WO2012053477A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

　本発明による液晶表示装置（１００Ａ）は、液晶層（１）と、配向処理された第１および第２配向膜（１２、１３）とを有する。液晶層（１）は、画素のそれぞれに、壁（１０）と第１配向膜（１２）とによって分離された複数の第１小部屋（１４ａ）と、壁（１０）と第２配向膜（１３）とによって分離された複数の第２小部屋（１４ｂ）とを有する。複数の第１小部屋（１４ａ）はそれぞれ第１液晶領域（１１ａ）を有する。複数の第２小部屋（１４ｂ）はそれぞれ第２液晶領域（１１ｂ）を有する。第１および第２液晶領域（１１ａ、１１ｂ）は、それぞれネマチック液晶材料と２色性色素（２１ａ、２１ｂ）とを有する。第１液晶領域（１１ａ）の２色性色素（２１ａ）は、第１配向膜（１２）の配向方向に沿って配向しており、第２液晶領域（１１ｂ）の２色性色素（２１ｂ）は、第２配向膜（１３）の配向方向に沿って配向している。

Description

液晶表示装置

　本発明は、液晶表示装置に関し、特に、高分子分散型液晶表示装置に関する。

　液晶表示装置は、薄型、軽量等の特徴を有するフラットパネルディスプレイとして、液晶テレビ、モニター、携帯電話などに広く利用されている。しかしながら、現在最も広く利用されている液晶表示装置は、偏光板を２枚もしくは１枚用いた方式であり、光の利用効率が低いという問題がある。

　これまでも、偏光板を使用しない表示方式として、ゲストホスト方式や高分子分散液晶（Polymer Dispersed Liquid Crystal：ＰＤＬＣ）方式が提案されている（例えば特許文献１、２）。

　特許文献２には、散乱効率が向上させられたＰＤＬＣ方式の液晶表示装置が開示されている。ＰＤＬＣ方式の液晶表示装置の液晶層（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、高分子で形成された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、電圧を印加しない時（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が略等しくなるので、光は散乱されることなくＰＤＬＣ層を透過する。この時、液晶層の背面側に光吸収板を配置していれば、透過した光は光吸収板に吸収され、黒表示が得られる。参考のために、特許文献２の開示内容の全てを本明細書に援用する。

　特許文献１には、２色性色素を有するＰＤＬＣ方式の液晶表示装置が開示されている。具体的には、この液晶表示装置は、高分子（ポリマー）の空隙中にネマチック液晶材料および２色性色素を分散させた上層高分子液晶複合膜および下層高分子液晶複合膜を有する。各高分子液晶複合膜中のネマチック液晶材料は、それぞれ電極面に略平行な平面内で一定の方向に配向している。上層高分子液晶複合膜中のネマチック液晶材料の配向方位と上層高分子液晶複合膜中のネマチック液晶の配向方向は、互いに９０度となるように設定されている。このような構造を有する液晶表示装置は、液晶表示装置のセルギャップを狭くしても、必要なコントラスト比を得るとともに駆動電圧を低減させることができると開示されている。

特開平８－２４８３９８号公報 国際公開第２０１０／０２３８５１号

　しかしながら、特許文献１に開示している液晶表示装置は、配向膜と液晶滴が接していないので、液晶滴内に存在する液晶分子の配向を完全に制御することはできず、２色性色素の吸収を大きくすることができない。従って、液晶表示装置のコントラスト比が低い。

　また、２枚の基板上にそれぞれ高分子液晶複合膜を形成した後、２枚の基板を貼り合わせるので、製造プロセスが複雑となる。さらに、衝撃等により、高分子液晶複合膜に気泡が発生する可能性が高い。

　本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高いコントラスト比が得られ、簡便な方法で製造し得る液晶表示装置を提供することにある。

　本発明による液晶表示装置は、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第１基板および第２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、前記液晶層と前記第１基板および前記第２基板との間にそれぞれ形成され、配向処理された第１および第２配向膜とを備え、前記液晶層は、前記画素に、連続した壁と、前記壁と前記第１配向膜とによって分離された複数の第１小部屋と、前記壁と前記第２配向膜とによって分離された複数の第２小部屋とを有し、前記複数の第１小部屋は、それぞれ第１液晶領域を有し、前記複数の第２小部屋は、それぞれ第２液晶領域を有し、前記第１および第２液晶領域は、それぞれネマチック液晶材料と２色性色素とを有し、前記第１液晶領域の前記２色性色素は、前記第１配向膜によって規定される第１方位に沿って配向しており、前記第２液晶領域の前記２色性色素は、前記第２配向膜によって規定される第２方位に沿って配向している。

　ある実施形態において、前記第１方位と前記第２方位とは直交している。

　ある実施形態において、前記第１および第２液晶領域はカイラル剤を含んでいない。

　ある実施形態において、前記液晶層は、０．０６４個／μｍ²以上の密度で前記複数の第１および第２小部屋を有している。

　ある実施形態において、前記液晶層は、１個／μｍ²以上の密度で前記複数の第１および第２小部屋を有している。

　ある実施形態において、前記複数の第１および第２小部屋のそれぞれの最大幅が０．６μｍ以上６μｍ以下である。

　ある実施形態において、前記第１および第２液晶領域に含まれるネマチック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。

　ある実施形態において、上述の液晶表示装置は、前記壁によって分離された複数の第３および第４小部屋をさらに有し、前記複数の第３小部屋は、前記第１配向膜近傍に位置し、かつ、それぞれ第３液晶領域を有し、前記複数の第４小部屋は、前記第２配向膜近傍に位置し、かつ、それぞれ第４液晶領域を有し、前記第３および第４液晶領域は、それぞれ前記ネマチック液晶材料と前記２色性色素とを有し、前記第３液晶領域の前記２色性色素は、前記第１方位に沿って配向しており、前記第４液晶領域の前記２色性色素は、前記第２方位に沿って配向している。

　ある実施形態において、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。

　ある実施形態において、前記ネマチック液晶材料の誘電率異方性は正である。

　ある実施形態において、前記液晶層に電圧を印加する一対の電極は、それぞれ透明電極である。

　ある実施形態において、前記液晶層に電圧を印加する一対の電極の内、いずれか一方の電極は、反射電極である。

　ある実施形態において、前記液晶層に電圧を印加する一対の電極の内、いずれか一方の電極は、拡散反射電極である。

　ある実施形態において、上述の液晶表示装置は、前記拡散反射電極の表面に凹凸が形成され、前記拡散反射電極の表面の前記凹凸による高低差が、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。

　ある実施形態において、上述の液晶表示装置は、前記第１基板上に形成され、前記画素毎に形成されたメモリー性を有する能動素子と、前記第１基板上に形成された配線と、前記能動素子および前記配線上に形成された層間絶縁膜とをさらに有し、前記拡散反射電極は、前記層間絶縁膜上に形成され、時計回りを正の方向とし反時計回りを負の方向としたとき、前記拡散反射電極の法線方向に対して、－３０度の方向から光線を前記拡散反射電極に入射し、前記拡散反射電極からの反射光の強度を測定したとき、０．０２＜Ｉ（３５度）／Ｉ（３０度）＜０．１（ここで、Ｉ（θ度）は前記拡散反射電極の法線方向からθ度の方向で測定される反射光の強度である。）を満たす。

　ある実施形態において、上述の液晶表示装置は、さらにＩ（４０度）／Ｉ（３０度）＜０．０２を満たす。

　ある実施形態において、前記能動素子および前記配線が形成された領域は、前記画素の面積の１／３以上の面積を占める。

　ある実施形態において、前記層間絶縁膜の内、前記能動素子および前記配線が形成されていない領域と重なる領域は、前記領域をパターニングすることによって凹凸が形成されている。

　ある実施形態において、前記層間絶縁膜の膜厚が１．５μｍ以上３．５μｍ以下である。

　本発明によると、高いコントラスト比が得られ、簡便な方法で製造し得る液晶表示装置が提供される。

本発明による実施形態における液晶表示装置１００Ａの液晶層１の模式的な断面図である。 （ａ）は、液晶表示装置１００Ａを説明するための模式的な断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩａ－Ｉａ’線に沿った模式的な断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＩｂ－Ｉｂ’線に沿った模式的な断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、２色性蛍光色素を説明するための模式的な図であり、（ｃ）は、２色性蛍光色素における波長（λ）と吸光係数および蛍光発光係数との関係を説明するためのグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、液晶表示装置１００Ａの動作を説明するための模式的な断面図である。 液晶表示装置１００Ａおよび液晶表示装置２００における、受光角度と対数透過率との関係を説明するためのグラフである。 液晶表示装置１００Ａおよび液晶表示装置２００における、光の波長と色素透過率との関係を説明するためのグラフである。 液晶表示装置１００Ａおよび液晶表示装置２００における、光の波長と反射率との関係を説明するためのグラフである。 本発明による他の実施形態における液晶表示装置１００Ｂの模式的な断面図である。 本発明によるさらに他の実施形態における液晶表示装置１００Ｃの模式的な断面図である。 本発明によるさらに他の実施形態における液晶表示装置１００Ｄの模式的な断面図である。 液晶表示装置１００Ｄ１の半導体装置１０Ｄ１の模式的な平面図である。 反射特性の測定方法を説明するための図である。 液晶表示装置１００Ｄ２および１００Ｄ３のそれぞれの半導体装置１０Ｄ２および１０Ｄ３の模式的な平面図である。 反射特性の測定結果を示すグラフである。

　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１００Ａを説明する。

　図１は、液晶表示装置１００Ａを模式的に示す断面図である。

　図１に示すように、液晶表示装置１００Ａは、第１基板（例えばガラス基板）２と、第１基板２に対向するように配置された第２基板（例えばガラス基板）３と、これらの第１基板２と第２基板３との間に設けられた液晶層１とを有する。さらに、第１基板２および第２基板３には、それぞれ液晶層１と接するように配向膜１２、１３が形成されている。配向膜１２、１３には、例えばラビング処理が施されており、それぞれに接する液晶層１の液晶分子の配向方位を規定している。配向膜１２による配向方位と配向膜１３による配向方位とは直交している。ラビング処理の他、光配向処理などによっても配向方位を規定することができる。

　液晶層１は、壁１０と配向膜１２によって分割された小部屋１４ａと、壁１０と配向膜１３とによって分割された小部屋１４ｂとを有する。連続する壁１０は、例えば高分子から形成されている。小部屋１４ａの中には液晶領域１１ａが形成され、小部屋１４ｂの中には液晶領域１１ｂが形成されている。それぞれの液晶領域１１ａ、１１ｂは、ネマチック液晶材料（不図示）と２色性色素（本実施形態において、２色性蛍光色素）２１ａ、２１ｂとを有する。液晶領域１１ａ内のネマチック液晶材料および２色性色素２１ａは、配向膜１２と接触している。液晶領域１１ｂ内のネマチック液晶材料および２色性色素２１ｂは、配向膜１３と接触している。液晶領域１１ａのネマチック液晶材料および２色性色素２１ａは、配向膜１２のラビング方向に沿って配向しており、液晶領域１１ｂのネマチック液晶材料および２色性色素２１ｂは、配向膜１３のラビング方向に沿って配向している。２色性色素２１ａ、２１ｂは、ネマチック液晶材料の配向方位と平行になるように配向している。

　後で詳しく説明するように、小部屋１４ａ、１４ｂが、それぞれ、配向膜１２、１３と壁１０とで分割されて形成されるには、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を形成する材料によって変わるが、例えば４４ｍＪ／ｍ²以上５０ｍＪ／ｍ²以下である。

　このように、ネマチック液晶材料と２色性色素２１ａ、２１ｂとがそれぞれ、配向膜１２、１３と接するように小部屋１４ａ、１４ｂを形成すると、ネマチック液晶材料と２色性色素２１ａ、２１ｂの配向を制御することができる。後で詳しく説明するが、例えば、２色性色素２１ａの配向方位と２色性色素２１ｂの配向方位とが直交するように２色性色素２１ａ、２１ｂの配向を制御すると、２色性色素２１ａ、２１ｂによる光（例えば、波長４３０ｎｍの光）の吸収を効率よく行えるので、低電圧駆動が可能となり、かつ、発色性をよくすることができる。また、通常の２色性色素２１は、２色性色素２１の配向状態により、所定の色の光を吸収したり、透過させたりする。２色性色素２１を、２色性蛍光色素とすると、光（例えば、波長４３０ｎｍの光）の吸収が大きく、発光強度の大きい色（濃い色）を実現することができる。さらに、蛍光発光した光の内、例えば第１基板２と配向膜１２との界面で反射され、導光された光が、効果的に散乱され、明るい表示が得られる。なお、２色性色素２１ａの配向方位と２色性色素２１ｂの配向方位とは直交していることが好ましいが、２色性色素２１ａの配向方位と２色性色素２１ｂの配向方位とのなす角度が、９０°±３５°以内であれば、上述の効果を得られる。液晶材料のディレクタ方位と２色性色素分子の吸収軸方位とのなす角度以内に、それぞれの２色性色素２１ａ、２１ｂの配向方位をそろえると、上述の効果は大きい。液晶材料のディレクタ方位と２色性色素分子の吸収軸方位とのなす角度θはＳ＝（３（ｃｏｓθ）²－１）／２より求められる（Ｓは、オーダーパラメーター）。本実施形態において、２色性色素２１ａおよび２１ｂを含む液晶材料のＳは、それぞれ０．５以上であるので、上式より、θ＝±３５．３°が得られる。

　次に、図２を参照して、液晶表示装置１００Ａの具体的な構成を説明する。図２（ａ）は、液晶表示装置１００Ａを説明するための模式的な断面図である。

　図２（ａ）に示す液晶表示装置１００Ａは、第１基板２の液晶層１側に形成された、複数のスイッチング素子（ここでは薄膜トランジスタ）５を有する。さらに、液晶表示装置１００Ａは、複数のスイッチング素子５のそれぞれと電気的に接続する複数の透明な画素電極４ａと、液晶層１と接する配向膜１２とを有する。配向膜１２は水平配向膜であり、ラビング処理が施されている。複数の画素電極４ａは、互いに離間して配置され、画像表示の１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４ａ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のドレイン電極６と電気的に接続されている。さらに、液晶表示装置１００Ａは、第２基板３の液晶層１側に形成された透明電極８と、液晶層１に接するように形成された配向膜１３とを有する。配向膜１３も、配向膜１２と同様に水平配向膜であり、ラビング処理が施されている。上述したように、配向膜１２のラビング方向と配向膜１３のラビング方向とが直交するように、配向膜１２、１３は形成されている。

　図２（ｂ）および図２（ｃ）は、電圧無印加時における２色性色素（本実施形態において、２色性蛍光色素）２１の配向方向について説明するための模式的な平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩａ－Ｉａ’線に沿った模式的な断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＩｂ－Ｉｂ’線に沿った模式的な断面図である。

　図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、液晶層１は、典型的には、上述の小部屋１４ａ、１４ｂ（図２（ｂ）および図２（ｃ）には図示されていない）の他、壁１０のみによって分割された小部屋１４ａ’および１４ｂ’を有する。小部屋１４ａ’は、液晶領域１１ａ’を有し、小部屋１４ｂ’は、液晶領域１１ｂ’を有する。液晶領域１１ａ’は、ネマチック液晶材料（不図示）と２色性色素（本実施形態では、２色性蛍光色素）２１ａとを有し、液晶領域１１ｂ’は、ネマチック液晶材料と２色性色素（本実施形態では、２色性蛍光色素）２１ｂとを有する。また、液晶層１は、壁１０と配向膜１２または配向膜１３とによって分割された小部屋１４ａおよび１４ｂのみを有し、壁１０のみによって分割された小部屋１４ａ’および１４ｂ’を有しない場合もある。

　図２（ｂ）に示すように、電圧無印加時において、配向膜１２近傍の液晶領域１１ａおよび１１ａ’に存在する２色性色素２１ａの長軸方向（ディレクタ）２０ａは、液晶表示装置１００Ａを表示面の法線方向から見たとき、液晶層１の列方向と平行である。図２（ｃ）に示すように、電圧無印加時において、配向膜１３近傍の液晶領域１１ｂおよび１１ｂ’に存在する２色性色素２１ｂの長軸方向（ディレクタ）２０ｂは、液晶表示装置１００Ａを表示面の法線方向から見たとき、液晶層１の行方向と平行である。つまり、ディレクタ２０ａとディレクタ２０ｂとは、直交する。

　本実施形態では、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と液晶分子との相互作用によって液晶分子の動きが鈍くなり、応答速度が遅くなるおそれもある。なお、液晶層１が壁１０と配向膜１２または配向膜１３とによって分割された小部屋１４ａおよび１４ｂを有し、壁１０のみで分割された小部屋１４ａ’および１４ｂ’を有しない２層構造の場合、その各層の壁１０と配向膜１２または配向膜１３とによって分割された小部屋１４ａおよび１４ｂのそれぞれの密度が０．０３２個／μｍ²以上であることが好ましい。この場合、液晶層１の小部屋１４の密度は０．０６４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Ｈ_AVE」という）は、液晶層１の厚さの１／３以上２／３未満である。小部屋１４の平均高さＨ_AVEが液晶層１の厚さの１／３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、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、このような液晶領域１１の液晶材料は配向膜１２、１３によって規制されず、液晶材料のディレクタがランダムな方向を向くこととなり、液晶材料の配向の制御が困難である。小部屋１４の平均高さＨ_AVEが液晶層１の厚さの２／３以上になると、液晶層１の厚さ方向で、小部屋１４ａと小部屋１４ｂとが共存することが難しくなる。または、小部屋１４ａと小部屋１４ｂとが共存しても、小部屋１４ａの厚さ方向（液晶層１の厚さ方向と平行な方向）の大きさと小部屋１４ｂの厚さ方向の大きさとが大きく異なる。液晶層１の厚さ方向に小部屋１４が１つしか存在しない、または、小部屋１４ａの厚さ方向の大きさと小部屋１４ｂの厚さ方向の大きさとが大きく異なると、光の吸収効率が著しく低下する。

　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Ｗ_AVE」という）は、平均高さＨ_AVE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Ｈ_AVE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Ｗ_AVE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（１５０μｍ×１５０μｍ）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の印加電圧に対する応答が鈍くなるので、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Ｈ_AVEや平均幅Ｗ_AVEが０．６μｍ未満であれば、小部屋１４の壁１０と液晶領域１１の液晶分子との相互作用の影響が顕著になるため、液晶分子の印加電圧に対する応答が鈍くなる。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Ｈ_AVEおよび平均幅Ｗ_AVEはいずれも０．６μｍ以上であることが好ましい。

　液晶層１の材料は特に限定されないが、液晶層１のネマチック液晶材料の誘電率異方性は正であることが好ましい。ネマチック液晶材料の誘電率異方性が負であり、そのネマチック液晶材料の液晶分子の配向を規制する配向膜が垂直配向膜の場合、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に配向することができず、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、後で説明する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のネマチック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比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無いので、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、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 Filling）法によって一対の基板２、３の間に保持された後、紫外線で照射される。これによって、紫外線硬化性樹脂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１０と、その壁１０によって分離された複数の液晶領域１１とを有する液晶層１が形成される。

　次に、図３を参照しながら、２色性蛍光色素について説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、２色性蛍光色素を説明するための模式的な図である。図３（ｃ）は、２色性蛍光色素を説明するためのグラフである。２色性蛍光色素は、ｐ型とｎ型がある。本実施形態においては、ｐ型の２色性蛍光色素を用いている。

　図３（ａ）および図３（ｃ）に示すように、ｐ型の２色性蛍光色素は、分子軸と吸収の遷移モーメント（吸収軸）３１ａとが同じ向きを向いている。これにより、分子軸と平行な方向に振動する光の吸収係数（Ａ／／）の方が、分子軸と垂直な方向に振動する光の吸収係数（Ａ⊥）よりも大きくなる。ｎ型の２色性蛍光色素は、その逆である。従って、ｐ型の２色性蛍光色素は、吸収軸３１ａが基板と平行となるように配向させると、液晶層１に入射する外部からの光の吸収効率は高くなる。また、吸収軸が液晶層１の厚さ方向で直交している２領域があると（図１参照）、外部からの光の全偏光成分を効率よく吸収することが可能となる。

　さらに、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、ｐ型の２色性蛍光色素は、分子軸と蛍光発光の遷移モーメント（発光軸）３１ｂがほぼ同じ向きを向いている。これにより、分子軸と垂直な方向に発光する光の蛍光発光係数（Ｆ／／）の方が、分子軸と平行な方向に発する光の蛍光発光係数（Ｆ⊥）よりも大きくなる。ｎ型の２色性蛍光色素は、その逆である。従って、ｐ型の２色性蛍光色素は、発光軸３１ｂが基板と平行となるように配向させると、液晶表示装置１００Ａの法線方向から見た時、蛍光発光強度が大きくなる。

　次に、図４（ａ）および図４（ｂ）を参照しながら、液晶表示装置１００Ａの表示原理を説明する。図４（ａ）および図４（ｂ）は、液晶表示装置１００Ａの表示原理を説明するための模式的な断面図である。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を省略している。

　図４（ａ）に示すように、電圧無印加時において、配向膜１２の近傍の液晶領域１１ａ内の２色性色素（本実施形態において、２色性蛍光色素）２１ａは、配向膜１２のラビング方向と平行に配向する。同様に、電圧無印加時において、配向膜１３の近傍の液晶領域１１内の２色性色素（本実施形態において、２色性蛍光色素）２１ｂは、配向膜１３のラビング方向と平行に配向する。ネマチック液晶材料は、異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏを有する。壁１０を構成する高分子は、屈折率ｎｐを有する。

　電圧無印加時において、２色性色素２１ａ、２１ｂおよびネマチック液晶分子（不図示）は、上述のように配向している。液晶層１に入射する光（非偏光）の内、２色性色素２１ａの配向方位と平行に振動する光は、２色性色素２１ａに効率よく吸収される。また、液晶層１に入射する光（非偏光）の内、２色性色素２１ｂの配向方位と平行に振動する光は、２色性色素２１ｂに効率よく吸収される。さらに、液晶層１に入射する光の内、例えば、２色性色素２１ａおよび２１ｂによって吸収されなかった光は、液晶領域１１ａと壁１０との界面で屈折され、かつ、散乱され、第２基板３と空気層との界面で液晶層１側へ反射された後に、２色性色素２１ａに吸収されたりする。このように、第１基板２と第２基板３との間にあるさまざまな界面で、光が反射または散乱されると、液晶層１に入射する２色性色素２１ａおよび２１ｂの吸収波長と一致する波長の光は、ほぼ全てが２色性色素２１ａ、２１ｂに効率よく吸収される。

　電圧無印加時において、ネマチック液晶材料（不図示）の異常光屈折率ｎｅの影響を受けた光Ｌ１は、壁１０と小部屋１４との界面で強く散乱される。また、本実施形態のように２色性蛍光色素を用いた場合、蛍光発光した光は、２色性蛍光色素分子と遷移モーメントと平行に振動する直線偏光であるので、発光した分子と同じ方向に配向している液晶滴と壁１０との界面で効率よく散乱する。

　２色性色素２１ａが発する光は、２色性色素２１ａの配向方位と平行に振動する光である。一方、２色性色素２１ｂが発する光は、２色性色素２１ｂの配向方位と平行に振動する光である。２色性色素２１ａから発した光の一部はそのまま、基板の外へと進み、外部からは、発せられた光として認識される。第１基板２と空気層との界面において、全反射角度以上の角度方向に出射された光は、第１基板２と空気層との界面で反射された後に、液晶領域１１ａと壁１０との界面で屈折される。２色性色素２１ａが発した光は、２色性色素２１ａの配向方位と平行に振動するので、液晶領域１１ａ内の液晶材料（不図示）の異常光屈折率ｎｅの影響を受け、液晶領域１１ａと壁１０との界面で壁１０の屈折率ｎｐの影響を受ける。液晶領域１１ａの異常光屈折率ｎｅと壁１０の屈折率ｎｐとは異なる値であるので、２色性色素２１ａが発した光は、液晶領域１１ａと壁１０との界面で、屈折（散乱）される。ただし、液晶領域１１ｂと壁１０との界面では、液晶領域１１ｂ内の液晶材料の常光屈折率ｎｏの影響を受ける。液晶材料の常光屈折率ｎｏと壁１０の屈折率ｎｐとは、ほぼ等しい値であるので、壁１０と液晶領域１１ｂとの界面では、光は散乱されない。

　このように、全反射角度以上の角度で第１基板２と空気層との界面に入射する光は、液晶領域１１ａと壁１０との界面で反射され、かつ、散乱される。また、全反射角度以下の角度で第１基板２と空気層との界面に入射する光は、第１基板２の外へと進む。なお、２色性色素２１ｂが発した光は、壁１０の屈折率ｎｐおよび液晶領域１１ｂ内の液晶材料の異常光屈折率ｎｅの影響を受けるので、主に、液晶領域１１ｂと壁１０との界面で、散乱される。

　一方、図４（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１１ａ、１１ｂのそれぞれの２色性色素２１ａ、２１ｂは基板２、３に対して垂直に配向する。この時、第２基板３側から入射する光にとって、液晶領域１１ａ、１１ｂの屈折率は、ネマチック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、ネマチック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いる（ｎｏ≒ｎｐ）。また、２色性色素２１ａ、２１ｂがこのような配向状態にあるとき、２色性色素２１ａ、２１ｂが蛍光発光に寄与する光（例えば、波長４３０ｎｍの光）を吸収しないので、２色性色素２１ａ、２１ｂは蛍光を発せず、液晶層１は透過状態となる。

　従って、ネマチック液晶材料および２色性蛍光色素の配向を制御して、蛍光を散乱させる状態と光を透過させる状態とで表示を行う。

　次に、液晶表示装置１００Ａの製造方法を簡単に説明する。

　液晶表示装置１００Ａ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１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第１基板２、および、透明電極（対向電極）８が形成された第２基板３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１２、１３を均一に付与し、所定の温度で焼成を行う。その後、配向膜１２、１３に、ラビング処理を施す。また、配向膜１２、１３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１２、１３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から等方相に転移する温度Ｔｎｉ以上の温度とする。また、液晶の組成比は７５～８５％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、第１基板２と第２基板３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２、３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ともに、高分子と液晶とを相分離させる（重合誘起相分離という）。これにより、第１基板２と第２基板３との間に液晶層１が形成される。このようにして、液晶表示装置１００Ａを得る。

　上記の方法では、液晶層１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１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１２、１３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以上で保持された第１基板２または第２基板３のそれぞれの配向膜１２、１３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２、３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ともに、高分子と液晶とを相分離させて液晶層１を得る。

　上述したような方法で液晶表示装置１００Ａを製造する場合、液晶領域１１のサイズや形状、配置などの液晶層１の構造は、配向膜１２、１３の種類や液晶層１の形成条件によって制御できる。液晶領域１１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１における液晶領域１１の配置は、配向膜１２、１３の種類によって調整することが可能である。

　以上のように、特許文献１と比べて簡便な方法で液晶表示装置１００Ａを製造できる。

　次に、液晶領域１１の大きさと液晶混合物に対する光の照射条件との関係について説明する。

　本実施形態では、液晶層１の散乱特性を高めるために、小部屋１４の大きさ（すなわち液晶領域１１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１を形成する場合には、液晶領域１１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１１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枚の基板２、３の表面にＩＴＯ膜および配向膜１２、１３をこの順に形成し、これらの基板２、３の間に、真空注入法で液晶混合物を注入する。配向膜１２、１３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、基板２、３間の液晶混合物に対して光を照射し、重合誘起相分離させて液晶層１を形成する。照射強度は、２ｍＷ／ｃｍ²～１４０ｍＷ／ｃｍ²の範囲内から選択する。なお、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１１のネマチック液晶材料の温度が、原料として液晶混合物に含まれる液晶の相転移温度Ｔｎｉの９９％以上となる程度を目安として露光時間を設定する。例えば、照射強度が５０ｍＷ／ｃｍ²の時の照射時間は５０ｓｅｃである。

　液晶表示装置１００Ａにおける小部屋１４の大きさをＳＥＭ観察によって求める。具体的には、液晶表示装置１００Ａを分解して小部屋１４内の液晶を有機溶剤で洗い流す。次いで、この液晶表示装置１００Ａから第２基板３を剥がし、スパッタ法で導電膜を薄く形成した後、液晶層１内の小部屋１４を上方から観察する。ここでは、１画素内に位置する複数個（例えば１００個）の小部屋１４の最大幅を計測し、その平均値（平均幅）Ｗ_AVEを求める。

　得られたＳＥＭ観察結果を、まず、分解前の液晶表示装置１００Ａ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１４の形状や配置は、分解前の液晶表示装置１００Ａにおける液晶領域１１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Ｗ_AVEは、小部屋１４内に形成される液晶領域１１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１４の平均幅Ｗ_AVE（すなわち液晶領域の平均幅）は、液晶混合物に照射する光の強度に依存することを確認した。その結果から、光の照射強度が小さいと液晶領域１１は大きくなり、照射強度が大きいほど液晶領域１１が小さくなることが分かり、照射強度によって液晶領域１１の大きさを制御できることが確認された。また、液晶領域１１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分かった。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１１の平均幅を求めたが、液晶領域１１の平均高さも、液晶層１の厚さ（例えば４μｍ）以下の範囲内では、液晶領域１１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１１が大きく、例えば液晶層１の厚さ方向に亘って液晶領域１１が形成されると、液晶領域１１の平均高さは液晶層１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。

　次に、配向膜の表面自由エネルギーの測定方法について説明する。

　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。このような方法を用いて、配向膜の表面自由エネルギーを評価して、配向膜の表面自由エネルギーと液晶層１の小部屋１４の形成との関係を検討した。

　その結果、上述したように、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、図１に示した、配向膜１２、１３と壁とで分割された小部屋１４ａ、１４ｂを有する液晶層１が得られることが分かった。また、配向膜１２、１３の規制を受けない液晶領域１１の割合を低減することができ、液晶層１の散乱効率を高めることができる。

　次に、液晶表示装置１００Ａの光学特性について図５および図６を参照しながら説明する。

　液晶表示装置１００Ａおよび液晶表示装置２００のそれぞれの受光角度に対する透過率を測定した。液晶表示装置１００Ａと液晶表示装置２００とは、配向膜１２、１３のみが異なっており、それ以外の要素は同じである。液晶表示装置１００Ａは、表面自由エネルギーが４７ｍＪ／ｍ²の水平配向膜を有しており、液晶表示装置２００は、表面自由エネルギーが４４ｍＪ／ｍ²以上５０ｍＪ／ｍ²以下の範囲外の水平配向膜を有している。また、それぞれの液晶表示装置１００Ａ、２００の液晶層１を形成するために照射する紫外線の強度（露光照度）は、１８ｍＷ／ｃｍ²（波長：３６５ｎｍ）であり、液晶層１の厚さは、５μｍである。

　各液晶表示装置１００Ａ、２００の第２基板３側の法線方向から光を入射させ、液晶層１で散乱されて第２基板３側に出射した光（後方散乱光）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５に示す。図５に示すグラフの横軸は、各液晶表示装置１００Ａ、２００の液晶層１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。縦軸は各液晶表示装置１００Ａ、２００の液晶層１で散乱された光の強度率（透過率）を対数（ｌｏｇ）表示している。

　図５に示す結果から明らかなように、約１０°以上の受光角度で観測される散乱された光の透過率は、液晶表示装置１００Ａの方が液晶表示装置２００よりも高くなり、１０°以下の受光角度で観測される散乱されていない光の透過率は液晶表示装置１００Ａの方が液晶表示装置２００よりも低くなった。液晶表示装置１００Ａ、２００の液晶層１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、液晶表示装置１００Ａの方が液晶表示装置２００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分かった。

　次に、２色性蛍光色素が有りまたは無しの液晶表示装置１００Ａ、２００をそれぞれ評価して、２色性蛍光色素自体の透過率を測定した。各液晶表示装置１００Ａ、２００の第２基板３側の法線方向から光を入射させ、液晶層１で散乱されて第１基板２側に出射した光（前方散乱光）を拡散球で受光し散乱された光の強度率（透過率）を測定した。測定には、日立製作所製のＵ－１４００型分光光度計を用いた。

　測定結果を図６に示す。図６に示すグラフの横軸は、各液晶表示装置１００Ａ、２００の液晶層１で散乱された光の波長であり、縦軸は２色性蛍光色素の透過率を表している。

　図６に示す結果から明らかなように、液晶表示装置１００Ａ、２００の液晶層１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、前方散乱光の透過スペクトルを比較すると、液晶表示装置１００Ａの方が液晶表示装置２００よりも、２色性蛍光色素の光（例えば、波長４３０ｎｍの光）の吸収率が大きいことが分かった。

　次に、各液晶表示装置１００Ａ、２００の第２基板３側の法線方向から光を入射させ、液晶層１で散乱されて第２基板３側に出射した光（後方散乱光）と２色性蛍光色素の蛍光発光とを合わせたＳＣＥ（正反射光除去）反射率を測定した。測定には、コニカミノルタ製のＣＭ２００２を用いた。

　測定結果を図７に示す。図７に示すグラフの横軸は、波長であり、縦軸はＳＣＥ反射率を表している。

　図７に示す結果から明らかなように、液晶表示装置１００Ａ、２００の液晶層１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、液晶表示装置１００Ａの方が液晶表示装置２００よりも、発光波長（５４０ｎｍ付近）のＳＣＥ反射率が大きく、２色性蛍光色素が吸収する波長（４３０ｎｍ付近）の反射率が低くなることが分かった。これは、上述の測定結果から明らかなように、液晶表示装置１００Ａの方が、液晶表示装置２００よりも散乱効率および吸収効率が大きいからである。

　以上の測定結果から、液晶表示装置１００Ａの液晶層１では略全ての液晶領域１１のネマチック液晶材料および２色性蛍光色素が配向膜１２、１３の配向処理の方向に配向しているのに対し、液晶表示装置２００の液晶層１では、配向膜１２、１３の配向処理の方向に配向していない液晶領域１１のネマチック液晶材料および２色性蛍光色素が存在し、液晶層１の散乱効率および吸収効率が低下すると考察される。

　次に、液晶表示装置１００Ａと同じ効果を有する本発明の他の実施形態の液晶表示装置１００Ｂおよび１００Ｃを図８および図９を参照しながら説明する。液晶表示装置１００Ａと共通する構成要素は、同じ参照符号を付す。

　まず、図８を参照しながら液晶表示装置１００Ｂを説明する。

　図８に示す液晶表示装置１００Ｂは、液晶表示装置１００Ａの透明電極４ａを、可視光を反射させる反射電極４ｂとした液晶表示装置である。反射電極４ｂは、例えばＡｌ（アルミニウム）から形成されている。この他、Ａｇ（銀）から形成されてもよい。

　液晶表示装置１００Ｂにより、鏡面（電圧印加時）と色つき散乱表示（電圧無印加時）とを切り替えることが可能である。

　次に、図９を参照しながら液晶表示装置１００Ｃを説明する。

　図９に示す液晶表示装置１００Ｃは、液晶表示装置１００Ａの透明電極４ａを、可視光を反射させ、かつ、散乱させる散乱反射電極４ｃとした液晶表示装置である。散乱反射電極４ｃは、例えば可視光を反射させる反射電極（例えば、Ａｌから形成された電極）と、可視光を散乱させる機能を有する散乱層とを有している。この他、公知の方法により、散乱反射電極４ｃを形成し得る。

　液晶表示装置１００Ｃにより、白色散乱表示（電圧印加時）と色つき散乱表示（電圧無印加時）とを切り替えることが可能である。

　次に、液晶表示装置１００Ａと同じ効果を有する本発明による他の実施形態における液晶表示装置１００Ｄを図１０～図１４を参照しながら説明する。なお、液晶表示装置１００Ｄは、国際公開第２０１０／１３４２３６号に開示されている液晶表示装置と関連する。参考までに、国際公開第２０１０／１３４２３６号の開示内容の全てを本願明細書に援用する。

　図１０は、液晶表示装置１００Ｄ（１００Ｄ１～１００Ｄ３）の模式的な断面図である。液晶表示装置１００Ｄは、反射型液晶表示装置である。なお、図１０において、壁１０、液晶領域１１および配向膜１２、１３の記載を省略している。液晶表示装置１００Ｄは、第１基板２と第２基板３とを有する。さらに、液晶表示装置１００Ｄは、第１基板２と第２基板３との間に形成された上述の液晶層１を有する。第１基板２には、ＴＦＴ５と配線１５が形成されている。ＴＦＴ５および配線１５を覆うように層間絶縁膜１９が形成されている。層間絶縁膜１９上には、各画素に拡散反射電極４ｄが形成されている。拡散反射電極４ｄは、ＴＦＴ５のドレイン電極（不図示）と電気的に接続されている。層間絶縁膜１９は、感光性を有する有機樹脂から形成されている。

　拡散反射電極４ｄは凹凸を有し、光を散乱させ得る。凹凸の高低差は、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。液晶表示装置１００Ｄにおいては、層間絶縁膜１９の第１基板２側にあるＴＦＴ５および配線１５により、層間絶縁膜１９が凹凸を有し、その影響を受け拡散反射電極４ｄが凹凸を有する。これにより部材、工程を追加することなく拡散反射電極４ｄに凹凸が形成できるので、製造コストが増大することを防止することができる。また後述する写り込みの評価によると、拡散反射電極４ｄによる光の散乱を適切に得るには、拡散反射電極４ｄの凹凸による高低差が１００ｎｍから５００ｎｍの範囲であることが好ましい。また、層間絶縁膜１９の膜厚を厚くすると、ＴＦＴ５や配線１５の凹凸が緩和され、凹凸の高低差が小さくなる。層間絶縁膜１９の膜厚を薄くすると凹凸の高低差が大きくなりすぎる。通常、ＴＦＴ５および配線１５と第１基板２との最大の段差は、１．５μｍ程度である。従って、層間絶縁膜１９の厚さは、１．５μｍ以上が好ましい。詳細は後述するが、層間絶縁膜１９の膜厚は１．５μｍ以上３．５μｍ以下が好ましく、より好ましくは２．５μｍ以上３．５μｍ以下である。

　また、ＴＦＴ５および配線１５による凹凸により、拡散反射電極４ｄの凹凸を形成しているので、１画素に占めるＴＦＴ５および配線１５が形成されている領域の面積が小さいと、外部光が散乱される部分が小さくなるので十分な散乱が得られない。従って、ＴＦＴ５および配線１５の占める面積の割合は画素の面積の１／３以上が好ましい。また、面積が１／３未満の場合は、ＴＦＴ５および配線１５が形成されていない領域の層間絶縁膜１９を部分的に、例えばフォトリソ法などによりパターニングすることで層間絶縁膜１９に凹凸を形成し、光を散乱させる面積を増加させることができる。

　液晶表示装置１００Ｄにより、表示された文字等が読み取りやすくなり、表示品位の向上が図れる。

　次に、図１１および図１２を参照しながら液晶表示装置１００Ｄ１～１００Ｄ３の説明をする。

　図１１は、液晶表示装置１００Ｄ１が有する半導体装置１０Ｄ１の模式的な平面図である。列方向と行方向に形成されたＶＬＡ配線９１で囲まれた領域が１画素を構成する。各画素には１２個のＴＦＴ５が形成され、これらのＴＦＴ５により、２個のスタティックＲＡＭ（Random Access Memory）が形成されている。半導体装置１０Ｄ１では、画素のほぼ全面にＴＦＴ５および複数の配線が形成されている。Ｖｄｄ配線９３とＶｓｓ配線９４は、スタティックＲＡＭ用の電源を供給するための配線である。ＧＬ配線９５、ＧＬＢ配線９６はグラウンド電位の配線である。ＳＬ配線９７は画像信号を供給する配線である。ＳＬ配線９７の信号に応じて、拡散反射電極４ｄがＶＬＡ配線９１またはＶＬＢ配線９２と接続される。ＶＬＡ配線９１と接続された場合は反射電極の電位は０Ｖとなり、ＶＬＢ配線９２と接続された場合には５Ｖとなる。

　ＴＦＴ５を形成した後、アクリル系の層間絶縁膜１９を膜厚２．５μｍの厚さで形成し、Ａｌからなる拡散反射電極４ｄを形成した。拡散反射電極４ｄの厚さは、例えば１００ｎｍである。さらに、拡散反射電極４ｄ上に平行配向膜を付与し、この状態で、拡散反射電極４ｄの反射特性の測定を行った。

　反射特性の測定は、図１２に示す装置により行った。図１２は、反射特性の測定を説明するための図である。

　測定対象物１５０（例えば、拡散反射電極４ｄ）の法線方向に対して－３０度（φ）の方向（時計回りを正の方向とし、反時計回りを負の方向とする）から光源７１により平行光６１を照射し、受光器７２の位置を、測定対象物１５０の法線方向に対して、正反射を含む０度から５０度（０≦ψ≦５０度）の間で変化させ、反射光による受光器７２の出力を測定した。この時、受光レンズは２．５度のものを用い、測定スポット径は２ｍｍΦとした。

　次に、公知の方法で、半導体装置１０Ｄ１から液晶表示装置１００Ｄ１を製造した。液晶表示装置１００Ｄ１の液晶層１の厚さは、３μｍである。液晶層１は、液晶材料（ＤＩＣ社製ＰＮＭ－１７０）および２色性色素２１を真空注入して形成されている。また、液晶層１は、フージョン社Ｄバルブの紫外線露光器により５０ｍＷ／ｃｍ²（波長３６５ｎｍ）の強度で２分間、紫外線を照射して、形成されている。

　このようにして製造された液晶表示装置１００Ｄ１に文字を表示させ、表示と写り込みの程度を視認により確認した。またミノルタ社製ＣＭ２００２のＳＣＥモードで液晶層１が透過状態での正反射光を除いた積分球反射率の測定を行った。

　次に、図１３を参照しながら本発明による他の実施形態における液晶表示装置１００Ｄ２を説明する。図１３は、液晶表示装置１００Ｄ２が有する半導体装置１０Ｄ２の模式的な平面図である。液晶表示装置１００Ｄ２は、反射型液晶表示装置である。

　液晶表示装置１００Ｄ２は、液晶表示装置１００Ｄ１が有する半導体装置１０Ｄ１を半導体装置１０Ｄ２に代えた液晶表示装置である。半導体装置１０Ｄ２と半導体装置１０Ｄ１との違いは、画素の約１／３の領域にＴＦＴ５および配線１５が形成されている点である。従って、拡散反射電極４ｄの表面の約２／３は、平坦であり、上述の凹凸を有していない。半導体装置１０Ｄ２および液晶表示装置１００Ｄ２の製造方法および拡散反射電極４ｄの反射特性の評価は、それぞれ、半導体装置１０Ｄ１および液晶表示装置１００Ｄ１と同じである。

　次に、本発明の他の実施形態による液晶表示装置１００Ｄ３を説明する。

　液晶表示装置１００Ｄ３は、液晶表示装置１００Ｄ２の層間絶縁膜１９の膜厚を３．５μｍとし、それ以外の構成要素は液晶表示装置１００Ｄ２と同じ液晶表示装置である。従って、液晶表示装置１００Ｄ３が有する半導体装置１０Ｄ３と半導体装置１０Ｄ２との違いは、層間絶縁膜１９の厚さのみである。半導体装置１０Ｄ３および液晶表示装置１００Ｄ３の製造方法および拡散反射電極４ｄの反射特性の評価は半導体装置１０Ｄ１および液晶表示装置１００Ｄ１と同じである。

（比較例１）
　比較例１として、液晶表示装置１００Ｄ２の層間絶縁膜１９の膜厚のみを４．５μｍとした液晶表示装置３００を製造した。従って、液晶表示装置３００が有する半導体装置３０と半導体装置１０Ｄ２との違いは、層間絶縁膜１９の厚さのみである。半導体装置３０および液晶表示装置３００の製造方法および拡散反射電極４ｄの反射特性の評価は、それぞれ、半導体装置１０Ｄ１および液晶表示装置１００Ｄ１と同じである。

（参照例１）
　参照例１として液晶テレビに使用されている防眩処理を施した光学フィルム（日東電工社製ＡＧ７５０）にＡｌを２００ｎｍの厚さで蒸着したサンプルを用いて反射特性の測定を行った。

（評価結果）
　液晶表示装置１００Ｄ１～１００Ｄ３および液晶表示装置３００の評価結果を表１に示す。

　ここで表示品位の評価は、蛍光灯を点灯させた室内においてパネル表面での照度が５００Ｌｕｘ、観察者の顔が写り込む状態にして目視で評価した。○は写り込みが気にならない程度、△は写り込みがやや気になる程度、×は写り込みが多く、表示が見づらいことを表す。また拡散反射電極４ｄの凹凸の高低差を触針式の段差計により測定した。

　表１から明らかなように表示品位が良好なのは、層間絶縁膜１９が２．５μｍ以上３．５μｍ以下であり、かつ、拡散反射電極４ｄの凹凸の高低差が１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下のときである。

　図１４に反射特性の測定結果を示す。また、参考までに鏡面１０Ｍの反射特性も測定している。表示品位が良好であった液晶表示装置１００Ｄ１～１００Ｄ３のそれぞれの半導体装置１０Ｄ１～１０Ｄ３が有する拡散反射電極４ｄは、Ｉ（３５度）／Ｉ（３０度）の値が２％から１０％の範囲に入っていることが分かる。また、半導体装置１０Ｄ１の拡散反射電極４ｄのＩ（３５度）／Ｉ（３０度）の値と参照例１のサンプル（ＡＧ７５０）のＩ（３５度）／Ｉ（３０度）との値は、ほぼ同じ値であった。さらに、半導体装置１０Ｄ１～１０Ｄ３の拡散反射電極４ｄのＩ（４０度）／Ｉ（３０度）の値は２％以下であった。なお、Ｉ（θ度）は、拡散反射電極４ｄの法線方向からθ度の方向で測定される反射光の強度である（時計回りを正の方向、反時計回りを負の方向とする）。

　半導体装置１０Ｄ１～１０Ｄ３を有する液晶表示装置１００Ｄ１～１００Ｄ３は、現在広く販売されている液晶テレビと同等の写り込みが気にならない良好な表示品位を示す。

　以上、液晶表示装置１００Ａ～１００Ｄにより、高いコントラスト比が得られ、簡便な方法で製造し得る液晶表示装置が提供される。

　本発明は、液晶表示装置や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、３　　　　絶縁基板
　１０　　　　　壁
　１２、１３　　配向膜
　１４、１４ａ、１４ｂ、１４ａ’、１４ｂ’　　小部屋
　２１、２１ａ、２１ｂ　　　　　　　　　　　　２色性色素

Claims (19)

1. 　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第１基板および第２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、
   　前記液晶層と前記第１基板および前記第２基板との間にそれぞれ形成され、配向処理された第１および第２配向膜とを備え、
   　前記液晶層は、前記画素に、
   　　連続した壁と、
   　　前記壁と前記第１配向膜とによって分離された複数の第１小部屋と、
   　　前記壁と前記第２配向膜とによって分離された複数の第２小部屋とを有し、
   　前記複数の第１小部屋は、それぞれ第１液晶領域を有し、
   　前記複数の第２小部屋は、それぞれ第２液晶領域を有し、
   　前記第１および第２液晶領域は、それぞれネマチック液晶材料と２色性色素とを有し、
   　前記第１液晶領域の前記２色性色素は、前記第１配向膜によって規定される第１方位に沿って配向しており、
   　前記第２液晶領域の前記２色性色素は、前記第２配向膜によって規定される第２方位に沿って配向している、液晶表示装置。
2. 　前記第１方位と前記第２方位とは直交している、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 　前記第１および第２液晶領域はカイラル剤を含んでいない、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 　前記液晶層は、０．０６４個／μｍ²以上の密度で前記複数の第１および第２小部屋を有している、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 　前記液晶層は、１個／μｍ²以上の密度で前記複数の第１および第２小部屋を有している、請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 　前記複数の第１および第２小部屋のそれぞれの最大幅が０．６μｍ以上６μｍ以下である、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 　前記第１および第２液晶領域に含まれるネマチック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６のいずれかに記載の液晶表示装置。
8. 　前記壁によって分離された複数の第３および第４小部屋をさらに有し、
   　前記複数の第３小部屋は、前記第１配向膜近傍に位置し、かつ、それぞれ第３液晶領域を有し、
   　前記複数の第４小部屋は、前記第２配向膜近傍に位置し、かつ、それぞれ第４液晶領域を有し、
   　前記第３および第４液晶領域は、それぞれ前記ネマチック液晶材料と前記２色性色素とを有し、
   　前記第３液晶領域の前記２色性色素は、前記第１方位に沿って配向しており、
   　前記第４液晶領域の前記２色性色素は、前記第２方位に沿って配向している、請求項１から７のいずれかに記載の液晶表示装置。
9. 　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８のいずれかに記載の液晶表示装置。
10. 　前記ネマチック液晶材料の誘電率異方性は正である、請求項１から９のいずれかに記載の液晶表示装置。
11. 　前記液晶層に電圧を印加する一対の電極は、それぞれ透明電極である、請求項１から１０のいずれかに記載の液晶表示装置。
12. 　前記液晶層に電圧を印加する一対の電極の内、いずれか一方の電極は、反射電極である、請求項１から１０のいずれかに記載の液晶表示装置。
13. 　前記液晶層に電圧を印加する一対の電極の内、いずれか一方の電極は、拡散反射電極である、請求項１から１０のいずれかに記載の液晶表示装置。
14. 　前記拡散反射電極の表面に凹凸が形成され、
    　前記拡散反射電極の表面の前記凹凸による高低差が、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、請求項１３に記載の液晶表示装置。
15. 　前記第１基板上に形成され、前記画素毎に形成されたメモリー性を有する能動素子と、
    　前記第１基板上に形成された配線と、
    　前記能動素子および前記配線上に形成された層間絶縁膜とをさらに有し、
    　前記拡散反射電極は、前記層間絶縁膜上に形成され、
    　時計回りを正の方向とし反時計回りを負の方向としたとき、前記拡散反射電極の法線方向に対して、－３０度の方向から光線を前記拡散反射電極に入射し、前記拡散反射電極からの反射光の強度を測定したとき、
    　０．０２＜Ｉ（３５度）／Ｉ（３０度）＜０．１（ここで、Ｉ（θ度）は前記拡散反射電極の法線方向からθ度の方向で測定される反射光の強度である。）
    　を満たす、請求項１４に記載の液晶表示装置。
16. 　さらにＩ（４０度）／Ｉ（３０度）＜０．０２を満たす、請求項１５に記載の液晶表示装置。
17. 　前記能動素子および前記配線が形成された領域は、前記画素の面積の１／３以上の面積を占める、請求項１４から１６のいずれかに記載の液晶表示装置。
18. 　前記層間絶縁膜の内、前記能動素子および前記配線が形成されていない領域と重なる領域は、前記領域をパターニングすることによって凹凸が形成されている、請求項１４から１７のいずれかに記載の液晶表示装置。
19. 　前記層間絶縁膜の膜厚が１．５μｍ以上３．５μｍ以下である、請求項１４から１８のいずれかに記載の液晶表示装置。

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