WO2005124440A1

WO2005124440A1 - 液晶表示素子

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Publication number: WO2005124440A1
Application number: PCT/JP2005/011308
Authority: WO
Inventors: Naoko Sawatari; Masato Okabe
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2006-12-21

Abstract

　単安定性の強誘電性液晶を均一なモノドメイン配向でセルギャップ内に備えた液晶表示素子を提供する。　少なくとも一方の基板に配向膜を備えた一対の基板間に注入されカイラルスメクチックＣ相を有する単安定状態を示す液晶物質からなる液晶層と、この液晶層に電界を印加するための電極とを備え、液晶層中に複数の障壁を備えるとともに、単安定状態における液晶物質の分子方向が障壁の延設方向と略一致するものとした。

Description

明細書

：液晶表示素子

技術分野

[0001] 本発明は液晶表示素子に係り、特に単安定性の強誘電性液晶を用いた液晶表示素子に関する。

背景技術

[0002] 従来より、表示装置として液晶表示素子が広く使用されており、この液晶表示素子としては、画素毎にスイッチング素子を有する TFT (薄膜トランジスタ)基板を用いたアクティブマトリクス駆動方式である TFT—TN(Twisted Nematic)方式が主流となっている。また、近年は、液晶表示素子の欠点であった視野角の狭さを改善するため、 IP Sモード、 MVAモード等が開発されるとともに、携帯電話や PDA等のモパイル機器の表示や、パソコンのモニタから、液晶 TVモニタへ巿場が拡大している。し力し、例えば、 TVモニタとして用いられる場合の問題点として、動画を表示する際に、液晶の応答速度が遅、ため、動きの速、映像の表示にお、て尾を引、てしまう場合があり、高速ィ匕が大きな課題となって、た。

[0003] 一方、強誘電性液晶は、自発分極を有し高速度応答が可能である。強誘電性液晶は、クラークとラガーゥオルらによって提唱された非電界印加時に 2つの安定状態をもち、メモリー性を有する双安定性のものが広く知られており、これを利用して単純マトリックス駆動による動画表示を行なう液晶表示素子が開発された。このような双安定性の強誘電性液晶を用いたものとして、一対の基板をストライプ状の隔壁構造物を介して接合し、一軸配向処理の方向と隔壁の方向を略平行とした上下基板により形成された微小空間に液晶を封じ込めた液晶ディスプレイ等が報告されて、る（特許文献 1、 2)。また、隔壁の方向と層法線方向とがなす角を 50± 20° とすることにより、双安定性の強誘電性液晶に生じる層法線方向の液晶割れを防止した液晶パネル体が報告されている (特許文献 3)。しかし、双安定性の強誘電性液晶は階調表示が難しぐ高品位の画像表示が困難なことから、上述の TFT基板の実用化に伴い、注目されなくなった。 [0004] これに対して、電圧非印加時の状態が一つの状態で安定している単安定性の強誘電性液晶は、電圧変化によりアナログ的な階調表示が可能で、 TFTによる駆動に適して、ることから、近年注目されて、る（非特許文献 1)。この単安定性の強誘電性液晶は、通常、降温過程でコレステリック相から、スメクチック A相を経由せずに、直接力イラルスメタチック C相（SmC * )に相転移する液晶物質を使用する。しかし、このような単安定性の強誘電性液晶を用いた場合、層法線方向が異なる領域 (ダブルドメイン）が発生し、駆動時に白黒反転した表示になるという問題がある。

[0005] このようなダブルドメインを無くしてモノドメインにする方法として、液晶をセルギヤップ内に注入した後、コレステリック (Ch)相以上に温度を上げ、直流電圧を印加しながら降温する電界印加徐冷法 (非特許文献 2)が知られてヽる。

また、モノドメインを得る他の方法として、上下の配向膜の一方にラビング処理を施した配向膜、他方に光配向処理を施した配向膜を配設する方法 (特許文献 4)が知られている。

[0006] さらに、強誘電性液晶を単安定状態とする方法として、例えば、強誘電性液晶中に重合性のモノマーおよび Zまたはオリゴマーを少量添加し、直流電界または交流電界を印カロしながら重合させる高分子安定ィ匕法 (特許文献 5)が知られている。

特許文献 1：特開平 7— 318912号公報

特許文献 2 :特開平 7— 159792号公報

特許文献 3：特開 2000— 66176号公報

特許文献 4：特開 2003 - 5223号公報

特許文献 5：特開平 9 211463号公報

非特許文献 l : Liquid Crystals, 1999, Vol. 26, No.ll, 1599- 1602

非特許文献 2 : J. Appl. Phys., 1986, Vol. 59, No.7,2355- 2360

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力しながら、ダブルドメインを無くしてモノドメインにする上述の電界印加徐冷法は、製造プロセスが複雑であり、また、一度モノドメインが得られても、相転移点以上に温度が上がると配向が乱れ、再びダブルドメインが現れるため、安定性に欠け実用的ではないという問題があった。また、上述の高分子安定化法は、プロセスが複雑で、駆動電圧が高くなるという問題があった。さらに、上述のラビング Z配向膜を用いる方法では、表示素子の面積が大きくなると、全体に亘つて均一にモノドメイン配向を得ることが困難であるという問題があった。

[0008] また、上述の双安定性の強誘電性液晶を用いた液晶パネル体を単に利用しても、単安定ィ匕された強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることは困難であった。

本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、単安定性の強誘電性液晶を均一なモノドメイン配向でセルギャップ内に備えた液晶表示素子を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009] このような目的を達成するために、本発明は、少なくとも一方の基板に配向膜を備えた一対の基板と、該基板間に注入されカイラルスメタチック C相を有する単安定状態を示す液晶物質力なる液晶層と、該液晶層に電界を印加するための電極とを備えた液晶表示素子において、複数の障壁を前記液晶層中に備え、前記液晶物質は単安定状態における分子方向が前記障壁の延設方向と略同一であるような構成とした。

本発明の他の態様として、前記液晶物質の単安定状態における分子方向と、障壁の延設方向の差は 0〜5° の範囲内であるような構成とした。

本発明の他の態様として、隣り合う前記障壁のピッチは 0. 5〜3mmの範囲であるような構成とした。

本発明の他の態様として、前記配向膜はラビング処理あるいは光配向処理により異方性を付与した膜であるような構成とした。

本発明の他の態様として、前記障壁は、基板間距離の 50〜100%を占めるような構成とした。

発明の効果

[0010] 本発明によれば、液晶層内に複数の障壁が存在し、かつ、単安定状態における液晶物質の分子方向が障壁の延設方向と略同一であることにより、液晶層は配向欠陥の少な、モノドメイン配向の単安定性の強誘電性液晶層となり、高品質な画像表示が可能となる。また、障壁の配設ピッチを大きくしても上記の効果が奏されるので、障壁が原因となる表示画面におけるライン状の欠陥を少なくすることができ、画像品質の低下を抑えることが可能である。

図面の簡単な説明

[0011] [図 1]本発明の液晶表示素子の一実施形態であるフィールドシーケンシャル方式の液晶表示素子を示す概略断面図である。

[図 2]図 1に示される本発明の液晶表示素子を説明するための平面図である。

符号の説明

[0012] 1…液晶表示素子

2· ··画素電極基板

3· ··共通電極基板

4…液晶層

5· ··障壁

6…ノックライト

11, 21· ··基材

12, 22· ··偏光フィルム

13…画素電極

14- --TFT

15…走査線

16…信号線

17, 24· ··配向膜

23…共通電極

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図 1は本発明の液晶表示素子の一実施形態であるフィールドシーケンシャル方式の液晶表示素子を示す概略断面図であり、図 2は図 1に示される本発明の液晶表示素子を説明するための平面図である。図 1および図 2において、液晶表示素子 1は、画素電極基板 2と共通電極基板 3とが対向して配設され、両基板間に形成されたセルギャップに注入された液晶物質カゝらなる液晶層 4を備え、画素電極基板 2の外側にはバックライト 6が配設されている。尚、図 2は、共通電極基板 3側からの平面図であり、後述する障壁 5のみを残して共通電極基板 3を取り去った状態を示している。また、図 2では、画素電極基板 2の後述する配向膜 17は示して、な、。

[0014] 画素電極基板 2は、基材 11の一方の面に偏光フィルム 12を備え、他方の面に画素電極 13、この画素電極 13に接続されたスイッチング素子である TFT (薄膜トランジスタ） 14、 TFT14に接続された走査線 15、信号線 16を備え、これらを覆うように配向膜 17を備えている。

また、共通電極基板 3は、基材 21の一方の面に偏光フィルム 22を備え、他方の面に共通電極 23を備え、この共通電極 23上にピッチ Pで延設した複数の障壁 5と、配向膜 24とを備えている。図示例では、複数の障壁 5は信号線 16と平行（図 2の矢印 a 方向）に延設されており、この延設方向は、単安定状態における液晶物質の分子方向と略同一である。

[0015] 上記の基材 11、 21としては、石英ガラス、ノィレックスガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジッド材、あるいは、透明榭脂フィルム、光学用榭脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材、こられの複合材を使用することができる。基材 11, 2 1の厚みは、材料、液晶表示素子の使用状況等を考慮して設定することができ、例えば、 0. 1〜1. Omm程度とすることができる。

また、画素電極 13、共通電極 23は、酸化インジウムスズ (ITO)、酸化亜鉛 (ZnO) 、酸化スズ (SnO)等、および、その合金等を用いて、スパッタリング法、真空蒸着法、 CVD法等の一般的な成膜方法により形成することができる。このような電極の厚みは、 0. 05-0. 2 μ mの範囲で適宜設定することができる。

[0016] また、上記の配向膜 17、 24は、一軸配向処理が施されており、画素電極基板 2と共通電極基板 3は、各配向膜 17、 24の配向方向が互いに略平行となるように対向している。配向膜 17、 24の一軸配向処理は、光配向処理でもラビング処理でも共に可能である力光配向処理が好ましい。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ぐ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。 [0017] 光配向処理により異方性を付与した膜は、配向膜の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、その膜上の液晶物質を配向させるものである。光配向処理を施す配向膜は、光を照射して光励起反応を生じることにより、液晶物質を配向させる効果 (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ぐこのような配向膜としては、大きぐ光反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光反応型配向膜と、光異性化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光異性ィ匕型配向膜とに分けることができる。

[0018] 光反応型配向膜は、光反応を生じることにより配向膜に異方性を付与するものである。光反応型配向膜としては、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、光二量ィ匕反応または光分解反応を生じることにより配向膜に異方性を付与するものであることが好まし、。

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、、、この反応により偏光方向の配向を安定ィ匕し、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、、、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、配向膜に異方性を付与することができるものである。

光反応型配向膜としては、露光感度が高ぐ材料選択の幅が広いことから、光二量化反応により配向膜に異方性を付与する光二量ィ匕型配向膜を用いることがより好ましい。

[0019] 光二量ィ匕型配向膜としては、光二量ィ匕反応により配向膜に異方性を付与することができるものであれば特に限定されるものではな、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ィ匕反応性ィ匕合物を用いることが好ま、。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、光二量ィ匕反応性ィ匕合物の配向が安定ィ匕し、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。

このような特性を有する光二量ィ匕反応性ィ匕合物としては、側鎖としてケィ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基およびシンナモイル基力選ばれる少なくとも 1種の反応部位を有する二量ィ匕反応性ポリマーを挙げることができる。これらの中でも光二量ィ匕反応性ィ匕合物としては、側鎖としてケィ皮酸エステル、クマリンまたはキノリンの!、ずれかを含む二量ィ匕反応性ポリマーであることが好まし、。偏光方向に配向した α、 j8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、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。

[0020] 二量ィ匕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。

また、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 5, 000〜40, 000の範囲内であること力 S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、ゲルパーミエーシヨンクロマトグラフィ (GPC)法により測定することができる。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、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、配向膜用塗布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。

光二量ィ匕型配向膜としては、例えば、下記一般式（1)に示す二量化反応性ポリマ一を使用することができる。

[0021] [化 1]

上記一般式（1)において、 Μ¹および ΜΊま、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、アタリレート、メタタリレート、 2—クロロアタリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、 2—クロ口アクリルアミド、スチレン誘導体、マレイン酸誘導体、シロキサンなどが挙げられる。 M²としては、アクリロニトリル、メタクリロ二トリル、メタタリレート、メチルメタタリレート、ヒドロキシアルキルアタリレートまたはヒドロキシアルキルメタタ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≤l 0≤y< lであり、かつ、 x+y= l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、スぺーサー単位を表す。

—Z²—で表される基であり、 R²は—A— (Z¹ B)—Z³ で表される基である。ここで、 Aおよび Bは、それぞれ独立して、共有単結合、ピリジン 2, 5 ジィノレ、ピリミジン 2, 5 ジィノレ、 1, 4ーシクロへキシレン、 1, 3 ジォキサン 2, 5 ジィル、または置換基を有していてもよい 1, 4 フエ二レンを表す。また、 Z¹および Z²は、それぞれ独立して、共有単結合、 CH— CH CH O— -OCH

2 2 2 2 CONR RNCO COO または一 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、シァ入ニトロ、ハロゲンである。 zは、 0 4の整数である。 Cは、光二量ィ匕反応部位を表し、例えば、ケィ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基、シンナモイル基等が挙げられる。 jおよび kは、それぞれ独立して、 0または 1である。

[0023] 上記の一般式（1)で示される二量化反応性ポリマーの中で、より好ましいものとして

、下記の構造式 1 4で示されるものを挙げることができる。

[0024] [化 2]

構造式 2

構造式 3

構造式 4

[0025] 上記の構造式 1〜4において、 R¹¹は— A¹— (Z¹¹— B¹)—Z¹² を表し、 A¹および B¹ t

は、 1, 4 フエ-レン、共有単結合、ピリジン一 2, 5 ジィル、ピリミジン一 2, 5 ジィル、 1, 4ーシクロへキシレン、または 1, 3 ジォキサン 2, 5 ジィルを表す。また、 Z¹¹および Z¹²は、それぞれ独立して、共有単結合、 CH— CH —、 — CH O—、

2 2 2

— COO 、または— OOC を表す。 tは、 0〜4の整数である。 nは 4〜30000の整数である。

[0026] 光二量化反応性化合物としては、上述した中から、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、光二量ィ匕反応性ィ匕合物は、 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。

光二量化型配向膜の材料としては、例えば Rolic technologies社製の「ROP102」、「ROP103」などを挙げることができる。また、光分解反応を利用した光反応型配向膜の材料としては、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。

[0027] また、光異性化型配向膜は、光異性ィ匕反応を生じることにより配向膜に異方性を付与するものである。光異性ィ匕型配向膜としては、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、光異性ィ匕反応を生じることにより配向膜に異方性を付与する光異性ィ匕反応性ィ匕合物を用いることが好ましい。このような光異性化反応性ィ匕合物を用いることにより、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。

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もの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ィ匕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ィ匕反応性ィ匕合物の偏光方向に配向した反応部位の異性ィ匕を生じさせることにより、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。

また、光異性ィ匕反応性ィ匕合物が生じる光異性ィ匕反応としては、シス一トランス異性化反応であることが好まし、。光照射によりシス体またはトランス体の、ずれかの異性体が増加し、それにより配向膜に異方性を付与することができるからである。

さらに、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液晶物質の種類に応じて適宜選択すればよいが、光照射により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、その異方性を安定ィ匕することができることから、重合性モノマ一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、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、アタリレートモノマー、メタタリレートモノマーであることが好ましい。

重合 ¾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。

このような光異性ィ匕反応性ィ匕合物としては、具体的には、ァゾベンゼン骨格ゃ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。この場合に、分子内に含まれるシス—トランス異性ィ匕反応性骨格の数は、 1つであっても 2つ以上であってもよいが、液晶物質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。

シストランス異性ィ匕反応性骨格は、液晶物質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、液晶物質との相互作用を高めることができ、力つ、シストランス異性ィヒ反応性骨格の配向を妨げな、ものであれば特に限定されるものではなぐ例えば、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、用いられる液晶物質の種類に応じて、適宜選択することができる。

また、光異性化反応性化合物としては、分子内にシス—トランス異性ィ匕反応性骨格以外にも、液晶物質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ぐシストランス異性ィ匕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、液晶物質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ぐ例えば、 COO—、一 OCO 、一 Ο 、一 C≡C一、 -CH -CH 一、 -CH O 、一 OCH—などが

2 2 2 2 挙げられる。

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 —トランス異性ィ匕反応性骨格を、側鎖として有していることが好ましい。上記シス—トランス異性ィ匕反応性骨格を側鎖として有していることにより、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、液晶物質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、液晶物質との相互作用が高められるように、シストランス異性ィ匕反応性骨格と共に、側鎖に含まれていることが好ましい。

また、重合性モノマーの側鎖には、シストランス異性ィ匕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ぺーサ一として有していてもよい。

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、光異性化反応性化合物としては、分子内にァゾベンゼン骨格を有する化合物であることが好ましい。ァゾベンゼン骨格は、 π電子を多く含むため、液晶物質との相互作用が高ぐ液晶物質の配向制御に特に適しているからである。

以下、ァゾベンゼン骨格が光異性ィ匕反応を生じることにより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、ァゾベンゼン骨格に、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ァゾベンゼン骨格力シス体に変化する。

[0030] [化 3]

トランス体シス体トランス体

[0031] ァ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力このとき、上記式の左のトランス体になる力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、ァ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。この現象を利用することにより、ァゾベンゼン骨格の配向方向を揃え、配向膜に異方性を付与し、その膜上の液晶物質の配向を制御することができるのである。

光異性ィ匕型配向膜としては、例えば、下記一般式 (2)に示す分子内にァゾベンゼン骨格を有する単分子化合物を使用することができる。

[0032] [化 4] 一般式 (2)

上記一般式（2)において、 ¹は各々独立して、ヒドロキシ基を表す。 Ίま— (A^&1 — B⁵¹— A⁵¹) — (D⁵¹) —で表される連結基を表し、 R⁵³は (D⁵¹) — (A⁵¹— B⁵¹— A⁵¹

m n n

) —で表される連結基を表す。ここで、 A⁵¹は二価の炭化水素基を表し、 B⁵¹は— O 一、一 COO—、一 OCO—、一 CONH—、一 NHCO—、一 NHCOO—または一 O CONH—を表し、 mは 0〜3の整数を表す。 D⁵¹は、 mが 0のとき二価の炭化水素基を表し、 mが 1〜3の整数のとき— O—、— COO—、— OCO—、—CONH―、— N HCO—、— NHCOO—または— OCONH—を表し、 nは 0または 1を表す。 R は各々独立して、ハロゲン原子、カルボキシ基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、シァノ基、ニトロ基、メトキシ基またはメトキシカルボ-ル基を表す。ただし、カルボキシ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。 R⁵⁵は各々独立して、カルボキシ基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基またはヒドロキシ基を表す。ただし、カルボキシ基またはスルホ基はアルカリ金属と塩を形成して、てもよ、。

[0034] 上記の一般式（2)で示される分子内にァゾベンゼン骨格を有する単分子化合物として、下記の構造式 5〜8で示されるものを挙げることができる。

[0035] [化 5]

構造式 5

構造式 8

[0036] また、光異性ィ匕型配向膜しては、例えば、下記一般式（3)に示すァゾベンゼン骨格を側鎖として有する重合性モノマーを使用することができる。

[0037] [化 6] 一般式 (3)

[0038] 上記一般式（3)にお、て、 R"は各々独立して、（メタ)アタリロイルォキシ基、（メタ）アクリルアミド基、ビュルォキシ基、ビュルォキシカルボ-ル基、ビ-ルイミノカルボ- ル基、ビ-ルイミノカルボ-ルォキシ基、ビュル基、イソプロべ-ルォキシ基、イソプロぺ-ルォキシカルボ-ル基、イソプロべ-ルイミノカルボ-ル基、イソプロべ-ルイミノカルボニルォキシ基、イソプロぺニル基またはエポキシ基を表す。 R⁶²は—（A⁶¹— B⁶ し A⁶¹) — (D⁶¹) —で表される連結基を表し、 R⁶³は (D⁶¹) — (A⁶¹— B⁶¹— A⁶¹) ― m n n m で表される連結基を表す。ここで、 A⁶¹は二価の炭化水素基を表し、 B⁶¹は— O—、― COO—、一 OCO—、一 CONH—、一 NHCO—、一 NHCOO—または一 OCON H—を表し、 mは 0〜3の整数を表す。 D⁶¹は、 mが 0のとき二価の炭化水素基を表し、 mが 1〜3の整数のとき一O—、一COO—、一OCO—、一CONH—、一 NHCO ―、— NHCOO—または— OCONH—を表し、 nは 0または 1を表す。 R⁶⁴は各々独立して、ハロゲン原子、カルボキシ基、ハロゲン化メチル基、ハロゲンィヒメトキシ基、シァノ基、ニトロ基、メトキシ基またはメトキシカルボ-ル基を表す。ただし、カルボキシ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。 R⁶⁵は各々独立して、カルボキシ基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基またはヒドロキシ基を表す。ただし、カルボキシ基またはスルホ基はアルカリ金属と塩を形成して、てもよ、。

[0039] 上記の一般式（3)で示されるァ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、下記の構造式 9〜 12で示されるものを挙げることができる。

[0040] [化 7] 構造式 9

[0041] 光異性化反応性化合物としては、上述した中から、要求特性に応じて、シストランス異性ィ匕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。

[0042] また、光配向処理を施す配向膜は、配向膜の光配列性を妨げない範囲内で添カロ剤を含んでいてもよい。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。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や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!ヽ。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光二量ィ匕反応性ィ匕合物または光異性ィ匕反応性化合物に対し、 0. 001重量％〜20重量％の範囲内であることが好ましぐ 0. 1重量％〜5重量％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少なすぎると重合が開始 (禁止)されない場合があり、逆に多すぎると、反応が阻害される場合があるからである。 [0043] 光配向処理により異方性を付与した配向膜は、例えば上述した配向膜の材料を有機溶剤で希釈した配向膜用塗布液を塗布し、乾燥させ、得られた膜に光配向処理を行うこと〖こより形成することができる。

この場合に、配向膜用塗布液中の光二量化反応性化合物の含有量は、 0. 05重量％〜 10重量％の範囲内であることが好ましぐ 0. 2重量％〜2重量％の範囲内であることがより好ましい。また、配向膜用塗布液中の光異性化反応性化合物の含有量は、 0. 05重量％〜10重量％の範囲内であることが好ましぐ 0. 2重量％〜5重量 %の範囲内であることがより好ましい。含有量が少なすぎると、配向膜に適度な異方性を付与することが困難となり、逆に多すぎると、塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなるからである。

塗布法としては、スピンコーティング法、ロールコーティング法、ロッドバーコ一ティング法、スプレーコーティング法、エアナイフコーティング法、スロットダイコーティング法、ワイヤーバーコーティング法などを用いることができる。

配向膜の材料を塗布することにより得られる膜の厚みは Inn！〜 200nmの範囲内であることが好ましぐ 3nm〜100nmの範囲内であることがより好ましい。膜の厚みが薄すぎると十分な光配列性が得られない場合があり、逆に厚みがありすぎても液晶物質が配向乱れを生じる場合があり、また、コスト的に好ましくないからである。

[0044] 得られた膜は、偏光を制御した光を照射することにより、光励起反応を生じさせて異方性を付与することができる。照射する光の波長領域は、用いられる配向膜の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 ΙΟΟηπ！〜 400nm の範囲内であることが好ましぐより好ましくは 250ηπ！〜 380nmの範囲内である。偏光方向は、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、液晶物質の配向状態を良好なものとすることができることから、基板面に対して略垂直であることが好ましい。また、光異性ィ匕型配向膜の場合には、無偏光紫外線斜方を照射することにより光配向処理を行うこともできる。光の照射方向は、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、液晶物質の配向状態を良好なものとすることができることから、基板面に対して斜め 1 0° 〜45° の範囲内とすることが好ましぐ 30° 〜45° の範囲内とすることがより好ましぐ最も好ましくは 45° である。

さらに、光異性化反応性化合物として、上述したような重合性モノマーを用いる場合には、光配向処理を行った後、加熱することにより、ポリマー化し、配向膜に付与された異方性を安定ィ匕することができる。

[0045] 尚、本発明の液晶表示素子では、上記の配向膜 17、 24が同じ配向膜、例えば、光配向処理を施した配向膜であってもよぐまた、配向膜 17、 24が異なる配向膜 (使用する材料および Zまたは配向処理方法が異なる配向膜)であってもよヽが、中でも、配向膜 17、 24が異なる配向膜であることが好ましい。これにより、ダブルドメイン等の配向欠陥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力である。異なる配向膜とすることにより良好な配向状態が得られる理由は明らかではないが、配向膜のそれぞれと液晶物質との相互作用の相違によるものと考えられる。また、電界印加徐冷方式によらずに、配向膜の配向規制力により液晶物質を配向させるので、相転移点以上に昇温することによる配向乱れが生じにくぐ配向安定性に優れた液晶表示素子とすることができる。

配向膜 17、 24が異なる配向膜である場合、上述したように、例えば使用する材料や配向処理方法が異なる配向膜とすることができ、具体的には、一方を光配向処理を施した配向膜、他方をラビング処理を施した配向膜とする、あるいは、一方を光二量化型配向膜、他方を光異性ィ匕型配向膜とすることができる。

また、配向膜が光二量ィ匕型配向膜である場合、例えば上述した光二量ィ匕反応性ポリマーを種々選択することにより、使用する材料が異なる配向膜とすることができる。この際、添加剤の添加量を変えることによって、材料の組成を変化させることもできる。さらに、配向膜が光異性ィ匕型配向膜である場合、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、シストランス異性ィ匕反応性骨格や置換基を種々選択することにより、使用する材料が異なる配向膜とすることができる。この際、添加剤の添加量を変えることによって、材料の組成を変化させることもできる。

さらに、本発明の液晶表示素子は、配向膜を画素電極基板 2と共通電極基板 3の V、ずれか一方に備えるものであってもよ、。

[0046] 共通電極基板 3の共通電極 23上に延設された障壁 5は、画素電極基板 2と共通電極基板 3との間に形成されたセルギャップに注入された液晶物質の配向を均一なものとするための部材である。この障壁 5の延設方向と、液晶物質の単安定状態における分子方向との差は、 0〜5° の範囲内であることが好ましい。また、隣り合う障壁 5 のピッチ Pは 0. 5〜3mm、好ましくは 0. 8〜2. 5mmの範囲とすることができる。障壁 5の幅 Wは、開口率を考慮すると狭い方が好ましいが、障壁 5をスぺーサとして兼用する場合、狭すぎると強度的に機能しないことになる。したがって、障壁 5の幅 Wは、障壁 5の機能を考慮して、例えば、 5〜30 /ζ πιの範囲で適宜設定することができる。障壁 5のピッチ Ρが 0. 5mm未満であると、障壁 5が原因となる表示画面におけるライン状の欠陥が多くなり、画像品質の低下を来たし、また、 3mmを超えると、注入された液晶物質の均一な配向が困難となる。

[0047] このような障壁 5の高さは、画素電極基板 2と共通電極基板 3とのセルギャップ (基板間距離)の設定値に対応して設定することができ、セルギャップの 50〜： LOO%となるように設定することができる。障壁 5の高さがセルギャップの 50%未満であると、配向欠陥が生じ易ぐ液晶層 4を均一なモノドメイン配向の強誘電性液晶層とすることができない。本発明の液晶表示素子 1では、画素電極基板 2と共通電極基板 3とのセルギャップを高い精度で確保するために、基板間にビーズ、柱状凸部等のスぺーサを配設することができ、また、障壁 5の高さをセルギャップの 100%に設定してスぺーサの作用を兼ねさせることもできる。

[0048] 尚、図示例では、説明を容易とするために、画素電極 13等と障壁 5との位置や寸法の関係は便宜的に示してある。図示例では、画素電極 13の配列 4本毎に 1本の障壁 5が矢印 a方向に延設されている力例えば、画素電極 13の配列ピッチが 128 μ m で、障壁 5のピッチ Pが 1. 5mmである場合には、画素電極 13の配列約 12本毎に 1 本の障壁 5が存在することになる。

[0049] 上記の障壁 5は、例えば、 2P (Photo Polymerization)法、フォトリソグラフィ一法等の公知の方法により形成することができる。 2P法では、例えば、エチレングリコール (メタ）アタリレート、ジエチレングリコールジ (メタ）アタリレート、プロピレングリコールジ (メタ）アタリレート、ジプロピレングリコールジ (メタ）アタリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アタリレート、ポリプロピレングリコールジ (メタ）アタリレート、へキサングリコールジ (メタ）アタリレート、ネオペンチルダリコールジ (メタ）アタリレート、グリセリンジ (メタ）アタリレート、グリセリントリジ (メタ）アタリレート、トリメチロールプロパンジ (メタ）ァクリレート、 1, 4 ブタンジオールジアタリレート、ペンタエリスリトール (メタ）アタリレート、ジペンタエリスリトールトリ（メタ）アタリレート、ペンタエリスリトールテトラ (メタ）アタリレート、ジペンタエリスリトールへキサ（メタ）アタリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アタリレート等のモノマー、ウレタンアタリレート、エポキシアタリレート、ポリエステルアタリレート、エポキシ、ビュルエーテル、ポリェン 'チオール系等のオリゴマー、光二量ィ匕反応を起こすポリビニル桂皮酸系榭脂等の光架橋型ポリマー等を基材 21上に塗布し、障壁形成用の原版を塗布膜に圧着した状態で紫外線を照射して硬化させ、その後、原版を剥離することにより障壁 5を形成する。また、フォトリソグラフィ一法では、上述の 2P法で例示したような材料を基材 21上に塗布し、障壁形成用の所望のフォトマスクを介して塗布膜を露光し、その後、現像することにより障壁 5を形成する。尚、上記の (メタ)アタリレートとは、アタリレートあるいはメタタリレートを意味する。液晶表示素子 1を構成する液晶層 4の液晶物質は、液体相でセルギャップに注入され、例えばコレステリック相から、スメクチック A相を経由せずに、直接カイラルスメタチック C相（SmC * )に相転移されたものである。液晶の相系列としては、カイラルスメタチック 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、が、液晶物質は、ネマチック相ーコレステリック相一力イラノレスメクチック C相（SmC * )、または、ネマチック相一カイラルスメタチック C相（SmC * )と相転移し、スメクチック A相を経由しないもの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物質を用いることにより、 TFTを用いたアクティブマトリ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カゝらである。

また、本発明の液晶表示素子をフィールドシーケンシャル方式により駆動させる場合には、液晶物質は、正負いずれかの電圧を印加したときにのみ液晶物質の分子方向が動作する、 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液晶物質を用いると、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からである。ここで「HV字型スィッチング特性」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ヽぅ。

上述の中でも、コレステリック相から、スメクチック A相を経由せずに、直接カイラルスメクチック C相 (SmC * )に相転移する液晶物質は、 HV字型スイッチング特性を示すものとして好適である。このような液晶物質の具体例としては、 AZエレクトロニックマテリアルズ社より販売されている「R2301」、「FELIX— 3206」が挙げられる。

[0051] この液晶物質の単安定状態における分子方向を、上述の障壁 5の延設方向に対して略平行、好ましくは分子方向と障壁 5の延設方向の差を 0〜5° の範囲とすることにより、障壁 5の作用によって、液晶物質は電界無印加状態で分子軸が均一にモノドメイン配向した単安定状態をとる。尚、本発明では、層法線方向が同じ領域の面積が全面積に占める割合が 95%以上である場合を「均一にモノドメイン配向した単安定状態」とする。このように、単安定状態における液晶物質の分子方向を障壁 5の延設方向に対して略平行とするには、使用する液晶物質に応じて配向膜 17、 24の一軸配向の方向を適宜設定すればよい。

[0052] また、液晶層の厚みは、 1. 2 /z m〜3. 0 mの範囲内であることが好ましぐより好ましくは 1. 3 m〜2. 5 /z mの範囲内、さらに好ましくは 1. 4 m〜2. 0 mの範囲内である。液晶層の厚みが上記範囲より薄いと、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上記範囲より厚いと、液晶物質が配向しにくくなる可能性があるカゝらである。

[0053] 液晶表示素子 1を構成するバックライト 6は、例えば、画素電極基板 2と対向するように赤 (R)、緑 (G)、青 (B)の各色を発光する LEDを複数配設し、これらと画素電極基板 2との間に光拡散板を配置したものとすることができる。また、画素電極基板 2と対向するよう光拡散板のみを配置し、 R、 G、 Bの LEDを光拡散板の側端部に導光板を介して酉己設したちのとしてちょヽ。

尚、上述の実施形態では、障壁 5は共通電極基板 3の共通電極 23上に設けられているが、画素電極基板 2の画素電極 13上等に設けたものであってもよい。また、障壁 5の延設方向（図 2の矢印 a方向）は、信号線 16と平行であるが、信号線 16に対して所望の角度で交叉するように障壁 5を延設してもょヽ。

[0054] また、液晶層 4は、液晶物質を液体相でセルギャップに注入する方法の他に、障壁 5を形成した共通電極基板 3上に所定量の液晶物質を液体相で滴下し、その後、真空中で画素電極基板 2を接合することにより形成してもよい。この場合、障壁 5の高さを、セルギャップの 100%未満、 50%以上に設定することにより、滴下する液晶物質の総量を管理するのみでよぐ各障壁で区画された個々の領域内に滴下する液晶物質量の制御が不要であり、工程管理が容易となる。

上述の実施形態は、ノックライトとして R、 G、 Bを個別の光源 (LED)として使用したものであるが、 R、 G、 Bを連続的に切り換えて発光可能な光源をバックライトとして使用してもよい。また、本発明の液晶表示素子の方式は、フィールドシーケンシャル方式に限定されるものではなぐカラーフィルタを用いてカラー表示を行なう液晶表示素子であってもよい。

[0055] また、本発明の液晶表示素子では、配向膜と液晶層との間に、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。このような反応性液晶は、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ィ匕することにより反応性液晶層が形成される。このように反応性液晶層が配向膜上に固定化されており、配向膜によって反応性液晶層に異方性が付与されるため、反応性液晶層は液晶物質を配向させるための配向膜として機能することができる。また、反応性液晶層は、配向膜上に固定ィ匕されているため、液晶物質を相転移点より高温に昇温しても配向乱れが生じにくぐ配向安定性に優れたものである。さらに、反応性液晶は、液晶物質と構造が比較的類似しており、液晶物質との相互作用が強いため、液晶物質の配向を効果的に制御することができるという利点を有する。

[0056] 反応性液晶層は、いずれか一方の配向膜上に形成されていてもよぐ両方の配向膜上に形成されていてもよい。反応性液晶層がいずれか一方の配向膜上に形成されている場合は、液晶物質が異なる層（配向膜および反応性液晶層）の間に挟まれることになるので、ダブルドメイン等の配向欠陥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。また、反応性液晶層が両方の配向膜上に形成されている場合には、モノドメイン配向を得るために、それぞれの反応性液晶層に使用する材料が異なることが好ましい。

[0057] 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、。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。

[0058] 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ヽ。これにより、反応性液晶の配向状態を固定ィ匕することが可能になるからである。

反応性液晶に含有され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も用いることができる力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、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ぐ容易に配向させることができるからである。

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ぐ例えばモノアクリレートモノマー、ジアタ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ぐ 2種以上を混合して用いてもよい。

[0059] モノアクリレートモノマーとしては、下記一般式 (4) , (5)に示すものを例示することができる。

[0060] [化 8] 一般式 (4)

一般式（5)

上記の一般式 (4) , (5)において、 A 、 B 、 D 、 E および F はベンゼン、シクロへ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、 A²¹および B²¹、あるいは D²¹および E²¹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。 M²¹および M²²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-ル基、またはシァノ基のいずれであってもよい。さらに、分子鎖末端のアタリロイルォキシ基と A²¹または ¹とは、炭素数 3〜6のアルキレン基等のスぺーサーを介して結合して!/、てもよ!/、。

[0062] また、ジアタリレートモノマーとしては、例えば下記の構造式 13, 14に示すものを挙げることができる。

[0063] [化 9]

[0064] 上記の構造式 13, 14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のアルキルォキシ、炭素数 1〜20のアルキルォキシカルボ-ル、ホルミル、炭素数 1〜20のアルキルカルボ-ル、炭素数 1〜 20のアルキルカルボ-ルォキシ、ハロゲン、シァノまたは-トロを表す。また、 mは 2 〜20の範囲内の整数を表す。 Xとしては、炭素数 1〜20のアルキルォキシカルボ- ル、メチルまたは塩素であることが好ましぐ中でも、炭素数 1〜20のアルキルォキシカルボ-ル、特に CH (CH ) OCOであることが好ましい。

3 2 4

[0065] さらに、ジアタリレートモノマーとしては、例えば下記の構造式 15に示すものを挙げることがでさる。

[0066] [化 10]

上記の構造式 15において、 Z^dlおよびは、各々独立して直接結合している C OO 、一 OCO 、一 O 、一 CH CH 一、一 CH = CH 、一 C≡C一、一 OCH 、一 CH O 、一 CH CH COO 、一 OCOCH CH—を表し、 R は水素また

2 2 2 2 2

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。

[0068] 上記構造式 15で示されるジアタリレートモノマーの具体例としては、下記構造式 16 に示すものが挙げられる。

[0069] [化 11] 構造式 1 6

[0070] 上記の構造式 16において、 Z ¹およびま、各々独立して直接結合している C OO 、一 OCO 、一 O—、 -CH CH 一、 CH = CH 、一 C≡C一、 OCH

2 2 2

―、— CH O—、— CH CH COO—、 -OCOCH CH—を表す。また、 mは 0また

2 2 2 2 2

は 1を表し、 nは 2〜8の範囲内の整数を表す。

[0071] 本発明においては、上述の中でも、構造式 13, 15に示すものが好適に用いられる。上記の構造式 15に示すジアタリレートモノマーを含有する反応性液晶としては、例えば旭電ィ匕工業株式会社製の「アデ力キラコール PLC- 7183」、「アデ力キラコール P LC-7209」などを挙げることができる。また、アタリレートモノマーを含有する反応性液晶としては、例えば Rolic technologies社製の「ROF-5101」、「ROF-5102」などが挙げられる。

[0072] また本発明においては、重合性液晶モノマーの中でも、ジアタリレートモノマーが好適である。ジアタ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さるカゝらである。

[0073] 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ょ、。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ょヽものであり、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。

[0074] さらに、必要に応じて上記反応性液晶に光重合開始剤や重合禁止剤を添加してもよい。本発明に用いることができる光重合開始剤としては、例えばべンジル (ビベンゾィルとも言う）、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、ベンゾフエノン、ベンゾィル安息香酸、ベンゾィル安息香酸メチル、 4一べンゾィルー 4'ーメチルジフエ-ルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルァミノメチルベンゾェート、 2—n—ブトキシェチルー 4ージメチルァミノべンゾエート、 p ジメチルァミノ安息香酸イソァミル、 3, 3'—ジメチルー 4—メトキシベンゾフエノン、メチ口べンゾィルフォーメート、 2—メチルー 1一（4 （メチルチオ）フエ-ル） 2 モルフォリノプロパン — 1—オン、 2—ベンジル一 2—ジメチルァミノ一 1— (4—モルフォリノフエ-ル）一ブタン一 1—オン、 1— (4—ドデシルフエ-ル） 2—ヒドロキシ一 2—メチルプロパン一 1—オン、 1—ヒドロキシシクロへキシルフェニルケトン、 2—ヒドロキシ一 2—メチル 1 —フエ-ルプロパン一 1—オン、 1— (4—イソプロピルフエ-ル） 2 ヒドロキシ一 2 メチルプロパン 1 オン、 2 クロ口チォキサントン、 2, 4 ジェチルチオキサントン 2, 4 ジイソプロピルチォキサントン、 2, 4 ジメチルチオキサントン、イソプロピルチォキサントン、 1 クロロー 4 プロポキシチォ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。

このような光重合開始剤の添加量としては、一般的には 0. 01〜20重量％、好ましくは 0. 1〜10重量％、より好ましくは 0. 5〜5重量％の範囲で上記反応性液晶に添カロすることがでさる。

[0075] 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 lnm〜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、場合があるからである。

[0076] このような反応性液晶層は、配向膜上に反応性液晶を含む反応性液晶層用塗布液を塗布し、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、反応性液晶層用塗布液を塗布するのではなぐドライフイ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、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力は、反応性液晶を溶媒に溶解させて反応性液晶層用塗布液を調製し、これを配向膜上に塗布し、溶媒を除去する方法を用いることが好ましい。

上記反応性液晶層用塗布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。例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、 n—ブチルベンゼン、ジェチルベンゼン、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、ジェ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、メチルェチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロへキサノン、 2, 4 ペンタンジオン等のケトン類；酢酸ェチル、プロピレングリコーノレモノメチノレエーテノレアセテート、プロピレングリコーノレモノェチルエーテルアセテート、 _Ύ ブチロラタトン等のエステル類； 2—ピロリドン、 Ν— メチル—2—ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルァ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、モノァセチン、エチレングリコーノレ、トリエチレングリコール、へキシレングリコール等のアルコール類；フエノール、パラクロロフエノール等のフエノール類；メチルセ口ソルブ、ェチルセ口ソルブ、ブチルセ口ソルブ、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。

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つて、単独溶媒として好ましいものは、炭化水素類およびダリコールモノエーテルァ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。

反応性液晶層用塗布液の濃度は、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重量％、好ましくは 1〜2 0重量％の範囲で調整される。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、逆に濃度が上記範囲より高いと、反応性液晶層用塗布液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しに《なる場合がある力もである。 [0078] さらに、上記反応性液晶層用塗布液には、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）アタリレート；ポリオール基と 2個のイソシァ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）アタリレート；ビスフエノール A型エポキシ榭脂、ビスフエノール F型エポキシ榭脂、ノボラック型エポキシ榭脂、ポリカルボン酸ポリグリシジルエステル、ポリオ一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榭脂、ァミンエポキシ榭脂、トリフエノールメタン型エポキシ榭脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ榭脂等のエポキシ榭脂と、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるエポキシ (メタ)アタリレート等の光重合性ィ匕合物；アクリル基ゃメタクリル基を有する光重合性の液晶性ィ匕合物;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。

[0079] このような反応性液晶層用塗布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。

また、上記反応性液晶層用塗布液を塗布した後は、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。

[0080] 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、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。反応性液晶は重合性液晶材料を含有するものであり、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。ここでヽぅ活性放射線とは、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。

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!/、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、波長力 Sl50〜500nm、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。

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、方法であると、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。

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、メタルノヽライドランプ)、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。なかでもメタルノヽライドランプ、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。

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ぐまた液晶相となる温度より低い温度で行ってもよい。ー且液晶相となつ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。

また、重合性液晶材料の配向状態を固定ィ匕する方法としては、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。

さらに、本発明の液晶表示素子では、液晶物質と接触する面の平坦性を得るために、 TFT14、走査線 15、信号線 16上にオーバーコート層を設け、このオーバーコート層を介して配向膜を形成することが好ましい。オーバーコート層の材料としては、透明（可視光透過率 50%以上)材料により形成することができる。具体的には、アタリレート系、メタタリレート系の反応性ビュル基を有する光硬化型榭脂、熱硬化型榭脂ゃ、ポリシロキサン等の透明酸ィ匕物を使用することができる。また、透明榭脂として、ポリメチルメタタリレート、ポリアタリレート、ポリカーボネート、ポリビュルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシェチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリ塩ィ匕ビニル榭脂、メラミン榭脂、フエノール榭脂、アルキド榭脂、エポキシ榭脂、ポリウレタン榭脂、ポリエステル榭脂、マレイン酸榭脂、ポリアミド榭脂等を使用することができる

[0082] オーバーコートの形成は、上記の榭脂材料が液体の場合、スピンコート、ロールコート、キャストコート等の方法で塗布して成膜し、光硬化型榭脂は紫外線照射後に必要に応じて熱硬化させ、熱硬化型榭脂は成膜後そのまま硬化させる。また、使用材料がフィルム状に成形されている場合、直接、あるいは、粘着剤を介して貼着することができる。このようなオーバーコート層の厚みは、例えば、 0. 1 m以下で設定することが好ましい。

実施例

[0083] 次に、より具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。

まず、光二量ィ匕型配向膜の材料として、下記の構造式 A〜Dで示される化合物 A

〜Dを、それぞれシクロペンタノンに溶解（2重量％)した 4種の配向膜用塗布液を調製した。

[0084] [化 12]

[0085] [実施例 1]

表面に酸化インジウムスズ (ITO)薄膜を形成した 2枚のガラス基板（10. 16mm X 10. 16mm)を準備した。上記のガラス基板の 1枚の ITO薄膜上に、感光性榭脂材料 (JSR (株)製 NN780)をスピンコート法（2000r.p.m.、 10秒間）により塗布し、真空乾燥を行い、ホットプレートで 90°C、 3分間乾燥を行なった。その後、フォトリソダラフィ一法により幅 10 m、ピッチ 1. 5mmのストライプ状にパターユングし、 270°Cで 3 0分間焼成した。これにより高さ 1. 5 mの障壁をガラス基板の ITO薄膜上に形成した。

[0086] 次、で、上述のように障壁を形成したガラス基板と、障壁を形成して!/、な、ガラス基板の双方の ITO薄膜上に、構造式 Aで示される化合物 Aを溶解した配向膜用塗布液をスピンコート法 (4000r.p.m.、 30秒間）により塗布し、オーブンで 180°C、 10分間乾燥を行なった。その後、偏光紫外線光で lOOmi露光して光配向処理を施し、配向膜を形成した。尚、この光配向処理は、配向方向の異なる 6種の処理 (ガラス基板が偏光に対して 5° 、0° 、5° 、 15° 、25° 、40° となる方向から照射する 6種の処理)を設定した。

[0087] 次に、障壁を形成して!/ヽなヽガラス基板の周縁部にシール材を塗布し、障壁を形成したガラス基板との関係が、上記の偏光紫外線照射方向と平行かつアンチパラレルの状態となるように両基板を対向させ、熱圧着した。

次いで、両ガラス基板のセルギャップ内に液晶を注入するための注入口を、障壁の延設方向の一端に設け、この注入口の上部に、液晶物質 (AZエレクトロニックマテリアルズ社製 R2301)を付着し、真空オーブンを用いて、ネマチック相一等方転移温度より 10〜20°C高い温度でセルギャップ内に注入した。注入後、液晶物質を徐冷して常温に戻した。

[0088] これにより 6種の試料を作製した。これらの各試料について、液晶の分子方向を測定 (クロス-コルに配置した 2枚の偏光板の間に試料を配置し、試料を回転して、最も暗くなる方向が分子の配向方向を示す)した結果、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差は、各試料にぉヽて、 0° 、5° 、 10° 、20° 、30° 、45° であった。また、各試料の液晶層の配向状態を偏光顕微鏡により観察した結果、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が 0° 、5° の試料において、液晶層が均一なモノドメイン配向の単安定性の強誘電性液晶であることが確認された。尚、層法線方向が同じ領域の面積が全面積に占める割合が 95%以上である場合を「均一なモノドメイン配向の単安定性の強誘電性液晶」とし、上記の 2点の試料では、層法線方向が同じ領域の占有面積が 98%であった。

[0089] しかし、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が 10° の試料では、一部にダブルドメイン配向がみられ (層法線方向が同じ領域の占有面積が 85%)、 20° 、 3 0° 、45° の各試料では、液晶層がダブルドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が 70%以下)であった。

[0090] [実施例 2]

表面に酸化インジウムスズ (ITO)薄膜を形成した 2枚のガラス基板（10. 16mm X 10. 16mm)を準備した。

次いで、ガラス基板の 1枚の ITO薄膜上に、実施例 1と同様にして、障壁を形成した。但し、感光性榭脂材料の塗布量を制御することにより、障壁の高さを 0. 4 /ζ πι、 0. 8 πι、 1. 2 πι、 1. 5 /z mの 4種とした。

[0091] 次、で、上述のように障壁を形成した 4種のガラス基板と、障壁を形成して!/、な！/、ガラス基板の双方の ITO薄膜上に、実施例 1と同様にして、配向膜を形成した。尚、この光配向処理は、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が 0° となる条件に設疋した。

次に、実施例 1と同様にして、両ガラス基板のセルギャップ内に液晶層を形成した。これにより障壁の高さが異なる 4種の試料を作製した。各試料について、液晶層の配向状態を実施例 1と同様に観察した結果、障壁の高さがギャップ (基板間距離（1. 5 m) )の 50〜： LOO%の範囲にある試料（障壁高さ： 0. 8 m、 1. 2 m、 1. 5 m )では、液晶層が均一なモノドメイン配向の単安定性の強誘電性液晶であることが確認された。特に、障壁高さが 1. 2 /ζ πι、 1. 5 mの試料では、モノドメイン配向が極めて均一なもの (層法線方向が同じ領域の占有面積が 98%)であった。

[0092] しかし、障壁の高さがギャップ (基板間距離（1. 5 m) )の 50%未満である試料（障壁高さ： 0. 4 /z m)では、液晶層がダブルドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が 60%)であった。

[0093] [実施例 3]

構造式 Aで示される化合物 Aを溶解した配向膜用塗布液の代わりに、構造式 Bで示される化合物 Bを溶解した配向膜用塗布液を使用した他は、実施例 1と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。但し、光配向処理は、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が 0° となる条件に設定した。

セルギャップ内に形成された液晶層は、均一なモノドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が 98%)の単安定性の強誘電性液晶であることが確認された。

[0094] [実施例 4]

構造式 Aで示される化合物 Aを溶解した配向膜用塗布液の代わりに、構造式じで示される化合物 Cを溶解した配向膜用塗布液を使用した他は、実施例 1と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。但し、光配向処理は、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が 0° となる条件に設定した。

セルギャップ内に形成された液晶層は、均一なモノドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が 97%)の単安定性の強誘電性液晶であることが確認された。

[0095] [実施例 5]

構造式 Aで示される化合物 Aを溶解した配向膜用塗布液の代わりに、構造式 Dで示される化合物 Dを溶解した配向膜用塗布液を使用した他は、実施例 1と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。但し、光配向処理は、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が 0° となる条件に設定した。

[0096] [実施例 6]

実施例 1と同様のガラス基板を準備し、実施例 1と同様にして、一方のガラス基板の ITO薄膜上に障壁を形成した。

次いで、上述のように障壁を形成したガラス基板上に、構造式 Aで示される化合物 Aを溶解した配向膜用塗布液をスピンコート法 (4000r.p.m.、 30秒間）により塗布し、オーブンで 180°C、 10分間乾燥を行なった後、偏光紫外線光で lOOmJ露光して光配向処理を施した。また、障壁を形成していないガラス基板の ITO薄膜上に、構造式 Bで示される化合物 Bを溶解した配向膜用塗布液をスピンコート法 (4000r.p.m.、 30 秒間）により塗布し、オーブンで 180°C、 10分間乾燥を行なった後、偏光紫外線光で lOOmi露光して光配向処理を施した。但し、光配向処理は、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が 0° となる条件に設定した。

[0097] 次に、上記の障壁を形成したガラス基板と障壁を形成してヽなヽガラス基板とを用いて、実施例 1と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。

セルギャップ内に形成された液晶層は、均一なモノドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が 98%)の単安定性強誘電性液晶であることが確認された。

[0098] [実施例 7]

実施例 1と同様の 2枚のガラス基板を準備し、一方のガラス基板の ITO薄膜上に、実施例 1と同様にして、高さ 1. の障壁を形成した。

次に、障壁を形成したガラス基板の ITO薄膜上に、構造式 Aで示される化合物 Aを溶解した配向膜用塗布液をスピンコート法 (4000r.p.m.、 30秒間）により塗布し、ォ一ブンで 180°C、 10分間乾燥を行なった後、偏光紫外線光で lOOmJ露光して光配向処理を施した。また、障壁を形成していないガラス基板の ITO薄膜上に、構造式 B で示される化合物 Bを溶解した配向膜用塗布液をスピンコート法 (4000r.p.m.、 30秒間）により塗布し、オーブンで 180°C、 10分間乾燥を行なった後、偏光紫外線光で 1 OOmi露光して光配向処理を施した。但し、光配向処理は、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が 0° となる条件に設定した。

[0099] 次に、実施例 1と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。セルギャップ内に形成された液晶層は、均一なモノドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が 98%)の単安定性の強誘電性液晶であることが確認された。

[0100] [比較例 1]

実施例 1と同様の 2枚のガラス基板を準備した。この各ガラス基板の ITO薄膜上に、構造式 Aで示される化合物 Aを溶解した配向膜用塗布液をスピンコート法 (4000r.p. m.、 30秒間）により塗布し、オーブンで 180°C、 10分間乾燥を行なった。その後、偏光紫外線光で lOOmi露光して光配向処理を施し、配向膜を形成した。

[0101] 次に、一方のガラス基板の配向膜上に平均粒径 1. 5 μ mの粒状スぺーサを散布し、他方のガラス基板の周縁部にシール材を塗布した。そして、両ガラス基板との関係力上記の偏光紫外線照射方向と平行かつアンチパラレルの状態となるように対向させ、熱圧着した。

次いで、両ガラス基板のセルギャップ内に液晶を注入するための注入口の上部に、液晶物質 (AZエレクトロニックマテリアルズ社製 R2301)を付着し、真空オーブンを用いて、ネマチック相—等方転移温度より 10〜20°C高、温度でセルギャップ内に注入を行い、徐冷して常温に戻した。しかし、セルギャップ内の液晶層は、ダブルドメインが発生 (層法線方向が同じ領域の占有面積が 55%)し、また、配向欠陥が生じていることが確認された。

[0102] [比較例 2]

構造式 Aで示される化合物 Aを溶解した配向膜用塗布液の代わりに、構造式 Bで示される化合物 Bを溶解した配向膜用塗布液を使用した他は、比較例 1と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。し力し、セルギャップ内の液晶層は、ダブルドメインが発生 (層法線方向が同じ領域の占有面積が 50%)し、また、配向欠陥が生じて、ることが確認された。

[0103] [比較例 3]

構造式 Aで示される化合物 Aを溶解した配向膜用塗布液の代わりに、構造式じで示される化合物 Cを溶解した配向膜用塗布液を使用した他は、比較例 1と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。し力し、セルギャップ内の液晶層は、ダブルドメインが発生 (層法線方向が同じ領域の占有面積が 50%)し、また、配向欠陥が生じて、ることが確認された。

[0104] [比較例 4]

構造式 Aで示される化合物 Aを溶解した配向膜用塗布液の代わりに、構造式 Dで示される化合物 Dを溶解した配向膜用塗布液を使用した他は、比較例 1と同様にして、セルギャップ内への液晶層形成までを行なった。し力し、セルギャップ内の液晶層は、ダブルドメインが発生 (層法線方向が同じ領域の占有面積が 50%)し、また、配向欠陥が生じていることが確認された。

[0105] [実施例 8]

次いで、ガラス基板の 1枚の ITO薄膜上に、実施例 1と同様にして、障壁を形成した。但し、感光性榭脂材料の露光パターンを変化させることにより、障壁のピッチを 3. 5 mm、 3mm、 1. 5mm、 0. 5mm、 0. 4mmの 5植とした。

[0106] 次、で、上述のように障壁を形成した 5種のガラス基板と、障壁を形成して!/、な！/、ガラス基板の双方の ITO薄膜上に、実施例 1と同様にして、配向膜を形成した。尚、この光配向処理は、障壁の延設方向と液晶物質の分子方向との差が 0° となる条件に設疋した。

次に、実施例 1と同様にして、両ガラス基板のセルギャップ内に液晶層を形成した。これにより障壁のピッチが異なる 5種の試料を作製した。各試料について、液晶層の配向状態を実施例 1と同様に観察した結果、障壁のピッチが 3. 5mmの試料では、セル内で均一なギャップを保てなかった。障壁のピッチが 3mm、 1. 5mm、 0. 5m mの試料では、液晶層が均一なモノドメイン配向の単安定性の強誘電性液晶であることが確認された。特に、障壁のピッチが 1. 5mmの試料では、モノドメイン配向が極めて均一なもの（層法線方向が同じ領域の占有面積が 98%)であった。

[0107] し力し、障壁のピッチが 0. 4mmの試料では、液晶層がダブルドメイン配向（層法線方向が同じ領域の占有面積が 90%)であった。

産業上の利用可能性

[0108] 本発明は単安定性の強誘電性液晶を有する液晶表示素子に適用することができる

Claims

請求の範囲

[1] 少なくとも一方の基板に配向膜を備えた一対の基板と、該基板間に注入されカイラノレス

メタチック C相を有する単安定状態を示す液晶物質力なる液晶層と、該液晶層に電界を

印加するための電極とを備えた液晶表示素子において、

複数の障壁を前記液晶層中に備え、前記液晶物質は単安定状態における分子方向が言 u己

障壁の延設方向と略同一であることを特徴とする液晶表示素子。

[2] 前記液晶物質の単安定状態における分子方向と、障壁の延設方向の差は 0〜5° の範囲

内であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の液晶表示素子。

[3] 隣り合う前記障壁のピッチは 0. 5〜3mmの範囲であることを特徴とする請求の範囲第 1項または請求の範囲第 2項に記載の液晶表示素子。

[4] 前記配向膜はラビング処理あるいは光配向処理により異方性を付与した膜であることを

特徴とする請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 3項のいずれかに記載の液晶表示素子。

[5] 前記障壁は、基板間距離の 50〜100%を占めることを特徴とする請求の範囲第 1 項乃至請求の範囲第 4項のいずれかに記載の液晶表示素子。