(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、前記第１基板上に設けられた電極層と、前記電極層上に形成された第１光配向膜とを有する第１光配向処理基板、および、第２基板と、前記第２基板上に設けられた電極層と、前記電極層上に形成された第２光配向膜とを有する第２光配向処理基板を、前記第１光配向膜と前記第２光配向膜とが対向するように配置し、前記第１光配向膜と前記第２光配向膜との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、
前記第１光配向膜および前記第２光配向膜の構成材料が相互に異なる組成を有するものであり、
前記強誘電性液晶が、降温過程においてスメクチックＡ相を経由してカイラルスメクチックＣ相を発現し、かつ、前記カイラルスメクチックＣ相において単安定性を示すものであり、
前記第１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であり、前記第２光配向膜の構成材料が、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液晶表示素子。
【請求項２】
前記光異性化反応性化合物が、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】
前記光異性化反応が、シス−トランス異性化反応であ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】
前記光異性化反応性化合物が、分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物であ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】
前記光異性化反応性化合物が、下記式で表されるアゾベンゼン骨格を側鎖として有する単分子化合物であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【化１】
0004676214.tif 000015
(上記式中、Ｒ２１はそれぞれ独立して、ヒドロキシル基を表す。Ｒ２２は、−（α−β−α）ｇ−（γ）ｈ−で表される連結基を表し、Ｒ２３は、−（γ）ｈ−（α−β−α）ｇ−で表される連結基を表す。ここで、αは２価の炭化水素基を表し、βは、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｇは０〜３の整数を表す。γは、ｇが０のとき、二価の炭化水素基を表し、ｇが１〜３の整数のとき、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｈは０または１を表す。Ｒ２４はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、カルボキシル基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基、またはメトキシカルボニル基を表す。ただし、カルボキシル基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。Ｒ２５は、それぞれ独立して、カルボキシル基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基、またはヒドロキシル基を表す。ただし、カルボキシル基、またはスルホ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。）
【請求項６】
前記光異性化反応性化合物が、アゾベンゼン骨格を側鎖として有する重合性モノマーであることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項７】
前記光異性化反応性化合物が、下記式で表されるアゾベンゼン骨格を側鎖として有する重合性モノマーであることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【化２】
0004676214.tif 000016
（上記式中、Ｒ３１はそれぞれ独立して、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリルアミド基、ビニルオキシ基、ビニルオキシカルボニル基、ビニルイミノカルボニル基、ビニルイミノカルボニルオキシ基、ビニル基、イソプロペニルオキシ基、イソプロペニルオキシカルボニル基、イソプロペニルイミノカルボニル基、イソプロペニルイミノカルボニルオキシ基、イソプロペニル基、またはエポキシ基を表す。Ｒ３２は、−（α−β−α）ｇ−（γ）ｈ−で表される連結基を表し、Ｒ３３は、−（γ）ｈ−（α−β−α）ｇ−で表される連結基を表す。ここで、αは２価の炭化水素基を表し、βは、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｇは０〜３の整数を表す。γは、ｇが０のとき、二価の炭化水素基を表し、ｇが１〜３の整数のとき、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｈは０または１を表す。Ｒ３４はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、カルボキシル基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基、またはメトキシカルボニル基を表す。ただし、カルボキシル基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。Ｒ２５は、それぞれ独立して、カルボキシル基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基、またはヒドロキシル基を表す。ただし、カルボキシル基、またはスルホ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。）
【請求項８】
第１基板と、前記第１基板上に設けられた電極層と、前記電極層上に形成された第１光配向膜とを有する第１光配向処理基板、および、第２基板と、前記第２基板上に設けられた電極層と、前記電極層上に形成された第２光配向膜とを有する第２光配向処理基板を、前記第１光配向膜と前記第２光配向膜とが対向するように配置し、前記第１光配向膜と前記第２光配向膜との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、
前記第１光配向膜および前記第２光配向膜の構成材料が相互に異なる組成を有するものであり、
前記強誘電性液晶が、降温過程においてスメクチックＡ相を経由してカイラルスメクチックＣ相を発現し、かつ、前記カイラルスメクチックＣ相において単安定性を示すものであり、
前記第１光配向膜および前記第２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であり、
前記第１光配向膜の構成材料が、光二量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反応型の材料であり、前記第２光配向膜の構成材料が、光分解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であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項９】
前記光反応が、光二量化反応または光分解反応であ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１０】
前記光二量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反応型の材料が、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を特徴とする請求項８または請求項９に記載の液晶表示素子。
【請求項１１】
前記光二量化反応性化合物が、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を特徴とする請求項１０に記載の液晶表示素子。
【請求項１２】
前記光二量化反応性化合物が、下記式で表される二量化反応性ポリマーの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の液晶表示素子。
【化３】
0004676214.tif 000017
【請求項１３】
前記強誘電性液晶が単一相を構成するものであることを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項１４】
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ものであることを特徴とする請求項１から請求項１３までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項１５】
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１４までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子に関するものであり、より詳しくは光配向膜を用いて強誘電性液晶の配向を制御した液晶表示素子に関する。
【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非印加時に安定状態を二つ有する双安定性のものが広く知られているが（図４）、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、電圧非印加時の液晶層の状態がひとつの状態で安定化している（以下、これを「単安定」と称する。）強誘電性液晶が、電圧変化により液晶のダイレクタ(分子軸の傾き)を連続的に変化させ透過光度をアナログ変調することで階調表示を可能とするものとして注目されている（非特許文献１、図４）。
【０００５】
単安定性を示す液晶としては、通常、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。
【０００６】
一方、強誘電性液晶としては、降温過程においてＣｈ−ＳｍＡ−ＳｍＣ＊と相変化し、ＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相を示す材料があり、現在報告されている強誘電性液晶材料の中では、前者のＳｍＡ相を経由しない材料に比べて、このような相系列を持つものが大半であるが、このような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、双安定性を示すことが知られている（図５）。
【０００７】
このような強誘電性液晶を単安定化する方法としては、高分子安定化法がある。高分子安定化法は、配向処理を施した液晶セルに紫外線硬化型モノマーを混入した強誘電性液晶を注入し、直流または交流の電圧を印加した状態で、紫外線照射を行い、高分子化させることにより安定化させる方法であるが、製造プロセスが複雑になり、また、駆動電圧が高くなるという問題がある。
【０００８】
また一般に、液晶の配向処理技術としては、配向膜を用いるものがあり、その方法としてはラビング法と光配向法とがある。ラビング法は、ポリイミド膜をコートした基板をラビング処理してポリイミド高分子鎖をラビング方向に配向させ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り、ネマチック液晶の配向制御に優れており、一般に工業的にも用いられている技術である。しかしながら、この方法では静電気や塵の発生、ラビング条件の違いによる配向規制力やチルト角の不均一、大面積処理時のムラなどの問題があり、ネマチック液晶に比べて分子の秩序性が高いために配向制御が難しく、配向欠陥の生じやすい強誘電性液晶の配向処理法には適していない。
【０００９】
上記ラビング法に代わる非接触配向法として光配向法がある。光配向法は、高分子または単分子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）を生じさせて高分子膜または単分子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。この方法は、ラビング法の問題点である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。しかしながら、この方法を用いても本質的に双安定性を有する強誘電性液晶を用いて単安定性の動作モードを実現した報告例はこれまでのところ見当たらない。
【００１０】
一方、このように強誘電性液晶が単安定性を示す場合にはメモリー性を持たないため、画素ごとにトランジスタやダイオードなどの能動素子を付加したアクティブマトリックス駆動が適している。中でも、能動素子として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と、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点で有用である。
【００１１】
また、近年、カラー液晶表示素子の開発が活発に行われている。カラー表示を実現する方法としては、一般にカラーフィルター方式とフィールドシーケンシャルカラー方式がある。カラーフィルター方式は、バックライトとして白色光源を用い、Ｒ・Ｇ・Ｂのマイクロカラーフィルターを各画素に付随させることによりカラー表示を実現させるものである。これに対し、フィールドシーケンシャルカラー方式は、バックライトをＲ・Ｇ・Ｂ・Ｒ・Ｇ・Ｂ…と時間的に切り替え、それに同期させて強誘電性液晶の白黒シャッターを開閉し、網膜の残像効果により色を時間的に混合させ、これによりカラー表示を実現させるものである。このフィールドシーケンシャルカラー方式は、１画素でカラー表示ができ、透過率の低いカラーフィルタ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り、低消費電力および低コストを実現することができる点で有用である。
【００１２】
しかしながら、フィールドシーケンシャルカラー方式は１画素を時間分割するものであるので、良好な動画表示特性を得るためには白黒シャッターとしての液晶が高速応答性を有していることが必要である。強誘電性液晶を用いればこの課題は解決しうるが、上述のように強誘電性液晶は配向欠陥が生じやすいという問題がある。さらに、強誘電性液晶としては、上述したようにアナログ変調による階調表示を可能とし、高精細なカラー表示を実現するために単安定性の動作モードを示すものであることが望ましい。しかしながら、単安定性を示す強誘電性液晶材料は限られており、強誘電性液晶の材料選択の幅が狭く、多様な要求特性に応じることが難しく、実用化には至っていない。
【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】
【００１３】
本発明は、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子において、強誘電性液晶として、降温過程においてスメクチックＡ相を経由してカイラルスメクチックＣ相を発現する材料を用い、単安定性の動作モードを示す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】
【００１４】
本発明者らは、上記実情に鑑み鋭意検討した結果、２枚の基板の対向面上にそれぞれ光配向膜を形成し、上記光配向膜の材料として相互に異なる組成のものを用いることにより、上述したような相系列を有する強誘電性液晶が単安定性の動作モードを示すことを見出し、本発明を完成させた。
【００１５】
すなわち、本発明においては、第１基板と、上記第１基板上に設けられた電極層と、上記電極層上に形成された第１光配向膜とを有する第１光配向処理基板、および、第２基板と、上記第２基板上に設けられた電極層と、上記電極層上に形成された第２光配向膜とを有する第２光配向処理基板を、上記第１光配向膜と上記第２光配向膜とが対向するように配置し、上記第１光配向膜と上記第２光配向膜との間に強誘電性液晶を狭持してなる液晶表示素子であって、
上記第１光配向膜および上記第２光配向膜の構成材料が相互に異なる組成を有するものであり、
上記強誘電性液晶が、降温過程においてスメクチックＡ相を経由してカイラルスメクチックＣ相を発現し、かつ、上記カイラルスメクチックＣ相において単安定性を示すものであることを特徴とする液晶表示素子を提供するものである。
【００１６】
本発明の液晶表示素子は、第１光配向膜および第２光配向膜が強誘電性液晶を挟んで異なる組成を有するものを用いることにより、降温過程においてＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相を示す強誘電性液晶を用いて単安定性の動作モードを実現することができるという効果を奏する。
【００１７】
上記第１光配向膜の構成材料は、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であり、上記第２光配向膜の構成材料が、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光異性化型の材料であることが好ましい。または、上記第１光配向膜および上記第２光配向膜の構成材料は、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であることが好ましい。このような材料の組み合わせを用いることにより、強誘電性液晶の配向制御能をより高めることができるからである。
【００１８】
上記光反応型の材料において、上記光反応は、光二量化反応または光分解反応であることが好ましい。これらの光反応を利用することにより、光配向膜への異方性の付与がより容易となるからである。
【００１９】
また、上記第１光配向膜および上記第２光配向膜の構成材料を上記光反応型の材料とする場合には、上記第１光配向膜の構成材料は、光二量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反応型の材料であり、上記第２光配向膜の構成材料は、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光反応型の材料であることが好ましい。
【００２０】
上記光二量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反応型の材料は、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、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。
【００２１】
上記光二量化反応性化合物は、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。偏光方向に平行に配向した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、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。
【００２２】
上記光二量化反応性化合物は、下記式で表される二量化反応性ポリマーの少なくとも一つであることが好ましい。
【００２３】
【化１】
0004676214.tif 000002
【００２４】
上記二量化反応性ポリマーは、反応に必要なエネルギーが少なく、Ｒ１１やＲ１２の部分に適した官能基を選択することが可能となるからである。
【００２５】
上記光異性化反応性化合物は、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。
【００２６】
上記光異性化反応性化合物において、上記光異性化反応はシス−トランス異性化反応であることが好ましい。光照射によりシス体またはトランス体のいずれかの異性体が増加し、それにより光配向膜に異方性を付与することができるからである。
【００２７】
上記光異性化反応性化合物は、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、光照射によりシス−トランス異性化反応を生じるので、光配向膜の構成材料として、分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物を含むことにより、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。また、アゾベンゼン骨格を有することにより光配向膜に付与される異方性が、強誘電性液晶の配向制御に特に適しているからである。
【００２８】
上記光異性化反応性化合物は、下記式で表されるアゾベンゼン骨格を側鎖として有する単分子化合物の少なくとも一つであることが好ましい。
【００２９】
【化２】
0004676214.tif 000003
【００３０】
上記式中、Ｒ２１はそれぞれ独立して、ヒドロキシル基を表す。Ｒ２２は、−（α−β−α）ｇ−（γ）ｈ−で表される連結基を表し、Ｒ２３は、−（γ）ｈ−（α−β−α）ｇ−で表される連結基を表す。ここで、αは２価の炭化水素基を表し、βは、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｇは０〜３の整数を表す。γは、ｇが０のとき、二価の炭化水素基を表し、ｇが１〜３の整数のとき、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｈは０または１を表す。Ｒ２４はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、カルボキシル基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基、またはメトキシカルボニル基を表す。ただし、カルボキシル基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。Ｒ２５は、それぞれ独立して、カルボキシル基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基、またはヒドロキシル基を表す。ただし、カルボキシル基、またはスルホ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。
【００３１】
上記光異性化反応性化合物は、アゾベンゼン骨格を側鎖として有する重合性モノマーであることが好ましい。光配向膜の構成材料としてアゾベンゼン骨格を側鎖として有する重合性モノマーを含むことにより、光配向膜に容易に異方性を付与することができ、その異方性を安定化することができるからである。
【００３２】
上記光異性化反応性化合物は、下記式で表されるアゾベンゼン骨格を側鎖として有する重合性モノマーの少なくとも一つであることが好ましい。
【００３３】
【化３】
0004676214.tif 000004
【００３４】
上記式中、Ｒ３１はそれぞれ独立して、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリルアミド基、ビニルオキシ基、ビニルオキシカルボニル基、ビニルイミノカルボニル基、ビニルイミノカルボニルオキシ基、ビニル基、イソプロペニルオキシ基、イソプロペニルオキシカルボニル基、イソプロペニルイミノカルボニル基、イソプロペニルイミノカルボニルオキシ基、イソプロペニル基、またはエポキシ基を表す。Ｒ３２は、−（α−β−α）ｇ−（γ）ｈ−で表される連結基を表し、Ｒ３３は、−（γ）ｈ−（α−β−α）ｇ−で表される連結基を表す。ここで、αは２価の炭化水素基を表し、βは、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｇは０〜３の整数を表す。γは、ｇが０のとき、二価の炭化水素基を表し、ｇが１〜３の整数のとき、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｈは０または１を表す。Ｒ３４はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、カルボキシル基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基、またはメトキシカルボニル基を表す。ただし、カルボキシル基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。Ｒ２５は、それぞれ独立して、カルボキシル基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基、またはヒドロキシル基を表す。ただし、カルボキシル基、またはスルホ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。
【００３５】
上記強誘電性液晶は、単一相を構成するものであることが好ましい。本発明の液晶表示素子は、単一相の強誘電性液晶を用いても良好な配向を得ることができ、配向を制御するために、高分子安定化法などの手法を用いる必要がなく、製造プロセスが容易となり、駆動電圧を低くすることができるという利点を有する。
【００３６】
上記液晶表示素子は、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ものであることが好ましい。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状に配置させたマイクロカラーフィルターを形成し、カラー液晶表示素子として用いることもできる。
【００３７】
また、上記液晶表示素子は、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。上記液晶表示素子は、応答速度が速く、配向欠陥を生じることなく強誘電性液晶を配向させることができ、さらには単安定性の動作モードを示すことから階調表示が可能となる。そのため、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。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の液晶表示素子は、降温過程においてＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相を発現する強誘電性液晶を用いて単安定性の動作モードを実現することができるという効果を奏する。本発明の液晶表示素子はこのような効果を奏するものであるので、階調表示を可能とし、視野角が広く、高精細なカラー動画表示を得ることができる点で有用である。また本発明によれば、このような液晶表示素子に使用できる強誘電性液晶の材料選択の幅が広がり、多様な要求特性に応じられるという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の液晶表示素子について詳細に説明する。本発明の液晶表示素子は、第１基板と、上記第１基板上に設けられた電極層と、上記電極層上に形成された第１光配向膜とを有する第１光配向処理基板、および、第２基板と、上記第２基板上に設けられた電極層と、上記電極層上に形成された第２光配向膜とを有する第２光配向処理基板を、上記第１光配向膜と上記第２光配向膜とが対向するように配置し、上記第１光配向膜と上記第２光配向膜との間に強誘電性液晶を狭持してなる液晶表示素子であって、
上記第１光配向膜および上記第２光配向膜の構成材料が相互に異なる組成を有するものであり、
上記強誘電性液晶が、降温過程においてスメクチックＡ相を経由してカイラルスメクチックＣ相を発現し、かつ、上記カイラルスメクチックＣ相において単安定性を示すものであることを特徴としている。ここで単安定性を示すとは、上述したように電圧非印加時の液晶層の状態がひとつの状態で安定化している状態をいうものである。より具体的に説明すると、図３に示すように、強誘電性液晶分子８は層法線に対しチルト角±θだけ傾く二つの安定状態を有し、この二つの安定状態間をコーン上に動作することができるが、電圧非印加時に強誘電性液晶分子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。
【００４０】
このような本発明の液晶表示素子について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の液晶表示素子の一例を示す概略斜視図であり、図２は概略断面図である。図に示すように、基板４ａに共通電極３ａが設けられ、対向基板４ｂ上にはｘ電極３ｂ、ｙ電極３ｃ、画素電極３ｄが設けられており、これらの電極が構成する電極層の内側には光配向膜２ａ、２ｂが形成されている。上記光配向膜２ａ、２ｂ間には強誘電性液晶が狭持され、液晶層１が構成される。なお、図１においては光配向膜２ａ、２ｂを省略している。
【００４１】
上記基板４ａ、４ｂの外側には偏光板５ａ、５ｂが設けられていてもよく、これにより入射光が直線偏光となり液晶分子の配向方向に偏光した光のみを透過させることができる。上記偏光板５ａと５ｂは、偏光方向が９０°ねじれて配置されている。これにより、電圧非印加状態と印加状態における液晶分子の光軸の方向や複屈折率の大きさを制御し、強誘電性液晶分子を白黒シャッターとして用いることにより、明状態と暗状態をつくることができる。例えば、電圧非印加状態では、偏光板５ａを液晶分子の配向と揃うように設置することにより、偏光板５ａを透過した光は、偏光方向を９０°回転することができず、偏光板５ｂにより遮断され、暗状態となる。これに対し、電圧印加状態では、電圧により液晶分子の方向が変化し、初期状態から角度θだけ回転することにより、光の偏光方向が９０°ねじれて偏光板５ｂを透過し、明状態となる。そして、印加電圧により透過光量を制御することにより階調表示が可能となる。
【００４２】
本発明の液晶表示素子は、このように上下の基板の対向面上にそれぞれ光配向膜を有しており、上記光配向膜が強誘電性液晶を挟んで互いに異なる組成の材料を用いて構成されていることにより、降温過程においてＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相へと相変化する強誘電性液晶を用いて単安定性の動作モードを実現することができる。このような相系列を有する強誘電性液晶は、相変化の過程において、スメクチック層の層間隔が縮まり、その体積変化を補償するためにスメクチック層が曲がったシェブロン構造を有し、この曲げの方向によって液晶分子の長軸方向が異なるドメインが形成され、その境界面にジグザグ欠陥やヘアピン欠陥と呼ばれる配向欠陥が発生しやすいものであるが、本発明によれば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を配向させることができるので、光漏れによるコントラストの低下を防止することができるという利点を有する。
【００４３】
また、本発明の液晶表示素子は、例えば図１に示すように、一方の基板を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）がマトリックス状に配置されたＴＦＴ基板とし、他方の基板を共通電極が全域に形成された共通電極基板として、この２つの基板を組み合わせたものであることが好ましい。このようなＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子について以下に説明する。
【００４４】
図１においては、一方の基板は電極が共通電極３ａであり、共通電極基板となっており、一方、対向基板は電極がｘ電極３ｂ、ｙ電極３ｃおよび画素電極３ｄから構成され、ＴＦＴ基板となっている。このような液晶表示素子において、ｘ電極３ｂおよびｙ電極３ｃはそれぞれ縦横に配列しているものであり、これらの電極に信号を加えることによりＴＦＴ素子７を作動させ、強誘電性液晶を駆動させることができる。ｘ電極３ｂおよびｙ電極３ｃ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３ｂの信号とｙ電極３ｃの信号は独立に動作することができる。ｘ電極３ｂおよびｙ電極３ｃにより囲まれた部分は、本発明の液晶表示素子を駆動する最小単位である画素であり、各画素には少なくとも１つ以上のＴＦＴ素子７および画素電極３ｄが形成されている。本発明の液晶表示素子では、ｘ電極３ｂおよびｙ電極３ｃに順次信号電圧を加えることにより、各画素のＴＦＴ素子７を動作させることができる。
【００４５】
さらに、本発明の液晶表示素子は、上記共通電極３ａと基板４ａとの間にＴＦＴ素子７をマトリックス状に配置させたマイクロカラーフィルターを形成し、カラー液晶表示素子として用いることもできる。このような本発明の液晶表示素子の各構成部材について以下に詳細に説明する。
【００４６】
１．液晶表示素子の構成部材
（１）光配向膜
光配向膜は、後述する光配向膜の構成材料をコート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。
【００４７】
本発明に用いられる光配向膜の構成材料は、光を照射して光励起反応を生じることにより、強誘電性液晶を配向させる効果（光配列性：ｐｈｏｔｏａｌｉｇｎｉｎｇ）を有するものであれば特に限定されるものではなく、このような材料としては、大きく、分子の形状のみが変化し可逆的な配向変化が可能な光異性化型と、分子そのものが変化する光反応型とに分けることができる。本発明においては、第１光配向膜と第２光配向膜の構成材料の組成が相互に異なるものであれば特に限定されるものではなく、光反応型と光異性化型とを組み合わせてもよいし、光反応型または光異性化型のいずれかの材料を用いて上下の光配向膜の組成を変化させることもできる。
【００４８】
これらの中でも、第１の態様としては、上記第１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であり、上記第２光配向膜の構成材料が、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光異性化型の材料であることが好ましい。また、第２の態様としては、上記第１光配向膜および上記第２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であることが好ましい。これらの材料の組み合わせを用いることにより、強誘電性液晶の配向制御能をより高めることができる。なお、上記光配向膜の構成材料が光励起反応を生じる光の波長領域は、紫外光域の範囲内、すなわち１０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましく、２５０ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。以下、第１の態様および第２の態様の第１光配向膜と第２光配向膜についてそれぞれ説明する。
【００４９】
ａ．第１の態様
（第１光配向膜）
上述したように、本態様に用いられる第１光配向膜は、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であることが好ましい。
【００５０】
上記光反応は、光照射により分子そのものが変化し、光配向膜の光配列性に異方性を付与することができるものであれば特に限定されるものではないが、光配向膜への異方性の付与がより容易となることから、光二量化反応または光分解反応であることが好ましい。ここで、光二量化反応とは、光照射により偏光方向に配向した反応部位がラジカル重合して分子２個が重合する反応をいう。この反応により偏光方向の配向を安定化し、光配向膜に異方性を付与することができる。一方、光分解反応とは、光照射により偏光方向に配向したポリイミドなどの分子鎖を分解する反応をいう。この反応により偏光方向に垂直な方向に配向した分子鎖を残し、光配向膜に異方性を付与することができる。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。これらの光反応型の材料のうち本態様においては、露光感度が高く、材料選択の幅が広いことから、光二量化反応により光配向膜に異方性を付与する材料を用いることがより好ましい。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
これらのなかでも光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリンまたはキノリンのいずれかを含む二量化反応性ポリマーであることが好ましい。偏光方向に配向したα、β不飽和ケトンの二重結合が反応部位となってラジカル重合することにより、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。
【００５４】
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。
【００５５】
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、より好ましくは１０，０００〜２０，０００の範囲内である。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。
【００５６】
二量化反応性ポリマーとしては、下記式（１）で表される化合物を例示することができる。
【００５７】
【化４】
0004676214.tif 000005
【００５８】
上記式（１）において、Ｍ１およびＭ２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。Ｍ２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。
【００５９】
Ｒ１は−Ａ−（Ｚ１−Ｂ）ｚ−Ｚ２−で表される基であり、Ｒ２は−Ａ−（Ｚ１−Ｂ）ｚ−Ｚ３−で表される基である。ここで、ＡおよびＢ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。Ｅ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。
【００６０】
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。
【００６１】
【化５】
0004676214.tif 000006
【００６２】
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。
【００６３】
【化６】
0004676214.tif 000007
【００６４】
本態様においては、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。
【００６５】
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。
【００６６】
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重量％〜２０重量％の範囲内であることが好ましく、０．１重量％〜５重量％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。
【００６７】
次に、光配向処理方法について説明する。まず、電極が設けられた基板の液晶層と対向する面上に、上述した光配向膜の構成材料を有機溶剤で希釈した塗工液をコーティングし、乾燥させる。この場合に、塗工液中の光二量化反応性化合物の含有量は、０．０５重量％〜１０重量％の範囲内であることが好ましく、０．２重量％〜２重量％の範囲内であることがより好ましい。光二量化反応性化合物の含有量が小さすぎると、配向膜に適度な異方性を付与することが困難となり、逆に大きすぎると、塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなるからである。
【００６８】
コーティング法としては、スピンコーティング法、ロールコーティング法、ロッドバーコーティング法、スプレーコーティング法、エアナイフコーティング法、スロットダイコーティング法、ワイヤーバーコーティング法などを用いることができる。
【００６９】
上記構成材料をコーティングすることにより得られる高分子膜の厚みは１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内であることが好ましく、３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることがより好ましい。上記高分子膜の厚みが小さすぎると十分な光配列性が得られない場合があり、逆に厚みがありすぎても液晶分子が配向乱れを生じる場合があり、また、コスト的に好ましくないからである。
【００７０】
得られた高分子膜は、偏光を制御した光を照射することにより、光励起反応を生じさせて異方性を付与することができる。照射する光の波長領域は、用いられる光配向膜の構成材料に応じて適宜選択すればよいが、紫外光域の範囲内、すなわち１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは２５０ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲内である。
【００７１】
偏光方向は、上記光励起反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではないが、強誘電性液晶の配向状態を良好なものとすることができることから基板面に対して斜め０°〜４５°の範囲内とすることが好ましく、より好ましくは２０°〜４５°の範囲内とする。
【００７２】
（第２光配向膜）
次に、第１の態様に用いられる第２光配向膜について説明する。上述したように、本態様に用いられる第２光配向膜は、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。ここで、光異性化反応とは、光照射により単一の化合物が他の異性体に変化する現象をいう。このような光異性化型の材料を用いることにより、光照射により、複数の異性体のうち安定な異性体が増加し、それにより光配向膜に容易に異方性を付与することができる。
【００７３】
光異性化反応性化合物としては、光異性化反応により光配向膜に異方性を付与することができる材料であれば特に限定されるものではないが、偏光方向により吸収を異にする二色性を有し、かつ、光照射により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。
【００７４】
上記光異性化反応性化合物において、上記光異性化反応は、シス−トランス異性化反応であることが好ましい。光照射によりシス体またはトランス体のいずれかの異性体が増加し、それにより光配向膜に異方性を付与することができるからである。
【００７５】
光異性化反応性化合物としては、単分子化合物、または、光もしくは熱により重合する重合性モノマーを挙げることができる。これらは、用いられる強誘電性液晶の種類に応じて適宜選択すればよいが、光照射により光配向膜に異方性を付与した後、ポリマー化することにより、その異方性を安定化することができることから、重合性モノマーを用いることが好ましい。このような重合性モノマーのなかでも、光配向膜に異方性を付与した後、その異方性を良好な状態に維持したまま容易にポリマー化できることから、アクリレートモノマー、メタクリレートモノマーであることが好ましい。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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、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。
【００８４】
アゾベンゼン骨格は、直線偏光紫外光を照射すると、下記式（２）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。
【００８５】
【化７】
0004676214.tif 000008
【００８６】
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（２）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、この現象を利用して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。
【００８７】
上記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。
【００８８】
【化８】
0004676214.tif 000009
【００８９】
上記式中、Ｒ２１はそれぞれ独立して、ヒドロキシル基を表す。Ｒ２２は、−（α−β−α）ｇ−（γ）ｈ−で表される連結基を表し、Ｒ２３は、−（γ）ｈ−（α−β−α）ｇ−で表される連結基を表す。ここで、αは２価の炭化水素基を表し、βは、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｇは０〜３の整数を表す。γは、ｇが０のとき、二価の炭化水素基を表し、ｇが１〜３の整数のとき、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｈは０または１を表す。Ｒ２４はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、カルボキシル基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基、またはメトキシカルボニル基を表す。ただし、カルボキシル基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。Ｒ２５は、それぞれ独立して、カルボキシル基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基、またはヒドロキシル基を表す。ただし、カルボキシル基、またはスルホ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。
【００９０】
上記式で表される化合物の具体例としては、下記式の化合物を挙げることができる。
【００９１】
【化９】
0004676214.tif 000010
【００９２】
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。
【００９３】
【化１０】
0004676214.tif 000011
【００９４】
上記式中、Ｒ３１はそれぞれ独立して、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリルアミド基、ビニルオキシ基、ビニルオキシカルボニル基、ビニルイミノカルボニル基、ビニルイミノカルボニルオキシ基、ビニル基、イソプロペニルオキシ基、イソプロペニルオキシカルボニル基、イソプロペニルイミノカルボニル基、イソプロペニルイミノカルボニルオキシ基、イソプロペニル基、またはエポキシ基を表す。Ｒ３２は、−（α−β−α）ｇ−（γ）ｈ−で表される連結基を表し、Ｒ３３は、−（γ）ｈ−（α−β−α）ｇ−で表される連結基を表す。ここで、αは２価の炭化水素基を表し、βは、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｇは０〜３の整数を表す。γは、ｇが０のとき、二価の炭化水素基を表し、ｇが１〜３の整数のとき、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｈは０または１を表す。Ｒ３４はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、カルボキシル基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基、またはメトキシカルボニル基を表す。ただし、カルボキシル基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。Ｒ２５は、それぞれ独立して、カルボキシル基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基、またはヒドロキシル基を表す。ただし、カルボキシル基、またはスルホ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。
【００９５】
上記式で表される化合物の具体例としては、下記式の化合物を挙げることができる。
【００９６】
【化１１】
0004676214.tif 000012
【００９７】
本態様においては、上記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。また、上記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。
【００９８】
本態様に用いられる第２光配向膜の構成材料としては、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。
【００９９】
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重量％〜２０重量％の範囲内であることが好ましく、０．１重量％〜５重量％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。
【０１００】
このような第２光配向膜の光配向処理方法については、上記第１光配向膜において述べた方法と同様にして行うことができるが、この場合に、塗工液中の光異性化反応性化合物の含有量は、０．０５重量％〜１０重量％の範囲内であることが好ましく、０．２重量％〜５重量％の範囲内であることがより好ましい。また、第２光配向膜においては、無偏光紫外線斜方を照射することにより光配向処理を行うこともできる。光の照射方向は、上記光励起反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではないが、強誘電性液晶の配向状態を良好なものとすることができることから、基板面に対して斜め１０°〜４５°の範囲内とすることが好ましく、より好ましくは３０°〜４５°の範囲内とする。さらに、光異性化反応性化合物として、上述したような重合性モノマーを用いる場合には、第１光配向膜で述べた方法と同様にして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。
【０１０１】
Ｂ．第２の態様
第２の態様において、第１光配向膜および第２光配向膜の構成材料として好適に用いられる光反応型の材料としては、第１の態様の「第１光配向膜」において述べたものと同じであるので、ここでの説明は省略する。中でも、本態様においては、第１光配向膜の構成材料が、光二量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反応型の材料であり、第２光配向膜の構成材料が、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光反応型の材料であることが好ましい。これらの材料の組み合わせが、強誘電性液晶の配向制御に特に適しており、ジグザグ欠陥やヘアピン欠陥等の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、単安定性の動作モードを示す液晶表示素子とすることができるからである。
【０１０２】
（２）液晶層
本発明に用いられる液晶層は、強誘電性液晶を上記光配向膜により狭持させることにより構成されている。本発明において、上記強誘電性液晶は、降温過程においてＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相を発現し、かつ、ＳｍＣ＊相において単安定性を示す材料である。
【０１０３】
本発明に用いられる強誘電性液晶の相系列は、降温過程においてＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相を示すものであれば特に限定されるものではなく、これらの液晶相の高温側または低温側に他の液晶相を示すものであってもよい。これらの中でも、材料選択の幅が広いことから、Ｃｈ相からＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相を発現する材料を用いることが好ましい。このような強誘電性液晶としては、一般に知られる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。
【０１０４】
また、このような強誘電性液晶としては、ＳｍＣ＊相を示す単一の材料を用いることもできるが、低粘度でＳｍＣ相を示しやすいノンカイラルな液晶（以下、ホスト液晶とする場合がある。）に、それ自身ではＳｍＣ相を示さないが大きな自発分極と適当な螺旋ピッチを誘起する光学活性物質を少量添加することにより、上記のような相系列を示す材料が、低粘度であり、より速い応答性を実現できることから好ましい。
【０１０５】
また、本発明に用いられる強誘電性液晶としては、単一相を構成するものであることが好ましい。ここで単一相を構成するとは、高分子安定化法などのように、ポリマーネットワークが形成されていないことをいう。このように単一相の強誘電性液晶を用いることにより、製造プロセスが容易となり、駆動電圧を低くすることができるという利点がある。
【０１０６】
ホスト液晶としては、広い温度範囲でＳｍＣ相を示す材料であることが好ましく、一般に強誘電性液晶のホスト液晶として知られているものであれば特に限定されることなく使用することができる。例えば、下記一般式：
Ｒａ−Ｑ１−Ｘ−（Ｑ２−Ｙ）ｍ−Ｑ３−Ｒｂ
（式中、ＲａおよびＲｂはそれぞれ、直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルカノイルオキシ基またはアルコキシカルボニルオキシ基であり、Ｑ１、Ｑ２およびＱ３はそれぞれ、１，４−フェニレン基、１，４−シクロヘキシレン基、ピリジン−２，５−ジイル基、ピラジン−２，５−ジイル基、ピリダジン−３，６−ジイル基、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル基であり、これらの基はハロゲン原子、水酸基、シアノ基等の置換基を有していてもよく、ＸおよびＹはそれぞれ、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−Ｃ≡Ｃ−または単結合であり、ｍは０または１である。）で表される化合物を使用することができる。ホスト液晶としては、上記化合物を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。
【０１０７】
上記ホスト液晶に添加する光学活性物質としては、自発分極が大きく、適当な螺旋ピッチを誘起する能力を持った材料であれば特に限定されるものではなく、一般にＳｍＣ相を示す液晶組成物に添加する材料として知られるものを使用することができる。特に少量の添加量で大きな自発分極を誘起できる材料であることが好ましい。このような光学活性物質としては、例えば、下記一般式：
Ｒｃ−Ｑ１−Ｚａ−Ｑ２−Ｚｂ−Ｑ３−Ｚｃ−Ｒｄ
（式中、Ｒａ、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３は上記一般式と同じ意味を表し、ＺａおよびＺｂは−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝Ｎ−、−Ｎ（→Ｏ）＝Ｎ−、−Ｃ（＝Ｏ）Ｓ−または単結合であり、Ｒｃは不斉炭素原子を有していてもよい直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルカノイルオキシ基またはアルコキシカルボニルオキシ基であり、Ｒｄは不斉炭素原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルカノイルオキシ基またはアルコキシカルボニルオキシ基であり、ＲｃおよびＲｄはハロゲン原子、シアノ基、水酸基で置換されていてもよい。）で表される化合物を使用することができる。光学活性物質としては、上記化合物を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。
【０１０８】
本発明に用いられる強誘電性液晶としては、具体的には、クラリアント社製「ＦＥＬＩＸＭ４８５１−１００」などが挙げられる。
【０１０９】
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。液晶層の厚みが小さすぎるとコントラストが下がる場合があり、逆に厚みがありすぎても配向しにくい場合があるからである。
【０１１０】
液晶層の形成方法としては、一般に液晶セルの作製方法として用いられる方法を使用することができる。例えば、あらかじめ基板上に電極を形成し、上記光配向膜を設けて作成した液晶セルに、上記強誘電性液晶を加温することにより等方性液体とし、キャピラリー効果を利用して注入し、接着剤で封鎖することにより液晶層を形成することができる。上記液晶層の厚みは、ビーズなどのスペーサーにより調整することができる。
【０１１１】
（３）基板
本発明に用いる基板は、一般に液晶表示素子の基板として用いられるものであれば特に限定されるものではなく、例えばガラス板、プラスチック板などが好ましく挙げられる。上記基板の表面粗さ（ＲＳＭ値）は、１０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以下の範囲内である。なお、本発明において上記表面粗さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：ＡＴＯＭＩＣ  ＦＯＲＣＥ  ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ）により測定することができる。
【０１１２】
（４）電極層
本発明に用いる電極層は、一般に液晶表示素子の電極層として用いられているものであれば特に限定されるものではないが、少なくとも一方が透明導電体で形成されることが好ましい。透明導電体材料としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等が好ましく挙げられる。本発明の液晶表示素子を、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子とする場合には、上下の電極層のうち一方を上記透明導電体で形成される全面共通電極とし、他方をｘ電極とｙ電極をマトリックス状に配列し、ｘ電極とｙ電極で囲まれた部分にＴＦＴ素子および画素電極を配置する。この場合に、画素電極、ＴＦＴ素子、ｘ電極およびｙ電極により形成される電極層の凹凸部の差は、０．２μｍ以下であることが好ましい。電極層の凹凸部の差が０．２μｍを超えると、配向乱れを生じやすいからである。
【０１１３】
上記電極層は、上記基板上にＣＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の蒸着方法により透明導電膜を形成することができ、これをマトリックス状にパターニングすることによりｘ電極およびｙ電極を得ることができる。
【０１１４】
（５）偏光板
本発明に用いる偏光板は、光の波動のうち特定方向のみを透過させるものであれば特に限定されるものではなく、一般に液晶表示素子の偏光板として用いられているものを使用することができる。
【０１１５】
２．液晶表示素子の製造方法
本発明の液晶表示素子は、液晶表示素子の製造方法として一般に用いられる方法により製造することができる。以下、本発明の液晶表示素子の製造方法の一例として、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子の製造方法について説明する。まず、一方の基板上に上述した蒸着方法により透明導電膜を形成し、全面共通電極とする。他方の基板上には、透明導電膜をマトリックス状にパターニングすることによりｘ電極、ｙ電極を形成し、スイッチング素子および画素電極を設置する。
【０１１６】
次に、電極が形成された２枚の基板上にそれぞれ組成の異なる光配向膜材料をコーティングし、光配向処理を施して光配向膜を形成する。このようにして形成された光配向膜のうち一方の配向膜上にスペーサーとしてビーズを分散させ、周囲にシール剤を塗布して２枚の基板を光配向膜が対向するように貼り合わせ、熱圧着させる。そして、注入口からキャピラリー効果を利用して強誘電性液晶を等方性液体の状態で注入し、注入口を紫外線硬化樹脂等により封鎖する。その後、強誘電性液晶は徐冷することにより配向させることができる。このようにして得られた液晶セルの上下に偏光板を貼り付けることにより本発明の液晶表示素子を得ることができる。
【０１１７】
３．液晶表示素子の用途
本発明の液晶表示素子は、カラーフィルター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液晶表示素子として用いることができる。本発明の液晶表示素子を用いたカラー液晶表示素子は、ジグザグ欠陥やヘアピン欠陥などの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、光漏れによるコントラスト比の低下を防止することができる。また、本発明の液晶表示素子において強誘電性液晶は単安定性を示すものであり、アナログ変調による階調表示を可能とし、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。中でも、本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることが好ましい。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、低消費電力かつ低コストであり、明るいカラー表示を得ることができるからである。
【０１１８】
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】
【０１１９】
以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。なお、光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１〜４を用い、光異性化反応性化合物としては下記式で表される化合物ｉ〜ｖを用いた。
【０１２０】
【化１２】
0004676214.tif 000013
【０１２１】
【化１３】
0004676214.tif 000014
【０１２２】
（実施例１）
シクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物１の溶液とＮ−メチル−２−ピロリジノンと２−ｎ−ブトキシエタノール（５０：５０ｗ％）に溶解した１重量％の化合物ｖの溶液をそれぞれＩＴＯでコーティングされた２枚のガラス基板に回転数４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。化合物１の溶液をスピンコーティングした基板については、オーブンで１８０℃、１０分間乾燥後、偏光紫外線を２５℃で基板面に対して３０°の角度より１００ｍＪ／ｃｍ２露光し、化合物ｖの溶液をスピンコーティングした基板については、オーブンで１００℃、１分間乾燥させた後、偏光紫外線を２５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２露光した後、窒素雰囲気下１５０℃で１時間加熱した。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。その後、基板を偏光紫外線照射方向と平行で且つアンチパラレルの状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「ＦＥＬＩＸＭ４８５１−１００」（クラリアント社製）を用い、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ところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
【０１２３】
（実施例２）
シクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物１の溶液と日産化学工業（株）製のポリイミド「ＲＮ１１９９」をそれぞれＩＴＯでコーティングされた２枚のガラス基板に回転数４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。ポリイミド「ＲＮ１１９９」をスピンコーティングした基板については、１００Ｊ／ｃｍ２偏光紫外光にて露光した以外は、上記実施例１と同様にしてセルを組み、液晶を注入したところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
【０１２４】
（比較例１）
シクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物１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４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。さらに上記実施例１と同様の条件で露光乾燥し、セル組みを行ったところ、モノドメイン相は得られず、ジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥などの配向欠陥が発生した。
【０１２５】
（比較例２）
Ｎ−メチル−２−ピロリジノンと２−ブトキシエタノール（５０：５０ｗ％）に溶解した１重量％の化合物ｖ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４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。さらに上記実施例１と同様の条件で露光乾燥し、セル組みを行ったところ、モノドメイン相は得られず、ジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥などの配向欠陥が発生した。
【０１２６】
（実施例３）
シクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物１の溶液とＮ−メチル−２−ピロリジノンと２−ｎ−ブトキシエタノール（５０：５０ｗ％）に溶解した１重量％の化合物ｉの溶液をそれぞれＩＴＯでコーティングされた２枚のガラス基板に回転数４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。化合物１の溶液をスピンコーティングした基板については、オーブンで１８０℃、１０分間乾燥後、偏光紫外線を２５℃で基板面に対して３０°の角度より１００ｍＪ／ｃｍ２露光し、化合物ｉの溶液をスピンコーティングした基板については、オーブンで１００℃、１分間乾燥させた後、偏光紫外線を２５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２露光した。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。その後、基板を偏光紫外線照射方向と平行で且つアンチパラレルの状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「Ｒ２３０１」（クラリアント社製）を用い、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ない、ゆっくりと常温に戻したところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
【０１２７】
（比較例３）
Ｎ−メチル−２−ピロリジノンと２−ｎ−ブトキシエタノール（５０：５０ｗ％）に溶解した２重量％の化合物ｉ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４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。さらに上記の条件で乾燥し露光処理した後にセルを組み、液晶を注入したところモノドメイン相は得られず、ダブルドメインやジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥などの配向欠陥が発生した。
【０１２８】
（実施例４）
実施例３における化合物１の替わりに化合物２を用いた以外は、実施例３と同様にしたところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
【０１２９】
（実施例５）
実施例３における化合物１の替わりに化合物３を用いた以外は、実施例３と同様にしたところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
【０１３０】
（実施例６）
実施例３における化合物１の替わりに化合物４を用いた以外は、実施例３と同様にしたところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
【０１３１】
（実施例７）
実施例３における化合物ｉの替わりに化合物iiを用いた以外は、実施例３と同様にしたところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
【０１３２】
（実施例８）
シクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物１の溶液とＮ−メチル−２−ピロリジノンと２−ｎ−ブトキシエタノール（５０：５０ｗ％）に溶解した１重量％の化合物iiiの溶液をそれぞれＩＴＯでコーティングされた２枚のガラス基板に回転数４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。化合物１の溶液をスピンコーティングした基板については、オーブンで１８０℃、１０分間乾燥後、偏光紫外線を２５℃で基板面に対して３０°の角度より１００ｍＪ／ｃｍ２露光し、化合物iiiの溶液をスピンコーティングした基板については、オーブンで１００℃、１分間乾燥させた後、偏光紫外線を２５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２露光した後、窒素雰囲気下１５０℃で１時間加熱した。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。その後、基板を偏光紫外線照射方向と平行で且つアンチパラレルの状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「Ｒ２３０１」（クラリアント社製）を用い、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ない、ゆっくりと常温に戻したところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
【０１３３】
（実施例９）
実施例８における化合物iiiの替わりに化合物ivを用いた以外は、実施例８と同様にしたところ、配向欠陥のないモノドメイン相が得られた。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】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２】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３】強誘電性液晶分子の挙動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欠陥の違いを示した図である。
【符号の説明】
【０１３５】
１  …  液晶層
２ａ、２ｂ  …  光配向膜
３ａ  …  共通電極
３ｂ  …  ｘ電極
３ｃ  …  ｙ電極
３ｄ  …  画素電極
４ａ、４ｂ  …  基板
５ａ、５ｂ  …  偏光板
７  …  ＴＦＴ素子
８  …  強誘電性液晶分子
【図１】
0004676214.tif 000018
【図２】
0004676214.tif 000019
【図３】
0004676214.tif 000020
【図４】
0004676214.tif 000021
【図５】
0004676214.tif 000022