JPH08239456A - フッ素含有有機高分子配向膜材料およびこれを採用した液晶表示素子 - Google Patents

フッ素含有有機高分子配向膜材料およびこれを採用した液晶表示素子

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JPH08239456A
JPH08239456A JP8013140A JP1314096A JPH08239456A JP H08239456 A JPH08239456 A JP H08239456A JP 8013140 A JP8013140 A JP 8013140A JP 1314096 A JP1314096 A JP 1314096A JP H08239456 A JPH08239456 A JP H08239456A
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crystal display
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Shin-Woong Kang
申雄 姜
Sung-Ho Jin
省昊 陳
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Samsung Display Devices Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フッ素含有有機高分子配向膜材料およびこれ
を採用した液晶表示素子を提供する。 【解決手段】 液晶表示素子の配向材料として用いられ
るフッ素含有ポリ−1,4−フェニレンビニレンのスル
ホニウム先重合体および熱処理により、これから転換さ
れたフッ素含有ポリ−1,4−フェニレンビニレンを配
向膜材料として含む液晶表示素によると、均一な配向お
よび高プレティルト角度が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プレティルト(pr
etilt)角度を増やす有機高分子液晶配向材料およびこれ
を配向膜として採用している液晶表示素子に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に液晶というのは、液体の流動性と
結晶の光学的な性質とを兼ねた液体と固体との中間性質
を有する物質であり、電界または熱によりその光学的な
特性が変化され得る。このような性質を用いたものが液
晶表示素子(Liquid Crystal Display:LCD)であ
り、プラズマディスプレイや発光ダイオ−ドなどと共に
平板表示装置の代表的なものとして知られている。図1
には一般的な液晶表示素子の断面図が示されている。図
1において、参照符号1,1′は偏光子、2,2′は基
板、3,3′は電極、4,4′は絶縁層、5,5′は液
晶配向層、6はスペ−サ、7は液晶層をそれぞれ示す。
【0003】液晶の物性は、一般的に分子の配列状態に
より変化し、その結果電界などの外力に対する応答特性
も大いに変化する。さらに、液晶のプレティルト角度は
配向材料、配向処理方法により変化するので液晶のプレ
ティルト角度制御は液晶分子の配向制御として理解され
得る概念である。図2は、液晶分子と配向表面(基板)
との方位関係を示す。図2において、プレティルト角度
(θ)は、基板面と液晶ディレクタとがなす角度を言
い、方位角(ψ)は基板に投射された液晶ディレクタの
方位を言う。
【0004】液晶の均一な配向状態は、単に液晶を上下
基板間に挟み込むことだけでは得にくい。よって、均一
な配向のために基板に配向膜を形成することが一般的で
ある。
【0005】前述したように、液晶表示素子を製作する
において液晶のプレティルト角度が調節できる配向材料
は表示性能の向上のために必須的である。STN−LC
D(super twisted nematic LCD)の場合、欠陥線の
発生を防止するために液晶の高いプレティルト角度が要
求され、TFT−LCD(thin film transistor LC
D)の場合、視野角特性を向上させるために低プレティ
ルト角度と高プレティルト角度を有する配向膜材料をそ
れぞれ上下基板として使用することもある(Journal of
the SID, 2/2, 31, 1994)。また、配向欠陥が発生しや
すく外部の衝撃に弱いSSFLCD(surface stabiliz
ed FLCD)の場合にも高プレティルト角度を有する配向材
料を使用してスメクチック層の構造を変形させることに
より、この短所を補完している(Japan Display ´92,
53 & 523) 。しかしながら、既存の商品化した配向材料
は、大部分プレティルト角度が小さく焼成温度や配向処
理条件など素子の製作時の条件変動に対するプレティル
ト角度の変化があまりに大きいという短所がある。
【0006】従来は、液晶分子を配向させる配向膜材料
としてポリイミド樹脂フィルムが最も一般的に用いられ
た。基板に形成されたポリイミド樹脂フィルムを布で一
定の方向にラビングすることにより、液晶分子がラビン
グ方向に整列されると共に基板に対して1〜3゜のプレ
ティルト角度に配向される。基板上に形成された有機樹
脂フィルムをラビングする方法によっては液晶分子のプ
レティルト角度を大きくすることが困難であった。
【0007】液晶分子を大きいプレティルト角度に配向
させるさらに他の方法として、基板上に酸化珪素のよう
な無機フィルムをラビングせずに傾斜蒸着させる方法が
用いられた。しかしながら、基板上に無機フィルムを蒸
着させる方法は有機樹脂フィルムラビング法に比して複
雑であり、工業規模の実質的な生産には適しなかった。
【0008】このような問題点を解消するために、本発
明者らは研究を重ねてフッ素基の含有された有機高分子
材料を合成し、これを液晶表示素子の配向膜材料として
用いた結果、均一な配向および大きいプレティルト角度
が得られるということがわかる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、液晶
の配向材料として用いられるフッ素含有ポリ−1,4−
フェニレンビニレン(F−PPV)の前駆体としてスル
ホニウム先重合体を提供することにある。
【0010】本発明の他の目的は、液晶表示素子の製造
過程中、スルホニウム先重合体から転換されたポリ−
1,4−フェニレンビニレンを液晶配向膜材料として採
用して液晶のプレティルト角度を調節することにより、
表示特性の向上された液晶表示素子を提供することにあ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明によると、液晶表示素子の配向膜として使用す
る際、熱によりフッ素含有ポリ−1,4−フェニレンビ
ニレンに転換される下記の一般式(I)で示される有機
高分子のスルホニウム先重合体が提供される。
【0012】
【化3】
【0013】ここで、R1 、R2 およびR3 は相互独立
的にHまたはFであり、XはBrまたはClであり、n
は100以上の整数である。
【0014】前記他の目的を達成するために本発明によ
ると、上下一対の基板と、各基板の上部に形成された透
明電極と、各透明電極の上部に形成された配向膜と、配
向膜間に注入された液晶とを備える液晶表示素子におい
て、前記配向膜が下記の一般式(II)で示されるフッ素
含有ポリ−1,4−フェニレンビニレンを含むことを特
徴とする液晶表示素子が提供される。
【0015】
【化4】
【0016】ここで、R1 、R2 およびR3 は相互独立
的にHまたはFであり、nは100以上の整数である。
【0017】本発明による液晶表示素子の液晶のプレテ
ィルト角度の範囲は、5〜20°で従来に比してはるか
に高い。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明をさらに詳細に説明する。
【0019】本発明による液晶表示素子の配向膜である
上記一般式(II)に示されるフッ素含有ポリ−1,4−
フェニレンビニレン(F−PPV;fluorine-containin
g poly-1,4-phenylene vinylene )は、多重共役二重結
合を有したPPVにフッ素基の置き換えられた有機高分
子材料であり、加工性の優れた上記一般式(I)に示さ
れる先重合体が熱処理により転換されたものである。な
お、上記一般式(I)に示される先重合体(precursor
polymer)とは、F−PPVに対する前駆体をいう。すな
わち、一般式(II)の高分子(F−PPV)を製造する
ための重合過程で一般式(I)の先重合体(高分子前駆
体)からスルホニウム基含有置換基が離脱されながらビ
ニレン基が生成されることにより最終的に一般式(II)
の高分子が形成されるものである。
【0020】本発明による液晶表示素子の配向膜である
上記一般式(II)に示されるフッ素含有ポリ−1,4−
フェニレンビニレン(F−PPV)は、メタノール、水
のような溶媒に溶解され適切な濃度の上記一般式(I)
に示される先重合体の溶液が透明伝導膜のコーティング
された基板上に塗布された後、200〜400℃の温度
下での加熱によりスルホニウム除去反応をして多重共役
二重結合構造を有する高分子膜として0.01〜1μm
の厚さに形成され得る。即ち、本発明においては液晶の
プレティルト角度を制御して均一な配向特性を得るため
に、フッ素基の含有されたPPVの先重合体を透明電極
のコーティングされた上下基板上に塗布した後に熱処理
して配向層を形成し、これをラビング処理して液晶配向
膜として使用した。このように形成されたF−PPV有
機高分子膜は、ピンホールやその他の欠陥がごくわずか
である均一な膜を形成して空気中の酸素、水分や化学物
質にも安定し、350℃以上でも安定した高耐熱特性を
持っている。また、基板に対する接着性も優れている。
【0021】
【実施例】以下、具体的な実施例を通じて本発明をさら
に詳細に説明する。但し、下記の実施例は、本発明の例
示に過ぎず本発明の範囲をこれらで制限することではな
い。
【0022】実施例1 2−フルオロ−p−キシレンを四塩化炭素溶媒下でN−
ブロムスクシンイミド(N−Bromosuccinimide;NB
S)と作用させて2−フルオロ−1,4−ビス(ブロモ
メチル)ベンゼンを合成して、ここにテトラヒドロチオ
フェンを過量加え、メタノール溶媒下45℃で20時間
反応させた。反応終了後、混合溶液を1/3程度に濃縮
させた後、過量の冷たいアセトンに入れて白色粉末形態
の単量体である2−フルオロ−1,4−フェニレンジメ
チレンビス(テトラヒドロチオフェニウム)ブロマイド
(2-fluoro-1,4-phenylene dimethylene bis(tetrahydr
othiophenium)bromide)(化学構造式を下記式(III)に
示す)を得た。
【0023】
【化5】
【0024】上記単量体を水に溶かして0℃に冷却させ
た後、単量体溶液を強く攪拌しながら同一の当量の0℃
に冷却されたNaOH水溶液を添加した。反応終了後、
薄い酸水溶液で反応液を中和させた。このように合成さ
れた先重合体を透析管に入れてメタノールで3日間透析
して精製された先重合体を得た。
【0025】実施例2 実施例1で合成されたポリ(2−フルオロ−1,4−フ
ェニレンビニレン)(poly(2-fluoro-1,4-phenylene vi
nylene) ;一般式(II)においてR1 、R2 およびR3
が相互独立的に全部水素(H)の場合である)のスルホ
ニウム先重合体をメタノールに溶解して透明伝導膜の被
覆された上下基板にスピンコーティングした。100℃
で5分間予備乾燥し、260℃で2時間焼成した。焼成
後、上下基板をそれぞれラビングした後、一側基板には
上下基板の接着およびシーリングのためにシーリング剤
(sealing agent)をプリントし、反対側の基板には均一
なセル間隔維持のためにスペーサを分散させた後、ラビ
ング方向が一方向になるように相互張り付けて一定の力
をもって加圧しながら加熱してシーリング剤を硬化させ
て空セルを製造した。ここに液晶(メルク(Merck) 社の
ZLI−2293)を注入しプレティルト角度を測定し
た。常温でプレティルト角度は約15°程度で高かっ
た。
【0026】比較例 比較のために日産化学(Nissan Chemical Industries L
td. ) のSE−150配向膜材料を使用して3000r
pmで20秒間スピンコーティングし、80℃で15分
間乾燥した後、260℃で60分間焼成した。ラビング
処理した後、前記実施例に記載されている同様の方法で
液晶表示素子を製造してプレティルト角度を測定した。
その結果プレティルト角度は約4°であった。
【0027】
【発明の効果】以上調べたように、本発明では従来に使
用しなかった新たな液晶配向材料を合成して液晶表示素
子の製作に応用することにより、次のような効果を得る
ことができる。
【0028】第1に、従来の常用化した配向材料に比し
て高プレティルト角度を得ることができる。
【0029】第2に、素子の製作時の条件変動に対して
も配向安定性が良好なので特性の優れた液晶表示素子を
高収率で得ることができる。
【0030】第3に、本発明のF−PPVは液晶配向材
料として備えるべき光透過性、化学性安定性を含んで耐
環境性、基板に対する接着性、均一な薄膜形成能力およ
びラビングによる優れた液晶配向特性を有しているの
で、STN−LCD、TFT−LCD、SSF−LCD
などに用いられる場合、表示特性を大いに改善させ得
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一般的な液晶表示素子の断面図である。
【図2】 液晶分子と配向表面(基板)との方位関係を
示す図面である。
【符号の説明】
1、1′…偏光子、 2、2′…基板、 3、3′…電極、 4、4′…絶縁層、 5、5′…液晶配向層、 6…スペーサ、 7…液晶層。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記の一般式(I)で示されるフッ素含
    有ポリ−1,4−フェニレンビニレン有機高分子のスル
    ホニウム先重合体(precursor polymer)。 【化1】 ここで、R1 、R2 およびR3 は相互独立的にHまたは
    Fであり、XはBrまたはClであり、nは100以上
    の整数である。
  2. 【請求項2】 上下一対の基板と、各基板の上部に形成
    された透明電極と、各透明電極の上部に形成された配向
    膜と、配向膜間に注入された液晶とを備える液晶表示素
    子において、 前記配向膜が下記の一般式(II)で示されるフッ素含有
    ポリ−1,4−フェニレンビニレンを含むことを特徴と
    する液晶表示素子。 【化2】 ここで、R1 、R2 およびR3 は相互独立的にHまたは
    Fであり、nは100以上の整数である。
  3. 【請求項3】 前記フッ素含有ポリ−1,4−フェニレ
    ンビニレンは前記液晶表示素子の製造過程中、フッ素含
    有ポリ−1,4−フェニレンビニレンのスルホニウム先
    重合体が熱処理により転換されて形成されることを特徴
    とする請求項2に記載の液晶表示素子。
  4. 【請求項4】 前記液晶表示素子の液晶のプレティルト
    角度の範囲が、5〜20°であることを特徴とする請求
    項2に記載の液晶表示素子。
JP8013140A 1995-01-27 1996-01-29 フッ素含有有機高分子配向膜材料およびこれを採用した液晶表示素子 Pending JPH08239456A (ja)

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