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JP4699100B2 - Liquid crystal display element - Google Patents

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Description

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。   The present invention relates to a liquid crystal display element, and more particularly to a liquid crystal display element using monostable ferroelectric liquid crystal.

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、IPSモード、MVAモード等が開発されるとともに、携帯電話やPDA等のモバイル機器の表示や、パソコンのモニタから、液晶TVモニタへ市場が拡大している。しかし、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いため、動きの速い映像の表示において尾を引いてしまう場合があり、高速化が大きな課題となっていた。   Conventionally, a liquid crystal display element has been widely used as a display device. As this liquid crystal display element, a TFT-TN (Twisted Nematic) which is an active matrix driving method using a TFT (thin film transistor) substrate having a switching element for each pixel. ) Method has become mainstream. In recent years, IPS mode, MVA mode, etc. have been developed in order to improve the narrow viewing angle, which has been a drawback of liquid crystal display elements, as well as mobile device displays such as mobile phones and PDAs, and personal computer monitors. To the LCD TV monitor. However, as a problem when used as a TV monitor, for example, when displaying a moving image, the response speed of the liquid crystal is slow, which may cause a tail to be drawn when displaying a fast-moving image. It was an issue.

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、クラークとラガーウォ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いる(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く、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。   On the other hand, the ferroelectric liquid crystal has spontaneous polarization and can respond at high speed. Ferroelectric liquid crystals have two stable states proposed by Clark and Lagerwol when no electric field is applied, and bistable ones with memory properties are widely known. By using this, a simple matrix drive is used. Liquid crystal display elements that display moving images have been developed. By using such a bistable ferroelectric liquid crystal, a pair of substrates are joined via a stripe-shaped partition structure, and the upper and lower substrates have a uniaxial alignment treatment direction and a partition direction substantially parallel to each other. A liquid crystal display or the like in which liquid crystal is confined in the formed minute space has been reported (Patent Documents 1 and 2). In addition, a liquid crystal panel body has been reported that prevents the liquid crystal cracking in the layer normal direction generated in the bistable ferroelectric liquid crystal by setting the angle formed by the partition wall direction and the layer normal direction to 50 ± 20 °. (Patent Document 3). However, since the bistable ferroelectric liquid crystal is difficult to display gradation and difficult to display a high-quality image, it has not attracted attention with the practical application of the TFT substrate described above.

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いることから、近年注目されている(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、直接カイラルスメクチック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。   On the other hand, monostable ferroelectric liquid crystal, which is stable in a single state when no voltage is applied, can display analog gradations by voltage change and is suitable for driving by TFT. Therefore, it has been attracting attention in recent years (Non-Patent Document 1). This monostable ferroelectric liquid crystal generally uses a liquid crystal substance that undergoes a phase transition directly from a cholesteric phase to a chiral smectic C phase (SmC *) without passing through a smectic A phase during a temperature drop process. However, when such a monostable ferroelectric liquid crystal is used, there is a problem that a region (double domain) having a different layer normal direction is generated, resulting in a black and white reversal display during driving.

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、液晶をセルギャ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)が知られている。
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。
As a method of eliminating such a double domain to form a monodomain, an electric field applied slow cooling method in which liquid crystal is injected into the cell gap and then raised to a temperature higher than that of the cholesteric (Ch) phase and then lowered while applying a DC voltage (non-patented) Document 2) is known.
Further, as another method for obtaining a monodomain, there is known a method (Patent Document 4) in which an alignment film subjected to rubbing treatment is disposed on one of upper and lower alignment films and an alignment film subjected to photo-alignment treatment is disposed on the other. Yes.

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/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加しながら重合させる高分子安定化法(特許文献5)が知られている。
特開平7−318912号公報 特開平7−159792号公報 特開2000−66176号公報 特開2003−5223号公報 特開平9−211463号公報 Liquid Crystals, 1999, Vol. 26, No.11,1599-1602 J.Appl. Phys., 1986, Vol. 59, No.7,2355-2360
Further, as a method for bringing a ferroelectric liquid crystal into a monostable state, for example, a small amount of a polymerizable monomer and / or oligomer is added to the ferroelectric liquid crystal, and the polymer is stabilized while applying a DC electric field or an AC electric field. The chemical method (Patent Document 5) is known.
JP 7-318912 A Japanese Patent Laid-Open No. 7-159792 JP 2000-66176 A JP 2003-5223 A JP-A-9-21463 Liquid Crystals, 1999, Vol. 26, No.11,1599-1602 J. Appl. Phys., 1986, Vol. 59, No. 7,2355-2360

しかしながら、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/光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、全体に亘っ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。   However, the above-described electric field applied slow cooling method that eliminates double domains and makes them monodomains is complicated in the manufacturing process, and even if monodomains are obtained once, the orientation is disturbed when the temperature rises above the phase transition point, and again Since double domains appeared, there was a problem of lack of stability and impracticality. Further, the above-described polymer stabilization method has a problem that the process is complicated and the driving voltage becomes high. Further, the above-described method using a rubbing / photo-alignment film has a problem that it is difficult to obtain monodomain alignment uniformly throughout the entire display element when the area of the display element is increased.

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、単安定化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。
In addition, it is difficult to obtain mono-domain alignment of a mono-stabilized ferroelectric liquid crystal simply by using the liquid crystal panel body using the above-described bistable ferroelectric liquid crystal.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device including monostable ferroelectric liquid crystal with uniform monodomain alignment in a cell gap. .

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、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。
In order to achieve such an object, the present invention includes a pair of substrates provided with an alignment film on at least one substrate, and a liquid crystal substance exhibiting a monostable state having a chiral smectic C phase injected between the substrates. In a liquid crystal display element including a liquid crystal layer and an electrode for applying an electric field to the liquid crystal layer, the liquid crystal layer includes a plurality of barriers, and the liquid crystal substance has a molecular direction in a monostable state with an extension of the barriers. The configuration is substantially the same as the installation direction.
As another embodiment of the present invention, the liquid crystal substance is configured such that a difference between a molecular direction in a monostable state and a barrier extending direction is in a range of 0 to 5 °.
As another aspect of the present invention, the pitch between the adjacent barriers is in the range of 0.5 to 3 mm.
As another aspect of the present invention, the alignment film is configured to be a film imparted with anisotropy by rubbing treatment or photo-alignment treatment.
As another aspect of the present invention, the barrier is configured to occupy 50 to 100% of the distance between the substrates.

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い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。   According to the present invention, since the liquid crystal layer has a plurality of barriers and the molecular direction of the liquid crystal substance in the monostable state is substantially the same as the extending direction of the barriers, the liquid crystal layer has a monolith with few alignment defects. It becomes a domain-oriented monostable ferroelectric liquid crystal layer, which enables high-quality image display. Further, even if the pitch of the barriers is increased, the above-described effect can be obtained. Therefore, it is possible to reduce line-like defects in the display screen caused by the barriers, and it is possible to suppress deterioration in image quality. is there.

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からなる液晶層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は示していない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a field sequential type liquid crystal display element as an embodiment of the liquid crystal display element of the present invention, and FIG. 2 is a plan view for explaining the liquid crystal display element of the present invention shown in FIG. FIG. 1 and 2, a liquid crystal display element 1 includes a liquid crystal layer made of a liquid crystal material in which a pixel electrode substrate 2 and a common electrode substrate 3 are arranged to face each other and injected into a cell gap formed between the two substrates. 4 and a backlight 6 is disposed outside the pixel electrode substrate 2. FIG. 2 is a plan view from the common electrode substrate 3 side, and shows a state in which the common electrode substrate 3 is removed leaving only the barrier 5 described later. In FIG. 2, an alignment film 17 described later of the pixel electrode substrate 2 is not shown.

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。
The pixel electrode substrate 2 includes a polarizing film 12 on one surface of a base material 11, a pixel electrode 13 on the other surface, a TFT (thin film transistor) 14 that is a switching element connected to the pixel electrode 13, and a TFT 14. The scanning line 15 and the signal line 16 are provided, and an alignment film 17 is provided so as to cover them.
The common electrode substrate 3 includes a polarizing film 22 on one surface of the base material 21, a common electrode 23 on the other surface, and a plurality of barriers 5 extending at a pitch P on the common electrode 23; An alignment film 24 is provided. In the illustrated example, the plurality of barriers 5 extend parallel to the signal line 16 (in the direction of arrow a in FIG. 2), and this extending direction is substantially the same as the molecular direction of the liquid crystal substance in the monostable state.

上記の基材11、21としては、石英ガラス、パイレックス(登録商標)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、透明樹脂フィルム、光学用樹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11,21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、0.1〜1.0mm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、0.05〜0.2μmの範囲で適宜設定することができる。
As said base material 11 and 21, flexibility, such as transparent rigid materials without flexibility, such as quartz glass, Pyrex (trademark) glass, a synthetic quartz board, or a transparent resin film, an optical resin board, etc. A transparent flexible material having these and these composite materials can be used. The thickness of the base materials 11 and 21 can be set in consideration of the material, the usage status of the liquid crystal display element, and the like, and can be set to about 0.1 to 1.0 mm, for example.
The pixel electrode 13 and the common electrode 23 are made of indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO), or an alloy thereof, a sputtering method, a vacuum evaporation method, a CVD method, or the like. It can be formed by the general film forming method. The thickness of such an electrode can be appropriately set in the range of 0.05 to 0.2 μm.

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が、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。   The alignment films 17 and 24 are uniaxially aligned, and the pixel electrode substrate 2 and the common electrode substrate 3 face each other so that the alignment directions of the alignment films 17 and 24 are substantially parallel to each other. ing. The uniaxial alignment treatment of the alignment films 17 and 24 can be performed by either photo-alignment treatment or rubbing treatment, but photo-alignment treatment is preferable. This is because the photo-alignment process is a non-contact alignment process and is useful in that there is no generation of static electricity or dust and quantitative control of the alignment process is possible.

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く、このような配向膜としては、大きく、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化型配向膜とに分けることができる。   A film with anisotropy by photo-alignment treatment is a film obtained by irradiating a substrate coated with an alignment film material with light with controlled polarization to cause photoexcitation reaction (decomposition, isomerization, dimerization). By imparting anisotropy to the liquid crystal, the liquid crystal substance on the film is aligned. The alignment film subjected to the photo-alignment treatment is not particularly limited as long as it has an effect of aligning the liquid crystal substance by irradiating light and causing a photoexcitation reaction (photoaligning). As an alignment film, there are large photoreactive alignment films that impart anisotropy to alignment films by causing photoreactions, and photoisomerization that imparts anisotropy to alignment films by causing photoisomerization reactions. It can be divided into a mold alignment film.

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、光二量化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い。
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、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、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、露光感度が高く、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化型配向膜を用いることがより好ましい。
The photoreactive alignment film imparts anisotropy to the alignment film by causing a photoreaction. The photoreactive alignment film is not particularly limited as long as it has such characteristics, but it imparts anisotropy to the alignment film by causing a photodimerization reaction or a photodecomposition reaction. It is preferable.
Here, the photodimerization reaction refers to a reaction in which reaction sites aligned in the polarization direction by light irradiation undergo radical polymerization and two molecules are polymerized. This reaction stabilizes the alignment in the polarization direction and is anisotropic to the alignment film. It is possible to impart sex. The photodegradation reaction is a reaction that decomposes molecular chains such as polyimide oriented in the polarization direction by light irradiation. This reaction leaves molecular chains oriented in the direction perpendicular to the polarization direction, and is anisotropic to the alignment film. It is possible to impart sex.
As the photoreactive alignment film, it is more preferable to use a photodimerization alignment film that imparts anisotropy to the alignment film by a photodimerization reaction because of high exposure sensitivity and wide selection of materials.

光二量化型配向膜としては、光二量化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用いることが好ましい。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、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。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、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。
The photodimerization type alignment film is not particularly limited as long as it can impart anisotropy to the alignment film by a photodimerization reaction. However, the photodimerization alignment film has a radical polymerizable functional group and is polarized. It is preferable to use a photodimerization reactive compound having dichroism with different absorption depending on the direction. This is because by radical polymerization of the reaction site oriented in the polarization direction, the orientation of the photodimerization reactive compound is stabilized and anisotropy can be easily imparted to the orientation film.
Examples of the photodimerization reactive compound having such characteristics include a dimerization reactive polymer having at least one reactive site selected from cinnamate ester, coumarin, quinoline, chalcone group and cinnamoyl group as a side chain. Can do. Among these, the photodimerization reactive compound is preferably a dimerization reactive polymer containing cinnamate, coumarin or quinoline as a side chain. This is because anisotropy can be easily imparted to the alignment film by radical polymerization of α and β unsaturated ketone double bonds aligned in the polarization direction as reaction sites.

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。
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。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。
光二量化型配向膜としては、例えば、下記一般式(1)に示す二量化反応性ポリマーを使用することができる。
The main chain of the dimerization-reactive polymer is not particularly limited as long as it is generally known as a polymer main chain. However, mutual reaction between reaction sites of the side chain such as an aromatic hydrocarbon group is not limited. It is preferable that it does not have a substituent containing many π electrons that hinders the action.
The weight average molecular weight of the dimerization reactive polymer is not particularly limited, but is preferably in the range of 5,000 to 40,000, and is in the range of 10,000 to 20,000. It is more preferable. The weight average molecular weight can be measured by a gel permeation chromatography (GPC) method. If the weight average molecular weight of the dimerization reactive polymer is too small, it may not be possible to impart appropriate anisotropy to the alignment film. On the other hand, if it is too large, the viscosity of the coating liquid for alignment film becomes high, and it may be difficult to form a uniform coating film.
As the photodimerization type alignment film, for example, a dimerization reactive polymer represented by the following general formula (1) can be used.

Figure 0004699100
Figure 0004699100

上記一般式(1)において、MおよびMは、それぞれ独立して、単重合体または共重合体の単量体単位を表す。例えば、エチレン、アクリレート、メタクリレート、2−クロロアクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、2−クロロアクリルアミド、スチレン誘導体、マレイン酸誘導体、シロキサンなどが挙げられる。Mとしては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリレート、メチルメタクリレート、ヒドロキシアルキルアクリレートまたはヒドロキシアルキルメタクリレートであってもよい。xおよびyは、共重合体とした場合の各単量体単位のモル比を表すものであり、それぞれ、0<x≦1、0≦y<1であり、かつ、x+y=1を満たす数である。nは4〜30,000の整数を表す。DおよびDは、スペーサー単位を表す。
1は−A−(Z1−B)z−Z2−で表される基であり、R2は−A−(Z1−B)z−Z3−で表される基である。ここで、AおよびBは、それぞれ独立して、共有単結合、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、または置換基を有していてもよい1,4−フェニレンを表す。また、Z1およびZ2は、それぞれ独立して、共有単結合、−CH2−CH2−、−CH2O−、−OCH2−、−CONR−、−RNCO−、−COO−または−OOC−を表す。Rは、水素原子または低級アルキル基であり、Z3は、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜12のアルキルまたはアルコキシ、シアノ、ニトロ、ハロゲンである。zは、0〜4の整数である。Cは、光二量化反応部位を表し、例えば、ケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基、シンナモイル基等が挙げられる。jおよびkは、それぞれ独立して、0または1である。
In the general formula (1), M 1 and M 2 each independently represent a monomer unit of a homopolymer or a copolymer. Examples thereof include ethylene, acrylate, methacrylate, 2-chloroacrylate, acrylamide, methacrylamide, 2-chloroacrylamide, styrene derivatives, maleic acid derivatives, and siloxane. M 2 may be acrylonitrile, methacrylonitrile, methacrylate, methyl methacrylate, hydroxyalkyl acrylate or hydroxyalkyl methacrylate. x and y represent the molar ratio of each monomer unit in the case of a copolymer, and are numbers satisfying 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1 and satisfying x + y = 1, respectively. It is. n represents an integer of 4 to 30,000. D 1 and D 2 represent spacer units.
R 1 is a group represented by —A— (Z 1 —B) z —Z 2 —, and R 2 is a group represented by —A— (Z 1 —B) z —Z 3 —. Here, A and B are each independently a covalent single bond, pyridine-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, 1,4-cyclohexylene, 1,3-dioxane-2,5- Diyl or 1,4-phenylene which may have a substituent is represented. Z 1 and Z 2 are each independently a covalent single bond, —CH 2 —CH 2 —, —CH 2 O—, —OCH 2 —, —CONR—, —RNCO—, —COO— or — Represents OOC-. R is a hydrogen atom or a lower alkyl group, and Z 3 is a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl having 1 to 12 carbon atoms, alkoxy, cyano, nitro, or halogen. z is an integer of 0-4. C represents a photodimerization reaction site, and examples thereof include cinnamic acid ester, coumarin, quinoline, chalcone group, cinnamoyl group and the like. j and k are each independently 0 or 1.

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。   Among the dimerization reactive polymers represented by the general formula (1), more preferred are those represented by the following structural formulas 1 to 4.

Figure 0004699100
Figure 0004699100

上記の構造式1〜4において、R11は−A1−(Z11−B1t−Z12−を表し、A1およびB1は、1,4−フェニレン、共有単結合、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−シクロヘキシレン、または1,3−ジオキサン−2,5−ジイルを表す。また、Z11およびZ12は、それぞれ独立して、共有単結合、−CH2−CH2−、−CH2O−、−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。 In the above structural formulas 1 to 4, R 11 represents —A 1 — (Z 11 —B 1 ) t —Z 12 —, and A 1 and B 1 represent 1,4-phenylene, a covalent single bond, pyridine- It represents 2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, 1,4-cyclohexylene, or 1,3-dioxane-2,5-diyl. Z 11 and Z 12 each independently represent a covalent single bond, —CH 2 —CH 2 —, —CH 2 O—, —COO—, or —OOC—. t is an integer of 0-4. n is an integer of 4 to 30,000.

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。
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。
As the photodimerization reactive compound, various photodimerization reaction sites and substituents can be selected from the above-described ones according to required characteristics. Moreover, the photodimerization reactive compound can also be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
Examples of the material for the photodimerization type alignment film include “ROP102” and “ROP103” manufactured by Rolic technologies. Moreover, as a material of the photoreactive alignment film using photodecomposition reaction, for example, polyimide “RN1199” manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. can be exemplified.

また、光異性化型配向膜は、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ものである。光異性化型配向膜としては、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化反応性化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化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、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、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。
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。
The photoisomerization type alignment film imparts anisotropy to the alignment film by causing a photoisomerization reaction. The photoisomerization type alignment film is not particularly limited as long as it has such characteristics, but photoisomerization reactivity that imparts anisotropy to the alignment film by causing a photoisomerization reaction. It is preferable to use a compound. By using such a photoisomerization-reactive compound, a stable isomer among a plurality of isomers is increased by light irradiation, whereby anisotropy can be easily imparted to the alignment film. is there.
The photoisomerization-reactive compound is not particularly limited as long as it has the above-mentioned characteristics, but has a dichroism that makes absorption different depending on the polarization direction and emits light by light irradiation. It is preferable that it causes an isomerization reaction. This is because anisotropy can be easily imparted to the alignment film by causing isomerization of the reaction site oriented in the polarization direction of the photoisomerization reactive compound having such characteristics.
Further, the photoisomerization reaction in which the photoisomerization reactive compound is generated is preferably a cis-trans isomerization reaction. This is because isomers of either the cis form or the trans form are increased by light irradiation, whereby anisotropy can be imparted to the alignment film.
Furthermore, examples of the photoisomerization reactive compound include a monomolecular compound or a polymerizable monomer that is polymerized by light or heat. These may be appropriately selected according to the type of liquid crystal material used, but the anisotropy can be stabilized by polymerizing after imparting anisotropy to the alignment film by light irradiation. It is preferable to use a polymerizable monomer. Among such polymerizable monomers, an acrylate monomer and a methacrylate monomer are preferable because anisotropy is imparted to the alignment film and the polymer can be easily polymerized while maintaining the anisotropy in a good state.
The polymerizable monomer may be a monofunctional monomer or a polyfunctional monomer, but is a bifunctional monomer because the anisotropy of the alignment film due to polymerization becomes more stable. It is preferable.

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。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、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−トランス異性化反応性骨格は、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、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−トランス異性化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く、例えば、−COO−、−OCO−、−O−、−C≡C−、−CH−CH−、−CHO−、−OCH−などが挙げられる。
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、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。
また、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。
Specific examples of such a photoisomerization-reactive compound include compounds having a cis-trans isomerization-reactive skeleton such as an azobenzene skeleton or a stilbene skeleton. In this case, the number of cis-trans isomerization reactive skeletons contained in the molecule may be one or two or more. However, since the alignment control of the liquid crystal substance becomes easy, 2 It is preferable that
The cis-trans isomerization reactive skeleton may have a substituent in order to further enhance the interaction with the liquid crystal substance. The substituent is not particularly limited as long as it can enhance the interaction with the liquid crystal substance and does not interfere with the orientation of the cis-trans isomerization reactive skeleton, and examples thereof include a carboxyl group and a sulfonic acid. A sodium group, a hydroxyl group, etc. are mentioned. These structures can be appropriately selected depending on the type of liquid crystal substance used.
In addition to the cis-trans isomerization reactive skeleton, the photoisomerization reactive compound contains many π electrons such as aromatic hydrocarbon groups so that the interaction with the liquid crystal substance can be further enhanced. It may have an included group, and the cis-trans isomerization reactive skeleton and the aromatic hydrocarbon group may be bonded via a bonding group. The bonding group is not particularly limited as long as it can enhance the interaction with the liquid crystal substance. For example, —COO—, —OCO—, —O—, —C≡C—, —CH 2 —CH 2- , —CH 2 O—, —OCH 2 — and the like can be mentioned.
In addition, when using a polymerizable monomer as a photoisomerization reactive compound, it is preferable to have the said cis-trans isomerization reactive skeleton as a side chain. By having the cis-trans isomerization reactive skeleton as a side chain, the effect of anisotropy imparted to the alignment film becomes larger, and it is particularly suitable for controlling the alignment of the liquid crystal substance. It is. In this case, the aromatic hydrocarbon group and bonding group contained in the molecule are contained in the side chain together with the cis-trans isomerization reactive skeleton so that the interaction with the liquid crystal substance is enhanced. It is preferable.
The side chain of the polymerizable monomer may have an aliphatic hydrocarbon group such as an alkylene group as a spacer so that the cis-trans isomerization reactive skeleton can be easily oriented.

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、液晶物質との相互作用が高く、液晶物質の配向制御に特に適しているからである。
以下、アゾベンゼン骨格が光異性化反応を生じることにより配向膜に異方性を付与できる理由について説明する。まず、アゾベンゼン骨格に、直線偏光紫外光を照射すると、下記式に示されるように、分子長軸が偏光方向に配向しているトランス体のアゾベンゼン骨格が、シス体に変化する。
Among the photoisomerization reactive compounds of the monomolecular compound or polymerizable monomer as described above, the photoisomerization reactive compound is preferably a compound having an azobenzene skeleton in the molecule. This is because the azobenzene skeleton contains a lot of π electrons and thus has a high interaction with the liquid crystal substance and is particularly suitable for controlling the alignment of the liquid crystal substance.
Hereinafter, the reason why the azobenzene skeleton can impart anisotropy to the alignment film by causing a photoisomerization reaction will be described. First, when the azobenzene skeleton is irradiated with linearly polarized ultraviolet light, the trans azobenzene skeleton having the molecular long axis oriented in the polarization direction is changed to a cis isomer as shown in the following formula.

Figure 0004699100
Figure 0004699100

アゾベンゼン骨格のシス体は、トランス体に比べて化学的に不安定であるため、熱的にまたは可視光を吸収してトランス体に戻るが、このとき、上記式の左のトランス体になるか右のトランス体になるかは同じ確率で起こる。そのため、紫外光を吸収し続けると、右側のトランス体の割合が増加し、アゾベンゼン骨格の平均配向方向は紫外光の偏光方向に対して垂直になる。この現象を利用することにより、アゾベンゼン骨格の配向方向を揃え、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。
光異性化型配向膜としては、例えば、下記一般式(2)に示す分子内にア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。
Since the cis isomer of the azobenzene skeleton is chemically unstable compared to the trans isomer, it thermally or absorbs visible light and returns to the trans isomer. Whether to become the right transformer body occurs with the same probability. Therefore, if the ultraviolet light is continuously absorbed, the ratio of the right-side trans isomer increases, and the average orientation direction of the azobenzene skeleton becomes perpendicular to the polarization direction of the ultraviolet light. By utilizing this phenomenon, the alignment direction of the azobenzene skeleton can be aligned, anisotropy can be imparted to the alignment film, and the alignment of the liquid crystal substance on the film can be controlled.
As the photoisomerizable alignment film, for example, a monomolecular compound having an azobenzene skeleton in the molecule represented by the following general formula (2) can be used.

Figure 0004699100
Figure 0004699100

上記一般式(2)において、R51は各々独立して、ヒドロキシ基を表す。R52は−(A51−B51−A51−(D51−で表される連結基を表し、R53は(D51−(A51−B51−A51−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−、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−NHCOO−または−OCONH−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−、−NHCO−、−NHCOO−または−OCONH−を表し、nは0または1を表す。R54は各々独立して、ハロゲン原子、カルボキシ基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基またはメトキシカルボニル基を表す。ただし、カルボキシ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。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いてもよい。 In the general formula (2), each R 51 independently represents a hydroxy group. R 52 is - (A 51 -B 51 -A 51 ) m - (D 51) n - represents a linking group represented by, R 53 is (D 51) n - (A 51 -B 51 -A 51) m represents a linking group represented by-. Here, A 51 represents a divalent hydrocarbon group, B 51 represents —O—, —COO—, —OCO—, —CONH—, —NHCO—, —NHCOO— or —OCONH—, and m represents Represents an integer of 0 to 3; D 51 represents a divalent hydrocarbon group when m is 0, and when m is an integer of 1 to 3, —O—, —COO—, —OCO—, —CONH—, —NHCO—, —NHCOO— Alternatively, -OCONH- is represented, and n represents 0 or 1. R 54 each independently represents a halogen atom, a carboxy group, a halogenated methyl group, a halogenated methoxy group, a cyano group, a nitro group, a methoxy group or a methoxycarbonyl group. However, the carboxy group may form a salt with an alkali metal. R 55 each independently represents a carboxy group, a sulfo group, a nitro group, an amino group or a hydroxy group. However, the carboxy group or the sulfo group may form a salt with the alkali metal.

上記の一般式(2)で示される分子内にア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。   Examples of the monomolecular compound having an azobenzene skeleton in the molecule represented by the general formula (2) include those represented by the following structural formulas 5 to 8.

Figure 0004699100
Figure 0004699100

また、光異性化型配向膜しては、例えば、下記一般式(3)に示すア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。   As the photoisomerizable alignment film, for example, a polymerizable monomer having an azobenzene skeleton represented by the following general formula (3) as a side chain can be used.

Figure 0004699100
Figure 0004699100

上記一般式(3)において、R61は各々独立して、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリルアミド基、ビニルオキシ基、ビニルオキシカルボニル基、ビニルイミノカルボニル基、ビニルイミノカルボニルオキシ基、ビニル基、イソプロペニルオキシ基、イソプロペニルオキシカルボニル基、イソプロペニルイミノカルボニル基、イソプロペニルイミノカルボニルオキシ基、イソプロペニル基またはエポキシ基を表す。R62は−(A61−B61−A61−(D61−で表される連結基を表し、R63は(D61−(A61−B61−A61−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−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−NHCOO−または−OCONH−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−O−、−COO−、−OCO−、−CONH−、−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、ハロゲン化メトキシ基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基またはメトキシカルボニル基を表す。ただし、カルボキシ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。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いてもよい。 In the general formula (3), each R 61 is independently (meth) acryloyloxy group, (meth) acrylamide group, vinyloxy group, vinyloxycarbonyl group, vinyliminocarbonyl group, vinyliminocarbonyloxy group, vinyl group. Represents an isopropenyloxy group, an isopropenyloxycarbonyl group, an isopropenyliminocarbonyl group, an isopropenyliminocarbonyloxy group, an isopropenyl group or an epoxy group. R 62 is - (A 61 -B 61 -A 61 ) m - (D 61) n - represents a linking group represented by, R 63 is (D 61) n - (A 61 -B 61 -A 61) m represents a linking group represented by-. Here, A 61 represents a divalent hydrocarbon group, B 61 represents —O—, —COO—, —OCO—, —CONH—, —NHCO—, —NHCOO— or —OCONH—, and m represents Represents an integer of 0 to 3; D 61 represents a divalent hydrocarbon group when m is 0, and when m is an integer of 1 to 3, —O—, —COO—, —OCO—, —CONH—, —NHCO—, —NHCOO— Alternatively, -OCONH- is represented, and n represents 0 or 1. R 64 each independently represents a halogen atom, a carboxy group, a halogenated methyl group, a halogenated methoxy group, a cyano group, a nitro group, a methoxy group or a methoxycarbonyl group. However, the carboxy group may form a salt with an alkali metal. R 65 each independently represents a carboxy group, a sulfo group, a nitro group, an amino group or a hydroxy group. However, the carboxy group or the sulfo group may form a salt with the alkali metal.

上記の一般式(3)で示される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、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。   Examples of the polymerizable monomer having the azobenzene skeleton represented by the general formula (3) as a side chain include those represented by the following structural formulas 9 to 12.

Figure 0004699100
Figure 0004699100

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。   As the photoisomerization-reactive compound, various cis-trans isomerization-reactive skeletons and substituents can be selected from among the above-described compounds according to required characteristics. In addition, these photoisomerization reactive compounds can also be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

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加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または光異性化反応性化合物に対し、0.001重量%〜20重量%の範囲内であることが好ましく、0.1重量%〜5重量%の範囲内であることがより好ましい。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。   The alignment film subjected to the photo-alignment treatment may contain an additive within a range that does not hinder the optical alignment of the alignment film. Examples of the additive include a polymerization initiator and a polymerization inhibitor. The polymerization initiator or polymerization inhibitor may be appropriately selected from generally known compounds according to the type of photodimerization reactive compound or photoisomerization reactive compound. The addition amount of the polymerization initiator or polymerization inhibitor is preferably in the range of 0.001% by weight to 20% by weight with respect to the photodimerization reactive compound or the photoisomerization reactive compound, and is 0.1% by weight. More preferably, it is in the range of ˜5% by weight. This is because if the addition amount of the polymerization initiator or polymerization inhibitor is too small, the polymerization may not be started (prohibited), whereas if too much, the reaction may be inhibited.

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に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く、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く、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、ロッドバーコーティング法、スプレーコーティング法、エアナイフコーティング法、スロットダイコーティング法、ワイヤーバーコーティング法などを用いることができる。
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1nm〜200nmの範囲内であることが好ましく、3nm〜100nmの範囲内であることがより好ましい。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。
For the alignment film provided with anisotropy by the photo-alignment treatment, for example, a coating solution for the alignment film obtained by diluting the above-described alignment film material with an organic solvent is applied and dried, and the resulting film is subjected to the photo-alignment treatment Can be formed.
In this case, the content of the photodimerization reactive compound in the alignment film coating solution is preferably in the range of 0.05 wt% to 10 wt%, and in the range of 0.2 wt% to 2 wt%. More preferably, it is within. In addition, the content of the photoisomerization reactive compound in the alignment film coating solution is preferably in the range of 0.05 wt% to 10 wt%, and in the range of 0.2 wt% to 5 wt%. It is more preferable that If the content is too small, it will be difficult to impart appropriate anisotropy to the alignment film. Conversely, if the content is too large, the viscosity of the coating solution will increase, making it difficult to form a uniform coating film. .
As the coating method, spin coating method, roll coating method, rod bar coating method, spray coating method, air knife coating method, slot die coating method, wire bar coating method and the like can be used.
The thickness of the film obtained by applying the alignment film material is preferably in the range of 1 nm to 200 nm, and more preferably in the range of 3 nm to 100 nm. If the thickness of the film is too thin, sufficient optical alignment may not be obtained. Conversely, if the thickness is too large, the liquid crystal substance may be disturbed in alignment, and it is not preferable in terms of cost.

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。
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、光異性化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10°〜45°の範囲内とすることが好ましく、30°〜45°の範囲内とすることがより好ましく、最も好ましくは45°である。
さらに、光異性化反応性化合物として、上述したような重合性モノマーを用いる場合には、光配向処理を行った後、加熱することにより、ポリマー化し、配向膜に付与された異方性を安定化することができる。
The obtained film can impart anisotropy by causing a photoexcitation reaction by irradiating light with polarization controlled. The wavelength region of the light to be irradiated may be appropriately selected according to the material of the alignment film to be used, but is preferably in the ultraviolet light range, that is, in the range of 100 nm to 400 nm, more preferably 250 nm to 380 nm. Is within the range.
The polarization direction is not particularly limited as long as it can cause a photoexcitation reaction. However, since the alignment state of the liquid crystal substance can be improved, it is substantially perpendicular to the substrate surface. It is preferable. In the case of a photoisomerizable alignment film, the photo-alignment treatment can also be performed by irradiating non-polarized ultraviolet rays. The light irradiation direction is not particularly limited as long as it can cause a photoexcitation reaction. However, since the alignment state of the liquid crystal material can be improved, the light irradiation direction is 10 ° oblique to the substrate surface. It is preferable to be within the range of ° to 45 °, more preferably within the range of 30 ° to 45 °, and most preferably 45 °.
Furthermore, when the polymerizable monomer as described above is used as the photoisomerization-reactive compound, it is polymerized by heating after the photo-alignment treatment, and the anisotropy imparted to the alignment film is stabilized. Can be

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く、また、配向膜17、24が異なる配向膜(使用する材料および/または配向処理方法が異なる配向膜)であってもよいが、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からである。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く、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、例えば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、他方を光異性化型配向膜とすることができる。
また、配向膜が光二量化型配向膜である場合、例えば上述した光二量化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、配向膜が光異性化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−トランス異性化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のいずれか一方に備えるものであってもよい。
In the liquid crystal display element of the present invention, the alignment films 17 and 24 may be the same alignment film, for example, an alignment film subjected to photo-alignment treatment, and the alignment films 17 and 24 may be different alignment films ( (Orientation films having different materials and / or orientation treatment methods) may be used. Among them, the orientation films 17 and 24 are preferably different orientation films. This is because the occurrence of alignment defects such as double domains can be effectively suppressed, and monodomain alignment can be obtained. The reason why a good alignment state can be obtained by using different alignment films is not clear, but is considered to be due to the difference in interaction between the alignment films and the liquid crystal substance. In addition, the liquid crystal material is aligned by the alignment regulating force of the alignment film, regardless of the electric field applied slow cooling method, so that alignment disorder due to temperature rise above the phase transition point hardly occurs, and liquid crystal display with excellent alignment stability It can be set as an element.
In the case where the alignment films 17 and 24 are different alignment films, for example, as described above, an alignment film having different materials and alignment treatment methods can be used. For example, one of the alignment films is subjected to photo-alignment treatment and the other is used. A rubbing-treated alignment film can be used, or one can be a photodimerization alignment film and the other can be a photoisomerization alignment film.
Further, when the alignment film is a photodimerization type alignment film, for example, by selecting various photodimerization reactive polymers as described above, it is possible to obtain alignment films with different materials to be used. At this time, the composition of the material can be changed by changing the addition amount of the additive. Further, when the alignment film is a photoisomerization type alignment film, by selecting various cis-trans isomerization reactive skeletons and substituents from the above-mentioned photoisomerization reactive compounds according to the required characteristics. , The alignment film can be made of different materials. At this time, the composition of the material can be changed by changing the addition amount of the additive.
Furthermore, the liquid crystal display element of the present invention may be provided with an alignment film on either the pixel electrode substrate 2 or the common electrode substrate 3.

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をスペ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、5〜30μmの範囲で適宜設定することができる。障壁5のピッチP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。   The barrier 5 extending on the common electrode 23 of the common electrode substrate 3 makes the alignment of the liquid crystal material injected into the cell gap formed between the pixel electrode substrate 2 and the common electrode substrate 3 uniform. It is a member for. The difference between the extending direction of the barrier 5 and the molecular direction in the monostable state of the liquid crystal substance is preferably in the range of 0 to 5 °. Moreover, the pitch P of the adjacent barriers 5 can be in the range of 0.5 to 3 mm, preferably 0.8 to 2.5 mm. The width W of the barrier 5 is preferably narrow considering the aperture ratio. However, when the barrier 5 is also used as a spacer, if the barrier 5 is too narrow, it does not function in strength. Therefore, the width W of the barrier 5 can be appropriately set within a range of 5 to 30 μm, for example, in consideration of the function of the barrier 5. If the pitch P of the barriers 5 is less than 0.5 mm, the line-shaped defects on the display screen caused by the barriers 5 increase, resulting in a decrease in image quality. If the pitch P exceeds 3 mm, the injected liquid crystal substance It becomes difficult to achieve uniform orientation.

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50〜100%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、配向欠陥が生じ易く、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、柱状凸部等のスペ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%に設定してスペーサの作用を兼ねさせることもできる。   The height of the barrier 5 can be set in accordance with the set value of the cell gap (inter-substrate distance) between the pixel electrode substrate 2 and the common electrode substrate 3 and is 50 to 100% of the cell gap. Can be set as follows. If the height of the barrier 5 is less than 50% of the cell gap, alignment defects are likely to occur, and the liquid crystal layer 4 cannot be made a uniform monodomain aligned ferroelectric liquid crystal layer. In the liquid crystal display element 1 of the present invention, in order to ensure the cell gap between the pixel electrode substrate 2 and the common electrode substrate 3 with high accuracy, spacers such as beads and columnar protrusions can be disposed between the substrates, Further, the height of the barrier 5 can be set to 100% of the cell gap to also serve as a spacer.

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が、例えば、画素電極13の配列ピッチが128μm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。   In the illustrated example, for ease of explanation, the relationship between the positions and dimensions of the pixel electrode 13 and the barrier 5 is shown for convenience. In the illustrated example, one barrier 5 is extended in the direction of arrow a for every four arrangements of the pixel electrodes 13. For example, the arrangement pitch of the pixel electrodes 13 is 128 μm, and the pitch P of the barriers 5 is 1. In the case of 5 mm, one barrier 5 exists for every about 12 arrayed pixel electrodes 13.

上記の障壁5は、例えば、2P(Photo Polymerization)法、フォトリソグラフィー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)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、グリセリントリジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、ペンタエリスリトール(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等のモノマー、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシ、ビニルエーテル、ポリエン・チオール系等のオリゴマー、光二量化反応を起こすポリビニル桂皮酸系樹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ー法では、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)アクリレートとは、アクリレートあるいはメタクリレートを意味する。   Said barrier 5 can be formed by well-known methods, such as 2P (Photo Polymerization) method and the photolithographic method, for example. In the 2P method, for example, ethylene glycol (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, dipropylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) ) Acrylate, hexane glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, glycerin di (meth) acrylate, glycerin tridi (meth) acrylate, trimethylolpropane di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di Acrylate, pentaerythritol (meth) acrylate, dipentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate , Monomers such as dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, urethane acrylate, epoxy acrylate, polyester acrylate, epoxy, vinyl ether, polyene / thiol-based oligomers, polyvinyl cinnamon that causes photodimerization reaction Barrier 5 is formed by applying a photocrosslinkable polymer such as an acid-based resin on the base material 21 and irradiating it with ultraviolet rays in a state where the original plate for barrier formation is pressure-bonded to the coating film, and then peeling the original plate. Form. In the photolithography method, a material as exemplified in the above-described 2P method is applied onto the base material 21, the coating film is exposed through a desired photomask for forming a barrier, and then developed to develop a barrier. 5 is formed. In addition, said (meth) acrylate means an acrylate or a methacrylate.

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、直接カイラルスメクチック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、液晶物質は、ネマチック相−コレステリック相−カイラルスメクチックC相(SmC*)、または、ネマチック相−カイラルスメクチック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からである。
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。
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。
The liquid crystal material of the liquid crystal layer 4 constituting the liquid crystal display element 1 is injected into the cell gap in the liquid phase, and, for example, the phase transition from the cholesteric phase directly to the chiral smectic C phase (SmC *) without passing through the smectic A phase. It has been done. The phase sequence of the liquid crystal is not particularly limited as long as it exhibits a chiral smectic C phase (SmC *), but the liquid crystal substance may be a nematic phase-cholesteric phase-chiral smectic C phase (SmC *), Alternatively, it is preferable that the phase change between the nematic phase and the chiral smectic C phase (SmC *) and not via the smectic A phase. By using a liquid crystal substance that exhibits monostability and does not pass through the smectic A phase, it becomes possible to drive by an active matrix method using TFTs, and to control gradation by voltage modulation, thereby achieving high definition and high performance. This is because display of quality can be realized.
In addition, when the liquid crystal display element of the present invention is driven by a field sequential method, the liquid crystal substance operates in a molecular direction of the liquid crystal substance only when a positive or negative voltage is applied, and half-V shaped switching (hereinafter referred to as half-V shaped switching). , Referred to as HV-shaped switching). When a liquid crystal material exhibiting such HV-shaped switching characteristics is used, the opening time as a black and white shutter can be made sufficiently long, whereby each color that can be temporally switched can be displayed brighter, and bright colors This is because a liquid crystal display element for display can be realized. Here, the “HV-shaped switching characteristic” refers to an electro-optical characteristic in which the light transmittance with respect to the applied voltage is asymmetric.
Among the above, a liquid crystal substance that undergoes a phase transition directly from a cholesteric phase to a chiral smectic C phase (SmC *) without passing through a smectic A phase is suitable as a material that exhibits HV-shaped switching characteristics. Specific examples of such a liquid crystal substance include “R2301” and “FELIX-3206” sold by AZ Electronic Materials.

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。   By making the molecular direction in the monostable state of the liquid crystal substance substantially parallel to the extending direction of the barrier 5 described above, preferably by setting the difference between the molecular direction and the extending direction of the barrier 5 to a range of 0 to 5 °. By the action of the barrier 5, the liquid crystal substance takes a monostable state in which the molecular axes are uniformly monodomain aligned in the absence of an electric field. In the present invention, a case where the ratio of the area of the region having the same layer normal direction to the total area is 95% or more is defined as “monostable state with uniform monodomain orientation”. Thus, in order to make the molecular direction of the liquid crystal material in the monostable state substantially parallel to the extending direction of the barrier 5, the direction of the uniaxial alignment of the alignment films 17 and 24 is appropriately set according to the liquid crystal material used. do it.

また、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の範囲内、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からである。   The thickness of the liquid crystal layer is preferably in the range of 1.2 μm to 3.0 μm, more preferably in the range of 1.3 μm to 2.5 μm, and still more preferably in the range of 1.4 μm to 2.0 μm. Is within. This is because if the thickness of the liquid crystal layer is thinner than the above range, the contrast may be lowered, and conversely if the thickness of the liquid crystal layer is thicker than the above range, the liquid crystal substance may be difficult to align.

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配設したものとしてもよい。
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を延設してもよい。
The backlight 6 constituting the liquid crystal display element 1 includes, for example, a plurality of LEDs that emit red (R), green (G), and blue (B) light so as to face the pixel electrode substrate 2. And a pixel electrode substrate 2 may be provided with a light diffusion plate. Alternatively, only the light diffusing plate may be disposed so as to face the pixel electrode substrate 2, and R, G, and B LEDs may be disposed on the side end portion of the light diffusing plate via a light guide plate.
In the above-described embodiment, the barrier 5 is provided on the common electrode 23 of the common electrode substrate 3, but may be provided on the pixel electrode 13 of the pixel electrode substrate 2. Further, the extending direction of the barrier 5 (the direction of the arrow a in FIG. 2) is parallel to the signal line 16, but the barrier 5 may be extended so as to cross the signal line 16 at a desired angle. .

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く、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、バックライトとして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く、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。
In addition to injecting the liquid crystal material into the cell gap in the liquid phase, the liquid crystal layer 4 drops a predetermined amount of the liquid crystal material in the liquid phase on the common electrode substrate 3 on which the barrier 5 is formed, and then in vacuum Alternatively, the pixel electrode substrate 2 may be formed by bonding. In this case, by setting the height of the barrier 5 to be less than 100% of the cell gap and 50% or more, it is only necessary to control the total amount of liquid crystal substance to be dropped, and within the individual regions partitioned by each barrier. Control of the amount of liquid crystal substance to be dropped is unnecessary, and process management becomes easy.
In the above-described embodiment, R, G, and B are used as individual light sources (LEDs) as a backlight. However, a light source that can emit light by continuously switching R, G, and B is used as a backlight. May be. The method of the liquid crystal display element of the present invention is not limited to the field sequential method, and may be a liquid crystal display element that performs color display using a color filter.

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化することにより反応性液晶層が形成される。このように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、配向膜上に固定化されているため、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く、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。   In the liquid crystal display element of the present invention, a reactive liquid crystal layer formed by fixing a reactive liquid crystal may be formed between the alignment film and the liquid crystal layer. Such a reactive liquid crystal is aligned by an alignment film. For example, the reactive liquid crystal layer is formed by irradiating ultraviolet rays to polymerize the reactive liquid crystal and fixing the alignment state. Since the reactive liquid crystal layer is fixed on the alignment film in this way and the anisotropy is imparted to the reactive liquid crystal layer by the alignment film, the reactive liquid crystal layer is used as an alignment film for aligning the liquid crystal substance. Can function. Further, since the reactive liquid crystal layer is fixed on the alignment film, alignment disorder hardly occurs even when the temperature of the liquid crystal material is raised to a temperature higher than the phase transition point, and the alignment stability is excellent. Further, the reactive liquid crystal is relatively similar in structure to the liquid crystal material and has a strong interaction with the liquid crystal material, and thus has an advantage that the alignment of the liquid crystal material can be effectively controlled.

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く、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。   The reactive liquid crystal layer may be formed on any one of the alignment films, or may be formed on both alignment films. When the reactive liquid crystal layer is formed on one of the alignment films, the liquid crystal substance is sandwiched between different layers (alignment film and reactive liquid crystal layer), so that alignment defects such as double domains Generation can be effectively suppressed, and a monodomain orientation can be obtained. Moreover, when the reactive liquid crystal layer is formed on both alignment films, it is preferable that the materials used for the respective reactive liquid crystal layers are different in order to obtain monodomain alignment.

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。   The reactive liquid crystal is preferably one that exhibits a nematic phase. This is because the nematic phase is relatively easy to control the alignment among the liquid crystal phases.

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。
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が、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く、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。
The reactive liquid crystal preferably contains a polymerizable liquid crystal material. This is because the alignment state of the reactive liquid crystal can be fixed.
As the polymerizable liquid crystal material contained in the reactive liquid crystal, any of a polymerizable liquid crystal monomer, a polymerizable liquid crystal oligomer, and a polymerizable liquid crystal polymer can be used, and a polymerizable liquid crystal monomer is preferably used. This is because the polymerizable liquid crystal monomer can be aligned at a lower temperature than the polymerizable liquid crystal oligomer and the polymerizable liquid crystal polymer, has high sensitivity in alignment, and can be easily aligned.
The polymerizable liquid crystal monomer is not particularly limited as long as it is a liquid crystal monomer having a polymerizable functional group, and examples thereof include a monoacrylate monomer and a diacrylate monomer. These polymerizable liquid crystal monomers may be used alone or in combination of two or more.

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。   Examples of the monoacrylate monomer include those represented by the following general formulas (4) and (5).

Figure 0004699100
Figure 0004699100

上記の一般式(4),(5)において、A21、B21、D21、E21およびF21はベンゼン、シクロヘキサンまたはピリミジンを表し、これらはハロゲン等の置換基を有していてもよい。また、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ニル基、またはシアノ基のいずれであってもよい。さらに、分子鎖末端のアクリロイルオキシ基とA21またはD21とは、炭素数3〜6のアルキレン基等のスペーサーを介して結合していてもよい。 In the above general formulas (4) and (5), A 21 , B 21 , D 21 , E 21 and F 21 represent benzene, cyclohexane or pyrimidine, and these may have a substituent such as halogen. . A 21 and B 21 , or D 21 and E 21 may be bonded via a bonding group such as an acetylene group, a methylene group, or an ester group. M 21 and M 22 may be any of a hydrogen atom, an alkyl group having 3 to 9 carbon atoms, an alkoxycarbonyl group having 3 to 9 carbon atoms, or a cyano group. Furthermore, the acryloyloxy group at the molecular chain end and A 21 or D 21 may be bonded via a spacer such as an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms.

また、ジアク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。   Moreover, as a diacrylate monomer, what is shown to following Structural formula 13,14 can be mentioned, for example.

Figure 0004699100
Figure 0004699100

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のアルキルオキシ、炭素数1〜20のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数1〜20のアルキルカルボニル、炭素数1〜20のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表す。また、mは2〜20の範囲内の整数を表す。Xとしては、炭素数1〜20のアルキルオキシカルボニル、メチルまたは塩素であることが好ましく、中でも、炭素数1〜20のアルキルオキシカルボニル、特にCH(CHOCOであることが好ましい。 In Structural Formulas 13 and 14, X and Y are hydrogen, alkyl having 1 to 20 carbons, alkenyl having 1 to 20 carbons, alkyloxy having 1 to 20 carbons, or alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbons. , Formyl, alkylcarbonyl having 1 to 20 carbons, alkylcarbonyloxy having 1 to 20 carbons, halogen, cyano or nitro. M represents an integer in the range of 2-20. X is preferably an alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbon atoms, methyl or chlorine, and among them, an alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbon atoms, particularly CH 3 (CH 2 ) 4 OCO is preferable.

さらに、ジアク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きる。   Furthermore, as a diacrylate monomer, what is shown to the following Structural formula 15 can be mentioned, for example.

Figure 0004699100
Figure 0004699100

上記の構造式15において、Z31およびZ32は、各々独立して直接結合している−COO−、−OCO−、−O−、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−OCH−、−CHO−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−を表し、R31は水素または炭素数1〜5のアルキルを表す。また、kおよびmは0または1を表し、nは2〜8の範囲内の整数を表す。 In the above structural formula 15, Z 31 and Z 32 are each independently independently directly bonded —COO—, —OCO—, —O—, —CH 2 CH 2 —, —CH═CH—, —C. Represents ≡C—, —OCH 2 —, —CH 2 O—, —CH 2 CH 2 COO—, —OCOCH 2 CH 2 —, and R 31 represents hydrogen or alkyl having 1 to 5 carbon atoms. K and m represent 0 or 1, and n represents an integer in the range of 2 to 8.

上記構造式15で示されるジアク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。   Specific examples of the diacrylate monomer represented by Structural Formula 15 include those represented by Structural Formula 16 below.

Figure 0004699100
Figure 0004699100

上記の構造式16において、Z21およびZ22は、各々独立して直接結合している−COO−、−OCO−、−O−、−CHCH−、−CH=CH−、−C≡C−、−OCH−、−CHO−、−CHCHCOO−、−OCOCHCH−を表す。また、mは0または1を表し、nは2〜8の範囲内の整数を表す。 In the above structural formula 16, Z 21 and Z 22 are each independently independently directly bonded —COO—, —OCO—, —O—, —CH 2 CH 2 —, —CH═CH—, —C. Represents ≡C—, —OCH 2 —, —CH 2 O—, —CH 2 CH 2 COO—, —OCOCH 2 CH 2 —. M represents 0 or 1, and n represents an integer in the range of 2-8.

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に示すジアクリレートモノマーを含有する反応性液晶としては、例えば旭電化工業株式会社製の「アデカキラコール PLC-7183」、「アデカキラコール PLC-7209」などを挙げることができる。また、アクリレートモノマーを含有する反応性液晶としては、例えばRolic technologies 社製の「ROF-5101」、「ROF-5102」などが挙げられる。   In the present invention, among those described above, those represented by structural formulas 13 and 15 are preferably used. Examples of the reactive liquid crystal containing the diacrylate monomer represented by the structural formula 15 include “Adeka Kiracol PLC-7183” and “Adeka Kiracol PLC-7209” manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd. . Examples of the reactive liquid crystal containing an acrylate monomer include “ROF-5101” and “ROF-5102” manufactured by Rolic technologies.

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。   In the present invention, among the polymerizable liquid crystal monomers, diacrylate monomers are preferred. This is because the diacrylate monomer can be easily polymerized while maintaining the orientation state in a good state.

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。   The polymerizable liquid crystal monomer described above does not have to exhibit a nematic phase. These polymerizable liquid crystal monomers may be used as a mixture of two or more as described above, and any composition in which these are mixed, that is, a reactive liquid crystal, can exhibit a nematic phase.

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、例えばベンジル(ビベンゾイルとも言う)、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4−ベンゾイル−4´−メチルジフェニルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルアミノメチルベンゾエート、2−n−ブトキシエチル−4−ジメチルアミノベンゾエート、p−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、3,3´−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン、メチロベンゾイルフォーメート、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン、1−(4−ドデシルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン2,4−ジイソプロピルチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン等を挙げることができる。なお、光重合開始剤の他に増感剤を、本発明の目的が損なわれない範囲で添加することも可能である。
このような光重合開始剤の添加量としては、一般的には0.01〜20重量%、好ましくは0.1〜10重量%、より好ましくは0.5〜5重量%の範囲で上記反応性液晶に添加することができる。
Furthermore, you may add a photoinitiator and a polymerization inhibitor to the said reactive liquid crystal as needed.
Examples of the photopolymerization initiator that can be used in the present invention include benzyl (also referred to as bibenzoyl), benzoin isobutyl ether, benzoin isopropyl ether, benzophenone, benzoylbenzoic acid, benzoylmethyl benzoate, 4-benzoyl-4'-methyldiphenyl. Sulfide, benzyl methyl ketal, dimethylaminomethyl benzoate, 2-n-butoxyethyl-4-dimethylaminobenzoate, isoamyl p-dimethylaminobenzoate, 3,3′-dimethyl-4-methoxybenzophenone, methylobenzoyl formate, 2-methyl-1- (4- (methylthio) phenyl) -2-morpholinopropan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butan-1-one, 1- (4-dodecylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, 1- (4-isopropyl Phenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 2-chlorothioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone 2,4-diisopropylthioxanthone, 2,4-dimethylthioxanthone, isopropylthioxanthone, 1-chloro-4- And propoxythioxanthone. In addition to the photopolymerization initiator, it is also possible to add a sensitizer as long as the object of the present invention is not impaired.
The amount of the photopolymerization initiator added is generally 0.01 to 20% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight, more preferably 0.5 to 5% by weight. It can be added to the liquid crystal.

反応性液晶層の厚みは、目的とする異方性に応じて適宜調整されるものであり、例えば1nm〜1000nmの範囲内で設定することができ、好ましくは3nm〜100nmの範囲内である。反応性液晶層の厚みが厚すぎると必要以上の異方性が生じてしまい、また反応性液晶層の厚みが薄すぎると所定の異方性が得られない場合があるからである。   The thickness of the reactive liquid crystal layer is appropriately adjusted according to the target anisotropy, and can be set, for example, within a range of 1 nm to 1000 nm, and preferably within a range of 3 nm to 100 nm. This is because if the reactive liquid crystal layer is too thick, anisotropy more than necessary occurs, and if the reactive liquid crystal layer is too thin, the predetermined anisotropy may not be obtained.

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、反応性液晶層を形成してもよい。製造工程の簡便さの観点からは、反応性液晶を溶媒に溶解させて反応性液晶層用塗布液を調製し、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。   Such a reactive liquid crystal layer is formed by applying a coating liquid for a reactive liquid crystal layer containing a reactive liquid crystal on an alignment film, performing an alignment treatment, and fixing the alignment state of the reactive liquid crystal. Can do. Alternatively, the reactive liquid crystal layer may be formed by forming a dry film or the like in advance and laminating it on the alignment film instead of applying the coating liquid for the reactive liquid crystal layer. From the viewpoint of simplicity of the production process, it is preferable to use a method in which a reactive liquid crystal is dissolved in a solvent to prepare a coating liquid for a reactive liquid crystal layer, which is applied onto an alignment film, and the solvent is removed.

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、ジエチルベンゼン、テトラリン等の炭化水素類;メトキシベンゼン、1,2−ジメトキシベンゼン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、2,4−ペンタンジオン等のケトン類;酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類;2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒;t−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノアセチン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール等のアルコール類;フェノール、パラクロロフェノール等のフェノール類;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のセロソルブ類;などの1種または2種以上が使用可能である。
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。
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1〜20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くくなる場合があるからである。
The solvent used in the coating liquid for the reactive liquid crystal layer is not particularly limited as long as it can dissolve the reactive liquid crystal and the like and does not inhibit the alignment ability of the alignment film. For example, hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, n-butylbenzene, diethylbenzene and tetralin; ethers such as methoxybenzene, 1,2-dimethoxybenzene and diethylene glycol dimethyl ether; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, 2 Ketones such as 1,4-pentanedione; esters such as ethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, γ-butyrolactone; 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethyl Amide solvents such as acetamide; t-butyl alcohol, diacetone alcohol, glycerin, monoacetin, ethylene glycol, triethyleneglycol 1 or more types of alcohols such as hexylene glycol, phenols, phenols such as phenol and parachlorophenol, and cellosolves such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, and ethylene glycol monomethyl ether acetate can be used. is there.
Further, if only a single kind of solvent is used, the solubility of the reactive liquid crystal or the like may be insufficient or the alignment film may be eroded. In this case, this inconvenience can be avoided by using a mixture of two or more solvents. Among the above-mentioned solvents, hydrocarbons and glycol monoether acetate solvents are preferable as the sole solvent, and a mixed system of ethers or ketones and glycol solvent is preferable as the mixed solvent. It is.
Although the concentration of the coating liquid for the reactive liquid crystal layer depends on the solubility of the reactive liquid crystal and the thickness of the reactive liquid crystal layer, it cannot be defined unconditionally, but is usually 0.1 to 40% by weight, preferably 1 to It is adjusted in the range of 20% by weight. If the concentration is lower than the above range, the reactive liquid crystal may be difficult to align. Conversely, if the concentration is higher than the above range, the viscosity of the coating liquid for the reactive liquid crystal layer is increased, so that a uniform coating film is formed. This is because it may be difficult.

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)アクリレート;ポリオール基と2個のイソシアネート基を持つ化合物を互いに反応させた後、その反応生成物に(メタ)アクリル酸を反応させて得られるポリウレタン(メタ)アクリレート;ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸ポリグリシジルエステル、ポリオールポリグリシジルエーテル、脂肪族または脂環式エポキシ樹脂、アミンエポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂と、(メタ)アクリル酸を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート等の光重合性化合物;アクリル基やメタクリル基を有する光重合性の液晶性化合物;などが挙げられる。
上記反応性液晶に対するこれら化合物の添加量は、本発明の目的が損なわれない範囲で選択される。これらの化合物の添加により、反応性液晶の硬化性が向上し、得られる反応性液晶層の機械強度が増大し、またその安定性が改善される。
Furthermore, the following compounds can be added to the reactive liquid crystal layer coating solution as long as the object of the present invention is not impaired. Examples of compounds that can be added include polyester (meth) acrylate obtained by reacting (meth) acrylic acid with a polyester prepolymer obtained by condensing polyhydric alcohol and monobasic acid or polybasic acid; A polyurethane (meth) acrylate obtained by reacting a compound having two isocyanate groups with each other and then reacting the reaction product with (meth) acrylic acid; bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, novolak Type epoxy resins, polycarboxylic acid polyglycidyl esters, polyol polyglycidyl ethers, aliphatic or cycloaliphatic epoxy resins, amine epoxy resins, triphenolmethane type epoxy resins, dihydroxybenzene type epoxy resins and the like (meth) Acry Photopolymerizable compound in epoxy (meth) acrylate obtained by reacting an acid; photopolymerizable liquid crystal compound having an acryl group and a methacryl group; and the like.
The amount of these compounds added to the reactive liquid crystal is selected within a range that does not impair the object of the present invention. Addition of these compounds improves the curability of the reactive liquid crystal, increases the mechanical strength of the resulting reactive liquid crystal layer, and improves its stability.

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。
Examples of the coating method of the reactive liquid crystal layer coating liquid include spin coating, roll coating, printing, dip coating, die coating, casting, bar coating, blade coating, spray coating, Examples include a gravure coating method, a reverse coating method, and an extrusion coating method.
Further, after the reactive liquid crystal layer coating liquid is applied, the solvent is removed. The solvent is removed by, for example, removal under reduced pressure or removal by heating, or a combination thereof.

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。
このような活性放射線としては、重合性液晶材料を重合させることが可能な放射線であれば特に限定されるものではないが、通常は装置の容易性等の観点から紫外光または可視光線が使用され、波長が150〜500nm、好ましくは250〜450nm、さらに好ましくは300〜400nmの照射光が用いられる。
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。
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。
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。
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。
In the present invention, the reactive liquid crystal applied as described above is aligned by the alignment film so as to have liquid crystal regularity. That is, a nematic phase is developed in the reactive liquid crystal. This is usually performed by a method such as a method of performing a heat treatment below the NI transition point. Here, the NI transition point indicates the temperature at which the liquid crystal phase transitions to the isotropic phase.
The reactive liquid crystal contains a polymerizable liquid crystal material, and in order to fix the alignment state of the polymerizable liquid crystal material, a method of irradiating actinic radiation that activates polymerization is used. As used herein, active radiation refers to radiation that has the ability to cause polymerization of a polymerizable liquid crystal material.
The actinic radiation is not particularly limited as long as it is a radiation capable of polymerizing the polymerizable liquid crystal material, but usually ultraviolet light or visible light is used from the viewpoint of the ease of the apparatus. Irradiation light having a wavelength of 150 to 500 nm, preferably 250 to 450 nm, and more preferably 300 to 400 nm is used.
In the present invention, a method of irradiating ultraviolet rays with active radiation to a polymerizable liquid crystal material in which the photopolymerization initiator generates radicals with ultraviolet rays and the polymerizable liquid crystal material undergoes radical polymerization is a preferable method. . This is because the method using ultraviolet rays as actinic radiation is an already established technique, and therefore it can be easily applied to the present invention including the photopolymerization initiator to be used.
As a light source of this irradiation light, a low pressure mercury lamp (sterilization lamp, fluorescent chemical lamp, black light), a high pressure discharge lamp (high pressure mercury lamp, metal halide lamp), a short arc discharge lamp (super high pressure mercury lamp, xenon lamp, mercury xenon). Lamp). In particular, the use of metal halide lamps, xenon lamps, high-pressure mercury lamps, etc. is recommended. The irradiation intensity is appropriately adjusted according to the composition of the reactive liquid crystal and the amount of photopolymerization initiator.
Such irradiation with active radiation may be performed under a temperature condition in which the polymerizable liquid crystal material becomes a liquid crystal phase, or may be performed at a temperature lower than the temperature at which the liquid crystal phase is formed. This is because the alignment state of the polymerizable liquid crystal material once in the liquid crystal phase is not disturbed suddenly even if the temperature is lowered thereafter.
Further, as a method for fixing the alignment state of the polymerizable liquid crystal material, in addition to the method of irradiating the active radiation, a method of polymerizing the polymerizable liquid crystal material by heating can be used. As the reactive liquid crystal used in this case, it is preferable that the polymerizable liquid crystal monomer contained in the reactive liquid crystal is thermally polymerized below the NI transition point of the reactive liquid crystal.

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、アクリレート系、メタクリレート系の反応性ビニル基を有する光硬化型樹脂、熱硬化型樹脂や、ポリシロキサン等の透明酸化物を使用することができる。また、透明樹脂として、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリ塩化ビニル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂等を使用することができる。   Further, in the liquid crystal display element of the present invention, in order to obtain flatness of the surface in contact with the liquid crystal substance, an overcoat layer is provided on the TFT 14, the scanning line 15, and the signal line 16, and the alignment film is interposed through this overcoat layer. Is preferably formed. As a material for the overcoat layer, a transparent (visible light transmittance of 50% or more) material can be used. Specifically, a photocurable resin having a reactive vinyl group of acrylate type or methacrylate type, a thermosetting resin, or a transparent oxide such as polysiloxane can be used. Moreover, as transparent resin, polymethyl methacrylate, polyacrylate, polycarbonate, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl chloride resin, melamine resin, phenol resin, alkyd resin, epoxy resin, polyurethane resin, polyester resin, A maleic acid resin, a polyamide resin, etc. can be used.

オーバーコートの形成は、上記の樹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、光硬化型樹脂は紫外線照射後に必要に応じて熱硬化させ、熱硬化型樹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、0.1μm以下で設定することが好ましい。   When the above resin material is liquid, the overcoat is formed by applying a film by spin coating, roll coating, cast coating, or the like, and the photocurable resin is thermally cured as necessary after ultraviolet irradiation. The thermosetting resin is cured as it is after film formation. Moreover, when the material used is shape | molded in the film form, it can stick directly or via an adhesive. The thickness of such an overcoat layer is preferably set to 0.1 μm or less, for example.

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、光二量化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。
Next, the present invention will be described in more detail by showing more specific examples.
First, as a material for the photodimerization type alignment film, four types of alignment film coating liquids were prepared by dissolving the compounds A to D represented by the following structural formulas A to D in cyclopentanone (2 wt%), respectively. .

Figure 0004699100
Figure 0004699100

[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×10.16mm)を準備した。上記のガラス基板の1枚のITO薄膜上に、感光性樹脂材料(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℃、3分間乾燥を行なった。その後、フォトリソグラフィー法により幅10μm、ピッチ1.5mmのストライプ状にパターニングし、270℃で30分間焼成した。これにより高さ1.5μmの障壁をガラス基板のITO薄膜上に形成した。
[Example 1]
Two glass substrates (10.16 mm × 10.16 mm) having an indium tin oxide (ITO) thin film formed on the surface were prepared. A photosensitive resin material (NN780 manufactured by JSR Co., Ltd.) was applied on one ITO thin film of the glass substrate by spin coating (2000 rpm, 10 seconds), vacuum-dried, and heated on a hot plate. Drying was performed at 3 ° C. for 3 minutes. Thereafter, it was patterned into a stripe shape having a width of 10 μm and a pitch of 1.5 mm by photolithography, and baked at 270 ° C. for 30 minutes. Thus, a barrier having a height of 1.5 μm was formed on the ITO thin film of the glass substrate.

次いで、上述のように障壁を形成したガラス基板と、障壁を形成していない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℃、10分間乾燥を行なった。その後、偏光紫外線光で100mJ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。   Next, an alignment film coating solution in which the compound A represented by the structural formula A is dissolved on both the ITO thin films of the glass substrate on which the barrier is formed as described above and the glass substrate on which the barrier is not formed is spin-coated. (4000 rpm, 30 seconds) and dried in an oven at 180 ° C. for 10 minutes. Then, 100 mJ exposure was carried out with polarized ultraviolet light, the photo-alignment process was performed, and the alignment film was formed. This photo-alignment treatment includes six types of treatments with different orientation directions (six types of irradiation from directions where the glass substrate is −5 °, 0 °, 5 °, 15 °, 25 °, 40 ° with respect to polarized light). Was set.

次に、障壁を形成していない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−等方転移温度より10〜20℃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。
Next, a sealing material is applied to the periphery of the glass substrate on which the barrier is not formed, and both are set so that the relationship with the glass substrate on which the barrier is formed is parallel and antiparallel to the polarized ultraviolet irradiation direction. The substrates were opposed and thermocompression bonded.
Next, an inlet for injecting liquid crystal into the cell gap of both glass substrates is provided at one end in the barrier extending direction, and a liquid crystal material (R2301 manufactured by AZ Electronic Materials) is attached to the upper part of the inlet. Then, it was injected into the cell gap at a temperature 10 to 20 ° C. higher than the nematic phase-isotropic transition temperature using a vacuum oven. After the injection, the liquid crystal material was gradually cooled to room temperature.

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(クロスニコルに配置した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、各試料において、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。
This produced six types of samples. As a result of measuring the molecular direction of the liquid crystal for each of these samples (disposing the sample between two polarizing plates arranged in crossed Nicols, rotating the sample, the darkest direction indicates the molecular orientation direction), The difference between the extending direction of the barrier and the molecular direction of the liquid crystal substance was 0 °, 5 °, 10 °, 20 °, 30 °, and 45 ° in each sample.
Moreover, as a result of observing the alignment state of the liquid crystal layer of each sample with a polarizing microscope, the liquid crystal layer has a uniform monodomain alignment in the sample where the difference between the barrier extension direction and the molecular direction of the liquid crystal substance is 0 ° and 5 °. This was confirmed to be a monostable ferroelectric liquid crystal. In addition, the case where the ratio of the area of the region having the same layer normal direction to the total area is 95% or more is referred to as “monostable ferroelectric liquid crystal with uniform monodomain alignment”. The area occupied by the same layer normal direction was 98%.

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°、30°、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。   However, in the sample in which the difference between the barrier extension direction and the molecular direction of the liquid crystal material is 10 °, double domain alignment is partially observed (occupation area of the region having the same layer normal direction is 85%), and 20 °. In each of the 30 ° and 45 ° samples, the liquid crystal layer was in a double domain orientation (occupied area of the region having the same layer normal direction was 70% or less).

[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×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、感光性樹脂材料の塗布量を制御することにより、障壁の高さを0.4μm、0.8μm、1.2μm、1.5μmの4種とした。
[Example 2]
Two glass substrates (10.16 mm × 10.16 mm) having an indium tin oxide (ITO) thin film formed on the surface were prepared.
Next, a barrier was formed in the same manner as in Example 1 on one ITO thin film on the glass substrate. However, the height of the barrier was set to four types of 0.4 μm, 0.8 μm, 1.2 μm, and 1.5 μm by controlling the coating amount of the photosensitive resin material.

次いで、上述のように障壁を形成した4種のガラス基板と、障壁を形成していない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°となる条件に設定した。
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(1.5μm))の50〜100%の範囲にある試料(障壁高さ:0.8μm、1.2μm、1.5μm)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1.2μm、1.5μm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。
Next, an alignment film was formed in the same manner as in Example 1 on the ITO thin films of both the four types of glass substrates on which the barriers were formed as described above and the glass substrate on which the barriers were not formed. This photo-alignment treatment was set to a condition where the difference between the barrier extension direction and the molecular direction of the liquid crystal substance was 0 °.
Next, in the same manner as in Example 1, a liquid crystal layer was formed in the cell gap of both glass substrates.
As a result, four types of samples having different barrier heights were produced. As a result of observing the alignment state of the liquid crystal layer for each sample in the same manner as in Example 1, the sample has a barrier height in the range of 50 to 100% of the gap (distance between substrates (1.5 μm)) (barrier height). : 0.8 μm, 1.2 μm, 1.5 μm), it was confirmed that the liquid crystal layer is a monostable ferroelectric liquid crystal with uniform monodomain alignment. In particular, in the samples having a barrier height of 1.2 μm and 1.5 μm, the monodomain orientation was extremely uniform (occupation area of the region having the same layer normal direction was 98%).

しかし、障壁の高さがギャップ(基板間距離(1.5μm))の50%未満である試料(障壁高さ:0.4μm)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。   However, in the sample (barrier height: 0.4 μm) in which the height of the barrier is less than 50% of the gap (distance between substrates (1.5 μm)), the liquid crystal layer has a double domain orientation (the region where the normal direction of the layers is the same). Occupied area of 60%).

[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。
[Example 3]
In the same manner as in Example 1, except that the alignment film coating solution dissolving the compound B represented by the structural formula B was used instead of the alignment film coating solution dissolving the compound A represented by the structural formula A, The liquid crystal layer was formed in the cell gap. However, the photo-alignment treatment was set to a condition where the difference between the barrier extension direction and the molecular direction of the liquid crystal substance was 0 °.
It was confirmed that the liquid crystal layer formed in the cell gap was a monostable ferroelectric liquid crystal with uniform monodomain alignment (occupied area of 98% in the region having the same layer normal direction).

[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C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。
[Example 4]
In the same manner as in Example 1, except that the alignment film coating solution in which the compound C represented by the structural formula C was dissolved instead of the alignment film coating solution in which the compound A represented by the structural formula A was dissolved, The liquid crystal layer was formed in the cell gap. However, the photo-alignment treatment was set to a condition where the difference between the barrier extension direction and the molecular direction of the liquid crystal substance was 0 °.
The liquid crystal layer formed in the cell gap was confirmed to be a monostable ferroelectric liquid crystal having uniform monodomain alignment (occupied area of 97% in the region having the same layer normal direction).

[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。
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。
[Example 5]
In the same manner as in Example 1, except that the alignment film coating solution in which the compound D represented by the structural formula D was used instead of the alignment film coating solution in which the compound A represented by the structural formula A was dissolved, The liquid crystal layer was formed in the cell gap. However, the photo-alignment treatment was set to a condition where the difference between the barrier extension direction and the molecular direction of the liquid crystal substance was 0 °.
The liquid crystal layer formed in the cell gap was confirmed to be a monostable ferroelectric liquid crystal having uniform monodomain alignment (occupied area of 97% in the region having the same layer normal direction).

[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℃、10分間乾燥を行なった後、偏光紫外線光で100mJ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℃、10分間乾燥を行なった後、偏光紫外線光で100mJ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。
[Example 6]
A glass substrate similar to that in Example 1 was prepared, and a barrier was formed on the ITO thin film of one glass substrate in the same manner as in Example 1.
Next, an alignment film coating solution in which the compound A represented by the structural formula A is dissolved is applied to the glass substrate on which the barrier is formed as described above by a spin coating method (4000 rpm, 30 seconds), and 180 ° in an oven. After drying at 10 ° C. for 10 minutes, the photo-alignment treatment was performed by exposing to 100 mJ with polarized ultraviolet light. Further, an alignment film coating solution in which compound B represented by structural formula B is dissolved is applied onto an ITO thin film of a glass substrate on which no barrier is formed by spin coating (4000 rpm, 30 seconds), After drying at 180 ° C. for 10 minutes, the photo-alignment treatment was performed by exposing to 100 mJ with polarized ultraviolet light. However, the photo-alignment treatment was set to a condition where the difference between the barrier extension direction and the molecular direction of the liquid crystal substance was 0 °.

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いない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。
Next, using the glass substrate on which the barrier was formed and the glass substrate on which the barrier was not formed, the liquid crystal layer was formed in the cell gap in the same manner as in Example 1.
It was confirmed that the liquid crystal layer formed in the cell gap was a monostable ferroelectric liquid crystal with uniform monodomain alignment (occupied area of the region having the same layer normal direction was 98%).

[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1.5μm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、オーブンで180℃、10分間乾燥を行なった後、偏光紫外線光で100mJ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℃、10分間乾燥を行なった後、偏光紫外線光で100mJ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。
[Example 7]
Two glass substrates similar to Example 1 were prepared, and a barrier having a height of 1.5 μm was formed on the ITO thin film of one glass substrate in the same manner as Example 1.
Next, an alignment film coating solution in which the compound A represented by the structural formula A is dissolved is applied on the ITO thin film of the glass substrate on which the barrier is formed by spin coating (4000 rpm, 30 seconds), and 180 ° in an oven. After drying at 10 ° C. for 10 minutes, the photo-alignment treatment was performed by exposing to 100 mJ with polarized ultraviolet light. Further, an alignment film coating solution in which compound B represented by structural formula B is dissolved is applied onto an ITO thin film of a glass substrate on which no barrier is formed by spin coating (4000 rpm, 30 seconds), After drying at 180 ° C. for 10 minutes, the photo-alignment treatment was performed by exposing to 100 mJ with polarized ultraviolet light. However, the photo-alignment treatment was set to a condition where the difference between the barrier extension direction and the molecular direction of the liquid crystal substance was 0 °.

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。   Next, in the same manner as in Example 1, the liquid crystal layer was formed in the cell gap. It was confirmed that the liquid crystal layer formed in the cell gap was a monostable ferroelectric liquid crystal with uniform monodomain alignment (occupied area of 98% in the region having the same layer normal direction).

[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℃、10分間乾燥を行なった。その後、偏光紫外線光で100mJ露光して光配向処理を施し、配向膜を形成した。
[Comparative Example 1]
Two glass substrates similar to those in Example 1 were prepared. On the ITO thin film of each glass substrate, an alignment film coating solution in which compound A represented by structural formula A is dissolved is applied by spin coating (4000 rpm, 30 seconds) and dried in an oven at 180 ° C. for 10 minutes. Was done. Then, 100 mJ exposure was carried out with polarized ultraviolet light, the photo-alignment process was performed, and the alignment film was formed.

次に、一方のガラス基板の配向膜上に平均粒径1.5μmの粒状スペーサを散布し、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℃高い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。
Next, granular spacers having an average particle diameter of 1.5 μm were sprayed on the alignment film of one glass substrate, and a sealing material was applied to the peripheral portion of the other glass substrate. And it was made to oppose, and thermocompression-bonded so that the relationship between both glass substrates might be parallel and anti-parallel to said polarized ultraviolet irradiation direction.
Next, a liquid crystal material (R2301 manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) is attached to the upper part of the injection port for injecting liquid crystal into the cell gap of both glass substrates, and nematic phase-isotropic transition temperature using a vacuum oven. Injection into the cell gap was performed at a temperature higher by 10 to 20 ° C., followed by slow cooling to return to room temperature. However, it was confirmed that a double domain was generated in the liquid crystal layer in the cell gap (the occupied area of the region having the same layer normal direction was 55%), and an alignment defect was generated.

[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50%)し、また、配向欠陥が生じていることが確認された。
[Comparative Example 2]
Instead of the alignment film coating solution in which the compound A represented by the structural formula A was dissolved, the alignment film coating solution in which the compound B represented by the structural formula B was dissolved was used in the same manner as in Comparative Example 1, The liquid crystal layer was formed in the cell gap. However, it was confirmed that a double domain was generated in the liquid crystal layer in the cell gap (the occupied area of the region having the same layer normal direction was 50%), and alignment defects were generated.

[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C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50%)し、また、配向欠陥が生じていることが確認された。
[Comparative Example 3]
Instead of the alignment film coating solution in which the compound A represented by the structural formula A was dissolved, the alignment film coating solution in which the compound C represented by the structural formula C was dissolved was used in the same manner as in Comparative Example 1, The liquid crystal layer was formed in the cell gap. However, it was confirmed that a double domain was generated in the liquid crystal layer in the cell gap (the occupied area of the region having the same layer normal direction was 50%), and alignment defects were generated.

[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50%)し、また、配向欠陥が生じていることが確認された。
[Comparative Example 4]
Instead of the alignment film coating solution in which the compound A represented by the structural formula A was dissolved, the alignment film coating solution in which the compound D represented by the structural formula D was dissolved was used in the same manner as in Comparative Example 1, The liquid crystal layer was formed in the cell gap. However, it was confirmed that a double domain was generated in the liquid crystal layer in the cell gap (the occupied area of the region having the same layer normal direction was 50%), and alignment defects were generated.

[実施例8]
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×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、感光性樹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3.5mm、3mm、1.5mm、0.5mm、0.4mmの5種とした。
[Example 8]
Two glass substrates (10.16 mm × 10.16 mm) having an indium tin oxide (ITO) thin film formed on the surface were prepared.
Next, a barrier was formed in the same manner as in Example 1 on one ITO thin film on the glass substrate. However, by changing the exposure pattern of the photosensitive resin material, the barrier pitch was set to five types of 3.5 mm, 3 mm, 1.5 mm, 0.5 mm, and 0.4 mm.

次いで、上述のように障壁を形成した5種のガラス基板と、障壁を形成していない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°となる条件に設定した。
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、0.5mm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。
Next, an alignment film was formed in the same manner as in Example 1 on the ITO thin films of both the five types of glass substrates on which the barriers were formed as described above and the glass substrate on which the barriers were not formed. This photo-alignment treatment was set to a condition where the difference between the barrier extension direction and the molecular direction of the liquid crystal substance was 0 °.
Next, in the same manner as in Example 1, a liquid crystal layer was formed in the cell gap of both glass substrates.
This produced five types of samples with different barrier pitches. For each sample, the alignment state of the liquid crystal layer was observed in the same manner as in Example 1. As a result, a sample having a barrier pitch of 3.5 mm could not maintain a uniform gap in the cell. In the samples with the barrier pitches of 3 mm, 1.5 mm, and 0.5 mm, it was confirmed that the liquid crystal layer was a monostable ferroelectric liquid crystal with uniform monodomain alignment. In particular, in the sample having a barrier pitch of 1.5 mm, the monodomain orientation was extremely uniform (occupation area of the region having the same layer normal direction was 98%).

しかし、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。   However, in the sample having a barrier pitch of 0.4 mm, the liquid crystal layer had double domain orientation (occupied area of the region having the same layer normal direction was 90%).

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。   The present invention can be applied to a liquid crystal display element having a monostable ferroelectric liquid crystal.

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。It is a schematic sectional drawing which shows the liquid crystal display element of the field sequential system which is one Embodiment of the liquid crystal display element of this invention. 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。It is a top view for demonstrating the liquid crystal display element of this invention shown by FIG.

符号の説明Explanation of symbols

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…バックライト
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid crystal display element 2 ... Pixel electrode substrate 3 ... Common electrode substrate 4 ... Liquid crystal layer 5 ... Barrier 6 ... Backlight 11,21 ... Base material 12, 22 ... Polarizing film 13 ... Pixel electrode 14 ... TFT
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Scanning line 16 ... Signal line 17, 24 ... Alignment film 23 ... Common electrode

Claims (5)

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、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り、
前記液晶物質は、液晶の相系列がスメクチックA相を経由しないものであり、かつ、均一にモノドメイン配向することを特徴とする液晶表示素子。
A pair of substrates each provided with an alignment film on at least one substrate; a liquid crystal layer made of a liquid crystal material having a monostable state having a chiral smectic C phase injected between the substrates; and an electric field for applying an electric field to the liquid crystal layer In a liquid crystal display element comprising an electrode,
Comprising a plurality of barriers in the liquid crystal layer, the liquid crystal material is Ri extension direction substantially the same der molecular direction the barrier at the monostable state,
The liquid crystal material is characterized in that the liquid crystal phase series does not pass through the smectic A phase and is uniformly monodomain aligned .
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項1に記載の液晶表示素子。   2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a difference between a molecular direction of the liquid crystal substance in a monostable state and a barrier extending direction is in a range of 0 to 5 °. 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項1または請求項2に記載の液晶表示素子。   The liquid crystal display element according to claim 1, wherein a pitch between the adjacent barriers is in a range of 0.5 to 3 mm. 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項1乃至請求項3のいずれかに記載の液晶表示素子。   4. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the alignment film is a film provided with anisotropy by a rubbing process or a photo-alignment process. 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項1乃至請求項4のいずれかに記載の液晶表示素子。   The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the barrier occupies 50 to 100% of a distance between substrates.
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