JP2016157138A - 液晶分子配向基板および液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な表示を実現することができる垂直配向型の液晶表示素子を提供する。【解決手段】液晶表示素子１は、所定の間隔で対向配置され、対向する表面各々に電極１２，２２が設けられた一対の基板１０，２０と、一対の基板１０，２０各々に設けられた電極１２，２２を覆い、少なくとも一方に液晶分子４１を所定方向に一様に配向させる能力を備えた一対の垂直配向膜１３，２３と、一対の垂直配向膜１３，２３各々の表面に形成され、垂直配向膜１３，２３の表面自由エネルギよりも高い表面自由エネルギを有する一対の液晶性ポリマー層１４，２４と、一対の液晶性ポリマー層１４，２４に挟まれて配置され、誘電率異方性が負の液晶分子４１を含み、液晶分子４１のプレチルト角が８９．９６°以上９０°未満である液晶層４０と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、垂直配向型の液晶表示素子を構成することができる液晶分子配向基板、および垂直配向型の液晶表示素子、ならびにそれらの製造方法に関する。

液晶表示素子には、水平配向型の液晶表示素子と、垂直配向型の液晶表示素子と、があることが知られている。

垂直配向型の液晶表示素子は、一般的に、誘電率異方性が負の液晶分子を含む液晶層と、液晶層を狭持し、その液晶層に電圧を印加するための電極が表面に形成されている一対の基板と、一対の基板の外側にクロスニコル配置される一対の偏光板と、を含む構成である。このように構成された液晶表示素子の表示領域は、一対の基板の法線方向から観察した際に、一対の基板各々に形成された電極が重なる領域に画定される。

液晶層に電圧が印加されていない状態（電圧オフ）では、液晶層に含まれる液晶分子は、基板に対してほぼ垂直に配向している。このとき、垂直配向型の液晶表示素子は、表示領域の暗状態を実現する。一対の基板各々に形成された電極を介して液晶層に電圧を印加する（電圧オン）と、液晶層に含まれる液晶分子は、基板とほぼ平行な方向（水平方向）に向かい倒れて配向する。このとき、垂直配向型の液晶表示素子は、表示領域の明状態を実現する。表示領域の暗／明状態は、たとえばマルチプレックス駆動法により制御される。

電圧オン時、液晶層に含まれる液晶分子は、基板面内において一様な方向に倒れて配向することが望ましい。液晶分子が一様な方向に倒れて配向しない場合、表示領域内の位置により屈折率等が変化して、表示領域内で輝度や色度が均一にならず、表示ムラが生じる可能性がある。表示ムラは、液晶表示素子の表示品位を低下させるため改善されることが望ましい。

特許文献１（特許３９８２１４６号）では、垂直配向型の液晶表示素子において、電圧オン時、液晶分子を所定の方向に向かって良好に配向制御させるために、液晶層内にポリマー分散体を形成することを提案している。

なお、電圧オン時に液晶分子を一様な方向に配向させる方法としては、ラビング処理などの配向処理が施された垂直配向膜を、基板上に形成する方法がよく知られている。基板にこのような垂直配向膜を形成すると、電圧オフ時における液晶分子は、電圧オン時に倒れるべき方向に、わずかに傾いて配向するようになる。このような基板に対する液晶分子の傾き角度は、プレチルト角と呼ばれる。

特許文献２（特開２００８−２８１７５２号）は、マルチプレックス駆動される垂直配向型の液晶表示素子において、プレチルト角が９０°に近い角度である場合、コントラスト比（暗状態における輝度と明状態における輝度との比率）が向上する一方で、表示ムラが発現しうることを開示している。特許文献２では、プレチルト角が９０°に近い角度である場合であっても表示ムラが発現しないようにするため、マルチプレックス駆動におけるフレーム周波数を所定の周波数よりも高く設定することを提案している。ただし、マルチプレックス駆動におけるフレーム周波数は、駆動回路の消費電力や負荷、表示領域間のクロストーク等のさまざまな観点から、より低く設定されることが望ましい。

なお、特許文献３（特許４６１４２００号）は、垂直配向膜にラビング処理を施すことにより、ラビング方向に沿った筋状の表示欠陥が発現しうることを開示している。特許文献３では、垂直配向膜にラビング処理を施しても表示欠陥が発現しないようにするため、垂直配向膜の表面自由エネルギを３５ｍＮ／ｍ〜３９ｍＮ／ｍに設定することを提案している。

また、水平配向型の液晶表示素子は、一般的に、垂直配向型の液晶表示素子と同様の構成を有し、誘電率異方性が負の液晶分子を含む液晶層の替わりに誘電率異方性が正の液晶分子を含む液晶層が用いられ、垂直配向膜の替わりに水平配向膜が用いられる。水平配向膜の表面自由エネルギは、一般的に、垂直配向膜の表面自由エネルギよりも高く、およそ４５ｍＮ／ｍ以上であることが知られている。

特許３９８２１４６号公報 特開２００８−２８１７５２号公報 特許４６１４２００号公報

本発明の目的は、マルチプレックス駆動される垂直配向型の液晶表示素子において、より低いフレーム周波数で良好な表示を実現することができる垂直配向型の液晶表示素子を提供することにある。

本発明の第１の観点によれば、表面に電極が設けられた基板と、前記基板の電極を覆い、液晶分子を所定方向に一様に配向させる能力を備えた垂直配向膜と、前記垂直配向膜表面に形成され、該垂直配向膜の表面自由エネルギよりも高い表面自由エネルギを有する液晶性ポリマー層と、を含み、前記液晶性ポリマー層表面に、誘電率異方性が負の液晶分子を含む液晶層を配置したときに、該液晶層の液晶分子のプレチルト角が８９．９６°以上９０°未満となる液晶分子配向基板、が提供される。

本発明の第２の観点によれば、所定の間隔で対向配置され、対向する表面各々に電極が設けられた一対の基板と、前記一対の基板各々に設けられた電極を覆い、少なくとも一方に液晶分子を所定方向に一様に配向させる能力を備えた一対の垂直配向膜と、前記一対の垂直配向膜各々の表面に形成され、該垂直配向膜の表面自由エネルギよりも高い表面自由エネルギを有する一対の液晶性ポリマー層と、前記一対の液晶性ポリマー層に挟まれて配置され、誘電率異方性が負の液晶分子を含み、該液晶分子のプレチルト角が８９．９６°以上９０°未満である液晶層と、を含む液晶表示素子、が提供される。

良好な表示を実現することができる垂直配向型の液晶表示素子を提供することができる。

図１は、本発明者が提供する垂直配向型の液晶表示素子を示す断面図である。 図２は、液晶表示素子１の作製方法を示す工程フロー図である。 および、 および、 図３Ａ〜図３Ｆは、液晶表示素子１を作製する様子を示す断面図であり、図３Ｇは、比較例１ｘおよび実施例１ａ〜１ｃの表面自由エネルギをまとめたテーブルである。 図４Ａは、マルチプレックス駆動される比較例１ｘの表示観察写真であり、図４Ｂは、比較例１ｘおよび実施例１ａをマルチプレックス駆動した際に、表示ムラが解消するフレーム周波数をまとめたテーブルである。 図５Ａおよび図５Ｂは、電圧オン時の比較例１ｘおよび実施例１ａにおける液晶分子の配向状態を示す断面図である。 図６Ａは、実施例１ｄ，１ｅおよび比較例１ｙ，１ｚのプレチルト角をまとめたテーブルであり、図６Ｂは、紫外線照射工程の他の例を示す断面図である。

最初に、本発明者らが提供する液晶表示素子の基本構成例について説明する。

図１は、本発明者らが提供する垂直配向型の液晶表示素子１を概略的に示す断面図である。便宜的に、図面に示すようなＸＹＺ直交座標系を定義する。

液晶表示素子１は、液晶セル５と、液晶セル５を挟んでクロスニコル配置される一対の偏光板５０，６０と、を含む構成である。また、液晶セル５は、誘電率異方性が負の液晶分子４１を含む液晶層４０と、液晶層４０を狭持する一対の液晶分子配向基板１０，２０と、を含む構成である。なお、液晶分子配向基板１０，２０と偏光板５０，６０との間には、それぞれ視角補償板が配置されていてもかまわない。

液晶分子配向基板１０，２０は、それぞれ、基板１１，２１と、電極１２，２２と、配向処理が施された垂直配向膜１３，２３と、液晶性ポリマー層１４，２４と、を含む構成である。電極１２，２２は、それぞれ、基板１１，２１上に所定の形状で配置される。垂直配向膜１３，２３は、それぞれ、電極１２，２２を覆うように配置され、矢印１５，２５に示す方向（それぞれＸ負方向およびＸ正方向）に配向処理が施されている。なお、配向処理は、垂直配向膜１３，２３のどちらか一方に施されていればよい。液晶性ポリマー層１４，２４は、それぞれ、垂直配向膜１３，２３の表面に形成される。また、液晶性ポリマー層１４，２４は、後述するように、垂直配向膜１３，２３の表面自由エネルギよりも高い表面自由エネルギを有している。

液晶表示素子の表示領域４５は、基板１１，２１の法線方向（Ｚ方向）から観察した際に、電極１２，２２が液晶層４０を挟んで重なり合う領域に画定される。電極１２，２２は、たとえばセグメント電極構成（７セグメント表示や固定パターン表示などを含む）や単純マトリクス型ドットマトリクス電極構成などで形成・配置することができる。セグメント電極構成の場合、たとえば、一方の基板１１には表示領域４５を画定するセグメント電極１２が形成され、他方の基板２１にはベタ形状のコモン電極２２が形成される。単純マトリクス型ドットマトリクス電極構成の場合、たとえば、一方の基板１１に形成される走査電極１２と、他方の基板２１に形成される信号電極２２とからなる任意の交点（画素４５）に選択的に電圧印加することで、文字や数字など所望の表示を実現する。

液晶層４０に含まれる液晶分子４１は、電圧オフ時、垂直配向膜１３，２３に施された配向処理方向（Ｘ方向）に、基板１１，２１平面（ＸＹ平面）に対してプレチルト角θｐで傾いて配向している。このとき、表示領域４５は、暗状態となる。電極１２，２２を介して液晶層４０に電圧が印加されると、液晶分子４１は、Ｘ方向に基板１１，２１とほぼ平行に、一様な方向（Ｘ方向）を向くように倒れて配向する。このとき、表示領域４５は、明状態となる。表示領域４５の暗／明状態は、制御装置７０により、たとえばマルチプレックス駆動法を用いて制御される。

本発明者らは、このような基本構成を有する液晶表示素子１を、作製条件を変化させて複数作製し、低いフレーム周波数でマルチプレックス駆動した際に生じうる表示ムラについての評価を行った。次に、図２および図３を用いて、液晶表示素子１の作製例について説明する。

図２は、液晶表示素子１の作製方法を概略的に示す工程フロー図である。液晶表示素子１の作製方法は、電極成形工程Ｓ１０１と、垂直配向膜形成工程Ｓ１０２と、空セル形成工程Ｓ１０３と、液晶組成物封入工程Ｓ１０４と、紫外線照射工程Ｓ１０５と、熱処理工程Ｓ１０６と、を含む。各工程の具体的な様子を、図３Ａ〜図３Ｆを参照しながら説明する。

図３Ａに、電極成形工程Ｓ１０１の様子を示す。たとえばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明電極１２が一面に成膜されている青板ガラス基板１１を用意する。一般的に知られているフォトリソグラフィ処理およびエッチング処理により、透明電極１２を所望の形状に成形する。透明電極１２の形状は、セグメント電極構成に対応した形状でも、単純ドットマトリクス型ドットマトリクス電極構成に対応した形状でもよい。なお、透明電極の表面に、さらに、酸化シリコンなどの絶縁膜を形成してもかまわない。

図３Ｂに、垂直配向膜形成工程Ｓ１０２の様子を示す。所望形状の透明電極１２が形成されたガラス基板１１に、一般的に知られているフレキソ印刷法を用いて、垂直配向膜１３（チッソ石油化学社製）を塗布する。その後、クリーンオーブン内で１８０℃３０分間の焼成を行う。

ガラス基板１１上に形成された垂直配向膜１３に配向処理を施す。配向処理は、矢印１５の方向に施されるラビング処理とし、布厚が約３．２ｍｍの綿製ラビング布を用いて、ラビング速度１５０ｍｍ／ｓ，ローラ回転数１０００ｒｐｍ，ローラ径１２０ｍｍ，押し込み量０．４ｍｍの条件で行った。

なお、以上の工程と同様の工程により、透明電極２２および垂直配向膜２３が形成されたガラス基板２１も用意する。

図３Ｃに、空セル形成工程Ｓ１０３の様子を示す。電極１２および垂直配向膜１３が形成されたガラス基板１１全面に、一般的に知られている乾式散布法を用いて、粒径約６μｍのプラスティックスペーサ３１（積水化学社製）を散布する。また、電極２２および垂直配向膜２３が形成されたガラス基板２１に、ディスペンサを用いて、ロッド径約５．５μｍのロッド状ガラススペーサが約２ｗｔ％混入した熱硬化型シール材３２（三井化学社製）を、所定のパターンで塗布する。

スペーサ３１を散布したガラス基板１１と、シール材３２を塗布したガラス基板２１とを、垂直配向膜１３，２３に施されたラビング処理の方向が反平行になるように対向配置して張り合わせる。一定の加圧状態で焼成してシール材３２を硬化させて空セル５ａを完成させる。なお、以降では、スペーサ３１およびシール材３２の図示を省略する。

図３Ｄに、液晶組成物封入工程Ｓ１０４の様子を示す。誘電率異方性が負で、複屈折率が約０．２１の液晶分子を含む液晶材料（メルク社製）に、所定の温度範囲で液晶相を示す液晶性モノマー（大日本インキ化学工業社製，ＵＣＬ０１１）を混合・相溶させる。この液晶性モノマーは、紫外線が照射されることによりポリマー化して硬化する性質を有する。これにより、空セルに封入する液晶組成物が作製される。なお、液晶材料に添加する液晶性モノマーは、たとえば大日本インキ化学工業社製のＵＣＬ００１等も用いることができる。

作製した液晶組成物（液晶分子４１および液晶性モノマー４２を含む）を、空セル５ａに、一般的に知られている真空注入法で注入する。その後、液晶組成物を注入した注入口を塞いで液晶セル５を形成する。なお、図中において、液晶層４０に含まれる液晶性モノマー４２はドット柄で示している。

図３Ｅに、紫外線照射工程Ｓ１０５の様子を示す。液晶セル５に、照度約１８ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を、照射総量が約１Ｊ／ｃｍ^２となる時間、つまりこの場合約５６秒間照射する。光源は、たとえば高圧水銀ランプを用いることができる。このような工程により、垂直配向膜１３，２３の表面には、液晶性モノマーが重合した液晶性ポリマー層１４，２４が形成される。

図３Ｆに、熱処理工程Ｓ１０６の様子を示す。紫外線を照射した液晶セル５に、誘電率異方性が負の液晶分子４１の相転移温度よりも高い温度で、熱処理を施す。熱処理は、メルク社製の液晶材料の相転移温度約９０℃よりも約３０℃高い約１２０℃で約６０分間行った。このような工程により、液晶性ポリマー層１４，２４近傍での液晶分子の配向状態が変化する。

このように作製した液晶セルに、一対の偏光板を組み合わせることにより、本発明者らが提供する液晶表示素子が完成する。なお、本発明者らは、このような方法で作製した液晶セルの基板表面に、液晶性ポリマー層が形成されているか否かについての確認を行っている。本発明者らは、液晶組成物封入工程Ｓ１０４において、液晶材料に液晶性モノマーを添加せずに作製した液晶表示素子（比較例１ｘ）、および液晶材料に液晶性モノマーを２ｗｔ％，４ｗｔ％，６ｗｔ％添加して作製した液晶組成物を注入した液晶表示素子（実施例１ａ〜１ｃ）を用意し、各種サンプルの基板表面の表面自由エネルギ測定を行った。

図３Ｇは、比較例１ｘおよび実施例１ａ〜実施例１ｃにおける液晶分子配向基板の表面自由エネルギをまとめたテーブルである。各種サンプルの表面自由エネルギは、各種サンプルから基板のみを取り出して、基板表面をアセトンにより洗浄・乾燥した後、基板表面に水およびジヨードメンタを滴下して３０秒後に測定した接触角に基づいて算出したものである。このような表面自由エネルギ測定から、比較例１ｘの表面自由エネルギが約３７．５ｍＮ／ｍであり、実施例１ａ〜実施例１ｃの表面自由エネルギがそれぞれ５０．２ｍＮ／ｍ，５２．５ｍＮ／ｍ，５３．５ｍＮ／ｍ程度であることがわかった。

比較例１ｘの表面自由エネルギ（約３７．５ｍＮ／ｍ）は、特許文献３に開示されている垂直配向膜の表面自由エネルギ（３５ｍＮ／ｍ〜３９ｍＮ／ｍ）の範囲に収まっていることがわかる。比較例１ｘの基板表面には、液晶性ポリマー層１４，２４は形成されておらず、垂直配向膜１３，２３が表出している。

一方、実施例１ａ〜実施例１ｃの表面自由エネルギ（それぞれ５０．２ｍＮ／ｍ，５２．５ｍＮ／ｍ，５３．５ｍＮ／ｍ程度）はいずれも、垂直配向膜が表出していると推察される比較例１ｘの表面自由エネルギ（約３７．５ｍＮ／ｍ）よりも高いことがわかる。また、実施例１ａ〜実施例１ｃの表面自由エネルギはいずれも、一般的な水平配向膜の表面自由エネルギ（およそ４５ｍＮ／ｍ以上）の範囲になっていることもわかる。実施例１ａ〜実施例１ｃの基板表面には、液晶性モノマーが紫外線照射工程Ｓ１０５で重合することにより、液晶性ポリマー層１４，２４が垂直配向膜１３，２３上に堆積して形成されているものと推察される。ただし、液晶材料に添加される液晶性モノマーの重量比が小さいことから、形成されるポリマー層の層厚は極めて薄いものと推察される。

このような表面自由エネルギ測定から、実施例１ａ〜実施例１ｃでは、液晶分子の水平配向が生じる条件であるにもかかわらず、液晶分子の垂直配向が生じるという特異な現象が誘起されていることがわかる。この現象は、基板近傍における液晶分子の配向が、従来とは異なる原理により生じているものと理解することができる。

従来の垂直配向膜は、基板に対して液晶分子を垂直に配向させる配向膜側鎖成分を有し、特にこの側鎖成分に表面自由エネルギを著しく低下させる、たとえばアルキル基等の疎水性構造を有している。一方、垂直配向膜上に堆積された液晶性ポリマー層は、垂直配向膜表面に配向した液晶性モノマーが紫外線照射により硬化して形成されていることから、従来の垂直配向膜のような表面自由エネルギを著しく低下させる要素は存在しないために、従来の垂直配向膜よりも親水性側に値が上昇していると考えられる。

液晶性ポリマー層表面は、液晶分子に対する配向能力が高いことからその配向状態を反映した配向状態が液晶層内で形成されると同時に、分子構造が近いことから液晶性ポリマー層と液晶分子間の分子間力が増加し、結果として強固な垂直配向を行うこととなる。この配向の態様は、表面自由エネルギの大きさから従来の垂直配向に比べその安定性や液晶分子の配向規制力が高くなるものと考えられる。

また、本発明者らは、液晶材料に添加する液晶性モノマーの重量比を０．２ｗｔ％〜６．０ｗｔ％に変化させて、更なる検討を行った。その結果、液晶性ポリマー層の表面自由エネルギは、液晶性ポリマー層の下層に形成される垂直配向膜の表面自由エネルギ３５ｍＮ／ｍ〜３９ｍＮ／ｍよりも高く、４５ｍＮ／ｍ〜５６ｍＮ／ｍ程度になることが確認された。

引き続き、本発明者らは、比較例１ｘ（液晶性モノマー無添加）および実施例１ａ（液晶性モノマー２ｗｔ％添加）をマルチプレックス駆動した際の表示ムラについての評価を行った。

図４Ａは、比較例１ｘをマルチプレックス駆動した際の表示観察写真である。マルチプレックス駆動の条件は、フレーム反転波形とし、１／１２８Ｄｕｔｙ，１／１２Ｂｉａｓ，フレーム周波数１７５Ｈｚ、ほぼ最大のコントラストが得られる駆動電圧値とした。観察写真左側に示す表示領域は単純マトリクス型ドットマトリクス電極構成である。観察写真右側に示す「ＭＤ ＣＤ ＡＭ ＦＭ」，「ＴＥＭＰ」，「８８」の表示領域はセグメント電極構成である。なお、観察写真右側に示す「８」の表示領域は、いわゆる７セグメント電極構成であり、３本の横棒状の表示領域および４本の縦棒状表示領域から構成される。なお、比較例１ｘの垂直配向膜１３，２３に施されたラビング処理の方向は、それぞれ図中の矢印１５，２５に示す方向である。この表示観察写真から、たとえば「８」の表示領域の横棒状表示領域などに、顕著な表示ムラが発生していることがわかる。

本発明者らは、図４Ａに示す電極構成・表示領域を有する比較例１ｘ、および比較例１ｘと同様の電極構成・表示領域を有する実施例１ａにおいて、マルチプレックス駆動した際に表示ムラが解消するフレーム周波数を目視により評価した。ここで、図４Ａに示す電極構成・表示領域において、単純マトリクス型ドットマトリクス電極構成の表示領域を領域Ａ１、セグメント電極構成の「ＭＤ ＣＤ ＡＭ ＦＭ」および「ＴＥＭＰ」の表示領域を領域Ａ２、７セグメント電極構成の「８」の横棒状表示領域を領域Ａ３、７セグメント電極構成の「８」の縦棒状表示領域を領域Ａ４、とする。

図４Ｂは、比較例１ｘおよび実施例１ａをマルチプレックス駆動した際に、表示ムラが解消するフレーム周波数をまとめたテーブルである。マルチプレックス駆動の条件は、フレーム反転波形とし、１／１２８Ｄｕｔｙ，１／１２Ｂｉａｓ，ほぼ最大のコントラストが得られる駆動電圧値とした。

比較例１ｘにおいて、低いフレーム周波数で駆動し、それから徐々にフレーム周波数を上げていき、表示ムラが解消する最低フレーム周波数を目視により確認した。その結果、領域Ａ１では１４０Ｈｚ、領域Ａ２では２４０Ｈｚ、領域Ａ３では１８０Ｈｚ、領域Ａ４では１６０Ｈｚで、表示ムラが解消することが確認された。

同様に、実施例１ａにおいて、低いフレーム周波数で駆動し、それから徐々にフレーム周波数を上げていき、表示ムラが解消する最低フレーム周波数を目視により確認した。その結果、領域Ａ１では９０Ｈｚ、領域Ａ２では１５５Ｈｚ、領域Ａ３では１４５Ｈｚ、領域Ａ４では１２０Ｈｚで、表示ムラが解消することが確認された。実施例１ａでは、比較例１ｘに対して３５Ｈｚ以上最低フレーム周波数を下げても、表示ムラが発現しない表示領域があることがわかった。

これらの評価から、比較例１ｘよりも実施例１ａのほうが、より低いフレーム周波数で良好な表示を実現できることがわかった。このことは、以下の理由によるものと考えられる。

図５Ａおよび図５Ｂは、電圧オン時の比較例１ｘおよび実施例１ａにおける液晶分子の配向状態を概略的に示す断面図である。電圧オフ時、液晶層４０に含まれる液晶分子４１は、垂直配向膜１３，２３に施された配向処理方向（Ｘ正方向）に、基板１１，２１平面の法線（Ｚ軸）に対してわずかに傾いて配向している。

電極１２，２２を介して液晶層４０に電圧が印加されると、電極１２，２２が重なり合う表示領域４５の中央部では、基板１１，２１に垂直な方向（Ｚ方向）の電界が発生し、液晶分子４１は、Ｘ正方向に基板１１，２１平面とほぼ平行になるように、倒れて配向しようとする。表示領域４５の周縁部では、一般的に、対向する電極１２，２２のサイズ・形状が異なることに起因して、図５Ａおよび図５Ｂの破線で示すような、水平方向成分を含む斜め方向の電界が発生しうる。

図５Ａに示す比較例１ｘのように、基板１１，２１表面に表面自由エネルギが相対的に小さい垂直配向膜１３，２３が表出しているような場合、表示領域４５の周縁部に位置する液晶分子４１は、斜め電界の影響でラビング処理の方向とは異なる方向に配向しやすい状態になっていると推察される。また、表示領域４５の中央部と周縁部との間に位置する液晶分子４１は、中央部の液晶分子４１の配向方向から、周縁部の液晶分子４１の配向方向へと連続的に回転させたように順次配向していると推察される。つまり、比較例１ｘの場合、液晶分子４１に対する配向規制力が相対的に弱いために、斜め電界の影響で液晶分子４１の配向方向が広い範囲で乱れ、表示ムラが発生しやすい状態であるものと考えられる。

一方、図５Ｂに示す実施例１ａのように、基板１１，１２表面に表面自由エネルギが相対的に大きい液晶性ポリマー層１４，２４が表出しているような場合、表示領域４５の周縁部に位置する液晶分子４１は、斜め電界の影響下であっても、液晶性ポリマー層１４，２４の大きな表面自由エネルギにより、ラビング処理の方向により配向しやすい状態になっていると推察される。つまり、実施例１ａの場合、液晶分子４１に対する配向規制力が相対的に強いため、液晶分子４１の配向方向の乱れが狭い範囲に限定され、表示ムラが発生しにくい状態であるものと考えられる。

以上、本発明者らが提供する液晶表示素子の有効性が確認された。次に、本発明者らは、液晶表示素子の製造方法における熱処理工程Ｓ１０６の効果について確認を行った。

本発明者らは、垂直配向膜形成工程Ｓ１０２においてラビング処理の押し込み量を０．４ｍｍおよび０．５ｍｍとし、液晶組成物封入工程Ｓ１０４において液晶材料に対する液晶性モノマーの重量比を約２ｗｔ％とし、最終工程において熱処理工程Ｓ１０６を施して完成させたサンプルとして、実施例１ｄ（ラビング処理の押し込み量０．４ｍｍ）および実施例１ｅ（ラビング処理の押し込み量０．５ｍｍ）を作製した。また、垂直配向膜形成工程Ｓ１０２においてラビング処理の押し込み量を０．４ｍｍおよび０．５ｍｍとし、液晶組成物封入工程Ｓ１０４において液晶材料に対する液晶性モノマーの重量比を約２ｗｔ％とし、液晶表示素子の製造方法の最終工程において熱処理工程Ｓ１０６を施さない、つまり最終工程として紫外線照射工程Ｓ１０５を施して完成させたサンプルとして、比較例１ｙ（ラビング処理の押し込み量０．４ｍｍ）および比較例１ｚ（ラビング処理の押し込み量０．５ｍｍ）を作製した。

図６Ａは、実施例１ｄ，１ｅおよび比較例１ｙ，１ｚのプレチルト角をまとめたテーブルである。本発明者らは、実施例１ｄ，１ｅおよび比較例１ｙ，１ｚのプレチルト角を測定した。その結果、実施例１ｄおよび実施例１ｅのプレチルト角は、それぞれ約８９．９６°および約８９．９７°であった。また、比較例１ｙおよび比較例１ｚのプレチルト角は、それぞれ約８９．８８°および約８９．８４°であった。実施例１ｄおよび実施例１ｅ、つまり熱処理Ｓ１０６を施して完成させたサンプルのほうが、比較例１ｙおよび比較例１ｚ、つまり熱処理Ｓ１０６を施さずに完成させたサンプルよりも、プレチルト角が大きく、９０°に近い角度になることがわかった。

これらのプレチルト角測定から、熱処理工程Ｓ１０６の前後で、ポリマー層１４，２４の構造ないし表面状態などが変化、または液晶分子の配向状態などが変化している可能性が示唆される。また、特許文献２によれば、プレチルト角が９０°に近いほど、液晶表示素子のコントラスト比は向上する。したがって、熱処理工程Ｓ１０６を施すことにより、作製される液晶表示素子のコントラスト比が向上するものと推察される。なお、特許文献２に示されるプレチルト角が９０°に近いと表示ムラが発現しうる点について、前述の通り表示ムラの抑制を実現している。

以上により、本発明者らが提供する液晶表示素子の製造方法における熱処理工程Ｓ１０６の有効性が確認された。次に、本発明者らは、液晶層４０に電圧を印加しながら紫外線を照射した際の表示ムラに対する影響、および液晶セルに照射する紫外線の照度を変化させた際の表示ムラに対する影響について評価を行った。

図６Ｂに、紫外線照射工程Ｓ１０５において、液晶層４０に、電圧を印加しながら紫外線を照射する様子を示す。本発明者らは、紫外線照射工程Ｓ１０５において、図６Ｂに示すように、液晶層４０に、振幅３０Ｖ，周波数４００Ｈｚの電圧を印加しながら、紫外線を照射して作製したサンプルを用意した。そして、そのサンプルをマルチプレックス駆動した際に、表示ムラが解消するフレーム周波数を目視により評価した。なお、作製したサンプルの電極構成・表示領域は、図４Ａに示す比較例１ｘの電極構成・表示領域と同等である。その結果、領域Ａ２では１００Ｈｚ、領域Ａ３では１０５Ｈｚ、領域Ａ４では９５Ｈｚで、表示ムラが解消することが確認された。このような結果から、紫外線照射工程Ｓ１０５において、液晶層４０に電圧を印加しながら紫外線を照射することにより、さらに低いフレーム周波数で良好な表示を実現できる可能性があることがわかった。なお、このサンプルのプレチルト角は、８９．８７°程度であった。

また、本発明者らは、紫外線照射工程Ｓ１０５において、紫外線照度を３ｍＷ／ｃｍ^２〜７０ｍＷ／ｃｍ^２に変化させて作製したサンプルを複数用意した。そして、それらのサンプルをマルチプレックス駆動した際に、表示ムラが解消するフレーム周波数を目視により評価した。その結果、紫外線照度を１０ｍＷ／ｃｍ^２〜３０ｍＷ／ｃｍ^２にして作製したサンプルにおいて、比較的低いフレーム周波数で良好な表示を実現できることが確認された。なお、紫外線照度を１０ｍＷ／ｃｍ^２〜３０ｍＷ／ｃｍ^２以外にして作製したサンプルにおいては、液晶分子の配向状態が乱れやくすなる傾向があることも確認された。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、実施例に示した液晶表示素子から液晶分子配向基板のみを取り出し、その液晶分子配向基板と、実施例に示した液晶層とは異なる液晶層と、を組み合わせて、新たに垂直配向型の液晶表示素子を作製してもかまわないであろう。また、実施例では、対向する垂直配向膜の両方に配向処理を施す例を示したが、配向処理は対向する垂直配向膜のどちらか一方に施されていればよい。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１ 液晶表示素子、
５ セル、
１０ 液晶分子配向基板、
１１ 基板、
１２ 電極、
１３ 垂直配向膜、
１４ 液晶性ポリマー層、
１５ 配向処理方向、
２０ 液晶分子配向基板、
２１ 基板、
２２ 電極、
２３ 垂直配向膜、
２４ 液晶性ポリマー層、
２５ 配向処理方向、
３１ スペーサ、
３２ シール材、
４０ 液晶層、
４１ 液晶分子、
４２ 液晶性モノマー、
４５ 表示領域、
５０ 偏光板、
６０ 偏光板、
７０ 制御装置。

Claims (4)

1. 表面に電極が設けられた基板と、
   前記基板の電極を覆い、液晶分子を所定方向に一様に配向させる能力を備えた垂直配向膜と、
   前記垂直配向膜表面に形成され、該垂直配向膜の表面自由エネルギよりも高い表面自由エネルギを有する液晶性ポリマー層と、
   を含み、
   前記液晶性ポリマー層表面に、誘電率異方性が負の液晶分子を含む液晶層を配置したときに、該液晶層の液晶分子のプレチルト角が８９．９６°以上９０°未満となる液晶分子配向基板。
2. 前記液晶性ポリマー層は、水とジヨードメタンによる接触角測定に基づいて算出された表面自由エネルギが４５ｍＮ／ｍ〜５６ｍＮ／ｍである請求項１記載の液晶分子配向基板。
3. 所定の間隔で対向配置され、対向する表面各々に電極が設けられた一対の基板と、
   前記一対の基板各々に設けられた電極を覆い、少なくとも一方に液晶分子を所定方向に一様に配向させる能力を備えた一対の垂直配向膜と、
   前記一対の垂直配向膜各々の表面に形成され、該垂直配向膜の表面自由エネルギよりも高い表面自由エネルギを有する一対の液晶性ポリマー層と、
   前記一対の液晶性ポリマー層に挟まれて配置され、誘電率異方性が負の液晶分子を含み、該液晶分子のプレチルト角が８９．９６°以上９０°未満である液晶層と、
   を含む液晶表示素子。
4. 前記液晶性ポリマー層は、水とジヨードメタンによる接触角測定に基づいて算出された表面自由エネルギが４５ｍＮ／ｍ〜５６ｍＮ／ｍである請求項３記載の液晶表示素子。