JP2006047613A - Liquid crystal display element, and method for manufacturing the same, and projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示素子、及びその製造方法、並びに投射型表示装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal display element, a manufacturing method thereof, and a projection display device.
近年、垂直配向タイプの液晶表示素子が液晶テレビ(直視型表示装置)、液晶プロジェクタ(投射型表示装置)等で実用化されている。これら垂直配向タイプの液晶表示素子に用いられる垂直配向膜としては、例えば液晶テレビにはポリイミド等の有機配向膜が用いられ、液晶プロジェクタにはSiO2等の無機配向膜が多用されている。 In recent years, vertical alignment type liquid crystal display elements have been put to practical use in liquid crystal televisions (direct-view display devices), liquid crystal projectors (projection display devices), and the like. As a vertical alignment film used for these vertical alignment type liquid crystal display elements, for example, an organic alignment film such as polyimide is used for a liquid crystal television, and an inorganic alignment film such as SiO 2 is frequently used for a liquid crystal projector.
垂直配向に用いられる無機配向膜としては、SiOX(x<2)、SiO2、TiO2、MgO、Al2O3、In2O3、Sb2O3、Ta2O5等の無機酸化物の斜方蒸着膜が知られている。例えばSiO2の場合には、基板面に対して30°以上の適当な角度でSiO2を斜方蒸着した薄膜を用いることにより、誘電率異方性が負の液晶材料を所定のプレチルトを持たせて垂直配向させることができる。このような無機配向膜は、ポリイミド等の有機配向膜と比較して、短波長の可視光及び紫外光による光劣化速度が非常に遅く、耐光性に優れる。
The inorganic alignment film used in a vertical orientation, SiO X (x <2) ,
また、無機酸化物からなる垂直配向膜は、その配向安定性が有機材料からなる垂直配向膜に比して劣ることが知られている。無機酸化物においては液晶分子の分子軸方向とそれに垂直方向の分散力の異方性による効果及び斜方蒸着により形成された無機酸化物カラムの形状や傾き等のトポロジカル効果により垂直配向すると考えられているが、その垂直アンカリング力は弱く、配向安定性に乏しい。一方、垂直配向に用いられる有機材料は一般にその表面は長鎖アルキルで覆われている。また垂直配向に用いられる液晶分子の両末端には短鎖アルキル基が置換されている。有機材料においては配向膜と液晶分子のアルキル基間の親和性の効果及び液晶分子の分子軸方向とそれに垂直方向の分散力の異方性による効果により垂直配向すると考えられ、その垂直アンカリング力は大きく、配向安定性は大きい。有機材料の垂直アンカリング力は無機酸化物のそれと比較して一桁以上大きいことが知られている。 Further, it is known that a vertical alignment film made of an inorganic oxide is inferior in alignment stability to a vertical alignment film made of an organic material. In inorganic oxides, vertical alignment is considered to be due to topological effects such as the shape and inclination of the inorganic oxide column formed by oblique vapor deposition and the effect of the anisotropy of the dispersive force in the molecular axis direction and perpendicular direction of the liquid crystal molecules. However, the vertical anchoring force is weak and the alignment stability is poor. On the other hand, the surface of an organic material used for vertical alignment is generally covered with long-chain alkyl. In addition, short chain alkyl groups are substituted at both ends of the liquid crystal molecules used for vertical alignment. In organic materials, vertical alignment is considered to be due to the effect of the affinity between the alignment layer and the alkyl group of the liquid crystal molecules and the effect of the anisotropy of the dispersion force in the molecular axis direction and the vertical direction of the liquid crystal molecules. Is large and the alignment stability is large. It is known that the vertical anchoring force of organic materials is one or more orders of magnitude greater than that of inorganic oxides.
また、無機酸化物の斜方蒸着膜の構造は多孔質であるのと、その表面には分極した水酸基が多数存在して極性が大きいために、液晶表示素子に含まれる不純物、特に極性基を持つ化合物を吸着し易い。ここで、不純物にはシール剤中の不純物及び未反応成分、液晶材料中の不純物及び水分、製造過程で付着した汚れ等が含まれる。斜方蒸着膜表面に不純物が吸着すると、表面の形状や極性が変化して垂直アンカリング力が低下し、配向異常を起こすことが知られている。特に、液晶表示素子のシール際にはシール剤中の不純物や未反応成分の拡散吸着による配向異常領域が発生して、この配向異常領域は時間の経過と共に拡大することが分った。 In addition, since the structure of the obliquely deposited inorganic oxide film is porous and the surface thereof has a large number of polarized hydroxyl groups and has a large polarity, impurities contained in the liquid crystal display element, particularly polar groups, are present. Easy to adsorb compounds. Here, the impurities include impurities and unreacted components in the sealant, impurities and moisture in the liquid crystal material, dirt attached in the manufacturing process, and the like. It is known that when impurities are adsorbed on the surface of the obliquely deposited film, the shape and polarity of the surface are changed, the vertical anchoring force is lowered, and an alignment abnormality is caused. In particular, when sealing a liquid crystal display element, it has been found that an abnormal alignment region occurs due to diffusion and adsorption of impurities in the sealant and unreacted components, and the abnormal alignment region expands with time.
さらに、無機酸化物、特にSiO2からなる垂直配向膜表面の水酸基は強酸性であり、等電点がpH2.0で小さく、通常の液晶表示素子内部のpH7においては、素子内部に含まれる水に覆われた水酸基の大部分はマイナスにイオン化しているためにイオン性の不純物の吸着量及び吸着力が大きく、液晶表示素子を駆動した場合、2つの配向膜面に対して液晶中のイオン性の不純物が不可逆的にに吸着することにより液晶表示素子のC(電気容量)−V(印加電圧)特性のVの昇降時にヒステリシス現象が発生して、液晶表示に焼き付き現象が発生することが分った。 Furthermore, the hydroxyl group on the surface of the vertical alignment film made of an inorganic oxide, particularly SiO 2, is strongly acidic, the isoelectric point is small at pH 2.0, and the water contained in the element at pH 7 inside a normal liquid crystal display element. Since most of the hydroxyl groups covered with ion are negatively ionized, the adsorption amount and adsorption force of ionic impurities are large, and when the liquid crystal display element is driven, the ions in the liquid crystal with respect to the two alignment film surfaces As a result of the irreversible adsorption of conductive impurities, a hysteresis phenomenon may occur when the V of the C (electric capacity) -V (applied voltage) characteristic of the liquid crystal display element is raised or lowered, and a burn-in phenomenon may occur in the liquid crystal display. I understand.
そこで、無機酸化物配向膜の垂直アンカリング力を強化して配向安定性を改良し、さらに無機酸化物配向膜表面の水酸基のイオン化率を下げてイオン性不純物の吸着量を低減して焼き付き現象を緩和する方法として、様々な表面改質剤による無機酸化物の表面改質が考案されている。 Therefore, the vertical anchoring force of the inorganic oxide alignment film is strengthened to improve alignment stability, and the ionization rate of hydroxyl groups on the surface of the inorganic oxide alignment film is lowered to reduce the adsorption amount of ionic impurities, resulting in a seizure phenomenon. As a method of relaxing the surface, surface modification of inorganic oxides with various surface modifiers has been devised.
SiO2等の表面改質法としては、配向膜表面の水酸基を高級アルコール及びシランカップリング剤で表面処理するが考えられている。このような表面改質法としては、例えば特許文献1,2及び3に記載されたものがある。
上記特許文献1では、SiO2の斜方蒸着膜を高級アルコール蒸気中に晒す処理が用いられているが、処理温度が低いため高級アルコールは物理吸着するに留まり、SiO2表面と高級アルコールとの結合力が弱く、液晶材料と接触させることにより脱離して、初期的に安定な垂直配向力が得られなかった。
In the above-mentioned
また、上記特許文献2では、高級アルコールに湿潤処理したSiO2の斜方蒸着膜を焼成する処理が用いられているので、高級アルコールとSiO2の斜方蒸着膜表面のOH基とが強い化学結合を作って、表面の極性は減少して不純物の吸着量は低減していると思われる。しかし、表面に結合した長鎖アルキル基の垂直配向力が充分でないためにシール際に配向異常領域が発生して、配向異常領域が経時拡大することが分った。また、高級アルコールで化学処理したSiO2の斜方蒸着膜を用いた液晶表示素子を駆動したところ、未処理のSiO2の斜方蒸着膜を用いた液晶表示素子よりは緩和されたが、焼き付き現象が発生した。
Further, in the above-mentioned
また、上記特許文献3では、イオンビームでアシストしながら蒸着したSiO2の斜方蒸着膜に垂直配向剤として用いられているシランカップリング剤のオクタデシルジメチル(3−(トリメトキシシリル)プロピル)アンモニウムクロライド(C18H37N+(CH3)2(CH2)3Si(OCH3)3Cl-)を塗布した後、110℃で1時間焼成している。しかし、上記特許文献2と同様に、表面に結合した長鎖アルキル基の垂直配向力が充分でないためにシール際に配向異常領域が発生して、配向異常領域が経時拡大することが分った。また、上記のシランカップリング剤で化学処理したSiO2の斜方蒸着膜を用いた液晶表示素子を駆動したところ、未処理のSiO2の斜方蒸着膜を用いた液晶表示素子より焼き付き現象がひどくなった。この原因としては、上記のシランカップリングが塩でイオン化しているため配向膜表面のイオン性不純物の吸着量が増加したものと考えられる。
In
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、無機酸化物の斜方蒸着膜を配向膜として用いた垂直配向タイプの液晶表示素子において、上記斜方蒸着膜を化学的に表面改質することにより、シール際の配向安定性を向上させること及び焼き付き現象を緩和することが可能で、かつ無機酸化物と遜色ない高耐光性の表面処理剤及びその製造方法を提供することを目的としている。
また、本発明は、このような表面改質をした無機酸化物の斜方蒸着配向膜を有した高画質で高耐久性の液晶表示素子、及びこの液晶表示素子を備えた信頼性の高い投射型表示装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made to solve the above problems, and in a vertical alignment type liquid crystal display element using an oblique deposition film of an inorganic oxide as an alignment film, the oblique deposition film is chemically formed. To provide a surface treatment agent with high light resistance that can improve the alignment stability at the time of sealing and to reduce the image sticking phenomenon by surface modification, and is comparable to inorganic oxides, and a method for producing the same. It is an object.
The present invention also provides a high-quality and highly durable liquid crystal display element having such a surface-modified inorganic oxide obliquely deposited alignment film, and a reliable projection provided with the liquid crystal display element. It aims at providing a type | mold display apparatus.
上記課題を解決するために、本発明の液晶表示素子は、無機酸化物の斜方蒸着膜からなる垂直配向膜を用いた液晶表示素子において、前記斜方蒸着膜の表面水酸基が、金属アルコラートで化学反応処理されていることを特徴とする。
このような化合物で処理した無機酸化物の斜方蒸着膜を用いることにより、垂直アンカリング力の初期値を高め、極性の有機不純物の吸着を低減させて、液晶表示素子のシール際で発生する配向異常領域の経時拡大速度を減少させることができる。また、配向膜表面の水酸基のイオン化を抑制させることにより、液晶中のイオン性不純物の吸着力を弱めて、焼き付き現象を緩和することができる。
In order to solve the above-mentioned problems, the liquid crystal display element of the present invention is a liquid crystal display element using a vertical alignment film composed of an obliquely deposited inorganic oxide film, wherein the surface hydroxyl group of the obliquely deposited film is a metal alcoholate. It is characterized by chemical reaction treatment.
By using an obliquely deposited inorganic oxide film treated with such a compound, the initial value of the vertical anchoring force is increased and the adsorption of polar organic impurities is reduced, which occurs when sealing a liquid crystal display element. It is possible to reduce the temporal expansion speed of the orientation abnormal region. Further, by suppressing the ionization of the hydroxyl group on the surface of the alignment film, it is possible to weaken the adsorption force of the ionic impurities in the liquid crystal and alleviate the image sticking phenomenon.
また、上記課題を解決するために、本発明の液晶表示素子は、無機酸化物の斜方蒸着膜からなる垂直配向膜を用いた液晶表示素子において、前記斜方蒸着膜の表面水酸基が、(化2)にて表される金属アルコラートで化学反応処理されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the liquid crystal display element of the present invention is a liquid crystal display element using a vertical alignment film made of an obliquely deposited inorganic oxide film, wherein the surface hydroxyl groups of the obliquely deposited film are ( It is characterized by chemical reaction treatment with a metal alcoholate represented by Chemical Formula 2).
但し、(化2)において、R1は炭素数が6から30の直鎖又は分岐アルキル基、炭素数が6から30の直鎖又は分岐弗素化アルキル基、またはステロイドまたはその誘導体であり、Xは単結合、―O−、−OCO−、−COO−、−CO−、−CH(CH3)=C−CO−、−PO−、または−OPO(OH)PO(O−)2であり、Mはアルミニウム、チタン、またはジルコニウムであり、R2は炭素数が1から6の直鎖又は分岐アルキル基、炭素数が1から4の直鎖又は分岐アルキルキレン基、または−CH2CO−であり、mは1から3の整数であり、nは1から3の整数である。 However, in (Chemical Formula 2), R 1 is a linear or branched alkyl group having 6 to 30 carbon atoms, a linear or branched fluorinated alkyl group having 6 to 30 carbon atoms, or a steroid or a derivative thereof. Is a single bond, —O—, —OCO—, —COO—, —CO—, —CH (CH 3 ) ═C—CO—, —PO—, or —OPO (OH) PO (O—) 2 , M is aluminum, titanium, or zirconium, and R 2 is a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a linear or branched alkyl alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, or —CH 2 CO—. Where m is an integer from 1 to 3 and n is an integer from 1 to 3.
このような金属アルコラートで処理した無機酸化物の斜方蒸着膜を用いることにより、垂直アンカリング力の初期値を高めると共に極性の有機不純物の吸着をいっそう低減させて液晶表示素子のシール際に発生する配向異常領域の経時拡大速度をさらに減少させ、また斜方蒸着膜表面の水酸基のイオン化を抑制させて焼き付き現象を緩和させることができる。 By using such an obliquely deposited film of inorganic oxide treated with metal alcoholate, the initial value of the vertical anchoring force is increased and the adsorption of polar organic impurities is further reduced. It is possible to further reduce the seizure phenomenon by further reducing the time-dependent expansion rate of the orientation abnormal region to be generated and suppressing ionization of hydroxyl groups on the obliquely deposited film surface.
また、(化2)にて表される金属アルコラートは短波長可視光領域に吸収を持たないため、本発明の液晶表示素子を液晶プロジェクタの液晶ライトバルブとして用いたときには、無処理の無機酸化物配向膜を用いた場合と比して耐光性に遜色はない。 Further, since the metal alcoholate represented by (Chemical Formula 2) has no absorption in the short wavelength visible light region, when the liquid crystal display element of the present invention is used as a liquid crystal light valve of a liquid crystal projector, an untreated inorganic oxide. Compared to the case of using an alignment film, the light resistance is not inferior.
また、上記課題を解決するために、前記斜方蒸着膜の表面水酸基が、選択的な平面領域において、金属アルコラートで化学反応処理されていることを特徴とする。
このように選択的な平面領域において、金属アルコラートで化学反応処理された無機酸化物の斜方蒸着膜を用いることにより、例えば、シール剤の接着領域に当る斜方蒸着膜面には金属アルコラート処理を施さないことにより、シール剤と斜方蒸着膜の接着強度の低下を防止することができる。
Moreover, in order to solve the above-mentioned problem, the surface hydroxyl group of the oblique deposition film is subjected to a chemical reaction treatment with a metal alcoholate in a selective plane region.
By using an obliquely deposited inorganic oxide film chemically treated with a metal alcoholate in such a selective planar region, for example, the surface of the obliquely deposited film corresponding to the adhesive region of the sealant is treated with a metal alcoholate. By not applying, it is possible to prevent a decrease in the adhesive strength between the sealing agent and the oblique vapor deposition film.
また、上記課題を解決するために、本発明は液晶垂直配向膜がその表面水酸基が金属アルコラートで化学反応処理された無機酸化物の斜方蒸着膜からなる液晶表示素子の製造方法であって、前記斜方蒸着膜を前記金属アルコラート及び高沸点の有機溶媒からなる溶液中で加熱して化学反応させる加熱工程により、表面処理された無機酸化物の斜方蒸着膜を形成することを特徴とする液晶表示素子の製造方法を提供する。
このような製造方法によれば、無機酸化物配向膜表面の水酸基は金属アルコラートと化学結合するため、配向安定性に優れ、極性有機不純物の吸着が低減されてシール際に発生する配向異常領域の経時拡大速度を減少させ、また、表面水酸基のイオン化を抑えて焼き付き現象を緩和させ、さらに、耐光性に優れた液晶表示素子が得られる。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a method for producing a liquid crystal display element, wherein the liquid crystal vertical alignment film is composed of an obliquely deposited inorganic oxide film whose surface hydroxyl group is chemically reacted with a metal alcoholate, The obliquely deposited film of the surface-treated inorganic oxide is formed by a heating process in which the obliquely deposited film is heated and chemically reacted in a solution composed of the metal alcoholate and a high-boiling organic solvent. A method for manufacturing a liquid crystal display device is provided.
According to such a manufacturing method, since the hydroxyl group on the surface of the inorganic oxide alignment film chemically bonds with the metal alcoholate, the alignment stability is excellent, the adsorption of polar organic impurities is reduced, and the alignment abnormal region generated at the time of sealing is reduced. A liquid crystal display element having a reduced light-expansion rate and an ionization of a surface hydroxyl group to alleviate the image sticking phenomenon and having excellent light resistance can be obtained.
さらに、本発明の投射型表示装置は、先に記載の液晶表示素子を光変調装置として備えたことを特徴としている。具体的には、光源装置と、該光源装置から出射された光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを含み、前記光変調装置が上記液晶表示素子にて構成されてなるものとすることができる。
このような投射型表示装置は、光変調装置として本発明の液晶表示素子を備えるため、経時使用による不具合発生の少ない信頼性に優れた投射型表示装置となる。
Furthermore, the projection type display device of the present invention is characterized in that the liquid crystal display element described above is provided as a light modulation device. Specifically, the light modulation device includes a light source device, a light modulation device that modulates light emitted from the light source device, and a projection device that projects light modulated by the light modulation device. It can be composed of a display element.
Since such a projection display device includes the liquid crystal display element of the present invention as a light modulation device, the projection display device is excellent in reliability with less occurrence of problems due to use over time.
[第1の実施の形態]
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図において、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
以下に示す本実施形態の液晶表示素子は、本発明に係る金属アルコラートで化学的に表面処理した無機化合物の斜方蒸着膜を有し、スイッチング素子としてTFT(Thin Film Transistor)素子を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示素子である。図1は本実施形態の液晶表示素子の画素領域を構成するマトリクス状に配置された複数の画素におけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure, in order to make each layer and each member into a size that can be recognized on the drawing, the scale is varied for each layer and each member.
The liquid crystal display element of the present embodiment shown below has an oblique vapor deposition film of an inorganic compound chemically surface-treated with the metal alcoholate according to the present invention, and an active device using a TFT (Thin Film Transistor) element as a switching element. It is a matrix type liquid crystal display element. FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of switching elements, signal lines, and the like in a plurality of pixels arranged in a matrix constituting the pixel region of the liquid crystal display element of this embodiment.
図2はデータ線、走査線、画素電極等が形成されたTFTアレイ基板の相隣接する複数の画素群の構造を示す平面図である。 FIG. 2 is a plan view showing the structure of a plurality of pixel groups adjacent to each other on a TFT array substrate on which data lines, scanning lines, pixel electrodes and the like are formed.
図3は本実施形態の液晶表示素子の構造を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the liquid crystal display element of this embodiment.
本実施形態の液晶表示素子において、図1に示すように、マトリクス状に配置された複数の画素には、画素電極123と、当該画素電極123への通電制御を行うためのスイッチング素子であるTFT素子30とがそれぞれ形成されており、データ信号が供給されるデータ線6aが当該TFT素子30のソースに電気的に接続されている。データ線6aに書き込むデータ信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線6aに対してグループ毎に供給される。
また、走査線3aがTFT素子30のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線3aに対して走査信号G1、G2、…、Gmが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極123はTFT素子30のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT素子30を一定期間だけオンすることにより、データ線6aから供給されるデータ信号S1、S2、…、Snを所定のタイミングで書き込む。
画素電極123を介して液晶に書き込まれた所定レベルのデータ信号S1、S2、…、Snは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調可能にする。ここで、保持されたデータ信号がリークすることを防止するために、画素電極123と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量70が付加されている。
In the liquid crystal display element of the present embodiment, as shown in FIG. 1, a plurality of pixels arranged in a matrix includes a
In addition, the
Data signals S1, S2,..., Sn written to the liquid crystal via the
次に、図2に基づいて、本実施形態の液晶表示素子の平面構成について説明する。図2に示すように、後述する透明基板上に、インジウム錫酸化物(以下、「ITO」と略す。)等の透明導電性材料からなる矩形状の画素電極123(点線部123Aにより輪郭を示す)が複数、マトリクス状に設けられており、画素電極123の縦横の境界に各々沿ってデータ線6a、走査線3a及び容量線3bが設けられている。本実施形態において、各画素電極123及び各画素電極123を囲むように配設されたデータ線6a、走査線3a、容量線3b等が形成された領域が画素であり、マトリクス状に配置された各画素毎に光変調を行うことが可能な構造になっている。
Next, a planar configuration of the liquid crystal display element of the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, a
次に、図3に基づいて、本実施形態の液晶表示素子の断面構成について説明する。図3に示すように、本実施形態の液晶表示素子100の断面構成は、一対の基板間に液晶層104が挟持されてなるものであって、図示下側に配設される光源からの光を当該液晶表示素子100により変調可能とするものである。
液晶表示素子100は、対向して配置された上基板101と下基板102との間に液晶層104を挟持してなり、該液晶層104をシール105で封止した構成を具備している。上基板101の内面側(液晶層104側)には、基板全面にベタ状に配設された共通電極113と、垂直配向膜115とが形成されており、上基板101の外面側(図示上面側)には、位相差板118と、偏光板119とがこの順で積層されている。
一方、下基板102の内面側(液晶層104側)には、平面視マトリクス状に配列された複数の画素電極123と、垂直配向膜125とが備えられている。また、下基板102の外面側には、位相差板128と、偏光板129とがこの順で設けられており、例えばこの偏光板129の更に下方側(外面側)に設けられた光源(図示略)からの光を選択透過して光変調を行うものとされている。なお、上下基板101,102に配設された各偏光板119,129は、それぞれ透過偏光軸が互いに垂直に交わるように配設されている。
Next, a cross-sectional configuration of the liquid crystal display element of the present embodiment will be described based on FIG. As shown in FIG. 3, the liquid
The liquid
On the other hand, on the inner surface side (
本実施形態の液晶表示素子100では、液晶層104を構成する液晶材料として弗素系で誘電異方性が負のネマチック液晶化合物を主成分とする液晶組成物を用いている。
一般に、液晶表示素子に用いられる液晶材料はネマチック液晶化合物であり、実用的には様々な特性を得るために複数のネマチック液晶化合物を所定の割合で混合した液晶組成物として用いられる。ネマチック液晶化合物の一般的な分子構造は、複数の環を直線的に結合した骨格基、これらの連結した環の短軸方向に置換基を導入した側鎖基及び骨格基両端にある環の長軸方向に置換基を導入した2つ末端基から成る。
In the liquid
In general, a liquid crystal material used for a liquid crystal display element is a nematic liquid crystal compound, and is practically used as a liquid crystal composition in which a plurality of nematic liquid crystal compounds are mixed at a predetermined ratio in order to obtain various characteristics. The general molecular structure of nematic liquid crystal compounds consists of a skeletal group in which multiple rings are linearly bonded, side chain groups in which substituents are introduced in the minor axis direction of these linked rings, and the length of the ring at both ends of the skeleton group. It consists of two terminal groups with substituents introduced in the axial direction.
垂直配向に用いられる弗素系で誘電異方性が負の液晶化合物の分子構造は、環としてはシクロヘキサン環、ベンゼン環、複素環等が用いられ、これらの環の2から4個を直線的に連結して骨格基を作り、側鎖基としては水素原子、ふっ素原子等が用いられ、末端基としてはアルキル基、アルコキシ基、弗素原子等が用いられる。側鎖基に電子吸引性の極めて大きな弗素原子数個を導入し、両末端基に電子供与性のアルキル基またはアルコキシを導入することにより、分子短軸方向の双極子モーメントを分子長軸方向のそれより大きくして、誘電異方性が負のネマチック液晶化合物を得ている。
例えば、(化3)、(化4)及び(化5)にて表される分子構造を有する液晶化合物が利用される。(化3)は誘電異方性が負でその絶対値が特に大きい特徴を有するがが、2環で分子長が短いためネマチック相―等方相転移温度が低い欠点がある。(化4)は3環化合物であり、誘電異方性が負でその絶対値が大きく、ネマチック相―等方相転移温度も高く、誘電異方性が負の液晶組成物を調整する場合の主成分として用いられることが多い。(化5)は4環化合物であり、ネマチック相―等方相転移温度は非常に高いが、誘電異方性は負であるが絶対値は小さく、また粘性が高い欠点がある。
The molecular structure of the fluorine-based liquid crystal compound with negative dielectric anisotropy used for vertical alignment is a cyclohexane ring, a benzene ring, a heterocyclic ring or the like as the ring, and 2 to 4 of these rings are linearly connected. A skeleton group is formed by linking, and a hydrogen atom, a fluorine atom, or the like is used as a side chain group, and an alkyl group, an alkoxy group, a fluorine atom, or the like is used as a terminal group. By introducing several fluorine atoms with extremely large electron-withdrawing properties into the side chain group and introducing an electron-donating alkyl group or alkoxy into both end groups, the dipole moment in the molecular minor axis direction is reduced in the molecular major axis direction. A nematic liquid crystal compound having a larger dielectric anisotropy than that is obtained.
For example, a liquid crystal compound having a molecular structure represented by (Chemical Formula 3), (Chemical Formula 4), and (Chemical Formula 5) is used. Although (Chemical Formula 3) has a characteristic that the dielectric anisotropy is negative and the absolute value thereof is particularly large, it has a disadvantage that the nematic phase-isotropic phase transition temperature is low due to the bicyclic ring and the short molecular length. (Chemical Formula 4) is a tricyclic compound having a negative dielectric anisotropy and a large absolute value, a high nematic phase-isotropic phase transition temperature, and a liquid crystal composition having a negative dielectric anisotropy. Often used as the main component. (Chemical formula 5) is a tetracyclic compound and has a very high nematic phase-isotropic phase transition temperature, but has a negative dielectric anisotropy but a small absolute value and a high viscosity.
但し、(化3)から(化5)において、環AからJはシクロヘキサン環、ベンゼン環又は複素環であり、R1からR6はアルキル基、アルコキシ基又は弗素原子であり、X1からX10は水素原子又は弗素原子である。 However, in (Chemical Formula 3) to (Chemical Formula 5), Rings A to J are a cyclohexane ring, a benzene ring or a heterocyclic ring, R 1 to R 6 are an alkyl group, an alkoxy group or a fluorine atom, and X 1 to X 10 is a hydrogen atom or a fluorine atom.
また、各基板101,102の間に対向するように配設された垂直配向膜115,125は、それぞれ無機酸化物を蒸着法により成膜して、さらにその表面を本発明に係る金属アルコラートで化学的に表面処理したものである。このように本実施形態では、垂直配向膜115,125の表面を金属アルコラートで被覆したものであるため、無処理、アルコール処理及びシラン処理の垂直配向膜に比して高い配向安定性を有し、焼き付き現象を緩和し、さらに遜色ない耐光性を具備するものとなっている。
The
上記垂直配向膜115,125を基板上に形成する蒸着方法について説明する。図4は蒸着装置の構成を模式的に示す説明図であって、本実施形態では、この蒸着装置300を用いて、基板に対して所定方向から無機酸化物(例えばSiO2)を斜方蒸着するものとしている。
A vapor deposition method for forming the
蒸着装置300は、SiO2の蒸気を生じさせる蒸着源302と、SiO2の蒸気が流通可能な開口部303aを備える蒸気流通部303と、基板Sを蒸着源302に対して所定角度傾斜させて配設する基板配設部307とを具備する蒸着室308、さらには蒸着室308を真空にするための真空ポンプ310を備えている。
The
本実施形態の場合の蒸着方法は以下の通りである。まず、真空ポンプ310を作動させると、蒸着室308が真空化し、さらに加熱装置(図示略)により蒸着源302を加熱すると蒸着源302からSiO2の蒸気が発生する。そして、蒸着源302から発生したSiO2の蒸気流は、開口部303aを通過し、所定の角度(蒸着角)で基板Sの表面に蒸着されるものとされている。ここで、本実施形態では垂直配向性を付与するために、蒸着源と基板Sとのなす角度θが例えば30°となるように蒸着角を定めている。
The vapor deposition method in the present embodiment is as follows. First, when the
次に、上記垂直配向膜115,125の表面処理について説明する。
垂直配向膜の表面処理剤としては、一般に配向膜表面の臨界表面張力を減少させることができ、かつ配向膜表面の水酸基と物理吸着または化学結合が可能な化合物が用いられる。例としては、長鎖アルキルトリアルコキシシラン、長鎖アルコールが挙げられる。
また、無機酸化物表面の水酸基の表面処理剤による表面改質処理法としては、吸着処理法と化学反応処理法の2つの方法がある。吸着処理した表面改質剤は無機酸化物の表面水酸基とファンデルワールス結合または水素結合するが、これらの結合力は弱く、表面改質剤は脱離しやすいため長期的に安定したアンカリング力は得られない。一方、化学反応処理した表面処理剤は無機酸化物表面の水酸基と共有結合するため結合力が強く、表面処理剤は脱離し難く、経時変化しない安定したアンカリング力が得られる。
Next, the surface treatment of the
As the surface treating agent for the vertical alignment film, a compound that can reduce the critical surface tension of the alignment film surface and can physically adsorb or chemically bond with the hydroxyl group on the alignment film surface is generally used. Examples include long chain alkyltrialkoxysilanes and long chain alcohols.
In addition, there are two surface modification treatment methods using a surface treatment agent for the hydroxyl group on the surface of the inorganic oxide: an adsorption treatment method and a chemical reaction treatment method. Adsorbed surface modifiers bind to surface hydroxyl groups of inorganic oxides with van der Waals bonds or hydrogen bonds, but their bonding strength is weak, and surface modifiers are easy to desorb. I can't get it. On the other hand, the chemically treated surface treatment agent has a strong bonding force because it is covalently bonded to the hydroxyl group on the surface of the inorganic oxide, and the surface treatment agent is difficult to desorb and a stable anchoring force that does not change with time can be obtained.
SiO2の斜方蒸着膜表面にはSi原子と結合した水酸基が多数存在する。これらの水酸基は金属アルコラートと化学反応してM(金属)−O−Si結合とアルコールを生成する。このM−O−SiのSiに結合した水酸基の極性は、SiとMの電気陰性度の差が大きいほど小さくなり、等電点はpHの大きい方向に移動して水酸基の解離が抑制される。 Many hydroxyl groups bonded to Si atoms exist on the surface of the obliquely deposited SiO 2 film. These hydroxyl groups chemically react with metal alcoholates to form M (metal) -O-Si bonds and alcohols. The polarity of the hydroxyl group bonded to Si in M-O-Si decreases as the difference in electronegativity between Si and M increases, and the isoelectric point moves in the direction of higher pH, thereby suppressing the dissociation of the hydroxyl group. .
本発明の金属アルコラートとしては下記(化6)にて表される化合物を用いことできる。 As the metal alcoholate of the present invention, a compound represented by the following (Chemical Formula 6) can be used.
但し、(化6)において、R1は炭素数が6から30の直鎖又は分岐アルキル基、炭素数が6から30の直鎖又は分岐弗素化アルキル基、またはステロイドまたはその誘導体であり、Xは単結合、―O−、−OCO−、−COO−、−CO−、−CH(CH3)=C−CO−、−PO−、または−OPO(OH)PO(O−)2であり、Mはアルミニウム、チタン、またはジルコニウムであり、R2は炭素数が1から6の直鎖又は分岐アルキル基、炭素数が1から4の直鎖又は分岐アルキルキレン基、または−CH2CO−、mは1から3の整数、nは1から3の整数である。 However, in (Chemical Formula 6), R 1 is a linear or branched alkyl group having 6 to 30 carbon atoms, a linear or branched fluorinated alkyl group having 6 to 30 carbon atoms, or a steroid or a derivative thereof, Is a single bond, —O—, —OCO—, —COO—, —CO—, —CH (CH 3 ) ═C—CO—, —PO—, or —OPO (OH) PO (O—) 2 , M is aluminum, titanium, or zirconium, and R 2 is a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a linear or branched alkyl alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, or —CH 2 CO—. , M is an integer from 1 to 3, and n is an integer from 1 to 3.
ここで、R1に用いられるアルキル基としては炭素数が8から24の直鎖アルキル基とすることにより、いっそう垂直アンカリング力を強めることが可能であり、高い配向安定性が得られ、液晶表示素子のシール際に発生する配向異常領域の経時拡大速度を減少させることができる。また、このようなアルキル基は不飽和アルキル基または芳香族基と異なり短波長の可視光領域に吸収を持たないため、短波長の可視光を照射することによる光劣化は生じ難い。 Here, as the alkyl group used for R 1 , by making it a linear alkyl group having 8 to 24 carbon atoms, it is possible to further enhance the vertical anchoring force, and high alignment stability can be obtained. It is possible to reduce the temporal enlargement speed of the abnormal alignment region that occurs when the display element is sealed. In addition, unlike an unsaturated alkyl group or an aromatic group, such an alkyl group does not absorb light in a short wavelength visible light region, so that light degradation due to irradiation with short wavelength visible light hardly occurs.
また、R1に用いられる弗素化アルキル基としては、水素原子の一部または全部を弗素原子で置換した直鎖の飽和アルキル基、水素原子の一部または全部を弗素原子で置換した直鎖または分岐した飽和アルキル基、水素原子の一部または全部を弗素原子で置換した直鎖または分岐した飽和脂環アルキル基を用いることができる。 The fluorinated alkyl group used for R 1 includes a straight-chain saturated alkyl group in which part or all of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms, a straight chain in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms, or A branched saturated alkyl group or a linear or branched saturated alicyclic alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms can be used.
一般に、配向膜表面の臨界表面張力と液晶の表面張力及び液晶分子の配向方向の間には、液晶の表面張力が配向膜表面の臨界表面張力より大きければ垂直配向し、逆に液晶の表面張力が配向膜表面の臨界表面張力より小さければ水平配向する。また、配向膜表面の臨界表面張力と液晶の表面張力の差が大きいほど液晶のアンカリング力は大きいという経験則が成り立つ。アルキル基の水素原子を弗素原子で置換する場合、置換する弗素原子を増加するほどそのアルキル基の臨界表面張力は減少し、垂直アンカリング力は強くなる。また、アルキル基の炭素数を増加すると酸化物表面を占めるアルキル基の密度が増加して臨界表面張力は減少し、垂直アンカリング力は強くなる。従って、アルキル基の弗素原子の置換数が多いほど、また炭素数が多いほど良いことになるが、試験結果より、アルキル基の全水素原子の内で弗素原子の置換割合が50%以上で、炭素数が6以上のとき安定な配向が得られた。このような表面処理剤で処理した無機酸化物の斜方蒸着膜を用いることにより、垂直アンカリング力の初期値をさらに高めることができ、さらに不純物の吸着を低減して液晶表示素子のシール際に発生する配向異常領域の経時拡大速度をいっそう減少させることができる。
このような弗素化アルキル基は不飽和アルキル基または芳香族基と異なり短波長の可視光領域に吸収を持たないため、短波長の可視光を照射することによる光劣化は生じ難い。
In general, between the critical surface tension of the alignment film surface and the surface tension of the liquid crystal and the alignment direction of the liquid crystal molecules, if the surface tension of the liquid crystal is larger than the critical surface tension of the alignment film surface, the liquid crystal is vertically aligned. If is smaller than the critical surface tension of the alignment film surface, horizontal alignment is performed. Further, the rule of thumb holds that the larger the difference between the critical surface tension of the alignment film surface and the surface tension of the liquid crystal, the greater the anchoring force of the liquid crystal. When a hydrogen atom of an alkyl group is substituted with a fluorine atom, the critical surface tension of the alkyl group decreases and the vertical anchoring force increases as the number of substituted fluorine atoms increases. Further, when the carbon number of the alkyl group is increased, the density of the alkyl group occupying the oxide surface is increased, the critical surface tension is decreased, and the vertical anchoring force is increased. Therefore, the greater the number of substitution of fluorine atoms in the alkyl group and the greater the number of carbons, the better. However, from the test results, the substitution ratio of fluorine atoms in the total hydrogen atoms of the alkyl group is 50% or more. A stable orientation was obtained when the carbon number was 6 or more. By using an obliquely deposited inorganic oxide film treated with such a surface treatment agent, the initial value of the vertical anchoring force can be further increased, and further, the adsorption of impurities can be reduced to seal the liquid crystal display element. In addition, the time-dependent expansion rate of the abnormal alignment region occurring in the region can be further reduced.
Since such a fluorinated alkyl group does not absorb in the visible light region with a short wavelength unlike an unsaturated alkyl group or aromatic group, photodegradation due to irradiation with visible light with a short wavelength hardly occurs.
また,R1に用いられるステロイドまたはその誘導体としては、ヒドロキシ基を有する化合物が好ましい。
ヒドロキシステロイドの構造としては17位に置換された1、5−ジメチルヘキシル基、1、3、5−トリメチルヘキシル基等の分岐アルキル基、2,3又は4位に置換されたヒドロキシル基を有する化合物が挙げられる。ヒドロキシステロイド化合物と無機酸化物表面の水酸基をエステル化反応させると、ヒドロキシル基が表面水酸基と化学結合し、化学結合したステロイド化合物は分岐アルキル基を無機酸化物表面に対向させて配列する。
Further, as the steroid used for R 1 or a derivative thereof, a compound having a hydroxy group is preferable.
As the structure of hydroxysteroid, a compound having a branched alkyl group such as 1,5-dimethylhexyl group substituted at the 17-position, 1, 3,5-trimethylhexyl group, etc., and a hydroxyl group substituted at the 2,3- or 4-position Is mentioned. When the hydroxy steroid compound and the hydroxyl group on the surface of the inorganic oxide are esterified, the hydroxyl group is chemically bonded to the surface hydroxyl group, and the chemically bonded steroid compound is arranged with the branched alkyl group facing the surface of the inorganic oxide.
ヒドロキシステロイド化合物で化学反応処理した無機酸化物表面に上記のふっ素系の誘電率異方性が負の液晶分子を接触させると、ステロイド化合物中の縮合環は液晶分子に比べて大きいため、液晶分子はテロイド化合物の間隙に潜り込み、液晶分子の第1層はアルキル基を液晶バルク方向に向けて、無機酸化物表面に対してほぼ垂直に並ぶ。液晶分子の次の層は第一層に制御されて垂直配向することにより強い垂直アンカリング力が得られる。 When a liquid crystal molecule having a negative fluorine dielectric anisotropy is brought into contact with the surface of an inorganic oxide chemically treated with a hydroxysteroid compound, the condensed ring in the steroid compound is larger than the liquid crystal molecule. Sinks into the gaps of the teroid compound, and the first layer of liquid crystal molecules is arranged substantially perpendicular to the surface of the inorganic oxide with the alkyl group directed in the liquid crystal bulk direction. The next layer of liquid crystal molecules is controlled by the first layer and vertically aligned to obtain a strong vertical anchoring force.
また、ステロイドにおいてはヒドロキシル基が3位に結合した化合物が最も直線状の構造をとりやすいため、無機酸化物表面の水酸基と化学結合したとき、ステロイド化合物は表面に対して分岐アルキル基を上に向けて垂直立った配列をとり垂直アンカリング力は最も強くなる。このような表面処理剤で処理した無機酸化物の斜方蒸着膜を用いることにより、垂直アンカリング力の初期値をさらに高めることができ、さらに不純物の吸着を低減して液晶表示素子のシール際に発生する配向異常領域の経時拡大速度をいっそう減少させることができる。 In addition, since a compound in which a hydroxyl group is bonded to the 3-position in a steroid is most likely to have a linear structure, when a chemical bond is formed with a hydroxyl group on the surface of an inorganic oxide, the steroid compound has a branched alkyl group on the surface. The vertical anchoring force is the strongest with a vertical arrangement. By using an obliquely deposited inorganic oxide film treated with such a surface treatment agent, the initial value of the vertical anchoring force can be further increased, and further, the adsorption of impurities can be reduced to seal the liquid crystal display element. In addition, the time-dependent expansion rate of the abnormal alignment region that occurs can be further reduced.
3位にヒドロキシル基を有するステロイドの例としてはコレステロール(化7)、エピコレステロール、コレスタノール(化8)、エピコレスタノール(化9)、エルゴスタノール、エピエルゴスタノール、コプレステロール、エピコプレステロール、α−エルゴステロール、β−シトステロール、スチグマステタノール、カンペステロール(化10)等がある。 Examples of steroids having a hydroxyl group at the 3-position include cholesterol (Chemical Formula 7), epicholesterol, cholestanol (Chemical Formula 8), epicholestanol (Chemical Formula 9), ergostanol, epiergostanol, copresterol, and epicopresterol. , Α-ergosterol, β-sitosterol, stigmasteranol, campesterol (Chemical Formula 10) and the like.
さらに、全ての炭素−炭素結合が単結合から成り、3位にヒドロキシル基を有するステロイド化合物で表面処理した無機酸化物斜方蒸着配向膜は可視光領域付近に全く吸収を持たないため、このような化合物で表面処理した無機酸化物配向膜を用いた液晶ライトバルブを装着した場合、高耐光性の液晶プロジェクタが得られる。 Furthermore, since the all-carbon bond is composed of a single bond and the surface-treated inorganic oxide obliquely deposited film with a steroid compound having a hydroxyl group at the 3-position has no absorption in the vicinity of the visible light region. When a liquid crystal light valve using an inorganic oxide alignment film surface-treated with a simple compound is mounted, a liquid crystal projector with high light resistance can be obtained.
無機酸化物は可視及び紫外光に対して非常に安定であるが、有機化合物は一般的に可視及び紫外光を照射すると化学反応することが知られている。従って、有機化合物で表面処理した無機酸化物配向膜においては耐光性の低下が危惧されるが、3−ヒドロキシルステロイド化合物で全ての炭素−炭素結合が単結合から成るものにおいては、炭素−炭素単結合の可視−紫外光吸収スペクトルは300nm以上に吸収を持たないため、可視光に対して安定な化合物であり、このような化合物で表面処理した無機酸化物配向膜の耐光性は無処理の無機酸化物のそれと遜色ない。 Inorganic oxides are very stable to visible and ultraviolet light, but organic compounds are generally known to react chemically when irradiated with visible and ultraviolet light. Therefore, in the inorganic oxide alignment film surface-treated with an organic compound, there is a concern about a decrease in light resistance, but in the case of a 3-hydroxyl steroid compound in which all carbon-carbon bonds are composed of single bonds, a carbon-carbon single bond The visible-ultraviolet light absorption spectrum of the compound is stable to visible light because it has no absorption above 300 nm, and the light resistance of the inorganic oxide alignment film surface-treated with such a compound is untreated inorganic oxidation. It is not inferior to that of things.
3位にヒドロキシル基を有するステロイドとしては、コレスタノール(化8)、エピコレスタノール(化9)、エルゴスタノール、エピエルゴスタノール、コプレステロール、エピコプレステロール、スチグマステタノール等がある。 Examples of the steroid having a hydroxyl group at the 3-position include cholestanol (Chemical Formula 8), epicholestanol (Chemical Formula 9), ergostanol, epiergostanol, copresterol, epicopresterol, stigmasteranol and the like.
M(金属原子)としては、シリコンより電気陰性度が小さく、化学的に安定なアルコラートを作るアルミニウム、チタン、またはジルコニウムが用いられる。これらの金属アルコラートでSiO2表面の水酸基を化学的に処理すると、反応溶媒中の水分により金属アルコラートが加水分解して水酸基を生成する。金属酸化物表面に存在する水酸基は、その水酸基と結合する金属原子の電気陰性度が大きいほど、酸性が強くよりイオン化して、液晶中のイオン性不純物を吸着し、焼き付き現象をおこしやすい。それぞれの金属原子の電気陰性度の値は、シリコンが1.90、アルミニウムが1.61、チタンが1.54、ジルコニウムが1.33であり、電気陰性度の最も大きなシリコンが最も焼き付き現象を起こしやすいことが分る。 As M (metal atom), aluminum, titanium, or zirconium having a lower electronegativity than silicon and forming a chemically stable alcoholate is used. When the hydroxyl group on the SiO 2 surface is chemically treated with these metal alcoholates, the metal alcoholate is hydrolyzed by water in the reaction solvent to generate hydroxyl groups. The hydroxyl group present on the surface of the metal oxide is more acidic and more ionized as the electronegativity of the metal atom bonded to the hydroxyl group increases, and the ionic impurities in the liquid crystal are adsorbed, and the image sticking phenomenon is likely to occur. The value of electronegativity of each metal atom is 1.90 for silicon, 1.61 for aluminum, 1.54 for titanium, 1.33 for zirconium, and silicon with the largest electronegativity shows the most seizure phenomenon. It turns out that it is easy to wake up.
また、金属酸化物の表面電何が零となるpHを示す等電点はシリコンが2.0、アルミニウムが9.3、チタンが6.3、ジルコニウムが6.6である。(化11)に示すように、金属酸化物表面のOHは等電点以上のpHにおいては水酸基に水素イオンが付加してM−OH2 +となってプラスにイオン化し、、等電点以下のpHにおいては水酸基が解離してM−O-となってマイナスにイオン化する。等電点に等しいpHでは上記のプラスイオンの量とマイナスイオンの量が等しくなり正味の電何は零となる。 The isoelectric points indicating the pH at which the surface current of the metal oxide is zero are 2.0 for silicon, 9.3 for aluminum, 6.3 for titanium, and 6.6 for zirconium. As shown in (Chemical Formula 11), OH on the surface of the metal oxide is ionized positively by adding a hydrogen ion to a hydroxyl group to form M-OH 2 + at a pH higher than the isoelectric point. At a pH of 1, the hydroxyl group dissociates and becomes M-O − and is negatively ionized. At a pH equal to the isoelectric point, the amount of positive ions and the amount of negative ions are equal, and the net electricity is zero.
また、pHが等電点から離れるほど金属酸化物表面の水酸基のイオン化率は増加する。一方、液晶表示素子内の液晶のpHは約7であるため、シリコン、チタン及びジルコニウムはマイナスにイオン化し、アルミニウムはプラスにイオン化している。pHが等電点から離れるほどイオン化が進むので、液晶表示素子内においては等電点がpH7に近い本発明の金属原子はシリコンと比較してイオン化率が低くいためイオン性不純物の吸着量が少ない。また、同時に電気陰性度の小さな金属はシリコンの極性を減少させる効果があるため極性有機不純物の吸着量も減少する。なお、本発明の金属原子はSiと同様にSiO2表面の水酸基と化学的に安定なアルコラートを作ることが知られている。 Moreover, the ionization rate of the hydroxyl group on the surface of the metal oxide increases as the pH increases from the isoelectric point. On the other hand, since the pH of the liquid crystal in the liquid crystal display element is about 7, silicon, titanium and zirconium are ionized negatively, and aluminum is ionized positively. Since the ionization progresses as the pH is further away from the isoelectric point, the metal atom of the present invention whose isoelectric point is close to pH 7 in the liquid crystal display element has a lower ionization rate than silicon, and therefore the amount of ionic impurities adsorbed is small. . At the same time, a metal having a low electronegativity has an effect of reducing the polarity of silicon, so that the amount of polar organic impurities adsorbed also decreases. It is known that the metal atom of the present invention forms a chemically stable alcoholate with the hydroxyl group on the surface of SiO 2 like Si.
また、選択的な平面領域において、本発明に係る金属アルコラートで化学反応処理された無機酸化物の斜方蒸着膜を用いることにより、例えば、シール剤及び/または封止剤の接着領域に当る斜方蒸着膜面を金属アルコラートで処理した場合には、斜方蒸着膜面は臨界表面張力が減少して接着剤との濡れ性が悪くなるのと、シール剤成分と水素結合又は化学結合することが可能な表面水酸基減少することにより、シール剤と斜方蒸着膜の接着強度が低下して必要とする接着強度が得られないために落下試験、耐湿試験等において不具合が生じる。つぎに、シール剤の接着領域に当る斜方蒸着膜面をフォトレジスト等でマスキングしてから金属アルコラートで化学反応処理し、その後フォトレジストを剥離することにより、シール剤の接着領域に当る斜方蒸着膜面に金属アルコラートが化学結合しない斜方蒸着膜面が得られる。未処理の斜方蒸着膜面は臨界表面張力が大きく、かつ表面水酸基が多量に存在し、シール剤と斜方蒸着膜の接着強度が充分強いため、落下試験、耐湿試験等において不具合が生じることは無い。 In addition, by using the oblique deposition film of the inorganic oxide chemically treated with the metal alcoholate according to the present invention in the selective planar region, for example, the oblique contact corresponding to the adhesion region of the sealant and / or the sealant is performed. When the side surface of the vapor-deposited film is treated with a metal alcoholate, the critical surface tension of the obliquely vapor-deposited film surface decreases, resulting in poor wettability with the adhesive, hydrogen bonding or chemical bonding with the sealant component. When the surface hydroxyl group that can be reduced is reduced, the adhesive strength between the sealant and the obliquely deposited film is lowered, and the required adhesive strength cannot be obtained, resulting in problems in a drop test, a moisture resistance test, and the like. Next, the oblique deposition film surface that hits the adhesion area of the sealant is masked with a photoresist or the like, then chemically treated with a metal alcoholate, and then the photoresist is peeled off to obliquely strike the adhesion area of the sealant. An obliquely deposited film surface in which metal alcoholate is not chemically bonded to the deposited film surface is obtained. The untreated obliquely deposited film surface has a large critical surface tension, a large amount of surface hydroxyl groups, and the adhesive strength between the sealant and the obliquely deposited film is sufficiently strong, causing problems in drop tests, moisture resistance tests, etc. There is no.
次に、上記垂直配向膜115,125の本発明の係る金属アルコラートを用いた表面改質方法について説明する。
無機酸化物蒸着膜の金属アルコラートによる表面処理の前処理として、斜方蒸着基板に吸着した水分等の物質を除去するために基板の加熱処理または真空加熱処理を行うことが好ましい。特に、水分は反応を阻害するため、加熱除去することが望ましい。加熱処理温度は、100〜250℃であり、吸着した水分を完全に除去できる200〜250℃が好ましい。また、真空中で加熱処理することにより、加熱温度を下げることできる。
Next, a surface modification method using the metal alcoholate according to the present invention of the
As a pretreatment of the surface treatment with the metal alcoholate of the inorganic oxide vapor-deposited film, it is preferable to perform a heat treatment or vacuum heat treatment of the substrate in order to remove substances such as moisture adsorbed on the oblique vapor deposition substrate. In particular, since moisture inhibits the reaction, it is desirable to remove it by heating. The heat treatment temperature is 100 to 250 ° C, and 200 to 250 ° C that can completely remove the adsorbed moisture is preferable. Moreover, heating temperature can be lowered | hung by heat-processing in a vacuum.
反応処理条件としては、金属アルコラートの濃度、反応温度及び高沸点有機溶媒の選択が重要である。
金属アルコラートの濃度は0.001〜1mol/L、好ましくは0.01〜0.2mol/Lである。濃度が0.001mol/L以下では反応速度遅く、1mol/L以上にしても反応速度は速くならない。
反応温度は50〜150℃、好ましくは60〜100℃である。50℃以下では反応速度が遅く、150℃以上では金属アルコラートが熱分解する。
高沸点有機溶媒に求められる特性としては、
(1)沸点が80℃以上である。
(2)金属アルコラートを0.2mol/L以上溶解することができる。
(3)金属アルコラート、斜方蒸着膜及びITO膜と化学反応しない。
等が挙げられる。
上記の特性を満たす高沸点有機溶媒としては、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン等のアルキルベンゼン類、デカン、ドデカン、テトラデカン等の長鎖アルカン類、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、p−メンタン等のシクロアルカン類。メチルエチルケトン、ジブチルケトン等のケトン類、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル等のエーテル類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル類がある。
As reaction treatment conditions, selection of the metal alcoholate concentration, reaction temperature, and high-boiling organic solvent is important.
The concentration of the metal alcoholate is 0.001 to 1 mol / L, preferably 0.01 to 0.2 mol / L. When the concentration is 0.001 mol / L or less, the reaction rate is slow, and even when the concentration is 1 mol / L or more, the reaction rate does not increase.
The reaction temperature is 50 to 150 ° C, preferably 60 to 100 ° C. Below 50 ° C., the reaction rate is slow, and above 150 ° C., the metal alcoholate is thermally decomposed.
The properties required for high boiling point organic solvents include:
(1) The boiling point is 80 ° C. or higher.
(2) The metal alcoholate can be dissolved by 0.2 mol / L or more.
(3) Does not chemically react with metal alcoholate, oblique deposition film and ITO film.
Etc.
High-boiling organic solvents that satisfy the above characteristics include alkylbenzenes such as toluene, xylene, ethylbenzene, and diethylbenzene, long-chain alkanes such as decane, dodecane, and tetradecane, and cycloalkanes such as methylcyclohexane, ethylcyclohexane, and p-menthane. . There are ketones such as methyl ethyl ketone and dibutyl ketone, ethers such as dibutyl ether and dihexyl ether, and cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane.
また、反応は攪拌又は反応溶液を循環させながら行ない、金属アルコラートは高温状態では空気中の酸素で酸化されやすいため、反応は窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
表面処理をした斜方蒸着膜基板はアルコール、アセトン等の低沸点溶媒を用いて超音波洗浄してから100〜200℃で乾燥する。
Further, the reaction is carried out while stirring or circulating the reaction solution, and the metal alcoholate is easily oxidized with oxygen in the air at a high temperature, and therefore the reaction is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas.
The obliquely deposited film substrate subjected to the surface treatment is ultrasonically cleaned using a low boiling point solvent such as alcohol or acetone and then dried at 100 to 200 ° C.
上記垂直配向膜115及び125を形成した上基板及び下基板を上記表面改質法により処理することにより、金属アルコラートで化学的に表面処理された垂直配向膜を形成するができる。
By processing the upper substrate and the lower substrate on which the
以上のような液晶表示素子100によると、液晶表示素子のシール際から発生する配向異常領域の経時拡大を防止することができ、また焼き付き現象を緩和でき、さらに高耐光性であり、非常に信頼性の高い液晶表示素子となっている。
According to the liquid
(実施例1)
2枚のガラス基板(2.5cm×2.5cmの正方形)を用意し、真空蒸着装置に基板面が蒸着源に対して50度となるように基板をセットした。蒸着装置内を真空にしてからSiO2を400Åの厚さに斜方蒸着し、SiO2斜方蒸着膜付き基板を作成した。
(Example 1)
Two glass substrates (2.5 cm × 2.5 cm square) were prepared, and the substrate was set in a vacuum vapor deposition apparatus so that the substrate surface was 50 degrees with respect to the vapor deposition source. The inside vapor deposition apparatus and obliquely evaporated from a vacuum of SiO 2 to a thickness of 400 Å, was created SiO 2 oblique deposition film coated substrate.
表面処理用化合物として、(化6)でR1=C17H35、X=−COO−、M=チタン、R2=(CH3)2CH−、m=1、n=3の化合物であるKRTTS(味の素ファインテクノ株式会社製)を用いた。この化合物0.01molをビーカーに秤量し、キシレン200mlを加えて攪拌溶解してKRTTSの0.1Mキシレン溶液を作った。 As a compound for surface treatment, a compound of R 1 = C 17 H 35 , X = —COO—, M = titanium, R 2 = (CH 3 ) 2 CH—, m = 1, n = 3 A certain KRTTS (manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd.) was used. 0.01 mol of this compound was weighed into a beaker, 200 ml of xylene was added and dissolved by stirring to make a 0.1M xylene solution of KRTTS.
この溶液をマントルヒーターで80℃に加熱してから、上記蒸着膜付き基板のSiO2蒸着膜面を上にしてビーカーの底に配置して、75から85℃の温度範囲で1時間攪拌して、SiO2蒸着膜表面をKRTTSで化学的に表面処理した。表面処理した基板をエタノール中で超音波洗浄してから、120℃のオーブン中で1時間乾燥した。 This solution is heated to 80 ° C. with a mantle heater, then placed on the bottom of the beaker with the SiO 2 vapor-deposited surface of the substrate with the vapor-deposited film on top, and stirred for 1 hour at a temperature range of 75 to 85 ° C. The surface of the SiO 2 vapor deposition film was chemically surface-treated with KRTTS. The surface-treated substrate was ultrasonically cleaned in ethanol and then dried in an oven at 120 ° C. for 1 hour.
一方の表面処理した蒸着膜付き基板に対し、SiO2蒸着面外周の液晶注入口以外の部分に直径約3μmのシリカ球を混合したエポキシ樹脂からなる熱硬化型接着剤ML3804P(日本化薬社製)を印刷し、80℃で10分間加熱して溶媒を除去した。他方の表面処理した蒸着膜付き基板のSiO2蒸着面を内側にして、2枚の蒸着膜付き基板の蒸着方向が180度となるように配置して、2枚の基板をクリップで圧着しながら140℃で1時間加熱して貼り合わせた。 Thermosetting adhesive ML3804P (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) made of an epoxy resin in which silica spheres having a diameter of about 3 μm are mixed in a portion other than the liquid crystal inlet on the outer periphery of the SiO 2 vapor deposition surface on one surface-treated substrate with a vapor deposition film ) And heated at 80 ° C. for 10 minutes to remove the solvent. And the SiO 2 deposition surface of the deposition film-coated substrate treated other surface inward, deposition direction of the two deposited film-coated substrate is arranged such that 180 degrees, while crimping the two substrates with a clip Bonding was performed by heating at 140 ° C. for 1 hour.
これら2枚の基板を貼り合わせた内側の空間に、注入口からふっ素系の負の誘電異方性の液晶MLC−6610(メルク社製)を真空注入法により注入した。その後、注入口をアクリル系のUV接着剤LPD−204(ヘンケルジャパン社製)を用いて、波長365nmのUVを3000mJ/cm2照射して硬化し、KRTTSで化学的に表面処理したSiO2の斜方蒸着配向膜を用いた垂直配向タイプの液晶セルを作成した。このようにして作製した液晶セルの平面図を図5示す。 Fluorine-based liquid crystal with negative dielectric anisotropy MLC-6610 (manufactured by Merck & Co., Inc.) was injected from the injection port into the inner space where these two substrates were bonded together by a vacuum injection method. Thereafter, the injection port using a UV adhesive LPD-204 acrylic (manufactured by Henkel Japan), the UV wavelength 365nm hardened 3000 mJ / cm 2 irradiation to, of SiO 2 were chemically textured in KRTTS A vertical alignment type liquid crystal cell using an obliquely deposited alignment film was prepared. FIG. 5 shows a plan view of the liquid crystal cell thus produced.
配向安定性試験として、このようにして作成した液晶セルを80℃の恒温槽内に放置し、0時間、500時間及び1000時間経過後に、シール105際の液晶配向異常領域の幅を測定した結果を表1に示した。
また、焼き付き試験として、60℃のオーブン中で、液晶セルのC(電気容量)−V(印加電圧)特性をVを上昇及び降下させながら測定し、Vを上昇及び降下びさせながら測定した電圧差ΔVを測定した結果を表2に示した。ここで、図6に模式的に示したように、ΔVはVを上昇及び降下させたときのCの最大値と最小値の中心値に対応するそれぞれのV値の差で表す。
As a result of the alignment stability test, the liquid crystal cell thus prepared was left in a thermostat at 80 ° C., and the width of the liquid crystal alignment abnormal region at the
As a burn-in test, the C (electric capacity) -V (applied voltage) characteristic of the liquid crystal cell was measured while raising and lowering V and the voltage measured while raising and lowering V in an oven at 60 ° C. The results of measuring the difference ΔV are shown in Table 2. Here, as schematically shown in FIG. 6, ΔV is represented by the difference between the V values corresponding to the center value of the maximum value and the minimum value of C when V is raised and lowered.
さらに、耐光性試験として、上記の液晶セルを図7の本実施形態の投射型表示装置の青色光用液晶光変調装置824の位置にセットして、液晶セルの表面温度を70℃に保ちながら、光源810として130WUHPランプ(フィリップス社製)を連続点灯し、表示異常が発生するまでの時間を測定した結果を表3に示した。
Further, as a light resistance test, the above-mentioned liquid crystal cell is set at the position of the liquid
(実施例2)
表面処理用化合物として、(化6)でR1=C17H35、X=−CO−CH=CH(CH3)−、M=アルミニウム、R2=(CH3)2CH−、m=1、n=2の化合物であるAL-M(味の素ファインテクノ株式会社製)0.01molを使用したこと以外は実施例1と同様にして液晶セルを作製して、配向安定性試験、焼き付き試験及び耐光性試験をした結果を表1、2及び3に示した。
(Example 2)
As a compound for surface treatment, R 1 = C 17 H 35 , X = —CO—CH═CH (CH 3 ) —, M = aluminum, R 2 = (CH 3 ) 2 CH—, m = 1. A liquid crystal cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.01 mol of AL-M (manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd.), which is a compound of n = 2, was used, and an alignment stability test and a burn-in test were performed. The results of the light resistance test are shown in Tables 1, 2 and 3.
(実施例3)
テトライソプロピポキシジルコニウム1mol及びコレスタノール1.2molをオクタン1Lに溶解した。この溶液を攪拌しながら、100℃で5時間攪拌した。このようにして得られた反応液を減圧エバポレーターを用いて濃縮して、(化6)でR1=コレスタニル、X=O、M=ジルコニウム、R2=(CH3)2CH−、m=1、n=3の化合物を得た。表面処理用化合物として、この化合物0.01molを使用したこと以外は実施例1と同様にして液晶セルを作製して、配向安定性試験、焼き付き試験及び耐光性試験をした結果を表1、2及び3に示した。
(Example 3)
1 mol of tetraisopropoxyzirconium and 1.2 mol of cholestanol were dissolved in 1 L of octane. The solution was stirred at 100 ° C. for 5 hours while stirring. The reaction solution thus obtained was concentrated using a reduced-pressure evaporator, and R 1 = cholestanyl, X═O, M = zirconium, R 2 = (CH 3 ) 2 CH—, m = A compound of 1, n = 3 was obtained. A liquid crystal cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.01 mol of this compound was used as the surface treatment compound, and the results of alignment stability test, image sticking test and light resistance test are shown in Tables 1 and 2. And 3.
(実施例4)
テトライソプロピポキシチタン1mol及び2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,11−ヘニコサフルオロ−1−ウンデカノール1.2molをオクタン1Lに溶解した。この溶液を攪拌しながら、80℃で2時間攪拌した。このようにして得られた反応液を減圧エバポレーターを用いて濃縮して、(化6)でR1=2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,11−ヘニコサフルオロ−1−ウンデシル、X=O、M=チタン、R2=(CH3)2CH−、m=1、n=3の化合物を得た。表面処理用化合物として、この化合物0.01molを使用したこと以外は実施例1と同様にして液晶セルを作製して、配向安定性試験、焼き付き試験及び耐光性試験をした結果を表1、2及び3に示した。
(Example 4)
1 mol of tetraisopropoxytitanium and 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,11-henikosafluoro- 1.2 mol of 1-undecanol was dissolved in 1 L of octane. The solution was stirred at 80 ° C. for 2 hours while stirring. The reaction solution thus obtained was concentrated using a vacuum evaporator, and R 1 = 2,2,3,4,4,5,5,6,6,7,7 in (Chemical formula 6). , 8,8,9,9,10,10,11,11,11- Henikosafuruoro-1-undecyl, X = O, M = titanium, R 2 = (CH 3) 2 CH-, m = 1, n = 3 compounds were obtained. A liquid crystal cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.01 mol of this compound was used as the surface treatment compound, and the results of alignment stability test, image sticking test, and light resistance test are shown in Tables 1 and 2. And 3.
(実施例5)
2枚のガラス基板(2.5cm×2.5cmの正方形)を用意し、真空蒸着装置に基板面が蒸着源に対して50度となるように基板をセットした。蒸着装置内を真空にしてからSiO2を400Åの厚さに斜方蒸着し、SiO2斜方蒸着膜付き基板を作成した。
この2枚の基板の斜方蒸着膜面にポジ型のフォトレジストをスピンナーを用いて塗布し、シール部及び封止部をマスキングして露光機を用いて露光し、有機アルカリ溶液で現像してシール部以外のフォトレジストを剥離してシール部及び封止部をフォトレジストでマスキングしたSiO2斜方蒸着膜付き基板を作成した。
(Example 5)
Two glass substrates (2.5 cm × 2.5 cm square) were prepared, and the substrate was set in a vacuum vapor deposition apparatus so that the substrate surface was 50 degrees with respect to the vapor deposition source. The inside vapor deposition apparatus and obliquely evaporated from a vacuum of SiO 2 to a thickness of 400 Å, was created SiO 2 oblique deposition film coated substrate.
A positive photoresist is applied onto the obliquely deposited film surfaces of the two substrates using a spinner, the seal portion and the sealing portion are masked, exposed using an exposure machine, and developed with an organic alkaline solution. A substrate with a SiO 2 oblique vapor deposition film was prepared by peeling off the photoresist other than the seal portion and masking the seal portion and the sealing portion with the photoresist.
表面処理用化合物として、(化6)でR1=C17H35、X=−COO−、M=チタン、R2=(CH3)2CH−、m=1、n=3の化合物であるKRTTS(味の素ファインテクノ株式会社製)を用いた。この化合物0.01molをビーカーに秤量し、キシレン200mlを加えて攪拌溶解してKRTTSの0.1Mキシレン溶液を作った。 As a compound for surface treatment, a compound of R 1 = C 17 H 35 , X = —COO—, M = titanium, R 2 = (CH 3 ) 2 CH—, m = 1, n = 3 A certain KRTTS (manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd.) was used. 0.01 mol of this compound was weighed into a beaker, 200 ml of xylene was added and dissolved by stirring to make a 0.1M xylene solution of KRTTS.
この溶液をマントルヒーターで80℃に加熱してから、上記蒸着膜付き基板のSiO2蒸着膜面を上にしてビーカーの底に配置して、75から85℃の温度範囲で1時間攪拌して、SiO2蒸着膜表面をKRTTSで化学的に表面処理した。表面処理した基板をエタノール中で超音波洗浄した。この基板を露光機を用いて再露光してから有機アルカリ溶液で現像してシール部及び封止部のフォトレジストを剥離した。次に、この基板をエタノール中で超音波洗浄してから、120℃のオーブン中で1時間乾燥した。 This solution is heated to 80 ° C. with a mantle heater, then placed on the bottom of the beaker with the SiO 2 vapor-deposited surface of the substrate with the vapor-deposited film on top, and stirred for 1 hour at a temperature range of 75 to 85 ° C. The surface of the SiO 2 vapor deposition film was chemically surface-treated with KRTTS. The surface-treated substrate was ultrasonically cleaned in ethanol. This substrate was re-exposed using an exposure machine and then developed with an organic alkali solution to peel off the seal part and the photoresist on the sealing part. Next, the substrate was ultrasonically cleaned in ethanol and then dried in an oven at 120 ° C. for 1 hour.
一方の表面処理した蒸着膜付き基板に対し、SiO2蒸着面外周の液晶注入口以外の部分に直径約3μmのシリカ球を混合したエポキシ樹脂からなる熱硬化型接着剤ML3804P(日本化薬社製)を印刷し、80℃で10分間加熱して溶媒を除去した。他方の表面処理した蒸着膜付き基板のSiO2蒸着面を内側にして、2枚の蒸着膜付き基板の蒸着方向が180度となるように配置して、2枚の基板をクリップで圧着しながら140℃で1時間加熱して貼り合わせた。 Thermosetting adhesive ML3804P (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) made of an epoxy resin in which silica spheres having a diameter of about 3 μm are mixed in a portion other than the liquid crystal inlet on the outer periphery of the SiO 2 vapor deposition surface on one surface-treated substrate with a vapor deposition film ) And heated at 80 ° C. for 10 minutes to remove the solvent. And the SiO 2 deposition surface of the deposition film-coated substrate treated other surface inward, deposition direction of the two deposited film-coated substrate is arranged such that 180 degrees, while crimping the two substrates with a clip Bonding was performed by heating at 140 ° C. for 1 hour.
これら2枚の基板を貼り合わせた内側の空間に、注入口からふっ素系の負の誘電異方性の液晶MLC−6610(メルク社製)を真空注入法により注入した。その後、注入口をアクリル系のUV接着剤LPD−204(ヘンケルジャパン社製)を用いて、波長365nmのUVを3000mJ/cm2照射して硬化封止し、KRTTSで化学的に表面処理したSiO2の斜方蒸着配向膜を用いた垂直配向タイプの液晶セルを作成した。
耐湿性試験として、このようにして作成した液晶セルを60℃で湿度が90%の恒温恒湿槽内に放置し、配向異常の発生を観察したところ、500時間でシール際に配向異常が認められた。
Fluorine-based liquid crystal with negative dielectric anisotropy MLC-6610 (manufactured by Merck & Co., Inc.) was injected from the injection port into the inner space where these two substrates were bonded together by a vacuum injection method. Thereafter, the injection port was cured and sealed by irradiating 3000 mJ / cm 2 of UV with a wavelength of 365 nm using an acrylic UV adhesive LPD-204 (manufactured by Henkel Japan), and was chemically surface-treated with KRTTS. A vertical alignment type liquid crystal cell using two obliquely deposited alignment films was prepared.
As a moisture resistance test, the liquid crystal cell thus prepared was left in a constant temperature and humidity chamber at 60 ° C. and a humidity of 90%, and the occurrence of alignment abnormality was observed. It was.
(比較例1)
表面処理を行わないSiO2を使用したこと以外は実施例1と同様にして液晶セルを作製して、配向安定性試験、焼き付き試験及び耐光性試験をした結果を表1、2及び3に示した。
(Comparative Example 1)
A liquid crystal cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that SiO 2 without surface treatment was used, and the results of alignment stability test, image sticking test, and light resistance test are shown in Tables 1, 2 and 3. It was.
(比較例2)
表面処理用化合物として、ドデカノール1.86g(0.01mol)を使用したこと以外は実施例1と同様にして液晶セルを作製して、配向安定性試験、焼き付き試験及び耐光性試験をした結果を表1、2及び3に示した。
(Comparative Example 2)
A liquid crystal cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1.86 g (0.01 mol) of dodecanol was used as the surface treatment compound, and the results of the alignment stability test, image sticking test, and light resistance test were obtained. The results are shown in Tables 1, 2 and 3.
(比較例3)
実施例1において作製した液晶セルを60℃で湿度が90%の恒温恒湿槽内に放置し、配向異常の発生を観察したところ、250時間でシール際に配向異常が認められた。
(Comparative Example 3)
When the liquid crystal cell produced in Example 1 was left in a constant temperature and humidity chamber at 60 ° C. and a humidity of 90% and observed for occurrence of alignment abnormality, alignment abnormality was observed during sealing in 250 hours.
比較例1では、表面処理を行わないSiO2を使用しており、液晶分子の分散力異方性とSiO2表面のトポロジカルな効果のみで配向しているため垂直アンカリング力がかなり弱い。また、SiO2表面には極性の高い多数の水酸基が存在するために極性物質が吸着し易く、シール剤由来の安定剤や開始剤等の極性不純物の吸着量が多いと考えられる。これらの理由により、配向安定性に欠け、液晶配向異常領域の拡大速度は非常に大きい。また、SiO2表面には極性の高い多数の水酸基が存在し、その大部分部は解離してマイナスにイオン化しているため液晶中のイオン性不純物質が吸着し易く焼き付き現象が起こりやすく、ΔVが非常に大きい。さらに、耐光性試験においてはSiO2は無機物であり、可視及び近紫外光領域に吸収を持たないため高耐光性である。 In Comparative Example 1, SiO 2 that is not subjected to surface treatment is used, and the vertical anchoring force is considerably weak because it is oriented only by the dispersion force anisotropy of liquid crystal molecules and the topological effect of the SiO 2 surface. Further, since a large number of highly polar hydroxyl groups are present on the SiO 2 surface, polar substances are likely to be adsorbed, and it is considered that the amount of adsorption of polar impurities such as stabilizers and initiators derived from the sealant is large. For these reasons, the alignment stability is lacking, and the enlargement speed of the liquid crystal alignment abnormal region is very large. Further, a large number of highly polar hydroxyl groups exist on the surface of SiO 2 , and most of them are dissociated and ionized negatively, so that ionic impurities in the liquid crystal are easily adsorbed and a seizure phenomenon easily occurs. Is very big. Further, in the light resistance test, SiO 2 is an inorganic substance and has high light resistance because it has no absorption in the visible and near ultraviolet light regions.
比較例2では、1−ドデカノールで表面処理したSiO2を使用しており、SiO2表面のOHの大部分がアルキル化されて極性が減少したためシール剤由来の極性不純物の吸着量は低減されている。しかし、SiO2表面の長鎖アルキル基と液晶分子末端アルキル基との表面張力差は小さいため垂直アンカリング力は不充分である。このため液晶配向異常領域の拡大速度は、比較例1の表面処理を行わないSiO2を用いた場合と比較して大幅に減少しているが、まだ満足できる値ではない。また、一部残存する表面OHは比較例1と同様に解離してマイナスにイオン化しているため液晶中のイオン性不純物質が吸着して焼き付き現象が発生するが、ΔVは小さい。さらに、耐光性試験においては1−ドデカノールは有機化合物であるが、炭素−炭素及び炭素−酸素の単結合から成り短波長可視光領域に吸収を持たないため耐光性は表面処理を行わないSiO2と遜色ない。 In Comparative Example 2, SiO 2 surface-treated with 1-dodecanol is used, and since the majority of OH on the surface of SiO 2 is alkylated to reduce the polarity, the amount of adsorption of polar impurities derived from the sealant is reduced. Yes. However, since the difference in surface tension between the long chain alkyl group on the SiO 2 surface and the liquid crystal molecule terminal alkyl group is small, the vertical anchoring force is insufficient. For this reason, the enlargement speed of the liquid crystal alignment abnormal region is greatly reduced as compared with the case of using SiO 2 which is not subjected to the surface treatment of Comparative Example 1, but it is not yet a satisfactory value. Further, since the partially remaining surface OH is dissociated and ionized negatively in the same manner as in Comparative Example 1, the ionic impurity in the liquid crystal is adsorbed to cause a burn-in phenomenon, but ΔV is small. Furthermore, although in the light resistance test 1-dodecanol is an organic compound, carbon - carbon and carbon - light resistance because no absorption in the short wavelength visible light region consists single bond oxygen SiO 2 is not performed to a surface treatment Not inferior.
実施例1から4では、本発明に係る金属アルコラートで表面処理したSiO2を使用しており、SiO2表面の水酸基が電気陰性度の小さな金属アルコラートと反応して表面の極性が減少し、比較例2の長鎖アルキル化されたSiO2を使用した場合よりもシール剤由来の極性不純物の吸着量はさらに低減されているため垂直アンカリング力が強、液晶配向異常領域の拡大速度は小さい。また、金属アルコラートの加水分解で生成した水酸基基はアルミニウム、チタン及びジルコニウムの等電点が液晶セル内のpH7に近いため、イオン化が抑制されて、液晶中のイオンの吸着量がすくないため、ΔVは非常に小さく焼き付き現象は大幅に緩和される。耐光性試験においては、アルキル基、ステロイド及びフルオロアルキル基は有機化合物であるが、短波長可視光領域に吸収を持たないため耐光性は表面処理を行わないSiO2と遜色ない。 In Examples 1 to 4, SiO 2 surface-treated with a metal alcoholate according to the present invention is used, and the hydroxyl group on the SiO 2 surface reacts with a metal alcoholate having a low electronegativity to reduce the surface polarity. Compared with the case of using long-chain alkylated SiO 2 in Example 2, the amount of polar impurities adsorbed from the sealant is further reduced, so that the vertical anchoring force is strong and the expansion speed of the liquid crystal alignment abnormal region is small. In addition, since the hydroxyl group generated by hydrolysis of the metal alcoholate has an isoelectric point of aluminum, titanium and zirconium close to pH 7 in the liquid crystal cell, ionization is suppressed, and the amount of ions adsorbed in the liquid crystal is small. Is very small and the seizure phenomenon is greatly reduced. In the light resistance test, the alkyl group, the steroid and the fluoroalkyl group are organic compounds, but the light resistance is comparable to SiO 2 which is not subjected to surface treatment since it does not absorb in the short wavelength visible light region.
実施例5と比較例3から、シール部及び封止部の金属アルコラートによる化学処理の有無により耐湿性試験で有意差が認められた。金属アルコラートによる化学処理によりシール剤と斜方蒸着膜との接着強度が低下し、シール剤と斜方蒸着膜の界面を通して水分が液晶セル内部に侵入しやすくなっている。 From Example 5 and Comparative Example 3, a significant difference was observed in the moisture resistance test depending on the presence or absence of chemical treatment with the metal alcoholate of the seal part and the seal part. The chemical treatment with the metal alcoholate reduces the adhesive strength between the sealant and the oblique vapor deposition film, and moisture easily enters the liquid crystal cell through the interface between the sealant and the oblique vapor deposition film.
[第2の実施の形態] [Second Embodiment]
以下、本発明の第2の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。ここでは、第1実施形態の液晶表示素子100を光変調装置として用いた液晶プロジェクタ(投射型表示装置)の一例を説明する。第1実施形態の液晶表示素子100は、高い耐光性及び配向安定性を有しているため、液晶プロジェクタ(投射型表示装置)の光変調装置として用いるのが好適である。
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, an example of a liquid crystal projector (projection display device) using the liquid
図7は、本実施形態の投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。図7において、810は光源、813、814はダイクロイックミラー、815、816、817は反射ミラー、818は入射レンズ、819はリレーレンズ、820は出射レンズ、822、823、824は液晶光変調装置、825はクロスダイクロイックプリズム、826は投写レンズを示す。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a main part of the projection display device of the present embodiment. In FIG. 7, 810 is a light source, 813 and 814 are dichroic mirrors, 815, 816 and 817 are reflection mirrors, 818 is an incident lens, 819 is a relay lens, 820 is an exit lens, 822, 823 and 824 are liquid crystal light modulators,
光源810はメタルハライド、超高圧水銀等のランプ811とランプの光を反射するリフレクタ812とからなる。青色光、緑色光反射のダイクロイックミラー813は、光源810からの光束のうちの赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー817で反射されて、第1実施形態の液晶表示素子100を備えた赤色光用液晶光変調装置822に入射される。
The
一方、ダイクロイックミラー813で反射された色光のうち緑色光は緑色光反射のダイクロイックミラー814によって反射され、第1実施形態の液晶表示素子100を備えた緑色光用液晶光変調装置823に入射される。なお、青色光は第2のダイクロイックミラー814も透過する。青色光に対しては、光路長が緑色光、赤色光と異なるのを補償するために、入射レンズ818、リレーレンズ819、出射レンズ820を含むリレーレンズ系からなる導光手段821が設けられ、これを介して青色光が第1実施形態の液晶表示素子100を備えた青色光用液晶光変調装置824に入射される。
On the other hand, green light out of the color light reflected by the
各光変調装置822,823,824により変調された3つの色光はクロスダイクロイックプリズム825に入射する。このプリズムは4つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投写光学系である投写レンズ826によってスクリーン827上に投写され、画像が拡大されて表示される。
The three color lights modulated by the respective
このような構造を有する本実施形態の投射型表示装置は、第1実施形態の液晶表示素子100を備えたものであるので、耐久性に優れ、表示品質を長期に渡って維持することができる表示装置となる。
Since the projection display device of this embodiment having such a structure includes the liquid
101…上基板、102…下基板、104…液晶層、106…封止、113…共通電極、115,125…垂直配向膜(配向膜)、123…画素電極、130…ITO電極。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
4. A projection display device comprising the liquid crystal display element according to claim 1 as a light modulation device.
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