液晶表示素子
【課題】 強誘電性液晶を用い、ノーマリーホワイトモードによる駆動が可能な液晶表示素子を提供する。
【解決手段】 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配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、前記第１配向膜および前記第２配向膜の配向処理方向が略平行になり、前記第１配向膜と前記第２配向膜とが対向するように配置し、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子であって、 前記強誘電性液晶が単安定性を示し、電圧無印加状態での前記強誘電性液晶の分子方向と前記配向処理方向とのなす角度が、前記強誘電性液晶のチルト角の約２倍であることを特徴とする。
【解決手段】 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配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、前記第１配向膜および前記第２配向膜の配向処理方向が略平行になり、前記第１配向膜と前記第２配向膜とが対向するように配置し、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子であって、 前記強誘電性液晶が単安定性を示し、電圧無印加状態での前記強誘電性液晶の分子方向と前記配向処理方向とのなす角度が、前記強誘電性液晶のチルト角の約２倍であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電性液晶の配向を制御した液晶表示素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子は薄型で低消費電力などといった特徴から、大型ディスプレイから携帯情報端末までその用途を広げており、その開発が活発に行われている。これまで液晶表示素子は、ＴＮ方式、ＳＴＮのマルチプレックス駆動、ＴＮに薄層トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス駆動等が開発され実用化されているが、これらはネマチック液晶を用いているために、液晶材料の応答速度が数ｍｓ〜数十ｍｓと遅く動画表示に充分対応しているとはいえない。
【０００３】
強誘電性液晶（ＦＬＣ）は、応答速度がμｓオーダーと極めて短く、高速デバイスに適した液晶である。強誘電性液晶はクラークおよびラガーウォルにより提唱された電圧無印加時に安定状態を二つ有する双安定性のものが広く知られているが（図１４上段）、明、暗の２状態でのスイッチングに限られ、メモリー性を有するものの、階調表示ができないという問題を抱えている。
【０００４】
近年、電圧無印加時の液晶層の状態がひとつの状態で安定化している（以下、これを「単安定」と称する。）強誘電性液晶が、電圧変化により液晶のダイレクタ(分子軸の傾き)を連続的に変化させ透過光度をアナログ変調することで階調表示を可能とするものとして注目されている（非特許文献１参照、図１４下段）。このような単安定性を示す液晶としては、一般に、降温過程においてコレステリック相（Ｃｈ）−カイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ＊）相と相変化し、スメクチックＡ（ＳｍＡ）相を経由しない強誘電性液晶が用いられる（図６上段）。
【０００５】
また、近年、カラー液晶表示素子の開発が活発に行われている。カラー表示を実現する方法としては、一般にカラーフィルタ方式とフィールドシーケンシャルカラー方式がある。カラーフィルタ方式は、バックライトとして白色光源を用い、Ｒ・Ｇ・Ｂのマイクロカラーフィルタを各画素に付随させることによりカラー表示を実現させるものである。これに対し、フィールドシーケンシャルカラー方式は、バックライトをＲ・Ｇ・Ｂ・Ｒ・Ｇ・Ｂ…と時間的に切り替え、それに同期させて強誘電性液晶の白黒シャッターを開閉し、網膜の残像効果により色を時間的に混合させ、これによりカラー表示を実現させるものである。このフィールドシーケンシャルカラー方式は、１画素でカラー表示ができ、透過率の低いカラーフィルタを用いなくてすむので、明るく高精細なカラー表示が可能となり、低消費電力および低コストを実現することができる点で有用である。
【０００６】
フィールドシーケンシャルカラー方式は１画素を時間分割するものであるので、良好な動画表示特性を得るためには白黒シャッターとしての液晶が高速応答性を有していることが必要である。強誘電性液晶を用いればこの課題を解決することができる。この際に用いられる強誘電性液晶としては、上述したようにアナログ変調による階調表示を可能とし、高精細なカラー表示を実現するために、単安定性を示すものであることが特に望ましい。
【０００７】
一般に、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子においては、２枚の基板間に強誘電性液晶を挟持した液晶セルの外側にそれぞれ偏光板が設けられ、偏光板は、互いの偏光軸が垂直になり、かつ、いずれか一方の偏光板の偏光軸と電圧無印加時の強誘電性液晶の分子長軸方向（配向膜の配向処理方向）とが平行になるように配置される。このような液晶表示素子では、電圧無印加状態では液晶分子の長軸方向が入射側の偏光板の偏光軸と揃っているため、出射側の偏光板を光が透過せず暗状態となる。これに対し、電圧印加状態では液晶分子の長軸方向が入射側の偏光板の偏光軸に対してある角度を持って傾くため、出射側の偏光板を光が透過し明状態となる。このように、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子では、電圧無印加時に黒表示となるノーマリーブラックモードによる駆動が一般的である。
【０００８】
一方、２枚の偏光板を、互いの偏光軸が垂直になり、一方の偏光板の偏光軸と電圧印加時の強誘電性液晶の分子長軸方向とが平行になるように配置した場合、電圧印加時には液晶分子の長軸方向が入射側の偏光板の偏光軸と揃うようになり暗状態が得られるはずであるが、周囲の温度変化によって電圧印加時の液晶分子の長軸方向が変化するため、駆動時の温度によっては、電圧印加時に光漏れが生じ、コントラストが低下するという問題がある。また、電圧印加時には、液晶分子が基板面に対してある角度を持って少し浮き上がって配向するため、斜め方向の視野角が狭く、光漏れが生じてコントラストが低下し、また色付きが見られるという問題がある。このため、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子をノーマリーホワイトモードにより駆動することは困難であった。
【０００９】
【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.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、強誘電性液晶を用い、ノーマリーホワイトモードによる駆動が可能な液晶表示素子を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するために、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配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、上記第１配向膜および上記第２配向膜の配向処理方向が略平行になり、上記第１配向膜と上記第２配向膜とが対向するように配置し、上記第１配向膜と上記第２配向膜との間に強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子であって、
上記強誘電性液晶が単安定性を示し、電圧無印加状態での上記強誘電性液晶の分子方向と上記配向処理方向とのなす角度が、上記強誘電性液晶のチルト角の約２倍であることを特徴とする液晶表示素子を提供する。
【００１２】
本発明の液晶表示素子において、例えば２枚の偏光層を、互いの偏光軸が略垂直になり、一方の偏光層の偏光軸と第１配向膜の配向処理方向とが略平行になるように配置した場合、電圧無印加時には液晶分子が配向処理方向に対して所定の角度を持って配向するので明状態が得られ、電圧印加時には液晶分子が配向処理方向に対して略平行に配向するので暗状態が得られる。このように本発明の液晶表示素子は、ノーマリーホワイトモードにより駆動することが可能である。ノーマリーホワイトモードによる駆動では、バックライトを有効に利用できるので、消費電力を抑えることができるという利点を有する。また、電圧印加時には液晶分子が配向処理方向に沿って配向するので、電圧印加時の配向安定性が向上し、駆動時の温度変化によって光漏れが生じるのを抑制することができ、光漏れによるコントラストの低下を防止することができる。また、暗状態となる電圧印加時に、液晶分子が第１基板面および第２基板面に対して略平行に配向するので、視野角特性を改善することができ、コントラストの低下および色付きを防止することができる。さらに本発明の液晶表示素子は、上記液晶層に活性放射線硬化性モノマーの重合物を含むことにより、強誘電性液晶の配列が高分子安定化されるため、経時安定性や耐衝撃性等に優れた液晶表示素子を得ることができる。
【００１３】
上記発明においては、上記活性放射線硬化性モノマーが紫外線硬化性液晶モノマーであることが好ましい。紫外線硬化性液晶モノマーは液晶性を示すことから、上記反応性液晶層や上記配向膜の作用により配列することができる。したがって、上記紫外線硬化性液晶モノマーが配列した状態で重合することにより、強誘電性液晶の配列安定性を向上できる利点を有するからである。また、紫外線硬化性液晶モノマーは紫外線照射により重合反応を生じさせることができるため、本発明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。
【００１４】
上記発明においては、正または負のいずれかの電圧を印加した場合にのみ、上記強誘電性液晶の分子方向が上記配向処理方向と略平行になることが好ましい。このような構成とすることにより、液晶分子の白黒シャッターとしての開口時間を十分に長くとることができ、これにより時間的に切り替えられる各色をより明るく表示することができ、明るいカラー表示の液晶表示素子を実現することができるからである。
【００１５】
また本発明においては、上記強誘電性液晶が、相系列にスメクチックＡ相を持たないものであることが好ましい。単安定性を示し、相系列にスメクチックＡ相を持たない強誘電性液晶を用いることにより、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス方式による駆動が可能になり、また電圧変調により階調制御が可能になり、高精細で高品位の表示を実現することができるからである。
【００１６】
また本発明においては、上記第１配向膜および上記第２配向膜の構成材料が互いに異なる組成を有することが好ましい。第１配向膜および第２配向膜が、強誘電性液晶を挟んで互いに異なる組成の材料で構成されているので、ダブルドメイン等の配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶を配向させることができ、モノドメイン配向を得ることができるからである。
【００１７】
さらに本発明においては、上記第１配向膜および上記第２配向膜の少なくともいずれか一方の上に、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層が形成されていてもよい。反応性液晶が第１配向膜または第２配向膜により配向しており、その配向状態が固定化されているので、反応性液晶層は強誘電性液晶を配向させる配向膜として機能することができるからである。また、反応性液晶は、強誘電性液晶と構造が比較的類似していることから、強誘電性液晶との相互作用が強く、第１配向膜または第２配向膜のみを用いた場合よりも効果的に配向を制御することができるからである。
【００１８】
また本発明の液晶表示素子は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス方式により駆動させることが好ましい。ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため高品質なディスプレイが可能となるからである。さらに、一方の基板上にＴＦＴ素子をマトリックス状に配置してなるＴＦＴ基板と、他方の基板上の表示部全域に共通電極を形成してなる共通電極基板とを組み合わせ、上記共通電極基板の共通電極と基板との間にＴＦＴ素子のマトリックス配置させたマイクロカラーフィルタを形成し、カラーの液晶表示素子として用いることもできる。
【００１９】
また本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させるものであることが好ましい。上記強誘電性液晶は単安定性を示すので階調表示が可能であり、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることにより、低消費電力かつ低コストで、視野角が広く、明るく高精細なカラー動画表示を実現できるからである。
【００２０】
さらに本発明は、第１基材と、上記第１基材上に形成された第１電極層と、上記第１電極層上に形成された第１配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、上記第１配向膜と上記第２配向膜とが対向するように配置し、上記第１配向膜と上記第２配向膜との間に強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子の製造方法であって、
上記第１基板および上記第２基板を、上記第１配向膜および上記第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置する基板配置工程と、
単安定性を有する上記強誘電性液晶と、上記活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を、上記強誘電性液晶のカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より高い温度に加温し、上記第１配向膜と上記第２配向膜との間に封入する液晶封入工程と、
封入された上記強誘電性液晶を徐冷する第１配向工程と、
上記第１配向工程後の上記強誘電性液晶の自発分極の向きを通常方向、上記通常方向の逆向きを反転方向とした場合、上記第１配向工程後に上記強誘電性液晶に自発分極の向きが反転方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま上記強誘電性液晶をカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度以上に加温して徐冷する第２配向工程と、
上記第１電極層および上記第２電極層間が電圧無印加状態で、上記活性放射線硬化性モノマーを重合する重合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。
【００２１】
本発明によれば、第１配向工程および第２配向工程にて強誘電性液晶の配向処理を行うことにより、ノーマリーホワイトモードによる駆動が可能であり、色付きがなく、高いコントラストが得られる液晶表示素子を製造することができる。また、上記第１電極層および上記第２電極層間が電圧無印加状態で、上記活性放射線硬化性モノマーを重合することにより高度の配列性を保持した状態で上記強誘電性液晶を安定化することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の液晶表示素子においては、単安定性を示す強誘電性液晶を用い、電圧無印加状態での強誘電性液晶の分子方向と配向処理方向とのなす角度をチルト角の約２倍とすることにより、ノーマリーホワイトモードによる駆動が可能となり、またコントラストを向上させ、色付きを防ぐことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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詳細に説明する。
【００２４】
Ａ．液晶表示素子
まず、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配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、上記第１配向膜および上記第２配向膜の配向処理方向が略平行になり、上記第１配向膜と上記第２配向膜とが対向するように配置し、上記第１配向膜と上記第２配向膜との間に強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子であって、
上記強誘電性液晶が単安定性を示し、電圧無印加状態での上記強誘電性液晶の分子方向と上記配向処理方向とのなす角度が、上記強誘電性液晶のチルト角の約２倍であることを特徴とするものである。
【００２５】
なお、「単安定性を示す」とは、電圧無印加時の強誘電性液晶の状態がひとつの状態で安定化している状態をいう。具体的に説明すると、図１に例示するように、液晶分子８は層法線ｚに対しチルト角±θだけ傾く二つの状態間をコーン上に動作することができるが、電圧無印加時に液晶分子８が上記コーン上のいずれかひとつの状態で安定化している状態をいう。
【００２６】
本発明の液晶表示素子について図面を参照しながら説明する。
図２は、本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。図２に例示する液晶表示素子１０においては、第１基材１ａ上に第１電極層２ａおよび第１配向膜３ａが順に形成された第１基板１１と、第２基材１ｂ上に第２電極層２ｂおよび第２配向膜３ｂが順に形成された第２基板１２とが対向しており、第１基板１１の第１配向膜３ａと第２基板１２の第２配向膜３ｂとの間には強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層５が挟持されている。この第１基板１１および第２基板１２は、第１配向膜３ａおよび第２配向膜３ｂの配向処理方向が略平行となるように配置されている。また、第１基材１ａおよび第２基材１ｂの外側にはそれぞれ第１偏光層６ａおよび第２偏光層６ｂが形成され、第１偏光層６ａおよび第２偏光層６ｂは、互いの偏光軸が略垂直になり、第１偏光層６ａの偏光軸と第１配向膜３ａの配向処理方向とが略平行になるように配置されている。
【００２７】
本発明に用いられる強誘電性液晶の配向状態の一例を図３に示す。電圧無印加時には、図３（ａ）に例示するように液晶分子８が第１配向膜および第２配向膜の配向処理方向ｄに対してチルト角θの約２倍の角度で、一様に配向している。すなわち、電圧無印加状態での強誘電性液晶の分子方向ｎと配向処理方向ｄとのなす角度がチルト角の約２倍となっている。
なお、「電圧無印加状態での強誘電性液晶の分子方向と配向処理方向とのなす角度がチルト角θの約２倍」であるとは、電圧無印加状態での強誘電性液晶の分子方向と配向処理方向とのなす角度が２θ±５°の範囲をいう。好ましくは２θ±３°の範囲である。また、「強誘電性液晶の分子方向」とは、液晶分子の長軸方向をいう。
【００２８】
強誘電性液晶は自発分極を有するので、電圧無印加状態では、強誘電性液晶と第１基板および第２基板との極性表面相互作用により、液晶分子が配向する。本来、液晶分子は配向処理方向に沿って配向しやすいという性質を有するが、極性表面相互作用により、上述したように、無電圧印加状態では液晶分子が配向処理方向に対して角度約２θで配向することになる。
【００２９】
一方、電圧を印加すると、極性表面相互作用の影響をなくすことができるので、液晶分子が配向処理方向に沿って配向しやすいという性質が発現し、電圧印加状態では、図３（ｂ）に例示するようにすべての液晶分子８が第１配向膜および第２配向膜の配向処理方向ｄに沿って一様に配向する。
【００３０】
図３に示すように応答する強誘電性液晶を、図２に示す液晶表示素子に用いた場合に、第１偏光層６ａ側から光が入射し、第２偏光層６ｂ側から光が出射するものとする。図３において、上述したように第１偏光層の偏光軸ｐ１と第２偏光層の偏光軸ｐ２とが略垂直であり、第１偏光層の偏光軸ｐ１と配向処理方向ｄとが略平行である。電圧無印加状態では、図３（ａ）に示すように第１偏光層を透過した直線偏光（偏光軸ｐ１）と強誘電性液晶の分子方向ｎとが所定の角度を持つため、第１偏光層を透過した直線偏光は液晶分子の複屈折により楕円偏光となる。この楕円偏光のうち、第２偏光層の偏光軸ｐ２と一致する直線偏光のみが第２偏光層を透過し、明状態となる。一方、電圧印加状態では、図３（ｂ）に示すように第１偏光層を透過した直線偏光（偏光軸ｐ１）と強誘電性液晶の分子方向ｎとが一致するため、液晶分子の屈折率異方性が発現されず、第１偏光層を透過した直線偏光はそのまま液晶分子を通過し、第２偏光層により遮断され、暗状態となる。
【００３１】
このように本発明の液晶表示素子は、電圧無印加状態と電圧印加状態とにおける液晶分子の長軸方向や複屈折率の大きさを制御し、液晶分子を白黒シャッターとして用いることにより、明状態と暗状態とをつくることができ、電圧無印加時に明状態となるノーマリーホワイトモードによる駆動が可能である。
【００３２】
また、電圧印加時には液晶分子が配向処理方向に沿って配向するので、電圧印加状態での配向安定性が向上し、電圧印加時の暗状態のときに駆動時の温度変化によって光漏れが生じるのを抑制することができ、コントラストの低下を防止することができる。さらに、液晶分子が配向処理方向に沿って配向する際には、第１基板面および第２基板面に対して略平行に配向するので、視野角特性を改善することができ、光漏れ、コントラストの低下、および色付きを防止することができる。
【００３３】
また、本発明においては、本来、液晶分子が配向処理方向に沿って配向しやすいという性質を利用し、電圧印加により液晶分子を配向処理方向に沿って配向させるので、従来のノーマリーブラックモードにより駆動させる場合に比べて、駆動電圧を低くすることができる。ノーマリーブラックモードにより駆動させる場合には、例えば液晶分子が配向処理方向に対して角度約２θで配向するように電圧を印加する必要があるのに対し、本発明の液晶表示素子をノーマリーホワイトモードで駆動する場合には、液晶分子が配向しやすい方向（配向処理方向）に沿って配向するように電圧を印加するので、低駆動電圧とすることができるのである。
【００３４】
さらにまた、本発明においては、上記液晶層に活性放射線硬化性モノマーの重合物を含むことから、上記液晶分子が配列処理方向とは異なった方向に配列している場合であっても、いわゆる高分子安定化効果により配列を安定化することができる。したがって、本発明によれば上記液晶分子の配列の経時安定性や耐衝撃性に優れた液晶表示素子を得ることができる。
【００３５】
本発明においては、正または負のいずれかの電圧を印加した場合にのみ、強誘電性液晶の分子方向が配向処理方向と略平行になることが好ましい。図４に、強誘電性液晶の印加電圧に対する透過率の変化を示す。
上述の図２に例示する液晶表示素子において、例えば正の電圧を印加したときにのみ、強誘電性液晶の分子方向が配向処理方向と略平行になる場合、図４（ａ）に例示するように、正の電圧（＋Ｖ）を印加すると、液晶分子が配向処理方向に略平行に配向し、第１偏光層を透過した直線偏光は方向を回転することができず第２偏光層により遮断され暗状態（透過率ゼロ）となる。また印加電圧を切断してゼロにすると、液晶分子が配向処理方向に対してチルト角の約２倍の角度で配向し、第１偏光層を透過した直線偏光は方向が回転して第２偏光層を透過し明状態（透過率最大）となる。そして負の電圧（−Ｖ）を印加すると、液晶分子は配向処理方向に対してチルト角の約２倍の角度で配向したままであるので、第１偏光層を透過した直線偏光は方向が回転して第２偏光層を透過し明状態（透過率最大）となる。
一方、上述の図２に例示する液晶表示素子において、例えば負の電圧を印加したときにのみ、強誘電性液晶の分子方向が配向処理方向と略平行になる場合は、図４（ｂ）に例示するように、負の電圧（−Ｖ）印加時に暗状態となり、電圧無印加時および正の電圧（＋Ｖ）印加時に明状態となる。
このように正または負のいずれかの電圧を印加したときにのみ、強誘電性液晶の分子方向が配向処理方向と略平行になる場合には、液晶分子の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、明るい表示の液晶表示素子を実現することができる。
【００３６】
本発明の液晶表示素子は、特にフィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることが好ましい。この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。
【００３７】
フィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示素子の駆動シーケンスの概念図を図５に示す。このとき、上述の図４（ａ）に例示するような光学応答を示す強誘電性液晶を用いたとする。この場合、図４（ａ）に例示するように電圧無印加時（印加電圧ゼロ）に明状態（透過率最大）となるので、電圧を切断しておくことにより、図５に示すようにバックライトが赤（Ｒ）点灯・無点灯・緑（Ｇ）点灯・無点灯・青（Ｂ）点灯・無点灯…のように点滅するのに同期して、各画素では赤（Ｒ）・黒・緑（Ｇ）・黒・青（Ｂ）・黒を繰り返し表示することができる。また本発明においては、電圧無印加時に明状態となり、明状態とするために電圧を印加して強誘電性液晶を応答させるものではないので、強誘電性液晶の応答時間を考慮する必要がなく、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の光を全て表示に使用することができ、バックライトを有効に利用することができ、消費電力を抑えることができる。
【００３８】
以下、本発明の液晶表示素子の各構成について説明する。
【００３９】
１．液晶層
本発明に用いられる液晶層は、強誘電性液晶と活性放射線硬化性モノマーの重合物を含み、第１配向膜および第２配向膜の間に挟持されることにより構成されている。
【００４０】
（１）強誘電性液晶
本発明に用いられる強誘電性液晶としては、単安定性を示すものであれば、特に限定されるものでない。上記強誘電性液晶は、例えば図４に示すような正または負のいずれかの電圧を印加したときにのみ液晶分子が動作する、ｈａｌｆ−Ｖ ｓｈａｐｅｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（以下、ＨＶ字型スイッチングと称する。）特性を示すものであることが好ましい。このようなＨＶ字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を用いると、白黒シャッターとしての開口時間を十分に長くとることができ、これにより時間的に切り替えられる各色をより明るく表示することができ、明るいカラー表示の液晶表示素子を実現することができる。
ここで「ＨＶ字型スイッチング特性」とは、印加電圧に対する光透過率が非対称な電気光学特性をいう。
【００４１】
また、強誘電性液晶の相系列としては、カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）を発現するものであれば特に限定されるものではないが、ネマチック相（Ｎ）−コレステリック相（Ｃｈ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）、またはネマチック相（Ｎ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）と相変化し、スメクチックＡ相（ＳｍＡ）を経由しない液晶材料であることが好ましい。単安定性を示し、スメクチックＡ相を経由しない液晶材料を用いることにより、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス方式による駆動が可能になり、また、電圧変調により階調制御が可能になり、高精細で高品位の表示を実現することができるからである。
【００４２】
さらに、上記の中でも、Ｃｈ相からＳｍＡ相を経由しないでＳｍＣ＊相を発現する液晶材料は、ＨＶ字型スイッチング特性を示すものとして好適である。このような液晶材料としては、例えばＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製「Ｒ２３０１」が挙げられる。
【００４３】
（２）活性放射線硬化性モノマーの重合物
上記液晶層に含まれる活性放射線硬化性モノマーの重合物は、液晶層中における上記強誘電性液晶の配列を安定化させる機能を有するものである。
【００４４】
（活性放射線硬化性モノマー）
上記活性放射線硬化性モノマーの重合物に用いられる活性放射線硬化性モノマーとしては、活性放射線の照射によって重合反応を生じることにより重合物を形成し、かつ、上記強誘電性液晶の配列状態を安定化できるものであれば特に限定されない。このような活性放射線硬化性モノマーとしては、電子線の照射により重合反応を生じる電子線硬化性モノマー、および光照射により重合反応を生じる光硬化性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、光硬化性モノマーを用いることが好ましい。光硬化性モノマーを用いることにより、本発明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。
【００４５】
上記光硬化性モノマーとしては、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。
【００４６】
上記紫外線硬化性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。本発明においては、アクリレート基を有する紫外線硬化型モノマーを用いることが好ましい。
【００４７】
上記紫外線硬化性モノマーは、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。なかでも本発明においては、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、分子間力および光配向膜界面におけるポリマーネットワークを強化することができる。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。
【００４８】
本発明においては、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、液晶層に活性放射線硬化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。
【００４９】
本発明においては、上記紫外線硬化性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、上記配向膜の配向規制力により規則的に配列することができる。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、本発明の液晶表示素子を経時安定性や耐衝撃性に優れたものにできるからである。
【００５０】
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、例えばネマティック相、ＳｍＡ相、ＳｍＣ相を挙げることができる。
【００５１】
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。
【００５２】
【化１】
【００５３】
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。
【００５４】
【化２】
【００５５】
上記式（Ａ）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。
【００５６】
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。
【００５７】
【化３】
【００５８】
【化４】
【００５９】
【化５】
【００６０】
（活性放射線硬化性モノマーの重合物）
本発明に用いられる活性放射線硬化性モノマーの重合物は、単一の活性放射線硬化性モノマーの重合物であっても良く、また２以上の異なる活性放射線硬化性モノマーの重合物であっても良い。２以上の異なる活性放射線硬化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モノマーとの重合物を例示することができる。
【００６１】
活性放射線硬化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活性放射線硬化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。なかでも本発明においては、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。
【００６２】
上記液晶層中における活性放射線硬化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、本発明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、液晶層中における活性放射線硬化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、残存する活性放射線硬化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。
【００６３】
(３）その他の化合物
本発明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良い。このような他の化合物としては、未反応の活性放射線硬化性モノマー、反応開始剤、および反応禁止剤等を挙げることができる。
【００６４】
(４）液晶層
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。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。
【００６５】
２．第１基板
本発明に用いられる第１基板は、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配向膜とを有するものである。以下、第１基板の各構成について説明する。
【００６６】
（１）第１配向膜
本発明に用いられる第１配向膜は、強誘電性液晶の配向制御が可能なものであれば特に限定されるものではない。第１配向膜としては、例えばラビング処理を施したラビング配向膜や、光配向処理を施した光配向膜などを用いることができる。中でも、光配向膜を用いることが好ましい。光配向処理は非接触配向処理であることから静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるからである。以下、光配向膜および第１配向膜のその他の点について説明する。
【００６７】
（ｉ）光配向膜
光配向膜は、後述する光配向膜の構成材料を塗布した基板に偏光を制御した光を照射し、光励起反応（分解、異性化、二量化）を生じさせて得られた膜に異方性を付与することによりその膜上の液晶分子を配向させるものである。
【００６８】
本発明に用いられる光配向膜の構成材料は、光を照射して光励起反応を生じることにより、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型の材料とに分けることができる。
【００６９】
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、光反応型の材料および光異性化型の材料について説明する。
【００７０】
（光反応型）
まず、光反応型の材料について説明する。上述したように、光反応型の材料とは、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。本発明に用いられる光反応型の材料としては、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、これらの中でも、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。
【００７１】
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。また、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。本発明においては、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。
【００７２】
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。
【００７３】
このような特性を有する光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基およびシンナモイル基から選ばれる少なくとも１種の反応部位を有する二量化反応性ポリマーを挙げることができる。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
【化６】
【００７９】
上記式において、Ｍ１１およびＭ１２は、それぞれ独立して、単重合体または共重合体の単量体単位を表す。例えば、エチレン、アクリレート、メタクリレート、２−クロロアクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、２−クロロアクリルアミド、スチレン誘導体、マレイン酸誘導体、シロキサンなどが挙げられる。Ｍ１２としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリレート、メチルメタクリレート、ヒドロキシアルキルアクリレートまたはヒドロキシアルキルメタクリレートであってもよい。ｘおよびｙは、共重合体とした場合の各単量体単位のモル比を表すものであり、それぞれ、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１であり、かつ、ｘ＋ｙ＝１を満たす数である。ｎは４〜３０，０００の整数を表す。Ｄ１およびＤ２は、スペーサー単位を表す。
【００８０】
Ｒ１は−Ａ１−（Ｚ１−Ｂ１）ｚ−Ｚ２−で表される基であり、Ｒ２は−Ａ１−（Ｚ１−Ｂ１）ｚ−Ｚ３−で表される基である。ここで、Ａ１およびＢ１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、シンナモイル基などが挙げられる。ｊおよびｋは、それぞれ独立して、０または１である。
【００８１】
このような二量化反応性ポリマーとして、具体的には下記式で表される化合物を挙げることができる。
【００８２】
【化７】
【００８３】
上記二量化反応性ポリマーとして、より具体的には下記式で表される化合物（１）〜（４）を挙げることができる。
【００８４】
【化８】
【００８５】
本発明においては、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。
【００８６】
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。
【００８７】
重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光二量化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光二量化反応性化合物に対し、０．００１質量％〜２０質量％の範囲内であることが好ましく、０．１質量％〜５質量％の範囲内であることがより好ましい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量が小さすぎると重合が開始（禁止）されない場合があり、逆に大きすぎると、反応が阻害される場合があるからである。
【００８８】
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。
【００８９】
（光異性化型）
次に、光異性化型の材料について説明する。ここでいう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容易に異方性を付与することができるからである。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
上述したような単分子化合物または重合性モノマーの光異性化反応性化合物の中でも、本発明に用いられる光異性化反応性化合物としては、分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物であることが好ましい。アゾベンゼン骨格は、π電子を多く含むため、液晶分子との相互作用が高く、強誘電性液晶の配向制御に特に適しているからである。
【０１０１】
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。
【０１０２】
【化９】
【０１０３】
アゾベンゼン骨格のシス体は、トランス体に比べて化学的に不安定であるため、熱的にまたは可視光を吸収してトランス体に戻るが、このとき、上記式の左のトランス体になるか右のトランス体になるかは同じ確率で起こる。そのため、紫外光を吸収し続けると、右側のトランス体の割合が増加し、アゾベンゼン骨格の平均配向方向は紫外光の偏光方向に対して垂直になる。本発明においては、この現象を利用することにより、アゾベンゼン骨格の配向方向を揃え、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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
【化１０】
【０１０６】
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。
【０１０７】
【化１１】
【０１０８】
本発明においては、このような光異性化反応性化合物の中から、要求特性に応じて、シス−トランス異性化反応性骨格や置換基を種々選択することができる。なお、これらの光異性化反応性化合物は、１種単独でも２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【０１０９】
本発明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。
【０１１０】
重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光異性化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光異性化反応性化合物に対し、０．００１質量％〜２０質量％の範囲内であることが好ましく、０．１質量％〜５質量％の範囲内であることがより好ましい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量が小さすぎると重合が開始（禁止）されない場合があり、逆に大きすぎると、反応が阻害される場合があるからである。
【０１１１】
（ii）第１配向膜の構成材料の組成
本発明においては、第１配向膜および後述する第２配向膜の構成材料が互いに異なる組成を有することが好ましい。一般に、図６上段に例示するようなＳｍＡ相を経由しない相系列を有する強誘電性液晶は、層法線方向の異なる二つの領域（ダブルドメイン）が発生しやすい。本発明においては、第１配向膜および第２配向膜が互いに異なる組成を有する材料を用いて構成されていることにより、ダブルドメイン等の配向欠陥を生じさせることなく、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができる。
【０１１２】
第１配向膜および第２配向膜の構成材料の組成を異なるものとするには、例えば一方を光配向膜、他方をラビング配向膜とすればよい。また、両方をラビング配向膜として、ラビング配向膜の構成材料の組成を異なるものとする、あるいは、両方を光配向膜として、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることもできる。
【０１１３】
また、第１配向膜および第２配向膜が光配向膜である場合、例えば一方の光配向膜に光異性化型の材料を用い、他方の光配向膜に光反応型の材料を用いることにより、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることができる。
【０１１４】
さらに、第１配向膜および第２配向膜が光異性化型の材料を用いた光配向膜である場合、上述した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により、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることができる。さらに、上述した添加剤の添加量を変えることによって、組成を変化させることもできる。
【０１１５】
またさらに、第１配向膜および第２配向膜が光反応型の材料を用いた光配向膜である場合、上述した光二量化反応性化合物、例えば光二量化反応性ポリマーを種々選択することにより、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることができる。さらに、上述した添加剤の添加量を変えることによって、組成を変化させることもできる。
【０１１６】
（２）反応性液晶層
本発明においては、図７に例示するように第１配向膜３ａ上に反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層４が形成されていてもよい。反応性液晶は第１配向膜により配向しており、例えば紫外線を照射して反応性液晶を重合させ、その配向状態を固定化することにより反応性液晶層を形成することができる。反応性液晶層は、このように反応性液晶の配向状態を固定化してなるものであるので、強誘電性液晶を配向させる配向膜として機能する。また、反応性液晶は固定化されているため、温度等の影響を受けないという利点を有する。さらに、反応性液晶は強誘電性液晶と構造が比較的類似しており、強誘電性液晶との相互作用が強いので、第１配向膜のみを用いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができる。
【０１１７】
また、第１配向膜上に反応性液晶層が形成されている場合には、異なる組成を有する材料で構成された配向膜（反応性液晶層および第２配向膜）の間に強誘電性液晶が挟持されることになるので、ダブルドメイン等の配向欠陥を生じさせることなく、強誘電性液晶の配向を単安定化することができる。
【０１１８】
本発明に用いられる反応性液晶としては、ネマチック相を発現するものであることが好ましい。ネマチック相は、液晶相の中でも配向制御が比較的容易であるからである。
【０１１９】
また、反応性液晶は、重合性液晶材料を含有することが好ましい。これにより、反応性液晶の配向状態を固定化することが可能になるからである。重合性液晶材料としては、重合性液晶モノマー、重合性液晶オリゴマー、および重合性液晶ポリマーのいずれかを用いることができるが、中でも、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。
【０１２０】
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るものではなく、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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
【化１２】
【０１２３】
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。
【０１２４】
ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記式に示す化合物を挙げることができる。
【０１２５】
【化１３】
【０１２６】
【化１４】
【０１２７】
上記式（５）および（Ａ）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。上記式（５）において、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。
【０１２８】
また、ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記式（６）に示す化合物を挙げることができる。
【０１２９】
【化１５】
【０１３０】
上記式（６）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。
【０１３１】
上記式（６）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。
【０１３２】
【化１６】
【０１３３】
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。
【０１３４】
また、上記式（６）で表される化合物としては、具体的に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。
【０１３５】
本発明においては、上記の中でも、上記式（５）および（６）で表される化合物が好適に用いられる。
【０１３６】
また本発明においては、重合性液晶モノマーの中でも、ジアクリレートモノマーが好適である。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。
【０１３７】
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。これらの重合性液晶モノマーは、上述したように２種以上を混合して用いてもよいものであり、これらを混合した組成物すなわち反応性液晶が、ネマチック相を発現するものであればよいからである。
【０１３８】
さらに本発明においては、必要に応じて、上記反応性液晶に光重合開始剤や重合禁止剤等を添加してもよい。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。
【０１３９】
本発明に用いることができる光重合開始剤としては、例えばベンジル（ビベンゾイルとも言う）、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、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、本発明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。
【０１４０】
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質量％、好ましくは０．１〜１０質量％、より好ましくは０．５〜５質量％の範囲で上記反応性液晶に添加することができる。
【０１４１】
反応性液晶層の厚みは、目的とする異方性に応じて適宜調整されるものであり、例えば１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内で設定することができ、好ましくは３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内である。反応性液晶層の厚みが厚すぎると必要以上の異方性が生じてしまい、また反応性液晶層の厚みが薄すぎると所定の異方性が得られない場合があるからである。
【０１４２】
（３）第１電極層
本発明に用いられる第１電極層は、一般に液晶表示素子の電極として用いられているものであれば特に限定されるものではないが、第１電極層および後述する第２電極層のうち少なくとも一方が透明導電体で形成されることが好ましい。透明導電体材料としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等が好ましく挙げられる。
本発明の液晶表示素子を、ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子とする場合には、第１電極層および後述する第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、他方にはｘ電極とｙ電極をマトリックス状に配列し、ｘ電極とｙ電極で囲まれた部分にＴＦＴ素子および画素電極を配置する。
【０１４３】
（４）第１基材
本発明に用いられる第１基材は、一般に液晶表示素子の基材として用いられるものであれば特に限定されるものではなく、例えばガラス板、プラスチック板などが好ましく挙げられる。
【０１４４】
３．第２基板
本発明に用いられる第２基板は、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配向膜とを有するものである。
なお、第２基材、第２電極層および第２配向膜については、上記第１基板の第１基材、第１電極層および第１配向膜と同様であるので、ここでの説明は省略する。以下、第２基板のその他の構成について説明する。
【０１４５】
（１）反応性液晶層
本発明においては、第２配向膜上に反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層が形成されていてもよい。上述した第１基板の反応性液晶層の欄に記載したように、反応性液晶層を設けることにより、第２配向膜のみを用いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができる。
【０１４６】
また、第２配向膜上に反応性液晶層が形成されている場合には、異なる組成を有する材料で構成された配向膜（第１配向膜および反応性液晶層）の間に強誘電性液晶が挟持されることになるので、ダブルドメイン等の配向欠陥を生じさせることなく、強誘電性液晶の配向を単安定化することができる。さらに、第１配向膜および第２配向膜上に反応性液晶層が形成されている場合には、強誘電性液晶の配向の単安定化のために、各反応性液晶層は互いに異なる組成を有する材料で構成されていることが好ましい。
【０１４７】
（２）その他
本発明において、第１基板および第２基板は、第１配向膜および第２配向膜の配向処理方向が略平行になるように配置されている。ここで、「略平行」とは、第１配向膜の配向処理方向と第２配向膜の配向処理方向とのなす角度が０°±５°の範囲であることをいい、この角度は０°±１°の範囲であることが好ましい。
【０１４８】
４．偏光層
本発明においては、液晶層の両側にそれぞれ偏光層が形成されていることが好ましい。本発明に用いられる偏光層は、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層として用いられているものを使用することができる。
【０１４９】
偏光層の形成位置としては、例えば図２に示すように第１基材１ａおよび第２基材１ｂの外側であってもよく、図示しないが第１基材と第１電極層の間、および第２基材と第２電極層の間であってもよい。
【０１５０】
また、偏光層は、互いの偏光軸が略垂直となり、一方の偏光層の偏光軸と第１配向膜および第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置される。ここで、「略垂直」とは、一方の偏光層の偏光軸と他方の偏光層の偏光軸とのなす角度が９０°±５°の範囲であることをいい、この角度は９０°±１°の範囲であることが好ましい。また、「略平行」とは、一方の偏光層の偏光軸と第１配向膜および第２配向膜の配向処理方向とのなす角度が０°±５°の範囲であることをいい、この角度は０°±１°の範囲であることが好ましい。
【０１５１】
５．液晶表示素子の駆動方法
本発明の液晶表示素子は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス方式により駆動させることが好ましい。ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため高品質なディスプレイが可能となるからである。
【０１５２】
本発明のＴＦＴを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子の一例を示す概略斜視図を図８に示す。図８に例示する液晶表示素子２０は、一方の基材２２ａ上にＴＦＴ２５がマトリックス状に配置されたＴＦＴ基板２１ａと、他方の基材２２ｂ上に共通電極２３が形成された共通電極基板２１ｂとを有するものである。ＴＦＴ基板２１ａには、ｘ電極２４ｘ、ｙ電極２４ｙおよび画素電極２４ｔが形成されている。このような液晶表示素子２０において、ｘ電極２４ｘおよびｙ電極２４ｙはそれぞれ縦横に配列しており、これらの電極２４ｘおよび２４ｙに信号を加えることによりＴＦＴ素子２５を作動させ、強誘電性液晶を駆動させることができる。ｘ電極２４ｘおよびｙ電極２４ｙが交差した部分は、図示しないが絶縁層で絶縁されており、ｘ電極２４ｘの信号とｙ電極２４ｙの信号とは独立に動作することができる。ｘ電極２４ｘおよびｙ電極２４ｙにより囲まれた部分は、本発明の液晶表示素子を駆動する最小単位である画素であり、各画素には少なくとも１つ以上のＴＦＴ素子２５および画素電極２４ｔが形成されている。この液晶表示素子２０では、ｘ電極２４ｘおよびｙ電極２４ｙに順次信号電圧を加えることにより、各画素のＴＦＴ素子２５を動作させることができる。
本発明においては、ＴＦＴ基板および共通電極基板のいずれを第１基板または第２基板としてもよい。なお、図８において、液晶層および配向膜は省略している。
【０１５３】
さらに本発明の液晶表示素子は、カラーフィルタ方式またはフィールドシーケンシャルカラー方式を採用することによりカラー表示が可能な液晶表示素子とすることができる。例えば図８に示す液晶表示素子において、ＴＦＴ基板側または共通電極基板側にマイクロカラーフィルタを配置することにより、カラー表示が可能である。
【０１５４】
本発明の液晶表示素子は、特にフィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることが好ましい。フィールドシーケンシャルカラー方式は、１画素を時間分割するものであり、良好な動画表示特性を得るためには高速応答性を必要とする。本発明においては、強誘電性液晶の高速応答性を利用することにより、マイクロカラーフィルタを用いることなく、ＬＥＤ光源と組み合わせることによってカラー表示が可能になる。また、配向欠陥を生じることなく強誘電性液晶を配向させることができるので、視野角が広く、高速応答性を有し、高精細なカラー表示を実現することができる。
【０１５５】
本発明の液晶表示素子をフィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させる場合、強誘電性液晶としては、コレステリック相からスメクチックＡ相を経由しないでカイラルスメクチックＣ相を発現する液晶材料を用いることが好ましい。このような液晶材料は、上述したようにＨＶ字型スイッチング特性を示すものであり、白黒シャッターとしての開口時間を十分に長くとることができる。それにより時間的に切り替えられる各色をより明るく表示することができ、明るいフルカラーの液晶表示素子を実現することができる。
【０１５６】
フィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示素子の駆動シーケンスの概念図を図５および図９に示す。図５は明状態とする場合の駆動シーケンスの概念図であり、図９は暗状態とする場合の駆動シーケンスの概念図である。このとき、図４（ａ）に例示するような光学応答を示す強誘電性液晶を用いたとする。
【０１５７】
図４（ａ）に例示するように電圧無印加時に明状態となるので、印加電圧をゼロにしておくことにより、図５に示すようにバックライトが赤（Ｒ）点灯・無点灯・緑（Ｇ）点灯・無点灯・青（Ｂ）点灯・無点灯…のように点滅するのに同期して、各画素では赤（Ｒ）・黒・緑（Ｇ）・黒・青（Ｂ）・黒を繰り返し表示することができる。
【０１５８】
一方、図９において、正極の電圧でデータ書込み走査を行い、負極の電圧でデータ消去走査を行うとする。バックライトは、上述したように赤（Ｒ）点灯・無点灯・緑（Ｇ）点灯・無点灯・青（Ｂ）点灯・無点灯…のように点滅するので、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の点灯時に暗状態とすることができればよい。例えば図９に示すように書込み走査および消去走査を行うことにより、１ライン目においても最終ライン（Ｌライン）目においても、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の点灯時に透過率がゼロになり暗状態とすることができる。
【０１５９】
また、本発明の液晶表示素子は、基本的にはＴＦＴを用いたアクティブマトリックス方式により駆動させるが、セグメント方式による駆動も可能である。
【０１６０】
６．液晶表示素子の製造方法
本発明の液晶表示素子の製造方法は特に限定されず、例えば後述する「Ｂ．液晶表示素子の製造方法」の項に記載する方法により製造することができる。
【０１６１】
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、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配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、上記第１配向膜と上記第２配向膜とが対向するように配置し、上記第１配向膜と上記第２配向膜との間に強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子の製造方法であって、
上記第１基板および上記第２基板を、上記第１配向膜および上記第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置する基板配置工程と、
単安定性を有する上記強誘電性液晶と、上記活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を、上記強誘電性液晶のカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より高い温度に加温し、上記第１配向膜と上記第２配向膜との間に封入する液晶封入工程と、
封入された上記強誘電性液晶を徐冷する第１配向工程と、
上記第１配向工程後の上記強誘電性液晶の自発分極の向きを通常方向、上記通常方向の逆向きを反転方向とした場合、上記第１配向工程後に上記強誘電性液晶に自発分極の向きが反転方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま上記強誘電性液晶をカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度以上に加温して徐冷する第２配向工程と、
上記第１電極層および上記第２電極層間が電圧無印加状態で、上記活性放射線硬化性モノマーを重合する重合工程とを有することを特徴とする。
【０１６２】
本発明においては、第１基板および第２基板の間に例えば等方性液体の状態で強誘電性液晶を封入した後（液晶封入工程後）、一連の配向工程を行い、さらに重合工程を経て液晶表示素子を形成する。
【０１６３】
本発明の製造方法について図を参照しながら説明する。図１０は、本発明の液晶表示素子の製造方法における上記強誘電性液晶の配列状態を示す概略図である。本発明においては、カイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より高い温度に加温された強誘電性液晶を徐冷することにより、図１０（ａ）に示すように液晶分子８を配向処理方向ｄに沿って一様に配向させる（第１配向工程）。
強誘電性液晶は自発分極を有するので、強誘電性液晶と第１基板および第２基板の表面との相互作用としての極性効果により、図１１（ａ），（ｃ）に例示するように液晶分子８の自発分極Ｐｓは、第１基板１１および第２基板１２に垂直で、第１基板１１側を向く場合（図１１（ａ））と、第２基板１２側を向く場合（図１１（ｃ））とがある。このとき、液晶分子８の方向と、自発分極Ｐｓの向きと、層法線ｚとは、所定の関係にあるので、液晶分子８の方向および自発分極Ｐｓの向きにより、層法線ｚが決まる。したがって、図１１（ｂ），（ｄ）に示すように自発分極Ｐｓの向きによって、層法線ｚが異なるものとなる。なお、図１１（ｂ），（ｄ）は、それぞれ図１１（ａ），（ｃ）の上面図であり、図１１（ｂ）では液晶分子８の自発分極Ｐｓが紙面手前から奥方向に向いており（図１１（ｂ）中の×印）、図１１（ｄ）では液晶分子８の自発分極Ｐｓが紙面奥空手前方向に向いている（図１１（ｄ）中の●印）。
【０１６４】
図１０（ａ）においては、液晶分子８の自発分極Ｐｓが紙面手前から奥方向に向いており（図１０（ａ）中の×印）、図１０（ａ）を図１１（ａ）の第２基板１２側からの上面図とすると、図１０（ａ）と図１１（ａ），（ｂ）とが対応する図となる。
【０１６５】
そして、この第１配向工程後の強誘電性液晶の自発分極の向きを通常方向、通常方向の逆向きを反転方向とする。ここでは、図１０（ａ）と図１１（ａ），（ｂ）とが対応することにしたので、液晶分子８の自発分極Ｐｓが第１基板１１側を向く場合（図１１（ａ））の自発分極Ｐｓの向きが通常方向、液晶分子８の自発分極Ｐｓが第２基板１２側を向く場合（図１１（ｃ））の自発分極Ｐｓの向きが反転方向となる。
【０１６６】
この場合において、次に、強誘電性液晶に自発分極の向きが反転方向となるような電圧を印加する。例えば図１１（ａ）において第２基板１１側の電極層が負極となるように電圧を印加する。そして、この電圧を印加したまま強誘電性液晶をカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度以上に加温して徐冷することにより、図１０（ｂ）に示すように液晶分子８を配向処理方向ｄに沿って一様に配向させる（第２配向工程）。強誘電性液晶の自発分極の向きが反転することによって、図１０（ａ），（ｂ）に示すように層法線ｚの方向が異なるモノドメインが得られる。なお、図１０（ｂ）において、液晶分子８の自発分極Ｐｓは紙面奥から手前方向に向いている（図１０（ｂ）中の●印）。また、図１０（ｂ）と図１１（ｃ），（ｄ）とが対応する図となる。
【０１６７】
このようにして得られた液晶表示素子を電圧無印加状態とすると、強誘電性液晶と第１基板および第２基板との極性表面相互作用により、図１２（ａ）に示すように液晶分子８の自発分極Ｐｓが第１基板１１側を向き、通常方向となる。図１２（ｂ）は図１２（ａ）の上面図であり、液晶分子８の自発分極Ｐｓが紙面手前から奥方向に向いている（図１２（ｂ）中の×印）。この際、図１１（ｄ）の状態から図１２（ｂ）の状態となるように、液晶分子８はコーン上を移動する。これにより、図１３に例示するように液晶分子８が配向処理方向ｄに対してチルト角θの約２倍の角度で一様に配向する。なお、図１３において、液晶分子８の自発分極Ｐｓは紙面手前から奥方向に向いている（図１３中の×印）。また、図１３と図１２（ａ），（ｂ）とが対応する図となる。本発明においては、このような状態において、上記液晶層に含まれる活性放射線硬化性モノマーを重合させる（重合工程）ことにより、液晶分子８を図１３に例示するような配列状態において安定化させることによって液晶表示素子を製造する。
【０１６８】
一方、図１２（ａ）において第２基板１２側の電極層が負極となるように電圧を印加すると、図１２（ｂ）の状態から図１１（ｄ）の状態となるように液晶分子８がコーン上を移動し、電圧印加状態では、図１０（ｂ）に例示するように液晶分子８が配向処理方向ｄに沿って一様に配向する。
このように、上記の液晶表示素子では、電圧無印加状態と電圧印加状態とで液晶分子の方向を制御し、液晶分子を白黒シャッターとして用いることにより、明状態と暗状態とをつくることができる。
【０１６９】
本発明により製造された液晶表示素子において、第１基板および第２基板の外側にそれぞれ偏光層を設け、２枚の偏光層を、互いの偏光軸が略垂直に、一方の偏光層の偏光軸と配向処理方向とが略平行になるように配置した場合、電圧無印加状態では、一方の偏光層の偏光軸に対して液晶分子が角度約２θ（チルト角θの約２倍）で配向するため、一方の偏光層を透過した直線偏光は、液晶分子の複屈折により楕円偏光になり、所定の直線偏光のみが第２偏光層を透過し、明状態となる。一方、電圧印加状態では、液晶分子が配向処理方向に沿って配向し、一方の偏光層の偏光軸と液晶分子の配向方向とが略平行になるので、一方の偏光層を透過した直線偏光は、そのまま通過し、他方の偏光層により遮断され、暗状態となる。したがって本発明においては、ノーマリーホワイトモードによる駆動が可能な液晶表示素子を得ることができる。
【０１７０】
以下、本発明の液晶表示素子の製造方法の各工程について説明する。
【０１７１】
１．基板配置工程
本発明における基板配置工程は、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配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、上記第１配向膜および上記第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置する工程である。
【０１７２】
本工程においては、まず第１基材上に第１電極層および第１配向膜を順に形成して、第１基板を作製する（第１基板形成工程）。また、第２基材上に第２電極層および第２配向膜を順に形成して、第２基板を作製する（第２基板形成工程）。このようにして作製した第１基板および第２基板を、上記第１配向膜および上記第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置する。
【０１７３】
（１）第１基板形成工程
第１基板形成工程は、第１基材上に第１電極層を形成する電極層形成工程と、第１電極層上に第１配向膜を形成する配向膜形成工程とを有する。また、必要に応じて上記第１配向膜上に反応性液晶層を形成する反応性液晶層形成工程を有する場合もある。以下、各工程について説明する。
【０１７４】
ａ．電極層形成工程
電極層形成工程は、第１基材上に第１電極層を形成する工程である。本工程において第１基材上に第１電極層を形成する方法としては、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）法や、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法などを挙げることができる。また、第１電極層のパターニング方法としては、一般的な電極のパターニング方法を適用することができる。
【０１７５】
なお、本工程に用いる第１基材および第１電極層のその他の点については、上記「Ａ．液晶表示素子」の第１基材および第１電極層の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１７６】
ｂ．配向膜形成工程
配向膜形成工程は、上記電極層形成工程により形成された第１電極層上に第１配向膜を形成する工程である。上記「Ａ．液晶表示素子」の第１配向膜の欄に記載したように、第１配向膜は強誘電性液晶の配向制御が可能なものであればよいので、本工程においては、ラビング配向膜を形成してもよく、光配向膜を形成してもよい。以下、光配向膜の形成方法について説明する。
【０１７７】
（ｉ）光配向膜の形成方法
本工程において光配向膜を形成するには、まず光配向膜の構成材料を有機溶剤で希釈した光配向膜形成用塗工液を塗布し、乾燥させる。この場合に、光配向膜形成用塗工液中の光二量化反応性化合物または光異性化反応性化合物の含有量は、０．０５質量％〜１０質量％の範囲内であることが好ましく、０．２質量％〜２質量％の範囲内であることがより好ましい。含有量が上記範囲より少ないと、配向膜に適度な異方性を付与することが困難となり、逆に含有量が上記範囲より多いと、光配向膜形成用塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなるからである。
【０１７８】
光配向膜形成用塗工液の塗布方法としては、例えばスピンコート法、ロールコート法、ロッドバーコート法、スプレーコート法、エアナイフコート法、スロットダイコート法、ワイヤーバーコート法などを用いることができる。
【０１７９】
上記光配向膜形成用塗工液を塗布することにより得られる膜の厚みは、１ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内である。膜の厚みが上記範囲より薄いと十分な光配列性を得ることができない可能性があり、逆に厚みが上記範囲より厚いとコスト的に不利になる場合があるからである。
【０１８０】
得られた膜には光配向処理を施すことによって異方性を付与する。具体的には、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。
【０１８１】
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、基板面に対して略垂直に偏光紫外線を照射することが好ましい。また、光異性化反応を生じさせる場合は、基板面に対して斜め約４５°から無偏光紫外線を照射することもできる。
【０１８２】
さらに、光配向膜の構成材料として、光異性化反応性化合物の中でも重合性モノマーを用いた場合には、光配向処理を行った後、加熱することにより、ポリマー化し、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。
【０１８３】
なお、光配向膜のその他の点については、上記「Ａ．液晶表示素子」の第１配向膜の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１８４】
ｃ．反応性液晶層形成工程
本発明における第１基板形成工程においては、上記第１配向膜上に反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層を形成する反応性液晶層形成工程を行ってもよい。反応性液晶層は、第１配向膜上に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される。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予め形成し、これを第１配向膜上に積層することにより、反応性液晶層を形成してもよい。製造工程の簡便さの観点からは、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、これを反応性液晶層用配向膜上に塗布し、溶媒を除去する方法を用いることが好ましい。
【０１８５】
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、かつ第１配向膜の配向能を阻害しないものであれば特に限定されるものではない。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；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；などの１種または２種以上が使用可能である。
【０１８６】
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、第１配向膜が侵食されたりする場合がある。この場合には、２種以上の溶媒を混合使用することにより、この不都合を回避することができる。上記の溶媒のなかにあって、単独溶媒として好ましいものは、炭化水素類および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。
【０１８７】
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、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０．１〜４０質量％、好ましくは１〜２０質量％の範囲で調整される。反応性液晶層形成用塗工液の濃度が上記範囲より低いと、反応性液晶が配向しにくくなる場合があり、逆に反応性液晶層形成用塗工液の濃度が上記範囲より高いと、反応性液晶層形成用塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなる場合があるからである。
【０１８８】
さらに、上記反応性液晶層形成用塗工液には、本発明の目的を損なわない範囲内で、下記に示すような化合物を添加することができる。添加できる化合物としては、例えば、多価アルコールと１塩基酸または多塩基酸を縮合して得られるポリエステルプレポリマーに、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリエステル（メタ）アクリレート；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；などが挙げられる。
上記反応性液晶に対するこれら化合物の添加量は、本発明の目的が損なわれない範囲で選択される。これらの化合物の添加により、反応性液晶の硬化性が向上し、得られる反応性液晶層の機械強度が増大し、またその安定性が改善される。
【０１８９】
このような反応性液晶層形成用塗工液の塗布方法としては、例えばスピンコート法、ロールコート法、プリント法、ディップコート法、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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
本工程においては、上述したように塗布された反応性液晶を、反応性液晶層用配向膜により配向させて液晶規則性を有する状態とする。すなわち、反応性液晶にネマチック相を発現させる。これは、通常はＮ−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。
【０１９２】
反応性液晶は重合性液晶材料を有するものであり、このような重合性液晶材料の配向状態を固定化するには、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う。
【０１９３】
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。
【０１９４】
本工程においては、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、本工程への応用が容易であるからである。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
また、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。この場合に用いられる反応性液晶としては、反応性液晶のＮ−Ｉ転移点以下で、反応性液晶に含有される重合性液晶モノマーが熱重合するものであることが好ましい。
【０１９８】
なお、反応性液晶層のその他の点については、上記「Ａ．液晶表示素子」の反応性液晶層の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１９９】
（２）第２基板形成工程
本発明における第２基板形成工程は、第２基材上に第２電極層を形成する電極層形成工程と、第２電極層上に第２配向膜を形成する配向膜形成工程とを有する。
なお、電極層形成工程および配向膜形成工程については、上記第１基板形成工程における電極層形成工程および配向膜形成工程とそれぞれ同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２００】
（３）基板配置方法
基板配置工程において、上記第１基板形成工程により形成された第１基板と、上記第２基板形成工程により形成された第２基板とを、上記第１基板の第１配向膜および上記第２基板の第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置する方法としては、所定の位置で配置することが可能であれば特に限定されるものではない。
ここで、「略平行」とは、第１配向膜の配向処理方向と第２配向膜の配向処理方向とのなす角度が０°±５°の範囲であることをいい、この角度は０°±１°の範囲であることが好ましい。
【０２０１】
２．液晶封入工程
本発明における液晶封入工程は、単安定性を有する上記強誘電性液晶と、上記活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を、上記強誘電性液晶のカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より高い温度に加温し、第１基板の第１配向膜と第２基板の第２配向膜との間に封入する工程である。
【０２０２】
本工程においては、まず上記液晶層形成用組成物を上記強誘電性液晶のカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より高い温度に加温する。なお、「カイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度」とは、カイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度だけでなく、カイラルスメクチック相−コレステリック相（カイラルネマチック相）転移温度も含まれるものとする。例えば、ネマチック相（Ｎ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）の相系列をもつ強誘電性液晶を用いた場合には、Ｎ相−ＳｍＣ＊相転移温度より高い温度に設定することができ、ネマチック相（Ｎ）−コレステリック相（Ｃｈ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）の相系列をもつ強誘電性液晶を用いた場合には、Ｃｈ相−ＳｍＣ＊相転移温度より高い温度に設定することができる。温度としては、カイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より高い温度であれば特に限定されるものではないが、カイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より１０℃〜２０℃程度高い温度であることが好ましい。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。
またこの際の昇温速度としては、特に限定されるものではない。
【０２０３】
上記液晶層形成用組成物の封入方法としては、特に限定されるものではない。例えば、あらかじめ第１基板および第２基板を作製した液晶セルに、強誘電性液晶を加温することにより等方性液体とし、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強誘電性液晶を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。
【０２０４】
なお、上記液晶層形成用組成物に用いられる強誘電性液晶、活性放射線硬化性モノマーおよび本工程により形成される液晶層のその他の点については、上記「Ａ．液晶表示素子」の液晶層の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２０５】
３．第１配向工程
本発明における第１配向工程は、上記液晶封入工程にて封入された強誘電性液晶を徐冷する工程である。本工程においては、強誘電性液晶を徐冷することにより、図１０（ａ）に例示するように液晶分子８が配向処理方向ｄに沿って配向した一様な配向状態を得ることができる。
【０２０６】
本工程においては、通常、室温（２５℃程度）になるまで強誘電性液晶を徐冷する。この際の冷却速度としては、１℃／分〜５℃／分程度であることが好ましい。
【０２０７】
３．第２配向工程
本発明における第２配向工程は、上記第１配向工程後の強誘電性液晶の自発分極の向きを通常方向、通常方向の逆向きを反転方向とした場合、上記第１配向工程後に強誘電性液晶に自発分極の向きが反転方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま強誘電性液晶をカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度以上に加温して徐冷する工程である。本工程においては、強誘電性液晶に所定の電圧を印加しながら、所定の温度で加温し、徐冷することにより、図１０（ｂ）に例示するように液晶分子８が配向処理方向ｄに沿って配向した一様な配向状態を得ることができる。
【０２０８】
上述したように、強誘電性液晶は自発分極を有するので、強誘電性液晶と第１基板および第２基板の表面との相互作用としての極性効果により、図１１（ａ），（ｃ）に例示するように、液晶分子８の自発分極Ｐｓは第１基板１１および第２基板１２のいずれか一方を向く。この自発分極の向きは、第１基板の第１配向膜および第２基板の第２配向膜の組み合わせ等によって異なる。このため、第１配向工程後の自発分極の向きは一概に決まるものではなく、第１配向工程後の自発分極の向きを確認することによって、自発分極の向きの通常方向および反転方向を決定することができる。
【０２０９】
第１配向工程後の自発分極の向きは、正極または負極の電圧を印加することにより確認することができる。例えば図１１（ａ）に示すように自発分極Ｐｓが第１基板１１側を向いているのであれば、第２基板１２の第２電極層が負極となるように電圧を印加することにより自発分極が第２基板側を向き、自発分極の向きが反転する。これに対し、第１基板１１の第１電極層が負極となるように電圧を印加しても自発分極の向きはそのままである。一方、例えば図１１（ｂ）に示すように自発分極Ｐｓが第２基板１２側を向いているのであれば、第１基板１１の第１電極層が負極となるように電圧を印加することにより自発分極が第１基板側を向き、自発分極の向きが反転する。これに対し、第２基板１２の第２電極層が負極となるように電圧を印加しても自発分極の向きはそのままである。このようにして第１配向工程後の自発分極の向きを確認することができ、第１配向工程後の自発分極の向きを通常方向とし、この通常方向の逆向きを反転方向とする。
【０２１０】
本工程においては、強誘電性液晶に自発分極の向きが反転方向となるような電圧を印加する。印加電圧の大きさとしては、自発分極の向きが反転方向となるような大きさであれば特に限定されるものではなく、強誘電性液晶の種類、第１配向膜および第２配向膜の種類等によって異なるものであり適宜選択される。印加電圧の上限は強誘電性液晶の絶縁耐圧によって決まるものであり、絶縁耐圧以上に大きくすることは不要である。通常は、５Ｖ〜１０Ｖ程度であれば十分に一様な配向状態を得ることができる。
【０２１１】
また本工程においては、上記の電圧を印加したまま強誘電性液晶をカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度以上に加温する。例えば、ネマチック相（Ｎ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）の相系列をもつ強誘電性液晶を用いた場合には、Ｎ相−ＳｍＣ＊相の転移温度以上に設定することができ、ネマチック相（Ｎ）−コレステリック相（Ｃｈ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）の相系列をもつ強誘電性液晶を用いた場合には、Ｃｈ相−ＳｍＣ＊相の転移温度以上に設定することができる。温度としては、カイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度以上であれば特に限定されるものではないが、カイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より２０℃程度高い温度であることが好ましい。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。
またこの際の昇温速度としては、特に限定されるものではない。
【０２１２】
加温された強誘電性液晶は、通常、室温（２５℃程度）になるまで徐冷される。この際の冷却速度としては、１℃／分〜５℃／分程度であることが好ましい。
【０２１３】
なお、強誘電性液晶の分子方向と配向処理方向とのなす角度については、上記「Ａ．液晶表示素子」の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２１４】
４．重合工程
本発明における重合工程は、上記第２配向工程の後、上記第１電極層および上記第２電極層間が電圧無印加状態で、上記液晶封入工程において第１基板の第１配向膜と第２基板の第２配向膜との間に封入した液晶層形成用組成物中に含まれる活性放射線硬化性モノマーを重合する工程である。
【０２１５】
本工程における「電圧無印加状態」とは、上記第１電極層と上記第２電極層とが同電位であることを意味する。したがって、本工程において上記第１電極層と上記第２電極層とを同電位にするには、上記第２配向工程において印加した電圧を切断するのみでは足らず、電圧を切断した後、上記第１電極層と上記第２電極層とを同電位化する処理が必要である。このような同電位化処理としては、上記第１電極層と上記第２電極層とを同電位にできる方法であれば特に限定されない。本工程においては、工程の簡略化の観点から、上記第１電極層と上記第２電極層とを短絡させる方法を好適に用いることができる。
【０２１６】
本工程において上記活性放射線硬化性モノマーを重合する方法は、活性放射線硬化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、活性放射線硬化性モノマーとして紫外線硬化性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。
【０２１７】
５．その他
本発明においては、第１基板または第２基板の外側、第１基材と第１電極層との間および第２基材と第２電極層との間に、偏光層を形成する偏光層形成工程を行うことができる。この際、偏光層は、互いの偏光軸が略垂直となり、一方の偏光層の偏光軸と第１配向膜および第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置される。ここで、「略垂直」とは、一方の偏光層の偏光軸と他方の偏光層の偏光軸とのなす角度が９０°±５°の範囲であることをいい、この角度は９０°±１°の範囲であることが好ましい。また、「略平行」とは、一方の偏光層の偏光軸と第１配向膜および第２配向膜の配向処理方向とのなす角度が０°±５°の範囲であることをいい、この角度は０°±１°の範囲であることが好ましい。
【０２１８】
偏光層の形成方法としては、特に限定されるものではなく、例えば第１基板および第２基板の外側に偏光層を貼付する方法、または第１基材および第２基材上に染料等を含有する塗工液を塗布する方法などを用いることができる。本工程は、例えば基板配置工程後に行ってもよく、第２配向工程後に行ってもよく、電極層形成工程前に行ってもよい。
【０２１９】
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】
【０２２０】
以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【０２２１】
［実施例１］
（第１基板の作製）
ＩＴＯ電極が形成されたガラス基板をよく洗浄し、このガラス基板上に透明レジスト（商品名：ＮＮ７８０、ＪＳＲ社製）をスピンコートして、減圧乾燥し、９０℃で３分間プリベークを行い、１００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線でマスク露光し、無機アルカリ溶液で現像を行い、２３０℃で３０分間ポストベークを行った。これにより、高さ１．５μｍの柱状スペーサーを形成した。
この柱状スペーサーが形成されたガラス基板をよく洗浄し、ＩＴＯ電極上に、光二量化反応型の光配向膜材料（商品名：ＲＯＰ−１０２、ロリックテクノロジー社製）の２質量％シクロペンタノン溶液をスピンコートし、１３０℃で１０分間乾燥した後、偏光紫外線を約１００ｍＪ／ｃｍ２照射し、配向処理を行った。
【０２２２】
（第２基板の作製）
ＩＴＯ電極が形成されたガラス基板をよく洗浄し、ＩＴＯ電極上に、光二量化反応型の光配向膜材料（商品名：ＲＯＰ−１０３、ロリックテクノロジー社製）の２質量％シクロペンタノン溶液をスピンコートし、１３０℃で１０分間乾燥した後、偏光紫外線を約１００ｍＪ／ｃｍ２照射し、配向処理を行った。
上記光配向膜上に、アクリレートモノマーを含有する反応性液晶材料（商品名：ＲＯＦ−５１０１、ロリックテクノロジー社製）の５質量％シクロペンタノン溶液をスピンコートし、６０℃で３分間乾燥した後、紫外線を約１Ｊ／ｃｍ２露光し、反応性液晶を重合させて固定化した。
【０２２３】
（液晶表示素子の作製）
第１基板の周縁部に、紫外線硬化型シール剤（商品名：ＬＣＢ−６１０、イーエッチシー社製）を、シールディスペンサーを用いて、液晶の注入口を残して塗布した。次いで、第１基板および第２基板を、配向処理方向が略平行になるように対向させ、重ね合わせた。この状態で、紫外線を照射し、両基板を接着させ、空の液晶表示素子を作製した。
液晶表示素子の液晶注入口付近に、強誘電性液晶材料（商品名：Ｒ２３０１、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）に紫外線硬化性液晶モノマー（商品名：ＵＣＬ００１、大日本インキ化学工業社製）を５質量％の割合で混合したものを塗布し、これを真空チャンバー内に設置し、真空チャンバー内を十分排気して液晶表示素子内を減圧にした状態で、１００℃に加熱して液晶を融解させ、セル内に注入した後、毎分２℃で室温まで徐冷し、強誘電性液晶の第１配向処理を行った。偏光顕微鏡で観察したところ、モノドメイン配向が確認された。また、互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、液晶表示素子を配置して、一方の偏光板の偏光軸と配向処理方向とを略平行に配置したところ、電圧無印加状態で、液晶表示素子全体で光を透過せず黒表示が得られた。さらに、矩形電圧に対する駆動特性を測定したところ、第２基板側の電極が負極となるように電圧を印加した場合にのみ液晶が動作するＨＶ字型スイッチング特性を示した。飽和電圧は約５Ｖであった。
【０２２４】
次に、第２基板側の電極が負極となるように、５Ｖの直流電圧を印加しながら、１００℃に加熱し、約５分間１００℃で保持した後、毎分２℃で室温まで徐冷し、強誘電性液晶の第２配向処理を行った。その後、第１基板の電極と第２基板の電極を接続し、セルの電界をゼロにした状態で観察したところ、液晶表示素子全体で白表示が得られた。さらに電極同士を接続した状態で、セルの温度を室温から上昇させないように保ったまま、紫外線を約１．０J／ｃｍ２照射し、紫外線硬化性液晶モノマーを硬化させ、重合物とした。
【０２２５】
このようにして作製した液晶表示素子を、互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、液晶表示素子を配置して、一方の偏光板の偏光軸と配向処理方向とを略平行に配置した。矩形電圧に対する駆動特性を測定したところ、電圧無印加時に白表示となるノーマリーホワイトモードで駆動することができた。また、第２基板側の電極が負極となるように電圧を印加した場合にのみ液晶が動作するＨＶ字型スイッチング特性を示した。飽和電圧は約５Ｖであった。
【０２２６】
［実施例２］
（第１基板の作製）
実施例１と同様にして第１基板を作製した。
【０２２７】
（第２基板の作製）
ＩＴＯ電極が形成されたガラス基板をよく洗浄し、ＩＴＯ電極上に、光二量化反応型の光配向膜材料（商品名：ＲＯＰ−１０３、ロリックテクノロジー社製）の２質量％シクロペンタノン溶液をスピンコートし、１３０℃で１０分間乾燥した後、偏光紫外線を約１００ｍＪ／ｃｍ２照射し、配向処理を行った。
【０２２８】
（液晶表示素子の作製）
実施例１と同様にして、空の液晶表示素子を作製し、強誘電性液晶材料に紫外線硬化性液晶モノマー混合したものを注入して、強誘電性液晶の第１配向処理を行った。
偏光顕微鏡で観察したところ、モノドメイン配向が確認された。また、互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、強誘電性液晶が封入された液晶表示素子を配置して、一方の偏光板の偏光軸と配向処理方向とを略平行に配置したところ、電圧無印加状態で、液晶表示素子全体で光を透過せず黒表示が得られた。また、第２基板側の電極が負極となるように、５Ｖの直流電圧を印加したところ、白表示が得られた。一方、第２基板側の電極が正極となるように、５Ｖの直流電圧を印加したところ、黒表示のままであった。さらに、矩形電圧に対する駆動特性を測定したところ、第２基板側の電極が負極となるように電圧を印加した場合にのみ液晶が動作するＨＶ字型スイッチング特性を示した。飽和電圧は約５Ｖであった。
【０２２９】
次に、実施例１と同様にして、強誘電性液晶の第２配向処理および紫外線硬化性液晶モノマーの重合を行い液晶表示素子を作製した。このようにして作製した液晶表示素子を、互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、液晶表示素子を配置して、一方の偏光板の偏光軸と配向処理方向とを略平行に配置した。矩形電圧に対する駆動特性を測定したところ、電圧無印加時に白表示となるノーマリーホワイトモードで駆動することができた。また、第２基板側の電極が負極となるように電圧を印加した場合にのみ液晶が動作するＨＶ字型スイッチング特性を示した。飽和電圧は約５Ｖであった。
【０２３０】
［比較例１］
（第１基板の作製）
実施例１と同様にして第１基板を作製した。
【０２３１】
（第２基板の作製）
実施例１と同様にして第２基板を作製した。
【０２３２】
（液晶表示素子の作製）
実施例１と同様にして、空の液晶表示素子を作製し、強誘電性液晶材料に紫外線硬化性液晶モノマー混合したものを注入して、強誘電性液晶の第１配向処理を行った。次に、電圧無印加状態で、紫外線を約１．０J／ｃｍ２照射し、紫外線硬化性液晶モノマーを硬化させ、重合物とした。
【０２３３】
このようにして作製した液晶表示素子を偏光顕微鏡で観察したところ、モノドメイン配向が確認された。また、互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、強誘電性液晶が封入された液晶表示素子を配置して、一方の偏光板の偏光軸と配向処理方向とを略平行に配置したところ、電圧無印加状態で、液晶表示素子全体で光を透過せず黒表示が得られた。また、第２基板側の電極が負極となるように、５Ｖの直流電圧を印加したところ、白表示が得られた。一方、第２基板側の電極が正極となるように、５Ｖの直流電圧を印加したところ、黒表示のままであった。また、矩形電圧に対する駆動特性を測定したところ、電圧無印加時に黒表示となるノーマリーブラックモードであり、第２基板側の電極が負極となるように電圧を印加した場合にのみ液晶が動作するＨＶ字型スイッチング特性を示した。飽和電圧は約１０Ｖであった。
【図面の簡単な説明】
【０２３４】
【図１】液晶分子の挙動を示す模式図である。
【図２】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３】強誘電性液晶の配向状態の一例を示す模式図である。
【図４】強誘電性液晶の印加電圧に対する透過率の変化を示したグラフである。
【図５】フィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示素子の駆動シーケンスを示す概念図である。
【図６】強誘電性液晶の有する相系列の相違による配向の違いを示した図である。
【図７】本発明の液晶表示素子の他の例を示す概略断面図である。
【図８】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９】フィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示素子の駆動シーケンスを示す概念図である。
【図１０】本発明の液晶表示素子の製造方法の一例を示す工程図である。
【図１１】本発明の液晶表示素子の製造方法の他の例を示す工程図である。
【図１２】強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。
【図１３】強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。
【図１４】強誘電性液晶の印加電圧に対する透過率の変化を示したグラフである。
【符号の説明】
【０２３５】
１ａ … 第１基材
１ｂ … 第２基材
２ａ … 第１電極層
２ｂ … 第２電極層
３ａ … 第１配向膜
３ｂ … 第２配向膜
５ … 液晶層
６ａ … 第１偏光層
６ｂ … 第２偏光層
８ … 液晶分子
１０ … 液晶表示素子
１１ … 第１基板
１２ … 第２基板
ｄ … 配向処理方向
ｎ … 強誘電性液晶の分子方向
ｚ … 層法線
ｐ１ … 第１偏光層の偏光軸
ｐ２ … 第２偏光層の偏光軸
Ｐｓ … 自発分極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電性液晶の配向を制御した液晶表示素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子は薄型で低消費電力などといった特徴から、大型ディスプレイから携帯情報端末までその用途を広げており、その開発が活発に行われている。これまで液晶表示素子は、ＴＮ方式、ＳＴＮのマルチプレックス駆動、ＴＮに薄層トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス駆動等が開発され実用化されているが、これらはネマチック液晶を用いているために、液晶材料の応答速度が数ｍｓ〜数十ｍｓと遅く動画表示に充分対応しているとはいえない。
【０００３】
強誘電性液晶（ＦＬＣ）は、応答速度がμｓオーダーと極めて短く、高速デバイスに適した液晶である。強誘電性液晶はクラークおよびラガーウォルにより提唱された電圧無印加時に安定状態を二つ有する双安定性のものが広く知られているが（図１４上段）、明、暗の２状態でのスイッチングに限られ、メモリー性を有するものの、階調表示ができないという問題を抱えている。
【０００４】
近年、電圧無印加時の液晶層の状態がひとつの状態で安定化している（以下、これを「単安定」と称する。）強誘電性液晶が、電圧変化により液晶のダイレクタ(分子軸の傾き)を連続的に変化させ透過光度をアナログ変調することで階調表示を可能とするものとして注目されている（非特許文献１参照、図１４下段）。このような単安定性を示す液晶としては、一般に、降温過程においてコレステリック相（Ｃｈ）−カイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ＊）相と相変化し、スメクチックＡ（ＳｍＡ）相を経由しない強誘電性液晶が用いられる（図６上段）。
【０００５】
また、近年、カラー液晶表示素子の開発が活発に行われている。カラー表示を実現する方法としては、一般にカラーフィルタ方式とフィールドシーケンシャルカラー方式がある。カラーフィルタ方式は、バックライトとして白色光源を用い、Ｒ・Ｇ・Ｂのマイクロカラーフィルタを各画素に付随させることによりカラー表示を実現させるものである。これに対し、フィールドシーケンシャルカラー方式は、バックライトをＲ・Ｇ・Ｂ・Ｒ・Ｇ・Ｂ…と時間的に切り替え、それに同期させて強誘電性液晶の白黒シャッターを開閉し、網膜の残像効果により色を時間的に混合させ、これによりカラー表示を実現させるものである。このフィールドシーケンシャルカラー方式は、１画素でカラー表示ができ、透過率の低いカラーフィルタを用いなくてすむので、明るく高精細なカラー表示が可能となり、低消費電力および低コストを実現することができる点で有用である。
【０００６】
フィールドシーケンシャルカラー方式は１画素を時間分割するものであるので、良好な動画表示特性を得るためには白黒シャッターとしての液晶が高速応答性を有していることが必要である。強誘電性液晶を用いればこの課題を解決することができる。この際に用いられる強誘電性液晶としては、上述したようにアナログ変調による階調表示を可能とし、高精細なカラー表示を実現するために、単安定性を示すものであることが特に望ましい。
【０００７】
一般に、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子においては、２枚の基板間に強誘電性液晶を挟持した液晶セルの外側にそれぞれ偏光板が設けられ、偏光板は、互いの偏光軸が垂直になり、かつ、いずれか一方の偏光板の偏光軸と電圧無印加時の強誘電性液晶の分子長軸方向（配向膜の配向処理方向）とが平行になるように配置される。このような液晶表示素子では、電圧無印加状態では液晶分子の長軸方向が入射側の偏光板の偏光軸と揃っているため、出射側の偏光板を光が透過せず暗状態となる。これに対し、電圧印加状態では液晶分子の長軸方向が入射側の偏光板の偏光軸に対してある角度を持って傾くため、出射側の偏光板を光が透過し明状態となる。このように、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子では、電圧無印加時に黒表示となるノーマリーブラックモードによる駆動が一般的である。
【０００８】
一方、２枚の偏光板を、互いの偏光軸が垂直になり、一方の偏光板の偏光軸と電圧印加時の強誘電性液晶の分子長軸方向とが平行になるように配置した場合、電圧印加時には液晶分子の長軸方向が入射側の偏光板の偏光軸と揃うようになり暗状態が得られるはずであるが、周囲の温度変化によって電圧印加時の液晶分子の長軸方向が変化するため、駆動時の温度によっては、電圧印加時に光漏れが生じ、コントラストが低下するという問題がある。また、電圧印加時には、液晶分子が基板面に対してある角度を持って少し浮き上がって配向するため、斜め方向の視野角が狭く、光漏れが生じてコントラストが低下し、また色付きが見られるという問題がある。このため、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子をノーマリーホワイトモードにより駆動することは困難であった。
【０００９】
【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.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、強誘電性液晶を用い、ノーマリーホワイトモードによる駆動が可能な液晶表示素子を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するために、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配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、上記第１配向膜および上記第２配向膜の配向処理方向が略平行になり、上記第１配向膜と上記第２配向膜とが対向するように配置し、上記第１配向膜と上記第２配向膜との間に強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子であって、
上記強誘電性液晶が単安定性を示し、電圧無印加状態での上記強誘電性液晶の分子方向と上記配向処理方向とのなす角度が、上記強誘電性液晶のチルト角の約２倍であることを特徴とする液晶表示素子を提供する。
【００１２】
本発明の液晶表示素子において、例えば２枚の偏光層を、互いの偏光軸が略垂直になり、一方の偏光層の偏光軸と第１配向膜の配向処理方向とが略平行になるように配置した場合、電圧無印加時には液晶分子が配向処理方向に対して所定の角度を持って配向するので明状態が得られ、電圧印加時には液晶分子が配向処理方向に対して略平行に配向するので暗状態が得られる。このように本発明の液晶表示素子は、ノーマリーホワイトモードにより駆動することが可能である。ノーマリーホワイトモードによる駆動では、バックライトを有効に利用できるので、消費電力を抑えることができるという利点を有する。また、電圧印加時には液晶分子が配向処理方向に沿って配向するので、電圧印加時の配向安定性が向上し、駆動時の温度変化によって光漏れが生じるのを抑制することができ、光漏れによるコントラストの低下を防止することができる。また、暗状態となる電圧印加時に、液晶分子が第１基板面および第２基板面に対して略平行に配向するので、視野角特性を改善することができ、コントラストの低下および色付きを防止することができる。さらに本発明の液晶表示素子は、上記液晶層に活性放射線硬化性モノマーの重合物を含むことにより、強誘電性液晶の配列が高分子安定化されるため、経時安定性や耐衝撃性等に優れた液晶表示素子を得ることができる。
【００１３】
上記発明においては、上記活性放射線硬化性モノマーが紫外線硬化性液晶モノマーであることが好ましい。紫外線硬化性液晶モノマーは液晶性を示すことから、上記反応性液晶層や上記配向膜の作用により配列することができる。したがって、上記紫外線硬化性液晶モノマーが配列した状態で重合することにより、強誘電性液晶の配列安定性を向上できる利点を有するからである。また、紫外線硬化性液晶モノマーは紫外線照射により重合反応を生じさせることができるため、本発明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。
【００１４】
上記発明においては、正または負のいずれかの電圧を印加した場合にのみ、上記強誘電性液晶の分子方向が上記配向処理方向と略平行になることが好ましい。このような構成とすることにより、液晶分子の白黒シャッターとしての開口時間を十分に長くとることができ、これにより時間的に切り替えられる各色をより明るく表示することができ、明るいカラー表示の液晶表示素子を実現することができるからである。
【００１５】
また本発明においては、上記強誘電性液晶が、相系列にスメクチックＡ相を持たないものであることが好ましい。単安定性を示し、相系列にスメクチックＡ相を持たない強誘電性液晶を用いることにより、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス方式による駆動が可能になり、また電圧変調により階調制御が可能になり、高精細で高品位の表示を実現することができるからである。
【００１６】
また本発明においては、上記第１配向膜および上記第２配向膜の構成材料が互いに異なる組成を有することが好ましい。第１配向膜および第２配向膜が、強誘電性液晶を挟んで互いに異なる組成の材料で構成されているので、ダブルドメイン等の配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶を配向させることができ、モノドメイン配向を得ることができるからである。
【００１７】
さらに本発明においては、上記第１配向膜および上記第２配向膜の少なくともいずれか一方の上に、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層が形成されていてもよい。反応性液晶が第１配向膜または第２配向膜により配向しており、その配向状態が固定化されているので、反応性液晶層は強誘電性液晶を配向させる配向膜として機能することができるからである。また、反応性液晶は、強誘電性液晶と構造が比較的類似していることから、強誘電性液晶との相互作用が強く、第１配向膜または第２配向膜のみを用いた場合よりも効果的に配向を制御することができるからである。
【００１８】
また本発明の液晶表示素子は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス方式により駆動させることが好ましい。ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため高品質なディスプレイが可能となるからである。さらに、一方の基板上にＴＦＴ素子をマトリックス状に配置してなるＴＦＴ基板と、他方の基板上の表示部全域に共通電極を形成してなる共通電極基板とを組み合わせ、上記共通電極基板の共通電極と基板との間にＴＦＴ素子のマトリックス配置させたマイクロカラーフィルタを形成し、カラーの液晶表示素子として用いることもできる。
【００１９】
また本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させるものであることが好ましい。上記強誘電性液晶は単安定性を示すので階調表示が可能であり、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることにより、低消費電力かつ低コストで、視野角が広く、明るく高精細なカラー動画表示を実現できるからである。
【００２０】
さらに本発明は、第１基材と、上記第１基材上に形成された第１電極層と、上記第１電極層上に形成された第１配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、上記第１配向膜と上記第２配向膜とが対向するように配置し、上記第１配向膜と上記第２配向膜との間に強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子の製造方法であって、
上記第１基板および上記第２基板を、上記第１配向膜および上記第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置する基板配置工程と、
単安定性を有する上記強誘電性液晶と、上記活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を、上記強誘電性液晶のカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より高い温度に加温し、上記第１配向膜と上記第２配向膜との間に封入する液晶封入工程と、
封入された上記強誘電性液晶を徐冷する第１配向工程と、
上記第１配向工程後の上記強誘電性液晶の自発分極の向きを通常方向、上記通常方向の逆向きを反転方向とした場合、上記第１配向工程後に上記強誘電性液晶に自発分極の向きが反転方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま上記強誘電性液晶をカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度以上に加温して徐冷する第２配向工程と、
上記第１電極層および上記第２電極層間が電圧無印加状態で、上記活性放射線硬化性モノマーを重合する重合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。
【００２１】
本発明によれば、第１配向工程および第２配向工程にて強誘電性液晶の配向処理を行うことにより、ノーマリーホワイトモードによる駆動が可能であり、色付きがなく、高いコントラストが得られる液晶表示素子を製造することができる。また、上記第１電極層および上記第２電極層間が電圧無印加状態で、上記活性放射線硬化性モノマーを重合することにより高度の配列性を保持した状態で上記強誘電性液晶を安定化することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の液晶表示素子においては、単安定性を示す強誘電性液晶を用い、電圧無印加状態での強誘電性液晶の分子方向と配向処理方向とのなす角度をチルト角の約２倍とすることにより、ノーマリーホワイトモードによる駆動が可能となり、またコントラストを向上させ、色付きを防ぐことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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詳細に説明する。
【００２４】
Ａ．液晶表示素子
まず、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配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、上記第１配向膜および上記第２配向膜の配向処理方向が略平行になり、上記第１配向膜と上記第２配向膜とが対向するように配置し、上記第１配向膜と上記第２配向膜との間に強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子であって、
上記強誘電性液晶が単安定性を示し、電圧無印加状態での上記強誘電性液晶の分子方向と上記配向処理方向とのなす角度が、上記強誘電性液晶のチルト角の約２倍であることを特徴とするものである。
【００２５】
なお、「単安定性を示す」とは、電圧無印加時の強誘電性液晶の状態がひとつの状態で安定化している状態をいう。具体的に説明すると、図１に例示するように、液晶分子８は層法線ｚに対しチルト角±θだけ傾く二つの状態間をコーン上に動作することができるが、電圧無印加時に液晶分子８が上記コーン上のいずれかひとつの状態で安定化している状態をいう。
【００２６】
本発明の液晶表示素子について図面を参照しながら説明する。
図２は、本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。図２に例示する液晶表示素子１０においては、第１基材１ａ上に第１電極層２ａおよび第１配向膜３ａが順に形成された第１基板１１と、第２基材１ｂ上に第２電極層２ｂおよび第２配向膜３ｂが順に形成された第２基板１２とが対向しており、第１基板１１の第１配向膜３ａと第２基板１２の第２配向膜３ｂとの間には強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層５が挟持されている。この第１基板１１および第２基板１２は、第１配向膜３ａおよび第２配向膜３ｂの配向処理方向が略平行となるように配置されている。また、第１基材１ａおよび第２基材１ｂの外側にはそれぞれ第１偏光層６ａおよび第２偏光層６ｂが形成され、第１偏光層６ａおよび第２偏光層６ｂは、互いの偏光軸が略垂直になり、第１偏光層６ａの偏光軸と第１配向膜３ａの配向処理方向とが略平行になるように配置されている。
【００２７】
本発明に用いられる強誘電性液晶の配向状態の一例を図３に示す。電圧無印加時には、図３（ａ）に例示するように液晶分子８が第１配向膜および第２配向膜の配向処理方向ｄに対してチルト角θの約２倍の角度で、一様に配向している。すなわち、電圧無印加状態での強誘電性液晶の分子方向ｎと配向処理方向ｄとのなす角度がチルト角の約２倍となっている。
なお、「電圧無印加状態での強誘電性液晶の分子方向と配向処理方向とのなす角度がチルト角θの約２倍」であるとは、電圧無印加状態での強誘電性液晶の分子方向と配向処理方向とのなす角度が２θ±５°の範囲をいう。好ましくは２θ±３°の範囲である。また、「強誘電性液晶の分子方向」とは、液晶分子の長軸方向をいう。
【００２８】
強誘電性液晶は自発分極を有するので、電圧無印加状態では、強誘電性液晶と第１基板および第２基板との極性表面相互作用により、液晶分子が配向する。本来、液晶分子は配向処理方向に沿って配向しやすいという性質を有するが、極性表面相互作用により、上述したように、無電圧印加状態では液晶分子が配向処理方向に対して角度約２θで配向することになる。
【００２９】
一方、電圧を印加すると、極性表面相互作用の影響をなくすことができるので、液晶分子が配向処理方向に沿って配向しやすいという性質が発現し、電圧印加状態では、図３（ｂ）に例示するようにすべての液晶分子８が第１配向膜および第２配向膜の配向処理方向ｄに沿って一様に配向する。
【００３０】
図３に示すように応答する強誘電性液晶を、図２に示す液晶表示素子に用いた場合に、第１偏光層６ａ側から光が入射し、第２偏光層６ｂ側から光が出射するものとする。図３において、上述したように第１偏光層の偏光軸ｐ１と第２偏光層の偏光軸ｐ２とが略垂直であり、第１偏光層の偏光軸ｐ１と配向処理方向ｄとが略平行である。電圧無印加状態では、図３（ａ）に示すように第１偏光層を透過した直線偏光（偏光軸ｐ１）と強誘電性液晶の分子方向ｎとが所定の角度を持つため、第１偏光層を透過した直線偏光は液晶分子の複屈折により楕円偏光となる。この楕円偏光のうち、第２偏光層の偏光軸ｐ２と一致する直線偏光のみが第２偏光層を透過し、明状態となる。一方、電圧印加状態では、図３（ｂ）に示すように第１偏光層を透過した直線偏光（偏光軸ｐ１）と強誘電性液晶の分子方向ｎとが一致するため、液晶分子の屈折率異方性が発現されず、第１偏光層を透過した直線偏光はそのまま液晶分子を通過し、第２偏光層により遮断され、暗状態となる。
【００３１】
このように本発明の液晶表示素子は、電圧無印加状態と電圧印加状態とにおける液晶分子の長軸方向や複屈折率の大きさを制御し、液晶分子を白黒シャッターとして用いることにより、明状態と暗状態とをつくることができ、電圧無印加時に明状態となるノーマリーホワイトモードによる駆動が可能である。
【００３２】
また、電圧印加時には液晶分子が配向処理方向に沿って配向するので、電圧印加状態での配向安定性が向上し、電圧印加時の暗状態のときに駆動時の温度変化によって光漏れが生じるのを抑制することができ、コントラストの低下を防止することができる。さらに、液晶分子が配向処理方向に沿って配向する際には、第１基板面および第２基板面に対して略平行に配向するので、視野角特性を改善することができ、光漏れ、コントラストの低下、および色付きを防止することができる。
【００３３】
また、本発明においては、本来、液晶分子が配向処理方向に沿って配向しやすいという性質を利用し、電圧印加により液晶分子を配向処理方向に沿って配向させるので、従来のノーマリーブラックモードにより駆動させる場合に比べて、駆動電圧を低くすることができる。ノーマリーブラックモードにより駆動させる場合には、例えば液晶分子が配向処理方向に対して角度約２θで配向するように電圧を印加する必要があるのに対し、本発明の液晶表示素子をノーマリーホワイトモードで駆動する場合には、液晶分子が配向しやすい方向（配向処理方向）に沿って配向するように電圧を印加するので、低駆動電圧とすることができるのである。
【００３４】
さらにまた、本発明においては、上記液晶層に活性放射線硬化性モノマーの重合物を含むことから、上記液晶分子が配列処理方向とは異なった方向に配列している場合であっても、いわゆる高分子安定化効果により配列を安定化することができる。したがって、本発明によれば上記液晶分子の配列の経時安定性や耐衝撃性に優れた液晶表示素子を得ることができる。
【００３５】
本発明においては、正または負のいずれかの電圧を印加した場合にのみ、強誘電性液晶の分子方向が配向処理方向と略平行になることが好ましい。図４に、強誘電性液晶の印加電圧に対する透過率の変化を示す。
上述の図２に例示する液晶表示素子において、例えば正の電圧を印加したときにのみ、強誘電性液晶の分子方向が配向処理方向と略平行になる場合、図４（ａ）に例示するように、正の電圧（＋Ｖ）を印加すると、液晶分子が配向処理方向に略平行に配向し、第１偏光層を透過した直線偏光は方向を回転することができず第２偏光層により遮断され暗状態（透過率ゼロ）となる。また印加電圧を切断してゼロにすると、液晶分子が配向処理方向に対してチルト角の約２倍の角度で配向し、第１偏光層を透過した直線偏光は方向が回転して第２偏光層を透過し明状態（透過率最大）となる。そして負の電圧（−Ｖ）を印加すると、液晶分子は配向処理方向に対してチルト角の約２倍の角度で配向したままであるので、第１偏光層を透過した直線偏光は方向が回転して第２偏光層を透過し明状態（透過率最大）となる。
一方、上述の図２に例示する液晶表示素子において、例えば負の電圧を印加したときにのみ、強誘電性液晶の分子方向が配向処理方向と略平行になる場合は、図４（ｂ）に例示するように、負の電圧（−Ｖ）印加時に暗状態となり、電圧無印加時および正の電圧（＋Ｖ）印加時に明状態となる。
このように正または負のいずれかの電圧を印加したときにのみ、強誘電性液晶の分子方向が配向処理方向と略平行になる場合には、液晶分子の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、明るい表示の液晶表示素子を実現することができる。
【００３６】
本発明の液晶表示素子は、特にフィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることが好ましい。この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。
【００３７】
フィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示素子の駆動シーケンスの概念図を図５に示す。このとき、上述の図４（ａ）に例示するような光学応答を示す強誘電性液晶を用いたとする。この場合、図４（ａ）に例示するように電圧無印加時（印加電圧ゼロ）に明状態（透過率最大）となるので、電圧を切断しておくことにより、図５に示すようにバックライトが赤（Ｒ）点灯・無点灯・緑（Ｇ）点灯・無点灯・青（Ｂ）点灯・無点灯…のように点滅するのに同期して、各画素では赤（Ｒ）・黒・緑（Ｇ）・黒・青（Ｂ）・黒を繰り返し表示することができる。また本発明においては、電圧無印加時に明状態となり、明状態とするために電圧を印加して強誘電性液晶を応答させるものではないので、強誘電性液晶の応答時間を考慮する必要がなく、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の光を全て表示に使用することができ、バックライトを有効に利用することができ、消費電力を抑えることができる。
【００３８】
以下、本発明の液晶表示素子の各構成について説明する。
【００３９】
１．液晶層
本発明に用いられる液晶層は、強誘電性液晶と活性放射線硬化性モノマーの重合物を含み、第１配向膜および第２配向膜の間に挟持されることにより構成されている。
【００４０】
（１）強誘電性液晶
本発明に用いられる強誘電性液晶としては、単安定性を示すものであれば、特に限定されるものでない。上記強誘電性液晶は、例えば図４に示すような正または負のいずれかの電圧を印加したときにのみ液晶分子が動作する、ｈａｌｆ−Ｖ ｓｈａｐｅｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（以下、ＨＶ字型スイッチングと称する。）特性を示すものであることが好ましい。このようなＨＶ字型スイッチング特性を示す強誘電性液晶を用いると、白黒シャッターとしての開口時間を十分に長くとることができ、これにより時間的に切り替えられる各色をより明るく表示することができ、明るいカラー表示の液晶表示素子を実現することができる。
ここで「ＨＶ字型スイッチング特性」とは、印加電圧に対する光透過率が非対称な電気光学特性をいう。
【００４１】
また、強誘電性液晶の相系列としては、カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）を発現するものであれば特に限定されるものではないが、ネマチック相（Ｎ）−コレステリック相（Ｃｈ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）、またはネマチック相（Ｎ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）と相変化し、スメクチックＡ相（ＳｍＡ）を経由しない液晶材料であることが好ましい。単安定性を示し、スメクチックＡ相を経由しない液晶材料を用いることにより、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス方式による駆動が可能になり、また、電圧変調により階調制御が可能になり、高精細で高品位の表示を実現することができるからである。
【００４２】
さらに、上記の中でも、Ｃｈ相からＳｍＡ相を経由しないでＳｍＣ＊相を発現する液晶材料は、ＨＶ字型スイッチング特性を示すものとして好適である。このような液晶材料としては、例えばＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製「Ｒ２３０１」が挙げられる。
【００４３】
（２）活性放射線硬化性モノマーの重合物
上記液晶層に含まれる活性放射線硬化性モノマーの重合物は、液晶層中における上記強誘電性液晶の配列を安定化させる機能を有するものである。
【００４４】
（活性放射線硬化性モノマー）
上記活性放射線硬化性モノマーの重合物に用いられる活性放射線硬化性モノマーとしては、活性放射線の照射によって重合反応を生じることにより重合物を形成し、かつ、上記強誘電性液晶の配列状態を安定化できるものであれば特に限定されない。このような活性放射線硬化性モノマーとしては、電子線の照射により重合反応を生じる電子線硬化性モノマー、および光照射により重合反応を生じる光硬化性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、光硬化性モノマーを用いることが好ましい。光硬化性モノマーを用いることにより、本発明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。
【００４５】
上記光硬化性モノマーとしては、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。
【００４６】
上記紫外線硬化性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。本発明においては、アクリレート基を有する紫外線硬化型モノマーを用いることが好ましい。
【００４７】
上記紫外線硬化性モノマーは、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。なかでも本発明においては、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、分子間力および光配向膜界面におけるポリマーネットワークを強化することができる。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。
【００４８】
本発明においては、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、液晶層に活性放射線硬化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。
【００４９】
本発明においては、上記紫外線硬化性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、上記配向膜の配向規制力により規則的に配列することができる。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、本発明の液晶表示素子を経時安定性や耐衝撃性に優れたものにできるからである。
【００５０】
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、例えばネマティック相、ＳｍＡ相、ＳｍＣ相を挙げることができる。
【００５１】
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。
【００５２】
【化１】
【００５３】
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。
【００５４】
【化２】
【００５５】
上記式（Ａ）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。
【００５６】
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。
【００５７】
【化３】
【００５８】
【化４】
【００５９】
【化５】
【００６０】
（活性放射線硬化性モノマーの重合物）
本発明に用いられる活性放射線硬化性モノマーの重合物は、単一の活性放射線硬化性モノマーの重合物であっても良く、また２以上の異なる活性放射線硬化性モノマーの重合物であっても良い。２以上の異なる活性放射線硬化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モノマーとの重合物を例示することができる。
【００６１】
活性放射線硬化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活性放射線硬化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。なかでも本発明においては、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。
【００６２】
上記液晶層中における活性放射線硬化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、本発明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、液晶層中における活性放射線硬化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、残存する活性放射線硬化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。
【００６３】
(３）その他の化合物
本発明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良い。このような他の化合物としては、未反応の活性放射線硬化性モノマー、反応開始剤、および反応禁止剤等を挙げることができる。
【００６４】
(４）液晶層
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。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。
【００６５】
２．第１基板
本発明に用いられる第１基板は、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配向膜とを有するものである。以下、第１基板の各構成について説明する。
【００６６】
（１）第１配向膜
本発明に用いられる第１配向膜は、強誘電性液晶の配向制御が可能なものであれば特に限定されるものではない。第１配向膜としては、例えばラビング処理を施したラビング配向膜や、光配向処理を施した光配向膜などを用いることができる。中でも、光配向膜を用いることが好ましい。光配向処理は非接触配向処理であることから静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるからである。以下、光配向膜および第１配向膜のその他の点について説明する。
【００６７】
（ｉ）光配向膜
光配向膜は、後述する光配向膜の構成材料を塗布した基板に偏光を制御した光を照射し、光励起反応（分解、異性化、二量化）を生じさせて得られた膜に異方性を付与することによりその膜上の液晶分子を配向させるものである。
【００６８】
本発明に用いられる光配向膜の構成材料は、光を照射して光励起反応を生じることにより、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型の材料とに分けることができる。
【００６９】
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、光反応型の材料および光異性化型の材料について説明する。
【００７０】
（光反応型）
まず、光反応型の材料について説明する。上述したように、光反応型の材料とは、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。本発明に用いられる光反応型の材料としては、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、これらの中でも、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。
【００７１】
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。また、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。本発明においては、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。
【００７２】
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。
【００７３】
このような特性を有する光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基およびシンナモイル基から選ばれる少なくとも１種の反応部位を有する二量化反応性ポリマーを挙げることができる。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
【化６】
【００７９】
上記式において、Ｍ１１およびＭ１２は、それぞれ独立して、単重合体または共重合体の単量体単位を表す。例えば、エチレン、アクリレート、メタクリレート、２−クロロアクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、２−クロロアクリルアミド、スチレン誘導体、マレイン酸誘導体、シロキサンなどが挙げられる。Ｍ１２としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリレート、メチルメタクリレート、ヒドロキシアルキルアクリレートまたはヒドロキシアルキルメタクリレートであってもよい。ｘおよびｙは、共重合体とした場合の各単量体単位のモル比を表すものであり、それぞれ、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１であり、かつ、ｘ＋ｙ＝１を満たす数である。ｎは４〜３０，０００の整数を表す。Ｄ１およびＤ２は、スペーサー単位を表す。
【００８０】
Ｒ１は−Ａ１−（Ｚ１−Ｂ１）ｚ−Ｚ２−で表される基であり、Ｒ２は−Ａ１−（Ｚ１−Ｂ１）ｚ−Ｚ３−で表される基である。ここで、Ａ１およびＢ１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、シンナモイル基などが挙げられる。ｊおよびｋは、それぞれ独立して、０または１である。
【００８１】
このような二量化反応性ポリマーとして、具体的には下記式で表される化合物を挙げることができる。
【００８２】
【化７】
【００８３】
上記二量化反応性ポリマーとして、より具体的には下記式で表される化合物（１）〜（４）を挙げることができる。
【００８４】
【化８】
【００８５】
本発明においては、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。
【００８６】
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。
【００８７】
重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光二量化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光二量化反応性化合物に対し、０．００１質量％〜２０質量％の範囲内であることが好ましく、０．１質量％〜５質量％の範囲内であることがより好ましい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量が小さすぎると重合が開始（禁止）されない場合があり、逆に大きすぎると、反応が阻害される場合があるからである。
【００８８】
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。
【００８９】
（光異性化型）
次に、光異性化型の材料について説明する。ここでいう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容易に異方性を付与することができるからである。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
上述したような単分子化合物または重合性モノマーの光異性化反応性化合物の中でも、本発明に用いられる光異性化反応性化合物としては、分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物であることが好ましい。アゾベンゼン骨格は、π電子を多く含むため、液晶分子との相互作用が高く、強誘電性液晶の配向制御に特に適しているからである。
【０１０１】
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。
【０１０２】
【化９】
【０１０３】
アゾベンゼン骨格のシス体は、トランス体に比べて化学的に不安定であるため、熱的にまたは可視光を吸収してトランス体に戻るが、このとき、上記式の左のトランス体になるか右のトランス体になるかは同じ確率で起こる。そのため、紫外光を吸収し続けると、右側のトランス体の割合が増加し、アゾベンゼン骨格の平均配向方向は紫外光の偏光方向に対して垂直になる。本発明においては、この現象を利用することにより、アゾベンゼン骨格の配向方向を揃え、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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
【化１０】
【０１０６】
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。
【０１０７】
【化１１】
【０１０８】
本発明においては、このような光異性化反応性化合物の中から、要求特性に応じて、シス−トランス異性化反応性骨格や置換基を種々選択することができる。なお、これらの光異性化反応性化合物は、１種単独でも２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【０１０９】
本発明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。
【０１１０】
重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光異性化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光異性化反応性化合物に対し、０．００１質量％〜２０質量％の範囲内であることが好ましく、０．１質量％〜５質量％の範囲内であることがより好ましい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量が小さすぎると重合が開始（禁止）されない場合があり、逆に大きすぎると、反応が阻害される場合があるからである。
【０１１１】
（ii）第１配向膜の構成材料の組成
本発明においては、第１配向膜および後述する第２配向膜の構成材料が互いに異なる組成を有することが好ましい。一般に、図６上段に例示するようなＳｍＡ相を経由しない相系列を有する強誘電性液晶は、層法線方向の異なる二つの領域（ダブルドメイン）が発生しやすい。本発明においては、第１配向膜および第２配向膜が互いに異なる組成を有する材料を用いて構成されていることにより、ダブルドメイン等の配向欠陥を生じさせることなく、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができる。
【０１１２】
第１配向膜および第２配向膜の構成材料の組成を異なるものとするには、例えば一方を光配向膜、他方をラビング配向膜とすればよい。また、両方をラビング配向膜として、ラビング配向膜の構成材料の組成を異なるものとする、あるいは、両方を光配向膜として、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることもできる。
【０１１３】
また、第１配向膜および第２配向膜が光配向膜である場合、例えば一方の光配向膜に光異性化型の材料を用い、他方の光配向膜に光反応型の材料を用いることにより、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることができる。
【０１１４】
さらに、第１配向膜および第２配向膜が光異性化型の材料を用いた光配向膜である場合、上述した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により、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることができる。さらに、上述した添加剤の添加量を変えることによって、組成を変化させることもできる。
【０１１５】
またさらに、第１配向膜および第２配向膜が光反応型の材料を用いた光配向膜である場合、上述した光二量化反応性化合物、例えば光二量化反応性ポリマーを種々選択することにより、光配向膜の構成材料の組成を異なるものとすることができる。さらに、上述した添加剤の添加量を変えることによって、組成を変化させることもできる。
【０１１６】
（２）反応性液晶層
本発明においては、図７に例示するように第１配向膜３ａ上に反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層４が形成されていてもよい。反応性液晶は第１配向膜により配向しており、例えば紫外線を照射して反応性液晶を重合させ、その配向状態を固定化することにより反応性液晶層を形成することができる。反応性液晶層は、このように反応性液晶の配向状態を固定化してなるものであるので、強誘電性液晶を配向させる配向膜として機能する。また、反応性液晶は固定化されているため、温度等の影響を受けないという利点を有する。さらに、反応性液晶は強誘電性液晶と構造が比較的類似しており、強誘電性液晶との相互作用が強いので、第１配向膜のみを用いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができる。
【０１１７】
また、第１配向膜上に反応性液晶層が形成されている場合には、異なる組成を有する材料で構成された配向膜（反応性液晶層および第２配向膜）の間に強誘電性液晶が挟持されることになるので、ダブルドメイン等の配向欠陥を生じさせることなく、強誘電性液晶の配向を単安定化することができる。
【０１１８】
本発明に用いられる反応性液晶としては、ネマチック相を発現するものであることが好ましい。ネマチック相は、液晶相の中でも配向制御が比較的容易であるからである。
【０１１９】
また、反応性液晶は、重合性液晶材料を含有することが好ましい。これにより、反応性液晶の配向状態を固定化することが可能になるからである。重合性液晶材料としては、重合性液晶モノマー、重合性液晶オリゴマー、および重合性液晶ポリマーのいずれかを用いることができるが、中でも、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。
【０１２０】
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るものではなく、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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
【化１２】
【０１２３】
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。
【０１２４】
ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記式に示す化合物を挙げることができる。
【０１２５】
【化１３】
【０１２６】
【化１４】
【０１２７】
上記式（５）および（Ａ）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。上記式（５）において、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。
【０１２８】
また、ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記式（６）に示す化合物を挙げることができる。
【０１２９】
【化１５】
【０１３０】
上記式（６）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。
【０１３１】
上記式（６）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。
【０１３２】
【化１６】
【０１３３】
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。
【０１３４】
また、上記式（６）で表される化合物としては、具体的に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。
【０１３５】
本発明においては、上記の中でも、上記式（５）および（６）で表される化合物が好適に用いられる。
【０１３６】
また本発明においては、重合性液晶モノマーの中でも、ジアクリレートモノマーが好適である。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。
【０１３７】
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。これらの重合性液晶モノマーは、上述したように２種以上を混合して用いてもよいものであり、これらを混合した組成物すなわち反応性液晶が、ネマチック相を発現するものであればよいからである。
【０１３８】
さらに本発明においては、必要に応じて、上記反応性液晶に光重合開始剤や重合禁止剤等を添加してもよい。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。
【０１３９】
本発明に用いることができる光重合開始剤としては、例えばベンジル（ビベンゾイルとも言う）、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、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、本発明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。
【０１４０】
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質量％、好ましくは０．１〜１０質量％、より好ましくは０．５〜５質量％の範囲で上記反応性液晶に添加することができる。
【０１４１】
反応性液晶層の厚みは、目的とする異方性に応じて適宜調整されるものであり、例えば１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内で設定することができ、好ましくは３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内である。反応性液晶層の厚みが厚すぎると必要以上の異方性が生じてしまい、また反応性液晶層の厚みが薄すぎると所定の異方性が得られない場合があるからである。
【０１４２】
（３）第１電極層
本発明に用いられる第１電極層は、一般に液晶表示素子の電極として用いられているものであれば特に限定されるものではないが、第１電極層および後述する第２電極層のうち少なくとも一方が透明導電体で形成されることが好ましい。透明導電体材料としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等が好ましく挙げられる。
本発明の液晶表示素子を、ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子とする場合には、第１電極層および後述する第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、他方にはｘ電極とｙ電極をマトリックス状に配列し、ｘ電極とｙ電極で囲まれた部分にＴＦＴ素子および画素電極を配置する。
【０１４３】
（４）第１基材
本発明に用いられる第１基材は、一般に液晶表示素子の基材として用いられるものであれば特に限定されるものではなく、例えばガラス板、プラスチック板などが好ましく挙げられる。
【０１４４】
３．第２基板
本発明に用いられる第２基板は、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配向膜とを有するものである。
なお、第２基材、第２電極層および第２配向膜については、上記第１基板の第１基材、第１電極層および第１配向膜と同様であるので、ここでの説明は省略する。以下、第２基板のその他の構成について説明する。
【０１４５】
（１）反応性液晶層
本発明においては、第２配向膜上に反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層が形成されていてもよい。上述した第１基板の反応性液晶層の欄に記載したように、反応性液晶層を設けることにより、第２配向膜のみを用いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができる。
【０１４６】
また、第２配向膜上に反応性液晶層が形成されている場合には、異なる組成を有する材料で構成された配向膜（第１配向膜および反応性液晶層）の間に強誘電性液晶が挟持されることになるので、ダブルドメイン等の配向欠陥を生じさせることなく、強誘電性液晶の配向を単安定化することができる。さらに、第１配向膜および第２配向膜上に反応性液晶層が形成されている場合には、強誘電性液晶の配向の単安定化のために、各反応性液晶層は互いに異なる組成を有する材料で構成されていることが好ましい。
【０１４７】
（２）その他
本発明において、第１基板および第２基板は、第１配向膜および第２配向膜の配向処理方向が略平行になるように配置されている。ここで、「略平行」とは、第１配向膜の配向処理方向と第２配向膜の配向処理方向とのなす角度が０°±５°の範囲であることをいい、この角度は０°±１°の範囲であることが好ましい。
【０１４８】
４．偏光層
本発明においては、液晶層の両側にそれぞれ偏光層が形成されていることが好ましい。本発明に用いられる偏光層は、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層として用いられているものを使用することができる。
【０１４９】
偏光層の形成位置としては、例えば図２に示すように第１基材１ａおよび第２基材１ｂの外側であってもよく、図示しないが第１基材と第１電極層の間、および第２基材と第２電極層の間であってもよい。
【０１５０】
また、偏光層は、互いの偏光軸が略垂直となり、一方の偏光層の偏光軸と第１配向膜および第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置される。ここで、「略垂直」とは、一方の偏光層の偏光軸と他方の偏光層の偏光軸とのなす角度が９０°±５°の範囲であることをいい、この角度は９０°±１°の範囲であることが好ましい。また、「略平行」とは、一方の偏光層の偏光軸と第１配向膜および第２配向膜の配向処理方向とのなす角度が０°±５°の範囲であることをいい、この角度は０°±１°の範囲であることが好ましい。
【０１５１】
５．液晶表示素子の駆動方法
本発明の液晶表示素子は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス方式により駆動させることが好ましい。ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため高品質なディスプレイが可能となるからである。
【０１５２】
本発明のＴＦＴを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子の一例を示す概略斜視図を図８に示す。図８に例示する液晶表示素子２０は、一方の基材２２ａ上にＴＦＴ２５がマトリックス状に配置されたＴＦＴ基板２１ａと、他方の基材２２ｂ上に共通電極２３が形成された共通電極基板２１ｂとを有するものである。ＴＦＴ基板２１ａには、ｘ電極２４ｘ、ｙ電極２４ｙおよび画素電極２４ｔが形成されている。このような液晶表示素子２０において、ｘ電極２４ｘおよびｙ電極２４ｙはそれぞれ縦横に配列しており、これらの電極２４ｘおよび２４ｙに信号を加えることによりＴＦＴ素子２５を作動させ、強誘電性液晶を駆動させることができる。ｘ電極２４ｘおよびｙ電極２４ｙが交差した部分は、図示しないが絶縁層で絶縁されており、ｘ電極２４ｘの信号とｙ電極２４ｙの信号とは独立に動作することができる。ｘ電極２４ｘおよびｙ電極２４ｙにより囲まれた部分は、本発明の液晶表示素子を駆動する最小単位である画素であり、各画素には少なくとも１つ以上のＴＦＴ素子２５および画素電極２４ｔが形成されている。この液晶表示素子２０では、ｘ電極２４ｘおよびｙ電極２４ｙに順次信号電圧を加えることにより、各画素のＴＦＴ素子２５を動作させることができる。
本発明においては、ＴＦＴ基板および共通電極基板のいずれを第１基板または第２基板としてもよい。なお、図８において、液晶層および配向膜は省略している。
【０１５３】
さらに本発明の液晶表示素子は、カラーフィルタ方式またはフィールドシーケンシャルカラー方式を採用することによりカラー表示が可能な液晶表示素子とすることができる。例えば図８に示す液晶表示素子において、ＴＦＴ基板側または共通電極基板側にマイクロカラーフィルタを配置することにより、カラー表示が可能である。
【０１５４】
本発明の液晶表示素子は、特にフィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることが好ましい。フィールドシーケンシャルカラー方式は、１画素を時間分割するものであり、良好な動画表示特性を得るためには高速応答性を必要とする。本発明においては、強誘電性液晶の高速応答性を利用することにより、マイクロカラーフィルタを用いることなく、ＬＥＤ光源と組み合わせることによってカラー表示が可能になる。また、配向欠陥を生じることなく強誘電性液晶を配向させることができるので、視野角が広く、高速応答性を有し、高精細なカラー表示を実現することができる。
【０１５５】
本発明の液晶表示素子をフィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させる場合、強誘電性液晶としては、コレステリック相からスメクチックＡ相を経由しないでカイラルスメクチックＣ相を発現する液晶材料を用いることが好ましい。このような液晶材料は、上述したようにＨＶ字型スイッチング特性を示すものであり、白黒シャッターとしての開口時間を十分に長くとることができる。それにより時間的に切り替えられる各色をより明るく表示することができ、明るいフルカラーの液晶表示素子を実現することができる。
【０１５６】
フィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示素子の駆動シーケンスの概念図を図５および図９に示す。図５は明状態とする場合の駆動シーケンスの概念図であり、図９は暗状態とする場合の駆動シーケンスの概念図である。このとき、図４（ａ）に例示するような光学応答を示す強誘電性液晶を用いたとする。
【０１５７】
図４（ａ）に例示するように電圧無印加時に明状態となるので、印加電圧をゼロにしておくことにより、図５に示すようにバックライトが赤（Ｒ）点灯・無点灯・緑（Ｇ）点灯・無点灯・青（Ｂ）点灯・無点灯…のように点滅するのに同期して、各画素では赤（Ｒ）・黒・緑（Ｇ）・黒・青（Ｂ）・黒を繰り返し表示することができる。
【０１５８】
一方、図９において、正極の電圧でデータ書込み走査を行い、負極の電圧でデータ消去走査を行うとする。バックライトは、上述したように赤（Ｒ）点灯・無点灯・緑（Ｇ）点灯・無点灯・青（Ｂ）点灯・無点灯…のように点滅するので、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の点灯時に暗状態とすることができればよい。例えば図９に示すように書込み走査および消去走査を行うことにより、１ライン目においても最終ライン（Ｌライン）目においても、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の点灯時に透過率がゼロになり暗状態とすることができる。
【０１５９】
また、本発明の液晶表示素子は、基本的にはＴＦＴを用いたアクティブマトリックス方式により駆動させるが、セグメント方式による駆動も可能である。
【０１６０】
６．液晶表示素子の製造方法
本発明の液晶表示素子の製造方法は特に限定されず、例えば後述する「Ｂ．液晶表示素子の製造方法」の項に記載する方法により製造することができる。
【０１６１】
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、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配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、上記第１配向膜と上記第２配向膜とが対向するように配置し、上記第１配向膜と上記第２配向膜との間に強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子の製造方法であって、
上記第１基板および上記第２基板を、上記第１配向膜および上記第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置する基板配置工程と、
単安定性を有する上記強誘電性液晶と、上記活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を、上記強誘電性液晶のカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より高い温度に加温し、上記第１配向膜と上記第２配向膜との間に封入する液晶封入工程と、
封入された上記強誘電性液晶を徐冷する第１配向工程と、
上記第１配向工程後の上記強誘電性液晶の自発分極の向きを通常方向、上記通常方向の逆向きを反転方向とした場合、上記第１配向工程後に上記強誘電性液晶に自発分極の向きが反転方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま上記強誘電性液晶をカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度以上に加温して徐冷する第２配向工程と、
上記第１電極層および上記第２電極層間が電圧無印加状態で、上記活性放射線硬化性モノマーを重合する重合工程とを有することを特徴とする。
【０１６２】
本発明においては、第１基板および第２基板の間に例えば等方性液体の状態で強誘電性液晶を封入した後（液晶封入工程後）、一連の配向工程を行い、さらに重合工程を経て液晶表示素子を形成する。
【０１６３】
本発明の製造方法について図を参照しながら説明する。図１０は、本発明の液晶表示素子の製造方法における上記強誘電性液晶の配列状態を示す概略図である。本発明においては、カイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より高い温度に加温された強誘電性液晶を徐冷することにより、図１０（ａ）に示すように液晶分子８を配向処理方向ｄに沿って一様に配向させる（第１配向工程）。
強誘電性液晶は自発分極を有するので、強誘電性液晶と第１基板および第２基板の表面との相互作用としての極性効果により、図１１（ａ），（ｃ）に例示するように液晶分子８の自発分極Ｐｓは、第１基板１１および第２基板１２に垂直で、第１基板１１側を向く場合（図１１（ａ））と、第２基板１２側を向く場合（図１１（ｃ））とがある。このとき、液晶分子８の方向と、自発分極Ｐｓの向きと、層法線ｚとは、所定の関係にあるので、液晶分子８の方向および自発分極Ｐｓの向きにより、層法線ｚが決まる。したがって、図１１（ｂ），（ｄ）に示すように自発分極Ｐｓの向きによって、層法線ｚが異なるものとなる。なお、図１１（ｂ），（ｄ）は、それぞれ図１１（ａ），（ｃ）の上面図であり、図１１（ｂ）では液晶分子８の自発分極Ｐｓが紙面手前から奥方向に向いており（図１１（ｂ）中の×印）、図１１（ｄ）では液晶分子８の自発分極Ｐｓが紙面奥空手前方向に向いている（図１１（ｄ）中の●印）。
【０１６４】
図１０（ａ）においては、液晶分子８の自発分極Ｐｓが紙面手前から奥方向に向いており（図１０（ａ）中の×印）、図１０（ａ）を図１１（ａ）の第２基板１２側からの上面図とすると、図１０（ａ）と図１１（ａ），（ｂ）とが対応する図となる。
【０１６５】
そして、この第１配向工程後の強誘電性液晶の自発分極の向きを通常方向、通常方向の逆向きを反転方向とする。ここでは、図１０（ａ）と図１１（ａ），（ｂ）とが対応することにしたので、液晶分子８の自発分極Ｐｓが第１基板１１側を向く場合（図１１（ａ））の自発分極Ｐｓの向きが通常方向、液晶分子８の自発分極Ｐｓが第２基板１２側を向く場合（図１１（ｃ））の自発分極Ｐｓの向きが反転方向となる。
【０１６６】
この場合において、次に、強誘電性液晶に自発分極の向きが反転方向となるような電圧を印加する。例えば図１１（ａ）において第２基板１１側の電極層が負極となるように電圧を印加する。そして、この電圧を印加したまま強誘電性液晶をカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度以上に加温して徐冷することにより、図１０（ｂ）に示すように液晶分子８を配向処理方向ｄに沿って一様に配向させる（第２配向工程）。強誘電性液晶の自発分極の向きが反転することによって、図１０（ａ），（ｂ）に示すように層法線ｚの方向が異なるモノドメインが得られる。なお、図１０（ｂ）において、液晶分子８の自発分極Ｐｓは紙面奥から手前方向に向いている（図１０（ｂ）中の●印）。また、図１０（ｂ）と図１１（ｃ），（ｄ）とが対応する図となる。
【０１６７】
このようにして得られた液晶表示素子を電圧無印加状態とすると、強誘電性液晶と第１基板および第２基板との極性表面相互作用により、図１２（ａ）に示すように液晶分子８の自発分極Ｐｓが第１基板１１側を向き、通常方向となる。図１２（ｂ）は図１２（ａ）の上面図であり、液晶分子８の自発分極Ｐｓが紙面手前から奥方向に向いている（図１２（ｂ）中の×印）。この際、図１１（ｄ）の状態から図１２（ｂ）の状態となるように、液晶分子８はコーン上を移動する。これにより、図１３に例示するように液晶分子８が配向処理方向ｄに対してチルト角θの約２倍の角度で一様に配向する。なお、図１３において、液晶分子８の自発分極Ｐｓは紙面手前から奥方向に向いている（図１３中の×印）。また、図１３と図１２（ａ），（ｂ）とが対応する図となる。本発明においては、このような状態において、上記液晶層に含まれる活性放射線硬化性モノマーを重合させる（重合工程）ことにより、液晶分子８を図１３に例示するような配列状態において安定化させることによって液晶表示素子を製造する。
【０１６８】
一方、図１２（ａ）において第２基板１２側の電極層が負極となるように電圧を印加すると、図１２（ｂ）の状態から図１１（ｄ）の状態となるように液晶分子８がコーン上を移動し、電圧印加状態では、図１０（ｂ）に例示するように液晶分子８が配向処理方向ｄに沿って一様に配向する。
このように、上記の液晶表示素子では、電圧無印加状態と電圧印加状態とで液晶分子の方向を制御し、液晶分子を白黒シャッターとして用いることにより、明状態と暗状態とをつくることができる。
【０１６９】
本発明により製造された液晶表示素子において、第１基板および第２基板の外側にそれぞれ偏光層を設け、２枚の偏光層を、互いの偏光軸が略垂直に、一方の偏光層の偏光軸と配向処理方向とが略平行になるように配置した場合、電圧無印加状態では、一方の偏光層の偏光軸に対して液晶分子が角度約２θ（チルト角θの約２倍）で配向するため、一方の偏光層を透過した直線偏光は、液晶分子の複屈折により楕円偏光になり、所定の直線偏光のみが第２偏光層を透過し、明状態となる。一方、電圧印加状態では、液晶分子が配向処理方向に沿って配向し、一方の偏光層の偏光軸と液晶分子の配向方向とが略平行になるので、一方の偏光層を透過した直線偏光は、そのまま通過し、他方の偏光層により遮断され、暗状態となる。したがって本発明においては、ノーマリーホワイトモードによる駆動が可能な液晶表示素子を得ることができる。
【０１７０】
以下、本発明の液晶表示素子の製造方法の各工程について説明する。
【０１７１】
１．基板配置工程
本発明における基板配置工程は、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配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、上記第１配向膜および上記第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置する工程である。
【０１７２】
本工程においては、まず第１基材上に第１電極層および第１配向膜を順に形成して、第１基板を作製する（第１基板形成工程）。また、第２基材上に第２電極層および第２配向膜を順に形成して、第２基板を作製する（第２基板形成工程）。このようにして作製した第１基板および第２基板を、上記第１配向膜および上記第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置する。
【０１７３】
（１）第１基板形成工程
第１基板形成工程は、第１基材上に第１電極層を形成する電極層形成工程と、第１電極層上に第１配向膜を形成する配向膜形成工程とを有する。また、必要に応じて上記第１配向膜上に反応性液晶層を形成する反応性液晶層形成工程を有する場合もある。以下、各工程について説明する。
【０１７４】
ａ．電極層形成工程
電極層形成工程は、第１基材上に第１電極層を形成する工程である。本工程において第１基材上に第１電極層を形成する方法としては、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）法や、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法などを挙げることができる。また、第１電極層のパターニング方法としては、一般的な電極のパターニング方法を適用することができる。
【０１７５】
なお、本工程に用いる第１基材および第１電極層のその他の点については、上記「Ａ．液晶表示素子」の第１基材および第１電極層の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１７６】
ｂ．配向膜形成工程
配向膜形成工程は、上記電極層形成工程により形成された第１電極層上に第１配向膜を形成する工程である。上記「Ａ．液晶表示素子」の第１配向膜の欄に記載したように、第１配向膜は強誘電性液晶の配向制御が可能なものであればよいので、本工程においては、ラビング配向膜を形成してもよく、光配向膜を形成してもよい。以下、光配向膜の形成方法について説明する。
【０１７７】
（ｉ）光配向膜の形成方法
本工程において光配向膜を形成するには、まず光配向膜の構成材料を有機溶剤で希釈した光配向膜形成用塗工液を塗布し、乾燥させる。この場合に、光配向膜形成用塗工液中の光二量化反応性化合物または光異性化反応性化合物の含有量は、０．０５質量％〜１０質量％の範囲内であることが好ましく、０．２質量％〜２質量％の範囲内であることがより好ましい。含有量が上記範囲より少ないと、配向膜に適度な異方性を付与することが困難となり、逆に含有量が上記範囲より多いと、光配向膜形成用塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなるからである。
【０１７８】
光配向膜形成用塗工液の塗布方法としては、例えばスピンコート法、ロールコート法、ロッドバーコート法、スプレーコート法、エアナイフコート法、スロットダイコート法、ワイヤーバーコート法などを用いることができる。
【０１７９】
上記光配向膜形成用塗工液を塗布することにより得られる膜の厚みは、１ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内である。膜の厚みが上記範囲より薄いと十分な光配列性を得ることができない可能性があり、逆に厚みが上記範囲より厚いとコスト的に不利になる場合があるからである。
【０１８０】
得られた膜には光配向処理を施すことによって異方性を付与する。具体的には、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。
【０１８１】
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、基板面に対して略垂直に偏光紫外線を照射することが好ましい。また、光異性化反応を生じさせる場合は、基板面に対して斜め約４５°から無偏光紫外線を照射することもできる。
【０１８２】
さらに、光配向膜の構成材料として、光異性化反応性化合物の中でも重合性モノマーを用いた場合には、光配向処理を行った後、加熱することにより、ポリマー化し、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。
【０１８３】
なお、光配向膜のその他の点については、上記「Ａ．液晶表示素子」の第１配向膜の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１８４】
ｃ．反応性液晶層形成工程
本発明における第１基板形成工程においては、上記第１配向膜上に反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層を形成する反応性液晶層形成工程を行ってもよい。反応性液晶層は、第１配向膜上に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される。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予め形成し、これを第１配向膜上に積層することにより、反応性液晶層を形成してもよい。製造工程の簡便さの観点からは、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、これを反応性液晶層用配向膜上に塗布し、溶媒を除去する方法を用いることが好ましい。
【０１８５】
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、かつ第１配向膜の配向能を阻害しないものであれば特に限定されるものではない。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；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；などの１種または２種以上が使用可能である。
【０１８６】
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、第１配向膜が侵食されたりする場合がある。この場合には、２種以上の溶媒を混合使用することにより、この不都合を回避することができる。上記の溶媒のなかにあって、単独溶媒として好ましいものは、炭化水素類および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。
【０１８７】
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、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０．１〜４０質量％、好ましくは１〜２０質量％の範囲で調整される。反応性液晶層形成用塗工液の濃度が上記範囲より低いと、反応性液晶が配向しにくくなる場合があり、逆に反応性液晶層形成用塗工液の濃度が上記範囲より高いと、反応性液晶層形成用塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなる場合があるからである。
【０１８８】
さらに、上記反応性液晶層形成用塗工液には、本発明の目的を損なわない範囲内で、下記に示すような化合物を添加することができる。添加できる化合物としては、例えば、多価アルコールと１塩基酸または多塩基酸を縮合して得られるポリエステルプレポリマーに、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリエステル（メタ）アクリレート；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；などが挙げられる。
上記反応性液晶に対するこれら化合物の添加量は、本発明の目的が損なわれない範囲で選択される。これらの化合物の添加により、反応性液晶の硬化性が向上し、得られる反応性液晶層の機械強度が増大し、またその安定性が改善される。
【０１８９】
このような反応性液晶層形成用塗工液の塗布方法としては、例えばスピンコート法、ロールコート法、プリント法、ディップコート法、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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
本工程においては、上述したように塗布された反応性液晶を、反応性液晶層用配向膜により配向させて液晶規則性を有する状態とする。すなわち、反応性液晶にネマチック相を発現させる。これは、通常はＮ−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。
【０１９２】
反応性液晶は重合性液晶材料を有するものであり、このような重合性液晶材料の配向状態を固定化するには、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う。
【０１９３】
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。
【０１９４】
本工程においては、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、本工程への応用が容易であるからである。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
また、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。この場合に用いられる反応性液晶としては、反応性液晶のＮ−Ｉ転移点以下で、反応性液晶に含有される重合性液晶モノマーが熱重合するものであることが好ましい。
【０１９８】
なお、反応性液晶層のその他の点については、上記「Ａ．液晶表示素子」の反応性液晶層の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１９９】
（２）第２基板形成工程
本発明における第２基板形成工程は、第２基材上に第２電極層を形成する電極層形成工程と、第２電極層上に第２配向膜を形成する配向膜形成工程とを有する。
なお、電極層形成工程および配向膜形成工程については、上記第１基板形成工程における電極層形成工程および配向膜形成工程とそれぞれ同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２００】
（３）基板配置方法
基板配置工程において、上記第１基板形成工程により形成された第１基板と、上記第２基板形成工程により形成された第２基板とを、上記第１基板の第１配向膜および上記第２基板の第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置する方法としては、所定の位置で配置することが可能であれば特に限定されるものではない。
ここで、「略平行」とは、第１配向膜の配向処理方向と第２配向膜の配向処理方向とのなす角度が０°±５°の範囲であることをいい、この角度は０°±１°の範囲であることが好ましい。
【０２０１】
２．液晶封入工程
本発明における液晶封入工程は、単安定性を有する上記強誘電性液晶と、上記活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を、上記強誘電性液晶のカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より高い温度に加温し、第１基板の第１配向膜と第２基板の第２配向膜との間に封入する工程である。
【０２０２】
本工程においては、まず上記液晶層形成用組成物を上記強誘電性液晶のカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より高い温度に加温する。なお、「カイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度」とは、カイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度だけでなく、カイラルスメクチック相−コレステリック相（カイラルネマチック相）転移温度も含まれるものとする。例えば、ネマチック相（Ｎ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）の相系列をもつ強誘電性液晶を用いた場合には、Ｎ相−ＳｍＣ＊相転移温度より高い温度に設定することができ、ネマチック相（Ｎ）−コレステリック相（Ｃｈ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）の相系列をもつ強誘電性液晶を用いた場合には、Ｃｈ相−ＳｍＣ＊相転移温度より高い温度に設定することができる。温度としては、カイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より高い温度であれば特に限定されるものではないが、カイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より１０℃〜２０℃程度高い温度であることが好ましい。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。
またこの際の昇温速度としては、特に限定されるものではない。
【０２０３】
上記液晶層形成用組成物の封入方法としては、特に限定されるものではない。例えば、あらかじめ第１基板および第２基板を作製した液晶セルに、強誘電性液晶を加温することにより等方性液体とし、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強誘電性液晶を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。
【０２０４】
なお、上記液晶層形成用組成物に用いられる強誘電性液晶、活性放射線硬化性モノマーおよび本工程により形成される液晶層のその他の点については、上記「Ａ．液晶表示素子」の液晶層の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２０５】
３．第１配向工程
本発明における第１配向工程は、上記液晶封入工程にて封入された強誘電性液晶を徐冷する工程である。本工程においては、強誘電性液晶を徐冷することにより、図１０（ａ）に例示するように液晶分子８が配向処理方向ｄに沿って配向した一様な配向状態を得ることができる。
【０２０６】
本工程においては、通常、室温（２５℃程度）になるまで強誘電性液晶を徐冷する。この際の冷却速度としては、１℃／分〜５℃／分程度であることが好ましい。
【０２０７】
３．第２配向工程
本発明における第２配向工程は、上記第１配向工程後の強誘電性液晶の自発分極の向きを通常方向、通常方向の逆向きを反転方向とした場合、上記第１配向工程後に強誘電性液晶に自発分極の向きが反転方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま強誘電性液晶をカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度以上に加温して徐冷する工程である。本工程においては、強誘電性液晶に所定の電圧を印加しながら、所定の温度で加温し、徐冷することにより、図１０（ｂ）に例示するように液晶分子８が配向処理方向ｄに沿って配向した一様な配向状態を得ることができる。
【０２０８】
上述したように、強誘電性液晶は自発分極を有するので、強誘電性液晶と第１基板および第２基板の表面との相互作用としての極性効果により、図１１（ａ），（ｃ）に例示するように、液晶分子８の自発分極Ｐｓは第１基板１１および第２基板１２のいずれか一方を向く。この自発分極の向きは、第１基板の第１配向膜および第２基板の第２配向膜の組み合わせ等によって異なる。このため、第１配向工程後の自発分極の向きは一概に決まるものではなく、第１配向工程後の自発分極の向きを確認することによって、自発分極の向きの通常方向および反転方向を決定することができる。
【０２０９】
第１配向工程後の自発分極の向きは、正極または負極の電圧を印加することにより確認することができる。例えば図１１（ａ）に示すように自発分極Ｐｓが第１基板１１側を向いているのであれば、第２基板１２の第２電極層が負極となるように電圧を印加することにより自発分極が第２基板側を向き、自発分極の向きが反転する。これに対し、第１基板１１の第１電極層が負極となるように電圧を印加しても自発分極の向きはそのままである。一方、例えば図１１（ｂ）に示すように自発分極Ｐｓが第２基板１２側を向いているのであれば、第１基板１１の第１電極層が負極となるように電圧を印加することにより自発分極が第１基板側を向き、自発分極の向きが反転する。これに対し、第２基板１２の第２電極層が負極となるように電圧を印加しても自発分極の向きはそのままである。このようにして第１配向工程後の自発分極の向きを確認することができ、第１配向工程後の自発分極の向きを通常方向とし、この通常方向の逆向きを反転方向とする。
【０２１０】
本工程においては、強誘電性液晶に自発分極の向きが反転方向となるような電圧を印加する。印加電圧の大きさとしては、自発分極の向きが反転方向となるような大きさであれば特に限定されるものではなく、強誘電性液晶の種類、第１配向膜および第２配向膜の種類等によって異なるものであり適宜選択される。印加電圧の上限は強誘電性液晶の絶縁耐圧によって決まるものであり、絶縁耐圧以上に大きくすることは不要である。通常は、５Ｖ〜１０Ｖ程度であれば十分に一様な配向状態を得ることができる。
【０２１１】
また本工程においては、上記の電圧を印加したまま強誘電性液晶をカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度以上に加温する。例えば、ネマチック相（Ｎ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）の相系列をもつ強誘電性液晶を用いた場合には、Ｎ相−ＳｍＣ＊相の転移温度以上に設定することができ、ネマチック相（Ｎ）−コレステリック相（Ｃｈ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）の相系列をもつ強誘電性液晶を用いた場合には、Ｃｈ相−ＳｍＣ＊相の転移温度以上に設定することができる。温度としては、カイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度以上であれば特に限定されるものではないが、カイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より２０℃程度高い温度であることが好ましい。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。
またこの際の昇温速度としては、特に限定されるものではない。
【０２１２】
加温された強誘電性液晶は、通常、室温（２５℃程度）になるまで徐冷される。この際の冷却速度としては、１℃／分〜５℃／分程度であることが好ましい。
【０２１３】
なお、強誘電性液晶の分子方向と配向処理方向とのなす角度については、上記「Ａ．液晶表示素子」の欄に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２１４】
４．重合工程
本発明における重合工程は、上記第２配向工程の後、上記第１電極層および上記第２電極層間が電圧無印加状態で、上記液晶封入工程において第１基板の第１配向膜と第２基板の第２配向膜との間に封入した液晶層形成用組成物中に含まれる活性放射線硬化性モノマーを重合する工程である。
【０２１５】
本工程における「電圧無印加状態」とは、上記第１電極層と上記第２電極層とが同電位であることを意味する。したがって、本工程において上記第１電極層と上記第２電極層とを同電位にするには、上記第２配向工程において印加した電圧を切断するのみでは足らず、電圧を切断した後、上記第１電極層と上記第２電極層とを同電位化する処理が必要である。このような同電位化処理としては、上記第１電極層と上記第２電極層とを同電位にできる方法であれば特に限定されない。本工程においては、工程の簡略化の観点から、上記第１電極層と上記第２電極層とを短絡させる方法を好適に用いることができる。
【０２１６】
本工程において上記活性放射線硬化性モノマーを重合する方法は、活性放射線硬化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、活性放射線硬化性モノマーとして紫外線硬化性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。
【０２１７】
５．その他
本発明においては、第１基板または第２基板の外側、第１基材と第１電極層との間および第２基材と第２電極層との間に、偏光層を形成する偏光層形成工程を行うことができる。この際、偏光層は、互いの偏光軸が略垂直となり、一方の偏光層の偏光軸と第１配向膜および第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置される。ここで、「略垂直」とは、一方の偏光層の偏光軸と他方の偏光層の偏光軸とのなす角度が９０°±５°の範囲であることをいい、この角度は９０°±１°の範囲であることが好ましい。また、「略平行」とは、一方の偏光層の偏光軸と第１配向膜および第２配向膜の配向処理方向とのなす角度が０°±５°の範囲であることをいい、この角度は０°±１°の範囲であることが好ましい。
【０２１８】
偏光層の形成方法としては、特に限定されるものではなく、例えば第１基板および第２基板の外側に偏光層を貼付する方法、または第１基材および第２基材上に染料等を含有する塗工液を塗布する方法などを用いることができる。本工程は、例えば基板配置工程後に行ってもよく、第２配向工程後に行ってもよく、電極層形成工程前に行ってもよい。
【０２１９】
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】
【０２２０】
以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【０２２１】
［実施例１］
（第１基板の作製）
ＩＴＯ電極が形成されたガラス基板をよく洗浄し、このガラス基板上に透明レジスト（商品名：ＮＮ７８０、ＪＳＲ社製）をスピンコートして、減圧乾燥し、９０℃で３分間プリベークを行い、１００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線でマスク露光し、無機アルカリ溶液で現像を行い、２３０℃で３０分間ポストベークを行った。これにより、高さ１．５μｍの柱状スペーサーを形成した。
この柱状スペーサーが形成されたガラス基板をよく洗浄し、ＩＴＯ電極上に、光二量化反応型の光配向膜材料（商品名：ＲＯＰ−１０２、ロリックテクノロジー社製）の２質量％シクロペンタノン溶液をスピンコートし、１３０℃で１０分間乾燥した後、偏光紫外線を約１００ｍＪ／ｃｍ２照射し、配向処理を行った。
【０２２２】
（第２基板の作製）
ＩＴＯ電極が形成されたガラス基板をよく洗浄し、ＩＴＯ電極上に、光二量化反応型の光配向膜材料（商品名：ＲＯＰ−１０３、ロリックテクノロジー社製）の２質量％シクロペンタノン溶液をスピンコートし、１３０℃で１０分間乾燥した後、偏光紫外線を約１００ｍＪ／ｃｍ２照射し、配向処理を行った。
上記光配向膜上に、アクリレートモノマーを含有する反応性液晶材料（商品名：ＲＯＦ−５１０１、ロリックテクノロジー社製）の５質量％シクロペンタノン溶液をスピンコートし、６０℃で３分間乾燥した後、紫外線を約１Ｊ／ｃｍ２露光し、反応性液晶を重合させて固定化した。
【０２２３】
（液晶表示素子の作製）
第１基板の周縁部に、紫外線硬化型シール剤（商品名：ＬＣＢ−６１０、イーエッチシー社製）を、シールディスペンサーを用いて、液晶の注入口を残して塗布した。次いで、第１基板および第２基板を、配向処理方向が略平行になるように対向させ、重ね合わせた。この状態で、紫外線を照射し、両基板を接着させ、空の液晶表示素子を作製した。
液晶表示素子の液晶注入口付近に、強誘電性液晶材料（商品名：Ｒ２３０１、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）に紫外線硬化性液晶モノマー（商品名：ＵＣＬ００１、大日本インキ化学工業社製）を５質量％の割合で混合したものを塗布し、これを真空チャンバー内に設置し、真空チャンバー内を十分排気して液晶表示素子内を減圧にした状態で、１００℃に加熱して液晶を融解させ、セル内に注入した後、毎分２℃で室温まで徐冷し、強誘電性液晶の第１配向処理を行った。偏光顕微鏡で観察したところ、モノドメイン配向が確認された。また、互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、液晶表示素子を配置して、一方の偏光板の偏光軸と配向処理方向とを略平行に配置したところ、電圧無印加状態で、液晶表示素子全体で光を透過せず黒表示が得られた。さらに、矩形電圧に対する駆動特性を測定したところ、第２基板側の電極が負極となるように電圧を印加した場合にのみ液晶が動作するＨＶ字型スイッチング特性を示した。飽和電圧は約５Ｖであった。
【０２２４】
次に、第２基板側の電極が負極となるように、５Ｖの直流電圧を印加しながら、１００℃に加熱し、約５分間１００℃で保持した後、毎分２℃で室温まで徐冷し、強誘電性液晶の第２配向処理を行った。その後、第１基板の電極と第２基板の電極を接続し、セルの電界をゼロにした状態で観察したところ、液晶表示素子全体で白表示が得られた。さらに電極同士を接続した状態で、セルの温度を室温から上昇させないように保ったまま、紫外線を約１．０J／ｃｍ２照射し、紫外線硬化性液晶モノマーを硬化させ、重合物とした。
【０２２５】
このようにして作製した液晶表示素子を、互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、液晶表示素子を配置して、一方の偏光板の偏光軸と配向処理方向とを略平行に配置した。矩形電圧に対する駆動特性を測定したところ、電圧無印加時に白表示となるノーマリーホワイトモードで駆動することができた。また、第２基板側の電極が負極となるように電圧を印加した場合にのみ液晶が動作するＨＶ字型スイッチング特性を示した。飽和電圧は約５Ｖであった。
【０２２６】
［実施例２］
（第１基板の作製）
実施例１と同様にして第１基板を作製した。
【０２２７】
（第２基板の作製）
ＩＴＯ電極が形成されたガラス基板をよく洗浄し、ＩＴＯ電極上に、光二量化反応型の光配向膜材料（商品名：ＲＯＰ−１０３、ロリックテクノロジー社製）の２質量％シクロペンタノン溶液をスピンコートし、１３０℃で１０分間乾燥した後、偏光紫外線を約１００ｍＪ／ｃｍ２照射し、配向処理を行った。
【０２２８】
（液晶表示素子の作製）
実施例１と同様にして、空の液晶表示素子を作製し、強誘電性液晶材料に紫外線硬化性液晶モノマー混合したものを注入して、強誘電性液晶の第１配向処理を行った。
偏光顕微鏡で観察したところ、モノドメイン配向が確認された。また、互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、強誘電性液晶が封入された液晶表示素子を配置して、一方の偏光板の偏光軸と配向処理方向とを略平行に配置したところ、電圧無印加状態で、液晶表示素子全体で光を透過せず黒表示が得られた。また、第２基板側の電極が負極となるように、５Ｖの直流電圧を印加したところ、白表示が得られた。一方、第２基板側の電極が正極となるように、５Ｖの直流電圧を印加したところ、黒表示のままであった。さらに、矩形電圧に対する駆動特性を測定したところ、第２基板側の電極が負極となるように電圧を印加した場合にのみ液晶が動作するＨＶ字型スイッチング特性を示した。飽和電圧は約５Ｖであった。
【０２２９】
次に、実施例１と同様にして、強誘電性液晶の第２配向処理および紫外線硬化性液晶モノマーの重合を行い液晶表示素子を作製した。このようにして作製した液晶表示素子を、互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、液晶表示素子を配置して、一方の偏光板の偏光軸と配向処理方向とを略平行に配置した。矩形電圧に対する駆動特性を測定したところ、電圧無印加時に白表示となるノーマリーホワイトモードで駆動することができた。また、第２基板側の電極が負極となるように電圧を印加した場合にのみ液晶が動作するＨＶ字型スイッチング特性を示した。飽和電圧は約５Ｖであった。
【０２３０】
［比較例１］
（第１基板の作製）
実施例１と同様にして第１基板を作製した。
【０２３１】
（第２基板の作製）
実施例１と同様にして第２基板を作製した。
【０２３２】
（液晶表示素子の作製）
実施例１と同様にして、空の液晶表示素子を作製し、強誘電性液晶材料に紫外線硬化性液晶モノマー混合したものを注入して、強誘電性液晶の第１配向処理を行った。次に、電圧無印加状態で、紫外線を約１．０J／ｃｍ２照射し、紫外線硬化性液晶モノマーを硬化させ、重合物とした。
【０２３３】
このようにして作製した液晶表示素子を偏光顕微鏡で観察したところ、モノドメイン配向が確認された。また、互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、強誘電性液晶が封入された液晶表示素子を配置して、一方の偏光板の偏光軸と配向処理方向とを略平行に配置したところ、電圧無印加状態で、液晶表示素子全体で光を透過せず黒表示が得られた。また、第２基板側の電極が負極となるように、５Ｖの直流電圧を印加したところ、白表示が得られた。一方、第２基板側の電極が正極となるように、５Ｖの直流電圧を印加したところ、黒表示のままであった。また、矩形電圧に対する駆動特性を測定したところ、電圧無印加時に黒表示となるノーマリーブラックモードであり、第２基板側の電極が負極となるように電圧を印加した場合にのみ液晶が動作するＨＶ字型スイッチング特性を示した。飽和電圧は約１０Ｖであった。
【図面の簡単な説明】
【０２３４】
【図１】液晶分子の挙動を示す模式図である。
【図２】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３】強誘電性液晶の配向状態の一例を示す模式図である。
【図４】強誘電性液晶の印加電圧に対する透過率の変化を示したグラフである。
【図５】フィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示素子の駆動シーケンスを示す概念図である。
【図６】強誘電性液晶の有する相系列の相違による配向の違いを示した図である。
【図７】本発明の液晶表示素子の他の例を示す概略断面図である。
【図８】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９】フィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示素子の駆動シーケンスを示す概念図である。
【図１０】本発明の液晶表示素子の製造方法の一例を示す工程図である。
【図１１】本発明の液晶表示素子の製造方法の他の例を示す工程図である。
【図１２】強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。
【図１３】強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。
【図１４】強誘電性液晶の印加電圧に対する透過率の変化を示したグラフである。
【符号の説明】
【０２３５】
１ａ … 第１基材
１ｂ … 第２基材
２ａ … 第１電極層
２ｂ … 第２電極層
３ａ … 第１配向膜
３ｂ … 第２配向膜
５ … 液晶層
６ａ … 第１偏光層
６ｂ … 第２偏光層
８ … 液晶分子
１０ … 液晶表示素子
１１ … 第１基板
１２ … 第２基板
ｄ … 配向処理方向
ｎ … 強誘電性液晶の分子方向
ｚ … 層法線
ｐ１ … 第１偏光層の偏光軸
ｐ２ … 第２偏光層の偏光軸
Ｐｓ … 自発分極
【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配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、前記第１配向膜および前記第２配向膜の配向処理方向が略平行になり、前記第１配向膜と前記第２配向膜とが対向するように配置し、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子であって、
前記強誘電性液晶が単安定性を示し、電圧無印加状態での前記強誘電性液晶の分子方向と前記配向処理方向とのなす角度が、前記強誘電性液晶のチルト角の約２倍であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記活性放射線硬化性モノマーが紫外線硬化性液晶モノマー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】
正または負のいずれかの電圧を印加した場合にのみ、前記強誘電性液晶の分子方向が前記配向処理方向と略平行になることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記強誘電性液晶が、相系列にスメクチックＡ相を持たないものであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記第１配向膜および前記第２配向膜の構成材料が互いに異なる組成を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記第１配向膜および前記第２配向膜の少なくともいずれか一方の上に、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層が形成されてい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】
薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス方式により駆動させることを特徴とする請求項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】
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】
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配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、前記第１配向膜と前記第２配向膜とが対向するように配置し、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子の製造方法であって、
前記第１基板および前記第２基板を、前記第１配向膜および前記第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置する基板配置工程と、
単安定性を有する前記強誘電性液晶と、前記活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を、前記強誘電性液晶のカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より高い温度に加温し、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に封入する液晶封入工程と、
封入された前記強誘電性液晶を徐冷する第１配向工程と、
前記第１配向工程後の前記強誘電性液晶の自発分極の向きを通常方向、前記通常方向の逆向きを反転方向とした場合、前記第１配向工程後に前記強誘電性液晶に自発分極の向きが反転方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま前記強誘電性液晶をカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度以上に加温して徐冷する第２配向工程と、
前記第１電極層および前記第２電極層間が電圧無印加状態で、前記活性放射線硬化性モノマーを重合する重合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配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、前記第１配向膜および前記第２配向膜の配向処理方向が略平行になり、前記第１配向膜と前記第２配向膜とが対向するように配置し、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子であって、
前記強誘電性液晶が単安定性を示し、電圧無印加状態での前記強誘電性液晶の分子方向と前記配向処理方向とのなす角度が、前記強誘電性液晶のチルト角の約２倍であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記活性放射線硬化性モノマーが紫外線硬化性液晶モノマー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】
正または負のいずれかの電圧を印加した場合にのみ、前記強誘電性液晶の分子方向が前記配向処理方向と略平行になることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記強誘電性液晶が、相系列にスメクチックＡ相を持たないものであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記第１配向膜および前記第２配向膜の構成材料が互いに異なる組成を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記第１配向膜および前記第２配向膜の少なくともいずれか一方の上に、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層が形成されてい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】
薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス方式により駆動させることを特徴とする請求項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】
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】
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配向膜とを有する第１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配向膜とを有する第２基板を、前記第１配向膜と前記第２配向膜とが対向するように配置し、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に強誘電性液晶と、活性放射線硬化性モノマーの重合物とを含む液晶層を挟持してなる液晶表示素子の製造方法であって、
前記第１基板および前記第２基板を、前記第１配向膜および前記第２配向膜の配向処理方向が略平行となるように配置する基板配置工程と、
単安定性を有する前記強誘電性液晶と、前記活性放射線硬化性モノマーとを含む液晶層形成用組成物を、前記強誘電性液晶のカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度より高い温度に加温し、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に封入する液晶封入工程と、
封入された前記強誘電性液晶を徐冷する第１配向工程と、
前記第１配向工程後の前記強誘電性液晶の自発分極の向きを通常方向、前記通常方向の逆向きを反転方向とした場合、前記第１配向工程後に前記強誘電性液晶に自発分極の向きが反転方向となるような電圧を印加し、電圧を印加したまま前記強誘電性液晶をカイラルスメクチック相−ネマチック相転移温度以上に加温して徐冷する第２配向工程と、
前記第１電極層および前記第２電極層間が電圧無印加状態で、前記活性放射線硬化性モノマーを重合する重合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２００６−３３０３０９（Ｐ２００６−３３０３０９Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５３１８２（Ｐ２００５−１５３１８２）
【出願日】平成１７年５月２５日（２００５．５．２５）
【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１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２５日（２００５．５．２５）
【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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