JP2897139B2 - 液晶性高分子の配向制御方法 - Google Patents

液晶性高分子の配向制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は液晶表示素子用補償板や光メモリー媒体等に
用いられる液晶性高分子の配向制御方法に関する。
(従来の技術及び発明が解決しようとする課題) 液晶は、電場や磁場、せん断力などの外場によって配
向状態が変化し、これに伴う光学的性質の変化を利用す
ることにより各種光エレクトロニクスの分野で利用され
ている。このうち液晶性高分子は低分子液晶に較べて液
晶状態で高粘性であるため、液晶状態で配向させたの
ち、ガラス転移点以下に冷却することによって液晶の配
向状態を固定化することができるという低分子液晶に見
られない特徴を有している。これを利用して、熱書き込
みの光メモリーや光学フィルターなどの光エレクトロニ
クス分野での応用が試みられている。これらを実現する
ためには所望の分子配向を高度に制御する必要がある。
たとえば一種の光学フィルターであるスーパーツイステ
ッドネマティック(STN)型液晶表示素子用の色補償板
は、STN型液晶表示素子の液晶セルと偏光板の間に挿入
され、液晶セルによって楕円偏光となった光を直線偏光
に戻すように機能する必要があるが、この様な機能は液
晶性高分子を水平に、かつ、一定の方向に高い秩序度と
均一性を持って配向させることによって初めて発現させ
ることができる。
低分子液晶の場合、配向制御方法はほぼ確立されてい
るが、液晶性高分子の場合、十分には確立されていな
い。液晶性高分子の配向制御の例としては、ずり応力の
ような外力を加える方法、磁場や電場のような外場を与
える方法等が知られているが、これらは大面積の配向制
御が不可能であったり、均一性の点で十分とは言えな
い。低分子液晶と同様に配向処理を施した基板間の空隙
に液晶性高分子を注入する方法をそのまま液晶性高分子
に適用した場合には、液晶性高分子の高粘性のため、注
入時の流れに沿って液晶性高分子が配向してしまい、所
望の配向が得られなかったり、大きな面積になると注入
すら困難となる。
本発明者らは、配向処理した基板に液晶性高分子を塗
布し、片面が空気に接したままで液晶温度に加温するこ
とによって良好な配向を大面積にわたって実現できるこ
とを見いだしたが、この方法では液晶性高分子にねじれ
構造がある場合には、厚さの不均一性がそのままねじれ
角の不均一となってしまう。さらに、前述の液晶表示素
子用補償板などではねじれ角を制御するためにきわめて
厳密に厚さを制御することが要求される。
本発明は以上のような従来技術の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、大面積にわたって均一
で、高度に配向制御された液晶性高分子膜の配向制御方
法を提供するものである。
(課題を解決するための手段及び作用) 本発明によれば、液晶性高分子を一方向に配向させる
ような配向処理の施された第一の基板上に液晶性高分子
層を形成し、液晶性高分子を配向させた後、同様に配向
処理させた第二の基板をその配向処理面が液晶性高分子
層に密接するように重ね合わせる際に、液晶性高分子が
ネマティックまたはコレステリック相を呈し、その自然
ピッチP0と液晶性高分子層の膜厚dとで決まるねじれ角
ωと、両基板の配向処理方向の成す角とが概ね等しい
か、または両者の差が概ね180°の整数倍であることを
特徴とする液晶性高分子の配向制御方法が提供される。
次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。
第1図は本発明による液晶性高分子の配向制御方法の
手順を模式的に示したものである。
まず、ガラス、プラスチック等の基板1上に配向処理
層2を形成する。配向処理の方法としてはポリイミド、
ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル
イミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニルアルコ
ール、ポリアクリロニトリル等の高分子被膜を形成後、
ラビング処理する方法、アルコキシシラン、有機チタネ
ートなどの有機金属化合物などの塗膜またはその熱処理
膜をラビング処理する方法、酸化珪素などの斜め蒸着法
などを例示することができる。またプラスチック基板を
直接ラビング処理することによっても配向処理は可能
で、この場合配向処理層2は不要となる。
ついで、配向処理面に液晶性高分子を塗布し液晶性高
分子層3を形成する。
本発明において用いることのできる液晶性高分子はサ
ーモトロピックな液晶性高分子であり、構造は特に限定
されないが、例えばポリエステル、ポリエステルアミ
ド、ポリカーボネート、ポリエーテル等で主鎖の液晶性
残基を有する下記構造の主鎖型液晶性高分子: M1−X1A1−X2 (但し、Phはフェニレン基、 又は であり、*は不斎炭素原子、nは0〜18の整数を表わ
す。) あるいはビニル系高分子、ポリシロキサンなどで側鎖
に液晶性残基を有する下記構造の側鎖型液晶性高分子: (但し、R3はアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原
子、ニトロ基又はシアノ基であり、nは0〜8の整数を
表わす。) などを例示することができる。液晶性高分子は単独でま
たは混合して用いられる。液晶性高分子中に光学活性基
を導入したり、光学活性な化合物を添加することもでき
る。
塗布法としては液晶性高分子が流動性を有するガラス
転移点以上の温度で直接塗布する方法、または液晶性高
分子を溶媒に溶解させ、溶液として塗布または印刷する
方法が用いられる。膜厚の均一性と制御のしやすさの点
で後者の方法が特に好ましく用いられる。液晶性高分子
の溶媒としては用いる液晶性高分子の種類、重合度等に
よって異なるが、通常下記のものより選ばれる。
クロロホルム、ジクロロエタン、テトラクロロエタ
ン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、オル
ソジクロロベンゼンなどのハロゲン系炭化水素、フェノ
ール、o−クロロフェノール、クレゾールなどのフェノ
ール系溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトア
ミド、ジメチルスルホキシドなどの非プロトン性極性溶
媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶
媒およびこれらの混合溶媒。
溶液濃度は塗布法、高分子の粘性、目的とする膜厚等
により異なる。液晶表示素子用の補償板を例にすると、
要求される膜厚は2〜10μm程度であるので、通常は2
〜50重量%の範囲で使用され、好ましくは5〜30%の範
囲で使用される。塗布法としてはスピンコート法、ロー
ルコート法、グラビアコート法、ディッピング法、スク
リーン印刷法などが採用される。液晶性高分子を塗布
後、溶媒を乾燥して除去し、液晶性高分子が液晶性を示
す温度で熱処理して液晶性高分子を配向させる。
この様に本発明では液晶性高分子層の片面のみを配向
層と接触させ、他方は外気に接触させている。かりに、
両側を配向層と接触させると十分な配列は行なわれな
い。これは、液晶性高分子が低分子液晶に較べて高粘性
であるため、配向層と接触することによって配向膜界面
の流動性が大きく低下してしまう結果、分子の再配列が
行われにくいものと考えられる。本発明では配向膜界面
が1つであるため、容易に再配列がおこり、均一配向が
起こり易い。
液晶性高分子を配向させるときの温度は、液晶性高分
子のガラス転移点以上であることが必要で、液晶性高分
子の等方性液体への転移温度より低いことが必要であ
る。配向膜の界面活性による配向を助ける意味ではポリ
マーの粘性は低い方がよく、したがって温度は高い方が
よいが、あまり高いとコストの増大と作業性の悪化を招
き好ましくない。一般的には50℃〜300℃の範囲が好ま
しい。
以上のようにして得られた液晶性高分子膜はモノドメ
イン配向した優れた配向性を有しているが、塗布法であ
るため厚さ分布は避けられず、所望の厚みに対して0.5
%以下の面精度を得ることは困難である。この値は用途
によっては十分な値であるが、液晶表示素子用補償板の
ように液晶性高分子がねじれ構造を持ち、ねじれ角をも
制御する必要がある場合には、膜厚の分布がねじれ角の
分布にもなってしまい好ましくない。本発明の液晶性高
分子にねじれ構造を導入するには、液晶性高分子として
コレステリック液晶相を呈するものを用いればよい。コ
レステリック液晶相を呈する液晶性高分子は前述のよう
にネマティック相を呈する液晶性高分子中に光学活性基
を導入するか、光学活性な物質を添加すればよい。この
場合、液晶性高分子は配向膜面では配向処理の方向に配
列し、厚み方向に自然ピッチに相当するねじれ角、すな
わち自然ピッチをP0、膜厚をd、ねじれ角をωとしたと
きに、ω=360×d/P0(°)なるねじれ角を形成する。
本発明においては一旦、液晶性高分子を基板上で配向
させた後、第1図のように他の配向処理の施された第二
の基板4を重ね合わせることにより、高精度のねじれ角
の制御を可能にするものである。
第二の基板4はガラス、プラスチック等の透光性のも
のであり、その液晶性高分子層3と接触する面には液晶
性高分子をほぼ水平にかつ一方向に配列させるための配
向処理層5が施されている。配向処理の方法は第一の基
板1について述べた方法を用いることができる。配向処
理の方向は、所望のωによって決まる第二の基板面に接
する液晶性高分子の所望の配列方向にほぼ等しく設定す
る。第二の基板4を重ね合わせたのち、液晶性高分子が
液晶相をとる温度に加熱し、一定時間保持することによ
って、第二の基板4に接する液晶性高分子層3の分子を
第二の基板4の配向処理方向に揃えることができる。す
なわち、第一の基板1上においてねじれ角が面内分布を
有していたとしても、第二の基板4の配向規制によって
全面的な均一なねじれ角が得られる。ωと両基板の配向
処理方向の成す角とは概ね等しいか、または両者の差が
概ね180°の整数倍である。この条件からのずれが大き
くなると、液晶分子の再配列が困難となりドメイン分割
を生じ易くなる。許容されるずれ角は概ね45°以下で、
好ましくは30°以下、特に好ましくは20°以下である。
本発明では液晶性高分子は一旦、片面のみが配向膜に接
触した配列し易い状態で第一の配向処理がなされ、その
後、液晶性高分子の再配列に必要な動きが小さい条件で
両面からの界面規制が働くため、容易にねじれ角が高精
度で制御されたモノドメイン配向が得られるという特徴
がある。得られた配向状態は、ガラス転移温度以下に急
冷することにより保持されるので、きわめて安定であ
る。
(実施例) 次に本発明を実施例により更に詳しく説明するが、本
発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例1 ガラス基板上に日立化成製のポリイミドワニスPIQを
スピンコート法で約1000Åの厚さに塗布し、ついで270
℃で焼成してポリイミド膜を形成した。ついでポリイミ
ド膜上をテトロン植毛布で一方向にこすり、ラビング処
理を行った。
下記式(A)で示されるネマティック液晶性ポリシロ
キサン系液晶性高分子と下記式(B)で示される光学活
性基を有するポリシロキサン系液晶性高分子をフェノー
ル/テトラクロロエタン混合溶媒(重量比50:50)に25
重量%となるように溶解させた。高分子(A)と(B)
の割合は3:1(重量比)とした。
この溶液を先の配向膜上にスピンコート法により塗布
し、ついで70℃で乾燥後、高分子(A)がネマティック
相を呈する170℃で30分間熱処理を行った。この状態で
室温に急冷したところ、膜厚4.6μmの配向固定化され
た液晶性高分子膜が得られたが、膜厚は0.05μm程度の
分布を有しており、ねじれ角もピッチ(7.5μm)から
予測される値である220°に対して約2°程度の分布を
有していた。
ついで、同様の配向処理を施した第二のガラス基板
を、ラビング方向が220°の角度をなすように真空中で
配向膜面が液晶性高分子に接するように重ね、再度170
℃で30分間熱処理を行った。室温に急冷後、得られた配
向組織を観察したところ、モノドメインな均一配向であ
り、ねじれ角は220°で、らせん軸は基板に対して垂直
方向であった。レターデーションΔn・dは0.82μmで
あった。
また、150mm×150mmの補償板においてねじれ角の分布
は全くなく、きわめて優れた均一性を示すことが確認さ
れた。
(発明の効果) 本発明の液晶性高分子の配向制御方法は、液晶性高分
子が一旦、片面のみが配向膜に接触した配列し易い状態
で第一の配向処理がなされ、その後、液晶性高分子の再
配列に必要な動きが小さい条件で両面からの界面規制が
働くため、容易にねじれ角が高精度で制御されたモノド
メイン配向が得られるという特徴がある。また、液晶性
高分子が基板の間に挟まれているために信頼性が高いと
いう特徴がある。そのため熱書き込みの光メモリーや光
学フィルターなどの光エレクトロニクス分野で有利に用
いられる。特に、ねじれ角が高度に制御できるという点
でスーパーツイステッドネマティック(STN)型液晶表
示素子用の色補償板の作製法として特に有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の液晶性高分子の配向制御方法の説明図
である。 1…第一の基板 2…配向処理層 3…液晶性高分子 4…第二の基板 5…配向処理層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−259623(JP,A) 特開 平1−253712(JP,A) 特開 平1−113727(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/1337 G02F 1/1333 G02F 1/13

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液晶性高分子を一方向に配向させるような
    配向処理の施された第一の基板上に液晶性高分子層を形
    成し、液晶性高分子を配向させた後、同様に配向処理さ
    せた第二の基板をその配向処理面が液晶性高分子層に密
    接するように重ね合わせる際に、液晶性高分子がネマテ
    ィックまたはコレステリック相を呈し、その自然ピッチ
    P0と液晶性高分子層の膜厚dとで決まるねじれ角ωと、
    両基板の配向処理方向の成す角とが概ね等しいか、また
    は両者の差が概ね180°の整数倍であることを特徴とす
    る液晶性高分子の配向制御方法。
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