JP4503281B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、強誘電性液晶の配向を制御した液晶表示素子に関するものである。

液晶表示素子は薄型で低消費電力などといった特徴から、大型ディスプレイから携帯情報端末までその用途を広げており、その開発が活発に行われている。これまで液晶表示素子は、ＴＮ方式、ＳＴＮのマルチプレックス駆動、ＴＮに薄層トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス駆動等が開発され実用化されているが、これらはネマチック液晶を用いているために、液晶材料の応答速度が数ｍｓ〜数十ｍｓと遅く動画表示に充分対応しているとはいえない。

強誘電性液晶（ＦＬＣ）は、応答速度がμｓオーダーと極めて短く、高速デバイスに適した液晶である。強誘電性液晶はクラークおよびラガーウォルにより提唱された電圧非印加時に安定状態を二つ有する双安定性のものが広く知られているが（図６）、明、暗の２状態でのスイッチングに限られ、メモリー性を有するものの、階調表示ができないという問題を抱えている。

近年、電圧非印加時の液晶層の状態がひとつの状態で安定化している（以下、これを「単安定」と称する。）強誘電性液晶が、電圧変化により液晶のダイレクタ(分子軸の傾き)を連続的に変化させ透過光度をアナログ変調することで階調表示を可能とするものとして注目されている（非特許文献１、図６）。このような単安定性を示す液晶としては、コレステリック相（Ｃｈ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ^＊）と相変化し、スメクチックＡ相（ＳｍＡ）を経由しない強誘電性液晶が用いられる。

強誘電性液晶は、ネマチック液晶に比べて分子の秩序性が高いために配向が難しく、ジグザグ欠陥やヘアピン欠陥と呼ばれる欠陥が発生しやすく、このような欠陥は、光漏れによるコントラスト低下の原因になる。特に、ＳｍＡ相を経由しない強誘電性液晶は、層法線方向の異なる二つの領域（以下、これを「ダブルドメイン」と称する。）が発生する（図７）。このようなダブルドメインは、駆動時に白黒反転した表示になり、大きな問題となる（図８）。ダブルドメインを改善する方法として、液晶セルをコレステリック相以上の温度に加熱し、直流電圧を印加したまま徐々に冷却する電界印加徐冷法が知られているが（非特許文献２）、この方法では、再度相転移点以上に温度が上がると配向乱れが生じてしまい、また、画素電極の間の電界が作用しない部分で配向乱れが発生する等の問題がある。

一方、単安定性を有するものではないが、強誘電性液晶の配向欠陥を改善する方法として、特許文献１および特許文献２には、一対の基板をストライプ状の隔壁を介して接着し、隔壁により形成される空間に強誘電性液晶を封じ込め、強誘電性液晶の配向状態を改善する方法が開示されている。図９に、従来の単純マトリックス方式の液晶表示素子の一例を示す。なお、図９（ｂ）〜（ｅ）は、図９（ａ）の平面図であり、配向膜１０３および液晶層１０５は省略してある。この方法における液晶表示素子は、図９（ａ）に示すように、一対の基板１０１の対向面上にそれぞれ電極層１０２および配向膜１０３が形成され、さらにストライプ状の隔壁１０４が形成されているものである。この隔壁１０４の幅は、電極層１０２間であって電極層１０２が形成されていない部分の幅程度であり、また隔壁１０４の厚みは液晶層１０５とほぼ同じ厚みであり、さらに隔壁１０４のピッチは電極層１０２の幅程度である。このような液晶表示素子では、液晶層を隔壁で仕切ることにより強誘電性液晶の配向を制御することが可能となるが、配向膜の配向方向１０６を隔壁１０４の延長方向と平行とした場合（図９（ｂ））、液晶割れが生じる場合があるという問題があった。これは、隔壁により液晶層が仕切られていることから、強誘電性液晶の温度変化に伴う体積収縮分を層内で収容しきれなくなるためと考えられる。一方、配向方向１０６を隔壁１０４の延長方向と垂直とした場合（図９（ｃ））、強誘電性液晶の流動を妨げるものがないため液晶割れが生じないという利点はあるものの、ジグザグ欠陥やドメインなどの配向欠陥が生じやすいという問題がある。

そこで、特許文献３には、配向方向１０６および隔壁１０４の延長方向のなす角度を５０±２０°とすることにより（図９（ｄ））、強誘電性液晶の配向を制御し、液晶割れを防止する方法が開示されている。また、特許文献４には、隔壁１０４を例えばジグザグ形状に形成することにより（図９（ｅ））、強誘電性液晶の配向を制御し、さらに２つのドメインが交互に周期的に形成される方法が開示されている。しかしながら、隔壁を設ける方法では、隔壁により閉じ込められた強誘電性液晶が温度変化に伴って体積収縮し、それに対応して基板間に発生する応力により隔壁が強誘電性液晶に追従して収縮することができない場合には、液晶表示素子内に空隙が発生してしまう。このように液晶表示素子内に空隙が発生すると、液晶表示素子内に液晶のない部分ができてしまうため、液晶表示素子を駆動した際にはその部分は駆動されず正確に表示できなくなる他、コントラストの低下など諸特性の悪化を引き起こす原因となる。

さらに、上記のような隔壁ではなく、凹凸形状を、電極層間であって電極層が形成されていない部分に形成することにより、強誘電性液晶の配向状態を改善する方法も開示されている（特許文献５）。しかしながらこの方法においても、強誘電性液晶の体積収縮により液晶表示素子内に空隙を発生させることなく、強誘電性液晶の配向を制御することは困難であった。またさらに、この方法では２枚の基板両方に配向膜が形成されており、この配向膜が凹凸による効果を打ち消してしまうため、ダブルドメインを解消することができないという問題もあった。

また、上記いずれの方法も単安定性を有する強誘電性液晶の配向欠陥の発生を抑制するものではなく、ダブルドメインを改善する方法については述べられていない。

一方、近年ではフルカラーの液晶表示素子の開発が活発に行われている。カラー表示を実現する方法としては、一般にカラーフィルタ方式とフィールドシーケンシャルカラー方式がある。カラーフィルタ方式は、バックライトとして白色光源を用い、Ｒ・Ｇ・Ｂのマイクロカラーフィルタを各画素に付随させることによりカラー表示を実現させるものである。これに対し、フィールドシーケンシャルカラー方式は、バックライトをＲ・Ｇ・Ｂ・Ｒ・Ｇ・Ｂ…と時間的に切り替え、それに同期させて強誘電性液晶の白黒シャッターを開閉し、網膜の残像効果により色を時間的に混合させ、これによりカラー表示を実現させるものである。このフィールドシーケンシャルカラー方式は、１画素でカラー表示ができ、透過率の低いカラーフィルタを用いなくてすむので、カラー表示の高精細化が可能となり、低消費電力および低コストを実現することができる点で有用である。しかしながら、フィールドシーケンシャルカラー方式は１画素を時間分割するものであるので、良好な動画表示特性を得るためには白黒シャッターとしての液晶が高速応答性を有していることが必要である。強誘電性液晶を用いればこの課題は解決しうるが、上述のように強誘電性液晶は配向欠陥が生じやすいという問題があり、実用化には至っていない。

特開平７−３１８９１２号公報 特開平７−１５９７９２号公報 特開２０００−６６１７６号公報 特開２００１−５１２７８号公報 特許２７１５２０９号 NONAKA, T., LI, J., OGAWA, A., HORNUNG, B., SCHMIDT, W., WINGEN, R., and DUBAL, H., 1999, Liq. Cryst., 26, 1599. PATEL, J., and GOODBY, J. W., 1986, J. Appl. Phys., 59, 2355.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子において、ダブルドメイン等の配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができ、温度変化に対しその配向を維持することができる配向安定性に優れた液晶表示素子を提供することを主目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、第１基板と、上記第１基板上に形成された電極層および凹凸パターンとを有する凹凸基板、および、第２基板と、上記第２基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成され、配向能を有する配向膜とを有する対向基板を、上記凹凸基板の凹凸パターンと上記対向基板の配向膜とが向かい合うように配置し、上記凹凸基板および上記対向基板間に、単安定性を示す誘電性液晶を挟持してなることを特徴とする液晶表示素子を提供する。

本発明によれば、凹凸基板の対向基板と対向する表面に凹凸パターンを形成し、対向基板の凹凸基板と対向する表面に配向膜を形成して、その間に強誘電性液晶を挟持するものであるので、ダブルドメイン等の配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶を配向させることができるという効果を奏する。また、電圧印加徐冷方式によらずに、配向膜を用いて配向処理を行うものであるので、温度変化に対しその配向を維持し、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制することができるという利点を有する。さらに、強誘電性液晶が単安定性を示すものであることにより、本発明の構成とすることの効果が顕著となる。

また本発明においては、上記凹凸パターンが、格子状またはストライプ状の凸部により構成されていることが好ましい。

上記発明においては、上記格子状またはストライプ状の凸部は、当該格子状またはストライプ状の凸部の直線部分が、上記配向膜の配向方向と交差するように形成されていることが好ましい。さらには、上記格子状の凸部の直線部分と配向膜の配向方向とのなす角度のうち、小さい方の角度が３０°〜４５°の範囲内であることが好ましい。これにより、効果的に強誘電性液晶の配向制御を行うことができるからである。

また本発明においては、上記凹凸基板の電極層または凹凸パターンが、直接、上記強誘電性液晶と接していることが好ましい。凹凸基板側にも配向膜が形成されている場合、この配向膜により凹凸パターンによる効果が打ち消され、強誘電性液晶の配向制御に悪影響を及ぼす可能性があるため、本発明においては、凹凸基板には配向膜が形成されていなく、電極層または凹凸パターンが直接強誘電性液晶と接する構成となっていることが好ましいのである。

さらに本発明においては、上記強誘電性液晶は相系列にスメクチックＡ相を持たないものであることが好ましい。上述したように、相系列にスメクチックＡ相を持たない強誘電性液晶は、ダブルドメイン等の配向欠陥を生じやすいが、凹凸パターンおよび配向膜の間に強誘電性液晶を挟むことにより、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制することができ、本発明の構成とすることの効果が顕著となるからである。

さらにまた、本発明においては、上記配向膜は光配向膜であることが好ましい。光配向処理は非接触配向処理であることから静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるからである。

また本発明においては、上記凸部の高さが、上記強誘電性液晶が挟持されることにより構成される液晶層の厚みより小さいことが好ましい。

さらに本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることが好ましい。上記液晶表示素子は、応答速度が速く、配向欠陥を生じることなく強誘電性液晶を配向させることができるので、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることにより、視野角が広く、高精細なカラーの動画表示を実現することができるからである。

本発明の液晶表示素子は、ジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥やダブルドメイン等の配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶を配向させることができ、温度変化により配向の乱れが生じにくい配向安定性に優れた液晶表示素子を得ることができるといった効果を奏する。

以下、本発明の液晶表示素子について詳細に説明する。
本発明の液晶表示素子は、第１基板と、上記第１基板上に形成された電極層および凹凸パターンとを有する凹凸基板、および、第２基板と、上記第２基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成され、配向能を有する配向膜とを有する対向基板を、上記凹凸基板の凹凸パターンと上記対向基板の配向膜とが向かい合うように配置し、上記凹凸基板および上記対向基板間に、単安定性を示す強誘電性液晶を挟持してなることを特徴とするものである。

このような本発明の液晶表示素子について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の液晶表示素子の一例を示す概略斜視図であり、図２は概略断面図である。図２に示すように、本発明の液晶表示素子は、凹凸基板１１および対向基板１２を有するものであり、凹凸基板１１および対向基板１２の間には強誘電性液晶が挟持され、液晶層５が構成されている。凹凸基板１１は、第１基板１ａと、この第１基板１ａ上に形成された電極層２ｄと、電極層２ｄ上に形成された凹凸パターン３とを有している。一方、対向基板１２は、第２基板１ｂと、この第２基板１ｂ上に形成され電極層２ａ、２ｃと、電極層２ａ、２ｃ上に形成された配向膜４とを有している。なお、図１において液晶層および配向膜は省略してある。

本発明の液晶表示素子は、上述したように凹凸基板の対向基板と対向する表面に凹凸パターンを形成し、対向基板の凹凸基板と対向する表面に配向膜を形成することにより、ジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥やダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制し、強誘電性液晶の均一な配向を得ることができる。また、本発明は電圧印加徐冷方式を用いないで強誘電性液晶を配向させるものであるので、電圧印加徐冷方式の問題点である温度変化による配向の乱れが生じにくく、配向安定性に優れているという利点を有している。凹凸基板側に凹凸パターンを形成し、対向基板側に配向膜を形成することにより良好な配向状態が得られる理由は明らかではないが、配向膜による配向規制力と強誘電性液晶との相互作用、および凹凸パターンによる配向規制力と強誘電性液晶との相互作用の相違によるものと考えられる。

また、本発明に用いられる強誘電性液晶は単安定性を示すものであり、例えば図７に示すように、電圧無印加時に１つの安定状態のみを有する性質をもつ。このような強誘電性液晶は、図７に示すように層法線の異なる二つの領域（ダブルドメイン）が発生しやすいが、本発明の構成とすることにより、効果的にダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制することができるのである。

本発明の液晶表示素子は、例えば図１に示すように、一方の基板を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）７がマトリックス状に配置されたＴＦＴ基板とし、他方の基板を共通電極２ｄが全面に形成された共通電極基板として、この２つの基板を組み合わせたものであることが好ましい。このようなＴＦＴを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子について以下に説明する。

図１においては、凹凸基板１１は電極層が共通電極２ｄであり、共通電極基板となっており、一方、対向基板１２は電極層がｘ電極２ａ、ｙ電極２ｂおよび画素電極２ｃから構成され、ＴＦＴ基板となっている。このような液晶表示素子において、ｘ電極２ａおよびｙ電極２ｂはそれぞれ縦横に配列しているものであり、これらの電極に信号を加えることによりＴＦＴ素子７を作動させ、強誘電性液晶を駆動させることができる。ｘ電極２ａおよびｙ電極２ｂが交差した部分は、図示しないが絶縁層で絶縁されており、ｘ電極２ａの信号とｙ電極２ｂの信号とを独立に動作することができる。ｘ電極２ａおよびｙ電極２ｂにより囲まれた部分は、本発明の液晶表示素子を駆動する最小単位である画素であり、各画素には少なくとも１つ以上のＴＦＴ素子７および画素電極２ｃが形成されている。本発明の液晶表示素子では、ｘ電極２ａおよびｙ電極２ｂに順次信号電圧を加えることにより、各画素のＴＦＴ素子７を動作させることができる。

さらに、本発明の液晶表示素子は、上記凹凸基板１１の共通電極２ｄと第１基板１ａとの間にＴＦＴ７をマトリックス状に配置させたマイクロカラーフィルタを形成し、カラーディスプレイとして用いることもできる。

図１および図２においては、共通電極２ｄが形成されている側を凹凸基板１１、ＴＦＴ素子７や画素電極２ｃ等が形成されている側を対向基板１２としているが、本発明の液晶表示素子はこのような構成に限定されるものではなく、共通電極が形成されている側を対向基板とし、ＴＦＴ素子や画素電極等が形成されている側を凹凸基板としてもよい。さらに、図２においては凹凸パターン３が電極層２ｄ上に形成されているが、本発明においては凹凸パターンが第１基板と電極層との間に形成されていてもよい。

また、本発明の液晶表示素子は、例えば図２に示すように、第１基板１ａおよび第２基板１ｂの外側には偏光板６ａ、６ｂが設けられていてもよく、これにより入射光が直線偏光となり液晶分子の配向方向に偏光した光のみを透過させることができる。上記偏光板６ａおよび６ｂは、偏光方向が９０°ねじれて配置されている。これにより、電圧非印加状態と印加状態における液晶分子の光軸の方向や複屈折率の大きさを制御し、強誘電性液晶分子を白黒シャッターとして用いることにより、明状態と暗状態をつくることができる。例えば、電圧非印加状態では、偏光板６ａを液晶分子の配向と揃うように設置することにより、偏光板６ａを透過した光は、偏光方向を９０°回転することができず、偏光板６ｂにより遮断され、暗状態となる。これに対し、電圧印加状態では、液晶分子の配向を偏光板６ａ、６ｂに対し角度θ（望ましくはθ＝４５°）を持つように設置することにより、液晶分子により光の偏光方向が９０°ねじれて偏光板６ｂを透過し、明状態となる。このように本発明の液晶表示素子は、強誘電性液晶を白黒シャッターとして用いるものであるので、応答速度を速くすることができるという利点を有する。
このような本発明の液晶表示素子の各構成部材について以下に詳細に説明する。

１．液晶表示素子の構成部材
（１）凹凸基板
まず、凹凸基板について説明する。本発明において、凹凸基板は、第１基板と、この第１基板上に形成された電極層および凹凸パターンとを有するものである。上記凹凸基板の構成としては、上述したように第１基板、電極層および凹凸パターンが順次形成されていてもよく、第１基板、凹凸パターンおよび電極層が順次形成されていてもよい。

また、本発明においては、凹凸基板の電極層または凹凸パターンが、直接強誘電性液晶と接していることが好ましい。すなわち、凹凸基板の対向基板と対向する表面には、配向処理が施されていないことが好ましい。本発明によれば、上述したように凹凸基板の対向基板と対向する表面に凹凸パターンを形成し、対向基板の凹凸基板と対向する表面に配向膜を形成することにより、ジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥やダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制し、強誘電性液晶の均一な配向を得ることができるのである。凹凸基板の対向基板と対向する表面に配向処理が施されている場合、配向処理によりこのような凹凸パターンによる効果が打ち消されてしまい、強誘電性液晶の均一な配向が得られない可能性がある。
以下、このような凹凸基板の各構成について説明する。

（ｉ）凹凸パターン
本発明の液晶表示素子おいては、凹凸パターンと後述する配向膜との間には強誘電性液晶が挟持されている。本発明によれば、凹凸パターンによる配向規制力と強誘電性液晶との相互作用、および配向膜による配向規制力と強誘電性液晶との相互作用の相違により良好な配向状態が得られると考えられる。

このような凹凸パターンとしては、凹凸パターンと配向膜との間に強誘電性液晶を挟持した際に強誘電性液晶の配向を制御することができるパターンであれば特に限定はされないが、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すような格子状またはストライプ状の凸部３により構成されていることが好ましい。また、凸部が格子状である場合、格子の形状としては正方形であっても、長方形であってもよい。

本発明においては、上記凸部の直線部分が、後述する配向膜の配向方向と交差することが好ましい。ここで、凸部の直線部分とは、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すような矢印の部分３１を意味するものであり、この直線部分３１の方向が配向膜の配向方向３２と交差していることが好ましいのである。この理由は明らかではないが、強誘電性液晶が凹凸パターンと配向膜といった異なる層で挟まれていること、すなわち上下の基板の非対称性が強誘電性液晶の配向制御に寄与していると考えられる。また、本発明に用いられる強誘電性液晶は単安定性を示すものであり、例えば図７に示すように、電圧無印加時に１つの安定状態のみを有する性質をもつ。このような強誘電性液晶は、図７に示すように層法線の異なる二つの領域（ダブルドメイン）が発生しやすいが、本発明においては、例えば図３（ａ）に示すように凸部３の直線部分３１を配向膜の配向方向３２と交差するようにすることにより、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制することができると考えられる。なお、図３（ａ）、（ｂ）中の矢印３３は、強誘電性液晶３４の層法線３３を示す。

上記凸部の直線部分と配向膜の配向方向とのなす角度としては、交差していれば特に限定はされないが、凹凸パターンによって異なるものとなる。凹凸パターンがストライプ状の凸部により構成されている場合は、図３（ａ）に示すように、ストライプ状の凸部３の直線部分３１と配向膜の配向方向３２とのなす角度θが、４５°±２５°の範囲であることが好ましく、中でも４５°±１０°の範囲、特に４５°であることが好ましい。上記角度が上述した範囲にあることにより、効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができるからである。一方、凹凸パターンが格子状の凸部により構成されている場合は、図３（ｂ）に示すように、格子状の凸部３の直線部分３１、３１´と配向膜の配向方向３２とのなす角度のうち、小さい方の角度θが、３０°〜４５°程度であることが好ましく、中でも３５°〜４５°の範囲内、特に４５°であることが好ましい。上記角度が上述した範囲にあることにより、効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができるからである。

本発明に用いられる凹凸パターンの凸部の幅としては、凹凸パターンの形状によっても異なるが、通常０．１μｍ〜２μｍ程度である。凸部の幅が上記範囲より広いと、凹凸部分で強誘電性液晶の配向異常が起こり、暗状態での光漏れの原因となり、コントラストを低下させる可能性があるからである。逆に、凸部の幅が小さすぎると、凸部の形成が困難となる場合があるからである。また、強誘電性液晶の配向異常やコントラストの低下を抑制するためには、凸部の幅は出来るだけ狭い方が好ましく、上記の中でも０．５μｍ〜１．５μｍの範囲内が好ましく、より好ましくは０．８μｍ〜１．２μｍの範囲内とする。

また、凸部のピッチとしては、凹凸パターンの形状によっても異なるが、５μｍ〜５００μｍ程度であることが好ましく、中でも１０μｍ〜２００μｍ、特に１０μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。凸部のピッチが上記範囲より狭いと、凸部付近での強誘電性液晶の配向不良によりコントラストが低下する可能性があり、一方、凸部のピッチが上記範囲より広いと、凹凸パターンによる配向制御の効果が得られにくい可能性があるからである。

さらに、凹凸パターンにおける凸部および凹部の幅の比としては、凹部の幅が凸部の幅より広いことが好ましい。具体的には、（凸部の幅）：（凹部の幅）＝１：５〜１０００であることが好ましく、中でも１：１０〜２００、特に１：１０〜１００であることが好ましい。上記凸部および凹部の幅の比が小さすぎると、強誘電性液晶の配向制御が困難となり、また大きすぎると凸部のピッチが限定されるので、凸部の形成が困難となる場合があるからである。

なお、上記凸部の幅とは図４に示すような幅２１を示し、上記凹部の幅とは幅２４を示すものであり、上記凸部のピッチとは図４に示すようなピッチ２２を示すものである。また、上記凸部および凹部の幅、および凸部のピッチは、非接触原子間力顕微鏡を用いて観察し、測定した値とする。

本発明に用いられる凹凸パターンが上述したような所定のパターンであることが好ましい理由は明らかではないが、例えば上下の基板の両方に配向膜を形成した場合、それぞれの配向膜と強誘電性液晶との相互作用が競争し合うため、モノドメインの配向を阻害する原因となるが、本発明においては、一方の基板（対向基板）のみに配向膜を形成し、上下の基板を非対称とすることにより、モノドメイン配向を得ることができ、さらに他方の基板（凹凸基板）に形成した所定の凹凸パターンにより、強誘電性液晶の層構造を安定に保持できるものと考えられる。したがって、本発明においては凹凸パターンを所定のパターンとすることにより、凹凸パターンによる配向規制力を制御し、その結果として強誘電性液晶の配向が制御されていると考えられる。

さらにまた、凹凸パターンの凸部の高さとしては、後述する液晶層の厚みより小さく、強誘電性液晶の配向制御を妨げない程度の高さであれば特に限定はされないが、具体的には５０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度であることが好ましく、中でも１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましい。

ここで、凸部の高さが液晶層の厚みより小さいとは、例えば図２に示すように、電極層２ｄ上の凸部３が配向膜４にまで達していないことを意味するものであり、具体的には液晶層の厚み１に対して凸部の高さが、０．０５〜０．８であることが好ましく、中でも０．１〜０．３であることが好ましい。

なお、上記凸部の高さとは図４に示すような高さ２３を示すものである。また、上記凸部の高さは、凸部の断面をＳＥＭ観察して測定した値とする。

上記凹凸パターンの断面形状としては、所定のパターンを形成することができるものであればよく、矩形であっても三角形であってもよいが、中でも矩形であることが好ましい。

また、凸部の形成位置としては、上述したように配向膜の配向方向と凸部の直線部分とが交差するように形成されていればよく、凸部と電極層との位置関係は特に限定はされない。例えば図５（ａ）に示すように、ストライプ状の凸部３はｘ電極２ａおよびｙ電極２ｂの方向と同じ方向に形成されていてもよく、図５（ｂ）に示すように、凸部３はｘ電極２ａおよびｙ電極２ｂの方向と異なる方向に形成されていてもよい。図５（ａ）に示すように凸部３とｘ電極２ａおよびｙ電極２ｂとが同じ方向に形成されている場合には、配向膜の配向方向は、ｘ電極およびｙ電極の方向と異なる方向であることが好ましい。

図５（ａ）においては、凸部３が、ｙ電極２ｂのピッチと一致するように形成されているが、上述したように、本発明においてはこのような形成位置に限定されるものではなく、凸部および電極層のピッチは異なっていてもよい。

また、例えば図５（ａ）に示すように、凸部３が電極層（ｘ電極２ａ、ｙ電極２ｂ）のマトリックスと同じ方向に形成されている場合、強誘電性液晶は配向方向および垂直方向の視野角は広いが、斜め方向の視野角が狭いため、視野角拡大のための光学補償を行うことが好ましい。具体的には、視野角補償用のフィルムを液晶セルの外側に貼付するか、あるいは液晶セルの内部に視野角拡大のための層を設けることにより、視野角を改善することができる。

さらに本発明においては、例えば図１に示すように、対向基板１２にｘ電極２ａ、ｙ電極２ｂ、ＴＦＴ素子７、画素電極２ｃ等を形成してＴＦＴ基板とし、凹凸基板１１に共通電極２ｄ等を形成して共通電極基板としてもよく、また図示しないが対向基板を共通電極基板とし、凹凸基板をＴＦＴ基板としてもよい。すなわち、凹凸パターンは、ＴＦＴ基板側に形成されていてもよく、共通電極基板側に形成されていてもよい。本発明においては、中でも、凹凸パターンが共通電極基板側に形成されていることが好ましく、さらには第１基板と共通電極との間に形成されていることが好ましい。このような構成は、電圧降下がなく有利であるからである。

このような凹凸パターンの形成材料としては、上述したような所定のパターンを形成することができるものであれば特に限定はされないが、材料自体が配向性を有さないものであることが好ましい。上述したように、本発明においては凹凸パターンによる配向規制力を制御することにより強誘電性液晶の配向が制御されると考えられることから、凹凸パターンの形成材料が配向性を有している場合、強誘電性液晶の配向制御に悪影響を及ぼす可能性があるからである。

具体的な形成材料としては、一般に液晶表示素子に用いることができる樹脂であれば特に限定はされないが、硬化性樹脂であることが好ましい。硬化性樹脂は硬化されてなるものであるため、凹凸パターンを安定的に維持することができるからである。このような硬化性樹脂としては、エネルギー線の照射により硬化するエネルギー線硬化性樹脂、または熱により硬化する熱硬化性樹脂を挙げることができるが、中でも、エネルギー線硬化性樹脂を用いることが好ましい。また、上記エネルギー線硬化性樹脂としては、紫外線の照射により硬化するＵＶ硬化性樹脂、電子線の照射により硬化する電子線硬化性樹脂等を挙げることができるが、中でもＵＶ硬化性樹脂組成物が好ましい。エネルギー線として紫外線を用いる方法は、既に確立された技術であることから、本発明への応用が容易であるからである。

このようなＵＶ硬化性樹脂としては、紫外線の照射により硬化するものであれば、特に限定されないが、多官能モノマー成分および／またはオリゴマー成分および／またはポリマー成分が光重合して硬化するものであることが好ましい。

上記多官能モノマー成分としては、特に限定されるものではないが、多官能アクリレートモノマーが好適に用いられる。具体的には、エチレングリコール（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ヘキサンジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、グリセリンジ（メタ）アクリレート、グリセリントリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、ペンタエリスリトール（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート等を例示することができる。

上記オリゴマー成分としては、特に限定されるものではないが、例えばウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシ、ビニルエーテル、ポリエン・チオール系等を挙げることができる。

また、上記ポリマー成分としては、特に限定されるものではないが、例えば光架橋型ポリマーが挙げられ、具体的には光二量化反応を起こすポリビニルケイ皮酸系樹脂等を使用することができる。

さらに、上記ＵＶ硬化性樹脂には、必要に応じて光重合開始剤を添加してもよい。このような光重合開始剤としては、紫外光、例えば３６５ｎｍ以下の紫外光で活性化し得る光ラジカル重合開始剤が用いられる。具体的には、ベンゾフェノン、ｏ−ベンゾイル安息香酸メチル、４，４−ビス（ジメチルアミン）ベンゾフェノン、４，４−ビス（ジエチルアミン）ベンゾフェノン、α−アミノ・アセトフェノン、４，４−ジクロロベンゾフェノン、４−ベンゾイル−４−メチルジフェニルケトン、ジベンジルケトン、フルオレノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルジクロロアセトフェノン、チオキサントン、２−メチルチオキサントン、２−クロロチオキサントン、２−イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、ベンジルメトキシエチルアセタール、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、アントラキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラキノン、２−アミルアントラキノン、β−クロルアントラキノン、アントロン、ベンズアントロン、ジベンズスベロン、メチレンアントロン、４−アジドベンジルアセトフェノン、２，６−ビス（ｐ−アジドベンジリデン）シクロヘキサン、２，６−ビス（ｐ−アジドベンジリデン）−４−メチルシクロヘキサノン、２−フェニル−１，２−ブタジオン−２−（ｏ−メトキシカルボニル）オキシム、１−フェニル−プロパンジオン−２−（ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、１，３−ジフェニル−プロパントリオン−２−（ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、１−フェニル−３−エトキシ−プロパントリオン−２−（ｏ−ベンゾイル）オキシム、ミヒラーケトン、２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン、ナフタレンスルホニルクロライド、キノリンスルホニルクロライド、ｎ−フェニルチオアクリドン、４，４−アゾビスイソブチロニトリル、ジフェニルジスルフィド、ベンズチアゾールジスルフィド、トリフェニルホスフィン、カンファーキノン、アデカ社製Ｎ１７１７、四臭化炭素、トリブロモフェニルスルホン、過酸化ベンゾイン、エオシン、メチレンブルー等の光還元性色素とアスコルビン酸やトリエタノールアミンのような還元剤との組み合わせ等を例示できる。本発明では、これらの光重合開始剤を１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

このような光重合開始剤の含有量は、ＵＶ硬化性樹脂中に、０．５〜３０重量％の範囲内、特に１〜１０重量％の範囲内とすることが好ましい。

上記凹凸パターンの形成方法としては、所定のパターンを形成することができる方法であれば特に限定はされなく、一般的なパターニング方法を使用することができる。例えばフォトリソグラフィー法、インクジェット法、スクリーン印刷法、２Ｐ法（Photo polymerization法）等により行うことができる。中でも、本発明においては２Ｐ法（Photo polymerization法）を好適に用いることができる。

以下、２Ｐ法を用いた凹凸パターンの形成方法について説明する。まず、凹凸パターンを有する転写部材上に硬化性樹脂を塗布し、この硬化性樹脂上に、電極層を設けた第１基板の液晶層と対向する面を接触させる。この際、電極層を設けた第１基板の液晶層と対向する面上に硬化性樹脂を塗布し、この硬化性樹脂上に、凹凸パターンを有する転写部材を接触させてもよい。次に、硬化性樹脂にエネルギーを照射して硬化させ、上記転写部材を剥離することにより、硬化性樹脂からなる凹凸パターンを転写することができる。

上記硬化性樹脂を塗布する際には、硬化性樹脂を溶剤に希釈して塗布してもよい。使用可能な溶剤としては、例えばメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルコール類；α−またはβ−テルピネオール等のテルペン類；アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のケトン類；トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼン等の芳香族炭化水素類；セロソルブ、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、カルビトール、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールエーテル類；酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の酢酸エステル類を例示することができる。また、これらの溶剤の中から１種または２種以上を混合して使用することができる。

このような溶剤の含有量としては、硬化性樹脂に溶剤を添加せずに塗布する場合もあるので、硬化性樹脂中に、０〜９９．９重量％の範囲内、特に０〜８０重量％の範囲内とすることが好ましい。

また、塗布方法としては、スピンコート法、ロールコート法、プリント法、ディップコート法、カーテンコート法(ダイコート法)等が挙げられる。

上記硬化性樹脂を硬化させる方法としては、エネルギー線を照射する方法、加熱する方法等を挙げることができるが、本発明においてはエネルギー線を照射する方法が好ましい。本発明でいうエネルギー線とは、硬化性樹脂に含まれるモノマーおよびポリマーに対して重合を起こさせる能力があるエネルギー線をいい、上述したように必要であれば硬化性樹脂中に重合開始剤が含まれていてもよい。

このようなエネルギー線としては、硬化性樹脂を重合せさることが可能なエネルギー線であれば特に限定されるものではないが、通常は装置の容易性等の観点から紫外光または可視光線が使用され、波長が１５０〜５００ｎｍ、好ましくは２５０〜４５０、さらに好ましくは３００〜４００ｎｍの照射光が用いられる。中でも、紫外線（ＵＶ）をエネルギー線として照射する方法が好ましい方法であるといえる。活性放射線としてＵＶを用いる方法は、既に確立された技術であることから、用いる光重合開始剤を含めて、本発明への応用が容易であるからである。

この照射光の光源としては、低圧水銀ランプ（殺菌ランプ、蛍光ケミカルランプ、ブラックライト）、高圧放電ランプ（高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ）、ショートアーク放電ランプ（超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ）などが例示できる。中でも、メタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ等の使用が推奨される。また、照射強度は、硬化性樹脂の組成や重合開始剤の多寡によって適宜調整されて照射される。

（ii）第１基板
次に、本発明に用いられる第１基板について説明する。本発明に用いる第１基板は、一般に液晶表示素子の基板として用いられるものであれば特に限定されるものではなく、例えばガラス板、プラスチック板などが好ましく挙げられる。上記第１基板の表面粗さ（ＲＳＭ値）は、１０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以下の範囲内である。なお、上記表面粗さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定した値とする。

（iii）電極層
次に、本発明に用いられる電極層について説明する。本発明に用いる電極層は、一般に液晶表示素子の電極として用いられているものであれば特に限定されるものではないが、少なくとも一方が透明導電体で形成されることが好ましい。透明導電体材料としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等が好ましく挙げられる。本発明の液晶表示素子を、ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子とする場合には、凹凸基板および対向基板の電極層のうち、一方を上記透明導電体で形成される全面共通電極とし、他方にはｘ電極とｙ電極をマトリックス状に配列し、ｘ電極とｙ電極で囲まれた部分にＴＦＴ素子および画素電極を配置する。この場合に、画素電極、ＴＦＴ素子、ｘ電極およびｙ電極により形成される電極層の段差は、０．２μｍ以下であることが好ましい。上記段差が大きすぎると、強誘電性液晶の配向の乱れが生じる可能性があるからである。

上記電極層は、上記第１基板上にＣＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の蒸着方法により透明導電膜を形成することができ、これをマトリックス状にパターニングすることによりｘ電極およびｙ電極を形成することができる。

（２）対向基板
次に、本発明に用いられる対向基板について説明する。本発明に用いる対向基板は、第２基板と、この第２基板上に形成された電極層と、この電極層上に形成された配向膜とを有するものである。以下、このような対向基板の各構成について説明する。なお、第２基板に関しては上記凹凸基板の第１基板の欄に記載したものと同様であり、電極層に関しては上記凹凸基板の電極層の欄に記載したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。

（ｉ）配向膜
本発明に用いられる配向膜としては、液晶を配向させることができるものであれば特に限定されるものではなく、例えばラビング処理、光配向処理等を施したものを用いることができる。中でも、本発明においては光配向処理を施した光配向膜であることが好ましい。光配向処理は非接触配向処理であることから静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるからである。以下、このような光配向膜について説明する。

（光配向膜）
光配向膜は、後述する光配向膜の構成材料を塗布した基板に偏光を制御した光を照射し、光励起反応（分解、異性化、二量化）を生じさせて得られた膜に異方性を付与することによりその膜上の液晶分子を配向させるものである。

本発明に用いられる光配向膜の構成材料は、光を照射して光励起反応を生じることにより、強誘電性液晶を配向させる効果（光配列性：ｐｈｏｔｏａｌｉｇｎｉｎｇ）を有するものであれば特に限定されるものではなく、このような材料としては、大きく、分子の形状のみが変化し可逆的な配向変化が可能な光異性化型と、分子そのものが変化する光反応型とに分けることができる。

ここで、光異性化反応とは、光照射により単一の化合物が他の異性体に変化する現象をいう。このような光異性化型材料を用いることにより、光照射により、複数の異性体のうち安定な異性体が増加し、それにより光配向膜に容易に異方性を付与することができる。

また、上記光反応は、光照射により分子そのものが変化し、光配向膜の光配列性に異方性を付与することができるものであればよいが、光配向膜への異方性の付与がより容易となることから、光二量化反応または光分解反応であることが好ましい。ここで、光二量化反応とは、光照射により偏光方向に配向した反応部位がラジカル重合して分子２個が重合する反応をいう。この反応により偏光方向の配向を安定化し、光配向膜に異方性を付与することができる。一方、光分解反応とは、光照射により偏光方向に配向したポリイミドなどの分子鎖を分解する反応をいう。この反応により偏光方向に垂直な方向に配向した分子鎖を残し、光配向膜に異方性を付与することができる。

本発明においては、光配向膜の構成材料として、上記のなかでも、光二量化反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する光反応型の材料、または光異性化反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する光異性化型材料を用いることが好ましい。さらには、露光感度が高く、材料選択の幅が広いことから、光二量化反応により光配向膜に異方性を付与する材料を用いることがより好ましい。

上記光配向膜の構成材料が光励起反応を生じる光の波長領域は、紫外光域の範囲内、すなわち１０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましく、２５０ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。

光異性化型材料としては、光異性化反応により光配向膜に異方性を付与することができる材料であれば特に限定されるものではないが、偏光方向により吸収を異にする二色性を有し、かつ、光照射により異性化反応を生じる光異性化反応性化合物を含むことが好ましい。このような特性を有する光異性化反応性化合物の偏光方向に配向した反応部位の異性化を生じさせることにより、上記光配向膜に容易に異方性を付与することができる。

上記光異性化反応性化合物において、上記異性化反応は、シス−トランス異性化反応であることが好ましい。光照射によりシス体またはトランス体のいずれかの異性体が増加し、それにより光配向膜に異方性を付与することができるからである。

本発明に用いられる光異性化反応性化合物としては、単分子化合物、または、光もしくは熱により重合する重合性モノマーを挙げることができる。これらは、用いられる強誘電性液晶の種類に応じて適宜選択すればよいが、光照射により光配向膜に異方性を付与した後、ポリマー化することにより、その異方性を安定化することができることから、重合性モノマーを用いることが好ましい。このような重合性モノマーのなかでも、光配向膜に異方性を付与した後、その異方性を良好な状態に維持したまま容易にポリマー化できることから、アクリレートモノマー、メタクリレートモノマーであることが好ましい。

このような光異性化反応性化合物としては、具体的には、アゾベンゼン骨格やスチルベン骨格などのシス−トランス異性化反応性骨格を有する化合物を挙げることができる。

上述したような単分子化合物または重合性モノマーの光異性化反応性化合物のなかでも、本発明に用いられる光異性化反応性化合物としては、分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物であることが好ましい。アゾベンゼン骨格は、π電子を多く含むため、液晶分子との相互作用が高く、強誘電性液晶の配向制御に特に適しているからである。

また、光二量化反応を利用した光反応型の材料としては、光二量化反応により光配向膜に異方性を付与することができる材料であれば特に限定されるものではないが、ラジカル重合性の官能基を有し、かつ、偏光方向により吸収を異にする二色性を有する光二量化反応性化合物を含むことが好ましい。偏光方向に配向した反応部位をラジカル重合することにより、光二量化反応性化合物の配向が安定化し、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。

このような特性を有する光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基およびシンナモイル基から選ばれる少なくとも１種の反応部位を有する二量化反応性ポリマーを挙げることができる。これらのなかでも光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリンまたはキノリンのいずれかを含む二量化反応性ポリマーであることが好ましい。偏光方向に配向したα、β不飽和ケトンの二重結合が反応部位となってラジカル重合することにより、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。

上記二量化反応性ポリマーの主鎖としては、ポリマー主鎖として一般に知られているものであれば特に限定されるものではないが、芳香族炭化水素基などの、上記側鎖の反応部位同士の相互作用を妨げるようなπ電子を多く含む置換基を有していないものであることが好ましい。

また、本発明に用いられる光配向膜の構成材料は、光配向膜の光配列性を妨げない範囲内で添加剤を含んでいてもよい。上記添加剤としては、重合開始剤、重合禁止剤などが挙げられる。

次に、光配向処理方法について説明する。まず、電極層が設けられた第２基板の液晶層と対向する面上に、上述の光配向膜の構成材料を有機溶剤で希釈した塗工液を塗布し、乾燥させる。この場合に、塗工液中の光二量化反応性化合物または光異性化反応性化合物の含有量は、０．０５重量％〜１０重量％の範囲内であることが好ましく、０．２重量％〜２重量％の範囲内であることがより好ましい。含有量が上記範囲より小さいと、配向膜に適度な異方性を付与することが困難となり、逆に含有量が上記範囲より大きいと、塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなるからである。

塗布法としては、スピンコート法、ロールコート法、ロッドバーコート法、スプレーコート法、エアナイフコート法、スロットダイコート法、ワイヤーバーコート法などを用いることができる。

上記構成材料を塗布することにより得られる膜の厚みは、１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内である。膜の厚みが上記範囲より薄いと十分な光配列性を得ることができない可能性があり、逆に厚みが上記範囲より厚いとコスト的に不利になる場合があるからである。

得られた膜は、偏光を制御した光を照射することにより、光励起反応を生じさせて異方性を付与することができる。照射する光の波長領域は、用いられる光配向膜の構成材料に応じて適宜選択すればよいが、紫外光域の範囲内、すなわち１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは２５０ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲内である。

また、上記膜の光配向処理は、無偏光紫外線斜方を照射することにより行うこともできる。光の照射方向は、上記光励起反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではないが、強誘電性液晶の配向状態を良好なものとすることができることから上下の光配向膜共に、基板面に対して斜め１０°〜４５°の範囲内とすることが好ましく、より好ましくは３０°〜４５°の範囲内とする。

さらに、光配向膜の構成材料として、上記の光異性化反応性化合物の中でも重合性モノマーを用いた場合には、光配向処理を行った後、加熱することにより、ポリマー化し、光配向膜に付与された異方性を安定化することができる。

上記光配向処理を施した後の光配向膜の配向方向としては、上述したように、上記凸部の直線部分と交差することが好ましく、さらに凸部の直線部分と所定の角度をなすことが好ましい。これにより、効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができるからである。

（３）液晶層
次に、本発明に用いられる液晶層について説明する。本発明に用いられる液晶層は、強誘電性液晶を上記凹凸パターンおよび上記光配向膜により狭持させることにより構成されている。上記液晶層に用いる強誘電性液晶は、カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ^＊）を発現し、単安定性を示すものであれば特に限定されるものではないが、強誘電性液晶の相系列が、ネマチック相（Ｎ）−コレステリック相（Ｃｈ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ^＊）、またはネマチック相（Ｎ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ^＊）と相変化し、スメクチックＡ相（ＳｍＡ）を経由しない材料であることが好ましい。このようなスメクチックＡ相を経由しない、単安定性を有する液晶材料は、本発明の液晶表示素子をフィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させる場合には、好適に用いられる。ここで、単安定性とは、上述したように電圧非印加時に１つの安定状態のみを有する性質をいい、特に、正負いずれかの電圧を印加したときにのみ液晶分子が動作するハーフＶ字駆動するものが、白黒シャッターの開口時間を長くとることができ、明るいカラー表示を実現することができる点で好ましい。

また、本発明においては、このようなスメクチックＡ相を経由しない、単安定性を有する液晶材料を用いることにより、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス方式による駆動が可能になり、また、電圧変調により階調制御が可能になり、高精細で高品位の表示を実現することができる。

本発明の液晶表示素子は、ＴＦＴ基板側または共通電極基板側にマイクロカラーフィルタを配置することにより、カラー表示が可能であるが、強誘電性液晶の高速応答性を利用することにより、マイクロカラーフィルタを用いることなく、ＬＥＤ光源と組み合わせてフィールドシーケンシャルカラー方式によるカラー表示が可能になる。

さらに、上記強誘電性液晶が単安定性を示すものであることから、本発明の液晶表示素子は、基本的にはＴＦＴを用いたアクティブマトリックス方式により駆動させるが、セグメント方式による駆動も可能である。

また、本発明に用いられる強誘電性液晶としては、単一相を構成するものであることが好ましい。ここで単一相を構成するとは、高分子安定化法やポリマー安定化法などのように、ポリマーネットワークが形成されていないことをいう。このように、単一相の強誘電性液晶を用いることにより、製造プロセスが容易となり、駆動電圧を低くすることができるという利点がある。

上記強誘電性液晶で構成される液晶層の厚みは、１．２μｍ〜３．０μｍの範囲内であるのが好ましく、より好ましくは１．３μｍ〜２．５μｍ、さらに好ましくは１．４μｍ〜２．０μｍの範囲内である。

液晶層の形成方法としては、一般に液晶セルの作製方法として用いられる方法を使用することができる。例えば、あらかじめ凹凸基板および対向基板を作成した液晶セルに、上記強誘電性液晶を加温することにより等方性液体とし、キャピラリー効果を利用して注入し、接着剤で封鎖することにより液晶層を形成することができる。上記液晶層の厚みは、ビーズなどのスペーサーにより調整することができる。

（４）偏光板
次に、本発明に用いられる偏光板について説明する。本発明に用いる偏光板は、光の波動のうち特定方向のみを透過させるものであれば特に限定されるものではなく、一般に液晶表示素子の偏光板として用いられているものを使用することができる。

２．液晶表示素子の製造方法
次に、本発明の液晶表示素子の製造方法について説明する。本発明の液晶表示素子は、液晶表示素子の製造方法として一般に用いられる方法により製造することができる。以下、本発明の液晶表示素子の製造方法の一例として、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子の製造方法について説明する。

まず、第１基板上に上述した蒸着方法により透明導電膜を形成し、全面共通電極とする。さらに、共通電極上に上述したパターニング方法により凹凸パターンを形成し、凹凸基板とする。また、第２基板上には、透明導電膜をマトリックス上にパターニングすることによりｘ電極、ｙ電極を形成し、スイッチング素子および画素電極を設置する。さらに、ｘ電極、ｙ電極、スイッチング素子および画素電極上に光配向膜材料を塗布し、光配向処理を施して光配向膜を形成し、対向基板とする。このようにして形成した対向基板の光配向膜上にスペーサーとしてビーズを分散させ、周囲にシール剤を塗布して凹凸基板の凹凸パターンと対向基板の光配向膜とが対向するように貼り合わせ、熱圧着させる。そして、注入口からキャピラリー効果を利用して強誘電性液晶を等方性液体の状態で注入し、注入口を紫外線硬化樹脂等により封鎖する。その後、強誘電性液晶は徐冷することにより配向させることができる。このようにして得られた液晶セルの上下に偏光板を貼り付けることにより本発明の液晶表示素子を得ることができる。

３．液晶表示素子の用途
次に、本発明の液晶表示素子の用途について説明する。本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることが好ましい。上述したように、フィールドシーケンシャルカラー方式は、１画素を時間分割するものであり、良好な動画表示特性を得るためには高速応答性を必要とする。この点、本発明の液晶表示素子は強誘電性液晶を用いるものであり、応答速度が速く、視野角が広いので動画表示特性が優れており、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることにより、高精細なカラー表示が可能となるからである。

この場合に、強誘電性液晶としては、コレステリック相からスメクチックＡ相を経由しないでカイラルスメクチックＣ相を発現する単安定性を有する材料を用いることが好ましい。このような材料は、正の電圧印加時と負の電圧印加時における液晶分子の長軸方向の傾きが同じ方向であり、印加電圧に対する光透過率が非対称な電気光学特性を示すものである。この特性を、本明細書においては、ｈａｌｆ−Ｖ ｓｈａｐｅｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＨＶ字型スイッチング）と称する。このようなＨＶ字型スイッチング特性を示す材料を用いることにより、白黒シャッターとしての開口時間を十分に長くとることができる。それにより時間的に切り替えられる各色をより明るく表示することができ、明るいカラーの液晶表示素子を実現することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明する。

［実施例１］
（凹凸基板の作製）
洗浄した電極付きガラス基板に、０．１％のシランカップリング剤のエタノール溶液をスピンナーを用いて塗布、乾燥し、厚さ１０ｎｍのアンカー層を形成した。このアンカー層上に、ＵＶ硬化性モノマーを塗布し、所望の凹凸パターンを形成したポリカーボネート製原版を押し付け、５ｋｇ／ｃｍ^２の圧力でプレスしながら、約１００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射して硬化させ、原版を剥離後、さらに１０００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射して完全に硬化させ、凹凸パターンを形成した。これにより、凹凸基板を得た。この凹凸パターンは、凸部の幅：０．２μｍ、ピッチ：２０μｍ、高さ：４００ｎｍの格子形状であった。

（対向基板の作製）
洗浄した電極付きガラス基板に、側鎖にケイ皮酸エステル基を有する光二量化反応性化合物を含む２％シクロペンタノン溶液をスピンナーを用いて塗布、乾燥し、約８０ｎｍの光配向膜を形成した。この光配向膜に偏光紫外線照射を行い、上記凹凸基板の格子状の凹凸パターンの直線部分の方向と４５°の方向となるように配向処理を施した。これにより、対向基板を得た。

（評価）
上記凹凸基板側に１．５μｍのスペーサー球を散布し、上記対向基板側にシール剤を塗布し、これらの基板を対向させて貼り合わせ、試験用セルを作製した。このセルに、強誘電性液晶（クラリアント・ジャパン（株）社製 商品名：Ｒ２３０１）を等方相温度で注入し、室温まで徐冷後、配向状態を観察したところ、モノドメインの均一な配向を得た。また、試験用セルの電圧−透過率特性を測定したところ、Ｈ−Ｖ駆動特性を示した。

［実施例２］
（凹凸基板の作製）
実施例１と同様にして凹凸基板を作製した。凹凸基板の凹凸パターンは、凸部の幅：１μｍ、ピッチ：２０μｍ、高さ：４００ｎｍのストライプ形状であった。

（対向基板の作製）
実施例１と同様にして光配向膜を形成し、この光配向膜に偏光紫外線照射を行い、上記凹凸基板のストライプ状の凹凸パターンの直線部分の方向と４５°の方向となるように配向処理を施した。これにより、対向基板を得た。

（評価）
実施例１と同様にして試験用セルを作製し、このセルに強誘電性液晶を注入した。さらに、室温まで徐冷後、配向状態を観察したところ、モノドメインの均一な配向を得た。

［比較例１］
（凹凸基板の作製）
実施例１と同様にして凹凸基板を作製した。

（対向基板の作製）
実施例１と同様にして光配向膜を形成し、この光配向膜に偏光紫外線照射を行い、上記凹凸基板の格子状の凹凸パターンの直線部分の方向と同じ方向となるように配向処理を施した。これにより、対向基板を得た。

（評価）
実施例１と同様にして試験用セルを作製し、このセルに強誘電性液晶を注入した。さらに、室温まで徐冷後、配向状態を観察したところ、ダブルドメインが観察された。

［比較例２］
（凹凸基板の作製）
実施例２と同様にして凹凸基板を作製した。

（対向基板の作製）
実施例１と同様にして光配向膜を形成し、この光配向膜に偏光紫外線照射を行い、上記凹凸基板のストライプ状の凹凸パターンの直線部分の方向と同じ方向となるように配向処理を施した。これにより、対向基板を得た。

（評価）
実施例１と同様にして試験用セルを作製し、このセルに強誘電性液晶を注入した。さらに、室温まで徐冷後、配向状態を観察したところ、ダブルドメインが観察された。

［比較例３］
（凹凸基板の作製）
実施例１と同様にして凹凸基板を作製し、さらに凹凸パターンに上に、側鎖にケイ皮酸エステル基を有する光二量化反応性化合物を含む塗工液をスピンコートし、約８０ｎｍの膜厚の光配向膜を積層した。この光配向膜に偏光紫外線露光を行い、上記凹凸基板の格子状の凹凸パターンの直線部分の方向と同じ方向となるように配向処理を施した。これにより、凹凸基板を得た。

（対向基板の作製）
実施例１と同様にして光配向膜を形成し、この光配向膜に偏光紫外線照射を行い、上記凹凸基板の格子状の凹凸パターンの直線部分の方向と同じ方向となるように配向処理を施した。これにより、対向基板を得た。

（評価）
実施例１と同様にして試験用セルを作製し、このセルに強誘電性液晶を注入した。さらに、室温まで徐冷後、配向状態を観察したところ、ダブルドメインが観察された。

［実施例３、４］
凹凸基板の格子状の凹凸パターンの直線部分の方向と、対向基板の光配向膜の配向処理方向とのなす角度を４０°または３０°とした以外は、実施例１と同様にして試験用セルを作製した。このセルに強誘電性液晶を注入し、室温まで徐冷後、配向状態を観察したところ、下記表１に示すような結果が得られた。

［比較例４〜６］
凹凸基板の格子状の凹凸パターンの直線部分の方向と、対向基板の光配向膜の配向処理方向とのなす角度を２０°、１０°あるいは５°とした以外は、実施例１と同様にして試験用セルを作製した。このセルに強誘電性液晶を注入し、室温まで徐冷後、配向状態を観察したところ、下記表１に示すような結果が得られた。

本発明の液晶表示素子の一例を示す概略斜視図である。 本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。 本発明の液晶表示素子における凹凸パターンと配向膜の配向方向との位置関係を説明するための説明図である。 凹凸パターンを説明するための説明図である。 本発明の液晶表示素子における凹凸パターンと電極層との位置関係を説明するための説明図である。 強誘電性液晶の印加電圧に対する透過率の変化を示したグラフである。 強誘電性液晶の有する相系列の相違による配向欠陥の違いを示した図である。 強誘電性液晶の配向欠陥であるダブルドメインを示した写真である。 従来の液晶表示素子を説明するための説明図である。

符号の説明

１ａ … 第１基板
１ｂ … 第２基板
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ … 電極層
３ … 凹凸パターン
４ … 配向膜
５ … 液晶層
６ａ、６ｂ … 偏光板
１１ … 凹凸基板
１２ … 対向基板

Claims (8)

1. 第１基板と、前記第１基板上に形成された電極層および凹凸パターンとを有する凹凸基板、および、第２基板と、前記第２基板上に形成された電極層と、前記電極層上に形成され、配向能を有する配向膜とを有する対向基板を、前記凹凸基板の凹凸パターンと前記対向基板の配向膜とが向かい合うように配置し、前記凹凸基板および前記対向基板間に、単安定性を示す強誘電性液晶を挟持してなり、
   前記凹凸基板の電極層または凹凸パターンが、直接、前記強誘電性液晶と接していることを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記凹凸パターンが、格子状またはストライプ状の凸部により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記格子状またはストライプ状の凸部は、当該格子状またはストライプ状の凸部の直線部分が、前記配向膜の配向方向と交差するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 前記格子状の凸部の直線部分と前記配向膜の配向方向とのなす角度のうち、小さい方の角度が３０°〜４５°の範囲内であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
5. 前記強誘電性液晶は、相系列にスメクチックＡ相を持たないものであることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
6. 前記配向膜は、光配向膜であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
7. 前記凸部の高さが、前記強誘電性液晶が挟持されることにより構成される液晶層の厚みより小さいことを特徴とする請求項２から請求項６までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
8. フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。

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