JP3054005B2 - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子及び製造
方法に関し、更に詳しくは、絵素毎の液晶領域が高分子
材料に囲まれている構成を有する液晶表示素子であり、
絵素毎の前記高分子材料及び該液晶領域内の液晶が共通
な配置を有し、前記高分子材料及び液晶の前記配置によ
る構成によって、ＴＮ（Twisted Nematic）、ＳＴＮ（S
uper Twisted Nematic）、ＥＣＢ（Electrically Conrt
oled Birefringence）、ＦＬＣ（Ferroelectric Liquid
Crystal）などの従来モードの液晶層を高分子壁で実質
的に囲んだ液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気光学効果を利用した表示素子
としてネマティック液晶を用いたＴＮ型や、ＳＴＮ型の
液晶表示素子が実用化されている。また強誘電性液晶を
用いた液晶表示素子も提案されている。これらの液晶表
示素子は偏光板を必要とし、また配向処理を必要とす
る。一方、偏光板を要さず、しかも配向処理を不要とす
るものとして、液晶のカプセル化により、ポリマー中に
液晶滴を分散させ、フィルム化する方法が知られてい
る。ここでカプセル化し得る物質として、ゼラチン、ア
ラビアゴム、ポリビニルアルコール等が提案されている
（特表昭５８−５０１６３１、ＵＳＰ４４３５０４
７）。

【０００３】この従来技術は、基本的に液晶分子の常光
屈折率ｎ_oと高分子媒体の屈折率ｎ_pとを一致させ、電圧
を印加して液晶の配向が揃うときに透明状態を表示し、
電圧無印加時に液晶分子の配向がランダムになるとき
に、液晶滴の屈折率がｎ_oからずれるため、液晶−高分
子界面にて光散乱を生じ、白濁状態を表示する。そのた
め、電界を印加した際に十分な透光性を達成するため
に、液晶の屈折率と高分子の屈折率とが近似するよう
に、液晶と高分子膜との材料がそれぞれ十分選択されな
ければならない。この様な従来技術に関して、特開昭６
３−４３９９３及び特開平３−２４５１２０に於て、液
晶の常光屈折率と高分子膜の屈折率との比が０．９８〜
１．０２とすることで透明な液晶パネルを製造する方法
が開示されている。

【０００４】最近、本発明者らは、液晶材料と光硬化性
樹脂と光重合開始剤との混合物を、少なくともいずれか
一方が透光性を有している一対の基板がその周縁部に於
てシール材でシールされた液晶セル中に注入し、その
後、絵素部分が遮光部になるようにホトマスクを装着
し、紫外線を照射することにより、絵素部分に液晶領域
が集まり、絵素外に高分子材料が集まった液晶表示素子
を作成した。該発明の液晶表示素子に於て、ネマティッ
ク液晶を用い液晶ドメインが絵素内で放射線状又はラン
ダム状態になっている場合、液晶表示素子の視野角特性
が、ＴＮ液晶表示素子に比べ著しく改善される。

【０００５】これは、以下のように説明される。図６
は、従来技術のＴＮ型液晶表示素子１の断面図である。
例えば、ＴＮ型液晶表示素子は、図６に示すように、一
対の基板２、３の間に液晶層４が挟まれた構成である。
液晶層４の液晶分子５は、初期配向が９０゜捩れ、且
つ、一方向に液晶分子がある角度（プレチルト角）を持
って立ち上がっている構造になっている。従って、電源
６からの駆動電圧の印加時に於いて、図６（３）に示さ
れるように、液晶分子５が同一方向に立ち上がるよう
に、配向処理が行われている。そのため、中間調表示時
において、液晶分子５が立ち上がる場合、図６（２）に
示されるように、同一方向に液晶分子５が傾斜する。

【０００６】このために、同図に示すように相互に比較
的広い角度を有する矢符Ａと矢符Ｂとで示される各方向
から液晶分子５を見た場合、見かけの屈折率が異なるこ
とになる。これにより、それぞれの方向Ａ、Ｂから見た
画像のコントラストが大きく異なり、極端な場合には画
像の反転現象などの表示異常が発現する。このように、
従来の表示モードでは、視野角特性が悪いことが問題と
なっている。

【０００７】ホトマスクを利用して液晶と高分子材料の
相分離を規則的に行わせ、偏光板を備えた液晶表示素子
は、各基板間に高分子材料からなる高分子壁を有し、該
高分子壁で囲まれた液晶滴が形成されている。この液晶
滴に於て、電圧印加時に液晶分子と高分子壁との相互作
用により、液晶分子が各高分子壁方向に立ち上がってい
く。そのために、上述したような各方向から見た液晶分
子の見かけ上の屈折率がほぼ同じ程度になり、視角特性
の改善に大きな効果がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記高分子膜の中に液
晶滴を形成した液晶表示素子は、液晶領域が絵素中心に
関して放射状またはランダム状態に配向している。この
ため、液晶表示素子に於てマトリックス状に配列された
前記高分子壁と液晶との屈折率差が大きい場合、高分子
壁と液晶との界面に於ける局所的な光散乱が発生する。
そのため、表示画面に於けるざらつきが著しく、表示品
位が低い等の問題があった。

【０００９】本発明は、上記問題点を解決しようとして
なされたものであり、表示画面のざらつきが解消され
て、表示品位が格段に向上され、かつ任意の方向から液
晶表示素子を見た場合にも、表示品位が向上された液晶
表示素子を提供することであり、製造される液晶表示素
子の表示品位を格段に向上することができる液晶表示素
子の製造方法を提供することが、本発明の目的である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、少なくとも一方が透光性である一対の基板間に液晶
層を挟んで構成され、該液晶層を含んで形成される複数
の絵素がマトリクス状に配列され、該一対の基板間に高
分子壁と、該液晶層を含んで各絵素毎に該高分子壁に実
現的に囲まれた液晶領域を有してなる液晶表示素子にお
いて、該一つの絵素内に、少なくとも１つ以上の液晶ド
メインが存在し、各液晶ドメインの配位がランダム、ま
たは、放射状の少なくともいずれかであり、該高分子壁
の屈折率（ｎ_p）が、該液晶層の常光屈折率（ｎ_o）と異
常光屈折率（ｎ_e）とに関して、ｎ_o−０．０４≦ｎ_p≦
（ｎ_e＋ｎ_o）／２となるように定められており、そのこ
とによって上記目的が達成される。

【００１１】本発明において、前記各基板の相互に対向
する表面に液晶分子を配向させる絶縁膜を具備している
場合がある。

【００１２】本発明の液晶表示素子は、少なくとも一方
が透光性である一対の基板間に液晶層を挟んで構成さ
れ、該液晶層を含んで形成される複数の絵素がマトリク
ス状に配列され、該一対の基板間に高分子壁と、該液晶
層を含んで各絵素毎に該高分子壁に実現的に囲まれた液
晶領域を有してなる液晶表示素子において、該一つの絵
素内に、複数の液晶ドメインが存在し、該複数の液晶ド
メインが、ランダムまたは放射状に配向しており、該高
分子壁の屈折率（ｎ _p ）が、該液晶層の常光屈折率
（ｎ _o ）と異常光屈折率（ｎ _e ）とに関して、ｎ _o −０．
０４≦ｎ _p ≦（ｎ _e ＋ｎ _o ）／２となるように定められて
おり、そのことによって上記目的が達成される。

【００１３】

【００１４】本発明の液晶表示素子を製造する製造方法
は、少なくとも一方が透光性である一対の基板間に液晶
層を挟んで構成され、該液晶層を含んで形成される複数
の絵素がマトリクス状に配列される液晶表示素子を製造
する製造方法であって、該一対の基板間に少なくとも液
晶材料、光硬化性樹脂および光重合開始剤を含む混合物
を注入する工程と、該混合物に規則的な照射強度むらを
有する光を照射し、該一対の基板間に高分子壁と、該液
晶層を含んで各絵素毎に該高分子壁に実質的に囲まれた
液晶領域を形成する工程とを含み、該工程における高分
子壁の屈折率（ｎ _p ）が、該液晶層の常光屈折率（ｎ _o ）
と異常光屈折率（ｎ _e ）とに関して、ｎ _o −０．０４≦ｎ
_p ≦（ｎ _e ＋ｎ _o ）／２となるように設定されていること
により、上記目的が達成される。

【００１５】本発明において、前記絵素に於て前記照射
される光の強度を実質的に弱める遮光部を設け、その
後、上記混合物に光を照射する。

【００１６】

【作用】上記問題点を解決するために、本発明者らは、
高分子に囲まれた液晶セルを作成するにあたり、ざらつ
きのない、高コントラストの液晶パネルを構築すべく鋭
意検討した。その結果、重合硬化後の高分子膜の屈折率
（ｎ_p）が、液晶組成物の常光屈折率（ｎ_o）と異常光屈
折率（ｎ_e）とに関して、下記不等式

【００１７】

【数１】ｎ_o−０．０４≦ｎ_p≦（ｎ_e＋ｎ_o）／２ を満足するように設定した液晶−高分子複合材料を、重
合時の液晶滴と高分子壁との相分離過程を選択的に制御
することによって、高視角特性を有した表示品位の優れ
た液晶表示素子が創出できることを確認した。

【００１８】以下、本発明について更に詳細に説明す
る。

【００１９】本発明の液晶表示素子に於て、マトリクス
状に配列された複数の絵素の各絵素毎に、高分子壁に囲
まれた少なくとも１つ以上の配向の異なる液晶ドメイン
を有する。高分子に囲まれた少なくとも１つ以上の配向
の異なる液晶ドメインを有する液晶表示素子に於て、電
圧印加時は、液晶分子が基板面に対して垂直に立ってい
るため、入射光に対するみかけの屈折率ｎ_oとなり、電
圧無印加の場合、液晶分子は基板面に対して水平に配向
しているために、みかけの屈折率は（ｎ_e＋ｎ_o）／２と
なる。本発明の眼目は、液晶と高分子との屈折率差によ
り起こる光散乱を抑制して、画面のざらつきを目だたな
くすることにある。

【００２０】電圧無印加時の透過率（Ｔ_OFF）と電圧印
加時の透過率（Ｔ_ON）との比ＣＲ（コントラスト）が、
ＣＲ＝Ｔ_OFF／Ｔ_ONで定義される場合、コントラストを
高くするためには、透過率Ｔ_ONを小さくすることが非常
に有効である。そこで、ｎ_pをｎ_o近傍にて変化させて、
Ｔ_ONへの影響を検討した結果、図６に示されるように、
ｎ_pとｎ_oとの差を０．０４以内に抑制することが、本発
明の液晶表示素子が実現するざらつきのない高コントラ
ストの液晶表示素子を作成する際に、非常に有効とな
る。

【００２１】本発明における液晶及び高分子の屈折率制
限範囲として、図４で示す液晶と高分子との屈折率の概
略図に於て、 （Ａ）高分子壁の屈折率ｎ_pと液晶の常光屈折率ｎ_oとの
差の絶対値が０．０４以上であると、電圧印加時のざら
つきが目立つようになる。

【００２２】（Ｂ）高分子壁の屈折率ｎ_pと、ランダム
状態の屈折率（ｎ_o＋ｎ_e）／２との差が大きくなると、
電圧無印加時のざらつきが目立つようになる。

【００２３】（Ｃ）高分子壁の屈折率ｎ_pを、屈折率ｎ_o
−０．０４と屈折率（ｎ_o＋ｎ_e）／２との間に設定する
ことによって、電圧変化に対する屈折率差の変化を小さ
くできる。

【００２４】電圧印加状態から電圧無印加時への変化に
際して、液晶分子の屈折率変化がｎ_oから（ｎ_e＋ｎ_o）
／２であり、高分子壁の屈折率ｎ_pとの屈折率差が［ｎ_p
−ｎ_o］〜［ｎ_p−（ｎ_e＋ｎ_o）／２］となることから、
前記屈折率ｎ_pを不等式ｎ_o≦ｎ_p≦（ｎ_e＋ｎ_o）／２を
満足する範囲内とすることで、屈折率差を（ｎ_o−ｎ_e）
／２〜（ｎ_e−ｎ_o）／２の範囲内で最小にすることが可
能となる。これにより、表示画面のざらつきを解消する
ことができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を示すが、本発明
は、これに限定されるものではない。

【００２６】（実施例１）図１は、本発明の一実施例の
ＴＮ型液晶表示素子１１の断面図である。例えば、ＴＮ
型液晶表示素子１１は、一対のガラス基板１２、１３の
間に液晶層１４が挟まれた構成である。一方の基板１２
上には、複数の絵素電極１５がマトリクス状に形成さ
れ、他方の基板１３上には共通電極１６が形成されてい
る。各基板１２、１３の間には、高分子壁膜１７がマト
リクス状に形成されている。前記絵素電極１５、共通電
極１６及び絵素電極１５と共通電極１６とで挟まれた液
晶層１４を含んで各液晶滴１９が構成され、この液晶滴
１９をそれぞれ含んで各絵素２７が形成される。

【００２７】以下に、本実施例の液晶表示素子１１の作
成方法に付いて説明する。

【００２８】一対のガラス基板（例として板厚１．１ｍ
ｍ）１２、１３上にＩＴＯ（酸化インジュウムおよび酸
化スズの混合物、例として膜厚５０ｎｍ）を透明電極で
ある前記絵素電極１５及び共通電極１６としてそれぞれ
有する一対の表示基板２０、２１を、球状、円筒状ある
いは繊維状の直径６μｍのスペーサー（図示せず）によ
って、セル厚を保たせることによりセルを構成した。こ
のセルは、前記一対の表示基板２０、２１が前記スペー
サーで間隔を空けて配置され、表示基板２０、２１がそ
の周縁部に於てシール材でシールされた構成である。

【００２９】作成された前記セルの上に、図２に示すホ
トマスク２５を配置する。このホトマスク２５に於て、
矩形状の複数の遮光領域２２がマトリクス状に形成さ
れ、かつ各遮光領域２２の間に透光領域２３が形成さ
れ、更に、各遮光領域２２の中心部に例として円形の光
透過孔２４がそれぞれ形成された構成を有している。

【００３０】作成された液晶表示セル中に、液晶材料と
してカイラル剤Ｓ−８１１（メルク社製）を０．３重量
％添加したＺＬＩ−４７９２（メルク社製）４ｇ、光硬
化性樹脂組成物としてＲ−６８４（日本化薬社製）０．
１ｇ、ｐ−フェニルスチレン０．０５ｇ、イソボルニル
メタクリレート０．８５ｇと光重合開始剤Irgacure６５
１（チバガイギー社製）０．００２５ｇを混合した混合
物を作成した。作成した液晶−高分子混合物を昇温して
観察したところ、混合物の均一化温度が３２℃であっ
た。

【００３１】前記液晶層１４の形成工程を具体的に説明
する。該混合物を３４℃で注入し、その後、温度を保っ
て、ホトマスク２５のドットパターン側から平行光線を
得られる高圧水銀ランプ下１０ｍＷ／ｃｍ²の位置に於
て、（１秒間ＵＶ光照射、３０秒照射無し）の光照射過
程を２０サイクル行い、その後、５分間、ＵＶ光を照射
した。さらに、その状態で１０分間同じ紫外線強度でＵ
Ｖ光照射を行った後、ホトマスクを取り除いて紫外線を
５分間照射して、前記混合物中の光硬化性樹脂材料を硬
化させた。

【００３２】図３は、本実施例の液晶表示セルの平面図
である。このようにして、前記液晶表示セルの一対の表
示基板２０、２１の間に液晶層１４が形成された液晶表
示素子１１を偏光顕微鏡で観察したところ、図３に示さ
れるように、絵素２７の中央部の島状部分から放射状に
あるいはランダムに複数の液晶ドメイン３０が配向した
構造になっていた。また、絵素２７の範囲内の液晶層１
４に於て、前記液晶ドメイン３０の界面に相当する部分
に、放射状或はランダムな形状に、ディスクリネーショ
ン３１が形成されていた。

【００３３】作成した液晶表示セルの前後に、互いに偏
光軸が直交する２枚の偏光板を貼り合わせて、液晶滴１
９が高分子壁１７に囲まれた液晶表示素子１１を作成し
た。作成した液晶表示素子１１の電気光学特性を、液晶
評価装置ＬＣＤ−５０００（大塚電子（株）社製）を用
いて以下のように計測した。同一の偏光板を液晶表示セ
ルに平行ニコル状態で装着し、透過率１００％としてノ
ーマリーホワイト状態とした。この液晶表示素子１１に
対して、基板１２、１３と垂直方向から、ハロゲンラン
プ光を入射した。この様に光が入射されている状態で、
図１（１）〜同図（３）に示されるように、液晶表示素
子１１に電源３４を用いて、電圧を印加あるいは無印加
状態にすることにより、液晶層１４に於ける電界を切り
換えた。この時の、例として、液晶表示素子１１の垂直
方向から上下左右に４０゜傾いた位置での出射光を、集
光角２４゜のレンズを用いて各方向にて測定し、各方向
に於ける電界ＯＦＦ時の光透過率Ｔ_Oと飽和電圧印加時
の光透過率Ｔ_Satとの各比Ｔ₀／Ｔ_Satの平均値を、コン
トラスト比として定義した。

【００３４】高分子壁１７の屈折率を測定するため、本
実施例と同組成比の光硬化製樹脂組成物０．３ｇと光重
合開始剤Irugacure６５１の０．００１５ｇとを混合
し、それぞれ板厚６μｍのガラス基板を組み合わせてな
る液晶表示セルに注入し、高圧水銀ランプによる照射光
量１０ｍＷ／ｃｍ²の位置で、３分間紫外光照射を行
い、樹脂を硬化させた。その後、硬化した高分子壁１７
をガラス基板間から取り出し、アッベ屈折率計を用い、
室温（２５℃）にて屈折率を測定した。これらの測定結
果をまとめて、下記の表１に記載した。

【００３５】また、本実施例に於て、ホトマスク２５を
利用して液晶と高分子壁１７との相分離を規則的に制御
するので、液晶滴１９内の液晶ドメイン３０が前述した
ように、放射線状またはランダムに配向した構造とな
り、電圧印加時に液晶分子の立ち上がり方向がほぼ全方
位的となるために、本実施例の液晶表示素子１１の視野
角特性が改善されることになる。

【００３６】即ち、図１（２）に示すように、電圧印加
時に液晶分子３３と高分子壁１７との相互作用により、
液晶分子３３が任意の方向に傾斜するために、液晶層１
４の見かけ上の屈折率が前記矢符Ａと矢符Ｂの方向に関
してほぼ同じ状態となり、視野角特性が改善される。

【００３７】本実施例の主要点は、液晶滴１９と高分子
壁１７との屈折率差によって発生する光散乱を抑制し
て、表示画面のざらつきを解消することである。そのた
めに、電圧無印加時の透過率（Ｔ_OFF）と電圧印加時の
透過率（Ｔ_ON）との比ＣＲ（コントラスト）が、ＣＲ＝
Ｔ_OFF／Ｔ_ONで定義される場合、コントラストを高くす
るためには、透過率Ｔ_ONを小さくすることが非常に有効
である。そこで、ｎ_pをｎ_o近傍にて変化させて、Ｔ_ONへ
の影響を検討した結果、図６に示されるように、ｎ_pと
ｎ_oとの差を０．０４以内に抑制することが、本発明の
液晶表示素子が実現するざらつきのない高コントラスト
の液晶表示素子を作成する際に、非常に有効となる。

【００３８】本発明における液晶及び高分子の屈折率制
限範囲として、図４で示す液晶と高分子との屈折率の概
略図に於て、 （Ａ）高分子壁の屈折率ｎ_pと液晶の常光屈折率ｎ_oとの
差の絶対値が０．０４以上であると、電圧印加時のざら
つきが目立つようになる。

【００３９】（Ｂ）高分子壁の屈折率ｎ_pと、ランダム
状態の屈折率（ｎ_o＋ｎ_e）／２との差が大きくなると、
電圧無印加時のざらつきが目立つようになる。

【００４０】（Ｃ）高分子壁の屈折率ｎ_pを、屈折率ｎ_o
−０．０４と屈折率（ｎ_o＋ｎ_e）／２との間に設定する
ことによって、電圧変化に対する屈折率差の変化を小さ
くできる。

【００４１】（実施例２）液晶材料としてカイラル剤Ｓ
−８１１（メルク社製）を０．３重量％添加したＺＬＩ
−５０８０（メルク社製）４ｇ、光硬化性樹脂組成物と
してｎ−ブチルメタクリレート０．１ｇ、パーフルオロ
オクチルメタクリレート０．８５ｇ、スチレン０．０５
ｇ、光重合開始剤Irugacure６５１（チバガイギー社
製）０．００２５ｇとの混合物を作成した。同様に、光
硬化性樹脂と光重合開始剤との混合物を作成した。その
後、実施例１と同様にして液晶表示素子１１および高分
子壁１７からなる樹脂フィルムを作成し、それぞれの屈
折率の測定を行った。測定結果を、下記の表１に記載し
た。

【００４２】（比較例１）液晶材料としてカイラル剤Ｓ
−８１１（メルク社製）を０．３重量％添加したＺＬＩ
−５０４８−０００（メルク社製）４ｇ、光硬化性樹脂
組成物として、２官能アクリレートであるＲ−６０４
（日本化薬社製）０．９５ｇ、スチレン０．０５ｇ、光
重合開始剤Irugacure６５１（チバガイギー社製）０．
００２５ｇとの混合物を作成した。同様に、光硬化性樹
脂と光重合開始剤との混合物を作成した。その後、実施
例１と同様、液晶表示素子および前記樹脂フィルムを作
成し、各屈折率の測定を行った。結果を、下記表１に記
載した。

【００４３】（比較例２）液晶材料としてカイラル剤Ｓ
−８１１（メルク社製）を０．３重量％添加したＺＬＩ
−４２８１（メルク社製）４ｇ、光硬化性樹脂組成物と
してＲ−６８４（日本化薬社製）０．９５ｇ、スチレン
０．０５ｇ、光重合開始剤Irugacure６５１（チバガイ
ギー社製）０．００２５ｇとの混合物を作成した。同様
に、光硬化性樹脂と光重合開始剤との混合物を作成し
た。その後、実施例１と同様に、液晶表示素子および前
記高分子壁１７からなる樹脂フィルムを作成し、各屈折
率の測定を行った。結果を下記の表１に記載した。

【００４４】表１から、本発明の実施例１および実施例
２のように、高分子壁１７の屈折率ｎ_pを、液晶分子３
３の常光屈折率ｎ_o、異常光屈折率ｎ_eに関して、前記数
１に規定されているように、ｎ_o−０．０４≦ｎ_p≦（ｎ
_e＋ｎ_o）／２となるよう設定する。これにより、液晶層
１４と高分子壁１７との屈折率差が小さくなり、液晶層
１４と高分子壁１７との界面での光の散乱が小さくな
る。このため、表示画面のざらつきが目立たなくなり、
コントラストが比較的高いことが認められた。

【００４５】

【表１】

【００４６】（比較例３）液晶材料として、実施例１で
用いた液晶と同一の液晶（ＺＬＩ−４７９２（メルク社
製））と、樹脂材料として比較例２で用いた樹脂（Ｒ−
６８４（０．９５ｇ）、スチレン０．０５ｇ）とを混合
し、それに、光重合開始剤を混合して、実施例１と同様
の方法にて、液晶表示素子及び前記高分子壁からなる樹
脂フィルムを作成し、液晶表示素子の電気光学特性及び
樹脂フィルムの屈折率の測定を行った。結果を上記の表
１に示す。

【００４７】実施例１と比較例３とを比較すると、同一
の液晶を用いても、樹脂の屈折率と液晶の屈折率との差
が本発明で規定した範囲から外れる場合には、コントラ
ストが著しく低下することが確認された。

【００４８】図５は、本実施例における液晶と高分子と
の屈折率差｜ｎ_o−ｎ_p｜と電界印加時の液晶表示素子の
光透過率（Ｔ_ON）との関係を示すグラフである。このグ
ラフによって以下のことが理解される。屈折率差｜ｎ_o
−ｎ_p｜≦０．０４の場合、透過率Ｔ_ONが１以下とな
り、前記コントラスト比ＣＲ（＝Ｔ_OFF／Ｔ_ON）が増大
する効果が大きい。一方、前記屈折率差｜ｎ_o−ｎ_p｜＞
０．０４の場合、透過率Ｔ_ONが１よりも大きくなり、前
記コントラスト比ＣＲ（＝Ｔ_OFF／Ｔ_ON）が低下してし
てしまう。従って、本実施例で、高分子壁１７の屈折率
ｎ_pを、液晶分子３３の常光屈折率ｎ_oとランダム状態の
屈折率（ｎ_o＋ｎ_e）／２との間で、前記数１で示される
ように規定することにより、表示画面におけるざらつき
が解消され、表示品位の高い液晶表示素子１１が作成可
能となる。

【００４９】以下に、本実施例の変形例に付いて説明す
る。

【００５０】（光硬化性樹脂）使用されるポリマー材料
は、光硬化性樹脂としては、例えば、Ｃ３以上の長鎖ア
ルキル基、またはベンゼン環を有するアクリル酸及びア
クリル酸エステル、さらに具体的には、アクリル酸イソ
ブチル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸ラウリル、
アクリル酸イソアミル、ｎ−ブチルメタクリレート、ｎ
−ラウリルメタクリレート、トリデシルメタクリレー
ト、２−エチルヘキシルアクリレート、ｎ−ステアリル
メタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ベン
ジルメタクリレート、２−フェノキシエチルメタクリレ
ート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタク
リレートさらにポリマーの物理的強度を高めるために２
官能以上の多官能性樹脂、例えば、ビスフェノールＡジ
メタクリレート、ビスフェノールＡジアクリレート、
１、４−ブタンジオールジメタクリレート、１、６−ヘ
キサンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロ
パントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリ
アクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレ
ート、ネオペンチルジアクリレートさらにより好ましく
は、これらのモノマーをハロゲン化とくに塩素化、及び
フッ素化した樹脂、例えば、２．２．３．４．４．４−
ヘキサフロロブチルメタクリレート、２．２．３．４．
４．４−ヘキサクロロブチルメタクリレート、２．２．
３．３−テトラフロロプロピルアクリレート、２．２．
３．３−テトラフロロプロピルメタクリレート、パーフ
ロロオクチルエチルアクリレート、パークロロオクチル
エチルメタクリレート、パーフロロオクチルエチルアク
リレート、パークロロオクチルエチルメタクリレートで
ある。

【００５１】（光重合抑制剤）液晶滴の形状を大きくす
るために、上記樹脂材料以外に重合反応を抑制する化合
物を添加することが好ましい。具体的には、ラジカル生
成後、共鳴系でラジカルを安定化するようなモノマー、
及び化合物などである。具体的には、スチレン、ｐ−ク
ロルスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｐ−フェニルスチ
レン、４−ビニルナフタレン、ニトロベンゼンなどであ
る。

【００５２】（光重合開始剤）光重合開始剤としては、
Irugacure651、184、907、Darocure1173、1116、2956な
どの一般的な光開始剤を使用することができる。また、
高分子壁による液晶滴の保持率を向上させるために、可
視光で重合できるような増感剤などを使用してもよい。

【００５３】さらに、これらの重合開始剤の添加量は、
個々の化合物の反応性により異なり、本発明では特に限
定されないが、液晶と光硬化性樹脂（液晶性光硬化樹脂
を含む）との混合物に対して、５〜０．０１％であるこ
とが好ましい。光重合開始剤の前記混合物に対する添加
量が５％以上の場合、液晶と前記重合反応によって形成
された高分子膜との相分離速度が早すぎて、液晶滴を所
定の大きさに形成する制御が困難となる。これにより、
液晶滴が小さくなる。従って、駆動電圧が高くなり、基
板上の配向膜の配向制御力が弱くなり、かつ、絵素内に
液晶領域が少なくなる。また、液晶滴の製造時にホトマ
スクを使用した場合、ホトマスクの遮光部に相当する液
晶表示素子の絵素間領域に液晶滴が形成され、コントラ
ストが低下する。前記光重合開始剤の添加量が、０．０
１％以下の場合、前記光硬化性樹脂を十分に硬化するこ
とができない。

【００５４】（液晶材料）本発明の液晶表示素子に使用
可能な液晶材料は、常温付近で液晶状態を示す有機物混
合体であって、ネマチック液晶（２周波駆動用液晶、誘
電異方性△ε＜０の液晶を含む）、コレステリック液晶
（特に、可視光に選択反射特性を有する液晶）、もしく
はスメクチック液晶、強誘電性液晶、ディスコチック液
晶などが含まれる。これらの液晶材料は、混合されて用
いられても良く、特にネマチック液晶もしくは、コレス
テリック液晶（カイラル剤）の添加されたネマチック液
晶が液晶表示素子の特性上、好ましい。

【００５５】更に好ましくは、加工時に光重合反応を伴
うため、耐化学反応性に優れた液晶が好ましい。具体的
には、ＺＬＩ−４８０１−０００、ＺＬＩ−４８０１−
００１、ＺＬＩ−４７９２（メルク社製）などである。

【００５６】（重合性液晶材料）基板表面の配向状態を
利用して表示するモードの場合（高分子壁に囲まれたＦ
ＬＣ、ＥＣＢなど）、液晶状態（配向状態）で光硬化す
ることが、好ましい。液晶と光硬化性樹脂の混合物に液
晶状態を持たせるためには、両者の性質を合わせ持つ重
合性液晶材料を用いるのが好ましい。これらの液晶材料
と分子内に重合性官能基を有する液晶性化合物を選択す
るにあたり、それぞれの液晶性を発現する部分が類似し
ていることが、相溶性、屈折率の類似性の観点から好ま
しい。特に、化学的環境が特異なＦ、Ｃｌ系液晶材料で
あることが好ましい。また、強誘電性液晶を使用する場
合についても、安定したスメクチック相を作成するため
にも強誘電性液晶を使用する場合についても、安定した
スメクチック相を作成するためにも強誘電性液晶を分子
内に有する重合性化合物を使用するのが好ましい。

【００５７】本発明で特に限定しないが本発明で使用さ
れる分子内に液晶性官能基を有する化合物とは、下記化
１で示される化合物などであり、ホストの液晶分子の液
晶性を乱しにくい化合物のことである。

【００５８】

【化１】Ａ−Ｂ−ＬＣ 化１中のＡは、重合性官能基を示し、ＣＨ₂＝ＣＨ−、
ＣＨ₂＝ＣＨ−ＣＯＯ−、ＣＨ₂＝ＣＨ−ＣＯＯ−、ある
いは、

【００５９】

【化２】

【００６０】などの不飽和結合、又は歪みを持ったヘテ
ロ環構造を持った官能基を示す。また、Ｂは、重合性官
能基と液晶性化合物を結ぶ連結基であり、具体的にはア
ルキル鎖（−（ＣＨ₂）_n−）、エステル結合（−ＣＯＯ
−）、エーテル結合（−Ｏ−）、ポリエチレングリコー
ル鎖（−ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ−）、及びこれらの結合基を組み
合わせた結合基であり、液晶材料と混合したときに液晶
性を示すことが好ましいので、重合性官能基から液晶性
分子の剛直部まで、６箇所以上の結合を有する長さを持
つ連結基が特に好ましい。

【００６１】上記化１に於けるＬＣは、液晶性化合物を
示し、下記化３で示される化合物又はコレステロール環
及びその誘導体などである。

【００６２】

【化３】Ｄ−Ｅ−Ｇ 上記化３中、Ｇは、液晶の誘電率異方性などを発現させ
る極性基であり、−ＣＮ、−ＯＣＨ₃、−Ｆ、−Ｃｌ、
−ＯＣＦ₃、−ＯＣＣｌ₃、−Ｈ、−Ｒ（Ｒ：アルキル
基）等の官能基を有するベンゼン環、シクロヘキサン
環、パラジフェニル環、フェニルシクロヘキサン環等で
ある。Ｅは、Ｄ、Ｇを連結する官能基で、単結合、−Ｃ
Ｈ₂−、−ＣＨ₂ＣＨ₂−、−０−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ
＝ＣＨ−等である。Ｄは、化１中のＢと結合する官能基
であり、且つ、液晶分子の誘電率異方性、屈折率異方性
の大きさを左右する部分であり、具体的には、パラフェ
ニル環、１，１０−ジフェニル環、１，４−シクロヘキ
サン環、１，１０−フェニルシクロヘキサン環等であ
る。

【００６３】（液晶と樹脂材料の混合比）液晶と重合性
化合物とを混合する際の両者の重量比は、５０：５０〜
９７：３が好ましく、さらに好ましくは、前記両者の重
量比は７０：３０〜９０：１０である。液晶材料が、液
晶と重合性化合物との混合物の重量の５０％を下回る
と、高分子壁の効果が大きくなり、液晶表示セルの表示
駆動に必要な駆動電圧が著しく上昇し実用性を失う。さ
らに、液晶材料が混合物の重量の９３％を上回ると高分
子壁の物理的強度が低下し、基板間の距離が変動し、液
晶表示素子に於て、安定した性能が得られない。

【００６４】さらに、上記重量比の範囲内で、液晶性を
有する化合物と非液晶性の重合性化合物とを混合する際
の重合比に関して、液晶性を有する化合物が０．５％で
あればよい。特に、強誘電性液晶を用いる場合、液晶性
を有する化合物を１００％にすることにより、低分子液
晶と高分子液晶との２つの領域が生成され、電圧をそれ
ぞれの化合物が駆動する電圧とすることで、階調表示可
能な強誘電性液晶表示を作成することができる。

【００６５】（ＵＶ（紫外線）照度分布の構成法）ホト
マスクの形状に対応する液晶滴の形状を維持する為に、
前記一対の基板に挟まれた混合物に対してＵＶ照度分布
を構成する構成法が重要である。具体的には、ホトマス
ク、マイクロレンズ、干渉板などを用いて規則的なＵＶ
照度の分布を構成することが好ましい。ホトマスクの位
置は、前記液晶表示セルの内外のどちらでもよく、ＵＶ
光に規則的に濃淡を作成できればよい。

【００６６】液晶セルからホトマスクを離すと、マスク
による液晶セル上の光学像がぼけ、液晶滴が高精度に形
成されず、本発明の効果が減少する。このため、ホトマ
スクは、できるだけ液晶及び光硬化性樹脂の混合物に近
接していることが好ましい。また、ＵＶ光源からの光も
できるだけ平行光線であることが望ましい。ただし、強
誘電性液晶表示素子の耐衝撃性を向上させるために、絵
素と同程度のサイズの液晶滴の回りに、緩衝体として小
さな液晶滴を配置することが効果的である。そのため
に、故意に、ホトマスクなどに於て、遮光部の間のホト
マスクの材料がエッチングされた透光性部分をぼかして
透光性を不均一にしたり、ホトマスクを故意にセル本体
から離したり、ＵＶ光源として出射される光の平行度の
少し低い光源を使用してもよい。

【００６７】本発明者らの検討結果によれば、ホトマス
クとして照度むらの大きさ（遮光領域を含む弱照度領
域）が絵素の面積の３０％以上のものが好ましい。ホト
マスクとして、照度むらの大きさが絵素面積の３０％未
満の面積のものを使用すると、生成される液晶滴も絵素
の面積の３０％未満の面積となる。従って、絵素内に於
て液晶材料と高分子膜との界面が増大し、光の散乱によ
るコントラストの低下が大きくなる。さらに好ましく
は、ホトマスクとして、絵素内に於て液晶材料と高分子
膜との界面が極端に少なくなり、例として絵素の面積よ
り大きい面積の弱照度領域を有するものが好ましく、絵
素以外の部分のみＵＶ光が照射されるようなホトマスク
などが好ましい。

【００６８】さらに、高分子膜と液晶材料間の散乱を使
用しないモードの液晶表示素子において、ホトマスクな
どの遮光領域によって形成される弱照度領域の形状は、
絵素の３０％以上を覆い、ＵＶ光強度を局部的に低下さ
せるものであればよい。本発明では、特にその形状を限
定しないが、円形、方形、台形、長方形、六角形、ひし
形、文字形、曲線および直線によって区切られた図形、
及び、これら図形の一部カットしたもの、及び、これら
図形を組み合わせた図形、さらに、これらの小形図形の
集合体等の形状が可能である。さらに好ましくは、液晶
表示素子の絵素部分が弱照度領域となるホトマスクなど
が、絵素内での光の散乱強度を低下させ、液晶表示素子
のコントラストを向上させる点で好ましい。

【００６９】また、本発明の実施に際し、これら図形か
ら１種類以上選択して使用すればよく、好ましくは、液
晶滴の均一性を向上するためには、できるだけ形状を１
種に限定し揃えるのが好ましい。

【００７０】該方法で用いて作成されるセルは、偏光板
等と組み合せることにより、従来の表示方式であるＦＬ
Ｃ（ＳＳＦ）、ＥＣＢ方式等を高分子の壁の中に閉じ込
めた、又は、部分的に仕切った液相表示装置を作成する
ことができ、大画面化、フイルム化（基板材料として硝
子のほかにフィルムも利用できる）等が可能となる。

【００７１】（配向制御力）液晶分子と光重合性樹脂と
の混合物に濃淡を有する光で光照射する場合、液晶領域
に於ても、基板表面上に薄く高分子膜が残ることがあ
り、基板上の配向膜による配向制御力を低下させること
がある。また、ホトマスクを利用して液晶と樹脂との相
分離を規則的に制御する場合、具体的には、液晶領域内
の液晶ドメインが放射線状またはランダムに配向した構
造となり、電圧印加時に液晶分子の立ち上がり方向がほ
ぼ全方位的となるために視野角特性が改善されることに
なる。即ち、電圧印加時に液晶分子と高分子材料の相互
作用により、液晶分子が液晶滴を取り囲む高分子壁に対
して各方向に傾斜するために、液晶分子の見かけ上の屈
折率が、前記矢符Ａ及び矢符Ｂの位置でほぼ同じ状態と
なり、視野角特性が改善される。

【００７２】また、配向制御力の高い垂直配向膜を用い
た場合は、液晶分子は基板に対して垂直に配向したホメ
オトロピック配向となる。この場合は電圧印加時に液晶
分子と高分子材料の相互作用のために、液晶分子の立ち
上がり方が各壁横方向となり、どの方向から見てもほぼ
同一の屈折率となるために、視角特性が改善されること
になる。

【００７３】強誘電性液晶のように液晶の配向能力の高
い材料を用いると、配向制御力が弱められた本発明のよ
うな場合でも基板の配向制御力に従って配向することが
確認された。

【００７４】（駆動方法）作成された液晶表示セルは、
単純マトリックス駆動、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、
ＭＩＭ（金属ー絶縁膜ー金属構造のトランジスタ）など
のスイッチング素子を用いるアクティブ駆動などの駆動
法で駆動できる。本発明に於て、液晶表示素子の駆動法
は特に限定しない。

【００７５】

【発明の効果】本発明に従えば、高分子壁に囲まれた液
晶表示素子において、表示画面にざらつきのない表示品
位の高い液晶表示素子を提供できる。すなわち、液晶材
料と重合性樹脂組成物との組み合せを最適化し、重合性
樹脂組成物の屈折率ｎ_pが液晶の常光屈折率ｎ_o、異常光
屈折率ｎ_eに関して、ｎ_o−０．０４≦ｎ_p≦（ｎ_e＋
ｎ_o）／２を満足するような範囲に定められるような重
合性樹脂組成物を選択する。これにより、液晶層と高分
子壁との屈折率差を小さくすることができ、従来の液晶
表示素子の表示画面におけるざらつきが解消され、表示
品位の高い液晶表示素子が作成可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の液晶表示素子１１の断面図
である。

【図２】本実施例で用いたホトマスク２５の平面図であ
る。

【図３】液晶表示素子１１の絵素領域の平面図である。

【図４】本実施例における屈折率の範囲を説明する図で
ある。

【図５】本実施例における液晶と高分子の屈折率と電界
印加時の液晶表示素子の光透過率との関係を示すグラフ
である。

【図６】従来例の液晶表示素子１の断面図である。

【符号の説明】

１１ 液晶表示素子 １２、１３ ガラス基板 １４ 液晶層 １５ 絵素電極 １６ 共通電極 １７ 高分子壁 １９ 絵素 ３３ 液晶分子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−188383（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−137211（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−110425（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1334

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方が透光性である一対の基
   板間に液晶層を挟んで構成され、該液晶層を含んで形成
   される複数の絵素がマトリクス状に配列され、 該一対の基板間に高分子壁と、該液晶層を含んで各絵素
   毎に該高分子壁に実質的に囲まれた液晶領域を有してな
   る液晶表示素子において、該一つの絵素内に、少なくとも１つ以上の液晶ドメイン
   が存在し、各液晶ドメインの配位がランダム、または、
   放射状の少なくともいずれかであり、 該高分子壁の屈折率（ｎ_p）が、該液晶層の常光屈折率
   （ｎ_o）と異常光屈折率（ｎ_e）とに関して、ｎ_o−０．
   ０４≦ｎ_p≦（ｎ_e＋ｎ_o）／２となるように定められる
   液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記各基板の相互に対向する表面に液晶
   分子を配向させる絶縁膜を具備している請求項１に記載
   の液晶表示素子。
3. 【請求項３】 少なくとも一方が透光性である一対の基
   板間に液晶層を挟んで構成され、該液晶層を含んで形成
   される複数の絵素がマトリクス状に配列され、該一対の
   基板間に高分子壁と、該液晶層を含んで各絵素毎に該高
   分子壁に実質的に囲まれた液晶領域を有してなる液晶表
   示素子において、 該一つの絵素内に、複数の液晶ドメインが存在し、該複
   数の液晶ドメインが、ランダムまたは放射状に配向して
   おり、 該高分子壁の屈折率（ｎ _p ）が、該液晶層の常光屈折率
   （ｎ _o ）と異常光屈折率（ｎ _e ）とに関して、ｎ _o −０．
   ０４≦ｎ _p ≦（ｎ _e ＋ｎ _o ）／２となるように定められる
   液晶表示素子。
4. 【請求項４】 少なくとも一方が透光性である一対の基
   板間に液晶層を挟んで構成され、該液晶層を含んで形成
   される複数の絵素がマトリクス状に配列される液晶表示
   素子を製造する製造方法であって、 該一対の基板間に少なくとも液晶材料、光硬化性樹脂お
   よび光重合開始剤を含む混合物を注入する工程と、 該混合物に規則的な照射強度むらを有する光を照射し、
   該一対の基板間に高分子壁と、該液晶層を含んで各絵素
   毎に該高分子壁に実質的に囲まれた液晶領域を形成する
   工程とを含み、 該工程における高分子壁の屈折率（ｎ_p）が、該液晶層
   の常光屈折率（ｎ_o）と異常光屈折率（ｎ_e）とに関し
   て、ｎ_o−０．０４≦ｎ_p≦（ｎ_e＋ｎ_o）／２となるよう
   に設定されている液晶表示素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前記絵素に於て前記照射される光の強度
   を実質的に弱める遮光部を設け、その後、上記混合物に
   光を照射する請求項４に記載の液晶表示素子の製造方
   法。