JPH04141625A - 液晶素子 - 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、新規な液晶配向膜を有する新規な液晶素子に
関する。

〔従来の技術〕

近年、時計やテレビなどの表示媒体として液晶素子を用
いたデイスプレィが広く使用されるようになってきてい
る。

液晶素子の概略断面図を第１図に示す。図中、（１）ハ
液晶素子、（２ａ）および（２ｂ）は電極体、（３）は
液晶である。電極体（２ａ）および（２ｂ）は、ガラス
基板（４）とガラス基板上に形成された透明電極（５ａ
）または電極（５ｂ）とからなっている。このガラス基
板（４）上の透明電極（５ａ）または電極（５ｂ）の表
面には、液晶の分子配列を均一にするために、表面処理
かなされた配向膜（６）が形成されている。

従来の液晶素子においては、前記配向膜はＳｉＯやＡυ
などの斜方蒸着法、ラビング法などの物理的方法または
ポリイミド樹脂を塗布したのちラビング処理する方法な
との物理化学的方法により形成された薄膜である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、耕法蒸着法により形成された配向膜は、
その形成方法が液晶に所定のプレチルト角を与えるのに
大変有利であるが、反面、真空蒸着法であるため、ＩＣ
”’ｆｏｒｒ程度の高真空が必要であり、また基板を傾
斜しなければならないなど、量産性に乏しいという欠点
を有している。

また、ラビング法により形成された配向膜は、ラビング
時に発生するごみや静電気により生産性が低下しやす（
、品質が劣化しやすいという欠点を有している。

それゆえ、このような技術によらないで形成された配向
膜か望まれている。

そこで、本発明者らは先にラングミュア・プロジェット
（ＬＢ）膜を用いたラビング処理などを必要としない新
規な液晶配向膜を提案している（特開昭６３−２３１３
１号公報など参照）。しかし、使用するＬＢ膜材料によ
っては、液晶が基板に対して垂直または完全に平行に配
列してしまい、液晶素子と（、ての実用性が制限されて
しまうばあいのあることがわかった。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するためにな
されたものであって、ラビング法によらずに形成された
配向膜を有し、均一でしかも欠陥のほとんどない液晶配
向性を示す液晶素子を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ガラス基板、該ガラス基板上に形成された透
明電極および該透明電極の表面」二に形成された配向膜
からなる一方の電極体と、ガラス基板、該ガラス基板上
に形成された電極および該電極の表面上に形成された配
向膜からなる他方の電極体と、前記両電極体間に配設さ
れている液晶とからなる液晶素子であって、該液晶の前
記配向膜上での接触角が１０〜２０度てあり、配向膜自
体が略配向していることを特徴とする液晶素子に関する
。

〔作用および実施例〕

本発明の液晶素子に用いる一方の電極体は、ガラス基板
、該ガラス基板上に形成された透明電極および該透明電
極の表面上に形成された配向膜からなり、他方の電極体
は、ガラス基板、該ガラス基板上に形成された電極およ
び該電極の表面上に形成された配向膜からなる。

一方の電極体に用いる透明電極としては、ＩＴＯ１Ｓ１
０２などがあげられる。他方の電極体に用いる電極とし
ては、前記透明電極、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）　、
薄膜ダイオード（ＴＦＤ）　　Ａなどの金属などがあげ
られる。

前記配向膜は液晶の分子配列を均一にするためのもので
あり、本発明においては液晶の接触角が１０〜２０度と
なるような表面性を有し、略配向した薄膜が用いられる
。

略配向した薄膜とは、たとえばＬＢ法てえられるＬＢ膜
や、〜軸延伸によりえられる延伸膜であって、薄膜面内
の１方向に材料分子が略配向している薄膜のことである
。

前記配向した薄膜と液晶との接触角か１０〜２０度にな
るばあいには、第１図のような構成で液晶素子を作製し
たとき、液晶は０度より大きく、２０度以下の安定なプ
レチルト角度を有する。

一方、接触角か前記範囲を外れるばあいには、液晶は０
度または９０度に近いプレチルト角を有するようになり
、液晶素子としての実用性が制限されてしまう。

前記略配向した薄膜と液晶との接触角（θ）は、素子作
製前に、配向膜が形成された電極体上に直径約１．５ｍ
ｍの液晶の液滴を滴下して、第２図に示すようにして測
定される。図中、（３）は液晶、（４）はガラス基板、
（５ａ）は透明電極、（６）は配向膜である。

さらに、前記配向膜は、一般式（１）：て表わされる繰
返し単位を有する両親媒性高分子物質を水面上に展開す
ることによりえられる単分子膜を、ガラス基板上に形成
された透明電極の表面上またはカラス基板上に形成され
た電極の表面上に１層以上、好ましくは１〜１１層程度
積層したのち、前記両親媒性高分子物質が、完全にまた
は部分的に一般式（Ｉｆ）：て表わされる繰り返し単位
を有するポリイミドとなるような熱処理を施すことによ
りえられた薄膜が好ましい。

一般式（＋）で表わされる両親媒性高分子物質は、熱処
理を全く施さない状態では、Ｒ３ＲＲおよびＲ６の性質
で決定される表面性を有し、熱処理により一般式（ＩＩ
）で表わされる繰返し単位を有するポリイミドへの環化
反応が進行するにしたがい、一般式（Ｉ　１）で表わさ
れるポリイミドの有する表面性が支配的となる。

薄膜上の液晶の接触角は、薄膜の表面性で決定されるた
め、熱処理温度や熱処理時間により配向膜上の液晶の接
触角を操作することが可能である。

前記両親媒性分子物質の数平均分子量は、後述するＬＢ
法で略配向した薄膜をうるという点から、２０００〜３
０００００、さらには２０００〜３００００であるのが
好ましい。

前記一般式（Ｉ）における　Ｒ１は少なくとも２個、好
ましくは５〜２０個の炭素原子を有する４価の基であり
、芳香族の基であってもよく、環状脂肪族の基であって
もよく、芳香族の基と脂肪族の基との結合した基であっ
てもよく、 さらにはこれらの基が炭素数１〜３０の脂肪族の基、環
状脂肪族の基または芳香族の基と脂肪族の基とが結合し
た基であってもよく、 それらの基がハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、シア
ノ基、メトキシ基、アセトキシ基などの１価の基または
該１価の基が一〇−−Ｃｏ。

−Ｎｌ（ＣＯ−１−ＣＯ−１−Ｓ−−ＣＳＳ−−ＮＨＣ
Ｓ−１−Ｃ８などに結合した基で置換された誘導体とな
った基であってもよい。これらのうちでも、少なくとも
６個の炭素原子を有するベンゼノイド不飽和によって特
徴づけられた基であるのが、耐熱性、耐薬品性や機械的
特性などの点から好ましい。

本明細書にいうベンゼノイド不飽和とは、次式に示すよ
うに炭素環式化合物の構造に関してキノイド構造と対比
して用いられる術語で、普通の芳香族化合物に含まれる
炭素環と同じ形の構造をいう。

ｐ−キノイド構造　　　ベンゼノイド不飽和Ｒ１の４個
の結合手、すなわち一般式（Ｉｌて表わされる繰返し単
位における が結合する手の位置には限定はないが、４個の結合手の
各２個づつがＲ１を構成する隣接する２個の炭素原子に
存在するばあいには、一般式（１）で表わされる繰返し
単位を有する両親媒性高分子物質（両性ポリイミド前駆
体）を用いて形成した膜などをポリイミド化する際に５
員環を形成しゃすくイミド化しやすいため好ましい。

前記のごときＲ１の具体例としては、たとえばなどがあ
げられる。

一般式（１）における　Ｒ２は、少なくとも２個の炭素
原子を含有する２価の基であり、芳香族の基であっても
よく、脂肪族の基であってもよく、環状脂肪族の基であ
ってもよく、芳香族の基と脂肪族の基との結合した基で
あってもよく、さらにはこれらの２価の基が炭素数１〜
３０の脂肪族の基、環状脂肪族の基または芳香族の基と
脂肪族の基とが結合した基であってもよく、それらの基
かハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、シアノ基、メト
キシ基、アセトキシ基などの１価の基または該１価の基
か−ｏ−−ｃｏ。

ＮＨＣＯ−１−ＣＯ−１づ−−Ｃ５Ｓ−−ＮＨＣＳ−１
−ＣＳ−などに結合した基で置換された基であってもよ
い。

これらのうちでも、少なくとも６個の炭素原子数を有す
るベンゼノイド不飽和によって特徴づけられた基である
のが、耐熱性、耐薬品性や機械的特性などの点から好ま
しい。

前記のごとき　Ｒ２の好ましい具体例としては、たとえ
ば ＣＨ３ Ｕ （Ｒ８およびＲ９はそれぞれ炭素原子数１〜３０のアル
キルまたはアリール基）を示す）、などがあげられる。

一般式（１）における　ＲＲＲおよび Ｒ６はそれぞれノ・ロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、
シアノ基、メトキシ基、アセトキシ基で置換されていて
もよい脂肪族、環状脂肪族または芳香族（これらが相互
に組合わさっていてもよい）の炭素原子数１〜３０、好
ましくは１〜２２の１価の炭化水素基または水素原子で
ある。なお、一般式（１）においてＲＲＲおよ びＲ６はいずれも一般式（Ｉｌ＋）　　：（式中、ＲＲ
は前記と同じ）で表わされるポリアミック酸単位に疎水
性を付与し、安定な凝縮膜をえるために導入される基で
あり、ＲＲＲおよびＲ６のうちの少なくと も１つかハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、シアノ基
、メトキシ基、アセトキシ基で置換されていてもよい脂
肪族、環状脂肪族または、芳香族（これらの基が相互に
組合わさっていてもよい）の炭素原子数１２〜３０．好
ましくは１６〜２２の基であるため、水面上に安定な凝
縮膜が形成され、それがＬＢ法により基板上に累積され
る。

前記のごとき　Ｒ３４５６ ＲＲＲの水素 原子以外の基の具体例としては、たとえばＣ１ｌ　３（
ＣＨ山肩− （ＣＨ３）２　ＣＨ（ＣＨ２寸丁、 （以上のしはいずれも１２〜３０、好ましくは１６〜２
２）などがあげられる。これらのうちでも、Ｃ１１３（
ＣＨ２）　Ｌ−４−で表わされる直鎖アルキル基を利用
するのが、性能的にもコスト的にもとくに望ましい。ま
た、フッ素原子により疎水性は水素原子と比べて飛躍的
に改善されるので、フッ素原子を含むものがさらに好ま
しい。

前記のごとき一般式（１）で表わされる繰返し単位を有
する両親媒性高分子物質の具体例としては、たとえば （式中、ＲＩＯはＣＨ３（Ｃ１１２）＋７　　）などの
単位を有する両親媒性高分子物質があげられる。

前記両親媒性高分子物質の単分子膜（ＬＨ膜）の作製方
法にはとくに限定はないが、累積時流動配向がおこる方
法が望ましく、垂直浸漬法は望ましい実施態様の１っで
ある。

この際、長鎖脂肪酸や長鎖アルコールのような公知のＬ
Ｂ膜材料や、本発明者らが先に特開昭６３−２１８７２
７号公報に提案している高分子ＬＢ膜材料を混合して使
用してもよい。

また、ＬＢ膜を累積する前に、電極か形成されたガラス
基板に表面処理を施すことも本発明の望ましい実施態様
である。

前記一般式（＋）で表わされる繰返し単位を有する両親
媒性高分子物質を環化し、完全または部分的に一般式（
１１）で表わされる繰返し単位を有するポリイミドにす
るための熱処理温度は、通常、配向膜形成後、液晶素子
組立工程でかかる温度以上で、配向膜材料か分解する温
度以下の温度であり、１５０〜４５０℃が好ましく、１
５０〜２５０℃がさらに好ましい。

本発明で使用されうる液晶、液晶素子形式にはとくに限
定はなく、本発明の液晶素子は、たとえばネマチック液
晶を用いたＴＮ型液晶素子、ゲスト−ホスト型液晶素子
、ＳＴＮ型液晶素子、強誘電性液晶素子などとして作製
され、使用される。

つぎに、実施例に基づき、本発明の液晶素子をさらに具
体的に説明する。

実施例１ ガラス基板の片側にパターンを形成したマスクを用いて
、ＩＴＯを２００ｎｍの厚さに真空蒸着した。一方、ピ
ロメリット酸ジステアリルエステルの酸クロライドとパ
ラフェニレンジアミンとを反応させてえられらる式： で示される単位を有するポリイミド前駆体（数平均分子
量＋００００）を、前記のＩＴＯを蒸着したガラス基板
上にＬＢ法により、１１層累積した。そののち、さらに
該基板を１８０℃で１時間熱処理した。この熱処理によ
り、該ポリイミド前駆体は式 て示される単位を有するポリイミドとなり、ＬＢ膜は、
非常に良好な耐薬品性と耐熱性を有するようになった。

なお、このばあいのイミド化率は４０％であった。

前記のように処理して配向膜を形成した同一のガラス基
板（電極体）を２枚用意し、２枚の基板のＬＢ膜形成時
の基板の引上げ方向が互いに直角方向となるようにセル
を構成し、一方の基板の透明電極層を形成した面にシー
ル樹脂として、直径８μｍのプラスチックビーズを分散
させた酸無水物硬化型エポキシ樹脂を１辺のみ辺の中央
部に５ｍｍ長を残して他の全周に１　ｍｍ幅で印刷した
うえて、透明電極を対向させた状態で加圧し、１４０℃
で３時間加熱して硬化接着した。

接着後、減圧下で、前記開口部からネマチック液晶（メ
ルク社製、商品名２ＬＩ　２７０１　：カイラル剤Ｃ−
１５を０．５重量％混入）を注入した。注入後、開口部
を市販の酸無水物硬化型エポキシ樹脂で固着し、液晶を
封止してＴＮ型液晶素子を完成した。完成した液晶セル
を一旦１００℃まで加熱してから徐々に冷却して初期配
向させることにより、均一で無欠陥かつ良好な配向状態
のセルかえられた。

本実施例でえられた配向膜上における本実施例で使用し
たネマチック液晶の接触角は、１６．７度であった。

また、２枚の基板のＬＢ膜形成時の基板の引上げ方向が
逆平行方向となるようにセルを構成したほかは、同様に
して作製した液晶素子（アンチパラ型液晶素子）を用い
て、液晶のプレチルト角をクリスタルローテーション法
を用いて測定したところ、６．１度という結果かえられ
た。

実施例２ ＬＢ膜を形成したガラス基板を２００℃で１時間熱処理
したほかは、実施例１と同様の方法でＴＮ型液晶素子と
アンチパラ型液晶素子を作製した。

なお、このばあいのイミド化率は４０％であった。

本実施例でえられた配向膜上における本実施例で使用し
たネマチック液晶の接触角は１３．０度であった。

また、液晶のプレチルト角をクリスタルローテーション
法を用いて測定したところ、０．５度という結果かえら
れた。

実施例３ ガラス基板の片側にパターンを形成したマスクを用いて
ＩＴＯを２００ｎｍの厚さに真空蒸着した。

一方、ピロメリット酸ジステアリルエステルの酸クロラ
イドとジアミノアントラキノンを反応させてえられる式 ％式％）） て示される単位を有するポリイミド前駆体（数平均分子
量１００００＋を、前記のＩＴＯを蒸着したガラス基板
上にラングミュア・プロジェット法（ＬＢ法）により、
１１層累積した。その後、さらに、該基板を１８０°Ｃ
で１時間熱処理した。この熱処理により、該ポリイミド
前駆体は式。

て示される単位を有するポリイミドとなり、ＬＢ膜は、
非常に良好な耐薬品性と耐熱性を有するようになった。

このときのイミド化率は６０％であった。

前記の同一処理ガラス基板を２枚用意し、２枚の基板の
ＬＨ膜形成時の基板の引上げ方向が互いに直角方向とな
るようにセルを構成し、一方の基板の透明電極層を形成
した面にシール樹脂として、直径８μｍのプラスチック
ビーズを分散した酸無水物硬化型エポキシ樹脂を１辺の
み辺の中央部に５ｍｍ長を残して他の全周に１．ｍｍ幅
で印刷したうえで、透明電極を対向させた状態で加圧し
、１４０℃で３時間加熱して硬化接着した。接着後、減
圧下で、前記開口部からマネチック液晶（メルク社製、
商品名２ＬＩ　１５６５　　カイラル剤Ｃ−１５を０５
重量％混入）を注入した。注入後、開口部を市販の酸無
水物硬化型エポキシ樹脂で固着し、液晶を封止してＴＮ
型液晶素子を完成した。完成した液晶セルを一旦１００
　℃まで加熱してから徐々に冷却して初期配向させるこ
とにより、均一で無欠陥かつ良好な配向状態のセルかえ
られた。

本実施例でえられた配向膜上での、本実施例で使用した
ネマチック液晶の接触角は１５０度であった。また、２
枚の基板のＬＢ膜形成時の基板の引上げ方向を逆平行方
向となるようにセルを構成すること以外は同様にしてえ
られた液晶素子（アンチパラ型液晶素子）を用いて、液
晶のプレチルト角をクリスタルローテーション法を用い
て測定したところ、１．０度という結果かえられた。

比較例Ｉ ＬＢ膜を形成したガラス基板を１５０℃で１時間熱処理
したほかは、実施例１と同様の方法でＴＮ型液晶素子を
作製した。

えられた液晶素子は、液晶が基板に対してほぼ垂直に配
列しており、旋光性を示さなかった。

本比較例てえられた配向膜上における本比較例で使用し
たネマチック液晶の接触角は２９，０度であった。

比較例２ ＬＢ膜を形成したガラス基板を３００℃で１時間熱処理
したほかは、実施例１と同様の方法でＴＮ型液晶素子と
アンチパラ型液晶素子を作製した。

えられた液晶素子をスタテイ・ツク駆動したところ、リ
バースチルト欠陥が発生しており、実施例１および実施
例２と比較して表示品位は明らかに低下していた。

本比較例でえられた配向膜上における、本比較例で使用
したネマチ・ｙり液晶は、完全（こ濡れた状態となり、
接触角は０度であった。また、液晶のプレチルト角をク
リスタルローテーション法を用いて測定したところ、完
全な０度と５＋う結果かえられた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の液晶素子は、ラビング処
理を施ずことなしに形成された配向膜を有しており、液
晶の均一で欠陥のほとんどない配向と適当なプレチルト
角をうろことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は液晶素子の概略断面図、第２図（よ液晶の配向
膜上での接触角の測定方法の説明図である。 （図面の符号） （１）：液晶素子 （２ａ）、（２ｂ）　：電極体 （３）：液　晶 （４）、ガラス基板 （５ａ）：透明電極 （５ｂ）・電　極 （６）：配向膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ガラス基板、該ガラス基板上に形成された透明電極
   および該透明電極の表面上に形成された配向膜からなる
   一方の電極体と、ガラス基板、該ガラス基板上に形成さ
   れた電極および該電極の表面上に形成された配向膜から
   なる他方の電極体と、前記両電極体間に配設されている
   液晶とからなる液晶素子であって、該液晶の前記配向膜
   上での接触角が１０〜２０度であり、配向膜自体が略配
   向していることを特徴とする液晶素子。 ２　前記配向膜が、炭素数が１２以上のアルキル基を含
   む有機材料で構成されている請求項１記載の液晶素子。 ３　前記配向膜が、一般式（ I ）： ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （式中、Ｒ＾１は少なくとも２個の炭素原子を有する４
   価の基、Ｒ＾２は少なくとも２個の炭素原子を有する２
   価の基、Ｒ＾３、Ｒ＾４、Ｒ＾５およびＲ＾６はそれぞ
   れハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、シアノ基、メト
   キシ基、アセトキシ基で置換されていてもよい脂肪族、
   環状脂肪族または芳香族（これらが相互に組合わさって
   いてもよい）の炭素数１〜３０の１価の基または水素原
   子であり、Ｒ＾３、Ｒ＾４、Ｒ＾５およびＲ＾６のうち
   の少なくとも１つはハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基
   、シアノ基、メトキシ基、アセトキシ基で置換されてい
   てもよい脂肪族、環状脂肪族または芳香族（これらが相
   互に組合わさっていてもよい）の炭素数１２〜３０の１
   価の基）で表わされる繰返し単位を有する両親媒性高分
   子物質を水面上に展開することによりえられる単分子膜
   を、ガラス基板上に形成された透明電極の表面上または
   ガラス基板上に形成された電極の表面上に１層以上積層
   したのち、前記両親媒性高分子物質が、完全にまたは部
   分的に一般式（II）：▲数式、化学式、表等があります
   ▼（II） （式中、Ｒ＾１およびＲ＾２はそれぞれ前記と同じ）で
   表わされる繰返し単位を有するポリイミドとなるような
   熱処理を施すことによりえられた薄膜である請求項１記
   載の液晶素子。