JPH036531A - 液晶配向膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は液晶表示装置に用いられる液晶配向膜の製造方
法に関すム 従来の技術 液晶表示装置は当初腕時計や電卓に用いられるのみであ
った力丈　現在では種々の分野に応用が広がっていも　
最近では液晶テレビやパーソナルコンピユー久　ワード
プロッセサのデイスプレィなどの高密胆　あるいは大画
面表示の用途にも用いられるようになっていも　高密度
（Ｌ　　大画面化のためには表示画素の数を増やす必要
かあも　しかし　従来の単純マトリクス方式の捻れネマ
チック（ＴＮ）型のパネルで（よ　走査ライン数の増加
とともにコントラストが低下するたべ　あまり画素数を
多くできなかっ九　そこで画素数を増やすために次のよ
うな方法がとられていも ひとつは各画素ごとに薄膜トランジスタ等のスイッチン
グ素子を設けたアクティブマトリクス方式である。もう
ひとつはＴＮ型の捻れ角（θ）を１８０度以上に大きく
したスーパーツィステッドネマチック（ＳＴＮ）型液晶
表示パネルを用いるものである。液晶の捻れ角を大きく
することでしきい値特性がシャープになり、表示画素数
を多くすることができも　また　これらのネマチック液
晶を用いた表示とは別へ　光学活性なスメクチック液晶
を用いた強誘電性液晶１表示も実゛用化が進められてい
も　ネマチック液晶が実効電界に累積応答し応答速度も
ｍ５ｅｃオーダーと比較的遅いのに対して、強誘電性液
晶はμｓｅｃオーダーの高速で直接電界に応答すも 大画面化を考えた場合、フォトリソグラフ工程を含むア
クティブマトリクス方式（友　工法直　コスト的に大き
な問題を抱えている。したがって、現在パーソナルコン
ピュータやワードプロッセサのデイスプレィとしてＣ上
　　一般にＳＴＮ型液晶表示パネルが用いられていも　
そしてさらに大面積（？、　　高密度化を目指して強誘
電性液晶表示パネルの開発が進められていも 液晶配向膜は液晶表示パネルの非常に重要な構成要素で
あム　配向膜によってその表示モードに適した配向状態
に液晶を並べることによってはじめて液晶表示が可能と
なも　従来のＴＮ型パネルでは配向膜としてポリイミド
膜を柔らかい布などでラビング処理したものが用いられ
てい丸　ポリイミドのラビング膜は純度や耐熱性等の配
向安定法　配向処理の容易さなどの点で優れている。し
かしＳＴＮ型パネルや強誘電性液晶パネルの配向膜とし
ては　従来のポリイミドは必ずしも優れているとはいえ
なし〜 配向膜としてポリイミドを用いたＳＴＮパネルでは駆動
時に（θ−π）ねじれ欠陥の発生などによる表示むらが
起こり易し−また強誘電性液晶パネルにおいてもポリイ
ミド配向膜を用いた場合、配向欠陥が生じて均一配向が
得難く、高コントラスト表示に不可欠な双安定性も十分
でなｔ〜　ある適当な角度で斜方蒸着したＳｉＯ膜を用
いて液晶のプレチルト角を大きくすると、ＳＴＮパネル
及び強誘電性液晶パネルにおいて良好な特性が得られる
ことが知られているが、斜方蒸着で配向膜を形成するこ
とは非常にコストが高く、大面積化も難しｔ〜 そこで長鎖アルキル基をもつアミンを共重合したポリイ
ミド共重合体を用いたり、ポリイミド中に長鎖アルキル
基をもつシランカップリング剋クロム錯体などを混合す
る方法などにより、従来のラビング法でプレチルト角を
大きくする試みが行なわれていも 発明が解決しようとする課題 しかし　このようなポリイミド膜を用いてに未だ満足す
べき結果が得られていないのが現状であも　とくに再現
性よく高チルト角を得ることは困難であも 課題を解決するための手段 有機高分子からなる液晶配向膜を基板上に形成・する過
程において、疎水性の溶媒で表面処理を行う。

作　　　用 有機高分子膜上でどのようにして液晶のプレチルトが発
生するかについてζよ　現在間らかにされていな（〜　
しかし　長鎖アルキル基を有する化合物で表面処理する
と、液晶がその表面に垂直配向することが知られていも
　また　ポリイミドやポリビニルアルコールなどの表面
では液晶が平行配向することが知られていも　つまり、
表面がアルキル基のような疎水性基で覆われると液晶は
垂直配向し　表面に極性基が存在すると水平配向となも
　そして水平と垂直の間の中間的なプレチルトを得るた
めに（よ　長鎖アルキル基を有する垂直配向剤と水平配
向剤を適当に組み合わせることが行なわれていも　具体
的な方法としては垂直配向剤と水平配向剤の混合、垂直
配向剤による水平配向剤の表面処理　水平配向剤と水平
配向剤の共重合化などかあ翫 この様な方法で様々な角度のプレチルトが得られるが、
再現性や安定性に乏しｔ〜　この傾向はとくに１０度前
後以上の高プレチルトを得るために垂直配向剤の含有量
を増やした場合において著しｔ、％前述のようく　プレ
チルトの発生機構については明かではないが、液晶と接
する配向膜表面付近の分子構成　組成が大きく関係して
いも　プレチルトのばらつきや不安定性はこの表面の分
子構ゑ組成のばらつき、変動によると考えられも　配向
膜表面に存在する極性基の配列状態は表面雰囲気特に空
気中の水分の影響を強く受ける。即板　湯中では表面の
極性基は表面外部方向に配列し　乾燥中では表面内部の
方向に配列することが知られていも　また　配向膜がポ
リイミドの場合、イミド化反応によって発生する水蒸気
の影響を受けることも考えられる。極性基が表面内部方
向に向いた状態で（上　表面のアルキル基の液晶分子に
対する影響力が弱められてしまう。

本発明においては配向膜表面を疎水性の溶媒で処理する
ことにより、水分等の影響を排除し　表面極性基の表面
外部方向への配列を抑制し　表面アルキル基の表面外部
方向への配列を促進すもまた　表面の再現性にも優れて
いも　したがって１０度前後以上の高プレチルト領域で
ｋ　再現性及び安定性に優れた液晶のプレチルトを得る
ことができも 配向膜の材質はラビング処理などにより液晶を一定方向
に配向させる能力をもつ高分子であればよい力丈　表面
処理時に処理溶媒に溶けないことが必要であａ　具体的
に用いることができる高分子材料として（戴　ポリイビ
ニルアルコーノｋ　ポリエステ取　ポリアミド、ポリイ
ミド、ポリイミドイミドミ　ポリエーテル−イミド、ポ
リスルホス芳香族ポリエーテルなどの線状ポリマーであ
る。

実用的には配向膜高分子材料として熱的安定恒液晶配向
安定性に優れたポリイミドを用いることが好ましく−通
常ポリイミド膜を空気中または窒素中で製膜し　ラビン
グ処理した場合の液晶のプレチルト角は３度以下であも
　ポリイミド中にアルキル基を導入することによって、
より大きなプレチルト角が得られる。アルキル基の導入
法として（友　アルキル側鎖を有するモノマーを重合ま
たは共重合する方法　アルキル基を有する化合物やポリ
マーを膜中に混合する方法などがある。ポリイミド以外
のポリマーについても同様にアルキル基を導入すること
によって、より大きなプレチルト角が得られも 本発明によればアルキル基を含まないポリイミド膜にお
いてもある程度プレチルト角を大きくできるが、１０度
程度以上の高プレチルトを得るために（表　アルキル基
を導入したポリイミドを用いることが好ましくち　アル
キル基としては長鎖アルキル基が効果的であるが、メチ
ル基やエチル基などの鎖長の短いアルキル基でも導入量
を増やすことによって、プレチルトを大きくできも　こ
のようなポリイミドも当然本発明に用いることができも
表面処理に用いる疎水性溶媒として（戴　次のようなも
のがあム　ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、
等の脂肪族炭化氷魚　ベンゼン、　トルエン、キシレン
、等の芳香族炭化水魚　四塩化炭煮　等のハロゲン系溶
媒などであも　配向膜高分子よりも極性の低く、膜を溶
解しない溶媒を用いることが必要であも　表面処理に用
いた溶媒が配向膜表面に残留していると、液晶配向およ
び液晶物性に悪影響を及ぼすことがあるので、通常これ
を除去して用いも　ポリイミドの場合、イミド化が進行
するとガラス転移温度が上昇し熱的に安定となり、分子
内の局所的運動も起こり難くなムこの状態で表面処理を
行なっても分子運動が抑制されているためく　あまり効
果的ではな（−そこでポリイミドの場合は熱イミド化過
程において処理することが効果的であも　イミド化反応
はかなり高温で進行するので処理溶媒としては　たとえ
ばオクタデカンのような高沸点溶媒が好ましい。

もちろん加圧下であれば低沸点溶媒も用いることは可能
であも　ポリイミド以外のポリマーの場合も一般に高温
で処理した方が配向膜高分子の分子運動が活発であるた
八　処理が効果的に短時間で行えも　しかし当然ながら
表面処理は膜の溶融啄膜の損傷が起こらない温度以下で
行なう必要がある。溶媒の適当な選扼　他の極性溶媒と
の混合などによって液晶のプレチルト角をある程度コン
トロールすることも可能である。

実施例 以下に具体的な実施例によって本発明の説明を行なう。

実施例１ ピロメリット酸とジアミノジフェニルエーテルとからな
るポリイミドの前駆体であるポリアミッり酸に対してｎ
−ドデシルアミンを８重量％添加した溶液をＩＴＯ電極
付きのガラス基板上にスピンコードし丸　膜厚は約１０
０ＯＡであっ九　この膜を９０℃のホットプレート上で
処理した後、オクタデカン中で窒素ガスを通気しながら
２５０℃で１時間熱処理し　イミド化させた　表面に付
着したオクタデカンを四塩化炭素で十分に洗浄除去ＬＡ
８０℃で乾燥し九　比較例として同様に形成したポリア
ミック酸の膜を窒素雰囲気中で２５０ｔＡ１時間処理し
　イミド化させ九 これらの膜をナイロン布を用いて同一条件でラビング処
理し　ホモジニアス配向セルを作製し液晶を注入してプ
レチルト角を調べへ　液晶はメルク社製の混合ネマチッ
ク液晶ＺＬＩ−１５６５を用い九プレチルト角は磁場中
でセルを回転させながら電気容量を測定することで決定
し九　プレチルト角はオクタデカン処理の場合１２Ｊｉ
　　窒素中処理では５度であり九　配向状態はいずれも
良好であっ九オクタデカン処理のセルを６０℃で５Ｖ、
２０Ｈｚの矩形波を２００時間印加徽　プレチルト角を
調べた力丈はとんど変化がみられなかっ九　また　オク
タデカン処理した膜を用いて２４０度ねじれのＳＴＮセ
ルを作製したとこへ　良好な表示特性が得られた実施例
２ ポリイミドとして分子構造中にアルキル基を導入した東
し社製のＦＸ−２０を用い九ＦＸ−２０のポリアミック
酸溶液をＩＴＯ電極付きのガラス基板上にスピンコード
し九　膜厚は約１０００Ａであった　この膜を９０℃の
ホットプレート上で処理した後、オクタデカン中で窒素
ガスを通気しながら２５０℃で１時間熱処理し　イミド
化させた 表面に付着したオクタデカンを四塩化炭素で十分に洗浄
除去り、　　８０℃で乾燥し九　比較例として同様に形
成したＦｘ−２０のポリアミック酸の膜を空気中で２５
０ｔ、　　１時間処理し　イミド化させたこれらの膜を
ナイロン布を用いてラビング処理し　ホモジニアス配向
セルを作製し　液晶を注入して実施例１と同様にプレチ
ルト角を測定し九本実施例ではラビングの強さを変えて
、プレチルト角のラビング強度依存性を調べね　ラビン
グはガラス基板をステンレス板に貼着けてナイロン布上
を一定方向へすべらせることによって行ＬＸ、ラビング
強度はステンレス板上に載せる重りの重さで変化させ九
　そしてラビング強度は基板の単位面積（１ｃｍ”）当
りにかかる荷重で定義し丸　結果を次表に示す。

表 表に示したように空気中でイミド化させた場合ラビング
強度が強いほどプレチルト角が小さくなり、ラビング強
度依存性が太きｔ℃　これに対してオクタデカン処理の
場合プレチルト角が大きく、しかもラビング強度依存性
がほとんどなｔ〜　このことからオクタデカン処理をす
るとラビングのばらつきによってプレチルト角が変化せ
ず、大きなプレチルトが安定に再現性よく得られも実施
例３ 高分子材料としてポリビニルアルコールをステアリン酸
で処理し　水酸基の約５％をステアリン酸エステル化し
たものを用い九　この水溶液を■ＴＯ電極付きのガラス
基板上にスピンコードし九膜厚は約７００Ａであっ九８
０℃で予備乾燥後、キシレン中で１２０℃で３０分間熱
処理し丸　比較例として同様に製膜したポリビニルアル
コール膜を空気中で１２０℃で３０分間熱処理し九 これらの膜をナイロン布を用いて同一条件でラビング処
理し　ホモジニアス配向セルを作製し液晶を注入してプ
レチルト角を調べ島　液晶はメルク社製の混合ネマチッ
ク液晶ＺＬＩ−１９５７を用い丸プレチルト角はキシレ
ン中処理の場合３３良　　空気中処理では８度であった 実施例４ ２、　３．　６．　７−ナフタレンテトラカルボン酸無
水物と４，４′　−ジアミノジフェニルスルフィドとか
らポリイミドの前駆体であるポリアミック酸を重合する
際にｎ−ヘキサデシルアミンを６重量％添加し共重合さ
せ九　この共重合ポリアミック酸溶液をＩＴＯ電極付き
のガラス基板上にスピンコードし九　膜厚は約８０ＯＡ
であっり９０℃のホットプレート上で処理した後、オク
タデカン中で窒素ガスを通気しながら２５０℃で１時間
熱処理上イミド化させ九　表面に付着したオクタデカン
を四塩化炭素で十分に洗浄除去し　８０℃で乾燥し總　
比較例として同様に形成したポリアミック酸の膜を窒素
雰囲気中で２５０ｔ、　　１時間処理し　イミド化させ
た 実施例１と同様にしてプレチルト角を測定したとこへ　
オクタデカン処理の場合２６度、窒素中処理では１２度
であり島　配向状態はいずれも良好であっ九　これを用
いてギャップ２μｍの強誘電性液晶セルを作製し九　液
晶はチッソ石油化学社製のＣ５−１０１４を用いた　オ
クタデカン処理のした配向膜を用いた場合はほとんど欠
陥のない均一配向が得られた力丈　窒素中処理の膜では
多数のジグザグ欠陥が発生し九 発明の効果 本発明によれば１０度前後以上の高プレチルト角を再現
帳　安定性よく得ることができる。そしてＳＴＮ素子や
強誘電性液晶素子に用いて良好な特性が得られる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）有機高分子からなる液晶配向膜を基板上に形成す
   る過程において、疎水性の溶媒で表面処理をする工程を
   含むことを特徴とする液晶配向膜の製造方法。
2. （２）疎水性溶媒による表面処理を、加熱時に行なうこ
   とを特徴とする請求項１記載の液晶配向膜の製造方法。
3. （３）液晶配向膜が、ポリイミド膜であることを特徴と
   する請求項１記載の液晶配向膜の製造方法。
4. （４）ポリイミド膜が、アルキル基を含有するポリイミ
   ドからなることを特徴とする請求項３記載の液晶配向膜
   の製造方法。