JP6808314B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、ＵＬＨモードの液晶表示装置で均一な配向が可能な液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、現在最も広く使用されている平板表示装置の一つであって、互いに対向する二枚の表示基板とその間に入っている液晶層、二枚の表示基板のうちの少なくとも一つに位置する画素電極と共通電極など電場生成電極などからなる。
電場生成電極に電圧を印加して液晶層に電場を生成し、これを通じて液晶層内の液晶分子の配向を決定し入射光の偏光を制御することによって画像を表示する。

液晶表示装置には、ねじれネマティック（ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ；ＴＮ）モード、超ねじれネマティック（ｓｕｐｅｒ ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ；ＳＴＮ）モード、垂直配向ネマティック（ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ；ＶＡＮ）モード、パターン化されたＩＴＯ垂直配向ネマティック（ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ＩＴＯ ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ；ＰＶＡ）モード、高分子安定化垂直配向ネマティック（ｐｏｌｙｍｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ；ＰＳＶＡ）モード、及び多重ドメイン垂直配向ネマティック（ｍｕｌｔｉ ｄｏｍａｉｎ ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ；ＭＶＡ）モード、などの電気光学的モードが使用されている。

これらモードは実質的に、基板、液晶層のそれぞれに垂直な電場を使用する。
これらモード以外に、基板、液晶層のそれぞれに実質的に平行な電場を使用する電気光学的モード、例えばインプレインスイッチング（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ；ＩＰＳ）モード、及びフリンジフィールドスイッチング（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ；ＦＦＳ）モードもある。

これら表示モードに追加して、比較的に短いコレステリックピッチを有するコレステリック（螺旋状分子配列）液晶を使用する新たな液晶表示モードが提案された。
“フレキソ電気（ｆｌｅｘｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ）”効果を活用するものであり、液晶表示装置でコレステリック液晶は“均一に横たわる螺旋（Ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ Ｌｙｉｎｇ Ｈｅｌｉｘ、ＵＬＨ）”配列で配向される。
しかし、このモードではいくつかの問題、特に電気光学的特性で必要な均一な配向を得にくいという問題がある。

本発明は上記従来のコレステリック液晶での表示モードにおける問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ＵＬＨモードの液晶表示装置で均一な配向が可能な液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による液晶表示装置は、第１基板と、前記第１基板と対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に介在する液晶層と、前記第１基板と前記液晶層との間と、前記第２基板と前記液晶層との間の内の少なくとも一つに配置される配向膜とを有し、前記配向膜は、親水性の第１領域と疎水性の第２領域が前記第１基板又は前記第２基板に平行な方向に沿って周期的に繰り返し配置され、前記液晶層は、螺旋構造を有する液晶分子及び自己整列液晶添加剤を含んで、ＵＬＨ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｌｙｉｎｇ Ｈｅｌｉｘ）構造を形成し、前記液晶分子と前記自己整列液晶添加剤は、相分離なく、よく混合され、前記自己整列液晶添加剤は、中心部と、前記中心部に連結された２つの末端基とを含み、前記２つの末端基の内の一側の末端基は親水性基を含み、前記自己整列液晶添加剤の親水性基を含む末端基が、前記配向膜の親水性の前記第１領域の表面と親水性相互作用（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）によって物理的に結合することによって、前記自己整列液晶添加剤は前記第１領域の表面上にホメオトロピック配向することで、前記液晶層内の前記第１領域に対応する部分では前記液晶分子も実質的に垂直配向し、前記配向膜の疎水性の前記第２領域に対応する部分では、前記自己整列液晶添加剤は実質的に水平配向され、前記液晶層内の前記液晶分子も実質的に共に水平配向されることを特徴とする。

前記第１領域は前記液晶層と接する膜表面が無機膜であり、前記第２領域は前記液晶層と接する膜表面が有機膜であることが好ましい。
前記配向膜は、同一層に位置する無機膜と有機膜を含み、前記同一層に位置する無機膜と有機膜は、前記第１基板又は前記第２基板に平行な方向に沿って周期的に反復配列されていることが好ましい。
前記配向膜は、無機膜を含む下部層と有機膜を含む上部層とを含み、前記上部層は予め設定された周期でパターニングされ、前記上部層の膜表面と前記下部層の膜表面が交互に前記液晶層と接することが好ましい。
前記配向膜は、有機膜を含む下部層と無機膜を含む上部層とを含み、前記上部層は予め設定された周期でパターニングされ、前記上部層の膜表面と前記下部層の膜表面が交互に前記液晶層と接することが好ましい。
前記配向膜は有機膜を含み、前記第１領域は、親水性を有することが好ましい。
前記配向膜と前記第１基板との間、又は前記配向膜と前記第２基板との間の内の少なくとも一つに配置される透明電極をさらに有し、前記透明電極は、一つの板（ａ ｗｈｏｌｅ ｐｌａｔｅ）で形成されることが好ましい。
前記液晶層は、反応性メソゲン（Ｒｅａｃｔｉｖｅ ｍｅｓｏｇｅｎ）をさらに含むことが好ましい。
本発明の一実施形態による液晶表示装置の製造方法は、第１基板の上に透明電極を形成する段階、前記透明電極の上に配向膜を形成する段階、前記第１基板と対向する第２基板を配置する段階、および前記第１基板と前記第２基板の間に位置する液晶層を形成する段階を含み、前記配向膜は親水性の第１領域と疎水性の第２領域が前記第１基板または前記第２基板に平行な方向に沿って周期的に繰り返されるように形成し、前記液晶層は螺旋構造を有する液晶分子および自己整列液晶添加剤を含んでＵＬＨ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｌｙｉｎｇ Ｈｅｌｉｘ）構造を形成する。
前記配向膜を形成する段階は、前記透明電極の上に下部層および前記下部層の上に位置する上部層を形成する段階、および前記上部層を予め設定された間隔を有するようにパターニングして前記第１領域と前記第２領域を形成する段階を含んでもよい。
前記下部層および前記上部層のうちの一つは有機膜を含み、他の一つは無機膜を含んでもよい。
前記配向膜を形成する段階は、前記透明電極の上に有機膜を形成する段階、および前記有機膜の表面を予め設定された間隔でプラズマ処理して親水性の前記第１領域を形成する段階を含んでもよい。
前記自己整列液晶添加剤は中心部と、前記中心部に連結された２つの末端基を含み、前記２つの末端基のうちの一側末端基は親水性基を含んでもよい。
前記自己整列液晶添加剤は、前記第１領域の前記配向膜表面に隣接して垂直配向され、前記第２領域の前記配向膜表面に隣接して水平配向され、前記第１領域に対応する前記液晶層部分に前記液晶分子が垂直配向され、前記第２領域に対応する前記液晶層部分に前記液晶分子が水平配向されてもよい。
前記透明電極は一つの板で形成してもよい。
前記液晶層は、反応性メソゲン（Ｒｅａｃｔｉｖｅ ｍｅｓｏｇｅｎ）を含んでもよい。
前記液晶層に電界が印加された状態で紫外線を照射する段階をさらに含んでもよい。

本発明に係る液晶表示装置によれば、螺旋構造の液晶分子を含む液晶層に自己整列液晶添加剤を添加し、親水性領域と疎水性領域が交互に位置する配向膜構造を形成することによって良好なＵＬＨ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｌｙｉｎｇ Ｈｅｌｉｘ）構造を形成することができ、それにより、ＵＬＨモードの液晶表示装置を実現することによってサブミリセカンドの応答特性を実現することができるという効果がある。

本発明の一実施形態による液晶層での液晶分子と自己整列液晶添加剤の混合状態を示す概略的な図である。 本発明の一実施形態による液晶層での液晶分子と自己整列液晶添加剤が整列された状態を示す概略的な図である。 互いに対向する基板の対向面上に無機膜を形成した場合の液晶分子の配向を示す概略的な断面図である。 互いに対向する基板の対向面上に無機膜と有機膜を順次形成した場合の液晶分子の配向を示す概略的な断面図である。 図４の液晶分子の配向状態を示す画像である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置での液晶分子の配向を示す概略的な側断面図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置での液晶分子の配向を示す概略的な側断面図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置の製造方法を説明するための概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置の製造方法を説明するための概略的に示す断面図である。

次に、本発明に係る液晶表示装置を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。

本発明は、ここで説明する実施形態に限定されず、他の形態に具体化することもできる。むしろ、ここで紹介する実施形態は開示した内容が徹底且つ完全になるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達されるようにするために提供するものである。

図面において、層及び領域の厚さは明確性を期するために誇張した。また、層が他の層又は基板の“上”にあると言及される場合にそれは他の層又は基板の上に直接形成されるか、又はそれらの間に第３の層が介されてもよい。明細書全体にわたって同一の参照番号で表示された部分は同一の構成要素を意味する。

本発明の一実施形態による液晶表示装置において、液晶層は螺旋構造を有する液晶分子及び自己整列液晶添加剤を含む。
螺旋構造を有する液晶分子を含む液晶層は、自己整列添加剤と周期的な親水性／疎水性パターンによって螺旋軸（ｈｅｌｉｃａｌ ａｘｉｓ）と光学軸（ｏｐｔｉｃ ａｘｉｓ）が基板に平行であり周期的なパターンと垂直になるように配列してＵＬＨ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｌｙｉｎｇ Ｈｅｌｉｘ）構造を形成する。

本実施形態による液晶分子は、コレステリック液晶であり得、コレステリック液晶はネマティック液晶に螺旋構造を誘導するキラル成分が添加された液晶混合物である。
本実施形態による液晶分子は、比較的大きいフレキソエレクトリック定数（Ｆｌｅｘｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）と比較的小さい誘電率（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）を有しているため、螺旋軸に垂直に電場を印加すると螺旋軸の方向は変わらないが、配向子（ｄｉｒｅｃｔｏｒ）は歪曲されて光学軸（ｏｐｔｉｃ ａｘｉｓ）の傾斜変化を起こす。
このように光学軸の傾斜は交差している偏光器の間に位置する液晶層の透過率に変化を起こすことができる。

本実施形態による液晶分子は、下記に示す化学式１で表される化合物であり得る。

Ｒ１−ＲＤ１−Ｓｐ−ＲＤ２−Ｒ２ ・・・化学式１

化学式１において、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立して、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＮＣＳ又は非置換されるかハロゲン又はＣＮによって一置換又は多置換される１〜２５個の炭素原子を有する直鎖又は分岐されたアルキル基であり得る。
化学式１において、ＲＤ１及びＲＤ２はそれぞれ独立してメソゲン基であり、メソゲン基は剛体（ｒｉｇｉｄ）性質を有する化合物であり得る。

ＲＤ１及びＲＤ２は、それぞれ独立して、下記に示す化学式ＩＩａ〜ＩＩｏ及びこれらの鏡像（ｍｉｒｒｏｒ ｉｍａｇｅ）から選択され得る。

化学式ＩＩａ〜ＩＩｏにおいて、Ｌはそれぞれの場合、互いに独立して、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＯＨ、ＮＯ_２又は１〜７個の炭素原子を有する任意的にフッ化されるアルキル、アルコキシ又はアルカンオイル基であり、ｒはそれぞれの場合、互いに独立して、０、１、２、３又は４であり得る。

非極性基を有する化合物の場合、化学式１において、Ｒ１及びＲ２は１５個以下の炭素原子を有するアルキル又は２〜１５個の炭素原子を有するアルコキシが好ましい。
Ｒ１又はＲ２がアルキル又はアルコキシラジカル、即ち、末端ＣＨ_２基が−Ｏ−に代替される場合、これは直鎖又は分岐型であり得る。これは２、３、４、５、６、７又は８個の炭素原子を有する直鎖が好ましく、したがって、例えばエチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、へプチル、オクチル、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシ、ヘキソキシ、ヘプトキシ又はオクトキシが好ましく、また例えばメチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ノノキシ、デコキシ、ウンデコキシ、ドデコキシ、トリデコキシ又はテトラデコキシが好ましい。

オキサアルキル、即ち、一つのＣＨ_２基が−Ｏ−に代替される場合、例えば直鎖２−オキサプロピル（＝メトキシメチル）、２−オキサブチル（＝エトキシメチル）又は３−オキサブチル（＝２−メトキシエチル）、２−、３−又は４−オキサペンチル、２−、３−、４−又は５−オキサヘキシル、２−、３−、４−、５−又は６−オキサへプチル、２−、３−、４−、５−、６−又は７−オキサオクチル、２−、３−、４−、５−、６−、７−又は８−オキサノニル又は２−、３−、４−、５−、６−、７−、８−又は９−オキサデシルが好ましい。

末端極性基を有する化合物の場合、Ｒ１及びＲ２はＣＮ、ＮＯ_２、ハロゲン、ＯＣＨ_３、ＯＣＮ、ＳＣＮ、ＣＯＲｘ、ＣＯＯＲｘ又は１乃至４個の炭素原子を有するモノ−、オリゴ−、又はポリ−フッ化されたアルキル又はアルコキシ基から選択される。
Ｒｘは、任意的に１〜４個、好ましくは１〜３個の炭素原子を有するフッ化されたアルキルである。
ハロゲンは好ましくはＦ又はＣｌである。

化学式１において、Ｒ１及びＲ２はＨ、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＮＯ_２、ＯＣＨ_３、ＣＯＣＨ_３、ＣＯＣ_２Ｈ_５、ＣＯＯＣＨ_３、ＣＯＯＣ_２Ｈ_５、ＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、ＯＣＦ_３、ＯＣＨＦ_２及びＯＣ_２Ｆ_５、特にＨ、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＯＣＨ_３、及びＯＣＦ_３、特にＨ、Ｆ、ＣＮ、及びＯＣＦ_３から選択されるのが特に好ましい。
化学式１において、Ｓｐは−（ＣＨ２）ｏ−であり、ｏは５〜４０の整数であり得る。
この時、一つ以上の互いに隣接しない非−末端ＣＨ_２基は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−Ｎ（ＣＨ_３）−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＯＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、又は−Ｃ≡Ｃ−に代替してもよい。

Ｒ１、Ｒ２及びＳｐにおいて、末端ＣＨ２基は、ＲＤ１又はＲＤ２に直接的に結合される基であり、非−末端ＣＨ２基は、ＲＤ１又はＲＤ２に直接的に結合されない基である。
化学式１で表される化合物は、例えば、下記に示す化学式ｌ−１〜ｌ−１７で表される化合物であり得る。

以上で説明した本発明の一実施形態による液晶分子は、ＵＬＨ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｌｙｉｎｇ Ｈｅｌｉｘ）構造を形成することができる比較的大きいフレキソエレクトリック定数（Ｆｌｅｘｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）と比較的小さい誘電率（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）を有する液晶分子の例示に該当し、剛性のある（ｒｉｇｉｄ）二つのダイマー（ｄｉｍｅｒ）がアルキル基を含むチェーン（ｃｈａｉｎ）で連結されたバイメソゲン（ｂｉｍｅｓｏｇｎｅ）のような材料からなるフレキソエレクトリック効果を示すことができる液晶物質であれば多様に変形可能である。

本発明の一実施形態による自己整列液晶添加剤は、中心部と、中心部に連結された２個の末端基を含む。
本実施形態で自己整列液晶添加剤は液晶分子に混合してもよい。
自己整列液晶添加剤は、液晶層と接する配向膜と相互作用して液晶分子の配向状態を決定することができる。
本実施形態で自己整列液晶添加剤は液晶層内に０．００１ｗｔ％〜１０ｗｔ％含まれ得る。

自己整列液晶添加剤において、中心部は芳香族、ヘテロ芳香族、脂環式又はヘテロ環系などを含み、２個の末端基の内の一側の末端基は親水性基を含み、他側の末端基は疎水性基を含む。
具体的には、本実施形態による自己整列液晶添加剤は、Ｎ、Ｏ、Ｓ、及びＰから選択された原子を有する極性構造成分を親水性基として有する。

本実施形態による自己整列液晶添加剤は、下記に示す化学式２−１〜２−１６で表される化合物であり得るが、これに制限されない。

好ましくは、本実施形態による自己整列液晶添加剤は、ビフェニル又は２〜３個のベンゼン、シクロヘキサン環などの中心部、−ＯＨ、−ＮＨ_２のような親水性基を含む一側の末端基と、アルキレン基（−（ＣＨ２）ｎ−、ｎは自然数）を含む他側の末端基からなり得る。
但し、前述の自己整列液晶添加剤構造に限定されず、中心部と中心部に連結された２個の末端基を含み、２個の末端基の内の一側の末端基は親水性基を含み、他側の末端基は疎水性基を含む構造であれば多様な形態に変形可能である。

本実施形態による自己整列液晶添加剤は、親水性基を１〜３個を含むことができる。
その例として、本実施形態による自己整列液晶添加剤は、下記に示す化学式２−１７で表される化合物であり得る。

本発明の一実施形態による液晶層には、反応性メソゲン（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｍｅｓｏｇｅｎ）をさらに含んでもよい。
反応性メソゲンは、重合可能な化合物であり、電界が印加された状態又は電界が印加されない状態で紫外線照射してプレチルトを形成することによって応答時間を向上させることができる。

本実施形態で、反応性メソゲンは下記に示す化学式ＲＭ−１〜ＲＭ−６で表される化合物であり得るが、これに制限されない。

本実施形態による液晶表示装置で螺旋構造を有する液晶分子は、水平と垂直の整列（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）程度が交互によく合わせられた場合に、安定した配向状態を実現することができる。
以下、本発明の一実施形態による液晶表示装置で液晶分子が安定した配向状態を示すための配向膜構造について説明する。

図１は、本発明の一実施形態による液晶層での液晶分子と自己整列液晶添加剤の混合状態を示す概略的な図である。
図２は、本発明の一実施形態による液晶層での液晶分子と自己整列液晶添加剤が整列された状態を示す概略的な図である。
図１に示すように、本発明の一実施形態による液晶分子３１０は，比較的大きいフレキソエレクトリック定数（Ｆｌｅｘｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）と比較的小さい誘電率（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔ）を有して、螺旋（ｈｅｌｉｃａｌ）構造を有しており、ここに自己整列液晶添加剤３２０が混合されている。

自己整列液晶添加剤３２０は、親水性基３２０ａと疎水性基３２０ｂを含み、これらは環状中心部（図示せず）によって連結される。
本実施形態で、自己整列液晶添加剤３２０は、液晶分子と類似の構造を有してもよく、自己整列液晶添加剤３２０は、常温で相分離なく液晶分子とよく混合（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｌｙ ｗｅｌｌ ｍｉｘｅｄ）される。

図２に示すように、本実施形態による自己整列液晶添加剤３２０は、親水性基３２０ａと親水性表面との親水性相互作用（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）によって親水性表面を有する膜（層）と物理的に結合する。
この時、親水性基３２０ａは親水性表面を有する膜（層）に向かいホメオトロピック配向され得る。
自己整列液晶添加剤３２０の配向力は、これと接する膜材料の表面物性に大きく影響を受ける。

具体的には、自己整列液晶添加剤３２０と膜表面との相互作用が大きい場合には自己整列液晶添加剤３２０は膜表面の上にホメオトロピック配向し、自己整列液晶添加剤３２０と膜表面との相互作用が小さい場合には液晶分子３１０と自己整列液晶添加剤３２０とがよく混合されて膜表面の上に液晶分子と共に水平（ｐｌａｎａｒ）に配向され得る。

図３は、互いに対向する基板の対向面上に無機膜を形成した場合の液晶分子の配向を示す概略的な断面図である。
図３に示すように、第１基板１１０の対向面上に無機膜の一種である窒化シリコン膜１１ａを形成し、第１基板１１０と対向する第２基板２１０の対向面上に窒化シリコン膜２１ａを形成する。

第１基板１１０と第２基板２１０の間に液晶層を形成する。この時、液晶層は螺旋構造を有する液晶分子３１０と自己整列液晶添加剤（図示せず）を含む。
螺旋構造を有する液晶分子３１０と自己整列液晶添加剤（図示せず）に関する内容は前述のとおりである。
液晶層と接する窒化シリコン膜１１ａ、２１ａは親水性の性質を有するため、自己整列液晶添加剤は窒化シリコン膜１１ａ、２１ａに実質的にホメオトロピック配向され、これにより液晶分子３１０も液晶層内で実質的に垂直配向する。

図４は、互いに対向する基板の対向面上に無機膜と有機膜を順次形成したの液晶分子の配向を示す概略的な断面図である。
図５は、図４の液晶分子の配向状態を示す画像である。
図４に示すように、第１基板１１０の対向面上に無機膜の一種である窒化シリコン膜１１ａを形成し、窒化シリコン膜１１ａの上に有機膜１１ｂを形成する。
第１基板１１０と対向する第２基板２１０の対向面上に窒化シリコン膜２１ａを形成し、窒化シリコン膜２１ａの上に有機膜２１ｂを形成する。

第１基板１１０と第２基板２１０との間に液晶層を形成する。この時、液晶層は螺旋構造を有する液晶分子３１０と自己整列液晶添加剤（図示せず）を含む。
液晶層と接する有機膜１１ｂ、２１ｂは疎水性の性質を有するため、自己整列液晶添加剤は有機膜１１ｂ、２１ｂに実質的に水平（ｐｌａｎａｒ）に配向する。
これにより液晶分子３１０も液晶層内で実質的に水平配向された状態を示す。
このように液晶層内で実質的に水平配向された液晶分子は図５の画像を通じて確認できる。

図６は、本発明の一実施形態による液晶表示装置での液晶分子の配向を示す概略的な側断面図である。
図６に示すように、本発明の一実施形態による液晶表示装置は、互いに対向する第１表示板１００及び第２表示板２００、第１表示板１００と第２表示板２００の間に介在する液晶層３を含む。

第１表示板１００は、第１基板１１０の上に第１電極１９１が位置し、第１電極１９１の上に第１配向膜１１が位置する。
第１基板１１０と第１電極１９１の間にゲート線、データ線、これらと接続される薄膜トランジスタなどの多様な素子と層間絶縁のための絶縁膜などが形成される。
第１電極１９１は、ＩＴＯ、ＩＺＯのような透明電極であってもよく、割れない（ｎｏｔ ｔｏｒｎ ａｐａｒｔ）一つの板（ａ ｗｈｏｌｅ ｐｌａｔｅ）で形成されてもよい。

第２表示板２００は、第２基板２１０の上に第２電極２７０が位置し、第２電極２７０の上に第２配向膜２１が位置する。
第２基板２１０と第２電極２７０の間にカラーフィルタ、ブラックマトリックス、オーバーコート層などの構成が形成されてもよい。但し、カラーフィルタ及びブラックマトリックスのような構成要素は第１表示板１００に形成してもよい。
第２電極２７０は、ＩＴＯ、ＩＺＯのような透明電極であってもよく、割れない一つの板で形成されてもよい。

本実施形態で、配向膜１１、２１は、親水性の第１領域１１ｃ、２１ｃと疎水性の第２領域１１ｄ、２１ｄとが、第１基板１１０又は第２基板２１０に平行な方向に沿って周期的に反復配列されている。
液晶層３と接する第１領域１１ｃ、２１ｃの表面が無機膜であり得、第２領域１１ｄ、２１ｄの表面が有機膜であり得る。
配向膜１１、２１を形成する無機膜と有機膜が同一層に配置され得る。

本実施形態で、液晶層３は、螺旋（ｈｅｌｉｃａｌ）構造を有する液晶分子３１０と自己整列液晶添加剤（図示せず）を含む。
第１領域１１ｃ、２１ｃと対応する液晶層３の部分で液晶分子３１０は実質的にホメオトロピック配向される傾向を有し、第２領域１１ｄ、２１ｄと対応する液晶層３の部分で液晶分子３１０は実質的に水平配向される傾向を有する。

親水性の第１領域１１ｃ、２１ｃと疎水性の第２領域１１ｄ、２１ｄが周期的に反復配列されているため、各領域に対応して位置する液晶分子３１０も実質的に第１基板１１０を基準に垂直配向、水平配向が周期的に繰り返される。
この時、液晶分子３１０の螺旋軸（ｈｅｌｉｃａｌ ａｘｉｓ）と光学軸（ｏｐｔｉｃ ａｘｉｓ）が第１基板１１０に平行であり、周期的なパターンが延長する方向と垂直になるよう（図６で図面に入る方向）に配列されることによりＵＬＨ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｌｙｉｎｇ Ｈｅｌｉｘ）構造を形成することができる。

したがって、本発明の一実施形態によれば、従来のポリイミドのような配向物質を使用せず、親水性と疎水性が周期的に繰り返される配向膜構造を形成しながら液晶分子と自己整列液晶添加剤を混合して周期的に繰り返される垂直配向及び水平配向を実現してＵＬＨ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｌｙｉｎｇ Ｈｅｌｉｘ）モードの液晶表示装置を形成することができる。
この時、螺旋軸（ｈｅｌｉｃａｌ ａｘｉｓ）が一方向に配向してもよい。

他の実施形態として、配向膜１１、２１は有機膜で形成され、第１領域１１ｃ、２１ｃに該当する部分を、酸素を含むプラズマ処理して親水性を有するようにすることができる。
プラズマ処理に使用される酸素が含まれているガスはＯ_２、Ｏ_３、ＮＯ、Ｎ_２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ_２を含む。

図７は、本発明の一実施形態による液晶表示装置での液晶分子の配向を示す概略的な側断面図である。
図７に示すように、図６の実施形態と大部分の構成が同一であるが、第１基板１１０と第２基板２１０の上にＩＴＯ又はＩＺＯのような透明電極からなる第１、第２電極１９１、２７０が形成され、第１、第２電極１９１、２７０の上に周期的にパターン化された疎水性膜１２ｂ、２２ｂが形成される。
第１、第２電極１９１、２７０自体が無機膜として親水性役割を果たし、その上に疎水性膜１２ｂ、２２ｂを形成することによって、第１、第２基板１１０、２１０に水平な方向に親水性領域と疎水性領域が周期的に繰り返される。

図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の一実施形態による液晶表示装置の製造方法を説明するための概略的に示す断面図である。
図８Ａに示すように、第１基板１１０の上に無機膜の一種である窒化シリコン膜１１ａを形成し、窒化シリコン膜１１ａの上に有機膜１１ｂを形成する。
第１基板１１０と対向する第２基板２１０の上に窒化シリコン膜２１ａを形成し、窒化シリコン膜２１ａの上に有機膜２１ｂを形成する。
ここで、有機膜１１ｂ、２１ｂは、周期的にパターニングされて液晶層と接する無機膜である窒化シリコン膜１１ａ、２１ａを露出させる。
パターニング工程は、フォトリソグラフィー工程であってもよい。

図８Ｂに示すように、第１基板１１０と第２基板２１０の間に螺旋構造を有する液晶分子３１０と自己整列液晶添加剤（図示せず）を含んでＵＬＨ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｌｙｉｎｇ Ｈｅｌｉｘ）構造を有する液晶層を形成する。
このように形成された液晶表示装置は、液晶層と接する表面が無機膜である窒化シリコン膜１１ａ、２１ａと有機膜１１ｂ、２１ｂが周期的に反復配列される構造を有するため、図６で説明した実施形態と同様に液晶分子３１０の垂直配向及び水平配向が周期的に繰り返される構造を実現することができる。
ここで、第１基板１１０と無機膜である窒化シリコン膜１１ａの間、及び第２基板２１０と無機膜である窒化シリコン膜２１ａの間の内の少なくとも一つに透明電極が形成されてもよい。

他の実施形態として、第１基板１１０と第２基板２１０の上に有機膜を形成し、有機膜の上に無機膜を形成した後に無機膜を周期的にパターニングしてもよい。
この時、互いに隣り合う無機膜の間から有機膜が液晶層に露出され得る。
このような実施形態でも液晶層と接する表面が無機膜と有機膜が周期的に反復配列される構造を有するため、液晶分子の垂直／水平配向が周期的に繰り返される構造を実現することができる。

このように本発明の一実施形態による液晶表示装置の製造方法は、簡単なパターニング工程を通じて親水性と疎水性を有する領域を交互に形成することによってＵＬＨモードで必要な垂直配向及び水平配向が周期的に繰り返される構造を実現して配向安全性を高めることができる。

尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

３ 液晶層
１１、２１ 配向膜
１１ａ、２１ａ （無機膜である）窒化シリコン膜
１１ｂ、２１ｂ 有機膜
１１ｃ、２１ｃ 親水性の第１領域
１１ｄ、２１ｄ 疎水性の第２領域
１２ｂ、２２ｂ 疎水性膜
１００ 第１表示板
１１０ 第１基板
１９１ 第１電極
２００ 第２表示板
２１０ 第２基板
２７０ 第２電極
３１０ 液晶分子
３２０ 自己整列液晶添加剤
３２０ａ 親水性基
３２０ｂ 疎水性基

Claims (8)

1. 第１基板と、
   前記第１基板と対向する第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に介在する液晶層と、
   前記第１基板と前記液晶層との間と、前記第２基板と前記液晶層との間の内の少なくとも一つに配置される配向膜とを有し、
   前記配向膜は、親水性の第１領域と疎水性の第２領域が前記第１基板又は前記第２基板に平行な方向に沿って周期的に繰り返し配置され、
   前記液晶層は、螺旋構造を有する液晶分子及び自己整列液晶添加剤を含んで、ＵＬＨ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｌｙｉｎｇ Ｈｅｌｉｘ）構造を形成し、
   前記液晶分子と前記自己整列液晶添加剤は、相分離なく、よく混合され、
   前記自己整列液晶添加剤は、中心部と、前記中心部に連結された２つの末端基とを含み、前記２つの末端基の内の一側の末端基は親水性基を含み、
   前記自己整列液晶添加剤の親水性基を含む末端基が、前記配向膜の親水性の前記第１領域の表面と親水性相互作用（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）によって物理的に結合することによって、前記自己整列液晶添加剤は前記第１領域の表面上にホメオトロピック配向することで、前記液晶層内の前記第１領域に対応する部分では前記液晶分子も実質的に垂直配向し、
   前記配向膜の疎水性の前記第２領域に対応する部分では、前記自己整列液晶添加剤は実質的に水平配向され、前記液晶層内の前記液晶分子も実質的に共に水平配向されることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１領域は、前記液晶層と接する膜表面が無機膜であり、前記第２領域は前記液晶層と接する膜表面が有機膜であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記配向膜は、同一層に位置する無機膜と有機膜を含み、
   前記同一層に位置する無機膜と有機膜は、前記第１基板又は前記第２基板に平行な方向に沿って周期的に反復配列されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記配向膜は、無機膜を含む下部層と有機膜を含む上部層とを含み、
   前記上部層は予め設定された周期でパターニングされ、前記上部層の膜表面と前記下部層の膜表面が交互に前記液晶層と接することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 前記配向膜は、有機膜を含む下部層と無機膜を含む上部層とを含み、
   前記上部層は予め設定された周期でパターニングされ、前記上部層の膜表面と前記下部層の膜表面が交互に前記液晶層と接することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
6. 前記配向膜は有機膜を含み、前記第１領域は、親水性を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記配向膜と前記第１基板との間、又は前記配向膜と前記第２基板との間の内の少なくとも一つに配置される透明電極をさらに有し、
   前記透明電極は、一つの板（ａ ｗｈｏｌｅ ｐｌａｔｅ）で形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記液晶層は、反応性メソゲン（Ｒｅａｃｔｉｖｅ ｍｅｓｏｇｅｎ）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

Images