(57)【要約】【課題】低い閾値電圧で液晶を駆動できる液晶素子の製造方法を提供すること。【解決手段】ゲル状態の液晶材料中では、機能性物質が互いにつながり、３次元の網状又は蜂の巣状の構造が形成されている。ゲル状態が形成されることによって、通常、機能性物質の液晶母体への添加量を１０倍以上増加することができる。またその後、ゲル状態を解消することによって配向膜間の液晶材料中の機能性物質が光学的に略均一な分散状態になり、液晶分子のオーダーパラメータが減少し、低い閾値電圧での液晶の駆動が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が透明な互いに対向する基板と、前記基板の各対向面側に液晶分子の配向を規制する配向膜と、前記配向膜間に介在する液晶層とを備える液晶素子の製造方法であって、
機能性物質と液晶母体とを含有するゲル状態の液晶材料を前記配向膜間に導入する工程と、前記ゲル状態の液晶材料に電場を加えることで、ゲル状態を解消する工程と、を含むことを特徴とする液晶素子の製造方法。
【請求項２】
前記機能性物質が、誘電体材料で形成される誘電体ナノ粒子と、有機化合物との錯体であることを特徴とする、請求項１に記載の液晶素子の製造方法。
【請求項３】
前記誘電体ナノ粒子が、二酸化ケイ素，酸化マグネシウム，二酸化チタン及び二酸化セレンからなる群より選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする、請求項２に記載の液晶素子の製造方法。
【請求項４】
前記有機化合物が、直鎖アルキル基又は分岐アルキル基を分子構造中に有することを特徴とする、請求項２又は３に記載の液晶素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶素子の用途が拡大するにつれて、液晶素子に求められる要求も多様化している。特にモバイル用途では低い閾値電圧（Ｖｔｈ）で液晶を駆動することが強く求められている。閾値電圧（Ｖｔｈ）を低くする技術としては、下記の式に基づいて、液晶材料の弾性率（Ｋｅｆｆ）を小さくする又は誘電率異方性（Δε）を大きくすることが知られている（非特許文献１）。
【数１】
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【０００３】
例えば特許文献１には、液晶層に二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、二酸化チタンなどからなる誘電体ナノ粒子を分散させることにより誘電率異方性が増加し、動作電圧が低減された液晶電気光学装置を用いる技術が開示されている。
【非特許文献１】液晶便覧編集委員会編、「液晶便覧」、平成１２年１０月３０日、    ｐ．４７６
【特許文献１】特開２００６−３０９０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示される液晶層に誘電体ナノ粒子を添加するといった技術では、液晶層に分散可能な誘電体ナノ粒子の量に限界があり、十分に低い閾値電圧での液晶の駆動は実現できなかった。
【０００５】
そこで本発明は、十分に低い閾値電圧で液晶を駆動できる液晶素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の液晶素子の製造方法は、少なくとも一方が透明な互いに対向する基板と、前記基板の各対向面側に液晶分子の配向を規制する配向膜と、前記配向膜間に介在する液晶層とを備える液晶素子の製造方法であって、機能性物質と液晶母体とを含有するゲル状態の液晶材料を前記配向膜間に導入する工程と、前記ゲル状態の液晶材料に電場を加えることで、ゲル状態を解消する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
この発明のゲル状態の液晶材料中では、機能性物質が互いにつながり、３次元の網状又は蜂の巣状の構造が形成されている。ゲル状態が形成されることによって、通常、機能性物質の添加量を１０倍以上増加することができる。またその後、配向膜によってゲル状態を解消することで配向膜間の液晶材料中の機能性物質が光学的に略均一な分散状態になり、液晶分子のオーダーパラメータが減少し、低い閾値電圧での液晶の駆動が可能となる。ゲル状態が解消しても、機能性物質が析出しないのは、液晶母体と機能性物質とが強い相互作用を有する状態にあるためと推測できる。なお、液晶の閾値電圧は、オーダーパラメータの１／２乗に反比例することが知られている。
【０００８】
本発明の液晶素子の製造方法では、前記機能性物質は、誘電体材料で形成される誘電体ナノ粒子と、有機化合物との錯体であることが好ましい。
【０００９】
有機化合物が存在しない場合には、誘電体ナノ粒子は液晶母体に対して約０．０１〜０．１質量％しか分散しない。それに対して、有機化合物と誘電体ナノ粒子とが錯体を形成したものは、通常、約１．０質量％まで分散できる。よって、誘電率異方性が増加し、液晶を駆動する閾値電圧を低減できる。
【００１０】
本発明の液晶素子の製造方法では、前記誘電体ナノ粒子は、二酸化ケイ素，酸化マグネシウム，二酸化チタン及び二酸化セレンからなる群より選ばれる少なくとも１種からなることが好ましい。
【００１１】
本発明の液晶素子の製造方法では、前記有機化合物は、直鎖アルキル基又は分岐アルキル基を分子構造中に有することが好ましい。
【００１２】
有機化合物として、直鎖アルキル基又は分岐アルキル基を分子構造中に有するものを採用することによって、液晶材料のゲル形成をより容易にすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ゲル状態を形成することによって、機能性物質の液晶母体への添加量を増加でき、またその後、ゲル状態を解消することによって配向膜間の液晶材料中の機能性物質が光学的に略均一な分散状態になり、液晶分子のオーダーパラメータが減少し、低い閾値電圧での液晶の駆動が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の液晶素子の各構成について具体的に説明する。
【００１５】
本発明の配向膜は、一般にポリイミドなどの高分子にラビングと呼ばれる処理などを加えることで、接する表面の液晶分子を一方向に並べる作用を有するものをいう。
【００１６】
本発明の液晶素子を構成する液晶母体は、誘電率異方性が正であっても負であってもよく、例えば、ネマティック液晶、スメクテック液晶、カイラルネマティック液晶、カイラルスメクテックなどが挙げられる。この中ではネマティック液晶が好ましい。
【００１７】
本発明の機能性物質は、低い閾値電圧で液晶を駆動できる機能を有し、液晶母体と混合することでゲル状態になる物質であれば、特に限定されるものではない。
【００１８】
本発明でいう「ゲル」とは、「あらゆる溶媒に不溶の三次元網目構造を持つ高分子及びその膨潤体」をいう（高分子学会高分子辞典編集委員会編「新版  高分子辞典」、１９８８、朝倉書店、ｐ．１２９）。また、「溶媒」とは、有機溶媒などをいい、本発明では液晶母体を含む。「不溶の」とは、均一状態でないことをいい、本発明では光学的に均一でないことをいう。「高分子」とは、本発明では誘電体ナノ粒子と有機化合物とで形成される錯体をいう。「三次元網目構造」とは、本発明では錯体が形成する三次元の網目構造をいう。
【００１９】
本発明のゲル状態とは、光学的に均一でなく、光を散乱させる状態をいう。光の散乱は、目視での白濁現象で容易に確認できる。また、一般の濁度測定装置で測定することもできる。例えば、高感度濁度粒子径測定装置ＬＡＳＴ−１（島津製作所（株））が挙げられる。本発明において、錯体と液晶母体とが光学的に不均一な状態になるのは、もともと光学的異方性を有する液晶分子が錯体の形成する網目構造によってランダムに配列するためであると推測される。
【００２０】
本発明のゲル状態の解消とは、配向膜の作用により液晶分子が一方向に配列し、液晶材料のゲルを構成する３次元網目構造が破壊され、光学的に不均一な状態や光の散乱状態が解消し、光学的に略均一になることをいう。
【００２１】
本発明の有機化合物は、構造中に直鎖アルキル基、分岐アルキル基を有するものが、液晶材料のゲル形成をより容易にすることができる点で好ましいが、誘電体ナノ粒子と錯体を形成できるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、ポリアルキルアルコール、ポリアルキルカルボン酸、ポリアルキルチオール、ポリアルキルアルデヒドを挙げることができる。
【００２２】
本発明の誘電体ナノ粒子は、誘電体材料で形成されていれば特に限られるものでなく、誘電体材料としては、例えば、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、二酸化チタン、二酸化セレンなどが挙げられる。
【００２３】
本発明の誘電体ナノ粒子の平均粒子径は、５００ｎｍ以下であり、誘電体ナノ粒子の分散性がより向上するという点で１００ｎｍ以下が好ましい。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００２５】
後述の実施例及び比較例にて作製した液晶電気光学装置の透過率５０％時の実行駆動閾値電圧、誘電率異方性（Δε）、及び弾性率（Ｋｅｆｆ）は、次の方法に従って測定した。
（１）透過率５０％時の実行駆動閾値電圧：瞬間マルチ測光システムＬＣＤ−５２００（大塚電子（株）製）を用いて測定した。測定条件は、Ｖ  ｓｔａｒｔ：１Ｖ、Ｖ  ｅｎｄ：５Ｖ、Ｖ  ｓｔｅｐ：０．１Ｖ  周波数２００Ｈｚである。
（２）誘電率異方性：ＥＣ−１型弾性定数測定システム（（株）東陽テクニカ製）を用いて液晶電気光学装置の垂直方向及び水平方向の容量を測定し、算出した。
（３）弾性率：ＥＣ−１型弾性定数測定システム（（株）東陽テクニカ製）を用いてＫ１１及びＫ３３を測定し、Ｋ３３からＫ２２を算出し、Ｋｅｆｆを算出した。
【００２６】
（実施例１）
トルエン１００質量部に対して、液晶母体としてのＺＬＩ−４７９２（メルク（株）製）を１０質量部添加し、超音波分散処理（ＵＴ−１０６Ｈ：（株）シャープ製、３７ｋＨｚ、１時間）を行い、液晶トルエン溶液を調製した。この溶液に、ＺＬＩ−４７９２（メルク（株）製）１００質量部に対して、固体分として２．５質量部の誘電体ナノ粒子（誘電体材料としては二酸化ケイ素）と有機化合物との錯体としてのＰＬ−２Ｌ−ＴＯＬ（扶桑化学工業（株）製、ｌｏｔ  Ｎｏ．ＣＸ−４９０８、平均一次粒子径：１７ｎｍ（二酸化ケイ素４０％／トルエン））を添加し、超音波分散処理（ＵＴ−１０６Ｈ：（株）シャープ製、３７ｋＨｚ、１時間）を行った後、減圧加熱処理し、トルエンを蒸発除去して、ゲル状態の液晶材料としての二酸化ケイ素ナノ粒子分散液晶材料を調製した。この二酸化ケイ素ナノ粒子分散液晶材料を、ＴＮ型液晶セル（ニッポ電機（株）セル厚：５μｍ、配向膜：ＳＥ−１３０、スペイサー粒径：５μｍ）に注入して、ＴＮ型液晶電気光学装置を作製した。セル内の液晶材料のゲル状態は、偏光顕微鏡（ＯＬＹＭＰＵＳ製ＢＸ５０）にて確認した。このセル内のゲル状態の液晶材料にシンセサイズドファンクションジェネレーター（ＹＯＫＯＧＡＷＡ製ＦＧ１１０）を用いて電場（ｓｉｎ波、１００Ｈｚ、２０Ｖ）を３０分加えると、セル内のゲル状態は解消した。
【００２７】
（実施例２）
液晶トルエン溶液中に、液晶母体としてのＺＬＩ−４７９２（メルク（株）製）１００質量部に対して、固体分として５質量部の誘電体ナノ粒子（誘電体材料としては二酸化ケイ素）と有機化合物との錯体としてのＰＬ−２Ｌ−ＴＯＬ（扶桑化学工業（株）製、ｌｏｔ  Ｎｏ．ＣＸ−４９０８、平均一次粒子径：１７ｎｍ（二酸化ケイ素４０％／トルエン））を添加する以外は、実施例１と同様の方法にてゲル状態の液晶材料としての二酸化ケイ素ナノ粒子分散液晶材料を調製し、ＴＮ型液晶電気光学装置を作製した。セル内にゲル状態の液晶材料を確認し、実施例１と同様に電場を加えるとセル内のゲル状態は解消した。
【００２８】
（比較例１）
液晶母体としてのＺＬＩ−４７９２（メルク（株）製）をＴＮ型液晶セル（ニッポ電機（株）セル厚：５μｍ、配向膜：ＳＥ−１３０、スペイサー粒系：５μｍ）に注入して、ＴＮ型液晶電気光学装置を作製した。
【００２９】
表１に、実施例１及び２ならびに比較例１の測定結果を示す。本発明の実施形態である実施例１及び２の液晶の駆動電圧は、比較例１と比較して低値を示した。
【表１】
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【００３０】
（実施例３）
液晶母体としてのＭＯ１６（大日本インキ化学工業（株）製）を用いる以外は、濃度等も全て実施例１と同様の方法にてゲル状態の液晶材料としての二酸化ケイ素ナノ粒子分散液晶材料を調製し、ＴＮ型液晶電気光学装置を作製した。セル内にゲル状態の液晶材料を確認し、実施例１と同様に電場を加えるとセル内のゲル状態は解消した。
【００３１】
（比較例２）
液晶母体としてのＭＯ１６（大日本インキ化学工業（株）製）を用いる以外は、比較例１と同様の方法にて、ＴＮ型液晶電気光学装置を作製した。
【００３２】
表２に、実施例３及び比較例２の測定結果を示す。本発明の実施形態である実施例３の液晶の駆動電圧は、比較例２と比較して低値を示した。
【表２】
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【００３３】
（実施例４）
液晶母体としてのＭＬＣ−２０６２（メルク（株）製）を用いる以外は、濃度等も全て実施例１と同様の方法にて、ゲル状態の液晶材料としての二酸化ケイ素ナノ粒子分散液晶材料を調製し、ＴＮ型液晶電気光学装置を作製した。セル内にゲル状態の液晶材料を確認し、実施例１と同様に電場を加えるとセル内のゲル状態は解消した。
【００３４】
（実施例５）
液晶母体としてのＭＬＣ−２０６２（メルク（株）製）を用いて、液晶材料トルエン溶液中のＭＬＣ−２０６２（メルク（株）製）１００質量部に対して、誘電体ナノ粒子（誘電体材料としては二酸化ケイ素）と有機化合物との錯体としてのＰＬ−２Ｌ−ＴＯＬ（扶桑化学工業（株）製、ｌｏｔ  Ｎｏ．ＣＸ−４９０８、平均一次粒子径：１７ｎｍ（二酸化ケイ素４０％／トルエン））を固体分として１．２５質量部添加する以外は、実施例１と同様の方法にて、ゲル状態の液晶材料としての二酸化ケイ素ナノ粒子分散液晶材料を調製し、ＴＮ型液晶電気光学装置を作製した。セル内にゲル状態の液晶材料を確認し、実施例１と同様に電場を加えるとセル内のゲル状態は解消した。
【００３５】
（実施例６）
液晶母体としてのＭＬＣ−２０６２（メルク（株）製ＭＬＣ−２０６２）を用いて、液晶材料トルエン溶液中のＭＬＣ−２０６２（メルク（株）製）１００質量部に対して、誘電体ナノ粒子（誘電体材料としては二酸化ケイ素）と有機化合物との錯体としてのＰＬ−２Ｌ−ＴＯＬ（扶桑化学工業（株）製、ｌｏｔ  Ｎｏ．ＣＸ−４９０８、平均一次粒子径：１７ｎｍ（二酸化ケイ素４０％／トルエン））を固体分として２質量部添加する以外は、実施例１と同様の方法にて、ゲル状態の液晶材料としての二酸化ケイ素ナノ粒子分散液晶材料を調製し、ＴＮ型液晶電気光学装置を作製した。セル内にゲル状態の液晶材料を確認し、実施例１と同様に電場を加えるとセル内のゲル状態は解消した。
【００３６】
（比較例３）
液晶母体としてのＭＬＣ−２０６２（メルク（株）製）を用いる以外は、比較例１と同様の方法にてＴＮモード型液晶電気光学装置を作製した。
【００３７】
表３に、実施例４、５及び６ならびに比較例３の測定結果を示す。本発明の実施形態である実施例４、５及び６の液晶の駆動電圧は、比較例３と比較して低値を示した。
【表３】
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【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の液晶素子を用いた液晶電気光学装置（実施例１及び２ならびに比較例３）の測定結果を示す図である。
【図２】本発明の液晶素子を用いた液晶電気光学装置（実施例３及び比較例２）の測定結果を示す図である。
【図３】本発明の液晶素子を用いた液晶電気光学装置（実施例５及び６ならびに比較例３）の測定結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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