(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を備えた一対の基板間に、液晶物質とこれをゲル化するゲル化剤とを含む光散乱性の調光層を有する液晶表示素子において、前記調光層のゾルゲル転移温度が、前記液晶物質の等方相／液晶相転移温度よりも低いものとすると共に、前記調光層を、加熱によりゲル化剤を液晶物質に溶解した液晶組成物を電界の印加条件下において室温まで冷却したもので構成したことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記ゲル化剤が、前記液晶物質に溶解し、かつ、分子間水素結合によって該液晶物質をゲル化する分子量２０００以下、好ましくは、１５０〜２０００の低分子化合物で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。
【請求項３】
前記電界が、周期電界であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記周期電界が、交流電界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表示素子。
【請求項５】
前記交流電界の４分の１周期が、ゲル化させる液晶物質の電界に対する応答時間よりも長いことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記基板の双方に配向膜が設けられ、そして、それらの配向処理の方向が平行方向からずれていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項７】
前記配向処理の方向を互いに垂直にすることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示素子。
【請求項８】
前記一対の基板のうちの表示側の基板が、ポリカーボネイト又はポリエーテルスルフォンで構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の液晶表示素子の製造方法において、あらかじめ、少なくとも一方の基板の表面に室温では液晶物質と混和しない低分子化合物で構成されるゲル化剤を配置した対向する一対の基板の間に液晶物質を注入することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項１０】
前記液晶物質を対向する一対の基板間に注入した後加熱してゲル化剤を液晶物質に溶解させ、続いて、冷却することを特徴とする請求項９に記載の液晶表示素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、電極を備えた一対の基板間に、液晶物質とこれをゲル化するゲル化剤とを含む光散乱性の調光層を有する液晶表示素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は、薄型、軽量であり、且つ、省電力性において優れているので、多くの数分野で利用されている。現在では、液晶表示素子は、陰極線管（ＣＲＴ）にとって代わる勢いで普及してきている。特に、液晶表示素子は、携帯用電子機器の表示素子として利用されて、その特徴が活かされている。液晶表示素子は、一般的には、電極を備えた対向する一対のガラス基板の間に液晶組成物からなる調光層を挟みこんだ構成となっているが、かかるガラス基板をポリマーフィルムにした場合には、軽量化や耐衝撃性が向上するために、携帯電子機器に更に向いたものとなる。
【０００３】
しかし、ポリマーフィルムを基板として作製された液晶表示素子は、何らかの外部刺激がきっかけとなって、液晶素子内に気泡が発生するという問題があった。液晶素子内における気泡の発生は、頻度においては少ないものの、ガラス基板を用いて作製された液晶表示素子においても見られることがある。このような液晶素子内において気泡が発生した部分は、液晶組成物が充填されていない状態になってしまうために、液晶表示素子として機能しなくなってしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、ネマチック液晶を使用して、高分子樹脂の網目構造もしくはカプセル構造中に液晶を配置したＴＮ型やＳＴＮ型の高分子分散型液晶デバイスが提案された。このような高分子分散型液晶デバイスは、（ａ）偏光板を使用しないので明るい画像表示ができること、（ｂ）視野角が広いこと、（ｃ）液晶の配向処理が必要でないので製造が容易であること、等の長所があるが、（イ）高分子樹脂を硬化させる際における温度や光強度に高い精度が要求されること、（ロ）高分子樹脂が硬化してしまうので欠陥の修復が不可能であること、（ハ）電圧印加時にヒステリシスを生じて中間調の表示が不可能であること、等の問題があった。
【０００５】
これらの問題を改善するために、パーフルオロアルキル基を有する低分子化合物と液晶物質とを含有するゲル状態の液晶組成物を構成要素とする液晶表示素子が提案された（特開平５−２１６０１５号公報及び特開平８−２５４６８８号公報参照）。このゲル状態の液晶組成物（以下、「液晶ゲル」という）を表示素子の製造に用いることにより、ヒステリシスを生じない表示が可能になり、かつ、ＴＮ型液晶セル並の高コントラストが実現された。しかも、液晶ゲルの網目の欠陥の修復をゾル／ゲル相転移温度以上まで加熱してその後冷却するだけの簡単な操作で行えることは、大きなメリットであった。
【０００６】
このような液晶ゲルで構成される液晶表示素子において、光散乱性が高く、しかも、明るさのムラが無い液晶ゲルを得るために、▲１▼液晶組成物をゲル化させる時の温度を精密に制御すること、▲２▼ゲル化したときに光散乱しやすい液晶物質とゲル化剤との組み合わせを選択すること、▲３▼基板に施す配向処理を工夫すること、等の解決策が考えられてきた。しかしながら、▲１▼については、効果があるが、温度条件の精密な制御が必要であるという問題があり、また、▲２▼及び▲３▼については、効果が十分でないという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
即ち、本発明は、液晶組成物をゲル化させる時の温度を精密に制御しなくても、光散乱性が高く、しかも、明るさのムラが少ない、液晶ゲルで構成される液晶表示素子を効率良く低コストで製造することができる液晶表示素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、電極を備えた一対の基板間に、液晶物質とこれをゲル化するゲル化剤とを含む光散乱性の調光層を有する液晶表示素子において、前記調光層のゾルゲル転移温度が、前記液晶物質の等方相／液晶相転移温度よりも低いものとすると共に、前記調光層を、加熱によりゲル化剤を液晶物質に溶解した液晶組成物を電界の印加条件下において室温まで冷却したもので構成したところ、液晶組成物をゲル化させる時の温度を精密に制御しなくても、散乱性が高く、しかも、明るさのムラが少ない、液晶ゲルで構成される液晶表示素子を効率良く低コストで製造することができることを見いだして本発明を完成するに至った。
【０００９】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、電極を備えた一対の基板間に、液晶物質とこれをゲル化するゲル化剤とを含む光散乱性の調光層を有する液晶表示素子において、前記調光層のゾルゲル転移温度が、前記液晶物質の等方相／液晶相転移温度よりも低いものとすると共に、前記調光層を、加熱によりゲル化剤を液晶物質に溶解した液晶組成物を電界の印加条件下において室温まで冷却したもので構成したことを特徴とする液晶表示素子である。
【００１０】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記ゲル化剤が、前記液晶物質に溶解し、かつ、分子間水素結合によって該液晶物質をゲル化する分子量２０００以下、好ましくは、１５０〜２０００の低分子化合物で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。
【００１１】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記電界が、周期電界であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれかに記載された発明において、前記周期電界が、交流電界であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に記載された発明は、請求項１〜４のいずれかに記載された発明において、前記交流電界の４分の１周期が、ゲル化させる液晶物質の電界に対する応答時間よりも長いことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６に記載された発明は、請求項１〜５のいずれかに記載された発明において、前記基板の双方に配向膜が設けられ、そして、それらの配向処理の方向が平行方向からずれていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７に記載された発明は、請求項６に記載された発明において、前記配向処理の方向を互いに垂直にすることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項８に記載された発明は、請求項１〜７のいずれかに記載された発明において、前記一対の基板のうちの表示側の基板が、ポリカーボネイト又はポリエーテルスルフォンで構成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項９に記載された発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の液晶表示素子の製造方法において、あらかじめ、少なくとも一方の基板の表面に室温では液晶物質と混和しない低分子化合物で構成されるゲル化剤を配置した対向する一対の基板の間に液晶物質を注入することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１０に記載された発明は、請求項９に記載された発明において、前記液晶物質を対向する一対の基板間に注入した後加熱してゲル化剤を液晶物質に溶解させ、続いて、冷却することを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を示す液晶表示素子の断面図である。図２は、本発明の一実施の形態を示す液晶表示素子の製造過程を示す説明図であって、（ａ）は、基板上にスペーサーを存在させた状態を示し、（ｂ）は、基板上にゲル化剤を存在させた状態を示す。図３は、本発明の一実施の形態を示す液晶表示素子の製造過程を示す説明図であって、張り合わせた一対の基板の間に液晶物質を注入した状態の断面を示す説明図である。図４は、本発明の一実施の形態を示す液晶表示素子の製造過程を示す説明図であって、加熱によりゲル化剤を液晶物質に溶解した液晶組成物を電界の印加条件下において室温まで冷却する状態を示す説明図である。図５は、液晶組成物に印加する周期電界の説明図である。図６は、液晶表示素子の光透過率を測定する個所を示す。
【００２０】
図１において、２０は、本発明の液晶表示素子である。本発明の液晶表示素子２０は、電極３，４をそれぞれ備えた一対の基板１，２の間に、液晶物質（図３における７参照）とこれをゲル化するゲル化剤（図３における１０参照）とを含む光散乱性の調光層９を有している。前記調光層９のゾルゲル転移温度は、前記液晶物質の等方相／液晶相転移温度よりも低いものとされており、そして、前記調光層９は、加熱によりゲル化剤を液晶物質に溶解した液晶組成物（図４における８参照）を電界の印加条件下において室温まで冷却したもので構成されている。本明細書においては、前記「光散乱性の調光層」は、電圧がｏｆｆの状態では光散乱性（明状態）を示し、そして、電圧がｏｎの状態では光透過性（暗明状態）を示して下地の色を表示する調光層であって、バックライトの不要な反射型液晶表示素子を構成する調光層を意味し、それ自体は、公知のものである。本明細書においては、かかる「調光層」を「光散乱性の調光層」という。図１において、５，６は、配向膜であり、１１は、スペーサーであり、そして、１２，１３は、シール部である。
【００２１】
本発明においては、このように、調光層９のゾルゲル転移温度が、前記液晶物質の等方相／液晶相転移温度よりも低いものとされ、そして、前記調光層９が、加熱によりゲル化剤を液晶物質に溶解した液晶組成物を電界の印加条件下において室温まで冷却したもので構成されているので、液晶組成物をゲル化させる時の温度を精密に制御しなくても、より散乱性が高く、しかも、明るさのムラが少ない、液晶ゲルで構成される液晶表示素子２０を効率良く低コストで製造することができる。特に、大画面の表示素子の作製においては、工業的に再現性良く散乱性が高くて均一な素子を製造することは困難であるが、前記調光層９が、加熱によりゲル化剤を液晶物質に溶解した液晶組成物を電界の印加条件下において室温まで冷却したもので構成されているので、より散乱性が高く、しかも、明るさのムラが少ない、液晶ゲルで構成される液晶表示素子２０を効率良く低コストで製造することができる。
【００２２】
本発明における「ゲル」は、三次元ネットワーク構造に溶剤が取り込まれた状態のものをさし、ゲル状態からゾル（溶液）状態へと可逆的に変化するものである。ゲル状態からゾル状態への変化が可能であれば、三次元ネットワーク構造の架橋部分の構造には限定を受けないが、その架橋構造は一般的に共有結合以外の二次的結合力によるものの場合が多い。本発明で用いるゲルのネットワーク構造は、分子間水素結合によるものであり、温度を上げることによりゲルのゾル化を引き起こすことができる。
【００２３】
本発明におけるゲル化剤は、低分子化合物で構成されている。このような低分子化合物をゲル化剤として用いると、ゲル化剤として高分子化合物を用いるものと比較して、液晶物質との相溶性が向上するので、短時間の内に低いエネルギーで液晶物質をゲル化することが可能となる。本発明でいう「低分子化合物」とは、分子量分布をもたない化合物をさす。このような低分子化合物は、好ましくは、前記液晶物質に溶解し、かつ、分子間水素結合によって該液晶物質をゲル化する分子量２０００以下、好ましくは、１５０〜２０００の低分子化合物で構成され、キラル構造を持つものが好ましい。
【００２４】
分子間水素結合が可能な分子構造上の条件は、一般的にはアミド基（−ＮＨＣＯ−）、アミノ基（−ＮＨ−）とカルボニル基（−ＣＯ−）の組み合わせを有するものが望ましい。これ以外に、カルバメート基、ウレア基、カルボキシル基、アルコキシ基、リン酸基及び水酸基などがあっても良く、これらの数、位置については限定しない。そのようなゲル化剤の中でも特に、分子間水素結合が可能な基およびアルキレン基を１分子中にそれぞれ２個以上有する化合物が望ましい。アルキレン基としては、炭素数４以上、好ましくは６〜２０の長鎖構造（分岐があっても良い）を持つ方が、液晶物質への溶解性が高い。また、ゲル化剤はキラル構造を有することが好ましい。具体的には、特開平５−２１６０１５号公報、特開平８−２５４６８８号公報、特開平１１−２１５５６号公報、及び、特開平１１−５２３４１号公報に開示されているものが使用できる。
【００２５】
本発明において用いられる液晶物質としては、従来から液晶表示素子に用いられている液晶分子、具体的にはネマティックあるいはスメクティック相を示すビフェニル系、フェニルシクロヘキサン系などの各種液晶分子を用いることができる。
【００２６】
本発明における電界は、好ましくは、周期電界である。
本発明における電界の印加は、液晶分子を動かすために行われる。ここでいう「液晶分子が動く」とは、液晶分子が電界に応答して動き続ける、即ち、動的な状態となることを意味する。加熱によりゲル化剤を液晶物質に溶解した液晶組成物（図４における８参照）を電界の印加条件下において室温まで冷却すると、液晶組成物が冷却する過程で、液晶分子が動き、光散乱性・均一性に優れたゲルを得ることができると考えられる。したがって、液晶分子が動くという条件を満たすものであれば、印加する電界の波形は限定されないが、周期電界であるとより好ましい。ここで言う周期電界とは、一定時間毎に一定の電界がかかる波形を指す。このように、電界として周期電界を用いると、液晶物質を規則的に動かすことができるので、光散乱性がより高く、しかも、明るさのムラが少なく均一な液晶表示素子２０を効率良く低コストで製造することができる。
【００２７】
前記周期電界は、好ましくは、交流電界である。
交流電界を液晶組成物に印加すると、液晶物質には一定時間毎に絶対値の等しい正負の電界がかかるので、液晶物質を規則的かつより大きく動かすことができる。本発明においては、３０〜６０Ｖで印加する交流電界が好ましい。交流電界であれは、ｓｉｎ波、矩形波、三角波等いずれの波形であっても効果があるが、図５に示すようなパルス交流電界であることが好ましい。パルス交流電界を印加すると、周期的にパルス電界が印加される時以外は電界が０の状態となり、電界方向を向くように動いた液晶物質がもとに戻る時間が短縮され、より効果的に液晶物質を動かすことができる。このように、液晶組成物に、周期電界のなかでも特に交流電界を印加すると、光散乱性がいっそう高く、しかも、明るさのムラが少ない、液晶ゲルで構成される液晶表示素子２０をより効率良く低コストで製造することができる。
【００２８】
また、液晶に印加する電界（電圧）は、使用する液晶とゲル化剤が混和した状態において、液晶分子が応答して立ちあがりはじめる電圧よりも高いことが必要である。液晶分子が立ち上がり始める電圧よりも小さい電圧であれば、電界を印加しても液晶分子が動かないので本発明における目的を達成することができない。逆に、液晶分子が立ち上がりきる電圧よりも大きい場合は、液晶分子は大きく動くことができるが、高電圧の印加によってセルが劣化したり、発熱が生じて温度制御の妨げとなる可能性がある。したがって、液晶物質に印加する電圧は、液晶分子が立ち上がりはじめる電圧から立ち上がりきる電圧の間であることが望ましい。この範囲の中で、電圧は高い方が効果的に液晶分子を動かすことができるので、液晶分子が電界方向に対して立ち上がり切る電圧の２分の１以上であればより一層好ましい。
【００２９】
前記交流電界の４分の１周期は、ゲル化させる液晶物質の電界に対する応答時間よりも長い。
交流電界の４分の１周期、即ち、電界が０から極大値あるいは極小値まで変化する時間が液晶の応答時間よりも短いと、液晶分子が電界方向に完全に立ち上がらないうちに立ち下がり始めるので、液晶分子が十分に動けなくなる。しかし、本発明のように、交流電界の４分の１周期が応答時間よりも長ければ、液晶分子は、印加された電界に応じて充分に応答することが可能となる。ただし、ここでいう「応答時間」とは、立ち上がり、立ち下がりそれぞれの時間のことであり、これらのどちらか長い方の時間よりも電界の４分の１周期が長くなるように調整すればよい。このように、前記交流電界の４分の１周期が液晶物質の電界に対する応答時間よりも長いと、光散乱性がいっそう高く、しかも、明るさのムラが少ない、液晶ゲルで構成される液晶表示素子２０をより効率良く低コストで製造することができる。
【００３０】
本発明においては、基板の双方に配向膜が設けられ、そして、それらの配向処理の方向が平行方向からずれている。
従来のゲル状液晶組成物を用いた表示素子では、液晶物質が散乱体として用いられるために、基板への配向処理は施されていなかったが、本発明者らは、基板を各種の表面物質で処理してその効果を調べたところ、基板の表面に配向処理することによって、ゲル状の液晶組成物の明るさのムラが減り均一になることを見いだした。その理由については明らかでないが、基板表面に配向処理が施されると、液晶分子がある程度規則的になろうとする力が発生するためであると推測される。基板の表面に配向処理が施されない場合には、ゲル状の液晶組成物の作製時に液晶分子が基板に対してランダムな向きに配置するので、表示面が均一にならずムラができているものと考えられる。特に、大画面の表示素子の作製においては、工業的に再現性良く均一な素子を製造することは困難であるが、基板の表面に配向処理が施されると、明るさのムラのない均一な表示素子を提供できる。また、その際、その配向処理方向を互いに非平行にすることで、液晶組成物の散乱性を上げることができる。
このように、双方の基板上に配向処理が施され、かつ、その配向処理方向が互いに平行方向からずれているので、光散乱性に優れ、明るさのムラが無く均一な液晶表示素子を得ることができる。
【００３１】
本発明においては、好ましくは、配向処理の方向が互いに垂直にされる。
液晶組成物の上下の基板に対する配向方向が平行でないと、光の透過する割合が低くなり、その結果、散乱性を高くすることができるので、上下の基板の配向方向が互いに垂直になるようにすると、より一層散乱性を上げることができる。
【００３２】
本発明においては、少なくとも表示側基板に厚み２５０μｍ以下のプラスチック基板を用いると、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量、薄型の液晶表示素子を提供することができる。従来、プラスチック基板を用いた液晶表示素子には、気泡が発生しやすいという問題点があった。気泡が発生する原因の一つに基板が押されることが挙げられる。これは可とう性の基板を使用した場合には、基本的には避けられない現象であり、特に２５０μｍ以下のフイルム基板を使用した場合は顕著である。しかし、本発明においては、両基板間にゲル状の液晶組成物が存在するため、厚み２５０μｍ以下のプラスチック基板を用いていても気泡の発生する可能性が低いという効果がある。この効果の理由は明確には判明していないが、基板内部が他の部分に比較して負圧になる時に気泡が発生することから、液体状態の調光層からゲル化した固体様の調光層となることにより、基板の変形に対する回復に調光層が追随するため、負圧になることが抑制され、気泡発生が抑制されるものと予想される。また、同じ押圧であれば、固体様となった調光層の方が表示素子としても変形しにくいことも効果をあげる要因となっていると考えられる。
【００３３】
前記一対の基板のうち表側基板は、好ましくは、透明なプラスチック基板である。このような透明なプラスチック基板は、好ましくは、ポリカーボネイト又はポリエーテルスルフォンで構成されている。このような材質で構成される２５０μｍ以下のプラスチック基板は、リターデーション、可視光の透過性、耐熱性（〜１５０℃）、基板の軽量性、厚みの点で優れているので、かかるプラスチック基板を用いて形成した液晶表示素子は、表示品質が高く、また、軽量性、可とう性、生産性等の性質において優れている。
【００３４】
本発明においては、基板にラビング処理を施すと、明るさのムラが無い液晶表示素子とすることができる。具体的には、ポリイミド、ポリビニルアルコール等の高分子膜をフレキソ印刷、スピンコート、ロールコート、シルク印刷などの手法で成膜した基板面を機械的に一定の方向にこする。ラビングには、円筒状のロールに布を巻きつけるか、又は、植毛したものを用いて、それを回転させることによって行う。布の材質は、ポリエステル、ナイロン、アクリル、レーヨン等が適している。
【００３５】
また、本発明においては、レシチンよりなる両親媒性界面活性剤、有機シランカップリング剤等の薬剤で基板表面を処理して、液晶分子の基板表面への垂直な配向や平行な配向を誘起させることができる。さらに、ＳｉＯ基板に対して斜めから蒸着することにより、基板に耐熱性の高い配向膜を形成し、明るさのムラが無い液晶表示素子とすることができる。この場合、蒸着角、蒸着速度、真空度、基板温度、膜厚等の蒸着条件、或いは、液晶材料によって、液晶分子の配向形態が変化する。特に、蒸着角は重要なパラメーターであるので、使用する材料によって最適な条件で蒸着を行う。
【００３６】
本発明の液晶表示素子は、図２、３に示されているように、あらかじめ、少なくとも一方の基板１（２）の表面に室温では液晶物質７と混和しない低分子化合物で構成されるゲル化剤１０を配置した対向する一対の基板１，２の間に液晶物質７を注入することにより製造される。そして、前記液晶表示素子の製造においては、前記液晶物質を対向する一対の基板間に注入した後加熱してゲル化剤を液晶物質に溶解させ、続いて、冷却する。
【００３７】
具体的には、図２に示されているように、基板１に電極３を形成した基板及び基板２に電極４を形成した基板をそれぞれ準備し、これらの基板の電極３，４を形成した側の表面に配向膜５，６を形成する。そして、図２（ｂ）に示すように、前記電極３を形成した基板を下側の基板１とし、その基板１の表面、即ち、配向膜５の表面にゲル化剤１０を溶剤に溶かし、これを前記下側の基板の表面、即ち、配向膜５の表面に塗布する。この際、図３に示されているように、後で形成するシール部１２、１３にゲル化剤が接しないようにする。次に、図２（ａ）に示すように、この電極４を形成した基板２を上側の基板２とし、その基板２の表面、即ち、配向膜６の表面にスペーサー分散液をスピンコート機により散布し乾燥させて、スペーサー１１を配置する。
【００３８】
そして、図３に示されているように、上側の基板２及び下側の基板１を接着させるためのシール剤を下側の基板１の表面に塗布してシール部１２，１３を形成し、上側の基板２及び下側の基板１を互いの配向処理方向が垂直をなすように貼り合わせて固定・硬化してセルを形成し、このセルを液晶注入用真空装置に移し、例えば、０．００２Ｔｏｒｒまで減圧した後、液晶皿にセルの液晶物質の注入口を付けてセル外部を常圧に戻して、調光層における液晶物質７のゲル化剤１０によるゾルゲル転移温度（例えば、下記の実施例１では、４７℃）が、前記液晶物質７の等方相／液晶相転移温度（例えば、下記の実施例１では、８３℃）よりも低いものとする液晶物質７をセル中に導入し、注入部分を封止材で塞ぐ。
次に、図４に示すように、前記液晶物質７を、例えば、１２０℃まで加熱して前記ゲル化剤１０を液晶物質７に溶かして液晶組成物８とした後、セルの上側の基板２及び下側の基板１の間に、例えば、周波数が１Ｈｚの周期電界を印加しながら１２０℃から毎分０．１℃の冷却速度で室温まで冷却することにより、図１に示す、調光層９がゲル状の液晶組成物からなる液晶表示素子２０を得る。図４において、１４は電圧計である。
【００３９】
一般的に、基板面への液晶の導入は、両基板間への減圧注入が顕著に使用されている方式である。本発明においては、ゲル化剤が液晶組成物中に存在していることが前提であるため、液晶表示素子の使用温度範囲においては液晶組成物がゲル化していることが望ましい。したがって、本発明における液晶組成物を常温で基板間に減圧注入することはできない。ゲル化している液晶組成物をゾル温度以上まで熱して液体状態とすることによって減圧注入が可能となるが、この場合には注入が終了するまではゾル状態を保つ必要があるため、注入皿、基板などを加熱しておく必要がある。このような操作はエネルギー的に不利であり、加熱装置等が必要となる上に、その制御も複雑となり、生産性を下げる要因となる。したがって、液晶を注入するより先にあらかじめ基板上にゲル化剤を配置するという手順にすれば、減圧注入時の加熱を必要とせず、従来の装置がそのまま使用でき、煩雑な温度制御も不要となる。また、ゲル化剤が、液晶を基板間に注入する温度で液晶と混和するものであると、基板間に配置したゲル化剤によって液晶の注入と同時にゲル化が開始してしまい、注入の妨げとなったり、ゲル化剤が液晶の注入とともに移動して、ゲル化剤の濃度が基板上で不均一になる可能性がある。そのような場合に作製された表示素子では、均一な表示ができなくなる。この現象を防ぐために、液晶を注入する温度において混和が起こらない液晶とゲル化剤の組み合わせを選ぶことが必要である。
【００４０】
本発明においては、液晶注入が完了してから加熱処理をしてゲル化剤を液晶に混和させた後に冷却することにより、表示不良の少ない液晶表示素子を製造することができる。液晶物質にゲル化剤を溶解したものを加熱すると、均一な等方性溶液となる。これを冷却することにより、光学的に異方性のゲル状の液晶組成物を得ることができる。ネットワーク構造を持つことにより、液晶組成物は長期安定性により優れたものとなる。したがって、液晶の注入が完了した後は、ゲル化剤が液晶に溶解するように、温度を一旦ゾルゲル転移点以上になるまで加熱してからゲル化点以下まで冷却することにより、短時間で、表示不良の少ない液晶表示素子を提供することができる。作製したゲル状の液晶は、水素結合性のネットワーク構造を持つので、熱などの刺激に応じて結合が切れたりネットワークを形成したりするという構造変化を可逆的に起こさせることが可能である。即ち、ゲル状の液晶組成物を再度加熱することにより等方性溶液に戻り、再度冷却することで液晶ゲルが得られるので、表示欠陥を修復することが可能である。また、本発明で作製されるゲル状の液晶組成物は、電界の強度の変化に応じて配向が変化し、明確な電界応答性を示す。
【００４１】
【実施例】
以下、実施例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００４２】
（実施例１）
（１）３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス板にＩＴＯよりなる電極を形成した基板を２枚準備し、これらの基板の電極を形成した側の表面にポリイミド膜をフレキソ印刷法により形成した後、ナイロンを巻きつけた円筒状ロールを用いてラビング処理を施すことにより配向膜を形成した。そして、前記配向膜を形成した基板の一方を下側の基板とし、その基板の表面に、次の式、
【化１】
0003899283.tif 000002
で示されるゲル化剤の溶液を塗布した。この時、ゲル化剤の溶液は、シール部を設ける部分に接しないように塗布した［図２（ｂ）参照］。次に、前記配向膜を形成した基板の他方を上側の基板とし、その基板の表面に、スペーサー分散液をスピンコート機により散布し乾燥させて、スペーサーを配置した［図２（ａ）参照］。
（２）上側の基板及び下側の基板を接着させるためのシール剤を下側の基板の両端近傍の表面に塗布してシール部を形成した。そして、上側の基板及び下側の基板を互いの配向処理方向が垂直になるように貼り合わせて固定・硬化してセルを形成し、このセルを液晶注入用真空装置に移して０．００２Ｔｏｒｒまで減圧した後、液晶皿にセルの液晶物質の注入口を付けてセル外部を常圧に戻し、続いて、等方相／液晶相転移点が８３℃であって、且つ、前記ゲル化剤によるゾルゲル転移温度がおおむね４７℃である液晶物質をセル中に導入し、注入部分を封止材で塞いだ［図３参照］。
（３）前記液晶物質を１２０℃まで加熱し、前記ゲル化剤を液晶物質に溶かして液晶組成物とした後、セルの上側の基板及び下側の間に周波数が１Ｈｚの周期電界を印加しながら１２０℃から毎分０．１℃の冷却速度で室温まで冷却して、調光層がゲル状の液晶組成物からなる液晶表示素子を得た［図４参照］。
このようにして得られた液晶表示素子は、可視光に対して散乱性を示し、その表面に肉眼で確認できる明るさのムラは無く均一であった。また、この液晶表示素子の表面のうち、図６に示す９点の光透過率を測定したところ、前記９点の透過率は平均３７．６％であり、標準偏差：σ＝１．１３であった。但し、前記数値は、液晶を注入していないセルの透過率を基準とした値である。そして、上記の手順で作製した液晶表示素子に、１ｋＨｚの交流電界を印加したところ、液晶が正常に作動することが確認できた。
【００４３】
（実施例２）
（１）３．５ｃｍ×３．５ｃｍのポリエーテルサルフォンシート（ＰＥＳ：住友ベークライト製、厚み１５０μｍ）にＩＴＯよりなる電極を形成した基板を２枚準備し、これらの基板の電極を形成した側の表面にポリイミド膜をフレキソ印刷法により形成した後、ナイロンを巻きつけた円筒状ロールを用いてラビング処理を施すことにより配向膜を形成した。そして、前記配向膜を形成した基板の一方を下側の基板とし、その基板の表面に、次の式、
【化２】
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で示されるゲル化剤の溶液を塗布した。この時、ゲル化剤の溶液は、シール部を設ける部分に接しないように塗布した［図２（ｂ）参照］。次に、前記配向膜を形成した基板の他方を上側の基板とし、その基板の表面に、スペーサー分散液をスピンコート機により散布し乾燥させて、スペーサーを配置した［図２（ａ）参照］。
（２）上側の基板及び下側の基板を接着させるためのシール剤を下側の基板の両端近傍の表面に塗布してシール部を形成した。そして、上側の基板及び下側の基板を互いの配向処理方向が垂直になるように貼り合わせて固定・硬化してセルを形成し、このセルを液晶注入用真空装置に移して０．００２Ｔｏｒｒまで減圧した後、液晶皿にセルの液晶物質の注入口を付けてセル外部を常圧に戻し、続いて、等方相／液晶相転移点が８３℃であって、且つ、前記ゲル化剤によるゾルゲル転移温度がおおむね５７℃である液晶物質をセル中に導入し、注入部分を封止材で塞いだ［図３参照］。
（３）前記液晶物質を１２０℃まで加熱し、前記ゲル化剤を液晶物質に溶かして液晶組成物とした後、セルの上側の基板及び下側の間に周波数が１Ｈｚの周期電界を印加しながら１２０℃から毎分０．１℃の冷却速度で室温まで冷却して、調光層がゲル状の液晶組成物からなる液晶表示素子を得た［図４参照］。
このようにして得られた液晶表示素子は、可視光に対して散乱性を示し、その表面に肉眼で確認できる明るさのムラは無く均一であった。また、この液晶表示素子の表面のうち、図６に示す９点の光透過率を測定したところ、前記９点の透過率は平均１９．８％であり、標準偏差：σ＝１．１３であった。但し、前記数値は、液晶を注入していないセルの透過率を基準とした値である。そして、上記の手順で作製した液晶表示素子に、１ｋＨｚの交流電界を印加したところ、液晶が正常に作動することが確認できた。
【００４４】
（比較例１）
セルの形成時に上下の基板の配向処理方向が互いに平行となるようにすること以外は、実施例１と同様の方法で液晶表示素子セルを作製した。
得られた液晶表示素子は、可視光に対して散乱性を示し、明るさのムラが無く均一であったものの、実施例１のセルと比較すると、散乱性が劣ることが肉眼で確認できた。また、得られた液晶表示素子の光透過率を実施例１と同様にして測定したところ、９点の平均透過率は４８．７％であり、標準偏差：σ＝１．０６であった。
【００４５】
（比較例２）
セルの形成時に上下の基板の配向処理方向が互いに平行となるようにすることと、及び、セルの冷却時には電界を印加せずに毎分０．１℃ずつ冷却すること、以外は実施例１と同様の方法で液晶表示素子セルを作製した。
得られた液晶表示素子は、その表面に明るさのムラが肉眼で確認されるものであり、また、散乱性も実施例１の素子よりも著しく劣るものであった。さらに、得られた液晶表示素子の透過率を実施例１と同様にして測定したところ、９点の平均透過率は７２．７％であり、標準偏差：σ＝６．５であった。
【００４６】
（比較例３）
セルの形成時に上下の基板の配向処理方向が互いに平行となるようにすること以外は、実施例２と同様の方法で液晶表示素子セルを作製した。
得られた素子は、その表面にはっきりとした明るさのムラが肉眼で確認できるものであったが、散乱性は実施例のセルと同様のものであった。また、得られた液晶表示素子の透過率を実施例１と同様にして測定したところ、９点の平均透過率は、４１．７％であり、標準偏差σ：＝６．２４であった。
【００４７】
【発明の効果】
（１）請求項１、２に記載された発明によれば、電極を備えた一対の基板間に、液晶物質とこれをゲル化するゲル化剤とを含む光散乱性の調光層を有する液晶表示素子において、前記調光層のゾルゲル転移温度が、前記液晶物質の等方相／液晶相転移温度よりも低いものとすると共に、前記調光層を、加熱によりゲル化剤を液晶物質に溶解した液晶組成物を電界の印加条件下において室温まで冷却したもので構成したので、液晶組成物をゲル化させる時の温度を精密に制御しなくても、より散乱性が高く、しかも、明るさのムラが少ない、液晶ゲルで構成される液晶表示素子を効率良く低コストで製造することができる。特に、大画面の表示素子の作製においては、工業的に再現性良く散乱性が高くて均一な素子を製造することは困難であるが、前記調光層が、加熱によりゲル化剤を液晶物質に溶解した液晶組成物を電界の印加条件下において室温まで冷却したもので構成されているので、より散乱性が高く、しかも、明るさのムラが少ない、液晶ゲルで構成される液晶表示素子を効率良く低コストで製造することができる。
【００４８】
（２）請求項３に記載された発明によれば、電界が周期電界であるので、液晶物質を規則的に動かすことができ、そのために、光散乱性がより高く、しかも、明るさのムラが少なく均一な液晶表示素子を効率良く低コストで製造することができる。
【００４９】
（３）請求項４に記載された発明によれば、周期電界が交流電界であるので、液晶物質を規則的にかつより大きく動かすことができ、そのために、光散乱性がいっそう高く、しかも、明るさのムラが少ない、液晶ゲルで構成される液晶表示素子をより効率良く低コストで製造することができる。
【００５０】
（４）請求項５に記載された発明によれば、交流電界の４分の１周期が液晶物質の電界に対する応答時間よりも長いと、光散乱性がいっそう高く、しかも、明るさのムラが少ない、液晶ゲルで構成される液晶表示素子をより効率良く低コストで製造することができる。
【００５１】
（５）請求項６に記載された発明によれば、基板の双方に配向処理が施され、かつ、それらの配向処理の方向が平行方向からずれているので、光散乱性に優れ、明るさのムラが無く均一な液晶表示素子を得ることができる。
【００５２】
（６）請求項７に記載された発明によれば、配向処理の方向を互いに垂直にするので、より一層散乱性を上げることができる。
【００５３】
（７）請求項８に記載された発明によれば、前記プラスチック基板が、ポリカーボネイト又はポリエーテルスルフォンで構成されているので、リターデーション、可視光の透過性、耐熱性（〜１５０℃）、基板の軽量性、厚みの点で優れており、そのために、かかるプラスチック基板を用いて形成した液晶表示素子は、表示品質が高く、また、軽量性、可とう性、生産性等の性質において優れている。
【００５４】
（８）請求項９，１０に記載された発明によれば、液晶組成物をゲル化させる時の温度を精密に制御しなくても、より散乱性が高く、しかも、明るさのムラが少ない、液晶ゲルで構成される液晶表示素子を効率良く低コストで製造することができる。特に、大画面の表示素子の製造においては、工業的に再現性良く散乱性が高くて均一な素子を製造することは困難であるが、前記調光層が、加熱によりゲル化剤を液晶物質に溶解した液晶組成物を電界の印加条件下において室温まで冷却したもので構成されているので、より散乱性が高く、しかも、明るさのムラが少ない、液晶ゲルで構成される液晶表示素子を効率良く低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す液晶表示素子の断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す液晶表示素子の製造過程を示す説明図であって、（ａ）は、基板上にスペーサーを存在させた状態を示し、（ｂ）は、基板上にゲル化剤を存在させた状態を示す。
【図３】本発明の一実施の形態を示す液晶表示素子の製造過程を示す説明図であって、張り合わせた一対の基板の間に液晶物質を注入した状態の断面を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態を示す液晶表示素子の製造過程を示す説明図であって、加熱によりゲル化剤を液晶物質に溶解した液晶組成物を電界の印加条件下において室温まで冷却する状態を示す説明図である。
【図５】液晶組成物に印加する周期電界の説明図である。
【図６】液晶表示素子の光透過率を測定する個所を示す。
【符号の説明】
１  基板（下側）
２  基板（上側）
３，４  電極
５，６  配向膜
７  液晶物質
８  液晶組成物
９  調光層
１０  ゲル化剤
１１  スペーサー
１２，１３  シール部
１４  電圧計
２０  液晶表示素子
【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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