JPH04234018A - 液晶表示装置に配向層を設ける方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面層と液晶層との界
面において、表面層に被着する液晶層の分子に傾斜した
配向を生じさせる表面層を基板上に設ける方法及びかか
る基板を少なくとも１個有する液晶表示セルに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示セルの分野において、例えば３
°を超える傾斜角を有する大きく傾斜した配向を有しか
つ表面層に被着する液晶層の分子を提供する表面層を有
する基板に対する需要がある。その一例はＳＢＥ形表示
セルであり、ここでＳＢＥは「超ねじれ複屈折効果」を
意味し、この表示セルは、被着する液晶物質に縞の不安
定性が生じるのを防止するために必要な９０°より大き
い回転角及び５°より大きい表面で誘起する傾斜角を有
するキラルネマチック層を備える。

【０００３】かかる大きな傾斜角を得るために、酸化ケ
イ素を真空中で間接的に蒸発させることができるが、こ
の方法を大量生産に用いるのは困難であり費用がかかる
。あるいはまた、ポリパラフェニレン及び若干のポリイ
ミドのような、複雑な処理を施した合成樹脂を用いるこ
ともできるが、上述の合成樹脂は再現性に乏しく、また
傾斜した配向が生じる機構は全く理解されていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、被着
した液晶層に、広範囲の角度内の所望の傾斜角を有する
分子配向を生じさせることができ、また大量生産に適し
、再現性があり、加えて所望の傾斜角を簡単かつ容易な
方法で調整することができる表面層を備えた基板を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明は、表面層として、液晶補助層を基板に被着させ、該
基板との界面における液晶補助層の分子の傾斜角を、上
記液晶補助層が十分に厚く、その分子の少なくとも一部
の配向が永久に固定可能である場合には、所定の媒質と
の界面におけるその分子の傾斜角とは最大限まで相違さ
せ、上記液晶補助層を所定の媒質との界面において、液
晶補助層の分子が上記の傾斜角の間の所望の傾斜角を有
するような厚さで被着させ、上記液晶補助層を基板と接
触する表面とは反対側の表面において所定の媒体と接触
させ、その後上記液晶補助層の所望の傾斜角を有する分
子の少なくとも一部の配向を永久に固定することを特徴
とする冒頭に記載した基材上に表面層を設ける方法を提
供する。

【０００６】わずかに傾斜した配向、配向層上に存在す
る液晶層の分子に、例えば０．１　〜３度の間の傾斜角
を与える配向層を、液晶表示セル用基板に被着させるこ
とは、知られている。例えば摩擦した重合体フィルムを
配向層として用いることができる。

【０００７】液晶補助層を設ける前にかかる配向層を基
板に被着させることにより、傾斜の方向は、配向層との
界面において液晶補助層の分子に明確に作用することが
できる。言いかえれば、配向層が傾斜方向を決め、他方
液晶補助層が、いわば、図面について説明する通り、傾
斜角を決める。

【０００８】例えば上記配向層を用いた場合には、基板
との界面における液晶補助層の分子の配向はほぼ均一で
あるか、或いは例えばわずかに傾斜していることがあり
、また所定の媒質との界面において少なくともほぼ垂直
配向になることがある。

【０００９】永久的な固定を窒素雰囲気中で実施した場
合には、所定の媒質、この場合には窒素ガス、との界面
において液晶補助層の分子配向は垂直配向である。

【００１０】液晶物質の混合物を液晶補助層として用い
ることができ、この混合物は、光重合による固定の後に
異方性ゲルを生じる。液晶物質の適当な混合物から異方
性ゲルを製造するには、未公開のオランダ国特許出願Ｎ
Ｌ　９０００８０８号を参照されたい。上記混合物は、
さらに詳しくは、一方では、ＢＤＨから得られるＥ７の
ような低分子液晶の半混合物　（ｓｕｂｍｉｘｔｕｒｅ
）　と、他方では、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）に溶
解したアクリレート、エポキシ化合物、ビニルエーテル
化合物またはチオレン系化合物、例えばフィリップス社
の合成したＣ６Ｍとから構成することができる。Ｃ６Ｍ
及びＥ７の化学式は、以下の通りである。

【化１】

【化２】

【００１１】最後に、本発明は、従来の構造であっても
よいが、上記の方法により製造した表面層を有する少な
くとも１個の基板を有する液晶表示セルに関するもので
ある。

【００１２】

【実施例】本発明を図面を参照して例について説明する
。次の液晶物質の混合物：８９．１重量％のＥ７、９．
９　重量％のＣ６Ｍ及び１重量％の光反応開始剤をＴＨ
Ｆに溶解し、摩擦したポリイミド層を配向層として被着
させたガラス板形態の基板上に、液晶補助層として設け
た。溶液状態のある量の混合物を、ガラス板上の４０　
ｎｍ　のポリイミド層上にスピンコーティングした。ガ
ラス基板を窒素雰囲気の室に導入し、このなかで一定の
待ち時間後に、紫外放射による重合が室温で開始した。 待ち時間は、均一な分子配向が得られるような長さとす
る必要がある。スピンコーティングに先立って、６．５
　μｍ　の厚さを有するスペーサを溶液状態の混合物に
加えた。２個の基板を各々の頂部に配置し、上記スペー
サにより離間させた。このように形成したセルに、例え
ばＢＤＨから得られるＥ７０のような液晶物質で充てん
し、次いで密封した。上記セルの一部を図１に示す。図
１は一定の縮尺で描かれたものではない。符号１はガラ
ス基板を示し、符号２はポリイミド層を示し、符号３は
異方性ゲルを示し、符号４はスペーサを示し、符号５は
液晶物質を示す。図１に示した配置の場合には、対向す
る異方性ゲル層は反対方向に摩擦する。最終的に、図１
に示したセルを密封手段（図示せず）により密封すると
、測定に用いることのできるセルが得られる。

【００１３】図２Ａ及び図２Ｂを参照して、本発明の基
礎となる理論を説明する。図２Ａ及び図２Ｂはいずれも
一定の縮尺で描かれたものではない。よく知られている
ように、空気界面の場合には、表面活性分子は関連する
基を上記空気界面に向けて系の表面エネルギーを減少さ
せる。シアノ−　ビ／テルフェニル基が脂肪族鎖に結合
している分子を含有する液晶物質の混合物の場合には、
空気界面において、上記分子は脂肪族基を表面に向けて
系の表面エネルギーを最小にする。十分に厚い摩擦した
層、例えば液晶分子が表面と平行な光学的中心線に配向
する傾向があるポリイミド層のような液晶補助層または
配向層を用いた場合には、液晶分子の配向は、配向層と
液晶補助層との界面及び液晶補助層と空気との界面から
連続的に変化する。このことを図２Ａに示す。図１の部
分に対応する図２Ａ，２Ｂの部分は、図１におけると同
一の符号で示す。液晶分子は符号６で示し、空気層は符
号７で示す。さらに、図２Ａ及び２Ｂの両方において摩
擦方向は、右から左である。摩擦した配向層により形成
される傾斜角をθで示し、液晶補助層と空気層との界面
における傾斜角をθ′で示した。

【００１４】図２Ｂにおいて、空気界面における分子の
傾斜角θ′の傾斜配向は、極めて薄い液晶補助層を選択
した場合に得られる。配向層を摩擦すること及び数度の
小さな傾斜角θが生じることにより、分子は、液晶補助
層での傾きがθ′の傾斜角に増大するように配向する。 従って液晶補助層の厚さを変化させることにより、種々
の傾斜角を空気界面において形成することができる。液
晶補助層の液晶物質の混合物を異方性ゲルに変えること
により、空気界面において所望の傾斜角θ′を有する表
面層が得られる。

【００１５】ＵＶ分光学分析法を使用して、摩擦したポ
リイミドの表面上に形成した異方性ゲル中の分子が傾斜
した配向を有するかどうかを確かめた。図３は、２つの
主要な偏光方向における異方性ゲルのＵＶサブスペクト
ル（ｓｕｂｓｐｅｃｔｒａ）　並びに偏光子を用いない
ＵＶスペクトルを示したものである。すなわち、図３は
、摩擦したポリイミド層の上に１．８２重量％溶液から
スピンコーティングした異方性ゲル層のＵＶスペクトル
を示し、偏光方向及び摩擦方向は（ａ）平行及び（ｂ）
垂直であり、（ｃ）は偏光子を用いない場合である。分
子が二色性であり、吸光は分子の配向方向においてより
高いことが観察できる。異方性ゲル層を摩擦方向に対し
て垂直に延在する軸の回りで回転させた後に、波長λ３
００　ｎｍ　　において吸光Ａを測定して分子配向を調
査した。

【００１６】図４には、θ＝０に関して厚さを補正した
吸光Ａを、角度Ωの関数としてプロットした。角度Ωは
垂直な偏光を有する入射光線と基板に垂直な入射光線と
の間の角度であると定義する。溶液濃度は（ａ）では０
．４５重量％、（ｂ）では０．９１重量％、（ｃ）では
１．８２重量％である。この図は、吸光は溶液濃度の減
少につれて減少することを示す。さらに、図４の曲線は
非対称的であり、曲線の最大値は一様でなく、溶液濃度
が減少するに従ってより小さい値になる傾向がある。こ
のことは垂直方向に角度が分布し、これらの角度は分子
によって表面に関して形成され、角度の平均値は層の厚
さが減少するに従って減少することを示す。

【００１７】また、異方ゲル層による光学的な遅れを測
定した。シアノ基がその分子の光軸と同軸である結果と
して吸収帯は３００　ｎｍに位置する。層の厚さは、系
内では一軸方向に傾斜した配向をとると仮定した次式か
ら得られる有効複屈折（Δｎ　）　ｅｆｆ　の値を用い
て計算した。 式中のαは光の偏光方向と分子の配向方向とのなす角で
あり、　ｎｅ　及び　ｎｏ　はそれぞれ分子の異常屈折
率及び正常屈折率である。層の厚さを計算するために、
αの値を図４により計算した。層の厚さは、溶液濃度が
高くなるに従って厚くなる。

【００１８】上述のことから、表面層の厚さ及び層にお
ける平均傾斜角は制御できるという結論になる。種々の
厚さの異方性ゲル層を有する図１のセルに、等方性状態
のＥ７０を充てんした。Ｅ７０の結果として生じるセル
内の遅れは室温で測定し、有効複屈折はセルの距離の値
、すなわちスペーサによって決まるセルの異方性ゲル層
間の距離により計算した。次に、異方性ゲル層によりＥ
７０層に生じた傾斜角θ′を式（１）を使用し、室温に
おけるＥ７０の　ｎｏ　及び　ｎｅ　の値を用いて計算
し、セルにおける有効複屈折を測定した。種々の層に対
する種々の傾斜角θ′を表Ａに示す。上記の表から、異
方性ゲル層により生じた傾斜角は、異方性ゲル層の厚さ
が増加するに従って増加することがわかる。しかし異方
性ゲル層により生じた傾斜角は、異方性ゲル層内の平均
傾斜角の計算値より著しく大きい。これにより、異方性
ゲル層（図２Ａ及び２Ｂを参照）内には、異方性ゲル層
とＥ７０層との間の界面において、Ｅ７０内に生じた傾
斜である傾斜角が垂直方向に分布することが確かめられ
る。

【００１９】異方性ゲル層の厚さのほかに被着させた液
晶層内に生じさせる傾斜角に影響する他の要因があり、
これらの因子は基板またはその上に被着させた配向層の
物質、この物質を摩擦したか否か、異方性ゲル層の組成
、被着させた液晶系の組成及び重合温度である。

【００２０】また、異方性ゲルの組成による影響を表Ａ
に示す。この表から、Ｅ７の代わりにメルク（ｍｅｒｃ
ｋ）　社から得られるＺＬｉを用いた結果、生じた傾斜
角は著しく小さくなることがわかる。ＺＬｉの化学式は
、以下に示す通りである。

【化３】

【００２１】表Ｂは、全て摩擦した基質または配向層の
影響を示す。１０重量％のＣ６Ｍと９０重量％のＥ７と
からなり、濃度１．７　重量％のＴＨＦ溶液を用い、被
着させる液晶層としてＥ７０を用いた。傾斜角θ′は結
晶回転法により測定した。

【００２２】表Ｃは、Ｅ７を用いた場合の重合温度の影
響を示す。

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】上述の説明では、光重合による固定の後に
異方性ゲルを生成する液晶物質の混合物を、液晶補助層
として使用した場合について述べたが、液晶層を液晶補
助層として用い、基板との界面におけるその分子の傾斜
角を液晶補助層が十分に厚く、その分子の少なくとも一
部の配向が永久に固定可能である場合には、所定の媒質
との界面におけるその分子の傾斜角と最大限まで相違さ
せることができ、所定の媒質は必ずしも窒素ガスである
必要はなく、あるいはまた他の気体媒質を用いることが
でき、他方固体の媒質も使用することができる。傾斜角
の間の最大の相違は、一方の界面における均一な配向及
び他方の界面における垂直な配向の場合におけるように
約９０°にしないことも可能である。おそらく言及する
必要はないであろうけれど最大の相違とは、所定の基板
と所定の媒質との間に液晶補助層が十分な厚さで設けら
れている場合における、所定の基板および所定の媒質に
おける最大の相違を意味し、十分な厚さとは、界面の間
に相互の作用が全く認められないことを意味するものと
する。

【００２７】配向層を設けるかまたは基板を摩擦して液
晶補助層の分子を配向させるのが望ましいことがあるが
、基板界面における均一な配向に基いて、再現性のある
配向を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示セルの一例の部分断面図である。

【図２】Ａは図１に示す表示セルの十分に厚い液晶補助
層、特に異方性ゲル層を有する一方の基板の断面図であ
り、Ｂは図１に示す表示セルの比較的薄い液晶補助層、
特に異方性ゲル層を有する一方の基板の断面図である。

【図３】本発明の表示セルの一例における異方性ゲル層
の３種のＵＶスペクトルを示すスペクトル図である。

【図４】吸光Ａを、基板に垂直な方向と垂直に偏光した
光線との間の角度Ωの関数として示したグラフである。

【符号の説明】

１　　ガラス基板 ２　　液晶補助層（ポリイミド層） ３　　異方性ゲル ４　　スペーサ ５　　液晶物質 ６　　液晶分子 ７　　空気層

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　表面層と液晶層との界面において、表
   面層に被着している液晶層の分子に傾斜した配向を生じ
   させる表面層を基板上に設けるに当たり、上記表面層と
   して、液晶補助層を基板に被着させ、該基板との界面に
   おける液晶補助層の分子の傾斜角を、上記液晶補助層が
   十分に厚く、その分子の少なくとも一部の配向を永久に
   固定可能である場合には、所定の媒質との界面における
   その分子の傾斜角とは最大限まで相違させ、上記液晶補
   助層を所定の媒質との界面において、液晶補助層の分子
   が上記の傾斜角の間の所望の傾斜角を有するような厚さ
   で被着させ、上記液晶補助層を基板と接触する表面とは
   反対側の表面において上記所定の媒体と接触させ、その
   後上記液晶補助層の所望の傾斜角を有する分子の少なく
   とも一部の配向を永久に固定することを特徴とする基材
   上に表面層を塗布する方法。
2. 【請求項２】　　配向層に被着させた液晶層にわずかに
   傾斜した配向を与える配向層を基板上に被着させ、上記
   配向層を基板上に被着させた後に、液晶補助層を上記基
   板上に塗布することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】　　液晶補助層が十分に厚い場合には、基
   板との界面において分子の配向が少なくともほぼ均一で
   あり、所定の媒質との界面において少なくともほぼ垂直
   であることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 【請求項４】　　所定の媒質が全体または気体混合物で
   あることを特徴とする請求項１，２または３記載の方法
   。
5. 【請求項５】　　気体が窒素ガスであることを特徴とす
   る請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】　　液晶補助層は液晶物質の混合物であり
   、光重合による固定の後に異方性ゲルを生成することを
   特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項記載の方法
   。
7. 【請求項７】　　請求項１〜６のいずれか１つの項に記
   載の方法により製造した表面層を有する少なくとも１個
   の基材を備えることを特徴とする液晶表示セル。