JP3296988B2 - Liquid crystal display device and method of manufacturing the same - Google Patents

Liquid crystal display device and method of manufacturing the same

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JP3296988B2
JP3296988B2 JP07248897A JP7248897A JP3296988B2 JP 3296988 B2 JP3296988 B2 JP 3296988B2 JP 07248897 A JP07248897 A JP 07248897A JP 7248897 A JP7248897 A JP 7248897A JP 3296988 B2 JP3296988 B2 JP 3296988B2
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resin material
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康仁 久米
伸和 長江
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば多人数で使
用する携帯情報端末、パーソナルコンピューター、ワー
ドプロセッサー、アミューズメント機器、テレビジョン
装置などの平面ディスプレイや、シャッタ効果を利用し
た表示板、窓、扉、壁などに用いられる液晶表示素子お
よびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to flat displays such as portable information terminals, personal computers, word processors, amusement equipment, and televisions used by a large number of people, display boards, windows, doors, and the like utilizing a shutter effect. The present invention relates to a liquid crystal display element used for walls and the like and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】特開平6-301015号公報および特開平7-12
0728号公報には、高分子領域に囲まれた液晶領域を有
し、機械的強度および視角特性に優れた液晶表示素子お
よびその製造方法が開示されている。
2. Description of the Related Art JP-A-6-301015 and JP-A-7-12
No. 0728 discloses a liquid crystal display device having a liquid crystal region surrounded by a polymer region and having excellent mechanical strength and viewing angle characteristics, and a method for manufacturing the same.

【0003】特開平6-301015号公報に開示されている液
晶表示素子100の部分断面図を模式的に図10に示
す。液晶表示素子100において、一対の基板21と2
3とに挟持された液晶層27は、高分子領域28と、高
分子領域28に実質的に包囲された液晶領域29とを有
している。液晶領域29は、対向する電極22及び24
によって規定される絵素に対応して形成されている。液
晶領域29中の液晶分子(不図示)は、液晶領域29の
中心軸(基板に垂直)に対して、放射状または同心円状
等に軸対称配向している。その結果、液晶表示素子10
0は、広い視角特性を有する。
FIG. 10 schematically shows a partial sectional view of a liquid crystal display device 100 disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-301015. In the liquid crystal display element 100, a pair of substrates 21 and 2
3 have a polymer region 28 and a liquid crystal region 29 substantially surrounded by the polymer region 28. The liquid crystal region 29 includes the electrodes 22 and 24 facing each other.
Are formed corresponding to the picture elements defined by The liquid crystal molecules (not shown) in the liquid crystal region 29 are axially symmetrically oriented radially or concentrically with respect to the central axis of the liquid crystal region 29 (perpendicular to the substrate). As a result, the liquid crystal display element 10
0 has a wide viewing angle characteristic.

【0004】この液晶表示素子は、一対の基板間に液晶
材料、重合性樹脂材料および重合開始剤を含む前駆体混
合物を挟持した後、ホトマスク等により照射強度が調節
された光を照射して重合性樹脂材料を硬化させ、得られ
た高分子物質からなる高分子領域に実質的に囲まれた液
晶領域を形成することにより作製される。上記液晶表示
素子が機械的強度および視角特性に優れる理由は、高分
子領域が、スペーサーとシール剤と共に両基板の間隔を
保つ働きをし、そして高分子領域に囲まれた液晶領域内
の液晶分子が軸対称状に配向していることにある。
In this liquid crystal display element, a precursor mixture containing a liquid crystal material, a polymerizable resin material, and a polymerization initiator is sandwiched between a pair of substrates, and then irradiated with light whose irradiation intensity is adjusted by a photomask or the like to polymerize the polymer. It is produced by curing a conductive resin material to form a liquid crystal region substantially surrounded by a polymer region made of the obtained polymer substance. The reason why the above liquid crystal display device has excellent mechanical strength and viewing angle characteristics is that the polymer region works to keep the distance between the two substrates together with the spacer and the sealant, and the liquid crystal molecules in the liquid crystal region surrounded by the polymer region. Are axially symmetrically oriented.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記液晶表示
素子は、液晶領域内の液晶材料のTNIの低下、透過率の
低下、閾値電圧の高電圧化、応答速度が遅い(応答時間
が長い)といった問題を有する。さらに高温で信頼性試
験を行うと液晶領域内の液晶材料に重合性樹脂材料及び
又は重合性樹脂材料が硬化することによって生成される
高分子物質(以下、簡単のために高分子物質とのみ呼ぶ
場合もある)が混入して液晶分子の配向が乱れるという
問題が生じる。さらに基板の形状に依存して液晶分子が
軸対称状配向をとり得ない場合がある。特開平8-95012
号公報には、基板上の絵素部以外の領域に表面自由エネ
ルギーの低い材料を塗布することによって、液晶領域が
形成される位置を制御する方法ならびに液晶材料(液晶
相)と高分子物質(高分子相)との相分離を明確にする
方法が開示されている。この方法によると、基板に対し
て液晶領域が形成される位置が制御され得、そして得ら
れた液晶表示素子の表示特性は向上する。しかし、高分
子相と液晶相との相分離がまだ十分でなく、液晶領域内
の液晶材料のTNIの低下、透過率の低下、閾値電圧の高
電圧化、応答速度が遅いといった問題を有する。さらに
高温で信頼性試験を行うと液晶領域内の液晶材料に高分
子物質が混入して液晶の配向が乱れるという問題があ
る。
[SUMMARY OF THE INVENTION] However, the liquid crystal display device, a reduction in T NI of liquid crystal material in the liquid crystal region, decrease in transmittance, high voltage threshold voltage, there is a long slow (response time response speed ). Further, when a reliability test is performed at a high temperature, a polymerizable resin material and / or a polymer material generated by curing the polymerizable resin material in the liquid crystal material in the liquid crystal region (hereinafter, simply referred to as a polymer material for simplicity) In some cases) and the alignment of liquid crystal molecules is disturbed. Further, depending on the shape of the substrate, there are cases where the liquid crystal molecules cannot take an axially symmetric alignment. JP-A-8-95012
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-150572 discloses a method of controlling a position where a liquid crystal region is formed by applying a material having a low surface free energy to a region other than a pixel portion on a substrate, and a method of controlling a liquid crystal material (liquid crystal phase) and a polymer substance ( A method for clarifying the phase separation from the polymer phase is disclosed. According to this method, the position where the liquid crystal region is formed with respect to the substrate can be controlled, and the display characteristics of the obtained liquid crystal display element can be improved. However, the phase separation between the polymer phase and the liquid crystal phase is not yet sufficient, and there are problems such as a decrease in TNI of the liquid crystal material in the liquid crystal region, a decrease in transmittance, a higher threshold voltage, and a slow response speed. . Further, when a reliability test is performed at a high temperature, there is a problem that a polymer substance is mixed into a liquid crystal material in a liquid crystal region and the alignment of the liquid crystal is disturbed.

【0006】従って、本発明は、液晶領域内の液晶材料
の特性が、液晶本来の特性に極めて近い特性を有する液
晶表示素子を提供することおよびそのような液晶表示素
子の製造方法を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention is to provide a liquid crystal display device in which the characteristics of a liquid crystal material in a liquid crystal region are very close to those inherent in liquid crystals, and to provide a method of manufacturing such a liquid crystal display device. With the goal.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは様々な基板
形状を鋭意検討した結果、液晶領域内の液晶材料の特性
が液晶本来の特性に極めて近い特性を有する液晶表示素
子を見出した。
As a result of diligent studies on various substrate shapes, the present inventors have found a liquid crystal display device in which the characteristics of the liquid crystal material in the liquid crystal region are very close to those inherent in the liquid crystal.

【0008】すなわち、少なくとも電極膜を共に有する
一対の基板間に少なくとも液晶層を挟持してなる液晶表
示素子であって、一方の基板が絵素領域に対応する該基
板上の領域に突起状構造体で囲まれた液晶領域を1ま
たは2以上有し、該一方の基板上の前記突起状構造体と
他方の基板との間に高分子物質が挟持されており、該絵
素領域における基板間隔をhとしたとき、該突起状構造
体の高さxが0.15×h≦x≦0.8×hの範囲であり、そ
のことにより上記目的が達成される。
Namely, at least the liquid crystal layer, a liquid crystal display device which is formed by sandwiching, protruding in the region on the substrate where one of the substrates corresponding to the picture element region between a pair of substrates having both at least the electrode film One or more liquid crystal regions surrounded by a structure;
A polymer substance is sandwiched between the other substrate and the height x of the protruding structure is in a range of 0.15 × h ≦ x ≦ 0.8 × h, where h is a substrate interval in the pixel region. Thus, the above object is achieved.

【0009】[0009]

【0010】本発明はまた、少なくとも電極膜を共に有
する一対の基板間に少なくとも液晶層を挟持してなる液
晶表示素子の製造方法であって、該一対の基板のうち1
つの基板上の絵素領域に対応する領域に突起状構造体
で囲まれた1または2以上の領域を形成する工程と、
突起状構造体を有する基板と他の基板とを一定の間隔を
保って貼り合わせる工程と、液晶材料および重合性樹脂
材料を含む前駆体混合物を該基板間に配する工程と、
前駆体混合物から相分離によって液晶滴を生成する相分
離工程と、該液晶滴中の液晶分子を軸対称状に配向させ
る工程とを包含し、前記相分離工程は、該液晶滴の大き
さが絵素の大きさの80%以上になる温度で該重合性樹脂
材料を前記突起状構造体上に硬化させることを特徴とす
る。
[0010] The present invention also provides a method of manufacturing a liquid crystal display device formed by sandwiching at least a liquid crystal layer between a pair of substrates having both at least the electrode film, one of said pair of substrates
Forming one or more of the area surrounded by the protruding structure into One in the region corresponding to the pixel regions on the substrate, the substrate and the other substrate and a certain interval having a projecting Okoshijo structure a step of maintaining by bonding the the steps of a precursor mixture containing a liquid crystal material and the polymerizable resin material distribution between the substrates, a phase fraction to produce a liquid crystal droplets by phase separation from the precursor mixture
A separating step and a step of orienting liquid crystal molecules in the liquid crystal droplets in an axially symmetrical manner. The phase separation step is performed at a temperature at which the size of the liquid crystal droplet becomes 80% or more of the size of the picture element. Curing the polymerizable resin material on the protruding structure.
You.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明についてさらに詳細
に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

【0012】(液晶表示素子の構造)本発明の液晶表示
素子は、少なくとも電極膜を共に有する一対の基板間に
少なくとも液晶層を挟持した構造を有する。
(Structure of Liquid Crystal Display Element) The liquid crystal display element of the present invention has a structure in which at least a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of substrates having at least an electrode film.

【0013】一対の基板のうち一方の基板は、絵素領域
に対応する基板上の領域に突起状構造体で囲まれた領域
を1または2以上有する。本発明による液晶表示素子
は、上記突起状構造体を有すること以外は、図10に示
した液晶表示装置100と実質的に同じ構成を有する。
さらに、本発明によると、液晶領域内の液晶材料は液晶
材料本来の特性に極めて近い特性を有するので、優れた
表示特性を有する。
One of the pair of substrates has one or more regions surrounded by the protruding structures in a region on the substrate corresponding to the picture element region. The liquid crystal display device according to the present invention has substantially the same configuration as the liquid crystal display device 100 shown in FIG.
Further, according to the present invention, the liquid crystal material in the liquid crystal region has characteristics very close to the original characteristics of the liquid crystal material, and thus has excellent display characteristics.

【0014】なお、液晶領域29は、必ずしも絵素毎に
形成する必要はなく、製造方法上の理由などで(例え
ば、縦横比が異なる長絵素の場合)、ブラックマトリク
スなどにより区切られた1つの絵素をさらに2つ以上n
個に分割して、それぞれの分割された領域毎に液晶領域
を形成してもよい。本明細書では、用語「絵素」とは、
液晶表示素子において、画像を形成する基本単位をい
う。「絵素領域」とは、液晶表示素子において、表示素
子の絵素を構成する部分をいい、この部分は一対の基板
に挟まれた液晶領域を含む。上述したように、絵素領域
は、複数の液晶領域を含んでも良い。本発明による液晶
表示素子の液晶領域は、絵素とある対応関係を有し空間
的に規則的に配置されている。
Note that the liquid crystal region 29 does not necessarily need to be formed for each picture element, but may be divided by a black matrix or the like for reasons such as a manufacturing method (for example, in the case of long picture elements having different aspect ratios). More than two picture elements n
The liquid crystal area may be formed for each of the divided areas. As used herein, the term "picture element"
In a liquid crystal display device, it refers to a basic unit for forming an image. "Picture region" refers to a portion of a liquid crystal display device that constitutes a picture element of the display device, and this portion includes a liquid crystal region sandwiched between a pair of substrates. As described above, the picture element area may include a plurality of liquid crystal areas. The liquid crystal regions of the liquid crystal display device according to the present invention have a certain correspondence with the picture elements and are spatially regularly arranged.

【0015】本発明の液晶表示素子の液晶層は、液晶材
料と重合性樹脂材料との前駆体混合物を相分離すること
によって形成される。液晶表示素子を構成する一対の基
板間に、前駆体混合物を注入し、一旦、前駆体混合物を
相溶温度以上まで加熱する。前駆体混合物の温度を徐々
に低下させることによって、相分離が起こり、液晶相と
相溶相(すなわち、重合性樹脂材料を硬化した後に高分
子領域となる高分子相)とに分離する。液晶相は、相溶
相中に複数の液晶滴(独立相)として出現する(液晶滴
発生過程)。液晶材料としてネマティック液晶を用いた
場合、ネマティック相の液晶滴として出現する。
The liquid crystal layer of the liquid crystal display device of the present invention is formed by phase-separating a precursor mixture of a liquid crystal material and a polymerizable resin material. The precursor mixture is injected between a pair of substrates constituting the liquid crystal display element, and the precursor mixture is once heated to a temperature equal to or higher than the compatibility temperature. By gradually lowering the temperature of the precursor mixture, phase separation occurs and separates into a liquid crystal phase and a compatible phase (that is, a polymer phase that becomes a polymer region after curing the polymerizable resin material). The liquid crystal phase appears as a plurality of liquid crystal droplets (independent phases) in the compatible phase (liquid crystal droplet generation process). When a nematic liquid crystal is used as a liquid crystal material, the liquid crystal appears as a nematic liquid crystal droplet.

【0016】その後、前駆体混合物の温度をさらに低下
させる等によって、相分離が進行するにつれて、液晶滴
が成長する(液晶滴成長過程)。液晶滴は、複数の液晶
滴が互いに融合しながら、成長する。本明細書におい
て、「液晶滴の成長」とは、液晶滴の大きさが大きくな
ることをいう。用語「液晶滴の大きさ」とは、液晶滴を
基板に垂直な方向から見たときの液晶滴の有する面積の
ことをいう。
Thereafter, as the phase separation proceeds, for example, by further lowering the temperature of the precursor mixture, liquid crystal droplets grow (liquid crystal droplet growth process). The liquid crystal droplet grows while a plurality of liquid crystal droplets fuse with each other. In the present specification, “growing of liquid crystal droplet” means that the size of the liquid crystal droplet increases. The term “size of a liquid crystal droplet” refers to an area of the liquid crystal droplet when the liquid crystal droplet is viewed from a direction perpendicular to the substrate.

【0017】「基板間隔」とは、絵素領域における一対
の基板の液晶層と接する面の間隔をいう。この間隔が一
定でない場合は、平均的間隔をいう。また、「突起状構
造体の高さ」とは、電極膜(液晶層に接している面)か
ら突起状構造体の頂部までの距離をいい、上記基板間隔
より低い。
The term "substrate spacing" refers to the spacing between the surfaces of the pair of substrates in contact with the liquid crystal layer in the picture element region. If this interval is not constant, it refers to the average interval. The “height of the protruding structure” refers to the distance from the electrode film (the surface in contact with the liquid crystal layer) to the top of the protruding structure, and is smaller than the above-mentioned substrate interval.

【0018】基板間の距離および突起状構造体の高さ
を、液晶表示装置の構造を示す図3および図4にそれぞ
れ示す。図3は、ブラックマトリクスを一方の基板に有
する液晶表示装置を示し、図4は、アクティブマトリク
ス基板を有する液晶表示装置を示す。
The distance between the substrates and the height of the protruding structure are shown in FIGS. 3 and 4 showing the structure of the liquid crystal display device. FIG. 3 shows a liquid crystal display device having a black matrix on one substrate, and FIG. 4 shows a liquid crystal display device having an active matrix substrate.

【0019】図3に示した液晶表示装置は、一対の基板
1を有し、それぞれの基板上に透明電極5が形成されて
いる。一対の基板1の一方の上には、所定のパターンを
有するブラックマトリクス6が形成されている。ブラッ
クマトリクス6上には、フォトレジストを用いて、突起
状構造体2が形成されている。図3において、この液晶
表示装置における基板間の距離は矢印hで、突起状構造
体2の高さは矢印xで示されている。
The liquid crystal display device shown in FIG. 3 has a pair of substrates 1, on each of which a transparent electrode 5 is formed. A black matrix 6 having a predetermined pattern is formed on one of the pair of substrates 1. On the black matrix 6, the protruding structure 2 is formed using a photoresist. In FIG. 3, the distance between the substrates in the liquid crystal display device is indicated by an arrow h, and the height of the protruding structure 2 is indicated by an arrow x.

【0020】突起状構造体の高さ(突起高さ)xは、絵
素領域の基板間隔をhとした場合、以下のようにして決
定され得る。
The height (projection height) x of the projecting structure can be determined as follows, where h is the distance between the substrates in the picture element region.

【0021】液晶材料および重合性樹脂材料を含む前駆
体混合物を一対の基板間に挟持した液晶セルにおいて、
一方の基板上の絵素領域に対応する領域の周囲に高さの
みが異なる突起状構造体を有する2種類の液晶セルの温
度を変化させて前駆体混合物に生じる状態変化を、重合
性樹脂材料含有量に対して液晶相が液晶滴として析出し
始める温度、液晶滴の大きさが絵素と同じ大きさになる
温度、液晶滴が独立して存在しなくなる温度(液晶滴が
互いに融合し始める温度)および全て液晶相になる温度
(前駆体混合物全体が液晶相(すなわち、ネマティック
相)になる温度)について観察した。
In a liquid crystal cell in which a precursor mixture containing a liquid crystal material and a polymerizable resin material is sandwiched between a pair of substrates,
The state change that occurs in the precursor mixture by changing the temperature of two types of liquid crystal cells having a protruding structure having only a different height around a region corresponding to a pixel region on one substrate is represented by a polymerizable resin material. The temperature at which the liquid crystal phase starts to separate out as liquid crystal droplets, the temperature at which the size of the liquid crystal droplets becomes the same size as the picture element, and the temperature at which the liquid crystal droplets do not exist independently (the liquid crystal droplets start to fuse with each other) Temperature) and the temperature at which all of the precursor mixture became a liquid crystal phase (the temperature at which the entire precursor mixture became a liquid crystal phase (ie, a nematic phase)).

【0022】突起状構造体の高さが「高い」場合と「低
い」場合の液晶セルについて、重合性樹脂材料含有量に
対して液晶滴が析出し始める温度および全てが液晶相に
なる温度を図1に示す。図1より明らかなように、液晶
滴が析出しはじめる温度は、突起状構造体の高さにはあ
まり影響されない。しかし、突起状構造体の高さが低く
なると、前駆体混合物が全て液晶相になる温度までの温
度幅が狭くなる。
For the liquid crystal cells when the height of the protruding structure is "high" and "low", the temperature at which liquid crystal droplets begin to precipitate and the temperature at which all of the liquid crystal phase becomes a liquid crystal phase are determined with respect to the polymerizable resin material content. As shown in FIG. As is clear from FIG. 1, the temperature at which the liquid crystal droplet starts to be deposited is not so affected by the height of the protruding structure. However, when the height of the protruding structure is reduced, the temperature range up to the temperature at which all of the precursor mixture becomes a liquid crystal phase is narrowed.

【0023】図2に液晶領域3と高分子領域(相溶領
域)4と突起状構造体2との関係を模式的に示す。通
常、析出した液晶滴は突起状構造体2と対向する基板1
との間よりも、基板間で成長する。従って、液晶滴が大
きく成長した場合、突起状構造体2と対向する基板1と
の間で、液晶滴から排除された重合性樹脂材料の濃度が
高まる。突起状構造体2と対向する基板1との間の空間
は突起状構造体2の高さが低い方が大きくなるため、こ
の空間に収容される液晶相から排除された重合性樹脂材
料の量は多くなる。すなわち、突起状構造体2が低い方
が、液晶滴内の液晶材料の純度は高くなり、液晶相と相
溶相との相分離はより進んだ状態になる。従って、液晶
材料の純度の点からは突起状構造体2の高さが低い方が
好ましい。しかし、上記のように突起状構造体の高さが
低くなると、前駆体混合物が全て液晶相になる温度まで
の温度幅が狭くなる。すなわち、液晶滴を所望の大きさ
に成長させるためには、より精密な温度制御が要求され
る。
FIG. 2 schematically shows the relationship among the liquid crystal region 3, the polymer region (compatible region) 4, and the protruding structure 2. As shown in FIG. Usually, the deposited liquid crystal droplets are deposited on the substrate 1 facing the protruding structure 2.
It grows between substrates rather than between. Therefore, when the liquid crystal droplet grows large, the concentration of the polymerizable resin material excluded from the liquid crystal droplet increases between the protruding structure 2 and the opposing substrate 1. Since the space between the protruding structure 2 and the opposing substrate 1 is larger when the height of the protruding structure 2 is lower, the amount of the polymerizable resin material excluded from the liquid crystal phase accommodated in this space. Will increase. In other words, the lower the protruding structure 2, the higher the purity of the liquid crystal material in the liquid crystal droplet, and the more the phase separation between the liquid crystal phase and the compatible phase proceeds. Therefore, from the viewpoint of the purity of the liquid crystal material, it is preferable that the height of the protruding structure 2 is lower. However, as described above, when the height of the protruding structure is reduced, the temperature range up to the temperature at which all of the precursor mixture becomes a liquid crystal phase is narrowed. That is, more precise temperature control is required to grow the liquid crystal droplet to a desired size.

【0024】従って、液晶領域3内の液晶材料の純度お
よび表示素子の作製条件を考慮すると、突起状構造体2
の高さxは、例えば、図3および図4に示すような液晶
表示素子の絵素領域の基板間隔hに対して、0.15×h≦
x≦0.8×hの関係を満たすことが好ましい。
Therefore, considering the purity of the liquid crystal material in the liquid crystal region 3 and the manufacturing conditions of the display element, the projection-like structure 2
The height x of the liquid crystal display element is, for example, 0.15 × h ≦
It is preferable that the relationship x ≦ 0.8 × h is satisfied.

【0025】表示素子の光学特性、操作性、信頼性を考
慮すると0.3×h≦x≦0.55×hの関係を満たすことが
より好ましい。
In consideration of the optical characteristics, operability and reliability of the display element, it is more preferable to satisfy the relationship of 0.3 × h ≦ x ≦ 0.55 × h.

【0026】1つの突起状構造体2において、高さxは
構造体のあらゆる場所で同一であり得るか、または異な
り得る。好ましくは同一である。突起状構造体2は、円
柱、円錐、円錐台、楕円柱、楕円錐、楕円錐台、角柱、
角錐台、これらの複合したもの、あるいはこれらが連続
して破線状または線状になった形状をとり得る。突起状
構造体2で囲まれる領域の形状は、多角形、円形または
これらを組み合わせた形状であり、絵素の形状に沿った
ものであるが、特に細かい部分がある場合は一部省略し
た形状であり得る。好ましくは四角形である。
In one protruding structure 2, the height x can be the same or different everywhere in the structure. Preferably they are the same. The protruding structure 2 includes a cylinder, a cone, a truncated cone, an elliptic cylinder, an elliptical cone, a truncated elliptical cone, a prism,
It may take the shape of a truncated pyramid, a composite of these, or a continuous dashed or linear shape. The shape of the region surrounded by the protruding structure 2 is a polygon, a circle, or a combination thereof, and is in accordance with the shape of the picture element. Can be Preferably it is square.

【0027】本発明の液晶表示素子は、対向する一対の
基板間、好ましくは突起状構造体と対向する基板との間
にさらに高分子物質を挟持し得る。このことにより、高
分子物質からなる高分子領域に実質的に包囲された液晶
領域内の液晶分子の配向状態が保たれかつ液晶表示素子
の強度が向上する。高分子物質は、重合性樹脂材料を重
合して得られる重合体が好ましい。重合性樹脂材料とし
ては、例えば、炭素数3以上の長鎖アルキル基または芳
香族基を有するアクリル酸またはアクリル酸エステルを
使用し得る。アクリル酸またはアクリル酸エステルの例
としては、イソブチルアクリレート、ステアリルアクリ
レート、ラウリルアクリレート、イソアミルアクリレー
ト、n−ブチルアクリレート、トリデシルアクリレー
ト、2−エチルヘキシルアクリレート、シクロヘキシル
アクリレート、ベンジルアクリレート、2−フェノキシ
エチルアクリレート;これらのアクリレートをメタクリ
レートに換えたもの;およびこれらのモノマーのハロゲ
ン化物(特に塩素化、またはフッ素化したモノマー)、
例えば、2,2,3,4,4,4−へキサフルオロブチ
ルメタクリレート、2,2,3,4,4,4−へキサク
ロロブチルメタクリレート、2,2,3,3−テトラフ
ルオ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、パーフルオロオクチ
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、パーフルオ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挙げるこ
とができる。これらモノマーは、単独または2種以上混
合して使用し得る。
In the liquid crystal display device of the present invention, a polymer substance can be further sandwiched between a pair of substrates facing each other, preferably between the projecting structure and the substrate facing the same. Thereby, the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal region substantially surrounded by the polymer region made of the polymer substance is maintained, and the strength of the liquid crystal display element is improved. The polymer substance is preferably a polymer obtained by polymerizing a polymerizable resin material. As the polymerizable resin material, for example, acrylic acid or acrylate having a long-chain alkyl group or aromatic group having 3 or more carbon atoms can be used. Examples of acrylic acid or acrylic acid esters include isobutyl acrylate, stearyl acrylate, lauryl acrylate, isoamyl acrylate, n-butyl acrylate, tridecyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, cyclohexyl acrylate, benzyl acrylate, and 2-phenoxyethyl acrylate; Methacrylates; and halides of these monomers (especially chlorinated or fluorinated monomers),
For example, 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl methacrylate, 2,2,3,4,4,4-hexachlorobutyl methacrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate , 2,2,3,3-tetrachloropropyl methacrylate, perfluorooctylethyl methacrylate, perchlorooctylethyl methacrylate, perfluorooctylethyl acrylate, perchlorooctylethyl acrylate. These monomers may be used alone or in combination of two or more.

【0028】基板は、必要に応じて液晶分子の配向を制
御する配向制御層を有し得る。配向制御方法としては、
基板にポリイミドなどの高分子物質や無機材料を塗布
後、布で擦るラビング法、表面自由エネルギーの低い化
合物を塗布する垂直配向法、SiO2などの斜め蒸着に
よる斜め配向法、また、ラビング処理を行わない水平配
向膜を用いる水平配向法などが挙げられる。
The substrate may have an alignment control layer for controlling the alignment of liquid crystal molecules as required. As the orientation control method,
After coating the polymer material or an inorganic material such as polyimide substrate, a rubbing method rubbing with a cloth, a vertical alignment method of applying a compound having a low surface free energy, the oblique orientation method by oblique deposition, such as SiO 2, also rubbed A horizontal alignment method using a horizontal alignment film that is not performed is exemplified.

【0029】本発明に用い得る液晶材料としては、常温
付近で液晶状態を示す物質であれば特に制限されない
が、ネマティック液晶(2周波駆動用液晶、△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)、スメクティック液晶、強誘
電性液晶、デスコティック液晶などを挙げることができ
る。これらのうち、ネマティック液晶もしくは、コレス
テリック液晶、またはカイラル剤の添加されたネマティ
ック液晶が好ましい。カイラル剤の添加されたネマティ
ック液晶においては、ヒステリシス、均一性、d・△n
(位相差)による着色の問題などから10μm以上の螺
旋ピッチを持つようにカイラル剤を添加することが好ま
しい。また、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。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り、
ZLI−4801−000、ZLI−4801−00
1、ZLI−4792(メルク社製)などを挙げること
ができる。これらの液晶材料は、混合して用い得る。
The liquid crystal material that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it shows a liquid crystal state at around normal temperature. Nematic liquid crystals (including two-frequency driving liquid crystal, liquid crystal with Δε <0), cholesteric liquid crystal (Especially, liquid crystals having selective reflection characteristics for visible light), smectic liquid crystals, ferroelectric liquid crystals, discotic liquid crystals, and the like. Among these, a nematic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, or a nematic liquid crystal to which a chiral agent is added is preferable. In a nematic liquid crystal to which a chiral agent is added, hysteresis, uniformity, d · Δn
It is preferable to add a chiral agent so as to have a helical pitch of 10 μm or more from the problem of coloring due to (phase difference). In addition, a liquid crystal material having excellent chemical reaction resistance is preferable because a photopolymerization reaction occurs during processing. Specifically, the compound is a liquid crystal material having a functional group such as a fluorine atom,
ZLI-4801-000, ZLI-4801-00
1, ZLI-4792 (manufactured by Merck) and the like. These liquid crystal materials can be used as a mixture.

【0030】(液晶表示素子の製造方法)本発明の液晶
表示素子の好適な製造方法としては、まず、一対の基板
のうちの一方の基板上の絵素領域に対応する領域に突起
状構造体で囲まれた1または2以上の領域を形成する。
突起状構造体で囲まれた領域を形成する方法としては、
レジストなどを用いてパターニングする方法、印刷法、
先に全面に形成したレジストをエッチングなどにより一
部残す方法、型どりしたものを基板上に配置する方法、
蒸着法、電気メッキを利用する方法などを用い得る。
(Manufacturing Method of Liquid Crystal Display Element) As a preferred manufacturing method of the liquid crystal display element of the present invention, first, a projection-like structure is formed in a region corresponding to a picture element region on one of a pair of substrates. To form one or more regions.
As a method of forming a region surrounded by the protruding structure,
Patterning method using resist, printing method,
A method in which the resist formed on the entire surface is partially left by etching or the like, a method in which a molded product is disposed on a substrate,
An evaporation method, a method using electroplating, or the like can be used.

【0031】形成された突起状構造体の高さは、最終的
に作製される液晶表示素子の基板間隔hに対して、0.15
×h≦x≦0.8×hの関係を満たすことが好ましい。表
示素子の光学特性、操作性、信頼性を考慮すると0.3×
h≦x≦0.55×hの関係を満たすことがより好ましい。
xが0.15×hより小さいと軸対称率の低下などの不具合
が生じ、xが0.8×hより大きいと注入不良などの不具
合を生じる場合がある。
The height of the formed protruding structure is 0.15 to the substrate distance h of the liquid crystal display element to be finally manufactured.
It is preferable to satisfy the relationship of xh ≦ x ≦ 0.8 × h. 0.3 × considering the optical characteristics, operability and reliability of the display element
It is more preferable that the relationship h ≦ x ≦ 0.55 × h is satisfied.
If x is smaller than 0.15 × h, problems such as a decrease in the axial symmetry may occur. If x is larger than 0.8 × h, problems such as poor injection may occur.

【0032】次に、作製した突起状構造体を有する基板
と少なくとも電極膜を有する基板とを一定の間隔を保っ
て貼り合わせてセルを構成する。次いで基板間に、液晶
材料、重合性樹脂材料および重合開始剤を含む前駆体混
合物を注入する。続いて、相分離によって生成した液晶
滴中の液晶分子を軸対称状に配向させる。この時、液晶
滴の大きさを制御することが好ましい。制御する方法と
しては、液晶材料、重合性樹脂材料および重合開始剤を
含む前駆体混合物を加熱のみ行って液晶滴の大きさを制
御する方法、前駆体混合物を加熱した後に冷却して液晶
滴を析出させ、次いで成長させる方法、加熱や冷却を何
回か組み合わせて液晶滴の大きさを制御する方法などを
用い得る。そして、液晶滴の大きさが絵素の大きさの8
0%以上になった温度で重合性樹脂材料を硬化させるこ
とにより液晶表示素子が得られ得る。
Next, the substrate having the protruding structure and the substrate having at least the electrode film are adhered at a constant interval to form a cell. Next, a precursor mixture containing a liquid crystal material, a polymerizable resin material, and a polymerization initiator is injected between the substrates. Subsequently, the liquid crystal molecules in the liquid crystal droplets generated by the phase separation are oriented in an axially symmetric manner. At this time, it is preferable to control the size of the liquid crystal droplet. As a method of controlling, a method of controlling the size of liquid crystal droplets by only heating a precursor mixture containing a liquid crystal material, a polymerizable resin material, and a polymerization initiator, cooling the precursor mixture and then cooling the liquid crystal droplets A method of depositing and then growing, a method of controlling the size of the liquid crystal droplet by combining heating and cooling several times, and the like can be used. Then, the size of the liquid crystal droplet is 8 which is the size of the picture element.
By curing the polymerizable resin material at a temperature of 0% or more, a liquid crystal display device can be obtained.

【0033】液晶分子を軸対称状に配向させる方法とし
ては、例えば、重合性樹脂材料を硬化する前に、セルを
構成する基板間に電圧を印加し、液晶滴の外周に沿って
ディスクリネーションラインが存在するように印加電圧
を上下させることで液晶分子を軸対称状に配向させ得
る。
As a method for orienting liquid crystal molecules in an axially symmetric manner, for example, before curing the polymerizable resin material, a voltage is applied between the substrates constituting the cell, and disclination is performed along the outer periphery of the liquid crystal droplet. By raising and lowering the applied voltage so that a line exists, the liquid crystal molecules can be oriented in an axially symmetric manner.

【0034】重合性樹脂材料を硬化させる温度は以下の
ようにして決定し得る。
The temperature at which the polymerizable resin material is cured can be determined as follows.

【0035】液晶および重合性樹脂材料を含む前駆体混
合物を一対の基板間に挟持した液晶セルの温度を変化さ
せて前駆体混合物に生じる状態変化を観察し、重合性樹
脂材料の含有量に対して液晶滴が析出し始める温度、液
晶滴の大きさが絵素と同じ大きさになる温度、液晶滴が
独立して存在しなくなる温度および前駆体混合物が全て
液晶相になる温度をプロットすると図5に示す相図が得
られる。
By changing the temperature of the liquid crystal cell in which the precursor mixture containing the liquid crystal and the polymerizable resin material was sandwiched between a pair of substrates, the state change occurring in the precursor mixture was observed. Plotting the temperature at which liquid crystal droplets begin to precipitate, the temperature at which the size of the liquid crystal droplets becomes the same size as the picture element, the temperature at which the liquid crystal droplets do not exist independently, and the temperature at which the precursor mixture is entirely in the liquid crystal phase. The phase diagram shown in FIG. 5 is obtained.

【0036】図5の相図において、A領域は液晶材料と
重合性樹脂材料とが完全に相溶した状態である。A領域
とB領域とを隔てる直線は、それぞれの重合性樹脂材料
含有量において液晶滴が析出し始める温度を示す。析出
した液晶滴は、B領域で温度降下と共に成長するが、そ
の大きさは絵素の大きさより小さい。B領域とC領域と
を隔てる直線は、それぞれの重合性樹脂材料含有量にお
いて液晶滴の大きさが絵素と同じ大きさになる温度を示
す。絵素と同じ大きさになった液晶滴は、C領域で温度
降下と共にさらに成長する。C領域とD領域とを隔てる
直線は、それぞれの重合性樹脂材料含有量において液晶
滴が独立して存在しなくなる温度を示す。D領域では、
液晶滴は隣の液晶滴と融合するため、液晶滴はさらに大
きくなり、液晶滴の形状もランダムになる。D領域とE
領域とを隔てる直線は、それぞれの重合性樹脂材料含有
量において全ての領域が液晶相になる温度を示す。E領
域では全ての領域が液晶相である。
In the phase diagram of FIG. 5, the region A is in a state where the liquid crystal material and the polymerizable resin material are completely compatible. The straight line separating the A region and the B region indicates the temperature at which liquid crystal droplets begin to precipitate at each polymerizable resin material content. The deposited liquid crystal droplet grows with the temperature drop in the region B, but its size is smaller than the size of the picture element. The straight line separating the B region and the C region indicates the temperature at which the size of the liquid crystal droplet becomes the same as that of the picture element at each content of the polymerizable resin material. The liquid crystal droplet having the same size as the picture element further grows with the temperature drop in the region C. The straight line separating the C region and the D region indicates the temperature at which the liquid crystal droplet does not exist independently at each polymerizable resin material content. In the D area,
Since the liquid crystal droplet fuses with the adjacent liquid crystal droplet, the liquid crystal droplet becomes larger and the shape of the liquid crystal droplet becomes random. D area and E
The straight line separating the regions indicates the temperature at which all the regions become liquid crystal phases at the respective polymerizable resin material contents. In the E region, all regions are liquid crystal phases.

【0037】図5から明らかなように、重合性樹脂材料
含有率a重量%の前駆体混合物の温度をさらに降下させ
ていくと、液晶滴の大きさは成長し、同時に液晶滴に含
まれる重合性樹脂材料の量は増加していく。つまり、液
晶滴の純度は、液晶滴が小さい方が高い。しかし、液晶
滴が小さいと、重合性樹脂材料を硬化させて得られる高
分子物質からなる高分子領域によって実質的に包囲され
る液晶領域の大きさが小さく、開口率が低下するので、
得られる表示素子の性能が低下する。従って、形成され
る液晶領域の大きさ(開口率)と液晶領域中の液晶材料
の純度とを考慮すると、重合性樹脂材料の含有率に関わ
らず液晶滴の大きさが絵素の大きさの80%以上、好ま
しくは100%の大きさになり、かつ1つの絵素領域内
に液晶滴が独立して存在する温度で重合性樹脂材料を硬
化することが好ましい。
As is apparent from FIG. 5, when the temperature of the precursor mixture having a polymerizable resin material content of a weight% is further decreased, the size of the liquid crystal droplet grows, and at the same time, the polymerization contained in the liquid crystal droplet is increased. The amount of the conductive resin material increases. That is, the smaller the liquid crystal droplet, the higher the purity of the liquid crystal droplet. However, when the liquid crystal droplets are small, the size of the liquid crystal region substantially surrounded by the polymer region made of a polymer material obtained by curing the polymerizable resin material is small, and the aperture ratio is reduced.
The performance of the display element obtained is reduced. Therefore, in consideration of the size of the liquid crystal region to be formed (aperture ratio) and the purity of the liquid crystal material in the liquid crystal region, the size of the liquid crystal droplet is equal to the size of the pixel regardless of the content of the polymerizable resin material. It is preferable that the polymerizable resin material is cured at a temperature of 80% or more, preferably 100%, and at which liquid crystal droplets are independently present in one pixel region.

【0038】液晶滴が上記条件を満たす温度は、使用す
る液晶材料、重合性樹脂材料の種類、それらの混合比、
基板の形状、基板の表面状態などによって異なる。従っ
て、液晶滴が上記条件を満たす温度は、使用する液晶材
料、重合性樹脂材料および基板材料の各組合せに毎に相
図を描くことにより求められ得る。
The temperature at which the liquid crystal droplet satisfies the above conditions depends on the type of liquid crystal material and polymerizable resin material used, their mixing ratio,
It depends on the shape of the substrate, the surface condition of the substrate, and the like. Therefore, the temperature at which the liquid crystal droplet satisfies the above conditions can be determined by drawing a phase diagram for each combination of the liquid crystal material, the polymerizable resin material, and the substrate material used.

【0039】使用する重合性樹脂材料の量は以下のよう
にして決定し得る。
The amount of the polymerizable resin material used can be determined as follows.

【0040】図5に示すように重合性樹脂材料および液
晶材料の種類が同じであっても、重合性樹脂材料含有量
(重合性樹脂材料および液晶材料を含む前駆体混合物の
全重量に対する重量%)がa重量%の場合とb重量%
(a<b)の場合では、液晶滴の大きさが絵素領域と同
じ大きさになる温度は異なる。重合性樹脂材料含有量が
a重量%の場合、液晶滴(液晶相)および相溶相に含ま
れる重合性樹脂材料の量が少ないため、重合性樹脂材料
含有量がb重量%の場合に比べて、液晶表示素子の透過
率、閾値電圧、応答速度、信頼性が向上する。しかし、
重合性樹脂材料の硬化により得られる高分子物質の絶対
量が少ないため重合性樹脂材料含有量がb重量%の場合
と比べて、押圧に対する安定性が減少する。また、B領
域およびC領域が狭くなるために適した状態で重合性樹
脂材料を硬化させるために厳しい温度の制御が必要にな
る。従って、重合性樹脂材料の使用量は、作製する液晶
表示素子の求められる性能および図5に示すような相図
に基づく作製条件を考慮して決定され得る。
As shown in FIG. 5, even if the types of the polymerizable resin material and the liquid crystal material are the same, the content of the polymerizable resin material (% by weight based on the total weight of the precursor mixture containing the polymerizable resin material and the liquid crystal material) ) Is a weight% and b weight%
In the case of (a <b), the temperature at which the size of the liquid crystal droplet becomes the same as the size of the picture element region is different. When the content of the polymerizable resin material is a% by weight, the amount of the polymerizable resin material contained in the liquid crystal droplets (liquid crystal phase) and the compatible phase is small. Thus, the transmittance, threshold voltage, response speed, and reliability of the liquid crystal display element are improved. But,
Since the absolute amount of the polymer substance obtained by curing the polymerizable resin material is small, the stability against pressing is reduced as compared with the case where the content of the polymerizable resin material is b% by weight. In addition, strict temperature control is required to cure the polymerizable resin material in a state suitable for narrowing the B region and the C region. Therefore, the amount of the polymerizable resin material used can be determined in consideration of the required performance of the liquid crystal display element to be manufactured and the manufacturing conditions based on the phase diagram as shown in FIG.

【0041】重合性樹脂材料としては、上記のような炭
素数3以上の長鎖アルキル基または芳香族基を有するア
クリル酸またはアクリル酸エステルを用い得る。
As the polymerizable resin material, acrylic acid or acrylate having a long-chain alkyl group or aromatic group having 3 or more carbon atoms as described above can be used.

【0042】本発明に用い得る重合性樹脂材料および液
晶を含む前駆体混合物は、所望に応じて光重合開始剤を
含み得る。光重合開始剤の例としては、Irgacure 651、
Irgacure 184(チバガイギー社製)、およびDarocur 11
73(メルク社製)等を挙げることができる。光重合開始
剤は、液晶材料と重合性樹脂材料との前駆体混合物の総
重量に対して0.01〜3重量%添加し得る。
The precursor mixture containing the polymerizable resin material and the liquid crystal which can be used in the present invention may contain a photopolymerization initiator, if desired. Examples of photopolymerization initiators include Irgacure 651,
Irgacure 184 (Ciba-Geigy) and Darocur 11
73 (manufactured by Merck). The photopolymerization initiator may be added in an amount of 0.01 to 3% by weight based on the total weight of the precursor mixture of the liquid crystal material and the polymerizable resin material.

【0043】重合性樹脂材料の硬化は、主に光を照射す
ることによって行い得る。照射する光の露光照度と露光
時間は、液晶材料と重合性樹脂材料との割合によって異
なるため、特に限定されない。機械的強度の優れた液晶
セルを形成するためには、強い露光照度で短時間露光す
るよりも弱い露光照度で長時間露光する方が好ましい。
強い露光照度で短時間露光すると分子量の小さい高分子
物質が多量に生成する。高分子物質の分子量が小さいと
充分な機械的強度を有する液晶セルが得られない。フォ
トマスクを用いる場合、フォトマスクは連続または独立
した規則的なパターンを有し、マトリクス状あるいはス
トライプ状であり得る。液晶領域形成後、さらに液晶層
全面に光を照射することによって、重合性樹脂材料の硬
化を完全なものとし得る。
Curing of the polymerizable resin material can be performed mainly by irradiating light. The exposure illuminance and exposure time of the irradiation light are not particularly limited because they differ depending on the ratio between the liquid crystal material and the polymerizable resin material. In order to form a liquid crystal cell having excellent mechanical strength, it is preferable to perform exposure for a long time at a low exposure illuminance than for short time exposure at a high exposure illuminance.
Exposure to high exposure illuminance for a short time generates a large amount of high molecular weight substance having a small molecular weight. If the molecular weight of the high molecular substance is small, a liquid crystal cell having sufficient mechanical strength cannot be obtained. When a photomask is used, the photomask has a continuous or independent regular pattern and may be in a matrix or stripe shape. After the liquid crystal region is formed, the entire surface of the liquid crystal layer is irradiated with light, so that the curing of the polymerizable resin material can be completed.

【0044】(実施例1)図3に示すように、ガラス基
板1(1.1mm厚)上にITO(酸化インジウムおよび酸
化スズの混合物)から成る厚み100nmの透明電極5が形
成されている。この基板1にシール剤(ストラクトボン
ドXN-21S)を印刷法でパターニングした。他方、同様の
ITOからなる透明電極が形成された基板1上に、図6
に示すような100μm角の抜け(絵素領域に対応)15を
有するモリブデン膜から成るブラックマトリクス6をパ
ターニングした。更にそのブラックマトリクス6上にネ
ガ型フォトレジスト16(OMR83:東京応化社製)
を塗布、露光、現像、リンス、焼成して、図7のような
厚さ2.0μmの突起状構造体2を形成した。この突起状構
造体2を形成した基板に粒子径4.5μmのプラスティック
ビーズ(ミクロパール;積水ファィンケミカル社製)を
散布し、先に作製した基板と貼りあわせてセルを作製し
た。
Example 1 As shown in FIG. 3, a transparent electrode 5 of 100 nm thick made of ITO (a mixture of indium oxide and tin oxide) is formed on a glass substrate 1 (1.1 mm thick). This substrate 1 was patterned with a sealant (Stract Bond XN-21S) by a printing method. On the other hand, on a substrate 1 on which a transparent electrode made of similar ITO is formed, FIG.
The black matrix 6 composed of a molybdenum film having 100 μm square holes (corresponding to picture element regions) 15 as shown in FIG. Further, a negative photoresist 16 (OMR83: manufactured by Tokyo Ohkasha Co., Ltd.) is formed on the black matrix 6.
Was applied, exposed, developed, rinsed, and fired to form a 2.0 μm-thick protruding structure 2 as shown in FIG. Plastic beads (micropearl; manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) having a particle size of 4.5 μm were sprayed on the substrate on which the protruding structure 2 was formed, and bonded to the previously prepared substrate to prepare a cell.

【0045】β-(パーフロロオクチル)エチルアクリレ
ート 1.5g、ステアリルアクリレート 2.6g、R684
(日本化薬社製)1.0g、およびp-フェニルスチレン 1.
9gを混合して重合性樹脂材料とした。液晶材料としては
ZLI-4792(メルク社製;カイラル剤S-811を0.3wt%含
有)を用意し、重合性樹脂材料0.1gと液晶材料0.9gと光
重合開始剤Irgacure 651を0.005g加えてよく混合してセ
ルに注入して液晶セルを得た。
Β- (perfluorooctyl) ethyl acrylate 1.5 g, stearyl acrylate 2.6 g, R684
1.0 g (manufactured by Nippon Kayaku) and p-phenylstyrene 1.
9 g was mixed to obtain a polymerizable resin material. As a liquid crystal material
Prepare ZLI-4792 (manufactured by Merck; 0.3% by weight of chiral agent S-811), add 0.15 g of polymerizable resin material, 0.9 g of liquid crystal material, and 0.005 g of Irgacure 651 photopolymerization initiator, and mix well. It was injected into the cell to obtain a liquid crystal cell.

【0046】この液晶セルを95℃で10時間加熱した後、
1℃/minで72℃まで徐冷し、液晶滴の大きさが絵素領域
の約55%の大きさになった温度で電圧(3V、60H
z)を印加し液晶分子を軸対称状配向させた。電圧印加
を止めさらに0.5℃/minで徐冷を行い液晶滴が絵素の大
きさになった温度で、高圧水銀ランプ下12mW/cm2のとこ
ろで20分間紫外線の照射を行い、重合性樹脂材料を硬化
させて液晶表示素子を作製した。作製した液晶表示素子
の絵素に対応して形成された絵素領域内の液晶領域のT
NIを測定したところ、87℃と液晶本来のTNI(91℃)に
近い値を示した。電圧無印加時の透過率は、TN液晶表
示素子の79%に達していた。応答時間は、5V印加時で
τr(立ち上がり時間)とτd(立ち下がり時間)の和が
44msecでありTN液晶表示素子の40msecにかなり近くな
っていた。
After heating the liquid crystal cell at 95 ° C. for 10 hours,
Slowly cool to 72 ° C at 1 ° C / min, and apply voltage (3V, 60H
z) was applied, and the liquid crystal molecules were axially symmetrically aligned. The voltage was stopped, and the temperature was gradually cooled at 0.5 ° C / min.At a temperature at which the liquid crystal droplets became the size of a pixel, UV irradiation was performed at 12 mW / cm 2 under a high-pressure mercury lamp for 20 minutes to polymerize the resin material. Was cured to produce a liquid crystal display device. The T of the liquid crystal area in the picture element area formed corresponding to the picture element of the manufactured liquid crystal display element
When NI was measured, it was 87 ° C., which was a value close to the liquid crystal original T NI (91 ° C.). The transmittance when no voltage was applied reached 79% of that of the TN liquid crystal display device. The response time is the sum of τ r (rise time) and τ d (fall time) when 5 V is applied.
It was 44 msec, which was quite close to 40 msec of the TN liquid crystal display element.

【0047】作製した液晶表示素子を偏光顕微鏡で観察
したところ、図8に示すように、絵素領域15毎に消光
模様17が見られ、液晶分子が軸対称に配向している状
態が観察された。液晶表示素子を70℃の恒温槽中で100
時間放置した後も、液晶領域の形状および電気光学特性
に大きな変化はなく、極めて安定性に優れていた。
When the manufactured liquid crystal display device was observed with a polarizing microscope, as shown in FIG. 8, an extinction pattern 17 was observed in each of the picture element regions 15, and a state in which the liquid crystal molecules were axially symmetric was observed. Was. The liquid crystal display device is placed in a 70 ° C
Even after standing for a long time, there was no significant change in the shape and electro-optical characteristics of the liquid crystal region, and the stability was extremely excellent.

【0048】実施例1のブラックマトリクス付き基板に
0.25、0.5、0.75、1.0、1.5、2.0、2.5、2.75、3.0、3.
5、3.75、4.0、4.25、4.5μmの突起状構造体を作製し
た。他方、ガラス基板(1.1mm厚)上にITO(酸化イ
ンジウムおよび酸化スズの混合物)から成る厚み100nm
の透明電極が形成された基板にシール剤(ストラクトボ
ンドXN-21S)を印刷法でパターニングした。両基板を5.
0μmの基板間隔を保たせて貼りあわせてセルを作製し
た。
The substrate with the black matrix of Example 1
0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 2.75, 3.0, 3.
Protrusion-like structures of 5, 3.75, 4.0, 4.25, and 4.5 μm were produced. On the other hand, a glass substrate (1.1 mm thick) having a thickness of 100 nm made of ITO (a mixture of indium oxide and tin oxide)
A sealant (Structbond XN-21S) was patterned on the substrate on which the transparent electrode was formed by a printing method. 5.
The cells were bonded together with a substrate interval of 0 μm maintained to produce a cell.

【0049】2-(パーフロロヘキシル)エチルアクリレー
ト 1.5g,ステアリルアクリレート2.6g,R684(日
本化薬社製)1.0g,スチレン1.9gを混合して重合性樹脂
材料とした。液晶材料としてZLI-4792(メルク社製;カ
イラル剤S-811を0.3wt%含有)を用意し、重合性樹脂材
料0.1gと液晶材料0.9gと光重合開始剤Irgacure 6510.00
5gとよく混合した後、さきに作製したセルに注入して液
晶セルを得た。注入の際、突起高さが4.25μm以上のセ
ルは所々で注入不良を起こしていた。液晶セルを一旦95
℃で10時間加熱した後、1℃/minで液晶滴の大きさが絵
素領域の約50%の大きさになる温度にまで徐冷し、電圧
(3V、60Hz)を印加し液晶分子を軸対称状に配向
させた。突起高さが3.0μmを超える液晶セルについて
は、液晶分子の動きが鈍く、液晶分子を軸対称状に配向
させる操作が困難であった。電圧印加を止めると、突起
高さが0.5μm以下の液晶セルの液晶分子の軸対称配向は
自然に崩れた。さらに、0.5℃/minで徐冷を行い、液晶
滴の大きさが絵素の大きさと同じになった温度で、高圧
水銀ランプ下12mW/cm2のところで20分間紫外線の照射を
行い、重合性樹脂材料を硬化させて液晶表示素子を得
た。
A polymerizable resin material was prepared by mixing 1.5 g of 2- (perfluorohexyl) ethyl acrylate, 2.6 g of stearyl acrylate, 1.0 g of R684 (manufactured by Nippon Kayaku) and 1.9 g of styrene. ZLI-4792 (manufactured by Merck; containing 0.3 wt% of chiral agent S-811) was prepared as a liquid crystal material, and 0.1 g of a polymerizable resin material, 0.9 g of a liquid crystal material, and a photopolymerization initiator Irgacure 6510.00 were used.
After mixing well with 5 g, the mixture was injected into the cell prepared above to obtain a liquid crystal cell. At the time of injection, cells with a projection height of 4.25 μm or more had poor injection at some places. Once the liquid crystal cell is 95
After heating at 10 ° C for 10 hours, the temperature of the liquid crystal droplet is gradually cooled at 1 ° C / min to a temperature at which the size of the liquid crystal droplet becomes about 50% of the pixel area, and a voltage (3 V, 60 Hz) is applied to break the liquid crystal molecules. It was oriented to be axially symmetric. For a liquid crystal cell having a projection height of more than 3.0 μm, the movement of liquid crystal molecules was slow, and it was difficult to perform an operation of orienting the liquid crystal molecules in an axially symmetric manner. When the application of the voltage was stopped, the axisymmetric alignment of the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell having a protrusion height of 0.5 μm or less was spontaneously broken. Moreover, subjected to slow cooling at 0.5 ° C. / min, at a temperature at which the size of the liquid crystal droplets became equal to the size of the picture element, performs irradiation of 20 minutes UV at a high pressure mercury lamp under 12 mW / cm 2, the polymerizable The liquid crystal display element was obtained by curing the resin material.

【0050】表1に示すような評価項目について、各突
起高さを有する液晶表示素子を評価した。表1における
評価は、×;不適、△;あまり良くない、○;良い、
◎;非常に良い、を示す。総合評価の項での○は、全方
位での視角特性を要求しない、高温に長時間さらさない
など使用用途を限定することにより使用可能であること
を示す。
With respect to the evaluation items shown in Table 1, the liquid crystal display devices having each projection height were evaluated. The evaluations in Table 1 were as follows: ×; unsuitable, Δ: not very good, ○: good,
◎: very good In the section of the comprehensive evaluation, the symbol "o" indicates that the device can be used by restricting the intended use, such as not requiring viewing angle characteristics in all directions and not exposing it to high temperatures for a long time.

【0051】[0051]

【表1】 [Table 1]

【0052】表1に示すように、自然に軸対称配向が崩
れてきていた突起高さ0.5μm以下の液晶セルは、硬化後
には軸対称配向が全く残っていなかった。絵素100個当
たりについての軸対称配向になっている絵素の割合(以
下、軸対称率と記す)を調べたところ、突起高さが高く
なるにつれて軸対称率は高くなり、実用的なレベルであ
る軸対称率80%に達しているのは突起高さが1.5μm以上
になってからであった。
As shown in Table 1, in the liquid crystal cell having a projection height of 0.5 μm or less in which the axisymmetric alignment was spontaneously broken, no axisymmetric alignment remained after curing. Examination of the proportion of picture elements in an axially symmetric orientation per 100 picture elements (hereinafter referred to as the axial symmetry rate) showed that the higher the protrusion height, the higher the axial symmetry rate, and a practical level The axial symmetry ratio of 80% was reached after the protrusion height became 1.5 μm or more.

【0053】液晶表示素子の液晶分子が軸対称配向して
いる絵素内の液晶領域のTNIを測定したところ、表1に
示すように、突起高さが低いものの方が温度が高かっ
た。70℃において100時間の信頼性試験を行ったとこ
ろ、100時間経過後に何ら変化がなかった液晶表示素子
は、突起高さが2.75μm以下の液晶表示素子であり、そ
れより突起高さが高い液晶表示素子は液晶分子の配向が
一部で崩れていた。突起高さ0.75μmと1.0μmの液晶表
示素子については、軸対称を示していた液晶領域につい
ては変化はなかったが、軸対称になっていなかった液晶
領域で樹脂状の物質の析出が見られた。
[0053] When the liquid crystal molecules of the liquid crystal display device was measured T NI of liquid crystal regions in the pixels that are axially symmetrically aligned, as shown in Table 1, towards the projections lower height that the temperature was high. When the reliability test was performed at 70 ° C for 100 hours, the liquid crystal display element that showed no change after 100 hours was a liquid crystal display element with a protrusion height of 2.75 μm or less, and a liquid crystal with a higher protrusion height In the display element, the alignment of liquid crystal molecules was partially lost. For the liquid crystal display devices with protrusion heights of 0.75 μm and 1.0 μm, there was no change in the liquid crystal region that showed axial symmetry, but resinous substances were precipitated in the liquid crystal region that was not axially symmetric. Was.

【0054】以上のように、突起高さが0.75μmから4.0
μm(x/hが0.15〜0.8)の範囲にあるとき、従来より視
角範囲の広い液晶表示素子を作製することができた。さ
らに1.5μmから2.75μm(x/hが0.3〜0.55)の範囲にあ
るとき、軸対称率が極めて高く、70℃での信頼性試験で
100時間変化なしという極めて良好な広視角の液晶表示
素子を作製することができた。
As described above, the height of the projections is from 0.75 μm to 4.0
When μm (x / h is in the range of 0.15 to 0.8), a liquid crystal display device having a wider viewing angle range than before can be manufactured. Furthermore, when it is in the range of 1.5 μm to 2.75 μm (x / h is 0.3 to 0.55), the axial symmetry ratio is extremely high, and the reliability test at 70 ° C.
A very good liquid crystal display element with a wide viewing angle of 100 hours without change was produced.

【0055】(実施例2)ガラス基板1(1.1mm厚)上
にITOから成る厚み100nmの透明電極5が形成された
基板1にシール剤(ストラクトボンドXN-21S)を印刷法
でパターニングし、同様のITOからなる透明電極5が
形成された基板1上に図6のような100μm角の抜け15
を有するモリブデン膜からなるブラックマトリクス6上
に、ネガ型フォトレジスト16(V259-PA:新日鉄化学
社製)を塗布、露光、現像、リンス、焼成して図7に示
すような厚さ0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0
μmの突起状構造体2を形成した。これらの基板に粒子
径4.5μmのプラスティックビーズ(ミクロパール:積水
ファィンケミカル社製)を散布し、貼りあわせてセルを
作製した。
(Example 2) A sealing material (Stract Bond XN-21S) was patterned on a glass substrate 1 (1.1 mm thick) on which a transparent electrode 5 made of ITO having a thickness of 100 nm was formed by a printing method. A 100 μm square hole 15 as shown in FIG. 6 is formed on the substrate 1 on which the transparent electrode 5 made of similar ITO is formed.
A negative photoresist 16 (V259-PA: manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) is applied, exposed, developed, rinsed, and baked on a black matrix 6 made of a molybdenum film having a thickness of 0.5 and 1.0 as shown in FIG. , 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0
A protruding structure 2 of μm was formed. Plastic beads (Micropearl: manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) having a particle size of 4.5 μm were sprayed on these substrates, and bonded to form cells.

【0056】重合性樹脂材料としてビスフェノールAジ
グリシジルエーテル 0.25g、イソボルニルアクリレー
ト 0.2g、β-(パーフロロオクチル)エチルアクリレー
ト 0.1g、t-ブチルパーオキサイド 0.05gの混合物、
液晶材料としてZLI-4792(メルク社製:カイラル剤S-81
1を0.3wt%含有)0.54gおよび重合開始剤Irgacure 907
0.03gをよく混合し、作製したセルに注入を行って液晶
セルを得た。突起高さ4.0μmのセルには注入されなかっ
た。これらの液晶セルを一度95℃で10時間加熱した後、
1℃/minで徐冷し、液晶滴の大きさが絵素の約50%の大
きさになった温度で電圧(3V、60Hz)を印加し液
晶分子を軸対称状に配向させた。この時、突起高さが3.
0μm以上の液晶セルは、液晶分子の動きが悪く軸対称配
向させる操作が困難であった。電圧印加を止めてさらに
0.5℃/minの割合で徐冷すると、軸対称配向の操作が困
難であった液晶セルの一部で液晶分子の配向が乱れてき
た。液晶滴の大きさが絵素の大きさと同じになった温度
で、高圧水銀ランプ下11mW/cm2で20分間紫外線の照射を
行い、重合性樹脂材料を硬化させて液晶表示素子を得
た。自然に軸対称配向が崩れてきていた突起高さ0.5μm
の液晶セルでは硬化後、軸対称率は0%になっていた。
得られた液晶表示素子について実施例1と同じ項目の評
価を行った。結果を表2に示す。
As a polymerizable resin material, a mixture of 0.25 g of bisphenol A diglycidyl ether, 0.2 g of isobornyl acrylate, 0.1 g of β- (perfluorooctyl) ethyl acrylate and 0.05 g of t-butyl peroxide,
ZLI-4792 (manufactured by Merck: Chiral agent S-81) as a liquid crystal material
0.54 g) and a polymerization initiator Irgacure 907
0.03 g was mixed well and injected into the produced cell to obtain a liquid crystal cell. It was not injected into the cell having a projection height of 4.0 μm. After heating these liquid crystal cells once at 95 ° C for 10 hours,
The liquid crystal was slowly cooled at 1 ° C./min, and a voltage (3 V, 60 Hz) was applied at a temperature at which the size of the liquid crystal droplet became about 50% of the pixel, thereby orienting the liquid crystal molecules in an axially symmetric manner. At this time, the projection height is 3.
In a liquid crystal cell having a size of 0 μm or more, the movement of the liquid crystal molecules was poor, and it was difficult to perform the operation of axisymmetric alignment. Stop applying voltage and continue
When slowly cooled at a rate of 0.5 ° C./min, the alignment of the liquid crystal molecules was disturbed in a part of the liquid crystal cell where the operation of the axially symmetric alignment was difficult. UV irradiation was performed at 11 mW / cm 2 for 20 minutes under a high-pressure mercury lamp at a temperature at which the size of the liquid crystal droplet became the same as the size of the pixel, and the polymerizable resin material was cured to obtain a liquid crystal display device. Projection height 0.5 μm where the axisymmetric orientation has naturally been broken
After curing, the liquid crystal cell had an axial symmetry ratio of 0%.
The same items as in Example 1 were evaluated for the obtained liquid crystal display device. Table 2 shows the results.

【0057】[0057]

【表2】 [Table 2]

【0058】表2に示すように、軸対称操作性が良好な
突起高さの範囲内では、突起高さが高い程軸対称率は高
かった。さらに軸対称配向している絵素内の液晶領域の
NIを測定すると突起高さが低いものほどTNI温度が高
かった。70℃において信頼性試験を行ったところ100時
間経過後に変化がなかったのは突起高さが2.5μm以下の
液晶表示素子で、それより突起高さが高い液晶表示素子
では液晶分子の配向が崩れていた。
As shown in Table 2, within the range of the protrusion height where the axisymmetric operability is good, the higher the protrusion height, the higher the axial symmetry ratio. T NI temperature was higher even more lower projection height and measuring the T NI of liquid crystal regions in the pixels that are axially symmetrically aligned. When the reliability test was performed at 70 ° C, there was no change after 100 hours in the liquid crystal display device with a protrusion height of 2.5 μm or less, and in the liquid crystal display device with a higher protrusion height, the alignment of the liquid crystal molecules was broken. I was

【0059】以上のようにx/hが0.22から0.78の範囲で
条件により使用可能な液晶表示素子が、さらに0.33から
0.55の範囲にあるとき極めて良好な液晶表示素子が作製
できた。
As described above, the liquid crystal display element which can be used depending on the condition where x / h is in the range of 0.22 to 0.78 is further reduced to 0.33 to 0.33.
When it was in the range of 0.55, an extremely good liquid crystal display device could be produced.

【0060】(実施例3)ガラス基板1(1.1mm厚)上
にITOから成る厚み100nmの透明電極5が形成された
基板1にシール剤(ストラクトボンドXN-21S)を印刷法
でパターニングした。他方、同様のITOからなる透明
電極5が形成された基板1上に、図6のような100μm角
の抜け15を有するパターンでモリブデン膜を厚さ0.0
4、1.0、2.0、3.0μm形成し、モリブデン膜6からなる
突起構造体を作製した。突起状構造体を形成した基板1
に絵素部での電極間隔が4.5μmになるようにプラスティ
ックビーズ(ミクロパール:積水ファィンケミカル社
製)を散布し、両基板を貼りあわせてセルを作製した。
このセルに実施例1と同じ液晶材料、重合性樹脂材料お
よび重合開始剤からなる前駆体混合物を注入して液晶セ
ルを得た。これらの液晶セルを95℃で10時間加熱した
後、1℃/minで徐冷して液晶滴の大きさが絵素の約50%
の大きさになった時点で電圧を印加して液晶分子を軸対
称状に配向させた。突起高さ0.04μmの液晶セルでは液
晶相がセル全面に広がっており、液晶相(液晶滴)を絵
素領域内に固定する効果が無かった。突起高さ3.0μmで
は電圧印加に対する液晶分子の応答が遅く、配向操作が
困難であった。電圧印加を止めさらに0.5℃/minで徐冷
を行い液晶滴の大きさが絵素の大きさと同じになった温
度で、高圧水銀ランプ下12mW/cm2のところで20分間紫外
線の照射を行い、重合性樹脂材料を硬化させて液晶表示
素子を得た。
Example 3 A sealant (Structbond XN-21S) was patterned by a printing method on a glass substrate 1 (1.1 mm thick) on which a transparent electrode 5 made of ITO having a thickness of 100 nm was formed. On the other hand, a molybdenum film having a thickness of 0.0 μm is formed on the substrate 1 on which a transparent electrode 5 made of similar ITO is formed in a pattern having a hole 15 of 100 μm square as shown in FIG.
4, 1.0, 2.0 and 3.0 μm were formed, and a projection structure composed of the molybdenum film 6 was produced. Substrate 1 on which protruding structure is formed
Then, plastic beads (Micropearl: manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) were sprayed so that the electrode interval in the picture element portion was 4.5 μm, and the two substrates were bonded together to form a cell.
The same liquid crystal material, polymerizable resin material and precursor mixture comprising a polymerization initiator as in Example 1 were injected into this cell to obtain a liquid crystal cell. After heating these liquid crystal cells at 95 ° C for 10 hours, they were gradually cooled at 1 ° C / min to make the size of the liquid crystal droplets about 50% of the pixel.
A voltage was applied at the time when the liquid crystal molecules reached the size, and the liquid crystal molecules were axially symmetrically aligned. In the liquid crystal cell having a projection height of 0.04 μm, the liquid crystal phase spread over the entire surface of the cell, and there was no effect of fixing the liquid crystal phase (liquid crystal droplet) in the pixel region. When the protrusion height was 3.0 μm, the response of the liquid crystal molecules to the voltage application was slow, and the alignment operation was difficult. At temperatures size of the liquid crystal droplets perform slow cooling at further 0.5 ° C. / min stopped voltage application becomes the same as the picture element size, irradiation is performed for 20 minutes ultraviolet at a high pressure mercury lamp under 12 mW / cm 2, The liquid crystal display element was obtained by curing the polymerizable resin material.

【0061】表3に示すような評価項目について、各突
起高さを有する液晶表示素子を評価した。
With respect to the evaluation items shown in Table 3, the liquid crystal display devices having each projection height were evaluated.

【0062】[0062]

【表3】 [Table 3]

【0063】70℃信頼性試験では50時間までは、いずれ
の液晶表示素子も変化がなかったが、100時間では突起
高さ3.0μmの液晶表示素子で液晶分子の軸対称状の配向
が一部で崩れていた。特に好ましい突起高さ(2.0μm)
で作製した液晶表示素子においては透過率、閾値電圧、
応答速度の特性も良好であった。
In the 70 ° C. reliability test, there was no change in any of the liquid crystal display elements up to 50 hours. However, in the liquid crystal display element with a protrusion height of 3.0 μm, the axially symmetric alignment of the liquid crystal molecules was partially changed in 100 hours. Was crumbled. Particularly preferred projection height (2.0 μm)
In the liquid crystal display element manufactured in the above, transmittance, threshold voltage,
The response speed characteristics were also good.

【0064】(実施例4)図9に示すようなアクティブ
マトリクス基板上の画素電極8以外の部分に、ネガ型フ
ォトレジスト16(OMR83:東京応化社製)を用い
て画素電極面からの高さを1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、
3.5μmの突起状構造体2を作製し、画素電極面から対向
基板の電極5の表面までの間隔が4.8μmになるようにプ
ラスティックビーズ(ミクロパール:積水ファィンケミ
カル社製)を散布し、そしてストラクトボンドXN-21Sを
シール剤として使用して両基板を貼り合わせてセルを作
製した。
(Embodiment 4) A negative photoresist 16 (OMR83: manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) is used for a portion other than the pixel electrode 8 on the active matrix substrate as shown in FIG. 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0,
A 3.5 μm protruding structure 2 is prepared, and plastic beads (micropearl: manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) are sprayed so that the distance from the pixel electrode surface to the surface of the electrode 5 of the counter substrate is 4.8 μm. Then, both substrates were bonded to each other using Structbond XN-21S as a sealant to prepare a cell.

【0065】なお、本実施例で用いたアクティブマトリ
クス基板は、アクティブ素子として、TFT(薄膜トラ
ンジスタ)を有し、TFTは、ソース電極9、ゲートチ
ャンネル10、ゲート電極11、ゲート絶縁膜12、ド
レイン電極13及び絶縁膜14を有している。ドレイン
電極13は、画素電極8に接続されている。また、対向
基板は、ブラックマトリクス6とカラーフィルター7を
有し、カラーフィルター7は、画素電極8に対応して設
けられている。アクティブマトリクス基板及び対向基板
は、公知の方法で製造することができる。
The active matrix substrate used in this embodiment has a TFT (thin film transistor) as an active element. The TFT includes a source electrode 9, a gate channel 10, a gate electrode 11, a gate insulating film 12, and a drain electrode. 13 and an insulating film 14. The drain electrode 13 is connected to the pixel electrode 8. The counter substrate has a black matrix 6 and a color filter 7, and the color filter 7 is provided corresponding to the pixel electrode 8. The active matrix substrate and the counter substrate can be manufactured by a known method.

【0066】重合性樹脂材料としてトリメチロールプロ
パントリアクリレート 0.1g、ラウリルアクリレート
0.26g、2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロブチルアクリレー
ト 0.15gおよび4-フルオロスチレン 0.19gからなる混
合物0.1gと、液晶ZLI-4472(メルク社製;カイラルS-81
1を0.3wt%含有)0.9gと重合開始剤Irgacure 184 0.005
gとを混合し、セルに注入して液晶セルを得た。これら
の液晶セルを95℃で10時間加熱した後、0.8℃/minの割
合で徐冷し、液晶滴の大きさが絵素の約50%の大きさに
なった温度で60Hzの矩形波を印加し液晶分子を軸対称状
に配向させた。液晶分子の配向をコントロールするため
の電圧がアクティブ素子の耐圧限界で制限されるため、
突起高さが3.0μm以上のセルについては軸対称配向操作
が非常に困難になり、3.5μmの液晶セルでは不可能であ
った。電圧印加を止め0.5℃/minの割合で液晶滴の大き
さが絵素の大きさと同じになるまで徐冷した。電圧印加
を止めた際に突起高さ1.0μmの液晶セルでは、軸対称配
向が一部で崩れだしていた。液晶滴の大きさが絵素と同
じ大きさになった温度で高圧水銀ランプ下13mW/cm2の照
度で紫外線を20分間照射して液晶表示素子を得た。実施
例3と同じ項目について評価した結果を表4に示す。
As the polymerizable resin material, 0.1 g of trimethylolpropane triacrylate, lauryl acrylate
0.26 g, 0.1 g of a mixture of 0.15 g of 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl acrylate and 0.19 g of 4-fluorostyrene, and a liquid crystal ZLI-4472 (manufactured by Merck; Chiral S-81)
0.9g with polymerization initiator Irgacure 184 0.005
g was mixed and injected into the cell to obtain a liquid crystal cell. After heating these liquid crystal cells at 95 ° C for 10 hours, the liquid crystal was gradually cooled at a rate of 0.8 ° C / min, and a 60 Hz rectangular wave was generated at a temperature at which the size of the liquid crystal droplets became about 50% of the pixel. The applied liquid crystal molecules were axially symmetrically aligned. Since the voltage for controlling the alignment of liquid crystal molecules is limited by the withstand voltage limit of the active element,
For cells having a projection height of 3.0 μm or more, it was extremely difficult to perform an axially symmetric alignment operation, which was impossible with a 3.5 μm liquid crystal cell. The voltage application was stopped and the liquid crystal droplet was gradually cooled at a rate of 0.5 ° C./min until the size of the liquid crystal droplet became the same as the size of the picture element. When the voltage application was stopped, in the liquid crystal cell having a protrusion height of 1.0 μm, the axially symmetric alignment was partially broken. The liquid crystal display element was obtained by irradiating ultraviolet rays for 20 minutes under a high pressure mercury lamp at an illuminance of 13 mW / cm 2 at a temperature at which the size of the liquid crystal droplet became the same as that of the picture element. Table 4 shows the results of evaluating the same items as in Example 3.

【0067】[0067]

【表4】 [Table 4]

【0068】アクティブマトリクス基板を用いた場合で
も0.15×h≦x≦0.8×hを満たしていれば一部制限は
あるものの、視角の広い液晶表示素子を作製することが
できた。さらに最適な条件(0.3×h≦x≦0.55×h)
を満たす突起状構造体を形成した場合には、透過率、閾
値電圧、応答速度、高温信頼性が向上し、軸対称配向の
制御も容易な液晶表示素子を作製することができた。
Even when an active matrix substrate was used, a liquid crystal display device having a wide viewing angle could be manufactured, although there were some restrictions, provided that 0.15 × h ≦ x ≦ 0.8 × h was satisfied. More optimal conditions (0.3 × h ≦ x ≦ 0.55 × h)
When a protruding structure satisfying the above condition was formed, a liquid crystal display device having improved transmittance, threshold voltage, response speed, high-temperature reliability, and easy control of axially symmetric alignment could be manufactured.

【0069】[0069]

【発明の効果】本発明によると、所定の突起状構造体を
有する基板を用いることによって、外圧に対する安定性
が極めて高く、視角が広く、液晶相と高分子相との相分
離が明確で、応答速度が速く、電圧無印加時の透過率が
高く、閾値電圧が低く、液晶領域内の液晶材料のTNI
度が高く、そして高温信頼性が向上した液晶表示素子お
よびその製造方法を提供し得る。
According to the present invention, by using a substrate having a predetermined protruding structure, the stability against external pressure is extremely high, the viewing angle is wide, the phase separation between the liquid crystal phase and the polymer phase is clear, Provided are a liquid crystal display device having a high response speed, a high transmittance when no voltage is applied, a low threshold voltage, a high TNI temperature of a liquid crystal material in a liquid crystal region, and an improved high-temperature reliability, and a method for manufacturing the same. obtain.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】突起状構造体の高さが「高い」場合と「低い」
場合の液晶セルについて、液晶材料および重合性樹脂材
料を含む前駆体混合物から液晶滴が析出し始める温度お
よび前駆体混合物が全て液晶相になる温度と重合性樹脂
材料含有量との関係を示す図である。
FIG. 1 shows a case where the height of a protruding structure is “high” and “low”.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the temperature at which liquid crystal droplets begin to precipitate from a precursor mixture containing a liquid crystal material and a polymerizable resin material, the temperature at which the precursor mixture is entirely in a liquid crystal phase, and the polymerizable resin material content for the liquid crystal cell of the case. It is.

【図2】液晶領域と高分子領域(相溶領域)と突起状構
造体との関係を模式的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a relationship between a liquid crystal region, a polymer region (compatible region), and a protruding structure.

【図3】ブラックマトリクスを有する基板における基板
間隔および突起状構造体の高さを示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a substrate interval and a height of a protruding structure in a substrate having a black matrix.

【図4】アクティブマトリクス基板における基板間隔お
よび突起状構造体の高さを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a substrate interval and a height of a protruding structure in an active matrix substrate.

【図5】液晶材料および重合性樹脂材料を含む前駆体混
合物の相変化を模式的に表した図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a phase change of a precursor mixture containing a liquid crystal material and a polymerizable resin material.

【図6】実施例1で使用したブラックマトリクス付き基
板を示す図である。(a)は上面図、(b)は(a)の
6B−6B’断面図である。
FIG. 6 is a view showing a substrate with a black matrix used in Example 1. (A) is a top view and (b) is a cross-sectional view taken along line 6B-6B 'of (a).

【図7】実施例1で作製した突起状構造体付き基板を示
す図である。(a)は上面図、(b)は(a)の7B−
7B’断面図である。
FIG. 7 is a view showing a substrate with a protruding structure manufactured in Example 1. (A) is a top view, (b) is 7B- of (a).
It is 7B 'sectional drawing.

【図8】実施例1で作製した液晶表示素子の偏光顕微鏡
による観察結果を模式的に示す図である。
FIG. 8 is a diagram schematically showing the results of observation of the liquid crystal display device manufactured in Example 1 with a polarizing microscope.

【図9】実施例4で使用したアクティブマトリクス基板
を有する液晶表示素子の断面図である。
FIG. 9 is a sectional view of a liquid crystal display device having an active matrix substrate used in Example 4.

【図10】軸対称配向した液晶領域を有する液晶表示素
子の部分断面図である。
FIG. 10 is a partial cross-sectional view of a liquid crystal display device having an axially symmetric liquid crystal region.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 突起状構造体 3 液晶領域 4 高分子領域(相溶領域) 5 ITO電極 6 ブラックマトリクス 7 カラーフィルター 8 画素電極 9 ソース電極 10 ゲートチャンネル 11 ゲート電極 12 ゲート絶縁膜 13 ドレイン電極 14 絶縁膜 15 抜け(絵素領域) 16 フォトレジスト層 17 消光模様 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Protruding structure 3 Liquid crystal region 4 Polymer region (compatibility region) 5 ITO electrode 6 Black matrix 7 Color filter 8 Pixel electrode 9 Source electrode 10 Gate channel 11 Gate electrode 12 Gate insulating film 13 Drain electrode 14 Insulating film 15 Omission (picture element area) 16 Photoresist layer 17 Quenching pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 信明 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5−281526(JP,A) 特開 平4−251222(JP,A) 特開 平7−114007(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1333 G02F 1/1339 G02F 1/13 101 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Nobuaki Yamada 22-22, Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (56) References JP-A-5-281526 (JP, A) JP-A-4- 251222 (JP, A) JP-A-7-1114007 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G02F 1/1333 G02F 1/1339 G02F 1/13 101

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも電極膜を共に有する一対の基
板間に少なくとも液晶層を挟持してなる液晶表示素子で
あって、 一方の基板が絵素領域に対応する該基板上の領域に突
起状構造体で囲まれた液晶領域を1または2以上有し、
該一方の基板上の前記突起状構造体と他方の基板との間
に高分子物質が挟持されており、該絵素領域における基
板間隔をhとしたとき、該突起状構造体の高さxが0.15
×h≦x≦0.8×hの範囲である、液晶表示素子。
1. A liquid crystal display device comprising at least a liquid crystal layer sandwiched between a pair of substrates having at least an electrode film, wherein one of the substrates has a projection formed in a region on the substrate corresponding to a picture element region . Having one or more liquid crystal regions surrounded by a structure,
Between the protruding structure on the one substrate and the other substrate
When the distance between the substrates in the picture element region is h, the height x of the protruding structure is 0.15.
A liquid crystal display device, wherein xh ≦ x ≦ 0.8 × h.
【請求項2】 少なくとも電極膜を共に有する一対の基
板間に少なくとも液晶層を挟持してなる液晶表示素子の
製造方法であって、 該一対の基板のうち1つの基板上の絵素領域に対応する
領域に突起状構造体で囲まれた1または2以上の領域
を形成する工程と、 該突起状構造体を有する基板と他の基板とを一定の間隔
を保って貼り合わせる工程と、 液晶材料および重合性樹脂材料を含む前駆体混合物を該
基板間に配する工程と、 該前駆体混合物から相分離によって液晶滴を生成する
分離工程と、 該液晶滴中の液晶分子を軸対称状に配向させる工程とを
包含し、 前記相分離工程は、 該液晶滴の大きさが絵素の大きさの
80%以上になる温度で該重合性樹脂材料を前記突起状構
造体上に硬化させることを特徴とする液晶表示素子の製
造方法。
2. A method for manufacturing a liquid crystal display element comprising at least a liquid crystal layer sandwiched between a pair of substrates having at least an electrode film, wherein the liquid crystal layer corresponds to a pixel region on one of the pair of substrates. forming one or more of the area surrounded by the protruding structure in a region, the step of bonding the substrate and the other substrate while maintaining a certain distance with a projecting Okoshijo structure, the liquid crystal and materials and processes the precursor mixture distribution between the substrates containing a polymerizable resin material, a phase of producing a liquid crystal droplets by phase separation from the precursor mixture
A separation step, and a step of orienting the liquid crystal molecules in the liquid crystal droplets axisymmetrically
The phase separation step is such that the size of the liquid crystal droplet is the size of a picture element.
At a temperature of 80% or more, the polymerizable resin material is coated with the protruding structure.
A method for producing a liquid crystal display element , comprising curing on a structure .
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