JP3059030B2

JP3059030B2 - 液晶表示素子及びその製造方法

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Publication number: JP3059030B2
Application number: JP23058093A
Authority: JP
Inventors: 信明山田; 修一神崎
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-09-16
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 2000-07-04
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JPH0784244A

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、ＴＮ（TwistedNematic）、
ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）、ＥＣＢ（Electrica
lly Controlled Birefringence）、ＦＬＣ（Ferroelect
ric Liquid Crystal）などの液晶層を有する液晶表示素
子およびその製造方法に関する。

【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
用いた表示素子も提案されている。これらの表示素子は
偏光板を要し、また配向処理を必要とする。一方、偏光
板を要さず、表示に液晶の散乱を利用した表示素子とし
て、動的散乱（ＤＳ）効果および相転移（ＰＣ）効果を
用いた表示素子がある。最近、偏光板を要さず、しかも
配向処理を不要とする表示素子として、液晶の複屈折率
を利用し、透明または白濁状態を電気的に制御する表示
方法が提案されている。この表示方法は、基本的には液
晶分子の常光屈折率と支持媒体の屈折率とを一致させ、
電圧を印加して液晶の配向が揃うときには、透明状態を
表示し、電圧無印加時には、液晶分子の配向の乱れによ
る光散乱状態を表示させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】提案されている前記方
法としては、特表昭６１−５０２１２８に液晶と光又は
熱硬化性樹脂とを混合し、樹脂を硬化させることによ
り、一対の基板間に液晶を析出させ、樹脂中に液晶滴を
形成させる方法が開示されている。偏光板を用いて視野
角を改善している素子として特開平４−３３８９２３、
同４−２１２９２８に、上記高分子分散型液晶素子を直
交偏光板中に挟む表示素子が開示されている。該表示素
子は、視野角特性を改善する効果は大きいが、原理的に
散乱による脱偏光を利用しているために、画像の明るさ
がＴＮモードの液晶表示素子と比べて、１／２程度であ
り、画像が暗いという問題点がある。従って、利用価値
が低い。さらに、液晶の配向状態を高分子の壁、突起物
により乱し、ランダムドメインを作成して、視野角を改
善する方法が特開平５−２７２４２に開示されている。
しかし、この方法では、ドメインがランダムで且つ絵素
部分にも高分子材料が入り込むため、コントラストが低
く、表示品位が低いという問題点がある。

【０００４】従来の偏光板を利用した液晶表示素子で
は、視野角特性が悪く、大きい視野角で見る液晶表示素
子には不適切であった。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。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。

【０００５】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
１ａは、図７に示すように、基板２、３間に高分子材料
からなる高分子壁７を有し、該高分子壁７で囲まれた液
晶滴９が形成されている。この液晶滴９に於て、電圧印
加時に液晶分子５と高分子壁７との相互作用により、液
晶分子５が各壁７方向に立ち上がっていく。そのため
に、矢符Ａと矢符Ｂとの各方向から見た液晶分子５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。一方、前記一対の基板２、３の間
を連結する高分子壁７が存在するために、液晶分子５と
高分子壁７との相互作用が大きい。これにより、液晶分
子５５の応答速度が遅く、かつ液晶分子５の状態変化に
関するヒステリシス特性が低下するという問題がある。

【０００６】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、画像の明度を向上することがで
き、かつ表示品位が格段に向上された液晶表示素子を提
供し、製造方法が簡略化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を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】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
層が挟まれており、各基板上に配向膜となる高分子膜が
それぞれ設けられるとともに、一方の基板上にマトリク
ス状に複数の絵素電極が配列された液晶表示素子におい
て、各高分子膜の表面には、各絵素電極の周縁部の全周
に沿って突条がそれぞれ設けられるとともに、各突条に
て囲まれる領域に対応した液晶領域内に液晶分子が放射
状またはランダムに配向した液晶ドメインになっている
ことを特徴とし、そのことにより上記目的が達成され
る。

【０００８】本発明において、前記各高分子膜の表面に
おける前記各突条にて囲まれた領域には、複数の突条が
それぞれが放射方向に沿って、または、ランダムに設け
られている。

【０００９】本発明において、前記液晶ドメインは、各
高分子膜にそれぞれ設けられた放射状またはランダムに
設けられた突条の間に対応して設けられている。

【００１０】本発明の液晶素子の製造方法は、少なくと
も一方が透光性である一対の基板間に液晶層が挟まれて
おり、各基板上に配向膜となる高分子膜がそれぞれ設け
られるとともに、一方の基板上にマトリクス状に複数の
絵素電極が配列された液晶表示素子の製造方法であっ
て、前記一対の基板間に、液晶材料化合物、光硬化性樹
脂および光重合開始剤を少なくとも含む混合物を注入す
る工程と、前記混合物に対して、各絵素電極の周囲に沿
って高分子膜の突条が形成されるように、前記各絵素電
極に対応する部分が他の部分よりも強度の低い弱照射領
域となった光を照射する工程と、を包含することを特徴
とする。

【００１１】本発明に於いて、前記液晶材料化合物、光
硬化性樹脂および光重合開始剤を含む混合物中の光硬化
性樹脂含有量が、１０重量％〜０．１重量％である場合
がある。

【００１２】

【作用】上記問題点を解決するために、本発明者らは、
高分子壁にて囲まれた液晶領域を有する液晶表示素子に
於て、その液晶領域内に液晶分子が放射状、又は、ラン
ダムに配置される領域が存在することに注目し、高分子
壁を形成することなく、液晶分子を放射状、又は、ラン
ダムに配置させ得ることを見いだした。以下、本発明に
ついて更に詳細に説明する。

【００１３】本発明に於て、液晶材料と光硬化性樹脂と
光重合開始剤との混合物に光を照射して光硬化性樹脂を
硬化させる。この場合、液晶表示素子の各絵素電極に対
応した部分に対しては、各絵素電極の周囲の部分よりも
強度が低くなっている弱照度領域の光を照射する。そし
て、光硬化性樹脂の添加量を減少させる事により、この
光硬化時に、一対の基板と該一対の基板に挟まれた液晶
層とから構成される液晶セルの上下の基板間に、各液晶
電極の周囲に高分子膜の突条が形成され、高分子膜によ
って液晶層を仕切る壁が形成されるおそれがほとんどな
い。

【００１４】このとき、一対の基板間における前記混合
物中に於て、光硬化性樹脂は、光の照射領域で重合反応
を生じる。この場合、光強度の強い領域に於ける混合物
中の未反応樹脂の濃度が低下するために、前記混合物中
の濃度勾配に従って物質移動が行われる。そして、混合
物の移動中に、散乱光や反射光により一部重合反応が生
じる。その結果、各絵素電極の中心に対応した部分から
各絵素電極の周辺部に対応した部分に向けて物質移動が
行われつつ、重合反応され、各絵素電極の周縁部に沿っ
て高分子膜の突条が形成されるとともに、各絵素電極の
中心部に対応した部分から周辺部に対応した部分に沿っ
て傾斜した配向膜が形成される。

【００１５】このようにして配向膜が形成されるため
に、形成された配向膜に対応して配置された液晶層内の
液晶分子がランダム状又は放射状に配向する。従って、
従来技術のＴＮ型液晶セルのように、電圧印加時に一方
向に液晶分子が配列する事が防止される。特に、中間調
表示を行う際に、本発明の液晶表示素子を見る全ての方
向で、見かけ上の屈折率がほぼ均一になるために、前記
液晶セルの視野角特性が著しく改善される。

【００１６】さらに、本発明の液晶表示素子に於て、前
記一対の基板間に亘る高分子壁が形成されていないの
で、液晶と高分子材料間の相互作用の量を低下すること
ができる。これにより、液晶分子の応答速度を増大する
ことができ、ヒステリシス特性を改善することができ
る。

【００１７】（光硬化性樹脂）使用されるポリマー材料は、光硬化性樹脂である。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−ステアリルメタアクリレー
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、Ｒ−６８４（日本化薬社製）、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メタク
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メタクリレー
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ルレート、パークロロオクチル
エチルアクリレートである。

【００１８】（光重合抑制剤）液晶層における液晶分子がランダムまたは放射状に配置
される領域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、ラジカル生成後に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り、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、ニトロベンゼンなどであ
る。

【００１９】（光重合開始剤）光重合開始剤としては、Irugacure651,184,907、Darocur
e1173、1116、2956などの一般的な光重合開始剤を使用す
ることができる。また、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。

【００２０】また、紫外線波長域に吸収特性を有するプ
ラスチック基板を使用するときには、紫外線波長域吸収
特性を有するLucirin TPO（ＢＡＳＦ社製）、KAYACURE
DETX-S（日本化薬社製）、ＣＧＩ３６９（チバガイギー
社製）等を使用することができる。

【００２１】さらに、これらの光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、本発明に於て
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、高分
子膜における配向膜となる領域を所定の大きさに形成す
る制御が困難となる。その結果、高分子膜における配向
膜の領域が小さくなり、配向膜による液晶分子の配向方
向の制御力が弱くなって、各液晶電極に印加される駆動
電圧が高くなる。また、光照射時において、ホトマスク
を使用した場合に、光重合開始剤の量が多いことによ
り、ホトマスクの遮光部に相当する液晶層部分におい
て、高分子膜が厚く形成され、コントラストが低下する
おそれがある。前記光重合開始剤の添加量が、０．０１
％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。

【００２２】（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、ネマッチック液晶（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。

【００２３】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、化合物中、フッ素原子などの官能基を有する液晶
である。具体的には、ＺＬＩ−４８０１、ＺＬＩ−４８
０１−００１、ＺＬＩ−４７９２（メルク社製）などで
ある。

【００２４】（重合性液晶材料）基板表面における液晶分子の配向状態を利用して表示す
るＦＬＣモードあるいはＥＣＢモードなどの表示モード
の液晶表示素子の場合、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との混合物に
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ことが好ましい。これらの液晶
材料と、分子内に重合性官能基を有する前記重合性液晶
材料等の液晶性化合物と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
の観点から好ましい。特に、化学的環境が特異なＦ、Ｃ
ｌ系液晶材料については、重合性官能基を有する液晶性
化合物についても、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
性液晶を分子内に有する重合性化合物を使用することが
好ましい。

【００２５】本発明に於て特に限定されないが、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即ち
前記重合性液晶材料とは、下記の化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。

【００２６】

【化１】Ａ−Ｂ−ＬＣ上記化１中のＡは重合性官能基を示し、ＣＨ₂＝ＣＨ
−、ＣＨ₂＝ＣＨ−ＣＯＯ−、ＣＨ₂＝ＣＨ−ＣＯＯ−、
ＣＨ₂−ＣＨ−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。

【００２７】また、Ｂは、重合性官能基と液晶性化合物
とを結ぶ連絡基であり、具体的にはアルキル鎖（−（Ｃ
Ｈ₂）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（−ＣＨ₂
ＣＨ₂Ｏ−）、及びこれらの結合基を組み合わせた結合
基である。重合性液晶材料と液晶材料とを混合したとき
に、該混合物が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。

【００２８】上記化１に於けるＬＣは、液晶性化合物を
示し、下記化２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。

【００２９】

【化２】Ｄ−Ｅ−Ｇ上記化２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及びＧを連結する官能基で、単結合、−
ＣＨ₂−、−ＣＨ₂ＣＨ₂−、−Ｏ−、−Ｃ≡Ｃ−、−Ｃ
Ｈ＝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る。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。

【００３０】（液晶と重合性化合物との混合比）液晶と
重合性化合物とを混合する際の両者の重量比は、重合性
化合物の含有量が１０〜０．１重量％であることが好ま
しい。重合性化合物の含有量が１０重量％を上回ると、
従来技術で述べたように、高分子壁が一対の基板間に形
成され、液晶と高分子材料との相互作用が大きくなり、
ヒステリシス特性や液晶の応答速度が悪化する。一方、
重合性化合物の含有量が０．１重量％を下回ると、液晶
分子を配向させるための高分子膜、即ち配向膜が十分に
基板上に形成されなくなる。従って、前記配向膜の液晶
に対する配向制御力が低下する。前記重合性化合物の含
有量は、さらに好ましくは、７〜１重量％である。

【００３１】（ＵＶ（紫外線）照度分布の構成法）ホトマスクの形状に対応した高分子膜を形成する為に、
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、前記混合物
に対して規則的な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。

【００３２】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、高分子膜の厚さを高
精度に形成することができず、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、絵素電極と同程度のサイズの配向
膜の回りに、緩衝体として高分子膜の突条を配置するこ
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。

【００３３】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、絵素毎に配向規制力が弱くな
り、表示の均一性が損なわれる。従って、ホトマスクと
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。

【００３４】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。

【００３５】又、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
に限定し揃えることが好ましい。

【００３６】本発明においては、高分子膜にて形成され
る配向膜の領域が前記基板と平行な方向に規則的に配列
される。すなわち、絵素電極の配列状態に合わせて配列
される。具体的には、高分子膜を形成する際に照射され
る光の弱照度領域が、絵素電極のピッチに合わせて配置
することにより、各絵素電極内に対して弱照度領域がそ
れぞれ配置される。

【００３７】前記弱照度領域は、数絵素にわたって配置
してもよく、マトリクス状に配列されている複数の絵素
の列或は行毎に弱照度領域を配置したり、相互に隣接す
る数絵素の組毎に、液晶表示素子の全体の弱照度領域を
配置してもよい。

【００３８】高分子膜にて形成される配向膜の形状測定
には偏光顕微鏡を使用し、前記液晶セルを２枚の基板に
剥離し、液晶分子を溶剤で除去して基板上に残った高分
子膜であるポリマーマトリックスの局部的な形状を測定
した。ポリマーマトリックスの観察は、サンプル作成時
に構造が破壊されている部分があるため、サンプル内で
最も規則性の優れている２０個の配向膜の領域を選んで
観察した。ホトマスクは、液晶表示素子の弱照度領域の
配列の規則性と同様の規則性が要求される。また、前記
弱照度領域は、それぞれの弱照度領域が独立である必要
はなく、その周縁部に於て隣接する弱照度領域と連結さ
れていてもよく、最もＵＶ光を効果的に遮断する領域
が、上記形状、配列を有していればよい。

【００３９】上記方法で作成され、かつ上記構成を有す
る液晶セルは、偏光板等と組み合わせることにより、従
来の表示方式の例であるＦＬＣ（ＳＳＦ（Surface Stab
ilized Ferroelectric））、ＥＣＢ方式等による液晶材
料を高分子壁の中に閉じ込めた構成、又は、液晶層を部
分的に仕切った構成を有する液晶表示素子と同様の効果
が得られる。従って、液晶表示素子の大画面化及びフィ
ルム化を図ることができる。特に、液晶表示素子のフィ
ルム化を図る場合、基板材料として硝子のほかにフィル
ムも利用できる。

【００４０】（駆動方法）作成されたセルは、単純マト
リクス駆動、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。

【００４１】

【実施例】以下、本発明の実施例を示すが、本発明は、
これに限定されるものではない。（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１
４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１
２、１３上には、高分子膜１７、１８がそれぞれ形成さ
れている。各高分子膜１７、１８の形状は、後述され
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を含んで各絵素
１９が構成される。

【００４２】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。

【００４３】一対のガラス基板（板厚１．１ｍｍ）１
２、１３上に、ＩＴＯ（酸化インジュウムおよび酸化ス
ズの混合物、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。

【００４４】作成された前記セルの上に、図２に示すホ
トマスク２５をセル上面に配置する。このホトマスク２
５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。

【００４５】さらに、前記セル中に、光硬化性樹脂材料
（例として、Ｒ−６８４（日本化薬社製）：スチレン：
イソボルニルメタクリレート＝１０：５：８５）０．１
ｇと、液晶材料、例として、ＺＬＩ−４７９２（メルク
社製：Ｓ−８１１０．４重量％含有）１．９ｇと、光
重合開始剤、例としてIrugacure６５１の０．００２５
ｇとを混合した混合物を作成した。具体的には、該混合
物を透明状態（３５℃）でセル中に注入し、その後、同
じ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の下の１０ｍＷ
／ｃｍ²の位置に於て、（１秒ＵＶ光照射、３０秒照射
無し）の照射サイクルを２０サイクル行った。その後、
１０分間ＵＶ光を照射し、さらに、１０分間前記ホトマ
スク２５を取り除いてＵＶ光を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。

【００４６】このようにして、前記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、部分的に上下の
表示基板２０、２１間に亘って、前記光硬化性樹脂材料
が硬化して形成された高分子壁が形成されている領域も
存在するが、液晶表示素子１１全体としては、図１に示
すように、実質的に前記高分子壁が形成されていない構
造であった。かつ、図３及び図４に示すように、液晶ド
メインが部分的に放射状に形成されていた。

【００４７】以下に、液晶表示素子１１の絵素毎の構成
を詳述する。図３は、液晶表示素子１１の一部の平面図
であり、図４（１）は図３の切断面線Ａ−Ａから見た断
面図であり、図４（２）は図３の切断面線ＢーＢから見
た断面図である。各絵素１９は、実質的に前記絵素電極
１５を被覆する範囲に形成される。また、各絵素１９の
範囲内の前記高分子膜１７、１８には、各絵素１９のほ
ぼ中心部に突起２６が形成され、また、各絵素１９の周
縁部に於て、この周縁部に沿って隆起が実質的に連続し
ている突条２７が形成されている。更に、前記突起２６
から突条２７の間に、放射状の、或は比較的ランダムな
形状の複数の放射状突条２８が形成されている。前記突
起２６、突条２７及び放射状突条２８の間に於て、各電
極１５、１６上に比較的薄膜の薄膜部２９が形成され
る。この薄膜部２９が、液晶層１４の液晶分子に対する
配向膜となる。

【００４８】また、絵素１９の範囲内の液晶層１４に於
て、前記薄膜部２９に相当する部分に前記液晶ドメイン
３０がそれぞれ形成され、前記突起２６、突条２７及び
放射状突条２８に相当する部分に、これらの形状に対応
して放射状或はランダムな形状にディスクリネーション
３１が形成される。

【００４９】作成した液晶表示素子１１の前後に、偏光
軸が相互に直交する２枚の偏光板をそれぞれ貼り合わせ
て、液晶層１４が高分子膜１７、１８に挟まれた液晶表
示素子１１を作成した。作成した液晶表示素子１１の電
気光学特性は、下記の表１に示した。表１中で、中間調
における反転現象の項目では、○印：反転現象が起こら
ない状態、×印：容易に反転現象を観察できる状態、△
印：辛うじて反転現象が観察される状態を示している。

【００５０】（比較例１）実施例１で使用したセル内
に、光硬化性樹脂（Ｒ−６８４（日本化薬製）：スチレ
ン：イソボルニルメタクリレート＝１０：５：８５）の
０．１５ｇと、液晶材料ＺＬＩ−４７９２（メルク社
製：Ｓ−８１１０．４重量％含有）の０．８５ｇと、
光開始剤Irugacure６５１の０．００２５ｇとを混合し
た混合物を注入した。その後、前記実施例１と同様に、
液晶層１４が高分子膜１７、１８で挟まれた液晶表示素
子を作成した。下記の表１に特性を示す。

【００５１】（比較例２）上記セルに対して、光硬化製
樹脂０．００１ｇと、液晶材料１．２ｇと、光重合開始
剤Irugacure６５１の０．００２５ｇとを混合した混合
物を使用して、液晶表示素子を作成した。

【００５２】下記表１に於て、・ヒステリシスは、液晶層１４への駆動電圧−透過率曲
線の内、透過率変化が５０％になる駆動電圧の昇圧時と
降圧時との電圧値の差で定義する。

【００５３】・光線透過率は、２枚の偏光板を偏光軸が
平行となるように揃えたときを１００％として測定し
た。

【００５４】

【表１】

【００５５】図５は、本実施例の液晶表示素子１１の断
面図である。例えば、ＴＮ型液晶表示素子１１に於て、
液晶層１４の液晶分子１４ａは、絵素１９内に於て、前
述したように、放射状或はランダム状に配向している。
従って、電源３２からの駆動電圧の印加時に於いて、図
５（３）に示されるように、液晶分子１４ａは、前記突
条２７に沿って、前記配向状態のままで立ち上がる。そ
のため、中間調表示時において、液晶分子１４ａが立ち
上がる場合、図５（２）に示されるように、絵素１９の
中心部に関して放射状或はランダム状に液晶分子１４ａ
が傾斜する。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１４ａを見た場合、見かけの屈折率が均
一化されることになる。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均一化され、従来
技術で述べたような、画像の反転現象などの表示異常を
防止することができ、視野角特性を格段に向上すること
ができる。

【００５６】以上のように、本実施例に於て、液晶表示
素子１１の一対の表示基板２０、２１の間の液晶材料と
光硬化性樹脂と光重合開始剤との混合物に、液晶表示素
子１１の各絵素１９にほぼ対応した面積の弱照度領域を
有する光により、光硬化性樹脂を硬化させるようにし
た。このとき、本実施例に於て、前記混合物中における
光硬化性樹脂の添加量を、従来技術における添加量より
も減少させる事により、光硬化時に、前記液晶表示セル
の上下の表示基板２０、２１間に、高分子材料からなる
高分子壁をほとんど形成せずことなく、液晶表示素子１
１を作成することができる。

【００５７】このとき、前記一対の表示基板２０、２１
間における前記混合物中に於て、光硬化性樹脂は、光の
照射領域で重合反応を生じる。これにより、前記照射領
域に於ける混合物中の未反応樹脂の濃度が低下する。前
記混合物中の濃度勾配に従って物質移動が行われる。混
合物の移動中に、散乱光や反射光により一部重合反応が
生じる。従って、絵素１９の中心から絵素１９の周辺部
の前記照射領域に向けて物質移動が行われつつ、前記一
対の基板２０、２１上に高分子膜１７、１８が形成され
る。

【００５８】本実施例の液晶表示素子１１の絵素１９の
液晶層１４に於て、液晶分子１４ａがランダム状又は放
射状に配向している。従って、従来技術のＴＮ型液晶セ
ルのように、電圧印加時に一方向に液晶分子が配列する
事が防止される。特に、中間調表示を行う際に、本発明
の液晶表示素子を見る全ての方向で、見かけ上の屈折率
がほぼ均一になるために、前記液晶セルの視野角特性が
著しく改善される。

【００５９】さらに、本実施例の液晶表示素子１１に於
て、前記一対の基板２０、２１の間に亘る高分子壁が形
成されていないので、液晶分子１４ａと高分子材料間の
相互作用の量を低下することができる。これにより、液
晶分子１４ａの応答速度を増大することができ、ヒステ
リシス特性を改善することができる。

【００６０】この様にして、本実施例の液晶表示素子１
１に於て、画像の明度を向上することができ、かつ表示
品位が格段に向上される。更に、製造方法を簡略化する
ことができる。

【００６１】本発明の液晶表示素子は、具体的には、広
視野角を生かした平面ディスプレー、例として、パソコ
ン、ワープロ、アミューズメント機器及びテレビジョン
受信機に用いることができ、また、シャッタ効果を利用
して各種表示板、窓、壁等に利用することが出来る。

【００６２】また、本実施例の液晶表示素子は、セル内
に多数の高分子壁に囲まれたマイクロ液晶セルが存在す
るため、外圧に強いという特性を有している。従って、
ペン入力装置用の液晶表示素子として使用することがで
きる。

【００６３】

【本発明の効果】本発明は、１絵素内に多方向に液晶分
子が配向できる配向膜を有する素子に関する発明であ
り、液晶分子が全方位的に配向するために、従来の液晶
表示素子で問題となっていた視角方向によるコントラス
トの激変を改善することができ、かつ、高分子壁を実質
的に形成していないため高分子壁に原因があると思われ
るヒステリシスが改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】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

【図２】本実施例で使用されたホトマスク２５の平面図
である。

【図３】液晶表示素子１１の一部の平面図である。

【図４】図３の切断面線Ａ−Ａ及び切断面線ＢーＢから
見た断面図である。

【図５】本実施例の液晶表示素子１１の動作を説明する
断面図である。

【図６】従来技術のＴＮ型液晶表示素子１の断面図であ
る。

【図７】他の従来技術の液晶表示素子の断面図である。

【符号の説明】

１１液晶表示素子１２、１３ガラス基板１４液晶層１４ａ液晶分子１５絵素電極１６共通電極１７、１８高分子膜１９絵素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1333 - 1/1334 G02F 1/1337 - 1/1337 530

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透光性である一対の基
板間に液晶層が挟まれており、各基板上に配向膜となる
高分子膜がそれぞれ設けられるとともに、一方の基板上
にマトリクス状に複数の絵素電極が配列された液晶表示
素子において、各高分子膜の表面には、各絵素電極の周縁部の全周に沿
って突条がそれぞれ設けられるとともに、各突条にて囲
まれる領域に対応した液晶領域内に液晶分子が放射状ま
たはランダムに配向した液晶ドメインになっていること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】前記各高分子膜の表面における前記各突
条にて囲まれた領域には、複数の突条がそれぞれが放射
方向に沿って、または、ランダムに設けられている請求
項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】前記液晶ドメインは、各高分子膜にそれ
ぞれ設けられた放射状またはランダムに設けられた突条
の間に対応して設けられている請求項２に記載の液晶表
示素子。
【請求項４】少なくとも一方が透光性である一対の基
板間に液晶層が挟まれており、各基板上に配向膜となる
高分子膜がそれぞれ設けられるとともに、一方の基板上
にマトリクス状に複数の絵素電極が配列された液晶表示
素子の製造方法であって、前記一対の基板間に、液晶材料化合物、光硬化性樹脂お
よび光重合開始剤を少なくとも含む混合物を注入する工
程と、前記混合物に対して、各絵素電極の周囲に沿って高分子
膜の突条が形成されるように、前記各絵素電極に対応す
る部分が他の部分よりも強度の低い弱照射領域となった
光を照射する工程と、を包含することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項５】前記液晶材料化合物、光硬化性樹脂およ
び光重合開始剤を含む混合物中の光硬化性樹脂含有量
が、１０重量％〜０.１重量％である請求項４に記載の
液晶表示素子の製造方法。