JP6859563B2 - 液晶表示素子及び液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子及び液晶表示素子の製造方法に関するものである。

液晶表示素子の駆動方式として、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）等の方式がある。

このうち、ＩＰＳ方式は、２枚の基板間に充填された液晶分子に対し、基板表面に平行な方向（横方向）の電場を印加することで、液晶分子の配向方向を変化させ、表示を行っている。このようなＩＰＳ方式の液晶表示素子は、視覚特性に優れ、携帯電話、テレビジョン等をはじめとする幅広い機器に適用されている。

既存の液晶表示素子では、液晶分子は、電場を印加しない状態において、所定の方向に沿って配列されるよう、液晶分子の配向方向が強制されている。

ＩＰＳ方式の液晶パネルにおいて、液晶分子の配向方向を強制する方法として、基板上にポリイミド（ＰＩ）などからなる配向膜を形成し、レーヨンや綿などの布により配向膜の表面を所定の方向に擦る方法（ラビング法）や、偏光紫外線を照射してポリイミド膜表面に異方性を発生させる手法（光配向法）などが採用されている。これらの処理により、液晶分子は基板表面に強く束縛され、一定方向に配向する。このように、配向膜を備えた構成の関連技術として、特許文献１が開示されている。

特許文献１に記載される構成においては、液晶分子は配向膜によって強く拘束されている。このため、液晶層に電場を印加したとしても、すぐには液晶分子の配向方向は変化せず、一定の大きさの電圧、すなわち、閾値以上の電圧を印加して初めて、液晶分子の配向方向が変化し始める。

また、液晶分子は配向膜によって強く拘束されているため、液晶層に電場を印加した際に、配向膜近傍の液晶分子の配向方向は初期の配向方向から変化せず、液晶層において基板間の中間部（バルク）に位置する液晶分子のみの配向方向が変化する。ＩＰＳ方式の液晶パネルでは、上記の様な液晶分子の配向変化に伴う位相差（リタデーション）の変化を利用して、明暗の切り替えを行っている。

一般的に、ＩＰＳ方式の液晶パネルの透過率は以下の式で表わされる。

ここで、φは初期配向方向に対する電圧印加時の液晶分子の配向角度、Δｎは液晶の屈折率異方性、ｄはセルギャップ、λは光の波長である。

上記の式から、配向角度φ、屈折率異方性Δn、セルギャップｄを適切に選択すれば、理想的には５０％の透過率が達成されることが理解できる（白黒タイプ）。しかしながら、ＩＰＳパネルの設計パラメーターは、現実的には、透過率だけでなく、駆動電圧、応答時間、更には、歩留まりなどの諸条件を考慮し、決定される。その結果、実用的なＩＰＳパネルの透過率は、理想値の半分程度にまで低下してしまう。

一方、有機ＥＬ（electroluminescence）ディスプレイの実用化に伴い、液晶ディスプレイの更なる特性向上が必要となってきている。特に、消費電力の低減、輝度（透過率）の向上は、有機ＥＬディスプレイとの差別化を図るために極めて重要な開発事項となっており、この様な背景から、ＩＰＳパネルの低電圧駆動化、及び、高透過率化が強く望まれている。

このような、ＩＰＳパネルの低電圧駆動化、及び、高透過率化の要望に対して、例えば、特許文献２では、電極上の透過率を向上させるため、櫛歯電極基板または対向基板の少なくとも一方に弱アンカリング（ゼロアンカリング）配向膜を実現するため、基板上にポリマーブラシをリビングラジカル重合によって生成させる方法が記載されている。

なお、本明細書において「ゼロ面アンカリング」とは、水平又は斜め方向の液晶分子の配向を強制するが、面内方向の液晶分子の配向強制力はゼロの状態のこと、すなわち、基板に対して水平方向に液晶分子を配向させるが、水平面内における液晶分子の配向強制力がない状態のことを意味する。

特許第２９４０３５４号公報 特開２０１５−１２５２０５号公報

しかしながら、基板上にポリマーブラシを生成するためには、基板ごとモノマーを溶かした重合溶液に浸漬し、脱酸素下において高温で長時間重合反応を行う必要があるため、基板の製造が複雑となりコストがかかるとともに、大型基板の製造に対応することが不可能であった。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明における液晶表示素子は、配向膜がボトルブラシで構成されていること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記ボトルブラシは、主鎖とグラフト側鎖とを備えていること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記グラフト側鎖が基板と共有結合していること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記グラフト側鎖は共重合体であること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記グラフト側鎖はブロック共重合体であること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記ボトルブラシは架橋性であること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、対向する２枚の基板のうち、１枚にボトルブラシ層が形成されており、もう１枚にはポリイミド層が形成されていること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記ボトルブラシ層が電極基板上に形成されていること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、横電界により駆動すること、を特徴とする。

また、本発明における液晶表示素子の製造方法は、基板上にボトルブラシ層を形成する工程と、前記ボトルブラシを形成した前記基板間に液晶を注入する工程と、前記液晶を配向させる工程と、を含むこと、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記液晶を配向させる工程がラビング法であること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記液晶を配向させる工程が光配向法であること、を特徴とする。

本発明によれば、低電圧で液晶分子を駆動しつつ、より透過率の高い表示を行うことが可能な横電界駆動の液晶表示素子を、簡便、かつ、低コストで製造することができるとともに、大型基板を製造することができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態として示した液晶ディスプレイの概略構成を示す断面図である。 前記第１実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が正の液晶を用い、電場を印加した状態における液晶分子の配向方向の分布を示す図である。 前記第１実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が正の液晶を用い、電場を印加しない状態における電極線と液晶分子の配向方向との関係を示す図である。 前記第１実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が正の液晶を用い、電場を印加した状態における電極線と液晶分子の配向方向との関係を示す図である。 弱アンカリング配向膜として基板に形成したボトルブラシの例を示す断面図である。 第２実施形態として示した液晶ディスプレイの概略構成を示す断面図である。 前記第２実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が負の液晶を用い、電場を印加した状態における液晶分子の配向方向の分布を示す図である。 前記第２実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が負の液晶を用い、電場を印加しない状態における電極線と液晶分子の配向方向との関係を示す図である。 前記第２実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が負の液晶を用い、電場を印加した状態における電極線と液晶分子の配向方向との関係を示す図である。 第３実施形態として示した液晶ディスプレイの概略構成を示す断面図である。 前記第３実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が正の液晶を用い、電場を印加した状態における液晶分子の配向方向の分布を示す図である。 第４実施形態として示した液晶ディスプレイの概略構成を示す断面図である。 前記第４実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が負の液晶を用い、電場を印加した状態における液晶分子の配向方向の分布を示す図である。 実施例としての液晶パネルと比較例としての液晶パネルの電圧Ｖと透過率Ｔとの関係を示すグラフである。 実施例としての液晶パネルの温度Ｔと方位角アンカリング強度Ａ２との関係を示すグラフである。 比較例としての液晶パネルの温度Ｔと方位角アンカリング強度Ａ２との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明による液晶表示素子及び液晶表示素子の製造方法を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
液晶には、誘電率異方性が正であるポジティブ型と、誘電率異方性が負であるネガティブ型とが存在する。ポジティブ型の液晶は、誘電的性質が液晶分子の長軸方向に大きく、長軸方向に直交する方向に小さい。ネガティブ型は、誘電的性質が液晶分子の長軸方向に小さく、長軸方向に直交する方向に大きい。本実施形態では、ポジティブ型の液晶を用いた事例について説明する。

図１は、本実施形態における液晶ディスプレイの概略構成を示す断面図である。図２は、前記第１実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が正の液晶を用い、電場を印加した状態における液晶分子の配向方向の分布を示す図である。図３は、前記第１実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が正の液晶を用い、電場を印加しない状態における電極線と液晶分子の配向方向との関係を示す図である。図４は、前記第１実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が正の液晶を用い、電場を印加した状態における電極線と液晶分子の配向方向との関係を示す図である。

図１、図２に示すように、液晶ディスプレイ１０は、液晶パネル（液晶表示素子）１１と、液晶パネル１１に光を提供するバックライトユニット１２と、を備えている。

バックライトユニット１２は、液晶パネル１１の裏面に設けられた光源（図示無し）から入力される光を、液晶パネル１１の裏面１１ｒ側から表面１１ｆ側に向けて均一に照射する。バックライトユニット１２は、例えば、その一側端部に設けられた光源（図示無し）から入力される光を、液晶パネル１１の表面１１ｆと平行な方向に伝搬するとともに、伝搬した光を液晶パネル１１の裏面１１ｒ側から表面１１ｆ側に向けて照射する、いわゆるエッジライト型のものを用いることができる。また、バックライトユニット１２は、液晶パネル１１の裏面１１ｒ側に設けられた光源から入力される光を液晶パネル１１の裏面１１ｒ側から表面１１ｆ側に向けて照射する、いわゆる直下型のものを用いることもできる。

液晶パネル１１は、基板１３Ａ，基板１３Ｂと、偏光板１４Ａ，１４Ｂと、電極層１５と、弱アンカリング配向膜１６と、強アンカリング配向膜１７と、液晶層１８と、を備えている。

基板１３Ａ，１３Ｂは、それぞれガラス、あるいは樹脂などの基板からなり、所定の間隔を空けて互いに平行に配置されている。

基板１３Ｂの例としては、アレイ基板及び対向基板が挙げられる。アレイ基板の例としては、アクティブマトリックスアレイ基板が挙げられる。このアクティブマトリックスアレイ基板は、一般的に、ガラス基板上にゲート配線及びソース配線がマトリックス状に配置されており、その交点部分に、薄層トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのアクティブ素子が形成され、このアクティブ素子に画素電極が接続されたものである。

また、対向基板の例としては、カラーフィルタ基板が挙げられる。このカラーフィルタ基板は、一般的に、ガラス基板上に、不要な光の漏れを防止するためにブラックマトリックスを形成した後、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の着色層をパターン形成し、必要に応じて保護膜を形成したものである。これらの基板１３Ｂを用いる場合、基板１３Ｂの表面に透明樹脂を塗布して硬化し、平坦化膜を形成してもよい。

基板１３Ｂの表面は必要に応じて、平坦化処理を行っても良い。平坦化処理としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いて行うことができる。平坦化処理の例としては、基板１３Ｂの表面に平坦化膜を形成する方法が挙げられ、例えば、ＵＶ硬化性の透明樹脂などを基板１３Ｂの表面に塗布してＵＶ硬化すればよい。

偏光板１４Ａは、バックライトユニット１２側に配置された基板１３Ａにおいて、バックライトユニット１２に対向する側、もしくはバックライトユニット１２とは反対側に設けられている。偏光板１４Ｂは、バックライトユニット１２から離間した側に配置された基板１３Ｂにおいて、バックライトユニット１２とは反対側、もしくは、バックライトユニット１２に対向する側に設けられている。これら偏光板１４Ａ，１４Ｂは、その透過軸方向が、互いに直交している。ここで、偏光板１４Ａの透過軸方向は、基板１３Ａに平行な面内で方向Ｙに直交する方向Ｘに設定され、偏光板１４Ｂの透過軸方向は、基板１３Ｂに平行な方向Ｙに設定されている。すなわち、偏光板１４Ａと偏光板１４Ｂは、その透過軸方向が、互いに垂直に、すなわちクロスニコルとなるよう、配置されている。

電極層１５は、基板１３Ａに設けられている。この実施形態では、電極層１５は、バックライトユニット１２側の基板１３Ａにおいて、バックライトユニット１２から離間した側に設けられている。電極層１５は、基板１３Ａの表面に沿って、複数本の電極線２０Ａが並設されることで形成され、いわゆる櫛歯電極構造となっている。ここで、図３に示すように、各電極線２０Ａは、その長軸方向が、例えば基板１３Ａの表面に平行な面内で方向Ｙに沿って延びるよう直線状に形成されている。電極層１５は、このような電極線２０Ａが、基板１３Ａの表面に平行な面内で方向Ｙに直交する方向Ｘに沿って、一定間隔ごとに並設されている。

図２、図４に示すように、このような電極層１５においては、電極層１５の各電極線２０Ａに予め設定した電圧が印加されると、互いに隣接する電極線２０Ａ間で、これら互いに隣接する電極線２０Ａどうしを結ぶ方向、すなわちこの実施形態では基板１３Ａ及び１３Ｂに平行な方向Ｘの電場Ｅが生成される。

弱アンカリング配向膜１６は、バックライトユニット１２側の基板１３Ａにおいて、バックライトユニット１２から離間した側に形成されている。強アンカリング配向膜１７は、バックライトユニット１２から離間した側の基板１３Ｂにおいて、バックライトユニット１２に対向する側に形成されている。

液晶層１８は、弱アンカリング配向膜１６と強アンカリング配向膜１７との間に、多数の液晶分子Ｌｐが充填されることで形成されている。液晶層１８は、電極層１５を構成する各電極線２０Ａに電圧が印加されることによって生じる電場Ｅにより、液晶分子Ｌｐの配向方向が変化して駆動される。このようにして液晶分子Ｌｐの配向が変化することによって、液晶層１８は、バックライトユニット１２から供給される光を部分的に透過したり遮断したりすることで、表示画像を生成する。

ここで、弱アンカリング配向膜１６と強アンカリング配向膜１７とは、液晶分子Ｌｐの配向方向を拘束する配向拘束力が、互いに異なる。

すなわち、図２に示すように、弱アンカリング配向膜１６は、電圧が印加されることで電場Ｅが生成されたときに、印加電圧が閾値電圧以上となると、液晶層１８の弱アンカリング配向膜１６側において、液晶分子Ｌｐが弱アンカリング配向膜１６の拘束から離脱する。そして、液晶分子Ｌｐの配向方向は、印加電圧の大きさに応じ、基板１３Ａ，１３Ｂの表面に平行な面内で、初期配向方向（図２では方向Ｙ）から変化する。

これに対し、強アンカリング配向膜１７では、電圧が印加されて電場Ｅが生成されても、液晶層１８において強アンカリング配向膜１７側の液晶分子Ｌｐが、その長軸方向を、基板１３Ａ，１３Ｂの表面に平行な面内の配向方向（図２では方向Ｙ）にほぼ一致させた初期配向状態、すなわち、弱アンカリング配向膜１６の配向処理方向（方向Ｙ）に沿った初期配向状態を維持する。

このように、弱アンカリング配向膜１６と強アンカリング配向膜１７とでは、電場Ｅが印加されたときに、液晶層１８の弱アンカリング配向膜１６側では、弱アンカリング配向膜１６による配向強制力を脱して液晶分子Ｌｐの配向方向が変化するのに対し、強アンカリング配向膜１７側では、液晶分子Ｌｐが強アンカリング配向膜１７による配向強制力を受けたまま、その配向方向を維持する。

その結果、液晶層１８においては、弱アンカリング配向膜１６側と強アンカリング配向膜１７側とでは、閾値以上の電場Ｅを印加したときの液晶分子Ｌｐの配向方向が異なる。これにより、液晶分子Ｌｐは、強アンカリング配向膜１７側から弱アンカリング配向膜１６側に向けて、初期配向方向に対する配向角度の変位量が漸次大きくなり、螺旋状に捩れた配向状態に転移し、電場強度がある一定値に達すると弱アンカリング配向膜１６近傍の液晶分子Ｌｐは、電場Ｅの方向に平行な方向に配向する。すなわち、強アンカリング配向膜１７側から弱アンカリング配向膜１６側に向けて、９０°ツイストした配向状態になる。

上記の電圧印加時の液晶層１８の配向状態は、ＴＮ方式における電圧非印加時の液晶の配向状態と同様である。従って、ΔｎＰ≫λ（Δｎは液晶の屈折率異方性、Ｐは液晶のヘリカルピッチ、λは光の波長）、すなわち、モーガン条件（Ｍｏｕｇａｉｎ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を満たす様、液晶パネル１１の光学設計を行えば、液晶層１８に旋光能効果を生じさせることが可能となる。

また、ＴＮ方式の液晶パネルにおける光の透過率Ｔを与える式として、以下のＧｏｏｃｈ-Ｔａｒｒｙの式（２）が知られている。

ここで、ｕ＝ｄΔｎ／λ・π／θで、ｄはセルギャップ（液晶層１８の厚さ）、θは液晶分子Ｌｐの捩れ角であり、本実施形態では、電圧印加時における弱アンカリング配向膜１６側の液晶分子と強アンカリング配向膜１７側の液晶分子の配向方向の角度の差に相当する。なお、本実施形態では、θ＝π／２であるので、ｕ＝２ｄΔｎ／λである。

液晶パネル１１では、ポジティブ型の液晶分子Ｌｐを用い、偏光板１４Ａと偏光板１４Ｂとを、それぞれの透過軸方向が互いに直交するクロスニコルに配置し、偏光板１４Ｂの透過軸方向が、電場Ｅを非印加の状態での液晶分子Ｌｐの配向方向を規制するための強アンカリング配向膜１７に対する配向処理方向（図１では方向Ｙ）と一致するように設定される。電場Ｅを非印加の状態では、液晶分子Ｌｐは強アンカリング配向膜１７に対する配向処理方向に一様配向しており、偏光板１４Ａの透過軸方向と直交しているため、バックライトユニット１２側からの光は偏光板１４Ａを透過することができない。

一方、電場Ｅを印加した状態では、液晶分子Ｌｐは、上記したように強アンカリング配向膜１７側においては、長軸方向が強アンカリング配向膜１７の配向処理方向（図２では方向Ｙ）に沿った初期配向状態を維持する。これに対し、弱アンカリング配向膜１６側では、閾値以上の電場Ｅの印加により、液晶分子Ｌｐの配向方向は基板１３Ａに平行な面内で変化し始め、電場強度がある一定値に達したときに、液晶分子Ｌｐの長軸方向が電場Ｅに平行な方向、すなわち基板１３Ａに平行な方向Ｘに沿うようになる。このとき、液晶パネル１１の光学条件を、モーガン条件を満たし、かつ、式（２）が最大値を取る様に設計することで、液晶層１８に入射した直線偏光は、偏光状態を維持したまま偏光面が９０°回転（旋光）して偏光板１４Ｂを透過し、液晶パネル１１から出射する。したがって、バックライトユニット１２側から液晶パネル１１に入射した光を最大の効率で透過させることができる。すなわち、本実施形態における電圧印加時の透過率Ｔを最大（偏光板の吸収を０と仮定した場合、５０％）にすることができる。ここで、一般に、セルギャップｄが大きくなると、応答速度の低下が生じるため、液晶パネルの光学設計は、式（２）が最大値を取る複数の条件の中から、いわゆる、ファーストミニマム条件を選択するのが好ましい。

このように、本実施形態の液晶パネル１１においては、ポジティブ型の液晶分子Ｌｐを用い、偏光板１４Ａと偏光板１４Ｂとをクロスニコルに配置し、偏光板１４Ｂの透過軸方向が、電場Ｅを非印加の状態での液晶分子Ｌｐの配向方向を規制するための強アンカリング配向膜１７に対する配向処理方向と、一致する（図１では方向Ｙ）ように設定されている。このような構成によれば、閾値以上の所定の電場Ｅが液晶パネル１１に印加されると、液晶分子Ｌｐが、強アンカリング配向膜１７側から弱アンカリング配向膜１６側に向けて、初期配向方向に対する配向方向の変位量が漸次大きくなり、螺旋状に捩れた配向状態に転移する。これにより、バックライトユニット１２側から偏光板１４Ａを通過した光は、弱アンカリング配向膜１６側から強アンカリング配向膜１７側に向けて、液晶分子Ｌｐの配向方向の分布に沿って偏光面が変化し、反対側の偏光板１４Ｂを通して出射される。
このように、液晶パネル１１では、液晶の駆動方式として、液晶分子Ｌｐを基板１３Ａ，１３Ｂの表面に沿った面内で変位させるＩＰＳ駆動方式を採用する一方、旋光性を利用して、光のオン・オフ制御を行う。

ところで、上記したような強アンカリング配向膜１７は、例えば、以下のようにして形成する。まず、基板１３Ｂ上にポリイミドなどからなる配向膜を形成する。その後、レーヨンや綿などからなる布を巻いたローラーを、回転数及びローラーと基板１３Ｂとの距離を一定に保った状態で回転させ、配向膜の表面を所定の方向に擦る（ラビング法）、あるいは、偏光紫外線を照射してポリイミドからなる配向膜の表面に異方性を発生させる（光配向法）。これらラビング法、光配向法等により配向方向が設定された、強アンカリング配向膜１６は、液晶分子Ｌｐに対し、弱アンカリング配向膜１６よりも強い配向強制力を付与する。

弱アンカリング配向膜１６は、ボトルブラシで形成したものを用いる。ボトルブラシとは、主鎖（幹）のいくつかの異なる点から側鎖（枝）が結合した櫛型ポリマーの一種であり、特に側鎖の分枝密度（グラフト密度、セグメント密度）が高い場合、ボトルブラシ、分子ボトルブラシ（molecular bottlebrush）、あるいは円筒型ポリマーブラシ（cylindrical polymer brush）、と呼ばれる。ボトルブラシは側鎖の排除体積効果により主鎖が伸長した棒状シリンダー型形態をとることが知られている。その形状が瓶やフラスコの洗浄に使われるブラシに形状が似ていることから名づけられた。ボトルブラシの合成は、幹ポリマーに側鎖を導入するGrafting-to法、マクロ開始剤（重合活性点を有する幹ポリマー）からモノマーを重合するGrafting-from法、マクロモノマー（片末端に重合性官能基を有するポリマー）を重合するGrafting-through法、に大別される。ボトルブラシが濃厚ポリマーブラシと同等の性質（濃厚ブラシ効果）を有することが知られている。

ボトルブラシの化学構造の一例を下に挙げる。

主鎖および側鎖は（メタ）アクリレート系モノマー、（メタ）アクリルアミド系モノマー及びスチレン系モノマーよりなる群から選ばれる少なくとも一種のモノマー単位を含むセグメントである。例えば、（化１）において、R₁: -H あるいは-CH₃、R₂: -Hあるいは-(C=O)-C(CH₃)₂-Z (Zはハロゲン)、R₃: -Hあるいは-CH₃、R₄: -(C=O)-O-R (R:アルキル基等)、R₅: -Hあるいは-CH₃、R₆: -(C=O)-O-R (R:架橋基を含むアルキル基等)、が挙げられる。また、添え字のl₁は側鎖高分子を有する繰返し単位数、l₂は側鎖高分子を有さない繰返し単位数、mは後述のように液晶と親和性があり、ガラス転移点が低く、かつ塗布溶媒に溶解可能な側鎖高分子の繰返し単位数、nは後述のように化学架橋を形成する側鎖高分子の繰返し単位数、を表す。l₁とl₂を足し合わせた数が主鎖全体の重合度に匹敵する。

主鎖には、grafting-from法により重合開始基を導入できるモノマーを含むセグメントが望ましい。例えば、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート等の水酸基含有（メタ）アクリレート等が挙げられる。

側鎖には、液晶と親和性があり、ガラス転移点が低く、かつ塗布溶媒に溶解可能なモノマーを有するセグメントが望ましい。例えば、ヘキシル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート等のアルキルを有する（メタ）アクリレート、あるいはポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレートなどのグリコールエーテル系（メタ）アクリレート等が挙げられる。

側鎖は、化学架橋を形成するモノマーを含むセグメントを有することが望ましい。例えば、トリメトキシシリル基やトリエトキシシリル基、ジメチルシリコーン鎖をもったケイ素原子含有（メタ）アクリレート等のモノマーも使用することができる。その場合、ボトルブラシはコアシェル型とみなすことができ、コアは液晶と親和性があり、ガラス転移点が低く、かつ塗布溶媒に溶解可能なモノマーを有するセグメントを、シェルは化学架橋を形成するモノマーを含むセグメントを指す。熱、光、水分等により化学架橋反応が進行する。

ボトルブラシは、公知のリビング重合を利用することで得ることができるが、リビングラジカル重合法で合成されるものがより好ましい。リビングラジカル重合とは、ラジカル重合反応において連鎖移動反応および停止反応が実質的に起こらず、単量体が反応しつくした後も連鎖成長末端が活性を保持する重合反応をいう。この重合反応では、重合反応終了後でも生成重合体の末端に重合活性を保持しており、モノマーを加えると再び重合反応を開始させることができる。

リビングラジカル重合の特徴としては、モノマーと重合開始剤の濃度比を調節することにより任意の平均分子量をもつ重合体の合成ができること、また、生成する重合体の分子量分布が極めて狭いこと、ブロック共重合体の合成へ応用できること、などが挙げられる。なお、リビングラジカル重合は「ＬＲＰ」と略される場合、また、制御ラジカル重合と呼ばれる場合もある。

本発明の重合方法には、モノマーとして、ラジカル重合性モノマーを用いる。ラジカル重合性モノマーとは、有機ラジカルの存在下にラジカル重合を行い得る不飽和結合を有するモノマーをいう。このような不飽和結合は二重結合であってもよく、三重結合であってもよい。すなわち、本発明の重合方法には、従来から、リビングラジカル重合を行うことが公知の任意のモノマーを用いることができる。

リビングラジカル重合法としては、具体的には、下記に挙げるような種々の方法が報告されている。例えば、ニトロキシラジカルの解離と結合を利用するニトロキサイド法（Ｎｉｔｒｏｘｉｄｅ ｍｅｄｉａｔｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ 以下、ＮＭＰ法と略す）、銅やルテニウム、ニッケル、鉄などの重金属、そして、それと錯体を形成するリガンドを使用して、ハロゲン化合物を開始化合物として重合する原子移動ラジカル重合（Ａｔｏｍ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｒａｄｉｃａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ、以下ＡＴＲＰ法と略す）、ジチオカルボン酸エステルなどを開始化合物として、付加重合性モノマーとラジカル開始剤を使用して重合する可逆的付加開裂型連鎖移動重合（Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｃｈａｉｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ 以下、ＲＡＦＴ法と略す）、有機テルルや有機ビスマス、有機アンチモン、ハロゲン化アンチモン、有機ゲルマニウム、ハロゲン化ゲルマニウム等の重金属化合物を用いる方法（Ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ 以下、ＤＴ法と略す）などが開発され、幅広く研究開発が行われている。

また、側鎖は物理架橋を形成するモノマーを含むセグメントを有することが望ましい。例えば、ボトルブラシのコアとシェルが相分離するようなブロックを用いれば可能である。一例として、コアにメチルメタクリレートを含むセグメント、シェルにスチレンを含むセグメントを用いれば、成膜後に自発的に相分離し、物理架橋する。

図５は、弱アンカリング配向膜として基板に形成したボトルブラシの例を示す断面図である。ボトルブラシ２は、あらかじめリビングラジカル重合法によって製造しておいたボトルブラシポリマーを基板１３Ａに塗布することにより形成される。前述した様に、ボトルブラシ２は、主鎖３にグラフト側鎖４が結合した櫛型ポリマーの一種であり、ボトルブラシ２のグラフト側鎖４どうしが結合することにより、複数のボトルブラシ２が互いに結合されている。そして、一定数のボトルブラシ２がグラフト側鎖４により基板１３Ａ表面に共有結合により固定され、残りのボトルブラシ２が基板１３Ａの表面から離間する方向に延びている。ボトルブラシ２のＴｇ（ガラス転移温度）は−５℃以下である。

図５に示すように、液晶分子Ｌｐは、基板１３Ａ上に形成されたボトルブラシ２のグラフト側鎖４のうち、基板１３Ａから離れた部分に浸透しており、液晶分子Ｌｐと接したボトルブラシ２のグラフト側鎖４は膨潤している（図中では、膨潤した状態は示していない）。

本明細書においては、液晶分子Ｌｐが浸透したボトルブラシ２の部分を共存部５として表し、液晶分子Ｌｐが浸透していないボトルブラシ２の部分をボトルブラシ層６として表す。なお、図５では、本発明を理解し易くする観点から、共存部５とボトルブラシ層６とを明確に区別して表したが、実際には、共存部５とボトルブラシ層６との境界を区別することは難しい。

上記したようなボトルブラシ２を用いることにより、共存部５のＴｇ（ガラス転移温度）が、常温よりもかなり低い温度になるので、常温において、共存部５の形状を自由に変動させることができる。そのため、共存部５と液晶分子Ｌｐとの界面において共存部５の状態が変化し、基板１３Ａに対して水平方向に液晶分子Ｌｐを配向強制しつつ、面内ではいずれの方向にも配向強制力をもたない状態（ゼロ面アンカリング状態）を実現することができる。

共存部５のＴｇは、使用するボトルブラシ２及び液晶分子Ｌｐの種類によって異なるため、一義的に定義することはできないが、一般に、ボトルブラシ２単独のＴｇに比べて低くなる。また、共存部５のＴｇは、ボトルブラシ２に対する液晶分子Ｌｐの浸透の程度（すなわち、ボトルブラシ２と液晶分子Ｌｐとの割合）によっても変化する。具体的には、共存部５において、液晶分子Ｌｐの割合が多い液晶分子Ｌｐ側の共存部５はＴｇが低く、液晶分子Ｌｐの割合が少ないボトルブラシ層６側の共存部５はＴｇが高くなる。

しかしながら、ボトルブラシ２として、ボトルブラシのＴｇが−５℃以下であるものを用いることにより、共存部５のＴｇを、常温よりも十分低い温度にすることができるので、常温において、基板１３Ａの表面に対して水平な面内に液晶分子Ｌｐを配向強制しつつ、面内ではいずれの方向にも配向強制力をもたない状態（ゼロ面アンカリング状態）を実現することができる。

ボトルブラシ２は、基板１３Ａの表面上でボトルブラシ２の層を形成する。このボトルブラシ２の層の厚さは、特に限定されないが、一般に数十ｎｍ、具体的には１ｎｍ以上１００ｎｍ未満、好ましくは１０ｎｍ〜８０ｎｍである。また、このボトルブラシ２の層にはサイズ排除効果があり、一定の大きさの物質はボトルブラシ２の層を通過することはできない。そのため、ボトルブラシ２の層の厚さを薄くしても、下地から液晶分子Ｌｐへの不純物の侵入を防止することができる。

ボトルブラシ２は、例えば、あらかじめリビングラジカル重合法によって製造しておいたボトルブラシポリマーを基板１３Ａに塗布することにより形成される。ここで、本明細書において「リビングラジカル重合」とは、ラジカル重合反応において、連鎖移動反応及び停止反応が実質的に起こらず、ラジカル重合性モノマーが反応し尽くした後も連鎖成長末端が活性を保持する重合反応のことを意味する。

なお、ボトルブラシポリマーの形成は、以下の順番に従って行われる。
１．主鎖ポリマー（ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ＰＨＥＭＡ）の製造
２．主鎖ポリマー（ＰＨＥＭＡ）への重合開始基の導入
３．ボトルブラシポリマーの製造

ボトルブラシポリマーの基板１３Ａへの塗布は、フレキソ印刷、インクジェット印刷、又は、ダイコーティング等、既存の設備を用いて行う。その後、基板１３Ａを適当な温度で加熱することによりボトルブラシポリマーは架橋され、ボトルブラシ２が形成される。

ボトルブラシ２は、基板１３Ａとボトルブラシ２との間の固着性を高める観点から、必要に応じて、固定化膜を介して基板１３Ａの表面上に形成してもよい。固定化膜としては、基板１３Ａ及びボトルブラシ２との固着性に優れたものであれば特に限定されることはなく、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。固定化膜の例としては、次の一般式（２）で表されるアルコキシシラン化合物から形成される膜が挙げられる。

一般式（２）において、Ｒ^１はそれぞれ独立してＣ１〜Ｃ３のアルキル基、好ましくはメチル基又はエチル基であり、Ｒ^２はそれぞれ独立してメチル基又はエチル基であり、Ｘはハロゲン原子、好ましくはＢｒであり、ｎは３〜１０の整数、より好ましくは４〜８の整数である。

固定化膜には、ボトルブラシ２が共有結合していることが好ましい。固定化膜とボトルブラシ２とが結合力の強い共有結合で結ばれていれば、ボトルブラシ２の剥がれを十分に防止することができる。その結果、液晶パネル１１の特性が低下する可能性が低くなり、液晶パネル１１の信頼性が向上する。

固定化膜の形成方法は、特に限定されず、使用する材料に応じて適宜設定すればよい。例えば、固定化膜形成用溶液に基板１３Ａを浸漬させたり、あるいは、基板１３Ａに上記の固定化膜形成用溶液を塗布後、乾燥させることによって固定化膜を形成することができる。ここで、所定の部分に固定化膜を形成させるために、固定化膜を形成させない部分にマスキングを施してもよい。また、基板１３Ａは、必要に応じて、固定化膜の形成前に洗浄を行ってもよい。

ボトルブラシ２を形成した基板１３Ａと、基板１３Ｂとの間に液晶分子Ｌｐを注入する方法としては、特に限定されず、毛細管現象を利用した真空注入法、液晶滴下注入法（ＯＤＦ：Ｏｎｅ Ｄｒｏｐ Ｆｉｌｌｉｎｇ）などの公知の方法を用いることができる。例えば、毛細管現象を利用した真空注入法を用いる場合には、次のようにして行えばよい。

まず、一方の基板１３Ａ上に公知の方法によって電極層１５を形成した後、ボトルブラシ２を形成する。他方の基板１３Ｂ上には、フォトリソグラフィーなどの公知の方法によってスペーサーを形成する。次に、一方の基板１３Ａを洗浄して乾燥させた後、シール材を塗布し、他方の基板１３Ｂと重ね合わせ、加熱又はＵＶ照射などによってシール材を硬化させて接着する。ここで、シール材の一部には、液晶分子Ｌｐを注入するための注入口を開けておく必要がある。次に、注入口から真空注入法によって基板１３Ａ，１３Ｂの間に液晶分子Ｌｐを注入した後、注入口を封止する。

本発明において用いられる液晶分子Ｌｐとしては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。その中でも、液晶分子Ｌｐとしては、液晶分子ＬｐのＮＩ点（Ｎ相からＩ相への相転移温度）が共存部５のＴｇよりも高いものが好ましい。

上述したように、液晶パネル１１によれば、バックライトユニット１２と、弱アンカリング配向膜１６が形成された基板１３Ａと、弱アンカリング配向膜１６との間に間隔を空けて対向配置される強アンカリング配向膜１７が形成された基板１３Ｂと、弱アンカリング配向膜１６と強アンカリング配向膜１７との間に配置され、液晶分子Ｌｐが駆動されることによって光を透過又は遮断する液晶層１８と、基板１３Ａに設けられ、液晶分子Ｌｐに電場Ｅを印加する電極層１５と、を備える。更に、弱アンカリング配向膜１６は、電場Ｅを印加したときの液晶分子Ｌｐの配向方向を拘束する拘束力が、強アンカリング配向膜１７よりも小さい。

そして、電場Ｅを印加した状態で、強アンカリング配向膜１７側から弱アンカリング配向膜１６側に向けて、液晶層１８の液晶分子Ｌｐの配向方向の変位角度が漸次大きくなる。

これにより、弱アンカリング配向膜１６側の液晶分子Ｌｐの配向方向を変化させるのに十分な所定の電圧を印加すれば、液晶パネル１１の液晶層１８が駆動され、表示を行うことができる。したがって、低電圧で液晶分子を駆動することが出来る。

また、上記構成によれば、液晶分子Ｌｐの旋光性を利用し、液晶分子Ｌｐを駆動している。このような構成によれば、光が、液晶分子Ｌｐの配向に沿って変化し、透過していくので、透過率の高い表示を行うことが可能となる。

上記したようなボトルブラシ２を用いることにより、共存部５のＴｇ（ガラス転移温度）が、常温よりもかなり低い温度になるので、常温において、共存部５の形状を自由に変動させることができる。そのため、共存部５と液晶分子Ｌｐとの界面において共存部５の状態が変化し、基板１３Ａに対して水平方向に液晶分子Ｌｐを配向強制しつつ、面内ではいずれの方向にも配向強制力をもたない状態（ゼロ面アンカリング状態）を実現することができる。

弱アンカリング状態（ゼロ面アンカリング状態）を安定的に実現するためには、配向膜として、液晶との相溶性が高く、かつ、基板に強く固着するものを用いる必要がある。また、液晶が基板と接触しない程度に密に界面を覆うことが必要である。このため、従来からあるポリマーブラシを基板上に形成するためには、基板を重合液に浸漬し、高温で数時間重合する等の必要がある。一方、本発明では、ボトルブラシ２を有機溶媒に溶解し、基板に当該溶液を塗布し、加熱することにより、ボトルブラシを基板上に固着することができるので、ポリマーブラシで弱アンカリング配向膜を形成する場合に比べて、簡便、かつ、低コストで形成することが可能となる。

従来のポリマーブラシで弱アンカリング配向膜を形成する場合の問題点について述べると以下の通りである。
（１）ポリマーブラシを使用した弱アンカリング配向膜を生成するためには、基板表面からモノマーを逐次反応させて生長させていくため、塗布法のような簡便な手法を行うことができず、基板を重合液に浸漬する必要があるため、小面積の基板しか製造することができない。
（２）ポリマーブラシの合成にはリビングラジカル重合反応を利用するため、反応時間が例えば、２４〜４８時間などの長時間必要である。
（３）塗布した後に加熱して重合するという簡単な方法ではポリマーブラシが生成しない。
（４）重合溶液が芳香族系の強溶媒であるため、アクリル樹脂が溶けてしまう。

それに対して、ボトルブラシで弱アンカリング配向膜を形成する場合の利点について述べると以下の通りである。
（１）ボトルブラシを別の場所で製造した後に基板に塗布する工程を経てＬＣＤパネルを作製することができるため、ＬＣＤ製造ラインに大型重合容器を持ち込む必要が無い。よって、１ｍ角〜２ｍ角の大型基板にも対応可能である。
（２）ボトルブラシを塗布して焼成するだけで弱アンカリング配向膜が作製できるため、配向膜作製に要する時間が短く、ＬＣＤパネルの製造効率が良い。
（３）ボトルブラシはフレキソ印刷、インクジェット印刷、又は、ダイコーティング等で基板に塗布することができるため、現行の配向膜製造工程（ポリイミド形成工程）を利用することができるため、新規設備投資が不要である。
（４）重合液中で加熱する工程がないため、カラーフィルタやカラムスペーサー等の樹脂部材上にも弱アンカリング配向膜を製造することができる。さらには、プラスチック基板上への形成も可能である。

［第２実施形態］
次に、本発明にかかる液晶表示素子の第２実施形態について説明する。なお、以下に説明する第２実施形態においては、上記第１実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。この第２実施形態では、上記第１実施形態と同様の電極層１５を備え、ネガティブ型の液晶分子Ｌｎを駆動する。

図６は、第２実施形態として示した液晶ディスプレイの概略構成を示す断面図である。図７は、前記第２実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が負の液晶を用い、電場を印加した状態における液晶分子の配向方向の分布を示す図である。図８は、前記第２実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が負の液晶を用い、電場を印加しない状態における電極線と液晶分子の配向方向との関係を示す図である。図９は、前記第２実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が負の液晶を用い、電場を印加した状態における電極線と液晶分子の配向方向との関係を示す図である。

図６、図７に示すように、この実施形態において、偏光板１４Ａと偏光板１４Ｂはクロスニコルに配置され、偏光板１４Ａの透過軸方向が方向Ｙに沿うよう設定され、他方の偏光板１４Ｂの透過軸方向は、方向Ｘに沿うよう設定されている。

電極層１５は、基板１３Ａの表面に沿って、複数本の電極線２０Ａが並設されることで形成されている。図１２、図１３に示すように、各電極線２０Ａは、その長軸方向が、例えば基板１３Ａの表面に平行な面内で方向Ｙに沿って延びるよう直線状に形成されている。電極層１５は、このような電極線２０Ａが、基板１３Ａの表面に平行な面内で方向Ｙに直交する方向Ｘに沿って、一定間隔ごとに並設されている。

液晶層１８の液晶分子Ｌｎは、誘電率異方性が負であり、誘電的性質が長軸方向に小さく、長軸方向に直交する方向に大きいネガティブ型である。図６、図８に示すように、ネガティブ型の液晶分子Ｌｎを用いる場合、電場Ｅを非印加の状態で液晶分子Ｌｎの配向方向を規制するための強アンカリング配向膜１７の配向処理方向を、各電極線２０Ａの長軸方向と垂直な方向（図８では方向Ｘ）とする。また、偏光板１４Ａと偏光板１４Ｂをクロスニコルに配置させ、偏光板１４Ａの透過軸方向が、電場Ｅを非印加の状態での液晶分子Ｌｎの配向方向を規制するための強アンカリング配向膜１７に対する配向処理方向と一致しない（図８では方向Ｙ）ように設定されている。すると、電場Ｅを非印加の状態では、バックライトユニット１２側からの光は透過しない。

図７に示すように、ネガティブ型の液晶分子Ｌｎは、電場Ｅを印加しても、強アンカリング配向膜１７側においては、長軸方向が強アンカリング配向膜１７の配向処理方向に沿った初期配向状態（方向Ｘ）を維持する。一方、弱アンカリング配向膜１６側では、印加された電場Ｅにより、液晶分子Ｌｎは基板１３Ａに平行な面内で配向角度が変位し、電場強度がある一定値に達したときに、その長軸方向が電場Ｅに直交する方向、すなわち基板１３Ａに平行な方向Ｙに沿う。このようにして、電場Ｅを印加した状態では、強アンカリング配向膜１７側から弱アンカリング配向膜１６側に向けて、液晶層１８の液晶分子Ｌｎの配向方向の変位角度が漸次大きくなる。一定値以上の電場を印加したとき、弱アンカリング配向膜１６側における液晶分子Ｌｎの配向方向（方向Ｙ）は電場Ｅと直交する方向となり、偏光板１４Ａの透過軸方向と一致するため、バックライトユニット１２側から偏光板１４Ａを通過した光は、液晶分子Ｌｎの配向方向の分布に沿って、偏光面が変化し、反対側の偏光板１４Ｂを通して出射する。

このように、誘電率異方性が負である液晶を用いる本実施形態の液晶パネル１１においても、低電圧で液晶分子Ｌｎを駆動しつつ、より透過率の高い表示を行うことが可能となる。

なお、第１〜第２実施形態では、電圧非印加時に表示が暗く、電圧印加時に明るくなる、いわゆる、ノーマリーブラック型の液晶パネル１１について説明を行っている。

［第３実施形態］
次に、本発明にかかる液晶表示素子の第３実施形態について説明する。なお、以下に説明する第３実施形態においては、上記各実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。この第３実施形態では、上記第１実施形態に対し、偏光板１４Ａの透過軸方向が異なっている。

図１０は、第３実施形態として示した液晶ディスプレイの概略構成を示す断面図である。
図１１は、前記第３実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が正の液晶を用い、電場を印加した状態における液晶分子の配向方向の分布を示す図である。第１実施形態においては、偏光板１４Ａの透過軸方向は方向Ｘであったが、本第３実施形態においては、方向Ｙに設定されている。これにより、偏光板１４Ａ，１４Ｂは、その透過軸方向が、互いに平行に、すなわちパラレルニコルとなるよう、配置されている。

このような構成において、電場Ｅを非印加の状態では、図１０に示すように、バックライトユニット１２側から偏光板１４Ａを通過した光は、偏光状態及び偏光面を維持したまま、液晶パネル１１から出射する。このとき、液晶層１８に入射した直線偏光の偏光方向（方向Ｙ）と偏光板１４Ｂの透過軸方向（方向Ｙ）が一致しているため、バックライトユニット１２側からの大部分の光は偏光板１４Ｂを透過することができる。

一方、図１１に示すように、閾値以上の所定の電場Ｅが液晶パネル１１に印加されると、強アンカリング配向膜１７側においては、長軸方向が強アンカリング配向膜１７の配向処理方向に沿った初期配向状態（方向Ｙ）を維持する一方、印加電場Ｅの大きさが大きくなるに従い、弱アンカリング配向膜１６近傍の液晶分子Ｌｐの初期配向方向に対する配向方向の変位量が漸次大きくなる。印加される電場Ｅの強度がある一定値に達したときに、弱アンカリング配向膜１６側における液晶分子Ｌｐの配向方向は電場Ｅに平行な方向（方向Ｘ）となり、偏光板１４Ａの透過軸方向と直交し、バックライトユニット１２側からの光は偏光板１４Ａを透過することができない。

このように、偏光板１４Ａ、１４Ｂをパラレルニコルとなるように配置することにより、上記第１〜第２実施形態で説明したような、電圧非印加時に表示が暗く、電圧印加時に明るくなる、いわゆる、ノーマリーブラック型の液晶パネル１１とは異なり、液晶パネル１１を、電圧非印加時に表示が明るく、電圧印加時に暗くなる、いわゆる、ノーマリーホワイト型として構成することができる。

［第４実施形態］
次に、本発明にかかる液晶表示素子の第４実施形態について説明する。なお、以下に説明する第４実施形態においては、上記各実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。この第４実施形態では、上記第２実施形態に対し、偏光板１４Ａの透過軸方向が異なっている。

図１２は、第４実施形態として示した液晶ディスプレイの概略構成を示す断面図である。
図１３は、前記第４実施形態として示した液晶ディスプレイの液晶パネルにおいて、誘電率異方性が負の液晶を用い、電場を印加した状態における液晶分子の配向方向の分布を示す図である。第２実施形態においては、偏光板１４Ａの透過軸方向は方向Ｙであったが、本第４実施形態においては、方向Ｘに設定されている。これにより、偏光板１４Ａ，１４Ｂは、その透過軸方向が、互いに平行に、すなわちパラレルニコルとなるよう、配置されている。

このような構成において、電場Ｅを非印加の状態では、図１２に示すように、バックライトユニット１２側から偏光板１４Ａを通過した光は、偏光状態及び偏光面を維持したまま、液晶パネル１１から出射する。このとき、液晶層１８に入射した直線偏光の偏光方向（方向Ｘ）と偏光板１４Ｂの透過軸方向（方向Ｘ）が一致しているため、バックライトユニット１２側からの大部分の光は偏光板１４Ｂを透過することができる。

一方、図１３に示すように、閾値以上の所定の電場Ｅが液晶パネル１１に印加されると、強アンカリング配向膜１７側においては、長軸方向が強アンカリング配向膜１７の配向処理方向に沿った初期配向状態（方向Ｘ）を維持する一方、印加電場Ｅの大きさが大きくなるに従い、弱アンカリング配向膜１６近傍の液晶分子Ｌｎの初期配向方向に対する配向方向の変位量が漸次大きくなる。印加される電場Ｅの強度がある一定値に達したときに、弱アンカリング配向膜１６側における液晶分子Ｌｎの配向方向は電場Ｅと直交する方向（方向Ｙ）となり、偏光板１４Ａの透過軸方向と直交し、バックライトユニット１２側からの光は偏光板１４Ａを透過することができない。

このように、本第４実施形態においては、上記第３実施形態と同様にノーマリーホワイト型として構成されている。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であればこれから様々な変形及び均等な実施の形態が可能である。
よって、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形や改良形態も本発明に含まれる。

例えば、本実施の形態では、弱アンカリング配向膜１６をバックライトユニット１２側に配置し、強アンカリング配向膜１７をバックライトユニット１２から離間した側に配置したが、これに限らない。弱アンカリング配向膜１６をバックライトユニット１２から離間した側に配置し、強アンカリング配向膜１７をバックライトユニット１２側に配置してもよい。電極層１５についても、バックライトユニット１２から離間した側に限らず、その反対側に配置してもよい。

すなわち、電極層１５が設けられた基板１３Ａ上にポリイミド層を形成した後ラビング処理を行うことにより強アンカリング配向膜１７を形成する。一方、基板１３Ｂ上にボトルブラシ層を形成し弱アンカリング配向膜１６を形成する。その後、シール剤を介して基板１３Ａと基板１３Ｂとを貼り合わせ、これに液晶を注入することにより、液晶パネル１１を製造してもよい。

さらに、第１〜第２実施形態において、液晶分子Ｌは、電場Ｅを印加した状態で、強アンカリング配向膜１７側から弱アンカリング配向膜１６側に向けて、初期配向方向に対する配向角度の変位量が漸次大きくなり、螺旋状に捩れた配向状態となる。ここで、液晶分子Ｌは、強アンカリング配向膜１７と弱アンカリング配向膜１６との中間部において、液晶分子Ｌの配向角度の変位量が最大となり、その部分よりも弱アンカリング配向膜１６にわたって、液晶分子Ｌの配向角度の変位量が一様（最大状態）であってもよい。言い換えると、液晶分子Ｌは、電場Ｅを印加した状態で、強アンカリング配向膜１７側から、強アンカリング配向膜１７と弱アンカリング配向膜１６との中間部までの領域で螺旋状に配列し、強アンカリング配向膜１７と弱アンカリング配向膜１６との中間部から弱アンカリング配向膜１６側までの領域では、一様に配列されていてもよい。

（実施例）
本実施の形態で示した構成について、以下のようにモデル化した液晶パネルを用い、実証実験を行ったので、その結果を以下に示す。

（液晶パネルの作製）
ＩＴＯ製の櫛歯電極（厚み：約５５ｎｍ，電極幅Ｌ／電極間距離Ｓ＝４μｍ／１０μｍ）が形成された基板（以下、電極基板と呼ぶ）とフォトスペーサーが形成された基板（以下、対向基板と呼ぶ）を貼り合わせ、その空隙に液晶を充填した液晶パネルを作製した。実施例としての液晶セルの電極基板上には、配向膜としてボトルブラシを形成した。ボトルブラシの形成方法は以下の通りである。

（ボトルブラシの形成方法）
リビングラジカル重合開始基を側鎖に有するメタクリレートポリマーをマクロ開始剤として用いた。マクロ開始剤は、ポリメチルメタクリレート換算で、Ｍｎ（数平均分子量）が５００００、ＰＤＩ（分子量分布）が１．４、主鎖重合度１は２００だった。リビングラジカル重合により、上述のマクロ開始剤を用い、ヘキシルメタクリレート（以下、ＨＭＡと略記）および３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（以下、ＭＯＰＳと略記）を側鎖に導入したボトルブラシを得た。ＴＨＦ溶媒によるＧＰＣにて分子量を測定したところ、ポリメチルメタクリレート換算で、Ｍｎが２３００００、ＰＤＩが２．０であった。ＨＭＡおよびＭＯＰＳの繰返し単位数はそれぞれ、平均値としてｍ＝３０、ｎ＝０．１であった。

（ボトルブラシポリマーのコーティング）
ボトルブラシポリマー０．１質量部をＴＨＦに溶解し、ＴＨＦ溶液２．１ｇ（ボトルブラシポリマー５重量％）を得た。その溶液を電極付ガラス基板にスピンコートした（回転数３，０００ｒｐｍ、６０秒）。その後、基板を真空条件下、１２０℃で３時間置くことで、スピンコート膜を架橋した。さらに架橋したスピンコート膜をＴＨＦで超音波洗浄した。

一方、実施例としての液晶パネルの対向基板側には、高さ３．０μｍのフォトスペーサーを形成した後、配向膜としてＰＩ（ＪＳＲ製ＪＡＬＳ−１６４７０）を製膜した。ＰＩ配向膜表面にはラビング処理を施した。ラビング処理は電極基板と対向基板を貼り合せた際に、対向基板のラビング方向と櫛歯電極が垂直となる様に行った。電極基板と対向基板はシール材を介して貼り合わせ、加圧しながら窒素雰囲気下で１２０℃×２時間のシール硬化処理を経て、空セルを作製した。その後、真空注入法によって、ネガティブ液晶を空セルに注入した後、ＵＶ硬化型の封止材で注入口を封孔した。そして、電極基板を下側（バックライト側）に、対向基板を上側に配置した。

なお、ネガティブ液晶は、メルク社製の物を使用し、物性値は以下の通りであった。
Ｔｎｉ（ネマチック相−等方相転移温度）：７９．５℃
Δｎ（屈折率異方性）：０．１１７６［５８９ｎｍ，２０℃］
Δε（誘電率異方性）：−３．１［１ｋＨｚ，２０℃］
ε_⊥：６．５
Ｋ１：１５．１［ｐＮ，２０℃］
Ｋ３：１４．７［ｐＮ，２０℃］
γ１（回転粘性）：１２１［ｍＰａ・ｓ，２０℃］
この液晶は、例えば、特開２０１６−０９４６２２号の例２２（表４５）に記載の液晶混合物に相当する。

（比較例）
比較例としての液晶パネルの作製手順は以下の通りである。ＩＴＯ製のくし歯電極（厚み：約５５ｎｍ，電極幅Ｌ／電極間距離Ｓ＝４μｍ／１０μｍ）が形成された基板（以下、電極基板と呼ぶ）とフォトスペーサーが形成された基板（以下、対向基板と呼ぶ）を貼り合わせ、その空隙に液晶を充填した液晶パネルを作製した。

比較例としての液晶パネルの電極基板上には、配向膜としてＰＨＭＡブラシを重合した。ＰＨＭＡブラシ重合は、表面開始ＡＴＲＰ（原子移動ラジカル重合）によって行った。まず、基板をアセトンとクロロホルムで１５分ずつ超音波洗浄した後、窒素ガスを吹きかけ乾燥させ、その後、ＵＶ−Ｏ_３処理を１５分間行った。この段階でポリマーブラシを形成しない領域（シール材部分）をマスキングテープで保護した。

次に、開始材： ２−ｂｒｏｍｏ−２−ｍｅｔｈｙｌ−Ｎ−（３−（ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ） ｐｒｏｐｙｌ） ｐｒｏｐａｎａｍｉｄｅ （ＢＰＡ）：０．０５ｇ、エタノール：４．７ｇ、アンモニア水：０．２５ｇを混合した溶液に基板を遮光した状態で一晩浸漬し、基板表面に開始材を固定した。その後、基板をアセトンで１０分間超音波洗浄した後、窒素ガスを吹きかけ乾燥させた。ＰＨＭＡブラシは、ＢＰＡが固定化された基板を凍結脱気処理が為された重合液（モノマー： ｈｅｘｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ （ＨＭＡ）／２９．７４ｇ／１７４．７ｍｍｏｌ、開始材： ｅｔｈｙｌ−２−ｂｒｏｍｏｉｓｏｂｕｔｙｒａｔｅ（ＥＢＩＢ）／６８．７ｍｇ／０．３５ｍｍｏｌ、触媒： ＣｕＢｒ／１５２．２ｍｇ／１．０６ｍｍｏｌ、リガンド：Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’ ’，Ｎ’ ’−Ｐｅｎｔａｍｅｔｈｙｌｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅｔｒｉａｍｉｎｅ （ＰＭＤＥＴＡ）／２４３．８ｍｇ／１．４１ｍｍｏｌ、溶媒： ａｎｉｓｏｌｅ／ ２９．９７ｇ／２７７ｍｍｏｌ）に浸漬し、７０℃で７時間加熱し、重合した。

同一バッチ内のフリーポリマーをゲル浸透クロマトグラフィーで測定した結果、重合されたＰＨＭＡブラシの分子量と分子量分布はそれぞれ、Ｍｎ＝８８，９００， Ｍｗ／Ｍｎ＝１．７４ と見積もられた。ＰＨＭＡブラシの膜厚ｈは、Ｘ線反射率測定（リガク社製・ＵｌｔｉｍａＩＶ）を基に１８．０ｎｍと決定された。又、ＰＨＭＡブラシのグラフト密度σは、ポリマーブラシの密度がバルクのポリマー密度と等しい（ＰＨＭＡの密度として１．００ｇ／ｃｍ^３を使用）という仮定の下、σ＝ρｈＮ_Ａ／Ｍ（ρ：バルクのポリマー密度、ｈ：ポリマーブラシの膜厚、Ｎ_Ａ：アボガドロ数、Ｍ：ポリマーブラシの分子量）の関係式から０．１２ｃｈａｉｎｓ／ｎｍ^２と見積もられた。

一方、比較例としての液晶パネルの対向基板側には、高さ３．０μｍのフォトスペーサーを形成した後、配向膜としてＰＩ（ＪＳＲ製ＪＡＬＳ−１６４７０）を製膜した。ＰＩ配向膜表面にはラビング処理を施した。ラビング処理は電極基板と対向基板を貼り合せた際に、対向基板のラビング方向とくし歯電極が垂直となる様に行った。電極基板と対向基板はシール材を介して貼り合わせ、加圧しながら窒素雰囲気下で１２０℃×２時間のシール硬化処理を経て、空セルを作製した。その後、真空注入法によって、ネガティブ液晶を空セルに注入した後、ＵＶ硬化型の封止材で注入口を封孔した。なお、液晶は、実施例で使用したのと同じネガティブ液晶を比較例でも用いた。そしで、電極基板を下側（バックライト側）に、対向基板を上側に配置した。

（電圧−透過率曲線測定）
まず、実施例としての液晶パネルと比較例としての液晶パネルを用い、電圧Ｖと透過率Ｔの関係について測定を行った。図１４は、実施例としての液晶パネルと比較例としての液晶パネルの電圧Ｖと透過率Ｔとの関係を示すグラフである。図１４に示すように、実施例としての液晶パネルと、比較例としての液晶パネルとは、ほぼ同じＶ−Ｔ曲線となっている。このことから、ボトルブラシはポリマーブラシと同等の弱アンカリング特性を有していることがわかる。

（温度−方位角アンカリング強度測定）
次に、実施例としての液晶パネルと比較例としての液晶パネルを用い、温度Ｔと方位角アンカリング強度Ａ２の関係について測定を行った。図１５は、実施例としての液晶パネルの温度Ｔと方位角アンカリング強度Ａ２との関係を示すグラフである。図１６は、比較例としての液晶パネルの温度Ｔと方位角アンカリング強度Ａ２との関係を示すグラフである。図１５及び１６に示すように、実施例としての液晶パネルと、比較例としての液晶パネルとは、同等の特性となっている。このことから、ボトルブラシはポリマーブラシと同等の弱アンカリング特性を有していることがわかる。

なお、一般的には、弱アンカリング（ゼロアンカリング）とは、アンカリング強度が１０^−６［Ｊ／ｍ^２］よりも小さい場合を指し、中アンカリングとは、アンカリング強度が１０^−５〜１０^−４［Ｊ／ｍ^２］の場合を指し、強アンカリングとは、アンカリング強度が１０^−４［Ｊ／ｍ^２］よりも大きい場合を指す。例えば、図１５の実施例では、２５℃以上では弱アンカリング（ゼロアンカリング）の状態であり、それより低温では中アンカリングの状態である。

これにより、配向膜としてボトルブラシを用いた場合も、配向膜としてポリマーブラシを形成した時と、同等程度の弱アンカリング面が実現されていることが確認された。以上より、ポリマーブラシと同等の弱アンカリング特性を得て低電圧駆動及び高透過率のＬＣＤを実現できることが確認された。

２ ボトルブラシ
３ 主鎖
４ グラフト側鎖
５ 共存部
６ ボトルブラシ層
１０ 液晶ディスプレイ
１１ 液晶パネル（液晶表示素子）
１１ｆ 表面
１１ｒ 裏面
１２ バックライトユニット
１３Ａ 基板
１３Ｂ 基板
１４Ａ，１４Ｂ 偏光板
１５ 電極層
１６ 弱アンカリング配向膜
１７ 強アンカリング配向膜
１８ 液晶層
２０Ａ 電極線
Ｅ 電場
Ｌｐ ポジティブ型の液晶分子
Ｌｎ ネガティブ型の液晶分子

Claims (10)

1. 櫛歯電極構造を有し、横電界駆動される液晶パネルが備える液晶表示素子であって、
   対向する２枚の基板のうち、１枚にボトルブラシ層が第１配向膜として形成されており、もう１枚にはポリイミド層が第２配向膜として形成されていること、を特徴とする液晶表示素子。
2. 前記ボトルブラシ層は、主鎖とグラフト側鎖とを備えていること、を特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記グラフト側鎖が基板と共有結合していること、を特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 前記グラフト側鎖は共重合体であること、を特徴とする請求項２または３に記載の液晶表示素子。
5. 前記グラフト側鎖はブロック共重合体であること、を特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の液晶表示素子。
6. 前記ボトルブラシ層は架橋性であること、を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶表示素子。
7. 前記ボトルブラシ層が電極基板上に形成されていること、を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の液晶表示素子。
8. 櫛歯電極構造を有する横電界駆動の液晶パネルが備える液晶表示素子の製造方法であって、
   ２枚の基板のうち１枚の基板上に第１配向膜としてボトルブラシ層を形成する工程と、
   前記ボトルブラシ層を形成した前記基板ともう１枚の基板との間に液晶を注入する工程と、
   前記２枚の基板のうち、もう１枚の基板上に第２配向膜としてポリイミド層を形成する工程と、
   を含むこと、を特徴とする液晶表示素子の製造方法。
9. 前記第２配向膜をラビング法で処理する工程を更に含むこと、を特徴とする請求項８に記載の液晶表示素子の製造方法。
10. 前記第２配向膜を光配向法で処理する工程を更に含むこと、を特徴とする請求項８に記載の液晶表示素子の製造方法。

Images