(57)【要約】【課題】高分子相と液晶相を含む高分子・液晶複合体における液晶や高分子分材料を限定することなく、従来使用している液晶と高分子材料を用いながら、急峻な電界応答特性と高い反射率を有する液晶素子を提供する。【解決手段】電極面を対向配置させた一対の電極付基板間に高分子相と液晶相を含む高分子・液晶複合体からなる調光層を設け、一対の電極付基板の少なくともいずれかの近傍において、類似構造の液晶相を含む複合集合体からなる微小な部位を多数形成し、その部位ごと液晶相の平均的な形態とそのサイズを制御して液晶素子を構成する。また、一対の電極付基板と調光層とが接する少なくとも一方の電極付基板面に臨界表面張力が異なる領域の臨界表面張力パターンを有する表面層を設けた構成の液晶素子とする。この液晶素子を用いて液晶表示装置を作製する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極面を対向配置させた一対の電極付基板間に、高分子相と液晶相を含む高分子・液晶複合体からなる調光層を設けた液晶素子であって、
前記調光層は、一対の電極付基板の少なくともいずれかの近傍において、類似構造の液晶相を含む複合体が集合した微小な部位を多数有し、該部位ごとの液晶相の平均的な形態は異なり、その部位サイズが０．５〜５０μｍであることを特徴とする液晶素子。
【請求項２】
前記高分子・液晶複合体が、液晶を高分子中に分散させた高分子分散型液晶であることを特徴とする請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３】
前記調光層が、外部電場により光散乱状態と透過状態に制御可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶素子。
【請求項４】
前記一対の電極付基板の少なくとも一方が、プラスチック基板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項５】
前記プラスチック基板の厚みが５０〜２５０μｍであることを特徴とする請求項４に記
載の液晶素子。
【請求項６】
前記一対の電極付基板と調光層とが接する少なくとも一方の電極付基板面に、臨界表面張力が異なる領域により構成した臨界表面張力パターンを有する表面層を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項７】
前記臨界表面張力が異なる領域のそれぞれのサイズが０．５〜５０μｍであることを特徴とする請求項６に記載の液晶素子。
【請求項８】
前記それぞれのサイズが０．５〜１０μｍであることを特徴とする請求項７に記載の液晶素子。
【請求項９】
前記臨界表面張力パターンが、臨界表面張力の異なる少なくとも２種類の材料により形成されたことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項１０】
前記一対の電極付基板と調光層とが接する基板面の両方に表面層が設けられ、各表面層における臨界表面張力パターンの臨界表面張力が同等である領域同士が略対向するように配置されたことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項１１】
前記臨界表面張力パターンが、臨界表面張力の異なる領域により１次元あるいは２次元方向に規則的に構成されていることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項１２】
前記臨界表面張力パターンを有する表面層が、エネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料を用いて形成された層であることを特徴とする請求項６〜１１のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項１３】
前記臨界表面張力を変化させるためのエネルギーの付与が、紫外線照射によるものであることを特徴とする請求項１２に記載の液晶素子。
【請求項１４】
前記表面層が、側鎖に疎水性基を有する高分子材料からなることを特徴とする請求項６〜１３のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項１５】
前記高分子材料が、ポリイミド骨格を含む高分子化合物からなることを特徴とする請求項１４に記載の液晶素子。
【請求項１６】
前記表面層が、絶縁機能とエネルギー付与により臨界表面張力が変化する機能を共有する絶縁性・濡れ変化材料からなることを特徴とする請求項６〜１５のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項１７】
前記絶縁性・濡れ変化材料が、少なくとも２種類の材料により構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の液晶素子。
【請求項１８】
前記少なくとも２種類の材料が第一の材料と第二の材料から構成され、該第一の材料は、該第二の材料と比較してエネルギーの付与によって臨界表面張力が大きく変化する機能を有し、該第二の材料は濡れ変化以外の機能を有するとともに、前記第一の材料と第二の材料は表面層の膜厚方向にそれぞれ濃度分布を有し、最表層部における第一の材料の濃度が第二の材料の濃度よりも高いことを特徴とする請求項１７に記載の液晶素子。
【請求項１９】
前記第二の材料が、第一の材料と比較して電気絶縁性の高い材料からなることを特徴とする請求項１８に記載の液晶素子。
【請求項２０】
一対の電極付基板の一方または両方の電極面側に、エネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料を用いて表面層を形成する工程と、
該表面層の所定領域にエネルギーを付与し、臨界表面張力の小さい領域と大きい領域からなる１次元あるいは２次元方向に規則的な臨界表面張力パターンを形成する工程と、
上記一方または両方に表面層が形成された一対の電極付基板の表面層が内側となるように対向配置させて空セルを組み立てる工程と、
該空セルの一対の電極付基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、液晶材料および重合開始剤を含有する高分子・液晶複合体用組成物を封入する工程と、
該高分子・液晶複合体用組成物に対して、一対の電極付基板の一方を通して紫外線を照射し高分子相と液晶相を含む調光層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする液晶素子の製造方法。
【請求項２１】
前記臨界表面張力を変化させるためのエネルギーの付与が、紫外線照射によるものであることを特徴とする請求項２０に記載の液晶素子の製造方法。
【請求項２２】
一対の電極付基板の一方または両方の電極面側に、臨界表面張力の異なる少なくとも２種類の材料を用いて、臨界表面張力の小さい領域と大きい領域からなる１次元あるいは２次元方向に規則的な臨界表面張力パターンを有する表面層を形成する工程と、
上記一方または両方に表面層が形成された一対の電極付基板の表面層が内側となるように対向配置させて空セルを組み立てる工程と、
該空セルの一対の電極付基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、液晶材料および重合開始剤を含有する高分子・液晶複合体用組成物を封入する工程と、
該高分子・液晶複合体用組成物に対して、一対の電極付基板の一方を通して紫外線を照射し高分子相と液晶相を含む調光層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする液晶素子の製造方法。
【請求項２３】
前記臨界表面張力の小さい領域の面積が、臨界表面張力の大きい領域の面積を超えないことを特徴とする請求項２０〜２２のいずれかに記載の液晶素子の製造方法。
【請求項２４】
前記一対の電極付基板の両方に表面層が設けられる場合に、該各表面層における臨界表面張力パターンの臨界表面張力が同等である領域同士を略対向するように配置構成したことを特徴とする請求項２０〜２３のいずれかに記載の液晶素子の製造方法。
【請求項２５】
請求項１〜１９のいずれかに記載の液晶素子を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子に関し、さらに詳しくは、電界応答が急峻でしかも反射率の高い液晶素子とその製造方法および液晶素子を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界の印加により、散乱、透過、吸収などの光学特性が変化する現象を利用した液晶素子が知られており、表示素子や光変調素子などとして広く使われている。特に、光の散乱を利用して白色表示を行うことのできる液晶素子は、見やすく目への負担が小さい表示素子として、さらにはバックライトや偏光板を用いないため消費電力の少ない明るい表示素子として期待されている。このような光の散乱を利用する液晶素子としては、動的散乱モード方式、高分子分散型液晶方式、フォーカルコニック相を利用したスメクチック液晶方式あるいはコレステリック-ネマチック相転移方式などが挙げられる。
【０００３】
上記各方式は、液晶を駆動させることによって散乱状態と透過状態を制御するものである。したがって、例えばこれら素子の液晶層の視認面と反対側に黒色や青色などの光吸収層を設け、散乱状態と透過状態を制御することによって単色の表示素子とすることが可能である。中でも高分子分散型液晶は、液晶を高分子中に分散させて複合化されていることにより、耐衝撃性を有するとともに散乱状態の明るさや作製の簡便さに優れ、大型化が容易であるなどの点から表示用の素子として特に期待されている。
【０００４】
しかしながら、高分子分散型液晶は、高分子中に分散した液晶滴の形状や大きさが一様でないため、電気光学特性、すなわち液晶分子の電界に対する応答特性にばらつきが生じる傾向がある。その結果、電圧−透過率曲線は急峻でなく、傾きの緩やかな曲線となり、単純マトリクス駆動時において、クロストークが生じてしまい良好な表示ができないという問題点がある。また、アクティブマトリクス駆動時においては、各画素に対応するトランジスタの性能における微妙な差異が表示ムラの原因となってしまうという問題がある。このような問題に対する解決策としていくつかの手法が提案されている。
【０００５】
例えば、液晶材料とアシルホスフィンオキサイドを含む光重合性高分子材料とからなる組成物を光重合させ、液晶滴の径または高分子樹脂の空隙間隔を均一化させることにより、駆動特性を改善することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
あるいは、光重合性高分子マトリクス前駆体に相溶化化合物を配合することによって、駆動特性曲線の急峻性を改善することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
上記提案によれば駆動特性曲線の急峻性に対して一定の改善効果はあるが、いずれも液晶を電極間に挟持する構成のみでは改善効果の向上に限度があり、さらに使用材料の制約があるため応用範囲が限られる。
【０００６】
また、電極付基板間に挟持した液晶材料と高分子材料とを含む混合物に対して、赤外光成分を除外した光を照射して高分子材料を硬化させることで駆動特性曲線の急峻性を改善することが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
上記提案によれば、パネル内ムラを低減し、急峻なしきい値特性を得ることができるとされている。しかし、相分離の進行に伴なって生じる液滴径のばらつきを抑制する効果に対しては十分でなく、このため各画素の応答急峻性を達成することは難しい。
【０００７】
なお、本出願人は先に、三次元網状構造中に液晶を分散させて得られる液晶層を備えることにより、低電圧駆動で電気光学特性が急峻であり、さらにコントラスト比が大きく階調制御性に優れた高分子分散型液晶表示装置とする提案を行った（例えば、特許文献４参照。）。
しかし、この方法では液晶層の形成工程において複雑な操作を繰り返し行う必要があり製造上に難点がある。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−９６７９８号公報
【特許文献２】特開平７−１３１４０号公報
【特許文献３】特開平８−１１４７８７号公報
【特許文献４】特許第３１８６２００号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、高分子相と液晶相を含む高分子・液晶複合体における液晶や高分子分材料を限定することなく、従来使用している液晶と高分子材料を用いながら、急峻な電界応答特性と高い反射率を有する液晶素子とその簡易な製造方法を提供するとともに、これを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは鋭意検討した結果、一対の電極付基板の少なくとも近傍において、高分子相と液晶相を含む高分子・液晶複合体からなる調光層が、類似構造の液晶相を含む複合体が集合した微小な部位を多数有し、部位ごとの液晶相の平均的な形態は異なり、その部位サイズが０．５〜５０μｍであるように調整されることによって、急峻な応答特性と高反射率を実現できることを見出して本発明を完成するに至った。以下、本発明について具体的に説明する。
【００１１】
すなわち、本発明は、電極面を対向配置させた一対の電極付基板間に、高分子相と液晶相を含む高分子・液晶複合体からなる調光層を設けた液晶素子であって、
前記調光層は、一対の電極付基板の少なくともいずれかの近傍において、類似構造の液晶相を含む複合体が集合した微小な部位を多数有し、該部位ごとの液晶相の平均的な形態は異なり、その部位サイズが０．５〜５０μｍであることを特徴とする液晶素子である。
【００１２】
ここで、前記高分子・液晶複合体が、液晶を高分子中に分散させた高分子分散型液晶であることが好適である。
【００１３】
また、上記いずれかの液晶素子において、前記調光層が、外部電場により光散乱状態と透過状態に制御可能であることを特徴とする。
【００１４】
さらに、上記いずれかの液晶素子において、前記一対の電極付基板の少なくとも一方が、プラスチック基板であることが好ましい。
ここで、上記プラスチック基板の厚みが５０〜２５０μｍであることが好ましい。
【００１５】
また、上記いずれかの液晶素子において、前記一対の電極付基板と調光層とが接する少なくとも一方の電極付基板面に、臨界表面張力が異なる領域により構成した臨界表面張力パターンを有する表面層を設けたことを特徴とする。
そして、上記臨界表面張力が異なる領域のそれぞれのサイズが０．５〜５０μｍであることが好ましい。また、前記それぞれのサイズが０．５〜１０μｍであることが好適である。
【００１６】
また、上記いずれかの液晶素子において、前記臨界表面張力パターンが、臨界表面張力の異なる少なくとも２種類の材料により形成されたことを特徴とする。
【００１７】
さらに、上記いずれかの液晶素子において、前記一対の電極付基板と調光層とが接する基板面の両方に表面層が設けられ、各表面層における臨界表面張力パターンの臨界表面張力が同等である領域同士が略対向するように配置されたことを特徴とする。
【００１８】
そして、上記いずれかの液晶素子において、前記臨界表面張力パターンが、臨界表面張力の異なる領域により１次元あるいは２次元方向に規則的に構成されていることを特徴とする。
【００１９】
さらに、上記いずれかの液晶素子において、前記臨界表面張力パターンを有する表面層が、エネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料を用いて形成された層であることが好ましい。
【００２０】
また、上記いずれかの液晶素子において、前記表面層が、側鎖に疎水性基を有する高分子材料からなることが好ましい。ここで、上記高分子材料が、ポリイミド骨格を含む高分子化合物からなることが好適である。
【００２１】
また、上記いずれかの液晶素子において、前記表面層が、絶縁機能とエネルギー付与により臨界表面張力が変化する機能を共有する絶縁性・濡れ変化材料からなることを特徴とする。ここで、上記絶縁性・濡れ変化材料が、少なくとも２種類の材料により構成されていることが望ましい。
【００２２】
そして、前記少なくとも２種類の材料が第一の材料と第二の材料から構成され、該第一の材料は、該第二の材料と比較してエネルギーの付与によって臨界表面張力が大きく変化する機能を有し、該第二の材料は濡れ変化以外の機能を有するとともに、前記第一の材料と第二の材料は表面層の膜厚方向にそれぞれ濃度分布を有し、最表層部における第一の材料の濃度が第二の材料の濃度よりも高いことが好ましい。
ここで、前記第二の材料が、第一の材料と比較して電気絶縁性の高い材料からなることが望ましい。
【００２３】
さらに、本発明は、一対の電極付基板の一方または両方の電極面側に、エネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料を用いて表面層を形成する工程と、
該表面層の所定領域にエネルギーを付与し、臨界表面張力の小さい領域と大きい領域からなる１次元あるいは２次元方向に規則的な臨界表面張力パターンを形成する工程と、
上記一方または両方に表面層が形成された一対の電極付基板の表面層が内側となるように対向配置させて空セルを組み立てる工程と、
該空セルの一対の電極付基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、液晶材料および重合開始剤を含有する高分子・液晶複合体用組成物を封入する工程と、
該高分子・液晶複合体用組成物に対して、一対の電極付基板の一方を通して紫外線を照射し高分子相と液晶相を含む調光層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする液晶素子の製造方法に係るものである。
【００２４】
前記臨界表面張力を変化させるためのエネルギーの付与が、紫外線照射によるものであることが好ましい。
【００２５】
また、本発明は、一対の電極付基板の一方または両方の電極面側に、臨界表面張力の異なる少なくとも２種類の材料を用いて、臨界表面張力の小さい領域と大きい領域からなる１次元あるいは２次元方向に規則的な臨界表面張力パターンを有する表面層を形成する工程と、
上記一方または両方に表面層が形成された一対の電極付基板の表面層が内側となるように対向配置させて空セルを組み立てる工程と、
該空セルの一対の電極付基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、液晶材料および重合開始剤を含有する高分子・液晶複合体用組成物を封入する工程と、
該高分子・液晶複合体用組成物に対して、一対の電極付基板の一方を通して紫外線を照射し高分子相と液晶相を含む調光層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする液晶素子の製造方法に係るものである。
【００２６】
また、上記いずれかの液晶素子の製造方法において、前記臨界表面張力の小さい領域の面積が、臨界表面張力の大きい領域の面積を超えないことが好ましい。
【００２７】
また、上記いずれかの液晶素子の製造方法において、前記一対の電極付基板の両方に表面層が設けられる場合に、該各表面層における臨界表面張力パターンの臨界表面張力が同等である領域同士を略対向するように配置構成したことを特徴とする。
【００２８】
さらに、本発明は、上記いずれかに記載の液晶素子を用いたことを特徴とする液晶表示装置に係るものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明における調光層が一対の電極付基板の少なくともいずれかの近傍において、複合体の集合からなる好適に調整された微小な部位を多数有することにより、材料を限定することなく従来使用している液晶と高分子材料を用いながら液晶素子の電界応答特性を急峻にし、しかも液晶相の反射率を向上させることが可能であり、表示品質を向上させることができる。そして、高分子分散型液晶を用いることにより、散乱状態がより明るく素早い書き換えが可能で、製造が簡便な液晶素子とすることができる。また外部電場によりコントラストが高く視認性の良い制御ができる。
また、少なくとも一方の電極付基板面に、臨界表面張力パターンを有する表面層を設けることによって、複合体の集合からなる好適に調整された微小な部位を多数有する構造を簡便に作製することができる。
そして、臨界表面張力が異なる領域のサイズや材質を適宜選択することによって、所望のパターンを作製することができ、エネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料を用いると、容易な手法で臨界表面張力パターンが作製でき、エネルギーの付与が紫外線照射であれば高精細で、生産性の高いパターンからなる液晶素子とすることができる。
また、表面層が、側鎖に疎水性基を有する高分子材料であれば所望の臨界表面張力に対応したパターンを作製することができ、高分子材料が、ポリイミド骨格を含む高分子化合物であればより信頼性の高い液晶素子とすることができる。さらに、表面層が、絶縁性・濡れ変化材料であれば、所望の臨界表面張力に対応し、さらに絶縁性能に優れた液晶素子とすることができる。
【００３０】
そして、本発明の液晶素子の製造方法によれば、急峻な電界応答性を有する液晶素子を生産性良く製造することができる。そして、高精細あるいは調光層の散乱性を損なわずに液晶素子を製造することができる。
【００３１】
また、本発明の液晶表示装置によれば、急峻な電界応答性を有し、かつコントラストが高く視認性に優れるとともに、生産性良く容易に製造することが可能な液晶表示装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
前述のように本発明の液晶素子は、一対の電極付基板の少なくともいずれかの近傍において、類似構造の液晶相を含む複合体が集合した微小な部位を多数有し、該部位ごとの液晶相の平均的な形態は異なり、その部位サイズが０．５〜５０μｍである高分子・液晶複合体からなる調光層を設けたことにより、反射率を向上しつつ調光層の電界応答性が急峻になることを実験的に見出し本発明に至った。以下に、本発明における好適な実施の形態について図を参照して説明する。
【００３３】
一般に、液晶素子は一対の基板間に挟持した液晶分子を均一に分子配向制御することによって動作させるものであり、種々の動作モードからなる液晶素子が知られている。この液晶分子の配向には、通常、ポリイミド樹脂を主体とした高分子材料が配向膜材料として多く用いられており、その臨界表面張力が液晶分子の配向に大きく関与していることが知られている。
【００３４】
本発明者らは、臨界表面張力の異なるポリイミド樹脂を用いて一対の電極付基板の電極形成面側に表面層を形成し、表面層が対向するように配置してセルを構成した後、セルの表面層間に高分子相と液晶相を含む高分子・液晶複合体からなる調光層を挟持させて、液晶・高分子複合体の電界応答特性に対する表面層の影響を調べ本発明に至る以下の知見を得た。
【００３５】
図１は、本発明における液晶・高分子複合体の電界応答特性に対する表面層の影響を評価するために用いた液晶素子の構成を示す概略断面図である。図１において、１１ａ、１１ｂは透明な電極付基板、１２ａ、１２ｂはポリイミド樹脂からなる表面層、１３は高分子・液晶複合体（高分子分散型液晶）からなる調光層を示す。液晶素子の基板間の厚みは２２μｍである。
このような構成とした液晶素子の表面層１２ａ、１２ｂに用いるポリイミド樹脂を変えて三種類の液晶素子を作製した。評価に用いたポリイミド樹脂は、チッソ石油化学製のＰＩＡ−Ｘ４９１、ＰＩＡ−５３１０およびＪＳＲ製のＡＬ−３０４６の三種類である。
【００３６】
上記構成の液晶素子の両基板間に０〜３０Ｖの交流電界（矩形波、６０Ｈｚ）を印加しながら光の透過率を測定した。透過率を測定するスポット径は１．８ｍｍとした。最小透過率（無電界時）と最大透過率（３０Ｖ印加時）の差に対して、透過率が１０％立ち上がるときの電圧値Ｖ10および９０％立ち上がるときの電圧値Ｖ90を得て、その比（Ｖ90／Ｖ10）を算出して急峻性（γ＝Ｖ90／Ｖ10）を求めた。すなわち、γの値が１に近いものほど、電界応答性に優れていると評価される。
三種類のポリイミド樹脂を用いた各表面層の臨界表面張力、高分子分散型液晶素子として評価した電界応答の急峻性γ、透過率が９０％立ち上がるときの電圧値Ｖ90、および調光層の液晶相を含む複合体におけるマトリクス構造のメッシュ径、いわゆる液晶滴の大きさをＳＥＭ観察により測定した結果を下記表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
評価の結果、臨界表面張力の小さな表面層（ＰＩＡ−Ｘ４９１）を有する液晶素子は、液晶分子との間に働く相互作用、いわゆるアンカリング力が弱いため、駆動電圧Ｖ90が低いが、急峻性γは他のポリイミドの場合に比べて劣る。すなわち、駆動電圧や電界応答の急峻性が、表面層の物性および表面層近傍における液晶相を含む複合体の構造によって少なからず影響を受けていると考えられる。
【００３９】
この結果を基にして、さらに表面層、基板の近傍での高分子・液晶複合体構造と電界応答の関連性について検討を重ねた結果、一対の電極付基板の少なくともいずれかの近傍で、類似構造からなる液晶相を含む複合体が集合した微小な部位を多数有すると供に、部位ごとの液晶相の平均的な形態（例えば、大きさや配向状態など）は異なり、しかもその部位サイズが０．５〜５０μｍであれば、電界応答特性の急峻性γの値を１に近づける効果が発現することを見出した。
以下、本発明における好適な実施の形態について図を参照して説明する。
【００４０】
すなわち、本発明の液晶素子は、調光層が一対の電極付基板の少なくともいずれかの近傍において類似構造の液晶相を含む複合体が集合した微小な部位を多数有する。そして、これら多数の部位における高分子相と液晶相を含む複合構造は同等であるが、部位ごとの液晶相の平均的な形態、例えば、サイズや液晶の配向状態などは異なり、その部位が微小なサイズ（０．５〜５０μｍ）であることを特徴とするものである。
図２は、本発明の調光層における類似構造の液晶相を含む複合体が集合した微小な部位の概念を説明するための模式図である。
図２では、液晶・高分子複合体からなる調光層２３が、液晶相の大きい構造からなる複合体が集合した微小な部位２１と、液晶相の小さい構造からなる複合体が集合した微小な部位２２とが存在する場合を表している。なお、一対の透明な電極付基板２０は端部がシール２４によって封じられている。
【００４１】
それぞれ液晶相を含む複合体の集合である微小な部位を構成する単位液晶相複合体（例えば、液晶滴）の形態は平均的なものであり、均一であってもランダムであってもよく、また各単位液晶相複合体が連続的に変化しているような構造でも効果がある。
すなわち、図２の例の場合、微小な部位２１および微小な部位２２の液晶滴の大きさがそれぞれ均一であっても分布を持っていてもよく、また、連続的に液晶滴の大きさが異なっているような構造があっても構わない。なお、液晶滴の大きさが連続的に異なっているような場合には、液晶滴が、液晶相の大きい構造からなる複合体が集合した微小な部位２１と、液晶相の小さい構造からなる複合体が集合した微小な部位２２とする２通りの複合体構造とみなすことができる。
【００４２】
微小な部位は、前記のように類似構造の液晶相を含む複合体が集合したものからなり、一方、各部位はそれぞれ高分子相と液晶相を含む複合構造は同等であるが、部位ごとの液晶相の平均的な形態が異なるものであるため、各部位のサイズが大きいと、複合体構造の差異が散乱性の違いとして認識されてしまい、見た目には明るさにムラがある表示品質の劣る調光層となる。
したがって、各部位のサイズは少なくとも人の眼の解像度以下であることが必要である。一般に、平均的な視力を有する人の眼の解像度は２５０ｄｐｉ程度であり、約０．１ｍｍよりも細かい明るさの違いは極めて認識されにくい。このため、本発明における、液晶層を含む複合体の集合した微小な各部位のサイズは少なくとも０．１ｍｍ以下であることが必要である。
【００４３】
さらに、類似構造の液晶相を含む複合体が集合した微小な部位におけるサイズと調光層の電界に対する応答の急峻性の関連性を調べるため、図３の概略断面図に示す構成の液晶素子を作製して実験を行った。
図３において、一方の透明な電極付基板３０ａの表面には、ポリイミド樹脂を用いて臨界表面張力の大きい表面部位３１と臨界表面張力の小さい表面部位３２が同じ幅でストライプ形状に区分け構成された臨界表面張力パターンを有する表面層３３ａが形成されている。なお、ストライプ形状としては６μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍの幅のものをそれぞれ作製した。
他方の透明な電極付基板３０ｂの表面には表面層３３ｂは形成してあるが臨界表面張力パターンの無いものである。上記透明な各電極付基板の表面層が直接対向するように配置してシール３３を形成し、構成した空セルの表面層間に高分子分散型液晶からなる調光層３４を挟持させて５種類の液晶素子を作製した。
【００４４】
上記５種類の調光層３４の高分子分散型液晶は、少なくとも表面層３３ａ近傍において、表面張力の大きい表面部位３１と臨界表面張力の小さい表面部位３２の臨界表面張力パターンに対応して液晶相の平均的な形態が異なる複合構造集合体、すなわち、高分子相と液晶相を含む複合構造は同等であるが、液晶相の平均的な形態が異なる構造の微小な部位であった。
前記と同様に両基板間に０〜３０Ｖの交流電界（矩形波、６０Ｈｚ）を印加しながら光の透過率を測定し、各液晶素子の急峻性（γ＝Ｖ90／Ｖ10）を算出した。結果を下記表２に示す。
【００４５】
【表２】
2006195063.tif 000004
【００４６】
上記実験の結果に示されるように、臨界表面張力パターンのサイズを５０μｍ以下とすることにより、複合構造集合体からなる微小な部位のサイズを５０μｍ以下に制御することができ、急峻性を大きく改善することができる。前記表面部位３１と表面部位３２のサイズは異なっていても構わない。
なお、臨界表面張力パターンのサイズの好ましい範囲は０．５〜５０μｍである。
０．５μｍよりも小さいと高分子・液晶複合体が、臨界表面張力パターンに対応して異なる複合構造集合体をとることができず、本発明の効果が得られないという問題がある。
【００４７】
また、外部電場により光散乱状態と透過状態の間を制御する本発明の液晶素子の場合、表面層が有する臨界表面張力パターンの臨界表面張力が異なる領域の各領域サイズが０．５〜１０μｍであることが好ましい。臨界表面張力パターンの各領域サイズがこの範囲であることによって、散乱状態の明るさを損なわずに、急峻な電界応答性を達成することができる。
【００４８】
上記のように、類似構造の液晶相を含む複合体が集合した微小な部位のサイズとしては、おおむね５０μｍ以下であれば、急峻性の改善度合いが大きいといえるが。微小な部位のサイズの好ましい範囲は、０．５〜５０μｍである。高分子・液晶複合体の液晶滴の大きさは、可視光の波長（０．４〜０．６μｍ）よりも大きくなければ光散乱状態にならないため、液滴径が０．５μｍ以上となるように材料や重合条件を調整している。従って、類似構造の液晶相を含む複合体が集合した微小な部位のサイズも、０．５μｍ以上であることが必要である。
【００４９】
ここで、本発明におけるサイズとは、例えば、複合構造集合体からなる微小な部位が方形の場合ならば一辺の寸法が０．５〜５０μｍ、円形であれば直径の寸法が０．５〜５０μｍ、形状が不規則であればその中心径にあたる寸法が０．５〜５０μｍである。サイズが上記の範囲内であれば、各々の部位のサイズがそれぞれ異なっていても構わない。
すなわち、部位サイズが上記に制御されていれば電界に対する応答が急峻で、人の眼で見て明るさムラが認識されずコントラストが高く視認性の良い液晶素子とすることができる。
【００５０】
前記図３に示すように一対の電極付基板と調光層とが接する少なくとも一方の電極付基板面に、臨界表面張力が異なる領域を区分け構成した臨界表面張力パターンを有する表面層を設けることによって、その臨界表面張力に応じてそれぞれ液晶相の平均的な形態が異なる複合構造集合体からなる微小な部位が形成されて、急峻な電界応答性、および良好な反射特性が得られるが、両方の電極付基板面に表面層を設ければさらに効果を増大させることができる。
【００５１】
図４に、一対の透明な電極付基板双方の電極側面に表面層を設けた液晶素子の構成例を模式的に表す概略断面図を示す。
図４において、一対の透明な電極付基板４０ａ、４０ｂの表面には、臨界表面張力の大きい表面部位４１ａ、４１ｂと臨界表面張力の小さい表面部位４２ａ、４２ｂからなる臨界表面張力パターンを有する表面層４３ａ、４３ｂが形成されている。そして、調光層４４は臨界表面張力パターンに対応して液晶相の平均的な形態が異なる複合構造集合体を有し、各複合構造集合体における部位のサイズは０．５〜５０μｍの範囲に好適に調整されている。
【００５２】
そして、前記一対の透明な電極付基板面の両方に設けられた表面層における臨界表面張力パターンの臨界表面張力が同等である領域同士が略対向するように配置されることが好ましい。臨界表面張力が同等の領域同士が略対向していることにより、液晶素子の任意の領域において複合構造集合体の膜厚方向の均一性が増し、電界応答性をさらに改善することができる。具体的には、一対の電極付基板面に対して互いに鏡対称となるように臨界表面張力パターンの表面層を形成する。前記図４において、臨界表面張力の大きい表面部位４１ａと４１ｂ同士、および臨界表面張力の小さい表面部位４２ａと４２ｂ同士を対向させてセルを作製し、構成した空セルの表面層間に調光層４４を挟持させて液晶素子とすることにより、一層急峻な電界応答特性を得ることができる。
【００５３】
さらに前記臨界表面張力パターン（略、パターン）は、臨界表面張力の異なる領域により１次元あるいは２次元方向に規則的に構成されていることが望ましい。臨界表面張力パターンの形状に規則性があることで、製造時の生産性、再現性に優れたものとなり、また、視認における明るさムラも発生しにくい。
前述のように本発明におけるパターンは、そのサイズが人の目の解像度よりも細かい５０μｍ以下であるので、パターンが、対応する複合構造集合体の明るさの差として視認されることは極めて考えにくいが、パターンに規則性を持たせることによって、さらに確実に液晶素子全体の均一性を実現することが可能である。
【００５４】
パターンの形状としては、具体的には図５の模式図に示すようなストライプ形状（ａ）、複数方向のストライプが組み合された、いわゆる格子形状（ｂ）、市松模様状（ｃ）、水玉模様状（ｄ）、あるいはそれらの組み合わせ形状等が挙げられるが、これらの形状に制限されるものではない。
【００５５】
本発明における液晶・高分子複合体からなる調光層は、外部電場により光散乱状態と透過状態に制御可能であり、このような制御機能によってコントラストが高く視認性の良い液晶素子とすることができる。
この場合、散乱状態と透過状態との間を制御するものであればその効果に変りはなく、調光層における液晶のモードとしては、動的散乱モード方式、高分子分散型液晶方式、フォーカルコニック相を利用したスメクチック液晶方式あるいはコレステリック−ネマティック相転移方式等が好ましい。なかでも特に、液晶を高分子中に分散させた高分子分散型液晶であれば、散乱状態が明るく素早い書き換えが可能になり、製造も簡便であるので特に好ましい。その駆動方法については、従来公知の方法で特に制限を受けることはないが、素早い書き換えが可能な電界駆動方式が特に適している。
【００５６】
また、本発明者らは、エネルギーの付与、例えば、紫外線等のエネルギービームを照射することにより臨界表面張力が変化する材料を用いて、臨界表面張力パターンを有する表面層を形成すれば本発明の液晶素子が容易に作製できることを見出した。
【００５７】
さらに、本発明においては、表面層が側鎖に疎水性基を有する高分子材料からなることが好ましく、特に、この側鎖に疎水性基を有する高分子材料がエネルギーの付与によって臨界表面張力が大きく変化する材料であることが好適である。
このような側鎖に疎水性基を有する高分子材料としては、具体的には、図６の概念図に示すように、ポリイミドや（メタ）アクリレート等の骨格を有する主鎖Ｌに直接あるいは図示しない結合基を介して疎水性基を有する側鎖Ｒが結合しているものを挙げることができる。
【００５８】
図中の側鎖Ｒの疎水性基としては、末端構造が−ＣＦ2ＣＨ3、−ＣＦ2ＣＦ3、−ＣＦ(ＣＦ3)2、−Ｃ(ＣＦ3)3、−ＣＦ2Ｈ、−ＣＦＨ2等である基が挙げられる。分子鎖同士を配向しやすくするためには炭素鎖長の長い基が好ましく、炭素数４以上のものがより好ましい。さらには、アルキル基の水素原子の２個以上がフッ素原子に置換されたポリフルオロアルキル基（以下、「Ｒｆ基」と記す。）が好ましく、特に炭素数４〜２０のＲｆ基が好ましく、とりわけ、炭素数６〜１２のＲｆ基が好ましい。Ｒｆ基は直鎖構造であっても分岐構造であってもよいが、直鎖構造の方が好ましい。さらに、疎水性基は、アルキル基の水素原子の実質的に全てがフッ素原子に置換されたパーフルオロアルキル基が好ましい。パーフルオロアルキル基はＣnＦ2n+1−（ただし、ｎは４〜１６の整数）で表わされる基が好ましく、特に、ｎが６〜１２の整数である場合の該基が好ましい。パーフルオロアルキル基は直鎖構造であっても分岐構造であってもよく、直鎖構造が好ましい。
【００５９】
上記材料については、特開平３−１７８４７８号公報等に詳しく記載されて周知であり、加熱状態で液体または固体と接触させたときに親液性となり、空気中で加熱すると疎液性となる性質を有する。例えば、接触媒体の選択と熱エネルギーの付与などによって臨界表面張力を変化させることができる。
【００６０】
さらに、上記疎水性基としては、フッ素原子を含まない−ＣＨ2ＣＨ3、−ＣＨ(ＣＨ3)2、−Ｃ(ＣＨ3)3等の末端構造を有する基を挙げることができる。この場合にも、分子鎖同士を配向しやすくするためには炭素鎖長の長い基が好ましく、炭素数４以上のものがより好ましい。疎水性基は直鎖構造であっても分岐構造であってもよいが、直鎖構造の方が好ましい。上記アルキル基はハロゲン原子、シアノ基、フェニル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基また炭素数１〜１２の直鎖、分岐鎖もしくは環状のアルキル基やアルコキシ基で置換されたフェニル基を含有していてもよい。Ｒの結合部位が多いほど表面エネルギーが低く（臨界表面張力が小さく）、疎液性となると考えられる。紫外線照射等によって、結合の一部が切断される、あるいは配向状態が変化するために臨界表面張力が増加し、親液性になるものと推察される。
【００６１】
側鎖に疎水性基を有する高分子材料としては、前述のようにポリイミド骨格を含む高分子化合物が好適である。ポリイミドは電気絶縁性、耐薬品性、耐熱性に優れているため、表面層の形成に使用した場合、電気絶縁性に優れ、かつ作製プロセス中において損傷を受けにくく、信頼性の高い液晶素子とすることができる。
また、後述の絶縁性・濡れ変化材料層を２種類以上の材料から構成する場合においては、耐熱性、耐溶剤性、親和性を考慮すると、側鎖に疎水性基を有する高分子材料以外の材料もポリイミドからなることが望ましい。さらに、ポリイミド材料の比誘電率は、一般に絶縁材料として周知のＳｉＯ2の比誘電率（３．９）よりも低く、絶縁膜として好適である。
【００６２】
本発明の液晶素子の場合、外部電界により光散乱状態と透明状態が制御されるので、表面層は絶縁性の高いことが素子特性の安定化および長寿命化を図る上で好ましい。つまり、表面層の材料として、絶縁機能とエネルギー付与により臨界表面張力が変化する機能を共有する絶縁性・濡れ変化材料であるものが有用である。
【００６３】
本発明においては、表面層は絶縁性と濡れ性変化以外の特性も要求されることから、少なくとも２種類の材料により構成することが好ましい。２種類以上の材料を用いることで、所望とする特性を持たせることが可能となる。
例えば、エネルギー付与により臨界表面張力が大きく変化、つまり、濡れ性が大きく変化するが成膜性に問題がある材料に、濡れ性を改善する他の材料を組み合わせて要求性能を達成することもでき、選択できる材料の種類が広がる。具体的には、第一の材料の濡れ性変化はより大きいが凝集力が強いため成膜することが困難な材料である場合に、この材料を成膜性の良い第二の材料と混合することで、上記濡れ性変化層を容易に作製することが可能となる。
図７は、第一の材料７０ａと第二の材料７０ｂからなる絶縁性・濡れ変化材料層７２を電極付基板７１上に設けた様子を示す断面模式図である。なお、電極付基板７１の電極は絶縁性・濡れ変化材料層７２側である。
【００６４】
前記絶縁性・濡れ変化材料が少なくとも２種類の材料により構成されている場合において、少なくとも２種類の材料が第一の材料と第二の材料から構成され、該第一の材料は、該第二の材料と比較してエネルギーの付与によって臨界表面張力が大きく変化する機能を有し、該第二の材料は濡れ変化以外の機能を有するとともに、前記第一の材料と第二の材料は表面層の膜厚方向にそれぞれ濃度分布を有し、最表層部における第一の材料の濃度が第二の材料の濃度よりも高いことが好適である。ここで、さらに望ましくは、最表層部における第一の材料濃度は１００％に近いことが好ましい。このようにすれば濡れ性変化機能を確実に発現することが可能となる。
図８（１）〜（５）の断面模式図に、上記第一の材料と第二の材料からなる絶縁性・濡れ変化材料層８２における各材料の濃度分布状態の例を示す。なお、８１は電極付基板を示し、電極面は絶縁性・濡れ変化材料層８２側である。
【００６５】
図８（１）に示す構造は、電極付基板８１上に第二の材料からなる層を作製した後に第一の材料からなる層を順次積層して作製することが可能である。作製方法としては、真空蒸着などの真空プロセスを用いることも可能であるし、溶剤を用いた塗布プロセスを使用することも可能である。
図８（２）に示す構造を得るためのプロセスとしては、第一の材料と第二の材料を混合した溶液を基板に塗布、乾燥する方法が挙げられる。第一の材料の極性が第二の材料と比較して小さい場合、または第一の材料の分子量が小さい場合などでは、乾燥時において溶媒が蒸発するまでの間に第一の材料が表面側に移行し層を形成するので、この挙動を利用して図８（２）のように材料の濃度分布を制御することができる。
【００６６】
なお、塗布プロセスを用いた場合は、図８（２）に示したように、第一の材料からなる層と第二の材料からなる層は、界面によって明確に分離されない場合が多いが、本発明においては、最表層部における第一の材料濃度が第二の材料濃度よりも高ければ適用可能である。
また、図８（３）、図８（４）、図８（５）に示したように、膜厚方向に対して所定の濃度分布で前記第一および第二の材料が混在し偏在していてもよい。
あるいは、絶縁性・濡れ変化材料層が３種類以上の材料から構成されている場合は、３層以上の積層構造からなっていても構わないし、層構造を持たずに膜厚方向に対して所定の濃度分布で材料が混在していてもよい。
【００６７】
前記図７および図８に示したように絶縁性・濡れ変化材料を少なくとも２種類の材料により構成することで、電気絶縁性に優れ、しかもエネルギー付与により任意の臨界表面張力に対応した臨界表面張力パターンが作製でき、材料選択性が高く、信頼性が高い液晶素子とすることができる。
【００６８】
なお、前記第二の材料が、臨界表面張力が大きく変化する第一の材料と比較して電気絶縁性の高い材料であれば、さらに絶縁性能に優れた液晶素子とすることができるが、この場合、第二と第一の組成比（第二／第一）は重量比で５０／５０〜９９／１が好ましい。例えば、第一の材料の重量比が増加するにつれ絶縁性・濡れ変化材料層の電気絶縁性が低下傾向となり、一方、第二の材料の重量比が増すと濡れ性変化が低減傾向となるため、濡れ性に基づくパターニングが良好でなくなる。このため、各材料の組成比（第二／第一）は、望ましくは重量比で６０／４０〜９５／５、さらに望ましくは７０／３０〜９０／１０である。また、本発明における絶縁性濡れ変化材料層の体積固有抵抗値は、１×１０12Ω・ｃｍ程度かそれ以上であることが好ましい。
【００６９】
本発明における、エネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料への好適なエネルギー付与方法は紫外線照射によるものである。これにより、高精細で生産性に優れる液晶素子とすることが可能になる。
【００７０】
前記のように本発明の臨界表面張力パターンの表面層は、臨界表面張力の異なる２種以上の材料からなってもよい。
２種以上の材料を用いての臨界表面張力パターンの形成方法としては、例えば、電極付基板全面に一方の材料を用いて表面層（ａ）をスピンコーティング法により形成した後、この上に所定のパターンが設けられた版を介して、他方の材料を用いフレキソ印刷法により所定の表面層（ｂ）を形成することができる。このスピンコーティング法とフレキソ印刷法の組み合わせ以外にも、ディッピング法、インクジェット法、キャスト法、バーコート法などの塗布方法を適宜組み合わせることにより所定の臨界表面張力パターンからなる表面層が形成できる。これら方法は、エネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料を用いる場合と比較すると、高精細なパターン形成時には不利であるが、パターン形成に大きなエネルギーを必要としないため、エネルギー的に有利になり低コストで生産ができるという利点がある。
【００７１】
本発明で用いられる一対の電極付基板は、少なくとも一方が、プラスチック基板であってもよく、特に、厚みが５０〜２５０μｍのプラスチック基板とすることで、軽量で可とう性に優れた液晶素子とすることができる。
プラスチック基板としては、限定するものではないがポリカーボネートまたはポリエーテルスルフォンで構成されていることが好ましい。これらの材料は可視光の透過性および耐熱性、軽量性に優れており、かかるプラスチック基板を用いて製造した液晶素子は、表示品質が高く、軽量性、生産性などの性質において優れたものとなる。
【００７２】
プラスチック基板を用いた場合には、従来厚みムラが発生しやすく、この厚みムラがあると駆動するために必要な電圧が画素により異なるという問題点があった。そのため、表示ムラの発生を防ぐ対策として駆動に必要な電圧の幅（ｏｆｆ時の電圧とｏｎ時の電圧の比）を大きく設定する必要があり表示品質が十分でなかった。
しかし、本発明の構成からなる調光層により電界に対する応答を急峻性にすることにより、駆動に必要な電圧の幅が小さくなり、プラスチック基板を用いた場合でも表示品質に優れた液晶素子を提供することが可能となる。
【００７３】
前述のように本発明の液晶素子は、エネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料を用いる場合（Ｉ）と、臨界表面張力の異なる少なくとも２種類の材料を用いる場合（ＩＩ）のいずれを選択しても製造することが可能である。（Ｉ）および（ＩＩ）それぞれの液晶素子の製造工程は下記のようである。
【００７４】
＜（Ｉ）の場合＞
工程（１）：一対の電極付基板の一方または両方に、エネルギーの付与により臨界表面張力が変化する材料を用いて表面層を形成する。
工程（２）：形成された表面層の所定領域にエネルギーを付与し、臨界表面張力の小さい領域と大きい領域からなる１次元あるいは２次元方向に規則的な臨界表面張力パターンを形成する。
工程（３）：上記一方または両方に表面層が形成された一対の電極付基板の表面層が内側となるように対向配置させて空セルを組み立てる。
工程（４）：組み立てた空セルの一対の電極付基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、液晶材料および重合開始剤を含有する高分子・液晶複合体用組成物を封入する。
工程（５）：封入された高分子・液晶複合体用組成物に対して、一対の電極付基板の一方を通して紫外線を照射し高分子相と液晶相を含む調光層を形成する。
【００７５】
上記工程（１）〜（５）を含む一連の工程により、臨界表面張力パターンが形成でき、急峻な電界応答性を有する液晶素子を生産性、再現性良く製造することができる。工程（１）の臨界表面張力を変化させるためのエネルギーの付与が、紫外線照射によるものであればさらに高精細で急峻な電界応答性を有する液晶素子を生産性良く製造することができる。
【００７６】
＜（ＩＩ）の場合＞
工程（１）：一対の電極付基板の一方または両方に、臨界表面張力の異なる少なくとも２種類の材料を用いて、臨界表面張力の小さい領域と大きい領域からなる１次元あるいは２次元方向に規則的な臨界表面張力パターンを有する表面層を形成する。
工程（２）：上記一方または両方に表面層が形成された一対の電極付基板の表面層が内側となるように対向配置させて空セルを組み立てる。
工程（３）：組み立てた空セルの一対の電極付基板間に、紫外線硬化型の高分子モノマーもしくはオリゴマー、液晶材料および重合開始剤を含有する高分子・液晶複合体用組成物を充填する。
工程（４）：封入された高分子・液晶複合体用組成物に対して、一対の電極付基板の一方を通して紫外線を照射し高分子相と液晶相を含む調光層を形成する。
【００７７】
上記工程（１）〜（４）を含む一連の工程により、エネルギー的に有利な方法で臨界表面張力パターンが形成でき、（Ｉ）の場合と同様に急峻な電界応答性を有する液晶素子を生産性、再現性良く製造することができる。
【００７８】
電極付基板の一方または両方に表面層が形成された一対の基板を所望の間隔で重ね合わせて、前記図３あるいは図４に示した構成において調光層が形成されていない状態の空のセルが作製される。このセルに、液晶・高分子複合体用の前駆体を封入し、高圧水銀ランプにより波長３６５ｎｍ中心の紫外線を全面に照射することで、液晶・高分子複合体からなる調光層が形成される。なお、３００ｎｍ以下の短波長の紫外線は、調光層の前駆体材料が分解する可能性があるためカットするのが好ましい。
【００７９】
この際、照射紫外線の吸収が極端に少ない表面層材料を使用することによって、表面部位３１、３２（図３）あるいは４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ（図４）での紫外線透過率をほぼ同等にできるので、パターン部間での調光層用前駆体への照射強度のばらつきがなくなり、高分子が重合し始めると同時に開始する高分子相と液晶相の相分離の速度を均一にすることができる。これによって、上記各表面部位の臨界表面張力の違いにより、類似構造の液晶相を含む複合体が集合した微小な部位の形成が制御される。そして、解像度の優れた複合体構造の異なるパターンを有する液晶素子とすることができる。
ここで、液晶・高分子複合体形成時の紫外線に対して、吸収が極端に少ない表面層材料を使用することはもとより、紫外線透過率をより均一にするためには表面層の層厚を３０ｎｍ〜３μｍにすることが好ましい。
【００８０】
前述のように、高分子・液晶複合体の反射率は複合体構造の大きさの影響を強く受け、基板表面層の臨界表面張力が大きい部位において構造が小さくなり、反射率が高くなる傾向がある。すなわち、臨界表面張力の異なる２つ以上の表面層のうち、臨界表面張力の比較的大きい領域の面積が広い方が、調光層の反射率を確保するためには有利である。そこで本発明者らは、臨界表面張力の比較的大きい領域と小さい領域の面積比を変化させた素子を作製して各々の反射率を評価した。その結果、臨界表面張力の比較的小さい領域が大きい領域の面積を超えなければ、調光層の反射率はほとんど低下しないことを確認した。
すなわち、臨界表面張力の小さい領域の面積が、臨界表面張力の大きい領域の面積を超えないようにすることで、調光層の散乱性を損なわずに液晶素子を製造することができ、白色表示の反射率が高く、コントラストが高く視認性の優れた液晶素子とすることができる。
【００８１】
また、一対の電極付基板の両方に表面層が設けられる場合に、該各表面層における臨界表面張力パターンの臨界表面張力が同等である領域同士を略対向するように配置構成すれば、より一層急峻な電界応答性を有する液晶素子を製造することができる。
【００８２】
前述の液晶素子を用いることによって、コントラストが高く視認性に優れることに加え、生産性良く製造することが可能な液晶表示装置とすることができる。
すなわち、本発明の液晶素子装置は、光の散乱状態と透過状態の切り替えを利用して表示を行う表示装置であり、液晶素子の散乱状態においては白色を示し、透過状態においては素子の下地の色を示すことになる。コントラストが高く視認性に優れた表示をするためには、下地の色として、光を吸収する黒色が適しているが特に制限はない。電界に対する応答性が急峻であるので、表示および書き換えの性能に優れ、さらに散乱（白色）表示時の反射率が高くて眼への負担が軽減されるので、様々な用途の表示装置としての使用が可能である。
【実施例】
【００８３】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
液晶素子の作製に先だってまず、エネルギー付与により臨界表面張力が変化する材料の臨界表面張力変化を下記実験例により評価した。
【００８４】
（実験例）
エネルギー付与により臨界表面張力が変化する高分子材料として、ポリイミド骨格にアルキル部位を有するチッソ石油化学製のＰＩＡ−Ｘ４９１を用いた。このＰＩＡ−Ｘ４９１をガラス基板上にスピンコートした後、２１０℃で焼成し成膜した試料に紫外線を照射して下記評価条件で臨界表面張力変化を評価した。なお、成膜した膜厚は約８０ｎｍである。
【００８５】
＜評価条件１＞
高圧水銀ランプを用い、２５０ｎｍの光の強度が５ｍＷ／ｃｍ2となるように光源と試料基板との距離を調整し、照射時間を変化させることにより照射量を変えて、試料（ＰＩＡ−Ｘ４９１）の水に対する接触角の変化を観測した。なお、照射量は２５０ｎｍの波長に対するものである。図９に、紫外線照射量と試料の水に対する接触角の関係を示す。
図から分るように、紫外線の未照射時には接触角が９０°を超えており、疎水性（撥水性）であることを示しているが、照射量が１０Ｊ／ｃｍ2以上では接触角が２０°程度に低下し、親水性に変化している。また、この変化を誘起するのに有効な光の波長に合わせた光源を用いることによって、照射量をさらに低減して親水性に変化させることが可能であると考えられる。
【００８６】
＜評価条件２＞
上記紫外線の照射量を９Ｊ／ｃｍ2として照射した場合と未照射の場合において、表面エネルギーの異なる数種類の液体を用いて接触角を測定した。図１０に、液体の表面張力と試料の接触角の関係を示す。
図から分るように、試料の臨界表面張力は未照射の場合に約２４ｍＮ／ｍ、紫外線照射した場合に約４０ｍＮ／ｍであることが分る。
以上の知見をもとに、以下臨界表面張力パターンの表面層を有する液晶素子を作製した。
【００８７】
（実施例１）
まず、一対の電極付基板用として、透明な電極付きガラス基板を用意し、これらの基板の電極形成面側にスピンコーティングにより、上記ＰＩＡ−Ｘ４９１（チッソ石油化学製）を膜厚約８０ｎｍで成膜した後、２１０℃で焼成した。
ＰＩＡ−Ｘ４９１を成膜した一方の基板に、遮光部と透過部の幅が共に５０μｍで構成されたストライプ状のパターン（例えば、図５（ａ））を備えた石英基板製のフォトマスクを介して、２５０ｎｍにおける光強度が５ｍＷ／ｃｍ2に制御された紫外線を３０分間照射した。照射量は、９Ｊ／ｃｍ2である。
この紫外線照射により、臨界表面張力が約４０ｍＮ／ｍの表面部位と、臨界表面張力が約２４ｍＮ／ｍの表面部位を有するストライプ状の臨界表面張力パターンからなる表面層を備えた電極付基板を作製した。ＰＩＡ−Ｘ４９１を成膜した他方の基板には上記フォトマスクを介さずに同様の条件で全面に紫外線を照射した。
【００８８】
次に、一方の基板にはアミン硬化のエポキシ樹脂を成分とするシール材をディスペンサーで塗布し、他方の基板にはイソプロピルアルコールを溶媒に用いて２２μｍ粒径の樹脂ビーズ（ギャップ材）を約１００個／ｍｍ2の密度で散布し、これら基板の表面層形成面同士が対向するように貼り合わせ、加熱硬化させて空セルを作製した。
作製した空セルに、大日本インキ化学工業（株）製のＰＮＬＣ用の液晶組成物、モノマー組成物、および重合開始剤の混合物である調光層前駆体材料（ＰＮＭ−１０１：大日本インキ化学工業製）を封入した後、高圧水銀ランプにより波長３６５ｎｍを中心とする紫外線（照射光強度５０ｍＷ／ｃｍ2）を２分間照射し、ＰＮＬＣ調光層を形成して液晶素子を作製した。
【００８９】
上記作製した液晶素子の両基板間に０Ｖ〜３０Ｖの矩形波電界を印加しながら光の透過率を測定し、最小透過率（無電界時）と最大透過率（３０Ｖ印加時）の差に対して、透過率が１０％立ち上がるときの電圧値Ｖ10および９０％立ち上がるときの電圧値Ｖ90を得て、その比（Ｖ90／Ｖ10）を算出して急峻性（γ＝Ｖ90／Ｖ10）を求めた。
さらに、図１１の模式図に示すような測定系により、電界無印加時（光散乱状態）における可視光の反射率（％）を次により算定した。これらの結果を下記表３に示す。
＜反射率の算定＞
液晶素子１１１の視認面の法線方向に受光部、すなわち受光ユニット１１２を置き、その法線から３０°傾斜させた方向の光源１１３から可視光を当てたときの受光部へ入射する反射光（反射強度）を測定し、これと同じ条件で標準白色板を用いて測定した場合の反射強度を１００％として、その反射強度比をもって反射率とした。
【００９０】
（実施例２）〜（実施例４）
実施例１においてフォトマスクの遮光部と透過部の幅を、それぞれ２０μｍ、１０μｍ、６μｍに変えた以外は全て実施例１と同様にしてストライプ状の臨界表面張力パターンからなる表面層を備えた電極付基板を作製し、実施例１と同様の手順により３種類の液晶素子を作製した。作製した各液晶素子の急峻性と反射率を実施例１と同じ条件で評価した。結果を同様に下記表３に示す。
【００９１】
（比較例１）
実施例１において両基板の表面層ともフォトマスクを用いず、臨界表面張力パターンを形成しないようにした以外は全て実施例１と同様にして表面層を備えた電極付基板を作製し、実施例１と同様の手順により液晶素子を作製した。作製した各液晶素子の急峻性と反射率を実施例１と同じ条件で評価した。結果を同様に下記表３に示す。
【００９２】
【表３】
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【００９３】
（実施例５）
実施例１と同様に、一対の電極付基板として用いる透明な電極付きガラス基板にスピンコーティングにより、ＰＩＡ−Ｘ４９１（チッソ石油化学製）を膜厚約８０ｎｍで成膜した後、２１０℃で焼成した。
成膜した基板のそれぞれに、遮光部が前記図５（ｃ）に示したような形状を備えた石英基板製のフォトマスクを介して、２５０ｎｍにおける光強度が５ｍＷ／ｃｍ2に制御された紫外線を３０分間照射（照射量：９Ｊ／ｃｍ2）した。これにより、この紫外線照射により、臨界表面張力が約４０ｍＮ／ｍの表面部位と、臨界表面張力が約２４ｍＮ／ｍの表面部位が互い違いとなっている表面層を有する一組みの基板を作製した。形成された遮光部および透過部のサイズは５〜１５μｍである。
続いて、実施例１と同様にシール剤およびギャップ材を付設した後、一対の基板における臨界表面張力の等しい領域同士が対向するように張り合わせて空セルを作製した。作製した空セルに、実施例１と同じ調光層前駆体材料を封入し同様の手順により液晶素子を作製した。作製した液晶素子の急峻性と反射率を実施例１と同じ条件で評価した。得られた液晶素子の電界応答急峻性（γ）は１．４４であり、可視光反射率は１９．５％であった。
【００９４】
（実施例６）
一対の電極付基板用として、透明な電極付きガラス基板を用意し、これらの基板の電極形成面側にスピンコーティングにより、ポリイミド骨格有するＡＬ−３０４６（ＪＳＲ製）を膜厚約６０ｎｍで成膜した。ＡＬ−３０４６が成膜された両方の基板に、さらにストライプ状のパターンを備えた印刷版を用いてＰＩＡ−Ｘ４９１（チッソ石油化学製）ポリイミド膜をフレキソ印刷法で成膜した。ＰＩＡ−Ｘ４９１の膜厚はいずれも約８０ｎｍであった。
作製した一対の基板を、実施例５と同様に表面張力が同等の領域同士を対向させて空セルを作製し、調光層材料および作製条件は実施例１と同様にして液晶素子を作製した。作製した液晶素子の急峻性と反射率を実施例１と同じ条件で評価した。
得られた液晶素子の電界応答急峻性（γ）は１．５９であり、可視光反射率は１５％であった。
【００９５】
（実施例７）
実施例５と同様にして、透明な電極付きガラス基板の電極形成面側にスピンコーティングにより、焼成後に下記式（１）ならびに下記式（２）で表される高分子構造体となる前駆体を溶解した混合溶液を塗布した後、２００℃で焼成した。この形成された層はいわゆる絶縁性・濡れ変化材料からなる絶縁性・濡れ変化材料層であり、膜厚は約８０nmで、体積固有抵抗は５×１０13Ω・ｃｍであった。
【００９６】
【化１】
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【００９７】
【化２】
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【００９８】
上記基板の両方に、遮光部が図５（ｃ）に示した形状のパターンを備えた石英基板製のフォトマスクを介して、２５０ｎｍにおける光強度が５ｍＷ／ｃｍ2に制御された紫外線を３０分間照射（照射量：９Ｊ／ｃｍ2）した。遮光部および透過部のサイズは、２０〜６０μｍである。
この紫外線照射により、臨界表面張力が約４０ｍＮ／ｍの表面部位と、臨界表面張力が約２４ｍＮ／ｍの表面部位が互い違いとなっている表面層を有する一組みの基板を作製した。そして、作製した一対の基板を表面張力が同等の領域同士を対向させて空セルを作製し、調光層材料および作製条件は実施例１と同様にして液晶素子を作製した。作製した液晶素子の急峻性と反射率を実施例１と同じ条件で評価した。
得られた液晶素子の電界応答急峻性（γ）は１．５０であり、可視光反射率は１８．０％であった。
【００９９】
上記実施例１〜７の結果から、本発明の構成とした液晶素子はいずれも急峻な電界応答特性と高い反射率を有することが分った。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明における液晶・高分子複合体の電界応答特性に対する表面層の影響を評価するために用いた液晶素子の構成を示す概略断面図である
【図２】本発明の調光層における類似構造の液晶相を含む複合体が集合した微小な部位の概念を説明するための模式図である。
【図３】本発明における微小な部位のサイズと調光層の電界応答の関連性を調べるために作製した液晶素子の概略断面図である。
【図４】本発明における一対の透明な電極付基板の両方の電極面側に表面層を設けた液晶素子の構成例を模式的に表す概略断面図である。
【図５】本発明における臨界表面張力パターンの具体的な例、（ａ）ストライプ形状、（ｂ）格子形状、（ｃ）市松模様状、（ｄ）水玉模様状を示す模式図である。
【図６】本発明における側鎖に疎水性基を有する高分子材料を説明するための概念図である。
【図７】本発明における絶縁性・濡れ変化材料層を電極付基板上に設けた様子を示す断面模式図である。
【図８】本発明における第一の材料と第二の材料がそれぞれ濃度分布をもって絶縁性・濡れ変化材料層を構成する例（１）〜（５）を示す断面模式図である。
【図９】本発明の実験例における紫外線照射量と試料の水に対する接触角の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実験例における紫外線照射量と試料の水に対する接触角の関係を示すグラフである。
【図１１】実施例において可視光の反射率を測定するために用いた測定系を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１１ａ、１１ｂ  透明な電極付基板
１２ａ、１２ｂ  表面層
１３  調光層
２０  透明な電極付基板
２１  微小な部位
２２  微小な部位
２３  調光層
２４  シール
３０ａ、３０ｂ  透明な電極付基板
３１  臨界表面張力の大きい表面部位
３２  臨界表面張力の小さい表面部位
３３ａ、３３ｂ  表面層
３４  調光層
４０ａ、４０ｂ  透明な電極付基板
４１ａ、４１ｂ  臨界表面張力の大きい表面部位
４２ａ、４２ｂ  臨界表面張力の小さい表面部位
４３ａ、４３ｂ  表面層
４４  調光層
７０ａ  第一の材料
７０ｂ  第二の材料
７１  透明な電極付基板
７２  絶縁性・濡れ変化材料層
１１０  黒色板
１１１  液晶素子
１１２  受光ユニット
１１３  光源
【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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【図１１】
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