WO2005076059A1 - 液晶表示素子 - Google Patents

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WO2005076059A1
WO2005076059A1 PCT/JP2005/001951 JP2005001951W WO2005076059A1 WO 2005076059 A1 WO2005076059 A1 WO 2005076059A1 JP 2005001951 W JP2005001951 W JP 2005001951W WO 2005076059 A1 WO2005076059 A1 WO 2005076059A1
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Naoko Sawatari
Masato Okabe
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Dai Nippon Printing Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device in which the orientation of a ferroelectric liquid crystal is controlled.
  • Liquid crystal display elements are being used in a wide range of applications, from large displays to portable information terminals, due to their thin and low power consumption.
  • liquid crystal display devices have been developed and put into practical use, such as TN mode, multiplex drive of STN, active matrix drive using thin layer transistor (TFT) for TN, etc., but these use nematic liquid crystal. Therefore, the response speed of the liquid crystal material is as slow as several ms to several tens of ms, which is sufficient for displaying moving images!
  • Ferroelectric liquid crystal is a liquid crystal suitable for high-speed devices with a very short response speed of the order of ⁇ s.
  • Bistable ferroelectric liquid crystals which have two stable states when no voltage is applied, proposed by Clark and Lager, are widely known (Fig. 3), but are not suitable for switching between bright and dark states. Although it is limited and has a memory property, it has a problem that gradation display cannot be performed.
  • a liquid crystal exhibiting such a monostable state usually has a cholesteric phase (Ch) —a phase change from an irradimetric C phase (SmC *) and a ferroelectricity that does not pass through a smectic A phase (SmA). Liquid crystals are used.
  • a defect called a zigzag defect or a hairpin defect which is difficult to align due to a higher molecular order than a nematic liquid crystal, is generated.
  • a ferroelectric liquid crystal that does not pass through the SmA phase has two regions with different layer normal directions (hereinafter referred to as “double domains”) (Fig. 4). In such a double domain, the display becomes black and white inverted when driven, This is a critical problem ( Figure 5).
  • Non-patent Document 2 an electric field application slow cooling method 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 is known (Non-patent Document 2).
  • the temperature is increased and the orientation is disordered again above the phase transition point, and the orientation is disordered in a portion where the electric field between the pixel electrodes does not act.
  • a liquid crystal alignment treatment technique there is a technique using an alignment film, and the method includes a rubbing method and a photo-alignment method.
  • the rubbing method a substrate coated with a polyimide film is subjected to a rubbing treatment to align the polyimide polymer chains in the rubbing direction, thereby aligning liquid crystal molecules on the film.
  • the rubbing method is excellent in controlling the alignment of a nematic liquid crystal and is a technique generally used industrially.
  • a polymer or a single molecule is irradiated with light whose polarization is controlled, and a photoexcitation reaction (decomposition, isomerization, dimerization) is caused to give anisotropy to the polymer film.
  • the liquid crystal molecules on the film are aligned.
  • Patent Document 1 discloses that each of the upper and lower alignment films is subjected to a photo alignment treatment, A method is disclosed in which a nematic liquid crystal is coated on a orientation film, aligned and fixed to form a nematic liquid crystal layer, and the nematic liquid crystal layer acts as an orientation film to align the ferroelectric liquid crystal. ing.
  • this method does not suppress the occurrence of alignment defects in a ferroelectric liquid crystal having a monostable property, but describes a method of improving a double domain.
  • full-color liquid crystal display elements have been actively developed.
  • a color filter method uses a white light source as the knock light and realizes color display by attaching an RGB micro color filter to each pixel.
  • the backlight is switched in time with R'G'B • R'G'B, and the black-and-white shutter of the ferroelectric liquid crystal is opened and closed in synchronism with it, and the residual image effect of the retina
  • the colors are mixed temporally, which results in a color display. It is to show.
  • color display can be performed with one pixel, and it is not necessary to use a color filter having a low transmittance, so that high definition color display can be achieved, and low power consumption and low cost can be realized. It is useful in that it can.
  • 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. .
  • ferroelectric liquid crystal is used. As described above, ferroelectric liquid crystal has a problem that alignment defects easily occur, and has not been put to practical use.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Publication No. 2002-532755
  • Non-Patent Document l NONAKA, T "LI, J., OGAWA, A” HORNUNG, B “SCHMIDT, W.,
  • Non-Patent Document 2 PATEL, J "and GOODBY, J.W” 1986, J. Appl. Phys., 59, 2355. Disclosure of the Invention
  • the present invention provides a liquid crystal display device using a ferroelectric liquid crystal, which can obtain a monodomain alignment of a ferroelectric liquid crystal without forming a alignment defect such as a double domain. It is a main object of the present invention to provide a liquid crystal display element having excellent alignment stability, in which alignment disturbance is less likely to occur even when the temperature is raised to a phase transition temperature or higher.
  • the present invention provides a first substrate, an electrode layer formed on the first substrate, a first alignment film formed on the electrode layer, A reactive liquid crystal side substrate formed on an alignment film and having a reactive liquid crystal layer formed by fixing the reactive liquid crystal; a second substrate; an electrode layer formed on the second substrate; A counter substrate having a second alignment film formed on the layer is disposed such that the reactive liquid crystal layer of the reactive liquid crystal side substrate and the second alignment film of the counter substrate face each other, and Provided is a liquid crystal display device comprising a ferroelectric liquid crystal interposed between a substrate and the counter substrate.
  • the reactive liquid crystal layer fixes the reactive liquid crystal aligned by the first alignment film.
  • it can function as an alignment film for aligning the ferroelectric liquid crystal.
  • the structure of the reactive liquid crystal is relatively similar to that of the ferroelectric liquid crystal, the interaction with the ferroelectric liquid crystal is strengthened, and the ferroelectric liquid crystal is more effectively used than when only the alignment film is used.
  • the alignment of the liquid crystal can be controlled. Therefore, by forming a reactive liquid crystal layer on the first alignment film, generation of alignment defects such as double domains can be suppressed, and monodomain alignment of ferroelectric liquid crystal can be obtained.
  • the alignment treatment is performed using the alignment film and the reactive liquid crystal layer without using the voltage application slow cooling method, the alignment is maintained even if the temperature is raised to a temperature higher than the phase transition temperature, and the double domain is maintained. It is possible to suppress the generation of alignment defects such as the above!
  • a second reactive liquid crystal layer formed by fixing a reactive liquid crystal on the second alignment film may be formed.
  • the reactive liquid crystal layer is formed.
  • the reactive liquid crystal and the reactive liquid crystal forming the second reactive liquid crystal layer have different compositions. This is because the reactive liquid crystal can control the orientation of the ferroelectric liquid crystal more effectively than when only the alignment film is used as described above. Further, since the reactive liquid crystal constituting the reactive liquid crystal layer and the reactive liquid crystal constituting the second reactive liquid crystal layer have different compositions, generation of alignment defects such as double domains is suppressed, and ferroelectricity is suppressed. It is also a force that can obtain a monodomain alignment of the crystalline liquid crystal.
  • the reactive liquid crystal layer preferably exhibits a nematic phase.
  • the nematic phase is also a liquid crystal phase in which alignment control is relatively easy.
  • the reactive liquid crystal preferably has a polymerizable liquid crystal monomer.
  • the polymerizable liquid crystal monomer can be aligned at a lower temperature and has higher sensitivity in alignment than other polymerizable liquid crystal materials, that is, polymerizable liquid crystal oligomers and polymerizable liquid crystal polymers, and can be easily aligned. The power that can do it.
  • the polymerizable liquid crystal monomer is preferably a monoacrylate monomer or a diatalylate monomer.
  • a monoacrylate monomer or a diacrylate monomer is one that can be easily polymerized while maintaining a good alignment state.
  • the diatalylate monomer is preferably a compound represented by the following formula (1).
  • X in the formula is hydrogen, alkyl having 1 to 20 carbon atoms, alkylene having 1 to 20 carbon atoms, alkyloxy having 1 to 20 carbon atoms, alkyloxy carboxy having 1 to 20 carbon atoms.
  • the diatalylate monomer is preferably a compound represented by the following formula (2).
  • Z and Z in the formula each independently represent COO OCO
  • the first alignment film and the second alignment film are photo alignment films. Since the photo-alignment treatment at the time of forming the photo-alignment film is a non-contact alignment treatment, it is useful in that it can control quantitatively the alignment treatment without generating static electricity and dust.
  • the ferroelectric liquid crystal preferably exhibits monostability. This is because, by using a ferroelectric liquid crystal that exhibits monostability, it can be effectively used for various applications.
  • the ferroelectric liquid crystal preferably has no smectic A phase in a phase sequence. As described above, ferroelectric liquid crystals that do not have a smectic A phase in the phase series tend to cause alignment defects such as double domains, but the ferroelectric liquid crystal is placed between the reactive liquid crystal layer and the second orientation film. By sandwiching, it is possible to suppress the occurrence of alignment defects such as double domains, and it is also a force that produces a remarkable effect when used in the present invention.
  • the ferroelectric liquid crystal preferably forms a single phase.
  • the liquid crystal display device of the present invention can obtain a good alignment even by using a single-phase ferroelectric liquid crystal, and can be manufactured without using a method such as a polymer stabilization method to control the alignment. This is because the process is easy and the drive voltage can be reduced.
  • the liquid crystal display element of the present invention is driven by an active matrix method using a thin film transistor (TFT).
  • TFT thin film transistor
  • a TFT substrate in which TFT elements are arranged in a matrix on one substrate and a common electrode substrate in which a common electrode is formed over the entire display area on the other substrate are combined, and the common electrode substrate
  • a micro color filter in which TFT elements are arranged in a matrix between electrodes and a substrate is formed and used as a color liquid crystal display element.
  • the liquid crystal display element of the present invention is driven by a field sequential color system.
  • the above-mentioned liquid crystal display device can align ferroelectric liquid crystals without causing an alignment defect that has a high response speed.By driving the liquid crystal display device using a field sequential color method, a high-resolution full-color image with a wide viewing angle can be obtained. It is a character that can display moving images.
  • the liquid crystal display device of the present invention can align a ferroelectric liquid crystal without forming an alignment defect such as a zigzag defect, a hairpin defect, and a double domain, and can increase the temperature above a phase transition temperature. If a liquid crystal display device having excellent alignment stability in which alignment disturbance is less likely to be obtained, a great effect can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing one example of a liquid crystal display device of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing one example of a liquid crystal display device of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing a change in transmittance of a ferroelectric liquid crystal with respect to an applied voltage.
  • FIG. 4 is a diagram showing a difference in alignment defect due to a difference in phase series of a ferroelectric liquid crystal.
  • FIG. 5 is a photograph showing a double domain which is an alignment defect of a ferroelectric liquid crystal.
  • liquid crystal display device of the present invention will be described in detail.
  • a liquid crystal display device of the present invention includes a first substrate, an electrode layer formed on the first substrate, a first alignment film formed on the electrode layer, and a first alignment film formed on the first alignment film.
  • a counter substrate having a second alignment film is disposed so that a reactive liquid crystal layer of the reactive liquid crystal side substrate and a second alignment film of the counter substrate are opposed to each other, and is disposed between the reactive liquid crystal side substrate and the counter substrate. In which a ferroelectric liquid crystal is sandwiched.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view illustrating an example of a liquid crystal display device of the present invention.
  • the liquid crystal display device of the present invention includes a first substrate la, an electrode layer 2a formed on the first substrate la, and a first alignment film formed on the electrode layer 2a. 3a, a reactive liquid crystal side substrate 11 having a reactive liquid crystal layer 4 formed on the first alignment film 3a, a second substrate lb, and an electrode layer formed on the second substrate 1b.
  • a counter substrate 12 having a second alignment film 2b and a second alignment film 3b formed on the electrode layer 2b.
  • a ferroelectric liquid crystal is sandwiched between the reactive liquid crystal layer 4 of the reactive liquid crystal side substrate 11 and the second alignment film 3b of the counter substrate 12, thereby forming a liquid crystal layer 5.
  • the reactive liquid crystal layer 4 is formed on the first alignment film 3a, the reactive liquid crystal constituting the reactive liquid crystal layer 4 is aligned by the first alignment film 3a.
  • the reactive liquid crystal layer 4 is formed by fixing the alignment state of the reactive liquid crystal by polymerizing the reactive liquid crystal with ultraviolet rays.
  • the reactive liquid crystal layer 4 since the reactive liquid crystal layer 4 has a fixed orientation of the reactive liquid crystal, it has a function as an orientation film for orienting the ferroelectric liquid crystal constituting the liquid crystal layer 5. It becomes.
  • the reactive liquid crystal constituting the reactive liquid crystal layer has a relatively similar structure to the ferroelectric liquid crystal, the interaction with the ferroelectric liquid crystal becomes stronger. The orientation can be controlled more effectively than in the case.
  • the ferroelectric liquid crystal can be aligned without forming an alignment defect such as a double domain.
  • the effect that it can be made to play is produced.
  • the alignment treatment is performed using the alignment film and the reactive liquid crystal layer without using the voltage application slow cooling method, the alignment is maintained even if the temperature is raised to a temperature higher than the phase transition temperature, and the double domain is maintained. This has the advantage that the occurrence of alignment defects such as can be suppressed.
  • the liquid crystal display device of the present invention may be provided with polarizers 6a and 6b outside the first substrate la and the second substrate lb, as shown in FIG. 1, for example.
  • the light becomes linearly polarized light, and only light polarized in the alignment direction of the liquid crystal molecules can be transmitted.
  • the polarizing plates 6a and 6b are arranged such that the polarization direction is twisted by 90 °. This controls the direction of the optical axis of the liquid crystal molecules ⁇ the magnitude of the birefringence in the voltage non-applied state and the applied state.
  • ferroelectric liquid crystal molecules as a black and white shutter, a bright state and a dark state can be created.
  • the liquid crystal display device of the present invention uses the ferroelectric liquid crystal as a black and white shirt, it has the advantage that the response speed can be increased.
  • the opposite substrate 12 is a TFT substrate in which thin film transistors (TFTs) 7 are arranged in a matrix, and the reactive liquid crystal side substrate 11 is It is preferable that the common electrode 8a is a combination of the two substrates as a common electrode substrate formed over the entire area.
  • TFTs thin film transistors
  • the common electrode 8a is a combination of the two substrates as a common electrode substrate formed over the entire area.
  • the reactive liquid crystal side substrate 11 has an electrode layer serving as a common electrode 8a and serves as a common electrode substrate, while the opposite substrate 12 has an electrode layer serving as an X electrode 8b, a y electrode 8c and a pixel. It is composed of electrode 8d and is a TFT substrate.
  • the X electrode 8b and the y electrode 8c are arranged vertically and horizontally, respectively, and the TFT element 7 is operated by applying a signal to these electrodes, and the ferroelectric The liquid crystal can be driven.
  • the intersection of the X electrode 8b and the y electrode 8c is insulated by an insulating layer (not shown), and the signal of the X electrode 8b and the signal of the y electrode 8c can operate independently.
  • the portion surrounded by the X electrode 8b and the y electrode 8c is a pixel which is the minimum unit for driving the liquid crystal display element of the present invention, and each pixel has at least one or more TFT elements 7 and pixel electrodes 8d Is formed.
  • the TFT element 7 of each pixel can be operated by sequentially applying a signal voltage to the X electrode 8b and the y electrode 8c. In FIG. 2, V and the liquid crystal layer and the second alignment film are omitted.
  • a micro color filter in which TFT elements are arranged in a matrix between the common electrode 8a and the first substrate la is formed, so that a color display and And then use it.
  • the side on which the common electrode 8a is formed is the reactive liquid crystal side substrate 11, and the side on which the TFT element 7, the pixel electrode 8d, and the like are formed is the counter substrate 12.
  • the liquid crystal display element of the present invention is not limited to such a configuration.
  • the side on which the common electrode is formed is used as the counter substrate, and the side on which the TFT element and the pixel electrode are formed is the reactive liquid crystal side. Good as a substrate.
  • the reactive liquid crystal side substrate in the present invention includes a first substrate, an electrode layer formed on the first substrate, a first alignment film formed on the electrode layer, and a first alignment film formed on the first alignment film. And a reactive liquid crystal layer.
  • a reactive liquid crystal side substrate each configuration of such a reactive liquid crystal side substrate will be described.
  • the reactive liquid crystal layer used in the present invention is formed on the first alignment film, and is formed by fixing the reactive liquid crystal.
  • the reactive liquid crystal is aligned by the first alignment film.
  • the reactive liquid crystal is polymerized by irradiating ultraviolet rays, and the alignment state is fixed to form a reactive liquid crystal layer.
  • the reactive liquid crystal layer is formed by fixing the orientation state of the reactive liquid crystal, it can function as an alignment film for aligning the ferroelectric liquid crystal.
  • the reactive liquid crystal since the reactive liquid crystal is fixed, there is an advantage that it is not affected by temperature or the like.
  • the reactive liquid crystal is relatively similar in structure to the ferroelectric liquid crystal and has a strong interaction with the ferroelectric liquid crystal, so that the ferroelectric liquid crystal is more effectively used than when only the alignment film is used. Can be controlled.
  • Such a reactive liquid crystal exhibits a nematic phase.
  • the nematic phase is also a force in which alignment control is relatively easy among liquid crystal phases.
  • the reactive liquid crystal preferably contains a polymerizable liquid crystal material. Thereby, the orientation state of the reactive liquid crystal can be fixed.
  • Polymerizable liquid crystal materials include polymerizable liquid crystal monomers, polymerizable liquid crystal oligomers, and polymerizable liquid crystal polymers. Force that can be used in the present invention In the present invention, a polymerizable liquid crystal monomer is preferably used.
  • the polymerizable liquid crystal monomer can be aligned at a lower temperature and has higher sensitivity in alignment than other polymerizable liquid crystal materials, that is, polymerizable liquid crystal oligomers and polymerizable liquid crystal polymers, and can be easily aligned. The power that can do it.
  • the polymerizable liquid crystal monomer is not particularly limited as long as it is a liquid crystal monomer having a polymerizable functional group, and examples thereof include a monoacrylate monomer and a diatalylate monomer. These polymerizable liquid crystal monomers may be used alone or in combination of two or more.
  • the monoacrylate monomer for example, a compound represented by the following formula can be exemplified.
  • 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, and 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 alkoxycarbyl group having 3 to 9 carbon atoms, or a cyano group.
  • the atalyloyloxy group at the molecular chain terminal and A or D may be bonded via a spacer such as an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms.
  • Examples of the diatalylate monomer include, for example, compounds represented by the following formula. [0050] [Formula 4]
  • X and Y are hydrogen, alkyl having 1 to 20 carbons, alkyl having 1 to 20 carbons, alkyloxy having 1 to 20 carbons, alkyloxyl having 1 to 20 carbons Ball, formyl, alkylcarbon having 120 carbon atoms, alkyl force having 120 carbon atoms represents rubonyoxy, halogen, cyano or -toro.
  • M represents an integer in the range of 2-20.
  • diatalylate monomer for example, a compound represented by the following formula may be mentioned.
  • M represents 0 or 1
  • n represents an integer in the range of 2-8.
  • the compounds represented by the above formulas (1) and (2) are particularly preferably used.
  • X is preferably an alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbon atoms, methyl or chlorine. , Particularly preferably CH (CH) OCO
  • the polymerizable liquid crystal monomer used in the present invention is preferably a diatalylate monomer.
  • the diatalylate monomer is a power that allows easy polymerization while maintaining the orientation state in a good condition.
  • the polymerizable liquid crystal monomer described above may not itself exhibit a nematic phase.
  • these polymerizable liquid crystal monomers may be used as a mixture of two or more as described above, and a composition in which these are mixed, that is, a reactive liquid crystal exhibits a nematic phase. This is because it is sufficient.
  • a photopolymerization initiator or a polymerization inhibitor may be added to the reactive liquid crystal as needed.
  • a photopolymerization initiator may not be necessary in some cases. The initiator is the force used to promote polymerization.
  • Examples of the photopolymerization initiator that can be used in the present invention include benzyl (also referred to as bibenzoyl), benzoin isobutyl ether, benzoin isopropyl ether, benzophenone, benzoyl benzoic acid, methyl benzoyl benzoate, and 4-benzodiyl 4-methyldiphenyl.
  • the amount of the added casket of such a photopolymerization initiator is generally 0.01 to 20% by weight. More preferably, the reactive liquid crystal is added in an amount of 0.1 to 10% by weight, more preferably 0.5 to 5% by weight.
  • the thickness of the reactive liquid crystal layer used in the present invention is preferably in the range of 1 nm to 100 nm, more preferably in the range of 3 nm to 100 nm. This is because if the reactive liquid crystal layer is thicker than the above range, anisotropy more than necessary occurs, and if it is thinner than the above range, the desired anisotropy may not be obtained. Therefore, the thickness of the reactive liquid crystal layer may be determined according to the required anisotropy.
  • the reactive liquid crystal layer is obtained by applying a coating liquid for a reactive liquid crystal layer containing the reactive liquid crystal on the first alignment film, performing an alignment treatment, and fixing the alignment state of the reactive liquid crystal. Can be formed.
  • a method of forming a dry film or the like in advance instead of applying the coating liquid for a reactive liquid crystal layer and laminating the same on the first alignment film can also be used. It is preferable to use a method of dissolving the reactive liquid crystal in a solvent to prepare a coating liquid for a reactive liquid crystal layer, applying the liquid on the first alignment film, and removing the solvent. This is because this method is relatively simple in steps.
  • the solvent used for the reactive liquid crystal layer coating liquid is not particularly limited as long as it can dissolve the reactive liquid crystal and the like and does not hinder the alignment ability of the first alignment film. Absent.
  • hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, n-butylbenzene, n-butylbenzene, and tetralin
  • ethers such as methoxybenzene, 1,2-dimethoxybenzene, diethylene glycol dimethyl ether; acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone And ketones such as cyclohexanone and 2,4 pentanedione
  • esters such as ethyl acetate, propylene glycolone monomethinoleate enoreacetate, propylene glycolonelemonoethylenoleate teracetate , and ⁇ —butyrate ratatone
  • Amide solvents such as 2-pyrroli
  • the solubility of the reactive liquid crystal or the like may be insufficient, or the first alignment film may be eroded as described above.
  • this disadvantage can be avoided by using a mixture of two or more solvents.
  • preferred as a single solvent are hydrocarbons and dalicol monoether acetate solvents, and preferred as a mixed solvent is a mixture of ethers or ketones and a glycol solvent. System.
  • the concentration of the coating liquid for the reactive liquid crystal layer depends on the solubility of the reactive liquid crystal and the thickness of the reactive liquid crystal layer to be formed. Although it cannot be generally specified, it is usually 0.1 to 40% by weight.
  • % Preferably in the range of 120% by weight.
  • concentration of the coating liquid for the reactive liquid crystal layer is lower than the above range, the reactive liquid crystal may be difficult to be oriented. Conversely, when the concentration of the coating liquid for the reactive liquid crystal layer is higher than the above range, the reaction may occur. This is because the viscosity of the coating liquid for the hydrophilic liquid crystal layer is increased, so that it may be difficult to form a uniform coating film.
  • polyester (meth) acrylates obtained by reacting (meth) acrylic acid with a polyester prepolymer obtained by condensing a polyhydric alcohol and a monobasic acid or a polybasic acid;
  • (Meth) acrylates obtained by reacting a compound having a hydroxyl group and two isocyanate groups with each other and then reacting the reaction product with (meth) acrylic acid; bisphenol A-type epoxy resin , Bisphenol F type epoxy resin, novolak type epoxy resin, polycarboxylic acid polyglycidyl ester, polyol polyglycidyl ether, aliphatic or alicyclic epoxy resin, amine epoxy resin, triphenol methane type epoxy resin Epoxy resin such as dihydroxybenzene type epoxy resin and (meth) acrylic Photopolymerizable I ⁇ product of the
  • the amount of these compounds to be added to the reactive liquid crystal is selected within a range that does not impair the object of the present invention.
  • the addition of these compounds improves the curability of the reactive liquid crystal, increases the mechanical strength of the resulting reactive liquid crystal layer, and improves its stability.
  • Methods for applying such a coating liquid for a reactive liquid crystal layer include spin coating, roll coating, printing, dip coating, curtain coating (die coating), casting, and bar coating. Coating, blade coating, spray coating, gravure coating, reverse coating, extrusion coating, and the like.
  • the solvent is removed.
  • the solvent may be removed under reduced pressure or by heating, or a combination of these methods. And so on.
  • the reactive liquid crystal applied as described above is oriented by the first alignment film to have a state having liquid crystal regularity. That is, a nematic phase is developed in the reactive liquid crystal. This is usually performed by a method such as a method of performing a heat treatment at or below the N-1 transition point.
  • the NI transition point indicates the temperature at which the liquid crystal phase transitions to the isotropic phase.
  • the reactive liquid crystal has a polymerizable liquid crystal material, and in order to fix the orientation state of such a polymerizable liquid crystal material, irradiation with actinic radiation that activates the polymerization is performed.
  • actinic radiation that activates the polymerization is performed.
  • active radiation refers to radiation having the ability to cause polymerization of a polymerizable liquid crystal material. If necessary, a photopolymerization initiator may be contained in the polymerizable liquid crystal material.
  • Such actinic radiation is not particularly limited as long as it is a radiation capable of polymerizing the polymerizable liquid crystal material! /, But usually, from the viewpoint of the easiness of the device and the like, ultraviolet rays are used. Light or visible light is used, and irradiation light having a wavelength power of 50-500 nm, preferably 250-450 nm, and more preferably 300-400 nm is used.
  • a method of irradiating a polymerizable liquid crystal material in which a photopolymerization initiator generates radicals with ultraviolet rays and a polymerizable liquid crystal material undergoes radical polymerization to ultraviolet rays as active radiation Is the preferred method. This is because the method using ultraviolet rays as the actinic radiation is an established technique, and therefore, it is easy to apply the present invention including the photopolymerization initiator to be used.
  • Light sources of the irradiation light include low-pressure mercury lamps (germicidal lamps, fluorescent chemical lamps, black lights), high-pressure discharge lamps (high-pressure mercury lamps, metal halide lamps), and short arc lamps.
  • Discharge lamps ultra-high pressure mercury lamp, xenon lamp, mercury xenon lamp
  • metal nitride lamps, xenon lamps, high-pressure mercury lamps, etc. are recommended.
  • the irradiation intensity is adjusted appropriately according to the composition of the reactive liquid crystal and the amount of the photopolymerization initiator.
  • the irradiation with such an active irradiation ray may be performed under a temperature condition at which the polymerizable liquid crystal material becomes a liquid crystal phase, or at a temperature lower than a temperature at which the polymerizable liquid crystal material becomes a liquid crystal phase. The reason is that the alignment state of the polymerizable liquid crystal material in the liquid crystal phase is not suddenly disturbed even if the temperature is lowered thereafter.
  • a method for fixing the alignment state of the polymerizable liquid crystal material a method of heating and polymerizing the polymerizable liquid crystal material can be used in addition to the above-described method of irradiating the active radiation.
  • the reactive liquid crystal used in this case it is preferable that the polymerizable liquid crystal monomer contained in the reactive liquid crystal is thermally polymerized below the NI transition point of the reactive liquid crystal.
  • the first alignment film used in the present invention is not particularly limited as long as it can align the reactive liquid crystal and does not adversely affect the alignment state of the reactive liquid crystal. .
  • the first substrate used in the present invention is not particularly limited as long as it is generally used as a substrate of a liquid crystal display element, and examples thereof include a glass plate and a plastic plate.
  • the surface roughness (RSM value) of the first substrate is preferably lOnm or less, more preferably 3 nm or less, and even more preferably 3 nm or less. It is preferably within the range of 1 nm or less. In the present invention, the surface roughness can be measured with an atomic force microscope (AFM).
  • AFM atomic force microscope
  • the electrode layer used in the present invention is not particularly limited as long as it is generally used as an electrode of a liquid crystal display element! / ⁇ is at least one of the electrode layers of the reactive liquid crystal side substrate and the counter 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.
  • the liquid crystal display element of the present invention is an active matrix type liquid crystal display element using a TFT, one of the electrode layers of the reactive liquid crystal side substrate and the counter substrate is formed of the transparent conductor.
  • An X electrode and a y electrode are arranged in a matrix on the other, and a TFT element and a pixel electrode are arranged in a portion surrounded by the X electrode and the y electrode.
  • the difference between the uneven portions of the electrode layer formed by the pixel electrode, the TFT element, the X electrode, and the y electrode is not more than 0. This is because if the difference between the concave and convex portions of the electrode layer exceeds 0., alignment disorder is likely to occur.
  • a transparent conductive film can be formed on the first substrate by a vapor deposition method such as a CVD method, a sputtering method, or an ion plating method, and the transparent conductive film is patterned in a matrix.
  • a vapor deposition method such as a CVD method, a sputtering method, or an ion plating method
  • the transparent conductive film is patterned in a matrix.
  • an X electrode and a y electrode can be formed.
  • the counter substrate used in the present invention includes a second substrate, an electrode layer formed on the second substrate, and a second alignment film formed on the electrode layer.
  • the second substrate is the same as that described in the section on the first substrate of the reactive liquid crystal side substrate
  • the electrode layer is the same as that described in the section on the electrode layer of the reactive liquid crystal side substrate. Therefore, the description here is omitted.
  • a ferroelectric liquid crystal can be aligned. If it is not particularly limited, for example, a rubbing treatment, a force that can be subjected to a photo-alignment treatment or the like can be used.In the present invention, it is preferable to use a photo-alignment film that has been subjected to a photo-alignment treatment! ⁇ . This is because the photo-alignment treatment is a non-contact alignment treatment and does not generate static electricity or dust, and is useful in that quantitative alignment control can be performed. Hereinafter, such a photo-alignment film will be described.
  • the photo-alignment film is anisotropic in the film obtained by irradiating the substrate coated with the constituent material of the photo-alignment film described below with light whose polarization is controlled to cause a photo-excitation reaction (decomposition, isomerization, dimerization). Is to align the liquid crystal molecules on the film.
  • the constituent material of the photo-alignment film used in the present invention is one that has an effect of aligning the ferroelectric liquid crystal (photoalignment) by irradiating light to cause a photoexcitation reaction.
  • Such materials which are not particularly limited, can be classified into photoisomerization type, in which only the shape of a large molecule changes and reversible orientation can be changed, and photoreaction type, in which the molecule itself changes. Can be.
  • the photoisomerization reaction refers to a phenomenon in which a single compound is changed to another isomer by light irradiation.
  • a photoisomer-type material By using such a photoisomer-type material, stable isomers among a plurality of isomers increase by light irradiation, whereby anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film. .
  • the photoreaction may be any as long as the molecules themselves are changed by irradiation with light and can impart anisotropy to the light alignment property of the photoalignment film. It is preferably a photodimerization reaction or a photodecomposition reaction because the property can be more easily imparted.
  • the photodimerization reaction refers to a reaction in which two molecules are polymerized by S radical polymerization of a reaction site force oriented in the polarization direction by light irradiation. By this reaction, the orientation in the polarization direction can be stabilized and the photo-alignment film can be given anisotropy.
  • the photodecomposition reaction is a reaction for decomposing a molecular chain of polyimide or the like oriented in a polarization direction by light irradiation.
  • molecular chains oriented in the direction perpendicular to the polarization direction are left, and anisotropy can be imparted to the photo-alignment film.
  • the photodimerization reaction among the above-mentioned constituent materials of the photo-alignment film, the photodimerization reaction Alternatively, it is preferable to use a photo-reactive material that gives anisotropy to the photo-alignment film by causing a photo-decomposition reaction.
  • the wavelength region of light in which the constituent material of the photo-alignment film causes a photoexcitation reaction is within the range of ultraviolet light, that is, within the range of lOnm-400nm, preferably within the range of 250nm-380nm. Is more preferable.
  • the photoisomerization type material is not particularly limited as long as it is a material capable of imparting anisotropy to the photo-alignment film by a photoisomerization reaction. It is preferable to include a photoisomerization-reactive compound having the following dichroism and generating an isomerization reaction upon irradiation with light. By causing isomerization of a reaction site oriented in the polarization direction of the photoisomerization-reactive compound having such characteristics, anisotropy can be easily imparted to the photoalignment film.
  • the isomerization reaction is preferably a cis-trans-isomerization reaction. This is because the irradiation of light increases the number of isomers of the cis or trans form, which can impart anisotropy to the photo alignment film.
  • Examples of the photoisomerization-reactive compound used in the present invention include a monomolecular compound and a polymerizable monomer that is polymerized by light or heat. These may be selected as appropriate according to the type of ferroelectric liquid crystal used, but the anisotropy is imparted to the photo-alignment film by light irradiation, and then the polymer is polymerized to stabilize the anisotropy. It is preferable to use a polymerizable monomer. Among such polymerizable monomers, after imparting anisotropy to the photo-alignment film, the polymer can be easily polymerized while maintaining the anisotropy in a favorable state. It is preferred that
  • photoisomerization-reactive conjugate examples include compounds having a cis-trans-isomerization-reactive skeleton such as an azobenzene skeleton and a styrben skeleton.
  • the photoisomerization-reactive compound used in the present invention includes an azobenzen skeleton in the molecule. Is preferable.
  • the azobenzene skeleton contains many ⁇ electrons. Therefore, this force is particularly suitable for controlling the alignment of ferroelectric liquid crystal, which has high interaction with liquid crystal molecules.
  • the photoreaction type material utilizing the photodimerization reaction is not particularly limited as long as it is a material capable of imparting anisotropy to the light directing film by the photodimerization reaction.
  • the photodimerization-reactive compound having such properties includes dimeride having at least one type of reactive site selected from the group consisting of cinnamate ester, coumarin, quinoline, chalcone group and cinnamoyl group.
  • Reactive polymers can be mentioned.
  • the dimer-reactive polymer is preferably a dimer-reactive polymer containing silicate, coumarin, or quinoline as a side chain. This is because the double bond of the ⁇ , j8 unsaturated ketone oriented in the polarization direction becomes a reaction site and undergoes radical polymerization, whereby anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film.
  • the main chain of the dimerized reactive polymer is not particularly limited as long as it is generally known as a polymer main chain, but the main chain of the side chain such as an aromatic hydrocarbon group may be used.
  • V which does not have a substituent containing a large number of ⁇ electrons that hinders the interaction between the reaction sites of the above!
  • Examples of a photoreactive material utilizing a photodecomposition reaction include polyimide "RN1199” manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., and the like.
  • the constituent material of the photo-alignment film used in the present invention may contain an additive within a range that does not hinder the optical alignment of the photo-alignment film.
  • the additives include a polymerization initiator and a polymerization inhibitor.
  • a coating liquid obtained by diluting the above-mentioned constituent material of the photo-alignment film with an organic solvent is applied to a surface of the second substrate provided with the electrode layer facing the liquid crystal layer, and dried.
  • the content of the photodimerization reactive compound or the photoisomerization reactive compound in the coating liquid may be in the range of 0.05% by weight to 10% by weight. More preferably, it is within the range of 0.2% by weight to 2% by weight.
  • the content is smaller than the above range, it is difficult to impart an appropriate anisotropy to the alignment film.
  • the viscosity of the coating liquid increases, so that a uniform coating film is formed. It is hard to form.
  • a spin coating method a roll coating method, a rod bar coating method, a spray coating method, an air knife coating method, a slot die coating method, a wire bar coating method, or the like can be used.
  • the thickness of the film obtained by applying the above constituent material is preferably in the range of lnm-lOOOnm, more preferably in the range of 3nm-lOOnm. If the thickness of the film is smaller than the above range, it may not be possible to obtain sufficient optical alignment, whereas if the thickness is larger than the above range, cost may be disadvantageous.
  • the wavelength range of the light to be applied may be appropriately selected according to the constituent material of the photo-alignment film to be used, but is preferably in the range of ultraviolet light, that is, in the range of 100 nm-40 Onm, and more preferably. Is in the range of 250nm-380nm
  • the polarization direction is not particularly limited as long as the photoexcitation reaction can be caused! / However, since the orientation state of the ferroelectric liquid crystal can be improved, the polarization direction can be improved. It is preferable that both the first alignment film and the second alignment film are oblique to the substrate surface in the range of 0 ° to 45 °, and more preferably in the range of 20 ° to 45 °.
  • a second reactive liquid crystal layer formed by fixing a reactive liquid crystal may be formed on the second alignment film.
  • the reactive liquid crystal forming the reactive liquid crystal layer of the reactive liquid crystal side substrate and the reactive liquid crystal forming the second reactive liquid crystal layer of the opposite substrate have different compositions.
  • the reactive liquid crystal only has the alignment film. This is because the orientation of the ferroelectric liquid crystal can be controlled more effectively than in the case of using the liquid crystal.
  • the reactive liquid crystal forming the reactive liquid crystal layer and the reactive liquid crystal forming the second reactive liquid crystal layer have different compositions, generation of alignment defects such as double domains is suppressed, and This is because monodomain alignment of the dielectric liquid crystal can be obtained.
  • the reactive liquid crystal used for the second reactive liquid crystal layer and the method for forming the second reactive liquid crystal layer are described in “(1) Reactive liquid crystal side substrate (i) Reactive liquid crystal layer”. It is the same as that described in the column of “Layer”.
  • the reactive liquid crystal and the second reactive liquid crystal forming the reactive liquid crystal layer are selected by variously selecting the polymerizable functional group and the substituent of the above-described polymerizable monomer.
  • the composition of the reactive liquid crystal constituting the layer can be different.
  • the polymerizable functional groups of the polymerizable monomers used in the two reactive liquid crystals may be the same or different.
  • two or more polymerizable monomers can be used in combination, and the composition can be changed by changing the combination. Furthermore, even when the same combination is used, the composition can be made different by changing the content of each polymerizable monomer.
  • the liquid crystal layer used in the present invention is configured by sandwiching a ferroelectric liquid crystal between the reactive liquid crystal layer and the second alignment film.
  • the ferroelectric liquid crystal used for the liquid crystal layer is not particularly limited as long as it exhibits a chiral smectic phase (SmC *), but the phase series of the ferroelectric liquid crystal is a nematic phase (N ) —Cholesteric phase (Ch) —force irradismatic C phase (SmC *) or nematic phase (N) —force irradismatic C phase (SmC *) and changes to smectic A phase (SmA Do not go through!), Preferably the material! / ,.
  • the liquid crystal display device of the present invention When the liquid crystal display device of the present invention is driven by the field sequential color system, it is preferable to use a monostable liquid crystal material that does not pass through the smectic A phase.
  • the monostable refers to a property of having only one stable state when no voltage is applied as described above, and in particular, a half V-shaped drive in which liquid crystal molecules operate only when a positive or negative voltage is applied.
  • the power of the black and white shutter can be extended Preferred in that it can achieve bright, full color display.
  • the ferroelectric liquid crystal used in the present invention preferably has a single phase.
  • to constitute a single phase means that a polymer network is not formed as in a polymer stabilization method or a polymer stabilization method.
  • the use of a single-phase ferroelectric liquid crystal has an advantage that the manufacturing process is simplified and the driving voltage can be reduced.
  • the thickness of the liquid crystal layer composed of the ferroelectric liquid crystal is preferably in the range of 1. — 3. O / zm, more preferably 1. — 2.5 / zm, and still more preferably. Is in the range of 1. — 2. O / zm. If the thickness of the liquid crystal layer is too thin, the contrast may be reduced. Conversely, if the thickness of the liquid crystal layer is too thick, the ferroelectric liquid crystal may be difficult to align.
  • a method for forming the liquid crystal layer a method generally used as a method for manufacturing a liquid crystal cell can be used.
  • the above-mentioned ferroelectric liquid crystal is heated into a liquid crystal cell in which a reactive liquid crystal side substrate and a counter substrate have been prepared in advance to make it an isotropic liquid, injected using the kyabiliy effect, and sealed with an adhesive.
  • a liquid crystal layer can be formed.
  • the thickness of the liquid crystal layer can be adjusted with a spacer such as beads.
  • the polarizing plate in the present invention is not particularly limited as long as it transmits only a specific direction of the light wave, and a polarizing plate generally used as a polarizing plate of a liquid crystal display device can be used.
  • the liquid crystal display device of the present invention can be manufactured by a method generally used as a method for manufacturing a liquid crystal display device.
  • a TFT element is used as an example of the method of manufacturing the liquid crystal display element of the present invention.
  • a method of manufacturing an active matrix type liquid crystal display device will be described.
  • a transparent conductive film is formed on the first substrate by the above-described vapor deposition method, and is used as an entire surface common electrode. Further, a photo-alignment film material is applied on the common electrode, and a photo-alignment process is performed to form a first alignment film. A coating liquid for a reactive liquid crystal layer is applied on the first alignment film, and the reactive liquid crystal is aligned and fixed to form a reactive liquid crystal layer, thereby forming a reactive liquid crystal side substrate. On the second substrate, an X electrode and a y electrode are formed by patterning a transparent conductive film on a matrix, and a switching element and a pixel electrode are provided.
  • a material for a photo-alignment film is applied on the X electrode, the y electrode, the switching element, and the pixel electrode, and a photo-alignment process is performed to form a second alignment film, thereby forming a counter substrate.
  • the beads are dispersed as a spacer on the second alignment film of the counter substrate formed in this manner, and a sealant is applied around the beads to form a reactive liquid crystal layer on the liquid crystal side substrate and a photo alignment film on the counter substrate. And thermocompression bonding.
  • the injection rocker also injects the ferroelectric liquid crystal in a state of an isotropic liquid, and closes the injection port with ultraviolet curing resin. Thereafter, the strongly dielectric liquid crystal can be oriented by slow cooling.
  • the liquid crystal display device of the present invention can be obtained by attaching polarizing plates above and below the thus obtained liquid crystal cell.
  • the liquid crystal display element of the present invention is preferably driven by an active matrix method using a thin film transistor (TFT). Further, a color liquid crystal display element by employing a color filter method or a field sequential color method may be used. it can.
  • TFT thin film transistor
  • color display is possible by disposing a micro color filter on the TFT substrate side or the common electrode substrate side. However, by utilizing the high-speed response of the ferroelectric liquid crystal, the micro color filter can be formed. Use in combination with an LED light source enables color display by the field sequential color system.
  • the liquid crystal display device of the present invention can align ferroelectric liquid crystals without causing alignment defects, and therefore has a high-speed response with a wide viewing angle.
  • High-definition color display can be realized.
  • the liquid crystal display device of the present invention is preferably driven by a field sequential color system.
  • the field sequential color method is a method in which one pixel is time-divided, and a high-speed response is particularly required to obtain good moving image display characteristics.
  • the ferroelectric liquid crystal it is preferable to use a material having a monostable property that expresses a chiral smectic C phase without passing through a cholesteric phase-spatial smectic A phase! No.
  • Such materials exhibit electro-optical characteristics in which the tilt of the liquid crystal molecules in the major axis direction is the same when a positive voltage is applied and when a negative voltage is applied, and the light transmittance with respect to the applied voltage is asymmetric. .
  • This characteristic is referred to herein as half-V shaped switching (HV-shaped switching).
  • HV-shaped switching half-V shaped switching
  • the liquid crystal display element of the present invention can be basically driven by a force segment method driven by an active matrix method using a TFT.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above embodiment is merely an example, and any of those having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and having the same effect can be obtained. Are also included in the technical scope of the present invention.
  • a solution of 2% by weight of compound A dissolved in cyclopentanone was spin-coated at 4000 rpm for 30 seconds on two glass substrates coated with ITO. After drying in an oven at 180 ° C. for 10 minutes, the substrate was exposed to polarized ultraviolet light at 25 ° C. at an angle of 30 ° with respect to the substrate surface for 1 OOmiZcm 2 . Further, after laminating with solutions 30 seconds Spin coating at a rotation speed 4000rpm of the compound B 2 wt 0/0 dissolved in cyclopentanone on one substrate, and dried for 3 minutes at 55 ° C, non-polarized ultraviolet Was exposed at 55 ° C. to 100 mJZcm 2 .
  • a 1.5 ⁇ m spacer was sprayed on one of the substrates, and a sealing material was applied to the other substrate with a seal dispenser.
  • the substrate was assembled in an anti-parallel state parallel to the polarized UV irradiation direction, and thermocompression bonded.
  • the liquid crystal is "R2301" (manufactured by Clariant), and the liquid crystal is attached to the upper part of the injection port. Using an oven, the liquid is injected at a temperature 10 ° C to 20 ° C higher than the nematic phase isotropic phase transition temperature, and slowly injected When the temperature was returned to room temperature, monodomain alignment without alignment defects was obtained.
  • the compound B represented by the above formula II was used as the liquid crystal material of the reactive liquid crystal layer.
  • a polyimide “RN1199” manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. was spin-coated at 4000 rpm for 30 seconds on two glass substrates coated with ITO. After drying 180 ° C, 10 minutes in an oven, and the polarized ultraviolet LOOjZcm 2 exposed at 25 ° C. Furthermore, a solution of 2% by weight of compound B dissolved in cyclopentanone was applied to one substrate at a rotation speed of 4000 rpm for 30 seconds. Laminated by spin coating, dried for 3 minutes at 55 ° C, and LOOOmiZcm 2 exposed to non-polarized ultraviolet rays 55 ° C. Thereafter, the cell was assembled by the method described above, and liquid crystal was injected. As a result, monodomain alignment without alignment defects was obtained.
  • the compound A represented by the above formula I was used as the material of the alignment film, and the compound C represented by the following formula III was used as the liquid crystal material of the reactive liquid crystal layer.
  • a 2 wt% solution of compound A dissolved in cyclopentanone was spin-coated on two ITO-coated glass substrates at 4000 rpm for 30 seconds. After drying in an oven at 180 ° C. for 10 minutes, the substrate was exposed to polarized ultraviolet light at 25 ° C. at an angle of 30 ° with respect to the substrate surface for 1 OOmiZcm 2 . Further, after laminating by 30 seconds Spin coating at a rotation speed 4000rpm a solution of Compound C of 2 wt 0/0 dissolved in cyclopentanone on one substrate, and dried for 3 minutes at 55 ° C, non-polarized ultraviolet Was exposed at 55 ° C. to 100 mJZcm 2 . Thereafter, a cell was assembled by the method described above, and liquid crystal was injected. As a result, a monodomain orientation free from alignment defects was obtained.
  • the compound C represented by the above formula III was used as the liquid crystal material of the reactive liquid crystal layer.
  • Two glass substrates coated with ITO were spin-coated with Nissan Chemical Industries, Ltd. polyimide “RN1199” at 4000 rpm for 30 seconds. After drying 180 ° C, 10 minutes in an oven, and the polarized ultraviolet LOOjZcm 2 exposed at 25 ° C. Furthermore, a solution of 2% by weight of compound C dissolved in cyclopentanone was spin-coated at 4000 rpm for 30 seconds on one of the substrates, laminated and dried at 55 ° C for 3 minutes. ° was LOOOmiZcm 2 exposure in C. Thereafter, the cell was assembled by the method described above, and liquid crystal was injected. As a result, monodomain alignment without alignment defects was obtained.
  • Example 5 As a material of the alignment film, a compound A represented by the above formula I is used, and as a liquid crystal material of the reactive liquid crystal layer, a compound B represented by the above formula ⁇ ⁇ ⁇ and a compound c represented by the above formula m are used. Using.
  • a solution of 2% by weight of compound A dissolved in cyclopentanone was spin-coated on two ITO-coated glass substrates at 4000 rpm for 30 seconds. After drying in an oven at 180 ° C. for 10 minutes, the substrate was exposed to polarized ultraviolet light at 25 ° C. at an angle of 30 ° with respect to the substrate surface for 1 OOmiZcm 2 .
  • the compound A represented by the above formula I was used as a material for the alignment film.
  • a 2 wt% solution of compound A dissolved in cyclopentanone was spin-coated on two ITO-coated glass substrates at 4000 rpm for 30 seconds. Furthermore, when a cell was assembled by the method described above and liquid crystal was injected, monodomain alignment was not obtained, and alignment defects such as double domains, zigzag defects, and hairpin defects occurred.
  • a polyimid “RN1199” manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. was spin-coated on two glass substrates coated with ITO at 4000 rpm for 30 seconds. After drying 180 ° C, 10 minutes in an oven, and the polarized ultraviolet LOOjZcm 2 exposed at 25 ° C. Thereafter, when a cell was assembled by the method described above and liquid crystal was injected, monodomain alignment was not obtained, and alignment defects such as double domains, zigzag defects, and hairpin defects occurred.

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Abstract

　本発明は、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子において、ダブルドメイン等の配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができ、相転移温度以上に昇温しても配向の乱れが生じにくい配向安定性に優れた液晶表示素子を提供することを主目的とする。 　本発明は、第１基板と、上記第１基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成された第１配向膜と、上記第１配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層とを有する反応性液晶側基板、および、第２基板と、上記第２基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成された第２配向膜とを有する対向基板を、上記反応性液晶側基板の反応性液晶層と上記対向基板の第２配向膜とが向かい合うように配置し、上記反応性液晶側基板および上記対向基板間に強誘電性液晶を挟持してなることを特徴とする液晶表示素子を提供することにより、上記目的を達成するものである。

Description

明 細 書
：液晶表示素子
技術分野
[0001] 本発明は、強誘電性液晶の配向を制御した液晶表示素子に関するものである。
背景技術
[0002] 液晶表示素子は薄型で低消費電力などと!/ヽつた特徴から、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 、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!/、るとは 、えな!/、。
[0003] 強誘電性液晶（FLC)は、応答速度が μ sオーダーと極めて短ぐ高速デバイスに 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ゥオルにより提唱された電 圧非印加時に安定状態を二つ有する双安定性のものが広く知られているが（図 3)、 明、暗の 2状態でのスイッチングに限られ、メモリー性を有するものの、階調表示がで きな 、という問題を抱えて 、る。
[0004] 近年、電圧非印加時の液晶層の状態がひとつの状態で安定ィ匕している（以下、こ れを「単安定」と称する。）強誘電性液晶が、電圧変化により液晶のダイレクタ (分子軸 の傾き)を連続的に変化させ透過光度をアナログ変調することで階調表示を可能とす るものとして注目されている（非特許文献 1、図 3)。このような単安定性を示す液晶と しては、通常コレステリック相（Ch)—力イラルスメタチック C相（SmC*)と相変化し、ス メタチック A相 (SmA)を経由しない強誘電性液晶が用いられる。
[0005] 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 ぐジグザグ欠陥やヘアピン欠陥と呼ばれる欠陥が発生しやすぐこのような欠陥は、 光漏れによるコントラスト低下の原因になる。特に、 SmA相を経由しない強誘電性液 晶は、層法線方向の異なる二つの領域 (以下、これを「ダブルドメイン」と称する。）が 発生する（図 4)。このようなダブルドメインは、駆動時に白黒反転した表示になり、大 きな問題となる（図 5)。ダブルドメインを改善する方法として、液晶セルをコレステリッ ク相以上の温度に加熱し、直流電圧を印加したまま徐々に冷却する電界印加徐冷 法が知られているが（非特許文献 2)、この方法では、再度相転移点以上に温度が上 力 と配向乱れが生じてしまい、また、画素電極の間の電界が作用しない部分で配 向乱れが発生する等の問題がある。
[0006] 液晶の配向処理技術としては、配向膜を用いるものがあり、その方法としてはラビン グ法と光配向法とがある。ラビング法は、ポリイミド膜をコートした基板をラビング処理 してポリイミド高分子鎖をラビング方向に配向させることによりその膜上の液晶分子を 配向させるものである。ラビング法は、ネマチック液晶の配向制御に優れており、一般 に工業的にも用いられている技術である。また、光配向法は、高分子または単分子に 偏光を制御した光を照射し、光励起反応 (分解、異性化、二量化)を生じさせて高分 子膜に異方性を付与することによりその膜上の液晶分子を配向させるものである。し 力しながら、どちらの方法を用いてもダブルドメインの発生を抑制することは困難であ り、モノドメイン配向を得ることは難しい。
[0007] また、単安定性を有するものではないが、強誘電性液晶の配向欠陥を改善する方 法として、特許文献 1には、上下の配向膜に光配向処理を施した後、それぞれの配 向膜上にネマチック液晶を塗布して配向させ固定ィ匕することによりネマチック液晶層 を形成し、このネマチック液晶層を配向膜として作用させることにより、強誘電性液晶 を配向させる方法が開示されている。しかしながら、この方法は単安定性を有する強 誘電性液晶の配向欠陥の発生を抑制するものではなぐダブルドメインを改善する方 法にっ ヽては述べられて ヽな 、。
[0008] 一方、近年、フルカラーの液晶表示素子の開発が活発に行われて 、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力 ラー方式がある。カラーフィルタ方式は、ノ ックライトとして白色光源を用い、 R-G-B のマイクロカラーフィルタを各画素に付随させることによりカラー表示を実現させるも のである。これに対し、フィールドシーケンシャルカラー方式は、バックライトを R'G'B •R'G'B と時間的に切り替え、それに同期させて強誘電性液晶の白黒シャッター を開閉し、網膜の残像効果により色を時間的に混合させ、これによりカラー表示を実 現させるものである。このフィールドシーケンシャルカラー方式は、 1画素でカラー表 示ができ、透過率の低いカラーフィルタを用いなくてすむので、カラー表示の高精細 化が可能となり、低消費電力および低コストを実現することができる点で有用である。 しかしながら、フィールドシーケンシャルカラー方式は 1画素を時間分割するものであ るので、良好な動画表示特性を得るためには白黒シャッターとしての液晶が高速応 答性を有して ヽることが必要である。強誘電性液晶を用いればこの課題は解決しうる 力 上述のように強誘電性液晶は配向欠陥が生じやすいという問題があり、実用化に は至っていない。
[0009] 特許文献 1：特表 2002— 532755号公報
非特許文献 l :NONAKA, T" LI, J., OGAWA, A" HORNUNG, B" SCHMIDT, W.，
WINGEN, R" and DUBAL, H" 1999, Liq. Cryst., 26, 1599.
非特許文献 2 : PATEL, J" and GOODBY, J. W" 1986, J. Appl. Phys., 59, 2355. 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] 本発明は、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子にお!ヽて、ダブルドメイン等の配 向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができ、相転 移温度以上に昇温しても配向の乱れが生じにくい配向安定性に優れた液晶表示素 子を提供することを主目的とする。
課題を解決するための手段
[0011] 上記目的を達成するために、本発明は、第 1基板と、上記第 1基板上に形成された 電極層と、上記電極層上に形成された第 1配向膜と、上記第 1配向膜上に形成され、 反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層とを有する反応性液晶側基板、および、 第 2基板と、上記第 2基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成された第 2 配向膜とを有する対向基板を、上記反応性液晶側基板の反応性液晶層と上記対向 基板の第 2配向膜とが向かい合うように配置し、上記反応性液晶側基板および上記 対向基板間に強誘電性液晶を挟持してなることを特徴とする液晶表示素子を提供す る。
[0012] 本発明によれば、反応性液晶層は、第 1配向膜により配向した反応性液晶を固定 化してなるものであるので、強誘電性液晶を配向させるための配向膜として機能する ことができる。また、反応性液晶は、強誘電性液晶と構造が比較的類似していること から、強誘電性液晶との相互作用が強くなり、配向膜のみを用いた場合よりも効果的 に強誘電性液晶の配向を制御することができる。したがって、第 1配向膜上に反応性 液晶層を形成することにより、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制し、強誘電 性液晶のモノドメイン配向を得ることができる。また、電圧印加徐冷方式によらずに、 配向膜および反応性液晶層を用いて配向処理を行うものであるので、相転移温度以 上に昇温してもその配向を維持し、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制するこ とができると!、う利点を有する。
[0013] また本発明においては、上記第 2配向膜上に、反応性液晶を固定化してなる第 2反 応性液晶層が形成されていてもよぐこの場合、上記反応性液晶層を構成する反応 性液晶および上記第 2反応性液晶層を構成する反応性液晶は、異なる組成であるこ とが好ましい。反応性液晶は、上述したように配向膜のみを用いた場合よりも効果的 に強誘電性液晶の配向を制御することができるからである。また、上記反応性液晶層 を構成する反応性液晶および上記第 2反応性液晶層を構成する反応性液晶が異な る組成であることにより、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制し、強誘電性液晶 のモノドメイン配向を得ることができる力もである。
[0014] 上記発明においては、上記反応性液晶層は、ネマチック相を発現するものであるこ とが好ましい。ネマチック相は、液晶相の中でも配向制御が比較的容易である力もで ある。
[0015] また上記発明にお 、ては、上記反応性液晶は、重合性液晶モノマーを有すること が好ましい。重合性液晶モノマーは、他の重合性液晶材料、すなわち重合性液晶ォ リゴマーや重合性液晶ポリマーと比較して、より低温で配向が可能であり、かつ配向 に際しての感度も高ぐ容易に配向させることができる力もである。
[0016] さらに上記発明においては、上記重合性液晶モノマーは、モノアクリレートモノマー またはジアタリレートモノマーであることが好まし 、。モノアクリレートモノマーまたはジ アタリレートモノマーは、配向状態を良好に維持したまま容易に重合させることができ るカゝらである。 [0017] さらにまた上記発明においては、上記ジアタリレートモノマーは、下記式（1)で表さ れる化合物であることが好まし 、。
[0018] [化 1]
Figure imgf000007_0001
(1)
[0019] ここで、式中の Xは、水素、炭素数 1一 20のアルキル、炭素数 1一 20のァルケ-ル 、炭素数 1一 20のアルキルォキシ、炭素数 1一 20のアルキルォキシカルボ-ル、ホ ルミル、炭素数 1一 20のアルキルカルボ-ル、炭素数 1一 20のアルキルカルボ-ル ォキシ、ハロゲン、シァノまたは-トロを表し、 mは 2— 20の範囲内の整数を表す。
[0020] また上記発明においては、上記ジアタリレートモノマーは、下記式（2)で表される化 合物であることが好ましい。
[0021] [化 2]
Figure imgf000007_0002
[0022] ここで、式中の Z および Z は、各々独立して直接結合している COO OCO
O — CH CH CH = CH — C≡C OCH - CH O- CH CH COO - OCOCH CH—を表し、 mは 0または 1を表し、 nは 2— 8の範囲内の整数
2
を表す。
[0023] また本発明においては、上記第 1配向膜および上記第 2配向膜が、光配向膜であ ることが好ましい。光配向膜を形成する際の光配向処理は、非接触配向処理である ことから静電気や塵の発生がなぐ定量的な配向処理の制御ができる点で有用であ るカゝらである。
[0024] さらに本発明においては、上記強誘電性液晶は、単安定性を示すものであることが 好ましい。強誘電性液晶として単安定性を示すものを用いることにより、種々の用途 に効果的に用いることができるからである。 [0025] また本発明にお ヽては、上記強誘電性液晶は、相系列にスメクチック A相を持たな いものであることが好ましい。上述したように、相系列にスメクチック A相を持たない強 誘電性液晶は、ダブルドメイン等の配向欠陥を生じやすいが、反応性液晶層と第 2配 向膜との間に強誘電性液晶を挟むことにより、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を 抑制することができ、本発明に用いることにより顕著な効果を奏する力もである。
[0026] さらに本発明においては、上記強誘電性液晶は、単一相を構成するものであること が好ましい。本発明の液晶表示素子は、単一相の強誘電性液晶を用いても良好な 配向を得ることができ、配向を制御するために、高分子安定化法などの手法を用いる 必要がなぐ製造プロセスが容易となり、駆動電圧を低くすることができるという利点を 有するからである
[0027] また、本発明の液晶表示素子は、薄膜トランジスタ (TFT)を用いたアクティブマトリ ックス方式により駆動させることが好ましい。 TFT素子を用いたアクティブマトリックス 方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため高品質なディ スプレイが可能となるからである。さらに、一方の基板上に TFT素子をマトリックス状 に配置してなる TFT基板と、他方の基板上の表示部全域に共通電極を形成してなる 共通電極基板とを組み合わせ、上記共通電極基板の共通電極と基板との間に TFT 素子のマトリックス配置させたマイクロカラーフィルタを形成し、カラーの液晶表示素 子として用いることちでさる。
[0028] さらに、本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動 させることが好ましい。上記液晶表示素子は、応答速度が速ぐ配向欠陥を生じること なく強誘電性液晶を配向させることができるので、フィールドシーケンシャルカラー方 式により駆動させることにより、視野角が広ぐ高精細なフルカラーの動画表示を実現 することができるカゝらである。
発明の効果
[0029] 本発明の液晶表示素子は、ジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥やダブルドメイン等の配向 欠陥が形成されることなく強誘電性液晶を配向させることができ、相転移温度以上に 昇温しても配向の乱れが生じにくい配向安定性に優れた液晶表示素子を得ることが できると ヽつた効果を奏する。 図面の簡単な説明
[0030] [図 1]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]本発明の液晶表示素子の一例を示す概略斜視図である。
[図 3]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。
[図 4]強誘電性液晶の有する相系列の相違による配向欠陥の違いを示した図である
[図 5]強誘電性液晶の配向欠陥であるダブルドメインを示した写真である。
符号の説明
[0031] la … 第 1基板
lb … 第 2基板
2a 2b … 電極層
3a … 第 1配向膜
3b … 第 2配向膜
4 … 反応'性液晶層
5 … 液晶層
6a, 6b … 偏光板
11 … 反応性液晶側基板
12 … 対向基板
発明を実施するための最良の形態
[0032] 以下、本発明の液晶表示素子について詳細に説明する。
本発明の液晶表示素子は、第 1基板と、上記第 1基板上に形成された電極層と、上 記電極層上に形成された第 1配向膜と、上記第 1配向膜上に形成され、反応性液晶 を固定化してなる反応性液晶層とを有する反応性液晶側基板、および、第 2基板と、 上記第 2基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成された第 2配向膜とを 有する対向基板を、上記反応性液晶側基板の反応性液晶層と上記対向基板の第 2 配向膜とが向かい合うように配置し、上記反応性液晶側基板および上記対向基板間 に強誘電性液晶を挟持してなることを特徴とするものである。
[0033] このような本発明の液晶表示素子について図面を参照しながら説明する。図 1は、 本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。図 1に示すように、本発明 の液晶表示素子は、第 1基板 laと、この第 1基板 la上に形成された電極層 2aと、こ の電極層 2a上に形成された第 1配向膜 3aと、この第 1配向膜 3a上に形成された反応 性液晶層 4とを有する反応性液晶側基板 11、および、第 2基板 lbと、この第 2基板 1 b上に形成された電極層 2bと、この電極層 2b上に形成された第 2配向膜 3bとを有す る対向基板 12を有している。さらに、反応性液晶側基板 11の反応性液晶層 4と対向 基板 12の第 2配向膜 3bとの間には強誘電性液晶が挟持され、液晶層 5が構成され ている。
[0034] また、反応性液晶層 4は第 1配向膜 3a上に形成されることから、反応性液晶層 4を 構成する反応性液晶は上記第 1配向膜 3aにより配向しており、この反応性液晶を例 えば紫外線により重合させて反応性液晶の配向状態を固定ィヒすることにより反応性 液晶層 4が形成されている。このように、反応性液晶層 4は反応性液晶の配向状態が 固定ィ匕されているものであるので、液晶層 5を構成する強誘電性液晶を配向させる配 向膜としての作用を有することとなる。さらに、反応性液晶層を構成する反応性液晶 は、強誘電性液晶と構造が比較的類似していることから、強誘電性液晶との相互作 用が強くなるため、配向膜のみを用いた場合よりも効果的に配向を制御することがで きる。
[0035] 本発明の液晶表示素子は、このように上下の配向膜の一方に反応性液晶層を形 成することにより、ダブルドメイン等の配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶を 配向させることができるという効果を奏する。また、電圧印加徐冷方式によらずに、配 向膜および反応性液晶層を用いて配向処理を行うものであるので、相転移温度以上 に昇温してもその配向を維持し、ダブルドメイン等の配向欠陥の発生を抑制すること ができるという利点を有する。
[0036] また、本発明の液晶表示素子は、例えば図 1に示すように、第 1基板 laおよび第 2 基板 lbの外側には偏光板 6a、 6bが設けられていてもよぐこれにより入射光が直線 偏光となり液晶分子の配向方向に偏光した光のみを透過させることができる。上記偏 光板 6aおよび 6bは、偏光方向が 90° ねじれて配置されている。これにより、電圧非 印加状態と印加状態における液晶分子の光軸の方向ゃ複屈折率の大きさを制御し 、強誘電性液晶分子を白黒シャッターとして用いることにより、明状態と暗状態をつく ることができる。例えば、電圧非印加状態では、偏光板 6aを液晶分子の配向と揃うよ うに設置することにより、偏光板 6aを透過した光は、偏光方向を 90° 回転することが できず、偏光板 6bにより遮断され、暗状態となる。これに対し、電圧印加状態では、 液晶分子の配向を偏光板 6a、 6bに対し角度 Θ (望ましくは Θ =45° )を持つように 設置することにより、液晶分子により光の偏光方向が 90° ねじれて偏光板 6bを透過 し、明状態となる。このように本発明の液晶表示素子は、強誘電性液晶を白黒シャツ ターとして用いるものであるので、応答速度を速くすることができるという利点を有する
[0037] また、本発明の液晶表示素子は、例えば図 2に示すように、対向基板 12を薄膜トラ ンジスタ (TFT) 7がマトリックス状に配置された TFT基板とし、反応性液晶側基板 11 を共通電極 8aが全域に形成された共通電極基板として、この 2つの基板を組み合わ せたものであることが好まし 、。このような TFTを用いたアクティブマトリックス方式の 液晶表示素子について以下に説明する。
[0038] 図 2においては、反応性液晶側基板 11は電極層が共通電極 8aであり、共通電極 基板となっており、一方、対向基板 12は電極層が X電極 8b、 y電極 8cおよび画素電 極 8dから構成され、 TFT基板となっている。このような液晶表示素子において、 X電 極 8bおよび y電極 8cはそれぞれ縦横に配列して!/、るものであり、これらの電極に信 号を加えることにより TFT素子 7を作動させ、強誘電性液晶を駆動させることができる 。 X電極 8bおよび y電極 8cが交差した部分は、図示しないが絶縁層で絶縁されてお り、 X電極 8bの信号と y電極 8cの信号とは独立に動作することができる。 X電極 8bおよ び y電極 8cにより囲まれた部分は、本発明の液晶表示素子を駆動する最小単位であ る画素であり、各画素には少なくとも 1つ以上の TFT素子 7および画素電極 8dが形 成されている。本発明の液晶表示素子では、 X電極 8bおよび y電極 8cに順次信号電 圧をカ卩えることにより、各画素の TFT素子 7を動作させることができる。なお、図 2にお V、ては液晶層および第 2配向膜を省略して 、る。
[0039] さらに、本発明の液晶表示素子は、上記共通電極 8aと第 1基板 laとの間に TFT素 子をマトリックス状に配置させたマイクロカラーフィルタを形成し、カラーディスプレイと して用いることちでさる。
[0040] 図 2にお ヽては共通電極 8aが形成されて ヽる側を反応性液晶側基板 11、 TFT素 子 7や画素電極 8d等が形成されている側を対向基板 12としているが、本発明の液晶 表示素子はこのような構成に限定されるものではなぐ共通電極が形成されている側 を対向基板とし、 TFT素子や画素電極等が形成されて ヽる側を反応性液晶側基板 としてちよい。
このような本発明の液晶表示素子の各構成部材について以下に詳細に説明する。
[0041] 1.液晶表示素子の構成部材
(1)反応性液晶側基板
まず、反応性液晶側基板について説明する。本発明における反応性液晶側基板 は、第 1基板と、この第 1基板上に形成された電極層と、この電極層上に形成された 第 1配向膜と、この第 1配向膜上に形成された反応性液晶層とを有するものである。 以下、このような反応性液晶側基板の各構成にっ 、て説明する。
[0042] (i)反応性液晶層
本発明に用いられる反応性液晶層は、第 1配向膜上に形成され、反応性液晶を固 定ィ匕してなるものである。反応性液晶は、第 1配向膜により配向しており、例えば紫外 線を照射して反応性液晶を重合させ、その配向状態を固定ィヒすることにより反応性 液晶層が形成される。このように本発明において、反応性液晶層は反応性液晶の配 向状態を固定ィ匕してなるものであるので、強誘電性液晶を配向させるための配向膜 として機能することができる。また、反応性液晶は固定ィ匕されているため、温度等の 影響を受けないという利点を有する。さらに、反応性液晶は、強誘電性液晶と構造が 比較的類似しており、強誘電性液晶との相互作用が強くなるため、配向膜のみを用 いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができる。
[0043] このような反応性液晶としては、ネマチック相を発現するものであることが好ましい。
ネマチック相は、液晶相の中でも配向制御が比較的容易である力もである。
[0044] また、反応性液晶は、重合性液晶材料を有することが好ま ヽ。これにより、反応性 液晶の配向状態を固定ィ匕することが可能になるからである。重合性液晶材料として は、重合性液晶モノマー、重合性液晶オリゴマー、および重合性液晶ポリマーのい ずれかを用いることができる力 本発明においては、重合性液晶モノマーが好適に 用いられる。重合性液晶モノマーは、他の重合性液晶材料、すなわち重合性液晶ォ リゴマーや重合性液晶ポリマーと比較して、より低温で配向が可能であり、かつ配向 に際しての感度も高ぐ容易に配向させることができる力もである。
[0045] 上記重合性液晶モノマーとしては、重合性官能基を有する液晶モノマーであれば 特に限定はされなぐ例えばモノアクリレートモノマー、ジアタリレートモノマー等が挙 げられる。また、これらの重合性液晶モノマーは単独で用いてもよぐ 2種以上を混合 して用いてもよい。
[0046] モノアクリレートモノマーとしては、例えば下記式で表される化合物を例示すること ができる。
[0047] [化 3]
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0002
[0048] 上記式にお!ヽて、 A、 B、 D、 Eおよび Fはベンゼン、シクロへキサンまたはピリミジン を表し、これらはハロゲン等の置換基を有していてもよい。また、 Aおよび B、あるいは Dおよび Eは、アセチレン基、メチレン基、エステル基等の結合基を介して結合してい てもよい。 M1および M2は、水素原子、炭素数 3— 9のアルキル基、炭素数 3— 9のァ ルコキシカルボ-ル基、またはシァノ基のいずれであってもよい。さらに、分子鎖末端 のアタリロイルォキシ基と Aまたは Dとは、炭素数 3— 6のアルキレン基等のスぺーサ 一を介して結合して ヽてもよ ヽ。
[0049] また、ジアタリレートモノマーとしては、例えば下記式に示すような化合物を挙げるこ とがでさる。 [0050] [化 4]
Figure imgf000014_0001
[0051] [化 5]
Figure imgf000014_0002
[0052] 上記式において、 Xおよび Yは、水素、炭素数 1一 20のアルキル、炭素数 1一 20の ァルケ-ル、炭素数 1一 20のアルキルォキシ、炭素数 1一 20のアルキルォキシカル ボ -ル、ホルミル、炭素数 1一 20のアルキルカルボ-ル、炭素数 1一 20のアルキル力 ルボニルォキシ、ハロゲン、シァノまたは-トロを表す。また、 mは 2— 20の範囲内の 整数を表す。
[0053] さらに、ジアタリレートモノマーとしては、例えば下記式に示すような化合物を挙げる ことちでさる。
[0054] [化 6]
Figure imgf000014_0003
[0055] 上記式において、 Z および Z は、各々独立して直接結合している— COO O
CO- - o_ _CH CH _CH = CH_ _C≡C_ - OCH - CH O- - CH
2 2 2
CH COO- OCOCH CH—を表す。また、 mは 0または 1を表し、 nは 2— 8の範 囲内の整数を表す。
[0056] 本発明にお 、ては、中でも上記式（1)および上記式（2)で表される化合物が好適 に用いられる。また、上記式（1)に示す化合物の場合、 Xとしては、炭素数 1一 20の アルキルォキシカルボニル、メチルまたは塩素であることが好ましぐ中でも炭素数 1 20のアルキルォキシカルボ-ル、特に CH (CH ) OCOであることが好ましい [0057] 本発明に用いられる重合性液晶モノマーは、上記の中でもジアタリレートモノマー であることが好ましい。ジアタリレートモノマーは、配向状態を良好に維持したまま容 易〖こ重合させることができる力らである。
[0058] 上述した重合性液晶モノマーはそれ自体がネマチック相を発現するものでなくても よい。本発明において、これらの重合性液晶モノマーは上述したように 2種以上を混 合して用いてもよいものであり、これらを混合した組成物すなわち反応性液晶が、ネ マチック相を発現するものであればよいからである。
[0059] さらに本発明においては、必要に応じて上記反応性液晶に光重合開始剤や重合 禁止剤を添加してもよい。例えば、電子線照射により重合性液晶材料を重合させる 際には、光重合開始剤が不要な場合はあるが、一般的に用いられている例えば紫外 線照射による重合の場合においては、通常光重合開始剤が重合促進のために用い られる力 である。
[0060] 本発明に用いることができる光重合開始剤としては、ベンジル (ビベンゾィルとも言う )、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフエノン、 ベンゾィル安息香酸、ベンゾィル安息香酸メチル、 4一べンゾィルー 4,ーメチルジフエ -ルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルァミノメチルベンゾエート、 2-n —ブトキシェチルー 4ージメチルァミノべンゾエート、 p—ジメチルァミノ安息香酸イソアミ ル、 3, 3' ジメチルー 4ーメトキシベンゾフエノン、メチロベンゾィルフォーメート、 2—メ チルー 1— (4— (メチルチオ）フエ-ル）—2 モルフォリノプロパン 1 オン、 2—べンジ ルー 2—ジメチルァミノ— 1— (4—モルフォリノフエ-ル) ブタン 1 オン、 1— (4ードデシ ルフエ-ル）—2—ヒドロキシー 2—メチルプロパン— 1 オン、 1ーヒドロキシシクロへキシル フエ二ルケトン、 2—ヒドロキシー 2—メチルー 1 フエニルプロパン 1 オン、 1— (4 イソ プロピルフエニル）—2—ヒドロキシー 2—メチルプロパン 1 オン、 2—クロ口チォキサント ン、 2, 4 ジェチルチオキサントン 2, 4—ジイソプロピルチォキサントン、 2, 4 ジメチ ルチオキサントン、イソプロピルチォキサントン、 1 クロロー 4 プロポキシチォキサント ン等を挙げることができる。なお、光重合開始剤の他に増感剤を、本発明の目的が 損なわれな!/、範囲で添加することも可能である。
[0061] このような光重合開始剤の添カ卩量としては、一般的には 0. 01— 20重量％、好まし くは 0. 1— 10重量％、より好ましくは 0. 5— 5重量％の範囲で上記反応性液晶に添 カロすることがでさる。
[0062] 本発明に用いられる反応性液晶層の厚みは、 lnm— lOOOnmの範囲内であること が好ましぐより好ましくは 3nm— lOOnmの範囲内である。反応性液晶層が上記範 囲を超えて厚くなると必要以上の異方性が生じてしま 、、また上記範囲より薄 、と所 定の異方性が得られない場合があるからである。したがって、反応性液晶層の厚み は、必要な異方性に準じて決定すればよい。
[0063] 次に、反応性液晶層の形成方法について説明する。反応性液晶層は、第 1配向膜 上に上記反応性液晶を含む反応性液晶層用塗工液を塗布し、配向処理を行い、上 記反応性液晶の配向状態を固定ィ匕することにより形成することができる。
[0064] また、反応性液晶層用塗工液を塗布するのではなぐドライフィルム等を予め形成し 、これを第 1配向膜上に積層する方法も用いることができるが、本発明においては、 反応性液晶を溶媒に溶解させて反応性液晶層用塗工液を調製し、これを第 1配向 膜上に塗布し、溶媒を除去する方法を用いることが好ましい。この方法は、工程上比 較的簡便であるからである。
[0065] 上記反応性液晶層用塗工液に用いる溶媒としては、上記反応性液晶等を溶解す ることができ、かつ第 1配向膜の配向能を阻害しないものであれば特に限定はされな い。例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、 n ブチルベンゼン、ジェチルベンゼン、 テトラリン等の炭化水素類;メトキシベンゼン、 1, 2—ジメトキシベンゼン、ジエチレング リコールジメチルエーテル等のエーテル類；アセトン、メチルェチルケトン、メチルイソ ブチルケトン、シクロへキサノン、 2, 4 ペンタンジオン等のケトン類；酢酸ェチル、プ ロピレングリコーノレモノメチノレエーテノレアセテート、プロピレングリコーノレモノェチノレエ 一テルアセテート、 Ύ—ブチ口ラタトン等のエステル類； 2—ピロリドン、 Ν—メチルー 2—ピ 口リドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルァセトアミド等のアミド系溶媒; t ブチルアル コール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノァセチン、エチレングリコール、トリエ チレングリコール、へキシレングリコール等のアルコール類；フエノール、ノ ラタロロフ ェノール等のフエノール類；メチルセ口ソルブ、ェチノレセロソノレブ、ブチノレセロソノレブ、 エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のセロソルブ類等の 1種または 2 種以上が使用可能である。
[0066] また、単一種の溶媒を使用しただけでは、上記反応性液晶等の溶解性が不十分で あったり、上述したように第 1配向膜が侵食されたりする場合がある。しかしながら、 2 種以上の溶媒を混合使用することにより、この不都合を回避することができる。上記 の溶媒のなかにあって、単独溶媒として好ましいものは、炭化水素類とダリコールモノ エーテルアセテート系溶媒であり、混合溶媒として好ましいのは、エーテル類または ケトン類と、グリコール系溶媒との混合系である。反応性液晶層用塗工液の濃度は、 反応性液晶の溶解性や、形成しょうとする反応性液晶層の厚みに依存するためー概 には規定できないが、通常は 0. 1— 40重量％、好ましくは 1一 20重量％の範囲で調 整される。反応性液晶層用塗工液の濃度が上記範囲より低いと、反応性液晶が配向 しにくくなる可能性があり、逆に反応性液晶層用塗工液の濃度が上記範囲より高いと 、反応性液晶層用塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなる場合 があるからである。
[0067] さらに、上記反応性液晶層用塗工液には、本発明の目的を損なわない範囲内で、 下記に示すような化合物を添加することができる。添加できる化合物としては、例えば 、多価アルコールと 1塩基酸または多塩基酸を縮合して得られるポリエステルプレポリ マーに、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリエステル (メタ）アタリレート；ポリオ ール基と 2個のイソシァネート基を持つ化合物を互いに反応させた後、その反応生成 物に (メタ)アクリル酸を反応させて得られるポリウレタン (メタ）アタリレート；ビスフエノ ール A型エポキシ榭脂、ビスフエノール F型エポキシ榭脂、ノボラック型エポキシ榭脂 、ポリカルボン酸ポリグリシジルエステル、ポリオ一ルポリグリシジルエーテル、脂肪族 または脂環式エポキシ榭脂、ァミンエポキシ榭脂、トリフエノールメタン型エポキシ榭 脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ榭脂等のエポキシ榭脂と、（メタ）アクリル酸を反 応させて得られるエポキシ (メタ)アタリレート等の光重合性ィ匕合物；アクリル基ゃメタク リル基を有する光重合性の液晶性化合物等が挙げられる。上記反応性液晶に対す るこれら化合物の添加量は、本発明の目的が損なわれない範囲で選択される。これ らの化合物の添加により、反応性液晶の硬化性が向上し、得られる反応性液晶層の 機械強度が増大し、またその安定性が改善される。 [0068] このような反応性液晶層用塗工液を塗布する方法としては、スピンコート法、ロール コート法、プリント法、ディップコート法、カーテンコート法 (ダイコート法)、キャスティン グ法、バーコート法、ブレードコート法、スプレーコート法、グラビアコート法、リバース コート法、押し出しコート法等が挙げられる。
[0069] また、上記反応性液晶層用塗工液を塗布した後は、溶媒を除去するのであるが、こ の溶媒の除去は、例えば、減圧除去もしくは加熱除去、さらにはこれらを組み合わせ る方法等により行われる。
[0070] 本発明においては、上述したように塗布された反応性液晶を、第 1配向膜により配 向させて液晶規則性を有する状態とする。すなわち、反応性液晶にネマチック相を 発現させる。これは、通常は N - 1転移点以下で熱処理する方法等の方法により行わ れる。ここで、 N— I転移点とは、液晶相から等方相へ転移する温度を示すものである
[0071] 上述したように、反応性液晶は重合性液晶材料を有するものであり、このような重合 性液晶材料の配向状態を固定ィ匕するには、重合を活性ィ匕する活性放射線を照射す る方法が用いられる。ここでいう活性放射線とは、重合性液晶材料に対して重合を起 こさせる能力がある放射線をいい、必要であれば重合性液晶材料内に光重合開始 剤が含まれていてもよい。
[0072] このような活性放射線としては、重合性液晶材料を重合せさることが可能な放射線 であれば特に限定されるものではな!/、が、通常は装置の容易性等の観点から紫外光 または可視光線が使用され、波長力 50— 500nm、好ましくは 250— 450nm、さら に好ましくは 300— 400nmの照射光が用いられる。
[0073] 本発明にお ヽては、光重合開始剤が紫外線でラジカルを発生し、重合性液晶材料 がラジカル重合するような重合性液晶材料に対して、紫外線を活性放射線として照 射する方法が好まし 、方法であると 、える。活性放射線として紫外線を用いる方法は 、既に確立された技術であることから、用いる光重合開始剤を含めて、本発明への応 用が容易であるからである。
[0074] この照射光の光源としては、低圧水銀ランプ (殺菌ランプ、蛍光ケミカルランプ、ブラ ックライト）、高圧放電ランプ (高圧水銀ランプ、メタルノヽライドランプ)、ショートアーク 放電ランプ (超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ)などが例示でき る。なかでもメタルノヽライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ等の使用が推奨さ れる。また、照射強度は、反応性液晶の組成や光重合開始剤の多寡によって適宜調 整されて照射される。
[0075] このような活性照射線の照射は、上記重合性液晶材料が液晶相となる温度条件で 行ってもよぐまた液晶相となる温度より低い温度で行ってもよい。ー且液晶相となつ た重合性液晶材料は、その後温度を低下させても、配向状態が急に乱れることはな いからである。
[0076] なお、重合性液晶材料の配向状態を固定ィ匕する方法としては、上記の活性放射線 を照射する方法以外にも、加熱して重合性液晶材料を重合させる方法も用いること ができる。この場合に用いられる反応性液晶としては、反応性液晶の N— I転移点以 下で、反応性液晶に含有される重合性液晶モノマーが熱重合するものであることが 好ましい。
[0077] (ii)第 1配向膜
次に、本発明に用いられる第 1配向膜について説明する。本発明に用いられる第 1 配向膜としては、上記反応性液晶を配向させることができ、さらに上記反応性液晶の 配向状態を固定ィ匕する際に悪影響を及ぼさないものであれば特に限定はされない。 例えばラビング処理、光配向処理等を施したものを用いることができる力 本発明に お!、ては光配向処理を施した光配向膜を用いることが好ま 、。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ぐ定量的な配向処理の制御がで きる点で有用であるからである。
[0078] なお、光配向膜の構成材料、および光配向処理方法等に関しては、後述する対向 基板の第 2配向膜の欄に記載するため、ここでの説明は省略する。
[0079] (iii)第 1基板
次に、本発明に用いられる第 1基板について説明する。本発明に用いる第 1基板は 、一般に液晶表示素子の基板として用いられるものであれば特に限定されるもので はなぐ例えばガラス板、プラスチック板などが好ましく挙げられる。上記第 1基板の表 面粗さ（RSM値）は、 lOnm以下であることが好ましぐより好ましくは 3nm以下、さら に好ましくは lnm以下の範囲内である。なお、本発明において上記表面粗さは、原 子間力顕微鏡 (AFM : ATOMIC FORCE MICROSCOPE)により測定すること ができる。
[0080] (iv)電極層
次に、本発明に用いられる電極層について説明する。本発明に用いる電極層は、 一般に液晶表示素子の電極として用いられているものであれば特に限定されるもの ではな!/ヽが、反応性液晶側基板および対向基板の電極層のうち少なくとも一方が透 明導電体で形成されることが好ましい。透明導電体材料としては、酸化インジウム、 酸化錫、酸化インジウム錫 (ITO)等が好ましく挙げられる。本発明の液晶表示素子 を、 TFTを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子とする場合には、反応性 液晶側基板および対向基板の電極層のうち、一方を上記透明導電体で形成される 全面共通電極とし、他方には X電極と y電極をマトリックス状に配列し、 X電極と y電極 で囲まれた部分に TFT素子および画素電極を配置する。この場合に、画素電極、 T FT素子、 X電極および y電極により形成される電極層の凹凸部の差は、 0. 以 下であることが好ましい。電極層の凹凸部の差が 0. を超えると、配向乱れを生 じゃすいからである。
[0081] 上記電極層は、上記第 1基板上に CVD法、スパッタリング法、イオンプレーティング 法等の蒸着方法により透明導電膜を形成することができ、これをマトリックス状にバタ 一-ングすることにより X電極および y電極を形成することができる。
[0082] (2)対向基板
次に、本発明に用いられる対向基板について説明する。本発明における対向基板 は、第 2基板と、この第 2基板上に形成された電極層と、この電極層上に形成された 第 2配向膜とを有するものである。以下、このような対向基板の各構成について説明 する。なお、第 2基板に関しては上記反応性液晶側基板の第 1基板の欄に記載した ものと同様であり、電極層に関しては上記反応性液晶側基板の電極層の欄に記載し たものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
[0083] (i)第 2配向膜
本発明に用いられる第 2配向膜としては、強誘電性液晶を配向させることができるも のであれば特に限定はされなぐ例えばラビング処理、光配向処理等を施したものを 用いることができる力 本発明にお 、ては光配向処理を施した光配向膜を用いること が好まし!/ヽ。光配向処理は非接触配向処理であることから静電気や塵の発生がなく 、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるからである。以下、このような光 配向膜について説明する。
[0084] (光配向膜）
光配向膜は、後述する光配向膜の構成材料を塗布した基板に偏光を制御した光を 照射し、光励起反応 (分解、異性化、二量化)を生じさせて得られた膜に異方性を付 与することによりその膜上の液晶分子を配向させるものである。
[0085] 本発明に用いられる光配向膜の構成材料は、光を照射して光励起反応を生じるこ と〖こより、強誘電性液晶を配向させる効果 (光配列性: photoaligning)を有するもの であれば特に限定されるものではなぐこのような材料としては、大きぐ分子の形状 のみが変化し可逆的な配向変化が可能な光異性化型と、分子そのものが変化する 光反応型とに分けることができる。
[0086] ここで、光異性化反応とは、光照射により単一の化合物が他の異性体に変化する 現象をいう。このような光異性ィ匕型材料を用いることにより、光照射により、複数の異 性体のうち安定な異性体が増加し、それにより光配向膜に容易に異方性を付与する ことができる。
[0087] また、上記光反応は、光照射により分子そのものが変化し、光配向膜の光配列性に 異方性を付与することができるものであればよいが、光配向膜への異方性の付与が より容易となることから、光二量ィ匕反応または光分解反応であることが好ましい。ここ で、光二量化反応とは、光照射により偏光方向に配向した反応部位力 Sラジカル重合 して分子 2個が重合する反応をいう。この反応により偏光方向の配向を安定ィ匕し、光 配向膜に異方性を付与することができる。一方、光分解反応とは、光照射により偏光 方向に配向したポリイミドなどの分子鎖を分解する反応をいう。この反応により偏光方 向に垂直な方向に配向した分子鎖を残し、光配向膜に異方性を付与することができ る。
[0088] 本発明においては、光配向膜の構成材料として、上記のなかでも、光二量化反応 または光分解反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する光反応型の材料 を用いることが好ましい。
[0089] 上記光配向膜の構成材料が光励起反応を生じる光の波長領域は、紫外光城の範 囲内、すなわち lOnm— 400nmの範囲内であることが好ましぐ 250nm— 380nm の範囲内であることがより好ましい。
[0090] 光異性ィ匕型材料としては、光異性ィ匕反応により光配向膜に異方性を付与すること ができる材料であれば特に限定されるものではないが、偏光方向により吸収を異に する二色性を有し、かつ、光照射により異性化反応を生じる光異性化反応性化合物 を含むことが好ま ヽ。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ィ匕を生じさせることにより、上記光配向膜に容易に異方 性を付与することができる。
[0091] 上記光異性化反応性化合物にお!ヽて、上記異性ィ匕反応は、シス トランス異性ィ匕 反応であることが好まし 、。光照射によりシス体またはトランス体の 、ずれかの異性体 が増加し、それにより光配向膜に異方性を付与することができるからである。
[0092] 本発明に用いられる光異性化反応性化合物としては、単分子化合物、または、光も しくは熱により重合する重合性モノマーを挙げることができる。これらは、用いられる 強誘電性液晶の種類に応じて適宜選択すればよいが、光照射により光配向膜に異 方性を付与した後、ポリマー化することにより、その異方性を安定化することができる こと力ら、重合性モノマーを用いることが好ましい。このような重合性モノマーのなかで も、光配向膜に異方性を付与した後、その異方性を良好な状態に維持したまま容易 にポリマー化できることから、アタリレートモノマー、メタタリレートモノマーであることが 好ましい。
[0093] このような光異性ィ匕反応性ィ匕合物としては、具体的には、ァゾベンゼン骨格ゃスチ 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。
[0094] 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ィ匕反応性ィ匕合物のな かでも、本発明に用いられる光異性化反応性化合物としては、分子内にァゾベンゼ ン骨格を有する化合物であることが好ましい。ァゾベンゼン骨格は、 π電子を多く含 むため、液晶分子との相互作用が高ぐ強誘電性液晶の配向制御に特に適している 力 である。
[0095] また、光二量ィ匕反応を利用した光反応型の材料としては、光二量化反応により光配 向膜に異方性を付与することができる材料であれば特に限定されるものではないが、 ラジカル重合性の官能基を有し、かつ、偏光方向により吸収を異にする二色性を有 する光二量化反応性化合物を含むことが好ま ヽ。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、光二量ィ匕反応性ィ匕合物の配向が安定ィ匕し、光配向膜 に容易に異方性を付与することができるからである。
[0096] 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、側鎖としてケィ皮酸エス 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力 選ばれる少なくとも 1種 の反応部位を有する二量ィ匕反応性ポリマーを挙げることができる。これらのなかでも 光二量ィ匕反応性ィ匕合物としては、側鎖としてケィ皮酸エステル、クマリンまたはキノリ ンの 、ずれかを含む二量ィ匕反応性ポリマーであることが好ま 、。偏光方向に配向 した α、 j8不飽和ケトンの二重結合が反応部位となってラジカル重合することにより、 光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。
[0097] 上記二量ィ匕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 V、ものであることが好まし!/、。
[0098] さらに、光分解反応を利用した光反応型の材料としては、例えば日産化学工業 (株 )製のポリイミド「RN1199」などを挙げることができる。
[0099] また、本発明に用いられる光配向膜の構成材料は、光配向膜の光配列性を妨げな い範囲内で添加剤を含んでいてもよい。上記添加剤としては、重合開始剤、重合禁 止剤などが挙げられる。
[0100] 次に、光配向処理方法について説明する。まず、電極層が設けられた第 2基板の 液晶層と対向する面上に、上述の光配向膜の構成材料を有機溶剤で希釈した塗工 液を塗布し、乾燥させる。この場合に、塗工液中の光二量ィ匕反応性ィ匕合物または光 異性化反応性化合物の含有量は、 0. 05重量％— 10重量％の範囲内であることが 好ましぐ 0. 2重量％— 2重量％の範囲内であることがより好ましい。含有量が上記 範囲より小さいと、配向膜に適度な異方性を付与することが困難となり、逆に含有量 が上記範囲より大きいと、塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくな るカゝらである。
[0101] 塗布法としては、スピンコート法、ロールコート法、ロッドバーコート法、スプレーコー ト法、エアナイフコート法、スロットダイコート法、ワイヤーバーコート法などを用いるこ とがでさる。
[0102] 上記構成材料を塗布することにより得られる膜の厚みは、 lnm— lOOOnmの範囲 内であることが好ましぐより好ましくは 3nm— lOOnmの範囲内である。膜の厚みが 上記範囲より薄いと十分な光配列性を得ることができない可能性があり、逆に厚みが 上記範囲より厚いとコスト的に不利になる場合があるからである。
[0103] 得られた膜は、偏光を制御した光を照射することにより、光励起反応を生じさせて異 方性を付与することができる。照射する光の波長領域は、用いられる光配向膜の構 成材料に応じて適宜選択すればよいが、紫外光域の範囲内、すなわち lOOnm— 40 Onm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
[0104] 偏光方向は、上記光励起反応を生じさせることができるものであれば特に限定され るものではな!/、が、強誘電性液晶の配向状態を良好なものとすることができることから 第 1配向膜および第 2配向膜共に基板面に対して斜め 0° — 45° の範囲内とするこ とが好ましぐより好ましくは 20° — 45° の範囲内とする。
[0105] さらに、光配向膜の構成材料として、上記の光異性ィ匕反応性ィ匕合物の中でも重合 性モノマーを用いた場合には、光配向処理を行った後、加熱することにより、ポリマー 化し、光配向膜に付与された異方性を安定ィ匕することができる。
[0106] (ii)第 2反応性液晶層
本発明においては、上記第 2配向膜上に、反応性液晶を固定化してなる第 2反応 性液晶層が形成されていてもよい。この場合、上記反応性液晶側基板の反応性液晶 層を構成する反応性液晶と、対向基板の第 2反応性液晶層を構成する反応性液晶と は、異なる組成であることが好ましい。反応性液晶は、上述したように、配向膜のみを 用いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができるからである。 また、上記反応性液晶層を構成する反応性液晶および上記第 2反応性液晶層を構 成する反応性液晶が異なる組成であることにより、ダブルドメイン等の配向欠陥の発 生を抑制し、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができるからである。
[0107] なお、第 2反応性液晶層に用いられる反応性液晶、および第 2反応性液晶層の形 成方法等については、上述した「（1)反応性液晶側基板 （i)反応性液晶層」の欄に 記載したものと同様である。
[0108] 本発明にお ヽては、上述した重合性モノマーの重合性官能基や置換基を種々選 択することにより、上記反応性液晶層を構成する反応性液晶および上記第 2反応性 液晶層を構成する反応性液晶の組成を異なるものとすることができる。この場合に、 上記 2つの反応性液晶に用いられる重合性モノマーの重合性官能基は同じであって も異なっていてもよい。また本発明においては、重合性モノマーを 2種以上組み合わ せて用いることもでき、それらの組み合わせを変えることによつても、組成を変化させ ることが可能である。さら〖こ、同一の組み合わせを用いる場合でも、それぞれの重合 性モノマーの含有量を変化させることにより、組成を異なるものとすることができる。
[0109] (3)液晶層
次に、本発明に用いられる液晶層について説明する。本発明における液晶層は、 強誘電性液晶を上記反応性液晶層および上記第 2配向膜により挟持させることによ り構成されている。上記液晶層に用いる強誘電性液晶は、カイラルスメタチックじ相（ SmC*)を発現するものであれば特に限定されるものではないが、強誘電性液晶の 相系列が、ネマチック相（N)—コレステリック相（Ch)—力イラルスメタチック C相（SmC *)、またはネマチック相（N)—力イラルスメタチック C相（SmC*)と相変化し、スメクチ ック A相 (SmA)を経由しな!、材料であることが好まし!/、。
[0110] 本発明の液晶表示素子をフィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させる場 合には、スメクチック A相を経由しない、単安定性を有する液晶材料を用いることが好 ましい。ここで、単安定性とは、上述したように電圧非印加時に 1つの安定状態のみ を有する性質をいい、特に、正負いずれかの電圧を印加したときにのみ液晶分子が 動作するハーフ V字駆動するもの力 白黒シャッターの開口時間を長くとることができ 、明る 、フルカラー表示を実現することができる点で好ま 、。
[0111] また、本発明においては、このようなスメクチック A相を経由しない、単安定性を有 する液晶材料を用いることにより、薄膜トランジスタ (TFT)を用いたアクティブマトリツ タス方式による駆動が可能になり、また、電圧変調により階調制御が可能になり、高 精細で高品位の表示を実現することができる。
[0112] また、本発明に用いられる強誘電性液晶としては、単一相を構成するものであること が好ましい。ここで単一相を構成するとは、高分子安定化法やポリマー安定化法など のように、ポリマーネットワークが形成されていないことをいう。このように、単一相の強 誘電性液晶を用いることにより、製造プロセスが容易となり、駆動電圧を低くすること ができるという利点がある。
[0113] 上記強誘電性液晶で構成される液晶層の厚みは、 1. — 3. O /z mの範囲内 であるのが好ましぐより好ましくは 1. — 2. 5 /z m、さらに好ましくは 1. — 2. O /z m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 るカゝらである。
[0114] 液晶層の形成方法としては、一般に液晶セルの作製方法として用いられる方法を 使用することができる。例えば、あらかじめ反応性液晶側基板および対向基板を作成 した液晶セルに、上記強誘電性液晶を加温することにより等方性液体とし、キヤビラリ 一効果を利用して注入し、接着剤で封鎖することにより液晶層を形成することができ る。上記液晶層の厚みは、ビーズなどのスぺーサ一により調整することができる。
[0115] (4)偏光板
次に、本発明に用いられる偏光板について説明する。本発明における偏光板は、 光の波動のうち特定方向のみを透過させるものであれば特に限定されるものではなく 、一般に液晶表示素子の偏光板として用いられているものを使用することができる。
[0116] 2.液晶表示素子の製造方法
次に、本発明の液晶表示素子の製造方法について説明する。本発明の液晶表示 素子は、液晶表示素子の製造方法として一般に用いられる方法により製造すること ができる。以下、本発明の液晶表示素子の製造方法の一例として、 TFT素子を用い たアクティブマトリックス方式の液晶表示素子の製造方法について説明する。
[0117] まず、第 1基板上に上述した蒸着方法により透明導電膜を形成し、全面共通電極と する。さらに、共通電極上に光配向膜材料を塗布し、光配向処理を施して第 1配向 膜を形成する。この第 1配向膜上に反応性液晶層用塗工液を塗布し、反応性液晶を 配向させて固定化することにより反応性液晶層を形成し、反応性液晶側基板とする。 また、第 2基板上には、透明導電膜をマトリックス上にパターユングすることにより X電 極、 y電極を形成し、スイッチング素子および画素電極を設置する。さらに、 X電極、 y 電極、スイッチング素子および画素電極上に光配向膜材料を塗布し、光配向処理を 施して第 2配向膜を形成し、対向基板とする。このようにして形成した対向基板の第 2 配向膜上にスぺーサ一としてビーズを分散させ、周囲にシール剤を塗布して反応性 液晶側基板の反応性液晶層と対向基板の光配向膜とが対向するように貼り合わせ、 熱圧着させる。そして、注入ロカもキヤ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榭脂等により封鎖する。その後、強誘 電性液晶は徐冷することにより配向させることができる。このようにして得られた液晶 セルの上下に偏光板を貼り付けることにより本発明の液晶表示素子を得ることができ る。
[0118] 3.液晶表示素子の用途
次に、本発明の液晶表示素子の用途について説明する。本発明の液晶表示素子 は、薄膜トランジスタ (TFT)を用いたアクティブマトリックス方式により駆動させること が好ましぐさらにカラーフィルタ方式またはフィールドシーケンシャルカラー方式を採 用することによりカラーの液晶表示素子とすることができる。本発明においては、 TFT 基板側または共通電極基板側にマイクロカラーフィルタを配置することにより、カラー 表示が可能であるが、強誘電性液晶の高速応答性を利用することにより、マイクロ力 ラーフィルタを用いることなぐ LED光源と組み合わせてフィールドシーケンシャル力 ラー方式によるカラー表示が可能になる。また、本発明の液晶表示素子を用いたカラ 一の液晶表示素子は、配向欠陥を生じることなく強誘電性液晶を配向させることがで きるので、視野角が広ぐ高速応答性を有し、高精細なカラー表示を実現することが できる。 [0119] これらのなかでも、本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方 式により駆動させることが好ましい。上述したように、フィールドシーケンシャルカラー 方式は、 1画素を時間分割するものであり、良好な動画表示特性を得るためには高 速応答性を特に必要とするからである。
[0120] この場合に、強誘電性液晶としては、コレステリック相力ゝらスメタチック A相を経由し な!、でカイラルスメタチック C相を発現する単安定特性を有する材料を用いることが好 ましい。このような材料は、正の電圧印加時と負の電圧印加時における液晶分子の 長軸方向の傾きが同じ方向であり、印加電圧に対する光透過率が非対称な電気光 学特性を示すものである。この特性を、本明細書においては、 half— V shaped swi tching (HV字型スイッチング）と称する。このような HV字型スイッチング特性を示す 材料を用いることにより、白黒シャッターとしての開口時間を十分に長くとることができ る。それにより時間的に切り替えられる各色をより明るく表示することができ、明るいフ ルカラーの液晶表示素子を実現することができる。
[0121] 上記強誘電性液晶が単安定性を示す場合、本発明の液晶表示素子は、基本的に は TFTを用いたアクティブマトリックス方式により駆動させる力 セグメント方式による 駆動も可能である。
[0122] 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。
実施例
[0123] 以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明する。
[0124] [実施例 1]
配向膜の材料としては、下記式 Iで表される化合物 Aを用い、反応性液晶層の液晶 材料としては、下記式 IIで表される化合物 Bを用いた。 [0125] [ィ匕 7]
Figure imgf000029_0001
[0126] シクロペンタノンに溶解した 2重量％の化合物 Aの溶液を ITOでコーティングされた 2枚のガラス基板に回転数 4000rpmで 30秒スピンコーティングした。オーブンで 18 0°C、 10分間乾燥させた後、偏光紫外線を 25°Cで基板面に対して 30° の角度より 1 OOmiZcm2露光した。さらに、片方の基板にシクロペンタノンに溶解した 2重量0 /0の 化合物 Bの溶液を回転数 4000rpmで 30秒スピンコーティングして積層し、 55°Cで 3 分間乾燥させた後、無偏光紫外線を 55°Cで lOOOmjZcm2露光した。その後、片方 の基板に 1. 5 μ mのスぺーサーを散布し、もう片方の基板にシール材をシールディ スペンサ一で塗布した。基板を偏光 UV照射方向と平行で、かつアンチパラレルの状 態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「R2301」（クラリアント社製)を用い、注入口 上部に液晶を付着し、オーブンを用いて、ネマチック相一等方相転移温度より 10°C 一 20°C高い温度で注入を行いゆっくりと常温に戻したところ、配向欠陥のないモノド メイン配向が得られた。
[0127] [実施例 2]
反応性液晶層の液晶材料としては、上記式 IIで表される化合物 Bを用いた。
[0128] 日産化学工業 (株)製のポリイミド「RN1199」を ITOでコーティングされた 2枚のガ ラス基板に回転数 4000rpmで 30秒スピンコーティングした。オーブンで 180°C、 10 分間乾燥させた後、偏光紫外線を 25°Cで lOOjZcm2露光した。さらに、片方の基板 にシクロペンタノンに溶解した 2重量％の化合物 Bの溶液を回転数 4000rpmで 30秒 スピンコーティングして積層し、 55°Cで 3分間乾燥させた後、無偏光紫外線を 55°Cで lOOOmiZcm2露光した。その後、上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入した ところ、配向欠陥のないモノドメイン配向が得られた。
[0129] [実施例 3]
配向膜の材料としては、上記式 Iで表される化合物 Aを用い、反応性液晶層の液晶 材料としては、下記式 IIIで表される化合物 Cを用いた。
[0130] [化 8]
0
° 0 0
[0131] シクロペンタノンに溶解した 2重量％の化合物 Aの溶液を ITOでコーティングされた 2枚のガラス基板に回転数 4000rpmで 30秒スピンコーティングした。オーブンで 18 0°C、 10分間乾燥させた後、偏光紫外線を 25°Cで基板面に対して 30° の角度より 1 OOmiZcm2露光した。さらに、片方の基板にシクロペンタノンに溶解した 2重量0 /0の 化合物 Cの溶液を回転数 4000rpmで 30秒スピンコーティングして積層し、 55°Cで 3 分間乾燥させた後、無偏光紫外線を 55°Cで lOOOmjZcm2露光した。その後、上記 に示した方法でセルを組み、液晶を注入したところ、配向欠陥のないモノドメイン配 向が得られた。
[0132] [実施例 4]
反応性液晶層の液晶材料としては、上記式 IIIで表される化合物 Cを用いた。
日産化学工業 (株)製のポリイミド「RN1199」を ITOでコーティングされた 2枚のガ ラス基板に回転数 4000rpmで 30秒スピンコーティングした。オーブンで 180°C、 10 分間乾燥させた後、偏光紫外線を 25°Cで lOOjZcm2露光した。さらに、片方の基板 にシクロペンタノンに溶解した 2重量％の化合物 Cの溶液を回転数 4000rpmで 30秒 スピンコーティングして積層し、 55°Cで 3分間乾燥させた後、無偏光紫外線を 55°Cで lOOOmiZcm2露光した。その後、上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入した ところ、配向欠陥のないモノドメイン配向が得られた。
[0133] [実施例 5] 配向膜の材料としては、上記式 Iで表される化合物 Aを用い、反応性液晶層の液晶 材料としては、上記式 Πで表される化合物 B、および上記式 mで表される化合物 cを 用いた。
シクロペンタノンに溶解した 2重量％の化合物 Aの溶液を ITOでコーティングされた 2枚のガラス基板に回転数 4000rpmで 30秒スピンコーティングした。オーブンで 18 0°C、 10分間乾燥させた後、偏光紫外線を 25°Cで基板面に対して 30° の角度より 1 OOmiZcm2露光した。さらに、片方の基板にシクロペンタノンに溶解した 2重量0 /0の 化合物 Bの溶液を、もう片方の基板にはシクロペンタノンに溶解した 2重量％の化合 物 Cの溶液を回転数 4000rpmで 30秒スピンコーティングして積層し、 55°Cで 3分間 乾燥させた後、無偏光紫外線を 55°Cで lOOOmjZcm2露光した。その後、上記に示 した方法でセルを組み、液晶を注入したところ、配向欠陥のないモノドメイン配向が 得られた。
[0134] [比較例 1]
配向膜の材料としては、上記式 Iで表される化合物 Aを用いた。
[0135] シクロペンタノンに溶解した 2重量％の化合物 Aの溶液を ITOでコーティングされた 2枚のガラス基板に回転数 4000rpmで 30秒スピンコーティングした。さら〖こ、上記に 示した方法でセルを組み、液晶を注入したところ、モノドメイン配向は得られず、ダブ ルドメインやジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥などの配向欠陥が発生した。
[0136] [比較例 2]
配向膜の材料としては、 日産化学工業 (株)製のポリイミ 「RN1199」を用い、 ITO でコーティングされた 2枚のガラス基板に回転数 4000rpmで 30秒スピンコーティング した。オーブンで 180°C、 10分間乾燥させた後、偏光紫外線を 25°Cで lOOjZcm2 露光した。その後、上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入したところ、モノドメ イン配向は得られず、ダブルドメインやジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥などの配向欠陥 が発生した。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1基板と、前記第 1基板上に形成された電極層と、前記電極層上に形成された第 1配向膜と、前記第 1配向膜上に形成され、反応性液晶を固定ィ匕してなる反応性液 晶層とを有する反応性液晶側基板、および、第 2基板と、前記第 2基板上に形成され た電極層と、前記電極層上に形成された第 2配向膜とを有する対向基板を、前記反 応性液晶側基板の反応性液晶層と前記対向基板の第 2配向膜とが向かい合うように 配置し、前記反応性液晶側基板および前記対向基板間に強誘電性液晶を挟持して なることを特徴とする液晶表示素子。
[2] 前記第 2配向膜上に、反応性液晶を固定ィ匕してなる第 2反応性液晶層が形成され ており、前記反応性液晶層を構成する反応性液晶および前記第 2反応性液晶層を 構成する反応性液晶は、異なる組成であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記 載の液晶表示素子。
[3] 前記反応性液晶は、ネマチック相を発現するものであることを特徴とする請求の範 囲第 1または請求の範囲第 2項に記載の液晶表示素子。
[4] 前記反応性液晶は、重合性液晶モノマーを有することを特徴とする請求の範囲第 3 項に記載の液晶表示素子。
[5] 前記重合性液晶モノマーは、モノアクリレートモノマーまたはジアタリレートモノマー であることを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の液晶表示素子。
[6] 前記ジアタリレートモノマーは、下記式（1)で表される化合物であることを特徴とする 請求の範囲第 5項に記載の液晶表示素子。
[化 1]
Figure imgf000032_0001
(1)
(ここで、式中の Xは、水素、炭素数 1一 20のアルキル、炭素数 1一 20のァルケ-ル 炭素数 1一 20のアルキルォキシ、炭素数 1一 20のアルキルォキシカルボ-ル、ホ ルミル、炭素数 1一 20のアルキルカルボ-ル、炭素数 1一 20のアルキルカルボ-ル ォキシ、ハロゲン、シァノまたは-トロを表し、 mは 2— 20の範囲内の整数を表す。 ) 前記ジアタリレートモノマーは、下記式（2)で表される化合物であることを特徴とする 請求の範囲第 5項に記載の液晶表示素子。
[化 2]
Figure imgf000033_0001
(ここで、式中の Z21および は、各々独立して直接結合している COO — OC O O CH CH CH = CH C≡C OCH CH O CH C
2 2 2 2 2
H COO—、— OCOCH CH—を表し、 mは 0または 1を表し、 nは 2— 8の範囲内の整
2 2 2
数を表す。 )
[8] 前記第 1配向膜および前記第 2配向膜が、光配向膜であることを特徴とする請求の 範囲第 1項力 請求の範囲第 7項までのいずれかの請求の範囲に記載の液晶表示 素子。
[9] 前記強誘電性液晶は、単安定性を示すものであることを特徴とする請求の範囲第 1 項力 請求の範囲第 8項までのいずれかの請求の範囲に記載の液晶表示素子。
[10] 前記強誘電性液晶は、相系列にスメクチック A相を持たな ヽものであることを特徴と する請求の範囲第 1項力 請求の範囲第 9項までのいずれかの請求の範囲に記載 の液晶表示素子。
[11] 前記強誘電性液晶は、単一相を構成するものであることを特徴とする請求の範囲 第 1項力も請求の範囲第 10項までのいずれかの請求の範囲に記載の液晶表示素子
[12] 薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス方式により駆動させることを特徴とす る請求の範囲第 1項力 請求の範囲第 11項までのいずれかの請求の範囲に記載の 液晶表示素子。
[13] フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることを特徴とする請求の範囲 第 1項力も請求の範囲第 12項までのいずれかの請求の範囲に記載の液晶表示素子
TS6lOO/SOOZdf/X3d Z£ 6S09.0/S00Z OAV
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