(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な第１の基板と、この第１の基板上に形成された第１の電極と、この第１電極を覆うように前記第１の基板上に形成された第１の配向膜とを有する第１の電極基板と、
透明な第２の基板と、この第２の基板上に形成された第２の電極と、この第２の電極を覆うように前記第２の基板上に形成された第２の配向膜とを有する第２の電極基板と、
前記第１および第２の電極基板に挟持された、無しきい値型の電圧−透過率特性を有する反強誘電性液晶材料から構成される調光層と、
を備え、
前記第１および第２の配向膜と、前記液晶材料とは、バトネの伸長方向と消光方向のずれが±１度以内となるような組み合せであることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１の電極基板から析出するバトネと前記第２の電極基板から析出するバトネの消光方向がほぼ一致するように構成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記第１および第２の配向膜は表面自由エネルギーが４９ｄｙｎ／ｃｍ以上５３ｄｙｎ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記第１の電極基板は、前記第１の基板上にマトリクス状に配設された複数の走査線および複数の信号線と、前記走査線と前記信号線との交差部に形成され一端が対応する信号線に接続されて対応する走査線の信号に基づいて開閉動作するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の他端に接続された画素電極と、この画素電極を覆うように前記第１の基板上に形成された前記第１の配向膜と、を有するアレイ基板であり、
前記第２の電極基板は、前記第２の基板上に形成された対向電極と、この対向電極を覆うように前記第２の基板上に形成された前記第２の配向膜と、を有する対向基板であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
強誘性電液晶、反強誘電性液晶といった自発分極を有するスメクチック系液晶材料は、表面安定化表示モードにおいて高速応答性、広視野角といった特性を有することから、次世代の液晶表示素子の材料として期待されている。特に近年では、アクティブマトリクス駆動方式と組み合わせての動画表示も多く試みられており、この用途に適したヒステリシスを持たない材料として無しきい値型反強誘電性液晶（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｌｅｓｓ  Ａｎｔｉ−ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  （以下ＴＬＡＦ液晶ともいう））や高分子安定化強誘電性液晶（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  （以下、ＰＳ−ＦＬＣ液晶ともいう））が注目されている。
【０００３】
ところが、これら自発分極を有する液晶材料を用いた液晶表示素子の特徴として、配向制御の難しさがあげられる。ＴＬＡＦ液晶は高温側から順にＩｓｏ相→ＳＡ相→ＳＣ＊  相（ＴＬＡＦ相）という相系列をもつ。Ｉｓｏ相からＳＡ相への相転移時に層構造が形成され、ＳＡ相からＳＣ＊  相への転移の相転移時にスメクチック層間隔の変化が原因で層が折れ曲がったシェブロン構造が発生する（図８（ａ），（ｂ）参照）。シェブロンにはその折れ曲がり方向とプレチルト角の関係からＣ１配向と、Ｃ２配向の２種がある（図８（ｂ）参照）。ＴＬＡＦ液晶を用いた液晶表示素子の場合は表示特性上Ｃ２配向が好ましく、リブ構造やラビリング方法を選択し（例えば、本出願人による特願平１０−１８４９０３号参照）、Ｉｓｏ相からＳＣ＊  相まで徐冷する際に交流電場を印加することにより、選択的に一様なＣ２配向にすることができる。しかしながら、同じＣ２配向でも配向膜の種類によって配向性に差があることが明らかになった。
【０００４】
理想的なＴＬＡＦ液晶では、０Ｖの電圧印加時の平均的な光軸（以後、消光方向と称する）はスメクチック層の法線方向に一致する。表示素子として用いる場合は偏光軸を直交させた２枚の偏光板（クロスニコル配置）を液晶パネルの前方と後方に配置し、偏光軸の一方にスメクチック層法線方向を一致させる。この場合、０Ｖの電圧印加時に黒を表示し、正負の電圧を印加した場合に中間調〜白を表示する図９に示すような電圧ー透過率特性が得られる。
【０００５】
ところが、用いた配向膜の種類によっては、スメクチック層方向に平行なストライプ形状の消光方向がずれたドメインが発生し、時間の経過とともに成長したり、消光方向のずれが大きくなったりする現象が発生する。また、液晶材料の種類によっては、飽和電圧程度の高電圧を印加した場合に同様な現象が促進されることが認められた。図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に配向劣化の観察例を模式図で示す。図１０（ａ）は基板面から見た図だが、液晶を挟持している両基板に設けられた配向膜を所定の角度をもってラビングし、基板間にＴＬＡＦ液晶材料を導入することで、図示したようなスメクチック層構造が形成される。ラビング角度は用いた液晶材料、配向膜材料によって一義的に決まる。このようにして形成された液晶表示素子の初期配向状態、および一部消光位がずれたドメインが発生した配向を、クロスニコル配置の顕微鏡で観察した場合を各々図１０（ｂ）、および図１０（ｃ）に示す。
【０００６】
分かり易くするために、偏光子または検光子の偏光方向は図１０（ｄ）に示すようにスメクチック層法線方向からｘ゜（＜２２．５゜  ）ずらしてある。
【０００７】
配向劣化の起きていない配向では、図１０（ｂ）に示すように消光方向が一方向であるために、一様に光が透過して見える。ところが、±ｘ゜消光方向がずれたドメインが発生した劣化後の配向では、図１０（ｃ）に示すように一様な配向の中で、消光方向が偏光方向に一致したドメインが黒く、逆方向に消光方向がずれたドメインが明るく観察される。このような消光方向のずれがある場合は一様な黒表示を得ることができないため、表示素子としては消光方向の層法線方向からのずれを完全に抑制する必要がある。
【０００８】
抑制策として、特開平１０−３１９３７７号公報では、ＴＬＡＦ液晶材料に高分子前駆体を導入し、基板間に注入した後にＳＡ相で光重合させ、０Ｖ電圧印加時の構造を安定化する方法が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら我々の検討では、特開平１０−３１９３７７号公報のように高分子前駆体を導入する方法では、この液晶材料以外の異分子によってＴＬＡＦ液晶の配向そのものが乱され、重合方法に関わらず黒表示時の光り漏れが増加し、コントラストが低下することが確認された。
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、経時変化や電圧履歴の影響を可及的に受けない、表示性能が良好な液晶表示素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶表示素子は、透明な第１の基板と、この第１の基板上に形成された第１の電極と、この第１電極を覆うように前記第１の基板上に形成された第１の配向膜とを有する第１の電極基板と、透明な第２の基板と、この第２の基板上に形成された第２の電極と、この第２の電極を覆うように前記第２の基板上に形成された第２の配向膜とを有する第２の電極基板と、前記第１および第２の電極基板に挟持された、無しきい値型の電圧−透過率特性を有する反強誘電性液晶材料から構成される調光層と、を備え、前記第１および第２の配向膜と、前記液晶材料とは、バトネの伸長方向と消光方向のずれが±１度以内となるような組み合せであることを特徴とする。
【００１２】
なお、前記第１の電極基板から析出するバトネと前記第２の電極基板から析出するバトネの消光方向がほぼ一致するように構成することが好ましい。
【００１３】
なお、前記第１および第２の配向膜は表面自由エネルギーが４９ｄｙｎ／ｃｍ以上５３ｄｙｎ／ｃｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
なお、前記第１の電極基板は、前記第１の基板上にマトリクス状に配設された複数の走査線および複数の信号線と、前記走査線と前記信号線との交差部に形成され一端が対応する信号線に接続されて対応する走査線の信号に基づいて開閉動作するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の他端に接続された画素電極と、この画素電極を覆うように前記第１の基板上に形成された前記第１の配向膜と、を有するアレイ基板であり、前記第２の電極基板は、前記透明な基板上に形成された対向電極と、この対向電極を覆うように前記第２の基板上に形成された前記第２の配向膜と、を有する対向基板であるように構成しても良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず本発明の実施の形態を説明するに先立って本発明に至った経緯を説明する。
【００１６】
従来の技術でも述べたように、無しきい値型反強誘電性液晶（以下、ＴＬＡＦ液晶ともいう）を用いた液晶表示素子においては、表示特性上Ｃ２配向が好ましい。しかしながら、同じＣ２配向でも配向膜の種類によって配向性に差があることが明らかになっている。
【００１７】
そこで、本発明者達は、配向膜材料とＴＬＡＦ液晶材料との間に最適な組合せがあると考え、複数のＴＬＡＦ液晶材料と配向膜材料に関して、
▲１▼  表面自由エネルギー（接触角法により測定）
▲２▼  スメクチック層形成プロセス（特にバトネの析出過程）の観察
▲３▼  初期配向性
▲４▼  劣化率
の点について検討した。
【００１８】
▲１▼の表面自由エネルギー（γｓ）は、パネル作成時と同じ膜厚、ラビング条件により配向膜を成膜し、表示素子のセルを構成する上下基板の封着プロセスと同様の熱工程を経たものについて、純水とヨウ化メチレンを用いて測定した接触角から算出した。算出はＯｗｅｎｓの方法（Ｄ．  Ｋ．  Ｏｗｅｎｓ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｏｌｙｍ．  Ｓｃｉ．，  １３，  １７４１（１９６９）参照）に従い、γｓは極性力成分（γｓｐ）と分散力成分（γｓｄ）の和として得られる。
【００１９】
▲２▼のバトネとは、Ｉｓｏ−ＳＡ転移温度近傍でＩｓｏ相内に析出するＳＡ相の呼称であり、Ｉｓｏ相からの冷却過程で配向規制力を受けた配向膜界面から析出することが知られている。等方性であるＩｓｏ相のなかに異方性を持ったＳＡ相が析出するため、クロスニコル配置の偏光顕微鏡で、偏光子、または検光子偏光板の軸とＳＡ相の一軸光学異方性（＝消光方向）の軸をずらして配置すると、偏光子を透過した直線偏光のうち、ＳＡ相部分（バトネ２）を通過した光のみ検光子を透過できる偏光成分が生じることから容易に観察できる（図６参照）。形状は一般に棒状であり、本明細書中では長手方向を伸長方向と定義する。また一軸光学異方性の軸を偏光子の偏光軸の一方に一致させた場合、すなわち直線偏光の偏光方向とＳＡ相の光学軸を一致させた場合には、検光子を透過できる偏光成分は生じない。このために、顕微鏡観察ではバトネが見えなくなる。検光子の偏光軸に一致させた場合も同様である。バトネの一軸光学異方軸は、クロスニコル配置の顕微鏡でバトネが見えなくなる方向として決められる。本明細書中では、伸長方向、消光方向は、いずれもラビング方向からのずれ角で規定し、配向膜面に向かってラビング方向から時計回りにずれる場合をプラス、逆方向にずれる場合をマイナスと定義する。
【００２０】
伸長方向と消光方向を求めるためのバトネの析出過程の観察は、片面のみ配向規制力をもつセル、すなわち片面の配向膜のみラビングしたセルを用いた。これは、両配向膜をラビングした場合は両配向膜面から析出したバトネが混在し、ずれ角の正負が判別できないためである。ギャップは２μｍとした。
【００２１】
▲３▼の初期配向性と▲４▼の劣化率については、▲２▼で求めたラビング方向と消光方向のずれθＢＤを相殺する方向にずらした略平行なラビング（クロスラビング）を行ったパネルで観察した（図７参照）。これは、我々の観察から、最終的に得られる層構造（ＳＣ＊相での層構造）の層法線方向が、Ｉｓｏ−ＳＡ転移温度近傍で析出するバトネの消光方向と一致することを確認したためである。このクロスラビングによって、両配向膜面から誘起された層法線方向を一致させることができる。一方、ラビング方向を反平行方向にすると、図８（ｂ）に示す折れ曲がり方向が異なる２種類のシェブロン構造（Ｃ１，Ｃ２）が５０％ずつ発生し、Ｃ２のみにすることができない。このドメインの境界部分５０が配向欠陥となり光漏れの原因となることが、これまでの検討から分かっている。
【００２２】
６種類のポリイミドからなる配向膜材料Ａ〜Ｆについて、これらの配向膜材料を製造したメーカが測定したネマチック液晶でのプレチルト角、本発明者が測定した表面自由エネルギー、および自発分極Ｐｓ値が異なる３種類のＴＬＡＦ液晶材料ａ，ｂ，ｃとの組み合わせについて本発明者が観測したバトネと初期配向性に関してまとめた結果を図３に示す。液晶材料ｃについては劣化率も記載した。
【００２３】
配向膜材料ＡとＢ、配向膜材料Ｃ〜Ｆはそれぞれ、主鎖構造が同一である。すなわち、配向膜材料Ａの主鎖に側鎖を導入したものが配向膜材料Ｂであり、配向膜材料Ｃの主鎖に側鎖を導入したものが配向膜材料Ｄ〜Ｆである。また、側鎖の割合が増す順にＤ，Ｅ，Ｆという関係にある。配向膜材料においては、疎水性側鎖を導入することによって表面自由エネルギーを減少、すなわちプレチルト角を増加させることは一般的である。同一主鎖構造を有する材料系においては、測定した表面自由エネルギーは、これを支持する結果となった。
【００２４】
さらに、配向膜材料Ａ〜Ｆの検討から表面自由エネルギーについて最適値がある可能性が示唆されたので、より詳細に検討する目的で配向膜材料ＡとＢ、配向膜材料ＤとＦを１：２、または２：１の割合で混合した配向膜材料についても、ＴＬＡＦ液晶材料ｃを用いてさらに検討した。
【００２５】
図３に示す観測結果から分かるように、バトネの伸長方向θＢ  と消光方向θＢＤが一致しない現象が生じている。これについて、次のように観察した。バトネの伸長方向（ラビング方向からのずれ角θＢ  ）はバトネが析出する配向膜表面近傍でのスメクチック層法線方向を示している。バトネの消光方向（ラビング方向からのずれ角θＢＤ）はセル内部（バルク）での分子の平均的な光軸を示している。より低温度領域のＳＣ＊  相でのスメクチック層法線方向はバトネの消光方向に一致し、ＳＡ相の層構造はＳＣ＊  相でも維持されることから、ＳＡ相での層法線方向は消光方向に平行であったことが分かる。よって、θＢ  ≠θＢＤであるということは、セル断面方向にスメクチック層のねじれが生じていることを意味し、スメクチック層の乱れは配向の不安定化の原因になる。
【００２６】
表面自由エネルギーの高い配向膜Ｃや、自発分極Ｐｓの大きなＴＬＡＦ液晶材料ａ，ｂで、特にバトネの伸長方向と消光方向のずれが顕著であった。これはこれらの液晶分子と配向膜では電気的相互作用がより大きいために、分子配列が配向膜面近傍でツイストし易く、層のねじれの原因になるからであると説明できる。
【００２７】
前述したように、液晶表示素子では両基板をラビングする際に、両基板の配向膜面から誘起されるスメクチック層の層法線方向を一致させる必要がある。θＢ  ではなくθＢＤを相殺するためには、２θＢＤずらしたクロスラビングが必須である（図７（ａ）参照）。
【００２８】
さらに配向膜材料Ｂ，Ｅ，Ｆでは、バトネの消光方向と伸長方向が一致していたにも関わらず良好な初期配向が得られなかったが、これらの配向膜材料は表面自由エネルギーが低いことが判った。表面自由エネルギーが低い配向膜材料では、一般にはプレチルト角が高くなることが知られている。このような表面自由エネルギーが低い配向膜材料で形成した配向膜では、ＳＡ相でのスメクチック層形成の際に分子長軸にほぼ平行になるスメクチック層の法線方向が配向膜面に平行でないことが予想される。このような層構造の乱れは、配向の不安定化の原因になる。実際に配向膜材料Ｆを用いて作成した液晶表示素子では、層が規制されない場合に発生する扇状組織が観察された。
【００２９】
以上の結果から、表面自由エネルギーが低い場合にはプレチルト角が高いためにスメクチック層の層法線方向を基板と平行方向に制御できず、高い場合には液晶分子との電気的相互作用が強いためにスメクチック層のツイストを誘起することが分かった。いずれもＴＬＡＦ液晶の配向の不安定化の原因となることから表面自由エネルギーには最適値が存在すると考えられる。
【００３０】
例えば図４のグラフｇ１  に示すように、配向膜の表面自由エネルギーが低くければ低いほど、高プレチルトによる不安定化が増大し、図４のグラフｇ２  に示すように配向膜の表面自由エネルギーが高ければ高いほど、配向膜表面近傍のスメクチック層のツイストによる不安定化が増大する。このためこれらの不安定化を可及的に抑制するのに最適な表面自由エネルギーが存在すると考えられる。
【００３１】
そこで、配向膜材料Ａ〜Ｆ各々を用いて形成した配向膜と、液晶材料ａ〜ｃの組み合わせについて、表面自由エネルギーと、初期配向性に関してまとめた結果を図３に示す。なお初期配向性の評価は、消光位のずれたドメインの発生した割合で行った。また、液晶材料ｃについては、劣化率も測定した。ここで劣化率とは配向が劣化した後の光漏れ量を初期配向での光漏れ量で除算した値である。劣化率は配向の安定性を示す値であるが初期配向が悪い場合に分母（初期配向での光漏れ量）が大きくなるために、見かけ上低い値になることがあることから、配向性と合わせて記載した。
【００３２】
図５は、横軸に表面自由エネルギーの順に配向膜材料を並べ、縦軸に初期配向での光漏れ量、劣化した後の光漏れ量、劣化率を取ったときのグラフである。なお、光漏れ量の単位は任意の単位（ａｒｂ．）である。
【００３３】
この図５に示す結果から、好ましい液晶表示素子として初期配向性を維持しながら劣化率が２以下の液晶表示素子を選択すると、配向膜材料Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ以外の配向膜材料で形成した配向膜を有する液晶表示素子が残る。すなわち、表面自由エネルギーが４９ｄｙｎ／ｃｍ以上、５３ｄｙｎ／ｃｍ以下である配向膜と、ＴＬＡＦ液晶材料との組み合せが良い配向を与えることが分かる。
【００３４】
なお、劣化率が２以下の液晶表示素子を好ましいとした理由は、以下の通りである。
【００３５】
ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶を用いた液晶表示素子のコントラスト（＝白表示時の透過光量／黒表示時の透過光量）は、測定方法にもよるが、一般に２００〜３００程度、平均で２５０程度である。ＴＬＦＡ液晶を含む複屈折モードを有する液晶を用いた液晶表示素子においては、透過光量Ｉはチルト角をθとすると、ｓｉｎ２  ２θに比例する。そしてＴＬＦＡ液晶のチルト角θは、約３０度である。このためＴＬＦＡ液晶においては、透過光量は理想値（θ＝４５度のとき）の約７５％になってしまう。すなわち黒表示時の透過光量を一定とすると、ＴＬＦＡ液晶のコントラストは、ＴＮ液晶のコントラストの約７５％（＝約１８０）となる。コントラストが１００以下であるのは、透過型表示素子として不十分であり、黒表示時の透過光量が２倍を超えること、すなわち劣化率が２を超えることは、許されないと本発明者は、考えたからである。
【００３６】
また、バトネの伸長方向θＢ  と消光方向θＢＤのずれについては、スメクチック層のツイストによる不安定化を抑制する意味で上記のずれは無いことが好ましい。上述したように、配向膜材料Ｄは、表面自由エネルギーが５３．１ｄｙｎ／ｃｍであり、本発明で良いとした表面自由エネルギーの範囲（４９ｄｙｎ／ｃｍ以上、５３ｄｙｎ／ｃｍ以下）からわずかに外れている。この配向膜材料の場合、液晶材料ａとの組み合わせにおいては、バトネの伸長方向θＢ  と消光方向θＢＤは等しく、初期配向は○印即ち、消光位のずれが一部ずれているだけであった。一方液晶材料ｂとの組み合わせにおいては、バトネの伸長方向θＢ（＝５度）と消光  方向θＢＤ（＝７度）のずれ｜θＢ−θＢＤ｜は２度であり、初期配向の評価は△印  即ち、ずれが顕著である。また、液晶材料ｃと組み合わせにおいては、バトネの伸長方向θＢ（＝−３度）と消光方向θＢＤ（＝−４度）のずれ｜θＢ−θＢＤ｜は１度であり、初期配向の評価は○印即ち、ずれは一部ずれているだけであった。したがって、バトネの伸長方向θＢと消光方向θＢＤのずれは、等しいことが好まし  いが、ずれたとしても１度以下の場合は、消光位のずれを一部にとどめた初期配向を与えることになる。
【００３７】
以上の結果から、次の配向膜材料か、もしくは配向膜材料とＴＬＡＦ材料の組み合わせが良配向を与えることが分かった。
【００３８】
ｉ）  バトネの伸長方向と消光方向のずれが±１度以内
ｉｉ）  表面自由エネルギーが４９ｄｙｎ／ｃｍ以上５３ｄｙｎ／ｃｍ以下である配向膜
この条件を満たした液晶材料と配向膜を用い、上基板から析出するバトネと下基板から析出するバトネの消光方向を一致させるように基板を組んでパネルを作成することによって、配向性に優れた無しきい値型反強誘電性液晶表示素子を実現できる。これにより、良好な表示性能を得ることができる。また、液晶材料に液晶材料以外の不純物を混入しないために、不純物によって配向性が乱されることもない。
【００３９】
次に本発明による液晶表示素子の一実施の形態を図１および図２を参照して説明する。
【００４０】
この実施の形態の液晶表示素子は、反強誘電性液晶材料を調光層として用いたアクティブマトリクス駆動型液晶表示素子であって、図１に示すようにバトネ２の伸長方向θＢ  と消光方向とのずれが±１度以内となるように構成したものである。なお、図１は偏光子をクロスニコル配置にした偏光顕微鏡で観察したバトネの伸長方向と消光方向を示す模式図である。
【００４１】
本実施の形態のアクティブマトリクス駆動型液晶表示素子の構成を図２（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
【００４２】
図２（ａ）は本実施の形態のアクティブマトリクス駆動型液晶表示素子の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す切断線Ａ−Ａ′で切断したときの断面図である。
【００４３】
この実施の形態の液晶表示素子は図２（ａ），（ｂ）に示すように、アレイ基板１０と、対向基板３０と、これらの基板間にスペーサボール４５によって所定の間隙に挟持された、無しきい値型の電圧−透過率特性を有する反強誘電性液晶材料からなる調光層４０を備えている。
【００４４】
アレイ基板１０は、透明な絶縁性基板１１を有し、この基板１１の主面上に−方向に延びる複数の走査線１２および補助容量線１３が形成され、この走査線１２および補助容量線１３を覆うように基板１１の主面上に透明な絶縁層１４が形成された構成となっている（図２（ｂ）参照）。そしてこの絶縁層１４上に、ＩＴＯからなる複数の画素電極１５が形成されるとともに、上記走査線１２と、ほぼ直交するように、複数の信号線１６が形成されている（図２（ａ）、（ｂ）参照）。この信号線１６は絶縁膜１７によって覆われている（図２（ｂ）参照）。そして走査線１２と信号線１６の交差点付近の基板１１の主面上に、ＴＦＴからなるスイッチング素子１８が形成されている。このスイッチング素子１８はゲートが対応する走査線１２に接続され、ソースまたはドレインのうちの一方の端子が絶縁膜１７内に設けられたコンタクト（図示せず）を介して対応する信号線１６に接続され、他方の端子が絶縁膜１７内に設けられたコンタクト（図示せず）を介して画素電極１５に接続された構成となっている。
【００４５】
そして、画素電極１５およびスイッチング素子１５を覆うように基板１１の主面上に配向膜１９が形成されている。また基板１１の裏面には偏光板２８が形成されている。
【００４６】
一方、対向基板３０は、透明な絶縁性基板３１の主面上の画素領域に形成された特定の波長の光を透過する色部３２ａと、非画素領域に形成されたブラックマトリクス３２ｂとからなるカラーフィルタ部３２が設けられている。このカラーフィルタ部３２の表示領域上には、ＩＴＯからなる対向電極３４が形成され、この対向電極３４上には無機絶縁膜３５を介して配向膜３６が形成された構成となっている。なお、無機絶縁膜３５は、絶縁性を維持するために設けることが好ましい。また、基板３１の裏面には偏光板３８が形成されている。
【００４７】
なお、アレイ基板１０の偏光光２８の光学軸と対向基板３０の偏光板３８の光学軸はクロスニコル配置となっている。
【００４８】
なお、本実施の形態においては、配向膜１９、３６は図３に示す配向膜材料Ａを用いて膜厚が４３ｎｍとなるように形成されている。そして、配向膜１９，３６には、各々配向膜面に向かって、調光層４０を構成するスメクチック層の法線方向から反時計方向に５度の方向にほぼ平行にラビングが施されており、アレイ基板１０と、対向基板３０とでは図７に示すように１０度（＝２θＢＤ）異なるようにクロスラビングが施されている。なおラビング処理後の配向膜１９，３６の各々の表面自由エネルギーは５１．２ｄｙｎ／ｃｍであった。
【００４９】
アレイ基板１０と、対向基板３０は、注入口（図示せず）、排気口（図示せず）を除いて、非表示領域上に塗布されたシール材によって配向膜１９，３６が対向するように貼り合わせられる。
【００５０】
また、本実施の形態においては、調光層４０を構成する液晶材料として図３に示した反強誘電性液晶材料ｂを用いた。この液晶材料の相系列はＩｓｏ（８２℃）、ＳＡ（６２℃）、ＳＣ＊  である。
【００５１】
この液晶材料は、排気口より脱気しながら液晶材料が注入口より導入されるという注入プロセスを経て導入されている。注入口と排気口は、液晶材料注入後に封止材（図示せず）によって完全に封止され、外気と遮断される。液晶材料ｂが注入されたパネルを一旦Ｉｓｏ相である８５℃まで加熱した後、−２℃／ｍｉｎ．で３０℃まで徐冷したところ、Ｉｓｏ−ＳＡ点転移近傍で両配向膜表面から析出したバトネの消光方向は上記ラビング方向のほぼ中間で一致し、ＳＣ＊  相では層法線方向が上記消光方向に一致した一様なスメクチック層構造が形成された。なおクロスニコル配置の偏光板２８，３８のうちの一方の偏光方向が層法線方向に合致するように配置される。
【００５２】
この液晶表示素子について配向状態を観察したところ、スペーサーボール近傍に発生した微量の配向欠陥の形状とラビング方向から、配向欠陥部分を除いてＣ２配向であり、消光方向が層法線方向に一致していることが判明した。この液晶表示素子のコンストラスト，すなわち最大透過光量と最小透過光量との比（最大透過光量／最小透過光量）がほぼ１８０であり、十分なコントラストが達成されている。また、５００時間後でもコントラストは、１００以上を維持していることを確認した。
【００５３】
次に本実施の形態の液晶表示素子の性能を確認するために下記の比較例１，２，３となる液晶表示素子を作成し、性能を調べた。この結果を以下で説明する。
【００５４】
（比較例１）
配向膜１９，３６を図３に示した配向膜材料Ｃを用いて膜厚が３７ｎｍになるように形成し、配向膜面に向かって時計と反対方向に７度、アレイ基板と対向基板で±７度（２θＢＤ＝１４度）の平行方向のクロスラビングを施したこと以外は本実施の形態と同様に液晶表示素子のセルを作製し、図３に示した反強誘電性液晶材料ｂが注入された液晶表示素子を用意した。この比較例１においては、ラビング後の配向膜の表面自由エネルギーは５４．０ｄｙｎ／ｃｍであった。
【００５５】
この比較例１の液晶表示素子について一旦Ｉｓｏ相である８５℃まで加熱した後、−２℃／ｍｉｎ．で３０℃まで徐冷したところ、バトネの伸長方向と消光方向がずれる様子が観察されたものの、バトネの消光方向は上記ラビング方向のほぼ中間で一致し、室温ではＳＣ＊  相での層法線方向と消光方向がラビング方向のほぼ中間となるスメクチック層構造が得られた。またスペーサーボール近傍に発生した微量の配向欠陥の形状とラビング方向から、配向欠陥部分を除いてＣ２配向であることが分かった。しかしながら１時間後にこのセルの配向状態を観察したところ、消光方向が層法線方向から±１４度ずれたドメインが発生していた。この液晶表示素子のコントラストは初期値でほぼ１８０が達成されていたものの、消光方向が偏光板の透過軸からずれたドメインが発生したことにより黒レベルが浮上し、２４時間後のコントラストは５０以下まで低下した。
【００５６】
（比較例２）
配向膜１９，３６を図３に示した配向膜材料Ｅを用いて膜厚が２９ｎｍになるように形成し、配向膜面に向かって時計と反対方向に７度、アレイ基板と対向基板で±７度（２θＢＤ＝１４度）の平行方向のクロスラビングを施したこと以外は本実施の形態と同様に液晶表示素子のセルを作製し、図３に示した反強誘電性液晶材料ｂが注入された液晶表示素子を用意した。ラビング後の配向膜の表面自由エネルギーは４８．５ｄｙｎ／ｃｍであった。
【００５７】
この液晶表示素子の配向状態を調べたところ、スペーサーボール近傍に発生した微量の配向欠陥の形状とラビング方向から、配向欠陥部分を除いてＣ２配向であったものの、全面的に消光方向が層法線方向から±１５゜ずれた２種類のドメインからなるフェリ配向であった。この配向は交流電圧を印加しても改善されることはなかった。
【００５８】
この比較例２の液晶表示素子は消光方向が揃わないために黒レベルが下がらず、コントラストはほぼ３０であった。
【００５９】
（比較例３）
配向膜１９，３６を図３に示した配向膜材料Ｆを用い、バトネの消光方向を求めるための片面ラビングの液晶表示素子を用意したが、バトネの消光位は一方向に定まらなかった。また液晶材料として図３に示した反強誘電性液晶材料ｂをもちいたが、この反強誘電性液晶材料は全く配向せず、スメクチック層構造が一義的にきまらなかった際に発生する扇状組織が観測された。なお、ラビング後の配向膜の表面自由エネルギーは４８．０ｄｙｎ／ｃｍであった。
以上説明したように、本実施の形態によれば、コントラストが経時変化や電圧履歴の影響を受けず、良好な表示性能を得ることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、経時変化や電圧履歴の影響を可及的に受けない、良好な表示性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示素子の実施の形態の特徴を説明する図。
【図２】アクティブマトリクス駆動型液晶表示素子の構成を示す図。
【図３】本発明による液晶表示素子を得るために行った実験結果を示す図。
【図４】配向膜の表面自由エネルギーに最適な範囲があることを説明するグラフ。
【図５】配向膜の表面自由エネルギーと、劣化率との関係を示すグラフ。
【図６】偏光子をクロスニコル配置にした偏光顕微鏡で観察されるバトネの伸長方向と消光方向を示す模式図。
【図７】ラビング方向と形成されるスメクチック層構造を示す図。
【図８】反強誘電性液晶材料の相転移と層構造変化を示す図。
【図９】反強誘電性液晶材料の電圧と透過率との関係を示す図。
【図１０】従来の問題点を説明する図。
【符号の説明】
２  バトネ
１０  アレイ基板
１１  透明基板
１２  走査線
１３  補助容量線
１４  絶縁層
１５  画素電極
１６  信号線
１７  絶縁膜
１８  スイッチング素子（ＴＦＴ）
１９  配向膜
２８  偏光板
３０  対向基板
３１  透明基板
３２  カラーフィルタ
３２ａ  色部
３２ｂ  ブラックマトリクス
３４  対向電極
３５  絶縁膜
３６  配向膜
３８  偏光板
４０  調光層
５０  配向欠陥
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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