以下、図1および図2を参照しながら、本� �明によるある好ましい実施形態の液晶表示� �置を説明する。

 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)� �、液晶層に電圧を印加しない時(電圧無印加� ��)の、単一の画素における液晶層の構成を説 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� �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� ��内の液晶分子の配向を例示する模式的な断� ��図である。

 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� ��配置された背面基板2と、これらの基板2、3� ��間に設けられた液晶層1と、前面基板3の前� �側および背面基板2の背面側にそれぞれ配置� ��れた円偏光板15、16とを備えている。円偏光 板15、16は、図示しないが、直線偏光板およ� �λ/4板の積層構造を有しており、その直線偏� ��板における吸収軸が互いに直交する(クロス ニコル)ように配置されている。液晶層1は、� ��表示時に液晶層1を通過する光が略半波長の リタデーションを受けるように構成されてい る。すなわち、液晶層1のリタデーション(液� ��層1の複屈折率δnと厚さdとの積δn・d)は0.29~0 .38μmに設定されている。

 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� �)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� �単位となる画素を規定している。本実施形� �では、これらの画素電極4はマトリクス状に� ��列され、それぞれ、対応する薄膜トランジ� ��タ5のソース電極(図示せず)と電気的に接続� ��れている。

 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� �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� �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� ��様に水平配向膜である。

 液晶層1は、壁10によって複数の小部屋14� �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� �から形成されている。なお、図1(a)では、壁1 0および配向膜12、13が小部屋14となる空間を� �囲しているが、壁10のみが小部屋14となる空� ��を包囲していてもよい。

 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� ��屋14内の液晶領域11は、液晶層1と平行な面� �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� �ダムな方向を向いている。なお、本実施形� �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� �域11が1つの画素内に配置されていればよい� �

 次いで、図2(a)を参照しながら、各液晶領 域11の液晶分子の配向状態の一例を詳しく説� ��する。図示するように、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、� �晶領域11内の液晶分子22の他の一部は、壁10� �影響を受けて傾斜する。しかしながら、液� �領域11内の液晶分子22の配向は連続であり、� ��晶領域11内の液晶分子22は、1つのディレク� �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。

 このように、本実施形態では、画素領域� ��含まれる複数の液晶領域11のディレクタ20は 、面内でランダムに配向している。従って、 従来の配向分割構造と同様に視野角特性を向 上させることができる。また、液晶層面内で リタデーションを略均一にできるので、リタ デーションのばらつきに起因する表示ムラを 抑制できる。さらに、各液晶領域11内の液晶� ��子はモノドメインとして振舞うので、例え� ��特許文献1などに記載された放射状の配向を 有する液晶滴を利用する場合と比べて、電圧 印加時の応答特性を大幅に改善できる。さら に、液晶領域11の内部に光の透過を妨げるデ� ��スクリネーションが存在しないため、透過� ��を高く保つことが可能である。その上、前� ��したMVAモードやPVAモードの表示装置のよう� ��、画素内にリブやスリットなどの複雑な配� ��制御構造を形成することなく配向分割を行� ��ことができるので、製造プロセスや製造コ� ��トの面から有利である。

 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。

 図2(a)に示すように、電圧無印加時には、 液晶領域11のディレクタ20は基板2、3に平行に 配向している。背面基板2の背面側から光24を 入射させると、光24は、まず、直線偏光板お� ��びλ/4板からなる円偏光板16を通過して右円� ��光または左円偏光24aになり、液晶層に入射� ��る。液晶層では、ディレクタ20が基板2、3に 平行に向いているので、円偏光24aに位相差パ イが与えられて、逆向きの円偏光24bとなる。 前述したように、円偏光板15、16の直線偏光� �は、吸収軸が互いに直交するように配置さ� �ているため、円偏光24bは円偏光板15を透過し 、直線偏光となって観察者側に出射する。従 って、白表示状態が得られる。

 一方、図2(b)に示すように、液晶層1に所� �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� �とき、背面基板2の背面側から光26を入射さ� �ると、光26は、円偏光板16を通過して右円偏� ��または左円偏光26aになり、液晶層を通過す� ��。液晶層では、ディレクタ20が基板2、3に垂 直に向いているので、円偏光26aには位相差が 与えられず、円偏光26aのまま液晶層を出射す る。円偏光26aは円偏光板15を透過できないの� ��、光26は観察者側に出射せず、黒表示状態� �なる。

 なお、図示しないが、液晶層に所定値未� ��の電圧を印加すると、液晶領域のディレク� ��が液晶層の厚さ方向に対して傾斜する方向� ��向く。このとき、液晶層は、液晶層を通過� ��る円偏光に対し、0より大きく、かつ、π未� ��の位相差を与えるので、中間調表示を行う� ��とができる。中間調表示状態における各液� ��領域のディレクタにおける面内成分は、白� ��示状態のディレクタに依存し、液晶領域ご� ��にそれぞれ異なる方向に向くために、配向� ��割の効果が得られる。

 なお、特開平7-120728号にも、複数の液晶� �域を有する液晶層を用いた表示装置が記載� �れている。しかしながら、この表示装置で� �、電圧無印加時の液晶領域内の液晶分子の� �向は放射状または同心円配向であり、面内� �ディレクタを有していないため、本実施形� �のように面内のディレクタを利用して配向� �割の効果を得ることはできない。また、各� �晶領域は放射状または同心円配向を有する� �で、その略中央にディスクリネーションが� �在し、透過率が低くなるという問題もある� �さらに、液晶分子の動きが鈍く、高い応答� �性を実現することも困難である。

 特開2000-206515号には、TN(Twisted Nematic)モー ドの液晶表示装置において、前面基板をなく して表示装置の軽量化を図る目的で、複数の 液晶領域が配置された液晶層を用いることが 提案されている。しかしながら、これらの液 晶領域のディレクタは配向膜によって規定さ れる所定の方向を向いており、本実施形態の ように、ディレクタの異なる液晶領域を一画 素内に設けて配向分割の効果を得るものでは なく、従って、高い視野角特性を実現するこ とは難しい。

 さらに、特開平5-61025号にも、複数の液晶 滴(液晶領域)を利用した液晶表示装置が開示� ��れている。この液晶表示装置では、それぞ� ��異なる液晶および二色性色素(青、緑、赤、 黒)を含む4種類の液晶滴を用いて、コントラ� ��トの高いマルチカラー表示を行うことを目� ��としている。従って、特開平5-61025号は、本 実施形態のようにディレクタの異なる液晶領 域を利用して配向分割を行うものではない。 また、この液晶表示装置は、図2を参照しな� �ら前述した表示原理を利用しておらず、円� �光板も使用していない。

 本実施形態において、各小部屋14内の液� �領域11のディレクタ20は、配向膜12、13による 規制力や小部屋14の構造の影響を受ける。各� ��晶領域11のディレクタ20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はラビング処理などの配向処理が施さ� �ていないことが好ましい。配向膜12、13にラ� ��ング処理などが施されていなければ、画素� ��の複数の液晶領域11が全て特定の一方向(ラ� ��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。これにより、一画素内に 配向方向の異なる液晶領域11をより確実に形� ��できるので、視野角特性を向上できる。

 また、配向膜12、13によって液晶領域11の� ��向状態をより確実に規制するためには、一� ��素内に形成された液晶領域11のうち少なく� �も2つの液晶領域11が、配向膜12、13の一方ま� ��は両方と接していることが好ましい。これ� ��より、これらの液晶領域11内の液晶分子を� �り確実に基板に略平行な方向に配向させる� �とができる。なお、本明細書において、「� �晶領域11が配向膜12、13と接する」とは、液� �領域11内の一部の液晶分子が配向膜12、13と� �接接する場合の他、液晶領域11と配向膜12、1 3との間に液晶分子および高分子などを含有� �る極めて薄い膜(例えば10nm以下)を介在して� �ても、液晶領域11の液晶分子が配向膜12、13� �影響を受ける場合も含むものとする。

 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� �屋14が液晶層1の厚さ方向に3層以上で配列さ� ��ていると、最上層と最下層との間に位置す� ��液晶領域は配向膜12、13の影響を受けないの で、その液晶領域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を多く含んでい� �と、配向分割の効果が十分得られなかった� �、応答速度の改善効果が低下するおそれが� �る。また、液晶層面内のリタデーションの� �らつきを十分に低減できないおそれもある� �さらに、リタデーションのわりに液晶層1が� ��くなり、駆動電圧が高くなってしまう可能� ��もある。これに対し、小部屋14が液晶層1の� ��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。また、液晶層面内のリタデーシ ョンを略均一にできるので表示ムラをより効 果的に抑制できる。さらに、液晶層1の厚さ� �小さく抑えることができるので、駆動電圧� �より低くできる。

 なお、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(以下、「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� �で配列されている(以下、「2層構造」)とは� �複数の小部屋14のそれぞれと、配向膜12、13� �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。

 後で詳しく説明するように、液晶領域11が� �向膜12、13と接するように小部屋14を形成す� �ためには、配向膜12、13の表面自由エネルギ� ��を最適化することが好ましい。これは、本� ��発明者らが種々の検討を重ねた結果、得ら� ��た知見である。表面自由エネルギーの好適� ��範囲は、液晶層1の材料によって変わるが、 例えば44mJ/m ² 以上50mJ/m ² 以下である。

 本実施形態では、一つの画素内に配置され� ��小部屋14の数(すなわち液晶領域11の数)は2以 上であればよいが、好ましくは4以上である� �小部屋14の数が4以上であれば、一つの画素� �配向方向の異なる4以上の領域に分割できる� ��で、視野角特性を効果的に改善できる。よ� ��好ましくは、一つの画素内に配置される小� ��屋14の数が8以上である。一方、小部屋14の� �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と液晶分子との� �互作用によって液晶分子の動きが鈍くなり� �応答速度が遅くなるおそれもある。例えば� �画素サイズを80×220μm、小部屋14の幅の平均� �(後述する平均幅W _AVE )を5μm以上とすると、一画素内の小部屋14の� �の上限は約700個となる。

 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H _AVE 」という)は、液晶層1の厚さの1/3以上である� ��とが好ましく、より好ましくは1/2以上であ� ��。小部屋14の平均高さH _AVE が液晶層1の厚さの1/3未満になると、液晶層1� ��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� ��る。このような液晶領域11では、液晶分子� �液晶層1の厚さ方向に沿って配向し、面内に� ��ィレクタ20が存在しなくなるため、電圧無� �加時の液晶分子の配向を制御することが困� �となるからである。

 一方、液晶層1の面内における小部屋14の最� ��幅Wの平均値(以下、単に「平均幅W _AVE 」という)は、画素幅の1/2以下であることが� �ましく、より好ましくは1/3以下であり、こ� �により、一画素内により確実に4以上の小部� ��14を配置できる。一方、平均幅W _AVE が小さすぎると、液晶領域11が配向膜12、13に 接し難くなり、また、小部屋14の壁10と液晶� �子との相互作用によって液晶分子の動きが� �くなってしまう。例えば、画素サイズを80×2 20μmとし、小部屋14の平均幅W _AVE を5μm以上とすると、平均幅W _AVE は画素幅の1/44以上となる。

 好ましくは、小部屋14の平均高さH _AVE は例えば2μm以上6μm以下の範囲内で適宜選択� ��れ、かつ、平均幅W _AVE は例えば2μm以上50μm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。

 小部屋14内の液晶領域11が大きくなりすぎる と、液晶領域11に、液晶分子配向が不連続と� ��るディスクリネーションが発生しやすくな� ��。ディスクリネーションが発生すると、白� ��示時でも、液晶領域11に光が透過しない領� �が生じるため、白表示の明るさが低下する� �因となるおそれがある。また、液晶領域11の ディスクリネーション近傍では液晶分子の駆 動が鈍くなるので、応答速度が低下するおそ れもある。よって、液晶領域11の大きさは、� ��ィスクリネーションが発生しない程度に抑� ��されていることが好ましく、例えば小部屋1 4の平均長さH _AVE を6μm以下、かつ、小部屋14の平均幅W _AVE を50μm以下に抑えることにより、小部屋14内� �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。

 さらに、小部屋14の平均幅W _AVE が50μmより大きくなると、一画素内に含まれ� ��小部屋14の数、すなわち液晶領域11の数が少 なくなり、画素によって方位依存性が発生し てムラ表示を引き起こすおそれがあるが、平 均幅W _AVE が50μm以下であれば、そのようなムラ表示が� ��じることを抑制できる。

 一方、小部屋14の平均高さH _AVE や平均幅W _AVE が2μm未満であれば、小部屋14の壁10と液晶領� ��11の液晶分子との相互作用の影響が顕著に� �るため、液晶分子の駆動が鈍くなる。また� �配向膜12、13と接しない液晶領域11の数が多� �なりやすく、視野角特性や応答速度を十分� �改善できない可能性がある。従って、小部� �14の平均高さH _AVE および平均幅W _AVE は何れも2μm以上であることが好ましい。

 液晶層1の材料は特に限定されないが、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。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� �表示原理を利用するためには、液晶層はカ� �ラル剤を含んでいないことが好ましい。

 本実施形態における液晶層1は、高分子分 散型液晶(PDLC;Polymer Dispersed Liquid Crystal)と同 様の材料を用いて形成できる。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� ��び光硬化性樹脂(モノマーおよび/またはオ� �ゴマー)の混合物を相溶させて透明基板間に� ��置した後、光硬化性樹脂を重合することに� ��って得られる。光硬化性樹脂の種類は特に� ��定されないが、好ましくは紫外線硬化性樹� ��を用いる。紫外線硬化性樹脂を用いると、� ��合を行う際に上記混合物を加熱する必要が� ��いので、他の部材への熱による悪影響を防� ��できる。モノマー、オリゴマーは単官能で� ��多官能でもよい。

 本実施形態では、液晶性を示す紫外線硬� ��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� �させることによって液晶層1を形成する。液� ��混合物としては、例えば、紫外線硬化性材� ��と液晶とを20:80の重量比で混合し、少量の� �開始剤を添加することによって得られた、� �温でネマチック液晶相を示す液晶混合物を� �いることができる。

 上記の液晶混合物は、例えば真空注入法� ��たは滴下注入(ODF:One Drop Fill)法によって一� ��の基板の間に保持された後、紫外線で照射� ��れる。これによって、紫外線硬化性プレポ� ��マーが重合して高分子となり液晶と相分離� ��、高分子からなる壁と、その壁によって分� ��された複数の液晶領域とを有する液晶層が� ��成される。

 なお、PDLCを用いた液晶表示装置(高分子� �散型液晶表示装置)では偏光板や配向膜を使� ��しない。PDLCは、液晶層に対する電圧の印加 により散乱状態と光透過状態との間で光学特 性を切り換えることができるので、PDLCを用� �ると、偏光板および配向膜を使用せずに表� �を行うことができるからである。これに対� �、本実施形態は、PDLCと同様の材料を用いる� ��、配向膜および円偏光板も使用し、これに� ��って、新規な配向分割のモードを実現する� ��のである。また、高分子分散型液晶表示装� ��で用いるPDLCは、液晶滴の径を小さく抑えて 散乱強度を高めるために比較的大きい複屈折 率δnを有しているが、本実施形態における液 晶層は、リタデーション(δn・d)を所望の値(� �えば0.29~0.38μm)に制御するために、PDLCよりも 小さい複屈折率δnを有する。例えば、液晶層 の厚さdが4μmのとき、δnの好適な範囲は0.07以 上0.1以下となる。

 <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� ��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� ��例に説明する。

 まず、薄膜トランジスタおよび画素電極が� ��成されたガラス基板(背面基板)、および、� �ラーフィルターや対向電極が形成されたガ� �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/m ² の水平配向膜を用いる。

 次いで、光硬化性のモノマー、光重合開始� ��、ポジ型液晶を均一に混ぜ合わせて液晶混� ��物を作製する。混ぜ合わせる際の温度は、� ��晶混合物がネマチック相に転移する温度T _ni 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T _ni 以上の温度で保持する。

 続いて、前面基板と背面基板とをそれぞ� ��配向膜を内側にして対向させ、一定のギャ� ��プを確保するためのスペーサを介して貼り� ��わせる。

 これらの基板を転移温度T _ni 以上で保持し、その間隙に、上記の転移温度 T _ni 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T _ni 以上の温度において、混合物に光(紫外線)を� ��射して、混合物内のモノマーから高分子を� ��成すると同時に、高分子と液晶とを相分離� ��せる。これにより、前面基板と背面基板と� ��間に液晶層が形成される。

 この後、前面基板および背面基板を挟む� ��うに、前面基板の前面側および背面基板の� ��面側にそれぞれ円偏光板を設ける。これら� ��円偏光板は、その直線偏光部分が互いにク� ��スニコルになるように配置される。このよ� ��にして、液晶表示装置を得る。

 上記の方法では、液晶層を形成する際に� ��空注入法を用いているが、代わりにODF法を� ��いてもよい。その場合の液晶層の形成方法� ��以下に説明する。

 まず、真空注入法を用いる場合と同様の� ��法で、配向膜の形成および液晶混合物の作� ��を行う。

 次いで、転移温度T _ni 以上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T _ni 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。

 続いて、転移温度T _ni 以上の温度で基板間の液晶混合物に光(紫外� �)を照射することによって、混合物内のモノ� ��ーから高分子を形成すると同時に、高分子� ��液晶とを相分離させて液晶層を得る。

 上述したような方法で液晶表示装置を製� ��する場合、液晶領域のサイズや形状、配置� ��どの液晶層の構造は、配向膜の種類や液晶� ��の形成条件によって制御できる。以下に詳� ��く説明するように、液晶領域の大きさは、� ��晶混合物に対する光の照射条件によって調� ��でき、また、液晶層における液晶領域の配� ��は、配向膜の種類によって調整することが� ��能である。

 <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、高い応答速度を確保しつ� ��、配向分割によって視野角特性を効果的に� ��善するためには、小部屋の大きさ(すなわち 液晶領域の大きさ)を所定の範囲に制御する� �要がある。上述した液晶混合物を用いて液� �層を形成する場合には、液晶領域の大きさ� �、液晶混合物に対する光の照射条件によっ� �調整することができる。本願発明者らは、� �の照射条件と液晶領域の大きさとの関係を� �討したので、その方法および結果を以下に� �明する。

 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/cm ² ~140mW/cm ² 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� �晶セル」とする)を作製する。

 なお、サンプル液晶セルを作製する際の� ��射光として、350nm以下の波長をカットする� �ィルターなどを通過した光を利用する。波� �が350nm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。

 また、光の照射時間は、液晶混合物に含ま� ��るモノマーが重合するために十分な時間と� ��る。ここでは、液晶領域の液晶材料のT _ni が、原料として液晶混合物に含まれる液晶の T _ni ’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/cm ² のときの照射時間は50secである。

 この後、各サンプル液晶セルにおける小部� ��の大きさをSEM観察によって求める。具体的� ��は、サンプル液晶セルを切断して小部屋内� ��液晶を有機溶剤で洗い流す。次いで、この� ��ンプル液晶セルから前面基板を剥がし、ス� ��ッタ法で導電膜を薄く形成した後、液晶層� ��の小部屋を上方から観察する。ここでは、� ��画素内に位置する複数個(例えば100個)の小� �屋の最大幅を計測し、その平均値(平均幅)W _AVE を求める。

 得られたSEM観察結果を、まず、分解前の各� ��ンプル液晶セルを光学顕微鏡で観察した結� ��と比較した。その結果、SEMで観察された小� ��屋の形状や配置は、分解前の各サンプル液� ��セルにおける液晶領域の形状や配置と一致� ��ていることを確認した。従って、SEM観察に� ��って求めた小部屋の平均幅W _AVE 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。

 SEM観察によって得られた小部屋の平均幅W _AVE (すなわち液晶領域の平均幅)と液晶混合物に� ��射する光の強度との関係を表1に示す。表1� �示す結果から、光の照射強度が小さいと液� �領域は大きくなり、照射強度が大きいほど� �晶領域が小さくなることがわかり、照射強� �によって液晶領域の大きさを制御できるこ� �が確認された。また、液晶領域の平均幅を2� �m以上50μm以下に制御するためには、照射強� �を2mW/cm ² 以上50mW/cm ² 以下の範囲内で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。

 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� ��同じように照射条件によって制御すること� ��できる。ただし、液晶領域が大きく、例え� ��液晶層の厚さ方向に亘って液晶領域が形成� ��れると(1層構造)、液晶領域の平均高さは液� ��層の厚さによって決まるため、照射条件に� ��かわらず一定となる。

 <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� �ためには、小部屋14は液晶層1の厚さ方向に2� ��以下となるように配置され、略全ての小部� ��14内の液晶領域11の配向が配向膜12、13によ� �て規制されることが好ましい。本願発明者� �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� ��)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。

 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A~Dを用いる。このうち水平 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、水平配向膜Aは水平配向膜Bよりも高い電� ��保持率を有する。水平配向膜B(Plx1400:日立化 成デュポンマイクロシステムズ社製商品名)� �市販されている水平配向標準セルに用いら� �ている水平配向膜である。水平配向膜C(AL1L50 9:JSR社製商品名)およびDは、それぞれ、STN(Supe r Twisted Nematic)モード、および、IPS(In-Plane-Swi tching)モードの液晶表示装置に一般的に使用� �れる配向膜である。

 まず、4種類の水平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/m ² 、47.7mJ/m ² 、50.8mJ/m ² である。具体的には、各水平配向膜表面に上 記プローブ液体を約30μl滴下して接触角を測� ��する。10回測定した接触角の平均値を算出� �て、各プローブ液体についての「平均接触� �」を得る。この後、付属ソフトウェアーで� �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� �ことにより、その水平配向膜の表面自由エ� �ルギーを得る。

 この結果、水平配向膜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/m ² となった。同様にして、水平配向膜A、Cおよ� ��Dの表面自由エネルギーを求めたところ、そ れぞれ、41mJ/m ² 、54mJ/m ² 、65mJ/m ² であった。

 次いで、上記水平配向膜A~Dを用いて、それ� ��れ、サンプル液晶セルを作製する。ここで� ��、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/cm ² の強度で光(紫外線)を照射し、重合相分離さ� ��て液晶層を形成する。このようにして、水� ��配向膜A~Dを用いたサンプル液晶セルNo.1~No.4� ��得る。

 得られた各サンプル液晶セルNo.1~No.4を切� ��して小部屋内の液晶を有機溶剤で洗い流し� ��後、スパッタ法で観察しようとする断面に� ��電膜を薄く蒸着し、断面SEM観察を行う。さ� ��に、サンプル液晶セルの一方のガラス基板� ��剥がして、液晶層の上方から平面SEM観察を� ��う。この断面および平面SEM観察により、高� ��子の壁によって規定された小部屋の配列状� ��を観察することができる。

 上記の平面SEM観察の結果を、まず、分解� ��の各サンプル液晶セルを光学顕微鏡で観察� ��た結果と比較した。その結果、平面SEM観察� ��れた小部屋の形状や配置は、分解前の各サ� ��プル液晶セルにおける液晶領域の形状や配� ��と一致していることを確認した。従って、� ��面SEM観察による液晶層の厚さ方向の小部屋� ��配列状態は、液晶層の厚さ方向の液晶領域� ��配列状態と一致するものと考えられる。

 断面SEMによる小部屋の観察結果を説明す� ��。図3(a)および(b)は、それぞれ、水平配向膜 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。

 サンプル液晶セルNo.1およびNo.2では、ガ� �ス基板32、33の間に液晶層1が形成されており 、液晶層1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。

 サンプル液晶セルNo.1では、図3(a)に示す� �うに、液晶層1の厚さ方向に3以上の小部屋14� ��配置されている部分が見られた。そのため� ��液晶層1に形成された複数の小部屋14のうち� ��部の小部屋14は配向膜12、13に接しているが� ��液晶層1の厚さ方向の中央には、配向膜12、1 3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� ��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、サンプル液晶セルNo.3およびNo.4の� �晶層でも、サンプル液晶セルNo.1と同様に、� ��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。

 これに対し、サンプル液晶セルNo.2では、 図3(b)に示すように、小部屋14は液晶層1の厚� �方向において2層で配列され、下層の小部屋1 4Lは配向膜12と接しており、上層の小部屋14U� �配向膜13と接していた。従って、配向膜12、1 3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� �液晶分子が垂直に配向してしまう液晶領域� �ほとんど形成されないと考えられ、他のサ� �プル液晶セルNo.1、No.3およびNo.4よりも高い� �答特性が得られることが確認された。

 サンプル液晶セルNo.1~No.4の配向膜A~Dの表� ��自由エネルギーの測定結果および小部屋の� ��列状態を表2に示す。

 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/m ² 以上50mJ/m ² 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� �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� �層の中央に位置し、何れの配向膜の規制も� �けない液晶領域の割合を低減できるので、� �晶層の面内におけるリタデーションのばら� �きを低減でき、表示ムラを抑制できる。

 なお、サンプル液晶セルNo.1およびNo.2の� �ンプル液晶セルの一方のガラス基板を剥が� �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� ��いる領域が多く観察された。これに対し、� ��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� �表示が抑制されて、より高い表示特性が得� �れることがわかった。

 <液晶領域内の液晶分子の配向状態1>
 図4(a)および(b)は、それぞれ、液晶領域にお ける液晶分子の配向状態の一例を示す模式的 な平面図および断面図であり、図4(a)は一画� �内に配置された複数の液晶領域の配向状態� �示し、図4(b)は、単一の液晶領域の配向状態� ��示している。

 図4(a)に示すように、ソースおよびゲート 配線42、44によって包囲された画素40には、複 数の液晶領域11が配置されている。また、図4 (b)に示すように、各液晶領域11は配向膜12、13 と接しており、液晶領域11のディレクタは基� ��表面に平行に配向している。このとき、液� ��領域11内の各液晶分子22は、その液晶領域11� ��ディスクリネーションが生じないように、� ��板表面に平行な面内で略一様に配向しよう� ��する。その結果、図示する例では、液晶領� ��11内の液晶分子22は、液晶領域11の両端を「� ��」36として、一方の極36から他方の極36に向� ��う線に沿って配向している。従って、液晶� ��域11の配向ベクトル(ディレクタ)20は、両端� ��極間を結ぶ線に平行となる。

 ここで、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ため、液晶領域 11の面内のディレクタ20は、互いに揃ってお� �ず、ランダムな方向を向く。微視的に見る� �、各液晶領域11は、それぞれ、ディレクタ20� ��起因する視野角の方位依存性を有するが、� ��画素で見ると、ランダムなディレクタ20を� �する複数の液晶領域11が存在するので、視野 角特性の方位依存性が平均化される。

 なお、本実施形態における液晶領域11内� �液晶分子の配向状態は、面内にディレクタ20 を有するように配向していればよく、図示す るような2つの極36を有するバイポーラ(bipolar) 配向に限定されない。さらに、面内にディレ クタ20を有する液晶領域11が一画素内に2つ以� ��あればよい。一画素内の略全ての液晶領域1 1が面内にディレククタ20を有し、かつ、液晶 領域11の内部にディスクリネーションを含ま� ��いことが望ましいが、そのような液晶領域1 1以外の液晶領域が画素内に含まれていても� �い。例えば画素内の一部の液晶領域が放射� �の配向を有していたり、液晶領域内部にデ� �スクリネーションを有していてもかまわな� �。

 <液晶領域内の液晶分子の配向状態2>
 1層構造の液晶層を有するサンプル液晶セル を作製して、液晶領域の配向状態を調べたの で、その方法および結果を説明する。

 まず、1層構造のサンプル液晶セル(「サン� �ル液晶セルNo.5」とする)を、上述したサンプ ル液晶セルと同様の方法で作製する。ただし 、配向膜として、表面自由エネルギーが47mJ/m ² の水平配向膜Bを使用する。また、液晶層の� �成には真空注入法を用い、液晶混合物に対� �る光の照射強度を20mW/cm ² とする。このようにして得られたサンプル液 晶セルNo.5では、各液晶領域は図3(b)に示す液� ��領域よりも大きくなり、前面基板および背� ��基板の配向膜と接するように配置される(液 晶領域の高さ≒液晶層の厚さ)。

 次いで、サンプル液晶セルNo.5の液晶層に おける液晶領域の配向状態を調べるために、 偏光顕微鏡を用いてサンプル液晶セルNo.5を� �板の法線方向から観察する。

 図5(a)は、透過偏光顕微鏡を用いてクロス ニコル状態でサンプル液晶セルNo.5を観察し� �顕微鏡像を示す図であり、図5(b)は、図5(a)の 状態から偏光板を45°回転させた状態の顕微� �像を示す図である。図示する直線A、Pは、そ れぞれ、偏光顕微鏡の偏光板および検光板の 透過軸の方向を示している。

 この結果、液晶滴内にディスクリネーシ� ��ンラインが観察されなかったことから、各� ��晶領域では液晶分子が略一様に配向してお� ��、モノドメインとなっていることがわかっ� ��。また、各液晶領域の幅は約5~15μmであった 。

 さらに、図5(a)では、一部の液晶領域は光 を透過しないため黒く見えるが、偏光板を回 転させると、これらの液晶領域は光を透過し て白く見える。同様に、図5(b)でも一部の液� �領域が黒く見えるが、これらの液晶領域は� �光板の回転により白く見える。このことか� �、液晶領域の面内の配向方向(ディレクタ)は 液晶領域毎に異なることがわかった。さらに 、図5(a)および(b)では、何れも、黒く見える� �域と白く見える領域とが略ランダムに配置� �れていることから、異なるディレクタを有� �る液晶領域が液晶層にランダムに配置され� �おり、視野角を拡大できることが確認され� �。

 続いて、サンプル液晶セルNo.5を切断し、 有機溶剤で液晶領域内の液晶を洗い流した後 に、スパッタ法で断面に導電膜を蒸着して、 断面SEM観察を行った。次いで、サンプル液晶 セルNo.5から一方のガラス基板を剥がして、� �晶層を上方から観察した(平面SEM観察)。

 図6(a)および(b)は、サンプル液晶セルNo.5� �断面SEM像および平面SEM像を示す図である。� �単のため、図3に示すサンプル液晶セルと同� ��の構成要素には同じ参照符号を付して説明� ��省略する。

 図6(a)から、高分子の壁10によって形成さ� ��る小部屋14が液晶層1の厚さ方向に1層で配列 されており、各小部屋14は上側および下側の� ��向膜12、13に接していることがわかった。従 って、各小部屋14内に形成される液晶領域内� ��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、 視野角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� ��に略垂直に形成されていることがわかった� ��一方、図6(b)から、高分子からなる壁10が連� ��しており、壁10の厚さが略均一であること� �わかった。

 次に、1層構造の液晶層を有するサンプル 液晶セルを作製して、本実施形態における表 示のコントラストの方位角依存性を測定した ので、その結果を図7に示す。

 まず、1層構造のサンプル液晶セル(「サン� �ル液晶セルNo.6」とする)を、上述したサンプ ル液晶セルと同様の方法で作製する。ただし 、配向膜として、表面自由エネルギーが47mJ/m ² の水平配向膜Bを使用する。また、液晶層の� �成には真空注入法を用い、液晶混合物に対� �る光の照射強度を20mW/cm ² とする。

 作製したサンプル液晶セルNo.6の液晶層は 、図5および図6に示すサンプル液晶セルNo.5の 液晶層と同様の構造を有している。表示のコ ントラストは、電圧印加時(黒表示)の透過光� ��度に対する電圧無印加時(白表示)の透過光� �度の比を算出することによって求めた。こ� �結果から、コントラストは方位角にほとん� �依存しないことがわかった。従って、特別� �配向分割手段を用いなくても、方位角依存� �の少ない液晶表示装置を実現できることが� �認できた。

 このように、本実施形態によると、視角� ��方位依存性を大幅に低減することが可能と� ��り、MVAモードやPVAモードの表示装置と同様� ��配向分割効果が得られる。なお、図7では、 液晶領域が液晶層の厚さ方向に1層で配列さ� �た(1層構造)液晶層の方位角依存性を示して� �るが、同様に、液晶領域が2層で配列された( 2層構造)液晶層でも方位角依存性を大幅に低� ��することができる。なお、1層構造の液晶層 では、2層構造の液晶層よりも表示のコント� �ストを高くできるので有利である。

 なお、上記の実施例では、液晶層内の小� ��屋の構造を制御するために、所定の表面エ� ��ルギーを有する配向膜を選択したが、配向� ��の表面を単分子吸着膜などを用いて改質す� ��ことにより、配向膜の表面エネルギーを制� ��してもよい。また、配向膜の表面エネルギ� ��の好適な範囲は、液晶の表面エネルギーと� ��程度(例えば差が20%以下)であればよく、上� �した配向膜Bの表面エネルギーの値に限定さ� ��ない。

 また、本実施形態の表示装置の構成は、� ��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8に示すようなフレキシブル基板52、53を用� ��てもよい。