(57)【要約】【課題】  フルカラー表示に有効である積層型液晶表示素子において、高精細、高速応答に有効であるトランジスタを用いたときに課題となる、開口率の低下に起因する表示性能の劣化を抑えた液晶素子を提供すること。【解決手段】  基板上に、少なくとも１つの二色性色素とホスト液晶とを含む液晶層と、少なくとも１個の透明な薄膜トランジスタと、マトリクス状に配置された透明な画素電極と、透明な対向電極と、を有してなる構造単位を複数個積層してなることを特徴とする液晶表示素子。【選択図】  図２
2007041260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも１つの二色性色素とホスト液晶とを含む液晶層と、少なくとも１個の透明な薄膜トランジスタと、マトリクス状に配置された透明な画素電極と、透明な対向電極と、を有してなる構造単位を複数個積層してなることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記構造単位を少なくとも３個積層してなり、３個の構造単位に含まれる液晶層が、各々独立にイエロー、シアン、又はマゼンタの二色性色素を含有する３種類から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】
前記二色性色素が、下記一般式（１）で表される置換基を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示素子。
一般式（１）：    −（Ｈｅｔ）j−｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝n−Ｃ1
〔式中、Ｈｅｔは酸素原子又は硫黄原子であり、Ｂ1及びＢ2は、各々独立に、アリーレン基、ヘテロアリーレン基又は２価の環状脂肪族炭化水素基を表し、Ｑ1は２価の連結基を表し、Ｃ1はアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基を表し、ｊは０又は１を表し、ｐ、ｑ及びｒは、各々独立に０〜５の整数を表し、ｎは１〜３の整数を表し、（ｐ＋ｒ）×ｎは３〜１０の整数であり、ｐ、ｑ及びｒがそれぞれ２以上の時、２以上のＢ1、Ｑ1及びＢ2はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、ｎが２以上の時、２以上の｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝は、それぞれ、同一でも異なっていてもよい。〕
【請求項４】
前記二色性色素の少なくとも一種が、下記一般式（２）で表される化合物である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【化１】
2007041260.tif 000018
〔式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7及びＲ8の少なくとも一つは、−（Ｈｅｔ）j−｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝n−Ｃ1であり、他は各々独立に水素原子又は置換基である。Ｈｅｔは酸素原子又は硫黄原子であり、Ｂ1及びＢ2は、各々独立に、アリーレン基、ヘテロアリーレン基又は２価の環状脂肪族炭化水素基を表し、Ｑ1は２価の連結基を表し、Ｃ1はアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基を表し、ｊは０又は１を表し、ｐ、ｑ及びｒは、各々独立に０〜５の整数を表し、ｎは１〜３の整数を表し、（ｐ＋ｒ）×ｎは３〜１０の整数であり、ｐ、ｑ及びｒがそれぞれ２以上の時、２以上のＢ1、Ｑ1及びＢ2はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、ｎが２以上の時、２以上の｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝は同一でも異なっていてもよい。〕
【請求項５】
前記二色性色素の少なくとも一種が、下記一般式（３）で表される化合物である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【化２】
2007041260.tif 000019
〔式中、Ｒ11、Ｒ12、Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16及びＲ17の少なくとも一つは、−（Ｈｅｔ）j−｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝n−Ｃ1であり、他は各々独立に水素原子又は置換基である。Ｈｅｔは酸素原子又は硫黄原子であり、Ｂ1及びＢ2は各々独立にアリーレン基、ヘテロアリーレン基又は２価の環状脂肪族炭化水素基を表し、Ｑ1は２価の連結基を表し、Ｃ1はアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基を表し、ｊは０又は１を表し、ｐ、ｑ及びｒは、各々独立に０〜５の整数を表し、ｎは１〜３の整数を表し、（ｐ＋ｒ）×ｎは３〜１０の整数であり、ｐ、ｑ及びｒがそれぞれ２以上の時、２以上のＢ1、Ｑ1及びＢ2はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、ｎが２以上の時、２以上の｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝は同一でも異なっていてもよい。〕
【請求項６】
前記ホスト液晶が、ネマチック液晶又はスメクチック液晶であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項７】
前記ホスト液晶がフッ素系液晶であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項８】
前記ホスト液晶が、カイラル剤を含むことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項９】
前記薄膜トランジスタが、ホモロガス化合物ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m（Ｍは、Ｉｎ，Ｆｅ，Ｇａ，又はＡｌを表し、ｍは、１以上５０未満のいずれかの整数を表す。）薄膜を有することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１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、液晶表示素子に関し、特にゲストホスト液晶方式に好適な液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル情報の普及に伴い、デジタル情報を表示するためのディスプレイ（以下、電子ペーパーと呼ぶ）の重要性が増している。電子ペーパーに要求される性能としては、高い視認性と低消費電力が挙げられる。高い視認性とは、紙に近い白地のことを意味しており、紙と同様の散乱白地に基づく表示方式が適している。一方、消費電力は、反射型表示方式が、自発光型表示方式よりも低消費である。
これまで、電子ペーパーとして、多くの方式が提案されている。例えば、反射型液晶表示方式、電気泳動表示方式、磁気泳動表示方式、二色球回転方式、エレクトロクロミック表示方式、ロイコサーマル表示方式などである。いずれの方式についても、高い視認性という観点からは、満足できるレベルにはなく、その改善が求められていた。
【０００３】
一方、液晶素子（液晶表示素子）については、すでに多くの方式が提案されており、中でもゲストホスト方式の液晶素子は、明るい表示が可能であって、反射型に適した液晶素子として期待されている。ゲストホスト方式の液晶素子では、ネマチック液晶中に二色性色素を溶解させた液晶組成物をセル中に封入し、これに電場を与え、電場による液晶の動きに合わせて、二色性色素の配向を変化させ、セルの吸光状態を変化させることによって表示する方式である。このゲストホスト方式の液晶素子では、従来の液晶表示方式と比較して、偏光板を用いない駆動方式が可能であるため、より明るい表示が期待されている。
【０００４】
ゲストホスト方式でカラー表示させる場合には、ＲＧＢ並列配置やＲＧＢ並列配置なども存在するが、これらの方法では、全面に同一色を表示することができないので色再現範囲は必然的に狭くなる。一方、シアン、マゼンダ、イエローの色素をそれぞれ含む３つのゲストホストセルを積層する構造の場合、色再現範囲の広いカラー表示が可能となるため、好適な方法である。
【０００５】
上記３層構造のゲストホストセルでドットマトリックス表示をする場合、一画素単位のマトリックス駆動の方法としては、単純マトリクス駆動、アクティブマトリクス駆動がある。単純マトリクス駆動は、Ｖ−Ｔ（電圧−透過率）特性において急峻性が必要であるので、色素が混合されていることにより液晶の含有率が少ないゲストホスト液晶の場合にはあまり適さない。アクティブマトリクス駆動には、アクティブ素子がダイオードであるＭＩＭ方式と、アクティブ素子がトランジスタであるＴＦＴ方式がある。
【０００６】
ＴＦＴの材質としては、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）ＴＦＴや、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）ＴＦＴが実用化されている。しかしながら、これらシリコンを用いたＴＦＴは、可視光に対して不透明で透明回路を構成することができないため、ディスプレイ画素の開口比が小さくなる。
また、アモルファスシリコンＴＦＴやポリシリコンＴＦＴは、可視光照射により、伝導キャリアを発生させるために、高光照射下ではトランジスタ特性が劣化してしまう。つまり、バックライト照射により光誘起電流が発生し、スイッチング素子としてのスイッチング特性が劣化してしまう。こうした劣化を防ぐため、バックライト光をカットするための遮光膜（ブラックマトリックス）をＴＦＴ上に設ける必要がある。結局、ブラックマトリックスの敷設によって更に開口比が小さくなってしてしまうことによって、光利用効率が低くなり、反射輝度が低下し、画面が暗くなる。結果、表示性能が低下するという問題がある。
【０００７】
シリコン電界効果型トランジスタのこうした問題点は、シリコンに替わって、エネルギーバンド幅の大きな半導体材料を用いることにより、原理的に、解決することができる。実際に、透明酸化物半導体であるＺｎＯを用いて、電界効果型トランジスタを作製する試みがなされ（例えば、特許文献１参照。）、反応性固相エピタキシャル法により作製した、ＺｎＯを主たる構成成分として含有するホモロガス化合物単結晶薄膜又はＺｎＯを主たる構成成分として含有するホモロガスアモルファス薄膜を活性層とした電界効果型トランジスタの開示がなされている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
しかしながら、透明酸化物半導体であるＺｎＯを用いた電界効果型トランジスタの適用については詳細には明らかにされておらず、前記特許文献２では、コレステリック液晶等の場合について開示されているにすぎない。
【０００９】
そこで、明るい表示が可能であって、反射型に適した液晶素子として期待されているゲストホスト方式の液晶素子において、シリコンを用いたＴＦＴを適用する際の課題、すなわち、開口比が小さくなることによる光利用効率の低下、反射輝度の低下を引き起こし、表示性能が低下するという問題を解決することが熱望されている。
【特許文献１】特開２００３−２９２９３号公報
【特許文献２】特開２００４−１０３９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来における前記問題点を解決し、以下の課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、フルカラー表示に有効である積層型液晶素子において、高精細、高速応答に有効であるトランジスタを用いたときに課題となる、開口率の低下に起因する表示性能の劣化を抑えた液晶素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するための手段は以下の通りである。
＜１＞  基板上に、少なくとも１つの二色性色素とホスト液晶とを含む液晶層と、少なくとも１つの透明な薄膜トランジスタと、マトリクス状に配置された透明な画素電極と、透明な対向電極と、を有してなる構造単位を複数個積層してなることを特徴とする液晶表示素子。
【００１２】
＜１＞の発明によれば、電極と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とが透明であるため、開口比が大きくなり、表示性能が向上する。特に、ゲストホスト方式の液晶では、ゲストとして二色性色素を含むため、ホストである液晶の含有率が少なくなるため、駆動速度を高めることが重要であり、積層構造における構成単位毎にＴＦＴを備えることが極めて有効である。また、構成単位毎にＴＦＴを備える液晶表示素子は、製造プロセスが簡単であることも有利である。しかしながら、このような構造とするとＴＦＴの設置数が多くなるため、ＴＦＴを透明にすることによる開口比向上の効果が極めて大きい。
さらに、透明ＴＦＴと組み合わせることで、ブラックマトリックスがないために反射型表示の場合に散乱白地に基づいた目に優しい自然な白表示が可能となるため、視認性、読んだときの疲労度が少なくて済むというメリットがある。また、透明ＴＦＴを用いることで中間調表示が容易となり、高精細な画像表示が可能となる。さらに、透明ＴＦＴと組み合わせることで、応答速度が向上し、書き換えるときに違和感のない表示素子が実現できる。
【００１３】
＜２＞  前記構造単位を少なくとも３個積層してなり、３個の構造単位に含まれる液晶層が、各々独立にイエロー、シアン、又はマゼンタの二色性色素を含有する３種類から構成されていることを特徴とする前記＜１＞に記載の液晶表示素子。
【００１４】
＜２＞の発明によれば、フルカラー表示に有効である積層型の表示素子の構成であっても、これらの表示を駆動させるための薄膜トランジスタを透明であるため、開口比が小さくなるという問題が解消される。
【００１５】
＜３＞  前記二色性色素が、下記一般式（１）で表される置換基を有することを特徴とする前記＜１＞又は＜２＞に記載の液晶表示素子。
一般式（１）：    −（Ｈｅｔ）j−｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝n−Ｃ1
〔式中、Ｈｅｔは酸素原子又は硫黄原子であり、Ｂ1及びＢ2は、各々独立に、アリーレン基、ヘテロアリーレン基又は２価の環状脂肪族炭化水素基を表し、Ｑ1は２価の連結基を表し、Ｃ1はアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基を表し、ｊは０又は１を表し、ｐ、ｑ及びｒは、各々独立に０〜５の整数を表し、ｎは１〜３の整数を表し、（ｐ＋ｒ）×ｎは３〜１０の整数であり、ｐ、ｑ及びｒがそれぞれ２以上の時、２以上のＢ1、Ｑ1及びＢ2はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、ｎが２以上の時、２以上の｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝は、それぞれ、同一でも異なっていてもよい。〕
【００１６】
＜４＞  前記二色性色素の少なくとも一種が、下記一般式（２）で表される化合物である前記＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【化１】
2007041260.tif 000003
〔式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7及びＲ8の少なくとも一つは、−（Ｈｅｔ）j−｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝n−Ｃ1であり、他は各々独立に水素原子又は置換基である。Ｈｅｔは酸素原子又は硫黄原子であり、Ｂ1及びＢ2は、各々独立に、アリーレン基、ヘテロアリーレン基又は２価の環状脂肪族炭化水素基を表し、Ｑ1は２価の連結基を表し、Ｃ1はアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基を表し、ｊは０又は１を表し、ｐ、ｑ及びｒは、各々独立に０〜５の整数を表し、ｎは１〜３の整数を表し、（ｐ＋ｒ）×ｎは３〜１０の整数であり、ｐ、ｑ及びｒがそれぞれ２以上の時、２以上のＢ1、Ｑ1及びＢ2はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、ｎが２以上の時、２以上の｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝は同一でも異なっていてもよい。〕
【００１７】
＜５＞  前記二色性色素の少なくとも一種が、下記一般式（３）で表される化合物である前記＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【化２】
2007041260.tif 000004
〔式中、Ｒ11、Ｒ12、Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16及びＲ17の少なくとも一つは、−（Ｈｅｔ）j−｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝n−Ｃ1であり、他は各々独立に水素原子又は置換基である。Ｈｅｔは酸素原子又は硫黄原子であり、Ｂ1及びＢ2は各々独立にアリーレン基、ヘテロアリーレン基又は２価の環状脂肪族炭化水素基を表し、Ｑ1は２価の連結基を表し、Ｃ1はアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基を表し、ｊは０又は１を表し、ｐ、ｑ及びｒは、各々独立に０〜５の整数を表し、ｎは１〜３の整数を表し、（ｐ＋ｒ）×ｎは３〜１０の整数であり、ｐ、ｑ及びｒがそれぞれ２以上の時、２以上のＢ1、Ｑ1及びＢ2はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、ｎが２以上の時、２以上の｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝は同一でも異なっていてもよい。〕
【００１８】
＜３＞〜＜５＞の発明によれば、本発明にかかる特定の二色性色素を用いることで、ホスト液晶への高い溶解性と高いオーダーパラメーターが両立できるために、高い反射率とコントラスト比が両立できることとなる。さらに、本発明のニ色性色素は、光に対する安定性に優れているため、とくに透明TFTと組み合わせたときに耐久性に優れた素子を作製することが可能となる。
【００１９】
＜６＞  前記ホスト液晶が、ネマチック液晶又はスメクチック液晶であることを特徴とする前記＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【００２０】
＜７＞  前記ホスト液晶がフッ素系液晶であることを特徴とする前記＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【００２１】
＜８＞  前記ホスト液晶が、カイラル剤を含むことを特徴とする前記＜１＞〜＜７＞のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【００２２】
＜６＞〜＜８＞の発明によれば、本発明にかかる特定のホスト液晶を用いることで、フッ素系液晶と透明ＴＦＴと組み合わせることで、電圧保持率が高くなり、高い表示性能を示すことが可能となり、また、カイラル剤と組み合わせることで、コントラスト比を高くすることが可能となる。
【００２３】
＜９＞  前記薄膜トランジスタが、ホモロガス化合物ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m（Ｍは、Ｉｎ，Ｆｅ，Ｇａ，又はＡｌを表し、ｍは、１以上５０未満のいずれかの整数を表す。）薄膜を有することを特徴とする前記＜１＞〜＜８＞のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、フルカラー表示に有効である積層型液晶素子において、高精細、高速応答に有効であるトランジスタを用いたときに課題となる、開口率の低下に起因する表示性能の劣化を抑えたゲストホスト液晶方式による画像表示装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明のゲストホスト液晶方式による画像表示装置は、基板上に、少なくとも１つの二色性色素とホスト液晶とを含む液晶層と、少なくとも１つの透明な薄膜トランジスタと、マトリクス状に配置された透明な画素電極と、透明な対向電極と、を有してなる構造単位を複数個積層してなることを特徴とする。
以下、各組成について説明した後、ゲストホスト液晶方式による画像表示装置の構成について説明を行う。
【００２６】
＜透明薄膜トランジスタ＞
本発明に用いる透明薄膜トランジスタは、透明であれば特に制限はない。透明薄膜トランジスタは、代表的には、半導体活性層、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極及びゲート絶縁膜を有し、これらをいずれも透明とすることで、薄膜トランジスタ全体を透明にすることができる。
薄膜トランジスタの透明な構成要素の材料としては、従来より知られている透明材料を採用することができる。例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を母材とする材料により、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶縁膜及び半導体活性層を形成すればよい。ＺｎＯはエネルギーバンドギャップが３ｅＶ以上と大きく、また、これに不純物をドープすることで導電性を制御することができる。
特に本発明に用いる透明薄膜トランジスタでは、ホモロガス化合物ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m薄膜を半導体活性層として用いることが好ましい。ここで、ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m中、Ｍは、Ｉｎ，Ｆｅ，Ｇａ，又はＡｌを表し、ｍは、１以上５０未満のいずれかの整数を表す。以下、化学式ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）mにおいて同義である。
以下、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶縁膜及び半導体活性層について、詳細に説明する。
【００２７】
（ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極）
ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の材料としては、可視光に対して透明であって、低抵抗率が得られるのであれば、どのような材料からなるものでもよい。例えば、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、ＺｎＯ等の酸化物材料や、この酸化物材料に不純物をドープしたものを透明導電膜材料として採用することができる。
【００２８】
具体的には、透明導電膜材料としては、例えば、Ｉｎ2Ｏ3に錫（Ｓｎ）をドープしたもの（一般的にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）と呼ばれる）、ＳｎＯ2にアンチモン（Ｓｂ）又はフッ素（Ｆ）をドープしたもの、ＺｎＯにＩｎをドープしたもの、ＺｎＯにガリウム（Ｇａ）をドープしたもの（一般的にＧＺＯと呼ばれる）、ＺｎＯにＡｌをドープしたもの（一般的にＡＺＯと呼ばれる）などを採用することができる。
【００２９】
（ゲート絶縁膜）
ゲート電極と半導体活性層の間に配置するゲート絶縁膜は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、又は酸窒化シリコンを主成分とするもので形成されることができる。また、ゲート絶縁膜には、その目的を達成できる範囲で、不純物を含んでいてもよい。
ゲート絶縁膜は、上記組成を組み合わせて二層構造としてもよい。
【００３０】
（半導体活性層）
半導体活性層は、可視光に対して透明で、例えば、伝導帯と価電子帯の間のエネルギーバンドギャップが３ｅＶ以上であり、キャリア濃度が１０18ｃｍ-3以下である材料により形成すればよい。
このような材料としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とするもの等が挙げられるが、本発明においては、特にホモロガス化合物ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m薄膜を半導体活性層として用いることが好ましい。ホモロガス化合物ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m薄膜を用いた場合の利点としては、以下の（１）〜（４）を挙げることができる。
【００３１】
（１）反応性固相エピタキシャル法により製造したホモロガス化合物単結晶ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m薄膜は、ＩｎＯ1.5層が原子レベルで平坦な薄膜表面を形成することから、ゲートと活性層の界面に欠陥が介在しにくく、ゲートリーク電流の少ない薄膜電界効果型トランジスタを作製できる。
なお、ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m中、ｍの値は１以上５０未満の整数が好ましい。原理的には、ｍの値は、無限大まで可能であるが、実用上、ｍの値が大きくなりすぎると、膜内でのｍのばらつきが大きくなり、酸素欠陥が生じやすくなる。その結果、膜の電気伝導度が大きくなり、ノーマリオフ型のＦＥＴが作り難くなる。
【００３２】
（２）ＺｎＯを主たる構成成分として含有するホモロガス化合物ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）mのバンドギャップエネルギーは、３．３ｅＶより大きいため、波長が４００ｎｍ以上の可視光に対して透明である。したがって、ホモロガス化合物単結晶ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m薄膜を活性層として用いることにより、可視光透過率が高く、可視光による光誘起電流の発生がない、薄膜電界効果型トランジスタを作製できる。
【００３３】
（３）反応性固相エピタキシャル法により製造したホモロガス化合物ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m単結晶薄膜は化学量論組成からのずれが極めて小さく、室温付近では良質な絶縁体であることから、ホモロガス化合物単結晶ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m薄膜を活性層として用いることにより、ノーマリーオフ作動で、スイッチング特性の良い透明薄膜電界効果型トランジスタを作製できる。
【００３４】
（４）ＺｎＯを含むホモロガス化合物を反応性固相エピタキシャル法により室温で成膜したアモルファス状態は、１０００℃程度の高温まで安定であり、その状態での電子キャリア移動度は、アモルファスシリコンに比較して、１０倍以上大きい。したがって、ホモロガスアモルファス薄膜を活性層として用いた電界効果型トランジスタは、シリコンアモルファス電界効果型トランジスタに比較して、可視光透過率が高く、光照射に対して安定に動作し、さらに、高速動作することが期待できる。
【００３５】
なお、ホモロガス化合物ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m薄膜を半導体活性層として用いる場合には、上記ゲート絶縁膜はＡｌ2Ｏ3であることが好適である。以下、ホモロガス化合物ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m薄膜の製造方法について詳細に説明する。
【００３６】
ホモロガス化合物ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m薄膜の形成方法としては、基板上に、ＭＢＥ法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）等により、ＺｎＯ単結晶薄膜をエピタキシャル成長させ、次に、該ＺｎＯ薄膜上に、ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）mと記述されるホモロガス化合物薄膜を、ターゲットとして、該酸化物の多結晶焼結体を使用して、ＭＢＥ法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）等により成長させる方法が挙げられる。
得られたホモロガス化合物ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m薄膜は、単結晶膜である必要はなく、多結晶膜でも、アモルファス膜でも良い。最後に、薄膜全体を被覆できるように高融点化合物，例えばＡｌ2Ｏ3を被せ、高温で、ＺｎＯ蒸気を含む大気圧中で加熱拡散処理を行なうことが好ましい。
【００３７】
ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）mとＺｎＯ膜が相互に拡散・反応し、温度を適切に設定すれば、均一組成ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m'となる。ｍ’は、ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）mとＺｎＯ膜厚比から決まるが、ＺｎＯ膜厚が５ｎｍ未満で、ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m膜厚が１００ｎｍを越える場合には、ｍ’はｍと略同じになる。
【００３８】
適切な温度は８００度以上，１６００度以下，より好ましくは１２００度以上、１５００度以下である。８００度未満では拡散が遅く，均一組成のＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）mが得られない。また，１６００度を越えるとＺｎＯの蒸発が抑えられなくなり均一組成のＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）mが得られない。
【００３９】
また、反応性固相エピタキシャル成長法で得られたＺｎＯを含むホモロガス単結晶膜は、化学量論組成に近く、室温では、１０８Ｗ・ｃｍ以上の高い絶縁性を示し、ノーマリーオフ電界効果型トランジスタに適している。
【００４０】
次に、得られたＺｎＯを主たる構成成分として含有するホモロガス単結晶薄膜を活性層とした、トップゲート型ＭＩＳ電界効果型トランジスタの作製方法について説明する。
【００４１】
まず、基板上にエピタキシャル成長したＺｎＯを主たる構成成分として含有するホモロガス単結晶薄膜上にゲート絶縁膜及びゲート電極用の金属膜を形成する。
【００４２】
ゲート絶縁膜には、Ａｌ2Ｏ3が最も適している。ゲート電極用金属膜は、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ、又はＣｕ等を用いることができる。光リゾグラフィー法及びドライエッチング、又はリフトオフ法により、ゲート電極を作製し、最後に、ソース電極及びドレイン電極を作製する。
【００４３】
（絶縁膜）
本発明の液晶素子において、薄膜トランジスタが下記電解質層に含まれるイオン性物質の影響により劣化しないよう、絶縁膜を設けることが好ましい。絶縁膜の組成としては、絶縁性を有すれば特に限定されないが、ポリイミドを用いることが好適である。
【００４４】
図１に、本発明にかかる透明薄膜トランジスタの一例として、その構成の概略図を示す。
図１では、トップゲート型ＭＩＳ電界効果型トランジスタ（ＭＩＳ−ＦＥＴ）１０を示す。図１の透明薄膜トランジスタでは、本発明で用いるＺｎＯを主たる構成成分として含有するホモロガス化合物単結晶薄膜（ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m）を半導体活性層１２として設け、その上にドレイン電極１４、ソース電極１６、絶縁膜１８、ゲート電極２０を形成する。
ドレイン電極１４、ソース電極１６、ゲート電極２０としては、可視光に対して透明であって、低抵抗率が得られるのであれば、どのような材料からなるものでもよい。例えば、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、ＺｎＯ等の酸化物材料や、この酸化物材料に不純物をドープしたものを透明導電膜材料として採用することができる。
【００４５】
具体的には、透明導電膜材料としては、例えば、Ｉｎ2Ｏ3に錫（Ｓｎ）をドープしたもの（一般的にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）と呼ばれる）、ＳｎＯ2にアンチモン（Ｓｂ）又はフッ素（Ｆ）をドープしたもの、ＺｎＯにＩｎをドープしたもの、ＺｎＯにガリウム（Ｇａ）をドープしたもの（一般的にＧＺＯと呼ばれる）、ＺｎＯにＡｌをドープしたもの（一般的にＡＺＯと呼ばれる）などを採用することができる。
ゲート絶縁膜１８には、既述のように、Ａｌ2Ｏ3が最も適している。
【００４６】
本発明にかかる電界効果型トランジスタの形状は、トップゲート型ＭＩＳ電界効果型トランジスタ（ＭＩＳ−ＦＥＴ）、Ｊ−ＦＥＴ等も含まれる。
【００４７】
ＺｎＯを主たる構成成分として含有するホモロガスアモルファス薄膜を用いた場合であっても、同様に、トップゲート型ＭＩＳ電界効果型トランジスタを作製することができる。また、アモルファス薄膜の場合は、エピタキシャル成長させる必要はないので、ＺｎＯエピタキシャル成長及び高温アニールプロセスを除くことができる。このために、ゲート電極を基板と膜の間に作製することが可能で、ボトムゲート型ＭＩＳ電界効果型トランジスタも作製することができる。
【００４８】
本発明の液晶素子において、透明トランジスタの半導体活性層下面からゲート電極までの高さは、５０ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましく、１００ｎｍ〜２００ｎｍであることがより好ましい。５０ｎｍよりも薄いと安定して製造することが困難となり、５００ｎｍよりも厚いと駆動電圧が上がり、消費電力が高くなり、好ましくない。
【００４９】
また、チャネル長は、０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍであることが好ましく、０．０２ｍｍ〜０．０８ｍｍであることがより好ましい。チャネル幅は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることが好ましく、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであることがより好ましい。
【００５０】
＜画素電極及び対向電極（透明電極）＞
本発明で用いる画素電極及び対向電極は透明電極であり、対向するように配置される。画素電極と対向電極とは、同一の組成のものであってもよいし、異なるものであってもよい。なお、透明電極とは、少なくとも５０％以上の光透過率を有する電極をいう。
【００５１】
透明電極としては、透明で電気を通すものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＮＥＳＡ）、フッ素をドープした酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム、酸化亜鉛、白金、金、銀、ロジウム、銅、クロム、炭素等が挙げられる。これらの中でも、酸化錫−酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物が好ましく用いられ、更に、表面抵抗値が低い、耐熱性が良い、化学的な安定性がある、光透過率が高い、等の点からフッ素をドーピングした酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）が好ましい。
特に本発明の液晶素子では、透明電極に隣接して下記に説明する電解質層や半導体ナノ多孔質層を備える場合があり、これらに接触しても化学的に安定である必要があることからも、酸化物たる酸化スズ（ＦＴＯ）や酸化スズインジウム（ＩＴＯ）は好適である。
【００５２】
画素電極及び対向電極の厚みは、特に制限がなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、０．１μｍ以上、更に具体的には０．１μｍ〜２０μｍであるのが一般的である。
【００５３】
透明電極については、たとえば、「液晶デバイスハンドブック」（日本学術振興会第１４２委員会編、日刊工業新聞社、１９８９年）の第２３２〜２３９頁に記載のものが用いられる。透明電極は、スパッタ法、ゾルゲル法、印刷法により形成することができる。
【００５４】
また、反射型光学素子用途の場合には、目視方向から見て最も遠い方の電極としては、酸化錫−酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物層の他に、導電性高分子や、カーボン、銅、アルミニウム、金、銀、ニッケル、プラチナなどに代表される金属層を用いることも可能である。
【００５５】
＜液晶層＞
本発明にかかる液晶層は、少なくとも二色性色素とホスト液晶を含む。以下では、液晶層の組成物について詳細に説明する。
【００５６】
（二色性色素の説明）
本発明において、二色性色素は、ホスト液晶中に溶解し、光を吸収する機能を有する化合物と定義される。本発明の二色性色素としては、吸収極大ならびに吸収帯に関しては、いかなるものであってもよいが、イエロー域（Ｙ）、マゼンタ域（Ｍ）、あるいはシアン域（Ｃ）に吸収極大を有する場合が好ましい。また、二色性色素は２種類以上を用いてもよく、Ｙ、Ｍ、Ｃに吸収極大を有する二色性色素の混合物を用いるのが好ましい。イエロー色素、マゼンタ色素ならびにシアン色素を混合することによるフルカラー化表示を行う方法については、「カラーケミストリー」（時田澄男著、丸善、１９８２年）に詳しい。ここでいう、イエロー域とは、４３０〜４９０ｎｍの範囲、マゼンタ域とは、５００〜５８０ｎｍの範囲、シアン域とは６００〜７００ｎｍの範囲である。
【００５７】
次に、本発明の二色性色素に用いられる発色団について説明する。
前記二色性色素の発色団はいかなるものであってもよいが、例えば、アゾ色素、アントラキノン色素、ペリレン色素、メロシアニン色素、アゾメチン色素、フタロペリレン色素、インジゴ色素、アズレン色素、ジオキサジン色素、ポリチオフェン色素、フェノキサジン色素などが挙げられる。好ましくはアゾ色素、アントラキノン色素、フェノキサジン色素であり、特に好ましくはアントラキノン色素、フェノキサゾン色素（フェノキサジン−３−オン）である。
【００５８】
アゾ色素はモノアゾ色素、ビスアゾ色素、トリスアゾ色素、テトラキスアゾ色素、ペンタキスアゾ色素などいかなるものであってもよいが、好ましくはモノアゾ色素、ビスアゾ色素、トリスアゾ色素である。
アゾ色素に含まれる環構造としては芳香族基（ベンゼン環、ナフタレン環など）のほかにも複素環（キノリン環、ピリジン環、チアゾール環、ベンゾチアゾール環、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリミジン環など）であってもよい。
【００５９】
アントラキノン色素の置換基としては、酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含むものが好ましく、例えば、アルコキシ、アリーロキシ、アルキルチオ、アリールチオ、アルキルアミノ、アリールアミノ基である。該置換基の置換数はいかなる数であってもよいが、ジ置換、トリ置換、テトラキス置換が好ましく、特に好ましくはジ置換、トリ置換である。該置換基の置換位置はいかなる場所であってもよいが、好ましくは１，４位ジ置換、１，５位ジ置換、１，４，５位トリ置換、１，２，４位トリ置換、１，２，５位トリ置換、１，２，４，５位テトラ置換、１，２，５，６位テトラ置換構造である。
【００６０】
フェノキサゾン色素（フェノキサジン−３−オン）の置換基としては、酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含むものが好ましく、例えば、アルコキシ、アリーロキシ、アルキルチオ、アリールチオ、アルキルアミノ、アリールアミノ基である。
【００６１】
本発明に用いられる二色性色素は、下記一般式（１）で表される置換基を有することが好ましい。
一般式（１）
−（Ｈｅｔ）j−｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝n−Ｃ1
式中、Ｈｅｔは酸素原子又は硫黄原子であり、Ｂ1及びＢ2は、各々独立に、アリーレン基、ヘテロアリーレン基又は２価の環状脂肪族炭化水素基を表し、Ｑ1は２価の連結基を表し、Ｃ1はアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基を表す。ｊは０又は１を表し、ｐ、ｑ及びｒは、各々独立に０〜５の整数を表し、ｎは１〜３の整数を表し、（ｐ＋ｒ）×ｎは３〜１０の整数であり、ｐ、ｑ及びｒがそれぞれ２以上の時、２以上のＢ1、Ｑ1及びＢ2はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、ｎが２以上の時、２以上の｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝は、それぞれ、同一でも異なっていてもよい。
【００６２】
Ｈｅｔは酸素原子又は硫黄原子であり、特に好ましくは硫黄原子である。
Ｂ1及びＢ2は、各々独立にアリーレン基、ヘテロアリーレン基又は2価の環状脂肪族炭化水素基を表し、いずれも置換基を有していてもいなくてもよい。
【００６３】
Ｂ1及びＢ2で表されるアリーレン基としては、好ましくは炭素数６〜２０のアリーレン基であり、より好ましくは炭素数６〜１０のアリーレン基である。好ましいアリーレン基の具体例を挙げると、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環の基である。特に好ましくは、ベンゼン環、置換ベンゼン環の基であり、さらに好ましくは１、４−フェニレン基である。
Ｂ1及びＢ2で表わされるヘテロアリーレン基としては、好ましくは炭素数１〜２０のヘテロアリーレン基であり、より好ましくは炭素数２〜９のヘテロアリーレン基である。好ましいヘテロアリーレン基の具体例は、ピリジン環、キノリン環、イソキノリン環、ピリミジン環、ピラジン環、チオフェン環、フラン環、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環及びトリアゾール環からなる基、及びこれらが縮環して形成される縮環ヘテロアリーレン基である。
Ｂ1及びＢ2の表す２価の環状脂肪族炭化水素基としては、好ましくは、炭素数３〜20、より好ましくは炭素数４〜10の２価の環状脂肪族炭化水素基である。好ましい２価の環状脂肪族炭化水素基としては、シクロヘキサンジイル、シクロペンタンジイルであり、より好ましくはシクロヘキサン−１，２−ジイル基、シクロヘキサン−１，３−ジイル基、シクロヘキサン−１，４−ジイル基、シクロペンタンー１，３−ジイル基であり、特に好ましくは、（Ｅ）−シクロヘキサン−１、４−ジイル基である。
【００６４】
Ｂ1及びＢ2の表す２価のアリーレン基、ヘテロアリーレン基及び2価の環状脂肪族炭化水素基は、さらに置換基を有していてもよく、置換基としては、下記の置換基群Ｖが挙げられる。
【００６５】
（置換基群Ｖ）
ハロゲン原子（例えば塩素、臭素、沃素、フッ素）、メルカプト基、シアノ基、カルボキシル基、リン酸基、スルホ基、ヒドロキシ基、炭素数１〜１０、好ましくは炭素数２〜８、更に好ましくは炭素数２〜５のカルバモイル基（例えばメチルカルバモイル、エチルカルバモイル、モルホリノカルボニル）、炭素数０〜１０、好ましくは炭素数２〜８、更に好ましくは炭素数２〜５のスルファモイル基（例えばメチルスルファモイル、エチルスルファモイル、ピペリジノスルフォニル）、ニトロ基、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０、更に好ましくは炭素数１〜８のアルコキシ基（例えばメトキシ、エトキシ、２−メトキシエトキシ、２−フェニルエトキシ）、炭素数６〜２０、好ましくは炭素数６〜１２、更に好ましくは炭素数６〜１０のアリールオキシ基（例えばフェノキシ、ｐ−メチルフェノキシ、ｐ−クロロフェノキシ、ナフトキシ）、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数２〜１２、更に好ましくは炭素数２〜８のアシル基（例えばアセチル、ベンゾイル、トリクロロアセチル）、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数２〜１２、更に好ましくは炭素数２〜８のアシルオキシ基（例えばアセチルオキシ、ベンゾイルオキシ）、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数２〜１２、更に好ましくは炭素数２〜８のアシルアミノ基（例えばアセチルアミノ）、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０、更に好ましくは炭素数１〜８のスルホニル基（例えばメタンスルホニル、エタンスルホニル、ベンゼンスルホニル）、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０、更に好ましくは炭素数１〜８のスルフィニル基（例えばメタンスルフィニル、エタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニル）、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１２、更に好ましくは炭素数１〜８の置換又は無置換のアミノ基（例えばアミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ベンジルアミノ、アニリノ、ジフェニルアミノ、４−メチルフェニルアミノ、４−エチルフェニルアミノ、３−ｎ−プロピルフェニルアミノ、４−ｎ−プロピルフェニルアミノ、３−ｎ−ブチルフェニルアミノ、４−ｎ−ブチルフェニルアミノ、３−ｎ−ペンチルフェニルアミノ、４−ｎ−ペンチルフェニルアミノ、３−トリフルオロメチルフェニルアミノ、４−トリフルオロメチルフェニルアミノ、２−ピリジルアミノ、３−ピリジルアミノ、２−チアゾリルアミノ、２−オキサゾリルアミノ、Ｎ，Ｎ−メチルフェニルアミノ、Ｎ，Ｎ−エチルフェニルアミノ）、炭素数０〜１５、好ましくは炭素数３〜１０、更に好ましくは炭素数３〜６のアンモニウム基（例えばトリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム）、炭素数０〜１５、好ましくは炭素数１〜１０、更に好ましくは炭素数１〜６のヒドラジノ基（例えばトリメチルヒドラジノ基）、炭素数１〜１５、好ましくは炭素数１〜１０、更に好ましくは炭素数１〜６のウレイド基（例えばウレイド基、Ｎ，Ｎ−ジメチルウレイド基）、炭素数１〜１５、好ましくは炭素数１〜１０、更に好ましくは炭素数１〜６のイミド基（例えばスクシンイミド基）、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１２、更に好ましくは炭素数１〜８のアルキルチオ基（例えばメチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ）、炭素数６〜８０、好ましくは炭素数６〜４０、更に好ましくは炭素数６〜３０のアリールチオ基（例えばフェニルチオ、ｐ−メチルフェニルチオ、ｐ−クロロフェニルチオ、２−ピリジルチオ、１−ナフチルチオ、２−ナフチルチオ、４−プロピルシクロヘキシル−４’−ビフェニルチオ、４−ブチルシクロヘキシル−４’−ビフェニルチオ、４−ペンチルシクロヘキシル−４’−ビフェニルチオ、４−プロピルフェニル−２−エチニル−４’−ビフェニルチオ）、炭素数１〜８０、好ましくは炭素数１〜４０、更に好ましくは炭素数１〜３０のヘテロアリールチオ基（例えば２−ピリジルチオ、３−ピリジルチオ、４−ピリジルチオ、２−キノリルチオ、２−フリルチオ、２−ピロリルチオ）、炭素数２〜２０、好ましくは炭素数２〜１２、更に好ましくは炭素数２〜８のアルコキシカルボニル基（例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル、２−ベンジルオキシカルボニル）、炭素数６〜２０、好ましくは炭素数６〜１２、更に好ましくは炭素数６〜１０のアリーロキシカルボニル基（例えばフェノキシカルボニル）、炭素数１〜１８、好ましくは炭素数１〜１０、更に好ましくは炭素数１〜５の無置換アルキル基（例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル）、炭素数１〜１８、好ましくは炭素数１〜１０、更に好ましくは炭素数１〜５の置換アルキル基｛例えばヒドロキシメチル、トリフルオロメチル、ベンジル、カルボキシエチル、エトキシカルボニルメチル、アセチルアミノメチル、またここでは炭素数２〜１８、好ましくは炭素数３〜１０、更に好ましくは炭素数３〜５の不飽和炭化水素基（例えばビニル基、エチニル基１−シクロヘキセニル基、ベンジリジン基、ベンジリデン基）も置換アルキル基に含まれることにする｝、炭素数６〜２０、好ましくは炭素数６〜１５、更に好ましくは炭素数６〜１０の置換又は無置換のアリール基（例えばフェニル、ナフチル、ｐ−カルボキシフェニル、ｐ−ニトロフェニル、３，５−ジクロロフェニル、ｐ−シアノフェニル、ｍ−フルオロフェニル、ｐ−トリル、４−プロピルシクロヘキシル−４’−ビフェニル、４−ブチルシクロヘキシル−４’−ビフェニル、４−ペンチルシクロヘキシル−４’−ビフェニル、４−プロピルフェニル−２−エチニル−４’−ビフェニル）、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数２〜１０、更に好ましくは炭素数４〜６の置換又は無置換のヘテロアリール基（例えばピリジル、５−メチルピリジル、チエニル、フリル、モルホリノ、テトラヒドロフルフリル）。
【００６６】
これら置換基群Ｖはベンゼン環やナフタレン環が縮合した構造もとることができる。さらに、これらの置換基上にさらに此処までに説明したＶの説明で示した置換基が置換していてもよい。
【００６７】
置換基群Ｖとして好ましいものは、上述のアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子、アミノ基、置換アミノ基、ヒドロキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基であり、更に好ましくは、アルキル基、アリール基、ハロゲン原子である。
【００６８】
Ｑ1は２価の連結基を表す。好ましくは、炭素原子、窒素原子、硫黄原子及び酸素原子から選ばれる少なくとも１種の原子から構成される原子団からなる連結基である。Ｑ1が表す２価の連結基としては、好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１０のアルキレン基（例えば、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、シクロヘキシルー１，４−ジイル）、好ましくは炭素数２〜２０、より好ましくは炭素数２〜１０のアルケニレン基（例えば、エテニレン）、好ましくは炭素数２〜２０、より好ましくは炭素数２〜１０のアルキニレン基（例えば、エチニレン）、アミド基、エーテル基、エルテル基、スルホアミド基、スルホン酸エステル基、ウレイド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオエーテル基、カルボニル基、−ＮＲ−基（ここで、Ｒは水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、Ｒで表されるアルキル基としては、、好ましくは炭素数１〜20、より好ましくは１〜10のアルキル基であり、Ｒで表されるアリール基としては、好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは6〜10のアリール基である。）、アゾ基、アゾキシ基、複素環２価基（好ましくは、炭素数２〜２０、より好ましくは炭素数４〜１０の複素環２価基であり、例えば、ピペラジン−１，４−ジイル基である。）を１つ又はそれ以上組み合わせて構成される炭素数０〜６０の２価の連結基が挙げられる。
【００６９】
Ｑ1の表す２価の連結基として、好ましくは、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、エーテル基、チオエーテル基、アミド基、エルテル基、カルボニル基、及びそれらを組み合わせた基である。
Ｑ1はさらに置換基を有していてもよく、置換基としては上記置換基群Ｖが挙げられる。
【００７０】
Ｃ1はアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基を表す。Ｃ1が表すアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基には、置換基を有するそれぞれの基も含むものとする。
Ｃ1は好ましくは、炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜１２、更に好ましくは炭素数１〜８のアルキル及びシクロアルキル基（例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、ｔ−ブチル、ｉ−ブチル、ｓ−ブチル、ペンチル、ｔ−ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、シクロヘキシル、４−メチルシクロヘキシル、４−エチルシクロヘキシル、４−プロピルシクロヘキシル、４−ブチルシクロヘキシル、４−ペンチルシクロヘキシル、ヒドロキシメチル、トリフルオロメチル、ベンジル）、炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１０、更に好ましくは炭素数１〜８のアルコキシ基（例えばメトキシ、エトキシ、２−メトキシエトキシ、２−フェニルエトキシ）、炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数２〜１２、更に好ましくは炭素数２〜８のアシルオキシ基（例えばアセチルオキシ、ベンゾイルオキシ）、炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜１２、更に好ましくは炭素数１〜８のアシル基（例えばアセチル、ホルミル基、ピバロイル、２−クロロアセチル、ステアロイル、ベンゾイル、ｐ−ｎ−オクチルオキシフェニルカルボニル）、又は炭素数２〜２０、より好ましくは炭素数２〜１２、更に好ましくは炭素数２〜８のアルコキシカルボニル基（例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル、２−ベンジルオキシカルボニル）を表す。
【００７１】
Ｃ1は特に好ましくは、アルキル基又はアルコキシ基であり、さらに好ましくは、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基又はトリフルオロメトキシ基である。
【００７２】
Ｃ1はさらに置換基を有していてもよく、置換基としては上記置換基群Ｖが挙げられる。
【００７３】
Ｃ1で表されるアルキル基の置換基としては、置換基群Ｖのうち、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、カルバモイル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロアリールチオ基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基であることが好ましい。
【００７４】
Ｃ1で表されるシクロアルキル基の置換基は、置換基群Ｖのうち、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、カルバモイル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロアリールチオ基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基、アルキル基であることが好ましい。
【００７５】
Ｃ1で表されるアルコキシ基の置換基は、置換基群Ｖのうち、ハロゲン原子（特にフッ素原子）、シアノ基、ヒドロキシ基、カルバモイル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロアリールチオ基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基であることが好ましい。
【００７６】
Ｃ1で表されるアルコキシカルボニル基の置換基は、置換基群Ｖのうち、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、カルバモイル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロアリールチオ基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基であることが好ましい。
【００７７】
Ｃ1で表されるアシル基の置換基は、置換基群Ｖのうち、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、カルバモイル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロアリールチオ基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基であることが好ましい。
【００７８】
Ｃ1で表されるアシルオキシ基の置換基は、置換基群Ｖのうち、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、カルバモイル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロアリールチオ基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基であることが好ましい。
【００７９】
ｊは０又は１を表し、好ましくは０である。
ｐ、ｑ及びｒは各々０〜５の数を表し、ｎは１〜３の数を表し、Ｂ1及びＢ2で表される基の総数、すなわち（ｐ＋r）×ｎは、３〜１０の整数であり、より好ましくは３〜５の整数である。なお、ｐ、ｑ、又はｒが２以上のとき、２以上のB1、Q1及びB2はそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、ｎが２以上のとき、２以上の｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。
【００８０】
好ましいｐ、ｑ、ｒ及びｎの組合せを以下に記す。
（ｉ）  ｐ＝３、ｑ＝０、ｒ＝０、ｎ＝１
（ii）  ｐ＝４、ｑ＝０、ｒ＝０、ｎ＝１
（iii）  ｐ＝５、ｑ＝０、ｒ＝０、ｎ＝１
（iv）  ｐ＝２、ｑ＝０、ｒ＝１、ｎ＝１
（ｖ）  ｐ＝２、ｑ＝１、ｒ＝１、ｎ＝１
（vi）  ｐ＝１、ｑ＝１、ｒ＝２、ｎ＝１
（vii）  ｐ＝３、ｑ＝１、ｒ＝１、ｎ＝１
（viii）  ｐ＝２、ｑ＝０、ｒ＝２、ｎ＝１
（ix）  ｐ＝１、ｑ＝１、ｒ＝１、ｎ＝２
（ｘ）  ｐ＝２、ｑ＝１、ｒ＝１、ｎ＝２
【００８１】
特に好ましくは、（ｉ）ｐ＝３、ｑ＝０、ｒ＝０、ｎ＝１；（iv）ｐ＝２、ｑ＝０、ｒ＝１、ｎ＝１；及び（ｖ）ｐ＝２、ｑ＝１、ｒ＝１、ｎ＝１；の組合せである。
【００８２】
なお、−｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝n−Ｃ1としては、液晶性を示す部分構造を含むことが好ましい。ここでいう液晶とは、いかなるフェーズであってもよいが、好ましくはネマチック液晶、スメクチック液晶、ディスコティック液晶であり、特に好ましくは、ネマチック液晶である。
【００８３】
−｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝n−Ｃ1の具体例を以下に示すが、本発明はこれに限定されるものではない（下記化学式中、波線は連結位置を表す）。
【００８４】
【化３】
2007041260.tif 000005
【００８５】
【化４】
2007041260.tif 000006
【００８６】
本発明に用いられる二色性色素は、−｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝n−Ｃ1で表される置換基を１以上有しているのが好ましく、１〜８個有しているのがより好ましく、１〜４個有しているのがさらに好ましく、特に好ましくは１又は２個有している場合である。
【００８７】
前記一般式（１）で表される置換基の好ましい構造は、下記の組み合わせである。
〔１〕  Ｈｅｔが硫黄原子であり、Ｂ1がアリール基又はヘテロアリール基を表し、Ｂ2がシクロヘキサン−１，４−ジイル基を表し、Ｃ1がアルキル基を表し、ｊ＝１、ｐ＝２、ｑ＝０、ｒ＝１及びｎ＝１を表す構造。
〔２〕  Ｈｅｔが硫黄原子であり、Ｂ1がアリール基又はヘテロアリール基を表し、Ｂ2がシクロヘキサン−１，４−ジイル基を表し、Ｃ1がアルキル基を表し、ｊ＝１、ｐ＝１、ｑ＝０、ｒ＝２及びｎ＝１を表す構造。
【００８８】
特に好ましい構造は、
〔Ｉ〕  Ｈｅｔが硫黄原子を表し、Ｂ1が１，４−フェニレン基を表し、Ｂ2がトランス−シクロヘキシル基を表し、Ｃ1がアルキル基（好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基又はヘキシル基）を表し、ｊ＝１、ｐ＝２、ｑ＝０、ｒ＝１及びｎ＝１である下記一般式（ａ−１）で表される構造、
〔２〕  Ｈｅｔが硫黄原子を表し、Ｂ1が１，４−フェニレン基を表し、Ｂ2がトランス−シクロヘキサン−１，４−ジイル基を表し、Ｃ1がアルキル基（好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基又はヘキシル基）を表し、ｊ＝１、ｐ＝１、ｑ＝０、ｒ＝２及びｎ＝１である下記一般式（ａ−２）で表される構造、
である。
【００８９】
【化５】
2007041260.tif 000007
【００９０】
前記一般式（ａ−１）及び（ａ−２）中、Ｒa1〜Ｒa12は各々独立に、水素原子又は置換基を表す。該置換基としては、前述の置換基群Ｖから選ばれる置換基が挙げられる。
Ｒa1〜Ｒa12は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子（特にフッ素原子）、アルキル基、アリール基、アルコキシ基であるのが好ましい。Ｒa1〜Ｒa12で表わされるアルキル基、アリール基、及びアルコキシ基のうち、好ましいものは、前述の置換基群Ｖに記載のアルキル基、アリール基、及びアルコキシ基と同義である。
【００９１】
前記一般式（ａ−１）及び（ａ−２）中、Ｃa1及びＣa2は各々独立してアルキル基を表し、好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１０のアルキル基である。特に好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基又はヘキシル基を表す。
【００９２】
アゾ色素はモノアゾ色素、ビスアゾ色素、トリスアゾ色素、テトラキスアゾ色素、ペンタキスアゾ色素などいかなるものであってもよいが、好ましくはモノアゾ色素、ビスアゾ色素、トリスアゾ色素である。
アゾ色素に含まれる環構造としては芳香族環（ベンゼン環、ナフタレン環など）のほかヘテロ環（キノリン環、ピリジン環、チアゾール環、ベンゾチアゾール環、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリミジン環など）であってもよい。
【００９３】
アントラキノン色素の置換基としては、酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含むものが好ましく、例えば、アルコキシ基、アリーロキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基である。
該置換基の置換数はいかなる数であってもよいが、ジ置換、トリ置換、テトラキス置換が好ましく、特に好ましくはジ置換、トリ置換である。該置換基の置換位置はいかなる場所であってもよいが、好ましくは１，４位ジ置換、１，５位ジ置換、１，４，５位トリ置換、１，２，４位トリ置換、１，２，５位トリ置換、１，２，４，５位テトラ置換、１，２，５，６位テトラ置換構造である。
【００９４】
アントラキノン系色素としては、より好ましくは、下記一般式（２）で表される化合物であり、フェノキサゾン色素として、より好ましくは、下記一般式（３）で表される化合物である。
【００９５】
【化６】
2007041260.tif 000008
【００９６】
一般式（２）中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7及びＲ8の少なくとも一つは、−（Ｈｅｔ）j−｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝n−Ｃ1であり、他は各々独立に、水素原子又は置換基である。
【００９７】
【化７】
2007041260.tif 000009
一般式（３）中、Ｒ11、Ｒ12、Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16及びＲ17の少なくとも一つ以上は、−（Ｈｅｔ）j−｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝n−Ｃ1であり、他はそれぞれ水素原子又は置換基である。
ここで、Ｈｅｔ、Ｂ1、Ｂ2、Ｑ1、ｐ、ｑ、ｒ、ｎ、及びＣ1は、一般式（１）におけるＨｅｔ、Ｂ1、Ｂ2、Ｑ1、ｐ、ｑ、ｒ、ｎ、及びＣ1と同定義である。
【００９８】
一般式（２）中、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7及びＲ8で表される前記置換基としては、上記置換基群Ｖが挙げられるが、好ましくは、炭素数６〜８０、より好ましくは炭素数６〜４０、更に好ましくは炭素数６〜３０のアリールチオ基（例えばフェニルチオ、ｐ−メチルフェニルチオ、ｐ−クロロフェニルチオ、４−メチルフェニルチオ、４−エチルフェニルチオ、４−ｎ−プロピルフェニルチオ、２−ｎ−ブチルフェニルチオ、３−ｎ−ブチルフェニルチオ、４−ｎ−ブチルフェニルチオ、２−ｔ−ブチルフェニルチオ、３−ｔ−ブチルフェニルチオ、４−ｔ−ブチルフェニルチオ、３−ｎ−ペンチルフェニルチオ、４−ｎ−ペンチルフェニルチオ、４−アミルペンチルフェニルチオ、４−ヘキシルフェニルチオ、４−ヘプチルフェニルチオ、４−オクチルフェニルチオ、４−トリフルオロメチルフェニルチオ、３−トリフルオロメチルフェニルチオ、２−ピリジルチオ、１−ナフチルチオ、２−ナフチルチオ、４−プロピルシクロヘキシル−４’−ビフェニルチオ、４−ブチルシクロヘキシル−４’−ビフェニルチオ、４−ペンチルシクロヘキシル−４’−ビフェニルチオ、４−プロピルフェニル−２−エチニル−４’−ビフェニルチオ）、炭素数１〜８０、より好ましくは炭素数１〜４０、更に好ましくは炭素数１〜３０のヘテロアリールチオ基（例えば２−ピリジルチオ、３−ピリジルチオ、４−ピリジルチオ、２−キノリルチオ、２−フリルチオ、２−ピロリルチオ）、置換若しくは無置換のアルキルチオ基（例えば、メチルチオ、エチルチオ、ブチルチオ、フェネチルチオ）、置換若しくは無置換のアミノ基（例えば、アミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ベンジルアミノ、アニリノ、ジフェニルアミノ、４−メチルフェニルアミノ、４−エチルフェニルアミノ、３−ｎ−プロピルフェニルアミノ、４−ｎ−プロピルフェニルアミノ、３−ｎ−ブチルフェニルアミノ、４−ｎ−ブチルフェニルアミノ、３−ｎ−ペンチルフェニルアミノ、４−ｎ−ペンチルフェニルアミノ、３−トリフルオロメチルフェニルアミノ、４−トリフルオロメチルフェニルアミノ、２−ピリジルアミノ、３−ピリジルアミノ、２−チアゾリルアミノ、２−オキサゾリルアミノ、Ｎ，Ｎ−メチルフェニルアミノ、Ｎ，Ｎ−エチルフェニルアミノ）、ハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子）、置換若しくは無置換のアルキル基（例えば、メチル、トリフルオロメチル）、置換若しくは無置換のアルコキシ基（例えば、メトキシ、トリフルオロメトキシ）、置換若しくは無置換のアリール基（例えば、フェニル）、置換若しくは無置換のヘテロアリール基（例えば、２−ピリジル）、置換若しくは無置換のアリールオキシ基（例えば、フェノキシ）、置換若しくは無置換のヘテロアリールオキシ基（例えば、３−チエニルオキシ）などである。
【００９９】
Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7及びＲ8として好ましくは、水素原子、フッ素原子、塩素原子、置換若しくは無置換の、アリールチオ基、アルキルチオ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アルキル基、アリール基、アルコキシ基又はアリーロキシ基であり、特に好ましくは水素原子、フッ素原子、置換若しくは無置換の、アリールチオ基、アルキルチオ基、アミノ基、アルキルアミノ基又はアリールアミノ基である。
【０１００】
また、更に好ましくは、一般式（２）において、Ｒ1、Ｒ4、Ｒ5、及びＲ8の少なくとも一つが、−（Ｈｅｔ）j−｛（Ｂ1）p−（Ｑ1）q−（Ｂ2）r｝n−Ｃ1の場合である。
【０１０１】
一般式（３）中、Ｒ11、Ｒ12、Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16及びＲ17で表される置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、カルバモイル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アミド基であり、特に好ましくは水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリールチオ基、アミド基である。
【０１０２】
Ｒ16として、好ましくはアミノ基（アルキルアミノ、アリールアミノ基を含む）、ヒドロキシル基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルコキシ基又はアリールオキシ基であり、特に好ましくはアミノ基である。
【０１０３】
以下に、本発明に使用可能な二色性色素の具体例を示すが、本発明は以下の具体例によってなんら限定されるものではない。
【０１０４】
【化８】
2007041260.tif 000010
【０１０５】
【化９】
2007041260.tif 000011
【０１０６】
【化１０】
2007041260.tif 000012
【０１０７】
【化１１】
2007041260.tif 000013
【０１０８】
以下に、本発明に使用可能なアゾ系二色性色素の具体例を示すが、本発明は以下の具体例によってなんら限定されるものではない。
【０１０９】
【化１２】
2007041260.tif 000014
【０１１０】
以下に本発明に使用可能なジオキサジン系二色性色素ならびにメロシアニン系二色性色素の具体例を示すが、本発明は以下の具体例によってなんら限定されるものではない。
【０１１１】
【化１３】
2007041260.tif 000015
【０１１２】
前記一般式（１）で表される置換基を有する二色性色素は、公知の方法を組み合わせて合成することができる。例えば、特開２００３−１９２６６４号公報等の記載の方法に従い合成することができる。
【０１１３】
（ホスト液晶）
本発明の液晶表示素子に使用可能なホスト液晶は、本発明の化合物と共存し得るものであれば特に制限はないが、例えば、ネマチック相あるいはスメクチック相を示す液晶化合物が利用できる。その具体例としては、アゾメチン化合物、シアノビフェニル化合物、シアノフェニルエステル、フッ素置換フェニルエステル、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル、フッ素置換シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル、シアノフェニルシクロヘキサン、フッ素置換フェニルシクロヘキサン、シアノ置換フェニルピリミジン、フッ素置換フェニルピリミジン、アルコキシ置換フェニルピリミジン、フッ素置換アルコキシ置換フェニルピリミジン、フェニルジオキサン、トラン系化合物、フッ素置換トラン系化合物、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリルなどが挙げられる。「液晶デバイスハンドブック」（日本学術振興会第１４２委員会編、日刊工業新聞社、１９８９年）の第１５４〜１９２頁及び第７１５〜７２２頁に記載の液晶化合物を用いることができる。
本発明の液晶表示素子には、好適にフッ素置換されたホスト液晶を使用することができる。例えば、Ｍｅｒｃｋ社の液晶（ＺＬＩ−４６９２、ＭＬＣ−６２６７、６２８４、６２８７、６２８８、６４０６、６４２２、６４２３、６４２５、６４３５、６４３７、７７００、７８００、９０００、９１００、９２００、９３００、１００００など）、チッソ社の液晶（ＬＩＸＯＮ５０３６ｘｘ、５０３７ｘｘ、５０３９ｘｘ、５０４０ｘｘ、５０４１ｘｘなど）が挙げられる。
【０１１４】
本発明に使用するホスト液晶の誘電率異方性は、正であっても負であってもよい。誘電率異方性が正のホスト液晶を水平配向させた場合には、電圧無印加時には液晶は水平に配向しているために二色性色素も水平となり光を吸収する。一方、電圧印加時に液晶分子が垂直に傾いてくるため二色性色素も垂直に傾き、その結果光を透過するようになる。誘電率異方性が負のホスト液晶を垂直配向させる場合には、電圧無印加時には液晶は垂直に配向しているために二色性色素も垂直となり光を吸収することなく透過する。一方、電圧印加時に液晶分子が水平に傾いてくるため二色性色素も水平に傾き、その結果光を吸収するようになる。誘電率異方性が負の液晶となるためには、液晶分子の短軸に誘電率異方性が大きななるような構造にする必要があるが、例えば、「月刊デイスプレイ」（２０００年、４月号）の第４頁〜９頁に記載のもの、Synlett.,  第４巻、第３８９頁〜３９６頁、１９９９年に記載のものが挙げられる。なかでも、電圧保持率の観点から、フッ素系置換基を有する誘電率異方性が負の液晶が好ましい。例えば、Ｍｅｒｃｋ社の液晶（ＭＬＣ−６６０８、６６０９、６６１０など）が挙げられる。
【０１１５】
また、本発明のゲストホスト方式液晶には、二周波駆動液晶を用いることができる。本発明の画像表示装置において、二波長駆動液晶を用いることにより、応答速度が速くできるという効果が認められる。二周波駆動液晶とは、該液晶に印加される電場の周波数が低周波数領域の場合に正の誘電率異方性を示し、高周波数領域の場合に誘電率異方性の符号が負に逆転する液晶である。日本学術振興会第１４２委員会編、液晶デバイスハンドブック、日刊工業新聞社、１９８９年、第１８９〜１９２頁に詳しい。その具体例として、イーストマン・コダック社の二周波駆動液晶を示す。
【０１１６】
【化１４】
2007041260.tif 000016
【０１１７】
この他にも、市販の二周波駆動液晶材料として、チッソ社製ＤＦ−０２ＸＸ、ＤＦ−０５ＸＸ、ＦＸ−１００１、ＦＸ−１００２、メルク社製ＭＬＣ−２０４８などを挙げることができる。
【０１１８】
本発明で用いられる二周波駆動液晶は、複数の液晶化合物の混合物であってもよい。さらに、印加される電場の低周波数領域と高周波数領域で誘電率異方性の符号が逆転しない液晶化合物を含んでもよい。
【０１１９】
液晶層に印加される電圧の周波数領域の好ましい範囲は、用いる液晶組成物の種類、該液晶組成物のクロスオーバー周波数等によって異なるが、一般的には該液晶組成物に印加される電場の周波数領域は、０．１Ｈｚ〜１０ＭＨｚであるのが好ましく、１Ｈｚ〜１ＭＨｚであるのがより好ましい。
二周波駆動液晶の場合には、低周波領域及び高周波領域の電圧が用いられる。低周波数領域として用いられるのは、一般的には０．１Ｈｚ〜１００ｋＨｚであることが好ましく、１Ｈｚ〜１０ｋＨｚであることがより好ましく、１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚであることがさらに好ましい。また、高周波数領域としては、一般的には１００Ｈｚ〜１０ＭＨｚであることが好ましく、１００Ｈｚ〜１ＭＨｚであることがより好ましく、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚであることがさらに好ましい。
【０１２０】
本発明では、ホスト液晶の物性を所望の範囲に変化させることを目的として（例えば、液晶相の温度範囲を所望の範囲にすることを目的として）、液晶性を示さない化合物を添加してもよい。また、カイラル化合物、紫外線吸収剤、酸化防止剤などの化合物を含有させてもよい。そのような添加剤は、たとえば、「液晶デバイスハンドブック」（日本学術振興会第１４２委員会編、日刊工業新聞社、１９８９年）の第１９９〜２０２頁に記載のＴＮ、ＳＴＮ用カイラル剤が挙げられる。
本発明として、好ましい形態のひとつは、カイラル化合物を添加したカイラルネマチック液晶相を利用したモードである。カイラル化合物としては、たとえば、メルク社製のＲ−８１１、Ｓ−８１１、Ｒ−１０８２、Ｓ−１０８２などが利用できる。カイラル化合物の比率は、０．０１〜１５質量％が好ましく、０．５〜６質量％が特に好ましい。
【０１２１】
本発明の液晶素子における、ホスト液晶及び二色性色素の含有量については特に制限はないが、二色性色素の含有量はホスト液晶の含有量に対して０．１〜１５質量％であることが好ましく、０．５〜６質量％であることが特に好ましい。
また、ホスト液晶及び二色性色素の含有量は、双方を含む液晶組成物を調整し、その液晶組成物を封入した液晶セルの吸収スペクトルをそれぞれ測定して、液晶セルとして所望の光学濃度を示すのに必要な色素濃度を決定することが望ましい。
【０１２２】
＜基板＞
本発明に用いられる基板としては、プラスチック基板、ガラス基板、紙、金属基板などが用いられるが、構成単位を積層してなるため透明基板であることが好ましく、透明なプラスチック基板又はガラス基板が好適であるが、基板上にＴＦＴを作製するため、耐熱の観点からガラス基板がより好適である。
前記プラスチック基板としては、たとえば、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シンジオタクチックポリスチレンン（ＳＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡｒ）、ポリスルフォン（ＰＳＦ）、ポリエステルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、環状ポリオレフィン、ポリイミド（ＰＩ）などが挙げられる。好ましくは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。
【０１２３】
本発明における基板の厚みは、特に規定されないが３０μｍ〜７００μｍが好ましく、より好ましくは４０μｍ〜２００μｍ、さらに好ましくは５０μｍ〜１５０μｍである。
さらにいずれの場合もヘイズが３％以下であることが好ましく、より好ましくは２％以下、さらに好ましくは１％以下、全光透過率は７０％以上が好ましく、より好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上である。ヘイズは、ヘイズメーター（例えば、日本電色工業製）によって測定され、全光透過率は、可視・紫外吸収スペクトロスコピーによって測定される。
【０１２４】
なお、反射型光学素子用途の場合には、目視方向から最も遠い側の基板には、透明でない非光透過性基板を用いることもできる。非光透過性基板としては、光反射性を有する白色の支持体を用いることができる。白色支持体としては、酸化チタン、酸化亜鉛などの無機顔料を添加したプラスチック基板が挙げられる。
【０１２５】
＜液晶表示素子＞
以下では、本発明の液晶表示素子の構成について説明する。
本発明の液晶表示素子は、基板上に、少なくとも１つの二色性色素とホスト液晶とを含む液晶層と、少なくとも１つの透明な薄膜トランジスタと、マトリクス状に配置された透明な画素電極と、透明な対向電極と、を有してなる構造単位を複数個積層してなる。本発明の液晶表示素子は、少なくとも上記構成単位を２つ以上有していれば、それ以外の構成単位を含んでいても良い。例えば、反射型光学素子用途の場合には、目視方向から最も遠い側に配される構成単位において、既述のように非光透過性の電極を用いても良いし、基板も非光透過性のものであってもよい。
本発明の液晶表示素子は、１つの液晶組成物中に複数の二色性色素を混合してもよい。液晶組成物の二色性色素についても、いかなるものであってもよく、特に、前記構造単位を少なくとも３個積層してなり、かかる３個の構造単位に含まれる液晶層が、各々独立にイエロー、シアン、又はマゼンタの二色性色素を含有してなるカラー画像を表示するものであることが好ましい。このように構造単位を垂直方向に積層してなる表示素子の場合、カラー画像を表現する方法は印刷物の網点と同様の原理である。イエロー、シアン、又はマゼンタの積層順は、目視方向手前から、マゼンタ、イエロー、シアンであることが好ましい。
【０１２６】
本発明の液晶表示素子の一例を、図２に示す。図２は、本発明の液晶表示素子の構成を示す断面概略図である。
図２の液晶表示素子では、基板３０１表面に対向電極（透明電極）３２１が設けられる。一方、基板３０３表面に、画素電極（透明電極）３６１と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０とが画素毎に、配置され、画素電極（透明電極）３６１は、マトリックス状に配置される。画素電極（透明電極）３６１又は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０と、対向電極（透明電極）３２１との間に、液晶層３８１を介在させる。
【０１２７】
液晶層３８１には、液晶層の厚みを制御するため、スペーサーや支柱（樹脂構造物）を設けてもよい。スペーサーや樹脂構造物は公知のものを適宜選択して適用することができる。スペーサーについては、例えば、「液晶デバイスハンドブック」（日本学術振興会第１４２委員会編、日刊工業新聞社、１９８９年）の第２５７〜２６２頁に記載のものを用いることができる。
対向電極（透明電極）３２１と画素電極（透明電極）３６１との間の距離、すなわち液晶層３８１の厚みは、１μｍ〜５０μｍであることが好ましく、２μｍ〜２０μｍであることがより好ましい。２μｍよりも狭いと、通電しやすくなり低コストでの製造が困難  となり、５０μｍよりも広いと、駆動電圧が上がってしまう
【０１２８】
図２の液晶表示素子では、このような構造単位を３個積層し、構造単位４０１、４０３、４０５を有する。最も目視側から遠い構成単位４０５の外側には、散乱白色反射層５０を設け、更にその外側に基板３０７を設ける。
本発明の液晶表示素子は、構成単位ごとにＴＦＴを有するため、垂直方向に対してコンタクトホール等での電気的な接続を行う必要が無く、製造が簡易である。
【０１２９】
図２の液晶表示素子では、同一画素における薄膜トランジスタの位置が、目視方向から見て重なるような位置で示しているが、薄膜トランジスタの位置はそれぞれずらしてもよい。前述のように薄膜トランジスタは透明ではあるが、薄膜トランジスタが形成されていない部分に比べて、薄膜トランジスタが形成されている部分における光の透過率は低くなりやすく、また薄膜トランジスタの高さの分だけ液晶層の厚さが薄くなるため、発色した濃度も低くなりやすい。そこで、同一画素の薄膜トランジスタの位置をずらすことで、同じ画素の薄膜トランジスタが互いに重なる位置に配置されている場合に比べて、表示画面の明るさのむらを抑制することができる。
また、図２では散乱白色反射層５０を設けているが、散乱白色反射層５０を設けず、目視側から最も遠い基板３０７を光反射性を有する白色基板としてもよい。また、散乱白色反射層５０を設けた上で、基板３０７を光反射性を有する白色基板としてもよい。
【０１３０】
図３は、本発明の液晶表示素子の平面概略図を示す。
液晶素子には、アクティブマトリクス駆動を行うために、各画素に対してそれぞれ画素電極（透明電極）３６がマトリクス状に配置されている。また、各画素電極３６に電圧印加するために、薄膜トランジスタＴＦＴ１０と、薄膜トランジスタ１０を駆動するためのゲート線７２とソース線７４とが形成されている。
【０１３１】
図２、図３の液晶表示素子は、対向電極（透明電極）３２と画素電極（透明電極）３６との間に電圧を印加して、ホスト液晶の配向状態を変化させ、ゲストとして溶解されている二色性色素の配向状態を制御する機能を有するものである。積層型液晶表示素子においては、液晶層に基板面に略垂直な縦電界が印加される。駆動対象画素の画素電極には、それに接続された薄膜トランジスタ１６を介して電圧が印加される。画像を形成するための電圧としては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、好ましくは１Ｖ〜２００Ｖ程度が好ましく、１〜５０Ｖ程度がより好ましい。
【０１３２】
以上説明した本発明の液晶表示素子では、用いる薄膜トランジスタ１０が透明であり、開口比を大きくすることができる。
更に、薄膜トランジスタ１０の半導体活性層として、ホモロガス化合物単結晶ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m薄膜を用いると、ゲートと活性層の界面に欠陥が介在しにくく、ゲートリーク電流が少なくなり、安定したアクティブマトリクス駆動を行うことができる。また、ホモロガス化合物単結晶ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）mのバンドギャップエネルギーは３．３ｅＶより大きいので、４００ｎｍ以上の波長である可視光に対して透明であり、可視光による光誘起電流の発生がなくなる。その結果、可視光が入射しても薄膜トランジスタ１０は誤動作しないため、ブラックマトリクスマスク等の遮光層を薄膜トランジスタ１０上に設ける必要がなくなり、開口率の向上を達成でき、明るい表示を行うことができる。さらに、ホモロガス化合物単結晶ＩｎＭＯ3（ＺｎＯ）m薄膜は、室温付近では良質な絶縁体であることから、ノーマリーオフ作動で、スイッチング特性が良好となり、１０００℃程度の高温まで安定であり、電子キャリア移動度はアモルファスシリコンに比較して１０倍以上大きいため、高速動作することが期待できる。
【０１３３】
＜用途＞
本発明の液晶表示素子は、各種分野において好適に使用することができ、例えば、大型表示板、防眩ミラー、調光ガラス等の調光素子、タッチパネル式キースイッチ等の低電圧駆動素子、電子ペーパー、電子アルバムなどに好適に使用することができる。
【実施例】
【０１３４】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。
【０１３５】
［実施例１］
図２に示す反射型表示素子を作製した。作製方法の詳細を述べる。
【０１３６】
＜二色性色素及び液晶の調製＞
二色性色素（１−２）及び（１−８）は、特開２００３−１９２６６４号記載の方法に従い合成した。二色性色素（１−１３）は、特開２００５−１２０３３４号記載の方法に従い、合成した。ホスト液晶としてフッ素系ネマチック液晶ＭＬＣ−６６０８（メルク社製）を用いた。カイラル剤Ｒ−８１１は市販品（メルク社製）を用いた。
【０１３７】
＜透明トランジスタの作製＞
（単結晶ＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）5薄膜の作製）
ガラス基板上にマスクを通してＰＬＤ法により厚み２ｎｍのパターン化されたＺｎＯ薄膜を基板温度７００度でエピタキシャル成長させた。次に、基板温度を室温まで冷却し、該ＺｎＯエピタキシャル薄膜上にＰＬＤ法により、厚み１５０ｎｍの多結晶ＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）5薄膜を堆積させた。こうして作製した二層膜を大気中に取り出し、電気炉を用いて、大気中、１４００度、３０ｍｉｎ加熱拡散処理した後、室温まで冷却した。
【０１３８】
（ＭＩＳＦＥＴ素子の作製）
フォトリソグラフィー法により、トップゲート型ＭＩＳＦＥＴ素子を作製した。ソースとドレイン電極及びゲート絶縁膜にはＩＴＯ及びアモルファスＡｌ2Ｏ3をそれぞれ用いた。チャネル長及びチャネル幅はそれぞれ０．０５ｍｍ及び０．２ｍｍとした。
【０１３９】
＜液晶表示素子の作製＞
下記表１に示した組合せの二色性色素及びカイラル剤Ｒ−８１１（１．２質量％）１２ｍｇとをホスト液晶（ＭＬＣ−６６０８）１．０ｇ中に加熱して溶解させた後、室温下１日放置させた。各々の二色性色素の添加量は、８μｍのセルギャップの液晶評価用セルに注入した場合における吸光度が０．８となるように調整した。
得られた液晶組成物を図２に示した層構成となるように注入した。各液晶層は８μｍのセルギャップとした。各基板表面には、ポリイミド垂直配向膜（日産化学製）を付設した。
散乱白色層としては、表面処理により表面活性をなくした酸化チタンからなる白色顔料を、５質量％のカルボキシセルロースとともに分散して調整した塗布液を塗布して作製した。
得られた液晶表示素子における一対の電極をリード線で結線（陽極に色素結合電極、陰極に透明トランジスタ電極基板）して表示装置を作製した。
【０１４０】
【表１】
2007041260.tif 000017
得られた液晶表示素子における一対の電極をリード線で結線（陽極に色素結合電極、陰極に透明トランジスタ電極基板）して表示装置を作製した。
【０１４１】
＜表示素子の評価＞
信号発生器を用いて、１００Ｈｚ交流電圧１０Ｖを各液晶層に印加させたところ、電圧印加時に黒色に、電圧無印加時に白色と変化した。その応答速度は３０ｍｓｅｃであった。
また、イエロー液晶層のみに電圧を印加させるとイエローに、マゼンタ液晶層のみに電圧を印加させるとマゼンタに、シアン液晶層のみに電圧を印加させるとシアンに着色した。
更に、イエロー液晶層とマゼンタ液晶層に電圧を印加させると赤に、シアン液晶層とマゼンタ液晶層に電圧を印加させると青に、シアン液晶層とイエロー液晶層に電圧を印加させると緑に着色した。
なお、得られた素子の開口率は95％、反射率は６０％であり、非常に明るい表示を行うことが可能であった。
【０１４２】
［比較例１］
実施例１において、ＩｎＧａＯ3（ＺｎＯ）5薄膜を有する透明な薄膜トランジスタを用いたところを、以下のトランジスタに変更した以外は同様にして比較の液晶表示素子を作製した。
【０１４３】
（比較のトランジスタの作製）
半導体活性層はモルファスシリコンを蒸着させることで作製し、薄膜トランジスタの上部にはカーボンブラックを用いたブラックマトリックスを付設した。
【０１４４】
得られた比較の表示素子は、実施例１の本発明の液晶表示素子に比べ、開口率が小さいため素子の反射率が低下した。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明にかかる透明薄膜トランジスタの構成を示す断面概略図である。
【図２】本発明の液晶表示素子の一例の構成を示す断面概略図である。
【図３】本発明の液晶表示素子の一例の構成を示す平面概略図である。
【符号の説明】
【０１４６】
１０  薄膜トランジスタ
１２  半導体活性層
３０１,３０３,３０５,３０７  基板
３６,３６１,３６３,３６５  画素電極
３８,３８１,３８３,３８５  液晶層
４０,４０１,４０３,４０５  構成単位
【図１】
2007041260.tif 000020
【図２】
2007041260.tif 000021
【図３】
2007041260.tif 000022