JPH1031206A - 高分子液晶成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高分子液晶を均一に成膜して高品質の一軸光
学膜を安定的に作成する。 【解決手段】 先ず配向工程を行ない、基板１の表面を
所定の配向方向沿って配向処理する。次に塗工工程を行
ない、所定の相転移点を有する高分子液晶２ａと所定の
沸点を有する溶媒とからなる塗剤２を所定の厚みで基板
１の表面に一様な状態で塗工する。続いて乾燥工程を行
ない、沸点以下で低温加熱処理を施こし、溶媒を蒸発さ
せ塗工した塗剤２の一様な状態を維持したまま乾燥す
る。最後に整列工程を行ない、基板１を一旦相転移点以
上に高温加熱処理した後相転移点以下の温度まで徐冷し
乾燥された塗剤２に含まれる高分子液晶２ａを配向方向
に整列させて一軸光学膜３を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

【従来の技術】一般に、波長板は互いに垂直な方向に振
動する直線偏光が板を通過した時、これらの間に所定の
光路差（従って位相差）を与える複屈折板（結晶板）を
いう。複屈折板の厚さをｄ、互いに垂直な電気的主軸方
向に振動する直線偏光の屈折率をｎ１，ｎ２とした時、
光路差は｜ｎ１−ｎ２｜ｄで与えられる。この値がλ／
４，λ／２，λ／１（λは用いる光の真空中での波長）
のものを夫々四分の一、二分の一、一波長板といい、こ
れらはπ／２，π，２πの位相板に相当する。例えば、
四分の一波長板は互いに垂直な方向に振動する直線偏光
の間に１／４波長の光路差を生ずる様に厚さを決められ
た複屈折板である。白雲母を適当な厚さに劈開した薄板
等が用いられる。あるいは、一方向に分子配向させた合
成樹脂板等が用いられる。この板に主軸方向と４５°の
方位を持つ直線偏光を入れると透過光は円偏光になる。
四分の一波長板は様々な用途があり、例えば反射型ゲス
トホスト液晶表示装置の偏光制御素子に用いられる。特
開平６−２２２３５１号公報には四分の一波長板を内部
に組込んだ反射型ゲストホスト液晶表示装置が開示され
ている。この従来構造では、ポリスチレン、ポリプロピ
レン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート
等の高分子フィルムを一方向に分子配向させた四分の一
波長板層を用いている。しかしながら、一軸延伸した高
分子フィルムの光学異方性は必ずしも十分なものではな
く、四分の一波長板層として実用的に満足できるレベル
のものを得るに至っていない。又、この従来構造では、
高分子液晶からなる四分の一波長板層も開示している。
例えば、高分子液晶を加熱し、別途加熱又は冷却した基
板上に付着させて四分の一波長板層を形成する。しかし
ながら、この方法でも高分子液晶を高秩序度で分子配向
させる事が難しく、実用的に満足できる一軸異方性の光
学膜を得るに至っていない。

【０００３】

【課題を解決する為の手段】上述した従来の技術の課題
にかんがみ、本発明は高分子液晶を利用して均一且つ高
秩序度の一軸光学膜を形成する事を目的とする。かかる
目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明
にかかる高分子液晶成膜方法では、先ず基板の表面を所
定の配向方向に沿って配向処理する配向工程を行なう。
次に塗工工程を行ない、所定の相転移点を有する高分子
液晶と所定の沸点を有する溶媒とからなる塗剤を所定の
厚みで該基板の表面に一様な状態で塗工する。続いて乾
燥工程を行ない、沸点以下で低温加熱処理を実行し溶媒
を蒸発させて塗工した塗剤の一様な状態を維持したまま
乾燥する。最後に整列工程を行ない、該基板を一旦相転
位点以上に高温加熱処理した後相転移点以下の温度まで
徐冷し乾燥された塗剤に含まれる高分子液晶を該配向方
向に整列させて一軸光学膜を形成する。好ましくは、前
記乾燥工程は真空下で低温加熱処理を行ない溶媒の蒸発
を促進する。又、前記塗工工程はスピンコート、ディッ
ピング又は印刷により該塗剤を塗工する。さらに、前記
配向工程は該基板の表面にポリイミドを成膜した後配向
方向に沿ってラビングする。

【０００４】本発明にかかる高分子液晶成膜方法はゲス
トホスト液晶表示装置の製造方法に応用できる。この場
合、先ず一方の基板の表面を所定の配向方向に沿って配
向処理する配向工程を行なう。次に塗工工程を行ない、
所定の相転移点を有する高分子液晶と所定の沸点を有す
る溶媒とからなる塗剤を所定の厚みで該基板の表面に一
様な状態で塗工する。続く乾燥工程では、沸点以下で低
温加熱処理を行ない、溶媒を蒸発させて塗工した塗剤の
一様な状態を維持したまま乾燥する。さらに整列工程を
行ない、該基板を一旦相転移点以上に高温加熱処理した
後相転移点下の温度まで徐冷し乾燥された塗剤に含まれ
る高分子液晶を該配向方向に整列させて四分の一波長板
層に加工する。この後、所定の間隙を介して該一方の基
板に他方の基板を接合する接合工程を行なう。最後に注
入工程を行ない、二色性色素を含有したゲストホスト液
晶を該間隙に注入してゲストホスト液晶表示装置を完成
する。

【０００５】本発明は、高分子液晶（液晶ポリマー）を
適当な溶媒に溶解させてスピンコートや印刷等により基
板上に塗布する。溶媒を蒸発させる際、十分低温でこれ
を行なう事により、ピンホール等の欠陥の発生を抑制す
る。この時、真空下で低温加熱処理を行なう事により、
さらに蒸発を促進させても良い。例えば、ゲストホスト
液晶表示装置に四分の一波長板層を形成する場合、材料
となる液晶ポリマーをシクロヘキサノン等の適当な溶媒
に溶解させた後、スピンコートや印刷等で塗工する。さ
らに、比較的低温の加熱処理を行ない溶媒を蒸発した
後、比較的高温の加熱処理を行ない液晶ポリマーを整列
させている。塗剤に含まれる溶媒を蒸発させる際、例え
ば溶媒の沸点を超える比較的高温の加熱処理を行なうと
塗膜面にピンホール（ハジキ）が発生し塗膜の一様性を
損なう。これを防ぐ為、溶媒の沸点以下で十分に低温の
加熱処理を行ない溶媒を蒸発させた後高分子液晶の整列
処理を行なっている。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の最
良な実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかか
る高分子液晶成膜方法を示す工程図である。先ず（Ａ）
に示す様に配向工程を行なう。即ち、基板１の表面を所
定の配向方向（矢印で示す）に沿って配向処理する。例
えば、基板１の表面にポリイミド（図示せず）を成膜し
た後配向方向に沿ってラビングする。場合によっては、
基板１の表面を直にラビングしてもよい。次に（Ｂ）に
示す様に塗工工程および乾燥工程を行なう。塗工工程で
は、所定の相転移点を有する高分子液晶２ａと所定の沸
点を有する溶媒とからなる塗剤２を所定の厚みで基板１
の表面に一様な状態で塗工する。例えば、スピンコー
ト、ディッピング又は印刷により塗剤２を塗工する。ス
ピンコートを行なう場合、塗剤の濃度やスピン回転数等
の条件を適宜設定して、形成される塗膜の厚みが可視光
領域でλ／４の位相差を生じさせる様にすれば、所望の
四分の一波長板層が得られる。続く乾燥工程では、沸点
以下で低温加熱処理を行ない溶媒を蒸発させて塗工した
塗剤２（塗膜）の一様な状態を維持したまま乾燥する。
これにより、塗膜にピンホール等が発生する事はない。
なお、この乾燥工程では、場合により真空下で低温加熱
処理を行ない、溶媒の蒸発を促進させる事ができる。最
後に（Ｃ）に示す様に整列工程を行なう。この整列工程
では、基板１を一旦相転移点以上に高温加熱した後相転
移点以下の温度まで徐冷し乾燥された塗剤２に含まれる
高分子液晶２ａを配向方向に整列させて一軸光学膜３を
形成する。その厚みを適当に設定する事で、一軸光学膜
３をそのまま四分の一波長板層として用いる事ができ
る。図示する様に、塗工および乾燥段階では塗剤２に含
まれる高分子液晶２ａの液晶分子はランダムな整列状態
にあるのに対し、高温加熱処理後では高分子液晶２ａの
液晶分子は配向方向に沿って整列し、所望の一軸光学異
方性が得られる。具体的には、塗剤２を塗工し且つ乾燥
させた基板１を予めネマティック相温度又はイソトロピ
ック相温度に設定されたオーブンに投入して加熱する。
その後徐冷して室温まで戻す。これによって塗工された
高分子液晶２ａが予めラビング処理しておいた基板１の
配向方向に整列する。以上の説明から理解される様に、
本発明では沸点以下で低温加熱処理を行ない溶媒を蒸発
させて塗膜の一様な状態を維持したまま乾燥している。
これに対し、沸点以上もしくはこれに近い高温で加熱処
理を行なうとピンホール等の欠陥が塗膜に発生し良好な
膜質の一軸光学膜を安定して得る事ができない。

【０００７】図２は高分子液晶の一例を示す化学構造を
表わした模式図である。図示する様に、この高分子液晶
はアルキル主鎖から分岐した側鎖を有している。側鎖の
先端にはペンダントとしてメトキシフェニルベンゾアー
トが連結されている。側鎖のスペーサ長は炭素数ｎで２
個及び６個のものが交互に配列されている。即ち、ｎ＝
２及びｎ＝６の側鎖が１対１の割合で主鎖に対し共重合
されている。この高分子液晶は例えばシクロヘキサノン
とメチルエチルケトン（ＭＥＫ）を８対２で混合した溶
媒に溶かして塗剤とする。この塗剤を基板に塗工して一
軸光学膜を形成する。即ち、予めラビング処理を施され
た基板上にスピンコートや印刷等によりこの塗剤を塗布
する。

【０００８】図３は上述した塗剤を乾燥処理及び整列処
理する場合の温度プロファイルを示すグラフである。先
ず、乾燥工程では８０℃程度の低温で２時間程度加熱処
理を行ない十分に溶媒を蒸発させる。なお、この低温焼
成の際に真空下でこれを行う事により、さらに蒸発を促
進させてもよい。これに対し、溶媒の蒸発の為に約１０
０℃以上の温度で加熱するとピンホールが発生し、良好
な塗膜が得られない事が実験により明らかとなってい
る。次に、整列工程では加熱及び徐冷を行なう。図２に
示した高分子液晶はネマティック相と液相との間の相転
移点ＴＰが１１０℃である。そこで、基板を一旦相転移
点ＴＰ以上の温度（例えば１２０℃）に高温加熱処理し
た後、相転移点ＴＰ以下の温度まで徐冷し乾燥された塗
剤に含まれる高分子液晶を配向方向に整列させて一軸光
学膜を形成する。相転移点ＴＰを超える１２０℃で整列
工程を行なう事により良好な一軸配向（良配向）を有す
る光学膜を安定して作成する事ができる。

【０００９】さらに、図４及び図５を参照して本発明に
かかる高分子液晶成膜方法を応用したゲストホスト液晶
表示装置の製造方法を説明する。先ず、図４の工程
（Ａ）で、ガラス又は石英等からなる絶縁性の基板１１
の上に薄膜トランジスタ１２を集積形成する。具体的に
は、高融点金属等からなるゲート電極１３を絶縁基板１
１の表面にパタニング形成した後、その上にＣＶＤ等に
よりシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなるゲート
絶縁膜１４を成膜する。その上に多結晶シリコン等から
なる半導体薄膜１５を成膜し、薄膜トランジスタ１２の
素子領域に合わせて島状にパタニングする。その上にゲ
ート電極１３と整合したシリコン酸化膜等からなるスト
ッパ１６をパタニング形成する。ストッパ１６をマスク
としてイオンドーピング又はイオンインプランテーショ
ンにより不純物を半導体薄膜１５に注入してボトムゲー
ト型の薄膜トランジスタ１２を形成する。この薄膜トラ
ンジスタ１２を被覆する様に、ＣＶＤ等で酸化シリコン
等からなる層間絶縁膜１７を成膜する。

【００１０】工程（Ｂ）に進み、層間絶縁膜１７にコン
タクトホールを開口した後アルミニウム等をスパッタリ
ングで堆積し、所定の形状にパタニングしてソース電極
１８及びドレイン電極１９を形成する。この時同時にア
ルミニウムを利用して光反射層２０を形成する。この光
反射層２０はドレイン電極１９と同電位に接続されてい
る。この光反射層２０は凹凸が形成された樹脂膜２０ａ
とその表面に成膜されたアルミニウム膜２０ｂとからな
る。樹脂膜２０ａはフォトリソグラフィーにより凹凸が
パタニングされた感光性樹脂膜である。この感光性樹脂
膜２０ａは例えばフォトレジストからなり、基板１１の
表面に全面的に塗布される。これを所定のマスクを介し
て露光処理し、例えば円柱状にパタニング加工する。次
いで加熱してリフローを施せば凹凸形状が安定的に形成
できる。この様にして形成された凹凸形状の表面に所望
の膜厚で良好な光反射率を有するアルミニウム膜２０ｂ
を形成する。凹凸の深さ寸法を数μｍに設定すれば、良
好な光散乱特性が得られ、光反射層２０は白色を呈す
る。

【００１１】工程（Ｃ）に進み、薄膜トランジスタ１２
及び光反射層２０の凹凸を埋める様に平坦化層２１を形
成する。平坦化層２１はアクリル樹脂等透明な有機物を
用いる事が好ましい。この平坦化層２１の表面を所定の
配向方向に沿って配向処理する。例えば、平坦化層２１
の表面にポリイミドからなる下地配向層２２を成膜した
後配向方向に沿ってラビングする。この平坦化層２１を
介在させる事で下地配向層２２の成膜及びラビング処理
が安定に行なえる。

【００１２】工程（Ｄ）に進み、所定の相転移点を有す
る高分子液晶と所定の沸点を有する溶媒とからなる塗剤
を所定の厚みで下地配向層２２の表面に一様な状態で塗
工する。沸点以下で低温加熱処理を行ない溶媒を蒸発さ
せて塗膜の一様な状態を維持したまま乾燥する。基板１
１を一旦相転移点以上に高温加熱処理した後相転移点以
下の温度まで徐冷し乾燥された塗剤に含まれる高分子液
晶を下地配向層２２のラビング方向に整列させて四分の
一波長板層２３に加工する。

【００１３】図５の工程（Ｅ）に進み、四分の一波長板
層２３、下地配向層２２及び平坦化層２１を貫通して薄
膜トランジスタ１２のドレイン電極１９に連通するコン
タクトホール２４を開口する。例えば、ドライエッチン
グ又はウェットエッチングにより上述した積層（２１，
２２，２３）をパタニングしてコンタクトホール２４を
形成する。

【００１４】工程（Ｆ）に進み、四分の一波長板層２３
の上にＩＴＯ等からなる透明導電膜を成膜し所定の形状
にパタニングして画素電極２５を得る。この画素電極２
５はコンタクトホール２４を介して薄膜トランジスタ１
２のドレイン電極１９に電気接続する。画素電極２５の
表面を被覆する様に配向層２６を成膜する。例えば、ポ
リイミドを溶解した配向溶剤を塗工した後乾燥して配向
層２６とする。

【００１５】最後に工程（Ｇ）に進み、所定の間隙を介
して反射側の基板１１に入射側の基板３１を接合する。
入射側の基板３１の内表面には予め対向電極３２及び配
向層３３が形成されている。この間隙にゲストホスト液
晶４０を注入すると反射型のゲストホスト液晶表示装置
が完成する。このゲストホスト液晶４０はネマティック
液晶分子４１と例えば黒色の二色性色素４２を含んでい
る。図示の例では液晶分子４１は上下に位置する一対の
配向層３３及び２６により垂直配向に制御されている。
これに倣って二色性色素４２も垂直配向している。

【００１６】続いて、（Ｇ）に示した反射型ゲストホス
ト液晶表示装置を用いて白黒表示を行なう場合の動作に
ついて参考に説明する。電圧無印加状態では液晶分子４
１は垂直方向に配向し、二色性色素４２も同様に配向す
る。上側の基板３１から入射した光は二色性色素４２に
よって吸収されずに液晶層４０を通過し、四分の一波長
板層２３で偏光されずに光反射層２０で反射する。反射
した光は再び四分の一波長板層２３を通過し、液晶層４
０で吸収されずに出射する。従って白色表示となる。一
方電圧印加時には液晶分子４１が画素電極２５及び対向
電極３２の間に生じた電界に応答して水平配向に移行す
る。二色性色素４２も同様に配向する。上側の基板３１
側から入射した光が液晶層４０を通過すると、入射光の
うち二色性色素４２の分子の長軸方向に平行な振動面を
持つ成分が二色性色素４２によって吸収される。又、二
色性色素４２の分子の長軸方向に対して垂直な振動面を
持つ成分は液晶層４０を通過し、反射側の基板１１に形
成された四分の一波長板層２３で円偏光とされ、光反射
層２０で反射する。この時反射光の偏光が逆回りとな
り、再び四分の一波長板層２３を通過し、二色性色素４
２の分子の長軸方向に対して平行な振動面を持つ成分と
なる。この成分は二色性色素４２によって吸収されるの
で略完全な黒色表示となる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、高
分子液晶と溶媒とからなる塗剤を塗工した後、沸点以下
で低温加熱処理を行ない溶媒を蒸発させて塗膜の一様な
状態を維持したまま乾燥している。この後、相転移点以
上に高温加熱処理した後相転移点以下の温度まで徐冷
し、塗膜に含まれる高分子液晶を整列させて一軸光学膜
を形成している。かかる方法により塗膜にピンホール等
の欠陥が発生しなくなり、良好な一軸配向性を備えた光
学膜を安定して作成できる様になり、ゲストホスト液晶
表示装置に内蔵される四分の一波長板層等の用途に好適
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる高分子液晶成膜を方法を示す工
程図である。

【図２】高分子液晶の一例を示す模式図である。

【図３】高分子液晶成膜方法の温度プロファイルを示す
グラフである。

【図４】本発明にかかる高分子液晶成膜方法を応用した
ゲストホスト液晶表示装置の製造方法を示す工程図であ
る。

【図５】同じく製造方法を示す工程図である。

【符号の説明】

１…基板、２…塗剤、２ａ…高分子液晶、３…一軸光学
膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面を所定の配向方向に沿って配
   向処理する配向工程と、 所定の相転移点を有する高分子液晶と所定の沸点を有す
   る溶媒とからなる塗剤を所定の厚みで該基板の表面に一
   様な状態で塗工する塗工工程と、 沸点以下で低温加熱処理を行ない溶媒を蒸発させて塗工
   した塗剤の一様な状態を維持したまま乾燥する乾燥工程
   と、 該基板を一旦相転移点以上に高温加熱処理した後相転移
   点以下の温度まで徐冷し乾燥された塗剤に含まれる高分
   子液晶を該配向方向に整列させて一軸光学膜を形成する
   整列工程とを行なう高分子液晶成膜方法。
2. 【請求項２】 前記乾燥工程は真空下で低温加熱を行な
   い溶媒の蒸発を促進させる請求項１記載の高分子液晶成
   膜方法。
3. 【請求項３】 前記塗工工程はスピンコート、ディッピ
   ング又は印刷により該塗剤を塗工する請求項１記載の高
   分子液晶成膜方法。
4. 【請求項４】 前記配向工程は該基板の表面にポリイミ
   ドを成膜した後配向方向に沿ってラビングする請求項１
   記載の高分子液晶成膜方法。
5. 【請求項５】 一方の基板の表面を所定の配向方向に沿
   って配向処理する配向工程と、 所定の相転移点を有する高分子液晶と所定の沸点を有す
   る溶媒とからなる塗剤を所定の厚みで該基板の表面に一
   様な状態で塗工する塗工工程と、 沸点以下で低温加熱処理を行ない溶媒を蒸発させて塗工
   した塗剤の一様な状態を維持したまま乾燥する乾燥工程
   と、 該基板を一旦相転移点以上に高温加熱処理した後相転移
   点以下の温度まで徐冷し乾燥された塗剤に含まれる高分
   子液晶を該配向方向に整列させて四分の一波長板層に加
   工する整列工程と、 所定の間隙を介して該一方の基板に他方の基板を接合す
   る接合工程と、 二色性色素を含有したゲストホスト液晶を該間隙に注入
   する注入工程とを行なうゲストホスト液晶表示装置の製
   造方法。