JP5062457B2

JP5062457B2 - 液晶性材料を配向させる機能を有する膜の製造方法

Info

Publication number: JP5062457B2
Application number: JP2000252749A
Authority: JP
Inventors: 丈也酒井; 正雄植月; 喜弘川月
Original assignee: Hayashi Telempu Corp
Current assignee: Hayashi Telempu Corp
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2020-08-23
Also published as: JP2002060517A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光性の側鎖型高分子液晶の膜に、直線偏光性の紫外線を照射することによって、液晶性材料を配向させる機能を有する膜（以下、配向膜と呼ぶ）およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネル（液晶表示装置）の製造に用いられる配向膜を製造する従来技術が複数ある。
その一つは、ラビング法（図２）であり、ポリイミドなどの高分子化合物（２２）表面をナイロンやポリエステル繊維を植毛した布（２４）を巻き付けたドラム（２３）で擦る方法であるが、埃の発生や静電気による放電が生じることに問題がある。
次の方法は、ＳｉＯ斜方蒸着法（不図示）であるが、蒸着角や膜厚の均一性を保つことが難しいことやプロセスが大掛かりになってしまうことに問題がある。
上記問題にかんがみ、新しい配向膜の製造方法として直線偏光紫外線の照射を利用する光配向膜（ノンラビング配向膜）の製造方法が注目されてきている。
この方法には、▲１▼感光性ポリマーの異方的な光２量化反応を用い配向性を発現させる方法、▲２▼光異性化成分を含有するポリマーの異方的な光異性化を用い配向性を発現させる方法、▲３▼ポリイミド系配向膜の表面を異方的に分解せしめ配向性を発現する方法などがあげられる。
従来、光配向膜は上記いずれの方法によるものであっても、液晶のアンカリング強度（すなわち配向膜が液晶分子の配列を規制する強度）が低く、液晶分子の配向規制力が不足し配向欠陥を生じ易いことが課題であった。従来の光配向膜のアンカリング強度は総じてラビングによる配向膜の１／１０〜１／１００である。例えば、光２量化反応を利用したポリビニルシンナメートの配向膜では直線偏光紫外光の照射エネルギが０．５Ｊ／ｃｍ²でアンカリング強度は１０^-6Ｊ／ｍ²、５．４Ｊ／ｃｍ²と増強してもアンカリング強度は３．３×１０^-6Ｊ／ｍ²と低いことが液晶学会討論会予稿集３Ｄ１２（１９９８）で報告されている。
これに対し、カルコニルオキシ基を感光性基としたマレイミド型ポリマーに１５０℃以上の高温度で直線偏光紫外光を５．３Ｊ／ｃｍ²照射することにより１０^-3Ｊ／ｍ²以上のアンカリング強度を達成できることがＳＩＤ２０００，Ｄｉｇｅｓｔ，４３８（２０００）で報告されているが、高いアンカリング強度を付与するのに非常に大きな光照射エネルギを要し、実用性に問題が残る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ポリイミドのラビング配向膜は簡便ではあるが、物理的に基板表面を擦ることによって、静電気、埃などを発生するため液晶ディスプレイの組立工程に支障があった。
一方、光配向膜では、液晶のアンカリング強度が低いという問題があり、液晶分子の配向規制力が不十分で、液晶表示パネルに用いた場合に液晶の配向欠陥を生じてしまう問題点がある。本発明では、アンカリング強度を増強させること無く液晶分子の配向欠陥を低減できる光配向膜およびその製造法を提供する。
【０００４】
【課題を解決する手段】
本発明では、図１に示すように特定の感光性化合物（１１）を基板（１２）に塗布し、電界振動面（１ａ）および磁界振動面（１ｂ）を傾けて直線偏光性の紫外光（Ｌ）を照射することにより、静電気や埃を発生しないと同時に、液晶配向欠陥が著しく少ない配向膜を提供する。
本発明において、「感光性化合物（重合体）に電界振動面を傾けて直線偏光を照射する」とは、図１において、符号αで示される角度（電界振動面で形成する平面と感光性化合物（重合体）膜とのなす角度）が９０度でないことを意味する。
従来、電界振動面を感光性化合物に対して傾けた状態（すなわち角度αが９０度でない）で偏光を照射した事例は皆無であった。これまで配向欠陥を抑制するためには液晶分子のプレチルト角の発現とその制御のみが検討されてきたために、電界振動面を傾けることはかえりみられていなかった。（なお図中の符号βは磁界振動面で形成する平面と感光性化合物（重合体）膜とのなす角度を示す）
【化１０】

【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の詳細を、例を挙げて説明する。化学式１０で示されるような感光性の化合物の溶液を基板上に塗布（スピンコートないしキャスト）し膜を形成する。この塗布膜は製膜時には等方性である。この膜に直線偏光性の紫外光を照射すると、照射した紫外光の電界振動方向と平行方向の感光性基のみが感光するために膜に異方性が生じ、液晶配向能が付与される。光配向膜では、特開平１０−８７８５９号や特願２０００−１５９３１１号に提案されているような特定の感光性化合物に磁界振動面を傾けて直線偏光性の紫外光を照射することによりプレチルト角を発現させることも可能である。このプレチルト角は、液晶の配向欠陥を抑制するために付与されるのであるが、プレチルト角の大きさが不十分な場合やプレチルト角が大きくてもアンカリング強度が小さい場合には配向欠陥を生じることがある。
本発明では、感光性化合物に電界振動面を傾けて直線偏光性の紫外光を照射することにより、プレチルト角の大きさが不十分な場合やプレチルト角が大きくてもアンカリング強度が小さい場合にも配向欠陥を抑制できることが実験的に証明された。化学式１０で示される感光性の化合物を塗布した基板に電界振動面を傾けて（或いは傾けず）直線偏光性の紫外光を照射する。この場合アンカリング強度は１０^-5Ｊ／ｍ²程度である。図３に示すように、この基板２枚を液晶配向方向が９０°捩じれように対向させたセルを作製し、液晶材料を充填する。電界振動面（３ａ、３ａ’）を傾けて直線偏光性の紫外光を照射した基板（３２、３２’）を用いた場合は、特定方向のみに捩じれたセルで液晶分子（３３）の捩じれ方向がセル全面で一様になることが確認されているのに対し、この液晶セルにおいて上下基板のうち片方を１８０°回転させた場合、液晶分子の捩じれ方向が異なる領域が生じることが確認されている。また、電界振動面を傾けず直線偏光性の紫外光を照射した基板を用いた場合にも、セル面内に液晶分子の捩じれ方向が異なる領域が生じる場合がある。このことは、電界振動面を傾けて直線偏光性の紫外光を照射した場合、液晶分子の捩じれる方向が特定方向のみ有利となることを示しており、液晶配向において何らかの配向規制力（ｆ、ｆ’）が生じているものと考えられる。
このような電界振動面を傾けて直線偏光性の紫外光を照射した基板は、強誘電性液晶表示装置における配向膜としても有効であることが確認されている。強誘電性液晶装置の液晶セルでは、液晶配向方向が平行となるように配向膜を形成した基板２枚を配置するが、直線偏光性の紫外光を照射する時の電界振動面を特定方向に傾けた場合のみジグザグ欠陥などの配向欠陥が抑制されることが判明した。これは、強誘電性液晶材料は元来螺旋を巻いて配向するが（実際にはセルギャップを２μｍ以下として螺旋構造を解除している）、この螺旋の巻く方向（Ｒ体もしくはＳ体）と、電界振動面を傾けて直線偏光性の紫外光を照射した場合に付与される配向膜の配向規制力の方向が影響していると考えられる。
このようなことから、感光性の化合物を基板に塗布（スピンコート）して製膜し、この基板面に対して電界振動面を傾けて直線偏光性の紫外光を照射することによって液晶配向欠陥を抑制した配向膜を提供できる。本発明の光配向膜の製造法により、物理的に基板表面を擦るなどの工程が不要で、静電気、埃などを発生することなく、液晶パネルにおいて液晶配向欠陥のない液晶表示装置を提供できる。
【０００６】
【実施例】
（実施例）化学式１０で示される感光性の化合物をクロロホルムに溶解し、ITO（インジウム錫酸化物）で覆った基板上に約１００ nmの厚さでスピンコートした。該基板に、グランテーラープリズムを用いて直線偏光に変換した紫外線（２．５ｍＷ／ｃｍ²）を、基板面に対して電界振動面および磁界振動面がそれぞれ４５度傾くようにして室温で５０秒間照射した（基板面に対する電界振動面および磁界振動面の傾き方向は図１を参照）。このように調製した基板２枚を液晶配向方向が平行になるよう対向させ、スペーサーとして１．７μｍのシリコーン粒子を用い液晶セルを作製し、強誘電性液晶材料：Ｍ４６５４／１００（クラリアント・ジャパン社）を８５℃で充填し室温まで徐冷した。この液晶セルを偏光顕微鏡（クロスニコル）で観察したところ、全面にわたり配向欠陥の無いことが確認された。図４に、この液晶セルの偏光顕微鏡（クロスニコル）での観察図を示す。図が一様であることから、液晶に配向欠陥の無いことがわかる。また、上下基板間での正負電圧印加による液晶セルの駆動と双安定性が確認された。
【０００７】
（比較例）化学式１０で示される感光性の化合物をクロロホルムに溶解し、ITO（インジウム錫酸化物）で覆った基板上に約１００ nmの厚さでスピンコートした。該基板に、グランテーラープリズムを用いて直線偏光に変換した紫外線（２．５ｍＷ／ｃｍ²）を、基板面に対して電界振動面および磁界振動面がそれぞれ０度および４５度傾くようにして室温で５０秒間照射した。このように調製した基板２枚を液晶配向方向が平行になるよう対向させ、スペーサーとして１．７μｍのシリコーン粒子を用い液晶セルを作製し、強誘電性液晶材料：Ｍ４６５４／１００（クラリアント・ジャパン社）を８５℃で充填し室温まで徐冷した。この液晶セルを偏光顕微鏡（クロスニコル）で観察したところ、ジグザグ配向欠陥の発現が確認された。図５に、この液晶セルの偏光顕微鏡（クロスニコル）での観察図を示す。図の明暗部は、液晶の配向欠陥により生じた明暗である。
【０００８】
【発明の効果】
以上に記述したように、本発明によれば、基板面に対して電界振動面を傾けて直線偏光性の紫外光を照射することによって液晶配向欠陥を著しく抑制した配向膜を提供できる。その結果、物理的に基板表面を擦るなどの工程が不要で、静電気、埃などを発生することなく配向膜が調製されるので、従来のラビング法に比べて液晶ディスプレイの組立工程で欠陥の生成が著しく低減される。
【０００９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配向膜の製造方法を示す概念図
【図２】従来の配向膜の製造方法を示す例図
【図３】電界振動面を傾けて照射した配向膜に生ずる配向規制力の説明図
【図４】電界振動面を傾けて照射した配向膜を用いた場合の誘電性液晶セルの偏光顕微鏡（クロスニコル）での観察図
【図５】電界振動面を傾けず照射した配向膜を用いた場合の誘電性液晶セルの偏光顕微鏡（クロスニコル）での観察図
【符号の説明】
１１・・・感光性化合物（重合体）
１２・・・基板
１ａ・・・電界振動面
１ｂ・・・磁界振動面
Ｌ・・・直線偏光性の紫外光
α・・・傾斜角

Claims

化学式１、または化学式２、または化学式３で表される構造を有する重合体である感光性化合物の溶液を基板上に塗布して形成した膜に、電界振動面を傾けて、または電界振動面および磁界振動面を傾けて、直線偏光を照射する操作を含む工程をもってなる液晶性材料を配向させる機能を有する膜の製造方法。

但し、−Ｒ_１〜−Ｒ_９＝−Ｈ、ハロゲン基、−ＣＮ、アルキル基またはメトキシ基から選択されるアルキルオキシ基である。