液晶表示素子およびその製造方法
【課題】 本発明は、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子において、ラビング処理や光配向処理などの配向処理を要することなく、簡便な方法により強誘電性液晶の配向を制御することのできる液晶表示素子を提供することを主目的とする。
【解決手段】 本発明は、基材、電極層および配向層をこの順に有する２枚の配向基板間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、上記２枚の配向層のうち少なくとも一方は、板状分子が、上記板状分子の法線方向が基板の一定方向を向いて積み重なったカラム構造を有するカラムナー配向層であることを特徴とする液晶表示素子を提供することにより、上記目的を達成するものである。
【解決手段】 本発明は、基材、電極層および配向層をこの順に有する２枚の配向基板間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、上記２枚の配向層のうち少なくとも一方は、板状分子が、上記板状分子の法線方向が基板の一定方向を向いて積み重なったカラム構造を有するカラムナー配向層であることを特徴とする液晶表示素子を提供することにより、上記目的を達成するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子は薄型で低消費電力などといった特徴から、大型ディスプレイから携帯情報端末までその用途を広げており、その開発が活発に行われている。これまで液晶表示素子は、ＴＮ方式、ＳＴＮのマルチプレックス駆動、ＴＮに薄膜トランジスタ（以下、これを「ＴＦＴ素子」とする場合がある。）を用いたアクティブマトリックス駆動等が開発され実用化されているが、これらはネマチック液晶を用いているために、液晶材料の応答速度が数ｍｓ〜数十ｍｓと遅く動画表示に充分対応しているとはいえない。
【０００３】
一方、強誘電性液晶（ＦＬＣ）は、応答速度がμｓオーダーと極めて短く、高速デバイスに適した液晶である。このような強誘電性液晶としては、クラークおよびラガーウォルにより提唱された電圧非印加時に安定状態を二つ有する双安定性のものが広く知られているが、明、暗の２状態でのスイッチングに限られ、メモリー性を有するものの、階調表示ができないという問題を抱えている。
【０００４】
近年、電圧非印加時の液晶層の状態がひとつの状態で安定化している（以下、これを「単安定」と称する。）強誘電性液晶が、電圧変化により液晶のダイレクタ(分子軸の傾き)を連続的に変化させ透過光度をアナログ変調することで階調表示を可能とするものとして注目されている（非特許文献１）。
【０００５】
強誘電性液晶を単安定化する方法としては、液晶材料中に紫外線硬化型モノマーを添加し、セルに注入後、交流または直流電圧を印加しながら紫外線照射を行い、硬化させて液晶の配向を安定化させる高分子安定化法が知られている。また、相系列にスメクチックＡ相を持たず、降温過程でネマチック相からコレステリック相を経て直接カイラルスメクチックＣ相に相転移する強誘電性液晶をコレステリック相−ネマチック相の相転移点より高温に昇温した後、徐冷することで強誘電性液晶を単安定化する方法が知られている。
【０００６】
しかしながら、上記高分子安定化法ではプロセスが煩雑になり、駆動電圧が高くなる等の問題がある。また、高分子安定化法を用いない後者の方法では、層法線方向の異なる二つのドメイン（以下、「ダブルドメイン」と称する場合がある。）が形成されやすく、駆動時に白黒反転した表示になり大きな問題となる。このダブルドメインは、電圧を印加しながら徐冷する電界印加徐冷法によりモノドメイン化する方法が知られているが（非特許文献２）、強誘電性液晶が再び相転移点より高温になると、配向が乱れてしまうという問題があり、実用性が低い。
【０００７】
一般に、液晶を配向させる技術としては、ラビング法、光配向法等がある。ラビング法はコーティングしたポリイミド表面を擦ることにより配向能を付与するものであるが、大面積処理時の均一性が難しく、また、静電気や塵埃を発生する等の問題がある。一方、光配向法は、光配向性を有する化合物に紫外線等を照射して分子を特定方向に配列させ、配向能を付与するものであり、静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるが、露光プロセスが必要なことから装置コストがかかるという問題がある。
【０００８】
【非特許文献１】NONAKA, T., LI, J., OGAWA, A., HORNUNG, B., SCHMIDT, W., WINGEN, R., and DUBAL, H., 1999, Liq. Cryst., 26, 1599.
【非特許文献２】PATEL, J., and GOODBY, J. W., 1986, J. Appl. Phys., 59, 2355.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子において、ラビング処理や光配向処理などの配向処理を要することなく、簡便な方法により強誘電性液晶の配向を制御することのできる液晶表示素子を提供することを主目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、上記実情に鑑み鋭意検討した結果、強誘電性液晶の配向を制御する配向層として、板状分子の自己組織化を利用することにより、ラビング処理や光配向処理などの配向処理を行わなくても、簡便な方法で強誘電性液晶の配向を制御することができることを見いだし、本発明を完成させた。
【００１１】
すなわち、本発明においては、第１基材と、上記第１基材上に形成された第１電極層と、上記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１配向基板、および、第２基材と、上記第２基材上に形成された第２電極層と、上記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２配向基板を、上記第１配向層と上記第２配向層とが対向するように配置し、上記第１配向層と上記第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、
上記第１配向層および上記第２配向層のうち少なくとも一方は、板状分子が、上記板状分子の法線方向が基板の一定方向を向いて積み重なったカラム構造を有するカラムナー配向層であることを特徴とする液晶表示素子を提供するものである。
【００１２】
本発明の液晶表示素子は、強誘電性液晶の配向を制御するために設けられる第１配向層および第２配向層のうち少なくとも一方の配向層を、板状分子が一定方向に積み重なって構成されるカラム構造を有するカラムナー配向層とすることにより、ラビング処理や光配向処理を要することなく、簡便な方法により強誘電性液晶を配向させることができるものである。
【００１３】
このような本発明の液晶表示素子としては、上記第１配向層および上記第２配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第１配向層の板状分子の法線方向と上記第２配向層の板状分子の法線方向とが略平行に配置され、上記第１配向層および上記第２配向層の構成材料が相互に異なる組成を有するものであることが好ましい。本発明においては第１配向層および第２配向層をカラムナー配向層とすることにより、簡便な方法で強誘電性液晶を配向させることができるものであるが、さらに第１配向層および第２配向層の構成材料を相互に異なる組成のものとすることにより、配向欠陥を生じにくく、強誘電性液晶の配向安定性が優れたものとなるからである。特にスメクチックＡ相（ＳｍＡ）を経由しない相転移系列を示す強誘電性液晶を用いた場合、ダブルドメインの発生を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明の液晶表示素子の他の態様としては、上記第１配向層および上記第２配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第１配向層の板状分子の法線方向と上記第２配向層の板状分子の法線方向とが略垂直に配置され、上記第１配向層または上記第２配向層の対向面上に、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層を有するものとすることができる。このように第１配向層および第２配向層をカラムナー配向層とし、これらを略垂直に配置し、一方の配向層の対向面上に上記反応性液晶層を設けることにより、上記のような配向欠陥を生じることなく、簡便な方法で強誘電性液晶を配向させることができる。
【００１５】
さらに、本発明の液晶表示素子の他の態様としては、上記第１配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第２配向層が光配向膜であってもよい。このように第１配向層および第２配向層のうち一方の配向層をカラムナー配向層とし、他方の配向層を光配向膜とすることにより、配向処理工程数を少なくして、上記のような配向欠陥を生じることなく、強誘電性液晶を配向させることができる。
【００１６】
このような光配向膜の構成材料としては、光反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光反応型の材料または光異性化反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応型の材料であることが好ましい。これらの材料を用いることにより、光配向膜に容易に異方性が付与できるからである。
【００１７】
このような本発明の液晶表示素子において、上記カラムナー配向層は、表面に所定の幅を有する凹部または凸部がパターン状に形成された樹脂層と、上記樹脂層の凹部に沿って形成された上記カラム構造とを有するものであってもよい。上記カラム構造が上記樹脂層の凹部に沿って形成されていることにより、カラム構造を一定方向に揃えて容易に配列させることができるからである。
【００１８】
また、このようなカラムナー配向層を構成する上記板状分子は、水溶液中でリオトロピック液晶相を示すものであることが好ましい。このような板状分子は、水溶液中で自己組織化によりカラム構造を形成し、リオトロピック液晶相を示すので、この板状分子を含有するカラムナー配向層形成用塗工液を塗布することにより、カラム構造を容易に配向させることができるからである。また、上記板状分子が水溶性であることにより、上記カラム構造を固定化するための固定化処理が容易となるからである。
【００１９】
このような本発明の液晶表示素子において、上記強誘電性液晶は、単安定性の駆動特性を示すものであることが好ましい。強誘電性液晶が単安定性の駆動特性を示すものであることにより、階調表示が可能となり、高精細なカラー表示の液晶表示素子を得ることができるからである。
【００２０】
また、上記強誘電性液晶は、降温過程においてスメクチックＡ相を経由しない相転移系列を示すものであることが好ましい。このような相転移系列を示す強誘電性液晶は、単安定性の駆動特性を示す傾向にあり、このような強誘電性液晶を用いることにより高精細なカラー表示の液晶表示素子を得ることが容易となるからである。
【００２１】
このような本発明の液晶表示素子は、上記第１電極層または上記第２電極層に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）を有し、アクティブマトリックス駆動するものであることが好ましい。ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため、高品質なディスプレイが可能となるからである。さらに、一方の基材上にＴＦＴ素子をマトリックス状に配置してなるＴＦＴ基板と、他方の基材上の表示部全域に共通電極を形成してなる共通電極基板とを組み合わせ、上記共通電極基板の共通電極と基材との間にＴＦＴ素子のマトリックス状に配置させたマイクロカラーフィルターを形成し、カラー表示の液晶表示素子として用いることもできる。
【００２２】
また、上記本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることにも適している。本発明の液晶表示素子は、応答速度が速く、配向欠陥を生じることなく強誘電性液晶を配向させることができるので、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることにより、低消費電力かつ低コストで、視野角が広く、明るく高精細なカラー動画表示を得ることができる。
【００２３】
また本発明は、上記液晶表示素子の製造方法であって、上記カラムナー配向層の形成において、基材上に、カラムナー配向層形成用塗工液を塗布して塗膜を形成する塗膜形成工程と、上記塗膜を乾燥する乾燥工程と、上記乾燥した塗膜を疎水化処理して固定化する固定化処理工程とを有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法を提供するものである。
【００２４】
このような本発明の製造方法によれば、カラムナー配向層形成用塗工液を塗布し、簡単な後処理を行うだけで、配向処理を要することなく、強誘電性液晶の配向を制御することができる液晶表示素子を容易に製造することができる。また、このように固定化処理工程を設けることにより、板状分子からなるカラム構造が固定化され、強誘電性液晶の配向安定性に優れた液晶表示素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、強誘電性液晶の配向を制御する配向層として、板状分子が、上記板状分子の法線方向が基板の一定方向を向いて積み重なったカラム構造を有するカラムナー配向層を用いることにより、ラビング処理や光配向処理などの配向処理を要することなく、簡便な方法で強誘電性液晶を配向させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、液晶表示素子およびその製造方法を提供するものである。以下、本発明の液晶表示素子およびその製造方法について、それぞれ説明する。
【００２７】
Ａ．液晶表示素子
はじめに、本発明の液晶表示素子について説明する。本発明の液晶表示素子は、第１基材と、上記第１基材上に形成された第１電極層と、上記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１配向基板、および、第２基材と、上記第２基材上に形成された第２電極層と、上記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２配向基板を、上記第１配向層と前記第２配向層とが対向するように配置し、上記第１配向層と上記第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、
上記第１配向層および上記第２配向層のうち少なくとも一方は、板状分子が、上記板状分子の法線方向が基板の一定方向を向いて積み重なったカラム構造を有するカラムナー配向層であることを特徴としている。
【００２８】
このような本発明の液晶表示素子について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。図１（ａ）に示すように、本発明の液晶表示素子においては、第１基材１ａと、上記第１基材１ａ上に形成された第１電極層２ａと、上記第１電極層２ａ上に形成された第１配向層３ａとを有する第１配向基板１１が形成されており、また、第２基材１ｂと、上記第２基材１ｂ上に形成された第２電極層２ｂと、上記第２電極層２ｂ上に形成された第２配向層３ｂとを有する第２配向基板１２が形成されており、この第１配向基板１１と第２配向基板１２は、第１配向層３ａと第２配向層３ｂとが向かい合うように配置されている。また、第１配向層３ａ、第２配向層３ｂ間には強誘電性液晶が挟持され、液晶層５が構成されている。
【００２９】
このような本発明の液晶表示素子において、上記第１配向層および第２配向層のうち少なくとも一方は、カラムナー配向層である。図２（ａ）は、本発明に用いられる板状分子のモデル構造と法線方向を示した図であり、図２（ｂ）は、本発明に用いられるカラムナー配向層の概略斜視図である。図２（ｂ）に示すように、このカラムナー配向層においては、板状分子ａは、表面に所定の幅を有する凹部または凸部がパターン状に形成された樹脂層ｃの凹部に沿って、板状分子ａの法線方向ｎが基板の一定方向を向いて積層してカラム構造ｂを形成し、このようなカラム構造ｂが複数配列してカラムナー配向層を構成している。本発明においては、カラムナー配向層はこのように板状分子ａが配列して構成されるものであるため、カラムナー配向層の有する複数のカラム構造ｂのカラムの軸方向は、基板の一定方向を向いており、これらのカラム構造ｂと強誘電性液晶との相互作用により強誘電性液晶の配向を制御するものである。
【００３０】
本発明の液晶表示素子は、このように第１配向層および第２配向層のうち少なくとも一方を、カラムナー配向層とすることにより、ラビング処理や光配向処理などの配向処理を要することなく、簡便な方法で強誘電性液晶を配向させることができるものである。
【００３１】
このような本発明の液晶表示素子においては、上記各層間に配向制御能を高める目的や接着性を高める目的で、他の層を有していてもよい。例えば、図１（ｂ）に示すように、第２配向層３ｂ上に、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層６を形成することもできる。このような反応性液晶層６は、第２配向層上に固定化されてなるものであるので、第２配向層によって反応性液晶層に異方性が付与されることとなり、それにより強誘電性液晶を配向させるための配向膜として機能するものである。
【００３２】
また、上記基材１ａ、１ｂの外側には偏光板４ａ、４ｂが設けられていてもよく、これにより入射光が直線偏光となり液晶分子の配向方向に偏光した光のみを透過させることができる。例えば液晶層５を構成する強誘電性液晶が単安定性の駆動特性を示すものである場合には、印加電圧により透過光量を制御することにより階調表示が可能となる。
【００３３】
このような本発明の液晶表示素子は、例えば図４および図５に示すように、一方の基板を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）がマトリックス状に配置されたＴＦＴ基板とし、他方の基板を共通電極が全域に形成された共通電極基板として、これらを組み合わせ、アクティブマトリックス駆動するものであることが好ましい。このように本発明の液晶表示素子がアクティブマトリックス駆動するものであることにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため、高品質なディスプレイを得ることができるからである。このようなＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス駆動の液晶表示素子について以下に説明する。
【００３４】
図４は本発明の液晶表示素子の一例を示す概略斜視図であり、図５はその概略断面図である。図４においては、一方の基板は第１電極層２ａが共通電極であり、共通電極基板となっており、一方、対向基板は第２電極層２ｂがｘ電極２ｃ、ｙ電極２ｄおよび画素電極２ｅから構成され、ＴＦＴ基板となっている。このような液晶表示素子において、ｘ電極２ｃおよびｙ電極２ｄはそれぞれ縦横に配列しているものであり、これらの電極に信号を加えることによりＴＦＴ素子７を作動させ、強誘電性液晶を駆動させることができる。ｘ電極２ｃおよびｙ電極２ｄが交差した部分は、図示しないが絶縁層で絶縁されており、ｘ電極２ｃの信号とｙ電極２ｄの信号は独立に動作することができる。ｘ電極２ｃおよびｙ電極２ｄにより囲まれた部分は、本発明の液晶表示素子を駆動する最小単位である画素であり、各画素には少なくとも１つ以上のＴＦＴ素子７および画素電極２ｅが形成されている。本発明の液晶表示素子では、ｘ電極２ｃおよびｙ電極２ｄに順次信号電圧を加えることにより、各画素のＴＦＴ素子７を動作させることができる。
【００３５】
このような本発明の液晶表示素子は、カラーフィルター方式またはフィールドシーケンシャルカラー方式を採用することによりカラー液晶表示素子として用いることができるが、中でも、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させるものであることが好ましい。フィールドシーケンシャルカラー方式は、赤緑青の三色のＬＥＤの点滅に同期させて液晶をオン・オフさせることで、カラーフィルターを用いないでカラー表示を可能とするものであり、低消費電力かつ低コストで、視野角が広く、明るく高精細なカラー動画表示を実現することができるからである。
【００３６】
この場合に、強誘電性液晶としては、単安定性の駆動特性を示すものであることが好ましいが、特に、正負いずれかの電圧を印加したときにのみ液晶分子が動作するハーフＶ字駆動するものであることがより好ましい。強誘電性液晶としてこのような材料を用いることにより、暗部動作時（白黒シャッター閉口時）の光漏れを少なくすることができ、白黒シャッターとしての開口時間を十分に長くとることができ、それにより時間的に切り替えられる各色をより明るく表示することができ、明るいカラー液晶表示素子が得られるからである。
【００３７】
一方、カラーフィルター方式を採用することにより、カラー液晶表示素子とする場合には、上記共通電極である第１電極層２ａと基板１ａとの間にＴＦＴ素子７のマトリックス状に配置させたマイクロカラーフィルターを形成すればよい。
【００３８】
本発明の液晶表示素子は、上述したような構成を有するものであれば特に限定されるものではないが、好ましい態様として、上記第１配向層および上記第２配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第１配向層の板状分子の法線方向と上記第２配向層の板状分子の法線方向とが略平行に配置され、上記第１配向層および上記第２配向層の構成材料が相互に異なる組成を有するものであることを特徴とする第１の態様と、上記第１配向層および上記第２配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第１配向層の板状分子の法線方向と上記第２配向層の板状分子の法線方向とが略垂直に配置され、上記第１配向層または上記第２配向層の対向面上に、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層を有するものであることを特徴とする第２の態様と、上記第１配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第２配向層が光配向膜であることを特徴とする第３の態様とが挙げられる。以下、各態様について詳細に説明する。
【００３９】
１．第１の態様
まず、本発明の液晶表示素子の第１の態様について説明する。第１の態様の液晶表示素子は、上記第１配向層および上記第２配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第１配向層の板状分子の法線方向と上記第２配向層の板状分子の法線方向とが略平行に配置され、上記第１配向層および上記第２配向層の構成材料が相互に異なる組成を有するものであることを特徴とするものである。
【００４０】
このような第１の態様の液晶表示素子について以下に説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の態様の液晶表示素子の一例を示すものであり、図中、第１配向層３ａおよび第２配向層３ｂは上記カラムナー配向層である。本態様においては、このように第１配向層および第２配向層を上記カラムナー配向層とすることにより、ラビング処理や光配向処理を要することなく、簡便な方法で強誘電性液晶を配向させるものである。
【００４１】
これら第１配向層および第２配向層は、図３（ａ）に示すように、上記第１配向層３ａの板状分子の法線方向と上記第２配向層３ｂの板状分子の法線方向とが略平行となるように配置されている。ここで「略平行」とは、上記第１配向層３ａの板状分子の法線方向と上記第２配向層３ｂの板状分子の法線方向とがなす角度θが０°〜５°の範囲内となることをいうものである。この角度θは、０°〜１°の範囲内であることが好ましい。この角度θは小さくなるほど、カラムナー配向層の配向能が高くなり、強誘電性液晶の配向を効果的に制御することができるからである。
【００４２】
さらに、第１配向層および第２配向層の構成材料は、相互に同一であっても異なっていてもよいものではあるが、本態様においては第１配向層および第２配向層の構成材料は相互に異なる組成を有するものとされている。このように第１配向層および第２配向層の構成材料の組成を変えることにより、これらの配向層と強誘電性液晶との相互作用が強められ、配向欠陥を生じにくくなるためである。特にスメクチックＡ相（ＳｍＡ）を経由しない相転移系列を示す強誘電性液晶を用いた場合は、ダブルドメインの発生を抑制することができるため、これにより強誘電性液晶のモノドメイン配向を得るようにしている。以下、本態様の各構成部材および製造方法について説明する。
【００４３】
（１）各構成部材
ａ．第１配向層および第２配向層
まず、本発明の第１の態様の液晶表示素子に用いられる第１配向層および第２配向層について説明する。
【００４４】
第１の態様において、第１配向層および第２配向層は、配向能を有し、かつ、板状分子が、上記板状分子の法線方向が基板の一定方向を向いて積み重なったカラム構造を有するカラムナー配向層であり、第１配向層および第２配向層に用いられるカラムナー配向層の構成材料は相互に異なる組成を有している。
【００４５】
本態様に用いられるカラムナー配向層は、板状分子の法線方向が基板の一定方向を向いて積み重なったカラム構造を有するものであり、この板状分子からなるカラム構造と強誘電性液晶との相互作用により、強誘電性液晶を配向させるものである。このようなカラムナー配向層は、ラビング処理や光配向処理などの配向処理を行わなくても、強誘電性液晶の配向を制御する配向能を有するものであり、製造プロセスが簡便であり、装置コストがかからないという利点を有している。
【００４６】
このようなカラムナー配向層は、配向能を有し、かつ、上記のようなカラム構造を有するものであれば特に限定されるものではなく、カラム構造が形成されている単層であってもよく、表面に所定の幅を有する凹部または凸部がパターン状に形成された樹脂層と、上記樹脂層の凹部に沿って形成された板状分子からなるカラム構造とを有するものであってもよい。例えばカラムナー配向層が樹脂層とカラム構造とを有する場合は、カラム構造が樹脂層の凹部に沿って形成されていることにより、カラム構造を一定方向に揃えて容易に配列させることができるという利点を有する。このように、カラムナー配向層は、凹部または凸部のパターンを有する樹脂層上に板状分子からなるカラム構造が形成されているものであってもよい。一方、カラムナー配向層がカラム構造が形成されている単層である場合は、カラムナー配向層形成用塗工液を例えばせん断応力がかかる方法で塗布することにより、カラム構造を一定方向に揃えて容易に配列させることができ、より簡便にカラムナー配向層を形成できるという利点を有する。以下、これらカラム構造および樹脂層について説明する。
【００４７】
（カラム構造）
まず、カラムナー配向層を構成するカラム構造について説明する。本態様に用いられるカラム構造は、上記樹脂層の凹部または凸部のパターン上に形成されるものであり、このカラム構造は、板状分子が、その法線方向が基板の一定方向を向いて積層することにより構成される。
【００４８】
ここで「板状分子」とは、少なくとも複数の芳香環構造を有し、分子のコア部分が平面状に配置されているものをいう。
【００４９】
本態様に用いられる板状分子としては、柱状に積層することによりカラム構造を形成することができるものであれば特に限定されない。
【００５０】
このような板状分子としては、例えばスルホン酸基等の親水性基を有する板状分子、または長鎖のアルキル基等の疎水性基を有する板状分子が挙げられるが、中でも、親水性基を有する板状分子であることが好ましい。親水性基を有する板状分子は、この親水性基が小さく、隣接するカラム構造同士の距離が近いため、容易にカラム構造を配列させることができるからである。また、塗布、乾燥後にスルホン酸基等の親水部を中和して水に難溶もしくは不溶とすることで固定化処理が容易となるからである。
【００５１】
上記親水性基としては、スルホン酸基、スルホン酸ナトリウム基、スルホン酸アンモニウム基、スルホン酸リチウム基、スルホン酸カリウム基等のスルホン酸系の親水性基、カルボキシル基、カルボン酸ナトリウム基、カルボン酸アンモニウム基、カルボン酸リチウム基、カルボン酸カリウム基等のカルボン酸系の親水性基、水酸基、アミノ基などが挙げられる。これらの中でも、スルホン酸系の親水性基であることが好ましい。
【００５２】
ここで、板状分子がカラム構造を形成していることは、カラムナー配向層をＸ線回折装置を用いて測定することにより確認することができる。
【００５３】
本態様に用いられる板状分子としては、上記の中でも、溶液中でカラム構造を形成し、リオトロピック液晶相を示すものであることが好ましい。このように溶液中でリオトロピック液晶相を示す板状分子は自己組織化力が高いからである。例えば溶液中でリオトロピック液晶相を示す板状分子を含有するカラムナー配向層形成用塗工液を塗布することにより、板状分子の自己組織化を利用してカラム構造を容易に配向させることができる。
【００５４】
このような溶液中でリオトロピック液晶相を示す板状分子としては、水溶液中でリオトロピック液晶相を示す板状分子、または有機溶媒中でリオトロピック液晶相を示す板状分子が挙げられる。上記の溶液の種類は、上記板状分子の置換基によって異なるものであり、板状分子がスルホン酸基等の親水性基を有する場合は水溶液が用いられ、長鎖のアルキル基等の疎水性基を有する場合は有機溶媒が用いられる。
【００５５】
本態様においては、中でも、水溶液中でカラム構造を形成し、リオトロピック液晶相を示す板状分子を用いることが好ましい。このような板状分子は、水溶液中で自己組織化によりカラム構造を形成し、リオトロピック液晶相を示すので、この板状分子を含有するカラムナー配向層形成用塗工液を塗布することにより、カラム構造を容易に配向させることができるからである。さらに、上記板状分子が水溶性であることにより、上記カラム構造を固定化するための固定化処理が容易となるからである。
【００５６】
このような板状分子は、二色性を有していてもよく、有していないものでもよい。例えば、二色性を有さない板状分子を用いる場合は、得られるカラムナー配向層が偏光能を持たないため、偏光板との配置を考慮する必要がないという利点がある。一方、板状分子として、二色性を有する材料を用いる場合には、偏光板の偏光方向と板状分子の法線方向とを略平行に配置すればよい。このように配置することにより、カラムナー配向層の有する偏光能のために、偏光板の偏光機能を阻害することがないからである。
【００５７】
上述したような水溶液中でカラム構造を形成し、リオトロピック液晶相を示すものであり、かつ二色性を有する板状分子の具体例としては、下記化学式で示される物質が挙げられる。
【００５８】
【化１】
【００５９】
【化２】
【００６０】
【化３】
【００６１】
【化４】
【００６２】
【化５】
【００６３】
【化６】
【００６４】
【化７】
【００６５】
【化８】
【００６６】
【化９】
【００６７】
【化１０】
【００６８】
【化１１】
【００６９】
【化１２】
【００７０】
【化１３】
【００７１】
【化１４】
【００７２】
【化１５】
【００７３】
【化１６】
【００７４】
上記各化学式中のアルキル基は、炭素原子１〜４個を有するものであることが好ましい。また、上記各化学式中のハロゲンとしては、Ｃｌ、Ｂｒであることが好ましい。さらに、上記各化学式中のカチオンとしては、Ｈ＋、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃｓ＋またはＮＨ４＋が挙げられる。
【００７５】
本態様に用いられる二色性を有する板状分子としては、上記の物質の中でも上記化学式Ｉ〜Ｖで表される物質が好適に用いられる。
【００７６】
さらに、二色性を有する板状分子を含有する材料としては、例えばＯｐｔｉｖａ社製の「Ｎ０１５」、「Ｙ１０５」などを挙げることができる。
【００７７】
また、上記板状分子としては、上述したようなリオトロピック液晶相を示すものに限定されるものではなく、サーモトロピック液晶相を示すものであってもよい。
【００７８】
上記物質は１種単独でも、２種以上を組み合わせて用いることもでき、本態様においては、これらの物質の中から要求特性に応じて適宜選択することにより、第１配向層および第２配向層の構成材料を相互に異なる組成を有するものとすることができる。上記物質の２種以上を組み合わせて用いる場合には、組み合わせを変化させることによっても組成を変えることができるし、同じ組み合わせを用いても、各物質の添加量を変化させることによって組成を変えることができる。
【００７９】
（樹脂層）
次に、本態様に用いられる樹脂層について説明する。本態様に用いられる樹脂層は、上述したように、所定の幅を有する凹部または凸部がパターン状に形成されたものである。このような凹部または凸部のパターンの形状は、板状分子が上記カラム構造を形成することが可能となるものであれば特に限定されるものではないが、中でもストライプ状に一定の間隔で凹部または凸部が規則的に形成されているパターンであることが好ましい。
【００８０】
上記凹部の幅としては、使用される板状分子の種類等により異なるものではあるが、通常０．１μｍ〜１０μｍの範囲内、好ましくは０．２μｍ〜１μｍの範囲内、特に０．２μｍ〜０．４μｍの範囲内とすることが好ましい。凹部の幅を上記範囲よりも狭く形成するのは製造法的に困難であり、逆に凹部の幅を広くし過ぎるとカラム構造を配列させることが困難となる場合があるからである。
【００８１】
また、凹部の深さは、０．０５μｍ〜１μｍの範囲内、中でも０．１μｍ〜０．２μｍの範囲内であることがより好ましい。凹部の深さが浅すぎるとカラム構造を構成する板状分子を配向させる機能が低くなり、凹部が深すぎると強誘電性液晶の配向に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００８２】
ここで上記凹部がストライプ状に形成される際の間隔は、使用される板状分子の種類等により異なるものではあるが、通常、隣接する凹部の端と凹部の端との間隔、すなわち凸部の幅が可視光の波長の半分以下とされ、好ましくは０．０５μｍ〜２μｍの範囲内、より好ましくは０．１μｍ〜１μｍの範囲内、特に０．１μｍ〜０．２μｍの範囲内であることが好ましい。隣接する凹部の間隔を狭く形成するのは製造法的に難しく、広くし過ぎるとカラム構造を配列させることが難しくなるからである。また、隣接する凹部の間隔が光の波長に近い値であると、光の回折により、光学的に色付き等の問題がある。
【００８３】
また、上記凹部のピッチとしては、後述する板状分子の種類等により適宜選択されるものであるが、通常０．１μｍ〜１０μｍの範囲内、好ましくは０．２μｍ〜１μｍの範囲内、特に０．２μｍ〜０．４μｍの範囲内とすることが好ましい。凹部のピッチを上記範囲よりも狭く形成するのは製造法的に困難であり、逆に凹部のピッチを広くし過ぎるとカラム構造を配列させることが困難となる場合があるからである。ここで、凹部のピッチとは、隣接する凹部の中心から凹部の中心までの距離をいうこととする。
【００８４】
上記樹脂層の凹部の断面形状としては特に限定されるものではなく、矩形であってもよく、台形等、その他の形状であってもよい。本発明においては、中でも凹部の断面形状が矩形であることが、カラム構造を容易に一定方向に整列して配向させることが可能となる面から好ましい。
【００８５】
このような凹部または凸部を有する樹脂層は、例えば目的とする凹部の形状と対称である凸部を表面に有する凹部形成用基板と、この凹部形成用基板と硬化性樹脂組成物を挟んで硬化させることにより上記樹脂層を形成する凹部形成用基材とを準備し、上記凹部形成用基板と、硬化性樹脂組成物が塗布された上記凹部形成用基材とを、上記硬化性樹脂組成物を挟んで重ね合わせ、上記硬化性樹脂組成物を硬化させた後、上記凹部形成用基板を剥離することにより形成することができる。
【００８６】
このような硬化性樹脂組成物に用いられる硬化性樹脂としては、例えば不飽和ポリエステル、メラミン、エポキシ、ポリエステル（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレート、ポリオール（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレート、もしくはトリアジン系アクリレート等の硬化性樹脂を単独または混合して用いることができる。また、上記樹脂組成物は、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂であってもよく、またこれらを組み合わせたものであってもよい。
【００８７】
また、上記樹脂組成物には、必要に応じて硬化剤や、光重合開始剤等、各種添加剤を加えたものであってもよく、また上記凹部形成用基材に塗布するために、溶剤やモノマー等を用いて粘度を調整したものとしてもよい。
【００８８】
上記樹脂層の膜厚としては、通常、凹部が形成されている部分の厚みが１μｍ以下とされ、好ましくは０．２μｍ以下とされる。凹部が形成されている部分の厚みが厚すぎると、本発明の液晶表示素子が重厚となる可能性があるからである。また、液晶表示素子の薄型化を考慮すると凹部が形成されている部分の厚みは薄い方が好ましいが、薄すぎるものを形成するのは困難であることから、凹部が形成されている部分の厚みは通常０．１μｍ以上とされる。
【００８９】
ここで、本発明においては、通常、このような凹凸構造を複製する場合、形成された樹脂層表面は撥水性が高くなる可能性があるが、上記樹脂層上にカラムナー配向層形成用塗工液が塗布されることから、上記樹脂層は親水性であることが好ましい。したがって、上記樹脂層上に親水性層が設けられていてもよく、また上記樹脂層表面が親水化処理されたものであってもよい。上記樹脂層の表面を親液性となるように表面処理する方法としては、アルゴンや水などを利用したプラズマ処理による親液性表面処理等が挙げられ、また樹脂層上に形成する親液性層としては、例えばテトラエトキシシランのゾルゲル法によるシリカ膜等を挙げることができる。
【００９０】
（カラムナー配向層）
本態様に用いられる上記カラムナー配向層の厚みは、液晶表示素子の要求特性に応じて異なるものであり、また、カラムナー配向層がカラム構造のみを有する場合、およびカラム構造と樹脂層とを有する場合によっても異なるものである。例えば、カラムナー配向層がカラム構造のみを有する場合、このカラムナー配向層の厚みとしては、通常２ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内が好ましく、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内がより好ましく、１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内がさらに好ましい。厚みが薄すぎるカラムナー配向層を形成するのは困難であり、一方、カラムナー配向層の厚みが厚すぎると、表面近傍で配向乱れを生じる場合があり、コスト的にも好ましくないからである。
【００９１】
また、上記カラムナー配向層の透過率は、全域にわたって、４０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。なお、上記透過率は、トプコン社製分光放射計（型式：ＳＲ−３）によって測定することができる。
【００９２】
このようなカラムナー配向層は、上記板状分子を溶媒中に添加してなるカラムナー配向層形成用塗工液中で、上記板状分子からなるカラム構造を形成させ、この塗工液を塗布することで、カラム構造を維持した状態で基板上に形成することができる。カラムナー配向層の製造方法については、後述する「Ｂ．液晶表示素子の製造方法」の項で詳しく説明するので、ここでの記載は省略する。
【００９３】
ｂ．液晶層
次に、本発明の第１の態様に用いられる液晶層について説明する。本態様に用いられる液晶層は、上述した２つのカラムナー配向層間に強誘電性液晶を充填させることにより構成されるものである。以下、このような強誘電性液晶について説明する。
【００９４】
（強誘電性液晶）
本態様に用いられる強誘電性液晶としては、カイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ＊）相を発現するものであれば特に限定されるものではなく、降温過程において、コレステリック（Ｃｈ）相−スメクチックＡ（ＳｍＡ）相−カイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ＊）相と相変化する材料を用いることもでき、Ｃｈ相−ＳｍＣ＊相と相変化し、ＳｍＡ相を経由しない材料を用いることもできる。中でも本態様に用いられる強誘電性液晶としては、後者のＳｍＡ相を経由しない相転移系列を示すものであることが好ましい。このような相転移系列を示す強誘電性液晶は、単安定性の駆動特性を示す傾向にあり、このように単安定性の駆動特性を示す材料を用いることにより、階調表示が可能となり、高精細なカラー表示の液晶表示素子を得ることが容易となるからである。
【００９５】
なかでも、本態様の液晶表示素子を、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させる場合には、本態様に用いられる強誘電性液晶としては、上記のような単安定性の駆動特性を示す強誘電性液晶の中でも、正負いずれかの電圧を印加したときにのみ液晶分子が動作するハーフＶ字駆動する強誘電性液晶を用いることが好ましい。このような特性を有する強誘電性液晶を用いることにより、白黒シャッターの開口時間を長くとることができ、明るいカラー表示の液晶表示素子を得ることができるからである。
【００９６】
さらに、本態様に用いられる強誘電性液晶としては、単一相を構成するものであることが好ましい。単一相を構成するとは、高分子安定化法などのように、ポリマーネットワークが形成されていないことをいうものであり、このように、単一相の強誘電性液晶を用いることにより、製造プロセスが容易となり、駆動電圧を低くすることができるからである。
なお、後述するように、本態様に用いられる液晶層においては、ポリマーネットワークが形成されていてもよい。
【００９７】
このような強誘電性液晶の具体例としては、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社より販売されている「Ｒ２３０１」、「ＦＥＬＩＸ−３２０６」が挙げられる。
【００９８】
（液晶層）
上述したような強誘電性液晶により構成される上記液晶層の厚みは、１．２μｍ〜３．０μｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは１．３μｍ〜２．５μｍ、さらに好ましくは１．４μｍ〜２．０μｍの範囲内である。液晶層の厚みが薄すぎるとコントラストが低下するおそれがあり、逆に液晶層の厚みが厚すぎると強誘電性液晶が配向しにくくなる可能性があるからである。
【００９９】
液晶層の形成方法としては、一般に液晶セルの作製方法として用いられる方法を使用することができる。例えば、あらかじめ基板上に電極を形成し、上記光配向膜を設けて作製した液晶セルに、上記強誘電性液晶を加温することにより等方性液体とし、キャピラリー効果を利用して注入し、接着剤で封鎖することにより液晶層を形成することができる。上記液晶層の厚みは、ビーズなどのスペーサーにより調整することができる。
【０１００】
本態様に用いられる液晶層においては、ポリマーネットワークが形成されていてもよい。すなわち、液晶層には、重合性モノマーの重合物が含有されていてもよい。これにより、強誘電性液晶の配列をより安定化することができるからである。
【０１０１】
上記重合性モノマーの重合物に用いられる重合性モノマーとしては、重合反応により重合物を生じる化合物であれば特に限定されない。このような重合性モノマーとしては、加熱処理により重合反応を生じる熱硬化性樹脂モノマー、および活性放射線の照射により重合反応を生じる活性放射線硬化性樹脂モノマーを挙げることができる。なかでも本発明においては活性放射線硬化性樹脂モノマーを用いることが好ましい。熱硬化性樹脂モノマーは重合反応を生じさせるために加温処理をすることが必要であるため、このような加温処理により上記強誘電性液晶の規則的な配列が損なわれたり、相転移が誘起されてしまう恐れがある。一方、活性放射線硬化性樹脂モノマーではこのような恐れが無く、重合反応が生じることによって強誘電性液晶の配列が害されることが少ないからである。
【０１０２】
上記活性放射線硬化性樹脂モノマーとしては、電子線の照射により重合反応を生じる電子線硬化性樹脂モノマー、および光照射により光硬化性樹脂モノマーを挙げることができる。なかでも本発明においては、光硬化性樹脂モノマーを用いることが好ましい。光硬化性樹脂モノマーを用いることにより、本態様の液晶表示素子の製造方法を簡略化することができるからである。
【０１０３】
上記光硬化性樹脂モノマーとしては、波長が１５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の光を照射することにより、重合反応を生じるものであれば特に限定されない。なかでも本発明おいては、波長が２５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内、特に３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の光を照射することにより重合反応を生じる紫外線硬化性樹脂モノマーを用いることが好ましい。照射装置の容易性等の面において利点を有するからである。
【０１０４】
上記紫外線硬化性樹脂モノマーが有する重合性官能基は、上記波長領域の紫外線照射により、重合反応を生じるものであれば特に限定されない。本態様においては、アクリレート基を有する紫外線硬化型樹脂モノマーを用いることが好ましい。
【０１０５】
上記紫外線硬化性樹脂モノマーは、一分子中に一つの重合性官能基を有する単官能性モノマーであってもよく、また、一分子中に二以上の重合性官能基を有する多官能性モノマーであってもよい。なかでも本態様においては、多官能性モノマーを用いることが好ましい。多官能性モノマーを用いることにより、上記液晶層においてより強いポリマーネットワークを形成することが可能になるため、分子間力および第１配向層界面におけるポリマーネットワークを強化することができる。したがって、多官能性モノマーを用いることにより、液晶層の温度変化によって上記強誘電性液晶の配列が乱れることを抑制することができるからである。
【０１０６】
本態様においては、上記多官能性モノマーの中でも分子の両末端に重合性官能基を有する２官能性モノマーであることが好ましい。分子の両端に上記官能基を有することにより、ポリマー同士の間隔が広いポリマーネットワークを形成することができるため、液晶層に重合性モノマーの重合物を含むことによる強誘電性液晶の駆動電圧の低下を防止できるからである。
【０１０７】
本態様においては、上記紫外線硬化性樹脂モノマーのなかでも、液晶性を発現する紫外線硬化性液晶モノマーを用いることが好ましい。このような紫外線硬化性液晶モノマーが好ましい理由は次の通りである。すなわち、紫外線硬化性液晶モノマーは液晶性を示すことから、上記第１配向層または第２配向層の配向規制力により規則的に配列することができる。したがって、紫外線硬化性液晶モノマーを規則的に配列した後に、重合反応を生じさせることにより、上記液晶層中に、規則的な配列状態を維持したまま固定化することが可能になる。このような規則的な配列状態を有する重合物が液晶層中に存在することにより、上記強誘電性液晶の配列安定性を向上することができるため、本態様の液晶表示素子を耐熱性や耐衝撃性に優れたものにできるからである。
【０１０８】
上記紫外線硬化性液晶モノマーが示す液晶相としては、特に限定されず、例えばネマチック相、ＳｍＡ相、ＳｍＣ相を挙げることができる。
【０１０９】
本発明に用いられる上記紫外線硬化性液晶モノマーとしては、例えば、下記式に示す化合物を挙げることができる。
【０１１０】
【化１７】
【０１１１】
上記式において、Ａ、Ｂ、Ｄ、ＥおよびＦはベンゼン、シクロヘキサンまたはピリミジンを表し、これらはハロゲン等の置換基を有していてもよい。また、ＡおよびＢ、あるいはＤおよびＥは、アセチレン基、メチレン基、エステル基等の結合基を介して結合していてもよい。Ｍ１およびＭ２は、水素原子、炭素数３〜９のアルキル基、炭素数３〜９のアルコキシカルボニル基、またはシアノ基のいずれであってもよい。さらに、分子鎖末端のアクリロイルオキシ基とＡまたはＤとは、炭素数３〜６のアルキレン基等のスペーサーを介して結合していてもよい。
【０１１２】
【化１８】
【０１１３】
上記式において、Ｙは、水素、炭素数１〜２０のアルキル、炭素数１〜２０のアルケニル、炭素数１〜２０のアルキルオキシ、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表す。
【０１１４】
上記式で示される化合物のなかでも、本発明において好適に用いられる具体的な化合物としては、下記式の化合物を例示することができる。
【０１１５】
【化１９】
【０１１６】
【化２０】
【０１１７】
【化２１】
【０１１８】
本態様に用いられる重合性モノマーの重合物は、単一の重合性モノマーの重合物であっても良く、また２以上の異なる重合性モノマーの重合物であっても良い。２以上の異なる重合性モノマーの重合物とする場合は、例えば、上記紫外線硬化性液晶モノマーと他の紫外線硬化性樹脂モノマーとの重合物を例示することができる。
【０１１９】
重合性モノマーとして上記紫外線硬化性液晶モノマーを用いた場合、本発明に用いられる重合性モノマーの重合物としては、主鎖に液晶性を示す原子団を有することにより主鎖が液晶性を示す主鎖液晶型重合物であっても良く、また側鎖に液晶性を示す原子団を有することにより側鎖が液晶性を示す側鎖液晶型重合物であっても良い。なかでも本態様においては、側鎖液晶型重合物であることが好ましい。液晶性を示す原子団が側鎖に存在することにより当該原子団の自由度が高くなるため、液晶層において液晶性を示す原子団が配向しやすくなるからである。また、その結果として液晶層中の強誘電性液晶の配向安定性を向上することができるからである。
【０１２０】
上記液晶層中における重合性モノマーの重合物の存在量は、上記強誘電性液晶の配列安定性を所望の程度にできる範囲内であれば特に限定されないが、通常、液晶層中に０．５質量％〜３０質量％の範囲内が好ましく、特に１質量％〜２０質量％の範囲内が好ましく、中でも１質量％〜１０質量％の範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも多いと、上記強誘電性液晶の駆動電圧の増加や、応答速度の低下を生じる場合があるからである。また、上記範囲よりも少ないと上記強誘電性液晶の配列安定性が不十分となり、本態様の液晶表示素子の耐熱性や耐衝撃性を損なってしまう可能性があるからである。
ここで、液晶層中における重合性モノマーの重合物の存在量は、液晶層中の単分子液晶を溶剤で洗い流した後、残存する重合性モノマーの重合物の重量を電子天秤で測量することによって求めた残存量と、上記液晶層の総質量とから算出することができる。
【０１２１】
本態様に用いられる液晶層には、本発明の目的を損なわない範囲で他の化合物を含んでもよい。このような他の化合物としては、未反応の重合性モノマー、光重合開始剤、反応開始剤、および反応禁止剤等を挙げることができる。
【０１２２】
ｃ．第１基材および第２基材
本態様に用いられる第１基材および第２基材としては、一般に液晶表示素子の基材として用いられるものであれば特に限定されるものではなく、例えばガラス板、プラスチック板などが好ましく挙げられる。本態様に用いられる基材の表面粗さ（ＲＳＭ値）は、１０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以下の範囲内である。なお、上記表面粗さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定した値とする。
【０１２３】
ｄ．第１電極層および第２電極層
本態様に用いられる第１電極層および第２電極層は、強誘電性液晶に信号電圧を加えることにより、強誘電性液晶を駆動させるものである。
【０１２４】
このような第１電極層および第２電極層としては、一般に液晶表示素子の電極層として用いられているものであれば特に限定されるものではないが、少なくとも一方が透明導電体で形成されることが好ましい。透明導電体材料としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等が好ましく挙げられる。
【０１２５】
本発明の液晶表示素子をＴＦＴ素子を用いてアクティブマトリックス駆動するものとする場合には、第１電極層および第２電極層のうち一方を上記透明導電体で形成される全面共通電極とし、他方をｘ電極とｙ電極をマトリックス状に配列し、ｘ電極とｙ電極で囲まれた部分にＴＦＴ素子および画素電極を配置することが好ましい。
【０１２６】
これらの電極のうち全面共通電極とされる透明導電膜は、上記基板上にＣＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の蒸着方法により形成することができる。また、ｘ電極およびｙ電極は、クロム、アルミニウム等の金属の導電膜を上記の蒸着方法により形成し、これをマトリックス状にパターニングすることにより形成することができる。パターニング方法としては、フォトリソグラフィ法等の一般的な方法を用いることができる。
【０１２７】
ｅ．偏光板
次に、本態様に用いられる偏光板について説明する。本態様に用いられる偏光板は、上述した第１基材および第２基材の外側に設けられるものであり、入射光を直線偏光とし、液晶分子の配向方向に偏光した光のみを透過する機能を有するものである。
【０１２８】
本態様に用いられる偏光板としては、光の波動のうち特定方向のみを透過させるものであれば特に限定されるものではなく、一般に液晶表示素子の偏光板として公知のものを使用することができる。
【０１２９】
（２）液晶表示素子の製造方法
このような第１の態様の液晶表示素子の製造方法について以下に説明する。本態様の液晶表示素子は、液晶表示素子の製造方法として一般に公知の方法により製造することができる。
【０１３０】
ここでは、本態様の液晶表示素子の製造方法の一例として、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子の製造方法の一例について説明する。
【０１３１】
まず、第１基材上に上述した蒸着方法により透明導電膜を形成し、全面共通電極である第１電極層を形成する。一方、第２基材上には、導電膜をマトリックス状にパターニングすることによりｘ電極、ｙ電極を形成し、スイッチング素子および画素電極を設置して第２電極層とする。
次に、このようにして形成された第１電極層および第２電極層上に、後述する方法によりカラムナー配向層を形成し、形成されたカラムナー配向層のうち一方にスペーサーとしてビーズを分散させ、周囲にシール剤を塗布して２枚の基板をカラムナー配向層が対向するように貼り合わせ、熱圧着させる。こうして得られた液晶セルの注入口からキャピラリー効果を利用して強誘電性液晶を加熱して等方相またはネマチック相の状態で注入し、注入口を紫外線硬化樹脂等により封鎖する。その後、強誘電性液晶は徐冷することにより配向させ、液晶層を形成する。上記第１基材および第２基材の外側には偏光板を貼り付け、このようにして第１の態様の液晶表示素子を得ることができる。
【０１３２】
また本態様においては、高分子安定化法を用いて液晶表示素子を作製することができる。この場合、第１配向基板および第２配向基板間に強誘電性液晶と重合性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する液晶封入工程と、強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相の状態とする液晶配向工程と、強誘電性液晶がカイラルスメクチックＣ相の状態で重合性モノマーを重合する重合工程とにより、液晶層を形成することができる。
【０１３３】
上記液晶封入工程において、強誘電性液晶と重合性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する方法としては、特に限定されるものではない。例えば、あらかじめ第１配向基板および第２配向基板を用いて作製した液晶セルに、液晶層形成用組成物を加温することによって液晶層形成用組成物中の強誘電性液晶を等方性液体とし、注入口からキャピラリー効果を利用して注入することにより封入することができる。この場合、注入口は接着剤で封鎖される。
この際、液晶層形成用組成物中に含まれる重合性モノマーの量は、液晶層を形成した後に、強誘電性液晶の配列安定化するのに必要な量に応じて任意に決定すればよい。なかでも本発明においては、液晶層形成用組成物中０．５質量％〜３０質量％の範囲内が好ましく、特に１質量％〜２０質量％の範囲内が好ましく、なかでも１質量％〜１０質量％の範囲内が好ましい。重合性モノマーの含有量が上記範囲よりも多いと、液晶層を形成した後に強誘電性液晶の駆動電圧が高くなってしまい、液晶表示素子の性能を害する可能性があるからである。また、上記範囲よりも低いと、強誘電性液晶の配列安定化が不十分となる結果、液晶表示素子の耐熱性、耐衝撃性等が低下してしまう可能性があるからである。
また、液晶層形成用組成物を封入する際には、強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上に加温する。温度は、カイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上であればよいが、通常、強誘電性液晶は等方相またはネマチック相の状態となるように加温される。具体的な温度としては、強誘電性液晶の種類によって異なり、適宜選択される。
【０１３４】
次に、液晶配向工程においては、封入された強誘電性液晶を冷却する。この際、強誘電性液晶は、通常、室温（２５℃程度）になるまで徐冷される。
また、重合工程において、上記重合性モノマーを重合する方法としては、重合性モノマーの種類に応じて任意に決定すればよく、例えば、重合性モノマーとして紫外線硬化性樹脂モノマーを用いた場合は、紫外線照射により重合させることができる。
【０１３５】
このような重合性モノマーの重合は、液晶層に電圧を印加した状態で行ってもよく、電圧を印加しない状態で行ってもよいが、本態様においては液晶層に電圧を印加しない状態で行うことが好ましい。電圧を印加しない状態で重合することにより、製造プロセスがより簡略になるからである。
【０１３６】
２．第２の態様
次に、本発明の液晶表示素子の第２の態様について説明する。第２の態様の液晶表示素子は、上記第１配向層および上記第２配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第１配向層の板状分子の法線方向と上記第２配向層の板状分子の法線方向とが略垂直に配置され、上記第１配向層または上記第２配向層の対向面上に、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層を有するものであることを特徴とするものである。
【０１３７】
このような第２の態様の液晶表示素子について以下に説明する。図１（ｂ）は、本発明の第２の態様の液晶表示素子の一例を示すものであり、図中、第１配向層３ａおよび第２配向層３ｂは上記カラムナー配向層である。本態様においては、このように第１配向層および第２配向層を上記カラムナー配向層とすることにより、ラビング処理や光配向処理を要することなく、簡便な方法で強誘電性液晶を配向させるものである。
【０１３８】
これらの配向層は、図３（ｂ）に示すように、上記第１配向層３ａの板状分子の法線方向と上記第２配向層３ｂの板状分子の法線方向とが略垂直に配置されている。ここで「略垂直」とは、上記第１配向層３ａの板状分子の法線方向と上記第２配向層３ｂの板状分子の法線方向とがなす角度θが９０°±５°の範囲となることをいうものである。この角度θは、９０°±１°の範囲であることが好ましい。
【０１３９】
さらに本態様においては、上記第２配向層３ｂ上には、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層６が形成されている。この反応性液晶層６は、上記第２配向層３ｂ上に固定化されてなるものであり、第２配向層３ｂにより反応性液晶層６に異方性が付与されるので、それにより強誘電性液晶を配向させるための配向膜として機能するものである。この場合に、第１配向層の板状分子の法線方向および第２配向層の板状分子の法線方向が略垂直に配置された第１配向層および第２配向層の配向方向は、この反応性液晶層を介することにより、略平行に変化することから、液晶層に用いられる強誘電性液晶の配向を制御することができる。さらに、上記反応性液晶は、強誘電性液晶と構造が比較的類似していることから、強誘電性液晶との相互作用が強く、効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができる。また、第１配向層および第２配向層の構成材料が相互に等しい組成を有する場合であっても、いずれか一方の配向層上に反応性液晶層を設けることにより、強誘電性液晶を挟んで上下の層が異なるものとなり、それぞれの層と強誘電性液晶との相互作用が異なるので、配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶を配向させることができる。特にスメクチックＡ相（ＳｍＡ）を経由しない相転移系列を示す強誘電性液晶を用いた場合にはダブルドメインの発生を抑制することができ、強誘電性液晶のモノドメイン配向が得られるのである。
【０１４０】
なお、図１（ｂ）において、上記反応性液晶層６は第２配向層３ｂ上に形成されているが、本態様において、上記反応性液晶層６は、第１配向層３ａまたは第２配向層３ｂのいずれか一方に形成されていればよく、第１配向層３ａ上に形成されていてもよい。
【０１４１】
このような本態様の各構成部材および製造方法について以下に説明するが、本態様に用いられる液晶層、第１基材、第２基材、第１電極層、第２電極層および偏光板は、第１の態様の項で述べたものと同じである。また、本態様の製造方法については、第１配向層または第２配向層上に反応性液晶層を設けることを除いて、第１の態様の項で述べた方法と同様にして行うことができるので、これらの説明については省略する。以下、本態様に用いられる第１配向層、第２配向層および反応性液晶層について説明する。
【０１４２】
ａ．第１配向層および第２配向層
本態様において、第１配向層および第２配向層はカラムナー配向層であり、カラムナー配向層については、上記第１の態様で述べたものと同じであり、ここでの説明は省略するが、本態様においては、第１配向層および第２配向層の構成材料は相互に異なるものであっても、全く同じものであっても構わない。
【０１４３】
ｂ．反応性液晶層
本態様に用いられる反応性液晶層は、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶を固定化してなるものである。このような反応性液晶は、下地となる第１配向層または第２配向層により配向しており、例えば紫外線を照射して反応性液晶を重合させ、その配向状態を固定化することにより反応性液晶層が形成される。このように本態様においては、反応性液晶層が第１配向層または第２配向層上に固定化されており、第１配向層または第２配向層によって反応性液晶層に異方性が付与されるため、反応性液晶層は強誘電性液晶を配向させるための配向膜として機能することができる。
【０１４４】
また、上記反応性液晶層は、このように第１配向層または第２配向層に固定化されているため、強誘電性液晶を相転移点より高温に昇温しても配向乱れが生じにくく、配向安定性に優れたものである。
【０１４５】
さらに、このような反応性液晶層に用いられる反応性液晶は、強誘電性液晶と構造が比較的類似しており、強誘電性液晶との相互作用が強いため、強誘電性液晶の配向を効果的に制御することができるという利点を有する。
【０１４６】
（反応性液晶）
以下、このような反応性液晶層に用いられる反応性液晶について説明する。本態様に用いられる反応性液晶は、第１配向層または第２配向層のいずれかに固定化されることにより反応性液晶層を構成するものであり、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示すものである。このネマチック相は、液晶相の中でも配向制御が比較的容易であり、このように反応性液晶としてネマチック相を示すものを用いることにより、下地となる第１配向層または第２配向層によって反応性液晶層に容易に異方性を付与することができる。また、反応性液晶が重合性液晶材料を含むことにより、反応性液晶の配向状態を固定化することができる。
【０１４７】
重合性液晶材料としては、重合性液晶モノマー、重合性液晶オリゴマーおよび重合性液晶ポリマーのいずれかを用いることができるが、本態様においては、重合性液晶モノマーが好適に用いられる。重合性液晶モノマーは、他の重合性液晶材料、すなわち重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマーと比較して、より低温で配向が可能であり、かつ配向に際しての感度も高く、容易に配向させることができるからである。
【０１４８】
上記重合性液晶モノマーとしては、重合性官能基を有する液晶モノマーであれば特に限定されなく、例えばモノアクリレートモノマー、ジアクリレートモノマー等が挙げられる。また、これらの重合性液晶モノマーは単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【０１４９】
モノアクリレートモノマーとしては、例えば下記式で表される化合物を例示することができる。
【０１５０】
【化２２】
【０１５１】
上記式において、Ａ、Ｂ、Ｄ、ＥおよびＦはベンゼン、シクロヘキサンまたはピリミジンを表し、これらはハロゲン等の置換基を有していてもよい。また、ＡおよびＢ、あるいはＤおよびＥは、アセチレン基、メチレン基、エステル基等の結合基を介して結合していてもよい。Ｍ１およびＭ２は、水素原子、炭素数３〜９のアルキル基、炭素数３〜９のアルコキシカルボニル基、またはシアノ基のいずれであってもよい。さらに、分子鎖末端のアクリロイルオキシ基とＡまたはＤとは、炭素数３〜６のアルキレン基等のスペーサーを介して結合していてもよい。
【０１５２】
また、ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記式に示すような化合物を挙げることができる。
【０１５３】
【化２３】
【０１５４】
上記式において、ＸおよびＹは、水素、炭素数１〜２０のアルキル、炭素数１〜２０のアルケニル、炭素数１〜２０のアルキルオキシ、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表す。また、ｍは２〜２０の範囲内の整数を表す。Ｘとしては、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、メチルまたは塩素であることが好ましく、中でも、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、特にＣＨ３（ＣＨ２）４ＯＣＯであることが好ましい。
【０１５５】
さらに、ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記式に示すような化合物を挙げることができる。
【０１５６】
【化２４】
【０１５７】
上記式において、Ｚ３１およびＺ３２は、各々独立して直接結合している−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯ−、−ＯＣＯＣＨ２ＣＨ２−を表し、Ｒ３１は水素または炭素数１〜５のアルキルを表す。また、ｋおよびｍは０または１を表し、ｎは２〜８の範囲内の整数を表す。
また、上記式（３）で表される化合物の具体例としては、下記式に示す化合物を挙げることができる。
【０１５８】
【化２５】
【０１５９】
上記式において、Ｚ２１およびＺ２２は、各々独立して直接結合している−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯ−、−ＯＣＯＣＨ２ＣＨ２−を表す。また、ｍは０または１を表し、ｎは２〜８の範囲内の整数を表す。
【０１６０】
本態様においては、中でも、上記式（１）または（３）で表される化合物が好適に用いられる。上記式（３）で表される化合物を含有する反応性液晶としては、例えば旭電化工業株式会社製の「アデカキラコール PLC-7183」、「アデカキラコール PLC-7209」などを挙げることができる。また、アクリレートモノマーを含有する反応性液晶としては、例えばRolic technologies 社製の「ROF-5101」、「ROF-5102」などが挙げられる。
【０１６１】
本態様に用いられる重合性液晶モノマーは、上記の中でもジアクリレートモノマーであることが好ましい。ジアクリレートモノマーは、配向状態を良好に維持したまま容易に重合させることができるからである。
【０１６２】
上述した重合性液晶モノマーはそれ自体がネマチック相を発現するものでなくてもよい。本態様において、これらの重合性液晶モノマーは上述したように２種以上を混合して用いてもよいものであり、これらを混合した組成物すなわち反応性液晶が、ネマチック相を発現するものであればよい。
【０１６３】
さらに本態様においては、必要に応じて上記反応性液晶に光重合開始剤や重合禁止剤を添加してもよい。例えば、電子線照射により重合性液晶材料を重合させる際には、光重合開始剤が不要な場合はあるが、一般的に用いられている例えば紫外線照射による重合の場合においては、通常光重合開始剤が重合促進のために用いられるからである。
【０１６４】
本態様に用いることができる光重合開始剤としては、ベンジル（ビベンゾイルともいう）、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、４−ベンゾイル−４´−メチルジフェニルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルアミノメチルベンゾエート、２−ｎ−ブトキシエチル−４−ジメチルアミノベンゾエート、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、３，３´−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン、メチロベンゾイルフォーメート、２−メチル−１−（４−（メチルチオ）フェニル）−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン、１−（４−ドデシルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、２−クロロチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２，４−ジメチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、１−クロロ−４−プロポキシチオキサントン等を挙げることができる。なお、光重合開始剤の他に増感剤を、本態様の目的が損なわれない範囲で添加することも可能である。
【０１６５】
このような光重合開始剤の添加量としては、一般的には０．０１〜２０重量％、好ましくは０．１〜１０重量％、より好ましくは０．５〜５重量％の範囲で上記反応性液晶に添加することができる。
【０１６６】
（反応性液晶層）
上記のような反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層の厚みは１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内である。反応性液晶層が上記範囲を超えて厚くなると必要以上の異方性が生じてしまい、また上記範囲より薄いと所定の異方性が得られない場合があるからである。したがって、反応性液晶層の厚みは、必要な異方性に準じて決定すればよい。
【０１６７】
次に、反応性液晶層の形成方法について説明する。反応性液晶層は、第１配向層または第２配向層上に上記反応性液晶を含む反応性液晶層形成用塗工液を塗布し、配向処理を行い、上記反応性液晶の配向状態を固定化することにより形成することができる。
【０１６８】
また、反応性液晶層形成用塗工液を塗布するのではなく、ドライフィルム等をあらかじめ形成し、これを第１配向層または第２配向層上に積層する方法も用いることができるが、本態様においては、反応性液晶を溶媒に溶解させて反応性液晶層形成用塗工液を調製し、これを第１配向層または第２配向層上に塗布し、溶媒を除去する方法を用いることが好ましい。この方法は、工程上比較的簡便であるからである。
【０１６９】
上記反応性液晶層形成用塗工液に用いる溶媒としては、上記反応性液晶等を溶解することができ、かつ上記カラムナー配向層の配向能を阻害しないものであれば特に限定されない。例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、ｎ−ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン等の炭化水素類；メトキシベンゼン、１，２−ジメトキシベンゼン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、２，４−ペンタンジオン等のケトン類；酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類；２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒；クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、トリトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、オルソジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒；ｔ−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノアセチン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール等のアルコール類；フェノール、パラクロロフェノール等のフェノール類；メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のセロソルブ類等の１種または２種以上が使用可能である。
【０１７０】
また、単一種の溶媒を使用しただけでは、上記反応性液晶等の溶解性が不十分であったり、カラムナー配向層が侵食されたりする場合があるが、２種以上の溶媒を混合使用することにより、この不都合を回避することができる。上記の溶媒の中にあって、単独溶媒として好ましいものは、炭化水素類とグリコールモノエーテルアセテート系溶媒であり、混合溶媒として好ましいものは、エーテル類またはケトン類と、グリコール系溶媒との混合系である。反応性液晶層形成用塗工液の濃度は、反応性液晶の溶解性や、形成しようとする反応性液晶層の厚みに依存するため一概には規定できないが、通常は１〜６０重量％、好ましくは３〜４０重量％の範囲で調整される。
【０１７１】
さらに、上記反応性液晶層形成用塗工液には、本態様の目的を損なわない範囲内で、下記に示すような化合物を添加することができる。添加できる化合物としては、例えば、多価アルコールと１塩基酸または多塩基酸を縮合して得られるポリエステルプレポリマーに、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリエステル（メタ）アクリレート；ポリオール基と２個のイソシアネート基を持つ化合物を互いに反応させた後、その反応生成物に（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリウレタン（メタ）アクリレート；ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸ポリグリシジルエステル、ポリオールポリグリシジルエーテル、脂肪族または脂環式エポキシ樹脂、アミンエポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂と、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるエポキシ（メタ）アクリレート等の光重合性化合物；アクリル基やメタクリル基を有する光重合性の液晶性化合物等が挙げられる。上記反応性液晶に対するこれら化合物の添加量は、本態様の目的が損なわれない範囲で選択される。これらの化合物の添加により、反応性液晶の硬化性が向上し、得られる反応性液晶層の機械強度が増大し、またその安定性が改善される。
【０１７２】
このような反応性液晶層形成用塗工液を塗布する方法としては、スピンコート法、ロールコート法、プリント法、ディップコート法、カーテンコート法(ダイコート法)、キャスティング法、バーコート法、ブレードコート法、スプレーコート法、グラビアコート法、リバースコート法、押し出しコート法等が挙げられる。
【０１７３】
また、上記反応性液晶層形成用塗工液を塗布した後は、溶媒を除去するのであるが、この溶媒の除去は、例えば、減圧除去もしくは加熱除去、さらにはこれらを組み合わせる方法等により行われる。
【０１７４】
本態様においては、上述したように塗布された反応性液晶を、カラムナー配向層により配向させて液晶規則性を有する状態とする。すなわち、反応性液晶にネマチック相を発現させる。これは、通常はＮ−Ｉ転移点以下で熱処理する方法等の方法により行われる。ここで、Ｎ−Ｉ転移点とは、液晶相から等方相へ転移する温度を示すものである。
【０１７５】
上述したように、反応性液晶は重合性液晶材料を含むものであり、このような重合性液晶材料の配向状態を固定化するには、重合を活性化する活性放射線を照射する方法が用いられる。ここでいう活性放射線とは、重合性液晶材料に対して重合を起こさせる能力がある放射線をいい、必要であれば重合性液晶材料内に光重合開始剤が含まれていてもよい。
【０１７６】
このような活性放射線としては、重合性液晶材料を重合させることが可能な放射線であれば特に限定されるものではないが、通常は装置の容易性等の観点から紫外光または可視光線が使用され、波長が１５０〜５００ｎｍ、好ましくは２５０〜４５０ｎｍ、さらに好ましくは３００〜４００ｎｍの照射光が用いられる。
【０１７７】
本態様においては、光重合開始剤が紫外線でラジカルを発生し、重合性液晶材料がラジカル重合するような重合性液晶材料に対して、紫外線を活性放射線として照射する方法が好ましい方法であるといえる。活性放射線として紫外線を用いる方法は、既に確立された技術であることから、用いる光重合開始剤を含めて、本態様への応用が容易であるからである。
【０１７８】
この照射光の光源としては、低圧水銀ランプ（殺菌ランプ、蛍光ケミカルランプ、ブラックライト）、高圧放電ランプ（高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ）、ショートアーク放電ランプ（超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ）などが例示できる。なかでもメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ等の使用が推奨される。また、照射強度は、反応性液晶の組成や光重合開始剤の多寡によって適宜調整されて照射される。
【０１７９】
このような活性照射線の照射は、上記重合性液晶材料が液晶相となる温度条件で行ってもよく、また液晶相となる温度より低い温度で行ってもよい。一旦液晶相となった重合性液晶材料は、その後温度を低下させても、配向状態が急に乱れることはないからである。
【０１８０】
なお、重合性液晶材料の配向状態を固定化する方法としては、上記の活性放射線を照射する方法以外にも、加熱して重合性液晶材料を重合させる方法も用いることができる。
【０１８１】
３．第３の態様
次に、本発明の液晶表示素子の第３の態様について説明する。第３の態様の液晶表示素子は、上記第１配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第２配向層が光配向膜であることを特徴とするものである。
【０１８２】
このような第３の態様の液晶表示素子について以下に説明する。図１（ａ）は、本発明の第３の態様の液晶表示素子の一例を示すものであり、図中、第１配向層３ａは、上記カラムナー配向層であり、第２配向層３ｂが光配向膜であり、図３（ａ）に示すように、上記第１配向層３ａの板状分子の法線方向と上記第２配向層３ｂの配向方向とが略平行に配置されていることにより、配向処理を簡略化して、配向欠陥を生じることなく、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得るものである。なお「略平行」の定義は、第１の態様で説明したものと同じである。
【０１８３】
以下、本態様の各構成部材および製造方法について説明するが、本態様に用いられる第１配向層はカラムナー配向層であり、このカラムナー配向層については、第１の態様の項で述べたものと同じであるのでここでの説明は省略する。また、本態様に用いられる液晶層、第１基材、第２基材、第１電極層、第２電極層および偏光板は第１の態様の項で説明したものと同じものを使用することができ、さらに本態様の製造方法については、第２配向層をラビング配向膜または光配向膜とすることを除いて第１の態様の項で述べた方法と同様であるので、これらの説明は省略する。以下、本態様に用いられる第２配向層について説明する。
【０１８４】
ａ．第２配向層
本態様に用いられる第２配向層は、第１配向層とともに強誘電性液晶を挟持して強誘電性液晶の配向を制御する機能を有するものであり、本態様においてこの第２配向層は光配向膜である。
【０１８５】
本態様に用いられる光配向膜としては、一般に液晶表示素子に用いられるものであれば特に限定されるものではなく、後述する光配向膜の構成材料を塗布した基板に偏光を制御した光を照射し、光励起反応（分解、異性化、二量化）を生じさせて得られた膜に異方性を付与することによりその膜上の液晶分子を配向させるものである。
【０１８６】
このような光配向膜の構成材料は、光を照射して光励起反応を生じることにより、強誘電性液晶を配向させる効果（光配列性：ｐｈｏｔｏａｌｉｇｎｉｎｇ）を有するものであれば特に限定されるものではなく、このような材料としては、大きく、光反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する光反応型の材料と、光異性化反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する光異性化反応型の材料とに分けることができる。なお、上記光配向膜の構成材料が光励起反応を生じる光の波長領域は、紫外光域の範囲内、すなわち１０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましく、２５０ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。以下、それぞれについて説明する。
【０１８７】
（光反応型）
まず、光反応型の構成材料について説明する。上述したように、光反応型の構成材料とは、光反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する材料である。本態様に用いられる光反応型の構成材料としては、このような特性を有するものであれば特に限定されるものではないが、中でも光二量化反応または光分解反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する材料であることが好ましい。
【０１８８】
ここで、光二量化反応とは、光照射により偏光方向に配向した反応部位がラジカル重合して分子２個が重合する反応をいい、この反応により偏光方向の配向を安定化し、光配向膜に異方性を付与することができるものである。一方、光分解反応とは、光照射により偏光方向に配向したポリイミドなどの分子鎖を分解する反応をいい、この反応により偏光方向に垂直な方向に配向した分子鎖を残し、光配向膜に異方性を付与することができるものである。本態様においては、これらの光反応型の材料の中でも、露光感度が高く、材料選択の幅が広いことから、光二量化反応により光配向膜に異方性を付与する材料を用いることがより好ましい。
【０１８９】
このような光二量化反応を利用した光反応型の材料としては、光二量化反応により光配向膜に異方性を付与することができる材料であれば特に限定されるものではないが、ラジカル重合性の官能基を有し、かつ、偏光方向により吸収を異にする二色性を有する光二量化反応性化合物を含むことが好ましい。偏光方向に配向した反応部位をラジカル重合することにより、光二量化反応性化合物の配向が安定化し、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。
【０１９０】
このような特性を有する光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、およびカルコン基から選ばれる少なくとも１種の反応部位を有する二量化反応性ポリマーを挙げることができる。
【０１９１】
これらの中でも光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリンまたはキノリンのいずれかを含む二量化反応性ポリマーであることが好ましい。偏光方向に配向したα、β不飽和ケトンの二重結合が反応部位となってラジカル重合することにより、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。
【０１９２】
上記二量化反応性ポリマーの主鎖としては、ポリマー主鎖として一般に知られているものであれば特に限定されるものではないが、芳香族炭化水素基などの、上記側鎖の反応部位同士の相互作用を妨げるようなπ電子を多く含む置換基を有していないものであることが好ましい。
【０１９３】
上記二量化反応性ポリマーの重量平均分子量は、特に限定されるものではないが、５，０００〜４０，０００の範囲内であることが好ましく、１０，０００〜２０，０００の範囲内であることがより好ましい。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）法により測定することができる。上記二量化反応性ポリマーの重量平均分子量が小さすぎると、光配向膜に適度な異方性を付与することができない場合がある。逆に、大きすぎると、光配向膜形成時の塗工液の粘度が高くなり、均一な塗膜を形成しにくい場合がある。
【０１９４】
二量化反応性ポリマーとしては、下記式で表される化合物を例示することができる。
【０１９５】
【化２６】
【０１９６】
上記式において、Ｍ１およびＭ２は、それぞれ独立して、単重合体または共重合体の単量体単位を表す。例えば、エチレン、アクリレート、メタクリレート、２−クロロアクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、２−クロロアクリルアミド、スチレン誘導体、マレイン酸誘導体、シロキサンなどが挙げられる。Ｍ２としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリレート、メチルメタクリレート、ヒドロキシアルキルアクリレートまたはヒドロキシアルキルメタクリレートであってもよい。ｘおよびｙは、共重合体とした場合の各単量体単位のモル比を表すものであり、それぞれ、０＜ｘ ≦１、０≦ｙ＜１であり、かつ、ｘ＋ｙ＝１を満たす数である。ｎは４〜３０，０００の整数を表す。Ｄ１およびＤ２は、スペーサー単位を表す。
【０１９７】
Ｒ１は−Ａ−（Ｚ１−Ｂ）ｚ−Ｚ２−で表される基であり、Ｒ２は−Ａ−（Ｚ１−Ｂ）Ｚ−Ｚ３−で表される基である。ここで、ＡおよびＢは、それぞれ独立して、共有単結合、ピリジン−２，５−ジイル、ピリミジン−２，５−ジイル、１，４−シクロヘキシレン、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル、または置換基を有していてもよい１，４−フェニレンを表す。また、Ｚ１およびＺ２は、それぞれ独立して、共有単結合、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＯＮＲ−、−ＲＮＣＯ−、−ＣＯＯ−または−ＯＯＣ−を表す。Ｒは、水素原子または低級アルキル基であり、Ｚ３は、水素原子、置換基を有していてもよい、炭素数１〜１２のアルキルまたはアルコキシ、シアノ、ニトロ、ハロゲンである。ｚは、０〜４の整数である。Ｅ１は、光二量化反応部位を表し、例えば、ケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基などが挙げられる。ｊおよびｋは、それぞれ独立して、０または１である。
【０１９８】
このような二量化反応性ポリマーとして、より好ましくは、下記式で表される化合物を挙げることができる。
【０１９９】
【化２７】
【０２００】
上記二量化反応性ポリマーの中でも、下記式で表される化合物１〜４の少なくとも一つであることが特に好ましい。
【０２０１】
【化２８】
【０２０２】
本態様においては、光二量化反応性化合物として、上述した化合物の中から、要求特性に応じて光二量化反応部位や置換基を種々選択することができる。また、光二量化反応性化合物は、１種単独でも２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【０２０３】
また、光二量化反応を利用した光反応型の材料としては、上記光二量化反応性化合物のほか、光配向膜の光配列性を妨げない範囲内で添加剤を含んでいてもよい。上記添加剤としては、重合開始剤、重合禁止剤などが挙げられる。
【０２０４】
重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光二量化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光二量化反応性化合物に対し、０．００１重量％〜２０重量％の範囲内であることが好ましく、０．１重量％〜５重量％の範囲内であることがより好ましい。
【０２０５】
なお、光分解反応を利用した光反応型の材料としては、例えば日産化学工業（株）製のポリイミド「ＲＮ１１９９」などを挙げることができる。また、光二量化反応を利用した光反応型の材料としては、例えばRolic technologies社製の「ＲＯＰ１０２」や「ＲＯＰ１０３」などを挙げることができる。
【０２０６】
次に、上記光反応型の材料を用いた場合の光配向処理方法について説明する。本態様において、光配向処理方法は、光配向膜に異方性を付与することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば電極層が設けられた基板の液晶層と対向する面上に、上述した光配向膜の構成材料を有機溶剤で希釈した塗工液をコーティングし、乾燥させることにより行うことができる。この場合に、塗工液中の光二量化反応性化合物の含有量は、０．０５重量％〜１０重量％の範囲内であることが好ましく、０．２重量％〜２重量％の範囲内であることがより好ましい。光二量化反応性化合物の含有量が小さすぎると、配向膜に適度な異方性を付与することが困難となり、逆に大きすぎると、塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなるからである。
【０２０７】
コーティング法としては、スピンコーティング法、ロールコーティング法、ロッドバーコーティング法、スプレーコーティング法、エアナイフコーティング法、スロットダイコーティング法、ワイヤーバーコーティング法などを用いることができる。
【０２０８】
上記構成材料をコーティングすることにより得られる高分子膜の厚みは１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内であることが好ましく、３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることがより好ましい。上記高分子膜の厚みが小さすぎると十分な光配列性が得られない場合があり、逆に厚みがありすぎても液晶分子が配向乱れを生じる場合があり、また、コスト的に好ましくないからである。
【０２０９】
得られた高分子膜は、偏光を制御した光を照射することにより、光励起反応を生じさせて異方性を付与することができる。照射する光の波長領域は、用いられる光配向膜の構成材料に応じて適宜選択すればよいが、紫外光域の範囲内、すなわち１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは２５０ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲内である。
【０２１０】
偏光方向は、上記光励起反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではないが、強誘電性液晶の配向状態を良好なものとすることができることから、基板面に対して略垂直であることが好ましい。
【０２１１】
（光異性化型）
次に、光異性化型の材料について説明する。本態様において、光異性化型の材料とは、上述したように、光異性化反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する材料であり、このような特性を有する材料であれば特に限定されるものではないが、光異性化反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を含むものであることがより好ましい。このような光異性化反応性化合物を含むことにより、光照射により、複数の異性体のうち安定な異性体が増加し、それにより光配向膜に異方性を付与することができるからである。
【０２１２】
このような光異性化反応性化合物としては、上記のような特性を有する材料であれば特に限定されるものではないが、偏光方向により吸収を異にする二色性を有し、かつ、光照射により光異性化反応を生じるものであることが好ましい。このような特性を有する光異性化反応性化合物の偏光方向に配向した反応部位の異性化を生じさせることにより、上記光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。
【０２１３】
このような光異性化反応性化合物が生じる光異性化反応としては、シス−トランス異性化反応であることが好ましい。光照射によりシス体またはトランス体のいずれかの異性体が増加し、それにより光配向膜に異方性を付与することができるからである。
【０２１４】
このような光異性化反応性化合物としては、単分子化合物、または、光もしくは熱により重合する重合性モノマーを挙げることができる。これらは用いられる強誘電性液晶の種類に応じて適宜選択すればよいが、光照射により光配向膜に異方性を付与した後、ポリマー化することにより、その異方性を安定化することができることから、重合性モノマーを用いることが好ましい。このような重合性モノマーの中でも、光配向膜に異方性を付与した後、その異方性を良好な状態に維持したまま容易にポリマー化できることから、アクリレートモノマー、メタクリレートモノマーであることが好ましい。
【０２１５】
上記重合性モノマーは、単官能のモノマーであっても、多官能のモノマーであってもよいが、ポリマー化による光配向膜の異方性がより安定なものとなることから、２官能のモノマーであることが好ましい。
【０２１６】
このような光異性化反応性化合物としては、具体的には、アゾベンゼン骨格やスチルベン骨格などのシス−トランス異性化反応性骨格を有する化合物を挙げることができる。
【０２１７】
この場合に、分子内に含まれるシス−トランス異性化反応性骨格の数は、１つであっても２つ以上であってもよいが、強誘電性液晶の配向制御が容易となることから、２つであることが好ましい。
【０２１８】
上記シス−トランス異性化反応性骨格は、液晶分子との相互作用をより高めるために置換基を有していてもよい。置換基は、液晶分子との相互作用を高めることができ、かつ、シス−トランス異性化反応性骨格の配向を妨げないものであれば特に限定されるものではなく、例えば、カルボキシル基、スルホン酸ナトリウム基、水酸基などが挙げられる。これらの構造は、用いられる強誘電性液晶の種類に応じて、適宜選択することができる。
【０２１９】
また、光異性化反応性化合物としては、分子内にシス−トランス異性化反応性骨格以外にも、液晶分子との相互作用をより高められるように、芳香族炭化水素基などのπ電子が多く含まれる基を有していてもよく、シス−トランス異性化反応性骨格と芳香族炭化水素基は、結合基を介して結合していてもよい。結合基は、液晶分子との相互作用を高められるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−などが挙げられる。
【０２２０】
なお、光異性化反応性化合物として、重合性モノマーを用いる場合には、上記シス−トランス異性化反応性骨格を、側鎖として有していることが好ましい。上記シス−トランス異性化反応性骨格を側鎖として有していることにより、光配向膜に付与される異方性の効果がより大きなものとなり、強誘電性液晶の配向制御に特に適したものとなるからである。この場合に、前述した分子内に含まれる芳香族炭化水素基や結合基は、液晶分子との相互作用が高められるように、シス−トランス異性化反応性骨格と共に、側鎖に含まれていることが好ましい。
【０２２１】
また、上記重合性モノマーの側鎖には、シス−トランス異性化反応性骨格が配向しやすくなるように、アルキレン基などの脂肪族炭化水素基をスペーサーとして有していてもよい。
【０２２２】
上述したような単分子化合物または重合性モノマーの光異性化反応性化合物の中でも、本態様に用いられる光異性化反応性化合物としては、分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物であることが好ましい。アゾベンゼン骨格は、π電子を多く含むため、液晶分子との相互作用が強く、強誘電性液晶の配向制御に特に適しているからである。
【０２２３】
以下、アゾベンゼン骨格が光異性化反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与できる理由について説明する。まず、アゾベンゼン骨格に、直線偏光紫外光を照射すると、下記式に示されるように、分子長軸が偏光方向に配向しているトランス体のアゾベンゼン骨格が、シス体に変化する。
【０２２４】
【化２９】
【０２２５】
アゾベンゼン骨格のシス体は、トランス体に比べて化学的に不安定であるため、熱的にまたは可視光を吸収してトランス体に戻るが、このとき、上記式の左のトランス体になるか右のトランス体になるかは同じ確率で起こる。そのため、紫外光を吸収し続けると、右側のトランス体の割合が増加し、アゾベンゼン骨格の平均配向方向は紫外光の偏光方向に対して垂直になる。本態様においては、この現象を利用することにより、アゾベンゼン骨格の配向方向を揃え、光配向膜に異方性を付与し、その膜上の液晶分子の配向を制御することができるのである。
【０２２６】
このような分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物のうち、単分子化合物としては、例えば、下記式で表される化合物を挙げることができる。
【０２２７】
【化３０】
【０２２８】
上記式中、Ｒ２１は各々独立して、ヒドロキシ基を表す。Ｒ２２は−（Ａ２１−Ｂ２１−Ａ２１）ｍ−（Ｄ２１）ｎ−で表される連結基を表し、Ｒ２３は（Ｄ２１）ｎ−（Ａ２１−Ｂ２１−Ａ２１）ｍ−で表される連結基を表す。ここで、Ａ２１は二価の炭化水素基を表し、Ｂ２１は−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯＯ−または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｍは０〜３の整数を表す。Ｄ２１は、ｍが０のとき二価の炭化水素基を表し、ｍが１〜３の整数のとき−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯＯ−または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｎは０または１を表す。Ｒ２４は各々独立して、ハロゲン原子、カルボキシ基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基またはメトキシカルボニル基を表す。ただし、カルボキシ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。Ｒ２５は各々独立して、カルボキシ基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基またはヒドロキシ基を表す。ただし、カルボキシ基またはスルホ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。
【０２２９】
上記式で表される化合物の具体例としては、下記の化合物を挙げることができる。
【０２３０】
【化３１】
【０２３１】
また、上記アゾベンゼン骨格を側鎖として有する重合性モノマーとしては、例えば、下記式で表される化合物を挙げることができる。
【０２３２】
【化３２】
【０２３３】
上記式中、Ｒ３１は各々独立して、（メタ）アクリロイルオキシ基、（メタ）アクリルアミド基、ビニルオキシ基、ビニルオキシカルボニル基、ビニルイミノカルボニル基、ビニルイミノカルボニルオキシ基、ビニル基、イソプロペニルオキシ基、イソプロペニルオキシカルボニル基、イソプロペニルイミノカルボニル基、イソプロペニルイミノカルボニルオキシ基、イソプロペニル基またはエポキシ基を表す。Ｒ３２は−（Ａ３１−Ｂ３１−Ａ３１）ｍ−（Ｄ３１）ｎ−で表される連結基を表し、Ｒ３３は（Ｄ３１）ｎ−（Ａ３１−Ｂ３１−Ａ３１）ｍ−で表される連結基を表す。ここで、Ａ３１は二価の炭化水素基を表し、Ｂ３１は−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯＯ−または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｍは０〜３の整数を表す。Ｄ３１は、ｍが０のとき二価の炭化水素基を表し、ｍが１〜３の整数のとき−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯＯ−または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｎは０または１を表す。Ｒ３４は各々独立して、ハロゲン原子、カルボキシ基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基またはメトキシカルボニル基を表す。ただし、カルボキシ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。Ｒ３５は各々独立して、カルボキシ基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基またはヒドロキシ基を表す。ただし、カルボキシ基またはスルホ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。
【０２３４】
上記式で表される化合物の具体例としては、下記の化合物を挙げることができる。
【０２３５】
【化３３】
【０２３６】
本態様においては、上記光異性化反応性化合物の中から、要求特性に応じて、シス−トランス異性化反応性骨格や置換基を種々選択することができる。また、上記光異性化反応性化合物は、１種単独でも２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【０２３７】
本態様に用いられる光異性化型の材料としては、上記光異性化反応性化合物のほか、光配向膜の光配列性を妨げない範囲内で添加剤を含んでいてもよい。上記光異性化反応性化合物として重合性モノマーを用いる場合には、添加剤としては、重合開始剤、重合禁止剤などが挙げられる。
【０２３８】
重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光異性化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光異性化反応性化合物に対し、０．００１重量％〜２０重量％の範囲内であることが好ましく、０．１重量％〜５重量％の範囲内であることがより好ましい。
【０２３９】
このような光異性化型の材料を用いた場合の光配向処理は、上記光反応型の材料を用いた場合と同様の方法で行うことができるが、この場合に、塗工液中の光異性化反応性化合物の含有量は、０．０５重量％〜１０重量％の範囲内であることが好ましく、０．２重量％〜５重量％の範囲内であることがより好ましい。
また、光異性化型の場合には、無偏光紫外線斜方を照射することにより光配向処理を行うこともできる。光の照射方向は、上記光励起反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではないが、強誘電性液晶の配向状態を良好なものとすることができることから、基板面に対して斜め１０°〜４５°の範囲内とすることが好ましく、３０°〜４５°の範囲内とすることがより好ましく、最も好ましくは４５°である。
さらに、光異性化反応性化合物として、上述したような重合性モノマーを用いる場合には、光配向処理を行った後、加熱することにより、ポリマー化し、光配向膜に付与された異方性を安定化することができる。
【０２４０】
Ｂ．液晶表示素子の製造方法
次に、本発明の液晶表示素子の製造方法について説明する。本発明の液晶表示素子の製造方法は、上記「Ａ．液晶表示素子」の項で説明した本発明の液晶表示素子の製造方法であって、上記カラムナー配向層の形成において、基材上に、カラムナー配向層形成用塗工液を塗布して塗膜を形成する塗膜形成工程と、上記塗膜を乾燥する乾燥工程と、上記乾燥した塗膜を疎水化処理して固定化する固定化処理工程とを有するものである。
【０２４１】
このように本発明においては、カラムナー配向層の形成において、基材上に、板状分子を含有するカラムナー配向層形成用塗工液を塗布することにより塗膜を形成し、この塗膜を乾燥させた後、この塗膜を疎水化処理して固定化することにより、ラビング配向処理や光配向処理などの配向処理を要することなく、簡便な方法で強誘電性液晶の配向を制御することのできるカラムナー配向層を形成するものである。
【０２４２】
また本発明においては、上記のような固定化処理工程を設けることにより、上記基材上に形成された板状分子の有する親水性基を疎水化し、板状分子からなるカラム構造が固定化されるため、強誘電性液晶の配向安定性に優れた液晶表示素子を得ることができる。
【０２４３】
本発明においては、上記「Ａ．液晶表示素子」の項で記載したように、カラムナー配向層は、カラム構造が形成された単層であってもよく、表面に所定の幅を有する凹部または凸部がパターン状に形成された樹脂層と、この樹脂層の凹部に沿って形成されたカラム構造とを有するものであってもよい。この際、カラム構造が形成された単層であるカラムナー配向層を形成するには、基材上にカラムナー配向層形成用塗工液を塗布することになり、一方、樹脂層とカラム構造とを有するカラムナー配向層を形成するには、まず基材上に樹脂層を形成し、この樹脂層上にカラムナー配向層形成用塗工液を塗布することになる。いずれの場合においても、ラビング配向処理や光配向処理などの配向処理を要することなく、カラムナー配向層形成用塗工液を塗布することにより、板状分子の自己組織化を利用してカラム構造を配向させることができるので、ロールトゥロールプロセスによるカラムナー配向層の形成が可能であり、製造効率を向上させることができる。
【０２４４】
このような本発明の液晶表示素子の製造方法について以下に説明するが、本発明の方法は、上述したようにカラムナー配向層の形成に特徴を有するものであり、その他の構成部材の形成方法については、上記「Ａ．液晶表示素子」の項で説明したものと同様にして行うことができるので、ここでの記載は省略する。以下、本発明に用いられるカラムナー配向層の形成方法について説明する。
【０２４５】
上述したように、本発明に用いられるカラムナー配向層の形成方法は、基材上に、カラムナー配向層形成用塗工液を塗布して塗膜を形成する塗膜形成工程と、上記塗膜を乾燥する乾燥工程と、上記乾燥した塗膜を疎水化処理して固定化する固定化処理工程とを有するものである。以下、各工程について説明する。
【０２４６】
（１）塗膜形成工程
まず、塗膜形成工程について説明する。本工程においては、基材上にカラムナー配向層形成用塗工液を塗布して塗膜を形成する。以下、本工程に用いられるカラムナー配向層形成用塗工液およびその塗布方法について説明する。
【０２４７】
（カラムナー配向層形成用塗工液）
まず本工程に用いられるカラムナー配向層形成用塗工液について説明する。本工程に用いられるカラムナー配向層形成用塗工液は、板状分子を水等の溶媒に分散または溶解したものである。板状分子を分散または溶解する溶媒は、板状分子に対して不活性なものであれば特に限定されるものではなく、上記板状分子に導入された置換基によって適宜選択される。例えばスルホン酸基等の親水性基が導入されている場合は、溶媒としては水が用いられる。一方、長鎖のアルキル基等の疎水基が導入されている場合は、有機溶媒が用いられる。
【０２４８】
また、上記カラムナー配向層形成用塗工液には、上記板状分子の他に、液晶材料を含有していてもよい。例えば、板状分子が配向しにくいものであったとしても、液晶材料を配向させることにより、この液晶材料の配向方向に沿って板状分子を配向させることができるからである。上記液晶材料としては、一般に配向層を形成するために用いることができる液晶材料を使用することができる。また、上記液晶材料と板状分子との液晶組成物は、リオトロピック液晶相を示すものであっても、サーモトロピック液晶相を示すものであってもよいが、通常はサーモトロピック液晶相を示すものが用いられる。
【０２４９】
上記カラムナー配向層形成用塗工液には、さらに必要に応じて例えばポリエチレングリコール等の界面活性剤等の各種添加剤を含有していてもよい。
【０２５０】
上記の中でも、本態様においては、カラムナー配向層形成用塗工液が水系であることが好ましい。水系のカラムナー配向層形成用塗工液を用いることにより、取り扱いが容易となるからである。
【０２５１】
なお、カラムナー配向層形成用塗工液に用いられる板状分子は、上記「Ａ．液晶表示素子」の項で説明した通りであるので、ここでの記載は省略する。
【０２５２】
（カラムナー配向層形成用塗工液の塗布方法）
次に、このようなカラムナー配向層形成用塗工液を上記基材上に塗布するための塗布方法について説明する。本工程において、上記カラムナー配向層形成用塗工液の塗布方法としては、上記板状分子の法線方向が一定方向に揃うように配列させることができるものであれば特に限定されるものではない。例えば、マイヤーバーコート、グラビアコート、ダイコート、ディップコート、スプレーコート等の各種塗装方法や、スクリーン印刷法やインクジェット法等を用いることが可能である。この塗布方法は、カラム構造を上記「Ａ．液晶表示素子」の項で説明した基材のような平面上に形成するか、あるいは表面に凹部または凸部がパターン状に形成された樹脂層のような凹凸面上に形成するかによって適宜決定することができる。
【０２５３】
例えば、カラム構造を基材上に形成する場合は、上記の中でもせん断応力がかかる塗布方法を用いることが好ましい。このようにせん断応力がかかる塗布方法を用いることによりカラム構造の形成が容易となるからである。せん断応力がかかる塗布方法としては、例えば、マイヤーバーコート、スロットダイコート、スライドコート等が挙げられ、中でも、スロットダイコートを用いることが好ましい。
【０２５４】
一方、カラム構造を表面に凹部または凸部がパターン状に形成された樹脂層上に形成する場合は、せん断応力のかからない塗布方法を用い、樹脂層上の凹凸形状に沿ってカラム構造が形成されることが好ましい。この場合、塗布方法としては、インクジェット法、スプレーコート、ディップコート、フレキソ印刷法を好ましく用いることができ、中でも、インクジェット法がより好ましい。
【０２５５】
（２）乾燥工程
次に、上述のようにして形成された塗膜中に含有される溶媒を蒸発させて塗膜を乾燥する乾燥工程について説明する。本発明においては、この乾燥工程を設けることにより、後述する固定化処理工程を円滑に行うようにしている。
【０２５６】
本工程に用いられる乾燥方法としては、塗膜上に形成されたカラム構造を破壊したり、上記樹脂層の有する凹部または凸部のパターンを変形させたりするものでなければ特に限定されるものではなく、一般的に溶媒の乾燥に用いられている方法、例えば加熱乾燥、常温乾燥、凍結乾燥、遠赤外乾燥等を用いることができる。
【０２５７】
（３）固定化処理工程
次に、本発明においては、板状分子の有する親水性基を疎水化処理し、板状分子を水に不溶もしくは難溶とし、板状分子からなるカラム構造を固定化する固定化処理工程を行う。このような固定化処理工程を設けることにより、形成されたカラムナー配向層に耐水性を付与することができ、このようにして得られる液晶表示素子は、空気中の湿気等によりカラム構造が乱れることがなく、強誘電性液晶の配向安定性に優れたものとすることができる。
【０２５８】
本工程に用いられる疎水化処理液としては、板状分子の有する親水性基を疎水化するものであり、板状分子に対して不活性であり、板状分子からなるカラム構造を破壊するものでなければ特に限定されるものではなく、用いられる板状分子の親水性基により異なるものであるが、隣接する板状分子間で架橋を形成できるものであることが好ましい。
【０２５９】
このような疎水化処理液としては、具体的には、バリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩などのアルカリ土類金属塩の水溶液を用いることができ、塩化バリウム水溶液、塩化カルシウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液等が挙げられる。例えば板状分子がＳＯ３ＮＨ４基を有する場合、このＳＯ３ＮＨ４基のスルホン酸イオンと、バリウムイオンとが結合することにより、隣接する板状分子が架橋され、カラム構造が固定化されるのである。
【０２６０】
また、疎水化処理方法としては、上記親水性の置換基を疎水化できる方法であれば特に限定されるものではなく、上記カラムナー配向層形成用塗工液を乾燥させた後、上記疎水化処理液を塗布する方法、上記疎水化処理液に浸漬する方法などが挙げられる。この疎水化処理液の塗布後または浸漬後は、洗浄および乾燥することにより、カラムナー配向層とすることができる。
【０２６１】
一方、上記板状分子が長鎖のアルキル基を有する場合は、板状分子のコア部分あるいはアルキル側鎖の一部に重合性基を導入し、この重合性基を重合させることにより、板状分子を線状または網目状に架橋させ、配向状態を固定化することができる。
【０２６２】
さらに、上記カラムナー配向層形成用塗工液が液晶材料を含有する場合は、この液晶材料を重合させることによっても板状分子の配向状態を固定化することができる。この場合、上記液晶材料は重合性基を有している必要がある。
【０２６３】
本発明は、このようにカラムナー配向層形成用塗工液を塗布して簡単な後処理を行うだけで容易にカラムナー配向層を形成することができる。また、カラム構造が固定化されるため、強誘電性液晶の配向安定性に優れた液晶表示素子を製造することができる。
【０２６４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０２６５】
以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【０２６６】
［実施例１］
（第１配向基板の作製）
よく洗浄したＩＴＯ電極付きガラス基板のＩＴＯ膜上に、下記化学式（Ａ）で表される板状分子の１２％水溶液をスロットダイコーターを用いて塗布し、乾燥後、１５％の塩化バリウム水溶液に約１秒間浸漬させた。さらに洗浄して、再度乾燥し、０．１μｍ厚のカラムナー配向層を有する第１配向基板を得た。
【０２６７】
【化３４】
【０２６８】
（第２配向基板の作製）
板状分子として、下記化学式（Ｂ）で表される化合物を用いた以外は、上記の方法と同様にして０．２μｍ厚のカラムナー配向層を有する第２配向基板を得た。
【０２６９】
【化３５】
【０２７０】
（液晶層の形成）
上記第１配向基板のカラムナー配向層上に１．５μｍ径のビーズスペーサーを散布し、上記第２配向基板のカラムナー配向層上にシールディスペンサーを用いてシール材を塗布し、第１配向基板のカラムナー配向層の板状分子の法線方向と第２配向基板のカラムナー配向層の板状分子の法線方向とが平行になるように、かつ互いのカラムナー配向層が向かい合うように、第１配向基板および第２配向基板を配置して貼り合わせた。１５０℃で約１時間熱圧着を行い、試験用セルを作製した。この試験用セルに、強誘電性液晶（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製、Ｒ２３０１）を約１００℃の温度条件で注入し徐冷したところ、モノドメインの均一な配向が得られた。
【０２７１】
［実施例２］
（第１配向基板の作製）
よく洗浄したＩＴＯ電極付きガラス基板のＩＴＯ膜上に、上記化学式（Ａ）で表される板状分子の１２％水溶液をスロットダイコーターを用いて塗布し、乾燥後、１５％の塩化バリウム水溶液に約１秒間浸漬させた。さらに洗浄して、再度乾燥し、０．１μｍ厚のカラムナー配向層を形成した。
このカラムナー配向層上に、下記化学式（Ｃ）で表される反応性液晶の濃度が２重量％となるようにシクロペンタノンに溶解させた溶液を、４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。５５℃で３分間乾燥させた後、無偏光紫外線を５５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２照射し、反応性液晶層を形成して、第１配向基板を得た。
【０２７２】
【化３６】
【０２７３】
（第２配向基板の作製）
実施例１と同様にして、０．２μｍ厚のカラムナー配向層を有する第２配向基板を得た。
【０２７４】
（液晶層の形成）
上記第１配向基板の反応性液晶層上に１．５μｍ径のビーズスペーサーを散布し、上記第２配向基板のカラムナー配向層上にシールディスペンサーを用いてシール材を塗布し、第１配向基板のカラムナー配向層の板状分子の法線方向と第２配向基板のカラムナー配向層の板状分子の法線方向とが直交するように、かつ反応性液晶層およびカラムナー配向層が向かい合うように、第１配向基板および第２配向基板を配置して貼り合わせた。１５０℃で約１時間熱圧着を行い、試験用セルを作製した。この試験用セルに、強誘電性液晶（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製、Ｒ２３０１）を約１００℃の温度条件で注入し徐冷したところ、モノドメインの均一な配向が得られた。
【０２７５】
［実施例３］
（第１配向基板の作製）
実施例１と同様にして、０．１μｍ厚のカラムナー配向層を有する第１配向基板を得た。
【０２７６】
（第２配向基板の作製）
よく洗浄したＩＴＯ電極付きガラス基板のＩＴＯ膜上に、下記化学式（Ｄ）で表される光二量化反応性化合物の濃度が２重量％となるようにシクロペンタノンに溶解させた溶液を、４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。１８０℃で１０分間乾燥させた後、偏光紫外線を１００ｍＪ／ｃｍ２照射し、光配向膜を形成して、第１配向基板を得た。
【０２７７】
【化３７】
【０２７８】
（液晶層の形成）
上記第１配向基板のカラムナー配向層上に１．５μｍ径のビーズスペーサーを散布し、上記第２配向基板の光配向膜上にシールディスペンサーを用いてシール材を塗布し、第１配向基板のカラムナー配向層の板状分子の法線方向と第２配向基板の光配向膜の配向方向とが平行になるように、かつカラムナー配向層および光配向膜が向かい合うように、第１配向基板および第２配向基板を配置して貼り合わせた。１５０℃で約１時間熱圧着を行い、試験用セルを作製した。この試験用セルに、強誘電性液晶（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製、Ｒ２３０１）を約１００℃の温度条件で注入し徐冷したところ、モノドメインの均一な配向が得られた。
【０２７９】
［実施例４］
（第１配向基板の作製）
よく洗浄したＩＴＯ電極付きガラス基板のＩＴＯ膜上に、下記組成の紫外線硬化性アクリレート樹脂組成物をスピンコートし、これに電子ビーム描画法により凹凸を形成した凹部形成用基板をのせ、１００ｋｇ／ｃｍ２の加重を１分間かけた。この状態で、紫外光を１００ｍＪ／ｃｍ２照射し、さらに凹部形成用基板を剥離した後、紫外光を３０００ｍＪ／ｃｍ２照射し、幅０．２μｍ、ピッチ０．４μｍ、深さ０．２μｍのストライプ状の凹部パターンを形成した。これにプラズマ処理を加えることで、表面の親水化処理を行った。
【０２８０】
＜紫外線硬化性アクリレート樹脂組成物＞
・ゴーセラックＵＶ−７５００Ｂ（日本合成化薬社製） ４０重量部
・１，６−ヘキサンジオールアクリレート（日本化薬社製） ３５重量部
・ペンタエリスリトールアクリレート（東亜合成化学社製） ２１重量部
・１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン
（チバスペシャルティケミカルズ社製） ２重量部
・ベンゾフェノン（日本化薬社製） ２重量部
【０２８１】
上記凹部パターン上に、上記化学式（Ａ）で表される板状分子の１２％水溶液をインクジェットを用いて塗布し、乾燥後、１５％の塩化バリウム水溶液に約１秒間浸漬させた。さらに洗浄して、再度乾燥し、カラム構造からなる部分の厚みが０．１μｍとなるカラムナー配向層を形成し、第１配向基板を得た。
【０２８２】
（第２配向基板の作製）
実施例１と同様にして、０．２μｍ厚のカラムナー配向層を有する第２配向基板を得た。
【０２８３】
（液晶層の形成）
上記第１配向基板のカラムナー配向層上に１．５μｍ径のビーズスペーサーを散布し、上記第２配向基板のカラムナー配向層上にシールディスペンサーを用いてシール材を塗布し、第１配向基板のカラムナー配向層の板状分子の法線方向と第２配向基板のカラムナー配向層の板状分子の法線方向とが平行になるように、かつ互いのカラムナー配向層が向かい合うように、第１配向基板および第２配向基板を配置して貼り合わせた。１５０℃で約１時間熱圧着を行い、試験用セルを作製した。この試験用セルに、強誘電性液晶（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製、Ｒ２３０１）を約１００℃の温度条件で注入し徐冷したところ、モノドメインの均一な配向が得られた。
【０２８４】
［実施例５］
実施例１と同様の条件にて、試験用セルを作製した。この試験用セルに、強誘電性液晶（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製、Ｒ２３０１）に重合性モノマー（大日本インキ化学工業株式会社製、ＵＣＬ−００１）を５質量％混合した液晶を、約１００℃の温度条件で注入し徐冷した。その後、無偏光紫外線を約１０００ｍＪ／ｃｍ２露光して上記重合性モノマーを重合させた。このようにして得られた液晶表示素子では、モノドメインの均一な配向が得られた。
【図面の簡単な説明】
【０２８５】
【図１】本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明に用いられる板状分子およびカラムナー配向層のカラム構造を説明する図である。
【図３】本発明に用いられる第１配向層および第２配向層の配置を説明する図である。
【図４】本発明の液晶表示素子の一例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０２８６】
１ａ … 第１基材 １ｂ … 第２基材
２ａ … 第１電極層 ２ｂ … 第２電極層
２ｃ … ｘ電極 ２ｄ … ｙ電極
２ｅ … 画素電極 ３ａ … 第１配向層
３ｂ … 第２配向層 ４ａ、４ｂ … 偏光板
５ … 液晶層 ６ … 反応性液晶層
７ … ＴＦＴ素子 １１ … 第１配向基板
１２ … 第２配向基板 ａ … 板状分子
ｂ … カラム構造 ｃ … 樹脂層
ｎ … 法線方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子は薄型で低消費電力などといった特徴から、大型ディスプレイから携帯情報端末までその用途を広げており、その開発が活発に行われている。これまで液晶表示素子は、ＴＮ方式、ＳＴＮのマルチプレックス駆動、ＴＮに薄膜トランジスタ（以下、これを「ＴＦＴ素子」とする場合がある。）を用いたアクティブマトリックス駆動等が開発され実用化されているが、これらはネマチック液晶を用いているために、液晶材料の応答速度が数ｍｓ〜数十ｍｓと遅く動画表示に充分対応しているとはいえない。
【０００３】
一方、強誘電性液晶（ＦＬＣ）は、応答速度がμｓオーダーと極めて短く、高速デバイスに適した液晶である。このような強誘電性液晶としては、クラークおよびラガーウォルにより提唱された電圧非印加時に安定状態を二つ有する双安定性のものが広く知られているが、明、暗の２状態でのスイッチングに限られ、メモリー性を有するものの、階調表示ができないという問題を抱えている。
【０００４】
近年、電圧非印加時の液晶層の状態がひとつの状態で安定化している（以下、これを「単安定」と称する。）強誘電性液晶が、電圧変化により液晶のダイレクタ(分子軸の傾き)を連続的に変化させ透過光度をアナログ変調することで階調表示を可能とするものとして注目されている（非特許文献１）。
【０００５】
強誘電性液晶を単安定化する方法としては、液晶材料中に紫外線硬化型モノマーを添加し、セルに注入後、交流または直流電圧を印加しながら紫外線照射を行い、硬化させて液晶の配向を安定化させる高分子安定化法が知られている。また、相系列にスメクチックＡ相を持たず、降温過程でネマチック相からコレステリック相を経て直接カイラルスメクチックＣ相に相転移する強誘電性液晶をコレステリック相−ネマチック相の相転移点より高温に昇温した後、徐冷することで強誘電性液晶を単安定化する方法が知られている。
【０００６】
しかしながら、上記高分子安定化法ではプロセスが煩雑になり、駆動電圧が高くなる等の問題がある。また、高分子安定化法を用いない後者の方法では、層法線方向の異なる二つのドメイン（以下、「ダブルドメイン」と称する場合がある。）が形成されやすく、駆動時に白黒反転した表示になり大きな問題となる。このダブルドメインは、電圧を印加しながら徐冷する電界印加徐冷法によりモノドメイン化する方法が知られているが（非特許文献２）、強誘電性液晶が再び相転移点より高温になると、配向が乱れてしまうという問題があり、実用性が低い。
【０００７】
一般に、液晶を配向させる技術としては、ラビング法、光配向法等がある。ラビング法はコーティングしたポリイミド表面を擦ることにより配向能を付与するものであるが、大面積処理時の均一性が難しく、また、静電気や塵埃を発生する等の問題がある。一方、光配向法は、光配向性を有する化合物に紫外線等を照射して分子を特定方向に配列させ、配向能を付与するものであり、静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるが、露光プロセスが必要なことから装置コストがかかるという問題がある。
【０００８】
【非特許文献１】NONAKA, T., LI, J., OGAWA, A., HORNUNG, B., SCHMIDT, W., WINGEN, R., and DUBAL, H., 1999, Liq. Cryst., 26, 1599.
【非特許文献２】PATEL, J., and GOODBY, J. W., 1986, J. Appl. Phys., 59, 2355.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子において、ラビング処理や光配向処理などの配向処理を要することなく、簡便な方法により強誘電性液晶の配向を制御することのできる液晶表示素子を提供することを主目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、上記実情に鑑み鋭意検討した結果、強誘電性液晶の配向を制御する配向層として、板状分子の自己組織化を利用することにより、ラビング処理や光配向処理などの配向処理を行わなくても、簡便な方法で強誘電性液晶の配向を制御することができることを見いだし、本発明を完成させた。
【００１１】
すなわち、本発明においては、第１基材と、上記第１基材上に形成された第１電極層と、上記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１配向基板、および、第２基材と、上記第２基材上に形成された第２電極層と、上記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２配向基板を、上記第１配向層と上記第２配向層とが対向するように配置し、上記第１配向層と上記第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、
上記第１配向層および上記第２配向層のうち少なくとも一方は、板状分子が、上記板状分子の法線方向が基板の一定方向を向いて積み重なったカラム構造を有するカラムナー配向層であることを特徴とする液晶表示素子を提供するものである。
【００１２】
本発明の液晶表示素子は、強誘電性液晶の配向を制御するために設けられる第１配向層および第２配向層のうち少なくとも一方の配向層を、板状分子が一定方向に積み重なって構成されるカラム構造を有するカラムナー配向層とすることにより、ラビング処理や光配向処理を要することなく、簡便な方法により強誘電性液晶を配向させることができるものである。
【００１３】
このような本発明の液晶表示素子としては、上記第１配向層および上記第２配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第１配向層の板状分子の法線方向と上記第２配向層の板状分子の法線方向とが略平行に配置され、上記第１配向層および上記第２配向層の構成材料が相互に異なる組成を有するものであることが好ましい。本発明においては第１配向層および第２配向層をカラムナー配向層とすることにより、簡便な方法で強誘電性液晶を配向させることができるものであるが、さらに第１配向層および第２配向層の構成材料を相互に異なる組成のものとすることにより、配向欠陥を生じにくく、強誘電性液晶の配向安定性が優れたものとなるからである。特にスメクチックＡ相（ＳｍＡ）を経由しない相転移系列を示す強誘電性液晶を用いた場合、ダブルドメインの発生を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明の液晶表示素子の他の態様としては、上記第１配向層および上記第２配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第１配向層の板状分子の法線方向と上記第２配向層の板状分子の法線方向とが略垂直に配置され、上記第１配向層または上記第２配向層の対向面上に、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層を有するものとすることができる。このように第１配向層および第２配向層をカラムナー配向層とし、これらを略垂直に配置し、一方の配向層の対向面上に上記反応性液晶層を設けることにより、上記のような配向欠陥を生じることなく、簡便な方法で強誘電性液晶を配向させることができる。
【００１５】
さらに、本発明の液晶表示素子の他の態様としては、上記第１配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第２配向層が光配向膜であってもよい。このように第１配向層および第２配向層のうち一方の配向層をカラムナー配向層とし、他方の配向層を光配向膜とすることにより、配向処理工程数を少なくして、上記のような配向欠陥を生じることなく、強誘電性液晶を配向させることができる。
【００１６】
このような光配向膜の構成材料としては、光反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光反応型の材料または光異性化反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応型の材料であることが好ましい。これらの材料を用いることにより、光配向膜に容易に異方性が付与できるからである。
【００１７】
このような本発明の液晶表示素子において、上記カラムナー配向層は、表面に所定の幅を有する凹部または凸部がパターン状に形成された樹脂層と、上記樹脂層の凹部に沿って形成された上記カラム構造とを有するものであってもよい。上記カラム構造が上記樹脂層の凹部に沿って形成されていることにより、カラム構造を一定方向に揃えて容易に配列させることができるからである。
【００１８】
また、このようなカラムナー配向層を構成する上記板状分子は、水溶液中でリオトロピック液晶相を示すものであることが好ましい。このような板状分子は、水溶液中で自己組織化によりカラム構造を形成し、リオトロピック液晶相を示すので、この板状分子を含有するカラムナー配向層形成用塗工液を塗布することにより、カラム構造を容易に配向させることができるからである。また、上記板状分子が水溶性であることにより、上記カラム構造を固定化するための固定化処理が容易となるからである。
【００１９】
このような本発明の液晶表示素子において、上記強誘電性液晶は、単安定性の駆動特性を示すものであることが好ましい。強誘電性液晶が単安定性の駆動特性を示すものであることにより、階調表示が可能となり、高精細なカラー表示の液晶表示素子を得ることができるからである。
【００２０】
また、上記強誘電性液晶は、降温過程においてスメクチックＡ相を経由しない相転移系列を示すものであることが好ましい。このような相転移系列を示す強誘電性液晶は、単安定性の駆動特性を示す傾向にあり、このような強誘電性液晶を用いることにより高精細なカラー表示の液晶表示素子を得ることが容易となるからである。
【００２１】
このような本発明の液晶表示素子は、上記第１電極層または上記第２電極層に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）を有し、アクティブマトリックス駆動するものであることが好ましい。ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため、高品質なディスプレイが可能となるからである。さらに、一方の基材上にＴＦＴ素子をマトリックス状に配置してなるＴＦＴ基板と、他方の基材上の表示部全域に共通電極を形成してなる共通電極基板とを組み合わせ、上記共通電極基板の共通電極と基材との間にＴＦＴ素子のマトリックス状に配置させたマイクロカラーフィルターを形成し、カラー表示の液晶表示素子として用いることもできる。
【００２２】
また、上記本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることにも適している。本発明の液晶表示素子は、応答速度が速く、配向欠陥を生じることなく強誘電性液晶を配向させることができるので、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることにより、低消費電力かつ低コストで、視野角が広く、明るく高精細なカラー動画表示を得ることができる。
【００２３】
また本発明は、上記液晶表示素子の製造方法であって、上記カラムナー配向層の形成において、基材上に、カラムナー配向層形成用塗工液を塗布して塗膜を形成する塗膜形成工程と、上記塗膜を乾燥する乾燥工程と、上記乾燥した塗膜を疎水化処理して固定化する固定化処理工程とを有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法を提供するものである。
【００２４】
このような本発明の製造方法によれば、カラムナー配向層形成用塗工液を塗布し、簡単な後処理を行うだけで、配向処理を要することなく、強誘電性液晶の配向を制御することができる液晶表示素子を容易に製造することができる。また、このように固定化処理工程を設けることにより、板状分子からなるカラム構造が固定化され、強誘電性液晶の配向安定性に優れた液晶表示素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、強誘電性液晶の配向を制御する配向層として、板状分子が、上記板状分子の法線方向が基板の一定方向を向いて積み重なったカラム構造を有するカラムナー配向層を用いることにより、ラビング処理や光配向処理などの配向処理を要することなく、簡便な方法で強誘電性液晶を配向させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、液晶表示素子およびその製造方法を提供するものである。以下、本発明の液晶表示素子およびその製造方法について、それぞれ説明する。
【００２７】
Ａ．液晶表示素子
はじめに、本発明の液晶表示素子について説明する。本発明の液晶表示素子は、第１基材と、上記第１基材上に形成された第１電極層と、上記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１配向基板、および、第２基材と、上記第２基材上に形成された第２電極層と、上記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２配向基板を、上記第１配向層と前記第２配向層とが対向するように配置し、上記第１配向層と上記第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、
上記第１配向層および上記第２配向層のうち少なくとも一方は、板状分子が、上記板状分子の法線方向が基板の一定方向を向いて積み重なったカラム構造を有するカラムナー配向層であることを特徴としている。
【００２８】
このような本発明の液晶表示素子について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。図１（ａ）に示すように、本発明の液晶表示素子においては、第１基材１ａと、上記第１基材１ａ上に形成された第１電極層２ａと、上記第１電極層２ａ上に形成された第１配向層３ａとを有する第１配向基板１１が形成されており、また、第２基材１ｂと、上記第２基材１ｂ上に形成された第２電極層２ｂと、上記第２電極層２ｂ上に形成された第２配向層３ｂとを有する第２配向基板１２が形成されており、この第１配向基板１１と第２配向基板１２は、第１配向層３ａと第２配向層３ｂとが向かい合うように配置されている。また、第１配向層３ａ、第２配向層３ｂ間には強誘電性液晶が挟持され、液晶層５が構成されている。
【００２９】
このような本発明の液晶表示素子において、上記第１配向層および第２配向層のうち少なくとも一方は、カラムナー配向層である。図２（ａ）は、本発明に用いられる板状分子のモデル構造と法線方向を示した図であり、図２（ｂ）は、本発明に用いられるカラムナー配向層の概略斜視図である。図２（ｂ）に示すように、このカラムナー配向層においては、板状分子ａは、表面に所定の幅を有する凹部または凸部がパターン状に形成された樹脂層ｃの凹部に沿って、板状分子ａの法線方向ｎが基板の一定方向を向いて積層してカラム構造ｂを形成し、このようなカラム構造ｂが複数配列してカラムナー配向層を構成している。本発明においては、カラムナー配向層はこのように板状分子ａが配列して構成されるものであるため、カラムナー配向層の有する複数のカラム構造ｂのカラムの軸方向は、基板の一定方向を向いており、これらのカラム構造ｂと強誘電性液晶との相互作用により強誘電性液晶の配向を制御するものである。
【００３０】
本発明の液晶表示素子は、このように第１配向層および第２配向層のうち少なくとも一方を、カラムナー配向層とすることにより、ラビング処理や光配向処理などの配向処理を要することなく、簡便な方法で強誘電性液晶を配向させることができるものである。
【００３１】
このような本発明の液晶表示素子においては、上記各層間に配向制御能を高める目的や接着性を高める目的で、他の層を有していてもよい。例えば、図１（ｂ）に示すように、第２配向層３ｂ上に、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層６を形成することもできる。このような反応性液晶層６は、第２配向層上に固定化されてなるものであるので、第２配向層によって反応性液晶層に異方性が付与されることとなり、それにより強誘電性液晶を配向させるための配向膜として機能するものである。
【００３２】
また、上記基材１ａ、１ｂの外側には偏光板４ａ、４ｂが設けられていてもよく、これにより入射光が直線偏光となり液晶分子の配向方向に偏光した光のみを透過させることができる。例えば液晶層５を構成する強誘電性液晶が単安定性の駆動特性を示すものである場合には、印加電圧により透過光量を制御することにより階調表示が可能となる。
【００３３】
このような本発明の液晶表示素子は、例えば図４および図５に示すように、一方の基板を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）がマトリックス状に配置されたＴＦＴ基板とし、他方の基板を共通電極が全域に形成された共通電極基板として、これらを組み合わせ、アクティブマトリックス駆動するものであることが好ましい。このように本発明の液晶表示素子がアクティブマトリックス駆動するものであることにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため、高品質なディスプレイを得ることができるからである。このようなＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス駆動の液晶表示素子について以下に説明する。
【００３４】
図４は本発明の液晶表示素子の一例を示す概略斜視図であり、図５はその概略断面図である。図４においては、一方の基板は第１電極層２ａが共通電極であり、共通電極基板となっており、一方、対向基板は第２電極層２ｂがｘ電極２ｃ、ｙ電極２ｄおよび画素電極２ｅから構成され、ＴＦＴ基板となっている。このような液晶表示素子において、ｘ電極２ｃおよびｙ電極２ｄはそれぞれ縦横に配列しているものであり、これらの電極に信号を加えることによりＴＦＴ素子７を作動させ、強誘電性液晶を駆動させることができる。ｘ電極２ｃおよびｙ電極２ｄが交差した部分は、図示しないが絶縁層で絶縁されており、ｘ電極２ｃの信号とｙ電極２ｄの信号は独立に動作することができる。ｘ電極２ｃおよびｙ電極２ｄにより囲まれた部分は、本発明の液晶表示素子を駆動する最小単位である画素であり、各画素には少なくとも１つ以上のＴＦＴ素子７および画素電極２ｅが形成されている。本発明の液晶表示素子では、ｘ電極２ｃおよびｙ電極２ｄに順次信号電圧を加えることにより、各画素のＴＦＴ素子７を動作させることができる。
【００３５】
このような本発明の液晶表示素子は、カラーフィルター方式またはフィールドシーケンシャルカラー方式を採用することによりカラー液晶表示素子として用いることができるが、中でも、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させるものであることが好ましい。フィールドシーケンシャルカラー方式は、赤緑青の三色のＬＥＤの点滅に同期させて液晶をオン・オフさせることで、カラーフィルターを用いないでカラー表示を可能とするものであり、低消費電力かつ低コストで、視野角が広く、明るく高精細なカラー動画表示を実現することができるからである。
【００３６】
この場合に、強誘電性液晶としては、単安定性の駆動特性を示すものであることが好ましいが、特に、正負いずれかの電圧を印加したときにのみ液晶分子が動作するハーフＶ字駆動するものであることがより好ましい。強誘電性液晶としてこのような材料を用いることにより、暗部動作時（白黒シャッター閉口時）の光漏れを少なくすることができ、白黒シャッターとしての開口時間を十分に長くとることができ、それにより時間的に切り替えられる各色をより明るく表示することができ、明るいカラー液晶表示素子が得られるからである。
【００３７】
一方、カラーフィルター方式を採用することにより、カラー液晶表示素子とする場合には、上記共通電極である第１電極層２ａと基板１ａとの間にＴＦＴ素子７のマトリックス状に配置させたマイクロカラーフィルターを形成すればよい。
【００３８】
本発明の液晶表示素子は、上述したような構成を有するものであれば特に限定されるものではないが、好ましい態様として、上記第１配向層および上記第２配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第１配向層の板状分子の法線方向と上記第２配向層の板状分子の法線方向とが略平行に配置され、上記第１配向層および上記第２配向層の構成材料が相互に異なる組成を有するものであることを特徴とする第１の態様と、上記第１配向層および上記第２配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第１配向層の板状分子の法線方向と上記第２配向層の板状分子の法線方向とが略垂直に配置され、上記第１配向層または上記第２配向層の対向面上に、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層を有するものであることを特徴とする第２の態様と、上記第１配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第２配向層が光配向膜であることを特徴とする第３の態様とが挙げられる。以下、各態様について詳細に説明する。
【００３９】
１．第１の態様
まず、本発明の液晶表示素子の第１の態様について説明する。第１の態様の液晶表示素子は、上記第１配向層および上記第２配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第１配向層の板状分子の法線方向と上記第２配向層の板状分子の法線方向とが略平行に配置され、上記第１配向層および上記第２配向層の構成材料が相互に異なる組成を有するものであることを特徴とするものである。
【００４０】
このような第１の態様の液晶表示素子について以下に説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の態様の液晶表示素子の一例を示すものであり、図中、第１配向層３ａおよび第２配向層３ｂは上記カラムナー配向層である。本態様においては、このように第１配向層および第２配向層を上記カラムナー配向層とすることにより、ラビング処理や光配向処理を要することなく、簡便な方法で強誘電性液晶を配向させるものである。
【００４１】
これら第１配向層および第２配向層は、図３（ａ）に示すように、上記第１配向層３ａの板状分子の法線方向と上記第２配向層３ｂの板状分子の法線方向とが略平行となるように配置されている。ここで「略平行」とは、上記第１配向層３ａの板状分子の法線方向と上記第２配向層３ｂの板状分子の法線方向とがなす角度θが０°〜５°の範囲内となることをいうものである。この角度θは、０°〜１°の範囲内であることが好ましい。この角度θは小さくなるほど、カラムナー配向層の配向能が高くなり、強誘電性液晶の配向を効果的に制御することができるからである。
【００４２】
さらに、第１配向層および第２配向層の構成材料は、相互に同一であっても異なっていてもよいものではあるが、本態様においては第１配向層および第２配向層の構成材料は相互に異なる組成を有するものとされている。このように第１配向層および第２配向層の構成材料の組成を変えることにより、これらの配向層と強誘電性液晶との相互作用が強められ、配向欠陥を生じにくくなるためである。特にスメクチックＡ相（ＳｍＡ）を経由しない相転移系列を示す強誘電性液晶を用いた場合は、ダブルドメインの発生を抑制することができるため、これにより強誘電性液晶のモノドメイン配向を得るようにしている。以下、本態様の各構成部材および製造方法について説明する。
【００４３】
（１）各構成部材
ａ．第１配向層および第２配向層
まず、本発明の第１の態様の液晶表示素子に用いられる第１配向層および第２配向層について説明する。
【００４４】
第１の態様において、第１配向層および第２配向層は、配向能を有し、かつ、板状分子が、上記板状分子の法線方向が基板の一定方向を向いて積み重なったカラム構造を有するカラムナー配向層であり、第１配向層および第２配向層に用いられるカラムナー配向層の構成材料は相互に異なる組成を有している。
【００４５】
本態様に用いられるカラムナー配向層は、板状分子の法線方向が基板の一定方向を向いて積み重なったカラム構造を有するものであり、この板状分子からなるカラム構造と強誘電性液晶との相互作用により、強誘電性液晶を配向させるものである。このようなカラムナー配向層は、ラビング処理や光配向処理などの配向処理を行わなくても、強誘電性液晶の配向を制御する配向能を有するものであり、製造プロセスが簡便であり、装置コストがかからないという利点を有している。
【００４６】
このようなカラムナー配向層は、配向能を有し、かつ、上記のようなカラム構造を有するものであれば特に限定されるものではなく、カラム構造が形成されている単層であってもよく、表面に所定の幅を有する凹部または凸部がパターン状に形成された樹脂層と、上記樹脂層の凹部に沿って形成された板状分子からなるカラム構造とを有するものであってもよい。例えばカラムナー配向層が樹脂層とカラム構造とを有する場合は、カラム構造が樹脂層の凹部に沿って形成されていることにより、カラム構造を一定方向に揃えて容易に配列させることができるという利点を有する。このように、カラムナー配向層は、凹部または凸部のパターンを有する樹脂層上に板状分子からなるカラム構造が形成されているものであってもよい。一方、カラムナー配向層がカラム構造が形成されている単層である場合は、カラムナー配向層形成用塗工液を例えばせん断応力がかかる方法で塗布することにより、カラム構造を一定方向に揃えて容易に配列させることができ、より簡便にカラムナー配向層を形成できるという利点を有する。以下、これらカラム構造および樹脂層について説明する。
【００４７】
（カラム構造）
まず、カラムナー配向層を構成するカラム構造について説明する。本態様に用いられるカラム構造は、上記樹脂層の凹部または凸部のパターン上に形成されるものであり、このカラム構造は、板状分子が、その法線方向が基板の一定方向を向いて積層することにより構成される。
【００４８】
ここで「板状分子」とは、少なくとも複数の芳香環構造を有し、分子のコア部分が平面状に配置されているものをいう。
【００４９】
本態様に用いられる板状分子としては、柱状に積層することによりカラム構造を形成することができるものであれば特に限定されない。
【００５０】
このような板状分子としては、例えばスルホン酸基等の親水性基を有する板状分子、または長鎖のアルキル基等の疎水性基を有する板状分子が挙げられるが、中でも、親水性基を有する板状分子であることが好ましい。親水性基を有する板状分子は、この親水性基が小さく、隣接するカラム構造同士の距離が近いため、容易にカラム構造を配列させることができるからである。また、塗布、乾燥後にスルホン酸基等の親水部を中和して水に難溶もしくは不溶とすることで固定化処理が容易となるからである。
【００５１】
上記親水性基としては、スルホン酸基、スルホン酸ナトリウム基、スルホン酸アンモニウム基、スルホン酸リチウム基、スルホン酸カリウム基等のスルホン酸系の親水性基、カルボキシル基、カルボン酸ナトリウム基、カルボン酸アンモニウム基、カルボン酸リチウム基、カルボン酸カリウム基等のカルボン酸系の親水性基、水酸基、アミノ基などが挙げられる。これらの中でも、スルホン酸系の親水性基であることが好ましい。
【００５２】
ここで、板状分子がカラム構造を形成していることは、カラムナー配向層をＸ線回折装置を用いて測定することにより確認することができる。
【００５３】
本態様に用いられる板状分子としては、上記の中でも、溶液中でカラム構造を形成し、リオトロピック液晶相を示すものであることが好ましい。このように溶液中でリオトロピック液晶相を示す板状分子は自己組織化力が高いからである。例えば溶液中でリオトロピック液晶相を示す板状分子を含有するカラムナー配向層形成用塗工液を塗布することにより、板状分子の自己組織化を利用してカラム構造を容易に配向させることができる。
【００５４】
このような溶液中でリオトロピック液晶相を示す板状分子としては、水溶液中でリオトロピック液晶相を示す板状分子、または有機溶媒中でリオトロピック液晶相を示す板状分子が挙げられる。上記の溶液の種類は、上記板状分子の置換基によって異なるものであり、板状分子がスルホン酸基等の親水性基を有する場合は水溶液が用いられ、長鎖のアルキル基等の疎水性基を有する場合は有機溶媒が用いられる。
【００５５】
本態様においては、中でも、水溶液中でカラム構造を形成し、リオトロピック液晶相を示す板状分子を用いることが好ましい。このような板状分子は、水溶液中で自己組織化によりカラム構造を形成し、リオトロピック液晶相を示すので、この板状分子を含有するカラムナー配向層形成用塗工液を塗布することにより、カラム構造を容易に配向させることができるからである。さらに、上記板状分子が水溶性であることにより、上記カラム構造を固定化するための固定化処理が容易となるからである。
【００５６】
このような板状分子は、二色性を有していてもよく、有していないものでもよい。例えば、二色性を有さない板状分子を用いる場合は、得られるカラムナー配向層が偏光能を持たないため、偏光板との配置を考慮する必要がないという利点がある。一方、板状分子として、二色性を有する材料を用いる場合には、偏光板の偏光方向と板状分子の法線方向とを略平行に配置すればよい。このように配置することにより、カラムナー配向層の有する偏光能のために、偏光板の偏光機能を阻害することがないからである。
【００５７】
上述したような水溶液中でカラム構造を形成し、リオトロピック液晶相を示すものであり、かつ二色性を有する板状分子の具体例としては、下記化学式で示される物質が挙げられる。
【００５８】
【化１】
【００５９】
【化２】
【００６０】
【化３】
【００６１】
【化４】
【００６２】
【化５】
【００６３】
【化６】
【００６４】
【化７】
【００６５】
【化８】
【００６６】
【化９】
【００６７】
【化１０】
【００６８】
【化１１】
【００６９】
【化１２】
【００７０】
【化１３】
【００７１】
【化１４】
【００７２】
【化１５】
【００７３】
【化１６】
【００７４】
上記各化学式中のアルキル基は、炭素原子１〜４個を有するものであることが好ましい。また、上記各化学式中のハロゲンとしては、Ｃｌ、Ｂｒであることが好ましい。さらに、上記各化学式中のカチオンとしては、Ｈ＋、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃｓ＋またはＮＨ４＋が挙げられる。
【００７５】
本態様に用いられる二色性を有する板状分子としては、上記の物質の中でも上記化学式Ｉ〜Ｖで表される物質が好適に用いられる。
【００７６】
さらに、二色性を有する板状分子を含有する材料としては、例えばＯｐｔｉｖａ社製の「Ｎ０１５」、「Ｙ１０５」などを挙げることができる。
【００７７】
また、上記板状分子としては、上述したようなリオトロピック液晶相を示すものに限定されるものではなく、サーモトロピック液晶相を示すものであってもよい。
【００７８】
上記物質は１種単独でも、２種以上を組み合わせて用いることもでき、本態様においては、これらの物質の中から要求特性に応じて適宜選択することにより、第１配向層および第２配向層の構成材料を相互に異なる組成を有するものとすることができる。上記物質の２種以上を組み合わせて用いる場合には、組み合わせを変化させることによっても組成を変えることができるし、同じ組み合わせを用いても、各物質の添加量を変化させることによって組成を変えることができる。
【００７９】
（樹脂層）
次に、本態様に用いられる樹脂層について説明する。本態様に用いられる樹脂層は、上述したように、所定の幅を有する凹部または凸部がパターン状に形成されたものである。このような凹部または凸部のパターンの形状は、板状分子が上記カラム構造を形成することが可能となるものであれば特に限定されるものではないが、中でもストライプ状に一定の間隔で凹部または凸部が規則的に形成されているパターンであることが好ましい。
【００８０】
上記凹部の幅としては、使用される板状分子の種類等により異なるものではあるが、通常０．１μｍ〜１０μｍの範囲内、好ましくは０．２μｍ〜１μｍの範囲内、特に０．２μｍ〜０．４μｍの範囲内とすることが好ましい。凹部の幅を上記範囲よりも狭く形成するのは製造法的に困難であり、逆に凹部の幅を広くし過ぎるとカラム構造を配列させることが困難となる場合があるからである。
【００８１】
また、凹部の深さは、０．０５μｍ〜１μｍの範囲内、中でも０．１μｍ〜０．２μｍの範囲内であることがより好ましい。凹部の深さが浅すぎるとカラム構造を構成する板状分子を配向させる機能が低くなり、凹部が深すぎると強誘電性液晶の配向に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００８２】
ここで上記凹部がストライプ状に形成される際の間隔は、使用される板状分子の種類等により異なるものではあるが、通常、隣接する凹部の端と凹部の端との間隔、すなわち凸部の幅が可視光の波長の半分以下とされ、好ましくは０．０５μｍ〜２μｍの範囲内、より好ましくは０．１μｍ〜１μｍの範囲内、特に０．１μｍ〜０．２μｍの範囲内であることが好ましい。隣接する凹部の間隔を狭く形成するのは製造法的に難しく、広くし過ぎるとカラム構造を配列させることが難しくなるからである。また、隣接する凹部の間隔が光の波長に近い値であると、光の回折により、光学的に色付き等の問題がある。
【００８３】
また、上記凹部のピッチとしては、後述する板状分子の種類等により適宜選択されるものであるが、通常０．１μｍ〜１０μｍの範囲内、好ましくは０．２μｍ〜１μｍの範囲内、特に０．２μｍ〜０．４μｍの範囲内とすることが好ましい。凹部のピッチを上記範囲よりも狭く形成するのは製造法的に困難であり、逆に凹部のピッチを広くし過ぎるとカラム構造を配列させることが困難となる場合があるからである。ここで、凹部のピッチとは、隣接する凹部の中心から凹部の中心までの距離をいうこととする。
【００８４】
上記樹脂層の凹部の断面形状としては特に限定されるものではなく、矩形であってもよく、台形等、その他の形状であってもよい。本発明においては、中でも凹部の断面形状が矩形であることが、カラム構造を容易に一定方向に整列して配向させることが可能となる面から好ましい。
【００８５】
このような凹部または凸部を有する樹脂層は、例えば目的とする凹部の形状と対称である凸部を表面に有する凹部形成用基板と、この凹部形成用基板と硬化性樹脂組成物を挟んで硬化させることにより上記樹脂層を形成する凹部形成用基材とを準備し、上記凹部形成用基板と、硬化性樹脂組成物が塗布された上記凹部形成用基材とを、上記硬化性樹脂組成物を挟んで重ね合わせ、上記硬化性樹脂組成物を硬化させた後、上記凹部形成用基板を剥離することにより形成することができる。
【００８６】
このような硬化性樹脂組成物に用いられる硬化性樹脂としては、例えば不飽和ポリエステル、メラミン、エポキシ、ポリエステル（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレート、ポリオール（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレート、もしくはトリアジン系アクリレート等の硬化性樹脂を単独または混合して用いることができる。また、上記樹脂組成物は、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂であってもよく、またこれらを組み合わせたものであってもよい。
【００８７】
また、上記樹脂組成物には、必要に応じて硬化剤や、光重合開始剤等、各種添加剤を加えたものであってもよく、また上記凹部形成用基材に塗布するために、溶剤やモノマー等を用いて粘度を調整したものとしてもよい。
【００８８】
上記樹脂層の膜厚としては、通常、凹部が形成されている部分の厚みが１μｍ以下とされ、好ましくは０．２μｍ以下とされる。凹部が形成されている部分の厚みが厚すぎると、本発明の液晶表示素子が重厚となる可能性があるからである。また、液晶表示素子の薄型化を考慮すると凹部が形成されている部分の厚みは薄い方が好ましいが、薄すぎるものを形成するのは困難であることから、凹部が形成されている部分の厚みは通常０．１μｍ以上とされる。
【００８９】
ここで、本発明においては、通常、このような凹凸構造を複製する場合、形成された樹脂層表面は撥水性が高くなる可能性があるが、上記樹脂層上にカラムナー配向層形成用塗工液が塗布されることから、上記樹脂層は親水性であることが好ましい。したがって、上記樹脂層上に親水性層が設けられていてもよく、また上記樹脂層表面が親水化処理されたものであってもよい。上記樹脂層の表面を親液性となるように表面処理する方法としては、アルゴンや水などを利用したプラズマ処理による親液性表面処理等が挙げられ、また樹脂層上に形成する親液性層としては、例えばテトラエトキシシランのゾルゲル法によるシリカ膜等を挙げることができる。
【００９０】
（カラムナー配向層）
本態様に用いられる上記カラムナー配向層の厚みは、液晶表示素子の要求特性に応じて異なるものであり、また、カラムナー配向層がカラム構造のみを有する場合、およびカラム構造と樹脂層とを有する場合によっても異なるものである。例えば、カラムナー配向層がカラム構造のみを有する場合、このカラムナー配向層の厚みとしては、通常２ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内が好ましく、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内がより好ましく、１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内がさらに好ましい。厚みが薄すぎるカラムナー配向層を形成するのは困難であり、一方、カラムナー配向層の厚みが厚すぎると、表面近傍で配向乱れを生じる場合があり、コスト的にも好ましくないからである。
【００９１】
また、上記カラムナー配向層の透過率は、全域にわたって、４０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。なお、上記透過率は、トプコン社製分光放射計（型式：ＳＲ−３）によって測定することができる。
【００９２】
このようなカラムナー配向層は、上記板状分子を溶媒中に添加してなるカラムナー配向層形成用塗工液中で、上記板状分子からなるカラム構造を形成させ、この塗工液を塗布することで、カラム構造を維持した状態で基板上に形成することができる。カラムナー配向層の製造方法については、後述する「Ｂ．液晶表示素子の製造方法」の項で詳しく説明するので、ここでの記載は省略する。
【００９３】
ｂ．液晶層
次に、本発明の第１の態様に用いられる液晶層について説明する。本態様に用いられる液晶層は、上述した２つのカラムナー配向層間に強誘電性液晶を充填させることにより構成されるものである。以下、このような強誘電性液晶について説明する。
【００９４】
（強誘電性液晶）
本態様に用いられる強誘電性液晶としては、カイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ＊）相を発現するものであれば特に限定されるものではなく、降温過程において、コレステリック（Ｃｈ）相−スメクチックＡ（ＳｍＡ）相−カイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ＊）相と相変化する材料を用いることもでき、Ｃｈ相−ＳｍＣ＊相と相変化し、ＳｍＡ相を経由しない材料を用いることもできる。中でも本態様に用いられる強誘電性液晶としては、後者のＳｍＡ相を経由しない相転移系列を示すものであることが好ましい。このような相転移系列を示す強誘電性液晶は、単安定性の駆動特性を示す傾向にあり、このように単安定性の駆動特性を示す材料を用いることにより、階調表示が可能となり、高精細なカラー表示の液晶表示素子を得ることが容易となるからである。
【００９５】
なかでも、本態様の液晶表示素子を、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させる場合には、本態様に用いられる強誘電性液晶としては、上記のような単安定性の駆動特性を示す強誘電性液晶の中でも、正負いずれかの電圧を印加したときにのみ液晶分子が動作するハーフＶ字駆動する強誘電性液晶を用いることが好ましい。このような特性を有する強誘電性液晶を用いることにより、白黒シャッターの開口時間を長くとることができ、明るいカラー表示の液晶表示素子を得ることができるからである。
【００９６】
さらに、本態様に用いられる強誘電性液晶としては、単一相を構成するものであることが好ましい。単一相を構成するとは、高分子安定化法などのように、ポリマーネットワークが形成されていないことをいうものであり、このように、単一相の強誘電性液晶を用いることにより、製造プロセスが容易となり、駆動電圧を低くすることができるからである。
なお、後述するように、本態様に用いられる液晶層においては、ポリマーネットワークが形成されていてもよい。
【００９７】
このような強誘電性液晶の具体例としては、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社より販売されている「Ｒ２３０１」、「ＦＥＬＩＸ−３２０６」が挙げられる。
【００９８】
（液晶層）
上述したような強誘電性液晶により構成される上記液晶層の厚みは、１．２μｍ〜３．０μｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは１．３μｍ〜２．５μｍ、さらに好ましくは１．４μｍ〜２．０μｍの範囲内である。液晶層の厚みが薄すぎるとコントラストが低下するおそれがあり、逆に液晶層の厚みが厚すぎると強誘電性液晶が配向しにくくなる可能性があるからである。
【００９９】
液晶層の形成方法としては、一般に液晶セルの作製方法として用いられる方法を使用することができる。例えば、あらかじめ基板上に電極を形成し、上記光配向膜を設けて作製した液晶セルに、上記強誘電性液晶を加温することにより等方性液体とし、キャピラリー効果を利用して注入し、接着剤で封鎖することにより液晶層を形成することができる。上記液晶層の厚みは、ビーズなどのスペーサーにより調整することができる。
【０１００】
本態様に用いられる液晶層においては、ポリマーネットワークが形成されていてもよい。すなわち、液晶層には、重合性モノマーの重合物が含有されていてもよい。これにより、強誘電性液晶の配列をより安定化することができるからである。
【０１０１】
上記重合性モノマーの重合物に用いられる重合性モノマーとしては、重合反応により重合物を生じる化合物であれば特に限定されない。このような重合性モノマーとしては、加熱処理により重合反応を生じる熱硬化性樹脂モノマー、および活性放射線の照射により重合反応を生じる活性放射線硬化性樹脂モノマーを挙げることができる。なかでも本発明においては活性放射線硬化性樹脂モノマーを用いることが好ましい。熱硬化性樹脂モノマーは重合反応を生じさせるために加温処理をすることが必要であるため、このような加温処理により上記強誘電性液晶の規則的な配列が損なわれたり、相転移が誘起されてしまう恐れがある。一方、活性放射線硬化性樹脂モノマーではこのような恐れが無く、重合反応が生じることによって強誘電性液晶の配列が害されることが少ないからである。
【０１０２】
上記活性放射線硬化性樹脂モノマーとしては、電子線の照射により重合反応を生じる電子線硬化性樹脂モノマー、および光照射により光硬化性樹脂モノマーを挙げることができる。なかでも本発明においては、光硬化性樹脂モノマーを用いることが好ましい。光硬化性樹脂モノマーを用いることにより、本態様の液晶表示素子の製造方法を簡略化することができるからである。
【０１０３】
上記光硬化性樹脂モノマーとしては、波長が１５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の光を照射することにより、重合反応を生じるものであれば特に限定されない。なかでも本発明おいては、波長が２５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内、特に３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の光を照射することにより重合反応を生じる紫外線硬化性樹脂モノマーを用いることが好ましい。照射装置の容易性等の面において利点を有するからである。
【０１０４】
上記紫外線硬化性樹脂モノマーが有する重合性官能基は、上記波長領域の紫外線照射により、重合反応を生じるものであれば特に限定されない。本態様においては、アクリレート基を有する紫外線硬化型樹脂モノマーを用いることが好ましい。
【０１０５】
上記紫外線硬化性樹脂モノマーは、一分子中に一つの重合性官能基を有する単官能性モノマーであってもよく、また、一分子中に二以上の重合性官能基を有する多官能性モノマーであってもよい。なかでも本態様においては、多官能性モノマーを用いることが好ましい。多官能性モノマーを用いることにより、上記液晶層においてより強いポリマーネットワークを形成することが可能になるため、分子間力および第１配向層界面におけるポリマーネットワークを強化することができる。したがって、多官能性モノマーを用いることにより、液晶層の温度変化によって上記強誘電性液晶の配列が乱れることを抑制することができるからである。
【０１０６】
本態様においては、上記多官能性モノマーの中でも分子の両末端に重合性官能基を有する２官能性モノマーであることが好ましい。分子の両端に上記官能基を有することにより、ポリマー同士の間隔が広いポリマーネットワークを形成することができるため、液晶層に重合性モノマーの重合物を含むことによる強誘電性液晶の駆動電圧の低下を防止できるからである。
【０１０７】
本態様においては、上記紫外線硬化性樹脂モノマーのなかでも、液晶性を発現する紫外線硬化性液晶モノマーを用いることが好ましい。このような紫外線硬化性液晶モノマーが好ましい理由は次の通りである。すなわち、紫外線硬化性液晶モノマーは液晶性を示すことから、上記第１配向層または第２配向層の配向規制力により規則的に配列することができる。したがって、紫外線硬化性液晶モノマーを規則的に配列した後に、重合反応を生じさせることにより、上記液晶層中に、規則的な配列状態を維持したまま固定化することが可能になる。このような規則的な配列状態を有する重合物が液晶層中に存在することにより、上記強誘電性液晶の配列安定性を向上することができるため、本態様の液晶表示素子を耐熱性や耐衝撃性に優れたものにできるからである。
【０１０８】
上記紫外線硬化性液晶モノマーが示す液晶相としては、特に限定されず、例えばネマチック相、ＳｍＡ相、ＳｍＣ相を挙げることができる。
【０１０９】
本発明に用いられる上記紫外線硬化性液晶モノマーとしては、例えば、下記式に示す化合物を挙げることができる。
【０１１０】
【化１７】
【０１１１】
上記式において、Ａ、Ｂ、Ｄ、ＥおよびＦはベンゼン、シクロヘキサンまたはピリミジンを表し、これらはハロゲン等の置換基を有していてもよい。また、ＡおよびＢ、あるいはＤおよびＥは、アセチレン基、メチレン基、エステル基等の結合基を介して結合していてもよい。Ｍ１およびＭ２は、水素原子、炭素数３〜９のアルキル基、炭素数３〜９のアルコキシカルボニル基、またはシアノ基のいずれであってもよい。さらに、分子鎖末端のアクリロイルオキシ基とＡまたはＤとは、炭素数３〜６のアルキレン基等のスペーサーを介して結合していてもよい。
【０１１２】
【化１８】
【０１１３】
上記式において、Ｙは、水素、炭素数１〜２０のアルキル、炭素数１〜２０のアルケニル、炭素数１〜２０のアルキルオキシ、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表す。
【０１１４】
上記式で示される化合物のなかでも、本発明において好適に用いられる具体的な化合物としては、下記式の化合物を例示することができる。
【０１１５】
【化１９】
【０１１６】
【化２０】
【０１１７】
【化２１】
【０１１８】
本態様に用いられる重合性モノマーの重合物は、単一の重合性モノマーの重合物であっても良く、また２以上の異なる重合性モノマーの重合物であっても良い。２以上の異なる重合性モノマーの重合物とする場合は、例えば、上記紫外線硬化性液晶モノマーと他の紫外線硬化性樹脂モノマーとの重合物を例示することができる。
【０１１９】
重合性モノマーとして上記紫外線硬化性液晶モノマーを用いた場合、本発明に用いられる重合性モノマーの重合物としては、主鎖に液晶性を示す原子団を有することにより主鎖が液晶性を示す主鎖液晶型重合物であっても良く、また側鎖に液晶性を示す原子団を有することにより側鎖が液晶性を示す側鎖液晶型重合物であっても良い。なかでも本態様においては、側鎖液晶型重合物であることが好ましい。液晶性を示す原子団が側鎖に存在することにより当該原子団の自由度が高くなるため、液晶層において液晶性を示す原子団が配向しやすくなるからである。また、その結果として液晶層中の強誘電性液晶の配向安定性を向上することができるからである。
【０１２０】
上記液晶層中における重合性モノマーの重合物の存在量は、上記強誘電性液晶の配列安定性を所望の程度にできる範囲内であれば特に限定されないが、通常、液晶層中に０．５質量％〜３０質量％の範囲内が好ましく、特に１質量％〜２０質量％の範囲内が好ましく、中でも１質量％〜１０質量％の範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも多いと、上記強誘電性液晶の駆動電圧の増加や、応答速度の低下を生じる場合があるからである。また、上記範囲よりも少ないと上記強誘電性液晶の配列安定性が不十分となり、本態様の液晶表示素子の耐熱性や耐衝撃性を損なってしまう可能性があるからである。
ここで、液晶層中における重合性モノマーの重合物の存在量は、液晶層中の単分子液晶を溶剤で洗い流した後、残存する重合性モノマーの重合物の重量を電子天秤で測量することによって求めた残存量と、上記液晶層の総質量とから算出することができる。
【０１２１】
本態様に用いられる液晶層には、本発明の目的を損なわない範囲で他の化合物を含んでもよい。このような他の化合物としては、未反応の重合性モノマー、光重合開始剤、反応開始剤、および反応禁止剤等を挙げることができる。
【０１２２】
ｃ．第１基材および第２基材
本態様に用いられる第１基材および第２基材としては、一般に液晶表示素子の基材として用いられるものであれば特に限定されるものではなく、例えばガラス板、プラスチック板などが好ましく挙げられる。本態様に用いられる基材の表面粗さ（ＲＳＭ値）は、１０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以下の範囲内である。なお、上記表面粗さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定した値とする。
【０１２３】
ｄ．第１電極層および第２電極層
本態様に用いられる第１電極層および第２電極層は、強誘電性液晶に信号電圧を加えることにより、強誘電性液晶を駆動させるものである。
【０１２４】
このような第１電極層および第２電極層としては、一般に液晶表示素子の電極層として用いられているものであれば特に限定されるものではないが、少なくとも一方が透明導電体で形成されることが好ましい。透明導電体材料としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等が好ましく挙げられる。
【０１２５】
本発明の液晶表示素子をＴＦＴ素子を用いてアクティブマトリックス駆動するものとする場合には、第１電極層および第２電極層のうち一方を上記透明導電体で形成される全面共通電極とし、他方をｘ電極とｙ電極をマトリックス状に配列し、ｘ電極とｙ電極で囲まれた部分にＴＦＴ素子および画素電極を配置することが好ましい。
【０１２６】
これらの電極のうち全面共通電極とされる透明導電膜は、上記基板上にＣＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の蒸着方法により形成することができる。また、ｘ電極およびｙ電極は、クロム、アルミニウム等の金属の導電膜を上記の蒸着方法により形成し、これをマトリックス状にパターニングすることにより形成することができる。パターニング方法としては、フォトリソグラフィ法等の一般的な方法を用いることができる。
【０１２７】
ｅ．偏光板
次に、本態様に用いられる偏光板について説明する。本態様に用いられる偏光板は、上述した第１基材および第２基材の外側に設けられるものであり、入射光を直線偏光とし、液晶分子の配向方向に偏光した光のみを透過する機能を有するものである。
【０１２８】
本態様に用いられる偏光板としては、光の波動のうち特定方向のみを透過させるものであれば特に限定されるものではなく、一般に液晶表示素子の偏光板として公知のものを使用することができる。
【０１２９】
（２）液晶表示素子の製造方法
このような第１の態様の液晶表示素子の製造方法について以下に説明する。本態様の液晶表示素子は、液晶表示素子の製造方法として一般に公知の方法により製造することができる。
【０１３０】
ここでは、本態様の液晶表示素子の製造方法の一例として、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子の製造方法の一例について説明する。
【０１３１】
まず、第１基材上に上述した蒸着方法により透明導電膜を形成し、全面共通電極である第１電極層を形成する。一方、第２基材上には、導電膜をマトリックス状にパターニングすることによりｘ電極、ｙ電極を形成し、スイッチング素子および画素電極を設置して第２電極層とする。
次に、このようにして形成された第１電極層および第２電極層上に、後述する方法によりカラムナー配向層を形成し、形成されたカラムナー配向層のうち一方にスペーサーとしてビーズを分散させ、周囲にシール剤を塗布して２枚の基板をカラムナー配向層が対向するように貼り合わせ、熱圧着させる。こうして得られた液晶セルの注入口からキャピラリー効果を利用して強誘電性液晶を加熱して等方相またはネマチック相の状態で注入し、注入口を紫外線硬化樹脂等により封鎖する。その後、強誘電性液晶は徐冷することにより配向させ、液晶層を形成する。上記第１基材および第２基材の外側には偏光板を貼り付け、このようにして第１の態様の液晶表示素子を得ることができる。
【０１３２】
また本態様においては、高分子安定化法を用いて液晶表示素子を作製することができる。この場合、第１配向基板および第２配向基板間に強誘電性液晶と重合性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する液晶封入工程と、強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相の状態とする液晶配向工程と、強誘電性液晶がカイラルスメクチックＣ相の状態で重合性モノマーを重合する重合工程とにより、液晶層を形成することができる。
【０１３３】
上記液晶封入工程において、強誘電性液晶と重合性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を封入する方法としては、特に限定されるものではない。例えば、あらかじめ第１配向基板および第２配向基板を用いて作製した液晶セルに、液晶層形成用組成物を加温することによって液晶層形成用組成物中の強誘電性液晶を等方性液体とし、注入口からキャピラリー効果を利用して注入することにより封入することができる。この場合、注入口は接着剤で封鎖される。
この際、液晶層形成用組成物中に含まれる重合性モノマーの量は、液晶層を形成した後に、強誘電性液晶の配列安定化するのに必要な量に応じて任意に決定すればよい。なかでも本発明においては、液晶層形成用組成物中０．５質量％〜３０質量％の範囲内が好ましく、特に１質量％〜２０質量％の範囲内が好ましく、なかでも１質量％〜１０質量％の範囲内が好ましい。重合性モノマーの含有量が上記範囲よりも多いと、液晶層を形成した後に強誘電性液晶の駆動電圧が高くなってしまい、液晶表示素子の性能を害する可能性があるからである。また、上記範囲よりも低いと、強誘電性液晶の配列安定化が不十分となる結果、液晶表示素子の耐熱性、耐衝撃性等が低下してしまう可能性があるからである。
また、液晶層形成用組成物を封入する際には、強誘電性液晶をカイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上に加温する。温度は、カイラルスメクチックＣ相からネマチック相への転移温度以上であればよいが、通常、強誘電性液晶は等方相またはネマチック相の状態となるように加温される。具体的な温度としては、強誘電性液晶の種類によって異なり、適宜選択される。
【０１３４】
次に、液晶配向工程においては、封入された強誘電性液晶を冷却する。この際、強誘電性液晶は、通常、室温（２５℃程度）になるまで徐冷される。
また、重合工程において、上記重合性モノマーを重合する方法としては、重合性モノマーの種類に応じて任意に決定すればよく、例えば、重合性モノマーとして紫外線硬化性樹脂モノマーを用いた場合は、紫外線照射により重合させることができる。
【０１３５】
このような重合性モノマーの重合は、液晶層に電圧を印加した状態で行ってもよく、電圧を印加しない状態で行ってもよいが、本態様においては液晶層に電圧を印加しない状態で行うことが好ましい。電圧を印加しない状態で重合することにより、製造プロセスがより簡略になるからである。
【０１３６】
２．第２の態様
次に、本発明の液晶表示素子の第２の態様について説明する。第２の態様の液晶表示素子は、上記第１配向層および上記第２配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第１配向層の板状分子の法線方向と上記第２配向層の板状分子の法線方向とが略垂直に配置され、上記第１配向層または上記第２配向層の対向面上に、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層を有するものであることを特徴とするものである。
【０１３７】
このような第２の態様の液晶表示素子について以下に説明する。図１（ｂ）は、本発明の第２の態様の液晶表示素子の一例を示すものであり、図中、第１配向層３ａおよび第２配向層３ｂは上記カラムナー配向層である。本態様においては、このように第１配向層および第２配向層を上記カラムナー配向層とすることにより、ラビング処理や光配向処理を要することなく、簡便な方法で強誘電性液晶を配向させるものである。
【０１３８】
これらの配向層は、図３（ｂ）に示すように、上記第１配向層３ａの板状分子の法線方向と上記第２配向層３ｂの板状分子の法線方向とが略垂直に配置されている。ここで「略垂直」とは、上記第１配向層３ａの板状分子の法線方向と上記第２配向層３ｂの板状分子の法線方向とがなす角度θが９０°±５°の範囲となることをいうものである。この角度θは、９０°±１°の範囲であることが好ましい。
【０１３９】
さらに本態様においては、上記第２配向層３ｂ上には、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層６が形成されている。この反応性液晶層６は、上記第２配向層３ｂ上に固定化されてなるものであり、第２配向層３ｂにより反応性液晶層６に異方性が付与されるので、それにより強誘電性液晶を配向させるための配向膜として機能するものである。この場合に、第１配向層の板状分子の法線方向および第２配向層の板状分子の法線方向が略垂直に配置された第１配向層および第２配向層の配向方向は、この反応性液晶層を介することにより、略平行に変化することから、液晶層に用いられる強誘電性液晶の配向を制御することができる。さらに、上記反応性液晶は、強誘電性液晶と構造が比較的類似していることから、強誘電性液晶との相互作用が強く、効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができる。また、第１配向層および第２配向層の構成材料が相互に等しい組成を有する場合であっても、いずれか一方の配向層上に反応性液晶層を設けることにより、強誘電性液晶を挟んで上下の層が異なるものとなり、それぞれの層と強誘電性液晶との相互作用が異なるので、配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶を配向させることができる。特にスメクチックＡ相（ＳｍＡ）を経由しない相転移系列を示す強誘電性液晶を用いた場合にはダブルドメインの発生を抑制することができ、強誘電性液晶のモノドメイン配向が得られるのである。
【０１４０】
なお、図１（ｂ）において、上記反応性液晶層６は第２配向層３ｂ上に形成されているが、本態様において、上記反応性液晶層６は、第１配向層３ａまたは第２配向層３ｂのいずれか一方に形成されていればよく、第１配向層３ａ上に形成されていてもよい。
【０１４１】
このような本態様の各構成部材および製造方法について以下に説明するが、本態様に用いられる液晶層、第１基材、第２基材、第１電極層、第２電極層および偏光板は、第１の態様の項で述べたものと同じである。また、本態様の製造方法については、第１配向層または第２配向層上に反応性液晶層を設けることを除いて、第１の態様の項で述べた方法と同様にして行うことができるので、これらの説明については省略する。以下、本態様に用いられる第１配向層、第２配向層および反応性液晶層について説明する。
【０１４２】
ａ．第１配向層および第２配向層
本態様において、第１配向層および第２配向層はカラムナー配向層であり、カラムナー配向層については、上記第１の態様で述べたものと同じであり、ここでの説明は省略するが、本態様においては、第１配向層および第２配向層の構成材料は相互に異なるものであっても、全く同じものであっても構わない。
【０１４３】
ｂ．反応性液晶層
本態様に用いられる反応性液晶層は、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶を固定化してなるものである。このような反応性液晶は、下地となる第１配向層または第２配向層により配向しており、例えば紫外線を照射して反応性液晶を重合させ、その配向状態を固定化することにより反応性液晶層が形成される。このように本態様においては、反応性液晶層が第１配向層または第２配向層上に固定化されており、第１配向層または第２配向層によって反応性液晶層に異方性が付与されるため、反応性液晶層は強誘電性液晶を配向させるための配向膜として機能することができる。
【０１４４】
また、上記反応性液晶層は、このように第１配向層または第２配向層に固定化されているため、強誘電性液晶を相転移点より高温に昇温しても配向乱れが生じにくく、配向安定性に優れたものである。
【０１４５】
さらに、このような反応性液晶層に用いられる反応性液晶は、強誘電性液晶と構造が比較的類似しており、強誘電性液晶との相互作用が強いため、強誘電性液晶の配向を効果的に制御することができるという利点を有する。
【０１４６】
（反応性液晶）
以下、このような反応性液晶層に用いられる反応性液晶について説明する。本態様に用いられる反応性液晶は、第１配向層または第２配向層のいずれかに固定化されることにより反応性液晶層を構成するものであり、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示すものである。このネマチック相は、液晶相の中でも配向制御が比較的容易であり、このように反応性液晶としてネマチック相を示すものを用いることにより、下地となる第１配向層または第２配向層によって反応性液晶層に容易に異方性を付与することができる。また、反応性液晶が重合性液晶材料を含むことにより、反応性液晶の配向状態を固定化することができる。
【０１４７】
重合性液晶材料としては、重合性液晶モノマー、重合性液晶オリゴマーおよび重合性液晶ポリマーのいずれかを用いることができるが、本態様においては、重合性液晶モノマーが好適に用いられる。重合性液晶モノマーは、他の重合性液晶材料、すなわち重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマーと比較して、より低温で配向が可能であり、かつ配向に際しての感度も高く、容易に配向させることができるからである。
【０１４８】
上記重合性液晶モノマーとしては、重合性官能基を有する液晶モノマーであれば特に限定されなく、例えばモノアクリレートモノマー、ジアクリレートモノマー等が挙げられる。また、これらの重合性液晶モノマーは単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【０１４９】
モノアクリレートモノマーとしては、例えば下記式で表される化合物を例示することができる。
【０１５０】
【化２２】
【０１５１】
上記式において、Ａ、Ｂ、Ｄ、ＥおよびＦはベンゼン、シクロヘキサンまたはピリミジンを表し、これらはハロゲン等の置換基を有していてもよい。また、ＡおよびＢ、あるいはＤおよびＥは、アセチレン基、メチレン基、エステル基等の結合基を介して結合していてもよい。Ｍ１およびＭ２は、水素原子、炭素数３〜９のアルキル基、炭素数３〜９のアルコキシカルボニル基、またはシアノ基のいずれであってもよい。さらに、分子鎖末端のアクリロイルオキシ基とＡまたはＤとは、炭素数３〜６のアルキレン基等のスペーサーを介して結合していてもよい。
【０１５２】
また、ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記式に示すような化合物を挙げることができる。
【０１５３】
【化２３】
【０１５４】
上記式において、ＸおよびＹは、水素、炭素数１〜２０のアルキル、炭素数１〜２０のアルケニル、炭素数１〜２０のアルキルオキシ、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表す。また、ｍは２〜２０の範囲内の整数を表す。Ｘとしては、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、メチルまたは塩素であることが好ましく、中でも、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、特にＣＨ３（ＣＨ２）４ＯＣＯであることが好ましい。
【０１５５】
さらに、ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記式に示すような化合物を挙げることができる。
【０１５６】
【化２４】
【０１５７】
上記式において、Ｚ３１およびＺ３２は、各々独立して直接結合している−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯ−、−ＯＣＯＣＨ２ＣＨ２−を表し、Ｒ３１は水素または炭素数１〜５のアルキルを表す。また、ｋおよびｍは０または１を表し、ｎは２〜８の範囲内の整数を表す。
また、上記式（３）で表される化合物の具体例としては、下記式に示す化合物を挙げることができる。
【０１５８】
【化２５】
【０１５９】
上記式において、Ｚ２１およびＺ２２は、各々独立して直接結合している−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯ−、−ＯＣＯＣＨ２ＣＨ２−を表す。また、ｍは０または１を表し、ｎは２〜８の範囲内の整数を表す。
【０１６０】
本態様においては、中でも、上記式（１）または（３）で表される化合物が好適に用いられる。上記式（３）で表される化合物を含有する反応性液晶としては、例えば旭電化工業株式会社製の「アデカキラコール PLC-7183」、「アデカキラコール PLC-7209」などを挙げることができる。また、アクリレートモノマーを含有する反応性液晶としては、例えばRolic technologies 社製の「ROF-5101」、「ROF-5102」などが挙げられる。
【０１６１】
本態様に用いられる重合性液晶モノマーは、上記の中でもジアクリレートモノマーであることが好ましい。ジアクリレートモノマーは、配向状態を良好に維持したまま容易に重合させることができるからである。
【０１６２】
上述した重合性液晶モノマーはそれ自体がネマチック相を発現するものでなくてもよい。本態様において、これらの重合性液晶モノマーは上述したように２種以上を混合して用いてもよいものであり、これらを混合した組成物すなわち反応性液晶が、ネマチック相を発現するものであればよい。
【０１６３】
さらに本態様においては、必要に応じて上記反応性液晶に光重合開始剤や重合禁止剤を添加してもよい。例えば、電子線照射により重合性液晶材料を重合させる際には、光重合開始剤が不要な場合はあるが、一般的に用いられている例えば紫外線照射による重合の場合においては、通常光重合開始剤が重合促進のために用いられるからである。
【０１６４】
本態様に用いることができる光重合開始剤としては、ベンジル（ビベンゾイルともいう）、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、４−ベンゾイル−４´−メチルジフェニルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルアミノメチルベンゾエート、２−ｎ−ブトキシエチル−４−ジメチルアミノベンゾエート、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、３，３´−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン、メチロベンゾイルフォーメート、２−メチル−１−（４−（メチルチオ）フェニル）−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン、１−（４−ドデシルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、２−クロロチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２，４−ジメチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、１−クロロ−４−プロポキシチオキサントン等を挙げることができる。なお、光重合開始剤の他に増感剤を、本態様の目的が損なわれない範囲で添加することも可能である。
【０１６５】
このような光重合開始剤の添加量としては、一般的には０．０１〜２０重量％、好ましくは０．１〜１０重量％、より好ましくは０．５〜５重量％の範囲で上記反応性液晶に添加することができる。
【０１６６】
（反応性液晶層）
上記のような反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層の厚みは１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内である。反応性液晶層が上記範囲を超えて厚くなると必要以上の異方性が生じてしまい、また上記範囲より薄いと所定の異方性が得られない場合があるからである。したがって、反応性液晶層の厚みは、必要な異方性に準じて決定すればよい。
【０１６７】
次に、反応性液晶層の形成方法について説明する。反応性液晶層は、第１配向層または第２配向層上に上記反応性液晶を含む反応性液晶層形成用塗工液を塗布し、配向処理を行い、上記反応性液晶の配向状態を固定化することにより形成することができる。
【０１６８】
また、反応性液晶層形成用塗工液を塗布するのではなく、ドライフィルム等をあらかじめ形成し、これを第１配向層または第２配向層上に積層する方法も用いることができるが、本態様においては、反応性液晶を溶媒に溶解させて反応性液晶層形成用塗工液を調製し、これを第１配向層または第２配向層上に塗布し、溶媒を除去する方法を用いることが好ましい。この方法は、工程上比較的簡便であるからである。
【０１６９】
上記反応性液晶層形成用塗工液に用いる溶媒としては、上記反応性液晶等を溶解することができ、かつ上記カラムナー配向層の配向能を阻害しないものであれば特に限定されない。例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、ｎ−ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン等の炭化水素類；メトキシベンゼン、１，２−ジメトキシベンゼン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、２，４−ペンタンジオン等のケトン類；酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類；２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒；クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、トリトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、オルソジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒；ｔ−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノアセチン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール等のアルコール類；フェノール、パラクロロフェノール等のフェノール類；メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のセロソルブ類等の１種または２種以上が使用可能である。
【０１７０】
また、単一種の溶媒を使用しただけでは、上記反応性液晶等の溶解性が不十分であったり、カラムナー配向層が侵食されたりする場合があるが、２種以上の溶媒を混合使用することにより、この不都合を回避することができる。上記の溶媒の中にあって、単独溶媒として好ましいものは、炭化水素類とグリコールモノエーテルアセテート系溶媒であり、混合溶媒として好ましいものは、エーテル類またはケトン類と、グリコール系溶媒との混合系である。反応性液晶層形成用塗工液の濃度は、反応性液晶の溶解性や、形成しようとする反応性液晶層の厚みに依存するため一概には規定できないが、通常は１〜６０重量％、好ましくは３〜４０重量％の範囲で調整される。
【０１７１】
さらに、上記反応性液晶層形成用塗工液には、本態様の目的を損なわない範囲内で、下記に示すような化合物を添加することができる。添加できる化合物としては、例えば、多価アルコールと１塩基酸または多塩基酸を縮合して得られるポリエステルプレポリマーに、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリエステル（メタ）アクリレート；ポリオール基と２個のイソシアネート基を持つ化合物を互いに反応させた後、その反応生成物に（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリウレタン（メタ）アクリレート；ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸ポリグリシジルエステル、ポリオールポリグリシジルエーテル、脂肪族または脂環式エポキシ樹脂、アミンエポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂と、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるエポキシ（メタ）アクリレート等の光重合性化合物；アクリル基やメタクリル基を有する光重合性の液晶性化合物等が挙げられる。上記反応性液晶に対するこれら化合物の添加量は、本態様の目的が損なわれない範囲で選択される。これらの化合物の添加により、反応性液晶の硬化性が向上し、得られる反応性液晶層の機械強度が増大し、またその安定性が改善される。
【０１７２】
このような反応性液晶層形成用塗工液を塗布する方法としては、スピンコート法、ロールコート法、プリント法、ディップコート法、カーテンコート法(ダイコート法)、キャスティング法、バーコート法、ブレードコート法、スプレーコート法、グラビアコート法、リバースコート法、押し出しコート法等が挙げられる。
【０１７３】
また、上記反応性液晶層形成用塗工液を塗布した後は、溶媒を除去するのであるが、この溶媒の除去は、例えば、減圧除去もしくは加熱除去、さらにはこれらを組み合わせる方法等により行われる。
【０１７４】
本態様においては、上述したように塗布された反応性液晶を、カラムナー配向層により配向させて液晶規則性を有する状態とする。すなわち、反応性液晶にネマチック相を発現させる。これは、通常はＮ−Ｉ転移点以下で熱処理する方法等の方法により行われる。ここで、Ｎ−Ｉ転移点とは、液晶相から等方相へ転移する温度を示すものである。
【０１７５】
上述したように、反応性液晶は重合性液晶材料を含むものであり、このような重合性液晶材料の配向状態を固定化するには、重合を活性化する活性放射線を照射する方法が用いられる。ここでいう活性放射線とは、重合性液晶材料に対して重合を起こさせる能力がある放射線をいい、必要であれば重合性液晶材料内に光重合開始剤が含まれていてもよい。
【０１７６】
このような活性放射線としては、重合性液晶材料を重合させることが可能な放射線であれば特に限定されるものではないが、通常は装置の容易性等の観点から紫外光または可視光線が使用され、波長が１５０〜５００ｎｍ、好ましくは２５０〜４５０ｎｍ、さらに好ましくは３００〜４００ｎｍの照射光が用いられる。
【０１７７】
本態様においては、光重合開始剤が紫外線でラジカルを発生し、重合性液晶材料がラジカル重合するような重合性液晶材料に対して、紫外線を活性放射線として照射する方法が好ましい方法であるといえる。活性放射線として紫外線を用いる方法は、既に確立された技術であることから、用いる光重合開始剤を含めて、本態様への応用が容易であるからである。
【０１７８】
この照射光の光源としては、低圧水銀ランプ（殺菌ランプ、蛍光ケミカルランプ、ブラックライト）、高圧放電ランプ（高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ）、ショートアーク放電ランプ（超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ）などが例示できる。なかでもメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ等の使用が推奨される。また、照射強度は、反応性液晶の組成や光重合開始剤の多寡によって適宜調整されて照射される。
【０１７９】
このような活性照射線の照射は、上記重合性液晶材料が液晶相となる温度条件で行ってもよく、また液晶相となる温度より低い温度で行ってもよい。一旦液晶相となった重合性液晶材料は、その後温度を低下させても、配向状態が急に乱れることはないからである。
【０１８０】
なお、重合性液晶材料の配向状態を固定化する方法としては、上記の活性放射線を照射する方法以外にも、加熱して重合性液晶材料を重合させる方法も用いることができる。
【０１８１】
３．第３の態様
次に、本発明の液晶表示素子の第３の態様について説明する。第３の態様の液晶表示素子は、上記第１配向層が上記カラムナー配向層であり、上記第２配向層が光配向膜であることを特徴とするものである。
【０１８２】
このような第３の態様の液晶表示素子について以下に説明する。図１（ａ）は、本発明の第３の態様の液晶表示素子の一例を示すものであり、図中、第１配向層３ａは、上記カラムナー配向層であり、第２配向層３ｂが光配向膜であり、図３（ａ）に示すように、上記第１配向層３ａの板状分子の法線方向と上記第２配向層３ｂの配向方向とが略平行に配置されていることにより、配向処理を簡略化して、配向欠陥を生じることなく、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得るものである。なお「略平行」の定義は、第１の態様で説明したものと同じである。
【０１８３】
以下、本態様の各構成部材および製造方法について説明するが、本態様に用いられる第１配向層はカラムナー配向層であり、このカラムナー配向層については、第１の態様の項で述べたものと同じであるのでここでの説明は省略する。また、本態様に用いられる液晶層、第１基材、第２基材、第１電極層、第２電極層および偏光板は第１の態様の項で説明したものと同じものを使用することができ、さらに本態様の製造方法については、第２配向層をラビング配向膜または光配向膜とすることを除いて第１の態様の項で述べた方法と同様であるので、これらの説明は省略する。以下、本態様に用いられる第２配向層について説明する。
【０１８４】
ａ．第２配向層
本態様に用いられる第２配向層は、第１配向層とともに強誘電性液晶を挟持して強誘電性液晶の配向を制御する機能を有するものであり、本態様においてこの第２配向層は光配向膜である。
【０１８５】
本態様に用いられる光配向膜としては、一般に液晶表示素子に用いられるものであれば特に限定されるものではなく、後述する光配向膜の構成材料を塗布した基板に偏光を制御した光を照射し、光励起反応（分解、異性化、二量化）を生じさせて得られた膜に異方性を付与することによりその膜上の液晶分子を配向させるものである。
【０１８６】
このような光配向膜の構成材料は、光を照射して光励起反応を生じることにより、強誘電性液晶を配向させる効果（光配列性：ｐｈｏｔｏａｌｉｇｎｉｎｇ）を有するものであれば特に限定されるものではなく、このような材料としては、大きく、光反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する光反応型の材料と、光異性化反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する光異性化反応型の材料とに分けることができる。なお、上記光配向膜の構成材料が光励起反応を生じる光の波長領域は、紫外光域の範囲内、すなわち１０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましく、２５０ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。以下、それぞれについて説明する。
【０１８７】
（光反応型）
まず、光反応型の構成材料について説明する。上述したように、光反応型の構成材料とは、光反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する材料である。本態様に用いられる光反応型の構成材料としては、このような特性を有するものであれば特に限定されるものではないが、中でも光二量化反応または光分解反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する材料であることが好ましい。
【０１８８】
ここで、光二量化反応とは、光照射により偏光方向に配向した反応部位がラジカル重合して分子２個が重合する反応をいい、この反応により偏光方向の配向を安定化し、光配向膜に異方性を付与することができるものである。一方、光分解反応とは、光照射により偏光方向に配向したポリイミドなどの分子鎖を分解する反応をいい、この反応により偏光方向に垂直な方向に配向した分子鎖を残し、光配向膜に異方性を付与することができるものである。本態様においては、これらの光反応型の材料の中でも、露光感度が高く、材料選択の幅が広いことから、光二量化反応により光配向膜に異方性を付与する材料を用いることがより好ましい。
【０１８９】
このような光二量化反応を利用した光反応型の材料としては、光二量化反応により光配向膜に異方性を付与することができる材料であれば特に限定されるものではないが、ラジカル重合性の官能基を有し、かつ、偏光方向により吸収を異にする二色性を有する光二量化反応性化合物を含むことが好ましい。偏光方向に配向した反応部位をラジカル重合することにより、光二量化反応性化合物の配向が安定化し、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。
【０１９０】
このような特性を有する光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、およびカルコン基から選ばれる少なくとも１種の反応部位を有する二量化反応性ポリマーを挙げることができる。
【０１９１】
これらの中でも光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリンまたはキノリンのいずれかを含む二量化反応性ポリマーであることが好ましい。偏光方向に配向したα、β不飽和ケトンの二重結合が反応部位となってラジカル重合することにより、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。
【０１９２】
上記二量化反応性ポリマーの主鎖としては、ポリマー主鎖として一般に知られているものであれば特に限定されるものではないが、芳香族炭化水素基などの、上記側鎖の反応部位同士の相互作用を妨げるようなπ電子を多く含む置換基を有していないものであることが好ましい。
【０１９３】
上記二量化反応性ポリマーの重量平均分子量は、特に限定されるものではないが、５，０００〜４０，０００の範囲内であることが好ましく、１０，０００〜２０，０００の範囲内であることがより好ましい。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）法により測定することができる。上記二量化反応性ポリマーの重量平均分子量が小さすぎると、光配向膜に適度な異方性を付与することができない場合がある。逆に、大きすぎると、光配向膜形成時の塗工液の粘度が高くなり、均一な塗膜を形成しにくい場合がある。
【０１９４】
二量化反応性ポリマーとしては、下記式で表される化合物を例示することができる。
【０１９５】
【化２６】
【０１９６】
上記式において、Ｍ１およびＭ２は、それぞれ独立して、単重合体または共重合体の単量体単位を表す。例えば、エチレン、アクリレート、メタクリレート、２−クロロアクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、２−クロロアクリルアミド、スチレン誘導体、マレイン酸誘導体、シロキサンなどが挙げられる。Ｍ２としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリレート、メチルメタクリレート、ヒドロキシアルキルアクリレートまたはヒドロキシアルキルメタクリレートであってもよい。ｘおよびｙは、共重合体とした場合の各単量体単位のモル比を表すものであり、それぞれ、０＜ｘ ≦１、０≦ｙ＜１であり、かつ、ｘ＋ｙ＝１を満たす数である。ｎは４〜３０，０００の整数を表す。Ｄ１およびＤ２は、スペーサー単位を表す。
【０１９７】
Ｒ１は−Ａ−（Ｚ１−Ｂ）ｚ−Ｚ２−で表される基であり、Ｒ２は−Ａ−（Ｚ１−Ｂ）Ｚ−Ｚ３−で表される基である。ここで、ＡおよびＢは、それぞれ独立して、共有単結合、ピリジン−２，５−ジイル、ピリミジン−２，５−ジイル、１，４−シクロヘキシレン、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル、または置換基を有していてもよい１，４−フェニレンを表す。また、Ｚ１およびＺ２は、それぞれ独立して、共有単結合、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＯＮＲ−、−ＲＮＣＯ−、−ＣＯＯ−または−ＯＯＣ−を表す。Ｒは、水素原子または低級アルキル基であり、Ｚ３は、水素原子、置換基を有していてもよい、炭素数１〜１２のアルキルまたはアルコキシ、シアノ、ニトロ、ハロゲンである。ｚは、０〜４の整数である。Ｅ１は、光二量化反応部位を表し、例えば、ケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基などが挙げられる。ｊおよびｋは、それぞれ独立して、０または１である。
【０１９８】
このような二量化反応性ポリマーとして、より好ましくは、下記式で表される化合物を挙げることができる。
【０１９９】
【化２７】
【０２００】
上記二量化反応性ポリマーの中でも、下記式で表される化合物１〜４の少なくとも一つであることが特に好ましい。
【０２０１】
【化２８】
【０２０２】
本態様においては、光二量化反応性化合物として、上述した化合物の中から、要求特性に応じて光二量化反応部位や置換基を種々選択することができる。また、光二量化反応性化合物は、１種単独でも２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【０２０３】
また、光二量化反応を利用した光反応型の材料としては、上記光二量化反応性化合物のほか、光配向膜の光配列性を妨げない範囲内で添加剤を含んでいてもよい。上記添加剤としては、重合開始剤、重合禁止剤などが挙げられる。
【０２０４】
重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光二量化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光二量化反応性化合物に対し、０．００１重量％〜２０重量％の範囲内であることが好ましく、０．１重量％〜５重量％の範囲内であることがより好ましい。
【０２０５】
なお、光分解反応を利用した光反応型の材料としては、例えば日産化学工業（株）製のポリイミド「ＲＮ１１９９」などを挙げることができる。また、光二量化反応を利用した光反応型の材料としては、例えばRolic technologies社製の「ＲＯＰ１０２」や「ＲＯＰ１０３」などを挙げることができる。
【０２０６】
次に、上記光反応型の材料を用いた場合の光配向処理方法について説明する。本態様において、光配向処理方法は、光配向膜に異方性を付与することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば電極層が設けられた基板の液晶層と対向する面上に、上述した光配向膜の構成材料を有機溶剤で希釈した塗工液をコーティングし、乾燥させることにより行うことができる。この場合に、塗工液中の光二量化反応性化合物の含有量は、０．０５重量％〜１０重量％の範囲内であることが好ましく、０．２重量％〜２重量％の範囲内であることがより好ましい。光二量化反応性化合物の含有量が小さすぎると、配向膜に適度な異方性を付与することが困難となり、逆に大きすぎると、塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなるからである。
【０２０７】
コーティング法としては、スピンコーティング法、ロールコーティング法、ロッドバーコーティング法、スプレーコーティング法、エアナイフコーティング法、スロットダイコーティング法、ワイヤーバーコーティング法などを用いることができる。
【０２０８】
上記構成材料をコーティングすることにより得られる高分子膜の厚みは１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内であることが好ましく、３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることがより好ましい。上記高分子膜の厚みが小さすぎると十分な光配列性が得られない場合があり、逆に厚みがありすぎても液晶分子が配向乱れを生じる場合があり、また、コスト的に好ましくないからである。
【０２０９】
得られた高分子膜は、偏光を制御した光を照射することにより、光励起反応を生じさせて異方性を付与することができる。照射する光の波長領域は、用いられる光配向膜の構成材料に応じて適宜選択すればよいが、紫外光域の範囲内、すなわち１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは２５０ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲内である。
【０２１０】
偏光方向は、上記光励起反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではないが、強誘電性液晶の配向状態を良好なものとすることができることから、基板面に対して略垂直であることが好ましい。
【０２１１】
（光異性化型）
次に、光異性化型の材料について説明する。本態様において、光異性化型の材料とは、上述したように、光異性化反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する材料であり、このような特性を有する材料であれば特に限定されるものではないが、光異性化反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を含むものであることがより好ましい。このような光異性化反応性化合物を含むことにより、光照射により、複数の異性体のうち安定な異性体が増加し、それにより光配向膜に異方性を付与することができるからである。
【０２１２】
このような光異性化反応性化合物としては、上記のような特性を有する材料であれば特に限定されるものではないが、偏光方向により吸収を異にする二色性を有し、かつ、光照射により光異性化反応を生じるものであることが好ましい。このような特性を有する光異性化反応性化合物の偏光方向に配向した反応部位の異性化を生じさせることにより、上記光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。
【０２１３】
このような光異性化反応性化合物が生じる光異性化反応としては、シス−トランス異性化反応であることが好ましい。光照射によりシス体またはトランス体のいずれかの異性体が増加し、それにより光配向膜に異方性を付与することができるからである。
【０２１４】
このような光異性化反応性化合物としては、単分子化合物、または、光もしくは熱により重合する重合性モノマーを挙げることができる。これらは用いられる強誘電性液晶の種類に応じて適宜選択すればよいが、光照射により光配向膜に異方性を付与した後、ポリマー化することにより、その異方性を安定化することができることから、重合性モノマーを用いることが好ましい。このような重合性モノマーの中でも、光配向膜に異方性を付与した後、その異方性を良好な状態に維持したまま容易にポリマー化できることから、アクリレートモノマー、メタクリレートモノマーであることが好ましい。
【０２１５】
上記重合性モノマーは、単官能のモノマーであっても、多官能のモノマーであってもよいが、ポリマー化による光配向膜の異方性がより安定なものとなることから、２官能のモノマーであることが好ましい。
【０２１６】
このような光異性化反応性化合物としては、具体的には、アゾベンゼン骨格やスチルベン骨格などのシス−トランス異性化反応性骨格を有する化合物を挙げることができる。
【０２１７】
この場合に、分子内に含まれるシス−トランス異性化反応性骨格の数は、１つであっても２つ以上であってもよいが、強誘電性液晶の配向制御が容易となることから、２つであることが好ましい。
【０２１８】
上記シス−トランス異性化反応性骨格は、液晶分子との相互作用をより高めるために置換基を有していてもよい。置換基は、液晶分子との相互作用を高めることができ、かつ、シス−トランス異性化反応性骨格の配向を妨げないものであれば特に限定されるものではなく、例えば、カルボキシル基、スルホン酸ナトリウム基、水酸基などが挙げられる。これらの構造は、用いられる強誘電性液晶の種類に応じて、適宜選択することができる。
【０２１９】
また、光異性化反応性化合物としては、分子内にシス−トランス異性化反応性骨格以外にも、液晶分子との相互作用をより高められるように、芳香族炭化水素基などのπ電子が多く含まれる基を有していてもよく、シス−トランス異性化反応性骨格と芳香族炭化水素基は、結合基を介して結合していてもよい。結合基は、液晶分子との相互作用を高められるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−などが挙げられる。
【０２２０】
なお、光異性化反応性化合物として、重合性モノマーを用いる場合には、上記シス−トランス異性化反応性骨格を、側鎖として有していることが好ましい。上記シス−トランス異性化反応性骨格を側鎖として有していることにより、光配向膜に付与される異方性の効果がより大きなものとなり、強誘電性液晶の配向制御に特に適したものとなるからである。この場合に、前述した分子内に含まれる芳香族炭化水素基や結合基は、液晶分子との相互作用が高められるように、シス−トランス異性化反応性骨格と共に、側鎖に含まれていることが好ましい。
【０２２１】
また、上記重合性モノマーの側鎖には、シス−トランス異性化反応性骨格が配向しやすくなるように、アルキレン基などの脂肪族炭化水素基をスペーサーとして有していてもよい。
【０２２２】
上述したような単分子化合物または重合性モノマーの光異性化反応性化合物の中でも、本態様に用いられる光異性化反応性化合物としては、分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物であることが好ましい。アゾベンゼン骨格は、π電子を多く含むため、液晶分子との相互作用が強く、強誘電性液晶の配向制御に特に適しているからである。
【０２２３】
以下、アゾベンゼン骨格が光異性化反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与できる理由について説明する。まず、アゾベンゼン骨格に、直線偏光紫外光を照射すると、下記式に示されるように、分子長軸が偏光方向に配向しているトランス体のアゾベンゼン骨格が、シス体に変化する。
【０２２４】
【化２９】
【０２２５】
アゾベンゼン骨格のシス体は、トランス体に比べて化学的に不安定であるため、熱的にまたは可視光を吸収してトランス体に戻るが、このとき、上記式の左のトランス体になるか右のトランス体になるかは同じ確率で起こる。そのため、紫外光を吸収し続けると、右側のトランス体の割合が増加し、アゾベンゼン骨格の平均配向方向は紫外光の偏光方向に対して垂直になる。本態様においては、この現象を利用することにより、アゾベンゼン骨格の配向方向を揃え、光配向膜に異方性を付与し、その膜上の液晶分子の配向を制御することができるのである。
【０２２６】
このような分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物のうち、単分子化合物としては、例えば、下記式で表される化合物を挙げることができる。
【０２２７】
【化３０】
【０２２８】
上記式中、Ｒ２１は各々独立して、ヒドロキシ基を表す。Ｒ２２は−（Ａ２１−Ｂ２１−Ａ２１）ｍ−（Ｄ２１）ｎ−で表される連結基を表し、Ｒ２３は（Ｄ２１）ｎ−（Ａ２１−Ｂ２１−Ａ２１）ｍ−で表される連結基を表す。ここで、Ａ２１は二価の炭化水素基を表し、Ｂ２１は−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯＯ−または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｍは０〜３の整数を表す。Ｄ２１は、ｍが０のとき二価の炭化水素基を表し、ｍが１〜３の整数のとき−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯＯ−または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｎは０または１を表す。Ｒ２４は各々独立して、ハロゲン原子、カルボキシ基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基またはメトキシカルボニル基を表す。ただし、カルボキシ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。Ｒ２５は各々独立して、カルボキシ基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基またはヒドロキシ基を表す。ただし、カルボキシ基またはスルホ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。
【０２２９】
上記式で表される化合物の具体例としては、下記の化合物を挙げることができる。
【０２３０】
【化３１】
【０２３１】
また、上記アゾベンゼン骨格を側鎖として有する重合性モノマーとしては、例えば、下記式で表される化合物を挙げることができる。
【０２３２】
【化３２】
【０２３３】
上記式中、Ｒ３１は各々独立して、（メタ）アクリロイルオキシ基、（メタ）アクリルアミド基、ビニルオキシ基、ビニルオキシカルボニル基、ビニルイミノカルボニル基、ビニルイミノカルボニルオキシ基、ビニル基、イソプロペニルオキシ基、イソプロペニルオキシカルボニル基、イソプロペニルイミノカルボニル基、イソプロペニルイミノカルボニルオキシ基、イソプロペニル基またはエポキシ基を表す。Ｒ３２は−（Ａ３１−Ｂ３１−Ａ３１）ｍ−（Ｄ３１）ｎ−で表される連結基を表し、Ｒ３３は（Ｄ３１）ｎ−（Ａ３１−Ｂ３１−Ａ３１）ｍ−で表される連結基を表す。ここで、Ａ３１は二価の炭化水素基を表し、Ｂ３１は−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯＯ−または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｍは０〜３の整数を表す。Ｄ３１は、ｍが０のとき二価の炭化水素基を表し、ｍが１〜３の整数のとき−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯＯ−または−ＯＣＯＮＨ−を表し、ｎは０または１を表す。Ｒ３４は各々独立して、ハロゲン原子、カルボキシ基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基またはメトキシカルボニル基を表す。ただし、カルボキシ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。Ｒ３５は各々独立して、カルボキシ基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基またはヒドロキシ基を表す。ただし、カルボキシ基またはスルホ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。
【０２３４】
上記式で表される化合物の具体例としては、下記の化合物を挙げることができる。
【０２３５】
【化３３】
【０２３６】
本態様においては、上記光異性化反応性化合物の中から、要求特性に応じて、シス−トランス異性化反応性骨格や置換基を種々選択することができる。また、上記光異性化反応性化合物は、１種単独でも２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【０２３７】
本態様に用いられる光異性化型の材料としては、上記光異性化反応性化合物のほか、光配向膜の光配列性を妨げない範囲内で添加剤を含んでいてもよい。上記光異性化反応性化合物として重合性モノマーを用いる場合には、添加剤としては、重合開始剤、重合禁止剤などが挙げられる。
【０２３８】
重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光異性化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光異性化反応性化合物に対し、０．００１重量％〜２０重量％の範囲内であることが好ましく、０．１重量％〜５重量％の範囲内であることがより好ましい。
【０２３９】
このような光異性化型の材料を用いた場合の光配向処理は、上記光反応型の材料を用いた場合と同様の方法で行うことができるが、この場合に、塗工液中の光異性化反応性化合物の含有量は、０．０５重量％〜１０重量％の範囲内であることが好ましく、０．２重量％〜５重量％の範囲内であることがより好ましい。
また、光異性化型の場合には、無偏光紫外線斜方を照射することにより光配向処理を行うこともできる。光の照射方向は、上記光励起反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではないが、強誘電性液晶の配向状態を良好なものとすることができることから、基板面に対して斜め１０°〜４５°の範囲内とすることが好ましく、３０°〜４５°の範囲内とすることがより好ましく、最も好ましくは４５°である。
さらに、光異性化反応性化合物として、上述したような重合性モノマーを用いる場合には、光配向処理を行った後、加熱することにより、ポリマー化し、光配向膜に付与された異方性を安定化することができる。
【０２４０】
Ｂ．液晶表示素子の製造方法
次に、本発明の液晶表示素子の製造方法について説明する。本発明の液晶表示素子の製造方法は、上記「Ａ．液晶表示素子」の項で説明した本発明の液晶表示素子の製造方法であって、上記カラムナー配向層の形成において、基材上に、カラムナー配向層形成用塗工液を塗布して塗膜を形成する塗膜形成工程と、上記塗膜を乾燥する乾燥工程と、上記乾燥した塗膜を疎水化処理して固定化する固定化処理工程とを有するものである。
【０２４１】
このように本発明においては、カラムナー配向層の形成において、基材上に、板状分子を含有するカラムナー配向層形成用塗工液を塗布することにより塗膜を形成し、この塗膜を乾燥させた後、この塗膜を疎水化処理して固定化することにより、ラビング配向処理や光配向処理などの配向処理を要することなく、簡便な方法で強誘電性液晶の配向を制御することのできるカラムナー配向層を形成するものである。
【０２４２】
また本発明においては、上記のような固定化処理工程を設けることにより、上記基材上に形成された板状分子の有する親水性基を疎水化し、板状分子からなるカラム構造が固定化されるため、強誘電性液晶の配向安定性に優れた液晶表示素子を得ることができる。
【０２４３】
本発明においては、上記「Ａ．液晶表示素子」の項で記載したように、カラムナー配向層は、カラム構造が形成された単層であってもよく、表面に所定の幅を有する凹部または凸部がパターン状に形成された樹脂層と、この樹脂層の凹部に沿って形成されたカラム構造とを有するものであってもよい。この際、カラム構造が形成された単層であるカラムナー配向層を形成するには、基材上にカラムナー配向層形成用塗工液を塗布することになり、一方、樹脂層とカラム構造とを有するカラムナー配向層を形成するには、まず基材上に樹脂層を形成し、この樹脂層上にカラムナー配向層形成用塗工液を塗布することになる。いずれの場合においても、ラビング配向処理や光配向処理などの配向処理を要することなく、カラムナー配向層形成用塗工液を塗布することにより、板状分子の自己組織化を利用してカラム構造を配向させることができるので、ロールトゥロールプロセスによるカラムナー配向層の形成が可能であり、製造効率を向上させることができる。
【０２４４】
このような本発明の液晶表示素子の製造方法について以下に説明するが、本発明の方法は、上述したようにカラムナー配向層の形成に特徴を有するものであり、その他の構成部材の形成方法については、上記「Ａ．液晶表示素子」の項で説明したものと同様にして行うことができるので、ここでの記載は省略する。以下、本発明に用いられるカラムナー配向層の形成方法について説明する。
【０２４５】
上述したように、本発明に用いられるカラムナー配向層の形成方法は、基材上に、カラムナー配向層形成用塗工液を塗布して塗膜を形成する塗膜形成工程と、上記塗膜を乾燥する乾燥工程と、上記乾燥した塗膜を疎水化処理して固定化する固定化処理工程とを有するものである。以下、各工程について説明する。
【０２４６】
（１）塗膜形成工程
まず、塗膜形成工程について説明する。本工程においては、基材上にカラムナー配向層形成用塗工液を塗布して塗膜を形成する。以下、本工程に用いられるカラムナー配向層形成用塗工液およびその塗布方法について説明する。
【０２４７】
（カラムナー配向層形成用塗工液）
まず本工程に用いられるカラムナー配向層形成用塗工液について説明する。本工程に用いられるカラムナー配向層形成用塗工液は、板状分子を水等の溶媒に分散または溶解したものである。板状分子を分散または溶解する溶媒は、板状分子に対して不活性なものであれば特に限定されるものではなく、上記板状分子に導入された置換基によって適宜選択される。例えばスルホン酸基等の親水性基が導入されている場合は、溶媒としては水が用いられる。一方、長鎖のアルキル基等の疎水基が導入されている場合は、有機溶媒が用いられる。
【０２４８】
また、上記カラムナー配向層形成用塗工液には、上記板状分子の他に、液晶材料を含有していてもよい。例えば、板状分子が配向しにくいものであったとしても、液晶材料を配向させることにより、この液晶材料の配向方向に沿って板状分子を配向させることができるからである。上記液晶材料としては、一般に配向層を形成するために用いることができる液晶材料を使用することができる。また、上記液晶材料と板状分子との液晶組成物は、リオトロピック液晶相を示すものであっても、サーモトロピック液晶相を示すものであってもよいが、通常はサーモトロピック液晶相を示すものが用いられる。
【０２４９】
上記カラムナー配向層形成用塗工液には、さらに必要に応じて例えばポリエチレングリコール等の界面活性剤等の各種添加剤を含有していてもよい。
【０２５０】
上記の中でも、本態様においては、カラムナー配向層形成用塗工液が水系であることが好ましい。水系のカラムナー配向層形成用塗工液を用いることにより、取り扱いが容易となるからである。
【０２５１】
なお、カラムナー配向層形成用塗工液に用いられる板状分子は、上記「Ａ．液晶表示素子」の項で説明した通りであるので、ここでの記載は省略する。
【０２５２】
（カラムナー配向層形成用塗工液の塗布方法）
次に、このようなカラムナー配向層形成用塗工液を上記基材上に塗布するための塗布方法について説明する。本工程において、上記カラムナー配向層形成用塗工液の塗布方法としては、上記板状分子の法線方向が一定方向に揃うように配列させることができるものであれば特に限定されるものではない。例えば、マイヤーバーコート、グラビアコート、ダイコート、ディップコート、スプレーコート等の各種塗装方法や、スクリーン印刷法やインクジェット法等を用いることが可能である。この塗布方法は、カラム構造を上記「Ａ．液晶表示素子」の項で説明した基材のような平面上に形成するか、あるいは表面に凹部または凸部がパターン状に形成された樹脂層のような凹凸面上に形成するかによって適宜決定することができる。
【０２５３】
例えば、カラム構造を基材上に形成する場合は、上記の中でもせん断応力がかかる塗布方法を用いることが好ましい。このようにせん断応力がかかる塗布方法を用いることによりカラム構造の形成が容易となるからである。せん断応力がかかる塗布方法としては、例えば、マイヤーバーコート、スロットダイコート、スライドコート等が挙げられ、中でも、スロットダイコートを用いることが好ましい。
【０２５４】
一方、カラム構造を表面に凹部または凸部がパターン状に形成された樹脂層上に形成する場合は、せん断応力のかからない塗布方法を用い、樹脂層上の凹凸形状に沿ってカラム構造が形成されることが好ましい。この場合、塗布方法としては、インクジェット法、スプレーコート、ディップコート、フレキソ印刷法を好ましく用いることができ、中でも、インクジェット法がより好ましい。
【０２５５】
（２）乾燥工程
次に、上述のようにして形成された塗膜中に含有される溶媒を蒸発させて塗膜を乾燥する乾燥工程について説明する。本発明においては、この乾燥工程を設けることにより、後述する固定化処理工程を円滑に行うようにしている。
【０２５６】
本工程に用いられる乾燥方法としては、塗膜上に形成されたカラム構造を破壊したり、上記樹脂層の有する凹部または凸部のパターンを変形させたりするものでなければ特に限定されるものではなく、一般的に溶媒の乾燥に用いられている方法、例えば加熱乾燥、常温乾燥、凍結乾燥、遠赤外乾燥等を用いることができる。
【０２５７】
（３）固定化処理工程
次に、本発明においては、板状分子の有する親水性基を疎水化処理し、板状分子を水に不溶もしくは難溶とし、板状分子からなるカラム構造を固定化する固定化処理工程を行う。このような固定化処理工程を設けることにより、形成されたカラムナー配向層に耐水性を付与することができ、このようにして得られる液晶表示素子は、空気中の湿気等によりカラム構造が乱れることがなく、強誘電性液晶の配向安定性に優れたものとすることができる。
【０２５８】
本工程に用いられる疎水化処理液としては、板状分子の有する親水性基を疎水化するものであり、板状分子に対して不活性であり、板状分子からなるカラム構造を破壊するものでなければ特に限定されるものではなく、用いられる板状分子の親水性基により異なるものであるが、隣接する板状分子間で架橋を形成できるものであることが好ましい。
【０２５９】
このような疎水化処理液としては、具体的には、バリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩などのアルカリ土類金属塩の水溶液を用いることができ、塩化バリウム水溶液、塩化カルシウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液等が挙げられる。例えば板状分子がＳＯ３ＮＨ４基を有する場合、このＳＯ３ＮＨ４基のスルホン酸イオンと、バリウムイオンとが結合することにより、隣接する板状分子が架橋され、カラム構造が固定化されるのである。
【０２６０】
また、疎水化処理方法としては、上記親水性の置換基を疎水化できる方法であれば特に限定されるものではなく、上記カラムナー配向層形成用塗工液を乾燥させた後、上記疎水化処理液を塗布する方法、上記疎水化処理液に浸漬する方法などが挙げられる。この疎水化処理液の塗布後または浸漬後は、洗浄および乾燥することにより、カラムナー配向層とすることができる。
【０２６１】
一方、上記板状分子が長鎖のアルキル基を有する場合は、板状分子のコア部分あるいはアルキル側鎖の一部に重合性基を導入し、この重合性基を重合させることにより、板状分子を線状または網目状に架橋させ、配向状態を固定化することができる。
【０２６２】
さらに、上記カラムナー配向層形成用塗工液が液晶材料を含有する場合は、この液晶材料を重合させることによっても板状分子の配向状態を固定化することができる。この場合、上記液晶材料は重合性基を有している必要がある。
【０２６３】
本発明は、このようにカラムナー配向層形成用塗工液を塗布して簡単な後処理を行うだけで容易にカラムナー配向層を形成することができる。また、カラム構造が固定化されるため、強誘電性液晶の配向安定性に優れた液晶表示素子を製造することができる。
【０２６４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０２６５】
以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【０２６６】
［実施例１］
（第１配向基板の作製）
よく洗浄したＩＴＯ電極付きガラス基板のＩＴＯ膜上に、下記化学式（Ａ）で表される板状分子の１２％水溶液をスロットダイコーターを用いて塗布し、乾燥後、１５％の塩化バリウム水溶液に約１秒間浸漬させた。さらに洗浄して、再度乾燥し、０．１μｍ厚のカラムナー配向層を有する第１配向基板を得た。
【０２６７】
【化３４】
【０２６８】
（第２配向基板の作製）
板状分子として、下記化学式（Ｂ）で表される化合物を用いた以外は、上記の方法と同様にして０．２μｍ厚のカラムナー配向層を有する第２配向基板を得た。
【０２６９】
【化３５】
【０２７０】
（液晶層の形成）
上記第１配向基板のカラムナー配向層上に１．５μｍ径のビーズスペーサーを散布し、上記第２配向基板のカラムナー配向層上にシールディスペンサーを用いてシール材を塗布し、第１配向基板のカラムナー配向層の板状分子の法線方向と第２配向基板のカラムナー配向層の板状分子の法線方向とが平行になるように、かつ互いのカラムナー配向層が向かい合うように、第１配向基板および第２配向基板を配置して貼り合わせた。１５０℃で約１時間熱圧着を行い、試験用セルを作製した。この試験用セルに、強誘電性液晶（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製、Ｒ２３０１）を約１００℃の温度条件で注入し徐冷したところ、モノドメインの均一な配向が得られた。
【０２７１】
［実施例２］
（第１配向基板の作製）
よく洗浄したＩＴＯ電極付きガラス基板のＩＴＯ膜上に、上記化学式（Ａ）で表される板状分子の１２％水溶液をスロットダイコーターを用いて塗布し、乾燥後、１５％の塩化バリウム水溶液に約１秒間浸漬させた。さらに洗浄して、再度乾燥し、０．１μｍ厚のカラムナー配向層を形成した。
このカラムナー配向層上に、下記化学式（Ｃ）で表される反応性液晶の濃度が２重量％となるようにシクロペンタノンに溶解させた溶液を、４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。５５℃で３分間乾燥させた後、無偏光紫外線を５５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２照射し、反応性液晶層を形成して、第１配向基板を得た。
【０２７２】
【化３６】
【０２７３】
（第２配向基板の作製）
実施例１と同様にして、０．２μｍ厚のカラムナー配向層を有する第２配向基板を得た。
【０２７４】
（液晶層の形成）
上記第１配向基板の反応性液晶層上に１．５μｍ径のビーズスペーサーを散布し、上記第２配向基板のカラムナー配向層上にシールディスペンサーを用いてシール材を塗布し、第１配向基板のカラムナー配向層の板状分子の法線方向と第２配向基板のカラムナー配向層の板状分子の法線方向とが直交するように、かつ反応性液晶層およびカラムナー配向層が向かい合うように、第１配向基板および第２配向基板を配置して貼り合わせた。１５０℃で約１時間熱圧着を行い、試験用セルを作製した。この試験用セルに、強誘電性液晶（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製、Ｒ２３０１）を約１００℃の温度条件で注入し徐冷したところ、モノドメインの均一な配向が得られた。
【０２７５】
［実施例３］
（第１配向基板の作製）
実施例１と同様にして、０．１μｍ厚のカラムナー配向層を有する第１配向基板を得た。
【０２７６】
（第２配向基板の作製）
よく洗浄したＩＴＯ電極付きガラス基板のＩＴＯ膜上に、下記化学式（Ｄ）で表される光二量化反応性化合物の濃度が２重量％となるようにシクロペンタノンに溶解させた溶液を、４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。１８０℃で１０分間乾燥させた後、偏光紫外線を１００ｍＪ／ｃｍ２照射し、光配向膜を形成して、第１配向基板を得た。
【０２７７】
【化３７】
【０２７８】
（液晶層の形成）
上記第１配向基板のカラムナー配向層上に１．５μｍ径のビーズスペーサーを散布し、上記第２配向基板の光配向膜上にシールディスペンサーを用いてシール材を塗布し、第１配向基板のカラムナー配向層の板状分子の法線方向と第２配向基板の光配向膜の配向方向とが平行になるように、かつカラムナー配向層および光配向膜が向かい合うように、第１配向基板および第２配向基板を配置して貼り合わせた。１５０℃で約１時間熱圧着を行い、試験用セルを作製した。この試験用セルに、強誘電性液晶（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製、Ｒ２３０１）を約１００℃の温度条件で注入し徐冷したところ、モノドメインの均一な配向が得られた。
【０２７９】
［実施例４］
（第１配向基板の作製）
よく洗浄したＩＴＯ電極付きガラス基板のＩＴＯ膜上に、下記組成の紫外線硬化性アクリレート樹脂組成物をスピンコートし、これに電子ビーム描画法により凹凸を形成した凹部形成用基板をのせ、１００ｋｇ／ｃｍ２の加重を１分間かけた。この状態で、紫外光を１００ｍＪ／ｃｍ２照射し、さらに凹部形成用基板を剥離した後、紫外光を３０００ｍＪ／ｃｍ２照射し、幅０．２μｍ、ピッチ０．４μｍ、深さ０．２μｍのストライプ状の凹部パターンを形成した。これにプラズマ処理を加えることで、表面の親水化処理を行った。
【０２８０】
＜紫外線硬化性アクリレート樹脂組成物＞
・ゴーセラックＵＶ−７５００Ｂ（日本合成化薬社製） ４０重量部
・１，６−ヘキサンジオールアクリレート（日本化薬社製） ３５重量部
・ペンタエリスリトールアクリレート（東亜合成化学社製） ２１重量部
・１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン
（チバスペシャルティケミカルズ社製） ２重量部
・ベンゾフェノン（日本化薬社製） ２重量部
【０２８１】
上記凹部パターン上に、上記化学式（Ａ）で表される板状分子の１２％水溶液をインクジェットを用いて塗布し、乾燥後、１５％の塩化バリウム水溶液に約１秒間浸漬させた。さらに洗浄して、再度乾燥し、カラム構造からなる部分の厚みが０．１μｍとなるカラムナー配向層を形成し、第１配向基板を得た。
【０２８２】
（第２配向基板の作製）
実施例１と同様にして、０．２μｍ厚のカラムナー配向層を有する第２配向基板を得た。
【０２８３】
（液晶層の形成）
上記第１配向基板のカラムナー配向層上に１．５μｍ径のビーズスペーサーを散布し、上記第２配向基板のカラムナー配向層上にシールディスペンサーを用いてシール材を塗布し、第１配向基板のカラムナー配向層の板状分子の法線方向と第２配向基板のカラムナー配向層の板状分子の法線方向とが平行になるように、かつ互いのカラムナー配向層が向かい合うように、第１配向基板および第２配向基板を配置して貼り合わせた。１５０℃で約１時間熱圧着を行い、試験用セルを作製した。この試験用セルに、強誘電性液晶（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製、Ｒ２３０１）を約１００℃の温度条件で注入し徐冷したところ、モノドメインの均一な配向が得られた。
【０２８４】
［実施例５］
実施例１と同様の条件にて、試験用セルを作製した。この試験用セルに、強誘電性液晶（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製、Ｒ２３０１）に重合性モノマー（大日本インキ化学工業株式会社製、ＵＣＬ−００１）を５質量％混合した液晶を、約１００℃の温度条件で注入し徐冷した。その後、無偏光紫外線を約１０００ｍＪ／ｃｍ２露光して上記重合性モノマーを重合させた。このようにして得られた液晶表示素子では、モノドメインの均一な配向が得られた。
【図面の簡単な説明】
【０２８５】
【図１】本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明に用いられる板状分子およびカラムナー配向層のカラム構造を説明する図である。
【図３】本発明に用いられる第１配向層および第２配向層の配置を説明する図である。
【図４】本発明の液晶表示素子の一例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０２８６】
１ａ … 第１基材 １ｂ … 第２基材
２ａ … 第１電極層 ２ｂ … 第２電極層
２ｃ … ｘ電極 ２ｄ … ｙ電極
２ｅ … 画素電極 ３ａ … 第１配向層
３ｂ … 第２配向層 ４ａ、４ｂ … 偏光板
５ … 液晶層 ６ … 反応性液晶層
７ … ＴＦＴ素子 １１ … 第１配向基板
１２ … 第２配向基板 ａ … 板状分子
ｂ … カラム構造 ｃ … 樹脂層
ｎ … 法線方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基材と、前記第１基材上に形成された第１電極層と、前記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１配向基板、および、第２基材と、前記第２基材上に形成された第２電極層と、前記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２配向基板を、前記第１配向層と前記第２配向層とが対向するように配置し、前記第１配向層と前記第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、
前記第１配向層および前記第２配向層のうち少なくとも一方は、板状分子が、前記板状分子の法線方向が基板の一定方向を向いて積み重なったカラム構造を有するカラムナー配向層であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１配向層および前記第２配向層が前記カラムナー配向層であり、前記第１配向層の板状分子の法線方向と前記第２配向層の板状分子の法線方向とが略平行に配置され、前記第１配向層および前記第２配向層の構成材料が相互に異なる組成を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記第１配向層および前記第２配向層が前記カラムナー配向層であり、前記第１配向層の板状分子の法線方向と前記第２配向層の板状分子の法線方向とが略垂直に配置され、前記第１配向層または前記第２配向層の対向面上に、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記第１配向層が前記カラムナー配向層であり、前記第２配向層が光配向膜であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記光配向膜の構成材料が、光反応を生じることにより前記光配向膜に異方性を付与する光反応型の材料または光異性化反応を生じることにより前記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応型の材料であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記カラムナー配向層は、表面に所定の幅を有する凹部または凸部がパターン状に形成された樹脂層と、前記樹脂層の凹部に沿って形成された前記カラム構造とを有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項７】
前記板状分子は、水溶液中でリオトロピック液晶相を示すものであることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項８】
前記強誘電性液晶は、単安定性の駆動特性を示すものであることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項９】
前記強誘電性液晶は、降温過程においてスメクチックＡ相を経由しない相転移系列を示すものであることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項１０】
前記第１電極層または前記第２電極層に薄膜トランジスタを有し、アクティブマトリックス駆動するものであることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項１１】
フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させるものであることを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子の製造方法であって、前記カラムナー配向層の形成において、基材上に、カラムナー配向層形成用塗工液を塗布して塗膜を形成する塗膜形成工程と、前記塗膜を乾燥する乾燥工程と、前記乾燥した塗膜を疎水化処理して固定化する固定化処理工程とを有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項１】
第１基材と、前記第１基材上に形成された第１電極層と、前記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１配向基板、および、第２基材と、前記第２基材上に形成された第２電極層と、前記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２配向基板を、前記第１配向層と前記第２配向層とが対向するように配置し、前記第１配向層と前記第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、
前記第１配向層および前記第２配向層のうち少なくとも一方は、板状分子が、前記板状分子の法線方向が基板の一定方向を向いて積み重なったカラム構造を有するカラムナー配向層であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１配向層および前記第２配向層が前記カラムナー配向層であり、前記第１配向層の板状分子の法線方向と前記第２配向層の板状分子の法線方向とが略平行に配置され、前記第１配向層および前記第２配向層の構成材料が相互に異なる組成を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記第１配向層および前記第２配向層が前記カラムナー配向層であり、前記第１配向層の板状分子の法線方向と前記第２配向層の板状分子の法線方向とが略垂直に配置され、前記第１配向層または前記第２配向層の対向面上に、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記第１配向層が前記カラムナー配向層であり、前記第２配向層が光配向膜であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記光配向膜の構成材料が、光反応を生じることにより前記光配向膜に異方性を付与する光反応型の材料または光異性化反応を生じることにより前記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応型の材料であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記カラムナー配向層は、表面に所定の幅を有する凹部または凸部がパターン状に形成された樹脂層と、前記樹脂層の凹部に沿って形成された前記カラム構造とを有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項７】
前記板状分子は、水溶液中でリオトロピック液晶相を示すものであることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項８】
前記強誘電性液晶は、単安定性の駆動特性を示すものであることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項９】
前記強誘電性液晶は、降温過程においてスメクチックＡ相を経由しない相転移系列を示すものであることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項１０】
前記第１電極層または前記第２電極層に薄膜トランジスタを有し、アクティブマトリックス駆動するものであることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項１１】
フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させるものであることを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子の製造方法であって、前記カラムナー配向層の形成において、基材上に、カラムナー配向層形成用塗工液を塗布して塗膜を形成する塗膜形成工程と、前記塗膜を乾燥する乾燥工程と、前記乾燥した塗膜を疎水化処理して固定化する固定化処理工程とを有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２３７２９（Ｐ２００６−２３７２９Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７０１９３（Ｐ２００５−１７０１９３）
【出願日】平成１７年６月９日（２００５．６．９）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月９日（２００５．６．９）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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