JPWO2009001906A1 - Alignment film manufacturing method, liquid crystal optical element, and optical head device - Google Patents

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Abstract

本発明は、配向規制力の高い配向膜を形成する方法を提供する。また、光学特性と信頼性に優れた液晶光学素子および光ヘッド装置を提供する。本発明の方法では、微粒子と、該微粒子よりイオンビームによるエッチングレートの大きいマトリックス成分とを含む配向膜組成物を基板の上に塗布した後、この配向膜組成物に対して熱処理を行ってマトリックス成分の重合を進める。次いで、熱処理後の配向膜組成物からなる膜に斜めにイオンビームを照射して、イオンの入射方向に平行な溝を形成する。配向膜組成物は、微粒子を主成分とすることが好ましい。イオンビームに代えて、プラズマビームを照射してもよい。The present invention provides a method of forming an alignment film having a high alignment regulating force. Also provided are a liquid crystal optical element and an optical head device having excellent optical characteristics and reliability. In the method of the present invention, after an alignment film composition containing fine particles and a matrix component having a higher etching rate by ion beam than the fine particles is applied on a substrate, the alignment film composition is subjected to heat treatment to form a matrix. Advance the polymerization of the components. Next, the film made of the alignment film composition after the heat treatment is obliquely irradiated with an ion beam to form a groove parallel to the ion incident direction. The alignment film composition preferably contains fine particles as a main component. A plasma beam may be irradiated instead of the ion beam.

Description

本発明は、配向膜の製造方法、液晶光学素子および光ヘッド装置に関する。   The present invention relates to an alignment film manufacturing method, a liquid crystal optical element, and an optical head device.

CD(compact disk)およびDVD(digital versatile disk)などの光ディスクの表面には、ピットと呼ばれる凹凸が設けられている。
光ヘッド装置では、光ディスクにレーザ光を照射し、その反射光を検出することによって、ピットに記録された情報を読み取ることができる。
Concavities and convexities called pits are provided on the surface of an optical disc such as a CD (compact disk) and a DVD (digital versatile disk).
In the optical head device, the information recorded in the pits can be read by irradiating the optical disk with laser light and detecting the reflected light.

光ヘッド装置としては、従来より、ビームスプリッタによって光ディスクからの反射光を検出部へ導くものが知られている。この方式によれば、半導体レーザから出射された光は、ビームスプリッタ、コリメータ、収差補正素子、波長板および対物レンズなどを透過した後、光ディスクに集光される。そして、光ディスクで反射された光は、再び対物レンズや液晶レンズ素子などを透過して、ビームスプリッタで反射された後、検出器に入射する。ここで、液晶レンズ素子は、入射光の偏光状態を変える他、光ディスクに設けられたカバー層の厚みに起因して発生する球面収差を補正する手段などとして用いられる。   2. Description of the Related Art Conventionally, an optical head device that guides reflected light from an optical disk to a detection unit using a beam splitter is known. According to this method, light emitted from the semiconductor laser passes through a beam splitter, a collimator, an aberration correction element, a wave plate, an objective lens, and the like, and then is collected on an optical disk. The light reflected by the optical disk passes through the objective lens and the liquid crystal lens element again, is reflected by the beam splitter, and then enters the detector. Here, the liquid crystal lens element is used as a means for correcting spherical aberration caused by the thickness of the cover layer provided on the optical disc, in addition to changing the polarization state of incident light.

ところで、液晶レンズ素子などの液晶光学素子は、液晶層の初期配向状態並びに電圧印加時の動作状態および配向状態などによって、いくつかのモードに分類される。   By the way, liquid crystal optical elements such as liquid crystal lens elements are classified into several modes depending on the initial alignment state of the liquid crystal layer, the operation state and the alignment state when a voltage is applied, and the like.

例えば、TN(Twisted Nematic;以下、TNと称す。)モードは、誘電率異方性が正である液晶分子を用い、これを基板に対して概ね水平に配向させるとともに、上下の基板間で90度捩れた状態となるようにしたものである。また、垂直配向(Vertical Alignment;以下、VAと称す。)モードは、誘電率異方性が負である液晶分子を用い、これを基板に対して概ね垂直に配向させたものである。   For example, a TN (Twisted Nematic; hereinafter referred to as TN) mode uses liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy and aligns them substantially horizontally with respect to the substrate, and between the upper and lower substrates. It is designed to be in a twisted state. The vertical alignment (hereinafter referred to as VA) mode uses liquid crystal molecules having a negative dielectric anisotropy and is aligned substantially perpendicular to the substrate.

このような液晶光学素子においては、電圧印加時の液晶の動作方向が均一となるようにするため、液晶層を挟持するそれぞれの基板の上に配向膜が形成されている。   In such a liquid crystal optical element, an alignment film is formed on each substrate sandwiching the liquid crystal layer in order to make the operation direction of the liquid crystal uniform when a voltage is applied.

配向膜は、ポリイミドなどの有機材料を適当な溶剤に溶解し、これをスピンコート法などで基板の上に塗布して配向膜材料からなる膜とした後、この膜に対して配向処理を施すことによって形成される。   For the alignment film, an organic material such as polyimide is dissolved in an appropriate solvent, and this is applied onto a substrate by spin coating or the like to form a film made of the alignment film material, and then subjected to an alignment process. Formed by.

配向処理の方法としては、従来よりラビング法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。ラビング法は、ナイロンやレーヨンなどのラビング布で配向膜の表面を一方向に擦ることによって、その方向に液晶分子を配向させるものである。例えば、金属製で円柱状のラビングローラの表面にラビング布を巻きつけて固定し、配向膜材料からなる膜の上でラビングローラを移動させながら、適当な速度でラビングローラを回転させて、膜の表面をラビング布が擦るようにする。こうしたラビングのメカニズムは、ラビングによって形成された配向膜表面の溝に液晶分子が嵌まり込むことによると考えられている。また、ラビングによって、液晶分子を一方向に配向させるような静電気的な力が配向膜に付与されることによるとも考えられている。   As a method of alignment treatment, a rubbing method has been conventionally known (for example, see Patent Document 1). In the rubbing method, liquid crystal molecules are aligned in that direction by rubbing the surface of the alignment film in one direction with a rubbing cloth such as nylon or rayon. For example, a rubbing cloth is wound and fixed on the surface of a metal-made cylindrical rubbing roller, and the rubbing roller is rotated at an appropriate speed while moving the rubbing roller on the film made of the alignment film material. Make the rubbing cloth rub on the surface. Such rubbing mechanism is considered to be caused by liquid crystal molecules fitting into grooves on the alignment film surface formed by rubbing. In addition, it is considered that an electrostatic force that aligns liquid crystal molecules in one direction is applied to the alignment film by rubbing.

しかし、ラビング法による配向処理では、配向膜材料からなる膜の表面をラビング布が擦るので、次のような問題が生じる。すなわち、(1)ラビング布から塵埃が発生しやすいこと、(2)ラビングの際の静電気によって素子が破壊したり、配向膜の配向規制力が低下したりすること、(3)ラビング布の損傷などによって部分的に配向不良が起こり、配向ムラが発生しやすいこと、(4)配向膜材料からなる膜の全体に渡って均一な配向特性を付与するのが困難であることなどである。さらに、ラビング布の先端が届かない微細な段差(凹凸)を有する配向膜材料からなる膜の表面に対して、配向処理を施すことが難しいという問題もあった。   However, in the alignment treatment by the rubbing method, the rubbing cloth rubs the surface of the film made of the alignment film material, which causes the following problems. That is, (1) Dust is likely to be generated from the rubbing cloth, (2) The element is destroyed due to static electricity during rubbing, or the alignment regulating force of the alignment film is reduced, (3) Damage to the rubbing cloth For example, alignment defects are partially caused and alignment unevenness is likely to occur. (4) It is difficult to impart uniform alignment characteristics over the entire film made of the alignment film material. Furthermore, there is also a problem that it is difficult to perform an alignment treatment on the surface of a film made of an alignment film material having a fine step (unevenness) that cannot reach the tip of the rubbing cloth.

また、有機材料は、光や熱などによって分解しやすいため、配向膜材料として用いた場合には、次のような問題があった。   In addition, since organic materials are easily decomposed by light, heat, etc., when used as alignment film materials, there are the following problems.

一般に、有機材料は、短波長(例えば、波長450nm以下)の光を吸収して、分解反応などを起こす。このため、有機材料からなる配向膜では、光ヘッド装置の光源から出射される短波長の光によって劣化が起こりやすい。配向膜が劣化すると、液晶分子の配向不良が起こるため、液晶光学素子の光学特性が低下する。特に、近年では、記録密度を高めるために、青色の波長の光(波長390nm〜430nm)を出力可能な半導体レーザを光源とする光ヘッド装置の開発が進められている。このような光源を用いた場合には、配向膜の劣化による信頼性の低下が顕著となる。   In general, an organic material absorbs light having a short wavelength (for example, a wavelength of 450 nm or less) and causes a decomposition reaction or the like. For this reason, the alignment film made of an organic material is likely to be deteriorated by short-wavelength light emitted from the light source of the optical head device. When the alignment film is deteriorated, alignment failure of liquid crystal molecules occurs, so that the optical characteristics of the liquid crystal optical element are deteriorated. In particular, in recent years, in order to increase the recording density, development of an optical head device using a semiconductor laser capable of outputting blue wavelength light (wavelength 390 nm to 430 nm) as a light source has been advanced. When such a light source is used, the reliability decreases due to the deterioration of the alignment film.

そこで、有機材料をラビングした配向膜に代えて、無機材料の斜め蒸着法や斜めスパッタ法による配向膜により液晶分子を配向させる方法が提案されている。例えば、特許文献2には、基板に対して斜めにスパッタ粒子を入射させて、無機材料からなる配向膜を形成する方法が記載されている。しかしながら、斜めスパッタ法の場合、スパッタ粒子の無駄が多く、入射角度を精度よく制御することが困難であった。また、斜め蒸着法では、斜め入射角の精度を確保するために、蒸発源と基板との距離を大きくとらなければならず、装置が大型化しやすいという問題があった。また、装着できる基板の枚数が限られる上に、通常はバッチ処理となることから、タクト時間が長くて生産性が低いという問題もあった。   Therefore, a method for aligning liquid crystal molecules with an alignment film by an oblique deposition method or an oblique sputtering method of an inorganic material has been proposed instead of the alignment film rubbed with an organic material. For example, Patent Document 2 describes a method of forming an alignment film made of an inorganic material by causing sputtered particles to enter the substrate obliquely. However, in the case of the oblique sputtering method, sputtered particles are wasted and it is difficult to accurately control the incident angle. Further, in the oblique deposition method, in order to ensure the accuracy of the oblique incident angle, the distance between the evaporation source and the substrate has to be increased, and there is a problem that the apparatus is easily increased in size. In addition, the number of substrates that can be mounted is limited, and since batch processing is usually performed, there is a problem that the tact time is long and the productivity is low.

一方、従来より、イオンビームを用いた配向処理方法も知られている。例えば、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜に対して、アルゴンイオンを含むイオンビームを照射すると、ポリイミド膜に対してラビング処理を施した場合と同等の配向規制力が得られる。また、この方法によれば、プレチルト角を良好に制御することもできる。   On the other hand, conventionally, an alignment processing method using an ion beam is also known. For example, when an ion beam containing argon ions is irradiated onto a DLC (diamond-like carbon) film, an alignment regulating force equivalent to that obtained when the polyimide film is rubbed is obtained. Further, according to this method, the pretilt angle can be controlled well.

しかし、DLC膜は、可視光の短波長域(波長500nm以下)で吸収が大きくなるので、レーザ光を光源とする光ヘッド装置、特に、青色やこれより短波長の光を光源とする光ヘッド装置などには適さない。一方、DLC膜に代えてシリコン酸化膜を用いると、上記の問題は解消されるものの、液晶分子に対する配向規制力が低下して液晶の配向秩序が不十分となりやすいという問題があった。   However, since the DLC film has a large absorption in the short wavelength range of visible light (wavelength of 500 nm or less), an optical head device using laser light as a light source, particularly an optical head using light of blue or shorter wavelength as a light source. Not suitable for equipment. On the other hand, when a silicon oxide film is used instead of the DLC film, the above problem is solved, but there is a problem that the alignment regulating force on the liquid crystal molecules is lowered and the alignment order of the liquid crystal tends to be insufficient.

また、高密度のシリコン酸化膜に代えて、無機多孔質膜を用いることも提案されている。例えば、特許文献3には、多孔質シリカ材料の前駆体溶液を塗布した後、熱処理を行うことによって、多孔質のシリコン酸化膜を形成して垂直配向膜を得ることが記載されている。しかし、多孔質膜を形成しただけでは、電圧を印加したときの液晶分子の動作方向を一定にすることができないという問題があった。すなわち、空孔は多孔質膜の表面に対して略垂直に形成されるので、電圧を印加して液晶分子が水平方向に向かって向きを変える際、液晶分子の向く方向が揃わないという問題があった。   It has also been proposed to use an inorganic porous film instead of a high-density silicon oxide film. For example, Patent Document 3 describes that a vertical alignment film is obtained by forming a porous silicon oxide film by applying a precursor solution of a porous silica material and then performing a heat treatment. However, there is a problem that the operation direction of liquid crystal molecules cannot be made constant when a voltage is applied only by forming a porous film. That is, since the vacancies are formed substantially perpendicular to the surface of the porous film, there is a problem that when the liquid crystal molecules are turned in the horizontal direction by applying a voltage, the directions of the liquid crystal molecules are not aligned. there were.

特開2001−318382号公報JP 2001-318382 A 特開2004−170744号公報JP 2004-170744 A 特開2004−69870号公報JP 2004-69870 A

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、配向規制力の高い配向膜を製造する方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a method for producing an alignment film having a high alignment regulating force.

また、本発明の他の目的は、光学特性と信頼性に優れた液晶光学素子および光ヘッド装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a liquid crystal optical element and an optical head device having excellent optical characteristics and reliability.

本発明のその他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.

本発明の第1の態様は、微粒子と、該微粒子とイオンビームまたはプラズマビームによるエッチングレートの異なるマトリックス成分とを含む配向膜組成物を基板の上に塗布する工程と、
前記配向膜組成物に対して熱処理を行い前記マトリックス成分の重合を進める工程と、
前記熱処理後の配向膜組成物からなる膜に対して前記ビームを斜めに入射させることにより、該配向膜組成物からなる膜の表面に前記ビームの入射方向に平行または垂直な溝を形成する工程とを有することを特徴とする配向膜の製造方法に関する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a step of applying an alignment film composition containing fine particles and matrix components having different fine particles and an ion beam or plasma beam etching rate on a substrate;
A step of performing a heat treatment on the alignment film composition to advance polymerization of the matrix component;
A step of forming grooves parallel or perpendicular to the incident direction of the beam on the surface of the film made of the alignment film composition by obliquely making the beam incident on the film made of the alignment film composition after the heat treatment It is related with the manufacturing method of the oriented film characterized by having.

本発明の第1の態様において、前記配向膜組成物は前記微粒子を主成分とすることが好ましい。   In the first aspect of the present invention, the alignment film composition preferably contains the fine particles as a main component.

本発明の第1の態様において、前記マトリックス成分が前記微粒子よりエッチングレートが大きい場合には、前記溝のピッチは前記微粒子の平均粒子径に略等しいことが好ましい。   In the first aspect of the present invention, when the matrix component has an etching rate larger than that of the fine particles, the pitch of the grooves is preferably substantially equal to the average particle diameter of the fine particles.

本発明の第1の態様において、前記マトリックス成分は、Ca、Li、Al、Mg、Ce、Si、Sn、Y、Hf、Zr、Zn、Ta、Ti、CaF、LiF、AlF、MgF、CeF、Al、SiO、SnO、MgO、Y、HfO、ZrO、ZnO、Ta、CeO、Nb、TiO、TiOまたはITOを構成成分として含むことが好ましい。In the first aspect of the present invention, the matrix component includes Ca, Li, Al, Mg, Ce, Si, Sn, Y, Hf, Zr, Zn, Ta, Ti, CaF 2 , LiF, AlF 3 , MgF 2. , CeF 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 , SnO 2 , MgO, Y 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , ZnO, Ta 2 O 5 , CeO 2 , Nb 2 O 5 , TiO, TiO 2 or ITO It is preferable to contain as a structural component.

本発明の第2の態様は、微粒子と溶剤からなる配向膜組成物を基板の上に塗布する工程と、
前記配向膜組成物に対して熱処理を行い前記溶剤を除去する工程と、
前記熱処理後の配向膜組成物からなる膜に対してイオンビームまたはプラズマビームを斜めに入射させることにより、該配向膜組成物からなる膜の表面に前記ビームの入射方向に平行または垂直な溝を形成する工程とを有することを特徴とする配向膜の製造方法に関する。
The second aspect of the present invention is a step of applying an alignment film composition comprising fine particles and a solvent on a substrate;
Performing a heat treatment on the alignment film composition to remove the solvent;
By making an ion beam or a plasma beam obliquely enter the film made of the alignment film composition after the heat treatment, grooves parallel or perpendicular to the incident direction of the beam are formed on the surface of the film made of the alignment film composition. And a process for forming the alignment film.

本発明の第2の態様において、前記溝のピッチは、前記微粒子の平均粒子径に略等しいことが好ましい。   2nd aspect of this invention WHEREIN: It is preferable that the pitch of the said groove | channel is substantially equal to the average particle diameter of the said microparticle.

本発明の第2の態様において、前記微粒子の平均粒子径は70nm以下であることが好ましい。   In the second aspect of the present invention, the fine particles preferably have an average particle size of 70 nm or less.

本発明の第1の態様および第2の態様において、前記微粒子は、Ca、Li、Al、Mg、Ce、Si、Sn、Y、Hf、Zr、Zn、Ta、Ti、CaF、LiF、AlF、MgF、CeF、Al、SiO、SnO、MgO、Y、HfO、ZrO、ZnO、Ta、CeO、Nb、TiO、TiOまたはITOからなることが好ましい。In the first aspect and the second aspect of the present invention, the fine particles include Ca, Li, Al, Mg, Ce, Si, Sn, Y, Hf, Zr, Zn, Ta, Ti, CaF 2 , LiF, and AlF. 3, MgF 2, CeF 3, Al 2 O 3, SiO 2, SnO 2, MgO, Y 2 O 3, HfO 2, ZrO 2, ZnO, Ta 2 O 5, CeO 2, Nb 2 O 5, TiO, TiO Preferably it consists of 2 or ITO.

本発明の第3の態様は、SiOからなる微粒子とテトラエトキシシランからなるマトリックス成分とを含む配向膜組成物を基板の上に塗布する工程と、
前記配向膜組成物に対して熱処理を行い前記マトリックス成分の重合を進める工程と、
前記熱処理後の配向膜組成物からなる膜に対してイオンビームまたはプラズマビームを斜めに入射させることにより、該配向膜組成物からなる膜の表面に前記ビームの入射方向に平行または垂直な溝を形成する工程とを有し、
前記配向膜組成物中に前記微粒子は、前記微粒子の質量と前記マトリックス成分のSiO換算質量との合計量に対し40質量%以上の割合で存在することを特徴とする配向膜の製造方法に関する。
A third aspect of the present invention is a step of applying an alignment film composition comprising fine particles composed of SiO 2 and a matrix component composed of tetraethoxysilane on a substrate;
A step of performing a heat treatment on the alignment film composition to advance polymerization of the matrix component;
By making an ion beam or a plasma beam obliquely enter the film made of the alignment film composition after the heat treatment, grooves parallel or perpendicular to the incident direction of the beam are formed on the surface of the film made of the alignment film composition. And forming a process,
In the alignment film composition, the fine particles are present in a ratio of 40% by mass or more with respect to the total amount of the fine particles and the matrix component in terms of SiO 2. .

本発明の第3の態様において、前記マトリックス成分は前記微粒子よりエッチングレートが大きく、前記溝のピッチは前記微粒子の平均粒子径に略等しいことが好ましい。   In the third aspect of the present invention, it is preferable that the matrix component has a higher etching rate than the fine particles, and the pitch of the grooves is substantially equal to the average particle diameter of the fine particles.

本発明の第3の態様において、前記微粒子の平均粒子径は70nm以下であることが好ましい。   In the third aspect of the present invention, the fine particles preferably have an average particle size of 70 nm or less.

本発明の第4の態様は、本発明の第1の態様、第2の態様または第3の態様によって製造された配向膜を備えた液晶光学素子に関する。   A 4th aspect of this invention is related with the liquid crystal optical element provided with the orientation film manufactured by the 1st aspect, the 2nd aspect, or the 3rd aspect of this invention.

本発明の第5の態様は、本発明の第4の態様の液晶光学素子を有する光ヘッド装置に関する。   A fifth aspect of the present invention relates to an optical head device having the liquid crystal optical element of the fourth aspect of the present invention.

本発明の第1の態様によれば、微粒子とマトリックス成分とを含む配向膜組成物を用いて、イオンビームまたはプラズマビームを斜めに入射させることにより、該配向膜組成物からなる膜の表面にビームの入射方向に平行または垂直な溝を形成する。これにより、配向規制力の高い配向膜を製造することができる。   According to the first aspect of the present invention, an alignment film composition containing fine particles and a matrix component is used, and an ion beam or a plasma beam is incident obliquely on the surface of the film made of the alignment film composition. A groove parallel or perpendicular to the incident direction of the beam is formed. Thereby, an alignment film having a high alignment regulating force can be manufactured.

本発明の第2の態様によれば、微粒子と溶剤からなる配向膜組成物を用いて、イオンビームまたはプラズマビームを斜めに入射させることにより、該配向膜組成物からなる膜の表面にビームの入射方向に平行または垂直な溝を形成する。これにより、配向規制力の高い配向膜を製造することができる。   According to the second aspect of the present invention, an ion beam or a plasma beam is obliquely incident using an alignment film composition composed of fine particles and a solvent, whereby the beam is incident on the surface of the film composed of the alignment film composition. A groove parallel or perpendicular to the incident direction is formed. Thereby, an alignment film having a high alignment regulating force can be manufactured.

本発明の第3の態様によれば、SiOからなる微粒子とテトラエトキシシランからなるマトリックス成分とを含む配向膜組成物を用いて、イオンビームまたはプラズマビームを斜めに入射させる。また、配向膜組成物中に微粒子は、微粒子の質量とマトリックス成分のSiO換算質量との合計量に対し40質量%以上の割合で存在する。これにより、配向規制力の高い配向膜を製造することができる。According to the third aspect of the present invention, an ion beam or a plasma beam is obliquely incident using an alignment film composition containing fine particles made of SiO 2 and a matrix component made of tetraethoxysilane. In the alignment film composition, the fine particles are present in a proportion of 40% by mass or more based on the total amount of the fine particles and the matrix component in terms of SiO 2 . Thereby, an alignment film having a high alignment regulating force can be manufactured.

本発明の第4の態様によれば、光学特性と信頼性に優れた液晶光学素子とすることができる。   According to the 4th aspect of this invention, it can be set as the liquid crystal optical element excellent in the optical characteristic and reliability.

本発明の第5の態様によれば、光学特性と信頼性に優れた光ヘッド装置とすることができる。   According to the fifth aspect of the present invention, an optical head device having excellent optical characteristics and reliability can be obtained.

本実施の形態における配向膜の形成方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the formation method of the alignment film in this Embodiment. 本実施の形態における配向膜の形成方法を説明する図である。It is a figure explaining the formation method of the alignment film in this Embodiment. 本実施の形態における配向膜の形成方法を説明する図である。It is a figure explaining the formation method of the alignment film in this Embodiment. (a)は、熱処理を終えた後の配向膜組成物表面の斜視図であり、(b)は、(a)のI−I線に沿う断面図である。(A) is a perspective view of the alignment film composition surface after finishing heat processing, (b) is sectional drawing which follows the II line | wire of (a). (a)は、イオンビーム照射後にイオンの入射方向と平行に溝が形成された様子を示す斜視図であり、(b)は、(a)のII−II線に沿う断面図である。(A) is a perspective view which shows a mode that the groove | channel was formed in parallel with the incident direction of ion after ion beam irradiation, (b) is sectional drawing which follows the II-II line of (a). (a)は、イオンビーム照射後にイオンの入射方向と垂直に溝が形成された様子を示す斜視図であり、(b)は、(a)のIII−III線に沿う断面図である。(A) is a perspective view which shows a mode that the groove | channel was formed perpendicularly | vertically with the incident direction of ion after ion beam irradiation, (b) is sectional drawing which follows the III-III line of (a). 本実施の形態で使用されるイオンビーム照射装置の概略図である。It is the schematic of the ion beam irradiation apparatus used by this Embodiment. 本発明を適用可能な液晶レンズ素子の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the liquid crystal lens element which can apply this invention. 本発明を適用可能な光ヘッド装置の構成図である。It is a block diagram of the optical head apparatus which can apply this invention. 本発明を適用可能な光ヘッド装置の他の構成図である。It is another block diagram of the optical head apparatus which can apply this invention. 図10の液晶素子の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the liquid crystal element of FIG. (a)は、イオンビーム照射前の配向膜組成物を用いて形成された薄膜のSEM写真であり、(b)は、イオンビーム照射により得られた配向膜のSEM写真である。(A) is the SEM photograph of the thin film formed using the alignment film composition before ion beam irradiation, (b) is the SEM photograph of the alignment film obtained by ion beam irradiation. 実施例および比較例のツイスト角の比較図である。It is a comparison figure of the twist angle of an Example and a comparative example. 実施例および比較例について、積算光量に対するツイスト角の変化率を示す図である。It is a figure which shows the change rate of the twist angle with respect to integrated light quantity about an Example and a comparative example. (a)は、イオンビーム照射前の配向膜組成物を用いて形成された薄膜のSEM写真であり、(b)は、イオンビーム照射により得られた配向膜のSEM写真である。(A) is the SEM photograph of the thin film formed using the alignment film composition before ion beam irradiation, (b) is the SEM photograph of the alignment film obtained by ion beam irradiation. 実施例について、高温高湿環境試験に対するツイスト角の変化率を示す図である。It is a figure which shows the change rate of the twist angle with respect to a high temperature, high humidity environment test about an Example.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 電極層
3 配向膜組成物
4 配向膜
5 溝
11 チャンバ
12 基板ホルダ
13 基板
14 イオンガン
15 ガス導入口
16 電極系
17 排気口
18 中和用電子銃
21 液晶レンズ素子
22,42 第1の透明基板
23,43 第2の透明基板
24 第1の電極層
25,45 第1の配向膜
26 第2の電極層
27 第2の配向膜
28 シール材
29 液晶層
30 液晶セル
31 電源
32,41 光ヘッド装置
33 光源
34 回折格子
35 位相差素子
36 対物レンズ
37,38 光ディスク
39,40,52 光検出器
42 半導体レーザ
43 コリメートレンズ
44 液晶素子
45 電圧制御装置
46 偏光子
47 λ/4板
48 アクチュエータ
49,51 集光レンズ
50 光記録媒体
61,62 透明基板
63 液晶層
64,65 透明電極
66,67 配向膜
68 液晶分子
69 シール材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Electrode layer 3 Alignment film composition 4 Alignment film 5 Groove 11 Chamber 12 Substrate holder 13 Substrate 14 Ion gun 15 Gas inlet 16 Electrode system 17 Exhaust outlet 18 Electron gun for neutralization 21 Liquid crystal lens element 22, 42 First Transparent substrate 23, 43 Second transparent substrate 24 First electrode layer 25, 45 First alignment film 26 Second electrode layer 27 Second alignment film 28 Sealing material 29 Liquid crystal layer 30 Liquid crystal cell 31 Power source 32, 41 Optical head device 33 Light source 34 Diffraction grating 35 Phase difference element 36 Objective lens 37, 38 Optical disk 39, 40, 52 Optical detector 42 Semiconductor laser 43 Collimator lens 44 Liquid crystal element 45 Voltage controller 46 Polarizer 47 λ / 4 plate 48 Actuator 49, 51 Condensing lens 50 Optical recording medium 61, 62 Transparent substrate 63 Liquid crystal layer 64, 65 Transparent Pole 66, 67 alignment film 68 liquid crystal molecules 69 sealing material

電圧を印加したときに、液晶分子の動作方向を揃えるようにするには、液晶の初期配向状態を基板に対して傾斜させておくのがよい。つまり、電圧を印加していない状態において、液晶分子の長軸が、基板に垂直な方向に対してプレチルト角を持って傾斜しているようにすればよい。こうした考えのもと、これまでに、多孔質膜に対してイオンビームを照射することにより、空孔を斜めに傾斜させる方法が開示されている(例えば、特開2005−31196号公報参照。)これに対して、本発明者は、微粒子を含む配向膜組成物に対して熱処理を行い、次いで、イオンビームまたはプラズマビームを斜めに入射させることにより、配向膜組成物からなる膜の表面に溝を形成して配向規制力の高い配向膜を得る方法を見出した。以下、本発明の実施の形態について述べる。   In order to align the operation direction of the liquid crystal molecules when a voltage is applied, the initial alignment state of the liquid crystal is preferably inclined with respect to the substrate. In other words, in a state where no voltage is applied, the major axis of the liquid crystal molecules may be inclined with a pretilt angle with respect to the direction perpendicular to the substrate. Based on this idea, a method has been disclosed so far in which the pores are inclined obliquely by irradiating the porous film with an ion beam (see, for example, JP-A-2005-31196). On the other hand, the inventor performs heat treatment on the alignment film composition containing fine particles, and then injects an ion beam or a plasma beam obliquely to form a groove on the surface of the film made of the alignment film composition. The present inventors have found a method for forming an alignment film having a high alignment regulating force by forming a film. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

図1は、本実施の形態における配向膜の形成方法を示すフローチャートである。また、図2および図3は、配向膜の形成方法を説明する基板の断面図である。尚、図2および図3において、同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。   FIG. 1 is a flowchart showing a method for forming an alignment film in the present embodiment. 2 and 3 are cross-sectional views of the substrate for explaining the method of forming the alignment film. In FIGS. 2 and 3, the same reference numerals indicate the same parts.

まず、電極層2が形成された基板1を準備する(ステップ1)。   First, a substrate 1 on which an electrode layer 2 is formed is prepared (step 1).

基板1としては、可視光に対する透過率が高い材料からなる透明基板を用いることができる。具体的には、アルカリガラス、無アルカリガラスおよび石英ガラスなどの無機ガラスの他に、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、および、ポリフッ化ビニルなどのフッ素含有ポリマーなどの透明材料からなる基板が挙げられる。   As the substrate 1, a transparent substrate made of a material having a high transmittance for visible light can be used. Specifically, in addition to inorganic glass such as alkali glass, alkali-free glass and quartz glass, polyester, polycarbonate, polyether, polysulfone, polyethersulfone, polyvinyl alcohol, and fluorine-containing polymers such as polyvinyl fluoride, etc. A substrate made of a transparent material is exemplified.

電極層2には、透明な導電性材料を用いることができる。例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、SnOまたはZnOなどを電極材料として用いることができる。但し、本実施の形態においては、電極層2はなくてもよい。A transparent conductive material can be used for the electrode layer 2. For example, ITO (Indium Tin Oxide), SnO 2 or ZnO can be used as the electrode material. However, in the present embodiment, the electrode layer 2 may not be provided.

次に、図2に示すように、電極層2が設けられた基板1の上に、配向膜組成物3を塗布する(ステップ2)。   Next, as shown in FIG. 2, an alignment film composition 3 is applied on the substrate 1 provided with the electrode layer 2 (step 2).

尚、本発明では、通常の液晶光学素子で使用されるように、基板1と電極層2との間に、絶縁層や遮光層などを設けることができる。また、電極層2と配向膜組成物3との間に、絶縁層や遮光層などを設けることもできる。さらに、基板1の電極層2が設けられる側とは反対側の面に、無反射層などを設けることも可能である。   In the present invention, an insulating layer, a light shielding layer, or the like can be provided between the substrate 1 and the electrode layer 2 as used in a normal liquid crystal optical element. In addition, an insulating layer, a light shielding layer, or the like can be provided between the electrode layer 2 and the alignment film composition 3. Furthermore, a non-reflective layer or the like can be provided on the surface of the substrate 1 opposite to the side on which the electrode layer 2 is provided.

配向膜組成物3の塗布方法は、特に制限されるものではなく、種々の方法を用いることができる。例えば、スピンコータ、エアーナイフコータ、ブレードコータ、バーコータ、グラビアコータ、ロールコータ、ダイコータ、ナイフコータまたはスクリーンコータなどが挙げられる。   The coating method of the alignment film composition 3 is not particularly limited, and various methods can be used. Examples thereof include a spin coater, an air knife coater, a blade coater, a bar coater, a gravure coater, a roll coater, a die coater, a knife coater, and a screen coater.

配向膜組成物3は、微粒子とマトリックス成分とを含むものとする。これらの混合比は適宜変えることができる。例えば、SiOからなる微粒子とテトラエトキシシランからなるマトリックス成分とを含む配向膜組成物の場合、配向膜組成物中に微粒子が、微粒子の質量とマトリックス成分のSiO換算質量との合計量に対し40質量%以上の割合で存在することにより、配向規制力の高い配向膜を得ることができる。尚、マトリックス成分のSiO換算質量は、テトラエトキシシラン前駆体から求められる。The alignment film composition 3 includes fine particles and a matrix component. These mixing ratios can be appropriately changed. For example, if the alignment film composition comprising a matrix component composed of fine particles and tetraethoxysilane consisting SiO 2, fine particles in the alignment film composition, the total amount of SiO 2 reduced mass of the mass and the matrix component of the fine particles On the other hand, by being present at a ratio of 40% by mass or more, an alignment film having a high alignment regulating force can be obtained. Incidentally, SiO 2 mass in terms of the matrix components is obtained from tetraethoxysilane precursors.

配向膜の耐光性を高くする点からは、配向膜組成物は微粒子を主成分とするのが好ましい。本発明において「主成分」とは、配向膜組成物を構成する成分のうち、最大の固形含有量比率を有する成分を指す。例えば、微粒子としてSiOを用い、マトリックス成分としてテトラエトキシシランを用いた場合、配向膜組成物中に微粒子が、微粒子の質量とマトリックス成分のSiO換算質量との合計量に対し60質量%以上の割合で存在することが好ましく、80質量%以上の割合で存在することがより好ましい。From the viewpoint of increasing the light resistance of the alignment film, the alignment film composition preferably contains fine particles as a main component. In the present invention, the “main component” refers to a component having the maximum solid content ratio among the components constituting the alignment film composition. For example, when SiO 2 is used as the fine particles and tetraethoxysilane is used as the matrix component, the fine particles in the alignment film composition are 60% by mass or more based on the total amount of the fine particles and the matrix component in terms of SiO 2. Preferably, it exists in the ratio of 80 mass% or more.

本実施の形態においては、例えば、平均粒子径が5nm以上の微粒子を用いることができる。但し、配向規制力を高くする点からは、微粒子の平均粒子径は小さい方が好ましい。具体的には、100nm以下の平均粒子径であることが好ましく、70nm以下であることがより好ましい。尚、本発明において、「微粒子の平均粒子径」は微粒子の平均一次粒子径を指す。微粒子の形状は、特に限定されるものではなく、球状、平板状または球状がつながった鎖状などとすることができる。球状の場合は中空であってもよい。   In the present embodiment, for example, fine particles having an average particle diameter of 5 nm or more can be used. However, from the viewpoint of increasing the orientation regulating force, it is preferable that the average particle diameter of the fine particles is small. Specifically, the average particle size is preferably 100 nm or less, and more preferably 70 nm or less. In the present invention, “average particle size of fine particles” refers to the average primary particle size of fine particles. The shape of the fine particles is not particularly limited, and may be a spherical shape, a flat plate shape, or a chain shape in which spherical shapes are connected. In the case of a spherical shape, it may be hollow.

微粒子としては、Ca(カルシウム)、Li(リチウム)、Al(アルミニウム)、Mg(マグネシウム)、Ce(セリウム)、Si(シリコン)、Sn(スズ)、Y(イットリウム)、Hf(ハフニウム)、Zr(ジルコニウム)、Zn(亜鉛)、Ta(タンタル)およびTi(チタン)などの金属が挙げられる。また、微粒子は、これらの金属の酸化物、フッ化物、窒化物若しくは酸窒化物またはこれらの複合化合物などであってもよい。
具体的には、CaF(フッ化カルシウム)、LiF(フッ化リチウム)、AlF(フッ化アルミニウム)、MgF(フッ化マグネシウム)、CeF(フッ化セリウム)、Al(酸化アルミニウム)、SiO(二酸化ケイ素)、SnO(酸化スズ)、MgO(酸化マグネシウム)、Y(酸化イットリウム)、HfO(酸化ハフニウム)、ZrO(酸化ジルコニウム)、ZnO(酸化亜鉛)、Ta(五酸化タンタル)、CeO(酸化セリウム)、Nb(五酸化ニオブ)、TiO(一酸化チタン)、TiO(二酸化チタン)またはITO(Indium Tin Oxide)などが挙げられる。さらに、微粒子は、上記金属およびその酸化物、フッ化物、窒化物、酸窒化物並びにこれらの複合化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種とすることができる。さらに微粒子は、微粒子表面のシラノール基を有機基に置換した構造であってもよい。有機基としては、アルキル基、アリール基およびアルケニル基、並びに、一部の水素原子がハロゲン原子、芳香族基、脂環基、エポキシ基、ビニル基、メルカプト基またはアミノ基で置換されたアルキル基よりなる群から選ばれるものとすることができる。この場合、有機基は、1種類のみであってもよいし、2種類以上を組み合わせてもよい。
As fine particles, Ca (calcium), Li (lithium), Al (aluminum), Mg (magnesium), Ce (cerium), Si (silicon), Sn (tin), Y (yttrium), Hf (hafnium), Zr Metals such as (zirconium), Zn (zinc), Ta (tantalum) and Ti (titanium). The fine particles may be oxides, fluorides, nitrides or oxynitrides of these metals, or composite compounds thereof.
Specifically, CaF 2 (calcium fluoride), LiF (lithium fluoride), AlF 3 (aluminum fluoride), MgF 2 (magnesium fluoride), CeF 3 (cerium fluoride), Al 2 O 3 (oxidation) Aluminum), SiO 2 (silicon dioxide), SnO 2 (tin oxide), MgO (magnesium oxide), Y 2 O 3 (yttrium oxide), HfO 2 (hafnium oxide), ZrO 2 (zirconium oxide), ZnO (zinc oxide) ), Ta 2 O 5 (tantalum pentoxide), CeO 2 (cerium oxide), Nb 2 O 5 (niobium pentoxide), TiO (titanium monoxide), TiO 2 (titanium dioxide), ITO (Indium Tin Oxide), etc. Is mentioned. Furthermore, the fine particles may be at least one selected from the group consisting of the above metals and oxides thereof, fluorides, nitrides, oxynitrides, and composite compounds thereof. Furthermore, the fine particles may have a structure in which silanol groups on the fine particle surfaces are substituted with organic groups. Organic groups include alkyl groups, aryl groups, and alkenyl groups, and alkyl groups in which some hydrogen atoms are substituted with halogen atoms, aromatic groups, alicyclic groups, epoxy groups, vinyl groups, mercapto groups, or amino groups. It can be selected from the group consisting of: In this case, only one type of organic group may be used, or two or more types may be combined.

マトリックス成分には、微粒子とイオンビームによるエッチングレートの異なる材料を用いる。微粒子と同じ組成の材料であっても、微粒子と密度が異なればエッチングレートも異なるので、マトリックス成分として用いることが可能である。マトリックス成分を構成する成分としては、微粒子と同様に、Ca(カルシウム)、Li(リチウム)、Al(アルミニウム)、Mg(マグネシウム)、Ce(セリウム)、Si(シリコン)、Sn(スズ)、Y(イットリウム)、Hf(ハフニウム)、Zr(ジルコニウム)、Zn(亜鉛)、Ta(タンタル)、Nb(ニオブ)およびTi(チタン)などの金属を用いることができる。また、これらの金属の酸化物、フッ化物、窒化物若しくは酸窒化合物またはこれらの複合化物などを用いることもできる。例えば、CaF(フッ化カルシウム)、LiF(フッ化リチウム)、AlF(フッ化アルミニウム)、MgF(フッ化マグネシウム)、CeF(フッ化セリウム)、Al(酸化アルミニウム)、SiO(二酸化ケイ素)、SnO(酸化スズ)、MgO(酸化マグネシウム)、Y(酸化イットリウム)、HfO(酸化ハフニウム)、ZrO(酸化ジルコニウム)、ZnO(酸化亜鉛)、Ta(五酸化タンタル)、CeO(酸化セリウム)、Nb(五酸化ニオブ)、TiO(一酸化チタン)、TiO(二酸化チタン)またはITO(Indium Tin Oxide)などが挙げられる。さらに、マトリックス構成成分として、上記金属およびその酸化物、フッ化物、窒化物、酸窒化物並びにこれらの複合化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種を用いることができる。As the matrix component, materials having different etching rates by fine particles and ion beams are used. Even a material having the same composition as the fine particles can be used as a matrix component because the etching rate is different if the density is different from that of the fine particles. The components constituting the matrix component are Ca (calcium), Li (lithium), Al (aluminum), Mg (magnesium), Ce (cerium), Si (silicon), Sn (tin), Y as well as the fine particles. Metals such as (yttrium), Hf (hafnium), Zr (zirconium), Zn (zinc), Ta (tantalum), Nb (niobium), and Ti (titanium) can be used. In addition, oxides, fluorides, nitrides, oxynitride compounds, or composites of these metals can also be used. For example, CaF 2 (calcium fluoride), LiF (lithium fluoride), AlF 3 (aluminum fluoride), MgF 2 (magnesium fluoride), CeF 3 (cerium fluoride), Al 2 O 3 (aluminum oxide), SiO 2 (silicon dioxide), SnO 2 (tin oxide), MgO (magnesium oxide), Y 2 O 3 (yttrium oxide), HfO 2 (hafnium oxide), ZrO 2 (zirconium oxide), ZnO (zinc oxide), Ta 2 O 5 (tantalum pentoxide), CeO 2 (cerium oxide), Nb 2 O 5 (niobium pentoxide), TiO (titanium monoxide), TiO 2 (titanium dioxide), ITO (Indium Tin Oxide), or the like. . Furthermore, at least one selected from the group consisting of the above metals and oxides thereof, fluorides, nitrides, oxynitrides, and composite compounds thereof can be used as the matrix constituent component.

マトリックス成分は、有機基を有する無機材料であることが好ましい。一例として、一般式SiRで表されるオルガノシロキサン類を挙げることができる。ここで、R,R,RおよびRの内の1つないし4つは、それぞれ独立に(a)水酸基、アルコキシル基、アリールオキシ基およびアシルオキシ基よりなる群から選ばれるものとすることができる。また、残りは、(b)水素原子、アルキル基、アリール基およびアルケニル基、並びに、一部の水素原子がハロゲン原子、芳香族基、脂環基、エポキシ基、ビニル基、メルカプト基またはアミノ基で置換されたアルキル基よりなる群から選ばれるものとすることができる。この場合、オルガノシロキサンは、1種類のみであってもよいし、2種類以上を組み合わせてもよい。マトリックス成分として用いることができる、有機基を有する無機材料のその他の例としては、ペンタエトキシタンタル(Ta(OC)やテトラエトキシチタン(Ti(OC)が挙げられる。The matrix component is preferably an inorganic material having an organic group. As an example, organosiloxanes represented by the general formula SiR 1 R 2 R 3 R 4 can be given. Here, one to four of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently selected from the group consisting of (a) a hydroxyl group, an alkoxyl group, an aryloxy group and an acyloxy group. be able to. The remainder is (b) a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group and an alkenyl group, and some hydrogen atoms are halogen atoms, aromatic groups, alicyclic groups, epoxy groups, vinyl groups, mercapto groups or amino groups. It can be selected from the group consisting of alkyl groups substituted with In this case, only one type of organosiloxane may be used, or two or more types may be combined. Other examples of inorganic materials having an organic group that can be used as a matrix component include pentaethoxy tantalum (Ta (OC 2 H 5 ) 5 ) and tetraethoxy titanium (Ti (OC 2 H 5 ) 4 ). It is done.

マトリックス成分は、微粒子とエッチングレートの異なるものであれば無機材料に限られるものではなく、ポリイミドなどの有機材料を用いることも可能である。但し、配向膜の耐光性を向上させる点からは、無機材料をマトリックス成分として用いることが好ましい。特に、青色レーザ(波長390nm〜430nm)を光源として使用する用途では、無機材料が好ましく用いられる。   The matrix component is not limited to an inorganic material as long as it has a different etching rate from the fine particles, and an organic material such as polyimide can also be used. However, it is preferable to use an inorganic material as a matrix component from the viewpoint of improving the light resistance of the alignment film. In particular, inorganic materials are preferably used in applications where a blue laser (wavelength 390 nm to 430 nm) is used as a light source.

配向膜組成物3は、成膜性を向上させるために溶剤を含むことができる。溶剤としては、アルコール系、ケトン系、アミド系またはエステル系などを用いることができる。これらの溶剤は単独で用いることもできるし、2種以上を組み合わせて用いることもできる。   The alignment film composition 3 can contain a solvent in order to improve the film formability. As the solvent, alcohol, ketone, amide, ester, or the like can be used. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

アルコール系溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノールn−ブタノール、イソブタノールs−ブタノール、t−ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルおよびジプロピレングリコールモノプロピルエーテルなどを挙げることができる。これらは単独で用いることもできるし、2種以上を組み合わせて用いることもできる。   Examples of the alcohol solvent include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol n-butanol, isobutanol s-butanol, t-butanol, pentanol, hexanol, octanol, cyclohexanol, benzyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, Butylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene Glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether and dipropylene glycol And monopropyl ether. These can be used alone or in combination of two or more.

ケトン系溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトンおよびシクロヘキサノンなどを挙げることができる。これらは単独で用いることもできるし、2種以上を組み合わせて用いることもできる。   Examples of the ketone solvent include acetone, methyl ethyl ketone, methyl-n-propyl ketone, methyl-n-butyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone. These can be used alone or in combination of two or more.

アミド系溶剤としては、例えば、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−エチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、N−メチルピロリドン、N−ホルミルモルホリン、N−ホルミルピペリジン、N−ホルミルピロリジン、N−アセチルモルホリン、N−アセチルピペリジンおよびN−アセチルピロリジンなどを挙げることができる。これらは単独で用いることもできるし、2種以上を組み合わせて用いることもできる。   Examples of amide solvents include formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N-ethylformamide, N, N-diethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N- Ethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methylpropionamide, N-methylpyrrolidone, N-formylmorpholine, N-formylpiperidine, N-formylpyrrolidine, N-acetylmorpholine, N-acetylpiperidine and N-acetylpyrrolidine And so on. These can be used alone or in combination of two or more.

エステル系溶剤としては、例えば、ジエチルカーボネート、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジエチル、酢酸メチル、酢酸エチル、γ−ブチロラクトン、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸プリピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノプロピルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノブチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピオン酸メチルおよびプロピオン酸エチルなどを挙げることができる。これらは単独で用いることもできるし、2種以上を組み合わせて用いることもできる。   Examples of ester solvents include diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, n-propyl acetate, isopropyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, ethylene glycol monomethyl acetate. Ether, Diethylene glycol monomethyl ether, Diethylene glycol monoethyl ether, Diethylene glycol mono-n-butyl ether, Propylene glycol monomethyl ether, Propylene glycol monoethyl ether, Propylene glycol monopropyl ether, Propylene glycol monobutyl ether, Diacetate Propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether acetate, propylene Such as phosphate methyl and ethyl propionate and the like. These can be used alone or in combination of two or more.

配向膜組成物3は、界面活性剤を含むこともできる。界面活性剤としては、ノニオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤および両性界面活性剤のいずれをも用いることができる。   The alignment film composition 3 can also contain a surfactant. As the surfactant, any of a nonionic surfactant, an anionic surfactant, a cationic surfactant and an amphoteric surfactant can be used.

基板1の上に配向膜組成物3を塗布した後は、この配向膜組成物3に対して熱処理を行う(ステップ3)。   After the alignment film composition 3 is applied on the substrate 1, the alignment film composition 3 is subjected to heat treatment (step 3).

配向膜組成物3が溶剤を含む場合には、ステップ3は、第1の熱処理(プリベーク)を行った後に、第2の熱処理(ポストベーク)を行う工程とすることができる。すなわち、第1の熱処理で主として溶剤を除去した後、第2の熱処理でマトリックス成分の重合を進めることができる。一般に、第1の熱処理の温度は70℃〜200℃とすることができ、第2の熱処理の温度は200℃〜450℃とすることができる。   When the alignment film composition 3 contains a solvent, Step 3 can be a process of performing a second heat treatment (post-baking) after performing the first heat treatment (pre-baking). That is, after the solvent is mainly removed by the first heat treatment, the polymerization of the matrix component can be advanced by the second heat treatment. In general, the temperature of the first heat treatment can be 70 ° C. to 200 ° C., and the temperature of the second heat treatment can be 200 ° C. to 450 ° C.

尚、マトリックス成分の重合を助けるために、配向膜組成物3に触媒を含めることができる。触媒は、酸およびアルカリのいずれを用いてもよい。   In addition, in order to assist superposition | polymerization of a matrix component, a catalyst can be included in the alignment film composition 3. FIG. As the catalyst, either acid or alkali may be used.

酸触媒としては、塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、リン酸およびホウ酸などの無機酸、並びに、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロ酸およびトリクロロ酢酸などの有機酸を挙げることができる。これらの酸触媒は単独で用いることもできるし、2種以上を組み合わせて用いることもできる。   Acid catalysts include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, phosphoric acid and boric acid, as well as formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, p-toluenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, methanesulfonic acid, Mention may be made of organic acids such as trifluoroacid and trichloroacetic acid. These acid catalysts can be used alone or in combination of two or more.

アルカリ触媒としては、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウムおよび水酸化カルシウムなどの無機塩基を挙げることができる。また、メタノールアミン、エタノールアミン、プロパノールアミン、ブタノールアミン、ジメタノールアミン、ジエタノールアミンおよびジプロパノールアミンなどのアルカノールアミン類、メトキシメチルアミン、メトキシエチルアミン、メトキシプロピルアミン、メトキシブチルアミン、エトキシメチルアミン、エトキシエチルアミン、エトキシプロピルアミンおよびエトキシブチルアミンなどのアルコキシアルキルアミン類、並びに、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミンおよびトリブチルアミンなどのアルキルアミン類などの有機塩基を挙げることもできる。これらのアルカリ触媒は単独で用いることもできるし、2種以上を組み合わせて用いることもできる。   Examples of the alkali catalyst include inorganic bases such as ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, barium hydroxide and calcium hydroxide. Also, alkanolamines such as methanolamine, ethanolamine, propanolamine, butanolamine, dimethanolamine, diethanolamine and dipropanolamine, methoxymethylamine, methoxyethylamine, methoxypropylamine, methoxybutylamine, ethoxymethylamine, ethoxyethylamine, Alkoxyalkylamines such as ethoxypropylamine and ethoxybutylamine, and alkyls such as methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, dibutylamine, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine and tributylamine Mention may also be made of organic bases such as amines. These alkali catalysts can be used alone or in combination of two or more.

次に、熱処理を終えた後の配向膜組成物3からなる膜にイオンビームを照射する(ステップ4)。これにより、配向膜4が得られる。   Next, the film made of the alignment film composition 3 after the heat treatment is irradiated with an ion beam (step 4). Thereby, the alignment film 4 is obtained.

ステップ4では、イオンビームが、基板1に対して傾斜した状態で入射するようにする。すなわち、熱処理後の配向膜組成物3からなる膜に対して斜めにイオンビームを照射する。入射角度は、一般には、基板の法線に対して40度以上で85度以下の範囲にある。
但し、後述する所望の溝を形成するのに適した入射角度は、配向膜組成物を構成する材料の種類によって変化するので、材料の種類に応じて適宜設定するのがよい。
In step 4, the ion beam is incident on the substrate 1 in an inclined state. That is, the ion beam is irradiated obliquely to the film made of the alignment film composition 3 after the heat treatment. The incident angle is generally in the range of 40 degrees to 85 degrees with respect to the normal of the substrate.
However, since an incident angle suitable for forming a desired groove to be described later varies depending on the type of material constituting the alignment film composition, it is preferable to set it appropriately according to the type of material.

熱処理後の配向膜組成物3からなる膜は、マトリックス成分中に微粒子が分散した状態、詳しくは、微粒子とマトリックス成分というエッチングレートの異なる材料が、適当な間隔で並んだ状態で構成されていることが好ましい。このような構造であれば、イオンビームの照射により、エッチングレートの大きいもの、例えば、マトリックス成分が選択的にエッチングされる。その結果、得られる配向膜の表面に周期的な凹凸を形成することができる。ここで、凹部は微粒子と微粒子の間の部分に対応し、凸部は微粒子の部分に対応する。また、イオンビームの照射によって、イオンの入射方向と平行(または垂直)に並んだ微粒子が斜影効果などの影響で互いに繋がり、粒状の微粒子は楕円状に成長する。これにより、凹部はイオンの入射方向に平行(または垂直)な溝を形成する。このように、本発明においては、イオンの入射方向に対して平行(または垂直)に溝が形成されることが必要である。その理由を、図4〜6を用いて説明する。   The film made of the alignment film composition 3 after the heat treatment is configured in a state where fine particles are dispersed in the matrix component, specifically, in a state where materials having different etching rates of the fine particles and the matrix component are arranged at appropriate intervals. It is preferable. With such a structure, a high etching rate, for example, a matrix component is selectively etched by ion beam irradiation. As a result, periodic irregularities can be formed on the surface of the resulting alignment film. Here, the concave portion corresponds to a portion between the fine particles, and the convex portion corresponds to the fine particle portion. Further, by irradiation with an ion beam, the fine particles arranged in parallel (or perpendicular) to the incident direction of ions are connected to each other by the influence of the oblique effect or the like, and the granular fine particles grow in an elliptical shape. Thus, the recess forms a groove parallel (or perpendicular) to the ion incident direction. Thus, in the present invention, it is necessary to form grooves in parallel (or perpendicular) to the incident direction of ions. The reason will be described with reference to FIGS.

図4(a)は、熱処理を終えた後の配向膜組成物からなる膜の表面を模式的に表した斜視図である。また、図4(b)は、図4(a)のI−I線に沿う断面図である。これらの図において、301は微粒子を表しており、302はマトリックス成分を表している。   FIG. 4A is a perspective view schematically showing the surface of a film made of the alignment film composition after heat treatment. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG. In these drawings, 301 represents fine particles, and 302 represents a matrix component.

図5(a)は、配向膜組成物からなる膜にイオンビームを照射して、イオンの入射方向と平行に溝が形成された様子を示す斜視図である。また、図5(b)は、図5(a)のII−II線に沿う断面図である。これらの図に示すように、溝5はその長手方向に所定の傾斜角度を持った状態となる。液晶6は溝5に沿って一軸方向に配向するので、この構造によれば、液晶6に所望のプレチルト角を付与することが可能である。したがって、極角方向に液晶を駆動させるアクティブ素子に対して好適な配向膜とすることができる。   FIG. 5A is a perspective view showing a state in which grooves formed in parallel to the incident direction of ions by irradiating a film made of the alignment film composition with an ion beam. Moreover, FIG.5 (b) is sectional drawing which follows the II-II line | wire of Fig.5 (a). As shown in these drawings, the groove 5 has a predetermined inclination angle in the longitudinal direction. Since the liquid crystal 6 is aligned in the uniaxial direction along the groove 5, it is possible to give a desired pretilt angle to the liquid crystal 6 according to this structure. Therefore, an alignment film suitable for an active element that drives liquid crystal in the polar angle direction can be obtained.

一方、図6(a)は、配向膜組成物からなる膜にイオンビームを照射して、イオンの入射方向と垂直に溝が形成された様子を示す斜視図である。また、図6(b)は、図6(a)のIII−III線に沿う断面図である。これらの図では、溝5′の長手方向に異方性は見られない。したがって、液晶6′にプレチルト角を付与することができず、プレチルト角を必要とする素子には適さない配向膜となる。しかし、プレチルト角を必要としない素子、例えば、IPS(In-Plane Switching)モードのアクティブ素子などに対しては好適な配向膜となり得る。IPSモードの場合、液晶を方位角方向に駆動させるため、プレチルト角を必要としない。むしろ、プレチルト角がゼロであれば、ノーマリーブラックタイプの素子で任意の方向から見た黒輝度を小さくして良好なコントラストを得ることができる。したがって、この場合には、イオンビームの入射方向と垂直に溝が形成された配向膜が好ましく用いられると考えられる。また、プレチルト角がゼロであると、入射角依存性が小さくなるので、波長板などの用途にも好ましく用いられる。プレチルト角を有する波長板の場合、入射角に応じて得られる位相差が0度を中心とした対称にならない。このため、波長板の配置の仕方によっては位相差のばらつきが大きくなってしまう。一方、プレチルト角がゼロであれば、0度を中心に対称な位相差が得られるので、上記の問題を解消することができる。したがって、この場合にも、イオンビームの入射方向と垂直に溝が形成された配向膜が好ましく用いられると考えられる。   On the other hand, FIG. 6A is a perspective view showing a state where grooves are formed perpendicular to the ion incident direction by irradiating a film made of the alignment film composition with an ion beam. Moreover, FIG.6 (b) is sectional drawing which follows the III-III line | wire of Fig.6 (a). In these figures, no anisotropy is observed in the longitudinal direction of the groove 5 '. Therefore, a pretilt angle cannot be given to the liquid crystal 6 ', and the alignment film is not suitable for an element that requires a pretilt angle. However, it can be a suitable alignment film for an element that does not require a pretilt angle, for example, an active element in an IPS (In-Plane Switching) mode. In the IPS mode, since the liquid crystal is driven in the azimuth direction, no pretilt angle is required. Rather, if the pretilt angle is zero, it is possible to obtain a good contrast by reducing the black luminance viewed from an arbitrary direction with a normally black type element. Therefore, in this case, it is considered that an alignment film having grooves formed perpendicular to the incident direction of the ion beam is preferably used. Further, when the pretilt angle is zero, the incident angle dependency is reduced, and therefore, it is preferably used for applications such as a wave plate. In the case of a wave plate having a pretilt angle, the phase difference obtained according to the incident angle is not symmetrical about 0 degree. For this reason, the dispersion | variation in a phase difference will become large depending on the arrangement | positioning method of a wavelength plate. On the other hand, if the pretilt angle is zero, a symmetrical phase difference can be obtained around 0 degree, so that the above problem can be solved. Accordingly, in this case, it is considered that an alignment film in which a groove is formed perpendicular to the incident direction of the ion beam is preferably used.

イオンの入射方向と溝の形成方向との関係は、イオンビームの入射角度やイオンビームによるエッチングの深さなどによって決まる。具体的には、イオンビームの入射角度やイオンのドーズ量が変わると、エッチングされる方向が、イオンの入射方向に対して垂直な方向と平行な方向との間で遷移する。こうした現象は従来から知られており、非特許文献1(関場 大一郎、「イオン・スパッタリングによる金属表面上のパターン形成」、応用物理、第73巻、第12号(2004)、p.1554−1557)や、非特許文献2(O. Yaroshchukら、「Planar and Tilted Uniform Alignment of Liquid Crystals by Plasma Treated Substrates」、electronic-liquid Crystal Communications、2004年2月5日、p.1−22)などに記載されている。   The relationship between the ion incident direction and the groove forming direction is determined by the ion beam incident angle, the etching depth by the ion beam, and the like. Specifically, when the ion beam incident angle or ion dose changes, the etching direction changes between a direction perpendicular to the ion incident direction and a direction parallel to the ion incident direction. Such a phenomenon has been conventionally known, and Non-Patent Document 1 (Daiichiro Sekiba, “Pattern Formation on Metal Surface by Ion Sputtering”, Applied Physics, Vol. 73, No. 12 (2004), p. 1557), Non-Patent Document 2 (O. Yaroshchuk et al., “Planar and Tilted Uniform Alignment of Liquid Crystals by Plasma Treated Substrates”, electronic-liquid Crystal Communications, February 5, 2004, p. 1-22). Are listed.

例えば、本発明者が実験したところによれば、CVD法によって形成されたSiONC膜に対して500eVのエネルギーでイオンビームを照射すると、入射角度が70度より小さい場合にはイオンの入射方向に対して垂直に溝が形成されるが、入射角度が70度より大きくなるとイオンの入射方向に対して平行に溝が形成されるようになる。このように、イオンの入射方向を基板の法線方向に近付けた場合、すなわち、入射角度が小さい場合には、溝の方向はイオンの入射方向に対して垂直になる。一方、入射角度を大きくしていき、イオンの入射方向が基板と平行な方向に近付くと、溝の方向はイオンの入射方向と平行になる。このような溝の形成方向の遷移は、微粒子とマトリックス成分を含む配向膜組成物から得られる膜や、微粒子と溶剤からなる配向膜組成物から得られる膜に、イオンビームを照射した場合にも起こると考えられる。すなわち、これらの膜にイオンビームを斜めに入射させることにより、イオンの入射方向に平行または垂直な溝を形成することができる。ここで、平行であるか垂直であるかは、イオンの入射角度とドーズ量に依存する。
入射角度が所定値より小さい場合には、イオンの入射方向に垂直な溝が得られ、この配向膜はプレチルト角を必要としない素子に好適となる。一方、入射角度が所定値より大きくなると、溝はイオンの入射方向に平行となり、プレチルト角を必要とする素子に好適な配向膜が得られる。尚、溝の形成方向を垂直から平行に遷移する上記の「所定値」は、配向膜組成物を構成する材料の種類によって異なる。
For example, according to an experiment conducted by the present inventors, when an ion beam is irradiated with an energy of 500 eV on a SiONC film formed by a CVD method, the incident direction is smaller than 70 degrees when the incident angle is smaller than 70 degrees. However, when the incident angle is larger than 70 degrees, the groove is formed in parallel with the incident direction of ions. Thus, when the ion incident direction is brought close to the normal direction of the substrate, that is, when the incident angle is small, the direction of the groove is perpendicular to the ion incident direction. On the other hand, when the incident angle is increased and the incident direction of ions approaches a direction parallel to the substrate, the direction of the grooves becomes parallel to the incident direction of ions. Such transition of the groove formation direction is also caused when an ion beam is irradiated to a film obtained from an alignment film composition containing fine particles and a matrix component, or a film obtained from an alignment film composition consisting of fine particles and a solvent. It is thought to happen. That is, by making the ion beam obliquely enter these films, a groove parallel or perpendicular to the ion incident direction can be formed. Here, whether it is parallel or perpendicular depends on the incident angle and dose of ions.
When the incident angle is smaller than a predetermined value, a groove perpendicular to the ion incident direction is obtained, and this alignment film is suitable for an element that does not require a pretilt angle. On the other hand, when the incident angle is larger than a predetermined value, the groove becomes parallel to the incident direction of ions, and an alignment film suitable for an element requiring a pretilt angle can be obtained. The “predetermined value” at which the groove forming direction is changed from vertical to parallel differs depending on the type of material constituting the alignment film composition.

無機材料からなる配向膜では、上記のような液晶の溝配向による効果が大きい。そして、配向膜の配向規制力を向上させるには、配向膜アンカリングエネルギーを大きくすることが必要となる。一般に、方位角アンカリングエネルギーは、次式によって表されることが知られている(長谷川雅樹著、「液晶配向の基礎、応用、プロセス」、東京技術情報サービス 参照)。   An alignment film made of an inorganic material has a large effect due to the alignment of the liquid crystal grooves as described above. In order to improve the alignment regulating force of the alignment film, it is necessary to increase the alignment film anchoring energy. In general, it is known that the azimuth anchoring energy is expressed by the following equation (see Masaki Hasegawa, “Basics, Applications, and Processes of Liquid Crystal Orientation”, Tokyo Technical Information Service).

φ=(1/4)K11(Aq)
φ:方位角アンカリングエネルギー
A:溝の深さ
q:溝の周期
11:splay変形に対する弾性定数
W φ = (1/4) K 11 (Aq) 2 q
W φ : Azimuth anchoring energy A: Groove depth q: Groove period K 11 : Elastic constant for splay deformation

上式から、方位角アンカリングエネルギーは、溝が深くなるほど大きくなることが分かる。また、溝のピッチ(p)は、p=2π/qで表されるので、ピッチが細かくなるほど、方位角アンカリングエネルギーは大きくなる。通常、薄膜の表面に形成される溝の深さやピッチは、イオンビームの照射時間や照射エネルギーに依存する。つまり、イオンビームの照射時間が長くなるほど、また、イオンエネルギーが大きくなるほど、溝の深さは大きくなる。一方、溝のピッチは、イオンビームの照射時間が短いほど、また、イオンエネルギーが小さいほど、細かくなる。アンカリングエネルギーを大きくするには、溝を深くするか、溝のピッチを細かくすることが必要となるが、溝の深さとピッチに対するイオンビームの照射時間と照射エネルギーの効果は、上記のように相反するものとなる。このため、例えば、CVD法によって得られるSiONC膜の場合、溝を深くしようとすると、溝のピッチも顕著に成長していく。しかし、微粒子とマトリックス成分を含む配向膜組成物から得られる膜や、微粒子と溶剤からなる配向膜組成物から得られる膜では、微粒子を含まない膜に比較して、溝のピッチの成長を抑制しながら、溝の深さを大きくしていくことができる。ここで、微粒子よりマトリックス成分の方がエッチングレートが大きい場合には、配向規制力の点から、少なくとも溝のピッチが微粒子の平均粒子径程度であることが好ましい。   From the above equation, it can be seen that the azimuth anchoring energy increases as the groove becomes deeper. Further, since the groove pitch (p) is expressed by p = 2π / q, the azimuth anchoring energy increases as the pitch decreases. Usually, the depth and pitch of the grooves formed on the surface of the thin film depend on the irradiation time and irradiation energy of the ion beam. That is, the longer the ion beam irradiation time and the larger the ion energy, the greater the depth of the groove. On the other hand, the groove pitch becomes finer as the ion beam irradiation time is shorter and the ion energy is smaller. To increase the anchoring energy, it is necessary to make the groove deeper or make the groove pitch finer. The effect of the ion beam irradiation time and irradiation energy on the groove depth and pitch is as described above. It will be in conflict. For this reason, for example, in the case of a SiONC film obtained by a CVD method, the groove pitch grows significantly when the groove is made deeper. However, the film obtained from an alignment film composition containing fine particles and a matrix component, or the film obtained from an alignment film composition consisting of fine particles and a solvent, suppresses the growth of the groove pitch compared to a film containing no fine particles. However, the depth of the groove can be increased. Here, when the etching rate of the matrix component is larger than that of the fine particles, it is preferable that at least the pitch of the grooves is about the average particle diameter of the fine particles from the viewpoint of the orientation regulating force.

本発明においては、微粒子とマトリックス成分のうち、どちらがエッチングレートが大きいかによって、溝の凹部が微粒子となったり、マトリックス成分となったりする。したがって、このことを利用すれば溝の形状を変えることができる。すなわち、同一組成の材料であっても、形成方法や形成条件が変わったり、あるいは、構造が変わったりすることにより、微粒子やマトリックス成分の密度が変化し、それに伴ってこれらのエッチングレートも変わる。例えば、微粒子として中空でないSiOを用い、マトリックス成分としてテトラエトキシシランを用いた場合には、マトリックス成分の方が密度が小さくなるため、微粒子より速くエッチングされて凹部を形成する。一方、微粒子が中空のSiOであれば、微粒子の方が速くエッチングされて凹部を形成する。例えば、エネルギーが500eVで、イオン密度が1mA/cmであるArイオンを基板に対して垂直に入射させた場合、SiOとAlのエッチングレートは、それぞれ30nm〜40nm/分と5nm〜11nm/分である。したがって、これらの材料を組み合わせた上で、エッチングレートの大きいものを微粒子として用いた場合にも、微粒子の方がマトリックス成分より速くエッチングされて凹部を形成することになる。In the present invention, the concave portion of the groove becomes a fine particle or a matrix component depending on which of the fine particles and the matrix component has a higher etching rate. Therefore, if this is utilized, the shape of the groove can be changed. That is, even if the materials have the same composition, the density of the fine particles and the matrix components changes with the change of the forming method, the forming conditions, or the structure, and the etching rate changes accordingly. For example, when SiO 2 which is not hollow is used as the fine particles and tetraethoxysilane is used as the matrix component, the density of the matrix component is smaller, so that the concave portions are formed by etching faster than the fine particles. On the other hand, if the fine particles are hollow SiO 2 , the fine particles are etched faster to form a recess. For example, when Ar ions having an energy of 500 eV and an ion density of 1 mA / cm 2 are vertically incident on the substrate, the etching rates of SiO 2 and Al 2 O 3 are 30 nm to 40 nm / min and 5 nm, respectively. ˜11 nm / min. Therefore, even when these materials are combined and a material having a high etching rate is used as the fine particles, the fine particles are etched faster than the matrix component to form a recess.

イオンビームの照射は、例えば、図7に示すイオンビーム照射装置を用いて行うことができる。   The ion beam irradiation can be performed using, for example, an ion beam irradiation apparatus shown in FIG.

図7において、イオンビームの照射が行われるチャンバ11の中には、基板ホルダ12が設けられている。基板ホルダ12には、基板13がセットされる。ここで、基板13には、熱処理後の配向膜組成物からなる膜(図示せず)が形成されている。   In FIG. 7, a substrate holder 12 is provided in a chamber 11 in which ion beam irradiation is performed. A substrate 13 is set on the substrate holder 12. Here, a film (not shown) made of the alignment film composition after the heat treatment is formed on the substrate 13.

チャンバ11には、イオンガン14が装着され、排気口17を通じて真空ポンプ(図示せず)により所定の圧力まで排気される。また、イオンガン14には、ガス導入口15が設けられている。イオンガン14内で生成したイオンは、電極系16に電圧を印加することにより、加速され且つ方向が揃えられてイオンビームとなる。本実施の形態においては、イオンビームが基板13に対して、基板13の法線方向から所定の入射角度θで入射するように、基板ホルダ12の位置を調整する。   The chamber 11 is equipped with an ion gun 14 and evacuated to a predetermined pressure by a vacuum pump (not shown) through an exhaust port 17. The ion gun 14 is provided with a gas inlet 15. The ions generated in the ion gun 14 are accelerated and aligned in direction by applying a voltage to the electrode system 16 to become an ion beam. In the present embodiment, the position of the substrate holder 12 is adjusted so that the ion beam is incident on the substrate 13 from the normal direction of the substrate 13 at a predetermined incident angle θ.

入射角度θは、プレチルト角を必要とする用途の配向膜では、イオンの入射方向と平行に溝が形成される角度とすることが必要であり、さらに、所望とするプレチルト角に応じて適宜設定される。また、イオンビームの照射時間や照射エネルギーは、方位角アンカリングエネルギーに関係する溝の深さやピッチに影響するので、配向膜組成物の種類や膜厚、プレチルト角の値、必要とされる耐光性のレベルなどによって適宜設定することが好ましい。   Incidence angle θ needs to be an angle at which grooves are formed in parallel to the incident direction of ions in alignment films for applications that require a pretilt angle, and is further set appropriately according to the desired pretilt angle. Is done. Also, the ion beam irradiation time and irradiation energy affect the groove depth and pitch related to the azimuth anchoring energy, so the type and thickness of the alignment film composition, the pretilt angle value, and the required light resistance. It is preferable to set appropriately depending on the sex level.

例えば、基板13を基板ホルダ12にセットし、基板ホルダ12の位置、すなわち、入射角度θを調整する。θは、一般には、40度〜85度の範囲にある。次いで、チャンバ11内の空気を排気口17から排出して、所定の圧力まで減圧する。次に、ガス導入口15を通じて、イオンガン14内にアルゴンガスを導入する。   For example, the substrate 13 is set on the substrate holder 12, and the position of the substrate holder 12, that is, the incident angle θ is adjusted. θ is generally in the range of 40 degrees to 85 degrees. Next, the air in the chamber 11 is exhausted from the exhaust port 17 and the pressure is reduced to a predetermined pressure. Next, argon gas is introduced into the ion gun 14 through the gas inlet 15.

導入したガスの圧力が1.0×10−3Torr程度になったら放電させて、イオンビームを生じさせる。電極系16に印加する加速電圧は、200V〜800Vとすることが好ましい。イオンビームの照射時間は、5秒間〜120秒間程度である。When the pressure of the introduced gas reaches about 1.0 × 10 −3 Torr, discharge is performed to generate an ion beam. The acceleration voltage applied to the electrode system 16 is preferably 200V to 800V. The irradiation time of the ion beam is about 5 seconds to 120 seconds.

イオンガンとしては、大口径のイオンビームを形成できるKaufmann型、高周波型、または、ECR(electron cyclotron resonance)型などを用いることができる。また、基板13の表面でのチャージアップによって、イオンガンの動作が不安定化するのを防ぐために、中和用電子銃(Neutralizer)18が用いられる。   As the ion gun, a Kaufmann type, a high-frequency type, or an ECR (electron cyclotron resonance) type capable of forming a large-diameter ion beam can be used. In addition, a neutralizing electron gun (Neutralizer) 18 is used to prevent the operation of the ion gun from becoming unstable due to charge-up on the surface of the substrate 13.

以上述べたように、本実施の形態においては、微粒子と、この微粒子よりイオンビームによるエッチングレートの大きいマトリックス成分とを含む配向膜組成物を基板の上に塗布し、この配向膜組成物に対して熱処理を行ってマトリックス成分の重合を進めた後、熱処理後の配向膜組成物からなる膜に対し斜めにイオンビームを照射する。イオンの入射方向に平行な溝が形成された場合、この溝は、基板に対して所定の傾斜角度を持っている。したがって、得られた配向膜を用いることにより、液晶を所定のプレチルト角で配向できるようになる。一方、イオンの入射方向に垂直な溝が形成された場合には、プレチルト角を必要としない素子に好適な配向膜とすることができる。   As described above, in the present embodiment, an alignment film composition including fine particles and a matrix component having a higher etching rate by ion beam than the fine particles is applied onto a substrate, and the alignment film composition is applied to the alignment film composition. After the heat treatment is performed and the matrix component is polymerized, the ion beam is irradiated obliquely to the film made of the alignment film composition after the heat treatment. When a groove parallel to the ion incident direction is formed, the groove has a predetermined inclination angle with respect to the substrate. Therefore, by using the obtained alignment film, the liquid crystal can be aligned at a predetermined pretilt angle. On the other hand, when a groove perpendicular to the ion incident direction is formed, an alignment film suitable for an element that does not require a pretilt angle can be obtained.

マトリックス成分のエッチングレートが微粒子より大きい場合には、配向膜の表面に形成される溝のピッチが微粒子の平均粒子径に略等しくなることが好ましい。これにより、配向膜の配向規制力を高めることができる。また、配向膜の耐光性を高める点からは、配向膜組成物中の微粒子の割合を多くすることが好ましい。   When the etching rate of the matrix component is larger than the fine particles, the pitch of the grooves formed on the surface of the alignment film is preferably substantially equal to the average particle diameter of the fine particles. Thereby, the alignment control force of the alignment film can be increased. Further, from the viewpoint of improving the light resistance of the alignment film, it is preferable to increase the proportion of fine particles in the alignment film composition.

尚、本実施の形態では、配向膜組成物にイオンビームを照射したが、本発明はこれに限られるものではない。本発明では、原子程度の質量を有しており、エネルギーが数十eV〜数百eV程度である粒子ビームを用いることができる。したがって、イオンビームに代えて、例えば、プラズマビーム、原子ビームまたはラジカルビームなどを照射してもよい。但し、実際には、大面積に対して原子ビームやラジカルビームを均一且つ十分な強度(粒子/cm・秒)で照射することは困難であり、装置が高価となって実用性に乏しくなる。このため、イオンビームやプラズマビームの方が好ましく用いられる。さらに、溝を形成する上では指向性のよいビームを照射するのがよく、この理由から、プラズマビームよりイオンビームの方がより好ましく用いられる。In this embodiment, the alignment film composition is irradiated with an ion beam, but the present invention is not limited to this. In the present invention, a particle beam having a mass of about atoms and energy of about several tens eV to several hundreds eV can be used. Therefore, instead of the ion beam, for example, a plasma beam, an atomic beam, or a radical beam may be irradiated. However, in reality, it is difficult to irradiate a large area with an atomic beam or a radical beam with uniform and sufficient intensity (particles / cm 2 · sec), and the apparatus becomes expensive and impractical. . For this reason, an ion beam or a plasma beam is preferably used. Further, it is preferable to irradiate a beam having good directivity in forming the groove. For this reason, the ion beam is more preferably used than the plasma beam.

上述した配向膜の製造方法を用いて、液晶光学素子を作製することができる。液晶光学素子は、水平配向モードおよび垂直配向モードのいずれであってもよい。   A liquid crystal optical element can be produced using the above-described method for producing an alignment film. The liquid crystal optical element may be either a horizontal alignment mode or a vertical alignment mode.

液晶光学素子としては、例えば、液晶レンズ素子が挙げられる。本発明による配向膜を用いることにより、光学特性と信頼性に優れた液晶レンズ素子が得られる。   Examples of the liquid crystal optical element include a liquid crystal lens element. By using the alignment film according to the present invention, a liquid crystal lens element having excellent optical characteristics and reliability can be obtained.

図8は、液晶レンズ素子の断面模式図の一例である。この図に示すように、液晶レンズ素子21は、第1の透明基板22と、これに対向する第2の透明基板23とを有する。   FIG. 8 is an example of a schematic cross-sectional view of a liquid crystal lens element. As shown in this figure, the liquid crystal lens element 21 has a first transparent substrate 22 and a second transparent substrate 23 facing the first transparent substrate 22.

第1の透明基板22の上には、第1の電極層24と、第1の配向膜25とがこの順に形成されている。一方、第2の透明基板23の上にも、第2の電極層26と、第2の配向膜27とがこの順に形成されている。第1の透明基板22と第2の透明基板23とは、シール材28を介して貼り合わされており、これらの間に液晶層29が充填されて、液晶セル30が構成されている。   A first electrode layer 24 and a first alignment film 25 are formed in this order on the first transparent substrate 22. On the other hand, a second electrode layer 26 and a second alignment film 27 are also formed in this order on the second transparent substrate 23. The first transparent substrate 22 and the second transparent substrate 23 are bonded to each other through a sealing material 28, and a liquid crystal layer 29 is filled between them to form a liquid crystal cell 30.

第1の電極層24および第2の電極層26は、同心円状にパターニングされていたり、あるいは、同心円状のフレネルレンズボディの表面形状に形成されていたりする。但し、これらの内の一方は、全面ベタの電極とすることもできる。   The first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 may be patterned concentrically, or may be formed in the surface shape of a concentric Fresnel lens body. However, one of these can be a solid electrode.

第1の配向膜25および第2の配向膜27は、本発明による方法を用いて形成された配向膜である。   The first alignment film 25 and the second alignment film 27 are alignment films formed by using the method according to the present invention.

液晶層29には、誘電率異方性が正である液晶分子が用いられているものとする。但し、誘電率異方性が負である液晶分子を用いることもできる。   It is assumed that liquid crystal molecules having a positive dielectric anisotropy are used for the liquid crystal layer 29. However, liquid crystal molecules having negative dielectric anisotropy can also be used.

液晶レンズ素子21は、液晶分子の初期配向状態が基板に対して概ね水平である水平配向モードである。電源31を介して、第1の電極層24と第2の電極層26に電圧を印加すると、液晶分子は、第1の透明基板22と第2の透明基板23に対して垂直となるように向きを変える。すると、液晶分子の配位の方向に偏光した入射光に対して、液晶セルの見かけの屈折率は、異常光に対する値から常光に対する値まで変化する。これにより、液晶レンズ素子21の焦点距離を、異常光に対する値から常光に対する値まで変えることができる。   The liquid crystal lens element 21 is a horizontal alignment mode in which the initial alignment state of liquid crystal molecules is substantially horizontal with respect to the substrate. When a voltage is applied to the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 via the power supply 31, the liquid crystal molecules are perpendicular to the first transparent substrate 22 and the second transparent substrate 23. Change direction. Then, with respect to incident light polarized in the direction of coordination of liquid crystal molecules, the apparent refractive index of the liquid crystal cell changes from a value for extraordinary light to a value for ordinary light. Thereby, the focal length of the liquid crystal lens element 21 can be changed from a value for abnormal light to a value for ordinary light.

図9は、図8の液晶レンズ素子21を用いた光ヘッド装置の構成図の一例である。   FIG. 9 is an example of a configuration diagram of an optical head device using the liquid crystal lens element 21 of FIG.

図9に示す光ヘッド装置32では、光源33から出射された光は、回折格子34、液晶レンズ素子21および位相差素子35を順に透過した後、対物レンズ36によって光ディスク37(または、光ディスク38)に集光される。次いで、光ディスク37(または、光ディスク38)で反射した光は、再び対物レンズ36、位相差素子35および液晶レンズ素子21を順に透過した後、回折格子34によって回折されて、光検出器39,40に到達する。   In the optical head device 32 shown in FIG. 9, the light emitted from the light source 33 sequentially passes through the diffraction grating 34, the liquid crystal lens element 21, and the phase difference element 35, and then the optical disk 37 (or the optical disk 38) by the objective lens 36. It is focused on. Next, the light reflected by the optical disk 37 (or the optical disk 38) again passes through the objective lens 36, the phase difference element 35, and the liquid crystal lens element 21 in order, and is diffracted by the diffraction grating 34 to be detected by the photodetectors 39, 40. To reach.

光源33には、通常の光ヘッド装置に使用される通常のレーザ光源が使用される。具体的には、半導体レーザが好適であるが、他のレーザであってもよい。液晶レンズ素子21に使用される配向膜に無機材料を用いれば、青色レーザ(波長390nm〜430nm)を光源として使用した場合にも、優れた耐光性を示すことができる。   As the light source 33, an ordinary laser light source used in an ordinary optical head device is used. Specifically, a semiconductor laser is suitable, but other lasers may be used. If an inorganic material is used for the alignment film used in the liquid crystal lens element 21, excellent light resistance can be exhibited even when a blue laser (wavelength of 390 nm to 430 nm) is used as a light source.

回折格子34は、ホログラムおよびビームスプリッタのいずれであってもよい。ビームスプリッタを用いた場合には、光ディスク37(または、光ディスク38)からの反射光の光路を変えて、光源33とは異なる方向に配置された光検出器(図示せず)に光を導くことができる。   The diffraction grating 34 may be either a hologram or a beam splitter. When the beam splitter is used, the light path of the reflected light from the optical disk 37 (or the optical disk 38) is changed, and the light is guided to a photodetector (not shown) arranged in a direction different from the light source 33. Can do.

位相差素子35としては、1/4波長板が用いられる。これにより、光の偏光面を回転させて、光源33からの往路の光と、光ディスク37(または、光ディスク38)からの復路の光との偏光方向を変えることができる。   A quarter wave plate is used as the phase difference element 35. Thereby, the polarization plane of the light from the light source 33 and the return light from the optical disk 37 (or the optical disk 38) can be changed by rotating the polarization plane of the light.

液晶レンズ素子21は、電圧印加の有無により焦点距離を変えることができる。したがって、例えば、液晶レンズ素子21に電圧が印加されていない場合には、光ディスク37に焦点が合うようにし、液晶レンズ素子21に電圧が印加されている場合には、光ディスク38に焦点が合うようにすることができる。また、液晶レンズ素子21に電圧が印加されていない場合には、光ディスク38に焦点が合うようにし、液晶レンズ素子21に電圧が印加されている場合には、光ディスク37に焦点が合うようにすることもできる。   The liquid crystal lens element 21 can change the focal length according to the presence or absence of voltage application. Therefore, for example, when the voltage is not applied to the liquid crystal lens element 21, the optical disk 37 is focused, and when the voltage is applied to the liquid crystal lens element 21, the optical disk 38 is focused. Can be. Further, when the voltage is not applied to the liquid crystal lens element 21, the optical disk 38 is focused. When the voltage is applied to the liquid crystal lens element 21, the optical disk 37 is focused. You can also.

上記の光ヘッド装置は、配向規制力が高く信頼性に優れた配向膜を有する液晶レンズ素子を使用しているので、優れた光学特性と、高い信頼性とを兼ね備えることができる。   Since the above optical head device uses a liquid crystal lens element having an alignment film with high alignment regulation power and excellent reliability, it can have both excellent optical characteristics and high reliability.

さらに、本発明による配向膜の製造方法を用いて得られる他の光ヘッド装置について述べる。   Furthermore, another optical head device obtained by using the method for producing an alignment film according to the present invention will be described.

図10は、本実施の形態による光ヘッド装置の構成図の他の例である。   FIG. 10 is another example of a configuration diagram of the optical head device according to the present embodiment.

図10に示す光ヘッド装置41では、半導体レーザ42から出射された光は、コリメートレンズ43で平行光とされた後、液晶素子44を透過する。ここで、液晶素子44には、電圧制御装置45によって外部から電圧を印加できるようになっている。液晶素子44を透過した光は、偏光子46およびλ/4板47を透過した後、アクチュエータ48に搭載された集光レンズ49によって光記録媒体50上に集光される。   In the optical head device 41 shown in FIG. 10, the light emitted from the semiconductor laser 42 is converted into parallel light by the collimator lens 43 and then transmitted through the liquid crystal element 44. Here, a voltage can be applied to the liquid crystal element 44 from the outside by a voltage control device 45. The light transmitted through the liquid crystal element 44 is transmitted through the polarizer 46 and the λ / 4 plate 47 and then condensed on the optical recording medium 50 by the condenser lens 49 mounted on the actuator 48.

偏光子46は、偏光子46に入射した光が出射する際に、光記録媒体50に向けて出射する光量を、入射光の偏光方向によって変化させるものである。図10の例では、偏光子46として偏光ビームスプリッタを用いているが、これ以外にも、例えば、プリズムまたはワイヤグレーティングを含む回折格子などを用いることもできる。また、偏光子46を液晶素子44の集光レンズ49側の透明基板(図示せず)に貼り付けて一体化してもよい。   The polarizer 46 changes the amount of light emitted toward the optical recording medium 50 according to the polarization direction of the incident light when light incident on the polarizer 46 is emitted. In the example of FIG. 10, a polarizing beam splitter is used as the polarizer 46. However, for example, a diffraction grating including a prism or a wire grating can also be used. Further, the polarizer 46 may be integrated by being attached to a transparent substrate (not shown) on the condenser lens 49 side of the liquid crystal element 44.

光記録媒体50で反射された光は、上記の光路を逆に進む。図10の例では、偏光子46に偏光ビームスプリッタを用いているので、光路を逆に進む光は、偏光子46で反射された後、集光レンズ51により集光されて光検出器52に到達する。このとき、液晶素子44に複数の異なる電圧を印加すると、液晶素子44を透過した光の偏光方向が変化し、偏光子46を透過して光記録媒体50に集光する光の光量が変えられる。   The light reflected by the optical recording medium 50 travels in reverse on the above optical path. In the example of FIG. 10, since a polarizing beam splitter is used for the polarizer 46, the light traveling in the reverse direction of the optical path is reflected by the polarizer 46 and then condensed by the condenser lens 51 to the photodetector 52. To reach. At this time, when a plurality of different voltages are applied to the liquid crystal element 44, the polarization direction of the light transmitted through the liquid crystal element 44 changes, and the amount of light transmitted through the polarizer 46 and condensed on the optical recording medium 50 can be changed. .

半導体レーザ42から出射された光は、偏光子46を透過することにより光量が変化するので、往路で光は偏光子46を透過する前に液晶素子44を通過する必要がある。すなわち、光路上で偏光子46に対して半導体レーザ42の側に液晶素子44を配置する必要がある。   Since the amount of light emitted from the semiconductor laser 42 is changed by passing through the polarizer 46, the light needs to pass through the liquid crystal element 44 before passing through the polarizer 46 in the forward path. That is, it is necessary to dispose the liquid crystal element 44 on the semiconductor laser 42 side with respect to the polarizer 46 on the optical path.

図11に、液晶素子44の断面模式図を示す。この図に示すように、液晶素子44は、透明基板61、62と、これらの表面に形成されて、液晶層63に電圧を印加する透明電極64、65と、透明電極64、65の上に形成された配向膜66、67とを有する。透明基板64、65は、シール材69で貼り合わされている。また、配向膜66、67は、本発明による方法を用いて形成された配向膜である。液晶層63を構成する液晶は、例えば、ツイステッドネマティック液晶とすることができる。そして、配向膜66、67の表面には、液晶分子68に所定のプレチルト角(例えば、0度<プレチルト角<5度)が付与されるように、イオンの入射方向に平行な溝が形成されている。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal element 44. As shown in this figure, the liquid crystal element 44 is formed on transparent substrates 61 and 62, transparent electrodes 64 and 65 that are formed on these surfaces and apply a voltage to the liquid crystal layer 63, and transparent electrodes 64 and 65. The alignment films 66 and 67 are formed. The transparent substrates 64 and 65 are bonded together with a sealing material 69. The alignment films 66 and 67 are alignment films formed using the method according to the present invention. The liquid crystal constituting the liquid crystal layer 63 can be, for example, a twisted nematic liquid crystal. Then, grooves parallel to the ion incident direction are formed on the surfaces of the alignment films 66 and 67 so that the liquid crystal molecules 68 are given a predetermined pretilt angle (for example, 0 degree <pretilt angle <5 degrees). ing.

2枚の透明基板61、62と液晶層63との境界面における液晶分子68の配向方向は、所定のプレチルト角の分だけ傾いているものの、透明基板61、62に対しては概ね水平である。また、これらの配向方向は、互いにある角度をなしている。このため、液晶分子68の長軸方向は、透明基板61、62の間で液晶層63の厚み方向の軸回りに連続的に捩じれた構造をとる。   The alignment direction of the liquid crystal molecules 68 at the boundary surface between the two transparent substrates 61 and 62 and the liquid crystal layer 63 is substantially horizontal with respect to the transparent substrates 61 and 62 although it is inclined by a predetermined pretilt angle. . Further, these orientation directions form an angle with each other. Therefore, the major axis direction of the liquid crystal molecules 68 has a structure in which the liquid crystal molecules 68 are continuously twisted around the axis in the thickness direction of the liquid crystal layer 63 between the transparent substrates 61 and 62.

例えば、光ヘッド装置41を、液晶素子44への入射光の偏光方向と、液晶素子44の半導体レーザ42側の透明基板61上の液晶分子68の配向方向とが一致するようにして配置する。このとき、2枚の透明基板61、62間での液晶分子68の配向方向は、基板面に対して水平に所定角度(例えば、45度)捩られている。一方、偏光子46は、その透過軸方向が半導体レーザ42の偏光方向に一致する。液晶素子44に電圧を印加すると、液晶分子68の配向方向が電界方向に揃うので、半導体レーザ42からの光は、偏光方向を変えずに液晶素子44を透過する。そして、そのままさらに偏光子46を透過する。   For example, the optical head device 41 is arranged so that the polarization direction of the incident light to the liquid crystal element 44 matches the alignment direction of the liquid crystal molecules 68 on the transparent substrate 61 on the semiconductor laser 42 side of the liquid crystal element 44. At this time, the alignment direction of the liquid crystal molecules 68 between the two transparent substrates 61 and 62 is twisted by a predetermined angle (for example, 45 degrees) horizontally with respect to the substrate surface. On the other hand, the transmission axis direction of the polarizer 46 coincides with the polarization direction of the semiconductor laser 42. When a voltage is applied to the liquid crystal element 44, the alignment direction of the liquid crystal molecules 68 is aligned with the electric field direction, so that the light from the semiconductor laser 42 passes through the liquid crystal element 44 without changing the polarization direction. Then, the light passes through the polarizer 46 as it is.

電圧を印加しない場合、液晶分子68の長軸方向が捩じれた配置をとることによって、液晶素子44を透過する半導体レーザ42からの光は、その偏光方向を変える。このため、偏光子46の透過軸方向からずれて、偏光子46を透過する光の光量が減少する。したがって、液晶素子44への印加電圧を調整することにより、半導体レーザ42の出力を変化せずに、偏光子46を透過する光の光量を調整することが可能となる。   When no voltage is applied, the polarization direction of the light from the semiconductor laser 42 transmitted through the liquid crystal element 44 is changed by taking an arrangement in which the major axis direction of the liquid crystal molecules 68 is twisted. For this reason, the amount of light transmitted through the polarizer 46 is reduced by deviating from the transmission axis direction of the polarizer 46. Therefore, by adjusting the voltage applied to the liquid crystal element 44, it is possible to adjust the amount of light transmitted through the polarizer 46 without changing the output of the semiconductor laser 42.

光ヘッド装置41は、液晶素子44に本発明によって得られる配向膜66、67を使用しているので、優れた光学特性と高い信頼性とを兼ね備えたものとすることができる。例えば、配向膜としてポリイミド膜を用いた場合には、青色レーザ(波長390nm〜430nm)を光源とする用途において、必要とする耐光性を得ることができない。一方、本発明によって得られる配向膜、なかでも無機材料を用いた配向膜であれば、ポリイミドに比較して良好な耐光性を得ることができる。   Since the optical head device 41 uses the alignment films 66 and 67 obtained by the present invention for the liquid crystal element 44, it can have both excellent optical characteristics and high reliability. For example, when a polyimide film is used as the alignment film, the required light resistance cannot be obtained in applications using a blue laser (wavelength 390 nm to 430 nm) as a light source. On the other hand, the alignment film obtained by the present invention, particularly an alignment film using an inorganic material, can provide better light resistance than polyimide.

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施の形態では、微粒子とマトリックス成分とを含むものを配向膜組成物として用いた。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、微粒子と溶剤からなる材料を配向膜組成物として用いることもできる。すなわち、配向膜組成物中にマトリックス成分は含まれていなくてもよい。具体的には、微粒子と溶剤からなる配向膜組成物を基板の上に塗布した後、この配向膜組成物に対して熱処理を行い溶剤を除去する。次いで、熱処理後の配向膜組成物に対してイオンビームを斜めに入射させることにより、この配向膜組成物の表面に、イオンの入射方向に平行または垂直な溝を形成する。この方法によっても、配向規制力と耐光性に優れた配向膜を得ることが可能である。   For example, in the above-described embodiment, an alignment film composition containing fine particles and a matrix component is used. However, the present invention is not limited to this, and a material comprising fine particles and a solvent can also be used as the alignment film composition. That is, the alignment component may not contain a matrix component. Specifically, after an alignment film composition comprising fine particles and a solvent is applied on a substrate, the alignment film composition is subjected to a heat treatment to remove the solvent. Next, an ion beam is obliquely incident on the alignment film composition after the heat treatment, thereby forming grooves parallel or perpendicular to the incident direction of ions on the surface of the alignment film composition. Also by this method, it is possible to obtain an alignment film excellent in alignment regulating force and light resistance.

以下、本発明の実施例について述べる。   Examples of the present invention will be described below.

実施例1
<配向膜組成物>
微粒子の原料として、平均粒子径が10nm〜15nm(カタログ値、測定はBET法による。)であるSiOの分散液(日産化学工業株式会社製、商品名:IPA−ST)を用いた。また、テトラエトキシシラン17.4質量%、水26.9質量%、アルコール溶媒55.5質量%および触媒としての硝酸(61%)0.2質量%を含む溶液を調整し、マトリックス成分の原料とした。ここで、アルコール溶媒としては、エチルアルコール85.5質量%、イソプロピルアルコール9.8質量%およびメチルアルコール4.7質量%を混合したものを用いた。
Example 1
<Alignment film composition>
As a raw material for fine particles, a dispersion of SiO 2 (product name: IPA-ST, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) having an average particle diameter of 10 nm to 15 nm (catalog value, measurement is according to the BET method) was used. Further, a solution containing 17.4% by mass of tetraethoxysilane, 26.9% by mass of water, 55.5% by mass of an alcohol solvent and 0.2% by mass of nitric acid (61%) as a catalyst was prepared, and a raw material for the matrix component It was. Here, as the alcohol solvent, a mixture of 85.5% by mass of ethyl alcohol, 9.8% by mass of isopropyl alcohol, and 4.7% by mass of methyl alcohol was used.

上記の微粒子原料とマトリックス成分原料とを、微粒子原料中のSiOの質量と、マトリックス成分原料のSiO換算質量との合計量に対し、微粒子が80質量%の割合で存在するように混合した後、全SiO成分が5質量%となるようにエチルアルコールで希釈して、配向膜組成物とした。尚、マトリックス成分原料のSiO換算質量は、テトラエトキシシランの前駆体から求めた。The fine particle raw material and the matrix component raw material were mixed so that the fine particles were present at a ratio of 80% by mass with respect to the total amount of the SiO 2 mass in the fine particle raw material and the SiO 2 converted mass of the matrix component raw material. after all SiO 2 component was diluted with ethyl alcohol to be 5 mass%, and an alignment film composition. The SiO 2 equivalent mass of the matrix component raw material was determined from a tetraethoxysilane precursor.

<配向膜の形成>
基板として、一方の主面にITO膜と絶縁膜とがこの順に設けられた、厚さ0.525mmの石英基板を準備した。そして、この基板のITO膜の設けられた面に、上記の配向膜組成物をスピンコート法(回転数2500rpm)により塗布した。その後、85℃で1分間プリベークしてから、400℃で30分間ポストベークして、膜厚が約120nmである薄膜を形成した。
<Formation of alignment film>
As a substrate, a quartz substrate having a thickness of 0.525 mm in which an ITO film and an insulating film were provided in this order on one main surface was prepared. Then, the alignment film composition was applied to the surface of the substrate on which the ITO film was provided by a spin coating method (rotation speed: 2500 rpm). Then, after pre-baking for 1 minute at 85 degreeC, it post-baked for 30 minutes at 400 degreeC, and the thin film whose film thickness is about 120 nm was formed.

得られた薄膜に、Arイオンビームを基板に対して斜めとなる方向から照射した。チャンバ内の圧力は1.3×10−1Pa、イオンビームの入射角度は基板の法線方向から80度、イオンエネルギーは500eV、照射時間は60秒間とした。The obtained thin film was irradiated with an Ar ion beam from a direction oblique to the substrate. The pressure in the chamber was 1.3 × 10 −1 Pa, the incident angle of the ion beam was 80 degrees from the normal direction of the substrate, the ion energy was 500 eV, and the irradiation time was 60 seconds.

図12(a)は、イオンビーム照射前の配向膜組成物を用いて形成された薄膜のSEM写真である。また、図12(b)は、イオンビーム照射により得られた配向膜のSEM写真である。イオンビーム照射前は、個々の微粒子をはっきりと認めることができる。しかし、イオンビームを照射すると、照射前とは明らかに様相が変わり、イオンの入射方向に沿って微粒子同士が繋がった状態となることが分かる。   FIG. 12A is an SEM photograph of a thin film formed using the alignment film composition before ion beam irradiation. FIG. 12B is an SEM photograph of the alignment film obtained by ion beam irradiation. Individual particles can be clearly recognized before ion beam irradiation. However, it can be seen that when the ion beam is irradiated, the appearance is clearly different from that before irradiation, and the fine particles are connected in the ion incident direction.

<液晶セルの作製>
上記のように作製した配向膜付きの基板を2枚重ね合わせ、シール材を介して貼り合わせた。具体的には、一方の基板に、5μmのスペーサを充填したシール材(熱硬化性エポキシ樹脂)をスクリーン印刷し、この基板と他方の基板との配向処理の方向(すなわち、イオンの入射方向)が、45度(45度ツイスト配向)の角度をなすように方位を定めて貼り合わせた。尚、このとき、配向膜が形成された面が互いに内側を向くようにするとともに、外部から液晶を充填可能な開口部を設けておいた。
<Production of liquid crystal cell>
Two substrates with an alignment film produced as described above were superposed and bonded via a sealant. Specifically, one substrate is screen-printed with a sealing material (thermosetting epoxy resin) filled with a 5 μm spacer, and the direction of orientation treatment between this substrate and the other substrate (that is, the incident direction of ions). However, the orientation was determined so as to form an angle of 45 degrees (45 degree twist orientation), and the films were bonded together. At this time, the surfaces on which the alignment films are formed face each other inward, and an opening that can be filled with liquid crystal from the outside is provided.

次に、真空注入法により、開口部を通じて2枚の基板の間に水平配向用液晶(大日本インキ株式会社製、商品名:RDP94024)を注入した。次いで、開口部を封止材(光硬化型アクリル樹脂)で封止して、液晶セルを得た。この液晶セルを、液晶が等方相となる程度の温度で10分間加熱してから徐冷して、液晶を再配列させた。   Next, a liquid crystal for horizontal alignment (manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd., trade name: RDP94024) was injected between the two substrates through the opening by a vacuum injection method. Next, the opening was sealed with a sealing material (photocurable acrylic resin) to obtain a liquid crystal cell. The liquid crystal cell was heated for 10 minutes at a temperature at which the liquid crystal was in an isotropic phase and then slowly cooled to rearrange the liquid crystal.

この液晶セルに、偏光子と検光子を互いにクロスニコルとなるように貼り合わせ、入射光の偏光方向が液晶セルの入射面における液晶の長軸方向に一致するようにした。そして、電圧を印加しない状態で液晶の配向を観察したところ、液晶の配向状態は概ね良好であることが確認された。   A polarizer and an analyzer are bonded to this liquid crystal cell so that they are crossed Nicols so that the polarization direction of the incident light coincides with the major axis direction of the liquid crystal on the incident surface of the liquid crystal cell. Then, when the alignment of the liquid crystal was observed without applying a voltage, it was confirmed that the alignment state of the liquid crystal was generally good.

<配向規制力の評価>
得られた配向膜の配向規制力を評価するため、上記の液晶セルについてツイスト角の測定を行ったところ、その値は設計値45度に対して39.6度であった(図13参照)。
尚、測定には、シンテック株式会社製の偏光解析装置(製品名:OPTIPRO)を使用した。
<Evaluation of orientation regulation power>
In order to evaluate the alignment regulating force of the obtained alignment film, the twist angle of the liquid crystal cell was measured, and the value was 39.6 degrees with respect to the design value of 45 degrees (see FIG. 13). .
For the measurement, an ellipsometer manufactured by Shintech Co., Ltd. (product name: OPTIPRO) was used.

<耐光性の評価>
液晶セルの耐光性を評価するため、積算光量に対するツイスト角の変化率を調べた。結果を図14に示す。尚、評価は、青色レーザダイオード(波長405nm)の光を20mW/mmの照射密度で液晶セルに照射した後、シンテック株式会社製の偏光解析装置(製品名:OPTIPRO)でツイスト角を測定することにより行った。また、ツイスト角の変化率=(レーザ光照射後のツイスト角/レーザ光照射前のツイスト角)である。
<Evaluation of light resistance>
In order to evaluate the light resistance of the liquid crystal cell, the change rate of the twist angle with respect to the integrated light amount was examined. The results are shown in FIG. In the evaluation, after irradiating the liquid crystal cell with light of a blue laser diode (wavelength: 405 nm) at an irradiation density of 20 mW / mm 2 , the twist angle is measured with an ellipsometer (product name: OPTIPRO) manufactured by Shintech Co., Ltd. Was done. Also, the twist angle change rate = (twist angle after laser light irradiation / twist angle before laser light irradiation).

図14から明らかであるように、積算光量が35Wh/mmになっても、ツイスト角に大きな変化は見られなかった。このことから、液晶は試験開始時と同様の配向状態を維持しており、耐光性が良好であることが分かった。As is clear from FIG. 14, even when the integrated light amount was 35 Wh / mm 2 , no significant change in the twist angle was observed. From this, it was found that the liquid crystal maintained the same alignment state as at the start of the test and had good light resistance.

実施例2
微粒子の原料として、平均粒子径が17nm〜23nm(カタログ値、測定はBET法による。)であるSiOの分散液(日産化学工業株式会社製、商品名:IPA−ST−MS)を用いた以外は、実施例1と同様にして液晶セルを作製した。この液晶セルについて、実施例1と同様にしてツイスト角を測定したところ、その値は設計値45度に対して41.8度であった(図13参照)。
Example 2
As a raw material for fine particles, a dispersion of SiO 2 (product name: IPA-ST-MS, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) having an average particle diameter of 17 nm to 23 nm (catalog value, measurement is according to the BET method) was used. A liquid crystal cell was produced in the same manner as in Example 1 except for the above. With respect to this liquid crystal cell, the twist angle was measured in the same manner as in Example 1. The value was 41.8 degrees with respect to the design value of 45 degrees (see FIG. 13).

実施例3
微粒子の原料として、平均粒子径が40nm〜50nm(カタログ値、測定はBET法による。)であるSiOの分散液(日産化学工業株式会社製、商品名:IPA−ST−L)を用いた以外は、実施例1と同様にして液晶セルを作製した。この液晶セルについて、実施例1と同様にしてツイスト角を測定したところ、その値は設計値45度に対して37.8度であった(図13参照)。
Example 3
As a raw material of fine particles, a dispersion of SiO 2 (product name: IPA-ST-L, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) having an average particle size of 40 nm to 50 nm (catalog value, measurement is according to the BET method) was used. A liquid crystal cell was produced in the same manner as in Example 1 except for the above. When the twist angle of this liquid crystal cell was measured in the same manner as in Example 1, the value was 37.8 degrees with respect to the design value of 45 degrees (see FIG. 13).

実施例4
微粒子の原料として、平均粒子径が70nm〜100nm(カタログ値、測定はBET法による。)であるSiOの分散液(日産化学工業株式会社製、商品名:IPA−ST−ZL)を用いた以外は、実施例1と同様にして液晶セルを作製した。この液晶セルについて、実施例1と同様にしてツイスト角を測定したところ、その値は設計値45度に対して32.5度であった(図13参照)。
Example 4
As a raw material for fine particles, a dispersion of SiO 2 (product name: IPA-ST-ZL, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) having an average particle size of 70 nm to 100 nm (catalog value, measured by BET method) was used. A liquid crystal cell was produced in the same manner as in Example 1 except for the above. With respect to this liquid crystal cell, the twist angle was measured in the same manner as in Example 1. The value was 32.5 degrees with respect to the design value of 45 degrees (see FIG. 13).

この液晶セルに、偏光子と検光子を互いにクロスニコルとなるように貼り合わせ、入射光の偏光方向が液晶セルの入射面における液晶の長軸方向に一致するようにした。そして、電圧を印加しない状態で液晶の配向を観察したところ、液晶の配向状態は概ね良好であることが確認された。   A polarizer and an analyzer are bonded to this liquid crystal cell so that they are crossed Nicols so that the polarization direction of the incident light coincides with the major axis direction of the liquid crystal on the incident surface of the liquid crystal cell. Then, when the alignment of the liquid crystal was observed without applying a voltage, it was confirmed that the alignment state of the liquid crystal was generally good.

実施例5
微粒子原料とマトリックス成分原料とを、微粒子原料中のSiOの質量と、マトリックス成分原料のSiO換算質量との合計量に対し、微粒子が60質量%の割合で存在するように混合した以外は、実施例1と同様にして液晶セルを作製した。この液晶セルについて、実施例1と同様にしてツイスト角を測定したところ、その値は設計値45度に対して38.3度であった(図13参照)。また、実施例1と同様にして耐光性を評価した。
結果を図14に示す。
Example 5
Except for mixing the fine particle raw material and the matrix component raw material so that the fine particles are present in a ratio of 60% by mass with respect to the total amount of the SiO 2 mass in the fine particle raw material and the SiO 2 equivalent mass of the matrix component raw material. A liquid crystal cell was produced in the same manner as in Example 1. With respect to this liquid crystal cell, the twist angle was measured in the same manner as in Example 1. The value was 38.3 degrees with respect to the design value of 45 degrees (see FIG. 13). The light resistance was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in FIG.

図14より、積算光量が35Wh/mmまでのツイスト角の変化率は実施例1と同様であり、良好な耐光性を有していることが分かった。From FIG. 14, it was found that the change rate of the twist angle up to the integrated light amount of 35 Wh / mm 2 was the same as in Example 1, and had good light resistance.

実施例6
微粒子原料とマトリックス成分原料とを、微粒子原料中のSiOの質量と、マトリックス成分原料のSiO換算質量との合計量に対し、微粒子が40質量%の割合で存在するように混合した以外は、実施例1と同様にして液晶セルを作製した。この液晶セルについて、実施例1と同様にしてツイスト角を測定したところ、その値は設計値45度に対して37.0度であった(図13参照)。また、実施例1と同様にして耐光性を評価した。
結果を図14に示す。
Example 6
Except for mixing the fine particle raw material and the matrix component raw material so that the fine particles are present in a ratio of 40% by mass with respect to the total amount of the SiO 2 mass in the fine particle raw material and the SiO 2 equivalent mass of the matrix component raw material. A liquid crystal cell was produced in the same manner as in Example 1. With respect to this liquid crystal cell, the twist angle was measured in the same manner as in Example 1. The value was 37.0 degrees with respect to the design value of 45 degrees (see FIG. 13). The light resistance was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in FIG.

図14に示すように、積算光量の増加とともにツイスト角の変化率は上昇した。この結果から、配向膜組成物中の微粒子の割合が多いほど、耐光性が向上することが分かった。
また、この例においても、セル形成時のツイスト角は、平均粒子径が70nmより大きい微粒子を含むものや、後述する微粒子を含まないものよりも、設計値である45度に近く、微粒子を用いたことによる配向規制力改善の効果が確認できた。本実施例の構成は、青色レーザ(波長390nm〜430nm)を光源とする用途以外の用途に好適である。
As shown in FIG. 14, the change rate of the twist angle increased as the integrated light amount increased. From this result, it was found that the light resistance improves as the proportion of fine particles in the alignment film composition increases.
Also in this example, the twist angle at the time of cell formation is closer to the design value of 45 degrees than that containing fine particles having an average particle diameter larger than 70 nm or not containing fine particles described later, and the fine particles were used. As a result, the effect of improving the alignment control power was confirmed. The configuration of the present embodiment is suitable for uses other than those using a blue laser (wavelength 390 nm to 430 nm) as a light source.

実施例7
配向膜組成物として、微粒子とマトリックス成分とが混合された状態で市販されているSiO微粒子の分散液(触媒化成工業株式会社製、商品名:セラメートLNT)を用いた。尚、この微粒子の平均粒子径は25nm(カタログ値)であった。次いで、この分散液に濃度が20質量%となるようにプロピレングリコールモノプロピルエーテルを加え、300rpmで10分間撹拌して混合した。
Example 7
As the alignment film composition, a dispersion of SiO 2 fine particles (trade name: Ceramate LNT, manufactured by Catalyst Kasei Kogyo Co., Ltd.) commercially available in a state where fine particles and a matrix component are mixed was used. The average particle size of the fine particles was 25 nm (catalog value). Next, propylene glycol monopropyl ether was added to the dispersion to a concentration of 20% by mass, and the mixture was stirred for 10 minutes at 300 rpm and mixed.

基板として、一方の主面にITO膜と絶縁膜とがこの順に設けられた、厚さ0.525mmの石英基板を準備した。そして、これらの膜が設けられた方の基板面に、上記の配向膜組成物をスピンコート法(回転数1500rpm)により塗布した。その後、120℃で120分間プリベークしてから、400℃で30分間ポストベークして、膜厚が約100nmである薄膜を形成した。   As a substrate, a quartz substrate having a thickness of 0.525 mm in which an ITO film and an insulating film were provided in this order on one main surface was prepared. Then, the alignment film composition was applied to the substrate surface on which these films were provided by a spin coating method (rotation number: 1500 rpm). Then, after prebaking at 120 ° C. for 120 minutes, post baking was performed at 400 ° C. for 30 minutes to form a thin film having a thickness of about 100 nm.

図15(a)は、イオンビーム照射前の配向膜組成物を用いて形成された薄膜のSEM写真である。また、図15(b)は、イオンビーム照射により得られた配向膜のSEM写真である。イオンビーム照射前は、個々の微粒子をはっきりと認めることができる。しかし、イオンビームを照射すると、照射前とは明らかに様相が変わり、イオンの入射方向に沿って微粒子同士が繋がった状態となることが分かる。   FIG. 15A is an SEM photograph of a thin film formed using the alignment film composition before ion beam irradiation. FIG. 15B is an SEM photograph of the alignment film obtained by ion beam irradiation. Individual particles can be clearly recognized before ion beam irradiation. However, it can be seen that when the ion beam is irradiated, the appearance is clearly different from that before irradiation, and the fine particles are connected in the ion incident direction.

薄膜形成後は、実施例1と同様にして、配向膜を形成し、さらにこれを用いて液晶セルを作製した。   After the formation of the thin film, an alignment film was formed in the same manner as in Example 1, and a liquid crystal cell was produced using the alignment film.

この液晶セルに、偏光子と検光子を互いにクロスニコルとなるように貼り合わせ、入射光の偏光方向が液晶セルの入射面における液晶の長軸方向に一致するようにした。そして、電圧を印加しない状態で液晶の配向を観察したところ、液晶の配向状態は概ね良好であることが確認された。   A polarizer and an analyzer are bonded to this liquid crystal cell so that they are crossed Nicols so that the polarization direction of the incident light coincides with the major axis direction of the liquid crystal on the incident surface of the liquid crystal cell. Then, when the alignment of the liquid crystal was observed without applying a voltage, it was confirmed that the alignment state of the liquid crystal was generally good.

得られた液晶セルについて、実施例1と同様にして、配向膜の配向規制力と液晶セルの耐光性を評価した。その結果、ツイスト角の値は、設計値45度に対して40.6度であった(図13参照)。また、耐光性は、図14に示す通りであった。すなわち、積算光量の増加とともにツイスト角の変化率は上昇した。   About the obtained liquid crystal cell, it carried out similarly to Example 1, and evaluated the alignment control force of the alignment film and the light resistance of the liquid crystal cell. As a result, the value of the twist angle was 40.6 degrees with respect to the design value of 45 degrees (see FIG. 13). Further, the light resistance was as shown in FIG. That is, the change rate of the twist angle increased with an increase in the integrated light amount.

用いた配向膜組成物をSEMで観察すると、マトリックス成分の割合が多いように見受けられる。このため、実施例6と同様に、微粒子の割合の多い実施例1および5に比較して耐光性に劣る結果となったと思われる。また、この例においても、セル形成時のツイスト角は、後述する微粒子を含まないものよりも、設計値である45度に近く、微粒子を用いたことによる配向規制力改善の効果が確認できた。本実施例の構成は、青色レーザ(波長390nm〜430nm)を光源とする用途以外の用途に好適である。   When the alignment film composition used is observed with an SEM, it appears that the ratio of the matrix component is large. For this reason, like Example 6, it seems that it became a result inferior to light resistance compared with Example 1 and 5 with many ratios of microparticles | fine-particles. Also in this example, the twist angle at the time of cell formation was closer to the design value of 45 degrees than that which does not contain fine particles described later, and the effect of improving the alignment regulating force by using fine particles could be confirmed. . The configuration of the present embodiment is suitable for uses other than those using a blue laser (wavelength 390 nm to 430 nm) as a light source.

実施例8
微粒子の原料として、平均粒子径が10nm〜15nm(カタログ値、測定はBET法による。)であるSiOの分散液(日産化学工業株式会社製、商品名:IPA−ST)を用い、これをエチルアルコールで希釈して溶液中のSiO成分が5質量%となるように調整し、配向膜組成物とした。
Example 8
As a raw material for fine particles, a dispersion of SiO 2 (product name: IPA-ST, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) having an average particle size of 10 nm to 15 nm (catalog value, measurement is according to the BET method) is used. The alignment film composition was prepared by diluting with ethyl alcohol so that the SiO 2 component in the solution was 5% by mass.

上記の配向膜組成物を用いて、実施例1と同様の方法により液晶セルを作製した。この液晶セルについて、実施例1と同様にしてツイスト角を測定したところ、その値は設計値45度に対して43.1度であり(図13参照)、設計値に非常に近い値となった。   A liquid crystal cell was produced in the same manner as in Example 1 using the alignment film composition. When the twist angle of this liquid crystal cell was measured in the same manner as in Example 1, the value was 43.1 degrees with respect to the design value of 45 degrees (see FIG. 13), which is very close to the design value. It was.

実施例9
微粒子の原料として、平均粒子径が15nm〜20nm(カタログ値)である、微粒子表面のシラノール基を有機基に置換したSiO(以下、表面改質SiOという)の分散液(扶桑化学工業株式会社製、商品名:クォートロンPL−2L−IPA)を用い、微粒子原料とマトリックス成分原料とを、微粒子原料中の表面改質SiO(有機基を含む)の質量と、マトリックス成分原料のSiO換算質量との合計量に対し、微粒子が80質量%の割合で存在するように混合した以外は、実施例1と同様にして液晶セルを作製した。この液晶セルについて、実施例1と同様にしてツイスト角を測定したところ、その値は設計値45度に対して42.7度であった(図13参照)。
Example 9
As a raw material for fine particles, a dispersion of SiO 2 (hereinafter referred to as surface-modified SiO 2 ) having an average particle size of 15 nm to 20 nm (catalog value) in which silanol groups on the fine particle surface are substituted with organic groups (hereinafter referred to as “surface modified SiO 2 ”) The product of the company, trade name: Quarton PL-2L-IPA), the fine particle raw material and the matrix component raw material, the mass of the surface modified SiO 2 (including organic groups) in the fine particle raw material, and the matrix component raw material SiO 2 A liquid crystal cell was produced in the same manner as in Example 1 except that mixing was performed so that the fine particles were present at a ratio of 80% by mass with respect to the total amount with the converted mass. When the twist angle of this liquid crystal cell was measured in the same manner as in Example 1, the value was 42.7 degrees with respect to the design value of 45 degrees (see FIG. 13).

<信頼性の評価>
液晶セルの信頼性を評価するため、168時間の高温高湿環境(65℃、95%RH)試験の後のツイスト角の変化率を調べた。結果を図16に示す。尚、評価は、シンテック株式会社製の偏光解析装置(製品名:OPTIPRO)でツイスト角を測定することにより行った。また、ツイスト角の変化率=(高温高湿環境試験後のツイスト角/高温高湿環境試験前のツイスト角)である。
<Reliability evaluation>
In order to evaluate the reliability of the liquid crystal cell, the change rate of the twist angle after a 168 hour high temperature and high humidity environment test (65 ° C., 95% RH) was examined. The results are shown in FIG. The evaluation was performed by measuring the twist angle with an ellipsometer (product name: OPTIPRO) manufactured by Shintech Co., Ltd. Further, the change rate of the twist angle = (twist angle after the high temperature and high humidity environment test / twist angle before the high temperature and high humidity environment test).

図16から明らかであるように、168時間の高温高湿環境(65℃、95%RH)試験投入後も、ツイスト角に大きな変化は見られなかった。このことから、液晶は試験開始時と同様の配向状態を維持しており、信頼性が良好であることが分かった。   As is clear from FIG. 16, even after the 168 hour high-temperature and high-humidity environment test (65 ° C., 95% RH), no significant change in the twist angle was observed. From this, it was found that the liquid crystal maintained the alignment state similar to that at the start of the test and had good reliability.

比較例1
配向膜組成物として、微粒子原料を用いず、マトリックス成分をSiOに換算した濃度が5質量%となるようにエチルアルコールで希釈したものを用いた以外は、実施例1と同様にして液晶セルを作製した。尚、マトリックス成分をSiOに換算した濃度は、テトラエトキシシランの前駆体から求めた。得られた液晶セルについて、実施例1と同様にしてツイスト角を測定したところ、その値は設計値45度に対して31.1度であった(図13参照)。
Comparative Example 1
A liquid crystal cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the alignment film composition was a fine particle raw material and the matrix component was diluted with ethyl alcohol so that the concentration in terms of SiO 2 was 5% by mass. Was made. The concentration obtained by converting the matrix component to SiO 2 was determined from a precursor of tetraethoxysilane. When the twist angle of the obtained liquid crystal cell was measured in the same manner as in Example 1, the value was 31.1 degrees with respect to the design value of 45 degrees (see FIG. 13).

この結果から、微粒子を含む配向膜組成物の方が、設計値に近いツイスト角が得られ、高い配向規制力を示すことが分かった。   From this result, it was found that the alignment film composition containing fine particles has a twist angle closer to the design value and exhibits a higher alignment regulating force.

比較例2
実施例1〜7および比較例1のような配向膜組成物を用いての薄膜形成に代えて、スパッタ法によって基板の上に膜厚が約200nmのSiO膜を成膜した。その他は、実施例1と同様にして液晶セルを作製した。この液晶セルについて、実施例1と同様にしてツイスト角を測定したところ、その値は設計値45度に対して19.5度であった(図13参照)。
Comparative Example 2
Instead of forming a thin film using the alignment film composition as in Examples 1 to 7 and Comparative Example 1, a SiO 2 film having a thickness of about 200 nm was formed on the substrate by sputtering. Otherwise, a liquid crystal cell was produced in the same manner as in Example 1. When the twist angle of this liquid crystal cell was measured in the same manner as in Example 1, the value was 19.5 degrees with respect to the design value of 45 degrees (see FIG. 13).

比較例3
実施例1〜7および比較例1のような配向膜組成物を用いての薄膜形成に代えて、スパッタ法によって基板の上に膜厚が約200nmのSiON膜を成膜した。その他は、実施例1と同様にして液晶セルを作製した。この液晶セルについて、実施例1と同様にして耐光性を評価したところ、図14に示すような変化を見せた。すなわち、積算光量が5Wh/mmのときのツイスト角の変化率は実施例7より大きかった。また、外観の変化も大きかったため、この時点で試験を中止した。
Comparative Example 3
Instead of forming a thin film using the alignment film compositions as in Examples 1 to 7 and Comparative Example 1, a SiON film having a thickness of about 200 nm was formed on the substrate by sputtering. Otherwise, a liquid crystal cell was produced in the same manner as in Example 1. When the light resistance of this liquid crystal cell was evaluated in the same manner as in Example 1, a change as shown in FIG. 14 was observed. That is, the change rate of the twist angle when the integrated light amount was 5 Wh / mm 2 was larger than that in Example 7. Moreover, since the change of the external appearance was also large, the test was stopped at this point.

比較例4
微粒子原料とマトリックス成分原料とを、微粒子原料中のSiOの質量と、マトリックス成分原料のSiO換算質量との合計量に対し、微粒子が30質量%の割合で存在するように混合した以外は、実施例1と同様にして液晶セルを作製した。この液晶セルについて、実施例1と同様にしてツイスト角を測定したところ、その値は設計値45度に対して29.7度であった(図13参照)。
Comparative Example 4
A particulate material and a matrix ingredient material, and SiO 2 mass in the microparticles raw material, the total amount of SiO 2 reduced mass of the matrix ingredient material, except that the fine particles are mixed to be present in a proportion of 30% by weight A liquid crystal cell was produced in the same manner as in Example 1. When the twist angle of this liquid crystal cell was measured in the same manner as in Example 1, the value was 29.7 degrees with respect to the design value of 45 degrees (see FIG. 13).

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2007年6月28日出願の日本特許出願2007−170507及び2007年11月20日出願の日本特許出願2007−300408に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
Although the present invention has been described in detail and with reference to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
This application is based on Japanese Patent Application 2007-170507 filed on June 28, 2007 and Japanese Patent Application 2007-300408 filed on November 20, 2007, the contents of which are incorporated herein by reference.

本発明により得られる配向膜は、例えば、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、情報端末機器、車両などの計器類、デジタルカメラ、ビデオカメラ、プリンタ若しくは光通信用機器、または、プロジェクタ関連部品などに適用することができる。特に、プロジェクタ関連部品には、非常に強い耐光性が求められることから、本発明によって得られる配向膜、なかでも無機材料を用いた配向膜は好適である。   The alignment film obtained by the present invention is applied to, for example, personal computers, game devices, information terminal devices, instruments such as vehicles, digital cameras, video cameras, printers or optical communication devices, or projector-related components. Can do. In particular, since projector-related parts are required to have very strong light resistance, an alignment film obtained by the present invention, particularly an alignment film using an inorganic material is preferable.

Claims (13)

微粒子と、該微粒子とイオンビームまたはプラズマビームによるエッチングレートの異なるマトリックス成分とを含む配向膜組成物を基板の上に塗布する工程と、
前記配向膜組成物に対して熱処理を行い前記マトリックス成分の重合を進める工程と、
前記熱処理後の配向膜組成物からなる膜に対して前記ビームを斜めに入射させることにより、該配向膜組成物からなる膜の表面に前記ビームの入射方向に平行または垂直な溝を形成する工程とを有することを特徴とする配向膜の製造方法。
Applying an alignment film composition including fine particles and matrix components having different fine particles and an ion beam or plasma beam etching rate on a substrate;
A step of performing a heat treatment on the alignment film composition to advance polymerization of the matrix component;
A step of forming grooves parallel or perpendicular to the incident direction of the beam on the surface of the film made of the alignment film composition by obliquely making the beam incident on the film made of the alignment film composition after the heat treatment A method for producing an alignment film, comprising:
前記配向膜組成物は前記微粒子を主成分とすることを特徴とする請求項1に記載の配向膜の製造方法。   The method for producing an alignment film according to claim 1, wherein the alignment film composition contains the fine particles as a main component. 前記マトリックス成分は前記微粒子よりエッチングレートが大きく、前記溝のピッチは前記微粒子の平均粒子径に略等しいことを特徴とする請求項1または2に記載の配向膜の製造方法。   The method for producing an alignment film according to claim 1, wherein the matrix component has an etching rate larger than that of the fine particles, and the pitch of the grooves is substantially equal to an average particle diameter of the fine particles. 前記マトリックス成分は、Ca、Li、Al、Mg、Ce、Si、Sn、Y、Hf、Zr、Zn、Ta、Ti、CaF、LiF、AlF、MgF、CeF、Al、SiO、SnO、MgO、Y、HfO、ZrO、ZnO、Ta、CeO、Nb、TiO、TiOまたはITOを構成成分として含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の配向膜の製造方法。The matrix component includes Ca, Li, Al, Mg, Ce, Si, Sn, Y, Hf, Zr, Zn, Ta, Ti, CaF 2 , LiF, AlF 3 , MgF 2 , CeF 3 , Al 2 O 3 , It contains SiO 2 , SnO 2 , MgO, Y 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , ZnO, Ta 2 O 5 , CeO 2 , Nb 2 O 5 , TiO, TiO 2 or ITO as a constituent component. The manufacturing method of the orientation film of any one of Claims 1-3. 微粒子と溶剤からなる配向膜組成物を基板の上に塗布する工程と、
前記配向膜組成物に対して熱処理を行い前記溶剤を除去する工程と、
前記熱処理後の配向膜組成物からなる膜に対してイオンビームまたはプラズマビームを斜めに入射させることにより、該配向膜組成物からなる膜の表面に前記ビームの入射方向に平行または垂直な溝を形成する工程とを有することを特徴とする配向膜の製造方法。
Applying an alignment film composition comprising fine particles and a solvent on a substrate;
Performing a heat treatment on the alignment film composition to remove the solvent;
By making an ion beam or a plasma beam obliquely enter the film made of the alignment film composition after the heat treatment, grooves parallel or perpendicular to the incident direction of the beam are formed on the surface of the film made of the alignment film composition. And a step of forming the alignment film.
前記溝のピッチは、前記微粒子の平均粒子径に略等しいことを特徴とする請求項5に記載の配向膜の製造方法。   6. The method for producing an alignment film according to claim 5, wherein a pitch of the grooves is substantially equal to an average particle diameter of the fine particles. 前記微粒子の平均粒子径は70nm以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の配向膜の製造方法。   The method for producing an alignment film according to claim 1, wherein an average particle diameter of the fine particles is 70 nm or less. 前記微粒子は、Ca、Li、Al、Mg、Ce、Si、Sn、Y、Hf、Zr、Zn、Ta、Ti、CaF、LiF、AlF、MgF、CeF、Al、SiO、SnO、MgO、Y、HfO、ZrO、ZnO、Ta、CeO、Nb、TiO、TiOまたはITOからなることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の配向膜の製造方法。The fine particles, Ca, Li, Al, Mg , Ce, Si, Sn, Y, Hf, Zr, Zn, Ta, Ti, CaF 2, LiF, AlF 3, MgF 2, CeF 3, Al 2 O 3, SiO 2 , SnO 2 , MgO, Y 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , ZnO, Ta 2 O 5 , CeO 2 , Nb 2 O 5 , TiO, TiO 2 or ITO. 8. A method for producing an alignment film according to any one of 7 above. SiOからなる微粒子とテトラエトキシシランからなるマトリックス成分とを含む配向膜組成物を基板の上に塗布する工程と、
前記配向膜組成物に対して熱処理を行い前記マトリックス成分の重合を進める工程と、
前記熱処理後の配向膜組成物からなる膜に対してイオンビームまたはプラズマビームを斜めに入射させることにより、該配向膜組成物からなる膜の表面に前記ビームの入射方向に平行または垂直な溝を形成する工程とを有し、
前記配向膜組成物中に前記微粒子は、前記微粒子の質量と前記マトリックス成分のSiO換算質量との合計量に対し40質量%以上の割合で存在することを特徴とする配向膜の製造方法。
Applying an alignment film composition comprising fine particles of SiO 2 and a matrix component of tetraethoxysilane on a substrate;
A step of performing a heat treatment on the alignment film composition to advance polymerization of the matrix component;
By making an ion beam or a plasma beam obliquely enter the film made of the alignment film composition after the heat treatment, grooves parallel or perpendicular to the incident direction of the beam are formed on the surface of the film made of the alignment film composition. And forming a process,
The method for producing an alignment film, wherein the fine particles are present in the alignment film composition in a proportion of 40% by mass or more based on a total amount of the mass of the fine particles and the mass of the matrix component in terms of SiO 2 .
前記マトリックス成分は前記微粒子よりエッチングレートが速く、前記溝のピッチは前記微粒子の平均粒子径に略等しいことを特徴とする請求項9に記載の配向膜の製造方法。   The method for producing an alignment film according to claim 9, wherein the matrix component has an etching rate faster than the fine particles, and the pitch of the grooves is substantially equal to an average particle diameter of the fine particles. 前記微粒子の平均粒子径は70nm以下であることを特徴とする請求項9または10に記載の配向膜の製造方法。   The method for producing an alignment film according to claim 9 or 10, wherein an average particle diameter of the fine particles is 70 nm or less. 請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法により製造された配向膜を備えた液晶光学素子。   The liquid crystal optical element provided with the orientation film manufactured by the method of any one of Claims 1-11. 請求項12に記載の液晶光学素子を有する光ヘッド装置。   An optical head device comprising the liquid crystal optical element according to claim 12.
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