JP3118351B2

JP3118351B2 - スーパーツイスティッドネマティック液晶表示素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP3118351B2
Application number: JP05261356A
Authority: JP
Inventors: 信明山田; 正彦近藤; 正之岡本; 修一神崎
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-10-19
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 2000-12-18
Anticipated expiration: 2015-12-18
Also published as: JPH07114031A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばパソコン等の平
面ディスプレイ装置、液晶テレビ、および携帯用ディス
プレー（含フィルム基板）等に利用することができ、対
向する２つの基板の間に高分子からなる壁にて包囲され
た液晶領域を有する表示媒体が挟持されたＳＴＮ（スー
パーツイスティッドネマティック）液晶表示素子及びそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子には種々の表示モードのも
のがある。例えば、電気光学効果を利用する液晶表示素
子には、ネマティック液晶分子を用いたＴＮ（ツィステ
ィドネマティック）モードや、ＳＴＮ（スーパーツィス
ティドネマチィック）モードのものが実用化されてい
る。更に、明るい表示を目指したＳＴＮ素子として偏光
板が一枚である反射型液晶素子が提案されている（特開
平４−９７１２１号、特開平４−２８９８１８号）。

【０００３】一方、偏光板を必要とせず、液晶の光散乱
を利用する液晶表示素子には、動的散乱（ＤＳ）モード
や相転移（ＰＣ）モードを利用したものがある。

【０００４】近年、偏光板を必要とせず、しかも配向処
理を不要とする液晶表示素子として、液晶の複屈折率を
利用し、透明または白濁状態を電気的にコントロールす
る方式のものがある。この液晶表示素子は、基本的に、
液晶分子の常光屈折率と液晶を支持するポリマーなどの
支持媒体の屈折率とを一致させ、電圧を印加して液晶の
配向が揃うときに透明状態となし、電圧を印加しないと
きには、液晶分子の配向の乱れにて光散乱が起こる状態
となすことにより、表示するものである。この方式の液
晶表示素子としては、光硬化性又は熱硬化性の樹脂と液
晶とを混合したものを使用し、樹脂のみを析出して硬化
させ、硬化した樹脂の間に滴状をした液晶滴を形成させ
ることにより製造することが提案されている（特表昭６
１−５０２１２８号）。

【０００５】ところで、上記とは異なる非散乱型であ
り、偏光板を用いて視角特性を改善するようにした液晶
表示素子として、液晶と光硬化性樹脂との混合物を相分
離させて、液晶と高分子材料の複合材料を作製すること
により製造するものが提案されている（特開平５−２７
２４２号）。この提案に係る液晶表示装置は、生成した
高分子体により液晶ドメインの配向状態がランダム状態
になり、電圧印加時に個々の液晶ドメインで液晶分子の
立ち上がる方向が異なるために、各方向から見た見かけ
上の屈折率が等しくなるために中間調状態での視角特性
が改善されるものである。

【０００６】また、同様の液晶表示素子として、本願出
願人により以下のものが提案されている（特開平４−２
８６４８７号）。この液晶表示素子は、液晶および光硬
化性樹脂などの混合物に対して光照射して光重合させる
時に、ホトマスクなどの光制御手段を使用して、液晶ド
メインを絵素領域内で全方位的な配向状態、つまり放射
状となるように形成してあり、電圧制御により液晶分子
をあたかも傘が開いたり閉じたりするように動作させる
ように構成されている。この液晶表示素子による場合に
は、視角特性を著しく改善できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常使
用されているＳＴＮ液晶表示素子においては、外力によ
り液晶層の厚み、いわゆるセル厚が変化する。このた
め、例えばペン入力がなされる液晶表示素子の場合に
は、ペン入力により表示ムラが局部的に発生するという
問題があった。

【０００８】また、視角特性を改善して広視野角化され
た液晶表示素子においては、電気光学特性が急峻でない
のでデューティ比を十分に取れず、それ故に高価な薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）を使用する必要があり、コスト
が高くなるという難点があった。

【０００９】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、外力によるセル厚の変化
が少ないスーパーツイスティッドネマティック液晶表示
素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のスーパーツイス
ティッドネマティック液晶表示素子は、少なくとも一方
が透明である一対の電極基板と、該一対の電極基板間に
挟持された液晶層を含む表示媒体と、該一対の電極基板
にそれぞれ形成された電極の交差する部分で複数の絵素
が構成されてなるスーパーツイスティッドネマティック
液晶表示素子において、前記表示媒体は、高分子壁と、
該高分子壁により実質的に部分的または全体的に囲まれ
てなる液晶領域とからなり、該液晶領域は、前記複数の
絵素の配列状態に対応して規則的に配置されているとと
もに、該高分子壁は、前記一対の電極基板の両方に密着
しており、基板の配向状態を高分子中に記憶しているの
で、そのことにより上記目的が達成される。

【００１１】このスーパーツイスティッドネマティック
液晶表示素子においては、前記高分子壁は、実質的に前
記複数の絵素外に形成されている構成とすることができ
る。また、前記絵素は、液晶領域を少なくとも一つ有し
ている構成とすることができる。

【００１２】また、上記スーパーツイスティッドネマテ
ィック液晶表示素子においては、前記液晶領域は、複数
の絵素にわたって形成されている構成とすることができ
る。また、前記高分子壁は、液晶性高分子が含まれる材
料により形成されている構成とすることができる。

【００１３】また、上記スーパーツイスティッドネマテ
ィック液晶表示素子においては、前記液晶領域に含まれ
る液晶のツイスト角が２２０゜以上２９０゜以下である
構成とすることができる。

【００１４】本発明のスーパーツイスティッドネマティ
ック液晶表示素子の製造方法は、少なくとも一方が透明
である一対の電極基板と、該一対の電極基板間に挾持さ
れた液晶層を含む表示媒体と、該一対の電極基板にそれ
ぞれ形成された電極の交差する部分で複数の絵素が構成
されてなるスーパーツイスティッドネマティック液晶表
示素子の製造方法であって、少なくとも液晶材料と光重
合性材料と光重合開始剤を含む混合物を、該一対の電極
基板の間に注入する工程と、該混合物に規則的な照度分
布を有する光を照射することにより、前記表示媒体に、
高分子壁と、該高分子壁により実質的に囲まれるととも
に前記複数の絵素の配列状態に対応して規則的に配置さ
れてなる液晶領域とを形成する工程と、を含むので、そ
のことにより上記目的が達成される。

【００１５】この製造方法においては、前記規則的な照
度分布は、光強度調整手段により形成してもよい。ま
た、前記光強度調整手段は、ホトマスクにより形成して
もよく、前記光強度調整手段は、前記液晶表示素子に内
蔵してもよい。また、前記光重合性材料には、光硬化性
液晶化合物が含まれてもよい。また、前記混合物を注入
する工程は、該混合物の均一化温度以上でもよい。さら
に、前記混合物に光を照射する工程は、該混合物の均一
化温度以上であるとともに、該工程の後、前記液晶材料
がネマティック相の状態となるように冷却する工程と、
その後該混合物に再度光を照射する工程とを含んでもよ
い。また、前記混合物に再度光を照射する工程後に、さ
らに該混合物の均一化温度以上に加熱する工程と、その
後該液晶材料がネマティック相の状態となるように再度
冷却する工程とを含んでもよい。

【００１６】

【作用】本発明にあっては、液晶材料と光重合性材料と
の混合物を一対の電極基板間に注入し、該混合物の液晶
領域形成部分を弱照度領域とした光を混合物に照射す
る。

【００１７】これにより、まず強照度領域にある光重合
性材料（光硬化性液晶化合物と重合性化合物）に含まれ
る成分が反応して高分子壁用の核が形成され、その後、
強照度領域での高分子の濃度が低下するために高分子の
濃度勾配が形成され、その濃度勾配に沿って弱照度領域
内にある未反応の高分子が強照度領域に集まっていって
重合し、一対の電極基板に密着する状態で高分子壁が形
成される。また、高分子壁の形成がなされない部分には
液晶領域が形成される。

【００１８】したがって、一対の電極基板と高分子壁と
が密着しているので、電極基板に外力が加わってもセル
厚が変化しにくい。

【００１９】

【実施例】以下、本発明について実施例に基づいて具体
的に説明する。

【００２０】（実施例１）図１は、本発明にかかるスー
パーツイスティッドネマティック液晶表示素子（以下、
単に液晶表示素子という。）を示す断面図である。この
液晶表示素子は透過型であり、電極を有する基板２、６
間に表示媒体１０が挟持されたセル１を備え、セル１を
構成する上側の基板６の外側には偏光板１４が形成され
ている。下側の基板２は、ガラス等からなる絶縁性のベ
ース用基板３の表示媒体１０側にストライプ状をした下
部電極４および配向膜５が基板３側からこの順に形成さ
れている。一方、上側の基板６は、ガラス等からなる絶
縁性のベース用基板７の表示媒体１０側にストライプ状
をした上部電極８および配向膜９が基板７側からこの順
に形成されている。

【００２１】かかる両基板２、６で挟まれた表示媒体１
０は、滴状をした液晶領域１１が高分子壁１２で包囲さ
れた構造となっている。液晶領域１１の配向状態はＳＴ
Ｎ配向となっており、一方の高分子壁１２は両側の基板
２、６と密着または接着している。

【００２２】このように構成された液晶表示素子の製造
方法を以下に説明する。まず、分子中に重合性官能基を
有する光硬化性液晶化合物Ａ（Δε＜０）を合成する。

【００２３】

【化１】

【００２４】その合成は次のように行う。すなわち、
４’−ハイドロオキシ−２、３−ジフロロビフェニルを
過剰の１、１０−ジブロモデカンで炭酸カルシュウムの
存在下でエステル化を行う。続いて、カラムクロマトグ
ラフィーを用いて精製した後、その精製物を当モルのテ
トラメチレンアンモニュウム−ハイドロオキシペンタハ
イドレートに混合し、アクリル酸でエステル化する。こ
れにより、光硬化性液晶化合物Ａを得る。

【００２５】かかる準備が終了すると、基板２、６を以
下のように作製する。例えば、１．１ｍｍ厚の基板３、
７上にＩＴＯ（酸化インジュウムおよび酸化スズの混合
物）を使用して、厚み５００オングストロームのストラ
イプ状をした下部電極４、上部電極８を形成し、この基
板３、７上にポリイミド（サンエバー１５０：日産化学
社製）をスピンコートで塗布して配向膜５、９を得、配
向膜５、９に対して一方向にナイロン布を用いてラビン
グ処理を行った。これにより、基板２、６が作製され
る。なお、上記下部電極４および上部電極８は共に、１
ｍｍ当りに８本、かつ、隣合うもの同士の間隔を２５μ
ｍとした。

【００２６】次に、上記ラビング処理を行った２枚の基
板２、６を配向処理方向が互いに２４０゜になるように
貼り合わせる。このとき、９μｍのスペーサーによりセ
ル厚を保たせることによりセル１を構成した。

【００２７】次に、作製したセル１の上に、図２に示す
ホトマスク２０を、その遮光部２０ａが絵素部分を遮光
するように配置する。２０ｂは、透光部である。これと
前後して、セル１中に以下の混合物を注入する。その混
合物は、０．１０ｇのＲ−６８４（日本化薬社製）と、
０．０５ｇのスチレンと、０．１０ｇのイソボルニルア
クリレート（以上の３種類の材料は重合性化合物であ
る。）と、０．７５ｇの前記光硬化性液晶化合物Ａと、
４ｇの液晶材料４４２７｛Ｓ−８１１（メルク社製）に
よりツイスト角を２４０゜にした混合物｝と、０．０２
５ｇの光重合開始剤Ｉｒｕｇａｃｕｒｅ６５１とを、均
一化温度５４℃で均一に混合したものである。この混合
物の注入は、毛管注入により行った。上記重合性化合物
と上記光硬化性液晶化合物Ａとが光重合性材料である。

【００２８】次に、平行光線を得られる高圧水銀ランプ
下１０ｍＷ／ｃｍ²のところに、混合物の注入されたセ
ル１をセットし、セル１の温度を６０℃に保持した状態
で、ホトマスク側から９０秒間、光（紫外線光）を照射
した。この状態において、紫外線光はセル１に対して空
間的に規則性を有したパターンとして照射される。

【００２９】次に、２５℃（液晶はネマティック状態）
にセル１を冷却し、さらに３分間連続で紫外線を照射し
樹脂を硬化させた。その後、セル１を一旦１００℃に加
熱し、８時間かけて２５℃に徐冷した。この過程で、液
晶分子は、基板の配向力に沿ってより配向するようにな
り表示品位が向上する。

【００３０】次に、図９に示すように作製したセル１に
偏光板１４を貼り合わせる。このとき、偏光板１４の偏
光方向は、ラビング方向に対してそれぞれ４５゜に、か
つ、互いに、１０５゜になるように方向を合わせた。こ
れにより、位相差板のないイエローモードの透過型ＳＴ
Ｎ液晶表示素子が作製される。

【００３１】図３は、作製したセル１を偏光顕微鏡で観
察したときの表示媒体１０の構造を示す。図示のよう
に、ホトマスク通りの液晶領域１１が形成され、かつ、
液晶領域１１が後述する比較例１で示す従来のＳＴＮ液
晶表示素子と同等の構造となっていた。さらに、光重合
性材料（樹脂）、つまり光硬化性液晶化合物および重合
性化合物と、光重合開始剤とが重合しているため高分子
壁１２には、液晶性高分子が含まれている。なお比較例
１の液晶表示素子は、実施例１中で作成したセルを用
い、液晶材料（実施例１で使用した液晶材料とカイラル
剤との混合物）だけをセル中に注入してセルを作製し、
この作製したセルに実施例１と同様に偏光板を貼り合わ
せたＳＴＮ液晶表示素子である。

【００３２】表１は、作製した実施例１に係るセル１の
電気光学特性を示す。この表には、比較例１と比較例２
とのセルの電気光学特性を併せて示している。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１から理解されるように、本発明の実施
例１は、従来使用されていた比較例１と電気光学特性的
に遜色が無い。なお、測定は、高分子壁１２を含んだ状
態で行っているためコントラストが低下しているが、ブ
ラックマスクで高分子壁１２を隠した場合にはほぼ同等
のコントラストが得られた。さらに、ペンでセル１を押
した場合には、ほとんど色変化がみられなかった。

【００３５】さらに、高分子壁１２と基板２、６との密
着性を調べるために、高分子壁１２および液晶領域１１
のみが存在する２０ｍｍ□（一辺が２０ｍｍの正方形）
を切り出し、片方の基板を引っ張ったところ容易にはが
れなかった。一方、比較例１では、高分子壁が存在しな
いためにセルから２０ｍｍ□を切り出し中に基板がはが
れてしまった。

【００３６】上述した表１には、比較例２が合わせて記
載されている。この比較例２は、実施例１と同様にセル
を作成し、実施例１と同様の混合物をセルに注入後、ホ
トマスクをセルに被せずに、実施例１と同様にＵＶ照射
を行って得られた液晶表示素子である。かかる比較例２
の液晶表示素子の場合には、コントラストが低下してい
る。その理由は、かかる液晶表示素子を偏光顕微鏡で観
察したところ、絵素内に高分子壁が入り込んでいるた
め、コントラストを低下させているものと思われる。

【００３７】したがって、かかる構成の液晶表示素子に
おいては、高分子壁１２が両側の基板２、６と密着また
は接着しているので、特開平４−３２３６１６号に記載
されているように、予め一方の基板上に高分子壁を作製
してから両基板を貼り合わせ、その状態の基板間に液晶
材料を注入して表示媒体を作製する方法における高分子
壁と異なる。また、高分子壁１２が両側の基板２、６と
密着または接着しているので、外力に対するセル厚の変
動が抑えられ、ペン入力を行ったときに見られる色変化
などを防止することができ、さらに、液晶表示素子が落
下した時などの耐衝撃性が著しく向上する。そして、さ
らに、高分子壁１２内に基板上の配向影響力と同様の効
果を有する、前記液晶性高分子が固定されている場合、
配向規制力が基板表面からの水平方向と高分子壁１２か
らの垂直方向から影響するため配向状態が非常に安定化
する。さらに、高分子壁１２の大部分を絵素外に故意に
作製することにより、高分子壁１２をランダムに作製し
た場合に比べて高分子材料によるコントラストの低下を
防止することができる。また、液晶領域１１と基板とが
接している界面に高分子の薄膜が形成されることがある
が、この場合も基板上の配向規制力が高分子を通して液
晶分子に伝えられるため均一な配向が得られ、かつ、液
晶領域１１を三次元的に包み込むため外力にさらに強く
なる。

【００３８】なお、高分子壁１２は、ほぼ等方的に作製
することもできるので、二枚の偏光板を直交するように
設定したモードを用いると、絵素外に存在する高分子壁
をブラックマスクとして使用することもできる。さら
に、該モードに絵素毎にパターン化された位相差板を設
置することによりハイコントラストの液晶表示モードを
作製することができる。

【００３９】上記実施例では透過型の液晶表示素子に適
用しているが、本発明はこれに限らず、反射型ＳＴＮ液
晶表示素子にも適用することができる。図４は、反射型
として使用した場合の一例を示しており、特開平４−２
８９８１８号、同４−９７１２１号に示されたような一
枚偏光板方式の場合について示している。なお、この図
において、セル１と偏光板１４との間に位相差板１３が
設けられている。また、基板２は、ベース用基板３の表
示媒体１０側に突起１７が形成され、この突起１７を覆
って平滑化膜１６が基板３のほぼ全面に形成され、この
平滑化膜１６の上に反射金属膜からなるストライプ状を
した下部電極１５が形成された構成としてある。

【００４０】（実施例２）図５は、本実施例２にかかる
液晶表示素子を示す断面図である。この液晶表示素子
は、図１の液晶表示素子に加えて、一方の基板２上に絵
素領域に対応する部分に反射領域を有する反射板２０を
有し、他方の基板６にカラーフィルタ１８と保護膜１９
とを有する構成となっている。なお、この実施例におけ
る基板２、６は、ＩＴＯ膜が付いた、全体で４００μｍ
厚のアクリル系プラスチック基板を使用している。

【００４１】かかる構成の液晶表示素子は、以下のよう
して作製される。上述した構成の各基板２、６を作製
し、実施例１と同様の配向操作を行う。

【００４２】次に、実施例１と同様にして５．８μｍの
スペーサーを用い基板２、６を貼り合わせ、セル中に以
下の混合物を注入する。その混合物は、０．１０ｇのＲ
−６８４（日本化液薬薬）と、０．０１ｇのスチレン
と、０．１４ｇのイソボルニルアクリレート（以上の３
種類が重合性化合物である。）と、０．７５ｇの光硬化
性液晶化合物Ａと、４ｇの液晶材料４４２７｛Ｓ−８１
１（メルク社製）によりツイスト角を２４０゜にした混
合物｝と、０．０２５ｇの光重合開始剤Ｌｕｃｉｒｉｎ
ＴＰＯ（ＢＡＳＦ社製：図６にハッチングにて示すよう
に４００ｎｍ付近に光の吸収極大を持つ。）とを混合し
たものである。また、上記混合物の注入は、真空注入に
より、例えば１００Ｐａ、３０℃で注入開始直後ただち
に基板と注入皿との温度を６０℃に上げることにより行
った。上記重合性化合物および上記光硬化性液晶化合物
Ａが光重合性材料に相当する。

【００４３】次に、セルの温度を８０℃にし、反射板２
０側から実施例１と同様の紫外線照射強度で３分間連続
的に紫外線光を照射し、その後セルを２５℃に冷却し、
更に紫外線光をさらに７分間照射した。その後、一旦セ
ルを１００℃に加熱し、８時間で２５℃まで徐冷を行っ
た。これにより作製されたセル１のリタデーション（Δ
ｎ₁・ｄ₁＝６５０ｎｍ）であった。なお、ＩＴＯ膜が付
いたアクリル系プラスチックからなる基板３、７は、図
７に示す吸収曲線を有し、３５０ｎｍ以下の光を実質的
にカットしている。

【００４４】次に、作製したセル１に、図８に示すよう
な方向関係で一枚の偏光板１４と光学位相補償機能を有
する位相差板（Δｎ₂・ｄ₂＝３５０ｎｍ）１３を貼り合
わせた。これにより反射型一枚偏光板方式のＳＴＮ液晶
表示素子が作製される。なお、図８については、後述す
る。

【００４５】このようにして作製された液晶表示素子
は、実施例１と同様の効果を有すると共に、反射板２０
に光の通る領域が実施例１のホトマスクに対応するよう
に設けてあり、セルの外側にホトマスクを設置しなくて
もセル内にホトマスクを持っている構造になっている。
この方式では、液晶層とホトマスクが実施例１の場合に
比べて基板の厚みだけ近づくためホトマスクによる光の
回析による絵素内への高分子の形成を防げ、工程の大幅
な簡略化が達成できる。

【００４６】表２は、作製した実施例２に係る液晶表示
素子の電気光学特性を示す。この表には、実施例３、実
施例４、比較例３および比較例４の電気光学特性を合わ
せて示している。なお、表示特性の測定は、液晶表示素
子の法線方向から３０゜だけ傾けた方向から入射した光
に対する前記法線方向の白色の反射率で測定した。

【００４７】

【表２】

【００４８】上記実施例３、４および比較例３、４の各
々は以下のものである。実施例３は、実施例２の基板を
用い、スペーサーの径を９μｍから４．６μｍに代えて
セル厚を変化させ、リタデーションを変化させた反射型
セルの場合である。実施例４、比較例３および比較例４
は、同様にしてスペーサーの径が７．０μｍ、４．０μ
ｍ、８．０μｍのものを使用した場合である。ただし、
液晶のツイスト角は、２４０゜になるようにＳ−８１１
で調整した。

【００４９】この表から理解されるように、比較例３、
４に比べて実施例２、３、４の場合には、コントラスト
が向上したものとなる。

【００５０】なお、上述した実施例１、２、３及び４に
代表される本発明の液晶表示素子の場合には、電気光学
特性が急峻であるので、デューティ比を十分にとること
が可能となってＴＦＴを使用する必要がなくなり、よっ
てコストの低廉化を図ることが可能となる。更に、セル
中に高分子壁を持つため、ペン入力等の外力に対して、
セル厚変化が少なく表示ムラが出にくい。

【００５１】以下に本発明の特徴および変形例について
説明する。

【００５２】（作製方法）本発明においては、基板上の
配向規制力を生かし、かつ、実質的に絵素外に高分子壁
を作製することが好ましい。このようにするには、液晶
材料と光重合性材料（つまり、光硬化性液晶化合物およ
び重合性化合物）と光重合開始剤との混合物を配向処理
した基板間に注入し、その後、実質的に絵素部分に紫外
線が照射されないように紫外線を部分的に照射するのが
よい。但し、光重合開始剤については省略することがで
きる。

【００５３】かかる紫外線照射により、紫外線の照射さ
れた領域で高分子材料が重合形成され、液晶材料が紫外
線非照射領域に押し出され、結局、照射領域に高分子、
非照射領域に液晶領域が形成される。このとき、基板の
配向規制力を生かすために、光重合性材料の一部または
全部に、液晶性を有する光硬化性樹脂材料を用いること
により、液晶−光重合性材料の混合物の液晶性を損なう
ことなく光重合を行うことができる。

【００５４】また、本発明において、より均一な配向状
態が得られるようにするには、混合物の均一化温度以上
でセル中に混合物を注入し、ＵＶ照射強度に故意に規則
的な強弱をつけ、規則的に光重合を起こさせるようにし
たり、さらに、液晶性を持たせるためネマチック、スメ
クチック相にセル温度を低下させて光重合を起こさせる
ようにしたりするのがよい。このとき、より結晶性の優
れたスメクティック相を用いると、液晶中に入り込んだ
光硬化性樹脂などを液晶外に排除することができ好まし
い。

【００５５】（照射ＵＶの照度ムラのつけ方）本発明で
は、ＵＶ照射分布の付け方が重要であり、上述したホト
マスクや、その他のマイクロレンズ、干渉板などの光強
度調整手段を用いて規則的なＵＶ照度の分布を付けるの
が好ましい。

【００５６】ホトマスクを使用する場合、ホトマスクの
位置はセルの内外どちらでもよく、ＵＶ光に規則的にむ
らを作製できればよい。セルの外側に設ける場合、セル
からホトマスクを離すと、良好なＵＶ照射分布が得られ
ないため、ホトマスクはできるだけ液晶−光重合性材料
の混合物の近くに設けるのが好ましい。一方、セルの内
側に紫外光をカットする実質的なホトマスクを設ける場
合には、液晶と光重合性材料の混合物にホトマスクが接
した状態になり、特に好ましい。セルの内側に設ける具
体例としては以下の方式を採用できる。その方式として
は、反射型液晶表示素子において反射板の絵素に対する
部分だけ反射機能を残し、絵素外部を透過領域とする方
式や、反射型透過型に拘らず、一方の基板上に可視光は
透過するが紫外光がカットされるような膜、具体的には
カラーフィルター、有機高分子膜などを照射領域を残し
て規則的に形成する方式が該当する。

【００５７】本願発明者らの検討結果によれば、絵素内
に液晶領域と高分子壁との界面が極端に少なくなるよう
に、絵素の大きさにより大きい弱照度領域（後述する）
を出せるものがよく、絵素以外の部分のみＵＶ光が照射
されるようなホトマスクなどの光強度調整手段を使用す
るのが好ましい。その理由は、ホトマスクの遮光部にて
遮断される光領域などの照度の低い領域（弱照度領域）
が絵素の大きさの３０％未満となるようにすると、生成
する液晶領域も絵素の大きさの３０％未満となり、その
結果として絵素内に液晶領域と高分子壁との界面が多く
存在し、散乱によるコントラストの低下が大きくなるか
らである。

【００５８】上記弱照度領域の形状は、絵素の大きさの
３０％以上を覆い、ＵＶ強度を局部的に低下させるもの
であればよく、本発明では、特に限定しないが、円形、
方形、台形、長方形、六角形、ひし形、文字形、曲線お
よび直線によって区切られた図形、及び、これら図形の
一部カットしたもの、もしくは、これら図形を組み合わ
せた図形、もしくは、これらの小形図形の集合体等であ
る。本発明の実施に際し、これら図形から１種類以上選
択して使用すればよく、好ましくは、液晶ドロップレッ
トの均一性を上げるためには、できるだけ形状を１種に
限定し揃えるのが好ましい。

【００５９】本発明においては、液晶領域を水平方向に
規則的に配列すなわち絵素に合わせて配列することが重
要であり、弱照度領域の配置が問題となる。弱照度領域
の配置としては、絵素のピッチに合わせるのがよく、１
絵素内に１箇所弱照度領域を配置するのが好ましい。弱
照度領域は、数絵素にわたって配置してもよく列ごとに
弱照度領域を配置したり、数絵素の組みごと全体に弱照
度領域を配置してもよい。また、弱照度領域は、それぞ
れの領域が独立である必要はなく、末端部でつながって
いても差し支えなく、最もＵＶ光を効果的にカットする
領域が上記形状、配列をもっているものであればよい。
さらに、絵素が大きい場合、絵素の中に高分子壁を故意
に作成してもよい、この場合、コントラストの低下は見
られるが、外圧に対する支持力が確保される。

【００６０】また、用いるＵＶ光源としては、できるだ
け平行光線であることが望ましい。光線の平行度が損な
われると、非照射領域に紫外光が入り込み絵素領域内で
高分子材料が硬化するためにコントラストが低下する。

【００６１】（表示のざらつき）高分子壁と液晶領域と
の界面での屈折率の違いにより、従来の高分子散型液晶
素子では、上記界面での散乱現象が起こっていた。非散
乱型（大きな液晶領域を有し、偏光板により液晶分子の
配向状態を読み取る素子）の高分子に取り囲まれた液晶
素子についても同様の現象が起こっていた。この現象に
より表示にざらつきが起こり問題となっていた。しか
し、本発明では、高分子材料中も硬化前後で一部液晶状
態と同様の配向状態にあり、液晶材料と光重合性材料と
がほとんど同程度の屈折率を有するため上記ざらつきが
減少する。

【００６２】（光硬化性液晶化合物）本発明において
は、配向された基板間で、液晶材料と光重合性材料との
均一混合物から光重合性化合物を液晶状態で硬化させ、
液晶と高分子材料を相分離させるので、基板の配向状態
を、高分子中に記憶した配向状態で高分子壁を形成する
ことができる。このことにより液晶分子は、基板平面だ
けでなく高分子壁の表面からも配向規制力を受けること
になり、液晶分子の配向が安定すると同時に、高分子壁
付近の液晶分子の配向の均一性も確保することができ
る。従来の事前に高分子壁を作製する方法（特表昭６１
−５０２１２８号など）では、高分子壁付近に配向の乱
れが生じ表示の均一性が保てなかった。

【００６３】本発明で使用される光硬化性液晶化合物は
分子内に重合性の官能基を有するものであり、その液晶
性化合物とは、下記化学式２で示される化合物などであ
る。

【００６４】

【化２】Ａ−Ｂ−ＬＣ_１又は、Ａ−Ｂ−ＬＣ₂−Ｂ−Ａ化学式１中のＡとは、重合性官能基を示し、ＣＨ₂＝Ｃ
Ｈ−，ＣＨ₂＝ＣＨ−ＣＯＯ−，

【００６５】

【化３】

【００６６】ＣＨ₂−ＣＨ−，−Ｎ＝Ｃ＝Ｏなどの不飽
和結合、又はエポキシ基などの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
せた結合基である。ＬＣ₁は、液晶性化合物を示し、下
化学式４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。

【００６７】

【化４】Ｄ−Ｅ−Ｇ上記化学式中のＧは、液晶の誘電率異方性などを発現さ
せる極性基であり、−ＣＮ，−ＯＣＨ₃，−Ｆ，Ｃｌ，
−ＯＣＦ₃，−ＯＣＣｌ₃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、ターフェニル環、ジフェニルシクロヘ
キサン環等である。ＥはＤ、Ｇを単結合により連結する
官能基であり、

【００６８】

【化５】

【００６９】等である。Ｄは、化学式２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。また、ＬＣ₂とは、パラフェニル環、１，１
０−ジフェニル環、１，４−シクロヘキサン環、１，１
０−フェニルシクロヘキサン環等の剛直な分子を含み、
これらの分子単独又は、これらの分子が単結合される

【００７０】

【化６】

【００７１】などの連結基で複数の上記分子が結合して
いる分子などが使用できる。

【００７２】本発明の液晶表示素子に使用される液晶材
料が誘電率の異方性が正の場合、上記化学式中のＧの極
性基の位置としては、誘電率の異方性Δεが負となるよ
うな位置におかれ、具体的には、Ｇ中に含まれるベンゼ
ン環の２置換体、３置換体、２、３置換体などを含む構
造である。また、本発明の素子中で液晶材料として使用
される液晶材料が誘電率の異方性が負の場合、上記化学
式Ｇの極性基の位置としては、誘電率の異方性Δεが正
となるような位置におかれ、具体的には、Ｇ中に含まれ
るベンゼン環の４置換体、３、４、５置換体、３、４置
換体などを含む構造である。これらの極性基の置換体の
置換基は、同一分子内に複数ある場合には同一である必
要はない。さらに、誘電率の異方性Δεが正、負いずれ
の場合においても、単独の分子で使用する必要はなく、
複数の液晶性重合材料を含んでもよく、少なくとも一種
類の上記化合物が含まれればよい。

【００７３】（重合性化合物）光により硬化する重合性
化合物としては、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など
を使用できる。さらに、ポリマーの物理的強度を高める
ために２官能以上の多官能性樹脂、例えばＲ−６８４
（日本化薬製）、ビスフェノールＡジメタクリレート、
ビスフェノールＡジアクリレート、１、４−ブタンジオ
ールジメタクリレート、１、６−ヘキサンジオールジメ
タクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレ
ート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テト
ラメチロールメタンテトラアクリレート、ネオペンチル
ジアクリレート、さらにより好ましくは、ハロゲン化と
くに塩素化、及びフッ素化した樹脂、例えば、２．２．
３．４．４．４−ヘキサフロロブチルメタクリレート、
２．２．３．４．４．４−ヘキサクロロブチルメタクリ
レート、２．２．３．３−テトラフロロプロピルメタク
リレート、２．２．３．３−テトラフロロプロピルメタ
クリレート、パーフロロオクチルエチルメタクリレー
ト、パークロロオクチルエチルメタクリレート、パーフ
ロロオクチルエチルアクリレート、パークロロオクチル
エチルアクリレートを使用できる。

【００７４】（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、Δε＜０の液晶を含む）もし
くは、コレステリック液晶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が好ましい。具
体的には、化合物中、フッ素原子などの官能基を有する
液晶であり、例えばＺＬＩ−４８０１−０００、ＺＬＩ
−４８０１−００１、ＺＬＩ−４７９２、ＺＬＩ−４４
２７（総てメルク社製）などである。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性化合物を選択す
るにあたり、それぞれの液晶性を発現する部分が類似し
ていることが、相溶性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
官能基を有する光硬化性液晶化合物についてもＦ、Ｃｌ
系液晶材料であることが好ましい。

【００７５】液晶材料の屈折率は、｜（（ｎ_eまたは
ｎ_o）−ｎ_p）｜＜０．１（ｎ_pは、ポリマーの屈折率）
であることが好ましい。上記範囲外では、屈折率のミス
マッチングがおこり表示にざらつきが多くなる。より好
ましくは、ｎ_pがｎ_eとｎ_oとの間の値である。この範囲
に入っていると液晶分子が電圧により駆動した場合でも
高分子壁の屈折率と液晶領域の屈折率との差が少なくな
り、液晶領域と高分子壁との界面で起こる散乱現象が極
端に少なくなる。特に、ｎ_oと一致した場合、電圧ＯＮ
時の黒レベルが向上し、特に好ましい。

【００７６】（材料の混合比）光重合性材料の添加量
は、液晶材料と光重合開始剤と光重合性材料との混合物
が液晶状態を取れるように添加する必要がある。材料に
より液晶性を発現できる量が異なり、本発明では特に限
定しないが、光重合性材料中、光硬化性液晶化合物の添
加量が３０重量％以上９０重量％以下であることが好ま
しい。このような範囲に限定するのは、３０％未満で
は、混合物が液晶状態を取る温度域が減少し、ＳＴＮの
配向を基板間で十分に行うことができない。一方、９０
％を超えると、光重合性材料の硬化後の弾性率が低いた
め十分なセルの支持力が得られないからである。

【００７７】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５０：５０〜９７：３
が好ましく、さらに好ましくは、７０：３０〜９０：１
０である。このような範囲に限定するのは、液晶材料が
５０％未満であると、高分子壁の効果が高まりセルの駆
動電圧が著しく上昇し、さらに、基板の配向規制力に沿
って配向している液晶領域が減少し実用性を失う。一
方、液晶材料が９７％を超えると、高分子壁が十分に形
成されず、また、物理的強度が低下し安定した性能が得
られないからである。

【００７８】（リタデーション：ｄ・Δｎ）本発明のセ
ルは、液晶領域が通常のＳＴＮ液晶表示素子と同様な配
向状態をとっているために最適なリタデーション、位相
差板のリタデーションは通常のＳＴＮ液晶表示素子と同
様である。

【００７９】反射型の場合、セル厚ｄ₁、液晶のΔｎ₁の
値の積ｄ₁・Δｎ₁は、コントラスト、着色の問題から５
００ｎｍ〜８００ｎｍであることが好ましい。しかし、
セル単独では、着色した表示しかできないものを光学位
相補償機能を有する基板を図８に示すように設置するこ
とにより白黒表示に変換することができる。このために
は、光学位相補償機能を有する基板の屈折率異方性Δｎ
₂と厚みｄ₂の積ｄ₂・Δｎ₂の値が非常に重要であり、１
５０ｎｍ〜３８０ｎｍであることが好ましく、また、
（ｄ₁・Δｎ₁−ｄ₂・Δｎ₂）＝４５０ｎｍ〜５５０ｎｍ
であることが好ましい。

【００８０】さらに、光学位相補償機能を有する基板の
光学軸と液晶の基板上での配向方向が重要であり、図８
に示す上電極基板（図４の上側の基板７に相当する）の
液晶の配向方向（ラビング方向）ｎと光学位相補償機能
を有する位相差板（図４の１３に相当する）の光学軸ｏ
との間の角度βと液晶のねじれ角θ（＝２４０゜）とが
β＝（θ−１８０）／２±１０゜を満足するように設定
することが好ましい。また、上電極基板の液晶の配向方
向ｎと偏光板の偏光軸ｍとのなす角度αが３０±１０゜
の範囲に設定するのが好ましい。また、上記ねじれ角θ
は、上電極基板の近傍の液晶の配向方向ｎと反射機能を
有する基板の近傍の液晶の配向方向ｌ（エル）との間の
角度であり、２２０゜〜２９０゜の範囲が好ましい。こ
の角度範囲は、後述する透過型の場合においても同様に
適用される。

【００８１】図９は、セルの両側に偏光板が設けられた
透過型の場合において、好ましい液晶の配向方向などを
示している。この図９において、ｔは下部基板の近傍に
おける液晶の配向方向、ｕは上部基板の近傍における液
晶の配向方向、ｖは上部偏光板の偏光方向、ｗは下部偏
光板の偏光方向をそれぞれ示す。なお、図９の角度関係
は透過型の一例を示しており、図示例に限られない。

【００８２】（光重合開始剤）光重合開始剤は、添加し
てもしなくともよいが、上記光重合性材料の重合をスム
ーズに進行させるためには、添加するのが好ましい。そ
の光重合開始剤（または触媒）としては、Ｉｒｕｇａｃ
ｕｒｅ１８４、６５１、９０７、Ｄａｒｏｃｕｒｅ１１
７３、１１１６、２９５９などが使用できる。その混合
比としては、液晶材料と光重合性材料の全体量に対して
０．３％以上５％以下が好ましい。このような範囲に限
定するのは、０．３％未満では光重合反応が十分に起こ
らず、一方５％を超えると液晶と高分子の相分離速度が
速すぎて制御が困難となり、液晶領域が小さくなり駆動
電圧が高くなるからである。

【００８３】プラスチック基板を使用する場合は、紫外
線が基板に吸収されて重合が起こりにくくなるため、可
視光領域が光吸収領域であり、可視光領域で重合可能な
光重合開始剤を使用することが好ましい。具体的には、
ＬｕｃｒｉｎＴＰＯ（ＢＡＳＦ社製）、ＫＹＡＣＵＲ
ＥＤＥＴＸ−Ｓ（日本化薬社製）、ＣＧＩ３６９（チ
バガイギー社製）などである。

【００８４】（駆動法）本発明で使用できる駆動法は、
単純マトリックス駆動、ＴＦＴ、ＭＩＭなどのアクティ
ブ駆動などが該当し、特に限定しない。但し、ＳＴＮ液
晶表示素子の特性上、単純マトリックス駆動であること
が好ましい。

【００８５】（基板材料）基板材料としては、透明固体
であるガラス、高分子フィルムなど、非透明固体として
は、反射型を狙った金属薄膜つき基板、Ｓｉ基板などが
利用できる。

【００８６】プラスチック基板としては、可視光に吸収
を持たない材料が好ましく、ＰＥＴ、アクリル系ポリマ
ー、スチレン、ポリカーボネートなどが使用できる。

【００８７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明による場合に
は、表示媒体を構成する高分子壁が両基板に密着してい
るので、外圧に対するセル厚の変化を抑制することが可
能となり、また、ペン入力などにも保護フィルム無しで
使用することができるので、保護フィルムの厚みにより
生じる、表示とペン位置とに視差が生じるのを防止する
ことが可能となる。さらに、フィルム基板を用いてセル
を作製した場合には、軽量であり、外部変形によっても
表示変化が生じにくく、割れにくいＳＴＮ液晶表示素子
を提供することができ、その特性を生かすことにより携
帯用情報端末装置などの液晶表示素子として使用するこ
とができる。

【００８８】また、電気光学特性が急峻であるので、デ
ューティ比を十分にとることが可能となってＴＦＴを使
用する必要がなくなり、コストの低廉化を図ることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る液晶表示素子を示す断面図であ
る。

【図２】実施例１で使用したホトマスクを示す平面図で
ある。

【図３】実施例１で作製された液晶領域−高分子壁の配
置図である。

【図４】本発明を反射型に適用した液晶表示素子を示す
断面図である。

【図５】実施例２に係る液晶表示素子、つまりセルフア
ライメント（セル内にホトマスクを持つ）方式の液晶表
示素子を示す断面図である。

【図６】実施例２で使用した光開始剤の吸収曲線を示す
グラフである。

【図７】実施例２で使用したプラスチック基板の吸収曲
線を示すグラフである。

【図８】反射型の液晶表示素子における光軸（液晶の配
向、偏光板、位相差板）の配置図である。

【図９】透過型の液晶表示素子における光軸（液晶の配
向、偏光板、位相差板）の配置図である。

【符号の説明】

１セル２電極基板３ベース用基板４下部電極５配向膜６電極基板７ベース用基板８上部電極９配向膜１０表示媒体１１高分子壁１２液晶領域１３位相差板１４偏光板１５下部電極１６平滑化膜１７突起２０ホトマスク２０ａ遮光部２０ｂ透光部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神崎修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 (56)参考文献特開平５−188383（ＪＰ，Ａ) 特開平３−20718（ＪＰ，Ａ) 特開平３−96920（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1339 500 G02F 1/133 500 G02F 1/1334

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透明である一対の電極
基板と、該一対の電極基板間に挟持された液晶層を含む
表示媒体と、該一対の電極基板にそれぞれ形成された電
極の交差する部分で複数の絵素が構成されてなるスーパ
ーツイスティッドネマティック液晶表示素子において、前記表示媒体は、高分子壁と、該高分子壁により実質的
に部分的または全体的に囲まれてなる液晶領域とからな
り、該液晶領域は、前記複数の絵素の配列状態に対応し
て規則的に配置されているとともに、該高分子壁は、前
記一対の電極基板の両方に密着しており、基板の配向状
態を高分子中に記憶しているスーパーツイスティッドネ
マティック液晶表示素子。
【請求項２】前記高分子壁は、実質的に前記複数の絵
素外に形成されている請求項１に記載のスーパーツイス
ティッドネマティック液晶表示素子。
【請求項３】前記絵素は、液晶領域を少なくとも一つ
有している請求項１に記載のスーパーツイスティッドネ
マティック液晶表示素子。
【請求項４】前記液晶領域は、複数の絵素にわたって
形成されている請求項１に記載のスーパーツイスティッ
ドネマティック液晶表示素子。
【請求項５】前記高分子壁は、液晶性高分子が含まれ
る材料により形成されている請求項１ないし４に記載の
スーパーツイスティッドネマティック液晶表示素子。
【請求項６】前記液晶領域に含まれる液晶のツイスト
角が２２０゜以上２９０゜以下である請求項１ないし５
に記載のスーパーツイスティッドネマティック液晶表示
素子。
【請求項７】少なくとも一方が透明である一対の電極
基板と、該一対の電極基板間に挾持された液晶層を含む
表示媒体と、該一対の電極基板にそれぞれ形成された電
極の交差する部分で複数の絵素が構成されてなるスーパ
ーツイスティッドネマティック液晶表示素子の製造方法
であって、少なくとも液晶材料と光重合性材料と光重合開始剤を含
む混合物を、該一対の電極基板の間に注入する工程と、該混合物に規則的な照度分布を有する光を照射すること
により、前記表示媒体に、高分子壁と、該高分子壁によ
り実質的に囲まれるとともに前記複数の絵素の配列状態
に対応して規則的に配置されてなる液晶領域とを形成す
る工程と、を含むスーパーツイスティッドネマティック液晶表示素
子の製造方法。
【請求項８】前記規則的な照度分布は、光強度調整手
段により形成されている請求項７に記載のスーパーツイ
スティッドネマティック液晶表示素子の製造方法。
【請求項９】前記光強度調整手段は、ホトマスクであ
る請求項８に記載のスーパーツイスティッドネマティッ
ク液晶表示素子の製造方法。
【請求項１０】前記光強度調整手段は、前記液晶表示
素子に内蔵されている請求項８に記載のスーパーツイス
ティッドネマティック液晶表示素子の製造方法。
【請求項１１】前記光重合性材料には、光硬化性液晶
化合物が含まれる請求項７に記載のスーパーツイスティ
ッドネマティック液晶表示素子の製造方法。
【請求項１２】前記混合物を注入する工程は、該混合
物の均一化温度以上である請求項７に記載のスーパーツ
イスティッドネマティック液晶表示素子の製造方法。
【請求項１３】前記混合物に光を照射する工程は、該
混合物の均一化温度以上であるとともに、該工程の後、
前記液晶材料がネマティック相の状態となるように冷却
する工程と、その後該混合物に再度光を照射する工程
と、を含む請求項７に記載のスーパーツイスティッドネ
マティック液晶表示素子の製造方法。
【請求項１４】前記混合物に再度光を照射する工程後
に、さらに該混合物の均一化温度以上に加熱する工程
と、その後該液晶材料がネマティック相の状態となるよ
うに再度冷却する工程と、を含む請求項１３に記載のス
ーパーツイスティッドネマティック液晶表示素子の製造
方法。