JP2006243640A - 液晶配向膜の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ガラス基板に形成された配向膜への配向処理を、面内均一性を確保しながら効率良く行なうことができる液晶配向膜の製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】波長308nm、351nmのレーザー光を発するエキシマレーザー または 波長355nmのレーザー光を発するダイオードレーザー１から出射されたレーザー種光２をその強度分布を均一にする光モジュール３に入射させ、長尺形状にプロファイル変形したレーザー光４を生成する。長尺形状にプロファイル変形したレーザー光４を照射角度を可変させるための全反射ミラー５に当て、縮小投影または拡大投影レンズ６を透過させる。縮小投影または拡大投影レンズ６を透過した縮小または拡大されたレーザー光７を液晶ＴＦＴ基板またはＣＦ基板９上に塗布された光反応性基を有する有機膜８に照射することにより、光反応性基を有する有機膜８上に液晶配向膜を形成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶分子の配列を一定方向に揃えるための液晶配向膜の製造方法及び製造装置に関する。

液晶パネルの製造プロセスに配向処理工程がある。これは、透明基板（例えば、ガラス基板）の表面に形成されたポリイミド系樹脂等の有機高分子からなる配向膜を布で擦って（ラビング）微細な溝を形成する工程であり、液晶分子の分布を均一に、且つ液晶分子の配向を溝に沿って所定の方向に配列させることによって液晶表示素子の全面に亘って均一な表示を得るためのものである。

従って、表示品位の良好な液晶表示素子を作成するためには、配向膜全面を均一な条件下でラビングすることによって微細な溝を配向膜全面に亘って均一に形成することが求められる。

ガラス基板に形成された配向膜をラビングする一般的な方法は、円筒形状のローラの外周面にパイル（毛）を植設した布（ラビング布）を巻装してラビングローラを構成し、ガラス基板を所定の方向に、所定の速度で移動させながらガラス基板に形成された配向膜を回転するラビングローラのパイルでラビングするものである。

ところで、配向処理工程に於ける上記ラビング方法では、ラビング時のラビングローラの回転速度の変動や配向膜へのラビングローラによる圧力の不均一性に起因して生じる配向不良が歩留まりを低下させることになる。

また、ラビング布で配向膜を擦ることによって生じた繊維屑が、同様にラビング布で配向膜を擦ることによって生じた静電気によって配向膜上に付着する。そのため、配向処理工程の後工程にガラス基板の洗浄工程を設ける必要があり生産効率が低下すると共に、ＴＦＴ等のアクティブ素子駆動方式の液晶パネルにおいては予め基板に形成されたアクティブ素子がラビング時の静電気によって破壊され、工程歩留まりを低下させる要因となることがある。

また、ガラス基板の大型化に伴ってラビングローラも長大化する必要がある。その場合、ラビングローラの中央部に撓みが生じて配向膜全面を均一な圧力でラビングすることが困難であると共に、ラビング装置の大型化・重量化等を招き、搬入・搬出が大掛かりなものとなり、設置場所についても制約が加わることになる。

このような問題点を解決するために、レーザー光による配向処理が提案されている。それは、紫外線レーザー発生装置から出力されて光学系を介してスポット状に整形された紫外線レーザー光を基板上の配向膜に走査しながら照射し、配向膜の当該走査方向にライン状の断面凹形状の配向溝を形成するものである（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、上記のように化学反応によって凹ませた配向溝をライン状に形成する方法では、気化された分解物によってクリーンルームの環境が悪化し、また表面の配向溝が高分子の分解によって生起されるため、得られた液晶素子の電気特性も十分でないという欠点があった。

このような問題を解決するために、パルスレーザー光を照射し、非分解的に配向膜の表面に液晶分子に対する配向機能を付与する方法が開示されている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照。）。
特開平５−２２４２０６号公報 特開平１１−０１４９９５号公報 特開２００１−７５１０１号公報

しかしながら、特許文献２又は３に記載のパルスレーザー光を使用する方法は、配向膜にスポット状のレーザー光を直接照射する方法であり、広い面積の配向膜の表面に液晶分子に対する配向機能を付与するためにはレーザー光を走査しながら照射する必要がある。

従って、液晶表示装置に於いて優れた表示品位を確保するためには、レーザー光の出力、スポット形状、走査速度、走査ラインの直線性、送りピッチ等、光学的及び機械的な様々な項目を同時に高精度で再現性良く制御することが必要となり、このような非常に複雑な作業が要求されることによって生産性の低下を招き、延いては歩留まりの低下を生じさせかねないものとなる。

特に、配向処理工程に於いて機械的な作動系の占める割合が大きく、機械装置の日々のメンテナンス、故障時の補修等の時間的浪費が多くなり、生産性を低下させる要因となることが十分考えられる。

更に、配向膜の配向処理を施す面をレーザーのスポット光(点)によって配向処理を行なうために、配向処理工程に多くの時間が費やされることになり、非効率な作業によって生産性が低下することになる。

本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、液晶パネルの製造プロセスの配向処理工程に於いて、ガラス基板に形成された配向膜への配向処理を、面内均一性を確保しながら効率良く行なうことができる液晶配向膜の製造方法及び製造装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、基板上に形成された光配向性基を有する有機膜に、レーザー光を照射する液晶配向膜の製造方法であって、前記レーザー光が、光モジュールにより強度分布を均一にし、長尺形状にプロファイル変形したレーザー光であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記レーザー光がマキシマレーザーであることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１において、前記レーザー光がダイオードレーザーであることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜３の何れか１項において、前記レーザー光の照射が、法線方向から１°〜９０°の照射角で有機膜に照射されることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜４の何れか１項において、前記レーザー光が無偏光もしくは円偏光に変換された後、有機膜に照射されることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載された発明は、請求項１〜５の何れか１項において、前記有機膜が、１分子中に少なくとも１個の光異性化反応により液晶配向機能を発現する光配向性基を有する化合物を含有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載された発明は、請求項６において、前記１分子中に少なくとも１個の光異性化反応により液晶配向機能を発現する光配向性基を有する化合物が、アゾベンゼン誘導体であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項８に記載された発明は、請求項６において、前記１分子中に少なくとも１個の光異性化反応により液晶配向機能を発現する光配向性基を有する化合物が、一般式（１）

（式中、Ｒ^１およびＲ^２は、各々独立して、ヒドロキシ基、又は（メタ）アクリロイル基、（メタ）アクリロイルオキシ基、（メタ）アクリルアミド基、ビニル基、ビニルオキシ基、及びマレイミド基からなる群から選ばれる重合性官能基を表す。Ｘ^１はＲ^１がヒドロキシ基の場合、単結合を表し、Ｒ^１が重合性官能基の場合、−（Ａ^１−Ｂ^１）_ｍ−で表される連結基を表し、Ｘ^２は、Ｒ^２がヒドロキシ基の場合、単結合を表し、Ｒ^２が重合性官能基の場合、−（Ａ^２−Ｂ^２）_ｎ−で表される連結基を表す。ここで、Ａ^１及びＡ^２は各々独立して単結合、又は二価の炭化水素基を表し、Ｂ^１及びＢ^２は各々独立して単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、又は−ＯＣＯＮＨ−を表す。ｍ及びｎは各々独立して０〜４の整数を表す。但し、ｍ又はｎが２以上のとき、複数あるＡ^１、Ｂ^１、Ａ^２及びＢ^２は、同じであっても異なっていてもよい。但し、二つのＢ^１又はＢ^２の間に挟まれたＡ^１又はＡ^２は、単結合ではないものとする。Ｒ^３及びＲ^４は各々独立して、ハロゲン原子、カルボキシル基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、ヒドロキシメチル基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基、又はメトキシカルボニル基を表す。但し、カルボキシル基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。Ｒ^５及びＲ^６は各々独立して、カルボキシル基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基、又はヒドロキシ基を表す。但し、カルボキシル基、スルホ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。）で表される化合物であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項９に記載された発明は、液晶配向膜の製造装置であって、紫外線レーザー発振器と、前記紫外線レーザー発振器から出力されたレーザー光の長尺形状の光パターンを整形するための少なくとも１つ以上の窓が設けられたマスクと、前記窓を通過した光パターン整形後のレーザー光を縮小して基板上に形成された光配向性基を有する有機膜に照射するための縮小投影レンズと、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の液晶配向膜の製造方法及び製造装置は、基板の表面上に形成された光反応性基を有する有機膜を形成し、該有機膜に紫外線レーザー光を照射して化学反応によって有機膜を形成する分子の配列を揃える配向処理が行なわれるようにしたものである。その結果、配向膜に対する機械的接触がなく配向処理が行なわれるために配向処理時に於ける配向処理の均一性を阻害する要因が除去されて均一な配向処理が行なわれ、そのような液晶パネルを使用することによって表示品位に優れた液晶表示装置を実現することができる。

また、紫外線レーザー光を使用して物理的に凹ませた配向溝をライン状に形成する方式に対して、有機膜を形成する分子の配列を揃える方式であるために光学的及び機械的な制御項目が少なくなり、生産性及び歩留まりが向上し、配向膜の品質の再現性を確保することができる。

また、機械的な作動系の占める割合が少ないためにメンテナンス、故障時の補修等の機会が少なくなって時間的工程ロスが減少し、生産性の向上が図られる。

また、光反応性基を有する有機膜に対して上方或いは斜め上方からレーザー光を照射して配向処理を行なうようにした。そのため、液晶材料の特性、液晶表示装置の視認方向を考慮した最適な照射方向でレーザー光による配向処理を行なうことができる。

更に、紫外線レーザー発振器から出力されるレーザー光の光パターンが長尺形状であるため、照射面に対して面状にレーザー光を照射することができる。そのため、一定面積を配向処理するためにはスポット状のレーザー光を照射する場合に比べて照射回数及び延べ照射時間が低減でき、作業効率が向上する。などの優れた効果を奏するものである。

以下、この発明の実施形態を図１及び図３を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付し、説明は省略する）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は本発明に係わる液晶配向膜の製造装置の実施形態を示す概念図である。波長３０８ｎｍ、３５１ｎｍのレーザー光を発するエキシマレーザー又は波長３５５ｎｍのレーザー光を発するダイオードレーザー１から出射されたレーザー種光２を、その光の強度分布を均一にする光モジュール３に入射させる。光モジュール３の内部は横方向に並んだ複数の長尺凸レンズと縦方向に並んだ複数の長尺凸レンズから構成され、入射したレーザー光がメッシュ状に分解されるとともに、長尺形状に変換され、強度分布も均一に変換されて出力される光学組部品である。光モジュール３により長尺形状にプロファイル変形されたレーザー光４を照射角度を可変させるための全反射ミラー５に当てる。全反射ミラー５により反射したレーザー光４は照射面に縮小または拡大して照射させるためのレンズ６を透過させ、縮小または拡大されたレーザー光７を生成する。縮小または拡大されたレーザー光７は光反応基を有する有機膜８に全反射ミラー５により設定された角度で入射される。

上記基本構成の液晶配向膜の製造装置を使用した液晶配向膜の製造方法について説明する。光反応基を有する有機膜８を塗布した液晶ＴＦＴ基板またはＣＦ基板９を全反射ミラー５で設定された角度で、縮小または拡大されたレーザー光７を照射する。積算エネルギーが指定された数値になるように、一定の速度で液晶ＴＦＴ基板またはＣＦ基板９を右方向に移動させる。

波長３０８ｎｍ、３５１ｎｍのレーザー光を発するエキシマレーザーは高いパルスエネルギーを発生させることができ、タクトタイムの削減に貢献できる。長尺なレーザー光の大きさは、例えば１００ｍｍ×０．５ｍｍ程度の大きさであり、本製造装置に必要な基板の移動速度、積算エネルギーは表１に記載した数値レベルである。波長３５５ｎｍのレーザー光を発するダイオードレーザーはガスレーザーでないため、その保守メンテナンスがし易く寿命が長いという優位点を持つ。長尺なレーザー光の大きさは、例えば１０ｍｍ×０．５ｍｍ程度の大きさであり、本製造装置に必要な基板の移動速度、積算エネルギーは表２に記載した数値レベルである。

図３は本発明に係わる液晶配向膜の製造装置の他の実施形態を示す概念図である。波長３０８ｎｍ、３５１ｎｍのレーザー光を発するエキシマレーザー又は波長３５５ｎｍのレーザー光を発するダイオードレーザー１から出射されたレーザー種光２を、その光の強度分布を均一にする光モジュール３に入射させる。光モジュール３の内部は横方向に並んだ複数の長尺凸レンズと縦方向に並んだ複数の長尺凸レンズから構成され、入射したレーザー光がメッシュ状に分解されるとともに、長尺形状に変換され、強度分布も均一に変換されて出力される光学組部品である。光モジュール３により長尺形状にプロファイル変形されたレーザー光４を照射角度を可変させるための全反射ミラー５に当てる。全反射ミラー５により反射したレーザー光４は照射面に縮小または拡大して照射させるためのレンズ６を透過させ、縮小または拡大されたレーザー光７を生成する。縮小または拡大されたレーザー光７はマスク１０に当てられる。液晶ＴＦＴ基板またはＣＦ基板９が右方向に移動すると同時にマスク１０も移動する。縮小または拡大されたレーザー光７はマスク１０に空けられた窓を透過し光反応基を有する有機膜８に照射される。光反応基を有する有機膜８に照射されたレーザー光７は、マスクを用いて生成された光配向膜の形状例１１を生成することができる。

このように、縮小または拡大されたレーザー光７はマスク１０の窓を介して、光反応基を有する有機膜８上に照射し、光反応基を有する有機膜８上の一部に配向処理を施した後、隣接する窓のピッチに相当する距離をマスク１０と 液晶ＴＦＴ基板またはＣＦ基板９とを動機を取りながら同一方向に移動し、上記同様の手順で液晶ＴＦＴ基板またはＣＦ基板９の表面上に塗布された光反応基を有する有機膜８に配向処理を行う。

このような一連の作業を順次行なうことによって、光配向性を有する有機膜８に対してマスク１０に形成された全ての窓に対応する配向処理が終了すると１枚の液晶ＴＦＴ基板またはＣＦ基板９に対する配向処理が完了する。

上記実施形態においては、マスク１０と光反応性基を有する有機膜８が塗布された液晶ＴＦＴ基板またはＣＦ基板９とを略平行に配置して光配向性を有する有機膜８に垂直な方向からレーザー光を照射するようにしている。

上記、マスク１０と光反応性基を有する有機膜８が塗布された液晶ＴＦＴ基板またはＣＦ基板９とを略平行に或いは所定の角度を保って配置する場合に、両者を配置する方向は限定されない。つまり、床面に対して平行、垂直或いは傾斜した状態の何れの状態でも構わない。装置の構造上の要件、装置を設置する場所の条件、製造ラインに於ける位置付け等を考慮して最適な状態を選択すれば良い。

また、マスク１０に設けられた窓の形状、大きさを適宜設定することによって、ガラス基板の表面上に形成された光配向性を有する有機膜８の所定の場所に部分的に配向処理を施すことができる。このように配向処理がなされた液晶パネルを使用した液晶表示装置は、選ばれた部分が選ばれた範囲で表示されるような部分的表示を行なう画面構成が可能となる。

他方、液晶表示装置の画面全面を表示範囲とするような場合は、ガラス基板の表面上に形成された光配向性を有する有機膜８全面に配向処理を行なう必要がある。そのときは、マスクに設けられた複数個の窓の互いに隣接する窓間の距離よりも短いピッチでマスク及びガラス基板を移動させながらレーザー光を照射させる。すると互いに連続して照射される光のエッジ同士が隙間なく境界線を形成するか或いは互いのエッジ同士が重なるように照射される。後者の場合、光配向性を有する有機膜８にレーザー光が1回照射される部分と２回照射される部分ができるが、配向処理の原理が光配向性を有する有機膜８を形成する分子の配列を化学的に揃えるものであるため、１回のレーザー光照射で分子配向が完了されており、２目の照射に於いては配向処理の作用は生じない。したがって、光配向性を有する有機膜８全面に亘って均一な配向処理が行われるものである。

また、本実施形態では配向処理を行なう場所の送りをマスク及びガラス基板を同期させて移動するようにしているが、マスク及びガラス基板を固定してレーザー光及び縮小投影レンズを同期をとりながら移動させても良い。いずれにしても、相対的な動作が確保できれば移動するものを限定する必要はない。

光反応性基を有する有機膜としては、例えばシンナモイル骨格、クマリン骨格、カルコン骨格、ベンゾフェノン骨格等の光二量化反応を発現する基を有する化合物、アゾ骨格やアントラキノン骨格等の光異性化反応を発現する基を有する化合物を含有する有機膜、ポリイミド樹脂等の光分解を生じる樹脂からなる有機膜等がある。

中でも、１分子中に少なくとも１個の光異性化反応により液晶配向機能を発現する光配向性基（以下、光配向性基と略記する）を有する化合物が好ましい。特に分子の発色団による光吸収スペクトルが直線偏光の偏波面の方向によって異なる性質（以下、二色性と称す）を示すアゾベンゼン骨格、アントラキノン骨格、キノフタロン骨格、ペリレン骨格を有する化合物が好ましく、アゾベンゼン骨格、又はアントラキノン骨格を有する化合物は、偏光照射により良好な光配向性を示す点で特に好ましい。中でも、アゾベンゼン誘導体が最も好ましい。

本発明で用いるアゾベンゼン誘導体としては公知のものを使用することができる。例えば、ダイレクトイエロー１、ダイレクトイエロー１２、ダイレクトイエロー２６、ダイレクトイエロー２８、ディスパースイエロー７、ディスパースイエロー９、アシッドイエロー９、アシッドイエロー３６、アシッドオレンジ８、モルダントイエロー１、モルダントイエロー１０、モルダントイエロー１２、等の化合物が挙げられるが、中でも、一般式（１）で示される化合物が特に好ましい。

（式中、Ｒ^１およびＲ^２は、各々独立して、ヒドロキシ基、又は（メタ）アクリロイル基、（メタ）アクリロイルオキシ基、（メタ）アクリルアミド基、ビニル基、ビニルオキシ基、及びマレイミド基からなる群から選ばれる重合性官能基を表す。Ｘ^１はＲ^１がヒドロキシ基の場合、単結合を表し、Ｒ^１が重合性官能基の場合、−（Ａ^１−Ｂ^１）_ｍ−で表される連結基を表し、Ｘ^２は、Ｒ^２がヒドロキシ基の場合、単結合を表し、Ｒ^２が重合性官能基の場合、−（Ａ^２−Ｂ^２）_ｎ−で表される連結基を表す。ここで、Ａ^１及びＡ^２は各々独立して単結合、又は二価の炭化水素基を表し、Ｂ^１及びＢ^２は各々独立して単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、又は−ＯＣＯＮＨ−を表す。ｍ及びｎは各々独立して０〜４の整数を表す。但し、ｍ又はｎが２以上のとき、複数あるＡ^１、Ｂ^１、Ａ^２及びＢ^２は、同じであっても異なっていてもよい。但し、二つのＢ^１又はＢ^２の間に挟まれたＡ^１又はＡ^２は、単結合ではないものとする。
Ｒ^３およびＲ^４は各々独立して、ハロゲン原子、カルボキシル基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、ヒドロキシメチル基、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。但し、カルボキシル基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。
Ｒ^５およびＲ^６は各々独立して、カルボキシル基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基、又はヒドロキシ基を表す。但し、カルボキシル基、スルホ基はアルカリ金属と塩を形成していても良い。）

上記一般式（１）で表される化合物は、直線偏光や楕円偏光の照射によって偏光方向に対して、分子の長軸方向が垂直になるように配向し、一方、非偏光の平行光紫外線を照射した場合には、紫外線の入射面（基板面と垂直な面）に対して分子の長軸方向が平行になるように容易に配向する性質を有するため、本発明で用いる光配向性を有する有機膜用の化合物として特に好ましい。

上記一般式（１）においては、Ｒ^１、Ｒ^２は各々独立して、ヒドロキシ基、又は（メタ）アクリロイル基、（メタ）アクリロイルオキシ基、（メタ）アクリルアミド基、ビニル基、ビニルオキシ基、及びマレイミド基からなる群から選ばれる重合性官能基である。Ｒ^１及びＲ^２が重合性官能基であると、光配向処理後、熱重合や光重合によって二色性化合物の配向を固定化することができ、耐熱性や耐光性に優れた光配向膜を得ることができるため好ましい。そのなかでも、（メタ）アクリロイロキシ基、又は（メタ）アクリルアミド基が好ましい。

上記一般式（１）において、Ｒ^１及びＲ^２で表されるヒドロキシ基や重合性官能基は、Ｘ^１及びＸ^２で表される連結基を介して、隣接するフェニレン基と連結している。連結基Ｘ^１及び連結基Ｘ^２のうちＡ^１又はＡ^２で表される二価の炭化水素基としては、プロピレン基、へプチレン基等の炭素原子数３〜２０のアルキレン基、メチレン基、トリメチレン基、ペンタメチレン基等の炭素原子数１〜２０のポリメチレン基、シクロプロピレン基、シクロヘキシレン基等の炭素原子数３〜２０のシクロアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基等の炭素原子数６〜２０のアリーレン基等が挙げられる。

上記一般式（１）において、Ｒ^３及びＲ^４のハロゲン原子としては、フッ素原子や塩素原子が、ハロゲン化メチル基としては、トリクロロメチル基やトリフルオロメチル基等が、ハロゲン化メトキシ基としては、クロロメトキシ基やトリフルオロメトキシ基が挙げられる。そのなかでも、Ｒ^３及びＲ^４がカルボキシ基であると特に大きな配向規制力が得られるため好ましい。カルボキシ基は、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属と塩を形成していてもよい。

上記一般式（１）で表される化合物は、偏光、もしくは基板面に対して斜め方向からの光を照射すると容易に配向し、かつ、ガラスやＩＴＯ等の基板に対して成膜性や付着性に優れていることが好ましい。具体的には、下記構造（ａ）〜（ｄ）のアゾベンゼン誘導体を挙げることができる。

本発明においては、光反応性基を有する有機膜の膜厚は５〜２０ｎｍであるのが好ましい。膜厚が２０ｎｍを超えると、該有機膜に含有されるアゾベンゼン誘導体が色を呈するおそれがある。

次に、本発明に用いられる光反応性基を有する有機膜を基板上に作製する方法として、上記一般式（１）で表される化合物を使用した例を述べる。上記一般式（１）で表される化合物を含有する光配向膜用組成物を基板上に塗布し、乾燥することによって光配向膜を作成する。光配向膜用組成物を基板上に塗布する際には、これを適切な溶媒に溶解して使用する。この際の溶媒は特に限定されないが、ピロリドン、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、２−ブトキシエタノール、２−フェノキシエタノール、γ−ブチロラクトン、クロロベンゼン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、エチレングリコール、プロピレングリコール、イソプロピレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、３−メトキシ−３−メチルブタノール等が一般的に用いられる。そのなかでも、２−ブトキシエタノール、Ｎ−メチルピロリドン、プロピレングリコール、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドの溶液はガラス、ＩＴＯなどの表面への塗布性が良好で、むらのない均一な塗膜が得られることから、特に好ましい。これらの溶剤は、塗布性や、塗布後の揮発速度を考慮して選択することが好ましく、２種類以上を混合して使用することもできる。

また、光配向膜用組成物の溶液を基板上に塗布する方法としては、スピンコーティング法、フレキソ印刷法、マイクログラビア印刷法、ダイコーティング法、ディッピング法などを用いることができるが、特にスピンコーティング法、フレキソ印刷法は均一な塗膜を得ることが容易であり、好ましい。

また、上記一般式（１）で表される化合物が重合性官能基を有する場合は、光配向処理後、この重合性官能基を重合させるのが好ましい。重合性官能基を重合させることにより、耐光性、耐湿性など安定性に優れた光配向膜を得ることができる。重合方法としては、熱重合又は光重合が挙げられる。このとき、必要に応じて公知慣用の重合開始剤を使用することが好ましい。熱重合開始剤としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。また、光重合開始剤としては、例えば、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−メチル−１−［（メチルチオ）フェニル］−２モリホリノプロパン−１、ベンジルジメチルケタール、アシルフォスフィンオキシド等が挙げられる。

重合性官能基を熱重合させる場合は、光配向膜用組成物を塗布乾燥させ、配向のための光照射を行った後加熱を行う。加熱温度は１００〜３００℃が好ましく、１００〜２００℃がさらに好ましい。一方、重合性官能基を光重合させる場合は、光配向膜用組成物を塗布乾燥させ、配向のための光照射を行った後、光配向膜が吸収しない波長の光を照射することが好ましい。例えば上記一般式（１）で表される化合物の場合は、アゾベンゼン骨格が吸収しない波長である、２００〜３２０ｎｍの波長の光を照射して光重合させる。

以下、実施例及び比較例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
[実施例１]
下記化学式（２）で表されるアゾベンゼン誘導体１．０質量％Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液を、スピンコーターを用いてＩＴＯ電極付きガラス基板のＩＴＯ電極面に均一に塗布した。次いで、１００℃のホットプレート上で１分間、溶媒の乾燥を行った。得られた塗膜表面に、下記照射条件Ａに従い光照射を行い、液晶配向膜を得た。

（照射条件Ａ）
光源に用いる紫外線レーザーとして波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーを使用した。発振パルスの周波数は１０Ｈｚ、１パルス当たりのエネルギー密度は５０ｍＪ／ｃｍ^２とした。この紫外線レーザー光を光モジュールを用いて１００ｍｍ×０．４ｍｍの長尺形状にプロファイル変形した光として上記基板の塗膜面の法線方向に対して５°の角度で基板を移動させながら照射を行った。基板の移動速度は０．４ｍｍ／ｓｅｃから４ｍｍ／ｓｅｃまで変化させた。これらの光配向膜について、液晶配向能を直線偏光二色性の測定、および実際に液晶素子を作製し、液晶の配向を目視観察することにより評価した。評価方法は、下記に説明する。また、これらの結果を表１に示す。

（評価方法 直線偏光二色性（Ｄ））
吸光度から直線偏光二色性（Ｄ）を算出し、液晶配向膜の異方性とその方向を評価した。吸光度測定には、偏光可視紫外分光光度計を使用した。本実施例のアゾベンゼン誘導体では直線偏光二色性（Ｄ）の絶対値が大きいほど高い液晶配向能を示す。また、アゾベンゼン誘導体が、配向膜に照射した光の入射面と平行に配向している場合は正の値を、垂直の場合は負の値を示す。該配向膜付き基板の最大吸収波長の直線偏光に対する吸光度を測定し、下記数式（１）により、直線偏光二色性（Ｄ）を算出した。

（式中、Ａ_／／は、液晶配向膜の配向のために照射した紫外光の入射面と吸光度の測定のために入射する光の偏光方向とが平行であるときの吸光度を表し、Ａ_⊥は垂直であるときの吸光度を表す。）

（評価方法、液晶配向の確認）
液晶配向膜付きガラス基板の液晶配向膜面の周囲に、直径１０μｍのシリカビーズを含んだエポキシ系接着剤（商品名「ストラクトボンドＸＮ−５Ａ」：三井化学（株）社製）を、液晶注入口を残して塗布し、８０℃で３０分間予備硬化した後、接着剤が塗布されていないガラス基板と配向膜面が上下で直交するように重ね合わせて圧着し、１５０℃９０分の条件で接着剤を硬化させた。続いて、ＴＦＴ駆動用液晶組成物（商品名「１１−３３２３」：大日本インキ化学工業（株）社製）を、真空下で液晶注入口より注入充填し、エポキシ系接着剤で液晶注入口を封孔することで、ＴＮ液晶素子を得た。このようにして作製したＴＮ液晶素子をクロスニコル配置した二枚の偏光板の間に配置し、液晶のＴＮ配向を確認した。
評価結果として、均一なＴＮ配向が得られている場合を○、配向はしているものの一部配向の乱れが見られる場合を△、全くＴＮ配向が得られない場合を×として表１に示した。

［実施例２］
実施例１と同様のアゾベンゼン誘導体を用い、実施例１と同様にガラス基板上に塗膜を得た。得られた塗膜表面に下記照射条件Ｂに従って光照射を行い、光配向膜を得た。
（照射条件Ｂ）
光源に用いる紫外線レーザーとして、波長３５５ｎｍのダイオードレーザーを用いた。発信周波数は８０ＭＨｚ、この紫外線レーザー光を光モジュールを用いて１００ｍｍ×０．４ｍｍの長尺形状にプロファイル変形した光とし、さらにベンディングミラーを用いて円偏光とした後に、上記基板の塗膜面の法線方向に対して４５°の角度で基板を移動させながら照射を行った。基板の移動速度は１ｍｍ／ｓｅｃから５ｍｍ／ｓｅｃまで変化させた。
これらの光配向膜について、実施例１と同様に液晶配向能を直線偏光二色性の測定、および実際に液晶素子を作製し、液晶の配向を目視観察することにより評価した。これらの結果を表２に示す。

本発明に係わる液晶配向膜の製造装置の実施形態を示す概念図である。 光反応性基を有する有機膜に紫外線レーザー光を照射して配向膜を生成する概念図である。 本発明に係わる液晶配向膜の製造装置の他の実施形態を示す概念図である。

符号の説明

１ ダイオードレーザー発振器 または エキシマレーザー発振器
２ レーザー種光
３ レーザー種光の強度分布を均一にする光モジュール
（ホモジナイザー）
４ 長尺形状にプロファイル変形したレーザー光
５ 照射角度を可変させるための全反射ミラー
６ 縮小投影または拡大投影レンズ
（シリンドリカルレンズ）
７ 縮小または拡大されたレーザー光
８ 光反応性基を有する有機膜
９ 液晶ＴＦＴ基板またはＣＦ基板
１０ マスク
１１ マスクを用いて生成された光配向膜の形状例
１２ 光反応性基を有する有機膜の拡大イメージ
１３ 配向された有機膜の拡大イメージ
１４ 配向された液晶分子の拡大イメージ

Claims (9)

1. 基板上に形成された光配向性基を有する有機膜に、レーザー光を照射する液晶配向膜の製造方法であって、前記レーザー光が、光モジュールにより強度分布を均一にし、長尺形状にプロファイル変形したレーザー光であることを特徴とする液晶配向膜の製造方法。
2. 前記レーザー光がマキシマレーザーであることを特徴とする請求項１に記載の液晶配向膜の製造方法。
3. 前記レーザー光がダイオードレーザーであることを特徴とする請求項１に記載の液晶配向膜の製造方法。
4. 前記レーザー光の照射が、法線方向から１°〜９０°の照射角で有機膜に照射されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶配向膜の製造方法。
5. 前記レーザー光が無偏光もしくは円偏光に変換された後、有機膜に照射されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶配向膜の製造方法。
6. 前記有機膜が、１分子中に少なくとも１個の光異性化反応により液晶配向機能を発現する光配向性基を有する化合物を含有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の液晶配向膜の製造方法。
7. 前記１分子中に少なくとも１個の光異性化反応により液晶配向機能を発現する光配向性基を有する化合物が、アゾベンゼン誘導体であることを特徴とする請求項６に記載の液晶配向膜の製造方法。
8. 前記１分子中に少なくとも１個の光異性化反応により液晶配向機能を発現する光配向性基を有する化合物が、一般式（１）
   

   

   （式中、Ｒ^１およびＲ^２は、各々独立して、ヒドロキシ基、又は（メタ）アクリロイル基、（メタ）アクリロイルオキシ基、（メタ）アクリルアミド基、ビニル基、ビニルオキシ基、及びマレイミド基からなる群から選ばれる重合性官能基を表す。Ｘ^１はＲ^１がヒドロキシ基の場合、単結合を表し、Ｒ^１が重合性官能基の場合、−（Ａ^１−Ｂ^１）_ｍ−で表される連結基を表し、Ｘ^２は、Ｒ^２がヒドロキシ基の場合、単結合を表し、Ｒ^２が重合性官能基の場合、−（Ａ^２−Ｂ^２）_ｎ−で表される連結基を表す。ここで、Ａ^１及びＡ^２は各々独立して単結合、又は二価の炭化水素基を表し、Ｂ^１及びＢ^２は各々独立して単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＮＨＣＯ−、−ＮＨＣＯ−Ｏ−、又は−ＯＣＯＮＨ−を表す。ｍ及びｎは各々独立して０〜４の整数を表す。但し、ｍ又はｎが２以上のとき、複数あるＡ^１、Ｂ^１、Ａ^２及びＢ^２は、同じであっても異なっていてもよい。但し、二つのＢ^１又はＢ^２の間に挟まれたＡ^１又はＡ^２は、単結合ではないものとする。Ｒ^３及びＲ^４は各々独立して、ハロゲン原子、カルボキシル基、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化メトキシ基、ヒドロキシメチル基、シアノ基、ニトロ基、メトキシ基、又はメトキシカルボニル基を表す。但し、カルボキシル基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。Ｒ^５及びＲ^６は各々独立して、カルボキシル基、スルホ基、ニトロ基、アミノ基、又はヒドロキシ基を表す。但し、カルボキシル基、スルホ基はアルカリ金属と塩を形成していてもよい。）で表される化合物であることを特徴とする請求項６に記載の液晶配向膜の製造方法。
9. 紫外線レーザー発振器と、前記紫外線レーザー発振器から出力されたレーザー光の長尺形状の光パターンを整形するための少なくとも１つ以上の窓が設けられたマスクと、前記窓を通過した光パターン整形後のレーザー光を縮小して基板上に形成された光配向性基を有する有機膜に照射するための縮小投影レンズと、を備えたことを特徴とする液晶配向膜の製造装置。

Images