JP7071082B2 - Liquid crystal display element - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示素子に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display element.
液晶表示素子の駆動方式として、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＩＰＳ（Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）、 ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ－Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｒｉｇｎｍｅｎｔ）、 ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）等の方式がある。
このうち、ＩＰＳ方式やＦＦＳ方式は、２枚の基板間に充填された液晶分子に対し、基板表面に平行な方向（横方向）の電場を印加することで、液晶分子の配向方向を変化させ、表示を行っている。このようなＩＰＳ方式やＦＦＳ方式の液晶表示素子は、視覚特性に優れ、携帯電話、テレビジョン等をはじめとする幅広い機器に適用されている。
Examples of the driving method of the liquid crystal display element include TN (Twisted Nematic), IPS (In-Plane Switching), FFS (Fringe-Field Switching), VA (Vertical Element), FLC (Ferroelectric Liquid Crystal), and the like.
Of these, the IPS method and the FFS method change the orientation direction of the liquid crystal molecules by applying an electric field in the direction parallel to the substrate surface (horizontal direction) to the liquid crystal molecules filled between the two substrates. , Is displaying. Such IPS-type and FFS-type liquid crystal display elements have excellent visual characteristics and are applied to a wide range of devices such as mobile phones and televisions.
既存の液晶表示素子では、液晶分子は、電場を印加しない状態において、所定の方向に沿って配列されるよう、液晶分子の配向方向が強制されている。 In the existing liquid crystal display element, the orientation direction of the liquid crystal molecules is forced so that the liquid crystal molecules are arranged along a predetermined direction in a state where no electric field is applied.
液晶分子の配向方向を強制する方法として、基板上にポリイミドなどからなる配向膜を形成し、レーヨンや綿などの布により配向膜の表面を所定の方向に擦る方法（ラビング法）や、偏光紫外線を照射してポリイミド膜表面に異方性を発生させる手法（光配向法）などが採用されている。これらの処理により、液晶分子は基板表面に強く束縛され、一定方向に配向する。 As a method of forcing the orientation direction of the liquid crystal molecules, a method of forming an alignment film made of polyimide or the like on a substrate and rubbing the surface of the alignment film in a predetermined direction with a cloth such as rayon or cotton (rubbing method) or polarized ultraviolet rays. A method (photo-alignment method) for generating anisotropy on the surface of the polyimide film by irradiating the surface of the polyimide film is adopted. By these treatments, the liquid crystal molecules are strongly bound to the surface of the substrate and oriented in a certain direction.
一方、ＩＰＳやＦＦＳは、電極上では印加時も電場が弱く液晶分子が動きにくいため、透過率が低い。これに対し、一方の基板の液晶配向規制力を弱くする(弱アンカリングにする)ことにより、電場が弱い電極上でも液晶分子を動きやすくし、電極上の透過率を上げることで、全体の透過率を向上させる技術がある（特許文献１）。 On the other hand, IPS and FFS have low transmittance because the electric field is weak and the liquid crystal molecules do not move easily even when applied on the electrode. On the other hand, by weakening the liquid crystal orientation regulating force of one substrate (making it weak anchoring), the liquid crystal molecules can move easily even on an electrode with a weak electric field, and by increasing the transmittance on the electrode, the whole There is a technique for improving the transmittance (Patent Document 1).
しかしながら、ポリマーブラシを用いて弱アンカリングにする、特許文献１に記載されている構成においても、従来材料では常温時に比べ低温時に電圧-透過率特性(VT特性)変化が高電圧側へシフトし、透過率低下など液晶表示素子の特性が悪化してしまうという問題があった。
However, even in the configuration described in
また、上記の常温時に比べた低温時のVT特性変化を小さくするため、弱アンカリング膜材料のTgを下げようと、長いアルキル鎖の導入量を増加すると、常温時からアンカリング力が強くなり透過率が低下するという問題があった。 In addition, if the amount of long alkyl chains introduced is increased in order to reduce the Tg of the weak anchoring membrane material in order to reduce the change in VT characteristics at low temperatures compared to the above at room temperature, the anchoring force becomes stronger from room temperature. There was a problem that the transmittance was lowered.
本発明は上記の課題を解決するため、弱アンカリング膜がアルキル鎖凝集を制御する側鎖を含むポリマーブラシで形成された液晶表示素子を提供する。また本発明は、弱アンカリング膜のガラス転移温度が－２５℃以下の膜で形成された液晶表示素子を提供する。これにより、特許文献１で開示されている液晶表示素子よりも、低温時も常温時のＶＴ特性を維持し、さらに高い透過率を維持できる。
In order to solve the above problems, the present invention provides a liquid crystal display element in which a weak anchoring film is formed of a polymer brush containing a side chain that controls alkyl chain aggregation. The present invention also provides a liquid crystal display element formed of a film having a glass transition temperature of −25 ° C. or lower, which is a weak anchoring film. As a result, the VT characteristics at room temperature can be maintained even at low temperatures, and a higher transmittance can be maintained, as compared with the liquid crystal display element disclosed in
また、上記液晶表示素子は、光を発する光源と、第一の配向膜が形成された第一の基板と、前記第一の配向膜との間に間隔を空けて対向配置される第一の配向膜よりアンカリング力が弱い第二の配向膜が形成された第二の基板と、前記第一の基板及び前記第二の基板のいずれか一方に前記第一の基板及び前記第二の基板に沿った方向の電場を印加する駆動電極層と、第一の基板と第二の基板の間に配置され、液晶分子が駆動されることによって前記光を透過又は遮断する液晶層と、を備え、前記第二の配向膜がアルキル鎖凝集を制御する側鎖を含むポリマーブラシで形成されていてもよい。 Further, the liquid crystal display element is the first one arranged so as to face each other with a space between the light source emitting light, the first substrate on which the first alignment film is formed, and the first alignment film. A second substrate on which a second alignment film having a weaker anchoring force than the alignment film is formed, and the first substrate and the second substrate on either the first substrate or the second substrate. A drive electrode layer for applying an electric field in the direction along the above, and a liquid crystal layer arranged between the first substrate and the second substrate and transmitting or blocking the light by driving liquid crystal molecules are provided. , The second alignment film may be formed with a polymer brush containing a side chain that controls alkyl chain aggregation.
さらに上記液晶表示素子は、前記第二の配向膜の側鎖にシロキサンを含んでいてもよい。 Further, the liquid crystal display element may contain siloxane in the side chain of the second alignment film.
また、上記液晶表示素子は、光を発する光源と、第一の配向膜が形成された第一の基板と、前記第一の配向膜との間に間隔を空けて対向配置される第一の配向膜よりアンカリング力が弱い第二の配向膜が形成された第二の基板と、前記第一の基板及び前記第二の基板のいずれか一方に前記第一の基板及び前記第二の基板に沿った方向の電場を印加する駆動電極層と、第一の基板と第二の基板の間に配置され、液晶分子が駆動されることによって前記光を透過又は遮断する液晶層とを備え、前記第二の配向膜のガラス転移温度が－２５℃以下の膜で形成されていてもよい。 Further, the liquid crystal display element is the first one arranged so as to face each other with a space between the light source emitting light, the first substrate on which the first alignment film is formed, and the first alignment film. A second substrate on which a second alignment film having a weaker anchoring force than the alignment film is formed, and the first substrate and the second substrate on either the first substrate or the second substrate. A drive electrode layer for applying an electric field in the direction along the above, and a liquid crystal layer arranged between the first substrate and the second substrate and transmitting or blocking the light by driving liquid crystal molecules are provided. The second alignment film may be formed of a film having a glass transition temperature of −25 ° C. or lower.
さらに上記液晶表示素子は、前記第二の配向膜がポリマーブラシで形成されていてもよい。 Further, in the liquid crystal display element, the second alignment film may be formed of a polymer brush.
また、上記液晶表示素子は、前記液晶層が、前記電場を印加した状態で、前記第一の配向膜側では、前記液晶分子が予め設定された初期配向方向に配向された状態を維持し、前記第二の配向膜側では、前記液晶分子の配向方向が、前記第一の基板の表面に平行な面内で、前記初期配向方向から前記電場に応じた方向に変化することによって、前記第一の配向膜側から前記第二の配向膜側に向かって、前記液晶分子が捩れた状態で配列されていてもよい。 Further, in the liquid crystal display element, the liquid crystal layer maintains a state in which the liquid crystal molecules are oriented in a preset initial orientation direction on the first alignment film side in a state where the electric field is applied. On the second alignment film side, the orientation direction of the liquid crystal molecules changes from the initial orientation direction to the direction corresponding to the electric field in a plane parallel to the surface of the first substrate, whereby the second alignment film is used. The liquid crystal molecules may be arranged in a twisted state from the one alignment film side toward the second alignment film side.
さらに上記液晶表示素子は、前記電場を印加した状態で、前記第一の配向膜側から前記第二の配向膜側に向けて、前記液晶層の前記液晶分子の配向方向の変位角度が漸次大きくなっていてもよい。 Further, in the liquid crystal display element, with the electric field applied, the displacement angle of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer in the orientation direction gradually increases from the first alignment film side toward the second alignment film side. It may be.
また、上記液晶表示素子は、前記第二の配向膜側に位置する前記液晶分子と、前記第一の配向膜側に位置する前記液晶分子とで、所定電圧を印加することによって生成される前記電場による前記液晶分子の配向方向の変位角度の差が、０°以上９０°以下であっていてもよい。 Further, the liquid crystal display element is generated by applying a predetermined voltage between the liquid crystal molecule located on the second alignment film side and the liquid crystal molecule located on the first alignment film side. The difference in the displacement angle of the liquid crystal molecules in the orientation direction due to the electric field may be 0 ° or more and 90 ° or less.
また、上記液晶表示素子は、前記駆動電極層が、前記第一の基板または前記第二の基板に配置された複数の電極線からなり、前記電場の非印加時において、前記液晶分子の配向方向が、前記電極線が連続する方向に対して傾斜しているようにしてもよい。 Further, in the liquid crystal display element, the driving electrode layer is composed of a plurality of electrode lines arranged on the first substrate or the second substrate, and the orientation direction of the liquid crystal molecules is obtained when the electric field is not applied. However, the electrode wire may be inclined with respect to the continuous direction.
また、前記液晶分子の誘電率異方性が負であるようにしてもよい。 Further, the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecule may be negative.
さらに、前記液晶分子の誘電率異方性が正であるようにしてもよい。 Further, the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecule may be positive.
本発明によれば、次のような効果を得ることができる。 According to the present invention, the following effects can be obtained.
弱アンカリング膜がアルキル鎖凝集を制御する側鎖を含むポリマーブラシで形成された液晶表示素子や、弱アンカリング膜のガラス転移温度が－２５℃以下の膜で形成された液晶表示素子を提供することにより、特許文献１で開示されている液晶表示素子よりも、ＶＴ特性を向上させ、さらに透過率を向上させることができる。
Provided are a liquid crystal display element formed by a polymer brush in which a weak anchoring film contains a side chain that controls alkyl chain aggregation, and a liquid crystal display element formed of a film having a glass transition temperature of -25 ° C or lower in the weak anchoring film. By doing so, the VT characteristics can be improved and the transmittance can be further improved as compared with the liquid crystal display element disclosed in
以下、本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
液晶には、誘電率異方性が正であるポジティブ型と、誘電率異方性が負であるネガティブ型とが存在する。ポジティブ型の液晶は、誘電的性質が液晶分子の長軸方向に大きく、長軸方向に直交する方向に小さい。ネガティブ型は、誘電的性質が液晶分子の長軸方向に小さく、長軸方向に直交する方向に大きい。 The liquid crystal has a positive type having a positive dielectric anisotropy and a negative type having a negative dielectric anisotropy. The positive liquid crystal has a large dielectric property in the long axis direction of the liquid crystal molecule and a small size in the direction orthogonal to the long axis direction. In the negative type, the dielectric property is small in the long axis direction of the liquid crystal molecule and large in the direction orthogonal to the long axis direction.
また、液晶分子の配向方向を制御するための配向膜として、液晶分子の配向方向を拘束する力が強い強アンカリング配向膜と、液晶分子の配向方向を拘束する力が弱い弱アンカリング配向膜と、がある。本発明は、互いに対向する配向膜の一方に強アンカリング配向膜を採用し、他方に弱アンカリング配向膜を採用した、片面弱アンカリング形式を対象とする。 Further, as the alignment film for controlling the orientation direction of the liquid crystal molecules, a strong anchoring alignment film having a strong force to restrain the orientation direction of the liquid crystal molecules and a weak anchoring alignment film having a weak force to restrain the orientation direction of the liquid crystal molecules. And there is. The present invention targets a one-sided weak anchoring type in which a strong anchoring alignment film is used for one of the alignment films facing each other and a weak anchoring alignment film is used for the other.
本発明の液晶表示素子を有する液晶ディスプレイは、液晶パネルと、液晶パネルに光を提供するバックライトユニットとを備えている。 The liquid crystal display having the liquid crystal display element of the present invention includes a liquid crystal panel and a backlight unit that provides light to the liquid crystal panel.
バックライトユニットは、液晶パネルの裏面に設けられた光源から入力される光を、液晶パネルの裏面側から表面側に向けて均一に照射する。バックライトユニットは、例えば、その一側端部に設けられた光源から入力される光を、液晶パネルの表面と平行な方向に伝搬するとともに、伝搬した光を液晶パネルの裏面側から表面側に向けて照射する、いわゆるエッジライト型のものを用いることができる。また、バックライトユニットは、液晶パネルの裏面側に設けられた光源から入力される光を液晶パネルの裏面側から表面側に向けて照射する、いわゆる直下型のものを用いることもできる。 The backlight unit uniformly irradiates the light input from the light source provided on the back surface of the liquid crystal panel from the back surface side to the front surface side of the liquid crystal panel. The backlight unit, for example, propagates the light input from the light source provided at one side end thereof in a direction parallel to the front surface of the liquid crystal panel, and propagates the propagated light from the back surface side to the front surface side of the liquid crystal panel. A so-called edge light type that irradiates toward the surface can be used. Further, as the backlight unit, a so-called direct type that irradiates the light input from the light source provided on the back surface side of the liquid crystal panel from the back surface side to the front surface side of the liquid crystal panel can also be used.
液晶パネルは、第一の基板、第二の基板と、二枚の偏光板と、電極層と、強アンカリング配向膜（強アンカリング膜、第一の配向膜）と、弱アンカリング配向膜（弱アンカリング膜、第二の配向膜）と、液晶層とを備えている。 The liquid crystal panel includes a first substrate, a second substrate, two polarizing plates, an electrode layer, a strong anchoring alignment film (strong anchoring film, first alignment film), and a weak anchoring alignment film. It is provided with (weak anchoring film, second alignment film) and a liquid crystal layer.
二枚の基板は、それぞれガラス、あるいは樹脂などの基板からなり、所定の間隔を空けて互いに平行に配置されている。 The two substrates are each made of a substrate such as glass or resin, and are arranged in parallel with each other at a predetermined interval.
一方の偏光板は、バックライトユニット側に配置された基板において、バックライトユニットに対向する側、もしくはバックライトユニットとは反対側に設けられている。
他方の偏光板は、バックライトユニットから離間した側に配置された基板において、バックライトユニットとは反対側、もしくは、バックライトユニットに対向する側に設けられている。
これらの偏光板は、その透過軸方向が、互いに直交している。例えば、一方の偏光板の透過軸方向は、一方の基板に平行な方向に設定され、他方の偏光板の透過軸方向は、他方の基板に平行な方向とは直交する方向に設定されている。
One polarizing plate is provided on the side facing the backlight unit or on the side opposite to the backlight unit in the substrate arranged on the backlight unit side.
The other polarizing plate is provided on the side opposite to the backlight unit or the side facing the backlight unit in the substrate arranged on the side away from the backlight unit.
The transmission axis directions of these polarizing plates are orthogonal to each other. For example, the transmission axis direction of one polarizing plate is set to be parallel to one substrate, and the transmission axis direction of the other polarizing plate is set to be orthogonal to the direction parallel to the other substrate. ..
電極層は、二枚の基板のいずれか一方に設けられている。ある実施形態では、電極層は、バックライトユニット側の基板において、バックライトユニットから離間した側に設けられている。例えば、電極層は、基板の表面に沿って、複数本の電極線が一定間隔ごとに並設されることで形成されている。 The electrode layer is provided on either one of the two substrates. In one embodiment, the electrode layer is provided on the substrate on the backlight unit side on the side away from the backlight unit. For example, the electrode layer is formed by arranging a plurality of electrode lines side by side at regular intervals along the surface of the substrate.
このような電極層においては、電極層の各電極線に予め設定した電圧が印加されると、互いに隣接する電極線間で、これら互いに隣接する電極線どうしを結ぶ方向、すなわちこの実施形態では基板に平行な方向の電場が生成される。 In such an electrode layer, when a preset voltage is applied to each electrode wire of the electrode layer, the direction of connecting the electrode wires adjacent to each other between the electrode wires adjacent to each other, that is, the substrate in this embodiment. An electric field is generated in the direction parallel to.
強アンカリング配向膜は、基板のいずれか一方に設けられている。ある実施形態では、強アンカリング配向膜は、バックライトユニット側の基板において、バックライトユニットから離間した側に形成されている。 The strong anchoring alignment film is provided on either one of the substrates. In one embodiment, the strong anchoring alignment film is formed on the substrate on the backlight unit side on the side away from the backlight unit.
弱アンカリング配向膜は、基板のいずれかに設けられている。ある実施形態では、弱アンカリング配向膜は、バックライトユニットから離間した側の基板において、バックライトユニットに対向する側に形成されている。 The weak anchoring alignment film is provided on any of the substrates. In one embodiment, the weak anchoring alignment film is formed on the substrate on the side away from the backlight unit on the side facing the backlight unit.
液晶層は、強アンカリング配向膜と弱アンカリング配向膜との間に、多数の液晶分子が充填されることで形成されている。液晶層は、電極層を構成する各電極線に電圧が印加されることによって生じる電場により、液晶分子の配向方向が変化して駆動される。このようにして液晶分子の配向が変化することによって、液晶層は、バックライトユニットから供給される光を部分的に透過したり遮断したりすることで、表示画像を生成する。 The liquid crystal layer is formed by filling a large number of liquid crystal molecules between the strong anchoring alignment film and the weak anchoring alignment film. The liquid crystal layer is driven by changing the orientation direction of the liquid crystal molecules by an electric field generated by applying a voltage to each electrode wire constituting the electrode layer. By changing the orientation of the liquid crystal molecules in this way, the liquid crystal layer partially transmits or blocks the light supplied from the backlight unit to generate a display image.
ここで、強アンカリング配向膜と弱アンカリング配向膜とは、液晶分子の配向方向を拘束する配向拘束力が、互いに異なる。
すなわち、強アンカリング配向膜は、電圧が印加されて電場が生成されても、液晶層において強アンカリング配向膜側の液晶分子が、その長軸方向を基板の表面に平行な面内の配向方向にほぼ一致させた初期配向状態、すなわち、強アンカリング配向膜の配向処理方向に沿った初期配向状態を維持する。
これに対し、弱アンカリング配向膜では、電圧が印加されることで電場が生成されたときに、印加電圧が閾値電圧以上となると、液晶層の弱アンカリング配向膜側において、液晶分子が弱アンカリング配向膜の拘束から離脱する。そして、液晶分子の配向方向は、印加電圧の大きさに応じ、基板の表面に平行な面内で、初期配向方向から変化する。
Here, the strong anchoring alignment film and the weak anchoring alignment film have different orientation binding forces that constrain the orientation direction of the liquid crystal molecules.
That is, in the strong anchoring alignment film, even if a voltage is applied to generate an electric field, the liquid crystal molecules on the strong anchoring alignment film side in the liquid crystal layer are oriented in the plane parallel to the surface of the substrate in the long axis direction. The initial orientation state that is substantially aligned with the direction, that is, the initial orientation state along the orientation processing direction of the strong anchoring alignment film is maintained.
On the other hand, in the weak anchoring alignment film, when an electric field is generated by applying a voltage and the applied voltage becomes equal to or higher than the threshold voltage, the liquid crystal molecules are weak on the weak anchoring alignment film side of the liquid crystal layer. Withdraw from the restraint of the anchoring alignment film. The orientation direction of the liquid crystal molecules changes from the initial orientation direction in a plane parallel to the surface of the substrate according to the magnitude of the applied voltage.
このように、強アンカリング配向膜と弱アンカリング配向膜とでは、電場が印加されたときに、液晶層の強アンカリング配向膜側では、液晶分子が強アンカリング配向膜による配向強制力を受けたまま、その配向方向を維持するのに対し、弱アンカリング配向膜側では、弱アンカリング配向膜による配向強制力を脱して液晶分子の配向方向が変化する。 As described above, in the strong anchoring alignment film and the weak anchoring alignment film, when an electric field is applied, the liquid crystal molecules exert an orientation forcing force by the strong anchoring alignment film on the strong anchoring alignment film side of the liquid crystal layer. While the orientation direction is maintained as it is received, on the weak anchoring alignment film side, the orientation force of the weak anchoring alignment film is removed and the orientation direction of the liquid crystal molecules changes.
その結果、液晶層においては、強アンカリング配向膜側と弱アンカリング配向膜側とでは、閾値以上の電場を印加したときの液晶分子の配向方向が異なる。これにより、液晶分子は、強アンカリング配向膜側から弱アンカリング配向膜側に向けて、初期配向方向に対する配向角度の変位量が漸次大きくなり、捩れた配向状態に転移し、電場強度がある一定値に達すると弱アンカリング配向膜近傍の液晶分子は、電場の方向に平行な方向に配向する。すなわち、強アンカリング配向膜側から弱アンカリング配向膜側に向けて、たとえば８５°ツイストした配向状態になる。 As a result, in the liquid crystal layer, the orientation direction of the liquid crystal molecules when an electric field equal to or higher than the threshold value is applied differs between the strong anchoring alignment film side and the weak anchoring alignment film side. As a result, the liquid crystal molecules gradually increase the amount of displacement of the orientation angle with respect to the initial alignment direction from the strong anchoring alignment film side to the weak anchoring alignment film side, shift to a twisted orientation state, and have an electric field strength. When a certain value is reached, the liquid crystal molecules in the vicinity of the weak anchoring alignment film are oriented in a direction parallel to the direction of the electric field. That is, the orientation state is twisted by, for example, 85 ° from the strong anchoring alignment film side to the weak anchoring alignment film side.
ところで、上記したような強アンカリング配向膜としては、例えば、以下のようにして形成する。まず、基板上にポリイミドなどからなる配向膜を形成する。その後、レーヨンや綿などからなる布を巻いたローラーを、回転数及びローラーと基板との距離を一定に保った状態で回転させ、配向膜の表面を所定の方向に擦る（ラビング法）、あるいは、偏光紫外線を照射してポリイミドからなる配向膜の表面に異方性を発生させる（光配向法）。これらラビング法、光配向法等により配向方向が設定された、強アンカリング配向膜は、液晶分子に対し、弱アンカリング配向膜よりも強い配向強制力を付与する。 By the way, the strong anchoring alignment film as described above is formed, for example, as follows. First, an alignment film made of polyimide or the like is formed on the substrate. After that, a roller wrapped with a cloth made of rayon or cotton is rotated while keeping the rotation speed and the distance between the roller and the substrate constant, and the surface of the alignment film is rubbed in a predetermined direction (rubbing method). , Polarized ultraviolet rays are applied to generate anisotropy on the surface of the alignment film made of polyimide (photoalignment method). The strong anchoring alignment film whose orientation direction is set by the rubbing method, the photoalignment method, or the like imparts a stronger orientation forcing force to the liquid crystal molecules than the weak anchoring alignment film.
弱アンカリング配向膜としては、例えば、ポリマーブラシで形成したものを用いることができる。ポリマーブラシは、一端が基板表面に固定され、他端が基板の表面から離間する方向に延びたグラフトポリマー鎖により形成される。このようなグラフトポリマー鎖は、基板側から延伸させるようにして生成してもよいし、予め所定長を有したポリマー鎖を、基板に付着させてもよい。 As the weak anchoring alignment film, for example, one formed by a polymer brush can be used. The polymer brush is formed by a graft polymer chain having one end fixed to the surface of the substrate and the other end extending in a direction away from the surface of the substrate. Such a graft polymer chain may be generated by extending from the substrate side, or a polymer chain having a predetermined length in advance may be attached to the substrate.
以下に、ポリマーブラシの具体的な一例を示す。
ポリマーブラシは、例えば、次の一般式（１）で表される。
一般式（１）において、ＸはＨ又はＣＨ３であり、ｍは正の整数であって、ポリマーブラシのＴｇ（ガラス転移温度）が－５℃以下であるものである。
A specific example of the polymer brush is shown below.
The polymer brush is represented by, for example, the following general formula (1).
In the general formula (1), X is H or CH 3 , m is a positive integer, and the Tg (glass transition temperature) of the polymer brush is −5 ° C. or lower.
弱アンカリング配向膜として基板に形成したポリマーブラシについて説明する。液晶分子は、基板上に形成されたポリマーブラシの表層部分に浸透しており、液晶分子と接したポリマーブラシの表層部分は膨潤している。 A polymer brush formed on a substrate as a weak anchoring alignment film will be described. The liquid crystal molecules permeate the surface layer portion of the polymer brush formed on the substrate, and the surface layer portion of the polymer brush in contact with the liquid crystal molecules is swollen.
本明細書においては、液晶分子が浸透したポリマーブラシの部分を共存部として表し、液晶分子が浸透していないポリマーブラシの部分をポリマーブラシ層として表す。なお、実際には、共存部とポリマーブラシ層との境界を区別することは難しい。 In the present specification, the portion of the polymer brush in which the liquid crystal molecules have penetrated is represented as a coexistence portion, and the portion of the polymer brush in which the liquid crystal molecules have not penetrated is represented as a polymer brush layer. In reality, it is difficult to distinguish the boundary between the coexisting part and the polymer brush layer.
上記したようなポリマーブラシを用いることにより、共存部のＴｇ（ガラス転移温度）が、常温よりもかなり低い温度になるので、常温において、共存部の形状を自由に変動させることができる。そのため、共存部と液晶分子との界面において共存部の状態が変化し、基板に対して水平方向に液晶分子を配向強制しつつ、面内ではいずれの方向にも配向強制力をもたない状態（ゼロ面アンカリング状態）を実現することができる。 By using the polymer brush as described above, the Tg (glass transition temperature) of the coexisting portion becomes considerably lower than the normal temperature, so that the shape of the coexisting portion can be freely changed at the normal temperature. Therefore, the state of the coexisting part changes at the interface between the coexisting part and the liquid crystal molecules, and while forcing the liquid crystal molecules to orient horizontally with respect to the substrate, there is no orientation forcing force in any direction in the plane. (Zero plane anchoring state) can be realized.
共存部のＴｇは、使用するポリマーブラシ及び液晶分子の種類によって異なるため、一義的に定義することはできないが、一般に、ポリマーブラシ単独のＴｇに比べて低くなる。また、共存部のＴｇは、ポリマーブラシに対する液晶分子の浸透の程度（すなわち、ポリマーブラシと液晶分子との割合）によっても変化する。具体的には、共存部において、液晶分子の割合が多い液晶分子側の共存部はＴｇが低く、液晶分子の割合が少ないポリマーブラシ層側の共存部はＴｇが高くなる。 Since the Tg of the coexisting part differs depending on the type of the polymer brush and the liquid crystal molecule used, it cannot be unambiguously defined, but it is generally lower than the Tg of the polymer brush alone. The Tg of the coexistence portion also changes depending on the degree of penetration of the liquid crystal molecules into the polymer brush (that is, the ratio of the polymer brush to the liquid crystal molecules). Specifically, in the coexistence portion, the coexistence portion on the liquid crystal molecule side having a large proportion of liquid crystal molecules has a low Tg, and the coexistence portion on the polymer brush layer side having a small proportion of liquid crystal molecules has a high Tg.
しかしながら、ポリマーブラシとして、上記一般式（１）で表され、一般式（１）において、ＸはＨ又はＣＨ３であり、ｍは正の整数であって、ポリマーブラシのＴｇが－５℃以下であるものを用いることにより、共存部のＴｇを、常温よりも十分低い温度にすることができるので、常温において、基板の表面に対して水平な面内に液晶分子を配向強制しつつ、面内ではいずれの方向にも配向強制力をもたない状態（ゼロ面アンカリング状態）を実現することができる。 However, the polymer brush is represented by the above general formula (1). In the general formula (1), X is H or CH 3 , m is a positive integer, and the Tg of the polymer brush is −5 ° C. or lower. By using the above, the Tg of the coexisting part can be set to a temperature sufficiently lower than the normal temperature. Within, it is possible to realize a state in which there is no orientation forcing force in either direction (zero-plane anchoring state).
基板の表面は必要に応じて、平坦化処理を行っても良い。平坦化処理としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いて行うことができる。平坦化処理の例としては、基板の表面に平坦化膜を形成する方法が挙げられ、例えば、ＵＶ硬化性の透明樹脂などを基板の表面に塗布してＵＶ硬化すればよい。 The surface of the substrate may be flattened if necessary. The flattening treatment is not particularly limited, and can be performed by using a method known in the art. Examples of the flattening treatment include a method of forming a flattening film on the surface of the substrate. For example, a UV-curable transparent resin or the like may be applied to the surface of the substrate and UV-cured.
基板の例としては、アレイ基板及び対向基板が挙げられる。
アレイ基板の例としては、アクティブマトリックスアレイ基板が挙げられる。このアクティブマトリックスアレイ基板は、一般的に、ガラス基板上にゲート配線及びソース配線がマトリックス状に配置されており、その交点部分に、薄層トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのアクティブ素子が形成され、このアクティブ素子に画素電極が接続されたものである。
Examples of the substrate include an array substrate and a facing substrate.
Examples of array boards include active matrix array boards. In this active matrix array substrate, gate wiring and source wiring are generally arranged in a matrix on a glass substrate, and active elements such as a thin film transistor (TFT) are formed at the intersections thereof. The pixel electrode is connected to this active element.
また、対向基板の例としては、カラーフィルタ基板が挙げられる。このカラーフィルタ基板は、一般的に、ガラス基板上に、不要な光の漏れを防止するためにブラックマトリックスを形成した後、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の着色層をパターン形成し、必要に応じて保護膜を形成したものである。これらの基板を用いる場合、基板の表面に透明樹脂を塗布して硬化し、平坦化膜を形成してもよい。 Further, as an example of the facing substrate, a color filter substrate can be mentioned. In this color filter substrate, generally, a black matrix is formed on a glass substrate to prevent unnecessary light leakage, and then R (red), G (green), and B (blue) colored layers are formed. A pattern is formed and a protective film is formed as needed. When these substrates are used, a transparent resin may be applied to the surface of the substrate and cured to form a flattening film.
基板上に形成されるポリマーブラシとしては、上記一般式（１）で表され、一般式（１）において、ＸはＨ又はＣＨ３であり、ｍは正の整数であって、ポリマーブラシのＴｇが－５℃以下であるものを用いることができる。さらには－２５℃以下であるものが好ましい。また、Ｒはシロキサンを含んでいてもよいアルキル基であるが、シロキサンを含んでいることが好ましい。ここで、ポリマーブラシは、多数のグラフトポリマー鎖が高密度で基板表面に対して垂直方向に伸張した構造を有するのが好ましい。 The polymer brush formed on the substrate is represented by the above general formula (1). In the general formula (1), X is H or CH 3 , m is a positive integer, and Tg of the polymer brush. Those having a temperature of −5 ° C. or lower can be used. Further, those having a temperature of −25 ° C. or lower are preferable. Further, R is an alkyl group which may contain siloxane, but it is preferable that R contains siloxane. Here, the polymer brush preferably has a structure in which a large number of graft polymer chains are densely extended in a direction perpendicular to the substrate surface.
一般的に、一端が基板表面に固定されたグラフトポリマー鎖は、グラフト密度が低いと、糸まり状の縮んだ構造をとるが、ポリマーブラシは、グラフト密度が高いため、隣接したグラフトポリマー鎖の相互作用（立体反発）により、基板表面に対して垂直方向に伸張した構造をとる。 In general, a graft polymer chain having one end fixed to the surface of a substrate has a crimped structure like a thread when the graft density is low, but a polymer brush has a high graft density, so that an adjacent graft polymer chain is used. Due to the interaction (three-dimensional repulsion), it has a structure that extends in the direction perpendicular to the substrate surface.
本明細書において「高密度」とは、隣接するグラフトポリマー鎖間で立体反発が生じる程度に密集したグラフトポリマー鎖の密度を意味し、一般的に０．１本／ｎｍ２以上、好ましくは０．１～１．２本／ｎｍ２の密度である。また、本明細書において「グラフトポリマー鎖の密度」とは、単位面積（ｎｍ２）あたりの基板表面上に形成されたグラフトポリマー鎖の本数を意味する。
なお、ポリマーブラシは、多数のグラフトポリマー鎖が上記に示した「高密度」よりも低い密度で設けられたものであってもよい。
As used herein, "high density" means the density of graft polymer chains that are dense enough to cause steric repulsion between adjacent graft polymer chains, generally 0.1 lines / nm 2 or more, preferably 0. The density is 1 to 1.2 lines / nm 2 . Further, in the present specification, the “density of graft polymer chains” means the number of graft polymer chains formed on the surface of the substrate per unit area (nm 2 ).
The polymer brush may be provided with a large number of graft polymer chains at a density lower than the "high density" shown above.
ポリマーブラシは、基板の表面上でポリマーブラシの層を形成する。このポリマーブラシの層の厚さは、特に限定されないが、一般に数十ｎｍ、具体的には１ｎｍ以上１００ｎｍ未満、好ましくは１０ｎｍ～８０ｎｍである。また、このポリマーブラシの層にはサイズ排除効果があり、一定の大きさの物質はポリマーブラシの層を通過することはできない。そのため、ポリマーブラシの層の厚さを薄くしても、下地から液晶分子への不純物の侵入を防止することができる。 The polymer brush forms a layer of polymer brush on the surface of the substrate. The thickness of the layer of this polymer brush is not particularly limited, but is generally several tens of nm, specifically 1 nm or more and less than 100 nm, preferably 10 nm to 80 nm. In addition, this layer of the polymer brush has a size exclusion effect, and a substance of a certain size cannot pass through the layer of the polymer brush. Therefore, even if the thickness of the layer of the polymer brush is reduced, it is possible to prevent impurities from entering the liquid crystal molecules from the base.
ポリマーブラシの形成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いて行うことができる。具体的には、ポリマーブラシは、ラジカル重合性モノマーをリビングラジカル重合させることにより形成することができる。ここで、本明細書において「リビングラジカル重合」とは、ラジカル重合反応において、連鎖移動反応及び停止反応が実質的に起こらず、ラジカル重合性モノマーが反応し尽くした後も連鎖成長末端が活性を保持する重合反応のことを意味する。 The method for forming the polymer brush is not particularly limited, and a method known in the art can be used. Specifically, the polymer brush can be formed by subjecting a radically polymerizable monomer to living radical polymerization. Here, in the present specification, "living radical polymerization" means that the chain transfer reaction and the termination reaction do not substantially occur in the radical polymerization reaction, and the chain growth end remains active even after the radically polymerizable monomer has completely reacted. It means the polymerization reaction to be retained.
この重合反応では、重合反応終了後でも生成重合体の末端に重合活性を保持しており、ラジカル重合性モノマーを加えると再び重合反応を開始させることができる。また、リビングラジカル重合は、ラジカル重合性モノマーと重合開始剤との濃度比を調節することによって任意の平均分子量をもつ重合体の合成ができ、そして、生成する重合体の分子量分布が極めて狭いなどの特徴がある。 In this polymerization reaction, the polymerization activity is maintained at the terminal of the produced polymer even after the completion of the polymerization reaction, and the polymerization reaction can be restarted by adding a radically polymerizable monomer. Further, in living radical polymerization, a polymer having an arbitrary average molecular weight can be synthesized by adjusting the concentration ratio of the radically polymerizable monomer and the polymerization initiator, and the molecular weight distribution of the produced polymer is extremely narrow. There is a feature of.
リビングラジカル重合の代表例は、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ：Ａｔｏｍ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｒａｄｉｃａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）である。例えば、重合開始剤の存在下で、ハロゲン化銅／リガンド錯体を用いてラジカル重合性モノマーの原子移動リビングラジカル重合を行う。高分子末端ハロゲンをハロゲン化銅／リガンド錯体が引き抜くことにより可逆的に成長する成長ラジカルにラジカル重合性モノマーが付加して進行し、十分な頻度での可逆的活性化・不活性化により分子量分布が規制される。 A typical example of living radical polymerization is atom transfer radical polymerization (ATRP). For example, in the presence of a polymerization initiator, atomic transfer living radical polymerization of a radically polymerizable monomer is carried out using a copper halide / ligand complex. A radically polymerizable monomer is added to a growth radical that grows reversibly by extracting a polymer-terminated halogen by a copper halide / ligand complex, and the molecular weight distribution proceeds by reversible activation / inactivation at a sufficient frequency. Is regulated.
リビングラジカル重合に用いられるラジカル重合性モノマーは、有機ラジカルの存在下でラジカル重合を行うことが可能な不飽和結合を有するものであり、例えば、ｔ－ブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、２－エチルヘキシルメタクリレート、ノニルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、ｎ－オクチルメタクリレートなどのメタクリレート系モノマー；ｔ－ブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、２－エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、ベンジルアクリレート、ラウリルアクリレート、ｎ－オクチルアクリレートなどのアクリレート系モノマー；スチレン、スチレン誘導体（例えば、ｏ－、ｍ－、ｐ－メトキシスチレン、ｏ－、ｍ－、ｐ－ｔ－ブトキシスチレン、ｏ－、ｍ－、ｐ－クロロメチルスチレンなど）、ビニルエステル類（例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酢酸ビニルなど）、ビニルケトン類（例えば、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンなど）、Ｎ－ビニル化合物（例えば、Ｎ－ビニルピロリドン、Ｎ－ビニルピロール、Ｎ－ビニルカルバゾール、Ｎ－ビニルインドールなど）、（メタ）アクリル酸誘導体（例えば、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、アクリルアミド、イソプロピルアクリルアミド、メタクリルアミドなど）、ハロゲン化ビニル類（例えば、塩化ビニル、塩化ビニリデン、テトラクロロエチレン、ヘキサクロロプレン、フッ化ビニルなど）などのビニルモノマーが挙げられる。これらの各種ラジカル重合性モノマーは、単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。 The radically polymerizable monomer used for living radical polymerization has an unsaturated bond capable of performing radical polymerization in the presence of an organic radical, and is, for example, t-butyl methacrylate, hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, and the like. Methacrylate-based monomers such as nonyl methacrylate, lauryl methacrylate, and n-octyl methacrylate; acrylate-based monomers such as t-butyl acrylate, hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, nonyl acrylate, benzyl acrylate, lauryl acrylate, and n-octyl acrylate; styrene, Stylized derivatives (eg, o-, m-, p-methoxystyrene, o-, m-, pt-butoxystyrene, o-, m-, p-chloromethylstyrene, etc.), vinyl esters (eg, acetic acid). Vinyl, vinyl propionate, vinyl benzoate, vinyl acetate, etc.), vinyl ketones (eg, vinyl methyl ketone, vinyl hexyl ketone, methyl isopropenyl ketone, etc.), N-vinyl compounds (eg, N-vinylpyrrolidone, N-vinyl, etc.) Pyrol, N-vinylcarbazole, N-vinylindole, etc.), (meth) acrylic acid derivatives (eg, acrylonitrile, metaacrylonitrile, acrylamide, isopropylacrylamide, methacrylicamide, etc.), vinyl halides (eg, vinyl chloride, vinylidene chloride, etc.) , Tetrachloroethylene, hexachloroprene, vinyl fluoride, etc.) and the like. These various radically polymerizable monomers may be used alone or in combination of two or more.
重合開始剤としては、特に限定されず、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。重合開始剤の例としては、ｐ－クロロメチルスチレン、α－ジクロロキシレン、α，α－ジクロロキシレン、α，α－ジブロモキシレン、ヘキサキス（α－ブロモメチル）ベンゼン、塩化ベンジル、臭化ベンジル、１－ブロモ－１－フェニルエタン、１－クロロ－１－フェニルエタンなどのベンジルハロゲン化物；プロピル－２－ブロモプロピオネート、メチル－２－クロロプロピオネート、エチル－２－クロロプロピオネート、メチル－２－ブロモプロピオネート、エチル－２－ブロモイソブチレート（ＥＢＩＢ）などのα位がハロゲン化されたカルボン酸；ｐ－トルエンスルホニルクロリド（ＴｓＣｌ）などのトシルハロゲン化物；テトラクロロメタン、トリブロモメタン、１－ビニルエチルクロリド、１－ビニルエチルブロミドなどのアルキルハロゲン化物；ジメチルリン酸クロリドなどのリン酸エステルのハロゲン誘導体が挙げられる。これらの各種重合開始剤は、単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。 The polymerization initiator is not particularly limited, and those generally known for living radical polymerization can be used. Examples of polymerization initiators are p-chloromethylstyrene, α-dichloroxylene, α, α-dichloroxylene, α, α-dibromoxylene, hexakis (α-bromomethyl) benzene, benzyl chloride, benzyl bromide, 1- Benzene halides such as bromo-1-phenylethane, 1-chloro-1-phenylethane; propyl-2-bromopropionate, methyl-2-chloropropionate, ethyl-2-chloropropionate, methyl- Carboxylic acid with α-halogenated such as 2-bromopropionate, ethyl-2-bromoisobutyrate (EBIB); tosyl halide such as p-toluenesulfonyl chloride (TsCl); tetrachloromethane, tribromo Alkyl halides such as methane, 1-vinylethyl chloride, 1-vinylethyl bromide; halogen derivatives of phosphate esters such as dimethylphosphate chloride can be mentioned. These various polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more.
ハロゲン化銅／リガンド錯体を与えるハロゲン化銅としては、特に限定されず、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。ハロゲン化銅の例としては、ＣｕＢｒ、ＣｕＣｌ、ＣｕＩなどが挙げられる。これらの各種ハロゲン化銅は、単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。 The copper halide that gives the copper halide / ligand complex is not particularly limited, and those generally known for living radical polymerization can be used. Examples of copper halide include CuBr, CuCl, CuI and the like. These various types of copper halides may be used alone or in combination of two or more.
ハロゲン化銅／リガンド錯体を与えるリガンド化合物としては、特に限定されず、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。リガンド化合物の例としては、トリフェニルホスファン、４，４’－ジノニル－２，２’－ジピリジン（ｄＮｂｉｐｙ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’Ｎ”－ペンタメチルジエチレントリアミン、１，１，４，７，１０，１０－ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンなどが挙げられる。これらの各種リガンド化合物は、単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。 The ligand compound that gives the copper halide / ligand complex is not particularly limited, and those generally known for living radical polymerization can be used. Examples of ligand compounds include triphenylphosphine, 4,4'-dinonyl-2,2'-dipyridine (dNbipy), N, N, N', N'N "-pentamethyldiethylenetriamine, 1,1,4. , 7,10,10-Hexamethyltriethylenetetraamine and the like. These various ligand compounds may be used alone or in combination of two or more.
ラジカル重合性モノマー、重合開始剤、ハロゲン化銅及びリガンド化合物の量は、使用する原料の種類に応じて適宜調節すればよいが、一般的に、重合開始剤１ｍｏｌに対して、ラジカル重合性モノマーが５～１０，０００ｍｏｌ、好ましくは５０～５，０００ｍｏｌ、ハロゲン化銅が０．１～１００ｍｏｌ、好ましくは０．５～１００ｍｏｌ、リガンド化合物が０．２～２００ｍｏｌ、好ましくは１．０～２００ｍｏｌである。 The amounts of the radically polymerizable monomer, the polymerization initiator, the copper halide and the ligand compound may be appropriately adjusted according to the type of the raw material used, but in general, the radically polymerizable monomer is used with respect to 1 mol of the polymerization initiator. Is 5 to 10,000 mol, preferably 50 to 5,000 mol, copper halide is 0.1 to 100 mol, preferably 0.5 to 100 mol, and the ligand compound is 0.2 to 200 mol, preferably 1.0 to 200 mol. be.
リビングラジカル重合は、通常、無溶媒で行うが、リビングラジカル重合で一般的に使用される溶媒を使用してもよい。使用可能な溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトン、クロロホルム、四塩化炭素、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、酢酸エチル、トリフルオロメチルベンゼンなどの有機溶媒；水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ－ブタノール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、１－メトキシ－２－プロパノールなどの水性溶媒が挙げられる。これらの各種溶媒は、単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。また、溶媒の量は、使用する原料の種類に応じて適宜調節すればよいが、一般的にラジカル重合性モノマー１ｇに対して、溶媒が０．０１～１００ｍＬ、好ましくは０．０５～１０ｍＬである。 Living radical polymerization is usually carried out without a solvent, but a solvent generally used in living radical polymerization may be used. Possible solvents include, for example, benzene, toluene, N, N-dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), acetone, chloroform, carbon tetrachloride, tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate, trifluoromethylbenzene and the like. Organic solvents: water, methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, 1-methoxy-2-propanol and other aqueous solvents. These various solvents may be used alone or in combination of two or more. The amount of the solvent may be appropriately adjusted according to the type of the raw material to be used, but generally, the amount of the solvent is 0.01 to 100 mL, preferably 0.05 to 10 mL with respect to 1 g of the radically polymerizable monomer. be.
リビングラジカル重合は、上記の原料を含むポリマーブラシ形成用溶液中に基板を浸漬、または基板に上記の原料を含むポリマーブラシ形成用溶液を塗布し、加熱することによって行うことができる。加熱条件は、特に限定されることはなく、使用する原料などに応じて適宜調節すればよいが、一般的に、加熱温度は６０～１５０℃、加熱時間は０．１～１０時間である。この重合反応は、一般的に常圧で行われるが、加圧又は減圧しても構わない。なお、基板は、必要に応じて、ポリマーブラシの形成前に洗浄を行ってもよい。 Living radical polymerization can be carried out by immersing the substrate in a polymer brush forming solution containing the above raw materials, or by applying a polymer brush forming solution containing the above raw materials to the substrate and heating the substrate. The heating conditions are not particularly limited and may be appropriately adjusted according to the raw materials used, etc., but generally, the heating temperature is 60 to 150 ° C. and the heating time is 0.1 to 10 hours. This polymerization reaction is generally carried out under normal pressure, but may be pressurized or depressurized. If necessary, the substrate may be washed before forming the polymer brush.
リビングラジカル重合により形成されるポリマーブラシの分子量は、反応温度、反応時間や使用する原料の種類や量によって調整可能であるが、一般的に数平均分子量が５００～１，０００，０００、好ましくは１，０００～５００，０００のポリマーブラシを形成することができる。また、ポリマーブラシの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は、１．０５～１．６０の間に制御することができる。 The molecular weight of the polymer brush formed by living radical polymerization can be adjusted by the reaction temperature, reaction time, type and amount of raw materials used, but generally, the number average molecular weight is 500 to 1,000,000, preferably 500 to 1,000,000. It is possible to form 1,000 to 500,000 polymer brushes. Further, the molecular weight distribution (Mw / Mn) of the polymer brush can be controlled between 1.05 and 1.60.
ポリマーブラシは、基板とポリマーブラシとの間の固着性を高める観点から、必要に応じて、固定化膜を介して基板の表面上に形成してもよい。固定化膜としては、基板及びポリマーブラシとの固着性に優れたものであれば特に限定されることはなく、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。固定化膜の例としては、次の一般式（２）で表されるアルコキシシラン化合物から形成される膜が挙げられる。 The polymer brush may be formed on the surface of the substrate via an immobilization film, if necessary, from the viewpoint of enhancing the adhesion between the substrate and the polymer brush. The immobilized film is not particularly limited as long as it has excellent adhesion to the substrate and the polymer brush, and a film generally known for living radical polymerization can be used. Examples of the immobilized film include a film formed from an alkoxysilane compound represented by the following general formula (2).
一般式（２）において、Ｒ１はそれぞれ独立してＣ１～Ｃ３のアルキル基、好ましくはメチル基又はエチル基であり、Ｒ２はそれぞれ独立してメチル基又はエチル基であり、Ｘはハロゲン原子、好ましくはＢｒであり、ｎは３～１０の整数、より好ましくは４～８の整数である。 In the general formula (2), R 1 is independently an alkyl group of C1 to C3, preferably a methyl group or an ethyl group, R 2 is independently a methyl group or an ethyl group, and X is a halogen atom. , Preferred is Br, and n is an integer of 3 to 10, more preferably an integer of 4 to 8.
固定化膜には、ポリマーブラシが共有結合していることが好ましい。固定化膜とポリマーブラシとが結合力の強い共有結合で結ばれていれば、ポリマーブラシの剥がれを十分に防止することができる。その結果、液晶パネルの特性が低下する可能性が低くなり、液晶パネルの信頼性が向上する。 It is preferable that a polymer brush is covalently bonded to the immobilized membrane. If the immobilized membrane and the polymer brush are bonded by a covalent bond having a strong bonding force, the peeling of the polymer brush can be sufficiently prevented. As a result, the possibility that the characteristics of the liquid crystal panel are deteriorated is reduced, and the reliability of the liquid crystal panel is improved.
固定化膜の形成方法は、特に限定されず、使用する材料に応じて適宜設定すればよい。例えば、固定化膜形成用溶液に基板を浸漬させたり、あるいは、基板に上記の固定化膜形成用溶液を塗布後、乾燥させることによって固定化膜を形成することができる。ここで、所定の部分に固定化膜を形成させるために、固定化膜を形成させない部分にマスキングを施してもよい。また、基板は、必要に応じて、固定化膜の形成前に洗浄を行ってもよい。 The method for forming the immobilized membrane is not particularly limited, and may be appropriately set according to the material to be used. For example, the immobilized membrane can be formed by immersing the substrate in the immobilized membrane forming solution, or by applying the above-mentioned immobilized membrane forming solution to the substrate and then drying the substrate. Here, in order to form the immobilized film on the predetermined portion, masking may be applied to the portion on which the immobilized film is not formed. Further, the substrate may be washed before forming the immobilized film, if necessary.
基板と、ポリマーブラシを形成した基板との間に液晶分子を注入する方法としては、特に限定されず、毛細管現象を利用した真空注入法、液晶滴下注入法（ＯＤＦ：Ｏｎｅ Ｄｒｏｐ Ｆｉｌｌｉｎｇ）などの公知の方法を用いることができる。例えば、毛細管現象を利用した真空注入法を用いる場合には、次のようにして行えばよい。 The method of injecting liquid crystal molecules between the substrate and the substrate on which the polymer brush is formed is not particularly limited, and known methods such as a vacuum injection method using a capillary phenomenon and a liquid crystal drop injection method (ODF: One Drop Filling) are known. Method can be used. For example, when the vacuum injection method utilizing the capillary phenomenon is used, it may be carried out as follows.
まず、一方の基板上に公知の方法によって電極層を形成する。他方の基板上には、 フォトリソグラフィーなどの公知の方法によってスペーサーを形成した後、固定化膜（必要な場合）及びポリマーブラシを形成する。ここで、必要に応じて、基板上（スペーサー部以外）に平坦化膜などを形成することによって平坦化し、その上に固定化膜（必要な場合）及びポリマーブラシを形成してもよい。 First, an electrode layer is formed on one of the substrates by a known method. On the other substrate, a spacer is formed by a known method such as photolithography, and then an immobilized film (if necessary) and a polymer brush are formed. Here, if necessary, a flattening film or the like may be formed on the substrate (other than the spacer portion) to flatten the substrate, and an immobilization film (if necessary) and a polymer brush may be formed on the flattening film.
次に、一方の基板を洗浄して乾燥させた後、シール材を塗布し、他方の基板と重ね合わせ、加熱又はＵＶ照射などによってシール材を硬化させて接着する。ここで、シール材の一部には、液晶分子を注入するための注入口を開けておく必要がある。次に、注入口から真空注入法によって二枚の基板の間に液晶分子を注入した後、注入口を封止する。または、ODF(One Drop Fill)手法を用いてシール描画及び滴下注入してもよい。 Next, after cleaning and drying one substrate, a sealing material is applied, and the sealing material is superposed on the other substrate, and the sealing material is cured and adhered by heating or UV irradiation. Here, it is necessary to open an injection port for injecting liquid crystal molecules in a part of the sealing material. Next, the liquid crystal molecules are injected between the two substrates by the vacuum injection method from the injection port, and then the injection port is sealed. Alternatively, a sticker drawing and drop injection may be performed using the ODF (One Drop Fill) method.
本発明において用いられる液晶分子としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。その中でも、液晶分子としては、液晶分子のＮＩ点（Ｎ相からＩ相への相転移温度）が共存部のＴｇよりも高いものが好ましい。 The liquid crystal molecule used in the present invention is not particularly limited, and those known in the art can be used. Among them, as the liquid crystal molecule, it is preferable that the NI point (phase transition temperature from the N phase to the I phase) of the liquid crystal molecule is higher than the Tg of the coexisting portion.
上述したように、液晶パネルは、バックライトユニットと、弱アンカリング配向膜が形成された基板と、弱アンカリング配向膜との間に間隔を空けて対向配置される強アンカリング配向膜が形成された基板と、弱アンカリング配向膜と強アンカリング配向膜との間に配置され、液晶分子が駆動されることによって光を透過又は遮断する液晶層と、二枚の基板のいずれか一方に設けられ、液晶分子に電場を印加する駆動電極層を備えている。
更に、弱アンカリング配向膜は、電場を印加したときの液晶分子の配向方向を拘束する拘束力が、強アンカリング配向膜よりも小さい。
そして、電場を印加した状態で、強アンカリング配向膜側から弱アンカリング配向膜側に向けて、液晶層の液晶分子の配向方向の変位角度が漸次大きくなる。
これにより、弱アンカリング配向膜側の液晶分子の配向方向を変化させるのに十分な所定の電圧を印加すれば、液晶パネルの液晶層が駆動され、表示を行うことができる。したがって、低電圧で液晶分子を駆動することも出来る。
また、上記構成によれば、液晶分子の複屈折及び旋光性を利用し光が透過できるよう、液晶分子を駆動している。このような構成によれば、電極上も液晶分子が動くことができ、光が透過しやすくなるため、透過率の高い表示を行うことが可能となる。
As described above, in the liquid crystal panel, the backlight unit, the substrate on which the weak anchoring alignment film is formed, and the strong anchoring alignment film formed so as to face each other at a space between the weak anchoring alignment film and the weak anchoring alignment film are formed. A liquid crystal layer that is placed between the weak anchoring alignment film and the strong anchoring alignment film and transmits or blocks light by driving liquid crystal molecules, and one of the two substrates. It is provided and includes a drive electrode layer that applies an electric field to the liquid crystal molecules.
Further, the weak anchoring alignment film has a smaller binding force that constrains the orientation direction of the liquid crystal molecules when an electric field is applied than the strong anchoring alignment film.
Then, with the electric field applied, the displacement angle of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer in the orientation direction gradually increases from the strong anchoring alignment film side to the weak anchoring alignment film side.
As a result, if a predetermined voltage sufficient to change the orientation direction of the liquid crystal molecules on the weak anchoring alignment film side is applied, the liquid crystal layer of the liquid crystal panel can be driven and displayed. Therefore, it is possible to drive the liquid crystal molecules with a low voltage.
Further, according to the above configuration, the liquid crystal molecule is driven so that light can be transmitted by utilizing the birefringence and the diversion property of the liquid crystal molecule. According to such a configuration, the liquid crystal molecules can move on the electrodes, and light can be easily transmitted, so that it is possible to display with high transmittance.
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であればこれから様々な変形及び均等な実施の形態が可能である。
よって、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形や改良形態も本発明に含まれる。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, various modifications and uniform embodiments are possible from now on as long as the person has ordinary knowledge in the art.
Therefore, the scope of rights of the present invention is not limited to this, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the claims are also included in the present invention.
例えば、上記実施形態では、強アンカリング配向膜、弱アンカリング配向膜について、それぞれ具体的な形成方法を例示したが、これに限らない。すなわち、強アンカリング配向膜と弱アンカリング配向膜とで、電場を印加したときの、液晶分子の配向方向を強制する配向強制力が互いに異なるのであれば、強アンカリング配向膜、弱アンカリング配向膜は、それぞれ、他のいかなる方法、材料で形成してもよい。 For example, in the above embodiment, specific forming methods are exemplified for each of the strong anchoring alignment film and the weak anchoring alignment film, but the present invention is not limited to this. That is, if the strong anchoring alignment film and the weak anchoring alignment film have different orientation forcing forces for forcing the orientation direction of the liquid crystal molecules when an electric field is applied, the strong anchoring alignment film and the weak anchoring alignment film have different orientation forces. The alignment film may be formed of any other method or material.
また、上記実施形態では、強アンカリング配向膜をバックライトユニット側に配置し、弱アンカリング配向膜をバックライトユニットから離間した側に配置したが、これに限らない。強アンカリング配向膜をバックライトユニットから離間した側に配置し、弱アンカリング配向膜をバックライトユニット側に配置してもよい。 Further, in the above embodiment, the strong anchoring alignment film is arranged on the backlight unit side, and the weak anchoring alignment film is arranged on the side away from the backlight unit, but the present invention is not limited to this. The strong anchoring alignment film may be arranged on the side away from the backlight unit, and the weak anchoring alignment film may be arranged on the backlight unit side.
駆動電極層についても、バックライトユニット側に限らず、その反対側に配置してもよい。 The drive electrode layer is not limited to the backlight unit side, and may be arranged on the opposite side thereof.
また、上記の実施形態においては、偏光板と偏光板をクロスニコルに配置し、一方の偏光板の透過軸方向が、電場を非印加の状態での液晶分子の配向方向を規制するための強アンカリング配向膜に対する配向処理方向と、一致する場合の例を示したが、その偏光板の透過軸方向を、電場を非印加の状態での液晶分子の配向方向を規制するための強アンカリング配向膜に対する配向処理方向と、直交させても良い。 Further, in the above embodiment, the polarizing plate and the polarizing plate are arranged on the cross Nicol, and the transmission axis direction of one of the polarizing plates is strong for restricting the orientation direction of the liquid crystal molecules in a state where an electric field is not applied. An example of the case where the alignment treatment direction with respect to the anchoring alignment film and the alignment treatment direction are the same is shown. It may be orthogonal to the orientation processing direction with respect to the alignment film.
さらに、上記の実施形態において、液晶分子は、電場を印加した状態で、強アンカリング配向膜側から弱アンカリング配向膜側に向けて、初期配向方向に対する配向角度の変位量が漸次大きくなり、捩れた配向状態となる。ここで、液晶分子は、強アンカリング配向膜と弱アンカリング配向膜との中間部において、液晶分子の配向角度の変位量が最大となり、その部分よりも弱アンカリング配向膜にわたって、液晶分子の配向角度の変位量が一様（最大状態）であってもよい。言い換えると、液晶分子は、電場を印加した状態で、強アンカリング配向膜側から、強アンカリング配向膜と弱アンカリング配向膜との中間部までの領域で捩れた状態で配列し、強アンカリング配向膜と弱アンカリング配向膜との中間部から弱アンカリング配向膜側までの領域では、一様に配列されていてもよい。 Further, in the above embodiment, the liquid crystal molecules gradually increase the amount of displacement of the orientation angle with respect to the initial alignment direction from the strong anchoring alignment film side to the weak anchoring alignment film side in a state where an electric field is applied. It becomes a twisted orientation state. Here, in the liquid crystal molecule, the amount of displacement of the alignment angle of the liquid crystal molecule is maximum in the intermediate portion between the strong anchoring alignment film and the weak anchoring alignment film, and the liquid crystal molecule is spread over the weak anchoring alignment film from that portion. The amount of displacement of the orientation angle may be uniform (maximum state). In other words, the liquid crystal molecules are arranged in a twisted state in the region from the strong anchoring alignment film side to the intermediate portion between the strong anchoring alignment film and the weak anchoring alignment film under the application of an electric field, and the strong anchoring is arranged. The region from the intermediate portion between the ring alignment film and the weak anchoring alignment film to the weak anchoring alignment film side may be uniformly arranged.
さらには、上記の実施形態では、電圧非印加時に表示が暗く、電圧印加時に明るくなる、いわゆる、ノーマリーブラック型の液晶パネルについて説明を行ったが、これに限らない。液晶パネルを、電圧非印加時に表示が明るく、電圧印加時に暗くなる、いわゆる、ノーマリーホワイト型の構成としてもよい。 Further, in the above embodiment, the so-called normally black type liquid crystal panel, in which the display becomes dark when the voltage is not applied and becomes bright when the voltage is applied, has been described, but the present invention is not limited to this. The liquid crystal panel may have a so-called normally white type configuration in which the display is bright when no voltage is applied and dark when a voltage is applied.
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
［実施例１］
図１に本検討で用いた弱アンカリング膜材料、ブロックポリマー（ポリマーブラシ）の側鎖の組成及びTgを示す。ここでのTgは理論Tgとした。系統１～３で用いた系統１では、側鎖１としてエチルヘキシルメタクリレートを、側鎖２としてヘキシルデシルメタクリレートを用いた。系統２では、側鎖１としてエチルヘキシルメタクリレートを、側鎖２としてラウリルメタクリレートを用いた。系統３では、側鎖１としてヘキシルメタクリレートを、側鎖２としてポリジメチルシロキサンメタクリレートを用いた。
IPS(In Plane Switching)構造において、柱が形成された片側基板に強アンカリング膜として配向膜(ポリイミド)をスピンコーティングで塗布し、焼成して成膜し、配向処理(本検討ではラビング)を施した。もう一方の電極を形成した基板に弱アンカリング膜をスピンコーティングで塗布し、焼成して成膜した(配向処理無)。前記の基板間をシーリングし、液晶注入したセルを評価用液晶表示素子とした。従来IPSサンプルでは、もう一方の電極を形成した基板にも強アンカリング膜として配向膜を塗布し、ラビング配向処理を施した基板を用いた。
図２に弱アンカリング膜を用いた本検討Modeと従来IPSの電圧-透過率特性(VTカーブ特性)の測定結果を示す。図３に本検討Modeの低温(-25℃)のVTカーブ特性の測定結果を示す。図２に示すように本検討Modeは従来IPSに比べ高い透過率と低電圧を得ることができているが、図３に示すように、低温においてVTカーブが高電圧側にシフトし、透過率が低下した。
［実施例２］
低温での特性を維持するため、長いアルキル基を導入し低Tgの弱アンカリング材料を用いて、実施例１と同じ方法で評価用液晶表示素子を作製した。図４にSample３を弱アンカリング膜に用いた場合の各温度でのVT特性を測定した結果を示す。低温での特性変化は小さいが、常温25℃時含めて高温側にVTカーブ特性がシフトし、透過率の低下が見られた。
［実施例３］
図１のSampleを用いて実施例１と同様の方法で評価用セルを作製した。各Sampleを用いて得られた液晶表示素子を使用し、電圧を変化させて透過率2％時の仮想アンカリング力(A2’)を測定・算出して比較した。また、Ｔｇは理論Ｔｇとした。
結果を図５に示す。系統１、２では、理論Ｔｇの低下に伴い、仮想アンカリング力の上昇が観察された。これに対し、弱アンカリング膜のブロックポリマーの側鎖にシロキサンを含む系統３の液晶表示素子では、低いアンカリング力が維持されていた。
[Example 1]
FIG. 1 shows the weak anchoring film material used in this study, the side chain composition of the block polymer (polymer brush), and Tg. The Tg here is the theoretical Tg. In the
In the IPS (In Plane Switching) structure, an alignment film (polyimide) is applied as a strong anchoring film on one side substrate on which columns are formed by spin coating, fired to form a film, and alignment treatment (rubbing in this study) is performed. provided. A weak anchoring film was applied by spin coating to the substrate on which the other electrode was formed, and fired to form a film (no orientation treatment). The cells injected with liquid crystal were used as an evaluation liquid crystal display element by sealing between the substrates. In the conventional IPS sample, an alignment film was applied as a strong anchoring film to the substrate on which the other electrode was formed, and a substrate subjected to rubbing alignment treatment was used.
Figure 2 shows the measurement results of the voltage-transmittance characteristics (VT curve characteristics) of this study Mode and the conventional IPS using a weak anchoring film. Figure 3 shows the measurement results of the low temperature (-25 ° C) VT curve characteristics of this study mode. As shown in FIG. 2, the present study mode can obtain higher transmittance and lower voltage than the conventional IPS, but as shown in FIG. 3, the VT curve shifts to the high voltage side at low temperature, and the transmittance is high. Has decreased.
[Example 2]
In order to maintain the characteristics at low temperature, a liquid crystal display device for evaluation was produced by the same method as in Example 1 by introducing a long alkyl group and using a weak anchoring material having a low Tg. FIG. 4 shows the results of measuring the VT characteristics at each temperature when
[Example 3]
Using the sample of FIG. 1, an evaluation cell was prepared in the same manner as in Example 1. Using the liquid crystal display element obtained by using each sample, the virtual anchoring force (A2') at a transmittance of 2% was measured and calculated by changing the voltage and compared. Further, Tg was set to theoretical Tg.
The results are shown in FIG. In
系統１や系統２のように長いアルキル基を導入すると、弱アンカリング膜におけるポリマーブラシが凝集し、本来の特性が出にくくなり、アンカリング力が増加すると想定される。これに対し、図６に示すImageのように、シロキサンを含む側鎖など、アルキル鎖凝集を制御する側鎖を含むポリマーブラシでは、凝集が防止され弱いアンカリング力が維持できるものと考えられる。
When a long alkyl group such as
［実施例４］
実施例１と同様の方法で評価用液晶表示素子を作製した。弱アンカリング膜に用いた材料は、Ｔｇが－２５℃の弱アンカリング膜Sample6及び、Ｔｇが－４０℃の弱アンカリング膜Sample7である。
各温度で電圧を変化させ、透過率を測定し、ＶＴ特性の評価を行った。
本実施例で得られたＶＴ特性の結果を図７、８に示す。
図７に示す通り、Ｔｇが－２５℃の弱アンカリング膜を用いた場合、２５℃の環境下での６Ｖの電圧における透過率は約１４％であったが、－２５℃の環境下であっても６Ｖの電圧における透過率は約９％であり、依然として従来型のＩＰＳ構造を有する液晶表示素子よりも高い透過率でＶＴ特性を有しているが、低温での最大透過率の低下及び高電圧側への特性シフトが見られた。
また図８に示す通り、Ｔｇが－４０℃の弱アンカリング膜を用いた場合、低温下における最大透過率及びＶＴ特性の低下は全く観察されなかった。
[Example 4]
A liquid crystal display element for evaluation was produced by the same method as in Example 1. The materials used for the weak anchoring film are a weak anchoring film Sample6 having a Tg of −25 ° C. and a weak anchoring film Sample7 having a Tg of −40 ° C.
The voltage was changed at each temperature, the transmittance was measured, and the VT characteristics were evaluated.
The results of the VT characteristics obtained in this example are shown in FIGS. 7 and 8.
As shown in FIG. 7, when a weak anchoring film having a Tg of -25 ° C was used, the transmittance at a voltage of 6 V in an environment of 25 ° C was about 14%, but in an environment of -25 ° C. Even if there is, the transmittance at a voltage of 6 V is about 9%, and it still has VT characteristics with a higher transmittance than the liquid crystal display element having a conventional IPS structure, but the maximum transmittance at low temperature is lowered. And the characteristic shift to the high voltage side was seen.
Further, as shown in FIG. 8, when a weak anchoring film having a Tg of −40 ° C. was used, no decrease in maximum transmittance and VT characteristics was observed at low temperature.
Claims (9)
第一の配向膜が形成された第一の基板と、
前記第一の配向膜との間に間隔を空けて対向配置される第一の配向膜よりアンカリング力が弱い第二の配向膜が形成された第二の基板と、
前記第一の基板及び前記第二の基板のいずれか一方に前記第一の基板及び前記第二の基板に沿った方向の電場を印加する駆動電極層と、
第一の基板と第二の基板の間に配置され、液晶分子が駆動されることによって前記光を透過又は遮断する液晶層と、を備えた液晶表示素子において、
前記第二の配向膜がアルキル鎖凝集を制御する側鎖を含むポリマーブラシで形成され、前記側鎖がシロキサンを含む、液晶表示素子。 A light source that emits light and
The first substrate on which the first alignment film was formed, and
A second substrate on which a second alignment film having a weaker anchoring force than the first alignment film arranged so as to face the first alignment film is formed.
A drive electrode layer that applies an electric field in a direction along the first substrate and the second substrate to either the first substrate or the second substrate.
In a liquid crystal display element, which is arranged between a first substrate and a second substrate and includes a liquid crystal layer that transmits or blocks the light by driving liquid crystal molecules.
A liquid crystal display element in which the second alignment film is formed of a polymer brush containing a side chain that controls alkyl chain aggregation, and the side chain contains a siloxane .
第一の配向膜が形成された第一の基板と、
前記第一の配向膜との間に間隔を空けて対向配置される第一の配向膜よりアンカリング力が弱い第二の配向膜が形成された第二の基板と、
前記第一の基板及び前記第二の基板のいずれか一方に前記第一の基板及び前記第二の基板に沿った方向の電場を印加する駆動電極層と、
第一の基板と第二の基板の間に配置され、液晶分子が駆動されることによって前記光を透過又は遮断する液晶層とを備えた液晶表示素子において、
前記第二の配向膜が、ガラス転移温度が－２５℃以下の膜で形成され、かつ側鎖にシロキサンを有するブロックポリマーで形成されている、液晶表示素子。 A light source that emits light and
The first substrate on which the first alignment film was formed, and
A second substrate on which a second alignment film having a weaker anchoring force than the first alignment film arranged so as to face the first alignment film is formed.
A drive electrode layer that applies an electric field in a direction along the first substrate and the second substrate to either the first substrate or the second substrate.
In a liquid crystal display element arranged between a first substrate and a second substrate and provided with a liquid crystal layer that transmits or blocks the light by driving liquid crystal molecules.
A liquid crystal display element in which the second alignment film is formed of a film having a glass transition temperature of −25 ° C. or lower and a block polymer having a siloxane in the side chain .
The liquid crystal display element according to any one of claims 1 to 7 , wherein the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecule is positive.
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