JP6603806B2 - 液晶パネル、及び走査アンテナ - Google Patents
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Description
走査アンテナ等では、従来の液晶表示装置と比べて、極性の高い(誘電率異方性が大きい)液晶化合物が利用される。例えば、末端に、イソチオシアネート基を有する液晶分子(液晶化合物)が利用される。このような液晶分子を利用した場合、例えば、再配向処理のために液晶パネルが高温(例えば、85〜95℃)でエージングされると、配向膜の種類によっては、液晶分子と反応し、配向膜に液晶分子が一体的に付着してしまうことがあった。配向膜に付着した液晶分子は、イソチオシアネート基側が配向膜と反応し、他方の末端にある脂肪族アルキル基が液晶層側を向いているものと推測される。そのため、配向膜は、付着した液晶分子の脂肪族アルキル基等が、液晶層中の液晶化合物の末端にある脂肪族アルキル基に作用することで、液晶化合物を不必要に垂直に配向させてしまうことがあった。
本発明者は、イソチオシアネート基を有する液晶化合物を含む液晶層と、カルボキシル基を有するポリマーを含む配向膜とを備えた液晶パネルを、高温(例えば、85〜95℃)に曝すと、液晶化合物の一部が配向膜と反応して配向膜に付着し、その付着した液晶化合物の影響により、液晶層で液晶化合物(液晶分子)の配向不良が発生し、及び液晶層中で液晶化合物の二量化した結晶が析出するという知見を得た。本発明は、このような知見に基づくものである。
本発明によれば、耐熱性に優れる液晶パネル、及び走査アンテナを提供することができる。
図1は、液晶デバイスが備える液晶パネルPの構成を模式的に表した断面図である。液晶パネルPは、液晶層LCと、液晶層LCを挟みつつ、各々の液晶層LC側の表面、又は何れか一方の液晶層LC側の表面に、液晶用配向剤を利用して形成された配向膜Mを含む一対の第1基板100及び第2基板200とを備えている。なお、図1には、第1基板100の表面、及び第2基板200の表面に、それぞれ配向膜M,Mが形成されている。
(配向膜)
第1の態様の配向膜としては、(a)カルボキシル基を有するカルボキシル基含有ポリマー(以下、「カルボキシル基含有ポリマー」と称する)を含むものであっても良いし、(b)カルボキシル基を有さないカルボキシル基非含有ポリマー(以下、「カルボキシル基非含有ポリマー」と称する)を含むものであってもよい。
カルボキシル基含有ポリマーは、配向膜として利用可能なポリマーであり、後述する所定の有機溶剤に対して溶解性を示し、かつ官能基としてカルボキシル基を含有するポリマーであれば特に制限はない。このようなカルボキシル基含有ポリマーとしては、例えば、ポリアミック酸が挙げられる。
カルボキシル基非含有ポリマーは、配向膜として利用可能なポリマーであり、後述する配向剤を調製するために利用される所定の有機溶剤に対して溶解性を示し、官能基としてカルボキシル基を含有しないポリマーであれば特に制限はない。このようなカルボキシル基非含有ポリマーとしては、例えば、ポリイミドが挙げられる。
第1の態様の液晶層は、シアノ基、複素環、−OCF2−、炭素−炭素三重結合及びトリフルオロメチル基からなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、末端に脂肪族アルキル基を有し、イソチオシアネート基(NCS基)を含まない液晶化合物を含む。このような液晶化合物は、後述する走査アンテナ等の動作のために、大きな誘電異方性を発現することができる。しかも、イソチオシアネート基(NCS基)のような反応を引き起こさない。また、液晶層は、これらの液晶化合物を含むことで、結晶化、気泡発生、配向変化等の問題を引き起こさず、大きな誘電異方性を得られる。特に、このような液晶化合物を2種類以上(好ましくは、各々5質量%以上)含むことで、信頼性、閾値電圧、弾性定数、ネマチック温度域を、誘電率を損なうことなく調節することができる。
(配向膜)
第2の態様の配向膜としては、カルボキシル基を有さないカルボキシル基非含有ポリマーを含むものからなる。第2の態様のカルボキシル基非含有ポリマーとしては、上述した第1の態様のカルボキシル基非含有ポリマー(例えば、ポリイミド、カルボキシル基非含有アクリル系ポリマー)を用いることができる。そのため、第2の態様におけるカルボキシル基非含有ポリマーの詳細説明は省略する。
第2の態様の液晶層としては、末端に脂肪族アルキル基を有し、イソチオシアネート基(NCS基)を含む液晶化合物を含むものからなる。液晶層が、イソチオシアネート基(NCS基)を含む液晶化合物を備える場合、配向膜中にカルボキシル基が存在すると、そのカルボキシル基からプロトンが遊離し、イソチオシアネート基(NCS基)の反応性を高めてしまう。そのため、第2の態様では、上記のように配向膜が、カルボキシル基非含有ポリマーを含むものからなる。つまり、第2の態様では、配向膜中のカルボキシル基を、エステル化、無水物化、イミド化等することで、プロトンの遊離を抑制している。
(配向膜)
第3の態様の配向膜としては、ポリイミドと他のポリマーとを混合した混合樹脂を含むものからなる。第3の態様のポリイミドとしては、上述した第1の態様のポリイミドを用いることができる。また、第3の態様の他のポリマーとしては、例えば、ポリアミック酸が挙げられる。ポリアミック酸としては、上述した第1の態様のポリアミック酸を用いることができる。
第3の態様の液晶層としては、第2の態様と同様、末端に脂肪族アルキル基を有し、イソチオシアネート基(NCS基)を含む液晶化合物を含むものであってもよいし、第1の態様と同様、シアノ基、複素環、−OCF2−、炭素−炭素三重結合及びトリフルオロメチル基からなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、末端に脂肪族アルキル基を有し、イソチオシアネート基(NCS基)を含まない液晶化合物を含むものであってもよい。
走査アンテナは、ビーム方向を変更可能なビーム走査機能を備えており、液晶材料の大きな誘電率m(εm)の異方性(複屈折率)を利用した複数のアンテナ単位を備えた構造を有する。走査アンテナは、各アンテナ単位の液晶層に印加する電圧を制御し、各アンテナ単位の液晶層の実効的な誘電率m(εm)を変化させることで、静電容量の異なる複数のアンテナ単位で2次元的なパターンを形成する。なお、液晶材料の誘電率は周波数分散を有するため、本明細書では、マイクロ波の周波数帯における誘電率を、特に「誘電率m(εm)」と表記する。
図5は、TFT基板101のアンテナ単位領域Uを模式的に表した断面図であり、図6は、TFT基板101のアンテナ単位領域Uを模式的に表した平面図である。図5及び図6には、それぞれ送受信領域R1の一部の断面構成が示されている。
次いで、スロット基板201の構造をより具体的に説明する。図7は、スロット基板201のアンテナ単位領域Uを模式的に表した断面図である。
導波路301は、反射導電板65が誘電体基板51を介してスロット電極55と対向する形で構成されている。反射導電板65は、誘電体基板51の裏面と、空気層54を介する形で対向するように配設される。反射導電板65は、導波路301の壁を構成するので、表皮深さの3倍以上、好ましくは5倍以上の厚みを有することが好ましい。反射導電板65は、例えば、削り出しによって作製され厚みが数mmのアルミニウム板、銅板等を用いることができる。
走査アンテナを製造する際、TFT基板101と、スロット基板201とをシール材を介して互いに貼り合わせると共に、TFT基板101と、スロット基板201との間に液晶層LC1を封入する工程が行われる。液晶層LC1を構成する液晶材料(液晶化合物)は液晶滴下注入法(ODF:One Drop Fill)でTFT基板101と、スロット基板201との間に封入されてもよいし、真空注入法でTFT基板101と、スロット基板201との間に封入されてもよい。このようにして、液晶層LC1、TFT基板101及びスロット基板201を含む走査アンテナ100の液晶パネルP1が得られる。
液晶レンズ1000Lは、液晶を用いて光学特性を可変とした液晶光学素子であり、印加する電圧により焦点距離を制御することができる。
(実施例1)
上述した走査アンテナ1000の液晶パネルP1が備えるTFT基板101と基本的な構成が同じであるTFT基板と、同じく液晶パネルP1が備えるスロット基板201と基本的な構成が同じであるスロット基板とをそれぞれ用意した。TFT基板の配向膜、及びスロット基板の配向膜は、共に後述する配向剤1を利用して形成した。
液晶材料L1に代えて、後述する液晶材料L2〜L6を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜5、及び比較例1の液晶パネルを得た。
配向剤1に代えて、後述する配向剤2を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例6の液晶パネルを得た。
液晶材料L1に代えて、上記液晶材料L2〜L6を使用したこと以外は、実施例6と同様にして、実施例7〜11の液晶パネルを得た。
配向剤1に代えて、後述する配向剤3を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例12の液晶パネルを得た。
液晶材料L1に代えて、上記液晶材料L2〜L6を使用したこと以外は、実施例12と同様にして、実施例13〜16、及び比較例2の液晶パネルを得た。
配向剤1に代えて、後述する配向剤4を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例17の液晶パネルを得た。
液晶材料L1に代えて、上記液晶材料L2〜L6を使用したこと以外は、実施例17と同様にして、実施例18〜22の液晶パネルを得た。
実施例1〜22及び比較例1,2の各液晶パネルを、95℃の条件下で、1000時間保存した。その後、室温条件下で、各液晶パネルを一対の偏光板で挟み、各液晶パネルの色(リダデーション)の変化を目視で確認した。なお、各液晶パネルの色の変化は、高温保存試験前に、予め目視で観察しておいた、液晶パネルを一対の偏光板で挟んだ時の液晶パネルの色と比較した。結果は、表1に示した。
配向剤1に代えて、後述する配向剤5を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例23の液晶パネルを得た。
液晶材料L1に代えて、上記液晶材料L2〜L6を使用したこと以外は、実施例23と同様にして、実施例24〜28の液晶パネルを得た。
実施例23〜28の各液晶パネルについて、実施例1等と同様、高温保存試験を行い、1000時間後、及び2000時間後に、リタデーションの変化、及び結晶の発生の有無を確認した。結果は、表2に示した。
(実施例29)
上述した液晶レンズ1000Lの液晶パネルP2が備える平坦基板101Lと基本的な構成が同じである平坦基板と、同じく液晶パネルP2が備えるレンズ形状基板201Lと基本的な構成が同じであるレンズ形状基板とをそれぞれ用意した。平坦基板の配向膜、及びレンズ形状基板の配向膜は、上記実施例23と同じ配向剤5を利用して形成した。
液晶材料L1に代えて、上記液晶材料L2〜L6を使用したこと以外は、実施例29と同様にして、液晶レンズ用の実施例30〜34の液晶パネルを得た。
実施例30〜34の各液晶パネルについて、実施例1等と同様、高温保存試験を行い、1000時間後、及び2000時間後に、リタデーションの変化、及び結晶の発生の有無を確認した。結果は、表3に示した。
Claims (13)
- 液晶層と、
前記液晶層を挟みつつ、各々の前記液晶層側の表面、又は何れか一方の前記液晶層側の表面に、配向膜を含む一対の第1基板及び第2基板とを備える液晶パネルであって、
前記配向膜は、カルボキシル基を有するカルボキシル基含有ポリマーを有し、
前記液晶層を構成する液晶化合物は、シアノ基、複素環、−OCF2−、炭素−炭素三重結合及びトリフルオロメチル基からなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、末端に脂肪族アルキル基を有し、イソチオシアネート基を含まず、
複数のアンテナ単位が配列されていることを特徴とする液晶パネル。 - 前記液晶化合物は、前記群より選ばれる少なくとも2つを含む請求項1に記載の液晶パネル。
- 液晶層と、
前記液晶層を挟みつつ、各々の前記液晶層側の表面、又は何れか一方の前記液晶層側の表面に、配向膜を含む一対の第1基板及び第2基板とを備える液晶パネルであって、
前記配向膜は、カルボキシル基を有さないカルボキシル基非含有ポリマーを含み、
前記液晶層を構成する液晶化合物は、末端に脂肪族アルキル基を有し、イソチオシアネート基を含み、
複数のアンテナ単位が配列されており、
前記液晶化合物は、更に、シアノ基、複素環、−OCF 2 −、炭素−炭素三重結合及びトリフルオロメチル基からなる群より選ばれる少なくとも2つを含む液晶パネル。 - 前記カルボキシル基非含有ポリマーが、ポリイミド、又はカルボキシル基を有さないカルボキシル基非含有アクリル系ポリマーからなる請求項3に記載の液晶パネル。
- 液晶層と、
前記液晶層を挟みつつ、各々の前記液晶層側の表面、又は何れか一方の前記液晶層側の表面に、配向膜を含む一対の第1基板及び第2基板とを備える液晶パネルであって、
前記配向膜は、ポリイミドと他のポリマーとを混合した混合樹脂からなり、
複数のアンテナ単位が配列されていることを特徴とする液晶パネル。 - 前記液晶層を構成する液晶化合物は、末端に脂肪族アルキル基を有し、かつイソチオシアネート基を含む請求項5に記載の液晶パネル。
- 前記液晶層を構成する液晶化合物は、シアノ基、複素環、−OCF2−、炭素−炭素三重結合及びトリフルオロメチル基からなる群より選ばれる少なくとも2つを含み、末端に脂肪族アルキル基を有し、イソチオシアネート基を含まない請求項5又は請求項6に記載の液晶パネル。
- 前記液晶層を構成する液晶化合物は、−OCF2−を一分子中に2つ以上含む請求項1、請求項3又は請求項5に記載の液晶パネル。
- 前記液晶層を構成する液晶化合物は、シアノ基と炭素−炭素三重結合を一分子中に含む請求項1、請求項3又は請求項5に記載の液晶パネル。
- 前記液晶層を構成する液晶化合物は、シアノ基と複素環を一分子中に含む請求項1、請求項3又は請求項5に記載の液晶パネル。
- 前記液晶層を構成する液晶化合物は、炭素−炭素三重結合と複素環を一分子中に含む請求項1、請求項3又は請求項5に記載の液晶パネル。
- 前記液晶層を構成する液晶化合物は、炭素−炭素三重結合と−OCF2−を一分子中に含む請求項1、請求項3又は請求項5に記載の液晶パネル。
- 請求項1から請求項12の何れか一項に記載の液晶パネルを備え、
前記液晶パネルの前記第1基板は、第1誘電体基板と、前記第1誘電体基板に支持された複数のTFT及び前記TFTに電気的に接続された複数のパッチ電極と、前記TFT及び前記パッチ電極を覆う形で配され、前記配向膜からなる第1配向膜とを有するTFT基板からなり、
前記液晶パネルの前記第2基板は、第2誘電体基板と、前記第2誘電体基板に支持され複数のスロットを含むスロット電極と、前記スロット電極を覆う形で配され、前記配向膜からなる第2配向膜とを有するスロット基板からなり、
前記液晶パネルの前記液晶層は、前記第1配向膜及び前記第2配向膜が互いに対向する前記TFT基板と前記スロット基板との間に介在され、
前記スロット電極が形成されていない前記第2誘電体基板の反対面に、誘電体層を介して対向するように配される反射導電板を備える走査アンテナ。
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