JP2002062533A

JP2002062533A - 液晶分子の配向方法

Info

Publication number: JP2002062533A
Application number: JP2000246278A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Nishikawa; 尚之西川; Masataka Ogawa; 雅隆小川
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2000-08-15
Filing date: 2000-08-15
Publication date: 2002-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】配向傾斜角を制御しながら液晶分子を配向さ
せる。【解決手段】基板上に、配向膜の塗布液を塗布して配
向膜を形成し、そして、配向膜上に、液晶分子を含む塗
布液を塗布して液晶層を形成し、液晶分子を配向させる
方法において、液晶層の塗布液に四級アンモニウム塩を
添加し、四級アンモニウム塩の作用により液晶分子の傾
斜角を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配向傾斜角を制御
しながら液晶分子を配向させる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶性化合物は液晶層において液体のよ
うな流動性と結晶のような規則的な分子配列を併せ持つ
性質を示すことから様々な分野で応用展開が期待されて
おり、その分子配列の制御は液晶ディスプレイに代表さ
れる液晶デバイスへの工学的応用に欠かせないものとな
っている。特に、プレチルト角をはじめとする傾斜角の
制御は現在の液晶配向技術の重要な課題の一つとなって
いる。

【０００３】液晶の分子配向は代表的なものとして、
１）ホメオトロピック配向、２）ホモジニアス配向、
３）ティルト配向、４）ハイブリッド配向、５）ツイス
ド配向、６）プレーナ配向、７）フォーカルコニック配
向の７種が知られており、詳しくは「液晶の基礎と応
用」、工業調査会出版（１９９１年）に記載されてい
る。

【０００４】一般に、どんな種類の配向が得られるか
は、用いる液晶が決まれば基板表面にどんな配向処理が
施されるかで決定する。配向処理には様々な方法が提案
されており、これらは液晶の基礎と応用」、工業調査会
出版（１９９１年）に詳しく記載されている。例えば、
垂直、あるいは平行配向させる方法として、Appl. Phy
s. Lett.誌、第２７巻、２６８頁（１９７５年）、 App
l. Phys. Lett.誌、第２９巻、６７頁（１９７６年）、
Appl. Phys. Lett.誌、第２２巻、１１１頁（１９７３
年）等にはカルボン酸クロム錯体や有機シラン等の配向
剤を基板面に化学吸着させる方法、応用物理誌、第４
３巻、１８頁（１９７４年）、 Phys. Rev.Lett.誌、第
２５巻、６７頁（１９７６年）等には配向剤を基板面に
物理吸着させる方法、Appl. Phys. Lett.誌、第２４
巻、２９７頁（１９７４年）等には低分子量物質をプラ
ズマ放電で基板面に重合付着させる方法、J. Appl. Phy
s.誌、第４７、１２７０頁（１９７６年）等には高分子
量物質を高電界の作用で基板面に重合付着させる方法が
開示されている。次に、傾斜平行配向させる方法として
Appl. Phys. Lett.誌、第２５巻、４７９頁（１９７４
年）等には基板面に斜めの角度から酸化珪素等の酸化物
を蒸着させる斜め蒸着法が、傾斜垂直配向させる方法と
して前記の斜め蒸着法と垂直配向剤を併用する方法が開
示されている。傾斜垂直配向させる方法としては、他に
基板面を回転させながら斜めの角度から酸化珪素等の酸
化物を蒸着させる斜め蒸着法が第６回液晶討論会要旨
集、９６頁（１９８０年）に開示されている。この方法
では、一定の傾斜配向角を有する安定した配向は得られ
るものの工業的に製造するには生産性が悪く、大面積化
が困難であるなどの問題が生じる。

【０００５】分子を配向させる手法としては基板表面に
有機被膜をもうけ、その表面を綿、ナイロン、ポリエス
テル等の布で一定方向にラビングし、ラビング方向に液
晶分子を配向させる方法がある。この方法は、比較的容
易に安定した配向が得られるため、工業的には専らこの
方法が採用されている。有機膜としては、ポリビニルア
ルコール、ポリオキシエチレン、ポリアミド、ポリイミ
ド等が挙げられるが、化学的安定性、熱的安定性等の点
からポリイミドが最も一般的に使用されている。この様
な液晶配向膜では、用いる配向膜により液晶分子の傾斜
角が変わることが知られている。例えば、特開平５−４
３６８７号、同８−１２７５９号、同８−２２０５４１
号、同８−２２０５４２号、同９−１４３１９６号、同
９−２３０３５４号、同９−２７８７２４号、同１０−
４５６９０号、同１０−１２３５３２号には傾斜配向可
能な種々の配向膜が開示されている。しかし、傾斜角は
配向膜自身の性質に依存するものであり、その角度を容
易に調整できるものではなかった。また、光により液晶
分子の配向を制御する方法も知られている。例えば、機
能材料、第１７巻、１３頁（１９９７年）には、光によ
り傾斜角を制御できる様々な配向膜が記載されている。
しかしながら、これらの手法は、偏光照射や偏光紫外線
照射を用いる必要があったり、傾斜角の調整に偏光の入
射角を変える変化させる必要があったり、必ずしも容易
に傾斜角を制御できるものではなかった。

【０００６】以上のように様々な配向技術が提案され、
液晶性化合物を傾斜配向させる技術も開示されている。
しかしながら、傾斜角の制御という観点からはいずれも
十分ではなく、容易に液晶性化合物の配列傾斜角を制御
できる方法の開発が望まれていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、液晶
性化合物の配向傾斜角を容易に制御することにある。

【０００８】

【発明が解決するための手段】本発明は、下記（１）〜
（７）の液晶分子の配向方法を提供する。（１）基板上に、配向膜の塗布液を塗布して配向膜を形
成し、そして、配向膜上に、液晶分子を含む塗布液を塗
布して液晶層を形成し、液晶分子を配向させる方法であ
って、液晶層の塗布液に四級アンモニウム塩を添加し、
四級アンモニウム塩の作用により液晶分子の傾斜角を制
御することを特徴とする液晶分子の配向方法。（２）四級アンモニウム塩が、７乃至４４の総炭素原子
数を有する（１）に記載の液晶分子の配向方法。（３）四級アンモニウム塩が、下記式（Ｉ）で表される
（１）に記載の液晶分子の配向方法：

【０００９】

【化２】

【００１０】［式中、Ｒ¹は、炭素原子数が４乃至２０
の脂肪族基であり；Ｒ²、Ｒ³およびＲ⁴は、それぞれ
独立に、炭素原子数が１乃至８の脂肪族基であるか、あ
るいは、Ｒ²とＲ³とが結合して含窒素複素環を形成
し；そして、Ｘは、アニオンである］。（４）式（Ｉ）において、Ｒ¹が、炭素原子数が４乃至
２０のアルキル基または炭素原子数が４乃至２０のハロ
ゲン置換アルキル基であり；Ｒ²、Ｒ³およびＲ⁴は、
それぞれ独立に、炭素原子数が１乃至８のアルキル基で
ある（３）に記載の液晶分子の配向方法。（５）四級アンモニウム塩を、液晶分子に対するモル比
で１／１０００乃至２５０／１０００の範囲で用いる
（１）に記載の液晶分子の配向方法。（６）液晶分子がディスコティック液晶分子である
（１）に記載の液晶分子の配向方法。（７）液晶分子がトリフェニレン核を有する（１）に記
載の液晶分子の配向方法。

【００１１】

【発明の実施の形態】本明細書において、基板とは液晶
層をのせる材料、あるいは液晶セルの構成要素となる液
晶層をはさむ材料を示す。具体的には、トリアセチルセ
ルロース（ＴＡＣ）フイルム、ポリエチレンナフタレ
ート（ＰＥＮ）フイルムのようなポリマーフイルムを用
いる。また、ガラス板、ＩＴＯ基板、カラーフィルター
基板、水晶板、シリコンウェファー、偏光板を、基板と
して用いることができる。基板には、配向層、透明電極
（ＩＴＯ）、カラーフィルター層、ブラックマトリック
ス、薄膜トランジスタを設けてもよい。また、電極パタ
ーン形成や前記に記すようなラビング処理、偏光ＵＢ照
射などの配向処理を行ってもよい。用いる基板は単独で
も一対でもよく、一対で用いる場合は必要に応じてスペ
ーサー、シール剤等を用いてもよい。本明細書におい
て、液晶層に隣接する層とは、基板と液晶層の間に位置
する層のうち、最も液晶層に近い層であることが好まし
い。液晶層に隣接する層は、配向膜あるいは透明電極と
しての機能を有していてもよい。

【００１２】液晶層は主に液晶分子で構成される。液晶
分子としては、ディスコティック液晶分子、棒状液晶分
子、コレステリック液晶分子が好ましい。ディスコテッ
ク液晶性分子が特に好ましい。ディスコテック液晶分子
は、トリフェニレン核を有することが好ましい。二種類
以上の液晶性分子を併用してもよい。液晶層には、液晶
分子以外の成分（例、色素、二色色素、高分子、重合
剤、増感剤、相転移温度低下材、安定剤）を添加しても
よい。液晶層を基板上に設ける方法としては、周知の方
法が採用される。塗布する方式としては、公知の方法、
例えばカーテンコーティング法、押し出しコーティング
法、ロールコーティング法、スピンコーティング法、デ
ィップコーティング法、バーコーティング法、スプレー
コーティング法、スライドコーティング法、印刷コーテ
ィング法等が採用される。この時、基板は前記のような
必要な処理、配向層をはじめとする必要な層、部位を設
けてもよい。液晶分子を基板間に注入する方法として
は、ディスペンサー方式、ベルジャー法などの一般的な
方法が採用される。また、基板に液晶層を塗布し、別の
基板、あるいは別の液晶層を塗布した基板を併せてもよ
い。

【００１３】本発明では、四級アンモニウム塩を液晶層
の塗布液に添加して、四級アンモニウム塩の作用により
液晶分子の傾斜角を制御する。四級アンモニウム塩を液
晶層の塗布液に添加すると、一般に液晶分子の傾斜角が
上昇する。その結果として、液晶分子の傾斜角を制御す
ることができる。四級アンモニウム塩のピリジニウム環
は、７乃至４４の総炭素原子数を有することが好まし
い。四級アンモニウム構造の窒素原子には、四個の脂肪
族基が結合していることが好ましい。脂肪族基には、ア
ルキル基、置換アルキル基、アルケニル基、置換アルケ
ニル基、アルキニル基および置換アルキニル基が含まれ
る。脂肪族基は、環状構造を有しててもよい。鎖状脂肪
族基は分岐を有していてもよい。脂肪族基の置換基の例
には、アリール基、アルコキシ基、アルキルチオ基、ア
ミド基、アシル基、アシルオキシ基、アルコキシカルボ
ニル基、カルボキシル、ハロゲン原子、アルコキシアル
キル基、アルキルオキシオキシカルボニルアルキル基、
２，２，３，３，４,４，５，５，６，６，７，７，
８，８，８−ペンタデカフルオロオクチルオキシカルボ
ニルエチルが含まれる。四級アンモニウム塩の対イオン
となる陰イオンの例には、フッ素イオン、塩素イオン、
臭素イオン、ヨウ素イオン、ベンゼンスルホニウムイオ
ンおよびパラトルエンスルホニウムイオンが含まれる。
下記式（Ｉ）で表される四級アンモニウム塩が、好まし
い。

【００１４】

【化３】

【００１５】式（Ｉ）において、Ｒ¹は、炭素原子数が
４乃至２０の脂肪族基である。脂肪族基には、アルキル
基、置換アルキル基、アルケニル基、置換アルケニル
基、アルキニル基および置換アルキニル基が含まれる。
脂肪族基は、環状構造を有しててもよい。環状脂肪族基
には、ステロイド構造を有する基も含まれる。鎖状脂肪
族基は分岐を有していてもよい。脂肪族基の置換基の例
には、アリール基、アルコキシ基、アルキルチオ基、ア
ミド基、アシル基、アシルオキシ基、アルコキシカルボ
ニル基、カルボキシル、ハロゲン原子、アルコキシアル
キル基、アルキルオキシオキシカルボニルアルキル基、
２，２，３，３，４,４，５，５，６，６，７，７，
８，８，８−ペンタデカフルオロオクチルオキシカルボ
ニルエチルが含まれる。

【００１６】式（Ｉ）において、Ｒ²、Ｒ³およびＲ⁴
は、それぞれ独立に、炭素原子数が１乃至８の脂肪族基
であるか、あるいは、Ｒ²とＲ³とが結合して含窒素複
素環を形成する。脂肪族基は、アルキル基、置換アルキ
ル基、アルケニル基、置換アルケニル基、アルキニル基
および置換アルキニル基を含む。環状脂肪族基よりも鎖
状脂肪族基の方が好ましい。Ｒ²、Ｒ³およびＲ⁴は、
それぞれ独立に、アルキル基、置換アルキル基、アルケ
ニル基または置換アルケニル基であることが好ましく、
アルキル基または置換アルキル基であることがさらに好
ましく、アルキル基またはハロゲン置換アルキル基であ
ることが最も好ましい。Ｒ²、Ｒ³およびＲ⁴の炭素原
子数は、１乃至７であることが好ましく、１乃至５であ
ることがさらに好ましく、１乃至４であることが最も好
ましい。脂肪族基の例には、メチル、エチル、ｎ−プロ
ピル、イソプロピル、シクロプロピル、ｎ−ブチル、se
c-ブチル、ｔ−ブチル基、シクロブチル基、シクロプロ
ピルメチル、ｎ−ペンチル、ネオペンチル、ｎ−ヘキシ
ル、シクロヘキシルおよびｎ−ヘプチルが含まれる。Ｒ
²とＲ³とが結合して形成する含窒素複素環は、５員環
または６員環であることが好ましい。

【００１７】式（Ｉ）において、Ｘは、アニオンであ
る。アニオンの例には、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ
素イオン、ｐ−トルエンスルホニウムイオンおよびベン
ゼンスルホニウムイオンが含まれる。以下に、四級アン
モニウム塩の例を示す。

【００１８】

【化４】

【００１９】

【化５】

【００２０】四級アンモニウム塩は、液晶層の塗布液に
添加する。添加量は、液晶分子に対してモル比で１／１
０００から２５０／１０００の範囲であることが好まし
い。

【００２１】

【実施例】［実施例１］（液晶傾斜角制御能の評価）市販の配向膜塗布液（サン
エバーＳＥ−６１０、日産化学（株）製）をガラス基板
上に＃４のバーコーターを用いて塗布し、乾燥して、ラ
ビング処理を行い、配向膜を形成した。メチルエチルケ
トン４００重量部に下記のディスコティック液晶化合物
（ＤＬＣ）１００重量部、セルロースアセテートブチレ
ート１重量部および四級アンモニウム塩（３）１重量部
を溶解して、液晶層塗布液を調製した。塗布液を、配向
膜上にスピンコート法で塗布した後、室温で乾燥した。
形成した液晶層を２００℃に加熱した後、１３０℃で液
晶化合物を配向させ、その状態で基板を急速に室温まで
冷却して配向状態を固定した。液晶層を偏光顕微鏡で観
察し、ディスコティック液晶性化合物がラビング方向に
対して平行かつ均一（モノドメイン）に配向しているこ
とを確認した。結晶回転法により基板に対する平均傾斜
角を求めたところ、四級アンモニウム塩（３）の添加に
よって、液晶分子の配向傾斜角が上昇していることを確
認した。

【００２２】

【化６】

【００２３】［実施例２〜８］液晶層塗布液に添加する
四級アンモニウム塩の種類と添加量を、第１表に示すよ
うに変更した以外は、実施例１と同様にして液晶分子の
配向傾斜角を測定した。結果を第１表に示す。

【００２４】

【表１】第１表 ──────────────────────────────────── 試料四級アンモニウム塩添加量平均傾斜角 ──────────────────────────────────── 実施例１（３）１重量部１１度実施例２（３）４重量部１６度実施例３（４）１重量部１２度実施例４（４）４重量部１７度実施例５（５）１重量部１１度実施例６（５）４重量部１６度実施例７（６）１重量部１１度実施例８（６）４重量部１８度 ────────────────────────────────────

【００２５】［比較例１］（液晶傾斜角制御能の評価）市販の配向膜塗布液（サン
エバーＳＥ−６１０、日産化学（株）製）をガラス基板
上に＃４のバーコーターを用いて塗布し、乾燥して、ラ
ビング処理を行い、配向膜を形成した。メチルエチルケ
トン４００重量部に実施例１で用いたディスコティック
液晶化合物（ＤＬＣ）１００重量部およびセルロースア
セテートブチレート１重量部を溶解して、液晶層塗布液
を調製した。塗布液を、配向膜上にスピンコート法で塗
布した後、室温で乾燥した。形成した液晶層を２００℃
に加熱した後、１３０℃で液晶化合物を配向させ、その
状態で基板を急速に室温まで冷却して配向状態を固定し
た。液晶層を偏光顕微鏡で観察したところ、ディスコテ
ィック液晶性化合物はデュアルドメインとなり、均一な
配向状態ではなかった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、配向膜の塗布液を塗布して配
向膜を形成し、そして、配向膜上に、液晶分子を含む塗
布液を塗布して液晶層を形成し、液晶分子を配向させる
方法であって、液晶層の塗布液に四級アンモニウム塩を
添加し、四級アンモニウム塩の作用により液晶分子の傾
斜角を制御することを特徴とする液晶分子の配向方法。
【請求項２】四級アンモニウム塩が、７乃至４４の総
炭素原子数を有する請求項１に記載の液晶分子の配向方
法。
【請求項３】四級アンモニウム塩が、下記式（Ｉ）で
表される請求項１に記載の液晶分子の配向方法：【化１】［式中、Ｒ¹は、炭素原子数が４乃至２０の脂肪族基で
あり；Ｒ²、Ｒ³およびＲ⁴は、それぞれ独立に、炭素
原子数が１乃至８の脂肪族基であるか、あるいは、Ｒ²
とＲ³とが結合して含窒素複素環を形成し；そして、Ｘ
は、アニオンである］。
【請求項４】式（Ｉ）において、Ｒ¹が、炭素原子数
が４乃至２０のアルキル基または炭素原子数が４乃至２
０のハロゲン置換アルキル基であり；Ｒ²、Ｒ³および
Ｒ⁴は、それぞれ独立に、炭素原子数が１乃至８のアル
キル基である請求項３に記載の液晶分子の配向方法。
【請求項５】四級アンモニウム塩を、液晶分子に対す
るモル比で１／１０００乃至２５０／１０００の範囲で
用いる請求項１に記載の液晶分子の配向方法。
【請求項６】液晶分子がディスコティック液晶分子で
ある請求項１に記載の液晶分子の配向方法。
【請求項７】液晶分子がトリフェニレン核を有する請
求項１に記載の液晶分子の配向方法。