JP4640540B2

JP4640540B2 - 配向膜の製造方法

Info

Publication number: JP4640540B2
Application number: JP2000282915A
Authority: JP
Inventors: 丈也酒井; 正雄植月; 喜弘川月
Original assignee: Hayashi Telempu Corp
Current assignee: Hayashi Telempu Corp
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2020-09-19
Also published as: JP2002090750A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光性の重合体の膜に、直線偏光性または部分偏光性の光を照射することによって、液晶パネルに封入した液晶の配向を促進する膜を提供し、液晶表示装置の製造方法の改良に役立つものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶パネルに封入した液晶を配向させるには、図２に示すような、基板（２１）に塗布したポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンテレフタレートなどの高分子化合物の表面（２２）をナイロンやポリエステル繊維を植毛した布（２４）を巻きつけたドラム（２３）で擦り、これら高分子化合物を配向させるか、表面に極微細な溝を形成する方法、またはそれらフィルムを延伸配向させ異方性を付与する方法、更には、酸化珪素（ＳiＯ）を基板に対して斜めから蒸着して得られるＳiＯ斜方蒸着膜を利用する方法などにより作製された配向膜が利用されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような、高分子化合物の表面を植毛した布で物理的に擦る方法は、微細な埃の発生による液晶製造ラインの汚染や静電気による放電が原因のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子の破壊など、液晶パネルの製造工程において問題となっていた。また、ＳiＯの斜方蒸着法は、基板上での蒸着角や膜厚の均一性を保つことが難しいことやプロセスが大掛かりになってしまうなどの問題点があった。また、これらの従来法では、同一の基板内における液晶分子の配向は一定方向のみとなり、同一の基板内に配向方向が異なる領域を有する膜を作製できなかった。
【０００４】
【課題を解決する手段】
前記の問題に鑑み、本発明では、側鎖に少なくとも化学式１で表される構造を含み、主鎖が炭化水素、アクリレート、メタクリレート、マレイミド、Ｎ−フェニルマレイミド、シロキサンである化学式２で表される単位を含有する感光性の重合体であり、該単位の単独重合体、または共重合体、更には、アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルケニルオキシ基、シクロヘキシル基、シクロヘキセニル基およびそれらを弗化した基などを含む単位を少なくとも一つこれらに共重合した重合体を用いた配向膜およびその製造方法を提供する。
【化２】

但し、ｎ＝１〜１２、Ｘ＝ｎｏｎｅ、−ＣＯＯ、−ＯＣＯ−、−Ｎ=Ｎ−、−Ｃ=Ｃ−ｏｒ−Ｃ₆Ｈ₄−、−Ｒ₁〜−Ｒ₈＝−Ｈ、ハロゲン基、またはメトキシ基などのアルキルオキシ基、更に−Ｒ₉＝メチル基、エチル基などのアルキル基、またはそれらを弗化した基である。
該重合体は側鎖に感光性基を含み、該重合体の塗布膜に直線偏光性または部分偏光性の紫外線を照射することにより、感光性基の部分が反応し、配向膜を形成し得る。この解決手段によって微細な埃の発生や静電気による放電、大掛かりなプロセス、一方向のみの配向など、従来技術の問題点が解決される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の詳細を説明する。前述の単独重合体または共重合体は、液晶性高分子のメソゲン成分として多用されているビフェニル、ターフェニル、フェニルベンゾエート、アゾベンゼンなどの置換基と感光性基からなる構造成分が、炭化水素、アクリレート、メタクリレート、マレイミド、Ｎ−フェニルマレイミド、シロキサンなどの主鎖にスペーサーを介して結合した液晶性を有する重合体である。また、該重合体に、液晶性を損なわない程度の低分子を添加することや、液晶性を損なうことなく液晶性を示さない共重合モノマーと共重合してもかまわない。該重合体の溶液を基板上に塗布（スピンコート）した重合体塗布膜を形成する。該重合体塗布膜は、製膜時には等方的であるが、該膜に直線偏光性または部分偏光性の紫外線を照射すると、照射光の電界振動方向または最も電界振動の強い方向に沿い配置されている感光性基の光反応が優先的に進行し、異方性の膜となる。この光反応を進めるには、化学式１の感光性の部分が反応し得る波長の直線偏光の照射を要する。この波長は、化学式１で示された−Ｒ₁〜−Ｒ₉の種類によっても異なるが、一般に２００−５００nmであり、中でも２５０−４５０nmの有効性が高い場合が多い。
【０００６】
この直線偏光性または部分偏光性の光を照射することにより発現する膜の異方性は、照射する直線偏光性または部分偏光性の光の照射エネルギが低い場合と高い場合では異方性の発現する方向が９０度変化することが実験的に確認されている。化学式２において、ｎ＝６、Ｘ＝−ＣＯＯ、−Ｒ₁〜−Ｒ₈＝−Ｈ、−Ｒ₉＝メチル基、主鎖がメタクリレートである重合体を用いた場合、照射する直線偏光の照射エネルギを１５０ｍＪ／ｃｍ²とし、照射後１３０℃で５分間熱処理すると、図３に示すように照射した直線偏光の電界振動と平行方向と垂直方向で紫外光域の吸光度に差が生じる。照射した直線偏光の電界振動と平行方向の２７５ｎｍにおける吸光度をＡ//、垂直方向の２７５ｎｍにおける吸光度をＡ⊥とすると、二色比ＤＲ〔＝（Ａ//−Ａ⊥）／（Ａ//＋Ａ⊥）〕は−０．４７と求められ、Ａ⊥＞Ａ//となることが確認された。これに対し、照射する直線偏光の照射エネルギを５００ｍＪ／ｃｍ²まで増加し、照射後１３０℃で５分間熱処理すると、図４に示すように照射した直線偏光の電界振動と平行な方向と垂直な方向で紫外光域の吸光度に差が生じ、そのときの２７５ｎｍにおける二色比ＤＲは０．４９と求められ、Ａ⊥＜Ａ//となることが確認された。このように本発明の感光性化合物では照射した直線偏光の照射エネルギにより膜の異方性が９０度変化することが確認されている。異方性の膜に、液晶分子が接触した場合、液晶分子は膜との相互作用により、一定方向に配向するようになる。本発明の感光性化合物でも、このような液晶配向性が確認されており、膜の異方性が直線偏光の照射エネルギにより９０度変化するのに合わせて、液晶配向方向も直線偏光の照射エネルギにより９０度変化することが確認されている。
【０００７】
また、本発明の重合体において、低い照射エネルギの時に発現するに二色性は、１６０℃程度の加熱により比較的容易に解消できることが確認されており、熱と光による書き込み消去型の光記録材料として、また、直線偏光の光照射により、電界振動と平行方向の感光性基が選択的に反応するが、続く熱処理により感光部位が方向性なく可逆的に戻ることから、光照射と熱処理を繰り返すことにより異方性が増加し、高度に配向したフィルムとなり、位相差フィルムとしても利用可能である。
【０００８】
このようなことから、本発明の感光性の重合体は、基板に塗布（スピンコート）して製膜し、同一の基板内の領域毎に直線偏光性または部分偏光性の光の照射エネルギを変化させることによって、同一の基板内に液晶配向方向のことなる領域を付与することができることから、物理的に基板表面を擦るなどの工程が不要で、静電気、埃などを発生することなく、液晶パネルにおいて液晶配向方向を画素毎に制御した液晶表示装置を提供できる。更には、光照射と熱処理という比較的簡便な手法により書き込み消去型の光記録材料、位相差フィルムを提供できる。
【０００９】
【実施例】
図１には、本発明の重合体を用いた液晶配向膜の製造方法（装置）を示す。電源（１２）によって励起された紫外線ランプ（１１）で発生した非偏光（１６）を、光学素子（１３）（例えばグランテーラープリズム）を介して、偏光紫外線（１７）に変換し、基板（１５）上に塗布された樹脂膜（１４）に照射する（基板法線方向から照射すると限定するものではない）。
【００１０】
（実施例１）化学式３で示される重合体１は、昇温過程で３５℃と２１０℃に吸熱ピークが認められ、偏光顕微鏡で観察すると、該温度領域で複屈折性の光学模様を発現する液晶性の材料である。該重合体をクロロホルムに溶解し、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で覆った基板上に約１００nmの厚さでスピンコートした。該基板にグランテーラープリズムを用いて直線偏光に変換した紫外線（５０ｍＷ／ｃｍ²）を、水平面に対し垂直方向から室温で３秒間照射した。この基板２枚を、直線偏光を照射したときの電界振動方向が平行になるよう対向させて液晶セルを作製し、この液晶セルに２色性色素ＤｉｓｐｅｒｓｅＢｌｕｅ１４（アルドリッチ社製）を分散させた液晶Ｅ７（メルクジャパン社製）を充填し、８０℃まで加熱し液晶を等方相としたのち室温まで冷却した。偏光顕微鏡でこの液晶セルを観察したところ液晶の配向方向は照射した直線偏光の電界振動と垂直方向であることが確認された。更に、片方の基板を９０度回転したセルを組み立て、液晶Ｅ７を充填し、ＴＮ型セルを作製したところ、両基板間への電圧印加により液晶セルの駆動が確認された。
【化３】

【００１１】
（実施例２）重合体１をクロロホルムに溶解し、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で覆った基板上に約１００nmの厚さでスピンコートした。該基板にグランテーラープリズムを用いて直線偏光に変換した紫外線（５０ｍＷ／ｃｍ²）を、水平面に対し垂直方向から室温で１０秒間照射した。この基板２枚を、直線偏光を照射したときの電界振動方向が平行になるよう対向させて液晶セルを作製し、この液晶セルに２色性色素ＤｉｓｐｅｒｓｅＢｌｕｅ１４（アルドリッチ社製）を分散させた液晶Ｅ７（メルクジャパン社製）を充填し、８０℃まで加熱し液晶を等方相としたのち室温まで冷却した。偏光顕微鏡でこの液晶セルを観察したところ液晶の配向方向は照射した直線偏光の電界振動と平行方向であることが確認された。更に、片方の基板を９０度回転したセルを組み立て、液晶Ｅ７を充填し、ＴＮ型セルを作製したところ、両基板間への電圧印加により液晶セルの駆動が確認された。
【００１２】
（実施例３）重合体１をクロロホルムに溶解し、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で覆った基板上に約１００nmの厚さでスピンコートした。該基板にグランテーラープリズムを用いて直線偏光に変換した紫外線（５０ｍＷ／ｃｍ²）を、水平面に対し垂直方向から室温で７秒間照射した。次いで、マスクパターンを用い、マスクされた領域以外のみ電界方向の揃った直線偏光の紫外線を更に３秒間照射した。この基板とマスクを用いず直線偏光の紫外線を１０秒間照射した基板とを用い、直線偏光を照射したときの電界振動方向が平行になるよう対向させて液晶セルを作製し、この液晶セルにメルクジャパン（株）製の液晶Ｅ７を充填し、８０℃まで加熱し液晶を等方相としたのち室温まで冷却した。偏光顕微鏡の直交ニコル、平行ニコルで観察したところマスクパターンと合致した明暗反転が観察された。
【００１３】
【発明の効果】
以上に記述したように、本発明によれば、感光性の重合体への直線偏光性または部分偏光性の光の照射によって配向膜が得られると共に、この膜を液晶表示装置用の配向膜に応用できる。更に、照射量により液晶分子の配向が９０度変化することから、１つのマスクパターンで液晶の配向を２方向に制御できるので、マスクパターンを２つ必要とせず位置合わせも不要とすることができる。また、ラビングなど、液晶分子を配向させる操作が不要な配向膜が調製されるので、液晶表示装置の組立工程で生じる欠陥が著しく低減される。
【００１４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配向膜の製造方法を示す概念図
【図２】従来の配向膜の製造方法を示す例図
【図３】本発明の重合体に直線偏光性の紫外光を１５０ｍＪ／ｃｍ²照射し、照射後１３０℃で５分間熱処理したときの偏光紫外吸収スペクトル
【図４】本発明の重合体に直線偏光性の紫外光を５００ｍＪ／ｃｍ²照射し、照射後１３０℃で５分間熱処理したときの偏光紫外吸収スペクトル
【符号の説明】
１１・・・紫外線ランプ
１２・・・電源
１３・・・光学素子（グランテーラープリズム）
１４・・・樹脂膜（感光性の重合体）
１５・・・基板
１６・・・非偏光（紫外線）
１７・・・偏光（紫外線）

Claims

側鎖に化学式１で表される構造を含む感光性の重合体を基板上に塗布する工程および、塗布された重合体に直線偏光性または部分偏光性の光を照射する工程、ここでこの直線偏光性または部分偏光性の光の照射は、前記基板上に塗布された重合体に対して領域によって異なる照射量でなされる操作を含み、および前記感光性の重合体を塗布した基板を加熱ならびに冷却する工程によって、この基板上に塗布された重合体の面内に配向方向が相互に９０度異なる領域をもって形成することを特徴とする、配向膜の製造方法。

但し、ｎ＝１〜１２、Ｘ＝ｎｏｎｅ、−ＣＯＯ、−ＯＣＯ−、−Ｎ＝Ｎ−、−Ｃ＝Ｃ−ｏｒ−Ｃ_６Ｈ_４−、−Ｒ_１〜−Ｒ_８＝−Ｈ、ハロゲン基、またはメトキシ基などのアルキルオキシ基、更に−Ｒ_９＝メチル基、エチル基などのアルキル基、またはそれらを弗化した基である。