液晶用の配向膜製造方法、液晶素子の製造方法、液晶用の配向膜製造装置、液晶素子
【課題】液晶分子のプレチルト角を広範囲に設定し得る新規な技術を提供する。
【解決手段】基板上に液晶用の配向膜を製造するための方法であって、(a)第１材料液と基板との間に相対的に電位差を与えた状態で第１材料液を放出することにより、第１材料液を霧状にして基板上に散布する第１工程と、(b)第２材料液と前記基板との間に相対的に電位差を与えた状態で第２材料液を放出することにより、第２材料液を霧状にして基板上に散布する第２工程と、(c)基板上に散布された第１材料液及び第２材料液を固化させる第３工程を含む、液晶用の配向膜製造方法である。
【解決手段】基板上に液晶用の配向膜を製造するための方法であって、(a)第１材料液と基板との間に相対的に電位差を与えた状態で第１材料液を放出することにより、第１材料液を霧状にして基板上に散布する第１工程と、(b)第２材料液と前記基板との間に相対的に電位差を与えた状態で第２材料液を放出することにより、第２材料液を霧状にして基板上に散布する第２工程と、(c)基板上に散布された第１材料液及び第２材料液を固化させる第３工程を含む、液晶用の配向膜製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子における液晶分子の配向制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶素子の製造における要素技術の１つとして配向制御技術がある。従前、比較的高いプレチルト角を実現する技術として、例えば特開平６−９５１１５号公報（特許文献１）に開示されたものが知られている。しかし、特許文献１に開示される技術を用いる場合には、０°〜９０°の所望のプレチルト角が得られるものの、異方性ドライエッチングを用いること等により製造プロセスが複雑であるため加工費がかかるとともに、多くの材料（粒子、樹脂など）が必要であるため材料費がかかるという点で未だ改良の余地が残されていた。また、液晶素子用の配向膜は液晶分子の配向状態を長期に安定して保持するよう分子設計された材料であり、信頼性の高い液晶素子を作製する上で重要な役割を示すものであるが、特許文献１では液晶分子と直接に接する部分に配向膜材料ではないもの（樹脂など）を用いている。このため、液晶素子の信頼性を高く保てるのかという懸念があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−９５１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明に係る具体的態様は、液晶分子のプレチルト角を広範囲に設定し得る新規な技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る一態様の液晶用の配向膜製造方法は、基板上に液晶用の配向膜を製造するための方法であって、（ａ）第１材料液と前記基板との間に相対的に電位差を与えた状態で前記第１材料液を放出することにより、前記第１材料液を霧状にして前記基板上に散布する第１工程と、（ｂ）第２材料液と前記基板との間に相対的に電位差を与えた状態で前記第２材料液を放出することにより、前記第２材料液を霧状にして前記基板上に散布する第２工程と、（ｃ）前記基板上に散布された前記第１材料液及び前記第２材料液を固化させる第３工程を含むことを特徴とする液晶用の配向膜製造方法である。
【０００６】
上記発明によれば、第１材料液と第２材料液の組み合わせを適宜に設定することにより、液晶素子におけるプレチルト角を高い角度で任意に制御できる。特に１０°以上、８５°以下のプレチルト角は一般的な液晶用配向膜では実現が困難であったところ、例えば第１材料液と第２材料液のうちの何れか一方として垂直配向材を含有するもの、他方として水平配向材を含有するものを用いることにより、４０°以上の高いプレチルト角を実現し得る。本発明の製造方法では、市販の垂直配向材および水平配向材をそのまま利用することができるため、液晶素子における配向の長期安定性が高く、かつ液晶配向のアンカリング強度が高いため素子の信頼性が高く、レスポンス（特に立下り）が速いといったメリットがある。また、第１材料液と第２材料液とを交互に散布することにより、散布条件の自由度がより高くなるためプレチルト角の制御性により優れ、かつ、より広範囲に均質な配向膜を形成することが可能になる。
【０００７】
本発明に係る一態様の液晶素子の製造方法は、（ａ）第１基板の一面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、（ｂ）前記第１基板と第２基板を対向配置させる基板配置工程と、（ｃ）前記第１基板と前記第２基板の間に液晶層を形成する液晶層形成工程を含み、（ｄ）配向膜形成工程が上記の本発明に係る配向膜製造方法を用いて配向膜を形成する、ことを特徴とする液晶素子の製造方法である。
【０００８】
上記発明によれば、液晶素子における液晶分子のプレチルト角を広範囲に設定し得るので、高いプレチルト角を有する液晶素子を製造し得る。
【０００９】
本発明に係る一態様の液晶用の配向膜製造装置は、（ａ）第１材料液を霧状にして噴霧する第１噴射装置と、（ｂ）前記第１噴射装置と隣り合って配置され、第２材料液を霧状にして噴霧する第２噴射装置と、（ｃ）基板を、当該基板の一面が前記第１噴射装置及び前記第２噴射装置のそれぞれによる噴射方向と対向するように保持する基板ホルダーと、（ｄ）前記第１噴射装置及び前記第２噴射装置の各々と接続され、前記第１材料液及び前記第２材料液の何れかと前記基板との間に選択的に電圧を印加する電圧印加装置とを含むことを特徴とする液晶用の配向膜製造装置である。
【００１０】
上記発明によれば、比較的簡素で安価な構成により高プレチルト角を発現し得る配向膜の製造装置を実現することができる。
【００１１】
本発明に係る一態様の液晶素子は、（ａ）対向配置された第１基板及び第２基板と、（ｂ）少なくとも前記第１基板の一面に設けられた配向膜と、（ｃ）前記第１基板と前記第２基板の間に設けられた液晶層を含み、（ｄ）前記配向膜は、複数種の配向膜片が前記第１基板の一面上に不規則に分散しており、かつ当該複数種の配向膜片が前記第１基板の板厚方向において不規則に積み重なっている、ことを特徴とする液晶素子である。
【００１２】
上記発明によれば、複数種の配向膜片の組み合わせを適宜に設定することにより、液晶素子のプレチルト角を高い角度で任意に制御できる。特に１０°以上、８５°以下のプレチルト角は一般的な液晶用配向膜では実現が困難であったところ、例えば一方の配向膜片として垂直配向材を含有するもの、他方の配向膜片として水平配向材を含有するものを用いることにより、４０°以上の高いプレチルト角を実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の配向膜の製造装置の構成を示す模式図である。
【図２】エレクトロスプレー堆積法における散布電圧について説明する図である。
【図３】エレクトロスプレー堆積法により成膜される配向膜の構造を説明する図である。
【図４】一実施形態の液晶素子を模式的に示す断面図である。
【図５】実施例１の液晶素子を偏光顕微鏡により観察した様子を示す図である。
【図６】実施例１の液晶素子のプレチルト角の測定結果を示す図である。
【図７】散布サイクルにおける垂直配向材の散布時間比と配向膜により発現するプレチルト角との関係を示した図である。
【図８】水平配向材と垂直配向材の散布時間比ごとの液晶素子の偏光顕微鏡写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、一実施形態の配向膜の製造装置の構成を示す模式図である。図１に示す配向膜の製造装置は、配向膜の材料液（以下「配向膜液」という。）を内部に保持するための円筒状等のシリンジ（筒）とこれらのシリンジの一端に設けられた中空の微小な針を備えた２つの噴射装置１０、１１と、これらの噴射装置１０、１１によって配向膜を形成する対象となる基板１００を保持する基板ホルダー（基板固定手段）１２と、各噴射装置１０、１１に電圧を印加するための電圧印加装置１３を備える。噴射装置１０と噴射装置１１は図示のように隣り合って配置されている。電圧印加装置１３は、高圧直流電源２０と、この高圧直流電源２０とそれぞれ接続された高電圧リレー２１、２２と、これらの高電圧リレー２１、２２の開閉動作を制御するマイクロコンピュータ２３を含んで構成されている。
【００１６】
図示のように、噴射装置１０、１１のそれぞれの針と基板１００との距離ｈを適宜（例えば、数ｃｍ程度）に確保する。そして、噴射装置１０、１１のそれぞれの針と基板１００の間に電圧印加装置１３を用いて高電圧（例えば数ｋＶの直流電圧）を印加しながら、シリンジ内の配向膜液を針の先端に供給する。このとき、例えば図示のように基板１００および基板ホルダー１２を接地（基準電位）に接続しておき、各噴射装置１０、１１の針には基板１００より相対的に高い電位を与える（なお、電位の関係は逆でもよい）。それにより、各噴射装置１０、１１の針から吐出される配向膜液はプラスの電位を帯びた状態の液体粒子となる。この電位を帯びた液体粒子は、電気的に反発しながら細かく分裂して拡がり、霧状の微小液滴（霧状体）となる。この微小な液滴がマイナスに帯電した基板１００に引き寄せられ、基板１００上に付着する。その後、基板１００に到達した微小液滴に対して適宜熱処理等を与えることによって膜化（固化）させることにより、多数の微細な配向膜片を含んで構成された配向膜が得られる。
【００１７】
ここで、きれいに液滴を散布するためには配向膜液の粘度が低いことが望ましい。そのため、アセトン等の溶剤によって配向材を希釈して配向膜液を調製することが望ましい。希釈用の溶剤としては、基本的には沸点が低く、揮発性の高い材料が望ましい。エレクトロスプレー堆積法により散布する際には非常に細かな液滴となるが、基板に向かって飛んでいる間にアセトンなどの有機溶媒は蒸発するものと考えられる。従って、ここで用いる希釈用の溶剤は、揮発性が高ければ何を選んでも液晶分子の配向性には大きな影響を与えないと考えられる。
【００１８】
このような方法（以下「エレクトロスプレー堆積法」という）を使って配向膜を製造する方法の主な利点は以下の通りである。
（ａ）ナノオーダーの微細な液滴を散布可能
（ｂ）常温常圧で成膜可能
（ｃ）ドライプロセスで成膜可能
（ｄ）装置構成が比較的に簡素（単純）
（ｅ）成膜可能な材料が多い
（ｆ）成膜に必要な材料が少量で済む
【００１９】
また、図１に示すように２つの噴射装置１０、１１を用意し、各噴射装置１０、１１にそれぞれ異なる性質の配向膜液（配向材）を導入することにより、それぞれの配向膜液が形成された微小領域（数百ナノメートルから数十ミクロン程度）を混在させて形成することができる。それにより、これまでに実現が難しかった複合的な液晶配向状態を得ることが可能になる。また、それぞれの噴射装置１０、１１によって配向膜液を散布するタイミングを同時とせずに時分割して交互に散布することにより、配向膜液の散布状態をより良い状態にすることができる。配向膜液の散布タイミングと配向膜液の散布状態の関係については後ほど実施例により詳述する。
【００２０】
図２は、本実施形態のエレクトロスプレー堆積法における好適な散布電圧について説明するための図である。図２（Ａ）は各噴射装置１０、１１の針と基板１００の間の電圧（電極間電圧）と全イオン量との関係を示す。図示のように、電極間電圧をしきい値電圧より２００Ｖ程度高い電圧としたときが安定電圧である場合が多い。図２（Ｂ）に示すように、この電極間電圧の大きさにより配向膜液の散布モードが変化する。電極間電圧が相対的に低い時には比較的に液滴サイズが大きくなるマイクロドロッピングモードとなり、電極間電圧が大きくなるにつれて液適サイズが均一で微小となるコーンジェットモードが表れ、次いで液滴サイズの均一性が低下したマルチジェットモードとなる。
【００２１】
図３は、本実施形態のエレクトロスプレー堆積法により成膜される配向膜の構造を説明するための図である。図３（Ａ）に示すように、基板上には、ある配向膜液Ａが堆積した配向膜ドメイン（配向膜片）と別の配向膜液Ｂが堆積した配向膜ドメイン（配向膜片）がランダムに混合した状態の配向膜が得られると考えられる。すなわち、複数の配向膜ドメインが基板上に平面的に分散し、かつ三次元的に積み上がった構造の配向膜が得られる。複数の配向膜液をエレクトロスプレー堆積法によって散布することで、各配向膜ドメインが堆積してもドメイン比率が変化しないという効果が得られる。これに対する比較例を図３（Ｂ）に示す。比較例は、基板上に配向膜液Ａを用いてスピンコート等により平坦な配向膜を形成し、その上に配向膜液Ｂを用いてエレクトロスプレー堆積法により配向膜ドメインを形成して得られる配向膜である。
【００２２】
次に、上記したエレクトロスプレー堆積法によって形成される配向膜を適用可能な液晶素子について説明する。
【００２３】
図４は、一実施形態の液晶素子を模式的に示す断面図である。図４に示す液晶素子は、第１基板５１と第２基板５５の間に液晶層５９を介在させた基本構成を有する。第１基板５１の外側には第１偏光板６１が配置され、第２基板５５の外側には第２偏光板６２が配置されている。以下、さらに詳細に液晶素子の構造を説明する。なお、液晶層５９の周囲を封止するシール材等の部材については図示および説明を省略する。
【００２４】
第１基板５１および第２基板５５は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。図示のように、第１基板５１と第２基板５５とは、互いの一面が対向するようにして、所定の間隙（例えば数μｍ）を設けて貼り合わされている。なお、特段の図示を省略するが、いずれかの基板上に薄膜トランジスタ等のスイッチング素子が形成されていてもよい。
【００２５】
液晶層５９は、第１基板５１と第２基板５５の相互間に設けられている。液晶層５９を構成する液晶材料の誘電率異方性Δεは正（Δε＞０）であっても負（Δε＜０）であってもよい。液晶層５９に図示された太線は、液晶層５９に電圧が印加されていない初期状態における液晶分子の配向方位を模式的に示したものである。液晶層５９は、例えば図示のように比較的高いプレチルト角が付与された一様な初期配向状態とされる。
【００２６】
第１電極５２は、第１基板５１の一面側に設けられている。また、第２電極５６は、第２基板５５の一面側に設けられている。第１電極５２および第２電極５６は、それぞれ、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。
【００２７】
配向膜５３は、第１基板５１の一面側に、第１電極５２を覆うようにして設けられている。また、配向膜５７は、第２基板５５の一面側に、第２電極５６を覆うようにして設けられている。これらの配向膜５３、５７のうち、少なくとも一方（あるいは両方）に上記のエレクトロスプレー堆積法によって形成される配向膜を用いることができる。
【００２８】
次に、いくつかの実施例を説明する。
【００２９】
（実施例１）
ＩＴＯなどの透明電極が形成された１対のガラス基板（ＩＴＯの厚さ：１５００Å、ガラス板厚：０．７ｍｍ、ガラス材質：無アルカリガラス）を用意する。これらの基板を洗浄し、ＩＴＯのパターニングを一般的なフォトリソ工程を用いて行った。ここではＩＴＯエッチング方法としてウェットエッチング（第二塩化鉄）を用いた。
【００３０】
次いで、ＩＴＯをパターニングした後のガラス基板に、エレクトロスプレー堆積法で配向膜液（配向材）の散布を行った。一方の噴射装置１０のシリンジには水平配向材（ＰＩ−Ａ日産化学工業株式会社製：４ｗｔ％）と溶剤（ジクロロメタン）の混合溶液を充填し、もう一方の噴射装置１１のシリンジには垂直配向材（日産化学工業株式会社製ＳＥ−１２１１：４ｗｔ％）と溶剤（ＤＣＭ）の混合溶液を充填し、各噴射装置１０、１１から各混合溶液を同時に散布した。具体的には、マイクロコンピュータ２３により各高電圧リレー２１、２２を同じタイミングで導通状態に制御し、高圧直流電源２０により各噴射装置１０、１１の針に電圧を印加した。なお、水平配向材として用いたＰＩ−Ａの化学構造を以下に示す。
【００３１】
【化１】
【００３２】
このとき、各噴射装置１０、１１の針と基板１００との間の距離ｈを６ｃｍにして、各針に７ｋＶの直流電圧を印加し（電界強度：１．２ｋＶ／ｃｍ）、外径７５μｍの針を用いて鉛直方向に１７５ｎリットル／ｓの速度でそれぞれの溶液を１０μリットルずつ散布した。また、水平配向膜と垂直配向膜の各ドメインの大きさの比を制御するために、水平配向材と溶剤の混合比を２０：８０で固定し、垂直配向材と溶剤の混合比を２０：８０、１：９９と変化させた。各配向材の仮焼成は１００℃で１０分間、本焼成は２５０℃で６０分間行った。この基板にラビング処理を施した。また、対向基板として予め垂直配向膜を従来手法で形成した基板を用意しておき、これとエレクトロスプレー堆積法によって成膜された配向膜を有する基板とを対向させて貼り合わせた。基板間の距離（セル厚）を一定に保つため、片側の基板面上にギャップコントロール剤を乾式散布法にて散布した。ギャップ剤は粒径６ミクロンのプラスチックボールを用いたが、真し球を用いてもよい。メインシールパターン（及び導通材パターン）をもう一方の基板上に形成した。ここでの印刷はスクリーン印刷法を用いたが、ディスペンサなどを用いてもよい。シール剤は熱硬化性のシール剤を用いたが、光硬化性シール剤や光・熱併用型シール剤などを用いてもよい。このシール剤には粒径６ミクロンのグラスファイバーを数％含んでいる。またＡｕボールなどを含む導通材を所定の位置に印刷した。ここではシール剤に前記のグラスファイバーを加え、グラスファイバーの粒径より１ミクロン程度ずつ大きな粒径を有するＡｕボールを数％含んだものを導通材としてスクリーン印刷した。導通材パターンはメインシール材とは反対側の基板上に印刷してもよい。上下基板を所定の位置で重ね合せてセル化し、プレスした状態で熱処理によりシール剤を硬化した。ここではホットプレス法にて熱硬化を行った（１５０℃焼成）。
【００３３】
次にスクライバー装置によりガラス上に傷をつけ、ブレイキングにより短冊状に（注入する単位に）に分割した。このセルに真空注入法にて液晶材料を注入した。液晶材料としては、誘電率異方性が正の値である代表的な液晶材料として５ＣＢ（メルク株式会社製）を用いた。その後、注入口をエンドシール剤にて封止した。配向を整えるため液晶の相転移温度以上にセルを加熱した。ここではオーブンにより６０℃、３０分間熱処理した。スクライバー装置により傷をつけていた部分をブレイキングし個別のセルに小割した。洗剤、有機溶剤などによりセルを洗浄し、液晶や面取り時の粉を洗い落とした。その後、所定の大きさにカットしてある偏光板を所定の角度で貼った。こうしてハイブリッド型の液晶素子を作製し、偏光顕微鏡により配向状態を観察した。また、プレチルト角測定用の試料セルとして、エレクトロスプレー堆積法を用いて配向膜を成膜した後にラビング処理を施した基板同士を貼り合わせたものを作製し、磁場零位法によりプレチルト角を測定した。
【００３４】
作製した液晶素子を偏光顕微鏡によりクロスニコル下で観察した様子を図５に示す。図５（Ａ）は垂直配向材と溶剤の混合比を２０：８０とした場合の観察像であり、図５（Ｂ）は垂直配向材と溶剤の混合比を１：９９とした場合の観察像である。従来の手法で散布した液晶素子の場合、直径数〜数１０μｍの垂直配向膜のドメインによって覆われている様子が見られるが、本実施例の液晶素子では１μｍ以下のプレチルト角の高いドメインが見える程度であった。このことから堆積が生じても水平配向材と垂直配向材の均一な分布が保たれていると考えられる。また、プレチルト角の測定結果を図６に示す。散布した溶液中に含まれる垂直配向材が多い液晶素子に比べて、少ない液晶素子のプレチルト角が低くなるという結果となった。この原因としては積層による基板表面の形状が大きく影響を与えていると考えられる。
【００３５】
（実施例２）
実施例２として、時間的に交互に異なる材料を散布する方法を検討した。配向膜の形成工程以外は実施例１と同じ工程を用いた。一方の噴射装置１０のシリンジには水平配向材（上記実施例１と同じＰＩ−Ａ：４ｗｔ％）と溶剤（ジクロロメタン＆γ−ブチロラクトン）の混合溶液を充填し、もう一方の噴射装置１１のシリンジには垂直配向材（上記実施例１と同じＳＥ−１２１１：４ｗｔ％）と溶剤（ジクロロメタン＆γ−ブチロラクトン）の混合溶液を充填し、各噴射装置１０、１１から各混合溶液を時分割で散布した。具体的には、マイクロコンピュータ２３により各高電圧リレー２１、２２を所定の時間比によって選択的に導通状態に制御し、高圧直流電源２０により各噴射装置１０、１１の針に電圧を印加した。噴射装置１０による水平配向材を含有する混合溶液の散布と、噴射装置１１による垂直配向材を含有する混合溶液の散布が１度ずつ実行されるサイクル（散布サイクル）は１０秒間と設定し、この散布サイクル内における水平配向材を含有する混合溶液の散布時間と垂直配向材を含有する混合溶液の散布時間の比を、８：２、６：４、４：６、２：８の４パターンに設定した。散布時間はトータルで１５分間とした（９０サイクル）。
【００３６】
また、各噴射装置１０、１１の針と基板１００との間の距離ｈを６ｃｍにして、各々の針に６．５ｋＶの直流電圧を印加し、外径７５μｍの針を用いて鉛直方向に７０ｎリットル／ｓの速度でそれぞれの混合溶液を散布した。水平配向膜と垂直配向膜の各ドメインの大きさの比を制御するために、水平配向材と溶剤の混合比を２０：８０で固定し、垂直配向材と溶剤の混合比を２０：８０、１：９９と変化させた。各配向材の仮焼成は１００℃で１０分間、本焼成は２５０℃で６０分間行った。この基板にラビング処理を施した。また、垂直配向材と溶剤の混合比は１：９、水平配向材と溶剤の混合比は１：４とし、散布量が垂直配向材の混合溶液と水平配向材の混合溶液が共に２０μリットルの基板と、垂直配向材の混合溶液が２０μリットルで水平配向材の混合溶液が３０μリットルの基板と、垂直配向材の混合溶液が３０μリットルで水平配向材の混合溶液が２０μリットルの３種類のパターンで配向膜を作製した。また、対向基板として予め垂直配向膜を従来手法で形成した基板を用意しておき、これとエレクトロスプレー堆積法によって成膜された配向膜を有する基板とを対向させて貼り合わせた。
【００３７】
作製した液晶素子の偏光顕微鏡により観察したところ、下地配向膜を成膜して作製した基板に対してエレクトロスプレー堆積法を行っていた手法では約２００μｍ程の領域で２軸性が現れていたが、実施例２の手法では約５０μｍ程度の領域で２軸性が現れていた。つまり、各混合溶液を時分割で散布することでより細かなドメインで配向を制御可能になったと考えられる。具体的には、５μｍ程度の微小なドメインが形成されていた。なお、各噴射装置１０、１１の動作切り替え時に針を一旦接地電位に落とすことでチャージアップの影響を２００ｍｓ以下にすることが可能である。また、一方の噴射装置１０による散布と他方の噴射装置１１による散布とを交互に行う際に、各々における混合溶液の散布量を徐々に減らす（漸減させる）ことも有効である。散布量の比は一定のままで絶対量を徐々に減らしていった方が表面付近の形成膜の比率をより精度よくコントロールできると考えられるためである。
【００３８】
図７は、散布サイクルにおける垂直配向材の散布時間比（％）と配向膜により発現するプレチルト角との関係を示した図である。図７に示すように、垂直配向材の散布時間比が大きくなるほどプレチルト角がより大きくなる傾向が見られる。また、４０°〜６０°程度と大きいプレチルト角が発現していることがわかる。水平配向材と垂直配向材の散布時間比ごとの液晶素子の偏光顕微鏡写真を図８に示す。図８（Ａ）は散布時間比が８：２、図８（Ｂ）は散布時間比が６：４、図８（Ｃ）は散布時間比が４：６、図８（Ｄ）は散布時間比が２：８の場合の偏光顕微鏡写真である。一般には垂直配向材の比率が高いほど配向制御が困難と考えられるが、顕微鏡写真によれば、実施例の液晶素子ではいずれの比率でも均一な配向状態であることがわかる。また、外観写真でも均一性に差は見られず、垂直配向材の比率が高いほどプレチルト角が高くなっていることを反映して透過率がやや低いことが観察される。
【００３９】
以上のような本実施形態並びに各実施例によれば、液晶素子におけるプレチルト角を高い角度で任意に制御できる。特に１０°以上、８５°以下のプレチルト角は一般的な液晶用配向膜では実現が困難であったところ、本実施形態並びに各実施例によれば、市販の垂直配向材および水平配向材をそのまま利用することができる。そのため、液晶素子における配向の長期安定性が高く、かつ液晶配向のアンカリング強度が高いため素子の信頼性が高く、レスポンス（特に立下り）が速いといったメリットがある。特に、高いプレチルト角を必要とするＯＣＢ（オプティカル・コンペイセーティット・ベンド）モードやリバースＴＮ（ツイステッド・ネマチック）モード、ＳＴＮ（超ねじれネマチック）モード等を利用した液晶素子に適している。
【００４０】
また、本実施形態並びに実施例によれば、比較的簡素で安価な構成により高プレチルト角を発現し得る配向膜の製造装置を実現することができる。
【００４１】
また、水平配向材と垂直配向材とを時分割で交互に散布する場合には、散布条件の自由度がより高くなり、プレチルト角の制御性により優れるというメリットが得られる。また、水平配向材と垂直配向材を同時に散布する場合には各々の混合溶液の帯電電位が同じであるため両者が混じり合いにくく、広範囲に均質な配向膜を形成することが難しい可能性があるところ、時分割で散布することでより広範囲に均質な配向膜を形成することが可能になる。
【００４２】
なお、本発明は上述した内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態等においてはエレクトロスプレー堆積法によって散布する配向材を２種類とした場合について説明していたが、３種類以上の配向材を散布してもよい。また、水平配向材と垂直配向材の散布順序は実施例のものに限定されず、順序が逆でもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０、１１：噴射装置
１２：基板ホルダー（基板固定手段）
１３：電圧印加装置
２０：高圧直流電源
２１、２２：高電圧リレー
２３：マイクロコンピュータ
５１：第１基板
５２：第１電極
５３、５７：配向膜
５５：第２基板
５６：第２電極
５９：液晶層
１００：基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子における液晶分子の配向制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶素子の製造における要素技術の１つとして配向制御技術がある。従前、比較的高いプレチルト角を実現する技術として、例えば特開平６−９５１１５号公報（特許文献１）に開示されたものが知られている。しかし、特許文献１に開示される技術を用いる場合には、０°〜９０°の所望のプレチルト角が得られるものの、異方性ドライエッチングを用いること等により製造プロセスが複雑であるため加工費がかかるとともに、多くの材料（粒子、樹脂など）が必要であるため材料費がかかるという点で未だ改良の余地が残されていた。また、液晶素子用の配向膜は液晶分子の配向状態を長期に安定して保持するよう分子設計された材料であり、信頼性の高い液晶素子を作製する上で重要な役割を示すものであるが、特許文献１では液晶分子と直接に接する部分に配向膜材料ではないもの（樹脂など）を用いている。このため、液晶素子の信頼性を高く保てるのかという懸念があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−９５１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明に係る具体的態様は、液晶分子のプレチルト角を広範囲に設定し得る新規な技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る一態様の液晶用の配向膜製造方法は、基板上に液晶用の配向膜を製造するための方法であって、（ａ）第１材料液と前記基板との間に相対的に電位差を与えた状態で前記第１材料液を放出することにより、前記第１材料液を霧状にして前記基板上に散布する第１工程と、（ｂ）第２材料液と前記基板との間に相対的に電位差を与えた状態で前記第２材料液を放出することにより、前記第２材料液を霧状にして前記基板上に散布する第２工程と、（ｃ）前記基板上に散布された前記第１材料液及び前記第２材料液を固化させる第３工程を含むことを特徴とする液晶用の配向膜製造方法である。
【０００６】
上記発明によれば、第１材料液と第２材料液の組み合わせを適宜に設定することにより、液晶素子におけるプレチルト角を高い角度で任意に制御できる。特に１０°以上、８５°以下のプレチルト角は一般的な液晶用配向膜では実現が困難であったところ、例えば第１材料液と第２材料液のうちの何れか一方として垂直配向材を含有するもの、他方として水平配向材を含有するものを用いることにより、４０°以上の高いプレチルト角を実現し得る。本発明の製造方法では、市販の垂直配向材および水平配向材をそのまま利用することができるため、液晶素子における配向の長期安定性が高く、かつ液晶配向のアンカリング強度が高いため素子の信頼性が高く、レスポンス（特に立下り）が速いといったメリットがある。また、第１材料液と第２材料液とを交互に散布することにより、散布条件の自由度がより高くなるためプレチルト角の制御性により優れ、かつ、より広範囲に均質な配向膜を形成することが可能になる。
【０００７】
本発明に係る一態様の液晶素子の製造方法は、（ａ）第１基板の一面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、（ｂ）前記第１基板と第２基板を対向配置させる基板配置工程と、（ｃ）前記第１基板と前記第２基板の間に液晶層を形成する液晶層形成工程を含み、（ｄ）配向膜形成工程が上記の本発明に係る配向膜製造方法を用いて配向膜を形成する、ことを特徴とする液晶素子の製造方法である。
【０００８】
上記発明によれば、液晶素子における液晶分子のプレチルト角を広範囲に設定し得るので、高いプレチルト角を有する液晶素子を製造し得る。
【０００９】
本発明に係る一態様の液晶用の配向膜製造装置は、（ａ）第１材料液を霧状にして噴霧する第１噴射装置と、（ｂ）前記第１噴射装置と隣り合って配置され、第２材料液を霧状にして噴霧する第２噴射装置と、（ｃ）基板を、当該基板の一面が前記第１噴射装置及び前記第２噴射装置のそれぞれによる噴射方向と対向するように保持する基板ホルダーと、（ｄ）前記第１噴射装置及び前記第２噴射装置の各々と接続され、前記第１材料液及び前記第２材料液の何れかと前記基板との間に選択的に電圧を印加する電圧印加装置とを含むことを特徴とする液晶用の配向膜製造装置である。
【００１０】
上記発明によれば、比較的簡素で安価な構成により高プレチルト角を発現し得る配向膜の製造装置を実現することができる。
【００１１】
本発明に係る一態様の液晶素子は、（ａ）対向配置された第１基板及び第２基板と、（ｂ）少なくとも前記第１基板の一面に設けられた配向膜と、（ｃ）前記第１基板と前記第２基板の間に設けられた液晶層を含み、（ｄ）前記配向膜は、複数種の配向膜片が前記第１基板の一面上に不規則に分散しており、かつ当該複数種の配向膜片が前記第１基板の板厚方向において不規則に積み重なっている、ことを特徴とする液晶素子である。
【００１２】
上記発明によれば、複数種の配向膜片の組み合わせを適宜に設定することにより、液晶素子のプレチルト角を高い角度で任意に制御できる。特に１０°以上、８５°以下のプレチルト角は一般的な液晶用配向膜では実現が困難であったところ、例えば一方の配向膜片として垂直配向材を含有するもの、他方の配向膜片として水平配向材を含有するものを用いることにより、４０°以上の高いプレチルト角を実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の配向膜の製造装置の構成を示す模式図である。
【図２】エレクトロスプレー堆積法における散布電圧について説明する図である。
【図３】エレクトロスプレー堆積法により成膜される配向膜の構造を説明する図である。
【図４】一実施形態の液晶素子を模式的に示す断面図である。
【図５】実施例１の液晶素子を偏光顕微鏡により観察した様子を示す図である。
【図６】実施例１の液晶素子のプレチルト角の測定結果を示す図である。
【図７】散布サイクルにおける垂直配向材の散布時間比と配向膜により発現するプレチルト角との関係を示した図である。
【図８】水平配向材と垂直配向材の散布時間比ごとの液晶素子の偏光顕微鏡写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、一実施形態の配向膜の製造装置の構成を示す模式図である。図１に示す配向膜の製造装置は、配向膜の材料液（以下「配向膜液」という。）を内部に保持するための円筒状等のシリンジ（筒）とこれらのシリンジの一端に設けられた中空の微小な針を備えた２つの噴射装置１０、１１と、これらの噴射装置１０、１１によって配向膜を形成する対象となる基板１００を保持する基板ホルダー（基板固定手段）１２と、各噴射装置１０、１１に電圧を印加するための電圧印加装置１３を備える。噴射装置１０と噴射装置１１は図示のように隣り合って配置されている。電圧印加装置１３は、高圧直流電源２０と、この高圧直流電源２０とそれぞれ接続された高電圧リレー２１、２２と、これらの高電圧リレー２１、２２の開閉動作を制御するマイクロコンピュータ２３を含んで構成されている。
【００１６】
図示のように、噴射装置１０、１１のそれぞれの針と基板１００との距離ｈを適宜（例えば、数ｃｍ程度）に確保する。そして、噴射装置１０、１１のそれぞれの針と基板１００の間に電圧印加装置１３を用いて高電圧（例えば数ｋＶの直流電圧）を印加しながら、シリンジ内の配向膜液を針の先端に供給する。このとき、例えば図示のように基板１００および基板ホルダー１２を接地（基準電位）に接続しておき、各噴射装置１０、１１の針には基板１００より相対的に高い電位を与える（なお、電位の関係は逆でもよい）。それにより、各噴射装置１０、１１の針から吐出される配向膜液はプラスの電位を帯びた状態の液体粒子となる。この電位を帯びた液体粒子は、電気的に反発しながら細かく分裂して拡がり、霧状の微小液滴（霧状体）となる。この微小な液滴がマイナスに帯電した基板１００に引き寄せられ、基板１００上に付着する。その後、基板１００に到達した微小液滴に対して適宜熱処理等を与えることによって膜化（固化）させることにより、多数の微細な配向膜片を含んで構成された配向膜が得られる。
【００１７】
ここで、きれいに液滴を散布するためには配向膜液の粘度が低いことが望ましい。そのため、アセトン等の溶剤によって配向材を希釈して配向膜液を調製することが望ましい。希釈用の溶剤としては、基本的には沸点が低く、揮発性の高い材料が望ましい。エレクトロスプレー堆積法により散布する際には非常に細かな液滴となるが、基板に向かって飛んでいる間にアセトンなどの有機溶媒は蒸発するものと考えられる。従って、ここで用いる希釈用の溶剤は、揮発性が高ければ何を選んでも液晶分子の配向性には大きな影響を与えないと考えられる。
【００１８】
このような方法（以下「エレクトロスプレー堆積法」という）を使って配向膜を製造する方法の主な利点は以下の通りである。
（ａ）ナノオーダーの微細な液滴を散布可能
（ｂ）常温常圧で成膜可能
（ｃ）ドライプロセスで成膜可能
（ｄ）装置構成が比較的に簡素（単純）
（ｅ）成膜可能な材料が多い
（ｆ）成膜に必要な材料が少量で済む
【００１９】
また、図１に示すように２つの噴射装置１０、１１を用意し、各噴射装置１０、１１にそれぞれ異なる性質の配向膜液（配向材）を導入することにより、それぞれの配向膜液が形成された微小領域（数百ナノメートルから数十ミクロン程度）を混在させて形成することができる。それにより、これまでに実現が難しかった複合的な液晶配向状態を得ることが可能になる。また、それぞれの噴射装置１０、１１によって配向膜液を散布するタイミングを同時とせずに時分割して交互に散布することにより、配向膜液の散布状態をより良い状態にすることができる。配向膜液の散布タイミングと配向膜液の散布状態の関係については後ほど実施例により詳述する。
【００２０】
図２は、本実施形態のエレクトロスプレー堆積法における好適な散布電圧について説明するための図である。図２（Ａ）は各噴射装置１０、１１の針と基板１００の間の電圧（電極間電圧）と全イオン量との関係を示す。図示のように、電極間電圧をしきい値電圧より２００Ｖ程度高い電圧としたときが安定電圧である場合が多い。図２（Ｂ）に示すように、この電極間電圧の大きさにより配向膜液の散布モードが変化する。電極間電圧が相対的に低い時には比較的に液滴サイズが大きくなるマイクロドロッピングモードとなり、電極間電圧が大きくなるにつれて液適サイズが均一で微小となるコーンジェットモードが表れ、次いで液滴サイズの均一性が低下したマルチジェットモードとなる。
【００２１】
図３は、本実施形態のエレクトロスプレー堆積法により成膜される配向膜の構造を説明するための図である。図３（Ａ）に示すように、基板上には、ある配向膜液Ａが堆積した配向膜ドメイン（配向膜片）と別の配向膜液Ｂが堆積した配向膜ドメイン（配向膜片）がランダムに混合した状態の配向膜が得られると考えられる。すなわち、複数の配向膜ドメインが基板上に平面的に分散し、かつ三次元的に積み上がった構造の配向膜が得られる。複数の配向膜液をエレクトロスプレー堆積法によって散布することで、各配向膜ドメインが堆積してもドメイン比率が変化しないという効果が得られる。これに対する比較例を図３（Ｂ）に示す。比較例は、基板上に配向膜液Ａを用いてスピンコート等により平坦な配向膜を形成し、その上に配向膜液Ｂを用いてエレクトロスプレー堆積法により配向膜ドメインを形成して得られる配向膜である。
【００２２】
次に、上記したエレクトロスプレー堆積法によって形成される配向膜を適用可能な液晶素子について説明する。
【００２３】
図４は、一実施形態の液晶素子を模式的に示す断面図である。図４に示す液晶素子は、第１基板５１と第２基板５５の間に液晶層５９を介在させた基本構成を有する。第１基板５１の外側には第１偏光板６１が配置され、第２基板５５の外側には第２偏光板６２が配置されている。以下、さらに詳細に液晶素子の構造を説明する。なお、液晶層５９の周囲を封止するシール材等の部材については図示および説明を省略する。
【００２４】
第１基板５１および第２基板５５は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。図示のように、第１基板５１と第２基板５５とは、互いの一面が対向するようにして、所定の間隙（例えば数μｍ）を設けて貼り合わされている。なお、特段の図示を省略するが、いずれかの基板上に薄膜トランジスタ等のスイッチング素子が形成されていてもよい。
【００２５】
液晶層５９は、第１基板５１と第２基板５５の相互間に設けられている。液晶層５９を構成する液晶材料の誘電率異方性Δεは正（Δε＞０）であっても負（Δε＜０）であってもよい。液晶層５９に図示された太線は、液晶層５９に電圧が印加されていない初期状態における液晶分子の配向方位を模式的に示したものである。液晶層５９は、例えば図示のように比較的高いプレチルト角が付与された一様な初期配向状態とされる。
【００２６】
第１電極５２は、第１基板５１の一面側に設けられている。また、第２電極５６は、第２基板５５の一面側に設けられている。第１電極５２および第２電極５６は、それぞれ、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。
【００２７】
配向膜５３は、第１基板５１の一面側に、第１電極５２を覆うようにして設けられている。また、配向膜５７は、第２基板５５の一面側に、第２電極５６を覆うようにして設けられている。これらの配向膜５３、５７のうち、少なくとも一方（あるいは両方）に上記のエレクトロスプレー堆積法によって形成される配向膜を用いることができる。
【００２８】
次に、いくつかの実施例を説明する。
【００２９】
（実施例１）
ＩＴＯなどの透明電極が形成された１対のガラス基板（ＩＴＯの厚さ：１５００Å、ガラス板厚：０．７ｍｍ、ガラス材質：無アルカリガラス）を用意する。これらの基板を洗浄し、ＩＴＯのパターニングを一般的なフォトリソ工程を用いて行った。ここではＩＴＯエッチング方法としてウェットエッチング（第二塩化鉄）を用いた。
【００３０】
次いで、ＩＴＯをパターニングした後のガラス基板に、エレクトロスプレー堆積法で配向膜液（配向材）の散布を行った。一方の噴射装置１０のシリンジには水平配向材（ＰＩ−Ａ日産化学工業株式会社製：４ｗｔ％）と溶剤（ジクロロメタン）の混合溶液を充填し、もう一方の噴射装置１１のシリンジには垂直配向材（日産化学工業株式会社製ＳＥ−１２１１：４ｗｔ％）と溶剤（ＤＣＭ）の混合溶液を充填し、各噴射装置１０、１１から各混合溶液を同時に散布した。具体的には、マイクロコンピュータ２３により各高電圧リレー２１、２２を同じタイミングで導通状態に制御し、高圧直流電源２０により各噴射装置１０、１１の針に電圧を印加した。なお、水平配向材として用いたＰＩ−Ａの化学構造を以下に示す。
【００３１】
【化１】
【００３２】
このとき、各噴射装置１０、１１の針と基板１００との間の距離ｈを６ｃｍにして、各針に７ｋＶの直流電圧を印加し（電界強度：１．２ｋＶ／ｃｍ）、外径７５μｍの針を用いて鉛直方向に１７５ｎリットル／ｓの速度でそれぞれの溶液を１０μリットルずつ散布した。また、水平配向膜と垂直配向膜の各ドメインの大きさの比を制御するために、水平配向材と溶剤の混合比を２０：８０で固定し、垂直配向材と溶剤の混合比を２０：８０、１：９９と変化させた。各配向材の仮焼成は１００℃で１０分間、本焼成は２５０℃で６０分間行った。この基板にラビング処理を施した。また、対向基板として予め垂直配向膜を従来手法で形成した基板を用意しておき、これとエレクトロスプレー堆積法によって成膜された配向膜を有する基板とを対向させて貼り合わせた。基板間の距離（セル厚）を一定に保つため、片側の基板面上にギャップコントロール剤を乾式散布法にて散布した。ギャップ剤は粒径６ミクロンのプラスチックボールを用いたが、真し球を用いてもよい。メインシールパターン（及び導通材パターン）をもう一方の基板上に形成した。ここでの印刷はスクリーン印刷法を用いたが、ディスペンサなどを用いてもよい。シール剤は熱硬化性のシール剤を用いたが、光硬化性シール剤や光・熱併用型シール剤などを用いてもよい。このシール剤には粒径６ミクロンのグラスファイバーを数％含んでいる。またＡｕボールなどを含む導通材を所定の位置に印刷した。ここではシール剤に前記のグラスファイバーを加え、グラスファイバーの粒径より１ミクロン程度ずつ大きな粒径を有するＡｕボールを数％含んだものを導通材としてスクリーン印刷した。導通材パターンはメインシール材とは反対側の基板上に印刷してもよい。上下基板を所定の位置で重ね合せてセル化し、プレスした状態で熱処理によりシール剤を硬化した。ここではホットプレス法にて熱硬化を行った（１５０℃焼成）。
【００３３】
次にスクライバー装置によりガラス上に傷をつけ、ブレイキングにより短冊状に（注入する単位に）に分割した。このセルに真空注入法にて液晶材料を注入した。液晶材料としては、誘電率異方性が正の値である代表的な液晶材料として５ＣＢ（メルク株式会社製）を用いた。その後、注入口をエンドシール剤にて封止した。配向を整えるため液晶の相転移温度以上にセルを加熱した。ここではオーブンにより６０℃、３０分間熱処理した。スクライバー装置により傷をつけていた部分をブレイキングし個別のセルに小割した。洗剤、有機溶剤などによりセルを洗浄し、液晶や面取り時の粉を洗い落とした。その後、所定の大きさにカットしてある偏光板を所定の角度で貼った。こうしてハイブリッド型の液晶素子を作製し、偏光顕微鏡により配向状態を観察した。また、プレチルト角測定用の試料セルとして、エレクトロスプレー堆積法を用いて配向膜を成膜した後にラビング処理を施した基板同士を貼り合わせたものを作製し、磁場零位法によりプレチルト角を測定した。
【００３４】
作製した液晶素子を偏光顕微鏡によりクロスニコル下で観察した様子を図５に示す。図５（Ａ）は垂直配向材と溶剤の混合比を２０：８０とした場合の観察像であり、図５（Ｂ）は垂直配向材と溶剤の混合比を１：９９とした場合の観察像である。従来の手法で散布した液晶素子の場合、直径数〜数１０μｍの垂直配向膜のドメインによって覆われている様子が見られるが、本実施例の液晶素子では１μｍ以下のプレチルト角の高いドメインが見える程度であった。このことから堆積が生じても水平配向材と垂直配向材の均一な分布が保たれていると考えられる。また、プレチルト角の測定結果を図６に示す。散布した溶液中に含まれる垂直配向材が多い液晶素子に比べて、少ない液晶素子のプレチルト角が低くなるという結果となった。この原因としては積層による基板表面の形状が大きく影響を与えていると考えられる。
【００３５】
（実施例２）
実施例２として、時間的に交互に異なる材料を散布する方法を検討した。配向膜の形成工程以外は実施例１と同じ工程を用いた。一方の噴射装置１０のシリンジには水平配向材（上記実施例１と同じＰＩ−Ａ：４ｗｔ％）と溶剤（ジクロロメタン＆γ−ブチロラクトン）の混合溶液を充填し、もう一方の噴射装置１１のシリンジには垂直配向材（上記実施例１と同じＳＥ−１２１１：４ｗｔ％）と溶剤（ジクロロメタン＆γ−ブチロラクトン）の混合溶液を充填し、各噴射装置１０、１１から各混合溶液を時分割で散布した。具体的には、マイクロコンピュータ２３により各高電圧リレー２１、２２を所定の時間比によって選択的に導通状態に制御し、高圧直流電源２０により各噴射装置１０、１１の針に電圧を印加した。噴射装置１０による水平配向材を含有する混合溶液の散布と、噴射装置１１による垂直配向材を含有する混合溶液の散布が１度ずつ実行されるサイクル（散布サイクル）は１０秒間と設定し、この散布サイクル内における水平配向材を含有する混合溶液の散布時間と垂直配向材を含有する混合溶液の散布時間の比を、８：２、６：４、４：６、２：８の４パターンに設定した。散布時間はトータルで１５分間とした（９０サイクル）。
【００３６】
また、各噴射装置１０、１１の針と基板１００との間の距離ｈを６ｃｍにして、各々の針に６．５ｋＶの直流電圧を印加し、外径７５μｍの針を用いて鉛直方向に７０ｎリットル／ｓの速度でそれぞれの混合溶液を散布した。水平配向膜と垂直配向膜の各ドメインの大きさの比を制御するために、水平配向材と溶剤の混合比を２０：８０で固定し、垂直配向材と溶剤の混合比を２０：８０、１：９９と変化させた。各配向材の仮焼成は１００℃で１０分間、本焼成は２５０℃で６０分間行った。この基板にラビング処理を施した。また、垂直配向材と溶剤の混合比は１：９、水平配向材と溶剤の混合比は１：４とし、散布量が垂直配向材の混合溶液と水平配向材の混合溶液が共に２０μリットルの基板と、垂直配向材の混合溶液が２０μリットルで水平配向材の混合溶液が３０μリットルの基板と、垂直配向材の混合溶液が３０μリットルで水平配向材の混合溶液が２０μリットルの３種類のパターンで配向膜を作製した。また、対向基板として予め垂直配向膜を従来手法で形成した基板を用意しておき、これとエレクトロスプレー堆積法によって成膜された配向膜を有する基板とを対向させて貼り合わせた。
【００３７】
作製した液晶素子の偏光顕微鏡により観察したところ、下地配向膜を成膜して作製した基板に対してエレクトロスプレー堆積法を行っていた手法では約２００μｍ程の領域で２軸性が現れていたが、実施例２の手法では約５０μｍ程度の領域で２軸性が現れていた。つまり、各混合溶液を時分割で散布することでより細かなドメインで配向を制御可能になったと考えられる。具体的には、５μｍ程度の微小なドメインが形成されていた。なお、各噴射装置１０、１１の動作切り替え時に針を一旦接地電位に落とすことでチャージアップの影響を２００ｍｓ以下にすることが可能である。また、一方の噴射装置１０による散布と他方の噴射装置１１による散布とを交互に行う際に、各々における混合溶液の散布量を徐々に減らす（漸減させる）ことも有効である。散布量の比は一定のままで絶対量を徐々に減らしていった方が表面付近の形成膜の比率をより精度よくコントロールできると考えられるためである。
【００３８】
図７は、散布サイクルにおける垂直配向材の散布時間比（％）と配向膜により発現するプレチルト角との関係を示した図である。図７に示すように、垂直配向材の散布時間比が大きくなるほどプレチルト角がより大きくなる傾向が見られる。また、４０°〜６０°程度と大きいプレチルト角が発現していることがわかる。水平配向材と垂直配向材の散布時間比ごとの液晶素子の偏光顕微鏡写真を図８に示す。図８（Ａ）は散布時間比が８：２、図８（Ｂ）は散布時間比が６：４、図８（Ｃ）は散布時間比が４：６、図８（Ｄ）は散布時間比が２：８の場合の偏光顕微鏡写真である。一般には垂直配向材の比率が高いほど配向制御が困難と考えられるが、顕微鏡写真によれば、実施例の液晶素子ではいずれの比率でも均一な配向状態であることがわかる。また、外観写真でも均一性に差は見られず、垂直配向材の比率が高いほどプレチルト角が高くなっていることを反映して透過率がやや低いことが観察される。
【００３９】
以上のような本実施形態並びに各実施例によれば、液晶素子におけるプレチルト角を高い角度で任意に制御できる。特に１０°以上、８５°以下のプレチルト角は一般的な液晶用配向膜では実現が困難であったところ、本実施形態並びに各実施例によれば、市販の垂直配向材および水平配向材をそのまま利用することができる。そのため、液晶素子における配向の長期安定性が高く、かつ液晶配向のアンカリング強度が高いため素子の信頼性が高く、レスポンス（特に立下り）が速いといったメリットがある。特に、高いプレチルト角を必要とするＯＣＢ（オプティカル・コンペイセーティット・ベンド）モードやリバースＴＮ（ツイステッド・ネマチック）モード、ＳＴＮ（超ねじれネマチック）モード等を利用した液晶素子に適している。
【００４０】
また、本実施形態並びに実施例によれば、比較的簡素で安価な構成により高プレチルト角を発現し得る配向膜の製造装置を実現することができる。
【００４１】
また、水平配向材と垂直配向材とを時分割で交互に散布する場合には、散布条件の自由度がより高くなり、プレチルト角の制御性により優れるというメリットが得られる。また、水平配向材と垂直配向材を同時に散布する場合には各々の混合溶液の帯電電位が同じであるため両者が混じり合いにくく、広範囲に均質な配向膜を形成することが難しい可能性があるところ、時分割で散布することでより広範囲に均質な配向膜を形成することが可能になる。
【００４２】
なお、本発明は上述した内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態等においてはエレクトロスプレー堆積法によって散布する配向材を２種類とした場合について説明していたが、３種類以上の配向材を散布してもよい。また、水平配向材と垂直配向材の散布順序は実施例のものに限定されず、順序が逆でもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０、１１：噴射装置
１２：基板ホルダー（基板固定手段）
１３：電圧印加装置
２０：高圧直流電源
２１、２２：高電圧リレー
２３：マイクロコンピュータ
５１：第１基板
５２：第１電極
５３、５７：配向膜
５５：第２基板
５６：第２電極
５９：液晶層
１００：基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に液晶用の配向膜を製造するための方法であって、
第１材料液と前記基板との間に相対的に電位差を与えた状態で前記第１材料液を放出することにより、前記第１材料液を霧状にして前記基板上に散布する第１工程と、
第２材料液と前記基板との間に相対的に電位差を与えた状態で前記第２材料液を放出することにより、前記第２材料液を霧状にして前記基板上に散布する第２工程と、
前記基板上に散布された前記第１材料液及び前記第２材料液を固化させる第３工程、
を含む、液晶用の配向膜製造方法。
【請求項２】
前記第１材料液と前記第２材料液のうち、何れか一方が垂直配向材を含有し、他方が水平配向材を含有する、請求項１に記載の液晶用の配向膜製造方法。
【請求項３】
前記第１工程と前記第２工程を２回以上繰り返した後に前記第３工程を実行する、請求項１又は２に記載の液晶用の配向膜製造方法。
【請求項４】
前記第１工程における前記第１材料液の散布量と前記第２工程における前記第２材料液の散布量の各々を、前記第１工程と前記第２工程の繰り返し回数の増加に伴って漸減させる、請求項３に記載の液晶用の配向膜製造方法。
【請求項５】
第１基板の一面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、
前記第１基板と第２基板を対向配置させる基板配置工程と、
前記第１基板と前記第２基板の間に液晶層を形成する液晶層形成工程、
を含み、
前記配向膜形成工程は、請求項１〜４の何れかに記載の配向膜製造方法を用いて前記配向膜を形成する、液晶素子の製造方法。
【請求項６】
第１材料液を霧状にして噴霧する第１噴射装置と、
前記第１噴射装置と隣り合って配置され、第２材料液を霧状にして噴霧する第２噴射装置と、
基板を、当該基板の一面が前記第１噴射装置及び前記第２噴射装置のそれぞれによる噴射方向と対向するように保持する基板ホルダーと、
前記第１噴射装置及び前記第２噴射装置の各々と接続され、前記第１材料液及び前記第２材料液の何れかと前記基板との間に選択的に電圧を印加する電圧印加装置と、
を含む液晶用の配向膜製造装置。
【請求項７】
対向配置された第１基板及び第２基板と、
少なくとも前記第１基板の一面に設けられた配向膜と、
前記第１基板と前記第２基板の間に設けられた液晶層、
を含み、
前記配向膜は、複数種の配向膜片が前記第１基板の一面上に不規則に分散しており、かつ当該複数種の配向膜片が前記第１基板の板厚方向において不規則に積み重なっている、液晶素子。
【請求項１】
基板上に液晶用の配向膜を製造するための方法であって、
第１材料液と前記基板との間に相対的に電位差を与えた状態で前記第１材料液を放出することにより、前記第１材料液を霧状にして前記基板上に散布する第１工程と、
第２材料液と前記基板との間に相対的に電位差を与えた状態で前記第２材料液を放出することにより、前記第２材料液を霧状にして前記基板上に散布する第２工程と、
前記基板上に散布された前記第１材料液及び前記第２材料液を固化させる第３工程、
を含む、液晶用の配向膜製造方法。
【請求項２】
前記第１材料液と前記第２材料液のうち、何れか一方が垂直配向材を含有し、他方が水平配向材を含有する、請求項１に記載の液晶用の配向膜製造方法。
【請求項３】
前記第１工程と前記第２工程を２回以上繰り返した後に前記第３工程を実行する、請求項１又は２に記載の液晶用の配向膜製造方法。
【請求項４】
前記第１工程における前記第１材料液の散布量と前記第２工程における前記第２材料液の散布量の各々を、前記第１工程と前記第２工程の繰り返し回数の増加に伴って漸減させる、請求項３に記載の液晶用の配向膜製造方法。
【請求項５】
第１基板の一面に配向膜を形成する配向膜形成工程と、
前記第１基板と第２基板を対向配置させる基板配置工程と、
前記第１基板と前記第２基板の間に液晶層を形成する液晶層形成工程、
を含み、
前記配向膜形成工程は、請求項１〜４の何れかに記載の配向膜製造方法を用いて前記配向膜を形成する、液晶素子の製造方法。
【請求項６】
第１材料液を霧状にして噴霧する第１噴射装置と、
前記第１噴射装置と隣り合って配置され、第２材料液を霧状にして噴霧する第２噴射装置と、
基板を、当該基板の一面が前記第１噴射装置及び前記第２噴射装置のそれぞれによる噴射方向と対向するように保持する基板ホルダーと、
前記第１噴射装置及び前記第２噴射装置の各々と接続され、前記第１材料液及び前記第２材料液の何れかと前記基板との間に選択的に電圧を印加する電圧印加装置と、
を含む液晶用の配向膜製造装置。
【請求項７】
対向配置された第１基板及び第２基板と、
少なくとも前記第１基板の一面に設けられた配向膜と、
前記第１基板と前記第２基板の間に設けられた液晶層、
を含み、
前記配向膜は、複数種の配向膜片が前記第１基板の一面上に不規則に分散しており、かつ当該複数種の配向膜片が前記第１基板の板厚方向において不規則に積み重なっている、液晶素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図５】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図５】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１１３０４９（Ｐ２０１２−１１３０４９Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６０２１６（Ｐ２０１０−２６０２１６）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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