JPH04350822A - 液晶配向膜およびその製造方法および液晶光学素子 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶配向膜およびその
製造方法に関するものであり、本発明の液晶配向膜は文
字、図形等を表示する表示装置、入射光の透過−遮断を
制御する光シャッター等の液晶光学素子に利用される。

【０００２】

【従来の技術】液晶分子は液晶セルを構成する基板の表
面状態により配列状態が異なることが知られている。液
晶の光学的特性を利用するためには、ある面積で液晶分
子が規則的に並んでいることが必要である。液晶分子の
配向方法としては液晶分子の長軸方向が基板に垂直とな
るホメオトロピック配向、平行となるホモジニアス配向
、一定の角度傾いているティルト配向がある。従来、ホ
メオトロピック配向を得る液晶配向膜の作成方法として
は、ガラス基板表面を長鎖アルキル基を持つ有機シラン
カップリング剤で処理する方法があり、ホモジニアス配
向を得る液晶配向膜の作成方法としては、基板の表面を
脱脂綿やガーゼなどで一方向に擦るラビング方法また基
板表面にポリビニルアルコールやポリイミドとうの高分
子膜を作成し、それの表面を脱脂綿やガーゼなどで擦る
ラビング方法が知られている。さらにティルト配向を得
る液晶配向膜の作成方法としては、ＳｉＯやＴｉＯ２　
を基板に対して斜め方向から蒸着する方法が知られてい
る。〔液晶デバイスハンドブック（日刊工業新聞）ｐ．
２４０〜２５７〕

【発明が解決しようとする課題】上述したように液晶の
配向状態としてホメオトロピック配向、ホモジニアス配
向、ティルト配向の３つがあり、いずれも作成方法が異
なっている。有機シランカップリング剤による処理では
、基体の表面を化学的に処理するため、基体表面の活性
の相違により再現性や均一性が低いという欠点がある。 ラビング方法では、基板の表面や高分子膜を脱脂綿やガ
ーゼなどで一方向に擦るため膜表面に静電気が発生した
り塵等が付着するためＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を破
損するという欠点があった。また斜方蒸着法は傾斜配向
を得るための有効な手段であるが、その傾斜角度に制限
があると同時に蒸着により作成するために大面積化が難
しくかつ量産性が低いという欠点があった。さらに従来
の方法では、液晶配向膜の表面状態を場所により自由に
変えることは不可能であった。

【０００３】本発明の目的は、大面積にわたって、塵の
混入や静電気の発生のない安定な配向膜を再現性よく形
成できる液晶配向膜およびその製造方法を提供すること
にある。また、他の目的は、液晶配向膜の表面状態を場
所により自由に変えることのできる手段を提供すること
である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、液晶配向膜と
して光または熱等により硬化する高分子物質を用いた点
に特徴がある。これらの高分子物質を硬化させる時に、
高分子物質表面の液晶分子を所定の配向状態に保てば、
硬化後の高分子物質は液晶配向膜として機能する。

【０００５】また、本発明の液晶配向膜の製造方法は、
電極層および高分子前駆体層を順次積層した２枚の基板
を高分子前駆体が対向するように組み合わせたセルの間
に液晶材料を入れ、電場または磁場の少なくとも一方の
印加下で高分子前駆体を硬化させることにより液晶分子
を高分子物質表面に配向させた状態で担持させることを
特徴とする。対向する２枚の基板のうち一方は、高分子
前駆体層ではなく、任意の配向膜を積層してもよい。液
晶材料は、ギャップの決まったセル中に注入してもよい
し、２枚の基板で液晶材料を挟んでも構わない。本発明
においては高分子前駆体の硬化時の電場や磁場の大きさ
、向きによりホメオトロピック配向、ホモジニアス配向
、ティルト配向の状態を任意に形成できる。また光また
は熱等により硬化して液晶分子を固定するため静電気の
発生がなく、塵の混入も防げる。さらに大面積化が可能
であると同時に部分的に硬化を行わせることができるた
め一つの基板上で異なる配向状態を形成することが可能
である。

【０００６】本発明ではまた、このようにして製造した
液晶配向膜を対向する２枚の基板のうちの少なくとも一
方に適用し、２枚の基板間に液晶材料を挟持してなる液
晶光学素子を提供する。

【０００７】本発明に用いられる基板は、ＩＴＯ等の電
極層を有す少なくとも一方が透明な基板であり、ガラス
、プラスチック、金属等が使用できる。２枚の基板は、
電極が液晶側になるように設置する。基板の間隔設定に
は、通常の液晶デバイスに用いられるスペーサーを使用
することができ、その間隔は、１μｍ〜５μｍ程度が望
ましい。

【０００８】本発明の液晶配向膜の製造に使用される液
晶材料としては、単一の液晶性化合物に限定されるもの
ではなく、２種以上の液晶性化合物や液晶性化合物の物
質を含んだ液晶物であってもよい。液晶材料としてはネ
マチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶
等いずれを用いることもできる。誘電離率異方性は正で
も負でもよく、さらに周波数を変化させることにより、
正負両方の値をとることのできる二周波駆動液晶材料で
あってもよい。

【０００９】本発明の液晶光学素子として、液晶配向膜
間におかれ実際に駆動する液晶材料としては液晶配向膜
の製造時に使用した液晶と同一でも異なっていても構わ
ない。液晶材料としては、単一の液晶性化合物に限定さ
れるものではなく、２種以上の液晶性化合物や液晶性化
合物以外の物質を含んだ液晶組成物であってもよい。液
晶材料としてはネマチック液晶、スメクチック液晶、コ
レステリック液晶等いずれを用いることもできる。誘電
離率異方性は正でも負でもよく、さらに周波数を変化さ
せることにより、正負両方の値をとることのできる二周
波駆動液晶材料であっても構わない。また２色性色素を
混入しカラー化しても使用できる。

【００１０】本発明に用いられる高分子前駆体としては
、紫外線、電子線等の照射により高分子化する光硬化型
と熱により硬化する熱硬化型が使用される。高分子前駆
体が硬化した後の高分子物質は完全な透明性を必須とす
るものではないが、光線が高分子物質を透過する時に著
しい減衰を生じない程度の透明性を有することが望まし
い。また高分子物質は必要に応じ有色の材料を用いるこ
ともできる。高分子物質の固体性については堅固なもの
である必要は無く、柔軟性、弾性、可尭性を有するもの
であってもよい。

【００１１】光を照射することにより硬化物を形成する
光硬化型の高分子前駆体としては適当な粘性を有する光
重合性モノマーまたは光重合性オリゴマーあるいは光重
合性モノマーと光重合性オリゴマーの混合物を用いるこ
とができる。光重合性モノマーとしては、ビスフェノー
ルＡジアクリレート、ビスフェノールＡジメタクリレー
ト、ペンタエリストールテトラアクリレート等のアクリ
ル系モノマーが挙げられ単一物質でも２種類以上の混合
物でも使用できる。光重合性オリゴマーとしては、ウレ
タンアクリレートオリゴマー系、エポキシアクリレート
オリゴマー系あるいはエステルオリゴマー系等が挙げら
れ単一物質でも２種類以上の混合物でも使用可能である
。

【００１２】光硬化の開始剤としては、アセトフェノン
系、ベンゾイン系、ベンゾフェノン系、チオキサンソン
系が用いられ、固体でも液体でも構わないが光硬化型高
分子前駆体に溶解または相溶するものが望ましい。

【００１３】熱硬化型の高分子前駆体としては、適当な
粘性を有する液体で加熱により硬化するものが使用され
る。高分子前駆体としては尿素樹脂、メラミン樹脂、フ
ェノール樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等があり、これらは単一
でも混合して使用することもできる。またエポキシ樹脂
とアミノ樹脂のように２液を混合することにより硬化す
る２液硬化性でも可能である。

【００１４】本発明では光または熱等で硬化する高分子
前駆体を電極層付き基板の電極層上に塗布するが、この
とき高分子前駆体はそのままの状態で使用してもよいし
、溶媒で希釈して塗布することもできる。

【００１５】高分子前駆体を希釈する溶媒としては、ベ
ンゼン、キシレン、モノクロルベンゼン等の芳香族炭化
水素、アセトン、メチルエチルケトン、シクルロヘキサ
ノン等のケトン類、メタノール、エタノール、イソプロ
パノール等のアルコール類、酢酸エチル、メチルセロソ
ルブ等のエステル類、四塩化炭素、クロロホルム、ジク
ロルメタン、ジクロルエタン、トリクロルエチレン等の
脂肪族ハロゲン化炭化水素類、テトラヒドロフラン、ジ
オキサン等のエーテル類、Ｎ．Ｎ−ジメチルホルムアミ
ド等のアミド類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシ
ド類が用いられる。

【００１６】塗布方法はスピンコーター、スプレーコー
ター、バーコーター、ディップコーター等の装置を用い
て行うことができる。

【００１７】溶媒を用いた場合の乾燥は加熱乾燥で静止
または送風条件下で行うことが望ましいが室温で放置し
ても可能であり、減圧下で室温または加熱することもで
きる。乾燥後膜厚は１００オングストローム〜５０００
オングストローム、望ましくは２００オングストローム
〜１０００オングストロームになるように塗布する。

【００１８】基板間のギャップはＳｉＯ２　ビーズやポ
リエチレンフィルム等のスペーサを基板に置くことによ
り決められる。

【００１９】印加する電場や磁場の大きさは固定しよう
とする液晶材料の物性や得ようとする液晶分子の配向状
態により異なる。電場の印加と磁場の印加は同時に行う
こともできる。また磁場を印加する方向も必要とする配
向状態により決められる。

【００２０】高分子前駆体は、一度に基板全体のものが
硬化する必要はなく、場所により配向状態を変えて複数
回にわけて硬化してもよい。

【００２１】電場または磁場あるいは電場と磁場の両方
の印加下で光または熱により高分子前駆体を硬化させて
液晶分子を固定した一対の液晶配向膜は、そのまま液晶
光学素子として使用することもできるし、一度セルを解
体した後、再度別の液晶を使用して、セルを組んで使用
することもできる。さらに別の条件で硬化させた液晶配
向膜や異なる条件で硬化させた液晶配向膜と組み合わせ
てもよいし、化学的処理、ラビング処理等の配向膜と組
み合わせることもできる。その際、液晶配向膜として高
分子表面に固定した液晶材料と実際に駆動する液晶材料
が同じである必要はない。

【００２２】

【作用】高分子前駆体を硬化させる時、高分子前駆体表
面の液晶分子を所定の配向状態に保てば、硬化後の高分
子物質表面の液晶分子はその配向状態で固定され、ラン
ダムな状態に戻ることはできない。したがって、この高
分子物質は液晶配向膜として用いることができる。

【００２３】硬化時に液晶分子を所定の配向状態に保つ
には、液晶分子に電場または磁場を印加しつづければよ
い。電場または磁場はいずれか一方の印加でも両方の印
加でもよい。液晶分子の配向状態は、電場や磁場の大き
さや方向により任意の配向状態が実現できる。したがっ
て、本発明では、簡単に再現性よく種々の配向状態の液
晶配向膜を作製することができる。

【００２４】また、ラビング法のように擦ることはしな
いので、塵の混入や静電気の発生がない。

【００２５】さらに、部分的に硬化を行わせることによ
り一つの基板上で異なる配向状態を形成することができ
る。

【００２６】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
るが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に
限定されるものではない。

【００２７】実施例１ 光重合性オリゴマーＵＮ９０００ＰＥＰ［根上工業（株
）製］１部とテトラヒドロフラン１９部と適量の重合開
始剤ベンゾフェノンの混合溶液をスピンコーターで電極
層付きガラス基板の電極層上に塗布し、６０℃で５時間
乾燥した。厚さは約２０００オングストロームであった
。このようにして作成した２枚の同じ基板で液晶Ｅ−８
（ＢＤＨ社製）を挟んだ。基板間のギャップは１．５μ
ｍとした。この液晶セルに１ｋＨｚ、１５Ｖの交流電圧
を印加した状態で高圧水銀ランプで紫外線を１０秒間照
射し、光重合性オリゴマーを硬化させた。得られた液晶
光学素子を偏光顕微鏡で観察した結果、ホメオトロピッ
クな液晶配向状態が観察された。

【００２８】実施例２ 光重合性オリゴマーＭ１２００［東亜合成（株）製］１
部とテトラヒドロフラン１９部と適量の重合開始剤ジエ
トキシアセトフェノンの混合溶液をスピンコーターで電
極層付きガラス基板の電極層上に塗布し、６０℃で５時
間乾燥した。厚さは約１５００オングストロームであっ
た。このようにして作成した２枚の同じ基板で２周波駆
動液晶ＮＲ−１０１２ＸＸ［チッソ（株）製］を挟んだ
。基板間のギャップは１μｍとした。この液晶セルに４
０ｋＨｚ（Δε＜０）、２０Ｖの交流電圧を印加した状
態で高圧水銀ランプで紫外線を１０秒間照射し光重合性
オリゴマーを硬化させた。得られた液晶光学素子を偏光
顕微鏡で観察した結果、ホモジニアスな液晶配向状態が
観察された。

【００２９】実施例３ 光重合性オリゴマーＵＮ９０００ＰＥＰ［根上工業（株
）製］１部とテトラヒドロフラン１９部と適量の重合開
始剤ベンゾフェノンの混合溶液をスピンコーターで電極
層付きガラス基板の電極層上に塗布し、６０℃で５時間
乾燥した。厚さは約２０００オングストロームであった
。このようにして作成した２枚の同じ基板で液晶Ｅ−８
（ＢＤＨ社製）を挟んだ。基板間のギャップは２μｍと
した。この液晶セルに１ｋＨｚ、５Ｖの交流電圧を印加
した状態で高圧水銀ランプで紫外線を１０秒間照射し光
重合性オリゴマーを硬化させた。垂直方向に対して５°
ティルトした液晶配向状態が得られていることをクリス
タルローテーション法により確認した。

【００３０】実施例４ 光重合性オリゴマーＵＮ９０００ＰＥＰ［根上工業（株
）製］１部とテトラヒドロフラン１９部と適量の重合開
始剤ベンゾフェノンの混合溶液をスピンコーターで電極
層付きガラス基板の電極層上に塗布し、６０℃で５時間
乾燥した。厚さは約１０００オングストロームであった
。このようにして作成した２枚の同じ基板で液晶Ｅ−８
（ＢＤＨ社製）を挟んだ。基板間のギャップは１μｍと
した。この液晶セルに１００００ガウスの磁場を印加し
た状態で高圧水銀ランプで紫外線を１０秒間照射し、光
重合性オリゴマーを硬化させた。得られた液晶光学素子
を偏光顕微鏡で観察した結果、ホメオトロピックな液晶
配向状態が観察された。

【００３１】実施例５ 光重合性オリゴマーＵＮ９０００ＰＥＰ［根上工業（株
）製］１部とテトラヒドロフラン１９部と適量の重合開
始剤ベンゾフェノンの混合溶液をスピンコーターで電極
層付きガラス基板の電極層上に塗布し、６０℃で５時間
乾燥した。厚さは約１０００オングストロームであった
。このようにして作成した２枚の同じ基板で二周波駆動
液晶ＮＲ−１０１２ＸＸ［チッソ（株）製］を挟んだ。 基板間のギャップは１．５μｍとした。この液晶セルの
半分を紫外線遮断フィルムでマスクした。この液晶セル
に１ｋＨｚ、１０Ｖの交流電圧を印加した状態で高圧水
銀ランプで紫外線を１０秒間照射した。それにより紫外
線が照射された部分だけ光重合性オリゴマーが硬化し、
ホメオトロピックな液晶配向状態が得られた。次にマス
クをはずし、液晶セルに５０ｋＨｚ、１０Ｖの交流電圧
を印加した状態で高圧水銀ランプで紫外線を１０秒間照
射した。それにより硬化していなかった部分の光重合性
オリゴマーが硬化し、ホモジニアスな液晶配向状態が得
られ、一枚の基板上に異なる配向状態を形成させること
ができた。

【００３２】実施例６ 光重合性オリゴマーＭ１２００［東亜合成（株）製］１
部とテトラヒドロフラン１９部と適量の重合開始剤ジエ
トキシアセトフェノンの混合溶液をスピンコーターで電
極層付きガラス基板の電極層上に塗布し、６０℃で５時
間乾燥した。厚さは約１５００オングストロームであっ
た。このようにして作成した２枚の同じ基板で２周波駆
動液晶ＮＲ−１０１２ＸＸ［チッソ（株）製］を挟んだ
。基板間のギャップは１μｍとした。この液晶セルに１
００Ｈｚ（Δε＞０）、２０Ｖの交流電圧を印加した状
態で高圧水銀ランプで紫外線を１０秒間照射し光重合性
オリゴマーを硬化させた。得られた液晶光学素子を偏光
顕微鏡で観察した結果、ホメオトロピックな液晶配向状
態が観察された。この配向膜の一枚と実施例２で作成し
た配向膜の一枚を組み合わせた。基板間のギャップは１
μｍとした。その液晶セルに液晶ＮＲ−１０１２ＸＸを
注入した。それによりハイブリッド配向状態が得られた
。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、液晶分子
を高分子膜に配向状態で固定した液晶配向膜に関するも
のであり、印加する電場または磁場あるいは電場と磁場
の両方により液晶を任意の配向状態で固定できる。この
方法により塵の混入や静電気の発生も無く、安定した液
晶配向膜の形成が可能となる。また場所により配向状態
の異なった膜を作成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる液晶光学素子の断面図の一例を
示している。

【図２】本発明に係わる液晶光学素子の配向状態の一例
を示している。

【符号の説明】

１　　基板 ２　　電極層 ３　　液晶配向膜 ４　　液晶層 ５　　高分子物質 ６　　液晶分子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光または熱等により硬化する高分子物
   質からなり、表面に液晶分子が所定の配向状態で固定さ
   れていることを特徴とする液晶配向膜。
2. 【請求項２】　　電極層および高分子前駆体層を順次積
   層した２枚の基板を高分子前駆体が対向するように組み
   合わせたセルの間に液晶材料を入れ、電場または磁場の
   少なくとも一方の印加下で高分子前駆体を硬化させるこ
   とにより液晶分子を高分子物質表面に配向させた状態で
   担持させることを特徴とした液晶配向膜の製造方法。
3. 【請求項３】　　電極層および高分子前駆体層を順次積
   層した基板と電極層および任意の配向膜を順次積層した
   基板を高分子前駆体層と任意の配向膜が対向するように
   組み合わせたセルの間に液晶材料を入れ、電場または磁
   場の少なくとも一方の印加下で高分子前駆体を硬化させ
   ることにより液晶分子を高分子物質表面に配向させた状
   態で担持させることを特徴とした液晶配向膜の製造方法
   。
4. 【請求項４】　　対向する２枚の基板と、少なくとも一
   方の基板上に順次積層した電極層および請求項１記載の
   液晶配向膜と、２枚の基板間に挟持され液晶材料とから
   なることを特徴とする液晶光学素子。