JP2007178912A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】明るく、表示ムラのない反射型液晶表示装置と、その簡便な製造方法を提供する。
【解決手段】液晶表示装置が具備する液晶表示パネル１０は、主面を対面させて配置されたアレイ基板２０と対向基板３０との間に、液晶性側鎖３０１ｂを有し、アレイ基板２０の主面に垂直な方向において第１媒質層３０１と第２媒質層３０２とが周期構造を形成したブロックコポリマーからなるポリマー層４０が挟持された構造を有する。第１媒質層３０１のアレイ基板２０の主面に垂直な方向の屈折率ｎ_１と、第２媒質層３０２のアレイ基板２０の主面に垂直な方向の屈折率ｎ_２とを、電圧無印加時には異なり、電圧印加時には等しくなる構成とし、ポリマー層４０に電圧を印加することにより液晶表示パネル１０の光反射率を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は液晶表示装置およびその製造方法に関し、より詳しくは基板間に周期構造を有するポリマー層を挟持した反射型の液晶表示装置およびその製造方法に関する。

反射型液晶表示装置は、超低消費電力で動作する表示装置として、時計、電卓、小型携帯機器などに広く利用されている。このような反射型液晶表示装置に使用される表示モードには、ツイスティッド・ネマティック（ＴＮ）型、スーパー・ツイスティッド・ネマティック（ＳＴＮ）型、電界制御複屈折（ＥＣＢ）型があり、これらは偏光板を必要とする。しかし、偏光板を用いると、液晶セルへの入射光の５０％以上がこの偏光板によって吸収されるため、明るい反射型表示装置を実現することは困難であった。

明るい反射型表示装置を実現するための技術として、複屈折性材料（液晶）と複屈折性を示さない非複屈折性材料（高分子材料）とが層状に配置された層構造を有し、これら複屈折性材料と非複屈折性材料の周期を複数とした光学素子（表示装置）が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。この表示装置では、光硬化性樹脂と液晶との混合物にレーザ光の干渉パターンを照射し、この干渉パターンに沿って液晶と高分子材料とが分離することで、複屈折性材料と非複屈折材料の周期構造が形成される。この高分子／液晶複合体に電界を印加することによる液晶層の屈折率変化を利用して、特定の波長の光の透過と反射を制御している。

また、上述した偏光板を不要とする技術として、フィルム上に液晶をコーティングしたものを多数重ね合わせ、この複合多層膜に電圧を印加することで前記液晶の屈折率を変化させ、光の透過／反射を制御する液晶セル（表示装置）およびその製造方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。この表示装置では、電圧印加の有無により液晶層の屈折率が変化するので、電圧印加時に液晶とフィルムの屈折率が一致するように構成すると入射光は透過し、電圧無印加時に液晶の屈折率と厚みおよびフィルムの屈折率と厚みが特定の関係を満たすように構成すると干渉反射が生じる。

したがって、これらの表示装置では偏光板を使用せずに反射型表示を行うことができる。

しかしながら、特許文献１，２に開示された表示装置では、レーザ光の干渉パターンを一度に広い領域に照射することはできない。このため、レーザ光の干渉パターンを走査して照射する必要があり、生産効率を高めることが困難である。

また、特許文献３に開示された表示装置では、薄いフィルムを用いるとハンドリング性が悪いために製造が容易ではなく、しかも均一に積層することが困難なために表示ムラが生じやすいという問題がある。これに対して、フィルムのハンドリング性を高めるために厚いフィルムを用いると、画面が暗くなり、また、駆動電圧が高くなるという問題が生じる。また、特許文献３には、厚いフィルムと液晶の積層体を延伸させることで薄膜化する技術が開示されているが、流動性を有する液晶が挟まれたフィルムを各層の厚さを均一に調整しながら延伸させることは困難である。
特開平６−３０８５４２号公報 特開平７−９２４８３号公報 特開平１０−２２８０１５号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、明るく表示ムラのない反射型液晶表示装置と、その簡便で生産性が高い製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点によれば、主面を対面させて配置される一対の基板と、前記一対の基板の間に挟持されるポリマー層と、を有する液晶表示装置であって、前記ポリマー層は、液晶性側鎖を有し前記基板の主面に垂直な方向において周期構造を有するブロックコポリマーを備え、前記ポリマー層の光反射率が前記周期構造を有するブロックコポリマーに電圧を印加することにより制御されることを特徴とする液晶表示装置、が提供される。

この液晶表示装置において、前記周期構造を有するブロックコポリマーは、前記基板の主面に垂直な方向で交互に存在する第１媒質層と第２媒質層とを有し、前記第１媒質層の前記基板の主面に垂直な方向の屈折率ｎ_１と、前記第２媒質層の前記基板の主面に垂直な方向の屈折率ｎ_２とが、電圧無印加時には異なり、電圧印加時には等しい構成とすることが好ましい。逆に、前記第１媒質層の前記基板の主面に垂直な方向の屈折率ｎ_１と、前記第２媒質層の前記基板の主面に垂直な方向の屈折率ｎ_２とが、電圧無印加時には等しく、電圧印加時には異なる構成としてもよい。

前記液晶性側鎖は、前記第１媒質層または第２媒質層のいずれか一方にのみ含まれ、前記周期構造のピッチは５ｎｍ〜２００ｎｍ、繰り返し回数は１０〜１０００であることが好ましい。

前記第１媒質層は前記液晶性側鎖を有するポリメタクリル酸エステルまたはその誘導体からなり、前記第２媒質層はジメチルシロキサンまたはその誘導体からなることが好ましい。

本発明の第２の観点によれば、第１の基板上に液晶性側鎖を有するブロックコポリマーを含有する溶液を塗布する工程と、
前記溶液に含まれる溶媒を揮発させて前記第１の基板上に前記ブロックコポリマーからなるポリマー層を形成する工程と、
前記ポリマー層にアニール処理を施して前記ブロックコポリマーを相分離させる工程と、
第２の基板と前記相分離されたポリマー層が形成された第１の基板とを貼り合わせる工程とを有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法、が提供される。

本発明によれば、明るく表示ムラのない反射型の液晶表示装置を、簡便な工程で作製することができる。そのため、生産性がよい。また、本発明の液晶表示装置は、液晶を含むポリマー層を薄く形成することができるので、駆動電圧を低くすることができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に本発明に係る液晶表示装置の概略構造を表した平面図を示し、図２に図１の液晶表示装置の概略構造を部分的に表した断面図を示す。

この液晶表示装置は、反射型表示方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置であり、液晶表示パネル１０と、液晶表示パネル１０に接続された走査線ドライバ１１と、信号線ドライバ１２とを具備している。

液晶表示パネル１０は、アレイ基板２０と、対向基板３０とを有しており、アレイ基板２０と対向基板３０との間には枠状のシール層（図示せず）が介在している。そして、アレイ基板２０と対向基板３０と図示しないシール層とに囲まれた空間は、液晶性側鎖を有するブロックコポリマーで満たされ、ポリマー層４０が形成されている。また、アレイ基板２０には光吸収性フィルム５０が貼り付けられており、使用者は対向基板３０の外面側から液晶表示パネル１０を見る。

アレイ基板２０は、例えば、ガラス基板やプラスティック基板等の透明基板１００と、透明基板１００の一面上に設けられた走査線１０１，補助容量線（図示せず）を有している。走査線１０１と補助容量線は、各々、Ｘ方向に延びており、Ｘ方向と直交するＹ方向に所定間隔で交互に配列している。

走査線１０１と補助容量線は、同一の工程で形成することができる。また、これらの材料としては、例えば、金属または合金を使用することができる。走査線１０１と補助容量線は絶縁膜１０２で被覆されており、この絶縁膜１０２としては、例えば、シリコン酸化膜を使用することができる。

絶縁膜１０２上には、半導体層１０３が走査線１０１のゲート電極に対応して配設されている。半導体層１０３は、例えばアモルファスシリコンからなり、ゲート電極と交差している。半導体層１０３上には、図示しないチャネル保護層と、オーミック層とが形成されている。

ゲート電極と、半導体層１０３と、ゲート絶縁膜（すなわち、絶縁膜１０２のうちゲート電極と半導体層１０３との間に位置した部分）とは、薄膜トランジスタを形成しており、薄膜トランジスタは画素スイッチ１０４として利用される。本例では、画素スイッチ１０４はｎチャネル薄膜トランジスタであり、より具体的には、アモルファスシリコン薄膜トランジスタである。しかしながら、画素スイッチ１０４はこれに限定されるものではなく、ポリシリコン薄膜トランジスタを使用してもよいし、このような薄膜トランジスタを使用する代わりに、薄膜ダイオードなどの他のスイッチング素子を使用してもよい。

絶縁膜１０２上には、さらに信号線１０５ａとソース電極１０５ｂとが配設されている。信号線１０５ａは、各々、Ｙ方向に延びており、画素スイッチ１０４が形成する列に対応してＸ方向に配列している。信号線１０５ａは、画素スイッチ１０４が含む半導体層１０３のドレインを被覆している。すなわち、信号線１０５ａの一部は、画素スイッチ１０４のドレイン電極として機能する。ソース電極１０５ｂは、画素スイッチ１０４に対応して配設されており、画素スイッチ１０４のソース電極として機能するとともに、補助容量線と向き合っている。ソース電極１０５ｂと補助容量線とそれらの間に介在した絶縁膜１０２とがキャパシタ１０６を形成している。

絶縁膜１０２上には、さらにカラーフィルタ１０７が配設されている。カラーフィルタ１０７は、例えば、青（Ｂ），緑（Ｇ），赤色（Ｒ）の着色層を含んでいる。また、カラーフィルタ１０７上には画素電極１０８が設けられており、画素電極１０８は、カラーフィルタ１０７に形成された貫通孔を介してソース電極１０５ｂに接続されている。画素電極１０８の材料としては、例えばＩＴＯ（indium tin oxide）を使用することができる。なお、画素スイッチ１０４とソース電極１０５ｄと画素電極１０８とキャパシタ１０６とは、画素回路を形成している。

画素電極１０８は配向膜１０９で被覆されている。後述するように、ポリマー層４０はミクロ相分離して周期構造を形成するが、この際、配向膜１０９はＡポリマー鎖（第１媒質層）３０１とＢポリマー鎖（第２媒質層）３０２とがアレイ基板２０等の主面に垂直な方向で交互に並んだ周期構造を形成するために機能している。配向膜１０９にポリイミド、ナイロン、ポリアミド、ベンゾシクロブテンポリマー、ポリアクリルニトリル等の比較的親水的な膜を使用した場合、Ａポリマー鎖とＢポリマー鎖の内より親水的なポリマー鎖の方が配向膜と接触するように配列する。ここで、Ａポリマー鎖の方がより親水的と仮定すると、配向膜１０９上にＡポリマー鎖が配列し、その上にＢポリマー鎖が、またその上にＡポリマー鎖という具合に周期構造が形成される。逆に、配向膜１０９にシランカップリング剤のような疎水的な膜を用いると、Ａポリマー鎖とＢポリマー鎖の内より疎水的なポリマー鎖の方が配向膜と接触するように配列する。これらの中で、ポリイミドは成膜の容易さや化学的安定性の点で優れている。なお、画素電極１０８や対向電極２０８にオイルミスト等の吸着がなく、親水的な表面が一様に形成されていれば、配向膜１０９，配向膜２０９は本発明に必須ではなく、省略することもできる。

絶縁膜１０２上には、走査信号入力端子群（図示せず）と、映像信号入力端子群（図示せず）がさらに配置されている。これら走査信号入力端子と映像信号入力端子はそれぞれ、走査線１０１と信号線１０５ａとに接続されている。これら端子の材料としては、例えば金属または合金を使用することができる。なお、絶縁膜１０２，半導体層１０３，カラーフィルタ１０７，配向膜１０９は、アレイ基板２０の構成要素である。

対向基板３０は、例えば、ガラス基板やプラスティック基板などの透明基板２００と、透明基板２００の一面に設けられた対向電極２０８と、対向電極２０８を被覆する配向膜２０９と有している。この対向電極２０８は画素電極１０８と向き合った共通電極である。対向電極２０８の材料としては、例えばＩＴＯを使用することができる。配向膜２０９としては配向膜１０９と同じ膜を使用することができる。

アレイ基板２０と対向基板３０とは、これら配向膜１０９，２０９を向き合わせて配置されている。図示しない走査信号入力端子と映像信号入力端子は、アレイ基板２０と対向基板３０との間に設けられ、アレイ基板２０と対向基板３０とを互いに貼り合わせている枠状のシール層の外側に設けられている。この枠状のシール層の材料としては、エポキシ系やアクリル系の接着剤を使用することができる。

アレイ基板２０と対向基板３０との間であって枠状のシール層が形成する枠の枠外側には、図示しないトランスファ電極が配置されている。このトランスファ電極は、対向電極２０８をアレイ基板２０に接続している。

アレイ基板２０と対向基板３０との間には粒状スペーサが介在しているか、または、アレイ基板２０と対向基板３０の一方または両方が柱状スペーサを備えている。これらのスペーサは、アレイ基板２０と対向基板３０との間であって画素電極１０８に対応した位置に、厚さがほぼ一定の隙間を形成している。

アレイ基板２０と対向基板３０と枠状のシール層とに囲まれた空間は、液晶性側鎖を有するブロックコポリマーで満たされており、ポリマー層４０を形成している。画素電極１０８，対向電極２０８，配向膜１０９，配向膜２０９，ポリマー層４０が、液晶素子３００を形成する。液晶表示パネル１０の各画素は、画素スイッチ１０４と液晶素子３００とキャパシタ１０６とを含んでいる。また、アレイ基板２０と対向基板３０とそれらの間に介在したポリマー層４０および枠状のシール層とが、液晶セルを形成している。

光吸収性フィルム５０は、例えば、黒色のプラスティックフィルムである。

走査線ドライバ１１および信号線ドライバ１２はそれぞれ、上述した走査信号入力端子および映像信号入力端子に接続されている。走査線ドライバ１１および信号線ドライバ１２は、図１に示すようにＣＯＧ（chip on glass）実装してもよいし、ＴＣＰ（tape carrier package）実装してもよい。

次に、ポリマー層４０の構造について詳細に説明する。ポリマー層４０を構成するブロックコポリマーとは、複数のホモポリマー鎖がブロックとして結合した直鎖コポリマーを指す。ブロックコポリマーとしては、繰り返し単位Ａを有するＡポリマー鎖（第１媒質層）３０１と繰り返し単位Ｂを有するＢポリマー鎖（第２媒質層）３０２とが末端どうしで結合した、−（ＡＡ・・ＡＡ）−（ＢＢ・・ＢＢ）−という構造のＡ−Ｂ型ジブロックコポリマーが挙げられる。

このようなブロックコポリマーは、種々の重合法で合成可能であるが、最も好ましい合成方法はリビング重合法である。リビング重合法の中で、リビングアニオン重合法またはリビングカチオン重合法では、１種のモノマーをアニオンまたはカチオンを生成する重合開始剤により重合を開始させ、他のモノマーを逐次的に添加することによりブロックコポリマーを合成することができる。また、リビングラジカル重合法でもブロックコポリマーを合成することもできる。これら各種リビング重合法では、分子量やコポリマー比を精密に制御することができ、分子量分布の狭いブロックコポリマーを得ることができる。リビング重合法を用いる際には、溶媒を金属ナトリウムなどの乾燥剤で十分乾燥し、凍結乾燥や不活性ガスなどのバブリングなどの方法により、酸素の混入を防止することが好ましい。重合反応は、不活性ガス気流下において、好ましくは２気圧以上の加圧条件下で行うことが好ましい。加圧条件下での重合は、反応容器外からの水分や酸素などの混入を効果的に防止することができ、しかも比較的低コストで反応プロセスを実施できるという利点がある。ポリマー鎖どうしの化学的な結合は、結合強度の面から共有結合となることが好ましく、特に炭素−炭素結合または炭素−ケイ素結合であることがより好ましい。

このようなブロックコポリマーを加熱（アニール）処理することにより、Ａポリマー鎖からなる層とＢポリマー鎖からなる層とが交互にならぶミクロ相分離を生じさせることができる。そこで、ポリマー層４０にこのミクロ相分離を利用して、Ａポリマー鎖とＢポリマー鎖とがアレイ基板２０等の主面に垂直な方向で交互に並んだ周期構造を形成させる。このような周期構造は、Ａポリマー鎖とＢポリマー鎖の組成比が５０：５０のときに最も起こりやすく、実用的には４０：６０〜６０：４０の範囲にあることが好ましい。また、Ａポリマー鎖とＢポリマー鎖の極性差が大きい、すなわち一方のポリマー鎖が親水性が強く、もう一方のポリマー鎖が疎水性が強い場合に、このような周期構造をとりやすい。ポリマー鎖の極性は溶解度パラメーターを指標にすることができ、Ａポリマー鎖材料とＢポリマー鎖材料の溶解度パラメーターの差が５（ＭＰａ）^１／２以上であることが好ましい。なお、Ａポリマー鎖材料とＢポリマー鎖材料の溶解度パラメーターの差が５（ＭＰａ）^１／２未満の場合は、周期構造が形成されにくい。

ブロックコポリマーのミクロ相分離による周期構造は、例えば、ブロックコポリマーを適当な溶媒に溶解して塗布溶液を調製し、この塗布溶液を基板上に塗布し乾燥して膜を形成し、この膜をブロックコポリマーのガラス転移温度以上の温度でアニールすることによって、形成することができる。また、ミクロ相分離構造を形成したブロックコポリマーに架橋剤の添加や架橋性基の導入を行うことにより、ブロックコポリマーを構成しているポリマーを三次元的に相互に架橋させてもよい。このような架橋処理によって、ミクロ相分離構造の耐熱性や機械的強度を向上させて安定化することができる。

ブロックコポリマーを溶解する溶媒は、ブロックコポリマーを構成する２種のポリマー鎖材料に対して良溶媒であることが望ましい。ポリマー鎖どうしの斥力は、２種のポリマー鎖材料の溶解度パラメーターの差の２乗に比例する。そこで、２種のポリマー鎖材料に対する良溶媒を用いれば、２種のポリマー鎖材料の溶解度パラメーターの差が小さくなり、系の自由エネルギーが小さくなって相分離に有利になる。

液晶表示パネル１０に用いられるブロックコポリマーの基本骨格として、例えば、ポリスチレン、ポリメタクリル酸エステル、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリジメチルシロキサンおよびこれらの誘導体の中から２種類のポリマーを組み合わせたものが使用できる。これらの材料は、容易にＡ−Ｂ型ジブロックコポリマーを形成することができるため好ましい。中でも、ポリメタクリル酸エステルは、エステル部分に液晶性側鎖を結合することが容易であるため好適である。この材料は比較的屈折率が高いため、ポリジメチルシロキサンのような屈折率の低い材料と組み合わせることで、高い反射率を得ることができる。

なお、前述したこれらの誘導体とは、例えば、ポリα−メチルスチレン、ポリｔ−ブチルスチレン、ポリメタクリル酸トリフルオロエチル、ポリメチルフェニルシロキサンなどが挙げられる。

また、このようなブロックコポリマーの薄膜を作製する場合に、ブロックコポリマーを溶解する溶剤としては、均一溶液を調製することができるように１５０℃以上の沸点を有する溶剤、例えば、エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルラクテート等を用いることが好ましい。

次に、本発明の液晶表示パネル１０の動作原理について説明するために、ポリマー層４０がミクロ相分離構造を有するＡ−Ｂ型ジブロックコポリマーからなるものとして、図３にＡ−Ｂ型ジブロックコポリマーからなるポリマー層の電圧無印加時における構造を模式的に示す断面図を示し、図４に同ポリマー層の電圧印加時における構造を模式的に示す断面図を示す。Ａ−Ｂ型ジブロックコポリマーのミクロ相分離構造は、基板（つまり、アレイ基板２０，対向基板３０）の主面（基板面）に垂直な方向に、Ａポリマー鎖３０１ａと、Ａポリマー鎖３０１ａに結合されている液晶性側鎖３０１ｂからなる第１媒質層（以下、「Ａポリマー層」という）３０１と、Ｂポリマー鎖３０２ａからなる第２媒質層（以下、「Ｂポリマー層」という）３０２とが交互に並んだ周期構造である。

Ａポリマー層３０１の、電圧無印加時における屈折率をｎ_１、電圧印加時における屈折率をｎ_１´とし、Ｂポリマー層３０２の屈折率をｎ_２とする。ｎ_１とｎ_２が異なれば、Ａポリマー層３０１とＢポリマー層３０２の界面で反射が生じる。その反射率はスネルの法則によりｎ_１とｎ_２の差に依存し、例えば、この屈折率差が０．２程度の場合には、Ａポリマー層３０１とＢポリマー層３０２とがそれぞれ１０層以上あれば、実用上、十分な反射率を得ることができる。

電圧印加時には、Ａポリマー層３０１の液晶性側鎖３０１ｂが電場と平行に配向することで、Ａポリマー層３０１の屈折率がｎ_１からｎ_１´に変化する。このｎ_１´がｎ_２とほぼ等しくなるようにＢポリマー層３０２の材料を選択しておけば、Ａポリマー層３０１とＢポリマー層３０２の界面での反射がなくなり、光はポリマー層４０を透過する。この透過した光を光吸収性フィルムで吸収することで、黒表示とすることができる。また、本発明の液晶表示パネル１０の動作原理は、この動作原理に限定されるものではなく、例えば、この逆の動作を行っても良い。すなわち、電圧無印加時におけるＡポリマー層３０１の屈折率ｎ_１と、Ｂポリマー層３０２の屈折率ｎ_２とをほぼ等しくなるようにＢポリマー層３０２の材料を選択することで、Ａポリマー層３０１とＢポリマー層３０２の界面での反射がなくなり、光はポリマー層４０を透過する。この透過した光を光吸収性フィルムで吸収することで、黒表示とすることができる。さらに、電圧印加時には、Ａポリマー層３０１の屈折率ｎ_１は、ｎ_１´に変化する。このｎ_１´とｎ_２が異なれば、Ａポリマー層３０１とＢポリマー層３０２の界面で反射が生じる。その反射率はスネルの法則によりｎ_１とｎ_２の差に依存し、例えば、この屈折率差が０．２程度の場合には、Ａポリマー層３０１とＢポリマー層３０２とがそれぞれ１０層以上あれば、実用上、十分な反射率を得ることができる。

なお、所定の波長λに対して、ｎ_１・ｄ_１＝λ／４（但し、ｄ_１はＡポリマー層３０１の厚さ）と、ｎ_２・ｄ_２＝λ／４（但し、ｄ_２はＢポリマー層の厚さ）の条件が同時に満たされれば、この波長λの光は干渉反射される。この特性を利用すれば、カラーフィルタを使用せずに、特定の色の反射表示を行うことができる。

ポリマー層４０は、良好な反射性と透過性とを得る観点から、周期構造のピッチ（つまり、Ａポリマー層３０１とＢポリマー層３０２の合計厚さ）が５ｎｍ〜２００ｎｍ、繰り返し回数が１０〜１０００とすることが好ましい。

次に、上記液晶表示装置の製造方法について説明する。対向基板３０上に対向電極２０８と配向膜２０９を形成したものを準備し、この配向膜２０９上に液晶性側鎖を有するブロックコポリマーを含有する溶液を塗布する。次いで、これを加熱して溶液中に含まれる溶媒を揮発させ、ポリマー層４０を形成する。このポリマー層４０を窒素雰囲気中で一定時間加熱し、ブロックコポリマーを相分離させる。こうして、対向基板３０の基板面と垂直な方向に、ブロックコポリマーを構成する２種のポリマー鎖からそれぞれ形成される２種のポリマー層が交互にならんだ周期構造が形成される。続いて、画素スイッチ１０４やカラーフィルタ１０７を作り込んだアレイ基板２０を準備する。このアレイ基板２０の外周部分にシール層を形成し、ポリマー層４０を形成した対向基板３０と貼り合わせる。この状態で加圧し、シール層を硬化させることにより、液晶セルが得られる。その後、液晶セルに光吸収性フィルム５０を貼り付ける。さらに、これに走査線ドライバ２と信号線ドライバ３を搭載し、液晶表示パネル１を筐体等に取り付けることで、液晶表示装置が完成する。

次に、本発明の別の実施形態について説明する。図５に本発明に係る別の液晶表示装置の概略構造を部分的に表した断面図を示す。この図５の液晶表示装置では、先に図１および図２に示した液晶表示装置を構成するアレイ基板２０からカラーフィルタ１０７を省略し、その代わりに、信号線１０５ａと配向膜１０９との間にブラックマトリクス１１２を配置した構成を有するアレイ基板２０´を用いている。それ以外は図１および図２の液晶表示装置とほぼ同様の構造を有している。すなわち、図１および図２に示した液晶表示装置はカラーフィルタ・オン・アレイ構造のカラー表示用のディスプレイであり、一方、図５に示した液晶表示装置はブラックマトリクス・オン・アレイ構造のモノクロ表示用のディスプレイであり、どちらを採用してもよい。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
実施例として、先に示した図１の液晶表示装置を、以下の方法により作製した。アレイ基板２０を作製するために、まず、透明基板１００としてのガラス基板上に、走査線１０１と図示しない補助容量線を形成した。これら配線の材料としてはクロムを使用した。次いで、これらの配線をクロム酸化膜と酸化シリコン膜との積層構造を有する絶縁膜１０２で被覆した。続いて、この絶縁膜１０２上にアモルファスシリコンからなる半導体層１０３を形成し、この半導体層１０３をパターニングした。その後、半導体層１０３上に窒化シリコンからなる図示しないチャネル保護層を形成し、半導体層１０３およびチャネル保護層上に図示しないオーミック層を形成した。

次に、絶縁膜１０２上に、信号線１０５ａとソース電極１０５ｂと走査信号入力端子（図示せず）と映像信号入力端子（図示せず）を形成した。その後さらに、絶縁膜１０２上に、
フォトリソグラフによりコンタクトホールを有するカラーフィルタ１０７を形成したのち、画素電極１０８を形成した。

画素電極１０８を洗浄した後に、その上に、オフセット印刷によってポリイミド溶液（日産化学製ＳＥ−５２９１）を塗布し、この塗布膜を、ホットプレートを用いて９０℃で１分間加熱し、さらに２００℃で３０分間加熱することで、配向膜１０９を形成した。

一方、対向基板３０を作製するために、透明基板２００としてのガラス基板上にＩＴＯをスパッタリングすることにより対向電極２０８を形成し、対向電極２０８を洗浄した後、上述した配向膜１０９の形成方法と同じ方法で、配向膜２０９を形成した。

次に、ポリメタクリル酸に液晶性側鎖をエステル結合させたもの（ＰＬＣ）とジメチルシロキサン（ＤＳ）とのブロックコポリマー（poly(dimethylsiloxane-b-6-(4’-cyanobiphenyl-4-yloxy)hexylmethacrylate)を、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート（ＰＧＭＥＡ）に溶解して、ポリマー溶液を調製した。このブロックコポリマーにおけるＰＬＣの分子量は８０００であり、ＤＳの分子量は８５００、Ｍｗ／Ｍｎは１．１５である。このポリマー溶液を、スピンコート法により回転数２５００ｒｐｍで、対向基板３０の配向膜２０９上に塗布して塗布膜を得た。これを、１１０℃で９０秒加熱して（プリベーク処理）溶剤を揮発させた後、窒素雰囲気中、２１０℃で４時間のアニールを行い、ブロックコポリマーにおけるＰＬＣとＤＳをミクロ相分離させ、膜厚５μｍのポリマー層４０を形成した。

その後、配向膜２０９を取り囲むように対向基板３０の外周部にエポキシ接着剤をディスペンサを用いて塗布し、次いで、配向膜１０９，２０９が対面するようにアレイ基板２０と対向基板３０を配置し、位置合わせして貼り合わせ、加圧状態でエポキシ接着剤を硬化させ、枠状のシール層を形成した。

次に、アレイ基板２０の外面に黒色の光吸収性フィルム５０を貼り付けた。さらに、アレイ基板２０に走査線ドライバ１１および信号線ドライバ１２などを接続し、液晶表示装置を完成させた。

この液晶表示装置は、明るく表示ムラのない画像を表示することができた。さらに、この液晶表示装置は、０℃、２５℃、５０℃の何れの温度で３０００時間の連続点灯試験を行った後でも表示ムラを生じることはなかった。

（実施例２）
実施例として、先に示した図５の液晶表示装置を、以下の方法により作製した。アレイ基板２０´を作製するために、まず、透明基板１００としてのガラス基板上に、走査線１０１と図示しない補助容量線を形成した。これら配線の材料としてはクロムを使用した。次いで、これらの配線をクロム酸化膜と酸化シリコン膜との積層構造を有する絶縁膜１０２で被覆した。続いて、この絶縁膜１０２上にアモルファスシリコンからなる半導体層１０３を形成し、この半導体層１０３をパターニングした。その後、半導体層１０３上に窒化シリコンからなる図示しないチャネル保護層を形成し、半導体層１０３およびチャネル保護層上に図示しないオーミック層を形成した。

次に、絶縁膜１０２上に、信号線１０５ａとソース電極１０５ｄと走査信号入力端子（図示せず）と映像信号入力端子（図示せず）を形成した。その後さらに、絶縁膜１０２上に、画素電極１０８を形成した。画素電極１０８を洗浄した後に、その上に、オフセット印刷によってポリイミド溶液（日産化学製ＳＥ−５２９１）を塗布し、この塗布膜を、ホットプレートを用いて９０℃で１分間加熱し、さらに２００℃で３０分間加熱することで、配向膜１０９を形成した。

一方、対向基板３０を作製するために、透明基板２００としてのガラス基板上にＩＴＯをスパッタリングすることにより対向電極２０８を形成し、さらに、対向電極２０８上に、フォトリソグラフィ法を利用して、高さが５μｍ、底面が５μｍ×１０μｍの柱状スペーサを、アレイ基板２０と対向基板３０とを貼り合わせたときに信号線１０５ａ上に位置するように、形成した。対向電極２０８を洗浄した後、上述した配向膜１０９の形成方法と同じ方法で、配向膜２０９を形成した。

次に、ポリメタクリル酸に液晶性側鎖をエステル結合させたもの（ＰＬＣ）とジメチルシロキサン（ＤＳ）とのブロックコポリマー（poly(dimethylsiloxane-b-6-(4’-cyanobiphenyl-4-yloxy)hexylmethacrylate)を、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート（ＰＧＭＥＡ）に溶解して、ポリマー溶液を調製した。このブロックコポリマーにおけるＰＬＣの分子量は８０００であり、ＤＳの分子量は８５００、Ｍｗ／Ｍｎは１．１５である。このポリマー溶液を、スピンコート法により回転数２５００ｒｐｍで、対向基板３０の配向膜２０９上に塗布して塗布膜を得た。これを、１１０℃で９０秒加熱して（プリベーク処理）溶剤を揮発させた後、窒素雰囲気中、２１０℃で４時間のアニールを行い、ブロックコポリマーにおけるＰＬＣとＤＳをミクロ相分離させ、膜厚５μｍのポリマー層４０を形成した。

その後、配向膜２０９を取り囲むように対向基板３０の外周部にエポキシ接着剤をディスペンサを用いて塗布し、次いで、配向膜１０９，２０９が対面するようにアレイ基板２０と対向基板３０を配置し、位置合わせして貼り合わせ、加圧状態でエポキシ接着剤を硬化させ、枠状のシール層を形成した。

次に、アレイ基板２０の外面に黒色の光吸収性フィルム５０を貼り付けた。さらに、アレイ基板２０に走査線ドライバ１１および信号線ドライバ１２などを接続し、液晶表示装置を完成した。

この液晶表示装置は、明るく表示ムラのない画像を表示することができた。さらに、この液晶表示装置は、０℃、２５℃、５０℃の何れの温度で３０００時間の連続点灯試験を行った後でも表示ムラを生じることはなかった。

以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変形して実施可能である。

本発明に係る液晶表示装置の概略構造を示す平面図。 図１の液晶表示装置の概略構造を部分的に示す断面図。 電圧無印加時におけるポリマー層の構造を模式的に示す断面図。 電圧印加時におけるポリマー層の構造を模式的に示す断面図。 本発明に係る別の液晶表示装置の概略構造を示す断面図。

符号の説明

１０…液晶表示パネル、１１…走査線ドライバ、１２…信号線ドライバ、２０・２０´…アレイ基板、３０…対向基板、４０…ポリマー層、５０…光吸収性フィルム、１００…透明基板、１０１…走査線、１０２…絶縁膜、１０３…半導体層、１０４…画素スイッチ、１０５ａ…信号線、１０５ｂ…ソース電極、１０６…キャパシタ、１０７…カラーフィルタ、１０８…画素電極、１０９…配向膜、１１２…ブラックマトリクス、２００…透明基板、２０８…対向電極、２０９…配向膜、３００…液晶素子、３０１…Ａポリマー層（第１媒質層）、３０１ａ…Ａポリマー鎖、３０１ｂ…液晶性側鎖、３０２…Ｂポリマー層（第２媒質層）、３０２ａ…Ｂポリマー鎖。

Claims (7)

1. 主面を対面させて配置される一対の基板と、
   前記一対の基板の間に挟持されるポリマー層と、を有する液晶表示装置であって、
   前記ポリマー層は、液晶性側鎖を有し前記基板の主面に垂直な方向において周期構造を有するブロックコポリマーを備え、
   前記ポリマー層の光反射率が前記周期構造を有するブロックコポリマーに電圧を印加することにより制御されることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記周期構造を有するブロックコポリマーは、前記基板の主面に垂直な方向で交互に存在する第１媒質層と第２媒質層と有し、
   前記第１媒質層の前記基板の主面に垂直な方向の屈折率ｎ_１と、前記第２媒質層の前記基板の主面に垂直な方向の屈折率ｎ_２とが、電圧無印加時には異なり、電圧印加時には等しいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記周期構造を有するブロックコポリマーは、前記基板の主面に垂直な方向で交互に存在する第１媒質層と第２媒質層とを有し、
   前記第１媒質層の前記基板の主面に垂直な方向の屈折率ｎ_１と、前記第２媒質層の前記基板の主面に垂直な方向の屈折率ｎ_２とが、電圧無印加時には等しく、電圧印加時には異なることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記周期構造のピッチが５ｎｍ〜２００ｎｍ、繰り返し回数が１０〜１０００であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１媒質層は前記液晶性側鎖を有するポリメタクリル酸エステルまたはその誘導体からなり、前記第２媒質層はジメチルシロキサンまたはその誘導体からなることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 第１の基板上に液晶性側鎖を有するブロックコポリマーを含有する溶液を塗布する工程と、
   前記溶液に含まれる溶媒を揮発させて前記第１の基板上に前記ブロックコポリマーからなるポリマー層を形成する工程と、
   前記ポリマー層にアニール処理を施して前記ブロックコポリマーを相分離させる工程と、
   第２の基板と前記相分離されたポリマー層が形成された第１の基板とを貼り合わせる工程とを有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
7. 前記ブロックコポリマーとして、前記液晶性側鎖を有するポリメタクリル酸エステルまたはその誘導体と、ジメチルシロキサンまたはその誘導体と、をリビング重合してなるものを用いることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。

Images