JP4274713B2 - 液晶表示装置および光学素子、並びにこれらの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置および光学素子、ならびにこれらの製造方法に関する。本発明はまた液晶表示装置や光学素子に好適に用いられる液晶配向膜材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、携帯情報端末、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサ、アミューズメント機器、テレビなどの平面ディスプレイ、シャッタ効果を利用した表示板、窓、扉、壁などに用いられている。
【０００３】
液晶表示装置は、液晶分子の光学的異方性を利用して表示を行うため、液晶分子の配向方向が制御されている。液晶分子の配向方向は、液晶表示装置の表示モード（例えばＴＮモード）によって異なるが、一般に配向膜を用いて制御されている。
【０００４】
配向膜としては、ポリイミドやポリビニルアルコールなどの高分子材料から形成された膜にラビング処理を施したもの、あるいは斜方蒸着された酸化ケイ素膜が主に用いられてきた。特に現在では、ラビング法が量産化に適切であること、ポリイミドが他の材料に比べて化学的に安定である（液晶層に混入する不純物の量が少ない）等の理由から、ラビング処理されたポリイミド膜が配向膜として一般的に用いられている。
【０００５】
近年、高速応答を示す液晶ディスプレイ開発の要望から、従来のツイスティッドネマティック（ＴＮ）モードに変わる種々の配向モードが検討されている。これら高速応答を示す配向モードとして、光学補償ベンド（ＯＣＢ：ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードが主に検討されている。ＯＣＢモードの液晶表示装置（以下、「ＬＣＤ」と略す。）４００の構造を模式的に図７（ａ）および（ｂ）に示す。なお、ここでは省略するが、ＯＣＢモードの液晶表示装置は、一般に位相差補償素子をさらに備えている（例えば、特開平１１−２７１７５９号公報参照）。
【０００６】
ＯＣＢモードのＬＣＤ４００の電圧無印加時の液晶分子１２ａ（誘電異方性が正の液晶材料）の配向状態は、一対の基板１０ａおよび１０ｂの表面に液晶層１２に接するように設けられた配向膜４１ａおよび４１ｂによって制御されており、図７（ａ）に示したようにスプレイ配向をとる。一対の基板１０ａおよび１０ｂの液晶層１２側に設けられている電極（不図示）によって、液晶層１２にある電圧（「Ｖｃｒ」と呼ぶ）以上の電圧を印加した状態では、液晶分子１２ａは、図７（ｂ）に示したようにベンド配向をとる。ＬＣＤ４００は、液晶分子１２ａがベンド配向をとっている状態で表示を行い、数ミリ秒の応答時間で表示を行うことができる。
【０００７】
しかしながら、ＯＣＢモードのＬＣＤ４００においては、表示面の全面に亘って、全ての液晶分子１２ａの配向をスプレイ配向からベンド配向に均一に転移させることが難しいという問題がある。
【０００８】
この転移の起こり易さとプレチルト角との間には密接な関係があるとこが知られている（例えば、N. Nagae et.al.,"A novel method for high speed transition from splay to bend alignment in the OCB-mode LCD with fast response",IDRC 2000, p26.参照）。液晶分子のプレチルト角が４５°未満のときにはスプレイ配向の方がギブスの自由エネルギーが低く安定で、プレチルト角が４５°を超えるとベンド配向の方が安定である。スプレイ配向におけるプレチルト角が小さい程ベンド配向への転移は起こりにくく、ベンド配向へ転移させるために高い電圧の印加が必要となる。
【０００９】
ベンド配向への転移をより低電圧で起こさせるために、基板上の非表示部に表示部よりも高いプレチルト角を付与する領域（高プレチルト角領域）を形成し、表示部の液晶分子よりも低い電圧でベンド配向に転移した高プレチルト角領域の液晶分子を核として、表示部の液晶分子のベンド配向への転移を容易に起こさせる方法が考案されている。
【００１０】
例えば、特開２０００−７５２９９号公報に開示されている方法では、垂直配向膜を用いて高プレチルト角領域が形成され、水平配向膜を用いて低プレチルト角領域が形成されている。すなわち、異なる配向膜材料を部分的に塗布することによって、高プレチルト角領域と低プレチルト角領域とが形成される。また、特願２０００−１０７９１０号には、垂直配向膜に２４５ｎｍの紫外光（ＤｅｅｐＵＶ）を部分的に照射することにより、垂直配向膜の一部に水平配向領域を形成する方法が開示されている。
【００１１】
ＯＣＢモードとともに、電界制御複屈折モードの一種であるハイブリッドモード（ＨＡＮ：ｈｙｂｒｉｄ ａｌｉｇｎｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）の液晶表示装置も検討されている。ＨＡＮモードのＬＣＤは、ハイブリッド配向を利用しているので、ツイスト配向を利用するＴＮモードよりも高速応答性に優れるとともに、ＯＣＢモードのＬＣＤのようにスプレイ配向からベンド配向への転移を必要としないので、低電圧駆動が可能な表示モードとしても期待されている。
【００１２】
ＨＡＮモードのＬＣＤ５００の構造を模式的に図８に示す。ＨＡＮモードのＬＣＤ５００は、基板１０ａの液晶層１２側表面に水平配向膜５１ａが設けられており、基板１０ｂの液晶層１２側表面に垂直配向膜５１ｂが設けられている。垂直配向膜５１ｂは、模式的に図示したように、概ね基板１０ｂの面法線方向に伸びる側鎖（垂直配向成分）５１ｂ’を有している。
【００１３】
水平配向膜５１ａと垂直配向膜５１ｂとを異なる材料を用いて形成すると、これらの電気特性（分極特性など）が互いに異なるため、液晶層１２に電圧を印加して駆動している間に、配向膜５１ａおよび／または５１ｂに電荷が蓄積し、液晶層１２に印加される電圧に対して、いわゆるＤＣオフセット電圧が発生し、その結果、表示すべき画像にリフレッシュされず、いわゆる「表示の焼き付き」という問題が生じることがあった。
【００１４】
この問題を解決する方法として、特開平１１−３１１７８８号公報には、垂直配向膜に水平配向処理を施すことによって水平配向膜を得る方法が開示されている。水平配向処理の例として、波長が２３０ｎｍ〜４００ｎｍの偏光紫外線を１０〜２０Ｊ／ｃｍ2の照射量で照射することが記載されている。紫外線の波長は２４０ｎｍ〜３３０ｎｍが好ましいと記載されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＯＣＢモードのＬＣＤを作製するために、上記特開２０００−７５２９９号公報に開示されているように、一枚の基板の液晶層側に高プレチルト角領域と低プレチルト角領域とをそれぞれ異なる材料を用いて形成するためには、配向膜材料を塗布・パターニングする工程が増えるので、製造工程数が増加し、スループットが低下するという問題がある。
【００１６】
また、本発明者の検討よると、上記特願２０００−１０７９１０号に記載されているように、垂直配向膜に２４５ｎｍの波長の紫外線を照射することによって水平配向領域を作り出す方法では、水平配向領域の配向性（プレチルト角の大きさなど）が安定しないという問題があることがわかった。この問題は、上記特開平１１−３１１７８８号公報に開示されている偏光紫外線を垂直配向膜に照射する方法においても同様である。
【００１７】
本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたものであり、その１つの目的は、ＯＣＢモードやＨＡＮモードのＬＣＤなど、高プレチルト角領域（垂直配向領域）と低プレチルト角領域（水平配向領域）とを有する液晶表示装置の性能と生産性を向上することにある。本発明の他の目的は、高プレチルト領域と低プレチルト領域とを安定に且つ高い効率で形成することが可能な液晶配向膜材料およびそれを用いた光学素子を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶表示装置は、一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられた液晶層と、前記一対の基板のそれぞれの前記液晶層側に設けられた一対の配向層とを有し、複数の絵素を備える液晶表示装置であって、前記一対の配向膜の少なくとも一方は、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団と、前記原子団を介して前記主鎖と結合している側鎖とを有する高分子材料から形成されており、前記高分子材料は、前記側鎖を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与することが可能で、且つ、前記側鎖が除去された状態では、液晶分子に２°以上１５°以下のプレチルト角を付与することが可能であることを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
【００１９】
ある実施形態において、前記一対の配向膜の少なくとも一方は、前記側鎖が除去された前記高分子材料から形成された低プレチルト角領域を有する。さらに、前記一対の配向膜の前記少なくとも一方が、前記側鎖を備えた高分子材料から形成された高プレチルト角領域を有してもよい。
【００２０】
ある実施形態の液晶表示装置は、前記一対の配向膜のそれぞれは、前記高プレチルト角領域と前記低プレチルト角領域とを有し、前記液晶層は、前記高プレチルト角領域の間に位置し電圧無印加状態で液晶分子がベンド配向をとる第１領域と、前記低プレチルト角領域の間に位置し電圧無印加状態で液晶分子がスプレイ配向をとる第２領域とを有し、ベンド配向を用いて表示を行う。ベンド配向を用いる表示モードとしては、ＯＣＢモードが好ましい。
【００２１】
ある実施形態の液晶表示装置は、前記一対の配向膜の一方は前記高プレチルト角領域を有し、他方は前記低プレチルト角領域を有し、前記液晶層は、前記高プレチルト角領域と前記低プレチルト角領域との間に位置し液晶分子がハイブリッド配向をとる第３領域を有し、ＨＡＮモードで表示を行う。
【００２２】
前記原子団が有する前記結合は、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の波長の光の照射で切断される結合であることが好ましい。前記結合は、３５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の波長範囲の光で切断されることがさらに好ましい。
【００２３】
前記原子団は、過酸化ベンゾイル基およびベンゾイルエーテル基の少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００２４】
本発明による液晶表示装置の製造方法は、一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられた液晶層と、前記一対の基板のそれぞれの前記液晶層側に設けられた一対の配向層とを有し、複数の絵素を備える液晶表示装置の製造方法であって、一対の基板を用意する工程と、前記一対の基板の少なくとも一方の基板の表面に、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団と、前記原子団を介して前記主鎖と結合している側鎖とを有し、前記側鎖を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与する高分子材料を用いて配向膜を形成する工程と、前記配向膜の少なくとも一部の領域に化学線を照射することによって、前記少なくとも一部の領域の前記高分子材料の前記原子団の前記結合を切断し、前記側鎖を除去する工程と、前記少なくとも一部の領域の前記配向膜によって、２°以上１５°以下のプレチルト角が付与された液晶分子を含む液晶層を形成する工程とを包含することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
【００２５】
ある実施形態においては、前記化学線の照射は、前記複数の絵素となる領域に対して選択的に実行され、前記液晶層を形成する工程は、前記化学線照射されなかった領域の前記配向膜によって８５°を超えるプレチルト角が付与された液晶分子を含む液晶層を形成する工程である。
【００２６】
前記化学線は、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の波長の光であることが好ましく、３５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の波長範囲の光であることがさらに好ましい。
【００２７】
前記原子団は、過酸化ベンゾイル基およびベンゾイルエーテル基の少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００２８】
本発明による光学素子は、一対の配向膜と、前記一対の配向膜の間に設けられた複屈折媒体層とを有する光学素子であって、前記複屈折媒体層は、前記一対の配向膜によって配向が規制された液晶分子を含み、前記一対の配向膜の少なくとも一方は、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団と、前記原子団を介して前記主鎖と結合している側鎖とを有する高分子材料から形成されており、前記高分子材料は、前記側鎖を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与することが可能で、且つ、前記側鎖が除去された状態では、液晶分子に２°以上１５°以下のプレチルト角を付与することが可能であることを特徴とする。
【００２９】
前記一対の配向膜の少なくとも一方は、前記側鎖が除去された前記高分子材料から形成された低プレチルト角領域を有する構成であってよい。さらに、前記一対の配向膜の前記少なくとも一方は、前記側鎖を備えた高分子材料から形成された高プレチルト角領域を有してもよい。
【００３０】
前記一対の配向膜のそれぞれは、前記高プレチルト角領域と前記低プレチルト角領域とを有し、前記複屈折媒体層は、前記高プレチルト角領域の間に位置する第１領域と、前記低プレチルト角領域の間に位置する第２領域とを有し、前記第１領域と前記第２領域とは互いに異なるリタデーションを有する構成であってよい。
【００３１】
本発明による光学素子の製造方法は、一対の配向膜と、前記一対の配向膜の間に設けられた複屈折媒体層とを有する光学素子の製造方法であって、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団と、前記原子団を介して前記主鎖と結合している側鎖とを有し、前記側鎖を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与する高分子材料を用いて、前記一対の配向膜の少なくとも一方を形成する工程と、前記少なくとも一方の配向膜の少なくとも一部の領域に化学線を照射することによって、前記少なくとも一部の領域の前記高分子材料の前記原子団の前記結合を切断し、前記側鎖を除去する工程と、前記少なくとも一部の領域の前記少なくとも一方の配向膜によって、２°以上１５°以下のプレチルト角が付与された液晶分子を含む複屈折媒体層を形成する工程と、を包含することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
【００３２】
前記化学線の照射は、前記少なくとも一方の配向膜の一部の領域に対して選択的に実行され、前記複屈折媒体層を形成する工程は、前記化学線照射されなかった領域の前記配向膜によって８５°を超えるプレチルト角が付与された液晶分子を含む複屈折媒体層を形成する工程であってよい。
【００３３】
前記化学線は、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の波長の光であることが好ましく、３５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の波長範囲の光であることがさらに好ましい。
【００３４】
前記原子団は、過酸化ベンゾイル基およびベンゾイルエーテル基の少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００３５】
本発明による液晶配向材料は、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団と、前記原子団を介して前記主鎖と結合している側鎖とを有する高分子材料から形成され、前記側鎖を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与することが可能で、且つ、前記側鎖を備えない状態では、液晶分子に２°以上１５°以下のプレチルト角を付与することが可能であることを特徴とする。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明は、配向膜の化学線による構造変化と配向特性との関係とを検討した結果得られた知見に基づいてなされたものである。
【００３７】
従来の垂直配向膜にＤｅｅｐＵＶ光を照射すると、垂直配向性を有する側鎖が切断されるだけでなく、水平配向性を有する主鎖がダメージを受けて構造変化するために、水平配向性が不安定になる。例えば、プレチルト角の大きさを正確制御することができず、２°未満の角度となる場合があり、その結果、液晶分子の配向転移が生じる電圧や転移に要する時間を制御できなかったり、あるいは、位置によってばらつくなどの問題が生じる。
【００３８】
これに対し、本発明による液晶配向膜材料は、図１に模式的に示すような構造を有する高分子材料１である。
【００３９】
高分子材料１は、主鎖２と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団３と、原子団３を介して主鎖１と結合している側鎖４とを有する。本明細書では、原子団３を「スペーサ」と呼び、スペーサが含む結合を「スペーサ結合」と呼ぶことがある。
【００４０】
主鎖２は、液晶分子を水平配向させる性質を有し、公知の水平配向材料として用いられている高分子材料と同じ骨格（例えば、ポリイミド骨格およびポリビニルアルコール）から形成されいてよい。側鎖４は、液晶分子を垂直配向させる性質を有し、公知の垂直配向材料として用いられている高分子材料の側鎖（例えばアルキル鎖やフッ素置換されたアルキル鎖）であってよい。この高分子材料１は、側鎖４を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与する性質を有し、且つ、側鎖４を備えない状態では、液晶分子に２°以上１５°以下のプレチルト角を付与する性質を有する。
【００４１】
高分子材料１に化学線を照射することによって、スペーサ結合を選択的に切断し、側鎖４を主鎖２から分離することができる。「選択的に」切断されるスペーサ結合とは、主鎖２を形成する結合に対して「選択的に」切断されるスペーサ結合を意味する。化学線の照射によって、スペーサ結合以外に、側鎖４の結合の一部が切断されても、主鎖２に含まれる結合が切断されない限り、高分子材料１は液晶分子に所定のプレチルト角を与えることができるので、配向性が不安定になるという問題は発生しない。
【００４２】
本発明では、スペーサ結合を選択的に切断するために化学線の照射を利用する。化学線の照射以外に、熱や化学反応を利用することもで考えられる。化学線を利用する方法は、熱や化学反応を利用する方法に比べ、基板上に形成された配向膜の特定の個所の高分子材料１の側鎖４を選択的に分離・除去することが容易であるという利点がある。従って、液晶表示装置のスループットを向上することができる。
【００４３】
図２に、従来の水平配向膜であるポリイミドの吸収スペクトルを示す。このスペクトルより、ポリイミドの吸収が３００ｎｍ超の波長範囲では非常に弱いことがわかる。すなわち、ポリイミドは、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長範囲の光に対して透明であり、安定である。従って、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長範囲の光の照射によって切断されるスペーサ結合を含むスペーサ３を用いれば、選択的にスペーサ結合を解離できる。また、最終的に得られる配向膜の信頼性を考慮すると、可視光の照射に対して安定であることが好ましく、主鎖に対するダメージを低減するためにはエネルギーの低い光が好ましいことから、利用する化学線としては、３５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の波長範囲の光が好ましく、この範囲の光の照射によって選択的に切断され、且つ、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光（可視光）によって切断されないスペーサ結合が好ましい。このようなスペーサとして、過酸化ベンゾイル基またはベンゾイルエーテル基を用いることが好ましい。
【００４４】
上述した液晶配向材料を用いて、従来の配向膜材料と同様の公知のプロセスで配向膜を形成することができる。例えば、液晶配向膜材料は溶液の状態で、基板上に塗布され、所望の熱処理工程を経て、配向膜とされる。ポリイミド骨格を有する配向膜材料の場合、熱可塑性のポリイミドを用いてもよいし、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸の状態で基板上に付与し、熱処理によってイミド化してもよい。
【００４５】
得られた配向膜の所定の領域に所定の波長範囲の光を照射し、スペーサ結合を選択的に切断する。この後、例えば溶剤で洗浄することによって、主鎖から切り離された側鎖を除去する。必要に応じて、溶剤を除去するために乾燥する。
【００４６】
このようにして、配向膜の所定の領域に、液晶分子に２°以上１５°以下のプレチルト角を付与する低プレチルト角領域が形成される。この低プレチルト角領域の配向膜の配向膜材料の主鎖は化学線の照射によってダメージを受けていないので、配向膜材料の主鎖が有する本来の配向特性が発揮され、低プレチルト角領域の配向膜は、液晶分子には所定のプレチルト角が安定に付与される。また、光照射されなかった領域の配向膜は、液晶分子に８５°超９０°以下のプレチルト角を付与する高プレチルト角領域となる。
【００４７】
上述の液晶配向膜材料を用いて、例えば、図３に示すＯＣＢモードのＬＣＤ１００を構成することができる。
【００４８】
ＬＣＤ１００は、基板１０ａおよび１０ｂと、一対の基板１０ａと１０ｂとの間に設けられた液晶層１２と、基板１０ａおよび１０ｂのそれぞれの液晶層１２側に設けられた一対の配向層１１ａおよび１１ｂとを有し、複数の絵素を備える。図７では、１つの絵素に対応する領域のみを模式的に示している。基板１０ａおよび１０ｂは、例えば、公知のカラーフィルタ基板やアクティブマトリクス基板などであり、液晶層１２に電圧を印加するための電極や電極に電圧を供給するための配線や、スイッチング素子（例えばＴＦＴやＭＩＭ）、あるいはカラー表示のためのカラーフィルタ層を必要に応じて有している。
【００４９】
配向膜１１ａおよび１１ｂは、上述した、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団と、原子団を介して主鎖と結合している側鎖とを有する高分子材料から形成されており、側鎖が除去された高分子材料から形成された低プレチルト角領域１１Ｌと、側鎖を備えた高分子材料から形成された高プレチルト角領域１１Ｈとを有している。低プレチルト角領域１１Ｌは、絵素に対応して形成されており、高プレチルト角領域１１Ｈは絵素外に、例えば低プレチルト角領域１１Ｌを包囲するように形成されている。
【００５０】
低プレチルト角領域１１Ｌは、液晶分子１２に２°以上１５°以下のプレチルト角θＬを付与している。高プレチルト角領域１１Ｈは、液晶分子１２に８５°超９０°以下のプレチルト角θＨを付与している。
【００５１】
配向膜１１ａおよび１１ｂによって液晶分子１２に付与されるプレチルト方向は互いに同一方向（平行配向）である。プレチルト方向は、例えば、ラビング処理によって規定され、ラビング方向が互いに平行になるように基板１０ａと１０ｂとを貼り合わせることによって平行配向セルを形成することが出来る。また、配向膜１１ａの高プレチルト角領域１１Ｈと、配向膜１１ｂの高プレチルト角領域１１Ｈとが互いに対向し、配向膜１１ａの低プレチルト角領域１１Ｌと、配向膜１１ｂの低プレチルト角領域１１Ｌとが互いに対向するように貼り合せられる。
【００５２】
電圧無印加状態では、高プレチルト角領域１１Ｈの間に位置する第１領域１２Ｈの液晶層１２の液晶分子１２ａはベンド配向をとり、低プレチルト角領域１１Ｌの間に位置する第２領域１２Ｌの液晶層１２の液晶分子１２ａはスプレイ配向をとる。Ｖｃｒ以上の電圧が第２領域１２Ｌの液晶層１２に印加されると、第２領域１２Ｌ内の液晶分子１２は、スプレイ配向からベンド配向に転移する。このとき、第２領域１２Ｌの周辺に形成されている第１領域１２Ｈの液晶分子１２がベンド配向状態にあるので、これらの液晶分子１２の影響を受けて、第２領域１２Ｌ内の液晶分子１２はスムーズにベンド配向に転移する。その結果、ＬＣＤ１００の全ての絵素において、液晶層１２の液晶分子が、均一に、スムーズに、ベンド配向に転移する。
【００５３】
すなわち、本発明による実施形態のＬＣＤ１００は、上述した特願２０００−１０７９１０号に記載されているＬＣＤよりも安定に動作し優れた性能を発揮する。このように優れた性能のＬＣＤ１００を得るためには、低プレチルト角領域１１Ｌのプレチルト角θＬは２°以上１５°以下であることが好ましく、特に、６°〜１０°の範囲にあることが好ましい。一方、高プレチルト角領域１１Ｈのプレチルト角θＨは、８５°超９０°以下であることが好ましい。
【００５４】
本発明による実施形態のＨＡＮモードのＬＣＤは、液晶層を挟むように設けられた一対の配向膜が上記配向膜材料を用いて形成されており、一対の配向膜の一方は高プレチルト角領域を有し、他方は低プレチルト角領域を有する。液晶層は、高プレチルト角領域と低プレチルト角領域との間に位置し液晶分子がハイブリッド配向をとる領域が形成されている。ハイブリッド配向領域は、少なくとも絵素に対応して形成されていればよいが、典型的には、一方に配向膜のほぼ全面が高プレチルト角領域であり、他方の配向膜のほぼ全面が低プレチルト角領域である。すなわち、一対の基板の表面に上記配向膜材料からなる膜を形成し、その一方のほぼ全面に所定の波長の化学線を照射し、配向膜材料の側鎖を除去することによって、ハイブリッド配向領域を形成するための一対の配向膜を得ることができる。
【００５５】
一対の配向膜は、同じ配向膜材料から形成されているので、駆動時におけるＤＣオフセット電圧が低下され、その結果、表示の焼きつきの発生が抑制される。さらに、配向膜材料の側鎖が選択的に除去されており、主鎖はダメージを受けていないので、低プレチルト角領域の配向特性が安定しており、優れた性能のＨＡＮモードのＬＣＤが得られる。
【００５６】
本発明による配向膜材料を用いると、ＯＣＢモードやＨＡＮモードのＬＣＤなど、高プレチルト角領域と低プレチルト角領域とを有する液晶表示装置だけでなく、他の光学素子を構成することができる。
【００５７】
例えば、複屈折媒体層を備える光学素子（位相差板や選択反射板など）の製造に用いることができる。液晶分子を含みその配向を制御することで複屈折率を制御した複屈折媒体層を形成する際に、上記配向膜材料を用いて形成された配向膜を利用することによって、高プレチルト領域と低プレチルト領域とを安定に形成することができる。また、高プレチルト領域と低プレチルト領域とを特定の位置に選択的に形成することができるので、例えば、絵素に対応して異なる複屈折率を有する複屈折媒体層を形成することができる。なお、複屈折媒体層は、例えば、カイラルネマティック材料と光硬化性樹脂とを含む混合物を用いて形成することができる。
【００５８】
以下に、本発明による具体的な実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００５９】
（実施形態１）
配向膜材料として、水平配向性を有する主鎖としてポリイミド骨格を有し、この主鎖に垂直配向性を有する側鎖としてアルキル基を有する高分子材料を準備する。この配向膜材料の一般的な分子構造を（化１）に示す。
【００６０】
【化１】
【００６１】
（化１）に示した分子構造におけるＸは、例えば（化２）に示す５種類の原子団の内のいずれかであり、これらの混合物（共重合体）であってもよい。Ｙはここではアルキル鎖である。アルキル鎖Ｙは、（化１）に示した繰り返し単位ごとに導入（すなわち導入率１００％）とする。
【００６２】
【化２】
【００６３】
ポリイミド主鎖とアルキル側鎖とを接続するスペーサとして、ベンゾイルエーテル基（化３）、過酸化ベンゾイル基（化４）およびアミド基（化５）を用いた熱可塑性ポリイミド系配向膜材料をそれぞれ準備した。ここで、配向膜材料のＸ、Ｙとして、それぞれ（化６）および（化７）に示すＸ１、Ｙ１を用いた。この配向膜材料は、公知の方法で合成される。ベンゾイルエーテル基を用いた配向膜材料を実施例１、過酸化ベンゾイル基を用いた配向膜材料を実施例２、アミド基を用いた配向膜材料を比較例１とした。
【００６４】
【化３】
【００６５】
【化４】
【００６６】
【化５】
【００６７】
【化６】
【００６８】
【化７】
【００６９】
ガラス基板上に、実施例１、実施例２および比較例１の配向膜材料を溶媒に溶解した状態で塗布し、３０℃の条件下で減圧法により溶媒を除去し、配向膜を得た。
【００７０】
次に、それぞれの配向膜に対して、２５０ｎｍ（６．０Ｊ／ｃｍ2）、３００ｎｍ（４．０Ｊ／ｃｍ2）、３５０ｎｍ（２．０Ｊ／ｃｍ2）、４５０ｎｍ（０．５Ｊ／ｃｍ2）、５００ｎｍ（０．１Ｊ／ｃｍ2）の光を照射（照射時間５分間）した基板と、光照射をしていない基板をそれぞれ準備した。
【００７１】
光照射した基板については、解離した低分子化合物（すなわち、切断された側鎖）を除去するたに、アセトンを用いて減圧下で蒸気洗浄した。
【００７２】
全ての基板について、配向膜にラビング処理を行なった。
【００７３】
それぞれの配向膜が形成されたガラス基板を貼り合わせて平行配向セルを作製し、このセルに液晶材料ＺＬＩ−４７９２（メルク社製）を注入した。
【００７４】
得られたサンプルについて、クリスタルローテンション法を用いて液晶分子のプレチルト角を評価した。得られた結果を表１に示す。
【００７５】
【表１】
【００７６】
実施例１、実施例２および比較例１の光未照射のサンプルのプレチルト角はいずれも８５°超で、良好な垂直配向性を有していた。一方、実施例１、実施例２および比較例１のそれぞれの配向膜に２５０ｎｍの光照射したサンプルのプレチルト角は、いずれも１°以下となった。
【００７７】
また、３００ｎｍ以上の波長の光を照射した場合には、比較例１のサンプルのプレチルト角は８０°程度までしか低下せず、水平配向性を付与することができなかった。これに対し、実施例１および実施例２のサンプルでは、照射光波長が３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下のとき、プレチルト角は、約６°から約９°の範囲にあり、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長の光を照射したときにプレチルト角は、約７°から約９°の範囲にあった。実施例１および２のサンプルでも照射光の波長が５００ｎｍ以上になるとプレチルト角は８０°以上となり、水平配向性を付与することができないことがわかった。
【００７８】
このことからわかるように、２５０ｎｍの光照射を行なった場合、配向膜材料の側鎖だけでなく主鎖も分解してしまい、スペーサの種類に関わらずプレチルト角は小さくなりすぎてしまう。一方、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長の光照射により、スペーサにベンゾイルエーテル基および過酸化ベンゾイル基を用いた配向膜材料（実施例１およ２）は、スペーサ結合のみが切断され、側鎖が選択的に除去された結果、良好な水平配向性を示すようになったと考えられる。また、スペーサにアミド基を用いた配向膜材料（比較例１）の場合、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の光照射をしてもスペーサ結合は切断されず、側鎖の作用により垂直配向性を示した。これはスペーサにエステル基を用いた場合も同様であった。なお、５００ｎｍの波長の光照射を行なった場合には、スペーサがベンゾイルエーテル基または過酸化ベンゾイル基であっても、スペーサ結合はほとんど切断されず、配向膜の垂直配向性が維持された。
【００７９】
次に、水平配向性を有する主鎖としてポリビニルアルコール骨格（化８）を有する配向膜材料を用いた実施形態を説明する。側鎖Ｙには先の実施形態と同様アルキル鎖を用い、側鎖の導入率は１００％とした。主鎖と側鎖とを連結するスペーサとして、ベンゾイルエーテル基を有する配向膜材料（実施例３）、過酸化ベンゾイル基を有する配向膜材料（実施例４）およびアミド基を有する配向膜材料（比較例２）を準備した。
【００８０】
【化８】
【００８１】
これらの配向膜材料を用いてプレチルト角測定用のサンプルを先の実施形態と同様に作製した。ただし、光照射は３５０ｎｍの波長の紫外光のみについて実験した（照射時間５分間）。得られたサンプルについてプレチルト角をクリスタルローテンション法により評価した。得られた結果を表２に示す。
【００８２】
【表２】
【００８３】
表２の結果よりわかるように、主鎖がポリビニルアルコールの場合でも、スペーサとしてベンゾイルエーテル基および過酸化ベンゾイル基を有する配向膜は、３５０ｎｍの紫外光の照射によって、スペーサ結合が切断され、側鎖が選択的に除去され、主鎖がほんどダメージを受けていないことがわかる。但し、一般に、ポリビニニルアルコールはポリイミドよりも小さなプレチルト角を与える材料であり、紫外線の照射された配向膜が与えるプレチルト角は２°程度である。
【００８４】
一方、スペーサとしてアミド基を用いた配向膜材料（比較例２）のサンプルでは、主鎖がポリイミドの場合（比較例１）と同様に、３５０ｎｍの紫外光照射ではプレチルト角がほとんど低下せず、水平配向性を付与することができなかった。
【００８５】
（実施形態２）
本発明による上述の配向膜材料を用いて作製された液晶表示装置の実施形態を説明する。
【００８６】
まず、ＯＣＢモードのＬＣＤ（図３参照）を作製した例を説明する。実施例のＬＣＤ１およびＬＣＤ２と、比較例のＬＣＤ３および４を作製した。
【００８７】
実施例のＬＣＤ１には、実施例２の配向膜材料（スペーサに過酸化ベンゾイルを有するポリイミド系配向膜材料）を用いた。
【００８８】
実施例のＬＣＤ２には、実施例４の配向膜材料（スペーサに過酸化ベンゾイルを有するポリビニルアルコール系配向膜材料）を用いた。
【００８９】
比較例のＬＣＤ３には、プレチルト角が約９０°の垂直配向膜（ＪＡＬＳ−２０４：ＪＳＲ社製、スペーサがアミド結合を含む）を用いた。
【００９０】
比較例のＬＣＤ４には、プレチルト角が約７°の水平配向膜（ＪＡＬＳ−２１２：ＪＳＲ社製）を用いた。
【００９１】
まず、マトリクス状に画素電極が配置されたＴＦＴ基板と、対向基板とを用意した。これらの基板は公知の方法によって製造される。これらの基板の表面上に、上記４種類の配向膜材料を用いて配向膜を形成した。
【００９２】
次に、ＬＣＤ１、ＬＣＤ２およびＬＣＤ３用の基板に対して、図４に示すようなフォトマスク２０を用いて、それぞれの配向膜に紫外光を照射した。フォトマスク２０は、画素に対応するように設けらた開口部２０ａと、画素外の領域を遮光するように設けられた遮光部２０ｂとを備えている。従って、上記の露光操作によって、それぞれの配向膜の画素に対応する領域に紫外線が照射されたことになる。
【００９３】
ＬＣＤ１およびＬＣＤ２用の基板については、約３５０ｎｍの紫外光を５分間照射した。
【００９４】
ＬＣＤ３用の基板については、波長が約３５０ｎｍの紫外光を５分間照射しても、プレチルト角は変化しなかったので、波長が２５０ｎｍのＤｅｅｐＵＶを用いて、照射量（Ｊ／ｃｍ2）とプレチルト角の関係を調べた結果、図５に示すように、照射量の増加とともにプレチルト角が低下した。この結果に基づき、プレチルト角が約７°となるように、ＬＣＤ３用の基板には、波長が２５０ｎｍのＤｅｅｐＵＶを６Ｊ／ｃｍ2照射した。
【００９５】
ＬＣＤ４用の基板には、紫外光照射を行わなかった。
【００９６】
次に、全ての基板についてラビング処理を行い、ＴＦＴ基板に６．５μｍのプラスチックビーズを散布し、平行配向となるように、対向基板と貼り合わせた。得られた液晶セルに、真空注入法によりネマティック液晶（ＺＬＩ−４７９２：メルク社製）を注入し、注入口を紫外線硬化型樹脂で封止した。
【００９７】
このようにして、４種類の配向膜をそれぞれ含むＯＣＢモードのＬＣＤ１〜４を作製し、それぞれについて、ベンド転移電圧（Ｖｃｒ）および転移時間を評価した結果を表３に示す。また、表示部（すなわち、画素に対応する領域）のプレチルト角をクリスタルローテンション法により評価した結果を表３に合わせて示す。
【００９８】
【表３】
【００９９】
水平配向膜材料を用いたＬＣＤ３では、印加電圧が１５Ｖまでベンド転移は起こらなかった。一方、ＬＣＤ１、ＬＣＤ２およびＬＣＤ３では、印加電圧がそれぞれ、１．３ｖｏｌｔ、２．１ｖｏｌｔ、１．４ｖｏｌｔでベンド配向に転移した。
【０１００】
従来の垂直配向膜材料を用いたＬＣＤ３は、画素部（紫外光照射部）のプレチルト角が７．１°であり、更に画素部の周辺に垂直配向領域が存在するにも関わらずベンド転移が起こらなかった。この原因は以下のように考えらる。
【０１０１】
図６（ａ）に模式的に示すように、ＤｅｅｐＵＶ照射により、垂直配向膜材料３２の側鎖アルキル基３４が除去されるだけでなく、主鎖３６の一部も分解してしまい、配向膜の大部分の領域において、プレチルト角が極めて低い（約１°）領域と、ごくわずかの垂直配向領域が混在するようになった。その結果、プレチルト角の極めて低い大部分がベンド転移できなかったと考えられる。ＬＣＤ３の画素部のプレチルト角の測定値が７．１°となったのは、プレチルト角が約１°の低プレチルト領域と垂直配向領域との平均によるものと考えられる。
【０１０２】
一方、水平配向膜を用いたＬＣＤ４の画素部のプレチルト角は７．５°で、垂直配向領域は形成されていないが、ベンド転移が起こった。
【０１０３】
ＬＣＤ１では、プレチルト角は６．８°で、ＬＣＤ４よりも小さいが、ベンド転移核となる垂直配向領域の存在のため、ＬＣＤ４よりも低い電圧で、短い転移時間でベンド転移が完全に起こった。
【０１０４】
また、ＬＣＤ２の場合、表示部のプレチルト角は２．２°と小さいが、画素部全体のプレチルト角が均一であるためにベンド転移は起こったと考えられる。
【０１０５】
この結果より、ベンド配向への転移をスムーズに且つ均一に起こすために、プレチルト角制御は重要であり、そのために配向膜材料の主鎖を分解させないことが重要であることがわかった。
【０１０６】
本発明による実施例のＬＣＤ１およびＬＣＤ２は、比較的低い電圧で、且つ、比較的短時間に、スムーズに均一にベンド配向へ転移し、優れた性能を有していることがわかる。
【０１０７】
次に、ＨＡＮモードのＬＣＤ（図８参照）を作製した実施形態を説明する。上記と同様にして、実施例のＬＣＤ５およびＬＣＤ６と、比較例のＬＣＤ７および８を作製した。
【０１０８】
実施例のＬＣＤ５には、実施例２の配向膜材料（スペーサに過酸化ベンゾイルを有するポリイミド系配向膜材料）を用いた。片側の基板に３５０ｎｍの紫外光を５分間照射した。
【０１０９】
実施例のＬＣＤ６には、実施例４の配向膜材料（スペーサに過酸化ベンゾイルを有するポリビニルアルコール系配向膜材料）を用いた。片側の基板に３５０ｎｍの紫外光を５分間照射した。
【０１１０】
比較例のＬＣＤ７には、垂直配向膜（ＪＡＬＳ−２０４：ＪＳＲ社製）を用いた。片側に２５０ｎｍの紫外光を６Ｊ／ｃｍ2照射した。
【０１１１】
比較例のＬＣＤ８には、水平配向膜（ＪＡＬＳ−２１２：ＪＳＲ社製）と垂直配向膜（ＪＡＬＳ−２０４：ＪＳＲ社製）とを用いた。
【０１１２】
このようにして、４種類のＨＡＮモードのＬＣＤ５〜８を作製し、それぞれについて、ＤＣオフセット電圧を評価した。ＤＣオフセット電圧は、２５℃の条件でフリッカ消去法により評価した。その結果を表４に示す。
【０１１３】
【表４】
【０１１４】
２種類の配向膜材料を使用したＬＣＤ８は、膜の組成、表面エネルギーなどの違いによりイオンがどちらか一方に片寄りやすくなり、電荷蓄積され易くなるため、焼き付きの原因となるＤＣオフセット電圧が１．０５ｖｏｌｔ発生した。
【０１１５】
一方、ＬＣＤ７では、同じ配向膜材料が用いられているので、電荷の蓄積は大きく改善されＤＣオフセット電圧は０．３５ｖｏｌｔまで低下した。
【０１１６】
更に、本発明の実施例のＬＣＤ５およびＬＣＤ６では、ＤＣオフセット電圧は更に低下し、それぞれ０．２２ｖｏｌｔおよび０．２１ｖｏｌｔとなった。
【０１１７】
このように、スペーサとして過酸化ベンゾイル基を用いたため、従来の垂直配向膜より低いエネルギーの紫外光照射によって水平配向を発現させたことから、主鎖に対するダメージが軽減され、ＬＣＤ７よりも更にオフセット電圧が小さくなったと考えられる。また、ＬＣＤ５および６では、主鎖のダメージが少ないために、ＬＣＤ７に比べ水平配向領域のプレチルト角が安定する利点も認められた。
【０１１８】
このことから、ＨＡＮモードにおいてＤＣオフセット電圧を低下させるために、一組の対の基板で同一の配向膜材料を用いて、紫外光照射によりプレチルト角を制御する方法は有効であり、更に紫外光のエネルギーが小さいほどオフセット電圧は小さくなることがわかった。
【０１１９】
【発明の効果】
本発明によると、化学線の照射によって垂直配向膜の側鎖を主鎖にダメージを与えることなく選択的に除去される液晶配向膜材料を用いるので、高プレチルト領域と低プレチルト領域とを安定に且つ高い効率で形成することが可能になる。
【０１２０】
また、本発明によると、ＯＣＢモードやＨＡＮモードのＬＣＤなど、高プレチルト角領域（垂直配向領域）と低プレチルト角領域（水平配向領域）とを有する液晶表示装置の性能と生産性を向上することができる。さらに、液晶表示装置以外の光学素子（例えば位相差板）の性能や生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられる配向膜材料の構造を模式的に示す図である。
【図２】水平配向性を有するポリイミド系配向膜材料の光吸収スペクトルである。
【図３】本発明による実施形態のＯＣＢモードの液晶表示装置１００の構造を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明による実施形態のＯＣＢモードの液晶表示装置１００の製造に用いられるフォトマスクの構成を模式的に示す図である。
【図５】従来の垂直配向膜についてのプレチルト角のＤｅｅｐＵＶ照射量依存性を示すグラフである。
【図６】従来の垂直配向膜のＤｅｅｐＵＶ照射による構造変化と液晶分子の配向をもし規定に示す図である。
【図７】ＯＣＢモードの液晶表示装置における液晶分子の配向を模式的に示す図であり、（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）は電圧印加時（Ｖｃｒ以上）の状態を示している。
【図８】ＨＡＮモードの液晶表示装置における液晶分子の配向を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ 配向膜材料
２ 主鎖
３ スペーサ
１０、１０ａ、１０ｂ 基板
１１ａ、１１ｂ 配向膜
１１Ｈ 高プレチルト角領域
１１Ｌ 低プレチルト角領域
１２ 液晶層
１２ａ 液晶分子
１２Ｈ 第１領域（ベンド配向領域）
１２Ｌ 第２領域（スプレイ配向領域）
２０ フォトマスク
２０ａ 開口部
２０ｂ 遮光部
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置および光学素子、ならびにこれらの製造方法に関する。本発明はまた液晶表示装置や光学素子に好適に用いられる液晶配向膜材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、携帯情報端末、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサ、アミューズメント機器、テレビなどの平面ディスプレイ、シャッタ効果を利用した表示板、窓、扉、壁などに用いられている。
【０００３】
液晶表示装置は、液晶分子の光学的異方性を利用して表示を行うため、液晶分子の配向方向が制御されている。液晶分子の配向方向は、液晶表示装置の表示モード（例えばＴＮモード）によって異なるが、一般に配向膜を用いて制御されている。
【０００４】
配向膜としては、ポリイミドやポリビニルアルコールなどの高分子材料から形成された膜にラビング処理を施したもの、あるいは斜方蒸着された酸化ケイ素膜が主に用いられてきた。特に現在では、ラビング法が量産化に適切であること、ポリイミドが他の材料に比べて化学的に安定である（液晶層に混入する不純物の量が少ない）等の理由から、ラビング処理されたポリイミド膜が配向膜として一般的に用いられている。
【０００５】
近年、高速応答を示す液晶ディスプレイ開発の要望から、従来のツイスティッドネマティック（ＴＮ）モードに変わる種々の配向モードが検討されている。これら高速応答を示す配向モードとして、光学補償ベンド（ＯＣＢ：ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードが主に検討されている。ＯＣＢモードの液晶表示装置（以下、「ＬＣＤ」と略す。）４００の構造を模式的に図７（ａ）および（ｂ）に示す。なお、ここでは省略するが、ＯＣＢモードの液晶表示装置は、一般に位相差補償素子をさらに備えている（例えば、特開平１１−２７１７５９号公報参照）。
【０００６】
ＯＣＢモードのＬＣＤ４００の電圧無印加時の液晶分子１２ａ（誘電異方性が正の液晶材料）の配向状態は、一対の基板１０ａおよび１０ｂの表面に液晶層１２に接するように設けられた配向膜４１ａおよび４１ｂによって制御されており、図７（ａ）に示したようにスプレイ配向をとる。一対の基板１０ａおよび１０ｂの液晶層１２側に設けられている電極（不図示）によって、液晶層１２にある電圧（「Ｖｃｒ」と呼ぶ）以上の電圧を印加した状態では、液晶分子１２ａは、図７（ｂ）に示したようにベンド配向をとる。ＬＣＤ４００は、液晶分子１２ａがベンド配向をとっている状態で表示を行い、数ミリ秒の応答時間で表示を行うことができる。
【０００７】
しかしながら、ＯＣＢモードのＬＣＤ４００においては、表示面の全面に亘って、全ての液晶分子１２ａの配向をスプレイ配向からベンド配向に均一に転移させることが難しいという問題がある。
【０００８】
この転移の起こり易さとプレチルト角との間には密接な関係があるとこが知られている（例えば、N. Nagae et.al.,"A novel method for high speed transition from splay to bend alignment in the OCB-mode LCD with fast response",IDRC 2000, p26.参照）。液晶分子のプレチルト角が４５°未満のときにはスプレイ配向の方がギブスの自由エネルギーが低く安定で、プレチルト角が４５°を超えるとベンド配向の方が安定である。スプレイ配向におけるプレチルト角が小さい程ベンド配向への転移は起こりにくく、ベンド配向へ転移させるために高い電圧の印加が必要となる。
【０００９】
ベンド配向への転移をより低電圧で起こさせるために、基板上の非表示部に表示部よりも高いプレチルト角を付与する領域（高プレチルト角領域）を形成し、表示部の液晶分子よりも低い電圧でベンド配向に転移した高プレチルト角領域の液晶分子を核として、表示部の液晶分子のベンド配向への転移を容易に起こさせる方法が考案されている。
【００１０】
例えば、特開２０００−７５２９９号公報に開示されている方法では、垂直配向膜を用いて高プレチルト角領域が形成され、水平配向膜を用いて低プレチルト角領域が形成されている。すなわち、異なる配向膜材料を部分的に塗布することによって、高プレチルト角領域と低プレチルト角領域とが形成される。また、特願２０００−１０７９１０号には、垂直配向膜に２４５ｎｍの紫外光（ＤｅｅｐＵＶ）を部分的に照射することにより、垂直配向膜の一部に水平配向領域を形成する方法が開示されている。
【００１１】
ＯＣＢモードとともに、電界制御複屈折モードの一種であるハイブリッドモード（ＨＡＮ：ｈｙｂｒｉｄ ａｌｉｇｎｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）の液晶表示装置も検討されている。ＨＡＮモードのＬＣＤは、ハイブリッド配向を利用しているので、ツイスト配向を利用するＴＮモードよりも高速応答性に優れるとともに、ＯＣＢモードのＬＣＤのようにスプレイ配向からベンド配向への転移を必要としないので、低電圧駆動が可能な表示モードとしても期待されている。
【００１２】
ＨＡＮモードのＬＣＤ５００の構造を模式的に図８に示す。ＨＡＮモードのＬＣＤ５００は、基板１０ａの液晶層１２側表面に水平配向膜５１ａが設けられており、基板１０ｂの液晶層１２側表面に垂直配向膜５１ｂが設けられている。垂直配向膜５１ｂは、模式的に図示したように、概ね基板１０ｂの面法線方向に伸びる側鎖（垂直配向成分）５１ｂ’を有している。
【００１３】
水平配向膜５１ａと垂直配向膜５１ｂとを異なる材料を用いて形成すると、これらの電気特性（分極特性など）が互いに異なるため、液晶層１２に電圧を印加して駆動している間に、配向膜５１ａおよび／または５１ｂに電荷が蓄積し、液晶層１２に印加される電圧に対して、いわゆるＤＣオフセット電圧が発生し、その結果、表示すべき画像にリフレッシュされず、いわゆる「表示の焼き付き」という問題が生じることがあった。
【００１４】
この問題を解決する方法として、特開平１１−３１１７８８号公報には、垂直配向膜に水平配向処理を施すことによって水平配向膜を得る方法が開示されている。水平配向処理の例として、波長が２３０ｎｍ〜４００ｎｍの偏光紫外線を１０〜２０Ｊ／ｃｍ2の照射量で照射することが記載されている。紫外線の波長は２４０ｎｍ〜３３０ｎｍが好ましいと記載されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＯＣＢモードのＬＣＤを作製するために、上記特開２０００−７５２９９号公報に開示されているように、一枚の基板の液晶層側に高プレチルト角領域と低プレチルト角領域とをそれぞれ異なる材料を用いて形成するためには、配向膜材料を塗布・パターニングする工程が増えるので、製造工程数が増加し、スループットが低下するという問題がある。
【００１６】
また、本発明者の検討よると、上記特願２０００−１０７９１０号に記載されているように、垂直配向膜に２４５ｎｍの波長の紫外線を照射することによって水平配向領域を作り出す方法では、水平配向領域の配向性（プレチルト角の大きさなど）が安定しないという問題があることがわかった。この問題は、上記特開平１１−３１１７８８号公報に開示されている偏光紫外線を垂直配向膜に照射する方法においても同様である。
【００１７】
本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたものであり、その１つの目的は、ＯＣＢモードやＨＡＮモードのＬＣＤなど、高プレチルト角領域（垂直配向領域）と低プレチルト角領域（水平配向領域）とを有する液晶表示装置の性能と生産性を向上することにある。本発明の他の目的は、高プレチルト領域と低プレチルト領域とを安定に且つ高い効率で形成することが可能な液晶配向膜材料およびそれを用いた光学素子を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶表示装置は、一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられた液晶層と、前記一対の基板のそれぞれの前記液晶層側に設けられた一対の配向層とを有し、複数の絵素を備える液晶表示装置であって、前記一対の配向膜の少なくとも一方は、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団と、前記原子団を介して前記主鎖と結合している側鎖とを有する高分子材料から形成されており、前記高分子材料は、前記側鎖を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与することが可能で、且つ、前記側鎖が除去された状態では、液晶分子に２°以上１５°以下のプレチルト角を付与することが可能であることを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
【００１９】
ある実施形態において、前記一対の配向膜の少なくとも一方は、前記側鎖が除去された前記高分子材料から形成された低プレチルト角領域を有する。さらに、前記一対の配向膜の前記少なくとも一方が、前記側鎖を備えた高分子材料から形成された高プレチルト角領域を有してもよい。
【００２０】
ある実施形態の液晶表示装置は、前記一対の配向膜のそれぞれは、前記高プレチルト角領域と前記低プレチルト角領域とを有し、前記液晶層は、前記高プレチルト角領域の間に位置し電圧無印加状態で液晶分子がベンド配向をとる第１領域と、前記低プレチルト角領域の間に位置し電圧無印加状態で液晶分子がスプレイ配向をとる第２領域とを有し、ベンド配向を用いて表示を行う。ベンド配向を用いる表示モードとしては、ＯＣＢモードが好ましい。
【００２１】
ある実施形態の液晶表示装置は、前記一対の配向膜の一方は前記高プレチルト角領域を有し、他方は前記低プレチルト角領域を有し、前記液晶層は、前記高プレチルト角領域と前記低プレチルト角領域との間に位置し液晶分子がハイブリッド配向をとる第３領域を有し、ＨＡＮモードで表示を行う。
【００２２】
前記原子団が有する前記結合は、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の波長の光の照射で切断される結合であることが好ましい。前記結合は、３５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の波長範囲の光で切断されることがさらに好ましい。
【００２３】
前記原子団は、過酸化ベンゾイル基およびベンゾイルエーテル基の少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００２４】
本発明による液晶表示装置の製造方法は、一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられた液晶層と、前記一対の基板のそれぞれの前記液晶層側に設けられた一対の配向層とを有し、複数の絵素を備える液晶表示装置の製造方法であって、一対の基板を用意する工程と、前記一対の基板の少なくとも一方の基板の表面に、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団と、前記原子団を介して前記主鎖と結合している側鎖とを有し、前記側鎖を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与する高分子材料を用いて配向膜を形成する工程と、前記配向膜の少なくとも一部の領域に化学線を照射することによって、前記少なくとも一部の領域の前記高分子材料の前記原子団の前記結合を切断し、前記側鎖を除去する工程と、前記少なくとも一部の領域の前記配向膜によって、２°以上１５°以下のプレチルト角が付与された液晶分子を含む液晶層を形成する工程とを包含することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
【００２５】
ある実施形態においては、前記化学線の照射は、前記複数の絵素となる領域に対して選択的に実行され、前記液晶層を形成する工程は、前記化学線照射されなかった領域の前記配向膜によって８５°を超えるプレチルト角が付与された液晶分子を含む液晶層を形成する工程である。
【００２６】
前記化学線は、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の波長の光であることが好ましく、３５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の波長範囲の光であることがさらに好ましい。
【００２７】
前記原子団は、過酸化ベンゾイル基およびベンゾイルエーテル基の少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００２８】
本発明による光学素子は、一対の配向膜と、前記一対の配向膜の間に設けられた複屈折媒体層とを有する光学素子であって、前記複屈折媒体層は、前記一対の配向膜によって配向が規制された液晶分子を含み、前記一対の配向膜の少なくとも一方は、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団と、前記原子団を介して前記主鎖と結合している側鎖とを有する高分子材料から形成されており、前記高分子材料は、前記側鎖を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与することが可能で、且つ、前記側鎖が除去された状態では、液晶分子に２°以上１５°以下のプレチルト角を付与することが可能であることを特徴とする。
【００２９】
前記一対の配向膜の少なくとも一方は、前記側鎖が除去された前記高分子材料から形成された低プレチルト角領域を有する構成であってよい。さらに、前記一対の配向膜の前記少なくとも一方は、前記側鎖を備えた高分子材料から形成された高プレチルト角領域を有してもよい。
【００３０】
前記一対の配向膜のそれぞれは、前記高プレチルト角領域と前記低プレチルト角領域とを有し、前記複屈折媒体層は、前記高プレチルト角領域の間に位置する第１領域と、前記低プレチルト角領域の間に位置する第２領域とを有し、前記第１領域と前記第２領域とは互いに異なるリタデーションを有する構成であってよい。
【００３１】
本発明による光学素子の製造方法は、一対の配向膜と、前記一対の配向膜の間に設けられた複屈折媒体層とを有する光学素子の製造方法であって、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団と、前記原子団を介して前記主鎖と結合している側鎖とを有し、前記側鎖を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与する高分子材料を用いて、前記一対の配向膜の少なくとも一方を形成する工程と、前記少なくとも一方の配向膜の少なくとも一部の領域に化学線を照射することによって、前記少なくとも一部の領域の前記高分子材料の前記原子団の前記結合を切断し、前記側鎖を除去する工程と、前記少なくとも一部の領域の前記少なくとも一方の配向膜によって、２°以上１５°以下のプレチルト角が付与された液晶分子を含む複屈折媒体層を形成する工程と、を包含することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
【００３２】
前記化学線の照射は、前記少なくとも一方の配向膜の一部の領域に対して選択的に実行され、前記複屈折媒体層を形成する工程は、前記化学線照射されなかった領域の前記配向膜によって８５°を超えるプレチルト角が付与された液晶分子を含む複屈折媒体層を形成する工程であってよい。
【００３３】
前記化学線は、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の波長の光であることが好ましく、３５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の波長範囲の光であることがさらに好ましい。
【００３４】
前記原子団は、過酸化ベンゾイル基およびベンゾイルエーテル基の少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００３５】
本発明による液晶配向材料は、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団と、前記原子団を介して前記主鎖と結合している側鎖とを有する高分子材料から形成され、前記側鎖を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与することが可能で、且つ、前記側鎖を備えない状態では、液晶分子に２°以上１５°以下のプレチルト角を付与することが可能であることを特徴とする。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明は、配向膜の化学線による構造変化と配向特性との関係とを検討した結果得られた知見に基づいてなされたものである。
【００３７】
従来の垂直配向膜にＤｅｅｐＵＶ光を照射すると、垂直配向性を有する側鎖が切断されるだけでなく、水平配向性を有する主鎖がダメージを受けて構造変化するために、水平配向性が不安定になる。例えば、プレチルト角の大きさを正確制御することができず、２°未満の角度となる場合があり、その結果、液晶分子の配向転移が生じる電圧や転移に要する時間を制御できなかったり、あるいは、位置によってばらつくなどの問題が生じる。
【００３８】
これに対し、本発明による液晶配向膜材料は、図１に模式的に示すような構造を有する高分子材料１である。
【００３９】
高分子材料１は、主鎖２と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団３と、原子団３を介して主鎖１と結合している側鎖４とを有する。本明細書では、原子団３を「スペーサ」と呼び、スペーサが含む結合を「スペーサ結合」と呼ぶことがある。
【００４０】
主鎖２は、液晶分子を水平配向させる性質を有し、公知の水平配向材料として用いられている高分子材料と同じ骨格（例えば、ポリイミド骨格およびポリビニルアルコール）から形成されいてよい。側鎖４は、液晶分子を垂直配向させる性質を有し、公知の垂直配向材料として用いられている高分子材料の側鎖（例えばアルキル鎖やフッ素置換されたアルキル鎖）であってよい。この高分子材料１は、側鎖４を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与する性質を有し、且つ、側鎖４を備えない状態では、液晶分子に２°以上１５°以下のプレチルト角を付与する性質を有する。
【００４１】
高分子材料１に化学線を照射することによって、スペーサ結合を選択的に切断し、側鎖４を主鎖２から分離することができる。「選択的に」切断されるスペーサ結合とは、主鎖２を形成する結合に対して「選択的に」切断されるスペーサ結合を意味する。化学線の照射によって、スペーサ結合以外に、側鎖４の結合の一部が切断されても、主鎖２に含まれる結合が切断されない限り、高分子材料１は液晶分子に所定のプレチルト角を与えることができるので、配向性が不安定になるという問題は発生しない。
【００４２】
本発明では、スペーサ結合を選択的に切断するために化学線の照射を利用する。化学線の照射以外に、熱や化学反応を利用することもで考えられる。化学線を利用する方法は、熱や化学反応を利用する方法に比べ、基板上に形成された配向膜の特定の個所の高分子材料１の側鎖４を選択的に分離・除去することが容易であるという利点がある。従って、液晶表示装置のスループットを向上することができる。
【００４３】
図２に、従来の水平配向膜であるポリイミドの吸収スペクトルを示す。このスペクトルより、ポリイミドの吸収が３００ｎｍ超の波長範囲では非常に弱いことがわかる。すなわち、ポリイミドは、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長範囲の光に対して透明であり、安定である。従って、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長範囲の光の照射によって切断されるスペーサ結合を含むスペーサ３を用いれば、選択的にスペーサ結合を解離できる。また、最終的に得られる配向膜の信頼性を考慮すると、可視光の照射に対して安定であることが好ましく、主鎖に対するダメージを低減するためにはエネルギーの低い光が好ましいことから、利用する化学線としては、３５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の波長範囲の光が好ましく、この範囲の光の照射によって選択的に切断され、且つ、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光（可視光）によって切断されないスペーサ結合が好ましい。このようなスペーサとして、過酸化ベンゾイル基またはベンゾイルエーテル基を用いることが好ましい。
【００４４】
上述した液晶配向材料を用いて、従来の配向膜材料と同様の公知のプロセスで配向膜を形成することができる。例えば、液晶配向膜材料は溶液の状態で、基板上に塗布され、所望の熱処理工程を経て、配向膜とされる。ポリイミド骨格を有する配向膜材料の場合、熱可塑性のポリイミドを用いてもよいし、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸の状態で基板上に付与し、熱処理によってイミド化してもよい。
【００４５】
得られた配向膜の所定の領域に所定の波長範囲の光を照射し、スペーサ結合を選択的に切断する。この後、例えば溶剤で洗浄することによって、主鎖から切り離された側鎖を除去する。必要に応じて、溶剤を除去するために乾燥する。
【００４６】
このようにして、配向膜の所定の領域に、液晶分子に２°以上１５°以下のプレチルト角を付与する低プレチルト角領域が形成される。この低プレチルト角領域の配向膜の配向膜材料の主鎖は化学線の照射によってダメージを受けていないので、配向膜材料の主鎖が有する本来の配向特性が発揮され、低プレチルト角領域の配向膜は、液晶分子には所定のプレチルト角が安定に付与される。また、光照射されなかった領域の配向膜は、液晶分子に８５°超９０°以下のプレチルト角を付与する高プレチルト角領域となる。
【００４７】
上述の液晶配向膜材料を用いて、例えば、図３に示すＯＣＢモードのＬＣＤ１００を構成することができる。
【００４８】
ＬＣＤ１００は、基板１０ａおよび１０ｂと、一対の基板１０ａと１０ｂとの間に設けられた液晶層１２と、基板１０ａおよび１０ｂのそれぞれの液晶層１２側に設けられた一対の配向層１１ａおよび１１ｂとを有し、複数の絵素を備える。図７では、１つの絵素に対応する領域のみを模式的に示している。基板１０ａおよび１０ｂは、例えば、公知のカラーフィルタ基板やアクティブマトリクス基板などであり、液晶層１２に電圧を印加するための電極や電極に電圧を供給するための配線や、スイッチング素子（例えばＴＦＴやＭＩＭ）、あるいはカラー表示のためのカラーフィルタ層を必要に応じて有している。
【００４９】
配向膜１１ａおよび１１ｂは、上述した、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団と、原子団を介して主鎖と結合している側鎖とを有する高分子材料から形成されており、側鎖が除去された高分子材料から形成された低プレチルト角領域１１Ｌと、側鎖を備えた高分子材料から形成された高プレチルト角領域１１Ｈとを有している。低プレチルト角領域１１Ｌは、絵素に対応して形成されており、高プレチルト角領域１１Ｈは絵素外に、例えば低プレチルト角領域１１Ｌを包囲するように形成されている。
【００５０】
低プレチルト角領域１１Ｌは、液晶分子１２に２°以上１５°以下のプレチルト角θＬを付与している。高プレチルト角領域１１Ｈは、液晶分子１２に８５°超９０°以下のプレチルト角θＨを付与している。
【００５１】
配向膜１１ａおよび１１ｂによって液晶分子１２に付与されるプレチルト方向は互いに同一方向（平行配向）である。プレチルト方向は、例えば、ラビング処理によって規定され、ラビング方向が互いに平行になるように基板１０ａと１０ｂとを貼り合わせることによって平行配向セルを形成することが出来る。また、配向膜１１ａの高プレチルト角領域１１Ｈと、配向膜１１ｂの高プレチルト角領域１１Ｈとが互いに対向し、配向膜１１ａの低プレチルト角領域１１Ｌと、配向膜１１ｂの低プレチルト角領域１１Ｌとが互いに対向するように貼り合せられる。
【００５２】
電圧無印加状態では、高プレチルト角領域１１Ｈの間に位置する第１領域１２Ｈの液晶層１２の液晶分子１２ａはベンド配向をとり、低プレチルト角領域１１Ｌの間に位置する第２領域１２Ｌの液晶層１２の液晶分子１２ａはスプレイ配向をとる。Ｖｃｒ以上の電圧が第２領域１２Ｌの液晶層１２に印加されると、第２領域１２Ｌ内の液晶分子１２は、スプレイ配向からベンド配向に転移する。このとき、第２領域１２Ｌの周辺に形成されている第１領域１２Ｈの液晶分子１２がベンド配向状態にあるので、これらの液晶分子１２の影響を受けて、第２領域１２Ｌ内の液晶分子１２はスムーズにベンド配向に転移する。その結果、ＬＣＤ１００の全ての絵素において、液晶層１２の液晶分子が、均一に、スムーズに、ベンド配向に転移する。
【００５３】
すなわち、本発明による実施形態のＬＣＤ１００は、上述した特願２０００−１０７９１０号に記載されているＬＣＤよりも安定に動作し優れた性能を発揮する。このように優れた性能のＬＣＤ１００を得るためには、低プレチルト角領域１１Ｌのプレチルト角θＬは２°以上１５°以下であることが好ましく、特に、６°〜１０°の範囲にあることが好ましい。一方、高プレチルト角領域１１Ｈのプレチルト角θＨは、８５°超９０°以下であることが好ましい。
【００５４】
本発明による実施形態のＨＡＮモードのＬＣＤは、液晶層を挟むように設けられた一対の配向膜が上記配向膜材料を用いて形成されており、一対の配向膜の一方は高プレチルト角領域を有し、他方は低プレチルト角領域を有する。液晶層は、高プレチルト角領域と低プレチルト角領域との間に位置し液晶分子がハイブリッド配向をとる領域が形成されている。ハイブリッド配向領域は、少なくとも絵素に対応して形成されていればよいが、典型的には、一方に配向膜のほぼ全面が高プレチルト角領域であり、他方の配向膜のほぼ全面が低プレチルト角領域である。すなわち、一対の基板の表面に上記配向膜材料からなる膜を形成し、その一方のほぼ全面に所定の波長の化学線を照射し、配向膜材料の側鎖を除去することによって、ハイブリッド配向領域を形成するための一対の配向膜を得ることができる。
【００５５】
一対の配向膜は、同じ配向膜材料から形成されているので、駆動時におけるＤＣオフセット電圧が低下され、その結果、表示の焼きつきの発生が抑制される。さらに、配向膜材料の側鎖が選択的に除去されており、主鎖はダメージを受けていないので、低プレチルト角領域の配向特性が安定しており、優れた性能のＨＡＮモードのＬＣＤが得られる。
【００５６】
本発明による配向膜材料を用いると、ＯＣＢモードやＨＡＮモードのＬＣＤなど、高プレチルト角領域と低プレチルト角領域とを有する液晶表示装置だけでなく、他の光学素子を構成することができる。
【００５７】
例えば、複屈折媒体層を備える光学素子（位相差板や選択反射板など）の製造に用いることができる。液晶分子を含みその配向を制御することで複屈折率を制御した複屈折媒体層を形成する際に、上記配向膜材料を用いて形成された配向膜を利用することによって、高プレチルト領域と低プレチルト領域とを安定に形成することができる。また、高プレチルト領域と低プレチルト領域とを特定の位置に選択的に形成することができるので、例えば、絵素に対応して異なる複屈折率を有する複屈折媒体層を形成することができる。なお、複屈折媒体層は、例えば、カイラルネマティック材料と光硬化性樹脂とを含む混合物を用いて形成することができる。
【００５８】
以下に、本発明による具体的な実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００５９】
（実施形態１）
配向膜材料として、水平配向性を有する主鎖としてポリイミド骨格を有し、この主鎖に垂直配向性を有する側鎖としてアルキル基を有する高分子材料を準備する。この配向膜材料の一般的な分子構造を（化１）に示す。
【００６０】
【化１】
（化１）に示した分子構造におけるＸは、例えば（化２）に示す５種類の原子団の内のいずれかであり、これらの混合物（共重合体）であってもよい。Ｙはここではアルキル鎖である。アルキル鎖Ｙは、（化１）に示した繰り返し単位ごとに導入（すなわち導入率１００％）とする。
【００６２】
【化２】
ポリイミド主鎖とアルキル側鎖とを接続するスペーサとして、ベンゾイルエーテル基（化３）、過酸化ベンゾイル基（化４）およびアミド基（化５）を用いた熱可塑性ポリイミド系配向膜材料をそれぞれ準備した。ここで、配向膜材料のＸ、Ｙとして、それぞれ（化６）および（化７）に示すＸ１、Ｙ１を用いた。この配向膜材料は、公知の方法で合成される。ベンゾイルエーテル基を用いた配向膜材料を実施例１、過酸化ベンゾイル基を用いた配向膜材料を実施例２、アミド基を用いた配向膜材料を比較例１とした。
【００６４】
【化３】
【化４】
【化５】
【化６】
【化７】
ガラス基板上に、実施例１、実施例２および比較例１の配向膜材料を溶媒に溶解した状態で塗布し、３０℃の条件下で減圧法により溶媒を除去し、配向膜を得た。
【００７０】
次に、それぞれの配向膜に対して、２５０ｎｍ（６．０Ｊ／ｃｍ2）、３００ｎｍ（４．０Ｊ／ｃｍ2）、３５０ｎｍ（２．０Ｊ／ｃｍ2）、４５０ｎｍ（０．５Ｊ／ｃｍ2）、５００ｎｍ（０．１Ｊ／ｃｍ2）の光を照射（照射時間５分間）した基板と、光照射をしていない基板をそれぞれ準備した。
【００７１】
光照射した基板については、解離した低分子化合物（すなわち、切断された側鎖）を除去するたに、アセトンを用いて減圧下で蒸気洗浄した。
【００７２】
全ての基板について、配向膜にラビング処理を行なった。
【００７３】
それぞれの配向膜が形成されたガラス基板を貼り合わせて平行配向セルを作製し、このセルに液晶材料ＺＬＩ−４７９２（メルク社製）を注入した。
【００７４】
得られたサンプルについて、クリスタルローテンション法を用いて液晶分子のプレチルト角を評価した。得られた結果を表１に示す。
【００７５】
【表１】
実施例１、実施例２および比較例１の光未照射のサンプルのプレチルト角はいずれも８５°超で、良好な垂直配向性を有していた。一方、実施例１、実施例２および比較例１のそれぞれの配向膜に２５０ｎｍの光照射したサンプルのプレチルト角は、いずれも１°以下となった。
【００７７】
また、３００ｎｍ以上の波長の光を照射した場合には、比較例１のサンプルのプレチルト角は８０°程度までしか低下せず、水平配向性を付与することができなかった。これに対し、実施例１および実施例２のサンプルでは、照射光波長が３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下のとき、プレチルト角は、約６°から約９°の範囲にあり、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長の光を照射したときにプレチルト角は、約７°から約９°の範囲にあった。実施例１および２のサンプルでも照射光の波長が５００ｎｍ以上になるとプレチルト角は８０°以上となり、水平配向性を付与することができないことがわかった。
【００７８】
このことからわかるように、２５０ｎｍの光照射を行なった場合、配向膜材料の側鎖だけでなく主鎖も分解してしまい、スペーサの種類に関わらずプレチルト角は小さくなりすぎてしまう。一方、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長の光照射により、スペーサにベンゾイルエーテル基および過酸化ベンゾイル基を用いた配向膜材料（実施例１およ２）は、スペーサ結合のみが切断され、側鎖が選択的に除去された結果、良好な水平配向性を示すようになったと考えられる。また、スペーサにアミド基を用いた配向膜材料（比較例１）の場合、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の光照射をしてもスペーサ結合は切断されず、側鎖の作用により垂直配向性を示した。これはスペーサにエステル基を用いた場合も同様であった。なお、５００ｎｍの波長の光照射を行なった場合には、スペーサがベンゾイルエーテル基または過酸化ベンゾイル基であっても、スペーサ結合はほとんど切断されず、配向膜の垂直配向性が維持された。
【００７９】
次に、水平配向性を有する主鎖としてポリビニルアルコール骨格（化８）を有する配向膜材料を用いた実施形態を説明する。側鎖Ｙには先の実施形態と同様アルキル鎖を用い、側鎖の導入率は１００％とした。主鎖と側鎖とを連結するスペーサとして、ベンゾイルエーテル基を有する配向膜材料（実施例３）、過酸化ベンゾイル基を有する配向膜材料（実施例４）およびアミド基を有する配向膜材料（比較例２）を準備した。
【００８０】
【化８】
これらの配向膜材料を用いてプレチルト角測定用のサンプルを先の実施形態と同様に作製した。ただし、光照射は３５０ｎｍの波長の紫外光のみについて実験した（照射時間５分間）。得られたサンプルについてプレチルト角をクリスタルローテンション法により評価した。得られた結果を表２に示す。
【００８２】
【表２】
表２の結果よりわかるように、主鎖がポリビニルアルコールの場合でも、スペーサとしてベンゾイルエーテル基および過酸化ベンゾイル基を有する配向膜は、３５０ｎｍの紫外光の照射によって、スペーサ結合が切断され、側鎖が選択的に除去され、主鎖がほんどダメージを受けていないことがわかる。但し、一般に、ポリビニニルアルコールはポリイミドよりも小さなプレチルト角を与える材料であり、紫外線の照射された配向膜が与えるプレチルト角は２°程度である。
【００８４】
一方、スペーサとしてアミド基を用いた配向膜材料（比較例２）のサンプルでは、主鎖がポリイミドの場合（比較例１）と同様に、３５０ｎｍの紫外光照射ではプレチルト角がほとんど低下せず、水平配向性を付与することができなかった。
【００８５】
（実施形態２）
本発明による上述の配向膜材料を用いて作製された液晶表示装置の実施形態を説明する。
【００８６】
まず、ＯＣＢモードのＬＣＤ（図３参照）を作製した例を説明する。実施例のＬＣＤ１およびＬＣＤ２と、比較例のＬＣＤ３および４を作製した。
【００８７】
実施例のＬＣＤ１には、実施例２の配向膜材料（スペーサに過酸化ベンゾイルを有するポリイミド系配向膜材料）を用いた。
【００８８】
実施例のＬＣＤ２には、実施例４の配向膜材料（スペーサに過酸化ベンゾイルを有するポリビニルアルコール系配向膜材料）を用いた。
【００８９】
比較例のＬＣＤ３には、プレチルト角が約９０°の垂直配向膜（ＪＡＬＳ−２０４：ＪＳＲ社製、スペーサがアミド結合を含む）を用いた。
【００９０】
比較例のＬＣＤ４には、プレチルト角が約７°の水平配向膜（ＪＡＬＳ−２１２：ＪＳＲ社製）を用いた。
【００９１】
まず、マトリクス状に画素電極が配置されたＴＦＴ基板と、対向基板とを用意した。これらの基板は公知の方法によって製造される。これらの基板の表面上に、上記４種類の配向膜材料を用いて配向膜を形成した。
【００９２】
次に、ＬＣＤ１、ＬＣＤ２およびＬＣＤ３用の基板に対して、図４に示すようなフォトマスク２０を用いて、それぞれの配向膜に紫外光を照射した。フォトマスク２０は、画素に対応するように設けらた開口部２０ａと、画素外の領域を遮光するように設けられた遮光部２０ｂとを備えている。従って、上記の露光操作によって、それぞれの配向膜の画素に対応する領域に紫外線が照射されたことになる。
【００９３】
ＬＣＤ１およびＬＣＤ２用の基板については、約３５０ｎｍの紫外光を５分間照射した。
【００９４】
ＬＣＤ３用の基板については、波長が約３５０ｎｍの紫外光を５分間照射しても、プレチルト角は変化しなかったので、波長が２５０ｎｍのＤｅｅｐＵＶを用いて、照射量（Ｊ／ｃｍ2）とプレチルト角の関係を調べた結果、図５に示すように、照射量の増加とともにプレチルト角が低下した。この結果に基づき、プレチルト角が約７°となるように、ＬＣＤ３用の基板には、波長が２５０ｎｍのＤｅｅｐＵＶを６Ｊ／ｃｍ2照射した。
【００９５】
ＬＣＤ４用の基板には、紫外光照射を行わなかった。
【００９６】
次に、全ての基板についてラビング処理を行い、ＴＦＴ基板に６．５μｍのプラスチックビーズを散布し、平行配向となるように、対向基板と貼り合わせた。得られた液晶セルに、真空注入法によりネマティック液晶（ＺＬＩ−４７９２：メルク社製）を注入し、注入口を紫外線硬化型樹脂で封止した。
【００９７】
このようにして、４種類の配向膜をそれぞれ含むＯＣＢモードのＬＣＤ１〜４を作製し、それぞれについて、ベンド転移電圧（Ｖｃｒ）および転移時間を評価した結果を表３に示す。また、表示部（すなわち、画素に対応する領域）のプレチルト角をクリスタルローテンション法により評価した結果を表３に合わせて示す。
【００９８】
【表３】
水平配向膜材料を用いたＬＣＤ３では、印加電圧が１５Ｖまでベンド転移は起こらなかった。一方、ＬＣＤ１、ＬＣＤ２およびＬＣＤ３では、印加電圧がそれぞれ、１．３ｖｏｌｔ、２．１ｖｏｌｔ、１．４ｖｏｌｔでベンド配向に転移した。
【０１００】
従来の垂直配向膜材料を用いたＬＣＤ３は、画素部（紫外光照射部）のプレチルト角が７．１°であり、更に画素部の周辺に垂直配向領域が存在するにも関わらずベンド転移が起こらなかった。この原因は以下のように考えらる。
【０１０１】
図６（ａ）に模式的に示すように、ＤｅｅｐＵＶ照射により、垂直配向膜材料３２の側鎖アルキル基３４が除去されるだけでなく、主鎖３６の一部も分解してしまい、配向膜の大部分の領域において、プレチルト角が極めて低い（約１°）領域と、ごくわずかの垂直配向領域が混在するようになった。その結果、プレチルト角の極めて低い大部分がベンド転移できなかったと考えられる。ＬＣＤ３の画素部のプレチルト角の測定値が７．１°となったのは、プレチルト角が約１°の低プレチルト領域と垂直配向領域との平均によるものと考えられる。
【０１０２】
一方、水平配向膜を用いたＬＣＤ４の画素部のプレチルト角は７．５°で、垂直配向領域は形成されていないが、ベンド転移が起こった。
【０１０３】
ＬＣＤ１では、プレチルト角は６．８°で、ＬＣＤ４よりも小さいが、ベンド転移核となる垂直配向領域の存在のため、ＬＣＤ４よりも低い電圧で、短い転移時間でベンド転移が完全に起こった。
【０１０４】
また、ＬＣＤ２の場合、表示部のプレチルト角は２．２°と小さいが、画素部全体のプレチルト角が均一であるためにベンド転移は起こったと考えられる。
【０１０５】
この結果より、ベンド配向への転移をスムーズに且つ均一に起こすために、プレチルト角制御は重要であり、そのために配向膜材料の主鎖を分解させないことが重要であることがわかった。
【０１０６】
本発明による実施例のＬＣＤ１およびＬＣＤ２は、比較的低い電圧で、且つ、比較的短時間に、スムーズに均一にベンド配向へ転移し、優れた性能を有していることがわかる。
【０１０７】
次に、ＨＡＮモードのＬＣＤ（図８参照）を作製した実施形態を説明する。上記と同様にして、実施例のＬＣＤ５およびＬＣＤ６と、比較例のＬＣＤ７および８を作製した。
【０１０８】
実施例のＬＣＤ５には、実施例２の配向膜材料（スペーサに過酸化ベンゾイルを有するポリイミド系配向膜材料）を用いた。片側の基板に３５０ｎｍの紫外光を５分間照射した。
【０１０９】
実施例のＬＣＤ６には、実施例４の配向膜材料（スペーサに過酸化ベンゾイルを有するポリビニルアルコール系配向膜材料）を用いた。片側の基板に３５０ｎｍの紫外光を５分間照射した。
【０１１０】
比較例のＬＣＤ７には、垂直配向膜（ＪＡＬＳ−２０４：ＪＳＲ社製）を用いた。片側に２５０ｎｍの紫外光を６Ｊ／ｃｍ2照射した。
【０１１１】
比較例のＬＣＤ８には、水平配向膜（ＪＡＬＳ−２１２：ＪＳＲ社製）と垂直配向膜（ＪＡＬＳ−２０４：ＪＳＲ社製）とを用いた。
【０１１２】
このようにして、４種類のＨＡＮモードのＬＣＤ５〜８を作製し、それぞれについて、ＤＣオフセット電圧を評価した。ＤＣオフセット電圧は、２５℃の条件でフリッカ消去法により評価した。その結果を表４に示す。
【０１１３】
【表４】
２種類の配向膜材料を使用したＬＣＤ８は、膜の組成、表面エネルギーなどの違いによりイオンがどちらか一方に片寄りやすくなり、電荷蓄積され易くなるため、焼き付きの原因となるＤＣオフセット電圧が１．０５ｖｏｌｔ発生した。
【０１１５】
一方、ＬＣＤ７では、同じ配向膜材料が用いられているので、電荷の蓄積は大きく改善されＤＣオフセット電圧は０．３５ｖｏｌｔまで低下した。
【０１１６】
更に、本発明の実施例のＬＣＤ５およびＬＣＤ６では、ＤＣオフセット電圧は更に低下し、それぞれ０．２２ｖｏｌｔおよび０．２１ｖｏｌｔとなった。
【０１１７】
このように、スペーサとして過酸化ベンゾイル基を用いたため、従来の垂直配向膜より低いエネルギーの紫外光照射によって水平配向を発現させたことから、主鎖に対するダメージが軽減され、ＬＣＤ７よりも更にオフセット電圧が小さくなったと考えられる。また、ＬＣＤ５および６では、主鎖のダメージが少ないために、ＬＣＤ７に比べ水平配向領域のプレチルト角が安定する利点も認められた。
【０１１８】
このことから、ＨＡＮモードにおいてＤＣオフセット電圧を低下させるために、一組の対の基板で同一の配向膜材料を用いて、紫外光照射によりプレチルト角を制御する方法は有効であり、更に紫外光のエネルギーが小さいほどオフセット電圧は小さくなることがわかった。
【０１１９】
【発明の効果】
本発明によると、化学線の照射によって垂直配向膜の側鎖を主鎖にダメージを与えることなく選択的に除去される液晶配向膜材料を用いるので、高プレチルト領域と低プレチルト領域とを安定に且つ高い効率で形成することが可能になる。
【０１２０】
また、本発明によると、ＯＣＢモードやＨＡＮモードのＬＣＤなど、高プレチルト角領域（垂直配向領域）と低プレチルト角領域（水平配向領域）とを有する液晶表示装置の性能と生産性を向上することができる。さらに、液晶表示装置以外の光学素子（例えば位相差板）の性能や生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられる配向膜材料の構造を模式的に示す図である。
【図２】水平配向性を有するポリイミド系配向膜材料の光吸収スペクトルである。
【図３】本発明による実施形態のＯＣＢモードの液晶表示装置１００の構造を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明による実施形態のＯＣＢモードの液晶表示装置１００の製造に用いられるフォトマスクの構成を模式的に示す図である。
【図５】従来の垂直配向膜についてのプレチルト角のＤｅｅｐＵＶ照射量依存性を示すグラフである。
【図６】従来の垂直配向膜のＤｅｅｐＵＶ照射による構造変化と液晶分子の配向をもし規定に示す図である。
【図７】ＯＣＢモードの液晶表示装置における液晶分子の配向を模式的に示す図であり、（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）は電圧印加時（Ｖｃｒ以上）の状態を示している。
【図８】ＨＡＮモードの液晶表示装置における液晶分子の配向を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ 配向膜材料
２ 主鎖
３ スペーサ
１０、１０ａ、１０ｂ 基板
１１ａ、１１ｂ 配向膜
１１Ｈ 高プレチルト角領域
１１Ｌ 低プレチルト角領域
１２ 液晶層
１２ａ 液晶分子
１２Ｈ 第１領域（ベンド配向領域）
１２Ｌ 第２領域（スプレイ配向領域）
２０ フォトマスク
２０ａ 開口部
２０ｂ 遮光部
Claims (16)
- 一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられた液晶層と、前記一対の基板のそれぞれの前記液晶層側に設けられた一対の配向膜とを有し、複数の絵素を備える液晶表示装置であって、
前記一対の配向膜の少なくとも一方は、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団であって、過酸化ベンゾイル基およびベンゾイルエーテル基の少なくとも一方を含む原子団と、前記原子団を介して前記主鎖と結合している側鎖とを有する高分子材料から形成されており、
前記高分子材料は、前記側鎖を備える状態では液晶分子に８５°超９０°以下のプレチルト角を付与することが可能で、且つ、前記側鎖が除去された状態では、液晶分子に２°以上１５°以下のプレチルト角を付与することが可能である、液晶表示装置。 - 前記一対の配向膜の前記少なくとも一方は、前記側鎖が除去された前記高分子材料から形成された低プレチルト角領域を有する、請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記一対の配向膜の前記少なくとも一方は、前記側鎖を備えた前記高分子材料から形成された高プレチルト角領域を有する、請求項２に記載の液晶表示装置。
- 前記一対の配向膜のそれぞれは、前記高プレチルト角領域と前記低プレチルト角領域とを有し、
前記液晶層は、前記高プレチルト角領域の間に位置し電圧無印加状態で液晶分子がベンド配向をとる第１領域と、前記低プレチルト角領域の間に位置し電圧無印加状態で液晶分子がスプレイ配向をとる第２領域とを有し、ベンド配向を用いて表示を行う、請求項３に記載の液晶表示装置。 - 前記一対の配向膜の一方は前記高プレチルト角領域を有し、他方は前記低プレチルト角領域を有し、
前記液晶層は、前記高プレチルト角領域と前記低プレチルト角領域との間に位置し液晶分子がハイブリッド配向をとる第３領域を有し、ＨＡＮモードで表示を行う、請求項３に記載の液晶表示装置。 - 前記原子団が有する前記結合は、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の波長の光の照射で切断される結合である、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられた液晶層と、前記一対の基板のそれぞれの前記液晶層側に設けられた一対の配向膜とを有し、複数の絵素を備える液晶表示装置の製造方法であって、
一対の基板を用意する工程と、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板の表面に、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団であって、過酸化ベンゾイル基およびベンゾイルエーテル基の少なくとも一方を含む原子団と、前記原子団を介して前記主鎖と結合している側鎖とを有し、前記側鎖を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与する高分子材料を用いて配向膜を形成する工程と、
前記配向膜の少なくとも一部の領域に化学線を照射することによって、前記少なくとも一部の領域の前記高分子材料の前記原子団の前記結合を切断し、前記側鎖を除去する工程と、
前記少なくとも一部の領域の前記配向膜によって、２°以上１５°以下のプレチルト角が付与された液晶分子を含む液晶層を形成する工程と、
を包含する液晶表示装置の製造方法。 - 前記化学線の照射は、前記複数の絵素となる領域に対して選択的に実行され、
前記液晶層を形成する工程は、前記化学線照射されなかった領域の前記配向膜によって８５°を超えるプレチルト角が付与された液晶分子を含む液晶層を形成する工程である、請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記化学線は、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の波長の光である、請求項７または８に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 一対の配向膜と、前記一対の配向膜の間に設けられた複屈折媒体層とを有する光学素子であって、
前記複屈折媒体層は、前記一対の配向膜によって配向が規制された液晶分子を含み、
前記一対の配向膜の少なくとも一方は、主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団であって、過酸化ベンゾイル基およびベンゾイルエーテル基の少なくとも一方を含む原子団と、前記原子団を介して前記主鎖と結合している側鎖とを有する高分子材料から形成されており、
前記高分子材料は、前記側鎖を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与することが可能で、且つ、前記側鎖が除去された状態では、液晶分子に２°以上１５°以下のプレチルト角を付与することが可能である、光学素子。 - 前記一対の配向膜の前記少なくとも一方は、前記側鎖が除去された前記高分子材料から形成された低プレチルト角領域を有する、請求項１０に記載の光学素子。
- 前記一対の配向膜の前記少なくとも一方は、前記側鎖を備えた前記高分子材料から形成された高プレチルト角領域を有する、請求項１１に記載の光学素子。
- 前記一対の配向膜のそれぞれは、前記高プレチルト角領域と前記低プレチルト角領域とを有し、
前記複屈折媒体層は、前記高プレチルト角領域の間に位置する第１領域と、前記低プレチルト角領域の間に位置する第２領域とを有し、前記第１領域と前記第２領域とは互いに異なるリタデーションを有する、請求項１２に記載の光学素子。 - 一対の配向膜と、前記一対の配向膜の間に設けられた複屈折媒体層とを有する光学素子の製造方法であって、
主鎖と、化学線の照射によって選択的に切断される結合を有する原子団であって、過酸化ベンゾイル基およびベンゾイルエーテル基の少なくとも一方を含む原子団と、前記原子団を介して前記主鎖と結合している側鎖とを有し、前記側鎖を備える状態では液晶分子に８５°を超えるプレチルト角を付与する高分子材料を用いて、前記一対の配向膜の少なくとも一方を形成する工程と、
前記少なくとも一方の配向膜の少なくとも一部の領域に化学線を照射することによって、前記少なくとも一部の領域の前記高分子材料の前記原子団の前記結合を切断し、前記側鎖を除去する工程と、
前記少なくとも一部の領域の前記少なくとも一方の配向膜によって、２°以上１５°以下のプレチルト角が付与された液晶分子を含む複屈折媒体層を形成する工程と、
を包含する光学素子の製造方法。 - 前記化学線の照射は、前記少なくとも一方の配向膜の一部の領域に対して選択的に実行され、
前記複屈折媒体層を形成する工程は、前記化学線照射されなかった領域の前記配向膜によって８５°を超えるプレチルト角が付与された液晶分子を含む複屈折媒体層を形成する工程である、請求項１４に記載の光学素子の製造方法。 - 前記化学線は、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の波長の光である、請求項１４または１５に記載の光学素子の製造方法。
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