WO2020036230A1 - 光学素子及び光学素子のリフレッシュ駆動方法 - Google Patents

光学素子及び光学素子のリフレッシュ駆動方法 Download PDF

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山本 潤
幸希 ▲高▼本
武昭 荒木
和希 阪辻
菊池 裕嗣
泰志 奥村
晃次 藤川
悠 福永
箕浦 潔
浩二 村田
伊佐 西山
浩一 延藤
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国立大学法人京都大学
国立大学法人九州大学
シャープ株式会社
Dic株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical element and a refresh driving method for the optical element.
  • Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2018-153738 filed on August 17, 2018, the content of which is incorporated herein by reference.
  • Liquid crystal is currently used for display devices in various fields such as various measuring instruments, automobile panels, portable terminals, electronic organizers, printers, computers, televisions, clocks, and advertisement display boards.
  • Such a “liquid crystal” generally refers to a phase having both the fluidity of a liquid and the anisotropy of a crystal, and is classified into a nematic liquid crystal, a smectic liquid crystal, and a cholesteric liquid crystal based on a molecular arrangement pattern.
  • the nematic liquid crystal is, for example, a TN (twisted nematic) type, an STN (super twisted nematic) type, a VA (vertical alignment) type using a TFT (thin film transistor), an IPS (in-plane switching) type, or an FFS. (Fringe field switching) type liquid crystal display devices (so-called liquid crystal displays) and the like are widely used in the market.
  • a halftone when viewed from an oblique direction tends to be white.
  • a liquid crystal display element of a lateral electric field type in which liquid crystal molecules such as an IPS type or an FFS type are horizontally aligned, the liquid crystal molecules change orientation in an in-plane direction. The luminance change at the time is uniform. Further, since no electrode is required on the counter substrate (that is, the CF substrate on the color filter side), the compatibility with the in-cell touch panel is high.
  • liquid crystal display element such as a television, a tablet, or a portable terminal
  • drawing with fast color switching is required. Therefore, high-speed response characteristics of the liquid crystal are emphasized.
  • the present inventors have proposed an optical element having excellent low-voltage drivability by providing a lubricating interface inducing region that forms a slippery interface between a liquid crystal component and a substrate (Patent Document 1).
  • the present invention aims to provide an optical element having excellent low-voltage drivability and high-speed response characteristics.
  • the present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, in the liquid crystal element in which the lubricating interface induction region is provided between the liquid crystal component and the substrate described in Patent Literature 1, the An optical element including a first alignment layer in which an interface with a liquid crystal component forms a non-glide weak anchoring interface, whereas a uniform glide phenomenon in which the orientation of molecules does not return even after removal of an external field occurs.
  • the present inventors have found that low-voltage drivability and high-speed response characteristics are exhibited, and completed the present invention.
  • the present invention includes the following aspects.
  • a first substrate and a second substrate arranged to face each other, a liquid crystal component filled between the first substrate and the second substrate, and A first electrode and a second electrode provided on the side of the second substrate, and a second electrode provided on the side of the second substrate of the first substrate for controlling an alignment state of liquid crystal molecules in the liquid crystal component.
  • an alignment layer of (1) wherein: An optical element in which an interface between the liquid crystal component and the first alignment layer forms a non-glide weak anchoring interface.
  • a second alignment layer for controlling the alignment state of liquid crystal molecules in the liquid crystal component is provided on the second substrate on the side of the first substrate, and the liquid crystal component and the second alignment layer are provided.
  • the optical element of the present invention is excellent in low-voltage drivability and high-speed response characteristics because the interface between the liquid crystal component and the first alignment layer forms a non-glide weakly anchored interface.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view illustrating an example of an optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A schematically illustrates a state in which a liquid crystal component and an alignment layer form a strong anchoring interface.
  • FIG. 2B schematically illustrates a state in which a liquid crystal component and an alignment layer form a glide interface.
  • FIG. 2C schematically shows a state in which the liquid crystal component and the alignment layer form a non-glide weak anchoring interface.
  • FIG. 1A is a schematic diagram illustrating an example of an optical element according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic diagram illustrating a state in which an electric field is applied thereto.
  • FIG. 2 is a schematic plan view schematically illustrating an example of an active matrix substrate 120a of a horizontal electric field type liquid crystal panel.
  • FIG. 2 is a schematic plan view schematically illustrating an example of an active matrix substrate 120a of a horizontal electric field type liquid crystal panel.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view illustrating an example of a fringe field type optical element.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating directions of liquid crystal molecules before and after refresh driving. It is an enlarged view which shows the shape of the comb electrode used in the Example. It is a schematic sectional drawing of the electrode substrate used in the Example. It is a schematic sectional drawing of the liquid crystal element of an Example.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating directions of liquid crystal molecules before and after refresh driving. It is an enlarged view which shows the shape of the comb electrode used in the Example. It is a schematic sectional drawing of the electrode substrate used in the Example. It is a schematic sectional drawing of the liquid crystal element of an Example.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating the orientation of liquid crystal molecules when no voltage is applied and when a voltage is applied in the liquid crystal element of the example.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a relationship between a direction of an easy axis of liquid crystal (LC director) on a color filter (CF) substrate side, a direction of a polarizer, and a direction of an analyzer in Examples and Comparative Examples.
  • FIG. 9 is an example of a graph showing evaluation results of V-mode efficiency characteristics of a liquid crystal element. 6 is an example of a graph showing a measurement result of a driving waveform of a liquid crystal element. 9 is an example of a graph showing an evaluation result of voltage dependence of a response time of a liquid crystal element.
  • Fitting parameters a2 ⁇ to the magnetic field strength, a omega is an example of a graph showing the calculation result of c. Fitting parameters a2 ⁇ to the magnetic field strength, a omega, is an example of a graph showing the calculation result of c.
  • 9 is an example of a graph showing evaluation results of V-mode efficiency characteristics of a liquid crystal element. 9 is an example of a graph showing evaluation results of V-mode efficiency characteristics of a liquid crystal element. 9 is an example of a graph showing evaluation results of V-mode efficiency characteristics of a liquid crystal element.
  • FIG. 6 is an example of a graph showing a measurement result of a driving waveform of a liquid crystal element.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a behavioral model of a nematic liquid crystal in which a strongly anchored surface is enclosed in a cell partially covered with an isotropic liquid.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a particle distribution when the temperature T and the number density ⁇ LJ of isotropic liquid molecules are changed. It is a schematic diagram which shows the mode of the pattern of the numerical calculation performed by changing temperature, when the number density of a liquid molecule is 20%.
  • FIG. 26A is an example of a graph showing the spatial distribution of the number density of liquid crystal molecules in the cell thickness direction.
  • FIG. 26B is an example of a graph showing the spatial distribution of isotropic liquid molecules in the cell thickness direction.
  • FIG. 26C is an example of a graph showing the spatial distribution of the nematic liquid crystal molecules in the average cell thickness direction.
  • It is an example of a graph which shows a mode of the time evolution of the spatial distribution of the xx component (Qxx) of the tensor liquid crystal order variable in the cell thickness direction when an external field is applied.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating liquid crystal molecules near a wall when an external field E is applied, and illustrating the dependence of the direction of the liquid crystal molecules on the distance from the wall.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating liquid crystal molecules near a wall when an external field E is applied, and illustrating the dependence of the direction of the liquid crystal molecules on the distance from the wall.
  • FIG. 33 is an example of a graph showing a change in the orientation of liquid crystal molecules at the non-glide interface.
  • FIG. 34 is an example of a graph showing a change in the orientation of liquid crystal molecules at the glide interface.
  • FIG. 35 shows the change in average luminance of a liquid crystal cell at a weakly anchored interface on both sides made of two glass substrates spin-coated with polymer C2 at 250 ° C. and 2 rpm under a rotating microscope at 75 ° C.
  • FIG. FIG. 36 is a temperature-magnetic field strength phase diagram showing a region in which an orientation vector responds to a magnetic field when a rotating magnetic field of 2 rpm is applied to a liquid crystal cell at a two-sided weakly anchoring interface formed on two first substrates. .
  • FIG. 37 shows a polarization microscope image and a change in average luminance in a visual field of the polarization microscope when a rotating magnetic field of 250 mT and 2 rpm was applied at 75 ° C. to a liquid crystal cell manufactured by combining the first substrate and the second substrate. It is a graph shown.
  • FIG. 38 is a temperature-magnetic field strength phase diagram showing a region where the orientation vector responds to a magnetic field when a rotating magnetic field of 2 rpm is applied to the liquid crystal cell of Example 13 manufactured by combining the first substrate and the second substrate. It is.
  • FIG. 39 is an example of a graph showing evaluation results of V-mode efficiency characteristics of a liquid crystal element.
  • FIG. 40 is an example of a graph showing the measurement result of the drive waveform of the liquid crystal element.
  • FIG. 41 is an example of a graph showing the drive voltage / temperature dependence of the transmitted light intensity I when a voltage is applied to the liquid crystal display element.
  • FIG. 42 is an example of a graph showing the drive voltage / temperature dependence of the off response time ⁇ off when the voltage is turned off when a voltage is applied to the liquid crystal display element.
  • FIG. 43 is an example of a graph showing the drive voltage / temperature dependence of the ON response time ⁇ on when the voltage is ON when a voltage is applied to the liquid crystal display element.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing an optical element 10 in the present embodiment.
  • the invention according to the present embodiment includes a first substrate 11 and a second substrate 12 that are arranged to face each other, and a liquid crystal component 13 that is filled between the first substrate 11 and the second substrate 12.
  • An optical element 10 comprising: a first alignment layer 14 for controlling an alignment state of liquid crystal molecules, wherein an interface between a liquid crystal component 13 and the first alignment layer 14 forms a non-glide weak anchoring interface 17. I have.
  • FIG. 2A schematically shows a state in which a liquid crystal component and an alignment layer form a strong anchoring interface.
  • the alignment layer is a polyimide film or the like
  • the alignment layer such as a polyimide film is a solid phase and is not deformed, and the liquid crystal molecules of the liquid crystal component in the vicinity also have strong intermolecular force between the polyimide film and the liquid crystal molecules. Does not move.
  • FIG. 2B schematically shows a state in which the liquid crystal component and the alignment layer form a glide (Slippery) interface.
  • the alignment layer is in a resin state at a temperature higher than the glass transition point (Tg) or in a liquid state, liquid crystal molecules of a liquid crystal component near the alignment layer are fixed near the alignment layer surface.
  • the liquid crystal itself is slippery (that is, easily plastically deformed), and as a result, forms a glide slippery interface in which the orientation of the liquid crystal can freely rotate.
  • a glide slippery interface is used, the rotational movement of liquid crystal molecules becomes free, and the effect of drastically lowering the driving power and application as a memory display device can be expected.
  • the black level shifts or the response speed becomes slow, and it is necessary to take measures to compensate for this.
  • a method of arranging a strong anchoring interface on a counter substrate is conceivable.
  • FIG. 2 (c) schematically shows a state in which the liquid crystal component and the alignment layer form a non-Glide (Weak) anchoring slippery (Slippery) interface.
  • the alignment layer is not in a completely solid or liquid phase, but exerts a weak but sufficient restoring force on the rotation of the liquid crystal molecules, such as a gel or rubber. That is, a non-sliding (non-glide) alignment regulating force is applied between the liquid crystal component and the alignment layer.
  • the liquid crystal component and the alignment layer form a weak anchoring interface, the liquid crystal component near the alignment layer is provided. Liquid crystal molecules can make a large rotational movement, and the effect of lowering the driving voltage can be expected in the same manner as in (b).
  • the display device can be constituted only by the alignment layer of (c).
  • the decrease in the response speed expected from the low restoring force can be achieved by developing a material having a low interface viscosity or by taking the same measures as (b) for increasing the restoring force.
  • the liquid crystal molecules in contact with the liquid phase move easily, so that although the liquid crystal molecules are excellent in low-voltage drivability, the response speed, In particular, it is considered that a problem occurred in the response speed when no voltage was applied.
  • the interface between the liquid crystal component and the first alignment layer forms a non-glide weakly anchoring interface, so that low-voltage drivability and It is considered that high-speed response characteristics are excellent.
  • a glass substrate and a polymer film can be used as the first substrate 11 and the second substrate 12.
  • liquid crystal component 13 and the first alignment layer 14 will be described later in another section.
  • the liquid crystal component 13 is preferably a nematic liquid crystal.
  • the first substrate is provided with a first electrode and a second electrode, and the liquid crystal molecules 45 of the liquid crystal component 13 near the first alignment layer on the side of the first substrate are preferably horizontally aligned.
  • a second alignment layer 22 for controlling the alignment state of liquid crystal molecules in the liquid crystal component 13 is provided on the second substrate 12 (that is, the counter substrate) on the side of the first substrate 11. It is preferable that the interface between the component 13 and the second alignment layer 22 forms a strong anchoring interface 20.
  • the second alignment layer 22 can be formed of polyimide.
  • the alignment layer 22 may be a liquid crystal alignment film for photo alignment or the like, for example, a publicly known alignment described in Document 1 (“Alignment film”, liquid crystal, Vol. 15, No. 3, 2011, p. 187). Membrane materials can be used.
  • the strong anchoring interface 20 is obtained by rubbing the polyimide alignment film (alignment layer), or by irradiating the liquid crystal alignment film for photo alignment with light to cause photodimerization, photoisomerization, or photodecomposition. Obtainable.
  • the azimuthal anchoring energy of the interface between the liquid crystal component forming the non-glide weak anchoring interface and the first alignment layer is 6 ⁇ 10 ⁇ 8 to 1 ⁇ 10 ⁇ 6 Jm ⁇ 2. It is preferred that
  • the first alignment layer may be configured as a hybrid film of a strong anchoring film and a weak anchoring film.
  • the combination of the strong anchoring film and the weak anchoring film may be a combination of a polymer film and a low molecular film, or may be a combination of a polymer film and a polymer film.
  • a nano-imprint technique can be cited as a mode in which a liquid low-molecular film is microphase-separated on a strong anchoring film composed of a polymer layer, or as a method for forming a hybrid film of a plurality of types of polymer films.
  • the first electrode 18 and the second electrode 19 provided on the first substrate 11 on the side of the second substrate 12 form an electric field between the first electrode 18 and the second electrode 19. Can be generated.
  • the first electrode 18 and the second electrode 19 can be configured to generate an in-plane electric field between the first substrate 11 and the second substrate 12.
  • the first electrode 18 and the second electrode 19 can be configured to generate a fringe electric field between the first substrate 11 and the second substrate 12.
  • the liquid crystal component 13 is filled between the first substrate 11 and the second substrate 12 to form a liquid crystal phase.
  • the liquid crystal component 13 in the present embodiment is preferably at least one selected from the group consisting of a nematic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, and a smectic liquid crystal, and more preferably at least one selected from the group consisting of a nematic liquid crystal composition.
  • the liquid crystal component preferably exhibits a liquid crystal phase at room temperature.
  • the liquid crystal component preferably has a clearing point of 60 ° C. or higher.
  • the liquid crystal component may contain at least two or more liquid crystal compounds.
  • the liquid crystal compound used for the liquid crystal component preferably contains a compound represented by the following general formula (LC).
  • R LC represents an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, and one or two or more CH 2 groups in the alkyl group are formed so that an oxygen atom is not directly adjacent.
  • a LC1 and A LC2 are each independently (A) trans-1,4-cyclohexylene group (wherein two or more CH 2 groups that are not one CH 2 group or adjacent present in this group may be substituted with an oxygen atom or a sulfur atom .), (B) a 1,4-phenylene group (one CH group or two or more non-adjacent CH groups present in the group may be substituted with a nitrogen atom), and (c) 1 , 4-Bicyclo (2.2.2) octylene group, naphthalene-2,6-diyl group, decahydronaphthalene-2,6-diyl group, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene-2,6-diyl Represents a group selected from the group consisting of a group and a chroman-2,6-diyl group, and one or more hydrogen atoms contained in the above group (a), group (b) or group (c
  • One or more hydrogen atoms in the alkyl group may be optionally substituted by a halogen atom, a represents an integer of 1 to 4, wherein a represents 2, 3 or 4, and when there are a plurality of ALC1 , the plurality of ALC1s may be the same or different, and ZLC is When there are a plurality, the plurality of ZLCs may be the same or different. )
  • a LC11 and A LC21 may be optionally substituted by a halogen atom, and each independently has any one of the following structures:
  • one or more CH 2 groups in the cyclohexylene group may be substituted with an oxygen atom, and one or more CH groups in the 1,4-phenylene group may be nitrogen. may be substituted with atoms, also one or more hydrogen atoms of the structure represents F, Cl, optionally substituted with CF 3 or OCF 3.
  • X LC11, X LC12, X LC21 ⁇ X LC23 each independently represents a hydrogen atom, Cl, F, and CF 3, or OCF 3
  • each Y LC11 and Y LC21 are independently hydrogen, Cl, F, CN, CF 3, OCH 2 F, OCHF 2 or OCF 3
  • m LC11 and m LC21 each independently an integer of 1 ⁇ 4,
  • a LC11 , A LC21 , Z LC11 and Z LC21 may be the same or different. ) It is preferable that the compound is one
  • R LC11 and R LC21 are each independently preferably an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 7 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 7 carbon atoms, and an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • a group, an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, and an alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms are more preferable, a linear structure is more preferable, and the alkenyl group most preferably represents the following structure.
  • ALC11 and ALC21 each independently preferably has the following structure.
  • Y LC11 and Y LC21 are each independently preferably F, CN, CF 3 or OCF 3 , preferably F or OCF 3 , and particularly preferably F.
  • Z LC11 and Z LC21 are preferably a single bond, —CH 2 CH 2 —, —COO—, —OCO— , —OCH 2 —, —CH 2 O—, —OCF 2 — or —CF 2 O—, and a single bond is preferable.
  • —CH 2 CH 2 —, —OCH 2 —, —OCF 2 — or —CF 2 O— is preferable, and a single bond, —OCH 2 — or —CF 2 O— is more preferable.
  • m LC11 and m LC21 are preferably 1, 2 or 3, and when importance is placed on storage stability at low temperatures and response speed, 1 or 2 is preferred. To improve the upper limit of the maximum temperature of the nematic phase, 2 or 3 is preferred. Is preferred.
  • R LC31, R LC32, R LC41 , R LC42, R LC51 and R LC52 is 1 to 15 carbon atoms independently, one in the alkyl group or two or more
  • one or more hydrogen atoms in may be optionally substituted by a halogen atom, a LC31, a LC32, a LC41, a LC42, a LC51 and a LC52 are independently any of the following Structure
  • one or more CH 2 groups in the cyclohexylene group may be substituted with an oxygen atom, and one or more CH groups in the 1,4-phenylene group may be a nitrogen atom.
  • one or more hydrogen atoms in the structure may be substituted with Cl, CF 3 or OCF 3.
  • R LC31 to R LC52 are each independently preferably an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 7 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 7 carbon atoms, and the alkenyl group has the following structure: Most preferably represents
  • a LC31 to A LC52 each independently preferably has the following structure,
  • Z LC31 to Z LC52 each independently represent a single bond, —CH 2 O—, —COO—, —OCO— , —CH 2 CH 2 —, —CF 2 O—, —OCF 2 —, or —OCH 2 —. preferable.
  • —CH CH—, —CF 2 O—, —OCF 2 —, and 1,4- One or two or more CH groups in the phenylene group may be substituted with a nitrogen atom
  • R LC61 and R LC62 are each independently preferably an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 7 carbon atoms, and an alkenyl group having 2 to 7 carbon atoms. Most preferably represents
  • a LC61 to A LC63 each independently preferably have the following structure,
  • Z LC61 and Z LC62 are each independently preferably a single bond, —CH 2 CH 2 —, —COO— , —OCH 2 —, —CH 2 O—, —OCF 2 —, or —CF 2 O—.
  • R LC61 and R LC62 each independently represent an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 7 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 7 carbon atoms, or an alkyl group having 2 to 7 carbon atoms. And more preferably one or more compounds selected from the group consisting of compounds represented by the following formula:
  • the liquid crystal component used in the present invention may be a liquid crystal compound, a liquid crystal composition, or a liquid crystal compound or a liquid crystal composition.
  • the first alignment layer controls the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal component 13 so that the interface with the liquid crystal component 13 forms a non-glide weak anchoring interface 17.
  • the first alignment layer is not limited as long as the interface with the liquid crystal component forms a non-glide weak anchoring interface, and the polymer film may form a non-glide weak anchoring interface. May form a non-glide weak anchoring interface.
  • a slippery material containing a monomer as a low-molecular lubricating interface inducer is coated on a substrate and polymerized to form a resin film, or Alternatively, a polymer obtained by polymerizing a monomer as a low molecular lubricating interface inducer can be applied to a substrate to form a resin film. In order to adjust the azimuthal anchoring energy of the interface between the liquid crystal component and the first alignment layer, it is preferable to bake the resin film.
  • the monomer as a low-molecular lubricating interface inducer include the following monomers (1-1) to (1-15).
  • a weak anchoring interface is formed at a specific coverage on a substrate surface forming a strong anchoring interface.
  • One coated with a low molecular lubricating interface inducer can be mentioned.
  • the azimuthal anchoring energy of the interface between the liquid crystal component and the first alignment layer can be controlled.
  • the low molecular lubricating interface inducer for forming a non-glide weak anchoring interface between the liquid crystal component and the first alignment layer include the following compounds (1-1) to (1-20).
  • a method for allowing the weak anchoring region and the strong anchoring region to coexist at a certain ratio there are, for example, (1) a method in which a low-molecular lubricating interface inducer having good affinity with the surface of the first substrate and a liquid crystal component are used. By injecting the mixture between the first substrate and the second substrate, a coating comprising a low molecular lubricating interface inducer that forms a weakly anchored interface is formed on the surface of the first substrate at a specific coverage.
  • the first alignment layer is a hybrid film having a weak anchoring region and a strong anchoring region on the surface
  • the ratio (coverage) may be more than 0% and less than 85%, may be 0.1 to 82%, may be 0.2 to 80%, and may be 0.3 to 75%. %, 0.5 to 70%, 1.0 to 82%, or 2.0 to 65%.
  • a film whose anchoring energy at the azimuth of the interface is larger than “1 ⁇ 10 ⁇ 6 Jm ⁇ 2 ” can be defined as a “strong anchoring film”, and anchoring at the azimuth of the interface is performed.
  • a film having an energy of 1 ⁇ 10 ⁇ 6 Jm ⁇ 2 or less can be defined as a “weak anchoring film”.
  • the azimuthal anchoring energy of the interface of the “film forming a non-glide weak anchoring interface” is preferably in the range of “6 ⁇ 10 ⁇ 8 to 1 ⁇ 10 ⁇ 6 Jm ⁇ 2 ”.
  • the first alignment layer can be formed as a resin film by, for example, applying (1) a slippery material containing a monomer as a low-molecular lubricating interface inducer to a substrate and polymerizing the same. In order to adjust the azimuthal anchoring energy of the interface between the liquid crystal component and the first alignment layer, it is preferable to bake the resin film.
  • the first alignment layer can be formed as a resin film by applying the slippery material to a substrate, irradiating UV, and photopolymerizing. Also at this time, it is preferable to bake the resin film in order to adjust the azimuthal anchoring energy of the interface between the liquid crystal component and the first alignment layer.
  • the first alignment layer can be formed as a resin film composed of the following (2) polymer lubricating interface inducer. Also at this time, it is preferable to bake the resin film in order to adjust the azimuthal anchoring energy of the interface between the liquid crystal component and the first alignment layer.
  • the lubricating interface inducer preferably has a different molecular structure from the liquid crystal material.
  • the low molecular compound has no or only one ring structure in the molecular structure.
  • the ring structure mentioned here is the same as the ring structure in the description of the liquid crystal component 13 or the description of the liquid crystal component 23.
  • the ring structures are sufficiently separated from each other by a spacer group or a bond, and as a result, the two or more ring structures have the same structure as the liquid crystal material. Of these, those having a structure different from the core structure having two to four six-membered rings in the central portion are preferable.
  • the lubricating interface inducer is a high molecular compound
  • a structure similar to the above low molecular compound is one desirable example.
  • the lubricating interface inducer is a copolymer
  • at least one of the monomer components may have a structure similar to that of the low molecular compound.
  • the lubricating interface inducer is a high-molecular compound and the liquid crystal component is a low-molecular compound
  • a combination that causes phase separation due to a difference in molecular weight without showing the same structure as the low-molecular compound may be used. it can.
  • Low-molecular lubricating interface inducer examples include the following (1-1) to (1-20).
  • Examples of the monomer (1-1) include the following.
  • (1-2) A compound in which part or all of the alkyl chain of the compound described in (1-1) is substituted with an alkylene oxide group such as an ethylene oxide group or a propylene oxide group.
  • the monomer (1-2) include the following. 2-ethylhexyl carbitol acrylate, 2-methoxyethyl acrylate, 3-methoxybutyl acrylate, butoxyethyl acrylate, ethoxydiethylene glycol acrylate, lauroxy polyethylene glycol acrylate, methoxy propylene glycol acrylate, methoxy tripropylene glycol acrylate, methoxy polyethylene glycol @ 400 acrylate Methoxypolyethylene glycol @ 600 acrylate), methoxytriethylene glycol acrylate, octoxy polyethylene glycol # 350-propylene glycol # 400 acrylate, stearyloxy polyethylene glycol # 1500 acrylate, lauroxy polyethylene glycol methacrylate, methoxydiethylene
  • (1-3) Modified acrylate monomers and modified methacrylate monomers other than the compounds described in (1-2).
  • (1-3-1) Modified acrylate monomer Examples of the modified acrylate monomer, modified diacrylate monomer, and modified triacrylate monomer include the following.
  • 2-acryloyloxyethyl phthalate 2-acryloyloxyethyl phthalate, 2-acryloyloxyethyl-2-hydroxyethyl phthalate, 2-acryloyloxyethyl hexahydrophthalate, 2-acryloyloxypropyl phthalate, 2-ethyl-2-butyl-propanediol acrylate 2,2-diethyl-propanediol acrylate, 2-hydroxybutyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, trimethylpropane triacrylate, 10-hydroxydecyl 2-propenoate,
  • 1,9-nonanediol diacrylate EO 3 mol modified bisphenol A diacrylate, EO 4 mol modified bisphenol A diacrylate, EO 7 mol modified bisphenol A diacrylate, EO 10 mol modified bisphenol A diacrylate, PO 4 mol modified bisphenol A diacrylate, 2 -Methyl-1,4-phenylene-bis [4- [3- (acryloyloxy) propyloxy] benzoate],
  • epoxy acrylate (soy oil modified type), ECH modified hexahydrophthalic acid diacrylate, hydroxypentivalate neopentyl glycol di Acrylate, neopentyl glycol diacrylate, EO 2 mol modified neopentyl glycol diacrylate, PO 2 mol modified neopentyl glycol diacrylate, caprolactone 2 mol modified hydroxybivalic acid ester neopentyl glycol diacrylate, caprolactone 4 mol modified hydroxybivalic acid ester Neopentyl glycol diacrylate,
  • EO-modified glycerol triacrylate PO-modified glycerol triacrylate, pentaerythritol triacrylate, EO-modified phosphate triacrylate, trimethylolpropane triacrylate,
  • fluorine-based monomer examples include the following.
  • Modified methacrylate monomer Modified methacrylate monomer, modified dimethacrylate monomer and modified trimethacrylate monomer include the following. 1,3-butylene glycol dimethacrylate, 2-hydroxy-3-acryloyloxypropyl methacrylate, 2-hydroxy-3-methacryloxypropylmethylammonium chloride, 2-hydroxybutyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxy Propyl methacrylate, 3-chloro-2-hydroxypropyl methacrylate, allyl methacrylate, benzyl methacrylate, butoxyethyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, dicyclopentanyl methacrylate, dicyclopentenyloxyethyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate,
  • Nonylphenoxypoly (ethylene glycol # 250-propylene glycol # 100) methacrylate, nonylphenoxy polyethylene glycol methacrylate, nonylphenoxy polypropylene glycol methacrylate, octafluoropentyl methacrylate, pentamethylpiperidyl methacrylate, perfluorooctyl methacrylate, phenoxyethyl methacrylate, EO-modified Phosphate methacrylate, EO, PO modified phthalic methacrylate, EO modified phthalic methacrylate,
  • R 11 and R 3 may be the same or different.).
  • (meth) acrylates having two or more hydroxyl groups Propylene glycol, butanediol, pentanediol, hexanediol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, tripropylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, neopentyl glycol, neopentyl glycol hydroxypivalate, bisphenol A, Diglycidyl ether of a dihydric alcohol such as ethoxylated bisphenol A; An epoxy acrylate compound obtained by adding (meth) acrylic acid to an epoxy compound such as triglycidyl ether of a trihydric alcohol such as trimethylolpropane, ethoxylated trimethylolpropane, propoxylated trimethylolpropane, or glycerin, pentaerythritol tri Meth) acrylate
  • Meth) acrylates Hydrogenation of (meth) acrylate and aromatic epoxy acrylate obtained by adding (meth) acrylic acid to an epoxy compound such as polyglycidyl ether of a polyhydric phenol having at least one aromatic ring or an alkylene oxide adduct thereof.
  • an epoxy compound such as polyglycidyl ether of a polyhydric phenol having at least one aromatic ring or an alkylene oxide adduct thereof.
  • Type alicyclic epoxy acrylate and the like As the polyhydric phenol used here, bisphenol compounds such as bisphenol A, bisphenol F and bisphenol S, alkylene oxide adducts of bisphenol compounds, phenol novolak, cresol novolak and the like can be used.
  • the number of carboxyl groups per molecule is not particularly limited, and may be one or two or more. However, as the number of carboxyl groups increases, the solubility in a solvent deteriorates and the crystallinity of the compound also increases, so that the number of carboxyl groups is preferably small as long as the resistance to the adhesive member or the solvent does not deteriorate. Particularly in the case of a compound having a carboxyl group directly bonded to an aromatic ring, the number of carboxyl groups per molecule is particularly preferably 2 or less.
  • 2- (meth) acryloyloxyethyl hexahydrophthalate 2-acryloyloxyethyl phthalate, 2-methacryloyloxyethyl phthalate, EO-modified succinic acid acrylate, etc.
  • the above compound having a (meth) acryloyl group the compound obtained by adding an acid anhydride such as phthalic anhydride to a hydroxyl group-containing vinyl monomer such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, Benzoic acid derivatives substituted with an alkyl (oxy) group into which a (meth) acryloyloxy group has been introduced.
  • the number of substituents may be one or more, but the number of substituents is preferably 1 to 3 from the viewpoint of ease of synthesis. In the case of introducing a plurality of substituents, it is preferable to select a position where the symmetry of the molecule is lowered as a position to be substituted, from the viewpoint that the crystallinity is not too high.
  • 2- ( ⁇ - (meth) acryloyloxyalkyl (oxy)) benzoic acid 2,3-di ( ⁇ - (meth) acryloyloxyalkyl (oxy)) benzoic acid, 2,4-di ( ⁇ - (meth) acryloyloxyalkyl (oxy)) benzoic acid, 2,5-di ( ⁇ - (meth) acryloyloxyalkyl (oxy)) benzoic acid, 3- ( ⁇ - (meth) acryloyloxyalkyl (oxy) ) Benzoic acid, 3,4-di ( ⁇ - (meth) acryloyloxyalkyl (oxy)) benzoic acid, 4- ( ⁇ - (meth) acryloyloxyalkyl (oxy)) benzoic acid,
  • the number is from 1 to 14. In particular, those having 2 to 10 methylene groups are more preferable.
  • a polymerizable group represented by the following formulas (III-1) to (III-17) (dashed lines represent a bond to another organic group, and Rs independently represent a hydrogen atom or a carbon atom. Represents an alkyl group having 1 to 5 atoms).
  • the interface in contact with the liquid crystal component becomes uneven and uneven, the liquid crystal compound becomes less ordered in the vicinity, and the liquid crystal becomes less ordered. Since a phase cannot be maintained, a slippery interface can be formed.
  • the monomer compound that can be used as a lubricating interface inducer is a monomer represented by P-Sp-Zm (P is a polymerizable group, Sp is a spacer group, and Zm is a mesogen group). Is also good.
  • P is a polymerizable group
  • Sp is a spacer group
  • Zm is a mesogen group.
  • Examples of the polymerizable group of P include the polymerizable groups represented by the above formulas (III-1) to (III-17).
  • Examples of the Sp spacer group include the same divalent groups as Sp1 described below.
  • Examples of the mesogenic group of Zm include a mesogenic group represented by the following formula.
  • R is each independently a hydrogen atom, an alkyl group or a halogen atom, and the hydrogen atom in the alkyl group may be substituted with a halogen atom, and the hydrogen atom in the alkyl group is substituted with a halogen atom.
  • Non-adjacent —CH 2 — in the alkyl group may be —COO—, —OCO—, —CO—, —CH-CH—, —C ⁇ C—, —O—, —CH (O ) May be substituted with CH-, A and C are each independently a divalent cyclic group, B is a trivalent cyclic group, and A, B and C are Sp is each independently a spacer group, and m and n are each independently an integer of 0 to 5.
  • the monomer having a mesogen group belonging to the class of (1-13) has a structure in which the monomer is connected to the main chain via a spacer group at a meta or ortho position like the above-mentioned trivalent cyclic group B.
  • the liquid crystal molecules usually attach importance to linearity, so that the ring structure is connected at the para position. As a result, the liquid crystal phase is destabilized, and a slippery interface can be formed.
  • the monomer compound that can be used as a lubricating interface inducer is represented by P-Sp-Zp (P is a polymerizable group, Sp is a spacer group, and Zp is a photoisomerizable group).
  • Monomer examples of the polymerizable group of P include the polymerizable groups represented by the above formulas (III-1) to (III-17).
  • Examples of the Sp spacer group include the same divalent groups as Sp1 described below.
  • Examples of the photoisomerizable group of Zp include groups having an azobenzene structure. Specific examples of the group having an azobenzene structure include divalent groups represented by the following general formulas (Pa-1) to (Pd-8). Other examples of Zp include a divalent group represented by the general formula (Pe-7).
  • Tri (meth) acrylates such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate, ethoxylated isocyanuric acid triacrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, ⁇ -caprolactone-modified tris- (2-acryloyloxyethyl) isocyanurate, and pentaerythritol Tetra (meth) acrylate such as tetra (meth) acrylate and ditrimethylolpropanetetra (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, oligomer type (meth) acrylate, various urethane acrylates, various macromonomer, ethylene glycol Diglycidyl ether, diethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, neopentyl glycol diglycid Epoxy compounds such as ether ether, 1,6-he
  • Examples of the monomer as a low-molecular lubricating interface inducer include monomers (1-1) to (1-15), and have one or both of a glycol skeleton and a hydroxyl group in order to weaken the affinity with liquid crystal molecules. Monomers are preferred, and the number average molecular weight of the monomers is preferably 100 to 4500, more preferably 300 to 2500, and particularly preferably 400 to 1500. When the above-mentioned low molecular weight lubricating interface inducer having a number average molecular weight of 400 to 1500 is used, it is preferable to bake the resin film obtained by photopolymerization on the first substrate under a temperature condition of 100 to 160 ° C. .
  • R 11 -CH (-R 3 ) -COO-R 2 R 11 is a hydrogen atom or a C1-C20 alkyl group, R 2 is a C1-C20 alkyl group, and R 3 is a hydrogen atom or an alkyl group, provided that R 11 + R 3 is C1-C20.
  • R 11 , R 2 , and R 3 may be the same or different.
  • Fluorine-based lubricant and fluorine-based surfactant examples include the following.
  • fluorine-based surfactant examples include the following.
  • glycol-based lubricant examples include hexaethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, and the like.
  • glycol-based surfactant examples include hexaethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, and dipropylene glycol dimethyl ether.
  • amide-based lubricant examples include N, N-dimethylmethaneamide, N, N-dimethyldodecaneamide, N, N′-diacetyl-1,6-diaminohexane, N-palmitoylisopropylamide and the like.
  • the slippery material may contain a polymerization initiator as needed.
  • a thermal polymerization initiator and a photopolymerization initiator can be added as a radical polymerization initiator.
  • the following compounds are preferably used; Diethoxyacetophenone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, benzyldimethylketal, 1- (4-isopropylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 1- [ 4- (2-hydroxyethoxy) -phenyl] -2-hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one, 4- (2-hydroxyethoxy) phenyl- (2-hydroxy-2-propyl) ketone, 1 -Hydroxycyclohexyl-phenyl ketone, 2-methyl-2-morpholino (4-thiomethylphenyl) propan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone, 1- [ 4- (4-benzoylphenylsulfanyl) phenyl] -2-methyl-2- (4-methylphenyls Ruphonyl) propan-1-one, 2- (dimethylamino
  • the content of the photopolymerization initiator is preferably from 0.1 to 10% by mass, more preferably from 0.5 to 6% by mass, particularly preferably from 0.5 to 4% by mass, based on the total amount of monomers contained in the slippery material. preferable.
  • a sensitizer may be contained together with the photopolymerization initiator.
  • sensitizers include trimethylamine, methyldimethanolamine, triethanolamine, p-diethylaminoacetophenone, ethyl p-dimethylaminobenzoate, isoamyl p-dimethylaminobenzoate, N, N-dimethylbenzylamine and Examples include amines that do not cause an addition reaction with a monomer such as 4'-bis (diethylamino) benzophenone.
  • the slippery material may contain a solvent as needed in order to form the first alignment layer uniformly, and it is preferable to contain a solvent in order to make the material low in viscosity.
  • N-methyl-2-pyrrolidone NMP
  • N-ethyl-2-pyrrolidone and ⁇ -butyrolactone 1-hexanol, cyclohexanol, 1-propanol, 2-propanol, 1,2-ethanediol, 1,2 -Propanediol
  • ethylene glycol monomethyl ether ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol dimethyl ether
  • propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether and propylene Glycol monobutyl ether propylene glycol diacetate, propylene glycol Monomethyl ether acetate, dipropylene glycol methyl ether acetate, 1,4-butanediol diacetate, 1,3-butylene
  • the solvent examples include N-methyl-2-pyrrolidone, propylene glycol monomethyl ether acetate, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, and the like, from the viewpoint of solubility of the slippery material, wettability to the substrate, and solvent volatility. At least one selected from the group consisting of toluene is preferred.
  • the content of the solvent is preferably 70 to 99% by mass, more preferably 80 to 97% by mass, and more preferably 85 to 95% by mass with respect to 100% by mass of the entire slippery material. % Is particularly preferred.
  • Polymer lubricating interface inducer examples include the following (2-1) to (2-6).
  • a polymer obtained by polymerizing monomers corresponding to each of the compounds described in (1-1) to (1-15), may be a single homopolymer, or may be obtained by copolymerizing a plurality of monomers belonging to any of the classes.
  • the copolymer may be a copolymer obtained by copolymerizing a plurality of types of monomers. For example, two or three or more monomers belonging to the class (1-12) may be copolymerized, and two or three or more monomers belonging to the class (1-13) may be copolymerized. Two, three or four or more monomers belonging to the class (1-13) may be copolymerized with two or three or more monomers belonging to the class (1-14).
  • a polymer compound having two or three or more long alkyl side chains can be obtained.
  • a polymer compound having a mesogen group belonging to the class (1-13) By polymerizing a monomer having a mesogen group in a side chain can be obtained.
  • a polymer compound having a photoisomerizable group belonging to the class (1-14) By polymerizing a monomer having a photoisomerizable group in a side chain can be obtained.
  • Polyalkylene glycol such as polyethylene glycol and polypropylene glycol (the alkylene group preferably has 2 to 20 carbon atoms)
  • polyalkylene glycol preferably having 2 to 20 carbon atoms in the alkylene group
  • the liquid crystal structure of the side chain type liquid crystal component is a structure in which the liquid crystal structure already exemplified is linked to a polymerizable group directly or by a spacer group such as an alkylene group.
  • polymers having an amide group include polyvinylpyrrolidone and polyacrylamide.
  • examples of the polymer having a pyridyl group include poly (2-vinylpyridine), poly (4-vinylpyridine), 2-vinylpyridine / styrene copolymer, 4-vinylpyridine / styrene copolymer, and 4-vinylpyridine.
  • examples of the polymer having a sulfo group include poly (vinyl sulfonic acid) and its sodium salt, and poly (p-styrene sulfonic acid) and its sodium salt.
  • polyacrylic acid or its sodium salt examples include polyacrylic acid or its sodium salt, polymethacrylic acid or its sodium salt, acrylic acid / acrylamide copolymer or its sodium salt, acrylic acid / maleic acid copolymer or its sodium salt Salt, ethylene / acrylic acid copolymer, acrylonitrile / acrylic acid copolymer, polymaleic acid, styrene / maleic acid copolymer or its sodium salt, isobutylene / maleic acid copolymer or its sodium salt, styrene sulfonic acid / maleic An acid copolymer or its sodium salt, a methyl vinyl ether / maleic acid copolymer, a vinyl chloride / vinyl acetate / maleic acid copolymer, and the like can be mentioned.
  • oligomers or polymers of siloxane include M units (R 3 SiO 1/2 ), D units (R 2 SiO 2/2 ), T units (RSiO 3/2 ), and Q units. There are four types of constitutional units (SiO 4/2 ) having different numbers of siloxane bonds and organic substituents.
  • the oligomer or polymer can be prepared by freely combining M units, D units, T units, and Q units.
  • the siloxane oligomer or polymer can be obtained by hydrolysis and condensation of the following silane derivative.
  • R an alkyl group or an aromatic group, preferably a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a glycidyl group, a 3-glycidyloxypropyl group, an epoxy group, a phenyl group, or a substituted phenyl group.
  • R ′ an alkyl group, preferably a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group.
  • R and R ' may be the same or different.
  • the M unit is a structural unit
  • the D unit is a structural unit
  • the oligomer or polymer having a Q unit as a structural unit is obtained.
  • the structural unit may be a single polymer, or two or more structural units selected from among two or more different structural units and a structural unit including the same structural unit and two different structures.
  • a copolymer containing units may be used.
  • the oligomer or polymer may consist solely of the structural unit, or may be a copolymer partially containing the structural unit. Further, two or more kinds of oligomers and polymers may be mixed.
  • the oligomer or polymer containing a T unit as the structural unit is preferable.
  • the component having a T unit as a main structural unit include a known silsesquioxane having a random structure, a ladder structure, a cage structure, or a structure in which two or more of these structures are combined.
  • An oligomer or polymer having a structure composed of a combination of a T unit and another unit is also preferably used from the viewpoint of the ease of synthesis of the slippery material or the reliability and stability of the slippery material.
  • an oligomer or a polymer which is a copolymer including a structure constituted by combining T units and D units is preferable.
  • the above oligomer or polymer containing a T unit of a copolymer obtained from the silane derivative having different R as a raw material is also suitably used.
  • the optical element of the first embodiment can be manufactured by filling a liquid crystal component between a pair of substrates having electrodes on at least one substrate. Then, the non-glide weak anchoring interface can be developed at the interface between the liquid crystal component and the first alignment layer.
  • FIG. 3A is a schematic diagram showing an example of an optical element using a first substrate 11 having comb electrodes 18 and 19 on the surface and a second substrate 12 having no electrodes.
  • FIG. 3B is a schematic view showing a state in which an electric field is applied to it. In FIG. 3B, the dotted line indicates the direction of the generated electric field.
  • the same components as those shown in the already described figures are denoted by the same reference numerals as those in the already described figures, and detailed description thereof is omitted. I do.
  • the second substrate may include a color filter
  • the driving voltage may be applied to the first and second electrodes via a thin film transistor (TFT).
  • TFT thin film transistor
  • the optical element of the present invention can be applied to a horizontal electric field type liquid crystal display device.
  • FIG. 4 schematically shows an active matrix substrate 120a of a horizontal electric field type liquid crystal panel.
  • a plurality of scanning wirings 123 extending substantially in parallel with each other, a plurality of signal wirings 124 extending in a direction intersecting the scanning wirings 123, and electrically connected to the corresponding scanning wirings 123 and signal wirings 124.
  • TFT (thin film transistor) 125 and a pixel electrode 126 electrically connected to the TFT 125 are formed.
  • the pixel electrode 126 is formed in a comb shape extending substantially parallel to the signal wiring 124.
  • a common electrode 127 formed in a comb shape substantially parallel to the pixel electrode 126 is further provided.
  • the common electrode 127 extends from a common line 128 formed substantially parallel to the scanning line 123.
  • the common line 128 is opposed to an auxiliary capacitance electrode 129 formed of the same conductive layer as the pixel electrode 126 via an insulating film (not shown), and forms an auxiliary capacitance.
  • a first alignment layer having a horizontal alignment property is formed on the surface of the active matrix substrate 120a shown in FIG. 4, and the interface between the liquid crystal component and the first alignment layer forms a non-glide weak anchoring interface. Also, a first alignment layer having horizontal alignment is formed on the surface of the color filter substrate 120b facing the active matrix substrate 120a.
  • an opaque metal electrode for example, aluminum, titanium, copper, or the like
  • a transparent electrode ITO, IZO
  • the liquid crystal component 33 can be sealed between the active matrix substrate 120a and the color filter substrate 120b to form the liquid crystal display device 60.
  • liquid crystal molecules among the liquid crystal components have a positive dielectric anisotropy, and a horizontal voltage generated between the pixel electrode 126 and the common electrode 127 when a voltage is applied.
  • the orientation direction is changed by an electric field (an electric field parallel to the surfaces of the active matrix substrate 120a and the color filter substrate 120b).
  • an electric field an electric field parallel to the surfaces of the active matrix substrate 120a and the color filter substrate 120b.
  • liquid crystal having negative dielectric anisotropy can be used.
  • the response characteristic generally tends to be inferior to that of a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy.
  • the viewing angle characteristic has a feature to be further improved, and it is desirable to appropriately select it. Note that if the shapes of the pixel electrode 126 and the common electrode 127 are bent as in the case of the active matrix substrate 120a shown in FIG. 5, coloring at an oblique viewing angle can be suppressed.
  • the first electrode 38 and the second electrode 39 can be of a fringe field type (FIG. 6) for generating a fringe electric field between the pair of substrates 31 and 32, and can be driven at a low voltage. Performance, high-speed response, and wide viewing angle characteristics.
  • a first electrode 38 (common electrode) is provided in a lower layer
  • a second electrode 39 (pixel electrode) is provided in an upper layer via an insulating film 35 (SiN x or SiO x ).
  • the vertical relationship between the common electrode and the pixel electrode can be switched depending on the wiring method.
  • the lower electrode needs to be a transparent electrode such as ITO or IZO. Also in this case, if the shapes of the pixel electrode 126 and the common electrode 127 are bent as in the case of the active matrix substrate 120a shown in FIG. 5, coloring at an oblique viewing angle can be suppressed.
  • the invention according to the present embodiment is a refresh driving method for the optical element, in which the driving voltage is applied until a maximum transmittance is obtained, and then the state is returned to a non-application state.
  • the optical element is excellent in low-voltage drivability and high-speed response because the interface between the liquid crystal component and the first alignment layer forms a non-glide weakly anchored interface.
  • the liquid crystal molecules are arranged along the irregularities of the electrode, whereby the black color floats (the value of black luminance increases). As a result, the CR value (ratio of black luminance / white luminance) may be insufficient.
  • the liquid crystal molecules aligned along the concave and convex structure of the electrode are refresh-driven, so that the liquid crystal molecules can be oriented in the original direction of the liquid crystal molecules as shown in FIG. 7B.
  • the drive voltage is applied up to a voltage (for example, 2.5 V) at which the maximum transmittance T MAX is reached, and thereafter, the drive voltage is immediately returned to no application (0 V) to perform black display.
  • the one-side alignment regulating force can be made superior by the structure regulating force, and the black luminance of the liquid crystal cell can be reduced by half, which leads to an improvement in the CR value.
  • the black color floats, so if it is desired to maintain the black state, the original black display can be maintained by performing refresh driving periodically (for example, in units of several seconds to several tens of seconds). it can.
  • FIG. 8 An electrode substrate having a comb electrode shown in FIG. 8 was used in a 1 cm ⁇ 2 cm drive area.
  • the electrode width is 3.5 ⁇ m, the distance between the electrodes is 4.5 ⁇ m, and an electric field substantially parallel to the substrate can be applied between the electrodes.
  • FIG. 9 shows a cross-sectional structure of this electrode.
  • the thickness of the glass substrate 31 is 700 ⁇ m.
  • the thickness of the first electrode 38 (common electrode) made of ITO is 100 nm.
  • the thickness of the insulating film 35 made of SiN x is 300 nm.
  • the thickness of the second electrode 39 (comb-shaped electrode) made of ITO is 100 nm.
  • Example 1 As pretreatment of the first substrate, (1) UV irradiation of 172 nm is performed for about 10 minutes with an excimer UV device manufactured by Ushio to perform ozone cleaning, (2) ultrasonic cleaning in pure water for 10 minutes, 3) Water droplets attached to the substrate were blown off by N 2 blow, and (4) dried at 105 ° C. for 10 minutes.
  • the pretreated first substrate was spin-coated with the slippery material (1) at 3500 rpm for 30 seconds, and irradiated with non-polarized UV under the following conditions to perform photopolymerization.
  • -Lamp type H-bulb of Fusion UV systems used.
  • -Irradiation intensity 5.2 mW / cm 2 ⁇ Wavelength range: 220 to 260 nm
  • Irradiation Time 350 seconds
  • Atmosphere N 2 under-irradiation temperature: room temperature
  • irradiation intensity of the detector Ushio Inc.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view of the cell after the bonding.
  • the rubbing process is performed on the second substrate (color filter substrate) side, but the rubbing process is not performed on the first substrate (electrode substrate) side.
  • the temperature is raised to a temperature equal to or higher than the transition point of the liquid crystal component, and then the temperature is decreased.
  • FIG. 11 even when no voltage is applied to the first substrate (electrode substrate) side, The directions of the liquid crystal molecules are aligned in the same direction as the rubbed direction on the side of the second substrate (color filter substrate). In other words, a non-glide easy axis is generated on the side of the first substrate (electrode substrate) that has not been subjected to the rubbing treatment.
  • FIG. 12 shows the relationship among the direction of the easy axis of liquid crystal (LC) director, the direction of the polarizer, and the direction of the analyzer by the rubbing treatment on the color filter (CF) substrate side.
  • LC liquid crystal
  • CF color filter
  • FIG. 14 shows the measurement results of the drive waveforms of the liquid crystal element of Example 1
  • FIG. 15 shows the evaluation results of the voltage dependence of the response time.
  • the ON response time is the time from the transmittance T of 10% to 90%
  • the OFF response time is the time from the transmittance T of 90% to 10%.
  • the mode efficiency attained a target value of 95% or more at 2.5 V, and it was found that the positive liquid crystal exhibited excellent optical characteristics.
  • the mode efficiency refers to the ratio of the amount of transmitted light when the polarizing plate is crossed and the voltage is applied when the amount of transmitted light when no voltage is applied is 100% when the polarizing plate is arranged in parallel.
  • Example 2 A liquid crystal device of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the conditions of baking at 130 ° C. and 90 minutes in Example 1 were changed to the conditions of baking at 150 ° C. and 90 minutes.
  • FIG. 13 shows the evaluation results of the V-mode efficiency characteristics of the liquid crystal element of Example 2.
  • Example 3 A liquid crystal device of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1, except that the conditions of baking at 130 ° C. for 90 minutes in Example 1 were changed to the conditions of baking at 130 ° C. for 110 minutes.
  • FIG. 13 shows the evaluation results of the V-mode efficiency characteristics of the liquid crystal element of Example 3.
  • Comparative Example 1 A liquid crystal device of Comparative Example 1 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the alignment film on the first substrate in Example 1 was changed to a rubbed polyimide film.
  • FIG. 13 shows the evaluation results of the V-mode efficiency characteristics of the liquid crystal element of Comparative Example 1.
  • Comparative Example 2 A liquid crystal element of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the conditions of baking at 130 ° C. and 90 minutes in Example 1 were changed to the conditions of baking at 170 ° C. and 90 minutes.
  • the azimuthal anchoring energy W of each of the first alignment layers of the liquid crystal devices of Example 1 and Comparative Example 2 was measured.
  • the measuring method is as follows.
  • the liquid crystal molecules can be uniformly and horizontally aligned, and both substrates have a specific orientation (magnetic field orientation). A non-glide easy axis was generated.
  • the transmitted light intensity of the laser light under a magnetic field was measured.
  • FIG. 16 shows the results for 15 applied magnetic fields of 14.5 to 468.1 mT for each applied magnetic field.
  • a 2 ⁇ is the vibration component of the transmitted light related to the anchoring energy
  • c is the phase lag of the surface director with respect to the magnetic field direction, and is related to the large tree of surface viscosity.
  • the other parameters, A Norm , k, ⁇ ⁇ , ⁇ 2 ⁇ , are fitting parameters related to the dynamics of the surface director. That is, the magnitude of a 2 ⁇ indicates the anchoring energy, and the magnitude of c indicates the surface viscosity.
  • I (t) is the transmitted light intensity
  • t is time
  • is the angular velocity of the stage.
  • Figure 17 is a graph of fitting parameters a2 ⁇ to the magnetic field strength, a omega, the calculation results of c.
  • the threshold magnetic field Bf of the Freedericks transition was measured in a static magnetic field.
  • the magnetic field intensity threshold B f 67.6 mT
  • the cell thickness d 25 ⁇ m
  • the magnetic field intensity threshold Bc 55.6 mT
  • the extrapolation length de was determined by fitting the relationship between the cell thickness d and the reciprocal of the threshold value B f -1 of the magnetic field strength to the following equation, and the result was 200 ⁇ m.
  • ⁇ a is the anisotropy of the magnetic susceptibility.
  • the anchoring energy W of the azimuth formed by the alignment layer of Reference Example 1 at the interface with the liquid crystal component, which is the same as the first alignment layer of the liquid crystal cell of Example 1, is 6.4 ⁇ 10 -8 Jm- 2 was determined.
  • the anchoring energy W of a general strong anchoring film is approximately 10 ⁇ 5 to 10 ⁇ 3 Jm ⁇ 2 .
  • the anchoring energy W of the first alignment layer of the liquid crystal cell of Example 1 is sufficiently smaller than this, and it can be said that the first alignment layer of the liquid crystal cell of Example 1 was a weak anchoring film.
  • Reference Example 2 Same as Reference Example 1, except that the baking conditions of 130 ° C. and 90 minutes in Reference Example 1 were changed to the baking conditions of 170 ° C. and 90 minutes. A liquid crystal cell of Reference Example 2 having an alignment layer was produced.
  • the temperature of the liquid crystal cell of Reference Example 2 was adjusted to 29.1 ° C. in the same manner as in the liquid crystal cell 1, and the liquid crystal cell was sandwiched between two polarizing plates whose transmission axes were orthogonal to each other.
  • the transmitted light intensity of the laser light under a rotating magnetic field of 30 [rad / s] was measured. 14.5 measured at a magnetic field of 15 kinds of ⁇ 468.1MT, in the same manner as in Reference Example 1, by fitting Equation, fitting parameters a2 ⁇ , a ⁇ , asked or c.
  • Figure 18 is a graph of fitting parameters a2 ⁇ to the magnetic field strength, a omega, the calculation results of c.
  • the azimuthal anchoring energy W formed by the first alignment layer of the liquid crystal cell of Reference Example 2 at the interface with the liquid crystal component, which is the same as the first alignment layer of the liquid crystal cell of Comparative Example 2, is 10 ⁇ 5 or less . It is considered that the order was 10 ⁇ 3 Jm ⁇ 2 . At least, the first alignment layer of the liquid crystal cell of Comparative Example 2 has an anchoring energy W of W> 1.2 to 1.3 ⁇ 10 ⁇ 7 Jm ⁇ 2 .
  • Example 4 A liquid crystal device of Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 (baking at 130 ° C. for 90 minutes) except that the slippery material (1) in Example 1 was changed to the slippery material (2).
  • FIGS. 22 The evaluation results of the V-mode efficiency characteristics of the liquid crystal element of Example 4 are shown in FIGS.
  • the drive waveform was measured (FIG. 22), and the response time at a voltage of 2.5 V was calculated.
  • Example 5 A liquid crystal device of Example 5 was produced in the same manner as in Example 2 (baking at 150 ° C. for 90 minutes) except that the slippery material (1) in Example 2 was changed to the slippery material (2).
  • FIG. 19 shows the evaluation results of the V-mode efficiency characteristics of the liquid crystal element of Example 5.
  • the drive waveform of the liquid crystal element of Example 5 was measured, and the response time at a voltage of 2.5 V was calculated.
  • Example 6 A liquid crystal device of Example 6 was produced in the same manner as in Example 3 (baking at 130 ° C. for 110 minutes) except that the slippery material (1) in Example 3 was changed to the slippery material (2).
  • FIG. 20 shows the evaluation results of the V-mode efficiency characteristics of the liquid crystal element of Example 6.
  • the drive waveform was measured and the response time at a voltage of 2.5 V was calculated.
  • the result was 14 ms of ON response time + 69 ms of OFF response time of 55 ms. The result was excellent.
  • Example 7 Same as Example 3 except that the slippery material (1) in Example 3 was changed to the slippery material (2) and the condition of baking at 130 ° C. for 90 minutes was changed to the condition of baking at 130 ° C. for 70 minutes. (Baking at 130 ° C. for 70 minutes) to produce a liquid crystal device of Example 6.
  • FIG. 20 shows the evaluation results of the V-mode efficiency characteristics of the liquid crystal element of Example 7.
  • the drive waveform of the liquid crystal element of Example 7 was measured, and the response time at a voltage of 2.5 V was calculated.
  • Comparative Example 3 A liquid crystal device of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 4, except that baking was not performed at 130 ° C. for 90 minutes in Example 4.
  • FIG. 21 shows the evaluation results of the V-mode efficiency characteristics of the liquid crystal element of Comparative Example 3.
  • the drive waveform was measured (FIG. 22), and the response time at a voltage of 4.0 V was calculated.
  • Comparative Example 4 A liquid crystal device of Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Comparative Example 2 (baking at 170 ° C. for 90 minutes) except that the slippery material (1) in Comparative Example 2 was changed to the slippery material (2).
  • FIG. 19 shows the evaluation results of the V-mode efficiency characteristics of the liquid crystal element of Comparative Example 4.
  • the wettability to the substrate can be evaluated by the surface free energy ⁇ of the substrate represented by the following formula (1).
  • the surface free energy ⁇ is a numerical value of the surface state of a solid substance, and is a value that serves as an index when the order of wettability between solid substances is known.
  • Surface free energy is the force between molecules on a solid surface that pull each other, and this force is called the intermolecular force (van der Waals force), such as ionic or covalent bonds where electrons move between atoms. It is not a chemical bond but a pulling force between molecules.
  • ⁇ d + ⁇ p + ⁇ h (1)
  • a surface free energy of a substance
  • ⁇ d a dispersion component
  • ⁇ p a polar component
  • ⁇ h a hydrogen bond component
  • the analysis of the surface free energy on the solid surface uses a method of calculating from the measurement result of the contact angle of the solid surface, and there are several theories in this calculation method.
  • a method of calculating from the Kitazaki-Hata theory using Note that the contact angle of the solid surface is an angle formed between the solid and the liquid droplet at the liquid contact portion when the liquid droplet exists on the solid surface.
  • the surface free energy ⁇ of each of the first alignment layers of the liquid crystal devices of Examples 4 to 6 and Comparative Examples 3 and 4 was measured.
  • the measuring method is as follows.
  • the surface free energy of the obtained alignment layer of Reference Example 3 was calculated by contact angle measurement.
  • the contact angle was measured using a DropMaster 500 (manufactured by Kyowa Interface Science) with ultra pure water (H 2 O), diiodomethane (CH 2 I 2 ), and n-hexadecane (C 16 H 34 ).
  • Five points were measured using a Teflon (registered trademark) -coated needle 18G (or 22G) and a liquid volume of 3 ⁇ L, and the average value was obtained.
  • the surface free energy of the solvent used for the measurement is ultrapure water: 72.8 mJ / m 2 , diiodomethane: 50.8 mJ / m 2 , and n-hexadecane: 27.6 mJ / m 2 .
  • Reference Example 4 The same as the first alignment layer of the liquid crystal cell of Example 5 in the same manner as in Reference Example 3, except that the conditions of baking at 130 ° C. for 90 minutes in Reference Example 3 were changed to the conditions of baking at 150 ° C. for 90 minutes.
  • the coating film of Reference Example 4 was produced.
  • the surface free energy of the coating film of Reference Example 4 was calculated in the same manner as in Reference Example 3, it was 81.4 mJ / m 2 .
  • Reference Example 5 The same as the first alignment layer of the liquid crystal cell of Example 6 in the same manner as in Reference Example 3, except that the conditions of baking at 130 ° C. for 90 minutes in Reference Example 3 were changed to the conditions of baking at 130 ° C. for 110 minutes. A coating film of Reference Example 5 was produced. When the surface free energy of the coating film of Reference Example 5 was calculated in the same manner as in Reference Example 3, it was 81.1 mJ / m 2 .
  • Reference Example 6 A coating film of Reference Example 6, the same as the first alignment layer of the liquid crystal cell of Comparative Example 3, was prepared in the same manner as in Reference Example 3, except that baking was not performed at 130 ° C. for 90 minutes in Reference Example 3. Produced. When the surface free energy of the coating film of Reference Example 6 was calculated in the same manner as in Reference Example 3, it was 100.8 mJ / m 2 .
  • Reference Example 7 Same as the first alignment layer of the liquid crystal cell of Comparative Example 4 in the same manner as in Reference Example 3, except that the conditions of baking at 130 ° C. for 90 minutes in Reference Example 3 were changed to the conditions of baking at 170 ° C. for 90 minutes.
  • the coating film of Reference Example 7 was produced.
  • the surface free energy of the coating film of Reference Example 7 was calculated in the same manner as in Reference Example 3, it was 82.5 mJ / m 2 .
  • the surface free energy of the first alignment layer of the liquid crystal cells of Comparative Examples 3 to 4 was about 82.5 to 100.8 mJ /. it can be seen in m 2 is Chikashii value. Also, the surface free energy of the first alignment layer of the liquid crystal cells of Examples 4 to 6 is a value close to 81.1 to 81.4 mJ / m 2 , and the first alignment layer of the liquid crystal cell of the present invention.
  • the surface free energy of preferably less than 82.5mJ / m 2 is preferably 82.3mJ / m 2 or less, preferably 82.0mJ / m 2 or less, 81.5mJ / m It is understood that the number is preferably 2 or less.
  • Example 8 Simulation experiment The behavior of a nematic liquid crystal in which a strongly anchored surface is enclosed in a cell partially covered with an isotropic liquid was investigated using a coarse-grained molecular dynamics simulation. If not coated with an isotropic liquid, it should exhibit the same behavior as a nematic liquid crystal encapsulated in a normal alignment cell. On the other hand, when completely covered with the isotropic liquid, the anchoring interaction between the liquid crystal and the inner wall of the cell is weakened, and the cell acts as a slippery interface.
  • the liquid crystal in the cell at the slippery interface is expected to respond in a weak external field, but the restoring force due to the anchoring effect is reduced, so the relaxation time when the external field is erased becomes longer or the original Will not be restored to the state.
  • the coating was partially covered, it was thought that the behavior was quantitatively intermediate, and the behavior was examined in detail.
  • liquid crystal molecules are modeled using elongated spheroidal particles (Gay-Berne particles (GB)), and isotropic liquid molecules are spherical particles (Lennard-Jones particles (LJ)). )).
  • the inner wall of the cell is represented by a planar arrangement of particles (wall) having the same shape as the liquid crystal molecules. Without an isotropic liquid, the liquid crystal contained in this cell would exhibit planar alignment. The interaction between the wall particles and the isotropic liquid molecules was made stronger than the interaction between the wall particles and the liquid crystal molecules so that the isotropic liquid molecules were adsorbed on the walls.
  • Liquid crystalline molecules are modeled as elongated spheroidal particles.
  • the particles interact with a Gay-Berne potential given by the equation in the sample.
  • r_i is the coordinate of the i-th particle
  • u_i is the direction of the long axis of the molecule.
  • the ratio of the major axis to the minor axis was set to 3.
  • an isotropic / nematic phase transition occurs by changing the temperature (average kinetic energy) and the particle density, and shows a phase diagram as shown in the figure.
  • Spherical particles representing isotropic liquid molecules interact at the Lennard-Jones potential.
  • Gay-Berne particles were modeled to exhibit the same behavior as a linear array of Lennard-Jones particles. The spherical particles do not undergo a phase transition to the liquid crystal phase even when the temperature is changed.
  • ⁇ _s ⁇ ( ⁇ _0) represents the size of the molecule in the short axis direction
  • ⁇ _e ⁇ represents the size in the long axis direction
  • ⁇ _e and ⁇ _s represent the strength of the interaction when they are arranged horizontally and vertically in the major axis direction, respectively.
  • ⁇ and ⁇ are parameters that express how the molecules interact in detail.
  • r_ij indicates the relative position between particles i and j.
  • the elongated Gay-Berne particles and the spherical Lennard-Jones particles are mixed and enclosed in a planar-oriented cell (FIG. 23).
  • the diameter ⁇ _LJ of the Lennar-Jones particles was 1.5 times the minor axis of the liquid crystal molecules.
  • FIG. 24 shows the particle distribution when the temperature T and the number density of the isotropic liquid molecules ⁇ LJ are changed.
  • the liquid crystal molecules GB are represented by elongated particles, and the liquid molecules LJ represent isotropic liquid molecules.
  • the wall particles WALL represented by a dark color represent a substrate, and have a planar orientation in the horizontal direction on the paper.
  • the upper row shows the cell when viewed from the side, and the lower row shows the state near the lower surface, excluding liquid crystal molecules. Although the temperature is high, it is observed that the liquid crystal molecules and the liquid molecules are phase-separated. As the number of isotropic liquid molecules increases, larger droplets are formed.
  • the liquid crystal molecules show a nematic phase aligned in the left-right direction on the paper, and it can be seen that the isotropic liquid is adsorbed on the wall.
  • the appearance of the coating changes. If the number density is high enough, the isotropic liquid will completely cover the cell walls. When the number density is 5%, the coverage is about 50.3%. This means that the ratio of bare walls for strong anchoring is 49.7% and that for weak anchoring is 50.3%. When the number density is 10%, the coverage is approximately 90%.
  • FIG. 25 shows a state of a pattern of numerical calculation performed by changing the temperature when the number density of liquid molecules is 20%.
  • FIG. 26A shows the spatial distribution of the number density of liquid crystal molecules in the cell thickness direction.
  • the number density of the liquid molecules was fixed at 20% and the temperature was varied. Both ends of the graph roughly represent the positions of both sides of the cell. In the vicinity of the center of the cell, the liquid crystal molecules are distributed approximately uniformly, but in the vicinity of the wall, the density decreases, and the effect is remarkable at low temperatures.
  • FIG. 26B shows the spatial distribution of isotropic liquid molecules in the cell thickness direction. It can be seen that the liquid molecules are adsorbed on the wall, which becomes more pronounced at lower temperatures. Therefore, the number density of the liquid crystal molecules shown in FIG. 26A decreased when the temperature was lowered.
  • the impurity concentration “ ⁇ LJ 10%”.
  • the impurity concentration“ ⁇ LJ 20% ”corresponds to“ coverage ”. Rate of 100%.
  • the molecules start to averagely turn in the y-axis direction during the application of the external field, and the value decreases.
  • the external field is erased, it returns to the original state due to the anchoring effect and the elasticity of the liquid crystal.
  • the coverage 100%, the orientation of the molecules aligned in the external field direction does not return even after the external field is removed.
  • the coverage is changed, the behavior during the period is obtained. In particular, it can be seen that as the coverage is increased, the relaxation time after removal of the external field is gradually increased.
  • a specific example of a method for confirming whether or not the glide is non-glide can be exemplified as follows based on a result of a simulation.
  • the coverage is 100%
  • the orientation of the molecules aligned in the external field direction does not return even after the external field is removed. This is equivalent to or similar to the glide phenomenon, in which the anchoring force that regulated the initial orientation disappears due to the coating of the interface with the liquid, and the orientation direction changes due to external force.
  • the coverage is 0%
  • the application of the external force is removed, the alignment direction of the liquid crystal molecules returns to the initial alignment, which is equivalent or similar to the non-glide phenomenon.
  • a non-glide interface having a relaxation time equivalent to that of the rubbed interface of strong anchoring, or having a relaxation time within 3 times, preferably within 2 times is considered as a non-glide interface. It may be considered an interface.
  • FIG. 28 shows the temporal evolution of the spatial distribution of the xx component (Qxx) of the tensor liquid crystal order variable in the cell thickness direction when an external field is applied.
  • a positive value indicates that it is oriented in the anchoring axis direction (x direction), and a negative value indicates that it is oriented in the external field direction (y direction).
  • the upper left diagram in FIG. 28 shows a change after applying an external field when the coverage is 50.3%.
  • the upper right figure shows the change after removing the external field.
  • the orientation field remains fixed in the anchoring direction (x-direction) at the upper and lower walls, as in the case of 0%. Also, the central part is more oriented toward the external field.
  • the upper six sheets in FIG. 29 show the state (E-on) after the external field E is applied.
  • the lower six sheets in FIG. 29 show the state after the removal (E-off).
  • the elongated particles represent the orientation of the molecules, and mean that they are oriented in either the anchoring direction (x direction) or the external field direction (y direction).
  • portion of the wall particle WALL indicated by the dark color in the left diagram of FIG. 29 After the application, in the region not covered with the isotropic liquid (portion of the wall particle WALL indicated by the dark color in the left diagram of FIG. 29), it can be seen that the orientation of the molecule is almost fixed. On the other hand, in the covered region (the portion of the liquid molecule LJ in the left diagram of FIG. 29), it can be seen that the orientation is aligned with the direction of the external field. This means that the response of the molecules near the wall to the external field differs greatly depending on whether there is an isotropic liquid between the wall and the liquid crystal molecules. Looking at the state after the removal of the external field in the lower diagram of FIG. 29, it can be seen that the liquid crystal molecules in the portion covered with the isotropic liquid also return to the original direction. In the covered area, the effect of the wall should not be transmitted directly, but it is thought that the effect of the uncovered area will be transmitted and restored to the original direction.
  • FIG. 30 is a schematic diagram illustrating liquid crystal molecules near a wall when an external field E is applied, and illustrating the dependence of the orientation of the liquid crystal molecules on the distance from the wall.
  • the liquid crystal molecules adsorbed on the uncoated portion remain in the x direction (anchor ring direction), and gradually move in the external field direction (z direction) as they move away from the wall.
  • the wall faces the external field direction (z direction) immediately from the wall. Based on the results of FIGS. 24 to 29, it can be seen that the spatial distribution of the order variable is non-uniform in the plane.
  • An external field was applied between 100 ⁇ t / t 0 ⁇ 200.
  • a positive value of the xx component (Qxx) of the tensor liquid crystal order variable indicates that the molecule is oriented in the anchoring direction on the average, and a negative value indicates that the molecule is oriented in the external field direction. It is as expected to face the direction of the external field under the external field, but it can be seen that even when the coverage is so high, the original state is returned after the external field is removed. That is, if there is any bare surface, the director after the removal of the external field gradually recovers.
  • ⁇ LJ 0%
  • the size of the numerical simulation is only about 50 times the molecular short axis direction (several ⁇ ), which is far from the size of the cell used in the experiment. Although it has a large effect on the cell size, such as the relaxation time and the size of the external field required to effect the change, qualitative behavior is captured in this numerical simulation.
  • Example 1 Refresh driving method After the realignment treatment, the liquid crystal element of Example 1 was allowed to stand for about 10 minutes in a state where no voltage was applied, and black was floated as shown in the right photograph of FIG. 7A.
  • the black luminance was 0.70 cd / m 2 and the white luminance was 387 cd / m 2 , and the CR value (ratio of black luminance / white luminance) was 553, which was an insufficient value.
  • the refresh driving pulse “2.5 V / 100 ms ⁇ 0 V / 200 ms” was periodically performed at one-minute intervals to display improved black.
  • the black luminance 0.35cd / m 2 black can be improved crisp
  • CR value black luminance / white luminance ratio
  • Example 10 The refresh driving pulse “2.5 V / 15 ms ⁇ 0 V / 15 ms” was periodically performed at one-minute intervals to display improved black. As a result, the black luminance was 0.37 cd / m 2, which was improved by tightening black. The white luminance was 387 cd / m 2 , and the CR value (ratio of black luminance / white luminance) was as high as 1045.
  • the alignment regulating force that does not slip between the liquid crystal component and the alignment layer is referred to as non-glide, and whether or not the interface is non-glide depends on the external orientation by changing the alignment direction of the liquid crystal from the initial alignment direction. It is possible to determine whether the orientation of the liquid crystal molecules returns to the initial orientation when the external force is removed after the change. At the glide interface, when the external force is removed, the alignment is performed in a direction different from the initial alignment direction, and it can be seen that the liquid crystal component and the alignment regulating force of the alignment layer are glide by application of the external force.
  • the liquid crystal returns to the initial alignment direction after the external force is removed.
  • the meaning of returning to the orientation orientation here means that after applying the initial orientation orientation and an external force to change the orientation orientation, the angle of the orientation orientation that returns when the external force is removed is within 2 degrees, preferably. Is within 1 degree, more preferably within 0.5 degree, particularly preferably within 0.1 degree.
  • FIG. 33 is an example of a graph illustrating a change in the orientation of liquid crystal molecules at the non-glide interface.
  • Example 2 On the hot plate used in Example 1, baking was performed at 130 ° C. at 90 ° C. for 90 minutes, and two first substrates having a first alignment layer were formed. A cell was prepared with a cell thickness, and a nematic composition (E44; manufactured by Merck) was injected. The liquid crystal was cooled from a liquid state to a liquid crystal state while applying a magnetic field (0.45 T), and liquid crystal molecules were aligned in one direction. Next, a magnetic field is applied at 70 ° C. in a direction different from the orientation direction for a predetermined time (3s, 7s, 13s, 27s, 45s, 90s, and 180s from the left in FIG. 33) to change the orientation direction of the liquid crystal molecules.
  • a predetermined time 3s, 7s, 13s, 27s, 45s, 90s, and 180s from the left in FIG. 33
  • the magnetic field was removed to check whether the liquid crystal molecules returned to the initial orientation (FIG. 33). As a result, even when a magnetic field was applied for 180 seconds in a direction different from the orientation direction, the liquid crystal molecules returned to the initial orientation direction, and it was confirmed that this interface was non-glide.
  • FIG. 34 is an example of a graph illustrating a change in the orientation of liquid crystal molecules at the glide interface.
  • spin-coated 3500 rpm
  • a cell assembly cell thickness: 25 ⁇ m
  • a nematic composition E44; manufactured by Merck
  • the liquid crystal was cooled from the liquid state to the liquid crystal state while applying a magnetic field (0.45 T), and the liquid crystal molecules were aligned in one direction.
  • a magnetic field is applied in a direction different from the orientation direction at 90 ° C. for a predetermined time (from the left of FIG. 34, 1s, 3s, 5s, 7s, 10s, 13s, 18s, 27s, 33s, 45s, 60s, 90s, 120s, (180 s, 240 s) was applied to change and maintain the orientation of the liquid crystal molecules, and after removing the magnetic field, it was confirmed whether or not the liquid crystal molecules returned to the initial orientation (FIG. 34). As a result, it was found that the orientation did not return to the initial orientation at any of the application times, and it was confirmed that this interface was a glide interface.
  • Example 12 and 13 Optical elements of Examples 12 to 13 were produced using the slippery material precursor described below.
  • the solution (1) is heated at 120 ° C. for 4 hours to evaporate the solvent, and at the same time, promote the dehydration condensation of the hydrolyzate of the compound C2 to promote a honey-like viscous polymer (hereinafter, referred to as polymer C2).
  • polymer C2 honey-like viscous polymer
  • This solution (2) was diluted with cyclopentanone to 1% by weight to obtain a slippery material precursor solution (3).
  • the slippery material precursor solution (3) is spin-coated on a glass substrate at 3000 rpm for 30 seconds, and then heated in vacuum at 130 ° C. for 1 hour to further promote dehydration condensation to form a thin film of polymer C2. A glass substrate was obtained.
  • a strong anchoring substrate was prepared by forming a polyimide film on a glass substrate and rubbing in one direction.
  • Example 12 Production of liquid crystal cell having weak anchoring interface on both sides
  • FIG. 36 shows a phase diagram of the temperature-magnetic field intensity in the magnetic field response region where the transmittance amplitude is 0.1 or more. From 75 ° C. to 62 ° C., although the threshold magnetic field intensity showing the response gradually increased, the weak anchoring interface continued to be exhibited. On the other hand, in a low-temperature region of 62 ° C. or lower, the field of view of the polarizing microscope is darkened, and a clear isogyre indicating a uniaxial orientation perpendicular to the cell surface is observed in the conoscopic observation of the polarizing microscope. As shown in FIG. Responsiveness has been lost.
  • this change in transmittance is caused by the fact that the orientation vector on the strong anchoring substrate side is fixed, and the weak anchoring interface side twists following the rotation of the magnetic field, but returns to its original state without being able to turn around because of balance with elasticity. It is expected to reflect this.
  • the change in luminance due to the rotation of the magnetic field is twice per rotation, which is a simple mechanism that rotates the polarization plane due to the rotation of the magnetic field and restores the twist due to the elasticity of the liquid crystal. it is conceivable that.
  • the interface between the liquid crystal component and the alignment layer made of the polymer C2 forms a non-glide weak anchoring interface.
  • FIG. 38 shows a phase diagram in which the measurement shown in FIG. 37 is performed over a wide temperature range, and a region where the amplitude of transmittance is 10% or more is created as a magnetic field response region.
  • the liquid crystal cell of Example 13 exhibited slippery characteristics in a wide temperature range from 75 ° C. to 5 ° C. with a rotating magnetic field of 300 mT, while the magnetic field response was reduced with a decrease in temperature.
  • homeotropic alignment was performed at 62 ° C. or less, so that the in-plane weak anchoring property was lost.
  • the liquid crystal director was formed by a strong anchoring interface on one surface. It is considered that the anchoring transition to the homeotropic alignment was suppressed because of the planar alignment, and as a result, slippery characteristics were exhibited in a wide temperature range from 75 ° C. to 5 ° C.
  • Examples 14 to 23 (First substrate) An electrode substrate having a comb electrode shown in FIG. 8 was used in a 1 cm ⁇ 2 cm drive area.
  • the electrode width is 3.5 ⁇ m, the distance between the electrodes is 4.5 ⁇ m, and an electric field substantially parallel to the substrate can be applied between the electrodes.
  • FIG. 9 shows a cross-sectional structure of this electrode.
  • the thickness of the glass substrate 31 is 700 ⁇ m.
  • the thickness of the first electrode 38 (common electrode) made of ITO is 100 nm.
  • the thickness of the insulating film 35 made of SiN x is 300 nm.
  • the thickness of the second electrode 39 (comb-shaped electrode) made of ITO is 100 nm.
  • UV irradiation of 172 nm is performed for about 10 minutes with an excimer UV device manufactured by Ushio to perform ozone cleaning, (2) ultrasonic cleaning in pure water for 10 minutes, 3) Water droplets attached to the substrate were blown off by N 2 blow, and (4) dried at 105 ° C. for 10 minutes.
  • the pretreated first substrate was spin-coated with the slippery material precursor solution (3) at 1500, 3000, and 4500 rpm for 30 seconds, and the obtained resin film was heated on a hot plate under a nitrogen atmosphere under a nitrogen atmosphere for 100 seconds. Baking was performed at 130, 160, and 190 ° C. for 30 minutes to form a first alignment layer on the first substrate.
  • Table 2 shows the combinations of the above manufacturing conditions.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view of the cell after the bonding.
  • a polyimide alignment film subjected to photo-alignment treatment is formed on the side of the first substrate of the second substrate (color filter substrate), and the first substrate (electrode substrate)
  • a first alignment layer is formed on the side of the second substrate.
  • FIG. 12 shows the relationship among the direction of the easy axis of liquid crystal (LC director), the direction of the polarizer, and the direction of the analyzer by the optical alignment treatment on the color filter (CF) substrate side.
  • LC director liquid crystal
  • CF color filter
  • FIG. 39 shows the evaluation results of the V-mode efficiency characteristics of the liquid crystal elements of Examples 14 to 23.
  • the measurement results of the drive waveforms are shown in FIG.
  • the interface between the liquid crystal component and the first alignment layer forms a non-glide weak anchoring interface.
  • the ON response time is the time from the transmittance T of 10% to 90%
  • the OFF response time is the time from the transmittance T of 90% to 10%.
  • the mode efficiency was 94.1% at 2 V, and it was found that the positive liquid crystal exhibited excellent optical characteristics.
  • the mode efficiency was 89.7 to 94.7% at 2 V, and it was found that the positive liquid crystal exhibited excellent optical characteristics.
  • the mode efficiency refers to the ratio of the amount of transmitted light when the polarizing plate is crossed and the voltage is applied when the amount of transmitted light when no voltage is applied is 100% when the polarizing plate is arranged in parallel.
  • the resulting solution was filtered through a 1 ⁇ m filter, and methoxypropyl acetate as a polymerization solvent was completely removed using an evaporator to obtain a polymer (1).
  • the weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer (1) was 5,600 by GPC measurement, and the hydroxyl value was 94.7 mg / KOHg.
  • Duranate registered trademark
  • Example 24 As pretreatment of the first substrate, (1) UV irradiation of 172 nm is performed for about 10 minutes with an excimer UV device manufactured by Ushio to perform ozone cleaning, (2) ultrasonic cleaning in pure water for 10 minutes, 3) Water droplets attached to the substrate were blown off by N 2 blow, and (4) dried at 105 ° C. for 10 minutes.
  • the pretreated first substrate was spin-coated with the PEG polymer composition (P-1) at 6500 rpm for 30 seconds, dried at 60 ° C. for 5 minutes, and then dried at 130 ° C. and 90 ° C. on a hot plate. After baking for 1 minute, a first alignment layer (p-1) was formed on the first substrate.
  • FIG. 41 is a graph showing drive voltage / temperature dependence of transmitted light intensity I when a voltage is applied to the liquid crystal display element of Example 24.
  • the threshold voltage is 2 V to 2.6 V, and low-voltage driving is possible.
  • FIG. 42 is a graph showing the drive voltage / temperature dependence of the off response time ⁇ off when the voltage is off. At all temperatures and applied voltages, the off response time was 20 ms or less, and good response characteristics were obtained.
  • FIG. 43 is a graph showing the drive voltage / temperature dependency of the ON response time ⁇ on when the voltage is ON. In the range of the driving voltage of 5 V, the response time is 50 ms or less, and good response characteristics are obtained even when the voltage is ON.

Abstract

互いに対向して配置された第1の基板(11)及び第2の基板(12)と、第1の基板(11)と第2の基板(12)との間に充填された液晶成分(13)と、第1の基板(11)における第2の基板(12)の側に設けられた第1電極(18)及び第2電極(19)と、第1の基板(11)における第2の基板(12)の側に設けられ、液晶成分(13)中の液晶分子の配向状態を制御する第1の配向層(14)と、を備える光学素子(10)であって、液晶成分(13)と第1の配向層(14)との界面が非グライド弱アンカーリング界面(17)を形成している。

Description

光学素子及び光学素子のリフレッシュ駆動方法
 本発明は、光学素子及び光学素子のリフレッシュ駆動方法に関する。
 本願は、2018年8月17日に、日本に出願された特願2018-153738号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 各種測定機器、自動車用パネル、携帯端末、電子手帳、プリンター、コンピューター、テレビ、時計、広告表示板等の様々な分野の表示素子に“液晶”が現在使用されている。
 このような“液晶”とは、一般に、液体の流動性と、結晶の異方性とを合わせもつ相を言い、分子配列パターンからネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶に分類されている。ネマチック液晶は、例えば、TN(ツイステッド・ネマチック)型、STN(スーパー・ツイステッド・ネマチック)型、TFT(薄膜トランジスタ)を用いたVA(垂直配向)型、IPS(イン・プレーン・スイッチング)型、またはFFS(フリンジ・フィールド・スイッチング)型等の液晶表示素子(いわゆる液晶ディスプレイ)などに使用され市場において数多く流通している。
 VA型の液晶表示素子では、斜めから見た時の中間調が白浮きする傾向にある。
 これに対して、IPS型、またはFFS型等の液晶分子を水平配向させる横電界方式の液晶表示素子では、面内方向で液晶分子が配向変化するため、正面から観察した時と斜めから観察した時の輝度変化が一様である。また、対向基板(すなわち、カラーフィルタ側のCF基板)側には電極を必要としないため、インセルタッチパネルとの整合性が高い。
 現在、液晶の低電圧駆動性の向上が重要な開発課題となっている。また、テレビ、タブレット、携帯端末などの液晶表示素子に動画を表示させる場合、色の切り替わりが速い描画を求められるため、液晶の高速応答特性が重視される。
 本発明者らは、液晶成分と基板との間にスリッパリー(Slippery)界面を形成する潤滑界面誘導領域を設けることにより、低電圧駆動性に優れる光学素子を提案した(特許文献1)。
国際公開第2017/034023号
 特許文献1に示された液晶光学素子では、低電圧駆動性に優れることが示されたものの、応答速度、特に、電圧無印加時の応答速度の改善に課題が残っている。
 本発明は、低電圧駆動性及び高速応答特性に優れる光学素子の提供を目的とする。
 本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、前記特許文献1記載の液晶成分と基板との間に潤滑界面誘導領域が設けられた液晶素子では、外場方向に揃った分子の向きが、外場除去後も戻らないグライドの現象が生じるのに対して、液晶成分との界面が非グライド弱アンカーリング界面を形成する第1の配向層を備える光学素子は、低電圧駆動性及び高速応答特性を発現することを見出し、本発明を完成させた。
 本発明は、以下の態様を包含するものである。
[1] 互いに対向して配置された第1の基板及び第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に充填された液晶成分と、前記第1の基板における前記第2の基板の側に設けられた第1電極及び第2電極と、前記第1の基板における前記第2の基板の側に設けられ、前記液晶成分中の液晶分子の配向状態を制御する第1の配向層と、を備える光学素子であって、
 前記液晶成分と前記第1の配向層との界面が非グライド弱アンカーリング界面を形成している光学素子。
[2] 前記第2の基板における前記第1の基板の側に、前記液晶成分中の液晶分子の配向状態を制御する第2の配向層が設けられ、前記液晶成分と前記第2の配向層との界面が強アンカーリング界面を形成している、[1]に記載の光学素子。
[3] 前記液晶成分と前記第1の配向層との界面の方位角のアンカーリングエネルギーが、6×10-8~1×10-6Jm-2である、[1]又は[2]に記載の光学素子。
[4] 前記第1の配向層が、強アンカーリング膜と弱アンカーリング膜とのハイブリッド膜である、[1]~[3]のいずれか一項に記載の光学素子。
[5] 前記第1電極及び前記第2電極が、前記第1の基板と前記第2の基板との間にインプレーン電界を発生させる、[1]~[4]のいずれか一項に記載の光学素子。
[6] 前記第1電極及び前記第2電極が、前記第1の基板と前記第2の基板との間にフリンジ電界を発生させる、[1]~[4]のいずれか一項に記載の光学素子。
[7] 前記液晶成分がネマチック液晶である、[1]~[6]のいずれか1項に記載の光学素子。
[8] 前記第2の基板がカラーフィルタを備え、前記第1電極及び第2電極への駆動電圧の印加が薄膜トランジスタを介して実施される、[1]~[7]のいずれか1項に記載の光学素子。
[9] 最大透過率となるまで前記駆動電圧を印加し、その後、無印加状態に戻す、[8]に記載の光学素子のリフレッシュ駆動方法。
 本発明の光学素子は、液晶成分と第1の配向層との界面が非グライド弱アンカーリング界面を形成しているので、低電圧駆動性及び高速応答特性に優れる。
本発明の第1実施形態における光学素子の例を示す概略断面図である。 図2(a)は、液晶成分と配向層とが強アンカーリング界面を形成している様子を模式的に表している。図2(b)は、液晶成分と配向層とがグライド(Glide)界面を形成している様子を模式的に表している。図2(c)は、液晶成分と配向層とが非グライド弱アンカーリング界面を形成している様子を模式的に表している。 本発明の一実施形態における光学素子の例を示す概略図(a)と、それに電界を印加した様子を示す概略図(b)である。 横電界タイプの液晶パネルのアクティブマトリクス基板120aの例を模式的に示す概略平面図である。 横電界タイプの液晶パネルのアクティブマトリクス基板120aの例を模式的に示す概略平面図である。 フリンジフィールドタイプの光学素子の例を示す概略断面図である。 リフレッシュ駆動させる前後の液晶分子の方向を模式的に示す図である。 実施例で用いた櫛歯電極の形状を示す拡大図である。 実施例で用いた電極基板の概略断面図である。 実施例の液晶素子の概略断面図である。 実施例の液晶素子の電圧無印加時と電圧印加時の液晶分子の配向を示す概略断面図である。 実施例及び比較例における、カラーフィルタ(CF)基板側の液晶の配向容易軸(LC director)の方向と、偏光子(polarizer)の方向と、検光子(analyzer)の方向との関係を示す模式図である。 液晶素子のV-モード効率特性の評価結果を示すグラフの例である。 液晶素子の駆動波形の計測結果を示すグラフの例である。 液晶素子の応答時間の電圧依存性の評価結果を示すグラフの例である。 液晶素子について、回転磁場下でのレーザー光の透過光強度を測定したグラフの例である。 磁場強度に対するフィッティングパラメータa2ω、aω、cの計算結果を表したグラフの例である。 磁場強度に対するフィッティングパラメータa2ω、aω、cの計算結果を表したグラフの例である。 液晶素子のV-モード効率特性の評価結果を示すグラフの例である。 液晶素子のV-モード効率特性の評価結果を示すグラフの例である。 液晶素子のV-モード効率特性の評価結果を示すグラフの例である。 液晶素子の駆動波形の計測結果を示すグラフの例である。 強アンカーリング表面が、部分的に等方液体で被覆されたセルに封入された、ネマチック液晶の振る舞いモデル化した模式図である。 温度Tと等方液体分子の数密度ρLJを変えた場合の粒子の分布を示す模式図である。 液体分子の数密度が20%の場合に、温度を変えて行った数値計算のパターンの様子を示す模式図である。 図26(A)は、液晶分子の数密度の、セル厚方向の空間分布を示したグラフの例である。図26(B)は、等方液体分子のセル厚方向の空間分布を示したグラフの例である。図26(C)は、ネマチック液晶分子の平均的な向きのセル厚方向の空間分布を示したグラフの例である。 x軸方向に揃ったネマチック液晶に、y軸方向に外場を与えた場合に、分子が平均的にどれほどx軸方向(アンカーリング方向)を向いているかの時間変化の様子を示すグラフの例である。 外場を印加した際の、テンソル液晶秩序変数のxx成分(Qxx)のセル厚方向の空間分布の時間発展の様子を示すグラフの例である。 被覆率が50.3%(ρLJ=5%)のときの下面付近の液晶分子の向きの空間分布の時間変化を示すグラフの例である。 外場Eを印加しているときの、壁付近の液晶分子を示し、液晶分子の向きの壁からの距離に対する依存性を説明する概略図である。 図31は、被覆率が99%(ρLJ=12.5%)のときの平均的な秩序変数の時間変化の様子を、外場の強度を変えて示したグラフである。 図32は、被覆率が0%(ρLJ=0%)のときの平均的な秩序変数の時間変化の様子を、外場の強度を変えて示したグラフである。 図33は、非グライド界面における液晶分子の配向方位の変化を示すグラフの例である。 図34は、グライド界面における液晶分子の配向方位の変化を示すグラフの例である。 図35は、重合物C2をスピンコートしたガラス2枚で作製した両面弱アンカーリング界面の液晶セルが、75℃にて偏光顕微鏡観察で、250mT、2rpmの回転磁場に対して示す平均輝度の変化を示すグラフである。 図36は、第1の基板2枚で作製した両面弱アンカーリング界面の液晶セルに、2rpmの回転磁場を印加した時に配向ベクトルが磁場に応答する領域を示す温度-磁場強度の相図である。 図37は、第1の基板と第2の基板を組み合わせて作製した液晶セルに75℃にて250mT、2rpmの回転磁場を印加した時の偏光顕微鏡像および偏光顕微鏡の視野における平均輝度の変化を示すグラフである。 図38は、第1の基板と第2の基板を組み合わせて作製した実施例13の液晶セルに2rpmの回転磁場を印加した時に配向ベクトルが磁場に応答する領域を示す温度-磁場強度の相図である。 図39は、液晶素子のV-モード効率特性の評価結果を示すグラフの例である。 図40は、液晶素子の駆動波形の計測結果を示すグラフの例である。 図41は、液晶表示素子に電圧を印加したときの、透過光強度Iの駆動電圧・温度依存性を示すグラフの例である。 図42は、液晶表示素子に電圧を印加したときの、電圧OFF時のオフ応答時間τoffの駆動電圧・温度依存性を示すグラフの例である。 図43は、液晶表示素子に電圧を印加したときの、電圧ON時のオン応答時間τonの駆動電圧・温度依存性を示すグラフの例である。
[光学素子]
 以下、本発明に係る光学素子の第1実施形態を、図面に基づいて説明する。
 図1は、本実施形態における光学素子10を示す概略断面図である。
 本実施形態に係る発明は、互いに対向して配置された第1の基板11及び第2の基板12と、第1の基板11と第2の基板12との間に充填された液晶成分13と、第1の基板11における第2の基板の側に設けられた第1電極18及び第2電極19と、第1の基板11における第2の基板12の側に設けられ、液晶成分13中の液晶分子の配向状態を制御する第1の配向層14と、を備える光学素子10であって、液晶成分13と第1の配向層14との界面が非グライド弱アンカーリング界面17を形成している。
 本明細書における、従来技術および本実施形態での液晶成分と配向層との関係を、図2を用いて説明する。
 図2(a)は、液晶成分と配向層とが強アンカーリング界面を形成している様子を模式的に表している。配向層がポリイミド膜などの場合には、ポリイミド膜などの配向層は固体相であり変形しない、かつ、その近傍の液晶成分の液晶分子も、ポリイミド膜との間に強い分子間力が働いて動かない。
 図2(b)は、液晶成分と配向層とがグライド(Glide)スリッパリー(Slippery)界面を形成している様子を模式的に表している。配向層がガラス転移点(Tg)よりも高い温度状態の樹脂や、液体状態の場合には、配向層の近傍の液晶成分の液晶分子は、配向層表面近傍に固定されているが、配向層自体が滑りやすく(すなわち、塑性変形しやすく)、結果、液晶の配向方位が自由に回転できるグライド(Glide)スリッパリー(Slippery)界面を形成する。グライド(Glide)スリッパリー(Slippery)界面を用いると、液晶分子の回転運動が自由となり、駆動電力の大幅な低下の効果や、メモリ性表示デバイスとしての応用も期待できるが、復元力を失うために、黒レベルがずれたり、応答速度が遅くなる可能性があり、それを補填する策を講じる必要がある。例えば、対向基板に強アンカーリング界面を配置するなどの方法が考えられる。
 図2(c)は、液晶成分と配向層とが非グライド(non―Glide)弱(Weak)アンカーリングスリッパリー(Slippery)界面を形成している様子を模式的に表している。配向層は完全な固体相でも、液体相でもない状態であるが、ゲルやゴムのように液晶分子の配向回転に対して、弱いながらも十分な復元力を及ぼす。すなわち、液晶成分と配向層との間で滑らない(非グライドの)配向規制力を与えるが、液晶成分と配向層とは弱アンカーリング界面を形成しているので、配向層の近傍の液晶成分の液晶分子は、大きく回転運動することが可能となり、(b)同様に駆動電圧の低下の効果が期待できる。さらに、(b)とは異なり配向層自身が復元力を保っているので、(c)の配向層のみで表示デバイスを構成できる。復元力の弱さから予想される応答速度の低下は、界面粘性の低い材料の開発や(b)同様の復元力増強の策を講じることができる。
 従来のポリイミド膜を配向層に用いた液晶光学素子では、図2(a)に示されるように、液晶成分と配向層とが強アンカーリング界面を形成しているので、低電圧駆動性の課題があった。
 特許文献1のスリッパリー界面を形成している液晶光学素子では、図2(b)に示されるように、液体相と接する液晶分子は動きやすいので、低電圧駆動性に優れるものの、応答速度、特に、電圧無印加時の応答速度に課題が生じたものと考えられる。
 本実施形態における光学素子10は、図2(c)に示されるように、液晶成分と第1の配向層との界面が非グライド弱アンカーリング界面を形成しているので、低電圧駆動性及び高速応答特性に優れると考えられる。
 第1の基板11及び第2の基板12としてガラス基板、高分子フィルムを用いることができる。
 液晶成分13及び第1の配向層14の詳細については、別の項を設けて後述する。
 本実施形態において、液晶成分13は、ネマチック液晶であることが好ましい。第1の基板には第1電極及び第2電極が設けられており、第1の基板の側の第1の配向層の近傍の液晶成分13の液晶分子45は、水平配向することが好ましい。
 本実施形態において、第2の基板12(すなわち、対向基板)における第1の基板11の側に、液晶成分13中の液晶分子の配向状態を制御する第2の配向層22が設けられ、液晶成分13と第2の配向層22との界面が強アンカーリング界面20を形成していることが好ましい。第2の配向層22はポリイミドによって形成することができる。配向層22にはポリイミドの他にも光配向用液晶配向膜等、例えば、文献1(「配向膜」、液晶、第15巻、第3号2011、p.187)に記載の公知公用の配向膜材料を用いることができる。強アンカーリング界面20は、ポリイミド配向膜(配向層)にラビングを施すことにより、あるいは、光配向用液晶配向膜に光を照射し、光二量化、光異性化、あるいは光分解をさせることにより、得ることができる。
 このように、非グライド弱アンカーリング界面を形成している液晶成分と第1の配向層との界面の、方位角のアンカーリングエネルギーは、6×10-8~1×10-6Jm-2であることが好ましい。
 本実施形態の光学素子において、第1の配向層が、強アンカーリング膜と弱アンカーリング膜とのハイブリッド膜の構成とすることができる。強アンカーリング膜及び弱アンカーリング膜の組み合わせは、高分子膜及び低分子膜の組み合わせであってもよく、高分子膜及び高分子膜の組み合わせであってもよい。例えば、高分子層からなる強アンカーリング膜上に、液体の低分子膜をミクロ相分離させた形態や、複数の種類の高分子膜のハイブリッド膜の作成方法として、ナノインプリントの技術が挙げられる。
 本実施形態の光学素子において、第1の基板11における第2の基板12の側に設けられた第1電極18及び第2電極19が、第1電極18と第2電極19との間に電界を発生させる構成とすることができる。
 本実施形態の光学素子において、第1電極18及び第2電極19が、第1の基板11及び第2の基板12との間にインプレーン電界を発生させる構成とすることができる。
 本実施形態の光学素子において、第1電極18及び第2電極19が、第1の基板11及び第2の基板12との間にフリンジ電界を発生させる構成とすることができる。
「液晶成分13」
 本実施形態において、液晶成分13は、第1の基板11及び第2の基板12との間に充填され、液晶相を形成する。
 本実施形態における液晶成分13は、ネマチック液晶、コレステリック液晶およびスメチック液晶からなる群から選択される少なくとも1種が好ましく、ネマチック液晶組成物からなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
 本発明において、液晶成分は、室温で液晶相を示すことが好ましい。
 本発明において、液晶成分の透明点が60℃以上であることが好ましい。
 本発明において、液晶成分が少なくとも2種以上の液晶性化合物を含有してもよい。
 本発明の光学素子において、液晶成分に用いられる液晶性化合物としては、下記一般式(LC)で表される化合物を含有することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
(一般式(LC)中、RLCは炭素原子数1~15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-又は-C≡C-で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲン原子に置換されていてもよく、
 ALC1及びALC2は、それぞれ独立して、
(a)トランス-1,4-シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個のCH基又は隣接していない2個以上のCH基は酸素原子又は硫黄原子で置換されていてもよい。)、
(b)1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH基又は隣接していない2個以上のCH基は窒素原子で置換されていてもよい。)、及び(c)1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン基、ナフタレン-2,6-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、又はクロマン-2,6-ジイル基
からなる群より選ばれる基を表すが、上記の基(a)、基(b)又は基(c)に含まれる1つ又は2つ以上の水素原子はそれぞれ、F、Cl、CF又はOCFで置換されていてもよく、
 ZLCは単結合、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-OCF-、-CFO-、-(N(O)N)-、-COO-又は-OCO-を表し、
 YLCは、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、及び炭素原子数1~15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-、-C≡C-、-CFO-、-OCF-で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲン原子によって置換されていてもよく、
 aは1~4の整数を表すが、aが2、3又は4を表し、ALC1が複数存在する場合、複数存在するALC1は、同一であっても異なっていても良く、ZLCが複数存在する場合、複数存在するZLCは、同一であっても異なっていても良い。)
 前記一般式(LC)で表される化合物は、下記一般式(LC1)及び一般式(LC2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(式中、RLC11及びRLC21はそれぞれ独立して炭素原子数1~15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-又は-C≡C-で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲン原子によって置換されていてもよく、ALC11、及びALC21はそれぞれ独立して下記の何れかの構造
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
(該構造中、シクロヘキシレン基中の1つ又は2つ以上のCH基は酸素原子で置換されていてもよく、1,4-フェニレン基中の1つ又は2つ以上のCH基は窒素原子で置換されていてもよく、また、該構造中の1つ又は2つ以上の水素原子はF、Cl、CF又はOCFで置換されていてもよい。)を表し、XLC11、XLC12、XLC21~XLC23はそれぞれ独立して水素原子、Cl、F、CF又はOCFを表し、YLC11及びYLC21はそれぞれ独立して水素原子、Cl、F、CN、CF、OCHF、OCHF又はOCFを表し、ZLC11及びZLC21はそれぞれ独立して単結合、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-OCH-、-CHO-、-OCF-、-CFO-、-COO-又は-OCO-を表し、mLC11及びmLC21はそれぞれ独立して1~4の整数を表し、ALC11、ALC21、ZLC11及びZLC21が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。)
で表される化合物群から選ばれる1種又は2種以上の化合物であることが好ましい。
 RLC11及びRLC21はそれぞれ独立して炭素原子数1~7のアルキル基、炭素原子数1~7のアルコキシ基、炭素原子数2~7のアルケニル基が好ましく、炭素原子数1~5のアルキル基、炭素原子数1~5のアルコキシ基、炭素原子数2~5のアルケニル基がより好ましく、直鎖状であることが更に好ましく、アルケニル基としては下記構造を表すことが最も好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(式中、環構造へは右端で結合するものとする。)
 ALC11及びALC21はそれぞれ独立して下記の構造が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 YLC11及びYLC21はそれぞれ独立してF、CN、CF又はOCFが好ましく、F又はOCFが好ましく、Fが特に好ましい。
 ZLC11及びZLC21は単結合、-CHCH-、-COO-、-OCO-、-OCH-、-CHO-、-OCF-又は-CFO-が好ましく、単結合、-CHCH-、-OCH-、-OCF-又は-CFO-が好ましく、単結合、-OCH-又は-CFO-がより好ましい。
 mLC11及びmLC21は1、2又は3が好ましく、低温での保存安定性、応答速度を重視する場合には1又は2が好ましく、ネマチック相上限温度の上限値を改善するには2又は3が好ましい。
 また、前記一般式(LC)で表される化合物は、下記一般式(LC3)~一般式(LC5)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
(式中、RLC31、RLC32、RLC41、RLC42、RLC51及びRLC52はそれぞれ独立して炭素原子数1~15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-又は-C≡C-で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲン原子によって置換されていてもよく、ALC31、ALC32、ALC41、ALC42、ALC51及びALC52はそれぞれ独立して下記の何れかの構造
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
(該構造中シクロヘキシレン基中の1つ又は2つ以上のCH基は酸素原子で置換されていてもよく、1,4-フェニレン基中の1つ又は2つ以上のCH基は窒素原子で置換されていてもよく、また、該構造中の1つ又は2つ以上の水素原子はCl、CF又はOCFで置換されていてもよい。)のいずれかを表し、ZLC31、ZLC32、ZLC41、ZLC42、ZLC51及びZLC52はそれぞれ独立して単結合、-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-COO-、-OCH-、-CHO-、-OCF-又は-CFO-を表し、ZはCH基又は酸素原子を表し、XLC41は水素原子又はフッ素原子を表し、mLC31、mLC32、mLC41、mLC42、mLC51及びmLC52はそれぞれ独立して0~3を表し、mLC31+mLC32、mLC41+mLC42及びmLC51+mLC52は1、2又は3であり、ALC31~ALC52、ZLC31~ZLC52が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。)で表される化合物群から選ばれる1種又は2種以上の化合物であることが好ましい。
 RLC31~RLC52は、それぞれ独立して、炭素原子数1~7のアルキル基、炭素原子数1~7のアルコキシ基、炭素原子数2~7のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としては下記構造を表すことが最も好ましく、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
(式中、環構造へは右端で結合するものとする。)
 ALC31~ALC52はそれぞれ独立して下記の構造が好ましく、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 ZLC31~ZLC52はそれぞれ独立して単結合、-CHO-、-COO-、-OCO-、-CHCH-、-CFO-、-OCF-又は-OCH-が好ましい。
 前記一般式(LC)で表される化合物は、下記一般式(LC6)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
(式中、RLC61及びRLC62はそれぞれ独立して炭素原子数1~15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、-O-、-CH=CH-、-CO-、-OCO-、-COO-又は-C≡C-で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲン置換されていてもよく、ALC61~ALC63はそれぞれ独立して下記
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
(該構造中シクロヘキシレン基中の1つ又は2つ以上のCHCH基は-CH=CH-、-CFO-、-OCF-で置換されていてもよく、1,4-フェニレン基中1つ又は2つ以上のCH基は窒素原子で置換されていてもよい。)のいずれかを表し、ZLC61及びZLC62はそれぞれ独立して単結合、-CH=CH-、-C≡C-、-CHCH-、-(CH-、-COO-、-OCH-、-CHO-、-OCF-又は-CFO-を表し、mLC61は0~3を表す。ただし、一般式(LC1)~一般式(LC6)で表される化合物を除く。)で表される化合物を1種又は2種以上含有する液晶組成物が好ましい。
 RLC61及びRLC62は、それぞれ独立して、炭素原子数1~7のアルキル基、炭素原子数1~7のアルコキシ基、炭素原子数2~7のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としては下記構造を表すことが最も好ましく、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(式中、環構造へは右端で結合するものとする。)
 ALC61~ALC63はそれぞれ独立して下記の構造が好ましく、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 ZLC61及びZLC62はそれぞれ独立して単結合、-CHCH-、-COO-、-OCH-、-CHO-、-OCF-又は-CFO-が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
(式中、RLC61及びRLC62はそれぞれ独立して炭素原子数1~7のアルキル基、炭素原子数1~7のアルコキシ基、炭素原子数2~7のアルケニル基又は炭素原子数2~7のアルケニルオキシ基を表す。)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物であるのがより好ましい。
 本発明に使用する液晶成分は、液晶化合物からなるものでもよく、液晶組成物からなるものでもよく、液晶化合物又は液晶組成物を含有するものであってもよい。
「第1の配向層」
 本発明において、第1の配向層は、液晶成分13中の液晶分子の配向状態を制御して、液晶成分13との界面が非グライド弱アンカーリング界面17を形成する。
 液晶成分と第1の配向層との間に、非グライド弱アンカーリング界面を形成させることで、低電圧駆動性及び高速応答特性の両方に優れる光学素子とすることができる。
 第1の配向層は、液晶成分との界面が非グライド弱アンカーリング界面を形成するものであれば限定されず、高分子膜が非グライド弱アンカーリング界面を形成してもよく、低分子化合物が非グライド弱アンカーリング界面を形成してもよい。
 高分子膜が非グライド弱アンカーリング界面を形成するものとしては、低分子潤滑界面誘導剤としてのモノマーを含有するスリッパリー材料を、基板に塗布し、重合させることにより樹脂膜として形成する、あるいは、低分子潤滑界面誘導剤としてのモノマーを重合して得られたポリマーを基板に塗布して樹脂膜として形成することができる。液晶成分と第1の配向層との界面の方位角のアンカーリングエネルギーを調整するため、樹脂膜をベーク処理することが好ましい。低分子潤滑界面誘導剤としてのモノマーとしては、後述の、(1-1)~(1-15)のモノマーが挙げられる。
 低分子化合物が非グライド弱アンカーリング界面を形成するものとしては、後述のシミュレーションで示されるように、強アンカーリング界面を形成する基板表面に、特定の被覆率で、弱アンカーリング界面を形成する低分子潤滑界面誘導剤を被覆させたものを挙げることができる。弱アンカーリング領域及び強アンカーリング領域を、ある範囲の割合で共存させることで、液晶成分と第1の配向層との界面の方位角のアンカーリングエネルギーを制御することができる。液晶成分と第1の配向層との間に非グライド弱アンカーリング界面を形成するための低分子潤滑界面誘導剤としては、後述の、(1-1)~(1-20)の化合物が挙げられる。
 弱アンカーリング領域及び強アンカーリング領域を、ある範囲の割合で共存させる方法としては、例えば、(1)第1の基板の表面との親和性が良い低分子潤滑界面誘導剤と液晶成分との混合物を、第1の基板と第2の基板との間に注入することで、第1の基板の表面に、弱アンカーリング界面を形成する低分子潤滑界面誘導剤からなる被膜を特定の被覆率で形成すること、(2)第1の配向層を強アンカーリング膜と弱アンカーリング膜とのハイブリッド膜にすること、(3)第1の配向層にナノインプリント等の手法により弱アンカーリング領域及び強アンカーリング領域を形成すること、等を挙げることができ、これらに限定されない。
 第1の配向層が、表面に弱アンカーリング領域及び強アンカーリング領域を有するハイブリッド膜であるとき、弱アンカーリング領域及び強アンカーリング領域の全体の面積100%に対する、弱アンカーリング領域の面積の割合(被覆率)は、0%よりも大きく85%未満であってもよく、0.1~82%であってもよく、0.2~80%であってもよく、0.3~75%であってもよく、0.5~70%であってもよく、1.0~82%であってもよく、2.0~65%であってもよい。
 本明細書において、界面の方位角のアンカーリングエネルギーが「1×10-6Jm-2」よりも大きい膜を、「強アンカーリング膜」と定義することができ、界面の方位角のアンカーリングエネルギーが「1×10-6Jm-2」以下の膜を「弱アンカーリング膜」と定義することができる。「非グライド弱アンカーリング界面を形成する膜」の界面の、方位角のアンカーリングエネルギーは、「6×10-8~1×10-6Jm-2」の範囲であることが好ましい。
<スリッパリー材料>
 第1の配向層は、例えば、次の(1)低分子潤滑界面誘導剤としてのモノマーを含有するスリッパリー材料を、基板に塗布し、重合させることにより樹脂膜として形成することができる。液晶成分と第1の配向層との界面の方位角のアンカーリングエネルギーを調整するため、樹脂膜をベーク処理することが好ましい。
 スリッパリー材料がモノマー及び光重合開始剤を含有するとき、第1の配向層は、スリッパリー材料を、基板に塗布し、UV照射して光重合させることにより樹脂膜として形成することができる。このときも、液晶成分と第1の配向層との界面の方位角のアンカーリングエネルギーを調整するため、樹脂膜をベーク処理することが好ましい。
 第1の配向層は、次の(2)高分子潤滑界面誘導剤からなる樹脂膜として形成することができる。このときも、液晶成分と第1の配向層との界面の方位角のアンカーリングエネルギーを調整するため、樹脂膜をベーク処理することが好ましい。
 また、潤滑界面誘導剤は、液晶材料と分子構造の異なるものがよい。具体的には、低分子化合物の分子構造中に環構造を持たないか、1つだけもつものがよい。ここでいう環構造は、上記液晶成分13の説明、または、上記液晶成分23の説明中の環構造と同様のものが挙げられる。また、環構造を2つ以上持つ場合は、お互いの環構造がスペーサー基あるいは結合子により十分離れた位置にあることがよく、その結果、2つ以上の環構造が、液晶材料の分子構造のうち中央部分の2個~4個の六員環を有するコア構造とは異なる構造のものがよい。
 潤滑界面誘導剤が高分子化合物の場合は、上記低分子化合物と同様な構造が一つの望ましい例である。潤滑界面誘導剤が共重合体(コポリマー)の場合は、モノマー成分の少なくとも1つ以上が、上記低分子化合物と同様な構造を有していればよい。あるいは、潤滑界面誘導剤が高分子化合物であり液晶成分が低分子化合物の場合は、上記低分子化合物と同様な構造を示さなくとも分子量の違いにより相分離を起こす組合せであれば使用することができる。
(1)低分子潤滑界面誘導剤
 スリッパリー材料として用いることのできる低分子化合物としては、次の(1-1)~(1-20)が挙げられる。
(1-1)
 CH=CH(-R)-COO-R(RはC1~C20の直鎖状又は分岐状のアルキル基であり、Rは水素原子又はメチル基である。)
(1-1)のモノマーとしては以下のものが挙げられる。
 2-エチルヘキシルアクリレート、セチルアクリレート、イソアミルアクリレート、イソブチルアクリレート、イソデシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソステアリルアクリレート、イソミリスチルアクリレート、ラウリルアクリレート、オクチル/デシルアクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、アルキルメタクリレート(アルキル鎖長C12~C13;共栄社化学社製ライトアクリレートL-7)、アルキルメタクリレート(アルキル鎖長C12~C15;共栄社化学社製ライトアクリレートL-8)、アルキルメタクリレート(アルキル鎖長C12~C18)(共栄社化学社製)、アルキルメタクリレート(アルキル鎖長C18~C24;共栄社化学社製)、ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、イソステアリルメタクリレート。
(1-2)
 (1-1)に表記した化合物のアルキル鎖の一部あるいは全部が、エチレンオキサイド基、又は、プロピレンオキサイド基等のアルキレンオキサイド基に置換されたもの。
(1-2)のモノマーとしては以下のものが挙げられる。
 2-エチルヘキシルカルビトールアクリレート、2-メトキシエチルアクリレート、3-メトキシブチルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、ラウロキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシプロピレングリコールアクリレート、メトキシトリプロピレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコール♯400アクリレート、メトキシポリエチレングリコール♯600クリレート)、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、オクトキシポリエチレングリコール#350-プロピレングリコール#400アクリレート、ステアロキシポリエチレングリコール#1500アクリレート、ラウロキシポリエチレングリコールメタクリレート、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシトリエチレングリコールメタクリレート、メトキシテトラエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコール#400メタクリレート、メトキシポリエチレングリコール#1000メタクリレート、メトキシポリエチレングリコール#2000メタクリレート、メトキシポリエチレングリコール#4000メタクリレート、オクトキシポリエチレングリコール#350-プロピレングリコール#400メタクリレート。
(1-3)
 (1-2)に表記した化合物以外の変性アクリレートモノマー、変性メタクリレートモノマー。
 (1-3-1)変性アクリレートモノマー
 変性アクリレートモノマー、変性ジアクリレートモノマー、変性トリアクリレートモノマーとしては以下のものが挙げられる。
 2-アクリロイロキシエチルフタレート、2-アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチルフタレート、2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタレート、2-アクリロイロキシプロピルフタレート、2-エチル-2-ブチル-プロパンジオールアクリレート、2,2-ジエチル-プロパンジオールアクリレート、2-ヒドロキシブチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、トリメチルプロパントリアクリレート、2-プロペン酸10-ヒドロキシデシル、
 4-ヒドロキシブチルアクリレート、アクリル酸ダイマー、脂肪酸エポキシアクリレート、脂肪酸モノアクリレート、ECH変性アリルアクリレート、ベンジルアクリレート、ブタンジオールモノアクリレート、カプロラクトンアクリレート、EO変性クレゾールアクリレート、
 シクロヘキシルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチロールジシクロペンタンジアクリレート、ジプロピレングリコールアクリレート、エトキシ化フェニルアクリレート、イソボニルアクリレート、
 ネオペンチルグリコールベンゾエートアクリレート、ノニルフェノキシエチレングリコールアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール#100アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール#200アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール#400アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール#800アクリレート、オクタフルオロペンチルアクリレート、
 パラクミルフェノキシエチレングリコールアクリレート、パーフルオロオクチルエチルアクリレート、ECH変性フェノキシアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシヘキサエチレングリコールアクリレート、フェノキシテトラエチレングリコールアクリレート、ポリ(エチレングリコール#450-テトラメチレングリコール#350)アクリレート、ポリ(プロピレングリコール-テトラメチレングリコール)アクリレート、
 EO変性コハク酸アクリレート、t-ブチルシクロヘキシルアクリレート、テトラフルオロプロピルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリルアクリレート、トリブロモフェニルアクリレート、EO変性トリブロモフェニルアクリレート、
 トリフルオロエチルアクリレート、ウレタンモノアクリレート、β-カルボキシエチルアクリレート、ω-カルボキシ-ポリカプロラクトンモノアクリレート、ジアクリル化イソシアヌレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、EO変性1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、ECH変性1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、アリロキシポリエチレングリコールアクリレート、
 1,9-ノナンジオールジアクリレート、EO3モル変性ビスフェノールAジアクリレート、EO4モル変性ビスフェノールAジアクリレート、EO7モル変性ビスフェノールAジアクリレート、EO10モル変性ビスフェノールAジアクリレート、PO4モル変性ビスフェノールAジアクリレート、2-メチル-1,4-フェニレン-ビス[4-[3-(アクリロイルオキシ)プロピルオキシ]ベンゾエート]、
 EO,PO変性ビスフェノールAジアクリレート、PO,テトラメチレンオキサイド変性ビスフェノールAジアクリレート、ビスフェノールA-ジエポキシアクリレート、EO4モル変性ビスフェノールFジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=520)、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=460)、エポキシアクリレート(PO変性ビスフェノールAタイプ、Mw=810)、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=560)、エポキシアクリレート(ビスフェノールFタイプ、Mw=500)、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=510)、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=1950)、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=1100)、
 エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=480)、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=520)、エポキシアクリレート(大豆油変性タイプ)、ECH変性ヘキサヒドロフタル酸ジアクリレート、ヒドロキシビバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、EO2モル変性ネオペンチルグリコールジアクリレート、PO2モル変性ネオペンチルグリコールジアクリレート、カプロラクトン2モル変性ヒドロキシビバリン酸エステルネオペンチルグリコールジアクリレート、カプロラクトン4モル変性ヒドロキシビバリン酸エステルネオペンチルグリコールジアクリレート、
 ヒドロキシビバリン酸エステルネオペンチルグリコールジアクリレート、ステアリン酸変性ペンタエリスリトールジアクリレート、ECH変性フタル酸ジアクリレート、ポリ(エチレングリコール-テトラメチレングリコール)ジアクリレート、ポリ(プロピレングリコール-テトラメチレングリコール)ジアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエチレングリコール#200ジアクリレート、ポリエチレングリコール#300ジアクリレート、ポリエチレングリコール#400ジアクリレート、
 ポリエチレングリコール#600ジアクリレート、ポリエチレングリコール#900ジアクリレート、ポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール-ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコール#300ジアクリレート、ポリプロピレングリコール#450ジアクリレート、ポリプロピレングリコール#800ジアクリレート、ポリテトラメチレングリコール#650ジアクリレート、ECH変性ポリプロピレングリコール#90ジアクリレート、ECH変性ポリプロピレングリコール#250ジアクリレート、ECH変性ポリプロピレングリコール#650ジアクリレート、PO変性ビスフェノールAジグリシジルエーテルジアクリレート、シリコンジアクリレート(Ebecryl 350、ダイセル社製)、トリエチレングリコールジアクリレート、
 テトラエチレングリコールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールアクリレート、ネオペンチルグリコール変性トリメチロールプロパンジアクリレート、トリプロピレングリコールアクリレート、EO変性トリプロピレングリコールジアクリレート、トリグリセロールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ジアクリル酸亜鉛、ECH変性グリセロールトリアクリレート、
 EO変性グリセロールトリアクリレート、PO変性グリセロールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、EO変性リン酸トリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、
 カプロラクトン変性トリメチロールプロパントリアクリレート、HPA変性トリメチロールプロパントリアクリレート、EO3モル変性トリメチロールプロパントリアクリレート、EO6モル変性トリメチロールプロパントリアクリレート、EO9モル変性トリメチロールプロパントリアクリレート、EO15モル変性トリメチロールプロパントリアクリレート、EO20モル変性トリメチロールプロパントリアクリレート、PO3モル変性トリメチロールプロパントリアクリレート、PO6モル変性トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパンベンゾエートアクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート、アルコキシ変性トリメチロールプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、カプロラクトン2モル変性ジペンタエリスリトールへキサアクリレート、カプロラクトン3モル変性ジペンタエリスリトールへキサアクリレート、カプロラクトン6モル変性ジペンタエリスリトールへキサアクリレート、
 ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタおよびヘキサアクリレート(東亜合成社製)、ジペンタエリスリトールペンタおよびヘキサアクリレートベースの多官能モノマー混合物、アルキル変性ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールポリアクリレート(Mw=570)、アルキル変性ジペンタエリスリトールトリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=920)、
 エポキシアクリレート(リン酸変性タイプ、Mw=560)、ペンタエリスリトールアクリレート混合エステル、ペンタエリスリトールエトキシテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、シリコンヘキサアクリレート(Ebecryl 1360、ダイセル社製)、ラクトン変性可撓性アクリレート(Mw=344)、ラクトン変性可撓性アクリレート(Mw=230)、ラクトン変性可撓性アクリレート(Mw=458)、アミノアクリレート(Ebecryl P115 ダイセル社製)、アミノアクリレート(Ebecryl 7100 ダイセル社製)、アクリロイルモルフォリン、イミドアクリレート、イミドアクリレート(アロニックスTO-1534、東亜合成社製)、イミドアクリレート(アロニックスTO-1429、東亜合成社製)、イミドアクリレート(アロニックスTO-1428、東亜合成社製)、3-(トリメトキシシリル)プロピルアクリレート、
 フッ素系モノマーとしては、以下のものが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 (1-3-2)変性メタクリレートモノマー
 変性メタクリレートモノマー、変性ジメタクリレートモノマー、変性トリメタクリレートモノマーとしては以下のものが挙げられる。
 1,3-ブチレングリコールジメタクリレート、2-ヒドロキシ-3-アクロイルキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシ-3-メタクロイロキシプロピルメチルアンモニウムクロライド、2-ヒドロキシブチルメタクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、アリルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ブトキシエチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、
 ジメチルアミノエチルメタクリレート 4級化物、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ラクトン変性可撓性メタクリレート(Mw=472)、ラクトン変性可撓性メタクリレート(Mw=244)、ラクトン変性可撓性メタクリレート(Mw=358)、グリセロールメタクリレート、グリセロールポリメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ヘキサフルオロプロピルメタクリレート、イソボニルメタクリレート、
 メタクリル酸、
 ノニルフェノキシポリ(エチレングリコール#250-プロピレングリコール#100)メタクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールメタクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコールメタクリレート、オクタフルオロペンチルメタクリレート、ペンタメチルピペリジルジルメタクリレート、パーフルオロオクチルメタクリレート、フェノキシエチルメタクリレート、EO変性リン酸メタクリレート、EO,PO変性フタル酸メタクリレート、EO変性フタル酸メタクリレート、
 ポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコールメタクリレート、ポリ(エチレングリコール#200-テトラメチレングリコール#350)メタクリレート、ポリ(プロピレングリコール-テトラメチレングリコール)メタクリレート、ポリエチレングリコール#150メタクリレート、ポリエチレングリコール#300メタクリレート、ポリプロピレングリコール#250メタクリレート、ポリプロピレングリコール#300メタクリレート、ポリプロピレングリコール#500メタクリレート、
 EO変性コハク酸メタクリレート、t-ブチルシクロヘキシルメタクリレート、テトラフルオロプロピルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、テトラメチルピペリジルメタクリレート、トリブロモフェニルメタクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、メタクリル酸亜鉛、γ-メタクリロキシトリメトキシシラン、
 1,4-ブタンジオールメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールメタクリレート、1,9-ノナンジオールメタクリレート、1,10-デカンジオールメタクリレート、アリロキシポリエチレングリコールメタクリレート、EO2モル変性ビスフェノールAジメタクリレート、EO4モル変性ビスフェノールAジメタクリレート、EO7モル変性ビスフェノールAジメタクリレート、
 EO10モル変性ビスフェノールAジメタクリレート、EO30モル変性ビスフェノールAジメタクリレート、EO,PO変性ビスフェノールAジメタクリレート、EO,PO変性(ブロックタイプ)ビスフェノールAジメタクリレート、PO,テトラメチレンオキサイド変性ビスフェノールAジメタクリレート、PO変性ビスフェノールAジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ECH変性エチレングリコールジメタクリレート、
 グリセロールアクリレートメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ECH変性フェノキシジメタクリレート、EO変性リン酸ジメタクリレート、ポリテトラメチレングリコールジメタクリレート、ポリ(エチレングリコール-テトラメチレングリコール)ジメタクリレート、ポリ(プロピレングリコール-テトラメチレングリコール)ジメタクリレート、ポリエチレングリコール#200ジメタクリレート、ポリエチレングリコール#400ジメタクリレート、
 ポリエチレングリコール#600ジメタクリレート、ポリエチレングリコール#1000ジメタクリレート、ECH変性ポリエチレングリコール#90ジメタクリレート、ECH変性ポリエチレングリコール#400ジメタクリレート、ポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール-ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコール#200ジメタクリレート、ポリプロピレングリコール#400ジメタクリレート、PO変性ビスフェノールAジグリシジルエーテルジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート
 ジメタクリル酸亜鉛、EO変性リン酸ジメタクリレート、EO変性テトラブロモビスフェノールAジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、HPA変性トリメチロールプロパントリメタクリレート、含リンメタクリル酸エステル(ニューフロンティアS-510、第一工業製薬社製)、含リンエポキシメタクリレート(ニューフロンティアS-23A、第一工業製薬社製)
 下記式で表されるシロキサンメタクリレート、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 下記式で表される4価重合性シロキサンメタクリレート。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
(1-4)
(1-4-1)
(1-1)、(1-2)、(1-3)に表記した化合物の、CH=C(-R)-基(Rは水素原子又はアルキル基である。)の少なくとも一つが、
 R11-CH(-R)-基
(R11は水素原子又はC1~C20のアルキル基であり、Rは水素原子又はアルキル基である。ただし、R11+RはC1~C20である。R11、Rは同じでも異なっていてもよい。)に置き換わったもの。
(1-4-2)
 (1-3)に表記した化合物の、2以上のCH=C(-R)-基(Rは水素原子又はアルキル基である。)の少なくとも一つが、化合物に少なくとも一つのCH=C(-R)-基を残すという条件で、
 R11-CH(-R)-基
(R11は水素原子又はC1~C20のアルキル基であり、Rは水素原子又はアルキル基である。ただし、R11+RはC1~C20である。R11、Rは同じでも異なっていてもよい。)に置き換わったもの。
(1-5)
 水酸基を2つ以上有する(メタ)アクリレートとして、次を挙げることができる。
 プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコール、ビスフェノールA、エトキシ化ビスフェノールAなどの2価のアルコールのジグリシジルエーテル;
 トリメチロールプロパン、エトキシ化トリメチロールプロパン、プロポキシ化トリメチロールプロパン、グリセリンなど、3価アルコールのトリグリシジルエーテル等のエポキシ化合物に(メタ)アクリル酸を付加せしめて得られるエポキシアクリレート化合物、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート及びジトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートが挙げられ、エポキシ樹脂とカルボン酸から誘導されるものとして、グリシジル(メタ)アクリレートの(メタ)アクリル酸付加物、
 トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリス2―ヒドロキシエチルイソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレートなどの、ヒドロキシル残基を有するアルコール性ジ(メタ)アクリレート、
 ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンヘキサ(メタ)アクリレートなどの、ヒドロキシル残基を有するアルコール性多官能(メタ)アクリレート、
 少なくとも1個の芳香環を有する多価フェノール又はそのアルキレンオキサイド付加体のポリグリシジルエーテル等のエポキシ化合物に(メタ)アクリル酸を付加させて得られた(メタ)アクリレート、芳香族エポキシアクリレートの水添タイプの脂環式エポキシアクリレート等が挙げられる。
 尚、ここでいう多価フェノールとしては、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等のビスフェノール化合物又はビスフェノール化合物のアルキレンオキサイド付加体、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等を用いることができる。
(1-6)
(1-5)に表記した化合物のうち、1又は2以上の水酸基が、水素原子に置き換わったもの。
(1-7)
(1-7-1)
 (1-5)又は(1-6)に表記した化合物の、CH=C(-R)-基の少なくとも一つが、
 R11-CH(-R)-基
(R11は水素原子又はC1~C20のアルキル基であり、Rは水素原子又はアルキル基である。ただし、R11+RはC1~C20である。R11、Rは同じでも異なっていてもよい。)に置き換わったもの。
(1-7-2)
 (1-5)又は(1-6)に表記した化合物の、2以上のCH=C(-R)-基の少なくとも一つが、化合物に少なくとも一つのCH=C(-R)-基を残すという条件で、
 R11-CH(-R)-基
(R11は水素原子又はC1~C20のアルキル基であり、Rは水素原子又はアルキル基である。ただし、R11+RはC1~C20である。R11、Rは同じでも異なっていてもよい。)に置き換わったもの。
(1-8)
 カルボキシル基を有する(メタ)アクリレートとして次を挙げることができる。
 カルボキシル基を有する(メタ)アクリレートは、カルボキシル基の親水性が十分高いため1分子あたりのカルボキシル基の数に特に制限はなく、1つでも2つ以上でも良い。
しかしカルボキシル基の数が増えていくと溶媒に対する溶解性が悪くなり、化合物の結晶性も高くなるので、接着部材あるいは溶媒に対する耐性が悪化しない範囲でカルボキシル基の数は少ないものが好ましい。特に芳香環に直結したカルボキシル基を持つ化合物の場合には1分子あたりのカルボキシル基の数は2以下が特に好ましい。
 具体的には、例えば、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタレート、2-アクリロイルオキシエチルフタレート、2-メタクリロイルオキシエチルフタレート、EO変性琥珀酸アクリレート等、カルボキシ基及び一分子中に少なくとも1つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレ-トの如き水酸基含有ビニル単量体に、無水フタル酸等の酸無水物を付加させて得られる化合物、末端に(メタ)アクリロイルオキシ基が導入されたアルキル(オキシ)基で置換された安息香酸誘導体が挙げられる。置換基の数は1つでもそれ以上でも良いが、置換基の数は1~3であることが合成の容易さの面から好ましい。また、複数の置換基を導入する場合には、置換する位置として分子の対称性を低くするような位置を選択することが、結晶性を高くしすぎないという面で好ましい。具体的には、2-(ω-(メタ)アクリロイルオキシアルキル(オキシ))安息香酸、2,3-ジ(ω-(メタ)アクリロイルオキシアルキル(オキシ))安息香酸、2,4-ジ(ω-(メタ)アクリロイルオキシアルキル(オキシ))安息香酸、2,5-ジ(ω-(メタ)アクリロイルオキシアルキル(オキシ))安息香酸、3-(ω-(メタ)アクリロイルオキシアルキル(オキシ))安息香酸、3,4-ジ(ω-(メタ)アクリロイルオキシアルキル(オキシ))安息香酸、4-(ω-(メタ)アクリロイルオキシアルキル(オキシ))安息香酸で、アルキル鎖のメチレン基の数が1~14のものが挙げられる。特にメチレン基の数が2~10のものがさらに好ましい。
(1-9)
(1-9-1)
 (1-8)に表記した化合物の、CH=C(-R)-基の少なくとも一つが、
 R11-CH(-R)-基
(R11は水素原子又はC1~C20のアルキル基であり、Rは水素原子又はアルキル基である。ただし、R11+RはC1~C20である。R11、Rは同じでも異なっていてもよい。)に置き換わったもの。
(1-9-2)
 (1-8)に表記した化合物の、2以上のCH=C(-R)-基の少なくとも一つが、化合物に少なくとも一つのCH=C(-R)-基を残すという条件で、
 R11-CH(-R)-基
(R11は水素原子又はC1~C20のアルキル基であり、Rは水素原子又はアルキル基である。ただし、R11+RはC1~C20である。R11、Rは同じでも異なっていてもよい。)に置き換わったもの。
(1-10)
 2つ以上のエポキシ基を有している化合物、例えば、エチレングリコール、ヘキサンジオ-ル、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトールまたは水添ビスフェノールA、等の脂肪族ポリオールのジグリシジルエーテル化合物、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ジヒドロキシフェニルエーテル、ジヒドロキシベンゾフェノン、クレゾールホルムアルデヒド樹脂、フェノールホルムアルデヒド、ナフトールフェニルアルデヒド樹脂、メチレンビスアニリン、ジヒドロキシナフタレン、ナフトールダイマー、テトラメチルビフェノール、レゾルシン、ヒドロキノン、カテコール等の芳香族ポリオールのポリグリシジルエーテル化合物、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールもしくはポリテトラエチレングリコール、等のポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル化合物、
 トリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのポリグリシジルエーテル化合物、アジピン酸、ブタンテトラカルボン酸、プロパントリカルボン酸、フタル酸、テレフタル酸もしくはトリメリット酸、等の脂肪族ないしは芳香族ポリカルボン酸のポリグリシジルエーテル化合物、ブタジエン、ヘキサジエン、オクタジエン、ドデカジエン、シクロオクタジエン、α-ピネンもしくはビニルシクロヘキセン、等の炭化水素系ジエンのビスエポキシド化合物、ビス(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル)アジペートもしくは3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキシルカルボキシレート、等の脂環族ポリエポキシ化合物などが挙げられる。
 これらのエポキシ化合物は1種類で用いてもよく、2種類以上混合して用いてもよい。
また、これらのエポキシ化合物は、分子量、その他の物性にも特に制限はないが、配合が容易であることから、通常分子量100~3000程度のものを使用する。
(1-11)
 (1-10)に表記した化合物のひとつ、あるいは、ひとつ以上のエポキシ基が、化合物に少なくともひとつ以上のエポキシ基を残すという条件で、C=CあるいはC-Cに置換された化合物。
(1-12)
 潤滑界面誘導剤として用いることのできるモノマー化合物としては、P-R(Pは重合性基であり、Rは直鎖状又は分岐鎖状の炭素原子数1~0のアルキル基であり、前記アルキル基中の非隣接の-CH-は-COO-、-OCO-、-CO-、-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CH(O)CH-で置換していてもよい。)で表されるモノマーであってもよい。Pの重合性基としては、下記式(III-1)~(III-17)で表される重合性基(破線は他の有機基への結合を表し、Rは独立して水素原子又は炭素原子数1~5のアルキル基を表す。)等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 (1-12)の類に属する長さの異なるアルキル鎖を有するモノマーを使用することで、液晶成分と接する界面が平らではない凹凸を有する状態になり、近傍で液晶化合物が低秩序になり液晶相を保っていられないため、スリッパリー界面を形成させることができる。
(1-13)
 潤滑界面誘導剤として用いることのできるモノマー化合物としては、P-Sp-Zm(Pは重合性基であり、Spはスペーサー基であり、Zmはメソゲン基である)で表されるモノマーであってもよい。Pの重合性基としては、前記式(III-1)~(III-17)で表される重合性基等が挙げられる。Spのスペーサー基としては、後述するSp1と同様の2価の基が挙げられる。Zmのメソゲン基としては、下記式のメソゲン基が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
(Rは、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基又はハロゲン原子であり、前記アルキル基中の水素原子はハロゲン原子に置換していてもよく、前記アルキル基中の水素原子はハロゲン原子に置換していてもよく、前記アルキル基中の非隣接の-CH2-は-COO-、-OCO-、-CO-、-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CH(O)CH-で置換していてもよく、A及びCは、それぞれ独立して、2価の環式基であり、Bは3価の環式基であり、A、B及びCは、置換基を有していてもよく、Spは、それぞれ独立して、スペーサー基であり、m及びnは、それぞれ独立して、0~5の整数である。)
 (1-13)の類に属するメソゲン基を有するモノマーは、上記のBの3価の環式基のようにメタやオルトでスペーサー基を介して主鎖につながっている構造となる。これに対して、通常液晶分子は直線性を重視するため環構造はパラ位でつながる。これにより液晶相の不安定化が起こり、スリッパリー界面を形成させることができる。
(1-14)
 潤滑界面誘導剤として用いることのできるモノマー化合物としては、P-Sp-Zp(Pは重合性基であり、Spはスペーサー基であり、Zpは光異性化可能な基を表す。)で表されるモノマーであってもよい。Pの重合性基としては、前記式(III-1)~(III-17)で表される重合性基等が挙げられる。Spのスペーサー基としては、後述するSp1と同様の2価の基が挙げられる。Zpの光異性化可能な基としては、アゾベンゼン構造を有する基が挙げられる。アゾベンゼン構造を有する基として、具体的には、以下の一般式(P-a-1)~一般式(P-d-8)で表される2価の基が挙げられる。Zpとしては、この他に、一般式(P-e-7)で表される2価の基が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
 アゾベンゼン構造のシス-トランスの光異性化により、液晶の配向秩序を乱してスリッパリー界面を形成させることができる。このため、光異性化する波長のUVを照射することにより、スリッパリー状態を制御することが可能になる。このため、局所的な制御等も可能になる。
(1-15)
 (1-1)~(1-14)に表記した化合物の、具体的な化合物を更に列挙する。
 メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、tert-ブチル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルオキシルエチル(メタ)アクリレート、イソボルニルオキシルエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、ジメチルアダマンチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、
 2-フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、(2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチル(メタ)アクリレート、(3-エチルオキセタン-3-イル)メチル(メタ)アクリレート、o-フェニルフェノールエトキシ(メタ)アクリレート、ジメチルアミノ(メタ)アクリレート、ジエチルアミノ(メタ)アクリレート、2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロピル(メタ)アクリレート、2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロブチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3,4,4,4-ヘプタフルオロブチル(メタ)アクリレート、2-(パーフルオロブチル)エチル(メタ)アクリレート、2-(パーフルオロヘキシル)エチル(メタ)アクリレート、1H,1H,3H-テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、1H,1H,5H-オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、1H,1H,7H-ドデカフルオロヘプチル(メタ)アクリレート、1H-1-(トリフルオロメチル)トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、1H,1H,3H-ヘキサフルオロブチル(メタ)アクリレート、1,2,2,2-テトラフルオロ-1-(トリフルオロメチル)エチル(メタ)アクリレート、1H,1H-ペンタデカフルオロオクチル(メタ)アクリレート、1H,1H,2H,2H-トリデカフルオロオクチル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルフタル酸、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、グリシジル(メタ)アクリレートなどの1価のエポキシ(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルリン酸、
 4-アクリロイルモルホリン、ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、イロプロピル(メタ)アクリルアミド、ジエチル(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-ドデシル(メタ)アクリルアミド、N-アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタルイミド等のモノ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルジオールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール#400(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)#600アクリレート、ポリプロピレングリコール#800(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、9,9-ビス[4-(2-アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン、グリセリンジ(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-アクロイルオキシプロピルメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテルのアクリル酸付加物、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテルのアクリル酸付加物、等のジアクリレート、
 トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン変性トリス-(2-アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、等のトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、等のテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、オリゴマー型の(メタ)アクリレート、各種ウレタンアクリレート、各種マクロモノマー、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、等のエポキシ化合物、マレイミド等、ラウリン酸エチル、酢酸トリデシル等のエステル化合物、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール等のポリアルキレンオキサイド(アルキレン基の炭素数は2~20が好ましい。)等、が挙げられる。
 低分子潤滑界面誘導剤としてのモノマーとしては、(1-1)~(1-15)のモノマーが挙げられ、液晶分子との親和性を弱めるために、グリコール骨格、水酸基のいずれかあるいは両方持つモノマーが好ましく、そのモノマーの数平均分子量としては、100~4500のものが好ましく、300~2500のものがより好ましく、400~1500のものが特に好ましい。
 上記した数平均分子量400~1500の低分子量潤滑界面誘導剤を用いる場合、第1の基板上で光重合させて得られた樹脂膜を、100~160℃の温度条件下にベークすることが好ましい。
(1-16)
 R11-CH(-R)-COO-R
(R11は水素原子又はC1~C20のアルキル基であり、RはC1~C20のアルキル基であり、Rは水素原子又はアルキル基である。ただし、R11+RはC1~C20である。R11、R、Rは同じでも異なっていてもよい。)
(1-17)
 (1-16)に表記した化合物のアルキル鎖の一部あるいは全部が、エチレンオキサイド基、又は、プロピレンオキサイド基等のアルキレンオキサイド基に置換されたもの。
(1-18)
 フッ素系潤滑剤、フッ素系界面活性剤
 フッ素系潤滑剤としては、以下のものが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
 フッ素系界面活性剤としては、以下のものが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
(1-19)
 グリコール系潤滑剤としては、ヘキサエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル等が挙げられる。
 グリコール系界面活性剤としては、ヘキサエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル等が挙げられる。
(1-20)
 アミド系潤滑剤としては、N,N-ジメチルメタンアミド、N,N-ジメチルドデカンアミド、N,N’-ジアセチル-1,6-ジアミノヘキサン、N-パルミトイルイソプロピルアミド等が挙げられる。
(重合開始剤)
 スリッパリー材料は、必要に応じて、重合開始剤を含んでいてもよい。例えば、当該重合性化合物をラジカル重合によって重合させる場合には、ラジカル重合開始剤として、熱重合開始剤、光重合開始剤を添加しておくことができる。
 具体的には以下の化合物が好ましく用いられる;
 ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、ベンジルジメチルケタール、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン、4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル-(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトン、1-ヒドロキシシクロヘキシル-フェニルケトン、2-メチル-2-モルホリノ(4-チオメチルフェニル)プロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノン、1-[4-(4-ベンゾイルフェニルスルファニル)フェニル]-2- メチル-2-(4-メチルフェニルスルフォニル)プロパン-1-オン、2-(ジメチルアミノ)-2-[(4-メチルフェニル)メチル]-1-[4-(4-モルホリニル)フェニル]-1-ブタノン、オリゴ(2-ヒドロキシ-2-メチル-1-[4-(1-メチルビニル)フェニル]プロパノン)、2-ヒドロキシ-1-{4-〔4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル)フェノキシ〕フェニル}-2-メチルプロパノン等のアセトフェノン系;
 ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン系;
 ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド、2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィンオキサイド系;
 ベンジル、メチルフェニルグリオキシエステル系;
 ベンゾフェノン、o-ベンゾイル安息香酸メチル、4-フェニルベンゾフェノン、4,4’-ジクロロベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、4-ベンゾイル-4’-メチル-ジフェニルサルファイド、アクリル化ベンゾフェノン、3,3’,4,4’-テトラ(t-ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’-ジメチル-4-メトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系;
 1,2-オクタンジオン,1-〔4-(フェニルチオ)フェニル〕-,2-(O-ベンゾイルオキシム)、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H -カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)などのオキシムエステル系、
 2-イソプロピルチオキサントン、2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2,4-ジクロロチオキサントン等のチオキサントン系;
 1-[4-(4-ベンゾイルフェニルスルファニル)フェニル]-2-メチル-2-(4-メチルフェニルスルフォニル)プロパン-1-オン等のケトスルホン系;
 10-ブチル-2-クロロアクリドン、2-エチルアンスラキノン、9,10-フェナンスレンキノン、カンファーキノン等。
 光重合開始剤の含有率は、スリッパリー材料に含まれるモノマー総量に対し、0.1~10質量%が好ましく、0.5~6質量%がさらに好ましく、0.5~4質量%が特に好ましい。
 また、光重合開始剤とともに増感剤を含有しても良い。増感剤の例には、トリメチルアミン、メチルジメタノールアミン、トリエタノールアミン、p-ジエチルアミノアセトフェノン、p-ジメチルアミノ安息香酸エチル、p-ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、N,N-ジメチルベンジルアミン及び4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン等のモノマーと付加反応を起さないアミン類が挙げられる。
(溶媒)
 スリッパリー材料は、第1の配向層を均一に形成するために、必要に応じて、溶媒を含んでいてもよく、低粘度材料にするために、溶媒を含有することが好ましい。
 例えば、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N-エチル-2-ピロリドン及びγ-ブチロラクトン、1-ヘキサノール、シクロヘキサノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1,2-エタンジオール、1,2-プロパンジオール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル及びプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、1,4-ブタンジオールジアセテート、1,3-ブチレングリコールジアセテート、1,6-ヘキサンジオールジアセテート、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、1,3-ジメチル-イミダゾリジノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、トルエン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、等を例示することができる。これらの溶媒は、1種類を使用することもでき、2種類以上を混合して使用することもできる。
 前記溶媒としては、スリッパリー材料の溶解性、基材への濡れ性及び溶媒揮発性の観点から、N-メチル-2-ピロリドン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノンおよびトルエンからなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
 スリッパリー材料が、溶媒を含有するとき、溶媒の含有量は、スリッパリー材料全体の100質量%に対して、70~99質量%が好ましく、80~97質量%がより好ましく、85~95質量%が特に好ましい。
(2)高分子潤滑界面誘導剤
 第1の配向層を形成することのできる、高分子潤滑界面誘導剤としては、次の(2-1)~(2-6)が挙げられる。
(2-1)
 (1)低分子潤滑界面誘導剤で挙げた化合物例のうち、重合性基をもつものについてのホモポリマー、その重合体を高分子中の一部に有する、ブロック、ランダム、あるいは交互共重合体
 (1-1)~(1-15)に表記した化合物のそれぞれに対応するモノマーを重合したもので、単独のホモポリマーであってもよく、いずれかの類に属する複数のモノマーを共重合して得られる共重合体であってもよく、複数の類のモノマーを共重合して得られる共重合体であってもよい。例えば、(1-12)の類に属する2種又は3種以上のモノマーを共重合させてもよく、(1-13)の類に属する2種又は3種以上のモノマーを共重合させてもよく、(1-13)の類に属する2種、3種又は4種以上のモノマーと、(1-14)の類に属する2種又は3種以上のモノマーを共重合させてもよい。
 (1-12)の類に属する2種又は3種以上のモノマーを共重合させることにより、2種又は3種以上の長鎖アルキル側鎖を有する高分子化合物を得ることができる。
 (1-13)の類に属するメソゲン基を有するモノマーを重合することにより、メソゲン基を側鎖に有する高分子化合物を得ることができる。
 (1-14)の類に属する光異性化可能な基を有するモノマーを重合することにより、光異性化可能な基を側鎖に有する高分子化合物を得ることができる。
(2-2)
 ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール(アルキレン基の炭素数は2~20が好ましい。)
(2-3)
 ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の1種以上のポリアルキレングリコール(アルキレン基の炭素数は2~20が好ましい。)を、高分子中の一部に有するブロック、ランダム、あるいは交互共重合体
(2-4)
 (2-1)又は(2-3)に表記した化合物の共重合体の1成分として、側鎖型液晶成分を有するもの。側鎖型液晶成分の液晶構造は、すでに例示されている液晶の構造を、重合性基に直接あるいはアルキレン基等のスペーサー基により結びつけたもの。
(2-5)
 下記基を側鎖、あるいは、主鎖に有する高分子
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
 例えば、アミド基を有する重合体としてはポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミドが挙げられる。
 また、ピリジル基を有する重合体としては、ポリ(2-ビニルピリジン)、ポリ(4-ビニルピリジン)、2-ビニルピリジン/スチレン共重合体、4-ビニルピリジン/スチレン共重合体、4-ビニルピリジン/メタクリレート共重合体等が挙げられる。
また、スルホ基を有する重合体としては、ポリ(ビニルスルホン酸)及びそのナトリウム塩、ポリ(p-スチレンスルホン酸)及びそのナトリウム塩等が挙げられる。
 また、カルボキシ基を有する重合体としては、ポリアクリル酸若しくはそのナトリウム塩、ポリメタクリル酸若しくはそのナトリウム塩、アクリル酸/アクリルアミド共重合体若しくはそのナトリウム塩、アクリル酸/マレイン酸共重合体若しくはそのナトリウム塩、エチレン/アクリル酸共重合体、アクリロニトリル/アクリル酸共重合体、ポリマレイン酸、スチレン/マレイン酸共重合体若しくはそのナトリウム塩、イソブチレン/マレイン酸共重合体若しくはそのナトリウム塩、スチレンスルホン酸/マレイン酸共重合体若しくはそのナトリウム塩、メチルビニルエーテル/マレイン酸共重合体、塩化ビニル/酢酸ビニル/マレイン酸共重合体、等が挙げられる。
(2-6)
 シロキサンのオリゴマーあるいはポリマー
 シロキサンには、表1に示されるように、M単位(RSiO1/2 )、D単位(RSiO2/2)、T単位(RSiO3/2)及びQ単位(SiO4/2)というシロキサン結合の数と有機置換基の数が異なる4種の構成単位がある。M単位、D単位、T単位、Q単位を自由に組み合わせて前記オリゴマーあるいはポリマーを作ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000028
 シロキサンのオリゴマーあるいはポリマーは、下記シラン誘導体の加水分解と縮合によって得ることができる。
 RSiX4-n
(X:OR’又はClであり、n=0,1,2,又は3である。
 R:アルキル基、又は芳香族基であり、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、グリシジル基、3-グリシジルオキシプロピル基、エポキシ基、フェニル基、又は置換フェニル基である。
 R’:アルキル基であり、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、又はブチル基である。
 RとR’は同じでも異なっていても良い。)
 原料としてn=3の前記シラン誘導体を用いると、M単位が構成単位、原料としてn=2の前記シラン誘導体を用いると、D単位が構成単位、原料としてn=1の前記シラン誘導体を用いると、T単位が構成単位、原料としてn=0の前記シラン誘導体を用いると、Q単位が構成単位のオリゴマー又はポリマーが得られる。
 前記オリゴマーあるいはポリマーは、前記構成単位が1種類の単一重合体でもよく、異なる2種類以上の構成単位及び同じ構成単位でも異なる2種類の構造を含む構成単位の中から選ばれる2種類以上の構成単位を含む共重合体でもよい。前記オリゴマーあるいはポリマーは、前記構成単位のみからなるものであってもよく、前記構成単位を一部に含む共重合体であってもよい。また、2種類以上のオリゴマーやポリマーを混合してもよい。
 前記構成単位としてT単位を含む前記オリゴマーあるいはポリマーが好ましい。T単位を主な構成単位とする成分としてはランダム構造、ラダー構造、ケージ構造、あるいは、これら構造が2つ以上組み合わさった構造を有する公知のシルセスキオキサンがあげられる。スリッパリー材料の合成の容易性、あるいは、スリッパリー材料の信頼性・安定性の面からT単位と他の単位を組み合わせて構成される構造を含むオリゴマーあるいはポリマーも好適に用いられる。その中でもT単位とD単位を組み合わせて構成される構造を含む共重合体であるオリゴマーあるいはポリマーが好ましい。異なるRを有する前記シラン誘導体を原料とした共重合体のT単位を含む前記オリゴマーあるいはポリマーも好適に用いられる。
 第1実施形態の光学素子は、液晶成分を、少なくとも一方の基板に電極を有する一対の基板の間に充填することにより製造することができる。そして、非グライド弱アンカーリング界面を、液晶成分と第1の配向層との界面に発現させることができる。
 図3(a)は、表面に櫛歯電極18,19を有する第1の基板11と、電極を有しない第2の基板12を用いた光学素子の例を示す概略図である。図3(b)は、それに電界を印加した様子を示す概略図である。図3(b)において、点線は、発生する電界の向きを示す。なお、図3(a)、図3(b)において、既に説明済みの図に示すものと同じ構成要素には、その説明済みの図の場合と同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
 本発明の光学素子は、第2の基板がカラーフィルタを備え、前記第1電極及び第2電極への駆動電圧の印加を、薄膜トランジスタ(TFT)を介して実施することも可能である。これにより画素を形成して空間変調素子や液晶表示装置への応用が可能になる。
 例えば、本発明の光学素子は、横電界タイプの液晶表示装置への応用が可能になる。図4に、横電界タイプの液晶パネルのアクティブマトリクス基板120aを模式的に示す。
 アクティブマトリクス基板120a上には、互いに略平行に延びる複数の走査配線123と、走査配線123に交差する方向に延びる複数の信号配線124と、対応する走査配線123および信号配線124に電気的に接続されたTFT(薄膜トランジスタ)125と、TFT125に電気的に接続された画素電極126とが形成されている。画素電極126は、信号配線124に略平行に延びる櫛歯状に形成されている。
 アクティブマトリクス基板120a上には、さらに、画素電極126に略平行な櫛歯状に形成された共通電極127が設けられている。共通電極127は、走査配線123に略平行に形成された共通配線128から延設されている。共通配線128は、画素電極126と同一の導電層から形成された補助容量電極129と絶縁膜(不図示)を介して対向し、補助容量を構成する。
 図4に示すアクティブマトリクス基板120aの表面には、水平配向性を有する第1の配向層が形成され、液晶成分と第1の配向層との界面が非グライド弱アンカーリング界面を形成する。また、アクティブマトリクス基板120aに対向するカラーフィルタ基板120bの表面にも水平配向性を有する第1の配向層が形成されている。
 画素電極126及び共通配線128として、不透明の金属電極(たとえば、アルミニウム、チタニウム、銅など)、透明電極(ITO、IZO)を用いることがきる。
 アクティブマトリクス基板120aとカラーフィルタ基板120bとの間に、液晶成分33を封入して、液晶表示装置60とすることができる。
 横電界タイプの液晶表示装置では、例えば、液晶成分のうち液晶分子は、正の誘電異方性を有しており、電圧印加時には、画素電極126と共通電極127との間に生成される横電界(アクティブマトリクス基板120a及びカラーフィルタ基板120bの面に平行な電界)によって、その配向方向を変化させる。この横電界タイプの表示装置では、液晶分子の配向方向がアクティブマトリクス基板120a及びカラーフィルタ基板120bの面に平行な面内で変化するため、良好な視野角特性が実現される。
 なお、負の誘電異方性を有する液晶を用いることもできる。この場合は、初期配向方位を90度回転させておく必要がある。負の誘電異方性の液晶を用いた場合、一般的には正の誘電異方性の液晶よりも応答特性が劣る傾向にあるが、液晶の電界による配向変形の基板面外成分が小さいため、視野角特性はさらに改善する特徴を有し、適宜選定することが望ましい。
 なお、図5に示すアクティブマトリクス基板120aの様に、画素電極126及び共通電極127の形状を屈曲型にすれば、斜め視角の着色現象を抑制できる。
 本発明の光学素子は、第1電極38及記第2電極39が、前記一対の基板31,32の間にフリンジ電界を発生させるフリンジフィールドタイプ(図6)とすることができ、低電圧駆動性、高速応答性、広視野角特性を実現できる。
 フリンジフィールドタイプ(図6)では、第1電極38(共通電極)が下層にあり、絶縁膜35(SiNやSiO)を介して、上層に第2電極39(画素電極)を有する。
 なお、配線の仕方により、共通電極と画素電極の上下関係を入れ替えることもできる。少なくとも透光性を確保するためには、下層電極はITOやIZOのような透明電極である必要がある。
 この場合においても、図5に示すアクティブマトリクス基板120aの様に、画素電極126及び共通電極127の形状を屈曲型にすれば、斜め視角の着色現象を抑制できる。
[光学素子のリフレッシュ駆動方法]
 本実施形態に係る発明は、最大透過率となるまで前記駆動電圧を印加し、その後、無印加状態に戻す、前記光学素子のリフレッシュ駆動方法である。
 前記光学素子は、液晶成分と第1の配向層との界面が非グライド弱アンカーリング界面を形成していることで、低電圧駆動性及び高速応答特性に優れる。しかし、第1電極及び第2電極が設けられ、弱アンカーリング界面を形成する第1の基板側の液晶成分は、電圧無印加の状態で暫く放置すると、図7(a)に示すように、電極の凹凸に沿って液晶分子が並び、それによって、黒色が浮いてしまう(黒輝度の値が大きくなってしまう)。これにより、CR値(黒輝度/白輝度の比)が不十分となってしまうおそれがあった。
 そこで、黒表示をさせる時、電極の凹凸構造に沿って並んでしまった液晶分子をリフレッシュ駆動させることで、図7(b)に示すように、本来の液晶分子の方向に配向させることができ、本来の黒色の表示に戻すことができる。具体的には、最大透過率TMAXとなる電圧(例えば、2.5V)まで駆動電圧を印加し、その後、すぐに、駆動電圧を無印加(0V)に戻して、黒表示とする。これにより、構造規制力により、片側配向規制力が優位な状態とすることができ、液晶セルの黒輝度を半減させることができて、CR値の改善に繋がる。暫く時間が経過すると、黒色が浮いてくるため、黒状態を維持したい場合、定期的(例えば、数秒~数十秒単位)にリフレッシュ駆動を行うことで、本来の黒色の表示を維持することができる。
 以下に実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
 また、以下の実施例及び比較例の組成物における「%」は「質量%」を意味する。
(スリッパリー材料)
 次の材料の混合物からなるスリッパリー材料(1)を調製した。
 1:メトキシポリエチレングリコールモノアクリレート:Mn=480:4.95wt%
 2:ポリエチレングリコールジアクリレート:Mn=700:4.95wt%
 3:IRGACURE 2959(重合開始剤):0.1wt%
 4:NMP(溶媒:N-メチルピロリドン):90wt%
 次の材料の混合物からなるスリッパリー材料(2)を調製した。
 1:メトキシポリエチレングリコールモノアクリレート:Mn=480:4.95wt%
 2:ポリエチレングリコールジアクリレート:Mn=700:4.95wt%
 3:IRGACURE 2959(重合開始剤):0.1wt%
 4:シクロペンタノン(溶媒):90wt%
(第1の基板)
 1cm×2cmの駆動領域内に、図8に示す櫛歯電極を有する電極基板を用いた。電極幅は3.5μm、電極間距離は4.5μmとし、電極間に略基板に平行な電界を印加できるようにしている。この電極の断面構造を、図9に示す。ガラス基板31の厚さは、700μmである。ITOからなる第1電極38(共通電極)の厚さは100nmである。SiNからなる絶縁膜35の厚さは300nmである。ITOからなる第2電極39(櫛歯電極)の厚さは100nmである。
(第2の基板)
 ピクセルサイズ30μm×90μmのカラーフィルタ基板に、常法に沿って以下の条件で塗布し、ラビング処理されたポリイミド配向膜を形成した。ポリイミド膜の厚みは100nmである。
液:固形分濃度4wt%、
塗布条件:スピン2000rpm、12秒、
プリベーク:80℃、90秒、
ポストベーク:200℃、30分、
ラビング回転数:500rpm、
押し込み量:0.4mm、
ラビング布:コットン、
ステージ速度:15mm/s、
塗布後洗浄:IPA洗浄、5分、室温。
[実施例1]
 第1の基板の前処理として、(1)ウシオ社製エキシマUV装置により約10分間172nmのUVを照射してオゾン洗浄し、(2)純水中にて10分間超音波洗浄をし、(3)Nブローで基板に付着した水滴を飛ばし、(4)10分間105℃にて乾燥した。
 前処理済の第1の基板に、スリッパリー材料(1)を3500rpmで30秒間スピンコートし、無偏光UVを下記の条件で照射して光重合させた。
・ランプの種類:Fusion UV systemsのHバルブ使用。
・照射強度  :5.2mW/cm
・波長範囲  :220~260nm
・照射時間  :350秒間
・雰囲気   :N
・照射温度  :室温
・照射強度の検出器:ウシオ社製分光放射照度計USR-40
 光重合させて得られた第1の基板上の樹脂膜を、ホットプレート上で、130℃、90分間ベークして、第1の基板上に第1の配向層を形成した。
 第1の配向層が形成された第1の基板及びラビング処理済みの第2の配向層22(ポリイミド膜)が形成された第2の基板について、一方に高さが3.3μmのフォトスペーサー42を形成して、他方と貼り合わせた。このようにしてできた3.3μmの間隙に、液晶成分(ポジ液晶Δn=0.102、Δε=7)を毛細管現象により注入した。貼り合わせ後のセル断面図を図10に示した。
 実施例1の液晶素子では、第2の基板(カラーフィルタ基板)の側ではラビング処理がされているが、第1の基板(電極基板)の側ではラビング処理がされていない。液晶成分を注入してから、液晶成分の転移点以上に昇温させた後、降温させることで、図11に示すように、第1の基板(電極基板)の側にも、電圧無印加時に、第2の基板(カラーフィルタ基板)の側のラビング処理した方位と同じ方位に液晶分子の向きが並ぶ。すなわち、ラビング処理していない第1の基板(電極基板)の側には、非グライドの配向容易軸が発生する。
 また、カラーフィルタ(CF)基板側のラビング処理による液晶の配向容易軸(LC director)の方向と、偏光子(polarizer)方向と、検光子(analyzer)方向との関係を図12に示す。これにより、電圧無印加時に黒表示、電圧印加時に白表示するようにできている。
 実施例1の液晶素子について、V-モード効率特性の評価結果を図13に示した。
 実施例1の液晶素子について、駆動波形の計測結果を図14に示し、応答時間の電圧依存性の評価結果を図15に示した。
 実施例1の液晶素子について、電圧2.5V時、オン応答時間19.4ms+オフ応答時間30.5ms=和49.9msの結果であり、電圧4.0V時、オン応答時間9.1ms+オフ応答時間31.2ms=和40.3msの結果であり、低電圧駆動性及び高速応答特性に優れる結果であった。
 ここで、オン応答時間は、透過率T10%から90%になるまでの時間であり、オフ応答時間は透過率T90%から10%になるまでの時間である。
 また、実施例1の液晶素子においては、モード効率は、2.5Vにおいて95%以上の目標値をクリアしており、ポジ液晶で優れた光学特性を発揮することが分かった。
 ここで、モード効率は、偏光板パラレル配置、電圧無印加時の透過光量を100%とした時の、偏光板クロスニコル配置、電圧印加時の透過光量の割合を云う。
[実施例2]
 実施例1における、130℃、90分間ベークの条件を150℃、90分間ベークの条件に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2の液晶素子を作製した。
 実施例2の液晶素子について、V-モード効率特性の評価結果を図13に示した。
[実施例3]
 実施例1における、130℃、90分間ベークの条件を130℃、110分間ベークの条件に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例3の液晶素子を作製した。
 実施例3の液晶素子について、V-モード効率特性の評価結果を図13に示した。
[比較例1]
 実施例1における、第1の基板上の配向膜をラビングされたポリイミド膜に変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例1の液晶素子を作製した。
 比較例1の液晶素子について、V-モード効率特性の評価結果を図13に示した。
[比較例2]
 実施例1における、130℃、90分間ベークの条件を170℃、90分間ベークの条件に変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例2の液晶素子を作製した。
 比較例2の液晶素子について、V-モード効率特性の評価結果を図13に示した。
(アンカーリングエネルギーの測定)
 実施例1及び比較例2の液晶素子のそれぞれの第1の配向層について、方位角のアンカーリングエネルギーWを測定した。測定方法は次の通りである。
[参考例1]
 洗浄した2枚のガラス基板を用意し、(1)ウシオ社製エキシマUV装置により約10分間172nmのUVを照射してオゾン洗浄し、(2)純水中にて10分間超音波洗浄をし、(3)Nブローで基板に付着した水滴を飛ばし、(4)10分間105℃にて乾燥した。次いで、スリッパリー材料(1)を3500rpmで30秒間スピンコートし、両方のガラス基板上に成膜し、実施例1の液晶セルの第1の配向層と同じ配向層を形成した。次いで、一方に直径が25μmのプラスチックビーズを散布して、両方の配向層が向い合せるように他方と貼り合わせた。このようにしてできたセル厚dが25μmの間隙に、液晶成分(ポジ液晶Δn=0.102、Δε=7)を毛細管現象により注入して、参考例1の液晶セルを作製した。
 この参考例1の液晶セルに、転移点以上に昇温させた後、磁場をかけながら降温させることで、液晶分子は一様水平配向させることができ、両基板ともに特定方位(磁場方位)に非グライドの配向容易軸を発生させた。
 この参考例1の液晶セルを29.1℃に調温し、2枚の互いに透過軸が直交した偏光板に挟み込んだ上で、回転ステージの角速度ω=π/30[rad/s]による回転磁場下でのレーザー光の透過光強度を測定した。14.5~468.1mTの15通りの磁場で、印加磁場毎の結果を図16に示した。
 これらのグラフを次式にフィッティングすることで、フィッティングパラメータa2ω、aω、cを求めた。aはアンカーリングエネルギーに関係する透過光の振動成分であり、cは表面ダイレクターの磁場方向に対する位相遅れを表し、表面粘性の大木さに関係する。それ以外のパラメータ、ANorm、k、σω、σ2ωは、表面ダイレクターのダイナミクスに関係したフィッティングパラメータである。すなわち、aの大きさはアンカーリングエネルギーを示し、cの大きさは表面粘性を示す。I(t)は透過光強度であり、tは時間であり、ωはステージの角速度である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
 図17は、磁場強度に対するフィッティングパラメータa2ω、aω、cの計算結果を表したグラフである。
 この図17のグラフにおいて、フィッティングパラメータa2ω、aω、cはいずれも、300mTのところで大きく変化していることから、弱アンカーリング界面を形成したことが観測され、磁場強度のしきい値Bcは、300mTと求めることができた(d=25μm、Bc=300mT)。
 更に、セル厚さd=12.5μm、セル厚さd=25μm、及び、セル厚さd=50.0μmとした液晶セルについて、静止磁場中で、フレデリクス転移のしきい値磁場Bを測定したところ、セル厚さd=12.5μmのときの磁場強度のしきい値B=67.6mT、セル厚さd=25μmのときの磁場強度のしきい値Bc=55.6mT、セル厚さd=50.0μmのときの磁場強度のしきい値Bc=61.7mTと求めることができた。
 これらの結果から、セル厚さdと磁場強度のしきい値の逆数B -1との関係を、次式にフィッティングさせることで、外挿長deを求めたところ、200μmであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
 ただし、χaは、磁気感受率の異方性である。
 更に、次式から、実施例1の液晶セルの第1の配向層と同じ、参考例1の配向層が、液晶成分との界面で形成する方位角のアンカーリングエネルギーWを6.4×10-8Jm-2と求めた。
 W=K/de
(ここで、Wは、液晶成分との界面で形成する方位角のアンカーリングエネルギーであり、deは、上記で求めた外挿長であり、Kは、液晶成分(ポジ液晶Δn=0.102、Δε=7)のフランク弾性係数である。)
 一般的な強アンカーリング膜のアンカーリングエネルギーWは、およそ、10-5~10-3Jm-2である。実施例1の液晶セルの第1の配向層のアンカーリングエネルギーWは、これよりも充分小さく、実施例1の液晶セルの第1の配向層は、弱アンカーリング膜であったといえる。
[参考例2]
 参考例1における、130℃、90分間ベークの条件を170℃、90分間ベークの条件に変更した以外は、参考例1と同様にして、比較例2の液晶セルの第1の配向層と同じ配向層を有する参考例2の液晶セルを作製した。
 この参考例2の液晶セルについて、液晶セル1と同様に、29.1℃に調温し、2枚の互いに透過軸が直交した偏光板に挟み込んだ上で、回転ステージの角速度ω=π/30[rad/s]による回転磁場下でのレーザー光の透過光強度を測定した。14.5~468.1mTの15通りの磁場で測定し、参考例1と同様に、前式にフィッティングすることで、フィッティングパラメータa2ω、aω、cを求めた。
 図18は、磁場強度に対するフィッティングパラメータa2ω、aω、cの計算結果を表したグラフである。
 この図18のグラフにおいて、フィッティングパラメータa2ω、aω、cはいずれも、大きな変化をしているところが観測されず、磁場強度のしきい値Bcは求めることができなかった。
 図18では、最大の磁場を印加するまで、常にa2ωの成分のみが検出された。これは、強アンカーリングなので、液晶分子が界面に捕捉されており、印加した程度の磁場では、液晶分子を磁場によって掴むことができない。つまりそれほど界面側の捕捉力の方が強いこと意味している。
 比較例2の液晶セルの第1の配向層と同じ、参考例2の液晶セルの第1の配向層が、液晶成分との界面で形成する方位角のアンカーリングエネルギーWは、10-5~10-3Jm-2のオーダーになっていたと考えられる。少なくとも、比較例2の液晶セルの第1の配向層は、W>1.2~1.3×10-7Jm-2のアンカーリングエネルギーWを有する。
[実施例4]
 実施例1における、スリッパリー材料(1)をスリッパリー材料(2)に変更した以外は、実施例1と同様にして(130℃、90分間ベーク)、実施例4の液晶素子を作製した。
 実施例4の液晶素子について、V-モード効率特性の評価結果を図19及び図21に示した。
 実施例4の液晶素子について、駆動波形を計測し(図22)、電圧2.5V時の応答時間を算出したところ、オン応答時間14ms+オフ応答時間55ms=和69msの結果であり、低電圧駆動性及び高速応答特性に優れる結果であった。
[実施例5]
 実施例2における、スリッパリー材料(1)をスリッパリー材料(2)に変更した以外は、実施例2と同様にして(150℃、90分間ベーク)、実施例5の液晶素子を作製した。
 実施例5の液晶素子について、V-モード効率特性の評価結果を図19に示した。
 実施例5の液晶素子について、駆動波形を計測し、電圧2.5V時の応答時間を算出したところ、オン応答時間14ms+オフ応答時間74ms=88msの結果であり、低電圧駆動性及び高速応答特性に優れる結果であった。
[実施例6]
 実施例3における、スリッパリー材料(1)をスリッパリー材料(2)に変更した以外は、実施例3と同様にして(130℃、110分間ベーク)、実施例6の液晶素子を作製した。
 実施例6の液晶素子について、V-モード効率特性の評価結果を図20に示した。
 実施例6の液晶素子について、駆動波形を計測し、電圧2.5V時の応答時間を算出したところ、オン応答時間14ms+オフ応答時間55ms=69msの結果であり、低電圧駆動性及び高速応答特性に優れる結果であった。
[実施例7]
 実施例3における、スリッパリー材料(1)をスリッパリー材料(2)に変更し、130℃、90分間ベークの条件を130℃、70分間ベークの条件に変更した以外は、実施例3と同様にして(130℃、70分間ベーク)、実施例6の液晶素子を作製した。
 実施例7の液晶素子について、V-モード効率特性の評価結果を図20に示した。
 実施例7の液晶素子について、駆動波形を計測し、電圧2.5V時の応答時間を算出したところ、オン応答時間13ms+オフ応答時間61ms=74msの結果であり、低電圧駆動性及び高速応答特性に優れる結果であった。
[比較例3]
 実施例4における130℃、90分間のベークを行わなかったこと以外は、実施例4と同様にして、比較例3の液晶素子を作製した。
 比較例3の液晶素子について、V-モード効率特性の評価結果を図21に示した。
 比較例3の液晶素子について、駆動波形を計測し(図22)、電圧4.0V時の応答時間を算出したところ、オン応答時間17ms+オフ応答時間44ms=61msの結果であり、高速応答特性に優れる結果であったが、低電圧駆動性に難があった。
[比較例4]
 比較例2における、スリッパリー材料(1)をスリッパリー材料(2)に変更した以外は、比較例2と同様にして(170℃、90分間ベーク)、比較例4の液晶素子を作製した。
 比較例4の液晶素子について、V-モード効率特性の評価結果を図19に示した。
 比較例4の液晶素子について、駆動波形を計測し、電圧2.5V時の応答時間を算出したところ、オン応答時間14ms+オフ応答時間87ms=101msの結果であった。
(表面自由エネルギーの測定)
 基板に対する濡れ性は、下記式(1)で表される基板の表面自由エネルギーγにより評価することができる。表面自由エネルギーγは、固体物質の表面状態を数値化したものであり、固体物質間の濡れ性の順位を知る場合などの指標となる値である。また、表面自由エネルギーは、固体表面の分子同士が引っ張りあう力であり、この力は分子間力(ファンデルワールス力)と呼ばれ、原子の間で電子が移動するイオン結合や共有結合等の化学結合ではなく、分子同士の引っ張り合う力である。
 γ=γd+γp+γh (1)
(式(1)中、γは物質の表面自由エネルギー、γdは分散成分、γpは極性成分、γhは水素結合成分をそれぞれ表す。)
 固体表面における表面自由エネルギーの解析は、固体表面の接触角の測定結果から算出する方法が用いられ、この算出方法には幾つかの理論が存在する。表面自由エネルギーが既知の2種類の溶媒を使用して得られた接触角を用いてOwens-Wendt理論から算出する方法、表面自由エネルギーが既知の3種類の溶媒を使用して得られた接触角を用いてKitazaki-Hata理論から算出する方法等が使用される。なお、固体表面の接触角とは、固体表面に液滴が存在する場合、接液部分において固体と液滴とがなす角度である。
 実施例4~6、比較例3~4の液晶素子のそれぞれの第1の配向層について、表面自由エネルギーγを測定した。測定方法は次の通りである。
[参考例3]
 ガラス白板を用意し、(1)ウシオ社製エキシマUV装置により約10分間172nmのUVを照射してオゾン洗浄し、(2)純水中にて10分間超音波洗浄をし、(3)Nブローで基板に付着した水滴を飛ばし、(4)10分間105℃にて乾燥した。次いで、スリッパリー材料(2)を3500rpmで30秒間スピンコートし、実施例1及び4と同じ条件で無偏光UVを照射して光重合させ、実施例1及び4と同様に、130℃、90分間ベークして、ガラス白板上に成膜し、実施例4の液晶セルの第1の配向層と同じ、参考例3の塗膜を形成した。
 得られた参考例3の配向層の表面自由エネルギーを接触角測定により算出した。接触角測定は、超純水(HO)、ジヨードメタン(CH)、およびn-ヘキサデカン(C1634)における塗膜との接触角を、DropMaster500(協和界面科学社製)を用いて、テフロン(登録商標)コート針18G(もしくは22G)、液量3μLで5点測定し、その平均値とした。測定に使用した溶媒の表面自由エネルギーは、超純水:72.8mJ/m、ジヨードメタン:50.8mJ/m、n-ヘキサデカン:27.6mJ/mである。得られた接触角からKitazaki-Hata理論を用い、実施例4の液晶セルの第1の配向層と同じ、参考例3の塗膜の表面自由エネルギーを算出したところ、81.3mJ/mであった。
[参考例4]
 参考例3における、130℃、90分間ベークの条件を150℃、90分間ベークの条件に変更した以外は、参考例3と同様にして、実施例5の液晶セルの第1の配向層と同じ、参考例4の塗膜を作製した。参考例3と同様に、参考例4の塗膜の表面自由エネルギーを算出したところ、81.4mJ/mであった。
[参考例5]
 参考例3における、130℃、90分間ベークの条件を130℃、110分間ベークの条件に変更した以外は、参考例3と同様にして、実施例6の液晶セルの第1の配向層と同じ、参考例5の塗膜を作製した。参考例3と同様に参考例5の塗膜の表面自由エネルギーを算出したところ、81.1mJ/mであった。
[参考例6]
 参考例3における、130℃、90分間のベークを行わなかったこと以外は、参考例3と同様にして、比較例3の液晶セルの第1の配向層と同じ、参考例6の塗膜を作製した。
 参考例3と同様に参考例6の塗膜の表面自由エネルギーを算出したところ、100.8mJ/mであった。
[参考例7]
 参考例3における、130℃、90分間ベークの条件を170℃、90分間ベークの条件に変更した以外は、参考例3と同様にして、比較例4の液晶セルの第1の配向層と同じ、参考例7の塗膜を作製した。参考例3と同様に参考例7の塗膜の表面自由エネルギーを算出したところ、82.5mJ/mであった。
 以上の通り、参考例3~7の塗膜の表面自由エネルギーの評価結果から、比較例3~4の液晶セルの第1の配向層の表面自由エネルギーは、およそ82.5~100.8mJ/mに近しい値であることが分かる。また、実施例4~6の液晶セルの第1の配向層の表面自由エネルギーは、およそ81.1~81.4mJ/mに近しい値であり、本発明の液晶セルの第1の配向層の表面自由エネルギーは、82.5mJ/m未満であることが好ましく、82.3mJ/m以下であることが好ましく、82.0mJ/m以下であることが好ましく、81.5mJ/m以下であることが好ましいことが分かる。
[実施例8]
(シミュレーション実験)
 強アンカーリング表面が、部分的に等方液体で被覆されたセルに封入された、ネマチック液晶の振る舞いを粗視化分子動力学シミュレーションを用いて調べた。
 等方液体で被覆されていない場合には、通常の配向セルに封入されたネマチック液晶と同じ振る舞いを示すはずである。一方、等方液体で完全に被覆されている場合には、セルの内側の壁と液晶間のアンカーリング相互作用が弱められ、スリッパリー界面として振る舞う。スリッパリー界面のセル中の液晶は、弱い外場で応答することが予想されるが、アンカーリング効果による復元力が小さくなるため、外場を消去したときの緩和時間は長くなるか、元の状態に復元しなくなるであろう。
 部分的に被覆されている場合には、定量的にその中間の振る舞いを示すことが考えられ、その挙動を詳細に調べた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000031
 図23に示したように、液晶性分子は、細長い回転楕円体粒子(Gay-Berne粒子(GB))を用いてモデル化し、また、等方液体分子は球状の粒子(Lennard-Jones粒子(LJ))を用いてモデル化する。セルの内壁は、液晶分子と同じ形状の粒子(wall)を面状に整列したもので表す。等方液体がなければ、このセル中に含まれた液晶は、プラナー配向を示す。等方液体分子が、壁に吸着するよう、壁粒子と等方液体分子との間の相互作用を、壁粒子と液晶分子との間の相互作用より強くした。
 液晶性分子は、細長い回転楕円体粒子でモデル化する。この粒子は、試料中の式で与えられるGay-Berneポテンシャルで相互作用する。r_iはi番目の粒子の座標、u_iは分子の長軸方向の向きを表す。先行研究でよく用いられているパラメータを用い、長軸と短軸の比は3とした。この系は、温度(平均的な運動エネルギー)、粒子密度を変えることで、等方・ネマチック相転移が起こり、図のような相図を示す。
 等方液体分子を表す球状粒子は、Lennard-Jonesポテンシャルで相互作用する。元々、Gay-Berne粒子は、Lennard-Jones粒子を直鎖状に並べたものと同じ振る舞いを示すようにモデル化された。球状粒子は温度を変えても、液晶相には相転移しない。
 Gay-Berneポテンシャルの式中、σ_s (σ_0) は分子の短軸方向の大きさ、σ_e は長軸方向の大きさを表す。また、ε_e, ε_sは、それぞれ長軸方向に横と縦に並んだ場合の相互作用の強さを表す。μ、νは詳細な分子の相互作用の仕方を表すパラメータ。r_ij は粒子iとj の間の相対的な位置を示す。
 細長いGay-Berne粒子と、球状のLennard-Jones粒子を混合し、プラナー配向するセルに封入する(図23)。
 Lennar-Jones粒子の直径σ_LJは、液晶分子の短軸の1.5倍の大きさとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000032
 この系のダイナミクスを記述するため、液晶の向きに対するセルに平行な外場Eの効果を考慮した運動方程式を、数値的に解いた。数式中の数字は、用いた相互作用の強さεを表すパラメータである。添字のGBは液晶分子、LJは液体分子、wall は壁粒子を示している。また、mは粒子の質量、ζ、ξは温度を一定にするための、熱浴からの寄与を表す。
 図24は、温度Tと等方液体分子ρLJの数密度を変えた場合の粒子の分布を示したものである。液晶分子GBは細長い粒子で表し、液体分子LJは等方液体分子を表す。濃い色で表される壁粒子WALLは、基板を表し、紙面左右方向にプラナー配向を示している。
 図24の上の2つの列(T/ε=10)は、高温で液晶粒子は、向きがバラバラな等方状態にある場合の様子である。その中で上の列は、セルを横から見たところで、下の列は、下面付近の様子を、液晶分子を除いて示したものである。高温であるが、液晶分子と液体分子が相分離している様子が観測される。等方液体分子の数が増すほど、大きな液滴が形成されている。
 下の2つの列(T/ε=0.9)は、低温の場合である。液晶分子は、紙面左右方向に揃ったネマチック相を示し、等方液体は壁に吸着していることがわかる。
 液体性分子の数密度を上げていくと、被覆の様子が変化していることが見受けられる。
 数密度が十分に高い場合には、等方液体がセル壁を完全に被覆する。数密度が5%のときは、被覆率がおよそ50.3%である。これは、強アンカーリングするむき出しの壁の割合が、49.7%、弱アンカーリングの壁が50.3%であることを意味している。数密度が10%の場合は、およそ被覆率は90%となっている。
 ただし、セル厚、温度などに依存するため、液体分子の数密度と被覆率が、1対1の関係にあるわけではない。温度は、典型的な分子間相互作用の強さで、規格化しており、およそT/ε=1.1 で相転移が起こる。
 図25は、液体分子の数密度が20%の場合に、温度を変えて行った数値計算のパターンの様子である。温度を変えることで、高温とき、液体分子LJからなる液体相がドロップレット状となっているが、温度を下げることで、壁に吸着していく様子が見られる。
 図26(A)は、液晶分子の数密度の、セル厚方向の空間分布を示したものである。液体分子の数密度は、20%に固定し、温度を変化させた。グラフの両端はおよそ、セルの両面の位置を表す。セルの中央付近では、液晶分子はおよそ均一に分布しているが、壁付近では密度が下がっており、その影響は低温の場合が顕著である。
 図26(B)は、等方液体分子のセル厚方向の空間分布である。液体分子は壁に吸着していることがわかり、それは温度を下げるほど顕著になっている。そのため、図26(A)で示した液晶分子の数密度は低温にすると下がっていった。
 図26(C)は、ネマチック液晶分子の平均的な向きのセル厚方向の空間分布を示したものである。正の値であるほど、分子がx軸方向に揃っていることを示す。また、0に近い場合には、バラバラな方向を向いていることを示す。T/ε_0=2以上では、等方相となっているため、中央付近では0となっているが、壁付近ではややx軸方向にそろっていることがわかる。 T/ε_0=1では、ネマチック相でありアンカーリング効果のために、x軸方向を向いている。
 図27は、x軸方向に揃ったネマチック液晶に、y軸方向に外場を与えた場合に、分子が平均的にどれほどx軸方向(アンカーリング方向)を向いているかの時間変化の様子を示している。100<t<200の間に、y軸方向(セル表面は、z軸に垂直)に外場E=(0,1,0)を与えた。
 液体分子の数密度を変え、被覆率を変えている。
 不純物濃度「ρLJ=0%」は「被覆率0%」に相当し、不純物濃度「ρLJ=5%」は「被覆率50.3%」に相当し、不純物濃度「ρLJ=10%」は「被覆率84.7%」に相当し、不純物濃度「ρLJ=12.5%」は「被覆率99.0%」に相当し、不純物濃度「ρLJ=20%」は「被覆率100%」に相当する。
 被覆率が小さい場合、外場をかけている最中は、分子が平均的にy軸方向を向き始め、値は減少していく。外場を消去すると、アンカーリング効果と液晶の弾性により元の状態へと戻っていく。
 一方、被覆率が100%の場合には、外場方向に揃った分子の向きは、外場除去後も戻らないことがわかる。
 被覆率を変化させた場合には、その間の振る舞いとなっている。特に、被覆率を増加させていくと、外場除去後の緩和時間がしだいに長くなっていることがわかる。
 被覆率が増えるとOFF時の緩和が遅くなる。十分な被覆があると元に戻らない。
 不純物濃度ないし被覆率が、「ρLJ=0%(被覆率0%)より大きく、ρLJ=10%(被覆率84.7%)未満」の範囲で、非グライド弱アンカーリング界面を実現している。ρLJ=5%(被覆率50.3%)というのは、強アンカーリングの性質の界面が49.7%、非アンカーリングの性質の界面が50.3%、の意である。
 非グライドであるか確認する具体的な方法例について、シミュレーションの結果に基づいて以下のように例示することができる。図27に示した結果のように、被覆率が100%の場合には、外場方向に揃った分子の向きは、外場除去後も戻らない。これは、界面を液体で被覆したために、初期の配向を規制していたアンカーリング力が消失し、外力により配向方向が変化するという、グライドの現象と同等あるいは類似している。被覆率が0%の場合は、外力印加を取り除いた場合、液晶分子の配向方向は、初期配向にもどるので、非グライドの現象と同等あるいは類似している。被覆率が0%より、被覆率を増加させていくと、外場除去後の緩和時間がしだいに長くなっていることがわかる。つまり、グライドの現象では、非グライドの現象と比べて、外場除去後の緩和時間が長くなる。従って、現実的な非グライド界面としては、強アンカーリングのラビング処理をした界面と同等の緩和時間を有する、あるいは、緩和時間が3倍以内、好ましくは2倍以内、であるものが、非グライド界面であると考えてもよい。
 図28は、外場を印加した際の、テンソル液晶秩序変数のxx成分(Qxx)のセル厚方向の空間分布の時間発展の様子である。正の値は、アンカーリング軸方向(x方向)を向いているとき、負の値は外場方向(y方向)を向いていることを表す。
 図28の左上図(ρLJ=5%)は、被覆率が50.3%のときに、外場を印加してからの変化の様子。右上図は、外場を除去してからの変化の様子である。
 図28の左下図(ρLJ=20%)、右下図は被覆率が100%のときの外場印加後と消去後の変化の様子である。
 被覆率が50.3%の場合は、0%のときの同じように、上下の両端の壁で配向場が、アンカーリング方向(x方向)に固定されたままである。また、中央部の方がより外場方向を向いている。
 外場除去後の振る舞いは、上下の壁の方から、元の状態に復元している様子が見受けられる。
 一方、被覆率が100%の場合には、壁付近の分子も外場方向を向く様子が観測された。セル厚方向に一様に外場方向に揃う傾向が見られる。外場除去後は、元の状態に戻らず、外場方向を向いたままである。これは、実験で観測されているスリッパリー界面の振る舞いと一致する。
 図29は、被覆率が50.3%(ρLJ=5%)のときの下面付近の分子の向きの空間分布の時間変化を示している。図29の上の6枚は、外場Eを印加してからの様子(E-on)である。図29の下の6枚は、除去後の様子である(E-off)。細長い粒子は、分子の向きを表しており、アンカーリング方向(x方向)、外場方向(y方向)のいずれかを向いていることを意味している。
 印加後は、等方液体で被覆さていない領域(図29の左の図の濃い色で表される壁粒子WALLの部分)では、分子の向きがほぼ固定されていることが分かる。一方、被覆されている領域(図29の左図の液体分子LJの部分)では、外場の向きに揃う様子が分かる。これは、壁付近の分子の外場に対する応答が、壁と液晶分子の間に等方液体があるかどうかで、大きく異なることを意味している。
 図29の下図の、外場除去後の様子を見ると、等方液体で覆われた部分の液晶分子も元の向きに戻る様子が見受けられる。覆われた領域では、壁の影響は直接には伝わらないはずであるが、覆われていない領域の影響が伝わって、元の向きに復元するのであろうと考えられる。
 図30は、外場Eを印加しているときの、壁付近の液晶分子を示し、液晶分子の向きの壁からの距離に対する依存性を説明する概略図である。図30の左下(z=104σ)が一番、壁に近く、右上(z=97σ)が壁から遠い。被覆されていないところに吸着した液晶分子は、x方向(アンカーリング方向)を向いたままであり、壁から離れるに従って、徐々に外場方向(z方向)を向くようになる。
 一方、被覆されている領域では、壁からすぐに外場方向(z方向)を向く様子が見受けられる。図24~図29の結果を踏まえると、秩序変数の空間分布が面内で不均一であることが分かる。
 図31は、被覆率が99%(ρLJ=12.5%)のときの平均的な秩序変数の時間変化の様子を、外場の強度を変えて示したグラフである。100<t/t<200の間に外場を印加した。テンソル液晶秩序変数のxx成分(Qxx)が正の値は、分子が平均的にアンカーリング方向を向いていることを示し、負の値は外場方向を向いていることを示す。外場下で、外場の方向を向くことは予想通りであるが、被覆率がこれほど高くても、外場除去後、元の状態に戻っていることが分かる。すなわち、少しでもむきだしの面があれば、外場除去後のダイレクターは徐々に回復する。
 図32は、被覆率が0%(ρLJ=0%)のときの平均的な秩序変数の時間変化の様子を、外場の強度を変えて示したグラフである。予想通り、外場を印加すると、分子は外場方向を向き、外場を消去すると、アンカーリング効果と液晶の弾性により元の状態に戻っている。外場が大きいほど、その変化の様子は大きいが、ダイナミクス自体に大きな差は見られない。
 以上、強アンカーリングの性質の界面と、非アンカーリングの性質の界面とが、ミクロ相分離している、又は、ナノプリンティングによりそれを実現できることを、シミュレーションで示した。液晶のバルクの性質としては、被覆無の系から、完全被覆の場合に、被覆率に応じて平均的に変化している。
 本数値シミュレーションのサイズは、分子短軸方向(数Å)の50倍程度に過ぎず、実験で用いられているセルのサイズとはかけ離れている。緩和時間や変化を及ぼすために必要な外場の大きさなど、セルの大きさに大きく影響するが、定性的な振る舞いはこの数値シミュレーションでとらえられている。
(リフレッシュ駆動方法)
 実施例1の液晶素子について、再配向処理後、電圧無印加の状態で10分程度放置すると、図7(a)の右の写真の様に、黒が浮いてしまった。黒輝度0.70cd/m、白輝度387cd/mとなり、CR値(黒輝度/白輝度の比)は553と、不十分な値となってしまった。
[実施例9]
 リフレッシュ駆動のパルス「2.5V/100ms⇒0V/200ms」を、1分のインターバルで定期的に行って改良黒を表示した。これにより、黒輝度0.35cd/mと、黒が引き締まって改良でき、白輝度387cd/m、CR値(黒輝度/白輝度の比)は1106と高くできた。
[実施例10]
 リフレッシュ駆動のパルス「2.5V/15ms→0V/15ms」を、1分のインターバルで定期的に行って改良黒を表示した。これにより、黒輝度0.37cd/mと黒が引き締まって改良でき、白輝度387cd/m、CR値(黒輝度/白輝度の比)は1045と高くできた。
[実施例11]
 前述したように、液晶成分と配向層との間で滑らない配向規制力のことを非グライドと呼ぶが、界面が非グライドであるかどうかは、外力により液晶の配向方位を初期の配向方位から変化させ、その後、外力を取り除いた際に、液晶分子の配向が初期の配向方位に戻るかどうかで判断することができる。グライド界面であると、外力をとりのぞいた際に初期の配向方位とは異なる方向に配向し、液晶成分と配向層の配向規制力が外力の印加によりグライドしていることがわかる。一方、非グライド界面では、外力の印加により配向規制力はグライドしないので、外力を取り除いた後は、液晶は初期の配向方位に戻る。ここでいう配向方位に戻るという意味は、初期の配向方位と外力を印加して配向方位を変化させた後、外力を取り除いた際に戻る配向方位のつくる角度が、2度以内であり、好ましくは1度以内であり、更に好ましくは0.5度以内であり、特に好ましくは0.1度以内である、ということである。
 非グライドであるか確認する具体的な方法例について以下例示する。図33は、非グライド界面における液晶分子の配向方位の変化を説明するグラフの例である。
 実施例1で使用した、ホットプレート上で、130℃、90分間ベークして作成した第1の配向層付きの第1の基板を2枚、配向層がセル内部に位置するようにして25μmのセル厚でセルを作成し、ネマチック組成物(E44;メルク社製)を注入した。液体の状態から磁場(0.45T)を印加しながら液晶状態まで冷却して、一方向に液晶分子を配向させた。次に、70℃で配向方位とは異なる方向に磁場を所定時間(図33の左から、3s、7s、13s、27s、45s、90s、180s)印加し、液晶分子の配向方位を変化させ、保持したのち、磁場をとりのぞき、液晶分子が初期の配向方位に戻るかどうかを確認した(図33)。その結果、配向方位とは異なる方向に磁場を180s印加した場合でも、液晶分子は初期の配向方位に戻り、この界面が非グライドであることが確認された。
[比較例5]
 図34は、グライド界面における液晶分子の配向方位の変化を説明するグラフの例である。
 市販のPMMA(Mw=100000)を、シクロペンタノンに溶解(10%)し、洗浄した2枚のガラス基板にスピンコーターでスピンコート(3500rpm)した。その後、100℃で30分焼成した界面を両側に持つようにしてセル組み(セル厚は25μm)。ネマチック組成物(E44;メルク社製)を注入した。液体の状態から磁場(0.45T)を印加しながら液晶状態まで冷却して、一方向に液晶分子を配向させた。次に、90℃で配向方位とは異なる方位に磁場を所定時間(図34の左から、1s、3s、5s、7s、10s、13s、18s、27s、33s、45s、60s、90s、120s、180s、240s)印加し、液晶分子の配向方位を変化させ、保持したのち、磁場をとりのぞき、液晶分子が初期の配向方位に戻るかどうかを確認した(図34)。その結果、いずれの印加時間でも、初期の配向方位に戻らないことがわかり、この界面は、グライド界面であることが確認された。
[実施例12~13]
 次に説明するスリッパリー材料前駆体を用いて、実施例12~13の光学素子を作製した。
(スリッパリー材料前駆体)
 超脱水エタノール50 mlに、加水分解用の超純水3016 μlを加え、更にこの溶液のpHが3.8になるように酢酸(99.9 %)を適量加え混合溶媒を調製した。この溶媒にシランカップリング剤の一種である下記式(C2)で表されるエチルトリメトキシシラン(以下、化合物C2という。)を20 vol%になるように溶解させ、室温で12時間撹拌し溶液(1)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
(Rはエチル基であり、R’はメチル基である。)
 次に溶液(1)を120℃で4時間加熱し、溶媒を蒸発させると共に、化合物C2の加水分解物の脱水縮合を進行させ蜂蜜状の粘稠な重合物(以下、重合物C2という。)を得た。この重合物C2を室温で約1時間放置した後、シクロペンタノンに溶解させ、重合物C2が20wt%溶解した透明で均一なシクロペンタノン溶液(2)を得た。この溶液(2)をシクロペンタノンで1wt%になるように希釈しスリッパリー材料前駆体溶液(3)を得た。
(第1の基板)
 ガラス基板にスリッパリー材料前駆体溶液(3)を3000 rpmで30秒スピンコートしてから、130℃にて1時間真空中で加熱して脱水縮合を更に進行させて重合物C2を薄く成膜したガラス基板を得た。
(第2の基板)
 ガラス基板にポリイミドを成膜して一方向にラビングした強アンカーリング基板を作製した。
(実施例12:両面弱アンカーリング界面の液晶セルの作製)
 第1の基板2枚から成るセルギャップが10 μmのセルを作製し、JC1041XX : 5OCB = 1 : 1(重量比)の混合液晶を注入し、両面弱アンカーリング界面の液晶セル(すなわち、実施例12の光学素子)を作製した。
 この両面弱アンカーリング界面の液晶セルに対して、セル面に平行な300mT、2rpmの回転磁場を、75℃において印加し、偏光顕微鏡により透過率を測定した。透過率は、図35に示すように大きく変動し、磁場1回転当たり4回の等間隔な透過率のピークを示した。約0.7という高い最大透過率は、このセル中の液晶がプラナー配向(水平配向)であることを示唆しており、等間隔に観察された4回の透過率のピークは配向ベクトルが位相の遅れを示しながらも一定の角速度で磁場に追随して回転し続けていることを示唆している。実施例12の光学素子においては、液晶成分と重合物C2からなる配向層との両方の界面が非グライド弱アンカーリング界面を形成している。
 この透過率の振幅は温度の低下と共に減少した。透過率の振幅が0.1以上を示す磁場応答領域の温度-磁場強度の相図を図36に示す。75℃から62℃までは応答を示す閾値磁場強度が徐々に増大したものの、弱アンカーリング界面を発現し続けた。一方、62℃以下の低温の領域では偏光顕微鏡の視野は暗転し、偏光顕微鏡のコノスコープ観察ではセル面へ垂直な一軸配向を示す明確なアイソジャイアーが観察され、図36に示すように磁場への応答性が失われた。この結果は、62℃付近でプラナー配向からホメオトロピック配向へのアンカーリング転移が起きたことを示している。このように、ホメオトロピック配向とプラナー配向(ホモジニアス配向)のアンカーリング転移を起こす、あるいは、ホメオトロピック配向とプラナー配向(ホモジニアス配向)のうち状況に応じてどちらの配向も示すような、弱いホメオトロピック配向性を有する界面もスリッパリー界面としては適していることがわかる。
(実施例13の光学素子の作製)
 第1の基板と第2の基板から成るセルギャップが10 μmのセルを作製し、JC1041XX : 5OCB = 1 : 1(重量比)の混合液晶(転移点約78 ℃)を注入し、実施例13の光学素子(液晶セル)を作製した。
 この液晶セルのセル面に平行な250mTで2rpmの回転磁場を印加したところ、偏光顕微鏡像および白色光の透過率が図37のように変化した。約0.5という高い最大透過率は、このセル中の液晶がプラナー配向(水平配向)であることを示唆している。応答性が良好な高温では1回転当たり4回のピークが観察されたが、両面弱アンカーリング界面の液晶セルとは異なり、ピークの間隔は等間隔では無い。片面が強アンカーリング基板のため、配向ベクトルが磁場の回転と同じ向きに回転し続けることは困難と考えられる。よって、この透過率の変化は、強アンカーリング基板側の配向ベクトルは固定され、弱アンカーリング界面側が磁場の回転を追随して捻れつつも、弾性との釣り合いから回り切れずに元に戻る変化を反映していると予想される。一方、30℃以下の低温の領域では磁場の回転に伴う輝度の変化は1回転当たり2回であり、磁場の回転による偏光面の回転と、液晶の弾性による捻れの復元とうシンプルなメカニズムであると考えられる。実施例13の光学素子においては、液晶成分と重合物C2からなる配向層との界面が非グライド弱アンカーリング界面を形成している。
 図37の測定を広い温度範囲で行い、透過率の振幅が10 %以上を示した領域を磁場応答領域として作成した相図を図38に示す。実施例13の液晶セルでは温度の低下に対して磁場応答性が低下しつつも300mTの回転磁場に対しては75℃から5℃までという広い温度範囲でスリッパリー特性を示した。両面弱アンカーリング界面の液晶セルでは62℃以下でホメオトロピック配向になったため面内の弱アンカーリング特性が失われたが、実施例13の液晶セルでは片面の強アンカーリング界面によって液晶ダイレクターがプラナー配向に規定されるため、ホメオトロピック配向へのアンカーリング転移が抑制されて、結果として75℃から5℃までという広い温度範囲でスリッパリー特性が発現したと考えられる。
[実施例14~23]
(第1の基板)
 1cm×2cmの駆動領域内に、図8に示す櫛歯電極を有する電極基板を用いた。電極幅は3.5μm、電極間距離は4.5μmとし、電極間に略基板に平行な電界を印加できるようにしている。この電極の断面構造を、図9に示す。ガラス基板31の厚さは、700μmである。ITOからなる第1電極38(共通電極)の厚さは100nmである。SiNからなる絶縁膜35の厚さは300nmである。ITOからなる第2電極39(櫛歯電極)の厚さは100nmである。
(第2の基板)
 ピクセルサイズ30μm×90μmのカラーフィルタ基板に、常法に沿って以下の条件で塗布し、光配向処理されたポリイミド配向膜を形成した。ポリイミド膜の厚みは100nmである。
液:固形分濃度4wt%、
塗布条件:スピン2000rpm、12秒、
プリベーク:80℃、90秒、
ポストベーク:230℃、30分、
偏光露光:254nm光を200mJ
 第1の基板の前処理として、(1)ウシオ社製エキシマUV装置により約10分間172nmのUVを照射してオゾン洗浄し、(2)純水中にて10分間超音波洗浄をし、(3)Nブローで基板に付着した水滴を飛ばし、(4)10分間105℃にて乾燥した。
 前処理済の第1の基板に、前記スリッパリー材料前駆体溶液(3)を1500、3000、4500rpmで30秒間スピンコートし、得られた樹脂膜をホットプレート上で、窒素雰囲気下、100、130、160、190℃で30分間焼成し、第1の基板上に第1の配向層を形成した。
 上記の作製条件の組み合わせを表2に記載する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000034
 第1の配向層が形成された第1の基板及び光配向処理済みの第2の配向層22(ポリイミド膜)が形成された第2の基板について、一方に高さが3.3μmのフォトスペーサー42を形成して、他方と貼り合わせた。このようにしてできた3.3μmの間隙に、液晶成分(ポジ液晶Δn=0.102、Δε=7)を毛細管現象により注入した。貼り合わせ後のセル断面図を図10に示した。
 実施例14~23の液晶素子では、第2の基板(カラーフィルタ基板)の第1の基板の側には光配向処理されたポリイミド配向膜が形成されており、第1の基板(電極基板)の第2の基板の側には第1の配向層が形成されている。液晶成分を注入してから、液晶成分の転移点以上に昇温させた後、降温させることで、図11に示すように、第1の基板(電極基板)の側にも、電圧無印加時に、第2の基板(カラーフィルタ基板)の側の光配向処理した方位と同じ方位に液晶分子の向きが並ぶ。すなわち、光配向処理していない第1の基板(電極基板)の側には、非グライドの配向容易軸が発生する。
 また、カラーフィルタ(CF)基板側の光配向処理による液晶の配向容易軸(LC director)の方向と、偏光子(polarizer)方向と、検光子(analyzer)方向との関係を図12に示す。これにより、電圧無印加時に黒表示、電圧印加時に白表示するようにできている。
 実施例14~23の液晶素子について、V-モード効率特性の評価結果を図39に示した。
 実施例14~23の液晶素子について、駆動波形の計測結果を図40に示し、応答時間の電圧依存性の評価結果を表3に示した。実施例14~23の光学素子においては、液晶成分と第1の配向層との界面が非グライド弱アンカーリング界面を形成している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000035
 実施例14の液晶素子について、電圧2V時、オン応答時間17.3ms+オフ応答時間41.5ms=和58.8msの結果であり、低電圧駆動性及び高速応答特性に優れる結果であった。実施例15~23の液晶素子について、電圧2V時、オン応答時間+オフ応答時間の和は、45.6~83.8msの結果であり、低電圧駆動性及び高速応答特性に優れる結果であった。
 ここで、オン応答時間は、透過率T10%から90%になるまでの時間であり、オフ応答時間は透過率T90%から10%になるまでの時間である。
 また、実施例14の液晶素子においては、モード効率は、2Vにおいて94.1%であり、ポジ液晶で優れた光学特性を発揮することが分かった。実施例15~23の液晶素子において、モード効率は、2Vにおいて89.7~94.7%であり、ポジ液晶で優れた光学特性を発揮することが分かった。
 ここで、モード効率は、偏光板パラレル配置、電圧無印加時の透過光量を100%とした時の、偏光板クロスニコル配置、電圧印加時の透過光量の割合を云う。
<水酸基含有PEG重合体の合成>
(PEG重合体(1)の合成)
 温度計、攪拌機、還流冷却器および窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、110質量部のメトキシプロピルアセテートを供給し、95℃に昇温した。
 次に、同温度に到達した後、45質量部のメトキシポリエチレングリコールメタクリレート(分子量468)、45質量部のポリエチレングリコールジメタクリレート(分子量536)、10質量部の2-ヒドロキシエチルメタクリレート(分子量130)、および15質量部のジメチル-2,2-アゾビス(2-メチルプロピオネート)を190質量部のメトキシプロピルアセテートに溶解した混合物を、上記四つ口フラスコのメトキシプロピルアセテート中に3時間かけて滴下し、滴下終了後、同温度にて6時間保持し反応させ、重合体を含有する溶液を得た。得られた溶液を1μmのフィルターにてろ過を行った後、エバポレーターを用いて重合溶剤であるメトキシプロピルアセテートを完全に除去することにより重合体(1)を得た。得られた重合体(1)の重量平均分子量(Mw)は、GPC測定により、5,600であり、水酸基価は、94.7mg/KOHgであった。
(PEG重合体組成物(P-1))
 10部の重合体(1)を231部のシクロペンタノンに溶解し、さらに7部のデュラネート(登録商標)SBB-70P(固形分70.4wt%、NCO率=10.2wt%、旭化成株式会社製)を室温にて添加し、均一攪拌混合し、PEG重合体組成物(P-1)を得た。
[実施例24]
 第1の基板の前処理として、(1)ウシオ社製エキシマUV装置により約10分間172nmのUVを照射してオゾン洗浄し、(2)純水中にて10分間超音波洗浄をし、(3)Nブローで基板に付着した水滴を飛ばし、(4)10分間105℃にて乾燥した。
 前処理済の第1の基板に、PEG重合体組成物(P-1)を6500rpmで30秒間スピンコートし、60℃5分にて溶剤乾燥を行い、ついで、ホットプレート上で130℃、90分間ベークして、第1の基板上に第1の配向層(p-1)を形成した。
 第1の配向層(p-1)が形成された第1の基板及びラビング処理済みの第2の配向層22(ポリイミド膜)が形成された第2の基板について、一方に高さが3.3μmのフォトスペーサー42を形成して、他方と貼り合わせた。このようにしてできた3.3μmの間隙に、液晶成分(ポジ液晶Δn=0.130、Δε=4.4)を毛細管現象により注入して、実施例24の液晶素子を作製した。
 実施例24の液晶表示素子に電圧を印加したときの、透過光強度Iの駆動電圧・温度依存性を図41のグラフに示す。しきい値電圧は2Vから2.6Vであり、低電圧駆動が可能である。また、すべての温度において5V以内の駆動電圧で、最大透過率は0.80~1.0が実現され、優れた光透過性と良好なスリッパリー特性を有していた。電圧OFF時のオフ応答時間τoffの駆動電圧・温度依存性を図42のグラフに示す。すべての温度・印加電圧において、オフ応答時間は20ms以下を示し、良好な応答特性が得られている。電圧ON時のオン応答時間τonの駆動電圧・温度依存性を図43のグラフに示す。駆動電圧5Vの範囲で、応答時間は50ms以下で、電圧ON時にも良好な応答特性が得られている。
<ケイ皮酸含有PEG重合体の合成>
(ケイ皮酸含有PEG重合体(2)の合成)
温度計、攪拌機、還流冷却器および窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、110質量部のメトキシプロピルアセテートを供給し、80℃に昇温した。
 次に、同温度に到達した後、45質量部のメトキシポリエチレングリコールメタクリレート(分子量468)、45質量部のポリエチレングリコールジメタクリレート(分子量536)、式(CIN-1)で表される化合物10質量部、および6質量部のジメチル-2,2-アゾビス(2-メチルプロピオネート)を190質量部のメトキシプロピルアセテートに溶解した混合物を、上記四つ口フラスコのメトキシプロピルアセテート中に3時間かけて滴下し、滴下終了後、同温度にて10時間保持し反応させ、重合体を含有する溶液を得た。得られた溶液を1μmのフィルターにてろ過を行った後、エバポレーターを用いて重合溶剤を完全に除去することにより重合体(2)を得た。得られた重合体(2)の重量平均分子量(Mw)は、GPC測定により、52,000であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
(ケイ皮酸含有PEG重合体組成物(P-2))
 10部の重合体(2)を231部のシクロペンタノンに60℃で攪拌し均一溶解させ、ケイ皮酸含有PEG重合体組成物(P-2)を得た。
[実施例25]
 用いるスリッパリー材料をPEG重合体組成物(P-2)に変更した以外は、実施例1と同様にして、第1の基板上に第1の配向層(p-2)を形成した。第1の配向層(p-2)が形成された第1の基板及びラビング処理済みの第2の配向層22(ポリイミド膜)が形成された第2の基板について、一方に高さが3.3μmのフォトスペーサー42を形成して、他方と貼り合わせた。このようにしてできた3.3μmの間隙に、液晶成分(ポジ液晶Δn=0.103、Δε=7.3)を毛細管現象により注入して、実施例25の液晶素子を作製した。
 実施例25の液晶素子を実施例24と同様にして評価したところ、実施例24と同様に印加電圧3~4.5Vの領域において非常に良好なスリッパリー特性を有していた。
 以上で説明した各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は各実施形態によって限定されることはなく、請求項(クレーム)の範囲によってのみ限定される。
 10,50・・・光学素子、11,12,31,32・・・基板、13,33・・・液晶成分、14,34・・・第1の配向層、22・・・第2の配向層、45・・・液晶分子、17・・・非グライド弱アンカーリング界面、18,19,38,39,126,127・・・電極、35・・・絶縁膜、42・・・フォトスペーサー、431・・・カラーフィルタ(R)、432・・・カラーフィルタ(G)、433・・・カラーフィルタ(B)、434・・・黒色層

Claims (9)

  1.  互いに対向して配置された第1の基板及び第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に充填された液晶成分と、前記第1の基板における前記第2の基板の側に設けられた第1電極及び第2電極と、前記第1の基板における前記第2の基板の側に設けられ、前記液晶成分中の液晶分子の配向状態を制御する第1の配向層と、を備える光学素子であって、
     前記液晶成分と前記第1の配向層との界面が非グライド弱アンカーリング界面を形成している光学素子。
  2.  前記第2の基板における前記第1の基板の側に、前記液晶成分中の液晶分子の配向状態を制御する第2の配向層が設けられ、前記液晶成分と前記第2の配向層との界面が強アンカーリング界面を形成している、請求項1に記載の光学素子。
  3.  前記液晶成分と前記第1の配向層との界面の方位角のアンカーリングエネルギーが、6×10-8~1×10-6Jm-2である、請求項1又は2に記載の光学素子。
  4.  前記第1の配向層が、強アンカーリング膜と弱アンカーリング膜とのハイブリッド膜である、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学素子。
  5.  前記第1電極及び前記第2電極が、前記第1の基板と前記第2の基板との間にインプレーン電界を発生させる、請求項1~4のいずれか一項に記載の光学素子。
  6.  前記第1電極及び前記第2電極が、前記第1の基板と前記第2の基板との間にフリンジ電界を発生させる、請求項1~4のいずれか一項に記載の光学素子。
  7.  前記液晶成分がネマチック液晶である、請求項1~6のいずれか1項に記載の光学素子。
  8.  前記第2の基板がカラーフィルタを備え、前記第1電極及び第2電極への駆動電圧の印加が薄膜トランジスタを介して実施される、請求項1~7のいずれか1項に記載の光学素子。
  9.  最大透過率となるまで前記駆動電圧を印加し、その後、無印加状態に戻す、請求項8に記載の光学素子のリフレッシュ駆動方法。
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