JP4888049B2 - Liquid crystal display element - Google Patents

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本発明は、自発分極を有する単安定型の強誘電性液晶を用いた液晶表示素子に関するものである。   The present invention relates to a liquid crystal display element using monostable ferroelectric liquid crystal having spontaneous polarization.

液晶表示素子は薄型で低消費電力などといった特徴から、大型ディスプレイから携帯情報端末までその用途を広げており、その開発が活発に行われている。これまで液晶表示素子は、TN方式、STNのマルチプレックス駆動、TNに薄層トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリックス駆動等が開発され実用化されているが、これらはネマチック液晶を用いているために、液晶材料の応答速度が数ms〜数十msと遅く、動画表示に充分対応しているとはいえない。   Liquid crystal display elements have been widely used from large displays to portable information terminals because of their thinness and low power consumption, and their development is actively underway. So far, liquid crystal display elements have been developed and put to practical use, such as TN mode, STN multiplex drive, and active matrix drive using thin layer transistors (TFTs) for TN, but these use nematic liquid crystals. In addition, the response speed of the liquid crystal material is as slow as several ms to several tens of ms, and it cannot be said that it is sufficiently compatible with moving image display.

強誘電性液晶(FLC)は、応答速度がμsオーダーと極めて短く、高速デバイスに適した液晶である。強誘電性液晶はクラークおよびラガーウォルにより提唱された電圧無印加時に安定状態を二つ有する双安定性のものが広く知られているが(図14上段)、明、暗の2状態でのスイッチングに限られ、メモリー性を有するものの、階調表示ができないという問題を抱えている。   Ferroelectric liquid crystal (FLC) is a liquid crystal suitable for high-speed devices because its response speed is as short as μs order. Ferroelectric liquid crystals proposed by Clark and Lagerwol are widely known as bistable ones having two stable states when no voltage is applied (FIG. 14 top), but for switching in two states of light and dark. Although it has limited memory characteristics, it has a problem that gradation display cannot be performed.

近年、電圧無印加時の液晶層の状態がひとつの状態で安定化している(以下、これを「単安定」と称する。)強誘電性液晶が、電圧変化により液晶のダイレクタ(分子軸の傾き)を連続的に変化させ透過光度をアナログ変調することで階調表示を可能とするものとして注目されている(非特許文献1参照、図14下段)。単安定性を示す液晶としては、一般に、降温過程においてコレステリック相(Ch)−カイラルスメクチックC(SmC)相と相変化し、スメクチックA(SmA)相を経由しない強誘電性液晶が用いられる(図13上段)。 In recent years, the state of the liquid crystal layer when no voltage is applied is stabilized in a single state (hereinafter referred to as “monostable”). ) Is continuously changed, and the transmitted light intensity is analog-modulated so that gradation display is possible (see Non-Patent Document 1, lower part of FIG. 14). As the liquid crystal exhibiting monostability, generally, a ferroelectric liquid crystal that changes phase with the cholesteric phase (Ch) -chiral smectic C (SmC * ) phase in the temperature lowering process and does not pass through the smectic A (SmA) phase is used ( FIG. 13 top).

一方、強誘電性液晶としては、降温過程においてコレステリック相(Ch)−スメクチックA(SmA)相−カイラルスメクチックC(SmC)相と相変化し、SmA相を経由してSmC相を示す材料がある。現在報告されている強誘電性液晶材料の中では、前者のSmA相を経由しない材料に比べて、後者のSmA相を経由する相系列を持つものが大半である。後者のSmA相を経由する相系列を持つ強誘電性液晶は、通常、1層法線に対して二つの安定状態を有し(図13下段)、双安定性を示すことが知られている。 On the other hand, the ferroelectric liquid crystal is a material that changes in phase with a cholesteric phase (Ch) -smectic A (SmA) phase-chiral smectic C (SmC * ) phase in the temperature lowering process and exhibits an SmC * phase via the SmA phase. There is. Most of the ferroelectric liquid crystal materials currently reported have a phase series that passes through the latter SmA phase compared to the former material that does not pass through the SmA phase. It is known that a ferroelectric liquid crystal having a phase sequence passing through the latter SmA phase usually has two stable states with respect to a single-layer normal (lower stage in FIG. 13) and exhibits bistability. .

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

フィールドシーケンシャルカラー方式は1画素を時間分割するものであるので、良好な動画表示特性を得るためには白黒シャッターとしての液晶が高速応答性を有していることが必要である。強誘電性液晶を用いればこの課題を解決することができる。この際に用いられる強誘電性液晶としては、上述したようにアナログ変調による階調表示を可能とし、高精細なカラー表示を実現するために、単安定性を示すものであることが特に望ましい。また、単安定性を示す強誘電性液晶には、正負両極性の電圧に応答するもの(図14下段右)と、正負いずれかの極性の電圧のみに応答するもの(図14下段左)がある。中でも、薄膜トランジスタ(TFT)素子を用いて強誘電性液晶を駆動させる場合には、正負いずれかの極性の電圧に応答するものの方が、自発分極による反転電流の影響が少ないため、特に好ましい。   In the field sequential color system, one pixel is time-divided, so that a liquid crystal as a black and white shutter needs to have high-speed response in order to obtain good moving image display characteristics. If a ferroelectric liquid crystal is used, this problem can be solved. As the ferroelectric liquid crystal used in this case, it is particularly desirable that the ferroelectric liquid crystal exhibits monostability in order to enable gradation display by analog modulation as described above and to realize high-definition color display. In addition, there are two types of ferroelectric liquid crystal exhibiting monostability: one that responds to both positive and negative voltages (lower right in FIG. 14) and one that responds only to positive and negative voltages (lower left in FIG. 14). is there. In particular, when a ferroelectric liquid crystal is driven using a thin film transistor (TFT) element, it is particularly preferable to respond to a voltage of either positive or negative polarity because the influence of reversal current due to spontaneous polarization is small.

ここで、TFT素子を用いたフィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示素子の駆動シーケンスの一例を図15に示す。図15において、液晶表示素子への印加電圧を0〜±V(V)として、正の極性の電圧でデータ書込み走査を行い、負の極性の電圧でデータ消去走査を行うとする。そして、単安定性を示し、正負いずれかの極性の電圧にのみ応答する強誘電性液晶を用いたとする。   Here, FIG. 15 shows an example of a driving sequence of a liquid crystal display element by a field sequential color system using TFT elements. In FIG. 15, it is assumed that the voltage applied to the liquid crystal display element is 0 to ± V (V), data write scan is performed with a positive polarity voltage, and data erase scan is performed with a negative polarity voltage. It is assumed that a ferroelectric liquid crystal that exhibits monostability and responds only to a positive or negative voltage is used.

単安定性を示し、正負いずれかの極性の電圧にのみ応答する強誘電性液晶の応答としては、図12に例示するように、正の極性の電圧で応答して明状態となる場合(図12(a))と、負の極性の電圧で応答して明状態となる場合(図12(b))とがある。したがって、図15に示すように、図12(a)の応答(液晶応答1)を示す強誘電性液晶を用いた場合は正の極性の電圧を印加したときに明状態となり、図12(b)の応答(液晶応答2)を示す強誘電性液晶を用いた場合は負の極性の電圧を印加したときに明状態となる。   As a response of the ferroelectric liquid crystal which shows monostability and responds only to a voltage of either positive or negative polarity, as illustrated in FIG. 12 (a)) and a case where a bright state is obtained in response to a negative polarity voltage (FIG. 12 (b)). Therefore, as shown in FIG. 15, when the ferroelectric liquid crystal showing the response (liquid crystal response 1) of FIG. 12A is used, a bright state is obtained when a positive polarity voltage is applied, and FIG. When a ferroelectric liquid crystal exhibiting a response (liquid crystal response 2) is used, a bright state is obtained when a negative polarity voltage is applied.

TFT素子を用いた強誘電性液晶の駆動は、TFT基板に対向する共通電極基板の共通電極に一定の電圧を印加し、TFT基板の各画素の画素電極に電圧を印加することで行う。ここで、共通電極に対して、画素電極の電圧が相対的に高い場合を正の極性の電圧印加、画素電極の電圧が相対的に低い場合を負の極性の電圧印加とする。
強誘電性液晶として、正の極性の電圧のみに応答するものを用いた場合にも電荷のバランスをとるため、正の極性の電圧印加(書き込み)と負の極性の電圧印加(消去)を交互に行う。TFT素子を用いた場合、全ての画素に同時に電圧を書き込むことはできないため、1ライン毎に走査する。そのため、1ライン目の書き込みとLライン目の書き込みはタイミングがずれる。消去についても同様で、図15に示す例では、全てのラインの書き込みが終了した後に、1ライン目から消去を行う。
さらにフィールドシーケンシャルカラー方式では、書き込みと消去をバックライトの点滅に同期させて行う。図15において、+(R)とはR(赤色)のバックライトに同期させて書込み走査(正の極性の電圧印加)したことを示し、−(R)とはRのバックライトに同期させて消去走査(負の極性の電圧印加)したことを示す。同様に、+(G)、−(G)、+(B)、−(B)についても、それぞれG(緑色)、B(青色)のバックライトに同期させて走査したことを示す。
The ferroelectric liquid crystal using the TFT element is driven by applying a constant voltage to the common electrode of the common electrode substrate facing the TFT substrate and applying a voltage to the pixel electrode of each pixel of the TFT substrate. Here, when the pixel electrode voltage is relatively high with respect to the common electrode, a positive polarity voltage application is applied, and when the pixel electrode voltage is relatively low, a negative polarity voltage application is applied.
When using a ferroelectric liquid crystal that responds only to positive polarity voltage, positive polarity voltage application (writing) and negative polarity voltage application (erasing) are alternated to balance the charge. To do. When a TFT element is used, voltage cannot be written to all pixels at the same time, so scanning is performed for each line. Therefore, the writing of the first line and the writing of the L line are out of timing. The same applies to erasing. In the example shown in FIG. 15, erasing is performed from the first line after writing of all lines is completed.
Further, in the field sequential color method, writing and erasing are performed in synchronization with the flashing of the backlight. In FIG. 15, + (R) indicates that the address scanning is performed in synchronization with the R (red) backlight, and − (R) indicates that the R backlight is synchronized. This indicates that erase scanning (application of a negative polarity voltage) was performed. Similarly, + (G), − (G), + (B), and − (B) indicate that scanning is performed in synchronization with the backlights of G (green) and B (blue), respectively.

このようにフィールドシーケンシャルカラー方式では、バックライトのR・G・B…の時間的な切り替えに同期させて、書込み走査および消去走査を行い、強誘電性液晶を応答させるので、Rのバックライトに同期させて走査する際には、液晶応答1を示す強誘電性液晶を用いた場合は、1ライン目の書込み走査(+(R))およびLライン目の書込み走査(+(R))のいずれにおいても、Rのバックライトの点灯中に明状態となる。一方、液晶応答2を示す強誘電性液晶を用いた場合は、1ライン目とLライン目とで書込み走査(+(R))および消去走査(−(R))が時間的にずれるので、Rのバックライトに同期させたLライン目の消去走査(−(R))によって、Gのバックライトの点灯時に明状態となってしまう(図15の太枠)。また、Gのバックライトに同期させて走査する際には、Gのバックライトに同期させたLライン目の消去走査(−(G))によって、Bのバックライトの点灯時に明状態となってしまう(図15の太枠)。
なお、図15おいて、明(R)とはR(赤色)のバックライトに同期させた走査によって明状態となることを示し、暗とはR(赤色)・G(緑色)・B(青色)のそれぞれのバックライトに同期させた走査によって暗状態となることを示す。また同様に、明(G)、明(B)についても、それぞれG(緑色)、B(青色)のバックライトに同期させた走査によって明状態となることを示す。
As described above, in the field sequential color system, the ferroelectric liquid crystal is made to respond by performing the write scan and the erase scan in synchronization with the temporal switching of the backlight R, G, B. When scanning in synchronism, if a ferroelectric liquid crystal showing a liquid crystal response 1 is used, the writing scan of the first line (+ (R)) and the writing scan of the L line (+ (R)) are performed. In any case, a bright state is obtained while the R backlight is lit. On the other hand, when the ferroelectric liquid crystal showing the liquid crystal response 2 is used, the write scan (+ (R)) and the erase scan (− (R)) are shifted in time between the first line and the L line. The erasing scan (-(R)) on the Lth line synchronized with the R backlight results in a bright state when the G backlight is turned on (thick frame in FIG. 15). Further, when scanning in synchronization with the G backlight, the L-line erasing scan (-(G)) synchronized with the G backlight results in a bright state when the B backlight is turned on. (Thick frame in FIG. 15).
In FIG. 15, bright (R) indicates that a bright state is obtained by scanning synchronized with an R (red) backlight, and dark indicates R (red), G (green), and B (blue). ) Indicates a dark state by scanning synchronized with each backlight. Similarly, bright (G) and bright (B) are also shown to be in a bright state by scanning synchronized with G (green) and B (blue) backlights, respectively.

通常の液晶表示装置では、正の極性の電圧および負の極性の電圧のいずれで、書込み走査を行うか、消去走査を行うかは決まっており、容易に変更することはできないので、上述した不具合を回避するには、単安定性を示す強誘電性液晶が応答する電圧の極性を、印加電圧の極性に合わせる必要がある。この強誘電性液晶の応答性は、強誘電性液晶の自発分極の向きで決まるため、自発分極の向きを制御することができれば、強誘電性液晶が応答する電圧の極性を制御することができる。   In a normal liquid crystal display device, it is determined which of the positive polarity voltage and the negative polarity voltage is used for writing scanning or erasing scanning and cannot be easily changed. In order to avoid this, it is necessary to match the polarity of the voltage to which the ferroelectric liquid crystal exhibiting monostability responds to the polarity of the applied voltage. Since the response of the ferroelectric liquid crystal is determined by the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal, the polarity of the voltage to which the ferroelectric liquid crystal responds can be controlled if the direction of spontaneous polarization can be controlled. .

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い。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13上段)。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。このため、様々な配向処理方法が検討されている。   Ferroelectric liquid crystals are difficult to align because they have higher molecular ordering than nematic liquid crystals. 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 (the upper part of FIG. 13). Such a double domain becomes a serious problem because black-and-white inversion is displayed during driving. For this reason, various alignment processing methods have been studied.

例えば、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(非特許文献2参照)。この電界印加徐冷法を用いた場合には、印加する電界の向きにより自発分極の向きを制御することができる。しかしながら、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、製造工程が複雑になり、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。   For example, as a method for improving the double domain, an electric field applied slow cooling method is known in which a liquid crystal cell is heated to a temperature equal to or higher than the cholesteric phase and gradually cooled while a DC voltage is applied (see Non-Patent Document 2). When this electric field application annealing method is used, the direction of spontaneous polarization can be controlled by the direction of the applied electric field. However, in this method, if the temperature rises again above the phase transition point, alignment disturbance occurs, and the manufacturing process becomes complicated, and alignment disturbance occurs in a portion where the electric field between the pixel electrodes does not act. There's a problem.

また、強誘電性液晶を単安定化する方法として、上下の配向膜として光配向膜を用い、これらの光配向膜にそれぞれ異なる組成の材料を用いる方法が提案されている(特許文献1、特許文献2および特許文献3参照)。この方法において、上下の光配向膜に異なる組成の材料を用いることにより良好な配向状態が得られる理由は明らかではないが、上下の光配向膜のそれぞれと強誘電性液晶との相互作用の相違によるものと考えられている。しかしながら、この方法により得られる液晶表示素子では、実際に駆動してみなければ強誘電性液晶の自発分極の向きを知ることができない。   Further, as a method for monostabilizing the ferroelectric liquid crystal, a method is proposed in which photo-alignment films are used as upper and lower alignment films, and materials having different compositions are used for these photo-alignment films (Patent Document 1, Patent). Reference 2 and Patent Document 3). In this method, the reason why a good alignment state can be obtained by using materials having different compositions for the upper and lower photo-alignment films is not clear, but the interaction between the upper and lower photo-alignment films and the ferroelectric liquid crystal is different. It is thought to be due to. However, in the liquid crystal display element obtained by this method, the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal cannot be known unless it is actually driven.

さらに、強誘電性液晶を単安定化する他の方法として、上下の配向膜のいずれか一方に、反応性液晶を塗布して配向させ固定化することにより反応性液晶層を形成し、この反応性液晶層を配向膜として作用させる方法が提案されている(特許文献4参照)。この方法では、反応性液晶が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、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。しかしながら、この方法により得られる液晶表示素子においても、実際に駆動してみなければ強誘電性液晶の自発分極の向きを知ることができない。   Furthermore, as another method for monostabilizing the ferroelectric liquid crystal, a reactive liquid crystal layer is formed on one of the upper and lower alignment films by applying and aligning the reactive liquid crystal, and this reaction is performed. Has been proposed (see Patent Document 4). In this method, the reactive liquid crystal is relatively similar in structure to the ferroelectric liquid crystal, so that the interaction with the ferroelectric liquid crystal becomes stronger, so that the alignment is more effective than when only the alignment film is used. By forming the reactive liquid crystal layer on one of the upper and lower alignment films, the ferroelectric liquid crystal can be aligned without causing alignment defects such as double domains. However, even in the liquid crystal display element obtained by this method, the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal cannot be known unless it is actually driven.

特開2005−208353号公報JP 2005-208353 A 特開2005−234549号公報JP 2005-234549 A 特開2005−234550号公報JP 2005-234550 A 特開2005−258428号公報JP 2005-258428 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、上記問題点に鑑みてなされたものであり、単安定性を示す強誘電性液晶を用いた液晶表示素子において、強誘電性液晶の自発分極の向きを制御することが可能な液晶表示素子を提供することを主目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and in a liquid crystal display element using a ferroelectric liquid crystal exhibiting monostability, a liquid crystal capable of controlling the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal. The main object is to provide a display element.

上記目的を達成するために、本発明は、第1基材と、上記第1基材上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、光異性化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光異性化型材料を含有する光配向膜である第1配向膜とを有する第1配向処理基板、および、第2基材と、上記第2基材上に形成された第2電極層と、上記第2電極層上に形成され、光二量化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光二量化型材料を含有する光配向膜、またはラビング膜である第2配向膜とを有する第2配向処理基板を、上記第1配向膜と上記第2配向膜とが対向するように配置し、上記第1配向膜と上記第2配向膜との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、上記強誘電性液晶が、単安定性を示し、かつ、上記第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、上記強誘電性液晶の分子方向が上記第1配向処理基板面に対して平行に上記強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化するものであることを特徴とする液晶表示素子を提供する。   To achieve the above object, the present invention provides a first substrate, a first electrode layer formed on the first substrate, and a photoisomerization reaction formed on the first electrode layer. A first alignment treatment substrate having a first alignment film, which is a photo-alignment film containing a photoisomerizable material that imparts anisotropy to the alignment film, and a second substrate, and the second substrate A second electrode layer formed thereon and a photo-alignment film or rubbing formed on the second electrode layer and containing a photo-dimerization-type material that imparts anisotropy to the alignment film by causing a photo-dimerization reaction A second alignment processing substrate having a second alignment film as a film is disposed so that the first alignment film and the second alignment film face each other, and the first alignment film and the second alignment film A liquid crystal display element having a ferroelectric liquid crystal sandwiched between, wherein the ferroelectric liquid crystal exhibits monostability, and When a voltage is applied so that the second electrode layer is a negative electrode, the ferroelectric liquid crystal has a molecular direction parallel to the first alignment substrate surface and a tilt angle of about 2 of the ferroelectric liquid crystal. Provided is a liquid crystal display element characterized in that it is doubled.

本発明によれば、光異性化型材料を含有する光配向膜である第1配向膜と、光二量化型材料を含有する光配向膜、またはラビング膜である第2配向膜とでは、光異性化型材料を含有する光配向膜である第1配向膜側に、強誘電性液晶の自発分極が向く傾向にあることを利用して、強誘電性液晶の自発分極の向きを制御し、強誘電性液晶の配向を単安定化させることが可能である。したがって、上述の背景技術の欄に記載したような不具合を回避することができる。   According to the present invention, the first alignment film, which is a photo-alignment film containing a photoisomerization-type material, and the photo-alignment film containing a photo-dimerization-type material, or the second alignment film, which is a rubbing film, By utilizing the tendency of the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal toward the first alignment film side, which is a photo-alignment film containing a control type material, the direction of the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal is controlled, It is possible to mono-stabilize the alignment of the dielectric liquid crystal. Accordingly, it is possible to avoid problems as described in the background art section above.

上記発明においては、上記第1配向処理基板が、上記第1基材上に形成された薄膜トランジスタ(TFT)を有するTFT基板であり、上記第2配向処理基板が、上記第2電極層が共通電極である共通電極基板であることが好ましい。このような構成とすることにより、TFT素子のスイッチがオフのときにゲート電極付近で光漏れが発生するのを防ぐことができるからである。   In the above invention, the first alignment processing substrate is a TFT substrate having a thin film transistor (TFT) formed on the first base material, and the second alignment processing substrate is configured such that the second electrode layer is a common electrode. A common electrode substrate is preferable. This is because such a configuration can prevent light leakage near the gate electrode when the TFT element is switched off.

また本発明の液晶表示素子は、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ものであることが好ましい。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。   Further, the liquid crystal display element of the present invention is preferably driven by an active matrix system using a thin film transistor. 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.

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ものであることが好ましい。上記強誘電性液晶は単安定性を示すので階調表示が可能であり、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることにより、低消費電力かつ低コストで、視野角が広く、明るく高精細なカラー動画表示を実現できるからである。   Furthermore, the liquid crystal display element of the present invention is preferably driven by a field sequential color system. The above ferroelectric liquid crystal is monostable, so it can display gray scales, and it can be driven by the field sequential color method to display a bright and high-definition color video with low power consumption, low cost, wide viewing angle, and wide viewing angle. It is because it is realizable.

本発明においては、第1配向膜に光異性化型材料を含有する光配向膜を用い、また第2配向膜に光二量化型材料を含有する光配向膜、またはラビング膜を用いることにより、光異性化型材料を含有する光配向膜である第1配向膜側に、強誘電性液晶の自発分極が向く傾向にあることを利用して、強誘電性液晶の自発分極の向きを制御することができるという効果を奏する。   In the present invention, a photo-alignment film containing a photoisomerizable material is used for the first alignment film, and a photo-alignment film or rubbing film containing a photo-dimerization material is used for the second alignment film. Controlling the direction of spontaneous polarization of ferroelectric liquid crystal by utilizing the tendency of spontaneous polarization of ferroelectric liquid crystal toward the first alignment film, which is a photo-alignment film containing an isomerized material. There is an effect that can be.

本発明者らは、強誘電性液晶の自発分極の向きについて調べるため、以下に示す実験を行った。   In order to investigate the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal, the inventors conducted the following experiment.

まず、光異性化型材料を含有する光配向膜と光二量化型材料を含有する光配向膜との間に強誘電性液晶が挟持された液晶表示素子を作製した。
ITO電極が形成されたガラス基板上に、光異性化型材料(大日本インキ社製、商品名:LIA01)をスピンコートし、100℃で3分間乾燥した後、直線偏光紫外線を約1000mJ/cm照射し、配向処理を行った。また、ITO電極が形成されたガラス基板上に、光二量化型材料(Rolic technologies 社製、商品名:ROP103)の2質量%シクロペンタノン溶液をスピンコートし、130℃で15分間乾燥させた後、直線偏光紫外線を約100mJ/cm照射し、配向処理を行った。
First, a liquid crystal display element in which a ferroelectric liquid crystal was sandwiched between a photo-alignment film containing a photoisomerizable material and a photo-alignment film containing a photodimerization material was produced.
A glass substrate on which an ITO electrode is formed is spin-coated with a photoisomerizable material (trade name: LIA01, manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd.), dried at 100 ° C. for 3 minutes, and then subjected to linearly polarized ultraviolet rays of about 1000 mJ / cm. Two irradiations were performed for the alignment treatment. Further, a 2% by mass cyclopentanone solution of a photodimerization type material (Rolic technologies, trade name: ROP103) was spin-coated on a glass substrate on which an ITO electrode was formed, and dried at 130 ° C. for 15 minutes. Then, an alignment treatment was performed by irradiating with linearly polarized ultraviolet rays of about 100 mJ / cm 2 .

次に、光二量化型材料を含有する光配向膜が形成された基板(本実験において、第2配向処理基板とする。)上に、強誘電性液晶(AZエレクトロニックマテリアルズ社製、商品名:R2301)を等方相の状態で、インクジェット法により塗布した。次いで、この第2配向処理基板の周縁部に、紫外線加熱硬化型シール剤(協立化学産業株式会社製、商品名:WORLD ROCK 718)を、シールディスペンサーを用いて塗布した。   Next, a ferroelectric liquid crystal (manufactured by AZ Electronic Materials, trade name: on a substrate on which a photo-alignment film containing a photodimerization-type material is formed (in this experiment, a second alignment treatment substrate). R2301) was applied by an inkjet method in the isotropic phase. Next, an ultraviolet heat curable sealant (manufactured by Kyoritsu Chemical Industry Co., Ltd., trade name: WORLD ROCK 718) was applied to the peripheral edge of the second alignment treatment substrate using a seal dispenser.

次に、真空チャンバー内に配置したホットプレートを110℃に加熱して、このホットプレート上に、強誘電性液晶が塗布された第2配向処理基板を置いた。次いで、光異性化型材料を含有する光配向膜が形成された基板(本実験において、第1配向処理基板とする。)を、110℃に加熱した吸着プレートで吸着し、第2配向処理基板および第1配向処理基板をそれぞれの配向膜の配向処理方向が平行になるように対向させた。続いて、両基板間が十分減圧になるように、真空チャンバーの排気を行った状態で、両基板を密着させ、一定の圧力をかけた後、真空チャンバー内を常圧に戻した。次いで、紫外線を1J/cm照射して紫外線加熱硬化型シール剤を硬化させ、両基板を接着させた。次に、液晶セルを室温まで徐冷することによって強誘電性液晶を配向させ、液晶表示素子を作製した。 Next, the hot plate disposed in the vacuum chamber was heated to 110 ° C., and the second alignment processing substrate coated with the ferroelectric liquid crystal was placed on the hot plate. Next, the substrate on which the photo-alignment film containing the photoisomerizable material is formed (in this experiment, the first alignment treatment substrate) is adsorbed by an adsorption plate heated to 110 ° C., and the second alignment treatment substrate is obtained. And the 1st orientation processing board | substrate was made to oppose so that the orientation processing direction of each orientation film might become parallel. Subsequently, both substrates were brought into close contact with each other in a state where the vacuum chamber was evacuated so that the pressure between the substrates was sufficiently reduced, and then the inside of the vacuum chamber was returned to normal pressure. Next, ultraviolet rays were irradiated at 1 J / cm 2 to cure the ultraviolet heat curable sealant, and both substrates were adhered. Next, the liquid crystal cell was gradually cooled to room temperature to align the ferroelectric liquid crystal, thereby producing a liquid crystal display element.

第2配向処理基板の電極が負極になるように電圧を印加すると、強誘電性液晶の分子方向がチルト角の約2倍変化した。強誘電性液晶の分子方向がチルト角の約2倍変化したものは全体の約75%であった。   When a voltage was applied so that the electrode of the second alignment substrate was a negative electrode, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changed about twice the tilt angle. About 75% of the ferroelectric liquid crystal molecules were changed in molecular direction by about twice the tilt angle.

また、光異性化型材料および光二量化型材料の種類や組み合わせを変えて、上記と同様に、光異性化型材料を含有する光配向膜と光二量化型材料を含有する光配向膜との間に強誘電性液晶が挟持された液晶表示素子を作製したところ、上記と同様の結果が得られた。   In addition, by changing the types and combinations of the photoisomerization material and the photodimerization material, the photoalignment film containing the photoisomerization material and the photoalignment film containing the photodimerization material are changed in the same manner as described above. When a liquid crystal display element in which a ferroelectric liquid crystal was sandwiched between the two was produced, the same result as above was obtained.

次に、光異性化型材料を含有する光配向膜とラビング膜との間に強誘電性液晶が挟持された液晶表示素子を作製した。
ITO電極が形成されたガラス基板上に、光異性化型材料(大日本インキ社製、商品名:LIA01)をスピンコートし、100℃で3分間乾燥した後、直線偏光紫外線を約1000mJ/cm照射し、配向処理を行った。また、ITO電極が形成されたガラス基板上に、ポリイミド(日産化学社製、商品名:SE-7962)を印刷し、ラビング処理することによりラビング膜を形成した。
Next, a liquid crystal display element in which a ferroelectric liquid crystal was sandwiched between a photo-alignment film containing a photoisomerizable material and a rubbing film was produced.
A glass substrate on which an ITO electrode is formed is spin-coated with a photoisomerizable material (trade name: LIA01, manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd.), dried at 100 ° C. for 3 minutes, and then subjected to linearly polarized ultraviolet rays of about 1000 mJ / cm. Two irradiations were performed for the alignment treatment. Further, a polyimide (manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd., trade name: SE-7962) was printed on the glass substrate on which the ITO electrode was formed, and a rubbing treatment was performed to form a rubbing film.

次に、ラビング膜が形成された基板(本実験において、第2配向処理基板とする。)上に、強誘電性液晶(AZエレクトロニックマテリアルズ社製、商品名:R2301)を等方相の状態で、インクジェット法により塗布した。次いで、この第2配向処理基板の周縁部に、紫外線加熱硬化型シール剤(協立化学産業株式会社製、商品名:WORLD ROCK 718)を、シールディスペンサーを用いて塗布した。   Next, the ferroelectric liquid crystal (product name: R2301 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) is in an isotropic state on the substrate on which the rubbing film is formed (in this experiment, the second alignment processing substrate). And it apply | coated by the inkjet method. Next, an ultraviolet heat curable sealant (manufactured by Kyoritsu Chemical Industry Co., Ltd., trade name: WORLD ROCK 718) was applied to the peripheral edge of the second alignment treatment substrate using a seal dispenser.

次に、真空チャンバー内に配置したホットプレートを110℃に加熱して、このホットプレート上に、強誘電性液晶が塗布された第2配向処理基板を置いた。次いで、光異性化型材料を含有する光配向膜が形成された基板(本実験において、第1配向処理基板とする。)を、110℃に加熱した吸着プレートで吸着し、第2配向処理基板および第1配向処理基板をそれぞれの配向膜の配向処理方向が平行になるように対向させた。続いて、両基板間が十分減圧になるように、真空チャンバーの排気を行った状態で、両基板を密着させ、一定の圧力をかけた後、真空チャンバー内を常圧に戻した。次いで、紫外線を1J/cm照射して紫外線加熱硬化型シール剤を硬化させ、両基板を接着させた。次に、液晶セルを室温まで徐冷することによって強誘電性液晶を配向させ、液晶表示素子を作製した。 Next, the hot plate disposed in the vacuum chamber was heated to 110 ° C., and the second alignment processing substrate coated with the ferroelectric liquid crystal was placed on the hot plate. Next, the substrate on which the photo-alignment film containing the photoisomerizable material is formed (in this experiment, the first alignment treatment substrate) is adsorbed by an adsorption plate heated to 110 ° C., and the second alignment treatment substrate is obtained. And the 1st orientation processing board | substrate was made to oppose so that the orientation processing direction of each orientation film might become parallel. Subsequently, both substrates were brought into close contact with each other in a state where the vacuum chamber was evacuated so that the pressure between the substrates was sufficiently reduced, and then the inside of the vacuum chamber was returned to normal pressure. Next, ultraviolet rays were irradiated at 1 J / cm 2 to cure the ultraviolet heat curable sealant, and both substrates were adhered. Next, the liquid crystal cell was gradually cooled to room temperature to align the ferroelectric liquid crystal, thereby producing a liquid crystal display element.

第2配向処理基板の電極が負極になるように電圧を印加すると、強誘電性液晶の分子方向がチルト角の約2倍変化した。強誘電性液晶の分子方向がチルト角の約2倍変化したものは全体の約70%であった。   When a voltage was applied so that the electrode of the second alignment substrate was a negative electrode, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changed about twice the tilt angle. About 70% of the ferroelectric liquid crystal molecules changed in molecular direction about twice the tilt angle.

また、光異性化型材料およびラビング膜の材料の種類や組み合わせを変えて、上記と同様に、光異性化型材料を含有する光配向膜とラビング膜との間に強誘電性液晶が挟持された液晶表示素子を作製したところ、上記と同様の結果が得られた。   In addition, the ferroelectric liquid crystal is sandwiched between the photo-alignment film containing the photoisomerization material and the rubbing film in the same manner as described above by changing the type and combination of the materials of the photoisomerization type material and the rubbing film. When a liquid crystal display device was manufactured, the same result as above was obtained.

次に、一対の光異性化型材料を含有する光配向膜間に強誘電性液晶が挟持された液晶表示素子を作製した。
ITO電極が形成された2枚のガラス基板上に、それぞれ光異性化型材料(大日本インキ社製、商品名:LIA01)をスピンコートし、100℃で3分間乾燥した後、直線偏光紫外線を約1000mJ/cm照射し、配向処理を行った。
Next, a liquid crystal display element in which a ferroelectric liquid crystal was sandwiched between a photo-alignment film containing a pair of photoisomerizable materials was produced.
Two glass substrates on which ITO electrodes are formed are each spin-coated with a photoisomerizable material (trade name: LIA01, manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd.), dried at 100 ° C. for 3 minutes, and then subjected to linearly polarized ultraviolet light. About 1000 mJ / cm 2 was irradiated to perform alignment treatment.

次に、一方の基板上に、強誘電性液晶(AZエレクトロニックマテリアルズ社製、商品名:R2301)を等方相の状態で、インクジェット法により塗布した。次いで、この基板の周縁部に、紫外線加熱硬化型シール剤(協立化学産業株式会社製、商品名:WORLD ROCK 718)を、シールディスペンサーを用いて塗布した。   Next, a ferroelectric liquid crystal (manufactured by AZ Electronic Materials, trade name: R2301) was applied on one substrate in an isotropic phase by an inkjet method. Next, an ultraviolet heat curable sealant (manufactured by Kyoritsu Chemical Industry Co., Ltd., trade name: WORLD ROCK 718) was applied to the peripheral edge of the substrate using a seal dispenser.

次に、真空チャンバー内に配置したホットプレートを110℃に加熱して、このホットプレート上に、強誘電性液晶が塗布された基板を置いた。次いで、他方の基板を、110℃に加熱した吸着プレートで吸着し、両基板をそれぞれの配向膜の配向処理方向が平行になるように対向させた。続いて、両基板間が十分減圧になるように、真空チャンバーの排気を行った状態で、両基板を密着させ、一定の圧力をかけた後、真空チャンバー内を常圧に戻した。次いで、紫外線を1J/cm照射して紫外線加熱硬化型シール剤を硬化させ、両基板を接着させた。次に、液晶セルを室温まで徐冷することによって強誘電性液晶を配向させ、液晶表示素子を作製した。 Next, the hot plate disposed in the vacuum chamber was heated to 110 ° C., and the substrate coated with the ferroelectric liquid crystal was placed on the hot plate. Next, the other substrate was adsorbed by an adsorption plate heated to 110 ° C., and both substrates were opposed so that the alignment treatment directions of the respective alignment films were parallel. Subsequently, both substrates were brought into close contact with each other in a state where the vacuum chamber was evacuated so that the pressure between the substrates was sufficiently reduced, and then the inside of the vacuum chamber was returned to normal pressure. Next, ultraviolet rays were irradiated at 1 J / cm 2 to cure the ultraviolet heat curable sealant, and both substrates were adhered. Next, the liquid crystal cell was gradually cooled to room temperature to align the ferroelectric liquid crystal, thereby producing a liquid crystal display element.

一方の基板の電極が負極になるように電圧を印加すると、一部の強誘電性液晶の分子方向はチルト角の約2倍変化したが、一部の強誘電性液晶の分子方向は変化しなかった。強誘電性液晶の分子方向がチルト角の約2倍変化したものは全体の約50%であった。   When a voltage is applied so that the electrode of one substrate is a negative electrode, the molecular direction of some ferroelectric liquid crystals changes about twice the tilt angle, but the molecular direction of some ferroelectric liquid crystals changes. There wasn't. About 50% of the ferroelectric liquid crystal molecules were changed in molecular direction by about twice the tilt angle.

また、上記と同様して、一対の光二量化型材料を含有する光配向膜間に強誘電性液晶が挟持された液晶表示素子、ならびに、一対のラビング膜間に強誘電性液晶が挟持された液晶表示素子を作製したところ、上記と同様の結果が得られた。   Similarly to the above, a liquid crystal display element in which a ferroelectric liquid crystal is sandwiched between a photo-alignment film containing a pair of photodimerization type materials, and a ferroelectric liquid crystal is sandwiched between a pair of rubbing films. When a liquid crystal display device was produced, the same result as above was obtained.

上述の実験の結果から、本発明者らは、一方の配向膜に光異性化型材料を含有する光配向膜を用い、他方の配向膜に光二量化型材料を含有する光配向膜、またはラビング膜を用いると、光異性化型材料を含有する光配向膜側に、強誘電性液晶の自発分極が向く傾向があるとの知見を得た。   From the results of the above experiments, the present inventors used a photo-alignment film containing a photoisomerizable material in one alignment film and a photo-alignment film containing a photodimerization-type material in the other alignment film, or rubbing. It was found that when the film is used, the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal tends to be directed toward the photo-alignment film containing the photoisomerizable material.

以下、本発明の液晶表示素子について、詳細に説明する。
本発明の液晶表示素子は、第1基材と、上記第1基材上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、光異性化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光異性化型材料を含有する光配向膜である第1配向膜とを有する第1配向処理基板、および、第2基材と、上記第2基材上に形成された第2電極層と、上記第2電極層上に形成され、光二量化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光二量化型材料を含有する光配向膜、またはラビング膜である第2配向膜とを有する第2配向処理基板を、上記第1配向膜と上記第2配向膜とが対向するように配置し、上記第1配向膜と上記第2配向膜との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、上記強誘電性液晶が、単安定性を示し、かつ、上記第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、上記強誘電性液晶の分子方向が上記第1配向処理基板面に対して平行に上記強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化するものであることを特徴とするものである。
Hereinafter, the liquid crystal display element of the present invention will be described in detail.
The liquid crystal display element of the present invention includes a first base material, a first electrode layer formed on the first base material, and an alignment film formed on the first electrode layer and causing a photoisomerization reaction. Formed on the second base material and the second base material, the first base material having a first orientation film that is a photo-alignment film containing a photoisomerizable material that imparts anisotropy to the first base material. The second electrode layer is a photo-alignment film or rubbing film formed on the second electrode layer and containing a photo-dimerization-type material that imparts anisotropy to the alignment film by causing a photo-dimerization reaction. A second alignment treatment substrate having two alignment films is disposed so that the first alignment film and the second alignment film face each other, and a ferroelectric is provided between the first alignment film and the second alignment film. A liquid crystal display element sandwiching a conductive liquid crystal, wherein the ferroelectric liquid crystal exhibits monostability and has the second power supply. When a voltage is applied so that the layer becomes a negative electrode, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes approximately twice the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal in parallel with the first alignment treatment substrate surface. It is characterized by being.

本発明に用いられる強誘電性液晶は、上述したように、単安定性を示し、かつ、第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、強誘電性液晶の分子方向が上記第1配向処理基板面に対して平行に上記強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化するものである。   As described above, the ferroelectric liquid crystal used in the present invention exhibits monostability, and when a voltage is applied so that the second electrode layer is a negative electrode, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal is It changes approximately twice as much as the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal in parallel to the first alignment processing substrate surface.

強誘電性液晶は、図1に例示するように、液晶分子1が層法線zから傾いており、層法線zに垂直な底面を有する円錐(コーン)の稜線に沿って回転する。このような円錐(コーン)において、液晶分子1の層法線zに対する傾き角をチルト角θという。   As illustrated in FIG. 1, the ferroelectric liquid crystal rotates along a cone ridge line in which the liquid crystal molecules 1 are inclined from the layer normal z and have a bottom surface perpendicular to the layer normal z. In such a cone, the tilt angle of the liquid crystal molecules 1 with respect to the layer normal z is referred to as a tilt angle θ.

なお、「単安定性を示す」とは、電圧無印加時の強誘電性液晶の状態がひとつの状態で安定化している状態をいう。具体的に説明すると、図1に示すように、液晶分子1は層法線zに対しチルト角±θだけ傾く二つの状態間をコーン上に動作することができるが、電圧無印加時に液晶分子1が上記コーン上のいずれかひとつの状態で安定化している状態をいう。   “Showing monostability” means a state in which the state of the ferroelectric liquid crystal when no voltage is applied is stabilized in one state. More specifically, as shown in FIG. 1, the liquid crystal molecule 1 can operate on a cone between two states inclined by a tilt angle ± θ with respect to the layer normal z, but the liquid crystal molecule can be operated when no voltage is applied. 1 is the state stabilized in any one state on the cone.

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2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2に例示する液晶表示素子2においては、第1基材3上に第1電極層4および第1配向膜5が順に形成された第1配向処理基板6と、第2基材13上に第2電極層14および第2配向膜15が順に形成された第2配向処理基板16とが対向しており、第1配向処理基板6の第1配向膜5と第2配向処理基板16の第2配向膜15との間には強誘電性液晶が挟持され、液晶層10が構成されている。また、第1配向膜5は、光異性化型材料を含有する光配向膜であり、第2配向膜15は、光二量化型材料を含有する光配向膜、またはラビング膜である。さらに、第1配向膜5および第2配向膜15は、それぞれの配向処理方向が平行になるように配置されている。
The liquid crystal display element of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the liquid crystal display element of the present invention. In the liquid crystal display element 2 illustrated in FIG. 2, the first alignment treatment substrate 6 in which the first electrode layer 4 and the first alignment film 5 are sequentially formed on the first base material 3, and the second base material 13. The second alignment processing substrate 16 on which the second electrode layer 14 and the second alignment film 15 are sequentially formed is opposed to the first alignment film 5 of the first alignment processing substrate 6 and the second alignment processing substrate 16. A ferroelectric liquid crystal is sandwiched between the two alignment films 15 to form a liquid crystal layer 10. The first alignment film 5 is a photo-alignment film containing a photoisomerizable material, and the second alignment film 15 is a photo-alignment film or a rubbing film containing a photodimerization-type material. Further, the first alignment film 5 and the second alignment film 15 are arranged so that their alignment processing directions are parallel to each other.

上述の実験結果から、第1配向膜に光異性化型材料を含有する光配向膜を用い、第2配向膜に光二量化型材料含有する光配向膜、またはラビング膜を用いると、光異性化型材料を含有する光配向膜である第1配向膜側に、強誘電性液晶の自発分極が向く傾向にあることがわかった。これは、強誘電性液晶と、第1配向膜表面および第2配向膜表面との相互作用である、極性表面相互作用が影響しているものと考えられる。   From the above experimental results, when a photo-alignment film containing a photoisomerizable material is used for the first alignment film and a photo-alignment film containing a photodimerization-type material or a rubbing film is used for the second alignment film, photoisomerization is achieved. It was found that the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal tends to be directed to the first alignment film side that is the photo-alignment film containing the mold material. This is considered to be due to the polar surface interaction, which is the interaction between the ferroelectric liquid crystal and the first alignment film surface and the second alignment film surface.

本発明に用いられる強誘電性液晶の配向状態の一例を図3に示す。上述の実験結果から、光異性化型材料を含有する光配向膜である第1配向膜と、光二量化型材料を含有する光配向膜、またはラビング膜である第2配向膜とでは、第2配向膜の方が相対的に正の極性が強い傾向にあるため、電圧無印加状態では、図3に例示するように、極性表面相互作用によって、液晶分子1の自発分極Psが第1配向膜5側を向く傾向にある。なお、図3において、第1基材および第2基材は省略されており、強誘電性液晶については液晶分子を示している。   An example of the alignment state of the ferroelectric liquid crystal used in the present invention is shown in FIG. From the above experimental results, the first alignment film, which is a photo-alignment film containing a photoisomerizable material, and the second alignment film, which is a photo-alignment film containing a photodimerization-type material, or a rubbing film, Since the alignment film tends to have a relatively positive polarity, the spontaneous polarization Ps of the liquid crystal molecules 1 is caused by the polar surface interaction in the state where no voltage is applied, as illustrated in FIG. It tends to face the 5th side. In FIG. 3, the first base material and the second base material are omitted, and liquid crystal molecules are shown for the ferroelectric liquid crystal.

また、図4に例示するように、第1電極層4が正極(+)、第2電極層14が負極(−)となるように電圧を印加すると、印加電圧の極性の影響により、液晶分子1の自発分極Psは第2配向膜15側を向くようになる。なお、図4において、第1基材および第2基材は省略されている。
さらに、第1電極層が負極(−)、第2電極層が正極(+)となるように電圧を印加すると、印加電圧の極性の影響によって、図3に例示するように、液晶分子1の自発分極Psは第2配向膜14側を向くようになる。この場合、自発分極の向きは、電圧無印加状態と同様になる。
自発分極の向きがこのような方向になるのは、自発分極の向きが、強誘電性液晶の分極と配向膜の分極または電圧の極性とが電気的につり合う方向になるため、液晶分子が電気的に安定な状態になるからである。
Further, as illustrated in FIG. 4, when a voltage is applied so that the first electrode layer 4 is a positive electrode (+) and the second electrode layer 14 is a negative electrode (−), the liquid crystal molecules are affected by the polarity of the applied voltage. 1 spontaneous polarization Ps is directed to the second alignment film 15 side. In FIG. 4, the first base material and the second base material are omitted.
Further, when a voltage is applied so that the first electrode layer is a negative electrode (−) and the second electrode layer is a positive electrode (+), the liquid crystal molecules 1 of the liquid crystal molecules 1 are affected by the polarity of the applied voltage as illustrated in FIG. Spontaneous polarization Ps comes to face the second alignment film 14 side. In this case, the direction of spontaneous polarization is the same as that in the state where no voltage is applied.
The direction of spontaneous polarization is such a direction because the direction of spontaneous polarization is the direction in which the polarization of the ferroelectric liquid crystal and the polarization of the alignment film or the polarity of the voltage are electrically balanced. This is because the state becomes stable.

電圧無印加状態あるいは第2電極層への正の極性の電圧印加状態(図3)から、第2電極層への負の極性の電圧印加状態(図4)としたとき、この印加電圧の負の極性と、液晶分子の自発分極の負の極性との反発によって、図5に例示するように、液晶分子1が角度約2θ回転する。すなわち、第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、強誘電性液晶の分子方向が、第1配向処理基板面に対して平行に、強誘電性液晶のチルト角θの約2倍変化するのである。   When no voltage is applied or a voltage application state having a positive polarity to the second electrode layer (FIG. 3) is changed to a voltage application state having a negative polarity to the second electrode layer (FIG. 4), the negative voltage of this applied voltage is set. And the negative polarity of the spontaneous polarization of the liquid crystal molecules cause the liquid crystal molecules 1 to rotate about an angle of 2θ as illustrated in FIG. That is, when a voltage is applied so that the second electrode layer is a negative electrode, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal is approximately parallel to the first alignment processing substrate surface and is approximately equal to the tilt angle θ of the ferroelectric liquid crystal. It changes twice.

このように本発明においては、第1配向膜側に、強誘電性液晶の自発分極が向く傾向にあることを利用して、液晶分子の自発分極の向きを制御することが可能である。   As described above, in the present invention, it is possible to control the direction of the spontaneous polarization of the liquid crystal molecules by utilizing the tendency of the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal toward the first alignment film side.

一般に、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子では、対向する2つの配向膜は、それぞれの配向処理方向が平行になるように配置される。例えば図2に示す液晶表示素子においては、電圧無印加状態では、図6(a)に例示するように液晶分子1が第1配向膜および第2配向膜の配向処理方向dに沿って配向し、一様な配向状態となる。また、第1電極層が正極(+)、第2電極層が負極(−)となるように電圧を印加すると、図6(b)に例示するように印加電圧の極性の影響によって自発分極Psの向きが反転する。この場合も、液晶分子1は一様な配向状態となる。さらに、第1電極層が負極(−)、第2電極層が正極(+)となるように電圧を印加すると、図6(a)に例示するように印加電圧の極性の影響によって自発分極Psの向きが反転する。この場合、液晶分子1は電圧無印加状態と同様の配向状態となる。
なお、図6(a)は、図3の上面からの液晶分子の配向状態を示す模式図であり、自発分極Psは紙面手前から奥方向に向いている(図6(a)中の×印)。また、図6(b)は、図4の上面からの液晶分子の配向状態を示す模式図であり、自発分極Psは紙面奥から手前方向に向いている(図6(b)中の●印)。
In general, in a liquid crystal display element using ferroelectric liquid crystal, two opposing alignment films are arranged so that their alignment treatment directions are parallel to each other. For example, in the liquid crystal display element shown in FIG. 2, when no voltage is applied, the liquid crystal molecules 1 are aligned along the alignment treatment direction d of the first alignment film and the second alignment film as illustrated in FIG. A uniform orientation state is obtained. When a voltage is applied so that the first electrode layer is a positive electrode (+) and the second electrode layer is a negative electrode (−), the spontaneous polarization Ps is caused by the influence of the polarity of the applied voltage as illustrated in FIG. 6B. The direction of is reversed. Also in this case, the liquid crystal molecules 1 are in a uniform alignment state. Further, when a voltage is applied so that the first electrode layer is a negative electrode (−) and the second electrode layer is a positive electrode (+), the spontaneous polarization Ps is caused by the influence of the polarity of the applied voltage as illustrated in FIG. The direction of is reversed. In this case, the liquid crystal molecules 1 are in the same alignment state as in the voltage-free state.
FIG. 6A is a schematic diagram showing the alignment state of the liquid crystal molecules from the upper surface of FIG. 3, and the spontaneous polarization Ps is directed from the front side to the back side of the drawing (the mark “X” in FIG. 6A). ). FIG. 6B is a schematic diagram showing the alignment state of the liquid crystal molecules from the upper surface of FIG. 4, and the spontaneous polarization Ps is directed from the back of the page to the near side (the mark ● in FIG. 6B). ).

本発明においては、上述したように自発分極の向きを制御することができるので、配向欠陥を生じることなく、強誘電性液晶の配向を単安定化させることができる。すなわち、強誘電性液晶が単安定性を示すのである。また、電界印加徐冷法によらずに、強誘電性液晶を配向させるので、相転移温度以上に昇温してもその配向を維持し、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 present invention, since the direction of spontaneous polarization can be controlled as described above, the alignment of the ferroelectric liquid crystal can be mono-stabilized without causing alignment defects. That is, the ferroelectric liquid crystal exhibits monostability. In addition, since the ferroelectric liquid crystal is aligned without using the method of slow cooling by applying an electric field, there is an advantage that the alignment can be maintained even when the temperature is raised above the phase transition temperature and the occurrence of alignment defects can be suppressed.

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

なお、上記の比率は、次のようにして測定することができる。
例えば図7に示すように、第1基材3上に第1電極層4および第1配向膜5が積層された第1配向処理基板6と、第2基材13上に第2電極層14および第2配向膜15が積層された第2配向処理基板16との間に、強誘電性液晶を含む液晶層10が形成された液晶表示素子において、第1配向処理基板6および第2配向処理基板16の外側にそれぞれ偏光板17aおよび17bを設け、偏光板17a側から光が入射し、偏光板17b側から光が出射するものとする。2枚の偏光板17aおよび17bは、それぞれの偏光軸が略垂直に、かつ、偏光板17aの偏光軸と第1配向膜4の配向処理方向(液晶分子の配向方向)とが略平行になるように配置されている。
In addition, said ratio can be measured as follows.
For example, as shown in FIG. 7, the first alignment treatment substrate 6 in which the first electrode layer 4 and the first alignment film 5 are laminated on the first base material 3, and the second electrode layer 14 on the second base material 13. In the liquid crystal display element in which the liquid crystal layer 10 including the ferroelectric liquid crystal is formed between the first alignment processing substrate 16 and the second alignment processing substrate 16 on which the second alignment film 15 is laminated, the first alignment processing substrate 6 and the second alignment processing It is assumed that polarizing plates 17a and 17b are provided on the outside of the substrate 16 so that light is incident from the polarizing plate 17a side and light is emitted from the polarizing plate 17b side. The two polarizing plates 17a and 17b have their polarization axes substantially perpendicular to each other, and the polarization axis of the polarizing plate 17a and the alignment treatment direction (the alignment direction of the liquid crystal molecules) of the first alignment film 4 are substantially parallel. Are arranged as follows.

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

このため、第2電極層が負極となるように電圧を印加したとき、強誘電性液晶の分子方向がチルト角の約2倍変化すると明状態が得られる。一方、第2電極層が負極となるように電圧を印加したとき、例えば強誘電性液晶の分子方向が変化しないものが部分的に存在する場合には、部分的に暗状態が得られる。したがって、電圧印加時に得られる白黒(明暗)表示の白・黒の面積比から、第1電極層が負極となるように電圧を印加したときに強誘電性液晶の分子方向がチルト角の約2倍変化するものの比率を算出することができる。   Therefore, when a voltage is applied so that the second electrode layer is a negative electrode, a bright state is obtained when the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes approximately twice the tilt angle. On the other hand, when a voltage is applied so that the second electrode layer is a negative electrode, for example, when a portion of the ferroelectric liquid crystal whose molecular direction does not change partially exists, a dark state is partially obtained. Therefore, from the white / black area ratio of black and white (bright / dark) display obtained when the voltage is applied, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal is about 2 of the tilt angle when the voltage is applied so that the first electrode layer is a negative electrode. The ratio of what doubles can be calculated.

また、上記のように偏光板が設けられた液晶表示素子においては、電圧無印加状態および第1電極層への負の極性の電圧印加状態のときに暗状態、第1電極層への正の極性の電圧印加状態のときに明状態となる。したがって、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した場合には、図8に例示するように、例えばG(緑色)のバックライトの点灯時にR(赤色)のバックライトに同期させた走査によって明状態となるのを回避することが可能である。
なお、図8中の記号等については、図15に示した記号等と同様である。
Further, in the liquid crystal display element provided with the polarizing plate as described above, when the voltage is not applied and when the negative polarity voltage is applied to the first electrode layer, the dark state is positive and the first electrode layer is positive. The light state is obtained when the polarity voltage is applied. Therefore, when the liquid crystal display element is driven by the field sequential color method, as illustrated in FIG. 8, for example, when the G (green) backlight is turned on, the liquid crystal display element is brightened by scanning synchronized with the R (red) backlight. It is possible to avoid the state.
The symbols and the like in FIG. 8 are the same as the symbols and the like shown in FIG.

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することができる。この場合、第1配向処理基板が、第1基材上に形成されたTFTを有するTFT基板であり、第2配向処理基板が、第2電極層が共通電極である共通電極基板であることが好ましい。図9にTFTを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子の一例を示す概略斜視図を示す。   The liquid crystal display element of the present invention can be driven by an active matrix system using a thin film transistor (TFT). In this case, the first alignment processing substrate is a TFT substrate having TFTs formed on the first base material, and the second alignment processing substrate is a common electrode substrate in which the second electrode layer is a common electrode. preferable. FIG. 9 is a schematic perspective view showing an example of an active matrix liquid crystal display element using TFTs.

図9に例示する液晶表示素子2は、第1基材3上にTFT素子25がマトリックス状に配置されたTFT基板(第1配向処理基板)6と、第2基材13上に共通電極(第2電極層)14が形成された共通電極基板(第2配向処理基板)16とを有するものである。TFT基板(第1配向処理基板)6には、ゲート電極24x、ソース電極24yおよび画素電極(第1電極層)4が形成されている。ゲート電極24xおよびソース電極24yはそれぞれ縦横に配列しており、ゲート電極24xおよびソース電極24yに信号を加えることによりTFT素子25を作動させ、強誘電性液晶を駆動させることができる。ゲート電極24xおよびソース電極24yが交差した部分は、図示しないが絶縁層で絶縁されており、ゲート電極24xの信号とソース電極24yの信号とは独立に動作することができる。ゲート電極24xおよびソース電極24yにより囲まれた部分は、本発明の液晶表示素子を駆動する最小単位である画素であり、各画素には少なくとも1つ以上のTFT素子25および画素電極(第1電極層)4が形成されている。そして、ゲート電極およびソース電極に順次信号電圧を加えることにより、各画素のTFT素子を動作させることができる。なお、図9において、液晶層および第1配向膜は省略されている。   The liquid crystal display element 2 illustrated in FIG. 9 includes a TFT substrate (first alignment treatment substrate) 6 in which TFT elements 25 are arranged in a matrix on the first base material 3, and a common electrode (on the second base material 13). And a common electrode substrate (second alignment processing substrate) 16 on which a second electrode layer) 14 is formed. On the TFT substrate (first alignment processing substrate) 6, a gate electrode 24x, a source electrode 24y, and a pixel electrode (first electrode layer) 4 are formed. The gate electrode 24x and the source electrode 24y are arranged vertically and horizontally, respectively, and by applying a signal to the gate electrode 24x and the source electrode 24y, the TFT element 25 can be operated to drive the ferroelectric liquid crystal. A portion where the gate electrode 24x and the source electrode 24y intersect with each other is insulated by an insulating layer (not shown), and the signal of the gate electrode 24x and the signal of the source electrode 24y can operate independently. A portion surrounded by the gate electrode 24x and the source electrode 24y is a pixel which is a minimum unit for driving the liquid crystal display element of the present invention. Each pixel includes at least one TFT element 25 and a pixel electrode (first electrode). Layer) 4 is formed. Then, by sequentially applying a signal voltage to the gate electrode and the source electrode, the TFT element of each pixel can be operated. In FIG. 9, the liquid crystal layer and the first alignment film are omitted.

上記の液晶表示素子においては、例えばゲート電極を30V程度の高電位にするとTFT素子のスイッチがオンになり、ソース電極によって信号電圧が強誘電性液晶に加えられ、ゲート電極を−10V程度の低電位にするとTFT素子のスイッチがオフになる。スイッチオフ状態では、図10に例示するように、共通電極(第2電極層)14およびゲート電極24x間には、共通電極(第2電極層)14側が正になるように電圧が印加される。このスイッチオフ状態のとき、強誘電性液晶は動作しないので、その画素は暗状態となる。
本発明においては、上述したように電圧無印加状態では、極性表面相互作用によって液晶分子の自発分極が第1配向処理基板側を向く傾向にある。すなわち、スイッチオフ状態のとき、図10に例示するように、液晶分子1の自発分極PsがTFT基板(第1配向処理基板)6側を向く。したがって、自発分極の向きは、共通電極(第2電極層)14およびゲート電極24x間に印加された電圧の影響を受けることがない。
一方、例えば電圧無印加状態にて自発分極が共通電極基板(第2配向処理基板)側を向く場合には、スイッチオフ状態のときに共通電極およびゲート電極間に印加された電圧の影響によって、ゲート電極が設けられている領域付近で自発分極の向きが反転してしまう。そうすると、ゲート電極が設けられている領域付近では、スイッチがオフであるにもかかわらず、強誘電性液晶が動作して光漏れが生じる。
これに対し、上述したように本発明においては、自発分極の向きは、共通電極およびゲート電極間に印加された電圧の影響を受けないので、光漏れが生じることがない。したがって本発明においては、自発分極の向きを制御し、第2配向処理基板を共通電極基板とすることにより、ゲート電極付近の光漏れを防止することができる。
In the above liquid crystal display element, for example, when the gate electrode is set to a high potential of about 30 V, the TFT element is switched on, a signal voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal by the source electrode, and the gate electrode is set to a low level of about −10 V. When the potential is set, the TFT element is turned off. In the switch-off state, as illustrated in FIG. 10, a voltage is applied between the common electrode (second electrode layer) 14 and the gate electrode 24x so that the common electrode (second electrode layer) 14 side is positive. . Since the ferroelectric liquid crystal does not operate in this switch-off state, the pixel is in a dark state.
In the present invention, as described above, when no voltage is applied, the spontaneous polarization of liquid crystal molecules tends to be directed toward the first alignment substrate due to the polar surface interaction. That is, in the switch-off state, as illustrated in FIG. 10, the spontaneous polarization Ps of the liquid crystal molecules 1 faces the TFT substrate (first alignment processing substrate) 6 side. Therefore, the direction of spontaneous polarization is not affected by the voltage applied between the common electrode (second electrode layer) 14 and the gate electrode 24x.
On the other hand, for example, when the spontaneous polarization is directed to the common electrode substrate (second alignment processing substrate) side in the state where no voltage is applied, due to the influence of the voltage applied between the common electrode and the gate electrode in the switch-off state, The direction of spontaneous polarization is reversed near the region where the gate electrode is provided. Then, in the vicinity of the region where the gate electrode is provided, the ferroelectric liquid crystal operates and light leakage occurs even though the switch is off.
On the other hand, as described above, in the present invention, the direction of spontaneous polarization is not affected by the voltage applied between the common electrode and the gate electrode, so that no light leakage occurs. Therefore, in the present invention, light leakage near the gate electrode can be prevented by controlling the direction of spontaneous polarization and using the second alignment substrate as a common electrode substrate.

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

1.強誘電性液晶
本発明に用いられる強誘電性液晶は、単安定性を示し、かつ、第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化するものである。
1. Ferroelectric liquid crystal The ferroelectric liquid crystal used in the present invention exhibits monostability, and when a voltage is applied so that the second electrode layer is a negative electrode, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal is the first. It changes approximately twice the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal in parallel with the alignment substrate surface.

なお、「第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して強誘電性液晶のチルト角θの約2倍変化する」とは、電圧無印加時に液晶分子がコーン上のひとつの状態で安定化しており、第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、液晶分子が単安定化状態からコーン上の一方の側に傾き、第2電極層が正極となるように電圧を印加したときに、液晶分子が、単安定化状態を維持するか、または単安定化状態から第2電極層が負極となるように電圧を印加したときとは逆側に傾き、第2電極層が負極となるように電圧を印加したときの、液晶分子の単安定化状態からの傾斜角が、第2電極層が正極となるように電圧を印加したときの、液晶分子の単安定化状態からの傾斜角よりも大きいことをいう。   “When the voltage is applied so that the second electrode layer is a negative electrode, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes about twice the tilt angle θ of the ferroelectric liquid crystal with respect to the first alignment substrate surface. “To” means that the liquid crystal molecules are stabilized in one state on the cone when no voltage is applied, and the liquid crystal molecules are changed from the mono-stabilized state to the cone when the voltage is applied so that the second electrode layer becomes the negative electrode. When a voltage is applied so that the second electrode layer is positive, the liquid crystal molecules maintain a mono-stabilized state or the second electrode layer is negative from the mono-stabilized state. The inclination angle from the mono-stabilized state of the liquid crystal molecules when the voltage is applied so that the second electrode layer is negative and the second electrode layer is inclined to the opposite side of the voltage applied to the second electrode layer. Tilt angle from mono-stabilized state of liquid crystal molecules when voltage is applied so that becomes positive Means that even large Ri.

図11は、単安定性を示す強誘電性液晶の配向状態の一例を示す模式図である。図11(a)は電圧無印加の場合、図11(b)は第2電極層が負極となるように電圧を印加した場合、図11(c)は第2電極層が正極となるように電圧を印加した場合をそれぞれ示す。電圧無印加の場合、液晶分子1は、コーン上のひとつの状態で安定化している(図11(a))。第2電極層が負極となるように電圧を印加した場合、液晶分子1は、安定化している状態(破線)から一方の側に傾く(図11(b))。また、第2電極層が正極となるように電圧を印加したときに、液晶分子1は、安定化している状態(破線)から第2電極層が負極となるように電圧を印加したときとは逆側に傾く(図11(c))。このとき、第2電極層が負極となるように電圧を印加したときの傾斜角δは、第2電極層が正極となるように電圧を印加したときの傾斜角ωよりも大きい。なお、図11において、dは配向処理方向、zは層法線を示す。   FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an example of the alignment state of a ferroelectric liquid crystal exhibiting monostability. 11A shows a case where no voltage is applied, FIG. 11B shows a case where a voltage is applied so that the second electrode layer becomes a negative electrode, and FIG. 11C shows a case where the second electrode layer becomes a positive electrode. A case where a voltage is applied is shown. When no voltage is applied, the liquid crystal molecules 1 are stabilized in one state on the cone (FIG. 11A). When a voltage is applied so that the second electrode layer is a negative electrode, the liquid crystal molecules 1 are tilted from the stabilized state (broken line) to one side (FIG. 11B). In addition, when a voltage is applied so that the second electrode layer becomes a positive electrode, the liquid crystal molecules 1 are applied when a voltage is applied so that the second electrode layer becomes a negative electrode from a stabilized state (broken line). It tilts to the opposite side (FIG. 11 (c)). At this time, the inclination angle δ when the voltage is applied so that the second electrode layer becomes the negative electrode is larger than the inclination angle ω when the voltage is applied so that the second electrode layer becomes the positive electrode. In addition, in FIG. 11, d shows an orientation process direction and z shows a layer normal line.

第2電極層が負極となるように電圧を印加したとき、液晶分子は、印加電圧の大きさに応じた角度で、単安定化状態からコーン上の一方の側に傾く。また、強誘電性液晶では、図11(a)に例示するように、位置A(液晶分子1の方向)と、位置B(配向処理方向d)と、位置Cとが、必ずしも一致するわけではない。そのため、図11(b)に例示するように、第2電極層が負極となるように電圧を印加したときの最大の傾斜角δは、チルト角θの約2倍(角度2θ)となる。   When a voltage is applied so that the second electrode layer is a negative electrode, the liquid crystal molecules are tilted from the mono-stabilized state to one side on the cone at an angle corresponding to the magnitude of the applied voltage. Further, in the ferroelectric liquid crystal, as illustrated in FIG. 11A, the position A (the direction of the liquid crystal molecules 1), the position B (the alignment treatment direction d), and the position C do not necessarily match. Absent. Therefore, as illustrated in FIG. 11B, the maximum tilt angle δ when a voltage is applied so that the second electrode layer is a negative electrode is approximately twice the tilt angle θ (angle 2θ).

例えば図5に示すように、液晶分子1の方向は、第1配向処理基板面に対して平行に、チルト角θの約2倍(角度2θ)変化するのであるが、ここでチルト角θの約2倍変化するとは、2θ〜2θ−5°変化する場合をいう。   For example, as shown in FIG. 5, the direction of the liquid crystal molecules 1 changes approximately twice the tilt angle θ (angle 2θ) in parallel to the first alignment processing substrate surface. About 2 times change means the case of 2θ-2θ-5 ° change.

なお、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して平行に変化した角度は、次のようにして測定することができる。まず、偏光板をクロスニコルに配置した偏光顕微鏡および液晶表示素子を、一方の偏光板の偏光軸と液晶層の液晶分子の配向方向とが平行になるように配置し、この位置を基準とする。電圧を印加すると液晶分子が偏光軸と所定の角度を持つようになるため、一方の偏光板を透過した偏光が他方の偏光板を透過して明状態となる。この電圧を印加した状態で液晶表示素子を回転させ暗状態にする。そして、このときの液晶表示素子を回転させた角度を測定する。液晶表示素子を回転させた角度が、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して平行に変化した角度である。   The angle at which the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes in parallel to the first alignment processing substrate surface can be measured as follows. First, a polarizing microscope and a liquid crystal display element in which polarizing plates are arranged in crossed Nicols are arranged so that the polarization axis of one polarizing plate and the alignment direction of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer are parallel, and this position is used as a reference. . When a voltage is applied, the liquid crystal molecules come to have a predetermined angle with the polarization axis, so that the polarized light transmitted through one polarizing plate is transmitted through the other polarizing plate to be in a bright state. With this voltage applied, the liquid crystal display element is rotated to a dark state. And the angle which rotated the liquid crystal display element at this time is measured. The angle by which the liquid crystal display element is rotated is an angle at which the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes in parallel to the first alignment processing substrate surface.

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

このような強誘電性液晶として具体的には、例えば図12に示すような正負いずれかの電圧を印加したときにのみ液晶分子が動作する、half−V shaped switching(以下、HV字型スイッチングと称する。)特性を示す強誘電性液晶が用いられる。このようなHV字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を用いると、白黒シャッターとしての開口時間を十分に長くとることができ、これにより時間的に切り替えられる各色をより明るく表示することができ、明るいカラー表示の液晶表示素子を実現することができる。
なお、「HV字型スイッチング特性」とは、印加電圧に対する光透過率が非対称な電気光学特性をいう。
Specifically, as such a ferroelectric liquid crystal, for example, half-V shaped switching (hereinafter referred to as HV-shaped switching) in which liquid crystal molecules operate only when a positive or negative voltage as shown in FIG. 12 is applied. A ferroelectric liquid crystal exhibiting characteristics is used. When the ferroelectric liquid crystal exhibiting such HV-shaped switching characteristics is used, the opening time as a black and white shutter can be made sufficiently long, whereby each color that can be temporally switched can be displayed brighter. A bright color liquid crystal display element can be realized.
The “HV-shaped switching characteristic” refers to an electro-optical characteristic in which the light transmittance with respect to an applied voltage is asymmetric.

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

一般に、図13下段に例示するようなSmA相を経由する相系列を有する強誘電性液晶は、相変化の過程において、スメクチック層の層間隔が縮まり、その体積変化を補償するためにスメクチック層が曲がったシェブロン構造を有し、この曲げの方向によって液晶分子の長軸方向が異なるドメインが形成され、その境界面にジグザグ欠陥やヘアピン欠陥と呼ばれる配向欠陥が発生しやすい。また一般に、図13上段に例示するようなSmA相を経由しない相系列を有する強誘電性液晶は、層法線方向の異なる二つの領域(ダブルドメイン)が発生しやすい。本発明においては、このような配向欠陥を生じさせることなく、強誘電性液晶の配向を単安定化することができるのである。   In general, a ferroelectric liquid crystal having a phase sequence passing through an SmA phase as illustrated in the lower part of FIG. 13 has a small distance between smectic layers in the process of phase change, and a smectic layer is used to compensate for the volume change. A domain having a bent chevron structure and different major axis directions of the liquid crystal molecules is formed depending on the bending direction, and alignment defects called zigzag defects and hairpin defects are likely to occur at the interface. In general, a ferroelectric liquid crystal having a phase sequence that does not pass through the SmA phase as illustrated in the upper part of FIG. 13 is likely to generate two regions (double domains) having different layer normal directions. In the present invention, the alignment of the ferroelectric liquid crystal can be mono-stabilized without causing such alignment defects.

このような強誘電性液晶としては、一般に知られる液晶材料の中から要求特性に応じて種々選択することができる。   Such a ferroelectric liquid crystal can be variously selected from generally known liquid crystal materials according to required characteristics.

特に、Ch相からSmA相を経由しないでSmC相を発現する液晶材料は、HV字型スイッチング特性を示すものとして好適である。具体的には、AZエレクトロニックマテリアルズ社製「R2301」が挙げられる。 In particular, a liquid crystal material that exhibits an SmC * phase from the Ch phase without passing through the SmA phase is suitable as a material that exhibits HV-shaped switching characteristics. Specifically, “R2301” manufactured by AZ Electronic Materials may be mentioned.

また、SmA相を経由する液晶材料としては、材料選択の幅が広いことから、Ch相からSmA相を経由してSmC相を発現するものが好ましい。この場合、SmC相を示す単一の液晶材料を用いることもできるが、低粘度でSmC相を示しやすいノンカイラルな液晶(以下、ホスト液晶とする場合がある。)に、それ自身ではSmC相を示さないが大きな自発分極と適当な螺旋ピッチを誘起する光学活性物質を少量添加することにより、上記のような相系列を示す液晶材料が、低粘度であり、より速い応答性を実現できることから好ましい。 In addition, as the liquid crystal material that passes through the SmA phase, a material that expresses the SmC * phase from the Ch phase through the SmA phase is preferable because of a wide range of material selection. In this case, a single liquid crystal material exhibiting an SmC * phase can be used, but a non-chiral liquid crystal (hereinafter sometimes referred to as a host liquid crystal) having a low viscosity and easily exhibiting an SmC phase is used. By adding a small amount of an optically active substance that does not show large spontaneous polarization and an appropriate helical pitch, the liquid crystal material showing the phase sequence as described above has low viscosity and can realize faster response. preferable.

上記ホスト液晶としては、広い温度範囲でSmC相を示す材料であることが好ましく、一般に強誘電性液晶のホスト液晶として知られているものであれば特に限定されることなく使用することができる。例えば、下記一般式:
Ra−Q−X−(Q−Y−Q−Rb
(式中、RaおよびRbはそれぞれ、直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルカノイルオキシ基またはアルコキシカルボニルオキシ基であり、Q、QおよびQはそれぞれ、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピラジン−2,5−ジイル基、ピリダジン−3,6−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基であり、これらの基はハロゲン原子、水酸基、シアノ基等の置換基を有していてもよく、XおよびYはそれぞれ、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−CHCH−、−C≡C−または単結合であり、mは0または1である。)で表される化合物を使用することができる。ホスト液晶としては、上記化合物を1種単独でも2種以上を組み合わせて用いることもできる。
The host liquid crystal is preferably a material exhibiting an SmC phase in a wide temperature range, and can be used without particular limitation as long as it is generally known as a host liquid crystal of a ferroelectric liquid crystal. For example, the general formula:
Ra-Q 1 -X 1 - ( Q 2 -Y 1) m -Q 3 -Rb
(In the formula, Ra and Rb are each a linear or branched alkyl group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, alkanoyloxy group or alkoxycarbonyloxy group, and Q 1 , Q 2 and Q 3 are each 1 , 4-phenylene group, 1,4-cyclohexylene group, pyridine-2,5-diyl group, pyrazine-2,5-diyl group, pyridazine-3,6-diyl group, 1,3-dioxane-2,5 -Diyl group, and these groups may have a substituent such as a halogen atom, a hydroxyl group, and a cyano group, and X 1 and Y 1 are each —COO—, —OCO—, —CH 2 O— , —OCH 2 —, —CH 2 CH 2 —, —C≡C—, or a single bond, and m is 0 or 1.). As the host liquid crystal, the above compounds can be used alone or in combination of two or more.

上記ホスト液晶に添加する光学活性物質としては、自発分極が大きく、適当な螺旋ピッチを誘起する能力を持った材料であれば特に限定されるものではなく、一般にSmC相を示す液晶組成物に添加する材料として知られるものを使用することができる。特に少量の添加量で大きな自発分極を誘起できる材料であることが好ましい。このような光学活性物質としては、例えば、下記一般式:
Rc−Q−Za−Q−Zb−Q−Zc−Rd
(式中、Q、Q、Qは上記一般式と同じ意味を表し、Za、ZbおよびZcは−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−CHCH−、−C≡C−、−CH=N−、−N=N−、−N(→O)=N−、−C(=O)S−または単結合であり、Rcは不斉炭素原子を有していてもよい直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルカノイルオキシ基またはアルコキシカルボニルオキシ基であり、Rdは不斉炭素原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルカノイルオキシ基またはアルコキシカルボニルオキシ基であり、RcおよびRdはハロゲン原子、シアノ基、水酸基で置換されていてもよい。)で表される化合物を使用することができる。光学活性物質としては、上記化合物を1種単独でも2種以上を組み合わせて用いることもできる。
The optically active substance added to the host liquid crystal is not particularly limited as long as it is a material having a large spontaneous polarization and the ability to induce an appropriate helical pitch, and is generally added to a liquid crystal composition exhibiting an SmC phase. Any known material can be used. In particular, a material that can induce large spontaneous polarization with a small addition amount is preferable. Examples of such an optically active substance include the following general formula:
Rc-Q 1 -Za-Q 2 -Zb-Q 3 -Zc-Rd
(In the formula, Q 1 , Q 2 and Q 3 represent the same meaning as in the above general formula, and Za, Zb and Zc are —COO—, —OCO—, —CH 2 O—, —OCH 2 —, —CH 2, respectively. CH 2 —, —C≡C—, —CH═N—, —N═N—, —N (→ O) ═N—, —C (═O) S— or a single bond, and Rc is asymmetric. A linear or branched alkyl group which may have a carbon atom, an alkoxy group, an alkoxycarbonyl group, an alkanoyloxy group or an alkoxycarbonyloxy group, wherein Rd is a linear or branched group having an asymmetric carbon atom; And an alkyl group, an alkoxy group, an alkoxycarbonyl group, an alkanoyloxy group or an alkoxycarbonyloxy group, and Rc and Rd may be substituted with a halogen atom, a cyano group or a hydroxyl group. Can be used. As the optically active substance, the above compounds may be used alone or in combination of two or more.

SmA相を経由する強誘電性液晶として、具体的には、AZエレクトロニックマテリアルズ社製「FELIXM4851−100」などが挙げられる。   Specific examples of the ferroelectric liquid crystal passing through the SmA phase include “FELIXM4851-100” manufactured by AZ Electronic Materials.

単安定性を示す強誘電性液晶を用いた液晶表示素子においては、透過率は、電圧を印加したときの液晶分子の傾斜角に依存する。正負いずれかの電圧を印加すると液晶分子がコーン上を傾くので、例えば図12に示すように印加電圧の大きさに応じて液晶分子の傾斜角が変化して透過率が変化する。このとき、液晶分子の単安定状態からの傾斜角が45°の場合に透過率が最大になる。
したがって、高い透過率を実現するためには、実際の駆動時に第2電極層が負極となるように電圧を印加した場合に、液晶分子の単安定状態からの傾斜角が45°になり得る強誘電性液晶を用いることが好ましい。
例えば、図11に示すような液晶分子の単安定状態からの最大の傾斜角δが45°よりも大きい強誘電性液晶を用いた場合には、実際に液晶表示素子を駆動している際、第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、液晶分子の単安定状態からの傾斜角を45°とすることができる。上述したように、実際の駆動時に第2電極層が負極となるように電圧を印加した場合に、液晶分子の方向がチルト角の約2倍変化するわけではないからである。
In a liquid crystal display element using a ferroelectric liquid crystal exhibiting monostability, the transmittance depends on the tilt angle of liquid crystal molecules when a voltage is applied. When either positive or negative voltage is applied, the liquid crystal molecules are tilted on the cone. Therefore, for example, as shown in FIG. 12, the tilt angle of the liquid crystal molecules changes according to the magnitude of the applied voltage, and the transmittance changes. At this time, the transmittance is maximized when the tilt angle of the liquid crystal molecules from the monostable state is 45 °.
Therefore, in order to realize high transmittance, when a voltage is applied so that the second electrode layer becomes a negative electrode during actual driving, the inclination angle of the liquid crystal molecules from a monostable state can be 45 °. It is preferable to use a dielectric liquid crystal.
For example, when a ferroelectric liquid crystal having a maximum tilt angle δ from a monostable state of liquid crystal molecules as shown in FIG. 11 is larger than 45 °, when the liquid crystal display element is actually driven, When a voltage is applied so that the second electrode layer becomes a negative electrode, the tilt angle of the liquid crystal molecules from the monostable state can be set to 45 °. As described above, when a voltage is applied so that the second electrode layer becomes a negative electrode during actual driving, the direction of the liquid crystal molecules does not change approximately twice the tilt angle.

本発明においては、第1配向膜と第2配向膜との間に上記強誘電性液晶が挟持され、液晶層が構成される。
液晶層には、上記の強誘電性液晶の他に、液晶表示素子に求められる機能に応じて任意の機能を備える化合物が含有されていてもよい。このような化合物としては、重合性モノマーの重合物を挙げることができる。液晶層中にこのような重合性モノマーの重合物が含有されることにより、上記液晶材料の配列がいわゆる「高分子安定化」され、配向安定性に優れた液晶表示素子を得ることができる。
In the present invention, the ferroelectric liquid crystal is sandwiched between the first alignment film and the second alignment film to constitute a liquid crystal layer.
In addition to the ferroelectric liquid crystal, the liquid crystal layer may contain a compound having any function depending on the function required for the liquid crystal display element. Examples of such a compound include a polymerized polymerizable monomer. By containing such a polymerizable monomer polymer in the liquid crystal layer, the alignment of the liquid crystal material is so-called “polymer stabilization”, and a liquid crystal display device excellent in alignment stability can be obtained.

重合性モノマーの重合物に用いられる重合性モノマーとしては、重合反応により重合物を生じる化合物であれば特に限定されるものではなく、加熱処理により重合反応を生じる熱硬化性樹脂モノマー、および活性放射線の照射により重合反応を生じる活性放射線硬化性樹脂モノマーを挙げることができる。中でも、活性放射線硬化性樹脂モノマーを用いることが好ましい。熱硬化性樹脂モノマーを用いる場合は、重合反応を生じさせるために加温処理をすることが必要であるので、このような加温処理により強誘電性液晶の規則的な配列が損なわれたり、相転移が誘起されてしまったりするおそれがある。一方、活性放射線硬化性樹脂モノマーを用いる場合は、このようなおそれがなく、重合反応が生じることによって強誘電性液晶の配列が害されることが少ないからである。   The polymerizable monomer used in the polymerized polymer of the polymerizable monomer is not particularly limited as long as it is a compound that generates a polymer by a polymerization reaction, and a thermosetting resin monomer that generates a polymerization reaction by heat treatment, and actinic radiation. An actinic radiation curable resin monomer that undergoes a polymerization reaction upon irradiation of can be exemplified. Among these, it is preferable to use an actinic radiation curable resin monomer. When a thermosetting resin monomer is used, it is necessary to perform a heating process in order to cause a polymerization reaction. Therefore, the regular arrangement of the ferroelectric liquid crystal is impaired by such a heating process, There is a risk of inducing a phase transition. On the other hand, when the actinic radiation curable resin monomer is used, there is no such fear, and the alignment of the ferroelectric liquid crystal is hardly harmed by the polymerization reaction.

活性放射線硬化性樹脂モノマーとしては、電子線の照射により重合反応を生じる電子線硬化性樹脂モノマー、および光照射により重合反応を生じる光硬化性樹脂モノマーを挙げることができる。中でも、光硬化性樹脂モノマーを用いることが好ましい。光硬化性樹脂モノマーを用いることにより、製造工程を簡略化できるからである。   Examples of the actinic radiation curable resin monomer include an electron beam curable resin monomer that undergoes a polymerization reaction upon irradiation with an electron beam, and a photocurable resin monomer that undergoes a polymerization reaction upon irradiation with light. Among these, it is preferable to use a photocurable resin monomer. It is because a manufacturing process can be simplified by using a photocurable resin monomer.

光硬化性樹脂モノマーとしては、波長が150nm〜500nmの範囲内の光を照射することにより、重合反応を生じるものであれば特に限定されるものではない。中でも波長が250nm〜450nmの範囲内、特に300nm〜400nmの範囲内の光を照射することにより重合反応を生じる紫外線硬化性樹脂モノマーを用いることが好ましい。照射装置の容易性等の面において利点を有するからである。   The photocurable resin monomer is not particularly limited as long as it causes a polymerization reaction when irradiated with light having a wavelength in the range of 150 nm to 500 nm. Among them, it is preferable to use an ultraviolet curable resin monomer that generates a polymerization reaction when irradiated with light having a wavelength in the range of 250 nm to 450 nm, particularly in the range of 300 nm to 400 nm. This is because it has advantages in terms of the ease of the irradiation apparatus.

紫外線硬化性樹脂モノマーが有する重合性官能基は、上記波長領域の紫外線照射により、重合反応を生じるものであれば特に限定されるものではない。特に、アクリレート基を有する紫外線硬化型樹脂モノマーを用いることが好ましい。   The polymerizable functional group possessed by the ultraviolet curable resin monomer is not particularly limited as long as it causes a polymerization reaction upon irradiation with ultraviolet rays in the above wavelength region. In particular, it is preferable to use an ultraviolet curable resin monomer having an acrylate group.

また、紫外線硬化性樹脂モノマーは、一分子中に一つの重合性官能基を有する単官能性モノマーであってもよく、また、一分子中に二つ以上の重合性官能基を有する多官能性モノマーであってもよい。中でも、多官能性モノマーを用いることが好ましい。多官能性モノマーを用いることにより、より強いポリマーネットワークを形成することができるため、分子間力および配向膜界面におけるポリマーネットワークを強化することができる。これにより、温度変化による強誘電性液晶の配列の乱れを抑制することができる。   Further, the UV curable resin monomer may be a monofunctional monomer having one polymerizable functional group in one molecule, or a polyfunctional having two or more polymerizable functional groups in one molecule. It may be a monomer. Among these, it is preferable to use a polyfunctional monomer. By using a polyfunctional monomer, a stronger polymer network can be formed, so that the intermolecular force and the polymer network at the alignment film interface can be strengthened. Thereby, the disorder of the alignment of the ferroelectric liquid crystal due to the temperature change can be suppressed.

多官能性モノマーの中でも、分子の両末端に重合性官能基を有する2官能性モノマーが好ましく用いられる。分子の両端に重合性官能基を有することにより、ポリマー同士の間隔が広いポリマーネットワークを形成することができ、重合性モノマーの重合物を含むことによる強誘電性液晶の駆動電圧の低下を防止できるからである。   Among the polyfunctional monomers, bifunctional monomers having a polymerizable functional group at both ends of the molecule are preferably used. By having a polymerizable functional group at both ends of the molecule, it is possible to form a polymer network with a wide interval between polymers, and to prevent a decrease in driving voltage of the ferroelectric liquid crystal due to the inclusion of a polymer of a polymerizable monomer. Because.

また、紫外線硬化性樹脂モノマーの中でも、液晶性を発現する紫外線硬化性液晶モノマーを用いることが好ましい。このような紫外線硬化性液晶モノマーが好ましい理由は次の通りである。すなわち、紫外線硬化性液晶モノマーは液晶性を示すことから、配向膜の配向規制力により規則的に配列することができる。このため、紫外線硬化性液晶モノマーを、規則的に配列した後に重合反応を生じさせることにより、規則的な配列状態を維持したまま固定化することができる。このような規則的な配列状態を有する重合物が存在することにより、強誘電性液晶の配向安定性を向上させることができ、優れた耐熱性および耐衝撃性を得ることができる。   Of the ultraviolet curable resin monomers, it is preferable to use an ultraviolet curable liquid crystal monomer that exhibits liquid crystallinity. The reason why such an ultraviolet curable liquid crystal monomer is preferable is as follows. That is, since the ultraviolet curable liquid crystal monomer exhibits liquid crystallinity, it can be regularly arranged by the alignment regulating force of the alignment film. For this reason, the ultraviolet curable liquid crystal monomer can be fixed while maintaining the regular alignment state by causing a polymerization reaction after the ultraviolet light curable liquid crystal monomer is regularly arranged. By the presence of the polymer having such a regular alignment state, the alignment stability of the ferroelectric liquid crystal can be improved, and excellent heat resistance and impact resistance can be obtained.

紫外線硬化性液晶モノマーが示す液晶相としては、特に限定されるものではなく、例えば、N相、SmA相、SmC相を挙げることができる。   The liquid crystal phase exhibited by the ultraviolet curable liquid crystal monomer is not particularly limited, and examples thereof include an N phase, an SmA phase, and an SmC phase.

本発明に用いられる紫外線硬化性液晶モノマーとしては、例えば、下記式(1)〜(3)に示す化合物を挙げることができる。   Examples of the ultraviolet curable liquid crystal monomer used in the present invention include compounds represented by the following formulas (1) to (3).

Figure 0004888049
Figure 0004888049

上記式(1),(2)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結合基を介して結合していてもよい。 In the above formulas (1) and (2), 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. Further, the acryloyloxy group at the end of the molecular chain and A or D may be bonded via a bonding group such as an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms.

また、上記式(3)おいて、Yは、水素、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルケニル、炭素数1〜20のアルキルオキシ、炭素数1〜20のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数1〜20のアルキルカルボニル、炭素数1〜20のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表す。   In the above formula (3), Y 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, It represents formyl, alkylcarbonyl having 1 to 20 carbons, alkylcarbonyloxy having 1 to 20 carbons, halogen, cyano or nitro.

上記の中でも、好適に用いられるものとして、下記式の化合物を例示することができる。   Among the above, the compounds represented by the following formulas can be exemplified as those suitably used.

Figure 0004888049
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Figure 0004888049
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Figure 0004888049
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また、上記重合性モノマーは、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。2種以上の異なる重合性モノマーを用いる場合には、例えば、上記式で示される紫外線硬化性液晶モノマーと他の紫外線硬化性樹脂モノマーとを用いることができる。   Moreover, the said polymerizable monomer may be used independently and may be used in combination of 2 or more type. When two or more different polymerizable monomers are used, for example, an ultraviolet curable liquid crystal monomer represented by the above formula and another ultraviolet curable resin monomer can be used.

重合性モノマーとして紫外線硬化性液晶モノマーを用いた場合、重合性モノマーの重合物としては、主鎖に液晶性を示す原子団を有することにより主鎖が液晶性を示す主鎖液晶型重合物であってもよく、側鎖に液晶性を示す原子団を有することにより側鎖が液晶性を示す側鎖液晶型重合物であってもよい。中でも、重合性モノマーの重合物が側鎖液晶型重合物であることが好ましい。液晶性を示す原子団が側鎖に存在することにより、この原子団の自由度が高くなるため、液晶性を示す原子団が配向しやすくなるからである。また、その結果として強誘電性液晶の配向安定性を向上させることができるからである。   When an ultraviolet curable liquid crystal monomer is used as the polymerizable monomer, the polymer of the polymerizable monomer is a main chain liquid crystal type polymer in which the main chain exhibits liquid crystallinity by having an atomic group exhibiting liquid crystallinity in the main chain. It may be a side chain liquid crystal polymer in which the side chain exhibits liquid crystallinity by having an atomic group exhibiting liquid crystallinity in the side chain. Especially, it is preferable that the polymer of a polymerizable monomer is a side chain liquid crystal type polymer. This is because the presence of an atomic group exhibiting liquid crystallinity in the side chain increases the degree of freedom of the atomic group, so that the atomic group exhibiting liquid crystallinity is easily aligned. Further, as a result, the alignment stability of the ferroelectric liquid crystal can be improved.

液晶層中における重合性モノマーの重合物の存在量は、強誘電性液晶の配列安定性を所望の程度にできる範囲内であれば特に限定されないが、通常、液晶層中に0.5質量%〜30質量%の範囲内が好ましく、より好ましくは1質量%〜20質量%、さらに好ましくは1質量%〜10質量%の範囲内である。上記範囲よりも多いと、駆動電圧の増加や、応答速度の低下を生じる場合があるからである。また、上記範囲よりも少ないと強誘電性液晶の配列安定性が不十分となり、液晶表示素子の耐熱性や耐衝撃性を損なってしまう可能性があるからである。
ここで、液晶層中における重合性モノマーの重合物の存在量は、液晶層中の単分子液晶を溶剤で洗い流した後、残存する重合性モノマーの重合物の重量を電子天秤で測量することによって求めた残存量と、上記液晶層の総質量とから算出することができる。
The amount of the polymerized monomer in the liquid crystal layer is not particularly limited as long as the alignment stability of the ferroelectric liquid crystal is within a desired range, but usually 0.5% by mass in the liquid crystal layer. It is preferably within the range of ˜30% by mass, more preferably within the range of 1% by mass to 20% by mass, and even more preferably within the range of 1% by mass to 10% by mass. This is because if it exceeds the above range, the drive voltage may increase or the response speed may decrease. Further, if the amount is less than the above range, the alignment stability of the ferroelectric liquid crystal becomes insufficient, and the heat resistance and impact resistance of the liquid crystal display element may be impaired.
Here, the abundance of the polymerizable monomer polymer in the liquid crystal layer is determined by measuring the weight of the remaining polymerizable monomer polymer with an electronic balance after washing the monomolecular liquid crystal in the liquid crystal layer with a solvent. It can be calculated from the obtained remaining amount and the total mass of the liquid crystal layer.

本発明においては、強誘電性液晶が単安定性を示すものであるので、薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリックス方式による駆動が可能であり、電圧変調により階調制御が可能な液晶表示素子を得ることができる。   In the present invention, since the ferroelectric liquid crystal exhibits monostability, a liquid crystal display element that can be driven by an active matrix method using a thin film transistor (TFT) and can control gradation by voltage modulation is provided. Obtainable.

液晶層の厚みは、1.2μm〜3.0μmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは1.3μm〜2.5μm、さらに好ましくは1.4μm〜2.0μmの範囲内である。液晶層の厚みが薄すぎるとコントラストが低下するおそれがあり、逆に液晶層の厚みが厚すぎると強誘電性液晶が配向しにくくなる可能性があるからである。上記液晶層の厚みは、ビーズスペーサ、柱状スペーサ、隔壁等により調整することができる。   The thickness of the liquid crystal layer is preferably in the range of 1.2 μm to 3.0 μm, more preferably 1.3 μm to 2.5 μm, and still more preferably in the range of 1.4 μm to 2.0 μm. This is because if the thickness of the liquid crystal layer is too thin, the contrast may be lowered. Conversely, if the thickness of the liquid crystal layer is too thick, the ferroelectric liquid crystal may be difficult to align. The thickness of the liquid crystal layer can be adjusted by bead spacers, columnar spacers, partition walls, or the like.

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

2.第1配向処理基板
本発明に用いられる第1配向処理基板は、第1基材と、この第1基材上に形成された第1電極層と、この第1電極層上に形成され、光異性化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光異性化型材料を含有する光配向膜である第1配向膜とを有するものである。以下、第1配向処理基板における各構成について説明する。
2. First Alignment Processed Substrate The first alignment process substrate used in the present invention includes a first base material, a first electrode layer formed on the first base material, and formed on the first electrode layer. And a first alignment film that is a photo-alignment film containing a photoisomerizable material that imparts anisotropy to the alignment film by causing an isomerization reaction. Hereinafter, each structure in a 1st orientation processing board | substrate is demonstrated.

(1)第1配向膜
本発明に用いられる第1配向膜は、第1電極層上に形成されるものであり、光異性化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光異性化型材料を含有する光配向膜である。
(1) First Alignment Film The first alignment film used in the present invention is formed on the first electrode layer, and provides photoisomerism that imparts anisotropy to the alignment film by causing a photoisomerization reaction. It is a photo-alignment film containing a conversion type material.

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。第1配向膜に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、それにより配向膜に容易に異方性を付与することができる。また、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。   Here, the photoisomerization reaction refers to a phenomenon in which a single compound changes to another isomer by light irradiation. By using a photoisomerizable material for the first alignment film, a stable isomer among a plurality of isomers is increased by light irradiation, whereby anisotropy can be easily imparted to the alignment film. Further, since the photo-alignment process is a non-contact alignment process, it is useful in that there is no generation of static electricity and dust, and the quantitative alignment process can be controlled.

本発明に用いられる光異性化型材料としては、光異性化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与するものであれば特に限定されるものではないが、光異性化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を含むものであることが好ましい。このような光異性化反応性化合物を含むことにより、光照射により、複数の異性体のうち安定な異性体が増加し、それにより配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。   The photoisomerization type material used in the present invention is not particularly limited as long as it imparts anisotropy to the alignment film by causing a photoisomerization reaction, but it causes a photoisomerization reaction. It is preferable that it contains a photoisomerization reactive compound that imparts anisotropy to the alignment film. By including such a photoisomerization-reactive compound, a stable isomer among a plurality of isomers is increased by light irradiation, whereby anisotropy can be easily imparted to the alignment film. is there.

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

また、光異性化反応性化合物が生じる光異性化反応としては、シス−トランス異性化反応であることが好ましい。光照射によりシス体またはトランス体のいずれかの異性体が増加し、それにより配向膜に異方性を付与することができるからである。   Further, the photoisomerization reaction in which the photoisomerization reactive compound is generated is preferably a cis-trans isomerization reaction. This is because isomers of either the cis form or the trans form are increased by light irradiation, whereby anisotropy can be imparted to the alignment film.

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

上記重合性モノマーは、単官能のモノマーであっても、多官能のモノマーであってもよいが、ポリマー化による配向膜の異方性がより安定なものとなることから、2官能のモノマーであることが好ましい。   The polymerizable monomer may be a monofunctional monomer or a polyfunctional monomer. However, since the anisotropy of the alignment film due to polymerization becomes more stable, it is a bifunctional monomer. Preferably there is.

このような光異性化反応性化合物としては、具体的には、アゾベンゼン骨格やスチルベン骨格などのシス−トランス異性化反応性骨格を有する化合物を挙げることができる。   Specific examples of such a photoisomerization-reactive compound include compounds having a cis-trans isomerization-reactive skeleton such as an azobenzene skeleton or a stilbene skeleton.

この場合に、分子内に含まれるシス−トランス異性化反応性骨格の数は、1つであっても2つ以上であってもよいが、強誘電性液晶の配向制御が容易となることから、2つであることが好ましい。   In this case, the number of cis-trans isomerization reactive skeletons contained in the molecule may be one or two or more, but the alignment control of the ferroelectric liquid crystal becomes easy. Two are preferable.

上記シス−トランス異性化反応性骨格は、液晶分子との相互作用をより高めるために置換基を有していてもよい。置換基は、液晶分子との相互作用を高めることができ、かつ、シス−トランス異性化反応性骨格の配向を妨げないものであれば特に限定されるものではなく、例えば、カルボキシル基、スルホン酸ナトリウム基、水酸基などが挙げられる。これらの構造は、用いられる強誘電性液晶の種類に応じて、適宜選択することができる。   The cis-trans isomerization reactive skeleton may have a substituent in order to further enhance the interaction with the liquid crystal molecules. The substituent is not particularly limited as long as it can enhance the interaction with the liquid crystal molecules and does not interfere with the orientation of the cis-trans isomerization reactive skeleton, and examples thereof include a carboxyl group and a sulfonic acid. A sodium group, a hydroxyl group, etc. are mentioned. These structures can be appropriately selected depending on the type of ferroelectric liquid crystal used.

また、光異性化反応性化合物としては、分子内にシス−トランス異性化反応性骨格以外にも、液晶分子との相互作用をより高められるように、芳香族炭化水素基などのπ電子が多く含まれる基を有していてもよく、シス−トランス異性化反応性骨格と芳香族炭化水素基は、結合基を介して結合していてもよい。結合基は、液晶分子との相互作用を高められるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、−COO−、−OCO−、−O−、−C≡C−、−CH−CH−、−CHO−、−OCH−などが挙げられる。 In addition to the cis-trans isomerization reactive skeleton, the photoisomerization reactive compound contains many π electrons such as aromatic hydrocarbon groups so that the interaction with the liquid crystal molecules can be further enhanced. It may have an included group, and the cis-trans isomerization reactive skeleton and the aromatic hydrocarbon group may be bonded via a bonding group. The bonding group is not particularly limited as long as it can enhance the interaction with the liquid crystal molecule. For example, —COO—, —OCO—, —O—, —C≡C—, —CH 2 —CH 2- , —CH 2 O—, —OCH 2 — and the like can be mentioned.

なお、光異性化反応性化合物として、重合性モノマーを用いる場合には、上記シス−トランス異性化反応性骨格を、側鎖として有していることが好ましい。上記シス−トランス異性化反応性骨格を側鎖として有していることにより、配向膜に付与される異方性の効果がより大きなものとなり、強誘電性液晶の配向制御に特に適したものとなるからである。この場合に、前述した分子内に含まれる芳香族炭化水素基や結合基は、液晶分子との相互作用が高められるように、シス−トランス異性化反応性骨格と共に、側鎖に含まれていることが好ましい。   In addition, when using a polymerizable monomer as a photoisomerization reactive compound, it is preferable to have the said cis-trans isomerization reactive skeleton as a side chain. By having the cis-trans isomerization reactive skeleton as a side chain, the effect of anisotropy imparted to the alignment film becomes larger, and it is particularly suitable for controlling the alignment of ferroelectric liquid crystals. Because it becomes. In this case, the aromatic hydrocarbon group or bonding group contained in the molecule is contained in the side chain together with the cis-trans isomerization reactive skeleton so that the interaction with the liquid crystal molecule is enhanced. It is preferable.

また、上記重合性モノマーの側鎖には、シス−トランス異性化反応性骨格が配向しやすくなるように、アルキレン基などの脂肪族炭化水素基をスペーサーとして有していてもよい。   Further, the side chain of the polymerizable monomer may have an aliphatic hydrocarbon group such as an alkylene group as a spacer so that the cis-trans isomerization reactive skeleton can be easily oriented.

上述したような単分子化合物または重合性モノマーの光異性化反応性化合物の中でも、本発明に用いられる光異性化反応性化合物としては、分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物であることが好ましい。アゾベンゼン骨格は、π電子を多く含むため、液晶分子との相互作用が高く、強誘電性液晶の配向制御に特に適しているからである。   Among the photoisomerization reactive compounds of the monomolecular compound or polymerizable monomer as described above, the photoisomerization reactive compound used in the present invention is preferably a compound having an azobenzene skeleton in the molecule. This is because the azobenzene skeleton contains a lot of π electrons, and thus has a high interaction with liquid crystal molecules and is particularly suitable for controlling the alignment of ferroelectric liquid crystals.

以下、アゾベンゼン骨格が光異性化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与できる理由について説明する。まず、アゾベンゼン骨格に、直線偏光紫外光を照射すると、下記式に示されるように、分子長軸が偏光方向に配向しているトランス体のアゾベンゼン骨格が、シス体に変化する。   Hereinafter, the reason why the azobenzene skeleton can impart anisotropy to the alignment film by causing a photoisomerization reaction will be described. First, when the azobenzene skeleton is irradiated with linearly polarized ultraviolet light, the trans azobenzene skeleton having the molecular long axis oriented in the polarization direction is changed to a cis isomer as shown in the following formula.

Figure 0004888049
Figure 0004888049

アゾベンゼン骨格のシス体は、トランス体に比べて化学的に不安定であるため、熱的にまたは可視光を吸収してトランス体に戻るが、このとき、上記式の左のトランス体になるか右のトランス体になるかは同じ確率で起こる。そのため、紫外光を吸収し続けると、右側のトランス体の割合が増加し、アゾベンゼン骨格の平均配向方向は紫外光の偏光方向に対して垂直になる。本発明においては、この現象を利用することにより、アゾベンゼン骨格の配向方向を揃え、配向膜に異方性を付与し、その膜上の液晶分子の配向を制御することができるのである。   Since the cis isomer of the azobenzene skeleton is chemically unstable compared to the trans isomer, it thermally or absorbs visible light and returns to the trans isomer. Whether to become the right transformer body occurs with the same probability. Therefore, if the ultraviolet light is continuously absorbed, the ratio of the right-side trans isomer increases, and the average orientation direction of the azobenzene skeleton becomes perpendicular to the polarization direction of the ultraviolet light. In the present invention, by utilizing this phenomenon, the alignment direction of the azobenzene skeleton can be aligned, anisotropy can be imparted to the alignment film, and the alignment of liquid crystal molecules on the film can be controlled.

このような分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物のうち、単分子化合物としては、例えば、下記式(4)で表される化合物を挙げることができる。   Among such compounds having an azobenzene skeleton in the molecule, examples of the monomolecular compound include a compound represented by the following formula (4).

Figure 0004888049
Figure 0004888049

上記式(4)において、R41は各々独立して、ヒドロキシ基を表す。R42は−(A41−B41−A41−(D41−で表される連結基を表し、R43は(D41−(A41−B41−A41−で表される連結基を表す。ここで、A41は二価の炭化水素基を表し、B41は−O−、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−NHCOO−または−OCONH−を表し、mは0〜3の整数を表す。D41は、mが0のとき二価の炭化水素基を表し、mが1〜3の整数のとき−O−、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−NHCOO−または−OCONH−を表し、nは0または1を表す。R44は各々独立して、ハロゲン原子、カルボキシ基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基またはメトキシカルボニル基を表す。ただし、カルボキシ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。R45は各々独立して、カルボキシ基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基またはヒドロキシ基を表す。ただし、カルボキシ基またはスルホ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。 In the above formula (4), R 41 each independently represents a hydroxy group. R 42 represents - (A 41 -B 41 -A 41 ) m - (D 41) n - represents a linking group represented by, R 43 is (D 41) n - (A 41 -B 41 -A 41) m represents a linking group represented by-. Here, A 41 represents a divalent hydrocarbon group, B 41 represents —O—, —COO—, —OCO—, —CONH—, —NHCO—, —NHCOO— or —OCONH—, and m represents Represents an integer of 0 to 3; D 41 represents a divalent hydrocarbon group when m is 0, and —O—, —COO—, —OCO—, —CONH—, —NHCO—, —NHCOO— when m is an integer of 1 to 3. Alternatively, -OCONH- is represented, and n represents 0 or 1. R 44 each independently represents a halogen atom, a carboxy group, a halogenated methyl group, a halogenated methoxy group, a cyano group, a nitro group, a methoxy group or a methoxycarbonyl group. However, the carboxy group may form a salt with an alkali metal. R 45 each independently represents a carboxy group, a sulfo group, a nitro group, an amino group or a hydroxy group. However, the carboxy group or the sulfo group may form a salt with the alkali metal.

上記式(4)で表される化合物の具体例としては、下記式(5)〜(8)で表される化合物を挙げることができる。   Specific examples of the compound represented by the above formula (4) include compounds represented by the following formulas (5) to (8).

Figure 0004888049
Figure 0004888049

また、上記アゾベンゼン骨格を側鎖として有する重合性モノマーとしては、例えば、下記式(9)で表される化合物を挙げることができる。   Examples of the polymerizable monomer having the azobenzene skeleton as a side chain include compounds represented by the following formula (9).

Figure 0004888049
Figure 0004888049

上記式(9)において、R51は各々独立して、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリルアミド基、ビニルオキシ基、ビニルオキシカルボニル基、ビニルイミノカルボニル基、ビニルイミノカルボニルオキシ基、ビニル基、イソプロペニルオキシ基、イソプロペニルオキシカルボニル基、イソプロペニルイミノカルボニル基、イソプロペニルイミノカルボニルオキシ基、イソプロペニル基またはエポキシ基を表す。R52は−(A51−B51−A51−(D51−で表される連結基を表し、R53は(D51−(A51−B51−A51−で表される連結基を表す。ここで、A51は二価の炭化水素基を表し、B51は−O−、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−NHCOO−または−OCONH−を表し、mは0〜3の整数を表す。D51は、mが0のとき二価の炭化水素基を表し、mが1〜3の整数のとき−O−、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−NHCOO−または−OCONH−を表し、nは0または1を表す。R54は各々独立して、ハロゲン原子、カルボキシ基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基またはメトキシカルボニル基を表す。ただし、カルボキシ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。R55は各々独立して、カルボキシ基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基またはヒドロキシ基を表す。ただし、カルボキシ基またはスルホ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。 In the above formula (9), each R 51 is independently (meth) acryloyloxy group, (meth) acrylamide group, vinyloxy group, vinyloxycarbonyl group, vinyliminocarbonyl group, vinyliminocarbonyloxy group, vinyl group, An isopropenyloxy group, an isopropenyloxycarbonyl group, an isopropenyliminocarbonyl group, an isopropenyliminocarbonyloxy group, an isopropenyl group, or an epoxy group is represented. R 52 is - (A 51 -B 51 -A 51 ) m - (D 51) n - represents a linking group represented by, R 53 is (D 51) n - (A 51 -B 51 -A 51) m represents a linking group represented by-. Here, A 51 represents a divalent hydrocarbon group, B 51 represents —O—, —COO—, —OCO—, —CONH—, —NHCO—, —NHCOO— or —OCONH—, and m represents Represents an integer of 0 to 3; D 51 represents a divalent hydrocarbon group when m is 0, and when m is an integer of 1 to 3, —O—, —COO—, —OCO—, —CONH—, —NHCO—, —NHCOO— Alternatively, -OCONH- is represented, and n represents 0 or 1. R 54 each independently represents a halogen atom, a carboxy group, a halogenated methyl group, a halogenated methoxy group, a cyano group, a nitro group, a methoxy group or a methoxycarbonyl group. However, the carboxy group may form a salt with an alkali metal. R 55 each independently represents a carboxy group, a sulfo group, a nitro group, an amino group or a hydroxy group. However, the carboxy group or the sulfo group may form a salt with the alkali metal.

上記式(9)で表される化合物の具体例としては、下記式(10)〜(13)で表される化合物を挙げることができる。   Specific examples of the compound represented by the above formula (9) include compounds represented by the following formulas (10) to (13).

Figure 0004888049
Figure 0004888049

本発明においては、このような光異性化反応性化合物の中から、要求特性に応じて、シス−トランス異性化反応性骨格や置換基を種々選択することができる。なお、これらの光異性化反応性化合物は、1種単独でも2種以上を組み合わせて用いることもできる。   In the present invention, various cis-trans isomerization reactive skeletons and substituents can be selected from such photoisomerization reactive compounds according to required characteristics. In addition, these photoisomerization reactive compounds can also be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

また、光異性化型材料は、上記光異性化反応性化合物のほか、配向膜の光配列性を妨げない範囲内で添加剤を含んでいてもよい。上記光異性化反応性化合物として重合性モノマーを用いる場合には、添加剤としては、重合開始剤、重合禁止剤などが挙げられる。   In addition to the photoisomerization reactive compound, the photoisomerization type material may contain an additive within a range that does not interfere with the photoalignment of the alignment film. When a polymerizable monomer is used as the photoisomerization reactive compound, examples of the additive include a polymerization initiator and a polymerization inhibitor.

重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光異性化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光異性化反応性化合物に対し、0.001質量%〜20質量%の範囲内であることが好ましく、0.1質量%〜5質量%の範囲内であることがより好ましい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量が小さすぎると重合が開始(禁止)されない場合があり、逆に大きすぎると、反応が阻害される場合があるからである。   The polymerization initiator or polymerization inhibitor may be appropriately selected from generally known compounds according to the type of photoisomerization reactive compound. The addition amount of the polymerization initiator or polymerization inhibitor is preferably in the range of 0.001% by mass to 20% by mass, and in the range of 0.1% by mass to 5% by mass with respect to the photoisomerization reactive compound. More preferably, it is within. This is because if the addition amount of the polymerization initiator or polymerization inhibitor is too small, the polymerization may not be started (prohibited), whereas if too large, the reaction may be inhibited.

光異性化型材料が光異性化反応を生じる光の波長領域は、紫外光域の範囲内、すなわち10nm〜400nmの範囲内であることが好ましく、250nm〜380nmの範囲内であることがより好ましい。   The wavelength region of the light that causes the photoisomerization reaction of the photoisomerizable material is preferably in the ultraviolet light range, that is, in the range of 10 nm to 400 nm, and more preferably in the range of 250 nm to 380 nm. .

次に、光配向処理方法について説明する。まず、第1電極層上に、上述の光異性化型材料を有機溶剤で希釈した第1配向膜形成用塗工液を塗布し、乾燥させる。   Next, the photo-alignment processing method will be described. First, on the first electrode layer, a first alignment film forming coating solution obtained by diluting the above photoisomerizable material with an organic solvent is applied and dried.

第1配向膜形成用塗工液中の光異性化反応性化合物の含有量は、0.05質量%〜10質量%の範囲内であることが好ましく、0.2質量%〜2質量%の範囲内であることがより好ましい。含有量が上記範囲より少ないと、配向膜に適度な異方性を付与することが困難となり、逆に含有量が上記範囲より多いと、塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなるからである。   The content of the photoisomerization reactive compound in the first alignment film forming coating solution is preferably in the range of 0.05% by mass to 10% by mass, and is 0.2% by mass to 2% by mass. More preferably within the range. If the content is less than the above range, it will be difficult to impart appropriate anisotropy to the alignment film. Conversely, if the content is more than the above range, the viscosity of the coating liquid will increase, so a uniform coating film will be formed. It is because it becomes difficult to form.

第1配向膜形成用塗工液の塗布方法としては、例えば、スピンコート法、ロールコート法、ロッドバーコート法、スプレーコート法、エアナイフコート法、スロットダイコート法、ワイヤーバーコート法、インクジェット法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法などを用いることができる。   As a coating method of the first alignment film forming coating solution, for example, spin coating method, roll coating method, rod bar coating method, spray coating method, air knife coating method, slot die coating method, wire bar coating method, ink jet method, A flexographic printing method, a screen printing method, or the like can be used.

上記第1配向膜形成用塗工液を塗布して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、逆に膜の厚みが上記範囲より厚いとコスト的に不利になる場合があるからである。   The thickness of the film obtained by applying the first alignment film forming coating solution 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 film thickness is thinner than the above range, sufficient optical alignment may not be obtained, and conversely if the film thickness is thicker than the above range, it may be disadvantageous in terms of 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、光異性化反応を生じさせて異方性を付与することができる。照射する光の波長領域は、用いられる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。また、偏光方向は、光異性化反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではない。   The obtained film can impart anisotropy by causing a photoisomerization reaction by irradiating light with controlled polarization. The wavelength region of the light to be irradiated may be appropriately selected according to the constituent material of the 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 to It is in the range of 380 nm. The polarization direction is not particularly limited as long as it can cause a photoisomerization reaction.

さらに、光異性化型材料として、上記の光異性化反応性化合物の中でも重合性モノマーを用いた場合には、光配向処理を行った後、加熱することにより、ポリマー化し、配向膜に付与された異方性を安定化することができる。   Further, when a polymerizable monomer is used as the photoisomerization type material among the above photoisomerization reactive compounds, it is polymerized by heating after photoalignment treatment and applied to the alignment film. Anisotropy can be stabilized.

(2)第1電極層
本発明に用いられる第1電極層は、一般に液晶表示素子の電極として用いられているものであれば特に限定されるものではないが、第1配向処理基板の第1電極層および第2配向処理基板の第2電極層のうち少なくとも一方が透明導電体で形成されることが好ましい。透明導電体材料としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫(ITO)等が好ましく挙げられる。
(2) First electrode layer The first electrode layer used in the present invention is not particularly limited as long as it is generally used as an electrode of a liquid crystal display element. At least one of the electrode layer and the second electrode layer of the second alignment treatment substrate is preferably formed of a transparent conductor. Preferred examples of the transparent conductor material include indium oxide, tin oxide, indium tin oxide (ITO), and the like.

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

第1電極層の形成方法としては、化学蒸着(CVD)法や、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等の物理蒸着(PVD)法などが挙げられる。   Examples of the method for forming the first electrode layer include chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD) such as sputtering, ion plating, and vacuum deposition.

(3)第1基材
本発明に用いられる第1基材は、一般に液晶表示素子の基材として用いられるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ガラス板、プラスチック板などが好ましく挙げられる。
(3) 1st base material The 1st base material used for this invention will not be specifically limited if generally used as a base material of a liquid crystal display element, For example, a glass plate, a plastic plate, etc. are preferable. Can be mentioned.

(4)その他の構成
本発明における第1配向処理基板においては、第1基材上に隔壁が形成されていてもよい。第2配向処理基板において第2基材上に隔壁が形成されている場合には、第1配向処理基板において第1基材上には隔壁が形成されない。すなわち、第1配向処理基板に隔壁が形成されていてもよく、第2配向処理基板に隔壁が形成されていてもよい。
(4) Other Configurations In the first alignment treatment substrate in the present invention, a partition wall may be formed on the first base material. In the case where the partition walls are formed on the second base material in the second alignment processing substrate, the partition walls are not formed on the first base material in the first alignment processing substrate. That is, the partition wall may be formed on the first alignment treatment substrate, and the partition wall may be formed on the second alignment treatment substrate.

隔壁の材料は、一般に液晶表示素子の隔壁に用いられる材料を使用することができる。具体的には、隔壁の材料としては、樹脂を挙げることができ、中でも感光性樹脂が好ましく用いられる。感光性樹脂はパターニングが容易であるからである。   As a material for the partition wall, a material generally used for a partition wall of a liquid crystal display element can be used. Specifically, examples of the material for the partition include a resin, and among them, a photosensitive resin is preferably used. This is because the photosensitive resin is easy to pattern.

隔壁の形成方法としては、所定の位置に隔壁を形成することが可能な方法であれば特に限定されるものではなく、一般的なパターニング方法を適用することができ、例えば、フォトリソグラフィー法、インクジェット法、スクリーン印刷法等が挙げられる。   The method for forming the partition wall is not particularly limited as long as the partition wall can be formed at a predetermined position, and a general patterning method can be applied. For example, a photolithography method, an inkjet method Method, screen printing method and the like.

隔壁は複数形成されるものであり、複数の隔壁が所定の位置に規則的に形成されていることが好ましく、特に略平行に等間隔で形成されていることが好ましい。液晶滴下方式により液晶表示素子を作製する場合には、複数の隔壁の形成位置が無秩序であると、強誘電性液晶の塗布量を正確に制御することが困難となる場合があるからである。   A plurality of partition walls are formed, and it is preferable that the plurality of partition walls are regularly formed at predetermined positions, and it is particularly preferable that the partition walls are formed at substantially equal intervals. This is because, when a liquid crystal display element is manufactured by a liquid crystal dropping method, if the formation positions of the plurality of partition walls are disordered, it may be difficult to accurately control the application amount of the ferroelectric liquid crystal.

また、隔壁の配置としては、特に限定されるものではないが、非画素領域に隔壁が形成されていることが好ましい。隔壁付近では強誘電性液晶の配向不良が生じやすいので、画像表示に影響のない非画素領域に隔壁が形成されていることが好ましいからである。例えば第1配向処理基板がTFT基板である場合には、マトリックス状に形成されたゲート電極およびソース電極上に、隔壁を配置することができる。   Further, the arrangement of the partition walls is not particularly limited, but the partition walls are preferably formed in the non-pixel region. This is because the alignment defect of the ferroelectric liquid crystal tends to occur in the vicinity of the partition wall, and it is preferable that the partition wall is formed in a non-pixel region that does not affect image display. For example, when the first alignment processing substrate is a TFT substrate, partition walls can be arranged on the gate electrode and the source electrode formed in a matrix.

複数の隔壁はパターン状に形成されるが、例えば隔壁がストライプ状に形成されていてもよく、マトリックス状に形成されていてもよく、枠状に形成されていてもよい。隔壁がマトリックス状に形成されている場合には、耐衝撃性を向上させることができる。また、隔壁が枠状に形成されている場合であって、液晶滴下方式により液晶表示素子を作製する場合には、第1基材の周縁部に枠状の隔壁を形成して、枠状の隔壁の外周にシール剤を塗布することにより、強誘電性液晶と未硬化状態のシール剤とが接触するのを防ぎ、シール剤中の不純物等の混入によって強誘電性液晶の特性が劣化するのを回避することができる。   The plurality of partition walls are formed in a pattern shape. For example, the partition walls may be formed in a stripe shape, may be formed in a matrix shape, or may be formed in a frame shape. When the partition walls are formed in a matrix shape, impact resistance can be improved. Further, in the case where the partition wall is formed in a frame shape and a liquid crystal display element is manufactured by a liquid crystal dropping method, a frame-shaped partition wall is formed on the peripheral portion of the first base material, By applying a sealant to the outer periphery of the partition wall, the ferroelectric liquid crystal is prevented from coming into contact with the uncured sealant, and the characteristics of the ferroelectric liquid crystal are deteriorated by mixing impurities in the sealant. Can be avoided.

さらに、隔壁がストライプ状に形成されている場合であって、液晶滴下方式により液晶表示素子を作製する場合には、ストライプ状の隔壁の長手方向が第1配向膜の配向処理方向に対して略垂直になるように隔壁が形成されていることが好ましい。強誘電性液晶をストライプ状の隔壁に沿って塗布することにより、強誘電性液晶が第1配向膜の配向処理方向に対して略平行に流動するように誘起することができ、強誘電性液晶の配向性を向上させ、配向欠陥の発生を抑制することができるからである。   Further, in the case where the partition walls are formed in a stripe shape and a liquid crystal display element is manufactured by a liquid crystal dropping method, the longitudinal direction of the stripe partition walls is substantially the same as the alignment treatment direction of the first alignment film. It is preferable that the partition walls are formed to be vertical. By applying the ferroelectric liquid crystal along the stripe-shaped partition wall, the ferroelectric liquid crystal can be induced to flow substantially parallel to the alignment treatment direction of the first alignment film. This is because the orientation of the film can be improved and the occurrence of alignment defects can be suppressed.

なお、「略垂直」とは、ストライプ状の隔壁の長手方向と、第1配向膜の配向処理方向とのなす角度が90°±5°の範囲であることをいい、この角度は90°±1°の範囲であることが好ましい。上記の角度は、偏光顕微鏡を用いて、液晶分子の配向方向(第1配向膜の配向処理方向)およびストライプ状の隔壁の長手方向を観察することによって測定することができる。   Note that “substantially perpendicular” means that the angle formed by the longitudinal direction of the stripe-shaped partition walls and the alignment treatment direction of the first alignment film is in the range of 90 ° ± 5 °, and this angle is 90 ° ± A range of 1 ° is preferred. The angle can be measured by observing the alignment direction of the liquid crystal molecules (the alignment treatment direction of the first alignment film) and the longitudinal direction of the striped partition using a polarizing microscope.

隔壁のピッチは、100μm〜10mm程度とされ、好ましくは200μm〜1.5mmの範囲内、より好ましくは1.0mm〜5.0mmの範囲内である。隔壁のピッチが上記範囲より狭いと、隔壁付近での強誘電性液晶の配向不良によって表示品位が低下する可能性があるからである。逆に、隔壁のピッチが上記範囲より広いと、液晶表示素子の大きさによって異なるが、所望の耐衝撃性が得られなかったり、セルギャップを一定に保つことが困難になったりする場合があるからである。なお、隔壁のピッチとは、隣接する隔壁の中心部から中心部までの距離をいう。   The pitch of the partition walls is about 100 μm to 10 mm, preferably in the range of 200 μm to 1.5 mm, more preferably in the range of 1.0 mm to 5.0 mm. This is because if the partition pitch is narrower than the above range, the display quality may be deteriorated due to poor alignment of the ferroelectric liquid crystal near the partition. On the contrary, if the partition pitch is wider than the above range, it may vary depending on the size of the liquid crystal display element, but the desired impact resistance may not be obtained, or it may be difficult to keep the cell gap constant. Because. In addition, the pitch of a partition means the distance from the center part of an adjacent partition to a center part.

また、隔壁の幅は、1μm〜20μm程度とされ、好ましくは2μm〜10μmの範囲内、より好ましくは5μm〜10μmの範囲内である。第1基材の周縁部に枠状の隔壁が形成されている場合には、この枠状の隔壁の幅は、強誘電性液晶と未硬化状態のシール剤との接触を防ぐことが可能な幅であればよく、具体的には10μm〜3mm程度とされ、好ましくは10μm〜1mmの範囲内、より好ましくは10μm〜500μmの範囲内である。隔壁の幅が上記範囲より広いと、隔壁が画素領域にも設けられることになり、有効画素面積が狭くなって良好な画像表示が得られない場合があり、また、隔壁の幅が上記範囲より狭いと、隔壁の形成が困難となる場合があるからである。   Moreover, the width | variety of a partition shall be about 1 micrometer-20 micrometers, Preferably it exists in the range of 2 micrometers-10 micrometers, More preferably, it exists in the range of 5 micrometers-10 micrometers. When a frame-like partition is formed on the peripheral edge of the first substrate, the width of the frame-like partition can prevent the contact between the ferroelectric liquid crystal and the uncured sealant. The width may be any, specifically about 10 μm to 3 mm, preferably in the range of 10 μm to 1 mm, more preferably in the range of 10 μm to 500 μm. If the partition wall width is wider than the above range, the partition wall is also provided in the pixel region, the effective pixel area may become narrow, and a good image display may not be obtained, and the partition wall width is more than the above range. This is because if it is narrow, it may be difficult to form a partition wall.

さらに、隔壁の高さは、通常、セルギャップと同程度とされる。   In addition, the height of the partition walls is usually about the same as the cell gap.

なお、上記隔壁のピッチ、幅および高さは、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて隔壁の断面を観察することによって測定することができる。   Note that the pitch, width, and height of the partition walls can be measured by observing a cross section of the partition walls using a scanning electron microscope (SEM).

隔壁の数としては、複数であれば特に限定されるものではなく、液晶表示素子の大きさによって適宜選択される。   The number of partition walls is not particularly limited as long as it is plural, and is appropriately selected depending on the size of the liquid crystal display element.

隔壁は第1基材上に形成されていればその形成位置としては特に限定されるものではなく、例えば、第1基材上に隔壁が形成されていてもよく、第1電極層上に隔壁が形成されていればよい。   If the partition wall is formed on the first substrate, the formation position is not particularly limited. For example, the partition wall may be formed on the first substrate, and the partition wall may be formed on the first electrode layer. Should just be formed.

また、本発明における第1配向処理基板においては、第1基材上に柱状スペーサが形成されていてもよい。第2配向処理基板において第2基材上に柱状スペーサが形成されている場合には、第1配向処理基板において第1基材上には柱状スペーサが形成されない。すなわち、第1配向処理基板に柱状スペーサが形成されていてもよく、第2配向処理基板に柱状スペーサが形成されていてもよい。   Moreover, in the 1st orientation processing board | substrate in this invention, the columnar spacer may be formed on the 1st base material. When the columnar spacer is formed on the second base material in the second alignment processing substrate, the columnar spacer is not formed on the first base material in the first alignment processing substrate. That is, columnar spacers may be formed on the first alignment processing substrate, and columnar spacers may be formed on the second alignment processing substrate.

柱状スペーサの材料は、一般に液晶表示素子の柱状スペーサに用いられる材料を使用することができる。具体的には、柱状スペーサの材料としては、樹脂を挙げることができ、中でも感光性樹脂が好ましく用いられる。感光性樹脂はパターニングが容易であるからである。   As a material for the columnar spacer, a material generally used for a columnar spacer of a liquid crystal display element can be used. Specifically, examples of the material for the columnar spacer include a resin, and among them, a photosensitive resin is preferably used. This is because the photosensitive resin is easy to pattern.

柱状スペーサの形成方法としては、所定の位置に柱状スペーサを形成することが可能な方法であれば特に限定されるものではなく、一般的なパターニング方法を適用することができ、例えば、フォトリソグラフィー法、インクジェット法、スクリーン印刷法等が挙げられる。   The method for forming the columnar spacer is not particularly limited as long as the columnar spacer can be formed at a predetermined position, and a general patterning method can be applied, for example, a photolithography method. Ink jet method, screen printing method and the like.

柱状スペーサは複数形成されるものであり、複数の柱状スペーサは所定の位置に規則的に形成されていることが好ましく、特に等間隔で形成されていることが好ましい。液晶滴下方式により液晶表示素子を作製する場合には、複数の柱状スペーサの形成位置が無秩序であると、強誘電性液晶の塗布量を正確に制御することが困難となる場合があるからである。   A plurality of columnar spacers are formed, and the plurality of columnar spacers are preferably formed regularly at predetermined positions, particularly preferably at equal intervals. This is because, when a liquid crystal display element is manufactured by a liquid crystal dropping method, if the formation positions of the plurality of columnar spacers are disordered, it may be difficult to accurately control the application amount of the ferroelectric liquid crystal. .

柱状スペーサのピッチは、100μm〜3mm程度とすることができ、好ましくは200μm〜1.5mmの範囲内、より好ましくは300μm〜1.0mmの範囲内である。柱状スペーサのピッチが上記範囲より狭いと、柱状スペーサ付近での強誘電性液晶の配向不良によって表示品位が低下する可能性があるからである。逆に、柱状スペーサのピッチが上記範囲より広いと、液晶表示素子の大きさによって異なるが、所望の耐衝撃性が得られなかったり、セルギャップを一定に保つことが困難になったりする場合があるからである。なお、柱状スペーサのピッチとは、隣接する柱状スペーサの中心部から中心部までの距離をいう。   The pitch of the columnar spacers can be about 100 μm to 3 mm, preferably in the range of 200 μm to 1.5 mm, more preferably in the range of 300 μm to 1.0 mm. This is because if the pitch of the columnar spacers is narrower than the above range, the display quality may deteriorate due to poor alignment of the ferroelectric liquid crystal near the columnar spacers. On the other hand, if the pitch of the columnar spacers is wider than the above range, it may vary depending on the size of the liquid crystal display element, but the desired impact resistance may not be obtained or it may be difficult to keep the cell gap constant. Because there is. Note that the pitch of the columnar spacers refers to the distance from the center to the center of adjacent columnar spacers.

また、柱状スペーサの大きさとしては、例えば柱状スペーサが円柱形状である場合、底面の直径が1μm〜100μm程度とされ、好ましくは2μm〜50μmの範囲内、より好ましくは5μm〜20μmの範囲内である。柱状スペーサの大きさが上記範囲より大きいと、柱状スペーサが画素領域にも設けられることになり、有効画素面積が狭くなって良好な画像表示が得られない場合があり、また、柱状スペーサの大きさが上記範囲より小さいと、柱状スペーサの形成が困難となる場合があるからである。   As the size of the columnar spacer, for example, when the columnar spacer has a cylindrical shape, the diameter of the bottom surface is about 1 μm to 100 μm, preferably within the range of 2 μm to 50 μm, more preferably within the range of 5 μm to 20 μm. is there. If the size of the columnar spacer is larger than the above range, the columnar spacer is also provided in the pixel region, and the effective pixel area may be narrowed and a good image display may not be obtained. If the thickness is smaller than the above range, it may be difficult to form columnar spacers.

さらに、柱状スペーサの高さは、通常、セルギャップと同程度とされる。   Furthermore, the height of the columnar spacer is normally set to the same level as the cell gap.

なお、上記柱状スペーサのピッチ、大きさおよび高さは、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて隔壁の断面を観察することによって測定することができる。   In addition, the pitch, size, and height of the columnar spacer can be measured by observing a cross section of the partition wall using a scanning electron microscope (SEM).

柱状スペーサの形状としては、例えば、円柱形状、角柱形状、截頭錐体形状等を挙げることができる。   Examples of the shape of the columnar spacer include a columnar shape, a prismatic shape, and a truncated cone shape.

また、柱状スペーサの配置としては、特に限定されるものではないが、非画素領域に柱状スペーサが形成されていることが好ましい。柱状スペーサ付近では強誘電性液晶の配向不良が生じやすいので、画像表示に影響のない非画素領域に柱状スペーサが形成されていることが好ましいからである。例えば第1配向処理基板がTFT基板である場合には、マトリックス状に形成されたゲート電極およびソース電極上に、柱状スペーサを配置することができる。   The arrangement of the columnar spacers is not particularly limited, but it is preferable that the columnar spacers are formed in the non-pixel region. This is because the alignment defect of the ferroelectric liquid crystal tends to occur near the columnar spacers, and therefore it is preferable that the columnar spacers are formed in non-pixel regions that do not affect image display. For example, when the first alignment processing substrate is a TFT substrate, columnar spacers can be arranged on the gate electrode and the source electrode formed in a matrix.

柱状スペーサの数としては、複数であれば特に限定されるものではなく、液晶表示素子の大きさによって適宜選択される。   The number of columnar spacers is not particularly limited as long as it is plural, and is appropriately selected depending on the size of the liquid crystal display element.

柱状スペーサは第1基材上に形成されていればその形成位置としては特に限定されるものではなく、例えば、第1基材上に柱状スペーサが形成されていてもよく、第1電極層上に柱状スペーサが形成されていてもよい。   The columnar spacer is not particularly limited as long as it is formed on the first substrate. For example, the columnar spacer may be formed on the first substrate, and the columnar spacer may be formed on the first electrode layer. Columnar spacers may be formed on the substrate.

本発明における第1配向処理基板おいては、第1基材上に着色層が形成されていてもよい。第2配向処理基板において第2基材上に着色層が形成されている場合には、第1配向処理基板において第1基材上には着色層が形成されない。すなわち、第1配向処理基板に着色層が形成されていてもよく、第2配向処理基板に着色層が形成されていてもよい。
着色層が形成されている場合には、着色層によってカラー表示を実現することができるカラーフィルタ方式の液晶表示素子を得ることができる。
In the 1st orientation processing board | substrate in this invention, the colored layer may be formed on the 1st base material. When the colored layer is formed on the second base material in the second alignment processing substrate, the coloring layer is not formed on the first base material in the first alignment processing substrate. That is, a colored layer may be formed on the first alignment processing substrate, and a coloring layer may be formed on the second alignment processing substrate.
When the colored layer is formed, a color filter type liquid crystal display element capable of realizing color display by the colored layer can be obtained.

着色層の形成方法としては、一般的なカラーフィルタにおける着色層を形成する方法を用いることができ、例えば、顔料分散法(カラーレジスト法、エッチング法)、印刷法、インクジェット法などを用いることができる。   As a method for forming the colored layer, a method for forming a colored layer in a general color filter can be used. For example, a pigment dispersion method (color resist method, etching method), a printing method, an inkjet method, or the like can be used. it can.

3.第2配向処理基板
本発明に用いられる第2配向処理基板は、第2基材と、この第2基材上に形成された第2電極層と、この第2電極層上に形成され、光二量化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光二量化型材料を含有する第2配向膜とを有するものである。
なお、第2基材、第2電極層、およびその他の構成については、上記第1配向処理基板における第1基材、第1電極層、およびその他の構成とそれぞれ同様であるので、ここでの説明は省略する。以下、第2配向処理基板における第2配向膜について説明する。
3. Second alignment processing substrate The second alignment processing substrate used in the present invention is formed on the second base material, the second electrode layer formed on the second base material, and on the second electrode layer. And a second alignment film containing a photodimerization-type material that imparts anisotropy to the alignment film by causing a quantification reaction.
The second base material, the second electrode layer, and other configurations are the same as the first base material, the first electrode layer, and other configurations in the first alignment processing substrate, respectively. Description is omitted. Hereinafter, the second alignment film in the second alignment processing substrate will be described.

(1)第2配向膜
本発明に用いられる第2配向膜には、第2配向膜が、光二量化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光二量化型材料を含有する光配向膜である第1態様、および、第2配向膜がラビング膜である第2態様の2つの態様がある。以下、各態様に分けて説明する。
(1) Second Alignment Film The second alignment film used in the present invention includes a photo-alignment material containing a photodimerization-type material in which the second alignment film imparts anisotropy to the alignment film by causing a photodimerization reaction. There are two modes, a first mode that is a film and a second mode in which the second alignment film is a rubbing film. Hereinafter, the description will be made separately for each aspect.

(i)第1態様
本態様における第2配向膜は、第2電極層上に形成されるものであり、光二量化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光二量化型材料を含有する光配向膜である。
(I) 1st aspect The 2nd alignment film in this aspect is formed on a 2nd electrode layer, and contains the photodimerization-type material which provides anisotropy to an alignment film by producing a photodimerization reaction. It is a photo-alignment film.

ここで、光二量化反応とは、光照射により偏光方向に配向した反応部位がラジカル重合して分子2個が重合する反応をいい、この反応により偏光方向の配向を安定化し、配向膜に異方性を付与することができるものである。光二量化型材料は、露光感度が高く、材料選択の幅が広いという利点を有している。また、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。   Here, the photodimerization reaction refers to a reaction in which reaction sites aligned in the polarization direction by light irradiation undergo radical polymerization and two molecules are polymerized. This reaction stabilizes the alignment in the polarization direction and is anisotropic to the alignment film. It is possible to impart sex. The photodimerization type material has the advantages of high exposure sensitivity and a wide range of material selection. Further, since the photo-alignment process is a non-contact alignment process, it is useful in that there is no generation of static electricity and dust, and the quantitative alignment process can be controlled.

本発明に用いられる光二量化型材料としては、光二量化反応により配向膜に異方性を付与することができるものであれば特に限定されるものではないが、ラジカル重合性の官能基を有し、かつ、偏光方向により吸収を異にする二色性を有する光二量化反応性化合物を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、配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。   The photodimerization type material used in the present invention is not particularly limited as long as it can impart anisotropy to the alignment film by a photodimerization reaction, but has a radical polymerizable functional group. And it is preferable to contain the photodimerization reactive compound which has the dichroism which makes absorption differ with polarization directions. 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 orientation film.

このような特性を有する光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基およびシンナモイル基から選ばれる少なくとも1種の反応部位を有する二量化反応性ポリマーを挙げることができる。   Examples of the photodimerization reactive compound having such characteristics include a dimerization reactive polymer having at least one reactive site selected from cinnamate ester, coumarin, quinoline, chalcone group and cinnamoyl group as a side chain. Can do.

これらの中でも光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリンまたはキノリンのいずれかを含む二量化反応性ポリマーであることが好ましい。偏光方向に配向したα、β不飽和ケトンの二重結合が反応部位となってラジカル重合することにより、配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。   Among these, the photodimerization reactive compound is preferably a dimerization reactive polymer containing cinnamate, coumarin or quinoline as a side chain. This is because anisotropy can be easily imparted to the alignment film by radical polymerization of α and β unsaturated ketone double bonds aligned in the polarization direction as reaction sites.

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

上記二量化反応性ポリマーの重量平均分子量は、特に限定されるものではないが、5,000〜40,000の範囲内であることが好ましく、10,000〜20,000の範囲内であることがより好ましい。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)法により測定することができる。上記二量化反応性ポリマーの重量平均分子量が小さすぎると、配向膜に適度な異方性を付与することができない場合がある。逆に、大きすぎると、配向膜形成時の塗工液の粘度が高くなり、均一な塗膜を形成しにくい場合がある。   The weight average molecular weight of the dimerization reactive polymer is not particularly limited, but is preferably in the range of 5,000 to 40,000, and is preferably in the range of 10,000 to 20,000. Is more preferable. The weight average molecular weight can be measured by a gel permeation chromatography (GPC) method. If the weight-average molecular weight of the dimerization reactive polymer is too small, it may not be possible to impart appropriate anisotropy to the alignment film. On the other hand, if it is too large, the viscosity of the coating solution at the time of forming the alignment film increases, and it may be difficult to form a uniform coating film.

二量化反応性ポリマーとしては、下記式(14)で表される化合物を例示することができる。   An example of the dimerization reactive polymer is a compound represented by the following formula (14).

Figure 0004888049
Figure 0004888049

上記式(14)において、M11およびM12は、それぞれ独立して、単重合体または共重合体の単量体単位を表す。例えば、エチレン、アクリレート、メタクリレート、2−クロロアクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、2−クロロアクリルアミド、スチレン誘導体、マレイン酸誘導体、シロキサンなどが挙げられる。M12としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリレート、メチルメタクリレート、ヒドロキシアルキルアクリレートまたはヒドロキシアルキルメタクリレートであってもよい。xおよびyは、共重合体とした場合の各単量体単位のモル比を表すものであり、それぞれ、0<x≦1、0≦y<1であり、かつ、x+y=1を満たす数である。nは4〜30,000の整数を表す。DおよびDは、スペーサー単位を表す。 In the above formula (14), M 11 and M 12 each independently represent a monomer unit of a homopolymer or a copolymer. Examples thereof include ethylene, acrylate, methacrylate, 2-chloroacrylate, acrylamide, methacrylamide, 2-chloroacrylamide, styrene derivatives, maleic acid derivatives, and siloxane. M 12 may be acrylonitrile, methacrylonitrile, methacrylate, methyl methacrylate, hydroxyalkyl acrylate or hydroxyalkyl methacrylate. x and y represent the molar ratio of each monomer unit in the case of a copolymer, and are numbers satisfying 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1 and satisfying x + y = 1, respectively. It is. n represents an integer of 4 to 30,000. D 1 and D 2 represent spacer units.

は−A−(Z−B−Z−で表される基であり、Rは−A−(Z−B−Z−で表される基である。ここで、AおよびBは、それぞれ独立して、共有単結合、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、または置換基を有していてもよい1,4−フェニレンを表す。また、ZおよびZは、それぞれ独立して、共有単結合、−CH−CH−、−CHO−、−OCH−、−CONR−、−RNCO−、−COO−または−OOC−を表す。Rは、水素原子または低級アルキル基であり、Zは、水素原子、置換基を有していてもよい、炭素数1〜12のアルキルまたはアルコキシ、シアノ、ニトロ、ハロゲンである。zは、0〜4の整数である。Eは、光二量化反応部位を表し、例えば、ケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基、シンナモイル基などが挙げられる。jおよびkは、それぞれ独立して、0または1である。 R 1 is a group represented by -A 1- (Z 1 -B 1 ) z -Z 2- , and R 2 is represented by -A 1- (Z 1 -B 1 ) z -Z 3-. It is a group. Here, A 1 and B 1 are each independently a covalent single bond, pyridine-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, 1,4-cyclohexylene, 1,3-dioxane-2, It represents 5-diyl or 1,4-phenylene which may have a substituent. Z 1 and Z 2 are each independently a covalent single bond, —CH 2 —CH 2 —, —CH 2 O—, —OCH 2 —, —CONR—, —RNCO—, —COO— or — Represents OOC-. R is a hydrogen atom or a lower alkyl group, and Z 3 is a hydrogen atom or an alkyl or alkoxy having 1 to 12 carbon atoms, which may have a substituent, cyano, nitro, or halogen. z is an integer of 0-4. E 1 represents a photodimerization reaction site, and examples thereof include cinnamic acid ester, coumarin, quinoline, chalcone group, cinnamoyl group and the like. j and k are each independently 0 or 1.

このような二量化反応性ポリマーとしては、具体的に下記式(15)〜(18)で表される化合物を挙げることができる。   Specific examples of such a dimerization reactive polymer include compounds represented by the following formulas (15) to (18).

Figure 0004888049
Figure 0004888049

また、上記二量化反応性ポリマーとして、より具体的には下記式(19)〜(22)で表される化合物を挙げることができる。   More specific examples of the dimerization reactive polymer include compounds represented by the following formulas (19) to (22).

Figure 0004888049
Figure 0004888049

光二量化反応性化合物としては、上述した化合物の中から、要求特性に応じて光二量化反応部位や置換基を種々選択することができる。また、光二量化反応性化合物は、1種単独でも2種以上を組み合わせて用いることもできる。   As the photodimerization reactive compound, various photodimerization reaction sites and substituents can be selected from the above-mentioned compounds according to the required characteristics. Moreover, the photodimerization reactive compound can also be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

また、光二量化型材料は、上記光二量化反応性化合物のほか、配向膜の光配列性を妨げない範囲内で添加剤を含んでいてもよい。上記添加剤としては、重合開始剤、重合禁止剤などが挙げられる。   Further, the photodimerization type material may contain an additive in addition to the photodimerization reactive compound as long as the photoalignment of the alignment film is not hindered. Examples of the additive include a polymerization initiator and a polymerization inhibitor.

重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光二量化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光二量化反応性化合物に対し、0.001質量%〜20質量%の範囲内であることが好ましく、0.1質量%〜5質量%の範囲内であることがより好ましい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量が小さすぎると重合が開始(禁止)されない場合があり、逆に大きすぎると、反応が阻害される場合があるからである。   The polymerization initiator or polymerization inhibitor may be appropriately selected from generally known compounds according to the type of the photodimerization reactive compound. The addition amount of the polymerization initiator or the polymerization inhibitor is preferably in the range of 0.001% by mass to 20% by mass, and in the range of 0.1% by mass to 5% by mass with respect to the photodimerization reactive compound. It is more preferable that This is because if the addition amount of the polymerization initiator or polymerization inhibitor is too small, the polymerization may not be started (prohibited), whereas if too large, the reaction may be inhibited.

光二量化型材料が光二量化反応を生じる光の波長領域は、紫外光域の範囲内、すなわち10nm〜400nmの範囲内であることが好ましく、250nm〜380nmの範囲内であることがより好ましい。   The wavelength region of light that causes the photodimerization reaction of the photodimerization material is preferably in the ultraviolet light range, that is, in the range of 10 nm to 400 nm, and more preferably in the range of 250 nm to 380 nm.

次に、光配向処理方法について説明する。まず、第2電極層上に、上述の光二量化型材料を有機溶剤で希釈した第2配向膜形成用塗工液を塗布し、乾燥させる。   Next, the photo-alignment processing method will be described. First, a second alignment film forming coating solution obtained by diluting the above-mentioned photodimerization-type material with an organic solvent is applied onto the second electrode layer and dried.

第2配向膜形成用塗工液中の光二量化反応性化合物の含有量は、0.05質量%〜10質量%の範囲内であることが好ましく、0.2質量%〜2質量%の範囲内であることがより好ましい。含有量が上記範囲より少ないと、配向膜に適度な異方性を付与することが困難となり、逆に含有量が上記範囲より多いと、塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなるからである。   The content of the photodimerization reactive compound in the second alignment film forming coating solution is preferably in the range of 0.05% by mass to 10% by mass, and in the range of 0.2% by mass to 2% by mass. More preferably, it is within. If the content is less than the above range, it will be difficult to impart appropriate anisotropy to the alignment film. Conversely, if the content is more than the above range, the viscosity of the coating liquid will increase, so a uniform coating film will be formed. It is because it becomes difficult to form.

第2配向膜形成用塗工液の塗布方法としては、例えば、スピンコート法、ロールコート法、ロッドバーコート法、スプレーコート法、エアナイフコート法、スロットダイコート法、ワイヤーバーコート法、インクジェット法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法などを用いることができる。   As a coating method of the second alignment film forming coating solution, for example, spin coating method, roll coating method, rod bar coating method, spray coating method, air knife coating method, slot die coating method, wire bar coating method, ink jet method, A flexographic printing method, a screen printing method, or the like can be used.

上記第2配向膜形成用塗工液を塗布して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、逆に膜の厚みが上記範囲より厚いとコスト的に不利になる場合があるからである。   The thickness of the film obtained by applying the second alignment film forming coating solution 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 film thickness is thinner than the above range, sufficient optical alignment may not be obtained, and conversely if the film thickness is thicker than the above range, it may be disadvantageous in terms of 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、光二量化反応を生じさせて異方性を付与することができる。照射する光の波長領域は、用いられる配向膜の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。また、偏光方向は、光二量化反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではない。   The obtained film can impart anisotropy by causing a photodimerization reaction by irradiating light with polarization controlled. The wavelength region of the light to be irradiated may be appropriately selected according to the constituent material of the 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 to It is in the range of 380 nm. The polarization direction is not particularly limited as long as it can cause a photodimerization reaction.

(ii)第2態様
本態様における第2配向膜は、第2電極層上に形成されるものであり、ラビング膜である。
(Ii) Second Aspect In the second aspect, the second alignment film is formed on the second electrode layer and is a rubbing film.

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

ラビング処理方法としては、第2電極層上に上記の材料を塗布して硬化させ、得られた膜をラビング布で一定方向に擦ることにより配向膜に異方性を付与する方法を用いることができる。   As the rubbing treatment method, a method of applying anisotropy to the alignment film by applying the above-mentioned material on the second electrode layer and curing it, and rubbing the obtained film with a rubbing cloth in a certain direction is used. it can.

上記材料の塗布方法としては、例えば、ロールコート法、ロッドバーコート法、スロットダイコート法、ワイヤーバーコート法、インクジェット法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法などを用いることができる。   Examples of the method for applying the material include a roll coating method, a rod bar coating method, a slot die coating method, a wire bar coating method, an ink jet method, a flexographic printing method, and a screen printing method.

また、ラビング膜の厚みは、1nm〜1000nm程度で設定され、好ましくは50nm〜100nmの範囲内である。   Further, the thickness of the rubbing film is set to about 1 nm to 1000 nm, and preferably in the range of 50 nm to 100 nm.

ラビング布としては、例えば、ナイロン樹脂、ビニル樹脂、レーヨン、綿等の繊維で構成されるものを用いることができる。例えば、このようなラビング布を巻き付けたドラムを回転させながら上記の材料を用いた膜の表面に接触させることにより、膜表面に微細な溝が一方向に形成され、配向膜に異方性が付与される。   As the rubbing cloth, for example, a cloth made of a fiber such as nylon resin, vinyl resin, rayon, or cotton can be used. For example, by rotating a drum wound with such a rubbing cloth and bringing it into contact with the surface of the film using the above material, fine grooves are formed in one direction on the film surface, and the alignment film has anisotropy. Is granted.

4.その他の構成
本発明の液晶表示素子は、図7に例示するように偏光板を有していてもよい。
本発明に用いられる偏光板としては、光の波動のうち特定方向のみを透過させるものであれば特に限定されるものではなく、一般に液晶表示素子の偏光板として用いられているものを使用することができる。
4). Other Configurations The liquid crystal display element of the present invention may have a polarizing plate as illustrated in FIG.
The polarizing plate used in the present invention is not particularly limited as long as it transmits only a specific direction among the wave of light, and a polarizing plate generally used as a polarizing plate of a liquid crystal display element should be used. Can do.

5.液晶表示素子の駆動方法
本発明の液晶表示素子の駆動方法としては、強誘電性液晶の高速応答性を利用することができるので、1画素を時間分割し、良好な動画表示特性を得るために高速応答性を特に必要とするフィールドシーケンシャルカラー方式が適している。本発明によれば、上述したように、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させた場合の不具合を回避することが可能である。
5. Method for Driving Liquid Crystal Display Element As a method for driving the liquid crystal display element of the present invention, the high-speed response of ferroelectric liquid crystal can be used. A field sequential color system that particularly requires high-speed response is suitable. According to the present invention, as described above, it is possible to avoid problems caused when driven by the field sequential color system.

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

本発明の液晶表示素子の駆動方法としては、薄膜トランジスタ(TFT)を用いたアクティブマトリックス方式が好ましい。TFTを用いたアクティブマトリックス方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため高品質なディスプレイが可能となるからである。   As a driving method of the liquid crystal display element of the present invention, an active matrix system using a thin film transistor (TFT) is preferable. This is because by adopting an active matrix system using TFTs, the target pixel can be reliably turned on and off, and a high-quality display becomes possible.

本発明においては、第1配向処理基板がTFT基板、第2配向処理基板が共通電極基板であってもよく、第1配向処理基板が共通電極基板、第2配向処理基板がTFTであってもよい。中でも、第1配向処理基板がTFT基板、第2配向処理基板が共通電極基板であることが好ましい。   In the present invention, the first alignment treatment substrate may be a TFT substrate, the second alignment treatment substrate may be a common electrode substrate, the first alignment treatment substrate may be a common electrode substrate, and the second alignment treatment substrate may be a TFT. Good. Among these, it is preferable that the first alignment processing substrate is a TFT substrate and the second alignment processing substrate is a common electrode substrate.

例えば図9に示す液晶表示素子において、ゲート電極24xを30V程度の高電位にするとTFT素子25のスイッチがオンになり、ソース電極24yによって信号電圧が強誘電性液晶に加えられ、ゲート電極24yを−10V程度の低電位にするとTFT素子25のスイッチがオフになる。スイッチオフ状態では、図10に例示するように、共通電極(第2電極層)14およびゲート電極24x間には、共通電極(第2電極層)14側が正になるように電圧が印加される。このスイッチオフ状態のとき、強誘電性液晶は動作しないので、その画素は暗状態となる。
本発明においては、電圧無印加状態では、極性表面相互作用によって液晶分子の自発分極が第1配向処理基板側を向く傾向にある。すなわち、スイッチオフ状態のとき、図10に例示するように、液晶分子1の自発分極PsがTFT基板(第1配向処理基板)6側を向く。したがって、自発分極の向きは、共通電極(第2電極層)14およびゲート電極24x間に印加された電圧の影響を受けることがない。
一方、例えば電圧無印加状態にて自発分極が共通電極基板(第2配向処理基板)側を向く場合には、スイッチオフ状態のときに共通電極およびゲート電極間に印加された電圧の影響によって、ゲート電極が設けられている領域付近で自発分極の向きが反転してしまう。そうすると、ゲート電極が設けられている領域付近では、スイッチがオフであるにもかかわらず、強誘電性液晶が動作して光漏れが生じる。
これに対し、上述したように本発明においては、自発分極の向きは、共通電極およびゲート電極間に印加された電圧の影響を受けないので、光漏れが生じることがない。したがって本発明においては、自発分極の向きを制御し、第1配向処理基板をTFT基板、第2配向処理基板を共通電極基板とすることにより、ゲート電極付近の光漏れを防止することができる。
For example, in the liquid crystal display element shown in FIG. 9, when the gate electrode 24x is set to a high potential of about 30 V, the TFT element 25 is turned on, and a signal voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal by the source electrode 24y. When the potential is lowered to about -10 V, the TFT element 25 is switched off. In the switch-off state, as illustrated in FIG. 10, a voltage is applied between the common electrode (second electrode layer) 14 and the gate electrode 24x so that the common electrode (second electrode layer) 14 side is positive. . Since the ferroelectric liquid crystal does not operate in this switch-off state, the pixel is in a dark state.
In the present invention, when no voltage is applied, the spontaneous polarization of the liquid crystal molecules tends to be directed toward the first alignment processing substrate due to the polar surface interaction. That is, in the switch-off state, as illustrated in FIG. 10, the spontaneous polarization Ps of the liquid crystal molecules 1 faces the TFT substrate (first alignment processing substrate) 6 side. Therefore, the direction of spontaneous polarization is not affected by the voltage applied between the common electrode (second electrode layer) 14 and the gate electrode 24x.
On the other hand, for example, when the spontaneous polarization is directed to the common electrode substrate (second alignment processing substrate) side in the state where no voltage is applied, due to the influence of the voltage applied between the common electrode and the gate electrode in the switch-off state, The direction of spontaneous polarization is reversed near the region where the gate electrode is provided. Then, in the vicinity of the region where the gate electrode is provided, the ferroelectric liquid crystal operates and light leakage occurs even though the switch is off.
On the other hand, as described above, in the present invention, the direction of spontaneous polarization is not affected by the voltage applied between the common electrode and the gate electrode, so that no light leakage occurs. Therefore, in the present invention, light leakage in the vicinity of the gate electrode can be prevented by controlling the direction of spontaneous polarization and using the first alignment substrate as the TFT substrate and the second alignment substrate as the common electrode substrate.

本発明に用いられる強誘電性液晶は、上述したように、第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化するものである。
仮に、共通電極に対して、画素電極の電圧が相対的に高い場合を正の極性の電圧印加、画素電極の電圧が相対的に低い場合を負の極性の電圧印加とする。このように定義すると、第1配向処理基板が共通電極基板、第2配向処理基板がTFT基板である場合には、強誘電性液晶は、共通電極に対して画素電極の電圧が相対的に低い、すなわち負の極性の電圧印加のときに、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化することになる。また、第1配向処理基板がTFT基板、第2配向処理基板が共通電極基板である場合には、強誘電性液晶は、共通電極に対して画素電極の電圧が相対的に高い、すなわち正の極性の電圧印加のときに、強誘電性液晶の分子方向が第1配向処理基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化することになる。
As described above, in the ferroelectric liquid crystal used in the present invention, when a voltage is applied so that the second electrode layer is a negative electrode, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal is relative to the first alignment treatment substrate surface. It changes approximately twice the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal in parallel.
If the pixel electrode voltage is relatively high with respect to the common electrode, a positive polarity voltage application is assumed, and if the pixel electrode voltage is relatively low, a negative polarity voltage application is assumed. In this definition, when the first alignment processing substrate is a common electrode substrate and the second alignment processing substrate is a TFT substrate, the ferroelectric liquid crystal has a pixel electrode voltage relatively lower than the common electrode. That is, when a negative polarity voltage is applied, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes approximately twice the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal in parallel with the first alignment processing substrate surface. Further, when the first alignment processing substrate is a TFT substrate and the second alignment processing substrate is a common electrode substrate, the ferroelectric liquid crystal has a pixel electrode voltage relatively higher than the common electrode, that is, a positive electrode. When a polarity voltage is applied, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changes approximately twice the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal parallel to the first alignment substrate surface.

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

6.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。例えば、真空注入方式、液晶滴下方式等を用いることができる。
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。
6). 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. For example, a vacuum injection method, a liquid crystal dropping method, or the like can be used.
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.

真空注入方式では、まず、第2基材上に真空蒸着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、共通電極上に光二量化型材料を塗布し、光配向処理を施して第2配向膜を形成し、第2配向処理基板とする。また、第1基材上には、導電膜をマトリックス状にパターニングすることによりゲート電極およびソース電極を形成し、透明導電膜をパターニングすることにより画素電極を形成し、TFT素子を設置する。さらに、ゲート電極、ソース電極、TFT素子および画素電極上に光異性化型材料を塗布し、光配向処理を施して第1配向膜を形成し、第1配向処理基板とする。
次いで、第1配向処理基板の第1配向膜上にスペーサとしてビーズを分散させ、周囲にシール剤を塗布する。第1配向処理基板および第2配向処理基板を、第1配向膜および第2配向膜の配向処理方向が略平行になるように対向させ、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。
In the vacuum injection method, first, a transparent conductive film is formed on a second substrate by a vacuum vapor deposition method to form a common electrode on the entire surface. Further, a photo-dimerization type material is applied on the common electrode, and a second alignment film is formed by applying a photo-alignment process to obtain a second alignment process substrate. On the first substrate, a gate electrode and a source electrode are formed by patterning the conductive film in a matrix, and a pixel electrode is formed by patterning the transparent conductive film, and a TFT element is installed. Further, a photoisomerizable material is applied on the gate electrode, source electrode, TFT element, and pixel electrode, and a first alignment film is formed by applying a photo-alignment process to obtain a first alignment process substrate.
Next, beads are dispersed as spacers on the first alignment film of the first alignment processing substrate, and a sealant is applied to the periphery. The first alignment treatment substrate and the second alignment treatment substrate are opposed to each other so that the alignment treatment directions of the first alignment film and the second alignment film are substantially parallel, and are bonded and thermocompression bonded. 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.

また液晶滴下方式では、まず、第2基材上に真空蒸着法により透明導電膜を成膜し、全面共通電極とする。次いで、共通電極層上に、フォトリソグラフィー法により隔壁をパターン状に形成する。次いで、共通電極および隔壁の上に光二量化型材料を塗布し、光配向処理を施して、第2配向膜を形成し、第2配向処理基板とする。また、第1基材上には、導電膜をマトリックス状にパターニングすることによりゲート電極およびソース電極を形成し、透明導電膜をパターニングすることにより画素電極を形成し、TFT素子を設置する。さらに、ゲート電極、ソース電極、TFT素子および画素電極上に光異性化型材料を塗布し、光配向処理を施して第1配向膜を形成し、第1配向処理基板とする。
次に、第2配向処理基板の第2配向膜上に、インクジェット法により強誘電性液晶を等方性液体の状態で吐出する。また、第1配向処理基板の周囲にシール剤を塗布する。次いで、第1配向処理基板および第2配向処理基板を、強誘電性液晶がネマチック相または等方相を示す温度まで加熱し、第1配向膜および第2配向膜の配向処理方向が略平行になるように対向させ、減圧下で重ね合わせて、シール剤を介して接着させる。その後、液晶セルを常温まで徐冷することにより、封入された強誘電性液晶を配向させることができる。
In the liquid crystal dropping method, first, a transparent conductive film is formed on the second base material by a vacuum deposition method to form a common electrode on the entire surface. Next, partition walls are formed in a pattern on the common electrode layer by photolithography. Next, a photodimerization-type material is applied on the common electrode and the partition, and a photo-alignment process is performed to form a second alignment film, thereby forming a second alignment-processed substrate. On the first substrate, a gate electrode and a source electrode are formed by patterning the conductive film in a matrix, and a pixel electrode is formed by patterning the transparent conductive film, and a TFT element is installed. Further, a photoisomerizable material is applied on the gate electrode, source electrode, TFT element, and pixel electrode, and a first alignment film is formed by applying a photo-alignment process to obtain a first alignment process substrate.
Next, a ferroelectric liquid crystal is discharged in an isotropic liquid state on the second alignment film of the second alignment processing substrate by an ink jet method. Further, a sealant is applied around the first alignment processing substrate. Next, the first alignment treatment substrate and the second alignment treatment substrate are heated to a temperature at which the ferroelectric liquid crystal exhibits a nematic phase or an isotropic phase, and the alignment treatment directions of the first alignment film and the second alignment film are substantially parallel. They are made to face each other, overlapped under reduced pressure, and bonded through a sealant. Thereafter, the encapsulated ferroelectric liquid crystal can be aligned by slowly cooling the liquid crystal cell to room temperature.

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

さらに、上述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てもよい。   Furthermore, polarizing plates may be attached to the top and bottom of the liquid crystal cell obtained as described above.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.

[実施例1]
(第1配向処理基板の作製)
ITO電極が形成されたガラス基板をよく洗浄し、このガラス基板上に、光異性化型材料(大日本インキ社製、商品名:LIA01)を回転数1500rpmで15秒間スピンコートし、100℃で3分間乾燥した後、直線偏光紫外線を約1000mJ/cm照射し、配向処理を行った。
[Example 1]
(Production of first alignment processing substrate)
The glass substrate on which the ITO electrode is formed is thoroughly washed, and a photoisomerization type material (manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd., trade name: LIA01) is spin-coated on the glass substrate at a rotation speed of 1500 rpm for 15 seconds, at 100 ° C. After drying for 3 minutes, alignment treatment was performed by irradiating with linearly polarized ultraviolet rays of about 1000 mJ / cm 2 .

(第2配向処理基板の作製)
ITO電極が形成されたガラス基板をよく洗浄し、このガラス基板上に透明レジスト(JSR社製、商品名:NN780)をスピンコートして、減圧乾燥し、90℃で3分間プリベークを行った。次いで、100mJ/cmの紫外線でマスク露光し、無機アルカリ溶液で現像を行い、230℃で30分間ポストベークを行った。これにより、高さ1.5μmの柱状スペーサを形成した。
次に、上記柱状スペーサが形成された基板上に、光二量化型材料(Rolic technologies 社製、商品名:ROP103)の2質量%シクロペンタノン溶液を回転数1500rpmで15秒間スピンコートし、130℃で15分間乾燥させた後、直線偏光紫外線を約100mJ/cm照射し、配向処理を行った。
(Preparation of second alignment processing substrate)
The glass substrate on which the ITO electrode was formed was thoroughly washed, and a transparent resist (manufactured by JSR, trade name: NN780) was spin coated on the glass substrate, dried under reduced pressure, and prebaked at 90 ° C. for 3 minutes. Subsequently, it exposed to a mask with 100 mJ / cm 2 ultraviolet rays, developed with an inorganic alkali solution, and post-baked at 230 ° C. for 30 minutes. Thereby, a columnar spacer having a height of 1.5 μm was formed.
Next, a 2% by mass cyclopentanone solution of a photodimerization type material (Rolic technologies, trade name: ROP103) is spin-coated at a rotation speed of 1500 rpm for 15 seconds on the substrate on which the columnar spacers are formed, and 130 ° C. And dried for 15 minutes, and then irradiated with about 100 mJ / cm 2 of linearly polarized ultraviolet light for alignment treatment.

(液晶表示素子の作製)
第2配向処理基板上に、インクジェット装置を用いて強誘電性液晶(商品名:R2301、AZエレクトロニックマテリアルズ社製)を塗布した。このとき、インクジェット装置のヘッドを強誘電性液晶のN相−等方相転移温度より20℃高い温度に加熱し、第2配向処理基板の温度を室温に設定した。
(Production of liquid crystal display element)
A ferroelectric liquid crystal (trade name: R2301, manufactured by AZ Electronic Materials) was applied onto the second alignment treatment substrate using an ink jet apparatus. At this time, the head of the ink jet device was heated to a temperature 20 ° C. higher than the N-phase-isotropic phase transition temperature of the ferroelectric liquid crystal, and the temperature of the second alignment processing substrate was set to room temperature.

次に、第2配向処理基板上に、紫外線加熱硬化型シール剤(協立化学産業株式会社製、商品名:WORLD ROCK 718)をシールディスペンサーで塗布した。
真空チャンバー内に配置したホットプレートを110℃に加熱して、このホットプレート上にシール剤を塗布した第2配向処理基板を配置した。次に、第1配向処理基板を、吸着プレートで吸着し、第1配向処理基板および第2配向処理基板をそれぞれの配向処理方向が平行になるように対向させた。そして、真空チャンバー内が10Torrになるように排気を行った状態で、両基板を密着させ、一定の圧力をかけた後、真空チャンバー内を常圧に戻した。次いで、紫外線を1J/cm照射して紫外線加熱硬化型シール剤を硬化させ、両基板を接着させた。
その後、液晶セルを室温まで徐冷することによって強誘電性液晶を配向させ、液晶表示素子を作製した。
Next, an ultraviolet heat curable sealant (manufactured by Kyoritsu Chemical Industry Co., Ltd., trade name: WORLD ROCK 718) was applied onto the second alignment treatment substrate with a seal dispenser.
A hot plate placed in a vacuum chamber was heated to 110 ° C., and a second alignment processing substrate coated with a sealant was placed on the hot plate. Next, the first alignment treatment substrate was adsorbed by an adsorption plate, and the first alignment treatment substrate and the second alignment treatment substrate were opposed to each other so that their alignment treatment directions were parallel. Then, the substrates were brought into close contact with each other in a state where evacuation was performed so that the inside of the vacuum chamber became 10 Torr, and after applying a certain pressure, the inside of the vacuum chamber was returned to normal pressure. Next, ultraviolet rays were irradiated at 1 J / cm 2 to cure the ultraviolet heat curable sealant, and both substrates were adhered.
Thereafter, the liquid crystal cell was gradually cooled to room temperature to align the ferroelectric liquid crystal, thereby producing a liquid crystal display element.

得られた液晶表示素子では、パネル内のダブルドメインの存在比率がおおよそ75:25であり、第2配向処理基板の電極が負極となるように電圧を印加したときに、約75%の領域にて強誘電性液晶の分子方向が基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化した。   In the obtained liquid crystal display element, the abundance ratio of the double domain in the panel is approximately 75:25, and when a voltage is applied so that the electrode of the second alignment treatment substrate becomes a negative electrode, the area is about 75%. Thus, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changed approximately twice the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal parallel to the substrate surface.

[実施例2]
(第1配向処理基板の作製)
ITO電極が形成されたガラス基板をよく洗浄し、このガラス基板上に、光異性化型材料(大日本インキ社製、商品名:LIA01)を回転数1500rpmで15秒間スピンコートし、100℃で3分間乾燥した後、直線偏光紫外線を約1000mJ/cm照射し、配向処理を行った。
[Example 2]
(Production of first alignment processing substrate)
The glass substrate on which the ITO electrode is formed is thoroughly washed, and a photoisomerization type material (manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd., trade name: LIA01) is spin-coated on the glass substrate at a rotation speed of 1500 rpm for 15 seconds, at 100 ° C. After drying for 3 minutes, alignment treatment was performed by irradiating with linearly polarized ultraviolet rays of about 1000 mJ / cm 2 .

(第2配向処理基板の作製)
ITO電極が形成されたガラス基板をよく洗浄し、このガラス基板上に、光二量化型材料(Rolic technologies 社製、商品名:ROP103)の2質量%シクロペンタノン溶液を回転数1500rpmで15秒間スピンコートし、130℃で15分間乾燥させた後、直線偏光紫外線を約100mJ/cm照射し、配向処理を行った。
(Preparation of second alignment processing substrate)
The glass substrate on which the ITO electrode is formed is thoroughly cleaned, and a 2% by mass cyclopentanone solution of photodimerization material (Rolic technologies, trade name: ROP103) is spun on the glass substrate for 15 seconds at a rotation speed of 1500 rpm. After coating and drying at 130 ° C. for 15 minutes, alignment treatment was performed by irradiation with about 100 mJ / cm 2 of linearly polarized ultraviolet rays.

(液晶表示素子の作製)
第1配向処理基板に1.5μmのビーズスペーサを散布し、第2配向処理基板にシール剤をシールディスペンサーで塗布した。次いで、両基板をそれぞれの配向処理方向が平行になるように対向させ、熱圧着を行い、空の液晶セルを作製した。
次に、強誘電性液晶(商品名:R2301、AZエレクトロニックマテリアルズ社製)を用い、注入口上部に強誘電性液晶を付着させ、オーブンを用いて、N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。
(Production of liquid crystal display element)
A 1.5 μm bead spacer was sprayed on the first alignment treatment substrate, and a sealant was applied to the second alignment treatment substrate with a seal dispenser. Next, both substrates were made to face each other so that their alignment treatment directions were parallel, and thermocompression bonding was performed to produce an empty liquid crystal cell.
Next, a ferroelectric liquid crystal (trade name: R2301, manufactured by AZ Electronic Materials) is used to attach a ferroelectric liquid crystal to the upper portion of the injection port, and an oven is used to obtain an N-phase-isotropic phase transition temperature of 10 Injection was performed at a temperature higher by 20 ° C to 20 ° C, and the temperature was slowly returned to room temperature.

得られた液晶表示素子では、パネル内のダブルドメインの存在比率が95:5であり、第2配向処理基板の電極が負極となるように電圧を印加したときに、95%の領域にて強誘電性液晶の分子方向が基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化した。   In the obtained liquid crystal display element, the abundance ratio of the double domain in the panel is 95: 5, and when the voltage is applied so that the electrode of the second alignment treatment substrate becomes a negative electrode, the strong ratio is obtained in a region of 95%. The molecular direction of the dielectric liquid crystal changed approximately twice the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal parallel to the substrate surface.

[実施例3]
(第1配向処理基板の作製)
ITO電極が形成されたガラス基板をよく洗浄し、このガラス基板上に、光異性化型材料(大日本インキ社製、商品名:LIA01)を回転数4000rpmで30秒間スピンコートし、100℃で3分間乾燥した後、直線偏光紫外線を約1000mJ/cm照射し、配向処理を行った。
[Example 3]
(Production of first alignment processing substrate)
The glass substrate on which the ITO electrode is formed is thoroughly washed, and a photoisomerizable material (manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd., trade name: LIA01) is spin-coated on the glass substrate for 30 seconds at a rotational speed of 4000 rpm, and at 100 ° C. After drying for 3 minutes, alignment treatment was performed by irradiating with linearly polarized ultraviolet rays of about 1000 mJ / cm 2 .

(第2配向処理基板の作製)
ITO電極が形成されたガラス基板をよく洗浄し、このガラス基板上に透明レジスト(JSR社製、商品名:NN780)をスピンコートして、減圧乾燥し、90℃で3分間プリベークを行った。次いで、100mJ/cmの紫外線でマスク露光し、無機アルカリ溶液で現像を行い、230℃で30分間ポストベークを行った。これにより、高さ1.5μmの柱状スペーサを形成した。
次に、上記柱状スペーサが形成された基板上に、ポリイミド(日産化学社製、商品名:SE-7962)を印刷し、ラビング処理することにより配向膜を形成した。
(Preparation of second alignment processing substrate)
The glass substrate on which the ITO electrode was formed was thoroughly washed, a transparent resist (manufactured by JSR, trade name: NN780) was spin coated on the glass substrate, dried under reduced pressure, and prebaked at 90 ° C. for 3 minutes. Subsequently, it exposed to a mask with 100 mJ / cm 2 ultraviolet rays, developed with an inorganic alkali solution, and post-baked at 230 ° C. for 30 minutes. Thereby, a columnar spacer having a height of 1.5 μm was formed.
Next, polyimide (manufactured by Nissan Chemical Industries, trade name: SE-7962) was printed on the substrate on which the columnar spacers were formed, and an alignment film was formed by rubbing.

(液晶表示素子の作製)
第2配向処理基板上に、インクジェット装置を用いて強誘電性液晶(商品名:R2301、AZエレクトロニックマテリアルズ社製)を塗布した。このとき、インクジェット装置のヘッドを強誘電性液晶のN相−等方相転移温度より20℃高い温度に加熱し、第2配向処理基板の温度を室温に設定した。
(Production of liquid crystal display element)
A ferroelectric liquid crystal (trade name: R2301, manufactured by AZ Electronic Materials) was applied onto the second alignment treatment substrate using an ink jet apparatus. At this time, the head of the ink jet device was heated to a temperature 20 ° C. higher than the N-phase-isotropic phase transition temperature of the ferroelectric liquid crystal, and the temperature of the second alignment processing substrate was set to room temperature.

次に、第2配向処理基板上に、紫外線加熱硬化型シール剤(協立化学産業株式会社製、商品名:WORLD ROCK 718)をシールディスペンサーで塗布した。
真空チャンバー内に配置したホットプレートを110℃に加熱して、このホットプレート上にシール剤を塗布した第2配向処理基板を配置した。次に、第1配向処理基板を、吸着プレートで吸着し、第1配向処理基板および第2配向処理基板をそれぞれの配向処理方向が平行になるように対向させた。そして、真空チャンバー内が10Torrになるように排気を行った状態で、両基板を密着させ、一定の圧力をかけた後、真空チャンバー内を常圧に戻した。次いで、紫外線を1J/cm照射して紫外線加熱硬化型シール剤を硬化させ、両基板を接着させた。
その後、液晶セルを室温まで徐冷することによって強誘電性液晶を配向させ、液晶表示素子を作製した。
Next, an ultraviolet heat curable sealant (manufactured by Kyoritsu Chemical Industry Co., Ltd., trade name: WORLD ROCK 718) was applied onto the second alignment treatment substrate with a seal dispenser.
A hot plate placed in a vacuum chamber was heated to 110 ° C., and a second alignment processing substrate coated with a sealant was placed on the hot plate. Next, the first alignment treatment substrate was adsorbed by an adsorption plate, and the first alignment treatment substrate and the second alignment treatment substrate were opposed to each other so that their alignment treatment directions were parallel. Then, the substrates were brought into close contact with each other in a state where evacuation was performed so that the inside of the vacuum chamber became 10 Torr, and after applying a certain pressure, the inside of the vacuum chamber was returned to normal pressure. Next, ultraviolet rays were irradiated at 1 J / cm 2 to cure the ultraviolet heat curable sealant, and both substrates were adhered.
Thereafter, the liquid crystal cell was gradually cooled to room temperature to align the ferroelectric liquid crystal, thereby producing a liquid crystal display element.

得られた液晶表示素子では、パネル内のダブルドメインの存在比率がおおよそ70:30であり、第2配向処理基板の電極が負極となるように電圧を印加したときに、約70%の領域にて強誘電性液晶の分子方向が基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化した。   In the obtained liquid crystal display element, the abundance ratio of double domains in the panel is approximately 70:30, and when a voltage is applied so that the electrode of the second alignment treatment substrate becomes a negative electrode, the area is about 70%. Thus, the molecular direction of the ferroelectric liquid crystal changed approximately twice the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal parallel to the substrate surface.

[比較例1]
ITO電極が形成された2枚のガラス基板をよく洗浄し、この2枚のガラス基板上に、それぞれ光異性化型材料(大日本インキ社製、商品名:LIA01)を回転数4000rpmで30秒間スピンコートし、100℃で3分間乾燥した後、直線偏光紫外線を約1000mJ/cm照射し、配向処理を行った。
[Comparative Example 1]
Thoroughly clean the two glass substrates on which the ITO electrodes are formed, and each of these two glass substrates is coated with a photoisomerizable material (Dainippon Ink Co., Ltd., trade name: LIA01) at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. After spin coating and drying at 100 ° C. for 3 minutes, alignment treatment was performed by irradiation with about 1000 mJ / cm 2 of linearly polarized ultraviolet rays.

一方の基板に1.5μmのビーズスペーサを散布し、他方の基板にシール剤をシールディスペンサーで塗布した。次いで、両基板をそれぞれの配向処理方向が平行になるように対向させ、熱圧着を行い、空の液晶セルを作製した。
次に、強誘電性液晶(商品名:R2301、AZエレクトロニックマテリアルズ社製)を用い、注入口上部に強誘電性液晶を付着させ、オーブンを用いて、N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。
One substrate was sprayed with 1.5 μm bead spacers, and a sealant was applied to the other substrate with a seal dispenser. Next, both substrates were made to face each other so that their alignment treatment directions were parallel, and thermocompression bonding was performed to produce an empty liquid crystal cell.
Next, a ferroelectric liquid crystal (trade name: R2301, manufactured by AZ Electronic Materials) is used to attach a ferroelectric liquid crystal to the upper portion of the injection port, and an oven is used to obtain an N-phase-isotropic phase transition temperature of 10 Injection was performed at a temperature higher by 20 ° C to 20 ° C, and the temperature was slowly returned to room temperature.

得られた液晶表示素子では、パネル内のダブルドメインの存在比率がおおよそ50:50であり、一方の基板の電極が負極となるように電圧を印加したときに、約50%の領域にて強誘電性液晶の分子方向が基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化した。   In the obtained liquid crystal display element, the existence ratio of the double domain in the panel is approximately 50:50, and when a voltage is applied so that the electrode of one substrate becomes a negative electrode, it is strong in a region of about 50%. The molecular direction of the dielectric liquid crystal changed approximately twice the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal parallel to the substrate surface.

[比較例2]
ITO電極が形成された2枚のガラス基板をよく洗浄し、この2枚のガラス基板上に、それぞれ光二量化型材料(Rolic technologies 社製、商品名:ROP103)の2質量%シクロペンタノン溶液を回転数1500rpmで15秒間スピンコートし、130℃で15分間乾燥させた後、直線偏光紫外線を約100mJ/cm照射し、配向処理を行った。
[Comparative Example 2]
The two glass substrates on which the ITO electrodes are formed are thoroughly washed, and a 2% by mass cyclopentanone solution of a photodimerization type material (Rolic technologies, trade name: ROP103) is applied to each of the two glass substrates. After spin coating at a rotation speed of 1500 rpm for 15 seconds and drying at 130 ° C. for 15 minutes, linearly polarized ultraviolet rays were irradiated at about 100 mJ / cm 2 to perform alignment treatment.

一方の基板に1.5μmのビーズスペーサを散布し、他方の基板にシール剤をシールディスペンサーで塗布した。次いで、両基板をそれぞれの配向処理方向が平行になるように対向させ、熱圧着を行い、空の液晶セルを作製した。
次に、強誘電性液晶(商品名:R2301、AZエレクトロニックマテリアルズ社製)を用い、注入口上部に強誘電性液晶を付着させ、オーブンを用いて、N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。
One substrate was sprayed with 1.5 μm bead spacers, and a sealant was applied to the other substrate with a seal dispenser. Next, both substrates were made to face each other so that their alignment treatment directions were parallel, and thermocompression bonding was performed to produce an empty liquid crystal cell.
Next, a ferroelectric liquid crystal (trade name: R2301, manufactured by AZ Electronic Materials) is used to attach a ferroelectric liquid crystal to the upper portion of the injection port, and an oven is used to obtain an N-phase-isotropic phase transition temperature of 10 Injection was performed at a temperature higher by 20 ° C to 20 ° C, and the temperature was slowly returned to room temperature.

得られた液晶表示素子では、パネル内のダブルドメインの存在比率がおおよそ50:50であり、一方の基板の電極が負極となるように電圧を印加したときに、約50%の領域にて強誘電性液晶の分子方向が基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化した。   In the obtained liquid crystal display element, the existence ratio of the double domain in the panel is approximately 50:50, and when a voltage is applied so that the electrode of one substrate becomes a negative electrode, it is strong in a region of about 50%. The molecular direction of the dielectric liquid crystal changed approximately twice the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal parallel to the substrate surface.

[比較例3]
ITO電極が形成された2枚のガラス基板をよく洗浄し、この2枚のガラス基板上に、ポリイミド(日産化学社製、商品名:SE-7962)を印刷し、ラビング処理することにより配向膜を形成した。
[Comparative Example 3]
The two glass substrates on which the ITO electrodes are formed are washed thoroughly, polyimide (Nissan Chemical Co., Ltd., trade name: SE-7962) is printed on the two glass substrates, and the alignment film is formed by rubbing. Formed.

一方の基板に1.5μmのビーズスペーサを散布し、他方の基板にシール剤をシールディスペンサーで塗布した。次いで、両基板をそれぞれの配向処理方向が平行になるように対向させ、熱圧着を行い、空の液晶セルを作製した。
次に、強誘電性液晶(商品名:R2301、AZエレクトロニックマテリアルズ社製)を用い、注入口上部に強誘電性液晶を付着させ、オーブンを用いて、N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。
One substrate was sprayed with 1.5 μm bead spacers, and a sealant was applied to the other substrate with a seal dispenser. Next, both substrates were made to face each other so that their alignment treatment directions were parallel, and thermocompression bonding was performed to produce an empty liquid crystal cell.
Next, a ferroelectric liquid crystal (trade name: R2301, manufactured by AZ Electronic Materials) is used to attach a ferroelectric liquid crystal to the upper portion of the injection port, and an oven is used to obtain an N-phase-isotropic phase transition temperature of 10 Injection was performed at a temperature higher by 20 ° C to 20 ° C, and the temperature was slowly returned to room temperature.

得られた液晶表示素子では、パネル内のダブルドメインの存在比率がおおよそ50:50であり、一方の基板の電極が負極となるように電圧を印加したときに、約50%の領域にて強誘電性液晶の分子方向が基板面に対して平行に強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化した。   In the obtained liquid crystal display element, the existence ratio of the double domain in the panel is approximately 50:50, and when a voltage is applied so that the electrode of one substrate becomes a negative electrode, it is strong in a region of about 50%. The molecular direction of the dielectric liquid crystal changed approximately twice the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal parallel to the substrate surface.

液晶分子の挙動を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the behavior of a liquid crystal molecule. 本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the liquid crystal display element of this invention. 強誘電性液晶の配向状態の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the orientation state of a ferroelectric liquid crystal. 強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the orientation state of a ferroelectric liquid crystal. 強誘電性液晶の自発分極を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the spontaneous polarization of a ferroelectric liquid crystal. 強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the orientation state of a ferroelectric liquid crystal. 本発明の液晶表示素子の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the liquid crystal display element of this invention. フィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示素子の駆動シーケンスを示す図である。It is a figure which shows the drive sequence of the liquid crystal display element by a field sequential color system. 本発明の液晶表示素子の他の例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the other example of the liquid crystal display element of this invention. 強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the orientation state of a ferroelectric liquid crystal. 強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the orientation state of a ferroelectric liquid crystal. 強誘電性液晶の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の違いを示した図である。It is the figure which showed the difference in orientation by the difference in the phase sequence which a ferroelectric liquid crystal has. 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. フィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示素子の駆動シーケンスを示す図である。It is a figure which shows the drive sequence of the liquid crystal display element by a field sequential color system.

符号の説明Explanation of symbols

1 … 液晶分子
2 … 液晶表示素子
3 … 第1基材
4 … 第1電極層
5 … 第1配向膜
6 … 第1配向処理基板
10 … 液晶層
13 … 第2基材
14 … 第2電極層
15 … 第2配向膜
16 … 第2配向処理基板
z … 層法線
Ps … 自発分極
θ … チルト角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid crystal molecule 2 ... Liquid crystal display element 3 ... 1st base material 4 ... 1st electrode layer 5 ... 1st alignment film 6 ... 1st orientation processing board | substrate 10 ... Liquid crystal layer 13 ... 2nd base material 14 ... 2nd electrode layer DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... 2nd orientation film 16 ... 2nd orientation processing board | substrate z ... Layer normal line Ps ... Spontaneous polarization (theta) ... Tilt angle

Claims (4)

第1基材と、前記第1基材上に形成された第1電極層と、前記第1電極層上に形成され、光異性化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光異性化型材料を含有する光配向膜である第1配向膜とを有する第1配向処理基板、および、第2基材と、前記第2基材上に形成された第2電極層と、前記第2電極層上に形成され、ラビング膜である第2配向膜とを有する第2配向処理基板を、前記第1配向膜と前記第2配向膜とが対向するように配置し、前記第1配向膜と前記第2配向膜との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、
前記強誘電性液晶が、スメクチックA相を経由しない相系列を有し、単安定性を示し、HV字型スイッチング(half−V shaped switching)特性を示すものであり、
前記強誘電性液晶が、前記第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、前記強誘電性液晶の分子方向が前記第1配向処理基板面に対して平行に前記強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化するものであり、
前記第1配向処理基板が、前記第1基材上に形成された薄膜トランジスタ(TFT)を有するTFT基板であり、前記第2配向処理基板が、前記第2電極層が共通電極である共通電極基板であることを特徴とする液晶表示素子。
A first base material, a first electrode layer formed on the first base material, and light formed on the first electrode layer and imparting anisotropy to the alignment film by causing a photoisomerization reaction A first alignment treatment substrate having a first alignment film that is a photo-alignment film containing an isomerized material, a second substrate, a second electrode layer formed on the second substrate, and is formed on the second electrode layer, a second alignment treatment substrate having a second alignment film is La Bing film, and the first alignment film and the second alignment layer is arranged to face the first A liquid crystal display element comprising a ferroelectric liquid crystal sandwiched between a first alignment film and the second alignment film,
The ferroelectric liquid crystal has a phase sequence that does not pass through a smectic A phase, exhibits monostability, and exhibits HV-shaped switching (half-V shaped switching) characteristics,
When a voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal so that the second electrode layer is a negative electrode, the ferroelectric liquid crystal has a molecular direction parallel to the first alignment substrate surface. all SANYO to about 2-fold changes in the tilt angle of the liquid crystal,
The first alignment processing substrate is a TFT substrate having a thin film transistor (TFT) formed on the first base material, and the second alignment processing substrate is a common electrode substrate in which the second electrode layer is a common electrode. the liquid crystal display element characterized by at.
第1基材と、前記第1基材上に形成された第1電極層と、前記第1電極層上に形成され、光異性化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光異性化型材料を含有する光配向膜である第1配向膜とを有する第1配向処理基板、および、第2基材と、前記第2基材上に形成された第2電極層と、前記第2電極層上に形成され、光二量化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光二量化型材料を含有する光配向膜である第2配向膜とを有する第2配向処理基板を、前記第1配向膜と前記第2配向膜とが対向するように配置し、前記第1配向膜と前記第2配向膜との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、  A first base material, a first electrode layer formed on the first base material, and light formed on the first electrode layer and imparting anisotropy to the alignment film by causing a photoisomerization reaction A first alignment treatment substrate having a first alignment film that is a photo-alignment film containing an isomerized material, a second substrate, a second electrode layer formed on the second substrate, and A second alignment processing substrate formed on the second electrode layer and having a second alignment film that is a photo-alignment film containing a photodimerization-type material that imparts anisotropy to the alignment film by causing a photodimerization reaction; A liquid crystal display element in which the first alignment film and the second alignment film are disposed to face each other, and a ferroelectric liquid crystal is sandwiched between the first alignment film and the second alignment film. And
前記強誘電性液晶が、スメクチックA相を経由しない相系列を有し、単安定性を示し、HV字型スイッチング(half−V shaped switching)特性を示すものであり、  The ferroelectric liquid crystal has a phase sequence that does not pass through a smectic A phase, exhibits monostability, and exhibits HV-shaped switching (half-V shaped switching) characteristics.
前記強誘電性液晶が、前記第2電極層が負極となるように電圧を印加したときに、前記強誘電性液晶の分子方向が前記第1配向処理基板面に対して平行に前記強誘電性液晶のチルト角の約2倍変化するものであり、  When a voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal so that the second electrode layer is a negative electrode, the ferroelectric liquid crystal has a molecular direction parallel to the first alignment substrate surface. It changes about twice the tilt angle of the liquid crystal,
前記第1配向処理基板が、前記第1基材上に形成された薄膜トランジスタ(TFT)を有するTFT基板であり、前記第2配向処理基板が、前記第2電極層が共通電極である共通電極基板であることを特徴とする液晶表示素子。  The first alignment processing substrate is a TFT substrate having a thin film transistor (TFT) formed on the first base material, and the second alignment processing substrate is a common electrode substrate in which the second electrode layer is a common electrode. A liquid crystal display element characterized by the above.
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ものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液晶表示素子。   3. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the liquid crystal display element is driven 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ものであることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載の液晶表示素子。   4. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the liquid crystal display element is driven by a field sequential color system.
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