JP3092896B2 - 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、液晶表示素子及びその
製造方法に関する。更に詳しくは、液晶領域が高分子壁
に囲まれた液晶表示素子及びその製造方法に関する。

【０００２】 液晶領域内の液晶分子が軸対称状に配
向 本素子は、液晶分子の配向状態が軸対称状であるために
液晶表示素子の視野角特性が改善される。具体的には、
広視野角を生かした平面ディスプレー（パーソナルコン
ピュータ、ワードプロセッサ、アミューズメント機器、
テレビジョン受信機等）、シャッタ効果を利用した表示
板、窓、扉、壁等に利用することが出来る。

【０００３】 液晶領域内の液晶分子が少なくとも一
方の基板上で一方向に配向 本素子は、従来使用されているＴＮ、ＳＴＮモードなど
配向膜の配向規制力を使用して液晶分子を一方の基板上
で配向させるモードを高分子壁中に作成して、外圧に対
するセルギャップの変動による表示特性の劣化を防止し
たセルである。本素子の外圧に強い特性を生かし、ペン
入力型表示素子、携帯情報端末素子などに利用できる。

【０００４】

【従来の技術】従来、液晶表示素子としては種々の表示
モードを利用したものが存在する。例えば、電気光学効
果を適用した液晶表示素子では、ネマティック液晶を用
いたツイスティッドネマティック（ＴＮ）型やスーパー
ツイスティッドネマティック（ＳＴＮ）型の液晶表示素
子が実用化されており、また、強誘電性液晶（ＦＬＣ）
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、また配向処理をも要す
る。

【０００５】一方、偏光板を必要としない液晶表示素子
としては、動的散乱（ＤＳ）効果や相転移（ＰＣ）効果
を適用したものがある。これらのセルは、基本的に高分
子壁を表示領域内に持たない構造である。

【０００６】さらに最近では、偏光板を必要とせず、し
かも液晶の配向処理が不要な液晶表示素子として、液晶
の複屈折性を利用し、透明又は白濁状態を電気的にコン
トロールする方式のものが提案されている。この方式の
液晶表示素子は、２つの対向する基板の間に、液晶滴が
高分子材料中に分散されてなる表示媒体が狭持された構
成であり、所謂高分子分散型の液晶表示素子と称され
る。この高分子分散型の液晶表示素子は、基本的には、
電圧を印加すると液晶分子の配向が一様となって、液晶
分子の常光屈折率と支持媒体である高分子材料（ポリマ
ー）の屈折率とが一致して透明状態を得、電圧を印加し
ないときには液晶分子の配向の乱れにより光散乱状態が
生じて不透明状態を得ることにより表示を行うものであ
る。

【０００７】提案されている製造方法としては、特表昭
５８−５０１６３１号公報に液晶をポリマーカプセルに
包含する方法、例えば、特表昭６１−５０２１２８号公
報には、液晶材料と光重合性材料または熱重合性材料か
らなる重合性材料とを混合し、この混合材料中の重合性
材料を硬化させて液晶材料を析出させることにより、高
分子材料中に液晶滴を形成する方法が開示されている。
これらの従来技術は、散乱−透過を電気的に制御して表
示を実現するモードの素子である。

【０００８】偏光板を用いる素子で視野角を改善する素
子として特開平４−３３８９２３号公報および特開平４
−２１２９２８号公報に、上記高分子分散型液晶素子を
直交偏光板中に挟む素子が開示されている。該素子は、
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明るさがＴＮモードに
比べて１／２と低く利用価値が低いという問題点を有し
ている。このような液晶材料と高分子材料との界面で生
じる散乱によるコントラストの低下は、絵素内における
液晶材料と高分子材料との界面をできる限り少なくし、
かつ１絵素に少なくとも１つの液晶領域が存在するよう
に液晶領域の配置および大きさの制御を行うことができ
れば解決することができる。しかし、現状では、液晶領
域の形成に当たって、重合性材料の硬化反応を成り行き
にまかせて行ったり、光の照射強度にむらを設けて照射
することにより行っている。このため、漏れ光などが生
じて高分子材料が絵素内に入り込んでしまい、液晶領域
の配置および大きさを高精度に制御するまでに至ってい
ない。

【０００９】さらに、液晶材料の配向状態を高分子材料
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号公
報に開示されている。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み、
かつ、液晶ドメイン間のディスクリネーションラインが
ランダムに発生し、電圧印加時においても消滅すること
がない。これらの理由により該従来技術の液晶表示素子
は、コントラストが低い。具体的には、電圧無印加時の
光線透過率が低く、また、電圧印加時の黒レベルが低い
という表示上の不具合がある。

【００１０】液晶表示素子の作製を目的に、単一相にあ
る液晶材料と重合性材料（プレポリマー、樹脂材料）の
混合物から素子を作製する事は、従来から行われてい
る。例として、本願の液晶表示モードとはまったく異な
る液晶表示モードである散乱の利用による表示方式を実
現する液晶表示素子において行われている。この従来の
方法は、化学的な重合過程によって、プレポリマー成分
が高分子材料となって除かれることにより、液晶材料
が、基本的にはランダムに析出を開始する。更に、重合
が進むと、残りのプレポリマー成分が高分子材料となっ
て、液晶領域を取り囲む。或いは、液晶材料中に網目状
のネットワークを形成する。このときの液晶領域や高分
子領域の配置や形状は、重合速度と関係はあるが、上記
の制御目的を達成するには不十分である。なぜなら、液
晶材料の析出が開始される核の位置はランダムである。
この核の位置を出発点にして液晶相が成長し、この核の
位置が保たれたまま液晶領域となる。前記核の位置がラ
ンダムであれば、作製後の位置を制御出来ない。更に、
また、表示領域における散乱を防止するために、絵素と
同サイズかその２分の１程度のサイズの独立した液晶領
域を形成する必要がある。重合速度による液晶領域のサ
イズの制御は、液晶領域が大きい場合には、重合速度が
小さい速度領域で制御する必要があり、この為には、混
合物の反応速度を決定するファクターである、基板の温
度、反応熱、材料の混合比や純度等の厳密な管理が必要
になり、製造に極めて手間を要するという問題点を有し
ている。

【００１１】上述したように液晶領域を分散した高分子
液晶複合体を使用する、高分子分散型の各液晶表示素子
は、その製造法上、液晶領域の形状が均一でなく、かつ
基板表面に沿った方向における液晶領域の位置を正確に
規制することが困難であった。また、液晶領域の位置を
精度よく規制できないために、液晶領域ごとの駆動電圧
が異なり、そのため電気光学特性におけるしきい値に関
する特性変化の急峻性が欠落し、かつ相対的に駆動電圧
が高くなっていた。これにより、表示品位が低くなると
いう問題点がある。

【００１２】また、上述したごとく液晶領域の形状が均
一でなく、かつ基板面に沿った方向における液晶領域の
位置配置を高精度に規制することが難しいため、高精細
な状態で大画面化することが困難であった。加えて、液
晶領域の形状が均一でなく、かつ基板面に沿った方向に
おける液晶領域の位置配置を高精度に規制することが難
しいため、液晶表示素子を駆動させる方式が信号をオ
ン、オフさせて平均化された信号レベルによって駆動さ
せるデューティー駆動方式である場合において、液晶材
料を駆動するための閾値電圧にバラツキが生じ、そのた
め電気光学特性の急峻性が低下することに起因して、そ
のデューティー比を大きくすることが困難であった。

【００１３】このような問題を有した従来の液晶表示素
子に対して、本件発明者は新たな表示モードの液晶表示
素子を見いだしている。その１つは液晶材料と高分子材
料とをさらに明確に区分し、絵素部に液晶材料、非絵素
部に高分子材料を配置し、またこの高分子材料を対向す
る２枚の基板を連結するような形状に配置し、高分子壁
として一種のスペーサの役目を持たせてパネルの耐衝撃
性を向上させることが可能となる新規液晶素子である。
この表示モードの液晶表示素子を形成する製造方法とし
て、本件発明者は今までに以下の２つの方法を提案して
いる。

【００１４】まず１つめの液晶表示素子の製造方法が特
願平５−３０９９６号において提案されている。この提
案の製造方法は、対向配設した一対の基板間に液晶材料
と光重合性材料と光重合開始剤との混合物を注入し、そ
の後に絵素部分が遮光部となるようにフォトマスクを一
方の基板上に被せ、フォトマスク側から紫外線を混合物
に照射することにより、光弱照射領域である絵素部分に
液晶領域が集まり、光強照射領域である絵素以外の部分
に高分子材料が集まるようにし、液晶領域と高分子壁と
からなる表示媒体を有するようにした液晶表示素子の製
造方法である。この提案された液晶表示素子の製造方法
において、フォトマスクを使用して絵素部分を遮光部と
するため、液晶領域を目的とする絵素部分に凝集するこ
とができる。

【００１５】また、本件発明者は、特願平６−２５４８
５号において、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）電極をフ
ォトマスクとするセルフアライメント法を用いた製造方
法を提案している。この提案された技術は、ＩＴＯ電極
が紫外光を吸収する性質を利用し、ＩＴＯ電極をフォト
マスクとし、ＩＴＯ部と非ＩＴＯ部との紫外線透過率差
を利用して光の強領域と弱領域を形成し、絵素部に液晶
材料を凝集させる製造方法である。

【００１６】本件発明者は、絵素部に高分子材料を残さ
ないように完全に相分離を行うこと、つまり液晶領域と
高分子領域（高分子壁）を完全に独立させることを目標
として技術開発を行っているが、実際には液晶材料と高
分子材料とを完全に相分離することには困難さが伴う。
つまり、液晶材料内に高分子材料が取り残されたり、高
分子壁内に液晶材料が取り残されたりする場合が多いか
らである。前者の場合は、取り残された高分子材料は液
晶パネルの開口率を低下させる。また配向膜上に高分子
材料が残ることで配向状態を悪化させ、液晶の光学特
性、つまり応答速度の低下およびコントラストの低下を
招く。一方、後者の場合は、非絵素部で光散乱が生じ、
また高分子壁の機械的強度が低くなり、耐衝撃性の効果
が低下することが懸念されている。このように、液晶材
料と高分子材料との分離性が悪いと上記のような問題が
生じる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平４−２１２
９２８号公報に開示されている製造方法は、相分離を利
用して液晶領域を形成しているので、液晶領域径を精密
に制御したり、平面的な液晶領域の配置を精密に制御す
ることが困難であった。

【００１８】従来の偏光板を利用した液晶表示素子で
は、視野角特性が悪く広角で見る液晶表示素子には向か
なかった。例えば、ＴＮ（ツイスティッドネマティッ
ク）液晶表示素子では、図７に示される構成を有してい
る。具体的には、図７（ａ）に示されるように、基板
１、２の間に初期配向が９０゜捩れ、且つ一方向に液晶
分子１０がある角度（プレチルト角）をもって立ち上が
っている液晶９が挟まれた構造を有している。交流電源
１１による電圧印加時に同一方向に液晶分子１０が立ち
上がって、図７（ｃ）に示されるように基板１、２の法
線方向と平行になる場合、その中間段階で同一方向に液
晶分子１０が傾くために、図７（ｂ）に示すように矢符
Ａ方向と矢符Ｂ方向とから液晶分子１０を見た場合、見
かけの屈折率が異なる。このためにそれぞれの方向Ａ、
Ｂから見た表示のコントラストが大きく異なり、極端な
場合には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、視角特性が悪いことが問題
となっている。

【００１９】最近、本発明者らが、特願平５−７８３７
８号において、液晶セル中の液晶材料と光重合性材料と
の混合物に規則的なＵＶ（紫外線）照射むらを有する紫
外線を照射して、液晶材料と高分子材料を規則的に相分
離させた素子を提案している。本素子は、液晶ドメイ
ン、あるいは液晶分子を軸対称状に配向させることによ
り素子の視角特性を飛躍的に向上させている。

【００２０】本素子では、図８（ａ）に示されるよう
に、基板１、２の間に高分子壁８に囲まれた液晶領域７
が絵素毎に形成される。基板１、２の前記液晶領域７と
対向する領域には、薄膜１３、１４が形成される。前記
液晶領域７は、複数のドメイン１２を有しており、各ド
メイン１２毎に初期配向が９０゜捩れ、且つ一方向に液
晶分子１０がある角度（プレチルト角）をもって立ち上
がっている構造を有している。交流電源１１による電圧
印加時に同一方向に液晶分子１０が立ち上がって、図８
（ｃ）に示されるように基板１、２の法線方向と平行に
なる場合、その中間段階で、図８（ｂ）に示すように、
電源１１による電圧印加時に、液晶分子１０と高分子壁
８との相互作用により液晶分子１０が基板１、２に対し
て垂直な成分を有するように立ち上がっていく。このた
めに、見かけ上の屈折率が矢符Ａ方向と矢符Ｂ方向の位
置でほぼ同じ状態になり視角特性の改善に大きな効果が
ある。

【００２１】しかし、絵素内の液晶分子１０に視角特性
改善に最も効果のある軸対称状の配向を取らせるために
は、絵素の中央部に高分子材料の壁あるいは柱が必要で
あり、事実上液晶領域７が減少し電圧ＯＦＦ時の光線透
過率が減少する。さらに、液晶ドメイン１２間のディス
クリネーションライン１５を制御することができず、電
圧印加時においてもディスクリネーションライン１５を
消滅させることができず、コントラストが低くなる。

【００２２】さらに、液晶領域においても図９に示すよ
うに、液晶領域７と各基板１、２との間に、液晶材料と
高分子材料とが混合した領域８ａが存在する。この領域
８ａに於ける液晶分子は外部電界に応答しない。このた
めに、各基板１、２の電極３、４の間に印加される電圧
が飽和電圧の時であっても、この領域８ａにおいて、高
分子材料中に取り込まれた液晶分子の複屈折性のために
光漏れが生じ、液晶表示素子のコントラストの低下の原
因となっていた。

【００２３】また、マスク露光により液晶材料と高分子
材料を相分離しているため、パターン精度を維持するた
めに平行光源を有する紫外線照射装置を使用する必要が
あり、製造上固定費の上昇につながっていた。

【００２４】以上のように、従来では液晶材料と高分子
材料とを如何に明確に相分離させるかが大きな課題とな
っている。

【００２５】本発明は、上記各従来技術の問題点を解決
すべくなされたものであり、その第１の目的は、液晶材
料と高分子材料との相分離を明確にし、液晶領域の配置
および大きさを制御して、高コントラストで視角特性が
格段に改善され、外圧に対する表示特性変化が抑制され
た液晶表示素子を提供することであり、第２の目的は製
造時の位置合わせ精度を向上でき、かつ製造工程を簡略
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
ことである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、表面自由エネルギーが相互に異なる複数の領域が規
則的パターンで形成された少なくとも一つの基板を含む
一対の基板と、該一対の基板に挟まれ、第１の表面自由
エネルギーが定められた一部の複数の領域の上に形成さ
れ、重合性材料が硬化してなる高分子材料からなる高分
子壁と、該一対の基板に挟まれ、第２の表面自由エネル
ギーが定められた他の一部の複数の領域の上に形成さ
れ、該高分子壁に実質的に囲まれた液晶材料からなる複
数の液晶領域とを備え、該一部の複数の領域、該他の一
部の複数の領域、該高分子壁及び該液晶領域は、該第１
の表面自由エネルギーγ_p、第２の表面自由エネルギー
γ_E、該液晶材料の表面自由エネルギーγ_LC、および該
高分子材料の表面自由エネルギーγ_Mが、関係式 （γ_E−γ_P）×（γ_LC−γ_M）＞０ ・・・（１） を満たす組み合せに選ばれており、そのことにより上記
目的が達成される。

【００２７】前記第１の表面エネルギーが、前記第２の
表面自由エネルギーより低くてもよい。

【００２８】絵素部における前記一対の基板のギャップ
ｄ₁と、少なくとも該絵素部以外の一部の該一対の基板
のギャップｄ₂とが、ｄ₁＞ｄ₂の関係にあるようにこう
せいしてもよい。

【００２９】前記ギャップｄ₁、ｄ₂は、関係 ０．１×ｄ₁＜ｄ₂＜０．９×ｄ₁ ・・・（２） を満足するように選ばれていてもよい。

【００３０】前記液晶表示素子がアクティブマトリクス
表示素子であって、前記一対の基板のうちアクティブ素
子を有する基板が、前記絵素部以外の部分に遮光領域を
有し、該一対の基板のうちの他方の基板が、少なくとも
該絵素部以外の一部分に紫外線を部分的に透過する領域
を有する構成としてもよい。

【００３１】また、本発明の液晶表示素子は、対向配設
された一対の基板と、該一対の基板間に設けられ、高分
子壁と該高分子壁に包囲された複数の液晶領域とを有す
る表示媒体と、該一対の基板の少なくとも一方の基板の
該表示媒体側表面における絵素部以外の少なくとも一部
に形成され、該絵素部以外の表面自由エネルギーの値を
該絵素部の表面自由エネルギーの値よりも小さくするた
めの薄膜と、を備えており、そのことにより上記目的が
達成される。

【００３２】前記絵素の７０％以上が、該絵素の面積の
３０％以上の大きさである前記液晶領域を１絵素内に少
なくとも１つ保有してもよい。

【００３３】前記絵素部以外の表面自由エネルギーが７
５ｍＮ／ｍ以下としてもよい。

【００３４】前記絵素部以外の表面自由エネルギーと前
記絵素部の表面自由エネルギーとの差が、１５ｍＮ／ｍ
以上としてもよい。

【００３５】

【００３６】

【００３７】また、本発明の液晶表示素子の製造方法
は、少なくとも一方が透光性を有する２枚の基板を有
し、該２枚の基板間に液晶材料と高分子材料で構成され
た規則的なパターン状の空間構造体を有する複合体が挟
持された液晶表示素子の製造方法であって、該液晶表示
素子作成時において該空間構造体を制御する手段とし
て、該素子を構成する系の自由エネルギーを空間的に制
御する手段を用い、該自由エネルギーを空間的に制御す
る手段として、少なくとも一方の該基板の該複合体側界
面と、該複合体構成成分の少なくとも１成分との界面自
由エネルギーを制御する手段を用い、該界面自由エネル
ギーの制御として、感光性樹脂を用い、そのことにより
上記目的が達成される。

【００３８】また、本発明の液晶表示素子の製造方法
は、少なくとも一方が透光性を有する２枚の基板を有
し、該２枚の基板間に液晶材料と高分子材料で構成され
た規則的なパターン状の空間構造体を有する複合体が挟
持された液晶表示素子の製造方法であって、該液晶表示
素子作成時において該空間構造体を制御する手段とし
て、該素子を構成する系の自由エネルギーを空間的に制
御する手段を用い、該自由エネルギーの空間的な制御と
して、該２枚の基板間の空隙の距離の制御を行って、素
子作成時に、制御された秩序構造にある場合の該複合体
構成材料の相分離界面の表面積が、無秩序構造にある場
合での該表面積と比較して、小さくなるように基板を構
成し、該相分離界面の界面自由エネルギーの制御を用
い、そのことにより上記目的が達成される。

【００３９】また、本発明の液晶表示素子の製造方法
は、少なくとも一方の基板が、表面自由エネルギーが相
互に異なる複数の領域を有し、低表面自由エネルギーの
領域の表面自由エネルギーが７５ｍＮ／ｍ以下である、
あるいは該複数の領域の表面エネルギー差が１５ｍＮ／
ｍ以上である２枚の基板間に注入された、少なくとも液
晶材料、光重合性材料を含む混合物に、紫外線を照射す
ることにより、重合反応に伴う相分離を起こさせ、規則
的に高分子材料と液晶材料とを分布させる、液晶表示素
子の製造方法。

【００４０】電圧および磁場の少なくとも一方を印加し
ながら液晶材料と高分子材料とを相分離させるようにし
てもよい。

【００４１】前記光重合性材料が液晶性重合モノマーを
含有するようにしてもよい。

【００４２】前記光重合性材料の表面自由エネルギーが
４０ｍＮ／ｍ以下であってもよい。前記液晶材料と前記
光重合性材料との前記混合物の均一化温度（Ｔ_iso）以
上からＴ_iso以下に、前記２枚の基板間に該混合物が充
填された液晶セルを徐冷し、該液晶材料が析出してから
該光重合性材料を硬化するようにしてもよい。

【００４３】また、本発明の液晶表示素子の製造方法
は、対向配設された一対の基板の間に、高分子壁に包囲
された複数の液晶領域を有する表示媒体が設けられた液
晶表示素子の製造方法において、少なくとも一方の基板
の絵素部以外の少なくとも一部に薄膜を形成する工程
と、該一対の基板を、該薄膜を内側に配し、かつ間隙を
設けて対向させて、貼り合わせる工程と、該間隙に、液
晶材料、光重合性材料および光重合開始剤を少なくとも
含む混合材料を注入する工程と、該混合材料に紫外線を
照射して該高分子壁に包囲された複数の液晶領域からな
る表示媒体を形成する工程とを含み、そのことにより、
上記目的が達成される。

【００４４】前記混合材料に紫外線を照射する際に、該
混合材料の前記絵素部に対応する部分をフォトマスクで
覆い、該フォトマスクで覆われた部分の紫外線強度が、
照射される紫外線強度の８０％以下となるようにしても
よい。

【００４５】電圧および磁場の少なくとも一方を印加し
ながら液晶材料と高分子材料とを相分離させるようにし
てもよい。

【００４６】前記光重合性材料が液晶性重合モノマーを
含有するようにしてもよい。

【００４７】前記光重合性材料の表面自由エネルギーが
４０ｍＮ／ｍ以下であってもよい。また、本発明の液晶
表示素子の製造方法は、少なくとも一方の基板が、表面
自由エネルギーが相互に異なる複数の領域を有し、低表
面自由エネルギーの領域の表面自由エネルギーが７５ｍ
Ｎ／ｍ以下である、あるいは該複数の領域の表面エネル
ギー差が１５ｍＮ／ｍ以上である２枚の基板間に注入さ
れた、少なくとも液晶材料、熱重合性材料を含む混合物
を加熱することにより、重合反応に伴う相分離を起こさ
せ、規則的に高分子材料と液晶材料とを分布させてお
り、そのことにより上記目的が達成される。

【００４８】電圧および磁場の少なくとも一方を印加し
ながら液晶材料と高分子材料とを相分離させるようにし
てもよい。

【００４９】前記熱重合性材料が液晶性重合モノマーを
含有するようにしてもよい。

【００５０】前記熱重合性材料の表面自由エネルギーが
４０ｍＮ／ｍ以下であってもよい。前記液晶材料と前記
熱重合性材料との前記混合物の均一化温度（Ｔ_iso）以
上からＴ_iso以下に、前記２枚の基板間に該混合物が充
填された液晶セルを徐冷し、該液晶材料が析出してから
該熱重合性材料を硬化するようにしてもよい。

【００５１】

【００５２】

【００５３】また、本発明の液晶表示素子の製造方法
は、電極が形成された少なくとも一方が透明な一対の基
板間に液晶材料と高分子材料が挟持された液晶表示素子
の製造方法において、該液晶材料と該高分子材料からな
る複合膜が接する基板の界面が規則的なパターン状に選
択的に改質されており、該液晶材料と該高分子材料から
なる該複合膜が接する基板の界面に配向膜が形成されて
おり、該配向膜がラビング処理されていて、該電極の高
低差によって生じるラビング強度差によって選択的に配
向膜表面の改質が行われ、そのことにより上記目的が達
成される。

【００５４】また、本発明の液晶表示素子の製造方法
は、電極が形成された少なくとも一方が透明な一対の基
板間に液晶材料と高分子材料が挟持された液晶表示素子
の製造方法において、該液晶材料と該高分子材料からな
る複合膜が接する基板の界面が規則的なパターン状に選
択的に改質されており、該液晶材料と該高分子材料から
なる該複合膜が接する基板の界面に配向膜が形成されて
おり、該配向膜の特定領域に被膜が形成されており、そ
のことにより上記目的が達成される。

【００５５】また、本発明の液晶表示素子の製造方法
は、電極が形成された少なくとも一方が透明な一対の基
板間に液晶材料と高分子材料が挟持された液晶表示素子
の製造方法において、該液晶材料と該高分子材料からな
る複合膜が接する基板の界面が規則的なパターン状に選
択的に改質されており、該電極が形成された基板上に配
向膜を形成する工程と、該配向膜上の特定領域に被膜を
形成する工程と、該配向膜及び該被膜をラビング処理す
る工程とを含み、そのことにより上記目的が達成され
る。

【００５６】

【作用】請求項１の発明によれば、液晶表示素子は一対
の基板を備え、該一対の基板の少なくとも一つの基板に
は、表面自由エネルギーが相互に異なる複数の領域が規
則的パターンで形成されている。前記一対の基板に挟ま
れた重合性材料が硬化してなる高分子壁は、第１の表面
自由エネルギーが定められた一部の複数の領域の上に形
成されている。また、該一対の基板に挟まれた複数の液
晶領域は、第２の表面自由エネルギーが定められた他の
一部の複数の領域の上に形成され、該高分子壁に実質的
に囲まれている。

【００５７】ここで、該一部の複数の領域、該他の一部
の複数の領域、該高分子壁及び該液晶領域は、該第１の
表面自由エネルギーγ_p、第２の表面自由エネルギー
γ_E、液晶材料の表面自由エネルギーγ_LC、および重合
性材料の表面自由エネルギーγ_Mが、関係式 （γ_E−γ_P）×（γ_LC−γ_M）＞０ ・・・（１） を満たす組み合せに選ばれている。

【００５８】これにより、第２の表面自由エネルギーγ
_E＞第１の表面自由エネルギーγ_p、且つ液晶材料の表面
自由エネルギーγ_LC＞重合性材料の表面自由エネルギー
γ_Mが成立する。或いは、第２の表面自由エネルギーγ_E
＜第１の表面自由エネルギーγ_p、且つ液晶材料の表面
自由エネルギーγ_LC＜重合性材料の表面自由エネルギー
γ_Mが成立する。前記第１の表面自由エネルギーγ_p、第
２の表面自由エネルギーγ_E、液晶材料の表面自由エネ
ルギーγ_LC、重合性材料の表面自由エネルギーγ_Mの間
の大小関係が前記２つの場合のいずれであっても、液晶
材料は前記一部の複数の領域に実質的に形成され、高分
子材料は前記他の一部の複数の領域に実質的に形成され
る。従って、前記液晶材料および高分子材料が明瞭に相
分離されることになる。

【００５９】請求項２の発明によれば、液晶表示素子２
枚の電極基板を備え、その内の少なくとも一方は透明で
ある。このとき、少なくとも一方の電極基板間には、高
分子材料からなる壁と、前記壁に接触された液晶領域と
を有している。前記少なくとも一方の基板上に表面自由
エネルギーの異なる領域が規則的に配置され、表面自由
エネルギーの低い領域に実質的に高分子壁が形成されて
いる。この場合においても、請求項１の発明と同様に、
液晶材料と高分子壁とが明瞭に相分離される。更に、前
記少なくとも一方の電極基板は透明であり、従って、表
面自由エネルギーに基づく相分離に加えて、前記液晶材
料と高分子材料とに光を照射するなどする相分離処理を
も併せて行うことができる。

【００６０】請求項１の発明によれば、液晶表示素子
は、少なくとも一方が透明である２枚の電極基板の絵素
領域のセルギャップｄ₁と少なくとも絵素領域以外の一
部のセルギャップｄ₂とがｄ₁＞ｄ₂の関係にある該電極
基板間に形成された高分子材料により形成された壁に接
触している液晶領域を有する場合がある。この場合、前
記セルギャップが相互に異なる複数の領域を、前記少な
くとも一方の電極基板に形成することによっても、セル
ギャップｄ₁、ｄ₂を有する各領域の表面自由エネルギー
と液晶材料の表面自由エネルギーと高分子材料の表面自
由エネルギーとが前記式（１）に示される関係を満足す
るようにできる。従って、本発明においても前述したよ
うに、液晶材料と高分子材料との明瞭な相分離を達成す
ることができる。

【００６１】請求項１の発明において、上記セルギャッ
プｄ₁、ｄ₂が、関係 ０．１×ｄ₁＜ｄ₂＜０．９×ｄ₁ ・・・（２） を満足するように選ばれている場合がある。セルギャッ
プｄ₁、ｄ₂がこのように選ばれた液晶表示素子において
も前述したように、液晶材料と高分子材料との明瞭な相
分離が行われる。

【００６２】請求項５の発明に於いて、アクティブ素子
を有する基板側の絵素外の部分が遮光領域であり、対向
基板に少なくとも絵素以外の一部分で紫外線を部分的に
透過する領域が存在する場合、セルギャップによる前記
相分離に加えて、前記遮光領域と紫外線を部分的に透過
する領域とを用いて、紫外線照射による相分離を併せて
行うことができる。

【００６３】請求項６の発明によれば、液晶表示素子
は、対向配設された一対の基板の間に、高分子壁に包囲
された複数の液晶領域を有する表示媒体が設けられた構
成を有している。このとき、少なくとも一方の基板の表
示媒体側表面における絵素部以外の一部または全部に薄
膜が設けられ、絵素部以外の表面自由エネルギーの値が
絵素部の表面自由エネルギーの値よりも小さくされてい
る。

【００６４】従って、前記薄膜を設けることにより、基
板の表面に表面自由エネルギーが相互に異なる複数の領
域をそれぞれ設けることができる。これにより、液晶材
料と高分子材料との明瞭な相分離を行うことができる。

【００６５】請求項６の発明に於いて、前記絵素の７０
％以上が、該絵素の面積の３０％以上の大きさである前
記液晶領域を１絵素内に少なくとも１つ保有する状態で
形成された場合、液晶表示素子の開口率を増大すること
ができ、表示上の明度を増大することができる。

【００６６】請求項６の発明に於いて、表面自由エネル
ギーが低い領域の表面自由エネルギーが７５ｍＮ／ｍ以
下である場合でも前述したような液晶材料と高分子材料
との明瞭な相分離を行うことができる。

【００６７】また、請求項６の発明に於いて、表面自由
エネルギーが低い領域と、高い領域との表面エネルギー
差が１５ｍＮ／ｍ以上である場合、この値以上の表面自
由エネルギー差があれば、前述したように液晶材料と高
分子材料との明瞭な相分離を実現することができる。

【００６８】請求項１０の発明によれば、液晶表示素子
作成時において基板の間の空間構造体を制御する手段と
して、素子作成時または事前に、該素子を構成する系の
自由エネルギーを空間的に制御する手段を用いるように
している。従って、前記液晶材料と高分子材料との明瞭
な相分離を行うことができる。

【００６９】請求項１１の発明によれば、前記自由エネ
ルギーの空間的な制御として、少なくとも一方の基板の
前記複合体側界面と、該複合体構成成分の少なくとも１
成分との界面自由エネルギーの制御を用いる場合、前記
少なくとも１成分は予め定められた表面自由エネルギー
を持つ所定の領域に凝集するようにできる。これによ
り、液晶材料と高分子材料との相分離を明瞭に行うこと
ができる。

【００７０】請求項１１の発明に於いて、前記界面自由
エネルギーの制御として、感光性樹脂を基板上に所定の
パターンに形成する場合、液晶材料と高分子材料との相
分離を明瞭に且つ高精度に行うことができる。

【００７１】請求項１１の発明に於いて、前記界面自由
エネルギーの制御として、表面改質を行う場合でも、前
述した液晶材料と高分子材料との相分離を明瞭に行うこ
とができる。

【００７２】請求項１０の発明において、自由エネルギ
ーの空間的な制御として、２枚の基板間の空隙の距離の
制御を行って、素子作成時に、制御された秩序構造にあ
る場合の前記複合体構成材料の相分離界面の表面積が、
無秩序構造にある場合での該表面積と比較して、小さく
なるように基板を構成する場合、相分離が進行するに従
って、前記複合体構成材料が無秩序構造から制御された
秩序構造に移行する場合、前記相分離界面の表面積が次
第に減少する。従って、このような発明に於いても、前
述したような液晶材料と高分子材料との明瞭な相分離を
行うことができる。

【００７３】請求項１５の発明によれば、少なくとも一
方の基板が、低エネルギー表面の表面自由エネルギーが
７５ｍＮ／ｍ以下であるか、或いは低エネルギー領域と
高エネルギー領域の表面エネルギー差が１５ｍＮ／ｍ以
上のいずれかに選ばれている２枚の基板間に注入された
少なくとも液晶材料、光重合性材料を含む混合物に、紫
外線を照射することにより、重合反応に伴う相分離を起
こさせ、規則的に高分子材料と液晶材料とを分布させて
いる。

【００７４】この発明によれば、液晶材料と高分子材料
との相分離を行うに際して、前記自由エネルギーの空間
的な制御による相分離と共に、前記紫外線照射による相
分離をも併せて行うことができ、前記相分離を更に明瞭
に行うことができる。

【００７５】請求項２０の発明によれば、少なくとも一
方の基板の絵素部以外の一部または全部に薄膜を形成
し、両基板を、該薄膜を内側に配し、かつ間隙を設けて
対向させて、貼り合わせる。更に、該間隙に、液晶材
料、光重合性材料および光重合開始剤を少なくとも含む
混合材料を注入し、該混合材料に紫外線を照射して高分
子壁に包囲された複数の液晶領域からなる表示媒体を形
成する。

【００７６】これにより、前記少なくとも一方の基板に
所定のパターンに形成された薄膜により、各基板表面の
表面自由エネルギーを制御することができ、或いは各基
板間の前述したセルギャップを制御することができる。
従って、前述したように、表面自由エネルギーをの制御
を用いる相分離と共に、前記混合材料への紫外線の照射
による相分離をも併せて行うことができ、前記相分離を
更に明瞭に行うことができる。

【００７７】請求項２０の発明において、前記混合材料
に紫外線を照射する際に、前記混合材料の絵素部に対応
する部分をフォトマスクで覆い、該フォトマスクで覆わ
れた部分の紫外線強度が、照射される紫外線強度の８０
％以下となるようにして行う場合、このような強度差を
有する紫外線の強度ムラを用いても、前述した明瞭な相
分離を行うことができる。

【００７８】請求項２５の発明によれば、少なくとも一
方の基板が低エネルギー表面の表面自由エネルギーが７
５ｍＮ／ｍ以下であるか、或いは低エネルギー領域と高
エネルギー領域との表面エネルギー差が１５ｍＮ／ｍ以
上のいずれかに選ばれている２枚の基板間に注入された
少なくとも液晶材料、熱重合性材料を含む混合物に、加
熱することにより、重合反応に伴う相分離を起こさせ、
規則的に高分子材料と液晶材料とを分布させる。これに
より、前記表面自由エネルギーの制御を用いる相分離に
加え、前記加熱により、相分離を更に明瞭にすることが
できる。

【００７９】前記加熱処理に於いて、上記、液晶材料と
重合性材料との混合物の均一化温度（Ｔ_iso）以上から
均一化温度Ｔ_iso以下に、２枚の基板間に液晶材料と重
合性材料との混合物が充填された液晶セルを徐冷する。
これにより、両者の混合物から液晶材料が析出する。こ
の液晶材料の析出後に重合性材料を硬化させる。これに
より、析出した液晶材料が核となり、液晶材料と高分子
材料との相分離を明瞭に行うことができる。

【００８０】請求項１５、２０、および２５の発明に於
いて、作成時に電圧又はかつ磁場を印加しながら液晶材
料と高分子材料を相分離させる場合、前記電圧又はかつ
磁場の印加により、液晶分子のディレクタが前記電圧ま
たは磁場の方向に揃った状態で前記相分離を行うことが
できる。

【００８１】請求項１５、２０、および２５の発明に於
いて、重合性材料が液晶性重合モノマーを含有する場合
がある。これにより、前記混合物の相分離の明瞭化を更
に向上することができる。

【００８２】請求項１５、２０、および２５の発明に於
いて、重合性材料の表面自由エネルギーが４０ｍＮ／ｍ
以下である場合、この場合でも、前述した表面自由エネ
ルギーの制御による相分離を行うことができる。

【００８３】請求項３０の発明によれば、液晶材料と高
分子材料からなる複合膜が接する基板の界面が選択的に
改質されている。従って、前記基板の界面の選択的な改
質により、選択的に改質された領域と改質されていない
領域とにおいて、各領域の表面自由エネルギーを制御す
ることができ、これにより、液晶材料と高分子材料との
相分離を明瞭に行うことができる。

【００８４】請求項３０の発明に於いて、液晶材料と高
分子材料からなる複合膜が接する基板の界面に配向膜が
形成されている場合、該配向膜を前記表面自由エネルギ
ーの選択的制御を行う手段として用いることができる。
これにより、本発明に於いても、前記表面自由エネルギ
ーの制御による液晶材料と高分子材料との相分離を行う
ことができる。

【００８５】請求項３０の発明において、前記配向膜が
ラビング処理されていて、前記透明電極の高低差によっ
て生じるラビング強度差によって選択的に配向膜表面の
改質が行われる場合、このような配向膜に対するラビン
グの強度を、選択的に変化させることによっても、表面
自由エネルギーの制御による相分離を明瞭に行うことが
できる。

【００８６】請求項３１の発明によれば、前記配向膜の
特定領域に被膜が形成されている場合、該被膜を表面自
由エネルギーの選択的な制御を行う手段として用いるこ
とができる。

【００８７】請求項３０の発明において、前記電極が形
成された基板上に配向膜を形成する工程と、前記配向膜
上の特定領域に被膜が形成される工程と、前記配向膜及
び被膜をラビング処理する工程と、を含む場合、前記被
膜を表面自由エネルギーを制御するための手段として用
いることができると共に、該被膜に対するラビング処理
を行うに際して、ラビング強度を選択的に変化させるこ
とにより、前記ラビング強度の制御による相分離をも併
せて用いることができる。

【００８８】高分子壁に包囲された液晶領域を有する液
晶表示素子において、コントラストを向上させるには、
液晶材料と高分子材料との界面をできるだけ少なくし、
かつ１絵素内に少なくとも１つの液晶領域が存在するの
が好ましい。このため、液晶領域の配置および大きさの
制御を行うことが必要である。特に、絵素内の液晶材料
と高分子材料との界面での散乱による表示のコントラス
ト低下を防ぐためには、絵素の内７０％以上が、１絵素
内に絵素の大きさの３０％以上の大きさの液晶領域を１
つ以上有する状態に制御するのが望ましい。

【００８９】このような高分子壁に包囲された液晶領域
は、重合性材料と液晶材料とを含む混合材料を一対の基
板間隙（セル）に注入し、重合性材料を重合反応させて
液晶材料との相分離を行わせることにより得られる。こ
の重合反応が起こる位置を限定するためには、例えば以
下に示すように、セル内で重合性材料および液晶材料が
各々配置され易い場所を形成する方法が考えられる。

【００９０】（１）重合性材料が集まり易い場所を設け
る。例えば、対向配設される一対の基板の内、少なくと
も一方の基板の絵素部以外の部分に重合性材料の濡れ性
が良くなるような薄膜を形成しておく。このことによ
り、重合性材料は、絵素部よりも絵素部以外の部分に集
まり易くなり、絵素部以外の部分で重合反応を進行させ
ることができる。この場合、（重合性材料の表面自由エ
ネルギー）≒（薄膜の表面自由エネルギー）＜（液晶材
料の表面自由エネルギー）となるのが好ましく、このよ
うな関係が成立する時、液晶領域を目的とする位置に作
成することが可能となる。

【００９１】（２）液晶材料が集まり易い場所を設け
る。例えば、少なくとも一方の基板の絵素部に液晶の濡
れ性が良くなるような薄膜を形成しておく。このことに
より、絵素部に液晶材料が集まり易くなる。

【００９２】（３）重合性材料が集まり易い場所と液晶
材料が集まり易い場所とを各々設ける。例えば、少なく
とも一方の基板の絵素部に液晶の濡れ性が良くなるよう
な薄膜を、また絵素部以外に重合性材料の濡れ性が良く
なるような薄膜を形成しておく。このことにより、絵素
部に液晶領域が形成され易く、絵素部以外の部分に高分
子領域が形成され易くなって、それぞれの領域を明確化
することができる。

【００９３】上記（１）〜（３）の内、（２）のように
液晶の濡れ性がＩＴＯよりよい薄膜を基板上に作成する
というのは金属薄膜を作成する場合以外はあまり実用的
ではないので、反射型で用いる以外は、（１）重合性材
料の濡れ性が良くなるような薄膜を絵素部以外に形成す
る方法が最も適当である。通常、絵素部にはＩＴＯ（酸
化インジウムと酸化スズとの混合物）からなる電極が形
成されているため、（１）の場合に形成される薄膜の表
面自由エネルギーは、ＩＴＯの表面自由エネルギーより
も小さいことが好ましい。さらに、絵素部（ＩＴＯ）と
絵素部以外との表面自由エネルギーを大きく異ならせる
ためには、薄膜の表面自由エネルギーを４０ｍＮ／ｍ以
下にするのが好ましい。

【００９４】また、紫外線照射を行う際に、上記混合材
料の絵素に対応する部分を覆うようにフォトマスクを形
成し、フォトマスクで覆われた部分に照射される紫外線
強度を他の部分の８０％以下にすることもできる。紫外
線強度の強い絵素部以外の部分では光重合反応速度が速
く、液晶材料と高分子材料との相分離速度も速いので高
分子材料が速く形成される。一方、紫外線強度の弱い絵
素部では光重合反応速度が遅い。このため、液晶材料が
絵素部に押し出されて、絵素部に液晶領域が生成する。
このように、フォトマスクを用いると、相分離をより明
確化することが可能となる。

【００９５】さらに、一対の基板の表示媒体と反対側面
に偏光板を形成しておくことにより、従来のＴＮ、ＳＴ
Ｎ、ＦＬＣ（ＳＳＦ）またはＥＣＢモードを利用した液
晶表示素子とすることができる。

【００９６】本件発明者は、基板上に表面自由エネルギ
ーの異なる、あるいは、セルギャップの異なる領域で高
分子材料又は液晶材料の親和性が異なることに着目し新
規な高分子壁のパターン化法を開発した。さらに、重合
性材料が硬化されてなる高分子材料に囲まれた液晶領域
を有する素子で液晶領域内で液晶分子が軸対称状（放射
状を含む）に配置され、且つ、実質的にモノドメイン
（又は、数ドメイン）である液晶表示素子を作成するこ
とによりコントラストを改善されることも見いだした。
以下、本発明について実施例に即して更に詳細に説明す
る。

【００９７】

【実施例】以下に、本発明の実施例の概略について説明
する。

【００９８】 （液晶領域と高分子領域（壁）の制御
の必要性） ドットマトリクス方式で画像を表示する場合、一つ一つ
の絵素となり表示に関係する部分は、規則的に並べら
れ、全体で画像を構成する。液晶表示素子では、通常、
単純マトリクス方式や、アクティブマトリクス方式など
の駆動方式によって、これが実現されている。

【００９９】また、本発明の液晶表示素子においては、
高分子材料と液晶材料との複合膜を表示媒体として利用
する。この複合膜を偏光板にて挟む事によって液晶領域
の旋光性、複屈折性を電界によって制御して光線の透過
状態と遮断状態を作り出す。この時、高分子領域は光学
的に等方的でその光学特性が表示に用いる印加電界によ
っては変化しないので、表示における見やすさの指標と
なる透過状態と遮断状態の透過率の比であるコントラス
ト比で十分な値を得る為には、基板上に貼付する偏光板
の配置は、その透過軸が互いに直交するようにするのが
よい。しかし、この偏光板の配置においても液晶領域の
大きさが十分にそろっていないと、透過率のむらとな
り、また、ざらつきの原因をとなる。

【０１００】この各絵素毎の透過率のバラツキを抑制す
る手段として、この絵素一つ一つに含まれる液晶領域の
数を増やし、個々の液晶領域の光学特性のばらつきが絵
素の特性に反映されないようにする方法がある。しか
し、この方法では、必然的に高分子材料が絵素内に形成
されるため、透過率が低下する。表示素子全体の透過率
としては、各絵素の液晶領域は絵素でない部分にくら
べ、集中している事が望ましく、さらに好ましくは、各
絵素は単一の液晶領域によって占められることが望まし
い。

【０１０１】このように液晶領域の形成される位置、そ
の形状を絵素の領域に十分に制御して形成する事は、十
分な透過率の確保、ざらつきの回避の上で重要である。

【０１０２】 （自由エネルギーの制御を利用した素
子の作製） 本発明では、この複合膜における液晶領域と高分子領域
の位置の制御方法として自由エネルギーの制御を行うと
いう手法を提案する。この自由エネルギーの制御下で、
混合物が単一相にある状態から相分離を起こさせ、目的
とする位置、形状に分離した２相を形成させ、これを固
定する事によって、目的とする液晶領域と高分子領域の
位置・形状への制御が実現される。

【０１０３】素子の作製過程で、液晶領域と高分子領域
とを分離して形成するには、液晶材料と重合性材料（プ
レポリマー）の混合物が単一の相にある状態から、徐々
に温度を下げることによって相分離を起こさせ、この分
離した状態を固定する方法が有る。本発明では、この相
分離している段階での流動性のある異なる２相の物理的
及び、化学的な性質の差、或は、２相の境界をなす界面
の持つ性質を利用して、それぞれの相の位置、形状を制
御する事により、作製された複合膜における液晶領域と
高分子領域の位置、および形状を制御可能とする。

【０１０４】これは、上記従来の技術と比較して、液晶
領域と高分子領域の位置を制御する場合に非常に有効な
手法である。この手法においては、プレポリマーの重合
における反応速度の大小が、この液晶表示装置に於ける
液晶領域と高分子領域との位置および形状に大きな影響
を与えない為である。

【０１０５】 （制御可能な自由エネルギーの種類） 本発明には、液晶表示素子の基板の内側で、必要な精度
で制御可能な自由エネルギーが適している。この制御可
能な自由エネルギーとしては、界面自由エネルギー、電
界エネルギー、静磁界エネルギーなどが含まれる。

【０１０６】 （自由エネルギーの制御による相分離
の制御のメカニズム） 本発明では、基本的には、従来の方法の様な重合性材料
の重合を利用した相分離ではなく、温度の制御に伴う熱
相分離を利用する。このため、相分離の過程において、
その系の振る舞いは熱力学によって記述される。液晶表
示素子の実際の作製過程において、実質的には、物質の
出入りがなく、しかも、基板の熱容量は、液晶材料と高
分子材料とを含む複合膜の熱容量に比べて十分大きいと
みなすことができる。さらに、相分離の起きる時間スケ
ールに比べて、液晶分子やプレポリマー分子が表示素子
の絵素の大きさの距離を熱運動によって進む時間は十分
に短く、実質的には複合膜が熱平衡の系となっていると
考えることができる。このような、閉じており、熱平衡
状態にある熱力学的な系の挙動は、通常、自由エネルギ
ーを用いて記述される。

【０１０７】一般に、自由エネルギーにはヘルムホルツ
の自由エネルギーと、ギブスの自由エネルギーが、それ
ぞれ、一定体積、一定圧力の場合に用いられる。これら
の区分が必要になるのは、一定体積の条件にくらべ、一
定圧力の条件において、系を支配する自由エネルギーに
対して系外部からの圧力のする仕事を考慮する必要があ
るような場合（気体が系に接している場合など）であ
る。いま考慮する液晶表示素子に関しては、ほぼ剛直な
基板間のスペーサー等によって支持されている空隙とい
う、一定体積に近い条件で、さらに液相（等方相）また
は液晶相といった凝縮系の相のみによって構成されてい
る混合物の相分離挙動が議論されるため、前記自由エネ
ルギーの区分は必要ない。

【０１０８】この自由エネルギーを制御することによっ
て、人為的に液晶領域と高分子領域の位置や形状を制御
することが可能なことを、以下に説明する。

【０１０９】液晶表示素子の作製過程は、２枚の基板に
液晶材料とプレポリマーの混合物を等方相になるような
温度で注入した後、徐冷によって、等方相と液晶相に分
離させ、これを固定する手段を用いる過程を含むものと
する。このような作製過程においては、液晶相と等方相
の相分離が起きているときに、２相の少なくとも一方
か、あるいは、その相の界面に対する自由エネルギーの
制御を行うことにより、この相分離に関係している系全
体の自由エネルギーが、目的とする液晶領域と高分子領
域の配置・形状が達成された場合に最低になるように制
御する事ができる。この制御の下で実際に実現される液
晶領域の配置、形状は、この制御を行わない場合に比
べ、より目的物に近くなる。

【０１１０】さらに、この少なくとも一方の相か、ある
いは、その相の界面に対する自由エネルギーの制御を空
間的かつ選択的にパターン化して行うことにより、この
パターンに一致した相の配置が実現される。

【０１１１】 （具体的な自由エネルギーの制御とそ
のメカニズム） ここで、より具体的な自由エネルギーの制御手法を用い
た場合の液晶領域の制御メカニズムについて説明する。

【０１１２】（１）（界面自由エネルギーの制御による
相分離方法） 液晶相と等方相に対する界面自由エネルギーの異なる材
料を、予め、基板に塗布しておき、この材料をパターニ
ングし、このパターンに従って液晶相を配置する事がで
きる。これは、この材料が配置されている基板上の部分
の液晶相に対する界面自由エネルギーと、等方相に対す
る界面自由エネルギー、それに、この材料が配置されて
いない基板上の部分の液晶相および等方相に対する各界
面自由エネルギーの４者の関係を後述するように適宜定
めることによって、制御可能となる。このようにして配
置された液晶領域を固定することにより液晶領域を目的
の位置・形状に制御できる。以下、この相分離方法に関
して詳細に説明する。

【０１１３】（ａ）（液晶材料と高分子材料の相分離
法） 本発明は、液晶材料と重合性材料との均一混合物に於け
る該重合性材料を重合させることにより液晶材料と高分
子材料を相分離させるときに、基板上に表面自由エネル
ギーの異なる又はセルギャップの異なる２種の領域をパ
ターン化して作成することにより、該２種の領域で高分
子材料、液晶材料の親和力が相互に異なることを利用し
て、液晶材料と高分子材料の相分離を行う方法を含んで
いる。

【０１１４】図１０に本発明に使用される液晶セルの代
表例を示す。図１０（ａ）は、液晶セルの断面図であ
り、図１０（ｂ）は液晶セルの平面図である。本発明の
液晶セルは、一対の基板１、２と、各基板１、２の相互
に対向する表面にそれぞれ形成された電極３、４とを備
える。一対の基板１、２の内、少なくとも一方の基板１
上に、絵素領域外に高分子材料または無機材料で作成さ
れた凸部分１６を形成し、絵素領域部分を該凸部分１６
で実質的に取り囲ませた構造である。該液晶セルに、液
晶材料と重合性材料との混合物に紫外線（紫外線重合性
材料の場合）又は熱（熱重合性材料の場合）を加え、該
重合性材料を高分子化し、液晶材料と高分子材料の相分
離を行わせる。

【０１１５】本発明では、樹脂重合速度が樹脂移動速度
より十分遅い場合、基板１上に液晶材料に対する親和性
の異なる表面が存在するために、一部相分離した液晶分
子が親和性のより高い領域に集まり、重合性材料を他方
の領域へと押し出す。又は、セルギャップが小さい領域
のおいては、少量の重合性材料で高分子壁を形成できる
ために、あたかも重合性材料がパターン化されたセルギ
ャップの小さな領域に集まってくる。このため本発明で
は、基板１、２内にパターン化された領域に沿って、高
分子壁８が形成され、液晶領域７が他方の領域に明確に
分離することができる。

【０１１６】この場合、相分離を行うに際して、液晶領
域内の液晶領域と基板材料間に従来の方法で形成されて
いた液晶材料と高分子材料が混合した領域の形成が抑制
され、電圧飽和時に高分子壁内に閉じ込められた液晶分
子による複屈折光の光り漏れが防止できる。

【０１１７】この方法では、表面自由エネルギーが異な
る領域をパターン化した基板を、一方だけ使用して、パ
ターン化基板−非パターン化基板の組み合せで使用して
も本発明の効果が十分に得られる。更に、両基板をパタ
ーン化基板でセル化することによっても本発明の効果が
十分に得られる。さらに、両基板をパターン化基板でセ
ル化する場合、両基板のパターンの形状を必ずしも同一
にする必要はなく、例えば、単純マトリックスの場合、
両基板をストライプ状に表面自由エネルギーの異なる領
域を作成し、両基板のパターンを相互に直交させたセル
を使用することにより格子状に高分子壁が形成された液
晶表示素子を作成することができる。

【０１１８】（ｂ）（表面自由エネルギーの関係） 本発明は、表面自由エネルギーの違いにより液晶材料と
高分子材料を規則的に分離する方法であり、液晶材料と
硬化性モノマーとの表面自由エネルギーの大小、基板と
パターン領域との表面自由エネルギーの大小の関係が重
要である。

【０１１９】i）（液晶材料の表面自由エネルギーγ_LC
＞重合性材料の表面自由エネルギーγ_Mの場合） この場合、図１１（ａ）に示すように、絵素領域以外の
少なくとも一部分の凸部分１６の表面を表面自由エネル
ギーの低い部分とすることにより、図１１（ｂ）に示す
ように絵素以外の部分に高分子壁８を作成することが可
能となる。

【０１２０】重合性材料中に、Ｆ（フッ素）原子を有す
る重合性モノマーを重合性材料組成中に添加することに
より重合性材料の表面自由エネルギーが低下し、本発明
の効果がより顕著に現れより好ましい。さらに、この場
合、Ｆ原子を有する重合性モノマーと液晶材料との相溶
性が一般的に低いために、相分離後の液晶モノマーとの
分離が良好になり、高分子壁中への液晶モノマーの溶解
量が減少する。このため、液晶領域内で液晶材料と基板
との界面に存在する高分子材料中に存在する液晶分子の
量が減少し、従来技術の項で説明したような飽和電圧印
加時に、電場に応答しない液晶分子の量が減少し、表示
上のコントラストが向上する。さらに、Ｆ原子を有する
重合性モノマーが存在すると、液晶材料と高分子材料の
界面にＦ原子が偏在して分布するために、液晶材料と高
分子材料のアンカリング強度が低下し、駆動電圧を低下
させる効果がある。

【０１２１】絵素以外の基板上の部分でパターン化され
た領域に使用する材料としてＦ原子を含む高分子材料を
使用することにより、表面自由エネルギーを極端に低下
させることが可能となり好ましい。

【０１２２】絵素部分に、表面自由エネルギーの高い薄
膜を形成することによっても、本発明の効果が得られ
る。

【０１２３】ｉｉ）（液晶材料の表面自由エネルギーγ
_LC＜重合性材料の表面自由エネルギーγ_Mの場合） この場合、図１２（ａ）に示されるように、絵素領域内
の少なくとも一部分に絵素領域以外の領域よりも表面自
由エネルギーが低い領域部分を凸部分１６を用いて作成
することにより、絵素以外の部分に高分子壁８を作成す
ることが可能となる。

【０１２４】このように本発明は、液晶材料の表面自由
エネルギーγ_LCと重合性材料の表面自由エネルギーγ_M
との大小関係に関する前記ｉ）およびｉｉ）の両方の場
合、片方の基板１上に表面自由エネルギーの異なるパタ
ーンを形成し、いわば表面自由エネルギーの差により液
晶材料を一定の領域に閉じ込めてしまう効果を図るもの
である。このとき、両基板１、２上に表面自由エネルギ
ーが異なる領域をパターニングすれば、上記効果が助長
されより好ましい。この場合、両基板１、２上の表面自
由エネルギーが異なる領域のパターンは、同一である必
要はなく異なっていてもよい。例えば、単純マトリック
ス駆動用セルにおいては、ストライプ状の表面自由エネ
ルギーが異なる領域を作成し上下基板１、２で、各基板
１、２に於ける領域のパターンが互いに直交するように
組み合わせてもよい。

【０１２５】（２）（表面改質の方法） この表面自由エネルギーの制御方法は、上記の様な材料
による方法に代えて、基板の表面の改質を選択的に行う
事によっても実現できる。本発明の液晶表示素子におい
ては、配向膜表面をラビング処理によって選択的に改質
させ、高分子材料と液晶材料とを相分離し、それぞれを
偏在させることを特徴としている。具体的には、電極や
薄膜によって段差を規則的に形成し、ラビング処理によ
るラビング布の毛の当たり具合による方法、配向膜表面
の特定位置にレジスト等の薄膜を更に形成し、そのうえ
からラビング処理する方法が挙げられる。これらの方法
を用いることで、ラビングによって電極部と非電極部と
で配向膜表面を改質することができる。このような改質
を行うことで、配向膜表面に選択的に光学異方性を付与
させたり、電極や配向膜などの段差から得られるセルギ
ャップの違い、ラビング強度の違いからくる配向膜表面
の粗さが異なるために、モノマー重合速度、重合に伴う
液晶材料、高分子材料の移動度を制御することも可能で
ある。このような作用を総合して液晶材料と高分子材料
との相分離を明確に行い、なお且つ、高分子壁のパター
ン化を行うことができる。

【０１２６】この具体的な手段としては、ラビングの方
法、グロー放電の方法、エッチングなどの化学処理の方
法、電磁波や放射線などの照射などの方法がある。ラビ
ングの方法は、従来から、液晶分子を特定の方向に配向
させる手段として用いられる。ここでは、このラビング
によって、液晶分子が基板に対して持つ表面自由エネル
ギーがラビングの強度に応じて変化することを利用す
る。

【０１２７】ラビングは、基板を特定の方向に擦り、こ
の機械的な摩擦によって引き起こされる表面の改質を利
用している。このため、基板上の位置によって、選択的
にラビングの強度を変化させる事によって、表面自由エ
ネルギーを制御できる。このラビングの強度は、上記の
機械的な摩擦における圧力、速度、回数などによって制
御可能であるが、絵素程度の大きさのスケールでの制御
力には、感光性樹脂等のパターニングによる配向膜の保
護によってラビングの強度を選択的に弱めたり、ラビン
グされる配向膜などの表面自体に予め凹凸を設け、この
凹凸によってラビング強度を位置に関して選択的に制御
する方法、あるいは、ラビングする時に用いられる、摩
擦材料によってパターニングする方法などがある。

【０１２８】また、グロー放電、エッチング、電磁波や
放射線の照射などの方法によっても、上記に挙げたよう
なラビング強度に関する絵素程度のサイズの位置の選択
実現される。

【０１２９】基板を２枚貼り合わせてセルを構成し、液
晶材料と重合性材料との混合材の注入後に相分離を起こ
させた場合に、前述したように液晶相に対して表面自由
エネルギーの低下した領域では液晶相が集中する。この
ため、目的とする位置、形状への液晶領域の配置が可能
となる。

【０１３０】（３）（電界印加の方法） また、外場の一例として電界を印加した状態で相分離を
起こさせ、液晶相と等方相の誘電率の差を利用して、誘
電率の大きい液晶相を電極下に集めることができる。こ
れは、誘電率の大きな物質に電界を印加した場合、そこ
に生じる電束密度と電界によって空間に蓄積される電界
エネルギーが、自由エネルギーを変化させることに起因
する。このとき、熱力学的な平衡に関する議論には、電
源によってなされる仕事も考慮する必要がある。電圧印
加による電源からの電荷の流出にともなって電源の失う
エネルギーは、この空間に蓄積される電界エネルギーの
ちょうど２倍のエネルギーとなり、電源まで含めた系全
体の自由エネルギーは、空間に蓄積した電界エネルギー
の分だけ低下し、このエネルギーは、最終的には熱の形
態で散逸される。このため、この電源によって電界が印
加された空間に存在する物質の誘電率が大きいほど、系
全体の自由エネルギーは低下し、このエネルギーが低下
する方向に系の平衡は変化していく。

【０１３１】つまり、液晶相の誘電率が等方相の誘電率
に比べて大きい場合、しかも、電界の印加されている領
域と、印加されていない領域がある場合には、電界の印
加されている領域に液晶相、印加されていない領域に等
方相が分布する。この分布を固定することによって、電
界下に液晶領域を集中させることができる。この電圧の
印加を表示用電極を用いて行った場合、表示に必要な液
晶材料が表示用電極下に集まるだけでなく、液晶領域の
形状も電極の形状に合うため都合がよい。

【０１３２】（４）（磁界印加の方法） この外場による液晶領域の形成の制御は、電界ではなく
磁界によっても実現できることはいうまでもない。この
場合、液晶相と等方相の各透磁率の差を利用する。基本
的なメカニズムは、電界の場合と同様であるが、電界を
印加する際に用いられる電極によるパターンニングの場
合と異なり、パターニングは、前記混合材料が注入済み
のセルを、透磁率が高くかつ透磁率がパターニングされ
た基板によって挟み、外部から磁界を印加する事によっ
て実現できる。

【０１３３】（５）（空隙制御の方法） また、表示素子に用いられる２枚の基板の間の空隙を制
御する方法がある。この方法としては、これらの基板の
貼り合わせ以前に、２枚の基板の内、液晶材料と高分子
材料との複合膜が構成される面の少なくとも一方に、感
光性樹脂などを用いて、凹凸を形成してから２枚の基板
の貼り合わせを行う事などが可能である。この方法で
は、基板間の空隙の大きい領域と小さい領域とが存在す
る。相分離した２相の界面には、界面の面積を小さくす
る様な界面自由エネルギーが作用し、このため、この界
面ができるだけ小さくなるような配置となる。これは、
相分離による界面の発生によって界面の自由エネルギー
が生じ、これによる自由エネルギー増分をなるべく小さ
くするように系の平衡が移動するためである。

【０１３４】本発明では、液晶領域は高分子材料に囲ま
れるように配置するため、この界面によって液晶相が囲
まれた状態となる。従って、相分離後の液晶相および等
方相は、それぞれの体積がほぼ一定の条件で２相の界面
の面積が小さくなるような配置、つまり、液晶相がより
空隙の広い部分に配置され、等方相は、空隙の狭い部分
に配置される。

【０１３５】上記のように、基板上の表面自由エネルギ
ーにより、相分離してきた液晶材料を一定領域に閉じ込
める事ができるが、液晶材料と重合性材料の混合比率が
液晶材料に偏っている場合、隣り合った絵素に対応する
液晶領域が結合してしまい部分的に大きな液晶ドメイン
が形成され、表示のざらつきの原因となる場合がある。
本発明では、規則的なパターンの一つ一つで液晶材料と
高分子材料の分離を達成する事により均一な表示特性を
有する液晶表示素子が作成される。従って、物質の移動
をコントロールするために表面自由エネルギー差以外の
方法を併用することが好ましい。

【０１３６】表面自由エネルギー差以外の物質の移動を
コントロールする方法としては、液晶材料の析出する領
域のセルギャップを高分子壁が形成される領域のセルギ
ャップより大きくする方法がある。この場合、素子作成
時の絵素領域のセルギャップｄ₁と、少なくとも絵素領
以外の一部のセルギャップｄ₂（最小値）とが、 ０．１×ｄ₁≦ｄ₂≦０．９×ｄ₁ ・・・（３） の関係を満足させることが好ましい。すなわち、セルギ
ャップｄ₂がセルギャップ０．１×ｄ₁より小さいとセル
中への真空注入時間が長くなり、また、セルギャップｄ
₂がセルギャップ０．９×ｄ₁より大きくなると、セルギ
ャップで液晶材料と高分子材料との分離を明確化する効
果が減少する。

【０１３７】（６）（液晶材料の相溶化温度Ｔ_N-I点以
上の温度で重合させその後徐冷する方法） 本発明の液晶表示素子の作成方法としては、液晶材料と
重合性材料との混合物を表面自由エネルギー差を有する
領域をパターン化したセル中に注入後、液晶材料の相溶
化温度Ｔ_N-I点以上の温度で重合させ、その後徐冷する
ことにより、液晶材料と高分子材料の分離を行うことが
できる。光重合性材料を使用した場合、重合反応時間を
長くすることにより液晶材料と重合性材料の物質移動が
スムーズに行えるため、紫外線強度は５０ｍＷ／ｃｍ²
（波長３６５ｎｍで測定）以下、好ましくは、１０ｍＷ
／ｃｍ²以下であることが好ましい。また、セル面内で
均一に重合反応を行わせるために、光源の平行度は悪い
ほど好ましい。

【０１３８】液晶材料と重合性材料の組合せは、両者の
相溶化温度が３０〜１２０℃であるような組合せが好ま
しい。３０℃以下の相溶化温度を有する組み合せでは、
相分離後の液晶領域に重合性材料が混入し、又は高分子
壁に液晶材料がそれぞれ混入する度合いが大きくなる。
前者では、応答速度の低下、リタデーションｄ・△ｎの
低下による電圧ＯＦＦ時の透過率低下につながり、また
後者では、電圧に応答しない液晶材料を含んだ層が形成
されることにより、電圧印加時の黒レベルが低下する。
また、相溶化温度が１２０℃以上では、製造工程に於け
る加工温度が高くなり材料の分解、重合などの反応を誘
発しやすくなり好ましくない。

【０１３９】（７）（熱的に相分離を行わせてから紫外
線硬化させる方法） より相分離状態を良好にするためには、以下の方法が好
ましい。重合反応で相分離を誘発する前に、液晶材料と
重合性材料の混合物を均一化温度以上の温度から、前記
均一化温度以下の温度に徐冷する。この徐冷によって、
前記混合物に熱的に相分離を起こさせ、液晶材料と重合
性材料との比率に関して液晶材料の比率が高い液晶リッ
チな領域と、前記比率に関して重合性材料の比率が高い
重合性材料リッチな領域とを形成させる。このようにし
て、あらかじめ重合性材料の濃度を高めてから重合反応
を起こさせることにより、相分離を明確に行えるように
なる。この場合、熱的に液晶材料と重合性材料の混合エ
ネルギーが高い、すなわち混合しにくいほど、液晶材料
と重合性材料の分離が明確に行え上記問題がおきにく
い。

【０１４０】（８）（複数の方法の組み合わせ） 上記（１）〜（７）に挙げたいくつかの方法を同時に組
み合せて用いる事もできる。このとき、自由エネルギー
の制御を行う手段は、いずれも目的とする液晶領域の配
置を実現するような方向で組み合わせるのが適当な事は
言うまでもない。

【０１４１】組み合せの例としては、絵素の領域にのみ
電圧が印加されるような電極構成の基板に、液晶相に対
して小さな表面自由エネルギーを持つような感光性樹脂
をパターニングによってその絵素領域以外の位置に配置
する。このようにして構成された基板２枚をスペーサー
を介して貼り合わせる。貼り合わせて得られたセルに混
合物を注入した後、該セルの絵素電極に電圧を印加しな
がら相分離を起こさせると、界面自由エネルギー、電
界、基板の空隙の制御の３重の制御を施す事になる。こ
れにより、液晶領域のより確実な位置・形状の制御が可
能となる。

【０１４２】 （液晶領域の制御された形状の固定方
法） 制御されて目的とするような形状に相を配置した後、こ
の状態を固定する必要がある。このために等方相のプレ
ポリマーを重合させ、高分子材料とする方法がある。２
枚の基板間に単一の等方相になるような温度で注入した
液晶材料とプレポリマーの混合物を徐冷し、液晶相と等
方相の２つの相に相分離を起こさせると、この２つの相
におけるプレポリマーの分率は異なり、等方相の方が液
晶相に比べて高くなる。このため、重合を開始させれば
等方相側の反応速度が大きいので、表示に関係した絵素
の部分ではなく絵素以外の部分に高分子壁を形成する事
ができる。この重合の開始方法としては、素子の温度が
大きく変化しない方法が望ましい。

【０１４３】以上のように、自由エネルギーの制御によ
って目的とする液晶領域の配置が実現される事がわか
る。

【０１４４】以下に、相分離された液晶領域に於ける液
晶材料の特性と、本発明に用いられる各種材料等につい
て説明する。

【０１４５】（１）（ドメイン内の液晶分子の配向状
態） 本発明の液晶表示素子内の液晶ドメインは、２種類の方
式に適応できる。

【０１４６】（ａ）基板上の配向規制力を利用しない場
合 図１３（ａ）は電圧オフ時の絵素領域の偏光顕微鏡観察
による概念図であり、図１３（ｂ）は電圧オン時の絵素
領域の偏光顕微鏡観察による概念図である。この図１３
の偏光顕微鏡観察による概念図に示すように、電圧オフ
時には、高分子壁８で囲まれた液晶領域７は１つの液晶
ドメインからなり、この液晶ドメインの中に、偏光板の
偏光軸方向に十字に消光模様１７が観察される。このこ
とは、液晶分子が絵素領域中央部のディスクリネーショ
ン点を中心に軸対称状に配列していることを表してい
る。このような配列をしている液晶ドメインでは、図１
３（ｂ）に示されるように、電圧印加時にディスクリネ
ーションライン１５がドメインの周囲に形成され、内部
に形成されることはない。従って、絵素の表示領域外に
ディスクリネーションライン１５を故意に形成させるこ
とができ、このディスクリネーションライン１５を、光
漏れを防ぐために通常基板上の表示領域周辺に形成され
ている遮光層下に形成することにより液晶表示素子の黒
レベルが向上しコントラストが改善される。

【０１４７】このような配列をもった液晶表示素子に電
圧が印加されると液晶分子がセルに対して垂直方向に立
ち上がってくる。このとき、液晶分子の立ち上がり方が
初期配向（電圧オフ時）である軸対称状に起きるため
に、全方向で見かけ上の屈折率が均質化されているため
に視角特性が改善される。

【０１４８】（ｂ）基板上の配向規制力を利用する場合 基板上の配向膜をラビングなどの処理を行った基板を使
用し本発明の方法を適応することにより、高分子壁に実
質的に囲まれ、かつ、基板上の配向規制力に沿って液晶
分子が配向した液晶表示素子を作成することができる。
これらの表示モードしては、ＴＮ、ＳＴＮ、ＦＬＣ、Ｅ
ＣＢモードなど一般に液晶表示素子として使用されてい
るモードを適応することができる。この場合、従来の高
分子壁を表示領域内にもたない表示素子に比べて外圧に
対してセル厚変動が少なく、表示特性の変化が少ない特
性をもっている。

【０１４９】（２）（絵素内のドメイン数） 絵素内のドメイン数は、出来るだけ少ないことが好まし
い。一絵素内に多数のドメインが存在すると、ドメイン
間にディスクリネーションラインが形成され黒レベルを
低下させる。好ましくは、ドメイン内で液晶分子が軸対
称状に配列している単一のドメインで絵素部分が覆われ
ていることである。この場合、電圧印加時にディスクリ
ネーションラインがドメインの外周上に形成されるため
に絵素部分にディスクリネーションラインが入り込むこ
とがほとんど起こらない。また、図１４に示すように長
方形の絵素領域１８を有する液晶表示素子で本発明の素
子を作成した場合、ドメイン内で液晶分子が軸対称状に
配列している単一のドメインが少なくとも２個集まって
液晶領域７を形成している素子を使用することができ
る。該素子は上記モノドメインのセルと同様に視角特性
が優れている。さらに、絵素領域１８内に形成された十
文字型の消光模様１７の図１３に於ける上下方向及び左
右方向を一対の偏光板の各偏光軸とそれぞれ合わせるこ
とにより電圧印加時に消光模様１７を見えにくくするこ
とができる。

【０１５０】（３）（ディスクリネーションラインを発
生させない方法） 重合性材料中に、以下に例示する液晶分子のメソーゲン
基に類似の分子骨格を有する重合材料（以下、液晶性重
合材料と称す）を添加することによりディスクリネーシ
ョンラインの発生を防止することができる。

【０１５１】（ａ）単官能性液晶性重合材料の場合 分子中に重合可能基が１つ存在する分子であり、この分
子を系中に添加することにより液晶領域内にプレチルト
を発生させることができ、このプレチルトにより、ディ
スクリネーションラインの発生しない配向状態となる。
このディスクリネーションラインの発生しない原因とし
ては、以下の通りである。電圧印加時に、液晶領域の周
辺部にディスクリネーションラインが発生するセルで
は、高分子壁付近と液晶領域内部とで液晶分子の立ち上
がる方向が異なるためにリバースチルトとなり、ディス
クリネーションラインとなっていたところが壁付近まで
同一になるためにディスクリネーションラインが発生し
ないものと推定される。

【０１５２】（ｂ）２官能性液晶性重合材料の場合 分子中に重合可能基が２つ存在する分子であり、液晶材
料の配向を基板と水平に保つ効果があり、且つ電圧また
は磁場を印加しながら重合性材料を重合させることによ
りディスクリネーションラインを発生させない構造を実
現できる。この材料を使用して作成したセルを偏光顕微
鏡で観察したところ、図１５に示されるように、高分子
壁８付近に黒くなっている領域１９が存在している。こ
の領域１９は、液晶分子のねじれ構造が存在しない領域
であると推定され、この領域を境に液晶分子が右ねじ
れ、左ねじれになっていると推定される。

【０１５３】（４）（軸対称状に液晶分子を配向させる
方法） 液晶分子を軸対称状に配向させるためには、液晶材料と
高分子材料が相分離する過程において、液晶材料のダイ
レクターを一方向（セルに垂直）にそろえる外力を印加
することが好ましい。この外力の印加により、セルから
垂直な方向から観察したときに、図１４の偏光顕微鏡写
真に基づく概念図に示される十字の消光模様から理解さ
れるように、液晶分子が軸対称状に配向するようにな
る。

【０１５４】液晶分子のダイレクターを揃えるために
は、液晶分子に電場、磁場、または両者を印加すること
が好ましい。液晶表示装置においては、液晶分子に電圧
を印加するための電極が存在するため電場を用いるのが
より好ましい。印加する外場の強度としては、液晶分子
のダイレクターが揃う程度でよい。

【０１５５】（５）（重合性材料） 使用されるポリマー材料は、熱重合性材料又は光重合性
材料等である。光重合性材料としては、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化合物、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。

【０１５６】さらに、相分離後の高分子材料中に液晶分
子が混入することを防ぐ効果と駆動電圧、ヒステリシス
など高分子材料表面のアンカリング強度に関する表示特
性を前述したように改善し、さらに、電圧印加時の散乱
を防ぐために、常光の屈折率と高分子材料の屈折率を合
致させるために、液晶材料の屈折率と重合性材料の屈折
率を合致させるための低屈折率体として必要なハロゲン
化特に塩素化、及びフッ素化した光重合性材料、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−テトラクロロ
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レート、パークロ
ロオクチルエチルアクリレートである。

【０１５７】熱重合性材料としては、上記光重合性材料
に熱重合開始剤を混合することにより、使用することも
でき、また、分子中にエポキシ基を有する化合物を使用
することができる。具体的には、例えばビスフェノール
Ａ型エポキシ化合物、ビスフェノールＡジグリシジルエ
ーテル、ビスフエノールＦジグリシジルエーテル、ヘキ
サヒドロビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ポロ
ピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチル
グリコールジグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジ
ルエステル、トリグリシジルイソシアネート等であり、
これらモノマーは、単独で使用してもよいが２種以上混
合してもよい。

【０１５８】（６）（光重合抑制剤） 液晶ドロップレットの形状を大きくするために、上記重
合性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。光照射後すぐに高分子壁が形成される
と、モノマーや液晶材料の移動し終えるまでに高分子壁
が形成されるために、パターン通りに高分子壁が形成さ
れない。具体的は、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り、
具体的には、スチレン、ｐ−クロルスチレン、ｐ−フロ
ロスチレン、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。

【０１５９】（７）（重合開始剤） 光重合開始剤としては、Ｉｒｇａｃｕｒｅ６５１，１８
４，９０７、Ｄａｒｏｃｕｒｅ１１７３、１１１６、２
９５９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、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。なお、保持
率は、液晶セル内に蓄積された電荷Ｃｏと、１６．５ｍ
ｓ間保持した電荷量Ｃとの割合で定義される。即ち、保
持率＝Ｃ／Ｃｏ×１００（％）である。

【０１６０】熱重合開始剤としては、ビフェニル−オキ
サイド、ｔ−ブチルパーオキサイドなどのパーオキサイ
ド、ＡＩＢＮなどのラジカル発生剤を使用することがで
きる。

【０１６１】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し
ないが、液晶材料と重合性材料（液晶性重合性材料を含
む）の混合物に対して５〜０．０１％であることが好ま
しい。５％以上では、液晶材料と高分子材料の相分離速
度が早すぎて制御が困難となり、液晶ドロップレットが
小さくなり駆動電圧が高く、また、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小さく
なり（フォトマスクを使用した場合、遮光部に液晶ドロ
ップレットが形成され）コントラストが低下する。０．
０１％以下では、十分に重合性材料を硬化することがで
きない。

【０１６２】（８）（液晶材料） 液晶材料については、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、
誘電率異方性△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、デスコチィッ
ク液晶などが含まれる。これらの液晶材料は、混合して
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特性
上好ましい。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材料が好ましい。

【０１６３】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材料である。具体的には、ＺＬＩ−
４８０１−０００，ＺＬＩ−４７９２（メルク社製）な
どである。

【０１６４】（９）（液晶性重合材料） 液晶材料と重合性材料の混合物に液晶状態を持たせたネ
マティック状態で注入固化するためには、両者の性質を
合わせ持つ液晶性重合材料を用いるのが好ましい。これ
らの化合物は、重合性材料の真空注入時の揮発性を低下
させ、（液晶−重合性材料−重合開始剤）の混合物の注
入時の組成変化を抑える効果がある。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材料を選択するに
あたり、それぞれの液晶特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、Ｃｌ系液晶材料については、重合性官
能基を有する液晶材料についてもＦ、Ｃｌ系液晶材料で
あることが好ましい。

【０１６５】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。

【０１６６】

【化１】Ａ−Ｂ−ＬＣ 化学式１中のＡとは、重合性官能基を示し、ＣＨ₂＝Ｃ
Ｈ−，ＣＨ₂＝ＣＨ−ＣＯＯ−，ＣＨ₂＝ＣＨ−ＣＯＯ
−，

【０１６７】

【化２】

【０１６８】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。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。

【０１６９】

【化３】Ｄ−Ｅ−Ｇ 上記化学式中、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，−Ｃ
ｌ，−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−、−ＣＨ₂ＣＨ＝、−ＣＨ₂ＣＨ₂−、−Ｏ−、−Ｃ
≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−等である。Ｄは、化学式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。

【０１７０】（１０）（液晶材料と重合性材料の混合
比） 液晶材料と重合性材料を混合する重量比は、絵素サイズ
により異なるが液晶材料：重合性材料が５０：５０〜９
７：３が好ましく、さらに好ましくは、７０：３０〜９
５：５である。液晶材料が５０％を下回ると高分子壁の
液晶材料に対する相互作用が増大しセルの駆動電圧が著
しく上昇し実用性を失う。さらに、液晶材料が９７％を
上回ると高分子壁の物理的強度が低下し安定した性能が
得られない。さらに、液晶性を有する化合物と非液晶性
重合性材料の混合の重合比は、液晶性を有する化合物が
０．５％以上であればよく、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の２つの領域が形成され、
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素子を作成することがで
きる。

【０１７１】（１１）（駆動方法） 作成されたセルは、単純マトリックス駆動、ＴＦＴ（薄
膜トランジスタ）或いはＭＩＭ（金属−絶縁膜−金属構
造のスイッチング素子）などを用いるアクティブ駆動な
どの駆動法で駆動できた。これらの駆動法は、本発明で
は、特に限定しない。

【０１７２】（１２）（基板材料） 光を用いて重合する場合、使用する基板の一方が部分的
に光を透過する材料であればよく、ガラス、石英、透明
プラッスチック材料などが使用できる。また、反射型液
晶表示素子として使用する場合は、反射側の基板として
Ｓｉ基板などの非透過性基板を使用することができる。

【０１７３】以下に具体的な実施例、比較例をあげて、
さらに詳細に説明する。

【０１７４】（実施例１）以下、本発明の実施例につい
て図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限ら
れない。

【０１７５】図１は、本発明の実施例１である液晶表示
素子を示す断面図である。図１において、この液晶表示
素子は、ガラス板等からなる一対の基板１、２が対向配
設され、その間に高分子壁８に囲まれた液晶領域７が挟
まれて表示媒体とされている。一方の基板１の表示媒体
側表面には電極３としての電極配線が形成され、他方の
基板２の表示媒体側表面には電極４としての電極配線が
形成されて、電極３および４が対向する部分が絵素とな
っている。一方の基板１の表示媒体側表面における絵素
部以外の部分には薄膜５が形成され、他方の基板２の表
示媒体側表面における絵素部以外の部分には薄膜６が形
成されて、絵素部以外の部分の表面自由エネルギーが絵
素部の表面自由エネルギーよりも低くなっている。

【０１７６】このような構造を有する液晶表示素子は、
例えば以下のようにして製造することができる。

【０１７７】まず、電極３が形成された基板１と、電極
４が形成された基板２との上に、薄膜５および６を形成
する。この薄膜５、６の形成は、ＰＩ印刷法で作成する
方法、またはスピンコートで薄膜材料を塗布した後、マ
スクを用いて必要なパターンを得る方法により行うこと
ができる。

【０１７８】次に、上記電極３、４および薄膜５、６が
形成された両基板を、図２に示すように、電極３および
４が互いに向かい合うように対向させ、６μｍのスペー
サーを介して貼り合わせて液晶セルを作成する。

【０１７９】上記液晶セルの間隙に、少なくとも液晶材
料、光重合性材料および光重合開始剤を含み、これらが
均一に混合された混合材料を注入する。

【０１８０】次に、液晶セルの外部から、上記混合材料
に紫外線を照射する。この紫外線照射により、絵素部以
外の薄膜５、６上に集まった光重合性材料が硬化して高
分子材料を形成し、電極３、４上に液晶材料を押し出し
て、液晶材料と高分子材料とが相分離する。その結果、
液晶領域７が高分子壁８によって包囲された表示媒体が
両基板１、２の間に形成される。上記紫外線を照射する
際に、表示媒体の紫外光源側の基板の、内側もしくは外
側に、絵素に対応する部分に遮光部を有するフォトマス
クを形成し、フォトマスク越しに紫外線照射を行うと、
上記液晶材料と高分子材料との相分離をより一層良好に
行うことができる。

【０１８１】液晶材料としては、前述したように常温付
近で液晶状態を示す有機混合体であればいずれも用いる
ことができる。

【０１８２】また、上記液晶材料と高分子材料との相分
離を明確にし、液晶表示素子の応答速度を高速化するた
めには、上記混合材料中に液晶性重合材料が添加され
る。この液晶性重合材料とは、分子中にアクリレート
基、メタクリレート基などの光重合性官能基と、剛直な
液晶性を示す官能基とを合わせ持つ化合物である。上記
液晶性重合材料の選択に当たっては、相溶性の観点か
ら、その液晶性を発現する部分が上記液晶材料に類似し
ていることが好ましい。特に、上記液晶材料として化学
的環境が特異なＦ系やＣｌ系液晶を用いる場合には、液
晶性重合材料としてもＦ系やＣｌ系の液晶材料を用いる
のが好ましい。また、上記液晶材料として強誘電性液晶
を用いる場合には、安定したスメクティック相を作成す
るためにも、強誘電性液晶を分子内に有する液晶性重合
材料を用いるのが好ましい。

【０１８３】上記混合材料中において、上記液晶性重合
材料と非液晶性の光重合性材料との重量比は、液晶性重
合材料が０．５％以上であればよい。特に、液晶材料と
して強誘電性液晶を用いる場合、液晶性重合材料の重量
比を１００％にすることにより、低分子液晶材料からな
る領域と高分子液晶材料からなる領域との２つの領域を
生じさせることができる。この場合、電圧を低分子液晶
材料と高分子液晶材料とのそれぞれを駆動する電圧とす
ることにより、階調表示が可能な強誘電性液晶表示素子
を作成することができる。

【０１８４】これら液晶材料と光重合性材料とを混合す
る重量比は、液晶材料：光重合性材料が５０：５０〜９
７：３であるのが好ましく、さらに好ましくは７０：３
０〜９５：５である。液晶材料の重量比が５０％より少
ない場合には、高分子壁によりセルの駆動電圧が著しく
上昇し、実用性が無くなる。また、液晶材料の重量比が
９７％を超える場合には、高分子壁の物理的強度が低下
して安定した性能が得られない。

【０１８５】上記光重合開始剤としては、例えばＩｒｇ
ａｃｕｒｅ １８４，６５１，９０７（チバガイギー社
製）およびＤａｒｏｃｕｒｅ １１７３，１１１６，２
９５９（Ｅ．メルク社製）等が挙げられる。

【０１８６】上記光重合開始剤は、上記液晶材料と上記
光重合性材料との全体量に対して０．１〜５重量％を用
いるのが好ましい。光重合開始剤が０．１重量％未満の
場合には、光重合反応が充分に起こらない。また、５重
量％を超える場合には、液晶材料と高分子材料の相分離
速度が速くなりすぎて、得られる液晶領域が小さくな
り、セルの駆動電圧が高くなる。

【０１８７】上記基板の表示媒体側の表面に設けられる
薄膜の材料としては、一般の高分子材料を用いることが
できる。例えば、ＯＦＰＲ−８００（東京応用化学
製）、ＳＥ１５０（日産化学製）、ＪＡＬＳ−２０３，
２０４（日本合成ゴム製）などのポリイミドや、ポリス
チレン、ＰＭＭＡ、ポリフェニルオキサイド、ポリカー
ボネート等の熱可塑性樹脂、ノボラック樹脂等の縮合型
ポリマー等が挙げられる。また、これら高分子材料の表
面自由エネルギーの値を上記光重合性材料の表面自由エ
ネルギーの値に近付けるために、界面活性剤を添加して
もよい。上記界面活性剤としては、一般に市販されてい
るものを用いることができるが、アニオン系界面活性剤
やカチオン系界面活性剤を用いると、保持率が低下する
おそれがあるので、ノニオン系界面活性剤を用いるのが
望ましい。上記薄膜は、基板の表示媒体側における絵素
部以外の部分の表面自由エネルギーの値を、絵素部の表
面自由エネルギーの値に比べて小さくし、絵素部以外の
部分に上記光重合性材料が集まり易くするために使用す
る。よって、上記高分子材料に限られず、上記重合性材
料の表面自由エネルギーの値に近い表面自由エネルギー
の値を有するものであればいずれの高分子材料も用いる
ことができる。

【０１８８】薄膜の表面自由エネルギーの値が、光重合
性材料の表面自由エネルギーの値に充分近く、液晶セル
に混合材料を注入後、セル内で相分離が生じる場合に
は、そのままの状態で混合材料に紫外線を照射して光重
合性材料を硬化させてもよい。また、必要とされる液晶
領域の径（例えば絵素とほぼ同程度）に応じた規則的な
強弱を、故意に紫外線照射パターンに設けることもでき
る。この場合、光重合反応が生じる位置が規則的になっ
て、均一な形状および大きさの液晶領域を規則的に平面
上に配置することができる。

【０１８９】例えば、紫外線照射強度の高い部分では、
光重合性材料の重合速度が速く、液晶材料と高分子材料
との相分離速度が速いので、高分子材料が速く析出して
液晶材料を紫外線照射強度の低い部分へと押し出す。こ
のため、紫外線照射強度の弱い部分に液晶領域が生成
し、均一な形状および大きさの液晶領域を規則的に平面
上に配置することができる。この紫外線照射強度の強い
部分と、上記薄膜の形成部分とを一致させることによ
り、液晶材料と高分子材料との相分離をより一層明確に
することができる。

【０１９０】上記紫外線照射パターンに照度分布を設け
る場合には、フォトマスク、マイクロレンズ、干渉板な
どを用いて規則的な照度分布にするのが望ましい。上記
フォトマスクの位置は、液晶セルの内外（基板の表示媒
体側面または表示媒体と反対側面）のいずれでもよく、
照射される紫外線に規則的な変化を設けることができる
ものであればよい。上記フォトマスクをセルから離す
と、形成されるフォトマスクの像がぼやけて規則的な照
度分布が得られにくい。よって、フォトマスクはできる
だけ液晶材料と光重合性材料とを含む上記混合材料の近
くに設けるのが望ましい。

【０１９１】また、紫外線の光源も、なるべく平行光線
であることが望ましい。但し、強誘電性液晶表示素子に
おいては、耐衝撃性を向上させるため、絵素と同程度の
大きさの液晶領域の周囲に緩衝用としてそれよりも小さ
な液晶領域を配置させる場合がある。その場合には、故
意にフォトマスク等の遮光部分のエッジをぼやけさせた
り、フォトマスクをセル本体から離して設けたり、紫外
線の平行度を落として照射してもよい。フォトマスク等
による紫外線照射強度の強弱は、照射強度の弱い部分で
照射強度の強い部分の８０％以下であるようにすればよ
い。

【０１９２】本発明者の検討によれば、照度分布を設け
るための遮光部分の大きさが、絵素の大きさの３０％以
下であるフォトマスクを使用した場合、絵素の大きさの
３０％以下の大きさの液晶領域が得られる。このように
液晶領域の大きさが絵素の大きさの３０％以下である場
合、絵素内に液晶材料と高分子材料との界面が多くなっ
て、界面における散乱による表示のコントラスト低下が
著しくなる。これを防ぐために、紫外線を遮光するなど
して照射強度を弱くする部分は、絵素の大きさより大き
くするのが好ましい。具体的には絵素以外の部分にのみ
紫外線照射されるように遮光部が設けられたフォトマス
クを用いるのが好ましい。さらに、高分子材料と液晶材
料との間で生じる散乱を表示に使用しない非散乱モード
の液晶表示素子においては、フォトマスク等により照射
強度が低い部分を設ける場合、その形状は、絵素の３０
％以上の部分を覆い、紫外線強度を局部的に低下させる
ものであればよい。

【０１９３】このようにして得られる液晶表示素子は、
基板の表示媒体側と反対側の面に偏光板を設けることに
より、従来のＴＮ、ＳＴＮ、ＦＬＣ（ＳＳＦ）、ＥＣＢ
表示モード等の液晶表示素子に用いられる液晶材料を、
液晶領域として高分子壁の中に閉じ込めた構成の液晶表
示素子とすることができる。また、大画面化およびフィ
ルム化することが可能となり、視野角特性およびコント
ラストの良好な液晶表示素子が得られる。

【０１９４】以下、前記実施例１に基づく、具体的な実
施例について説明する。

【０１９５】（実施例１ａ）厚み１．１ｍｍのフリント
ガラス（日本板硝子製）からなる基板１、２の上に、Ｉ
ＴＯ（酸化インジウムと酸化スズとの混合物）からなる
厚み５０ｎｍ、幅２００μｍの電極３、４を５０μｍの
間隔で２００本形成した。このＩＴＯの表面自由エネル
ギーの値は、９２．８ｍＮ／ｍであった。この基板１、
２において、図２に示す電極３および４が重なりあう部
分（絵素部）以外の部分にＯＦＰＲ−８００（東京応用
化学製）を塗布して薄膜５、６を形成した。この時、絵
素部以外の薄膜５、６が形成された部分の表面自由エネ
ルギーの値は、３６ｍＮ／ｍであった。この状態の基板
１、２を、電極３および４が互いに向かい合うように、
かつ薄膜５、６が形成されていない部分同士が向かい合
うように対向させ、間に径６μｍのスペーサー（図示せ
ず）を介して貼り合わせて液晶セルを作成した。

【０１９６】この液晶セルに、光重合性材料としてトリ
メチロールプロパントリメタクリレート０．１ｇ、２ー
エチルヘキシルアクリレート０．４ｇおよびイソボルニ
ルアクリレート０．５ｇの混合物と、液晶材料としてＺ
ＬＩ−３７００−０００（メルク社製）にＣＮ（コレス
テリックノナレート）を０．３ｗ％添加した混合物４ｇ
と、さらに光重合開始剤としてＩｒｇａｃｕｒｅ １８
４（チバガイギー社製）０．１ｇとを均一混合した混合
材料を注入した。

【０１９７】次に、平行光線が得られる高圧水銀ランプ
を用いて、上記液晶セルに紫外線を１０ｍＷ／ｃｍ²で
１０分間照射し、混合材料中に含まれる光重合性材料を
硬化させた。これにより、図１に示すように高分子壁５
で囲まれた液晶領域７が形成された。

【０１９８】最後に、液晶セルの外側に偏光板を、互い
の偏光軸が直交するように貼り合わせた。

【０１９９】以上の工程により、視野角特性の優れた液
晶表示素子が得られた。

【０２００】（実施例１ｂ）実施例１ａと同様にして液
晶セルを作成し、この液晶セルに実施例１ａと同様の混
合材料を注入した。

【０２０１】次に、図３に示す電極３および４が重なり
合う部分（絵素部）に遮光部９を有するフォトマスクを
配置し、平行光線が得られる高圧水銀ランプを用いて、
上記液晶セルにフォトマスク側から紫外線を１０ｍＷ／
ｃｍ²で１０分間照射した。

【０２０２】最後に、実施例１ａと同様に、液晶セルの
外側に偏光板を、互いの偏光軸が直交するように貼り合
わせた。

【０２０３】以上の工程により、視野角特性の非常に優
れた液晶表示素子が得られた。

【０２０４】（比較例１）実施例１ａと同様に、厚み
１．１ｍｍのフリントガラス（日本板硝子製）からなる
基板１、２の上に、ＩＴＯ（酸化インジウムと酸化スズ
との混合物）からなる厚み５０ｎｍ、幅２００μｍの電
極３、４を５０μｍの間隔で２００本形成した。この状
態の基板１、２を、電極３および４が互いに向かい合う
ように対向させ、間に６μｍのスペーサーを介して貼り
合わせて液晶セルを作成した。

【０２０５】この液晶セルに、実施例１ａと同様の混合
材料を注入した。

【０２０６】次に、実施例１ａと同様に、平行光線が得
られる高圧水銀ランプを用いて、上記液晶セルに紫外線
を１０ｍＷ／ｃｍ²で１０分間照射して、光重合性材料
を硬化した。

【０２０７】最後に、実施例１ａと同様に、液晶セルの
外側に偏光板を、互いの偏光軸が直交するように貼り合
わせて液晶表示素子とした。

【０２０８】（比較例２）比較例１と同様にして液晶セ
ルを作成し、この液晶セルに実施例１ａと同様の混合材
料を注入した。

【０２０９】次に、実施例１ｂと同様に、図３に示す電
極３および４が重なり合う部分（絵素部）に遮光部９を
有するフォトマスクを配置し、平行光線が得られる高圧
水銀ランプを用いて、上記液晶セルにフォトマスク側か
ら紫外線を１０ｍＷ／ｃｍ²で１０分間照射した。

【０２１０】最後に、実施例１ａと同様に、液晶セルの
外側に偏光板を、互いの偏光軸が直交するように貼り合
わせて液晶表示素子とした。

【０２１１】下記の表１に、上記実施例１ａ、１ｂおよ
び比較例１、２で得られた液晶表示素子の電気光学特性
を測定した結果を示す。

【０２１２】

【表１】

【０２１３】この表１において、Ｔ_offは電圧無印加時
の光透過率を示し、駆動電圧は透過率が９０％変化した
時の電圧を示し、応答速度は５Ｖ印加時のτｒ＋τｄの
値を示す。この表１から、実施例１ａの液晶表示素子
は、従来のフォトマスクを使用する方法により作成した
比較例２の液晶表示素子と同程度のコントラストおよび
応答速度であることが理解される。また、実施例１ｂの
液晶表示素子は、実施例１ａの液晶表示素子に比べて製
造工程が増加するが、さらにコントラストおよび応答速
度を良好にすることができることが理解される。

【０２１４】また、上記実施例１ａ、１ｂおよび比較例
１、２で得られた液晶表示素子を分断し、液体窒素中で
セルを剥離し、液晶材料をアセトンで洗い流した。その
後、形成された高分子壁の水平断面をＳＥＭ（走査型電
子顕微鏡）で観察したところ、図４（ａ）〜（ｄ）に示
すような像が得られた。実施例１ａの液晶表示素子は、
図４（ａ）に示すように、従来のフォトマスクを使用す
る方法により作成した比較例２の液晶表示素子（図４
（ｄ））と同程度の規則的なパターンが得られ、絵素内
に高分子材料の入り込みが少ないことが確認された。ま
た、実施例１ｂの液晶表示素子においては、図４（ｂ）
に示すように、規則的なパターンが得られ、絵素内にさ
らに高分子材料の入り込みが少ないことが確認された。
比較例１の液晶表示素子は、不規則であり、高分子分散
型液晶表示素子の状態になっている。

【０２１５】（実施例１ｃ）この実施例では、ＴＦＴ駆
動により表示が行われる液晶表示素子を作成した。ま
ず、図５および図６に示すように、ＴＦＴ４５および絵
素電極４２が形成されたＴＦＴ基板４０における絵素電
極４２以外の部分上と、対向基板４１のブラックマスク
４３上とに、ＪＡＬＳ−２０４（日本合成ゴム製）にノ
ニオン系界面活性剤としてポリエチレングリコールラウ
リン酸モノエステルを少量添加した薄膜材料をＰＩ印刷
し、薄膜４６、４７を形成した。この時、薄膜４６、４
７が形成された部分（絵素部位外の部分）の表面自由エ
ネルギーの値は、３３ｍＮ／ｍであった。薄膜４６、４
７を塗布していない部分の表面自由エネルギーは７９．
５ｍＮ／ｍであった。この状態の基板４０、４１を、間
に５μｍのスペーサー（図示せず）を介して貼り合わせ
て液晶セルを作成した。なお、ブラックマスク４３上に
は、絵素電極４２に対する対向電極４８が全面に形成さ
れている。

【０２１６】この液晶セルに、光重合性材料としてトリ
メチロールプロパントリメタクリレート０．１ｇ、２ー
エチルヘキシルアクリレート０．３５ｇおよびイソボル
ニルアクリレート０．４５ｇの混合物と、液晶材料とし
てＺＬＩ−４７９２（メルク社製）にＣＮ（コレステリ
ックノナレート）を０．３ｗｔ％添加した混合物４ｇ
と、さらに光重合開始剤としてＩｒｇａｃｕｒｅ １８
４（チバガイギー社製）０．１５ｇとを均一混合した混
合材料を真空注入した。

【０２１７】次に、図６に示すように、遮光部５０を有
するフォトマスク４９を、絵素電極４２に遮光部５０の
位置が対応するように設置した。この状態で、液晶セル
にフォトマスク側から紫外線を１０ｍＷ／ｃｍ²で１０
分間照射し、光重合性材料を硬化させた。これにより、
高分子壁５２で囲まれた液晶領域５１が得られた。

【０２１８】（比較例３）図５に示すようなＴＦＴ基板
４０と対向基板４１とを、間に５μｍのスペーサーを介
して貼り合わせて液晶セルを作成した。

【０２１９】この液晶セルに、実施例１ｃと同様の混合
材料を真空注入した。

【０２２０】次に、実施例１ｃと同様に、遮光部５０を
有するフォトマスク４９を、絵素電極４２に遮光部５０
の位置が対応するように設置し、液晶セルにフォトマス
ク側から紫外線を１０ｍＷ／ｃｍ²で１０分間照射し
た。

【０２２１】上記実施例１ｃおよび比較例３で得られた
液晶表示素子の絵素部分について、光学顕微鏡で観察し
たところ、実施例１ｃの絵素では、比較例３の絵素に比
べて液晶材料と高分子材料との相分離が明確になってお
り、高分子材料の絵素内への入り込みも少なかった。

【０２２２】また、電気光学特性を測定したところ、実
施例１ｃの液晶表示素子は、コントラストおよび応答速
度が比較例３の液晶表示素子に比べて良好であった。

【０２２３】上記実施例１、１ａ〜１ｃにおいては、非
散乱モードの液晶表示素子について説明したが、本発明
はこれに限られず、散乱−透過モードの液晶表示素子に
も適用することができる。

【０２２４】上記各実施例では、単純マトリックス駆動
およびＴＦＴ（薄膜トランジスタ）駆動により表示が行
われる液晶表示素子について説明したが、ＭＩＭ（Ｍｅ
ｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）等を用いたア
クティブ駆動等により表示が行われる液晶表示素子にも
適用することができ、駆動方法については限定されな
い。

【０２２５】また、対向配設される一対の基板として
は、プラスチックフィルム基板等を使用してもよい。

【０２２６】（実施例２）以下、本発明の実施例２を示
すが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施
例は前記実施例１、１ａ〜１ｃに類似し、対応する部分
には同一の参照符号を付す。

【０２２７】図１６（ａ）に本実施例の基板の断面図を
示し、図１６（ｂ）に図１６（ａ）の切断面線Ａ−Ａか
ら見た断面図を示す。硝子基板（１．１ｍｍ厚）１上に
ＩＴＯ（酸化インジウムおよび酸化スズの混合物、膜厚
５０ｎｍ）を透明電極２０として有する基板１上にＯＭ
Ｒ８３（東京応化（株）製）中に２ｗｔ％のパーフロロ
オクチルアクリレートをスピンコートで塗布して乾燥
後、フォトマスクを被せて紫外線照射を行い、図１６に
示すパターンのレジスト２１を有する基板１を作成し
た。作成した基板１のＩＴＯ２０の表面の表面自由エネ
ルギーとレジスト材料の表面自由エネルギーは下記表２
に示す通りであった。

【０２２８】

【表２】

【０２２９】また、液晶材料と光重合性材料との表面自
由エネルギーは下記表３に示す通りであった。

【０２３０】

【表３】

【０２３１】上記基板と、上記ＩＴＯ２０が形成された
表面を有する基板とを径５．５μｍのスペーサーにより
セル厚を保たせて相互に貼り合わせ、液晶セルを構成し
た。作成した液晶セル中に下記化４に示す化合物１の
０．１ｇと ｐ−フロロスチレン０．２ｇとβ−（パー
フルオロオクチル）エチルアクリレート０．２ｇさらに
液晶材料ＺＬＩ−４７９２（メルク社製：Ｓ−８１１
（カイラル剤；メルク社製）０．４重量％含有）４．５
ｇと光重合開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ６５１の０．０２５
ｇを混合し、下記表４に示す組成を有する混合物を作成
した。

【０２３２】

【化４】

【０２３３】

【表４】

【０２３４】該混合物を作成したセルに注入し、その
後、１００℃でパターン側から高圧水銀ランプ下７ｍＷ
／ｃｍ²のところで８分間紫外線を照射して重合性材料
を硬化させた。なお、逆側から紫外線照射した場合も同
様の結果が得られた。この過程では、基板温度は液晶材
料のアイソトロピック温度（均一化温度Ｔ_iso）を越し
ているために液晶分子が析出することはなく、次の徐冷
過程で液晶分子の析出が起こる。さらに、紫外線照射
後、セルに電圧±２．５Ｖ（方形波：６０Ｈｚ）を印加
しながら、１００℃から３０℃まで１２時間かけてゆっ
くり冷却した。

【０２３５】作成したセルを、偏光顕微鏡で観察したと
ころ、図１７に示されるように、ドットパターンと同じ
規則性（絵素と同じ規則性）を有する液晶ドメインＤが
観察され、絵素領域１８内にほぼ１つの液晶ドメインＤ
内の液晶分子が軸対称状か同心円状に配向したときに見
られるシュリーレン模様（消光模様）１７と、液晶ドメ
インＤの高分子壁８付近に図１５を参照して説明した暗
いリングを伴った構造が観察された。さらに、作成した
セルを電圧印加しながら、偏光顕微鏡で観察したとこ
ろ、電圧印加に伴ってディスクリネーションラインの発
生が見られなかった。

【０２３６】作成したセルの前後の互いに直交する２枚
の偏光板を貼り合わせて高分子壁８に液晶領域７が囲ま
れた構成の液晶表示素子を作成した。さらに、セルを液
体窒素中で２枚の基板に剥離し、アセトンで液晶材料を
洗い出し、乾燥させた後の基板上の高分子材料をレーザ
ー顕微鏡で観察した。その結果、液晶領域７において
も、０．１μｍ程度の厚みの高分子材料の付着が観測さ
れた。作成したセルの電気光学特性は、下記表５と図１
８に示した。

【０２３７】

【表５】

【０２３８】上記表５中、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を示している。また、電圧
を印加していくにつれて透過率は変化していく。その透
過率が、変化の全体量に対して９０％変わったときの電
圧をＶ₉₀と定義する。

【０２３９】上記表５、図１８から本発明のセルは、後
述する比較例５のＴＮセル（図１９に電気光学特性を示
す）で見られるような反転現象は見られず、電圧飽和時
の広視角方向での透過率の増加も見られない。本測定で
は、偏光軸を互いに平行にした２枚の偏光板をブランク
（透過率１００％）として測定した。

【０２４０】（比較例４）実施例２で使用した基板材料
のうち表面自由エネルギーをパターン化した基板１を図
２０の平面図及び断面図に示すように、実施例２の場合
と逆のパターンを同じ材料で作成した。該基板１を実施
例２と同様にセル化し、同様の加工条件で液晶表示素子
を作成した。作成したセルを偏光顕微鏡で観察したとこ
ろ図２１に示すように、表面自由エネルギーの低い方形
部の中心付近に重合性材料が集まって高分子化して高分
子領域８を形成し、前記各方形部は液晶領域７で取り囲
まれていた。すなわち、実施例２と比較例４から、この
ように表面自由エネルギーをパターン化した場合、混合
材料中で表面自由エネルギーの低い光重合性材料が表面
自由エネルギーの低い領域に集まり、混合材料中で表面
自由エネルギーの高い液晶材料が表面自由エネルギーの
高い領域に集まりエネルギー的に安定化するためにこの
ような集まり方になる。

【０２４１】（比較例５）実施例２と同様の基板１に、
配向膜ＡＬ−４５５２（日本合成ゴム社製）をスピンコ
ート法で塗布して焼成後、ナイロン布によりラビング処
理を行い、配向方向が互いに直交状態になるように実施
例２と同様にセルを貼り合わせた。作成したセルに実施
例２と同様の液晶材料ＺＬＩ−４７９２（Ｓ−８１１
０．４重量％含有）を注入し、偏光軸が互いに直交する
２枚の偏光板を作成したセルの前後に貼り合わせて従来
のＴＮ表示素子を作成した。

【０２４２】作成したセルの電気光学特性を表５および
図１９に示した。

【０２４３】（実施例３）図２２に示すような絵素電極
２０の形状のカラーフィルター部２２がマトリクス状に
配置され、各カラーフィルター部２２の周囲に透明部２
３を有するカラーフィルター２４を有する対向電極基板
と、図２３の平面図及び断面図に示すように、前記各絵
素電極２０に対応する箇所に絵素電極２０の形状の透孔
２５がそれぞれ形成され、表面にβ−（パーフルオロオ
クチル）エチルアクリレートを含むブラックマトリクス
２６を有するＴＦＴ基板２７でセル厚５．５μｍになる
ようにセルを作成した。作成したセルに実施例２と同様
の混合物を注入し、セル中のカラーフィルター２４側か
ら紫外線照射を行った。

【０２４４】作成したセルを偏光顕微鏡で観察したとこ
ろ、ほとんどの絵素内がモノドメインの液晶領域であ
り、ドメイン内の液晶分子が渦巻き状に配列した構造に
なっていた。作成したセルに偏光軸が互いに直交する２
枚を偏光板をセル前後に貼り合わせて本実施例の液晶表
示素子を作成した。作成したセルの電圧ＯＦＦ時の光透
過率を上記表５に示した。本測定では、偏光軸を互いに
平行にした２枚の偏光板を貼り付けたセル（液晶材料を
注入しないセル）をブランク（透過率１００％）として
測定した。

【０２４５】（実施例４、５）以下の説明では、図１６
を併せて参照する。Ｒ−６８４ ０．１ｇとｐ−フロロ
スチレン０．２ｇとβ−（パーフルオロオクチル）エチ
ルアクリレート０．２ｇさらに液晶材料ＺＬＩ−４７９
２（メルク社製：Ｓ−８１１ ０．４重量％含有）４．
５ｇと光重合開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ６５１ ０．０２
５ｇとの混合物を作成した。作成した混合物を実施例２
で作成したセルに注入し該実施例２と同様に加工して本
実施例４の液晶表示素子を作成した。また、上記混合物
を実施例３で作成したセルに注入し、該実施例３と同様
に加工し本実施例５の液晶表示素子を作成した。作成し
た実施例４のセルを用いて偏光顕微鏡で電圧ＯＮ，ＯＦ
Ｆ時の観察を行った。

【０２４６】電圧ＯＦＦ時では、図２４（ａ）に示すよ
うに、絵素領域１８内にほぼ１つの液晶ドメインＤ内の
液晶分子が中心軸ＡＸに関して軸対称状か同心円状に配
向したときに見られる消光模様１７が観察された。

【０２４７】また、この場合、図２４（ｂ）に示すよう
に電圧印加時にディスクリネーションライン１５が液晶
領域７の周囲の高分子壁８付近に発生した。実施例５の
場合、絵素領域１８内にディスクリネーションライン１
５はほとんど観察されず、前記図２３に示したブラック
マトリクス２６中に隠れているか、或いはディスクリネ
ーションラインが全く形成されていないことが確認され
た。

【０２４８】（実施例６、７）光重合性材料混合物を上
記表４に示す組成で作成し、実施例２と同様の液晶材料
と共に混合し、実施例２と同様のセルを使用し実施例２
と同様の加工条件で実施例６、７の液晶表示素子をそれ
ぞれ作成した。作成したセルを用いＦ原子を有するモノ
マーを使用した効果を測定した。

【０２４９】その結果、上記表５に示す通り、Ｆ原子を
有するモノマーを添加したセル（実施例２、３、６およ
び１０）においては、駆動電圧が低電圧化し、かつ、飽
和電圧印加時の透過率も低い良好な特性となっていた。

【０２５０】（比較例６）実施例３と同様にセルを作成
し、実施例３と同様の混合物を使用し、セルに該混合物
を注入後、ＴＦＴ基板２７側から紫外線照射を行い、作
成したセルの前後に互いに直交する２枚の偏光板を貼り
合わせ。本比較例では、粒状の液晶領域が形成され、全
体に表示がざらざらした表示のポリマー分散型液晶表示
素子が形成されていた。

【０２５１】（実施例８）（熱重合性材料の場合） 実施例２と同様のセルを使用し、セル中に、ビスフェノ
ールＡジグリシジルエーテル０．１ｇ、イソボルニルア
クリレート０．３ｇ、β−（パーフルオロオクチル）エ
チルアクリレート０．１ｇ、液晶材料ＺＬＩ−４７９２
（メルク社製：Ｓ−８１１ ０．４重量％含有）４．５
ｇと熱重合開始剤ｔ−ブチルパーオキサイド０．０５ｇ
を混合した混合物を注入し、電圧（±２．５Ｖ（方形
波：６０Ｈｚ））を印加しながら１５０℃、２時間加熱
し、１５０℃から３０℃まで１２時間かけてゆっくり冷
却した。作成したセルを偏光顕微鏡で観察したところ、
実施例２と同様な配向状態になっており、かつ、互いに
偏光方向が直交する２枚の偏光板に挟んだ時の視角特性
も良好であった。

【０２５２】（実施例９）（熱的にまず相分離させてか
ら紫外線照射する方法） 実施例２と同様のセルを使用し、セル中に、実施例２と
同様の材料を注入し、１００℃に加熱して液晶材料を等
方相とし、この後、１００℃から徐々に温度を低下させ
５０℃で重合性材料と液晶材料を相分離させ、その後、
高圧水銀ランプ下７ｍＷ／ｃｍ²のところで１０分間紫
外線を照射して重合性材料を硬化させた。この場合、あ
らかじめ液晶材料と高分子材料の相分離を行ってから光
重合性材料を硬化しているために、液晶領域内での基板
上への高分子材料の付着がほとんど観察されず、黒レベ
ルが向上した。さらに、液晶領域内の液晶材料の比率を
示す保持率についても、液晶領域内で重合反応が起こり
にくいために９７％（２５℃）と高い値であった。

【０２５３】さらに、作成したセルを偏光顕微鏡で観察
したところ、実施例２と同様な配向状態になっており、
かつ、高分子壁が規則的に形成されているために表示の
ざらつきも少ないことが確認された。

【０２５４】また、作成したセルを互いに偏光方向が直
交する２枚の偏光板間に挟んだ時の視角特性も良好であ
った。

【０２５５】（実施例１０）（化合物１、２を混合して
使用した場合） 実施例２と同様に作成したセル中に前記化４に示す化合
物１の０．２５ｇ、下記化５に示す化合物２の０．１７
５ｇ，ｐ−フロロスチレン０．２ｇと β−（パーフル
オロオクチル）エチルアクリレート０．１５ｇさらに液
晶材料ＺＬＩ−４７９２（メルク社製：Ｓ−８１１
０．４重量％含有）４．５ｇと光重合開始剤Ｉｒｇａｃ
ｕｒｅ６５１の０．０２５ｇを混合した混合物を作成し
た。

【０２５６】

【化５】

【０２５７】該混合物を作成したセル中に注入し、その
後、実施例９と同様に、セル中の混合物を等方相にし、
その後、徐々に温度を下げ液晶層を析出させてから紫外
線で硬化した。

【０２５８】作成したセルを偏光顕微鏡で観察したとこ
ろ。図２４に示すような構造であった。但し、実施例２
で作成されたセルで観察された外周のリング状構造は観
察されなかった。この外周のリング状構造は、液晶分子
が絵素領域の中心軸を中心に軸対称に配列していること
を示している。更に、電圧を印加しながら観察した結
果、ディスクリネーションラインの発生は見られなかっ
た。また、作成したセルを互いに偏光方向が直交する２
枚の偏光板間に挟んだ時の視角特性も良好であった。

【０２５９】（実施例１１、１２、１３、比較例７）
（基板上のレジスト材料） 以下の説明では、図１６を参照する。硝子基板（１．１
ｍｍ厚）１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２０として有す
る基板上にＯＭＲ８３（東京応化（株）社製）中に０ｗ
ｔ％（実施例１１）、４ｗｔ％（実施例１２）のβ−
（パーフルオロオクチル）エチルアクリレートをスピン
コートで塗布乾燥後、フォトマスクを被せて紫外線照射
を行い実施例２と同様のパターンのレジスト２１を有す
る基板を作製した。また、ＯＦＰＲ８００（東京応化
（株）社製）を用い同様のレジストパターンを有する基
板を作成した（実施例１３）。さらに、ＯＦＰＲ８００
（東京応化（株）社製）中にエポキシエステル３００２
Ｍ（共栄社油脂化学工業（株））を２ｗｔ％添加したレ
ジスト材料を使用し同様のレジストパターンを有する基
板を作製した（比較例７）。作成したレジスト材料によ
る薄膜の表面自由エネルギーは下記表６に示す通りであ
った。また、ここで用いたＩＴＯの表面自由エネルギー
の値は、９２．８ｍＮ／ｍであった。上記基板材料で、
実施例２と同様にセルを作成し、同様の材料で液晶−高
分子複合素子を作成した。

【０２６０】

【表６】

【０２６１】実施例２、１１〜１３で作成されたセルを
偏光顕微鏡で観察したところ、どのセルもレジスト２１
上に高分子材料が壁を形成している構造になっていた
が、表面自由エネルギーの差が大きくなるほど高分子壁
の規則性が向上しざらつき感が減少した。特に、前記レ
ジストとＩＴＯとの表面自由エネルギー差が１４．６ｍ
Ｎ／ｍである比較例７においては、高分子壁の規則性が
ほとんど見られず、液晶領域を絵素の範囲内に個別に作
成する制御性に乏しい。

【０２６２】さらに、作成したセルを互いに偏光方向が
直交する２枚の偏光板間に挟んだ時の視角特性を良好で
あった。

【０２６３】（実施例１４）（両基板上にパターン化し
た場合） 以下の説明では、図１６を併せて参照する。前記実施例
２で作成した表面自由エネルギーの異なる領域を有する
基板を２枚用い、互いのレジスト２１のパターンが上下
重なるように各基板を貼り合わせセルを作成した。作成
したセルに実施例９と同様の材料を使用して、同様に液
晶材料と高分子材料の相分離を行った。作成したセルを
偏光顕微鏡で観察したところ、ほぼ完璧なパターンの高
分子壁が形成されていた。

【０２６４】さらに、作成したセルを互いに偏光方向が
直交する２枚の偏光板間に挟んだ時の視角特性も良好で
あった。

【０２６５】（実施例１５、１６、１７、比較例８）
（セルギャップ） 比較例７と同様の材料で同様のパターンの表面自由エネ
ルギー差を有する領域を有し、この領域の厚みが下記表
７に示すように個別に異なる４枚の基板を作製した（実
施例１５、１６、１７及び比較例８）。作成した各基板
を用い比較例７と同様にセルを作成した。作成した各セ
ルを偏光顕微鏡で観察したところ。実施例１５〜１７の
セルでは、規則的な高分子壁が形成されていたが、比較
例８では、セルギャップが薄いために混合材料が十分に
セル中に入らず気泡が多数入っていた。

【０２６６】

【表７】

【０２６７】（実施例１８）（ポリマーマトリックスＳ
ＴＮ） 以下の説明では、図１６を併せて参照する。硝子基板
（１．１ｍｍ厚）１上にＩＴＯ（５０ｎｍ）を透明電極
２０として有する基板上にポリイミド配向膜（サンエバ
ー１５０：日産化学（株）社製）を塗布し、その上にＯ
ＭＲ８３（東京応化（株）製）中に２ｗｔ％のβ−（パ
ーフルオロオクチル）エチルアクリレートをスピンコー
トで塗布乾燥後、フォトマスクを被せて紫外線照射を行
い実施例２と同様のパターンのレジスト２１を有する基
板を作製した。作成した基板上を一方向にラビング処理
し配向処理された基板を作製した。対向基板として、ポ
リイミド膜だけを塗布した基板１を上記基板と同様にラ
ビング処理を行った。両基板をラビング方向が互いに２
４０゜で交差し、セル厚が９μｍになるようにスペーサ
を用いて貼り合わせ、ＳＴＮ用のセルを作成した。作成
したセルに、Ｒ６８４（日本化薬社製）０．２ｇ、ｐ−
フエニルスチレン０．１ｇ、ステアリルアクリレート
０．１ｇ、前記化５で示される化合物２の０．６ｇと液
晶材料ＺＬＩ−４４２７（Ｓ−８１１（メルク社製）で
ツイスト角を２４０゜に調整）４ｇ、光重合開始剤Ｉｒ
ｇａｃｕｒｅ６５１ ０．０２５ｇを混合した混合物を
注入し、実施例９と同様にセル内の光重合性材料を硬化
させた。

【０２６８】作成したセルを偏光顕微鏡で観察したとこ
ろ、図２５に示すように、前記各レジスト２１にほぼ相
当する領域にＳＴＮ配向した液晶領域７がそれぞれ形成
され、また、各液晶領域７を囲むパターン化された高分
子領域８が形成されていた。作成したセルの特性を下記
表８に示す。本素子の表示特性は、比較例９に示す通常
のＳＴＮモードのセルに比較して同等の特性を有し、か
つ、ペンでセルを押したところほとんど表示変化がなか
った。

【０２６９】

【表８】

【０２７０】（比較例９）実施例１８の基板で、前記レ
ジスト２１を形成せず、表面自由エネルギー差を有する
領域が存在しない基板を用い、通常のＳＴＮ配向をした
セルを作成した。液晶材料は、実施例１８と同様な材料
を使用した。このセルのコントラスト、応答速度及びペ
ンで表示部を押圧したときの表示変化の有無を上記表８
に示す。この比較例では、前記レジスト２１が形成され
ていないので、ペンで表示部を押圧したとき、基板が変
形して表示状態に変化を生じていることが分かる。

【０２７１】（実施例１９）（液晶材料と重合性材料の
表面自由エネルギーが逆転している場合） 実施例２で使用したＩＴＯ２０を有する基板１上に、Ｏ
ＭＲ８３（東京応化社製）をスピンコートし、実施例３
で使用した図２２に示されるカラーフィルタ２４のカラ
ーフィルタ部２２と透明部２３とが逆になったパターン
のマスクを用いて露光−現象し、実施例３の図２３に示
すレジストパターンと逆のレジストパターンを有する基
板を作成した。上記基板と、前記ＩＴＯ２０表面を有す
る基板とを、５．５μｍのスペーサーによりセル厚を保
たせて貼り合わせることによりセルを構成した。作成し
たセル中にＲ６８４ ０．０４ｇとｐ−フロロスチレン
０．２ｇさらに液晶材料ＺＬＩ−４７９２（メルク社
製：Ｓ−８１１ ０．４重量％含有）４．４ｇと光重合
開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ６５１の０．０２５ｇを混合し
た混合物を注入して硬化させた。重合性材料材料の表面
自由エネルギーは、３９．２ｍＮ／ｍであり、液晶材料
の表面自由エネルギー（３２ｍＮ／ｍ）より大きな値で
ある。作成された高分子壁と液晶領域とのパターンは、
実施例３と逆のパターンとなっていた。

【０２７２】作成したセルから実施例２と同様に表示パ
ネルを作成した。作成した表示パネルを偏光顕微鏡で観
察したところ、ＩＴＯ上に高分子材料が、レジスト上に
液晶材料が集まっていた。

【０２７３】本実施例のように、表面自由エネルギーが
実施例２と逆の場合でも、基板上の表面自由エネルギー
の違う領域を適切に配置することにより、高分子壁と液
晶領域とを意図的に配置することができる。

【０２７４】（実施例２０）十分に洗浄された１．１ｍ
ｍ厚の硝子基板（コーニング社製＃７０５９）に、透明
電極としてＩＴＯを１００ｎｍ蒸着し、フォトレジスト
のスピンコート、ＵＶによる露光・現像工程、ＩＴＯの
エッチング工程・レジスト剥離工程を経て、ピッチ１０
０μｍ（電極部の幅８０μｍ、電極間隔２０μｍ）のス
トライプ状電極を形成した。このようにして作製された
２枚の基板を、基板の電極形成側表面が対向し、かつ各
基板の電極の向きが互いに直交するように各基板を貼り
合わせ、液晶表示素子のセルを作製した。上記二枚の基
板の間隔は、５μｍのスペーサーの散布により、一定に
保った。

【０２７５】この液晶セルに注入する材料は、下記表９
に示した組成比で十分に混合し、紫外線に曝さない状態
を保ちつつ、真空注入法によって注入した。

【０２７６】

【表９】

【０２７７】こうして準備した注入済みのセルの電極に
外部から電圧を印加できるように加工した。その後、恒
温槽にて、セルの温度を１００℃にして１時間保持した
後、セルの両側の基板上の電極に６０ヘルツの矩形波
（±５ボルト）を印加した。この印加電圧を保ったま
ま、セルを徐冷して７４℃にした。この温度は、予め、
この混合物が液晶相と高分子材料の等方相とに相分離す
る事が確かめられている温度である。さらに、印加電圧
およびセルの温度を保ったまま、１０分間、高圧水銀灯
によって照度７ｍＷ／ｃｍ²（３６５ｎｍ）の紫外線を
照射し、前記制御された相分離によって形成された液晶
相と等方相との空間分布を、液晶領域と高分子領域の構
造として固定させた。その後、印加電圧を除去し、セル
の両側基板上に偏光子と検光子とを透過軸が互いに直交
するうように貼付した。このようにして、液晶表示素子
を作製した。このようにして作製した液晶表示素子の偏
光顕微鏡による観察結果を図２６に示す。また、本実施
例２０の液晶表示素子の観察結果と、後述する比較例１
０の液晶表示素子の観察結果とを下記表１０に示す。

【０２７８】図２６において、符号Ａ₁、Ａ₂は、前記ス
トライプ状の電極部を示し、符号Ｂ₁、Ｂ₂は各電極の間
の非電極部を示す。ここに示したように、液晶領域７
は、電界の印加されている領域によく制御されて配置さ
れており、非電極部には高分子領域８が良好に形成範囲
を制御されて配置されていることが分かる。また、各液
晶領域７に消光模様１７が観察されたが、この消光模様
１７は前記偏光子と検光子との各透過軸方向にそれぞれ
平行であり、消光模様１７による表示パネル品質の低下
は発生しない。

【０２７９】この素子では、従来のＴＮモードの素子の
ような視角特性ではなく、反転の無い、良好な表示が得
られた。さらに、目視観察においても、透過率のむらは
観察されず、セルから１０ｃｍ離れたところからの観察
においても、ざらつきは観察されなかった。

【０２８０】

【表１０】

【０２８１】（比較例１０）実施例２０と同様の方法に
よってセルを作製し、同様に、表示用電極に電圧が印加
されるように電極を加工した後、この表示用電極を短絡
し電圧が印加されない状態が保てるようにした。その
後、実施例２０と同様の材料を真空注入法によって注入
した。このセルを恒温層中にて１００℃に昇温して１時
間保存した。さらに、このセルを徐冷によって７４℃に
した。そして、この基板の温度を保ったまま１０分間、
高圧水銀灯によって照度７ｍＷ／ｃｍ²（波長３６５ｎ
ｍ）の紫外線を照射し、相分離によって形成された、液
晶相と等方相との空間分布を、液晶領域と高分子領域の
構造として固定させた。その後、セルの両側基板上に偏
光フィルムを透過軸が互いに直交するように貼付し、液
晶表示素子を作製した。

【０２８２】このようにして作製した液晶表示素子の偏
光顕微鏡による観察結果を図２７に示す。図２７に於け
る符号Ａ₁、Ａ₂、Ｂ₁、Ｂ₂は図２６と同一の符号であ
る。図２７に示したように、本比較例に於いて、液晶領
域の位置、形状は図２６に示される実施例２０のように
十分には制御されていない。また、大きさもばらついて
いた。

【０２８３】この素子では、従来にＴＮモードの素子の
ような視角特性ではなく、反転の無い、良好な表示が得
られた。しかし、目視観察においては、上記表１０に示
すように透過率にむらが観察され、セルから３０ｃｍ離
れたところからの観察においても、ざらつきは観察され
た。

【０２８４】（実施例２１）実施例２０と同様の方法に
て形成された基板上の電極の面に、ポリイミド系配向膜
をスピンコートにより塗布し、ラビング処理を行った。
この基板２枚をスペーサーを介し、実施例２０と同様の
方法で貼り合わせた。ただし、スペーサは６．５μｍの
ものを使用した。作製された未注入のセルに下記表１１
の材料を十分に混合して得られた混合物を真空注入法に
よって注入した。

【０２８５】

【表１１】

【０２８６】ここで、液晶材料は、ＺＬＩ４４２７にＳ
−８１１を混合し、カイラルピッチｐとセルギャップｄ
とがｄ／ｐ＝０．５となるように予め調整した。その
後、恒温層にて、セルの温度を１００度にして１時間保
持した後、セルの両側の基板上の表示用電極に６０ヘル
ツの矩形波（±５ボルト）を印加した。この印加電圧を
保ったまま、セルを徐冷して７１℃にした。この温度
は、予め、この混合物で液晶相と当方相に相分離しする
事が確かめられている温度である。印加電圧およびセル
の温度を保ったまま、８分間、高圧水銀灯によって照度
７ｍＷ／ｃｍ²（３６５ｎｍ）の紫外線を照射し、制御
された相分離によって形成された、液晶相と等方相の秩
序構造を、液晶領域と高分子領域の構造として、固定さ
せた。その後、印加電圧を除去し、セルの両側基板上に
偏光子フィルムと検光子フィルムとを貼付した。このよ
うにして、液晶表示素子を作製した。

【０２８７】この液晶表示素子の偏光顕微鏡観察の結果
は図２９のようになった。液晶領域の光学特性は、通常
のＳＴＮモードのと同様であった。図２９に於ける符号
Ａ₁、Ａ₂、Ｂ₁、Ｂ₂は図２６に於ける符号と同一であ
る。本実施例に於いても、液晶領域７の位置、及び形状
は、前記ストライプ電極による電界が印加されている領
域に良好に制御されて形成されていることが分かる。ま
た、本実施例に於いては、図２７等に於いて示されてい
る消光模様も観察されなかった。

【０２８８】この液晶表示素子においては、従来の液晶
表示素子と異なり、素子の表面に圧力を加えても、表示
の色変化などは観察されなかった。また、表示のムラ、
ざらつきなどは観察されなかった。

【０２８９】（実施例２２）アクティブマトリクス駆動
に用いるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ）が形成され、且つ配向膜がそれぞれ形成された
硝子基板と対向基板とを用いて、未注入のセルを作製し
た。ここで、通常のＴＦＴを用いた液晶表示素子の場合
とは異なり、基板の最も液晶層側に配置されている配向
膜には、ラビング処理を施さなかった。この基板の表示
用透明電極部に電圧が印加されるよう、端子電極を加工
し、上記表９の混合物を真空注入法によって注入した。
このセルを恒温層にて、セルの温度を１００℃にして１
時間保持した後、セルの両側の基板上の電極に、ＴＦＴ
を通じて６０ヘルツの矩形波（±５ボルト）を印加し
た。この印加電圧を保ったまま、セルを徐冷して７４℃
にし、印加電圧およびセルの温度を保ったまま、２０分
間、高圧水銀灯によって照度７ｍＷ／ｃｍ²（３６５ｎ
ｍ）の紫外線を照射し、制御された相分離によって形成
された、液晶相と等方相の空間構造を、液晶領域と高分
子領域の構造として、固定させた。

【０２９０】実施例２０に比べて照射時間が長いのは、
この紫外線の照射をＴＦＴの形成された基板側から照射
したため、絵素間の駆動用配線によって紫外線が減衰さ
れるためである。

【０２９１】その後、印加電圧を除去し、セルの両側基
板上に偏光子フィルムと検光子フィルムとを透過軸が互
いに直交するように貼付した。このようにして、液晶表
示素子を作製した。このようにして作製した液晶表示素
子の偏光顕微鏡による観察結果を図２８にしめす。図２
８に示したように、液晶領域７は絵素の位置、形状によ
く制御されて、形成された。また、高分子領域８は、表
示に関係する絵素領域にはほとんど形成されていなかっ
た。

【０２９２】この素子では、従来のＴＮモードの素子の
ような視角特性ではなく、反転の無い、良好な表示が得
られた。さらに、目視観察においても、透過率のむらは
観察されず、セルから１０ｃｍは成れたところからの観
察においても、ざらつきは観察されなかった。

【０２９３】（実施例２３）図３０は、本実施例２３で
ある液晶表示素子を示す断面図である。図３０におい
て、この液晶表示素子は、ガラス板等からなる一対の基
板１、２が対向配設され、その間に高分子壁８に囲まれ
た液晶領域７が挟まれて表示媒体とされている。一方の
基板１の表示媒体側表面には電極３としての電極配線が
形成され、他方の基板２の表示媒体側表面には電極４と
しての電極配線が形成されて、電極３および４が対向す
る部分が絵素となっている。

【０２９４】以下、本実施例の液晶表示素子の製造方法
について説明する。

【０２９５】まず、一対の基板１、２の一方の面にスト
ライプ状のＩＴＯ電極３、４を膜厚２００ｎｍで形成す
る。この上に配向膜を設けるが、ここでは例えばＳＥ−
１５０（日産化学製）をスピンコート法により５０ｎｍ
の膜厚で塗布し、焼成する。さらにこの配向膜の面をナ
イロン布で一方向にラビングを行うが、この時、電極部
と非電極部とではラビング布の毛の当り具合、接触の圧
力が異なる。つまり図３１のように、表面にラビング布
３１が装着されたラビングローラ３２を回転させつつ、
電極３と配向膜３０とが形成された基板１を矢符方向に
移動させるとき、非電極部より電極部の方が毛が強く当
たっていることが分かる。よって電極部と非電極部では
配向膜３０の表面状態が異なったものが形成される。こ
れら一対の基板１、２をスペーサを介し、電極３、４を
対向させながら貼り合わせる。このように形成した基板
１、２間に液晶材料と、光または熱重合性材料と重合開
始剤との混合物を注入して挟持するが、ここでは液晶材
料にＺＬＩ−４７９２（メルク社製）０．６１２ｇ、光
重合性材料にイソボルニルアクリレート０．０３ｇ、β
−（パーフルオロオクチル）エチルアクリレート０．０
３ｇ、ｐ−フェルニルスチレン０．００８ｇ、光重合開
始剤にＩｒｇａｃｕｒｅ６５１（チバガイギー製）０．
００３ｇを用いる。

【０２９６】次に基板を液晶材料が前記等方相を示す９
５℃に加熱し、そのまま保温する。その後、基板に対
し、紫外光照射を行うがここでは１０ｍＷ／ｃｍ²の照
度で約１０分間行う。その後、室温まで徐冷するが、徐
冷スピードは約−０．２℃／分で行う。このように等方
相で保温から徐冷への変化を行うことで非絵素部に高分
子材料を凝集させる。次に紫外線光を１０ｍＷ／ｃｍ²
の照度で１０分間照射し、高分子壁部を硬化させる。こ
のように作成した液晶表示素子を顕微鏡にて高分子壁の
形成状態を観察したところ、図３２のように非絵素部に
高分子壁８が形成されていた。また液晶領域７の相溶化
温度Ｔ_N-Iを測定したところ８６℃（液晶材料のみの場
合、Ｔ_N-I＝９０℃）であったので、絵素部はほぼ液晶
材料が占有しており、液晶材料−高分子材料の相分離が
明確に行われていることが分かる。

【０２９７】（実施例２４）図３３は、本実施例２４で
ある液晶表示素子の製造工程を示す断面図である。図３
３において、この液晶表示素子は、ガラス板等からなる
一対の基板１の表示媒体側表面には電極３としての電極
配線が形成され、その上に配向膜３０が形成されてい
る。配向膜３０において、前記電極３の間に相当する凹
所にレジストによる被膜２１が形成されている。他方の
基板も基板１と同様な構成を有しており、各基板の電極
が対向する部分が絵素となっている。

【０２９８】以下、本実施例の液晶表示素子の製造方法
について説明する。

【０２９９】一対の透明なガラス基板１上にストライプ
状のＩＴＯ電極３をそれぞれ形成する。その電極３上に
配向膜３０としてＳＥ−１５０（日産化学製）を約５０
ｎｍの膜厚で塗布する、その後、電極３の抜け部である
配向膜３０の凹所にポジ型ホトレジストＯＦＰＲ−８０
０（東京応化製）２１をホトリソ工程により約５０ｎｍ
の膜厚で形成する。その配向膜３０とレジスト２１が形
成された面をナイロン布などでラビング処理を行う。こ
のときラビングによってレジスト２１は、剥ぎ取っても
よい。このようにして得られた一対の基板１をスペーサ
を介して貼り合わせ、セルを作成する。

【０３００】このように形成した基板１間に液晶材料と
光または熱重合性材料と重合開始剤の混合物を挟持す
る。ここでは液晶材料にＺＬＩ−４７９２（メルク製）
０．６１２ｇ、光重合性材料にイソボルニルアクリレー
ト０．０３ｇ、β−（パーフルオロオクチル）エチルア
クリレート０．０３ｇ、ｐ−フェニルスチレン ０．０
０８ｇ、光重合開始剤にＩｒｇａｃｕｒｅ６５１（チバ
ガイギー製）０．００３ｇを用いる。次に基板１を液晶
材料が等方相を示す９５℃に加熱し、そのまま保温す
る。

【０３０１】その後、基板１に対し、紫外光照射を行う
が、ここでは１０ｍＷ／ｃｍ²の照度で約１０分間行
う。その後、室温まで徐冷するが、徐冷スピードは約−
０．２℃／分で行う。このように等方相で保温から徐冷
を行うことで非絵素部に高分子材料を凝集させる。次に
紫外光を１０ｍＷ／ｃｍ²の照度で１０分間室温で照射
し、高分子壁部をさらに硬化させる。このように作成し
た液晶表示素子を顕微鏡にて高分子壁の形成状態を観察
したところイメージ図３２のように非絵素部に高分子壁
が形成されていた。また液晶領域の相溶化温度Ｔ_N-Iを
測定したところ８６℃（液晶材料のみの場合Ｔ_N-I＝９
０℃）であったので、絵素領域はほぼ液晶材料が占有し
ており、液晶材料−高分子材料の相分離が明確に行われ
ていることが分かる。

【０３０２】（実施例２５）下記表１２に示すように、
光重合性材料の混合物サンプルａ〜ｅを作成した。この
光重合性材料の混合物を１ｇと、液晶材料Ｅ−７（メル
ク社製；Ｓ−８１１を０。４重量％含有）を４ｇと、更
に光重合開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４（チバガイギー
社製）を０．０２５ｇとを均一に混合して、実施例２と
同様に作成したセルに注入した。高圧水銀ランプ下、７
ｍＷ／ｃｍ²のところで８分間紫外線を照射して光重合
性材料を硬化させた。

【０３０３】サンプルａおよびｂでは、絵素領域にもか
なりの量の高分子材料が入り込んでいたが、サンプル
ｃ、ｄおよびｅでは、絵素領域内には高分子材料は見ら
れなかった。

【０３０４】

【表１２】

【０３０５】（実施例２６）上記表１２に示すように、
光重合性材料の混合物サンプルａ〜ｅを作成した。この
光重合性材料の混合物を１ｇと、液晶材料Ｅ−７（メル
ク社製；Ｓ−８１１を０。４重量％含有）を４ｇと、更
に熱重合開始剤ｔ−ブチルパーオキサイドを０．０２５
ｇとを均一に混合して、実施例２と同様に作成したセル
に注入した。この液晶セルを１３０゜Ｃで４時間加熱
し、重合性材料成分を硬化させた。

【０３０６】実施例２５と同様に、サンプルａおよびｂ
では、絵素領域にもかなりの量の高分子材料が入り込ん
でいたが、サンプルｃ、ｄおよびｅでは、絵素領域内に
は高分子材料は見られなかった。

【０３０７】（実施例２７）上記実施例２５と同様の材
料を用いて液晶セルを作成した。これらの液晶セルを一
旦９０゜Ｃまで加熱し、それぞれの均一混合温度より２
度低い温度まで、液晶セルを−０．５゜Ｃ／ｍｉｎの割
合で冷却した。その温度に液晶セルを保ったまま、高圧
水銀ランプ下、７ｍＷ／ｃｍ²のところで８分間紫外線
を照射して光重合性材料を硬化させた。

【０３０８】サンプルａおよびｂでは、少しではあるが
絵素領域に高分子材料が入り込んでいた。サンプルｃ、
ｄおよびｅでは、絵素領域内には高分子材料は見られ
ず、更に高分子壁の領域に入り込む液晶の量も減少して
いた。

【０３０９】以上の各実施例に示されている各液晶表示
素子は、以下の特性を有している。 液晶領域内の液晶分子が軸対称状に配向している。
本発明の素子は、液晶分子の配向状態が軸対称状である
ために液晶表示素子の視野角特性が改善される。具体的
には、広視野角を生かした平面ディスプレー（パソコ
ン、ワープロ、アミューズメント機器、テレビ）、シャ
ッタ効果を利用した表示板、窓、扉、壁等に利用するこ
とが出来る。

【０３１０】 液晶領域内の液晶分子が少なくとも一
方の基板上で一方向に配向している。本発明の素子は、
従来使用されているＴＮ、ＳＴＮモードなど配向膜の配
向規制力を使用して液晶分子を一方の基板上で配向させ
るモードを高分子壁中に作成して、外圧に対するセルギ
ャップの変動による表示特性の劣化を防止したセルであ
る。本素子の外圧に強い特性を生かし、ペン入力型表示
素子、携帯情報端末素子などに利用できる。

【０３１１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、高分子壁を所望の部分に作成し、液晶材料と
高分子材料との相分離を従来より明確にすることができ
るので、表示のコントラストが高い液晶表示素子が得ら
れる。また、絵素内への高分子材料の入り込みを少なく
することができるので、応答速度も向上させることがで
きる。

【０３１２】偏光板を設けることにより、従来のＴＮ、
ＳＴＮ、ＦＬＣ（ＳＳＦ）、ＥＣＢ表示モード等の液晶
表示素子に適用することができ、視野角特性およびコン
トラストの良好な液晶表示素子が得られる。

【０３１３】本発明の液晶表示素子の応用範囲は極めて
広く、例えばプロジェクションテレビ、パソコン等の平
面ディスプレイ装置、シャッター効果を利用した表示
板、窓、扉、壁等に利用することができる。また、薄型
基板、フィルム基板等を利用してセルを作成することに
より、薄型の液晶表示素子とすることもできる。

【０３１４】本発明は、１絵素内に液晶分子が絵素の中
心部を中心に軸対称状に配向した液晶表示素子であり、
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
悪化を改善することができる。特に、絵素内に高分子材
料の混入が抑えられ、かつ、絵素内の液晶ドメインの個
数が少なく、ディスクリネーションラインの形成が抑え
られる軸対称状に液晶分子が配向した素子においては、
視角特性が改善されると同時に、電圧ＯＦＦ時の光線透
過率も改善される。

【０３１５】更に、本発明の素子の作成方法は、基板表
面に表面自由エネルギーの異なる領域を作成し、液晶材
料と光重合性材料との表面自由エネルギーの差を利用し
て、高分子壁をパターンニングするものであり、熱重
合、光重合の両方を利用でき、かつ複雑なフォトマスク
の位置合わせなどの操作が省略できる。

【０３１６】本発明で得られた液晶表示素子は、配向膜
表面を選択的に改質することで液晶材料と高分子材料を
相分離し、その凝集する位置を制御したものであり、ま
た、その制御する方法である。上記のように電極の段
差、レジストなどの薄膜によるパターン化によって、選
択的に配向膜表面の改質を行うが、これらの製造方法
は、従来のフォトマスクを基板の外部に固定するマスク
法、ＩＴＯ電極自身をフォトマスクとなるように紫外線
をとうしにくく形成するＩＴＯセルフアライメント法に
比べて、フォトマスクとなり得る構成要素を考慮する必
要がなく、ラビングという従来から用いられている液晶
パネルの製造工程を利用することができ、極めて簡略な
工程となり、その製造法上、極めて有効な手段である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１および実施例１ａに係る液晶
表示素子の断面図である。

【図２】実施例１の液晶表示素子における電極３および
４を示す平面図である。

【図３】実施例１ａの液晶表示素子の製造工程を示す平
面図である。

【図４】実施例１ａ、１ｂおよび比較例１、２の液晶表
示素子の高分子壁形成状態をＳＥＭで観察した時に得ら
れる像の模式図である。

【図５】実施例１ｃおよび比較例３の液晶表示素子のＴ
ＦＴ基板１０および対向基板１１を示す平面図である。

【図６】実施例１ｃおよび比較例３の液晶表示素子の製
造工程を示す断面図である。

【図７】従来例の視覚特性の原理を説明する図である。

【図８】本発明の視角特性の改善の原理を説明する図で
ある。

【図９】液晶−高分子複合素子の液晶領域内で基板上に
高分子材料が付着した領域を説明した断面図である。

【図１０】本発明のセルの断面図及び平面図である。

【図１１】表面自由エネルギーの異なる領域で液晶材料
と重合性材料の分離を行う原理の一例を説明する図であ
る。

【図１２】表面自由エネルギーの異なる領域で液晶材料
と重合性材料の分離を行う原理の他の例を説明する図で
ある。

【図１３】本発明のうち基板上の配向規制力を利用しな
いモードの概略図である。

【図１４】絵素中の液晶領域を分割して使用する場合の
絵素を示す平面図である。

【図１５】２官能液晶性重合材料を使用した場合の偏光
顕微鏡観察例の平面図である。

【図１６】実施例で作成された基板のパターンを説明す
る図である。

【図１７】実施例で作成した液晶表示素子の偏光顕微鏡
観察例の平面図である。

【図１８】実施例で作成した液晶表示素子の視角特性を
示すグラフである。

【図１９】ＴＮセルの視角特性を示すグラフである。

【図２０】比較例で作成された基板のパターンを示す図
である。

【図２１】比較例で作成した液晶表示素子の偏光顕微鏡
観察例の平面図である。

【図２２】実施例で使用するカラーフィルターの平面図
である。

【図２３】実施例で使用するＴＦＴ基板の平面図及び断
面図である。

【図２４】実施例の絵素の観察例の平面図である。

【図２５】実施例で作成した液晶表示素子の偏光顕微鏡
観察例の平面図である。

【図２６】本発明の実施例によって得られた液晶表示素
子の偏光顕微鏡観察の平面図である。

【図２７】本発明における比較例によって得られた液晶
表示素子の偏光顕微鏡観察の平面図である。

【図２８】本発明の実施例によって得られた液晶表示素
子の偏光顕微鏡観察の平面図である。

【図２９】本発明の実施例によって得られた液晶表示素
子の偏光顕微鏡観察の平面図である。

【図３０】本発明の実施例の液晶表示素子の断面図であ
る。

【図３１】本発明の実施例の液晶表示素子の製造工程を
示す断面図である。

【図３２】本実施例の液晶表示素子の平面図である。

【図３３】本発明の実施例の液晶表示素子の製造工程を
示す断面図である。

【符号の説明】

１、２ 基板 ３、４ 電極 ５、６ 薄膜 ７、５１ 液晶領域 ８、５２ 高分子壁 ９、５０ 遮光部 １５ ディスクリネーションライン １７ 消光模様 ２１ レジスト ３０ 配向膜 ３１ ラビング布 ３２ ラビングローラ ４０ ＴＦＴ基板 ４１ 対向基板 ４２ 絵素電極 ４３ ブラックマスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀江 亘 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 塩見 誠 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 岡本 正之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 藤森 孝一 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 四宮 時彦 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−188383（ＪＰ，Ａ) 特表 平５−500273（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1334 C09K 19/38 G02F 1/1337 500

Claims (29)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面自由エネルギーが相互に異なる複数
   の領域が規則的パターンで形成された少なくとも一つの
   基板を含む一対の基板と、 該一対の基板に挟まれ、第１の表面自由エネルギーが定
   められた一部の複数の領域の上に形成され、重合性材料
   が硬化してなる高分子材料からなる高分子壁と、 該一対の基板に挟まれ、第２の表面自由エネルギーが定
   められた他の一部の複数の領域の上に形成され、該高分
   子壁に実質的に囲まれた液晶材料からなる複数の液晶領
   域とを備え、 該一部の複数の領域、該他の一部の複数の領域、該高分
   子壁及び該液晶領域は、該第１の表面自由エネルギーγ
   _p、第２の表面自由エネルギーγ_E、該液晶材料の表面自
   由エネルギーγ_LC、および該高分子材料の表面自由エネ
   ルギーγ_Mが、関係式 （γ_E−γ_P）×（γ_LC−γ_M）＞０ ・・・（１） を満たす組み合せに選ばれた液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記第１の表面エネルギーが、前記第２
   の表面自由エネルギーより低い、請求項１に記載の液晶
   表示素子。
3. 【請求項３】 絵素部における前記一対の基板のギャッ
   プｄ₁と、少なくとも該絵素部以外の一部の該一対の基
   板のギャップｄ₂とが、ｄ₁＞ｄ₂の関係にある、請求項
   １に記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 前記ギャップｄ₁、ｄ₂は、関係 ０．１×ｄ₁＜ｄ₂＜０．９×ｄ₁ ・・・（２） を満足するように選ばれている、請求項３に記載の液晶
   表示素子。
5. 【請求項５】 前記液晶表示素子がアクティブマトリク
   ス表示素子であって、前記一対の基板のうちアクティブ
   素子を有する基板が、前記絵素部以外の部分に遮光領域
   を有し、該一対の基板のうちの他方の基板が、少なくと
   も該絵素部以外の一部分に紫外線を部分的に透過する領
   域を有する、請求項３に記載の液晶表示素子。
6. 【請求項６】 対向配設された一対の基板と、 該一対の基板間に設けられ、高分子壁と該高分子壁に包
   囲された複数の液晶領域とを有する表示媒体と、 該一対の基板の少なくとも一方の基板の該表示媒体側表
   面における絵素部以外の少なくとも一部に形成され、該
   絵素部以外の表面自由エネルギーの値を該絵素部の表面
   自由エネルギーの値よりも小さくするための薄膜と、 を備えた液晶表示素子。
7. 【請求項７】 前記絵素の７０％以上が、該絵素の面積
   の３０％以上の大きさである前記液晶領域を１絵素内に
   少なくとも１つ保有する、請求項６に記載の液晶表示素
   子。
8. 【請求項８】 前記絵素部以外の表面自由エネルギーが
   ７５ｍＮ／ｍ以下である、請求項６に記載の液晶表示素
   子。
9. 【請求項９】 前記絵素部以外の表面自由エネルギーと
   前記絵素部の表面自由エネルギーとの差が、１５ｍＮ／
   ｍ以上である、請求項６に記載の液晶表示素子。
10. 【請求項１０】 少なくとも一方が透光性を有する２枚
    の基板を有し、該２枚の基板間に液晶材料と高分子材料
    で構成された規則的なパターン状の空間構造体を有する
    複合体が挟持された液晶表示素子の製造方法であって、 該液晶表示素子作成時において該空間構造体を制御する
    手段として、該素子を構成する系の自由エネルギーを空
    間的に制御する手段を用い、 該自由エネルギーを空間的に制御する手段として、少な
    くとも一方の該基板の該複合体側界面と、該複合体構成
    成分の少なくとも１成分との界面自由エネルギーを制御
    する手段を用い、 該 界面自由エネルギーの制御として、感光性樹脂を用い
    る、液晶表示素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 少なくとも一方が透光性を有する２枚
    の基板を有し、該２枚の基板間に液晶材料と高分子材料
    で構成された規則的なパターン状の空間構造体を有する
    複合体が挟持された液晶表示素子の製造方法であって、 該液晶表示素子作成時において該空間構造体を制御する
    手段として、該素子を構成する系の自由エネルギーを空
    間的に制御する手段を用い、 該 自由エネルギーの空間的な制御として、該２枚の基板
    間の空隙の距離の制御を行って、素子作成時に、制御さ
    れた秩序構造にある場合の該複合体構成材料の相分離界
    面の表面積が、無秩序構造にある場合での該表面積と比
    較して、小さくなるように基板を構成し、該相分離界面
    の界面自由エネルギーの制御を用いる、液晶表示素子の
    製造方法。
12. 【請求項１２】 少なくとも一方の基板が、表面自由エ
    ネルギーが相互に異なる複数の領域を有し、低表面自由
    エネルギーの領域の表面自由エネルギーが７５ｍＮ／ｍ
    以下、あるいは該複数の領域の表面エネルギー差が１５
    ｍＮ／ｍ以上である２枚の基板間に注入された、少なく
    とも液晶材料、光重合性材料を含む混合物に、紫外線を
    照射することにより、重合反応に伴う相分離を起こさ
    せ、規則的に高分子材料と液晶材料とを分布させる、液
    晶表示素子の製造方法。
13. 【請求項１３】 電圧および磁場の少なくとも一方を印
    加しながら液晶材料と高分子材料とを相分離させる請求
    項１２に記載の液晶表示素子の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記光重合性材料が液晶性重合モノマ
    ーを含有する、請求項１２に記載の液晶表示素子の製造
    方法。
15. 【請求項１５】 前記光重合性材料の表面自由エネルギ
    ーが４０ｍＮ／ｍ以下である、請求項１２に記載の液晶
    表示素子の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記液晶材料と前記光重合性材料との
    前記混合物の均一化温度（Ｔ_iso）以上からＴ_iso以下
    に、前記２枚の基板間に該混合物が充填された液晶セル
    を徐冷し、該液晶材料が析出してから該光重合性材料を
    硬化する請求項１２に記載の液晶表示素子の製造方法。
17. 【請求項１７】 対向配設された一対の基板の間に、高
    分子壁に包囲された複数の液晶領域を有する表示媒体が
    設けられた液晶表示素子の製造方法において、 少なくとも一方の基板の絵素部以外の少なくとも一部に
    薄膜を形成する工程と、 該一対の基板を、該薄膜を内側に配し、かつ間隙を設け
    て対向させて、貼り合わせる工程と、 該間隙に、液晶材料、光重合性材料および光重合開始剤
    を少なくとも含む混合材料を注入する工程と、 該混合材料に紫外線を照射して該高分子壁に包囲された
    複数の液晶領域からなる表示媒体を形成する工程とを含
    む液晶表示素子の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記混合材料に紫外線を照射する際
    に、該混合材料の前記絵素部に対応する部分をフォトマ
    スクで覆い、該フォトマスクで覆われた部分の紫外線強
    度が、照射される紫外線強度の８０％以下となるように
    する、請求項１７に記載の液晶表示素子の製造方法。
19. 【請求項１９】 電圧および磁場の少なくとも一方を印
    加しながら液晶材料と高分子材料とを相分離させる請求
    項１７に記載の液晶表示素子の製造方法。
20. 【請求項２０】 前記光重合性材料が液晶性重合モノマ
    ーを含有する、請求項１７に記載の液晶表示素子の製造
    方法。
21. 【請求項２１】 前記光重合性材料の表面自由エネルギ
    ーが４０ｍＮ／ｍ以下である、請求項１７に記載の液晶
    表示素子の製造方法。
22. 【請求項２２】 少なくとも一方の基板が、表面自由エ
    ネルギーが相互に異なる複数の領域を有し、低表面自由
    エネルギーの領域の表面自由エネルギーが７５ｍＮ／ｍ
    以下、あるいは該複数の領域の表面エネルギー差が１５
    ｍＮ／ｍ以上である２枚の基板間に注入された、少なく
    とも液晶材料、熱重合性材料を含む混合物を加熱するこ
    とにより、重合反応に伴う相分離を起こさせ、規則的に
    高分子材料と液晶材料とを分布させる、液晶表示素子の
    製造方法。
23. 【請求項２３】 電圧および磁場の少なくとも一方を印
    加しながら液晶材料と高分子材料とを相分離させる請求
    項２２に記載の液晶表示素子の製造方法。
24. 【請求項２４】 前記熱重合性材料が液晶性重合モノマ
    ーを含有する、請求項２２に記載の液晶表示素子の製造
    方法。
25. 【請求項２５】 前記熱重合性材料の表面自由エネルギ
    ーが４０ｍＮ／ｍ以下である、請求項２２に記載の液晶
    表示素子の製造方法。
26. 【請求項２６】 前記液晶材料と前記熱重合性材料との
    前記混合物の均一化温度（Ｔ_iso）以上からＴ_iso以下
    に、前記２枚の基板間に該混合物が充填された液晶セル
    を徐冷し、該液晶材料が析出してから該熱重合性材料を
    硬化する請求項 ２２に記載の液晶表示素子の製造方法。
27. 【請求項２７】 電極が形成された少なくとも一方が透
    明な一対の基板間に液晶材料と高分子材料が挟持された
    液晶表示素子の製造方法において、 該液晶材料と該高分子材料からなる複合膜が接する基板
    の界面が規則的なパターン状に選択的に改質されてお
    り、 該液晶材料と該高分子材料からなる該複合膜が接する基
    板の界面に配向膜が形成されており、 該 配向膜がラビング処理されていて、該電極の高低差に
    よって生じるラビング強度差によって選択的に配向膜表
    面の改質が行われる、液晶表示素子の製造方法。
28. 【請求項２８】 電極が形成された少なくとも一方が透
    明な一対の基板間に液晶材料と高分子材料が挟持された
    液晶表示素子の製造方法において、 該液晶材料と該高分子材料からなる複合膜が接する基板
    の界面が規則的なパターン状に選択的に改質されてお
    り、 該液晶材料と該高分子材料からなる該複合膜が接する基
    板の界面に配向膜が形成されており、 該 配向膜の特定領
    域に被膜が形成されている、液晶表示素子の製造方法。
29. 【請求項２９】 電極が形成された少なくとも一方が透
    明な一対の基板間に液晶材料と高分子材料が挟持された
    液晶表示素子の製造方法において、 該液晶材料と該高分子材料からなる複合膜が接する基板
    の界面が規則的なパターン状に選択的に改質されてお
    り、 該 電極が形成された基板上に配向膜を形成する工程と、 該配向膜上の特定領域に被膜を形成する工程と、 該配向膜及び該被膜をラビング処理する工程と、 を含む液晶表示素子の製造方法。