(57)【要約】【課題】本発明では、位相差制御層をインセル化した液晶素子において、位相差制御層の耐熱性の問題を解決することを目的とする。また、位相差制御層の配向膜を必要としない液晶セル、セルギャップを一定に維持できる液晶素子の提供を目的とする。【解決手段】対向する一対の基板間に、一組の電極及び該電極間に封入された液晶層を備え、少なくとも一方の電極と基板の間に位相差制御層を有する液晶素子であって、該位相差制御層がリオトロピック液晶性化合物を含むことを特徴とする液晶素子とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の基板間に、一組の電極及び該電極間に封入された液晶層を備え、少なくとも一方の電極と基板の間に位相差制御層を有する液晶素子であって、
該位相差制御層がリオトロピック液晶性化合物を含むことを特徴とする液晶素子。
【請求項２】
前記位相差制御層と前記電極の間に保護層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３】
さらにカラーフィルタ層が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶素子。
【請求項４】
対向する一対の基板間に、一組の電極及び該電極間に封入された液晶層を備え、少なくとも一方の電極と基板の間に位相差制御層を有する液晶素子の製造方法であって、基板上に、リオトロピック液晶性化合物及び溶媒を含む塗布液をせん断流動をかけながら塗布する工程、該塗布液を乾燥固化することにより位相差制御層とする工程、を有する液晶素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の液晶素子を備える液晶表示板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子およびその製造方法および液晶表示板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤと略す）は、主に対向する基板間に、一対の電極及び液晶層を有する液晶素子と偏光板、カラーディスプレイ用途であればカラーフィルタなどから構成される。
しかし、近年ＬＣＤに求められる性能が高くなり、視野角性能が問題となってきている。具体的には、液晶を用いることによる光学的なゆがみが発生し、着色、色みのずれなどが生じ、ＬＣＤを正面から観察した時の性能に比べ、斜め方向から観察した時の性能は低下することである。そのため、位相差制御板を用い、光学的なゆがみを補正することが行われている。
通常、この位相差制御板は、対向する基板間に、一対の電極及び液晶層を有する液晶素子の外側に設けられている。例えば、液晶素子に位相差フィルムを粘着剤で貼り合わせる方法が知られているが、粘着層の界面で光の反射が発生しＬＣＤの性能を低下させる問題があった。また、位相差フィルムが熱や吸湿により変形し、位相差制御の性能が低下する問題もあった。
これらの問題を解決するため、位相差制御層を液晶セル（液晶素子）内部に直接配置するインセル化で解決する方法が考案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４５３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
位相差制御層のインセル化では、重合性液晶分子を用いて位相差制御相を形成する。液晶セル基板上に配向膜を形成し、配向膜上にサーモトロピック液晶を塗布する。さらに、サーモトロピック液晶を重合し、固化および位相差の性能を固定する。
重合性液晶分子を用いる方法で作製された位相差制御層は、耐熱性が低く、カラーフィルタ層の形成などの後工程の熱により性能が劣化することが問題となる。位相差制御層を構成する分子を配向させるため、配向膜を必要とするが、配向膜はＬＣＤの光学性能を低下させ問題となる。
また、液晶セルの対向する透明基板間のギャップ（以下、セルギャップ）は一定に保たねばならなく、スペーサーによりセルギャップが保たれている。しかし、配向膜上にサーモトロピック液晶を設けたものを用いる場合、基板を構成する位相差制御層の硬度が低いため、位相差制御層が変形しセルギャップを維持できなくなる問題もある。
本発明では、位相差制御層をインセル化したＬＣＤにおいて、位相差制御層の耐熱性の問題を解決することを目的とする。また、位相差制御層の配向膜を必要としない液晶セル、セルギャップを一定に維持できる液晶素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、対向する一対の基板間に、一組の電極及び該電極間に封入された液晶層を備え、少なくとも一方の電極と基板の間に位相差制御層を有する液晶素子であって、該位相差制御層がリオトロピック液晶性化合物を含むことを特徴とする液晶素子である。
【０００６】
請求項２記載の発明は、前記位相差制御層と前記電極の間に保護層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液晶素子である。
【０００７】
請求項３記載の発明は、さらにカラーフィルタ層が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶素子である。
【０００８】
請求項４記載の発明は、対向する一対の基板間に、一組の電極及び該電極間に封入された液晶層を備え、少なくとも一方の電極と基板の間に位相差制御層を有する液晶素子の製造方法であって、基板上に、リオトロピック液晶性化合物及び溶媒を含む塗布液をせん断流動をかけながら塗布する工程、該塗布液を乾燥固化することにより位相差制御層とする工程、を有する液晶素子の製造方法である。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の液晶素子を備える液晶表示板である。
【発明の効果】
【００１０】
位相差制御層を液晶素子内に、リオトロピック液晶を乾燥固化し、位相差制御層を形成することで、耐熱性に優れ、かつ膜厚方向の変形量の少ない位相差制御層を設けることができる。すなわちセルギャップの変化のない又は少ないものとすることができる。また、位相差制御層の分子配向を制御するための配向層を必要としない、位相差制御層をインセル化した液晶素子を構成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、対向する一対の基板間に、一組の電極及び該電極間に封入された液晶層を備え、少なくとも一方の電極と基板の間に濃度依存性液晶であるリオトロピック液晶性化合物を含む位相差制御層を有する液晶素子とするものである。
図１に本発明の液晶素子の一例を示す。図１では、二つの基板は、液晶が封入された層を中心に、平行に向かい合っており、各々の基板には位相差制御層の他に、保護層、カラーフィルタ層、電極層、配向層が形成されている。
【００１２】
基板は、特に限定するものではなく、透明性などの光学特性を満たすものであれば公知の材料を用いることができる。透過率が高く、光学的な異方性が小さい光学特性が好ましい。例えばガラス基板や、ポリエステル系樹脂、セルロース系樹脂などのプラスチック基材を用いてもかまわない。
膜厚も特に限定するものではないが一般的には、ガラス基材では１００〜２０００μｍ、プラスチック基材では５０〜１００μｍの範囲内である。
【００１３】
電極は、特に限定するものではなく公知のものを用いることができる。
例えば、視野側の電極として、透明性、導電性の高いインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなる電極を用い、反対側には、画素電極としてＴＦＴ電極を用いることができる。
【００１４】
電極間に封入される液晶層としては、公知の材料を用いることができる。また、一般的には図１に示すように電極上に配向膜を設け、その間に液晶物質を封入する。
【００１５】
本発明の位相差制御層はリオトロピック液晶性化合物を含むことを特徴としており、具体的には、リオトロピック液晶性化合物及び溶媒を含む塗布液をせん断をかけながら塗布することによりリオトロピック液晶性化合物を配向させ、その後乾燥固化させることにより、固体化した位相差制御層とするものである。
耐熱性が高く、液晶分子の偏光特性が強く、１．０μｍ以下の膜厚であっても十分な偏光特性が得られるリオトロピック液晶性化合物を用いることで、位相差制御層が変形してもセルギャップに与える影響が小さい。
【００１６】
リオトロピック液晶性化合物としては、クロモニック色素のように、耐熱性に優れ、せん断流動により容易に配向を制御できる液晶を用いることが望ましい。クロモニック色素の一例としてクロモグリケイトナトリウム塩（ＤＳＣＧ：化学式（１）に示す化合物）やアセナフトキノキサリンスルホン酸塩などがあげられる。
【００１７】
【化１】
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【００１８】
溶媒としては、水、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、ジオキサン、メタノール、エタノール、ブタノールなどを用いることができる。
リオトロピック液晶性化合物の濃度は１〜５０ｗｔ％程度であることが好ましい。
【００１９】
位相差制御層の形成方法は、例えば、洗浄を行った基材上にリオトロピック液晶性化合物及び溶媒を含む塗布液を塗布することで、位相差制御層は形成される。塗布方法として、スロットダイ塗布、ワイヤバー塗布などのウエット塗布法を利用することができ、塗布時に発生する塗布流動によりリオトロピック液晶性化合物の配向構造を制御し、必要とされる光学機能を発現させる。
その後塗布液の溶媒を蒸発させ、位相差制御層を固体化する。リオトロピック液晶の溶剤を蒸発させても、光学機能は維持されたままであり、固体化した位相差制御層が形成される。位相差制御層の配向層を設けなくとも、位相差制御層を形成することができる。また、リオトロピック液晶の溶媒を蒸発させた場合、特にクロモニック色素では熱安定性に優れている。
【００２０】
また、本発明では、位相差制御層を保護するための保護層を設けても良い。
保護層としては耐薬品性があり、透過率が高く、光学的に等方な層であることが望ましく、このようなものとして例えばシリカ膜が挙げられる。
保護層の膜厚は特に限定するものではないが、０．１〜１μｍ程度であればよい。
保護層を設ける位置に特に限定はないが、電極と位相差制御層の間に設ければよい。また、後述のカラーフィルタ層に位相差制御層の保護機能を持たせることも可能である。
【００２１】
また、本発明では、カラーディスプレイ用とであればカラーフィルタ層を設けても良い。
カラーフィルタ層は、公知のものを用いることができ、設ける位置としては、基板上に位相差制御層、保護層、カラーフィルタ層の順に形成しても良いが、カラーフィルタ層の上に位相差制御層を形成しても良い。カラーフィルタが形成される基材面と反対の面に位相差制御層を形成しても構わない。
カラーフィルタ層を位相差制御層の上に直接形成し、位相差制御層を保護する役割を持たせても構わない。
【００２２】
本発明の液晶素子は、偏光板、光源などと組み合わせることにより液晶表示板として用いることができる。
【実施例】
【００２３】
＜実施例１＞
基材としてガラス基板（コーニング社製）を用い、基材を硫酸中に１時間浸漬後、純水に浸漬した状態で超音波洗浄器にて基材の洗浄を行った。さらに、塗布工程直前にプラズマ洗浄を施した。
次に前期化学式（１）で表される化合物を水溶媒中に１３ｗ％添加し、室温にてネマチック相を示すリオトロピック液晶性化合物を含む塗布液を準備した。
この塗布液を基材上に、スロットダイ塗布法で塗布を行った。塗布速度をスロットダイヘッドと基材間のクリアランスで除した値をせん断速度とし、せん断速度が２００（１／ｓ）となるように設定し塗布を行った。塗布後、室温にて溶媒である水分を蒸発させ乾燥固化させ、位相差制御層を得た。なお、この時点で塗布時のせん断により配向した液晶性化合物が、乾燥固化した状態でも配向構造を維持しているため、配向膜無くして位相差機能が発現している。
次に、位相差機能が発現した塗布膜上に保護層として、ＳｉＯｘをスパッタリング法にて５００ｎｍ設け、その上に電極としてＩＴＯ膜をスパッタ法にて２００ｎｍ形成した。さらに、ポリイミド径樹脂（ＪＳＲ（株）製）をスピンコーターで塗布を行った後、ラビング処理を施し配向膜を形成した。対向基板として、上記の洗浄方法で処理を施し、ＴＦＴ電極および配向膜を設けた物を用意した。前期基板の配向膜面とと対向基板の配向膜面をスペーサーを介し貼りあわせ、液晶（メルク社製）を注入し１０ｃｍ×１０ｃｍの液晶素子を得た。
【００２４】
＜比較例１＞
基材としてガラス基板（コーニング社製）を用い、基材を硫酸中に１時間浸漬後、純水に浸漬した状態で超音波洗浄器にて基材の洗浄を行った。さらに、塗布工程直前にプラズマ洗浄を施した。
次に、基板上に、ポリイミド径樹脂（ＪＳＲ（株）製）をスピンコーターで塗布を行った後、ラビング処理を施すことで配向膜を形成し、その上に重合性液晶性化合物（サーモトロピック液晶性化合物）としてトリフルオロアセテートエステル誘導体を含む塗布液を塗布し、光を照射により重合させ、位相差制御層を得た。
この後、実施例１と同様に電極、液晶層などを設け、液晶素子を得た。
【００２５】
＜評価＞
上記の方法で得られた液晶素子のセルギャプを、ＬＣＤセルギャップ測定システム（大塚電子製）を用いて評価を行った。測定位置は、正方形の液晶セルの対角線をひき、中心部と中心からそれぞれ角に向かって１．２ｃｍ間隔で５点づつ、合計１１点を測定した結果を表１に示す。表１に示す測定値の単位はμｍである。
また、コントラスト比の評価を、偏光素子を組み込んだ偏光分光評価システム（オーシャンオプティクス社製）を用いて行った。液晶セルの中心にて評価を行った結果を、表２に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【表２】
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【００２８】
表１より、実施例１におけるセルギャップは、標準偏差が０．０２７μｍとばらつきが小さくまた、最大値と最小値の差が０．０９μｍであり小さかったのに対し、比較例１におけるセルギャップは、標準偏差が０．１５１μｍとばらつきが大きくまた、最大値と最小値の差も０．４０μｍと大きかった。
また、表２より、実施例１では、位相差制御相を形成するための配向膜を省略できるため、コントラスト比が向上した。
【００２９】
＜実施例２＞
基材としてガラス基板（コーニング社製）を用い、基材を硫酸中に１時間浸漬後、超音波洗浄器にて基材の洗浄を行った。
次に前期化学式（１）で表される化合物を水溶媒中に１３ｗ％添加し、室温にてネマチック相を示すリオトロピック液晶性化合物を含む塗布液を準備した。
この塗布液を基材上に、スロットダイ塗布法で塗布を行った。塗布速度をスロットダイヘッドと基材間のクリアランスで除した値をせん断速度とし、せん断速度が２００（１／ｓ）となるように設定し塗布を行った。塗布後、室温にて溶媒である水分を蒸発させ乾燥固化させ、位相差制御層を得た。なお、この時点で塗布時のせん断により配向した液晶性化合物が、乾燥固化した状態でも配向構造を維持しているため、配向膜無くして位相差機能が発現している。
次に、位相差機能が発現した塗布膜上に保護層として、ＳｉＯｘをスパッタリング法にて５００ｎｍ設けた。
この段階で、波長４００〜７００ｎｍの波長領域で位相差値を複屈折位相差測定システムで測定した。
次に保護層上にカラーフィルタ層を設けた。その後、前記複屈折位相差測定システムで波長４００〜７００ｎｍの波長領域で位相差値を測定した。
この後、実施例１と同様に電極、液晶層などを設け、液晶素子を得た。
【００３０】
＜比較例２＞
基材としてガラス基板（コーニング社製）を用い、基材を硫酸中に１時間浸漬後、超音波洗浄器にて基材の洗浄を行った。
次に、基板上に、ポリイミド径樹脂（ＪＳＲ（株）製）をスピンコーターで塗布を行った後、ラビング処理を施すことで配向膜を形成し、その上に重合性液晶性化合物（サーモトロピック液晶性化合物）としてトリフルオロアセテートエステル誘導体を含む塗布液を塗布し、光を照射により重合させ、位相差制御層を得た。
この段階で、波長４００〜７００ｎｍの波長領域で位相差値を複屈折位相差測定システムで測定した。
次に保護層上にカラーフィルタ層を設けた。その後、前記複屈折位相差測定システムで波長４００〜７００ｎｍの波長領域で位相差値を測定した。
この後、実施例１と同様に電極、液晶層などを設け、液晶素子を得た。
【００３１】
＜評価＞
実施例２、比較例２におけるカラーフィルタ層を設ける前後の位相差変化を表３に示す。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
表３より、比較例２ではカラーフィルタ層形成前後において位相差変化が大きかった。すなわちカラーフィルタ層形成時の過熱工程で位相差制御層が変形、変質したためであると思われる。これに対し、実施例２では、カラーフィルタ層形成前後において位相差変化が小さく、カラーフィルタ層形成時の過熱工程の影響が少なかったと思われる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の液晶素子の一例を示す断面図である。
【図２】従来の液晶素子の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  基板
２  位相差制御層
３  保護層
４  カラーフィルタ層
５  電極層
６  配向層
７  液晶
８  位相差制御層の配向層
【図１】
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【図２】
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