに請求項２８〜３５に記載した液晶表示素子の例について説明する。
【００７７】
図１は、実施の形態１に基づく垂直配向膜、垂直配向基板、および液晶表示素子の構成を示す部分断面図である。液晶表示素子１０は、ＶＡ（Vertical Alignment）モードで動作する液晶表示素子として構成されており、図１（ａ）は、電界が印加されていないときの表示用液晶分子１１の配向状態を示している。
【００７８】
液晶表示素子１０では、前記表示用液晶分子層である液晶層１と、液晶層１を挟んで対向する一対の透明基板２ａおよび２ｂとによって液晶セル９が形成され、透明基板２ａおよび２ｂの外面側に一対の偏光板６ａおよび６ｂがそれぞれ配置されている。前記基板である透明基板２ａおよび２ｂはガラス基板などからなり、透明基板２ａの内面には、透明電極３ａおよび垂直配向膜４ａが形成され、透明基板２ｂの内面には、（図示省略した）赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色カラーフィルタ、透明電極３ｂ、および垂直配向膜４ｂが形成されている。透明電極３ａおよび３ｂは、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などからなる。垂直配向膜４ａおよび垂直配向膜４ｂがそれぞれ形成された透明基板２ａおよび透明基板２ｂが、垂直配向基板５ａおよび垂直配向基板５ｂである。
【００７９】
液晶層１を構成する表示用液晶分子１１は、異種物質との界面において界面に垂直に配向する性質をもつ分子である。従って、電界が印加されていないときには、図１（ａ）に示すように、表示用液晶分子１１は透明基板２（以下、２ａと２ｂを一括して２と示す。他の部材についても同様。）の面に対しほぼ垂直にホメオトロピック配向している。但し、表示用液晶分子１１の配向方向は透明基板２の面に対し完全に垂直ではない。これは、本発明に基づく垂直配向膜４の作用によって、表示用液晶分子１１の長軸が透明基板２の法線方向からわずかに傾いた方向、例えば０．１〜５°、望ましくは０．５〜２．５°、更に望ましくは０．８〜１．５°傾いた方向に配向するように制御されているからである。
【００８０】
垂直配向膜４は、液晶性骨格を有し、異種物質との界面においてディレクタ（配向ベクトル）を界面に垂直に向けて配向する性質と、重合する性質とを有する重合性液晶分子１２からなる層を出発点として形成される。すなわち、透明基板２に形成された重合性液晶分子１２からなる層は、液晶状態にあり、且つ、ディレクタが透明基板２の法線方向からわずかに傾いた方向に配向している状態で、層を構成している重合性液晶分子１２の少なくとも一部が重合する。これによって、重合性液晶分子１２からなる層は、未反応の重合性液晶分子１２と重合性液晶分子重合体１３との複合体１４からなる層に変化して、硬化する。
【００８１】
この結果、垂直配向膜４を構成する複合体１４中のディレクタの配向方向は、透明基板２の法線方向からわずかに傾いた方向、例えば０．１〜２０°、望ましくは１〜１０°、更に望ましくは１〜５°傾いた方向に固定されている。そして、透明基板２の法線方向からわずかに傾斜した液晶性骨格は、液晶分子間の相互作用によって、表示用液晶分子１１の長軸を、透明基板２の法線方向からわずかに傾いた方向、例えば０．１〜５°、望ましくは０．５〜２．５°、更に望ましくは０．８〜１．５°傾いた方向に配向させることができる。なお、図１（ａ）には、垂直配向膜４中の液晶性骨格が、表示用液晶分子１１を、透明基板２の法線方向に関して、ディレクタが傾斜している方向とは反対の方向に傾斜させて配向させる例を示した。
【００８２】
図１（ａ）には、透明基板２ａおよび２ｂの両方にそれぞれ垂直配向膜４ａおよび４ｂが設けられ、これら２つの垂直配向膜４ａおよび４ｂにおいて膜中のディレクタの配向方向が互いに平行である例を示した。このようであれば、２つの垂直配向膜４ａおよび４ｂによって制御される表示用液晶分子１１の長軸の配向方向は平行になり、表示用液晶分子１１は透明基板２の主面の法線方向から一様に傾斜した配向を取ることになる。なお、図１（ａ）には、透明基板２ａおよび２ｂの両方に垂直配向膜が設けられた例を示したが、透明基板２ａおよび２ｂの片方にのみ垂直配向膜が設けられていてもよい。
【００８３】
重合性液晶分子１２は、重合性官能基として、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニルエーテル基、及びエポキシ基からなる群から選ばれた少なくとも１つの官能基を有するのがよい。これらの官能基は、紫外線、赤外線又は電子線の照射、及び／又は、加熱によって重合させることができる。とりわけ、紫外線照射によって重合する性質を有する重合性官能基であれば、紫外線照射によって簡易に重合させることができるので好ましい。透明基板２の基板面の法線方向からわずかに傾いた配向状態を重合性液晶分子１２に取らせるには、まず、重合性液晶分子１２を基板面にほぼ完全に垂直に配向させ、この後、配向方向をわずかに傾けるのが好ましい。重合性液晶分子１２を基板面に垂直に配向させるには、重合性官能基がアクリロイルオキシ基やメタクリロイルオキシ基であるのが好ましい。
【００８４】
また、既述したように、重合性液晶分子１２が磁化率異方性の大きい分子であるであるのがよい。このようであれば、重合性液晶分子１２の液晶性骨格を磁場で配向させる場合に、磁場が重合性液晶分子１２に効果的に作用する。このためには、重合性液晶分子１２が芳香族環を有する分子であるのがよく、分子中の芳香族環の数が多いほど、反磁性磁化率の異方性が大きくなるので好ましい。また、磁場のみでディレクタの向きを制御できるように、重合性液晶分子１２が棒状の分子であるのがよい。
【００８５】
さらに、重合性液晶分子１２としては、重合性液晶分子１２からなる層を塗布法などによって容易に形成できるものが好ましい。すなわち、ＩＴＯなどの透明電極２の上での塗布均一性やその安定性も考慮する必要がある。ここで安定性とは、塗布から重合性液晶分子１２を重合する工程までに間に、凝集や配向変化が生じにくいということを意味する。また、重合性液晶分子１２は表示用液晶分子１１を配向させる機能を有することが不可欠であるから、できるだけ重合性液晶分子１２以外の界面活性剤や重合禁止剤が含まれないことが好ましい。
【００８６】
また、液晶状態を取る温度範囲や溶媒の乾燥条件、配向処理条件によって、複数種類の重合性液晶分子１２を混合し、液晶温度範囲を適宜調整することもできる。また、室温状態でネマチック相を実現するという点では、重合性液晶分子１２として単官能の重合性液晶分子も好ましく使用できる。
【００８７】
以上の条件を満たすものとして、重合性液晶分子１２が、例えば下記の構造式で示される液晶分子であるのがよい。
【００８８】
【化１】
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【００８９】
【化２】
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【００９０】
【化３】
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【００９１】
【化４】
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【００９２】
【化５】
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【００９３】
【化６】
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【００９４】
【化７】
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【化８】
0005256714.tif 000009
【００９６】
液晶表示素子１０がＶＡモードで動作するように、表示用液晶分子１１としては、誘電率異方性が負で、電界を作用させた時に分子の長軸が電界方向と略垂直になるように配向しようとする性質をもつ分子が用いられる。従って、透明電極３ａと透明電極３ｂとの間に電圧を印加し、表示用液晶分子１１に電界を作用させると、図１（ｂ）に示すように、表示用液晶分子１１は、その長軸が電界方向と略垂直に配向した状態（基板面に平行に配向した状態）に近づくように、配向方向を変化させる。
【００９７】
表示用液晶分子１１として、例えば下記の一般式（１）で示される液晶分子を用いることができる（特開平８−１０４８６９号公報参照。）。
【００９８】
一般式（１）：
【化９】
0005256714.tif 000010
（ただし、式中、Ｒ1およびＲ2は、それぞれ、相互に独立して、Ｈであるか、または１８個までの炭素原子を有する非置換のアルキル基またはアルケニル基であり、この基中に存在する１個のＣＨ2基、または隣接していない２個以上のＣＨ2基は、−Ｏ−、−Ｓ−および−Ｃ≡Ｃ−からなる群から選択される基により置き換えられていてもよい。）
【００９９】
また、２枚の偏光板６ａおよび６ｂは、互いの偏光軸が直交するクロスニコルの状態で配置されている。このため、液晶表示素子１０は、図１（ａ）に示すように、電界が印加されておらず、表示用液晶分子１１が透明基板２の面にほぼ垂直に配向しているとき、光をほとんど透過させず、図１（ｂ）に示すように、電界を作用させ、表示用液晶分子１１が基板の法線方向から傾いて配向しているときに光を透過させる、ノーマリーブラックの液晶表示素子として動作する。
【０１００】
上述したように、液晶表示素子１０では、電界が印加されていない遮光時に、表示用液晶分子１１が基板面に対し完全には垂直に配向していない。また、垂直配向膜４中には透明基板２の法線方向に対し傾いて配向している液晶性骨格が存在する。従って、遮光時における光透過率が、前記表示用液晶分子による光学異方性と前記液晶性骨格による光学異方性とによって、偏光板６ａと６ｂの直交性によって決まる最小値よりも少し大きくなる。この結果、ＶＡモードの液晶表示素子やＰＶＡモードの液晶表示素子（図１８参照。）と比べると、コントラストが少し低下する。しかし、このコントラストの低下は、表示用液晶分子１１の法線方向からの傾きが、例えば０．１〜５°、望ましくは０．５〜２．５°、更に望ましくは０．８〜１．５°と小さければ、許容できる範囲である。また、必要なら、後に変形例として示すように、上記の光学異方性を補償する光学補償層を付加することによって、コントラストの低下を最小限に抑えることもできる。
【０１０１】
液晶表示素子１０の特徴は、垂直配向膜４によって、電界が印加されていないときの表示用液晶分子１１の配向方向が、透明基板２の法線方向から所定の方向にわずかに傾くように制御されているため、電界を作用させたときに表示用液晶分子１１が傾く方向が不定にならず、液晶表示素子としての良好な動作特性や光学特性が実現されることである。しかも、すべての表示用液晶分子１１が一斉に配向変化を起こすので、一部の液晶分子を起点として他の液晶分子がドミノ倒し的に配向変化を起こしていくＭＶＡモ−ドやＰＶＡモ−ドの液晶表示素子に比べて、応答速度が速くなるという特徴がある。
【０１０２】
図２および図３は、本発明の実施の形態１に基づく垂直配向膜４、垂直配向基板５、および液晶表示素子１０の作製工程のフローを示す部分断面図である。
【０１０３】
まず、重合性液晶分子１２を適当な溶媒に溶解させた溶液を形成する。重合性液晶分子１２は、既述したように、液晶性骨格を有し、異種物質との界面において液晶性骨格を界面に垂直に向けて配向する性質を有する分子である。さらに、作製工程の容易さなど、製造上の観点から、磁化率異方性が大きい分子であることが望ましく、また、紫外線照射によって重合する性質を有する分子であることが望ましい。以上の条件を満たすものとして、重合性液晶分子１２として、例えば、４−(４’−プロピル)シクロヘキシル−１−アクリロイルオキシベンゼンと４−(ｐ−プロピルフェニル)エチニル−１−アクリロイルオキシベンゼンとを混合して用いる。
【０１０４】
重合性液晶分子１２を溶解させる溶媒としては公知の溶媒が使用できるが、重合性液晶分子１２の溶解性が高く、室温での蒸気圧が低く、室温で蒸発しにくい溶媒が好ましい。室温で蒸発しやすい溶媒を用いると、重合性液晶分子１２の溶液を透明基板２に塗布した後の溶媒の蒸発速度が速すぎて、溶媒の蒸発後に形成される重合性液晶分子１２の層８Ａにおいて、重合性液晶分子１２の配向の乱れが生じやすい。この乱れは、次に述べる、層８Ａを液晶-等方相転移温度以上の温度に加熱後、徐々に冷却する配向処理を行っても、改善できない傾向がある。室温で蒸発しやすく、不適当な溶媒は、例えば、アセトンやメタノールやエタノールなどである。重合性液晶分子１２の溶液には、重合開始剤や重合禁止剤や界面活性剤などを添加することができる。
【０１０５】
上記の溶液を、ＩＴＯなどからなる透明電極３ａが設けられた透明基板２ａの上にスピンコート法などによって塗布した後、溶媒を蒸発させ、図２（ａ）に示すように、重合性液晶分子１２からなる層８Ａを形成する。層８Ａにおいて重合性液晶分子１２は液晶状態にあるが、層８Ａは多数の小領域に分かれ、各小領域内では重合性液晶分子１２の配向方向が揃っているものの、小領域間では重合性液晶分子１２の配向方向がばらばらに異なっている状態にあり、ディスクリネーションなどの欠陥も存在している。
【０１０６】
次に、重合性液晶分子１２からなる層８Ａの温度を上昇させて、一旦、図２（ｂ）に示すように、重合性液晶分子１２が等方相状態をとる層８Ｂに変化させた後、重合性液晶分子１２からなる層８Ｂの温度を徐々に低下させ、図２（ｃ）に示すように、重合性液晶分子１２が液晶状態をとる層８Ｃにする。層８Ｃでは、広範な領域中のほぼすべての重合性液晶分子１２が界面に垂直に配向して１つにまとまった液晶状態、いわば、広域にわたって「一つに統合された液晶状態」にある。
【０１０７】
本発明者は、等方相状態をとる層８Ｂを経ることによって、初期状態の層８Ａにおいて存在していた、重合性液晶分子１２の配向方向が互いに異なる小領域を解消させ、その後、重合性液晶分子１２が最適状態に配向する時間的余裕を与えながら徐々に冷却することによって、ほぼすべての重合性液晶分子１２の配向が界面に垂直な方向に揃い、広域にわたって「一つに統合された液晶状態」にある層８Ｃを形成できることを発見した。
【０１０８】
本発明者は、また、重合性液晶分子１２の配向方向が互いに異なる多数の小領域を形成していたりして、一様な配向状態にない層８Ａに、そのままの状態で磁場を印加しても、層８Ａ中の各重合性液晶分子１２を所定の方向に一様に配向させることは難しいが、上記の工程で層中の各重合性液晶分子１２の配向方向が界面に垂直な方向に揃った、上記「一つに統合された液晶状態」にある層８Ｃに変えた後に磁場を印加すると、層８Ｃ中の各重合性液晶分子１２を揃えて、所定の方向に一様に配向させることができることを発見した。
【０１０９】
この理由は、次のように考えることができる。重合性液晶分子１２の配向方向が上記小領域ごとに異なる層８Ａに磁場を印加した場合、重合性液晶分子１２の配向方向と磁場の方向とがなす角度は各小領域ごとに異なるため、磁場が各重合性液晶分子１２に与える作用も一様ではない。加えて、一様な垂直配向状態にない層８Ａでは、重合性液晶分子１２同士が液晶分子間の相互作用によって互いの配向方向を規制し合い、協同的に振る舞う性質が発現しにくい。この結果、層８Ａでは重合性液晶分子１２が磁場の印加に対して応答しにくく、磁場の印加方向に配向した重合性液晶分子１２の配向構造が形成されにくい。また、形成されたとしても重合性液晶分子１２の配向方向のばらつきが大きい表面構造が形成される。このような層から形成される垂直配向膜では、その表面に接して配置される表示用液晶分子１１の配向方向を一定方向に規制する性能が不十分になる。
【０１１０】
一方、層中の重合性液晶分子１２が一様に垂直配向し、上記「一つに統合された液晶状態」にある層８Ｃに磁場を印加した場合、重合性液晶分子１２の配向方向と磁場の方向とがなす角度が各重合性液晶分子１２で同じであり、磁場が各重合性液晶分子１２に与える作用は一様である。加えて、一様な垂直配向状態にある層８Ｃでは、重合性液晶分子１２同士が液晶分子間の相互作用によって互いの配向方向を規制し合い、協同的に振る舞う性質が強く発現する。この結果、層８Ｃ中の重合性液晶分子１２全体がいわゆる弾性連続体として配向変化するので、磁場の印加方向に配向した重合性液晶分子１２の配向構造が形成されやすく、しかも重合性液晶分子１２の配向方向のばらつきが小さい一軸的な異方性を有する表面構造が形成される。このような層から形成される垂直配向膜では、その表面に接して配置される表示用液晶分子１１の配向方向を一定方向に規制する性能が高くなる。
【０１１１】
次に、図３（ｄ）に示すように、液晶状態に保たれた重合性液晶分子からなる層８Ｃに、透明基板２ａの法線方向から傾斜した方向へ、例えば１Ｔ（テスラ）程度の磁場を印加することによって、重合性液晶分子１２のディレクタを透明基板２ａの法線方向からわずかに傾いた方向、例えば０．１〜５°、望ましくは１〜１０°、更に望ましくは１〜５°傾いた方向に配向させる。この状態で紫外線を照射し、重合性液晶分子１２の少なくとも一部を重合させ、重合性液晶分子からなる層８Ｃを、未反応の重合性液晶分子１２と重合性液晶分子重合体１３との複合体１４からなる層に変化させ、硬化させる。
【０１１２】
以上のようにして、透明基板２ａに、ディレクタの配向方向が基板２ａの法線方向からわずかに傾いた方向に固定されている複合体１４からなる垂直配向膜４ａを形成することができ、垂直配向膜４ａを備えた垂直配向基板５ａを作製することができる。
【０１１３】
なお、重合性液晶分子１２の液晶性骨格を所定の方向に配向させる方法は、特に限定されるものではなく、磁場の印加以外に、電場の印加なども挙げることができるが、制御の容易さなどから、磁場の印加が最も好ましい。また、重合性液晶分子１２を重合させる方法も、特に限定されるものではなく、紫外線照射以外に、赤外線また電子線の照射、及び／又は、加熱などの方法を挙げることができるが、適用できる重合性液晶分子１２の多様さや実施の容易さなどから、紫外線の照射が最も好ましい。
【０１１４】
次に、図３（ｅ）に示すように、上記の透明基板２ａと、これと同様にして垂直配向膜４ｂを形成した透明基板２ｂとを、（図示省略した）スペーサを挟んで対向させ、端部を封止部材で封止して、液晶セル９の筐体（空セル）を作製する。この筐体に液晶層１を形成する表示用液晶分子１１を注入し、液晶セル９を作製する。この際、上述したように、２つの垂直配向膜４ａおよび４ｂにおけるディレクタの配向方向が互いに平行であるようにする。
【０１１５】
この後、透明基板２ａおよび２ｂの外表面に偏光板６ａおよび６ｂをクロスニコルの状態で配置し、液晶表示素子１０を作製する。
【０１１６】
上述したように、本実施の形態に基づく垂直配向膜の製造方法では、重合性液晶分子１２が異種物質との界面においてディレクタを界面に垂直に向けて配向する性質を有する分子であるからこそ、重合性液晶分子１２からなる層８Ｃにおいて、気相との界面および透明基板２との界面にディレクタが垂直に向くように重合性液晶分子１２を配向させることができる。そして、層８Ｃに磁場などを作用させ、液晶性骨格を法線方向からわずかに傾いた方向に配向させる工程を容易に行うことができる。この際、重合性液晶分子１２の垂直配向を補助する構成は望ましい場合もあるが、垂直配向を損なうような構成は避けなければならない。例えば、特許文献２のように透明基板２の表面に補助層を設ける場合、その材料は、垂直配向タイプの有機樹脂材料（ポリイミドなど）やシランカップリング剤系垂直配向材料に限られる。
【０１１７】
また、重合性液晶分子１２が重合性を有する分子であるからこそ、液晶性骨格が配向した上記の状態で、重合性液晶分子１２の少なくとも一部を重合させることにより、重合性液晶分子１２からなる層を、未反応の重合性液晶分子１２と重合性液晶分子重合体１３との複合体１４からなる層に変化させ、液晶性骨格の配向を固定することができる。
【０１１８】
以上の結果、液晶性骨格の配向がよく揃った垂直配向膜４を、確実に製造することができる。
【０１１９】
これに対し、特許文献１および特許文献２で提案されている配向膜の製造方法は、各文献中で明言されているように、水平配向膜の作製を意図したものであり、垂直配向膜の作製を意図したものではない。従って、特許文献１で用いられる主鎖形液晶ポリマーや、特許文献２で用いられる重合性液晶性モノマーは、磁場などによる配向処理を行う前には、基板に沿ってほぼ平行に並ぶように構成されている。それだからこそ、プレチルト角が１０°程度の水平配向膜を容易に形成することができる。一方、このように基板に沿ってほぼ平行に並んでいる主鎖形液晶ポリマーや重合性液晶性モノマーから、磁場や電場を印加する方向を変更するだけで、９０°近いプレチルト角を有する垂直配向膜を形成することは不可能である。
【０１２０】
例えば、自己組織化的に基板に沿ってほぼ平行に並んでいる液晶性分子を、その性質に抗して基板に対してほぼ垂直に配向させるには、強力な磁場や電場が必要になる。特許文献１のように液晶性分子がポリマーである場合には、これはとくに著しい。また、仮にそのような磁場や電場の印加が可能であるとしても、９０°近い配向変化を起こさせた場合、すべての液晶性分子の配向方向を一様に精度よく揃えることは不可能である（これは、従来の表示用液晶分子の駆動例から明らかである）。配向膜における液晶性分子の配向方向のばらつきは、これに接して配置される表示用液晶分子の配向方向のばらつきを生じさせる。この結果、ＶＡモードの液晶表示素子において、電圧が印加されていない遮光時の表示用液晶分子の配向方向がばらつき、液晶層の光透過率が増大し、コントラストが低下して、ＶＡモードの液晶表示素子の特徴が致命的に損なわれる原因になる。
【０１２１】
また、特許文献２で述べられている、重合性液晶性モノマーを重合させた後、未反応物を有機溶剤で洗浄除去し、高分子層だけを残し、配向膜を得る工程は、重合性液晶性モノマーやその重合体が基板に沿って平行に並んでいる水平配向膜の製造では有効かもしれないが、垂直配向膜の製造では不可能な工程であり、仮に可能であるとしても何の効果もない工程である。垂直配向膜においては、本発明のように、未反応の重合性液晶分子１２と重合性液晶分子重合体１３との複合体１４からなる層をそのまま垂直配向膜４として用いればよい。すなわち、液晶性骨格の配向が固定されていれば、重合性液晶分子１２と重合性液晶分子重合体１３との区別なく、表示用液晶分子１１を配向させるために用いることができる。
【０１２２】
なお、特許文献２において好適な重合性液晶性モノマーとして例示されている４−アクリロイルオキシ−４’−ブチル−ビシクロヘキシルなどは、本発明の前記重合性液晶分子として好適な、他の物質との界面に垂直に配向する性質を有する液晶分子である。このような垂直配向性を有する重合性液晶性モノマーを用いる場合、特許文献２では、明言されていなくても、重合性液晶性モノマーを基板に沿ってほぼ平行に配向させるための追加的構成、例えば、水平配向膜やシランカップリング剤系水平配向材料による基板表面の被覆が必ず行われていると考えられる。
【０１２３】
図４は、実施の形態１の変形例に基づく液晶表示素子の構成を示す部分断面図であり、電界が印加されていないときの表示用液晶分子１１の配向状態を示している。この液晶表示素子は、請求項３４に記載した液晶表示素子に対応しており、電界が印加されていないときの垂直配向膜４および表示用液晶分子１１によって生じる光学異方性を打ち消す光学補償層７が、透明基板２と偏光板６との間に設けられている。これ以外は、図１に示した液晶表示素子１０と同じである。
【０１２４】
前述したように、液晶表示素子１０では、電界が印加されていない遮光時に、表示用液晶分子１１が透明基板２の面に対し完全には垂直に配向していない。また、垂直配向膜４中には透明基板２の法線方向に対し傾いて配向している液晶性骨格が存在する。従って、遮光時における光透過率は、表示用液晶分子１１による光学異方性と垂直配向膜４中の液晶性骨格による光学異方性とによって、偏光板６ａと６ｂの直交性によって決まる最小値よりも少し大きくなる。
【０１２５】
光学補償層７は、上記のような液晶セル９が有する光学異方性を打ち消して、遮光時における光透過率が、偏光板６ａと６ｂの直交性によって決まる最小値にできるだけ近くなるようにするためのものである。光学補償層７を付加することによって、液晶セル９が有する光学異方性によるコントラストの低下を最小限に抑えることができる。光学補償層７は、例えば、垂直配向膜４と同じ配向方向をもったネガティブＣプレートなどで形成することができる。
【０１２６】
なお、図４には、透明基板２ａおよび２ｂの両方にそれぞれ光学補償層７ａおよび７ｂが設けられた例を示したが、透明基板２ａおよび２ｂの片方にのみ光学補償層が設けられていてもよい。
【０１２７】
実施の形態２
実施の形態２では、主として、請求項９に記載した垂直配向膜、請求項２５に記載したその製造方法、およびこの垂直配向膜が設けられた液晶表示素子について説明する。液晶テレビなどを構成する液晶表示素子では、広い視野角特性が求められる。従来、この課題に対応する技術として、ＭＶＡモードやＰＶＡモードによるマルチドメイン化が知られている。実施の形態２では、各画素の垂直配向膜を、液晶性骨格が異なる方向に配向した複数のドメインにパターニングして形成し、広い視野角特性を有する液晶表示素子を実現する。
【０１２８】
図５は、実施の形態２に基づく垂直配向膜、垂直配向基板、および液晶表示素子の構成を示す部分断面図である。液晶表示素子２０は、ＶＡモードで動作する液晶表示素子として構成されており、図５（ａ）は、電界を作用させていないときの表示用液晶分子１１の配向状態を示している。
【０１２９】
液晶表示素子２０では、液晶表示素子１０と同様、液晶層１と、液晶層１を挟んで対向する一対の透明基板２ａおよび２ｂとによって液晶セル２９が形成され、透明基板２ａおよび２ｂの外面側に一対の偏光板６ａおよび６ｂがそれぞれ配置されている。透明基板２ａおよび２ｂはガラス基板などからなり、透明基板２ａの内面には、透明電極３ａおよび垂直配向膜２４ａが形成され、透明基板２ｂの内面には、（図示省略した）赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色カラーフィルタ、透明電極３ｂ、および垂直配向膜２４ｂが形成されている。透明電極３ａおよび３ｂは、例えばＩＴＯなどからなる。垂直配向膜２４ａおよび垂直配向膜２４ｂがそれぞれ形成された透明基板２ａおよび透明基板２ｂが、垂直配向基板２５ａおよび垂直配向基板２５ｂである。
【０１３０】
液晶表示素子２０では、請求項９に対応して、各画素中において、垂直配向膜２４を構成する複合体層が、液晶性骨格の傾斜方向が互いに異なる複数の領域（ドメイン）にパターニングして形成されている。これ以外は、図１に示した液晶表示素子１０と同じであるので、以下、重複を避け、相違点に重点をおいて説明する。
【０１３１】
垂直配向膜２４は、液晶表示素子１０の垂直配向膜４と同様、重合性液晶分子１２からなる層を出発点として形成され、重合性液晶分子１２と重合性液晶分子重合体１３との複合体からなる層によって形成されている。しかし、図５（ａ）に示すように、垂直配向膜２４は、各画素中において、複合体中のディレクタの配向方向が、透明基板２の法線方向から右側へわずかに傾いた方向、例えば右側へ０．１〜５°傾いた方向に固定されている複合体２１からなる領域（ドメイン）と、それとは左右対称に、複合体中のディレクタの配向方向が、透明基板２の法線方向から左側へわずかに傾いた方向に固定されている複合体２２からなる領域（ドメイン）とに、パターニングして形成されている。
【０１３２】
電界が印加されていないとき、各領域（ドメイン）の液晶性骨格は、液晶分子間の相互作用によって、ディレクタの傾きに応じた方向へ表示用液晶分子１１の長軸を配向させる。この結果、各画素において、各領域（ドメイン）上の表示用液晶分子１１は、それぞれ、互いに左右対称に透明基板２の法線方向からわずかに傾いた方向、例えば０．１〜５°傾いた方向に配向する。なお、図５（ａ）には、垂直配向膜４中の液晶性骨格が、表示用液晶分子１１を、透明基板２の法線方向に関して、液晶性骨格が傾斜している方向とは反対の方向に傾斜させて配向させる例を示した。
【０１３３】
従って、透明電極３ａと透明電極３ｂとの間に電圧を印加し、表示用液晶分子１１に電界を作用させると、図５（ｂ）に示すように、表示用液晶分子１１は、その長軸が電界方向と略垂直に配向した状態（基板面に平行に配向した状態）に近づくように、配向方向を変化させる。この際、各領域（ドメイン）上の表示用液晶分子１１は、それぞれ、互いに左右対称に配向方向を変化させる。図５（ｂ）の状態では、図１９（ｂ）に示したＭＶＡモードと同様、斜め方向から液晶画面を見た場合でも、１画素中の複数のドメインから、傾斜方向が互いに逆方向である液晶分子１１を通過した光が届くので、角度依存性が平均化され、視野角依存性が小さく抑えられる。
【０１３４】
図５には左右対称に２つのドメインが形成される例を示したが、前後方向にも対称にドメインを形成するなど、さらに複雑に画素をマルチドメイン化して、液晶表示素子の視野角依存性をさらに小さく抑えることもできる。
【０１３５】
図５には、透明基板２ａおよび２ｂの両方にそれぞれ垂直配向膜２４ａおよび２４ｂが設けられ、これら２つの垂直配向膜２４ａおよび２４ｂにおいて、対向位置にあるそれぞれの膜中の液晶性骨格の配向方向が互いに平行である例を示した。このようであれば、２つの垂直配向膜２４ａおよび２４ｂによって制御される表示用液晶分子１１の長軸の配向方向も平行になり、表示用液晶分子１１は透明基板２の主面の法線方向から一様に傾斜した配向を取ることになる。なお、図５には、透明基板２ａおよび２ｂの両方に垂直配向膜が設けられた例を示したが、透明基板２ａおよび２ｂの片方にのみ垂直配向膜が設けられていてもよい。
【０１３６】
図６および図７は、本発明の実施の形態２に基づく垂直配向膜２４、垂直配向基板２５、および液晶表示素子２０の作製工程のフローを示す部分断面図である。以下、実施の形態１との重複を避け、液晶表示素子１０の作製工程との相違点に重点をおいて説明する。
【０１３７】
まず、実施の形態１と同様に、重合性液晶分子１２を適当な溶媒に溶解させた溶液を形成する。この溶液を、ＩＴＯなどからなる透明電極３ａが設けられた透明基板２ａの上に塗布した後、溶媒を蒸発させ、図６（ａ）に示すように、重合性液晶分子１２からなる層８Ａを形成する。層８Ａにおいて重合性液晶分子１２は液晶状態にあるが、層８Ａは多数の小領域に分かれ、各小領域内では重合性液晶分子１２の配向方向が揃っているものの、小領域間では重合性液晶分子１２の配向方向がばらばらに異なっている状態にあり、ディスクリネーションなどの欠陥も存在している。
【０１３８】
次に、重合性液晶分子１２からなる層８Ａの温度を上昇させて、一旦、重合性液晶分子１２を等方相状態に変化させた後、温度を徐々に低下させ、図６（ｂ）に示すように、重合性液晶分子１２が液晶状態をとる層８Ｃにする。層８Ｃでは、ほぼすべての重合性液晶分子１２が界面に垂直に配向しており、１つにまとまった液晶状態、広域にわたって「一つに統合された液晶状態」にある。
【０１３９】
次に、図６（ｃ）に示すように、液晶状態に保たれた重合性液晶分子からなる層８Ｃに透明基板２ａの法線方向から傾斜した方向に、例えば１Ｔ（テスラ）程度の磁場を印加することによって、重合性液晶分子１２の液晶性骨格を透明基板２ａの法線方向からわずかに傾いた方向、例えば０．１〜２０°、望ましくは１〜１０°、更に望ましくは１〜５°傾いた方向に配向させる。この状態でフォトマスク３１を用いて各画素中の右側半分の領域に選択的に紫外線を照射し、この領域の重合性液晶分子１２の少なくとも一部を重合させ、この領域の重合性液晶分子からなる層８Ｃを、未反応の重合性液晶分子１２と重合性液晶分子重合体１３との複合体２１からなる層に変化させて硬化させ、複合体２１中の液晶性骨格の配向方向を固定する。
【０１４０】
次に、図７（ｄ）に示すように、先ほどとは左右対称に磁場を印加することによって、各画素中の左側半分の領域を占め、未硬化のまま残っている重合性液晶分子１２の液晶性骨格を、先ほどとは左右対称に配向させる。この状態でフォトマスク３２を用いて各画素中の左側半分の領域に選択的に紫外線を照射し、この領域の重合性液晶分子１２の少なくとも一部を重合させ、この領域の重合性液晶分子からなる層８Ｃを、未反応の重合性液晶分子１２と重合性液晶分子重合体１３との複合体２２からなる層に変化させて硬化させ、複合体２２中の液晶性骨格の配向方向を固定する。
【０１４１】
以上の結果、垂直配向膜として、液晶性骨格の配向方向が透明基板２ａの法線方向からわずかに傾いた方向に固定され、その傾斜方向が左右対称である複合体２１および２２が各画素にパターニングして形成された垂直配向膜２４ａを形成することができ、垂直配向膜２４ａが形成された透明基板２ａを垂直配向基板として作製することができる。
【０１４２】
次に、図７（ｅ）に示すように、上記の透明基板２ａと、これと同様にして垂直配向膜２４ｂを形成した透明基板２ｂとを、（図示省略した）スペーサを挟んで対向させ、端部を封止部材で封止して、液晶セル２５の筐体（空セル）を作製する。この筐体に液晶層１を形成する表示用液晶分子１１を注入し、液晶セル２５を作製する。この際、上述したように、２つの垂直配向膜２４ａおよび２４ｂにおける液晶性骨格の配向方向が互いに平行であるようにする。
【０１４３】
この後、透明基板２ａおよび２ｂの外表面に偏光板６ａおよび６ｂをクロスニコルの状態で配置し、液晶表示素子２０を作製する。
【０１４４】
なお、重合性液晶分子１２の液晶性骨格を所定の方向に配向させる方法は、特に限定されるものではなく、磁場の印加以外に、電場の印加なども挙げることができるが、制御の容易さなどから、磁場の印加が最も好ましい。また、重合性液晶分子１２を重合させる方法も、特に限定されるものではなく、紫外線照射以外に、赤外線また電子線の照射、及び／又は、加熱などの方法を挙げることができるが、適用できる前記重合性液晶分子の多様さや実施の容易さなどから、紫外線の照射が最も好ましい。
【０１４５】
以上のようにして、実施の形態２によれば、各画素を容易、且つ確実にマルチドメイン化して、広い視野角特性を有する液晶表示素子２０を実現することができる。この液晶表示素子２０は、その他の点では、応答速度が速いことなど、液晶表示素子１０と同様の特徴を有する。
【実施例】
【０１４６】
以下、本発明の実施例について説明する。なお、下記の実施例は例示であり、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【０１４７】
実施例１および２では、初めに、実施の形態１で図１を用いて説明した垂直配向膜４および垂直配向基板５を作製し、あおり角（透明基板２の法線方向と測定方向のなす角）を種々に変えて垂直配向基板のリタデーションを測定することにより、液晶性骨格の配向方向を決定した。続いて、液晶セル９を作製し、あおり角を種々に変えて液晶セル９のリタデーションを測定し、垂直配向基板のリタデーションとの差をとることにより、表示用液晶分子１１の配向方向を決定した。
【０１４８】
＜垂直配向膜および垂直配向基板の作製＞
実施例１
まず、重合開始剤を含有する重合性液晶分子１２として大日本インキ化学工業株式会社製ＵＣＬ−０１１−Ｋ１を用い、これを溶媒である1-メトキシ-2-アセトキシプロパン（ＰＧＭＥＡ）に濃度３０重量％で溶解させた溶液を作製した。この溶液を、ＩＴＯからなる透明電極３が設けられた、透明基板２であるガラス基板（厚さ１．１ｍｍ）の上にスピンコート法（回転数５０００ｒｐｍ）によって塗布し、重合性液晶分子１２からなる層８Ａを形成した。
【０１４９】
次に、層８Ａの温度を７０℃まで上昇させ、この温度に１０分間保持して、一旦重合性液晶分子１２を等方相状態の層８Ｂに変化させた後、１０℃／分程度の速度で徐々に５５℃まで温度を低下させ、さらに１０℃／分程度の速度で徐々に４０℃まで温度を低下させ、最後に室温に戻し、重合性液晶分子１２が一様に界面に垂直に配向した液晶層８Ｃを形成した。同様にして形成した垂直配向膜基板の断面を走査型電子顕微鏡を用いて観察したところ、液晶層８Ｃの厚さは３００ｎｍであった。
【０１５０】
次に、この液晶層８Ｃに、透明基板２の法線方向から２８°傾斜した方向へ１．４Ｔ（テスラ）の磁場を７分間印加し、重合性液晶分子１２の液晶性骨格を基板法線方向からわずかに傾いた方向に配向させた。この状態で基板２の裏面斜め方向から紫外線を３分間照射し、重合性液晶分子１２の一部を窒素雰囲気下で重合させ、未反応の重合性液晶分子１２と重合性液晶分子重合体１３との複合体１４からなる硬化層を垂直配向膜４として形成した。このようにして形成した実施例１の垂直配向基板５の垂直配向膜４を偏光顕微鏡で観察したところ、クロスニコル下で黒であり、垂直配向膜基板を回転させても明暗の変化がなく、モノドメインであった。
【０１５１】
実施例２
重合性液晶分子１２を溶解させた溶液の濃度を２０重量％とした以外は実施例１と同様にして、垂直配向膜を形成し、観察した。垂直配向膜の膜厚は２３０ｎｍであった。偏光顕微鏡による観察結果は実施例１と同様であった。
【０１５２】
比較例１
磁場を印加せずに液晶層８Ｃを紫外線照射によって硬化させたこと以外は実施例１と同様にして、比較例１の垂直配向膜および垂直配向基板を作製した。形成した垂直配向膜を実施例１と同様に偏光顕微鏡で観察したところ、クロスニコル下で黒であり、垂直配向膜基板を回転させても明暗の変化がなく、モノドメインであった。
【０１５３】
比較例２
重合性液晶分子１２の層８Ａの温度を７０℃まで上昇させたものの、この温度に保持する時間を５分間とし、３０℃／分の速度で室温まで温度を低下させた以外は実施例１と同様にして、垂直配向膜を形成した。形成した垂直配向膜を実施例１同様に偏光顕微鏡を用いて観察したところ、部分的に明るい領域が存在し、垂直配向基板を回転させるとその明暗は変化し、重合性液晶分子１２の配向方向が垂直ではなく、面内に傾いた成分が存在し、しかも部分的にその方向が異なっていてモノドメインになっていないことがわかった。
【０１５４】
比較例３
溶媒としてアセトンを用いて重合性液晶分子１２の溶液を調製した以外は実施例１と同様にして、垂直配向膜を形成した。この場合、スピンコート法によって溶液を塗布した後に重合性液晶分子１２の配向むらが発生し、この配向むらはその後の熱処理によっても改善されなかった。
【０１５５】
＜垂直配向基板のリタデーションの測定＞
実施例１の垂直配向基板５および比較例１の垂直配向基板について、あおり角、すなわち入射角を種々に変えてリタデーション特性を測定した。測定は、米国ウーラム社高速分光エリプソメータＭ−２０００を用い、波長５８９ｎｍの入射光を用いて行った。この際、基板法線方向と、垂直配向基板５を作製した時の磁場印加方向とを含む面（ｙｚ面）内であおり角を変化させた場合と、ｙｚ面に垂直な面（ｘｚ面）内であおり角を変化させた場合とについて、測定を行った。図８は、実施例１の垂直配向基板についての測定結果を示すグラフ（ａ）、測定方向を示す説明図（ｂ）、および垂直配向基板５の断面図（ｃ）である。図８（ａ）には、一つのセルに用いる２枚の垂直配向基板５ａおよび５ｂの結果を載せている。図９は、比較例１の垂直配向基板についての測定結果を示すグラフ（ａ）、測定方向を示す説明図（ｂ）、および垂直配向基板の断面図（ｃ）である。
【０１５６】
図９（ａ）に示されているように、比較例１の垂直配向基板では、基板法線方向を含むどの面内であおり角を変化させても（図９（ｂ）参照。）、実質的に同じ結果が得られた。すなわち、垂直配向基板のリタデーションは、あおり角が０°のとき、最小値０をとり、この方向からあおり角を正負どちらに変化させてもリタデーションは対称的に増加した。これは、図９（ｂ）に示すように、重合性液晶分子１２およびその重合体１３の液晶性骨格が透明基板２に対し垂直に配向しているからである。なお、比較例２および比較例３の垂直配向基板のリタデーションは、あおり角やあおる方位、並びに測定位置によってばらつきが非常に多く、直径４ｍｍの円形のリタデーション測定エリア内で一様ではなく、ばらついていた。
【０１５７】
一方、図８（ａ）に示されているように、実施例１の垂直配向基板では、基板法線方向と磁場印加方向とを含む面（ｙｚ面）の面内であおり角を変化させた場合と、ｙｚ面に直交するｘｚ面の面内であおり角を変化させた場合とで（図８（ｂ）参照。）、異なる結果が得られた。すなわち、磁場印加方向を含むｙｚ面では、垂直配向基板のリタデーションは、あおり角が４．０°のとき、最小値０をとり、この方向からあおり角を正負どちらに変化させてもリタデーションは対称的に増加した。一方、ｘｚ面では、垂直配向基板のリタデーションは、あおり角が０°のとき、最小値をとり、この方向からあおり角を正負どちらに変化させてもリタデーションは対称的に増加したが、最小値は極めて０に近いものの、厳密には０にはならなかった。以上の結果は、図８（ｂ）に示すように、重合性液晶分子１２およびその重合体１３の液晶性骨格が透明基板２の法線方向から磁場印加方向へ傾いて配向していること、そしてｘ軸方向には傾いていないことを示している。なお、実施例２の垂直配向基板５についても同様の測定を行い、実施例１の垂直配向基板５の測定結果と測定誤差以内で一致する結果を得た。従って、実施例２の垂直配向基板５についても、重合性液晶分子１２およびその重合体１３の液晶性骨格が透明基板２の法線方向から磁場印加方向へ傾いて配向していること、そしてｘ軸方向には傾いていないことが明らかになった。空気中から屈折率の大きい媒質中に入射した場合、入射角よりも小さい角度で屈折率の高い媒質中を通過する。厳密には屈折率異方性を考慮して計算する必要があるが、スネルの法則からその概略値を得ることができる。実施例１では、あおり角が４．０°であるので、平均的なディレクタ方向は透明基板２の法線方向から磁場印加方向へ２．６°程度傾斜していると求められた。
【０１５８】
＜液晶セルの作製＞
実施例１、２
垂直配向膜４が形成された２枚の垂直配向基板５ａおよび５ｂを、スペーサを挟んで対向させ、端部を封止部材で封止して、液晶セル９の筐体（空セル）を作製し、この筐体に表示用液晶分子１１としてネガ型液晶であるＭＬＣ−２０３７（メルク社製）を８０℃で等方相で注入し、液晶セル９を作製した。液晶層１のセルギャップは１２．０μｍであった。
【０１５９】
比較例１〜３
垂直配向基板５の代わりに、比較例の垂直配向膜が形成された垂直配向基板を用いたこと以外は実施例１および２と同様にして、比較例１の液晶セルを作製した。比較例２および３でも、比較例１と同様にして液晶セルを作製した。
【０１６０】
＜液晶セルの観察＞
クロスニコル状態で液晶セルの外観の観察および偏光顕微鏡による観察を行った。実施例１、２および比較例１で作製した液晶セルを偏光顕微鏡で観察したところ、クロスニコル下でサンプルを回転させても明暗は生じず、消光していた。観察位置を変えても同様の結果であった。
【０１６１】
図１０（ａ）は、実施例１の液晶セル９に印加する電圧をオン、オフしたときの液晶セル９の外観の変化を示し、図１１（ａ）は、実施例１の液晶セル９に３Ｖの電圧を印加したときの液晶セル９の偏光顕微鏡による観察像である。また、図１０（ｂ）は、比較例１の液晶セルに印加する電圧をオン、オフしたときの液晶セルの外観の変化を示し、図１１（ｂ）は、比較例１の液晶セルに３Ｖの電圧を印加したときの液晶セルの偏光顕微鏡による観察像である。
【０１６２】
実施例１の液晶セル９では、磁場を印加した方向と偏光板の吸収軸の方向とが一致している場合は消光し、４５°セルを回転させると明となることから、表示用液晶分子１１は、電圧印加によって、基板法線方向と磁場印加方向とを含む面内の方位に傾斜していると考えられる。一方、比較例１の液晶セルでは、液晶セルを回転させても、液晶セルの光透過率に変化はなく、消光する測定位置がないことから、電圧印加によって表示用液晶分子１１は様々な方位に傾斜していると考えられる。
【０１６３】
一方、比較例２および３で作製した液晶セルを偏光顕微鏡で観察したところ、部分的に明暗があり、サンプルを回転させると明暗も変化した。従って、表示用液晶分子１１は垂直配向せず、様々な方向へ水平配向していると考えられる。
【０１６４】
＜液晶セルのリタデーションの測定＞
垂直配向基板と同様にして、実施例１の液晶セル９および比較例１の液晶セルについて、あおり角を種々に変えてリタデーション特性を測定した。図１２および図１３は、実施例１の液晶セル９についての測定結果を示すグラフ（ａ）、測定方向を示す説明図（ｂ）、および液晶セルの断面図（ｃ）である。図１４は、比較例１の液晶セルについての測定結果を示すグラフ（ａ）、測定方向を示す説明図（ｂ）、および液晶セルの断面図（ｃ）である。
【０１６５】
図１４（ａ）に示されているように、比較例１の液晶セルでは、基板法線方向を含むどの面内であおり角を変化させても（図１４（ｂ）参照。）、実質的に同じ結果が得られた。すなわち、液晶セルのリタデーションは、あおり角が０°のとき、最小値０をとり、この方向からあおり角を正負どちらに変化させてもリタデーションは対称的に増加した。液晶セルのリタデーションから、先に測定した垂直配向基板によるリタデーションを引き算して求めた、表示用液晶分子１１からなる液晶層のリタデーションも、同様の傾向を示した。これは、図１４（ｂ）に示すように、透明基板２に対し垂直に配向している重合性液晶分子１２およびその重合体１３の液晶性骨格によって、表示用液晶分子１１も透明基板２に対し垂直に配向するように制御されていることを示している。クリスタルローテーション法によってプレチルト角を評価したところ、９０°であり、表示用液晶分子１１は基板法線方向から傾斜していないことがわかった。
【０１６６】
一方、図１２（ａ）および図１３（ａ）に示されているように、実施例１の液晶セルでは、基板法線方向と磁場印加方向とを含む面（ｙｚ面）の面内であおり角を変化させた場合と、ｙｚ面に直交するｘｚ面の面内であおり角を変化させた場合とで（図１２（ｂ）および図１３（ｂ）参照。）、異なる結果が得られた。
【０１６７】
すなわち、磁場印加方向を含むｙｚ面では、図１２（ａ）に示されているように、液晶セルのリタデーションは、あおり角が負のとき最小値をとり、この方向からあおり角を正負どちらに変化させてもリタデーションは増加した。液晶セルのリタデーションから、先に測定した垂直配向基板によるリタデーションを引き算して求めた、表示用液晶分子１１からなる液晶層のリタデーションは、あおり角に対して対称的ではなく、リタデーションが最小値を取る角度が負の方向にシフトしていた。この結果は、図１２（ｂ）に示すように、表示用液晶分子１１が、透明基板２の法線方向に関して、重合性液晶分子１２およびその重合体１３の液晶性骨格が傾斜している方向とは反対側へ傾いて配向していることを示している。クリスタルローテーション法によって表示用液晶分子１１のプレチルト角を評価したところ、８８．８°であった。従って、表示用液晶分子１１は基板法線方向から１．２°傾斜していることがわかった。実施例２についても同様の評価を行い、プレチルトは８８．９°であり、表示用液晶分子１１は基板法線方向から１．１°傾斜していることがわかった。
【０１６８】
一方、ｘｚ面では、図１３（ａ）に示されているように、液晶セルのリタデーションは、あおり角が０°のとき最小値をとり、この方向からあおり角を正負どちらに変化させても対称的に増加した。この結果は、図１３（ｂ）に示すように、表示用液晶分子１１がｘ軸方向には傾いていないことを示している。
【０１６９】
図１５は、実施例１の液晶セルについて、電圧を印加しながらリタデーションを測定した結果を示すグラフである。図１５（ａ）から、印加する電圧が大きいほど表示用液晶分子１１の法線方向からの傾きが大きくなること、そして、その傾斜していく方向は、電圧が印加されていないときに垂直配向膜４の作用によって表示用液晶分子１１が傾いていた方向であることがわかる。また、図１５（ｂ）では印加電圧が大きくなってもあおり角に対して対称な特性である。
【０１７０】
以上のことから、磁場印加して形成した垂直配向膜４を用いることで、液晶セル９に電圧が印加されていないときに、基板法線方向と磁場印加方向とを含む面内に表示用液晶分子１１を傾斜させることができ、この結果として、液晶セル９に電圧が印加されたときに表示用液晶分子１１が傾斜する方位を制御できることが示された。
【０１７１】
実施例３
実施例３では、実施の形態２で図５を用いて説明した垂直配向膜２４を備えた垂直配向基板２５および液晶セル２９を作製した。
【０１７２】
実施例３では、垂直配向基板２５を作製する際に、１画素に相当する、縦５６０μｍ×横２００μｍのエリア内に、１ドメインに相当する、縦２７０μｍ×横９０μｍの透光部が４つ設けられた繰り返しパターンを有するフォトマスクを用い、フォトマスクの位置と磁場印加方位（４５°、１３５°、２２５°、３１５°）を変えながら平行紫外線を照射して、縦５６０μｍ×横２００μｍのエリア内に重合性液晶分子１２の傾斜方位が異なる４つのエリアが存在する繰り返しパターンを有する垂直配向膜２４を形成した。これ以外は実施例１と同様にして、垂直配向基板２５を作製した。この垂直配向基板２５を２枚用いて、実施例１と同様にして液晶セル２９を作製した。
【０１７３】
液晶セル２９では、各エリアの表示用液晶分子１１は、電圧の印加によってそれぞれ異なる４つの方位に傾斜した。この方位は、垂直配向膜２４を形成した際、磁場を印加した方向と、基板面の法線方向に関して反対の方向であった。すなわち、磁場方位とフォトマスクを用いることでマルチドメイン構造を形成することができた。
【０１７４】
以上、本発明を実施の形態および実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。例えば、本発明の垂直配向膜は、従来から存在する種々の構成を備える液晶素子に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７５】
本発明の垂直配向膜、垂直配向基板、および液晶表示素子によれば、液晶テレビなど、液晶表示素子が用いられる多くの液晶表示装置の性能向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【０１７６】
【図１】本発明の実施の形態１に基づく垂直配向膜および液晶表示素子の構造を示す部分断面図である。
【図２】同、垂直配向膜、垂直配向基板、および液晶表示素子の作製工程のフローを示す部分断面図である。
【図３】同、垂直配向膜、垂直配向基板、および液晶表示素子の作製工程のフローを示す部分断面図である。
【図４】同、変形例に基づく液晶表示素子の構造を示す部分断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に基づく垂直配向膜および液晶表示素子の構造を示す部分断面図である。
【図６】同、垂直配向膜、垂直配向基板、および液晶表示素子の作製工程のフローを示す部分断面図である。
【図７】同、垂直配向膜、垂直配向基板、および液晶表示素子の作製工程のフローを示す部分断面図である。
【図８】本発明の実施例の垂直配向基板についてのリタデーションの測定結果を示すグラフ（ａ）、測定方向を示す説明図（ｂ）、および液晶セルの断面図（ｃ）である。
【図９】本発明の比較例の垂直配向基板についてのリタデーションの測定結果を示すグラフ（ａ）、測定方向を示す説明図（ｂ）、および液晶セルの断面図（ｃ）である。
【図１０】本発明の実施例１および比較例１の液晶セルに印加する電圧をオン、オフしたときの液晶セル外観の変化を示す写真である。
【図１１】本発明の実施例１および比較例１の液晶セルに電圧を印加したときの偏光顕微鏡による観察像である。
【図１２】本発明の実施例の液晶セルについてのリタデーションの測定結果を示すグラフ（ａ）、測定方向を示す説明図（ｂ）、および液晶セルの断面図（ｃ）である。
【図１３】同、液晶セルについてのリタデーションの測定結果を示すグラフ（ａ）、測定方向を示す説明図（ｂ）、および液晶セルの断面図（ｃ）である。
【図１４】本発明の比較例の液晶セルについてのリタデーションの測定結果を示すグラフ（ａ）、測定方向を示す説明図（ｂ）、および液晶セルの断面図（ｃ）である。
【図１５】本発明の実施例の液晶セルについて、電圧を印加しながらリタデーションを測定した結果を示すグラフである。
【図１６】従来の液晶表示素子の基本的な構成を示す部分断面図である。
【図１７】ＴＮモード、ＩＰＳモード、ＥＣＢモード、およびＯＣＢモードなどにおいて用いられる配向技術を示す説明図（ａ）、および特許文献２に記載されている水平配向膜の例を図示した説明図（ｂ）である。
【図１８】ＶＡモードにおいて用いられる配向技術を示す部分断面図である。
【図１９】ＭＶＡモードにおいて用いられる配向技術を示す部分断面図である。
【図２０】ＰＶＡモードにおいて用いられる配向技術を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【０１７７】
１…液晶層、２ａ、２ｂ…透明基板、３ａ、３ｂ…透明電極、４ａ、４ｂ…垂直配向膜、
５ａ、５ｂ…垂直配向基板、６ａ、６ｂ…偏光板、７ａ、７ｂ…光学補償層、
９…液晶セル、１０…液晶表示素子、１１…表示用液晶分子、１２…重合性液晶分子、
１３…重合性液晶分子重合体、
１４…未反応の重合性液晶分子と重合性液晶分子重合体との複合体、
２０…液晶表示素子、
２１、２２…液晶性骨格の配向方向が互いに左右対称である複合体、
２４ａ、２４ｂ…垂直配向膜、２５ａ、２５ｂ…垂直配向基板、２９…液晶セル、
３１、３２…フォトマスク、１００…液晶表示素子、
１０１…液晶層、１０２ａ、１０２ｂ…透明基板、１０３ａ、１０３ｂ…透明電極、
１０４ａ、１０４ｂ…配向膜、１０５…液晶セル、１０６ａ、１０６ｂ…偏光板、
１１４…水平配向膜、１１５…シランカップラー層、１１６…重合性液晶性モノマー、
１１７…水平配向膜、１２０…異種物質との界面に垂直に配向する性質をもつ液晶分子、
１３０…突起物（リブ）、
１３１…基板法線方向から傾いた方向に配向している液晶分子、
１４０ａ、１４０ｂ…透明電極、１４１ａ、１４１ｂ…スリット、
１４２…斜め方向の電界（フリンジ電界）を受けた液晶分子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図１０】
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【図１１】
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