WO2010023851A1 - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

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WO2010023851A1
WO2010023851A1 PCT/JP2009/004008 JP2009004008W WO2010023851A1 WO 2010023851 A1 WO2010023851 A1 WO 2010023851A1 JP 2009004008 W JP2009004008 W JP 2009004008W WO 2010023851 A1 WO2010023851 A1 WO 2010023851A1
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crystal layer
layer
display device
crystal display
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PCT/JP2009/004008
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浅岡康
佐藤英次
箕浦潔
藤原小百合
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シャープ株式会社
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    • G02F1/133765—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers without a surface treatment

Definitions

  • the present invention relates to a reflective liquid crystal display device.
  • display modes such as a TN (twisted nematic) mode and an STN (super twisted nematic) mode are used.
  • TN twisted nematic
  • STN super twisted nematic
  • a mode in which display is performed by switching between a scattering state in which light is scattered and a transmission state in which light is transmitted by a voltage applied to the liquid crystal layer (hereinafter, “ Called “scatter-transmission mode”).
  • PDLC polymer disperse liquid crystal
  • a liquid crystal layer (PDLC layer) using PDLC has a plurality of liquid crystal regions (also referred to as “liquid crystal droplets”) dispersed in a polymer. Each liquid crystal region is formed in a space defined by a polymer wall (hereinafter referred to as “small room”).
  • small room a polymer wall
  • a voltage is applied to the PDLC layer (when a voltage is applied)
  • the alignment of the liquid crystal changes and the difference in refractive index between the liquid crystal and the polymer becomes substantially equal, so that light passes through the PDLC layer.
  • the transmitted light is absorbed by the light absorption plate, and a black display is obtained.
  • a reflective layer that selectively reflects specific color light may be provided on the back side of the liquid crystal layer.
  • a smooth metal plate (mirror) exhibiting a specific color when the PDLC layer is a forward scattering liquid crystal, display can be performed with a specific color and black (specular reflection).
  • a metal plate exhibiting a specific color when the PDLC layer is a backscattering liquid crystal, display can be performed in white and a specific color.
  • a retroreflective layer may be disposed on the back side of the liquid crystal layer.
  • Patent Document 1 discloses a display device (retroreflection liquid crystal display device) in which a retroreflective layer and PDLC are combined.
  • a configuration of a conventional display device using PDLC will be described by taking a retroreflective liquid crystal display device as an example.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of an active matrix driven retroreflective liquid crystal display device disclosed in Patent Document 1.
  • the display device 300 includes a front substrate 110 provided with a color filter 119, a transparent counter electrode 111 and an alignment film 112, a rear substrate 109 disposed so as to face the front substrate 110, and a space between these substrates 110, 109. And a liquid crystal layer (PDLC layer) 113 provided on the substrate.
  • PDLC layer liquid crystal layer
  • a plurality of switching elements (TFTs) 101 are provided on the back substrate 109, and an insulating layer 102 having a surface shape showing retroreflectivity, a plurality of reflective electrodes 105, and an alignment film 118 are formed thereon.
  • TFTs switching elements
  • the reflective electrode 105 is formed on the insulating layer 102 and has irregularities reflecting the surface shape of the insulating layer 102.
  • the plurality of reflective electrodes 105 are arranged so as to be separated from each other for each pixel as a unit of image display.
  • Each reflective electrode 105 is connected to the drain electrode of the corresponding switching element 101 through a contact hole formed in the insulating layer 102.
  • the alignment film 118 is formed on the insulating layer 102 and the reflective electrode 105 and has irregularities reflecting the surface shape of the insulating layer 102.
  • the liquid crystal layer 113 is transmitted through light and scattered (scattered forward and backward). Can be switched between.
  • the liquid crystal layer 113 is controlled to be in a transmissive state, light from the light source outside the display device and surrounding light passes through the front substrate 110 and the liquid crystal layer 113 and is then reflected by the reflective electrode 105 in the direction in which the light is incident. .
  • a “black” display state is obtained.
  • the liquid crystal layer 113 when the liquid crystal layer 113 is controlled to be in a scattering state, light from the light source and the surroundings enters the liquid crystal layer 113 from the front substrate 110 side and is scattered by the liquid crystal layer 113.
  • the liquid crystal layer 113 is a forward scattering liquid crystal layer
  • the scattered light is reflected by the reflective electrode 105 and is further emitted toward the viewer through the scattered liquid crystal layer 113. Since the reflexivity of the reflective electrode 105 is lost due to scattering by the liquid crystal layer 113, the incident light does not return to the incident direction. Therefore, a “white” display state is obtained.
  • the display device 300 illustrated in FIG. 11 includes the retroreflective layer and the reflective electrode 105 functioning as a pixel electrode, but the retroreflective layer may be provided separately from the pixel electrode.
  • the retroreflective layer may be disposed between the pixel electrode and the back substrate 109, or may be disposed on the back side of the back substrate 109.
  • the reflective liquid crystal display device using the scattering-transmission mode such as the display device 300, has a problem that the display contrast is lower than that of the display device using other display modes.
  • the liquid crystal layer 113 In order to make the white display of the display device 300 brighter, it is necessary to thicken the liquid crystal layer 113 and more reliably scatter light incident on the liquid crystal layer 113. However, when the liquid crystal layer 113 is thickened, it is necessary to apply a higher voltage to the liquid crystal layer 113 when the liquid crystal layer 113 is switched to the transmission state. If the voltage applied to the liquid crystal layer 113 is insufficient, the light transmittance of the liquid crystal layer 113 is lowered, and a high-quality black display cannot be obtained.
  • Patent Documents 2 to 4 disclose methods for improving display contrast by controlling a liquid crystal director in a guest-host mode liquid crystal display device using a PDLC in which a dichroic dye is contained in the liquid crystal. Yes.
  • the shape of the liquid crystal region is expanded and flattened in the in-plane direction of the substrate, so that the director of the liquid crystal molecules when no voltage is applied to the liquid crystal layer is controlled to face in the direction parallel to the substrate. is doing.
  • Patent Documents 2 and 3 disclose a method in which a liquid crystal layer is mechanically pressed to make a liquid crystal droplet flat in a direction parallel to the substrate.
  • Patent Document 4 describes a method of applying a shear stress parallel to the substrate when forming the liquid crystal layer, and a method of hardening only the surface layer portion of the liquid crystal layer.
  • the liquid crystal directors in the liquid crystal region are oriented in a random direction when no voltage is applied, and when a voltage is applied, these liquid crystal directors are oriented in a direction perpendicular to the substrate.
  • the liquid crystal director when no voltage is applied can be controlled to face in the direction parallel to the substrate, the light absorption when the voltage is applied (the liquid crystal director is perpendicular to the substrate). The difference can be expanded. As a result, the display contrast can be improved as compared with the conventional case.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a scattering state of a liquid crystal layer in a reflective liquid crystal display device including a liquid crystal layer that can be switched between a scattering state and a transmission state. It is to realize brighter white display than before by improving the scattering efficiency in. Alternatively, the drive voltage is kept low while maintaining the brightness of white display.
  • the reflective liquid crystal display device of the present invention is a liquid crystal display device having a plurality of pixels, wherein the liquid crystal layer can be switched between a transmissive state that transmits light and a scattered state that scatters light, A front substrate and a rear substrate holding a liquid crystal layer therebetween, a pair of electrodes disposed between the liquid crystal layer and applying a voltage to the liquid crystal layer, and between the liquid crystal layer and the front substrate and the rear substrate
  • the liquid crystal layer includes a continuous wall and a plurality of small rooms separated by the wall, and the liquid crystal layer includes a first alignment layer and a second alignment film, respectively.
  • first and second liquid crystal regions Irekuta are oriented in different directions.
  • each of the plurality of liquid crystal regions is in contact with one of the first and second alignment films.
  • the first and second alignment films are not subjected to alignment treatment.
  • the surface free energy of the first and second alignment films is 44 mJ / m 2 or more 50 mJ / m 2 or less.
  • the liquid crystal layer may have small chambers at a density of 0.016 / ⁇ m 2 or more in each pixel. Or you may have a small room in the density of 1 piece / micrometer ⁇ 2 > or more in each pixel.
  • the dielectric anisotropy of the liquid crystal material of the liquid crystal layer is preferably positive.
  • the liquid crystal region does not contain a chiral agent.
  • the diameter of the plurality of small rooms is preferably 0.6 ⁇ m or more and 6 ⁇ m or less.
  • the difference between the extraordinary refractive index ne and the ordinary refractive index no of the liquid crystal material included in the liquid crystal region is preferably 0.1 or more and 0.3 or less.
  • the reflective liquid crystal display device further includes a reflective layer provided on the back side of the liquid crystal layer.
  • the reflective layer may be a retroreflective layer.
  • the reflective liquid crystal display device further includes a light absorption layer provided on the back side of the liquid crystal layer.
  • the scattering of the liquid crystal layer in the scattering state without increasing the orientation dependency of the viewing angle characteristics Efficiency can be improved. Therefore, since the brightness of white display can be improved, the contrast ratio of display can be improved. Alternatively, by reducing the thickness of the liquid crystal layer, the driving voltage can be kept low while maintaining the brightness of white display.
  • the liquid crystal region is formed at a higher density in the liquid crystal layer as compared with the conventional method of controlling the director by the shape of the liquid crystal region (the shape of the small chamber). Can be placed. As a result, the scattering characteristics of the liquid crystal layer can be improved more effectively.
  • the reflective liquid crystal display device as described above can be manufactured by a simple method without complicating the manufacturing process.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line Ib-Ib ′ of the liquid crystal display device.
  • A) And (b) is a schematic diagram for demonstrating the display principle of the liquid crystal display device of embodiment by this invention, (a) and (b) are each when a voltage is not applied to a liquid-crystal layer. It is sectional drawing which illustrates the orientation of the liquid crystal molecule in a liquid-crystal area
  • (A) And (b) is typical sectional drawing which shows an example of the orientation state of the liquid crystal molecule at the time of a voltage no application and a voltage application, respectively, in the display apparatus of this embodiment.
  • (A) And (b) is typical sectional drawing which shows an example of the orientation state of the liquid crystal molecule at the time of a voltage no application and a voltage application, respectively in the conventional display apparatus. In the display apparatus of this embodiment, it is typical sectional drawing which shows the other example of the orientation state of the liquid crystal molecule at the time of no voltage application.
  • Sample liquid crystal cell No. 1 using alignment film A It is a figure which shows the cross-sectional SEM image of 1 liquid crystal layer.
  • Sample liquid crystal cell No. 1 using alignment film B It is a figure which shows the cross-sectional SEM image of 2 liquid crystal layers.
  • Sample liquid crystal cell No. 5 using alignment film 5 and alignment film B 6 is a graph showing the results of measuring the scattering characteristics when voltage 6 is not applied (white display state).
  • Sample liquid crystal cell No. 7 using alignment film 7 and alignment film B. 8 is a graph showing a result of measuring a relationship between an applied voltage of 8 and a transmittance. It is typical sectional drawing of the other display apparatus of this embodiment. It is sectional drawing which shows an example of the conventional display apparatus using PDLC.
  • the reflective liquid crystal display device of the present invention includes at least two liquid crystal regions having a director in a plane parallel to the liquid crystal layer in one pixel, and the directors of these liquid crystal regions face different directions. It is characterized by that.
  • the director of the liquid crystal region is in a plane parallel to the liquid crystal layer, in the scattering state (white display), the difference in refractive index from the wall separating the liquid crystal regions can be maximized, resulting in a brighter display. realizable.
  • the liquid crystal layer can be made thin while maintaining display brightness, and as a result, the driving voltage can be kept low.
  • the directors of the plurality of liquid crystal regions are directed in different directions within the plane, the orientation dependency of the scattering direction is reduced, and the orientation dependency of the viewing angle in the scattering state (white display) can be reduced.
  • the above-described configuration can be realized by adjusting the surface energy of the alignment film provided on the front substrate side and the rear substrate side of the liquid crystal layer. Therefore, it can be manufactured by a simpler process than the method of mechanically flattening the liquid crystal region as in Patent Documents 1 to 3.
  • the in-plane size of the liquid crystal region (the size viewed from the normal direction of the substrate) is increased, and the liquid crystal region has a high density in the surface. The area cannot be placed.
  • the director of the liquid crystal region is controlled using the alignment film, the in-plane size of the liquid crystal region can be reduced. As a result, the density of the in-plane liquid crystal region can be increased, and the scattering efficiency can be improved. Furthermore, since the director of the liquid crystal region can be controlled without greatly flattening the shape of the liquid crystal region, the orientation dependency of the viewing angle characteristic can be reduced.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a schematic diagram for explaining the configuration of the liquid crystal layer when no voltage is applied to the liquid crystal layer (when no voltage is applied), and shows a cross section parallel to the substrate.
  • 2A and 2B are schematic views illustrating the alignment of liquid crystal molecules in the liquid crystal region when no voltage is applied to the liquid crystal layer (when no voltage is applied) and when a voltage is applied (when a voltage is applied).
  • FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a schematic diagram for explaining the configuration of the liquid crystal layer when no voltage is applied to the liquid crystal layer (when no voltage is applied), and shows a cross section parallel to the substrate.
  • 2A and 2B are schematic views illustrating the alignment of liquid crystal molecules in the liquid crystal region when no voltage is applied to the liquid crystal layer (when no voltage is applied) and
  • the liquid crystal display device 100 includes a front substrate 3, a rear substrate 2 disposed so as to face the front substrate 3, a liquid crystal layer 1 provided between the substrates 2 and 3, and the rear side of the rear substrate 2. And a retroreflective layer 16 disposed on the surface.
  • the retroreflection layer 16 has, for example, a corner cube array shape.
  • a plurality of switching elements (herein, thin film transistors) 5, a plurality of transparent pixel electrodes 4, and an alignment film 12 are formed in this order on the surface of the rear substrate 2 on the liquid crystal layer side.
  • the alignment film 12 in this embodiment is a horizontal alignment film and is in contact with the surface on the back side of the liquid crystal layer 1.
  • the plurality of pixel electrodes 4 are spaced apart from each other and define a pixel that is a unit of image display. In the present embodiment, these pixel electrodes 4 are arranged in a matrix and are electrically connected to the source electrodes (not shown) of the corresponding thin film transistors 5.
  • a color filter 6 such as R (red), G (green), and B (blue) disposed so as to correspond to the pixel electrode 4 and a color filter 6 are provided.
  • a flattening film 7 for covering and flattening, a transparent counter electrode 8, and an alignment film 13 are formed in this order, and the alignment film 13 is in contact with the front surface of the liquid crystal layer 1. Similar to the alignment film 12, the alignment film 13 in the present embodiment is also a horizontal alignment film. The alignment films 12 and 13 are not subjected to an alignment process such as a rubbing process.
  • the liquid crystal layer 1 is divided into a plurality of small rooms 14 by a wall 10.
  • a liquid crystal region 11 is formed in each small chamber 14.
  • the wall 10 is made of, for example, a polymer.
  • the wall 10 and the alignment films 12 and 13 surround the space that becomes the small room 14, but only the wall 10 may surround the space that becomes the small room 14.
  • the wall 10 is continuous.
  • the liquid crystal region 11 in these small chambers 14 has a director 20 in a plane parallel to the liquid crystal layer 1.
  • the directors 20 of the liquid crystal region 11 are each directed in a random direction within the plane.
  • all the liquid crystal regions 11 have directors 20 that face in a random direction in the plane.
  • the liquid crystal regions 11 have the directors 20 in the plane and the directions are mutually different. It is only necessary that at least two different liquid crystal regions 11 are arranged in one pixel.
  • FIGS. 2 (a) and 2 (b) the display principle of the liquid crystal display device 100 will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b).
  • components other than the alignment films 12 and 13 among the components provided on the substrates 2 and 3 are omitted.
  • the liquid crystal molecules 22 in the liquid crystal region 11 when no voltage is applied, some of the liquid crystal molecules 22 in the liquid crystal region 11 are aligned in parallel under the influence of the alignment films 12 and 13. Further, another part of the liquid crystal molecules 22 in the liquid crystal region 11 is tilted by the influence of the wall 10. However, the liquid crystal molecules 22 in the liquid crystal region 11 try to align substantially uniformly in a plane parallel to the substrate surface so that no disclination occurs in the liquid crystal region 11. As a result, the alignment of the liquid crystal molecules 22 in the liquid crystal region 11 is continuous, and the liquid crystal molecules 22 in the liquid crystal region 11 form a mono domain whose alignment direction is represented by one director 20.
  • the liquid crystal molecules 22 in the liquid crystal region 11 are aligned along a line from one pole to the other, with both ends of the liquid crystal region 11 being “poles”. Therefore, the orientation vector (director) 20 of the liquid crystal region 11 is parallel to a line connecting the poles at both ends of the liquid crystal region 11 in a plane parallel to the substrates 2 and 3.
  • the refractive index of the liquid crystal region 11 at this time varies depending on the angle between the director 20 of the liquid crystal region 11 and the polarization direction of the light incident on the liquid crystal layer 1 between the ordinary light refractive index no and the extraordinary light refractive index ne.
  • the refractive index can be taken. Therefore, most of the light incident on the liquid crystal layer 1 from the vertical direction can be scattered (scattering state).
  • the light 24 When light 24 is incident on the liquid crystal layer 1 in this state from the viewer side (front surface side of the front substrate 3), the light 24 is scattered mainly at the interface between the liquid crystal region 11 and the wall 10 and emitted to the viewer side. Thus, a white display state can be obtained.
  • the light 24 is not only scattered at the interface, but is also scattered by fluctuations in the orientation of liquid crystal molecules in the liquid crystal region 11.
  • the illustrated light 24 is backscattered by the liquid crystal layer 1, it may be forward scattered, reflected by the retroreflective layer 16, and forward scattered again before being emitted to the viewer side.
  • the director 20 in the liquid crystal region 11 is aligned perpendicularly to the substrates 2 and 3.
  • the refractive index of the liquid crystal region 11 is substantially equal to the ordinary light refractive index no of the liquid crystal material.
  • the normal light refractive index no of the liquid crystal material and the refractive index np of the polymer constituting the wall 10 are designed to be approximately the same (no ⁇ np), and the liquid crystal layer 1 is in a transmissive state. Become.
  • the light 26 When the light 26 is incident on the liquid crystal layer 1 in the transmissive state from the observer side, the light 26 passes through the liquid crystal layer 1 and is reflected in the incident direction of the light 26 by the retroreflective layer 16 to be in a black display state. .
  • the liquid crystal region 11 shown in the figure has a bipolar alignment having two poles
  • the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal region 11 in this embodiment is aligned so as to have a director in the plane. What is necessary is not limited to bipolar alignment.
  • FIGS. 3 (a) and 3 (b) are schematic cross-sectional views of the liquid crystal layer in the present embodiment, and show the orientation of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer when no voltage is applied and when a voltage is applied, respectively.
  • FIGS. 4A and 4B are schematic cross-sectional views of a conventional liquid crystal layer (for example, the liquid crystal layer disclosed in Patent Document 1), in the liquid crystal layer when no voltage is applied and when a voltage is applied, respectively. The orientation of liquid crystal molecules is shown.
  • the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • each liquid crystal region 11 has a director in the plane under the regulation of the alignment films 12 and 13 when no voltage is applied. For this reason, the refractive index difference between the liquid crystal region 11 and the wall 10 increases. Therefore, the scattering intensity of the liquid crystal layer 1 is increased, and a bright white display is obtained.
  • the alignment films 12 and 13 are not subjected to an alignment process such as a rubbing process, the director of each liquid crystal region 11 faces in a random direction in the plane (see FIG. 1B). Accordingly, the orientation dependency of the scattering characteristics can be reduced, and the viewing angle characteristics can be improved.
  • the liquid crystal region 11 is substantially surrounded by the wall 10 and is not in direct contact with the alignment films 12 and 13. For this reason, the director of the liquid crystal region 11 is not regulated by the alignment films 12 and 13 and is directed in a random direction.
  • the director of each liquid crystal region 11 is mainly determined by the shape of the small room 14. Among these, a part of the liquid crystal region 11 a has a director substantially parallel to the substrates 2 and 3 and can have high scattering characteristics.
  • the other liquid crystal region 11 b has a director inclined with respect to the normal line of the substrates 2 and 3, the refractive index difference between the liquid crystal region 11 b and the wall 10 is different between the liquid crystal region 11 a and the wall 10. It becomes smaller than the refractive index difference. Therefore, although the liquid crystal region 11b can scatter light, its scattering characteristic is lower than that of the liquid crystal region 11a. Further, the liquid crystal region 11c has a director substantially perpendicular to the substrates 2 and 3, and does not contribute to scattering.
  • the director of the liquid crystal region 11 is randomly oriented without being affected by the alignment films 12 and 13, and the liquid crystal region 11c that does not contribute to scattering and the liquid crystal region 11b with low scattering characteristics are provided. Since there are many, the scattering intensity is significantly lower than that of the liquid crystal layer 1 of the present embodiment.
  • the liquid crystal layer 1 of the present embodiment when a voltage is applied to the liquid crystal layer 1, the liquid crystal layer 1 of the present embodiment is also a director of the liquid crystal region 11 as in the conventional liquid crystal layer 1. Are oriented in the normal direction of the substrates 2 and 3. Therefore, if the liquid crystal material of the liquid crystal layer 1 and the polymer material of the wall 10 are the same, it is considered that the light transmittance at the time of voltage application in the present embodiment and the conventional case is substantially equal.
  • the brightness of the black display is maintained at the same level as that of the prior art, and a brighter white display than that of the prior art can be realized, so that the display contrast can be improved.
  • the liquid crystal layer can be made thin while maintaining the brightness of white display, so that it can be driven at a lower voltage.
  • the orientation of the liquid crystal molecules in each liquid crystal region 11 is uniform, and no disclination exists in the liquid crystal region 11. Therefore, for example, the liquid crystal molecules operate more in comparison with the case of using liquid crystal droplets having a radial orientation (disclination is formed at the approximate center of the liquid crystal droplets) described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-303869. Since it is fast, the response characteristics when a voltage is applied can be improved.
  • the liquid crystal director when no voltage is applied is controlled using the surface energy of the alignment films 12 and 13, as in the methods disclosed in Patent Documents 2 to 4. It is not necessary to apply pressure to the liquid crystal layer. Therefore, it is advantageous also in terms of manufacturing process and manufacturing cost.
  • the director of the liquid crystal region 11 in each small room 14 is affected by the regulation force by the alignment films 12 and 13 and the structure (shape) of the small room 14.
  • the alignment films 12 and 13 are preferably not subjected to an alignment process such as a rubbing process. If the alignment films 12 and 13 are not rubbed, the plurality of liquid crystal regions 11 in the pixel are not aligned in a specific direction (such as the rubbing direction), so the alignment direction is random.
  • each of the liquid crystal regions 11 has the orientation dependency of the scattering characteristics caused by the director, but there are a plurality of liquid crystal regions 11 having random directors in one pixel. For this reason, the orientation dependency of the scattering characteristics is averaged, and the viewing angle characteristics can be improved.
  • a plurality of liquid crystal regions 11 that are randomly aligned in the plane under the influence of the alignment films 12 and 13 are provided in one pixel, and some of the liquid crystal regions have a radial alignment. Or it may have disclinations inside the liquid crystal region.
  • liquid crystal regions 11 out of the liquid crystal regions 11 formed in one pixel have one of the alignment films 12 and 13 or It is preferable to contact both. As a result, the directors of these liquid crystal regions 11 can be more reliably aligned in a direction substantially parallel to the substrate. It is particularly preferable that all the liquid crystal regions 11 in the liquid crystal layer 1 are in contact with any one of the alignment films 12 and 13.
  • an extremely thin film for example, 10 nm or less
  • the small chambers 14 are preferably arranged in one or two layers in the thickness direction of the liquid crystal layer 1.
  • the liquid crystal region 11 positioned between the uppermost layer and the lowermost layer is not affected by the alignment films 12 and 13.
  • the liquid crystal region 11 is not regarded as a mono domain having a director in the plane. If the liquid crystal layer 1 contains many such liquid crystal regions 11, there is a risk that the scattering characteristics will deteriorate. In addition, disclination is likely to occur in the liquid crystal region 11, and the operation of the liquid crystal molecules becomes dull and the response speed may decrease.
  • the small chambers 14 are arranged in two or less layers in the thickness direction of the liquid crystal layer 1, almost all the liquid crystal regions 11 in one pixel can be formed in contact with the alignment films 12 and 13. It becomes possible, and the improvement effect of the response speed by this invention can be heightened more. Furthermore, since the thickness of the liquid crystal layer 1 can be kept small, the driving voltage can be further reduced.
  • the small chambers 14 can be arranged in two layers in the thickness direction of the liquid crystal layer 1 (hereinafter also referred to as “two-layer structure”).
  • the director orientations of the upper liquid crystal region 11 and the lower liquid crystal region 11 are different from each other. 1 can be reliably scattered by any liquid crystal region 11. For this reason, the scattering intensity can be increased as compared with the liquid crystal layer 1 having a single-layer structure.
  • liquid crystal layer 1 having a single-layer structure
  • light incident on the liquid crystal layer 1 can be scattered not only by the interface between the liquid crystal region 11 and the wall 10 but also by fluctuations of liquid crystal molecules in the liquid crystal region 11. Sufficient scattering intensity can be obtained.
  • the small chambers 14 are arranged in a single layer in the thickness direction of the liquid crystal layer 1 (one-layer structure) means that the plurality of small chambers 14 are arranged between the alignment films 12 and 13. Means that there are no other small rooms. Further, the small chambers 14 are arranged in two layers in the thickness direction of the liquid crystal layer 1 (two-layer structure) means that each of the plurality of small chambers 14 and the small chambers 14 among the alignment films 12 and 13 are arranged. This means that no other small room exists between the closest alignment films.
  • a preferred range of the surface free energy will vary depending on the material of the liquid crystal layer 1 is for example 44 mJ / m 2 or more 50 mJ / m 2 or less.
  • the density of the small chambers 14 arranged in one pixel is preferably 0.016 / ⁇ m 2 or more, more preferably 1 / ⁇ m 2 or more. It is. This is because as the density of the small chambers 14 increases, the scattering intensity of the liquid crystal layer 1 increases and a brighter white display can be realized. On the other hand, when the number of small chambers 14 is too large, each small chamber 14 becomes small, and the liquid crystal region 11 that does not contact the alignment films 12 and 13 is likely to be generated. In addition, the movement of the liquid crystal molecules 22 becomes dull due to the interaction between the wall 10 of the small chamber 14 and the liquid crystal molecules 22, and the response speed may be reduced.
  • the density of the small chambers 14 in each layer is preferably 0.016 / ⁇ m 2 or more.
  • the density of the small chambers 14 in each pixel of the liquid crystal layer 1 is 0.032 / ⁇ m 2 or more.
  • the average value of the lengths H of the small chambers 14 in the thickness direction of the liquid crystal layer 1 is preferably 1/3 or more of the thickness of the liquid crystal layer 1. More preferably, it is 1/2 or more.
  • the average height H AVE of the small chambers 14 is less than 1 ⁇ 2 of the thickness of the liquid crystal layer 1, the liquid crystal region 11 that is not affected by the alignment films 12 and 13 is formed at the center in the thickness direction of the liquid crystal layer 1. It becomes easier to form. In such a liquid crystal region 11, the liquid crystal molecules 22 are aligned along the thickness direction of the liquid crystal layer 1, and the director 20 does not exist in the plane. Therefore, the alignment of the liquid crystal molecules 22 when no voltage is applied is controlled. This is because it becomes difficult.
  • the average value of the maximum width W of the small chamber 14 in the plane of the liquid crystal layer 1 (hereinafter simply referred to as “average width W AVE ”) is preferably about the same as the average height H AVE .
  • the average height H AVE of the small rooms 14 is appropriately selected within a range of 0.6 ⁇ m to 6 ⁇ m, for example, and the average width W AVE is also appropriately selected within a range of 0.6 ⁇ m to 6 ⁇ m, for example. . The reason for this will be described below.
  • the number of small rooms 14 arranged per unit area (for example, per pixel) of the display area decreases. For this reason, the density of the liquid crystal regions 11 (the number density of the liquid crystal regions 11 existing per unit area of the display region) becomes low, and high scattering characteristics cannot be obtained.
  • disclination in which the alignment of the liquid crystal molecules 22 becomes discontinuous easily occurs in the liquid crystal region 11 in each small chamber 14. In the vicinity of the disclination in the liquid crystal region 11, the driving of the liquid crystal molecules 22 becomes dull, and the response speed may be reduced.
  • the density of the liquid crystal region 11 can be secured and the occurrence of disclination in the liquid crystal region 11 can be effectively suppressed.
  • both the average height H AVE and the average width W AVE of the small rooms 14 are 0.6 ⁇ m or more.
  • the thickness of the liquid crystal layer 1 is not particularly limited, and is appropriately selected according to, for example, the reflectance of the retroreflective layer 16 and the driving voltage.
  • the thickness of the liquid crystal layer 1 is designed to be about 4 ⁇ m.
  • the material of the liquid crystal layer 1 is not particularly limited, but the dielectric anisotropy of the liquid crystal material of the liquid crystal layer 1 is preferably positive.
  • the dielectric anisotropy of the liquid crystal material is negative, the liquid crystal molecules must fall down so that they are parallel to the substrate when the voltage is turned on, but the direction of the fall cannot be regulated, and the molecules in the liquid crystal droplets This is because it is likely to be disturbed from uniform alignment, and disclination may occur in the liquid crystal region or the movement of liquid crystal molecules may be hindered.
  • the liquid crystal layer preferably does not contain a chiral agent.
  • the birefringence ⁇ n difference between the extraordinary refractive index ne and the ordinary refractive index no
  • the birefringence ⁇ n is 0.1 or more, the display contrast can be increased.
  • it is 0.3 or less, there are many choices in terms of materials, and it is possible to reduce the voltage and increase the speed.
  • the liquid crystal layer 1 in the present embodiment is, for example, a mixture of a nematic liquid crystal material (that is, a low molecular liquid crystal composition) and a photocurable resin (monomer and / or oligomer), which is disposed between transparent substrates, and then photocured. It is obtained by polymerizing a functional resin.
  • a photocurable resin is not specifically limited, Preferably an ultraviolet curable resin is used. When an ultraviolet curable resin is used, there is no need to heat the mixture when polymerization is performed, so that adverse effects due to heat on other members can be prevented.
  • Monomers and oligomers may be monofunctional or polyfunctional.
  • the liquid crystal layer 1 is formed by photocuring a mixture (liquid crystal mixture) of an ultraviolet curable resin exhibiting liquid crystallinity and a liquid crystal composition by irradiation with an actinic ray such as ultraviolet rays.
  • a liquid crystal mixture for example, a liquid crystal mixture showing a nematic liquid crystal phase at room temperature obtained by mixing an ultraviolet curable material and liquid crystal at a weight ratio of 20:80 and adding a small amount of a photoinitiator is used. Can do.
  • the liquid crystal mixture is held between a pair of substrates by, for example, a vacuum injection method or a drop injection (ODF: One Drop Fill) method, and then irradiated with ultraviolet rays.
  • ODF One Drop Fill
  • the ultraviolet curable prepolymer is polymerized to become a polymer and phase-separated from the liquid crystal, and a liquid crystal layer having a wall made of the polymer and a plurality of liquid crystal regions separated by the wall is formed.
  • the configuration of the liquid crystal display device of the present embodiment is not limited to the configuration of the liquid crystal display device 100 shown in FIG.
  • a reflective layer having a good contrast with white may be provided, or a light absorbing layer may be provided.
  • a reflective layer such as a retroreflective layer may be formed between the back substrate 2 and the alignment film 12. In this case, the reflective layer may be separated for each pixel to function as a pixel electrode.
  • the reflective layer When a reflective layer having a flat surface is used, the reflective layer is preferably formed between the back substrate 2 and the alignment film 12. On the other hand, when a reflective layer having irregularities such as a corner cube array is used, it is preferably disposed on the back side of the back substrate 2. In addition, although the reflective layer which has an unevenness
  • the liquid crystal display device in this embodiment can be manufactured by the following method, for example.
  • a method for forming a liquid crystal layer using a vacuum injection method will be described as an example.
  • the glass substrate (rear substrate) on which the thin film transistor and the pixel electrode are formed and the surface of the glass substrate (front substrate) on which the color filter and the counter electrode are formed are respectively aligned using a spin coat method or an inkjet method.
  • a film is uniformly applied and fired at a predetermined temperature.
  • the alignment film is not rubbed.
  • a horizontal alignment film having a surface free energy of 47 mJ / m 2 measured by a method described later is used as the alignment film.
  • a photocurable monomer, a photopolymerization initiator, and a positive type liquid crystal are mixed uniformly to prepare a liquid crystal mixture.
  • the temperature at the time of mixing is set to a temperature equal to or higher than the temperature T ni at which the liquid crystal mixture transitions to the nematic phase.
  • the composition ratio of the liquid crystal is 80 to 85%.
  • the resulting mixture is held at a temperature above the transition temperature Tni .
  • the front substrate and the back substrate are opposed to each other with the alignment film inside, and are bonded together via a spacer for ensuring a certain gap.
  • These substrates are held at a transition temperature Tni or higher, and the gap is filled with a liquid crystal mixture held at a temperature higher than the transition temperature Tni (vacuum injection method). Thereafter, at a temperature equal to or higher than the transition temperature T ni , the mixture is irradiated with light (ultraviolet rays) to form a polymer from the monomers in the mixture, and at the same time, the polymer and the liquid crystal are phase-separated. Thereby, a liquid crystal layer is formed between the front substrate and the rear substrate. In this way, a liquid crystal display device is obtained.
  • the vacuum injection method is used when forming the liquid crystal layer, but the ODF method may be used instead.
  • a method for forming the liquid crystal layer in that case will be described below.
  • an alignment film and a liquid crystal mixture are formed in the same manner as in the case of using the vacuum injection method.
  • the orientation film on the rear substrate or the front substrate held at a temperature not less than transition temperature T ni, dropping the liquid crystal mixture of a predetermined amount held by the temperature not less than transition temperature T ni. Thereafter, the other substrate is bonded to the substrate onto which the mixture has been dropped through a spacer.
  • a retroreflector such as a corner cube array is installed on the back side of the back substrate. In this way, the display device of this embodiment is obtained.
  • the structure of the liquid crystal layer such as the size, shape, and arrangement of the liquid crystal region can be controlled by the type of alignment film and the formation conditions of the liquid crystal layer.
  • the size of the liquid crystal region can be adjusted by the light irradiation conditions for the liquid crystal mixture, and the arrangement of the liquid crystal region in the liquid crystal layer can be adjusted by the type of the alignment film.
  • the size of the liquid crystal region can be adjusted according to the light irradiation conditions for the liquid crystal mixture.
  • the inventors of the present application have examined the relationship between the light irradiation condition and the size of the liquid crystal region, and the method and result will be described below.
  • an ITO film and an alignment film are formed in this order on the surfaces of two glass substrates, and a liquid crystal mixture is injected between these glass substrates by a vacuum injection method.
  • the method for forming the alignment film and the material / mixing ratio of the liquid crystal mixture are the same as those described above.
  • the liquid crystal mixture between the glass substrates is irradiated with light to cause polymerization phase separation to form a liquid crystal layer.
  • the irradiation intensity is selected from the range of 2 mW / cm 2 to 140 mW / cm 2 . In this way, a plurality of liquid crystal cells (referred to as “sample liquid crystal cells”) having different irradiation intensities are produced.
  • the light which passed the filter etc. which cut the wavelength of 340 nm or less is utilized as irradiation light at the time of producing a sample liquid crystal cell. This is because when light having a wavelength of 340 nm or less is irradiated, problems such as decomposition of the liquid crystal in the liquid crystal mixture occur.
  • the light irradiation time is set to a time sufficient for the monomers contained in the liquid crystal mixture to be polymerized.
  • the irradiation time is set with reference to the extent that T ni of the liquid crystal material in the liquid crystal region is 99% or more of T ni ′ of the liquid crystal contained in the liquid crystal mixture as a raw material.
  • the irradiation time when the irradiation intensity is 50 mW / cm 2 is 50 sec.
  • the size of the small room in each sample liquid crystal cell is determined by SEM observation. Specifically, the sample liquid crystal cell is cut and the liquid crystal in the small room is washed away with an organic solvent. Next, the front substrate is peeled off from the sample liquid crystal cell, and after a thin conductive film is formed by sputtering, a small chamber in the liquid crystal layer is observed from above. Here, the maximum width of a plurality of (for example, 100) small rooms located in one pixel is measured, and an average value (average width) W AVE is obtained.
  • the obtained SEM observation results were first compared with the results obtained by observing each sample liquid crystal cell before decomposition with an optical microscope. As a result, it was confirmed that the shape and arrangement of the small chambers observed with the SEM coincided with the shape and arrangement of the liquid crystal regions in each sample liquid crystal cell before decomposition. Therefore, it is considered that the average width W AVE of the small room obtained by SEM observation is equal to the average width of the liquid crystal region formed in the small room.
  • Table 1 shows the relationship between the average width W AVE of the small chambers obtained by SEM observation (that is, the average width of the liquid crystal region) and the intensity of light applied to the liquid crystal mixture. From the results shown in Table 1, it can be seen that the liquid crystal region increases when the light irradiation intensity is small, and the liquid crystal region decreases as the irradiation intensity increases, and it was confirmed that the size of the liquid crystal region can be controlled by the irradiation intensity. It was also found that the irradiation intensity should be set to 50 mW / cm 2 or more in order to control the average width of the liquid crystal region to about 2 ⁇ m or less. The numerical range of the irradiation intensity varies depending on the material and mixing ratio of the liquid crystal mixture used.
  • the average width of the liquid crystal region was obtained, but the average height of the liquid crystal region should be controlled according to the irradiation conditions within the range of the thickness of the liquid crystal layer (for example, 4 ⁇ m) in the same manner as the average width of the liquid crystal region. Can do.
  • the average height of the liquid crystal region is determined by the thickness of the liquid crystal layer, so that it depends on the irradiation conditions. It becomes constant.
  • the small chambers 14 are arranged in two or less layers in the thickness direction of the liquid crystal layer 1, and the liquid crystal regions 11 in almost all the small chambers 14 are arranged.
  • the alignment is preferably regulated by the alignment films 12 and 13.
  • the inventors of the present application control the characteristics (surface free energy) of the alignment films 12 and 13. I got the knowledge. Below, the examination method of the manufacturing conditions of a liquid crystal cell and a result are demonstrated in detail.
  • alignment films four types of horizontal alignment films (hereinafter simply referred to as “alignment films”) A to D having different surface free energies are used.
  • the alignment film A (AL1T1048: trade name manufactured by JSR) is an alignment film generally used in a liquid crystal display device using TFTs, and the alignment film A has a higher voltage holding ratio than the alignment film B.
  • the alignment film B (Plx1400: trade name manufactured by Hitachi Chemical DuPont Microsystems) is a horizontal alignment film used in a commercially available horizontal alignment standard cell.
  • Alignment films C (AL1L509: trade name manufactured by JSR) and D are alignment films generally used for liquid crystal display devices in STN (Super Twisted Nematic) mode and IPS (In-Plane-Switching) mode, respectively. It is.
  • the surface free energy of four types of alignment films is measured.
  • an average contact angle of the probe liquid is obtained by a droplet method using a solid-liquid interface analyzer (DropMaster 500) manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd. Water, ethylene glycol, or diiodomethane is used as the probe liquid.
  • the surface free energies of these probe liquids are 72.8 mJ / m 2 , 47.7 mJ / m 2 and 50.8 mJ / m 2 , respectively.
  • about 30 ⁇ l of the probe liquid is dropped on each alignment film surface, and the contact angle is measured.
  • An average value of the contact angles measured 10 times is calculated to obtain an “average contact angle” for each probe liquid.
  • the surface free energy of the alignment film is obtained by performing analysis by the Kitazaki-Hata method using the FAMAS surface free energy analysis add-in software, which is attached software.
  • the contact angles of water, ethylene glycol, and diiodomethane droplets were 76.6 °, 45.5 °, and 26.6 °, respectively.
  • the surface free energy of this alignment film was 47 ⁇ 2.2 mJ / m 2 .
  • the surface free energy of the alignment film A, C and D, respectively was 41mJ / m 2, 54mJ / m 2, 65mJ / m 2.
  • a sample liquid crystal cell is produced using each of the alignment films A to D.
  • an alignment film is formed on the surfaces of two glass substrates, and a liquid crystal mixture is injected between these glass substrates by a vacuum injection method.
  • the method for forming the alignment film and the material / mixing ratio of the liquid crystal mixture are the same as those described above.
  • the liquid crystal mixture between the glass substrates is irradiated with light (ultraviolet rays) at an intensity of 50 mW / cm 2 to separate the polymerization phase to form a liquid crystal layer.
  • the sample liquid crystal cell No. 1 using the alignment films A to D was obtained. 1-No. Get 4.
  • Each sample liquid crystal cell No. obtained 1-No. After cutting 4 and washing the liquid crystal in the small chamber with an organic solvent, a thin conductive film is deposited on the cross section to be observed by the sputtering method, and cross-sectional SEM observation is performed. Further, one glass substrate of the sample liquid crystal cell is peeled off, and planar SEM observation is performed from above the liquid crystal layer. By observing the cross section and the plane SEM, it is possible to observe the arrangement state of the small rooms defined by the polymer walls.
  • FIG. 6 and 7 show sample liquid crystal cell Nos. 1 and 2 using alignment films A and B, respectively. 1 and no. It is a figure which shows the cross-sectional SEM image of 2.
  • FIG. 6 shows sample liquid crystal cell Nos. 1 and 2 using alignment films A and B, respectively. 1 and no. It is a figure which shows the cross-sectional SEM image of 2.
  • Sample liquid crystal cell No. 1 and no. 2 a liquid crystal layer is formed between the glass substrates 2 and 3, and the liquid crystal layer has a plurality of small chambers 14 formed by walls 10 made of a polymer.
  • Sample liquid crystal cell No. 3 and no. No. 4 liquid crystal layer the sample liquid crystal cell No. Similar to 1, it was observed that three or more small chambers were formed in the thickness direction of the liquid crystal layer, and that there was a small chamber not in contact with the alignment film in the center of the liquid crystal layer.
  • sample liquid crystal cell No. 2 as shown in FIG. 7, the chambers 14 formed by the polymer walls 10 are arranged in two layers in the thickness direction of the liquid crystal layer 1, and the lower chambers 14 are in contact with the alignment film 12.
  • the upper chamber 14 was in contact with the alignment film 13. Therefore, the small chamber 14 not in contact with the alignment films 12 and 13 was not seen. From this, it is considered that a liquid crystal region in which liquid crystal molecules are vertically aligned without being regulated by the alignment films 12 and 13 is hardly formed. 1, no. 3 and no. It was found that scattering characteristics higher than 4 can be obtained.
  • the liquid crystal molecules in the liquid crystal region formed in each small chamber 14 are more reliably regulated by the alignment films 12 and 13 and are aligned parallel to the substrate, so that the scattering characteristics can be improved more effectively. confirmed. It was also found that the polymer wall 10 was formed substantially perpendicular to the substrate.
  • Sample liquid crystal cell No. 1-No. Table 2 shows the measurement results of the surface free energy of the alignment films A to D and the arrangement state of the small chambers.
  • Sample liquid crystal cell No. 1 and no. 2 is peeled off, and planar SEM observation is performed from above the liquid crystal layer. In 1, a large number of regions where the polymer was aggregated were observed. On the other hand, the sample liquid crystal cell No. In No. 2, the polymer and the liquid crystal region were separated almost uniformly. Therefore, the sample liquid crystal cell No. In No. 2, it was found that uneven display due to polymer aggregation was suppressed and higher display characteristics were obtained. Further, the sample liquid crystal cell No. From the result of 2 plane SEM observation, it was also found that the walls made of polymer were continuous and the wall thickness was substantially uniform.
  • a transparent substrate and an alignment film A were formed in this order on one surface of a glass substrate to obtain a front substrate.
  • a back substrate was produced.
  • the front and back substrates were arranged so as to face the alignment film A, and plastic beads having a diameter of 4 ⁇ m were dispersed between them. Thereafter, these substrates were bonded together, and a liquid crystal mixture was injected by a vacuum injection method.
  • the material and mixing ratio of the liquid crystal mixture are the same as those of the sample liquid crystal cell No. described above. 1-No. The same material and mixing ratio as used in 4 were used.
  • sample liquid crystal cell No. 1 except that alignment film B is used instead of alignment film A.
  • Sample liquid crystal cell No. 6 was produced.
  • Sample liquid crystal cell no. 5, no. 6 was incident from the front substrate side, and the scattering angle distribution of the light (scattered light) scattered by the liquid crystal layer and emitted to the front substrate side was measured.
  • an LCD evaluation apparatus LCD 5200 manufactured by Otsuka Electronics was used.
  • the measurement results are shown in FIG.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 8 is the light receiving angle of light scattered by the liquid crystal layer of each cell, and is the absolute value of the angle formed between the light receiving direction and the normal direction of the substrate.
  • the vertical axis represents the intensity ratio (transmission intensity ratio) of light scattered by the liquid crystal layer of each cell.
  • the transmission intensity ratio is the sample liquid crystal cell No. 5 (cell using alignment film A) is normalized by the scattered light intensity value.
  • the sample liquid crystal cell No. No. 6 is the sample liquid crystal cell No. It was found that a brighter white display can be realized with a scattering characteristic better than 5.
  • Sample liquid crystal cell no. 5, no. Sample liquid crystal cell No. 7, no. 8 were prepared.
  • the transmissivities for light (incident angle: 0 °) incident on the liquid crystal layer from the normal direction of the substrate when no voltage is applied are substantially equal so that the brightness of white display in these cells is substantially equal.
  • the thickness of the liquid crystal layer of each cell was adjusted.
  • the thickness of the liquid crystal layer of No. 7 is 4.1 ⁇ m.
  • the thickness of the liquid crystal layer 8 was 3.4 ⁇ m.
  • the transmittance of each cell obtained by the above method was measured while changing the applied voltage using an LCD evaluation device (LCD 5200) manufactured by Otsuka Electronics.
  • LCD evaluation device LCD 5200 manufactured by Otsuka Electronics.
  • light is incident from the front substrate side along the normal direction of the substrate (incident angle: 0 °), and in the incident light, the light advances in the liquid crystal layer along the normal direction of the substrate and is on the rear substrate side.
  • the intensity of light (transmitted light) exiting from was measured.
  • the ratio of the intensity of the transmitted light to the intensity of the incident light was determined and designated as “transmittance (%)”.
  • the measurement results are shown in FIG.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 9 represents the voltage applied to each cell, and the vertical axis represents the transmittance for light with an incident angle of 0 °.
  • sample liquid crystal cell No. 1 using alignment film B was obtained.
  • No. 8 is a sample liquid crystal cell No. 1 using the alignment film A. It can be seen that the transmission state is obtained at a voltage lower than 7. This is the sample liquid crystal cell No. No. 8 liquid crystal layer is the sample liquid crystal cell No. This is probably because it is thinner than the liquid crystal layer 7 and can easily switch the state of the liquid crystal layer.
  • an alignment film having a predetermined surface energy is selected in order to control the structure of the small chamber in the liquid crystal layer, but the surface of the alignment film is modified using a monomolecular adsorption film or the like. By doing so, the surface energy of the alignment film may be controlled.
  • the suitable range of the surface energy of the alignment film should just be the same as the surface energy of a liquid crystal (for example, a difference is 20% or less), and is not limited to the value of the surface energy of the alignment film B mentioned above.
  • the configuration of the display device of the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG.
  • Plastic substrates may be used as the front and back substrates, and curved substrates may be used.
  • flexible substrates 52 and 53 as shown in FIG. 10 may be used.
  • the scattering efficiency in the scattering state of the liquid crystal layer can be improved. Therefore, brighter white display than before can be realized.
  • the drive voltage can be kept low without reducing the brightness of white display.
  • the present invention can be applied to various reflection type liquid crystal display devices and various electric devices using the reflection type liquid crystal display devices.

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Abstract

　透過状態と散乱状態との間で状態が切り替えられ得る液晶層１と、液晶層１を間に保持する前面基板３および背面基板２と、液晶層１を挟んで配置され、液晶層１に電圧を印加する一対の電極４、８と、液晶層１と前面基板３および背面基板２との間にそれぞれ形成された第１および第２配向膜１３、１２とを備え、液晶層１は、画素のそれぞれに、連続した壁１０と、壁１０によって分離された複数の小部屋１４と、それぞれが、複数の小部屋１４の何れか１つに形成された複数の液晶領域１１とを有し、複数の液晶領域１１は、液晶層１に平行な面内にディレクタ２０を有する第１および第２の液晶領域１１を有しており、第１および第２の液晶領域１１のディレクタ２０は互いに異なる方向を向いている。

Description

反射型液晶表示装置
　本発明は、反射型液晶表示装置に関する。
　従来の反射型液晶表示装置では、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードやＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードなどの表示モードが利用されている。しかし、これらの表示モードを利用する場合、液晶パネルの表面に偏光板を配置する必要があり、偏光板による光の吸収により、光利用効率が低くなってしまうという問題があった。
　そこで、偏光板を必要としない新たな表示モードとして、液晶層に印加する電圧によって、光を散乱させる散乱状態と光を透過する透過状態との間でスイッチングさせて表示を行うモード（以下、「散乱－透過モード」と称する。）が提案されている。この表示モードでは、例えば高分子分散型液晶（Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ；ＰＤＬＣ）が用いられる。
　ＰＤＬＣを用いた液晶層（ＰＤＬＣ層）は、高分子中に分散させた複数の液晶領域（「液晶滴」ともいう。）を有している。各液晶領域は、高分子からなる壁によって規定される空間（以下、「小部屋」という。）内に形成されている。このようなＰＤＬＣ層では、電圧を印加しないとき（電圧無印加時）、液晶領域内の液晶と高分子との間に屈折率の差が生じ、これらの界面で光が散乱し、白表示が得られる。ＰＤＬＣ層に電圧を印加すると（電圧印加時）、液晶の配向が変化して液晶と高分子との屈折率の差が略等しくなるので、光はＰＤＬＣ層を透過する。このとき、液晶層の背面側に光吸収板を配置していれば、透過した光が光吸収板に吸収され、黒表示が得られる。
　光吸収板の代わりに、液晶層の背面側に、特定の色光を選択的に反射する反射層を設けてもよい。例えば特定の色を呈する平滑な金属板（鏡）を設けることにより、ＰＤＬＣ層が前方散乱型液晶の場合、特定の色と黒（鏡面反射）とで表示を行うことができる。また、特定の色を呈する金属板を設けることにより、ＰＤＬＣ層が後方散乱型液晶の場合、白色と特定の色とで表示を行うことができる。
　あるいは、液晶層の背面側に再帰性反射層を配置してもよい。例えば特許文献１には、再帰性反射層とＰＤＬＣとを組み合わせた表示装置（再帰性反射型液晶表示装置）が開示されている。以下、再帰性反射型液晶表示装置を例に、ＰＤＬＣを用いた従来の表示装置の構成を説明する。
　図１１は、特許文献１に開示されたアクティブマトリクス駆動の再帰性反射型液晶表示装置の模式的な断面図である。表示装置３００は、カラーフィルタ１１９、透明対向電極１１１および配向膜１１２が設けられた前面基板１１０と、前面基板１１０に対向するように配置された背面基板１０９と、これらの基板１１０、１０９の間に設けられた液晶層（ＰＤＬＣ層）１１３とを備えている。背面基板１０９には、複数のスイッチング素子（ＴＦＴ）１０１が設けられ、その上に、再帰反射性を示す表面形状を有する絶縁層１０２、複数の反射電極１０５および配向膜１１８が形成されている。反射電極１０５は、絶縁層１０２の上に形成され、絶縁層１０２の表面形状を反映した凹凸を有している。複数の反射電極１０５は、画像表示の一単位となる画素毎に、互いに離間して配置されている。各反射電極１０５は、絶縁層１０２に形成されたコンタクトホールを介して、対応するスイッチング素子１０１のドレイン電極と接続されている。配向膜１１８は、絶縁層１０２および反射電極１０５の上に形成されており、絶縁層１０２の表面形状を反映した凹凸を有している。
　次いで、表示装置３００の動作を説明する。
　表示装置３００では、対向電極１１１と反射電極１０５との間に印加する電圧を変化させることによって、液晶層１１３を、光を透過する透過状態と光を散乱（前方散乱および後方散乱）する散乱状態との間でスイッチングすることができる。液晶層１１３が透過状態に制御されていると、表示装置外部の光源や周囲からの光は、前面基板１１０および液晶層１１３を通過した後、反射電極１０５によって光が入射した方向に反射される。このとき、表示装置から観察者に届く像は観察者自身の目であるため、「黒」表示状態が得られる。
　他方、液晶層１１３が散乱状態に制御されていると、光源や周囲からの光は、前面基板１１０側から液晶層１１３に入射し、液晶層１１３で散乱される。液晶層１１３が前方散乱型液晶層の場合、散乱された光は反射電極１０５で反射し、さらに散乱状態の液晶層１１３を経て観察者方向に出射する。液晶層１１３による散乱によって反射電極１０５の再帰性が崩されるため、入射した光は入射方向には戻らない。従って、「白」表示状態が得られる。
　なお、図１１に示す表示装置３００は、再帰性反射層および画素電極として機能する反射電極１０５を備えているが、再帰性反射層を画素電極とは別個に設けることもできる。再帰性反射層は、画素電極と背面基板１０９との間に配置してもよいし、背面基板１０９の背面側に配置してもよい。
　表示装置３００のように散乱－透過モードを利用した反射型液晶表示装置には、他の表示モードを用いた表示装置と比べて、表示のコントラストが低いという問題がある。
　表示装置３００の白表示をより明るくしようとすると、液晶層１１３を厚くして、液晶層１１３に入射する光をより確実に散乱させる必要がある。しかし、液晶層１１３を厚くすると、液晶層１１３を透過状態に切り替える際に液晶層１１３により高い電圧を印加する必要が生じる。液晶層１１３に印加する電圧が不十分であれば、液晶層１１３の光透過率が低下し、高品位な黒表示を得ることができない。
　一方、特許文献２～４は、液晶中に二色性色素を含有させたＰＤＬＣを用いたゲストホストモードの液晶表示装置において、液晶ディレクタを制御して表示のコントラストを改善する手法を開示している。これらの特許文献では、液晶領域の形状を基板の面内方向に広げて扁平にすることにより、液晶層に電圧を印加しないときの液晶分子のディレクタを、基板と平行な方向に向くように制御している。例えば特許文献２および３には、液晶層を機械的に押圧して、液晶滴を基板と平行方向に長い扁平状にする方法が開示されている。また、特許文献４には、液晶層形成時に基板と平行なずり応力を作用させる方法や、液晶層の表層部のみを固める方法が記載されている。
　特許文献２～４の方法によると、液晶層の厚さを増大させることなく、表示のコントラストを改善することが可能になる。より詳しく説明すると、従来のＰＤＬＣを含む液晶層では、電圧無印加時に液晶領域内の液晶ディレクタはランダムな方向を向いており、電圧を印加すると、これらの液晶ディレクタが基板と垂直な方向に向く。これに対し、上記特許文献２～４の方法では、電圧無印加時の液晶ディレクタを基板と平行な方向を向くように制御できるので、電圧印加時（液晶ディレクタが基板に垂直）との光吸収の差を拡大できる。この結果、表示のコントラストを従来よりも改善させることができる。
特開２００６－２３７２１号公報 特開平５－８０３０２号公報 特開平７－１８１４５４号公報 特開平１０－３１９３７５号公報
　本発明者が検討したところ、特許文献２～４に開示された手法を適用すると、図１１に示す表示装置３００の液晶層１１３の液晶ディレクタを制御することができる。
　しかしながら、上記手法を適用しても、液晶層１１３の白表示の明るさを十分に改善することは困難である。特許文献２～４に開示された手法によると、液晶領域が扁平してしまうので、基板面内に高い密度で液晶領域を配置させることが難しい。このため、液晶層の散乱強度を十分に高めることができない可能性があるからである。また、液晶層の厚さ方向に１つの液晶領域しか配置できないので（１層構造）、従来の液晶層よりも散乱特性が低下するおそれもある。
　さらに、特許文献２～４に開示された手法を用いて形成された液晶層では、各液晶領域が一方向に扁平するので、白表示の視角特性の方位依存性が大きくなってしまう。その上、液晶層の形成プロセスが極めて複雑になるという問題もある。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、散乱状態と透過状態との間で状態を切り替えられ得る液晶層を備えた反射型液晶表示装置において、液晶層の散乱状態における散乱効率を向上させることにより、従来より明るい白表示を実現することにある。あるいは、白表示の明るさを維持しつつ、駆動電圧を低く抑えることにある。
　本発明の反射型液晶表示装置は、複数の画素を備えた液晶表示装置であって、光を透過する透過状態と光を散乱する散乱状態との間で状態が切り替えられ得る液晶層と、前記液晶層を間に保持する前面基板および背面基板と、前記液晶層を挟んで配置され、前記液晶層に電圧を印加する一対の電極と、前記液晶層と前記前面基板および背面基板との間にそれぞれ形成された第１および第２配向膜とを備え、前記液晶層は、前記画素のそれぞれに、連続した壁と、前記壁によって分離された複数の小部屋と、それぞれが、前記複数の小部屋のいずれか１つに形成された複数の液晶領域とを有し、前記複数の液晶領域は、前記液晶層に平行な面内にディレクタを有する第１および第２の液晶領域を有しており、前記第１および第２の液晶領域のディレクタは互いに異なる方向を向いている。
　ある好ましい実施形態において、前記複数の小部屋のそれぞれと、前記第１および第２配向膜のうちその小部屋に最も近接する配向膜との間には、他の小部屋は存在しない。
　ある好ましい実施形態において、前記複数の小部屋のそれぞれと、前記第１および第２配向膜との間には、他の小部屋は存在しない。
　前記複数の液晶領域のそれぞれは、前記第１および第２配向膜のうちいずれか一方と接していることが好ましい。
　前記第１および第２配向膜には配向処理が施されていないことが好ましい。
　ある好ましい実施形態において、前記第１および第２配向膜の表面自由エネルギーは４４ｍＪ／ｍ2以上５０ｍＪ／ｍ2以下である。
　前記液晶層は、各画素内に０．０１６個／μｍ2以上の密度で小部屋を有していてもよい。あるいは、各画素内に１個／μｍ2以上の密度で小部屋を有していてもよい。
　前記液晶層の液晶材料の誘電異方性は正であることが好ましい。
　前記液晶領域はカイラル剤を含んでいないことが好ましい。
　前記複数の小部屋の直径が０．６μｍ以上６μｍ以下であることが好ましい。
　前記液晶領域に含まれる液晶材料の異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏとの差は０．１以上０．３以下であることが好ましい。
　ある好ましい実施形態において、上記反射型液晶表示装置は、前記液晶層の背面側に設けられた反射層をさらに備える。前記反射層は再帰性反射層であってもよい。
　ある好ましい実施形態において、上記反射型液晶表示装置は、前記液晶層の背面側に設けられた光吸収層をさらに備える。
　本発明によると、散乱状態と透過状態との間で状態を切り替えられ得る液晶層を備えた反射型液晶表示装置において、視角特性の方位依存性を増大させることなく、散乱状態の液晶層の散乱効率を向上させることができる。よって、白表示の明るさを向上できるので、表示のコントラスト比を改善できる。あるいは、液晶層の厚さを低減することにより、白表示の明るさを維持しつつ、駆動電圧を低く抑えることができる。
　また、本発明では、液晶領域のディレクタを配向膜によって制御するので、液晶領域の形状（小部屋の形状）によってディレクタを制御する従来の方法と比べて、液晶層内により高い密度で液晶領域を配置できる。その結果、液晶層の散乱特性をより効果的に向上させることが可能になる。
　さらに、本発明によると、上記のような反射型液晶表示装置を、製造プロセスを複雑化することなく簡便な方法で製造できる。
（ａ）は、本発明による実施形態の液晶表示装置を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、単一の画素における液晶層を模式的に示す図であり、（ａ）に示す液晶表示装置のＩｂ－Ｉｂ’線に沿った断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明による実施形態の液晶表示装置の表示原理を説明するための模式図であり、（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、液晶層に電圧を印加しない時および電圧を印加した時における液晶領域内の液晶分子の配向を例示する断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の表示装置において、電圧無印加時および電圧印加時の液晶分子の配向状態の一例を示す模式的な断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、従来の表示装置において、電圧無印加時および電圧印加時の液晶分子の配向状態の一例を示す模式的な断面図である。 本実施形態の表示装置において、電圧無印加時の液晶分子の配向状態の他の例を示す模式的な断面図である。 配向膜Ａを用いたサンプル液晶セルＮｏ．１の液晶層の断面ＳＥＭ像を示す図である。 配向膜Ｂを用いたサンプル液晶セルＮｏ．２の液晶層の断面ＳＥＭ像を示す図である。 配向膜Ａを用いたサンプル液晶セルＮｏ．５および配向膜Ｂを用いたサンプル液晶セルＮｏ．６の電圧無印加時（白表示状態）の散乱特性を測定した結果を示すグラフである。 配向膜Ａを用いたサンプル液晶セルＮｏ．７および配向膜Ｂを用いたサンプル液晶セルＮｏ．８の印加電圧と透過率との関係を測定した結果を示すグラフである。 本実施形態の他の表示装置の模式的な断面図である。 ＰＤＬＣを用いた従来の表示装置の一例を示す断面図である。
　本発明の反射型液晶表示装置は、一画素内に、液晶層と平行な面内にディレクタを有する少なくとも２つの液晶領域を備えており、これらの液晶領域のディレクタは互いに異なる方向を向いていることを特徴としている。
　本発明によると、液晶領域のディレクタが液晶層と平行な面内にあるので、散乱状態（白表示）において、液晶領域同士を分離する壁との屈折率差を最大にでき、より明るい表示を実現できる。あるいは、表示の明るさを維持しつつ液晶層を薄くすることが可能となり、その結果、駆動電圧を低く抑えることができる。
　また、複数の液晶領域のディレクタが面内で異なる方向を向いているので、散乱方向の方位依存性が小さくなり、散乱状態（白表示）における視野角の方位依存性を低減できる。
　上記のような構成は、液晶層の前面基板側および背面基板側に設けられた配向膜の表面エネルギーを調整することにより実現できる。従って、特許文献１～３のように液晶領域を機械的に扁平させる方法よりも簡便なプロセスで製造できる。
　また、特許文献２～４の方法によると、液晶領域が扁平してしまうので、液晶領域の面内のサイズ（基板の法線方向から見たサイズ）が大きくなり、面内に高い密度で液晶領域を配置させることができない。これに対し、本発明では、配向膜を利用して液晶領域のディレクタを制御するので、液晶領域の面内のサイズを小さくできる。その結果、面内の液晶領域の密度を高めることが可能になり、散乱効率を向上できる。さらに、液晶領域の形状を大きく扁平させることなく、液晶領域のディレクタを制御できるので、視角特性の方位依存性を低減できる。
　以下、図１および図２を参照しながら、本発明による液晶表示装置のある好ましい実施形態を説明する。
　図１（ａ）は、本発明による実施形態の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。図１（ｂ）は、液晶層に電圧を印加しない時（電圧無印加時）の液晶層の構成を説明するための模式図であり、基板と平行な断面を示している。図２（ａ）および（ｂ）は、液晶層に電圧を印加しない時（電圧無印加時）および電圧を印加した時（電圧印加時）における液晶領域内の液晶分子の配向を例示する模式的な断面図である。
　まず、図１（ａ）を参照する。液晶表示装置１００は、前面基板３と、前面基板３に対向するように配置された背面基板２と、これらの基板２、３の間に設けられた液晶層１と、背面基板２の背面側に配置された再帰性反射層１６とを備えている。再帰性反射層１６は、例えばコーナーキューブアレイ形状を有している。
　背面基板２の液晶層側の表面には、複数のスイッチング素子（ここでは薄膜トランジスタ）５と、複数の透明な画素電極４と、配向膜１２とがこの順に形成されている。本実施形態における配向膜１２は水平配向膜であり、液晶層１の背面側の表面と接している。複数の画素電極４は、互いに離間して配置され、画像表示の一単位となる画素を規定している。本実施形態では、これらの画素電極４はマトリクス状に配列され、それぞれ、対応する薄膜トランジスタ５のソース電極（図示せず）と電気的に接続されている。
　一方、前面基板３の液晶層側の表面には、画素電極４と対応するように配置されたＲ（赤色）、Ｇ（緑色）およびＢ（青色）などのカラーフィルター６と、カラーフィルター６を被覆して平坦化するための平坦化膜７と、透明な対向電極８と、配向膜１３とがこの順に形成されており、配向膜１３は液晶層１の前面側の表面と接している。本実施形態における配向膜１３も、配向膜１２と同様に水平配向膜である。配向膜１２、１３にはラビング処理などの配向処理は施されていない。
　液晶層１は、壁１０によって複数の小部屋１４に分割されている。各小部屋１４の中には液晶領域１１が形成されている。壁１０は、例えば高分子から形成されている。なお、図１（ａ）では、壁１０および配向膜１２、１３が小部屋１４となる空間を包囲しているが、壁１０のみが小部屋１４となる空間を包囲していてもよい。
　また、図１（ｂ）からわかるように、各画素内において、少なくとも２つの小部屋１４が配置されており、壁１０は連続している。これらの小部屋１４内の液晶領域１１は、液晶層１と平行な面内にディレクタ２０を有している。また、液晶領域１１のディレクタ２０は、それぞれ、面内でランダムな方向を向いている。なお、図示する例では、全ての液晶領域１１が面内でランダムな方向を向くディレクタ２０を有しているが、本実施形態では、面内にディレクタ２０を有し、かつ、その方向が互いに異なる少なくとも２つの液晶領域１１が１つの画素内に配置されていればよい。
　ここで、図２（ａ）および（ｂ）を参照しながら、液晶表示装置１００の表示原理を説明する。簡単のため、これらの図面では、各基板２、３に設けられた構成要素のうち配向膜１２、１３以外の構成要素を省略している。
　図２（ａ）に示すように、電圧無印加時には、液晶領域１１内の液晶分子２２の一部は配向膜１２、１３の影響を受けて平行に配向する。また、液晶領域１１内の液晶分子２２の他の一部は、壁１０の影響を受けて傾斜する。しかしながら、液晶領域１１内の各液晶分子２２は、その液晶領域１１にディスクリネーションが生じないように、基板表面に平行な面内で略一様に配向しようとする。その結果、液晶領域１１内の液晶分子２２の配向は連続となり、液晶領域１１内の液晶分子２２は、１つのディレクタ２０で配向方向が表わされるモノドメインを形成している。図示する例では、液晶領域１１内の液晶分子２２は、液晶領域１１の両端を「極」として、一方の極から他方の極に向かう線に沿って配向している。従って、液晶領域１１の配向ベクトル（ディレクタ）２０は、基板２、３に平行な面内において、液晶領域１１の両端の極を結ぶ線と平行になる。
　このときの液晶領域１１の屈折率は、その液晶領域１１のディレクタ２０と液晶層１に入射する光の偏光方向とのなす角度によって、常光屈折率ｎｏから異常光屈折率ｎｅまでの間で種々の屈折率をとり得る。よって、液晶層１に垂直方向から入射する光の大部分を散乱させることができる（散乱状態）。
　この状態の液晶層１に観察者側（前面基板３の前面側）から光２４を入射させると、光２４は、主に液晶領域１１と壁１０との界面で散乱されて観察者側に出射し、白表示状態が得られる。なお、光２４は上記界面で散乱されるだけでなく、液晶領域１１内の液晶分子の配向のゆらぎによっても散乱される。また、図示する光２４は液晶層１によって後方散乱されているが、前方散乱された後、再帰性反射層１６で反射されて、再度前方散乱された後に観察者側に出射する場合もある。
　一方、図２（ｂ）に示すように、液晶層１に所定値以上の電圧を印加すると、液晶領域１１のディレクタ２０は基板２、３に垂直に配向する。このとき、前面基板３から入射する光にとって、液晶領域１１の屈折率は、液晶材料の常光屈折率ｎｏと略等しくなる。本実施形態では、液晶材料の常光屈折率ｎｏと、壁１０を構成する高分子の屈折率ｎｐとが同程度となるように設計されており（ｎｏ≒ｎｐ）、液晶層１は透過状態となる。
　透過状態の液晶層１に観察者側から光２６を入射させると、光２６は、液晶層１を通過して、再帰性反射層１６で光２６の入射方向に反射され、黒表示状態となる。
　なお、図示する液晶領域１１は、２つの極を有するバイポーラ（ｂｉｐｏｌａｒ）配向を有するが、本実施形態における液晶領域１１内の液晶分子の配向状態は面内にディレクタを有するように配向していればよく、バイポーラ配向に限定されない。
　次いで、本実施形態における液晶層内の液晶分子の配向を、従来の液晶分子の配向と比較して説明する。
　図３（ａ）および（ｂ）は、本実施形態における液晶層の模式的な断面図であり、それぞれ、電圧無印加時および電圧印加時における液晶層内の液晶分子の配向を示す。図４（ａ）および（ｂ）は、従来の液晶層（例えば特許文献１に開示された液晶層）の模式的な断面図であり、それぞれ、電圧無印加時および電圧印加時における液晶層内の液晶分子の配向を示す。簡単のため、図１および図２と同様の構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
　図３（ａ）に示すように、本実施形態における液晶層１では、電圧無印加時に、各液晶領域１１は配向膜１２、１３の規制を受けて、面内にディレクタを有する。このため、液晶領域１１と壁１０との屈折率差が大きくなる。よって、液晶層１の散乱強度が大きくなり、明るい白表示が得られる。また、本実施形態では、配向膜１２、１３はラビング処理などの配向処理が施されていないので、各液晶領域１１のディレクタが面内でランダムな方向を向く（図１（ｂ）参照）。従って、散乱特性の方位依存性を小さくでき、視野角特性を向上できる。
　これに対し、従来の液晶層１では、図４（ａ）に示すように、液晶領域１１は壁１０によって略包囲されており、配向膜１２、１３と直接接していない。このため、液晶領域１１のディレクタは配向膜１２、１３によって規制されず、ランダムな方向を向いている。各液晶領域１１のディレクタは、主に小部屋１４の形状によって決まる。このうち一部の液晶領域１１ａは、基板２、３と略平行なディレクタを有しており、高い散乱特性を有し得る。しかし、他の液晶領域１１ｂは、基板２、３の法線に対して傾斜したディレクタを有しているので、液晶領域１１ｂと壁１０との屈折率差は、液晶領域１１ａと壁１０との屈折率差よりも小さくなる。従って、液晶領域１１ｂは光を散乱できるものの、その散乱特性は液晶領域１１ａよりも低くなる。また、液晶領域１１ｃは、基板２、３に対して略垂直なディレクタを有しており、散乱には寄与しない。このように、従来の液晶層１では、液晶領域１１のディレクタは配向膜１２、１３の影響を受けずにランダムに向いており、散乱に寄与しない液晶領域１１ｃや散乱特性の低い液晶領域１１ｂが多数存在しているので、本実施形態の液晶層１よりも散乱強度が大幅に低くなる。
　一方、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、液晶層１に電圧を印加すると、本実施形態の液晶層１でも、従来の液晶層１と同様に、液晶領域１１のディレクタが基板２、３の法線方向に配向する。従って、液晶層１の液晶材料および壁１０の高分子材料が同じであれば、本実施形態および従来の電圧印加時における光透過率は略同等であると考えられる。
　このように、本実施形態によると、黒表示の明るさを従来と同程度に維持しつつ、従来よりも明るい白表示を実現できるので、表示のコントラストを改善できる。あるいは、白表示の明るさを維持しつつ、液晶層を薄くできるので、より低電圧で駆動させることが可能になる。
　また、本実施形態では、各液晶領域１１内の液晶分子の配向は一様であり、液晶領域１１の内部にディスクリネーションが存在しない。従って、例えば特開２００２－３０３８６９号公報などに記載された放射状の配向を有する液晶滴（液晶滴の略中心にディスクリネーションが形成される）を利用する場合と比べて、液晶分子の動作が速いので、電圧印加時の応答特性を改善できる。
　その上、本実施形態では、後述するように、配向膜１２、１３の表面エネルギーを利用して電圧無印加時の液晶ディレクタを制御しており、特許文献２～４に開示された方法のように液晶層に圧力をかける必要がない。よって、製造プロセスや製造コストの面からも有利である。
　本実施形態において、各小部屋１４内の液晶領域１１のディレクタは、配向膜１２、１３による規制力や小部屋１４の構造（形状）の影響を受ける。各液晶領域１１のディレクタが面内でランダムな方向を向くように構成するためには、配向膜１２、１３にラビング処理などの配向処理が施されていないことが好ましい。配向膜１２、１３にラビング処理などが施されていなければ、画素内の複数の液晶領域１１が全て特定の一方向（ラビング方向など）に配向しないので、配向方向はランダムとなる。従って、微視的に見ると、各液晶領域１１は、それぞれ、ディレクタに起因する散乱特性の方位依存性を有するが、一画素内にランダムなディレクタを有する複数の液晶領域１１が存在する。このため、散乱特性の方位依存性が平均化され、視野角特性を向上できる。
　本実施形態では、配向膜１２、１３の影響を受けて、面内でランダムに配向する液晶領域１１が一画素内に複数個あればよく、一部の液晶領域が放射状の配向を有していたり、液晶領域内部にディスクリネーションを有していてもかまわない。また、例えば図５に示すように、配向膜１２と接する液晶領域１１の列（上層）と、配向膜１３と接する液晶領域１１の列（下層）との間に、配向膜１２、１３の影響を受けずに配向する液晶領域１１が存在していてもよい。この場合でも、図４（ａ）に示す従来の液晶層１と比べて、散乱特性が大幅に改善される。
　配向膜１２、１３によって液晶領域１１の配向状態をより確実に規制するためには、一画素内に形成された液晶領域１１のうち少なくとも２つの液晶領域１１が、配向膜１２、１３の一方または両方と接していることが好ましい。これにより、これらの液晶領域１１のディレクタをより確実に基板に略平行な方向に配向させることができる。液晶層１内の全ての液晶領域１１が何れかの配向膜１２、１３と接していると特に好ましい。なお、本明細書において、「液晶領域１１が配向膜１２、１３と接する」とは、液晶領域１１内の一部の液晶分子が配向膜１２、１３と直接接する場合の他、液晶領域１１と配向膜１２、１３との間に液晶分子および高分子などを含有する極めて薄い膜（例えば１０ｎｍ以下）を介在していても、液晶領域１１の液晶分子が配向膜１２、１３の影響を受ける場合も含むものとする。
　小部屋１４は液晶層１の厚さ方向に１層または２層で配列されていることが好ましい。小部屋１４が液晶層１の厚さ方向に３層以上で配列されていると、最上層と最下層との間に位置する液晶領域１１は配向膜１２、１３の影響を受けないので、その液晶領域１１は面内にディレクタを有するモノドメインとしてみなされなくなる。液晶層１がこのような液晶領域１１を多く含んでいると、散乱特性が低下するおそれがある。また、液晶領域１１にディスクリネーションが生じやすくなり、液晶分子の動作が鈍くなって応答速度が低下する場合もある。これに対し、小部屋１４が液晶層１の厚さ方向に２層以下で配列されていれば、一画素内の略全ての液晶領域１１を配向膜１２、１３に接するように形成することが可能になり、本発明による応答速度の改善効果をより高めることができる。さらに、液晶層１が厚さを小さく抑えることができるので、駆動電圧をより低くできる。
　特許文献２～４に開示された手法によると、液晶層の厚さ方向に小部屋を１つずつ配置させた構造（以下、「１層構造」ともいう。）しか得られなかった。これに対し、本実施形態によると、液晶層１の厚さ方向に小部屋１４を２層で配列させることが可能になる（以下、「２層構造」ともいう。）。２層構造の液晶層１では、上層の液晶領域１１および下層の液晶領域１１（液晶層１の厚さ方向に沿って隣接する２つの液晶領域１１）のディレクタの方位は互いに異なるので、液晶層１に垂直方向に入射する光を何れかの液晶領域１１で確実に散乱できる。このため、１層構造の液晶層１よりも散乱強度を高めることができる。
　なお、１層構造の液晶層１であっても、液晶層１に入射する光を液晶領域１１と壁１０との界面だけでなく、液晶領域１１内の液晶分子のゆらぎによっても散乱できるので、十分な散乱強度を得ることができる。
　本明細書において、小部屋１４が液晶層１の厚さ方向に１層で配列されている（１層構造）とは、複数の小部屋１４のそれぞれと、配向膜１２、１３との間には、他の小部屋が存在しないことをいう。また、小部屋１４が液晶層１の厚さ方向に２層で配列されている（２層構造）とは、複数の小部屋１４のそれぞれと、配向膜１２、１３のうちその小部屋１４に最も近接する配向膜との間に他の小部屋が存在しないことをいう。
　後で詳しく説明するように、液晶領域１１が配向膜１２、１３と接するように小部屋１４を形成するためには、配向膜１２、１３の表面自由エネルギーを最適化することが好ましい。これは、本願発明者らが種々の検討を重ねた結果、得られた知見である。表面自由エネルギーの好適な範囲は、液晶層１の材料によって変わるが、例えば４４ｍＪ／ｍ2以上５０ｍＪ／ｍ2以下である。
　本実施形態では、一つの画素内に配置される小部屋１４の密度（すなわち液晶領域１１の密度）は０．０１６個／μｍ2以上であることが好ましく、より好ましくは１個／μｍ2以上である。小部屋１４の密度が高くなると、液晶層１の散乱強度が増大し、より明るい白表示を実現できるからである。一方、小部屋１４の数が多すぎると、各小部屋１４が小さくなり、配向膜１２、１３と接しない液晶領域１１が生じやすくなる。また、小部屋１４の壁１０と液晶分子２２との相互作用によって液晶分子２２の動きが鈍くなり、応答速度が遅くなるおそれもある。なお、液晶層１が２層構造の場合、その各層の小部屋１４の密度が０．０１６個／μｍ2以上であることが好ましい。この場合、液晶層１の各画素における小部屋１４の密度は０．０３２個／μｍ2以上となる。
　液晶層１の厚さ方向における小部屋１４の長さＨの平均値（以下、単に「平均高さＨAVE」という）は、液晶層１の厚さの１／３以上であることが好ましく、より好ましくは１／２以上である。小部屋１４の平均高さＨAVEが液晶層１の厚さの１／２未満になると、液晶層１の厚さ方向における中央部に、配向膜１２、１３の影響を受けない液晶領域１１が形成されやすくなる。このような液晶領域１１では、液晶分子２２が液晶層１の厚さ方向に沿って配向し、面内にディレクタ２０が存在しなくなるため、電圧無印加時の液晶分子２２の配向を制御することが困難となるからである。
　一方、液晶層１の面内における小部屋１４の最大幅Ｗの平均値（以下、単に「平均幅ＷAVE」という）は、平均高さＨAVEと同程度であることが好ましい。
　好ましくは、小部屋１４の平均高さＨAVEは例えば０．６μｍ以上６μｍ以下の範囲内で適宜選択され、かつ、平均幅ＷAVEも例えば０．６μｍ以上６μｍ以下の範囲内で適宜選択される。この理由を以下に説明する。
　小部屋１４が大きくなりすぎると、表示領域の単位面積当たり（例えば１画素当たり）に配置される小部屋１４の数が少なくなる。このため、液晶領域１１の密度（表示領域の単位面積当たりに存在する液晶領域１１の数密度）が低くなってしまい、高い散乱特性が得られない。また、各小部屋１４内の液晶領域１１に、液晶分子２２の配向が不連続となるディスクリネーションが発生しやすくなる。液晶領域１１のディスクリネーション近傍では液晶分子２２の駆動が鈍くなるので、応答速度が低下するおそれがある。よって、例えば小部屋１４の平均直径を０．６μｍ以上、かつ、６μｍ以下に抑えることにより、液晶領域１１の密度を確保するとともに、液晶領域１１におけるディスクリネーションの発生を効果的に抑制できる。
　一方、小部屋１４の平均高さＨAVEや平均幅ＷAVEが０．６μｍ未満であれば、小部屋１４の壁１０と液晶領域１１の液晶分子２２との相互作用の影響が顕著になるため、液晶分子２２の駆動が鈍くなる。また、配向膜１２、１３と接しない液晶領域１１の数が多くなりやすく、散乱特性や応答速度を十分に改善できない可能性がある。従って、小部屋１４の平均高さＨAVEおよび平均幅ＷAVEは何れも０．６μｍ以上であることが好ましい。
　液晶層１の厚さは特に限定されず、例えば再帰性反射層１６の反射率、駆動電圧などに応じて適宜選択される。例えば駆動電圧が４～５Ｖのとき、液晶層１の厚さは４μｍ程度となるように設計される。
　液晶層１の材料は特に限定されないが、液晶層１の液晶材料の誘電率異方性は正であることが好ましい。液晶材料の誘電率異方性が負である場合、液晶分子は電圧をオンにした時に基板に平行になるよう倒れなければいけないが、倒れる方向を規制することができず、液晶滴内の分子は一様な配向から乱れやすく、液晶領域内にディスクリネーションが発生したり、液晶分子の動きを妨げるおそれがあるからである。また、図２を参照しながら上述した表示原理を利用するためには、液晶層はカイラル剤を含んでいないことが好ましい。さらに、液晶層１の液晶材料の複屈折率Δｎ（異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏとの差）は０．１以上０．３以下であることが好ましい。複屈折率Δｎが０．１以上であれば、表示のコントラストを高めることができる。一方、０．３以下であれば材料的に選択肢が多く、低電圧化、高速化が可能となる。
　本実施形態における液晶層１は、例えばネマチック液晶材料（すなわち低分子液晶組成物）および光硬化性樹脂（モノマーおよび／またはオリゴマー）の混合物を相溶させて透明基板間に配置した後、光硬化性樹脂を重合することによって得られる。光硬化性樹脂の種類は特に限定されないが、好ましくは紫外線硬化性樹脂を用いる。紫外線硬化性樹脂を用いると、重合を行う際に上記混合物を加熱する必要がないので、他の部材への熱による悪影響を防止できる。モノマー、オリゴマーは単官能でも多官能でもよい。
　本実施形態では、液晶性を示す紫外線硬化性樹脂と液晶組成物との混合物（液晶混合物）を、紫外線等の活性光線の照射により光硬化させることによって液晶層１を形成する。液晶混合物としては、例えば、紫外線硬化材料と液晶とを２０：８０の重量比で混合し、少量の光開始剤を添加することによって得られた、常温でネマチック液晶相を示す液晶混合物を用いることができる。
　上記の液晶混合物は、例えば真空注入法または滴下注入（ＯＤＦ：Ｏｎｅ　Ｄｒｏｐ　Ｆｉｌｌ）法によって一対の基板の間に保持された後、紫外線で照射される。これによって、紫外線硬化性プレポリマーが重合して高分子となり液晶と相分離し、高分子からなる壁と、その壁によって分離された複数の液晶領域とを有する液晶層が形成される。
　本実施形態の液晶表示装置の構成は、図１に示す液晶表示装置１００の構成に限定されない。例えば、再帰性反射層１６の代わりに、白色とコントラストのよい反射層を設けてもよいし、光吸収層を設けてもよい。あるいは、再帰性反射層などの反射層を、背面基板２と配向膜１２との間に形成してもよい。この場合、反射層を画素毎に分離して、画素電極としても機能させてもよい。
　平坦な表面を有する反射層を用いる場合には、反射層を背面基板２と配向膜１２との間に形成することが好ましい。一方、コーナーキューブアレイなどの凹凸を有する反射層を用いる場合には、背面基板２の背面側に配置することが好ましい。なお、凹凸を有する反射層を背面基板２と配向膜１２との間に形成してもよいが、その場合には、反射層と配向膜１２との間に平坦化層を形成する必要がある。液晶分子は配向膜１２の表面に平行に配向するので、配向膜１２の表面が凹凸を有していれば、液晶領域１１のディレクタ２０を面内に制御することが困難となる可能性があるからである。
　＜液晶表示装置の製造方法＞
　本実施形態における液晶表示装置は、例えば以下のような方法で製造できる。ここでは、真空注入法を用いて液晶層を形成する方法を例に説明する。
　まず、薄膜トランジスタおよび画素電極が形成されたガラス基板（背面基板）、および、カラーフィルターや対向電極が形成されたガラス基板（前面基板）の表面に、それぞれ、スピンコート法またはインクジェット法を用いて配向膜を均一に塗布し、所定の温度で焼成を行う。配向膜にはラビング処理を施さない。また、配向膜として、後述する方法で測定した表面自由エネルギーが４７ｍＪ／ｍ2の水平配向膜を用いる。
　次いで、光硬化性のモノマー、光重合開始剤、ポジ型液晶を均一に混ぜ合わせて液晶混合物を作製する。混ぜ合わせる際の温度は、液晶混合物がネマチック相に転移する温度Ｔni以上の温度とする。また、液晶の組成比は８０～８５％である。得られた混合物を、転移温度Ｔni以上の温度で保持する。
　続いて、前面基板と背面基板とをそれぞれ配向膜を内側にして対向させ、一定のギャップを確保するためのスペーサを介して貼り合わせる。
　これらの基板を転移温度Ｔni以上で保持し、その間隙に、上記の転移温度Ｔni以上の温度で保持された液晶混合物を充填する（真空注入法）。この後、転移温度Ｔni以上の温度において、混合物に光（紫外線）を照射して、混合物内のモノマーから高分子を形成すると同時に、高分子と液晶とを相分離させる。これにより、前面基板と背面基板との間に液晶層が形成される。このようにして、液晶表示装置を得る。
　上記の方法では、液晶層を形成する際に真空注入法を用いているが、代わりにＯＤＦ法を用いてもよい。その場合の液晶層の形成方法を以下に説明する。
　まず、真空注入法を用いる場合と同様の方法で、配向膜の形成および液晶混合物の作製を行う。
　次いで、転移温度Ｔni以上の温度で保持された背面基板または前面基板の配向膜上に、転移温度Ｔni以上の温度で保持された所定量の液晶混合物を滴下する。この後、混合物を滴下された基板に対して、他方の基板をスペーサを介して対向させて貼り合わせる。
　続いて、転移温度Ｔni以上の温度で基板間の液晶混合物に光（紫外線）を照射することによって、混合物内のモノマーから高分子を形成すると同時に、高分子と液晶とを相分離させて液晶層を得る。
　この後、背面基板の背面側にコーナーキューブアレイなどの再帰性反射板を設置する。このようにして、本実施形態の表示装置を得る。
　上述したような方法で液晶表示装置を製造する場合、液晶領域のサイズや形状、配置などの液晶層の構造は、配向膜の種類や液晶層の形成条件によって制御できる。以下に詳しく説明するように、液晶領域の大きさは、液晶混合物に対する光の照射条件によって調整でき、また、液晶層における液晶領域の配置は、配向膜の種類によって調整することが可能である。
　＜液晶領域の大きさと液晶混合物に対する光の照射条件との関係＞
　本実施形態では、液晶層の散乱特性を高めるために、小部屋の大きさ（すなわち液晶領域の大きさ）を所定の範囲内に制御することが好ましい。上記方法と同様の液晶混合物を用いて液晶層を形成する場合には、液晶領域の大きさは、液晶混合物に対する光の照射条件によって調整することができる。本願発明者らは、光の照射条件と液晶領域の大きさとの関係を検討したので、その方法および結果を以下に説明する。
　まず、２枚のガラス基板の表面にＩＴＯ膜および配向膜をこの順に形成し、これらのガラス基板の間に、真空注入法で液晶混合物を注入する。配向膜の形成方法や液晶混合物の材料・混合比などは、前述した方法と同様とする。次いで、ガラス基板間の液晶混合物に対して光を照射し、重合相分離させて液晶層を形成する。照射強度は、２ｍＷ／ｃｍ2～１４０ｍＷ／ｃｍ2の範囲内から選択する。このようにして、照射強度の異なる複数の液晶セル（「サンプル液晶セル」とする）を作製する。
　なお、サンプル液晶セルを作製する際の照射光として、３４０ｎｍ以下の波長をカットするフィルターなどを通過した光を利用する。波長が３４０ｎｍ以下の光が照射されると、液晶混合物内の液晶が分解してしまう等の不具合が発生するからである。
　また、光の照射時間は、液晶混合物に含まれるモノマーが重合するために十分な時間とする。ここでは、液晶領域の液晶材料のＴniが、原料として液晶混合物に含まれる液晶のＴni’の９９％以上となる程度を目安として照射時間を設定する。例えば、照射強度が５０ｍＷ／ｃｍ2のときの照射時間は５０ｓｅｃである。
　この後、各サンプル液晶セルにおける小部屋の大きさをＳＥＭ観察によって求める。具体的には、サンプル液晶セルを切断して小部屋内の液晶を有機溶剤で洗い流す。次いで、このサンプル液晶セルから前面基板を剥がし、スパッタ法で導電膜を薄く形成した後、液晶層内の小部屋を上方から観察する。ここでは、一画素内に位置する複数個（例えば１００個）の小部屋の最大幅を計測し、その平均値（平均幅）ＷAVEを求める。
　得られたＳＥＭ観察結果を、まず、分解前の各サンプル液晶セルを光学顕微鏡で観察した結果と比較した。その結果、ＳＥＭで観察された小部屋の形状や配置は、分解前の各サンプル液晶セルにおける液晶領域の形状や配置と一致していることを確認した。従って、ＳＥＭ観察によって求めた小部屋の平均幅ＷAVEは、小部屋内に形成される液晶領域の平均幅と等しくなると考えられる。
　ＳＥＭ観察によって得られた小部屋の平均幅ＷAVE（すなわち液晶領域の平均幅）と液晶混合物に照射する光の強度との関係を表１に示す。表１に示す結果から、光の照射強度が小さいと液晶領域は大きくなり、照射強度が大きいほど液晶領域が小さくなることがわかり、照射強度によって液晶領域の大きさを制御できることが確認された。また、液晶領域の平均幅を略２μｍ以下に制御するためには、照射強度を５０ｍＷ／ｃｍ2以上に設定すればよいことがわかった。なお、照射強度の数値範囲は、使用する液晶混合物の材料や混合比によって変わる。
　ここでは、液晶領域の平均幅を求めたが、液晶領域の平均高さも、液晶層の厚さ（例えば４μｍ）以下の範囲内では、液晶領域の平均幅と同じように照射条件によって制御することができる。ただし、液晶領域が大きく、例えば液晶層の厚さ方向に亘って液晶領域が形成されると（１層構造）、液晶領域の平均高さは液晶層の厚さによって決まるため、照射条件にかかわらず一定となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　＜液晶領域の配置と配向膜の表面自由エネルギーとの関係＞
　液晶領域１１の液晶配向をより確実に制御するためには、小部屋１４は液晶層１の厚さ方向に２層以下となるように配置され、略全ての小部屋１４内の液晶領域１１の配向が配向膜１２、１３によって規制されることが好ましい。本願発明者らは、液晶領域１１の配置を制御するための液晶セルの作製条件について種々の検討を行った結果、配向膜１２、１３の特性（表面自由エネルギー）を制御することが重要であるという知見を得た。以下に、液晶セルの作製条件の検討方法および結果を詳しく説明する。
　ここでは、表面自由エネルギーの異なる４種類の水平配向膜（以下、単に「配向膜」）Ａ～Ｄを用いる。このうち配向膜Ａ（ＡＬ１Ｔ１０４８：ＪＳＲ社製商品名）はＴＦＴを用いた液晶表示装置に一般的に使用される配向膜であり、配向膜Ａは配向膜Ｂよりも高い電圧保持率を有する。配向膜Ｂ（Ｐｌｘ１４００：日立化成デュポンマイクロシステムズ社製商品名）は市販されている水平配向標準セルに用いられている水平配向膜である。配向膜Ｃ（ＡＬ１Ｌ５０９：ＪＳＲ社製商品名）およびＤは、それぞれ、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、および、ＩＰＳ（Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ－Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードの液晶表示装置に一般的に使用される配向膜である。
　まず、４種類の配向膜の表面自由エネルギーを測定する。測定では、協和界面科学株式会社製の固液界面解析装置（ＤｒｏｐＭａｓｔｅｒ５００）を用い、液滴法によりプローブ液体の平均接触角を求める。プローブ液体として、水、エチレングリコール、ジヨードメタンを用いる。これらのプローブ液体の表面自由エネルギーは、それぞれ、７２．８ｍＪ／ｍ2、４７．７ｍＪ／ｍ2、５０．８ｍＪ／ｍ2である。具体的には、各配向膜表面に上記プローブ液体を約３０μｌ滴下して接触角を測定する。１０回測定した接触角の平均値を算出して、各プローブ液体についての「平均接触角」を得る。この後、付属ソフトウェアーであるＦＡＭＡＳ表面自由エネルギー解析アドインソフトウェアーを用いてＫｉｔａｚａｋｉ－Ｈａｔａ法で解析を行うことにより、その配向膜の表面自由エネルギーを得る。
　この結果、配向膜Ｂでは、水、エチレングリコール、ジヨードメタンの液滴の接触角はそれぞれ、７６．６°、４５．５°、２６．６°であった。得られた接触角度を用いて解析を行った結果、この配向膜の表面自由エネルギーは４７±２．２ｍＪ／ｍ2となった。同様にして、配向膜Ａ、ＣおよびＤの表面自由エネルギーを求めたところ、それぞれ、４１ｍＪ／ｍ2、５４ｍＪ／ｍ2、６５ｍＪ／ｍ2であった。
　次いで、上記配向膜Ａ～Ｄを用いて、それぞれ、サンプル液晶セルを作製する。ここでは、２枚のガラス基板の表面に配向膜を形成し、これらのガラス基板の間に、真空注入法で液晶混合物を注入する。配向膜の形成方法や液晶混合物の材料・混合比などは、前述した方法と同様とする。この後、ガラス基板間の液晶混合物に対して、５０ｍＷ／ｃｍ2の強度で光（紫外線）を照射し、重合相分離させて液晶層を形成する。このようにして、配向膜Ａ～Ｄを用いたサンプル液晶セルＮｏ．１～Ｎｏ．４を得る。
　得られた各サンプル液晶セルＮｏ．１～Ｎｏ．４を切断して小部屋内の液晶を有機溶剤で洗い流した後、スパッタ法で観察しようとする断面に導電膜を薄く蒸着し、断面ＳＥＭ観察を行う。さらに、サンプル液晶セルの一方のガラス基板を剥がして、液晶層の上方から平面ＳＥＭ観察を行う。この断面および平面ＳＥＭ観察により、高分子の壁によって規定された小部屋の配列状態を観察することができる。
　上記の平面ＳＥＭ観察の結果を、まず、分解前の各サンプル液晶セルを光学顕微鏡で観察した結果と比較した。その結果、平面ＳＥＭ観察された小部屋の形状や配置は、分解前の各サンプル液晶セルにおける液晶領域の形状や配置と一致していることを確認した。従って、断面ＳＥＭ観察による液晶層の厚さ方向の小部屋の配列状態は、液晶層の厚さ方向の液晶領域の配列状態と一致するものと考えられる。
　断面ＳＥＭによる小部屋の観察結果を説明する。図６および図７は、それぞれ、配向膜ＡおよびＢを用いたサンプル液晶セルＮｏ．１およびＮｏ．２の断面ＳＥＭ像を示す図である。
　サンプル液晶セルＮｏ．１およびＮｏ．２では、ガラス基板２、３の間に液晶層が形成されており、液晶層は、高分子からなる壁１０によって形成された複数の小部屋１４を有している。
　サンプル液晶セルＮｏ．１では、図６に示すように、液晶層１の厚さ方向に３以上の小部屋１４が配置されている部分が見られた。そのため、液晶層１の厚さ方向の中央には、配向膜１２、１３の何れにも接していない小部屋１４が存在していた。これらの小部屋１４内に形成される液晶領域では、液晶分子は配向膜１２、１３の規制をほとんど受けずに略垂直に配向する可能性が高いと考えられる。また、液晶層１内の何れの小部屋１４も壁１０によって包囲されており、配向膜１２、１３の近くに位置する液晶領域１１であっても配向膜１２、１３と直接接しておらず、配向膜１２、１３の規制を受け難いこともわかった。
　また、サンプル液晶セルＮｏ．３およびＮｏ．４の液晶層でも、サンプル液晶セルＮｏ．１と同様に、液晶層の厚さ方向に３以上の小部屋が形成されており、液晶層の中央に配向膜に接していない小部屋が存在することが観察された。
　これに対し、サンプル液晶セルＮｏ．２では、図７に示すように、高分子の壁１０によって形成される小部屋１４は液晶層１の厚さ方向において２層で配列され、下層の小部屋１４は配向膜１２と接しており、上層の小部屋１４は配向膜１３と接していた。従って、配向膜１２、１３と接していない小部屋１４が見られなかった。このことから、配向膜１２、１３の規制を受けずに液晶分子が垂直に配向してしまう液晶領域がほとんど形成されないと考えられ、他のサンプル液晶セルＮｏ．１、Ｎｏ．３およびＮｏ．４よりも高い散乱特性が得られることがわかった。
　従って、各小部屋１４内に形成される液晶領域内の液晶分子は、配向膜１２、１３によってより確実に規制されて、基板に平行に配向するため、散乱特性をより効果的に改善できることが確認された。また、高分子からなる壁１０は基板に略垂直に形成されていることがわかった。
　サンプル液晶セルＮｏ．１～Ｎｏ．４の配向膜Ａ～Ｄの表面自由エネルギーの測定結果および小部屋の配列状態を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示す結果から、配向膜の表面自由エネルギーを例えば４４ｍＪ／ｍ2以上５０ｍＪ／ｍ2以下（Ｋｉｔａｚａｋｉ－Ｈａｔａ法で解析）に設定することにより、より確実に液晶領域を２層以下で配列することができることがわかった。これにより、液晶層全体に存在する液晶領域のうち、液晶層の中央に位置し、何れの配向膜の規制も受けない液晶領域の割合を低減できるので、液晶層の散乱効率を高めることができる。
　また、サンプル液晶セルＮｏ．１およびＮｏ．２の一方のガラス基板を剥がして、液晶層の上方から平面ＳＥＭ観察を行うと、サンプル液晶セルＮｏ．１では、高分子が凝集している領域が多く観察された。これに対し、サンプル液晶セルＮｏ．２では、高分子と液晶領域とは略均一に分離していた。よって、サンプル液晶セルＮｏ．２では、高分子の凝集によるムラ表示が抑制されて、より高い表示特性が得られることがわかった。さらに、サンプル液晶セルＮｏ．２の平面ＳＥＭ観察の結果から、高分子からなる壁が連続しており、壁の厚さが略均一であることもわかった。
　＜液晶層の散乱特性の評価＞
　上記表２に示す配向膜ＡおよびＢを用いて、それぞれ、散乱特性評価用の液晶セル（サンプル液晶セルＮｏ．５、サンプル液晶セルＮｏ．６）を作製し、その散乱特性を測定したので、その方法および結果を説明する。
　まず、ガラス基板の一方の面に、透明電極および配向膜Ａをこの順で形成して前面基板を得た。同様にして、背面基板を作製した。次いで、前面および背面基板を配向膜Ａに対向するように配置し、その間に直径が４μｍのプラスチックビーズを散布した。この後、これらの基板を貼り合わせて、真空注入法により液晶混合物を注入した。液晶混合物の材料および混合比は、前述のサンプル液晶セルＮｏ．１～Ｎｏ．４で用いた材料および混合比と同様とした。続いて、基板間の液晶混合物に対して、５０ｍＷ／ｃｍ2の強度で光（紫外線）を照射し、重合相分離させた。これにより、基板間に液晶層（厚さ：４μｍ）が形成された。このようにして得られた液晶セルをサンプル液晶セルＮｏ．５とした。
　また、配向膜Ａの代わりに配向膜Ｂを用いる点以外は、サンプル液晶セルＮｏ．５と同様の方法でサンプル液晶セルＮｏ．６を作製した。
　上記方法で作製したサンプル液晶セルＮｏ．５、Ｎｏ．６の前面基板側から光を入射させ、液晶層で散乱されて前面基板側に出射した光（散乱光）の散乱角度分布を測定した。測定には、大塚電子製のＬＣＤ評価装置（ＬＣＤ５２００）を用いた。
　測定結果を図８に示す。図８に示すグラフの横軸は、各セルの液晶層で散乱された光の受光角度であり、受光方向と基板の法線方向とのなす角度の絶対値である。縦軸は各セルの液晶層で散乱された光の強度比（透過強度比）を表している。透過強度比は、それぞれの受光角度に対するサンプル液晶セルＮｏ．５（配向膜Ａを用いたセル）の散乱光強度の値で規格化している。
　図８に示す結果から明らかなように、５°以上の受光角度では、サンプル液晶セルＮｏ．６の散乱光強度がサンプル液晶セルＮｏ．５の散乱光強度よりも大きくなった。従って、これらのサンプル液晶セルの液晶層の材料、厚さおよび露光照度が同じであるにもかかわらず、サンプル液晶セルＮｏ．６の方がサンプル液晶セルＮｏ．５よりも優れた散乱特性を有し、より明るい白表示を実現できることがわかった。これは、サンプル液晶セルＮｏ．６の液晶層では略全ての液晶領域が配向膜Ａと接するように配置され（図７参照）、面内にディレクタを有するが、サンプル液晶セルＮｏ．５の液晶層には散乱に寄与しない液晶領域が存在し（図６参照）、液晶層の散乱効率が低下するからと考えられる。
　＜液晶層の電圧特性の評価＞
　上記表２に示す配向膜Ａおよび配向膜Ｂを用いて、それぞれ、電圧特性評価用の液晶セル（サンプル液晶セルＮｏ．７、サンプル液晶セルＮｏ．８）を作製し、各セルの電圧特性を測定したので、その方法および結果を説明する。
　前述したサンプル液晶セルＮｏ．５、Ｎｏ．６と同様の方法で、サンプル液晶セルＮｏ．７、Ｎｏ．８をそれぞれ作製した。ただし、これらのセルの白表示の明るさが略同等になるように、電圧無印加時における、基板法線方向から液晶層に入射する光（入射角度：０°）に対する透過率が互いに略等しくなるように、各セルの液晶層の厚さを調整した。具体的には、サンプル液晶セルＮｏ．７の液晶層の厚さを４．１μｍ、サンプル液晶セルＮｏ．８の液晶層の厚さを３．４μｍとした。
　上記方法で得られた各セルに対し、大塚電子製のＬＣＤ評価装置（ＬＣＤ５２００）を用いて、印加電圧を変化させながら透過率の測定を行った。ここでは、前面基板側から基板の法線方向に沿って光を入射し（入射角度：０°）、入射した光のうち、液晶層内を基板の法線方向に沿って進んで背面基板側から出射する光（透過光）の強度を測定した。入射光の強度に対する透過光の強度の割合を求めて「透過率（％）」とした。
　測定結果を図９に示す。図９に示すグラフの横軸は各セルに印加する電圧、縦軸は入射角度０°の光に対する透過率をそれぞれ表している。
　この測定結果から、配向膜Ｂを用いたサンプル液晶セルＮｏ．８の方が、配向膜Ａを用いたサンプル液晶セルＮｏ．７よりも低い電圧で透過状態になることがわかる。これは、サンプル液晶セルＮｏ．８の液晶層がサンプル液晶セルＮｏ．７の液晶層よりも薄く、液晶層の状態を切り替えやすいからと考えられる。
　なお、上記の実施例では、液晶層内の小部屋の構造を制御するために、所定の表面エネルギーを有する配向膜を選択したが、配向膜の表面を単分子吸着膜などを用いて改質することにより、配向膜の表面エネルギーを制御してもよい。また、配向膜の表面エネルギーの好適な範囲は、液晶の表面エネルギーと同程度（例えば差が２０％以下）であればよく、上述した配向膜Ｂの表面エネルギーの値に限定されない。
　また、本実施形態の表示装置の構成は、図１に示す構成に限定されない。前面および背面基板としてプラスチック基板を用いてもよいし、曲面基板を用いてもよい。あるいは、図１０に示すようなフレキシブル基板５２、５３を用いてもよい。
　本発明によると、散乱状態と透過状態との間で切り替えられ得る液晶層を備えた反射型液晶表示装置において、液晶層の散乱状態における散乱効率を向上させることができる。従って、従来より明るい白表示を実現できる。あるいは、白表示の明るさを低下させることなく、駆動電圧を低く抑えることができる。
　本発明は、種々の反射型液晶表示装置や反射型液晶表示装置を用いた各種電気機器に適用できる。
　１　　　　　　液晶層
　２　　　　　　背面基板
　３　　　　　　前面基板
　４　　　　　　画素電極
　５　　　　　　薄膜トランジスタ
　６　　　　　　カラーフィルター
　７　　　　　　平坦化膜
　８　　　　　　対向電極
　１０　　　　　壁
　１１　　　　　液晶領域
　１２、１３　　配向膜
　１４　　　　　小部屋
　１６　　　　　再帰性反射層
　２０　　　　　ディレクタ
　２２　　　　　液晶分子
　２４、２６　　光
　５２、５３　　フレキシブル基板
　１００　　　　液晶表示装置

Claims (15)

  1. 　複数の画素を備えた液晶表示装置であって、
    　光を透過する透過状態と光を散乱する散乱状態との間で状態が切り替えられ得る液晶層と、
    　前記液晶層を間に保持する前面基板および背面基板と、
    　前記液晶層を挟んで配置され、前記液晶層に電圧を印加する一対の電極と、
    　前記液晶層と前記前面基板および背面基板との間にそれぞれ形成された第１および第２配向膜と
    を備え、
    　前記液晶層は、前記画素のそれぞれに、
    　　連続した壁と、
    　　前記壁によって分離された複数の小部屋と、
    　　それぞれが、前記複数の小部屋のいずれか１つに形成された複数の液晶領域と、
    を有し、
    　前記複数の液晶領域は、前記液晶層に平行な面内にディレクタを有する第１および第２の液晶領域を有しており、前記第１および第２の液晶領域のディレクタは互いに異なる方向を向いている反射型液晶表示装置。
  2. 　前記複数の小部屋のそれぞれと、前記第１および第２配向膜のうちその小部屋に最も近接する配向膜との間には、他の小部屋は存在しない請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
  3. 　前記複数の小部屋のそれぞれと、前記第１および第２配向膜との間には、他の小部屋は存在しない請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
  4. 　前記複数の液晶領域のそれぞれは、前記第１および第２配向膜のうちいずれか一方と接している請求項１から３のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
  5. 　前記第１および第２配向膜には配向処理が施されていない請求項１から４のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
  6. 　前記第１および第２配向膜の表面自由エネルギーは４４ｍＪ／ｍ2以上５０ｍＪ／ｍ2以下である請求項１から５のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
  7. 　前記液晶層は、各画素内に０．０１６個／μｍ2以上の密度で小部屋を有している請求項１から６のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
  8. 　前記液晶層は、各画素内に１個／μｍ2以上の密度で小部屋を有している請求項７に記載の反射型液晶表示装置。
  9. 　前記液晶層の液晶材料の誘電異方性は正である請求項１から８のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
  10. 　前記液晶領域はカイラル剤を含んでいない請求項１から９のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
  11. 　前記複数の小部屋の直径が０．６μｍ以上６μｍ以下である請求項１から１０のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
  12. 前記液晶領域に含まれる液晶材料の異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏとの差は０．１以上０．３以下である請求項１から１１のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
  13. 　前記液晶層の背面側に設けられた反射層をさらに備える請求項１から１２のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
  14. 　前記反射層は再帰性反射層である請求項１３に記載の反射型液晶表示装置。
  15. 　前記液晶層の背面側に設けられた光吸収層をさらに備える請求項１から１２のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
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