液晶表示素子
【課題】本発明は、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子であって、配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができ、配向安定性に優れた液晶表示素子を提供することを主目的とする。
【解決手段】本発明は、第１基板および第２基板間に単安定性を示す強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、電圧無印加状態にて第１配向層と第２配向層とにより規定される強誘電性液晶の自発分極の方向を基準方向とした場合、上記基準方向に対して反対方向となるような極性の電圧を１Ｖで印加し、上記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より高い温度に加温して徐冷した状態において、上記自発分極の方向が基準方向を向いているものが８０％以上であることを特徴とする液晶表示素子を提供することにより、上記目的を達成するものである。
【解決手段】本発明は、第１基板および第２基板間に単安定性を示す強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、電圧無印加状態にて第１配向層と第２配向層とにより規定される強誘電性液晶の自発分極の方向を基準方向とした場合、上記基準方向に対して反対方向となるような極性の電圧を１Ｖで印加し、上記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より高い温度に加温して徐冷した状態において、上記自発分極の方向が基準方向を向いているものが８０％以上であることを特徴とする液晶表示素子を提供することにより、上記目的を達成するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電性液晶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１１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１１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（Ｃｈ）相−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７上段）。
【０００５】
強誘電性液晶は、ネマチック液晶に比べて分子の秩序性が高いために配向が難しい。特に、ＳｍＡ相を経由しない強誘電性液晶は、層法線方向の異なる二つの領域（以下、これを「ダブルドメイン」と称する。）が発生する（図７上段）。このようなダブルドメインは、駆動時に白黒反転した表示になり、大きな問題となる。
【０００６】
ダブルドメインを改善する方法として、液晶セルをコレステリック相以上の温度に加熱し、直流電圧を印加したまま徐々に冷却する電界印加徐冷法が知られている（非特許文献２参照）。しかしながら、この方法では、再度相転移点以上に温度が上がると配向乱れが生じてしまい、また、画素電極の間の電界が作用しない部分で配向乱れが発生する等の問題がある。
【０００７】
液晶の配向処理技術としては、配向膜を用いるものがあり、その方法としてはラビング法と光配向法とがある。しかしながら、どちらの方法を用いてもダブルドメインの発生を抑制することは困難である。
【０００８】
また、単安定性を示すものではないが、強誘電性液晶の配向欠陥を改善する方法として、上下の配向膜に光配向処理を施した後、それぞれの配向膜上にネマチック液晶を塗布して配向させ固定化することによりネマチック液晶層を形成し、このネマチック液晶層を配向膜として作用させることにより、強誘電性液晶を配向させる方法が開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、ダブルドメインを改善する方法については述べられていない。
【０００９】
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。
【００１０】
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が、上述のように強誘電性液晶は配向欠陥が生じやすく、モノドメイン配向を得ることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００２−５３２７５５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】NONAKA, T., LI, J., OGAWA, A., HORNUNG, B., SCHMIDT, W., WINGEN, R., and DUBAL, H., 1999, Liq. Cryst., 26, 1599.
【非特許文献２】PATEL, J., and GOODBY, J. W., 1986, J. Appl. Phys., 59, 2355.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
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た液晶表示素子であって、配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができ、配向安定性に優れた液晶表示素子を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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配向層とを有する第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配向層とを有する第２基板を、上記第１配向層と上記第２配向層とが対向するように配置し、上記第１配向層と上記第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、上記強誘電性液晶が単安定性を示すものであり、電圧無印加状態にて上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される上記強誘電性液晶の自発分極の方向を基準方向とした場合、上記基準方向に対して反対方向となるような極性の電圧を１Ｖで印加し、上記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より高い温度に加温して徐冷した状態において、上記自発分極の方向が基準方向を向いているものが８０％以上であることを特徴とする液晶表示素子を提供する。
【００１５】
本発明の液晶表示素子は、自発分極の方向が反対方向となるような所定の電圧を印加して加温・徐冷したときに、自発分極の方向が基準方向を向いているものが所定の範囲以上であり、電圧印加によって自発分極の方向が反転しにくいものである。すなわち、所定の電圧を印加しても、強誘電性液晶と第１配向層および第２配向層との極性表面相互作用の影響を完全に消失させることができない。このような液晶表示素子は、強誘電性液晶と第１配向層および第２配向層との極性表面相互作用が比較的強いものであるので、電圧無印加時に、この極性表面相互作用によって自発分極の方向が第１配向層および第２配向層のいずれか一方を向くように自発分極の方向を制御することができ、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることが可能である。
【００１６】
上記発明においては、上記第１配向層および第２配向層の構成材料が、互いに異なる組成を有することが好ましい。第１配向層および第２配向層の構成材料の組成が異なるものであれば、第１配向層表面および第２配向層表面の極性が異なるものとなるので、極性表面相互作用によって自発分極の方向を制御しやすいからである。これにより、ダブルドメイン等の配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶を配向させることができる。
【００１７】
また本発明においては、上記第１配向層が配向膜からなり、上記第２配向層が、配向膜と、上記配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる固定化液晶層とからなることが好ましい。固定化液晶層表面は一般に正の極性を示し、一般的な配向膜（例えば光配向膜やラビング配向膜など）に比べて正の極性が強い傾向にあるので、第１配向層が配向膜を有し、第２配向層が配向膜と固定化液晶層とを有することにより、自発分極の方向が第１配向層側を向くように自発分極の方向を効果的に制御することができ、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができるからである。また、反応性液晶が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、固定化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ものであり、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、配向膜のみを用いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができるからである。
【００１８】
この際、上記第１基板が、上記第１基材上に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有するＴＦＴ基板であり、上記第２基板が、上記第２電極層が共通電極である共通電極基板であることが好ましい。このような構成とすることにより、ＴＦＴ素子のスイッチがオフのときにゲート電極付近で光漏れが発生するのを防ぐことができるからである。
【００１９】
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。
【００２０】
さらに本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させるものであることが好ましい。フィールドシーケンシャルカラー方式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。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の液晶表示素子は、自発分極の方向が反対方向となるような所定の電圧を印加して加温・徐冷したときに、自発分極の方向が基準方向を向いているものが所定の範囲以上であるので、強誘電性液晶と第１配向層および第２配向層との極性表面相互作用が比較的強く、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】液晶分子の挙動を示す模式図である。
【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】強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。
【図５】図４の上面図である。
【図６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の液晶表示素子について詳細に説明する。
本発明の液晶表示素子は、第１基材と、上記第１基材上に形成された第１電極層と、上記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１基板、および、第２基材と、上記第２基材上に形成された第２電極層と、上記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２基板を、上記第１配向層と上記第２配向層とが対向するように配置し、上記第１配向層と上記第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、上記強誘電性液晶が単安定性を示すものであり、電圧無印加状態にて上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される上記強誘電性液晶の自発分極の方向を基準方向とした場合、上記基準方向に対して反対方向となるような極性の電圧を１Ｖで印加し、上記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より高い温度に加温して徐冷した状態において、上記自発分極の方向が基準方向を向いているものが８０％以上であることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の液晶表示素子について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。図１に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配向層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配向層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配向層３ａと第２基板１２の第２配向層３ｂとの間には強誘電性液晶が挟持され、液晶層５が構成されている。この強誘電性液晶は単安定性を示すものである。
【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。強誘電性液晶は、図２に例示するように、液晶分子８が層法線ｚから傾いており、層法線ｚに垂直な底面を有する円錐（コーン）の稜線に沿って回転する。このような円錐（コーン）において、液晶分子８の層法線ｚに対する傾き角をチルト角θという。このように、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。具体的に説明すると、単安定性を示すとは、電圧無印加時に液晶分子８が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。電圧無印加状態では、図３に例示するように液晶分子８が第１配向層および第２配向層の配向処理方向ｄに沿って配向する。
【００２７】
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配向層表面および第２配向層表面との相互作用としての極性効果により、図４に例示するように液晶分子８の自発分極Ｐｓは、第１配向層３ａおよび第２配向層３ｂに垂直で、第１配向層３ａ側を向く場合（図４（ａ））と、第２配向層３ｂ側を向く場合（図４（ｂ））とがある。このとき、液晶分子８の方向と、自発分極Ｐｓの方向と、層法線ｚの方向とは、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の方向により、層法線ｚの方向が決まる。このため、図５（ａ）および（ｂ）に示すように自発分極Ｐｓの方向によって、層法線ｚの方向が異なるものとなる。したがって、図４（ａ）または（ｂ）のいずれか一方となるように、自発分極Ｐｓの方向を一定の方向に揃えることによりモノドメイン配向を得ることができる。
【００２８】
なお、図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ図４（ａ），（ｂ）の上面図である。図５（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５（ａ）中の×印）、図５（ｂ）においては液晶分子８の自発分極Ｐｓが紙面奥空手前方向に向いている（図５（ｂ）中の●印）。また、図４において第１基材、第２基材、および液晶層は省略している。
【００２９】
自発分極Ｐｓの方向を一定の方向に揃えるためには、強誘電性液晶と第１配向層表面および第２配向層表面との相互作用として極性表面相互作用を考慮すればよい。この極性表面相互作用は、次のようにして評価することができる。
【００３０】
まず、電圧無印加状態にて、第１配向層と第２配向層とにより規定される強誘電性液晶の自発分極の方向を確認する。すなわち、第１配向層と第２配向層とにより規定される基準方向を確認する。
なお、「基準方向」とは、第１配向層と第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持した際の強誘電性液晶の自発分極の方向であって、第１配向層および第２配向層間に電圧を印加しない状態（電圧無印加状態）における自発分極の方向をいう。このような基準方向は、第１配向層と第２配向層とにより規定される。
【００３１】
本発明における基準方向について図面を参照しながら具体的に説明する。
図４（ａ）は、第１配向層３ａと第２配向層３ｂとの間に挟持された強誘電性液晶の配列状態を例示する模式図である。本発明に用いられる第１配向層３ａおよび第２配向層３ｂは、それぞれを構成する材料に応じて異なる極性を有するが、図４（ａ）においては、例示として第２配向層３ｂの方が第１配向層３ａよりも相対的に正の極性が大きいものとする。このような場合において、第１配向層３ａと第２配向層３ｂとの間に電圧を印加しない場合、第１配向層３ａと第２配向層３ｂとの間に存在する液晶分子８は、分子の正極が第１配向層３ａの方向を向くように配列する。自発分極の方向がこのような方向になるのは、自発分極Ｐｓの方向が、強誘電性液晶の分極と配向層の分極とが電気的につり合う方向になるため、液晶分子８が電気的に安定な状態になるからである。
【００３２】
本発明においては、図４（ａ）に例示するように、第１配向層と第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持した際に、第１配向層および第２配向層間に電圧が印加されていない状態（電圧無印加状態）において自発分極の方向が示す方向を「基準方向」と定義する。
【００３３】
任意の液晶表示素子（以下、被評価液晶表示素子と称する。）における強誘電性液晶の自発分極の向きは、被評価液晶表示素子に対して強誘電性液晶の再配向処理を行い、上記再配向処理後の強誘電性液晶が駆動する電界の向き（以下、液晶駆動電界方向と称する。）を比較することにより調べることができる。
具体的には、被評価液晶表示素子の液晶層に含まれる強誘電性液晶のネマチック相−等方相転移温度より１０℃〜２０℃高い温度まで被評価液晶表示素子を加温し、その後、電界をかけずにゆっくりと冷却して常温に戻すことにより強誘電性液晶の再配向処理を行う。
再配向処理後の液晶駆動電界方向は、上記再配向処理を実施した被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した２枚の偏光板の間に配置し、電界を印加しないで暗状態とした後、この状態で被評価液晶表示素子に電界を印加することにより評価する。電界を印加することにより、強誘電性液晶が２θ±５°駆動し、被評価液晶表示素子の表示面積の５１％以上が明状態となる場合の電界の方向が、再配向処理後の液晶駆動電界方向となる。
ここで、上記再配向処理を実施した被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した２枚の偏光板の間に配置し、暗状態とする際に、被評価液晶表示素子を回転することによって透過光の強度が変化する場合には、最も透過光の強度が小さい状態とする。また、電界を印加することにより被評価液晶表示素子の表示面積の５１％以上が明状態となることの確認方法としては、例えば電界印加時の被評価液晶表示素子の表示状態を偏光顕微鏡で観察することにより、白黒（明暗）表示の白・黒の面積を求め、明状態の比率を算出することにより確認することができる。
【００３４】
例えば図４に示すように、第１基板１１および第２基板１２の外側に第１偏光板６ａおよび第２偏光板６ｂを設け、第１偏光板６ａ側から光が入射し、第２偏光板６ｂ側から光が出射するものとする。図５に示すように、第１偏光板６ａおよび第２偏光板６ｂは、それぞれの偏光軸ｐ１およびｐ２が略垂直に、かつ、第１偏光板６ａの偏光軸ｐ１と第１配向層３ａの配向処理方向ｄとが略平行になるように配置されている。電圧無印加状態では、第１偏光板６ａを透過した直線偏光と液晶分子８の配向方向とが一致するため、液晶分子の屈折率異方性が発現されず、第１偏光板６ａを透過した直線偏光はそのまま液晶層５を通過し、第２偏光板６ｂにより遮断される。一方、電圧印加状態では、液晶分子がコーン上を移動し、第１偏光板６ａを透過した直線偏光と液晶分子の配向方向とが所定の角度を持つようになるため、第１偏光板６ａ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偏光板６ｂの偏光軸ｐ２と一致する直線偏光のみが第２偏光板６ｂを透過する。
本発明においては、入射光が互いにクロスニコルの状態にある偏光板により遮断される状態を「暗状態」とし、入射光が互いにクロスニコルの状態にある偏光板を透過する状態を「明状態」とする。
【００３５】
また、上記液晶駆動電界方向の評価の際、強誘電性液晶が２θ±５°駆動することの確認は、強誘電性液晶の駆動角度を評価することにより行う。上記駆動角度は、次のようにして評価することができる。まず、被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した２枚の偏光板の間に配置する。このとき、一方の偏光板の偏光軸と強誘電性液晶の配向方向とが平行になるように配置し、この位置を基準とする。被評価液晶表示素子に電界を印加すると強誘電性液晶が偏光軸と所定の角度を持つように配向するため、一方の偏光板を透過した偏光が他方の偏光板を透過して明状態となる。この電界を印加した状態で被評価液晶表示素子を回転させて暗状態にする。そして、このときの被評価液晶表示素子を回転させた角度を測定する。被評価液晶表示素子を回転させた角度が、強誘電性液晶の駆動角度である。上記再配向処理後の被評価液晶表示素子についての駆動角度の評価は、表示面積の５１％以上の明状態部位を対象として評価すればよい。
【００３６】
次に、上記基準方向に対して反対方向となるような極性の電圧を１Ｖで印加し、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より高い温度に加温して徐冷する。
【００３７】
強誘電性液晶を加温する際の温度は、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設定することができる。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。
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。
【００３８】
また、強誘電性液晶を徐冷する際には、通常、室温（２５℃程度）になるまで徐冷する。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。
【００３９】
最後に、上記の状態において自発分極の方向が基準方向を向いているものの比率を測定する。通常、自発分極の方向が反対方向となるような極性の電圧を所定の大きさで印加して加温・徐冷した場合には、自発分極の方向が反対方向となる。一方、強誘電性液晶と第１配向層および第２配向層との極性表面相互作用が比較的強い場合には、自発分極の方向が反対方向となるような極性の電圧を印加しても、ある程度の大きさ以上で電圧を印加しないと、一部の強誘電性液晶は自発分極の方向が反対方向とならない。これは、電圧を印加することによっても、極性表面相互作用の影響を消失させることができず、すべての液晶分子の自発分極の方向を反転させることができないからである。このような場合には、自発分極の方向が反対方向となるような極性の電圧をある程度の大きさ以上で印加することによって、すべての強誘電性液晶の自発分極の方向を反対方向とすることができる。
本発明においては、印加電圧に対する強誘電性液晶の自発分極の方向の変化を調べることによって、極性表面相互作用を評価する。自発分極の方向が反対方向となるような所定の電圧を印加して加温・徐冷したときに、自発分極の方向が基準方向を向いているものが所定の範囲以上であれば、極性表面相互作用が比較的強いと評価することができる。この極性表面相互作用が比較的強ければ、電圧無印加状態にて自発分極の方向が一定の方向に揃いやすく、モノドメイン配向が得られやすい。
【００４０】
具体的には、上記の状態において自発分極の方向が基準方向を向いているものの比率は、８０％以上であり、好ましくは８２％以上、最も好ましくは８５％以上である。上記の比率が多ければ多いほど、所定の電圧を印加して加温・徐冷したときに自発分極の方向が反転しにくいものであり、強誘電性液晶と第１配向層および第２配向層との極性表面相互作用が比較的強く、モノドメイン配向が得られやすいからである。逆に、上記の比率が上記範囲より少ないと、所定の電圧を印加して加温・徐冷したときに自発分極の方向が反転しやすく、強誘電性液晶と第１配向層および第２配向層との極性表面相互作用が比較的弱く、モノドメイン配向を得ることが非常に困難となるからである。
【００４１】
なお、上記の比率は、電界印加時の液晶表示素子の表示状態を偏光顕微鏡で観察することにより、白黒（明暗）表示の白・黒の面積を求め、算出した値である。具体的には、まず液晶表示素子をクロスニコルに配置した２枚の偏光板の間に配置し、さらに一方の偏光板の偏光軸と第１配向層の配向処理方向とが略平行になるように配置する。そして、所定の電圧を印加し、この電圧を印加したまま強誘電性液晶を所定の温度で加温して冷却した状態から、さらに電界を印加して、液晶表示素子の表示状態を観察し、白黒（明暗）表示の白・黒の面積を求め、上記の比率を算出することができる。
【００４２】
本発明においては、強誘電性液晶と第１配向層および第２配向層との極性表面相互作用を評価するために、自発分極の方向が反対方向となるような極性の電圧を印加し、電圧を印加したまま強誘電性液晶を所定の温度に加温して徐冷した状態とするため、実際に液晶表示素子を駆動するには、上記の状態とする前の状態に戻す必要がある。すなわち、電圧を印加せずに強誘電性液晶を所定の温度に加温して徐冷することにより、元の状態に戻すことができる。
なお、強誘電性液晶の加温および徐冷の条件としては、上述した加温および徐冷の条件と同様である。
【００４３】
以下、本発明の液晶表示素子の各構成について説明する。
【００４４】
１．液晶層
本発明に用いられる液晶層は、第１基板の第１配向層と第２基板の第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持させることにより構成されている。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はない。
【００４５】
上記強誘電性液晶は、例えば図６に示すような正負いずれかの電圧を印加したときにのみ液晶分子が動作する、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。具体的には、液晶層に正負の電圧１０Ｖをそれぞれ印加したときの印加電圧に対する透過光量のうち、透過光量が小さい場合の印加電圧の透過光量をＡ、透過光量が大きい場合の印加電圧の透過光量をＢとすると、Ｂ／Ａが２以上となる特性をいう。
【００４６】
また、強誘電性液晶の相系列は、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、例えばネマチック相（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。
【００４７】
このような強誘電性液晶としては、一般に知られる液晶材料の中から要求特性に応じて種々選択することができる。特に、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。具体的には、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製「Ｒ２３０１」が挙げられる。
【００４８】
上記強誘電性液晶で構成される液晶層の厚みは、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。
【００４９】
液晶層の形成方法としては、一般に液晶セルの作製方法として用いられる方法を使用することができる。例えば、あらかじめ作製した液晶セルに、上記強誘電性液晶を加温することにより等方性液体とし、キャピラリー効果を利用して注入し、接着剤で封鎖することにより液晶層を形成することができる。上記液晶層の厚みは、ビーズなどのスペーサにより調整することができる。
【００５０】
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配向層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。
【００５１】
（１）第１配向層
本発明に用いられる第１配向層は、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配向層は、配向膜単体からなるものであってもよく、また、配向膜と、上記配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる固定化液晶層とにより構成されるものであってもよい。以下、配向膜および固定化液晶層について説明する。
【００５２】
（ｉ）配向膜
本発明に用いられる配向膜は、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。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、光配向膜について説明する。
【００５３】
ａ．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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
二量化反応性ポリマーとしては、特開２００６−３５０３２２号公報、特開２００６−３２３２１４号公報、特開２００５−２５８４２９号公報、特開２００５−２５８４２８号公報等に記載のものを用いることができる。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
光分解反応を利用した光反応型の材料としては、例えば日産化学工業（株）製のポリイミド「ＲＮ１１９９」などを挙げることができる。また、光二量化反応を利用した光反応型の材料としては、例えばRolic technologies社製の「ＲＯＰ１０２」、「ＲＯＰ１０３」などを挙げることができる。
【００６８】
（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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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、特開２００６−３５０３２２号公報、特開２００６−３２３２１４号公報、特開２００５−２５８４２９号公報、特開２００５−２５８４２８号公報等に記載のものを用いることができる。
また、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、特開２００６−３５０３２２号公報、特開２００６−３２３２１４号公報、特開２００５−２５８４２９号公報、特開２００５−２５８４２８号公報等に記載のものを用いることができる。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
（光配向膜の形成方法）
本発明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。
【００８５】
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、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、インクジェット法などを用いることができる。
【００８６】
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。
【００８７】
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。また、偏光方向は、上記光励起反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではない。
【００８８】
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。
【００８９】
（ii）固定化液晶層
本発明に用いられる第１配向層は、上述したように、配向膜と固定化液晶層とにより構成されるものであってもよい。反応性液晶は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固定化液晶層を形成することができる。固定化液晶層は、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、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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
モノアクリレートモノマーおよびジアクリレートモノマーとしては、特開２００６−３５０３２２号公報、特開２００６−３２３２１４号公報、特開２００５−２５８４２９号公報、特開２００５−２５８４２８号公報等に記載のものを用いることができる。ジアクリレートモノマーとして、具体的には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」、「アデカキラコール PLC-7218」などを挙げることができる。また、アクリレートモノマーとしては、例えばRolic technologies 社製の「ROF-5101」、「ROF-5102」なども挙げられる。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。光重合開始剤としては、例えば、特開２００５−２５８４２８号公報に記載されているような光重合開始剤を用いることができる。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。
【００９７】
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質量％〜２０質量％、好ましくは０．１質量％〜１０質量％、より好ましくは０．５質量％〜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。
【００９８】
固定化液晶層の厚みは、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。固定化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、また固定化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。
【００９９】
固定化液晶層は、配向膜上に反応性液晶を含む固定化液晶層形成用塗工液を塗布し、配向処理を行い、上記反応性液晶の配向状態を固定化することにより形成することができる。また、固定化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、これを配向膜上に積層することにより、固定化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固定化液晶層形成用塗工液を調製し、これを反応性液晶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。
【０１００】
上記固定化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。このような溶媒としては、例えば、特開２００５−２５８４２８号公報に記載されているような溶媒を用いることができる。溶媒は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【０１０１】
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、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。
【０１０２】
固定化液晶層形成用塗工液の濃度は、反応性液晶の溶解性や、固定化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質量％〜４０質量％、好ましくは１質量％〜２０質量％の範囲で調整される。固定化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、逆に固定化液晶層形成用塗工液の濃度が上記範囲より高いと、固定化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。
【０１０３】
さらに、上記固定化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、例えば、特開２００５−２５８４２８号公報に記載されているような化合物を添加することができる。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、得られる固定化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。
【０１０４】
このような固定化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、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、インクジェット法等が挙げられる。
【０１０５】
また、上記固定化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。
【０１０６】
本発明においては、上述したように塗布された反応性液晶を、反応性液晶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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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１５０ｎｍ〜５００ｎｍ、好ましくは２５０ｎｍ〜４５０ｎｍ、さらに好ましくは３００ｎｍ〜４００ｎｍの照射光が用いられる。
【０１０９】
本発明においては、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、本発明への応用が容易であるからである。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
（２）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。
【０１１４】
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、他方にはゲート電極とソース電極をマトリックス状に配列し、ゲート電極とソース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。
【０１１５】
第１電極層の形成方法としては、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。
【０１１６】
（３）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。
【０１１７】
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配向層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配向層については、第１基板の第１基材、第１電極層、および第１配向層と同様であるので、ここでの説明は省略する。以下、第１配向層および第２配向層の構成材料の組成について説明する。
【０１１８】
（１）第１配向層および第２配向層の構成材料の組成
本発明においては、第１配向層および第２配向層の構成材料が、互いに異なる組成を有することが好ましい。第１配向層および第２配向層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場合には、それぞれの構成材料に応じて異なる極性を有するものとすることができるからである。これにより、強誘電性液晶と第１配向層との極性表面相互作用、および強誘電性液晶と第２配向層との極性表面相互作用が異なるものとなるため、強誘電性液晶の自発分極の方向を第１配向層側または第２配向層側に向かせることができる。例えば、第１配向層表面が負の極性、第２配向層表面が正の極性を有する場合、自発分極の方向を負の極性を有する第１配向層側に向かせることができる。このように第１配向層および第２配向層の表面極性を考慮して、第１配向層および第２配向層の構成材料を適宜選択することにより、自発分極の方向を制御することができる。これにより、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができる。
【０１１９】
一般に、図７下段に例示するようなＳｍＡ相を経由する相系列を有する強誘電性液晶は、相変化の過程において、スメクチック層の層間隔が縮まり、その体積変化を補償するためにスメクチック層が曲がったシェブロン構造を有し、この曲げの方向によって液晶分子の長軸方向が異なるドメインが形成され、その境界面にジグザグ欠陥やヘアピン欠陥と呼ばれる配向欠陥が発生しやすい。また、図７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配向層および第２配向層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、このような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。特に、第１配向層および第２配向層の構成材料の組成を異なるものとすることにより、ダブルドメインの発生を効果的に抑制することができ、モノドメイン配向を得ることができる。
【０１２０】
第１配向層および第２配向層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。
【０１２１】
また、第１配向層および第２配向層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。
さらに、第１配向層および第２配向層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。
またさらに、第１配向層および第２配向層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。
【０１２２】
さらに、第１配向層および第２配向層のうち、一方を配向膜単体からなるものとし、他方を配向膜と固定化液晶層とにより構成されるものとすることにより、第１配向層および第２配向層の構成材料の組成を異なるものとすることができる。
また、第１配向層および第２配向層が配向膜と固定化液晶層とにより構成されるものである場合、上述した重合性液晶材料を種々選択することにより、固定化液晶層の構成材料の組成を異なるものとすることができる。
【０１２３】
本発明においては、図８に例示するように、第１配向層３ａが配向膜単体からなるものであり、第２配向層３ｂが配向膜１３と固定化液晶層４とにより構成されるものであることが好ましい。固定化液晶層表面は、一般に正の極性を示す傾向にあり、ラビング配向膜や光配向膜に比べて正の極性が強い傾向にある。このため、第２配向層が配向膜と固定化液晶層とにより構成されるものである場合、電圧無印加状態において強誘電性液晶の自発分極の方向を第１配向層側に向かせることができ、効果的にモノドメイン配向を得ることができる。
【０１２４】
この場合、第１基板が、第１基材上に形成されたＴＦＴを有するＴＦＴ基板であり、第２基板が、第２電極層が共通電極である共通電極基板であることが好ましい。図９に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示す。
図９に例示する液晶表示素子２０は、第１基材１ａ上にＴＦＴ素子２５がマトリックス状に配置されたＴＦＴ基板（第１基板）２１と、第２基材１ｂ上に共通電極２３が形成された共通電極基板（第２基板）２２とを有するものである。共通電極基板（第２基板）２２では、配向膜１３上に固定化液晶層４が形成され、配向膜１３および固定化液晶層４により第２配向膜３ｂが構成されている。また、ＴＦＴ基板（第１基板）２１には、ゲート電極２４ｘ、ソース電極２４ｙおよび画素電極２４ｔが形成されている。ゲート電極２４ｘおよびソース電極２４ｙはそれぞれ縦横に配列しており、ゲート電極２４ｘおよびソース電極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。ゲート電極２４ｘおよびソース電極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、ゲート電極２４ｘの信号とソース電極２４ｙの信号とは独立に動作することができる。ゲート電極２４ｘおよびソース電極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。そして、ゲート電極およびソース電極に順次信号電圧を加えることにより、各画素のＴＦＴ素子を動作させることができる。なお、図９において、液晶層および第１配向膜は省略している。
【０１２５】
上記の液晶表示素子においては、例えばゲート電極を３０Ｖ程度の高電位にするとＴＦＴ素子のスイッチがオンになり、ソース電極によって信号電圧が強誘電性液晶に加えられ、ゲート電極を−１０Ｖ程度の低電位にするとＴＦＴ素子のスイッチがオフになる。スイッチオフ状態では、図１０に例示するように、共通電極２３およびゲート電極２４ｘ間には、共通電極２３側が正になるように電圧が印加される。このスイッチオフ状態のとき、強誘電性液晶は動作しないので、その画素は暗状態となる。
【０１２６】
第１配向層が配向膜単体からなるものであり、第２配向層が配向膜と固定化液晶層とにより構成されるものである場合、上述したように電圧無印加状態では、極性表面相互作用によって自発分極の方向が第１配向層側を向く。すなわち、スイッチオフ状態のとき、図１０に例示するように、液晶分子８の自発分極Ｐｓの方向が第１配向層３ａ側を向く。したがって、自発分極の方向は、共通電極２３およびゲート電極２４ｘ間に印加された電圧の影響を受けることがない。
一方、例えば電圧無印加状態にて自発分極の方向が第２配向層側を向く場合には、スイッチオフ状態のときに共通電極およびゲート電極間に印加された電圧の影響によって、ゲート電極が設けられている領域付近で自発分極の方向が反転してしまう。そうすると、ゲート電極が設けられている領域付近では、スイッチがオフであるにもかかわらず、強誘電性液晶が動作して光漏れが生じる。
これに対し、上記の場合では、自発分極の方向が共通電極およびゲート電極間に印加された電圧の影響を受けないので、光漏れが生じることがない。したがって、第１配向層が配向膜単体からなるものであり、第２配向層が配向膜と固定化液晶層とにより構成されるものである場合には、固定化液晶層が形成された第２基板を共通電極基板とすることにより、ゲート電極付近の光漏れを防止することができる。
【０１２７】
また本発明においては、第１配向層が光二量化反応型の材料を用いた光配向膜であり、第２配向層が光異性化型の材料を用いた光配向膜であることが好ましい。この場合も、自発分極の方向を効果的に制御することができるからである。
この場合、第１基板がＴＦＴ基板であり、第２基板が共通電極基板であることが好ましい。光異性化型の材料を用いた光配向膜が形成された第２基板を共通電極基板とすることにより、上記の場合と同様に、ゲート電極付近の光漏れを防止することができるからである。
【０１２８】
４．偏光板
本発明の液晶表示素子は、例えば図１に示すように、第１基材１ａおよび第２基材１ｂの外側に第１偏光板６ａおよび第２偏光板６ｂがそれぞれ設けられていてもよい。これにより、入射光が直線偏光となり液晶分子の配向方向に偏光した光のみを透過させることができる。第１偏光板６ａおよび第２偏光板６ｂは、それぞれの偏光軸が略垂直となるように配置されている。これにより、電圧無印加状態と電圧印加状態とにおける液晶分子の光軸の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る。例えば電圧無印加状態では、第１偏光板６ａを第１配向層３ａの配向処理方向（液晶分子の配向方向）と揃うように設置することにより、第１偏光板６ａを透過した偏光は、方向を９０°回転することができず、第２偏光板６ｂにより遮断され、暗状態となる。これに対し、電圧印加状態では、液晶分子がコーン上を移動し、第１偏光板６ａに対し角度α（望ましくはα＝４５°）を持つように配向するので、偏光は液晶分子により方向を回転して第２偏光板６ｂを透過し、明状態となる。このように本発明の液晶表示素子は、強誘電性液晶を白黒シャッターとして用いるものであるので、応答速度を速くすることができるという利点を有する。
【０１２９】
本発明に用いられる偏光板は、光の波動のうち特定方向のみを透過させるものであれば特に限定されるものではなく、一般に液晶表示素子の偏光板として用いられているものを使用することができる。
【０１３０】
５．着色層
本発明においては、第１基板または第２基板に着色層が形成されていてもよい。具体的には、第１基材および第１電極層の間、または、第２基材および第２電極層の間に着色層が形成されていてもよい。着色層が形成されている場合には、カラーフィルタ方式の液晶表示素子とすることができる。
【０１３１】
本発明に用いられる着色層としては、一般にカラーフィルタの着色層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い。例えば、赤、緑または青の顔料を含有する着色層形成用組成物を用いて、着色層を形成することができる。
【０１３２】
着色層の形成方法としては、一般的な方法を適用することができ、例えば、フォトリソグラフィー法、インクジェット法、スクリーン印刷法等が挙げられる。
【０１３３】
６．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。
【０１３４】
また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９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着色層を配置することにより、カラー表示が可能である。
【０１３５】
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、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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
７．液晶表示素子の製造方法
次に、本発明の液晶表示素子の製造方法について説明する。本発明の液晶表示素子は、液晶表示素子の製造方法として一般に用いられる方法により製造することができる。以下、本発明の液晶表示素子の製造方法の一例として、ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子の製造方法について説明する。
【０１３９】
まず、第２基材上に真空蒸着法により透明導電膜を形成し、全面共通電極とする。さらに、共通電極上に光配向膜材料を塗布し、光配向処理を施して配向膜を形成し、この配向膜上に固定化液晶層形成用塗工液を塗布し、反応性液晶を配向させて固定化することにより固定化液晶層を形成し、第２基板とする。また、第１基材上には、透明導電膜をマトリックス状にパターニングすることによりゲート電極およびソース電極を形成し、ＴＦＴ素子および画素電極を設置する。さらに、ゲート電極、ソース電極、ＴＦＴ素子および画素電極上に光配向膜材料を塗布し、光配向処理を施して配向膜を形成し、第１基板とする。次いで、第１基板の配向膜上にスペーサとしてビーズを分散させ、周囲にシール剤を塗布して第２基板の固定化液晶層と第１基板の配向膜とが対向するように貼り合わせ、熱圧着させる。そして、注入口からキャピラリー効果を利用して強誘電性液晶を等方性液体の状態で注入し、注入口を紫外線硬化樹脂等により封鎖する。その後、強誘電性液晶は徐冷することにより配向させることができる。このようにして得られた液晶セルの上下に偏光板を貼り付けることにより本発明の液晶表示素子を得ることができる。
【０１４０】
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】
【０１４１】
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
（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の柱状スペーサを形成した。
この柱状スペーサ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。
【０１４２】
（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。
この光配向膜上に、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：ＥＯＦ−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。
【０１４３】
（第３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。
この光配向膜上に、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−５１０２、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。
【０１４４】
（第４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。
【０１４５】
［実施例１］
第１基板の周縁部に、熱硬化型シール剤（商品名：ＸＮ−２１Ｓ、三井化学株式会社）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、圧力を加えたまま熱を加え、両基板を接着させ、空の液晶セルを作製した。
【０１４６】
真空チャンバー内に液晶セルを配置し、真空チャンバー内を十分排気して液晶セル内を減圧にした状態で、１００℃に加熱した強誘電性液晶材料（商品名：Ｒ２３０１、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）を注入し、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、液晶セルを配置して、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、液晶セル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。このとき、自発分極の向きが基準方向を向いている面積は９９．７％であった。
【０１４７】
次に、第２基板側の電極が負極となるように、１Ｖの直流電圧を印加しながら、１００℃に加熱し、１００℃で約５分間保持した後、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。
互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、液晶セルを配置して、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、自発分極の方向が基準方向を向いている面積は８５％であった。
【０１４８】
［実施例２］
第１基板の周縁部に、熱硬化型シール剤（商品名：ＸＮ−２１Ｓ、三井化学株式会社）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３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、圧力を加えたまま熱を加え、両基板を接着させ、空の液晶セルを作製した。
【０１４９】
真空チャンバー内に液晶セルを配置し、真空チャンバー内を十分排気して液晶セル内を減圧にした状態で、１００℃に加熱した強誘電性液晶材料（商品名：Ｒ２３０１、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）を注入し、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、液晶セルを配置して、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、液晶セル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３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。このとき、自発分極の向きが基準方向を向いている面積は９０.８％であった。
【０１５０】
次に、第３基板側の電極が負極となるように、１Ｖの直流電圧を印加しながら、１００℃に加熱し、１００℃で約５分間保持した後、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。
互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、液晶セルを配置して、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、自発分極の方向が基準方向を向いている面積は８０％であった。
【０１５１】
［比較例］
第１基板の周縁部に、熱硬化型シール剤（商品名：ＸＮ−２１Ｓ、三井化学株式会社）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４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、圧力を加えたまま熱を加え、両基板を接着させ、空の液晶セルを作製した。
【０１５２】
真空チャンバー内に液晶セルを配置し、真空チャンバー内を十分排気して液晶セル内を減圧にした状態で、１００℃に加熱した強誘電性液晶材料（商品名：Ｒ２３０１、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）を注入し、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、液晶セルを配置して、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、液晶セル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４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。このとき、自発分極の向きが基準方向を向いている面積は７９．３％であった。
【０１５３】
次に、第４基板側の電極が負極となるように、１Ｖの直流電圧を印加しながら、１００℃に加熱し、１００℃で約５分間保持した後、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。
互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、液晶セルを配置して、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、自発分極の方向が基準方向を向いている面積は７６％であった。
【符号の説明】
【０１５４】
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配向層
３ｂ … 第２配向層
４ … 固定化液晶層
５ … 液晶層
６ａ … 第１偏光板
６ｂ … 第２偏光板
８ … 液晶分子
１０,２０ … 液晶表示素子
１３ … 配向膜
ｄ … 配向処理方向
ｚ … 層法線
ｐ１ … 第１偏光板の偏光軸
ｐ２ … 第２偏光板の偏光軸
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１１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１１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（Ｃｈ）相−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７上段）。
【０００５】
強誘電性液晶は、ネマチック液晶に比べて分子の秩序性が高いために配向が難しい。特に、ＳｍＡ相を経由しない強誘電性液晶は、層法線方向の異なる二つの領域（以下、これを「ダブルドメイン」と称する。）が発生する（図７上段）。このようなダブルドメインは、駆動時に白黒反転した表示になり、大きな問題となる。
【０００６】
ダブルドメインを改善する方法として、液晶セルをコレステリック相以上の温度に加熱し、直流電圧を印加したまま徐々に冷却する電界印加徐冷法が知られている（非特許文献２参照）。しかしながら、この方法では、再度相転移点以上に温度が上がると配向乱れが生じてしまい、また、画素電極の間の電界が作用しない部分で配向乱れが発生する等の問題がある。
【０００７】
液晶の配向処理技術としては、配向膜を用いるものがあり、その方法としてはラビング法と光配向法とがある。しかしながら、どちらの方法を用いてもダブルドメインの発生を抑制することは困難である。
【０００８】
また、単安定性を示すものではないが、強誘電性液晶の配向欠陥を改善する方法として、上下の配向膜に光配向処理を施した後、それぞれの配向膜上にネマチック液晶を塗布して配向させ固定化することによりネマチック液晶層を形成し、このネマチック液晶層を配向膜として作用させることにより、強誘電性液晶を配向させる方法が開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、ダブルドメインを改善する方法については述べられていない。
【０００９】
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。
【００１０】
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が、上述のように強誘電性液晶は配向欠陥が生じやすく、モノドメイン配向を得ることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００２−５３２７５５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】NONAKA, T., LI, J., OGAWA, A., HORNUNG, B., SCHMIDT, W., WINGEN, R., and DUBAL, H., 1999, Liq. Cryst., 26, 1599.
【非特許文献２】PATEL, J., and GOODBY, J. W., 1986, J. Appl. Phys., 59, 2355.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
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た液晶表示素子であって、配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができ、配向安定性に優れた液晶表示素子を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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配向層とを有する第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配向層とを有する第２基板を、上記第１配向層と上記第２配向層とが対向するように配置し、上記第１配向層と上記第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、上記強誘電性液晶が単安定性を示すものであり、電圧無印加状態にて上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される上記強誘電性液晶の自発分極の方向を基準方向とした場合、上記基準方向に対して反対方向となるような極性の電圧を１Ｖで印加し、上記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より高い温度に加温して徐冷した状態において、上記自発分極の方向が基準方向を向いているものが８０％以上であることを特徴とする液晶表示素子を提供する。
【００１５】
本発明の液晶表示素子は、自発分極の方向が反対方向となるような所定の電圧を印加して加温・徐冷したときに、自発分極の方向が基準方向を向いているものが所定の範囲以上であり、電圧印加によって自発分極の方向が反転しにくいものである。すなわち、所定の電圧を印加しても、強誘電性液晶と第１配向層および第２配向層との極性表面相互作用の影響を完全に消失させることができない。このような液晶表示素子は、強誘電性液晶と第１配向層および第２配向層との極性表面相互作用が比較的強いものであるので、電圧無印加時に、この極性表面相互作用によって自発分極の方向が第１配向層および第２配向層のいずれか一方を向くように自発分極の方向を制御することができ、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることが可能である。
【００１６】
上記発明においては、上記第１配向層および第２配向層の構成材料が、互いに異なる組成を有することが好ましい。第１配向層および第２配向層の構成材料の組成が異なるものであれば、第１配向層表面および第２配向層表面の極性が異なるものとなるので、極性表面相互作用によって自発分極の方向を制御しやすいからである。これにより、ダブルドメイン等の配向欠陥が形成されることなく強誘電性液晶を配向させることができる。
【００１７】
また本発明においては、上記第１配向層が配向膜からなり、上記第２配向層が、配向膜と、上記配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる固定化液晶層とからなることが好ましい。固定化液晶層表面は一般に正の極性を示し、一般的な配向膜（例えば光配向膜やラビング配向膜など）に比べて正の極性が強い傾向にあるので、第１配向層が配向膜を有し、第２配向層が配向膜と固定化液晶層とを有することにより、自発分極の方向が第１配向層側を向くように自発分極の方向を効果的に制御することができ、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができるからである。また、反応性液晶が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、固定化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ものであり、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、配向膜のみを用いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができるからである。
【００１８】
この際、上記第１基板が、上記第１基材上に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有するＴＦＴ基板であり、上記第２基板が、上記第２電極層が共通電極である共通電極基板であることが好ましい。このような構成とすることにより、ＴＦＴ素子のスイッチがオフのときにゲート電極付近で光漏れが発生するのを防ぐことができるからである。
【００１９】
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。
【００２０】
さらに本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させるものであることが好ましい。フィールドシーケンシャルカラー方式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。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の液晶表示素子は、自発分極の方向が反対方向となるような所定の電圧を印加して加温・徐冷したときに、自発分極の方向が基準方向を向いているものが所定の範囲以上であるので、強誘電性液晶と第１配向層および第２配向層との極性表面相互作用が比較的強く、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】液晶分子の挙動を示す模式図である。
【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】強誘電性液晶の配向状態の他の例を示す模式図である。
【図５】図４の上面図である。
【図６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の液晶表示素子について詳細に説明する。
本発明の液晶表示素子は、第１基材と、上記第１基材上に形成された第１電極層と、上記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１基板、および、第２基材と、上記第２基材上に形成された第２電極層と、上記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２基板を、上記第１配向層と上記第２配向層とが対向するように配置し、上記第１配向層と上記第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、上記強誘電性液晶が単安定性を示すものであり、電圧無印加状態にて上記第１配向層と上記第２配向層とにより規定される上記強誘電性液晶の自発分極の方向を基準方向とした場合、上記基準方向に対して反対方向となるような極性の電圧を１Ｖで印加し、上記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より高い温度に加温して徐冷した状態において、上記自発分極の方向が基準方向を向いているものが８０％以上であることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の液晶表示素子について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。図１に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配向層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配向層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配向層３ａと第２基板１２の第２配向層３ｂとの間には強誘電性液晶が挟持され、液晶層５が構成されている。この強誘電性液晶は単安定性を示すものである。
【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。強誘電性液晶は、図２に例示するように、液晶分子８が層法線ｚから傾いており、層法線ｚに垂直な底面を有する円錐（コーン）の稜線に沿って回転する。このような円錐（コーン）において、液晶分子８の層法線ｚに対する傾き角をチルト角θという。このように、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。具体的に説明すると、単安定性を示すとは、電圧無印加時に液晶分子８が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。電圧無印加状態では、図３に例示するように液晶分子８が第１配向層および第２配向層の配向処理方向ｄに沿って配向する。
【００２７】
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配向層表面および第２配向層表面との相互作用としての極性効果により、図４に例示するように液晶分子８の自発分極Ｐｓは、第１配向層３ａおよび第２配向層３ｂに垂直で、第１配向層３ａ側を向く場合（図４（ａ））と、第２配向層３ｂ側を向く場合（図４（ｂ））とがある。このとき、液晶分子８の方向と、自発分極Ｐｓの方向と、層法線ｚの方向とは、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の方向により、層法線ｚの方向が決まる。このため、図５（ａ）および（ｂ）に示すように自発分極Ｐｓの方向によって、層法線ｚの方向が異なるものとなる。したがって、図４（ａ）または（ｂ）のいずれか一方となるように、自発分極Ｐｓの方向を一定の方向に揃えることによりモノドメイン配向を得ることができる。
【００２８】
なお、図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ図４（ａ），（ｂ）の上面図である。図５（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５（ａ）中の×印）、図５（ｂ）においては液晶分子８の自発分極Ｐｓが紙面奥空手前方向に向いている（図５（ｂ）中の●印）。また、図４において第１基材、第２基材、および液晶層は省略している。
【００２９】
自発分極Ｐｓの方向を一定の方向に揃えるためには、強誘電性液晶と第１配向層表面および第２配向層表面との相互作用として極性表面相互作用を考慮すればよい。この極性表面相互作用は、次のようにして評価することができる。
【００３０】
まず、電圧無印加状態にて、第１配向層と第２配向層とにより規定される強誘電性液晶の自発分極の方向を確認する。すなわち、第１配向層と第２配向層とにより規定される基準方向を確認する。
なお、「基準方向」とは、第１配向層と第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持した際の強誘電性液晶の自発分極の方向であって、第１配向層および第２配向層間に電圧を印加しない状態（電圧無印加状態）における自発分極の方向をいう。このような基準方向は、第１配向層と第２配向層とにより規定される。
【００３１】
本発明における基準方向について図面を参照しながら具体的に説明する。
図４（ａ）は、第１配向層３ａと第２配向層３ｂとの間に挟持された強誘電性液晶の配列状態を例示する模式図である。本発明に用いられる第１配向層３ａおよび第２配向層３ｂは、それぞれを構成する材料に応じて異なる極性を有するが、図４（ａ）においては、例示として第２配向層３ｂの方が第１配向層３ａよりも相対的に正の極性が大きいものとする。このような場合において、第１配向層３ａと第２配向層３ｂとの間に電圧を印加しない場合、第１配向層３ａと第２配向層３ｂとの間に存在する液晶分子８は、分子の正極が第１配向層３ａの方向を向くように配列する。自発分極の方向がこのような方向になるのは、自発分極Ｐｓの方向が、強誘電性液晶の分極と配向層の分極とが電気的につり合う方向になるため、液晶分子８が電気的に安定な状態になるからである。
【００３２】
本発明においては、図４（ａ）に例示するように、第１配向層と第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持した際に、第１配向層および第２配向層間に電圧が印加されていない状態（電圧無印加状態）において自発分極の方向が示す方向を「基準方向」と定義する。
【００３３】
任意の液晶表示素子（以下、被評価液晶表示素子と称する。）における強誘電性液晶の自発分極の向きは、被評価液晶表示素子に対して強誘電性液晶の再配向処理を行い、上記再配向処理後の強誘電性液晶が駆動する電界の向き（以下、液晶駆動電界方向と称する。）を比較することにより調べることができる。
具体的には、被評価液晶表示素子の液晶層に含まれる強誘電性液晶のネマチック相−等方相転移温度より１０℃〜２０℃高い温度まで被評価液晶表示素子を加温し、その後、電界をかけずにゆっくりと冷却して常温に戻すことにより強誘電性液晶の再配向処理を行う。
再配向処理後の液晶駆動電界方向は、上記再配向処理を実施した被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した２枚の偏光板の間に配置し、電界を印加しないで暗状態とした後、この状態で被評価液晶表示素子に電界を印加することにより評価する。電界を印加することにより、強誘電性液晶が２θ±５°駆動し、被評価液晶表示素子の表示面積の５１％以上が明状態となる場合の電界の方向が、再配向処理後の液晶駆動電界方向となる。
ここで、上記再配向処理を実施した被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した２枚の偏光板の間に配置し、暗状態とする際に、被評価液晶表示素子を回転することによって透過光の強度が変化する場合には、最も透過光の強度が小さい状態とする。また、電界を印加することにより被評価液晶表示素子の表示面積の５１％以上が明状態となることの確認方法としては、例えば電界印加時の被評価液晶表示素子の表示状態を偏光顕微鏡で観察することにより、白黒（明暗）表示の白・黒の面積を求め、明状態の比率を算出することにより確認することができる。
【００３４】
例えば図４に示すように、第１基板１１および第２基板１２の外側に第１偏光板６ａおよび第２偏光板６ｂを設け、第１偏光板６ａ側から光が入射し、第２偏光板６ｂ側から光が出射するものとする。図５に示すように、第１偏光板６ａおよび第２偏光板６ｂは、それぞれの偏光軸ｐ１およびｐ２が略垂直に、かつ、第１偏光板６ａの偏光軸ｐ１と第１配向層３ａの配向処理方向ｄとが略平行になるように配置されている。電圧無印加状態では、第１偏光板６ａを透過した直線偏光と液晶分子８の配向方向とが一致するため、液晶分子の屈折率異方性が発現されず、第１偏光板６ａを透過した直線偏光はそのまま液晶層５を通過し、第２偏光板６ｂにより遮断される。一方、電圧印加状態では、液晶分子がコーン上を移動し、第１偏光板６ａを透過した直線偏光と液晶分子の配向方向とが所定の角度を持つようになるため、第１偏光板６ａ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偏光板６ｂの偏光軸ｐ２と一致する直線偏光のみが第２偏光板６ｂを透過する。
本発明においては、入射光が互いにクロスニコルの状態にある偏光板により遮断される状態を「暗状態」とし、入射光が互いにクロスニコルの状態にある偏光板を透過する状態を「明状態」とする。
【００３５】
また、上記液晶駆動電界方向の評価の際、強誘電性液晶が２θ±５°駆動することの確認は、強誘電性液晶の駆動角度を評価することにより行う。上記駆動角度は、次のようにして評価することができる。まず、被評価液晶表示素子をクロスニコルに配置した２枚の偏光板の間に配置する。このとき、一方の偏光板の偏光軸と強誘電性液晶の配向方向とが平行になるように配置し、この位置を基準とする。被評価液晶表示素子に電界を印加すると強誘電性液晶が偏光軸と所定の角度を持つように配向するため、一方の偏光板を透過した偏光が他方の偏光板を透過して明状態となる。この電界を印加した状態で被評価液晶表示素子を回転させて暗状態にする。そして、このときの被評価液晶表示素子を回転させた角度を測定する。被評価液晶表示素子を回転させた角度が、強誘電性液晶の駆動角度である。上記再配向処理後の被評価液晶表示素子についての駆動角度の評価は、表示面積の５１％以上の明状態部位を対象として評価すればよい。
【００３６】
次に、上記基準方向に対して反対方向となるような極性の電圧を１Ｖで印加し、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より高い温度に加温して徐冷する。
【００３７】
強誘電性液晶を加温する際の温度は、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設定することができる。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。
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。
【００３８】
また、強誘電性液晶を徐冷する際には、通常、室温（２５℃程度）になるまで徐冷する。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。
【００３９】
最後に、上記の状態において自発分極の方向が基準方向を向いているものの比率を測定する。通常、自発分極の方向が反対方向となるような極性の電圧を所定の大きさで印加して加温・徐冷した場合には、自発分極の方向が反対方向となる。一方、強誘電性液晶と第１配向層および第２配向層との極性表面相互作用が比較的強い場合には、自発分極の方向が反対方向となるような極性の電圧を印加しても、ある程度の大きさ以上で電圧を印加しないと、一部の強誘電性液晶は自発分極の方向が反対方向とならない。これは、電圧を印加することによっても、極性表面相互作用の影響を消失させることができず、すべての液晶分子の自発分極の方向を反転させることができないからである。このような場合には、自発分極の方向が反対方向となるような極性の電圧をある程度の大きさ以上で印加することによって、すべての強誘電性液晶の自発分極の方向を反対方向とすることができる。
本発明においては、印加電圧に対する強誘電性液晶の自発分極の方向の変化を調べることによって、極性表面相互作用を評価する。自発分極の方向が反対方向となるような所定の電圧を印加して加温・徐冷したときに、自発分極の方向が基準方向を向いているものが所定の範囲以上であれば、極性表面相互作用が比較的強いと評価することができる。この極性表面相互作用が比較的強ければ、電圧無印加状態にて自発分極の方向が一定の方向に揃いやすく、モノドメイン配向が得られやすい。
【００４０】
具体的には、上記の状態において自発分極の方向が基準方向を向いているものの比率は、８０％以上であり、好ましくは８２％以上、最も好ましくは８５％以上である。上記の比率が多ければ多いほど、所定の電圧を印加して加温・徐冷したときに自発分極の方向が反転しにくいものであり、強誘電性液晶と第１配向層および第２配向層との極性表面相互作用が比較的強く、モノドメイン配向が得られやすいからである。逆に、上記の比率が上記範囲より少ないと、所定の電圧を印加して加温・徐冷したときに自発分極の方向が反転しやすく、強誘電性液晶と第１配向層および第２配向層との極性表面相互作用が比較的弱く、モノドメイン配向を得ることが非常に困難となるからである。
【００４１】
なお、上記の比率は、電界印加時の液晶表示素子の表示状態を偏光顕微鏡で観察することにより、白黒（明暗）表示の白・黒の面積を求め、算出した値である。具体的には、まず液晶表示素子をクロスニコルに配置した２枚の偏光板の間に配置し、さらに一方の偏光板の偏光軸と第１配向層の配向処理方向とが略平行になるように配置する。そして、所定の電圧を印加し、この電圧を印加したまま強誘電性液晶を所定の温度で加温して冷却した状態から、さらに電界を印加して、液晶表示素子の表示状態を観察し、白黒（明暗）表示の白・黒の面積を求め、上記の比率を算出することができる。
【００４２】
本発明においては、強誘電性液晶と第１配向層および第２配向層との極性表面相互作用を評価するために、自発分極の方向が反対方向となるような極性の電圧を印加し、電圧を印加したまま強誘電性液晶を所定の温度に加温して徐冷した状態とするため、実際に液晶表示素子を駆動するには、上記の状態とする前の状態に戻す必要がある。すなわち、電圧を印加せずに強誘電性液晶を所定の温度に加温して徐冷することにより、元の状態に戻すことができる。
なお、強誘電性液晶の加温および徐冷の条件としては、上述した加温および徐冷の条件と同様である。
【００４３】
以下、本発明の液晶表示素子の各構成について説明する。
【００４４】
１．液晶層
本発明に用いられる液晶層は、第１基板の第１配向層と第２基板の第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持させることにより構成されている。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はない。
【００４５】
上記強誘電性液晶は、例えば図６に示すような正負いずれかの電圧を印加したときにのみ液晶分子が動作する、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。具体的には、液晶層に正負の電圧１０Ｖをそれぞれ印加したときの印加電圧に対する透過光量のうち、透過光量が小さい場合の印加電圧の透過光量をＡ、透過光量が大きい場合の印加電圧の透過光量をＢとすると、Ｂ／Ａが２以上となる特性をいう。
【００４６】
また、強誘電性液晶の相系列は、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、例えばネマチック相（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。
【００４７】
このような強誘電性液晶としては、一般に知られる液晶材料の中から要求特性に応じて種々選択することができる。特に、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。具体的には、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製「Ｒ２３０１」が挙げられる。
【００４８】
上記強誘電性液晶で構成される液晶層の厚みは、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。
【００４９】
液晶層の形成方法としては、一般に液晶セルの作製方法として用いられる方法を使用することができる。例えば、あらかじめ作製した液晶セルに、上記強誘電性液晶を加温することにより等方性液体とし、キャピラリー効果を利用して注入し、接着剤で封鎖することにより液晶層を形成することができる。上記液晶層の厚みは、ビーズなどのスペーサにより調整することができる。
【００５０】
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配向層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。
【００５１】
（１）第１配向層
本発明に用いられる第１配向層は、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配向層は、配向膜単体からなるものであってもよく、また、配向膜と、上記配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる固定化液晶層とにより構成されるものであってもよい。以下、配向膜および固定化液晶層について説明する。
【００５２】
（ｉ）配向膜
本発明に用いられる配向膜は、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。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、光配向膜について説明する。
【００５３】
ａ．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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
二量化反応性ポリマーとしては、特開２００６−３５０３２２号公報、特開２００６−３２３２１４号公報、特開２００５−２５８４２９号公報、特開２００５−２５８４２８号公報等に記載のものを用いることができる。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
光分解反応を利用した光反応型の材料としては、例えば日産化学工業（株）製のポリイミド「ＲＮ１１９９」などを挙げることができる。また、光二量化反応を利用した光反応型の材料としては、例えばRolic technologies社製の「ＲＯＰ１０２」、「ＲＯＰ１０３」などを挙げることができる。
【００６８】
（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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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、特開２００６−３５０３２２号公報、特開２００６−３２３２１４号公報、特開２００５−２５８４２９号公報、特開２００５−２５８４２８号公報等に記載のものを用いることができる。
また、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、特開２００６−３５０３２２号公報、特開２００６−３２３２１４号公報、特開２００５−２５８４２９号公報、特開２００５−２５８４２８号公報等に記載のものを用いることができる。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
（光配向膜の形成方法）
本発明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。
【００８５】
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、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、インクジェット法などを用いることができる。
【００８６】
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。
【００８７】
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。また、偏光方向は、上記光励起反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではない。
【００８８】
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。
【００８９】
（ii）固定化液晶層
本発明に用いられる第１配向層は、上述したように、配向膜と固定化液晶層とにより構成されるものであってもよい。反応性液晶は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固定化液晶層を形成することができる。固定化液晶層は、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、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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
モノアクリレートモノマーおよびジアクリレートモノマーとしては、特開２００６−３５０３２２号公報、特開２００６−３２３２１４号公報、特開２００５−２５８４２９号公報、特開２００５−２５８４２８号公報等に記載のものを用いることができる。ジアクリレートモノマーとして、具体的には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」、「アデカキラコール PLC-7218」などを挙げることができる。また、アクリレートモノマーとしては、例えばRolic technologies 社製の「ROF-5101」、「ROF-5102」なども挙げられる。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。光重合開始剤としては、例えば、特開２００５−２５８４２８号公報に記載されているような光重合開始剤を用いることができる。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。
【００９７】
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質量％〜２０質量％、好ましくは０．１質量％〜１０質量％、より好ましくは０．５質量％〜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。
【００９８】
固定化液晶層の厚みは、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。固定化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、また固定化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。
【００９９】
固定化液晶層は、配向膜上に反応性液晶を含む固定化液晶層形成用塗工液を塗布し、配向処理を行い、上記反応性液晶の配向状態を固定化することにより形成することができる。また、固定化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、これを配向膜上に積層することにより、固定化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固定化液晶層形成用塗工液を調製し、これを反応性液晶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。
【０１００】
上記固定化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。このような溶媒としては、例えば、特開２００５−２５８４２８号公報に記載されているような溶媒を用いることができる。溶媒は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【０１０１】
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、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。
【０１０２】
固定化液晶層形成用塗工液の濃度は、反応性液晶の溶解性や、固定化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質量％〜４０質量％、好ましくは１質量％〜２０質量％の範囲で調整される。固定化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、逆に固定化液晶層形成用塗工液の濃度が上記範囲より高いと、固定化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。
【０１０３】
さらに、上記固定化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、例えば、特開２００５−２５８４２８号公報に記載されているような化合物を添加することができる。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、得られる固定化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。
【０１０４】
このような固定化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、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、インクジェット法等が挙げられる。
【０１０５】
また、上記固定化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。
【０１０６】
本発明においては、上述したように塗布された反応性液晶を、反応性液晶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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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１５０ｎｍ〜５００ｎｍ、好ましくは２５０ｎｍ〜４５０ｎｍ、さらに好ましくは３００ｎｍ〜４００ｎｍの照射光が用いられる。
【０１０９】
本発明においては、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、本発明への応用が容易であるからである。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
（２）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。
【０１１４】
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、他方にはゲート電極とソース電極をマトリックス状に配列し、ゲート電極とソース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。
【０１１５】
第１電極層の形成方法としては、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。
【０１１６】
（３）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。
【０１１７】
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配向層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配向層については、第１基板の第１基材、第１電極層、および第１配向層と同様であるので、ここでの説明は省略する。以下、第１配向層および第２配向層の構成材料の組成について説明する。
【０１１８】
（１）第１配向層および第２配向層の構成材料の組成
本発明においては、第１配向層および第２配向層の構成材料が、互いに異なる組成を有することが好ましい。第１配向層および第２配向層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場合には、それぞれの構成材料に応じて異なる極性を有するものとすることができるからである。これにより、強誘電性液晶と第１配向層との極性表面相互作用、および強誘電性液晶と第２配向層との極性表面相互作用が異なるものとなるため、強誘電性液晶の自発分極の方向を第１配向層側または第２配向層側に向かせることができる。例えば、第１配向層表面が負の極性、第２配向層表面が正の極性を有する場合、自発分極の方向を負の極性を有する第１配向層側に向かせることができる。このように第１配向層および第２配向層の表面極性を考慮して、第１配向層および第２配向層の構成材料を適宜選択することにより、自発分極の方向を制御することができる。これにより、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができる。
【０１１９】
一般に、図７下段に例示するようなＳｍＡ相を経由する相系列を有する強誘電性液晶は、相変化の過程において、スメクチック層の層間隔が縮まり、その体積変化を補償するためにスメクチック層が曲がったシェブロン構造を有し、この曲げの方向によって液晶分子の長軸方向が異なるドメインが形成され、その境界面にジグザグ欠陥やヘアピン欠陥と呼ばれる配向欠陥が発生しやすい。また、図７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配向層および第２配向層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、このような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。特に、第１配向層および第２配向層の構成材料の組成を異なるものとすることにより、ダブルドメインの発生を効果的に抑制することができ、モノドメイン配向を得ることができる。
【０１２０】
第１配向層および第２配向層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。
【０１２１】
また、第１配向層および第２配向層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。
さらに、第１配向層および第２配向層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。
またさらに、第１配向層および第２配向層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。
【０１２２】
さらに、第１配向層および第２配向層のうち、一方を配向膜単体からなるものとし、他方を配向膜と固定化液晶層とにより構成されるものとすることにより、第１配向層および第２配向層の構成材料の組成を異なるものとすることができる。
また、第１配向層および第２配向層が配向膜と固定化液晶層とにより構成されるものである場合、上述した重合性液晶材料を種々選択することにより、固定化液晶層の構成材料の組成を異なるものとすることができる。
【０１２３】
本発明においては、図８に例示するように、第１配向層３ａが配向膜単体からなるものであり、第２配向層３ｂが配向膜１３と固定化液晶層４とにより構成されるものであることが好ましい。固定化液晶層表面は、一般に正の極性を示す傾向にあり、ラビング配向膜や光配向膜に比べて正の極性が強い傾向にある。このため、第２配向層が配向膜と固定化液晶層とにより構成されるものである場合、電圧無印加状態において強誘電性液晶の自発分極の方向を第１配向層側に向かせることができ、効果的にモノドメイン配向を得ることができる。
【０１２４】
この場合、第１基板が、第１基材上に形成されたＴＦＴを有するＴＦＴ基板であり、第２基板が、第２電極層が共通電極である共通電極基板であることが好ましい。図９に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示す。
図９に例示する液晶表示素子２０は、第１基材１ａ上にＴＦＴ素子２５がマトリックス状に配置されたＴＦＴ基板（第１基板）２１と、第２基材１ｂ上に共通電極２３が形成された共通電極基板（第２基板）２２とを有するものである。共通電極基板（第２基板）２２では、配向膜１３上に固定化液晶層４が形成され、配向膜１３および固定化液晶層４により第２配向膜３ｂが構成されている。また、ＴＦＴ基板（第１基板）２１には、ゲート電極２４ｘ、ソース電極２４ｙおよび画素電極２４ｔが形成されている。ゲート電極２４ｘおよびソース電極２４ｙはそれぞれ縦横に配列しており、ゲート電極２４ｘおよびソース電極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。ゲート電極２４ｘおよびソース電極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、ゲート電極２４ｘの信号とソース電極２４ｙの信号とは独立に動作することができる。ゲート電極２４ｘおよびソース電極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。そして、ゲート電極およびソース電極に順次信号電圧を加えることにより、各画素のＴＦＴ素子を動作させることができる。なお、図９において、液晶層および第１配向膜は省略している。
【０１２５】
上記の液晶表示素子においては、例えばゲート電極を３０Ｖ程度の高電位にするとＴＦＴ素子のスイッチがオンになり、ソース電極によって信号電圧が強誘電性液晶に加えられ、ゲート電極を−１０Ｖ程度の低電位にするとＴＦＴ素子のスイッチがオフになる。スイッチオフ状態では、図１０に例示するように、共通電極２３およびゲート電極２４ｘ間には、共通電極２３側が正になるように電圧が印加される。このスイッチオフ状態のとき、強誘電性液晶は動作しないので、その画素は暗状態となる。
【０１２６】
第１配向層が配向膜単体からなるものであり、第２配向層が配向膜と固定化液晶層とにより構成されるものである場合、上述したように電圧無印加状態では、極性表面相互作用によって自発分極の方向が第１配向層側を向く。すなわち、スイッチオフ状態のとき、図１０に例示するように、液晶分子８の自発分極Ｐｓの方向が第１配向層３ａ側を向く。したがって、自発分極の方向は、共通電極２３およびゲート電極２４ｘ間に印加された電圧の影響を受けることがない。
一方、例えば電圧無印加状態にて自発分極の方向が第２配向層側を向く場合には、スイッチオフ状態のときに共通電極およびゲート電極間に印加された電圧の影響によって、ゲート電極が設けられている領域付近で自発分極の方向が反転してしまう。そうすると、ゲート電極が設けられている領域付近では、スイッチがオフであるにもかかわらず、強誘電性液晶が動作して光漏れが生じる。
これに対し、上記の場合では、自発分極の方向が共通電極およびゲート電極間に印加された電圧の影響を受けないので、光漏れが生じることがない。したがって、第１配向層が配向膜単体からなるものであり、第２配向層が配向膜と固定化液晶層とにより構成されるものである場合には、固定化液晶層が形成された第２基板を共通電極基板とすることにより、ゲート電極付近の光漏れを防止することができる。
【０１２７】
また本発明においては、第１配向層が光二量化反応型の材料を用いた光配向膜であり、第２配向層が光異性化型の材料を用いた光配向膜であることが好ましい。この場合も、自発分極の方向を効果的に制御することができるからである。
この場合、第１基板がＴＦＴ基板であり、第２基板が共通電極基板であることが好ましい。光異性化型の材料を用いた光配向膜が形成された第２基板を共通電極基板とすることにより、上記の場合と同様に、ゲート電極付近の光漏れを防止することができるからである。
【０１２８】
４．偏光板
本発明の液晶表示素子は、例えば図１に示すように、第１基材１ａおよび第２基材１ｂの外側に第１偏光板６ａおよび第２偏光板６ｂがそれぞれ設けられていてもよい。これにより、入射光が直線偏光となり液晶分子の配向方向に偏光した光のみを透過させることができる。第１偏光板６ａおよび第２偏光板６ｂは、それぞれの偏光軸が略垂直となるように配置されている。これにより、電圧無印加状態と電圧印加状態とにおける液晶分子の光軸の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る。例えば電圧無印加状態では、第１偏光板６ａを第１配向層３ａの配向処理方向（液晶分子の配向方向）と揃うように設置することにより、第１偏光板６ａを透過した偏光は、方向を９０°回転することができず、第２偏光板６ｂにより遮断され、暗状態となる。これに対し、電圧印加状態では、液晶分子がコーン上を移動し、第１偏光板６ａに対し角度α（望ましくはα＝４５°）を持つように配向するので、偏光は液晶分子により方向を回転して第２偏光板６ｂを透過し、明状態となる。このように本発明の液晶表示素子は、強誘電性液晶を白黒シャッターとして用いるものであるので、応答速度を速くすることができるという利点を有する。
【０１２９】
本発明に用いられる偏光板は、光の波動のうち特定方向のみを透過させるものであれば特に限定されるものではなく、一般に液晶表示素子の偏光板として用いられているものを使用することができる。
【０１３０】
５．着色層
本発明においては、第１基板または第２基板に着色層が形成されていてもよい。具体的には、第１基材および第１電極層の間、または、第２基材および第２電極層の間に着色層が形成されていてもよい。着色層が形成されている場合には、カラーフィルタ方式の液晶表示素子とすることができる。
【０１３１】
本発明に用いられる着色層としては、一般にカラーフィルタの着色層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い。例えば、赤、緑または青の顔料を含有する着色層形成用組成物を用いて、着色層を形成することができる。
【０１３２】
着色層の形成方法としては、一般的な方法を適用することができ、例えば、フォトリソグラフィー法、インクジェット法、スクリーン印刷法等が挙げられる。
【０１３３】
６．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。
【０１３４】
また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９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着色層を配置することにより、カラー表示が可能である。
【０１３５】
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、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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
７．液晶表示素子の製造方法
次に、本発明の液晶表示素子の製造方法について説明する。本発明の液晶表示素子は、液晶表示素子の製造方法として一般に用いられる方法により製造することができる。以下、本発明の液晶表示素子の製造方法の一例として、ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子の製造方法について説明する。
【０１３９】
まず、第２基材上に真空蒸着法により透明導電膜を形成し、全面共通電極とする。さらに、共通電極上に光配向膜材料を塗布し、光配向処理を施して配向膜を形成し、この配向膜上に固定化液晶層形成用塗工液を塗布し、反応性液晶を配向させて固定化することにより固定化液晶層を形成し、第２基板とする。また、第１基材上には、透明導電膜をマトリックス状にパターニングすることによりゲート電極およびソース電極を形成し、ＴＦＴ素子および画素電極を設置する。さらに、ゲート電極、ソース電極、ＴＦＴ素子および画素電極上に光配向膜材料を塗布し、光配向処理を施して配向膜を形成し、第１基板とする。次いで、第１基板の配向膜上にスペーサとしてビーズを分散させ、周囲にシール剤を塗布して第２基板の固定化液晶層と第１基板の配向膜とが対向するように貼り合わせ、熱圧着させる。そして、注入口からキャピラリー効果を利用して強誘電性液晶を等方性液体の状態で注入し、注入口を紫外線硬化樹脂等により封鎖する。その後、強誘電性液晶は徐冷することにより配向させることができる。このようにして得られた液晶セルの上下に偏光板を貼り付けることにより本発明の液晶表示素子を得ることができる。
【０１４０】
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】
【０１４１】
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
（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の柱状スペーサを形成した。
この柱状スペーサ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。
【０１４２】
（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。
この光配向膜上に、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：ＥＯＦ−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。
【０１４３】
（第３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。
この光配向膜上に、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−５１０２、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。
【０１４４】
（第４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。
【０１４５】
［実施例１］
第１基板の周縁部に、熱硬化型シール剤（商品名：ＸＮ−２１Ｓ、三井化学株式会社）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、圧力を加えたまま熱を加え、両基板を接着させ、空の液晶セルを作製した。
【０１４６】
真空チャンバー内に液晶セルを配置し、真空チャンバー内を十分排気して液晶セル内を減圧にした状態で、１００℃に加熱した強誘電性液晶材料（商品名：Ｒ２３０１、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）を注入し、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、液晶セルを配置して、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、液晶セル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。このとき、自発分極の向きが基準方向を向いている面積は９９．７％であった。
【０１４７】
次に、第２基板側の電極が負極となるように、１Ｖの直流電圧を印加しながら、１００℃に加熱し、１００℃で約５分間保持した後、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。
互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、液晶セルを配置して、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、自発分極の方向が基準方向を向いている面積は８５％であった。
【０１４８】
［実施例２］
第１基板の周縁部に、熱硬化型シール剤（商品名：ＸＮ−２１Ｓ、三井化学株式会社）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３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、圧力を加えたまま熱を加え、両基板を接着させ、空の液晶セルを作製した。
【０１４９】
真空チャンバー内に液晶セルを配置し、真空チャンバー内を十分排気して液晶セル内を減圧にした状態で、１００℃に加熱した強誘電性液晶材料（商品名：Ｒ２３０１、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）を注入し、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、液晶セルを配置して、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、液晶セル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３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。このとき、自発分極の向きが基準方向を向いている面積は９０.８％であった。
【０１５０】
次に、第３基板側の電極が負極となるように、１Ｖの直流電圧を印加しながら、１００℃に加熱し、１００℃で約５分間保持した後、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。
互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、液晶セルを配置して、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、自発分極の方向が基準方向を向いている面積は８０％であった。
【０１５１】
［比較例］
第１基板の周縁部に、熱硬化型シール剤（商品名：ＸＮ−２１Ｓ、三井化学株式会社）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４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、圧力を加えたまま熱を加え、両基板を接着させ、空の液晶セルを作製した。
【０１５２】
真空チャンバー内に液晶セルを配置し、真空チャンバー内を十分排気して液晶セル内を減圧にした状態で、１００℃に加熱した強誘電性液晶材料（商品名：Ｒ２３０１、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）を注入し、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、液晶セルを配置して、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、液晶セル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４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。このとき、自発分極の向きが基準方向を向いている面積は７９．３％であった。
【０１５３】
次に、第４基板側の電極が負極となるように、１Ｖの直流電圧を印加しながら、１００℃に加熱し、１００℃で約５分間保持した後、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。
互いの偏光軸が直交する２枚の偏光板の間に、液晶セルを配置して、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、自発分極の方向が基準方向を向いている面積は７６％であった。
【符号の説明】
【０１５４】
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配向層
３ｂ … 第２配向層
４ … 固定化液晶層
５ … 液晶層
６ａ … 第１偏光板
６ｂ … 第２偏光板
８ … 液晶分子
１０,２０ … 液晶表示素子
１３ … 配向膜
ｄ … 配向処理方向
ｚ … 層法線
ｐ１ … 第１偏光板の偏光軸
ｐ２ … 第２偏光板の偏光軸
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配向層とを有する第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配向層とを有する第２基板を、前記第１配向層と前記第２配向層とが対向するように配置し、前記第１配向層と前記第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、
前記強誘電性液晶が単安定性を示すものであり、
電圧無印加状態にて前記第１配向層と前記第２配向層とにより規定される前記強誘電性液晶の自発分極の方向を基準方向とした場合、前記基準方向に対して反対方向となるような極性の電圧を１Ｖで印加し、前記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より高い温度に加温して徐冷した状態において、前記自発分極の方向が基準方向を向いているものが８０％以上であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１配向層および前記第２配向層の構成材料が、互いに異なる組成を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記第１配向層が配向膜からなり、前記第２配向層が、配向膜と、前記配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる固定化液晶層とから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】
前記第１基板が、前記第１基材上に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有するＴＦＴ基板であり、前記第２基板が、前記第２電極層が共通電極である共通電極基板であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
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】
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１】
第１基材と、前記第１基材上に形成された第１電極層と、前記第１電極層上に形成された第１配向層とを有する第１基板、および、第２基材と、前記第２基材上に形成された第２電極層と、前記第２電極層上に形成された第２配向層とを有する第２基板を、前記第１配向層と前記第２配向層とが対向するように配置し、前記第１配向層と前記第２配向層との間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶表示素子であって、
前記強誘電性液晶が単安定性を示すものであり、
電圧無印加状態にて前記第１配向層と前記第２配向層とにより規定される前記強誘電性液晶の自発分極の方向を基準方向とした場合、前記基準方向に対して反対方向となるような極性の電圧を１Ｖで印加し、前記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より高い温度に加温して徐冷した状態において、前記自発分極の方向が基準方向を向いているものが８０％以上であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１配向層および前記第２配向層の構成材料が、互いに異なる組成を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記第１配向層が配向膜からなり、前記第２配向層が、配向膜と、前記配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる固定化液晶層とから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】
前記第１基板が、前記第１基材上に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有するＴＦＴ基板であり、前記第２基板が、前記第２電極層が共通電極である共通電極基板であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
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】
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５までのいずれかの請求項に記載の液晶表示素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２３０８８６（Ｐ２０１０−２３０８８６Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７７０９１（Ｐ２００９−７７０９１）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【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２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【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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