JP3092896B2 - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents
液晶表示素子及びその製造方法Info
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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γp、第2の表面自由エネルギー
γE、該液晶材料の表面自由エネルギーγLC、および該
高分子材料の表面自由エネルギーγMが、関係式 (γE−γP)×(γLC−γM)>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。
表面自由エネルギーより低くてもよい。
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。
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。
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。
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。
5mN/m以下としてもよい。
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。
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。
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。
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。
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。
含有するようにしてもよい。
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(Tiso)以
上からTiso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。
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。
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。
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。
含有するようにしてもよい。
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。
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。
含有するようにしてもよい。
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(Tiso)以
上からTiso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。
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。
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。
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。
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。
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γp、第2の表面自由エネルギー
γE、液晶材料の表面自由エネルギーγLC、および重合
性材料の表面自由エネルギーγMが、関係式 (γE−γP)×(γLC−γM)>0 ・・・(1) を満たす組み合せに選ばれている。
E>第1の表面自由エネルギーγp、且つ液晶材料の表面
自由エネルギーγLC>重合性材料の表面自由エネルギー
γMが成立する。或いは、第2の表面自由エネルギーγE
<第1の表面自由エネルギーγp、且つ液晶材料の表面
自由エネルギーγLC<重合性材料の表面自由エネルギー
γMが成立する。前記第1の表面自由エネルギーγp、第
2の表面自由エネルギーγE、液晶材料の表面自由エネ
ルギーγLC、重合性材料の表面自由エネルギーγM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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
%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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
重合性材料との混合物の均一化温度(Tiso)以上から
均一化温度Tiso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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
>重合性材料の表面自由エネルギーγM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。
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。
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。
膜を形成することによっても、本発明の効果が得られ
る。
LC<重合性材料の表面自由エネルギーγM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。
エネルギーγLCと重合性材料の表面自由エネルギーγM
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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TN-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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
H−,CH2=CH−COO−,CH2=CH−COO
−,
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。
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。
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。
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。
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。
さらに詳細に説明する。
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。
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。
例えば以下のようにして製造することができる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
施例について説明する。
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。
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。
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。
の偏光軸が直交するように貼り合わせた。
晶表示素子が得られた。
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。
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。
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。
れた液晶表示素子が得られた。
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。
材料を注入した。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
材料を真空注入した。
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。
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。
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。
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。
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。
は、プラスチックフィルム基板等を使用してもよい。
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。
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。
由エネルギーは下記表3に示す通りであった。
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。
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Tiso)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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図19に示した。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
−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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
について説明する。
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。
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TN-Iを測定したところ86℃(液晶材料のみの場
合、TN-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。
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。
について説明する。
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。
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。
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TN-Iを
測定したところ86℃(液晶材料のみの場合TN-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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
表示素子の断面図である。
4を示す平面図である。
面図である。
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。
FT基板10および対向基板11を示す平面図である。
造工程を示す断面図である。
ある。
高分子材料が付着した領域を説明した断面図である。
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。
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。
いモードの概略図である。
絵素を示す平面図である。
顕微鏡観察例の平面図である。
る図である。
観察例の平面図である。
示すグラフである。
である。
観察例の平面図である。
である。
面図である。
観察例の平面図である。
子の偏光顕微鏡観察の平面図である。
表示素子の偏光顕微鏡観察の平面図である。
子の偏光顕微鏡観察の平面図である。
子の偏光顕微鏡観察の平面図である。
る。
示す断面図である。
示す断面図である。
Claims (29)
- 【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γE、該液晶材料の表面自
由エネルギーγLC、および該高分子材料の表面自由エネ
ルギーγMが、関係式 (γE−γP)×(γLC−γM)>0 ・・・(1) を満たす組み合せに選ばれた液晶表示素子。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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(Tiso)以上からTiso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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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(Tiso)以上からTiso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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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