JP3614263B2 - 液晶セルのプレチルト方向の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶セルのプレチルト方向の制御方法に関するもので、特に配向膜に紫外線を照射して光高分子化された配向膜を造り、所望のプレチルト方向を得ることのできる液晶セルのプレチルト方向の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶デイスプレイ（ＬＣＤ）から均一な明るさと、高いコントラスト比を得るためには、液晶セルに注入された液晶分子の一定の方向へ配列される配向が必要になるが、このような液晶の配向として現在、主に多く用いられている方法がラビング（ｒｕｂｂｉｎｇ）による配向方法である。
【０００３】
このラビングによる配向方法は、基板に配向膜にポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）を塗布して、ラビングによって上記配向膜の表面に規則的な微細溝（ｍｉｃｒｏ ｇｒｏｏｖｅｓ）を形成するものである。
配向膜を形成させるポリイミドの微細溝と液晶分子との相互作用（ｉｎｔｅｒｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｉｎｔｅｒａｃｉｏｎ）に依って、配向膜の全体にかけて液晶分子等を規則的に配向する。しかしながら、ラビングによる配向方法は、ラビング処理によって生ずる配向膜の微細溝が均一でない欠陥によって、位相歪曲（ｒａｎｄｏｍ ｐｈａｓｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）と光散乱（ｌｉｇｈｔ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）の発生によって液晶デイスプレイ性能を低下させる問題があった。また、ラビングに依って配向膜にごみや静電気が生じて、収率が悪くなり基板の破損が生じることがあった。
【０００４】
上記問題点を解決して最近提案されている方法に紫外線を利用した光配向方法がある。図１は一般的な光配向に用いられる紫外線照射装置及び復屈折率測定装置を示す図であって、図面の符号１１は水銀ランプを示すものである。このランプ１１から生じる紫外線（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｒａｙｓ）がレンズ１２ａと偏光板１７ｃを介して偏光された紫外線になり配向膜１５に照射される。レーザ１８から発生されるレーザビームはチョッパー２３によって不連続的な光線になってから偏光板１７ａによって偏光になり、この光線が光補償板２５を介して配向膜１５および偏光板１７ｂおよびレンズ１２ｂに進み、ディジタルオシロスコープ（ｄｉｇｉｔａｌ ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ）２０に入力されると、配向膜１５の異方性（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）に依って発生する復屈折率が測定される。光配向方法の一つの例として小林（ｋｏｂａｙａｓｈｉ）等が提案したものがある（ＳＩＤ９５ＤＩＧＥＳＴ、８７７ページ）。
【０００５】
図２は小林等が提案した光配向法を示す図であり、配向膜としてＰＶＣＮ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｃｉｎｎａｍａｔｅ）系高分子が塗布された上記基板に、紫外線を２度照射することによって配向膜の表面のプレチルトを決定する。
先ず、図２（ａ）に示すように基板１６の上に塗布されたＰＶＣＮ系の配向膜１５の表面に、線形偏光された紫外線を基板１６に垂直に照射すると、配向膜は、光高分子化（ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）（紫外線エネルギーにより高分子間に発生する）するが、この時、偏光された紫外線の偏光方向によって光高分子の結合方向が一定方向に持つようになる。このような紫外線が照射された光高分子の結合方向が液晶を配向するようになる。
【０００６】
その後、最初に照射した紫外線の偏光方向に垂直する偏光方向を持つ線形偏光された紫外線を、配向膜１５の表面に対して、一定の角度の傾斜で照射する。この時、配向膜１５と紫外線の入射角度を変化させ、配向膜１５の表面のプレチルト角を決定する。その例として、２番目の紫外線の照射において、配向膜の表面に紫外線が照射される角度を３０°、４５°、６０°に変化する時、生じるプレチルト角は、それぞれ約０．１５°、０．２６°、０．３０°になる。
【０００７】
然しながら、小林が提案したプレチルトの制御方法は、配向膜に偏光された紫外線を２度照射する必要があるので、工程が複雑であるのみならず、この時生じるプレチルト角の大きさも非常に小さいので、所望のプレチルトを得られない問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題を勘案したもので、配向膜に偏光された紫外線を照射してプレチルト角の大きさと、相互の対称された方向の二つのプレチルト角の方向とを決定した後、さらに紫外線を照射して対称された方向の二つのプレチルト角の方向の中の一方向を選択して、所望のプレチルト角の方向及びプレチルト角を形成させる液晶セルのプレチルト方向の制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による液晶セルのプレチルト方向の制御方法は、配向膜が塗布された基板に紫外線を１次照射して、プレチルト角が相互対称の方向に配列している２つのプレチルト角の方向とプレチルト角の大きさを決定する段階と、さらに紫外線を２次照射して、２つの対称されているプレチルト角の方向の中の一つを選ぶ段階に構成される。本発明の方法によって決定されるプレチルト角の大きさは紫外線の照射エネルギーによって決定される。そして、紫外線の１次照射方向は、基板と垂直、又は、基板の法線に対して１０°〜６０°の角度で照射され、紫外線の２次照射方向も基板と垂直又は基板の法線に対して１０°〜６０°角度で照射される。基板に照射される紫外線は偏光された紫外線と非偏光された紫外線の中の何れを用いてもよい。
【００１０】
以下、本発明による液晶セルのプレチルト方向の制御方法を添付した図面を参照して詳細に説明する。そして、従来の構成と同一な構成に対しては、同じ符号を付けて説明することにする。
【００１１】
本発明で用いる配向膜は、ポリシロキサン物質やＰＶＣＮ−Ｆとして、図３に示しているように、照射される紫外線の照射エネルギーが増加することによって、形成されるプレチルト角はますます小さくなる。次の化学構造式は上記ポリシロキサン物質とＰＶＣＮ−Ｆの化学構造式を示すもので、ポリシロキサン物質の一例として、ポリシロキサンシンナメートＩとＩＩを示す。
【００１２】
ＰＶＣＮ−Ｆ：
【００１３】
【化１】

【００１４】
（式中、ｎは３００〜６０００である）
ポリシロキサンシンナメートＩ：
【００１５】
【化２】

【００１６】
（式中、ＺはＯＨ、ＣＨ_３またはこれらの混合物から選ばれ、ｍは１０〜１００、ｌは１〜１１、Ｌは０または１、Ｋは０または１、Ｘ、Ｘ_１、Ｘ_２およびＹは、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＣＦ_３、Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１、ＯＣ_ｎＨ_２ｎ＋１（ｎ＝１〜１０）またはこれらの混合物を示す）
【００１７】
ポリシロキサンシンナメートＩＩ：
【００１８】
【化３】

【００１９】
（式中、ＺはＯＨ、ＣＨ_３またはこれらの混合物から選ばれ、ｍは１０〜１００、ｌは１〜１１、Ｌは０または１、Ｋは０または１、Ｘ、Ｘ_１、Ｘ_２およびＹは、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＣＦ_３、Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１、ＯＣ_ｎＨ_２ｎ＋１（ｎ＝１〜１０）またはこれらの混合物を示す）
【００２０】
上記の物質で配向膜を形成する方法は、ポリシロキサン系物質やＰＶＣＮ−Ｆと同様な高分子溶液を１，２−ジクロロエタン（ＤＣＥ）とクロロベンゼン（ＣＢ）＝１：１の混合溶剤に、２０ｇ／ｌの濃度で溶解され溶液となし、この溶液を基板の中央に落とした後、２０００ｒｐｍで２０秒の間、基板を回転させ配向膜を形成することができる。この時、Ｌｉｎｎｉｋ干渉法によって測定した膜の厚さは、例えば約１０００Åであり、高分子溶液の濃度やスピン塗布（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）機械の回転速度を制御して、その厚さを制御することができる。
【００２１】
図４は、本発明の第１実施例によるプレチルト方向の制御方法を示す図である。先ず、図４（ａ）に示しているポリシロキサン物質やＰＶＣＮ−Ｆからなる配向膜１５に、線形偏光された紫外線１９０を基板１６に対して垂直に照射する。
この紫外線の照射によって、配向膜１５の表面には紫外線の偏光方向と垂直の方向にプレチルト角の方向が決定され、この方向の両方で相互対称されている２つのプレチルト角（ψ１）が生じる。上記のプレチルト角（ψ１）の大きさが図３に示している通り紫外線の照射時間、即ち、配向膜に吸収される紫外線のエネルギーによって制御されることができる。
【００２２】
その後、図４（ｂ）に示したように、非線形偏光された紫外線２００を基板１６の法線に対して１０゜〜６０゜の角度（θ_１）で照射する場合、紫外線の１次照射によって選択されたプレチルト角の方向の中で上記２次の紫外線の入射方向によってプレチルト角の方向のみ選択され、結局、所望のプレチルトを得ることができる。また、配向膜１５に形成されるプレチルト角は照射される紫外線のエネルギーによって異なる。そのとき、非線形偏光された紫外線とは、線形偏光された紫外線を除外したものであって、円形または楕円偏光された紫外線および非偏光された紫外線を包含する。
【００２３】
図５は、本発明の第２実施例によるプレチルト制御方法を示す図である。まず、図５（ａ）に示しているポリシロキサン物質ＰＶＣＮ−Ｆからなる配向膜１５に非線形偏光された紫外線２１０を基板１６の法線に対して１０゜〜６０゜の角度（θ_２）で照射する。この紫外線の照射によって、配向膜１５の表面には紫外線の入射方向に複数のプレチルト角の方向が決定される。
【００２４】
その後、図５（ｂ）に示したように線形偏光された紫外線２２０を基板１６に対して垂直に照射する。紫外線の１次照射によって選択されたプレチルト角の方向の中で上記２次の紫外線の偏光方向に垂直なプレチルト角の方向のみ選択され、結局、所望のプレチルトを得ることができる。また、配向膜１５に形成されるプレチルト角は照射される紫外線のエネルギーによって異なる。
【００２５】
図６は、本発明の第３実施例によるプレチルト方向の制御方法を示すものである。先ず、図６（ａ）に示すようにポリシロキサン物質やＰＶＣＮ−Ｆからなる配向膜１５に、非偏光された紫外線２３０を基板１６の法線に対して１０°〜６０°の角度（θ_３）で照射した後、図６（ｂ）に示しているように、基板１６の法線に対して、１０°〜６０°の角度（θ_４）で線形偏光された紫外線２４０を照射する。
【００２６】
紫外線の１次及び２次照射によって、配向膜１５の分子は図５（ａ）と図５（ｂ）と似ている配列をする。即ち、紫外線の１次照射によって配向膜１５の大部分の分子が複数の一方のプレチルト角の方向となし、紫外線の２次照射によって上記の方向の中の一方向のプレチルト角の方向に決定される。紫外線の２次照射方向は１次照射によって形成されたプレチルト角の方向と鋭角になる。そして、本実施例でも非偏光された紫外線の代わりに非線形偏光された紫外線の中でどんな紫外線でも使うことができる。
【００２７】
図７は、本発明の第４実施例によるプレチルト方向の制御方法を示す図である。先ず、図７（ａ）に示すように線形偏光された紫外線２５０が基板１６の法線に対して１０°〜６０°の角度（θ_５）で照射され、図７（ａ）と同様に配向膜の分子が対称された２つのプレチルト角の方向になる。その後、図７（ｂ）で示しているように非線形偏光された紫外線２６０、特に、非偏光された紫外線を基板１６の法線に対して１０°〜６０°の角度（θ_６）に照射すると、配向膜のあらゆる分子等が対称された二つの方向の中の一方向を選ぶようになる。本実施例でも紫外線の２次照射方向と対称された二つのプレチルト角の方向の中の一方向が鋭角になる。
【００２８】
本発明は上記のようにポリシロキサン系物質やＰＶＣＮ−Ｆになっている配向膜１５に紫外線を照射してプレチルト角の大きさと相互対称方向の二つのプレチルト方向を決定した後、又、紫外線を照射して一方向のプレチルト角の方向を決定するようになるので、プレチルト方向の制御が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な光配向に用いられる紫外線照射装置及び復屈折率測定装置を示す図である。
【図２】従来の光配向においてのプレチルト方向制御方法を示す図である。
【図３】本発明に従う紫外線の照射エネルギ−とプレチルト角の関係を示す図である。
【図４】本発明の第１実施例に従う液晶セルのプレチルト角の方向の制御方法を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例に従う液晶セルのプレチルト角の方向の制御方法を示す図である。
【図６】本発明の第３実施例に従う液晶セルのプレチルト角の方向の制御方法を示す図である。
【図７】本発明の第４実施例に従う液晶セルのプレチルト角の方向の制御方法を示す図である。
【符号の説明】
１１ ランプ
１５ 配向膜
１６ 基板
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 偏光板
１８ レーザ
２０ ディジタルオシロスコープ
２３ チョッパー（ｃｈｏｐｐｅｒ）
２５ 光補償板

Claims (21)

1. 基板の表面に塗布された配向膜に非線形偏光された紫外線を１次照射して、配向膜の分子が、上記基板の水平な方向に対して多様なプレチルト角の方向になるように配列させるようにする紫外線の１次照射段階と、
   線形偏光された紫外線を上記の配向膜に照射して上記のプレチルト角の方向の中で一方向を選択する紫外線の２次照射段階と、
   を有する液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
2. 上記プレチルト角の大きさが、上記の紫外線の１次照射時間によって決定されることを特徴とする請求項１に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
3. 上記のプレチルト角の大きさが一定なものを特徴とする請求項１に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
4. 上記の配向膜がポリシロキサン系の物質であることを特徴とする請求項１に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
5. 上記の配向膜がポリビニルフルオロシンナメート（ＰＶＣＮ−Ｆ）であることを特徴とする請求項１に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
6. 上記の紫外線の１次照射段階で紫外線が、上記基板の法線に対して一定の角度で配向膜に照射される段階を含み、上記の紫外線の２次照射段階で紫外線が上記の基板に対して９０°で配向膜に照射される段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
7. 上記一定の角度が０°〜６０°であることを特徴とする請求項６に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
8. 上記の紫外線の１次照射段階で紫外線が、上記基板の法線に対して第１角度として配向膜に照射される段階を含み、紫外線の２次照射段階で紫外線が上記の基板の法線に対して、第２角度で照射される段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
9. 上記２次照射の偏光された紫外線の入射方向が、上記プレチルト角の方向と鋭角になるのを特徴とする請求項８に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
10. 上記第１及び第２角度が各々０°〜６０°であることを特徴とする請求項８に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
11. 基板の表面に塗布された配向膜に線形偏光された紫外線を１次照射して、配向膜の分子が上記基板の水平の方向に対して第１及び第２プレチルト角の方向に配列するようにする紫外線の１次照射段階と、
    非線形偏光された紫外線を上記配向膜に照射して、上記第１及び第２プレチルト角の方向の中で、一方向を選ぶことになる紫外線の２次照射段階と、
    を有する液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
12. 上記プレチルト角の大きさが上記の紫外線の１次照射時間によって決定されることを特徴とする請求項１１に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
13. 上記第１及び第２プレチルト角の大きさが同一であり、上記基板に対して水平の方向に対して、相互反対方向であることを特徴とする請求項１１に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
14. 上記配向膜がポリシロキサン系物質であることを特徴とする請求項１１に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
15. 上記配向膜がポリビニルフルオロシンナメート（ＰＶＣＮ−Ｆ）であることを特徴とする請求項１１に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
16. 上記の紫外線の１次照射段階で、紫外線が上記基板に対して９０°に配向膜に照射される段階を含み、上記紫外線の２次照射段階で、上記紫外線が基板の法線に対して、一定の角度で配向膜に照射される段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
17. 上記２次の非線形偏光の紫外線の入射方向が上記第１及び第２プレチルト角方向の一つと鋭角になることを特徴とする請求項１６に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
18. 上記一定の角度が０°〜６０°であることを特徴とする請求項１６に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
19. 上記の紫外線の１次照射段階で、紫外線が上記基板の法線に対して第１角度で配向膜に照射される段階を含み、紫外線の２次照射段階で紫外線が上記基板の法線に対して、第２角度で照射される段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
20. 上記２次照射の非線形偏光された紫外線の入射方向が、上記第１及び第２プレチルト角の方向の中の一つと鋭角になることを特徴とする請求項１９に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。
21. 上記第１及び第２角度が上記基板の法線に対して、各々０°〜６０°であることを特徴とする請求項１９に記載の液晶セルのプレチルト方向の制御方法。

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