JP4528645B2 - Liquid crystal display element - Google Patents

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Description

本発明は、強誘電性液晶の配向を制御した液晶表示素子に関するものである。   The present invention relates to a liquid crystal display element in which the orientation of ferroelectric liquid crystal is controlled.

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非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3)、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. 3), 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、電圧非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、図3)。このような単安定性を示す液晶としては、通常コレステリック相(Ch)−カイラルスメクチックC相(SmC)と相変化し、スメクチックA相(SmA)を経由しない強誘電性液晶が用いられる。 In recent years, the state of a liquid crystal layer when a voltage is not applied has been stabilized in one state (hereinafter referred to as “monostable”). ) Is continuously changed, and the transmitted light intensity is analog-modulated so that gradation display is possible (Non-Patent Document 1, FIG. 3). As the liquid crystal exhibiting such monostability, a ferroelectric liquid crystal that normally changes phase with a cholesteric phase (Ch) -chiral smectic C phase (SmC * ) and does not pass through the smectic A phase (SmA) is used.

強誘電性液晶は、ネマチック液晶に比べて分子の秩序性が高いために配向が難しく、ジグザグ欠陥やヘアピン欠陥と呼ばれる欠陥が発生しやすく、このような欠陥は、光漏れによるコントラスト低下の原因になる。特に、SmA相を経由しない強誘電性液晶は、層法線方向の異なる二つの領域(以下、これを「ダブルドメイン」と称する。)が発生する(図4)。このようなダブルドメインは、駆動時に白黒反転した表示になり、大きな問題となる(図5)。ダブルドメインを改善する方法として、液晶セルをコレステリック相以上の温度に加熱し、直流電圧を印加したまま徐々に冷却する電界印加徐冷法が知られているが(非特許文献2)、この方法では、再度相転移点以上に温度が上がると配向乱れが生じてしまい、また、画素電極の間の電界が作用しない部分で配向乱れが発生する等の問題がある。   Ferroelectric liquid crystals are difficult to align due to their higher molecular ordering than nematic liquid crystals, and defects such as zigzag defects and hairpin defects are likely to occur. Such defects cause a decrease in contrast due to light leakage. Become. In particular, in a ferroelectric liquid crystal that does not pass through the SmA phase, two regions having different layer normal directions (hereinafter referred to as “double domain”) are generated (FIG. 4). Such a double domain causes a black / white reversal display during driving, which is a serious problem (FIG. 5). As a method for improving the double domain, there is known an electric field applied slow cooling method in which a liquid crystal cell is heated to a temperature equal to or higher than a cholesteric phase and gradually cooled while a DC voltage is applied (Non-Patent Document 2). When the temperature rises again above the phase transition point, alignment disturbance occurs, and there is a problem that alignment disturbance occurs in a portion where the electric field between the pixel electrodes does not act.

液晶の配向処理技術としては、配向膜を用いるものがあり、その方法としてはラビング法と光配向法とがある。ラビング法は、ポリイミド膜をコートした基板をラビング処理してポリイミド高分子鎖をラビング方向に配向させ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。ラビング法は、ネマチック液晶の配向制御に優れており、一般に工業的にも用いられている技術である。また、光配向法は、高分子または単分子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)を生じさせて高分子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。しかしながら、どちらの方法を用いてもダブルドメインの発生を抑制することは困難であり、モノドメイン配向を得ることは難しい。   As a liquid crystal alignment treatment technique, there is a technique using an alignment film, and there are a rubbing method and a photo alignment method. In the rubbing method, a substrate coated with a polyimide film is rubbed to align a polyimide polymer chain in the rubbing direction, thereby aligning liquid crystal molecules on the film. The rubbing method is excellent in controlling the alignment of nematic liquid crystal, and is a technique generally used industrially. In addition, the photo-alignment method irradiates a polymer or a single molecule with light whose polarization is controlled, causes a photoexcitation reaction (decomposition, isomerization, dimerization) and imparts anisotropy to the polymer film. The liquid crystal molecules on the film are aligned. However, it is difficult to suppress the occurrence of double domains by using either method, and it is difficult to obtain monodomain orientation.

また、単安定性を有するものではないが、強誘電性液晶の配向欠陥を改善する方法として、特許文献1には、上下の配向膜に光配向処理を施した後、それぞれの配向膜上にネマチック液晶を塗布して配向させ固定化することによりネマチック液晶層を形成し、このネマチック液晶層を配向膜として作用させることにより、強誘電性液晶を配向させる方法が開示されている。しかしながら、この方法は単安定性を有する強誘電性液晶の配向欠陥の発生を抑制するものではなく、ダブルドメインを改善する方法については述べられていない。   Moreover, although it does not have monostability, as a method of improving the alignment defect of the ferroelectric liquid crystal, Patent Document 1 discloses that a photo-alignment process is performed on the upper and lower alignment films and then the respective alignment films are formed. A method of aligning ferroelectric liquid crystal by forming a nematic liquid crystal layer by applying nematic liquid crystal and aligning and fixing the liquid crystal, and causing the nematic liquid crystal layer to act as an alignment film is disclosed. However, this method does not suppress the occurrence of alignment defects in a ferroelectric liquid crystal having monostability, and no method for improving the double domain is described.

一方、近年、フルカラーの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、カラー表示の高精細化が可能となり、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。しかしながら、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は解決しうるが、上述のように強誘電性液晶は配向欠陥が生じやすいという問題があり、実用化には至っていない。   On the other hand, in recent years, full-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, the color display can be made high definition, and low power consumption and low cost can be realized. Useful in terms. However, since the field sequential color system divides one pixel in time, in order to obtain good moving image display characteristics, it is necessary that the liquid crystal as a black and white shutter has high-speed response. This problem can be solved by using a ferroelectric liquid crystal, but the ferroelectric liquid crystal has a problem that alignment defects are likely to occur as described above, and has not been put into practical use.

特表2002−532755号公報JP 2002-532755 A 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. PATEL, J., and GOODBY, J. W., 1986, J. Appl. Phys., 59, 2355.PATEL, J., and GOODBY, J. W., 1986, J. Appl. Phys., 59, 2355.

本発明は、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子において、ダブルドメイン等の配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができ、相転移温度以上に昇温しても配向の乱れが生じにくい配向安定性に優れた液晶表示素子を提供することを主目的とする。   In the liquid crystal display device using the ferroelectric liquid crystal, the present invention can obtain the monodomain alignment of the ferroelectric liquid crystal without forming alignment defects such as double domains, and raises the temperature to the phase transition temperature or higher. However, it is a main object to provide a liquid crystal display element excellent in alignment stability that hardly causes alignment disorder.

上記目的を達成するために、本発明は、第1基板と、上記第1基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成された第1配向膜と、上記第1配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層とを有する反応性液晶側基板、および、第2基板と、上記第2基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成された第2配向膜とを有する対向基板を、上記反応性液晶側基板の反応性液晶層と上記対向基板の第2配向膜とが向かい合うように配置し、上記反応性液晶側基板および上記対向基板間に強誘電性液晶を挟持してな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 provides a first substrate, an electrode layer formed on the first substrate, a first alignment film formed on the electrode layer, and the first alignment film. A reactive liquid crystal side substrate having a reactive liquid crystal layer formed by immobilizing reactive liquid crystals, a second substrate, an electrode layer formed on the second substrate, and an electrode layer on the electrode layer The counter substrate having the formed second alignment film is disposed so that the reactive liquid crystal layer of the reactive liquid crystal side substrate and the second alignment film of the counter substrate face each other, and the reactive liquid crystal side substrate and the above Provided is a liquid crystal display element characterized by sandwiching a ferroelectric liquid crystal between opposing substrates.

本発明によれば、反応性液晶層は、第1配向膜により配向した反応性液晶を固定化してなるものであるので、強誘電性液晶を配向させるための配向膜として機能することができる。また、反応性液晶は、強誘電性液晶と構造が比較的類似していることから、強誘電性液晶との相互作用が強くなり、配向膜のみを用いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができる。したがって、第1配向膜上に反応性液晶層を形成することにより、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制し、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができる。また、電圧印加徐冷方式によらずに、配向膜および反応性液晶層を用いて配向処理を行うものであるので、相転移温度以上に昇温してもその配向を維持し、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制することができるという利点を有する。   According to the present invention, since the reactive liquid crystal layer is formed by fixing the reactive liquid crystal aligned by the first alignment film, it can function as an alignment film for aligning the ferroelectric liquid crystal. In addition, reactive liquid crystals are relatively similar in structure to ferroelectric liquid crystals, so the interaction with ferroelectric liquid crystals is stronger and the ferroelectricity is more effective than when only an alignment film is used. The alignment of the liquid crystal can be controlled. Therefore, by forming the reactive liquid crystal layer on the first alignment film, it is possible to suppress the occurrence of alignment defects such as double domains and obtain the monodomain alignment of the ferroelectric liquid crystal. In addition, the alignment treatment is performed using the alignment film and the reactive liquid crystal layer regardless of the voltage application slow cooling method, so that the alignment is maintained even if the temperature is raised above the phase transition temperature, and the double domain, etc. This has the advantage that the occurrence of orientation defects can be suppressed.

また本発明においては、上記第2配向膜上に、反応性液晶を固定化してなる第2反応性液晶層が形成されていてもよく、この場合、上記反応性液晶層を構成する反応性液晶および上記第2反応性液晶層を構成する反応性液晶は、異なる組成であることが好ましい。反応性液晶は、上述したように配向膜のみを用いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができるからである。また、上記反応性液晶層を構成する反応性液晶および上記第2反応性液晶層を構成する反応性液晶が異なる組成であることにより、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制し、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができるからである。   In the present invention, a second reactive liquid crystal layer formed by immobilizing reactive liquid crystal may be formed on the second alignment film. In this case, the reactive liquid crystal constituting the reactive liquid crystal layer is formed. The reactive liquid crystals constituting the second reactive liquid crystal layer preferably have different compositions. This is because the reactive liquid crystal can control the alignment of the ferroelectric liquid crystal more effectively than the case where only the alignment film is used as described above. In addition, since the reactive liquid crystal constituting the reactive liquid crystal layer and the reactive liquid crystal constituting the second reactive liquid crystal layer have different compositions, the occurrence of alignment defects such as double domains is suppressed, and the ferroelectricity This is because the monodomain alignment of the liquid crystal can be obtained.

上記発明においては、上記反応性液晶層は、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。   In the said invention, it is preferable that the said reactive liquid crystal layer expresses a nematic phase. This is because the nematic phase is relatively easy to control the alignment among the liquid crystal phases.

また上記発明においては、上記反応性液晶は、重合性液晶モノマーを有することが好ましい。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。   Moreover, in the said invention, it is preferable that the said reactive liquid crystal has a polymerizable liquid crystal monomer. 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.

さらに上記発明においては、上記重合性液晶モノマーは、モノアクリレートモノマーまたはジアクリレートモノマーであることが好ましい。モノアクリレートモノマーまたは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。   Furthermore, in the said invention, it is preferable that the said polymeric liquid crystal monomer is a monoacrylate monomer or a diacrylate monomer. This is because the monoacrylate monomer or diacrylate monomer can be easily polymerized while maintaining the orientation state in a good state.

さらにまた上記発明においては、上記ジアクリレートモノマーは、下記式(1)で表される化合物であることが好ましい。   Furthermore, in the said invention, it is preferable that the said diacrylate monomer is a compound represented by following formula (1).

Figure 0004528645
Figure 0004528645

ここで、式中のXは、水素、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルケニル、炭素数1〜20のアルキルオキシ、炭素数1〜20のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数1〜20のアルキルカルボニル、炭素数1〜20のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表し、mは2〜20の範囲内の整数を表す。   Here, X in the formula is hydrogen, alkyl having 1 to 20 carbons, alkenyl having 1 to 20 carbons, alkyloxy having 1 to 20 carbons, alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbons, formyl, carbon number 1-20 alkylcarbonyl, C1-C20 alkylcarbonyloxy, halogen, cyano or nitro is represented, m represents an integer within the range of 2-20.

また上記発明においては、上記ジアクリレートモノマーは、下記式(2)で表される化合物であることが好ましい。   Moreover, in the said invention, it is preferable that the said diacrylate monomer is a compound represented by following formula (2).

Figure 0004528645
Figure 0004528645

ここで、式中のZ21およびZ22は、各々独立して直接結合している−COO−、−OCO−、−O−、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−OCH−、−CHO−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−を表し、mは0または1を表し、nは2〜8の範囲内の整数を表す。 Here, Z 21 and Z 22 in the formula are each independently directly bonded —COO—, —OCO—, —O—, —CH 2 CH 2 —, —CH═CH—, —C≡. C—, —OCH 2 —, —CH 2 O—, —CH 2 CH 2 COO—, —OCOCH 2 CH 2 —, m represents 0 or 1, and n represents an integer in the range of 2-8. To express.

また本発明においては、上記第1配向膜および上記第2配向膜が、光配向膜であることが好ましい。光配向膜を形成する際の光配向処理は、非接触配向処理であることから静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるからである。   In the present invention, it is preferable that the first alignment film and the second alignment film are photo-alignment films. This is because the photo-alignment process at the time of forming the photo-alignment film is a non-contact alignment process, so that it is useful in that there is no generation of static electricity and dust and quantitative alignment control is possible.

さらに本発明においては、上記強誘電性液晶は、単安定性を示すものであることが好ましい。強誘電性液晶として単安定性を示すものを用いることにより、種々の用途に効果的に用いることができるからである。   Further, in the present invention, the ferroelectric liquid crystal preferably exhibits monostability. This is because by using a ferroelectric liquid crystal exhibiting monostability, it can be effectively used for various applications.

また本発明においては、上記強誘電性液晶は、相系列にスメクチックA相を持たないものであることが好ましい。上述したように、相系列にスメクチックA相を持たない強誘電性液晶は、ダブルドメイン等の配向欠陥を生じやすいが、反応性液晶層と第2配向膜との間に強誘電性液晶を挟むことにより、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制することができ、本発明に用いることにより顕著な効果を奏するからである。   In the present invention, the ferroelectric liquid crystal preferably does not have a smectic A phase in the phase series. As described above, the ferroelectric liquid crystal having no smectic A phase in the phase series is likely to cause an alignment defect such as a double domain, but the ferroelectric liquid crystal is sandwiched between the reactive liquid crystal layer and the second alignment film. This is because the occurrence of alignment defects such as double domains can be suppressed, and a remarkable effect can be obtained by using the present invention.

さらに本発明においては、上記強誘電性液晶は、単一相を構成するものであることが好ましい。本発明の液晶表示素子は、単一相の強誘電性液晶を用いても良好な配向を得ることができ、配向を制御するために、高分子安定化法などの手法を用いる必要がなく、製造プロセスが容易となり、駆動電圧を低くすることができるという利点を有するからである。   Further, in the present invention, the ferroelectric liquid crystal preferably constitutes a single phase. The liquid crystal display element of the present invention can obtain a good alignment even when a single-phase ferroelectric liquid crystal is used, and it is not necessary to use a technique such as a polymer stabilization method in order to control the alignment. This is because the manufacturing process becomes easy and the drive voltage can be lowered.

また、本発明の液晶表示素子は、薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリックス方式により駆動させることが好ましい。TFT素子を用いたアクティブマトリックス方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため高品質なディスプレイが可能となるからである。さらに、一方の基板上にTFT素子をマトリックス状に配置してなるTFT基板と、他方の基板上の表示部全域に共通電極を形成してなる共通電極基板とを組み合わせ、上記共通電極基板の共通電極と基板との間にTFT素子のマトリックス配置させたマイクロカラーフィルタを形成し、カラーの液晶表示素子として用いることもできる。   In addition, the liquid crystal display element of the present invention is preferably driven by an active matrix method using a thin film transistor (TFT). This is because by adopting an active matrix system using a TFT element, a target pixel can be reliably turned on and off, so that a high-quality display is possible. Furthermore, a TFT substrate in which TFT elements are arranged in a matrix on one substrate and a common electrode substrate in which a common electrode is formed over the entire display portion on the other substrate are combined, and the common electrode substrate is shared. A micro color filter in which a matrix of TFT elements is arranged between an electrode and a substrate can be formed and used as a color liquid crystal display element.

さらに、本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることが好ましい。上記液晶表示素子は、応答速度が速く、配向欠陥を生じることなく強誘電性液晶を配向させることができるので、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることにより、視野角が広く、高精細なフルカラーの動画表示を実現することができるからである。   Furthermore, the liquid crystal display element of the present invention is preferably driven by a field sequential color system. The liquid crystal display device has a high response speed and can align the ferroelectric liquid crystal without causing alignment defects. By driving the field sequential color method, the viewing angle is wide and the high-definition full-color video is available. This is because display can be realized.

本発明の液晶表示素子は、ジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥やダブルドメイン等の配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶を配向させることができ、相転移温度以上に昇温しても配向の乱れが生じにくい配向安定性に優れた液晶表示素子を得ることができるといった効果を奏する。   The liquid crystal display device of the present invention can align the ferroelectric liquid crystal without forming alignment defects such as zigzag defects, hairpin defects and double domains, and the alignment is disturbed even when the temperature is raised above the phase transition temperature. It is possible to obtain a liquid crystal display element excellent in alignment stability that is less likely to cause the occurrence of misalignment.

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基板と、上記第1基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成された第1配向膜と、上記第1配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層とを有する反応性液晶側基板、および、第2基板と、上記第2基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成された第2配向膜とを有する対向基板を、上記反応性液晶側基板の反応性液晶層と上記対向基板の第2配向膜とが向かい合うように配置し、上記反応性液晶側基板および上記対向基板間に強誘電性液晶を挟持してな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 is formed on a first substrate, an electrode layer formed on the first substrate, a first alignment film formed on the electrode layer, and the first alignment film, A reactive liquid crystal side substrate having a reactive liquid crystal layer formed by immobilizing reactive liquid crystal, a second substrate, an electrode layer formed on the second substrate, and a first layer formed on the electrode layer A counter substrate having two alignment films is disposed so that the reactive liquid crystal layer of the reactive liquid crystal side substrate faces the second alignment film of the counter substrate, and the reactive liquid crystal side substrate and the counter substrate are disposed between. It is characterized by sandwiching a ferroelectric liquid crystal.

このような本発明の液晶表示素子について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。図1に示すように、本発明の液晶表示素子は、第1基板1aと、この第1基板1a上に形成された電極層2aと、この電極層2a上に形成された第1配向膜3aと、この第1配向膜3a上に形成された反応性液晶層4とを有する反応性液晶側基板11、および、第2基板1bと、この第2基板1b上に形成された電極層2bと、この電極層2b上に形成された第2配向膜3bとを有する対向基板12を有している。さらに、反応性液晶側基板11の反応性液晶層4と対向基板12の第2配向膜3bとの間には強誘電性液晶が挟持され、液晶層5が構成されている。   Such a liquid crystal display element of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the liquid crystal display element of the present invention. As shown in FIG. 1, the liquid crystal display element of the present invention includes a first substrate 1a, an electrode layer 2a formed on the first substrate 1a, and a first alignment film 3a formed on the electrode layer 2a. A reactive liquid crystal side substrate 11 having a reactive liquid crystal layer 4 formed on the first alignment film 3a, a second substrate 1b, and an electrode layer 2b formed on the second substrate 1b. The counter substrate 12 has a second alignment film 3b formed on the electrode layer 2b. Further, a ferroelectric liquid crystal is sandwiched between the reactive liquid crystal layer 4 of the reactive liquid crystal side substrate 11 and the second alignment film 3 b of the counter substrate 12 to form the liquid crystal layer 5.

また、反応性液晶層4は第1配向膜3a上に形成されることから、反応性液晶層4を構成する反応性液晶は上記第1配向膜3aにより配向しており、この反応性液晶を例えば紫外線により重合させて反応性液晶の配向状態を固定化することにより反応性液晶層4が形成されている。このように、反応性液晶層4は反応性液晶の配向状態が固定化されているものであるので、液晶層5を構成する強誘電性液晶を配向させる配向膜としての作用を有することとなる。さらに、反応性液晶層を構成する反応性液晶は、強誘電性液晶と構造が比較的類似していることから、強誘電性液晶との相互作用が強くなるため、配向膜のみを用いた場合よりも効果的に配向を制御することができる。   Since the reactive liquid crystal layer 4 is formed on the first alignment film 3a, the reactive liquid crystal constituting the reactive liquid crystal layer 4 is aligned by the first alignment film 3a. For example, the reactive liquid crystal layer 4 is formed by polymerizing with ultraviolet rays to fix the alignment state of the reactive liquid crystal. Thus, the reactive liquid crystal layer 4 has a function as an alignment film for aligning the ferroelectric liquid crystal constituting the liquid crystal layer 5 since the alignment state of the reactive liquid crystal is fixed. . In addition, the reactive liquid crystal that forms the reactive liquid crystal layer is relatively similar in structure to the ferroelectric liquid crystal, so that the interaction with the ferroelectric liquid crystal becomes stronger. The orientation can be controlled more effectively.

本発明の液晶表示素子は、このように上下の配向膜の一方に反応性液晶層を形成することにより、ダブルドメイン等の配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶を配向させることができるという効果を奏する。また、電圧印加徐冷方式によらずに、配向膜および反応性液晶層を用いて配向処理を行うものであるので、相転移温度以上に昇温してもその配向を維持し、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制することができるという利点を有する。   In the liquid crystal display element of the present invention, the ferroelectric liquid crystal can be aligned without forming alignment defects such as double domains by forming the reactive liquid crystal layer on one of the upper and lower alignment films. There is an effect. In addition, the alignment treatment is performed using the alignment film and the reactive liquid crystal layer regardless of the voltage application slow cooling method, so that the alignment is maintained even if the temperature is raised above the phase transition temperature, and the double domain, etc. This has the advantage that the occurrence of orientation defects can be suppressed.

また、本発明の液晶表示素子は、例えば図1に示すように、第1基板1aおよび第2基板1bの外側には偏光板6a、6bが設けられていてもよく、これにより入射光が直線偏光となり液晶分子の配向方向に偏光した光のみを透過させることができる。上記偏光板6aおよび6bは、偏光方向が90°ねじれて配置されている。これにより、電圧非印加状態と印加状態における液晶分子の光軸の方向や複屈折率の大きさを制御し、強誘電性液晶分子を白黒シャッターとして用いることにより、明状態と暗状態をつくることができる。例えば、電圧非印加状態では、偏光板6aを液晶分子の配向と揃うように設置することにより、偏光板6aを透過した光は、偏光方向を90°回転することができず、偏光板6bにより遮断され、暗状態となる。これに対し、電圧印加状態では、液晶分子の配向を偏光板6a、6bに対し角度θ(望ましくはθ=45°)を持つように設置することにより、液晶分子により光の偏光方向が90°ねじれて偏光板6bを透過し、明状態となる。このように本発明の液晶表示素子は、強誘電性液晶を白黒シャッターとして用いるものであるので、応答速度を速くすることができるという利点を有する。   In the liquid crystal display element of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, polarizing plates 6a and 6b may be provided outside the first substrate 1a and the second substrate 1b. Only light that is polarized and polarized in the alignment direction of the liquid crystal molecules can be transmitted. The polarizing plates 6a and 6b are arranged with the polarization direction twisted by 90 °. This controls the direction of the optical axis of the liquid crystal molecules and the magnitude of the birefringence in the voltage non-applied state and the applied state, and creates a bright state and a dark state by using the ferroelectric liquid crystal molecules as a black and white shutter. Can do. For example, when no voltage is applied, the polarizing plate 6a is placed so as to be aligned with the orientation of the liquid crystal molecules, so that the light transmitted through the polarizing plate 6a cannot rotate the polarization direction by 90 °, and the polarizing plate 6b It is cut off and darkened. On the other hand, in the voltage application state, the orientation of the liquid crystal molecules is set so as to have an angle θ (preferably θ = 45 °) with respect to the polarizing plates 6a and 6b. It twists and passes through the polarizing plate 6b and becomes bright. As described above, the liquid crystal display element of the present invention uses the ferroelectric liquid crystal as a black and white shutter, and thus has an advantage that the response speed can be increased.

また、本発明の液晶表示素子は、例えば図2に示すように、対向基板12を薄膜トランジスタ(TFT)7がマトリックス状に配置されたTFT基板とし、反応性液晶側基板11を共通電極8aが全域に形成された共通電極基板として、この2つの基板を組み合わせたものであることが好ましい。このようなTFTを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子について以下に説明する。   In the liquid crystal display element of the present invention, for example, as shown in FIG. 2, the counter substrate 12 is a TFT substrate in which thin film transistors (TFTs) 7 are arranged in a matrix, and the reactive liquid crystal side substrate 11 has a common electrode 8a over the entire area. The common electrode substrate formed in the above is preferably a combination of the two substrates. An active matrix liquid crystal display element using such a TFT will be described below.

図2においては、反応性液晶側基板11は電極層が共通電極8aであり、共通電極基板となっており、一方、対向基板12は電極層がx電極8b、y電極8cおよび画素電極8dから構成され、TFT基板となっている。このような液晶表示素子において、x電極8bおよびy電極8cはそれぞれ縦横に配列しているものであり、これらの電極に信号を加えることによりTFT素子7を作動させ、強誘電性液晶を駆動させることができる。x電極8bおよびy電極8cが交差した部分は、図示しないが絶縁層で絶縁されており、x電極8bの信号とy電極8cの信号とは独立に動作することができる。x電極8bおよびy電極8cにより囲まれた部分は、本発明の液晶表示素子を駆動する最小単位である画素であり、各画素には少なくとも1つ以上のTFT素子7および画素電極8dが形成されている。本発明の液晶表示素子では、x電極8bおよびy電極8cに順次信号電圧を加えることにより、各画素のTFT素子7を動作させることができる。なお、図2においては液晶層および第2配向膜を省略している。   In FIG. 2, the reactive liquid crystal side substrate 11 is a common electrode substrate whose electrode layer is a common electrode 8a, while the counter substrate 12 is composed of an x electrode 8b, a y electrode 8c, and a pixel electrode 8d. The TFT substrate is configured. In such a liquid crystal display element, the x electrode 8b and the y electrode 8c are arranged vertically and horizontally, and the TFT element 7 is operated by applying a signal to these electrodes to drive the ferroelectric liquid crystal. be able to. A portion where the x electrode 8b and the y electrode 8c intersect is insulated by an insulating layer (not shown), and the signal of the x electrode 8b and the signal of the y electrode 8c can operate independently. A portion surrounded by the x electrode 8b and the y electrode 8c is a pixel which is a minimum unit for driving the liquid crystal display element of the present invention, and at least one TFT element 7 and a pixel electrode 8d are formed in each pixel. ing. In the liquid crystal display element of the present invention, the TFT element 7 of each pixel can be operated by sequentially applying a signal voltage to the x electrode 8b and the y electrode 8c. In FIG. 2, the liquid crystal layer and the second alignment film are omitted.

さらに、本発明の液晶表示素子は、上記共通電極8aと第1基板1aとの間にTFT素子をマトリックス状に配置させたマイクロカラーフィルタを形成し、カラーディスプレイとして用いることもできる。   Further, the liquid crystal display element of the present invention can be used as a color display by forming a micro color filter in which TFT elements are arranged in a matrix between the common electrode 8a and the first substrate 1a.

図2においては共通電極8aが形成されている側を反応性液晶側基板11、TFT素子7や画素電極8d等が形成されている側を対向基板12としているが、本発明の液晶表示素子はこのような構成に限定されるものではなく、共通電極が形成されている側を対向基板とし、TFT素子や画素電極等が形成されている側を反応性液晶側基板としてもよい。
このような本発明の液晶表示素子の各構成部材について以下に詳細に説明する。
In FIG. 2, the side on which the common electrode 8a is formed is the reactive liquid crystal side substrate 11, and the side on which the TFT element 7, the pixel electrode 8d and the like are formed is the counter substrate 12, but the liquid crystal display element of the present invention is The configuration is not limited to this, and the side on which the common electrode is formed may be a counter substrate, and the side on which a TFT element, a pixel electrode, or the like is formed may be a reactive liquid crystal side substrate.
Each component of the liquid crystal display element of the present invention will be described in detail below.

1.液晶表示素子の構成部材
(1)反応性液晶側基板
まず、反応性液晶側基板について説明する。本発明における反応性液晶側基板は、第1基板と、この第1基板上に形成された電極層と、この電極層上に形成された第1配向膜と、この第1配向膜上に形成された反応性液晶層とを有するものである。以下、このような反応性液晶側基板の各構成について説明する。
1. Components of Liquid Crystal Display Element (1) Reactive Liquid Crystal Side Substrate First, the reactive liquid crystal side substrate will be described. The reactive liquid crystal side substrate in the present invention is formed on a first substrate, an electrode layer formed on the first substrate, a first alignment film formed on the electrode layer, and the first alignment film. And a reactive liquid crystal layer. Hereinafter, each structure of such a reactive liquid crystal side substrate will be described.

(i)反応性液晶層
本発明に用いられる反応性液晶層は、第1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。反応性液晶は、第1配向膜により配向しており、例えば紫外線を照射して反応性液晶を重合させ、その配向状態を固定化することにより反応性液晶層が形成される。このように本発明において、反応性液晶層は反応性液晶の配向状態を固定化してなるものであるので、強誘電性液晶を配向させるための配向膜として機能することができる。また、反応性液晶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、配向膜のみを用いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができる。
(I) Reactive liquid crystal layer The reactive liquid crystal layer used in the present invention is formed on the first alignment film, and is formed by fixing the reactive liquid crystal. The reactive liquid crystal is aligned by the first alignment film. For example, the reactive liquid crystal layer is formed by irradiating ultraviolet rays to polymerize the reactive liquid crystal and fixing the alignment state. Thus, in the present invention, since the reactive liquid crystal layer is formed by fixing the alignment state of the reactive liquid crystal, it can function as an alignment film for aligning the ferroelectric liquid crystal. Further, since the reactive liquid crystal is fixed, it has an advantage that it is not affected by temperature or the like. Furthermore, reactive liquid crystals are relatively similar in structure to ferroelectric liquid crystals, and the interaction with the ferroelectric liquid crystals is stronger, so the ferroelectric liquid crystals are more effective than using only an alignment film. Can be controlled.

このような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。   Such a reactive liquid crystal 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、本発明においては、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 has 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. In the present invention, 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はされなく、例えばモノアクリレートモノマー、ジアクリレートモノマー等が挙げられる。また、これらの重合性液晶モノマーは単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。   The polymerizable liquid crystal monomer is not particularly limited as long as it is a liquid crystal monomer having a polymerizable functional group, and examples thereof include a monoacrylate monomer and a diacrylate monomer. These polymerizable liquid crystal monomers may be used alone or in combination of two or more.

モノアクリレートモノマーとしては、例えば下記式で表される化合物を例示することができる。   As a monoacrylate monomer, the compound represented, for example by a following formula can be illustrated.

Figure 0004528645
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上記式において、A、B、D、EおよびFはベンゼン、シクロヘキサンまたはピリミジンを表し、これらはハロゲン等の置換基を有していてもよい。また、AおよびB、あるいはDおよびEは、アセチレン基、メチレン基、エステル基等の結合基を介して結合していてもよい。MおよびMは、水素原子、炭素数3〜9のアルキル基、炭素数3〜9のアルコキシカルボニル基、またはシアノ基のいずれであってもよい。さらに、分子鎖末端のアクリロイルオキシ基とAまたはDとは、炭素数3〜6のアルキレン基等のスペーサーを介して結合していてもよい。 In the above formula, A, B, D, E and F represent benzene, cyclohexane or pyrimidine, and these may have a substituent such as halogen. A and B, or D and E may be bonded via a bonding group such as an acetylene group, a methylene group, or an ester group. M 1 and M 2 may be any of a hydrogen atom, an alkyl group having 3 to 9 carbon atoms, an alkoxycarbonyl group having 3 to 9 carbon atoms, or a cyano group. Furthermore, the acryloyloxy group at the end of the molecular chain and A or D may be bonded via a spacer such as an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms.

また、ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記式に示すような化合物を挙げることができる。   Moreover, as a diacrylate monomer, the compound as shown to a following formula can be mentioned, for example.

Figure 0004528645
Figure 0004528645

Figure 0004528645
Figure 0004528645

上記式において、XおよびYは、水素、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルケニル、炭素数1〜20のアルキルオキシ、炭素数1〜20のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数1〜20のアルキルカルボニル、炭素数1〜20のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表す。また、mは2〜20の範囲内の整数を表す。   In the above formula, X and Y are hydrogen, alkyl having 1 to 20 carbons, alkenyl having 1 to 20 carbons, alkyloxy having 1 to 20 carbons, alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbons, formyl, carbon number 1-20 alkylcarbonyl, C1-C20 alkylcarbonyloxy, halogen, cyano or nitro is represented. M represents an integer in the range of 2-20.

さらに、ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記式に示すような化合物を挙げることもできる。   Furthermore, examples of the diacrylate monomer include compounds represented by the following formula.

Figure 0004528645
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上記式において、Z21およびZ22は、各々独立して直接結合している−COO−、−OCO−、−O−、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−OCH−、−CHO−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−を表す。また、mは0または1を表し、nは2〜8の範囲内の整数を表す。 In the above formula, Z 21 and Z 22 are each independently directly bonded —COO—, —OCO—, —O—, —CH 2 CH 2 —, —CH═CH—, —C≡C—. , -OCH 2 -, - CH 2 O -, - CH 2 CH 2 COO -, - OCOCH 2 CH 2 - represents a. M represents 0 or 1, and n represents an integer in the range of 2-8.

本発明においては、中でも上記式(1)および上記式(2)で表される化合物が好適に用いられる。また、上記式(1)に示す化合物の場合、Xとしては、炭素数1〜20のアルキルオキシカルボニル、メチルまたは塩素であることが好ましく、中でも炭素数1〜20のアルキルオキシカルボニル、特にCH(CHOCOであることが好ましい。 In the present invention, among them, compounds represented by the above formula (1) and the above formula (2) are preferably used. In the case of the compound represented by the above formula (1), X is preferably an alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbon atoms, methyl or chlorine, and particularly an alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbon atoms, particularly CH 3. Preferably it is (CH 2 ) 4 OCO.

本発明に用いられる重合性液晶モノマーは、上記の中でもジアクリレートモノマーであることが好ましい。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。   Among the above, the polymerizable liquid crystal monomer used in the present invention is preferably a diacrylate monomer. 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。本発明において、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. In the present invention, these polymerizable liquid crystal monomers may be used as a mixture of two or more as described above, and the composition in which these are mixed, that is, the reactive liquid crystal exhibits a nematic phase. It is because it is good.

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を添加してもよい。例えば、電子線照射により重合性液晶材料を重合させる際には、光重合開始剤が不要な場合はあるが、一般的に用いられている例えば紫外線照射による重合の場合においては、通常光重合開始剤が重合促進のために用いられるからである。   Furthermore, in this invention, you may add a photoinitiator and a polymerization inhibitor to the said reactive liquid crystal as needed. For example, when polymerizing a polymerizable liquid crystal material by electron beam irradiation, a photopolymerization initiator may not be necessary, but in the case of polymerization by, for example, ultraviolet irradiation, usually photopolymerization is started. This is because the agent is used for promoting the polymerization.

本発明に用いることができる光重合開始剤としては、ベンジル(ビベンゾイルとも言う)、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4−ベンゾイル−4´−メチルジフェニルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルアミノメチルベンゾエート、2−n−ブトキシエチル−4−ジメチルアミノベンゾエート、p−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、3,3´−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン、メチロベンゾイルフォーメート、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン、1−(4−ドデシルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン2,4−ジイソプロピルチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン等を挙げることができる。なお、光重合開始剤の他に増感剤を、本発明の目的が損なわれない範囲で添加することも可能である。   Examples of the photopolymerization initiator that can be used in the present invention include benzyl (also referred to as bibenzoyl), benzoin isobutyl ether, benzoin isopropyl ether, benzophenone, benzoylbenzoic acid, benzoylmethyl benzoate, and 4-benzoyl-4'-methyldiphenyl sulfide. Benzylmethyl ketal, dimethylaminomethylbenzoate, 2-n-butoxyethyl-4-dimethylaminobenzoate, isoamyl p-dimethylaminobenzoate, 3,3′-dimethyl-4-methoxybenzophenone, methylobenzoyl formate, 2 -Methyl-1- (4- (methylthio) phenyl) -2-morpholinopropan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butan-1-one, -(4- Dodecylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, 1- (4-isopropylphenyl)- 2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 2-chlorothioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone 2,4-diisopropylthioxanthone, 2,4-dimethylthioxanthone, isopropylthioxanthone, 1-chloro-4-propoxythioxanthone, etc. Can be mentioned. In addition to the photopolymerization initiator, it is also possible to add a sensitizer as long as the object of the present invention is not impaired.

このような光重合開始剤の添加量としては、一般的には0.01〜20重量%、好ましくは0.1〜10重量%、より好ましくは0.5〜5重量%の範囲で上記反応性液晶に添加することができる。   The amount of the photopolymerization initiator added is generally 0.01 to 20% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight, more preferably 0.5 to 5% by weight. It can be added to the liquid crystal.

本発明に用いられる反応性液晶層の厚みは、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。反応性液晶層が上記範囲を超えて厚くなると必要以上の異方性が生じてしまい、また上記範囲より薄いと所定の異方性が得られない場合があるからである。したがって、反応性液晶層の厚みは、必要な異方性に準じて決定すればよい。   The thickness of the reactive liquid crystal layer used in the present invention is preferably in the range of 1 nm to 1000 nm, more preferably in the range of 3 nm to 100 nm. This is because if the reactive liquid crystal layer is thicker than the above range, anisotropy more than necessary occurs, and if it is thinner than the above range, the predetermined anisotropy may not be obtained. Therefore, the thickness of the reactive liquid crystal layer may be determined according to the required anisotropy.

次に、反応性液晶層の形成方法について説明する。反応性液晶層は、第1配向膜上に上記反応性液晶を含む反応性液晶層用塗工液を塗布し、配向処理を行い、上記反応性液晶の配向状態を固定化することにより形成することができる。   Next, a method for forming the reactive liquid crystal layer will be described. The reactive liquid crystal layer is formed by applying a reactive liquid crystal layer coating liquid containing the reactive liquid crystal on the first alignment film, performing an alignment treatment, and fixing the alignment state of the reactive liquid crystal. be able to.

また、反応性液晶層用塗工液を塗布するのではなく、ドライフィルム等を予め形成し、これを第1配向膜上に積層する方法も用いることができるが、本発明においては、反応性液晶を溶媒に溶解させて反応性液晶層用塗工液を調製し、これを第1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。この方法は、工程上比較的簡便であるからである。   Further, instead of applying the coating liquid for the reactive liquid crystal layer, a method of forming a dry film or the like in advance and laminating it on the first alignment film can also be used. It is preferable to use a method in which a liquid crystal is dissolved in a solvent to prepare a coating liquid for a reactive liquid crystal layer, which is applied onto the first alignment film, and the solvent is removed. This is because this method is relatively simple in terms of steps.

上記反応性液晶層用塗工液に用いる溶媒としては、上記反応性液晶等を溶解することができ、かつ第1配向膜の配向能を阻害しないものであれば特に限定はされない。例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、n−ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン等の炭化水素類;メトキシベンゼン、1,2−ジメトキシベンゼン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、2,4−ペンタンジオン等のケトン類;酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類;2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒;t−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノアセチン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール等のアルコール類;フェノール、パラクロロフェノール等のフェノール類;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のセロソルブ類等の1種または2種以上が使用可能である。   The solvent used in the coating liquid for the reactive liquid crystal layer 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 first alignment film. For example, hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, n-butylbenzene, diethylbenzene and tetralin; ethers such as methoxybenzene, 1,2-dimethoxybenzene and diethylene glycol dimethyl ether; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, 2 Ketones such as 1,4-pentanedione; esters such as ethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, γ-butyrolactone; 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethyl Amide solvents such as acetamide; t-butyl alcohol, diacetone alcohol, glycerin, monoacetin, ethylene glycol, triethyleneglycol Alcohols such as hexylene glycol, phenols, phenols such as phenol and parachlorophenol, and one or more cellosolves such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, and ethylene glycol monomethyl ether acetate can be used. .

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、上述したように第1配向膜が侵食されたりする場合がある。しかしながら、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、炭化水素類とグリコールモノエーテルアセテート系溶媒であり、混合溶媒として好ましいのは、エーテル類またはケトン類と、グリコール系溶媒との混合系である。反応性液晶層用塗工液の濃度は、反応性液晶の溶解性や、形成しようとする反応性液晶層の厚みに依存するため一概には規定できないが、通常は0.1〜40重量%、好ましくは1〜20重量%の範囲で調整される。反応性液晶層用塗工液の濃度が上記範囲より低いと、反応性液晶が配向しにくくなる可能性があり、逆に反応性液晶層用塗工液の濃度が上記範囲より高いと、反応性液晶層用塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなる場合があるからである。   Further, if only a single type of solvent is used, the solubility of the reactive liquid crystal or the like may be insufficient, or the first alignment film may be eroded as described above. However, 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 mixed solvents of ethers or ketones and glycol solvents are preferable as the mixed solvent. It is. The concentration of the coating liquid for the reactive liquid crystal layer depends on the solubility of the reactive liquid crystal and the thickness of the reactive liquid crystal layer to be formed. It is preferably adjusted in the range of 1 to 20% by weight. If the concentration of the coating liquid for the reactive liquid crystal layer is lower than the above range, the reactive liquid crystal may be difficult to align. Conversely, if the concentration of the coating liquid for the reactive liquid crystal layer is higher than the above range, This is because, since the viscosity of the liquid crystal layer coating liquid is increased, it may be difficult to form a uniform coating film.

さらに、上記反応性液晶層用塗工液には、本発明の目的を損なわない範囲内で、下記に示すような化合物を添加することができる。添加できる化合物としては、例えば、多価アルコールと1塩基酸または多塩基酸を縮合して得られるポリエステルプレポリマーに、(メタ)アクリル酸を反応させて得られるポリエステル(メタ)アクリレート;ポリオール基と2個のイソシアネート基を持つ化合物を互いに反応させた後、その反応生成物に(メタ)アクリル酸を反応させて得られるポリウレタン(メタ)アクリレート;ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸ポリグリシジルエステル、ポリオールポリグリシジルエーテル、脂肪族または脂環式エポキシ樹脂、アミンエポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂と、(メタ)アクリル酸を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート等の光重合性化合物;アクリル基やメタクリル基を有する光重合性の液晶性化合物等が挙げられる。上記反応性液晶に対するこれら化合物の添加量は、本発明の目的が損なわれない範囲で選択される。これらの化合物の添加により、反応性液晶の硬化性が向上し、得られる反応性液晶層の機械強度が増大し、またその安定性が改善される。   Furthermore, the following compounds can be added to the reactive liquid crystal layer coating liquid within the range not impairing the object of the present invention. Examples of compounds that can be added include polyester (meth) acrylate obtained by reacting (meth) acrylic acid with a polyester prepolymer obtained by condensing polyhydric alcohol and monobasic acid or polybasic acid; A polyurethane (meth) acrylate obtained by reacting a compound having two isocyanate groups with each other and then reacting the reaction product with (meth) acrylic acid; bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, novolak Type epoxy resins, polycarboxylic acid polyglycidyl esters, polyol polyglycidyl ethers, aliphatic or cycloaliphatic epoxy resins, amine epoxy resins, triphenolmethane type epoxy resins, dihydroxybenzene type epoxy resins and the like (meth) Acry Photopolymerizable compound in epoxy (meth) acrylate obtained by reacting an acid; photopolymerizable liquid crystal compound having an acryl group or methacryl group and the like. The amount of these compounds added to the reactive liquid crystal is selected within a range that does not impair the object of the present invention. Addition of these compounds improves the curability of the reactive liquid crystal, increases the mechanical strength of the resulting reactive liquid crystal layer, and improves its stability.

このような反応性液晶層用塗工液を塗布する方法としては、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、カーテンコート法(ダイコート法)、キャスティング法、バーコート法、ブレードコート法、スプレーコート法、グラビアコート法、リバースコート法、押し出しコート法等が挙げられる。   Examples of the method for applying such a coating liquid for a reactive liquid crystal layer include spin coating, roll coating, printing, dip coating, curtain coating (die coating), casting, bar coating, and blade coating. Method, spray coating method, gravure coating method, reverse coating method, extrusion coating method and the like.

また、上記反応性液晶層用塗工液を塗布した後は、溶媒を除去するのであるが、この溶媒の除去は、例えば、減圧除去もしくは加熱除去、さらにはこれらを組み合わせる方法等により行われる。   Further, after the reactive liquid crystal layer coating liquid is applied, the solvent is removed. The removal of the solvent is performed, for example, by removing under reduced pressure or removing by heating, or by a combination of these.

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、第1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 first alignment film so as to have liquid crystal regularity. That is, a nematic phase is developed in the reactive liquid crystal. This is usually performed by a method such as a method of performing a heat treatment below the NI transition point. Here, the NI transition point indicates the temperature at which the liquid crystal phase transitions to the isotropic phase.

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)第1配向膜
次に、本発明に用いられる第1配向膜について説明する。本発明に用いられる第1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はされない。例えばラビング処理、光配向処理等を施したものを用いることができるが、本発明においては光配向処理を施した光配向膜を用いることが好ましい。光配向処理は非接触配向処理であることから静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるからである。
(Ii) First Alignment Film Next, the first alignment film used in the present invention will be described. The first alignment film used in the present invention is not particularly limited as long as it can align the reactive liquid crystal and does not adversely affect the alignment state of the reactive liquid crystal. For example, a material subjected to a rubbing treatment, a photo-alignment treatment or the like can be used, but in the present invention, a photo-alignment film subjected to a photo-alignment treatment is preferably used. This is because the photo-alignment process is a non-contact alignment process, which is useful in that it does not generate static electricity or dust and can quantitatively control the alignment process.

なお、光配向膜の構成材料、および光配向処理方法等に関しては、後述する対向基板の第2配向膜の欄に記載するため、ここでの説明は省略する。   The constituent material of the photo-alignment film, the photo-alignment processing method, and the like are described in the column of the second alignment film of the counter substrate described later, and thus the description thereof is omitted here.

(iii)第1基板
次に、本発明に用いられる第1基板について説明する。本発明に用いる第1基板は、一般に液晶表示素子の基板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。上記第1基板の表面粗さ(RSM値)は、10nm以下であることが好ましく、より好ましくは3nm以下、さらに好ましくは1nm以下の範囲内である。なお、本発明において上記表面粗さは、原子間力顕微鏡(AFM:ATOMIC FORCE MICROSCOPE)により測定することができる。
(Iii) 1st board | substrate Next, the 1st board | substrate used for this invention is demonstrated. The 1st board | substrate used for this invention will not be specifically limited if generally used as a board | substrate of a liquid crystal display element, For example, a glass plate, a plastic plate, etc. are mentioned preferably. The surface roughness (RSM value) of the first substrate is preferably 10 nm or less, more preferably 3 nm or less, and still more preferably 1 nm or less. In the present invention, the surface roughness can be measured by an atomic force microscope (AFM: ATOMIC FORCE MICROSCOPE).

(iv)電極層
次に、本発明に用いられる電極層について説明する。本発明に用いる電極層は、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、反応性液晶側基板および対向基板の電極層のうち少なくとも一方が透明導電体で形成されることが好ましい。透明導電体材料としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫(ITO)等が好ましく挙げられる。本発明の液晶表示素子を、TFTを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子とする場合には、反応性液晶側基板および対向基板の電極層のうち、一方を上記透明導電体で形成される全面共通電極とし、他方にはx電極とy電極をマトリックス状に配列し、x電極とy電極で囲まれた部分にTFT素子および画素電極を配置する。この場合に、画素電極、TFT素子、x電極およびy電極により形成される電極層の凹凸部の差は、0.2μm以下であることが好ましい。電極層の凹凸部の差が0.2μmを超えると、配向乱れを生じやすいからである。
(Iv) Electrode layer Next, the electrode layer used in the present invention will be described. The electrode layer used in the present invention is not particularly limited as long as it is generally used as an electrode of a liquid crystal display element, but at least one of the electrode layer of the reactive liquid crystal side substrate and the counter substrate is a transparent conductive layer. It is preferably formed of a body. Preferred examples of the transparent conductor material include indium oxide, tin oxide, indium tin oxide (ITO), and the like. When the liquid crystal display element of the present invention is an active matrix type liquid crystal display element using TFTs, one of the electrode layers of the reactive liquid crystal side substrate and the counter substrate is formed of the transparent conductor. On the other side, an x electrode and a y electrode are arranged in a matrix, and a TFT element and a pixel electrode are arranged in a portion surrounded by the x electrode and the y electrode. In this case, it is preferable that the difference between the uneven portions of the electrode layer formed by the pixel electrode, the TFT element, the x electrode, and the y electrode is 0.2 μm or less. This is because if the difference between the concave and convex portions of the electrode layer exceeds 0.2 μm, alignment disorder is likely to occur.

上記電極層は、上記第1基板上にCVD法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の蒸着方法により透明導電膜を形成することができ、これをマトリックス状にパターニングすることによりx電極およびy電極を形成することができる。   As the electrode layer, a transparent conductive film can be formed on the first substrate by a vapor deposition method such as a CVD method, a sputtering method, or an ion plating method, and the x electrode and the y electrode are formed by patterning this in a matrix shape. Can be formed.

(2)対向基板
次に、本発明に用いられる対向基板について説明する。本発明における対向基板は、第2基板と、この第2基板上に形成された電極層と、この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。以下、このような対向基板の各構成について説明する。なお、第2基板に関しては上記反応性液晶側基板の第1基板の欄に記載したものと同様であり、電極層に関しては上記反応性液晶側基板の電極層の欄に記載したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
(2) Counter substrate Next, the counter substrate used in the present invention will be described. The counter substrate in the present invention includes a second substrate, an electrode layer formed on the second substrate, and a second alignment film formed on the electrode layer. Hereinafter, each configuration of the counter substrate will be described. The second substrate is the same as that described in the column of the first substrate of the reactive liquid crystal side substrate, and the electrode layer is the same as that described in the column of the electrode layer of the reactive liquid crystal side substrate. Therefore, the description here is omitted.

(i)第2配向膜
本発明に用いられる第2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はされなく、例えばラビング処理、光配向処理等を施したものを用いることができるが、本発明においては光配向処理を施した光配向膜を用いることが好ましい。光配向処理は非接触配向処理であることから静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるからである。以下、このような光配向膜について説明する。
(I) Second alignment film The second alignment film used in the present invention is not particularly limited as long as the ferroelectric liquid crystal can be aligned. For example, a rubbing process, a photo-alignment process, etc. are performed. In the present invention, it is preferable to use a photo-alignment film that has been subjected to a photo-alignment treatment. This is because the photo-alignment process is a non-contact alignment process, which is useful in that it does not generate static electricity or dust and can quantitatively control the alignment process. Hereinafter, such a photo-alignment film will be described.

(光配向膜)
光配向膜は、後述する光配向膜の構成材料を塗布した基板に偏光を制御した光を照射し、光励起反応(分解、異性化、二量化)を生じさせて得られた膜に異方性を付与することによりその膜上の液晶分子を配向させるものである。
(Photo-alignment film)
A photo-alignment film is anisotropic to a film obtained by irradiating a substrate on which a constituent material of the photo-alignment film described later is applied with light with controlled polarization to cause a photoexcitation reaction (decomposition, isomerization, dimerization). Is used to align liquid crystal molecules on the film.

本発明に用いられる光配向膜の構成材料は、光を照射して光励起反応を生じることにより、強誘電性液晶を配向させる効果(光配列性:photoaligning)を有するものであれば特に限定されるものではなく、このような材料としては、大きく、分子の形状のみが変化し可逆的な配向変化が可能な光異性化型と、分子そのものが変化する光反応型とに分けることができる。   The constituent material of the photo-alignment film used in the present invention is particularly limited as long as it has the effect of aligning the ferroelectric liquid crystal (photo-alignment) by irradiating light and causing a photoexcitation reaction. However, such materials can be broadly divided into photoisomerization types in which only the molecular shape changes and reversible orientation changes are possible, and photoreaction types in which the molecules themselves change.

ここで、光異性化反応とは、光照射により単一の化合物が他の異性体に変化する現象をいう。このような光異性化型材料を用いることにより、光照射により、複数の異性体のうち安定な異性体が増加し、それにより光配向膜に容易に異方性を付与することができる。   Here, the photoisomerization reaction refers to a phenomenon in which a single compound changes to another isomer by light irradiation. By using such a photoisomerizable material, a stable isomer among a plurality of isomers is increased by light irradiation, whereby anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film.

また、上記光反応は、光照射により分子そのものが変化し、光配向膜の光配列性に異方性を付与することができるものであればよいが、光配向膜への異方性の付与がより容易となることから、光二量化反応または光分解反応であることが好ましい。ここで、光二量化反応とは、光照射により偏光方向に配向した反応部位がラジカル重合して分子2個が重合する反応をいう。この反応により偏光方向の配向を安定化し、光配向膜に異方性を付与することができる。一方、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う。この反応により偏光方向に垂直な方向に配向した分子鎖を残し、光配向膜に異方性を付与することができる。   In addition, the photoreaction is not limited as long as the molecule itself is changed by light irradiation and anisotropy can be imparted to the photoalignment property of the photoalignment film. Is easier, it is preferably a photodimerization reaction or a photolysis reaction. Here, the photodimerization reaction refers to a reaction in which two reaction molecules oriented in the polarization direction by light irradiation undergo radical polymerization and two molecules are polymerized. By this reaction, the alignment in the polarization direction can be stabilized and anisotropy can be imparted to the photo-alignment film. On the other hand, the photolysis reaction refers to a reaction that decomposes molecular chains such as polyimide oriented in the polarization direction by light irradiation. This reaction leaves molecular chains aligned in the direction perpendicular to the polarization direction, and can provide anisotropy to the photo-alignment film.

本発明においては、光配向膜の構成材料として、上記のなかでも、光二量化反応または光分解反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する光反応型の材料を用いることが好ましい。   In the present invention, as the constituent material of the photo-alignment film, among the above, it is preferable to use a photoreactive material that imparts anisotropy to the photo-alignment film by causing a photodimerization reaction or a photodecomposition reaction.

上記光配向膜の構成材料が光励起反応を生じる光の波長領域は、紫外光域の範囲内、すなわち10nm〜400nmの範囲内であることが好ましく、250nm〜380nmの範囲内であることがより好ましい。   The wavelength region of the light that causes the photoexcitation reaction of the constituent material of the photo-alignment film is preferably in the ultraviolet light range, that is, in the range of 10 nm to 400 nm, and more preferably in the range of 250 nm to 380 nm. .

光異性化型材料としては、光異性化反応により光配向膜に異方性を付与することができる材料であれば特に限定されるものではないが、偏光方向により吸収を異にする二色性を有し、かつ、光照射により異性化反応を生じる光異性化反応性化合物を含むことが好ましい。このような特性を有する光異性化反応性化合物の偏光方向に配向した反応部位の異性化を生じさせることにより、上記光配向膜に容易に異方性を付与することができる。   The photoisomerization type material is not particularly limited as long as it is a material that can impart anisotropy to the photoalignment film by a photoisomerization reaction, but dichroism that makes absorption different depending on the polarization direction. It is preferable to include a photoisomerization reactive compound that has an isomerization reaction upon irradiation with light. Anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film by causing isomerization of the reaction site oriented in the polarization direction of the photoisomerization-reactive compound having such characteristics.

上記光異性化反応性化合物において、上記異性化反応は、シス−トランス異性化反応であることが好ましい。光照射によりシス体またはトランス体のいずれかの異性体が増加し、それにより光配向膜に異方性を付与することができるからである。   In the photoisomerization reactive compound, the isomerization reaction is preferably a cis-trans isomerization reaction. This is because either the cis isomer or the trans isomer is increased by light irradiation, whereby anisotropy can be imparted to the photo-alignment film.

本発明に用いられる光異性化反応性化合物としては、単分子化合物、または、光もしくは熱により重合する重合性モノマーを挙げることができる。これらは、用いられる強誘電性液晶の種類に応じて適宜選択すればよいが、光照射により光配向膜に異方性を付与した後、ポリマー化することにより、その異方性を安定化することができることから、重合性モノマーを用いることが好ましい。このような重合性モノマーのなかでも、光配向膜に異方性を付与した後、その異方性を良好な状態に維持したまま容易にポリマー化できることから、アクリレートモノマー、メタクリレートモノマーであることが好ましい。   Examples of the photoisomerization-reactive compound used in the present invention include a monomolecular compound or a polymerizable monomer that is polymerized by light or heat. These may be appropriately selected according to the type of the ferroelectric liquid crystal to be used. However, the anisotropy is imparted to the photo-alignment film by light irradiation and then polymerized to stabilize the anisotropy. Therefore, it is preferable to use a polymerizable monomer. Among such polymerizable monomers, after anisotropy is imparted to the photo-alignment film, it can be easily polymerized while maintaining the anisotropy in a good state, so that it is an acrylate monomer or a methacrylate monomer. preferable.

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.

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なかでも、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 photomolecular isomerization 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.

また、光二量化反応を利用した光反応型の材料としては、光二量化反応により光配向膜に異方性を付与することができる材料であれば特に限定されるものではないが、ラジカル重合性の官能基を有し、かつ、偏光方向により吸収を異にする二色性を有する光二量化反応性化合物を含むことが好ましい。偏光方向に配向した反応部位をラジカル重合することにより、光二量化反応性化合物の配向が安定化し、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。   In addition, the photoreactive material utilizing the photodimerization reaction is not particularly limited as long as it is a material that can impart anisotropy to the photoalignment film by the photodimerization reaction, but it is a radical polymerizable material. It is preferable to include a photodimerization reactive compound having a dichroism having a functional group and different absorption depending on the polarization direction. This is because by radical polymerization of the reaction site oriented in the polarization direction, the orientation of the photodimerization reactive compound is stabilized and anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film.

このような特性を有する光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基およびシンナモイル基から選ばれる少なくとも1種の反応部位を有する二量化反応性ポリマーを挙げることができる。これらのなかでも光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリンまたはキノリンのいずれかを含む二量化反応性ポリマーであることが好ましい。偏光方向に配向したα、β不飽和ケトンの二重結合が反応部位となってラジカル重合することにより、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。   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. Among these, the photodimerization reactive compound is preferably a dimerization reactive polymer containing any one of cinnamate ester, coumarin and quinoline as a side chain. This is because anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film by radical polymerization of α and β unsaturated ketone double bonds aligned in the polarization direction as reaction sites.

上記二量化反応性ポリマーの主鎖としては、ポリマー主鎖として一般に知られているものであれば特に限定されるものではないが、芳香族炭化水素基などの、上記側鎖の反応部位同士の相互作用を妨げるようなπ電子を多く含む置換基を有していないものであることが好ましい。   The main chain of the dimerization reactive polymer is not particularly limited as long as it is generally known as a polymer main chain, but the reaction sites of the side chains such as aromatic hydrocarbon groups are not limited. It is preferable that it does not have a substituent containing a lot of π electrons that hinders the interaction.

さらに、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。   Furthermore, examples of the photoreactive material utilizing photolysis reaction include polyimide “RN1199” manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.

また、本発明に用いられる光配向膜の構成材料は、光配向膜の光配列性を妨げない範囲内で添加剤を含んでいてもよい。上記添加剤としては、重合開始剤、重合禁止剤などが挙げられる。   Moreover, the constituent material of the photo-alignment film used in the present invention may contain an additive as long as the optical alignment property of the photo-alignment film is not hindered. Examples of the additive include a polymerization initiator and a polymerization inhibitor.

次に、光配向処理方法について説明する。まず、電極層が設けられた第2基板の液晶層と対向する面上に、上述の光配向膜の構成材料を有機溶剤で希釈した塗工液を塗布し、乾燥させる。この場合に、塗工液中の光二量化反応性化合物または光異性化反応性化合物の含有量は、0.05重量%〜10重量%の範囲内であることが好ましく、0.2重量%〜2重量%の範囲内であることがより好ましい。含有量が上記範囲より小さいと、配向膜に適度な異方性を付与することが困難となり、逆に含有量が上記範囲より大きいと、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。   Next, the photo-alignment processing method will be described. First, a coating solution obtained by diluting the constituent material of the above-described photo-alignment film with an organic solvent is applied onto the surface of the second substrate provided with the electrode layer facing the liquid crystal layer, and dried. In this case, the content of the photodimerization reactive compound or photoisomerization reactive compound in the coating liquid is preferably in the range of 0.05% by weight to 10% by weight, More preferably, it is in the range of 2% by weight. If the content is smaller than the above range, it becomes difficult to impart an appropriate anisotropy to the alignment film. Conversely, if the content is larger than the above range, the viscosity of the coating liquid increases, so that a uniform coating film is formed. It is because it becomes difficult to form.

塗布法としては、スピンコート法、ロールコート法、ロッドバーコート法、スプレーコート法、エアナイフコート法、スロットダイコート法、ワイヤーバーコート法などを用いることができる。   As a coating method, a spin coating method, a roll coating method, a rod bar coating method, a spray coating method, an air knife coating method, a slot die coating method, a wire bar coating method, or the like can be used.

上記構成材料を塗布することにより得られる膜の厚みは、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。膜の厚みが上記範囲より薄いと十分な光配列性を得ることができない可能性があり、逆に厚みが上記範囲より厚いとコスト的に不利になる場合があるからである。   The thickness of the film obtained by applying the above constituent materials is preferably in the range of 1 nm to 1000 nm, more preferably in the range of 3 nm to 100 nm. This is because if the thickness of the film is thinner than the above range, sufficient optical alignment may not be obtained, and conversely, if the thickness is thicker than the above range, it may be disadvantageous in cost.

得られた膜は、偏光を制御した光を照射することにより、光励起反応を生じさせて異方性を付与することができる。照射する光の波長領域は、用いられる光配向膜の構成材料に応じて適宜選択すればよいが、紫外光域の範囲内、すなわち100nm〜400nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは250nm〜380nmの範囲内である。   The obtained film can impart anisotropy by causing a photoexcitation reaction by irradiating light with polarization controlled. The wavelength range of the light to be irradiated may be appropriately selected according to the constituent material of the photo-alignment film to be used, but is preferably in the ultraviolet light range, that is, in the range of 100 nm to 400 nm, more preferably 250 nm. Within the range of ˜380 nm.

偏光方向は、上記光励起反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではないが、強誘電性液晶の配向状態を良好なものとすることができることから第1配向膜および第2配向膜共に基板面に対して斜め0°〜45°の範囲内とすることが好ましく、より好ましくは20°〜45°の範囲内とする。   The polarization direction is not particularly limited as long as it can cause the above-described photoexcitation reaction. However, since the alignment state of the ferroelectric liquid crystal can be improved, the first alignment film and the second alignment film are not limited. Both the alignment films are preferably in the range of 0 ° to 45 ° oblique to the substrate surface, and more preferably in the range of 20 ° to 45 °.

さらに、光配向膜の構成材料として、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、光配向膜に付与された異方性を安定化することができる。   Furthermore, when a polymerizable monomer is used as a constituent material of the photo-alignment film, among the above photoisomerization-reactive compounds, after photo-alignment treatment, it is polymerized by heating to form a photo-alignment film. The provided anisotropy can be stabilized.

(ii)第2反応性液晶層
本発明においては、上記第2配向膜上に、反応性液晶を固定化してなる第2反応性液晶層が形成されていてもよい。この場合、上記反応性液晶側基板の反応性液晶層を構成する反応性液晶と、対向基板の第2反応性液晶層を構成する反応性液晶とは、異なる組成であることが好ましい。反応性液晶は、上述したように、配向膜のみを用いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができるからである。また、上記反応性液晶層を構成する反応性液晶および上記第2反応性液晶層を構成する反応性液晶が異なる組成であることにより、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制し、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができるからである。
(Ii) Second Reactive Liquid Crystal Layer In the present invention, a second reactive liquid crystal layer formed by fixing a reactive liquid crystal may be formed on the second alignment film. In this case, it is preferable that the reactive liquid crystal constituting the reactive liquid crystal layer of the reactive liquid crystal side substrate and the reactive liquid crystal constituting the second reactive liquid crystal layer of the counter substrate have different compositions. This is because the reactive liquid crystal can control the alignment of the ferroelectric liquid crystal more effectively than the case where only the alignment film is used, as described above. In addition, since the reactive liquid crystal constituting the reactive liquid crystal layer and the reactive liquid crystal constituting the second reactive liquid crystal layer have different compositions, the occurrence of alignment defects such as double domains is suppressed, and the ferroelectricity This is because the monodomain alignment of the liquid crystal can be obtained.

なお、第2反応性液晶層に用いられる反応性液晶、および第2反応性液晶層の形成方法等については、上述した「(1)反応性液晶側基板 (i)反応性液晶層」の欄に記載したものと同様である。   In addition, about the reactive liquid crystal used for a 2nd reactive liquid crystal layer, the formation method of a 2nd reactive liquid crystal layer, etc., the column of "(1) reactive liquid crystal side substrate (i) reactive liquid crystal layer" mentioned above. It is the same as that described in.

本発明においては、上述した重合性モノマーの重合性官能基や置換基を種々選択することにより、上記反応性液晶層を構成する反応性液晶および上記第2反応性液晶層を構成する反応性液晶の組成を異なるものとすることができる。この場合に、上記2つの反応性液晶に用いられる重合性モノマーの重合性官能基は同じであっても異なっていてもよい。また本発明においては、重合性モノマーを2種以上組み合わせて用いることもでき、それらの組み合わせを変えることによっても、組成を変化させることが可能である。さらに、同一の組み合わせを用いる場合でも、それぞれの重合性モノマーの含有量を変化させることにより、組成を異なるものとすることができる。   In the present invention, the reactive liquid crystal constituting the reactive liquid crystal layer and the reactive liquid crystal constituting the second reactive liquid crystal layer are selected by variously selecting the polymerizable functional group and substituent of the polymerizable monomer described above. The composition of can be different. In this case, the polymerizable functional groups of the polymerizable monomers used for the two reactive liquid crystals may be the same or different. In the present invention, two or more kinds of polymerizable monomers can be used in combination, and the composition can be changed by changing the combination. Furthermore, even when the same combination is used, the composition can be made different by changing the content of each polymerizable monomer.

(3)液晶層
次に、本発明に用いられる液晶層について説明する。本発明における液晶層は、強誘電性液晶を上記反応性液晶層および上記第2配向膜により挟持させることにより構成されている。上記液晶層に用いる強誘電性液晶は、カイラルスメクチックC相(SmC)を発現するものであれば特に限定されるものではないが、強誘電性液晶の相系列が、ネマチック相(N)−コレステリック相(Ch)−カイラルスメクチックC相(SmC)、またはネマチック相(N)−カイラルスメクチックC相(SmC)と相変化し、スメクチックA相(SmA)を経由しない材料であることが好ましい。
(3) Liquid Crystal Layer Next, the liquid crystal layer used in the present invention will be described. The liquid crystal layer in the present invention is configured by sandwiching a ferroelectric liquid crystal between the reactive liquid crystal layer and the second alignment film. The ferroelectric liquid crystal used in the liquid crystal layer is not particularly limited as long as it exhibits a chiral smectic C phase (SmC * ), but the phase sequence of the ferroelectric liquid crystal is a nematic phase (N)- It is preferable that the material is a material that changes phase with the cholesteric phase (Ch) -chiral smectic C phase (SmC * ) or nematic phase (N) -chiral smectic C phase (SmC * ) and does not pass through the smectic A phase (SmA). .

本発明の液晶表示素子をフィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させる場合には、スメクチックA相を経由しない、単安定性を有する液晶材料を用いることが好ましい。ここで、単安定性とは、上述したように電圧非印加時に1つの安定状態のみを有する性質をいい、特に、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ハーフV字駆動するものが、白黒シャッターの開口時間を長くとることができ、明るいフルカラー表示を実現することができる点で好ましい。   When the liquid crystal display element of the present invention is driven by a field sequential color system, it is preferable to use a liquid crystal material having monostability that does not pass through the smectic A phase. Here, monostable refers to the property of having only one stable state when no voltage is applied as described above, and in particular, half V-shaped driving in which liquid crystal molecules operate only when either positive or negative voltage is applied. This is preferable in that the opening time of the black-and-white shutter can be increased and a bright full-color display can be realized.

また、本発明においては、このようなスメクチックA相を経由しない、単安定性を有する液晶材料を用いることにより、薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリックス方式による駆動が可能になり、また、電圧変調により階調制御が可能になり、高精細で高品位の表示を実現することができる。   Further, in the present invention, by using such a monostable liquid crystal material that does not pass through the smectic A phase, driving by an active matrix method using a thin film transistor (TFT) is possible, and voltage modulation is performed. Thus, gradation control is possible, and high-definition and high-quality display can be realized.

また、本発明に用いられる強誘電性液晶としては、単一相を構成するものであることが好ましい。ここで単一相を構成するとは、高分子安定化法やポリマー安定化法などのように、ポリマーネットワークが形成されていないことをいう。このように、単一相の強誘電性液晶を用いることにより、製造プロセスが容易となり、駆動電圧を低くすることができるという利点がある。   The ferroelectric liquid crystal used in the present invention preferably constitutes a single phase. Here, constituting a single phase means that a polymer network is not formed as in a polymer stabilization method or a polymer stabilization method. Thus, by using a single-phase ferroelectric liquid crystal, there are advantages that the manufacturing process becomes easy and the drive voltage can be lowered.

上記強誘電性液晶で構成される液晶層の厚みは、1.2μm〜3.0μmの範囲内であるのが好ましく、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。   The thickness of the liquid crystal layer composed of the ferroelectric liquid crystal is preferably in the range of 1.2 μm to 3.0 μm, more preferably 1.3 μm to 2.5 μm, still more preferably 1.4 μm to 2 μm. Within the range of 0.0 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.

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る。例えば、あらかじめ反応性液晶側基板および対向基板を作成した液晶セルに、上記強誘電性液晶を加温することにより等方性液体とし、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。上記液晶層の厚みは、ビーズなどのスペーサーにより調整することができる。   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, an isotropic liquid is obtained by heating the ferroelectric liquid crystal into a liquid crystal cell in which a reactive liquid crystal side substrate and a counter substrate are previously prepared, and is injected using the capillary effect and sealed with an adhesive. Thus, a liquid crystal layer can be formed. The thickness of the liquid crystal layer can be adjusted by a spacer such as beads.

(4)偏光板
次に、本発明に用いられる偏光板について説明する。本発明における偏光板は、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。
(4) Polarizing plate Next, the polarizing plate used for this invention is demonstrated. The polarizing plate 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 can be used.

2.液晶表示素子の製造方法
次に、本発明の液晶表示素子の製造方法について説明する。本発明の液晶表示素子は、液晶表示素子の製造方法として一般に用いられる方法により製造することができる。以下、本発明の液晶表示素子の製造方法の一例として、TFT素子を用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子の製造方法について説明する。
2. Next, a method for manufacturing a liquid crystal display element of the present invention will be described. The liquid crystal display element of this invention can be manufactured by the method generally used as a manufacturing method of a liquid crystal display element. Hereinafter, as an example of a method for manufacturing a liquid crystal display element of the present invention, a method for manufacturing an active matrix liquid crystal display element using TFT elements will be described.

まず、第1基板上に上述した蒸着方法により透明導電膜を形成し、全面共通電極とする。さらに、共通電極上に光配向膜材料を塗布し、光配向処理を施して第1配向膜を形成する。この第1配向膜上に反応性液晶層用塗工液を塗布し、反応性液晶を配向させて固定化することにより反応性液晶層を形成し、反応性液晶側基板とする。また、第2基板上には、透明導電膜をマトリックス上にパターニングすることによりx電極、y電極を形成し、スイッチング素子および画素電極を設置する。さらに、x電極、y電極、スイッチング素子および画素電極上に光配向膜材料を塗布し、光配向処理を施して第2配向膜を形成し、対向基板とする。このようにして形成した対向基板の第2配向膜上にスペーサーとしてビーズを分散させ、周囲にシール剤を塗布して反応性液晶側基板の反応性液晶層と対向基板の光配向膜とが対向するように貼り合わせ、熱圧着させる。そして、注入口からキャピラリー効果を利用して強誘電性液晶を等方性液体の状態で注入し、注入口を紫外線硬化樹脂等により封鎖する。その後、強誘電性液晶は徐冷することにより配向させることができる。このようにして得られた液晶セルの上下に偏光板を貼り付けることにより本発明の液晶表示素子を得ることができる。   First, a transparent conductive film is formed on the first substrate by the vapor deposition method described above to form a common electrode on the entire surface. Furthermore, a photo-alignment film material is applied on the common electrode, and a photo-alignment process is performed to form a first alignment film. A reactive liquid crystal layer coating is applied on the first alignment film, and the reactive liquid crystal is aligned and fixed to form a reactive liquid crystal layer, which is used as a reactive liquid crystal side substrate. On the second substrate, an x electrode and a y electrode are formed by patterning a transparent conductive film on a matrix, and a switching element and a pixel electrode are provided. Further, a photo-alignment film material is applied on the x electrode, the y electrode, the switching element, and the pixel electrode, and a photo-alignment process is performed to form a second alignment film, thereby forming a counter substrate. Beads are dispersed as spacers on the second alignment film of the counter substrate thus formed, and a sealant is applied to the periphery so that the reactive liquid crystal layer of the reactive liquid crystal side substrate and the photo alignment film of the counter substrate face each other. Bond together and heat-press. Then, the ferroelectric liquid crystal is injected in an isotropic liquid state using the capillary effect from the injection port, and the injection port is sealed with an ultraviolet curable resin or the like. Thereafter, the ferroelectric liquid crystal can be aligned by slow cooling. Thus, the liquid crystal display element of this invention can be obtained by sticking a polarizing plate on the upper and lower sides of the obtained liquid crystal cell.

3.液晶表示素子の用途
次に、本発明の液晶表示素子の用途について説明する。本発明の液晶表示素子は、薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリックス方式により駆動させることが好ましく、さらにカラーフィルタ方式またはフィールドシーケンシャルカラー方式を採用することによりカラーの液晶表示素子とすることができる。本発明においては、TFT基板側または共通電極基板側にマイクロカラーフィルタを配置することにより、カラー表示が可能であるが、強誘電性液晶の高速応答性を利用することにより、マイクロカラーフィルタを用いることなく、LED光源と組み合わせてフィールドシーケンシャルカラー方式によるカラー表示が可能になる。また、本発明の液晶表示素子を用いたカラーの液晶表示素子は、配向欠陥を生じることなく強誘電性液晶を配向させることができるので、視野角が広く、高速応答性を有し、高精細なカラー表示を実現することができる。
3. Next, the use of the liquid crystal display element of the present invention will be described. The liquid crystal display element of the present invention is preferably driven by an active matrix system using a thin film transistor (TFT), and can be a color liquid crystal display element by adopting a color filter system or a field sequential color system. In the present invention, the color display is possible by arranging the micro color filter on the TFT substrate side or the common electrode substrate side. However, the micro color filter is used by utilizing the high-speed response of the ferroelectric liquid crystal. Therefore, color display by a field sequential color system is possible in combination with an LED light source. In addition, the color liquid crystal display element using the liquid crystal display element of the present invention can align the ferroelectric liquid crystal without causing alignment defects, and thus has a wide viewing angle, high speed response, and high definition. Color display can be realized.

これらのなかでも、本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることが好ましい。上述したように、フィールドシーケンシャルカラー方式は、1画素を時間分割するものであり、良好な動画表示特性を得るためには高速応答性を特に必要とするからである。   Among these, the liquid crystal display element of the present invention is preferably driven by a field sequential color system. This is because, as described above, the field sequential color method divides one pixel in time and particularly requires high-speed response in order to obtain good moving image display characteristics.

この場合に、強誘電性液晶としては、コレステリック相からスメクチックA相を経由しないでカイラルスメクチックC相を発現する単安定特性を有する材料を用いることが好ましい。このような材料は、正の電圧印加時と負の電圧印加時における液晶分子の長軸方向の傾きが同じ方向であり、印加電圧に対する光透過率が非対称な電気光学特性を示すものである。この特性を、本明細書においては、half−V shaped switching(HV字型スイッチング)と称する。このようなHV字型スイッチング特性を示す材料を用いることにより、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。それにより時間的に切り替えられる各色をより明るく表示することができ、明るいフルカラーの液晶表示素子を実現することができる。   In this case, as the ferroelectric liquid crystal, it is preferable to use a material having monostable characteristics that expresses a chiral smectic C phase from a cholesteric phase without passing through a smectic A phase. Such a material exhibits electro-optic characteristics in which the inclination of the major axis of liquid crystal molecules is the same when a positive voltage is applied and when a negative voltage is applied, and the light transmittance with respect to the applied voltage is asymmetric. This characteristic is referred to herein as half-V shaped switching (HV-shaped switching). By using a material exhibiting such HV-shaped switching characteristics, the opening time as a black and white shutter can be made sufficiently long. Accordingly, each color that can be switched over time can be displayed brighter, and a bright full-color liquid crystal display element can be realized.

上記強誘電性液晶が単安定性を示す場合、本発明の液晶表示素子は、基本的にはTFTを用いたアクティブマトリックス方式により駆動させるが、セグメント方式による駆動も可能である。   When the ferroelectric liquid crystal exhibits monostability, the liquid crystal display element of the present invention is basically driven by an active matrix system using TFTs, but can also be driven by a segment system.

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。   In addition, this invention is not limited to the said 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、本発明について実施例を用いて具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.

[実施例1]
配向膜の材料としては、下記式Iで表される化合物Aを用い、反応性液晶層の液晶材料としては、下記式IIで表される化合物Bを用いた。
[Example 1]
As a material for the alignment film, a compound A represented by the following formula I was used, and as a liquid crystal material for the reactive liquid crystal layer, a compound B represented by the following formula II was used.

Figure 0004528645
Figure 0004528645

シクロペンタノンに溶解した2重量%の化合物Aの溶液をITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒スピンコーティングした。オーブンで180℃、10分間乾燥させた後、偏光紫外線を25℃で基板面に対して30°の角度より100mJ/cm露光した。さらに、片方の基板にシクロペンタノンに溶解した2重量%の化合物Bの溶液を回転数4000rpmで30秒スピンコーティングして積層し、55℃で3分間乾燥させた後、無偏光紫外線を55℃で1000mJ/cm露光した。その後、片方の基板に1.5μmのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材をシールディスペンサーで塗布した。基板を偏光UV照射方向と平行で、かつアンチパラレルの状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「R2301」(クラリアント社製)を用い、注入口上部に液晶を付着し、オーブンを用いて、ネマチック相−等方相転移温度より10℃〜20℃高い温度で注入を行いゆっくりと常温に戻したところ、配向欠陥のないモノドメイン配向が得られた。 A solution of 2% by weight of Compound A dissolved in cyclopentanone was spin-coated on two glass substrates coated with ITO at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. After drying at 180 ° C. for 10 minutes in an oven, polarized ultraviolet rays were exposed to 100 mJ / cm 2 from an angle of 30 ° with respect to the substrate surface at 25 ° C. Further, a solution of 2% by weight of Compound B dissolved in cyclopentanone was spin-coated at a rotation speed of 4000 rpm for 30 seconds on one substrate and dried at 55 ° C. for 3 minutes. And 1000 mJ / cm 2 exposure. Thereafter, a 1.5 μm spacer was sprayed on one substrate, and a sealing material was applied to the other substrate with a seal dispenser. The substrate was assembled in an antiparallel state parallel to the polarized UV irradiation direction, and thermocompression bonded. The liquid crystal is “R2301” (manufactured by Clariant). The liquid crystal is attached to the upper part of the injection port, and is injected at a temperature 10 ° C. to 20 ° C. higher than the nematic phase-isotropic phase transition temperature using an oven. When returned to 1, monodomain alignment without alignment defects was obtained.

[実施例2]
反応性液晶層の液晶材料としては、上記式IIで表される化合物Bを用いた。
[Example 2]
As the liquid crystal material of the reactive liquid crystal layer, the compound B represented by the above formula II was used.

日産化学工業(株)製のポリイミド「RN1199」をITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒スピンコーティングした。オーブンで180℃、10分間乾燥させた後、偏光紫外線を25℃で100J/cm露光した。さらに、片方の基板にシクロペンタノンに溶解した2重量%の化合物Bの溶液を回転数4000rpmで30秒スピンコーティングして積層し、55℃で3分間乾燥させた後、無偏光紫外線を55℃で1000mJ/cm露光した。その後、上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入したところ、配向欠陥のないモノドメイン配向が得られた。 A polyimide “RN1199” manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. was spin-coated on two glass substrates coated with ITO at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. After drying in an oven at 180 ° C. for 10 minutes, polarized ultraviolet rays were exposed to 100 J / cm 2 at 25 ° C. Further, a solution of 2% by weight of Compound B dissolved in cyclopentanone was spin-coated at a rotation speed of 4000 rpm for 30 seconds on one substrate and dried at 55 ° C. for 3 minutes. And 1000 mJ / cm 2 exposure. Thereafter, the cells were assembled by the method described above, and liquid crystal was injected. As a result, monodomain alignment without alignment defects was obtained.

[実施例3]
配向膜の材料としては、上記式Iで表される化合物Aを用い、反応性液晶層の液晶材料としては、下記式IIIで表される化合物Cを用いた。
[Example 3]
The compound A represented by the above formula I was used as the material for the alignment film, and the compound C represented by the following formula III was used as the liquid crystal material for the reactive liquid crystal layer.

Figure 0004528645
Figure 0004528645

シクロペンタノンに溶解した2重量%の化合物Aの溶液をITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒スピンコーティングした。オーブンで180℃、10分間乾燥させた後、偏光紫外線を25℃で基板面に対して30°の角度より100mJ/cm露光した。さらに、片方の基板にシクロペンタノンに溶解した2重量%の化合物Cの溶液を回転数4000rpmで30秒スピンコーティングして積層し、55℃で3分間乾燥させた後、無偏光紫外線を55℃で1000mJ/cm露光した。その後、上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入したところ、配向欠陥のないモノドメイン配向が得られた。 A solution of 2% by weight of Compound A dissolved in cyclopentanone was spin-coated on two glass substrates coated with ITO at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. After drying at 180 ° C. for 10 minutes in an oven, polarized ultraviolet rays were exposed to 100 mJ / cm 2 from an angle of 30 ° with respect to the substrate surface at 25 ° C. Further, a 2 wt% compound C solution dissolved in cyclopentanone was spin-coated on one substrate at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds and dried at 55 ° C. for 3 minutes. And 1000 mJ / cm 2 exposure. Thereafter, the cells were assembled by the method described above, and liquid crystal was injected. As a result, monodomain alignment without alignment defects was obtained.

[実施例4]
反応性液晶層の液晶材料としては、上記式IIIで表される化合物Cを用いた。
日産化学工業(株)製のポリイミド「RN1199」をITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒スピンコーティングした。オーブンで180℃、10分間乾燥させた後、偏光紫外線を25℃で100J/cm露光した。さらに、片方の基板にシクロペンタノンに溶解した2重量%の化合物Cの溶液を回転数4000rpmで30秒スピンコーティングして積層し、55℃で3分間乾燥させた後、無偏光紫外線を55℃で1000mJ/cm露光した。その後、上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入したところ、配向欠陥のないモノドメイン配向が得られた。
[Example 4]
As the liquid crystal material of the reactive liquid crystal layer, the compound C represented by the above formula III was used.
A polyimide “RN1199” manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. was spin-coated on two glass substrates coated with ITO at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. After drying in an oven at 180 ° C. for 10 minutes, polarized ultraviolet rays were exposed to 100 J / cm 2 at 25 ° C. Further, a 2 wt% compound C solution dissolved in cyclopentanone was spin-coated on one substrate at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds and dried at 55 ° C. for 3 minutes. And 1000 mJ / cm 2 exposure. Thereafter, the cells were assembled by the method described above, and liquid crystal was injected. As a result, monodomain alignment without alignment defects was obtained.

[実施例5]
配向膜の材料としては、上記式Iで表される化合物Aを用い、反応性液晶層の液晶材料としては、上記式IIで表される化合物B、および上記式IIIで表される化合物Cを用いた。
シクロペンタノンに溶解した2重量%の化合物Aの溶液をITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒スピンコーティングした。オーブンで180℃、10分間乾燥させた後、偏光紫外線を25℃で基板面に対して30°の角度より100mJ/cm露光した。さらに、片方の基板にシクロペンタノンに溶解した2重量%の化合物Bの溶液を、もう片方の基板にはシクロペンタノンに溶解した2重量%の化合物Cの溶液を回転数4000rpmで30秒スピンコーティングして積層し、55℃で3分間乾燥させた後、無偏光紫外線を55℃で1000mJ/cm露光した。その後、上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入したところ、配向欠陥のないモノドメイン配向が得られた。
[Example 5]
As the material for the alignment film, the compound A represented by the above formula I is used, and as the liquid crystal material for the reactive liquid crystal layer, the compound B represented by the above formula II and the compound C represented by the above formula III are used. Using.
A solution of 2% by weight of Compound A dissolved in cyclopentanone was spin-coated on two glass substrates coated with ITO at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. After drying at 180 ° C. for 10 minutes in an oven, polarized ultraviolet rays were exposed to 100 mJ / cm 2 from an angle of 30 ° with respect to the substrate surface at 25 ° C. Further, a 2 wt% compound B solution dissolved in cyclopentanone on one substrate and a 2 wt% compound C solution dissolved in cyclopentanone on the other substrate were spun at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. After coating and laminating and drying at 55 ° C. for 3 minutes, non-polarized ultraviolet light was exposed to 1000 mJ / cm 2 at 55 ° C. Thereafter, the cells were assembled by the method described above, and liquid crystal was injected. As a result, monodomain alignment without alignment defects was obtained.

[比較例1]
配向膜の材料としては、上記式Iで表される化合物Aを用いた。
[Comparative Example 1]
As the material of the alignment film, the compound A represented by the above formula I was used.

シクロペンタノンに溶解した2重量%の化合物Aの溶液をITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒スピンコーティングした。さらに、上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入したところ、モノドメイン配向は得られず、ダブルドメインやジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥などの配向欠陥が発生した。   A solution of 2% by weight of Compound A dissolved in cyclopentanone was spin-coated on two glass substrates coated with ITO at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. Furthermore, when cells were assembled by the method described above and liquid crystal was injected, monodomain alignment was not obtained, and alignment defects such as double domains, zigzag defects, and hairpin defects occurred.

[比較例2]
配向膜の材料としては、日産化学工業(株)製のポリイミド「RN1199」を用い、ITOでコーティングされた2枚のガラス基板に回転数4000rpmで30秒スピンコーティングした。オーブンで180℃、10分間乾燥させた後、偏光紫外線を25℃で100J/cm露光した。その後、上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入したところ、モノドメイン配向は得られず、ダブルドメインやジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥などの配向欠陥が発生した。
[Comparative Example 2]
As a material for the alignment film, polyimide “RN1199” manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. was used, and spin coating was performed on two glass substrates coated with ITO at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. After drying in an oven at 180 ° C. for 10 minutes, polarized ultraviolet rays were exposed to 100 J / cm 2 at 25 ° C. Thereafter, when cells were assembled by the method described above and liquid crystal was injected, monodomain alignment was not obtained, and alignment defects such as double domains, zigzag defects, and hairpin defects occurred.

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. 本発明の液晶表示素子の一例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view 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率の変化を示したグラフである。It is the graph which showed the change of the transmittance | permeability with respect to the applied voltage of a ferroelectric liquid crystal. 強誘電性液晶の有する相系列の相違による配向欠陥の違いを示した図である。It is the figure which showed the difference in the orientation defect by the difference in the phase sequence which a ferroelectric liquid crystal has. 強誘電性液晶の配向欠陥であるダブルドメインを示した写真である。It is the photograph which showed the double domain which is the orientation defect of a ferroelectric liquid crystal.

符号の説明Explanation of symbols

1a … 第1基板
1b … 第2基板
2a、2b … 電極層
3a … 第1配向膜
3b … 第2配向膜
4 … 反応性液晶層
5 … 液晶層
6a、6b … 偏光板
11 … 反応性液晶側基板
12 … 対向基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a ... 1st board | substrate 1b ... 2nd board | substrate 2a, 2b ... Electrode layer 3a ... 1st orientation film 3b ... 2nd orientation film 4 ... Reactive liquid crystal layer 5 ... Liquid crystal layer 6a, 6b ... Polarizing plate 11 ... Reactive liquid crystal side Substrate 12 ... Counter substrate

Claims (9)

第1基板と、前記第1基板上に形成された電極層と、前記電極層上に形成された第1配向膜と、前記第1配向膜上に形成され、ネマチック相を発現する反応性液晶を液晶規則性を有する状態で固定化してなる反応性液晶層とを有する反応性液晶側基板、および、第2基板と、前記第2基板上に形成された電極層と、前記電極層上に形成された第2配向膜とを有する対向基板を、前記反応性液晶側基板の反応性液晶層と前記対向基板の第2配向膜とが向かい合うように配置し、前記反応性液晶側基板の反応性液晶層および前記対向基板の第2配向膜の間に強誘電性液晶を挟持してなり、
前記強誘電性液晶は、相系列にスメクチックA相を持たないものであり、単安定性を示し、ハーフV字駆動し、電圧変化による階調表示を可能とするものであり、
さらに前記強誘電性液晶が、液晶層にてモノドメイン配向を示すことを特徴とする液晶表示素子。
A first substrate; an electrode layer formed on the first substrate; a first alignment film formed on the electrode layer; and a reactive liquid crystal formed on the first alignment film and exhibiting a nematic phase. A reactive liquid crystal side substrate having a reactive liquid crystal layer fixed in a state having liquid crystal regularity, a second substrate, an electrode layer formed on the second substrate, and on the electrode layer The counter substrate having the formed second alignment film is disposed so that the reactive liquid crystal layer of the reactive liquid crystal side substrate faces the second alignment film of the counter substrate, and the reaction of the reactive liquid crystal side substrate is performed. A ferroelectric liquid crystal is sandwiched between the conductive liquid crystal layer and the second alignment film of the counter substrate;
The ferroelectric liquid crystal does not have a smectic A phase in a phase series, exhibits monostability, is driven by a half V-shape , and enables gradation display by voltage change .
Furthermore, the ferroelectric liquid crystal exhibits monodomain alignment in a liquid crystal layer.
前記反応性液晶は、重合性液晶モノマーを有することを特徴とする請求項に記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display element according to claim 1 , wherein the reactive liquid crystal includes a polymerizable liquid crystal monomer. 前記重合性液晶モノマーは、モノアクリレートモノマーまたはジアクリレートモノマーであることを特徴とする請求項に記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display element according to claim 2 , wherein the polymerizable liquid crystal monomer is a monoacrylate monomer or a diacrylate monomer. 前記ジアクリレートモノマーは、下記式(1)で表される化合物であることを特徴とする請求項に記載の液晶表示素子。
Figure 0004528645
(ここで、式中のXは、水素、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルケニル、炭素数1〜20のアルキルオキシ、炭素数1〜20のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数1〜20のアルキルカルボニル、炭素数1〜20のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表し、mは2〜20の範囲内の整数を表す。)
The liquid crystal display element according to claim 3 , wherein the diacrylate monomer is a compound represented by the following formula (1).
Figure 0004528645
(Here, X is hydrogen, alkyl having 1 to 20 carbon atoms, alkenyl having 1 to 20 carbon atoms, alkyloxy having 1 to 20 carbon atoms, alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbon atoms, formyl, carbon Represents an alkylcarbonyl having 1 to 20 carbon atoms, an alkylcarbonyloxy having 1 to 20 carbon atoms, halogen, cyano or nitro, and m represents an integer within the range of 2 to 20.)
前記ジアクリレートモノマーは、下記式(2)で表される化合物であることを特徴とする請求項に記載の液晶表示素子。
Figure 0004528645
(ここで、式中のZ21およびZ22は、各々独立して直接結合している−COO−、−OCO−、−O−、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−OCH−、−CHO−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−を表し、mは0または1を表し、nは2〜8の範囲内の整数を表す。)
The liquid crystal display element according to claim 3 , wherein the diacrylate monomer is a compound represented by the following formula (2).
Figure 0004528645
(Wherein Z 21 and Z 22 in the formula are each independently directly bonded —COO—, —OCO—, —O—, —CH 2 CH 2 —, —CH═CH—, —C ≡C—, —OCH 2 —, —CH 2 O—, —CH 2 CH 2 COO—, —OCOCH 2 CH 2 —, m represents 0 or 1, and n represents an integer in the range of 2-8. Represents.)
前記第1配向膜および前記第2配向膜が、光配向膜であることを特徴とする請求項1から請求項までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display element according to any one of claims 1 to 5, wherein the first alignment film and the second alignment film are photo-alignment films. 前記強誘電性液晶は、単一相を構成するものであることを特徴とする請求項1から請求項までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。 The ferroelectric liquid crystal, the liquid crystal display device according to any one of claims of claims 1 to 6, characterized in that it constitutes a single phase. 薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス方式により駆動させることを特徴とする請求項1から請求項までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display device according to any one of claims of claims 1 to 7, characterized in that driving by an active matrix system using a thin film transistor. フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることを特徴とする請求項1から請求項までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display element according to any one of claims 1 to 8 , wherein the liquid crystal display element is driven by a field sequential color system.
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