JPH0933901A - 高分子液晶成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 四分の一波長板を薄膜化して大面積のものを
製造可能にする。 【解決手段】 本発明にかかる高分子液晶成膜方法で
は、先ず配向工程を行ない透明な基板１の表面を所定の
配向方向に沿って配向処理する。次に成膜工程を行な
い、所定の転移点を境にして高温側のネマティック液晶
相と低温側のガラス固体相との間を相転移可能な高分子
液晶２を所定の膜厚で基板１上に成膜する。最後に温度
処理工程を行ない、基板１を一旦転移点以上に加熱した
後転移点以下の室温まで徐冷し、成膜された高分子液晶
２を配向方向に整列させて一軸光学薄膜３を形成する。
この一軸光学薄膜３の膜厚を制御する事で四分の一波長
板の機能を付与する事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高分子液晶の成膜方
法に関する。より詳しくは高分子液晶を一軸光学薄膜と
して成膜し四分の一波長板の機能を付与する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、波長板は互いに垂直な方向に振
動する直線偏光が板を通過した時、これらの間に所定の
光路差（従って位相差）を与える複屈折板（結晶板）を
いう。複屈折板の厚さをｄ、互いに垂直な電気的主軸方
向に振動する直線偏光の屈折率をｎ１，ｎ２とした時、
光路差は｜ｎ１−ｎ２｜ｄで与えられる。この値がλ／
４，λ／２，λ／１（λは用いる光の真空中での波長）
のものを夫々四分の一、二分の一、一波長板といい、こ
れらはπ／２，π，２πの位相板に相当する。例えば、
四分の一波長板は互いに垂直な方向に振動する直線偏光
の間に１／４波長の光路差を生ずる様に厚さを決められ
た複屈折板である。白雲母を適当な厚さに劈開した薄板
等が用いられる。あるいは、一方向に分子配向させた合
成樹脂板等が用いられる。この板に主軸方向と４５°の
方位を持つ直線偏光を入れると透過光は円偏光になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】四分の一波長板は様々
な用途があり、近年では液晶表示装置等フラットパネル
型のディスプレイの偏光制御素子に用いられている。し
かしながら、従来の四分の一波長板は白雲母を適当な厚
さに劈開した薄板や、一方向に分子配向させた合成樹脂
板等が用いられていた。この様な四分の一波長板は大面
積のものを作成するのが困難であり、大型のフラットパ
ネルディスプレイに組み込む事ができない。又、従来の
四分の一波長板は相当程度の厚みを有している為、フラ
ットパネルディスプレイを構成する液晶セル等の内部に
組み込む事ができず構造的な面で大きな制約が生じてい
た。そこで、本発明は高分子液晶を成膜する事で大面積
且つ薄膜状の四分の一波長板を提供する事を目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し本
発明の目的を達成する為以下の手段を講じた。即ち、本
発明にかかる高分子液晶成膜方法は以下の工程からな
る。先ず配向工程を行ない、透明な基板の表面を所定の
配向方向に沿って配向処理する。次に成膜工程を行な
い、所定の転移点を境にして高温側のネマティック液晶
相と低温側のガラス固体相との間を相転移可能な高分子
液晶材料を所定の膜厚で該基板上に成膜する。最後に温
度処理工程を行ない、該基板を一旦転移点以上に加熱し
た後転移点以下の室温まで徐冷し、成膜された高分子液
晶材料を該配向方向に整列させて一軸光学薄膜を形成す
る。該一軸光学薄膜の膜厚を制御する事で四分の一波長
板の機能を付与する事ができる。

【０００５】好ましくは、前記配向工程は該基板の表面
にポリイミドフィルムを成膜した後、配向方向に沿って
該ポリイミドフィルムをラビングする事を特徴とする。
又好ましくは、前記成膜工程はスピンコート、ディッピ
ング又は印刷により高分子液晶材料を成膜する事を特徴
とする。さらに好ましくは前記温度処理工程は１００℃
以上の転移点を有し高分子の主鎖又は側鎖に液晶分子を
導入した高分子液晶材料に対して加熱及び徐冷を行なう
事を特徴とする。

【０００６】この様にして得られた四分の一波長板は容
易に大面積化が可能であり大型のフラットパネルディス
プレイに組み込む事ができる。又、四分の一波長板は薄
膜構造を有するので容易にフラットパネルディスプレイ
を構成する液晶セル等の内部に組み込む事ができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１を参照して本発明にかかる高
分子液晶成膜方法の最良の実施形態を説明する。本発明
にかかる高分子液晶成膜方法はλ／４の位相差を生じさ
せる一軸光学薄膜を形成するものである。本実施形態は
単純な基板に対する成膜プロセスである。しかしなが
ら、この高分子液晶成膜方法は例えば液晶フラットパネ
ルディスプレイの製造に応用可能であり、液晶セルは単
純マトリクス型、アクティブマトリクス型、セグメント
型を問わず何れにも適用可能である。

【０００８】先ず配向工程（Ａ）を行ない、ガラス等の
透明な基板１の表面を所定の配向方向に沿って配向処理
する。例えば、基板１の表面にポリイミドフィルムを成
膜した後、配向方向に沿ってこのポリイミドフィルムを
ラビングすれば良い。場合によっては、基板１の表面を
直にラビングしても良い。

【０００９】次に成膜工程（Ｂ）を行ない、高分子液晶
２からなる成膜材料を所定の膜厚で基板１の上に成膜す
る。この高分子液晶は所定の転移点を境にして高温側の
ネマティック液晶相と低温側のガラス固体相との間を相
転移可能な材料である。例えば、この高分子液晶２は室
温でガラス状態であり、好ましくは１００℃以上に転移
点を持つ、主鎖型もしくは側鎖型である。この高分子液
晶は光学的には可視領域に吸収のない透明物質である。
この高分子液晶を有機溶媒（例えばシクロヘキサンとｎ
−ブタノンの混合溶液）に溶解させた後、スピンコーテ
ィングによって基板１の表面に塗布する。なおスピンコ
ーティングに代え、ディッピング（浸漬）又はスクリー
ン印刷等を用いて基板１の表面に塗布しても良い。スピ
ンコーティングを行なう場合、溶液の濃度やスピン回転
数等の条件を適宜設定して、形成される薄膜の膜厚が可
視光領域でλ／４の位相差を生じさせる様にする。

【００１０】最後に温度処理工程（Ｃ）を行ない、基板
１を一旦転移点以上に加熱した後転移点以下の室温まで
徐冷し、成膜された高分子液晶材料２を配向方向に整列
させて一軸光学薄膜３を形成する。例えば、１００℃以
上の転移点を有し高分子の主鎖又は側鎖に液晶分子を導
入した高分子液晶材料に対して加熱及び徐冷を行なう。
図示する様に、成膜段階では高分子液晶２に含まれる液
晶分子はランダムな整列状態にあるのに対し、徐冷後で
は液晶分子は配向方向に沿って整列し、所望の一軸光学
異方性が得られる。具体的には、高分子液晶２を成膜し
た基板１を予めネマティック相温度又はイソトロピック
相温度に設定されたオーブンに投入して加熱する。その
後徐冷して室温まで戻す。これによってコーティングさ
れた高分子液晶２が予め配向処理しておいた基板１の配
向方向に整列する。

【００１１】以上の様にして、一軸光学薄膜３の膜厚を
制御する事で四分の一波長板の機能を付与する事が可能
になる。例えば、一軸光学薄膜３の屈折率異方性Δｎが
０．２で入射光の波長λを可視領域の略中心値５００nm
に設定すると、膜厚ｄはλ／４・Δｎ＝５００nm／４×
０．２＝６２０nmと計算される。即ち、温度処理工程が
完了した状態で一軸光学薄膜３の膜厚ｄが６２０nmとな
る様に制御する事で、略可視領域の入射光線に対して四
分の一波長板の機能を奏する事が可能になる。

【００１２】図２を参照して高分子液晶の最良の形態を
説明する。図示する様に、高分子液晶は、低分子液晶に
おけるコア部分の化学構造と同じ剛直なメソゲン基（液
晶構成基）Ａを含んでいる。このメソゲン基Ａは屈曲性
の側鎖Ｂ（例えば、ポリエチレン鎖あるいはポリオキシ
エチレン鎖）を介して、アクリル、メタクリルあるいは
メチルシロキサンの繰り返し単位を有する重合体の主鎖
Ｃに連結されている。かかる構造は、ペンダント形式の
側鎖型高分子液晶と呼ばれている。この高分子液晶は、
その構造要素により低分子液晶の場合と同様にネマティ
ック、スメクティック及びコレステリック相を呈する。
その液晶温度領域は一般に低分子液晶より高温側に存在
し、転移温度は分子量と共に上昇する。側鎖型高分子液
晶の骨格主鎖にシロキサン結合を導入すると、液晶温度
領域を低下させる事ができる。

【００１３】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図３は本発明にかかる高分子液晶成膜
方法を用いて製造された反射型ゲストホスト液晶表示装
置を示している。（Ａ）に示す様に、本装置は上側基板
１０１と下側基板１０２とを用いて組み立てられてい
る。上側基板１０１はガラス等からなり透明電極１０３
が形成され且つ入射光を受け入れる。この透明電極１０
３は例えば行方向に沿ってストライプ状にパタニングさ
れている。下側基板１０２には反射電極１０４が形成さ
れている。この反射電極１０４は例えば列方向に沿って
ストライプ状にパタニングされている。従って、透明電
極１０３と反射電極１０４は行列状に交差し、単純マト
リクス型の液晶表示装置が得られる。下側基板１０２は
所定の間隙を介して上側基板１０１に対向配置されてい
る。この間隙には電気光学体１０５が保持されており、
透明電極１０３と反射電極１０４の間に印加される電圧
に応じて入射光の光変調を行なう。電気光学体１０５は
ゲストホスト型の液晶層１０６と光学薄膜層１０７とを
含む積層構造を有する。液晶層１０６は二色性色素１０
８を含有すると共に、透明電極１０３に沿って一様に配
向している。光学薄膜層１０７は所定の光学異方軸を有
し、反射電極１０４に沿って成膜されている。

【００１４】液晶層１０６は印加電圧に応じて吸収状態
と透過状態に変化する。（Ａ）は吸収状態を表わしてお
り、入射光に含まれる第１振動成分Ｘを略吸収する一
方、これと直交する第２振動成分Ｙを略透過する。逆
に、透過状態では両振動成分Ｘ，Ｙを略透過する。図示
する様に、吸収状態ではネマティック液晶分子１０９は
水平配向しており、これに応じて二色性色素１０８も水
平配向している。本例では電圧無印加で吸収状態を実現
しており、電圧印加で透過状態に変化する。この為、ネ
マティック液晶分子１０９は正の誘電異方性を有し、上
下の配向膜１１０，１１１により予め水平配向（ホモジ
ニアス配向）に制御されている。逆に、電圧印加で図示
の吸収状態を実現する事もできる。この場合には、ネマ
ティック液晶分子１０９は負の誘電異方性を有するもの
を用いる。かかる構成において、一軸光学薄膜層１０７
は反射電極１０４で反射される第２振動成分Ｙの往復路
中に介在し、第２振動成分Ｙを第１振動成分Ｘに変換し
て、吸収状態にある液晶層１０６に再入射する。

【００１５】一軸光学薄膜層１０７は四分の一波長板と
して機能する。（Ｂ）に示す様に、その光学異方軸は吸
収状態にある液晶層の配向方向と４５°の角度で交差し
ている。吸収状態を透過した第２振動成分Ｙ（直線偏光
成分）の振動方向は配向方向と直交している。又、この
第２振動成分Ｙは光学異方軸と４５°の角度で交差して
いる。第２振動成分Ｙ（直線偏光）は四分の一波長板を
透過すると円偏光に変換される。この円偏光は反射電極
で反射された後再び四分の一波長板に入射すると第２振
動成分Ｙと直交する直線偏光（第１振動成分Ｘ）に変換
される。この様にして変換された第１振動成分Ｘは吸収
状態による液晶層１０６により吸収される事になる。

【００１６】図４は、液晶層１０６の透過状態を表わし
ており、ネマティック液晶分子１０９は垂直配向してい
る。これに合わせて、二色性色素１０８も垂直配向して
いる。従って、第１振動成分Ｘ及び第２振動成分Ｙ共に
液晶層１０６を略全面的に透過する。反射光は第１振動
成分と第２振動成分が互いに入れ替わるだけであり、何
等光変調を受けていない。誘電異方性が正のネマティッ
ク液晶分子１０９は印加電圧に応答して立ち上がり、垂
直配向に変化する。なお、前述した様に電圧無印加でネ
マティック液晶分子１０９の垂直配向を実現する事も可
能である。即ち、配向膜１１０，１１１の材料等を適宜
選択する事により、ネマティック液晶分子１０９を垂直
配向（ホメオトロピック配向）する事ができる。この場
合には、誘電異方性が負のネマティック液晶分子１０９
を用い、電圧印加に応じて水平配光に切り換える。この
時、水平配向方向を一定とする為、垂直配向状態で予め
ネマティック液晶分子１０９にプレチルトをつけてお
く。何れにしても、一軸光学薄膜層１０７の上に配向膜
１１を形成して、液晶層１０６の整列状態を制御する必
要がある。例えば、一軸光学薄膜層１０７の表面にポリ
イミド膜又はポリビニールアルコール膜を形成してラビ
ング処理を行なえば、所望のホモジニアス配向が得られ
る。あるいはこれに代えて、光学薄膜層１０７の表面を
直接ラビングしても良い。但し、ラビング方向は光学薄
膜層１０７の光軸に対して４５°傾く様に設定する。

【００１７】引き続き図３及び図４を参照して、本実施
例の具体的な構成を詳細に説明する。本液晶表示装置に
おいて液晶層１０６はネマティック液晶分子１０９から
なり、この中には黒色あるいはカラーの二色性色素１０
８が添加されている。二色性色素１０８を混入した液晶
層１０６は水平配向あるいは垂直配向されている。反射
電極１０４はアルミニウム、銀等反射率の高い金属膜で
構成されており、従って本表示装置は反射型のフラット
パネルディスプレイとなっている。反射電極１０４の上
には可視領域（４００〜７００nm）の波長に対して、λ
／４の位相差を付与できる透明な一軸光学薄膜層１０７
が形成されている。光学薄膜層１０７の光学異方軸は、
液晶層１０６が水平配向されている場合、その配向方向
と４５°の角度をなす様に設定されている。液晶層１０
６が予め垂直配向されている場合には、プレチルト角を
持った液晶分子１０９の余弦方向に対して４５°の角度
を持つ様に、光学異方軸が設定されている。光学薄膜層
１０７は本発明に従って形成されており、光学異方軸に
沿って一軸配向した液晶分子を含む高分子液晶材料から
なる。

【００１８】次に図３及び図４を参照しながら反射型ゲ
ストホスト液晶表示装置の動作を詳細に説明する。図３
の（Ａ）に示した水平配向状態で、外部から光が入射し
た場合を考える。先ず、入射光は互いに直交する偏光成
分である第１振動成分Ｘと第２振動成分Ｙに分けて考え
る事ができる。第１振動成分Ｘは液晶層１０６の配向方
向と同一である為、同じ方向に配向している二色性色素
１０８によって吸収される。しかし、第２振動成分Ｙは
色素分子の配向方向と直交している為全く吸収されな
い。従って、第２振動成分Ｙは液晶層１０６を通過し、
さらに四分の一波長板として機能する光学薄膜層１０７
に進入する。さらに、反射電極１０４で反射され、再び
光学薄膜層１０７を通過する。第２振動成分Ｙは光学薄
膜層１０７を往復で２回通った事になり、偏向方向が９
０°回転する。そうすると、今度は液晶層１０６の配向
方向と一致する為、光は吸収される。この様にして、入
射光に含まれる全ての振動成分が往路あるいは復路のど
ちらかで吸収される為、偏光板なしで偏光板付きの透過
型ゲストホスト液晶表示装置並のコントラストが得られ
る。

【００１９】図５は反射型ゲストホスト液晶表示装置の
他の実施例を示す模式的な部分断面図である。基本的に
は図３及び図４に示した実施例と同様な構成を有してお
り、対応する部分には対応する参照番号を付して理解を
容易にしている。図示する様に、上側基板１０１は全面
的に形成された透明電極からなる対向電極１０３ａを有
し、下側基板１０２はマトリクス状に細分化された反射
電極からなる画素電極１０４ａを有している。即ち、先
の実施例が単純マトリクス型であるのに対し、本実施例
はアクティブマトリクス型である。下側基板１０２の内
表面にはマトリクス状にパタニングされた画素電極１０
４ａに加え、これに対応して薄膜トランジスタＴＦＴも
集積形成されている。このＴＦＴは画素電極１０４ａを
個々に駆動するスイッチング素子となる。即ち、このＴ
ＦＴを選択的にオン／オフ制御して対応する画素電極１
０４ａに信号電圧を書き込む。ＴＦＴのドレイン領域Ｄ
は画素電極１０４ａに接続し、ソース領域Ｓは信号ライ
ン１２１に接続している。ＴＦＴのゲート電極Ｇはゲー
トラインに連続している。又、各画素電極１０４ａに対
応して保持容量Ｃｓも形成されている。画素電極１０４
ａは平坦化膜１２２により、これらＴＦＴ、保持容量Ｃ
ｓ、信号ライン１２１から電気的に分離されている。一
方、上側基板１０１の内表面には対向電極１０３ａが全
面的に形成されている。互いに所定の間隙を介して対向
配置された両基板１０１，１０２の間隙には電気光学体
１０５が保持されている。画素電極１０４ａに信号電圧
が書き込まれると、対面する対向電極１０３ａとの間に
電界が生じ、電気光学体１０５は吸収状態と透過状態と
の間で変化する。この光学変化は画素電極毎に現われる
為、所望の画像表示を行なう事ができる。画素電極１０
４ａの下部にＴＦＴ、保持容量Ｃｓ、信号ライン１２１
等が配置している。これらの構成要素は入射光路中に介
在しない為、画素開口率に影響を与えない。換言する
と、画素電極１０４ａの面積がそのまま画素開口として
利用でき、極めて明るい表示が可能である。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、透明な基板の表面を配
向処理した後、高分子液晶材料を所定の膜厚で基板上に
成膜する。この基板を加熱及び徐冷する事で、高分子液
晶を配向方向に整列させて一軸光学薄膜を形成する。こ
の一軸光学薄膜の膜厚を制御する事で四分の一波長板の
機能を付与する事ができる。これにより、大面積の四分
の一波長板を基板と一体的に製造できる為、大型のフラ
ットパネルディスプレイ等に応用して好適である。又、
フラットパネルディスプレイを構成する液晶セルの内部
に一体的に四分の一波長板を組み込む事が可能になり、
広範囲な応用が約束される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる高分子液晶成膜方法の最良な実
施形態を示す工程図である。

【図２】高分子液晶の化学的な構造を示す模式図であ
る。

【図３】本発明の一実施例を示す模式図である。

【図４】同じく本発明の一実施例を示す模式図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す模式的な部分断面図
である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 高分子液晶 ３ 一軸光学薄膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明な基板の表面を所定の配向方向に沿
   って配向処理する配向工程と、 所定の転移点を境にして高温側のネマティック液晶相と
   低温側のガラス固体相との間を相転移可能な高分子液晶
   材料を所定の膜厚で該基板上に成膜する成膜工程と、 該基板を一旦転移点以上に加熱した後転移点以下の室温
   まで徐冷し、成膜された高分子液晶材料を該配向方向に
   整列させて一軸光学薄膜を形成する温度処理工程とを行
   ない、 該一軸光学薄膜の膜厚を制御する事で四分の一波長板の
   機能を付与する事を特徴とする高分子液晶成膜方法。
2. 【請求項２】 前記配向工程は、該基板の表面にポリイ
   ミドフィルムを成膜した後、配向方向に沿って該ポリイ
   ミドフィルムをラビングする事を特徴とする請求項１記
   載の高分子液晶成膜方法。
3. 【請求項３】 前記成膜工程は、スピンコート、ディッ
   ピング又は印刷により高分子液晶材料を成膜する事を特
   徴とする請求項１記載の高分子液晶成膜方法。
4. 【請求項４】 前記温度処理工程は、１００℃以上の転
   移点を有し、高分子の主鎖又は側鎖に液晶分子を導入し
   た高分子液晶材料に対して加熱及び徐冷を行なう事を特
   徴とする請求項１記載の高分子液晶成膜方法。