JP2001133630A - 異方性膜及び液晶表示素子 - Google Patents

異方性膜及び液晶表示素子

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anisotropic film
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光芳 市橋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】液晶表示素子のセルの内側に偏光フィルムとし
て設けられる異方性膜、液晶表示素子の所定の位置に所
定の偏光軸を有する部分を配置することを可能とするパ
ターニングされた偏光フィルムとして機能する異方性
膜、及び上記異方性膜がセルの内部に設けられた液晶表
示素子を提供する。 【解決手段】重合性二色性色素の配向を保ち、かつ他の
重合性モノマーと共重合体を形成して硬膜からなる異方
性膜、硬膜がパターン化されている異方性膜、及びこれ
ら異方性膜をセル内部に有する液晶表示素子を形成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は異方性膜とそれを用
いた液晶表示素子に関し、より詳しくは重合性二色性色
素の配向を保ち、液晶表示素子の偏光フィルムとして用
いることができる異方性膜及びこの異方性膜を偏光フィ
ルムとして用いる液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子デイスプレイは、従来のＣＲＴと比
較して薄い、軽量、低消費電力である液晶表示デイスプ
レイ（ＬＣＤ）への置き換えが進んでいる。特にガラス
基板に替わってプラスチックフィルムを基板として用い
たプラスチックＬＣＤは、上記特長に加えて割れない、
曲げられる、異形加工可能等の特長を有しており、今後
の成長が見込まれている。
【０００３】しかしながら、プラスチックＬＣＤのプラ
スチック基板として、例えば安価なポリエチレンテレフ
タレートフィルムを用いた場合、ポリエチレンテレフタ
レートの性質上フィルム基板を完全に等方性とすること
は不可能である。基板が等方性でないと液晶表示素子に
光抜け等の望ましくない現象が起こる。プラスチック基
板を完全に等方性とするには、高価なプラスチック材料
を使用する必要がある。光抜けの現象は液晶表示素子の
基板の内側に偏光フィルムを設けることで避けることが
できるが、偏光フィルムの厚みは通常２００μｍ程度で
あり、内側に設けることは実質上不可能である。
【０００４】また、液晶表示素子は視角特性を有してい
るので、色調に異常がなく、コントラストの高い画像を
得るためには、限られた視角の範囲内で液晶表示素子を
観察しなければならない。液晶表示素子の視角特性を改
善するために、液晶の配向状態を周期的に異ならせ、同
一ツイスト方向の液晶で視角特性が９０°異なる、複数
の液晶ドメインを有する液晶表示素子が提案されている
（特開平７−５４６７号公報）。
【０００５】配向状態の異なる複数の液晶ドメインを有
する液晶表示素子において、従来の偏光フィルムを用い
る場合には、液晶ドメインごとに偏光フィルムの偏光軸
を制御できない。そのため、液晶ドメインを通過する偏
光のうち検出側の偏光軸方向と一致する成分の偏光しか
検出されず、十分なコントラストを有する液晶表示素子
が得られない。この問題は、従来の偏光フィルムが所定
のパターンにパターニングできないことに起因する。従
来の偏光フィルムは、高分子フィルムを全体的に一定方
向に延伸する工程で作成されるので、フィルムの所定の
部分に所定の偏光軸を有する部分を配置することはきわ
めて困難だからである。従って、例えば、従来の偏光フ
ィルムを用いて、液晶表示素子の所定の位置に所定の偏
光軸を有する部分を配置することは実質的に不可能であ
った。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、液晶
表示素子のセルの内側に偏光フィルムとして設けること
ができる異方性膜を提供することにある。本発明の他の
目的は、液晶表示素子の所定の位置に所定の偏光軸を有
する部分を配置することを可能とするパターニングされ
た偏光フィルムとして機能する異方性膜を提供すること
にある。本発明のさらなる他の目的は、上記異方性膜が
液晶表示セルの内側に設けられた液晶表示素子を提供す
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、下記構
成の異方性膜及び液晶表示素子が提供されて、本発明の
上記目的が達成される。 （１）重合性二色性色素の配向を保ち、かつ他の重合性
モノマーと共重合体を形成して硬膜をなしていることを
特徴とする異方性膜。 （２）硬膜が、配向処理を行った基板上に重合性二色性
色素、他の重合性モノマー、及び重合開始剤を含有する
溶液を塗布して溶液に含有されている重合性二色性色素
を配向させ、その配向した状態で共重合を行うことによ
り形成されたものであることを特徴とする上記（１）記
載の異方性膜。 （３）塗布溶液に、重合性二色性色素が５０〜９５重量
％、他の重合性モノマーが１〜５０重量％、重合開始剤
が０．５〜５重量％（ここで、これら成分の合計は１０
０重量％である）の割合で含有されていることを特徴と
する上記（２）記載の異方性膜。 （４）重合性二色性色素のネマチック状配向を保ってい
ることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記
載の異方性膜。 （５）重合性二色性色素のスメチック状配向を保ってい
ることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記
載の異方性膜。 （６）重合性二色性色素の配向方向がパターン化されて
保たれていることを特徴とする上記（１）に記載の異方
性膜。 （７）上記（１）に記載の異方性膜が偏光フィルムとし
てセルの内側に設けられていることを特徴とする液晶表
示素子。 （８）上記（６）に記載の異方性膜が偏光フィルムとし
てセルに設けられていることを特徴とする液晶表示素
子。 （９）異方性膜がセルの内側に設けられていることを特
徴とする上記（８）に記載の液晶表示素子。
【０００８】本発明の異方性膜は、二色性色素を高い秩
序で配向させそれを保持したまま固定して作製したもの
であるので、例えば０．１μｍ程度の薄膜であっても高
い偏光能を有する偏光フィルムとなし得る。従って、従
来の偏光フィルムでは２００μｍ程度の厚みの故に液晶
表示素子のセル内部に偏光フィルムを設けることが実質
上不可能であったが、本発明の異方性膜をセル内部に設
けることが可能であり、その結果プラスチック基板が異
方性であっても、充分な遮光能を有し光抜けの問題の無
い液晶表示素子を作製することができる。さらに、本発
明のパターン化され、偏光能を有する異方性膜、例えば
配向の方向を９０゜ずらした領域を交互に周期的に形成
されかつ偏光能を有する異方性膜を、液晶表示素子の偏
光フィルムとして用いることにより、液晶の配向状態を
周期的に異ならせ、同一ツイスト方向の液晶で視角特性
が９０゜異なる複数の液晶ドメインを有する液晶表示素
子を容易に得ることができる。このような液晶表示素子
は優れた視角特性を示す。この場合、異方性膜はセルの
内面に設けられていてもよいし、基板の外側に設けられ
ていてもよい。勿論、基板がプラスチック基板の場合、
セルの内側に設けることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳述する。
本発明の異方性膜を形成するために用いられる重合性二
色性色素として、分子末端に重合性炭素−炭素不飽和結
合を有するものが好ましい。重合性二色性色素は、アゾ
系色素、アントラキノン系色素、ベンゾキノン系色素等
のいずれであってもよい。なお、本発明における重合性
二色性色素は、配向状態が変化しそれにより光の透過率
が変化するものであるから、通常の二色性色素と同じく
液晶性である。重合性二色性色素の具体例として、下記
構造のものを挙げることができる。
【００１０】
【化１】
【００１１】
【化２】
【００１２】重合性二色性色素と共重合して共重合体を
形成するための他の重合性モノマーとしては、多官能性
のモノマーが好ましく、２又は３官能性のモノマーがよ
り好ましい。このような多官能性モノマーを用いること
により、共重合後の硬膜が三次元網目構造を形成し強靱
となる。また、その分子量が２００以上のモノマーが好
ましく、３００〜２５００のものがより好ましい。この
ように比較的高分子量のものを用いると硬膜が柔軟性を
も有する結果となる。即ち、共重合後の硬膜は強靱性と
柔軟性を併せ持つ。他の重合性モノマーの好ましい具体
例として、下記構造のものを挙げることができる。
【００１３】
【化３】
【００１４】
【化４】
【００１５】本発明の異方性膜は、配向処理を行った支
持体上に、重合性二色性色素、その他のモノマー、及び
重合開始剤を含有する溶液を塗布し、乾燥した後、紫外
線、放射線、その他活性光線を照射することにより、あ
るいは加熱することにより重合して硬膜となすことによ
り形成することができる。重合性二色性色素は、それを
含有する溶液を配向処理を行った支持体に塗布した際に
配向する。
【００１６】支持体の配向処理は、支持体の表面に配向
膜を形成し、ラビング処理を行うことにより行われる。
上記支持体としては、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
支持体を用いることができる。
【００１７】配向膜の素材としては、有機高分子が用い
られる。このような有機高分子の具体例として、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１１−１４９９５号公報に記載されてい
る。配向膜の形成は、それ自体公知の方法、例えば上記
配向膜の素材を溶解した溶液を支持体に塗布する方法に
よって行なうことができる。ラビング処理もそれ自体公
知の方法、例えばナイロン布を用いて行うことができ
る。
【００１８】配向処理された支持体に塗布される溶液中
に含有される重合開始剤としては、等の光重合開始剤；
アゾイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド等
のラジカル重合開始剤等を挙げることができる。
【００１９】塗布溶液中に、重合性二色性色素が５０〜
９５重量％、その他の重合性モノマーが１〜５０重量
％、重合開始剤が０．５〜５重量％の割合で含有される
ことが好ましい（ここで、これら成分の合計は１００重
量％である）。
【００２０】塗布溶液には、上記成分以外に、必要に応
じて、光増感剤、カイラル剤、ネマチック液晶、スメチ
ック液晶、バインダーや界面活性剤等を含有させること
ができる。ネマチック液晶あるいはスメチック液晶を含
有させることにより、重合性二色性色素はそれぞれネマ
チック状にあるいはスメチック状に配向し、これらの配
向は共重合後の硬膜に保たれる。ネマチック状にあるい
はスメチック状に配向した硬膜、即ち異方性膜は偏光性
であって液晶表示素子の偏光フィルムとして好ましく用
いることができる。また、カイラル剤を含有させること
により、円偏光二色性膜となる。
【００２１】重合性二色性色素をネマチック状にあるい
はスメチック状に配向させるには、上記のようにネマチ
ック液晶あるいはスメチック液晶を塗布液に含有させる
他に、電場や磁場などの外場を印加する等の方法で行う
ことができる。
【００２２】以上説明した本発明の異方性膜は、先に述
べたように偏光性であれば、液晶表示素子の偏光フィル
ムとして好適に用いることができる。特に液晶表示素子
の基板がポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエ
ーテルサルホン等からなるプラスチック基板の場合、そ
れが有する異方性のために、本発明の異方性膜を液晶表
示素子のセルの内面に用いることが、優れた遮光性を得
る観点から好ましい。
【００２３】後述する実施例１で、本発明の異方性膜を
偏光フィルムとして、液晶表示素子のセルの内面に使用
した具体例が記載されている。図１に示すように、実施
例１では、ガラス基板１０の上に厚さ１３５ｎｍのＩＴ
Ｏ膜１２が形成されており、その上に、厚さ３．９μｍ
のポリイミド系の配向膜１４、厚さ４．７μｍの本発明
の異方性膜（偏光フィルム）１６、厚さ３．９μｍのポ
リイミド系配向膜１４がこの順序で形成されている。こ
れらの膜が形成された二つの基板１０を互いの偏光フィ
ルム１６に基づく吸収軸が直交し（偏光フィルムの配向
方向が直交し）、かつ配向膜面が内側で向かい合うよう
にして結合してセルが構成され、セル内に液晶１８が封
入される。従って、本発明の異方性膜（偏光フィルム）
は、セルの内面に設けられている（以下、「構造１の液
晶表示素子」という）。実施例２では、実施例１におけ
る基板上の膜の最外層であるポリイミド系の配向膜が無
く、最外層は本発明の異方性膜（偏光フィルム）からな
る（以下、「構造２の液晶表示素子」という）。このよ
うなセル構成であっても、セル内に液晶を封入すると液
晶は配向する。このことは、本発明の異方性膜は、偏光
フィルムの機能と共に配向膜としての機能を併せ持つこ
とを意味する。
【００２４】本発明の異方性膜の配向方向をパターン化
した異方性膜、例えば配向の方向を９０Ｏずらした領域
を交互に周期的に形成しかつ各領域が偏光能を有する異
方性膜は、液晶表示素子の偏光フィルムとして用いるこ
とにより、液晶の配向状態を周期的に異ならせ、同一ツ
イスト方向の液晶で視角特性が９０゜異なる複数の液晶
ドメインを有する液晶表示素子を容易に得ることができ
る。このような液晶表示素子は優れた視角特性を示す。
なお、この液晶表示素子を立体画像表示装置に用いるこ
とで、高品位な表示が可能となる。上記のようにパター
ン化した異方性膜は、下記の（ｉ）〜（V）の工程から
なる方法で作製することができる。 （ｉ）基板上に配向膜を形成し、ラビング処理を行う。 （ii）引き続きパターン化されたレジストをラビング処
理された配向膜上に形成し、再度前回のラビング方向と
直角方向にラビングする。 （iii）配向膜上のレジストを剥がす。配向膜表面に
は、ラビングの方向を９０゜ずらした領域が交互に周期
的に形成されている。 （iv）レジストを剥がした配向膜上に重合性二色性色素
を含有する前記塗布液を塗布し、該色素を配向させる。
色素は、各領域のラビングの方向に応じて配向する。 （v）紫外線照射等の手法で共重合を行い、パターン化
された配向方向を有する異方性膜を配向膜上に形成す
る。 上記方法でパターン化した異方性膜を作製した具体例
が、実施例３に記載されている。
【００２５】このようなパターン化された異方性膜は、
上記の構造１の液晶表示素子あるいは構造２の液晶表示
素子の偏光フィルムとして用いることができる。勿論、
このパターン化された異方性膜は、基板の外側に設けて
液晶表示素子を構成することもできる。
【００２６】
【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、本発明の範囲は実施例によって制限されな
い。 （実施例１）ＩＴＯ付きガラス基板上に日産化学社製の
ポリイミド配向膜サンエパー１３０をスピンコート法に
よって形成し、２５０℃で３０分間焼成したあと、ラビ
ングを施した。この上に下記組成物１を２−ブタノンに
３重量％混合した溶液をバーコート法で塗布した。塗布
後溶媒が蒸発していく過程でこの膜はネマチック液晶状
態を呈し均一に配向しラビング方向に吸収軸が平行にな
っていることが確認できた。
【００２７】さらに乾燥が進むとガラス状態へと相転移
するのが認められた。そこでＵＶを照射して膜を硬化
し、二色性色素の配向を維持した膜厚３．９μｍの硬化
異方性膜をポリイミド配向膜上に形成した。この膜上に
ポリイミド配向膜サンエパー１３０をスピンコート法に
よって形成し、同様に２５０℃で３０分間焼成したあ
と、色素の吸収軸方向と平行にラビングを施した。この
基板どうしを互いの吸収軸が直交しかつ配向膜面同士が
内側で向かい合うようにして、直径７μｍの球状スペー
サーを混合した熱重合性接着剤で貼り合わせ、液晶表示
素子用のセルを作製した。このセルに微量のカイラル剤
を混合したメルク社製のネマチック液晶組成物ＺＬｌ−
１１３２を注入して液晶表示素子とし、電圧を印可した
ところ、印可電圧に応じて波長５５０ｎｍの光透過率の
明瞭な変化が観察できた。その様子を図２に示す。この
結果は、本発明の異方性膜は液晶表示素子の偏光フィル
ムとして、セル内に用いることができることを明らかに
するものである。
【００２８】（実施例２）実施例１において、硬化異方
性膜形成後、さらに行われるポリイミド配向膜の形成及
びそれに引き続くラビング処理をせず、それ以外は全く
実施例１と同じように作製した液晶表示素子に電圧を印
可したところ、印可電圧に応じて透過率の明瞭な変化が
観察できた。このことは、本発明の異方性膜は、液晶表
示素子の偏光フィルムとして、セル内に用いられるのみ
ならず、液晶配向能力があり配向膜としても機能するこ
とを明らかにするものである。
【００２９】（実施例３）ＩＴＯ付きガラス基板上に日
産化学社製のポリイミド配向膜サンエバー１３０をスピ
ンコート法によって形成し、２５０℃で３０分間焼成し
たあと、ラビングを施した。これに感光性レジストを塗
布しマスク露光・現像によってレジスト層のパターニン
グを行い、最初のラビング方向と直交する方向にラビン
グを行った。配向膜上のレジスト層をすべて取り除き、
この上に組成物１を２−ブタノンに３重量％混合した溶
液をバーコート法で塗布したあと、ＵＶを照射して膜を
硬化した。この基板上の硬化膜を一枚の偏光板を介して
目視で観察したところ、パターニングされたレジスト層
のパターンに応じた二色性色素の配向のパターンが形成
されていることが確認できた。
【００３０】
【化５】
【００３１】
【発明の効果】本発明の異方性膜は、二色性色素を高い
秩序で配向させそれを保持したまま固定して作製したも
のであるので、例えば０．１μｍ程度の薄膜であっても
高い偏光能を有する偏光フィルムとなし得る。従って、
従来実質上不可能であったセル内部に偏光フィルムを設
けることが、本発明の異方性膜を用いることで可能とな
った。その結果プラスチック基板が異方性であっても、
充分な遮光能を有し光抜けの問題の無い液晶表示素子を
作製することができる。また、本発明のパターン化さ
れ、偏光能を有する異方性膜を液晶表示素子の偏光フィ
ルムとして用いることにより、液晶の配向状態を周期的
に異ならせ、同一ツイスト方向の液晶で視角特性が９０
゜異なる複数の液晶ドメインを有する液晶表示素子を容
易に得ることができる。このような液晶表示素子は優れ
た視覚特性を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で作製した液晶表示素子の構成を示す
概略断面図である。
【図２】実施例１で作製した液晶表示素子の印加電圧と
光透過率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】 １０ ガラス基板 １２ ＩＴＯ １４ 配向膜 １６ 偏光フィルム １８ 液晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA26 BA28 BA37 BB03 BB42 BB44 BB62 BC02 BC04 BC06 BC08 BC22 2H090 HB08Y HB16Y HB17Y HC05 HC08 KA05 MA05 MA12 MA17 MB01 MB03 2H091 FA08Y FB04 FC12 GA06 HA07 KA03 4J027 AC02 AC03 AC06 AE04 AE07 AJ01 BA17 BA19 BA24 CB01 CC03 CC05 CD04 CD05

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 重合性二色性色素の配向を保ち、かつ他
    の重合性モノマーと共重合体を形成して硬膜をなしてい
    ることを特徴とする異方性膜。
  2. 【請求項２】 硬膜が、配向処理を行った基板上に重合
    性二色性色素、他の重合性モノマー、及び重合開始剤を
    含有する溶液を塗布して溶液に含有されている重合性二
    色性色素を配向させ、その配向した状態で共重合を行う
    ことにより形成されたものであることを特徴とする請求
    項１記載の異方性膜。
  3. 【請求項３】 塗布溶液に、重合性二色性色素が５０〜
    ９５重量％、他の重合性モノマーが１〜５０重量％、重
    合開始剤が０．５〜５重量％（ここで、これら成分の合
    計は１００重量％である）の割合で含有されていること
    を特徴とする請求項２記載の異方性膜。
  4. 【請求項４】 重合性二色性色素のネマチック状配向を
    保っていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいず
    れか１項記載の異方性膜。
  5. 【請求項５】 重合性二色性色素のスメチック状配向を
    保っていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいず
    れか１項記載の異方性膜。
  6. 【請求項６】 重合性二色性色素の配向方向がパターン
    化されて保たれていることを特徴とする請求項１記載の
    異方性膜。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の異方性膜が偏光フィルム
    としてセルの内側に設けられていることを特徴とする液
    晶表示素子。
  8. 【請求項８】 請求項６記載の異方性膜が偏光フィルム
    としてセルに設けられていることを特徴とする液晶表示
    素子。
  9. 【請求項９】 異方性膜がセルの内側に設けられている
    ことを特徴とする請求項８記載の液晶表示素子。
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