JP2006039519A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 単安定性の強誘電性液晶を均一なモノドメイン配向でセルギャップ内に備えた液晶表示素子を提供する。
【解決手段】 少なくとも一方の基板に配向膜を備えた一対の基板間に注入されカイラルスメクチックＣ相を有する単安定状態を示す液晶物質からなる液晶層と、この液晶層に電界を印加するための電極とを備え、液晶層中に複数の障壁を備えるとともに、単安定状態における液晶物質の分子方向が障壁の延設方向と略一致するものとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は液晶表示素子に係り、特に単安定性の強誘電性液晶を用いた液晶表示素子に関する。

従来より、表示装置として液晶表示素子が広く使用されており、この液晶表示素子としては、画素毎にスイッチング素子を有するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板を用いたアクティブマトリクス駆動方式であるＴＦＴ−ＴＮ(Twisted Nematic)方式が主流となっている。また、近年は、液晶表示素子の欠点であった視野角の狭さを改善するため、ＩＰＳモード、ＭＶＡモード等が開発されるとともに、携帯電話やＰＤＡ等のモバイル機器の表示や、パソコンのモニタから、液晶ＴＶモニタへ市場が拡大している。しかし、例えば、ＴＶモニタとして用いられる場合の問題点として、動画を表示する際に、液晶の応答速度が遅いため、動きの速い映像の表示において尾を引いてしまう場合があり、高速化が大きな課題となっていた。

一方、強誘電性液晶は、自発分極を有し高速度応答が可能である。強誘電性液晶は、クラークとラガーウォルらによって提唱された非電界印加時に２つの安定状態をもち、メモリー性を有する双安定性のものが広く知られており、これを利用して単純マトリックス駆動による動画表示を行なう液晶表示素子が開発された。このような双安定性の強誘電性液晶を用いたものとして、一対の基板をストライプ状の隔壁構造物を介して接合し、一軸配向処理の方向と隔壁の方向を略平行とした上下基板により形成された微小空間に液晶を封じ込めた液晶ディスプレイ等が報告されている（特許文献１、２）。また、隔壁の方向と層法線方向とがなす角を５０±２０°とすることにより、双安定性の強誘電性液晶に生じる層法線方向の液晶割れを防止した液晶パネル体が報告されている（特許文献３）。しかし、双安定性の強誘電性液晶は階調表示が難しく、高品位の画像表示が困難なことから、上述のＴＦＴ基板の実用化に伴い、注目されなくなった。

これに対して、電圧非印加時の状態が一つの状態で安定している単安定性の強誘電性液晶は、電圧変化によりアナログ的な階調表示が可能で、ＴＦＴによる駆動に適していることから、近年注目されている（非特許文献１）。この単安定性の強誘電性液晶は、通常、降温過程でコレステリック相から、スメクチックＡ相を経由せずに、直接カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）に相転移する液晶物質を使用する。しかし、このような単安定性の強誘電性液晶を用いた場合、層法線方向が異なる領域（ダブルドメイン）が発生し、駆動時に白黒反転した表示になるという問題がある。

このようなダブルドメインを無くしてモノドメインにする方法として、液晶をセルギャップ内に注入した後、コレステリック（Ｃｈ）相以上に温度を上げ、直流電圧を印加しながら降温する電界印加徐冷法（非特許文献２）が知られている。
また、モノドメインを得る他の方法として、上下の配向膜の一方にラビング処理を施した配向膜、他方に光配向処理を施した配向膜を配設する方法（特許文献４）が知られている。

さらに、強誘電性液晶を単安定状態とする方法として、例えば、強誘電性液晶中に重合性のモノマーおよび／またはオリゴマーを少量添加し、直流電界または交流電界を印加しながら重合させる高分子安定化法（特許文献５）が知られている。
特開平７−３１８９１２号公報 特開平７−１５９７９２号公報 特開２０００−６６１７６号公報 特開２００３−５２２３号公報 特開平９−２１１４６３号公報 Liquid Crystals, 1999, Vol. 26, No.11,1599-1602 J．Appl. Phys., 1986, Vol. 59, No.7,2355-2360

しかしながら、ダブルドメインを無くしてモノドメインにする上述の電界印加徐冷法は、製造プロセスが複雑であり、また、一度モノドメインが得られても、相転移点以上に温度が上がると配向が乱れ、再びダブルドメインが現れるため、安定性に欠け実用的ではないという問題があった。また、上述の高分子安定化法は、プロセスが複雑で、駆動電圧が高くなるという問題があった。さらに、上述のラビング／光配向膜を用いる方法では、表示素子の面積が大きくなると、全体に亘って均一にモノドメイン配向を得ることが困難であるという問題があった。

また、上述の双安定性の強誘電性液晶を用いた液晶パネル体を単に利用しても、単安定化された強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることは困難であった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、単安定性の強誘電性液晶を均一なモノドメイン配向でセルギャップ内に備えた液晶表示素子を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明は、少なくとも一方の基板に配向膜を備えた一対の基板と、該基板間に注入されカイラルスメクチックＣ相を有する単安定状態を示す液晶物質からなる液晶層と、該液晶層に電界を印加するための電極とを備えた液晶表示素子において、複数の障壁を前記液晶層中に備え、前記液晶物質は単安定状態における分子方向が前記障壁の延設方向と略同一であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記液晶物質の単安定状態における分子方向と、障壁の延設方向の差は０〜５°の範囲内であるような構成とした。
本発明の他の態様として、隣り合う前記障壁のピッチは０．５〜３ｍｍの範囲であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記配向膜はラビング処理あるいは光配向処理により異方性を付与した膜であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記障壁は、基板間距離の５０〜１００％を占めるような構成とした。

本発明によれば、液晶層内に複数の障壁が存在し、かつ、単安定状態における液晶物質の分子方向が障壁の延設方向と略同一であることにより、液晶層は配向欠陥の少ないモノドメイン配向の単安定性の強誘電性液晶層となり、高品質な画像表示が可能となる。また、障壁の配設ピッチを大きくしても上記の効果が奏されるので、障壁が原因となる表示画面におけるライン状の欠陥を少なくすることができ、画像品質の低下を抑えることが可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の液晶表示素子の一実施形態であるフィールドシーケンシャル方式の液晶表示素子を示す概略断面図であり、図２は図１に示される本発明の液晶表示素子を説明するための平面図である。図１および図２において、液晶表示素子１は、画素電極基板２と共通電極基板３とが対向して配設され、両基板間に形成されたセルギャップに注入された液晶物質からなる液晶層４を備え、画素電極基板２の外側にはバックライト６が配設されている。尚、図２は、共通電極基板３側からの平面図であり、後述する障壁５のみを残して共通電極基板３を取り去った状態を示している。また、図２では、画素電極基板２の後述する配向膜１７は示していない。

画素電極基板２は、基材１１の一方の面に偏光フィルム１２を備え、他方の面に画素電極１３、この画素電極１３に接続されたスイッチング素子であるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１４、ＴＦＴ１４に接続された走査線１５、信号線１６を備え、これらを覆うように配向膜１７を備えている。
また、共通電極基板３は、基材２１の一方の面に偏光フィルム２２を備え、他方の面に共通電極２３を備え、この共通電極２３上にピッチＰで延設した複数の障壁５と、配向膜２４とを備えている。図示例では、複数の障壁５は信号線１６と平行（図２の矢印ａ方向）に延設されており、この延設方向は、単安定状態における液晶物質の分子方向と略同一である。

上記の基材１１、２１としては、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジッド材、あるいは、透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材、こられの複合材を使用することができる。基材１１，２１の厚みは、材料、液晶表示素子の使用状況等を考慮して設定することができ、例えば、０．１〜１．０ｍｍ程度とすることができる。
また、画素電極１３、共通電極２３は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、および、その合金等を用いて、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成することができる。このような電極の厚みは、０．０５〜０．２μｍの範囲で適宜設定することができる。

また、上記の配向膜１７、２４は、一軸配向処理が施されており、画素電極基板２と共通電極基板３は、各配向膜１７、２４の配向方向が互いに略平行となるように対向している。配向膜１７、２４の一軸配向処理は、光配向処理でもラビング処理でも共に可能であるが、光配向処理が好ましい。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。

光配向処理により異方性を付与した膜は、配向膜の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、その膜上の液晶物質を配向させるものである。光配向処理を施す配向膜は、光を照射して光励起反応を生じることにより、液晶物質を配向させる効果（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、このような配向膜としては、大きく、光反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光反応型配向膜と、光異性化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光異性化型配向膜とに分けることができる。

光反応型配向膜は、光反応を生じることにより配向膜に異方性を付与するものである。光反応型配向膜としては、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、光二量化反応または光分解反応を生じることにより配向膜に異方性を付与するもの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い、この反応により偏光方向の配向を安定化し、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、配向膜に異方性を付与することができるものである。
光反応型配向膜としては、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配向膜に異方性を付与する光二量化型配向膜を用いることがより好ましい。

光二量化型配向膜としては、光二量化反応により配向膜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、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用いることが好ましい。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、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。
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。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、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。

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。
また、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。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、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、配向膜用塗布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。
光二量化型配向膜としては、例えば、下記一般式（１）に示す二量化反応性ポリマーを使用することができる。

上記一般式（１）において、Ｍ^１およびＭ^２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。Ｍ^２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。Ｄ^１およびＤ^２は、スペーサー単位を表す。
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。Ｃ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、シンナモイル基等が挙げられる。ｊおよびｋは、それぞれ独立して、０または１である。

上記の一般式（１）で示される二量化反応性ポリマーの中で、より好ましいものとして、下記の構造式１〜４で示されるものを挙げることができる。

上記の構造式１〜４において、Ｒ¹¹は−Ａ¹−（Ｚ¹¹−Ｂ¹）_t−Ｚ¹²−を表し、Ａ¹およびＢ¹は、１，４−フェニレン、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、または１，３−ジオキサン−２，５−ジイルを表す。また、Ｚ¹¹およびＺ¹²は、それぞれ独立して、共有単結合、−ＣＨ₂−ＣＨ₂−、−ＣＨ₂Ｏ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＯＣ−を表す。ｔは、０〜４の整数である。ｎは４〜３００００の整数である。

光二量化反応性化合物としては、上述した中から、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。
光二量化型配向膜の材料としては、例えばRolic technologies社製の「ＲＯＰ１０２」、「ＲＯＰ１０３」などを挙げることができる。また、光分解反応を利用した光反応型配向膜の材料としては、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。

また、光異性化型配向膜は、光異性化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与するものである。光異性化型配向膜としては、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、光異性化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を用いることが好ましい。このような光異性化反応性化合物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。
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もの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、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、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、それにより配向膜に異方性を付与することができるからである。
さらに、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液晶物質の種類に応じて適宜選択すればよいが、光照射により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、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。
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。

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。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、液晶物質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。
シス−トランス異性化反応性骨格は、液晶物質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、液晶物質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、用いられる液晶物質の種類に応じて、適宜選択することができる。
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、液晶物質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、液晶物質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−、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−などが挙げられる。
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、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、液晶物質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、液晶物質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。
また、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。

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、液晶物質との相互作用が高く、液晶物質の配向制御に特に適しているからである。
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。

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。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、配向膜に異方性を付与し、その膜上の液晶物質の配向を制御することができるのである。
光異性化型配向膜としては、例えば、下記一般式（２）に示す分子内にアゾベンゼン骨格を有する単分子化合物を使用することができる。

上記一般式（２）において、Ｒ^５１は各々独立して、ヒドロキシ基を表す。Ｒ^５２は−（Ａ^５１−Ｂ^５１−Ａ^５１）_ｍ−（Ｄ^５１）_ｎ−で表される連結基を表し、Ｒ^５３は（Ｄ^５１）_ｎ−（Ａ^５１−Ｂ^５１−Ａ^５１）_ｍ−で表される連結基を表す。ここで、Ａ^５１は二価の炭化水素基を表し、Ｂ^５１は−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯＯ−または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｍは０〜３の整数を表す。Ｄ^５１は、ｍが０のとき二価の炭化水素基を表し、ｍが１〜３の整数のとき−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯＯ−または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｎは０または１を表す。Ｒ^５４は各々独立して、ハロゲン原子、カルボキシ基、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、カルボキシ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。Ｒ^５５は各々独立して、カルボキシ基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基またはヒドロキシ基を表す。ただし、カルボキシ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。

上記の一般式（２）で示される分子内にアゾベンゼン骨格を有する単分子化合物として、下記の構造式５〜８で示されるものを挙げることができる。

また、光異性化型配向膜しては、例えば、下記一般式（３）に示す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使用することができる。

上記一般式（３）において、Ｒ^６１は各々独立して、（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。Ｒ^６２は−（Ａ^６１−Ｂ^６１−Ａ^６１）_ｍ−（Ｄ^６１）_ｎ−で表される連結基を表し、Ｒ^６３は（Ｄ^６１）_ｎ−（Ａ^６１−Ｂ^６１−Ａ^６１）_ｍ−で表される連結基を表す。ここで、Ａ^６１は二価の炭化水素基を表し、Ｂ^６１は−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯＯ−または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｍは０〜３の整数を表す。Ｄ^６１は、ｍが０のとき二価の炭化水素基を表し、ｍが１〜３の整数のとき−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯＯ−または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｎは０または１を表す。Ｒ^６４は各々独立して、ハロゲン原子、カルボキシ基、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、カルボキシ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。Ｒ^６５は各々独立して、カルボキシ基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基またはヒドロキシ基を表す。ただし、カルボキシ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。

上記の一般式（３）で示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として、下記の構造式９〜１２で示されるものを挙げることができる。

光異性化反応性化合物としては、上述した中から、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。

また、光配向処理を施す配向膜は、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。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。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や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、光二量化反応性化合物また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少なすぎると重合が開始（禁止）されない場合があり、逆に多すぎると、反応が阻害される場合があるからである。

光配向処理により異方性を付与した配向膜は、例えば上述した配向膜の材料を有機溶剤で希釈した配向膜用塗布液を塗布し、乾燥させ、得られた膜に光配向処理を行うことにより形成することができる。
この場合に、配向膜用塗布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。また、配向膜用塗布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。含有量が少なすぎると、配向膜に適度な異方性を付与することが困難となり、逆に多すぎると、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。
塗布法としては、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。
配向膜の材料を塗布することにより得られる膜の厚みは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。膜の厚みが薄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物質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。

得られた膜は、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、用いられる配向膜の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。
偏光方向は、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、液晶物質の配向状態を良好なものとすることができることから、基板面に対して略垂直であることが好ましい。また、光異性化型配向膜の場合には、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、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、液晶物質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、３０°〜４５°の範囲内とすることがより好ましく、最も好ましくは４５°である。
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、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、配向膜に付与された異方性を安定化することができる。

尚、本発明の液晶表示素子では、上記の配向膜１７、２４が同じ配向膜、例えば、光配向処理を施した配向膜であってもよく、また、配向膜１７、２４が異なる配向膜（使用する材料および／または配向処理方法が異なる配向膜）であってもよいが、中でも、配向膜１７、２４が異なる配向膜であることが好ましい。これにより、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を効果的に抑制することができ、モノドメイン配向を得ることができるからである。異なる配向膜とすることにより良好な配向状態が得られる理由は明らかではないが、配向膜のそれぞれと液晶物質との相互作用の相違によるものと考えられる。また、電界印加徐冷方式によらずに、配向膜の配向規制力により液晶物質を配向させるので、相転移点以上に昇温することによる配向乱れが生じにくく、配向安定性に優れた液晶表示素子とすることができる。
配向膜１７、２４が異なる配向膜である場合、上述したように、例えば使用する材料や配向処理方法が異なる配向膜とすることができ、例えば一方を光配向処理を施した配向膜、他方をラビング処理を施した配向膜とする、あるいは、一方を光二量化型配向膜、他方を光異性化型配向膜とすることができる。
また、配向膜が光二量化型配向膜である場合、例えば上述した光二量化反応性ポリマーを種々選択することにより、使用する材料が異なる配向膜とすることができる。この際、添加剤の添加量を変えることによって、材料の組成を変化させることもできる。さらに、配向膜が光異性化型配向膜である場合、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、使用する材料が異なる配向膜とすることができる。この際、添加剤の添加量を変えることによって、材料の組成を変化させることもできる。
さらに、本発明の液晶表示素子は、配向膜を画素電極基板２と共通電極基板３のいずれか一方に備えるものであってもよい。

共通電極基板３の共通電極２３上に延設された障壁５は、画素電極基板２と共通電極基板３との間に形成されたセルギャップに注入された液晶物質の配向を均一なものとするための部材である。この障壁５の延設方向と、液晶物質の単安定状態における分子方向との差は、０〜５°の範囲内であることが好ましい。また、隣り合う障壁５のピッチＰは０．５〜３ｍｍ、好ましくは０．８〜２．５ｍｍの範囲とすることができる。障壁５の幅Ｗは、開口率を考慮すると狭い方が好ましいが、障壁５をスペーサとして兼用する場合、狭すぎると強度的に機能しないことになる。したがって、障壁５の幅Ｗは、障壁５の機能を考慮して、例えば、５〜３０μｍの範囲で適宜設定することができる。障壁５のピッチＰが０．５ｍｍ未満であると、障壁５が原因となる表示画面におけるライン状の欠陥が多くなり、画像品質の低下を来たし、また、３ｍｍを超えると、注入された液晶物質の均一な配向が困難となる。

このような障壁５の高さは、画素電極基板２と共通電極基板３とのセルギャップ（基板間距離）の設定値に対応して設定することができ、セルギャップの５０〜１００％となるように設定することができる。障壁５の高さがセルギャップの５０％未満であると、配向欠陥が生じ易く、液晶層４を均一なモノドメイン配向の強誘電性液晶層とすることができない。本発明の液晶表示素子１では、画素電極基板２と共通電極基板３とのセルギャップを高い精度で確保するために、基板間にビーズ、柱状凸部等のスペーサを配設することができ、また、障壁５の高さをセルギャップの１００％に設定してスペーサの作用を兼ねさせることもできる。

尚、図示例では、説明を容易とするために、画素電極１３等と障壁５との位置や寸法の関係は便宜的に示してある。図示例では、画素電極１３の配列４本毎に１本の障壁５が矢印ａ方向に延設されているが、例えば、画素電極１３の配列ピッチが１２８μｍで、障壁５のピッチＰが１．５ｍｍである場合には、画素電極１３の配列約１２本毎に１本の障壁５が存在することになる。

上記の障壁５は、例えば、２Ｐ（Photo Polymerization）法、フォトリソグラフィー法等の公知の方法により形成することができる。２Ｐ法では、例えば、エチレングリコール（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ヘキサングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、グリセリンジ（メタ）アクリレート、グリセリントリジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、ペンタエリスリトール（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート等のモノマー、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシ、ビニルエーテル、ポリエン・チオール系等のオリゴマー、光二量化反応を起こすポリビニル桂皮酸系樹脂等の光架橋型ポリマー等を基材２１上に塗布し、障壁形成用の原版を塗布膜に圧着した状態で紫外線を照射して硬化させ、その後、原版を剥離することにより障壁５を形成する。また、フォトリソグラフィー法では、上述の２Ｐ法で例示したような材料を基材２１上に塗布し、障壁形成用の所望のフォトマスクを介して塗布膜を露光し、その後、現像することにより障壁５を形成する。尚、上記の（メタ）アクリレートとは、アクリレートあるいはメタクリレートを意味する。

液晶表示素子１を構成する液晶層４の液晶物質は、液体相でセルギャップに注入され、例えばコレステリック相から、スメクチックＡ相を経由せずに、直接カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）に相転移されたものである。液晶の相系列としては、カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）を発現するものであれば特に限定されるものではないが、液晶物質は、ネマチック相−コレステリック相−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）、または、ネマチック相−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）と相転移し、スメクチックＡ相を経由しないものであることが好ましい。単安定性を示し、スメクチックＡ相を経由しない液晶物質を用いることにより、ＴＦＴを用いたアクティブマトリ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。
また、本発明の液晶表示素子をフィールドシーケンシャル方式により駆動させる場合には、液晶物質は、正負いずれかの電圧を印加したときにのみ液晶物質の分子方向が動作する、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液晶物質を用いると、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からである。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。
上述の中でも、コレステリック相から、スメクチックＡ相を経由せずに、直接カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）に相転移する液晶物質は、ＨＶ字型スイッチング特性を示すものとして好適である。このような液晶物質の具体例としては、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社より販売されている「Ｒ２３０１」、「ＦＥＬＩＸ−３２０６」が挙げられる。

この液晶物質の単安定状態における分子方向を、上述の障壁５の延設方向に対して略平行、好ましくは分子方向と障壁５の延設方向の差を０〜５°の範囲とすることにより、障壁５の作用によって、液晶物質は電界無印加状態で分子軸が均一にモノドメイン配向した単安定状態をとる。尚、本発明では、層法線方向が同じ領域の面積が全面積に占める割合が９５％以上である場合を「均一にモノドメイン配向した単安定状態」とする。このように、単安定状態における液晶物質の分子方向を障壁５の延設方向に対して略平行とするには、使用する液晶物質に応じて配向膜１７、２４の一軸配向の方向を適宜設定すればよい。

また、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の範囲内、さらに好ましくは１．４μｍ〜２．０μｍの範囲内である。液晶層の厚みが上記範囲より薄いと、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上記範囲より厚いと、液晶物質が配向しにくくなる可能性があるからである。

液晶表示素子１を構成するバックライト６は、例えば、画素電極基板２と対向するように赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色を発光するＬＥＤを複数配設し、これらと画素電極基板２との間に光拡散板を配置したものとすることができる。また、画素電極基板２と対向するよう光拡散板のみを配置し、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤを光拡散板の側端部に導光板を介して配設したものとしてもよい。
尚、上述の実施形態では、障壁５は共通電極基板３の共通電極２３上に設けられているが、画素電極基板２の画素電極１３上等に設けたものであってもよい。また、障壁５の延設方向（図２の矢印ａ方向）は、信号線１６と平行であるが、信号線１６に対して所望の角度で交叉するように障壁５を延設してもよい。

また、液晶層４は、液晶物質を液体相でセルギャップに注入する方法の他に、障壁５を形成した共通電極基板３上に所定量の液晶物質を液体相で滴下し、その後、真空中で画素電極基板２を接合することにより形成してもよい。この場合、障壁５の高さを、セルギャップの１００％未満、５０％以上に設定することにより、滴下する液晶物質の総量を管理するのみでよく、各障壁で区画された個々の領域内に滴下する液晶物質量の制御が不要であり、工程管理が容易となる。
上述の実施形態は、バックライトとしてＲ、Ｇ、Ｂを個別の光源（ＬＥＤ）として使用したものであるが、Ｒ、Ｇ、Ｂを連続的に切り換えて発光可能な光源をバックライトとして使用してもよい。また、本発明の液晶表示素子の方式は、フィールドシーケンシャル方式に限定されるものではなく、カラーフィルタを用いてカラー表示を行なう液晶表示素子であってもよい。

また、本発明の液晶表示素子では、配向膜と液晶層との間に、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層が形成されていてもよい。このような反応性液晶は、配向膜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層が形成される。このように反応性液晶層が配向膜上に固定化されており、配向膜によって反応性液晶層に異方性が付与されるため、反応性液晶層は液晶物質を配向させるための配向膜として機能することができる。また、反応性液晶層は、配向膜上に固定化されているため、液晶物質を相転移点より高温に昇温しても配向乱れが生じにくく、配向安定性に優れたものである。さらに、反応性液晶は、液晶物質と構造が比較的類似しており、液晶物質との相互作用が強いため、液晶物質の配向を効果的に制御することができるという利点を有する。

反応性液晶層は、いずれか一方の配向膜上に形成されていてもよく、両方の配向膜上に形成されていてもよい。反応性液晶層がいずれか一方の配向膜上に形成されている場合は、液晶物質が異なる層（配向膜および反応性液晶層）の間に挟まれることになるので、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を効果的に抑制することができ、モノドメイン配向を得ることができる。また、反応性液晶層が両方の配向膜上に形成されている場合には、モノドメイン配向を得るために、それぞれの反応性液晶層に使用する材料が異なることが好ましい。

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。

また、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。
反応性液晶に含有され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も用いることができるが、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、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。
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。

モノアクリレートモノマーとしては、下記一般式（４）,（５）に示すものを例示することができる。

上記の一般式（４）,（５）において、Ａ^２１、Ｂ^２１、Ｄ^２１、Ｅ^２１およびＦ^２１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^２１およびＢ^２１、あるいはＤ^２１およびＥ^２１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。Ｍ^２１およびＭ^２２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^２１またはＤ^２１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。

また、ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記の構造式１３，１４に示すものを挙げることができる。

上記の構造式１３，１４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。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ＣＨ_３（ＣＨ_２）_４ＯＣＯであることが好ましい。

さらに、ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記の構造式１５に示すものを挙げることができる。

上記の構造式１５において、Ｚ^３１およびＺ^３２は、各々独立して直接結合している−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＯＯ−、−ＯＣＯＣＨ_２ＣＨ_２−を表し、Ｒ^３１は水素または炭素数１〜５のアルキルを表す。また、ｋ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。

上記構造式１５で示されるジアクリレートモノマーの具体例としては、下記構造式１６に示すものが挙げられる。

上記の構造式１６において、Ｚ^２１およびＺ^２２は、各々独立して直接結合している−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＯＯ−、−ＯＣＯＣＨ_２ＣＨ_２−を表す。また、ｍは０または１を表し、ｎは２〜８の範囲内の整数を表す。

本発明においては、上述の中でも、構造式１３，１５に示すものが好適に用いられる。上記の構造式１５に示すジアクリレートモノマーを含有する反応性液晶としては、例えば旭電化工業株式会社製の「アデカキラコール PLC-7183」、「アデカキラコール PLC-7209」などを挙げることができる。また、アクリレートモノマーを含有する反応性液晶としては、例えばRolic technologies 社製の「ROF-5101」、「ROF-5102」などが挙げられる。

また本発明においては、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。

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。

さらに、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を添加してもよい。
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。
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重量％、好ましくは０．１〜１０重量％、より好ましくは０．５〜５重量％の範囲で上記反応性液晶に添加することができる。

反応性液晶層の厚みは、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。反応性液晶層の厚みが厚すぎると必要以上の異方性が生じてしまい、また反応性液晶層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。

このような反応性液晶層は、配向膜上に反応性液晶を含む反応性液晶層用塗布液を塗布し、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することができる。また、反応性液晶層用塗布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、これを配向膜上に積層することにより、反応性液晶層を形成してもよい。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層用塗布液を調製し、これを配向膜上に塗布し、溶媒を除去する方法を用いることが好ましい。

上記反応性液晶層用塗布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。
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、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。
反応性液晶層用塗布液の濃度は、反応性液晶の溶解性や、反応性液晶層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重量％、好ましくは１〜２０重量％の範囲で調整される。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、逆に濃度が上記範囲より高いと、反応性液晶層用塗布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。

さらに、上記反応性液晶層用塗布液には、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層の機械強度が増大し、またその安定性が改善される。

このような反応性液晶層用塗布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。
また、上記反応性液晶層用塗布液を塗布した後は、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。

本発明においては、上述したように塗布された反応性液晶を、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。
反応性液晶は重合性液晶材料を含有するものであり、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。
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。
本発明においては、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。
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。
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。
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。

さらに、本発明の液晶表示素子では、液晶物質と接触する面の平坦性を得るために、ＴＦＴ１４、走査線１５、信号線１６上にオーバーコート層を設け、このオーバーコート層を介して配向膜を形成することが好ましい。オーバーコート層の材料としては、透明（可視光透過率５０％以上）材料により形成することができる。具体的には、アクリレート系、メタクリレート系の反応性ビニル基を有する光硬化型樹脂、熱硬化型樹脂や、ポリシロキサン等の透明酸化物を使用することができる。また、透明樹脂として、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリ塩化ビニル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂等を使用することができる。

オーバーコートの形成は、上記の樹脂材料が液体の場合、スピンコート、ロールコート、キャストコート等の方法で塗布して成膜し、光硬化型樹脂は紫外線照射後に必要に応じて熱硬化させ、熱硬化型樹脂は成膜後そのまま硬化させる。また、使用材料がフィルム状に成形されている場合、直接、あるいは、粘着剤を介して貼着することができる。このようなオーバーコート層の厚みは、例えば、０．１μｍ以下で設定することが好ましい。

次に、より具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
まず、光二量化型配向膜の材料として、下記の構造式Ａ〜Ｄで示される化合物Ａ〜Ｄを、それぞれシクロペンタノンに溶解（２重量％）した４種の配向膜用塗布液を調製した。

［実施例１］
表面に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）薄膜を形成した２枚のガラス基板（１０．１６ｍｍ×１０．１６ｍｍ）を準備した。上記のガラス基板の１枚のＩＴＯ薄膜上に、感光性樹脂材料（ＪＳＲ（株）製 ＮＮ７８０）をスピンコート法（２０００r.p.m.、１０秒間）により塗布し、真空乾燥を行い、ホットプレートで９０℃、３分間乾燥を行なった。その後、フォトリソグラフィー法により幅１０μｍ、ピッチ１．５ｍｍのストライプ状にパターニングし、２７０℃で３０分間焼成した。これにより高さ１．５μｍの障壁をガラス基板のＩＴＯ薄膜上に形成した。

次いで、上述のように障壁を形成したガラス基板と、障壁を形成していないガラス基板の双方のＩＴＯ薄膜上に、構造式Ａで示される化合物Ａを溶解した配向膜用塗布液をスピンコート法（４０００r.p.m.、３０秒間）により塗布し、オーブンで１８０℃、１０分間乾燥を行なった。その後、偏光紫外線光で１００ｍＪ露光して光配向処理を施し、配向膜を形成した。尚、この光配向処理は、配向方向の異なる６種の処理（ガラス基板が偏光に対して−５°、０°、５°、１５°、２５°、４０°となる方向から照射する６種の処理）を設定した。

次に、障壁を形成していないガラス基板の周縁部にシール材を塗布し、障壁を形成したガラス基板との関係が、上記の偏光紫外線照射方向と平行かつアンチパラレルの状態となるように両基板を対向させ、熱圧着した。
次いで、両ガラス基板のセルギャップ内に液晶を注入するための注入口を、障壁の延設方向の一端に設け、この注入口の上部に、液晶物質（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製 Ｒ２３０１）を付着し、真空オーブンを用いて、ネマチック相−等方転移温度より１０〜２０℃高い温度でセルギャップ内に注入した。注入後、液晶物質を徐冷して常温に戻した。

これにより６種の試料を作製した。これらの各試料について、液晶の分子方向を測定（クロスニコルに配置した２枚の偏光板の間に試料を配置し、試料を回転して、最も暗くなる方向が分子の配向方向を示す）した結果、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差は、各試料において、０°、５°、１０°、２０°、３０°、４５°であった。
また、各試料の液晶層の配向状態を偏光顕微鏡により観察した結果、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が０°、５°の試料において、液晶層が均一なモノドメイン配向の単安定性の強誘電性液晶であることが確認された。尚、層法線方向が同じ領域の面積が全面積に占める割合が９５％以上である場合を「均一なモノドメイン配向の単安定性の強誘電性液晶」とし、上記の２点の試料では、層法線方向が同じ領域の占有面積が９８％であった。

しかし、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が１０°の試料では、一部にダブルドメイン配向がみられ（層法線方向が同じ領域の占有面積が８５％）、２０°、３０°、４５°の各試料では、液晶層がダブルドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が７０％以下）であった。

［実施例２］
表面に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）薄膜を形成した２枚のガラス基板（１０．１６ｍｍ×１０．１６ｍｍ）を準備した。
次いで、ガラス基板の１枚のＩＴＯ薄膜上に、実施例１と同様にして、障壁を形成した。但し、感光性樹脂材料の塗布量を制御することにより、障壁の高さを０．４μｍ、０．８μｍ、１．２μｍ、１．５μｍの４種とした。

次いで、上述のように障壁を形成した４種のガラス基板と、障壁を形成していないガラス基板の双方のＩＴＯ薄膜上に、実施例１と同様にして、配向膜を形成した。尚、この光配向処理は、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が０°となる条件に設定した。
次に、実施例１と同様にして、両ガラス基板のセルギャップ内に液晶層を形成した。
これにより障壁の高さが異なる４種の試料を作製した。各試料について、液晶層の配向状態を実施例１と同様に観察した結果、障壁の高さがギャップ（基板間距離（１．５μｍ））の５０〜１００％の範囲にある試料（障壁高さ：０．８μｍ、１．２μｍ、１．５μｍ）では、液晶層が均一なモノドメイン配向の単安定性の強誘電性液晶であることが確認された。特に、障壁高さが１．２μｍ、１．５μｍの試料では、モノドメイン配向が極めて均一なもの（層法線方向が同じ領域の占有面積が９８％）であった。

しかし、障壁の高さがギャップ（基板間距離（１．５μｍ））の５０％未満である試料（障壁高さ：０．４μｍ）では、液晶層がダブルドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が６０％）であった。

［実施例３］
構造式Ａで示される化合物Ａを溶解した配向膜用塗布液の代わりに、構造式Ｂで示される化合物Ｂを溶解した配向膜用塗布液を使用した他は、実施例１と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。但し、光配向処理は、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が０°となる条件に設定した。
セルギャップ内に形成された液晶層は、均一なモノドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が９８％）の単安定性の強誘電性液晶であることが確認された。

［実施例４］
構造式Ａで示される化合物Ａを溶解した配向膜用塗布液の代わりに、構造式Ｃで示される化合物Ｃを溶解した配向膜用塗布液を使用した他は、実施例１と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。但し、光配向処理は、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が０°となる条件に設定した。
セルギャップ内に形成された液晶層は、均一なモノドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が９７％）の単安定性の強誘電性液晶であることが確認された。

［実施例５］
構造式Ａで示される化合物Ａを溶解した配向膜用塗布液の代わりに、構造式Ｄで示される化合物Ｄを溶解した配向膜用塗布液を使用した他は、実施例１と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。但し、光配向処理は、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が０°となる条件に設定した。
セルギャップ内に形成された液晶層は、均一なモノドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が９７％）の単安定性の強誘電性液晶であることが確認された。

［実施例６］
実施例１と同様のガラス基板を準備し、実施例１と同様にして、一方のガラス基板のＩＴＯ薄膜上に障壁を形成した。
次いで、上述のように障壁を形成したガラス基板上に、構造式Ａで示される化合物Ａを溶解した配向膜用塗布液をスピンコート法（４０００r.p.m.、３０秒間）により塗布し、オーブンで１８０℃、１０分間乾燥を行なった後、偏光紫外線光で１００ｍＪ露光して光配向処理を施した。また、障壁を形成していないガラス基板のＩＴＯ薄膜上に、構造式Ｂで示される化合物Ｂを溶解した配向膜用塗布液をスピンコート法（４０００r.p.m.、３０秒間）により塗布し、オーブンで１８０℃、１０分間乾燥を行なった後、偏光紫外線光で１００ｍＪ露光して光配向処理を施した。但し、光配向処理は、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が０°となる条件に設定した。

次に、上記の障壁を形成したガラス基板と障壁を形成していないガラス基板とを用いて、実施例１と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。
セルギャップ内に形成された液晶層は、均一なモノドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が９８％）の単安定性強誘電性液晶であることが確認された。

［実施例７］
実施例１と同様の２枚のガラス基板を準備し、一方のガラス基板のＩＴＯ薄膜上に、実施例１と同様にして、高さ１．５μｍの障壁を形成した。
次に、障壁を形成したガラス基板のＩＴＯ薄膜上に、構造式Ａで示される化合物Ａを溶解した配向膜用塗布液をスピンコート法（４０００r.p.m.、３０秒間）により塗布し、オーブンで１８０℃、１０分間乾燥を行なった後、偏光紫外線光で１００ｍＪ露光して光配向処理を施した。また、障壁を形成していないガラス基板のＩＴＯ薄膜上に、構造式Ｂで示される化合物Ｂを溶解した配向膜用塗布液をスピンコート法（４０００r.p.m.、３０秒間）により塗布し、オーブンで１８０℃、１０分間乾燥を行なった後、偏光紫外線光で１００ｍＪ露光して光配向処理を施した。但し、光配向処理は、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が０°となる条件に設定した。

次に、実施例１と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。セルギャップ内に形成された液晶層は、均一なモノドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が９８％）の単安定性の強誘電性液晶であることが確認された。

［比較例１］
実施例１と同様の２枚のガラス基板を準備した。この各ガラス基板のＩＴＯ薄膜上に、構造式Ａで示される化合物Ａを溶解した配向膜用塗布液をスピンコート法（４０００r.p.m.、３０秒間）により塗布し、オーブンで１８０℃、１０分間乾燥を行なった。その後、偏光紫外線光で１００ｍＪ露光して光配向処理を施し、配向膜を形成した。

次に、一方のガラス基板の配向膜上に平均粒径１．５μｍの粒状スペーサを散布し、他方のガラス基板の周縁部にシール材を塗布した。そして、両ガラス基板との関係が、上記の偏光紫外線照射方向と平行かつアンチパラレルの状態となるように対向させ、熱圧着した。
次いで、両ガラス基板のセルギャップ内に液晶を注入するための注入口の上部に、液晶物質（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製 Ｒ２３０１）を付着し、真空オーブンを用いて、ネマチック相−等方転移温度より１０〜２０℃高い温度でセルギャップ内に注入を行い、徐冷して常温に戻した。しかし、セルギャップ内の液晶層は、ダブルドメインが発生（層法線方向が同じ領域の占有面積が５５％）し、また、配向欠陥が生じていることが確認された。

［比較例２］
構造式Ａで示される化合物Ａを溶解した配向膜用塗布液の代わりに、構造式Ｂで示される化合物Ｂを溶解した配向膜用塗布液を使用した他は、比較例１と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。しかし、セルギャップ内の液晶層は、ダブルドメインが発生（層法線方向が同じ領域の占有面積が５０％）し、また、配向欠陥が生じていることが確認された。

［比較例３］
構造式Ａで示される化合物Ａを溶解した配向膜用塗布液の代わりに、構造式Ｃで示される化合物Ｃを溶解した配向膜用塗布液を使用した他は、比較例１と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。しかし、セルギャップ内の液晶層は、ダブルドメインが発生（層法線方向が同じ領域の占有面積が５０％）し、また、配向欠陥が生じていることが確認された。

［比較例４］
構造式Ａで示される化合物Ａを溶解した配向膜用塗布液の代わりに、構造式Ｄで示される化合物Ｄを溶解した配向膜用塗布液を使用した他は、比較例１と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。しかし、セルギャップ内の液晶層は、ダブルドメインが発生（層法線方向が同じ領域の占有面積が５０％）し、また、配向欠陥が生じていることが確認された。

［実施例８］
表面に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）薄膜を形成した２枚のガラス基板（１０．１６ｍｍ×１０．１６ｍｍ）を準備した。
次いで、ガラス基板の１枚のＩＴＯ薄膜上に、実施例１と同様にして、障壁を形成した。但し、感光性樹脂材料の露光パターンを変化させることにより、障壁のピッチを３．５ｍｍ、３ｍｍ、１．５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．４ｍｍの５種とした。

次いで、上述のように障壁を形成した５種のガラス基板と、障壁を形成していないガラス基板の双方のＩＴＯ薄膜上に、実施例１と同様にして、配向膜を形成した。尚、この光配向処理は、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が０°となる条件に設定した。
次に、実施例１と同様にして、両ガラス基板のセルギャップ内に液晶層を形成した。
これにより障壁のピッチが異なる５種の試料を作製した。各試料について、液晶層の配向状態を実施例１と同様に観察した結果、障壁のピッチが３．５ｍｍの試料では、セル内で均一なギャップを保てなかった。障壁のピッチが３ｍｍ、１．５ｍｍ、０．５ｍｍの試料では、液晶層が均一なモノドメイン配向の単安定性の強誘電性液晶であることが確認された。特に、障壁のピッチが１．５ｍｍの試料では、モノドメイン配向が極めて均一なもの（層法線方向が同じ領域の占有面積が９８％）であった。

しかし、障壁のピッチが０．４ｍｍの試料では、液晶層がダブルドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が９０％）であった。

本発明は単安定性の強誘電性液晶を有する液晶表示素子に適用することができる。

本発明の液晶表示素子の一実施形態であるフィールドシーケンシャル方式の液晶表示素子を示す概略断面図である。 図１に示される本発明の液晶表示素子を説明するための平面図である。

符号の説明

１…液晶表示素子
２…画素電極基板
３…共通電極基板
４…液晶層
５…障壁
６…バックライト
１１，２１…基材
１２，２２…偏光フィルム
１３…画素電極
１４…ＴＦＴ
１５…走査線
１６…信号線
１７，２４…配向膜
２３…共通電極

Claims (5)

1. 少なくとも一方の基板に配向膜を備えた一対の基板と、該基板間に注入されカイラルス
   メクチックＣ相を有する単安定状態を示す液晶物質からなる液晶層と、該液晶層に電界を
   印加するための電極とを備えた液晶表示素子において、
   複数の障壁を前記液晶層中に備え、前記液晶物質は単安定状態における分子方向が前記
   障壁の延設方向と略同一であることを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記液晶物質の単安定状態における分子方向と、障壁の延設方向の差は０〜５°の範囲
   内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。
3. 隣り合う前記障壁のピッチは０．５〜３ｍｍの範囲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。
4. 前記配向膜はラビング処理あるいは光配向処理により異方性を付与した膜であることを
   特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液晶表示素子。
5. 前記障壁は、基板間距離の５０〜１００％を占めることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液晶表示素子。

Images