JP2009230069A - Liquid crystal display element - Google Patents

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Naoko Saruwatari
直子 猿渡
Masahito Okabe
将人 岡部
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display element which is can show a monostable property and showing an electro-optical properties in which transmitted light amount against an impressed voltage is asymmetrical during the drive of the liquid crystal display element even though a ferroelectric liquid crystal is used. <P>SOLUTION: The liquid crystal display element has a first alignment treatment substrate 11a having a first electrode layer 4a and a first alignment film 3a; a second alignment treatment substrate 11b having a second base material, a second electrode layer 4b and a second alignment film 3b; and a liquid crystal layer 5 including a ferroelectric liquid crystal. The first and the second alignment films have compositions in which the constituent materials are different from each other. When the ferroelectric liquid crystal shows a monostable property and the constituent materials of the first and the second alignment films have the same composition, V shaped switching properties are shown during the drive of the liquid crystal display element, and by making the first and the second alignment films have the compositions in which the constituent materials are different from each other, the ferroelectric liquid crystal shows half-V shaped switching properties during the drive of the liquid crystal display element. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、自発分極を有する単安定型の強誘電性液晶を用いた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 using monostable ferroelectric liquid crystal having spontaneous polarization.

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(図18)、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 crystal is widely known as a bistable one proposed by Clark and Lagerwol, which has two stable states when no voltage is applied (FIG. 18), but is limited to switching in two states, light and dark. However, although it has a memory property, 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、図2および図3)。   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, FIGS. 2 and 3).

単安定性を示す強誘電性液晶には、例えば図2に示すように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ような、印加電圧に対する透過光量が非対称な電気光学特性を示すものと、例えば図3に示すように正負いずれの電圧を印加したときにも液晶分子が動作するような、印加電圧に対する透過光量が対称な電気光学特性を示すものとがある。特に、前者の印加電圧に対する透過光量が非対称な電気光学特性を示す強誘電性液晶は、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るという利点を有する。   For example, as shown in FIG. 2, the ferroelectric liquid crystal exhibiting monostability has an electro-optical characteristic in which the amount of transmitted light is asymmetric with respect to the applied voltage so that the liquid crystal molecules operate only when a positive or negative voltage is applied. For example, as shown in FIG. 3, there are an electro-optical characteristic in which the amount of transmitted light is symmetrical with respect to the applied voltage so that the liquid crystal molecules operate when either positive or negative voltage is applied. In particular, the ferroelectric liquid crystal exhibiting electro-optical characteristics in which the amount of transmitted light with respect to the applied voltage is asymmetric has an advantage that the opening time as a black and white shutter can be sufficiently long.

また、近年、カラー液晶表示素子の開発が活発に行われている。カラー表示を実現する方法としては、一般にカラーフィルタ方式とフィールドシーケンシャルカラー方式がある。カラーフィルタ方式は、バックライトとして白色光源を用い、R・G・Bのマイクロカラーフィルタを各画素に付随させることによりカラー表示を実現させるものである。これに対し、フィールドシーケンシャルカラー方式は、バックライトをR・G・B・R・G・B…と時間的に切り替え、それに同期させて強誘電性液晶の白黒シャッターを開閉し、網膜の残像効果により色を時間的に混合させ、これによりカラー表示を実現させるものである。このフィールドシーケンシャルカラー方式は、1画素でカラー表示ができ、透過率の低いカラーフィルタを用いなくてすむので、明るく高精細なカラー表示が可能となり、低消費電力および低コストを実現することができる点で有用である。   In recent years, color liquid crystal display elements have been actively developed. As a method for realizing color display, there are generally a color filter method and a field sequential color method. In the color filter system, a white light source is used as a backlight, and color display is realized by attaching R, G, B micro color filters to each pixel. On the other hand, the field sequential color system switches the backlight to R, G, B, R, G, B ... in time, and opens and closes the black and white shutter of the ferroelectric liquid crystal to synchronize with it, and the afterimage effect of the retina Thus, the colors are mixed temporally to realize color display. In this field sequential color system, color display is possible with one pixel, and it is not necessary to use a color filter with low transmittance. Therefore, bright and high-definition color display is possible, and low power consumption and low cost can be realized. Useful in terms.

フィールドシーケンシャルカラー方式は1画素を時間分割するものであるので、良好な動画表示特性を得るためには白黒シャッターとしての液晶が高速応答性を有していることが必要である。強誘電性液晶を用いればこの課題を解決することができる。この際に用いられる強誘電性液晶としては、上述したようにアナログ変調による階調表示を可能とし、高精細なカラー表示を実現するために、単安定性を示すものであることが望ましく、さらに、上述したように、単安定性を示す強誘電性液晶のうち、印加電圧に対する透過光量が非対称な電気光学特性を示すものが特に望ましい。   In the field sequential color system, one pixel is time-divided, so that a liquid crystal as a black and white shutter needs to have high-speed response in order to obtain good moving image display characteristics. If a ferroelectric liquid crystal is used, this problem can be solved. As the ferroelectric liquid crystal used in this case, it is desirable that the liquid crystal display is monostable in order to enable gradation display by analog modulation as described above and realize high-definition color display. As described above, among the ferroelectric liquid crystals exhibiting monostability, those showing electro-optical characteristics in which the amount of transmitted light is asymmetric with respect to the applied voltage are particularly desirable.

NONAKA, T., LI, J., OGAWA, A., HORNUNG, B., SCHMIDT, W., WINGEN, R., and DUBAL, H., 1999, Liq. Cryst., 26, 1599.NONAKA, T., LI, J., OGAWA, A., HORNUNG, B., SCHMIDT, W., WINGEN, R., and DUBAL, H., 1999, Liq. Cryst., 26, 1599.

印加電圧に対する透過光量が対称な電気光学特性を示す強誘電性液晶を、液晶表示素子駆動時に、印加電圧に対する透過光量が非対称な電気光学特性を示すものとすることができれば、単安定性を示す強誘電性液晶のいずれを用いても、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るようになる。   If a ferroelectric liquid crystal exhibiting electro-optical characteristics with a symmetric amount of transmitted light with respect to an applied voltage can exhibit an electro-optical characteristic with an asymmetric amount of transmitted light with respect to the applied voltage when driving a liquid crystal display element, it exhibits monostability. Regardless of which ferroelectric liquid crystal is used, the opening time as a black and white shutter can be made sufficiently long.

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、単安定性を示し、印加電圧に対する透過光量が対称な電気光学特性を示す強誘電性液晶を用いても、液晶表示素子駆動時には、印加電圧に対する透過光量が非対称な電気光学特性を示すものと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 such various points, and even when using a ferroelectric liquid crystal exhibiting monostability and exhibiting electro-optical characteristics in which the amount of transmitted light with respect to an applied voltage is symmetric, when driving a liquid crystal display element, A main object is to provide a liquid crystal display element capable of exhibiting electro-optical characteristics in which the amount of transmitted light with respect to an applied voltage is asymmetric.

上記目的を達成するために、本発明は、第1基材、上記第1基材上に形成された第1電極層、および、上記第1電極層上に形成された第1配向膜を有する第1配向処理基板と、第2基材、上記第2基材上に形成された第2電極層、および、上記第2電極層上に形成された第2配向膜を有し、上記第1配向処理基板に対して上記第1配向膜および上記第2配向膜が対向するように配置された第2配向処理基板と、上記第1配向膜および上記第2配向膜の間に形成され、強誘電性液晶を含む液晶層とを有し、上記第1配向膜の構成材料および上記第2配向膜の構成材料が互いに異なる組成を有するものである液晶表示素子であって、上記強誘電性液晶が、単安定性を示し、かつ、上記第1配向膜の構成材料および上記第2配向膜の構成材料を同一の組成を有するものとした場合に、上記液晶表示素子駆動時にV字型スイッチング特性を示すものであり、上記第1配向膜の構成材料および上記第2配向膜の構成材料を互いに異なる組成を有するものとすることにより、上記強誘電性液晶を、上記液晶表示素子駆動時にハーフV字型スイッチング特性を示すものとす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 includes a first base material, a first electrode layer formed on the first base material, and a first alignment film formed on the first electrode layer. A first alignment treatment substrate; a second substrate; a second electrode layer formed on the second substrate; and a second alignment film formed on the second electrode layer. Formed between the first alignment film and the second alignment film disposed so that the first alignment film and the second alignment film face the alignment process substrate; A liquid crystal layer including a dielectric liquid crystal, wherein the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have different compositions from each other, the ferroelectric liquid crystal Are monostable, and the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film are the same. When the liquid crystal display element is driven, the liquid crystal display element exhibits V-shaped switching characteristics, and the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have different compositions. By providing the liquid crystal display element, the ferroelectric liquid crystal exhibits a half V-shaped switching characteristic when the liquid crystal display element is driven.

本発明によれば、第1配向膜の構成材料および第2配向膜の構成材料が互いに異なる組成を有するので、第1配向膜および第2配向膜の表面極性を互いに異ならせることができる。それにより、第1配向膜の構成材料および第2配向膜の構成材料が同一の組成を有する場合にはV字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を、上記液晶表示素子駆動時にハーフV字型スイッチング特性を示すものとすることが可能である。   According to the present invention, since the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have different compositions, the surface polarities of the first alignment film and the second alignment film can be made different from each other. Accordingly, when the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have the same composition, a ferroelectric liquid crystal exhibiting V-shaped switching characteristics is converted into a half V-shaped when the liquid crystal display element is driven. It is possible to exhibit switching characteristics.

上記発明においては、上記第2配向膜が、上記第2基材上に形成された反応性液晶用配向膜と、上記反応性液晶用配向膜上に形成され、反応液晶を固定化してなる固定化液晶層とからなることが好ましい。固定化液晶層は、一般に液晶表示素子に用いられる配向膜、例えば光配向膜やラビング処理された配向膜に比べ、正の極性が強い傾向にあると考えられる。そのため、第2配向膜を反応性液晶用配向膜および固定化液晶層が積層されたものとすることにより、強誘電性液晶の自発分極の向きを制御することができる。したがって、効果的に、強誘電性液晶を、ハーフV字型スイッチング特性を示すものとすることができる。   In the above invention, the second alignment film is formed on the reactive liquid crystal alignment film formed on the second base material and the reactive liquid crystal alignment film, and is fixed by fixing the reactive liquid crystal. It is preferable to consist of a liquid crystal layer. It is considered that the fixed liquid crystal layer tends to have a positive polarity stronger than an alignment film generally used for a liquid crystal display element, for example, a photo-alignment film or a rubbing alignment film. Therefore, the direction of the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal can be controlled by using the second alignment film in which the alignment film for reactive liquid crystal and the fixed liquid crystal layer are laminated. Therefore, the ferroelectric liquid crystal can effectively exhibit a half V-shaped switching characteristic.

上記の場合、上記第1配向膜が光配向膜であることが好ましい。第1配向膜を光配向膜、第2配向膜を反応性液晶用配向膜および固定化液晶層が積層されたものとすることにより、強誘電性液晶の自発分極の向きを効果的に制御することができるからである。   In the above case, the first alignment film is preferably a photo-alignment film. The direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal is effectively controlled by stacking the first alignment film as a photo-alignment film and the second alignment film as a reactive liquid crystal alignment film and a fixed liquid crystal layer. Because it can.

また、本発明においては、上記第1配向膜が光異性化型材料を用いた光配向膜であり、上記第2配向膜が光二量化型材料を用いた光配向膜であることも好ましい。光二量化型材料を用いた光配向膜は、光異性化型材料を用いた光配向膜に比べ、正の極性が強い傾向にあると考えられ、それにより強誘電性液晶の自発分極の向きを制御することができる。したがって、効果的に、強誘電性液晶を、ハーフV字型スイッチング特性を示すものとすることができる。   In the present invention, it is also preferable that the first alignment film is a photo-alignment film using a photoisomerizable material, and the second alignment film is a photo-alignment film using a photodimerization material. Photo-alignment films using photodimerized materials tend to have a stronger positive polarity than photo-alignment films using photoisomerization-type materials, which can change the direction of spontaneous polarization of ferroelectric liquid crystals. Can be controlled. Therefore, the ferroelectric liquid crystal can effectively exhibit a half V-shaped switching characteristic.

さらに、本発明においては、上記第1配向膜が光異性化型材料を用いた光配向膜であり、上記第2配向膜がラビング処理された配向膜であることも好ましい。ラビング処理された配向膜は、光異性化型材料を用いた光配向膜に比べ、正の極性が強い傾向にあると考えられ、それにより強誘電性液晶の自発分極の向きを制御することができる。したがって、効果的に、強誘電性液晶を、ハーフV字型スイッチング特性を示すものとすることができる。   Furthermore, in the present invention, it is also preferable that the first alignment film is a photo-alignment film using a photoisomerizable material and the second alignment film is a rubbing-processed alignment film. The rubbing-treated alignment film is considered to have a stronger positive polarity than the photo-alignment film using the photoisomerization type material, thereby controlling the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal. it can. Therefore, the ferroelectric liquid crystal can effectively exhibit a half V-shaped switching characteristic.

また、本発明においては、上記第1配向膜がラビング処理された配向膜であり、上記第2配向膜が光二量化型材料を用いた光配向膜であることも好ましい。光二量化型材料を用いた光配向膜は、ラビング処理された配向膜に比べ、正の極性が強い傾向にあると考えられ、それにより強誘電性液晶の自発分極の向きを制御することができる。したがって、効果的に、強誘電性液晶を、ハーフV字型スイッチング特性を示すものとすることができる。   In the present invention, it is also preferable that the first alignment film is a rubbing alignment film, and the second alignment film is a photo-alignment film using a photodimerization type material. A photo-alignment film using a photodimerization type material is considered to have a stronger positive polarity than a rubbing-processed alignment film, thereby controlling the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal. . Therefore, the ferroelectric liquid crystal can effectively exhibit a half V-shaped switching characteristic.

上記の場合、上記ラビング処理された配向膜がポリイミドを含有することが好ましい。また、上記ラビング処理された配向膜がナイロンを含有することも好ましい。このような構成とすることにより、強誘電性液晶が方位角方向に配向しやすくなるからである。   In the above case, it is preferable that the alignment film subjected to the rubbing treatment contains polyimide. The rubbing-treated alignment film preferably contains nylon. This is because such a configuration makes it easier for the ferroelectric liquid crystal to be oriented in the azimuth direction.

さらに、本発明においては、上記第2電極層に負の電圧を印加したときに、表示を行うことが好ましい。上述したように、第1配向膜および第2配向膜を所定の配向膜とすることにより、第2配向膜を相対的に正の極性が強い傾向にあるものとし、強誘電性液晶の自発分極の向きを制御することができる。このように第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合には、第2電極層の負の電圧を印加したときの液晶分子の単安定化状態からの傾斜角が、第2電極層の正の電圧を印加したときの液晶分子の単安定化状態からの傾斜角よりも大きくなる。したがって、液晶分子の単安定化状態からの傾斜角がより大きくなる、第2電極層に負の電圧を印加したときに、表示を行うことが好ましいのである。   Furthermore, in the present invention, it is preferable to perform display when a negative voltage is applied to the second electrode layer. As described above, by using the first alignment film and the second alignment film as predetermined alignment films, the second alignment film tends to have a relatively positive polarity, and the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal Can be controlled. In this way, when the second alignment film tends to have a relatively positive polarity, the inclination angle of the liquid crystal molecules from the mono-stabilized state when the negative voltage of the second electrode layer is applied is When the positive voltage of the second electrode layer is applied, the inclination angle of the liquid crystal molecules from the mono-stabilized state becomes larger. Therefore, it is preferable to perform display when a negative voltage is applied to the second electrode layer, in which the tilt angle from the mono-stabilized state of the liquid crystal molecules becomes larger.

本発明においては、第1配向膜の構成材料および第2配向膜の構成材料を互いに異なる組成を有するものとすることにより、これらの構成材料に応じて第1配向膜および第2配向膜の表面極性を異なるものとすることができる。その結果、極性表面相互作用によって強誘電性液晶の自発分極の向きを制御することができる。したがって、第1配向膜の構成材料および第2配向膜の構成材料を互いに異なる組成を有するものとすることにより、第1配向膜の構成材料および第2配向膜の構成材料が同一の組成を有する場合にはV字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を、ハーフV字型スイッチング特性を示すものとすることができるという効果を奏する。   In the present invention, the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have different compositions from each other, so that the surface of the first alignment film and the second alignment film according to these constituent materials. The polarities can be different. As a result, the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal can be controlled by the polar surface interaction. Therefore, the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have the same composition by making the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film different from each other. In such a case, the ferroelectric liquid crystal exhibiting the V-shaped switching characteristics can exhibit the half V-shaped switching characteristics.

以下、本発明の液晶表示素子について、詳細に説明する。
本発明の液晶表示素子は、第1基材、上記第1基材上に形成された第1電極層、および、上記第1電極層上に形成された第1配向膜を有する第1配向処理基板と、第2基材、上記第2基材上に形成された第2電極層、および、上記第2電極層上に形成された第2配向膜を有し、上記第1配向処理基板に対して上記第1配向膜および上記第2配向膜が対向するように配置された第2配向処理基板と、上記第1配向膜および上記第2配向膜の間に形成され、強誘電性液晶を含む液晶層とを有し、上記第1配向膜の構成材料および上記第2配向膜の構成材料が互いに異なる組成を有するものである液晶表示素子であって、上記強誘電性液晶が、単安定性を示し、かつ、上記第1配向膜の構成材料および上記第2配向膜の構成材料を同一の組成を有するものとした場合に、上記液晶表示素子駆動時にV字型スイッチング特性を示すものであり、上記第1配向膜の構成材料および上記第2配向膜の構成材料を互いに異なる組成を有するものとすることにより、上記強誘電性液晶を、上記液晶表示素子駆動時にハーフV字型スイッチング特性を示すものとすることを特徴とするものである。
Hereinafter, the liquid crystal display element of the present invention will be described in detail.
The liquid crystal display element of the present invention includes a first alignment treatment including a first substrate, a first electrode layer formed on the first substrate, and a first alignment film formed on the first electrode layer. A substrate, a second base material, a second electrode layer formed on the second base material, and a second alignment film formed on the second electrode layer; On the other hand, a ferroelectric liquid crystal is formed between the second alignment treatment substrate disposed so that the first alignment film and the second alignment film face each other, and the first alignment film and the second alignment film. A liquid crystal layer, and the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have different compositions, wherein the ferroelectric liquid crystal is monostable And the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have the same composition When the liquid crystal display device is driven, it exhibits V-shaped switching characteristics, and the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have different compositions from each other. Thus, the ferroelectric liquid crystal exhibits a half V-shaped switching characteristic when the liquid crystal display element is driven.

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断面図である。図1に例示するように、液晶表示素子1は、第1基材2a上に第1電極層3aおよび第1配向膜4aが形成された第1配向処理基板11aと、第2基材2b上に第2電極層3bおよび第2配向膜4bが形成された第2配向処理基板11bと、第1配向膜4aおよび第2配向膜4bの間に形成され、強誘電性液晶を含む液晶層5とを有するものである。ここで、第1配向膜4aと第2配向膜4bとは、構成材料の組成が互いに異なっている。
The liquid crystal display element of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the liquid crystal display element of the present invention. As illustrated in FIG. 1, the liquid crystal display element 1 includes a first alignment treatment substrate 11a in which a first electrode layer 3a and a first alignment film 4a are formed on a first substrate 2a, and a second substrate 2b. The liquid crystal layer 5 is formed between the second alignment processing substrate 11b on which the second electrode layer 3b and the second alignment film 4b are formed, and the first alignment film 4a and the second alignment film 4b, and includes a ferroelectric liquid crystal. It has. Here, the first alignment film 4a and the second alignment film 4b are different in composition of the constituent materials.

液晶層5に含まれる強誘電性液晶は、単安定性を示し、かつ、図2(a)、(b)に例示するように液晶表示素子駆動時にハーフV字型スイッチング特性を示すものである。また、この強誘電性液晶は、図1に例示する液晶表示素子1において、第1配向膜および第2配向膜の構成材料を同一の組成を有するものとした場合に、図3に例示するように液晶表示素子駆動時にV字型スイッチング特性を示すものでもある。   The ferroelectric liquid crystal contained in the liquid crystal layer 5 exhibits monostability, and exhibits a half V-shaped switching characteristic when the liquid crystal display element is driven as illustrated in FIGS. 2 (a) and 2 (b). . Further, this ferroelectric liquid crystal is illustrated in FIG. 3 when the constituent materials of the first alignment film and the second alignment film in the liquid crystal display element 1 illustrated in FIG. 1 have the same composition. It also shows V-shaped switching characteristics when the liquid crystal display element is driven.

なお、「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。強誘電性液晶は、図4に例示するように、液晶分子25が層法線zから傾いており、層法線zに垂直な底面を有する円錐(コーン)の稜線に沿って回転する。このような円錐(コーン)において、液晶分子25の層法線zに対する傾き角をチルト角θという。このように、液晶分子25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。具体的に説明すると、単安定性を示すとは、電圧無印加時に液晶分子25が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。   “Showing monostability” means a state in which the state of the ferroelectric liquid crystal when no voltage is applied is stabilized in one state. In the ferroelectric liquid crystal, as illustrated in FIG. 4, the liquid crystal molecules 25 are tilted from the layer normal z and rotate along a cone ridge having a bottom surface perpendicular to the layer normal z. In such a cone, the tilt angle of the liquid crystal molecules 25 with respect to the layer normal z is referred to as a tilt angle θ. Thus, the liquid crystal molecules 25 can operate on the cone between two states inclined by a tilt angle ± θ with respect to the layer normal z. Specifically, the expression of monostability refers to a state in which the liquid crystal molecules 25 are stabilized in any one state on the cone when no voltage is applied.

また、「ハーフV字型スイッチング特性」とは、液晶層に正負の電圧10Vをそれぞれ印加したときの印加電圧に対する透過光量のうち、透過光量が小さい場合の印加電圧の透過光量をA、透過光量が大きい場合の印加電圧の透過光量をBとすると、B/Aが2以上となる特性をいう。図2(a)および(b)に例示する電気光学特性を示すものは、ハーフV字型スイッチング特性を示すものであるという。
一方、「V字型スイッチング特性」とは、液晶層に正負の電圧10Vをそれぞれ印加したときの印加電圧に対する透過光量のうち、透過光量が小さい場合の印加電圧の透過光量をA、透過光量が大きい場合の印加電圧の透過光量をBとすると、B/Aが1.5以下となる特性をいう。図3に例示する電気光学特性を示すものは、V字型スイッチング特性を示すものであるという。
“Half V-shaped switching characteristics” refers to the transmitted light amount of the applied voltage when the transmitted light amount is small out of the transmitted light amount with respect to the applied voltage when a positive and negative voltage of 10 V is applied to the liquid crystal layer. When the transmitted light amount of the applied voltage when B is large is B, the B / A is 2 or more. Those shown in FIGS. 2A and 2B that exhibit the electro-optical characteristics are said to exhibit half V-shaped switching characteristics.
On the other hand, “V-shaped switching characteristics” refers to the transmitted light amount of the applied voltage when the transmitted light amount is small among the transmitted light amounts with respect to the applied voltage when a positive and negative voltage of 10 V is applied to the liquid crystal layer. When the transmitted light amount of the applied voltage when B is large is B, the B / A is 1.5 or less. The electro-optical characteristic illustrated in FIG. 3 is a V-shaped switching characteristic.

V字型スイッチング特性を示すものは、例えば図5(a)に示すように、電圧無印加時には(i)の配向状態であり、正の電圧印加時には(ii)の配向状態となり、自発分極が紙面奥から手前方向に向き(図5(a)中の●印)、負の電圧印加時には(iii)の配向状態となり、自発分極が紙面手前から奥方向に向く(図5(a)中の×印)。すなわち、電圧無印加時には自発分極が紙面に対して水平方向に向いており、正負の電圧印加時には自発分極が紙面に対して垂直方向に向いている。
一方、ハーフV字型スイッチング特性を示すものは、例えば図5(b)に示すように、電圧無印加時には(i)の配向状態であり、自発分極が紙面手前から奥方向に向いており(図5(b)中の×印)、正の電圧印加時には(ii)の配向状態となり、自発分極が紙面奥から手前方向に向き(図5(b)中の●印)、負の電圧印加時にはまた(i)の配向状態となり、自発分極が紙面手前から奥方向に向く(図5(b)中の×印)。すなわち、電圧無印加時および正負の電圧印加時には自発分極が紙面に対して垂直方向に向いている。
For example, as shown in FIG. 5 (a), the V-shaped switching characteristic is the orientation state (i) when no voltage is applied, and the orientation state (ii) when a positive voltage is applied. Oriented from the back to the front of the paper (marked with ● in Fig. 5 (a)). When a negative voltage is applied, the orientation state is (iii), and the spontaneous polarization is directed from the front of the paper to the back (Fig. 5 (a)). X). That is, the spontaneous polarization is oriented in the horizontal direction with respect to the paper surface when no voltage is applied, and the spontaneous polarization is oriented in the direction perpendicular to the paper surface when a positive or negative voltage is applied.
On the other hand, as shown in FIG. 5 (b), for example, as shown in FIG. 5 (b), the half V-shaped switching characteristic is the orientation state (i), and the spontaneous polarization is directed from the front side to the back side of the page ( When a positive voltage is applied, the orientation state (ii) is obtained, and the spontaneous polarization is directed from the back of the paper to the front (● mark in FIG. 5 (b)), and a negative voltage is applied. In some cases, the orientation state (i) is also reached, and the spontaneous polarization is directed from the front side to the back side (marked with x in FIG. 5 (b)). That is, when no voltage is applied and when a positive and negative voltage is applied, the spontaneous polarization is directed in a direction perpendicular to the paper surface.

本発明においては、第1配向膜の構成材料および第2配向膜の構成材料が互いに異なる組成を有するものであり、第1配向膜と第2配向膜とでは、強誘電性液晶と第1配向膜表面および第2配向膜表面との相互作用である、極性表面相互作用が異なると考えられる。そのため、第1配向膜と第2配向膜とで、第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合には、電圧無印加状態において、図6に例示するように、極性表面相互作用によって、液晶分子25の自発分極Psの正の極性が第1配向膜4a側を向くと考えられる。一方、第1配向膜と第2配向膜とで、第1配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合には、電圧無印加状態において、図7に例示するように、極性表面相互作用によって、液晶分子25の自発分極Psの正の極性が第2配向膜4b側を向くと考えられる。自発分極の向きがこのような方向になるのは、自発分極の向きが、強誘電性液晶の分極と配向膜の分極とが電気的につり合う方向になり、液晶分子が電気的に安定な状態になるためであると思料される。なお、図6および図7において、強誘電性液晶については液晶分子を示している。   In the present invention, the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have different compositions from each other, and the ferroelectric liquid crystal and the first alignment film are different between the first alignment film and the second alignment film. It is considered that the polar surface interaction, which is the interaction between the film surface and the second alignment film surface, is different. Therefore, in the first alignment film and the second alignment film, when the second alignment film tends to have a relatively positive polarity, as illustrated in FIG. It is considered that the positive polarity of the spontaneous polarization Ps of the liquid crystal molecules 25 faces the first alignment film 4a side due to the polar surface interaction. On the other hand, in the first alignment film and the second alignment film, when the first alignment film tends to have a relatively positive polarity, as illustrated in FIG. It is considered that the positive polarity of the spontaneous polarization Ps of the liquid crystal molecules 25 faces the second alignment film 4b side due to the polar surface interaction. The direction of spontaneous polarization is such a direction because the direction of spontaneous polarization is the direction in which the polarization of the ferroelectric liquid crystal and the polarization of the alignment film are electrically balanced, and the liquid crystal molecules are in an electrically stable state. It is thought that it is to become. 6 and 7, liquid crystal molecules are shown for the ferroelectric liquid crystal.

一方、第1配向膜の構成材料および第2配向膜の構成材料が同一の組成を有するものである場合には、第1配向膜と第2配向膜とでは表面極性が同じになり、極性表面相互作用が同じになると考えられる。そのため、自発分極が、第1配向膜および第2配向膜の極性表面相互作用によって、いずれかの方向を向きやすくなることはないものと思料される。   On the other hand, when the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have the same composition, the first alignment film and the second alignment film have the same surface polarity. The interaction is considered to be the same. Therefore, it is considered that the spontaneous polarization does not easily turn in any direction due to the polar surface interaction between the first alignment film and the second alignment film.

したがって、図5(a)に例示する配向状態を示すような、V字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を用いた場合であって、第1配向膜の構成材料および第2配向膜の構成材料が同一の組成を有するものである場合には、第1配向膜および第2配向膜の表面極性が同じになるので、第1配向膜および第2配向膜の極性表面相互作用によって自発分極の向きが制御されることがなく、液晶表示素子駆動時にV字型スイッチング特性を示すと考えられる。   Therefore, in the case of using a ferroelectric liquid crystal exhibiting V-shaped switching characteristics as shown in the alignment state illustrated in FIG. 5A, the constituent material of the first alignment film and the configuration of the second alignment film are used. When the materials have the same composition, the first alignment film and the second alignment film have the same surface polarity. Therefore, the spontaneous polarization is caused by the polar surface interaction between the first alignment film and the second alignment film. It is considered that the orientation is not controlled and the V-shaped switching characteristic is exhibited when the liquid crystal display element is driven.

これに対し、図5(a)に例示する配向状態を示すような、V字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を用いた場合であって、第1配向膜の構成材料および第2配向膜の構成材料が互いに異なる組成を有するものである場合には、第1配向膜および第2配向膜の表面極性が異なるので、極性表面相互作用によって自発分極の向きが制御されることになり、液晶表示素子駆動時にハーフV字型スイッチング特性を示すと考えられる。   On the other hand, a ferroelectric liquid crystal exhibiting V-shaped switching characteristics as shown in the alignment state illustrated in FIG. 5A is used, and the constituent material of the first alignment film and the second alignment film If the constituent materials have different compositions, the first alignment film and the second alignment film have different surface polarities, so that the direction of spontaneous polarization is controlled by the polar surface interaction. It is considered that a half V-shaped switching characteristic is exhibited when the display element is driven.

このように、本発明においては、第1配向膜の構成材料および第2配向膜の構成材料を互いに異なる組成を有するものとすることにより、第1配向膜の構成材料および第2配向膜の構成材料を同一の組成を有するものとした場合にV字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を、ハーフV字型スイッチング特性を示すものとすることができるのである。   As described above, in the present invention, the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have different compositions from each other. A ferroelectric liquid crystal exhibiting a V-shaped switching characteristic when the material has the same composition can exhibit a half V-shaped switching characteristic.

本発明においては、第1配向膜と第2配向膜とで、第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合、第2電極層に負の電圧を印加したときに、表示を行うことが好ましい。   In the present invention, when the first alignment film and the second alignment film tend to have a relatively positive polarity in the second alignment film, a negative voltage is applied to the second electrode layer. It is preferable to perform display.

図8は、単安定性を示す強誘電性液晶の配向状態の一例を示す模式図である。図8(a)は電圧無印加の場合、図8(b)は第2電極層に負の電圧を印加した場合、図8(c)は第2電極層に正の電圧を印加した場合をそれぞれ示す。電圧無印加の場合、液晶分子25は、コーン上のひとつの状態で安定化している(図8(a))。第2電極層に負の電圧を印加した場合、液晶分子25は、安定化している状態(破線)から一方の側に傾く(図8(b))。また、第2電極層に正の電圧を印加したときに、液晶分子25は、安定化している状態(破線)から第2電極層に負の電圧を印加したときとは逆側に傾く(図8(c))。このとき、第2電極層に負の電圧を印加したときの傾斜角δは、第2電極層に正の電圧を印加したときの傾斜角ωよりも大きい。なお、図8において、dは配向処理方向、zは層法線を示す。   FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of the alignment state of a ferroelectric liquid crystal exhibiting monostability. 8A shows a case where no voltage is applied, FIG. 8B shows a case where a negative voltage is applied to the second electrode layer, and FIG. 8C shows a case where a positive voltage is applied to the second electrode layer. Each is shown. When no voltage is applied, the liquid crystal molecules 25 are stabilized in one state on the cone (FIG. 8 (a)). When a negative voltage is applied to the second electrode layer, the liquid crystal molecules 25 are inclined from the stabilized state (broken line) to one side (FIG. 8 (b)). In addition, when a positive voltage is applied to the second electrode layer, the liquid crystal molecules 25 are tilted from the stabilized state (broken line) to the opposite side when a negative voltage is applied to the second electrode layer (see FIG. 8 (c)). At this time, the inclination angle δ when a negative voltage is applied to the second electrode layer is larger than the inclination angle ω when a positive voltage is applied to the second electrode layer. In FIG. 8, d indicates the alignment treatment direction, and z indicates the layer normal.

このように第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合には、第2電極層の負の電圧を印加したときの液晶分子の単安定化状態からの傾斜角が、第2電極層の正の電圧を印加したときの液晶分子の単安定化状態からの傾斜角よりも大きくなる。
このとき、液晶層の第1配向処理基板側および第2配向処理基板側にそれぞれ配置される偏光板においては、それぞれの偏光板の偏光軸が略垂直になり、一方の偏光板の偏光軸と液晶分子の単安定化状態での配向方向とが略平行になるように、偏光板を配置する。
電圧無印加状態では、一方の偏光板を透過した直線偏光と液晶分子の配向方向とが一致するため、液晶分子の屈折率異方性が発現されず、一方の偏光板を透過した直線偏光はそのまま液晶分子を通過し、他方の偏光板により遮断され、暗状態となる。一方、電圧印加状態では、液晶分子がコーン上を移動し、一方の偏光板を透過した直線偏光と液晶分子の配向方向とが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直線偏光は液晶分子の複屈折により楕円偏光となる。この楕円偏光のうち、他方の偏光板の偏光軸と一致する直線偏光のみが他方の偏光板を透過し、明状態となる。
上述したように、第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合には、第2電極層の負の電圧を印加したときの液晶分子の単安定化状態からの傾斜角が、第2電極層の正の電圧を印加したときの液晶分子の単安定化状態からの傾斜角よりも大きくなる。したがって、第2電極層の負の電圧を印加したときは、第2電極層に正の電圧を印加したときよりも、透過光量が多くなる。すなわち、第2電極層の正の電圧を印加したときは、第2電極層に負の電圧を印加したときよりも、透過光量が少なくなる。そのため、第2電極層の正の電圧を印加したときは、第2電極層に負の電圧を印加したときよりも、表示に不利となる。
したがって、液晶分子の単安定化状態からの傾斜角がより大きくなる、第2電極層に負の電圧を印加したときに、表示を行うことが好ましいのである。
In this way, when the second alignment film tends to have a relatively positive polarity, the inclination angle of the liquid crystal molecules from the mono-stabilized state when the negative voltage of the second electrode layer is applied is When the positive voltage of the second electrode layer is applied, the inclination angle of the liquid crystal molecules from the mono-stabilized state becomes larger.
At this time, in the polarizing plates respectively disposed on the first alignment treatment substrate side and the second alignment treatment substrate side of the liquid crystal layer, the polarization axes of the respective polarization plates are substantially vertical, The polarizing plate is arranged so that the alignment direction of the liquid crystal molecules in a monostabilized state is substantially parallel.
When no voltage is applied, the linearly polarized light transmitted through one polarizing plate and the alignment direction of the liquid crystal molecules coincide with each other, so that the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules is not expressed. As it passes through the liquid crystal molecules, it is blocked by the other polarizing plate and becomes dark. On the other hand, in the voltage application state, the liquid crystal molecules move on the cone, and the linearly polarized light transmitted through one polarizing plate and the alignment direction of the liquid crystal molecules have a predetermined angle, and thus transmitted through one polarizing plate. Linearly polarized light becomes elliptically polarized light due to the birefringence of liquid crystal molecules. Of the elliptically polarized light, only the linearly polarized light that matches the polarization axis of the other polarizing plate is transmitted through the other polarizing plate and becomes a bright state.
As described above, when the second alignment film tends to have a relatively positive polarity, the inclination of the liquid crystal molecules from the mono-stabilized state when the negative voltage of the second electrode layer is applied. The angle becomes larger than the tilt angle from the mono-stabilized state of the liquid crystal molecules when the positive voltage of the second electrode layer is applied. Therefore, when a negative voltage is applied to the second electrode layer, the amount of transmitted light is larger than when a positive voltage is applied to the second electrode layer. That is, when a positive voltage is applied to the second electrode layer, the amount of transmitted light is less than when a negative voltage is applied to the second electrode layer. For this reason, when a positive voltage is applied to the second electrode layer, it is more disadvantageous for display than when a negative voltage is applied to the second electrode layer.
Therefore, it is preferable to perform display when a negative voltage is applied to the second electrode layer, in which the tilt angle from the mono-stabilized state of the liquid crystal molecules becomes larger.

なお、「第2電極層に負の電圧を印加したときに、表示を行う」とは、電圧無印加時に液晶分子がコーン上のひとつの状態で安定化しており、第2電極層に負の電圧を印加したときに、液晶分子が単安定化状態からコーン上の一方の側に傾き、第2電極層に正の電圧を印加したときに、液晶分子が、単安定化状態を維持するか、または単安定化状態から第2電極層に負の電圧を印加したときとは逆側に傾き、第2電極層に負の電圧を印加したときの、液晶分子の単安定化状態からの傾斜角が、第2電極層に正の電圧を印加したときの、液晶分子の単安定化状態からの傾斜角よりも大きいことをいう。このとき、液晶分子の単安定化状態での配向方向と一方の偏光板の偏光軸とは略平行にされる。   “Display when a negative voltage is applied to the second electrode layer” means that liquid crystal molecules are stabilized in one state on the cone when no voltage is applied, and the second electrode layer is negative. When the voltage is applied, the liquid crystal molecules tilt from the mono-stabilized state to one side on the cone, and the liquid crystal molecules maintain the mono-stabilized state when a positive voltage is applied to the second electrode layer. Or tilted from the mono-stabilized state to the opposite side of the negative voltage applied to the second electrode layer, and tilted from the mono-stabilized state of the liquid crystal molecules when a negative voltage is applied to the second electrode layer. It means that the angle is larger than the tilt angle from the mono-stabilized state of the liquid crystal molecules when a positive voltage is applied to the second electrode layer. At this time, the alignment direction in the mono-stabilized state of the liquid crystal molecules and the polarization axis of one polarizing plate are made substantially parallel.

第1配向膜と第2配向膜とで、第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合、電圧無印加状態では、図6に例示するように、極性表面相互作用によって、液晶分子25の自発分極Psが第1配向膜4a側を向く傾向にある。また、第2電極層3bに負の電圧を印加すると、図7に例示するように、印加電圧の極性の影響により、液晶分子25の自発分極Psは第2配向膜4b側を向くようになる。さらに、第2電極層3bに正の電圧を印加すると、図6に例示するように、印加電圧の極性の影響によって、液晶分子25の自発分極Psは第1配向膜4a側を向くようになる。この場合、自発分極の向きは、電圧無印加状態と同様になる。自発分極の向きがこのような方向になるのは、上述したように、自発分極の向きが、強誘電性液晶の分極と配向膜の分極または電圧の極性とが電気的につり合う方向になり、液晶分子が電気的に安定な状態になるためである。   In the first alignment film and the second alignment film, when the second alignment film tends to have a relatively positive polarity, as shown in FIG. Therefore, the spontaneous polarization Ps of the liquid crystal molecules 25 tends to face the first alignment film 4a side. Further, when a negative voltage is applied to the second electrode layer 3b, the spontaneous polarization Ps of the liquid crystal molecules 25 is directed toward the second alignment film 4b due to the influence of the polarity of the applied voltage, as illustrated in FIG. . Furthermore, when a positive voltage is applied to the second electrode layer 3b, the spontaneous polarization Ps of the liquid crystal molecules 25 is directed toward the first alignment film 4a due to the influence of the polarity of the applied voltage, as illustrated in FIG. . In this case, the direction of spontaneous polarization is the same as that in the state where no voltage is applied. The direction of spontaneous polarization is such a direction, as described above, the direction of spontaneous polarization is the direction in which the polarization of the ferroelectric liquid crystal and the polarization of the alignment film or the polarity of the voltage are electrically balanced, This is because the liquid crystal molecules are in an electrically stable state.

電圧無印加状態あるいは第2電極層への正の電圧印加状態(図6)から、第2電極層への負の電圧印加状態(図7)としたとき、この印加電圧の負の極性と、液晶分子の自発分極の負の極性との反発によって、図9に例示するように、液晶分子25が角度約2θ回転する。すなわち、第2電極層に負の電圧を印加したときに、強誘電性液晶の分子方向が、第1配向処理基板面に対して平行に、強誘電性液晶のチルト角θの約2倍変化する。   From the no-voltage applied state or the positive voltage applied state to the second electrode layer (FIG. 6) to the negative voltage applied state to the second electrode layer (FIG. 7), the negative polarity of this applied voltage, Due to the repulsion of the spontaneous polarization of the liquid crystal molecules with the negative polarity, the liquid crystal molecules 25 rotate about an angle of about 2θ as illustrated in FIG. That is, when a negative voltage is applied to the second electrode layer, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes parallel to the surface of the first alignment treatment substrate and changes approximately twice the tilt angle θ of the ferroelectric liquid crystal. To do.

このように、第1配向膜と第2配向膜とで第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合、第1配向膜側に強誘電性液晶の自発分極が向く傾向にあることを利用して、液晶分子の自発分極の向きを制御することが可能である。   Thus, when the second alignment film tends to have a relatively positive polarity between the first alignment film and the second alignment film, the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal is directed to the first alignment film side. By utilizing this tendency, it is possible to control the direction of spontaneous polarization of liquid crystal molecules.

一般に、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子では、対向する2つの配向膜は、それぞれの配向処理方向が平行になるように配置される。例えば図1に示す液晶表示素子においては、電圧無印加状態では、図10(a)に例示するように液晶分子25が第1配向膜および第2配向膜の配向処理方向dに沿って配向し、一様な配向状態となる。また、第2電極層に負の電圧を印加すると、図10(b)に例示するように印加電圧の極性の影響によって自発分極Psの向きが反転する。この場合も、液晶分子25は一様な配向状態となる。さらに、第2電極層に正の電圧を印加すると、図10(a)に例示するように印加電圧の極性の影響によって自発分極Psの向きが反転する。この場合、液晶分子25は電圧無印加状態と同様の配向状態となる。なお、図10(a)は、図6の上面からの液晶分子の配向状態を示す模式図であり、自発分極Psは紙面手前から奥方向に向いている(図10(a)中の×印)。また、図10(b)は、図7の上面からの液晶分子の配向状態を示す模式図であり、自発分極Psは紙面奥から手前方向に向いている(図10(b)中の●印)。   In general, in a liquid crystal display element using ferroelectric liquid crystal, two opposing alignment films are arranged so that their alignment treatment directions are parallel to each other. For example, in the liquid crystal display element shown in FIG. 1, when no voltage is applied, the liquid crystal molecules 25 are aligned along the alignment treatment direction d of the first alignment film and the second alignment film as illustrated in FIG. A uniform orientation state is obtained. When a negative voltage is applied to the second electrode layer, the direction of the spontaneous polarization Ps is reversed due to the influence of the polarity of the applied voltage, as illustrated in FIG. 10B. Also in this case, the liquid crystal molecules 25 are in a uniform alignment state. Furthermore, when a positive voltage is applied to the second electrode layer, the direction of the spontaneous polarization Ps is reversed due to the influence of the polarity of the applied voltage, as illustrated in FIG. In this case, the liquid crystal molecules 25 are in an alignment state similar to that in the state where no voltage is applied. FIG. 10A is a schematic diagram showing the alignment state of the liquid crystal molecules from the upper surface of FIG. 6, and the spontaneous polarization Ps is directed from the front side to the back side of the drawing (the mark “X” in FIG. 10A). ). FIG. 10 (b) is a schematic diagram showing the alignment state of the liquid crystal molecules from the upper surface of FIG. 7, and the spontaneous polarization Ps is directed from the back of the page to the near side (marked with ● in FIG. 10 (b)). ).

第2電極層に負の電圧を印加したとき、強誘電性液晶の分子方向がチルト角の約2倍変化するものは70%以上存在することが好ましく、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上である。上記範囲であれば、良好なコントラスト比を得ることができるからである。   When a negative voltage is applied to the second electrode layer, it is preferable that there are 70% or more, more preferably 80% or more, more preferably, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes about twice the tilt angle. 90% or more, most preferably 95% or more. This is because a favorable contrast ratio can be obtained within the above range.

なお、上記の比率は、次のようにして測定することができる。
例えば図11に示すように、第1基材2a上に第1電極層3aおよび第1配向膜4aが積層された第1配向処理基板11aと、第2基材2b上に第2電極層3bおよび第2配向膜4bが積層された第2配向処理基板11bとの間に、強誘電性液晶を含む液晶層5が形成された液晶表示素子1において、第1配向処理基板11aおよび第2配向処理基板11bの外側にそれぞれ偏光板17aおよび17bを設け、偏光板17a側から光が入射し、偏光板17b側から光が出射するものとする。2枚の偏光板17aおよび17bは、それぞれの偏光軸が略垂直に、かつ、偏光板17aの偏光軸と第1配向膜4aの配向処理方向(液晶分子の配向方向)とが略平行になるように配置されている。
In addition, said ratio can be measured as follows.
For example, as shown in FIG. 11, a first alignment substrate 11a in which a first electrode layer 3a and a first alignment film 4a are laminated on a first substrate 2a, and a second electrode layer 3b on a second substrate 2b. In the liquid crystal display element 1 in which the liquid crystal layer 5 containing ferroelectric liquid crystal is formed between the second alignment processing substrate 11b and the second alignment film 4b, the first alignment processing substrate 11a and the second alignment processing substrate 11b are formed. It is assumed that polarizing plates 17a and 17b are respectively provided on the outside of the processing substrate 11b so that light is incident from the polarizing plate 17a side and light is emitted from the polarizing plate 17b side. The two polarizing plates 17a and 17b have their polarization axes substantially perpendicular to each other, and the polarization axis of the polarizing plate 17a and the alignment treatment direction (the alignment direction of the liquid crystal molecules) of the first alignment film 4a are substantially parallel. Are arranged as follows.

電圧無印加状態では、偏光板17aを透過した直線偏光と液晶分子の配向方向とが一致するため、液晶分子の屈折率異方性が発現されず、偏光板17aを透過した直線偏光はそのまま液晶分子を通過し、偏光板17bにより遮断され、暗状態となる。一方、電圧印加状態では、液晶分子がコーン上を移動し、偏光板17aを透過した直線偏光と液晶分子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17aを透過した直線偏光は液晶分子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17bの偏光軸と一致する直線偏光のみが偏光板17bを透過し、明状態となる。   When no voltage is applied, the linearly polarized light transmitted through the polarizing plate 17a coincides with the alignment direction of the liquid crystal molecules. Therefore, the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules does not appear, and the linearly polarized light transmitted through the polarizing plate 17a remains as it is. It passes through the molecules, is blocked by the polarizing plate 17b, and enters a dark state. On the other hand, in the voltage application state, the liquid crystal molecules move on the cone, and the linearly polarized light transmitted through the polarizing plate 17a and the alignment direction of the liquid crystal molecules have a predetermined angle. Therefore, the linearly polarized light transmitted through the polarizing plate 17a. Becomes elliptically polarized light due to the birefringence of the liquid crystal molecules. Of the elliptically polarized light, only linearly polarized light that coincides with the polarization axis of the polarizing plate 17b is transmitted through the polarizing plate 17b and becomes bright.

このため、第2電極層に負の電圧を印加したとき、強誘電性液晶の分子方向がチルト角の約2倍変化すると明状態が得られる。一方、第2電極層に負の電圧を印加したとき、例えば強誘電性液晶の分子方向が変化しないものが部分的に存在する場合には、部分的に暗状態が得られる。したがって、電圧印加時に得られる白黒(明暗)表示の白・黒の面積比から、第2電極層に負の電圧を印加したときに強誘電性液晶の分子方向がチルト角の約2倍変化するものの比率を算出することができる。   For this reason, when a negative voltage is applied to the second electrode layer, a bright state is obtained when the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes approximately twice the tilt angle. On the other hand, when a negative voltage is applied to the second electrode layer, for example, when a portion of the ferroelectric liquid crystal whose molecular direction does not change partially exists, a dark state is partially obtained. Therefore, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes approximately twice the tilt angle when a negative voltage is applied to the second electrode layer, based on the black / white (bright / dark) display white / black area ratio obtained when the voltage is applied. The ratio of things can be calculated.

第2電極層に負の電圧を印加したとき、液晶分子は、印加電圧の大きさに応じた角度で、単安定化状態からコーン上の一方の側に傾く。また、強誘電性液晶では、図8(a)に例示するように、位置A(液晶分子25の方向)と、位置B(配向処理方向d)と、位置Cとが、必ずしも一致するわけではない。そのため、図8(b)に例示するように、第2電極層に負の電圧を印加したときの最大の傾斜角δは、チルト角θの約2倍となる。   When a negative voltage is applied to the second electrode layer, the liquid crystal molecules are tilted from the mono-stabilized state to one side on the cone at an angle corresponding to the magnitude of the applied voltage. Further, in the ferroelectric liquid crystal, as illustrated in FIG. 8A, the position A (direction of the liquid crystal molecules 25), the position B (alignment processing direction d), and the position C do not necessarily match. Absent. Therefore, as illustrated in FIG. 8B, the maximum tilt angle δ when a negative voltage is applied to the second electrode layer is about twice the tilt angle θ.

なお、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して平行に変化した角度は、次のようにして測定することができる。まず、偏光板をクロスニコルに配置した偏光顕微鏡および液晶表示素子を、一方の偏光板の偏光軸と液晶層の液晶分子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。電圧を印加すると液晶分子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。この電圧を印加した状態で液晶表示素子を回転させ暗状態にする。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、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して平行に変化した角度である。   The angle at which the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes in parallel to the first alignment processing substrate surface can be measured as follows. First, a polarizing microscope and a liquid crystal display element in which polarizing plates are arranged in crossed Nicols are arranged so that the polarization axis of one polarizing plate and the alignment direction of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer are parallel, and this position is used as a reference. . When a voltage is applied, the liquid crystal molecules come to have a predetermined angle with 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 voltage applied, the liquid crystal display element is rotated to a dark state. And the angle which rotated the liquid crystal display element at this time is measured. The angle by which the liquid crystal display element is rotated is an angle at which the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes in parallel to the first alignment processing substrate surface.

上述したように、第2電極層に負の電圧を印加したとき、液晶分子は、印加電圧の大きさに応じた角度で、単安定化状態からコーン上の一方の側に傾くので、実際に液晶表示素子を駆動している際、第2電極層に負の電圧を印加したときに、液晶分子の方向がチルト角の約2倍変化するわけではない。   As described above, when a negative voltage is applied to the second electrode layer, the liquid crystal molecules are inclined from the mono-stabilized state to one side on the cone at an angle according to the magnitude of the applied voltage. When driving the liquid crystal display element, the direction of the liquid crystal molecules does not change about twice the tilt angle when a negative voltage is applied to the second electrode layer.

単安定性を示す強誘電性液晶を用いた液晶表示素子においては、透過光量は、電圧を印加したときの液晶分子の傾斜角に依存する。正負いずれかの電圧を印加すると液晶分子がコーン上を傾くので、例えば図2に示すように印加電圧の大きさに応じて液晶分子の傾斜角が変化して透過光量が変化する。このとき、液晶分子の単安定状態からの傾斜角が45°の場合に透過光量が最大になる。
したがって、高い透過光量を実現するためには、実際の駆動時に第2電極層に負の電圧を印加した場合に、液晶分子の単安定状態からの傾斜角が45°になり得る強誘電性液晶を用いることが好ましい。
例えば、図8に示すような液晶分子の単安定状態からの最大の傾斜角δが45°よりも大きい強誘電性液晶を用いた場合には、実際に液晶表示素子を駆動している際、第2電極層に負の電圧を印加したときに、液晶分子の単安定状態からの傾斜角を45°とすることができる。上述したように、実際の駆動時に第2電極層に負の電圧を印加した場合に、液晶分子の方向がチルト角の約2倍変化するわけではないからである。
In a liquid crystal display element using a ferroelectric liquid crystal exhibiting monostability, the amount of transmitted light depends on the tilt angle of liquid crystal molecules when a voltage is applied. When either positive or negative voltage is applied, the liquid crystal molecules are tilted on the cone. Therefore, as shown in FIG. 2, for example, the tilt angle of the liquid crystal molecules changes according to the magnitude of the applied voltage, and the transmitted light amount changes. At this time, the amount of transmitted light is maximized when the inclination angle of the liquid crystal molecules from the monostable state is 45 °.
Therefore, in order to realize a high amount of transmitted light, a ferroelectric liquid crystal whose tilt angle from a monostable state of liquid crystal molecules can be 45 ° when a negative voltage is applied to the second electrode layer during actual driving. Is preferably used.
For example, when a ferroelectric liquid crystal having a maximum tilt angle δ from a monostable state of liquid crystal molecules as shown in FIG. 8 is larger than 45 °, when the liquid crystal display element is actually driven, When a negative voltage is applied to the second electrode layer, the tilt angle of the liquid crystal molecules from the monostable state can be set to 45 °. This is because, as described above, when a negative voltage is applied to the second electrode layer during actual driving, the direction of the liquid crystal molecules does not change approximately twice the tilt angle.

以下、本発明の液晶表示素子の各構成について説明する。   Hereinafter, each structure of the liquid crystal display element of this invention is demonstrated.

1.第1配向膜および第2配向膜
本発明においては、第1配向膜の構成材料および第2配向膜の構成材料が互いに異なる組成を有している。
1. First alignment film and second alignment film In the present invention, the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have different compositions.

第1配向膜および第2配向膜は、構成材料が互いに異なる組成を有していればよく、強誘電性液晶を配向させることができるものであれば特に限定されるものではない。これらの第1配向膜および第2配向膜としては、例えば、光配向膜、ラビング処理された配向膜、斜方蒸着配向膜、反応性液晶を配向させるための反応性液晶用配向膜と反応性液晶が固定化された固定化液晶層とが積層されたもの、などを挙げることができる。以下、これらの配向膜、ならびに、第1配向膜および第2配向膜の構成材料の組成について説明する。   The first alignment film and the second alignment film are not particularly limited as long as the constituent materials have different compositions from each other and can align the ferroelectric liquid crystal. As these first alignment film and second alignment film, for example, a photo-alignment film, a rubbing-treated alignment film, an oblique deposition alignment film, a reactive liquid crystal alignment film for aligning reactive liquid crystals, and a reactivity Examples include a laminate of a fixed liquid crystal layer in which liquid crystal is fixed. Hereinafter, the composition of these alignment films and the constituent materials of the first alignment film and the second alignment film will be described.

(1)光配向膜
光配向膜は、後述する光配向性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。光配向膜は、光配向処理が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。
(1) Photo-alignment film A photo-alignment film is a film obtained by irradiating a substrate coated with a photo-alignment material, 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. The photo-alignment film is useful in that since the photo-alignment process is a non-contact alignment process, there is no generation of static electricity or dust, and the quantitative alignment process can be controlled.

本発明に用いられる光配向性材料は、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い。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膜に異方性を付与する光反応型材料と、光異性化反応を生じることにより膜に異方性を付与する光異性化型材料とに分けることができる。以下、光反応型材料および光異性化型材料に分けて説明する。   The photo-alignment material used in the present invention is not particularly limited as long as it has an effect of aligning ferroelectric liquid crystal (photoalignment) by irradiating light and causing a photoexcitation reaction. Absent. As such materials, there are large photoreactive materials that impart anisotropy to a film by causing a photoreaction, and photoisomerizable materials that impart anisotropy to a film by causing a photoisomerization reaction. And can be divided into In the following, description will be made separately for photoreactive materials and photoisomerizable materials.

(i)光反応型材料
光反応型材料とは、光反応を生じることにより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膜に異方性を付与する材料であることが好ましい。
(I) Photoreactive Material A photoreactive material is a material that imparts anisotropy to a film by causing a photoreaction. The photoreactive material used in the present invention is not particularly limited as long as it has such characteristics, but among these, the film is anisotropic by causing a photodimerization reaction or a photodecomposition reaction. It is preferable that the material imparts properties.

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、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、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 is a reaction in which the 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 film anisotropic. Can be provided. The photodecomposition reaction is a reaction that decomposes molecular chains such as polyimide oriented in the polarization direction by light irradiation. This reaction leaves molecular chains oriented in the direction perpendicular to the polarization direction, and makes the film anisotropic. Can be provided. 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. .

本発明に用いられる光二量化型材料としては、光二量化反応により膜に異方性を付与することができるものであれば特に限定されるものではないが、ラジカル重合性の官能基を有し、かつ、偏光方向により吸収を異にする二色性を有する光二量化反応性化合物を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、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 photodimerization type material used in the present invention is not particularly limited as long as it can impart anisotropy to the film by a photodimerization reaction, but has a radical polymerizable functional group, And it is preferable that the photodimerization reactive compound which has the dichroism which makes absorption differ with polarization directions is included. This is because radical polymerization of the reaction sites oriented in the polarization direction stabilizes the orientation of the photodimerization reactive compound and can easily impart anisotropy to the 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、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 film by radical polymerization of α, β unsaturated ketone double bonds oriented 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、膜に適度な異方性を付与することができない場合がある。逆に、大きすぎると、配向膜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 an appropriate anisotropy to the film. On the other hand, if it is too large, the viscosity of the coating solution at the time of forming the alignment film increases, 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、特開2006−350322号公報、特開2006−323214号公報、特開2005−258429号公報、特開2005−258428号公報等に記載のものと同様である。   Examples of the dimerization reactive polymer are the same as those described in JP-A-2006-350322, JP-A-2006-323214, JP-A-2005-258429, JP-A-2005-258428, and the like.

光二量化反応性化合物としては、上記化合物の中から、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。   As the photodimerization reactive compound, various photodimerization reaction sites and substituents can be selected from the above compounds according to the required properties. Moreover, the photodimerization reactive compound can also be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

また、光二量化型材料は、上記光二量化反応性化合物のほか、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。   Further, the photodimerization type material may contain an additive in addition to the photodimerization reactive compound as long as the photoalignment of the alignment film is not hindered. 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.

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.

光反応型材料が光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。   The wavelength region of light that causes photoreaction of the photoreactive material is preferably in the range of ultraviolet light, that is, in the range of 10 nm to 400 nm, and more preferably in the range of 250 nm to 380 nm.

次に、光配向処理方法について説明する。まず、第1電極層または第2電極層上に、上述の光反応型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。   Next, the photo-alignment processing method will be described. First, a coating liquid for forming a photo-alignment film obtained by diluting the above-mentioned photoreactive material with an organic solvent is applied on the first electrode layer or the second electrode layer and dried.

光配向膜形成用塗工液中の光二量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、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、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。   The content of the photodimerization reactive compound in the coating liquid for forming a photoalignment film is preferably in the range of 0.05% by mass to 10% by mass, and in the range of 0.2% by mass to 2% by mass. It is more preferable that If the content is less than the above range, it will be difficult to impart an appropriate anisotropy to the film. Conversely, if the content is more than the above range, the viscosity of the coating solution will increase, and a uniform coating film will be formed. Because it becomes difficult to do.

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、インクジェット法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法などを用いることができる。   Examples of the coating method for forming the coating liquid for forming a photo-alignment film include spin coating, roll coating, rod bar coating, spray coating, air knife coating, slot die coating, wire bar coating, ink jet, and flexo. A printing method, a screen printing method, or the like can be used.

光配向膜形成用塗工液を塗布して得られた膜は、偏光を制御した光を照射することにより、光反応を生じさせて異方性を付与することができる。偏光方向は、光反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではない。   The film obtained by applying the coating liquid for forming a photo-alignment film can impart anisotropy by causing a photoreaction by irradiating light with controlled polarization. The polarization direction is not particularly limited as long as it can cause a photoreaction.

光配向膜の厚みは、1nm〜1000nm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。光配向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、逆に光配向膜の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 photo-alignment film is preferably in the range of 1 nm to 1000 nm, more preferably in the range of 3 nm to 100 nm. If the thickness of the photo-alignment film is smaller than the above range, sufficient optical alignment may not be obtained. Conversely, if the thickness of the photo-alignment film is larger than the above range, the cost may be disadvantageous. is there.

(ii)光異性化型材料
光異性化型材料とは、光異性化反応を生じることにより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異性化型材料としては、光異性化反応を生じることにより膜に異方性を付与するものであれば特に限定されないが、光異性化反応を生じることにより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、それにより膜に容易に異方性を付与することができるからである。
(Ii) Photoisomerizable material A photoisomerizable material is a material that imparts anisotropy to a film by causing a photoisomerization reaction. The photoisomerization type material used in the present invention is not particularly limited as long as it imparts anisotropy to the film by causing a photoisomerization reaction, but the film is anisotropic by causing a photoisomerization reaction. It is preferable that the compound contains a photoisomerization-reactive compound that imparts properties. By including such a photoisomerization reactive compound, a stable isomer among a plurality of isomers is increased by light irradiation, whereby anisotropy can be easily imparted to the film. .

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、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 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 can be irradiated by light irradiation. It is preferable that it causes an isomerization reaction. This is because anisotropy can be easily imparted to the film by causing isomerization of the reaction site oriented in the polarization direction of the photoisomerization reactive compound having such characteristics.

また、光異性化反応性化合物が生じる光異性化反応としては、シス−トランス異性化反応であることが好ましい。光照射によりシス体またはトランス体のいずれかの異性体が増加し、それにより膜に異方性を付与することができるからである。   Further, the photoisomerization reaction in which the photoisomerization reactive compound is generated is preferably a cis-trans isomerization reaction. This is because irradiation with light increases the isomer of either the cis-isomer or the trans-isomer, thereby imparting anisotropy to the 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、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 appropriately selected according to the type of ferroelectric liquid crystal used, but the anisotropy can be stabilized by polymerizing after imparting anisotropy to the film by light irradiation. 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 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 alignment film due to polymerization becomes more stable, it is a bifunctional monomer. Preferably there is.

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−、−CH−CH−、−CHO−、−OCH−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、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 film becomes larger, and it is particularly suitable for the alignment control of ferroelectric liquid crystals. Because. 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.

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、特開2006−350322号公報、特開2006−323214号公報、特開2005−258429号公報、特開2005−258428号公報等に記載のものと同様である。
また、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、特開2006−350322号公報、特開2006−323214号公報、特開2005−258429号公報、特開2005−258428号公報等に記載のものと同様である。
Among the compounds having an azobenzene skeleton in the molecule, as monomolecular compounds, JP-A-2006-350322, JP-A-2006-323214, JP-A-2005-258429, JP-A-2005-258428, etc. Similar to those described.
Examples of the polymerizable monomer having an azobenzene skeleton as a side chain include those described in JP-A-2006-350322, JP-A-2006-323214, JP-A-2005-258429, JP-A-2005-258428, and the like. It is the same as that.

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.

また、光異性化型材料は、上記光異性化反応性化合物のほか、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。   In addition to the photoisomerization reactive compound, the photoisomerization type material may contain an additive within a range that does not interfere with the photoalignment of the alignment film. 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 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.

光異性化型材料が光異性化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。   The wavelength region of the light that causes the photoisomerization reaction of the photoisomerizable material 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. .

次に、光配向処理方法について説明する。まず、第1電極層または第2電極層上に、上述の光異性化型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。   Next, the photo-alignment processing method will be described. First, a coating liquid for forming a photo-alignment film obtained by diluting the above-mentioned photoisomerizable material with an organic solvent is applied on the first electrode layer or the second electrode layer and dried.

光配向膜形成用塗工液中の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、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、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。   The content of the photoisomerization-reactive compound in the coating liquid for forming a photoalignment film is preferably in the range of 0.05% by mass to 10% by mass, and in the range of 0.2% by mass to 2% by mass. More preferably, it is within. If the content is less than the above range, it will be difficult to impart an appropriate anisotropy to the film. Conversely, if the content is more than the above range, the viscosity of the coating solution will increase, and a uniform coating film will be formed. Because it becomes difficult to do.

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、インクジェット法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法などを用いることができる。   Examples of the coating method for forming the coating liquid for forming a photo-alignment film include spin coating, roll coating, rod bar coating, spray coating, air knife coating, slot die coating, wire bar coating, ink jet, and flexo. A printing method, a screen printing method, or the like can be used.

光配向膜形成用塗工液を塗布して得られた膜は、偏光を制御した光を照射することにより、光異性化反応を生じさせて異方性を付与することができる。また、偏光方向は、光異性化反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではない。   A film obtained by applying the coating liquid for forming a photo-alignment film can be imparted with anisotropy by causing a photoisomerization reaction by irradiating light with controlled polarization. The polarization direction is not particularly limited as long as it can cause a photoisomerization reaction.

さらに、光異性化型材料として、上記の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、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 the photoisomerization type material among the above photoisomerization reactive compounds, it is polymerized by heating after photoalignment treatment and applied to the alignment film. Anisotropy can be stabilized.

光配向膜の厚みは、1nm〜1000nm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。光配向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、逆に光配向膜の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 photo-alignment film is preferably in the range of 1 nm to 1000 nm, more preferably in the range of 3 nm to 100 nm. If the thickness of the photo-alignment film is smaller than the above range, sufficient optical alignment may not be obtained. Conversely, if the thickness of the photo-alignment film is larger than the above range, the cost may be disadvantageous. is there.

(2)ラビング処理された配向膜
ラビング処理された配向膜は、比較的高いプレチルト角を実現することができる点で有用である。
(2) Rubbing-treated alignment film The rubbing-treated alignment film is useful in that a relatively high pretilt angle can be realized.

ラビング処理された配向膜に用いられる材料としては、ラビング処理により膜に異方性を付与することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ナイロン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリビニルアルコール、ポリウレタン等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく2種以上を組み合わせて用いてもよい。   The material used for the alignment film subjected to rubbing treatment is not particularly limited as long as it can impart anisotropy to the film by rubbing treatment. For example, nylon, polyimide, polyamide, polyamideimide, Examples include polyetherimide, polyvinyl alcohol, and polyurethane. These may be used alone or in combination of two or more.

中でも、ラビング処理された配向膜が、ナイロンまたはポリイミドを含有することが好ましい。強誘電性液晶が方位角方向に配向しやすくなるからである。すなわち、強誘電性液晶が一定方向に配列しやすくなるのである。   Among them, the rubbing-treated alignment film preferably contains nylon or polyimide. This is because the ferroelectric liquid crystal is easily aligned in the azimuth direction. That is, the ferroelectric liquid crystal is easily arranged in a certain direction.

ラビング処理方法としては、第1電極層または第2電極層上に上記の材料を含む膜を形成し、この膜をラビング布で一定方向に擦ることにより膜に異方性を付与する方法を用いることができる。
ラビング布としては、例えば、ナイロン樹脂、ビニル樹脂、レーヨン、綿等の繊維で構成されるものを用いることができる。例えば、このようなラビング布を巻き付けたドラムを回転させながら上記の材料を含む膜の表面に接触させることにより、膜表面に微細な溝が一方向に形成され、膜に異方性が付与される。
As the rubbing treatment method, a method is used in which a film containing the above material is formed on the first electrode layer or the second electrode layer, and this film is rubbed with a rubbing cloth in a certain direction to impart anisotropy to the film. be able to.
As the rubbing cloth, for example, a cloth made of a fiber such as nylon resin, vinyl resin, rayon, or cotton can be used. For example, by rotating a drum wound with such a rubbing cloth and bringing it into contact with the surface of the film containing the above material, fine grooves are formed in one direction on the film surface, and anisotropy is imparted to the film. The

ラビング処理された配向膜の厚みは、1nm〜1000nm程度で設定され、好ましくは50nm〜100nmの範囲内である。   The thickness of the alignment film subjected to the rubbing treatment is set to about 1 nm to 1000 nm, and preferably in the range of 50 nm to 100 nm.

(3)斜方蒸着配向膜
斜方蒸着配向膜は、斜め蒸着法により形成されるものである。斜方蒸着配向膜は、比較的高いプレチルト角を実現することができる点で有用である。
(3) Oblique deposition alignment film The oblique deposition alignment film is formed by an oblique deposition method. The oblique deposition film is useful in that a relatively high pretilt angle can be realized.

斜方蒸着配向膜としては、強誘電性液晶を配向させることができるものであれば特に限定されるものではない。斜方蒸着配向膜の構成材料としては、斜め蒸着法により成膜可能な無機材料が用いられ、例えば、一酸化ケイ素(SiO)、二酸化ケイ素(SiO2)、二酸化チタン(TiO2)等を挙げることができる。中でも、SiOが好適に用いられる。 The oblique deposition alignment film is not particularly limited as long as it can align the ferroelectric liquid crystal. As a constituent material of the oblique deposition film, an inorganic material that can be formed by an oblique deposition method is used, and examples thereof include silicon monoxide (SiO), silicon dioxide (SiO 2 ), and titanium dioxide (TiO 2 ). be able to. Of these, SiO is preferably used.

斜方蒸着配向膜は、溝構造および柱状構造を有し、蒸着角度により溝構造および柱状構造が変化し、液晶の配向方向が変化することが知られている。また、基材面の法線に対する蒸着方向の角度によって、柱状の微細構造の角度や密度が変化することが知られている。したがって、液晶分子のプレチルト角を所望の範囲とするには、斜方蒸着配向膜の柱状の微細構造の角度や密度を調整することが重要である。なお、斜方蒸着配向膜については、液晶便覧編集委員会編「液晶便覧」 丸善株式会社 平成12年10月30日 p.229−230を参照することができる。   It is known that the oblique deposition alignment film has a groove structure and a columnar structure, and the groove structure and the columnar structure change depending on the deposition angle, and the alignment direction of the liquid crystal changes. It is also known that the angle and density of the columnar microstructure change depending on the angle of the vapor deposition direction with respect to the normal of the substrate surface. Therefore, in order to set the pretilt angle of the liquid crystal molecules within a desired range, it is important to adjust the angle and density of the columnar microstructure of the oblique deposition alignment film. As for the oblique deposition alignment film, “Liquid Crystal Handbook” edited by the Liquid Crystal Handbook Editorial Committee Maruzen Co., Ltd. October 30, 2000 p. Reference may be made to 229-230.

斜方蒸着配向膜は、基材面の法線に対する蒸着方向の角度(蒸着角度)を変えることにより、液晶分子のプレチルト角を制御することができる。この蒸着角度は、40°〜60°程度で設定することができ、好ましくは50°〜60°程度である。蒸着角度を上記範囲に調整することによって、液晶分子のプレチルト角を所望の範囲に制御することができる。   The oblique deposition alignment film can control the pretilt angle of the liquid crystal molecules by changing the angle of the deposition direction (deposition angle) with respect to the normal of the substrate surface. This deposition angle can be set at about 40 ° to 60 °, preferably about 50 ° to 60 °. By adjusting the deposition angle within the above range, the pretilt angle of the liquid crystal molecules can be controlled within a desired range.

斜方蒸着配向膜の形成方法としては、斜め蒸着法が用いられ、例えば第1基材または第2基材面の法線方向が蒸着粒子の入射方向(蒸着方向)に対して所定の角度となるように、蒸着方向に対して第1基材または第2基材を角度α回転させて傾けることで、第1基材または第2基材面に対して斜め方向から斜方蒸着配向膜を形成することができる。   As a method of forming the oblique vapor deposition alignment film, an oblique vapor deposition method is used. For example, the normal direction of the first substrate surface or the second substrate surface is a predetermined angle with respect to the incident direction (deposition direction) of the vapor deposition particles. In this manner, the first base material or the second base material is tilted by rotating the first base material or the second base material with respect to the deposition direction so that the oblique deposition orientation film is obliquely formed with respect to the first base material or the second base material surface. Can be formed.

斜方蒸着配向膜の厚みは、10nm〜500nm程度で設定され、好ましくは30nm〜200nmの範囲内である。   The thickness of the oblique deposition alignment film is set to about 10 nm to 500 nm, and preferably in the range of 30 nm to 200 nm.

(4)反応性液晶用配向膜および固定化液晶層
第1配向膜および第2配向膜の少なくともいずれか一方は、第1基材または第2基材上に形成された反応性液晶用配向膜と、この反応性液晶用配向膜上に形成され、反応液晶を固定化してなる固定化液晶層とからなるものであってもよい。例えば図12において、第2配向膜4bは、反応性液晶用配向膜14aと固定化液晶層14bとが積層されたものとなっている。反応性液晶用配向膜上に固定化液晶層を形成する際には、反応性液晶用配向膜によって反応性液晶を配向させ、例えば紫外線を照射して反応性液晶を重合させることにより反応性液晶の配向状態を固定化することができる。そのため、固定化液晶層に反応性液晶用配向膜の配向規制力を付与することができ、固定化液晶層を強誘電性液晶を配向させるための配向膜として作用させることができる。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くなるため、単一層の配向膜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。以下、反応性液晶用配向膜および固定化液晶層に分けて説明する。
(4) Reactive liquid crystal alignment film and immobilized liquid crystal layer At least one of the first alignment film and the second alignment film is formed on the first base material or the second base material. And a fixed liquid crystal layer formed on the reactive liquid crystal alignment film and formed by fixing the reactive liquid crystal. For example, in FIG. 12, the second alignment film 4b is formed by laminating a reactive liquid crystal alignment film 14a and a fixed liquid crystal layer 14b. When forming the fixed liquid crystal layer on the alignment film for reactive liquid crystal, the reactive liquid crystal is aligned by the alignment film for reactive liquid crystal, and the reactive liquid crystal is polymerized by irradiating ultraviolet rays, for example. The orientation state can be fixed. Therefore, the alignment regulating force of the alignment film for reactive liquid crystal can be imparted to the fixed liquid crystal layer, and the fixed liquid crystal layer can act 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. In addition, reactive liquid crystals are relatively similar in structure to ferroelectric liquid crystals, and interact more strongly with ferroelectric liquid crystals, so that ferroelectrics are more effective than using single-layer alignment films. The orientation of the crystalline liquid crystal can be controlled. Hereinafter, the description will be divided into the alignment film for reactive liquid crystal and the fixed liquid crystal layer.

(i)固定化液晶層
本発明に用いられる固定化液晶層は、反応性液晶用配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなるものである。
(I) Immobilized liquid crystal layer The immobilized liquid crystal layer used in the present invention is formed on an alignment film for reactive liquid crystal, and is formed by immobilizing reactive liquid crystal.

本発明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 in the present invention 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、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およびジアクリレートモノマーとしては、特開2006−350322号公報、特開2006−323214号公報、特開2005−258429号公報、特開2005−258428号公報等に記載のものと同様である。   Monoacrylate monomers and diacrylate monomers are the same as those described in JP-A-2006-350322, JP-A-2006-323214, JP-A-2005-258429, JP-A-2005-258428, and the like. .

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。光重合開始剤としては、例えば、特開2005−258428号公報に記載されているような光重合開始剤を用いることができる。また、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。   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. As the photopolymerization initiator, for example, a photopolymerization initiator described in JP-A-2005-258428 can be used. Moreover, it is also possible to add a sensitizer other than a photoinitiator in the range which does not impair the objective of this invention.

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.

固定化液晶層の厚みは、目的とする異方性に応じて適宜調整されるものであり、例えば1nm〜1000nmの範囲内で設定することができ、好ましくは3nm〜100nmの範囲内である。固定化液晶層の厚みが厚すぎると必要以上の異方性が生じてしまい、また固定化液晶層の厚みが薄すぎると所定の異方性が得られない場合があるからである。   The thickness of the fixed liquid crystal layer 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 fixed liquid crystal layer is too thick, anisotropy more than necessary occurs, and if the fixed liquid crystal layer is too thin, the predetermined anisotropy may not be obtained.

次に、固定化液晶層の形成方法について説明する。固定化液晶層は、反応性液晶用配向膜上に上記反応性液晶を含む反応性液晶組成物を塗布し、配向処理を行い、上記反応性液晶の配向状態を固定化することにより形成することができる。   Next, a method for forming the fixed liquid crystal layer will be described. The fixed liquid crystal layer is formed by applying a reactive liquid crystal composition containing the reactive liquid crystal on the alignment film for reactive liquid crystal, performing an alignment treatment, and fixing the alignment state of the reactive liquid crystal. Can do.

また、反応性液晶組成物を塗布するのではなく、ドライフィルム等を予め形成し、これを反応性液晶用配向膜上に積層する方法も用いることができる。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組成物を調製し、これを反応性液晶用配向膜上に塗布し、溶媒を除去する方法を用いることが好ましい。   Further, instead of applying the reactive liquid crystal composition, a method of forming a dry film or the like in advance and laminating the film on the reactive liquid crystal alignment film can also be used. From the viewpoint of the simplicity of the manufacturing process, it is possible to prepare a reactive liquid crystal composition by dissolving a reactive liquid crystal in a solvent, apply this onto a reactive liquid crystal alignment film, and use a method of removing the solvent. preferable.

上記反応性液晶組成物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、かつ反応性液晶用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。このような溶媒としては、例えば、特開2005−258428号公報に記載されているような溶媒を用いることができる。溶媒は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   The solvent used in the reactive liquid crystal composition 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 reactive liquid crystal. As such a solvent, for example, a solvent described in JP-A-2005-258428 can be used. A solvent may be used independently and may use 2 or more types together.

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、上述したように反応性液晶用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 reactive liquid crystal alignment film may be eroded as described above. 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.

反応性液晶組成物の濃度は、反応性液晶の溶解性や、固定化液晶層の厚みに依存するため一概には規定できないが、通常は0.1〜40質量%、好ましくは1〜20質量%の範囲で調整される。反応性液晶組成物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、逆に反応性液晶組成物の濃度が上記範囲より高いと、反応性液晶組成物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。   Although the concentration of the reactive liquid crystal composition depends on the solubility of the reactive liquid crystal and the thickness of the immobilized liquid crystal layer, it cannot be defined unconditionally. % Is adjusted. If the concentration of the reactive liquid crystal composition is lower than the above range, the reactive liquid crystal may be difficult to align. Conversely, if the concentration of the reactive liquid crystal composition is higher than the above range, the viscosity of the reactive liquid crystal composition is low. It is because it becomes high and it may become difficult to form a uniform coating film.

さらに、上記反応性液晶組成物には、本発明の目的を損なわない範囲内で、例えば、特開2005−258428号公報に記載されているような化合物を添加することができる。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、得られる固定化液晶層の機械強度が増大し、またその安定性が改善される。   Furthermore, a compound such as that described in JP-A-2005-258428 can be added to the reactive liquid crystal composition as long as the object of the present invention is not impaired. 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 fixed liquid crystal layer, and improves its stability.

このような反応性液晶組成物を塗布する方法としては、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、インクジェット法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法等が挙げられる。   Examples of a method for applying such a reactive liquid crystal composition include spin coating, roll coating, printing, dip coating, die coating, casting, bar coating, blade coating, spray coating, and gravure. Examples thereof include a coating method, a reverse coating method, an extrusion coating method, an ink jet method, a flexographic printing method, and a screen printing method.

また、上記反応性液晶組成物を塗布した後は、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 composition 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.

本発明においては、上述したように塗布された反応性液晶を、反応性液晶用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 the present invention, the reactive liquid crystal applied as described above is aligned by the alignment film for reactive liquid crystal 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.

上述したように、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い、必要であれば重合性液晶材料内に光重合開始剤が含まれていてもよい。   As described above, 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 active radiation that activates polymerization is used. . The active radiation as used herein refers to radiation capable of causing polymerization of the polymerizable liquid crystal material. If necessary, a photopolymerization initiator may be included in the 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.

本発明においては、光重合開始剤が紫外線でラジカルを発生し、重合性液晶材料がラジカル重合するような重合性液晶材料に対して、紫外線を活性放射線として照射する方法が好ましい方法であるといえる。活性放射線として紫外線を用いる方法は、既に確立された技術であることから、用いる光重合開始剤を含めて、本発明への応用が容易であるからである。   In the present invention, a method of irradiating ultraviolet rays with active radiation to a polymerizable liquid crystal material in which the photopolymerization initiator generates radicals with ultraviolet rays and the polymerizable liquid crystal material undergoes radical polymerization is a preferable method. . 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.

なお、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。   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 also 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.

(ii)反応性液晶用配向膜
本発明に用いられる反応性液晶用配向膜としては、上記反応性液晶を配向させることができ、さらに上記反応性液晶の配向状態を固定化する際に悪影響を及ぼさないものであれば特に限定されるものではない。反応性液晶用配向膜として、例えば、上述の光配向膜、ラビング処理された配向膜、斜方蒸着配向膜等を用いることができる。
(Ii) Alignment film for reactive liquid crystal As the alignment film for reactive liquid crystal used in the present invention, the above-mentioned reactive liquid crystal can be aligned, and there is an adverse effect in fixing the alignment state of the above-mentioned reactive liquid crystal. There is no particular limitation as long as it does not reach. As the alignment film for reactive liquid crystal, for example, the above-described photo-alignment film, a rubbing-treated alignment film, an oblique deposition alignment film, or the like can be used.

(5)第1配向膜および第2配向膜の構成材料の組成
本発明においては、第1配向膜および第2配向膜の構成材料が互いに異なる組成を有している。第1配向膜および第2配向膜を互いに異なる組成を有する材料を用いて形成することにより、それぞれの材料に応じて第1配向膜表面および第2配向膜表面の極性を異ならせることができる。これにより、強誘電性液晶および第1配向膜の極性表面相互作用と、強誘電性液晶および第2配向膜の極性表面相互作用とが異なるものとなるため、第1配向膜および第2配向膜の表面極性を考慮して材料を適宜選択することによって、第1配向膜および第2配向膜の構成材料が同一の組成を有する場合にはV字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を、ハーフV字型スイッチング特性を示すものとすることができる。
(5) Composition of constituent materials of first alignment film and second alignment film In the present invention, the constituent materials of the first alignment film and the second alignment film have different compositions. By forming the first alignment film and the second alignment film using materials having different compositions, the polarities of the first alignment film surface and the second alignment film surface can be made different depending on the respective materials. As a result, the polar surface interaction between the ferroelectric liquid crystal and the first alignment film is different from the polar surface interaction between the ferroelectric liquid crystal and the second alignment film, so that the first alignment film and the second alignment film When the material of the first alignment film and the second alignment film has the same composition, the ferroelectric liquid crystal exhibiting V-shaped switching characteristics is reduced to half by V-shaped switching characteristics may be exhibited.

第1配向膜および第2配向膜の構成材料の組成を異なるものとするには、例えば、一方を光配向膜とし、他方をラビング処理された配向膜とする、あるいは、一方を反応性液晶用配向膜と固定化液晶層とが積層されたものとし、他方を光配向膜、ラビング処理された配向膜、または斜方蒸着配向膜とすればよい。また例えば、両方をラビング処理された配向膜として、ラビング処理された配向膜の構成材料の組成を異なるものとする;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;両方を斜方蒸着配向膜として、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとする;あるいは、両方を反応性液晶用配向膜と固定化液晶層とが積層されたものとして、固定化液晶層の構成材料の組成を異なるものとすればよい。   In order to change the composition of the constituent materials of the first alignment film and the second alignment film, for example, one is a photo-alignment film and the other is a rubbing-treated alignment film, or one is for reactive liquid crystal The alignment film and the fixed liquid crystal layer may be stacked, and the other may be a photo-alignment film, a rubbing-treated alignment film, or an oblique deposition alignment film. Also, for example, both are rubbed alignment films, the composition materials of the rubbed alignment films are different; both are photoalignment films, and the composition of the photo alignment film is different Both are obliquely deposited alignment films, and the composition of the constituent materials of the photo-alignment film is different; or both are formed by laminating an alignment film for reactive liquid crystal and an immobilized liquid crystal layer, What is necessary is just to make the composition of the constituent material of a layer different.

また、第1配向膜および第2配向膜が光配向膜である場合、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 film and the second alignment film are photo-alignment films, for example, by using a photoisomerizable material for one photo-alignment film and a photo-reactive material for the other photo-alignment film, The composition of the constituent material of the alignment film can be different.

さらに、第1配向膜および第2配向膜が光異性化型材料を用いた光配向膜である場合、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、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 film and the second alignment film are photo-alignment films using a photoisomerization type material, cis-trans isomerization reactivity is selected from photoisomerization-reactive compounds according to required characteristics. By selecting various skeletons and substituents, the composition of the constituent materials of the photo-alignment film can be made different. Furthermore, the composition can be changed by changing the amount of the additive added.

またさらに、第1配向膜および第2配向膜が光二量化型材料を用いた光配向膜である場合、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、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 film and the second alignment film are photo-alignment films using a photo-dimerization-type material, by selecting various photo-dimerization reactive compounds, for example, photo-dimerization-reactive polymers, The composition of the constituent materials can be different. Furthermore, the composition can be changed by changing the amount of the additive added.

第1配向膜および第2配向膜に用いられる材料の組み合わせとしては、上述の中でも、一方を反応性液晶用配向膜と固定化液晶層とが積層されたものとし、他方を光配向膜、ラビング処理された配向膜、または斜方蒸着配向膜とする;一方を光二量化型材料を用いた光配向膜とし、他方を光異性化型材料を用いた光配向膜とする;一方を光二量化型材料を用いた光配向膜とし、他方をラビング処理された配向膜とする;一方を光異性化型材料を用いた光配向膜とし、他方をラビング処理された配向膜とすることが好ましい。   As a combination of materials used for the first alignment film and the second alignment film, among the above, one of the alignment films for the reactive liquid crystal and the fixed liquid crystal layer is laminated, and the other is the photo-alignment film and the rubbing. Processed alignment film or oblique deposition alignment film; one is a photo-alignment film using a photodimerization type material and the other is a photoalignment film using a photoisomerization type material; one is a photodimerization type It is preferable that a photo-alignment film using a material is used and the other is a rubbing-treated alignment film; one is a photo-alignment film using a photoisomerizable material and the other is a rubbing-processed alignment film.

固定化液晶層は、光配向膜、ラビング処理された配向膜、または斜方蒸着配向膜よりも相対的に正の極性が強い傾向にある。そのため、この組み合わせの場合には、極性表面相互作用によって、強誘電性液晶の自発分極が、光配向膜、ラビング処理された配向膜、または斜方蒸着配向膜側を向く傾向にある。
また、光二量化型材料を用いた光配向膜は、光異性化型材料を用いた光配向膜よりも相対的に正の極性が強い傾向にあるため、この組み合わせの場合には、極性表面相互作用によって、強誘電性液晶の自発分極が、光異性化型材料を用いた光配向膜側を向く傾向にある。
さらに、光二量化型材料を用いた光配向膜は、ラビング処理された配向膜よりも相対的に正の極性が強い傾向にあるため、極性表面相互作用によって、強誘電性液晶の自発分極が、ラビング処理された配向膜側を向く傾向にある。
また、ラビング処理された配向膜は、光異性化型材料を用いた光配向膜よりも相対的に正の極性が強い傾向にあるため、極性表面相互作用によって、強誘電性液晶の自発分極が、光異性化型材料を用いた光配向膜側を向く傾向にある。
このような組み合わせの場合には、強誘電性液晶の自発分極の向きを制御することができるので、第1配向膜および第2配向膜の構成材料を同一の組成を有するものである場合にV字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を、ハーフV字型スイッチング特性を示すものとすることができる。
The fixed liquid crystal layer tends to have a stronger positive polarity than the photo-alignment film, the rubbing-treated alignment film, or the oblique deposition alignment film. Therefore, in the case of this combination, the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal tends to be directed to the photo-alignment film, the rubbing-treated alignment film, or the oblique deposition alignment film side due to the polar surface interaction.
In addition, a photo-alignment film using a photodimerization type material tends to have a relatively positive polarity compared to a photo-alignment film using a photoisomerization type material. Due to the action, the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal tends to face the photo-alignment film side using the photoisomerizable material.
Furthermore, since the photo-alignment film using the photodimerization type material tends to have a relatively positive polarity relative to the alignment film subjected to the rubbing treatment, the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal is caused by the polar surface interaction, There is a tendency to face the rubbing-treated alignment film side.
In addition, rubbing alignment films tend to have a relatively positive polarity compared to photo-alignment films using photoisomerizable materials, so that the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal is caused by the polar surface interaction. There is a tendency to face the photo-alignment film side using the photoisomerization type material.
In such a combination, the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal can be controlled. Therefore, when the constituent materials of the first alignment film and the second alignment film have the same composition, V A ferroelectric liquid crystal exhibiting a letter-shaped switching characteristic can exhibit a half V-shaped switching characteristic.

本発明においては、上述したように、第1配向膜と第2配向膜とで、第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合には、第2電極層に負の電圧を印加したときに、表示を行うことが好ましい。
1配向膜と第2配向膜とで、第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合としては、上記の組み合わせが挙げられ、具体的には、第1配向膜を光配向膜、ラビング処理された配向膜、または斜方蒸着配向膜とし、第2配向膜を反応性液晶用配向膜と固定化液晶層とが積層されたものとする;第1配向膜を光異性化型材料を用いた光配向膜とし、第2配向膜を光二量化型材料を用いた光配向膜とする;第1配向膜をラビング処理された配向膜とし、第2配向膜を光二量化型材料を用いた光配向膜とする;あるいは、第1配向膜を光異性化型材料を用いた光配向膜とし、第2配向膜をラビング処理された配向膜とすることが好ましい。
In the present invention, as described above, when the second alignment film tends to have a relatively positive polarity between the first alignment film and the second alignment film, the second electrode layer has a negative polarity. It is preferable to perform display when the above voltage is applied.
In the case where the first alignment film and the second alignment film have a tendency that the second alignment film tends to have a relatively positive polarity, the combination described above can be given. A photo-alignment film, a rubbing-treated alignment film, or an oblique deposition film, and the second alignment film is formed by laminating a reactive liquid crystal alignment film and an immobilized liquid crystal layer; A photo-alignment film using an isomerized material and a second alignment film as a photo-alignment film using a photo-dimerization type material; a first alignment film as a rubbed alignment film and a second alignment film as a photo-dimerization Preferably, a photo-alignment film using a mold material is used; alternatively, the first alignment film is a photo-alignment film using a photoisomerization-type material, and the second alignment film is preferably a rubbing-processed alignment film.

2.液晶層
本発明における液晶層は、第1配向処理基板の第1配向膜および第2配向処理基板の第2配向膜の間に形成され、強誘電性液晶を含むものである。また、強誘電性液晶は、単安定性を示すものである。さらに、この強誘電性液晶は、第1配向膜の構成材料および第2配向膜の構成材料を同一の組成を有するものとした場合に液晶表示素子駆動時にV字型スイッチング特性を示すものであり、かつ、本発明の液晶表示素子駆動にはハーフV字型スイッチング特性を示すものである。
2. Liquid Crystal Layer The liquid crystal layer in the present invention is formed between the first alignment film of the first alignment processing substrate and the second alignment film of the second alignment processing substrate, and includes a ferroelectric liquid crystal. In addition, the ferroelectric liquid crystal exhibits monostability. Furthermore, this ferroelectric liquid crystal exhibits V-shaped switching characteristics when the liquid crystal display element is driven when the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have the same composition. In addition, the liquid crystal display element driving of the present invention exhibits a half V-shaped switching characteristic.

強誘電性液晶の相系列は、カイラルスメクチックC相(SmC)を発現するものであれば特に限定されるものではない。例えば、相系列が、降温過程において、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、ネマチック相(N)−スメクチックA相(SmA)−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)−コレステリック相(Ch)−スメクチックA相(SmA)−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。 The phase series of the ferroelectric liquid crystal is not particularly limited as long as it exhibits a chiral smectic C phase (SmC * ). For example, the phase sequence changes in phase with the nematic phase (N) -cholesteric phase (Ch) -chiral smectic C phase (SmC * ) in the temperature lowering process, the nematic phase (N) -chiral smectic C phase (SmC * ) , Nematic phase (N) -smectic A phase (SmA) -chiral smectic C phase (SmC * ), phase change, nematic phase (N) -cholesteric phase (Ch) -smectic A phase (SmA ) -Chiral smectic C phase (SmC * ) and the like.

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。具体的には、AZエレクトロニックマテリアルズ社製「R3201」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. Specifically, “R3201” manufactured by AZ Electronic Materials may be mentioned.

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、ビーズスペーサ、柱状スペーサ、隔壁等により調整することができる。   The thickness of the liquid crystal layer is preferably in the range of 1.2 μm to 3.0 μm, more preferably 1.3 μm to 2.5 μm, and still more preferably in the range of 1.4 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 bead spacers, columnar spacers, partition walls, or the like.

液晶層の形成方法としては、一般に液晶セルの作製方法として用いられる方法を使用することができ、例えば真空注入方式、液晶滴下方式等を用いることができる。
真空注入方式では、例えばあらかじめ第1配向処理基板および第2配向処理基板を用いて作製した液晶セルに、加温することによって等方性液体とした強誘電性液晶を、キャピラリー効果を利用して注入し、接着剤で封鎖することにより液晶層を形成することができる。
また液晶滴下方式では、例えば第2配向処理基板の第2配向膜上に、加温した強誘電性液晶を滴下し、第1配向処理基板の周縁部にシール剤を塗布し、減圧下で第1配向処理基板および第2配向処理基板を重ね合わせ、シール剤を介して接着させることにより液晶層を形成することができる。
As a method for forming the liquid crystal layer, a method generally used as a method for manufacturing a liquid crystal cell can be used. For example, a vacuum injection method, a liquid crystal dropping method, or the like can be used.
In the vacuum injection method, for example, a ferroelectric liquid crystal that is made an isotropic liquid by heating is applied to a liquid crystal cell that has been prepared using a first alignment processing substrate and a second alignment processing substrate in advance by utilizing the capillary effect. The liquid crystal layer can be formed by pouring and sealing with an adhesive.
Further, in the liquid crystal dropping method, for example, a heated ferroelectric liquid crystal is dropped on the second alignment film of the second alignment processing substrate, a sealant is applied to the peripheral portion of the first alignment processing substrate, and the first is applied under reduced pressure. A liquid crystal layer can be formed by superimposing the first alignment treatment substrate and the second alignment treatment substrate and bonding them with a sealant.

強誘電性液晶を配向させる際、強誘電性液晶に重合性モノマーが添加されている場合には、強誘電性液晶を配向させた後、重合性モノマーを重合させる。重合性モノマーの重合方法としては、重合性モノマーの種類に応じて適宜選択され、例えば、重合性モノマーとして紫外線硬化性樹脂モノマーを用いた場合は、紫外線照射により重合性モノマーを重合させることができる。
また、重合性モノマーを重合させる際には、強誘電性液晶で構成される液晶層に電圧を印加してもよく電圧を印加しなくてもよいが、中でも、液晶層に電圧を印加しない状態で重合性モノマーを重合させることが好ましい。
When aligning the ferroelectric liquid crystal, if a polymerizable monomer is added to the ferroelectric liquid crystal, the ferroelectric liquid crystal is aligned and then the polymerizable monomer is polymerized. The polymerization method of the polymerizable monomer is appropriately selected according to the type of the polymerizable monomer. For example, when an ultraviolet curable resin monomer is used as the polymerizable monomer, the polymerizable monomer can be polymerized by ultraviolet irradiation. .
Further, when polymerizing the polymerizable monomer, a voltage may or may not be applied to the liquid crystal layer composed of the ferroelectric liquid crystal, but no voltage is applied to the liquid crystal layer. It is preferable to polymerize a polymerizable monomer.

本発明においては、強誘電性液晶が単安定性を示すものであるので、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であり、電圧変調により階調制御が可能な液晶表示素子を得ることができる。   In the present invention, since the ferroelectric liquid crystal exhibits monostability, a liquid crystal display element that can be driven by an active matrix method using a thin film transistor (TFT) and can control gradation by voltage modulation is provided. Obtainable.

3.第1配向処理基板
本発明に用いられる第1配向処理基板は、第1基材と、この第1基材上に形成された第1電極層と、この第1電極層上に形成された第1配向膜とを有するものである。
なお、第1配向膜については、上述したので、ここでの説明は省略する。以下、第1配向処理基板における他の構成について説明する。
3. First alignment processing substrate The first alignment processing substrate used in the present invention includes a first base material, a first electrode layer formed on the first base material, and a first electrode layer formed on the first electrode layer. And one alignment film.
Since the first alignment film has been described above, the description thereof is omitted here. Hereinafter, another configuration of the first alignment processing substrate will be described.

(1)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配向処理基板の第1電極層および第2配向処理基板の第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。
(1) 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. At least one of the electrode layer and the second electrode layer of the second alignment treatment substrate is preferably formed of a transparent conductor. Preferred examples of the transparent conductor material include indium oxide, tin oxide, indium tin oxide (ITO), and the like.

本発明により得られる液晶表示素子を、TFTを用いたアクティブマトリックス方式で駆動させる場合には、第1配向処理基板および第2配向処理基板のうち、一方に上記透明導電体で形成される全面共通電極を設け、他方にはゲート電極とソース電極をマトリックス状に配列し、ゲート電極とソース電極で囲まれた部分にTFT素子および画素電極を設ける。   When the liquid crystal display element obtained by the present invention is driven by an active matrix system using TFTs, one of the first alignment processing substrate and the second alignment processing substrate is formed on the entire surface formed of the transparent conductor. An electrode is provided, and on the other side, a gate electrode and a source electrode are arranged in a matrix, and a TFT element and a pixel electrode are provided in a portion surrounded by the gate electrode and the source electrode.

第1電極層の形成方法としては、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)法などが挙げられる。   Examples of the method for forming the first electrode layer include chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD) such as sputtering, ion plating, and vacuum deposition.

(2)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。
(2) 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 preferable. Can be mentioned.

(3)その他の構成
本発明おける第1配向処理基板においては、第1基材上に隔壁または柱状スペーサが形成されていてもよい。第2配向処理基板において第2基材上に隔壁または柱状スペーサが形成されている場合には、第1配向処理基板において第1基材上には隔壁または柱状スペーサが形成されない。すなわち、第1配向処理基板に隔壁または柱状スペーサが形成されていてもよく、第2配向処理基板に隔壁または柱状スペーサが形成されていてもよい。
隔壁および柱状スペーサとしては、一般的な隔壁および柱状スペーサを適用することができる。
(3) Other Configurations In the first alignment substrate in the present invention, partition walls or columnar spacers may be formed on the first base material. When the partition or columnar spacer is formed on the second base material in the second alignment processing substrate, the partition or columnar spacer is not formed on the first base material in the first alignment processing substrate. That is, partition walls or columnar spacers may be formed on the first alignment processing substrate, and partition walls or columnar spacers may be formed on the second alignment processing substrate.
As the partition walls and columnar spacers, general partition walls and columnar spacers can be applied.

また、本発明における第1配向処理基板おいては、第1基材上に着色層が形成されていてもよい。第2配向処理基板において第2基材上に着色層が形成されている場合には、第1配向処理基板において第1基材上には着色層が形成されない。すなわち、第1配向処理基板に着色層が形成されていてもよく、第2配向処理基板に着色層が形成されていてもよい。
着色層が形成されている場合には、着色層によってカラー表示を実現することができるカラーフィルタ方式の液晶表示素子を得ることができる。
着色層の形成方法としては、一般的なカラーフィルタにおける着色層を形成する方法を用いることができ、例えば、顔料分散法(カラーレジスト法、エッチング法)、印刷法、インクジェット法などを用いることができる。
Moreover, in the 1st orientation processing board | substrate in this invention, the colored layer may be formed on the 1st base material. When the colored layer is formed on the second base material in the second alignment processing substrate, the coloring layer is not formed on the first base material in the first alignment processing substrate. That is, a colored layer may be formed on the first alignment processing substrate, and a coloring layer may be formed on the second alignment processing substrate.
When the colored layer is formed, a color filter type liquid crystal display element capable of realizing color display by the colored layer can be obtained.
As a method for forming the colored layer, a method for forming a colored layer in a general color filter can be used. For example, a pigment dispersion method (color resist method, etching method), a printing method, an inkjet method, or the like can be used. it can.

4.第2配向処理基板
本発明に用いられる第2配向処理基板は、第2基材と、この第2基材上に形成された第2電極層と、この第2電極層上に形成された第2配向膜とを有するものである。
なお、第2配向膜については、上述したので、ここでの説明は省略する。また、第2基材、第2電極層、およびその他の構成については、上記第1配向処理基板における第1基材、第1電極層、およびその他の構成とそれぞれ同様であるので、ここでの説明は省略する。
4). Second alignment treatment substrate The second alignment treatment substrate used in the present invention includes a second base material, a second electrode layer formed on the second base material, and a second electrode layer formed on the second electrode layer. And two alignment films.
Since the second alignment film has been described above, description thereof is omitted here. The second base material, the second electrode layer, and other configurations are the same as the first base material, the first electrode layer, and other configurations in the first alignment processing substrate, respectively. Description is omitted.

5.その他の構成
本発明の液晶表示素子は、図11に例示するように偏光板を有していてもよい。
本発明に用いられる偏光板としては、光の波動のうち特定方向のみを透過させるものであれば特に限定されるものではなく、一般に液晶表示素子の偏光板として用いられているものを使用することができる。
5. Other Configurations The liquid crystal display element of the present invention may have a polarizing plate as illustrated in FIG.
The polarizing plate used in the present invention is not particularly limited as long as it transmits only a specific direction among the wave of light, and a polarizing plate generally used as a polarizing plate of a liquid crystal display element should be used. Can do.

6.液晶表示素子の駆動方法
本発明の液晶表示素子の駆動方法としては、強誘電性液晶の高速応答性を利用することができるので、1画素を時間分割し、良好な動画表示特性を得るために高速応答性を特に必要とするフィールドシーケンシャルカラー方式が適している。
6). Method for Driving Liquid Crystal Display Element As a method for driving the liquid crystal display element of the present invention, the high-speed response of ferroelectric liquid crystal can be used. A field sequential color system that particularly requires high-speed response is suitable.

また、本発明の液晶表示素子の駆動方法は、フィールドシーケンシャル方式に限定されるものではなく、着色層を用いてカラー表示を行う、カラーフィルタ方式であってもよい。   Further, the driving method of the liquid crystal display element of the present invention is not limited to the field sequential method, and may be a color filter method that performs color display using a colored layer.

本発明の液晶表示素子の駆動方法としては、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が好ましい。TFT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。   As a driving method of the liquid crystal display element of the present invention, an active matrix system using a thin film transistor (TFT) is preferable. This is because by adopting an active matrix system using TFTs, the target pixel can be reliably turned on and off, and a high-quality display becomes possible.

本発明においては、第1配向処理基板がTFT基板、第2配向処理基板が共通電極基板であってもよく、第1配向処理基板が共通電極基板、第2配向処理基板がTFT基板であってもよい。中でも、第1配向膜と第2配向膜とで、第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合、第1配向処理基板がTFT基板、第2配向処理基板が共通電極基板であることが好ましい。   In the present invention, the first alignment treatment substrate may be a TFT substrate, the second alignment treatment substrate may be a common electrode substrate, the first alignment treatment substrate is a common electrode substrate, and the second alignment treatment substrate is a TFT substrate. Also good. In particular, when the first alignment film and the second alignment film tend to have a relatively positive polarity in the second alignment film, the first alignment process substrate is common to the TFT substrate and the second alignment process substrate. An electrode substrate is preferred.

例えば図13に示す液晶表示素子1において、ゲート電極26xを30V程度の高電位にするとTFT素子27のスイッチがオンになり、ソース電極26yによって信号電圧が強誘電性液晶に加えられ、ゲート電極26xを−10V程度の低電位にするとTFT素子27のスイッチがオフになる。スイッチオフ状態では、図14に例示するように、共通電極(第2電極層3a)およびゲート電極26x間には、共通電極(第2電極層3a)側が正になるように電圧が印加される。このスイッチオフ状態のとき、強誘電性液晶は動作しないので、その画素は暗状態となる。   For example, in the liquid crystal display element 1 shown in FIG. 13, when the gate electrode 26x is set to a high potential of about 30 V, the TFT element 27 is switched on, and a signal voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal by the source electrode 26y. Is set to a low potential of about −10 V, the TFT element 27 is switched off. In the switch-off state, as illustrated in FIG. 14, a voltage is applied between the common electrode (second electrode layer 3a) and the gate electrode 26x so that the common electrode (second electrode layer 3a) side is positive. . Since the ferroelectric liquid crystal does not operate in this switch-off state, the pixel is in a dark state.

第1配向膜と第2配向膜とで、第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合、電圧無印加状態では、極性表面相互作用によって強誘電性液晶の自発分極が第1配向膜側を向く傾向にある。すなわち、スイッチオフ状態のとき、図14に例示するように、液晶分子25の自発分極PsがTFT基板(第1配向処理基板11a)側を向く。したがって、自発分極の向きは、共通電極(第2電極層3a)およびゲート電極26x間に印加された電圧の影響を受けることがない。   In the first alignment film and the second alignment film, when the second alignment film tends to have a relatively positive polarity, the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal is caused by the polar surface interaction when no voltage is applied. Tends to face the first alignment film side. That is, in the switch-off state, as illustrated in FIG. 14, the spontaneous polarization Ps of the liquid crystal molecules 25 faces the TFT substrate (first alignment processing substrate 11a) side. Therefore, the direction of spontaneous polarization is not affected by the voltage applied between the common electrode (second electrode layer 3a) and the gate electrode 26x.

一方、第1配向膜と第2配向膜とで、第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合であって、第1配向処理基板が共通電極基板、第2配向処理基板がTFT基板である場合には、電圧無印加状態にて強誘電性液晶の自発分極が共通電極基板(第2配向処理基板)側を向くため、スイッチオフ状態のときに共通電極およびゲート電極間に印加された電圧の影響によって、ゲート電極が設けられている領域付近で自発分極の向きが反転してしまう。そうすると、ゲート電極が設けられている領域付近では、スイッチがオフであるにもかかわらず、強誘電性液晶が動作して光漏れが生じる。   On the other hand, in the first alignment film and the second alignment film, the second alignment film tends to have a relatively strong positive polarity, and the first alignment processing substrate is the common electrode substrate and the second alignment film. When the processing substrate is a TFT substrate, the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal faces the common electrode substrate (second alignment processing substrate) side when no voltage is applied. Due to the influence of the voltage applied between the electrodes, the direction of spontaneous polarization is reversed in the vicinity of the region where the gate electrode is provided. Then, in the vicinity of the region where the gate electrode is provided, the ferroelectric liquid crystal operates and light leakage occurs even though the switch is off.

これに対し、第1配向膜と第2配向膜とで、第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合であって、第1配向処理基板がTFT基板、第2配向処理基板が共通電極基板である場合には、自発分極の向きは、共通電極およびゲート電極間に印加された電圧の影響を受けないので、光漏れが生じることがない。したがって、自発分極の向きを制御し、第1配向処理基板をTFT基板、第2配向処理基板を共通電極基板とすることにより、ゲート電極付近の光漏れを防止することができる。   On the other hand, in the first alignment film and the second alignment film, the second alignment film tends to have a relatively positive polarity, and the first alignment processing substrate is the TFT substrate, and the second alignment film is the second alignment film. When the alignment substrate is a common electrode substrate, the direction of spontaneous polarization is not affected by the voltage applied between the common electrode and the gate electrode, so that no light leakage occurs. Therefore, by controlling the direction of spontaneous polarization and using the first alignment processing substrate as the TFT substrate and the second alignment processing substrate as the common electrode substrate, light leakage near the gate electrode can be prevented.

上述したように、第1配向膜と第2配向膜とで、第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にある場合には、第2電極層に負の電圧を印加したときに、表示を行うことが好ましい。すなわち、強誘電性液晶が、第2電極層に負の電圧を印加したときに、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化することが好ましい。
仮に、共通電極に対して、画素電極の電圧が相対的に高い場合を正の極性の電圧印加、画素電極の電圧が相対的に低い場合を負の極性の電圧印加とする。このように定義すると、第1配向処理基板が共通電極基板、第2配向処理基板がTFT基板である場合には、強誘電性液晶は、共通電極に対して画素電極の電圧が相対的に低い、すなわち負の極性の電圧印加のときに、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化することになる。また、第1配向処理基板がTFT基板、第2配向処理基板が共通電極基板である場合には、強誘電性液晶は、共通電極に対して画素電極の電圧が相対的に高い、すなわち正の極性の電圧印加のときに、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化することになる。
As described above, when the second alignment film tends to have a relatively positive polarity in the first alignment film and the second alignment film, a negative voltage is applied to the second electrode layer. Sometimes it is preferable to display. That is, when a negative voltage is applied to the second electrode layer of the ferroelectric liquid crystal, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal is parallel to the first alignment treatment substrate surface and is approximately equal to the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal. It is preferable to change 2 times.
If the pixel electrode voltage is relatively high with respect to the common electrode, a positive polarity voltage application is assumed, and if the pixel electrode voltage is relatively low, a negative polarity voltage application is assumed. In this definition, when the first alignment processing substrate is a common electrode substrate and the second alignment processing substrate is a TFT substrate, the ferroelectric liquid crystal has a pixel electrode voltage relatively lower than the common electrode. That is, when a negative polarity voltage is applied, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes approximately twice the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal in parallel with the first alignment processing substrate surface. Further, when the first alignment processing substrate is a TFT substrate and the second alignment processing substrate is a common electrode substrate, the ferroelectric liquid crystal has a pixel electrode voltage relatively higher than the common electrode, that is, a positive electrode. When a polarity voltage is applied, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes approximately twice the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal parallel to the first alignment substrate surface.

また、本発明の液晶表示素子の駆動方法は、セグメント方式であってもよい。   Further, the driving method of the liquid crystal display element of the present invention may be a segment method.

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.

以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
[実施例1]
(第1配向処理基板の作製)
ITO電極が形成されたガラス基板をよく洗浄し、このガラス基板上に透明レジスト(JSR社製、商品名:NN780)をスピンコートして、減圧乾燥し、90℃で3分間プリベークを行った。次いで、100mJ/cm2の紫外線でマスク露光し、無機アルカリ溶液で現像を行い、230℃で30分間ポストベークを行った。これにより、高さ1.5μmの柱状スペーサを形成した。
次いで、柱状スペーサが形成されたガラス基板上に、光配向性材料(DIC社製、商品名:LIA01)を回転数1000rpmで20秒間スピンコートし、100℃で3分間乾燥した後、直線偏光紫外線を約1000mJ/cm2照射し、配向処理を行った。
The following examples illustrate the present invention in more detail.
[Example 1]
(Production of first alignment processing substrate)
The glass substrate on which the ITO electrode was formed was thoroughly washed, and a transparent resist (manufactured by JSR, trade name: NN780) was spin coated on the glass substrate, dried under reduced pressure, and prebaked at 90 ° C. for 3 minutes. Subsequently, it exposed to a mask with 100 mJ / cm 2 ultraviolet rays, developed with an inorganic alkali solution, and post-baked at 230 ° C. for 30 minutes. Thereby, a columnar spacer having a height of 1.5 μm was formed.
Next, a photo-alignment material (manufactured by DIC, trade name: LIA01) is spin-coated at 1000 rpm for 20 seconds on a glass substrate on which columnar spacers are formed, dried at 100 ° C. for 3 minutes, and then linearly polarized ultraviolet rays. Was irradiated with about 1000 mJ / cm 2 to perform alignment treatment.

(第2配向処理基板の作製)
ITO電極が形成されたガラス基板をよく洗浄し、このガラス基板上に、光配向性材料(DIC社製、商品名:LIA01)を回転数1000rpmで20秒間スピンコートし、100℃で3分間乾燥した後、直線偏光紫外線を約1000mJ/cm2照射し、配向処理を行った。さらに、上記光配向性材料を用いた配向膜上に重合性液晶(ROLIC テクノロジー社製、商品名:ROF5101)を回転数1000rpmで20秒間スピンコートし、100℃で3分間乾燥した後、非偏光紫外線を約1000mJ/cm2照射し、配向処理を行った。
(Preparation of second alignment processing substrate)
The glass substrate on which the ITO electrode is formed is thoroughly washed, and on this glass substrate, a photo-alignment material (manufactured by DIC, product name: LIA01) is spin-coated at 1000 rpm for 20 seconds and dried at 100 ° C. for 3 minutes. After that, alignment treatment was performed by irradiating with linearly polarized ultraviolet rays of about 1000 mJ / cm 2 . Further, a polymerizable liquid crystal (trade name: ROF5101, manufactured by ROLIC Technology Co., Ltd.) is spin-coated at 1000 rpm for 20 seconds on the alignment film using the photoalignable material, dried at 100 ° C. for 3 minutes, and then non-polarized light. The alignment treatment was performed by irradiating with ultraviolet rays of about 1000 mJ / cm 2 .

(液晶表示素子の作製)
第1配向処理基板と第2配向処理基板を、それぞれの配向処理方向が平行になるように組み合わせて、セルを作製した。作製したセルを、強誘電性液晶のネマチック相−等方相の転移温度より10℃高い温度に加熱し、強誘電性液晶材料(AZエレクトロニックマテリアルズ社製、商品名:R3201)を注入した。
(Production of liquid crystal display element)
A cell was fabricated by combining the first alignment treatment substrate and the second alignment treatment substrate so that the respective alignment treatment directions were parallel. The produced cell was heated to a temperature 10 ° C. higher than the nematic phase-isotropic phase transition temperature of the ferroelectric liquid crystal, and a ferroelectric liquid crystal material (manufactured by AZ Electronic Materials, trade name: R3201) was injected.

(評価)
作製した液晶表示素子の液晶駆動特性を測定したところ、駆動特性はハーフV字型スイッチング特性を示した。
この液晶表示素子における印加電圧および透過光量の関係を図15に示す。また、液晶表示素子における強誘電性液晶の配向状態を示す写真を図16に示す。
(Evaluation)
When the liquid crystal drive characteristics of the manufactured liquid crystal display element were measured, the drive characteristics showed a half V-shaped switching characteristic.
FIG. 15 shows the relationship between the applied voltage and the amount of transmitted light in this liquid crystal display element. FIG. 16 shows a photograph showing the alignment state of the ferroelectric liquid crystal in the liquid crystal display element.

[比較例1]
第2配向処理基板の作製において、光配向性材料を用いた配向膜上に重合性液晶を用いた層を形成しなかった以外は、実施例1と同様の方法で液晶表示素子を作製した。
作製した液晶表示素子の液晶駆動特性を測定したところ、駆動特性はV字型スイッチング特性を示した。
この液晶表示素子における印加電圧および透過光量の関係を図15に示す。また、液晶表示素子における強誘電性液晶の配向状態を示す写真を図17に示す。
[Comparative Example 1]
A liquid crystal display device was produced in the same manner as in Example 1 except that in the production of the second alignment treatment substrate, a layer using a polymerizable liquid crystal was not formed on an alignment film using a photo-alignment material.
When the liquid crystal drive characteristics of the manufactured liquid crystal display element were measured, the drive characteristics showed V-shaped switching characteristics.
FIG. 15 shows the relationship between the applied voltage and the amount of transmitted light in this liquid crystal display element. FIG. 17 shows a photograph showing the alignment state of the ferroelectric liquid crystal in the liquid crystal display element.

[実施例2]
第2配向処理基板の作製において、光配向性材料を用いた配向膜および重合性液晶を用いた層を形成する替わりに、下記に示すように配向膜を形成した以外は、実施例1と同様の方法で液晶表示素子を作製した。
ガラス基板上に、光配向性材料(ROLIC テクノロジー社製、商品名:ROP103)を回転数1000rpmで20秒間スピンコートし、100℃で3分間乾燥した後、偏光紫外線を約100mJ/cm2照射し、配向処理を行った。
[Example 2]
In the production of the second alignment treatment substrate, the same as in Example 1 except that instead of forming an alignment film using a photo-alignment material and a layer using a polymerizable liquid crystal, an alignment film was formed as shown below. A liquid crystal display element was produced by the method described above.
A photo-alignment material (product name: ROP103, manufactured by ROLIC Technology, Inc.) is spin-coated on a glass substrate for 20 seconds at a rotation speed of 1000 rpm, dried at 100 ° C. for 3 minutes, and then irradiated with polarized ultraviolet rays for about 100 mJ / cm 2. Then, the orientation treatment was performed.

作製した液晶表示素子の液晶駆動特性を測定したところ、駆動特性はハーフV字型スイッチング特性を示した。
この液晶表示素子における印加電圧および透過光量の関係を図15に示す。
When the liquid crystal drive characteristics of the manufactured liquid crystal display element were measured, the drive characteristics showed a half V-shaped switching characteristic.
FIG. 15 shows the relationship between the applied voltage and the amount of transmitted light in this liquid crystal display element.

[実施例3]
第2配向処理基板の作製において、光配向性材料を用いた配向膜および重合性液晶を用いた層を形成する替わりに、下記に示すように配向膜を形成した以外は、実施例1と同様の方法で液晶表示素子を作製した。
ガラス基板上に、ナイロン6(アルドリッチ社製)の2wt%トリクロロエタノール溶液を回転数1000rpmで20秒間スピンコートし、100℃で3分間乾燥した後、ラビング処理を行い、ラビング処理された配向膜を形成した。
作製した液晶表示素子の液晶駆動特性を測定したところ、駆動特性はハーフV字型スイッチング特性を示した。
[Example 3]
In the production of the second alignment treatment substrate, the same as in Example 1 except that instead of forming an alignment film using a photo-alignment material and a layer using a polymerizable liquid crystal, an alignment film was formed as shown below. A liquid crystal display element was produced by the method described above.
A glass substrate is spin-coated with a 2 wt% trichloroethanol solution of nylon 6 (manufactured by Aldrich) at a rotation speed of 1000 rpm for 20 seconds, dried at 100 ° C. for 3 minutes, then rubbed, and the rubbed alignment film is formed. Formed.
When the liquid crystal drive characteristics of the manufactured liquid crystal display element were measured, the drive characteristics showed a half V-shaped switching characteristic.

[実施例4]
第2配向処理基板の作製において、光配向性材料を用いた配向膜および重合性液晶を用いた層を形成する替わりに、下記に示すように配向膜を形成した以外は、実施例1と同様の方法で液晶表示素子を作製した。
ガラス基板上に、(ポリ(塩化トリメリット酸無水物−co−4,4’−メチレンジアニリン)(Poly(trimellitic anhydride chloride-co-4,4’-methylenedianiline)(アルドリッチ社製)の2wt%N−メチルピロリジノン溶液を回転数1000rpmで20秒間スピンコートし、100℃で3分間乾燥し、オーブンで230℃で1時間焼成した後、ラビング処理を行い、ラビング処理された配向膜を形成した。
作製した液晶表示素子の液晶駆動特性を測定したところ、駆動特性はハーフV字型スイッチング特性を示した。
[Example 4]
In the production of the second alignment treatment substrate, the same as in Example 1 except that instead of forming an alignment film using a photo-alignment material and a layer using a polymerizable liquid crystal, an alignment film was formed as shown below. A liquid crystal display element was produced by the method described above.
2% by weight of poly (trimellitic anhydride chloride-co-4,4'-methylenedianiline) (manufactured by Aldrich) on a glass substrate The N-methylpyrrolidinone solution was spin-coated at a rotation speed of 1000 rpm for 20 seconds, dried at 100 ° C. for 3 minutes, and baked at 230 ° C. for 1 hour in an oven, followed by rubbing treatment to form a rubbing-treated alignment film.
When the liquid crystal drive characteristics of the manufactured liquid crystal display element were measured, the drive characteristics showed a half V-shaped switching characteristic.

本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the liquid crystal display element of this invention. 強誘電性液晶の印加電圧に対する透過光量の変化を示したグラフである。It is the graph which showed the change of the transmitted light amount with respect to the applied voltage of a ferroelectric liquid crystal. 強誘電性液晶の印加電圧に対する透過光量の変化を示したグラフである。It is the graph which showed the change of the transmitted light amount with respect to the applied voltage of a ferroelectric liquid crystal. 液晶分子の挙動を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the behavior of a liquid crystal molecule. 強誘電性液晶の配向状態の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the orientation state of a ferroelectric liquid crystal. 強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the orientation state of a ferroelectric liquid crystal. 強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the orientation state of a ferroelectric liquid crystal. 強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the orientation state of a ferroelectric liquid crystal. 強誘電性液晶の自発分極を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the spontaneous polarization of a ferroelectric liquid crystal. 強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the orientation state of a ferroelectric liquid crystal. 本発明の液晶表示素子の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the liquid crystal display element of this invention. 本発明の液晶表示素子の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the liquid crystal display element of this invention. 本発明の液晶表示素子の他の例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the other example of the liquid crystal display element of this invention. 強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the orientation state of a ferroelectric liquid crystal. 実施例1,2および比較例1の液晶表示素子の印加電圧に対する透過光量の変化を示したグラフである。6 is a graph showing changes in the amount of transmitted light with respect to applied voltages of the liquid crystal display elements of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. 実施例1の強誘電性液晶の配向状態を示す写真である。3 is a photograph showing the alignment state of the ferroelectric liquid crystal of Example 1. FIG. 比較例1の強誘電性液晶の配向状態を示す写真である。6 is a photograph showing the alignment state of the ferroelectric liquid crystal of Comparative Example 1. 強誘電性液晶の印加電圧に対する透過光量の変化を示したグラフである。It is the graph which showed the change of the transmitted light amount with respect to the applied voltage of a ferroelectric liquid crystal.

符号の説明Explanation of symbols

1 … 液晶表示素子
2a … 第1基材
2b … 第2基材
3a … 第1配向膜
3b … 第2配向膜
4a … 第1電極層
4b … 第2電極層
5 … 液晶層
11a … 第1配向処理基板
11b … 第2配向処理基板
25 … 液晶分子
z … 層法線
Ps … 自発分極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid crystal display element 2a ... 1st base material 2b ... 2nd base material 3a ... 1st orientation film 3b ... 2nd orientation film 4a ... 1st electrode layer 4b ... 2nd electrode layer 5 ... Liquid crystal layer 11a ... 1st orientation Processing substrate 11b ... Second alignment processing substrate 25 ... Liquid crystal molecule z ... Layer normal Ps ... Spontaneous polarization

Claims (9)

第1基材、前記第1基材上に形成された第1電極層、および、前記第1電極層上に形成された第1配向膜を有する第1配向処理基板と、
第2基材、前記第2基材上に形成された第2電極層、および、前記第2電極層上に形成された第2配向膜を有し、前記第1配向処理基板に対して前記第1配向膜および前記第2配向膜が対向するように配置された第2配向処理基板と、
前記第1配向膜および前記第2配向膜の間に形成され、強誘電性液晶を含む液晶層とを有し、
前記第1配向膜の構成材料および前記第2配向膜の構成材料が互いに異なる組成を有するものである液晶表示素子であって、
前記強誘電性液晶が、単安定性を示し、かつ、前記第1配向膜の構成材料および前記第2配向膜の構成材料を同一の組成を有するものとした場合に、前記液晶表示素子駆動時にV字型スイッチング特性を示すものであり、
前記第1配向膜の構成材料および前記第2配向膜の構成材料を互いに異なる組成を有するものとすることにより、前記強誘電性液晶を、前記液晶表示素子駆動時にハーフV字型スイッチング特性を示すものとすることを特徴とする液晶表示素子。
A first alignment treatment substrate having a first substrate, a first electrode layer formed on the first substrate, and a first alignment film formed on the first electrode layer;
A second base material, a second electrode layer formed on the second base material, and a second alignment film formed on the second electrode layer; A second alignment treatment substrate disposed so that the first alignment film and the second alignment film face each other;
A liquid crystal layer formed between the first alignment film and the second alignment film and including a ferroelectric liquid crystal;
A liquid crystal display element in which the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have different compositions,
When the ferroelectric liquid crystal is monostable and the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have the same composition, the liquid crystal display element is driven. V-shaped switching characteristics,
By making the constituent material of the first alignment film and the constituent material of the second alignment film have different compositions, the ferroelectric liquid crystal exhibits a half V-shaped switching characteristic when the liquid crystal display element is driven. A liquid crystal display element characterized by comprising.
前記第2配向膜が、前記第2基材上に形成された反応性液晶用配向膜と、前記反応性液晶用配向膜上に形成され、反応液晶を固定化してなる固定化液晶層とからなることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示素子。   The second alignment film includes a reactive liquid crystal alignment film formed on the second substrate, and a fixed liquid crystal layer formed on the reactive liquid crystal alignment film and having the reactive liquid crystal fixed thereon. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein 前記第1配向膜が光配向膜であることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示素子。   The liquid crystal display element according to claim 2, wherein the first alignment film is a photo-alignment film. 前記第1配向膜が光異性化型材料を用いた光配向膜であり、前記第2配向膜が光二量化型材料を用いた光配向膜であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示素子。   2. The liquid crystal according to claim 1, wherein the first alignment film is a photo-alignment film using a photoisomerizable material, and the second alignment film is a photo-alignment film using a photodimerization material. Display element. 前記第1配向膜が光異性化型材料を用いた光配向膜であり、前記第2配向膜がラビング処理された配向膜であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示素子。   The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the first alignment film is a photo-alignment film using a photoisomerizable material, and the second alignment film is a rubbing-processed alignment film. 前記第1配向膜がラビング処理された配向膜であり、前記第2配向膜が光二量化型材料を用いた光配向膜であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示素子。   The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the first alignment film is a rubbing alignment film, and the second alignment film is a photo-alignment film using a photodimerization type material. 前記ラビング処理された配向膜がポリイミドを含有することを特徴とする請求項5または請求項6に記載の液晶表示素子。   The liquid crystal display element according to claim 5, wherein the alignment film subjected to the rubbing treatment contains polyimide. 前記ラビング処理された配向膜がナイロンを含有することを特徴とする請求項5または請求項6に記載の液晶表示素子。   7. The liquid crystal display element according to claim 5, wherein the alignment film subjected to the rubbing treatment contains nylon. 前記第2電極層に負の電圧を印加したときに、表示を行うことを特徴とする請求項2から請求項8までのいずれかに記載の液晶表示素子。   The liquid crystal display element according to claim 2, wherein display is performed when a negative voltage is applied to the second electrode layer.
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