JP2005156990A - 液晶表示素子、液晶表示装置、ならびに、液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パネル開口率を低下させることなく、視角特性および応答性に優れた液晶表示装置を実現する。
【解決手段】 透明基板５上に透明電極４および垂直配向処理層３が形成されてなる基板を２枚作製する。そして、一方の基板の垂直配向処理層３上に水平配向膜１の形成材料をインクジェット方式で滴下し、水平配向膜１を液滴状に配置する。さらに、水平配向膜１を配置した基板の基板面を一様に加熱し、液滴状に形成した水平配向膜１の周辺部から中心部に向かって乾燥させていく。そして、乾燥させた基板と、透明基板５上に透明電極４および垂直配向処理層３を形成した他方の基板とを、両基板間に一定の隙間を設けて固定し、この隙間に誘電透過率が正の液晶を封入して液晶セルを形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表示特性の視角依存性を低減した広視野角液晶表示装置および該液晶表示装置に用いられる基板に関するものである。

従来から、ネマティック液晶表示素子を用いた液晶表示装置は、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、携帯電話、テレビなどに広く用いられている。また、近年、これらの機器に搭載される液晶表示装置の応用技術が急速に進展している。

一般的に、液晶表示装置の透光性基板には、液晶に電圧を印加する画素電極を選択駆動するアクティブスイッチング手段である薄膜トランジスタなどの能動素子と、赤色、緑色、青色などのカラー表示手段であるカラーフィルタ層とが設けられている。

また、液晶表示方式としては、一般に以下の方式がよく知られている。
（Ａ）液晶の誘電率異方性(以下、Δεと称する)が正の液晶分子を９０度ねじれ配向させるツイストネマティック(Twisted Nematic)液晶表示方式（以下、ＴＮ方式と称する）
（Ｂ）液晶のΔεが正の液晶分子に対して、基板面の水平方向に電圧を印加する面内応答型(ＩＰＳ、In Plane Switching)液晶表示方式（以下、ＩＰＳ方式と称する）
（Ｃ）液晶のΔεが負の液晶を用いる垂直配向(Vertical Alignment)液晶表示方式（以下、ＶＡ方式と称する）。

これらの表示方式のうち、（Ａ）ＴＮ方式では、液晶分子が上下基板に対して傾斜して配向しているため、観察する視角によって表示画面のコントラストが低下など、視角依存性が大きいという問題がある。特に、画面の法線方向から表示コントラストが良くなる方向に視角を傾けていくと、ある角度以上で白黒表示が反転する現象（以下、反転現象という）が発生することが良く知られている。

そこで、このような視角依存性を改善するために、従来から、屈折率楕円体の１つの主屈折率の方向が画面の法線方向に対して平行な位相差板（フィルム）を、基板と偏光板の間に介在させることが行われている。すなわち、正常光と異常光との成分間の位相差を用いることにより、視角依存性の改善が図られている。

また、ＴＮ方式において、視角依存性を改善するための他の方法として、例えば特許文献１には、液晶セル内に樹脂で支持壁を設け、その支持壁に囲まれた領域に液晶を有する構造を備える構成が開示されている。特許文献１では、あらかじめ液晶分子と光重合性樹脂材料を混合させた混合物をセル内に充填し、支持壁となる部分を除いてマスクを施して露光する（マスク露光する）。これにより、光が照射された部分の樹脂を硬化させ、支持壁を形成する。そして、この支持壁によって液晶分子を軸対照配向、すなわち放射状配向させて広視野角を実現している。

一方、ＴＮ方式による視覚依存性の問題を回避するためには、ＩＰＳ方式やＶＡ方式を用いることが考えられる。

例えば、特許文献２には、ＶＡ方式に関する技術が開示されている。特許文献２の技術では、電極スリット、リブなどを設けることにより、斜め電界効果、または、基板に凹凸形状をつけることによる効果を利用して液晶を応答させている。なお、この技術では、液晶分子の配向方向を決定付けるために、ラビング工程が不要となっている。
特開平７−１２０７２８号公報 特許第３００５４１８号明細書

しかしながら、ＴＮ方式における視角依存性を改善するために、屈折率楕円体の１つの主屈折率の方向が画面の法線方向に対して平行な位相差板を基板と偏光板の間に介在させる方法では、白黒表示の反転現象を改善するには限界があり、十分な効果を得られない。

また、特許文献１の技術では、液晶分子と光重合性樹脂材料を混合させた混合物をセル内に充填した後、マスク露光によって光が照射された部分の樹脂を硬化して支持壁を作る際、どうしても未反応成分が残り、信頼性に影響を及ぼすという問題がある。さらに、支持壁の部分には液晶が存在しないため、表示部領域の面積が低下し、パネル開口率が低下するという問題がある。

また、ＶＡ方式を用いた特許文献２の構成では、電極スリットを作製する、または、リブを精度良く作成するプロセスが必要であるため、製造工程数の増加、およびコストアップを招来する。さらに、特許文献２の技術では、スリット上に電極が無いため、スリット上の液晶分子に電圧がかかりにくいという問題がある。すなわち、特許文献２の技術では、スリット上の液晶分子が、電極上の液晶分子よりも倒れにくく、電圧印加時の透過率が低下する。

さらに、特許文献２の技術では、スリット又はリブエッジ付近の液晶分子は電圧印加によりすぐに一定の方向に応答するが、スリット−スリット間、またはスリット−リブ間の中央付近の液晶分子は、電圧印加直後は倒れる方向（配向方向）が定まらず、応答が遅くなる、あるいは、ディスクリネーションが発生しやすくなるという傾向がある。

また、ＩＰＳ方式は、基板に対して水平方向に液晶をスイッチングさせる必要があるため、本質的に応答が遅いという問題がある。そして、応答を速くするためには、電極間距離を狭くする必要があるが、この場合、結果的にパネル開口率の低下につながるという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、パネル開口率を低下させることなく、視角特性および応答性に優れた液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明に係る液晶表示素子は、上記課題を解決するために、対向する一対の基板間に液晶層が挟持され、上記両基板間に電圧を印加することによって上記液晶層における液晶分子の配向方向を変化させる液晶表示素子において、少なくとも一方の基板上の上記液晶層と接する位置に、上記基板上に配向膜を形成するための配向膜形成材料が形成された後、当該配向膜形成材料が周辺部から中心部に向かって乾燥されてなる配向膜を備えていることを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子は、少なくとも一方の基板上に上記配向膜形成材料と親和性を有する親和部と上記配向膜形成材料と親和性を有さない非親和部とが形成されており、上記配向膜が、上記親和部と上記液晶層との間に形成されていることを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記親和部がドットマトリクス状または複数のライン状に形成されており、各親和部間に上記非親和部撥水部が形成されていることを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記親和部が、１画素に１つ以上形成されていてもよい。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記親和部の基板面垂直方向から見た面積が、上記非親和部の基板面垂直方向から見た面積よりも広いことを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記対向する両基板上に上記親和部と上記非親和部とが形成され、両基板上の上記親和部と液晶層との間に、上記配向膜がそれぞれ形成されていることを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記対向する両基板の法線方向から見て、一方の基板上の上記親和部が他方の基板上の上記非親和部を覆うように形成されていることを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記対向する両基板上に上記親和部と上記非親和部とがライン状に形成され、両基板の法線方向から見て、一方の基板上における上記親和部のラインパターンの中央線が、他方の基板上における上記非親和部のラインパターンと重畳するように形成されていることを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記親和部が、基板面方向の幅が２００μｍ以下の部分を含むことを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記液晶層が、両基板の法線方向から見て上記非親和部と重畳する領域に、ディスクリネーション部を含むことを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記液晶層が、正の誘電率異方性を有する液晶分子からなり、上記配向膜が水平配向膜であることを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記液晶層が、誘電率異方性が負の液晶分子からなり、上記配向膜が垂直配向膜であることを特徴としている。

本発明に係る液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、上記いずれかの構成の液晶表示素子を備えてなる。

本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、対向する一対の基板間に液晶層が挟持され、上記両基板間に電圧を印加することによって上記液晶層における液晶分子の配向方向を変化させる液晶表示素子の製造方法において、少なくとも一方の基板上に、配向膜を形成するための配向膜形成材料を形成する配向膜形成工程と、当該配向膜形成材料の周辺部から中心部に向かって乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記配向膜形成工程では、上記配向膜形成材料をインクジェット方式で滴下することを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記基板上の上記配向膜が形成される面に上記配向膜形成材料と親和性を有する親和部と上記配向膜形成材料と親和性を有しない非親和部とを形成する親和処理工程を含み、上記配向膜形成工程では、上記配向膜形成材料を上記親水部上に形成することを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記親和処理工程では、上記親和部と上記非親和部とを両基板上に形成し、上記配向膜形成工程では、両基板の上記親和部上に上記配向膜形成材料をそれぞれ形成することを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記対向する両基板の法線方向から見て、一方の基板上の上記親和部が他方の基板上の上記非親和部を覆うように、両基板を配置して固定する基板固定工程を含むことを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記液晶層を誘電率異方性が正の液晶分子で形成し、上記配向膜を水平配向膜で形成することを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記液晶層を誘電率異方性が負の液晶分子で形成し、上記配向膜を垂直配向膜で形成することを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記基板上に、上記配向膜形成材料と親和性を有さず、光を照射することによって上記配向膜形成材料と親和性をを示す光触媒材料を含んだ光触媒含有層を形成する工程と、上記光触媒含有層にフォトマスクを介して光照射を行うことにより、所望の形状および大きさの上記親和部および上記非親和部を形成する工程とを含むことを特徴としている。

本発明に係る液晶表示素子は、以上のように、基板上に配向膜形成材料が形成された後、当該配向膜形成材料が周辺部から中心部に向かって乾燥されてなる配向膜を備えている。

上記の構成によれば、配向膜上の液晶層における液晶分子が、配向膜の乾燥方向に依存して配向する。これにより、配向膜上の領域で、液晶分子を異なる方向に配向させることができるので、視覚特性の優れた液晶表示素子を提供することができる。

また、上記構成によれば、配向膜の中心部を境に、基板面方向において液晶分子の配向方向が変化する。従来の液晶表示素子では、液晶分子の配向方向が変化する領域において、電圧印加時の応答速度が低下する傾向があった。これに対して、本発明の液晶表示素子によれば、液晶分子の配向方向が変化する領域においても電圧印加時の応答速度が低下することがない。すなわち、上記の構成によれば、視角特性および応答性に優れた液晶表示素子を提供することができる。

また、上記の構成に加えて、少なくとも一方の基板上に親和部と非親和部とが形成されており、上記配向膜が、上記親和部と上記液晶層との間に形成されていてもよい。

上記の構成によれば、上記配向膜が上記親和部上の領域にのみ形成される。したがって、上記親和部の形状を制御することにより、上記配向膜を所望の形状または大きさに容易に形成することができる。なお、上記非親和部上の領域についても液晶層を配置することができるので、パネル開口率が低下することがない。

また、上記の構成に加えて、上記親和部がドットマトリクス状またはライン状に形成されており、各親和部間に上記非親和部が形成されていてもよい。
この場合、各親和部上の領域において、液晶分子が異なる方向に配向することになる。そして、このように各領域内において液晶分子の配向方向が異なる領域を複数備えることにより、基板面上の全域にわたって視覚特性が優れた液晶表示素子を実現することができる。

また、上記親和部が、１画素に１つ以上形成されていてもよい。
上記したように、各親和部上の領域では、各領域内における液晶分子の配向方向が異なっている。このような領域を各画素に１つ以上備えることにより、各画素について視覚特性を向上させることができる。

また、上記親和部の基板面垂直方向から見た面積が、上記非親和部の基板面垂直方向から見た面積よりも広いことが好ましい。
この構成によれば、液晶分子の配向方向が異なる領域がより広くなるので、視覚特性をより向上させることができる。

また、本発明に係る液晶表示素子は、対向する両側の基板上に上記親和部と上記非親和部とが形成され、両基板上の上記親和部と液晶層との間に、上記配向膜がそれぞれ形成されている構成としてもよい。
この場合、両側の基板付近で液晶分子の配向方向を規制することができ、より安定した応答（配向変化）を得ることができる。

また、上記の構成に加えて、両基板の法線方向から見て、一方の基板上の上記親和部が他方の基板上の上記非親和部を覆うように形成されていてもよい。
この場合、一方の基板における非親和部上の領域については、他方の基板付近で液晶分子の配向方向を規制することができるので、非親和部上の領域においても視覚依存性を低減することができる。

また、本発明に係る液晶表示素子は、対向する両側の基板上に上記親和部と上記非親和部とがライン状に形成され、両基板の法線方向から見て、一方の基板上における上記親和部のラインパターンの中央線が、他方の基板上における上記非親和部のラインパターンと重畳するように形成されていてもよい。
この場合、両側の基板付近で液晶分子の配向方向を規制することができ、より安定した応答（配向変化）を得ることができる。また、一方の基板における非親和部上の領域については、他方の基板付近で液晶分子の配向方向を規制することができるので、非親和部上の領域においても視覚依存性を低減することができる。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記親和部が、基板面方向の幅が２００μｍ以下の部分を含む構成としてもよい。
このように、少なくとも一部が２００μｍ以下の幅を有する親和部を複数備えることにより、各親和部上に形成される液晶分子が異なる方向に配向するので、各親和部の領域における視覚依存性を確実に改善することができる。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記液晶層が、両基板の法線方向から見て上記非親和部と重畳する領域に、ディスクリネーション部を含む構成としてもよい。
ここで、ディスクリネーション部とは、液晶分子の配向方向が互いに異なる領域の境界である。すなわち、このディスクリネーション部を境に、液晶分子の配向方向が切り替わる。
したがって、上記の構成によれば、隣接する親和部では、その間に形成される非親和部を境に液晶分子の配向方向が相反する。したがって、各親和部の境界付近において視覚依存性を低減することができる。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記液晶層が、正の誘電率異方性を有する液晶分子からなり、上記配向膜が水平配向膜であってもよい。
上記の構成によれば、視覚特性および応答特性に優れたツイストネマティック(Twisted Nematic)液晶表示方式（ＴＮ方式）の液晶表示素子を実現することができる。
なお、視覚依存性を低減するために支持壁を設ける必要がないので、パネル開口率を低下させることなく、視角特性および応答性に優れた液晶表示装置を実現することができる。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記液晶層が、負の誘電率異方性を有する液晶分子からなり、上記配向膜が垂直配向膜であってもよい。
上記の構成によれば、視覚特性および応答特性に優れた垂直配向(Vertical Alignment)液晶表示方式（ＶＡ方式）の液晶表示素子を実現することができる。
なお、上記の構成によれば、視覚依存性を低減するためにリブや電極スリットを設ける必要がなおので、製造プロセスの簡略化をはかることができる。また、これにより、スリット上に電圧がかからないという問題が生じないので、液晶層に、より効率よく電圧をかけることができる。

本発明に係る液晶表示装置は、上記いずれかの構成の液晶表示素子を備えている。したがって、視覚特性および応答特性に優れた液晶表示装置を実現することができる。

本発明の液晶表示素子の製造方法は、以上のように、少なくとも一方の基板上に、配向膜を形成するための配向膜形成材料を形成する配向膜形成工程と、当該配向膜形成材料の周辺部から中心部に向かって乾燥させる乾燥工程とを含んでいる。

上記の構成によれば、配向膜上の液晶層における液晶分子が、配向膜の乾燥方向に依存して配向する。これにより、配向膜上の領域で、液晶分子を異なる方向に配向させることができるので、視覚特性の優れた液晶表示素子を提供することができる。
また、ラビング等の方位角方向への配向処理を行う必要がないので、製造工程を簡略化でき、製造コストを低減することができる。

また、上記の構成において、上記配向膜形成工程では、上記配向膜形成材料をインクジェット方式で滴下して形成してもよい。これにより、基板上に配向膜形成材料を容易に形成することができる。

また、上記の構成に加えて、上記基板上の上記配向膜が形成される面に上記配向膜形成材料と親和性を有する親和部と上記配向膜形成材料と親和性を有さない非親和部とを形成し、上記配向膜形成材料を上記親和部上に形成してもよい。

この場合、親和部と非親和部とを形成した後に配向膜形成材料を形成することにより、非親和部上では配向膜形成材料がはじかれて形成されず、親和部上にのみ配向膜形成材料を形成させることができる。したがって、親和部の形状を制御することにより、配向膜の大きさ、形状、位置等を正確に制御することができる。

また、本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記親和部と上記非親和部とを両基板上に形成し、両基板の上記親和部上に上記配向膜形成材料をそれぞれ形成してもよい。
この場合、両側の基板付近で液晶分子の配向方向を規制することができ、より安定した応答（配向変化）を得ることができる。

また、上記の構成において、両基板の法線方向から見て、一方の基板上の上記親和部が他方の基板上の上記非親和部を覆うように、両基板を配置して固定してもよい。
この場合、一方の基板における非親和部上の領域について、他方の基板付近で液晶分子の配向方向を規制することができるので、非親和部上の領域においても視覚依存性を低減することができる。

また、本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記液晶層を誘電率異方性が正の液晶分子で形成し、上記配向膜を水平配向膜で形成してもよい。
この場合、視覚特性および応答特性に優れたツイストネマティック(Twisted Nematic)液晶表示方式（ＴＮ方式）の液晶表示素子を実現することができる。なお、視覚依存性を低減するために支持壁を設ける必要がないので、パネル開口率を低下させることなく、視角特性および応答性に優れた液晶表示装置を実現することができる。

また、本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記液晶層を誘電率異方性が負の液晶分子で形成し、上記配向膜を垂直配向膜で形成してもよい。
この場合、視覚特性および応答特性に優れた垂直配向(Vertical Alignment)液晶表示方式（ＶＡ方式）の液晶表示素子を実現することができる。なお、上記の構成によれば、視覚依存性を低減するためにリブや電極スリットを設ける必要がないので、製造プロセスの簡略化をはかることができる。また、これにより、スリット上に電圧がかからないという問題が生じないので、液晶層に、より効率よく電圧をかけることができる。

また、本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記基板上に、上記配向膜形成材料と親和性を有さず、光を照射することによって上記配向膜形成材料と親和性を示す光触媒材料を含んだ光触媒含有層を形成し、上記光触媒含有層にフォトマスクを介して光照射を行うことにより、所望の形状および大きさの上記親和部および上記非親和部を形成する構成としてもよい。

上記の構成によれば、親和部と非親和部とを、基板上に容易に形成することができる。また、フォトマスクの形状を変更するだけで、親和部および非親和部の形状および大きさを容易かつ精密に制御できる。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる液晶表示素子（液晶セル１０１）の断面図である。この図に示すように、液晶セル１０１は、上下に対向して設けられた一対の基板と、両基板間に挟持された液晶層１０とからなる。なお、液晶セル１０１は、ＴＦＴなどの能動素子や、カラーフィルタ層（いずれも図示せず）などとともに液晶表示装置に備えられるものである。

上側（表示面側）の基板は、透明基板５上に透明電極（電極）４、垂直配向処理層（垂直配向層）３が形成されてなる。また、下側の（背面側）の基板は、透明基板５上に透明電極（電極）４、垂直配向処理層（垂直配向層）３、水平配向膜１が形成されてなる。なお、水平配向膜１は、垂直配向処理層３上に液滴状に形成されている。すわわち、水平配向膜１は、垂直配向処理層３上に形成されている。また、液晶セル１０１では、上側の基板の垂直配向処理層３と、下側の基板の水平配向膜１および垂直配向処理層３との間に液晶層１０が形成されている。

透明基板５には、透明ガラス板を用いているが、透光性基板であればよく、例えば、プラスチック基板などの有機物でもよい。

電極４は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ、Indium Tin Oxide）からなる透明電極である。液晶セル１０１では、上下に備えられた１対の電極４間に電圧が印加されることにより、両電極間に形成された液晶層１０における液晶分子の配向方向が変化するようになっている。

垂直配向処理層３は、撥水性材料を予めスピン塗布し、硬化させたものを用いている。ただし、垂直配向処理層３は、液晶分子を垂直配向させるものであればよく、一般的な垂直配向膜を用いてもよい。

水平配向膜１は、液晶分子が水平配向するようにチルト角の発現成分を調整された水平配向用の熱硬化型ポリイミド材料からなり、垂直配向処理層３上に、直径約１００μｍの略円形の液滴状に形成されている。なお、水平配向膜１の材質はこれに限るものではなく、液晶を水平配向させる材料であればよい。例えば、ポリビニルアルコール、ナイロン等を用いることができる。ただし、後述する製造時の乾燥工程で要求される耐熱性等を考慮すると、ポリイミド材料を用いることが好ましい。

液晶層１０は、Δεが正のネマティック液晶であり、本実施の形態ではメルク社製のＭＬＣ−６８６７を用いる。ただし、液晶セル１０の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、一般的にアクティブ駆動用として用いられるフッ素系液晶、あるいは、シアノ系、クロル系等の液晶を用いてもよい。なお、液晶層１０の液晶分子は、電圧無印加状態では、水平配向膜１の中心部から放射状にハイブリッド配向（放射状ハイブリッド配向）しており、電圧印加状態では、両基板面の法線方向に配向する。

ここで、液晶セル１０１の製造方法について説明する。
まず、透明基板５をよく洗浄し、洗浄した透明基板５上に電極４を形成する。洗浄の方法は、一般的な方法でよい。すなわち、トリクロロエチレン、イソプロピルアルコール、過酸化水素の苛性ソーダ溶液、過酸化水素水の塩酸溶液等を適宜もちいて洗浄すればよい。また、電極４は、蒸着法、スパッタ法などの一般的に用いられている方法によって形成し、フォトリソグラフィなどによりパターニングすればよい。

次に、電極４上に垂直配向処理膜３を付ける。なお、ここまでの製造工程については、上側の基板および下側の基板の双方について同様に行う。

次に、下側の基板に用いる透明基板５上に設けた垂直配向処理層３に水平配向膜１の形成材料をインクジェット方式で滴下する。図２は、水平配向膜１の形成材料を滴下した後の、透明基板５の断面図である。この図に示すように、直径約１００μｍの水平配向膜１を液滴状に配置する。すなわち、垂直配向処理層３上に、水平配向膜１の形成材料をドット状に滴下させることにより、ドットパターンを形成する。

次に、水平配向膜１を形成した透明基板５を、乾燥処理する。本実施の形態では、８０℃に設定したホットプレート上に水平配向膜１を形成した透明基板５を置くことによって乾燥処理を行った。これにより、液滴状に形成された水平配向膜１は、周辺部から中心に向かって乾燥していく。

なお、本実施の形態では、上記のようにホットプレートを用いて乾燥処理を行ったが、この方法に限るものではなく、水平配向膜１を周辺部から中心部に向かって乾燥させることができる方法であればよい。すなわち、基板面の法線方向（基板の上面側または下面側）から、上記のように滴下形成した水平配向膜１全体を均一に加熱（乾燥）させる方法であればよく、例えば、基板面上から赤外線を照射して乾燥させてもよい。
また、本実施の形態では、ホットプレートの設定温度を８０℃としたが、これに限るものではなく、設定温度は適宜変更してもよい。

次に、上記のように乾燥処理した透明基板５を、本焼成して硬化させる。本実施の形態では、オーブンにて１８０℃で１時間本焼成する。

次に、上側の基板と下側の基板との間にスペーサ（図示せず）を入れて基板間に均一な隙間を形成し、シール材（図示せず）で周囲を封じて固定する。この際、液晶の注入口（図示せず）となる部分は封止せずに開口させておく。なお、スペーサの材質は特に限定されるものではなく、例えば、プラスチックビーズやシリカ粒子などを用いることができる。また、シール材の材質についても特に限定されるものではなく、例えば、エポキシ樹脂やシリコン樹脂などに、ガラス繊維を粉砕して円柱状にしたスペーサを混ぜたものを用いることができる。

次に、両基板間に液晶を注入し、液晶層１０を形成する。液晶の注入方法については、一般的な方法を用いればよい。例えば、液晶セル１０１内部を真空にし、加熱して液体状態にした液晶を注入し、注入口を接着剤でシールして密閉すればよい。

以上のように形成した液晶セル１０１では、ラビング等の方位角方向への配向処理を施していないにも関わらず、液晶分子が、液滴状に配置した水平配向膜１の中心部から放射状にハイブリッド配向する（図１参照）。すなわち、水平配向膜１上の液晶層１０における液晶分子が、水平配向膜１の乾燥方向に依存して配向する。このことは、偏光顕微鏡のクロスニコル下で観察することによって確認することができる。また、この液晶セル１０１の両電極間に電圧を印加すると、液晶分子が立ちあがることが確認できる。すなわち、液晶分子の長軸方向が、両基板面の法線方向に配向する。

したがって、液晶セル１０１の上下の透明基板５それぞれに、互いの吸収軸が直交するように偏光板（図示せず）を備えることにより、液晶セル１０１を備えた液晶表示装置では、電圧無印加時に白表示、電圧印加時に黒表示を実現できる。

また、液晶セル１０１では、水平配向膜１上の領域で、液晶分子を異なる方向に配向させることができるので、視覚特性の優れた液晶表示素子を提供することができる。

また、液晶セル１０１では、水平配向膜１の中心部を基点として、基板面方向における液晶分子の配向方向が放射状に変化する。すなわち、水平配向膜１の中心部に対して、基板面方向の反対側に位置する液晶分子の配向方向は概１８０度相反する。このように、液晶分子の配向方向が変化する領域において、従来の液晶表示素子では、電圧印加時の応答速度が低下する傾向があったが、液晶セル１０１では、電圧印加時の応答速度が低下することがない。すなわち、液晶セル１０１は、視角特性および応答性に優れている。

また、液晶セル１０１では、液晶分子を配向させるためのラビング工程が不要となるので、プロセスの簡略化によるコスト低減が可能となる。

また、液晶セル１０１を用いた液晶表示装置では、特許文献１のような支持壁を設ける必要がないので、パネル開口率を低下させることなく、視角特性および応答性に優れた液晶表示装置を実現することができる。

また、本実施の形態では、水平配向膜１を下側（背面側）の基板にのみ形成する例を説明したが、これに限るものではない。例えば、水平配向膜１を上側（表示面側）の基板にのみ形成してもよく、両側の基板に形成してもよい。水平配向膜１を両側の基板に形成する場合、両側の基板付近で液晶分子の配向方向を規制することができ、より安定した応答（配向変化）を得ることができる。

また、本実施の形態では、水平配向膜１を周辺部から中心部に向かって乾燥させたが、これに限るものではない。乾燥速度、乾燥方向を制御することにより、液晶分子を任意の方向に配向させられることが予測できる。

また、液晶セル１０１を液晶表示装置に備えることにより、視覚特性および応答特性の優れた液晶表示装置を実現することができる。

〔実施の形態２〕
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１における液晶セル１０１と同じ部材については実施形態１と同じ符号を用い、その説明を一部省略する。

図３は、本実施の形態にかかる液晶表示素子（液晶セル１０２）の断面図である。液晶セル１０２は、ＴＦＴなどの能動素子や、カラーフィルタ層（いずれも図示せず）などとともに液晶表示装置に備えられるものである。図３に示すように、液晶セル１０２は、上下に対向して設けられた一対の基板と、両基板間に挟持された液晶層１０とからなる。上側（表示面側）の基板は、透明基板５上に透明電極（電極）４、垂直配向処理層（垂直配向層）３が形成されてなる。また、下側の（背面側）の基板は、透明基板５上に透明電極（電極）４、垂直配向処理層（垂直配向層）３ａ、水平配向膜１が形成されてなる。

なお、本実施の形態に係る液晶セル１０２は、下側の基板に形成される垂直配向処理層３ａの構成が、実施の形態１における垂直配向処理層３の構成と異なっている。図４は、液晶セル１０２における下側の基板の断面図である。この図に示すように、垂直配向処理層３ａは、親水性を示す親水部（親水部領域）６および撥水性を示す撥水部（撥水部領域）２を有している。すなわち、親水部６とは、水平配向膜１の形成材料と親和性を有する親和部であり、撥水部２とは、水平配向膜１の形成材料と親和性を有さない非親和部である。また、水平配向膜１が親水部６上の概全面に形成されている。

図５は、下側の基板の平面図である。この図に示すように、下側の基板上（垂直配向処理層３ａ）には、１００μｍ×１００μｍ角の略正方形状に親水部６が形成されており、各親水部６の間は撥水部２で隔たれている。また、親水部６の略全面上に水平配向膜１が形成されている。

ここで、液晶セル１０２の製造方法について説明する。なお、上側の基板、すなわち、透明電極４、垂直配向処理層３を備えた透明基板５の製造方法は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

まず、下側の基板に用いる透明基板５をよく洗浄し、洗浄した透明基板５上に電極４を形成する。洗浄の方法、および、電極４の形成方法は、実施の形態１と同様である。

次に、電極４上に、光触媒材料と撥水・親水性材料を複合化した光触媒含有層（図示せず）を形成する。なお、本実施の形態では、光触媒材料として酸化チタンが含有されている感光性化合物を用いる。この感光性化合物は、元来、撥水性を示す性質を有しているが、光（紫外線）照射されることにより親水性を示すようになる。また、光触媒含有層（感光層）の形成方法は特に限定されるものではなく、例えば、スピンコート、ディップコート等の方法を用いることができる。

次に、光触媒含有層に、約１００μｍ×１００μｍのドットマトリクス状にパターン化したフォトマスクを介して紫外線照射を行う。これにより、紫外線照射された領域は親水部６となり、フォトマスクで覆われ、紫外線照射されなかった領域は撥水部２となる。この結果、約１００μｍ×１００μｍ角の親水性を示す複数の領域（親水部６）と、それらを隔てる領域（撥水部２）とを含む垂直配向処理層３ａを形成できる。

次に、親水部６のみに水平配向膜１の形成材料をインクジェット方式で滴下する。図５は、水平配向膜１が形成された透明基板５の平面図である。この図に示すように、約１００μｍ×１００μｍ角に形成したドットマトリクスパターンどおりの水平配向膜１が得られる。このように、親水部６と撥水部２とを形成した後に水平配向膜１の形成材料を滴下することにより、撥水部２では水平配向膜１の形成材料がはじかれて配置されず、親水部６上にのみ水平配向膜１の形成材料を配置させることができる。したがって、滴下する水平配向膜１の形成材料の大きさ、位置等を正確に制御することができる。

次に、水平配向膜１の形成材料を形成した透明基板５を、実施の形態１と同様に乾燥処理する。これにより、ドットマトリクス状に配置された水平配向膜１の形成材料は、周辺部から中心に向かって乾燥していく。

以降は、実施の形態１と同様に、本焼成、上側の透明基板５との貼り合せ、液晶の注入等の工程を行う。

以上のように形成した液晶セル１０２では、ラビング等の方位角方向への配向処理を施していないにも関わらず、液晶分子が、約１００μｍ×１００μｍのドットマトリクス状に配置した水平配向膜１の中心部から放射状にハイブリッド配向する。このことは、偏光顕微鏡のクロスニコル下で観察することによって確認することができる。また、液晶セル１０２の上下の電極４間に電圧を印加すると、液晶分子が立ち上がる。図６は、この場合の液晶分子の配向方向を示すイメージ図である。この図に示すように、水平配向膜１をパターニングした下側の基板界面付近の液晶分子は電圧無印加時には放射状に配向し、上側の基板界面に向かってハイブリッド配向する。

したがって、液晶セル１０２の上下の透明基板５それぞれに、互いの吸収軸が直交するように偏光板（図示せず）を備えることにより、液晶セル１０２を備えた液晶表示装置では、電圧無印加時に白表示、電圧印加時に黒表示を実現できる。

また、液晶セル１０２では、水平配向膜１をパターニングすることにより、電圧無印加時には液晶分子の長軸方向が放射状にハイブリッド配向し、電圧印加時には液晶分子の長軸方向が垂直配向する液晶セルを容易に実現することができる。これにより、基板面上の全域にわたって視覚特性が優れた液晶セルを実現することができる。

また、本実施の形態では、ドットマトリクス状に配置された水平配向膜１（親水部６）上の領域それぞれで、電圧無印加時に液晶分子の長軸方向が周辺部から中心部に向かって配向する。したがって、隣接する親水部６では、親水部６間に形成された撥水部２を境に液晶分子の配向方向が相反する。すなわち、液晶層１０における、両基板の法線方向から見て撥水部２と重畳する領域に、ディスクリネーション部が形成される。ここで、ディスクリネーション部とは、液晶分子の配向方向が互いに異なる領域の境界である。したがって、各親水部６の境界付近において視覚依存性を低減することができる。

また、親水部６は、１画素に１つ以上形成することが好ましい。上記したように、各親水部６上の領域では、各領域内における液晶分子の配向方向が異なっている。このような領域を各画素に１つ以上備えることにより、各画素について視覚特性を向上させることができる。

また、基板上（垂直配向処理層３ａ）に親水部６および撥水部２を、水平配向膜１の形成材料の滴下前にパターニングしておくことにより、撥水部２が水平配向膜１の形成材料をはじき、水平配向膜１の形成材料が親水部６にのみ形成されるので、水平配向膜１のパターニングをより正確に行うことができる。すなわち、撥水部２および親水部６を予め形成することにより、水平配向膜１をインクジェット法等により容易にパターニングすることができる。なお、撥水部２上の領域についても液晶層１０が配置されるので、パネル開口率が低下することはない。

また、液晶セル１０２では、特許文献１のような支持壁を設ける必要がないので、パネル開口率を低下させることなく、視角特性および応答性に優れた液晶セルを実現することができる。

また、本実施の形態では、親水部６を約１００μｍ×１００μｍのドットパターン状に形成したが、これに限るものではない。フォトマスク形状を変更することにより、正方形に限らず、四角形、三角形、くさび型などの様々な多角形、円形、楕円形、渦巻き形、ライン等様々なパターンで配向膜（垂直配向処理層３ａ）を形成することができる。また、フォトマスクの大きさを変更することにより所望の大きさのドットマトリクスパターンを形成すればよい。
ただし、親水部６の基板面垂直方向から見た面積は、液晶分子の配向方向が異なる領域をより広くすることによって視覚特性をより向上させるために、撥水部２の基板面法線方向から見た面積よりも広いことが好ましい。また、親水部６は、基板面方向の幅が２００μｍ以下の部分を含むように形成することが好ましい。このように、少なくとも一部が２００μｍ以下の幅を有する親水部６を複数備えることにより、各親水部６上に形成される液晶分子がそれぞれハイブリッド配向するので、液晶セル１０２の全域において視覚依存性が改善される。

また、本実施の形態では、水平配向膜１の形成材料をインクジェット方式で滴下したが、これに限るものではない。本実施の形態のように、親水・撥水パターン（親水部６、撥水部２）を予め設ける場合には、例えば、ロール印刷、ディップ等の方法で水平配向膜１の形成材料を塗布しても、撥水部２が水平配向膜１をはじき、親水部６上にのみ水平配向膜１を形成することができる。ただし、ロール印刷、ディップ等の方法では、水平配向膜１の形成精度が、撥水部２の表面張力の影響を受けるので、より微細なパターンまたはピッチで配向膜を設けたい場合にはインクジェット方式で親水部６にのみ水平配向膜１の形成材料を滴下させることが好ましい。

また、本実施の形態では、光触媒材料として酸化チタンが含有されている感光性化合物を用いたが、これに限るものではない。例えば、元来は撥水性を示し、光（紫外線）照射により親水性を示す他の感光性化合物を用いてもよい。このような光触媒材料を用いた光触媒層（垂直配向処理層３ａ）にフォトマスクを介して紫外線照射を行うことにより、所望の形状および大きさの親水部および撥水部を形成することができる。したがって、親水部６と撥水部２とを、基板上に容易に形成することができる。また、フォトマスクの形状を変更するだけで、親水部６および撥水部２の形状および大きさを容易かつ精密に制御できる。なお、垂直配向処理層３ａの形成方法は、上記の方法に限らず、垂直配向処理層３ａ上に親水部６と撥水部２とを形成できる方法であればよい。

また、本実施の形態では、水平配向膜１を下側（背面側）の基板にのみ形成する例を説明したが、これに限るものではない。例えば、水平配向膜１を上側（表示面側）の基板にのみ形成してもよく、両側の基板に形成してもよい。水平配向膜１を両側の基板に形成する場合、両側の基板付近で液晶分子の配向方向を規制することができ、より安定した応答（配向変化）を得ることができる。さらにこの場合、上下基板面の法線方向から見て、一方の基板の親水部６が、他方の基板の撥水部２を覆うように、両基板における撥水部２および親水部６を形成してもよい。これにより、各基板における撥水部２上の領域において、他方の基板付近で液晶分子の配向方向を規制することができるので、撥水部２上の領域における視覚特性の低下を防止することができる。

また、本発明によれば、撥水部２には水平配向膜１を設ける必要がないので、配向膜材料の使用量低減を図ることができる。また、本発明によれば、ラビング工程が不要となるので、プロセスの簡略化によるコスト低減が可能となる。

また、液晶セル１０２を液晶表示装置に備えることにより、視覚特性および応答特性の優れた液晶表示装置を実現することができる。

〔実施の形態３〕
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１における液晶セル１０１と同じ部材については、これらと同じ符号を用い、その説明を一部省略する。

図７は、本実施の形態にかかる液晶セル１０３の断面図である。液晶セル１０３は、ＴＦＴなどの能動素子や、カラーフィルタ層（いずれも図示せず）などとともに液晶表示装置に備えられるものである。なお、液晶セル１０３は、水平配向膜１の代わりに垂直配向膜７を用いる点、および、Δεが正のネマティック液晶からなる液晶層１０の代わりにΔεが負のネマティック液晶からなる液晶層１１を用いる点が、実施の形態１における液晶セル１０１と異なっている。

図７に示すように、液晶セル１０３は、上下に対向して設けられた一対の基板と、両基板間に挟持された液晶層１１とからなる。

上側（表示面側）の基板は、透明基板５上に透明電極（電極）４、垂直配向処理層（垂直配向層）３が形成されてなる。また、下側の（背面側）の基板は、透明基板５上に透明電極（電極）４、垂直配向処理層（垂直配向層）３、垂直配向膜７が形成されてなる。なお、垂直配向膜７は、垂直配向処理層３上に液滴状に配置されている。すわわち、水平配向膜１は、垂直配向処理層３上に形成されている。また、液晶セル１０３では、上側の基板の垂直配向処理層３と、下側の基板の垂直配向膜７および垂直配向処理層３との間に液晶層１１が形成されている。

垂直配向膜７は、液晶分子が垂直配向するようにチルト角の発現成分を調整された垂直配向用の熱硬化型ポリイミド材料からなり、垂直配向処理層３上に、直径約１００μｍの略円形の液滴状に形成されている。なお、垂直配向膜７の材質はこれに限るものではなく、液晶を垂直配向させる材料であればよい。例えば、ポリビニルアルコール、ナイロン等を用いることができる。ただし、後述する製造時の乾燥工程で要求される耐熱性等ポリイミド材料を用いることが好ましい。

液晶層１１は、Δεが負のネマティック液晶であり、本実施の形態ではメルク社製ＭＬＣ−２０３７を用いる。なお、液晶層１１の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、一般的にアクティブ駆動用として用いられるフッ素系液晶、あるいは、シアノ系、クロル系等の液晶を用いてもよい。なお、液晶層１１の液晶分子は、電圧無印加状態では、垂直配向膜７の周辺部から中心部にかけて放射状に垂直配向（放射状垂直配向）しており（液晶分子の長軸方向が基板面法線方向に配向しており）、電圧印加状態では、垂直配向膜７のエッジ部から中心に向かって放射状に液晶分子が倒れる（液晶分子の長軸方向が両基板面方向に沿って配向する）。

ここで、液晶セル１０３の製造方法について説明する。
まず、実施の形態１と同様に、透明基板５をよく洗浄し、洗浄した透明基板５上に電極４を形成し、電極４上に垂直配向処理膜３を付ける。なお、ここまでの製造工程については、上側の基板および下側の基板の双方について同様に行う。

次に、下側の基板として用いる透明基板５上に設けた垂直配向処理層３に垂直配向膜７の形成材料をインクジェット方式で滴下する。これにより、図８に示すように、直径約１００μｍの垂直配向膜７を液滴状に形成する。すなわち、垂直配向処理層３上に、垂直配向膜７の形成材料をドット状に滴下させることにより、ドットパターンを形成する。

次に、垂直配向膜７を形成した下側の基板を、実施の形態１と同様の方法で乾燥処理する。これにより、液滴状に形成された垂直配向膜７は、周辺部から中心に向かって乾燥していく。

以降は、実施の形態１と同様に、本焼成、上下基板の貼り合せ、液晶注入などの工程を経て液晶セル１０３を完成させる。ただし、注入する液晶は実施の形態１とは異なり、Δεが負のネマティック液晶とする。

以上のように形成した液晶セル１０３では、垂直配向処理層３および液滴状に配置した垂直配向膜７上の液晶分子の長軸方向は、基板面の法線方向に配向している。すなわち、液晶分子が立っている状態となる。このことは、偏光顕微鏡のクロスニコル下で観察することによって確認することができる。
また、この液晶セル１０３の両電極間に電圧を印加すると、ラビング等の方位角方向に配向処理をしていないにもかかわらず、液滴状に配置した垂直配向膜７のエッジ部から中心に向かって放射状に液晶分子が倒れて配向していく。

したがって、液晶セル１０３の上下の透明基板５それぞれに、互いの吸収軸が直交するように偏光板（図示せず）を備えることにより、液晶セル１０３を備えた液晶表示装置では、電圧無印加時に黒表示、電圧印加時に白表示を実現できる。

また、液晶セル１０３では、垂直配向膜７上の領域で、液晶分子を異なる方向に配向させることができるので、視覚特性の優れた液晶表示素子を提供することができる。

また、液晶セル１０３では、電圧印加時に、垂直配向膜７の中心部を基点として、基板面方向における液晶分子の配向方向が放射状に変化する。すなわち、垂直配向膜７の中心部に対して、基板面方向の反対側に位置する液晶分子の配向方向は概１８０度相反する。このように、液晶分子の配向方向が変化する領域において、従来の液晶表示素子では、電圧印加時の応答速度が低下する傾向があったが、液晶セル１０３では、電圧印加時の応答速度が低下することがない。すなわち、液晶セル１０３は、視角特性および応答性に優れている。

また、液晶セル１０３では、液晶分子を配向させるためのラビング工程が不要となるので、プロセスの簡略化によるコスト低減が可能となる。

また、本実施の形態における液晶セル１０３は、特許文献２のようにリブや電極スリットを設ける必要がなく、放射状に倒れる垂直配向液晶表示装置を容易に提供することができる。すなわち、従来の垂直配向パネルに設けられていた電極スリット、リブの少なくともどちらか一方を取り除くことができ、プロセスの簡略化をはかることができる。また、従来の垂直配向パネルにおける電極スリットでは、スリット上には電圧がかからなかったが、液晶セル１０３では、電極スリットを設けなくても分割配向できるため、より効率よく液晶層に電圧がかかる。

また、本実施の形態では、垂直配向膜７を下側（背面側）の基板にのみ形成する例を説明したが、これに限るものではない。例えば、垂直配向膜７を上側（表示面側）の基板にのみ形成してもよく、両側の基板に形成してもよい。垂直配向膜７を両側の基板に形成する場合、両側の基板付近で液晶分子の配向方向を規制することができ、より安定した応答（配向変化）を得ることができる。

また、本実施の形態では、垂直配向膜７を周辺部から中心部に向かって乾燥させたが、これに限るものではない。乾燥速度、乾燥方向を制御することにより、液晶分子を任意の方向に配向させられることが予測できる。

また、液晶セル１０３を液晶表示装置に備えることにより、視覚特性および応答特性の優れた液晶表示装置を実現することができる。

〔実施の形態４〕
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１〜３における液晶セル１０１〜１０３と同じ部材については、これらと同じ符号を用い、その説明を一部省略する。

図９は、本実施の形態にかかる液晶セル１０４の断面図である。液晶セル１０４は、ＴＦＴなどの能動素子や、カラーフィルタ層（いずれも図示せず）などとともに液晶表示装置に備えられるものである。図９に示すように、液晶セル１０４は、上下に対向して設けられた一対の基板と、両基板間に挟持された液晶層１１とからなる。上側（表示面側）の基板は、透明基板５上に透明電極（電極）４、垂直配向処理層（垂直配向層）３が形成されてなる。また、下側の（背面側）の基板は、透明基板５上に透明電極（電極）４、垂直配向処理層（垂直配向層）３ａ、垂直配向膜７が形成されてなる。

ここで、本実施の形態に係る液晶セル１０４は、実施の形態３における液晶セル１０４と同様、垂直配向膜７およびΔεが負のネマティック液晶からなる液晶層１１を備えている。ただし、下側の基板上に形成される垂直配向処理層３ａが撥水部２と親水部６とを備えている点が、液晶セル１０３と異なっている。すなわち、本実施の形態４における液晶セル１０４は、実施の形態２における液晶セル１０２と同様の垂直配向処理層３ａを備えている。

図１０は、液晶セル１０４における下側の基板の断面図である。この図に示すように、垂直配向処理層３ａは、親水性を示す親水部（親水部領域）６および撥水性を示す撥水部（撥水部領域）２を有している。また、垂直配向膜７が親水部６上の概全面に形成されている。

ここで、液晶セル１０４の製造方法について説明する。
透明基板５上に透明電極４、垂直配向処理層３を備えた上側の基板の製造方法は、実施の形態１〜３と同様であるので、説明を省略する。

まず、実施の形態２と同様の方法により、下側の基板となる透明基板５上に、電極４、垂直配向処理層３ａを形成する。

次に、親水部６のみに垂直配向膜７の形成材料をインクジェット方式で滴下する。これにより、実施の形態２における図５と同様に、透明基板５上（垂直配向処理層３ａ）には、１００μｍ×１００μｍ角の略正方形状に親水部６が形成され、各親水部６の間は撥水部２で隔たれる。ただし、上記したように、本実施の形態では、実施の形態２における水平配向膜１に代えて、垂直配向膜７が、親水部６の略全面上に形成されている。

以降は、実施の形態１〜３と同様、乾燥処理、本焼成、上下基板の貼り合せ、液晶の注入等の工程を経て、液晶セル１０４を完成させる。

以上のように形成した液晶セル１０４では、垂直配向処理層３およびドットマトリクス状に配置した垂直配向膜７上の液晶分子は、垂直に立っている。すなわち、液晶分子の長軸方向が基板面の法線方向に配向している。このことは、偏光顕微鏡のクロスニコル下で観察することによって確認することができる。

また、この液晶セル１０４の両電極間に電圧を印加すると、ラビング等の方位角方向に配向処理をしていないにもかかわらず、実施の形態２で示した図６と同様に、ドットマトリクス状に配置した垂直配向膜７のエッジ部から中心に向かって放射状に液晶分子が倒れて配向していく。すなわち、液晶分子の長軸方向が、垂直配向膜７のエッジ部から中心に向かって、基板面方向に配向していく。

したがって、液晶セル１０４の上下の基板それぞれに、互いの吸収軸が直交するように偏光板（図示せず）を備えることにより、液晶セル１０４を備えた液晶表示装置では、電圧無印加時に黒表示、電圧印加時に白表示を実現できる。

また、本実施の形態のように、垂直配向膜７をパターニングすることにより、電圧印加によって放射状にハイブリッド配向する液晶セルを、ドットマトリクス状に複数形成した液晶表示装置を容易に提供することができる。

また、液晶セル１０４では、垂直配向膜７をパターニングすることにより、電圧無印加時には液晶分子の長軸方向が垂直配向し、電圧印加時には液晶分子が放射状にハイブリッド配向する領域を、ドットマトリクス状に複数形成した液晶セルを容易に実現することができる。これにより、基板面上の全域にわたって視覚特性が優れた液晶セルを実現することができる。

また、本実施の形態では、ドットマトリクス状に配置された垂直配向膜７（親水部６）上の領域それぞれで、電圧印加時に液晶分子の長軸方向が周辺部から中心部に向かって配向する。したがって、隣接する親水部６では、親水部６間に形成された撥水部２を境に液晶分子の配向方向が相反する。すなわち、液晶層１１における、両基板の法線方向から見て撥水部２と重畳する領域に、ディスクリネーション部が形成される。したがって、各親水部６の境界付近において視覚依存性を低減することができる。

また、親水部６は、１画素に１つ以上形成することが好ましい。上記したように、各親水部６上の領域では、各領域内における液晶分子の配向方向が異なっている。このような領域を各画素に１つ以上備えることにより、各画素について視覚特性を向上させることができる。

また、基板上（垂直配向処理層３ａ）に親水部６および撥水部２を、垂直配向膜７の形成材料の滴下前にパターニングしておくことにより、撥水部２が垂直配向膜７の形成材料をはじき、垂直配向膜７が親水部６にのみ形成されるので、垂直配向膜７のパターニングをより正確に行うことができる。すなわち、撥水部２および親水部６を予め形成することにより、垂直配向膜７をインクジェット法等により容易にパターニングすることができる。なお、撥水部２上の領域についても液晶層１１が配置されるので、パネル開口率が低下することはない。

また、本実施の形態における液晶セル１０４は、特許文献２のようにリブや電極スリットを設ける必要がなく、放射状に倒れる垂直配向液晶表示装置を容易に提供することができる。すなわち、従来の垂直配向パネルに設けられていた電極スリット、リブの少なくともどちらか一方を取り除くことができ、プロセスの簡略化をはかることができる。また、従来の垂直配向パネルにおける電極スリットでは、スリット上には電圧がかからなかったが、液晶セル１０４では、電極スリットを設けなくても分割配向できるため、液晶層１１に電圧をより効率よくかけることができる。

また、本実施の形態では、垂直配向膜７を下側（背面側）の基板にのみ形成する例を説明したが、これに限るものではない。例えば、垂直配向膜７を上側（表示面側）の基板にのみ形成してもよく、両側の基板に形成してもよい。垂直配向膜７を両側の基板に形成する場合、両側の基板付近で液晶分子の配向方向を規制することができ、より安定した応答（配向変化）を得ることができる。さらにこの場合、上下基板面の法線方向から見て、一方の基板の親水部６が、他方の基板の撥水部２を覆うように、両基板における撥水部２および親水部６を形成してもよい。これにより、各基板の撥水部２の領域において、表示性能が低下することを防止できる。

また、本発明によれば、撥水部２には垂直配向膜７を設ける必要がないので、配向膜材料の使用量低減を図ることができる。また、本発明によれば、ラビング工程が不要となるので、プロセスの簡略化によるコスト低減が可能となる。

また、本実施の形態では、親水部６を約１００μｍ×１００μｍのドットパターン状に形成したが、これに限らず、実施の形態２と同様、大きさ、形状を変更してもよい。

また、本実施の形態では、垂直配向膜７をインクジェット方式で滴下したが、実施の形態２と同様、これに限るものではない。

また、本実施の形態では、光触媒材料として酸化チタンが含有されている感光性化合物を用いたが、実施の形態２と同様、親水部６および撥水部２を他の方法で形成してもよい。

また、液晶セル１０４を液晶表示装置に備えることにより、視覚特性および応答特性の優れた液晶表示装置を実現することができる。

〔実施の形態５〕
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１〜４における液晶セル１０１〜１０４と同じ機能を有する部材については、これらと同じ符号を用い、その説明を一部省略する。

図１１は、本実施の形態に係る液晶表示素子（液晶セル１０５）における下側の基板の斜視図である。液晶セル１０５は、ＴＦＴなどの能動素子や、カラーフィルタ層（いずれも図示せず）などとともに液晶表示装置に備えられるものである。液晶セル１０５は、上下に対向して設けられた一対の基板と、両基板間に挟持された液晶層１１とからなる。上側（表示面側）の基板は、透明基板５上に透明電極（電極）４、垂直配向処理層（垂直配向層）３が形成されてなる。また、下側の（背面側）の基板は、透明基板５上に透明電極（電極）４、垂直配向処理層（垂直配向層）３ｂ、垂直配向膜７が形成されてなる。

図１１に示すように、垂直配向処理層３ｂは、実施の形態４の液晶セル１０４における垂直配向処理層３ａと同様、親水部６と撥水部２とからなる。ただし、垂直配向処理層３ｂは、親水部６と撥水部２とが、複数のライン状に形成されている点が、液晶セル１０４における垂直配向処理層３ａとは異なる。なお、垂直配向膜７は、親水部６の概全面上に形成されている。また、上側の基板については、実施の形態１〜４における液晶セル１０１〜１０４と同様の構成である。すなわち、上側の基板は、電極４、垂直配向処理層３を備えた透明基板５からなる。

ここで、液晶セル１０５の製造方法について説明する。
透明基板５上に透明電極４、垂直配向処理層３を備えた上側の基板の製造方法は、実施の形態１〜４と同様であるので、説明を省略する。

まず、下側の基板に用いられる透明基板５をよく洗浄し、洗浄した透明基板５上に電極４を形成する。洗浄の方法、および、電極４の形成方法は、実施の形態１と同様である。

次に、電極４上に、光触媒材料と撥水・親水性材料を複合化した光触媒含有層（図示せず）を形成する。なお、光触媒材料、および、光触媒含有層の形成方法は実施の形態２と同様である。

次に、光触媒含有層に、約１００μｍ幅の露光部と約２０μｍ幅の遮光部とがそれぞれライン状に複数パターンされたフォトマスクを介して紫外線（光）照射を行う。これにより、垂直配向処理層３ｂに、１００μｍ幅の親水部（親水部領域）６と、２０μｍ幅の撥水部（撥水部領域）２とを形成することができる。

次に、親水部６のみに垂直配向膜７の形成材料をインクジェット方式で滴下する。これにより、図９に示したように、親水性を示す領域である１００μｍ幅の親水部６のラインパターンどおりに、垂直配向膜７を形成することができる。

次に、水平配向膜１の形成材料を形成した透明基板５を、実施の形態１と同様の方法で乾燥処理する。これにより、ラインパターン状に配置された水平配向膜１は、ラインの周辺部から中心に向かって乾燥していく。

次に、実施の形態１〜４と同様に、本焼成、上側基板との貼り合せ、液晶注入を行って、液晶セル１０５を完成させる。なお、本実施の形態で注入される液晶は、Δεが負のネマティック液晶である。

以上のように形成した液晶セル１０５では、１００μｍ幅のライン状に形成した垂直配向膜７上および撥水部２（撥水領域）上の液晶分子は、電圧無印加時には垂直に立っている。すなわち、液晶分子の長軸方向が基板面の法線方向に配向している。このことは、偏光顕微鏡のクロスニコル下で観察することによって確認することができる。

また、この液晶セル１０５の両電極間に電圧を印加すると、１００μｍ幅のライン状に配置した垂直配向膜７のエッジ部から垂直配向膜７が成すラインの中心線に向かって液晶分子の長軸方向が倒れて分割配向する。

したがって、液晶セル１０５の上下の基板それぞれに、互いの吸収軸が直交するように偏光板（図示せず）を備えることにより、液晶セル１０５を備えた液晶表示装置では、電圧無印加時に黒表示、電圧印加時に白表示を実現できる。

図１２は、電圧印加時の液晶分子の配向状態を示す模式図（イメージ図）である。この図に示すように、電圧印加時には、垂直配向膜７が成すラインの中心線上、および、撥水部２が成すラインの中心線上に、ディスクリネーションライン（ディスクリネーション部）８が形成される。ここで、ディスクリネーションライン８とは、液晶の配向方向が互いに相反する領域の境界線である。すなわち、このディスクリネーションライン８を境に、液晶分子９の配向方向が切り替わる。

このように、液晶セル１０５では、電圧印加時にディスクリネーションライン８が決まった位置に存在するように液晶分子を配向させることができる。これにより、ディスクリネーションライン８付近の液晶分子の応答速度（配向変化）が速くなる。すわわち、液晶分子を１８０°相反する２方向に分割して配向させる場合、従来の技術では、その中心線付近の液晶分子は配向方向が定まりにくく、応答速度が遅い傾向があったが、液晶セル１０５では、この中心線付近の配向方向が電圧印加毎に決まった位置に出現し、応答速度を向上させることができる。
また、電圧印加時には、垂直配向膜７が成すラインの中心線上にディスクリネーションライン８が形成され、これを境に液晶分子の配向方向が異なる方向となるので、視覚依存性が低減される。

また、本実施の形態のように、垂直配向膜７をパターニングすることにより、電圧印加によって液晶分子が相反する方向に配向する領域を、ライン状に複数形成した液晶表示装置を容易に提供することができる。これにより、基板面上の全域にわたって視覚特性が優れた液晶セルを実現することができる。

また、垂直配向処理層３ｂにおける親水部６および撥水部２を、垂直配向膜７の形成材料の滴下前にパターニングしておくことにより、垂直配向膜７のパターニングをより正確に行うことができる。なお、撥水部２上の領域についても液晶層１１が配置されるので、パネル開口率が低下することはない。

また、本実施の形態における液晶セル１０５は、特許文献２のようにリブや電極スリットを設ける必要がなく、液晶分子がライン状に分割して配向する垂直配向液晶表示装置を容易に提供することができる。すなわち、従来の垂直配向パネルに設けられていた電極スリット、リブの少なくともどちらか一方を取り除くことができ、プロセスの簡略化をはかることができる。また、従来の垂直配向パネルにおける電極スリットでは、スリット上には電圧がかからなかったが、液晶セル１０５では、電極スリットを設けなくても分割配向できるため、より効率よく液晶層に電圧がかかる。

また、本実施の形態では、垂直配向処理層３ｂにおける親水部６および撥水部２を、ライン状に形成したが、これに限るものではない。例えば、上述の光触媒含有層にフォトマスクを介して紫外線照射を行い、撥水部２／親水部６のパターニングを行う際、フォトマスクの形状を変更することにより、親水部６を、四角形、三角形、くさび型などの様々な多角形、円形、楕円形、渦巻き形、ライン形等、様々な形状に形成することができる。したがって、様々なパターンで垂直配向膜７を形成することができる。

また、フォトマスクの大きさを変更することにより、親水部６のラインパターンの幅を変更してもよい。ただし、親水部６のラインパターンの幅を約２００μｍ以下とすることが好ましい。このように、ラインパターンの幅が２００μｍ以下の親水部６を複数備えることにより、各親水部６上に形成される液晶分子が各親水部６の中心線を境に相反する方向に配向し、ディスクリネーションライン８を形成するので、各親水部６上の領域において視覚依存性が低減される。なお、液晶分子の配向方向が異なる領域をより広くすることによって視覚特性をより向上させるために、親水部６の基板面方向の幅は、撥水部２の基板面方向の幅よりも広いことが好ましい。

また、親水部６は、１画素に１つ以上形成することが好ましい。上記したように、各親水部６上の領域では、各領域内における液晶分子の配向方向がディスクリネーションライン８を境に異なっている。このような領域を各画素に１つ以上備えることにより、各画素について視覚特性を向上させることができる。

また、本実施の形態では、垂直配向膜７を下側（背面側）の基板にのみ形成する例を説明したが、これに限るものではない。例えば、垂直配向膜７を上側（表示面側）の基板にのみ形成してもよく、両側の基板に形成してもよい。垂直配向膜７を両側の基板に形成する場合、両側の基板付近で液晶分子の配向方向を規制することができ、より安定した応答（配向変化）を得ることができる。さらに、垂直配向膜７を両側の基板に形成する場合、両基板面の法線方向から見て、一方の基板の親水部６が、他方の基板の撥水部２を覆うように、両基板における撥水部２および親水部６を形成してもよい。すなわち、両基板における垂直配向膜７および撥水部２のラインパターンが、上下千鳥となるように液晶セル１０５を形成してもよい。この場合の液晶セル１０５の概略断面図を図１３に示す。このように、両基板における垂直配向膜７および撥水部２のラインパターンが、上下千鳥となるように形成することにより、各基板の撥水部２の領域において、表示性能が低下することを防止できる。

また、本実施の形態では、垂直配向膜７をラインの周辺部から中心部に向かって乾燥させたが、これに限るものではない。乾燥速度、乾燥方向を制御することにより、液晶分子を任意の方向に配向させられることが予測できる。

また、本発明によれば、撥水部２には垂直配向膜７を設ける必要がないので、配向膜材料の使用量低減を図ることができる。また、本発明によれば、ラビング工程が不要となるので、プロセスの簡略化によるコスト低減が可能となる。

また、本実施の形態では、垂直配向膜７の形成材料をインクジェット方式で滴下したが、実施の形態２と同様、これに限るものではない。

また、本実施の形態では、液晶層１１を誘電率異方性が負の液晶分子で形成し、ＶＡ方式の液晶セル１０５を形成したが、これに限るものではない。例えば、垂直配向膜７に代えて実施の形態１および２における水平配向膜１を形成し、液晶層１１に代えて誘電異方性が正の液晶分子からなる液晶層１０を用いることにより、ＴＮ方式の液晶セルを形成することができる。本実施の形態に係る液晶セル１０５をＴＮ方式で形成した場合でも、ＶＡ方式の液晶セル１０５と略同様の効果を相する。

また、本実施の形態では、光触媒材料として酸化チタンが含有されている感光性化合物を用いたが、実施の形態２と同様、親水部６および撥水部２を他の方法で形成してもよい。

また、液晶セル１０５を液晶表示装置に備えることにより、視覚特性および応答特性の優れた液晶表示装置を実現することができる。

また、本発明は、基板上に親水／撥水処理（親水部６／撥水部２）をパターニングし、該親水部６領域に配向膜を設けることによって簡便に所望の配向方向に制御することが出来る基板を提供することができ、上記基板を用いた液晶表示装置を提供することにより、ラビングを必要とせず、電極スリット作製プロセスまたはリブ作製プロセスを必要としない、又は、樹脂等でセル内に支持壁を作製するプロセスを必要としない、広視野角特性、高速応答特性を有する高性能な液晶表示装置を提供するという目的を達成するものである、と表現することができる。

また、本発明の配向方法を利用した液晶表示素子は、対向する一対の基板間に液晶層が挟持され、表示を行う画素が例えばマトリクス状に配置された液晶表示素子において、該一対の基板の少なくとも一方の液晶層側に配向膜がパターニングされており、液晶層を同心円状または２方向以上の配向方向に配向させる液晶配向手段を各画素に少なくとも１つ以上有するものであり、これによって、上記目的を達成できるものである、と表現することもできる。

また、本発明によれば、容易に放射状ハイブリッド配向、又は放射状垂直配向、又はライン状に分割垂直配向をする液晶表示装置を提供することが可能となる。

また、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の液晶表示素子およびその製造方法は、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、携帯電話、テレビなどに搭載される液晶表示装置に適用することができる。

本発明の一実施の形態における液晶セルの断面図である。 本発明の一実施の形態における一方の基板の断面図である。 本発明の第２の実施の形態における液晶セルの断面図である。 本発明の第２の実施の形態における一方の基板の断面図である。 本発明の第２の実施の形態、および、第４の実施の形態における、一方の基板の平面図である。 本発明の第２の実施の形態、および、第４の実施の形態における、液晶素子の配向状態を示す模式図である。 本発明の第３の実施の形態における液晶セルの断面図である。 本発明の第３の実施の形態における一方の基板の断面図である。 本発明の第４の実施の形態における液晶セルの断面図である。 本発明の第４の実施の形態における一方の基板の断面図である。 本発明の第５の実施の形態における一方の基板の斜視図である。 本発明の第５の実施の形態における液晶分子の配向状態を示す模式図である。 本発明の第５の実施の形態における変形例を示す断面図である。

符号の説明

１ 水平配向膜（配向膜）
２ 撥水部（非親和部、撥水部領域）
３、３ａ、３ｂ 垂直配向処理層（垂直配向層）
４ 透明電極（電極）
５ 透明基板
６ 親水部（親和部、親水部領域）
７ 垂直配向膜（配向膜）
８ ディスクリネーションライン（ディスクリネーション部）
９ 液晶分子
１０ 液晶層（Δεが正のネマティック液晶層）
１１ 液晶層（Δεが負のネマティック液晶層）

Claims (21)

1. 対向する一対の基板間に液晶層が挟持され、上記両基板間に電圧を印加することによって上記液晶層における液晶分子の配向方向を変化させる液晶表示素子において、
   少なくとも一方の基板上の上記液晶層と接する位置に、上記基板上に配向膜を形成するための配向膜形成材料が形成された後、当該配向膜形成材料が周辺部から中心部に向かって乾燥されてなる配向膜を備えていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 少なくとも一方の基板上に上記配向膜形成材料と親和性を有する親和部と上記配向膜形成材料と親和性を有さない非親和部とが形成されており、
   上記配向膜が、上記親和部と上記液晶層との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 上記親和部がドットマトリクス状または複数のライン状に形成されており、各親和部間に上記非親和部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 上記親和部が、１画素に１つ以上形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
5. 上記親和部の基板面垂直方向から見た面積が、上記非親和部の基板面垂直方向から見た面積よりも広いことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
6. 対向する両基板上に上記親和部と上記非親和部とが形成され、
   両基板上の上記親和部と液晶層との間に、上記配向膜がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示素子。
7. 両基板の法線方向から見て、一方の基板上の上記親和部が他方の基板上の上記非親和部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示素子。
8. 対向する両基板上に上記親和部と上記非親和部とがライン状に形成され、
   両基板の法線方向から見て、一方の基板上における親和部のラインパターンの中央線が、他方の基板上における非親和部のラインパターンと重畳するように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示素子。
9. 上記親和部が、基板面方向の幅が２００μｍ以下の部分を含むことを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
10. 上記液晶層が、両基板の法線方向から見て上記非親和部と重畳する領域に、ディスクリネーション部を含むことを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
11. 上記液晶層が、正の誘電率異方性を有する液晶分子からなり、
    上記配向膜が水平配向膜であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
12. 上記液晶層が、負の誘電率異方性を有する液晶分子からなり、
    上記配向膜が垂直配向膜であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の液晶表示素子を備えてなる液晶表示装置。
14. 対向する一対の基板間に液晶層が挟持され、上記両基板間に電圧を印加することによって上記液晶層における液晶分子の配向方向を変化させる液晶表示素子の製造方法において、
    少なくとも一方の基板上に、配向膜を形成するための配向膜形成材料を形成する配向膜形成工程と、
    当該配向膜形成材料の周辺部から中心部に向かって乾燥させる乾燥工程とを含むことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
15. 上記配向膜形成工程では、上記配向膜形成材料をインクジェット方式で滴下して形成することを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示素子の製造方法。
16. 上記基板上の上記配向膜が形成される面に上記配向膜形成材料と親和性を有する親和部と上記配向膜形成材料と親和性を有しない非親和部とを形成する親和処理工程を含み、
    上記配向膜形成工程では、上記配向膜形成材料を上記親和部上に形成することを特徴とする請求項１４または１５に記載の液晶表示素子の製造方法。
17. 上記親和処理工程では、上記親和部と上記非親和部とを両基板上に形成し、
    上記配向膜形成工程では、両基板の上記親和部上に上記配向膜形成材料をそれぞれ形成することを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示素子の製造方法。
18. 両基板の法線方向から見て、一方の基板上の上記親和部が他方の基板上の上記非親和部を覆うように、両基板を配置して固定する基板固定工程を含むことを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示素子の製造方法。
19. 上記液晶層を誘電率異方性が正の液晶分子で形成し、
    上記配向膜を水平配向膜で形成することを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。
20. 上記液晶層を誘電率異方性が負の液晶分子で形成し、
    上記配向膜を垂直配向膜で形成することを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。
21. 上記基板上に、上記配向膜形成材料と親和性を有さず、光を照射することによって上記配向膜形成材料と親和性を示す光触媒材料を含んだ光触媒含有層を形成する工程と、
    上記光触媒含有層にフォトマスクを介して光照射を行うことにより、所望の形状および大きさの上記親和部および上記非親和部を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の液晶素子の製造方法。

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