【半導体・IT】スマホの画面を極限まで美しく！日産化学の「光で揃える」液晶配向膜技術

【課題】「光配向技術」が抱える、見えないゴミの問題

液晶分子を整列させる「配向膜」の製造方法は、大きく分けて2つあります。一つは布で膜の表面を一方向にこする「ラビング法」。もう一つは、特定の光（偏光紫外線）を当てることで膜の分子構造を変化させる「光配向法」です。

光配向法は、こすらないため静電気やキズが発生せず、高精細なディスプレイを作るのに最適です。しかし、大きな弱点がありました。

光を当てて配向膜（ポリイミドなどの高分子）の結合を切断・再配列させる際、切断された「分子の破片（分解物）」が膜の中に残ってしまいます。この破片が邪魔をして、「異方性（液晶分子を整列させる力の強さ）」が十分に上がらなかったり、長期間使っていると画面にムラ（焼き付きなど）が発生したりするという深刻な課題がありました。

【解決策】光を当てた後に「特定の溶媒」で洗い流す！

「不要な破片が残るなら、洗ってしまえばいい」と考えるのは自然なことです。しかし、配向膜自体を溶かしてしまっては元も子もありません。

本特許の発明者たちは膨大な実験を繰り返し、「光を当てて発生した分解物（ゴミ）だけを綺麗に溶かし出し、ベースとなる配向膜にはダメージを与えない、絶妙な溶媒（洗い液）」を発見しました。

「良溶媒」と「貧溶媒」のパラメーターで定義

単に「この液が良い」というだけでなく、本特許ではその溶媒の条件を化学的に明確に定義しています。具体的には、光反応させる前のポリマー（配向膜の原料）に対する溶解性を示すパラメータを用いて、「溶解性が10g未満となる溶媒」という条件を突き止めました。

表1を見ると、条件を満たす特定の溶媒（PGME：プロピレングリコールモノメチルエーテルなど）を使った「実施例1～23」では、異方性の大きさ（数値が高いほど液晶が綺麗に揃う）が劇的に向上し、かつ膜のムラも無くなっていることがわかります。

一方、条件に合わない溶媒（例えば比較例4のGBLや比較例5のNMP）で洗うと、膜自体が「全て溶解」してしまい、水やイソプロパノール（IPA）だけ（比較例2等）ではゴミが十分に落ちず、異方性が上がらない（＝配向力が弱い）結果となっています。

【効果】超高精細・広視野角ディスプレイの普及を牽引

この「特定の溶媒による処理工程」を組み込んだ光配向技術により、以下の効果がもたらされました。

• 画質の飛躍的な向上： 液晶分子が極めて正確に整列するため、コントラストが高く、斜めから見ても綺麗な（広視野角の）ディスプレイが実現しました。
• 信頼性（寿命）の向上： 膜内の不純物が除去されたことで、長時間同じ画面を表示し続けても「焼き付き」が起こりにくくなりました。
• 製造コストの低減： 高度な光配向プロセスにおける不良率（歩留まり）が改善され、スマートフォンや高精細テレビの高品質化と低価格化に貢献しています。

特許情報まとめ