液晶表示素子及びその駆動方法
【課題】動画像・静止画像を現状のＬＣＤ等のディスプレイと同等の画質で表示することができ、且つ現状の電子ペーパーよりも低電圧でメモリー画像を表示することができる液晶表示素子を提供すること。
【解決手段】高分子物質を配向膜として形成した一対の電極付基板間に液晶材料が封入された構造を有し、温度及び電圧によって配向膜の表層部と液晶材料との配向を変化させて画像の表示を行うことを特徴とする液晶表示素子である。配向膜は、ポリマーブラシであるか、塗布膜であるか、または液晶材料中に一旦溶解もしくは分散させた高分子物質を基板表面に吸着させた膜であることが好ましい。
【解決手段】高分子物質を配向膜として形成した一対の電極付基板間に液晶材料が封入された構造を有し、温度及び電圧によって配向膜の表層部と液晶材料との配向を変化させて画像の表示を行うことを特徴とする液晶表示素子である。配向膜は、ポリマーブラシであるか、塗布膜であるか、または液晶材料中に一旦溶解もしくは分散させた高分子物質を基板表面に吸着させた膜であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子及びその駆動方法に関し、特に、動画像・静止画像・メモリー画像を表示できる液晶表示素子及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＣＲＴなどのディスプレイは、動画像及び静止画像の両方を表示することができるが、原理的な要請として、動画像だけでなく、静止画像を表示する時にも、電圧を印加し続けねばならない。そのため、これらのディスプレイでは、静止画像表示時も駆動するための電力を消費するという問題があった。一方、現在、実用化されている電子ペーパー（電気泳動方式、コレステリック液晶方式、電気粉流体方式など）は、メモリー性を有するため、メモリー画表示時の消費電力はほぼ０である（例えば、特許文献１を参照）。しかし、電子ペーパーの代表的な方式である電気泳動方式は、粒子の移動時間が長く、また、コレステリック液晶方式及び電子粉流体方式は、駆動電圧が高いため、パッシブ駆動せざるを得ず、いずれも動画表示が難しいという問題がある。更に、いずれの方式の電子ペーパーも、コントラストが低い、連続階調が難しい、応答時間（画面書換時間）が長いなどの理由により、静止画質及び動画質が共にＬＣＤ、ＰＤＰ、ＣＲＴに比べてかなり劣るという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１-８３９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、現状のＬＣＤと同等画質の動画像・静止画像を表示することができ、且つ現状の電子ペーパーよりも低電圧でメモリー画像を表示することができる液晶表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための第一の発明は、高分子物質を配向膜として形成した一対の電極付基板間に液晶材料が封入された構造を有し、温度及び電圧によって配向膜の表層部と液晶材料の配向を変化させて画像の表示を行うことを特徴とする液晶表示素子である。
配向膜は、ポリマーブラシであるか、塗布膜であるか、または液晶材料中に一旦溶解もしくは分散させた高分子物質を基板表面に吸着させた膜であることが好ましい。
配向膜の表層部は、液晶材料によって膨潤されており、その配向膜の液晶材料によって膨潤された部分のガラス転移温度（Ｔg）は、液晶材料のＮ相からＩ相へ相転移する温度（ＴNI）よりも低いことが好ましい。
配向膜の液晶材料によって膨潤された部分の初期配向は、一軸配向であってもよいし、またはランダム配向であってもよい。
電極付基板に配設された電極は、櫛歯電極であることが好ましい。櫛歯電極は、２組あって、液晶材料の初期配向方向に対し略対称となるように配設されていることが好ましい。その２組の櫛歯電極は、一対の電極付基板それぞれに分けて配設されていることが好ましい。また、その２組の櫛歯電極は、一方の電極付基板のみに絶縁膜を介して配設されていることが好ましい。
また、液晶表示素子は、加熱または冷却するための温度制御ユニットを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、動画像・静止画像を現状のＬＣＤ等のディスプレイと同等の画質で表示することができ、且つ現状の電子ペーパーよりも低電圧でメモリー画像を表示することができる液晶表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１の液晶表示素子の模式断面図である。
【図２】実施の形態１の液晶表示素子における液晶材料の初期配向方向と基板上に配設された２組の櫛歯電極との関係を説明するための図である。
【図３】実施の形態１の液晶表示素子における液晶材料の初期配向方向と基板上に配設された２組の櫛歯電極との関係を説明するための図である。
【図４】実施の形態２の液晶表示素子の模式断面図である。
【図５】実施例１の液晶表示素子の回転角度と相対輝度との関係を示すグラフである。
【図６】実施例１の液晶表示素子の回転角度と相対輝度との関係を示すグラフである。
【図７】実施例２の液晶表示素子の回転角度と相対輝度との関係を示すグラフである。
【図８】実施例２の液晶表示素子の回転角度と相対輝度との関係を示すグラフである。
【図９】実施例１、実施例２及び比較例１の液晶表示素子のＶ−Ｔ曲線を示すグラフである。
【図１０】実施例１、実施例２及び比較例１の液晶表示素子の応答速度測定結果を示すグラフである。
【図１１】実施例１及び比較例１の液晶表示素子の電圧印加時間と透過率との関係（２５℃、４５℃、６５℃及び８５℃における）を示すグラフである。
【図１２】実施例２の液晶表示素子の電圧印加時間と透過率との関係（２５℃、４５℃、６５℃及び８５℃における）を示すグラフである。
【図１３】実施例１及び２の液晶表示素子に８５℃でＶ15（最大透過率の１５％が得られる電圧）印加した時の透過率の変化を示すグラフである。
【図１４】実施例１及び２の液晶表示素子に８５℃でＶ15（最大透過率の１５％が得られる電圧）印加した後、２５℃まで冷却した時の透過率の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の液晶表示素子及びその駆動方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、以下では、横電界（ＩＰＳ）方式の液晶表示素子を例に本発明を説明するが、本発明はこれに限定されず、縦電界方式の液晶表示素子にも用いることも可能である。
【０００９】
＜実施の形態１＞
実施の形態１では、配向膜を形成する高分子物質としてポリマーブラシを用いた場合について説明する。図１は、本実施の形態の液晶表示素子の模式断面図である。図１において、液晶表示素子は、アレイ基板１と、アレイ基板１に対向して配置された対向基板２と、アレイ基板１と対向基板２との間に封入された液晶材料３とを有している。そして、アレイ基板１には、電極４、固定化膜５及びポリマーブラシ６が順次形成されている。また、対向基板２には、固定化膜５及びポリマーブラシ６が順次形成されている。
このような構成を有する本実施の形態の液晶表示素子は、ポリマーブラシ６を配向膜として形成したこと以外は、原則として公知の液晶表示素子と同じ構成であり、例えば、電極４が配置されたアレイ基板１に対向させて対向基板２を配置し、アレイ基板１と対向基板２との間に液晶材料３を注入するという公知の製造方法に準じて製造することが可能である。
【００１０】
本実施の形態において「ポリマーブラシ６」とは、一端が基板表面に共有結合したグラフトポリマー鎖を意味する。グラフトポリマー鎖は、グラフト密度が低いと、糸まり状の縮んだ構造をとるが、グラフト密度が高くなると、隣接したグラフトポリマー鎖の相互作用（立体反発）により、基板表面に対して垂直方向に伸張した構造をとる。特に、後者の構造、すなわち、多数のグラフトポリマー鎖が高密度でアレイ基板１あるいは対向基板２の表面に対して垂直方向に伸張した構造を有するものが好ましい。本実施の形態において「高密度」とは、隣接するグラフトポリマー鎖間で立体反発が生じる程度に密集したグラフトポリマー鎖の密度を意味し、アレイ基板１あるいは対向基板２の表面１ｎｍ2当たり、通常、０．１本鎖以上であり、好ましくは０．１〜１．２本鎖の密度である。
【００１１】
アレイ基板１あるいは対向基板２の表面上に高密度で形成されたポリマーブラシ６は、アレイ基板１あるいは対向基板２の表面上でポリマーブラシの層（以下、「ポリマーブラシ層」という）を構成する。このポリマーブラシ層と液晶材料３とが接する界面近傍では、ポリマーブラシ６の表層部が液晶材料３により膨潤されてポリマーブラシ６が本来有するガラス転移温度（Ｔg）よりも低下する。結果として、この膨潤された部分のガラス転移温度（Ｔg）は、液晶材料３のＮ相からＩ相へ相転移する温度（ＴNI）よりも低い状態になっている。このような状態は、ポリマーブラシ６に用いる材料の種類、グラフトポリマー鎖の密度、液晶材料３に用いる液晶の種類などを適宜変更することにより達成できる。既存のＬＣＤでは、配向膜によって液晶材料が固定（アンカリング）されているため、電極に電圧を印加すると、配向膜と液晶材料との界面近傍の液晶は固定されたまま、バルクの液晶は電界方向（Δｎが負の場合は電界の垂直方向）に向き、電界がｏｆｆされると、弾性によって、初期の配向状態に戻る。ところが、本実施の形態の液晶表示素子では、配向膜としてのポリマーブラシ６の膨潤された部分が、液晶材料３のＮ相からＩ相へ相転移する温度（ＴNI）よりも低いガラス転移温度（Ｔg）を有するため、Ｔg以上の温度に加熱したまま電極に電圧を印加すると、バルクの液晶だけでなく、界面近傍の液晶がポリマーブラシの表層部と一緒に電界方向に向くこととなる。
【００１２】
ポリマーブラシ層の厚さは、通常、数十ｎｍ程度であり、具体的には１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満であり、好ましくは１０ｎｍ〜８０ｎｍである。かかる厚さであれば、従来のポリイミド配向膜の厚さ（一般的に１００ｎｍ）よりも薄くなり、液晶表示素子の低電圧駆動が可能になる。また、このポリマーブラシ層にはサイズ排除効果があり、一定の大きさの物質はポリマーブラシ層を通過することはできないため、ポリマーブラシ層の厚さを薄くしたとしても、下地から液晶材料３への不純物の侵入を防止することができる。加えて、このポリマーブラシ層は、厚さが比較的薄くても、液晶分子の配向制御能力が良好である。
【００１３】
ポリマーブラシ６は、ラジカル重合性モノマーをリビングラジカル重合させることにより形成することができる。ここで、「リビングラジカル重合」とは、ラジカル重合反応において、連鎖移動反応及び停止反応が実質的に起こらず、ラジカル重合性モノマーが反応し尽くした後も連鎖成長末端が活性を保持する重合反応をいう。この重合反応では、重合反応終了後でも生成重合体の末端に重合活性を保持しており、ラジカル重合性モノマーを加えると再び重合反応を開始させることができる。また、リビングラジカル重合は、ラジカル重合性モノマーと重合開始剤との濃度比を調節することにより任意の平均分子量をもつ重合体の合成ができ、そして、生成する重合体の分子量分布が極めて狭いなどの特徴がある。
【００１４】
本実施の形態に用いられるリビングラジカル重合の代表例は、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）である。例えば、重合開始剤の存在下で、ハロゲン化銅／リガンド錯体を用いてラジカル重合性モノマーの原子移動リビングラジカル重合を行う。高分子末端ハロゲンをハロゲン化銅／リガンド錯体が引き抜くことにより可逆的に成長する成長ラジカルにラジカル重合性モノマーが付加して進行し、十分な頻度での可逆的活性化・不活性化により分子量分布が規制される。
【００１５】
リビングラジカル重合に用いられるラジカル重合性モノマーは、有機ラジカルの存在下でラジカル重合を行い得る不飽和結合を有するものであり、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、ｔ−ブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ノニルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、２−メトキシエチルメタクリレート、ブトキシエチルメタクリレート、メトキシテトラエチレングリコールメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルメタクリレート、ジエチレングリコールメタクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート、２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレートなどのメタクリレート系モノマー；メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｔ−ブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、ベンジルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、２−メトキシエチルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、メトキシテトラエチレングリコールアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルアクリレート、ジエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、２−（ジメチルアミノ）エチルアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−メチロールメタクリルアミドなどのアクリレート系モノマー；スチレン、スチレン誘導体（ｏ−、ｍ−、ｐ−メトキシスチレン、ｏ−、ｍ−、ｐ−ｔ−ブトキシスチレン、ｏ−、ｍ−、ｐ−クロロメチルスチレンなど）、ビニルエステル類（酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酢酸ビニルなど）、ビニルケトン類（ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンなど）、Ｎ−ビニル化合物（Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルピロール、Ｎ−ビニルカルバゾール、Ｎ−ビニルインドールなど）、（メタ）アクリル酸誘導体（アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、アクリルアミド、イソプロピルアクリルアミド、メタクリルアミドなど）、ハロゲン化ビニル類（塩化ビニル、塩化ビニリデン、テトラクロロエチレン、ヘキサクロロプレン、フッ化ビニルなど）などのビニルモノマーが挙げられる。ラジカル重合性モノマーは、単独で使用しても、２種以上併用してもよい。
【００１６】
重合開始剤としては、特に限定されることはなく、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。重合開始剤の例としては、ｐ−クロロメチルスチレン、α−ジクロロキシレン、α，α−ジクロロキシレン、α，α−ジブロモキシレン、ヘキサキス（α−ブロモメチル）ベンゼン、塩化ベンジル、臭化ベンジル、１−ブロモ−１−フェニルエタン、１−クロロ−１−フェニルエタンなどのベンジルハロゲン化物；プロピル−２−ブロモプロピオネート、メチル−２−クロロプロピオネート、エチル−２−クロロプロピオネート、メチル−２−ブロモプロピオネート、エチル−２−ブロモイソブチレート（ＥＢＩＢ）などのα位がハロゲン化されたカルボン酸；ｐ−トルエンスルホニルクロリド（ＴｓＣｌ）などのトシルハロゲン化物；テトラクロロメタン、トリブロモメタン、１−ビニルエチルクロリド、１−ビニルエチルブロミドなどのアルキルハロゲン化物；ジメチルリン酸クロリドなどのリン酸エステルのハロゲン誘導体が挙げられる。
【００１７】
ハロゲン化銅／リガンド錯体を与えるハロゲン化銅としては、特に限定されることはなく、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。ハロゲン化銅の例としては、ＣｕＢｒ、ＣｕＣｌ、ＣｕＩなどが挙げられる。
ハロゲン化銅／リガンド錯体を与えるリガンド化合物としては、特に限定されることはなく、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。リガンド化合物の例としては、トリフェニルホスファン、４，４’−ジノニル−２，２’−ジピリジン（ｄＮｂｉｐｙ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’Ｎ”−ペンタメチルジエチレントリアミン、１，１，４，７，１０，１０−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンなどが挙げられる。
【００１８】
ラジカル重合性モノマー、重合開始剤、ハロゲン化銅、リガンド化合物の量は、使用する原料の種類に応じて適宜調節すればよいが、一般的に、重合開始剤１ｍｏｌに対して、ラジカル重合性モノマーが５〜１０，０００ｍｏｌ、好ましくは５０〜５，０００ｍｏｌ、ハロゲン化銅が０．１〜１００ｍｏｌ、好ましくは０．５〜１００ｍｏｌ、リガンド化合物が０．２〜２００ｍｏｌ、好ましくは１．０〜２００ｍｏｌである。
【００１９】
なお、リビングラジカル重合は、通常、無溶媒で行うが、リビングラジカル重合で一般的に使用される溶媒を使用してもよい。使用可能な溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトン、クロロホルム、四塩化炭素、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、酢酸エチル、トリフルオロメチルベンゼンなどの有機溶媒；水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、１−メトキシ−２−プロパノールなどの水性溶媒が挙げられる。溶媒の量は、使用する原料の種類に応じて適宜調節すればよいが、一般的にラジカル重合性モノマー１ｇに対して、溶媒が０．０１〜１００ｍＬ、好ましくは０．０５〜１０ｍＬである。
【００２０】
リビングラジカル重合により形成されるポリマーブラシ６の分子量は、反応温度、反応時間や使用する原料の種類や量によって調整可能であるが、一般的に数平均分子量が５００〜１，０００，０００、好ましくは１，０００〜５００，０００のポリマーブラシ６を得ることができる。また、ポリマーブラシ６の分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は、１．０５〜１．６０の間に制御することができる。
このような特徴を有するポリマーブラシ６は、液晶材料３中の液晶分子７をアレイ基板１及び対向基板２に対して平行に配向させることができる。
【００２１】
ポリマーブラシ６は、必要に応じて、電極４が配設されたアレイ基板１や対向基板２上に固定化膜５を介して形成される。
固定化膜５としては、アレイ基板１、対向基板２、電極４及びポリマーブラシ６との接着性に優れたものであれば特に限定されることはなく、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。固定化膜５の例としては、下記の一般式（１）で表されるアルコキシシラン化合物から形成される膜が挙げられる。
【００２２】
【化１】
【００２３】
一般式（１）中、Ｒ１はそれぞれ独立してＣ１〜Ｃ３のアルキル基、好ましくはメチル基またはエチル基であり；Ｒ２はそれぞれ独立してメチル基またはエチル基であり；Ｘはハロゲン原子、好ましくはＢｒであり；ｎは３〜１０の整数、より好ましくは４〜８の整数である。
【００２４】
固定化膜５には、ポリマーブラシ６が共有結合しているため、ポリマーブラシ６の液晶材料３中への溶け出しを防止することができ、液晶表示素子の耐久性及び信頼性が向上する。
【００２５】
固定化膜５が形成されるアレイ基板１としては、特に限定されることはなく、液晶表示素子で一般的に公知のものを使用することができる。アレイ基板１の例としては、アクティブマトリックスアレイ基板が挙げられる。このアクティブマトリックスアレイ基板は、一般的に、ガラス基板上にゲート配線及びソース配線がマトリックス状に配置されており、その交点部分に、薄層トランジスタ（ＴＦＴ）などのアクティブ素子が形成され、このアクティブ素子に画素電極が接続されたものである。
【００２６】
固定化膜５が形成される対向基板２も、特に限定されることはなく、液晶表示素子で一般的に公知のものを使用することができる。対向基板２の例としては、カラーフィルタ基板が挙げられる。このカラーフィルタ基板は、一般的に、ガラス基板上に、不要な光の漏れを防止するためにブラックマトリックスを形成した後、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の着色層をパターン形成し、必要に応じて保護膜を形成し、そして画素電極に対向する対向電極を形成したものである。
【００２７】
固定化膜５が形成される電極４としては、特に限定されることはなく、液晶表示素子に一般的に公知のものを使用することができる。電極４の例としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる櫛歯電極が挙げられる。電極４としてアレイ基板１に櫛歯電極を配設する場合、図２に示すように、液晶材料３の初期配向方向に対し略対称となるように２組の櫛歯電極４ａ，４ｂを配設することで、Ｔg以上の温度で櫛歯電極４ａを使って電極に電圧を印加し、界面近傍の液晶とポリマーブラシ表層部を電界方向に回転させ、Ｔg未満に冷却し、メモリーさせた後、再度、Ｔｇ以上に加熱し、櫛歯電極４ｂに電圧を印加することで界面近傍の液晶とポリマーブラシ表層部を初期配向方向に戻すことができる。即ち、初期配向方向に対し略対称となるように２組の櫛歯電極４ａ，４ｂを配設することで、書き込み・消去が可能となる。図２には示してないが、このように一方の基板に２組の櫛歯電極４ａ，４ｂを配設する場合、２組の櫛歯電極４ａ，４ｂは絶縁膜を介して配設される。また、図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、２組の櫛歯電極４ａ，４ｂをアレイ基板１及び対向基板２それぞれに分けて配設することもできる。この場合も２組の櫛歯電極４ａ，４ｂは液晶材料３の初期配向方向に対し略対称となるように配設される。
液晶材料３に用いられる液晶としては、特に限定されることはなく、液晶表示素子で一般的に公知のものを使用することができる。
【００２８】
次に、本実施の形態の液晶表示素子の駆動方法について説明する。
上記のように構成された本実施の形態の液晶表示素子は、高分子物質であるポリマーブラシ６の液晶材料によって膨潤された部分のガラス転移温度（Ｔg）未満の温度では、公知の横電界（ＩＰＳ）方式の液晶表示素子と同様の方法で駆動させ、動画像・静止画像を現状のＬＣＤ等のディスプレイと同等の画質で表示することができる。本実施の形態の液晶表示素子においてメモリー画像を表示する場合、Ｔg以上の温度で電極４に電圧を印加することによってポリマーブラシの表層部と液晶材料との配向を変化させ、その後、Ｔg未満の温度に冷却すると、ポリマーブラシの表層部の配向が固定化される（画像がメモリーされる）ので、低電圧で高輝度、高ＣＲ、連続階調のメモリー画像を表示できる。本実施の形態の液晶表示素子は、メモリー画像を表示する際に温度を制御する（加熱または冷却する）必要があるので、温度制御ユニットを備えていることが好ましい。温度制御ユニットとしては、特に限定されることはなく、レーザー、加熱電極、蓄熱層、シート状ヒーター、サーマルヘッド、オーブンなどが挙げられる。また、液晶表示素子と温度制御ユニットとを一体化せず、液晶表示素子をリライタブルペーパーとして活用することも可能である。
【００２９】
ポリマーブラシ６の液晶材料３によって膨潤された部分の初期配向が、一軸配向であるか、またはランダム配向であるかに関わらず、画像をメモリーする場合や書き換える場合、パネル全面を一括してＴg以上の温度に加熱し、対応する部分の画素のみに電圧を印加する方法を採ってもよいし、レーザーや画素サイズのサーマルヘッドで対応する部分の画素のみをＴg以上の温度に加熱し、電圧は全画素に一斉に印加する方法を採ってもよい。
ポリマーブラシ６の液晶材料３によって膨潤された部分の初期配向が、一軸配向である本実施の形態の液晶表示素子において、メモリーした画像を元の配向状態に戻す場合、Ｔg以上の温度で、画像をメモリーする際に電圧を印加した櫛歯電極とは異なる櫛歯電極に電圧を印加すればよい（例えば、櫛歯電極４ａに電圧を印加して画像をメモリーしたのであれば、櫛歯電極４ｂに電圧を印加して元の配向状態に戻す）。
ポリマーブラシ６の液晶材料３によって膨潤された部分の初期配向が、ランダム配向である本実施の形態の液晶表示素子において、メモリーした画像を元の配向状態に戻す場合、パネル全面もしくは対応する部分の画素のみをＴg以上の温度に加熱すればよい。
【００３０】
次に、本実施の形態の液晶表示素子の製造方法について説明する。なお、以下では、毛細管現象を利用した液晶注入を行う方法を例に本実施の形態を説明するが、本実施の形態はこれに限定されず、液晶滴下注入（ＯＤＦ）による方法を用いることも可能である。
まず、アレイ基板１上に電極４を形成する。電極４の形成方法としては、特に限定されることはなく、公知の方法に準じて形成することができる。なお、アレイ基板１は、必要に応じて、電極４の形成前に洗浄を行ってもよい。
次に、電極４を形成したアレイ基板１、及び対向基板２上に固定化膜５を形成する。ただし、電極４を形成したアレイ基板１、及び対向基板２とポリマーブラシ６との接着性が良好であれば、固定化膜５を形成する必要はない。固定化膜５の形成方法は、特に限定されることはなく、使用する材料にあわせて適宜設定すればよい。例えば、固定化膜形成用溶液に、電極４が設けられたアレイ基板１及び対向基板２を浸漬させた後、乾燥させることによって固定化膜５を形成することができる。ここで、所定の部分に固定化膜５を形成させるために、固定化膜５を形成させない部分にマスキングを施してもよい。また、対向基板２は、必要に応じて、固定化膜５の形成前に洗浄を行ってもよい。
【００３１】
次に、固定化膜５が形成されたアレイ基板１及び対向基板２上にポリマーブラシ６を形成する。ポリマーブラシ６の形成は、リビングラジカル重合（例えば、ＡＴＲＰ）により行われる。例えば、固定化膜５が形成されたアレイ基板１及び対向基板２を、ラジカル重合性モノマー、重合開始剤、及びハロゲン化銅／リガンド錯体を含むポリマーブラシ形成用溶液中に浸漬させ、加熱することによってポリマーブラシ６を形成することができる。加熱条件は、特に限定されることはなく、使用する原料などに応じて適宜調節すればよいが、一般的に、加熱温度は６０〜１５０℃、加熱時間は０．５〜１０時間である。この時、圧力は、一般的に常圧で行われるが、加圧または減圧しても構わない。なお、固定化膜５が形成されたアレイ基板１及び対向基板２は、必要に応じて、ポリマーブラシ６の形成前に洗浄を行ってもよい。
【００３２】
次に、ポリマーブラシ６が形成されたアレイ基板１及び対向基板２を貼り合わせる。例えば、シール剤を塗布し、スペーサーを散布した後、アレイ基板１と対向基板２とを重ねあわせ、シール剤を硬化させることによってアレイ基板１と対向基板２とを貼り合わせることができる。
次に、毛細管現象を利用して液晶をアレイ基板１と対向基板２との間に注入し、注入が終了したら、注入口を閉じて封止する。
【００３３】
次に、磁場配向法などの非接触配向法によって液晶分子を一軸配向させる。磁場配向法を用いる場合、例えば、ポリマーブラシ６のガラス転移温度Ｔg以上の温度で加熱しつつ、液晶分子７を配向させたい方向に、永久磁石や超伝導磁石を用いて磁場を印加しながら常温まで除冷する。このような加熱・磁場配向処理を行うことで、非接触の一軸配向が可能となる。また、ポリマーブラシ６のガラス転移温度Ｔg以上の温度で加熱のみ行い、液晶分子を非常に細かなランダム配向としてもよい。加熱条件は、形成したポリマーブラシ６のガラス転移温度に応じて適宜調節すればよく、特に限定されないが、一般的に加熱温度は６０〜１５０℃、加熱時間は１０分〜１時間である。同様に、磁場の印加条件も、使用した液晶の種類に応じて適宜調節すればよく、特に限定されないが、一般的に磁束密度が０．５Ｔ〜５Ｔである。また、常温までの降温速度は１℃／分〜２０℃／分であることが好ましい。降温速度が１℃／分未満であると、工程時間が長くなり、実用的でない場合がある。一方、降温速度が２０℃／分を超えると、液晶分子７の配向制御が十分でない場合がある。
【００３４】
なお、上記では磁場による一軸配向処理を説明したが、ポリマーブラシ６を配向膜として用いた場合には、ラビング処理による配向処理を行うことも可能である。
【００３５】
＜実施の形態２＞
実施の形態２では、配向膜を形成する高分子物質として塗布膜を用いた場合について説明する。図４は、本実施の形態の液晶表示素子の模式断面図である。図４において、液晶表示素子は、アレイ基板１と、アレイ基板１に対向して配置された対向基板２と、アレイ基板１と対向基板２との間に封入された液晶材料３とを有している。そして、アレイ基板１には、電極４及び塗布膜８が順次形成されている。また、対向基板２には、塗布膜８が形成されている。
このような構成を有する本実施の形態の液晶表示素子は、塗布膜８を配向膜として形成したこと以外は、原則として公知の液晶表示素子と同じ構成であり、例えば、電極４が配置されたアレイ基板１に対向させて対向基板２を配置し、アレイ基板１と対向基板２との間に液晶材料３を注入するという公知の製造方法に準じて製造することが可能である。
【００３６】
塗布膜８と液晶材料３とが接する界面近傍では、塗布膜８の表層部が液晶材料３により膨潤されて塗布膜８が本来有するガラス転移温度（Ｔg）よりも低下する。結果として、この膨潤された部分のガラス転移温度（Ｔg）は、液晶材料３のＮ相からＩ相へ相転移する温度（ＴNI）よりも低い状態になっている。このような状態は、塗布膜８に用いる材料の種類、液晶材料３に用いる液晶の種類などを適宜変更することにより達成できる。既存のＬＣＤでは、配向膜によって液晶材料が固定（アンカリング）されているため、電極に電圧を印加すると、配向膜と液晶材料との界面近傍の液晶は固定されたまま、バルクの液晶は電界方向（Δｎが負の場合は電界の垂直方向）に向き、電界がｏｆｆされると、弾性によって、初期の配向状態に戻る。ところが、本実施の形態の液晶表示素子では、配向膜としての塗布膜８の膨潤された部分が、液晶材料３のＮ相からＩ相へ相転移する温度（ＴNI）よりも低いガラス転移温度（Ｔg）を有するため、Ｔg以上の温度に加熱したまま電極に電圧を印加すると、バルクの液晶だけでなく、界面近傍の液晶が塗布膜８の表層部と一緒に電界方向に向くこととなる。
【００３７】
塗布膜８の厚さは、通常、数十ｎｍ程度であり、具体的には１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満であり、好ましくは１０ｎｍ〜８０ｎｍである。かかる厚さであれば、従来のポリイミド配向膜の厚さ（一般的に１００ｎｍ）よりも薄くなり、液晶表示素子の低電圧駆動が可能になる。
【００３８】
塗布膜８は、電極４を形成したアレイ基板１及び対向基板２上に、高分子物質をトルエン等の溶媒に溶解させた高分子物質溶液を塗布することにより形成することができる。塗布膜８の形成に用いられる高分子物質は、液晶材料３を取り込んで膨潤することができ且つ液晶材料３に溶解しないものであればよく、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）が挙げられる。これらの高分子物質は、単独で使用しても、２種以上併用してもよい。塗布膜の形成に用いる高分子物質の分子量は、特に限定されることはないが、基板との密着性が良好で、かつ、液晶に溶解しない程度の分子量であることが好ましい。
【００３９】
本実施の形態で使用することのできるアレイ基板１、対向基板２、液晶材料３及び電極４は、実施の形態１と同じであるのでその説明は省略する。また、電極４は、実施の形態１と同様に配設することができるのでその説明は省略する。
【００４０】
また、本実施の形態の液晶表示素子は、実施の形態１に示した方法と同様にして駆動させることができるのでその説明は省略する。
【００４１】
次に、本実施の形態の液晶表示素子の製造方法について説明する。なお、以下では、毛細管現象を利用した液晶注入を行う方法を例に本実施の形態を説明するが、本実施の形態はこれに限定されず、液晶滴下注入（ＯＤＦ）による方法を用いることも可能である。
まず、アレイ基板１上に電極４を形成する。電極４の形成方法としては、特に限定されることはなく、公知の方法に準じて形成することができる。なお、アレイ基板１は、必要に応じて、電極４の形成前に洗浄を行ってもよい。
次に、電極４を形成したアレイ基板１及び対向基板２上に配向膜として高分子物質溶液を塗布する。塗布法は特に限定されることはなく、フレキソ印刷法、インクジェット法など、用途にあわせて適宜設定すればよい。
【００４２】
次に、塗布膜８が形成されたアレイ基板１及び対向基板２を貼り合わせる。例えば、シール剤を塗布し、スペーサーを散布した後、アレイ基板１と対向基板２とを重ねあわせ、シール剤を硬化させることによってアレイ基板１と対向基板２とを貼り合わせることができる。
次に、毛細管現象を利用して液晶をアレイ基板１と対向基板２との間に注入し、注入が終了したら、注入口を閉じて封止する。
【００４３】
次に、磁場配向法などの非接触配向法によって液晶分子を一軸配向させる。磁場配向法を用いる場合、例えば、塗布膜８のガラス転移温度Ｔｇ以上の温度で加熱しつつ、液晶分子７を配向させたい方向に、永久磁石や超伝導磁石を用いて磁場を印加しながら常温まで除冷する。このような加熱・磁場配向処理を行うことで、非接触の一軸配向が可能となる。また、塗布膜８のガラス転移温度Ｔｇ以上の温度で加熱のみ行い、液晶分子を非常に細かなランダム配向としてもよい。加熱条件は、形成した塗布膜８のガラス転移温度に応じて適宜調節すればよく、特に限定されないが、一般的に加熱温度は６０〜１５０℃、加熱時間は１０分〜１時間である。同様に、磁場の印加条件も、使用した液晶の種類に応じて適宜調節すればよく、特に限定されないが、一般的に磁束密度が０．５Ｔ〜５Ｔである。また、常温までの降温速度は１℃／分〜２０℃／分であることが好ましい。降温速度が１℃／分未満であると、工程時間が長くなり、実用的でない場合がある。一方、降温速度が２０℃／分を超えると、液晶分子７の配向制御が十分でない場合がある。
【００４４】
なお、上記では磁場による一軸配向処理を説明したが、塗布膜８を配向膜として用いた場合には、ラビング処理による配向処理を行うことも可能である。
【００４５】
上記実施の形態１及び２で説明したポリマーブラシ６及び塗布膜８の他に、液晶材料３中に一旦溶解もしくは分散させた高分子物質を基板表面に吸着させた膜を配向膜として用いることもできる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
ＩＴＯからなる櫛歯電極を形成したガラス基板及び約３μｍの高さのフォトスペーサーを形成した対向基板を用意し、ポリマーブラシを形成させる必要がない部分をマスキングした。次に、エタノール３８ｇ、アンモニア水（２８％）２ｇ、２−ブロモ−２−メチルプロピオニロキシヘキシルトリエトキシシラン（ＢＨＥ）０．４ｇを含む固定化膜形成用溶液に、マスキングを施した２つのガラス基板を常温（２５℃）で一晩浸漬させた後、乾燥させることによって固定化膜を形成した。次に、固定化膜を形成した２つのガラス基板を洗浄し、乾燥させた後、メチルメタクリレート（ラジカル重合性モノマー）、エチル−２−ブロモイソブチレート（重合開始剤）、ＣｕＢｒ（ハロゲン化銅）及び４，４’−ジオニル−２，２’−ビピリジン（リガンド化合物）を１０００：１：１２：２４のモル比で含むポリマーブラシ形成用溶液に浸漬させ、９０℃で３時間加熱してリビングラジカル重合させることにより、ポリマーブラシ（以下、ＰＭＭＡブラシという）を形成した。次に、ＰＭＭＡブラシを形成した２つのガラス基板を洗浄し、乾燥させた後、ガラス基板からマスクを除去した。
【００４７】
形成されたＰＭＭＡブラシの分子量を、ＧＰＣ測定装置（日本分光株式会社製）を用いて測定した。標準試料にはポリメチルメタクリレートを用い、検出器にはＲＩ（屈折率）検出器を用いた。その結果、ＰＭＭＡブラシの数平均分子量（Ｍｎ）は１．１２×１０5であり、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は１．１７であった。
また、ＰＭＭＡブラシの層（ＰＭＭＡブラシ層）の厚さを、Ｘ線反射率測定装置（パナリティカル(ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製Ｘ’Ｐｅｒｔ−Ｐｒｏ−ＭＡＤ）を用いて測定した。その結果、ＰＭＭＡブラシ層の厚さは４５．４ｎｍであった。
さらに、ＰＭＭＡブラシのグラフト密度について評価した結果、ガラス基板表面１ｎｍ2当たり、０．２９本鎖であった。
【００４８】
次に、ＰＭＭＡブラシが形成されたガラス基板の一方にシール剤を塗布した後、２つのガラス基板を貼り合わせ、窒素雰囲気下、１２０℃で２時間加熱することによってシール剤を硬化させた。そして、２つのガラス基板の間にＰ型液晶（チッソ株式会社製ＪＣ−５０５１、ＴNI：１１２℃）を毛細管現象により注入し、注入が終了したら注入口を閉じて封止した。次に、所定の方向に１Ｔの磁場を印加しながら１２０℃の温度で２０分間加熱した後、磁場を印加しつつ常温まで３℃／分の降温速度で除冷することによって液晶表示素子を作製した。
【００４９】
＜実施例２＞
ＩＴＯからなる櫛歯電極を形成したガラス基板及び約３μｍの高さのフォトスペーサーを形成した対向基板を用意し、それら２つのガラス基板上に、ポリメチルメタクリレート（アルドリッチ社製、重量平均分子量１２０，０００）をトルエンで溶解させた高分子物質溶液をスピンコーターで塗布し、５５℃で１２０秒加熱し、溶媒を乾燥させた後、基板との密着性を高めるために１００℃で１５分加熱して、塗布膜（以下、ＰＭＭＡ塗布膜という）を形成した。
【００５０】
次に、ＰＭＭＡ塗布膜が形成されたガラス基板の一方にシール剤を塗布した後、２つのガラス基板を貼り合わせ、窒素雰囲気下、１２０℃で２時間加熱することによってシール剤を硬化させた。そして、２つのガラス基板の間にＰ型液晶（チッソ株式会社製ＪＣ−５０５１、ＴNI：１１２℃）を毛細管現象により注入し、注入が終了したら注入口を閉じて封止した。次に、所定の方向に１Ｔの磁場を印加しながら１２０℃の温度で２０分間加熱した後、磁場を印加しつつ常温まで３℃／分の降温速度で除冷することによって液晶表示素子を作製した。
【００５１】
＜比較例１＞
比較例１では、ラビング配向膜を有する従来の液晶表示素子を作製した。
ここで、ＩＴＯからなる櫛歯電極を形成したガラス基板及び約３μｍの高さのフォトスペーサーを形成した対向基板に、ポリイミド膜を形成した後、ラビング処理を施してラビング配向膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして液晶表示素子を得た。なお、ラビング配向膜の厚さは約１００ｎｍであった。
【００５２】
（配向制御性の評価）
実施例１で得られた液晶表示素子の両側に、偏光板をクロスニコルにして設け、その偏光板の間で液晶表示素子を回転させた場合において、その液晶表示素子の回転角度と透過率との関係をＬＣＤアナライザ（名菱テクニカ株式会社製ＬＣＡ-ＬＵ４Ａ）を用いて調べた。結果を図５に示す。なお、入射光側偏光板の透過軸が液晶の配向方向（磁場の印加方向）に一致するようにパネルを測定器にセットして測定を開始した。図５から分かるように、この液晶表示素子では、９０°ごとに周期的な消光が見られ、液晶がガラス基板に対して水平方向に一軸配向（ホモジニアス配向）しており、ＰＭＭＡブラシ層が液晶用配向膜として機能していることが確認された。
また、実施例１で得られた液晶表示素子を８５℃の温度に加熱しながらＶ15（最大透過率の１５％が得られる電圧、実施例１の場合：４Ｖ）の電圧を７２００秒印加した後、２５℃まで冷却し、上記と同様に液晶表示素子の回転角度と透過率との関係をＬＣＤアナライザ（名菱テクニカ株式会社製ＬＣＡ-ＬＵ４Ａ）を用いて調べた。結果を図６に示す。図６から分かるように、この液晶表示素子では、初期配向方向から約３５°ずれた位置でホモジニアス配向していることが確認された。この結果から、液晶全体（バルクの液晶だけでなく、界面近傍の液晶も）が約３５°回転したことが確認できた。
また、実施例２で得られた液晶表示素子の回転角度と透過率との関係も調べた。結果を図７に示す。図７から分かるように、この液晶表示素子でも、９０°ごとに周期的な消光が見られ、液晶がガラス基板に対して水平方向に一軸配向（ホモジニアス配向）しており、ＰＭＭＡ塗布膜が液晶用配向膜として機能していることが確認された。
さらに、実施例２で得られた液晶表示素子を８５℃の温度に加熱しながらＶ15（最大透過率の１５％が得られる電圧、実施例２の場合：３．６Ｖ）の電圧を７２００秒印加した後、２５℃まで冷却し、上記と同様に液晶表示素子の回転角度と透過率との関係を調べた。結果を図８に示す。図８から分かるように、この液晶表示素子では、初期配向方向から約４２°ずれた位置でホモジニアス配向していることが確認された。この結果から、液晶全体（バルクの液晶だけでなく、界面近傍の液晶も）が約４２°回転したことが確認できた。
【００５３】
（Ｖ−Ｔ曲線の評価）
実施例１、実施例２及び比較例１で得られた液晶表示素子の両側に、偏光板をクロスニコルにして設け、電圧を変化させて液晶表示素子に印加し、透過率を測定した。なお、入射光側偏光板の透過軸が液晶の配向方向（実施例１では磁場の印加方向、比較例１ではラビング方向）に一致するように配置した。結果を図９に示す。
図９から分かるように、実施例１の液晶表示素子は、Ｖmaxが８．５Ｖであり、実施例２の液晶表示素子は、Ｖmaxが７．８Ｖであるのに対し、比較例１の液晶表示素子は、Ｖmaxが９．１Ｖであった。つまり、実施例１及び２の液晶表示素子は、比較例１の液晶表示素子に比べて、Ｖ−Ｔ曲線が低電圧側にシフトしており、駆動電圧を低下させることが可能であることが確認された。
【００５４】
（応答速度の評価）
実施例１、実施例２及び比較例１で得られた液晶表示素子の両側に、偏光板をクロスニコルにして設け、液晶表示素子にＶmaxの電圧（６０Ｈｚ交流駆動）を１００ミリ秒印加し、大塚電子製ＬＣＤ−５２００により応答速度（τon／τoff）を２５℃で測定した。結果を図１０に示す。
図１０から分かるように、実施例１及び２の液晶表示素子は、比較例１の液晶表示素子と同等のアンカリング能力があることが確認された。また、実施例１の液晶表示素子では、τon（１０％⇒９０％）が１７．３ミリ秒、τoff（９０％⇒１０％）が２７．６ミリ秒であり、実施例２の液晶表示素子では、τon（１０％⇒９０％）が２２．２ミリ秒、τoff（９０％⇒１０％）が３７．２ミリ秒であったのに対し、比較例１の液晶表示素子では、τon（１０％⇒９０％）が１６．８ミリ秒、τoff（９０％⇒１０％）が２２．４ミリ秒であった。このように、実施例１及び２の液晶表示素子は、動画表示可能な応答速度を有することが確認された。
【００５５】
（駆動時の透過率）
実施例１、実施例２及び比較例１で得られた液晶表示素子の両側に、偏光板をクロスニコルにして設け、温度を２５℃、４５℃、６５℃、８５℃と変化させながら、液晶表示素子にＶmaxの電圧（６０Ｈｚ交流駆動）を１００００秒印加した後、電圧をＯＦＦにし、２００００秒放置した。その間の透過率の変化を大塚電子製ＬＣＤ−５２００により測定した。実施例１と比較例１との結果を図１１に、実施例２の結果を図１２に示す。
図１１から分かるように、実施例１の液晶表示素子は、２５℃、４５℃では、電圧印加時には透過率は一定で、電圧をＯＦＦした直後に電圧印加前の透過率に戻るという比較例１の液晶表示素子と同じ挙動を示しており、少なくとも４５℃以下では、実施例の１の液晶表示素子の持つアンカリング能力は、長時間に渡り安定で、比較例１の液晶表示素子のそれと同等であることが確認された。６５℃以上で透過率の変化が確認された。この結果から、ＰＭＭＡブラシの表層部（液晶によって膨潤された部分）は、４５℃〜６５℃の範囲にガラス転移温度を有するものと推察される。また、８５℃においては、０秒〜１００００秒までは界面近傍の液晶とバルクの液晶とが捩れた状態のままＰＭＭＡブラシの表層部が回転し、電圧をＯＦＦにした直後にバルクの液晶は界面の位置に移動（捩れを解く）してホモジニアス配向となり、その後はホモジニアス配向のまま初期配向方向に戻る挙動が見られた。また、図１２から分かるように、実施例２の液晶表示素子も、少なくとも４５℃以下では、アンカリング能力が長時間に渡り安定であることが確認され、６５℃以上で透過率の変化が確認された。この結果から、ＰＭＭＡ塗布膜の表層部（液晶によって膨潤された部分）は、４５℃〜６５℃の範囲にガラス転移温度を有するものと推察される。また、８５℃においては、０秒〜１００００秒までは界面近傍の液晶とバルクの液晶とが捩れた状態のままＰＭＭＡ塗布膜の表層部が回転し、電圧をＯＦＦにした直後にバルクの液晶は界面の位置に移動（捩れを解く）してホモジニアス配向となり、その後はホモジニアス配向のまま初期配向方向に戻る挙動が見られた。
【００５６】
次に、実施例１及び実施例２で得られた液晶表示素子の両側に、偏光板をクロスニコルにして設け、８５℃の温度に加熱しながらＶ15（最大透過率の１５％が得られる電圧：実施例１では４Ｖ、実施例２では３．６Ｖ）の電圧を７２００秒印加した後、２５℃まで冷却し、２５℃で電圧を印加しない状態で９０００秒放置した。その間の透過率の変化を大塚電子製ＬＣＤ−５２００により測定した。８５℃でＶ15印加時の結果を図１３に示し、２５℃まで冷却した後、電圧を印加しない状態の結果を図１４に示した。
図１３から分かるように、実施例１の液晶表示素子は、電圧印加直後に透過率が１０％程度まで上昇し、その後も時間経過に伴って透過率が次第に上昇し、３３％を超える透過率が達成された。また、実施例２の液晶表示素子は、電圧印加直後に透過率が８．５％程度まで上昇し、その後も時間経過に伴って透過率が次第に上昇して３０％を超え、その後は低下して２９％程度の透過率となった。実施例１及び２の液晶表示素子に４５℃未満でＶ15を印加した場合、透過率は３％程度（透過率最大値の１５％程度）であり、また、比較例１の液晶表示素子に透過率の最大値を与える電圧を印加した際の透過率が２０％程度であることを考えると、実施例１及び２の液晶表示素子に８５℃でＶ15を印加した際に達成される透過率が如何に高いかが理解できる。更に、図１４から分かるように、８５℃でＶ15印加後、２５℃まで冷却した後の実施例１及び実施例２の液晶表示素子は、冷却前の透過率が維持されたままであった。なお、１ヶ月経過後もメモリー画像を完全に維持した状態であった。実施例１及び２の液晶表示素子は、通常の液晶表示素子に比べ、低い電圧で高い透過率が達成できると共にメモリー性も有しており、大幅な低消費電力化を実現することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ アレイ基板、２ 対向基板、３ 液晶材料、４ 電極、４ａ，４ｂ 櫛歯電極、５ 固定化膜、６ ポリマーブラシ、７ 液晶分子、８ 塗布膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子及びその駆動方法に関し、特に、動画像・静止画像・メモリー画像を表示できる液晶表示素子及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＣＲＴなどのディスプレイは、動画像及び静止画像の両方を表示することができるが、原理的な要請として、動画像だけでなく、静止画像を表示する時にも、電圧を印加し続けねばならない。そのため、これらのディスプレイでは、静止画像表示時も駆動するための電力を消費するという問題があった。一方、現在、実用化されている電子ペーパー（電気泳動方式、コレステリック液晶方式、電気粉流体方式など）は、メモリー性を有するため、メモリー画表示時の消費電力はほぼ０である（例えば、特許文献１を参照）。しかし、電子ペーパーの代表的な方式である電気泳動方式は、粒子の移動時間が長く、また、コレステリック液晶方式及び電子粉流体方式は、駆動電圧が高いため、パッシブ駆動せざるを得ず、いずれも動画表示が難しいという問題がある。更に、いずれの方式の電子ペーパーも、コントラストが低い、連続階調が難しい、応答時間（画面書換時間）が長いなどの理由により、静止画質及び動画質が共にＬＣＤ、ＰＤＰ、ＣＲＴに比べてかなり劣るという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１-８３９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、現状のＬＣＤと同等画質の動画像・静止画像を表示することができ、且つ現状の電子ペーパーよりも低電圧でメモリー画像を表示することができる液晶表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための第一の発明は、高分子物質を配向膜として形成した一対の電極付基板間に液晶材料が封入された構造を有し、温度及び電圧によって配向膜の表層部と液晶材料の配向を変化させて画像の表示を行うことを特徴とする液晶表示素子である。
配向膜は、ポリマーブラシであるか、塗布膜であるか、または液晶材料中に一旦溶解もしくは分散させた高分子物質を基板表面に吸着させた膜であることが好ましい。
配向膜の表層部は、液晶材料によって膨潤されており、その配向膜の液晶材料によって膨潤された部分のガラス転移温度（Ｔg）は、液晶材料のＮ相からＩ相へ相転移する温度（ＴNI）よりも低いことが好ましい。
配向膜の液晶材料によって膨潤された部分の初期配向は、一軸配向であってもよいし、またはランダム配向であってもよい。
電極付基板に配設された電極は、櫛歯電極であることが好ましい。櫛歯電極は、２組あって、液晶材料の初期配向方向に対し略対称となるように配設されていることが好ましい。その２組の櫛歯電極は、一対の電極付基板それぞれに分けて配設されていることが好ましい。また、その２組の櫛歯電極は、一方の電極付基板のみに絶縁膜を介して配設されていることが好ましい。
また、液晶表示素子は、加熱または冷却するための温度制御ユニットを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、動画像・静止画像を現状のＬＣＤ等のディスプレイと同等の画質で表示することができ、且つ現状の電子ペーパーよりも低電圧でメモリー画像を表示することができる液晶表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１の液晶表示素子の模式断面図である。
【図２】実施の形態１の液晶表示素子における液晶材料の初期配向方向と基板上に配設された２組の櫛歯電極との関係を説明するための図である。
【図３】実施の形態１の液晶表示素子における液晶材料の初期配向方向と基板上に配設された２組の櫛歯電極との関係を説明するための図である。
【図４】実施の形態２の液晶表示素子の模式断面図である。
【図５】実施例１の液晶表示素子の回転角度と相対輝度との関係を示すグラフである。
【図６】実施例１の液晶表示素子の回転角度と相対輝度との関係を示すグラフである。
【図７】実施例２の液晶表示素子の回転角度と相対輝度との関係を示すグラフである。
【図８】実施例２の液晶表示素子の回転角度と相対輝度との関係を示すグラフである。
【図９】実施例１、実施例２及び比較例１の液晶表示素子のＶ−Ｔ曲線を示すグラフである。
【図１０】実施例１、実施例２及び比較例１の液晶表示素子の応答速度測定結果を示すグラフである。
【図１１】実施例１及び比較例１の液晶表示素子の電圧印加時間と透過率との関係（２５℃、４５℃、６５℃及び８５℃における）を示すグラフである。
【図１２】実施例２の液晶表示素子の電圧印加時間と透過率との関係（２５℃、４５℃、６５℃及び８５℃における）を示すグラフである。
【図１３】実施例１及び２の液晶表示素子に８５℃でＶ15（最大透過率の１５％が得られる電圧）印加した時の透過率の変化を示すグラフである。
【図１４】実施例１及び２の液晶表示素子に８５℃でＶ15（最大透過率の１５％が得られる電圧）印加した後、２５℃まで冷却した時の透過率の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の液晶表示素子及びその駆動方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、以下では、横電界（ＩＰＳ）方式の液晶表示素子を例に本発明を説明するが、本発明はこれに限定されず、縦電界方式の液晶表示素子にも用いることも可能である。
【０００９】
＜実施の形態１＞
実施の形態１では、配向膜を形成する高分子物質としてポリマーブラシを用いた場合について説明する。図１は、本実施の形態の液晶表示素子の模式断面図である。図１において、液晶表示素子は、アレイ基板１と、アレイ基板１に対向して配置された対向基板２と、アレイ基板１と対向基板２との間に封入された液晶材料３とを有している。そして、アレイ基板１には、電極４、固定化膜５及びポリマーブラシ６が順次形成されている。また、対向基板２には、固定化膜５及びポリマーブラシ６が順次形成されている。
このような構成を有する本実施の形態の液晶表示素子は、ポリマーブラシ６を配向膜として形成したこと以外は、原則として公知の液晶表示素子と同じ構成であり、例えば、電極４が配置されたアレイ基板１に対向させて対向基板２を配置し、アレイ基板１と対向基板２との間に液晶材料３を注入するという公知の製造方法に準じて製造することが可能である。
【００１０】
本実施の形態において「ポリマーブラシ６」とは、一端が基板表面に共有結合したグラフトポリマー鎖を意味する。グラフトポリマー鎖は、グラフト密度が低いと、糸まり状の縮んだ構造をとるが、グラフト密度が高くなると、隣接したグラフトポリマー鎖の相互作用（立体反発）により、基板表面に対して垂直方向に伸張した構造をとる。特に、後者の構造、すなわち、多数のグラフトポリマー鎖が高密度でアレイ基板１あるいは対向基板２の表面に対して垂直方向に伸張した構造を有するものが好ましい。本実施の形態において「高密度」とは、隣接するグラフトポリマー鎖間で立体反発が生じる程度に密集したグラフトポリマー鎖の密度を意味し、アレイ基板１あるいは対向基板２の表面１ｎｍ2当たり、通常、０．１本鎖以上であり、好ましくは０．１〜１．２本鎖の密度である。
【００１１】
アレイ基板１あるいは対向基板２の表面上に高密度で形成されたポリマーブラシ６は、アレイ基板１あるいは対向基板２の表面上でポリマーブラシの層（以下、「ポリマーブラシ層」という）を構成する。このポリマーブラシ層と液晶材料３とが接する界面近傍では、ポリマーブラシ６の表層部が液晶材料３により膨潤されてポリマーブラシ６が本来有するガラス転移温度（Ｔg）よりも低下する。結果として、この膨潤された部分のガラス転移温度（Ｔg）は、液晶材料３のＮ相からＩ相へ相転移する温度（ＴNI）よりも低い状態になっている。このような状態は、ポリマーブラシ６に用いる材料の種類、グラフトポリマー鎖の密度、液晶材料３に用いる液晶の種類などを適宜変更することにより達成できる。既存のＬＣＤでは、配向膜によって液晶材料が固定（アンカリング）されているため、電極に電圧を印加すると、配向膜と液晶材料との界面近傍の液晶は固定されたまま、バルクの液晶は電界方向（Δｎが負の場合は電界の垂直方向）に向き、電界がｏｆｆされると、弾性によって、初期の配向状態に戻る。ところが、本実施の形態の液晶表示素子では、配向膜としてのポリマーブラシ６の膨潤された部分が、液晶材料３のＮ相からＩ相へ相転移する温度（ＴNI）よりも低いガラス転移温度（Ｔg）を有するため、Ｔg以上の温度に加熱したまま電極に電圧を印加すると、バルクの液晶だけでなく、界面近傍の液晶がポリマーブラシの表層部と一緒に電界方向に向くこととなる。
【００１２】
ポリマーブラシ層の厚さは、通常、数十ｎｍ程度であり、具体的には１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満であり、好ましくは１０ｎｍ〜８０ｎｍである。かかる厚さであれば、従来のポリイミド配向膜の厚さ（一般的に１００ｎｍ）よりも薄くなり、液晶表示素子の低電圧駆動が可能になる。また、このポリマーブラシ層にはサイズ排除効果があり、一定の大きさの物質はポリマーブラシ層を通過することはできないため、ポリマーブラシ層の厚さを薄くしたとしても、下地から液晶材料３への不純物の侵入を防止することができる。加えて、このポリマーブラシ層は、厚さが比較的薄くても、液晶分子の配向制御能力が良好である。
【００１３】
ポリマーブラシ６は、ラジカル重合性モノマーをリビングラジカル重合させることにより形成することができる。ここで、「リビングラジカル重合」とは、ラジカル重合反応において、連鎖移動反応及び停止反応が実質的に起こらず、ラジカル重合性モノマーが反応し尽くした後も連鎖成長末端が活性を保持する重合反応をいう。この重合反応では、重合反応終了後でも生成重合体の末端に重合活性を保持しており、ラジカル重合性モノマーを加えると再び重合反応を開始させることができる。また、リビングラジカル重合は、ラジカル重合性モノマーと重合開始剤との濃度比を調節することにより任意の平均分子量をもつ重合体の合成ができ、そして、生成する重合体の分子量分布が極めて狭いなどの特徴がある。
【００１４】
本実施の形態に用いられるリビングラジカル重合の代表例は、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）である。例えば、重合開始剤の存在下で、ハロゲン化銅／リガンド錯体を用いてラジカル重合性モノマーの原子移動リビングラジカル重合を行う。高分子末端ハロゲンをハロゲン化銅／リガンド錯体が引き抜くことにより可逆的に成長する成長ラジカルにラジカル重合性モノマーが付加して進行し、十分な頻度での可逆的活性化・不活性化により分子量分布が規制される。
【００１５】
リビングラジカル重合に用いられるラジカル重合性モノマーは、有機ラジカルの存在下でラジカル重合を行い得る不飽和結合を有するものであり、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、ｔ−ブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ノニルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、２−メトキシエチルメタクリレート、ブトキシエチルメタクリレート、メトキシテトラエチレングリコールメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルメタクリレート、ジエチレングリコールメタクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート、２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレートなどのメタクリレート系モノマー；メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｔ−ブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、ベンジルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、２−メトキシエチルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、メトキシテトラエチレングリコールアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルアクリレート、ジエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、２−（ジメチルアミノ）エチルアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−メチロールメタクリルアミドなどのアクリレート系モノマー；スチレン、スチレン誘導体（ｏ−、ｍ−、ｐ−メトキシスチレン、ｏ−、ｍ−、ｐ−ｔ−ブトキシスチレン、ｏ−、ｍ−、ｐ−クロロメチルスチレンなど）、ビニルエステル類（酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酢酸ビニルなど）、ビニルケトン類（ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンなど）、Ｎ−ビニル化合物（Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルピロール、Ｎ−ビニルカルバゾール、Ｎ−ビニルインドールなど）、（メタ）アクリル酸誘導体（アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、アクリルアミド、イソプロピルアクリルアミド、メタクリルアミドなど）、ハロゲン化ビニル類（塩化ビニル、塩化ビニリデン、テトラクロロエチレン、ヘキサクロロプレン、フッ化ビニルなど）などのビニルモノマーが挙げられる。ラジカル重合性モノマーは、単独で使用しても、２種以上併用してもよい。
【００１６】
重合開始剤としては、特に限定されることはなく、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。重合開始剤の例としては、ｐ−クロロメチルスチレン、α−ジクロロキシレン、α，α−ジクロロキシレン、α，α−ジブロモキシレン、ヘキサキス（α−ブロモメチル）ベンゼン、塩化ベンジル、臭化ベンジル、１−ブロモ−１−フェニルエタン、１−クロロ−１−フェニルエタンなどのベンジルハロゲン化物；プロピル−２−ブロモプロピオネート、メチル−２−クロロプロピオネート、エチル−２−クロロプロピオネート、メチル−２−ブロモプロピオネート、エチル−２−ブロモイソブチレート（ＥＢＩＢ）などのα位がハロゲン化されたカルボン酸；ｐ−トルエンスルホニルクロリド（ＴｓＣｌ）などのトシルハロゲン化物；テトラクロロメタン、トリブロモメタン、１−ビニルエチルクロリド、１−ビニルエチルブロミドなどのアルキルハロゲン化物；ジメチルリン酸クロリドなどのリン酸エステルのハロゲン誘導体が挙げられる。
【００１７】
ハロゲン化銅／リガンド錯体を与えるハロゲン化銅としては、特に限定されることはなく、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。ハロゲン化銅の例としては、ＣｕＢｒ、ＣｕＣｌ、ＣｕＩなどが挙げられる。
ハロゲン化銅／リガンド錯体を与えるリガンド化合物としては、特に限定されることはなく、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。リガンド化合物の例としては、トリフェニルホスファン、４，４’−ジノニル−２，２’−ジピリジン（ｄＮｂｉｐｙ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’Ｎ”−ペンタメチルジエチレントリアミン、１，１，４，７，１０，１０−ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンなどが挙げられる。
【００１８】
ラジカル重合性モノマー、重合開始剤、ハロゲン化銅、リガンド化合物の量は、使用する原料の種類に応じて適宜調節すればよいが、一般的に、重合開始剤１ｍｏｌに対して、ラジカル重合性モノマーが５〜１０，０００ｍｏｌ、好ましくは５０〜５，０００ｍｏｌ、ハロゲン化銅が０．１〜１００ｍｏｌ、好ましくは０．５〜１００ｍｏｌ、リガンド化合物が０．２〜２００ｍｏｌ、好ましくは１．０〜２００ｍｏｌである。
【００１９】
なお、リビングラジカル重合は、通常、無溶媒で行うが、リビングラジカル重合で一般的に使用される溶媒を使用してもよい。使用可能な溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトン、クロロホルム、四塩化炭素、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、酢酸エチル、トリフルオロメチルベンゼンなどの有機溶媒；水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、１−メトキシ−２−プロパノールなどの水性溶媒が挙げられる。溶媒の量は、使用する原料の種類に応じて適宜調節すればよいが、一般的にラジカル重合性モノマー１ｇに対して、溶媒が０．０１〜１００ｍＬ、好ましくは０．０５〜１０ｍＬである。
【００２０】
リビングラジカル重合により形成されるポリマーブラシ６の分子量は、反応温度、反応時間や使用する原料の種類や量によって調整可能であるが、一般的に数平均分子量が５００〜１，０００，０００、好ましくは１，０００〜５００，０００のポリマーブラシ６を得ることができる。また、ポリマーブラシ６の分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は、１．０５〜１．６０の間に制御することができる。
このような特徴を有するポリマーブラシ６は、液晶材料３中の液晶分子７をアレイ基板１及び対向基板２に対して平行に配向させることができる。
【００２１】
ポリマーブラシ６は、必要に応じて、電極４が配設されたアレイ基板１や対向基板２上に固定化膜５を介して形成される。
固定化膜５としては、アレイ基板１、対向基板２、電極４及びポリマーブラシ６との接着性に優れたものであれば特に限定されることはなく、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。固定化膜５の例としては、下記の一般式（１）で表されるアルコキシシラン化合物から形成される膜が挙げられる。
【００２２】
【化１】
【００２３】
一般式（１）中、Ｒ１はそれぞれ独立してＣ１〜Ｃ３のアルキル基、好ましくはメチル基またはエチル基であり；Ｒ２はそれぞれ独立してメチル基またはエチル基であり；Ｘはハロゲン原子、好ましくはＢｒであり；ｎは３〜１０の整数、より好ましくは４〜８の整数である。
【００２４】
固定化膜５には、ポリマーブラシ６が共有結合しているため、ポリマーブラシ６の液晶材料３中への溶け出しを防止することができ、液晶表示素子の耐久性及び信頼性が向上する。
【００２５】
固定化膜５が形成されるアレイ基板１としては、特に限定されることはなく、液晶表示素子で一般的に公知のものを使用することができる。アレイ基板１の例としては、アクティブマトリックスアレイ基板が挙げられる。このアクティブマトリックスアレイ基板は、一般的に、ガラス基板上にゲート配線及びソース配線がマトリックス状に配置されており、その交点部分に、薄層トランジスタ（ＴＦＴ）などのアクティブ素子が形成され、このアクティブ素子に画素電極が接続されたものである。
【００２６】
固定化膜５が形成される対向基板２も、特に限定されることはなく、液晶表示素子で一般的に公知のものを使用することができる。対向基板２の例としては、カラーフィルタ基板が挙げられる。このカラーフィルタ基板は、一般的に、ガラス基板上に、不要な光の漏れを防止するためにブラックマトリックスを形成した後、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の着色層をパターン形成し、必要に応じて保護膜を形成し、そして画素電極に対向する対向電極を形成したものである。
【００２７】
固定化膜５が形成される電極４としては、特に限定されることはなく、液晶表示素子に一般的に公知のものを使用することができる。電極４の例としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる櫛歯電極が挙げられる。電極４としてアレイ基板１に櫛歯電極を配設する場合、図２に示すように、液晶材料３の初期配向方向に対し略対称となるように２組の櫛歯電極４ａ，４ｂを配設することで、Ｔg以上の温度で櫛歯電極４ａを使って電極に電圧を印加し、界面近傍の液晶とポリマーブラシ表層部を電界方向に回転させ、Ｔg未満に冷却し、メモリーさせた後、再度、Ｔｇ以上に加熱し、櫛歯電極４ｂに電圧を印加することで界面近傍の液晶とポリマーブラシ表層部を初期配向方向に戻すことができる。即ち、初期配向方向に対し略対称となるように２組の櫛歯電極４ａ，４ｂを配設することで、書き込み・消去が可能となる。図２には示してないが、このように一方の基板に２組の櫛歯電極４ａ，４ｂを配設する場合、２組の櫛歯電極４ａ，４ｂは絶縁膜を介して配設される。また、図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、２組の櫛歯電極４ａ，４ｂをアレイ基板１及び対向基板２それぞれに分けて配設することもできる。この場合も２組の櫛歯電極４ａ，４ｂは液晶材料３の初期配向方向に対し略対称となるように配設される。
液晶材料３に用いられる液晶としては、特に限定されることはなく、液晶表示素子で一般的に公知のものを使用することができる。
【００２８】
次に、本実施の形態の液晶表示素子の駆動方法について説明する。
上記のように構成された本実施の形態の液晶表示素子は、高分子物質であるポリマーブラシ６の液晶材料によって膨潤された部分のガラス転移温度（Ｔg）未満の温度では、公知の横電界（ＩＰＳ）方式の液晶表示素子と同様の方法で駆動させ、動画像・静止画像を現状のＬＣＤ等のディスプレイと同等の画質で表示することができる。本実施の形態の液晶表示素子においてメモリー画像を表示する場合、Ｔg以上の温度で電極４に電圧を印加することによってポリマーブラシの表層部と液晶材料との配向を変化させ、その後、Ｔg未満の温度に冷却すると、ポリマーブラシの表層部の配向が固定化される（画像がメモリーされる）ので、低電圧で高輝度、高ＣＲ、連続階調のメモリー画像を表示できる。本実施の形態の液晶表示素子は、メモリー画像を表示する際に温度を制御する（加熱または冷却する）必要があるので、温度制御ユニットを備えていることが好ましい。温度制御ユニットとしては、特に限定されることはなく、レーザー、加熱電極、蓄熱層、シート状ヒーター、サーマルヘッド、オーブンなどが挙げられる。また、液晶表示素子と温度制御ユニットとを一体化せず、液晶表示素子をリライタブルペーパーとして活用することも可能である。
【００２９】
ポリマーブラシ６の液晶材料３によって膨潤された部分の初期配向が、一軸配向であるか、またはランダム配向であるかに関わらず、画像をメモリーする場合や書き換える場合、パネル全面を一括してＴg以上の温度に加熱し、対応する部分の画素のみに電圧を印加する方法を採ってもよいし、レーザーや画素サイズのサーマルヘッドで対応する部分の画素のみをＴg以上の温度に加熱し、電圧は全画素に一斉に印加する方法を採ってもよい。
ポリマーブラシ６の液晶材料３によって膨潤された部分の初期配向が、一軸配向である本実施の形態の液晶表示素子において、メモリーした画像を元の配向状態に戻す場合、Ｔg以上の温度で、画像をメモリーする際に電圧を印加した櫛歯電極とは異なる櫛歯電極に電圧を印加すればよい（例えば、櫛歯電極４ａに電圧を印加して画像をメモリーしたのであれば、櫛歯電極４ｂに電圧を印加して元の配向状態に戻す）。
ポリマーブラシ６の液晶材料３によって膨潤された部分の初期配向が、ランダム配向である本実施の形態の液晶表示素子において、メモリーした画像を元の配向状態に戻す場合、パネル全面もしくは対応する部分の画素のみをＴg以上の温度に加熱すればよい。
【００３０】
次に、本実施の形態の液晶表示素子の製造方法について説明する。なお、以下では、毛細管現象を利用した液晶注入を行う方法を例に本実施の形態を説明するが、本実施の形態はこれに限定されず、液晶滴下注入（ＯＤＦ）による方法を用いることも可能である。
まず、アレイ基板１上に電極４を形成する。電極４の形成方法としては、特に限定されることはなく、公知の方法に準じて形成することができる。なお、アレイ基板１は、必要に応じて、電極４の形成前に洗浄を行ってもよい。
次に、電極４を形成したアレイ基板１、及び対向基板２上に固定化膜５を形成する。ただし、電極４を形成したアレイ基板１、及び対向基板２とポリマーブラシ６との接着性が良好であれば、固定化膜５を形成する必要はない。固定化膜５の形成方法は、特に限定されることはなく、使用する材料にあわせて適宜設定すればよい。例えば、固定化膜形成用溶液に、電極４が設けられたアレイ基板１及び対向基板２を浸漬させた後、乾燥させることによって固定化膜５を形成することができる。ここで、所定の部分に固定化膜５を形成させるために、固定化膜５を形成させない部分にマスキングを施してもよい。また、対向基板２は、必要に応じて、固定化膜５の形成前に洗浄を行ってもよい。
【００３１】
次に、固定化膜５が形成されたアレイ基板１及び対向基板２上にポリマーブラシ６を形成する。ポリマーブラシ６の形成は、リビングラジカル重合（例えば、ＡＴＲＰ）により行われる。例えば、固定化膜５が形成されたアレイ基板１及び対向基板２を、ラジカル重合性モノマー、重合開始剤、及びハロゲン化銅／リガンド錯体を含むポリマーブラシ形成用溶液中に浸漬させ、加熱することによってポリマーブラシ６を形成することができる。加熱条件は、特に限定されることはなく、使用する原料などに応じて適宜調節すればよいが、一般的に、加熱温度は６０〜１５０℃、加熱時間は０．５〜１０時間である。この時、圧力は、一般的に常圧で行われるが、加圧または減圧しても構わない。なお、固定化膜５が形成されたアレイ基板１及び対向基板２は、必要に応じて、ポリマーブラシ６の形成前に洗浄を行ってもよい。
【００３２】
次に、ポリマーブラシ６が形成されたアレイ基板１及び対向基板２を貼り合わせる。例えば、シール剤を塗布し、スペーサーを散布した後、アレイ基板１と対向基板２とを重ねあわせ、シール剤を硬化させることによってアレイ基板１と対向基板２とを貼り合わせることができる。
次に、毛細管現象を利用して液晶をアレイ基板１と対向基板２との間に注入し、注入が終了したら、注入口を閉じて封止する。
【００３３】
次に、磁場配向法などの非接触配向法によって液晶分子を一軸配向させる。磁場配向法を用いる場合、例えば、ポリマーブラシ６のガラス転移温度Ｔg以上の温度で加熱しつつ、液晶分子７を配向させたい方向に、永久磁石や超伝導磁石を用いて磁場を印加しながら常温まで除冷する。このような加熱・磁場配向処理を行うことで、非接触の一軸配向が可能となる。また、ポリマーブラシ６のガラス転移温度Ｔg以上の温度で加熱のみ行い、液晶分子を非常に細かなランダム配向としてもよい。加熱条件は、形成したポリマーブラシ６のガラス転移温度に応じて適宜調節すればよく、特に限定されないが、一般的に加熱温度は６０〜１５０℃、加熱時間は１０分〜１時間である。同様に、磁場の印加条件も、使用した液晶の種類に応じて適宜調節すればよく、特に限定されないが、一般的に磁束密度が０．５Ｔ〜５Ｔである。また、常温までの降温速度は１℃／分〜２０℃／分であることが好ましい。降温速度が１℃／分未満であると、工程時間が長くなり、実用的でない場合がある。一方、降温速度が２０℃／分を超えると、液晶分子７の配向制御が十分でない場合がある。
【００３４】
なお、上記では磁場による一軸配向処理を説明したが、ポリマーブラシ６を配向膜として用いた場合には、ラビング処理による配向処理を行うことも可能である。
【００３５】
＜実施の形態２＞
実施の形態２では、配向膜を形成する高分子物質として塗布膜を用いた場合について説明する。図４は、本実施の形態の液晶表示素子の模式断面図である。図４において、液晶表示素子は、アレイ基板１と、アレイ基板１に対向して配置された対向基板２と、アレイ基板１と対向基板２との間に封入された液晶材料３とを有している。そして、アレイ基板１には、電極４及び塗布膜８が順次形成されている。また、対向基板２には、塗布膜８が形成されている。
このような構成を有する本実施の形態の液晶表示素子は、塗布膜８を配向膜として形成したこと以外は、原則として公知の液晶表示素子と同じ構成であり、例えば、電極４が配置されたアレイ基板１に対向させて対向基板２を配置し、アレイ基板１と対向基板２との間に液晶材料３を注入するという公知の製造方法に準じて製造することが可能である。
【００３６】
塗布膜８と液晶材料３とが接する界面近傍では、塗布膜８の表層部が液晶材料３により膨潤されて塗布膜８が本来有するガラス転移温度（Ｔg）よりも低下する。結果として、この膨潤された部分のガラス転移温度（Ｔg）は、液晶材料３のＮ相からＩ相へ相転移する温度（ＴNI）よりも低い状態になっている。このような状態は、塗布膜８に用いる材料の種類、液晶材料３に用いる液晶の種類などを適宜変更することにより達成できる。既存のＬＣＤでは、配向膜によって液晶材料が固定（アンカリング）されているため、電極に電圧を印加すると、配向膜と液晶材料との界面近傍の液晶は固定されたまま、バルクの液晶は電界方向（Δｎが負の場合は電界の垂直方向）に向き、電界がｏｆｆされると、弾性によって、初期の配向状態に戻る。ところが、本実施の形態の液晶表示素子では、配向膜としての塗布膜８の膨潤された部分が、液晶材料３のＮ相からＩ相へ相転移する温度（ＴNI）よりも低いガラス転移温度（Ｔg）を有するため、Ｔg以上の温度に加熱したまま電極に電圧を印加すると、バルクの液晶だけでなく、界面近傍の液晶が塗布膜８の表層部と一緒に電界方向に向くこととなる。
【００３７】
塗布膜８の厚さは、通常、数十ｎｍ程度であり、具体的には１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満であり、好ましくは１０ｎｍ〜８０ｎｍである。かかる厚さであれば、従来のポリイミド配向膜の厚さ（一般的に１００ｎｍ）よりも薄くなり、液晶表示素子の低電圧駆動が可能になる。
【００３８】
塗布膜８は、電極４を形成したアレイ基板１及び対向基板２上に、高分子物質をトルエン等の溶媒に溶解させた高分子物質溶液を塗布することにより形成することができる。塗布膜８の形成に用いられる高分子物質は、液晶材料３を取り込んで膨潤することができ且つ液晶材料３に溶解しないものであればよく、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）が挙げられる。これらの高分子物質は、単独で使用しても、２種以上併用してもよい。塗布膜の形成に用いる高分子物質の分子量は、特に限定されることはないが、基板との密着性が良好で、かつ、液晶に溶解しない程度の分子量であることが好ましい。
【００３９】
本実施の形態で使用することのできるアレイ基板１、対向基板２、液晶材料３及び電極４は、実施の形態１と同じであるのでその説明は省略する。また、電極４は、実施の形態１と同様に配設することができるのでその説明は省略する。
【００４０】
また、本実施の形態の液晶表示素子は、実施の形態１に示した方法と同様にして駆動させることができるのでその説明は省略する。
【００４１】
次に、本実施の形態の液晶表示素子の製造方法について説明する。なお、以下では、毛細管現象を利用した液晶注入を行う方法を例に本実施の形態を説明するが、本実施の形態はこれに限定されず、液晶滴下注入（ＯＤＦ）による方法を用いることも可能である。
まず、アレイ基板１上に電極４を形成する。電極４の形成方法としては、特に限定されることはなく、公知の方法に準じて形成することができる。なお、アレイ基板１は、必要に応じて、電極４の形成前に洗浄を行ってもよい。
次に、電極４を形成したアレイ基板１及び対向基板２上に配向膜として高分子物質溶液を塗布する。塗布法は特に限定されることはなく、フレキソ印刷法、インクジェット法など、用途にあわせて適宜設定すればよい。
【００４２】
次に、塗布膜８が形成されたアレイ基板１及び対向基板２を貼り合わせる。例えば、シール剤を塗布し、スペーサーを散布した後、アレイ基板１と対向基板２とを重ねあわせ、シール剤を硬化させることによってアレイ基板１と対向基板２とを貼り合わせることができる。
次に、毛細管現象を利用して液晶をアレイ基板１と対向基板２との間に注入し、注入が終了したら、注入口を閉じて封止する。
【００４３】
次に、磁場配向法などの非接触配向法によって液晶分子を一軸配向させる。磁場配向法を用いる場合、例えば、塗布膜８のガラス転移温度Ｔｇ以上の温度で加熱しつつ、液晶分子７を配向させたい方向に、永久磁石や超伝導磁石を用いて磁場を印加しながら常温まで除冷する。このような加熱・磁場配向処理を行うことで、非接触の一軸配向が可能となる。また、塗布膜８のガラス転移温度Ｔｇ以上の温度で加熱のみ行い、液晶分子を非常に細かなランダム配向としてもよい。加熱条件は、形成した塗布膜８のガラス転移温度に応じて適宜調節すればよく、特に限定されないが、一般的に加熱温度は６０〜１５０℃、加熱時間は１０分〜１時間である。同様に、磁場の印加条件も、使用した液晶の種類に応じて適宜調節すればよく、特に限定されないが、一般的に磁束密度が０．５Ｔ〜５Ｔである。また、常温までの降温速度は１℃／分〜２０℃／分であることが好ましい。降温速度が１℃／分未満であると、工程時間が長くなり、実用的でない場合がある。一方、降温速度が２０℃／分を超えると、液晶分子７の配向制御が十分でない場合がある。
【００４４】
なお、上記では磁場による一軸配向処理を説明したが、塗布膜８を配向膜として用いた場合には、ラビング処理による配向処理を行うことも可能である。
【００４５】
上記実施の形態１及び２で説明したポリマーブラシ６及び塗布膜８の他に、液晶材料３中に一旦溶解もしくは分散させた高分子物質を基板表面に吸着させた膜を配向膜として用いることもできる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
ＩＴＯからなる櫛歯電極を形成したガラス基板及び約３μｍの高さのフォトスペーサーを形成した対向基板を用意し、ポリマーブラシを形成させる必要がない部分をマスキングした。次に、エタノール３８ｇ、アンモニア水（２８％）２ｇ、２−ブロモ−２−メチルプロピオニロキシヘキシルトリエトキシシラン（ＢＨＥ）０．４ｇを含む固定化膜形成用溶液に、マスキングを施した２つのガラス基板を常温（２５℃）で一晩浸漬させた後、乾燥させることによって固定化膜を形成した。次に、固定化膜を形成した２つのガラス基板を洗浄し、乾燥させた後、メチルメタクリレート（ラジカル重合性モノマー）、エチル−２−ブロモイソブチレート（重合開始剤）、ＣｕＢｒ（ハロゲン化銅）及び４，４’−ジオニル−２，２’−ビピリジン（リガンド化合物）を１０００：１：１２：２４のモル比で含むポリマーブラシ形成用溶液に浸漬させ、９０℃で３時間加熱してリビングラジカル重合させることにより、ポリマーブラシ（以下、ＰＭＭＡブラシという）を形成した。次に、ＰＭＭＡブラシを形成した２つのガラス基板を洗浄し、乾燥させた後、ガラス基板からマスクを除去した。
【００４７】
形成されたＰＭＭＡブラシの分子量を、ＧＰＣ測定装置（日本分光株式会社製）を用いて測定した。標準試料にはポリメチルメタクリレートを用い、検出器にはＲＩ（屈折率）検出器を用いた。その結果、ＰＭＭＡブラシの数平均分子量（Ｍｎ）は１．１２×１０5であり、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は１．１７であった。
また、ＰＭＭＡブラシの層（ＰＭＭＡブラシ層）の厚さを、Ｘ線反射率測定装置（パナリティカル(ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製Ｘ’Ｐｅｒｔ−Ｐｒｏ−ＭＡＤ）を用いて測定した。その結果、ＰＭＭＡブラシ層の厚さは４５．４ｎｍであった。
さらに、ＰＭＭＡブラシのグラフト密度について評価した結果、ガラス基板表面１ｎｍ2当たり、０．２９本鎖であった。
【００４８】
次に、ＰＭＭＡブラシが形成されたガラス基板の一方にシール剤を塗布した後、２つのガラス基板を貼り合わせ、窒素雰囲気下、１２０℃で２時間加熱することによってシール剤を硬化させた。そして、２つのガラス基板の間にＰ型液晶（チッソ株式会社製ＪＣ−５０５１、ＴNI：１１２℃）を毛細管現象により注入し、注入が終了したら注入口を閉じて封止した。次に、所定の方向に１Ｔの磁場を印加しながら１２０℃の温度で２０分間加熱した後、磁場を印加しつつ常温まで３℃／分の降温速度で除冷することによって液晶表示素子を作製した。
【００４９】
＜実施例２＞
ＩＴＯからなる櫛歯電極を形成したガラス基板及び約３μｍの高さのフォトスペーサーを形成した対向基板を用意し、それら２つのガラス基板上に、ポリメチルメタクリレート（アルドリッチ社製、重量平均分子量１２０，０００）をトルエンで溶解させた高分子物質溶液をスピンコーターで塗布し、５５℃で１２０秒加熱し、溶媒を乾燥させた後、基板との密着性を高めるために１００℃で１５分加熱して、塗布膜（以下、ＰＭＭＡ塗布膜という）を形成した。
【００５０】
次に、ＰＭＭＡ塗布膜が形成されたガラス基板の一方にシール剤を塗布した後、２つのガラス基板を貼り合わせ、窒素雰囲気下、１２０℃で２時間加熱することによってシール剤を硬化させた。そして、２つのガラス基板の間にＰ型液晶（チッソ株式会社製ＪＣ−５０５１、ＴNI：１１２℃）を毛細管現象により注入し、注入が終了したら注入口を閉じて封止した。次に、所定の方向に１Ｔの磁場を印加しながら１２０℃の温度で２０分間加熱した後、磁場を印加しつつ常温まで３℃／分の降温速度で除冷することによって液晶表示素子を作製した。
【００５１】
＜比較例１＞
比較例１では、ラビング配向膜を有する従来の液晶表示素子を作製した。
ここで、ＩＴＯからなる櫛歯電極を形成したガラス基板及び約３μｍの高さのフォトスペーサーを形成した対向基板に、ポリイミド膜を形成した後、ラビング処理を施してラビング配向膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして液晶表示素子を得た。なお、ラビング配向膜の厚さは約１００ｎｍであった。
【００５２】
（配向制御性の評価）
実施例１で得られた液晶表示素子の両側に、偏光板をクロスニコルにして設け、その偏光板の間で液晶表示素子を回転させた場合において、その液晶表示素子の回転角度と透過率との関係をＬＣＤアナライザ（名菱テクニカ株式会社製ＬＣＡ-ＬＵ４Ａ）を用いて調べた。結果を図５に示す。なお、入射光側偏光板の透過軸が液晶の配向方向（磁場の印加方向）に一致するようにパネルを測定器にセットして測定を開始した。図５から分かるように、この液晶表示素子では、９０°ごとに周期的な消光が見られ、液晶がガラス基板に対して水平方向に一軸配向（ホモジニアス配向）しており、ＰＭＭＡブラシ層が液晶用配向膜として機能していることが確認された。
また、実施例１で得られた液晶表示素子を８５℃の温度に加熱しながらＶ15（最大透過率の１５％が得られる電圧、実施例１の場合：４Ｖ）の電圧を７２００秒印加した後、２５℃まで冷却し、上記と同様に液晶表示素子の回転角度と透過率との関係をＬＣＤアナライザ（名菱テクニカ株式会社製ＬＣＡ-ＬＵ４Ａ）を用いて調べた。結果を図６に示す。図６から分かるように、この液晶表示素子では、初期配向方向から約３５°ずれた位置でホモジニアス配向していることが確認された。この結果から、液晶全体（バルクの液晶だけでなく、界面近傍の液晶も）が約３５°回転したことが確認できた。
また、実施例２で得られた液晶表示素子の回転角度と透過率との関係も調べた。結果を図７に示す。図７から分かるように、この液晶表示素子でも、９０°ごとに周期的な消光が見られ、液晶がガラス基板に対して水平方向に一軸配向（ホモジニアス配向）しており、ＰＭＭＡ塗布膜が液晶用配向膜として機能していることが確認された。
さらに、実施例２で得られた液晶表示素子を８５℃の温度に加熱しながらＶ15（最大透過率の１５％が得られる電圧、実施例２の場合：３．６Ｖ）の電圧を７２００秒印加した後、２５℃まで冷却し、上記と同様に液晶表示素子の回転角度と透過率との関係を調べた。結果を図８に示す。図８から分かるように、この液晶表示素子では、初期配向方向から約４２°ずれた位置でホモジニアス配向していることが確認された。この結果から、液晶全体（バルクの液晶だけでなく、界面近傍の液晶も）が約４２°回転したことが確認できた。
【００５３】
（Ｖ−Ｔ曲線の評価）
実施例１、実施例２及び比較例１で得られた液晶表示素子の両側に、偏光板をクロスニコルにして設け、電圧を変化させて液晶表示素子に印加し、透過率を測定した。なお、入射光側偏光板の透過軸が液晶の配向方向（実施例１では磁場の印加方向、比較例１ではラビング方向）に一致するように配置した。結果を図９に示す。
図９から分かるように、実施例１の液晶表示素子は、Ｖmaxが８．５Ｖであり、実施例２の液晶表示素子は、Ｖmaxが７．８Ｖであるのに対し、比較例１の液晶表示素子は、Ｖmaxが９．１Ｖであった。つまり、実施例１及び２の液晶表示素子は、比較例１の液晶表示素子に比べて、Ｖ−Ｔ曲線が低電圧側にシフトしており、駆動電圧を低下させることが可能であることが確認された。
【００５４】
（応答速度の評価）
実施例１、実施例２及び比較例１で得られた液晶表示素子の両側に、偏光板をクロスニコルにして設け、液晶表示素子にＶmaxの電圧（６０Ｈｚ交流駆動）を１００ミリ秒印加し、大塚電子製ＬＣＤ−５２００により応答速度（τon／τoff）を２５℃で測定した。結果を図１０に示す。
図１０から分かるように、実施例１及び２の液晶表示素子は、比較例１の液晶表示素子と同等のアンカリング能力があることが確認された。また、実施例１の液晶表示素子では、τon（１０％⇒９０％）が１７．３ミリ秒、τoff（９０％⇒１０％）が２７．６ミリ秒であり、実施例２の液晶表示素子では、τon（１０％⇒９０％）が２２．２ミリ秒、τoff（９０％⇒１０％）が３７．２ミリ秒であったのに対し、比較例１の液晶表示素子では、τon（１０％⇒９０％）が１６．８ミリ秒、τoff（９０％⇒１０％）が２２．４ミリ秒であった。このように、実施例１及び２の液晶表示素子は、動画表示可能な応答速度を有することが確認された。
【００５５】
（駆動時の透過率）
実施例１、実施例２及び比較例１で得られた液晶表示素子の両側に、偏光板をクロスニコルにして設け、温度を２５℃、４５℃、６５℃、８５℃と変化させながら、液晶表示素子にＶmaxの電圧（６０Ｈｚ交流駆動）を１００００秒印加した後、電圧をＯＦＦにし、２００００秒放置した。その間の透過率の変化を大塚電子製ＬＣＤ−５２００により測定した。実施例１と比較例１との結果を図１１に、実施例２の結果を図１２に示す。
図１１から分かるように、実施例１の液晶表示素子は、２５℃、４５℃では、電圧印加時には透過率は一定で、電圧をＯＦＦした直後に電圧印加前の透過率に戻るという比較例１の液晶表示素子と同じ挙動を示しており、少なくとも４５℃以下では、実施例の１の液晶表示素子の持つアンカリング能力は、長時間に渡り安定で、比較例１の液晶表示素子のそれと同等であることが確認された。６５℃以上で透過率の変化が確認された。この結果から、ＰＭＭＡブラシの表層部（液晶によって膨潤された部分）は、４５℃〜６５℃の範囲にガラス転移温度を有するものと推察される。また、８５℃においては、０秒〜１００００秒までは界面近傍の液晶とバルクの液晶とが捩れた状態のままＰＭＭＡブラシの表層部が回転し、電圧をＯＦＦにした直後にバルクの液晶は界面の位置に移動（捩れを解く）してホモジニアス配向となり、その後はホモジニアス配向のまま初期配向方向に戻る挙動が見られた。また、図１２から分かるように、実施例２の液晶表示素子も、少なくとも４５℃以下では、アンカリング能力が長時間に渡り安定であることが確認され、６５℃以上で透過率の変化が確認された。この結果から、ＰＭＭＡ塗布膜の表層部（液晶によって膨潤された部分）は、４５℃〜６５℃の範囲にガラス転移温度を有するものと推察される。また、８５℃においては、０秒〜１００００秒までは界面近傍の液晶とバルクの液晶とが捩れた状態のままＰＭＭＡ塗布膜の表層部が回転し、電圧をＯＦＦにした直後にバルクの液晶は界面の位置に移動（捩れを解く）してホモジニアス配向となり、その後はホモジニアス配向のまま初期配向方向に戻る挙動が見られた。
【００５６】
次に、実施例１及び実施例２で得られた液晶表示素子の両側に、偏光板をクロスニコルにして設け、８５℃の温度に加熱しながらＶ15（最大透過率の１５％が得られる電圧：実施例１では４Ｖ、実施例２では３．６Ｖ）の電圧を７２００秒印加した後、２５℃まで冷却し、２５℃で電圧を印加しない状態で９０００秒放置した。その間の透過率の変化を大塚電子製ＬＣＤ−５２００により測定した。８５℃でＶ15印加時の結果を図１３に示し、２５℃まで冷却した後、電圧を印加しない状態の結果を図１４に示した。
図１３から分かるように、実施例１の液晶表示素子は、電圧印加直後に透過率が１０％程度まで上昇し、その後も時間経過に伴って透過率が次第に上昇し、３３％を超える透過率が達成された。また、実施例２の液晶表示素子は、電圧印加直後に透過率が８．５％程度まで上昇し、その後も時間経過に伴って透過率が次第に上昇して３０％を超え、その後は低下して２９％程度の透過率となった。実施例１及び２の液晶表示素子に４５℃未満でＶ15を印加した場合、透過率は３％程度（透過率最大値の１５％程度）であり、また、比較例１の液晶表示素子に透過率の最大値を与える電圧を印加した際の透過率が２０％程度であることを考えると、実施例１及び２の液晶表示素子に８５℃でＶ15を印加した際に達成される透過率が如何に高いかが理解できる。更に、図１４から分かるように、８５℃でＶ15印加後、２５℃まで冷却した後の実施例１及び実施例２の液晶表示素子は、冷却前の透過率が維持されたままであった。なお、１ヶ月経過後もメモリー画像を完全に維持した状態であった。実施例１及び２の液晶表示素子は、通常の液晶表示素子に比べ、低い電圧で高い透過率が達成できると共にメモリー性も有しており、大幅な低消費電力化を実現することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ アレイ基板、２ 対向基板、３ 液晶材料、４ 電極、４ａ，４ｂ 櫛歯電極、５ 固定化膜、６ ポリマーブラシ、７ 液晶分子、８ 塗布膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子物質を配向膜として形成した一対の電極付基板間に液晶材料が封入された構造を有し、温度及び電圧によって配向膜の表層部と液晶材料との配向を変化させて画像の表示を行うことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記配向膜が、ポリマーブラシであるか、塗布膜であるか、または液晶材料中に一旦溶解もしくは分散させた高分子物質を基板表面に吸着させた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３】
前記配向膜の表層部が前記液晶材料によって膨潤されており、配向膜の液晶材料によって膨潤された部分のガラス転移温度（Ｔg）が、液晶材料のＮ相からＩ相へ相転移する温度（ＴNI）よりも低い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】
前記配向膜の液晶材料によって膨潤された部分の初期配向が、一軸配向であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記配向膜の液晶材料によって膨潤された部分の初期配向が、ランダム配向であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記電極付基板に配設された電極が、櫛歯電極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７】
前記櫛歯電極が２組あり、前記液晶材料の初期配向方向に対し略対称となるように配設されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示素子。
【請求項８】
前記２組の櫛歯電極が、一対の前記電極付基板それぞれに分けて配設されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示素子。
【請求項９】
前記２組の櫛歯電極が、一方の前記電極付基板のみに絶縁膜を介して配設されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示素子。
【請求項１０】
温度制御ユニットを備える請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項１１】
高分子物質を配向膜として形成した一対の電極付基板間に液晶材料が封入された構造を有し、配向膜の表層部が液晶材料によって膨潤されており、配向膜の液晶材料によって膨潤された部分のガラス転移温度（Ｔg）が、液晶材料のＮ相からＩ相へ相転移する温度（ＴNI）よりも低い液晶表示素子の駆動方法であって、
Ｔg以上の温度で電極に電圧を印加することによって配向膜の表層部と液晶材料との配向を変化させ、その後、Ｔg未満の温度に冷却することによって配向膜の表層部の配向を固定化するステップを含むことを特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
前記配向膜の液晶材料によって膨潤された部分の初期配向が、一軸配向である時に、前記ステップで変化させた配向膜の表層部の配向を、Ｔg以上の温度で電極に電圧を印加することによって一軸配向に戻すステップを更に含むことを特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
前記配向膜の液晶材料によって膨潤された部分の初期配向が、ランダム配向である時に、前記ステップで変化させた配向膜の表層部の配向を、Ｔg以上の温度に加熱することによってランダム配向に戻すステップを更に含むことを特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
【請求項１】
高分子物質を配向膜として形成した一対の電極付基板間に液晶材料が封入された構造を有し、温度及び電圧によって配向膜の表層部と液晶材料との配向を変化させて画像の表示を行うことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記配向膜が、ポリマーブラシであるか、塗布膜であるか、または液晶材料中に一旦溶解もしくは分散させた高分子物質を基板表面に吸着させた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３】
前記配向膜の表層部が前記液晶材料によって膨潤されており、配向膜の液晶材料によって膨潤された部分のガラス転移温度（Ｔg）が、液晶材料のＮ相からＩ相へ相転移する温度（ＴNI）よりも低い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】
前記配向膜の液晶材料によって膨潤された部分の初期配向が、一軸配向であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記配向膜の液晶材料によって膨潤された部分の初期配向が、ランダム配向であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記電極付基板に配設された電極が、櫛歯電極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７】
前記櫛歯電極が２組あり、前記液晶材料の初期配向方向に対し略対称となるように配設されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示素子。
【請求項８】
前記２組の櫛歯電極が、一対の前記電極付基板それぞれに分けて配設されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示素子。
【請求項９】
前記２組の櫛歯電極が、一方の前記電極付基板のみに絶縁膜を介して配設されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示素子。
【請求項１０】
温度制御ユニットを備える請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項１１】
高分子物質を配向膜として形成した一対の電極付基板間に液晶材料が封入された構造を有し、配向膜の表層部が液晶材料によって膨潤されており、配向膜の液晶材料によって膨潤された部分のガラス転移温度（Ｔg）が、液晶材料のＮ相からＩ相へ相転移する温度（ＴNI）よりも低い液晶表示素子の駆動方法であって、
Ｔg以上の温度で電極に電圧を印加することによって配向膜の表層部と液晶材料との配向を変化させ、その後、Ｔg未満の温度に冷却することによって配向膜の表層部の配向を固定化するステップを含むことを特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
前記配向膜の液晶材料によって膨潤された部分の初期配向が、一軸配向である時に、前記ステップで変化させた配向膜の表層部の配向を、Ｔg以上の温度で電極に電圧を印加することによって一軸配向に戻すステップを更に含むことを特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
前記配向膜の液晶材料によって膨潤された部分の初期配向が、ランダム配向である時に、前記ステップで変化させた配向膜の表層部の配向を、Ｔg以上の温度に加熱することによってランダム配向に戻すステップを更に含むことを特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２４８０８９（Ｐ２０１１−２４８０８９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２１２１０（Ｐ２０１０−１２１２１０）
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【出願人】（５０１４２６０４６）エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド (732)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【出願人】（５０１４２６０４６）エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド (732)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]