JP2010032860A - 配向膜及びその製造方法、配向基板及びその製造方法、並びに液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板2に水平配向膜材料からなる下地層4を形成した後、その表面に、重合性液晶分子12のディレクタを基板面からわずかに傾いた方向へ配向させる配向性を付与する処理を施す。液晶性骨格を有し、異種物質との界面においてディレクタを垂直に向けて配向する性質と、重合する性質とを有する重合性液晶分子12からなる層9を下地層4に積層する。層9では、ディレクタの配向方向が、下地層4との界面ではほぼ水平方向へ制御され、界面から層厚方向へ遠ざかるほど、基板面に垂直な方向へ徐々に近づくハイブリッド配向13が形成される。重合性液晶分子12を重合させ、配向構造13を固定し、配向層5を得る。
【選択図】 図1
Description
液晶性骨格を有し、異種物質との界面においてディレクタ(配向ベクトル)を界面に 垂直に向けて配向する性質と、重合する性質とを有する重合性液晶分子からなる層から 形成された配向層が、水平配向膜材料からなる下地層に積層された複層膜であり、
前記配向層に接する前記下地層の表面は、前記重合性液晶分子の前記ディレクタを、 前記基板面に平行な方向から所定の方向へわずかに傾かせて配向させる性質を有し、
前記の重合性液晶分子からなる層においては、前記ディレクタの配向方向が、前記下 地層との界面では、前記した前記基板面に平行な方向から所定の方向へわずかに傾いた 方向に制御され、この界面から層厚方向へ遠ざかるほど、前記基板面に垂直な方向へ徐 々に近づいていくハイブリッド配向構造を有する液晶状態が形成されており、
この状態で前記重合性液晶分子の少なくとも一部が重合し、前記の重合性液晶分子か らなる層が、未反応の重合性液晶分子と重合性液晶分子重合体との複合体からなる硬化 層に変化することによって、前記配向層が形成され、
前記の重合性液晶分子からなる層において形成されていた前記ハイブリッド配向構造 が前記配向層において固定され、前記配向層の表面における前記複合体のディレクタの 配向方向が、前記基板面に垂直な方向から所定の方向へわずかに傾いた方向に固定され ている
ことを特徴とする、配向膜に係わるものである。
水平配向膜材料からなる下地層を前記基板に形成し、この下地層の表面に、重合性液 晶分子のディレクタ(配向ベクトル)を前記基板面に平行な方向から所定の方向へわず かに傾かせて配向させる配向性を付与する工程と、
液晶性骨格を有し、異種物質との界面において前記ディレクタを界面に垂直に向けて 配向する性質と、重合する性質とを有する前記重合性液晶分子からなる層を、前記下地 層に積層して、液晶状態にて形成する工程と、
前記重合性液晶分子の少なくとも一部を重合させ、前記の重合性液晶分子からなる層 を、未反応の重合性液晶分子と重合性液晶分子重合体との複合体からなる硬化層に変化 させることによって、配向層を形成する工程と
を有し、
前記の重合性液晶分子からなる層において形成されていた前記液晶状態が有するハイ ブリッド配向構造、すなわち、前記ディレクタの配向方向が、前記下地層との界面では 、前記した前記基板面に平行な方向から所定の方向へわずかに傾いた方向に制御され、 この界面から層厚方向へ遠ざかるほど、前記基板面に垂直な方向へ徐々に近づいていき 、表面では前記基板面に垂直な方向から所定の方向へわずかに傾いた方向である配向構 造を、前記配向層において固定する
ことを特徴とする、配向膜の形成方法に係わるものである。
前記配向膜が、前記液晶層に接する面側に設けられている
ことを特徴とする、配向基板に係わり、また、液晶表示素子の、表示用液晶分子からなる液晶層に接して配置される基板の製造方法において、
前記配向膜の形成方法によって、前記液晶層に接する面側に配向膜を形成する工程を 含む
ことを特徴とする、配向基板の製造方法に係わるものである。
前記配向膜が、前記基板の少なくとも一方に、前記液晶層に接するように設けられ、
電界が印加されていないときの、前記表示用液晶分子の配向方向が、前記基板面に垂 直な方向から所定の方向へわずかに傾いた方向に制御されている
ことを特徴とする、液晶表示素子に係わるものである。
水平配向膜材料からなる下地層を前記基板に形成し、この下地層の表面に、重合性液 晶分子のディレクタ(配向ベクトル)を前記基板面に平行な方向から所定の方向へわず かに傾かせて配向させる配向性を付与する工程と、
液晶性骨格を有し、異種物質との界面において前記ディレクタを界面に垂直に向けて 配向する性質と、重合する性質とを有する前記重合性液晶分子からなる層を、前記下地 層に積層して、液晶状態にて形成する工程と、
を有する。この結果、前記の重合性液晶分子からなる層において、前記ディレクタの配向方向が、前記下地層との界面では、前記した前記基板面に平行な方向から所定の方向へわずかに傾いた方向に制御され、この界面から層厚方向へ遠ざかるほど、前記基板面に垂直な方向へ徐々に近づいていき、表面では前記基板面に垂直な方向から所定の方向へわずかに傾いた方向であるハイブリッド配向構造を有する前記液晶状態を形成することができる。
前記重合性液晶分子の少なくとも一部を重合させ、前記の重合性液晶分子からなる層 を、未反応の重合性液晶分子と重合性液晶分子重合体との複合体からなる硬化層に変化 させることによって、配向層を形成する工程
によって、前記の重合性液晶分子からなる層における前記ハイブリッド配向構造を、前記配向層における前記複合体のハイブリッド配向構造として固定することができる。
本発明の前記配向膜が、前記基板の少なくとも一方に前記液晶層に接するように設け られ、
電界が印加されていないときの、前記表示用液晶分子の配向方向が、前記基板面に垂 直な方向から所定の方向へわずかに傾いた方向に制御されている
ことを特徴とする。この液晶表示素子を、例えば、VAモードで動作させると、電界を作用させたときに前記表示用液晶分子が傾く方向が不定にならず、リバースチルトを防止して、液晶表示素子としての良好な動作特性や光学特性を実現することができる。しかも、すべての前記表示用液晶分子が一斉に配向変化を起こすので、一部の液晶分子を起点として他の液晶分子がドミノ倒し的に配向変化を起こしていくMVAモ−ドやPVAモ−ドの液晶表示素子に比べ、より速い応答速度を実現することができる。
実施の形態1では、主として、請求項1〜3、5〜8および請求項9〜13に、それぞれ、記載した配向膜およびその製造方法、請求項16および17に記載した配向基板およびその製造方法、並びに請求項18〜25に記載した液晶表示素子の例について説明する。
実施の形態2では、主として、請求項4に記載した配向膜、請求項14および15に記載したその製造方法、およびこの配向膜が設けられた液晶表示素子について説明する。液晶テレビなどを構成する液晶表示素子では、広い視野角特性が求められる。従来、この課題に対応する技術として、MVAモードやPVAモードによるマルチドメイン化が知られている。実施の形態2では、各画素の配向膜を、ディレクタが異なる方向に配向した複数のドメインにパターニングして形成し、広い視野角特性を有する液晶表示素子を実現する。
実施例
まず、水平配向膜材料溶液としてポリイミド系配向膜材料溶液(商品名 AL−1254;JSR株式会社製)を用い、この溶液を、ITOからなる透明電極3が設けられた透明基板2であるガラス基板の上にスピンコート法によって塗布し、溶媒を蒸発させた後、焼成し、ポリイミド系配向膜材料からなる下地層(水平配向膜、厚さ75nm)4aを作製した。この後、ラビング布でラビング処理を行い、水平配向膜としての配向性を付与した。
下地層4を形成せず、透明電極3が設けられた透明基板2に、直接、重合性液晶分子からなる層15を形成し、これを紫外線照射によって硬化させたこと以外は実施例と同様にして、比較例の垂直配向膜205および配向基板を作製した。
実施例の配向基板および比較例の配向基板について、あおり角を種々に変えてリタデーションを測定した。測定は、米国ウーラム社高速分光エリプソメータM−2000を用い、波長589nmの入射光を用いて行った。図9は、実施例の配向基板についての測定結果を示すグラフ(a)、測定方向を示す説明図(b)、および配向基板の断面図(c)である。図10は、比較例の配向基板についての測定結果を示すグラフ(a)、測定方向を示す説明図(b)、および配向基板の断面図(c)である。
配向層5が形成された2枚の透明基板2を、スペーサを挟んで対向させ、端部を封止部材で封止して、液晶セルの筐体(空セル)を作製し、この筐体に表示用液晶分子11としてネガ型液晶であるMLC−2037(メルク社製)を80℃で等方相で注入し、液晶セル9を作製した。液晶層1のセルギャップは12.8μmであった。
配向基板と同様に、実施例の液晶セルについて、あおり角を種々に変えてリタデーションを測定した。図11は、実施例の液晶セルについての測定結果を示すグラフ(a)、測定方向を示す説明図(b)、および液晶セルの断面図(c)である。
4、4a、4b…下地層、5、5a、5b…配向層、6a、6b…配向膜、7…複合体、
8…複合体のハイブリッド配向構造、9a、9b…偏光板、10…液晶表示素子、
11…表示用液晶分子、12…重合性液晶分子、13…重合性液晶分子からなる初期層、
14…重合性液晶分子からなる等方相層、15…重合性液晶分子からなる層、
16…重合性液晶分子のハイブリッド配向構造、17a、17b…光学補償層、
20…液晶表示素子、24a、24b…下地層、
24R、24L…パターニングして配向処理された下地層の領域、
25a、25b…配向層、
25R、25L…互いに左右対称である、複合体のハイブリッド配向構造、
26a、26b…配向膜、27…重合性液晶分子からなる層、
27R、27L…互いに左右対称である、重合性液晶分子のハイブリッド配向構造、
31、32…フォトマスク、100…液晶表示素子、101…液晶層、
102a、102b…透明基板、103a、103b…透明電極、
104a、104b…配向膜、105…液晶セル、106a、106b…偏光板、
110…液晶分子、114…水平配向膜、115…シランカップラー層、
116…重合性液晶性モノマー、117…水平配向膜、
120…異種物質との界面に垂直に配向する性質をもつ液晶分子、
130…突起物(リブ)、
131…基板面の法線方向から傾いた方向に配向している液晶分子、
140a、140b…透明電極、141a、141b…スリット、
142…斜め方向の電界(フリンジ電界)を受けた液晶分子、205…垂直配向膜
Claims (25)
- 表示用液晶分子からなる液晶層と、この層を挟んで対向して配置された基板とを有する液晶表示素子において、前記基板の少なくとも一方に前記液晶層に接するように設けられ、前記表示用液晶分子の配向方向を、前記基板面に垂直な方向から所定の方向へわずかに傾いた方向に制御する配向膜において、
液晶性骨格を有し、異種物質との界面においてディレクタ(配向ベクトル)を界面に 垂直に向けて配向する性質と、重合する性質とを有する重合性液晶分子からなる層から 形成された配向層が、水平配向膜材料からなる下地層に積層された複層膜であり、
前記配向層に接する前記下地層の表面は、前記重合性液晶分子の前記ディレクタを、 前記基板面に平行な方向から所定の方向へわずかに傾かせて配向させる性質を有し、
前記の重合性液晶分子からなる層においては、前記ディレクタの配向方向が、前記下 地層との界面では、前記した前記基板面に平行な方向から所定の方向へわずかに傾いた 方向に制御され、この界面から層厚方向へ遠ざかるほど、前記基板面に垂直な方向へ徐 々に近づいていくハイブリッド配向構造を有する液晶状態が形成されており、
この状態で前記重合性液晶分子の少なくとも一部が重合し、前記の重合性液晶分子か らなる層が、未反応の重合性液晶分子と重合性液晶分子重合体との複合体からなる硬化 層に変化することによって、前記配向層が形成され、
前記の重合性液晶分子からなる層において形成されていた前記ハイブリッド配向構造 が前記配向層において固定され、前記配向層の表面における前記複合体のディレクタの 配向方向が、前記基板面に垂直な方向から所定の方向へわずかに傾いた方向に固定され ている
ことを特徴とする、配向膜。 - 前記重合性液晶分子が、重合性官能基としてアクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニルオキシ基、及びエポキシ基からなる群から選ばれた少なくとも1つの官能基を有する、請求項1に記載した配向膜。
- 前記下地層は、表面がラビング処理された有機高分子樹脂材料からなる膜、又は表面が光配向処理された光配向性材料からなる膜である、請求項1に記載した配向膜。
- 各画素中において、前記配向層が、前記ディレクタの傾斜方向が異なる複数の領域にパターニングして形成されている、請求項1に記載した配向膜。
- 前記表示用液晶分子を、前記基板面に垂直な方向から所定の方向へ0.1〜5度傾いた方向に配向させる、請求項1に記載した配向膜。
- 前記表示用液晶分子を、前記基板面に垂直な方向から所定の方向へ0.5〜2.5度傾いた方向に配向させる、請求項5に記載した配向膜。
- 前記表示用液晶分子を、前記基板面に垂直な方向から所定の方向へ0.8〜1.5度傾いた方向に配向させる、請求項6に記載した配向膜。
- 前記基板面の法線方向に関して、前記配向層の表面における前記複合体のディレクタの配向方向とは反対の方向へ、前記表示用液晶分子を傾斜させて配向させる、請求項1に記載した配向膜。
- 表示用液晶分子からなる液晶層と、この層を挟んで対向して配置された基板とを有する液晶表示素子において、前記基板の少なくとも一方に前記液晶層に接するように設けられ、前記表示用液晶分子の配向方向を、前記基板面に垂直な方向から所定の方向へわずかに傾いた方向に制御する配向膜の形成方法において、
水平配向膜材料からなる下地層を前記基板に形成し、この下地層の表面に、重合性液 晶分子のディレクタ(配向ベクトル)を前記基板面に平行な方向から所定の方向へわず かに傾かせて配向させる配向性を付与する工程と、
液晶性骨格を有し、異種物質との界面において前記ディレクタを界面に垂直に向けて 配向する性質と、重合する性質とを有する前記重合性液晶分子からなる層を、前記下地 層に積層して、液晶状態にて形成する工程と、
前記重合性液晶分子の少なくとも一部を重合させ、前記の重合性液晶分子からなる層 を、未反応の重合性液晶分子と重合性液晶分子重合体との複合体からなる硬化層に変化 させることによって、配向層を形成する工程と
を有し、
前記の重合性液晶分子からなる層において形成されていた前記液晶状態が有するハイ ブリッド配向構造、すなわち、前記ディレクタの配向方向が、前記下地層との界面では 、前記した前記基板面に平行な方向から所定の方向へわずかに傾いた方向に制御され、 この界面から層厚方向へ遠ざかるほど、前記基板面に垂直な方向へ徐々に近づいていき 、表面では前記基板面に垂直な方向から所定の方向へわずかに傾いた方向である配向構 造を、前記配向層において固定する
ことを特徴とする、配向膜の形成方法。 - 前記の重合性液晶分子からなる層を形成する際、前記下地層に積層して前記重合性液晶分子からなる初期層を形成した後、一旦、前記初期層の温度を上昇させて、前記重合性液晶分子を等方相状態にし、その後、温度を徐々に低下させて、前記ハイブリッド配向構造を有する前記液晶状態の層を形成する、請求項9に記載した配向膜の形成方法。
- 前記重合性液晶分子として、重合性官能基としてアクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニルオキシ基、及びエポキシ基からなる群から選ばれた少なくとも1つの官能基を有する液晶分子を用いる、請求項9に記載した配向膜の形成方法。
- 紫外線、赤外線又は電子線の照射、及び/又は、加熱によって、前記重合性液晶分子を重合させる、請求項9に記載した配向膜の形成方法。
- 前記下地層の表面に前記配向性を付与する工程を、有機高分子樹脂材料からなる膜のラビング処理、又は光配向性材料からなる膜の光配向処理によって行う、請求項9に記載した配向膜の形成方法。
- 各画素中の前記下地層を、前記ディレクタを配向させる方向が異なる複数の領域にパターニングして形成することによって、各画素中の前記配向層を、前記ディレクタの傾斜方向が異なる複数の領域にパターニングして形成する、請求項9に記載した配向膜の形成方法。
- 各画素中の光配向性材料からなる下地層の一部の領域に、フォトマスクを用いて紫外線照射する光配向処理を、紫外線の照射方向を変えながら画素中の複数の領域ごとに行い、各画素中の前記下地層を、前記ディレクタを配向させる方向が異なる複数の領域にパターニングして形成する、請求項14に記載した配向膜の形成方法。
- 表示用液晶分子からなる液晶層に接して配置される、液晶表示素子の基板において、
請求項1〜8のいずれか1項に記載した配向膜を、前記液晶層に接する面側に備えて いる
ことを特徴とする、配向基板。 - 表示用液晶分子からなる液晶層に接して配置される、液晶表示素子の基板の製造方法において、
請求項9〜15のいずれか1項に記載した配向膜の形成方法によって、前記液晶層に 接する面側に配向膜を形成する工程を含む
ことを特徴とする、配向基板の製造方法。 - 表示用液晶分子からなる液晶層と、この層を挟んで対向して配置された基板とを有する液晶表示素子において、
請求項1〜4のいずれか1項に記載した配向膜が、前記基板の少なくとも一方に、前 記液晶層に接するように設けられ、
電界が印加されていないときの、前記表示用液晶分子の配向方向が、前記基板面に垂 直な方向から所定の方向へわずかに傾いた方向に制御されている
ことを特徴とする、液晶表示素子。 - 前記基板の両方に配向膜が設けられ、これら2つの配向膜において、対向位置にあるそれぞれの表面における前記複合体のディレクタの配向方向が互いに平行である、請求項18に記載した液晶表示素子。
- 電界が印加されていないときの前記表示用液晶分子の配向方向が、前記基板面に垂直な方向から所定の方向へ0.1〜5度傾いた方向である、請求項18に記載した液晶表示素子。
- 電界が印加されていないときの前記表示用液晶分子の配向方向が、前記基板面に垂直な方向から所定の方向へ0.5〜2.5度傾いた方向である、請求項20に記載した液晶表示素子。
- 電界が印加されていないときの前記表示用液晶分子の配向方向が、前記基板面に垂直な方向から所定の方向へ0.8〜1.5度傾いた方向である、請求項21に記載した液晶表示素子。
- 電界が印加されていないときの前記表示用液晶分子の配向方向が、前記基板面の法線方向に関して、前記配向層の表面における前記複合体のディレクタの配向方向とは反対の方向である、請求項18に記載した液晶表示素子。
- 電界が印加されていないときの前記配向膜及び前記表示用液晶分子によって生じる光学異方性を打ち消す光学補償層が設けられている、請求項18に記載した液晶表示素子。
- バックライト装置と組み合わされて透過型液晶表示装置を形成する透過型液晶表示素子として構成されている、請求項18に記載した液晶表示素子。
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