JP2014005458A - 高分子／液晶複合体及びそれを有する液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高分子／液晶複合体の配向不良の発生を抑制する。また、当該高分子／液晶複合体を有する液晶表示装置の表示不良の発生を抑制する。
【解決手段】ブルー相を発現する高分子／液晶複合体は、複数のドメインを含んで形成され、各ドメインの境界において、配向不良が生じやすい。したがって、各ドメインの境界において、配向周期性を緩和させる事で、隣接するドメインの境界に起因する配向不良の発生を抑制することができる。具体的には、ブルー相を発現する高分子／液晶複合体であって、高分子／液晶複合体は、複数のドメインを含んで形成され、ドメインの各々の大きさが、３μｍ以下である高分子／液晶複合体である。
【選択図】図１

Description

本発明は、高分子／液晶複合体に関する。特に、ブルー相を発現する液晶材料を含む高分子／液晶複合体に関する。また、本発明は、高分子／液晶複合体を有する液晶表示装置に関する。

薄型、軽量化を図った表示装置（所謂フラットパネルディスプレイ）には、液晶素子を有する液晶表示装置、自発光素子を有する表示装置、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）などが競合し、開発されている。

液晶表示装置においては、液晶の応答速度の高速化が求められている。液晶の表示モードは種々あるが、中でも高速応答可能な液晶モードとしてＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モード、ブルー相を示す液晶を用いるモードが挙げられる。

ブルー相は、らせんピッチの比較的短いカイラルネマチック相と等方相との間に発現する液晶相で、極めて応答速度が高いという特徴を備えている。また、ブルー相を示す液晶を用いて液晶表示装置を構成する場合、配向膜が不要であり、且つ視野角が広いため、実用化に向けて研究が行われている。しかしながら、ブルー相は、コレステリック相と等方相との間のわずか１〜３℃の温度範囲でしか発現しないため、素子の精密な温度制御が必要となることが問題となっている。

この問題を解決するために、液晶組成物に対して高分子安定化処理を行う事により液晶組成物に含まれる液晶材料がブルー相を発現する温度範囲を広げることが提案されている（例えば、特許文献１）。具体的には、特許文献１では、当該液晶組成物に含まれるモノマーを光重合又は熱重合させることによって形成される高分子（高分子ネットワーク）によって液晶材料におけるブルー相を安定化（ブルー相を発現する温度範囲を拡張）する技術が開示されている。

国際公開第２００５／０９０５２０号パンフレット

しかし、上述の高分子安定化処理によって得られる高分子／液晶複合体は、ブルー相を示さないこと（ブルー相を示す液晶材料がブルー相以外の相を示すこと、以下配向不良ともいう）がある。これは、高分子／液晶複合体を用いて構成される液晶表示装置の表示不良に直結する。

配向不良の原因の一つとして、ブルー相を発現する高分子／液晶複合体の構造に起因することが挙げられる。代表的には、ブルー相を発現する高分子／液晶複合体は、複数のドメインを含んで形成され、隣接するドメインにおいて、極角または方位角の少なくともいずれか一方が異なる配向周期性を有する。また、該複数のドメインは、配向周期性が高く、且つ各々のドメインのサイズが５〜１０μｍと比較的大きい。

しかし、配向周期性が高い複数のドメインにより、高分子／液晶複合体を構成すると、隣接するドメインの境界または一部のドメインにおいて、局所的にブルー相以外の相、たとえばコレステリック相が発現し配向不良を形成しうる。これは各ドメインの配向周期性が高すぎるため、各ドメインの境界において、ドメイン間が分離またはドメイン間の連続性が低下すると考えられる。

また、上述した高分子／液晶複合体を用いて、液晶セル（一対の基板間に該高分子／液晶複合体が封入されたセル）を作製した場合において、液晶セルのセルギャップ（一対の基板間の距離）が狭くなると、セルギャップよりも該高分子／液晶複合体中のドメインのサイズの方が大きくなる。また、ドメインの境界に沿って、配向不良が形成され得る。これによって、該ドメインの境界がセルギャップ間を連続的に縦断する構造となるため、さらに配向不良が形成されやすくなる。

上記問題に鑑み、本発明の一態様は、高分子／液晶複合体の配向不良の発生を抑制することを目的の一とする。また、当該高分子／液晶複合体を有する液晶表示装置の表示不良の発生を抑制することを目的の一とする。

ブルー相を発現する高分子／液晶複合体は、複数のドメインを含んで形成され、各ドメインの境界において、配向不良が生じやすい。したがって、各ドメインの境界において、配向周期性を緩和させる事で、隣接するドメインの境界に起因する配向不良の発生を抑制することができる。より詳細には以下の通りである。

本発明の一態様は、ブルー相を発現する高分子／液晶複合体であって、高分子／液晶複合体は、複数のドメインを含んで形成され、ドメインの各々の大きさが、３μｍ以下である高分子／液晶複合体である。

複数のドメインを含んで形成され、ドメインの各々の大きさが３μｍ以下である高分子／液晶複合体は、その大きさから微結晶マルチドメイン構造と呼ぶこともできる。ドメインの各々の大きさを上記数値とすることで、ドメイン間の配向周期性を緩和させることができる。または、ドメイン間の配向周期性が高くても、上記数値のドメインの大きさであれば、配向不良に繋がらない構造とすることができる。

また、本発明の他の一態様は、上記構成において、ドメインの各々の大きさが、液晶セルのセルギャップ以下である高分子／液晶複合体である。

高分子／液晶複合体を構成する複数のドメインの各々の大きさを、液晶セルのセルギャップ以下とすることで、該ドメインの境界がセルギャップ間を連続的に縦断することが無いため、配向不良を低減させることができる。

また、本発明の他の一態様は、上記各構成の高分子／液晶複合体を有する液晶表示装置である。

本発明の一態様に係る高分子／液晶複合体では、配向不良の発生を抑制することが可能である。これにより、当該高分子／液晶複合体を用いて構成される液晶表示装置の表示不良を低減することが可能となる。

高分子／液晶複合体のテクスチャを示す図。 液晶表示装置の平面図、及び断面図。 高分子／液晶複合体のテクスチャを示す図。 高分子／液晶複合体のテクスチャを示す図。

以下では、本発明の一態様について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態を様々に変更し得る。したがって、本発明は以下に示す記載内容に限定して解釈されるものではない。

なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様であるブルー相を発現する高分子／液晶複合体について図１を用いて説明する。

図１は、顕微鏡（例えば、共焦点レーザー顕微鏡など）を用いて、本発明の一態様であるブルー相を発現する高分子／液晶複合体を観察した際のテクスチャ（組織）を例示している。

図１に示すブルー相を発現する高分子／液晶複合体を観察した際のテクスチャは、複数のドメインを含んで形成され、ドメインの各々の大きさが、３μｍ以下の構成である。ドメインの各々の大きさが３μｍ以下である高分子／液晶複合体は、その大きさから微結晶マルチドメイン構造と呼ぶこともできる。

なお、本明細書等において、１つのドメインとは、平面視において、連続した配向周期性を有するドメインが環または該環に相当する界面を有する構造である。すなわち、連続した配向周期性を有するドメインが完全に環を形成していなくてもよい。また、ドメインの大きさとは、該１つのドメインの大きさを表す。すなわち、ドメインの大きさとは、隣接するドメインにおいて、極角または方位角の少なくともいずれか一方が異なる連続した配向周期性を有する隣接するドメインの界面間の距離に相当する。

このように、ドメインの各々の大きさを上記数値に制御することで、各ドメイン間の境界において、発生しうるドメイン間の分離またはドメイン間の連続性の低下に伴う配向不良を抑制することができ，配向欠陥のないマルチドメイン配向を得る事ができる。ドメインは、隣接するドメインとの間で部分的に連続な配向周期性を有するため、ドメインの境界は不明瞭となる。

ドメインの各々の大きさの制御方法としては、高分子／液晶複合体に用いることのできる液晶組成物の調整、及び該液晶組成物に対しての高分子安定化処理を調整することで実施することができる。

具体的には、高分子／液晶複合体に用いることのできる液晶組成物として、下記構造式（１００）で示される液晶性モノマーを含むと良い。

構造式（１００）は、オキシアルキレン基の鎖長（炭素及び酸素の合計）が７の液晶性モノマーであり、１，４−ビス［４−（６−アクリロイルオキシ−ｎ−へキシル−１−オキシ）ベンゾイルオキシ］−２−メチルベンゼン（略称：ＲＭ２５７−Ｏ６）である。

オキシアルキレン基の鎖長が奇数（例えば、鎖長が５、７、９、１１）の液晶性モノマーを用いることで、高分子安定化処理後の高分子／液晶複合体の複数のドメインの配向周期性を、好適に緩和させることができる。

一方、ブルー相を発現する高分子／液晶複合体であって、ドメインの各々の大きさを制御せずに、配向周期性が異なる複数のドメイン構造（マルチドメイン構造ともいう）の場合、隣接するドメインの境界または一部のドメインにおいて、局所的にブルー相以外の相、たとえばコレステリック相が発現し配向不良を形成しうる。これは各ドメインの配向周期性が高すぎるため、各ドメインの境界において、ドメイン間が分離またはドメイン間の連続性が低下することに起因する。

また、ドメインの各々の大きさを制御しない場合、ドメインの各々の大きさが５〜１０μｍと比較的大きくなってしまう。ドメインの大きさが大きくなると、各ドメイン間が分離またはドメイン間の連続性が低下しやすくなる。

本発明の技術的な思想は、ブルー相を発現する高分子／液晶複合体を観察した際のテクスチャにおいて、ドメインの各々の大きさを３μｍ以下に制御することによって、隣接するドメイン間の配向周期性を緩和させ、隣接するドメインの境界に起因する配向不良の発生を抑制することである。

このようにブルー相を発現する高分子／液晶複合体を図１に示すテクスチャとすることで、配向不良の欠陥を抑制することができる。

なお、本実施の形態に示す高分子／液晶複合体は、ブルー相を発現する液晶材料を含む液晶組成物に対して高分子安定化処理を行うことによって作製することが可能である。液晶組成物、高分子安定化処理、及び高分子／液晶複合体について以下詳細な説明を行う。

〈液晶組成物〉
液晶組成物として、ブルー相を発現する液晶材料、液晶性モノマー、非液晶性モノマー、及び重合開始剤を含む構成を適用することができる。

ブルー相は、光を実質的に散乱せず且つ光学的に等方的な相である。ブルー相を発現する液晶材料としては、ネマチック性液晶性化合物、スメクチック性液晶性化合物等が挙げられ、ネマチック性液晶性化合物が好ましい。なお、ネマチック性液晶性化合物としては特に制限されず、ビフェニル系化合物、ターフェニル系化合物、フェニルシクロヘキシル系化合物、ビフェニルシクロヘキシル系化合物、フェニルビシクロヘキシル系化合物、安息香酸フェニル系化合物、シクロヘキシル安息香酸フェニル系化合物、フェニル安息香酸フェニル系化合物、ビシクロヘキシルカルボン酸フェニル系化合物、アゾメチン系化合物、アゾおよびアゾオキシ系化合物、スチルベン系化合物、ビシクロヘキシル系化合物、フェニルピリミジン系化合物、ビフェニルピリミジン系化合物、ピリミジン系化合物、およびビフェニルエチン系化合物等が挙げられる。

液晶性モノマーは、液晶性を示し、光重合によって重合することができるモノマーである。例えば、当該液晶性モノマーとして、メソゲン骨格と２つのアルキル鎖を有するモノマーを適用することが可能である。なお、本明細書中におけるメソゲン骨格とは、芳香族などの環を２環以上有する構造の剛直性に富むユニットのことをいう。また、当該２つのアルキル鎖は、同じであっても異なっていてもよい。特に、液晶性モノマーとしては、上述した構造式（１００）で示される材料を用いると良い。

非液晶性モノマーは、液晶性を示さず、光重合によって重合することができるモノマーであって、棒状の分子構造（例えば、ビフェニル基、又はビフェニル・シクロヘキシル基等の末端にアルキル基、シアノ基、フッ素などが存在する分子構造など）を有さないモノマーをいう。具体的には、分子構造中にアクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基、エポキシ基、フマレート基、シンナモイル基等の重合性基を含むモノマーが挙げられるが、これらに限られるものではない。

本明細書で開示される光重合反応は、どのような光を用いて行ってもよいが、紫外線を用いることが好ましい。従って、重合開始剤としては、例えばアセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ベンゾイン類、ベンジル類、ミヒラーケトン類、ベンゾインアルキルエーテル類、ベンジルジメチルケタール類、およびチオキサントン類などから適宜選択して用いることができる。なお、重合開始剤は、高分子安定化処理後の高分子／液晶複合体中では液晶表示装置の動作に寄与しない不純物となるため必要に応じ可能な限り少量とすることが望ましい。従って、例えば、液晶組成物に対して０．５ｗｔ％以下とするのが好ましい。

また、当該液晶組成物には、上述したブルー相を発現する液晶材料、液晶性モノマー、非液晶性モノマー、及び重合開始剤の他に、カイラル剤を含んでいてもよい。なお、カイラル剤とは、液晶材料にねじれ構造を生じさせるものである。また、カイラル剤の添加量はブルー相を発現する液晶材料の回折波長に影響する。従って、カイラル剤の添加量は、ブルー相を発現する液晶材料の回折波長が可視領域（３８０〜７５０ｎｍ）外となるように調整するのが好ましい。カイラル剤としては、Ｓ−８１１（メルク社製）、Ｓ−１０１１（メルク社製）、１，４：３，６−ジアンヒドロ−２，５−ビス［４−（ｎ−ヘキシル−１−オキシ）安息香酸］ソルビトール（略称：ＩＳＯ−（６ＯＢＡ）_２）（みどり化学株式会社製）などを適宜選択して用いることができる。

〈高分子安定化処理〉
上述した液晶組成物に対して高分子安定化処理（重合処理）をすることにより、高分子によってブルー相が安定化された液晶材料を含む高分子／液晶複合体を得ることができる。なお、当該高分子安定化処理とは、当該液晶組成物に含まれる液晶性モノマー及び非液晶性モノマーの重合を行うことで形成される高分子（高分子ネットワーク）によって液晶材料のブルー相を安定化させる処理である。

例えば、当該高分子安定化処理として、ブルー相を発現する液晶材料がブルー相又は等方相を示す温度範囲において、当該液晶組成物に対して紫外線を照射する処理などを適用することができる。また、当該液晶組成物では、ブルー相を発現する液晶材料がブルー相を示す温度範囲のみならず等方相を示す温度範囲であっても高分子安定化処理を行うことが可能である。

これにより、当該液晶組成物に含まれる液晶性モノマー及び非液晶性モノマーを光重合させることによって得られる高分子（高分子ネットワーク）と、当該高分子（高分子ネットワーク）によってブルー相が安定化された液晶材料とを含む高分子／液晶複合体を得ることができる。

なお、上記の方法で高分子／液晶複合体を得る場合には以下の点に留意して液晶組成物に含まれる液晶性モノマー及び非液晶性モノマーの材料を選択することが好ましい。

液晶組成物に含まれる液晶性モノマー及び非液晶性モノマーをはじめとするモノマーは、当該液晶組成物に含まれるブルー相を発現する液晶材料におけるブルー相と等方相の相転移温度に影響を与えやすい。

具体的には、当該液晶組成物に含まれるモノマーの割合が増加するにつれて、当該相転移温度は下降（又は上昇）する。他方、モノマーが重合することによって得られる高分子（高分子ネットワーク）をはじめとするポリマーは、当該相転移温度に影響を与えにくい。よって、高分子安定化処理（重合処理）によってモノマーの割合が減少（高分子の割合が増加）するに従って、当該相転移温度も線形的に上昇（又は下降）することになる。この点から、上記方法で高分子／液晶複合体を得る場合には、液晶組成物に含まれる液晶性モノマー及び非液晶性モノマーとして、ブルー相を発現する液晶材料の相転移温度を下降させるモノマーを選択することが好ましい。これにより、上記方法の際の液晶材料における等方相からブルー相への相転移を容易に生じさせることが可能となる。

〈高分子／液晶複合体〉
上記の高分子安定化処理によって本発明の一態様に係る高分子／液晶複合体を得ることができる。

特に、本発明の一態様に係る高分子／液晶複合体は、ブルー相を発現する液晶材料がブルー相を示す温度範囲のみならず等方相を示す温度範囲であっても高分子安定化処理を行うことが可能である。特に、本発明の一態様に係る高分子／液晶複合体の高分子安定化処理は、等方相を示す温度範囲またはブルー相Ｉを示す上限温度以上の温度で行うと好適である。

以上のように、本発明の一態様であるブルー相を発現する高分子／液晶複合体は、当該高分子／液晶複合体中に内在している複数のドメインの配向周期性が緩和された構造、または配向周期性が存在しても配向不良に繋がらない構造である。このような高分子／液晶複合体を用いることで、配向不良の発生を抑制することができる。

本実施の態様は、他の実施の形態、または他の実施例等と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である高分子／液晶複合体を用いて作製する液晶表示装置について説明する。なお、液晶表示装置としては、パッシブマトリクス型の液晶表示装置でもアクティブマトリクス型の液晶表示装置でも適用可能であるが、本実施の形態においては、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に適用した場合について、図２を用いて説明する。

図２（Ａ）は液晶表示装置の平面図であり、１画素分を示している。また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＸ１−Ｘ２における断面図を示す。

図２（Ａ）において、複数のソース配線層３０５（配線層３０５ａを含む）が互いに平行（図２（Ａ）中、上下方向に延伸）かつ互いに離間した状態で配置されている。複数のゲート配線層３０１（ゲート電極層３０１ａを含む）は、ソース配線層３０５とほぼ直交する方向（図２（Ａ）中、左右方向）に延伸し、かつ互いに離間するように配置されている。また、複数の共通配線層３０８は、複数のゲート配線層３０１とそれぞれ隣接する位置に配置されており、ゲート配線層３０１に平行して、つまり、ソース配線層３０５とほぼ直交する方向（図２（Ａ）中、左右方向）に延伸している。また、ソース配線層３０５、共通配線層３０８、及びゲート配線層３０１によって囲まれる空間には、液晶表示装置の画素電極層３４７及び共通電極層３４６が配置されている。なお、画素電極層３４７は、トランジスタ３２０と電気的に接続されており、トランジスタ３２０は、画素ごとにそれぞれ配置されている。

また、図２（Ａ）の液晶表示装置において、画素電極層３４７と共通配線層３０８によって容量が形成されている。共通配線層３０８は、フローティング状態（電気的に孤立した状態）で動作させることも可能だが、固定電位、好ましくはコモン電位（データとして送られる画像信号の中間電位）近傍でフリッカーの生じないレベルに設定してもよい。

図２に示す液晶表示装置の電極構成は、画素電極層３４７と共通電極層３４６が基板と平行な同一面内に形成された構造であり、基板と水平方向に電界を発生させて、基板と平行な面内で液晶を動かして、階調を制御する方式（いわゆるＩＰＳモード）に適用することができる。

次に、図２（Ｂ）に示す液晶表示装置の断面構造について説明する。図２（Ｂ）に示す液晶表示装置は、トランジスタ３２０、画素電極層３４７、共通電極層３４６などを有する第１の基板３４１と、第２の基板３４２との間に液晶層３４４を挟んでなる構造である。また、第１の基板３４１と第２の基板３４２のそれぞれに接して、偏光板（３４３ａ、３４３ｂ）が備えられている。

なお、トランジスタ３２０は逆スタガ型の薄膜トランジスタであり、絶縁表面を有する基板である第１の基板３４１上に形成され、ゲート電極層３０１ａ、ゲート絶縁層３０２、半導体層３０３、ソース電極層又はドレイン電極層として機能する配線層３０５ａ、３０５ｂを含む。

本実施の形態に示す液晶表示装置に適用できるトランジスタの構造は特に限定されず、例えばトップゲート構造、又はボトムゲート構造のスタガ型及びプレーナ型などを用いることができる。また、トランジスタはチャネル形成領域が１つ形成されるシングルゲート構造でも、２つ以上形成されるマルチゲート構造であっても良い。また、チャネル領域の上下にゲート絶縁層を介して配置された２つのゲート電極層を有する、デュアルゲート型でもよい。

図２（Ｂ）において、第１の基板３４１上には、ゲート電極層３０１ａが形成されている。ゲート電極層３０１ａとしては、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。ゲート電極層３０１ａに遮光性を有する導電膜を用いると、バックライトからの光（第１の基板３４１から入射する光）が、半導体層３０３へ入射することを防止することができる。

また、ゲート電極層３０１ａは積層構造を有していてもよく、例えば、ゲート電極層３０１ａが、２層の積層構造の場合には、アルミニウム層上にモリブデン層が積層された２層の積層構造、または銅層上にモリブデン層を積層した２層構造、または銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタル層を積層した２層構造、窒化チタン層とモリブデン層とを積層した２層構造とすることが好ましい。また、３層の積層構造の場合には、タングステン層または窒化タングステン層と、アルミニウムとシリコンの合金またはアルミニウムとチタンの合金と、窒化チタン層またはチタン層とを積層した積層構造とすることが好ましい。

なお、絶縁膜からなる下地膜を第１の基板３４１とゲート電極層３０１ａとの間に設けてもよい。下地膜は、第１の基板３４１からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による単層、又は積層構造により形成することができる。

ゲート絶縁層３０２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層又は窒化酸化シリコン層を単層で又は積層して形成することができる。また、ゲート絶縁層３０２として、有機シランガスを用いてＣＶＤ法により形成された酸化シリコン層を用いることも可能である。有機シランガスとしては、珪酸エチル（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ_３）_４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_３）等のシリコン含有化合物を用いることができる。

半導体層３０３に用いる材料は、特に限定されず、トランジスタ３２０に要求される特性に応じて適宜設定すればよい。半導体層３０３に用いることのできる材料としては、シランやゲルマンに代表される半導体材料ガスを用いて気相成長法やスパッタリング法で作製される非晶質（アモルファスともいう。）半導体、該非晶質半導体を光エネルギーや熱エネルギーを利用して結晶化させた多結晶半導体、或いは微結晶半導体、酸化物半導体などを用いることができる。

アモルファス半導体としては、代表的には水素化アモルファスシリコン、結晶性半導体としては、代表的にはポリシリコンなどがあげられる。ポリシリコン（多結晶シリコン）には、８００℃以上のプロセス温度を経て形成されるポリシリコンを主材料として用いた高温ポリシリコンや、６００℃以下のプロセス温度で形成されるポリシリコンを主材料として用いた低温ポリシリコン、また結晶化を促進する元素などを用いて、非晶質シリコンを結晶化させたポリシリコンなどを含んでいる。もちろん、前述したように、微結晶半導体又は半導体層の一部に結晶相を含む半導体を用いることもできる。

また、酸化物半導体としては、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系や、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系や、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系などを用いることができる。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、少なくともＩｎとＧａとＺｎを含む酸化物であり、その組成に特に制限はない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでもよい。

なお、半導体層３０３は、スパッタリング法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等により成膜することができる。また、半導体層３０３を所望の形状に加工するために用いるエッチング工程としては、ドライエッチングやウエットエッチングを用いることができる。

トランジスタ３２０のソース電極層又はドレイン電極層として機能する配線層３０５ａ、３０５ｂの材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、熱処理を行う場合には、この熱処理に耐える耐熱性を導電膜に持たせることが好ましい。例えば、アルミニウム（Ａｌ）単体では耐熱性が劣り、また腐蝕しやすい等の問題点があるので耐熱性導電性材料と組み合わせて形成する。Ａｌと組み合わせる耐熱性導電性材料としては、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜、または上述した元素を成分とする窒化物で形成する。

なお、ゲート絶縁層３０２、半導体層３０３、配線層３０５ａ、３０５ｂを大気に触れさせることなく連続的に形成してもよい。大気に触れさせることなく連続成膜することで、大気成分や大気中に浮遊する汚染不純物元素に汚染されることなく各積層界面を形成することができるので、トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。

絶縁層３０７、絶縁層３０９には、乾式法や湿式法で形成される無機絶縁膜、有機絶縁膜を用いることができる。例えば、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法などを用いて得られる窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜などを用いることができる。また、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂等の有機材料を用いることができる。また、上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂等を用いることができる。

なお、絶縁層３０７、絶縁層３０９は、上述した材料により形成される絶縁膜を複数積層させることにより形成してもよい。例えば、無機絶縁膜上に有機樹脂膜を積層する構造としてもよい。

層間膜３１３は、上述した絶縁層３０７、絶縁層３０９と同様の材料を用いることができる。また、層間膜３１３の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法等）、印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等を用いることができる。

また、画素電極層３４７及び共通配線層３０８には、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。その他にも、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。

液晶層３４４には、実施の形態１に示す高分子／液晶複合体を用いる。なお、高分子／液晶複合体は、ブルー相を発現する液晶材料、液晶性モノマー、非液晶性モノマー、及び重合開始剤などが含まれた液晶組成物に対して、高分子安定化処理を行うことで形成することができる。

液晶層３４４に本発明の一態様である高分子／液晶複合体を用いることにより、ブルー相を示す高分子／液晶複合体における配向欠陥の発生を低減させることができる。これにより、液晶表示装置におけるパネルの欠陥を低減させることができるので、液晶表示装置の歩留まりを向上させることができる。

液晶層３４４の形成方法としては、例えば、第１の基板３４１と対向基板である第２の基板３４２との間に液晶組成物を挟持させた後、シール材（図示しない）で固着する。液晶組成物を挟持させる方法として、滴下法（ＯＤＦ）や、第１の基板３４１と第２の基板３４２とを貼り合わせてから毛細管現象等を用いて注入する液晶注入法を用いることができる。

シール材としては、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いるのが好ましい。代表的には、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、アミン系樹脂などを用いることができる。また、光（代表的には紫外線）重合開始剤、熱硬化剤、フィラー、カップリング剤を含んでもよい。

次に、液晶組成物を第１の基板３４１と第２の基板３４２との間に充填した後、光を照射して高分子安定化処理（重合処理）を行い、本発明の一態様である高分子／液晶複合体を用いた液晶層３４４を形成する。照射する光は、液晶組成物に含まれる液晶性モノマー、非液晶性モノマー、及び重合開始剤が反応する波長の光とする。この光照射による高分子安定化処理（重合処理）により、高分子／液晶複合体を用いた液晶層３４４が得られる。なお、シール材に光硬化樹脂を用いる場合には、高分子安定化処理と同時にシール材の硬化を行ってもよい。

なお、本実施の形態で示す液晶表示装置の電極構造により、液晶層３４４に含まれる液晶分子は水平方向の電界により制御される。なお、高分子／液晶複合体は、ブルー相を呈するように配向しており、基板と平行な方向で制御できるため、視野角を広くすることができる。

また、本実施の形態では、第１の基板３４１の外側（液晶層３４４と反対側）に偏光板３４３ａを、第２の基板３４２の外側（液晶層３４４と反対側）に偏光板３４３ｂを設けている。なお、偏光板の他、位相差板、反射防止膜などの光学フィルムなどを設けてもよい。例えば、偏光板及び位相差板による円偏光を用いてもよい。

また、図示しないが、本実施の形態に示す液晶表示装置の光源としては、バックライト、サイドライトなどを用いることができる。なお、光源からの光は、第１の基板３４１側から、視認側である第２の基板３４２へと透過するように照射される。

また、大型の基板を用いて複数の液晶表示装置を作製する場合（所謂多面取り）、その分断工程は、高分子安定化処理の前か、偏光板を設ける前に行うことができるが、分断工程による液晶層への影響（分断工程時にかかる力などによる配向乱れなど）を考慮すると、第１の基板３４１と第２の基板３４２とを貼り合わせた後、高分子安定化処理の前が好ましい。

このように、本実施の形態に示す液晶表示装置において、液晶層として本発明の一態様である高分子／液晶複合体を用いることにより、ブルー相を発現することが可能となり、高いコントラストを付与し、視認性のよい高画質な液晶表示装置を提供することができる。また、ブルー相を示す高分子／液晶複合体における配向欠陥の発生を低減させることができる。これにより、液晶表示装置におけるパネルの欠陥を低減させることができる。また、ブルー相を用いた液晶素子は、高速応答が可能であるため、液晶表示装置の高性能化も可能となる。

本実施の態様は、他の実施の形態、または他の実施例等と適宜組み合わせて用いることができる。

本実施例では、本発明の一態様に係る高分子／液晶複合体を作製し評価を行った。また、本発明の一態様に係る高分子／液晶複合体と比較を行うため、比較用の高分子／液晶複合体を作製し評価を行った。なお、評価方法としては、作製した高分子／液晶複合体を、共焦点レーザー顕微鏡による観察を行った。

また、高分子／液晶複合体としては、液晶組成物を作製し、その後当該液晶組成物に対して高分子安定化処理を行うことで形成した。なお、本発明の一態様に係る高分子／液晶複合体については条件Ａとし、比較用の高分子／液晶複合体については条件Ｂとして、以下に本実施例の液晶組成物、高分子安定化処理、及び高分子／液晶複合体について説明する。

＜条件Ａ（本発明）＞
〈液晶組成物〉
条件Ａの液晶組成物は、ブルー相を発現する液晶材料であるＥ−８（略称）（ＬＣＣ社製）、４−（ｔｒａｎｓ−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）−３’，４’−ジフルオロ−１，１’−ビフェニル（略称：ＣＰＰ−３ＦＦ）、及び４−ｎ−ペンチル安息香酸４−シアノ−３−フルオロフェニル（略称：ＰＥＰ−５ＣＮＦ）と、液晶性モノマーである１，４−ビス［４−（６−アクリロイルオキシ−ｎ−へキシル−１−オキシ）ベンゾイルオキシ］−２−メチルベンゼン（略称：ＲＭ２５７−Ｏ６、シントンケミカルズ社製）と、非液晶性モノマーであるメタクリル酸ドデシル（略称：ＤＭｅＡｃ）（東京化成工業株式会社製）と、重合開始剤である２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン（略称：ＤＭＰＡＰ）（東京化成工業株式会社製）と、カイラル剤である１，４：３，６−ジアンヒドロ−２，５−ビス［４−（ｎ−ヘキシル−１−オキシ）安息香酸］ソルビトール（略称：ＩＳＯ−（６ＯＢＡ）_２）（みどり化学株式会社製）とを有する。

上述した物質の構造式を以下に示す。

なお、液晶材料であるＥ−８（略称）は、５種の物質（４−シアノ−４’−ペンチルビフェニル、４−シアノ−４’−プロピルオキシビフェニル、４−シアノ−４’−ペンチルオキシビフェニル、４−シアノ−４’−オクチルオキシビフェニル、４−シアノ−４’’−ペンチル−ｐ−ターフェニル）を上記の構造式に併記した割合（ｗｔ％）で有する混合体である。また、液晶性モノマーであるＲＭ２５７−Ｏ６（略称）は、オキシアルキレン基の鎖長（炭素及び酸素を含む）が７の液晶性モノマーである。

条件Ａの液晶組成物における上述の物質の割合を以下に示す。

条件Ａの液晶組成物は、２７．１℃〜３１．４℃において含有する液晶材料がブルー相を示した。すなわち、当該液晶組成物が含有する液晶材料のコレステリック相とブルー相の相転移点が２７．１℃であり、等方相とブルー相の相転移点が３１．４℃であった。

〈高分子安定化処理〉
次に、一対のガラス基板間に挟持された条件Ａの液晶組成物をシール材によって封止することで液晶セルを作製した。そして、当該液晶セルに対して高分子安定化処理を行った。なお、当該液晶セルの作製は、間に４μｍの空隙（セルギャップ）が存在する一対のガラス基板をシール材で貼り合わせた後、注入法によって当該液晶組成物を当該一対のガラス基板間に注入することにより行った。

また、上記シール材として、紫外線及び熱硬化型シール材を用いた。さらに、当該シール材に対して、硬化処理として、９０秒間の紫外線（放射照度１００ｍＷ／ｃｍ^２）照射処理を行った。そして、当該液晶セルに対して、１２０℃、１時間の熱処理を行った。そして、当該一対のガラス基板のうち共焦点レーザー顕微鏡による観察が行われる面側のガラス基板の厚さが０．１７ｍｍになるように研磨処理を行った。なお、当該処理前における当該一対のガラス基板のそれぞれの厚さは、０．７ｍｍである。

高分子安定化処理は、条件Ａの液晶組成物に含まれる液晶材料が等方相を示す温度である７０℃まで昇温した後、３６℃まで降温し、この状態を保持した状態の液晶セルに対して、紫外線（波長３６５ｎｍ、放射照度８ｍＷ／ｃｍ^２）を、６分間照射することにより行った。

〈高分子／液晶複合体〉
上述の高分子安定化処理によって、条件Ａの高分子／液晶複合体を得た。図３（Ａ）、（Ｂ）は、共焦点レーザー顕微鏡（Ｃ２ ニコンインステック株式会社製）を用いて観察された条件Ａの高分子／液晶複合体のテクスチャを示す図である。なお、当該観察には、波長４０１ｎｍのレーザー光を用いた。また、測定モードは、反射とした。また、図３（Ａ）は対物レンズ倍率を１００倍、図３（Ｂ）は対物レンズ倍率を１００倍、スキャンスピードを標準測定の１／１０（すなわち実効倍率１０００倍相当）として、それぞれ室温環境下で当該観察を行った。

なお、共焦点レーザー顕微鏡の光学系は、非焦点面からの情報を廃し、焦点面からの情報のみを抽出できることを特徴としている。すなわち、共焦点レーザー顕微鏡を用いた観察においては、当該焦点面を適宜設定することにより、被観察物の所望の厚さ方向に垂直な平面を観察することが可能である。

図３より、条件Ａの高分子／液晶複合体においては、ドメインの各々の大きさが、３μｍ以下であることが確認された。

＜条件Ｂ（比較例）＞
〈液晶組成物〉
条件Ｂの液晶組成物は、ブルー相を発現する液晶材料である、Ｅ−８（略称）、ＣＰＰ−３ＦＦ（略称）、及びＰＥＰ−５ＣＮＦ（略称）と、液晶性モノマーである１，４−ビス［４−（３−アクリロイルオキシ−ｎ−プロピル−１−オキシ）ベンゾイルオキシ］−２−メチルベンゼン（略称：ＲＭ２５７−Ｏ３、シントンケミカルズ社製）と、非液晶性モノマーであるＤＭｅＡｃ（略称）と、重合開始剤であるＤＭＰＡＰ（略称）と、カイラル剤であるＩＳＯ−（６ＯＢＡ）_２とを有する。すなわち、条件Ｂの液晶組成物は、液晶性モノマーを除いて条件Ａで用いた液晶組成物と共通の物質を有する。

上述したＲＭ２５７−Ｏ３（略称）の構造式を以下に示す。

なお、液晶性モノマーであるＲＭ２５７−Ｏ３（略称）は、オキシアルキレン基の鎖長（炭素及び酸素を含む）が４の液晶性モノマーである。

条件Ｂの液晶組成物における上述の物質の割合を以下に示す。

条件Ｂの液晶組成物は、２７．４℃〜３１．８℃において含有する液晶材料がブルー相を示した。すなわち、当該液晶組成物が含有する液晶材料のコレステリック相とブルー相の相転移点が２７．４℃であり、等方相とブルー相の相転移点が３１．８℃であった。

〈高分子安定化処理〉
次に、一対のガラス基板間に挟持された条件Ｂの液晶組成物をシール材によって封止することで液晶セルを作製した。そして、当該液晶セルに対して高分子安定化処理を行った。なお、当該液晶セルの作製は、間に４μｍの空隙（セルギャップ）が存在する一対のガラス基板をシール材で貼り合わせた後、注入法によって当該液晶組成物を当該一対のガラス基板間に注入することにより行った。また、当該シール材として、紫外線及び熱硬化型シール材を用いた。さらに、当該シール材に対して、硬化処理として、９０秒間の紫外線（放射照度１００ｍＷ／ｃｍ^２）照射処理を行った。そして、当該液晶セルに対して、１２０℃、１時間の熱処理を行った。そして、当該一対のガラス基板のうち共焦点レーザー顕微鏡による観察が行われる面側のガラス基板の厚さが０．１７ｍｍになるように研磨処理を行った。なお、当該処理前における当該一対のガラス基板のそれぞれの厚さは、０．７ｍｍである。

高分子安定化処理は、液晶組成物に含まれる液晶材料が等方相を示す温度である７０℃まで昇温した後、３１℃まで降温し、この状態を保持した状態の液晶セルに対して、紫外線（波長３６５ｎｍ、放射照度８ｍＷ／ｃｍ^２）を、６分間照射することにより行った。

〈高分子／液晶複合体〉
上述の高分子安定化処理によって、条件Ｂの高分子／液晶複合体を得た。図４（Ａ）、（Ｂ）は、共焦点レーザー顕微鏡（Ｃ２ ニコンインステック株式会社製）を用いて観察された条件Ｂの高分子／液晶複合体のテクスチャを示す図である。なお、当該観察には、レーザー波長４０１ｎｍのレーザー光を用いた。また、測定モードは、反射とした。また、図４（Ａ）は対物レンズ倍率を１００倍、図４（Ｂ）は対物レンズ倍率を１００倍、スキャンスピードを標準測定の１／１０（すなわち実効倍率１０００倍相当）として、それぞれ室温環境下で当該観察を行った。

図４より、条件Ｂの高分子／液晶複合体においては、ドメインの各々の大きさが、５〜１０μｍの大きさであることが確認された。

条件Ｂの高分子／液晶複合体は、ドメインの各々の大きさが、５〜１０μｍの大きさである。また、各ドメインの配向周期性が高いため、各ドメインの境界において、ドメイン間の連続性が低下している。一方、本発明の一態様である条件Ａの高分子／液晶複合体は、液晶性モノマーとカイラル剤濃度によりドメインの各々の大きさが、３μｍ以下である。また、各ドメインの配向周期性が緩和されている。したがって、本発明の一態様の高分子／液晶複合体は、隣接するドメインの境界に起因する配向不良の発生を抑制することができる。

３０１ ゲート配線層
３０１ａ ゲート電極層
３０２ ゲート絶縁層
３０３ 半導体層
３０５ ソース配線層
３０５ａ 配線層
３０５ｂ 配線層
３０７ 絶縁層
３０８ 共通配線層
３０９ 絶縁層
３１３ 層間膜
３２０ トランジスタ
３４１ 基板
３４２ 基板
３４３ａ 偏光板
３４３ｂ 偏光板
３４４ 液晶層
３４６ 共通電極層
３４７ 画素電極層

Claims (4)

1. ブルー相を発現する高分子／液晶複合体であって、
   前記高分子／液晶複合体は、複数のドメインを含んで形成され、
   前記ドメインの各々の大きさが、３μｍ以下である
   高分子／液晶複合体。
2. 請求項１において、
   前記ドメインの各々の大きさが、液晶セルのセルギャップ以下である
   高分子／液晶複合体。
3. 構造式（１００）で表される液晶性モノマーを含む、
   請求項１または請求項２に記載の高分子／液晶複合体。
   
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の高分子／液晶複合体を有する液晶表示装置。