(57)【要約】【課題】  本発明は、単安定性を示す強誘電性液晶を用いた液晶表示素子であって、より低電圧で駆動が可能な液晶表示素子を提供することを主目的とする。【解決手段】本発明は、第１基材と、上記第１基材上に形成された第１電極層と、上記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１基板、および、第２基材と、上記第２基材上に形成された第２電極層と、上記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２基板を、上記第１配向層と上記第２配向層とが対向するように配置し、上記第１配向層と上記第２配向層との間に強誘電性液晶を含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子であって、上記液晶層において上記強誘電性液晶が単安定性を示し、かつ、上記強誘電性液晶の自発分極の方向が、上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いていることを特徴とする液晶表示素子を提供することにより上記課題を達成するものである。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基材と、前記第１基材上に形成された第１電極層と、前記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１基板、および、第２基材と、前記第２基材上に形成された第２電極層と、前記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２基板を、前記第１配向層と前記第２配向層とが対向するように配置し、前記第１配向層と前記第２配向層との間に強誘電性液晶を含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子であって、
前記液晶層において前記強誘電性液晶が単安定性を示し、かつ、前記強誘電性液晶の自発分極の方向が、前記第１配向層と前記第２配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いていることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記液晶層に活性放射線硬化性モノマーの重合物が含まれ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】
前記第１配向層および前記第２配向層の構成材料が互いに異なる組成を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記第１配向層および前記第２配向層の少なくとも一方が、配向膜と、前記配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶膜とからなることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記第１配向層または前記第２配向層が、光配向膜を有すること特徴とする請求項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。
【請求項６】
前記光配向膜の構成材料が、光反応を生じることにより前記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前記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を含む光異性化型の材料であることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示素子。
【請求項７】
前記強誘電性液晶が、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６までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項８】
薄膜トランジスタ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。
【請求項９】
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ものであることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項１０】
第１基材と、前記第１基材上に形成された第１電極層と、前記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１基板、および、第２基材と、前記第２基材上に形成された第２電極層と、前記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２基板を、前記第１配向層と前記第２配向層とが対向するように配置し、前記第１配向層と前記第２配向層との間に強誘電性液晶を含む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、
前記第１配向層と前記第２配向層との間に、単安定性を有する前記強誘電性液晶と活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する液晶封入工程と、
前記液晶封入工程前または後に前記強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上に加温し、封入された前記強誘電性液晶を冷却する第１配向工程と、
前記第１配向工程後、前記強誘電性液晶に、自発分極の向きが前記第１配向層と前記第２配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま前記強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上に加温して冷却する第２配向工程と、
前記強誘電液晶がカイラルスメクチックＣ相の状態で前記活性放射線硬化性モノマーを重合する重合工程とを有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項１１】
前記重合工程が、前記第１基板および前記第２基板間に電圧を印加した状態で前記活性放射線硬化性モノマーを重合することを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電性液晶の配向を制御した液晶表示素子であって、駆動電圧の低い液晶表示素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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無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、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。
【０００４】
近年、電圧無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１参照）。このような単安定性を示す液晶としては、一般に、降温過程においてコレステリック相（Ｃｈ）−カイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ＊）相と相変化し、スメクチックＡ（ＳｍＡ）相を経由しない強誘電性液晶が用いられる（図５上段）。
【０００５】
一方、強誘電性液晶としては、降温過程においてコレステリック相（Ｃｈ）−スメクチックＡ（ＳｍＡ）相−カイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ＊）相と相変化し、ＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相を示す液晶材料がある。現在報告されている強誘電性液晶の中では、前者のＳｍＡ相を経由しない液晶材料に比べて、後者のＳｍＡ相を経由する相系列を持つ液晶材料が大半である。後者のＳｍＡ相を経由する相系列を持つ強誘電性液晶は、通常、１層法線に対して二つの安定状態を有し（図５下段）、双安定性を示すことが知られている。
【０００６】
ここで、上記強誘電性液晶は強誘電性液層は高速応答性を有するため、近年、活発に研究が行われている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を実現するのに適した材料として期待されている。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ーを用いなくてすむので、明るく高精細なカラー表示が可能となる点で有用である。
【０００７】
このような状況下、フィールドシーケンシャルカラー方式を採用した液晶表示素子においては、より低電圧で駆動できる省電力性に優れた液晶表示素子が望まれており、従来よりも低電圧で駆動できる強誘電性液晶の配列状態を実現することが望まれている。
【０００８】
【非特許文献１】NONAKA, T., LI, J., OGAWA, A., HORNUNG, B., SCHMIDT, W., WINGEN, R., and DUBAL, H., 1999, Liq. Cryst., 26, 1599.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、単安定性を示す強誘電性液晶を用いた液晶表示素子であって、より低電圧で駆動することが可能な液晶表示素子を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、第１基材と、上記第１基材上に形成された第１電極層と、上記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１基板、および、第２基材と、上記第２基材上に形成された第２電極層と、上記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２基板を、上記第１配向層と上記第２配向層とが対向するように配置し、上記第１配向層と上記第２配向層との間に強誘電性液晶を含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子であって、
上記液晶層において上記強誘電性液晶が単安定性を示し、かつ、上記強誘電性液晶の自発分極の方向が、上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いていることを特徴とする液晶表示素子を提供する。
【００１１】
本発明によれば、上記液晶層において上記強誘電性液晶の自発分極の方向が、上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いていることにより、上記強誘電性液晶をより低い電圧で駆動することができる。また、本発明によれば上記液晶層において上記強誘電性液晶が単安定性を示すことから、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が可能となる。したがって、本発明によれば応答速度が速く、かつ、省電力で駆動することが可能な液晶表示素子を得ることができる。
【００１２】
上記発明においては、上記液晶層に活性放射線硬化性モノマーの重合物が含まれていても良い。上記液晶層に活性放射線硬化性モノマーの重合物が含まれることにより、自発分極の方向が上記基準方向に対して反対方向に向いた状態で、強誘電性液晶の配列をより安定化することができるからである。
【００１３】
また本発明においては、上記第１配向層および上記第２配向層の構成材料が互いに異なる組成を有することが好ましい。第１配向層および第２配向層が、強誘電性液晶を挟んで互いに異なる組成の材料で構成されることにより、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、良好な配向状態が得られるからである。
【００１４】
さらに本発明においては、上記第１配向層および上記第２配向層の少なくとも一方が、配向膜と、上記配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶膜とからなるものであっても良い。このような配向層によれば、上記反応性液晶が上記配向膜により配向しており、その配向状態が固定化されているので、反応性液晶膜は強誘電性液晶を配向させる配向膜として機能することができるからである。また、上記反応性液晶は、強誘電性液晶と構造が比較的類似していることから、強誘電性液晶との相互作用が強く、配向膜のみを用いた場合よりも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。
【００１５】
また本発明においては、上記第１配向層および第２配向層が、光配向膜を有することが好ましい。光配向膜を形成する際の光配向処理は、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。
【００１６】
さらに上記発明においては、上記光配向膜の構成材料が、光反応を生じることにより上記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上記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を含む光異性化型の材料であることが好ましい。このような材料を用いることにより、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。
【００１７】
また本発明においては、上記強誘電性液晶が、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。単安定性を示し、相系列にスメクチックＡ相を持たない強誘電性液晶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からである。
【００１８】
また、本発明の液晶表示素子は、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り駆動させることが好ましい。ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため高品質なディスプレイが可能となるからである。さらに、一方の基板上にＴＦＴ素子をマトリックス状に配置してなるＴＦＴ基板と、他方の基板上の表示部全域に共通電極を形成してなる共通電極基板とを組み合わせ、上記共通電極基板の共通電極と基板との間にＴＦＴ素子のマトリックス配置させたマイクロカラーフィルタを形成し、カラーの液晶表示素子として用いることもできる。
【００１９】
また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ものであることが好ましい。上記強誘電性液晶は単安定性を示すので階調表示が可能であり、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、低消費電力かつ低コストで、視野角が広く、明るく高精細なカラー動画表示を実現できるからである。
【００２０】
さらに本発明は、第１基材と、上記第１基材上に形成された第１電極層と、上記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１基板、および、第２基材と、上記第２基材上に形成された第２電極層と、上記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２基板を、上記第１配向層と上記第２配向層とが対向するように配置し、上記第１配向層と上記第２配向層との間に強誘電性液晶を含む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、
上記第１配向層と上記第２配向層との間に、単安定性を有する上記強誘電性液晶と活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する液晶封入工程と、
上記液晶封入工程前または後に上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上に加温し、封入された上記強誘電性液晶を冷却する第１配向工程と、
上記第１配向工程後、上記強誘電性液晶に、自発分極の向きが上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上に加温して冷却する第２配向工程と、
上記強誘電液晶がカイラルスメクチックＣ相の状態で上記活性放射線硬化性モノマーを重合する重合工程とを有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法を提供する。
【００２１】
本発明によれば、上記強誘電性液晶がカイラルスメクチックＣ相の状態で上記活性放射線硬化性モノマーを重合することにより、液晶層において自発分極の方向が上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いた状態で強誘電性液晶が単安定化している液晶表示素子を容易に製造することができる。
【００２２】
上記発明においては、上記重合工程が、上記第１基板および上記第２基板間に電圧を印加した状態で上記活性放射線硬化性モノマーを重合することが好ましい。上記第１基板および上記第２基板間に電圧を印加した状態で、上記活性放射線硬化性モノマーを重合することにより、上記強誘電性液晶が単安定化した液晶層を形成しやすくなるからである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、単安定性を示す強誘電性液晶を用いた液晶表示素子であって、より低電圧で駆動が可能な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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の液晶表示素子およびその製造方法について詳細に説明する。
【００２５】
Ａ．液晶表示素子
まず、本発明の液晶表示素子について説明する。
本発明の液晶表示素子は、第１基材と、上記第１基材上に形成された第１電極層と、上記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１基板、および、第２基材と、上記第２基材上に形成された第２電極層と、上記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２基板を、上記第１配向層と上記第２配向層とが対向するように配置し、上記第１配向層と上記第２配向層との間に強誘電性液晶を含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子であって、
上記液晶層において上記強誘電性液晶が単安定性を示し、かつ、上記強誘電性液晶の自発分極の方向が、上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いていることを特徴とするものである。
【００２６】
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断面図である。図１に例示すように本発明の液晶表示素子１０は、第１基材１ａ上に第１電極層２ａおよび第１配向層３ａが順に形成された第１基板１１と、第２基材１ｂ上に第２電極層２ｂおよび第２配向層３ｂが順に形成された第２基板１２とが対向しており、第１基板１１の第１配向層３ａと第２基板１２の第２配向層３ｂとの間に強誘電性液晶を含む液晶層５が挟持された構成を有している。また、図１に例示するように本発明の液晶表示素子は偏光板６ａ、６ｂを有していても良い。
【００２７】
本発明は、上記液晶層において上記強誘電性液晶が単安定性を示し、かつ、上記強誘電性液晶の自発分極の方向が、上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いていることを特徴とするものである。
【００２８】
本発明において、「単安定性を示す」とは、電圧無印加時の強誘電性液晶の状態がひとつの状態で安定化している状態をいう。具体的に説明すると、図２に例示するように、強誘電性液晶８は層法線ｚに対しチルト角±θだけ傾く二つの状態間をコーン上に動作することができるが、電圧無印加時に強誘電性液晶８が上記コーン上のいずれかひとつの状態で安定化している状態をいう。
【００２９】
本発明は、上記液晶層において上記強誘電性液晶の自発分極の方向が、上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いていることを特徴としている。本発明における「基準方向」は、第１配向層と、第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持した際の強誘電性液晶の自発分極の方向であって、上記第１配向層および上記第２配向層間に電圧を印加しない状態における上記自発分極の方向をいう。このような基準方向は、上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される。
【００３０】
次に本発明における「基準方向」について図を参照しながら具体的に説明する。
図３は、第１配向層３ａと第２配向層３ｂとに挟持された液晶層中の強誘電性液晶の配列状態を例示する模式図である。本発明における第１配向層３ａおよび第２配向層３ｂは、それぞれを構成する材料に応じて異なる極性を有するが、図３においては、例示として第２配向層３ｂの方が第１配向層よりも相対的に正の極性が大きいものとする。このような場合において、第１配向層３ａと第２配向層３ｂとの間に電圧を印加しない場合、第１配向層３ａと第２配向層３ｂとの間に存在する強誘電性液晶８は、分子の正極が第１配向層３ａの方向に向くように配列する（図３（ａ））。上記自発分極の方向がこのような方向になるのは、上記自発分極Ｐｓの方向が、強誘電性液晶の分極と配向層の分極とが電気的につり合う方向になるため、強誘電性液晶８が電気的に安定な状態になるからである。
【００３１】
本発明においては、図３（ａ）に示すように、第１配向層と、第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持した際に、上記第１配向層および上記第２配向層間に電圧が印加されていない状態において上記自発分極の方向が示す方向を「基準方向」と定義する。
【００３２】
本発明においては上記自発分極の方向が、上記基準方向に対して反対方向に向いている。このような強誘電性液晶の配列状態について、上記図３に示した例を用いて具体的に説明する。図３（ｂ）は、本発明における強誘電性液晶の配列状態を例示する模式図である。図３（ｂ）において、第１配向層３ａと第２配向層３ｂとの間に存在する強誘電性液晶８が、分子の正極が第２配向層３ｂの方向に向くように配列している。このような場合、強誘電性液晶の自発分極の方向Ｐｓは、上述した基準方向（図３（ａ）に示す強誘電性液晶の自発分極Ｐｓの方向）に対して反対方向に向くことになる。
【００３３】
本発明における強誘電性液晶の自発分極の方向は、図３（ｂ）に示すように、上記基準方向に対して反対方向に向いていることを特徴とするものである。
【００３４】
なお、自発分極の方向が上記基準方向に対して反対方向を向く場合、上記自発分極Ｐｓの方向が強誘電性液晶の分極と、配向層の分極とが電気的に反発する方向になるため、強誘電性液晶は相対的に電気的に不安定な状態になる。
【００３５】
次に、任意の液晶表示素子における強誘電性液晶の自発分極が、上記基準方向を向いているか、または、上記基準方向に対して反対方向に向いているかを調べる方法について説明する。
【００３６】
任意の液晶表示素子（以下、被評価液晶表示素子と称する。）における強誘電性液晶の自発分極の向きは、被評価液晶表示素子に対して強誘電性液晶の再配向処理を行い、上記再配向処理前後の強誘電性液晶が駆動する電界の向き（以下、液晶駆動電界方向と称する。）を比較することにより調べることができる。
具体的には、被評価液晶表示素子の液晶層に含まれる強誘電性液晶のネマチック相−等方相転移温度より１０℃〜２０℃高い温度まで被評価液晶表示素子を加温し、その後、電界をかけずにゆっくりと冷却して常温に戻すことにより強誘電性液晶の再配向処理を行う。このような再配向処理を実施することにより、液晶駆動電界方向が反転する場合は、被評価液晶表示素子における強誘電性液晶の自発分極が、上記基準方向に対して反対方向を向いていることになる。一方、上記再配向処理により液晶駆動電界方向が変化しない場合は、被評価液晶表示素子における強誘電性液晶の自発分極が上記基準方向に向いていることになる。
【００３７】
次に、上記液晶駆動電界方向の評価方法について説明する。
まず、再配向処理前の液晶駆動電界方向の評価方法について説明する。再配向処理前の液晶駆動電界方向は、被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した２枚の偏光板の間に配置し、電界を印加しないで暗状態とした後、この状態で被評価液晶表示素子に電界を印加することにより評価する。電界を印加することにより、強誘電性液晶が２θ±５°駆動し、明状態となる場合の電界の方向が再配向処理前の液晶駆動電界方向となる。ここで、被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した２枚の偏光板の間に配置し、暗状態とする際に、被評価液晶表示素子を回転することによって透過光の強度が変化する場合には、最も透過光の強度が小さくなる状態とする。また、上記θは、図８に示すように、強誘電性液晶の層法線ｚと配向層の配列処理方向ｄとがなす角度をいう。
【００３８】
次に、再配向処理後の液晶駆動電界方向の評価方法について説明する。再配向処理後の液晶駆動電界方向は、上記再配向処理を実施した被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した２枚の偏光板の間に配置し、電界を印加しないで暗状態とした後、この状態で被評価液晶表示素子に電界を印加することにより評価する。電界を印加することにより、強誘電性液晶が２θ±５°駆動し、被評価液晶表示素子の表示面積の５１％以上が明状態となる場合の電界の方向が、再配向処理後の液晶駆動電界方向となる。
ここで、上記再配向処理を実施した被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した２枚の偏光板の間に配置し、暗状態とする際に、被評価液晶表示素子を回転することによって透過光の強度が変化する場合には、最も透過光の強度が小さい状態とする。また、電界を印加することにより被評価液晶表示素子の表示面積の５１％以上が明状態となることの確認方法としては、例えば電界印加時の被評価液晶表示素子の表示状態を偏光顕微鏡で観察することにより、白黒（明暗）表示の白・黒の面積を求め、明状態の比率を算出することにより確認することができる。
【００３９】
次に、上記「暗状態」および上記「明状態」について説明する。例えば図１に示すように、第１基板１１および第２基板１２の外側に偏光板６ａおよび６ｂを設け、偏光板６ａ側から光が入射し、偏光板６ｂ側から光が出射するものとする。２枚の偏光板６ａおよび６ｂは、それぞれの偏光軸が略垂直に、かつ、偏光板６ａの偏光軸と第１配向膜３ａの配向処理方向（強誘電性液晶の配向方向）とが略平行になるように配置されている。
電圧無印加状態では、偏光板６ａを透過した直線偏光と強誘電性液晶の配向方向とが一致するため、強誘電性液晶の屈折率異方性が発現されず、偏光板６ａを透過した直線偏光はそのまま液晶層５を通過し、偏光板６ｂにより遮断される。
一方、電圧印加状態では、強誘電性液晶がコーン上を移動し、偏光板６ａを透過した直線偏光と強誘電性液晶の配向方向とが所定の角度を持つようになるため、偏光板６ａを透過した直線偏光は強誘電性液晶の複屈折により楕円偏光となる。この楕円偏光のうち、偏光板６ｂの偏光軸と一致する直線偏光のみが偏光板６ｂを透過する。
本発明においては、入射光が互いにクロスニコルの状態にある偏光板により遮断される状態を「暗状態」とし、入射光が互いにクロスニコルの状態にある偏光板を透過する状態を「明状態」とする。
【００４０】
また、上記液晶駆動電界方向の評価方法において、上記強誘電性液晶が２θ±５°駆動することの確認は、上記強誘電性液晶の駆動角度を評価することにより行う。上記駆動角度は、次のようにして評価することができる。まず、被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した２枚の偏光板の間に配置する。このとき、一方の偏光板の偏光軸と液晶層の強誘電性液晶の配向方向とが平行になるように配置し、この位置を基準とする。被評価液晶表示素子に電界を印加すると強誘電性液晶が偏光軸と所定の角度を持つようになるため、一方の偏光板を透過した偏光が他方の偏光板を透過して明状態となる。この電界を印加した状態で液晶表示素子を回転させて暗状態にする。そして、このときの液晶表示素子を回転させた角度を測定する。液晶表示素子を回転させた角度が、強誘電性液晶の駆動角度である。上記再配向処理後の被評価液晶表示素子についての駆動角度の評価は、上記表示面積の５１％以上の明状態部位を対象として評価すればよい。
【００４１】
なお、上記被評価液晶表示素子について、例えば、液晶層が高分子安定化されている場合など、上記再配向処理により強誘電性液晶の配列を変化させることができない場合には、被評価液晶表示素子と同一の構成を有する液晶表示素子を複製し、複製した液晶表示素子を対象として上記評価を実施してもよい。上記基準方向は、第１配向層および第２配向層の構成材料、および、強誘電性液晶の種類に依存するため、液晶表示素子の複製に際しては、少なくとも第１配向層および第２配向層の構成材料、および、強誘電性液晶の種類を被評価液晶表示素子と同一にすれば足り、他の構成は必ずしも同一の構成とすることは必要としない。
【００４２】
本発明によれば、上記液晶層において上記強誘電性液晶の自発分極の方向が、上記基準方向に対して反対方向に向いていることにより、電圧を印加して強誘電性液晶を駆動する際に、強誘電性液晶は、自発分極Ｐｓの方向が強誘電性液晶の分極と、配向層の分極とが電気的に反発する方向から、電気的につり合う方向へ駆動することになる。すなわち、強誘電性液晶は相対的に不安定な状態から安定な状態へ駆動することになる。このような機構により、本発明の液晶表示素子は、より低い電圧で駆動することが可能になる。
【００４３】
また、本発明によれば上記液晶層において上記強誘電性液晶が単安定性を示すことから、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が可能となる。
【００４４】
以上より、本発明によれば応答速度が速く、かつ、省電力で駆動することが可能な液晶表示素子を得ることができる。以下、本発明の液晶表示素子の各構成について説明する。
【００４５】
１．液晶層
本発明に用いられる液晶層は、第１配向層および第２配向層の間に挟持させることにより構成され、強誘電性液晶を含むものである。また、本発明に用いられる液晶層には活性放射線硬化性モノマーの重合物が含まれていても良い。上記液晶層に活性放射線硬化性モノマーの重合物が含まれることにより、自発分極の方向が上記基準方向に対して反対方向に向いた状態で、強誘電性液晶の配列をより安定化することができるからである。
【００４６】
（１）強誘電性液晶
本発明に用いられる強誘電性液晶としては、単安定性を示し、カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）相を発現するものであれば特に限定されない。なかでも本発明においては相系列にスメクチックＡ相を有しないものが好ましい。スメクチックＡ相を経由しない強誘電性液晶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からである。このような強誘電性液晶としては、例えば、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＊）と相変化するもの、ネマチック相（Ｎ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）と相変化するものなどを挙げることができる。
【００４７】
また、上記強誘電性液晶は、例えば図４に示すような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、ｈａｌｆ−Ｖ  ｓｈａｐｅｄ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（以下、ＨＶ字型スイッチングと称する。）特性を示すものであることが好ましい。このようなＨＶ字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を用いると、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、こ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、明るいカラー表示の液晶表示素子を実現することができる。
ここで「ＨＶ字型スイッチング特性」とは、印加電圧に対する光透過率が非対称な電気光学特性をいう。
【００４８】
このような強誘電性液晶としては、一般に知られる液晶材料の中から要求特性に応じて種々選択することができる。本発明に用いられる強誘電性液晶の具体例としては、例えば、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製「Ｒ２３０１」が挙げられる。
【００４９】
（２）活性放射線硬化性モノマーの重合物
上記液晶層に含まれる活性放射線硬化性モノマーの重合物は、液晶層中における上記強誘電性液晶の配列を安定化させる機能を有するものである。
【００５０】
上記活性放射線硬化性モノマーの重合物に用いられる活性放射線硬化性モノマーとしては、活性放射線の照射によって重合反応を生じることにより重合物を形成し、かつ、上記強誘電性液晶の配列状態を安定化できるものであれば特に限定されない。このような活性放射線硬化性モノマーとしては、電子線の照射により重合反応を生じる電子線硬化性モノマー、および光照射により重合反応を生じる光硬化性モノマーを挙げることができる。なかでも本発明においては、光硬化性モノマーを用いることが好ましい。光硬化性モノマーを用いることにより、本発明の液晶表示素子の製造方法を簡略化することができるからである。
【００５１】
上記光硬化性モノマーとしては、波長が１５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の光を照射することにより、重合反応を生じるものであれば特に限定されない。なかでも本発明おいては、波長が２５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内、特に３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の光を照射することにより重合反応を生じる紫外線硬化性モノマーを用いることが好ましい。照射装置の容易性等の面において利点を有するからである。
【００５２】
上記紫外線硬化性モノマーが有する重合性官能基は、上記波長領域の紫外線照射により、重合反応を生じるものであれば特に限定されない。本発明においては、アクリレート基を有する紫外線硬化型モノマーを用いることが好ましい。
【００５３】
上記紫外線硬化性モノマーは、一分子中に一つの重合性官能基を有する単官能性モノマーであってもよく、また、一分子中に二以上の重合性官能基を有する多官能性モノマーであってもよい。なかでも本発明においては、多官能性モノマーを用いることが好ましい。多官能性モノマーを用いることにより、上記液晶層においてより強いポリマーネットワークを形成することが可能になるため、分子間力および第１配向層界面におけるポリマーネットワークを強化することができる。したがって、多官能性モノマーを用いることにより、液晶層の温度変化によって上記強誘電性液晶の配列が乱れることを抑制することができるからである。
【００５４】
本発明においては、上記多官能性モノマーの中でも分子の両末端に重合性官能基を有する２官能性モノマーであることが好ましい。分子の両端に上記官能基を有することにより、ポリマー同士の間隔が広いポリマーネットワークを形成することができるため、液晶層に活性放射線硬化性モノマーの重合物を含むことによる強誘電性液晶の駆動電圧の低下を防止できるからである。
【００５５】
本発明においては、上記紫外線硬化性モノマーのなかでも、液晶性を発現する紫外線硬化性液晶モノマーを用いることが好ましい。このような紫外線硬化性液晶モノマーが好ましい理由は次の通りである。すなわち、紫外線硬化性液晶モノマーは液晶性を示すことから、上記第１配向層または第２配向層の配向規制力により規則的に配列することができる。したがって、紫外線硬化性液晶モノマーを規則的に配列した後に、重合反応を生じさせることにより、上記液晶層中に、規則的な配列状態を維持したまま固定化することが可能になる。このような規則的な配列状態を有する重合物が液晶層中に存在することにより、上記強誘電性液晶の配列安定性を向上することができるため、本発明の液晶表示素子を耐熱性や耐衝撃性に優れたものにできるからである。
【００５６】
上記紫外線硬化性液晶モノマーが示す液晶相としては、特に限定されず、例えばネマティック相、ＳｍＡ相、ＳｍＣ相を挙げることができる。
【００５７】
本発明に用いられる上記紫外線硬化性液晶モノマーとしては、例えば、下記式に示す化合物を挙げることができる。
【００５８】
【化１】
2006330310.tif 000003
【００５９】
上記式において、Ａ、Ｂ、Ｄ、ＥおよびＦはベンゼン、シクロヘキサンまたはピリミジンを表し、これらはハロゲン等の置換基を有していてもよい。また、ＡおよびＢ、あるいはＤおよびＥは、アセチレン基、メチレン基、エステル基等の結合基を介して結合していてもよい。Ｍ１およびＭ２は、水素原子、炭素数３〜９のアルキル基、炭素数３〜９のアルコキシカルボニル基、またはシアノ基のいずれであってもよい。さらに、分子鎖末端のアクリロイルオキシ基とＡまたはＤとは、炭素数３〜６のアルキレン基等のスペーサーを介して結合していてもよい。
【００６０】
【化２】
2006330310.tif 000004
【００６１】
上記式において、Ｙは、水素、炭素数１〜２０のアルキル、炭素数１〜２０のアルケニル、炭素数１〜２０のアルキルオキシ、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表す。
【００６２】
上記式で示される化合物のなかでも、本発明において好適に用いられる具体的な化合物としては、下記式の化合物を例示することができる。
【００６３】
【化３】
2006330310.tif 000005
【００６４】
【化４】
2006330310.tif 000006
【００６５】
【化５】
2006330310.tif 000007
【００６６】
本発明に用いられる活性放射線硬化性モノマーの重合物は、単一の活性放射線硬化性モノマーの重合物であっても良く、また２以上の異なる活性放射線硬化性モノマーの重合物であっても良い。２以上の異なる活性放射線硬化性モノマーの重合物とする場合は、例えば、上記紫外線硬化性液晶モノマーと他の紫外線硬化性モノマーとの重合物を例示することができる。
【００６７】
活性放射線硬化性モノマーとして上記紫外線硬化性液晶モノマーを用いた場合、本発明に用いられる活性放射線硬化性モノマーの重合物としては、主鎖に液晶性を示す原子団を有することにより主鎖が液晶性を示す主鎖液晶型重合物であっても良く、また側鎖に液晶性を示す原子団を有することにより側鎖が液晶性を示す側鎖液晶型重合物であっても良い。なかでも本発明においては、側鎖液晶型重合物であることが好ましい。液晶性を示す原子団が側鎖に存在することにより当該原子団の自由度が高くなるため、液晶層において液晶性を示す原子団が配向しやすくなるからである。また、その結果として液晶層中の強誘電性液晶の配向安定性を向上することができるからである。
【００６８】
上記液晶層中における活性放射線硬化性モノマーの重合物の存在量は、上記強誘電性液晶の配列安定性を所望の程度にできる範囲内であれば特に限定されないが、通常、液晶層中に０．５質量％〜３０質量％の範囲内が好ましく、特に１質量％〜２０質量％の範囲内が好ましく、中でも１質量％〜１０質量％の範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも多いと、上記強誘電性液晶の駆動電圧の増加や、応答速度の低下を生じる場合があるからである。また、上記範囲よりも少ないと上記強誘電性液晶の配列安定性が不十分となり、本発明の液晶表示素子の耐熱性や耐衝撃性を損なってしまう可能性があるからである。
ここで、液晶層中における活性放射線硬化性モノマーの重合物の存在量は、液晶層中の単分子液晶を溶剤で洗い流した後、残存する活性放射線硬化性モノマーの重合物の重量を電子天秤で測量することによって求めた残存量と、上記液晶層の総質量とから算出することができる。
【００６９】
本発明に用いられる液晶層には、本発明の目的を損なわない範囲で他の化合物を含んでも良い。このような他の化合物としては、未反応の活性放射線硬化性モノマー、光重合開始剤、反応開始剤、および反応禁止剤等を挙げることができる。上記光重合開始剤として用いられる化合物としては、例えば後述する「２．第１基板」の反応性液晶膜の項に記載する化合物を挙げることができる。
【００７０】
（３）その他
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の範囲内であることが好ましく、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。液晶層の厚みが薄すぎるとコントラストが低下するおそれがあり、逆に液晶層の厚みが厚すぎると強誘電性液晶が配向しにくくなる可能性があるからである。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。
【００７１】
２．第１基板
本発明に用いられる第１基板は、第１基材と、上記第１基材上に形成された第１電極層と、上記第１電極層上に形成された第１配向層と有するものである。以下、第１基板の各構成について説明する。
【００７２】
（１）第１配向層
本発明に用いられる第１配向層は、強誘電性液晶の配向制御が可能なものであれば特に限定されるものではない。
本発明に用いられる第１配向層は、配向膜単体からなるものであってもよく、また、配向膜と、上記配向膜上に反応性液晶を固定化してなる反応性液晶膜とにより構成されるものであっても良い。
【００７３】
ａ．配向膜
上記第１配向層に用いられる配向膜としては、例えばラビング処理を施したラビング配向膜や、光配向処理を施した光配向膜などを用いることができる。中でも、光配向膜を用いることが好ましい。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、光配向膜について説明する。
【００７４】
（ｉ）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。
【００７５】
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、光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と、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の材料とに分けることができる。
【００７６】
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。
以下、光反応型の材料および光異性化型の材料について説明する。
【００７７】
（光反応型）
まず、光反応型の構成材料について説明する。上述したように、光反応型の構成材料とは、光反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する材料である。本発明に用いられる光反応型の構成材料としては、このような特性を有するものであれば特に限定されるものではないが、これらの中でも、光二量化反応または光分解反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する材料であることが好ましい。
【００７８】
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い、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ものである。また、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い、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ものである。本発明においては、これらの光反応型の材料の中でも、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。
【００７９】
このような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。
【００８０】
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。
【００８１】
これらの中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。
【００８２】
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。
【００８３】
上記二量化反応性ポリマーの重量平均分子量は、特に限定されるものではないが、５，０００〜４０，０００の範囲内であることが好ましく、１０，０００〜２０，０００の範囲内であることがより好ましい。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）法により測定することができる。上記二量化反応性ポリマーの重量平均分子量が小さすぎると、光配向膜に適度な異方性を付与することができない場合がある。逆に、大きすぎると、光配向膜形成時の塗工液の粘度が高くなり、均一な塗膜を形成しにくい場合がある。
【００８４】
二量化反応性ポリマーとしては、下記式で表される化合物を例示することができる。
【００８５】
【化６】
2006330310.tif 000008
【００８６】
上記式において、Ｍ１１およびＭ１２は、それぞれ独立して、単重合体または共重合体の単量体単位を表す。例えば、エチレン、アクリレート、メタクリレート、２−クロロアクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、２−クロロアクリルアミド、スチレン誘導体、マレイン酸誘導体、シロキサンなどが挙げられる。Ｍ１２としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリレート、メチルメタクリレート、ヒドロキシアルキルアクリレートまたはヒドロキシアルキルメタクリレートであってもよい。ｘおよびｙは、共重合体とした場合の各単量体単位のモル比を表すものであり、それぞれ、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１であり、かつ、ｘ＋ｙ＝１を満たす数である。ｎは４〜３０，０００の整数を表す。Ｄ１およびＤ２は、スペーサー単位を表す。
【００８７】
Ｒ１は−Ａ１−（Ｚ１−Ｂ１）ｚ−Ｚ２−で表される基であり、Ｒ２は−Ａ１−（Ｚ１−Ｂ１）ｚ−Ｚ３−で表される基である。ここで、Ａ１およびＢ１は、それぞれ独立して、共有単結合、ピリジン−２，５−ジイル、ピリミジン−２，５−ジイル、１，４−シクロヘキシレン、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル、または置換基を有していてもよい１，４−フェニレンを表す。また、Ｚ１およびＺ２は、それぞれ独立して、共有単結合、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＯＮＲ−、−ＲＮＣＯ−、−ＣＯＯ−または−ＯＯＣ−を表す。Ｒは、水素原子または低級アルキル基であり、Ｚ３は、水素原子、置換基を有していてもよい、炭素数１〜１２のアルキルまたはアルコキシ、シアノ、ニトロ、ハロゲンである。ｚは、０〜４の整数である。Ｅ１は、光二量化反応部位を表し、例えば、ケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基、シンナモイル基などが挙げられる。ｊおよびｋは、それぞれ独立して、０または１である。
【００８８】
このような二量化反応性ポリマーとして、より好ましくは、下記式で表される化合物を挙げることができる。
【００８９】
【化７】
2006330310.tif 000009
【００９０】
上記二量化反応性ポリマーの中でも、下記式で表される化合物（１）〜（４）の少なくとも一つであることが特に好ましい。
【００９１】
【化８】
2006330310.tif 000010
【００９２】
本発明においては、光二量化反応性化合物として、上述した化合物の中から、要求特性に応じて光二量化反応部位や置換基を種々選択することができる。また、光二量化反応性化合物は、１種単独でも２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００９３】
また、光二量化反応を利用した光反応型の材料としては、上記光二量化反応性化合物のほか、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。
【００９４】
重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光二量化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光二量化反応性化合物に対し、０．００１質量％〜２０質量％の範囲内であることが好ましく、０．１質量％〜５質量％の範囲内であることがより好ましい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量が小さすぎると重合が開始（禁止）されない場合があり、逆に大きすぎると、反応が阻害される場合があるからである。
【００９５】
本発明に用いられる光二量化反応性化合物の具体例としては、例えば、Ｒｏｌｉｃ社製の「ＲＯＰ１０３」、「ＲＯＰ１０２」などを挙げることができる。
【００９６】
光分解反応を利用した光反応型の材料としては、例えば日産化学工業（株）製のポリイミド「ＲＮ１１９９」などを挙げることができる。
【００９７】
（光異性化型）
次に、光異性化型の材料について説明する。ここでいう光異性化型の材料とは、上述したように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材料であり、このような特性を有する材料であれば特に限定されるものではないが、光異性化反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を含むもの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を含むことにより、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からである。
【００９８】
このような光異性化反応性化合物としては、上記のような特性を有す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、光照射により光異性化反応を生じるものであることが好ましい。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からである。
【００９９】
このような光異性化反応性化合物が生じる光異性化反応としては、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。
【０１００】
このような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中でも、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。
【０１０１】
上記重合性モノマーは、単官能のモノマーであっても、多官能のモノマーであってもよいが、ポリマー化による光配向膜の異方性がより安定なものとなることから、２官能のモノマーであることが好ましい。
【０１０２】
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。
【０１０３】
この場合に、分子内に含まれるシス−トランス異性化反応性骨格の数は、１つであっても２つ以上であってもよいが、強誘電性液晶の配向制御が容易となることから、２つであることが好ましい。
【０１０４】
上記シス−トランス異性化反応性骨格は、液晶分子との相互作用をより高めるために置換基を有していてもよい。置換基は、液晶分子との相互作用を高めることができ、かつ、シス−トランス異性化反応性骨格の配向を妨げないものであれば特に限定されるものではなく、例えば、カルボキシル基、スルホン酸ナトリウム基、水酸基などが挙げられる。これらの構造は、用いられる強誘電性液晶の種類に応じて、適宜選択することができる。
【０１０５】
また、光異性化反応性化合物としては、分子内にシス−トランス異性化反応性骨格以外にも、液晶分子との相互作用をより高められるように、芳香族炭化水素基などのπ電子が多く含まれる基を有していてもよく、シス−トランス異性化反応性骨格と芳香族炭化水素基は、結合基を介して結合していてもよい。結合基は、液晶分子との相互作用を高め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、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−などが挙げられる。
【０１０６】
なお、光異性化反応性化合物として、重合性モノマーを用いる場合には、上記シス−トランス異性化反応性骨格を、側鎖として有していることが好ましい。上記シス−トランス異性化反応性骨格を側鎖として有していることにより、光配向膜に付与される異方性の効果がより大きなものとなり、強誘電性液晶の配向制御に特に適したものとなるからである。この場合に、前述した分子内に含まれる芳香族炭化水素基や結合基は、液晶分子との相互作用が高められるように、シス−トランス異性化反応性骨格と共に、側鎖に含まれていることが好ましい。
【０１０７】
また、上記重合性モノマーの側鎖には、シス−トランス異性化反応性骨格が配向しやすくなるように、アルキレン基などの脂肪族炭化水素基をスペーサーとして有していてもよい。
【０１０８】
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中でも、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。
【０１０９】
以下、アゾベンゼン骨格が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できる理由について説明する。まず、アゾベンゼン骨格に、直線偏光紫外光を照射すると、下記式に示されるように、分子長軸が偏光方向に配向しているトランス体のアゾベンゼン骨格が、シス体に変化する。
【０１１０】
【化９】
2006330310.tif 000011
【０１１１】
アゾベンゼン骨格のシス体は、トランス体に比べて化学的に不安定であるため、熱的にまたは可視光を吸収してトランス体に戻るが、このとき、上記式の左のトランス体になるか右のトランス体になるかは同じ確率で起こる。そのため、紫外光を吸収し続けると、右側のトランス体の割合が増加し、アゾベンゼン骨格の平均配向方向は紫外光の偏光方向に対して垂直になる。本発明においては、この現象を利用することにより、アゾベンゼン骨格の配向方向を揃え、光配向膜に異方性を付与し、その膜上の液晶分子の配向を制御することができるのである。
【０１１２】
このような分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物のうち、単分子化合物としては、例えば、下記式で表される化合物を挙げることができる。
【０１１３】
【化１０】
2006330310.tif 000012
【０１１４】
また、上記アゾベンゼン骨格を側鎖として有する重合性モノマーとしては、例えば、下記式で表される化合物を挙げることができる。
【０１１５】
【化１１】
2006330310.tif 000013
【０１１６】
本発明においては、このような光異性化反応性化合物の中から、要求特性に応じて、シス−トランス異性化反応性骨格や置換基を種々選択することができる。なお、これらの光異性化反応性化合物は、１種単独でも２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【０１１７】
本発明に用いられる光異性化型の材料としては、上記光異性化反応性化合物のほか、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。上記光異性化反応性化合物として重合性モノマーを用いる場合には、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。
【０１１８】
重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光異性化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光異性化反応性化合物に対し、０．００１質量％〜２０質量％の範囲内であることが好ましく、０．１質量％〜５質量％の範囲内であることがより好ましい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量が小さすぎると重合が開始（禁止）されない場合があり、逆に大きすぎると、反応が阻害される場合があるからである。
【０１１９】
（ii）配向膜の構成材料の組成
本発明においては、第１配向層および後述する第２配向層の構成材料が互いに異なる組成を有することが好ましい。一般に、図５上段に例示するようなＳｍＡ相を経由しない相系列を有する強誘電性液晶は、層法線方向の異なる二つの領域（ダブルドメイン）が発生しやすい。本発明においては、第１配向層および第２配向層が互いに異なる組成を有する材料を用いて構成されていることにより、このような配向欠陥を生じさせることなく、強誘電性液晶の配向を単安定化することができる。
【０１２０】
第１配向層および第２配向層の構成材料の組成を異なるものとするには、例えば一方を光配向膜、他方をラビング配向膜とすればよい。また、両方をラビング配向膜として、ラビング配向膜の構成材料の組成を異なるものとする、あるいは、両方を光配向膜として、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることもできる。
【０１２１】
また、第１配向層および第２配向層が光配向膜からなる場合、例えば一方の光配向膜に光異性化型材料を用い、他方の光配向膜に光反応型の材料を用いることにより、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることができる。
【０１２２】
さらに、第１配向層および第２配向層が光異性化型材料を用いた光配向膜からなる場合、上述した光異性化反応性化合物の中から、要求特性に応じて、シス−トランス異性化反応性骨格や置換基を種々選択することにより、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることができる。さらに、上述した添加剤の添加量を変えることによって、組成を変化させることもできる。
【０１２３】
またさらに、第１配向層および第２配向層が光反応型の材料を用いた光配向膜からなる場合、上述した光二量化反応性化合物、例えば光二量化反応性ポリマーを種々選択することにより、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることができる。さらに、上述した添加剤の添加量を変えることによって、組成を変化させることもできる。
【０１２４】
ｂ．反応性液晶膜
本発明における第１配向層は、上記配向膜と、上記配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶膜とにより構成されるものであっても良い。このように第１配向層が、配向膜と反応性液晶膜とから構成される態様について図を参照しながら説明する。図６は、第１配向層が配向膜と反応性液晶膜とから構成される場合の一例を示す略断面図である。図６に例示するように本発明における第１配向層３ａは、配向膜３１ａ上に反応性液晶を固定化してなる反応性液晶膜３２ａが形成された構成を有していてもよい。
【０１２５】
上記反応性液晶膜は配向膜上に形成することにより配向しており、例えば紫外線を照射して反応性液晶を重合させ、その配向状態を固定化することにより反応性液晶膜を形成することができる。反応性液晶膜は、このように反応性液晶の配向状態を固定化してなるものであるので、強誘電性液晶を配向させる配向膜として機能する。また、反応性液晶は固定化されているため、温度等の影響を受けないという利点を有する。さらに、反応性液晶は強誘電性液晶と構造が比較的類似しており、強誘電性液晶との相互作用が強いので、第１配向層を配向膜のみから構成した場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができる。
【０１２６】
上記反応性配向膜に用いられる反応性液晶としては、ネマチック相を発現するものであることが好ましい。ネマチック相は、液晶相の中でも配向制御が比較的容易であるからである。
【０１２７】
また、上記反応性液晶は、重合性液晶材料を含有することが好ましい。これにより、反応性液晶の配向状態を固定化することが可能になるからである。重合性液晶材料としては、重合性液晶モノマー、重合性液晶オリゴマー、および重合性液晶ポリマーのいずれかを用いることができるが、中でも、重合性液晶モノマーが好適に用いられる。重合性液晶モノマーは、他の重合性液晶材料、すなわち重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマーと比較して、より低温で配向が可能であり、かつ配向に際しての感度も高く、容易に配向させることができるからである。
【０１２８】
上記重合性液晶モノマーとしては、重合性官能基を有する液晶モノマーであれば特に限定されるものではなく、例えばモノアクリレートモノマー、ジアクリレートモノマー等が挙げられる。また、これらの重合性液晶モノマーは単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【０１２９】
モノアクリレートモノマーとしては、例えば下記式で表される化合物を例示することができる。
【０１３０】
【化１２】
2006330310.tif 000014
【０１３１】
上記式において、Ａ、Ｂ、Ｄ、ＥおよびＦはベンゼン、シクロヘキサンまたはピリミジンを表し、これらはハロゲン等の置換基を有していてもよい。また、ＡおよびＢ、あるいはＤおよびＥは、アセチレン基、メチレン基、エステル基等の結合基を介して結合していてもよい。Ｍ１およびＭ２は、水素原子、炭素数３〜９のアルキル基、炭素数３〜９のアルコキシカルボニル基、またはシアノ基のいずれであってもよい。さらに、分子鎖末端のアクリロイルオキシ基とＡまたはＤとは、炭素数３〜６のアルキレン基等のスペーサーを介して結合していてもよい。
【０１３２】
また、ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記式（５）〜（７）に示す化合物を挙げることができる。
【０１３３】
【化１３】
2006330310.tif 000015
【０１３４】
上記式（５）および（６）において、ＸおよびＹは、水素、炭素数１〜２０のアルキル、炭素数１〜２０のアルケニル、炭素数１〜２０のアルキルオキシ、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表す。また、ｍは２〜２０の範囲内の整数を表す。
【０１３５】
また、上記式（７）において、Ｚ２１およびＺ２２は、各々独立して直接結合している−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯ−、−ＯＣＯＣＨ２ＣＨ２−を表す。ｌおよびｍは０または１を表し、ｎは２〜８の範囲内の整数を表す。また、上記式中Ｒは、水素、または炭素数１〜５のアルキルを表す。
【０１３６】
上記の中でも、上記式（５）および（７）で表される化合物が好適に用いられる。また、上記式（５）に示す化合物の場合、Ｘとしては、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、メチルまたは塩素であることが好ましく、中でも炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、特にＣＨ３（ＣＨ２）４ＯＣＯであることが好ましい。また、上記式（７）で表される化合物の具体例としては、アデカキラコールＰＬＣ−７２０９（旭電化工業社製）、アデカキラコールＰＣＬ−７１８３（旭電化工業社製）等を挙げることができる。また、反応性液晶としては、ＲＯＦ−５１０１（Ｒｏｌｉｃ社製）等も好適に用いることができる。
【０１３７】
本発明においては、重合性液晶モノマーの中でも、ジアクリレートモノマーが好適である。ジアクリレートモノマーは、配向状態を良好に維持したまま容易に重合させることができるからである。
【０１３８】
上述した重合性液晶モノマーは、それ自体がネマチック相を発現するものでなくてもよい。これらの重合性液晶モノマーは、上述したように２種以上を混合して用いてもよいものであり、これらを混合した組成物すなわち反応性液晶が、ネマチック相を発現するものであればよいからである。
【０１３９】
さらに本発明においては、必要に応じて、上記反応性液晶に光重合開始剤や重合禁止剤等を添加してもよい。例えば、電子線照射により重合性液晶材料を重合させる際には、光重合開始剤が不要な場合はあるが、一般的に用いられている例えば紫外線照射による重合の場合においては、通常光重合開始剤が重合促進のために用いられるからである。
【０１４０】
本発明に用いることができる光重合開始剤としては、例えばベンジル（ビベンゾイルとも言う）、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、４−ベンゾイル−４´−メチルジフェニルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルアミノメチルベンゾエート、２−ｎ−ブトキシエチル−４−ジメチルアミノベンゾエート、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、３，３´−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン、メチロベンゾイルフォーメート、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）−ブタン−１−オン、１−（４−ドデシルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、２−クロロチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２，４−ジメチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、１−クロロ−４−プロポキシチオキサントン等を挙げることができる。なお、光重合開始剤の他に増感剤を、本発明の目的が損なわれない範囲で添加することも可能である。
【０１４１】
このような光重合開始剤の添加量としては、一般的には０．０１〜２０質量％、好ましくは０．１〜１０質量％、より好ましくは０．５〜５質量％の範囲で上記反応性液晶に添加することができる。
【０１４２】
さらに、上記光重合開始剤を用いる場合には、光重合開始助剤を併用することができる。このような光重合開始助剤としては、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン等の３級アミン類や、２−ジメチルアミノエチル安息香酸、４−ジメチルアミド安息香酸エチル等の安息香酸誘導体を例示することができるが、これらに限られるものではない。
【０１４３】
反応性液晶膜の厚みは、目的とする異方性に応じて適宜調整されるものであり、例えば１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内で設定することができ、好ましくは３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内である。反応性液晶膜の厚みが厚すぎると必要以上の異方性が生じてしまい、また反応性液晶膜の厚みが薄すぎると所定の異方性が得られない場合があるからである。
【０１４４】
（２）第１電極層
本発明に用いられる第１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、第１電極層および後述する第２電極層のうち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、第１電極層および後述する第２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。
【０１４５】
（３）第１基材
本発明に用いられる第１基材は、一般に液晶表示素子の基材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。
【０１４６】
３．第２基板
本発明に用いられる第２基板は、第２基材と、上記第２基材上に形成された第２電極層と、上記第２電極層上に形成された第２配向層とを有するものである。
なお、上記第２基板を構成する第２基材、第２電極層、および第２配向層については、上記第１基板の第１基材、第１電極層、および第１配向層と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１４７】
４．液晶表示素子の駆動方法
本発明の液晶表示素子は、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り駆動させることが好ましい。ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため高品質なディスプレイが可能となるからである。
【０１４８】
本発明の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の一例を示す概略斜視図を図７に示す。図７に例示する液晶表示素子２０は、一方の基材２２ａ上にＴＦＴ２５がマトリックス状に配置されたＴＦＴ基板２１ａと、他方の基材２２ｂ上に共通電極２３が形成された共通電極基板２１ｂとを有するものである。ＴＦＴ基板２１ａには、ｘ電極２４ｘ、ｙ電極２４ｙおよび画素電極２４ｔが形成されている。このような液晶表示素子２０において、ｘ電極２４ｘおよびｙ電極２４ｙはそれぞれ縦横に配列しており、これらの電極２４ｘおよび２４ｙに信号を加えることによりＴＦＴ素子２５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２４ｘおよびｙ電極２４ｙ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２４ｘの信号とｙ電極２４ｙの信号とは独立に動作することができる。ｘ電極２４ｘおよびｙ電極２４ｙ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２５および画素電極２４ｔが形成されている。この液晶表示素子２０では、ｘ電極２４ｘおよびｙ電極２４ｙに順次信号電圧を加えることにより、各画素のＴＦＴ素子２５を動作させることができる。
本発明においては、ＴＦＴ基板および共通電極基板のいずれを第１基板または第２基板としてもよい。なお、図７において、液晶層および配向層は省略している。
【０１４９】
さらに本発明の液晶表示素子は、カラーフィルタ方式またはフィールドシーケンシャルカラー方式を採用することによりカラー表示が可能な液晶表示素子とすることができる。例えば図７に示す液晶表示素子において、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。
【０１５０】
本発明の液晶表示素子は、特に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。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。本発明においては、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光源と組み合わせることによってカラー表示が可能になる。また、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、視野角が広く、高速応答性を有し、高精細なカラー表示を実現することができる。
【０１５１】
また、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。
【０１５２】
５．液晶表示素子の製造方法
本発明の液晶表示素子の製造方法としては、特に限定されず一般的な方法を用いることができるが、例えば後述する「Ｂ．液晶表示素子の製造方法」の項に記載する方法により製造することができる。
【０１５３】
Ｂ．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の製造方法は、第１基材と、上記第１基材上に形成された第１電極層と、上記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１基板、および、第２基材と、上記第２基材上に形成された第２電極層と、上記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２基板を、上記第１配向層と上記第２配向層とが対向するように配置し、上記第１配向層と上記第２配向層との間に強誘電性液晶を含む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、
上記第１配向層と上記第２配向層との間に、単安定性を有する上記強誘電性液晶と活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する液晶封入工程と、
上記液晶封入工程前または後に上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上に加温し、封入された上記強誘電性液晶を冷却する第１配向工程と、
上記第１配向工程後、上記強誘電性液晶に、自発分極の向きが上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上に加温して冷却する第２配向工程と、
上記強誘電液晶がカイラルスメクチックＣ相の状態で上記活性放射線硬化性モノマーを重合する重合工程とを有することを特徴とするものである。
【０１５４】
本発明においては、上記第１配向層および上記第２配向層の間に例えば単安定性を示す強誘電性液晶と活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を、上記強誘電性液晶が等方性液体の状態で封入した後（液晶封入工程後）、上記第１配向工程および上記第２配向工程を行い、上記強誘電性液晶がカイラルスメクチックＣ相の状態で、上記活性放射線硬化性モノマーを重合する。
【０１５５】
次に、図を参照しながら上記第１配向工程および上記第２配向工程について説明する。図８は、本発明の液晶表示素子の製造方法における第１配向工程および第２配向工程における強誘電性液晶の配列状態の一例を表す概略図である。第１配向工程においては、液晶封入工程後、強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上に加温し、強誘電性液晶を冷却することにより、図８（ａ）に示すように強誘電性液晶８を配向層の配向処理方向ｄに沿って一様に配向させる（第１配向工程）。図８（ａ）においては、強誘電性液晶８の自発分極Ｐｓが紙面手前から奥方向に向いている状態を示し、この自発分極Ｐｓの方向は上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される基準方向となる。ここで、上記基準方向は、上述した「Ａ．液晶表示素子」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
次に、第２配向工程では、強誘電性液晶に自発分極の向きが上記基準方向に対して反対方向となるような電圧を印加する。そして、この電圧を印加したまま強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上に加温して冷却することにより、図８（ｂ）に示すように強誘電性液晶８を、自発分極の方向が上記基準方向に対して反対方向に向き、かつ、カイラルスメクチックＣ相の状態とする。なお、図８（ｂ）において、強誘電性液晶８の自発分極Ｐｓは紙面奥から手前方向に向いている（図８（ｂ）中の●印）。
【０１５６】
本発明は、このような上記第１配向工程および第２配向工程により強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相とした状態で、上記活性放射線硬化性モノマーを重合する重合工程を有し、これらの工程により液晶表示素子を製造する。
【０１５７】
本発明によれば、上記強誘電性液晶がカイラルスメクチックＣ相の状態で上記活性放射線硬化性モノマーを重合することにより、液晶層において自発分極の方向が上記基準方向に対して反対方向に向いた状態で強誘電性液晶が安定化している液晶表示素子を容易に製造することができる。
【０１５８】
以下、本発明の液晶表示素子の製造方法の各工程について説明する。
【０１５９】
１．液晶封入工程
本工程は、まず第１基材上に第１電極層および第１配向層を順に形成して第１基板を作製する（第１基板形成工程）。また、第２基材上に第２電極層および第２配向層を順に形成して、第２基板を作製する（第２基板形成工程）。次いで、第１基板および第２基板を所定の位置に配置する（基板配置工程）。そして、第１基板および第２基板の間に、単安定性を有する強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する工程である。
【０１６０】
（１）第１基板形成工程
本発明における第１基板形成工程は、第１基材上に第１電極層を形成する電極層形成工程と、第１電極層上に第１配向層を形成する第１配向層形成工程とを有する。以下、各工程について説明する。
【０１６１】
ａ．第１電極層形成工程
第１電極層形成工程は、第１基材上に第１電極層を形成する工程である。本工程における第１電極層の形成方法としては、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）法や、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法などを挙げることができる。また、第１電極層のパターニング方法としては、一般的な電極のパターニング方法を適用することができる。
【０１６２】
なお、上記第１基板および第１電極層のその他の点については、上記「Ａ．液晶表示素子」の第１電極層の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１６３】
ｂ．第１配向層形成工程
第１配向層形成工程は、上記第１電極層上に第１配向層を形成する工程である。上記「Ａ．液晶表示素子」の第１配向層の欄に記載したように、第１配向層は強誘電性液晶の配向制御が可能なものであればよいので、本工程においては、第１配向層として配向膜のみからなる第１配向層を形成しても良く、配向膜と反応性液晶膜とからなる第１配向層を形成しても良い。
【０１６４】
（ｉ）配向膜の形成方法
本工程においては上記配向膜として、ラビング配向膜を形成してもよく、光配向膜を形成してもよい。以下、光配向膜の形成方法について説明する。
【０１６５】
本工程において光配向膜を形成するには、まず光配向膜の構成材料を有機溶剤で希釈した光配向膜形成用塗工液を塗布し、乾燥させる。この場合に、光配向膜形成用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質量％〜１０質量％の範囲内であることが好ましく、０．２質量％〜２質量％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少ないと、光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多いと、光配向膜形成用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。
【０１６６】
光配向膜形成用塗工液の塗布方法としては、例えばスピンコート法、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。
【０１６７】
上記光配向膜形成用塗工液を塗布することにより得られる膜の厚みは、１ｎｍ〜２０００ｎｍ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。
【０１６８】
得られた膜には光配向処理を施すことによって異方性を付与する。具体的には、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。
【０１６９】
さらに、光配向膜の構成材料として、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。
【０１７０】
なお、光配向膜のその他の点については、上記「Ａ．液晶表示素子」の第１配向層の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１７１】
(ii)反応性液晶膜の形成方法
本工程において、上記配向膜上に反応性液晶膜を形成する場合の反応性液晶膜の形成方法としては、上記配向膜上に反応性液晶を含む反応性液晶膜形成用塗工液を塗布し、配向処理を行い、上記反応性液晶の配向状態を固定化することにより形成される。また、反応性液晶膜形成用塗工液を塗布するのではなく、ドライフィルム等を予め形成し、これを上記配向膜上に積層することにより、反応性液晶膜を形成してもよい。製造工程の簡便さの観点からは、反応性液晶を溶媒に溶解させて反応性液晶膜形成用塗工液を調製し、これを上記配向膜上に塗布し、溶媒を除去する方法を用いることが好ましい。
【０１７２】
上記反応性液晶膜形成用塗工液に用いる溶媒としては、上記反応性液晶等を溶解することができ、かつ上記配向膜の配向能を阻害しないものであれば特に限定されるものではない。例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、ｎ−ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン等の炭化水素類；メトキシベンゼン、１，２−ジメトキシベンゼン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、２，４−ペンタンジオン等のケトン類；酢酸エチル、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、γ−ブチロラクトン等のエステル類；２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒；ｔ−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノアセチン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール等のアルコール類；フェノール、パラクロロフェノール等のフェノール類；メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のセロソルブ類；などの１種または２種以上が使用可能である。
【０１７３】
また、単一種の溶媒を使用しただけでは、上記反応性液晶等の溶解性が不十分であったり、上記配向膜が侵食されたりする場合がある。この場合には、２種以上の溶媒を混合使用することにより、この不都合を回避することができる。上記の溶媒のなかにあって、単独溶媒として好ましいものは、炭化水素類およびグリコールモノエーテルアセテート系溶媒であり、混合溶媒として好ましいのは、エーテル類またはケトン類と、グリコール系溶媒との混合系である。
【０１７４】
反応性液晶膜形成用塗工液の濃度は、反応性液晶の溶解性や、反応性液晶膜の厚みに依存するため一概には規定できないが、通常は０．１〜４０質量％、好ましくは１〜２０質量％の範囲で調整される。反応性液晶膜形成用塗工液の濃度が上記範囲より低いと、反応性液晶が配向しにくくなる場合があり、逆に反応性液晶膜形成用塗工液の濃度が上記範囲より高いと、反応性液晶膜形成用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場合があるからである。
【０１７５】
さらに、上記反応性液晶膜形成用塗工液には、本発明の目的を損なわない範囲内で、下記に示すような化合物を添加することができる。添加できる化合物としては、例えば、多価アルコールと１塩基酸または多塩基酸を縮合して得られるポリエステルプレポリマーに、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリエステル（メタ）アクリレート；ポリオール基と２個のイソシアネート基を持つ化合物を互いに反応させた後、その反応生成物に（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリウレタン（メタ）アクリレート；ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸ポリグリシジルエステル、ポリオールポリグリシジルエーテル、脂肪族または脂環式エポキシ樹脂、アミンエポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂と、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるエポキシ（メタ）アクリレート等の光重合性化合物；アクリル基やメタクリル基を有する光重合性の液晶性化合物；などが挙げられる。
上記反応性液晶に対するこれら化合物の添加量は、本発明の目的が損なわれない範囲で選択される。これらの化合物の添加により、反応性液晶の硬化性が向上し、得られる反応性液晶膜の機械強度が増大し、またその安定性が改善される。
【０１７６】
このような反応性液晶膜形成用塗工液の塗布方法としては、例えばスピンコート法、ロールコート法、プリント法、ディップコート法、ダイコート法、キャスティング法、バーコート法、ブレードコート法、スプレーコート法、グラビアコート法、リバースコート法、押し出しコート法等が挙げられる。
【０１７７】
また、上記反応性液晶膜形成用塗工液を塗布した後は、溶媒を除去するのであるが、この溶媒の除去は、例えば、減圧除去もしくは加熱除去、さらにはこれらを組み合わせる方法等により行われる。
【０１７８】
本工程においては、上述したように塗布された反応性液晶を、上記配向膜により配向させて液晶規則性を有する状態とする。すなわち、反応性液晶にネマチック相を発現させる。これは、通常はＮ−Ｉ転移点以下で熱処理する方法等の方法により行われる。ここで、Ｎ−Ｉ転移点とは、液晶相から等方相へ転移する温度を示すものである。
【０１７９】
反応性液晶は重合性液晶材料を有するものであり、このような重合性液晶材料の配向状態を固定化するには、重合を活性化する活性放射線を照射する方法が用いられる。ここでいう活性放射線とは、重合性液晶材料に対して重合を起こさせる能力がある放射線をいう。
【０１８０】
このような活性放射線としては、重合性液晶材料を重合させることが可能な放射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２５０〜４５０ｎｍ、さらに好ましくは３００〜４００ｎｍの照射光が用いられる。
【０１８１】
本工程においては、光重合開始剤が紫外線でラジカルを発生し、重合性液晶材料がラジカル重合するような重合性液晶材料に対して、紫外線を活性放射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、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。
【０１８２】
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。なか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、反応性液晶の組成や光重合開始剤の多寡によって適宜調整されて照射される。
【０１８３】
このような活性照射線の照射は、上記重合性液晶材料が液晶相となる温度条件で行ってもよく、また液晶相となる温度より低い温度で行ってもよい。一旦液晶相となった重合性液晶材料は、その後温度を低下させても、配向状態が急に乱れることはないからである。
【０１８４】
また、重合性液晶材料の配向状態を固定化する方法としては、上記の活性放射線を照射する方法以外にも、加熱して重合性液晶材料を重合させる方法も用いることができる。この場合に用いられる反応性液晶としては、反応性液晶のＮ−Ｉ転移点以下で、反応性液晶に含有される重合性液晶モノマーが熱重合するものであることが好ましい。
【０１８５】
なお、反応性液晶膜のその他の点については、上記「Ａ．液晶表示素子」の反応性液晶膜の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１８６】
（２）第２基板形成工程
第２基板形成工程は、第２基材上に第２電極層を形成する第２電極層形成工程と、第２電極層上に第２配向層を形成する第２配向層形成工程とを有する。
なお、第２電極層形成工程および第２配向層形成工程については、上記第１基板形成工程における第１電極層形成工程および第２配向層形成工程とそれぞれ同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１８７】
（３）基板配置工程
本工程における基板配置工程は、第１基板および第２基板を、第１配向層および第２配向層が対向するように配置する工程である。第１基板および第２基板の配置方法としては、所定の位置で配置することが可能であれば特に限定されるものではない。
【０１８８】
（４）液晶層形成用組成物の封入方法
本工程において、第１基板の第１配向層と第２基板の第２配向層との間に、単安定性を有する強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する方法としては、特に限定されるものではない。例えば、あらかじめ第１基板および第２基板を用いて作製した液晶セルに、液晶層形成用組成物を加温することにより上記強誘電性液晶を等方性液体とし、注入口からキャピラリー効果を利用して注入することにより液晶層形成用組成物を封入することができる。この場合、注入口は接着剤で封鎖される。
【０１８９】
本工程に用いられる液晶層形成用組成物は、強誘電性液晶と活性放射線硬化性モノマーとを含むものである。上記液晶層形成用組成物に用いられる強誘電性液晶および活性放射線硬化性モノマーとしては、上記「Ａ．液晶表示素子  1．液晶層」の項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。
【０１９０】
上記液晶層形成用組成物中に含まれる上記活性放射線硬化性モノマーの量は、液晶層を形成した後に、上記強誘電性液晶の配列安定化するのに必要な量に応じて任意に決定すればよい。なかでも本発明においては、上記液晶層形成用組成物中０．５質量％〜３０質量％の範囲内が好ましく、特に１質量％〜２０質量％の範囲内が好ましく、なかでも１質量％〜１０質量％の範囲内が好ましい。活性放射線硬化性モノマーの含有量が上記範囲よりも多いと、液晶層を形成した後に強誘電性液晶の駆動電圧が高くなってしまい、本発明により製造される液晶表示素子の性能を害する可能性が有るからである。また、上記範囲よりも低いと、強誘電性液晶の配列安定化が不十分となる結果、本発明により製造される液晶表示素子の耐熱性、耐衝撃性等が低下してしまう可能性があるからである。
【０１９１】
上記液晶層形成用組成物には、光重合開始剤が含まれていても良い。特に上記活性放射線硬化性モノマーとして紫外線硬化性モノマーを用いる場合には光重合開始剤が含まれていることが好ましい。上記液晶層形成用組成物に用いられる光重合開始剤としては、上記「Ａ．液晶表示素子  ２．第１基板」の反応性液晶膜の項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。
【０１９２】
２．第１配向工程
本発明における第１配向工程は、上記液晶封入工程前または後に上記液晶層形成用組成物に含まれる強誘電性液晶を、カイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上に加温し、封入された強誘電性液晶を冷却する工程である。本工程においては、強誘電性液晶を所定の温度で加温し、冷却することにより、強誘電性液晶が配向層の配向処理方向に沿って配向した一様な配向状態を得ることができる。本工程の後、強誘電性液晶は、自発分極Ｐｓの方向が上記基準方向に向き、かつ、カイラルスメクチックＣ相を示す状態で単安定性を示すようになる。
【０１９３】
本工程においては、まず上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上に加温する。温度は、カイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上であればよく、通常、強誘電性液晶は等方相またはネマチック相の状態となるように加温される、好ましくはカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度より１０℃〜２０℃高い温度に加温される。具体的な温度としては、強誘電性液晶の種類によって異なり、適宜選択される。強誘電性液晶の加温は、上記液晶封入工程前に行われてもよく、液晶封入工程後に行われてもよい。
【０１９４】
加温された強誘電性液晶は冷却されるが、通常は室温（２５℃程度）になるまで徐冷される。
【０１９５】
３．第２配向工程
本発明における第２配向工程は、上記第１配向工程後、上記強誘電性液晶に、自発分極の向きが上記基準方向に対して反対方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上に加温して冷却する工程である。本工程においては、強誘電性液晶に所定の電圧を印加しながら、所定の温度で加温し、冷却することにより、上記自発分極の向きが上記基準方向に対して反対方向に向き、かつ、カイラルスメクチックC相を示す状態で、単安定化された強誘電性液晶の配列状態を得ることができる。
【０１９６】
本工程においては、強誘電性液晶に自発分極の向きが上記基準方向に対して反対方向となるような電圧を印加する。印加電圧の大きさとしては、自発分極の向きが上記反対方向となるような大きさであれば特に限定されるものではなく、強誘電性液晶の種類、第１配向層および第２配向層の種類等によって異なるものであり適宜選択される。印加電圧の上限は強誘電性液晶の絶縁耐圧によって決まるものであり、絶縁耐圧以上に大きくすることは不要である。通常は、５Ｖ〜１０Ｖ程度であれば十分に一様な配向状態を得ることができる。
【０１９７】
また本工程においては、上記の電圧を印加したまま強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上に加温する。加温温度は、カイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上であればよいが、特にカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度より１０℃〜２０℃高い温度が好ましい。具体的な温度としては、強誘電性液晶の種類によって異なり、適宜選択される。
【０１９８】
加温された強誘電性液晶は冷却され、通常は室温（２５℃程度）になるまで徐冷される。
【０１９９】
４．重合工程
本発明における重合工程は、上記強誘電性液晶が上記自発分極の方向が上記基準方向に対して反対方向に向き、かつ、カイラルスメクチックＣ相を示す状態で、上記活性放射線硬化性モノマーを重合する工程である。本工程において上記活性放射線硬化性モノマーを重合する方法は、活性放射線硬化性モノマーの種類に応じて任意に決定すればよく、例えば、活性放射線硬化性モノマーとして紫外線硬化性モノマーを用いた場合は、紫外線照射により重合させることができる。
このような活性放射線硬化性モノマーの重合は、上記第１基板および上記第２基板間に電圧を印加した状態で行っても良く、電圧を印加しない状態で行っても良いが、本工程においては電圧を印加した状態で行うことが好ましい。上記第１基板および上記第２基板間に電圧を印加した状態で重合することにより、強誘電性液晶が単安定化した液晶層を形成しやすくなるからである。
【０２００】
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。
【実施例】
【０２０１】
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【０２０２】
（実施例）
ＲＯＰ１０３(２質量％シクロペンタノン溶液：Ｒｏｌｉｃ社製)の溶液をＩＴＯでコーティングされた２枚のガラス基板に回転数１５００ｒｐｍで１５秒スピンコーティングし、ホットプレートで１３０℃、１５分間乾燥させた後、偏光紫外線を２５℃で１００ｍＪ／ｃｍ２露光した。さらに、片方のガラス基板にシクロペンタノンに溶解した５質量％の反応性液晶ＲＯＦ−５１０１（Ｒｏｌｉｃ社製）の溶液を回転数１５００ｒｐｍで１５秒スピンコーティングして積層し、５５℃で３分間乾燥させた後、無偏光紫外線を５５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２露光した。
【０２０３】
その後、片方の基板に１．５μｍのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材をシールディスペンサーで塗布した。基板を偏光ＵＶ照射方向と平行の状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「Ｒ２３０１」（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）に重合性液晶「ＵＣＬ−００１」（大日本インキ化学工業社製）５質量％を混合したものを用いた。注入口上部に液晶を付着し、オーブンを用いて、ネマチック相−等方相転移温度より１０℃〜２０℃高い温度で注入を行いゆっくりと常温に戻した。その後、基準方向と液晶の自発分極の向きが逆になるように電界を印加したまま、ネマチック相−等方相転移温度より１０℃〜２０℃高い温度を加温し、ゆっくりと常温に戻した。その後無偏光紫外線を２５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２露光し、上記「ＵＣＬ−００１」を高分子化させて液晶表示素子を作製した。このようにして作製した液晶表示素子の飽和電圧は２．５Ｖであった。
【０２０４】
（比較例）
ＲＯＰ１０３(２質量％シクロペンタノン溶液：Ｒｏｌｉｃ社製)の溶液をＩＴＯでコーティングされた２枚のガラス基板に回転数１５００ｒｐｍで１５秒スピンコーティングし、ホットプレートで１３０℃、１５分間乾燥させた後、偏光紫外線を２５℃で１００ｍＪ／ｃｍ２露光した。さらに、片方のガラス基板にシクロペンタノンに溶解した５質量％の反応性液晶ＲＯＦ−５１０１（Ｒｏｌｉｃ社製）の溶液を回転数１５００ｒｐｍで１５秒スピンコーティングして積層し、５５℃で３分間乾燥させた後、無偏光紫外線を５５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２露光した。
【０２０５】
その後、片方の基板に１．５μｍのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材をシールディスペンサーで塗布した。基板を偏光ＵＶ照射方向と平行の状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「Ｒ２３０１」（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）に重合性液晶「ＵＣＬ−００１」（大日本インキ化学工業社製）５質量％を混合したものを用いた。注入口上部に液晶を付着し、オーブンを用いて、ネマチック相−等方相転移温度より１０℃〜２０℃高い温度で注入を行いゆっくりと常温に戻した。無偏光紫外線を２５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２露光し上記「ＵＣＬ−００１」を高分子化させて液晶表示素子を作製した。このようにして作製した液晶表示素子の飽和電圧は５Ｖであった。
【図面の簡単な説明】
【０２０６】
【図１】本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】液晶分子の挙動を示す模式図である。
【図３】強誘電性液晶の配向状態の一例を示す模式図である。
【図４】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。
【図５】強誘電性液晶の有する相系列の相違による配向の違いを示した図である。
【図６】本発明の液晶表示素子の他の例を示す概略断面図である。
【図７】本発明の液晶表示素子の一例を示す概略斜視図である。
【図８】本発明の液晶表示素子の製造方法における強誘電性液晶の配列状態を表す概略図である。
【符号の説明】
【０２０７】
１ａ  …  第１基材
１ｂ  …  第２基材
２ａ  …  第１電極層
２ｂ  …  第２電極層
３ａ  …  第１配向層
３ｂ  …  第２配向層
５  …  液晶層
６ａ  …  第１偏光板
６ｂ  …  第２偏光板
８  …  強誘電性液晶
１０  …  液晶表示素子
１１  …  第１基板
１２  …  第２基板
３１ａ  …  配向膜
３２ａ  …  反応性液晶膜
ｄ  …  配向処理方向
ｎ  …  強誘電性液晶の分子方向
ｚ  …  層法線
Ｐｓ  …  自発分極
【図１】
2006330310.tif 000016
【図２】
2006330310.tif 000017
【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】
2006330310.tif 000022
【図８】
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