JP2001083516A

JP2001083516A - 配向膜、液晶表示素子、及び光学フィルム

Info

Publication number: JP2001083516A
Application number: JP25742199A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyoshi Ichihashi; 光芳市橋; Keisuke Koseki; 圭介小関
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2001-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶分子を高プレチルトに配向し、液晶分子を
はじかない配向膜、製造過程において、液晶分子を高プ
レチルトに配向する配向膜を対向さた液晶表示セル内に
液晶分子をスムーズに短時間で注入することができる液
晶表示素子、及び製造過程において、液晶分子を高プレ
チルトに配向する配向膜にスピンコート法で液晶分子を
塗布しても、配向膜が液晶分子をはじく製造上のトラブ
ルがない光学フィルムを提供する。【解決手段】基板上の微粒子層上に設けられ、微粒子が
なす微粒子層表面の凹凸に基づく粗面が膜表面に形成さ
れている配向膜、該配向膜を有する液晶表示素子、及び
該配向膜により液晶分子が高プレチルトに配向され、そ
の配向が固定化されている光学フィルム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に用
いることができる配向膜、該配向膜を用いた液晶表示素
子、及び該配向膜を用いた吸収膜、位相差膜等の光学フ
ィルムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ノート型パソコンの普及にともない液晶
表示装置は急速にその市場を拡大している。従来より液
晶表示装置に用いられている液晶表示素子としては、透
明導電膜が設けられている基板の表面に液晶配向膜を形
成して液晶表示素子用基板とし、その２枚を対向配置し
てその間隙内に、例えば正の誘電異方性を有するネマチ
ック型液晶の層を形成してサンドイッチ構造のセルと
し、液晶分子の長軸が一方の基板から他方の基板に向か
って連続的に９０度捻れるようにした、いわゆるＴＮ
（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）型液晶セルを有す
るＴＮ型液晶表示素子が知られている。

【０００３】一方、液晶表示素子に対して、コントラス
ト、視角特性、応答速度等の特性においてより高度なも
のが要請されるており、これらの特性に優れることによ
り、より高画質の液晶表示装置が実現される。上記ＴＮ
型液晶表示素子は必ずしも上記特性を満足しておらず、
それに代わるものとして、電圧印加時には液晶分子が高
プレチルトに配向し、電圧無印加時には液晶分子が水平
に配向するＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎＶｅｒ
ｔｉｃａｌｌｙＡｌｉｇｎｅｄ）型液晶セルからなる
ＶＡ型液晶表示素子が注目されている。このＭＶＡ型液
晶表示素子は、視覚依存性が少なく、黒の画質が高いの
で、高コントラスト、広視野、高応答速度等の特性を併
せ持つ液晶表示装置が可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】液晶分子を高プレチル
トに配向させるには、配向膜にフッ素原子を導入する等
の手法で配向膜の表面エネルギーを下げることにより行
なうことができる。しかしながら、フッ素原子を導入し
た表面エネルギーが小さい配向膜を有するセルに液晶分
子注入して、高プレチルトに配向させた液晶表示セルを
製造する際、液晶分子と配向膜との親和性が低いので、
配向膜が液晶分子をはじきスムーズに液晶分子がセル内
に注入されず、長時間を要するという製造上の問題があ
った。

【０００５】また、偏光膜等の光学フィルムは、低表面
エネルギーの配向膜により高プレチルトに配向した重合
性液晶分子を重合して固定することにより製造すること
ができるが、製造の際に、該配向膜に重合性液晶分子を
スピンコート法等により塗布する過程で、配向膜が液晶
分子をはじく現象が起こり、製造上の問題があった。

【０００６】本発明の目的は、液晶分子を高プレチルト
に配向し、しかも液晶分子と親和性を有し、液晶分子を
はじかない配向膜を提供することにある。本発明の他の
目的は、液晶表示素子の製造過程において、液晶分子を
高プレチルトに配向する配向膜を対向させて配置した液
晶表示セル内に液晶分子をスムーズに短時間で注入する
ことができる液晶表示素子を提供することにある。本発
明の他の目的は、光学フィルムの製造過程において、液
晶分子を高プレチルトに配向する配向膜にスピンコート
法で液晶分子を塗布しても、配向膜が液晶分子をはじく
等の製造上のトラブルがない光学フィルムを提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、下記の
配向膜、液晶表示素子、及び光学フィルムが提供され
て、本発明の上記目的が達成される。（１）透明基板上に敷設された微粒子をバインダにより
固着させて微粒子層を形成し、該微粒子層上に低プレチ
ルト性の有機配向膜剤を塗布し、微粒子がなす微粒子層
表面の凹凸に基づく粗面を前記有機配向膜剤表面に形成
したことを特徴とする配向膜。（２）上記（１）記載の配向膜の超微粒子が、シリカ
（ＳｉＯ₂）からなることを特徴とする配向膜。（３）上記（１）又は（２）記載の配向膜を有すること
を特徴とする液晶表示素子。（４）上記（１）又は（２）記載の配向膜により液晶分
子が高プレチルトに配向され、その配向が固定化されて
いることを特徴とする光学フィルム。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の配向膜は、基板上の微粒子層上に設けられてい
る。そして、配向膜の表面には、微粒子がなす微粒子層
表面の凹凸に基づいて、粗面が形成されている。図１
に、概略断面図として、本発明の配向膜の一態様が模式
的に示されている。図１において、配向膜１が微粒子層
３上に形成されており、配向膜の表面１ａには、微粒子
層３表面に微粒子４がなす凹凸に基づき、粗面が形成さ
れている。また、微粒子層３中の微粒子４は、バインダ
ー樹脂５を介して、個々の微粒子４が結合し、かつ基板
２に固着している。

【０００９】上記微粒子としては、特に制限されない
が、好ましい微粒子として、シリカ、アルミナ、チタ
ン、ジルコニア、酸化チタン、ＩＴＯ等の無機粒子、ポ
リメチルメタアクリレート、ポリスチレン、シリコーン
樹脂等の有機粒子を挙げることができる。なかでも、シ
リカ微粒子が好ましい。微粒子の粒径は、液晶の配向ゆ
らぎの大きさ程度の凹凸が有効に配向に作用するとの観
点から、好ましくは５〜１００ｎｍ、より好ましくは１
０〜５０ｎｍである。微粒子は、粒径が揃っていてもよ
いし、異なった粒径の混合物であってもよい。微粒子の
形状は、球形、立方形、回転楕円形等のいずれの形状で
あってもよいが、球形が好ましい。

【００１０】微粒子は、基板上にバインダー樹脂と共に
微粒子層を形成している。図１に示されているように、
微粒子層は１層であってもよいし、あるいは２層以上で
あってもよいし、さらには基板上で層の数が変化してい
てもよい。微粒子層の厚みは、通常１０〜２００ｎｍ、
好ましくは１０〜５０ｎｍである。そして、微粒子層中
に含有される微粒子の割合は、好ましくは３０〜９５体
積％、より好ましくは６０〜９０体積％である。

【００１１】バインダー樹脂は、微粒子をバインダー樹
脂を介して微粒子を相互に結合させるとともに基板に固
着させるためのものである。バインダー樹脂としては、
シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂等を好ましく挙げる
ことができる。また、バインダー樹脂は、配向膜の素材
（有機高分子膜の素材）と同じであってもよい。バイン
ダー樹脂の使用量は、微粒子が微粒子層表面に凹凸を形
成し得る量用いられる。バインダー樹脂の大量の使用
は、微粒子が微粒子層表面に凹凸を形成することができ
なくなる。バインダー樹脂は、通常、微粒子１００重量
部に対して、３〜４０重量部、好ましくは５〜２５重量
部用いられる。

【００１２】上記基板としては、例えばフロートガラ
ス、ソーダガラス等のガラス、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスル
ホン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリイミド
樹脂、ノルボルネン系樹脂等のプラスチックフィルム等
からなる透明基板を用いることができる。

【００１３】配向膜の素材としては、有機高分子が用い
られる。好ましい有機高分子としては、配向膜としたと
きに、上記微粒子層の凹凸に起因する粗面が無ければ、
低プレチルト性である有機高分子が好ましい。このよう
な有機高分子は、表面エネルギーが高く、液晶分子との
親和性が良い。具体的には、例えばポリイミド、ポリス
ルホン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミック酸、
ポリ（メタ）アクリレート、ポリカーボネート、ポリフ
ェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキサイド、ノル
ボルネン系樹脂、ポリビニルアルコール等を挙げること
ができる。なかでも、ポリイミド、ポリアミド、ポリビ
ニルアルコールが好ましく、特にポリイミドが好まし
い。上記ポリイミドの具体例は、例えば特開平１１−１
４９９５８号公報に記載されている。

【００１４】本発明の配向膜は、その表面に、微粒子層
に含有される複数の微粒子がなす微粒子層表面の凹凸に
基づく粗面が形成されている。この粗面の形状は、用い
た微粒子に応じており、球形状、突起状、半ドーム状等
であるが、球形状、突起状のものが好ましい。本発明の
配向膜がこのような粗面を有することにより、配向膜の
素材が本来低プレチルト性であるにもかかわらず、液晶
分子を高プレチルトに配向することができる。そして、
本発明の配向膜は、液晶分子との親和性がよいので、配
向膜と液晶分子とのはじきのトラブルが実質上ない。

【００１５】配向膜の厚みは、通常、０．００１〜０．
０５μｍ、好ましくは０．００１〜０．０１μｍであ
る。

【００１６】このような配向膜は、以下の方法で製造す
ることができる。まず、微粒子が均一に分散し、かつバ
インダー樹脂が溶解もしくは均一に分散した塗液を調製
する。塗液調製に際して用いられる溶媒は、微粒子及び
バインダー樹脂の種類に応じて、適宜選択されるが、通
常アルコール系溶媒、エステル溶媒、ケトン系溶媒、及
びこれらの混合溶媒が用いられる。塗液の固形分濃度
は、通常０．４〜２重量％に調整される。この塗液中に
基板を浸漬し引き上げた後、２５〜１２０℃で５〜３０
分間、加熱、乾燥して、基板上に微粒子層を形成する。
次に、配向膜の素材である有機高分子溶液からなる液晶
配向剤を調製する。なお、配向膜の素材がポリイミドの
場合、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸を含有
する溶液として、液晶配向剤を調製してもよい。また、
液晶配向剤には、基板表面との接着性を向上させる観点
から、官能性シラン含有化合物やエポキシ基含有化合物
が配合されていてもよい。液晶配向剤の有機高分子濃度
は、通常、通常０．１〜２重量％に調整される。この液
晶配向剤は、印刷法、スピンコート法等により微粒子層
が形成された基板表面に塗布され、次いでこれを、２５
〜１００℃で５〜６０分間、加熱、乾燥することによ
り、配向膜が微粒子層上に形成される。なお、ポリイミ
ドの前駆体であるポリアミック酸が用いられているとき
は、ポリアミック酸をポリイミドに変化する反応を起こ
させるために、加熱温度は１２０〜３００℃とする。勿
論、ポリアミック酸を配向膜の素材とするときは、乾燥
のための加熱温度をより低い温度とする。以上の方法
で、本発明の配向膜が基板上に形成される。

【００１７】本発明の配向膜に液晶分子が接触すると、
液晶分子は高プレチルトに配向するが、用途によっては
液晶分子がそれ程高プレチルトである必要でない場合が
あり、そのときはラビング処理を本発明の配向膜に施し
てもよい。

【００１８】上記配向膜を有する本発明の液晶表示素子
は、上記のようにして配向膜が形成された基板を２枚作
成し、２枚の基板を間隙（セルギャップ）を介して対向
させ、２枚の基板の周辺部を熱硬化型接着剤（シール
剤）を用いて貼り合わせ、基板の表面及びシール剤によ
り区画されたセルギャップ内に液晶を充填し、充填孔を
封止して液晶セルを作製する。そして、液晶セルの外表
面、すなわち、液晶セルを構成するそれぞれの基板の他
面側に、偏光板を貼り合わせることにより、液晶表示素
子が得られる。上記液晶セルの外側に使用される偏光板
としては、ポリビニルアルコールを延伸配向させなが
ら、ヨウ素を吸収させたＨ膜と呼ばれる偏光膜を酢酸セ
ルロース保護膜で挟んだ偏光板またはＨ膜そのものから
なる偏光板等が用いられる。

【００１９】上記液晶としては、例えばネマティック型
液晶、スメクティック型液晶を挙げることができる。そ
の中でもネマティック型液晶が好ましく、例えばシッフ
ベース系液晶、アゾキシ系液晶、ビフェニル系液晶、フ
ェニルシクロヘキサン系液晶、エステル系液晶、ターフ
ェニル系液晶、ビフェニルシクロヘキサン系液晶、ピリ
ミジン系液晶、ジオキサン系液晶、ビシクロオクタン系
液晶、キュバン系液晶等が用いられる。また、これらの
液晶に、例えばコレスチルクロライド、コレステリルノ
ナエート、コレステリルカーボネート等のコレステリッ
ク液晶や商品名「Ｃ−１５」、「ＣＢ−１５」（メルク
社製）として販売されているようなカイラル剤等を添加
して使用することもできる。さらに、ｐ−デシロキシベ
ンジリデン−ｐ−アミノ−２−メチルブチルシンナメー
ト等の強誘電性液晶も使用することができる。

【００２０】また、上記配向膜により、液晶分子を高プ
レチルトに配向し、その配向が固定化された吸収膜、位
相差膜等の光学フィルムは、例えば配向膜が形成された
基板上に光重合性液晶分子を重合後の膜厚が０．０５〜
２０μｍとなるように塗布した後、光重合性液晶分子が
高プレチルトに配向する温度に加熱し、そこへ活性光線
（例えば紫外線、遠紫外線等）を照射し、重合させるこ
とにより、液晶分子の配向が固定化し、かつ液晶分子が
固相化したフィルムが得られる。このとき、２色性色素
を液晶に混合して硬膜とすることにより吸収膜が得ら
れ、色素を混合しないことにより位相差膜が得られる。

【００２１】光重合性液晶分子としては、分子末端に１
つ以上のアクリロイルオキシ基や、エポキシ基を有する
サーモトロピック液晶等を挙げることができる。

【００２２】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明するが、本発明は実施例によって制限されない。

【００２３】（実施例１）日本触媒製の直径２０ｎｍの
球状シリカ（シーホスター）とシリコーン系熱硬化性樹
脂（東芝シリコーン社製、トスガード５１０）を混合し
アルコール系溶媒で１０倍希釈を行った後、モーターミ
ルで５時間分散を行った。これをさらに１０倍アルコー
ル系溶媒で希釈を行い均一な粒子分散液を形成した。次
に、この液にアルコール洗浄した１．１ｍｍ厚のガラス
板を浸け、垂直引き上げ法（５ｍ／分の引き上げ速度）
で微粒子膜をガラス表面に形成した。この後、１５０℃
で３０分間加熱を行った。これを走査型電子顕微鏡で観
察したところ、球状粒子が規則正しく密に充填した２次
元配列が観察された。この基板上に、日産化学社製の有
機ポリイミド配向膜溶液（サンエパ−１３０）を固形分
濃度０．５％に希釈してスピンコートを行った。これを
２３０℃で３０分加熱し液晶配向膜を形成した。この液
晶配向膜が形成された基板２枚を液晶配向膜を対向させ
てスペーサビーズ（直径６μｍ）を混合した熱硬化型接
着剤で貼り合わせてセルを形成した。これにメルク社製
のネマチック液晶組成物ＺＬＩ−１１３２をセルの端面
に接触させたところスムーズに液晶が注入できた。この
セルを直交させた偏光板に挟んで観察したところ、どの
方位角でも消光状態を示し、液晶が良好に垂直に配向し
ていることが確認できた。

【００２４】（実施例２）ｌＴＯ付きのガス基板を用い
る以外は実施例１と同様に形成した配向膜をラビングし
て、ラビング方向がアンチパラレルになるように対向さ
せてスペーサビーズ（直径６μｍ）を混合した熱硬化型
接着剤で貼り合わせてセルを形成した。これにメルク社
製のネマチック液晶組成物ＺＬｌ−１１３２をセルの端
面に接触させたところ、スムーズに液晶が注入できた。
これを直交させた偏光板に挟み、ラビング方向が対角位
になるようにセルを配置して、セルに電圧を印可したと
ころ、電圧に対応した透過率の変化が観察できた。

【００２５】（実施例３）実施例１と同様に形成した配
向膜をラビングして、これに下記組成物を同様にスピン
コートし、それを１３０℃に加熱したところ均一にハイ
ブリッド配向したネマチック状態が得られた。この液晶
の光学軸は偏光顕微鏡観察からラビング方向に平行にチ
ルトしていることが判明した。これにＨｇ−Ｘｅランプ
を照射してＵＶ重合を行ったところ、配向状態を維持し
た高分子膜が得られた。この高分子膜は、位相差膜とし
て使用することができる。下記構造の２官能性単量体（１）１０重量％メルク社製イルカキュアー９０７（重合開始剤）０.５重量％ジクロロメタン８９.５重量％

【００２６】

【化１】

【００２７】（実施例４）実施例１において、ポリイミ
ド配向膜剤塗布後の加熱処理を２３０℃、３０分間に代
えて、８０℃、５分の乾燥処理とする以外は、実施例１
と同様に形成した配向膜上に次の組成物を同様にスピン
コートし、それを１２０℃に加熱したところ、均一に垂
直配向したネマチック状態が得られた。これにＨｇ−Ｘ
ｅランプを照射してＵＶ重合を行ったところ、配向状態
を維持した高分子膜が得られた。この高分子膜は、位相
差膜として使用することができる。下記構造の単量体（２）９重量％下記構造の３官能性単量体（３）１重量％メルク社製イルカキュアー９０７（重合開始剤）０.５重量％ジクロロメタン８９.５重量％

【００２８】

【化２】

【００２９】

【発明の効果】本発明の配向膜は、液晶分子を高プレチ
ルトに配向し、しかも液晶分子と親和性を有し、液晶分
子をはじかない。従って、本発明の液晶表示素子は、そ
の製造過程において、上記本発明の配向膜を対向させて
配置した液晶表示セル内に液晶分子をスムーズに短時間
で注入することができるので、製造時間が短縮される。
また、本発明の光学フィルムは、その製造過程におい
て、上記本発明の配向膜にスピンコート法で液晶分子を
塗布しても、配向膜が液晶分子をはじく製造上のトラブ
ルがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配向膜の一態様を模式的に示す概略断
面図である。

【符号の説明】

１配向膜１ａ配向膜の表面２基板３微粒子層４微粒子５バインダー樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H049 BA02 BA06 BA26 BA42 BC02 BC22 2H090 HA15 HB08Y HB13Y JA03 JC03 KA04 MA10 MB01 2H091 FA11X FA11Z FA34X FA34Z FB02 FB13 FD06 GA01 GA06 KA05 LA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に敷設された微粒子をバイン
ダにより固着させて微粒子層を形成し、該微粒子層上に
低プレチルト性の有機配向膜剤を塗布し、微粒子がなす
微粒子層表面の凹凸に基づく粗面を前記有機配向膜剤表
面に形成したことを特徴とする配向膜。
【請求項２】前記微粒子がシリカ（ＳｉＯ₂）からな
ることを特徴とする請求項１記載の配向膜。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載の配向膜を有
することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項４】請求項１又は請求項２記載の配向膜によ
り液晶分子が高プレチルトに配向され、その配向が固定
化されていることを特徴とする光学フィルム。