JPH10161132A

JPH10161132A - 液晶配向膜およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10161132A
Application number: JP32163896A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Goto; 智久五藤; Daisaku Nakada; 大作中田; Goro Saito; 悟郎斉藤; Yasuharu Onishi; 康晴大西; Masaharu Sato; 正春佐藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】高コントラストで、かつ、プレチルト角の調
整が容易な液晶光学素子を提供する。【解決手段】液晶配向膜を、水素結合により結合した
プロトン供与体とプロトン受容体からなる構造とする。
例えば、プロトン供与体としてカルボキシル基を有する
化合物を用い、プロトン受容体としてアミノ基を有する
化合物を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、良好な配向状態を
実現し、プレチルト角を容易に変えることのできる液晶
配向膜およびこれを用いた液晶光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶分子は、液晶セルを構成する基板の
表面状態により配向状態が異なることが知られている。
液晶の光学特性を利用するためには、ある面積で液晶分
子が規則的に並んでいることが必要である。液晶デバイ
スハンドブック（日刊工業新聞）ｐ２４０−２５７に記
載されているように、液晶分子の配向方向としては液晶
分子の長軸方向が基板平面に対して垂直となるホメオト
ロピック配向、一定の角度傾いているチルト配向および
平行となるホモジニアス配向がある。ホメオトロピック
配向を得る配向膜の作製方法としては、ガラス基板を長
鎖アルキル基を持つ有機シランカップリング剤で処理す
る方法がある。この方法では、基板の表面を化学的に処
理するため、基板材質の相違により、使用が制限された
り、再現性や均一性が低いという欠点がある。斜方蒸着
法は、高プレチルト角を得るための有効な手段である
が、そのチルト角に制限があると同時に蒸着により作製
するために大面積化が難しくかつ量産性が低いという欠
点がある。また、ホモジニアス配向を得る液晶配向膜と
しては、ポリビニルアルコール、ポリイミド等の高分子
膜が使用されている。このポリイミド配向膜は、高い液
晶配向能を有していると同時に、高い安定性、均一性、
再現性を有しておりＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶等の液晶光学
素子の液晶配向膜として有効な材料となっている。しか
しながら、このポリイミド配向膜においてもプレチルト
角の調整を行うことが必ずしも容易ではなく、また、液
晶材料の組成が変化した場合に必ずしも良好な配向状態
すなわち高いコントラストの液晶光学素子が得られなか
った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高コ
ントラストの液晶光学素子を実現し、また、プレチルト
角を容易に変えることのできる液晶配向膜を提供するこ
とにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶配向膜は、
水素結合により結合したプロトン供与体とプロトン受容
体を含むことを特徴とする。このため、この液晶配向膜
を液晶光学素子に使用することにより高コントラストが
得られ、かつ前記プロトン供与体とプロトン受容体の組
み合わせによりプレチルト角を容易に変更することが可
能となる。

【０００５】また、本発明の液晶配向膜の製造方法は、
プロトン供与体とプロトン受容体の一方を高分子化合
物、他方を低分子化合物とし、高分子化合物を基板に積
層する工程の後、前記低分子化合物により表面処理する
工程を含むことを特徴とする。このため、液晶配向膜を
容易に形成することができる。

【０００６】また、本発明の液晶光学素子は、電極層お
よび液晶配向膜が設けられた２枚の基板が前記液晶配向
膜を内側にして対向し、前記２枚の基板間に液晶材料を
有してなる液晶光学素子において、前記液晶配向膜のう
ち少なくとも一方が本発明の液晶配向膜であることを特
徴とする。このため、高コントラストの表示を実現し、
プレチルト角の調整も容易である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明における水素結合とは、水
素原子が電気陰性度の高い原子に結合すると水素原子は
正電荷を帯び、他の電気的に陰性な原子の負電荷に強く
引きつけられることを示す。すなわち、一般的には式
（１）の破線で示したものが水素結合として示される。
式中、Ｘは酸素原子、窒素原子、ハロゲン原子、炭素原
子、硫黄原子等であり、Ｙは、非共有電子対を持った酸
素原子、窒素原子、ハロゲン原子、炭素原子、硫黄原
子、あるいはπ電子を示す。また、Ｈは水素原子を示し
ている。また、δ−、δ＋はそれぞれ負電荷、正電荷の
帯電を示し、実線は共有結合を示している。Ｘδ^-−Ｈδ⁺……Ｙδ^-（１）本発明におけるプロトン供与体とは、式（１）のＸ−Ｈ
で示される官能基を有する化合物をいう。官能基Ｘ−Ｈ
としては、例えば、カルボキシル基、ハイドロパーオキ
シル基、ヒドロキシル基、ホルミル基、チオカルボキシ
ル基、ジチオカルボキシル基、メルカプト基、アミノ基
等が挙げられる。また、本発明におけるプロトン受容体
とは、式（１）のＹで示される原子または原子団を有す
る化合物をいう。

【０００８】本発明における低分子化合物とは、同一構
造を有する分子が繰り返し共有結合していない化合物を
示す。また、本発明における高分子化合物とは、分子モ
ノマーが繰り返し共有結合することによって形成された
高分子量の化合物を示す。高分子化合物は、溶剤に溶解
して基板上に均一に製膜できれば分子量はいずれでも構
わないが、分子量が２０００以上１００００００以下で
あることが好ましく、５０００以上３０００００以下で
あればさらに好ましい。

【０００９】本発明の液晶配向膜の製造方法としては、
プロトン供与体またはプロトン受容体の高分子化合物を
電極層等が積層された基板上にキャストし薄膜を形成す
る。膜形成後、配向処理し、その後、高分子化合物と水
素結合を形成する低分子化合物を結合させる。この水素
結合の形成は、空液晶セルを組立てる前に行ってもよい
し、空液晶セルを組立てた後に行ってよい。また液晶中
に低分子化合物を含有させ液晶注入と同時に行ってもよ
い。

【００１０】高分子膜の配向処理方法としてはラビング
等の通常の機械的な配向処理が使用できるが、光等を利
用した配向処理でもよい。

【００１１】本発明の液晶配向膜は、ツイステッドネマ
チック液晶素子（ＴＮ素子）、スーパーツイステッドネ
マチック液晶素子（ＳＴＮ素子）、相転位型ゲスト−ホ
スト液晶素子（ＰＣ−ＧＨ素子）、表面安定化強誘電性
液晶素子（ＳＳＦＬＣ素子）、反強誘電性液晶素子（Ａ
ＦＬＣ素子）、高分子安定化コレステリック液晶素子
（ＰＳＣＴ素子）等の通常のいずれの液晶光学素子でも
使用することができる。また、光透過型素子、光反射型
素子の双方に使用できる。

【００１２】透過型素子では２枚の基板は透明であり、
光反射型素子では一方が透明で、もう一方は光反射基板
あるいは光吸収基板である。透明な基板に用いられる材
質として、ガラス、プラスチック等が挙げられる。透明
な電極層材料としてはＩＴＯ等の材質のものが利用でき
る。

【００１３】光反射基板は、可視光を反射する材料で構
成されていれば無機材料でも有機材料でもよい。反射強
度または反射角は目的とする素子特性により任意に変更
できる。その構造は光反射材料が光反射基板全体を形成
しているものであってもよいし、光反射材料がガラス等
の別の材質の基板上にコーティングされていてもよい。
光反射材料をコーティングした場合、光反射材料が調光
層側にある必要はない。また光反射材料をコーティング
する基板は光反射材料が調光層側に位置していない場合
は必ずしも透明である必要はない。光反射材料が導電性
を有している場合はこれらを電極としても利用すること
もできる。本発明に用いられる電極層は、２枚の基板上
に対向するように設置する。

【００１４】また、光吸収基板は可視光を吸収する材料
で構成されていればあれば無機材料でも有機材料でもよ
い。吸収強度または吸収波長は目的とする素子特性によ
り任意に変更できる。その構造は光吸収材料が光吸収板
全体を形成しているものであっても良いし、光吸収材料
がガラス等の別の材質の基板上にコーティングされてい
ても良い。光吸収材料をコーティングした場合、光吸収
材料が調光層側にある必要はない。また光吸収材料をコ
ーティングする基板は光吸収材料が調光層側に位置して
いない場合は必ずしも透明である必要はない。光吸収材
料が導電性を有している場合はこれらを電極としても利
用することもできる。

【００１５】基板は電極層が調光層側になるように設置
する。また、カラー化のためにカラーフィルターを使用
することもできる。さらに、必要に応じ２枚の基板上に
偏光板、位相差板等の光学フィルムを積層してもよい。

【００１６】本発明に用いられる電極層は、２枚の基板
上に対向するように設置する。電圧の印加には、薄膜ト
ランジスター（ＴＦＴ）、メタルインシュレーターメタ
ル（ＭＩＭ）等のアクティブマトリックス素子が使用で
きるし、単純マトリックス駆動でもよい。

【００１７】基板の間隔設定には、通常の液晶デバイス
に用いられるガラスまたは高分子樹脂等から成るロッド
状、球状のスペーサーを使用することができ、その間隔
は５μｍ以上３０μｍ以下程度が望ましい。

【００１８】本発明の液晶光学素子に使用される液晶材
料としては、ネマチック液晶、スメクチック液晶、コレ
ステリック液晶等のいずれの液晶でも使用することがで
きる。材料系としてはシアノ系、フッ素系、塩素系等の
いずれの系でも使用することができる。また、調光層と
はすくなくとも液晶材料を含有した層であり、液晶以外
の含有物質としては２色性色素、カイラル剤、熱硬化性
化合物あるいは光硬化性化合物がある。２色性色素、カ
イラル剤としては、液晶材料と相溶すればいずれの材料
でも使用できる。また熱硬化性化合物としてはエポキシ
系樹脂、光硬化性化合物としはアクリル系等樹脂が使用
できる。また、必要に応じ重合開始剤や光開始助剤も添
加することができる。

【００１９】なお、本発明の液晶配向膜ではプロトン供
与体とプロトン受容体の組み合わせを変更することによ
りプレチルト角を容易に変更することができる。この
際、双方を変えることによりプレチルト角を変更するこ
とができるが、低分子化合物側だけを変更することによ
ってもプレチルト角を変えることができる。このとき、
プロトン供与体が高分子化合物でプロトン受容体が低分
子化合物であっても良いし、プロトン受容体が高分子化
合物でプロトン供与体が低分子化合物であっても良い。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。（実施例１）側鎖にカルボキシル基を有するアクリレー
トポリマーを電極層付きガラス基板にキャストし、ラビ
ング処理を行った。次に、アミノ基を有するビフェニル
化合物で表面処理し液晶配向膜を作製した。この基板２
枚を使用して空の液晶セルを作製した。液晶セルのラビ
ング角は９０度、ギャップは５μｍとした。この液晶セ
ルにツイステッドネマチック液晶を注入した。液晶セル
に２枚の偏光板を貼り付けて光の透過率を測定した結
果、コントラスト２５０という高い値が得られた。

【００２１】（実施例２）側鎖にカルボキシル基を有す
るアクリレートポリマーを電極層付きガラス基板および
電極層付き光吸収基板上にキャストし、ラビング処理を
行った。次に、アミノ基を有するビフェニル化合物で表
面処理し液晶配向膜を作製した。これらの基板を使用し
て空の液晶セルを作製した。液晶セルのラビング角はア
ンチパラレル、ギャップは１０μｍとした。この液晶セ
ルに選択反射波長約５５０ｎｍのカイラルネマチック液
晶とジアクリレート系光硬化性化合物およびベンゾイン
系光重合開始剤の混合溶液を注入した。この液晶セルに
波長３６５ｎｍの紫外線を透明基板側から照射し、光硬
化性化合物を硬化させた。得られた素子は電圧無印加状
態で良好なプレナーテクスチャーを形成した。この作製
した素子にパルス電圧を印加した結果、プレナーテクス
チャーからフォーカルコニックテクスチャーに転移しこ
の状態をメモリーした。フォーカルコニックテクスチャ
ーでは、選択反射は消失し黒表示となった。次に、別の
パルス電圧を印加した結果、選択反射状態に戻った。ま
た、コントラストを測定した結果、８という高い値が得
られた。

【００２２】（実施例３）側鎖にカルボキシル基を有す
るアクリレートポリマーを電極層付きガラス基板および
導電性の反射層を有するガラス基板上にキャストし、ラ
ビング処理を行った。次に、アミノ基を有するビフェニ
ル化合物で表面処理し液晶配向膜を作製した。これらの
基板を使用して空の液晶セルを作製した。液晶セルのラ
ビング角はアンチパラレル、ギャップは８μｍとした。
この液晶セルにヘリカルピッチが４μｍのカイラルネマ
チック液晶および二色性色素を注入した。コントラスト
を測定した結果、７であった。

【００２３】（実施例４）側鎖にカルボキシル基を有す
るアクリレートポリマーを電極層付きガラス基板にキャ
ストし、アミノ基を有するアルキルベンゼンで表面処理
後、ラビング処理し、液晶配向膜を作製した。ここで、
パラ位にアミノ基を有するアルキルベンゼンで表面処理
した液晶配向膜と、オルト位にアミノ基を有するアルキ
ルベンゼンで表面処理した液晶配向膜の２種類の配向膜
を作製し、それぞれのプレチルト角を評価した。この結
果、パラ位にアミノ基を有するアルキルベンゼンで表面
処理した液晶配向膜の方が、オルト位にアミノ基を有す
るアルキルベンゼンで表面処理した液晶配向膜よりも高
いプレチルト角を有することが確認された。

【００２４】

【発明の効果】本発明の液層配向膜は、水素結合により
結合したプロトン供与体とプロトン受容体を有する。こ
のため、高コントラストな液晶光学素子を実現できる。
また、プロトン供与体とプロトン受容体の組み合わせを
適宜選択することにより、プレチルト角を容易に変える
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶光学素子の概略図である。

【図２】本発明の実施例１に係る液晶光学素子の概略図
である。

【図３】本発明の実施例２に係る液晶光学素子の概略図
である。

【図４】本発明の実施例３に係る液晶光学素子の概略図
である。

【符号の説明】

１透明基板２電極層３液晶配向膜４ａ水素供与体４ｂ水素受容体５交流電源６光吸収基板７ツイステッドネマチック液晶（ＴＮ液晶）８偏光板９光反射性電極層１０カイラルネマチック液晶１１光硬化性化合物１２二色性色素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大西康晴東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者佐藤正春東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素結合により結合したプロトン供与体
とプロトン受容体を含むことを特徴とする液晶配向膜。
【請求項２】前記プロトン供与体がカルボキシル基を
有する化合物であることを特徴とする請求項１に記載の
液晶配向膜。
【請求項３】前記プロトン受容体がアミノ基を有する
化合物であることを特徴とする請求項１または２に記載
の液晶配向膜。
【請求項４】前記プロトン供与体が低分子化合物であ
り、前記プロトン受容体が高分子化合物であることを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶配向膜。
【請求項５】前記プロトン供与体が高分子化合物であ
り、前記プロトン受容体が低分子化合物であることを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶配向膜。
【請求項６】前記高分子化合物を基板に積層する工程
の後、前記低分子化合物により表面処理する工程を含む
ことを特徴とする請求項４または５に記載の液晶配向膜
の製造方法。
【請求項７】電極層および液晶配向膜が設けられた２
枚の基板が前記液晶配向膜を内側にして対向し、前記２
枚の基板間に液晶材料を有してなる液晶光学素子におい
て、前記液晶配向膜のうち少なくとも一方が請求項１〜
５のいずれかに記載の液晶配向膜であることを特徴とす
る液晶光学素子。