液晶表示装置
【課題】液晶の配向性や低消費電力性を損なうことなく、透過率の高い液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置において、少なくとも一方の配向膜は有機化合物を含み、配向膜の一方の面は液晶層と接しており、配向膜の他方の面は下地層と接しており、配向膜の屈折率は、配向膜の膜厚方向に、液晶層と配向膜との界面から、下地層と配向膜との界面にかけて単調増加し、液晶層の最小屈折率ｎＬＣと、液晶層と配向膜との界面における、配向膜の屈折率ｎＦ２と、配向膜と下地層との界面における、配向膜の屈折率ｎＦ１と、下地層の屈折率ｎＳ２と、は下記式（Ｉ）の関係を有する。
【解決手段】液晶表示装置において、少なくとも一方の配向膜は有機化合物を含み、配向膜の一方の面は液晶層と接しており、配向膜の他方の面は下地層と接しており、配向膜の屈折率は、配向膜の膜厚方向に、液晶層と配向膜との界面から、下地層と配向膜との界面にかけて単調増加し、液晶層の最小屈折率ｎＬＣと、液晶層と配向膜との界面における、配向膜の屈折率ｎＦ２と、配向膜と下地層との界面における、配向膜の屈折率ｎＦ１と、下地層の屈折率ｎＳ２と、は下記式（Ｉ）の関係を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明性と高コントラスト性を高めた配向膜が形成された液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は表示品質が高く、且つ薄型、軽量、低消費電力などといった特長からその用途を広げており、携帯電話用モニター、デジタルスチルカメラ用モニターなどの携帯向けモニターからデスクトップパソコン用モニター、印刷やデザイン向けモニター、医療用モニターさらには液晶テレビなど様々な用途に用いられている。
【０００３】
この用途拡大に伴い、液晶表示装置には更なる高画質化、高品質化が求められており、特に高透過率化による高輝度化、低消費電力化が強く求められている。また液晶表示装置の普及に伴い、低コスト化に対しても強い要求がある。
【０００４】
通常、液晶表示装置の表示は一対の基板間に挟まれた液晶層の液晶分子に電界を印加することにより液晶分子の配向方向を変化させ、それにより生じた液晶層の光学特性の変化により行われる。電界無印加時の液晶分子の配向方向は、ポリイミド薄膜の表面にラビング処理を施した配向膜により規定されている。
【０００５】
従来、画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子を備えたアクティブ駆動型液晶表示装置は、液晶層を挟持する一対の基板のそれぞれに電極を設け、液晶層に印加する電界の方向が基板面に対してほぼ垂直になる、所謂縦電界になるように設定され、液晶層を構成する液晶分子の光旋光性を利用して表示を行う。
【０００６】
縦電界方式の代表的な液晶表示装置として、ツイステッドネマチック（ＴＮ：Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式が知られている。ＴＮ方式の液晶表示装置においては視野角が狭いことが課題の一つである。そこで、広視野角化を達成する表示方式としてＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式やＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が知られている。
【０００７】
ＩＰＳ方式およびＦＦＳ方式は、一対の基板の一方に櫛歯状の電極を形成し、発生する電界が当該基板面にほぼ平行な成分を有する、所謂横電界方式の表示方式であり、液晶層を構成する液晶分子を基板とほぼ平行な面内で回転動作させ、液晶層の複屈折性を用いて表示を行う。液晶分子の面内スイッチングにより従来のＴＮ方式に比べて視野角が広く低負荷容量である等の利点があり、ＴＮ方式に代わる新たな液晶表示装置として有望視され、近年急速に進歩している。
【０００８】
液晶表示素子は、液晶層中の液晶分子の配向状態を電場の有無によって制御する。すなわち、液晶層の外部に設けられた上下の偏光板を完全直交状態にして、中間の液晶分子の配向状態により位相差を発生させて明暗の状態を形成する。
【０００９】
液晶表示素子の透過率は基板や透明電極、液晶層、偏光板等の各種光学薄膜自身の光吸収や光散乱以外に、各光学薄膜間の屈折率差に由来する、界面での光反射が大きな割合を占めている。液晶表示素子の光学薄膜の中で最大の屈折率を与えるものは透明電極に用いられる酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ, ＩＴＯ；屈折率２．１）や画素電極と共通電極の間を電気的に分離する層間絶縁膜に用いられる窒化珪素（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ，ＳｉＮｘ；屈折率１．８〜１．９）等である。それ以外の部材は、液晶や配向膜、偏光板、位相差板等の有機光学薄膜であり、或いはガラス基板であり、それらの屈折率は１．４〜１．６程度である。
【００１０】
異なる屈折率を有する媒体間の反射損失を低減するためには、その間に各種反射防止層を挿入することが有効である。代表的な反射防止層として、高屈折率層と低屈折率層の多層膜や、マイクロレンスアレイ等が用いられるが、少なくとも波長オーダの光学的構造を設ける必要があり、液晶表示装置の透明電極と液晶層との間の高々１００ｎｍ程度の間隔に導入することは困難である。より薄い薄膜でありながら、可視域全般にわたり一様な反射防止を行うためには、屈折率の異なる光学薄膜間になだらかに屈折率を変える傾斜屈折率（Ｇｒａｔｅｄ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ，ＧＲＩＮ）薄膜が用いられる。
【００１１】
例えば、ＧＲＩＮ薄膜は、無機ガラスからなる光通信ファイバ接続部での接続ロス防止や（非特許文献１参照）、空孔密度制御されたＳｉＯ２ガラスからなる外光反射防止膜に（非特許文献２参照）用いられている。
【００１２】
また、特許文献１においては液晶表示素子にも酸化度を制御したＳｉＯｘ薄膜からなるＧＲＩＮ薄膜を用いることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−２４８６０７号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．２００２ ２８ｔｈ Ｅｕｒｏ．Ｃｏｎｆ．Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．（ＥＣＯＣ２００２） ３ （２００２） １−２
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．４２ （２００３） ４５７３−４５７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、これらＳｉＯ２ガラスからなる外光反射防止膜やＳｉＯｘ薄膜からなるＧＲＩＮ薄膜単独ではその表面に何ら面内異方性を持たないため液晶配向能力を保有することは極めて難しい。更に特許文献１においてはＳｉＯｘ薄膜単独に斜方蒸着を施すことによって多少なりとも液晶配向能力を付与しようとしているが、このような無機材料の斜方蒸着膜の液晶配向能力が乏しいことは、古くから周知のところである。
【００１６】
今日では、液晶分子を配向させるためには、分子レベルでの相互作用により配向させることが可能な有機材料からなる配向膜が標準的に用いられている。仮に、特許文献１に示されるようなＳｉＯｘ薄膜からなるＧＲＩＮ薄膜の上に従来の液晶配向膜を塗布すると、屈折率上の差異を緩和する機能は実現されても、例えば透明電極から液晶層に達するまでの距離が長くなり、液晶分子を配向させるのに必要な電圧を高めないと駆動できず、消費電力が著しく増加してしまう。
【００１７】
本発明の目的は、液晶の配向性や低消費電力性を損なうことなく、透過率の高い液晶表示装置を提供することにある。また、本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る液晶表示装置は、少なくとも一方が透明な第一の基板および第二の基板と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置された液晶層と、前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、前記電極群に接続された複数のアクティブ素子と、前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板に配置された、一方の面で前記液晶層と接する配向膜と、前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板において、前記配向膜の他方側の面と接する下地層と、を備える液晶表示装置において、前記配向膜は有機化合物を含み、前記配向膜の屈折率は、前記配向膜と前記液晶層との界面から、前記配向膜と下地層との界面にかけて単調増加し、前記液晶層の最小屈折率ｎＬＣと、前記液晶層と前記配向膜との界面における、前記配向膜の屈折率ｎＦ２と、前記配向膜と前記下地層との界面における、前記配向膜の屈折率ｎＦ１と、前記下地層の屈折率ｎＳ２と、
は下記式（Ｉ）の関係を有することを特徴とする。
【数１】
【００１９】
また、前記下地層は、可視光を透過する透明層であり、前記電極群は共通電極および画素電極を含み、前記下地層の前記配向膜に接する面と反対側の面は、前記共通電極および前記画素電極のいずれか一方の電極と接していることとしてもよい。
【００２０】
また、前記下地層の屈折率ｎＳ２と、前記下地層と前記一方の電極との界面における、前記一方の電極の屈折率ｎＰＥと、は下記式（ＩＩ）の関係を有することとしてもよい。
【数２】
【００２１】
また、前記下地層の前記配向膜に接する面と反対側の前記面の一部は前記一方の電極と接しており、他の一部は層間絶縁膜と接しており、前記下地層の屈折率ｎＳ２と、前記層間絶縁膜の屈折率ｎＬＩとは下記式（ＩＩＩ）の関係を有することとしてもよい。
【数３】
【００２２】
また、前記電極群は共通電極および画素電極を含み、前記下地層は、前記配向膜の前記液晶層に接する面と反対側の面に接する層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の前記配向膜側の面の一部に備えられた、前記配向膜側に突出する、前記共通電極および前記画素電極のいずれか一方の電極と、からなり、前記配向膜は、前記下地層上に形成されており、前記配向膜の膜厚は、前記一方の電極の膜厚より大きいこととしてもよい。
【００２３】
また、前記一方の電極の、表面の屈折率は、内部の屈折率より低いこととしてもよい。また、前記配向膜は、面内に光学的異方性を有することとしてもよい。また、前記配向膜の面内の光学的異方性軸の方向と、液晶層の配向規制方向とが同じであることとしてもよい。
【００２４】
また、前記配向膜は、複数種の前記有機化合物を含むこととしてもよい。また、前記配向膜は、極性の異なる複数種の前記有機化合物を含むこととしてもよい。また、前記配向膜は、屈折率の異なる複数種の前記有機化合物を含むこととしてもよい。また、前記配向膜を構成する複数種の前記有機化合物のうち、最も屈折率が高い前記有機化合物の可視域における屈折率が１．７以上であることとしてもよい。
【００２５】
また、前記配向膜がポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドで形成されていることとしてもよい。また、前記配向膜は、光配向処理によって液晶配向能が付与されていることとしてもよい。また、前記配向膜は、ラビング処理によって液晶配向能が付与されていることとしてもよい。
【００２６】
また、前記配向膜の液晶配向能が付与された領域は前記配向膜表面から２０ｎｍまでの範囲にあることとしてもよい。また、前記配向膜は、液晶配向能が付与された後に、前記配向膜を形成する化合物同士が架橋していることとしてもよい。前記配向膜の表示領域に対する被覆率が５０％以上であることとしてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明により、液晶の配向性や低消費電力性を損なうことなく、透過率の高い液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置の概略構成の一例を示す、模式ブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、液晶表示パネルの一つの画素の回路構成の一例を示す模式回路図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式平面図である。
【図１Ｄ】図１Ｃの１Ｄ−１Ｄ線における断面構成の一例を示す模式断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、ＩＰＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置の他の一例における、ＩＰＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、ＦＦＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、ＶＡ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、配向膜近傍の構造の一例を示す模式図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置に備えられた配向膜に含まれる、化学構造Ｄの濃度分布の一例を示す説明図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置に備えられた配向膜近傍の、屈折率分布の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００３０】
まず図１Ａから図１Ｄで示される、本発明に関わる液晶表示装置の概略構成の一例を示す模式図等を用いて説明する。
【００３１】
図１Ａは、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の概略構成の一例を示す、模式ブロック図である。図１Ｂは、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、液晶表示パネルの一つの画素の回路構成の一例を示す模式回路図である。図１Ｃは、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式平面図である。図１Ｄは、図１Ｃの１Ｄ−１Ｄ線における断面構成の一例を示す模式断面図である。
【００３２】
本発明は、例えば、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置に適用される。アクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、例えば、携帯型電子機器向けのディスプレイ（モニター）、パーソナルコンピュータ用のディスプレイ、印刷やデザイン向けのディスプレイ、医療用機器のディスプレイ、液晶テレビ等に用いられている。
【００３３】
アクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、例えば図１Ａに示されるように、液晶表示パネル１、第１の駆動回路２、第２の駆動回路３、制御回路４、およびバックライト５等を有する。
【００３４】
液晶表示パネル１は、複数本の走査信号線ＧＬ（ゲート線）および複数本の映像信号線ＤＬ（ドレイン線）を有し、映像信号線ＤＬは第１の駆動回路２に接続しており、走査信号線ＧＬは第２の駆動回路３に接続している。なお、図１Ａには、複数本の走査信号線ＧＬのうちの一部を示しており、実際の液晶表示パネル１には、さらに多数本の走査信号線ＧＬが密に配置されている。同様に、図１Ａには、複数本の映像信号線ＤＬのうちの一部を示しており、実際の液晶表示パネル１には、さらに多数本の映像信号線ＤＬが密に配置されている。
【００３５】
また、液晶表示パネル１の表示領域ＤＡは、多数の画素の集合で構成されており、表示領域ＤＡにおいて１つの画素が占有する領域は、たとえば、隣接する２本の走査信号線ＧＬと隣接する２本の映像信号線ＤＬとで囲まれる領域に相当する。このとき、１つの画素の回路構成は、例えば、図１Ｂに示される構成になっており、アクティブ素子として機能するＴＦＴ素子Ｔｒ、画素電極ＰＸ、共通電極ＣＴ（対向電極と呼ぶこともある）、液晶層ＬＣを有する。またこのとき、液晶表示パネル１には、たとえば、複数の画素の共通電極ＣＴを共通化する共通化配線ＣＬが設けられている。
【００３６】
また、液晶表示パネル１は、例えば、図１Ｃおよび図１Ｄに示すように、アクティブマトリクス基板６と対向基板７の表面に配向膜６０６および７０５を形成し、それら配向膜の間に液晶層１１ａ（液晶材料）を配置した構造になっている。また、ここでは特に図示していないが、配向膜６０６とアクティブマトリクス基板６の間、または配向膜７０５と対向基板７の間に、適宜中間層（例えば位相差板や色変換層、光拡散層等の光学的中間層）を設けてもよい。このとき、アクティブマトリクス基板６と対向基板７とは、表示領域ＤＡの外側に設けられた環状のシール材８で接着されており、液晶層１１ａは、アクティブマトリクス基板６側の配向膜６０６、対向基板７側の配向膜７０５、およびシール材８で囲まれた空間に密封されている。またこのとき、バックライト５を有する液晶表示装置の液晶表示パネル１は、アクティブマトリクス基板６、液晶層１１ａ、および対向基板７を挟んで対向配置させた一対の偏光板９ａ，９ｂを有する。
【００３７】
なお、アクティブマトリクス基板６は、ガラス基板などの絶縁基板の上に走査信号線ＧＬ、映像信号線ＤＬ、アクティブ素子（ＴＦＴ素子Ｔｒ）、画素電極ＰＸなどが配置された基板である。また、液晶表示パネル１の駆動方式がＩＰＳ方式などの横電界駆動方式である場合、共通電極ＣＴおよび共通化配線ＣＬはアクティブマトリクス基板６に配置されている。
【００３８】
また、液晶表示パネル１の駆動方式がＴＮ方式やＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｍｅｎｔ）方式などの縦電界駆動方式である場合、共通電極ＣＴは対向基板７に配置されている。縦電界駆動方式の液晶表示パネル１の場合、共通電極ＣＴは、通常、すべての画素で共有される大面積の一枚の平板電極であり、共通化配線ＣＬは設けられていない。
【００３９】
また、本発明に関わる液晶表示装置では、液晶層１１ａが密封された空間に、たとえば、それぞれの画素における液晶層１１ａの厚さ（セルギャップということもある）の均一化するための柱状スペーサ１０が複数設けられている。この複数の柱状スペーサ１０は、例えば、対向基板７に設けられている。
【００４０】
第１の駆動回路２は、映像信号線ＤＬを介してそれぞれの画素の画素電極ＰＸに加える映像信号（階調電圧ということもある）を生成する駆動回路であり、一般に、ソースドライバ、データドライバなどと呼ばれている駆動回路である。また、第２の駆動回路３は、走査信号線ＧＬに加える走査信号を生成する駆動回路であり、一般に、ゲートドライバ、走査ドライバなどと呼ばれている駆動回路である。また、制御回路４は、第１の駆動回路２の動作の制御、第２の駆動回路３の動作の制御、およびバックライト５の輝度の制御などを行う回路であり、一般に、ＴＦＴコントローラ、タイミングコントローラなどと呼ばれている制御回路である。
【００４１】
また、バックライト５は、たとえば、冷陰極蛍光灯などの蛍光灯、または発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源であり、当該バックライト５が発した光は、図示していない反射板、導光板、光拡散板、プリズムシートなどにより面状光線に変換されて液晶表示パネル１に照射される。バックライト５から光が照射された場合、液晶表示パネル１に備えられる様々な層を光は通過することとなる。
【００４２】
本発明の実施形態に係る液晶表示装置は、少なくとも一方が透明なアクティブマトリクス基板（第一の基板）６と、対向基板（第二の基板）７と、アクティブマトリクス基板６と対向基板７との間に配置された液晶層１１ａと、アクティブマトリクス基板６および対向基板７の少なくとも一方の基板に形成され、液晶層１１ａに電界１２を印加するための電極群ＣＴ，ＰＸと、当該電極群ＣＴ，ＰＸに接続された複数のアクティブ素子Ｔｒと、アクティブマトリクス基板６および対向基板７の少なくとも一方の基板に配置された、一方の面で液晶層１１ａと接する配向膜６０６，７０５と、アクティブマトリクス基板６および対向基板７の少なくとも一方の基板において、配向膜６０６、７０５の他方側の面と接する下地層と、を備える液晶表示装置である。
【００４３】
バックライト５からの光は、互いに屈折率の異なる二つの層の界面を透過するとき、界面で反射損失が発生する。反射損失は屈折率の異なりが大きいほど顕著なものとなる。特に、高屈折率を有する電極群ＣＴ，ＰＸや層間絶縁膜の界面での反射に由来する反射損失は顕著なものとなる。
【００４４】
例えば、本発明の実施形態に係る液晶表示装置がＩＰＳ等の所謂、横電界駆動方式の液晶表示装置である場合、電極群ＣＴ，ＰＸは一方の基板（アクティブマトリクス基板６）のみに形成されることとなる。かかる場合、アクティブマトリクス基板６における、反射損失を抑制するためには、アクティブマトリクス基板６に備えられた配向膜６０６に本発明に係る配向膜を適用することが効果的である。
【００４５】
また、縦電界駆動方式の液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板６及び対向基板７に電極群の一方（画素電極ＰＸ）及び他方（共通電極ＣＴ）がそれぞれ形成されることとなる。かかる場合、アクティブマトリクス基板６および対向基板７に備えられたそれぞれの配向膜６０６，７０５に本発明に係る配向膜を適用することが効果的である。
【００４６】
以下の説明においては、本発明の実施形態に係る液晶表示装置が横電界駆動方式の液晶表示装置である場合、アクティブマトリクス基板６に備えられた配向膜６０６に関して詳細に説明することとする。なお、横電界駆動方式の液晶表示装置である場合においても、対向基板７に備えられた配向膜７０５に本発明に係る配向膜を適用することができる。
【００４７】
また、本発明の実施形態に係る液晶表示装置が縦電界駆動方式の液晶表示装置である場合は、アクティブマトリクス基板６および対向基板７に備えられた配向膜６０６、７０５のそれぞれに、本発明に係る配向膜を適用することが効果的である。ただし、以下の説明では、対向基板７の構成に関する詳細な説明は省略することとする。
【００４８】
図２Ａは、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、ＩＰＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。
【００４９】
図２Ａの例に係る液晶表示装置は、少なくとも一方が透明なアクティブマトリクス基板（第一の基板）６と、対向基板（第二の基板）７と、アクティブマトリクス基板６と対向基板７との間に配置された液晶層１１ａと、アクティブマトリクス基板６および対向基板７の一方の基板（アクティブマトリクス基板６）に形成され、液晶層１１ａに電界１２を印加するための画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴと、当該画素電極ＰＸに接続されたアクティブ素子Ｔｒと、アクティブマトリクス基板６および対向基板７にそれぞれ配置された配向膜６０６，７０５とを備える液晶表示装置である。
【００５０】
この例において、アクティブマトリクス基板６に備えられた配向膜６０６は有機化合物を含み、配向膜６０６の屈折率は、配向膜６０６と液晶層１１ａとの界面から、配向膜６０６と下地層との界面にかけて単調増加し、液晶層１１ａの最小屈折率ｎＬＣと、液晶層１１ａと配向膜６０６との界面における、配向膜６０６の屈折率ｎＦ２と、配向膜６０６と前記下地層との界面における、配向膜６０６の屈折率ｎＦ１と、前記下地層の屈折率ｎＳ２と、
は下記式（Ｉ）の関係を有することを特徴としている。
【数４】
【００５１】
ここで、下地層とは、配向膜６０６の液晶層１１ａと反対側に接して備えられる層である。すなわち配向膜６０６の一方の面は液晶層１１ａと接し、他方の面は下地層と接することとなる。図２Ａに示される液晶表示装置の下地層は、層間絶縁膜６０５および共通電極ＣＴである。下地層は、例えば、層間絶縁膜６０５のように液晶パネル一面に広がって形成されるものであっても、共通電極ＣＴのように特定のパターンを形成しているものであってもよい。
【００５２】
また、このように下地層として２種類以上の層（例えば、層間絶縁膜６０５および共通電極ＣＴ）が形成されている場合においても、配向膜６０６との界面における、当該下地層を構成する当該２種以上の層のそれぞれの屈折率ｎＳ２は、式（Ｉ）の関係を満たす。
【００５３】
また、液晶層１１ａに直接接している配向膜６０６、７０５は、ポリイミドを主成分とした耐熱性の有機化合物によって形成されている。液晶層１１ａを構成する液晶材料はネマチック液晶混合物が用いられている。液晶材料がポジティブ液晶である場合、その正常光方向の屈折率ｎｏは約１．７、異常光方向の屈折率ｎｅは約１．５であり、液晶材料がネガティブ液晶である場合は逆にｎｏは約１．５、ｎｅは約１．７となる。前述の式（Ｉ）中で示される液晶層の最小屈折率ｎＬＣとは、液晶層を構成する液晶分子の有する正常光方向の屈折率ｎｏおよび異常光方向の屈折率ｎｅのいずれか数値の小さいほうをいう。例えばポジティブ液晶によって構成される液晶層の最小屈折率ｎＬＣは、異常光方向の屈折率ｎｅとなり１．５ということとなる。
【００５４】
アクティブマトリクス基板６は、ガラス基板６０１などの絶縁基板の表面に、走査信号線ＧＬおよび共通化配線ＣＬと、それらを覆う第１の絶縁膜６０２が形成されている。第１の絶縁膜６０２の上には、ＴＦＴ素子Ｔｒの半導体層６０３、映像信号線ＤＬ、および画素電極ＰＸと、それらを覆う第２の絶縁膜６０４が形成されている。半導体層６０３は、走査信号線ＧＬの上に配置されており、走査信号線ＧＬのうちの半導体層６０３の下部に位置する部分がＴＦＴ素子Ｔｒのゲート電極として機能する。
【００５５】
また、半導体層６０３は、たとえば、第１のアモルファスシリコンからなる能動層（チャネル形成層）の上に、第１のアモルファスシリコンとは不純物の種類や濃度が異なる第２のアモルファスシリコンからなるソース拡散層およびドレイン拡散層が積層された構成になっている。またこのとき、映像信号線ＤＬの一部分および画素電極ＰＸの一部分は、それぞれ、半導体層６０３に乗り上げており、当該半導体層６０３に乗り上げた部分がＴＦＴ素子Ｔｒのドレイン電極およびソース電極として機能する。
【００５６】
ところで、ＴＦＴ素子Ｔｒのソースとドレインは、バイアスの関係、すなわちＴＦＴ素子Ｔｒがオンになったときの画素電極ＰＸの電位と映像信号線ＤＬの電位との高低の関係によって入れ替わる。しかしながら、本明細書における以下の説明では、映像信号線ＤＬに接続している電極をドレイン電極といい、画素電極ＰＸに接続している電極をソース電極という。
【００５７】
第２の絶縁膜６０４の上には、表面が平坦化された層間絶縁膜６０５（オーバーコート層）が形成されている。層間絶縁膜６０５の上には、共通電極ＣＴと、共通電極ＣＴおよび層間絶縁膜６０５を覆う配向膜６０６が形成されている。共通電極ＣＴは、第１の絶縁膜６０２、第２の絶縁膜６０４、および層間絶縁膜６０５を貫通するコンタクトホールＣＨ（スルーホール）を介して共通化配線ＣＬと接続している。
【００５８】
また、図２Ａに示されるように、アクティブマトリクス基板６に含まれる電極群は共通電極ＣＴおよび画素電極ＰＸを含み、前述の下地層は、配向膜６０６の液晶層１１ａに接する面と反対側の面に接する層間絶縁膜６０５と、層間絶縁膜６０５の配向膜６０６側の面の一部に備えられた、配向膜６０６側に突出する、共通電極ＣＴとからなり、配向膜６０６は、下地層（層間絶縁膜６０５および共通電極ＣＴ）上に形成されており、配向膜６０６の膜厚は、共通電極ＣＴの膜厚より大きくなっている。
【００５９】
配向膜６０６の膜厚を、共通電極ＣＴの厚さよりも大きくすることによって、層間絶縁膜６０５の上面に形成された共通電極ＣＴの凹凸を軽減することができ、ひいては共通電極ＣＴの凹凸に由来する反射損失を抑制することができ透過率向上にとって好ましい。
【００６０】
また、共通電極ＣＴは、例えば、平面における画素電極ＰＸとの間隙Ｐｇが７μｍ程度になるように形成されている。配向膜６０６は以下の実施例に記載された高分子材料が塗布され、表面に液晶配向能を付与するための表面処理（ラビング処理等）が施されている。
【００６１】
一方、対向基板７は、ガラス基板７０１などの絶縁基板の表面に、ブラックマトリクス７０２およびカラーフィルタ７０３Ｒ，７０３Ｇ，７０３Ｂと、それらを覆うオーバーコート層７０４が形成されている。ブラックマトリクス７０２は、たとえば、表示領域ＤＡに画素単位の開口領域を設けるための格子状の遮光膜である。また、カラーフィルタ７０３Ｒ，７０３Ｇ，７０３Ｂは、たとえば、バックライト５からの白色光のうちの特定の波長領域（色）の光のみを透過する膜であり、液晶表示装置がＲＧＢ方式のカラー表示に対応している場合は、赤色の光を透過するカラーフィルタ７０３Ｒ、緑色の光を透過するカラーフィルタ７０３Ｇ、および青色の光を透過するカラーフィルタ７０３Ｂが配置される（ここでは一つの色の画素について代表して示している）。
【００６２】
また、オーバーコート層７０４は、表面が平坦化されている。オーバーコート層７０４の上には、複数の柱状スペーサ１０および配向膜７０５が形成されている。柱状スペーサ１０は、たとえば、頂上部が平坦な円錐台形（台形回転体ということもある）であり、アクティブマトリクス基板６の走査信号線ＧＬのうちの、ＴＦＴ素子Ｔｒが配置されている部分および映像信号線ＤＬと交差している部分を除く部分と重なる位置に形成されている。
【００６３】
また、配向膜７０５は、例えば、ポリイミド系樹脂で形成されており、表面に液晶配向能を付与するための表面処理（ラビング処理等）が施されている。また、図２Ａの方式の液晶表示パネル１における液晶層１１ａの液晶分子１１ｂは、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの電位が等しい電界無印加時には、ガラス基板６０１，７０１の表面にほぼ平行に配向された状態であり、配向膜６０６，７０５に施されたラビング処理で規定された初期配向方向に向いた状態でホモジニアス配向している。
【００６４】
そして、ＴＦＴ素子Ｔｒをオンにして映像信号線ＤＬに加えられている階調電圧を画素電極ＰＸに書き込み、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの間の電位差が生じると、図中に示したような電界１２（電気力線）が発生し、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの電位差に応じた強度の電界１２が液晶分子１１ｂに印加される。このとき、液晶層１１ａが持つ誘電異方性と電界１２との相互作用により、液晶層１１ａを構成する液晶分子１１ｂは電界１２の方向にその向きを変えるので、液晶層１１ａの屈折異方性が変化する。またこのとき、液晶分子１１ｂの向きは、印加する電界１２の強度（画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの電位差の大きさ）によって決まる。したがって、液晶表示装置では、たとえば、共通電極ＣＴの電位を固定しておき、画素電極ＰＸに加える階調電圧を画素毎に制御して、それぞれの画素における光透過率を変化させることで、映像や画像の表示を行うことができる。
【００６５】
図２Ｂは、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の他の一例における、ＩＰＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。図２Ａで示される液晶表示装置における共通電極ＣＴ上に透明層６１０が形成されており、更に透明層６１０の上に配向膜６０６が形成されている。また、この透明層６１０は表示領域の共通電極ＣＴの段差起因の凹凸を平坦化する役割をはたしており、共通電極ＣＴの凹凸に由来する反射損失を抑制する。
【００６６】
図２Ｂに示される液晶表示装置の下地層は、可視光（波長領域が３８０ｎｍから７５０ｎｍの電磁波）を透過する透明層６１０である。透明層６１０は、アクティブマトリクス基板６において、配向膜６０６の液晶像１１ａと接する面と反対側の面で接する。下地層の配向膜６０６に接する面と反対側の面の一部は、共通電極ＣＴと接している。また、下地層である透明層６１０の屈折率ｎＳ２と、透明層６１０と共通電極ＣＴとの界面における、共通電極ＣＴの屈折率ｎＰＥとは下記式（ＩＩ）の関係を有することとしてもよい。
【数５】
【００６７】
下地層である透明層６１０の屈折率ｎＳ２と共通電極ＣＴの屈折率ｎＰＥとの差が０．１以下の場合、透明層６１０と共通電極ＣＴとの層間反射に由来する反射損失を軽減することができ透過率向上にとって好ましい。また、透明層６１０の屈折率ｎＳ２と共通電極ＣＴの屈折率ｎＰＥとが等しい場合、透明層６１０と共通電極ＣＴとの層間反射に由来する反射損失を特に軽減することができ透過率向上にとって特に好ましい。
【００６８】
なお、透明層６１０と共通電極ＣＴとの界面における、共通電極ＣＴの屈折率ｎＰＥは、内部の屈折率より低いこととしてもよい。また、共通電極ＣＴが均質なものであれば、共通電極ＣＴの表面の屈折率は、内部の屈折率と等しいこととしてもよい。
【００６９】
さらに、図２Ｂに示される液晶表示装置において、下地層である透明層６１０の配向膜６０６に接する面と反対側の面の一部は共通電極ＣＴと接しており、他の一部は層間絶縁膜６０５と接しており、透明層６１０の屈折率ｎＳ２と、層間絶縁膜６０５の屈折率ｎＬＩと、は下記式（ＩＩＩ）の関係を有することとしてもよい。
【数６】
【００７０】
下地層である透明層の屈折率ｎＳ２と層間絶縁膜６０５の屈折率ｎＬＩとの差が０．１以下の場合、透明層６１０と層間絶縁膜６０５との層間反射に由来する反射損失を軽減することができ透過率向上にとって好ましい。また、透明層６１０の屈折率ｎＳ２と層間絶縁膜６０５の屈折率ｎＬＩとが等しい場合、透明層６１０と層間絶縁膜６０５の層間反射に由来する反射損失を特に軽減することができ透過率向上にとって特に好ましい。
【００７１】
図３は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、ＦＦＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。図３の例に係る液晶表示装置は、少なくとも一方が透明なアクティブマトリクス基板（第一の基板）６と、対向基板（第二の基板）７と、アクティブマトリクス基板６と対向基板７との間に配置された液晶層１１ａと、アクティブマトリクス基板６および対向基板７の一方の基板（アクティブマトリクス基板６）に形成され、液晶層１１ａに電界１２を印加するための画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴと、当該画素電極に接続されたアクティブ素子と、アクティブマトリクス基板６および対向基板７にそれぞれ配置された配向膜６０６，７０５とを備える液晶表示装置である。
【００７２】
図３に示される液晶表示装置の下地層は、第２の絶縁膜６０４および画素電極ＰＸである。また、下地層を構成する第２の絶縁膜６０４および画素電極ＰＸの屈折率ｎＳ２は、配向膜６０６と接する界面において、いずれも式（Ｉ）の関係を満たす。
【００７３】
アクティブマトリクス基板６は、ガラス基板６０１などの絶縁基板の表面に、共通電極ＣＴ、走査信号線ＧＬ、および共通化配線ＣＬと、それらを覆う第１の絶縁膜６０２が形成されている。第１の絶縁膜６０２の上には、ＴＦＴ素子の半導体層６０３、映像信号線ＤＬ、およびソース電極と、それらを覆う第２の絶縁膜６０４が形成されている。このとき、映像信号線ＤＬの一部分およびソース電極の一部分は、それぞれ、半導体層６０３に乗り上げており、当該半導体層６０３に乗り上げた部分がＴＦＴ素子のドレイン電極およびソース電極として機能する。
【００７４】
また、図３の液晶表示パネル１では、層間絶縁膜６０５が形成されておらず、第２の絶縁膜６０４の上に画素電極ＰＸと、画素電極ＰＸを覆う配向膜６０６が形成されている。画素電極ＰＸは、第２の絶縁膜６０４を貫通するコンタクトホールＣＨ（スルーホール）を介してソース電極と接続している。このとき、ガラス基板６０１の表面に形成された共通電極ＣＴは、隣接する２本の走査信号線ＧＬと隣接する２本の映像信号線ＤＬで囲まれた領域（開口領域）に平板状に形成されており、当該平板状の共通電極ＣＴの上に、複数のスリットを有する画素電極ＰＸが積層されている。またこのとき、走査信号線ＧＬの延在方向に並んだ画素の共通電極ＣＴは、共通化配線ＣＬによって共通化されている。
【００７５】
一方、図３の液晶表示パネル１における対向基板７は、図２の液晶表示パネル１の対向基板７と同じ構成である。そのため、対向基板７の構成に関する詳細な説明は省略する。
【００７６】
図４は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、ＶＡ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。
【００７７】
図４に示す例に係る液晶表示装置は、少なくとも一方が透明なアクティブマトリクス基板（第一の基板）６と、対向基板（第二の基板）７と、アクティブマトリクス基板６と対向基板７との間に配置された液晶層１１ａと、アクティブマトリクス基板６および対向基板７にそれぞれ形成され、液晶層１１ａに電界１２を印加するための画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴと、当該画素電極ＰＸに接続されたアクティブ素子Ｔｒと、アクティブマトリクス基板６および対向基板７にそれぞれ配置された配向膜６０６，７０５とを備える液晶表示装置である。
【００７８】
図４に示される液晶表示装置の下地層は、第２の絶縁膜６０４および画素電極ＰＸである。また、下地層を構成する第２の絶縁膜６０４および画素電極ＰＸの屈折率ｎＳ２は、配向膜６０６と接する界面において、いずれも式（Ｉ）の関係を満たすものとする。
【００７９】
縦電界駆動方式の液晶表示パネル１は、たとえば、図４に示すように、アクティブマトリクス基板６に画素電極ＰＸが形成されており、対向基板７に共通電極ＣＴが形成されている。
【００８０】
縦電界駆動方式の１つであるＶＡ方式の液晶表示パネル１の場合、画素電極ＰＸおよび共通電極ＣＴは、たとえば、ＩＴＯなどの透明導電体によりベタ形状（単純な平板形状）に形成されている。このとき、液晶分子１１ｂは、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの電位が等しい電界無印加時には、配向膜６０６，７０５によりガラス基板６０１，７０１の表面に対して垂直に並べられている。
【００８１】
そして、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの間に電位差が生じると、ガラス基板６０１，７０１に対してほぼ垂直な電界１２（電気力線）が発生し、液晶分子１１ｂがガラス基板６０１，７０１に対して平行な方向に倒れ、入射光の偏光状態が変化する。またこのとき、液晶分子１１ｂの向きは、印加する電界１２の強度によって決まる。したがって、液晶表示装置では、たとえば、共通電極ＣＴの電位を固定しておき、画素電極ＰＸに加える映像信号（階調電圧）を画素毎に制御して、それぞれの画素における光透過率を変化させることで、映像や画像の表示を行う。
【００８２】
また、ＶＡ方式の液晶表示パネル１における画素の構成、例えば、ＴＦＴ素子や画素電極ＰＸの平面形状は種々の構成が知られており、図４の方式での液晶表示パネル１における画素の構成は、それらの構成のいずれかであればよい。ここでは、その液晶表示パネル１における画素の構成に関する詳細な説明を省略する。
【００８３】
本発明は、上記のようなアクティブマトリクス方式の液晶表示装置のうち、液晶表示パネル１、特に、アクティブマトリクス基板６および対向基板７において液晶層１１ａ接する部分およびその周辺の構成に関する。そのため、本発明には直接関係しない第１の駆動回路２、第２の駆動回路３、制御回路４、およびバックライト５の構成についての詳細な説明は省略する。
【００８４】
ここで本発明の実施形態に係る液晶表示装置に含まれる、それぞれの構成物に関し説明を行う。
【００８５】
前述のように、液晶層１１ａに充填する液晶材料はネマチック液晶混合物が用いられることが多いが、その屈折率はポジティブ液晶の場合、正常光方向の屈折率ｎｏは約１．７、異常光方向の屈折率ｎｅは約１．５であり、ネガティブ液晶の場合は逆にｎｏは約１．５、ｎｅは約１．７となる。
【００８６】
また、配向膜に用いられるポリイミドの屈折率は約１．６である。これに対して、配向膜の更に下側にある薄膜層は、例えば図２ＡのＩＰＳ方式の液晶表示素子では液晶層１１ａの下側には、配向膜６０６の下に共通電極ＣＴや画素電極ＰＸがあり、これらは絶縁膜６０４、６０５で隔てられている。
【００８７】
共通電極ＣＴや画素電極ＰＸには透明電極であるＩＴＯのスパッタ膜が用いられることが多く、その屈折率は約２．１である。また、絶縁膜６０４、６０５にはＳｉＮｘのＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）膜が用いられることが多く、その屈折率は約１．８から約１．９である。更にその下のガラス基板は無アルカリガラスが用いられることが多く、その屈折率は約１．５である。
【００８８】
つまり、アクティブマトリクス基板６においては、屈折率が１．５〜１．７の低屈折率な薄膜層（液晶層１１ａ、ガラス基板６０１等）の間に屈折率が１．８以上の高屈折率な薄膜層（共通電極ＣＴや絶縁膜６０４等）が介在している構造であり、この層間の屈折率差に由来する反射損失を抑制することが透過率向上にとって重要である。
【００８９】
一方、液晶層１１ａの上側には、配向膜７０５、オーバーコート層７０４、カラーフィルタ７０３Ｒ、７０３Ｇ、７０３Ｂがあり、いずれも有機化合物からなり、その屈折率は約１．５から約１．６である。更にその上のガラス基板７０１は無アルカリガラスが用いられることが多く、その屈折率は約１．５である。つまり、液晶層上部の対向基板７はいずれも屈折率が１．５から１．６の低屈折率な部材からなり、屈折率差に由来する反射損失は小さい。
【００９０】
図３のＦＦＳ方式の液晶表示素子でもほぼ同様である。また、図４のＶＡ方式の液晶表示素子では、液晶層１１ａの下方だけではなく、上方にも透明電極からなる共通電極ＣＴがあり、共通電極ＣＴと、オーバーコート層７０４若しくは配向膜７０５との屈折率差に由来する反射損失が問題となる。
【００９１】
図５Ａには、このような課題を解決するのに適した、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、配向膜近傍の構造の一例を示す模式図である。
【００９２】
配向膜６０６（または７０５）の一方側には液晶層１１ａが備えられ、他方側には共通電極ＣＴまたは画素電極ＰＸが備えられている。液晶の配向膜６０６（または７０５）は、ポリイミド等に代表される有機化合物であることが配向規制力を付与するといった観点から望ましい。一般的に有機化合物を含む配向膜の屈折率は約１．６である。すなわち液晶層１１ａの屈折率とは０．１程度の差しかないが、共通電極ＣＴまたは画素電極ＰＸに用いられるＩＴＯとは０．５程度も差がある。
【００９３】
本発明の実施形態に係る液晶表示装置おいては、有機化合物を含む配向膜６０６（または７０５）に、屈折率を高める化学構造Ｄを導入する。化学構造Ｄの濃度を例えば図５Ｄに示すように、膜厚方向の位置ｚ＝０（配向膜６０６（または７０５）と液晶１１ａとの界面側）で高く（濃度Ｃ０）、ｚ＝ｄ（配向膜６０６（または７０５）と共通電極ＣＴ（または画素電極ＰＸ）との界面側）で低く（濃度Ｃｄ）することによって、液晶の配向性を損なうことなく傾斜屈折率分布層を有する配向膜６０６（または７０５）を形成することができる。なお、膜厚方向とは、配向膜の面に直行する方向であり、一方の配向膜６０６（または７０５）から他方の配向膜７０５（または６０６）に向かう方向である。
【００９４】
このような傾斜屈折率分布層を有する配向膜においては、例えば図５Ｃに示すように、液晶層１１ａの最小屈折率ｎＬＣと、液晶層１１ａと配向膜６０６との界面における、配向膜６０６の屈折率ｎＦ２と、配向膜６０６と下地層との界面における、配向膜６０６の屈折率ｎＦ１と、配向膜６０６と下地層との界面における、下地層の屈折率ｎＳ２とは前述の式（Ｉ）の関係を有している。
【００９５】
また、配向膜６０６においては、配向膜６０６の膜厚方向に、液晶層１１ａと配向膜６０６との界面から、配向膜６０６と下地層との界面にかけて屈折率が単調増加している。また、配向膜６０６においては、配向膜の膜厚方向に、液晶層１１ａと配向膜６０６との界面から、配向膜６０６と下地層との界面にかけて連続的に屈折率が単調増加していることは更に好ましい。
【００９６】
傾斜屈折率分布を実現するためには、ｚ＝０からｚ＝ｄに向けて、なだらかに屈折率分布が変調されることが望ましく、それは化学構造Ｄの濃度をなだらかに変調させることによって実現される。
【００９７】
以下、化学構造Ｄを有するポリイミドを含む配向膜に関して具体的に説明する。化学構造Ｄは、液晶表示素子の配向膜としての諸特性、すなわち、液晶分子の配向規制力や、長時間駆動時の安定性、透明性、等の従来の配向膜が有している特性を保持しつつ、配向膜の屈折率を高める必要がある。即ち、１．８以上の高屈折率を有する薄膜層が介在している液晶表示装置においては、配向膜が、少なくとも１．７以上の高屈折率を有する部分と、１．５から１．６の低屈折率を有する部分と、を有している必要がある。高屈折率な高分子を実現する手段としては、例えば、ポリイミド高分子の場合、例えば下記技術文献３に紹介されているように、分子骨格内に硫黄原子Ｓを多数含むようなポリイミドを使うことで実現することが可能である。
【００９８】
技術文献３：ポリイミド最近の進歩２００９、ポリイミド研究会編、繊維工業技術振興会、９０−９２（２００８）
【００９９】
具体的には、スルフィド（―Ｓ―）、スルホキシド（―ＳＯ―）、スルホン（―ＳＯ２―）、またはスルホン酸（―ＳＯ３Ｈ）、スルフィン酸（―ＳＯ２Ｈ）、及びこれらのエステル等、各種硫黄原子Ｓを含む構造をあげることができる。
【０１００】
或いは、より重原子であるセレンＳｅを含む化学構造、具体的には、セレニィド（―Ｓｅ―）、セレノキシド（―ＳｅＯ―）、セレノン（―ＳｅＯ２―）、またはセレノン酸（―ＳｅＯ３Ｈ）、セレニィン酸（―ＳｅＯ２Ｈ）、及びこれらのエステル等、をあげることができる。
【０１０１】
或いは、より重原子であるテルルＴｅを含む化学構造、具体的にはテルリィド（―ＴｅＯ―）、テルロキシド（―ＴｅＯ―）、テルロン（―ＴｅＯ２―）、またはテルロン酸（―ＴｅＯ３Ｈ）、テルリィン酸（―ＴｅＯ２Ｈ）、及びこれらのエステル等、をあげることができる。
【０１０２】
更には、末端修飾基に、重元素ハロゲン原子、例えば塩素−Ｃｌ、臭素−Ｂｒ、ヨウ素−Ｉ等を導入することでも、高屈折率な高分子を形成できる。このような高屈折率化に寄与できる化学構造Ｄはなるべく高密度に導入する方が高屈折率になるが、材料自身の光吸収特性や液晶分子配向能力等、その他の物性との両立性を見極めつつ、最適構造を決定する必要がある。
【０１０３】
より高屈折率な高分子を実現するためには、高屈折率で透明な無機微粒子、例えばＩＴＯや酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化チタンＴｉＯ２、酸化ジルコニウムＺｒＯ２等の光の波長サイズ以下のナノ粒子を分散もしくは配位結合させた高分子も可能であるが、これらも液晶表示素子の配向膜としての他の特性を阻害しない場合に限られる。
【０１０４】
一方、低屈折率な有機化合物には、従来液晶表示素子で利用されているポリイミドを用いることが可能であり、例えば下記特許文献２に記載されているような各種ポリイミドを用いることが可能である。
【０１０５】
特許文献２：特許第４０５２３０８号
【０１０６】
これら高屈折率な有機化合物と低屈折率な有機化合物とを適当な比率で混合することにより、両者の中間的な屈折率を有する有機化合物を実現できる。それぞれ単独成分の有機化合物が持つ屈折率は、それぞれの単独薄膜を形成し、その薄膜の屈折率を既知の手法、例えばアッベ屈折率計、プリズムカップル法、等の手法を用いて評価することができる。
【０１０７】
中間の屈折率は、両者を均一に混合した薄膜を形成して、同様の手法で直接屈折率を評価すると共に、高屈折率な有機化合物に固有の化学構造Ｄに含まれる元素、例えばＳ等の濃度に着目して、その含有濃度と薄膜の屈折率との対応表を作成することで、任意の含有濃度の屈折率を内挿することができる。（多くの場合は、有機化合物の屈折率には加成則が成り立つ。）あるいは、形成された配向膜の両端部を切り出し、膜厚方向と垂直な光を配向膜の一方の端部から照射し、他の端部より照射される光の放射を観察することによって、屈折率の分布を確認することができる。
【０１０８】
これら有機化合物からなる高屈折率、及び低屈折率高分子が得られたとしても、それらを、高々１００ｎｍの膜厚しかない配向膜の膜厚方向に屈折率分布が実現されていることが必要である。例えば、高屈折率な高分子から、低屈折率な高分子にかけて、中間的な屈折率を有する有機化合物の混合物を複数調製し、高屈折率側から順次塗布積層することで、屈折率が徐々に変化する多層膜が実現できる場合がある。しかし、全体で１００ｎｍである場合には一層当たりの膜厚が１０ｎｍかそれ以下となり、均一な膜形成に難がある。また、多数回積層することは製造コストを著しく高くする。できれば、一回の塗布によって形成された薄膜中に自然に膜厚方向に化学構造Ｄの濃度分布が形成できれば望ましい。
【０１０９】
複数の有機化合物からなる混合物の場合、各成分の分子量の差や、相溶性の差で、自然に相分離構造ができる場合があるが、これでは膜厚方向に所望の屈折率分布ができる保証がない。
【０１１０】
或いは、特定の溶解性の差を利用して、早期に析出しやすい有機化合物が下地層側に、析出しにくい有機化合物が液晶層側に少しずつ分離するような有機化合物の組み合わせを選ぶことも可能である。
【０１１１】
或いは、一方の有機化合物に極性基、例えば水酸基（−ＯＨ）、カルボン酸基（−ＣＯＯＨ）、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）、アミノ基（−ＮＨ２）、ニトロ基（−ＮＯ３）、シアノ基（−ＣＮ）等を導入し、極性を適宜保有させ、極性の乏しい有機化合物との組み合わせによって、塗布乾燥の過程で、自然に膜厚方向に成分が分離されるような構造を形成することができる。その際、どの程度の大きな極性の差を持たせるか、例えば極性基単独での分子分極の大きさやその導入密度によって最適な極性差を設けることができる。同時に、塗布する前には均一の混合された溶液状態を形成する必要があるが、そのためには、例えばＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）とγ−ブチルラクトンと組み合わせた混合溶媒の溶解性、極性比率を最適化したものを使うことで実現できる。例えば、極性の高い成分を下地層側に先に析出させたい場合には、例えば下地層がＩＴＯの場合には、その表面の親水性を高めるような表面洗浄やＵＶ／Ｏ３処理、Ｏ２プラズマ処理等を施すことで実現できる。逆に極性の低い成分を下地層側に先に析出させたい場合には、その表面の疎水性を高めるような表面処理、ＳＦ４プラズマ処理、シランカップリング剤処理等を施すことで実現できる。
【０１１２】
また、かかる特徴を有するポリイミド、或いはイミド化する前のポリアミド酸またはポリアミド酸エステルを合成するためには、通常の芳香族ポリイミドの合成手続きによって得ることができ、例えばピロメリット酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンを有機溶媒中で反応させることで得ることができる。このうち、ポリアミド酸エステルをイミド化する前の前駆体として用いると、イミド化反応の逆過程の進行を抑制することができるという利点がある。
【０１１３】
或いは、ポリアミド酸エステルを合成することで、充分高分子量な前駆体を形成した後に、エステル解離反応させてからイミド化、或いはイミド化させてからエステル解離反応させることも、分子量の大きなポリイミドを得る場合には有効である。すなわち、配向膜６０６がポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドで形成されていることは好適である。
【０１１４】
また、本発明のポリイミドからなる配向膜６０６、７０５を各種基板上に塗布する方法は、通常のポリイミド配向膜形成方法を用いることができる。例えば、所定の溶媒にポリイミド樹脂あるいはその前駆体であるポリアミド酸又はポリアミド酸エステル等を溶かした溶液（配向膜ワニス）をスピンコート法で塗布し、所定の条件で加熱して溶媒を気化し、イミド化反応を進行させることで、薄膜化できる。しかる後、各種配向化処理、例えば柔毛布による物理的摩擦でラビング処理、又は配向膜材料が光反応性基を有し、紫外線を照射する、所謂光配向処理をポリイミド薄膜表面に施すことで、液晶表示素子の配向膜としての液晶配向能を発現させることができる。
【０１１５】
また、配向膜６０６は、面内に光学的異方性を有することとしてもよい。配向膜の面内（配向膜内部）に光学異方性を付与する方法としては、前述の光配向処理や、例えば、配向膜６０６を一方向に延伸する、あるいは強い磁場をかけること等があげられる。配向膜６０６の面内に光学異方性が付与されることによって、液晶表示装置の画質の向上が期待される他、配向膜６０６の面内の光学的異方性軸の方向と、液晶層１１ａの配向規制方向とが同じであることによって、異方性に由来する光の透過損失を抑制することができ透過率向上にとって好ましい。
【０１１６】
また、共通電極ＣＴ及び／又は画素電極ＰＸの表面の屈折率は、内部の屈折率より低いこととしてもよい。例えば共通電極ＣＴの表面にＯ２プラズマ処理等を施すことで、表面は酸化される。かかる場合、共通電極ＣＴの内部の屈折率よりも表面の屈折率のほうが小さくなる。前述のように共通電極ＣＴや画素電極ＰＸには透明電極であるＩＴＯのスパッタ膜が用いられることが多く、その屈折率は約２．１と高いものである。共通電極ＣＴや画素電極ＰＸと接して備えられるものの屈折率が、共通電極ＣＴや画素電極ＰＸと比べて低く、その差が大きいときは、かかる処理を施すことによって屈折率の差を縮めることができ透過率向上にとって好ましい。
【０１１７】
また、本発明の実施形態に係る液晶表示装置において、配向膜６０６の液晶配向能が付与された領域は配向膜６０６表面から２０ｎｍまでの範囲にあることとしてもよい。また、配向膜６０６の液晶配向能が付与された領域は前記配向膜表面から２０ｎｍまでの範囲にわたって付与されていることとしてもよい。これよりも深い領域まで液晶配向能が付与された構造を有することで、配向膜全体の機械的強度が低下する問題が生ずる場合がある。かかる配向膜自身の機械的強度の低下は長期間にわたり液晶表示素子を駆動させた場合、初期の配向膜表面の配向方向を徐々に消失させ、液晶配向能の低下として表示特性を劣化させることとなる。
【０１１８】
このような表示劣化を防止するために、配向膜に液晶配向能が付与された後に化学的に架橋させることで、その機械的強度を増加させることは表示劣化を防止にとって有効である。すなわち、本発明の実施形態に係る液晶表示装置において、配向膜６０６は、液晶配向能が付与された後に、配向膜６０６を形成する化合物同士が架橋してなることとしてもよい。
【０１１９】
したがって、液晶配向能が付与された後の配向膜６０６は架橋性基を有し、架橋処理が施されることは好適である。例えば、前述の紫外線を照射されることによって液晶配向能が付与されている場合において、化学式（１）に示されるＸがシクロブタン基を有する場合、紫外線の照射によってシクロブタン基は開裂しマレイミド基を生成する。配向膜を形成する化合物同士はマレイミド基を介して架橋を行うこととなる。また、化学式（１）に示される化合物中にエポキシ基等の熱反応性基を含むことによって、配向膜を形成する化合物同士はエポキシ基を介して架橋を行うこととなる。
【０１２０】
さらに、本発明の実施形態に係る液晶表示装置において、配向膜６０６の表示領域に対する被覆率が５０％以上であることとしてもよい。すなわち、液晶表示装置の表示領域に対して、配向膜の被覆率が５０％以上であるとき効果的に反射損失を抑制することができ透過率向上にとって好ましい。
【０１２１】
また、配向膜の表示領域に対する被覆率が６０％以上であることは好適であり、配向膜の表示領域に対する被覆率が７５％以上であることは更に好適である。
【０１２２】
有機化合物を主成分とする配向膜が所望の化学構造Ｄの分布構造を形成しているかどうかは以下の手法で確認することができる。まず、形成した薄膜が均一な膜であることは、膜面内については顕微鏡観察、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｆｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）観察、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）観察等により、均一か、或いはドメイン構造が形成されていないかを見ることによって確認することができる。
【０１２３】
その中で、化学構造Ｄの面内分布状態の均一性を見るためには、例えば化学構造Ｄに固有の硫黄元素Ｓに着目してＳＥＭ−ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等により、面内の元素マッピングを行うことで確認することができる。膜厚方向の薄膜構造については、薄膜の劈開やＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等によって膜断面を露出させ、ＳＥＭ観察、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）観察によってドメイン構造の有無を確認することができる。
【０１２４】
更に、化学構造Ｄの膜厚方向の濃度分布については、例えば化学構造Ｄに固有の硫黄元素Ｓに着目してイオンビームスパッタしつつオージェ分光することで確認することができる。これら各種分析手法により、得られた薄膜が相分離せず均一であるかどうか、化学構造Ｄの濃度分布が所望の状態にあるかどうかを確認することができる。そして、化学構造Ｄの濃度分布から、膜厚方向の屈折率分布を推定することが可能である。
【０１２５】
更に、このような高分子混合物を原料とし、膜厚方向の化学構造Ｄの濃度分布を形成した配向膜の最下部と最上部の屈折率については、以下の方法で確認することができる。例えば、配向膜の下地層が透明電極ＩＴＯの場合、ＩＴＯと同等の屈折率を有するガラス基板上に同様のプロセスでＩＴＯのベタ膜を形成し、実際の液晶表示装置の場合と同じ表面処理を施した上に本発明の配向膜を形成する。また、リファレンスとしては配向膜を形成しないものも用意する。
【０１２６】
最初に、配向膜を形成しない試料について、ガラス基板側から光を入射した時の下地層と空気界面での全反射角θＳ２を測定し、スネルの法則から、下地層の最上部での屈折率ｎＳ２＝１／ｓｉｎθＳ２を求める。次に、配向膜を形成した試料を用意し、配向膜表面にカーボンスパッタコートすることで、配向膜最上部の光の反射を防止する。これに基板側から光を入射して下地層と配向膜との界面での反射光を測定し、この際入射面に平行なｐ偏光成分と垂直なｓ偏光成分に分けて測定し、ｐ偏光成分が０となるブリュースター角θＢ１を測定する。この時、配向膜の最下部での屈折率ｎＦ１＝ｎＳ２ｔａｎθＢ１で求めることができる。両者が一致した時は反射が起こらない。
【０１２７】
一方、配向膜の最上部での屈折率ｎＦ１を求めるには、配向膜を形成した試料を用意し、今度はＩＴＯ側のガラス基板の底面にカーボンスパッタコートして界面反射を防止し、屈折率ｎＲＧの参照ガラス基板を、マッチングオイルを介在させて配向膜表面と接合させる。参照ガラス基板側から光を入射して、同様の手法でｐ偏光成分が０となるブリュースター角θＲＧを測定する。この時、配向膜の最上部での屈折率ｎＦ２＝ｎＲＧｔａｎθＲＧで求めることができる。両者が一致した時は反射が起こらない。
【０１２８】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１２９】
［実施例１］
最初に、配向膜として、下記化学式（１）で示される化学構造のポリイミドを各種合成した。
【０１３０】
【化１】
【０１３１】
上記化学式（１）で示される化学構造中のＸは下記化学式（Ｘ１）、（Ｘ２）で示される二種である。
【０１３２】
【化２】
【０１３３】
ポリイミドの合成において、ピロメリット酸を原料として用いた場合に上記化学構造を含むポリイミドを形成することができる。
【０１３４】
【化３】
【０１３５】
ポリイミドの合成において、シクロブタンテトラカルボン酸を原料として用いた場合に上記化学構造を含むポリイミドを形成することができる。
【０１３６】
なお、上記化学式（１）で示される化学構造中のＸは下記化学式（Ｘ３）で示されるものを用いることも好適である。
【０１３７】
【化４】
【０１３８】
ポリイミドの合成において、１，３ジメチルシクロブタンテトラカルボン酸を原料として用いた場合に上記化学構造を含むポリイミドを形成することができる。
【０１３９】
また、上記化学式（１）で示される化学構造中のＡは下記化学式（Ａａ１）から（Ａｃ２）で示される九種である。
【０１４０】
【化５】
【０１４１】
【化６】
【０１４２】
【化７】
【０１４３】
【化８】
【０１４４】
【化９】
【０１４５】
【化１０】
【０１４６】
【化１１】
【０１４７】
【化１２】
【０１４８】
【化１３】
【０１４９】
化学式（Ａａ１）乃至（Ａａ５）で示される化学骨格Ａは、液晶配向能が高い分子骨格を有する。また、化学式（Ａｂ１）乃至（Ａｂ２）で示される化学骨格Ａは、高屈折率を付与する硫黄元素が含まれているものである。また、極性を付与した分子骨格として化学式（Ａｃ１）乃至（Ａｃ２）で示されるものを選択した。
【０１５０】
これらの材料を組み合わせたポリイミドを既存の合成方法によってイミド化前の前駆体ポリアミド酸を合成した。通常の屈折率で極性のないポリイミドについては、Ｘ＝Ｘ１、Ｘ２とＡ＝Ａａ１〜Ａｃ５の組み合わせで、原料となるテトラカルボン酸とフェニルジアミンをＸ：Ａ＝１：１の割合で混合して、ポリアミックス酸を合成した。（この組成からなるポリイミドを記号Ｐ−Ｘ−Ａ、但し、Ｘ＝１，２とＡ＝ａ１〜ａ５で示すことにする。）また、高屈折率で極性のあるポリイミドについては、Ｘ＝Ｘ１、Ｘ２とＡ＝Ａｂ１、Ａｂ２とＡ´＝Ａｃ１、Ａｃ２の組み合わせで、原料となるテトラカルボン酸とフェニルジアミンをＸ：（Ａ＋Ａ´）＝１：１の割合で混合して、ポリアミックス酸を合成した。ＡとＡ´の比率はＡ＋Ａ´＝１００％とした時、Ａ＝０，２０，４０，６０，８０，１００％のものを作製した。（この組成からなるポリイミドを記号Ｐ−Ｘ−ＡＡ´−ｎ、但し、Ｘ＝１，２とＡ＝ｂ１〜ｂ２、Ａ´＝ｃ１〜ｃ２、ｎ＝０，２０，４０，６０，８０，１００で示すことにする。）得られたポリマの分子量はＧＰＣ法により決定し、スチレン換算の数平均分子量を求めた。得られたポリアミド酸は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、およびブチルセロソルブ（ＢＣ）の混合溶媒に溶解したものを配向膜ワニスとした。
【０１５１】
次に、配向膜自身の物性評価用試料を以下の手順で作製した。基板にはＩＴＯ透明電極付ガラス基板を用い、事前に十分な洗浄、ＵＶ／Ｏ３照射した。これにスピンコートで前記配向膜ワニスをスピン塗布し、直ちに８０℃、1分間仮乾燥させた後、２３０℃、１時間、イミド化焼成した。ここで、ワニスの濃度とスピンコートの回転数は、このイミド化焼成後、膜厚２００ｎｍ程度となる条件を選んだ。また、得られたポリイミド薄膜の屈折率はアッベの屈折計を用いて評価し、白色光源を分光して波長３８０〜７８０ｎｍの範囲で測定した平均値を薄膜の屈折率とした。
【０１５２】
表１の（ａ）から（ｅ）には、得られたポリイミド薄膜の分子量、及び屈折率の一覧を示した。通常の屈折率で極性基を含まないポリイミドでは屈折率は１．５〜１．６程度であるが、高屈折率で極性基を含むポリイミドでは屈折率は１．７以上あることがわかる。
【０１５３】
【表１（ａ）】
【０１５４】
【表１（ｂ）】
【０１５５】
【表１（ｃ）】
【０１５６】
【表１（ｄ）】
【０１５７】
【表１（ｅ）】
【０１５８】
次に、これらのポリイミドを組み合わせてブレンドポリマとなし、同様の手順でスピンコート、乾燥、イミド化焼成を行った結果を示す。先に示した低屈折率成分のポリイミドと、高屈折率成分のポリイミドを、それぞれワニス状態で、１：１の重量比で混合したものを、ブレンドポリマ用のワニスとした。同様の条件で薄膜化した後、まずＳＥＭやＡＦＭ等で表面形態観察を行い、相分離して海島構造が観察されたものは不均一状態（記号：Ｉ）、特にドメインが観察されなかったものを均一状態（記号：Ｈ）とした。次に、均一状態の薄膜については、深さ方向のオージェ分光を行い、硫黄元素Ｓの濃度プロファイルが図５（ｂ）のごとく、ＩＴＯ側から膜表面側にかけてなだらかに濃度減少（連続的に単調減少）している場合を傾斜状態（記号：Ｇ）とした。表３から５には、その評価結果の一覧を示した。
【０１５９】
このうち、各表の材料は下記（１）〜（５）のような組み合わせである。
（１）表１（ａ）〜（ｄ）：共通材料として、低屈折率成分＝Ｐ−１−ａ１〜ａ５及びＰ−２−ａ１〜ａ５、
（２）表２：高屈折率成分＝Ｐ−１−ｂ１ｃ１−０〜１００、Ｐ−２−ｂ１ｃ１−０〜１００
（３）表３：高屈折率成分＝Ｐ−１−ｂ１ｃ２−０〜１００、Ｐ−２−ｂ１ｃ２−０〜１００
（４）表４：高屈折率成分＝Ｐ−１−ｂ２ｃ１−０〜１００、Ｐ−２−ｂ２ｃ１−０〜１００
（５）表５：高屈折率成分＝Ｐ−１−ｂ２ｃ２−０〜１００、Ｐ−２−ｂ２ｃ２−０〜１００
【０１６０】
【表２（ａ）】
【０１６１】
【表２（ｂ）】
【０１６２】
【表３（ａ）】
【０１６３】
【表３（ｂ）】
【０１６４】
【表４（ａ）】
【０１６５】
【表４（ｂ）】
【０１６６】
【表５（ａ）】
【０１６７】
【表５（ｂ）】
【０１６８】
このようにして、材料の様々な組み合わせを探索すると、傾斜濃度分布が実現できる条件（記号：ＨＧ）が見出される。しかし、各表の中には、全く条件が見出されない場合（例えば表２（ａ））や、かなりの頻度で見出される場合（例えば表３（ａ））等、様々である。つまり、単純に高屈折率成分と低屈折率成分とを組み合わせる、或いは非極性成分と高極性成分とを組み合わせるだけで、所望の傾斜濃度分布を有する配向膜は実現しがたい。
【０１６９】
次に、これら傾斜濃度分布が実現できた条件のポリイミド配向膜を用いて、ＩＰＳ方式の液晶表示素子を作製し、その透過率を評価した結果を示す。Ｘ−Ｘ１のポリマについてはラビング配向処理（レーヨン製ラビング布、回転数１５００ｒｐｍ、送り速度３２．５ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み０．４ｍｍ）を室温大気中で施した。また、Ｘ＝Ｘ２のポリマについては光配向処理（基板面に対して垂直入射の偏光紫外線照射、低圧水銀光源で波長２３０〜３００ｎｍの光を選択照射、照射時基板温度２００℃、照射エネルギ２Ｊ）を行った。
【０１７０】
液晶パネル作製は、通常の製造プロセスにおいて、配向膜材料を本発明の配向膜材料を採用する以外は同一のプロセスにて製造する。例えば、ＩＰＳ方式の液晶表示装置の代表的な製造方法の場合、事前に配向処理まで終えたアクティブマトリクス基板６と対向基板７とを張り合わせて液晶材料を封入してセル組みするが、この時、アクティブマトリクス基板６の配向膜６０６の初期配向方向と、対向基板７の配向膜７０５の初期配向方向とは、互いにほぼ並行になるようにしておく。
【０１７１】
また、封入する液晶材料は、たとえば、誘電異方性Δεが正で、その値が１０．２（１ｋＨｚ、２０℃）であり、屈折率異方性Δｎが０．０７５（波長５９０ｎｍ、２０℃）、ねじれ弾性定数Ｋ２が７．０ｐＮ、ネマチック−等方相転移温度Ｔ（Ｎ−Ｉ）が約７６℃、比抵抗が１×１０＋１３Ωｃｍのネマチック液晶組成物Ａを用いる。またこのとき、アクティブマトリクス基板６と対向基板７は、液晶層１１ａの厚み（セルギャップ）が柱状スペーサ１０の高さとほぼ同じ値、たとえば、４．２μｍになるように張り合わせる。このような条件で製造された液晶表示パネル１のリタデーション（Δｎ・ｄ）は、約０．３１μｍである。リタデーションΔｎ・ｄは、０．２μｍ≦Δｎ・ｄ≦０．５μｍの範囲が望ましく、この範囲を超えると白表示が色づいてしまうなどの問題がある。
【０１７２】
アクティブマトリクス基板６と対向基板７とを張り合わせて液晶材料を封入したら、たとえば、ガラス基板６０１，７０１の外周の不要な部分（余白部分）を切断除去し、偏光板９ａ，９ｂを張り合わせる。偏光板９ａ，９ｂを張り合わせるときには、一方の偏光板の偏光透過軸をアクティブマトリクス基板６の配向膜６０６および対向基板７の配向膜７０５の初期配向方向とほぼ平行とし、他方の偏光板の偏光透過軸をそれに直交するようにする。その後、第１の駆動回路２、第２の駆動回路３、制御回路４、バックライト５などを接続してモジュール化すると、実施例１の液晶表示パネル１を有する液晶表示装置が得られる。
【０１７３】
なお、実施例１の液晶表示パネル１は、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの電位差が小さい場合は暗表示（低輝度表示）になり、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの電位差が大きい場合は明表示（高輝度表示）になるノーマリークローズ特性にしている。他の方式の液晶表示装置の場合も、それぞれの方式での通常の製造を行い、暗表示と明表示が可能な状態にする。
【０１７４】
この液晶表示素子の透過率は白色冷陰極管バックライトを光源に用い、液晶表示素子を透過させた光を分光せずに光量計で取り込み、光の透過率をパーセントで示した。また、比較のため、各条件の低屈折率成分単独、及び高屈折率成分単独で配向膜を形成した時の透過率も測定した。表６には、その評価結果を示した。いずれの組み合わせでも、低屈折率単独、高屈折率単独の場合に比べて、傾斜濃度膜の透過率は向上していることがわかる。
【０１７５】
【表６】
【０１７６】
以上のように、傾斜屈折率を有するポリイミド配向膜では、液晶表示装置の光透過率を向上させる効果があることがわかった。
【０１７７】
［実施例２］
次に、実施例１で示した配向膜材料を用いて、図３に示したＦＦＳ方式の液晶表示素子を作製し、光透過率を評価した結果について説明する。ＦＦＳ方式はその素子構造がＩＰＳ方式に似た点があり、上下の下地基板の片側にのみ画素電極ＰＸと共通電極ＣＴが形成されており、液晶はその間の電場の有無に応じて、面内で回転する。従って、電場が印加されていない初期の配向状態もＩＰＳ方式と同様であり、その配向膜６０６（及び７０５）に施すべき配向方向同様にすればよく、用いる液晶も、誘電異方性Δεが正のものを使うことができる。
【０１７８】
表７には、その評価結果を示した。いずれの組み合わせでも、低屈折率単独、高屈折率単独の場合に比べて、傾斜濃度膜の透過率は向上していることがわかる。
【０１７９】
【表７】
【０１８０】
以上のように、傾斜屈折率を有するポリイミド配向膜では、液晶表示装置の光透過率を向上させる効果があることがわかった。
【０１８１】
［実施例３］
次に、実施例１で示した配向膜材料を用いて、図４に示したＶＡ方式の液晶表示素子を作製し、光透過率を評価した結果について説明する。ＶＡ方式はＩＰＳ方式やＦＦＳ方式とは異なり、上下の下地基板に画素電極ＰＸと共通電極ＣＴが形成されており、誘電異方性Δεが負であるＶＡ方式用の液晶材料が用いられ、電場が印加されていない初期の配向状態は液晶分子が基板面に対してほぼ垂直となるように配向処理されねばならない。このため、通常のラビングを用いることが困難である。ここでは、下記技術文献４を参考に、斜め方向から偏光紫外線照射した光配向処理を行った。
【０１８２】
技術文献４：Ｐ．Ｇａｓｓ，Ｈ．Ｓｔｅｖｅｎｓｏｎ，Ｒ．Ｂａｙ，Ｈ．Ｗａｌｔｏｎ，Ｎ．Ｓｍｉｔｈ，Ｓ．Ｔｅｒａｓｈｉｔａ，ａｎｄ Ｍ．ｔｉｌｌｉｎ：垂直配向ＬＣＤ用パターン化光配向：シャープ技報第８５号（２００３）２４−２９
【０１８３】
表８には、その評価結果を示した。いずれの組み合わせでも、低屈折率単独、高屈折率単独の場合に比べて、傾斜濃度膜の透過率は向上していることがわかる。
【０１８４】
【表８】
【０１８５】
以上のように、傾斜屈折率を有するポリイミド配向膜では、液晶表示装置の光透過率を向上させる効果があることがわかった。
【０１８６】
また、上記実施例１乃至３においては配向膜を構成する有機化合物としてポリイミドを複数種用いたが、たとえば他のポリマを混合することや、ポリイミド以外の有機化合物のみからなる配向膜を形成することも可能である。
【符号の説明】
【０１８７】
１ 液晶表示パネル、２ 第１の駆動回路、３ 第２の駆動回路、４ 制御回路、５ バックライト、６ アクティブマトリクス基板、６０１ ガラス基板、６０２ 第１の絶縁膜、６０３（ＴＦＴ素子の）半導体層、６０４ 第２の絶縁膜、６０５ 層間絶縁膜、６０６ 配向膜、６０７ ソース電極、６０８ 導電層、６０９ 突起形成部材、６０９ａ （突起形成部材の）半導体層、６０９ｂ（突起形成部材の）導電層、６１０ 透明層、７ 対向基板、７０１ ガラス基板、７０２ ブラックマトリクス、７０３Ｒ，７０３Ｇ，７０３Ｂ カラーフィルタ、７０４ オーバーコート層、７０５ 配向膜、７１０ 透明層、８ シール材、９ａ，９ｂ 偏光板、１０ 柱状スペーサ、１１ 液晶分子、１１ａ，ＬＣ 液晶層、１２ 電界（電気力線）、ＧＬ 走査信号線ＧＬ（ゲート線）、ＤＬ 映像信号線（ドレイン線）、ＤＡ 表示領域、Ｔｒ ＴＦＴ素子、ＰＸ 画素電極、ＣＴ 共通電極（対向電極）、ＣＬ 共通化配線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明性と高コントラスト性を高めた配向膜が形成された液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は表示品質が高く、且つ薄型、軽量、低消費電力などといった特長からその用途を広げており、携帯電話用モニター、デジタルスチルカメラ用モニターなどの携帯向けモニターからデスクトップパソコン用モニター、印刷やデザイン向けモニター、医療用モニターさらには液晶テレビなど様々な用途に用いられている。
【０００３】
この用途拡大に伴い、液晶表示装置には更なる高画質化、高品質化が求められており、特に高透過率化による高輝度化、低消費電力化が強く求められている。また液晶表示装置の普及に伴い、低コスト化に対しても強い要求がある。
【０００４】
通常、液晶表示装置の表示は一対の基板間に挟まれた液晶層の液晶分子に電界を印加することにより液晶分子の配向方向を変化させ、それにより生じた液晶層の光学特性の変化により行われる。電界無印加時の液晶分子の配向方向は、ポリイミド薄膜の表面にラビング処理を施した配向膜により規定されている。
【０００５】
従来、画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子を備えたアクティブ駆動型液晶表示装置は、液晶層を挟持する一対の基板のそれぞれに電極を設け、液晶層に印加する電界の方向が基板面に対してほぼ垂直になる、所謂縦電界になるように設定され、液晶層を構成する液晶分子の光旋光性を利用して表示を行う。
【０００６】
縦電界方式の代表的な液晶表示装置として、ツイステッドネマチック（ＴＮ：Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式が知られている。ＴＮ方式の液晶表示装置においては視野角が狭いことが課題の一つである。そこで、広視野角化を達成する表示方式としてＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式やＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が知られている。
【０００７】
ＩＰＳ方式およびＦＦＳ方式は、一対の基板の一方に櫛歯状の電極を形成し、発生する電界が当該基板面にほぼ平行な成分を有する、所謂横電界方式の表示方式であり、液晶層を構成する液晶分子を基板とほぼ平行な面内で回転動作させ、液晶層の複屈折性を用いて表示を行う。液晶分子の面内スイッチングにより従来のＴＮ方式に比べて視野角が広く低負荷容量である等の利点があり、ＴＮ方式に代わる新たな液晶表示装置として有望視され、近年急速に進歩している。
【０００８】
液晶表示素子は、液晶層中の液晶分子の配向状態を電場の有無によって制御する。すなわち、液晶層の外部に設けられた上下の偏光板を完全直交状態にして、中間の液晶分子の配向状態により位相差を発生させて明暗の状態を形成する。
【０００９】
液晶表示素子の透過率は基板や透明電極、液晶層、偏光板等の各種光学薄膜自身の光吸収や光散乱以外に、各光学薄膜間の屈折率差に由来する、界面での光反射が大きな割合を占めている。液晶表示素子の光学薄膜の中で最大の屈折率を与えるものは透明電極に用いられる酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ, ＩＴＯ；屈折率２．１）や画素電極と共通電極の間を電気的に分離する層間絶縁膜に用いられる窒化珪素（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ，ＳｉＮｘ；屈折率１．８〜１．９）等である。それ以外の部材は、液晶や配向膜、偏光板、位相差板等の有機光学薄膜であり、或いはガラス基板であり、それらの屈折率は１．４〜１．６程度である。
【００１０】
異なる屈折率を有する媒体間の反射損失を低減するためには、その間に各種反射防止層を挿入することが有効である。代表的な反射防止層として、高屈折率層と低屈折率層の多層膜や、マイクロレンスアレイ等が用いられるが、少なくとも波長オーダの光学的構造を設ける必要があり、液晶表示装置の透明電極と液晶層との間の高々１００ｎｍ程度の間隔に導入することは困難である。より薄い薄膜でありながら、可視域全般にわたり一様な反射防止を行うためには、屈折率の異なる光学薄膜間になだらかに屈折率を変える傾斜屈折率（Ｇｒａｔｅｄ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ，ＧＲＩＮ）薄膜が用いられる。
【００１１】
例えば、ＧＲＩＮ薄膜は、無機ガラスからなる光通信ファイバ接続部での接続ロス防止や（非特許文献１参照）、空孔密度制御されたＳｉＯ２ガラスからなる外光反射防止膜に（非特許文献２参照）用いられている。
【００１２】
また、特許文献１においては液晶表示素子にも酸化度を制御したＳｉＯｘ薄膜からなるＧＲＩＮ薄膜を用いることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−２４８６０７号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．２００２ ２８ｔｈ Ｅｕｒｏ．Ｃｏｎｆ．Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．（ＥＣＯＣ２００２） ３ （２００２） １−２
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．４２ （２００３） ４５７３−４５７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、これらＳｉＯ２ガラスからなる外光反射防止膜やＳｉＯｘ薄膜からなるＧＲＩＮ薄膜単独ではその表面に何ら面内異方性を持たないため液晶配向能力を保有することは極めて難しい。更に特許文献１においてはＳｉＯｘ薄膜単独に斜方蒸着を施すことによって多少なりとも液晶配向能力を付与しようとしているが、このような無機材料の斜方蒸着膜の液晶配向能力が乏しいことは、古くから周知のところである。
【００１６】
今日では、液晶分子を配向させるためには、分子レベルでの相互作用により配向させることが可能な有機材料からなる配向膜が標準的に用いられている。仮に、特許文献１に示されるようなＳｉＯｘ薄膜からなるＧＲＩＮ薄膜の上に従来の液晶配向膜を塗布すると、屈折率上の差異を緩和する機能は実現されても、例えば透明電極から液晶層に達するまでの距離が長くなり、液晶分子を配向させるのに必要な電圧を高めないと駆動できず、消費電力が著しく増加してしまう。
【００１７】
本発明の目的は、液晶の配向性や低消費電力性を損なうことなく、透過率の高い液晶表示装置を提供することにある。また、本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る液晶表示装置は、少なくとも一方が透明な第一の基板および第二の基板と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置された液晶層と、前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、前記電極群に接続された複数のアクティブ素子と、前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板に配置された、一方の面で前記液晶層と接する配向膜と、前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板において、前記配向膜の他方側の面と接する下地層と、を備える液晶表示装置において、前記配向膜は有機化合物を含み、前記配向膜の屈折率は、前記配向膜と前記液晶層との界面から、前記配向膜と下地層との界面にかけて単調増加し、前記液晶層の最小屈折率ｎＬＣと、前記液晶層と前記配向膜との界面における、前記配向膜の屈折率ｎＦ２と、前記配向膜と前記下地層との界面における、前記配向膜の屈折率ｎＦ１と、前記下地層の屈折率ｎＳ２と、
は下記式（Ｉ）の関係を有することを特徴とする。
【数１】
【００１９】
また、前記下地層は、可視光を透過する透明層であり、前記電極群は共通電極および画素電極を含み、前記下地層の前記配向膜に接する面と反対側の面は、前記共通電極および前記画素電極のいずれか一方の電極と接していることとしてもよい。
【００２０】
また、前記下地層の屈折率ｎＳ２と、前記下地層と前記一方の電極との界面における、前記一方の電極の屈折率ｎＰＥと、は下記式（ＩＩ）の関係を有することとしてもよい。
【数２】
【００２１】
また、前記下地層の前記配向膜に接する面と反対側の前記面の一部は前記一方の電極と接しており、他の一部は層間絶縁膜と接しており、前記下地層の屈折率ｎＳ２と、前記層間絶縁膜の屈折率ｎＬＩとは下記式（ＩＩＩ）の関係を有することとしてもよい。
【数３】
【００２２】
また、前記電極群は共通電極および画素電極を含み、前記下地層は、前記配向膜の前記液晶層に接する面と反対側の面に接する層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の前記配向膜側の面の一部に備えられた、前記配向膜側に突出する、前記共通電極および前記画素電極のいずれか一方の電極と、からなり、前記配向膜は、前記下地層上に形成されており、前記配向膜の膜厚は、前記一方の電極の膜厚より大きいこととしてもよい。
【００２３】
また、前記一方の電極の、表面の屈折率は、内部の屈折率より低いこととしてもよい。また、前記配向膜は、面内に光学的異方性を有することとしてもよい。また、前記配向膜の面内の光学的異方性軸の方向と、液晶層の配向規制方向とが同じであることとしてもよい。
【００２４】
また、前記配向膜は、複数種の前記有機化合物を含むこととしてもよい。また、前記配向膜は、極性の異なる複数種の前記有機化合物を含むこととしてもよい。また、前記配向膜は、屈折率の異なる複数種の前記有機化合物を含むこととしてもよい。また、前記配向膜を構成する複数種の前記有機化合物のうち、最も屈折率が高い前記有機化合物の可視域における屈折率が１．７以上であることとしてもよい。
【００２５】
また、前記配向膜がポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドで形成されていることとしてもよい。また、前記配向膜は、光配向処理によって液晶配向能が付与されていることとしてもよい。また、前記配向膜は、ラビング処理によって液晶配向能が付与されていることとしてもよい。
【００２６】
また、前記配向膜の液晶配向能が付与された領域は前記配向膜表面から２０ｎｍまでの範囲にあることとしてもよい。また、前記配向膜は、液晶配向能が付与された後に、前記配向膜を形成する化合物同士が架橋していることとしてもよい。前記配向膜の表示領域に対する被覆率が５０％以上であることとしてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明により、液晶の配向性や低消費電力性を損なうことなく、透過率の高い液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置の概略構成の一例を示す、模式ブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、液晶表示パネルの一つの画素の回路構成の一例を示す模式回路図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式平面図である。
【図１Ｄ】図１Ｃの１Ｄ−１Ｄ線における断面構成の一例を示す模式断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、ＩＰＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置の他の一例における、ＩＰＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、ＦＦＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、ＶＡ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、配向膜近傍の構造の一例を示す模式図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置に備えられた配向膜に含まれる、化学構造Ｄの濃度分布の一例を示す説明図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態に係る液晶表示装置に備えられた配向膜近傍の、屈折率分布の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００３０】
まず図１Ａから図１Ｄで示される、本発明に関わる液晶表示装置の概略構成の一例を示す模式図等を用いて説明する。
【００３１】
図１Ａは、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の概略構成の一例を示す、模式ブロック図である。図１Ｂは、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、液晶表示パネルの一つの画素の回路構成の一例を示す模式回路図である。図１Ｃは、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式平面図である。図１Ｄは、図１Ｃの１Ｄ−１Ｄ線における断面構成の一例を示す模式断面図である。
【００３２】
本発明は、例えば、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置に適用される。アクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、例えば、携帯型電子機器向けのディスプレイ（モニター）、パーソナルコンピュータ用のディスプレイ、印刷やデザイン向けのディスプレイ、医療用機器のディスプレイ、液晶テレビ等に用いられている。
【００３３】
アクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、例えば図１Ａに示されるように、液晶表示パネル１、第１の駆動回路２、第２の駆動回路３、制御回路４、およびバックライト５等を有する。
【００３４】
液晶表示パネル１は、複数本の走査信号線ＧＬ（ゲート線）および複数本の映像信号線ＤＬ（ドレイン線）を有し、映像信号線ＤＬは第１の駆動回路２に接続しており、走査信号線ＧＬは第２の駆動回路３に接続している。なお、図１Ａには、複数本の走査信号線ＧＬのうちの一部を示しており、実際の液晶表示パネル１には、さらに多数本の走査信号線ＧＬが密に配置されている。同様に、図１Ａには、複数本の映像信号線ＤＬのうちの一部を示しており、実際の液晶表示パネル１には、さらに多数本の映像信号線ＤＬが密に配置されている。
【００３５】
また、液晶表示パネル１の表示領域ＤＡは、多数の画素の集合で構成されており、表示領域ＤＡにおいて１つの画素が占有する領域は、たとえば、隣接する２本の走査信号線ＧＬと隣接する２本の映像信号線ＤＬとで囲まれる領域に相当する。このとき、１つの画素の回路構成は、例えば、図１Ｂに示される構成になっており、アクティブ素子として機能するＴＦＴ素子Ｔｒ、画素電極ＰＸ、共通電極ＣＴ（対向電極と呼ぶこともある）、液晶層ＬＣを有する。またこのとき、液晶表示パネル１には、たとえば、複数の画素の共通電極ＣＴを共通化する共通化配線ＣＬが設けられている。
【００３６】
また、液晶表示パネル１は、例えば、図１Ｃおよび図１Ｄに示すように、アクティブマトリクス基板６と対向基板７の表面に配向膜６０６および７０５を形成し、それら配向膜の間に液晶層１１ａ（液晶材料）を配置した構造になっている。また、ここでは特に図示していないが、配向膜６０６とアクティブマトリクス基板６の間、または配向膜７０５と対向基板７の間に、適宜中間層（例えば位相差板や色変換層、光拡散層等の光学的中間層）を設けてもよい。このとき、アクティブマトリクス基板６と対向基板７とは、表示領域ＤＡの外側に設けられた環状のシール材８で接着されており、液晶層１１ａは、アクティブマトリクス基板６側の配向膜６０６、対向基板７側の配向膜７０５、およびシール材８で囲まれた空間に密封されている。またこのとき、バックライト５を有する液晶表示装置の液晶表示パネル１は、アクティブマトリクス基板６、液晶層１１ａ、および対向基板７を挟んで対向配置させた一対の偏光板９ａ，９ｂを有する。
【００３７】
なお、アクティブマトリクス基板６は、ガラス基板などの絶縁基板の上に走査信号線ＧＬ、映像信号線ＤＬ、アクティブ素子（ＴＦＴ素子Ｔｒ）、画素電極ＰＸなどが配置された基板である。また、液晶表示パネル１の駆動方式がＩＰＳ方式などの横電界駆動方式である場合、共通電極ＣＴおよび共通化配線ＣＬはアクティブマトリクス基板６に配置されている。
【００３８】
また、液晶表示パネル１の駆動方式がＴＮ方式やＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｍｅｎｔ）方式などの縦電界駆動方式である場合、共通電極ＣＴは対向基板７に配置されている。縦電界駆動方式の液晶表示パネル１の場合、共通電極ＣＴは、通常、すべての画素で共有される大面積の一枚の平板電極であり、共通化配線ＣＬは設けられていない。
【００３９】
また、本発明に関わる液晶表示装置では、液晶層１１ａが密封された空間に、たとえば、それぞれの画素における液晶層１１ａの厚さ（セルギャップということもある）の均一化するための柱状スペーサ１０が複数設けられている。この複数の柱状スペーサ１０は、例えば、対向基板７に設けられている。
【００４０】
第１の駆動回路２は、映像信号線ＤＬを介してそれぞれの画素の画素電極ＰＸに加える映像信号（階調電圧ということもある）を生成する駆動回路であり、一般に、ソースドライバ、データドライバなどと呼ばれている駆動回路である。また、第２の駆動回路３は、走査信号線ＧＬに加える走査信号を生成する駆動回路であり、一般に、ゲートドライバ、走査ドライバなどと呼ばれている駆動回路である。また、制御回路４は、第１の駆動回路２の動作の制御、第２の駆動回路３の動作の制御、およびバックライト５の輝度の制御などを行う回路であり、一般に、ＴＦＴコントローラ、タイミングコントローラなどと呼ばれている制御回路である。
【００４１】
また、バックライト５は、たとえば、冷陰極蛍光灯などの蛍光灯、または発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源であり、当該バックライト５が発した光は、図示していない反射板、導光板、光拡散板、プリズムシートなどにより面状光線に変換されて液晶表示パネル１に照射される。バックライト５から光が照射された場合、液晶表示パネル１に備えられる様々な層を光は通過することとなる。
【００４２】
本発明の実施形態に係る液晶表示装置は、少なくとも一方が透明なアクティブマトリクス基板（第一の基板）６と、対向基板（第二の基板）７と、アクティブマトリクス基板６と対向基板７との間に配置された液晶層１１ａと、アクティブマトリクス基板６および対向基板７の少なくとも一方の基板に形成され、液晶層１１ａに電界１２を印加するための電極群ＣＴ，ＰＸと、当該電極群ＣＴ，ＰＸに接続された複数のアクティブ素子Ｔｒと、アクティブマトリクス基板６および対向基板７の少なくとも一方の基板に配置された、一方の面で液晶層１１ａと接する配向膜６０６，７０５と、アクティブマトリクス基板６および対向基板７の少なくとも一方の基板において、配向膜６０６、７０５の他方側の面と接する下地層と、を備える液晶表示装置である。
【００４３】
バックライト５からの光は、互いに屈折率の異なる二つの層の界面を透過するとき、界面で反射損失が発生する。反射損失は屈折率の異なりが大きいほど顕著なものとなる。特に、高屈折率を有する電極群ＣＴ，ＰＸや層間絶縁膜の界面での反射に由来する反射損失は顕著なものとなる。
【００４４】
例えば、本発明の実施形態に係る液晶表示装置がＩＰＳ等の所謂、横電界駆動方式の液晶表示装置である場合、電極群ＣＴ，ＰＸは一方の基板（アクティブマトリクス基板６）のみに形成されることとなる。かかる場合、アクティブマトリクス基板６における、反射損失を抑制するためには、アクティブマトリクス基板６に備えられた配向膜６０６に本発明に係る配向膜を適用することが効果的である。
【００４５】
また、縦電界駆動方式の液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板６及び対向基板７に電極群の一方（画素電極ＰＸ）及び他方（共通電極ＣＴ）がそれぞれ形成されることとなる。かかる場合、アクティブマトリクス基板６および対向基板７に備えられたそれぞれの配向膜６０６，７０５に本発明に係る配向膜を適用することが効果的である。
【００４６】
以下の説明においては、本発明の実施形態に係る液晶表示装置が横電界駆動方式の液晶表示装置である場合、アクティブマトリクス基板６に備えられた配向膜６０６に関して詳細に説明することとする。なお、横電界駆動方式の液晶表示装置である場合においても、対向基板７に備えられた配向膜７０５に本発明に係る配向膜を適用することができる。
【００４７】
また、本発明の実施形態に係る液晶表示装置が縦電界駆動方式の液晶表示装置である場合は、アクティブマトリクス基板６および対向基板７に備えられた配向膜６０６、７０５のそれぞれに、本発明に係る配向膜を適用することが効果的である。ただし、以下の説明では、対向基板７の構成に関する詳細な説明は省略することとする。
【００４８】
図２Ａは、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、ＩＰＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。
【００４９】
図２Ａの例に係る液晶表示装置は、少なくとも一方が透明なアクティブマトリクス基板（第一の基板）６と、対向基板（第二の基板）７と、アクティブマトリクス基板６と対向基板７との間に配置された液晶層１１ａと、アクティブマトリクス基板６および対向基板７の一方の基板（アクティブマトリクス基板６）に形成され、液晶層１１ａに電界１２を印加するための画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴと、当該画素電極ＰＸに接続されたアクティブ素子Ｔｒと、アクティブマトリクス基板６および対向基板７にそれぞれ配置された配向膜６０６，７０５とを備える液晶表示装置である。
【００５０】
この例において、アクティブマトリクス基板６に備えられた配向膜６０６は有機化合物を含み、配向膜６０６の屈折率は、配向膜６０６と液晶層１１ａとの界面から、配向膜６０６と下地層との界面にかけて単調増加し、液晶層１１ａの最小屈折率ｎＬＣと、液晶層１１ａと配向膜６０６との界面における、配向膜６０６の屈折率ｎＦ２と、配向膜６０６と前記下地層との界面における、配向膜６０６の屈折率ｎＦ１と、前記下地層の屈折率ｎＳ２と、
は下記式（Ｉ）の関係を有することを特徴としている。
【数４】
【００５１】
ここで、下地層とは、配向膜６０６の液晶層１１ａと反対側に接して備えられる層である。すなわち配向膜６０６の一方の面は液晶層１１ａと接し、他方の面は下地層と接することとなる。図２Ａに示される液晶表示装置の下地層は、層間絶縁膜６０５および共通電極ＣＴである。下地層は、例えば、層間絶縁膜６０５のように液晶パネル一面に広がって形成されるものであっても、共通電極ＣＴのように特定のパターンを形成しているものであってもよい。
【００５２】
また、このように下地層として２種類以上の層（例えば、層間絶縁膜６０５および共通電極ＣＴ）が形成されている場合においても、配向膜６０６との界面における、当該下地層を構成する当該２種以上の層のそれぞれの屈折率ｎＳ２は、式（Ｉ）の関係を満たす。
【００５３】
また、液晶層１１ａに直接接している配向膜６０６、７０５は、ポリイミドを主成分とした耐熱性の有機化合物によって形成されている。液晶層１１ａを構成する液晶材料はネマチック液晶混合物が用いられている。液晶材料がポジティブ液晶である場合、その正常光方向の屈折率ｎｏは約１．７、異常光方向の屈折率ｎｅは約１．５であり、液晶材料がネガティブ液晶である場合は逆にｎｏは約１．５、ｎｅは約１．７となる。前述の式（Ｉ）中で示される液晶層の最小屈折率ｎＬＣとは、液晶層を構成する液晶分子の有する正常光方向の屈折率ｎｏおよび異常光方向の屈折率ｎｅのいずれか数値の小さいほうをいう。例えばポジティブ液晶によって構成される液晶層の最小屈折率ｎＬＣは、異常光方向の屈折率ｎｅとなり１．５ということとなる。
【００５４】
アクティブマトリクス基板６は、ガラス基板６０１などの絶縁基板の表面に、走査信号線ＧＬおよび共通化配線ＣＬと、それらを覆う第１の絶縁膜６０２が形成されている。第１の絶縁膜６０２の上には、ＴＦＴ素子Ｔｒの半導体層６０３、映像信号線ＤＬ、および画素電極ＰＸと、それらを覆う第２の絶縁膜６０４が形成されている。半導体層６０３は、走査信号線ＧＬの上に配置されており、走査信号線ＧＬのうちの半導体層６０３の下部に位置する部分がＴＦＴ素子Ｔｒのゲート電極として機能する。
【００５５】
また、半導体層６０３は、たとえば、第１のアモルファスシリコンからなる能動層（チャネル形成層）の上に、第１のアモルファスシリコンとは不純物の種類や濃度が異なる第２のアモルファスシリコンからなるソース拡散層およびドレイン拡散層が積層された構成になっている。またこのとき、映像信号線ＤＬの一部分および画素電極ＰＸの一部分は、それぞれ、半導体層６０３に乗り上げており、当該半導体層６０３に乗り上げた部分がＴＦＴ素子Ｔｒのドレイン電極およびソース電極として機能する。
【００５６】
ところで、ＴＦＴ素子Ｔｒのソースとドレインは、バイアスの関係、すなわちＴＦＴ素子Ｔｒがオンになったときの画素電極ＰＸの電位と映像信号線ＤＬの電位との高低の関係によって入れ替わる。しかしながら、本明細書における以下の説明では、映像信号線ＤＬに接続している電極をドレイン電極といい、画素電極ＰＸに接続している電極をソース電極という。
【００５７】
第２の絶縁膜６０４の上には、表面が平坦化された層間絶縁膜６０５（オーバーコート層）が形成されている。層間絶縁膜６０５の上には、共通電極ＣＴと、共通電極ＣＴおよび層間絶縁膜６０５を覆う配向膜６０６が形成されている。共通電極ＣＴは、第１の絶縁膜６０２、第２の絶縁膜６０４、および層間絶縁膜６０５を貫通するコンタクトホールＣＨ（スルーホール）を介して共通化配線ＣＬと接続している。
【００５８】
また、図２Ａに示されるように、アクティブマトリクス基板６に含まれる電極群は共通電極ＣＴおよび画素電極ＰＸを含み、前述の下地層は、配向膜６０６の液晶層１１ａに接する面と反対側の面に接する層間絶縁膜６０５と、層間絶縁膜６０５の配向膜６０６側の面の一部に備えられた、配向膜６０６側に突出する、共通電極ＣＴとからなり、配向膜６０６は、下地層（層間絶縁膜６０５および共通電極ＣＴ）上に形成されており、配向膜６０６の膜厚は、共通電極ＣＴの膜厚より大きくなっている。
【００５９】
配向膜６０６の膜厚を、共通電極ＣＴの厚さよりも大きくすることによって、層間絶縁膜６０５の上面に形成された共通電極ＣＴの凹凸を軽減することができ、ひいては共通電極ＣＴの凹凸に由来する反射損失を抑制することができ透過率向上にとって好ましい。
【００６０】
また、共通電極ＣＴは、例えば、平面における画素電極ＰＸとの間隙Ｐｇが７μｍ程度になるように形成されている。配向膜６０６は以下の実施例に記載された高分子材料が塗布され、表面に液晶配向能を付与するための表面処理（ラビング処理等）が施されている。
【００６１】
一方、対向基板７は、ガラス基板７０１などの絶縁基板の表面に、ブラックマトリクス７０２およびカラーフィルタ７０３Ｒ，７０３Ｇ，７０３Ｂと、それらを覆うオーバーコート層７０４が形成されている。ブラックマトリクス７０２は、たとえば、表示領域ＤＡに画素単位の開口領域を設けるための格子状の遮光膜である。また、カラーフィルタ７０３Ｒ，７０３Ｇ，７０３Ｂは、たとえば、バックライト５からの白色光のうちの特定の波長領域（色）の光のみを透過する膜であり、液晶表示装置がＲＧＢ方式のカラー表示に対応している場合は、赤色の光を透過するカラーフィルタ７０３Ｒ、緑色の光を透過するカラーフィルタ７０３Ｇ、および青色の光を透過するカラーフィルタ７０３Ｂが配置される（ここでは一つの色の画素について代表して示している）。
【００６２】
また、オーバーコート層７０４は、表面が平坦化されている。オーバーコート層７０４の上には、複数の柱状スペーサ１０および配向膜７０５が形成されている。柱状スペーサ１０は、たとえば、頂上部が平坦な円錐台形（台形回転体ということもある）であり、アクティブマトリクス基板６の走査信号線ＧＬのうちの、ＴＦＴ素子Ｔｒが配置されている部分および映像信号線ＤＬと交差している部分を除く部分と重なる位置に形成されている。
【００６３】
また、配向膜７０５は、例えば、ポリイミド系樹脂で形成されており、表面に液晶配向能を付与するための表面処理（ラビング処理等）が施されている。また、図２Ａの方式の液晶表示パネル１における液晶層１１ａの液晶分子１１ｂは、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの電位が等しい電界無印加時には、ガラス基板６０１，７０１の表面にほぼ平行に配向された状態であり、配向膜６０６，７０５に施されたラビング処理で規定された初期配向方向に向いた状態でホモジニアス配向している。
【００６４】
そして、ＴＦＴ素子Ｔｒをオンにして映像信号線ＤＬに加えられている階調電圧を画素電極ＰＸに書き込み、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの間の電位差が生じると、図中に示したような電界１２（電気力線）が発生し、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの電位差に応じた強度の電界１２が液晶分子１１ｂに印加される。このとき、液晶層１１ａが持つ誘電異方性と電界１２との相互作用により、液晶層１１ａを構成する液晶分子１１ｂは電界１２の方向にその向きを変えるので、液晶層１１ａの屈折異方性が変化する。またこのとき、液晶分子１１ｂの向きは、印加する電界１２の強度（画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの電位差の大きさ）によって決まる。したがって、液晶表示装置では、たとえば、共通電極ＣＴの電位を固定しておき、画素電極ＰＸに加える階調電圧を画素毎に制御して、それぞれの画素における光透過率を変化させることで、映像や画像の表示を行うことができる。
【００６５】
図２Ｂは、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の他の一例における、ＩＰＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。図２Ａで示される液晶表示装置における共通電極ＣＴ上に透明層６１０が形成されており、更に透明層６１０の上に配向膜６０６が形成されている。また、この透明層６１０は表示領域の共通電極ＣＴの段差起因の凹凸を平坦化する役割をはたしており、共通電極ＣＴの凹凸に由来する反射損失を抑制する。
【００６６】
図２Ｂに示される液晶表示装置の下地層は、可視光（波長領域が３８０ｎｍから７５０ｎｍの電磁波）を透過する透明層６１０である。透明層６１０は、アクティブマトリクス基板６において、配向膜６０６の液晶像１１ａと接する面と反対側の面で接する。下地層の配向膜６０６に接する面と反対側の面の一部は、共通電極ＣＴと接している。また、下地層である透明層６１０の屈折率ｎＳ２と、透明層６１０と共通電極ＣＴとの界面における、共通電極ＣＴの屈折率ｎＰＥとは下記式（ＩＩ）の関係を有することとしてもよい。
【数５】
【００６７】
下地層である透明層６１０の屈折率ｎＳ２と共通電極ＣＴの屈折率ｎＰＥとの差が０．１以下の場合、透明層６１０と共通電極ＣＴとの層間反射に由来する反射損失を軽減することができ透過率向上にとって好ましい。また、透明層６１０の屈折率ｎＳ２と共通電極ＣＴの屈折率ｎＰＥとが等しい場合、透明層６１０と共通電極ＣＴとの層間反射に由来する反射損失を特に軽減することができ透過率向上にとって特に好ましい。
【００６８】
なお、透明層６１０と共通電極ＣＴとの界面における、共通電極ＣＴの屈折率ｎＰＥは、内部の屈折率より低いこととしてもよい。また、共通電極ＣＴが均質なものであれば、共通電極ＣＴの表面の屈折率は、内部の屈折率と等しいこととしてもよい。
【００６９】
さらに、図２Ｂに示される液晶表示装置において、下地層である透明層６１０の配向膜６０６に接する面と反対側の面の一部は共通電極ＣＴと接しており、他の一部は層間絶縁膜６０５と接しており、透明層６１０の屈折率ｎＳ２と、層間絶縁膜６０５の屈折率ｎＬＩと、は下記式（ＩＩＩ）の関係を有することとしてもよい。
【数６】
【００７０】
下地層である透明層の屈折率ｎＳ２と層間絶縁膜６０５の屈折率ｎＬＩとの差が０．１以下の場合、透明層６１０と層間絶縁膜６０５との層間反射に由来する反射損失を軽減することができ透過率向上にとって好ましい。また、透明層６１０の屈折率ｎＳ２と層間絶縁膜６０５の屈折率ｎＬＩとが等しい場合、透明層６１０と層間絶縁膜６０５の層間反射に由来する反射損失を特に軽減することができ透過率向上にとって特に好ましい。
【００７１】
図３は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、ＦＦＳ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。図３の例に係る液晶表示装置は、少なくとも一方が透明なアクティブマトリクス基板（第一の基板）６と、対向基板（第二の基板）７と、アクティブマトリクス基板６と対向基板７との間に配置された液晶層１１ａと、アクティブマトリクス基板６および対向基板７の一方の基板（アクティブマトリクス基板６）に形成され、液晶層１１ａに電界１２を印加するための画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴと、当該画素電極に接続されたアクティブ素子と、アクティブマトリクス基板６および対向基板７にそれぞれ配置された配向膜６０６，７０５とを備える液晶表示装置である。
【００７２】
図３に示される液晶表示装置の下地層は、第２の絶縁膜６０４および画素電極ＰＸである。また、下地層を構成する第２の絶縁膜６０４および画素電極ＰＸの屈折率ｎＳ２は、配向膜６０６と接する界面において、いずれも式（Ｉ）の関係を満たす。
【００７３】
アクティブマトリクス基板６は、ガラス基板６０１などの絶縁基板の表面に、共通電極ＣＴ、走査信号線ＧＬ、および共通化配線ＣＬと、それらを覆う第１の絶縁膜６０２が形成されている。第１の絶縁膜６０２の上には、ＴＦＴ素子の半導体層６０３、映像信号線ＤＬ、およびソース電極と、それらを覆う第２の絶縁膜６０４が形成されている。このとき、映像信号線ＤＬの一部分およびソース電極の一部分は、それぞれ、半導体層６０３に乗り上げており、当該半導体層６０３に乗り上げた部分がＴＦＴ素子のドレイン電極およびソース電極として機能する。
【００７４】
また、図３の液晶表示パネル１では、層間絶縁膜６０５が形成されておらず、第２の絶縁膜６０４の上に画素電極ＰＸと、画素電極ＰＸを覆う配向膜６０６が形成されている。画素電極ＰＸは、第２の絶縁膜６０４を貫通するコンタクトホールＣＨ（スルーホール）を介してソース電極と接続している。このとき、ガラス基板６０１の表面に形成された共通電極ＣＴは、隣接する２本の走査信号線ＧＬと隣接する２本の映像信号線ＤＬで囲まれた領域（開口領域）に平板状に形成されており、当該平板状の共通電極ＣＴの上に、複数のスリットを有する画素電極ＰＸが積層されている。またこのとき、走査信号線ＧＬの延在方向に並んだ画素の共通電極ＣＴは、共通化配線ＣＬによって共通化されている。
【００７５】
一方、図３の液晶表示パネル１における対向基板７は、図２の液晶表示パネル１の対向基板７と同じ構成である。そのため、対向基板７の構成に関する詳細な説明は省略する。
【００７６】
図４は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、ＶＡ方式液晶表示パネルの概略構成の一例を示す模式断面図である。
【００７７】
図４に示す例に係る液晶表示装置は、少なくとも一方が透明なアクティブマトリクス基板（第一の基板）６と、対向基板（第二の基板）７と、アクティブマトリクス基板６と対向基板７との間に配置された液晶層１１ａと、アクティブマトリクス基板６および対向基板７にそれぞれ形成され、液晶層１１ａに電界１２を印加するための画素電極ＰＸ及び共通電極ＣＴと、当該画素電極ＰＸに接続されたアクティブ素子Ｔｒと、アクティブマトリクス基板６および対向基板７にそれぞれ配置された配向膜６０６，７０５とを備える液晶表示装置である。
【００７８】
図４に示される液晶表示装置の下地層は、第２の絶縁膜６０４および画素電極ＰＸである。また、下地層を構成する第２の絶縁膜６０４および画素電極ＰＸの屈折率ｎＳ２は、配向膜６０６と接する界面において、いずれも式（Ｉ）の関係を満たすものとする。
【００７９】
縦電界駆動方式の液晶表示パネル１は、たとえば、図４に示すように、アクティブマトリクス基板６に画素電極ＰＸが形成されており、対向基板７に共通電極ＣＴが形成されている。
【００８０】
縦電界駆動方式の１つであるＶＡ方式の液晶表示パネル１の場合、画素電極ＰＸおよび共通電極ＣＴは、たとえば、ＩＴＯなどの透明導電体によりベタ形状（単純な平板形状）に形成されている。このとき、液晶分子１１ｂは、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの電位が等しい電界無印加時には、配向膜６０６，７０５によりガラス基板６０１，７０１の表面に対して垂直に並べられている。
【００８１】
そして、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの間に電位差が生じると、ガラス基板６０１，７０１に対してほぼ垂直な電界１２（電気力線）が発生し、液晶分子１１ｂがガラス基板６０１，７０１に対して平行な方向に倒れ、入射光の偏光状態が変化する。またこのとき、液晶分子１１ｂの向きは、印加する電界１２の強度によって決まる。したがって、液晶表示装置では、たとえば、共通電極ＣＴの電位を固定しておき、画素電極ＰＸに加える映像信号（階調電圧）を画素毎に制御して、それぞれの画素における光透過率を変化させることで、映像や画像の表示を行う。
【００８２】
また、ＶＡ方式の液晶表示パネル１における画素の構成、例えば、ＴＦＴ素子や画素電極ＰＸの平面形状は種々の構成が知られており、図４の方式での液晶表示パネル１における画素の構成は、それらの構成のいずれかであればよい。ここでは、その液晶表示パネル１における画素の構成に関する詳細な説明を省略する。
【００８３】
本発明は、上記のようなアクティブマトリクス方式の液晶表示装置のうち、液晶表示パネル１、特に、アクティブマトリクス基板６および対向基板７において液晶層１１ａ接する部分およびその周辺の構成に関する。そのため、本発明には直接関係しない第１の駆動回路２、第２の駆動回路３、制御回路４、およびバックライト５の構成についての詳細な説明は省略する。
【００８４】
ここで本発明の実施形態に係る液晶表示装置に含まれる、それぞれの構成物に関し説明を行う。
【００８５】
前述のように、液晶層１１ａに充填する液晶材料はネマチック液晶混合物が用いられることが多いが、その屈折率はポジティブ液晶の場合、正常光方向の屈折率ｎｏは約１．７、異常光方向の屈折率ｎｅは約１．５であり、ネガティブ液晶の場合は逆にｎｏは約１．５、ｎｅは約１．７となる。
【００８６】
また、配向膜に用いられるポリイミドの屈折率は約１．６である。これに対して、配向膜の更に下側にある薄膜層は、例えば図２ＡのＩＰＳ方式の液晶表示素子では液晶層１１ａの下側には、配向膜６０６の下に共通電極ＣＴや画素電極ＰＸがあり、これらは絶縁膜６０４、６０５で隔てられている。
【００８７】
共通電極ＣＴや画素電極ＰＸには透明電極であるＩＴＯのスパッタ膜が用いられることが多く、その屈折率は約２．１である。また、絶縁膜６０４、６０５にはＳｉＮｘのＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）膜が用いられることが多く、その屈折率は約１．８から約１．９である。更にその下のガラス基板は無アルカリガラスが用いられることが多く、その屈折率は約１．５である。
【００８８】
つまり、アクティブマトリクス基板６においては、屈折率が１．５〜１．７の低屈折率な薄膜層（液晶層１１ａ、ガラス基板６０１等）の間に屈折率が１．８以上の高屈折率な薄膜層（共通電極ＣＴや絶縁膜６０４等）が介在している構造であり、この層間の屈折率差に由来する反射損失を抑制することが透過率向上にとって重要である。
【００８９】
一方、液晶層１１ａの上側には、配向膜７０５、オーバーコート層７０４、カラーフィルタ７０３Ｒ、７０３Ｇ、７０３Ｂがあり、いずれも有機化合物からなり、その屈折率は約１．５から約１．６である。更にその上のガラス基板７０１は無アルカリガラスが用いられることが多く、その屈折率は約１．５である。つまり、液晶層上部の対向基板７はいずれも屈折率が１．５から１．６の低屈折率な部材からなり、屈折率差に由来する反射損失は小さい。
【００９０】
図３のＦＦＳ方式の液晶表示素子でもほぼ同様である。また、図４のＶＡ方式の液晶表示素子では、液晶層１１ａの下方だけではなく、上方にも透明電極からなる共通電極ＣＴがあり、共通電極ＣＴと、オーバーコート層７０４若しくは配向膜７０５との屈折率差に由来する反射損失が問題となる。
【００９１】
図５Ａには、このような課題を解決するのに適した、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、配向膜近傍の構造の一例を示す模式図である。
【００９２】
配向膜６０６（または７０５）の一方側には液晶層１１ａが備えられ、他方側には共通電極ＣＴまたは画素電極ＰＸが備えられている。液晶の配向膜６０６（または７０５）は、ポリイミド等に代表される有機化合物であることが配向規制力を付与するといった観点から望ましい。一般的に有機化合物を含む配向膜の屈折率は約１．６である。すなわち液晶層１１ａの屈折率とは０．１程度の差しかないが、共通電極ＣＴまたは画素電極ＰＸに用いられるＩＴＯとは０．５程度も差がある。
【００９３】
本発明の実施形態に係る液晶表示装置おいては、有機化合物を含む配向膜６０６（または７０５）に、屈折率を高める化学構造Ｄを導入する。化学構造Ｄの濃度を例えば図５Ｄに示すように、膜厚方向の位置ｚ＝０（配向膜６０６（または７０５）と液晶１１ａとの界面側）で高く（濃度Ｃ０）、ｚ＝ｄ（配向膜６０６（または７０５）と共通電極ＣＴ（または画素電極ＰＸ）との界面側）で低く（濃度Ｃｄ）することによって、液晶の配向性を損なうことなく傾斜屈折率分布層を有する配向膜６０６（または７０５）を形成することができる。なお、膜厚方向とは、配向膜の面に直行する方向であり、一方の配向膜６０６（または７０５）から他方の配向膜７０５（または６０６）に向かう方向である。
【００９４】
このような傾斜屈折率分布層を有する配向膜においては、例えば図５Ｃに示すように、液晶層１１ａの最小屈折率ｎＬＣと、液晶層１１ａと配向膜６０６との界面における、配向膜６０６の屈折率ｎＦ２と、配向膜６０６と下地層との界面における、配向膜６０６の屈折率ｎＦ１と、配向膜６０６と下地層との界面における、下地層の屈折率ｎＳ２とは前述の式（Ｉ）の関係を有している。
【００９５】
また、配向膜６０６においては、配向膜６０６の膜厚方向に、液晶層１１ａと配向膜６０６との界面から、配向膜６０６と下地層との界面にかけて屈折率が単調増加している。また、配向膜６０６においては、配向膜の膜厚方向に、液晶層１１ａと配向膜６０６との界面から、配向膜６０６と下地層との界面にかけて連続的に屈折率が単調増加していることは更に好ましい。
【００９６】
傾斜屈折率分布を実現するためには、ｚ＝０からｚ＝ｄに向けて、なだらかに屈折率分布が変調されることが望ましく、それは化学構造Ｄの濃度をなだらかに変調させることによって実現される。
【００９７】
以下、化学構造Ｄを有するポリイミドを含む配向膜に関して具体的に説明する。化学構造Ｄは、液晶表示素子の配向膜としての諸特性、すなわち、液晶分子の配向規制力や、長時間駆動時の安定性、透明性、等の従来の配向膜が有している特性を保持しつつ、配向膜の屈折率を高める必要がある。即ち、１．８以上の高屈折率を有する薄膜層が介在している液晶表示装置においては、配向膜が、少なくとも１．７以上の高屈折率を有する部分と、１．５から１．６の低屈折率を有する部分と、を有している必要がある。高屈折率な高分子を実現する手段としては、例えば、ポリイミド高分子の場合、例えば下記技術文献３に紹介されているように、分子骨格内に硫黄原子Ｓを多数含むようなポリイミドを使うことで実現することが可能である。
【００９８】
技術文献３：ポリイミド最近の進歩２００９、ポリイミド研究会編、繊維工業技術振興会、９０−９２（２００８）
【００９９】
具体的には、スルフィド（―Ｓ―）、スルホキシド（―ＳＯ―）、スルホン（―ＳＯ２―）、またはスルホン酸（―ＳＯ３Ｈ）、スルフィン酸（―ＳＯ２Ｈ）、及びこれらのエステル等、各種硫黄原子Ｓを含む構造をあげることができる。
【０１００】
或いは、より重原子であるセレンＳｅを含む化学構造、具体的には、セレニィド（―Ｓｅ―）、セレノキシド（―ＳｅＯ―）、セレノン（―ＳｅＯ２―）、またはセレノン酸（―ＳｅＯ３Ｈ）、セレニィン酸（―ＳｅＯ２Ｈ）、及びこれらのエステル等、をあげることができる。
【０１０１】
或いは、より重原子であるテルルＴｅを含む化学構造、具体的にはテルリィド（―ＴｅＯ―）、テルロキシド（―ＴｅＯ―）、テルロン（―ＴｅＯ２―）、またはテルロン酸（―ＴｅＯ３Ｈ）、テルリィン酸（―ＴｅＯ２Ｈ）、及びこれらのエステル等、をあげることができる。
【０１０２】
更には、末端修飾基に、重元素ハロゲン原子、例えば塩素−Ｃｌ、臭素−Ｂｒ、ヨウ素−Ｉ等を導入することでも、高屈折率な高分子を形成できる。このような高屈折率化に寄与できる化学構造Ｄはなるべく高密度に導入する方が高屈折率になるが、材料自身の光吸収特性や液晶分子配向能力等、その他の物性との両立性を見極めつつ、最適構造を決定する必要がある。
【０１０３】
より高屈折率な高分子を実現するためには、高屈折率で透明な無機微粒子、例えばＩＴＯや酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化チタンＴｉＯ２、酸化ジルコニウムＺｒＯ２等の光の波長サイズ以下のナノ粒子を分散もしくは配位結合させた高分子も可能であるが、これらも液晶表示素子の配向膜としての他の特性を阻害しない場合に限られる。
【０１０４】
一方、低屈折率な有機化合物には、従来液晶表示素子で利用されているポリイミドを用いることが可能であり、例えば下記特許文献２に記載されているような各種ポリイミドを用いることが可能である。
【０１０５】
特許文献２：特許第４０５２３０８号
【０１０６】
これら高屈折率な有機化合物と低屈折率な有機化合物とを適当な比率で混合することにより、両者の中間的な屈折率を有する有機化合物を実現できる。それぞれ単独成分の有機化合物が持つ屈折率は、それぞれの単独薄膜を形成し、その薄膜の屈折率を既知の手法、例えばアッベ屈折率計、プリズムカップル法、等の手法を用いて評価することができる。
【０１０７】
中間の屈折率は、両者を均一に混合した薄膜を形成して、同様の手法で直接屈折率を評価すると共に、高屈折率な有機化合物に固有の化学構造Ｄに含まれる元素、例えばＳ等の濃度に着目して、その含有濃度と薄膜の屈折率との対応表を作成することで、任意の含有濃度の屈折率を内挿することができる。（多くの場合は、有機化合物の屈折率には加成則が成り立つ。）あるいは、形成された配向膜の両端部を切り出し、膜厚方向と垂直な光を配向膜の一方の端部から照射し、他の端部より照射される光の放射を観察することによって、屈折率の分布を確認することができる。
【０１０８】
これら有機化合物からなる高屈折率、及び低屈折率高分子が得られたとしても、それらを、高々１００ｎｍの膜厚しかない配向膜の膜厚方向に屈折率分布が実現されていることが必要である。例えば、高屈折率な高分子から、低屈折率な高分子にかけて、中間的な屈折率を有する有機化合物の混合物を複数調製し、高屈折率側から順次塗布積層することで、屈折率が徐々に変化する多層膜が実現できる場合がある。しかし、全体で１００ｎｍである場合には一層当たりの膜厚が１０ｎｍかそれ以下となり、均一な膜形成に難がある。また、多数回積層することは製造コストを著しく高くする。できれば、一回の塗布によって形成された薄膜中に自然に膜厚方向に化学構造Ｄの濃度分布が形成できれば望ましい。
【０１０９】
複数の有機化合物からなる混合物の場合、各成分の分子量の差や、相溶性の差で、自然に相分離構造ができる場合があるが、これでは膜厚方向に所望の屈折率分布ができる保証がない。
【０１１０】
或いは、特定の溶解性の差を利用して、早期に析出しやすい有機化合物が下地層側に、析出しにくい有機化合物が液晶層側に少しずつ分離するような有機化合物の組み合わせを選ぶことも可能である。
【０１１１】
或いは、一方の有機化合物に極性基、例えば水酸基（−ＯＨ）、カルボン酸基（−ＣＯＯＨ）、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）、アミノ基（−ＮＨ２）、ニトロ基（−ＮＯ３）、シアノ基（−ＣＮ）等を導入し、極性を適宜保有させ、極性の乏しい有機化合物との組み合わせによって、塗布乾燥の過程で、自然に膜厚方向に成分が分離されるような構造を形成することができる。その際、どの程度の大きな極性の差を持たせるか、例えば極性基単独での分子分極の大きさやその導入密度によって最適な極性差を設けることができる。同時に、塗布する前には均一の混合された溶液状態を形成する必要があるが、そのためには、例えばＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）とγ−ブチルラクトンと組み合わせた混合溶媒の溶解性、極性比率を最適化したものを使うことで実現できる。例えば、極性の高い成分を下地層側に先に析出させたい場合には、例えば下地層がＩＴＯの場合には、その表面の親水性を高めるような表面洗浄やＵＶ／Ｏ３処理、Ｏ２プラズマ処理等を施すことで実現できる。逆に極性の低い成分を下地層側に先に析出させたい場合には、その表面の疎水性を高めるような表面処理、ＳＦ４プラズマ処理、シランカップリング剤処理等を施すことで実現できる。
【０１１２】
また、かかる特徴を有するポリイミド、或いはイミド化する前のポリアミド酸またはポリアミド酸エステルを合成するためには、通常の芳香族ポリイミドの合成手続きによって得ることができ、例えばピロメリット酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンを有機溶媒中で反応させることで得ることができる。このうち、ポリアミド酸エステルをイミド化する前の前駆体として用いると、イミド化反応の逆過程の進行を抑制することができるという利点がある。
【０１１３】
或いは、ポリアミド酸エステルを合成することで、充分高分子量な前駆体を形成した後に、エステル解離反応させてからイミド化、或いはイミド化させてからエステル解離反応させることも、分子量の大きなポリイミドを得る場合には有効である。すなわち、配向膜６０６がポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドで形成されていることは好適である。
【０１１４】
また、本発明のポリイミドからなる配向膜６０６、７０５を各種基板上に塗布する方法は、通常のポリイミド配向膜形成方法を用いることができる。例えば、所定の溶媒にポリイミド樹脂あるいはその前駆体であるポリアミド酸又はポリアミド酸エステル等を溶かした溶液（配向膜ワニス）をスピンコート法で塗布し、所定の条件で加熱して溶媒を気化し、イミド化反応を進行させることで、薄膜化できる。しかる後、各種配向化処理、例えば柔毛布による物理的摩擦でラビング処理、又は配向膜材料が光反応性基を有し、紫外線を照射する、所謂光配向処理をポリイミド薄膜表面に施すことで、液晶表示素子の配向膜としての液晶配向能を発現させることができる。
【０１１５】
また、配向膜６０６は、面内に光学的異方性を有することとしてもよい。配向膜の面内（配向膜内部）に光学異方性を付与する方法としては、前述の光配向処理や、例えば、配向膜６０６を一方向に延伸する、あるいは強い磁場をかけること等があげられる。配向膜６０６の面内に光学異方性が付与されることによって、液晶表示装置の画質の向上が期待される他、配向膜６０６の面内の光学的異方性軸の方向と、液晶層１１ａの配向規制方向とが同じであることによって、異方性に由来する光の透過損失を抑制することができ透過率向上にとって好ましい。
【０１１６】
また、共通電極ＣＴ及び／又は画素電極ＰＸの表面の屈折率は、内部の屈折率より低いこととしてもよい。例えば共通電極ＣＴの表面にＯ２プラズマ処理等を施すことで、表面は酸化される。かかる場合、共通電極ＣＴの内部の屈折率よりも表面の屈折率のほうが小さくなる。前述のように共通電極ＣＴや画素電極ＰＸには透明電極であるＩＴＯのスパッタ膜が用いられることが多く、その屈折率は約２．１と高いものである。共通電極ＣＴや画素電極ＰＸと接して備えられるものの屈折率が、共通電極ＣＴや画素電極ＰＸと比べて低く、その差が大きいときは、かかる処理を施すことによって屈折率の差を縮めることができ透過率向上にとって好ましい。
【０１１７】
また、本発明の実施形態に係る液晶表示装置において、配向膜６０６の液晶配向能が付与された領域は配向膜６０６表面から２０ｎｍまでの範囲にあることとしてもよい。また、配向膜６０６の液晶配向能が付与された領域は前記配向膜表面から２０ｎｍまでの範囲にわたって付与されていることとしてもよい。これよりも深い領域まで液晶配向能が付与された構造を有することで、配向膜全体の機械的強度が低下する問題が生ずる場合がある。かかる配向膜自身の機械的強度の低下は長期間にわたり液晶表示素子を駆動させた場合、初期の配向膜表面の配向方向を徐々に消失させ、液晶配向能の低下として表示特性を劣化させることとなる。
【０１１８】
このような表示劣化を防止するために、配向膜に液晶配向能が付与された後に化学的に架橋させることで、その機械的強度を増加させることは表示劣化を防止にとって有効である。すなわち、本発明の実施形態に係る液晶表示装置において、配向膜６０６は、液晶配向能が付与された後に、配向膜６０６を形成する化合物同士が架橋してなることとしてもよい。
【０１１９】
したがって、液晶配向能が付与された後の配向膜６０６は架橋性基を有し、架橋処理が施されることは好適である。例えば、前述の紫外線を照射されることによって液晶配向能が付与されている場合において、化学式（１）に示されるＸがシクロブタン基を有する場合、紫外線の照射によってシクロブタン基は開裂しマレイミド基を生成する。配向膜を形成する化合物同士はマレイミド基を介して架橋を行うこととなる。また、化学式（１）に示される化合物中にエポキシ基等の熱反応性基を含むことによって、配向膜を形成する化合物同士はエポキシ基を介して架橋を行うこととなる。
【０１２０】
さらに、本発明の実施形態に係る液晶表示装置において、配向膜６０６の表示領域に対する被覆率が５０％以上であることとしてもよい。すなわち、液晶表示装置の表示領域に対して、配向膜の被覆率が５０％以上であるとき効果的に反射損失を抑制することができ透過率向上にとって好ましい。
【０１２１】
また、配向膜の表示領域に対する被覆率が６０％以上であることは好適であり、配向膜の表示領域に対する被覆率が７５％以上であることは更に好適である。
【０１２２】
有機化合物を主成分とする配向膜が所望の化学構造Ｄの分布構造を形成しているかどうかは以下の手法で確認することができる。まず、形成した薄膜が均一な膜であることは、膜面内については顕微鏡観察、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｆｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）観察、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）観察等により、均一か、或いはドメイン構造が形成されていないかを見ることによって確認することができる。
【０１２３】
その中で、化学構造Ｄの面内分布状態の均一性を見るためには、例えば化学構造Ｄに固有の硫黄元素Ｓに着目してＳＥＭ−ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等により、面内の元素マッピングを行うことで確認することができる。膜厚方向の薄膜構造については、薄膜の劈開やＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等によって膜断面を露出させ、ＳＥＭ観察、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）観察によってドメイン構造の有無を確認することができる。
【０１２４】
更に、化学構造Ｄの膜厚方向の濃度分布については、例えば化学構造Ｄに固有の硫黄元素Ｓに着目してイオンビームスパッタしつつオージェ分光することで確認することができる。これら各種分析手法により、得られた薄膜が相分離せず均一であるかどうか、化学構造Ｄの濃度分布が所望の状態にあるかどうかを確認することができる。そして、化学構造Ｄの濃度分布から、膜厚方向の屈折率分布を推定することが可能である。
【０１２５】
更に、このような高分子混合物を原料とし、膜厚方向の化学構造Ｄの濃度分布を形成した配向膜の最下部と最上部の屈折率については、以下の方法で確認することができる。例えば、配向膜の下地層が透明電極ＩＴＯの場合、ＩＴＯと同等の屈折率を有するガラス基板上に同様のプロセスでＩＴＯのベタ膜を形成し、実際の液晶表示装置の場合と同じ表面処理を施した上に本発明の配向膜を形成する。また、リファレンスとしては配向膜を形成しないものも用意する。
【０１２６】
最初に、配向膜を形成しない試料について、ガラス基板側から光を入射した時の下地層と空気界面での全反射角θＳ２を測定し、スネルの法則から、下地層の最上部での屈折率ｎＳ２＝１／ｓｉｎθＳ２を求める。次に、配向膜を形成した試料を用意し、配向膜表面にカーボンスパッタコートすることで、配向膜最上部の光の反射を防止する。これに基板側から光を入射して下地層と配向膜との界面での反射光を測定し、この際入射面に平行なｐ偏光成分と垂直なｓ偏光成分に分けて測定し、ｐ偏光成分が０となるブリュースター角θＢ１を測定する。この時、配向膜の最下部での屈折率ｎＦ１＝ｎＳ２ｔａｎθＢ１で求めることができる。両者が一致した時は反射が起こらない。
【０１２７】
一方、配向膜の最上部での屈折率ｎＦ１を求めるには、配向膜を形成した試料を用意し、今度はＩＴＯ側のガラス基板の底面にカーボンスパッタコートして界面反射を防止し、屈折率ｎＲＧの参照ガラス基板を、マッチングオイルを介在させて配向膜表面と接合させる。参照ガラス基板側から光を入射して、同様の手法でｐ偏光成分が０となるブリュースター角θＲＧを測定する。この時、配向膜の最上部での屈折率ｎＦ２＝ｎＲＧｔａｎθＲＧで求めることができる。両者が一致した時は反射が起こらない。
【０１２８】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１２９】
［実施例１］
最初に、配向膜として、下記化学式（１）で示される化学構造のポリイミドを各種合成した。
【０１３０】
【化１】
【０１３１】
上記化学式（１）で示される化学構造中のＸは下記化学式（Ｘ１）、（Ｘ２）で示される二種である。
【０１３２】
【化２】
【０１３３】
ポリイミドの合成において、ピロメリット酸を原料として用いた場合に上記化学構造を含むポリイミドを形成することができる。
【０１３４】
【化３】
【０１３５】
ポリイミドの合成において、シクロブタンテトラカルボン酸を原料として用いた場合に上記化学構造を含むポリイミドを形成することができる。
【０１３６】
なお、上記化学式（１）で示される化学構造中のＸは下記化学式（Ｘ３）で示されるものを用いることも好適である。
【０１３７】
【化４】
【０１３８】
ポリイミドの合成において、１，３ジメチルシクロブタンテトラカルボン酸を原料として用いた場合に上記化学構造を含むポリイミドを形成することができる。
【０１３９】
また、上記化学式（１）で示される化学構造中のＡは下記化学式（Ａａ１）から（Ａｃ２）で示される九種である。
【０１４０】
【化５】
【０１４１】
【化６】
【０１４２】
【化７】
【０１４３】
【化８】
【０１４４】
【化９】
【０１４５】
【化１０】
【０１４６】
【化１１】
【０１４７】
【化１２】
【０１４８】
【化１３】
【０１４９】
化学式（Ａａ１）乃至（Ａａ５）で示される化学骨格Ａは、液晶配向能が高い分子骨格を有する。また、化学式（Ａｂ１）乃至（Ａｂ２）で示される化学骨格Ａは、高屈折率を付与する硫黄元素が含まれているものである。また、極性を付与した分子骨格として化学式（Ａｃ１）乃至（Ａｃ２）で示されるものを選択した。
【０１５０】
これらの材料を組み合わせたポリイミドを既存の合成方法によってイミド化前の前駆体ポリアミド酸を合成した。通常の屈折率で極性のないポリイミドについては、Ｘ＝Ｘ１、Ｘ２とＡ＝Ａａ１〜Ａｃ５の組み合わせで、原料となるテトラカルボン酸とフェニルジアミンをＸ：Ａ＝１：１の割合で混合して、ポリアミックス酸を合成した。（この組成からなるポリイミドを記号Ｐ−Ｘ−Ａ、但し、Ｘ＝１，２とＡ＝ａ１〜ａ５で示すことにする。）また、高屈折率で極性のあるポリイミドについては、Ｘ＝Ｘ１、Ｘ２とＡ＝Ａｂ１、Ａｂ２とＡ´＝Ａｃ１、Ａｃ２の組み合わせで、原料となるテトラカルボン酸とフェニルジアミンをＸ：（Ａ＋Ａ´）＝１：１の割合で混合して、ポリアミックス酸を合成した。ＡとＡ´の比率はＡ＋Ａ´＝１００％とした時、Ａ＝０，２０，４０，６０，８０，１００％のものを作製した。（この組成からなるポリイミドを記号Ｐ−Ｘ−ＡＡ´−ｎ、但し、Ｘ＝１，２とＡ＝ｂ１〜ｂ２、Ａ´＝ｃ１〜ｃ２、ｎ＝０，２０，４０，６０，８０，１００で示すことにする。）得られたポリマの分子量はＧＰＣ法により決定し、スチレン換算の数平均分子量を求めた。得られたポリアミド酸は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、およびブチルセロソルブ（ＢＣ）の混合溶媒に溶解したものを配向膜ワニスとした。
【０１５１】
次に、配向膜自身の物性評価用試料を以下の手順で作製した。基板にはＩＴＯ透明電極付ガラス基板を用い、事前に十分な洗浄、ＵＶ／Ｏ３照射した。これにスピンコートで前記配向膜ワニスをスピン塗布し、直ちに８０℃、1分間仮乾燥させた後、２３０℃、１時間、イミド化焼成した。ここで、ワニスの濃度とスピンコートの回転数は、このイミド化焼成後、膜厚２００ｎｍ程度となる条件を選んだ。また、得られたポリイミド薄膜の屈折率はアッベの屈折計を用いて評価し、白色光源を分光して波長３８０〜７８０ｎｍの範囲で測定した平均値を薄膜の屈折率とした。
【０１５２】
表１の（ａ）から（ｅ）には、得られたポリイミド薄膜の分子量、及び屈折率の一覧を示した。通常の屈折率で極性基を含まないポリイミドでは屈折率は１．５〜１．６程度であるが、高屈折率で極性基を含むポリイミドでは屈折率は１．７以上あることがわかる。
【０１５３】
【表１（ａ）】
【０１５４】
【表１（ｂ）】
【０１５５】
【表１（ｃ）】
【０１５６】
【表１（ｄ）】
【０１５７】
【表１（ｅ）】
【０１５８】
次に、これらのポリイミドを組み合わせてブレンドポリマとなし、同様の手順でスピンコート、乾燥、イミド化焼成を行った結果を示す。先に示した低屈折率成分のポリイミドと、高屈折率成分のポリイミドを、それぞれワニス状態で、１：１の重量比で混合したものを、ブレンドポリマ用のワニスとした。同様の条件で薄膜化した後、まずＳＥＭやＡＦＭ等で表面形態観察を行い、相分離して海島構造が観察されたものは不均一状態（記号：Ｉ）、特にドメインが観察されなかったものを均一状態（記号：Ｈ）とした。次に、均一状態の薄膜については、深さ方向のオージェ分光を行い、硫黄元素Ｓの濃度プロファイルが図５（ｂ）のごとく、ＩＴＯ側から膜表面側にかけてなだらかに濃度減少（連続的に単調減少）している場合を傾斜状態（記号：Ｇ）とした。表３から５には、その評価結果の一覧を示した。
【０１５９】
このうち、各表の材料は下記（１）〜（５）のような組み合わせである。
（１）表１（ａ）〜（ｄ）：共通材料として、低屈折率成分＝Ｐ−１−ａ１〜ａ５及びＰ−２−ａ１〜ａ５、
（２）表２：高屈折率成分＝Ｐ−１−ｂ１ｃ１−０〜１００、Ｐ−２−ｂ１ｃ１−０〜１００
（３）表３：高屈折率成分＝Ｐ−１−ｂ１ｃ２−０〜１００、Ｐ−２−ｂ１ｃ２−０〜１００
（４）表４：高屈折率成分＝Ｐ−１−ｂ２ｃ１−０〜１００、Ｐ−２−ｂ２ｃ１−０〜１００
（５）表５：高屈折率成分＝Ｐ−１−ｂ２ｃ２−０〜１００、Ｐ−２−ｂ２ｃ２−０〜１００
【０１６０】
【表２（ａ）】
【０１６１】
【表２（ｂ）】
【０１６２】
【表３（ａ）】
【０１６３】
【表３（ｂ）】
【０１６４】
【表４（ａ）】
【０１６５】
【表４（ｂ）】
【０１６６】
【表５（ａ）】
【０１６７】
【表５（ｂ）】
【０１６８】
このようにして、材料の様々な組み合わせを探索すると、傾斜濃度分布が実現できる条件（記号：ＨＧ）が見出される。しかし、各表の中には、全く条件が見出されない場合（例えば表２（ａ））や、かなりの頻度で見出される場合（例えば表３（ａ））等、様々である。つまり、単純に高屈折率成分と低屈折率成分とを組み合わせる、或いは非極性成分と高極性成分とを組み合わせるだけで、所望の傾斜濃度分布を有する配向膜は実現しがたい。
【０１６９】
次に、これら傾斜濃度分布が実現できた条件のポリイミド配向膜を用いて、ＩＰＳ方式の液晶表示素子を作製し、その透過率を評価した結果を示す。Ｘ−Ｘ１のポリマについてはラビング配向処理（レーヨン製ラビング布、回転数１５００ｒｐｍ、送り速度３２．５ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み０．４ｍｍ）を室温大気中で施した。また、Ｘ＝Ｘ２のポリマについては光配向処理（基板面に対して垂直入射の偏光紫外線照射、低圧水銀光源で波長２３０〜３００ｎｍの光を選択照射、照射時基板温度２００℃、照射エネルギ２Ｊ）を行った。
【０１７０】
液晶パネル作製は、通常の製造プロセスにおいて、配向膜材料を本発明の配向膜材料を採用する以外は同一のプロセスにて製造する。例えば、ＩＰＳ方式の液晶表示装置の代表的な製造方法の場合、事前に配向処理まで終えたアクティブマトリクス基板６と対向基板７とを張り合わせて液晶材料を封入してセル組みするが、この時、アクティブマトリクス基板６の配向膜６０６の初期配向方向と、対向基板７の配向膜７０５の初期配向方向とは、互いにほぼ並行になるようにしておく。
【０１７１】
また、封入する液晶材料は、たとえば、誘電異方性Δεが正で、その値が１０．２（１ｋＨｚ、２０℃）であり、屈折率異方性Δｎが０．０７５（波長５９０ｎｍ、２０℃）、ねじれ弾性定数Ｋ２が７．０ｐＮ、ネマチック−等方相転移温度Ｔ（Ｎ−Ｉ）が約７６℃、比抵抗が１×１０＋１３Ωｃｍのネマチック液晶組成物Ａを用いる。またこのとき、アクティブマトリクス基板６と対向基板７は、液晶層１１ａの厚み（セルギャップ）が柱状スペーサ１０の高さとほぼ同じ値、たとえば、４．２μｍになるように張り合わせる。このような条件で製造された液晶表示パネル１のリタデーション（Δｎ・ｄ）は、約０．３１μｍである。リタデーションΔｎ・ｄは、０．２μｍ≦Δｎ・ｄ≦０．５μｍの範囲が望ましく、この範囲を超えると白表示が色づいてしまうなどの問題がある。
【０１７２】
アクティブマトリクス基板６と対向基板７とを張り合わせて液晶材料を封入したら、たとえば、ガラス基板６０１，７０１の外周の不要な部分（余白部分）を切断除去し、偏光板９ａ，９ｂを張り合わせる。偏光板９ａ，９ｂを張り合わせるときには、一方の偏光板の偏光透過軸をアクティブマトリクス基板６の配向膜６０６および対向基板７の配向膜７０５の初期配向方向とほぼ平行とし、他方の偏光板の偏光透過軸をそれに直交するようにする。その後、第１の駆動回路２、第２の駆動回路３、制御回路４、バックライト５などを接続してモジュール化すると、実施例１の液晶表示パネル１を有する液晶表示装置が得られる。
【０１７３】
なお、実施例１の液晶表示パネル１は、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの電位差が小さい場合は暗表示（低輝度表示）になり、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの電位差が大きい場合は明表示（高輝度表示）になるノーマリークローズ特性にしている。他の方式の液晶表示装置の場合も、それぞれの方式での通常の製造を行い、暗表示と明表示が可能な状態にする。
【０１７４】
この液晶表示素子の透過率は白色冷陰極管バックライトを光源に用い、液晶表示素子を透過させた光を分光せずに光量計で取り込み、光の透過率をパーセントで示した。また、比較のため、各条件の低屈折率成分単独、及び高屈折率成分単独で配向膜を形成した時の透過率も測定した。表６には、その評価結果を示した。いずれの組み合わせでも、低屈折率単独、高屈折率単独の場合に比べて、傾斜濃度膜の透過率は向上していることがわかる。
【０１７５】
【表６】
【０１７６】
以上のように、傾斜屈折率を有するポリイミド配向膜では、液晶表示装置の光透過率を向上させる効果があることがわかった。
【０１７７】
［実施例２］
次に、実施例１で示した配向膜材料を用いて、図３に示したＦＦＳ方式の液晶表示素子を作製し、光透過率を評価した結果について説明する。ＦＦＳ方式はその素子構造がＩＰＳ方式に似た点があり、上下の下地基板の片側にのみ画素電極ＰＸと共通電極ＣＴが形成されており、液晶はその間の電場の有無に応じて、面内で回転する。従って、電場が印加されていない初期の配向状態もＩＰＳ方式と同様であり、その配向膜６０６（及び７０５）に施すべき配向方向同様にすればよく、用いる液晶も、誘電異方性Δεが正のものを使うことができる。
【０１７８】
表７には、その評価結果を示した。いずれの組み合わせでも、低屈折率単独、高屈折率単独の場合に比べて、傾斜濃度膜の透過率は向上していることがわかる。
【０１７９】
【表７】
【０１８０】
以上のように、傾斜屈折率を有するポリイミド配向膜では、液晶表示装置の光透過率を向上させる効果があることがわかった。
【０１８１】
［実施例３］
次に、実施例１で示した配向膜材料を用いて、図４に示したＶＡ方式の液晶表示素子を作製し、光透過率を評価した結果について説明する。ＶＡ方式はＩＰＳ方式やＦＦＳ方式とは異なり、上下の下地基板に画素電極ＰＸと共通電極ＣＴが形成されており、誘電異方性Δεが負であるＶＡ方式用の液晶材料が用いられ、電場が印加されていない初期の配向状態は液晶分子が基板面に対してほぼ垂直となるように配向処理されねばならない。このため、通常のラビングを用いることが困難である。ここでは、下記技術文献４を参考に、斜め方向から偏光紫外線照射した光配向処理を行った。
【０１８２】
技術文献４：Ｐ．Ｇａｓｓ，Ｈ．Ｓｔｅｖｅｎｓｏｎ，Ｒ．Ｂａｙ，Ｈ．Ｗａｌｔｏｎ，Ｎ．Ｓｍｉｔｈ，Ｓ．Ｔｅｒａｓｈｉｔａ，ａｎｄ Ｍ．ｔｉｌｌｉｎ：垂直配向ＬＣＤ用パターン化光配向：シャープ技報第８５号（２００３）２４−２９
【０１８３】
表８には、その評価結果を示した。いずれの組み合わせでも、低屈折率単独、高屈折率単独の場合に比べて、傾斜濃度膜の透過率は向上していることがわかる。
【０１８４】
【表８】
【０１８５】
以上のように、傾斜屈折率を有するポリイミド配向膜では、液晶表示装置の光透過率を向上させる効果があることがわかった。
【０１８６】
また、上記実施例１乃至３においては配向膜を構成する有機化合物としてポリイミドを複数種用いたが、たとえば他のポリマを混合することや、ポリイミド以外の有機化合物のみからなる配向膜を形成することも可能である。
【符号の説明】
【０１８７】
１ 液晶表示パネル、２ 第１の駆動回路、３ 第２の駆動回路、４ 制御回路、５ バックライト、６ アクティブマトリクス基板、６０１ ガラス基板、６０２ 第１の絶縁膜、６０３（ＴＦＴ素子の）半導体層、６０４ 第２の絶縁膜、６０５ 層間絶縁膜、６０６ 配向膜、６０７ ソース電極、６０８ 導電層、６０９ 突起形成部材、６０９ａ （突起形成部材の）半導体層、６０９ｂ（突起形成部材の）導電層、６１０ 透明層、７ 対向基板、７０１ ガラス基板、７０２ ブラックマトリクス、７０３Ｒ，７０３Ｇ，７０３Ｂ カラーフィルタ、７０４ オーバーコート層、７０５ 配向膜、７１０ 透明層、８ シール材、９ａ，９ｂ 偏光板、１０ 柱状スペーサ、１１ 液晶分子、１１ａ，ＬＣ 液晶層、１２ 電界（電気力線）、ＧＬ 走査信号線ＧＬ（ゲート線）、ＤＬ 映像信号線（ドレイン線）、ＤＡ 表示領域、Ｔｒ ＴＦＴ素子、ＰＸ 画素電極、ＣＴ 共通電極（対向電極）、ＣＬ 共通化配線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が透明な第一の基板および第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置された液晶層と、
前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、
前記電極群に接続された複数のアクティブ素子と、
前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板に配置された、一方の面で前記液晶層と接する配向膜と、
前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板において、前記配向膜の他方側の面と接する下地層と、
を備える液晶表示装置において、
前記配向膜は有機化合物を含み、
前記配向膜の屈折率は、前記配向膜と前記液晶層との界面から、前記配向膜と前記下地層との界面にかけて単調増加し、
前記液晶層の最小屈折率ｎＬＣと、
前記液晶層と前記配向膜との界面における、前記配向膜の屈折率ｎＦ２と、
前記配向膜と前記下地層との界面における、前記配向膜の屈折率ｎＦ１と、
前記下地層の屈折率ｎＳ２と、
は下記式（Ｉ）の関係を有する、
【数１】
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記下地層は、可視光を透過する透明層であり、
前記電極群は共通電極および画素電極を含み、
前記下地層の前記配向膜に接する面と反対側の面は、前記共通電極および前記画素電極のいずれか一方の電極と接している、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記下地層の屈折率ｎＳ２と、
前記下地層と前記一方の電極との界面における、前記一方の電極の屈折率ｎＰＥと、
は下記式（ＩＩ）の関係を有する、
【数２】
ことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記下地層の前記配向膜に接する面と反対側の前記面の一部は前記一方の電極と接しており、他の一部は層間絶縁膜と接しており、
前記下地層の屈折率ｎＳ２と、
前記層間絶縁膜の屈折率ｎＬＩと、
は下記式（ＩＩＩ）の関係を有する、
【数３】
ことを特徴とする請求項２または３いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記電極群は共通電極および画素電極を含み、
前記下地層は、前記配向膜の前記液晶層に接する面と反対側の面に接する層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の前記配向膜側の面の一部に備えられた、前記配向膜側に突出する、前記共通電極および前記画素電極のいずれか一方の電極と、からなり、
前記配向膜は、前記下地層上に形成されており、
前記配向膜の膜厚は、前記一方の電極の膜厚より大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記一方の電極の、表面の屈折率は、内部の屈折率より低い、
ことを特徴とする請求項２乃至５いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記配向膜は、面内に光学的異方性を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至７いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記配向膜の面内の光学的異方性軸の方向と、液晶層の配向規制方向とが同じである、
ことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記配向膜は、複数種の前記有機化合物を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至８いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記配向膜は、極性の異なる複数種の前記有機化合物を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至９いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記配向膜は、屈折率の異なる複数種の前記有機化合物を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至１０いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記配向膜を構成する複数種の前記有機化合物のうち、最も屈折率が高い前記有機化合物の可視域における屈折率が１．７以上である、
ことを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記配向膜がポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドで形成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至１２いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記配向膜は、光配向処理によって液晶配向能が付与されている、
ことを特徴とする請求項１乃至１３いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記配向膜は、ラビング処理によって液晶配向能が付与されている、
ことを特徴とする請求項１乃至１３いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記配向膜の液晶配向能が付与された領域は前記配向膜表面から２０ｎｍまでの範囲にある、
ことを特徴とする請求項１乃至１５いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記配向膜は、液晶配向能が付与された後に、前記配向膜を形成する化合物同士が架橋している、
ことを特徴とする請求項１乃至１６いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記配向膜の表示領域に対する被覆率が５０％以上である、
ことを特徴とする請求項１乃至１７いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１】
少なくとも一方が透明な第一の基板および第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置された液晶層と、
前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板に形成され、前記液晶層に電界を印加するための電極群と、
前記電極群に接続された複数のアクティブ素子と、
前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板に配置された、一方の面で前記液晶層と接する配向膜と、
前記第一の基板および前記第二の基板の少なくとも一方の基板において、前記配向膜の他方側の面と接する下地層と、
を備える液晶表示装置において、
前記配向膜は有機化合物を含み、
前記配向膜の屈折率は、前記配向膜と前記液晶層との界面から、前記配向膜と前記下地層との界面にかけて単調増加し、
前記液晶層の最小屈折率ｎＬＣと、
前記液晶層と前記配向膜との界面における、前記配向膜の屈折率ｎＦ２と、
前記配向膜と前記下地層との界面における、前記配向膜の屈折率ｎＦ１と、
前記下地層の屈折率ｎＳ２と、
は下記式（Ｉ）の関係を有する、
【数１】
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記下地層は、可視光を透過する透明層であり、
前記電極群は共通電極および画素電極を含み、
前記下地層の前記配向膜に接する面と反対側の面は、前記共通電極および前記画素電極のいずれか一方の電極と接している、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記下地層の屈折率ｎＳ２と、
前記下地層と前記一方の電極との界面における、前記一方の電極の屈折率ｎＰＥと、
は下記式（ＩＩ）の関係を有する、
【数２】
ことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記下地層の前記配向膜に接する面と反対側の前記面の一部は前記一方の電極と接しており、他の一部は層間絶縁膜と接しており、
前記下地層の屈折率ｎＳ２と、
前記層間絶縁膜の屈折率ｎＬＩと、
は下記式（ＩＩＩ）の関係を有する、
【数３】
ことを特徴とする請求項２または３いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記電極群は共通電極および画素電極を含み、
前記下地層は、前記配向膜の前記液晶層に接する面と反対側の面に接する層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の前記配向膜側の面の一部に備えられた、前記配向膜側に突出する、前記共通電極および前記画素電極のいずれか一方の電極と、からなり、
前記配向膜は、前記下地層上に形成されており、
前記配向膜の膜厚は、前記一方の電極の膜厚より大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記一方の電極の、表面の屈折率は、内部の屈折率より低い、
ことを特徴とする請求項２乃至５いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記配向膜は、面内に光学的異方性を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至７いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記配向膜の面内の光学的異方性軸の方向と、液晶層の配向規制方向とが同じである、
ことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記配向膜は、複数種の前記有機化合物を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至８いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記配向膜は、極性の異なる複数種の前記有機化合物を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至９いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記配向膜は、屈折率の異なる複数種の前記有機化合物を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至１０いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記配向膜を構成する複数種の前記有機化合物のうち、最も屈折率が高い前記有機化合物の可視域における屈折率が１．７以上である、
ことを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記配向膜がポリアミド酸エステルを前駆体とするポリイミドで形成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至１２いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記配向膜は、光配向処理によって液晶配向能が付与されている、
ことを特徴とする請求項１乃至１３いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記配向膜は、ラビング処理によって液晶配向能が付与されている、
ことを特徴とする請求項１乃至１３いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記配向膜の液晶配向能が付与された領域は前記配向膜表面から２０ｎｍまでの範囲にある、
ことを特徴とする請求項１乃至１５いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記配向膜は、液晶配向能が付与された後に、前記配向膜を形成する化合物同士が架橋している、
ことを特徴とする請求項１乃至１６いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記配向膜の表示領域に対する被覆率が５０％以上である、
ことを特徴とする請求項１乃至１７いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【公開番号】特開２０１１−１９１５７１（Ｐ２０１１−１９１５７１Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５８５０９（Ｐ２０１０−５８５０９）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【出願人】（５０６０８７８１９）パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 (443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【出願人】（５０６０８７８１９）パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 (443)
【Ｆターム（参考）】
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