JP2006330310A - Liquid crystal display element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、強誘電性液晶の配向を制御した液晶表示素子であって、駆動電圧の低い液晶表示素子に関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal display element in which the orientation of ferroelectric liquid crystal is controlled and which has a low driving voltage.
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。 Liquid crystal display elements have been widely used from large displays to portable information terminals because of their thinness and low power consumption, and their development is actively underway. So far, liquid crystal display elements have been developed and put to practical use, such as TN mode, STN multiplex drive, and active matrix drive using thin layer transistors (TFTs) for TN, but these use nematic liquid crystals. In addition, the response speed of the liquid crystal material is as slow as several ms to several tens of ms, and it cannot be said that it is sufficiently compatible with moving image display.
強誘電性液晶(FLC)は、応答速度がμsオーダーと極めて短く、高速デバイスに適した液晶である。強誘電性液晶はクラークおよびラガーウォルにより提唱された電圧無印加時に安定状態を二つ有する双安定性のものが広く知られているが、明、暗の2状態でのスイッチングに限られ、メモリー性を有するものの、階調表示ができないという問題を抱えている。 Ferroelectric liquid crystal (FLC) is a liquid crystal suitable for high-speed devices because its response speed is as short as μs order. Ferroelectric liquid crystals proposed by Clark and Lagerwol are widely known as bistable ones that have two stable states when no voltage is applied, but are limited to switching in two states, light and dark, and have a memory property. However, it has a problem that gradation display cannot be performed.
近年、電圧無印加時の液晶層の状態がひとつの状態で安定化している(以下、これを「単安定」と称する。)強誘電性液晶が、電圧変化により液晶のダイレクタ(分子軸の傾き)を連続的に変化させ透過光度をアナログ変調することで階調表示を可能とするものとして注目されている(非特許文献1参照)。このような単安定性を示す液晶としては、一般に、降温過程においてコレステリック相(Ch)−カイラルスメクチックC(SmC*)相と相変化し、スメクチックA(SmA)相を経由しない強誘電性液晶が用いられる(図5上段)。 In recent years, the state of the liquid crystal layer when no voltage is applied is stabilized in a single state (hereinafter referred to as “monostable”). ) Is continuously changed, and the transmitted light intensity is analog-modulated to attract gradation (see Non-Patent Document 1). As such a liquid crystal exhibiting monostability, generally, a ferroelectric liquid crystal that changes phase with a cholesteric phase (Ch) -chiral smectic C (SmC * ) phase in the temperature lowering process and does not pass through a smectic A (SmA) phase. Used (upper part of FIG. 5).
一方、強誘電性液晶としては、降温過程においてコレステリック相(Ch)−スメクチックA(SmA)相−カイラルスメクチックC(SmC*)相と相変化し、SmA相を経由してSmC*相を示す液晶材料がある。現在報告されている強誘電性液晶の中では、前者のSmA相を経由しない液晶材料に比べて、後者のSmA相を経由する相系列を持つ液晶材料が大半である。後者のSmA相を経由する相系列を持つ強誘電性液晶は、通常、1層法線に対して二つの安定状態を有し(図5下段)、双安定性を示すことが知られている。 On the other hand, the ferroelectric liquid crystal is a liquid crystal that undergoes a phase change between the cholesteric phase (Ch) -smectic A (SmA) phase-chiral smectic C (SmC * ) phase in the temperature lowering process and exhibits the SmC * phase via the SmA phase. There are materials. Among the ferroelectric liquid crystals currently reported, the liquid crystal material having a phase series that passes through the latter SmA phase is more than the former liquid crystal material that does not pass through the SmA phase. It is known that a ferroelectric liquid crystal having a phase sequence passing through the latter SmA phase usually has two stable states with respect to a single-layer normal (the lower part of FIG. 5) and exhibits bistability. .
ここで、上記強誘電性液晶は強誘電性液層は高速応答性を有するため、近年、活発に研究が行われているフィールドシーケンシャルカラー方式によるカラー表示を実現するのに適した材料として期待されている。フィールドシーケンシャルカラー方式は、バックライトをR・G・B・R・G・B…と時間的に切り替え、それに同期させて強誘電性液晶の白黒シャッターを開閉し、網膜の残像効果により色を時間的に混合させ、これによりカラー表示を実現させるものである。このフィールドシーケンシャルカラー方式は、1画素でカラー表示ができ、透過率の低いカラーフィルターを用いなくてすむので、明るく高精細なカラー表示が可能となる点で有用である。 Here, the ferroelectric liquid crystal is expected to be a material suitable for realizing color display by the field sequential color method which has been actively researched in recent years because the ferroelectric liquid layer has high-speed response. ing. In the field sequential color system, the backlight is switched in time with R, G, B, R, G, B, etc., and the black-and-white shutter of the ferroelectric liquid crystal is opened and closed in synchronization with it, and the color is timed by the afterimage effect of the retina. Thus, color display is realized. This field-sequential color system is useful in that color display can be performed with one pixel and a color filter with low transmittance is not required, so that bright and high-definition color display is possible.
このような状況下、フィールドシーケンシャルカラー方式を採用した液晶表示素子においては、より低電圧で駆動できる省電力性に優れた液晶表示素子が望まれており、従来よりも低電圧で駆動できる強誘電性液晶の配列状態を実現することが望まれている。 Under such circumstances, in a liquid crystal display element adopting a field sequential color system, a liquid crystal display element excellent in power saving that can be driven at a lower voltage is desired, and a ferroelectric that can be driven at a lower voltage than before. It is desired to realize the alignment state of the conductive liquid crystal.
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、単安定性を示す強誘電性液晶を用いた液晶表示素子であって、より低電圧で駆動することが可能な液晶表示素子を提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and provides a liquid crystal display element using a ferroelectric liquid crystal exhibiting monostability, which can be driven at a lower voltage. The main purpose.
本発明は、上記目的を達成するために、第1基材と、上記第1基材上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成された第1配向層とを有する第1基板、および、第2基材と、上記第2基材上に形成された第2電極層と、上記第2電極層上に形成された第2配向層とを有する第2基板を、上記第1配向層と上記第2配向層とが対向するように配置し、上記第1配向層と上記第2配向層との間に強誘電性液晶を含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子であって、
上記液晶層において上記強誘電性液晶が単安定性を示し、かつ、上記強誘電性液晶の自発分極の方向が、上記第1配向層と上記第2配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いていることを特徴とする液晶表示素子を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention comprises a first base material, a first electrode layer formed on the first base material, and a first alignment layer formed on the first electrode layer. A second substrate having a first substrate, a second substrate, a second electrode layer formed on the second substrate, and a second alignment layer formed on the second electrode layer. A liquid crystal formed by placing the first alignment layer and the second alignment layer facing each other, and sandwiching a liquid crystal layer containing a ferroelectric liquid crystal between the first alignment layer and the second alignment layer. A display element,
The ferroelectric liquid crystal exhibits monostability in the liquid crystal layer, and the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal is relative to a reference direction defined by the first alignment layer and the second alignment layer. A liquid crystal display element characterized by being directed in the opposite direction is provided.
本発明によれば、上記液晶層において上記強誘電性液晶の自発分極の方向が、上記第1配向層と上記第2配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いていることにより、上記強誘電性液晶をより低い電圧で駆動することができる。また、本発明によれば上記液晶層において上記強誘電性液晶が単安定性を示すことから、電圧変化により液晶のダイレクタ(分子軸の傾き)を連続的に変化させ、透過光度をアナログ変調することで階調表示が可能となる。したがって、本発明によれば応答速度が速く、かつ、省電力で駆動することが可能な液晶表示素子を得ることができる。 According to the present invention, the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal in the liquid crystal layer is opposite to the reference direction defined by the first alignment layer and the second alignment layer. Thus, the ferroelectric liquid crystal can be driven at a lower voltage. Further, according to the present invention, since the ferroelectric liquid crystal exhibits monostability in the liquid crystal layer, the director of the liquid crystal (inclination of the molecular axis) is continuously changed by voltage change, and the transmitted light intensity is analog-modulated. Thus, gradation display is possible. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a liquid crystal display element that has a high response speed and can be driven with low power consumption.
上記発明においては、上記液晶層に活性放射線硬化性モノマーの重合物が含まれていても良い。上記液晶層に活性放射線硬化性モノマーの重合物が含まれることにより、自発分極の方向が上記基準方向に対して反対方向に向いた状態で、強誘電性液晶の配列をより安定化することができるからである。 In the above invention, the liquid crystal layer may contain a polymer of actinic radiation curable monomer. By containing a polymer of the active radiation curable monomer in the liquid crystal layer, the alignment of the ferroelectric liquid crystal can be further stabilized in a state where the direction of spontaneous polarization is opposite to the reference direction. Because it can.
また本発明においては、上記第1配向層および上記第2配向層の構成材料が互いに異なる組成を有することが好ましい。第1配向層および第2配向層が、強誘電性液晶を挟んで互いに異なる組成の材料で構成されることにより、配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶を配向させることができ、良好な配向状態が得られるからである。 In the present invention, it is preferable that the constituent materials of the first alignment layer and the second alignment layer have different compositions. Since the first alignment layer and the second alignment layer are made of materials having different compositions with the ferroelectric liquid crystal sandwiched therebetween, the ferroelectric liquid crystal can be aligned without forming alignment defects. This is because a proper orientation state can be obtained.
さらに本発明においては、上記第1配向層および上記第2配向層の少なくとも一方が、配向膜と、上記配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶膜とからなるものであっても良い。このような配向層によれば、上記反応性液晶が上記配向膜により配向しており、その配向状態が固定化されているので、反応性液晶膜は強誘電性液晶を配向させる配向膜として機能することができるからである。また、上記反応性液晶は、強誘電性液晶と構造が比較的類似していることから、強誘電性液晶との相互作用が強く、配向膜のみを用いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができるからである。 Further, in the present invention, at least one of the first alignment layer and the second alignment layer is composed of an alignment film and a reactive liquid crystal film formed on the alignment film and fixing a reactive liquid crystal. It may be. According to such an alignment layer, since the reactive liquid crystal is aligned by the alignment film and the alignment state is fixed, the reactive liquid crystal film functions as an alignment film for aligning the ferroelectric liquid crystal. Because it can be done. In addition, the reactive liquid crystal has a relatively similar structure to the ferroelectric liquid crystal, so it has a strong interaction with the ferroelectric liquid crystal and is more effective than the case where only the alignment film is used. This is because the alignment of the liquid crystal can be controlled.
また本発明においては、上記第1配向層および第2配向層が、光配向膜を有することが好ましい。光配向膜を形成する際の光配向処理は、非接触配向処理であることから静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるからである。 In the present invention, it is preferable that the first alignment layer and the second alignment layer have a photo-alignment film. This is because the photo-alignment process at the time of forming the photo-alignment film is a non-contact alignment process, so that it is useful in that there is no generation of static electricity and dust and quantitative alignment control is possible.
さらに上記発明においては、上記光配向膜の構成材料が、光反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光反応型の材料、または光異性化反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を含む光異性化型の材料であることが好ましい。このような材料を用いることにより、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。 Furthermore, in the above invention, the constituent material of the photo-alignment film is a photo-reactive material that imparts anisotropy to the photo-alignment film by causing a photoreaction, or the photo-alignment by causing a photoisomerization reaction. A photoisomerization type material containing a photoisomerization reactive compound that imparts anisotropy to the film is preferable. It is because anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film by using such a material.
また本発明においては、上記強誘電性液晶が、相系列にスメクチックA相を持たないものであることが好ましい。単安定性を示し、相系列にスメクチックA相を持たない強誘電性液晶を用いることにより、薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリックス方式による駆動が可能になり、また電圧変調により階調制御が可能になり、高精細で高品位の表示を実現することができるからである。 In the present invention, it is preferable that the ferroelectric liquid crystal does not have a smectic A phase in the phase series. By using a ferroelectric liquid crystal that shows monostability and does not have a smectic A phase in the phase series, it becomes possible to drive by an active matrix method using thin film transistors (TFT), and to control gradation by voltage modulation This is because high-definition and high-quality display can be realized.
また、本発明の液晶表示素子は、薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリックス方式により駆動させることが好ましい。TFT素子を用いたアクティブマトリックス方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため高品質なディスプレイが可能となるからである。さらに、一方の基板上にTFT素子をマトリックス状に配置してなるTFT基板と、他方の基板上の表示部全域に共通電極を形成してなる共通電極基板とを組み合わせ、上記共通電極基板の共通電極と基板との間にTFT素子のマトリックス配置させたマイクロカラーフィルタを形成し、カラーの液晶表示素子として用いることもできる。 In addition, the liquid crystal display element of the present invention is preferably driven by an active matrix method using a thin film transistor (TFT). This is because by adopting an active matrix system using a TFT element, a target pixel can be reliably turned on and off, so that a high-quality display is possible. Furthermore, a TFT substrate in which TFT elements are arranged in a matrix on one substrate and a common electrode substrate in which a common electrode is formed over the entire display portion on the other substrate are combined, and the common electrode substrate is shared. A micro color filter in which a matrix of TFT elements is arranged between an electrode and a substrate can be formed and used as a color liquid crystal display element.
また本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させるものであることが好ましい。上記強誘電性液晶は単安定性を示すので階調表示が可能であり、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることにより、低消費電力かつ低コストで、視野角が広く、明るく高精細なカラー動画表示を実現できるからである。 The liquid crystal display element of the present invention is preferably driven by a field sequential color system. The above ferroelectric liquid crystal is monostable, so it can display gray scales, and it can be driven by the field sequential color method to display a bright and high-definition color video with low power consumption, low cost, wide viewing angle, and wide viewing angle. It is because it is realizable.
さらに本発明は、第1基材と、上記第1基材上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成された第1配向層とを有する第1基板、および、第2基材と、上記第2基材上に形成された第2電極層と、上記第2電極層上に形成された第2配向層とを有する第2基板を、上記第1配向層と上記第2配向層とが対向するように配置し、上記第1配向層と上記第2配向層との間に強誘電性液晶を含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子の製造方法であって、
上記第1配向層と上記第2配向層との間に、単安定性を有する上記強誘電性液晶と活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する液晶封入工程と、
上記液晶封入工程前または後に上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上に加温し、封入された上記強誘電性液晶を冷却する第1配向工程と、
上記第1配向工程後、上記強誘電性液晶に、自発分極の向きが上記第1配向層と上記第2配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上に加温して冷却する第2配向工程と、
上記強誘電液晶がカイラルスメクチックC相の状態で上記活性放射線硬化性モノマーを重合する重合工程とを有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法を提供する。
Furthermore, the present invention provides a first substrate having a first substrate, a first electrode layer formed on the first substrate, and a first alignment layer formed on the first electrode layer, and A second substrate having a second substrate, a second electrode layer formed on the second substrate, and a second alignment layer formed on the second electrode layer; and A method for manufacturing a liquid crystal display device, wherein the liquid crystal display element is disposed so as to face the second alignment layer, and a liquid crystal layer containing a ferroelectric liquid crystal is sandwiched between the first alignment layer and the second alignment layer. And
A liquid crystal encapsulation step of encapsulating a composition for forming a liquid crystal layer containing the ferroelectric liquid crystal having monostability and an actinic radiation curable monomer between the first alignment layer and the second alignment layer;
A first alignment step in which the ferroelectric liquid crystal is heated to a temperature higher than the transition temperature from the chiral smectic C phase to the nematic phase before or after the liquid crystal encapsulation step, and the encapsulated ferroelectric liquid crystal is cooled;
After the first alignment step, a voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal so that the direction of spontaneous polarization is opposite to the reference direction defined by the first alignment layer and the second alignment layer. A second alignment step in which the ferroelectric liquid crystal is heated and cooled to a temperature higher than the transition temperature from the chiral smectic C phase to the nematic phase while a voltage is applied;
And a polymerization step of polymerizing the actinic radiation curable monomer in a state where the ferroelectric liquid crystal is in a chiral smectic C phase.
本発明によれば、上記強誘電性液晶がカイラルスメクチックC相の状態で上記活性放射線硬化性モノマーを重合することにより、液晶層において自発分極の方向が上記第1配向層と上記第2配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いた状態で強誘電性液晶が単安定化している液晶表示素子を容易に製造することができる。 According to the present invention, the ferroelectric liquid crystal is polymerized with the actinic radiation curable monomer in the state of chiral smectic C phase, so that the direction of spontaneous polarization in the liquid crystal layer is the first alignment layer and the second alignment layer. Thus, it is possible to easily manufacture a liquid crystal display element in which the ferroelectric liquid crystal is mono-stabilized in a state in which the ferroelectric liquid crystal is oriented in the opposite direction to the reference direction defined by the above.
上記発明においては、上記重合工程が、上記第1基板および上記第2基板間に電圧を印加した状態で上記活性放射線硬化性モノマーを重合することが好ましい。上記第1基板および上記第2基板間に電圧を印加した状態で、上記活性放射線硬化性モノマーを重合することにより、上記強誘電性液晶が単安定化した液晶層を形成しやすくなるからである。 In the said invention, it is preferable that the said superposition | polymerization process superposes | polymerizes the said active radiation curable monomer in the state which applied the voltage between the said 1st board | substrate and the said 2nd board | substrate. This is because it is easy to form a liquid crystal layer in which the ferroelectric liquid crystal is mono-stabilized by polymerizing the actinic radiation curable monomer in a state where a voltage is applied between the first substrate and the second substrate. .
本発明は、単安定性を示す強誘電性液晶を用いた液晶表示素子であって、より低電圧で駆動が可能な液晶表示素子を得ることができるといった効果を奏する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is advantageous in that a liquid crystal display element using a ferroelectric liquid crystal exhibiting monostability and capable of being driven at a lower voltage can be obtained.
以下、本発明の液晶表示素子およびその製造方法について詳細に説明する。 Hereinafter, the liquid crystal display element of the present invention and the manufacturing method thereof will be described in detail.
A.液晶表示素子
まず、本発明の液晶表示素子について説明する。
本発明の液晶表示素子は、第1基材と、上記第1基材上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成された第1配向層とを有する第1基板、および、第2基材と、上記第2基材上に形成された第2電極層と、上記第2電極層上に形成された第2配向層とを有する第2基板を、上記第1配向層と上記第2配向層とが対向するように配置し、上記第1配向層と上記第2配向層との間に強誘電性液晶を含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子であって、
上記液晶層において上記強誘電性液晶が単安定性を示し、かつ、上記強誘電性液晶の自発分極の方向が、上記第1配向層と上記第2配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いていることを特徴とするものである。
A. Liquid Crystal Display Element First, the liquid crystal display element of the present invention will be described.
The liquid crystal display element of the present invention includes a first substrate having a first substrate, a first electrode layer formed on the first substrate, and a first alignment layer formed on the first electrode layer. And a second substrate having a second substrate, a second electrode layer formed on the second substrate, and a second alignment layer formed on the second electrode layer. The liquid crystal display element is formed by disposing an alignment layer and the second alignment layer so as to face each other and sandwiching a liquid crystal layer containing a ferroelectric liquid crystal between the first alignment layer and the second alignment layer. And
The ferroelectric liquid crystal exhibits monostability in the liquid crystal layer, and the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal is relative to a reference direction defined by the first alignment layer and the second alignment layer. It is characterized by facing in the opposite direction.
本発明の液晶表示素子について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。図1に例示すように本発明の液晶表示素子10は、第1基材1a上に第1電極層2aおよび第1配向層3aが順に形成された第1基板11と、第2基材1b上に第2電極層2bおよび第2配向層3bが順に形成された第2基板12とが対向しており、第1基板11の第1配向層3aと第2基板12の第2配向層3bとの間に強誘電性液晶を含む液晶層5が挟持された構成を有している。また、図1に例示するように本発明の液晶表示素子は偏光板6a、6bを有していても良い。
The liquid crystal display element of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the liquid crystal display element of the present invention. As shown in FIG. 1, the liquid
本発明は、上記液晶層において上記強誘電性液晶が単安定性を示し、かつ、上記強誘電性液晶の自発分極の方向が、上記第1配向層と上記第2配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いていることを特徴とするものである。 In the present invention, the ferroelectric liquid crystal exhibits monostability in the liquid crystal layer, and the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal is defined by the first alignment layer and the second alignment layer. It is characterized by being directed in the opposite direction with respect to the reference direction.
本発明において、「単安定性を示す」とは、電圧無印加時の強誘電性液晶の状態がひとつの状態で安定化している状態をいう。具体的に説明すると、図2に例示するように、強誘電性液晶8は層法線zに対しチルト角±θだけ傾く二つの状態間をコーン上に動作することができるが、電圧無印加時に強誘電性液晶8が上記コーン上のいずれかひとつの状態で安定化している状態をいう。
In the present invention, “showing monostability” means a state in which the state of the ferroelectric liquid crystal when no voltage is applied is stabilized in one state. Specifically, as illustrated in FIG. 2, the ferroelectric
本発明は、上記液晶層において上記強誘電性液晶の自発分極の方向が、上記第1配向層と上記第2配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いていることを特徴としている。本発明における「基準方向」は、第1配向層と、第2配向層との間に強誘電性液晶を挟持した際の強誘電性液晶の自発分極の方向であって、上記第1配向層および上記第2配向層間に電圧を印加しない状態における上記自発分極の方向をいう。このような基準方向は、上記第1配向層と上記第2配向層とにより規定される。 The present invention is characterized in that in the liquid crystal layer, the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal is opposite to the reference direction defined by the first alignment layer and the second alignment layer. It is said. The “reference direction” in the present invention is the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal when the ferroelectric liquid crystal is sandwiched between the first alignment layer and the second alignment layer. And the direction of spontaneous polarization when no voltage is applied between the second alignment layers. Such a reference direction is defined by the first alignment layer and the second alignment layer.
次に本発明における「基準方向」について図を参照しながら具体的に説明する。
図3は、第1配向層3aと第2配向層3bとに挟持された液晶層中の強誘電性液晶の配列状態を例示する模式図である。本発明における第1配向層3aおよび第2配向層3bは、それぞれを構成する材料に応じて異なる極性を有するが、図3においては、例示として第2配向層3bの方が第1配向層よりも相対的に正の極性が大きいものとする。このような場合において、第1配向層3aと第2配向層3bとの間に電圧を印加しない場合、第1配向層3aと第2配向層3bとの間に存在する強誘電性液晶8は、分子の正極が第1配向層3aの方向に向くように配列する(図3(a))。上記自発分極の方向がこのような方向になるのは、上記自発分極Psの方向が、強誘電性液晶の分極と配向層の分極とが電気的につり合う方向になるため、強誘電性液晶8が電気的に安定な状態になるからである。
Next, the “reference direction” in the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a schematic view illustrating the alignment state of the ferroelectric liquid crystal in the liquid crystal layer sandwiched between the
本発明においては、図3(a)に示すように、第1配向層と、第2配向層との間に強誘電性液晶を挟持した際に、上記第1配向層および上記第2配向層間に電圧が印加されていない状態において上記自発分極の方向が示す方向を「基準方向」と定義する。 In the present invention, as shown in FIG. 3A, when the ferroelectric liquid crystal is sandwiched between the first alignment layer and the second alignment layer, the first alignment layer and the second alignment layer A direction indicated by the direction of spontaneous polarization in a state where no voltage is applied to is defined as a “reference direction”.
本発明においては上記自発分極の方向が、上記基準方向に対して反対方向に向いている。このような強誘電性液晶の配列状態について、上記図3に示した例を用いて具体的に説明する。図3(b)は、本発明における強誘電性液晶の配列状態を例示する模式図である。図3(b)において、第1配向層3aと第2配向層3bとの間に存在する強誘電性液晶8が、分子の正極が第2配向層3bの方向に向くように配列している。このような場合、強誘電性液晶の自発分極の方向Psは、上述した基準方向(図3(a)に示す強誘電性液晶の自発分極Psの方向)に対して反対方向に向くことになる。
In the present invention, the spontaneous polarization direction is opposite to the reference direction. Such an alignment state of the ferroelectric liquid crystal will be specifically described with reference to the example shown in FIG. FIG. 3B is a schematic view illustrating the alignment state of the ferroelectric liquid crystal in the invention. In FIG. 3B, the ferroelectric
本発明における強誘電性液晶の自発分極の方向は、図3(b)に示すように、上記基準方向に対して反対方向に向いていることを特徴とするものである。 As shown in FIG. 3B, the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal according to the present invention is directed in the opposite direction to the reference direction.
なお、自発分極の方向が上記基準方向に対して反対方向を向く場合、上記自発分極Psの方向が強誘電性液晶の分極と、配向層の分極とが電気的に反発する方向になるため、強誘電性液晶は相対的に電気的に不安定な状態になる。 When the direction of the spontaneous polarization is opposite to the reference direction, the direction of the spontaneous polarization Ps is a direction in which the polarization of the ferroelectric liquid crystal and the polarization of the alignment layer are electrically repelled. The ferroelectric liquid crystal is in a relatively electrically unstable state.
次に、任意の液晶表示素子における強誘電性液晶の自発分極が、上記基準方向を向いているか、または、上記基準方向に対して反対方向に向いているかを調べる方法について説明する。 Next, a method for examining whether the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal in an arbitrary liquid crystal display element is oriented in the reference direction or in the opposite direction to the reference direction will be described.
任意の液晶表示素子(以下、被評価液晶表示素子と称する。)における強誘電性液晶の自発分極の向きは、被評価液晶表示素子に対して強誘電性液晶の再配向処理を行い、上記再配向処理前後の強誘電性液晶が駆動する電界の向き(以下、液晶駆動電界方向と称する。)を比較することにより調べることができる。
具体的には、被評価液晶表示素子の液晶層に含まれる強誘電性液晶のネマチック相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度まで被評価液晶表示素子を加温し、その後、電界をかけずにゆっくりと冷却して常温に戻すことにより強誘電性液晶の再配向処理を行う。このような再配向処理を実施することにより、液晶駆動電界方向が反転する場合は、被評価液晶表示素子における強誘電性液晶の自発分極が、上記基準方向に対して反対方向を向いていることになる。一方、上記再配向処理により液晶駆動電界方向が変化しない場合は、被評価液晶表示素子における強誘電性液晶の自発分極が上記基準方向に向いていることになる。
The direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal in an arbitrary liquid crystal display element (hereinafter referred to as an evaluated liquid crystal display element) is determined by performing a realignment process of the ferroelectric liquid crystal on the evaluated liquid crystal display element. This can be investigated by comparing the direction of the electric field driven by the ferroelectric liquid crystal before and after the alignment treatment (hereinafter referred to as the liquid crystal driving electric field direction).
Specifically, the liquid crystal display element to be evaluated is heated to a temperature that is 10 ° C. to 20 ° C. higher than the nematic to isotropic phase transition temperature of the ferroelectric liquid crystal contained in the liquid crystal layer of the liquid crystal display element to be evaluated. The ferroelectric liquid crystal is realigned by slowly cooling it to an ordinary temperature without applying an electric field. When the liquid crystal driving electric field direction is reversed by performing such realignment treatment, the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal in the liquid crystal display element to be evaluated is directed in the opposite direction to the reference direction. become. On the other hand, when the liquid crystal driving electric field direction does not change due to the realignment treatment, the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal in the liquid crystal display element to be evaluated is directed to the reference direction.
次に、上記液晶駆動電界方向の評価方法について説明する。
まず、再配向処理前の液晶駆動電界方向の評価方法について説明する。再配向処理前の液晶駆動電界方向は、被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した2枚の偏光板の間に配置し、電界を印加しないで暗状態とした後、この状態で被評価液晶表示素子に電界を印加することにより評価する。電界を印加することにより、強誘電性液晶が2θ±5°駆動し、明状態となる場合の電界の方向が再配向処理前の液晶駆動電界方向となる。ここで、被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した2枚の偏光板の間に配置し、暗状態とする際に、被評価液晶表示素子を回転することによって透過光の強度が変化する場合には、最も透過光の強度が小さくなる状態とする。また、上記θは、図8に示すように、強誘電性液晶の層法線zと配向層の配列処理方向dとがなす角度をいう。
Next, a method for evaluating the liquid crystal driving electric field direction will be described.
First, a method for evaluating the liquid crystal drive electric field direction before the realignment process will be described. The liquid crystal driving electric field direction before the realignment treatment is arranged between two polarizing plates in which the liquid crystal display element to be evaluated is arranged in a crossed Nicol state, and is in a dark state without applying an electric field. Evaluation is carried out by applying an electric field to. By applying an electric field, the ferroelectric liquid crystal is driven 2θ ± 5 °, and the direction of the electric field in the bright state becomes the liquid crystal driving electric field direction before the realignment treatment. Here, when the liquid crystal display element to be evaluated is placed between two polarizing plates arranged in crossed Nicols and is in a dark state, the intensity of transmitted light changes by rotating the liquid crystal display element to be evaluated. In this state, the intensity of transmitted light is minimized. In addition, the θ is an angle formed by the layer normal line z of the ferroelectric liquid crystal and the alignment processing direction d of the alignment layer, as shown in FIG.
次に、再配向処理後の液晶駆動電界方向の評価方法について説明する。再配向処理後の液晶駆動電界方向は、上記再配向処理を実施した被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した2枚の偏光板の間に配置し、電界を印加しないで暗状態とした後、この状態で被評価液晶表示素子に電界を印加することにより評価する。電界を印加することにより、強誘電性液晶が2θ±5°駆動し、被評価液晶表示素子の表示面積の51%以上が明状態となる場合の電界の方向が、再配向処理後の液晶駆動電界方向となる。
ここで、上記再配向処理を実施した被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した2枚の偏光板の間に配置し、暗状態とする際に、被評価液晶表示素子を回転することによって透過光の強度が変化する場合には、最も透過光の強度が小さい状態とする。また、電界を印加することにより被評価液晶表示素子の表示面積の51%以上が明状態となることの確認方法としては、例えば電界印加時の被評価液晶表示素子の表示状態を偏光顕微鏡で観察することにより、白黒(明暗)表示の白・黒の面積を求め、明状態の比率を算出することにより確認することができる。
Next, an evaluation method of the liquid crystal driving electric field direction after the realignment process will be described. The liquid crystal driving electric field direction after the realignment treatment is disposed between two polarizing plates arranged in crossed Nicols and the liquid crystal display element to be evaluated subjected to the above realignment treatment is darkened without applying an electric field. Evaluation is performed by applying an electric field to the liquid crystal display element to be evaluated. By applying an electric field, the ferroelectric liquid crystal is driven 2θ ± 5 °, and the direction of the electric field when 51% or more of the display area of the liquid crystal display element to be evaluated is in the bright state is the liquid crystal driving after the realignment treatment. The electric field direction.
Here, when the liquid crystal display element to be evaluated that has been subjected to the above realignment treatment is disposed between two polarizing plates arranged in a crossed Nicol state, and the dark liquid is in a dark state, the liquid crystal display element is rotated to rotate the liquid crystal display element. When the intensity changes, the transmitted light intensity is the smallest. In addition, as a method for confirming that 51% or more of the display area of the liquid crystal display element to be evaluated becomes bright when an electric field is applied, for example, the display state of the liquid crystal display element to be evaluated when the electric field is applied is observed with a polarizing microscope. By doing this, it can be confirmed by calculating the white / black area of black and white (bright and dark) display and calculating the ratio of the bright state.
次に、上記「暗状態」および上記「明状態」について説明する。例えば図1に示すように、第1基板11および第2基板12の外側に偏光板6aおよび6bを設け、偏光板6a側から光が入射し、偏光板6b側から光が出射するものとする。2枚の偏光板6aおよび6bは、それぞれの偏光軸が略垂直に、かつ、偏光板6aの偏光軸と第1配向膜3aの配向処理方向(強誘電性液晶の配向方向)とが略平行になるように配置されている。
電圧無印加状態では、偏光板6aを透過した直線偏光と強誘電性液晶の配向方向とが一致するため、強誘電性液晶の屈折率異方性が発現されず、偏光板6aを透過した直線偏光はそのまま液晶層5を通過し、偏光板6bにより遮断される。
一方、電圧印加状態では、強誘電性液晶がコーン上を移動し、偏光板6aを透過した直線偏光と強誘電性液晶の配向方向とが所定の角度を持つようになるため、偏光板6aを透過した直線偏光は強誘電性液晶の複屈折により楕円偏光となる。この楕円偏光のうち、偏光板6bの偏光軸と一致する直線偏光のみが偏光板6bを透過する。
本発明においては、入射光が互いにクロスニコルの状態にある偏光板により遮断される状態を「暗状態」とし、入射光が互いにクロスニコルの状態にある偏光板を透過する状態を「明状態」とする。
Next, the “dark state” and the “bright state” will be described. For example, as shown in FIG. 1,
When no voltage is applied, the linearly polarized light transmitted through the
On the other hand, in the voltage application state, the ferroelectric liquid crystal moves on the cone, and the linearly polarized light transmitted through the
In the present invention, a state in which incident light is blocked by polarizing plates in a crossed Nicol state is referred to as a “dark state”, and a state in which incident light is transmitted through a polarizing plate in a crossed Nicol state is referred to as a “bright state”. And
また、上記液晶駆動電界方向の評価方法において、上記強誘電性液晶が2θ±5°駆動することの確認は、上記強誘電性液晶の駆動角度を評価することにより行う。上記駆動角度は、次のようにして評価することができる。まず、被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した2枚の偏光板の間に配置する。このとき、一方の偏光板の偏光軸と液晶層の強誘電性液晶の配向方向とが平行になるように配置し、この位置を基準とする。被評価液晶表示素子に電界を印加すると強誘電性液晶が偏光軸と所定の角度を持つようになるため、一方の偏光板を透過した偏光が他方の偏光板を透過して明状態となる。この電界を印加した状態で液晶表示素子を回転させて暗状態にする。そして、このときの液晶表示素子を回転させた角度を測定する。液晶表示素子を回転させた角度が、強誘電性液晶の駆動角度である。上記再配向処理後の被評価液晶表示素子についての駆動角度の評価は、上記表示面積の51%以上の明状態部位を対象として評価すればよい。 In the evaluation method of the liquid crystal driving electric field direction, it is confirmed that the ferroelectric liquid crystal is driven by 2θ ± 5 ° by evaluating the driving angle of the ferroelectric liquid crystal. The drive angle can be evaluated as follows. First, the liquid crystal display element to be evaluated is placed between two polarizing plates arranged in crossed Nicols. At this time, it arrange | positions so that the polarization axis of one polarizing plate and the orientation direction of the ferroelectric liquid crystal of a liquid-crystal layer may become parallel, and this position is made into a reference | standard. When an electric field is applied to the liquid crystal display element to be evaluated, the ferroelectric liquid crystal has a predetermined angle with respect to the polarization axis, so that the polarized light transmitted through one polarizing plate is transmitted through the other polarizing plate to be in a bright state. With this electric field applied, the liquid crystal display element is rotated to make it dark. And the angle which rotated the liquid crystal display element at this time is measured. The angle at which the liquid crystal display element is rotated is the driving angle of the ferroelectric liquid crystal. The drive angle of the liquid crystal display element to be evaluated after the realignment treatment may be evaluated for a bright state portion that is 51% or more of the display area.
なお、上記被評価液晶表示素子について、例えば、液晶層が高分子安定化されている場合など、上記再配向処理により強誘電性液晶の配列を変化させることができない場合には、被評価液晶表示素子と同一の構成を有する液晶表示素子を複製し、複製した液晶表示素子を対象として上記評価を実施してもよい。上記基準方向は、第1配向層および第2配向層の構成材料、および、強誘電性液晶の種類に依存するため、液晶表示素子の複製に際しては、少なくとも第1配向層および第2配向層の構成材料、および、強誘電性液晶の種類を被評価液晶表示素子と同一にすれば足り、他の構成は必ずしも同一の構成とすることは必要としない。 For the liquid crystal display element to be evaluated, when the alignment of the ferroelectric liquid crystal cannot be changed by the realignment process, for example, when the liquid crystal layer is stabilized with a polymer, the liquid crystal display to be evaluated A liquid crystal display element having the same configuration as the element may be duplicated, and the above evaluation may be performed on the duplicated liquid crystal display element. Since the reference direction depends on the constituent materials of the first alignment layer and the second alignment layer and the type of the ferroelectric liquid crystal, at least the first alignment layer and the second alignment layer are replicated when the liquid crystal display element is replicated. It is sufficient that the constituent material and the type of the ferroelectric liquid crystal are the same as those of the liquid crystal display element to be evaluated, and the other configurations are not necessarily the same.
本発明によれば、上記液晶層において上記強誘電性液晶の自発分極の方向が、上記基準方向に対して反対方向に向いていることにより、電圧を印加して強誘電性液晶を駆動する際に、強誘電性液晶は、自発分極Psの方向が強誘電性液晶の分極と、配向層の分極とが電気的に反発する方向から、電気的につり合う方向へ駆動することになる。すなわち、強誘電性液晶は相対的に不安定な状態から安定な状態へ駆動することになる。このような機構により、本発明の液晶表示素子は、より低い電圧で駆動することが可能になる。 According to the present invention, when the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal is opposite to the reference direction in the liquid crystal layer, a voltage is applied to drive the ferroelectric liquid crystal. In addition, the ferroelectric liquid crystal is driven in a direction in which the direction of spontaneous polarization Ps is electrically balanced from the direction in which the polarization of the ferroelectric liquid crystal and the polarization of the alignment layer are electrically repelled. That is, the ferroelectric liquid crystal is driven from a relatively unstable state to a stable state. With such a mechanism, the liquid crystal display element of the present invention can be driven at a lower voltage.
また、本発明によれば上記液晶層において上記強誘電性液晶が単安定性を示すことから、電圧変化により液晶のダイレクタ(分子軸の傾き)を連続的に変化させ、透過光度をアナログ変調することで階調表示が可能となる。 Further, according to the present invention, since the ferroelectric liquid crystal exhibits monostability in the liquid crystal layer, the director of the liquid crystal (inclination of the molecular axis) is continuously changed by voltage change, and the transmitted light intensity is analog-modulated. Thus, gradation display is possible.
以上より、本発明によれば応答速度が速く、かつ、省電力で駆動することが可能な液晶表示素子を得ることができる。以下、本発明の液晶表示素子の各構成について説明する。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a liquid crystal display element that has a high response speed and can be driven with power saving. Hereinafter, each structure of the liquid crystal display element of this invention is demonstrated.
1.液晶層
本発明に用いられる液晶層は、第1配向層および第2配向層の間に挟持させることにより構成され、強誘電性液晶を含むものである。また、本発明に用いられる液晶層には活性放射線硬化性モノマーの重合物が含まれていても良い。上記液晶層に活性放射線硬化性モノマーの重合物が含まれることにより、自発分極の方向が上記基準方向に対して反対方向に向いた状態で、強誘電性液晶の配列をより安定化することができるからである。
1. Liquid Crystal Layer The liquid crystal layer used in the present invention is constituted by being sandwiched between the first alignment layer and the second alignment layer, and includes a ferroelectric liquid crystal. The liquid crystal layer used in the present invention may contain a polymer of actinic radiation curable monomer. By containing a polymer of the active radiation curable monomer in the liquid crystal layer, the alignment of the ferroelectric liquid crystal can be further stabilized in a state where the direction of spontaneous polarization is opposite to the reference direction. Because it can.
(1)強誘電性液晶
本発明に用いられる強誘電性液晶としては、単安定性を示し、カイラルスメクチックC相(SmC*)相を発現するものであれば特に限定されない。なかでも本発明においては相系列にスメクチックA相を有しないものが好ましい。スメクチックA相を経由しない強誘電性液晶を用いることにより、薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリックス方式による駆動が可能になり、また、電圧変調により階調制御が可能になり、高精細で高品位の表示を実現することができるからである。このような強誘電性液晶としては、例えば、相系列が、ネマチック相(N)−コレステリック相(Ch)−カイラルスメクチックC相(SmC*)と相変化するもの、ネマチック相(N)−カイラルスメクチックC相(SmC*)と相変化するものなどを挙げることができる。
(1) Ferroelectric liquid crystal The ferroelectric liquid crystal used in the present invention is not particularly limited as long as it exhibits monostability and exhibits a chiral smectic C phase (SmC * ) phase. Of these, those having no smectic A phase in the phase sequence are preferred in the present invention. By using a ferroelectric liquid crystal that does not go through the smectic A phase, it becomes possible to drive by an active matrix method using thin film transistors (TFTs), and to control gradation by voltage modulation, so that high definition and high quality are possible. This is because the display can be realized. Examples of such ferroelectric liquid crystal include those in which the phase series changes from a nematic phase (N) -cholesteric phase (Ch) -chiral smectic C phase (SmC * ), or a nematic phase (N) -chiral smectic. Examples thereof include those that change phase with C phase (SmC * ).
また、上記強誘電性液晶は、例えば図4に示すような正負いずれかの電圧を印加したときにのみ液晶分子が動作する、half−V shaped switching(以下、HV字型スイッチングと称する。)特性を示すものであることが好ましい。このようなHV字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を用いると、白黒シャッターとしての開口時間を十分に長くとることができ、これにより時間的に切り替えられる各色をより明るく表示することができ、明るいカラー表示の液晶表示素子を実現することができる。
ここで「HV字型スイッチング特性」とは、印加電圧に対する光透過率が非対称な電気光学特性をいう。
Further, the ferroelectric liquid crystal has a half-V shaped switching (hereinafter referred to as HV-shaped switching) characteristic in which liquid crystal molecules operate only when a positive or negative voltage as shown in FIG. 4 is applied, for example. It is preferable to show this. When the ferroelectric liquid crystal exhibiting such HV-shaped switching characteristics is used, the opening time as a black and white shutter can be made sufficiently long, whereby each color that can be temporally switched can be displayed brighter. A bright color liquid crystal display element can be realized.
Here, the “HV-shaped switching characteristic” refers to an electro-optical characteristic in which the light transmittance with respect to the applied voltage is asymmetric.
このような強誘電性液晶としては、一般に知られる液晶材料の中から要求特性に応じて種々選択することができる。本発明に用いられる強誘電性液晶の具体例としては、例えば、AZエレクトロニックマテリアルズ社製「R2301」が挙げられる。 Such a ferroelectric liquid crystal can be variously selected from generally known liquid crystal materials according to required characteristics. Specific examples of the ferroelectric liquid crystal used in the present invention include “R2301” manufactured by AZ Electronic Materials.
(2)活性放射線硬化性モノマーの重合物
上記液晶層に含まれる活性放射線硬化性モノマーの重合物は、液晶層中における上記強誘電性液晶の配列を安定化させる機能を有するものである。
(2) Polymer of actinic radiation curable monomer The polymer of actinic radiation curable monomer contained in the liquid crystal layer has a function of stabilizing the alignment of the ferroelectric liquid crystal in the liquid crystal layer.
上記活性放射線硬化性モノマーの重合物に用いられる活性放射線硬化性モノマーとしては、活性放射線の照射によって重合反応を生じることにより重合物を形成し、かつ、上記強誘電性液晶の配列状態を安定化できるものであれば特に限定されない。このような活性放射線硬化性モノマーとしては、電子線の照射により重合反応を生じる電子線硬化性モノマー、および光照射により重合反応を生じる光硬化性モノマーを挙げることができる。なかでも本発明においては、光硬化性モノマーを用いることが好ましい。光硬化性モノマーを用いることにより、本発明の液晶表示素子の製造方法を簡略化することができるからである。 The actinic radiation curable monomer used in the polymer of the actinic radiation curable monomer forms a polymer by causing a polymerization reaction upon irradiation with actinic radiation, and stabilizes the alignment state of the ferroelectric liquid crystal. There is no particular limitation as long as it is possible. Examples of such actinic radiation curable monomers include an electron beam curable monomer that undergoes a polymerization reaction upon irradiation with an electron beam, and a photocurable monomer that undergoes a polymerization reaction upon irradiation with light. In particular, in the present invention, it is preferable to use a photocurable monomer. It is because the manufacturing method of the liquid crystal display element of this invention can be simplified by using a photocurable monomer.
上記光硬化性モノマーとしては、波長が150nm〜500nmの範囲内の光を照射することにより、重合反応を生じるものであれば特に限定されない。なかでも本発明おいては、波長が250nm〜450nmの範囲内、特に300nm〜400nmの範囲内の光を照射することにより重合反応を生じる紫外線硬化性モノマーを用いることが好ましい。照射装置の容易性等の面において利点を有するからである。 The photocurable monomer is not particularly limited as long as it causes a polymerization reaction when irradiated with light having a wavelength in the range of 150 nm to 500 nm. In particular, in the present invention, it is preferable to use an ultraviolet curable monomer that undergoes a polymerization reaction when irradiated with light having a wavelength in the range of 250 nm to 450 nm, particularly in the range of 300 nm to 400 nm. This is because it has advantages in terms of the ease of the irradiation apparatus.
上記紫外線硬化性モノマーが有する重合性官能基は、上記波長領域の紫外線照射により、重合反応を生じるものであれば特に限定されない。本発明においては、アクリレート基を有する紫外線硬化型モノマーを用いることが好ましい。 The polymerizable functional group possessed by the ultraviolet curable monomer is not particularly limited as long as it causes a polymerization reaction when irradiated with ultraviolet rays in the wavelength region. In the present invention, it is preferable to use an ultraviolet curable monomer having an acrylate group.
上記紫外線硬化性モノマーは、一分子中に一つの重合性官能基を有する単官能性モノマーであってもよく、また、一分子中に二以上の重合性官能基を有する多官能性モノマーであってもよい。なかでも本発明においては、多官能性モノマーを用いることが好ましい。多官能性モノマーを用いることにより、上記液晶層においてより強いポリマーネットワークを形成することが可能になるため、分子間力および第1配向層界面におけるポリマーネットワークを強化することができる。したがって、多官能性モノマーを用いることにより、液晶層の温度変化によって上記強誘電性液晶の配列が乱れることを抑制することができるからである。 The ultraviolet curable monomer may be a monofunctional monomer having one polymerizable functional group in one molecule, or a polyfunctional monomer having two or more polymerizable functional groups in one molecule. May be. In particular, in the present invention, it is preferable to use a polyfunctional monomer. By using a polyfunctional monomer, it becomes possible to form a stronger polymer network in the liquid crystal layer, so that the intermolecular force and the polymer network at the interface of the first alignment layer can be strengthened. Therefore, by using a polyfunctional monomer, it is possible to prevent the alignment of the ferroelectric liquid crystal from being disturbed by the temperature change of the liquid crystal layer.
本発明においては、上記多官能性モノマーの中でも分子の両末端に重合性官能基を有する2官能性モノマーであることが好ましい。分子の両端に上記官能基を有することにより、ポリマー同士の間隔が広いポリマーネットワークを形成することができるため、液晶層に活性放射線硬化性モノマーの重合物を含むことによる強誘電性液晶の駆動電圧の低下を防止できるからである。 In the present invention, among the polyfunctional monomers, a bifunctional monomer having a polymerizable functional group at both ends of the molecule is preferable. By having the above functional groups at both ends of the molecule, a polymer network with a wide interval between the polymers can be formed, so that the driving voltage of the ferroelectric liquid crystal by containing a polymer of active radiation curable monomer in the liquid crystal layer It is because the fall of can be prevented.
本発明においては、上記紫外線硬化性モノマーのなかでも、液晶性を発現する紫外線硬化性液晶モノマーを用いることが好ましい。このような紫外線硬化性液晶モノマーが好ましい理由は次の通りである。すなわち、紫外線硬化性液晶モノマーは液晶性を示すことから、上記第1配向層または第2配向層の配向規制力により規則的に配列することができる。したがって、紫外線硬化性液晶モノマーを規則的に配列した後に、重合反応を生じさせることにより、上記液晶層中に、規則的な配列状態を維持したまま固定化することが可能になる。このような規則的な配列状態を有する重合物が液晶層中に存在することにより、上記強誘電性液晶の配列安定性を向上することができるため、本発明の液晶表示素子を耐熱性や耐衝撃性に優れたものにできるからである。 In the present invention, among the ultraviolet curable monomers, it is preferable to use an ultraviolet curable liquid crystal monomer that exhibits liquid crystallinity. The reason why such an ultraviolet curable liquid crystal monomer is preferable is as follows. That is, since the ultraviolet curable liquid crystal monomer exhibits liquid crystallinity, it can be regularly arranged by the alignment regulating force of the first alignment layer or the second alignment layer. Therefore, after the ultraviolet curable liquid crystal monomer is regularly arranged and then a polymerization reaction is caused, it can be fixed in the liquid crystal layer while maintaining the regular arrangement state. Since the polymer having such a regular alignment state is present in the liquid crystal layer, the alignment stability of the ferroelectric liquid crystal can be improved. It is because it can be made excellent in impact.
上記紫外線硬化性液晶モノマーが示す液晶相としては、特に限定されず、例えばネマティック相、SmA相、SmC相を挙げることができる。 The liquid crystal phase exhibited by the ultraviolet curable liquid crystal monomer is not particularly limited, and examples thereof include a nematic phase, an SmA phase, and an SmC phase.
本発明に用いられる上記紫外線硬化性液晶モノマーとしては、例えば、下記式に示す化合物を挙げることができる。 As said ultraviolet curable liquid crystal monomer used for this invention, the compound shown to a following formula can be mentioned, for example.
上記式において、A、B、D、EおよびFはベンゼン、シクロヘキサンまたはピリミジンを表し、これらはハロゲン等の置換基を有していてもよい。また、AおよびB、あるいはDおよびEは、アセチレン基、メチレン基、エステル基等の結合基を介して結合していてもよい。M1およびM2は、水素原子、炭素数3〜9のアルキル基、炭素数3〜9のアルコキシカルボニル基、またはシアノ基のいずれであってもよい。さらに、分子鎖末端のアクリロイルオキシ基とAまたはDとは、炭素数3〜6のアルキレン基等のスペーサーを介して結合していてもよい。 In the above formula, A, B, D, E and F represent benzene, cyclohexane or pyrimidine, and these may have a substituent such as halogen. A and B, or D and E may be bonded via a bonding group such as an acetylene group, a methylene group, or an ester group. M 1 and M 2 may be any of a hydrogen atom, an alkyl group having 3 to 9 carbon atoms, an alkoxycarbonyl group having 3 to 9 carbon atoms, or a cyano group. Furthermore, the acryloyloxy group at the end of the molecular chain and A or D may be bonded via a spacer such as an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms.
上記式において、Yは、水素、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルケニル、炭素数1〜20のアルキルオキシ、炭素数1〜20のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数1〜20のアルキルカルボニル、炭素数1〜20のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表す。 In the above formula, Y is hydrogen, alkyl having 1 to 20 carbon atoms, alkenyl having 1 to 20 carbon atoms, alkyloxy having 1 to 20 carbon atoms, alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbon atoms, formyl, 1 to 1 carbon atoms. It represents 20 alkylcarbonyl, C1-20 alkylcarbonyloxy, halogen, cyano or nitro.
上記式で示される化合物のなかでも、本発明において好適に用いられる具体的な化合物としては、下記式の化合物を例示することができる。 Among the compounds represented by the above formula, specific compounds that can be suitably used in the present invention include compounds represented by the following formula.
本発明に用いられる活性放射線硬化性モノマーの重合物は、単一の活性放射線硬化性モノマーの重合物であっても良く、また2以上の異なる活性放射線硬化性モノマーの重合物であっても良い。2以上の異なる活性放射線硬化性モノマーの重合物とする場合は、例えば、上記紫外線硬化性液晶モノマーと他の紫外線硬化性モノマーとの重合物を例示することができる。 The polymer of actinic radiation curable monomers used in the present invention may be a polymer of a single actinic radiation curable monomer, or may be a polymer of two or more different actinic radiation curable monomers. . In the case of using a polymer of two or more different actinic radiation curable monomers, for example, a polymer of the above ultraviolet curable liquid crystal monomer and another ultraviolet curable monomer can be exemplified.
活性放射線硬化性モノマーとして上記紫外線硬化性液晶モノマーを用いた場合、本発明に用いられる活性放射線硬化性モノマーの重合物としては、主鎖に液晶性を示す原子団を有することにより主鎖が液晶性を示す主鎖液晶型重合物であっても良く、また側鎖に液晶性を示す原子団を有することにより側鎖が液晶性を示す側鎖液晶型重合物であっても良い。なかでも本発明においては、側鎖液晶型重合物であることが好ましい。液晶性を示す原子団が側鎖に存在することにより当該原子団の自由度が高くなるため、液晶層において液晶性を示す原子団が配向しやすくなるからである。また、その結果として液晶層中の強誘電性液晶の配向安定性を向上することができるからである。 When the above-mentioned ultraviolet curable liquid crystal monomer is used as the active radiation curable monomer, the polymer of the active radiation curable monomer used in the present invention has an atomic group exhibiting liquid crystallinity in the main chain, so that the main chain is liquid crystal. A main chain liquid crystal polymer exhibiting liquidity may be used, or a side chain liquid crystal polymer exhibiting liquid crystallinity in the side chain by having an atomic group exhibiting liquid crystallinity in the side chain may be used. Among these, in the present invention, a side chain liquid crystal polymer is preferable. This is because the presence of an atomic group exhibiting liquid crystallinity in the side chain increases the degree of freedom of the atomic group, so that the atomic group exhibiting liquid crystallinity is easily aligned in the liquid crystal layer. Further, as a result, the alignment stability of the ferroelectric liquid crystal in the liquid crystal layer can be improved.
上記液晶層中における活性放射線硬化性モノマーの重合物の存在量は、上記強誘電性液晶の配列安定性を所望の程度にできる範囲内であれば特に限定されないが、通常、液晶層中に0.5質量%〜30質量%の範囲内が好ましく、特に1質量%〜20質量%の範囲内が好ましく、中でも1質量%〜10質量%の範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも多いと、上記強誘電性液晶の駆動電圧の増加や、応答速度の低下を生じる場合があるからである。また、上記範囲よりも少ないと上記強誘電性液晶の配列安定性が不十分となり、本発明の液晶表示素子の耐熱性や耐衝撃性を損なってしまう可能性があるからである。
ここで、液晶層中における活性放射線硬化性モノマーの重合物の存在量は、液晶層中の単分子液晶を溶剤で洗い流した後、残存する活性放射線硬化性モノマーの重合物の重量を電子天秤で測量することによって求めた残存量と、上記液晶層の総質量とから算出することができる。
The abundance of the polymer of active radiation curable monomer in the liquid crystal layer is not particularly limited as long as it is within a range in which the alignment stability of the ferroelectric liquid crystal can be brought to a desired level, but usually 0 in the liquid crystal layer. It is preferably in the range of 5% by mass to 30% by mass, particularly preferably in the range of 1% by mass to 20% by mass, and particularly preferably in the range of 1% by mass to 10% by mass. This is because if it exceeds the above range, the driving voltage of the ferroelectric liquid crystal may increase or the response speed may decrease. On the other hand, if the amount is less than the above range, the alignment stability of the ferroelectric liquid crystal becomes insufficient, and the heat resistance and impact resistance of the liquid crystal display element of the present invention may be impaired.
Here, the abundance of the polymer of active radiation curable monomer in the liquid crystal layer is determined by washing the weight of the polymer of active radiation curable monomer remaining after washing the monomolecular liquid crystal in the liquid crystal layer with a solvent. It can be calculated from the remaining amount obtained by surveying and the total mass of the liquid crystal layer.
本発明に用いられる液晶層には、本発明の目的を損なわない範囲で他の化合物を含んでも良い。このような他の化合物としては、未反応の活性放射線硬化性モノマー、光重合開始剤、反応開始剤、および反応禁止剤等を挙げることができる。上記光重合開始剤として用いられる化合物としては、例えば後述する「2.第1基板」の反応性液晶膜の項に記載する化合物を挙げることができる。 The liquid crystal layer used in the present invention may contain other compounds as long as the object of the present invention is not impaired. Examples of such other compounds include unreacted actinic radiation curable monomers, photopolymerization initiators, reaction initiators, and reaction inhibitors. Examples of the compound used as the photopolymerization initiator include compounds described in the reactive liquid crystal film of “2. First substrate” described later.
(3)その他
上記強誘電性液晶で構成される液晶層の厚みは、1.2μm〜3.0μmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは1.3μm〜2.5μm、さらに好ましくは1.4μm〜2.0μmの範囲内である。液晶層の厚みが薄すぎるとコントラストが低下するおそれがあり、逆に液晶層の厚みが厚すぎると強誘電性液晶が配向しにくくなる可能性があるからである。上記液晶層の厚みは、ビーズなどのスペーサーにより調整することができる。
(3) Others The thickness of the liquid crystal layer composed of the ferroelectric liquid crystal is preferably in the range of 1.2 μm to 3.0 μm, more preferably 1.3 μm to 2.5 μm, and even more preferably 1. Within the range of 4 μm to 2.0 μm. This is because if the thickness of the liquid crystal layer is too thin, the contrast may be lowered. Conversely, if the thickness of the liquid crystal layer is too thick, the ferroelectric liquid crystal may be difficult to align. The thickness of the liquid crystal layer can be adjusted by a spacer such as beads.
2.第1基板
本発明に用いられる第1基板は、第1基材と、上記第1基材上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成された第1配向層と有するものである。以下、第1基板の各構成について説明する。
2. First substrate A first substrate used in the present invention includes a first base material, a first electrode layer formed on the first base material, and a first alignment layer formed on the first electrode layer. I have it. Hereinafter, each configuration of the first substrate will be described.
(1)第1配向層
本発明に用いられる第1配向層は、強誘電性液晶の配向制御が可能なものであれば特に限定されるものではない。
本発明に用いられる第1配向層は、配向膜単体からなるものであってもよく、また、配向膜と、上記配向膜上に反応性液晶を固定化してなる反応性液晶膜とにより構成されるものであっても良い。
(1) First alignment layer The first alignment layer used in the present invention is not particularly limited as long as the alignment of the ferroelectric liquid crystal can be controlled.
The first alignment layer used in the present invention may be composed of an alignment film alone, and is composed of an alignment film and a reactive liquid crystal film formed by fixing a reactive liquid crystal on the alignment film. It may be a thing.
a.配向膜
上記第1配向層に用いられる配向膜としては、例えばラビング処理を施したラビング配向膜や、光配向処理を施した光配向膜などを用いることができる。中でも、光配向膜を用いることが好ましい。光配向処理は非接触配向処理であることから静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるからである。以下、光配向膜について説明する。
a. Alignment Film As the alignment film used for the first alignment layer, for example, a rubbing alignment film subjected to rubbing treatment, a photo alignment film subjected to photo alignment treatment, or the like can be used. Among these, it is preferable to use a photo-alignment film. This is because the photo-alignment process is a non-contact alignment process, which is useful in that there is no generation of static electricity or dust and quantitative control of the alignment process is possible. Hereinafter, the photo-alignment film will be described.
(i)光配向膜
光配向膜は、後述する光配向膜の構成材料を塗布した基板に偏光を制御した光を照射し、光励起反応(分解、異性化、二量化)を生じさせて得られた膜に異方性を付与することによりその膜上の液晶分子を配向させるものである。
(I) Photo-alignment film A photo-alignment film is obtained by irradiating a substrate coated with a constituent material of a photo-alignment film, which will be described later, with light whose polarization is controlled to cause a photoexcitation reaction (decomposition, isomerization, dimerization). The liquid crystal molecules on the film are aligned by imparting anisotropy to the film.
本発明に用いられる光配向膜の構成材料は、光を照射して光励起反応を生じることにより、強誘電性液晶を配向させる効果(光配列性:photoaligning)を有するものであれば特に限定されるものではなく、このような材料としては、大きく、光反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する光反応型の材料と、光異性化反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する光異性化型の材料とに分けることができる。 The constituent material of the photo-alignment film used in the present invention is particularly limited as long as it has the effect of aligning the ferroelectric liquid crystal (photo-alignment) by irradiating light and causing a photoexcitation reaction. However, such materials are large, photoreactive materials that impart anisotropy to the photoalignment film by causing a photoreaction, and anisotropic to the photoalignment film by causing a photoisomerization reaction. It can be divided into photoisomerization type materials that impart properties.
光配向膜の構成材料が光励起反応を生じる光の波長領域は、紫外光域の範囲内、すなわち10nm〜400nmの範囲内であることが好ましく、250nm〜380nmの範囲内であることがより好ましい。
以下、光反応型の材料および光異性化型の材料について説明する。
The wavelength region of light that causes the photoexcitation reaction of the constituent material of the photo-alignment film is preferably in the ultraviolet light range, that is, in the range of 10 nm to 400 nm, and more preferably in the range of 250 nm to 380 nm.
Hereinafter, the photoreactive material and the photoisomerization type material will be described.
(光反応型)
まず、光反応型の構成材料について説明する。上述したように、光反応型の構成材料とは、光反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する材料である。本発明に用いられる光反応型の構成材料としては、このような特性を有するものであれば特に限定されるものではないが、これらの中でも、光二量化反応または光分解反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する材料であることが好ましい。
(Photoreactive type)
First, a photoreactive component material will be described. As described above, the photoreactive component material is a material that imparts anisotropy to the photoalignment film by causing a photoreaction. The photoreactive type constituent material used in the present invention is not particularly limited as long as it has such characteristics, but among these, the above light can be produced by causing a photodimerization reaction or a photolysis reaction. A material that imparts anisotropy to the alignment film is preferred.
ここで、光二量化反応とは、光照射により偏光方向に配向した反応部位がラジカル重合して分子2個が重合する反応をいい、この反応により偏光方向の配向を安定化し、光配向膜に異方性を付与することができるものである。また、光分解反応とは、光照射により偏光方向に配向したポリイミドなどの分子鎖を分解する反応をいい、この反応により偏光方向に垂直な方向に配向した分子鎖を残し、光配向膜に異方性を付与することができるものである。本発明においては、これらの光反応型の材料の中でも、露光感度が高く、材料選択の幅が広いことから、光二量化反応により光配向膜に異方性を付与する材料を用いることがより好ましい。 Here, the photodimerization reaction refers to a reaction in which a reaction site oriented in the polarization direction by light irradiation undergoes radical polymerization and two molecules are polymerized. This reaction stabilizes the orientation in the polarization direction and makes the photo-alignment film different. It is possible to impart directionality. The photolysis reaction is a reaction that decomposes molecular chains such as polyimide oriented in the polarization direction by light irradiation. This reaction leaves a molecular chain oriented in the direction perpendicular to the polarization direction, and is different from the photo-alignment film. It is possible to impart directionality. In the present invention, among these photoreactive materials, it is more preferable to use a material that imparts anisotropy to the photoalignment film by a photodimerization reaction because of high exposure sensitivity and a wide range of material selection. .
このような光二量化反応を利用した光反応型の材料としては、光二量化反応により光配向膜に異方性を付与することができる材料であれば特に限定されるものではないが、ラジカル重合性の官能基を有し、かつ、偏光方向により吸収を異にする二色性を有する光二量化反応性化合物を含むことが好ましい。偏光方向に配向した反応部位をラジカル重合することにより、光二量化反応性化合物の配向が安定化し、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。 The photoreactive material utilizing such a photodimerization reaction is not particularly limited as long as it is a material that can impart anisotropy to the photoalignment film by the photodimerization reaction, but is radically polymerizable. It is preferable that the photodimerization reactive compound which has the dichroism which has the functional group of this and has dichroism which makes absorption different with polarization directions is included. This is because by radical polymerization of the reaction site oriented in the polarization direction, the orientation of the photodimerization reactive compound is stabilized and anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film.
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。 Examples of the photodimerization reactive compound having such characteristics include a dimerization reactive polymer having at least one reactive site selected from cinnamate ester, coumarin, quinoline, chalcone group and cinnamoyl group as a side chain. Can do.
これらの中でも光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリンまたはキノリンのいずれかを含む二量化反応性ポリマーであることが好ましい。偏光方向に配向したα、β不飽和ケトンの二重結合が反応部位となってラジカル重合することにより、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。 Among these, the photodimerization reactive compound is preferably a dimerization reactive polymer containing cinnamate, coumarin or quinoline as a side chain. This is because anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film by radical polymerization of α and β unsaturated ketone double bonds aligned in the polarization direction as reaction sites.
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。 The main chain of the dimerization reactive polymer is not particularly limited as long as it is generally known as a polymer main chain, but the reaction sites of the side chains such as aromatic hydrocarbon groups are not limited. It is preferable that it does not have a substituent containing a lot of π electrons that hinders the interaction.
上記二量化反応性ポリマーの重量平均分子量は、特に限定されるものではないが、5,000〜40,000の範囲内であることが好ましく、10,000〜20,000の範囲内であることがより好ましい。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)法により測定することができる。上記二量化反応性ポリマーの重量平均分子量が小さすぎると、光配向膜に適度な異方性を付与することができない場合がある。逆に、大きすぎると、光配向膜形成時の塗工液の粘度が高くなり、均一な塗膜を形成しにくい場合がある。 The weight average molecular weight of the dimerization reactive polymer is not particularly limited, but is preferably in the range of 5,000 to 40,000, and is preferably in the range of 10,000 to 20,000. Is more preferable. The weight average molecular weight can be measured by a gel permeation chromatography (GPC) method. If the weight average molecular weight of the dimerization reactive polymer is too small, it may not be possible to impart appropriate anisotropy to the photo-alignment film. On the other hand, if it is too large, the viscosity of the coating liquid at the time of forming the photo-alignment film becomes high and it may be difficult to form a uniform coating film.
二量化反応性ポリマーとしては、下記式で表される化合物を例示することができる。 As a dimerization reactive polymer, the compound represented by a following formula can be illustrated.
上記式において、M11およびM12は、それぞれ独立して、単重合体または共重合体の単量体単位を表す。例えば、エチレン、アクリレート、メタクリレート、2−クロロアクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、2−クロロアクリルアミド、スチレン誘導体、マレイン酸誘導体、シロキサンなどが挙げられる。M12としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリレート、メチルメタクリレート、ヒドロキシアルキルアクリレートまたはヒドロキシアルキルメタクリレートであってもよい。xおよびyは、共重合体とした場合の各単量体単位のモル比を表すものであり、それぞれ、0<x≦1、0≦y<1であり、かつ、x+y=1を満たす数である。nは4〜30,000の整数を表す。D1およびD2は、スペーサー単位を表す。 In the above formula, M 11 and M 12 each independently represent a monomer unit of a monopolymer or a copolymer. Examples thereof include ethylene, acrylate, methacrylate, 2-chloroacrylate, acrylamide, methacrylamide, 2-chloroacrylamide, styrene derivatives, maleic acid derivatives, and siloxane. M 12 may be acrylonitrile, methacrylonitrile, methacrylate, methyl methacrylate, hydroxyalkyl acrylate or hydroxyalkyl methacrylate. x and y represent the molar ratio of each monomer unit in the case of a copolymer, and are numbers satisfying 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1 and satisfying x + y = 1, respectively. It is. n represents an integer of 4 to 30,000. D 1 and D 2 represent spacer units.
R1は−A1−(Z1−B1)z−Z2−で表される基であり、R2は−A1−(Z1−B1)z−Z3−で表される基である。ここで、A1およびB1は、それぞれ独立して、共有単結合、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、または置換基を有していてもよい1,4−フェニレンを表す。また、Z1およびZ2は、それぞれ独立して、共有単結合、−CH2−CH2−、−CH2O−、−OCH2−、−CONR−、−RNCO−、−COO−または−OOC−を表す。Rは、水素原子または低級アルキル基であり、Z3は、水素原子、置換基を有していてもよい、炭素数1〜12のアルキルまたはアルコキシ、シアノ、ニトロ、ハロゲンである。zは、0〜4の整数である。E1は、光二量化反応部位を表し、例えば、ケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基、シンナモイル基などが挙げられる。jおよびkは、それぞれ独立して、0または1である。 R 1 is a group represented by -A 1- (Z 1 -B 1 ) z -Z 2- , and R 2 is represented by -A 1- (Z 1 -B 1 ) z -Z 3-. It is a group. Here, A 1 and B 1 are each independently a covalent single bond, pyridine-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, 1,4-cyclohexylene, 1,3-dioxane-2, It represents 5-diyl or 1,4-phenylene which may have a substituent. Z 1 and Z 2 are each independently a covalent single bond, —CH 2 —CH 2 —, —CH 2 O—, —OCH 2 —, —CONR—, —RNCO—, —COO— or — Represents OOC-. R is a hydrogen atom or a lower alkyl group, and Z 3 is a hydrogen atom or an alkyl or alkoxy having 1 to 12 carbon atoms, which may have a substituent, cyano, nitro, or halogen. z is an integer of 0-4. E 1 represents a photodimerization reaction site, and examples thereof include cinnamic acid ester, coumarin, quinoline, chalcone group, cinnamoyl group and the like. j and k are each independently 0 or 1.
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。 As such a dimerization reactive polymer, More preferably, the compound represented by a following formula can be mentioned.
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。 Among the dimerization reactive polymers, at least one of the compounds (1) to (4) represented by the following formula is particularly preferable.
本発明においては、光二量化反応性化合物として、上述した化合物の中から、要求特性に応じて光二量化反応部位や置換基を種々選択することができる。また、光二量化反応性化合物は、1種単独でも2種以上を組み合わせて用いることもできる。 In the present invention, as the photodimerization reactive compound, various photodimerization reaction sites and substituents can be selected from the above-mentioned compounds according to required characteristics. Moreover, the photodimerization reactive compound can also be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
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。 In addition to the photodimerization reactive compound, the photoreactive material using photodimerization reaction may contain an additive within a range that does not interfere with the photoalignment property of the photoalignment film. Examples of the additive include a polymerization initiator and a polymerization inhibitor.
重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光二量化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光二量化反応性化合物に対し、0.001質量%〜20質量%の範囲内であることが好ましく、0.1質量%〜5質量%の範囲内であることがより好ましい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量が小さすぎると重合が開始(禁止)されない場合があり、逆に大きすぎると、反応が阻害される場合があるからである。 The polymerization initiator or polymerization inhibitor may be appropriately selected from generally known compounds according to the type of the photodimerization reactive compound. The addition amount of the polymerization initiator or the polymerization inhibitor is preferably in the range of 0.001% by mass to 20% by mass, and in the range of 0.1% by mass to 5% by mass with respect to the photodimerization reactive compound. It is more preferable that This is because if the addition amount of the polymerization initiator or polymerization inhibitor is too small, the polymerization may not be started (prohibited), whereas if too large, the reaction may be inhibited.
本発明に用いられる光二量化反応性化合物の具体例としては、例えば、Rolic社製の「ROP103」、「ROP102」などを挙げることができる。 Specific examples of the photodimerization reactive compound used in the present invention include “ROP103” and “ROP102” manufactured by Rolic.
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。 Examples of the photoreactive material utilizing photolysis reaction include polyimide “RN1199” manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.
(光異性化型)
次に、光異性化型の材料について説明する。ここでいう光異性化型の材料とは、上述したように光異性化反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する材料であり、このような特性を有する材料であれば特に限定されるものではないが、光異性化反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を含むものであることが好ましい。このような光異性化反応性化合物を含むことにより、光照射により、複数の異性体のうち安定な異性体が増加し、それにより光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。
(Photoisomerization type)
Next, the photoisomerization type material will be described. The photoisomerization type material here is a material that imparts anisotropy to the photo-alignment film by causing a photoisomerization reaction as described above, and is particularly limited as long as it has such characteristics. However, it is preferable to include a photoisomerization reactive compound that imparts anisotropy to the photoalignment film by causing a photoisomerization reaction. By including such a photoisomerization-reactive compound, a stable isomer among a plurality of isomers is increased by light irradiation, so that anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film. It is.
このような光異性化反応性化合物としては、上記のような特性を有する材料であれば特に限定されるものではないが、偏光方向により吸収を異にする二色性を有し、かつ、光照射により光異性化反応を生じるものであることが好ましい。このような特性を有する光異性化反応性化合物の偏光方向に配向した反応部位の異性化を生じさせることにより、上記光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。 Such a photoisomerization-reactive compound is not particularly limited as long as it is a material having the above-mentioned characteristics, but has a dichroism that makes absorption different depending on the polarization direction, and light It is preferable that a photoisomerization reaction is caused by irradiation. This is because anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film by causing isomerization of the reaction site oriented in the polarization direction of the photoisomerization-reactive compound having such characteristics.
このような光異性化反応性化合物が生じる光異性化反応としては、シス−トランス異性化反応であることが好ましい。光照射によりシス体またはトランス体のいずれかの異性体が増加し、それにより光配向膜に異方性を付与することができるからである。 The photoisomerization reaction that produces such a photoisomerization-reactive compound is preferably a cis-trans isomerization reaction. This is because either the cis isomer or the trans isomer is increased by light irradiation, whereby anisotropy can be imparted to the photo-alignment film.
このような光異性化反応性化合物としては、単分子化合物、または、光もしくは熱により重合する重合性モノマーを挙げることができる。これらは用いられる強誘電性液晶の種類に応じて適宜選択すればよいが、光照射により光配向膜に異方性を付与した後、ポリマー化することにより、その異方性を安定化することができることから、重合性モノマーを用いることが好ましい。このような重合性モノマーの中でも、光配向膜に異方性を付与した後、その異方性を良好な状態に維持したまま容易にポリマー化できることから、アクリレートモノマー、メタクリレートモノマーであることが好ましい。 Examples of such photoisomerization-reactive compounds include monomolecular compounds and polymerizable monomers that are polymerized by light or heat. These may be selected as appropriate according to the type of ferroelectric liquid crystal used, but the anisotropy is imparted to the photo-alignment film by light irradiation, and then the anisotropy is stabilized by polymerizing. Therefore, it is preferable to use a polymerizable monomer. Among such polymerizable monomers, an acrylate monomer and a methacrylate monomer are preferable because anisotropy is imparted to the photo-alignment film and the polymer can be easily polymerized while maintaining the anisotropy in a good state. .
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。 The polymerizable monomer may be a monofunctional monomer or a polyfunctional monomer. However, since the anisotropy of the photo-alignment film due to polymerization becomes more stable, the bifunctional monomer It is preferable that
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。 Specific examples of such a photoisomerization-reactive compound include compounds having a cis-trans isomerization-reactive skeleton such as an azobenzene skeleton or a stilbene skeleton.
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。 In this case, the number of cis-trans isomerization reactive skeletons contained in the molecule may be one or two or more, but the alignment control of the ferroelectric liquid crystal becomes easy. Two are preferable.
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。 The cis-trans isomerization reactive skeleton may have a substituent in order to further enhance the interaction with the liquid crystal molecules. The substituent is not particularly limited as long as it can enhance the interaction with the liquid crystal molecules and does not interfere with the orientation of the cis-trans isomerization reactive skeleton, and examples thereof include a carboxyl group and a sulfonic acid. A sodium group, a hydroxyl group, etc. are mentioned. These structures can be appropriately selected depending on the type of ferroelectric liquid crystal used.
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。 In addition to the cis-trans isomerization reactive skeleton, the photoisomerization reactive compound contains many π electrons such as aromatic hydrocarbon groups so that the interaction with the liquid crystal molecules can be further enhanced. It may have an included group, and the cis-trans isomerization reactive skeleton and the aromatic hydrocarbon group may be bonded via a bonding group. The bonding group is not particularly limited as long as it can enhance the interaction with the liquid crystal molecule. For example, —COO—, —OCO—, —O—, —C≡C—, —CH 2 —CH 2- , —CH 2 O—, —OCH 2 — and the like can be mentioned.
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。 In addition, when using a polymerizable monomer as a photoisomerization reactive compound, it is preferable to have the said cis-trans isomerization reactive skeleton as a side chain. By having the cis-trans isomerization reactive skeleton as a side chain, the effect of anisotropy imparted to the photo-alignment film becomes larger, and is particularly suitable for controlling the alignment of ferroelectric liquid crystals Because it becomes. In this case, the aromatic hydrocarbon group or bonding group contained in the molecule is contained in the side chain together with the cis-trans isomerization reactive skeleton so that the interaction with the liquid crystal molecule is enhanced. It is preferable.
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。 Further, the side chain of the polymerizable monomer may have an aliphatic hydrocarbon group such as an alkylene group as a spacer so that the cis-trans isomerization reactive skeleton can be easily oriented.
上述したような単分子化合物または重合性モノマーの光異性化反応性化合物の中でも、本発明に用いられる光異性化反応性化合物としては、分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物であることが好ましい。アゾベンゼン骨格は、π電子を多く含むため、液晶分子との相互作用が高く、強誘電性液晶の配向制御に特に適しているからである。 Among the photoisomerization reactive compounds of the monomolecular compound or polymerizable monomer as described above, the photoisomerization reactive compound used in the present invention is preferably a compound having an azobenzene skeleton in the molecule. This is because the azobenzene skeleton contains a lot of π electrons, and thus has a high interaction with liquid crystal molecules and is particularly suitable for controlling the alignment of ferroelectric liquid crystals.
以下、アゾベンゼン骨格が光異性化反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与できる理由について説明する。まず、アゾベンゼン骨格に、直線偏光紫外光を照射すると、下記式に示されるように、分子長軸が偏光方向に配向しているトランス体のアゾベンゼン骨格が、シス体に変化する。 Hereinafter, the reason why anisotropy can be imparted to the photo-alignment film by causing the azobenzene skeleton to undergo a photoisomerization reaction will be described. First, when the azobenzene skeleton is irradiated with linearly polarized ultraviolet light, the trans azobenzene skeleton having the molecular long axis oriented in the polarization direction is changed to a cis isomer as shown in the following formula.
アゾベンゼン骨格のシス体は、トランス体に比べて化学的に不安定であるため、熱的にまたは可視光を吸収してトランス体に戻るが、このとき、上記式の左のトランス体になるか右のトランス体になるかは同じ確率で起こる。そのため、紫外光を吸収し続けると、右側のトランス体の割合が増加し、アゾベンゼン骨格の平均配向方向は紫外光の偏光方向に対して垂直になる。本発明においては、この現象を利用することにより、アゾベンゼン骨格の配向方向を揃え、光配向膜に異方性を付与し、その膜上の液晶分子の配向を制御することができるのである。 Since the cis isomer of the azobenzene skeleton is chemically unstable compared to the trans isomer, it thermally or absorbs visible light and returns to the trans isomer. Whether to become the right transformer body occurs with the same probability. Therefore, if the ultraviolet light is continuously absorbed, the ratio of the right-side trans isomer increases, and the average orientation direction of the azobenzene skeleton becomes perpendicular to the polarization direction of the ultraviolet light. In the present invention, by utilizing this phenomenon, the alignment direction of the azobenzene skeleton is aligned, anisotropy is imparted to the photo-alignment film, and the alignment of liquid crystal molecules on the film can be controlled.
このような分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物のうち、単分子化合物としては、例えば、下記式で表される化合物を挙げることができる。 Among such compounds having an azobenzene skeleton in the molecule, examples of the monomolecular compound include compounds represented by the following formula.
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。 Moreover, as a polymerizable monomer which has the said azobenzene skeleton as a side chain, the compound represented by a following formula can be mentioned, for example.
本発明においては、このような光異性化反応性化合物の中から、要求特性に応じて、シス−トランス異性化反応性骨格や置換基を種々選択することができる。なお、これらの光異性化反応性化合物は、1種単独でも2種以上を組み合わせて用いることもできる。 In the present invention, various cis-trans isomerization reactive skeletons and substituents can be selected from such photoisomerization reactive compounds according to required characteristics. In addition, these photoisomerization reactive compounds can also be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
本発明に用いられる光異性化型の材料としては、上記光異性化反応性化合物のほか、光配向膜の光配列性を妨げない範囲内で添加剤を含んでいてもよい。上記光異性化反応性化合物として重合性モノマーを用いる場合には、添加剤としては、重合開始剤、重合禁止剤などが挙げられる。 The photoisomerization type material used in the present invention may contain additives in addition to the above-mentioned photoisomerization reactive compound as long as the photoalignment property of the photoalignment film is not hindered. When a polymerizable monomer is used as the photoisomerization reactive compound, examples of the additive include a polymerization initiator and a polymerization inhibitor.
重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光異性化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光異性化反応性化合物に対し、0.001質量%〜20質量%の範囲内であることが好ましく、0.1質量%〜5質量%の範囲内であることがより好ましい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量が小さすぎると重合が開始(禁止)されない場合があり、逆に大きすぎると、反応が阻害される場合があるからである。 The polymerization initiator or polymerization inhibitor may be appropriately selected from generally known compounds according to the type of photoisomerization reactive compound. The addition amount of the polymerization initiator or the polymerization inhibitor is preferably in the range of 0.001% by mass to 20% by mass, and in the range of 0.1% by mass to 5% by mass with respect to the photoisomerization reactive compound. More preferably, it is within. This is because if the addition amount of the polymerization initiator or polymerization inhibitor is too small, the polymerization may not be started (prohibited), whereas if too large, the reaction may be inhibited.
(ii)配向膜の構成材料の組成
本発明においては、第1配向層および後述する第2配向層の構成材料が互いに異なる組成を有することが好ましい。一般に、図5上段に例示するようなSmA相を経由しない相系列を有する強誘電性液晶は、層法線方向の異なる二つの領域(ダブルドメイン)が発生しやすい。本発明においては、第1配向層および第2配向層が互いに異なる組成を有する材料を用いて構成されていることにより、このような配向欠陥を生じさせることなく、強誘電性液晶の配向を単安定化することができる。
(Ii) Composition of the constituent material of the alignment film In the present invention, the constituent materials of the first alignment layer and the second alignment layer described later preferably have different compositions. In general, a ferroelectric liquid crystal having a phase sequence that does not pass through an SmA phase as exemplified in the upper part of FIG. 5 is likely to generate two regions (double domains) having different layer normal directions. In the present invention, since the first alignment layer and the second alignment layer are made of materials having different compositions, the alignment of the ferroelectric liquid crystal is made simple without causing such alignment defects. Can be stabilized.
第1配向層および第2配向層の構成材料の組成を異なるものとするには、例えば一方を光配向膜、他方をラビング配向膜とすればよい。また、両方をラビング配向膜として、ラビング配向膜の構成材料の組成を異なるものとする、あるいは、両方を光配向膜として、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることもできる。 In order to change the composition of the constituent materials of the first alignment layer and the second alignment layer, for example, one may be a photo-alignment film and the other may be a rubbing alignment film. Moreover, both can be made into a rubbing alignment film, and the composition of the constituent material of a rubbing alignment film can be made different, or both can be made into a photo-alignment film and the composition of the constituent material of a photo-alignment film can be made different.
また、第1配向層および第2配向層が光配向膜からなる場合、例えば一方の光配向膜に光異性化型材料を用い、他方の光配向膜に光反応型の材料を用いることにより、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることができる。 Further, when the first alignment layer and the second alignment layer are formed of a photo-alignment film, for example, by using a photoisomerization type material for one photo-alignment film and using a photo-reactive material for the other photo-alignment film, The composition of the constituent material of the photo-alignment film can be different.
さらに、第1配向層および第2配向層が光異性化型材料を用いた光配向膜からなる場合、上述した光異性化反応性化合物の中から、要求特性に応じて、シス−トランス異性化反応性骨格や置換基を種々選択することにより、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることができる。さらに、上述した添加剤の添加量を変えることによって、組成を変化させることもできる。 Further, when the first alignment layer and the second alignment layer are formed of a photo-alignment film using a photoisomerization type material, cis-trans isomerization is selected from the above-described photoisomerization reactive compounds according to required characteristics. The composition of the constituent material of the photo-alignment film can be made different by selecting various reactive skeletons and substituents. Furthermore, the composition can be changed by changing the amount of the additive described above.
またさらに、第1配向層および第2配向層が光反応型の材料を用いた光配向膜からなる場合、上述した光二量化反応性化合物、例えば光二量化反応性ポリマーを種々選択することにより、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることができる。さらに、上述した添加剤の添加量を変えることによって、組成を変化させることもできる。 Furthermore, when the first alignment layer and the second alignment layer are made of a photo-alignment film using a photo-reactive material, the light dimerization-reactive compound, for example, the photo-dimerization-reactive polymer, can be selected by various selection. The composition of the constituent material of the alignment film can be different. Furthermore, the composition can be changed by changing the amount of the additive described above.
b.反応性液晶膜
本発明における第1配向層は、上記配向膜と、上記配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶膜とにより構成されるものであっても良い。このように第1配向層が、配向膜と反応性液晶膜とから構成される態様について図を参照しながら説明する。図6は、第1配向層が配向膜と反応性液晶膜とから構成される場合の一例を示す略断面図である。図6に例示するように本発明における第1配向層3aは、配向膜31a上に反応性液晶を固定化してなる反応性液晶膜32aが形成された構成を有していてもよい。
b. Reactive Liquid Crystal Film The first alignment layer in the present invention may be composed of the alignment film and a reactive liquid crystal film formed on the alignment film and formed by fixing reactive liquid crystals. An embodiment in which the first alignment layer is composed of the alignment film and the reactive liquid crystal film will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example in which the first alignment layer is composed of an alignment film and a reactive liquid crystal film. As illustrated in FIG. 6, the
上記反応性液晶膜は配向膜上に形成することにより配向しており、例えば紫外線を照射して反応性液晶を重合させ、その配向状態を固定化することにより反応性液晶膜を形成することができる。反応性液晶膜は、このように反応性液晶の配向状態を固定化してなるものであるので、強誘電性液晶を配向させる配向膜として機能する。また、反応性液晶は固定化されているため、温度等の影響を受けないという利点を有する。さらに、反応性液晶は強誘電性液晶と構造が比較的類似しており、強誘電性液晶との相互作用が強いので、第1配向層を配向膜のみから構成した場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができる。 The reactive liquid crystal film is aligned by being formed on the alignment film. For example, the reactive liquid crystal film can be formed by irradiating ultraviolet rays to polymerize the reactive liquid crystal and fixing the alignment state. it can. Since the reactive liquid crystal film is formed by fixing the alignment state of the reactive liquid crystal as described above, it functions as an alignment film for aligning the ferroelectric liquid crystal. Further, since the reactive liquid crystal is fixed, it has an advantage that it is not affected by temperature or the like. Furthermore, the reactive liquid crystal is relatively similar in structure to the ferroelectric liquid crystal and has a strong interaction with the ferroelectric liquid crystal, so that it is more effective than the case where the first alignment layer is composed only of the alignment film. The alignment of the dielectric liquid crystal can be controlled.
上記反応性配向膜に用いられる反応性液晶としては、ネマチック相を発現するものであることが好ましい。ネマチック相は、液晶相の中でも配向制御が比較的容易であるからである。 The reactive liquid crystal used for the reactive alignment film preferably exhibits a nematic phase. This is because the nematic phase is relatively easy to control the alignment among the liquid crystal phases.
また、上記反応性液晶は、重合性液晶材料を含有することが好ましい。これにより、反応性液晶の配向状態を固定化することが可能になるからである。重合性液晶材料としては、重合性液晶モノマー、重合性液晶オリゴマー、および重合性液晶ポリマーのいずれかを用いることができるが、中でも、重合性液晶モノマーが好適に用いられる。重合性液晶モノマーは、他の重合性液晶材料、すなわち重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマーと比較して、より低温で配向が可能であり、かつ配向に際しての感度も高く、容易に配向させることができるからである。 The reactive liquid crystal preferably contains a polymerizable liquid crystal material. This is because the alignment state of the reactive liquid crystal can be fixed. As the polymerizable liquid crystal material, any of a polymerizable liquid crystal monomer, a polymerizable liquid crystal oligomer, and a polymerizable liquid crystal polymer can be used, and among them, a polymerizable liquid crystal monomer is preferably used. The polymerizable liquid crystal monomer can be aligned at a lower temperature than other polymerizable liquid crystal materials, that is, a polymerizable liquid crystal oligomer and a polymerizable liquid crystal polymer, and has high sensitivity in alignment, and can be easily aligned. Because you can.
上記重合性液晶モノマーとしては、重合性官能基を有する液晶モノマーであれば特に限定されるものではなく、例えばモノアクリレートモノマー、ジアクリレートモノマー等が挙げられる。また、これらの重合性液晶モノマーは単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The polymerizable liquid crystal monomer is not particularly limited as long as it is a liquid crystal monomer having a polymerizable functional group, and examples thereof include a monoacrylate monomer and a diacrylate monomer. These polymerizable liquid crystal monomers may be used alone or in combination of two or more.
モノアクリレートモノマーとしては、例えば下記式で表される化合物を例示することができる。 As a monoacrylate monomer, the compound represented, for example by a following formula can be illustrated.
上記式において、A、B、D、EおよびFはベンゼン、シクロヘキサンまたはピリミジンを表し、これらはハロゲン等の置換基を有していてもよい。また、AおよびB、あるいはDおよびEは、アセチレン基、メチレン基、エステル基等の結合基を介して結合していてもよい。M1およびM2は、水素原子、炭素数3〜9のアルキル基、炭素数3〜9のアルコキシカルボニル基、またはシアノ基のいずれであってもよい。さらに、分子鎖末端のアクリロイルオキシ基とAまたはDとは、炭素数3〜6のアルキレン基等のスペーサーを介して結合していてもよい。 In the above formula, A, B, D, E and F represent benzene, cyclohexane or pyrimidine, and these may have a substituent such as halogen. A and B, or D and E may be bonded via a bonding group such as an acetylene group, a methylene group, or an ester group. M 1 and M 2 may be any of a hydrogen atom, an alkyl group having 3 to 9 carbon atoms, an alkoxycarbonyl group having 3 to 9 carbon atoms, or a cyano group. Furthermore, the acryloyloxy group at the end of the molecular chain and A or D may be bonded via a spacer such as an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms.
また、ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記式(5)〜(7)に示す化合物を挙げることができる。 Moreover, as a diacrylate monomer, the compound shown to following formula (5)-(7) can be mentioned, for example.
上記式(5)および(6)において、XおよびYは、水素、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルケニル、炭素数1〜20のアルキルオキシ、炭素数1〜20のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数1〜20のアルキルカルボニル、炭素数1〜20のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表す。また、mは2〜20の範囲内の整数を表す。 In the above formulas (5) and (6), X and Y are hydrogen, alkyl having 1 to 20 carbons, alkenyl having 1 to 20 carbons, alkyloxy having 1 to 20 carbons, or alkyl having 1 to 20 carbons. It represents oxycarbonyl, formyl, alkylcarbonyl having 1 to 20 carbons, alkylcarbonyloxy having 1 to 20 carbons, halogen, cyano or nitro. M represents an integer in the range of 2-20.
また、上記式(7)において、Z21およびZ22は、各々独立して直接結合している−COO−、−OCO−、−O−、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−、−OCH2−、−CH2O−、−CH2CH2COO−、−OCOCH2CH2−を表す。lおよびmは0または1を表し、nは2〜8の範囲内の整数を表す。また、上記式中Rは、水素、または炭素数1〜5のアルキルを表す。 In the formula (7), Z 21 and Z 22 are each independently directly bonded —COO—, —OCO—, —O—, —CH 2 CH 2 —, —CH═CH—, —C≡C—, —OCH 2 —, —CH 2 O—, —CH 2 CH 2 COO—, —OCOCH 2 CH 2 — is represented. l and m represent 0 or 1, and n represents an integer in the range of 2-8. In the above formula, R represents hydrogen or alkyl having 1 to 5 carbon atoms.
上記の中でも、上記式(5)および(7)で表される化合物が好適に用いられる。また、上記式(5)に示す化合物の場合、Xとしては、炭素数1〜20のアルキルオキシカルボニル、メチルまたは塩素であることが好ましく、中でも炭素数1〜20のアルキルオキシカルボニル、特にCH3(CH2)4OCOであることが好ましい。また、上記式(7)で表される化合物の具体例としては、アデカキラコールPLC−7209(旭電化工業社製)、アデカキラコールPCL−7183(旭電化工業社製)等を挙げることができる。また、反応性液晶としては、ROF−5101(Rolic社製)等も好適に用いることができる。 Among the above, compounds represented by the above formulas (5) and (7) are preferably used. In the case of the compound represented by the above formula (5), X is preferably an alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbon atoms, methyl or chlorine, and especially an alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbon atoms, particularly CH 3. Preferably it is (CH 2 ) 4 OCO. Specific examples of the compound represented by the formula (7) include Adeka Kiracol PLC-7209 (Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.), Adeka Kiracol PCL-7183 (Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.) and the like. it can. As the reactive liquid crystal, ROF-5101 (manufactured by Rolic) or the like can also be suitably used.
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。 In the present invention, a diacrylate monomer is preferred among the polymerizable liquid crystal monomers. This is because the diacrylate monomer can be easily polymerized while maintaining the orientation state in a good state.
上述した重合性液晶モノマーは、それ自体がネマチック相を発現するものでなくてもよい。これらの重合性液晶モノマーは、上述したように2種以上を混合して用いてもよいものであり、これらを混合した組成物すなわち反応性液晶が、ネマチック相を発現するものであればよいからである。 The polymerizable liquid crystal monomer described above does not have to exhibit a nematic phase. These polymerizable liquid crystal monomers may be used as a mixture of two or more kinds as described above, because the composition in which these are mixed, that is, the reactive liquid crystal may exhibit a nematic phase. It is.
さらに本発明においては、必要に応じて、上記反応性液晶に光重合開始剤や重合禁止剤等を添加してもよい。例えば、電子線照射により重合性液晶材料を重合させる際には、光重合開始剤が不要な場合はあるが、一般的に用いられている例えば紫外線照射による重合の場合においては、通常光重合開始剤が重合促進のために用いられるからである。 Furthermore, in this invention, you may add a photoinitiator, a polymerization inhibitor, etc. to the said reactive liquid crystal as needed. For example, when polymerizing a polymerizable liquid crystal material by electron beam irradiation, a photopolymerization initiator may not be necessary, but in the case of polymerization by, for example, ultraviolet irradiation, usually photopolymerization is started. This is because the agent is used for promoting the polymerization.
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。 Examples of the photopolymerization initiator that can be used in the present invention include benzyl (also referred to as bibenzoyl), benzoin isobutyl ether, benzoin isopropyl ether, benzophenone, benzoylbenzoic acid, benzoylmethyl benzoate, and 4-benzoyl-4′-methyldiphenyl. Sulfide, benzylmethyl ketal, dimethylaminomethylbenzoate, 2-n-butoxyethyl-4-dimethylaminobenzoate, isoamyl p-dimethylaminobenzoate, 3,3′-dimethyl-4-methoxybenzophenone, methylobenzoylformate, 2-methyl-1- (4- (methylthio) phenyl) -2-morpholinopropan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butan-1-one, 1- (4-dodecylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, 1- (4-isopropyl Phenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 2-chlorothioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone 2,4-diisopropylthioxanthone, 2,4-dimethylthioxanthone, isopropylthioxanthone, 1-chloro-4- And propoxythioxanthone. In addition to the photopolymerization initiator, it is also possible to add a sensitizer as long as the object of the present invention is not impaired.
このような光重合開始剤の添加量としては、一般的には0.01〜20質量%、好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは0.5〜5質量%の範囲で上記反応性液晶に添加することができる。 The amount of the photopolymerization initiator added is generally 0.01 to 20% by mass, preferably 0.1 to 10% by mass, and more preferably 0.5 to 5% by mass. It can be added to the liquid crystal.
さらに、上記光重合開始剤を用いる場合には、光重合開始助剤を併用することができる。このような光重合開始助剤としては、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン等の3級アミン類や、2−ジメチルアミノエチル安息香酸、4−ジメチルアミド安息香酸エチル等の安息香酸誘導体を例示することができるが、これらに限られるものではない。 Furthermore, when using the said photoinitiator, a photoinitiator adjuvant can be used together. Examples of such photopolymerization initiation assistants include tertiary amines such as triethanolamine and methyldiethanolamine, and benzoic acid derivatives such as ethyl 2-dimethylaminoethylbenzoate and ethyl 4-dimethylamidebenzoate. Yes, but not limited to these.
反応性液晶膜の厚みは、目的とする異方性に応じて適宜調整されるものであり、例えば1nm〜1000nmの範囲内で設定することができ、好ましくは3nm〜100nmの範囲内である。反応性液晶膜の厚みが厚すぎると必要以上の異方性が生じてしまい、また反応性液晶膜の厚みが薄すぎると所定の異方性が得られない場合があるからである。 The thickness of the reactive liquid crystal film is appropriately adjusted according to the target anisotropy, and can be set, for example, within a range of 1 nm to 1000 nm, and preferably within a range of 3 nm to 100 nm. This is because if the reactive liquid crystal film is too thick, anisotropy more than necessary occurs, and if the reactive liquid crystal film is too thin, the predetermined anisotropy may not be obtained.
(2)第1電極層
本発明に用いられる第1電極層は、一般に液晶表示素子の電極として用いられているものであれば特に限定されるものではないが、第1電極層および後述する第2電極層のうち少なくとも一方が透明導電体で形成されることが好ましい。透明導電体材料としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫(ITO)等が好ましく挙げられる。
本発明の液晶表示素子を、TFTを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子とする場合には、第1電極層および後述する第2電極層のうち、一方を上記透明導電体で形成される全面共通電極とし、他方にはx電極とy電極をマトリックス状に配列し、x電極とy電極で囲まれた部分にTFT素子および画素電極を配置する。
(2) First Electrode Layer The first electrode layer used in the present invention is not particularly limited as long as it is generally used as an electrode of a liquid crystal display element, but the first electrode layer and the first electrode layer described later. It is preferable that at least one of the two electrode layers is formed of a transparent conductor. Preferred examples of the transparent conductor material include indium oxide, tin oxide, indium tin oxide (ITO), and the like.
When the liquid crystal display element of the present invention is an active matrix type liquid crystal display element using TFTs, one of the first electrode layer and the second electrode layer to be described later is entirely formed of the transparent conductor. On the other side, an x electrode and a y electrode are arranged in a matrix, and a TFT element and a pixel electrode are arranged in a portion surrounded by the x electrode and the y electrode.
(3)第1基材
本発明に用いられる第1基材は、一般に液晶表示素子の基材として用いられるものであれば特に限定されるものではなく、例えばガラス板、プラスチック板などが好ましく挙げられる。
(3) 1st base material The 1st base material used for this invention will not be specifically limited if generally used as a base material of a liquid crystal display element, For example, a glass plate, a plastic plate, etc. are mentioned preferably. It is done.
3.第2基板
本発明に用いられる第2基板は、第2基材と、上記第2基材上に形成された第2電極層と、上記第2電極層上に形成された第2配向層とを有するものである。
なお、上記第2基板を構成する第2基材、第2電極層、および第2配向層については、上記第1基板の第1基材、第1電極層、および第1配向層と同様であるので、ここでの説明は省略する。
3. Second substrate The second substrate used in the present invention includes a second base material, a second electrode layer formed on the second base material, and a second alignment layer formed on the second electrode layer. It is what has.
The second substrate, the second electrode layer, and the second alignment layer that constitute the second substrate are the same as the first substrate, the first electrode layer, and the first alignment layer of the first substrate. Since there is, explanation here is omitted.
4.液晶表示素子の駆動方法
本発明の液晶表示素子は、薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリックス方式により駆動させることが好ましい。TFT素子を用いたアクティブマトリックス方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため高品質なディスプレイが可能となるからである。
4). Driving Method of Liquid Crystal Display Element The liquid crystal display element of the present invention is preferably driven by an active matrix method using a thin film transistor (TFT). This is because by adopting an active matrix system using a TFT element, a target pixel can be reliably turned on and off, so that a high-quality display is possible.
本発明のTFTを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子の一例を示す概略斜視図を図7に示す。図7に例示する液晶表示素子20は、一方の基材22a上にTFT25がマトリックス状に配置されたTFT基板21aと、他方の基材22b上に共通電極23が形成された共通電極基板21bとを有するものである。TFT基板21aには、x電極24x、y電極24yおよび画素電極24tが形成されている。このような液晶表示素子20において、x電極24xおよびy電極24yはそれぞれ縦横に配列しており、これらの電極24xおよび24yに信号を加えることによりTFT素子25を作動させ、強誘電性液晶を駆動させることができる。x電極24xおよびy電極24yが交差した部分は、図示しないが絶縁層で絶縁されており、x電極24xの信号とy電極24yの信号とは独立に動作することができる。x電極24xおよびy電極24yにより囲まれた部分は、本発明の液晶表示素子を駆動する最小単位である画素であり、各画素には少なくとも1つ以上のTFT素子25および画素電極24tが形成されている。この液晶表示素子20では、x電極24xおよびy電極24yに順次信号電圧を加えることにより、各画素のTFT素子25を動作させることができる。
本発明においては、TFT基板および共通電極基板のいずれを第1基板または第2基板としてもよい。なお、図7において、液晶層および配向層は省略している。
FIG. 7 is a schematic perspective view showing an example of an active matrix liquid crystal display element using the TFT of the present invention. The liquid
In the present invention, either the TFT substrate or the common electrode substrate may be the first substrate or the second substrate. In FIG. 7, the liquid crystal layer and the alignment layer are omitted.
さらに本発明の液晶表示素子は、カラーフィルタ方式またはフィールドシーケンシャルカラー方式を採用することによりカラー表示が可能な液晶表示素子とすることができる。例えば図7に示す液晶表示素子において、TFT基板側または共通電極基板側にマイクロカラーフィルタを配置することにより、カラー表示が可能である。 Furthermore, the liquid crystal display element of the present invention can be a liquid crystal display element capable of color display by adopting a color filter system or a field sequential color system. For example, in the liquid crystal display element shown in FIG. 7, color display is possible by arranging a micro color filter on the TFT substrate side or the common electrode substrate side.
本発明の液晶表示素子は、特にフィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることが好ましい。フィールドシーケンシャルカラー方式は、1画素を時間分割するものであり、良好な動画表示特性を得るためには高速応答性を必要とする。本発明においては、強誘電性液晶の高速応答性を利用することにより、マイクロカラーフィルタを用いることなく、LED光源と組み合わせることによってカラー表示が可能になる。また、配向欠陥を生じることなく強誘電性液晶を配向させることができるので、視野角が広く、高速応答性を有し、高精細なカラー表示を実現することができる。 The liquid crystal display element of the present invention is particularly preferably driven by a field sequential color system. In the field sequential color system, one pixel is time-divided, and high-speed response is required to obtain good moving image display characteristics. In the present invention, by using the high-speed response of the ferroelectric liquid crystal, color display is possible by combining with an LED light source without using a micro color filter. In addition, since the ferroelectric liquid crystal can be aligned without causing alignment defects, a wide viewing angle, high-speed response, and high-definition color display can be realized.
また、本発明の液晶表示素子は、基本的にはTFTを用いたアクティブマトリックス方式により駆動させるが、セグメント方式による駆動も可能である。 The liquid crystal display element of the present invention is basically driven by an active matrix system using TFTs, but can also be driven by a segment system.
5.液晶表示素子の製造方法
本発明の液晶表示素子の製造方法としては、特に限定されず一般的な方法を用いることができるが、例えば後述する「B.液晶表示素子の製造方法」の項に記載する方法により製造することができる。
5. Method for Producing Liquid Crystal Display Element The method for producing the liquid crystal display element of the present invention is not particularly limited, and a general method can be used. For example, it is described in the section “B. Method for producing liquid crystal display element” described later. It can manufacture by the method to do.
B.液晶表示素子の製造方法
次に、本発明の液晶表示素子の製造方法について説明する。
本発明の液晶表示素子の製造方法は、第1基材と、上記第1基材上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成された第1配向層とを有する第1基板、および、第2基材と、上記第2基材上に形成された第2電極層と、上記第2電極層上に形成された第2配向層とを有する第2基板を、上記第1配向層と上記第2配向層とが対向するように配置し、上記第1配向層と上記第2配向層との間に強誘電性液晶を含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子の製造方法であって、
上記第1配向層と上記第2配向層との間に、単安定性を有する上記強誘電性液晶と活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する液晶封入工程と、
上記液晶封入工程前または後に上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上に加温し、封入された上記強誘電性液晶を冷却する第1配向工程と、
上記第1配向工程後、上記強誘電性液晶に、自発分極の向きが上記第1配向層と上記第2配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上に加温して冷却する第2配向工程と、
上記強誘電液晶がカイラルスメクチックC相の状態で上記活性放射線硬化性モノマーを重合する重合工程とを有することを特徴とするものである。
B. Next, a method for manufacturing a liquid crystal display element of the present invention will be described.
The manufacturing method of the liquid crystal display element of this invention has a 1st base material, the 1st electrode layer formed on the said 1st base material, and the 1st orientation layer formed on the said 1st electrode layer. A second substrate having a first substrate, a second substrate, a second electrode layer formed on the second substrate, and a second alignment layer formed on the second electrode layer; A liquid crystal display in which the first alignment layer and the second alignment layer are disposed to face each other, and a liquid crystal layer containing a ferroelectric liquid crystal is sandwiched between the first alignment layer and the second alignment layer. A method for manufacturing an element, comprising:
A liquid crystal encapsulation step of encapsulating a composition for forming a liquid crystal layer containing the ferroelectric liquid crystal having monostability and an actinic radiation curable monomer between the first alignment layer and the second alignment layer;
A first alignment step in which the ferroelectric liquid crystal is heated to a temperature higher than the transition temperature from the chiral smectic C phase to the nematic phase before or after the liquid crystal encapsulation step, and the encapsulated ferroelectric liquid crystal is cooled;
After the first alignment step, a voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal so that the direction of spontaneous polarization is opposite to the reference direction defined by the first alignment layer and the second alignment layer. A second alignment step in which the ferroelectric liquid crystal is heated and cooled to a temperature higher than the transition temperature from the chiral smectic C phase to the nematic phase while a voltage is applied;
The ferroelectric liquid crystal has a polymerization step of polymerizing the actinic radiation curable monomer in a chiral smectic C phase.
本発明においては、上記第1配向層および上記第2配向層の間に例えば単安定性を示す強誘電性液晶と活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を、上記強誘電性液晶が等方性液体の状態で封入した後(液晶封入工程後)、上記第1配向工程および上記第2配向工程を行い、上記強誘電性液晶がカイラルスメクチックC相の状態で、上記活性放射線硬化性モノマーを重合する。 In the present invention, a composition for forming a liquid crystal layer comprising, for example, a ferroelectric liquid crystal exhibiting monostability and an actinic radiation curable monomer between the first alignment layer and the second alignment layer is used. After the liquid crystal is sealed in an isotropic liquid state (after the liquid crystal sealing step), the first alignment step and the second alignment step are performed, and the actinic radiation is in the state of chiral smectic C phase. Polymerize the curable monomer.
次に、図を参照しながら上記第1配向工程および上記第2配向工程について説明する。図8は、本発明の液晶表示素子の製造方法における第1配向工程および第2配向工程における強誘電性液晶の配列状態の一例を表す概略図である。第1配向工程においては、液晶封入工程後、強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上に加温し、強誘電性液晶を冷却することにより、図8(a)に示すように強誘電性液晶8を配向層の配向処理方向dに沿って一様に配向させる(第1配向工程)。図8(a)においては、強誘電性液晶8の自発分極Psが紙面手前から奥方向に向いている状態を示し、この自発分極Psの方向は上記第1配向層と上記第2配向層とにより規定される基準方向となる。ここで、上記基準方向は、上述した「A.液晶表示素子」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
次に、第2配向工程では、強誘電性液晶に自発分極の向きが上記基準方向に対して反対方向となるような電圧を印加する。そして、この電圧を印加したまま強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上に加温して冷却することにより、図8(b)に示すように強誘電性液晶8を、自発分極の方向が上記基準方向に対して反対方向に向き、かつ、カイラルスメクチックC相の状態とする。なお、図8(b)において、強誘電性液晶8の自発分極Psは紙面奥から手前方向に向いている(図8(b)中の●印)。
Next, the first alignment step and the second alignment step will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a schematic view showing an example of the alignment state of the ferroelectric liquid crystal in the first alignment step and the second alignment step in the method for manufacturing a liquid crystal display element of the present invention. In the first alignment step, after the liquid crystal encapsulating step, the ferroelectric liquid crystal is heated to a temperature higher than the transition temperature from the chiral smectic C phase to the nematic phase, and the ferroelectric liquid crystal is cooled, so that FIG. As shown, the ferroelectric
Next, in the second alignment step, a voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal so that the direction of spontaneous polarization is opposite to the reference direction. Then, while applying this voltage, the ferroelectric liquid crystal is heated to a temperature higher than the transition temperature from the chiral smectic C phase to the nematic phase and cooled, so that the ferroelectric
本発明は、このような上記第1配向工程および第2配向工程により強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相とした状態で、上記活性放射線硬化性モノマーを重合する重合工程を有し、これらの工程により液晶表示素子を製造する。 The present invention has a polymerization step of polymerizing the actinic radiation curable monomer in a state where the ferroelectric liquid crystal is in a chiral smectic C phase by the first alignment step and the second alignment step. Thus, a liquid crystal display element is manufactured.
本発明によれば、上記強誘電性液晶がカイラルスメクチックC相の状態で上記活性放射線硬化性モノマーを重合することにより、液晶層において自発分極の方向が上記基準方向に対して反対方向に向いた状態で強誘電性液晶が安定化している液晶表示素子を容易に製造することができる。 According to the present invention, by polymerizing the actinic radiation curable monomer in a state in which the ferroelectric liquid crystal is in a chiral smectic C phase, the direction of spontaneous polarization in the liquid crystal layer is opposite to the reference direction. A liquid crystal display element in which the ferroelectric liquid crystal is stabilized in the state can be easily manufactured.
以下、本発明の液晶表示素子の製造方法の各工程について説明する。 Hereinafter, each process of the manufacturing method of the liquid crystal display element of this invention is demonstrated.
1.液晶封入工程
本工程は、まず第1基材上に第1電極層および第1配向層を順に形成して第1基板を作製する(第1基板形成工程)。また、第2基材上に第2電極層および第2配向層を順に形成して、第2基板を作製する(第2基板形成工程)。次いで、第1基板および第2基板を所定の位置に配置する(基板配置工程)。そして、第1基板および第2基板の間に、単安定性を有する強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する工程である。
1. Liquid Crystal Encapsulation Process In this process, first, a first substrate is formed by sequentially forming a first electrode layer and a first alignment layer on a first substrate (first substrate formation process). In addition, a second electrode layer and a second alignment layer are sequentially formed on the second base material to produce a second substrate (second substrate forming step). Next, the first substrate and the second substrate are arranged at predetermined positions (substrate arrangement step). And it is the process of enclosing the composition for liquid crystal layer formation containing the ferroelectric liquid crystal which has monostability, and the actinic radiation curable monomer between the 1st board | substrate and the 2nd board | substrate.
(1)第1基板形成工程
本発明における第1基板形成工程は、第1基材上に第1電極層を形成する電極層形成工程と、第1電極層上に第1配向層を形成する第1配向層形成工程とを有する。以下、各工程について説明する。
(1) 1st board | substrate formation process The 1st board | substrate formation process in this invention forms the 1st alignment layer on the 1st electrode layer and the electrode layer formation process which forms a 1st electrode layer on a 1st base material. A first alignment layer forming step. Hereinafter, each step will be described.
a.第1電極層形成工程
第1電極層形成工程は、第1基材上に第1電極層を形成する工程である。本工程における第1電極層の形成方法としては、例えば化学蒸着(CVD)法や、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等の物理蒸着(PVD)法などを挙げることができる。また、第1電極層のパターニング方法としては、一般的な電極のパターニング方法を適用することができる。
a. First electrode layer forming step The first electrode layer forming step is a step of forming the first electrode layer on the first substrate. As a formation method of the 1st electrode layer in this process, physical vapor deposition (PVD) methods, such as a chemical vapor deposition (CVD) method, sputtering method, an ion plating method, a vacuum evaporation method, etc. can be mentioned, for example. Moreover, as a patterning method of the first electrode layer, a general electrode patterning method can be applied.
なお、上記第1基板および第1電極層のその他の点については、上記「A.液晶表示素子」の第1電極層の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。 Since the other points of the first substrate and the first electrode layer are the same as those described in the column of the first electrode layer of the “A. Liquid crystal display element”, description thereof is omitted here. .
b.第1配向層形成工程
第1配向層形成工程は、上記第1電極層上に第1配向層を形成する工程である。上記「A.液晶表示素子」の第1配向層の欄に記載したように、第1配向層は強誘電性液晶の配向制御が可能なものであればよいので、本工程においては、第1配向層として配向膜のみからなる第1配向層を形成しても良く、配向膜と反応性液晶膜とからなる第1配向層を形成しても良い。
b. First alignment layer forming step The first alignment layer forming step is a step of forming a first alignment layer on the first electrode layer. As described in the column of the first alignment layer of the “A. Liquid crystal display element”, the first alignment layer only needs to be capable of controlling the alignment of the ferroelectric liquid crystal. As the alignment layer, a first alignment layer composed only of an alignment film may be formed, or a first alignment layer composed of an alignment film and a reactive liquid crystal film may be formed.
(i)配向膜の形成方法
本工程においては上記配向膜として、ラビング配向膜を形成してもよく、光配向膜を形成してもよい。以下、光配向膜の形成方法について説明する。
(I) Method for forming alignment film In this step, a rubbing alignment film or a photo-alignment film may be formed as the alignment film. Hereinafter, a method for forming the photo-alignment film will be described.
本工程において光配向膜を形成するには、まず光配向膜の構成材料を有機溶剤で希釈した光配向膜形成用塗工液を塗布し、乾燥させる。この場合に、光配向膜形成用塗工液中の光二量化反応性化合物または光異性化反応性化合物の含有量は、0.05質量%〜10質量%の範囲内であることが好ましく、0.2質量%〜2質量%の範囲内であることがより好ましい。含有量が上記範囲より少ないと、光配向膜に適度な異方性を付与することが困難となり、逆に含有量が上記範囲より多いと、光配向膜形成用塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなるからである。 In order to form the photo-alignment film in this step, first, a photo-alignment film-forming coating solution obtained by diluting the constituent material of the photo-alignment film with an organic solvent is applied and dried. In this case, the content of the photodimerization reactive compound or photoisomerization reactive compound in the photoalignment film-forming coating solution is preferably in the range of 0.05% by mass to 10% by mass, More preferably, it is in the range of 2% by mass to 2% by mass. If the content is less than the above range, it becomes difficult to impart appropriate anisotropy to the photo-alignment film. Conversely, if the content is more than the above range, the viscosity of the photo-alignment film-forming coating liquid increases. This is because it becomes difficult to form a uniform coating film.
光配向膜形成用塗工液の塗布方法としては、例えばスピンコート法、ロールコート法、ロッドバーコート法、スプレーコート法、エアナイフコート法、スロットダイコート法、ワイヤーバーコート法などを用いることができる。 As a coating method of the photo-alignment film forming coating solution, for example, a spin coating method, a roll coating method, a rod bar coating method, a spray coating method, an air knife coating method, a slot die coating method, a wire bar coating method and the like can be used. .
上記光配向膜形成用塗工液を塗布することにより得られる膜の厚みは、1nm〜2000nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは3nm〜100nmの範囲内である。膜の厚みが上記範囲より薄いと十分な光配列性を得ることができない可能性があり、逆に厚みが上記範囲より厚いとコスト的に不利になる場合があるからである。 The thickness of the film obtained by applying the coating liquid for forming a photo-alignment film is preferably in the range of 1 nm to 2000 nm, more preferably in the range of 3 nm to 100 nm. This is because if the thickness of the film is thinner than the above range, sufficient optical alignment may not be obtained, and conversely, if the thickness is thicker than the above range, it may be disadvantageous in cost.
得られた膜には光配向処理を施すことによって異方性を付与する。具体的には、偏光を制御した光を照射することにより、光励起反応を生じさせて異方性を付与することができる。照射する光の波長領域は、用いられる光配向膜の構成材料に応じて適宜選択すればよいが、紫外光域の範囲内、すなわち100nm〜400nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは250nm〜380nmの範囲内である。 Anisotropy is imparted to the obtained film by performing photo-alignment treatment. Specifically, by irradiating light with controlled polarization, an anisotropy can be imparted by causing a photoexcitation reaction. The wavelength range of the light to be irradiated may be appropriately selected according to the constituent material of the photo-alignment film to be used, but is preferably in the ultraviolet light range, that is, in the range of 100 nm to 400 nm, more preferably 250 nm. Within the range of ˜380 nm.
さらに、光配向膜の構成材料として、光異性化反応性化合物の中でも重合性モノマーを用いた場合には、光配向処理を行った後、加熱することにより、ポリマー化し、光配向膜に付与された異方性を安定化することができる。 Further, when a polymerizable monomer is used as a constituent material of the photo-alignment film, among the photoisomerization-reactive compounds, after photo-alignment treatment, it is polymerized by heating and applied to the photo-alignment film. Anisotropy can be stabilized.
なお、光配向膜のその他の点については、上記「A.液晶表示素子」の第1配向層の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。 Since the other points of the photo-alignment film are the same as those described in the column of the first alignment layer of “A. Liquid crystal display element”, description thereof is omitted here.
(ii)反応性液晶膜の形成方法
本工程において、上記配向膜上に反応性液晶膜を形成する場合の反応性液晶膜の形成方法としては、上記配向膜上に反応性液晶を含む反応性液晶膜形成用塗工液を塗布し、配向処理を行い、上記反応性液晶の配向状態を固定化することにより形成される。また、反応性液晶膜形成用塗工液を塗布するのではなく、ドライフィルム等を予め形成し、これを上記配向膜上に積層することにより、反応性液晶膜を形成してもよい。製造工程の簡便さの観点からは、反応性液晶を溶媒に溶解させて反応性液晶膜形成用塗工液を調製し、これを上記配向膜上に塗布し、溶媒を除去する方法を用いることが好ましい。
(ii) Reactive Liquid Crystal Film Forming Method In this step, the reactive liquid crystal film is formed by forming a reactive liquid crystal film on the alignment film. It is formed by applying a coating liquid for forming a liquid crystal film, performing an alignment treatment, and fixing the alignment state of the reactive liquid crystal. Further, instead of applying the coating liquid for forming the reactive liquid crystal film, a reactive liquid crystal film may be formed by forming a dry film or the like in advance and laminating it on the alignment film. From the viewpoint of the simplicity of the manufacturing process, a method of preparing a reactive liquid crystal film forming coating solution by dissolving a reactive liquid crystal in a solvent, applying this on the alignment film, and removing the solvent is used. Is preferred.
上記反応性液晶膜形成用塗工液に用いる溶媒としては、上記反応性液晶等を溶解することができ、かつ上記配向膜の配向能を阻害しないものであれば特に限定されるものではない。例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、n−ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン等の炭化水素類;メトキシベンゼン、1,2−ジメトキシベンゼン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、2,4−ペンタンジオン等のケトン類;酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類;2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒;t−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノアセチン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール等のアルコール類;フェノール、パラクロロフェノール等のフェノール類;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のセロソルブ類;などの1種または2種以上が使用可能である。 The solvent used in the coating liquid for forming the reactive liquid crystal film is not particularly limited as long as it can dissolve the reactive liquid crystal and the like and does not inhibit the alignment ability of the alignment film. For example, hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, n-butylbenzene, diethylbenzene and tetralin; ethers such as methoxybenzene, 1,2-dimethoxybenzene and diethylene glycol dimethyl ether; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, 2 Ketones such as 1,4-pentanedione; esters such as ethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, γ-butyrolactone; 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethyl Amide solvents such as acetamide; t-butyl alcohol, diacetone alcohol, glycerin, monoacetin, ethylene glycol, triethyleneglycol 1 or 2 types of alcohols such as phenol and hexylene glycol; phenols such as phenol and parachlorophenol; cellosolves such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, and ethylene glycol monomethyl ether acetate; is there.
また、単一種の溶媒を使用しただけでは、上記反応性液晶等の溶解性が不十分であったり、上記配向膜が侵食されたりする場合がある。この場合には、2種以上の溶媒を混合使用することにより、この不都合を回避することができる。上記の溶媒のなかにあって、単独溶媒として好ましいものは、炭化水素類およびグリコールモノエーテルアセテート系溶媒であり、混合溶媒として好ましいのは、エーテル類またはケトン類と、グリコール系溶媒との混合系である。 Further, if only a single kind of solvent is used, the solubility of the reactive liquid crystal or the like may be insufficient, or the alignment film may be eroded. In this case, this inconvenience can be avoided by using a mixture of two or more solvents. Among the above-mentioned solvents, hydrocarbons and glycol monoether acetate solvents are preferable as the sole solvent, and a mixed system of ethers or ketones and glycol solvent is preferable as the mixed solvent. It is.
反応性液晶膜形成用塗工液の濃度は、反応性液晶の溶解性や、反応性液晶膜の厚みに依存するため一概には規定できないが、通常は0.1〜40質量%、好ましくは1〜20質量%の範囲で調整される。反応性液晶膜形成用塗工液の濃度が上記範囲より低いと、反応性液晶が配向しにくくなる場合があり、逆に反応性液晶膜形成用塗工液の濃度が上記範囲より高いと、反応性液晶膜形成用塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなる場合があるからである。 The concentration of the coating liquid for forming the reactive liquid crystal film depends on the solubility of the reactive liquid crystal and the thickness of the reactive liquid crystal film, but cannot be defined unconditionally, but is usually 0.1 to 40% by mass, preferably It adjusts in the range of 1-20 mass%. If the concentration of the reactive liquid crystal film-forming coating liquid is lower than the above range, the reactive liquid crystal may be difficult to align, and conversely if the concentration of the reactive liquid crystal film-forming coating liquid is higher than the above range, This is because the viscosity of the coating liquid for forming a reactive liquid crystal film is increased, so that it may be difficult to form a uniform coating film.
さらに、上記反応性液晶膜形成用塗工液には、本発明の目的を損なわない範囲内で、下記に示すような化合物を添加することができる。添加できる化合物としては、例えば、多価アルコールと1塩基酸または多塩基酸を縮合して得られるポリエステルプレポリマーに、(メタ)アクリル酸を反応させて得られるポリエステル(メタ)アクリレート;ポリオール基と2個のイソシアネート基を持つ化合物を互いに反応させた後、その反応生成物に(メタ)アクリル酸を反応させて得られるポリウレタン(メタ)アクリレート;ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸ポリグリシジルエステル、ポリオールポリグリシジルエーテル、脂肪族または脂環式エポキシ樹脂、アミンエポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂と、(メタ)アクリル酸を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート等の光重合性化合物;アクリル基やメタクリル基を有する光重合性の液晶性化合物;などが挙げられる。
上記反応性液晶に対するこれら化合物の添加量は、本発明の目的が損なわれない範囲で選択される。これらの化合物の添加により、反応性液晶の硬化性が向上し、得られる反応性液晶膜の機械強度が増大し、またその安定性が改善される。
Furthermore, the following compounds can be added to the reactive liquid crystal film-forming coating liquid within the range not impairing the object of the present invention. Examples of compounds that can be added include polyester (meth) acrylate obtained by reacting (meth) acrylic acid with a polyester prepolymer obtained by condensing polyhydric alcohol and monobasic acid or polybasic acid; A polyurethane (meth) acrylate obtained by reacting a compound having two isocyanate groups with each other and then reacting the reaction product with (meth) acrylic acid; bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, novolak Type epoxy resins, polycarboxylic acid polyglycidyl esters, polyol polyglycidyl ethers, aliphatic or cycloaliphatic epoxy resins, amine epoxy resins, triphenolmethane type epoxy resins, dihydroxybenzene type epoxy resins and the like (meth) Acry Photopolymerizable compound in epoxy (meth) acrylate obtained by reacting an acid; photopolymerizable liquid crystal compound having an acryl group and a methacryl group; and the like.
The amount of these compounds added to the reactive liquid crystal is selected within a range that does not impair the object of the present invention. Addition of these compounds improves the curability of the reactive liquid crystal, increases the mechanical strength of the resulting reactive liquid crystal film, and improves its stability.
このような反応性液晶膜形成用塗工液の塗布方法としては、例えばスピンコート法、ロールコート法、プリント法、ディップコート法、ダイコート法、キャスティング法、バーコート法、ブレードコート法、スプレーコート法、グラビアコート法、リバースコート法、押し出しコート法等が挙げられる。 Examples of the coating method for the reactive liquid crystal film forming coating liquid include spin coating, roll coating, printing, dip coating, die coating, casting, bar coating, blade coating, and spray coating. Method, gravure coating method, reverse coating method, extrusion coating method and the like.
また、上記反応性液晶膜形成用塗工液を塗布した後は、溶媒を除去するのであるが、この溶媒の除去は、例えば、減圧除去もしくは加熱除去、さらにはこれらを組み合わせる方法等により行われる。 In addition, the solvent is removed after the reactive liquid crystal film-forming coating solution is applied, and the removal of the solvent is performed by, for example, removal under reduced pressure or removal by heating, or a combination thereof. .
本工程においては、上述したように塗布された反応性液晶を、上記配向膜により配向させて液晶規則性を有する状態とする。すなわち、反応性液晶にネマチック相を発現させる。これは、通常はN−I転移点以下で熱処理する方法等の方法により行われる。ここで、N−I転移点とは、液晶相から等方相へ転移する温度を示すものである。 In this step, the reactive liquid crystal applied as described above is aligned by the alignment film so as to have liquid crystal regularity. That is, a nematic phase is developed in the reactive liquid crystal. This is usually performed by a method such as a method of performing a heat treatment below the NI transition point. Here, the NI transition point indicates the temperature at which the liquid crystal phase transitions to the isotropic phase.
反応性液晶は重合性液晶材料を有するものであり、このような重合性液晶材料の配向状態を固定化するには、重合を活性化する活性放射線を照射する方法が用いられる。ここでいう活性放射線とは、重合性液晶材料に対して重合を起こさせる能力がある放射線をいう。 The reactive liquid crystal has a polymerizable liquid crystal material, and in order to fix the alignment state of such a polymerizable liquid crystal material, a method of irradiating actinic radiation that activates polymerization is used. As used herein, active radiation refers to radiation that has the ability to cause polymerization of a polymerizable liquid crystal material.
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。 The actinic radiation is not particularly limited as long as it is a radiation capable of polymerizing the polymerizable liquid crystal material, but usually ultraviolet light or visible light is used from the viewpoint of the ease of the apparatus. Irradiation light having a wavelength of 150 to 500 nm, preferably 250 to 450 nm, and more preferably 300 to 400 nm is used.
本工程においては、光重合開始剤が紫外線でラジカルを発生し、重合性液晶材料がラジカル重合するような重合性液晶材料に対して、紫外線を活性放射線として照射する方法が好ましい方法であるといえる。活性放射線として紫外線を用いる方法は、既に確立された技術であることから、用いる光重合開始剤を含めて、本発明への応用が容易であるからである。 In this step, it can be said that a preferable method is to irradiate a polymerizable liquid crystal material in which the photopolymerization initiator generates radicals with ultraviolet rays and radically polymerizes the polymerizable liquid crystal material with ultraviolet rays as active radiation. . This is because the method using ultraviolet rays as actinic radiation is an already established technique, and therefore it can be easily applied to the present invention including the photopolymerization initiator to be used.
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。 As the light source of this irradiation light, low pressure mercury lamp (sterilization lamp, fluorescent chemical lamp, black light), high pressure discharge lamp (high pressure mercury lamp, metal halide lamp), short arc discharge lamp (super high pressure mercury lamp, xenon lamp, mercury xenon) Lamp). In particular, the use of metal halide lamps, xenon lamps, high-pressure mercury lamps, etc. is recommended. The irradiation intensity is appropriately adjusted according to the composition of the reactive liquid crystal and the amount of photopolymerization initiator.
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。 Such irradiation with active radiation may be performed under a temperature condition in which the polymerizable liquid crystal material becomes a liquid crystal phase, or may be performed at a temperature lower than the temperature at which the liquid crystal phase is formed. This is because the alignment state of the polymerizable liquid crystal material once in the liquid crystal phase is not disturbed suddenly even if the temperature is lowered thereafter.
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。 Further, as a method for fixing the alignment state of the polymerizable liquid crystal material, in addition to the method of irradiating the active radiation, a method of polymerizing the polymerizable liquid crystal material by heating can be used. As the reactive liquid crystal used in this case, it is preferable that the polymerizable liquid crystal monomer contained in the reactive liquid crystal is thermally polymerized below the NI transition point of the reactive liquid crystal.
なお、反応性液晶膜のその他の点については、上記「A.液晶表示素子」の反応性液晶膜の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。 Since the other points of the reactive liquid crystal film are the same as those described in the column of the reactive liquid crystal film in the above “A. Liquid crystal display element”, description thereof is omitted here.
(2)第2基板形成工程
第2基板形成工程は、第2基材上に第2電極層を形成する第2電極層形成工程と、第2電極層上に第2配向層を形成する第2配向層形成工程とを有する。
なお、第2電極層形成工程および第2配向層形成工程については、上記第1基板形成工程における第1電極層形成工程および第2配向層形成工程とそれぞれ同様であるので、ここでの説明は省略する。
(2) Second substrate forming step The second substrate forming step includes a second electrode layer forming step of forming the second electrode layer on the second base material, and a second alignment layer forming of the second alignment layer on the second electrode layer. A two-alignment layer forming step.
The second electrode layer forming step and the second alignment layer forming step are the same as the first electrode layer forming step and the second alignment layer forming step in the first substrate forming step, respectively. Omitted.
(3)基板配置工程
本工程における基板配置工程は、第1基板および第2基板を、第1配向層および第2配向層が対向するように配置する工程である。第1基板および第2基板の配置方法としては、所定の位置で配置することが可能であれば特に限定されるものではない。
(3) Substrate Arrangement Step The substrate arrangement step in this step is a step of arranging the first substrate and the second substrate so that the first alignment layer and the second alignment layer face each other. The arrangement method of the first substrate and the second substrate is not particularly limited as long as it can be arranged at a predetermined position.
(4)液晶層形成用組成物の封入方法
本工程において、第1基板の第1配向層と第2基板の第2配向層との間に、単安定性を有する強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する方法としては、特に限定されるものではない。例えば、あらかじめ第1基板および第2基板を用いて作製した液晶セルに、液晶層形成用組成物を加温することにより上記強誘電性液晶を等方性液体とし、注入口からキャピラリー効果を利用して注入することにより液晶層形成用組成物を封入することができる。この場合、注入口は接着剤で封鎖される。
(4) Method of Encapsulating Composition for Forming Liquid Crystal Layer In this step, a ferroelectric liquid crystal having monostability between the first alignment layer of the first substrate and the second alignment layer of the second substrate, and active The method for encapsulating the liquid crystal layer forming composition containing the radiation curable monomer is not particularly limited. For example, the ferroelectric liquid crystal is made isotropic liquid by heating the composition for forming the liquid crystal layer in a liquid crystal cell prepared using the first substrate and the second substrate in advance, and the capillary effect is utilized from the injection port. The composition for forming a liquid crystal layer can be encapsulated by injecting. In this case, the inlet is sealed with an adhesive.
本工程に用いられる液晶層形成用組成物は、強誘電性液晶と活性放射線硬化性モノマーとを含むものである。上記液晶層形成用組成物に用いられる強誘電性液晶および活性放射線硬化性モノマーとしては、上記「A.液晶表示素子 1.液晶層」の項に記載したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。 The composition for forming a liquid crystal layer used in this step contains a ferroelectric liquid crystal and an actinic radiation curable monomer. The ferroelectric liquid crystal and the active radiation curable monomer used in the liquid crystal layer forming composition are the same as those described in the above section “A. Liquid crystal display element 1. Liquid crystal layer”. Description is omitted.
上記液晶層形成用組成物中に含まれる上記活性放射線硬化性モノマーの量は、液晶層を形成した後に、上記強誘電性液晶の配列安定化するのに必要な量に応じて任意に決定すればよい。なかでも本発明においては、上記液晶層形成用組成物中0.5質量%〜30質量%の範囲内が好ましく、特に1質量%〜20質量%の範囲内が好ましく、なかでも1質量%〜10質量%の範囲内が好ましい。活性放射線硬化性モノマーの含有量が上記範囲よりも多いと、液晶層を形成した後に強誘電性液晶の駆動電圧が高くなってしまい、本発明により製造される液晶表示素子の性能を害する可能性が有るからである。また、上記範囲よりも低いと、強誘電性液晶の配列安定化が不十分となる結果、本発明により製造される液晶表示素子の耐熱性、耐衝撃性等が低下してしまう可能性があるからである。 The amount of the actinic radiation curable monomer contained in the liquid crystal layer forming composition is arbitrarily determined according to the amount necessary for stabilizing the alignment of the ferroelectric liquid crystal after the liquid crystal layer is formed. That's fine. Especially in this invention, the inside of the range of 0.5 mass%-30 mass% is preferable in the said composition for liquid-crystal layer formation, Especially the inside of the range of 1 mass%-20 mass% is preferable, and especially 1 mass%- A range of 10% by mass is preferable. If the content of the actinic radiation curable monomer is more than the above range, the driving voltage of the ferroelectric liquid crystal becomes high after the liquid crystal layer is formed, which may impair the performance of the liquid crystal display device manufactured according to the present invention. Because there is. On the other hand, if it is lower than the above range, the stability of the alignment of the ferroelectric liquid crystal becomes insufficient, and as a result, the heat resistance, impact resistance, etc. of the liquid crystal display device produced according to the present invention may be lowered. Because.
上記液晶層形成用組成物には、光重合開始剤が含まれていても良い。特に上記活性放射線硬化性モノマーとして紫外線硬化性モノマーを用いる場合には光重合開始剤が含まれていることが好ましい。上記液晶層形成用組成物に用いられる光重合開始剤としては、上記「A.液晶表示素子 2.第1基板」の反応性液晶膜の項に記載したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。 The composition for forming a liquid crystal layer may contain a photopolymerization initiator. In particular, when an ultraviolet curable monomer is used as the actinic radiation curable monomer, a photopolymerization initiator is preferably contained. The photopolymerization initiator used in the composition for forming a liquid crystal layer is the same as that described in the section of the reactive liquid crystal film in “A. Liquid crystal display element 2. First substrate”. Description is omitted.
2.第1配向工程
本発明における第1配向工程は、上記液晶封入工程前または後に上記液晶層形成用組成物に含まれる強誘電性液晶を、カイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上に加温し、封入された強誘電性液晶を冷却する工程である。本工程においては、強誘電性液晶を所定の温度で加温し、冷却することにより、強誘電性液晶が配向層の配向処理方向に沿って配向した一様な配向状態を得ることができる。本工程の後、強誘電性液晶は、自発分極Psの方向が上記基準方向に向き、かつ、カイラルスメクチックC相を示す状態で単安定性を示すようになる。
2. First Alignment Step In the first alignment step of the present invention, the ferroelectric liquid crystal contained in the liquid crystal layer forming composition is added at a temperature higher than the transition temperature from the chiral smectic C phase to the nematic phase before or after the liquid crystal encapsulation step. This is a step of heating and cooling the encapsulated ferroelectric liquid crystal. In this step, by heating and cooling the ferroelectric liquid crystal at a predetermined temperature, it is possible to obtain a uniform alignment state in which the ferroelectric liquid crystal is aligned along the alignment treatment direction of the alignment layer. After this step, the ferroelectric liquid crystal becomes monostable in a state where the direction of spontaneous polarization Ps is in the reference direction and shows a chiral smectic C phase.
本工程においては、まず上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上に加温する。温度は、カイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上であればよく、通常、強誘電性液晶は等方相またはネマチック相の状態となるように加温される、好ましくはカイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度より10℃〜20℃高い温度に加温される。具体的な温度としては、強誘電性液晶の種類によって異なり、適宜選択される。強誘電性液晶の加温は、上記液晶封入工程前に行われてもよく、液晶封入工程後に行われてもよい。 In this step, first, the ferroelectric liquid crystal is heated to a temperature equal to or higher than the transition temperature from the chiral smectic C phase to the nematic phase. The temperature may be equal to or higher than the transition temperature from the chiral smectic C phase to the nematic phase, and usually the ferroelectric liquid crystal is heated so as to be in an isotropic phase or a nematic phase, preferably the chiral smectic C phase. To a nematic phase transition temperature of 10 to 20 ° C. The specific temperature differs depending on the type of ferroelectric liquid crystal and is appropriately selected. The heating of the ferroelectric liquid crystal may be performed before the liquid crystal sealing step or after the liquid crystal sealing step.
加温された強誘電性液晶は冷却されるが、通常は室温(25℃程度)になるまで徐冷される。 Although the heated ferroelectric liquid crystal is cooled, it is usually gradually cooled to room temperature (about 25 ° C.).
3.第2配向工程
本発明における第2配向工程は、上記第1配向工程後、上記強誘電性液晶に、自発分極の向きが上記基準方向に対して反対方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま上記強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上に加温して冷却する工程である。本工程においては、強誘電性液晶に所定の電圧を印加しながら、所定の温度で加温し、冷却することにより、上記自発分極の向きが上記基準方向に対して反対方向に向き、かつ、カイラルスメクチックC相を示す状態で、単安定化された強誘電性液晶の配列状態を得ることができる。
3. Second Alignment Step In the second alignment step of the present invention, after the first alignment step, a voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal so that the direction of spontaneous polarization is opposite to the reference direction. In this step, the ferroelectric liquid crystal is heated to a temperature higher than the transition temperature from the chiral smectic C phase to the nematic phase while being applied. In this step, while applying a predetermined voltage to the ferroelectric liquid crystal, heating and cooling at a predetermined temperature, the direction of the spontaneous polarization is directed in the opposite direction to the reference direction, and A mono-stabilized ferroelectric liquid crystal alignment state can be obtained in a state showing a chiral smectic C phase.
本工程においては、強誘電性液晶に自発分極の向きが上記基準方向に対して反対方向となるような電圧を印加する。印加電圧の大きさとしては、自発分極の向きが上記反対方向となるような大きさであれば特に限定されるものではなく、強誘電性液晶の種類、第1配向層および第2配向層の種類等によって異なるものであり適宜選択される。印加電圧の上限は強誘電性液晶の絶縁耐圧によって決まるものであり、絶縁耐圧以上に大きくすることは不要である。通常は、5V〜10V程度であれば十分に一様な配向状態を得ることができる。 In this step, a voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal so that the direction of spontaneous polarization is opposite to the reference direction. The magnitude of the applied voltage is not particularly limited as long as the direction of spontaneous polarization is the opposite direction, and the kind of the ferroelectric liquid crystal, the first alignment layer, and the second alignment layer are not limited. It varies depending on the type and the like and is appropriately selected. The upper limit of the applied voltage is determined by the withstand voltage of the ferroelectric liquid crystal, and it is not necessary to make it larger than the withstand voltage. Usually, a sufficiently uniform alignment state can be obtained if it is about 5V to 10V.
また本工程においては、上記の電圧を印加したまま強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上に加温する。加温温度は、カイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上であればよいが、特にカイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度より10℃〜20℃高い温度が好ましい。具体的な温度としては、強誘電性液晶の種類によって異なり、適宜選択される。 In this step, the ferroelectric liquid crystal is heated to a temperature higher than the transition temperature from the chiral smectic C phase to the nematic phase while the above voltage is applied. The heating temperature may be equal to or higher than the transition temperature from the chiral smectic C phase to the nematic phase, and is particularly preferably a temperature that is 10 ° C. to 20 ° C. higher than the transition temperature from the chiral smectic C phase to the nematic phase. The specific temperature differs depending on the type of ferroelectric liquid crystal and is appropriately selected.
加温された強誘電性液晶は冷却され、通常は室温(25℃程度)になるまで徐冷される。 The heated ferroelectric liquid crystal is cooled and normally cooled gradually to room temperature (about 25 ° C.).
4.重合工程
本発明における重合工程は、上記強誘電性液晶が上記自発分極の方向が上記基準方向に対して反対方向に向き、かつ、カイラルスメクチックC相を示す状態で、上記活性放射線硬化性モノマーを重合する工程である。本工程において上記活性放射線硬化性モノマーを重合する方法は、活性放射線硬化性モノマーの種類に応じて任意に決定すればよく、例えば、活性放射線硬化性モノマーとして紫外線硬化性モノマーを用いた場合は、紫外線照射により重合させることができる。
このような活性放射線硬化性モノマーの重合は、上記第1基板および上記第2基板間に電圧を印加した状態で行っても良く、電圧を印加しない状態で行っても良いが、本工程においては電圧を印加した状態で行うことが好ましい。上記第1基板および上記第2基板間に電圧を印加した状態で重合することにより、強誘電性液晶が単安定化した液晶層を形成しやすくなるからである。
4). Polymerization step In the polymerization step of the present invention, the actinic radiation curable monomer is used in the state in which the ferroelectric liquid crystal is oriented in the direction opposite to the reference direction and the chiral smectic C phase. This is a process of polymerization. The method for polymerizing the actinic radiation curable monomer in this step may be arbitrarily determined according to the type of the actinic radiation curable monomer, for example, when an ultraviolet curable monomer is used as the actinic radiation curable monomer, Polymerization can be performed by ultraviolet irradiation.
Such polymerization of the actinic radiation curable monomer may be performed with a voltage applied between the first substrate and the second substrate, or may be performed with no voltage applied. It is preferable to carry out in a state where a voltage is applied. This is because it is easy to form a liquid crystal layer in which the ferroelectric liquid crystal is mono-stabilized by polymerization in a state where a voltage is applied between the first substrate and the second substrate.
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。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
(実施例)
ROP103(2質量%シクロペンタノン溶液:Rolic社製)の溶液をITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数1500rpmで15秒スピンコーティングし、ホットプレートで130℃、15分間乾燥させた後、偏光紫外線を25℃で100mJ/cm2露光した。さらに、片方のガラス基板にシクロペンタノンに溶解した5質量%の反応性液晶ROF−5101(Rolic社製)の溶液を回転数1500rpmで15秒スピンコーティングして積層し、55℃で3分間乾燥させた後、無偏光紫外線を55℃で1000mJ/cm2露光した。
(Example)
A solution of ROP103 (2% by mass cyclopentanone solution: manufactured by Rolic) was spin-coated on two glass substrates coated with ITO at 1500 rpm for 15 seconds and dried on a hot plate at 130 ° C. for 15 minutes. Then, 100 mJ / cm 2 was exposed to polarized ultraviolet rays at 25 ° C. Furthermore, a solution of 5% by mass of reactive liquid crystal ROF-5101 (manufactured by Rolic) dissolved in cyclopentanone was spin-coated at a rotation speed of 1500 rpm for 15 seconds on one glass substrate, and dried at 55 ° C. for 3 minutes. Then, non-polarized ultraviolet rays were exposed to 1000 mJ / cm 2 at 55 ° C.
その後、片方の基板に1.5μmのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材をシールディスペンサーで塗布した。基板を偏光UV照射方向と平行の状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「R2301」(AZエレクトロニックマテリアルズ社製)に重合性液晶「UCL−001」(大日本インキ化学工業社製)5質量%を混合したものを用いた。注入口上部に液晶を付着し、オーブンを用いて、ネマチック相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度で注入を行いゆっくりと常温に戻した。その後、基準方向と液晶の自発分極の向きが逆になるように電界を印加したまま、ネマチック相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度を加温し、ゆっくりと常温に戻した。その後無偏光紫外線を25℃で1000mJ/cm2露光し、上記「UCL−001」を高分子化させて液晶表示素子を作製した。このようにして作製した液晶表示素子の飽和電圧は2.5Vであった。
Thereafter, a 1.5 μm spacer was sprayed on one substrate, and a sealing material was applied to the other substrate with a seal dispenser. The substrate was assembled in a state parallel to the polarized UV irradiation direction and thermocompression bonded. The liquid crystal used was a mixture of “R2301” (manufactured by AZ Electronic Materials) and 5% by mass of polymerizable liquid crystal “UCL-001” (manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.). Liquid crystal was adhered to the upper part of the inlet, and injection was performed at a
(比較例)
ROP103(2質量%シクロペンタノン溶液:Rolic社製)の溶液をITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数1500rpmで15秒スピンコーティングし、ホットプレートで130℃、15分間乾燥させた後、偏光紫外線を25℃で100mJ/cm2露光した。さらに、片方のガラス基板にシクロペンタノンに溶解した5質量%の反応性液晶ROF−5101(Rolic社製)の溶液を回転数1500rpmで15秒スピンコーティングして積層し、55℃で3分間乾燥させた後、無偏光紫外線を55℃で1000mJ/cm2露光した。
(Comparative example)
A solution of ROP103 (2% by mass cyclopentanone solution: manufactured by Rolic) was spin-coated on two glass substrates coated with ITO at 1500 rpm for 15 seconds and dried on a hot plate at 130 ° C. for 15 minutes. Then, 100 mJ / cm 2 was exposed to polarized ultraviolet rays at 25 ° C. Furthermore, a solution of 5% by mass of reactive liquid crystal ROF-5101 (manufactured by Rolic) dissolved in cyclopentanone was spin-coated at a rotation speed of 1500 rpm for 15 seconds on one glass substrate, and dried at 55 ° C. for 3 minutes. Then, non-polarized ultraviolet rays were exposed to 1000 mJ / cm 2 at 55 ° C.
その後、片方の基板に1.5μmのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材をシールディスペンサーで塗布した。基板を偏光UV照射方向と平行の状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「R2301」(AZエレクトロニックマテリアルズ社製)に重合性液晶「UCL−001」(大日本インキ化学工業社製)5質量%を混合したものを用いた。注入口上部に液晶を付着し、オーブンを用いて、ネマチック相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度で注入を行いゆっくりと常温に戻した。無偏光紫外線を25℃で1000mJ/cm2露光し上記「UCL−001」を高分子化させて液晶表示素子を作製した。このようにして作製した液晶表示素子の飽和電圧は5Vであった。
Thereafter, a 1.5 μm spacer was sprayed on one substrate, and a sealing material was applied to the other substrate with a seal dispenser. The substrate was assembled in a state parallel to the polarized UV irradiation direction and thermocompression bonded. The liquid crystal used was a mixture of “R2301” (manufactured by AZ Electronic Materials) and 5% by mass of polymerizable liquid crystal “UCL-001” (manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.). Liquid crystal was adhered to the upper part of the inlet, and injection was performed at a
1a … 第1基材
1b … 第2基材
2a … 第1電極層
2b … 第2電極層
3a … 第1配向層
3b … 第2配向層
5 … 液晶層
6a … 第1偏光板
6b … 第2偏光板
8 … 強誘電性液晶
10 … 液晶表示素子
11 … 第1基板
12 … 第2基板
31a … 配向膜
32a … 反応性液晶膜
d … 配向処理方向
n … 強誘電性液晶の分子方向
z … 層法線
Ps … 自発分極
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記液晶層において前記強誘電性液晶が単安定性を示し、かつ、前記強誘電性液晶の自発分極の方向が、前記第1配向層と前記第2配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向に向いていることを特徴とする液晶表示素子。 A first substrate having a first substrate, a first electrode layer formed on the first substrate, a first alignment layer formed on the first electrode layer, and a second substrate; A second substrate having a second electrode layer formed on the second base material and a second alignment layer formed on the second electrode layer, the first alignment layer and the second alignment layer. And a liquid crystal display element comprising a liquid crystal layer containing a ferroelectric liquid crystal sandwiched between the first alignment layer and the second alignment layer,
The ferroelectric liquid crystal exhibits monostability in the liquid crystal layer, and the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal is relative to a reference direction defined by the first alignment layer and the second alignment layer. A liquid crystal display element characterized by facing in the opposite direction.
前記第1配向層と前記第2配向層との間に、単安定性を有する前記強誘電性液晶と活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する液晶封入工程と、
前記液晶封入工程前または後に前記強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上に加温し、封入された前記強誘電性液晶を冷却する第1配向工程と、
前記第1配向工程後、前記強誘電性液晶に、自発分極の向きが前記第1配向層と前記第2配向層とにより規定される基準方向に対して反対方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま前記強誘電性液晶をカイラルスメクチックC相からネマチック相への転移温度以上に加温して冷却する第2配向工程と、
前記強誘電液晶がカイラルスメクチックC相の状態で前記活性放射線硬化性モノマーを重合する重合工程とを有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 A first substrate having a first substrate, a first electrode layer formed on the first substrate, a first alignment layer formed on the first electrode layer, and a second substrate; A second substrate having a second electrode layer formed on the second base material and a second alignment layer formed on the second electrode layer, the first alignment layer and the second alignment layer. And a liquid crystal display element comprising a liquid crystal layer containing a ferroelectric liquid crystal sandwiched between the first alignment layer and the second alignment layer,
A liquid crystal encapsulation step of encapsulating a composition for forming a liquid crystal layer containing the ferroelectric liquid crystal having monostability and an actinic radiation curable monomer between the first alignment layer and the second alignment layer;
A first alignment step in which the ferroelectric liquid crystal is heated to a temperature higher than a transition temperature from a chiral smectic C phase to a nematic phase before or after the liquid crystal encapsulation step, and the encapsulated ferroelectric liquid crystal is cooled;
After the first alignment step, a voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal so that the direction of spontaneous polarization is opposite to the reference direction defined by the first alignment layer and the second alignment layer. A second alignment step in which the ferroelectric liquid crystal is heated and cooled to a temperature equal to or higher than the transition temperature from the chiral smectic C phase to the nematic phase while a voltage is applied;
And a polymerization step of polymerizing the actinic radiation curable monomer in a state where the ferroelectric liquid crystal is in a chiral smectic C phase.
The method of manufacturing a liquid crystal display element according to claim 10, wherein the polymerization step polymerizes the actinic radiation curable monomer in a state where a voltage is applied between the first substrate and the second substrate.
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