JP2506988B2 - 液晶配向膜 - Google Patents

液晶配向膜

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液晶表示素子の配向膜、特に配向膜に対す
る液晶の傾き角が大きい素子に用いる配向膜に関するも
のである。
従来の技術 液晶表示素子において、良好な特性を得るためには、
液晶を一定方向に配列させ、モノドメイン化する必要が
ある、液晶をモノドメイン化するためには、界面効果に
より、液晶を一定方向に配列させる必要がある。そのた
め、液晶の配向方法についての研究が数多くなされてお
り、代表的な液晶配向方法として、斜方蒸着法、ラビン
グ法が挙げられる。
斜方蒸着法は、SiOの様な酸化物やAu,Ptの様な金属の
基板面に対し斜め方向から数100A〜数1000Aの厚みに蒸
着することで配向膜を作成する。蒸着角度が浅い場合に
は、液晶分子は傾斜配向する。このとき、分子長軸は蒸
着ビームの方向にその方位を揃える。一方、蒸着角度が
深い場合には、液晶分子は傾斜角度(プレチルト角)が
ほとんどゼロの平行配向をなし、分子長軸の方位は蒸着
ビームの方向と直交するような分子配列となる。斜方蒸
着法によって特定の分子配列が実現できるのは、斜め蒸
着によって基板面に形成された波紋形状面と液晶分子の
相互作用によるものであり、その形状の微妙な違いで平
行配列と傾斜配列の違いが生じる。
一方、ラビング法は基板表面に形成した有機高分子膜
を布などで一定方向にこすることによって配向処理を行
うことができる。ラビング法による液晶配向のメカニズ
ムは完全に解明されてはいないが、ラビングによって配
向膜表面にせん断応力を加えることで、表面付近のポリ
マー鎖の配向が起こり、液晶がポリマー鎖の配向に従っ
て、配列すると考えられている。このとき、配向膜とし
て用いる高分子はおもに、ポリイミドや、ポリビニルア
ルコールなどの直鎖型の高分子であり、液晶のプレチル
ト角はせいぜい0〜数度程度である。
発明が解決しようとする課題 しかし、このような斜方蒸着法、ラビング法には次の
ような問題点がある。
斜方蒸着法により配向処理を行った素子では、大面積
の均一な配向が得られにくい。これは、蒸着する基板面
が大きい場合、蒸着角度がエッジと中央部では異なるた
め、液晶のプレチルト角に差が生じるためである。ま
た、蒸着装置を必要とするため製造コストも高くなる。
ラビング法により配向処理を行った素子では、斜方蒸
着法に比べ容易に表示素子を製造することができ、従来
のネマチック液晶を用いた表示素子(Twisted Nematic
方式)の配向方法として広く用いられてきた。しかし、
大面積化、高コントラスト化をめざしたスーパーツイス
トネマチック(STN)液晶表示素子においては、ラビン
グによる配向法では、液晶のプレチルト角が小さいた
め、電圧−透過率特性にヒステリシス現象がみられ、充
分なしきい値が得られない。また、強誘電性液晶を用い
た表示素子の場合も、斜方蒸着法の場合に比べ、プレチ
ルト角が0〜数度と小さく、ジグザグ欠陥と呼ばれるジ
グザク状の回位が生じ、高いコントラストは得られな
い。
斜方蒸着法、ラビング法はそれぞれ長所を持ちなが
ら、以上のような問題点を持つため、容易に、しかも安
価に、優れた特性を持つ液晶表示素子を得ることが非常
に困難であった。
本発明は、容易に、しかも安価に、優れた特性を持つ
液晶表示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 配向膜として、側鎖に環構造を持ち、その側鎖の環構
造が主鎖骨格中の不飽和結合性を示さない炭素原子と結
合しており、かつその環に電子吸引性の置換基を有する
分子構造の高分子を用いることにより、液晶のプレチル
ト角を制御するものである。
作用 上記の構成によれば、配向膜高分子が、側鎖に環構造
及び置換基を有する側鎖型の高分子であるため、液晶は
側鎖の環構造及び置換基と相互作用する。我々は、その
相互作用の程度が置換基の種類により異り、プレチルト
角が異なることを発見した。また、置換基として、電子
供与基の場合よりも、電子吸引基を用いた場合の方がプ
レチルト角の変化が大きいことがわかった。このことか
ら、プレチルト角を制御するためには、電子吸引基が置
換したほうがより都合がよいと考えられる。
従って、液晶が適当な大きさのプレチルト角を持つよ
うにするには、分子構造として、配向膜高分子が側鎖に
環構造及び電子吸引基を含んでおれば良く、高分子の構
造としては、共重合体であっても高分子混合体でも構わ
ない。
本発明の液晶配向膜を用いることにより従来、斜方蒸
着法によりのみ得られていた、大きなかつ均一なプレチ
ルト角を、高分子膜をラビングするといった容易な方法
で得られる。しかも、強誘電性液晶表示素子にも、STN
液晶表示素子の場合にも極く容易に対処することができ
る。
実施例 本発明の液晶表示素子に用いる、側鎖に環構造及び電
子吸引基を含む高分子よりなる配向膜は、従来より用い
られている高分子配向膜(ポリイミド系高分子膜やポリ
ビニルアルコール膜など)と同様、スピンコートなどに
より容易に成膜でき、またその後、容易にラビング処理
することができる。
本発明における液晶配向膜の高分子において、主鎖の
構造は特に限定しない。また、側鎖の環構造として、芳
香族環、脂肪族環、複素環、あるいは縮合環が挙げら
れ、例えば、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、ベ
ンゼン環、ナフタレン環、フラン環、オキソラン環、ジ
オキソラン環、チオフェン環、ピロール環、ピラン環、
オキサン環、ジオキサン環、ピリジン環、ピペリジン
環、ピリミジン環、ピラジン環などがある。このとき、
環は側鎖に含まれておれば良いが、主鎖と直接結合して
おればさらに良い。また、電子吸引基としては、−F,−
C1,−Br,−I,−CN,−NO2,−CHO,−COOH,−COR,あるい
は−COOR(R:アルキル基)などが挙げらる。
以下にさらに具体的な実施例を説明する。
実施例1〜5 液晶配向膜の高分子として、p−クロロスチレンとス
チレンの重量比を変えたものを共重合させ合成した。高
分子の重合は、α,α′−アゾ ジ イソブチロニトリ
ルを重合開始剤として、ベンゼン溶媒中、窒素雰囲気下
で、8時間還流をおこない反応させた。
この高分子は、適当な溶剤に溶かした後、ITO電極の
付いた基板上に、乾燥後の配向膜の膜厚が1000Aとなる
ように、スピンコート法により塗布し、100℃で1時間
乾燥した。
次に、この基板上の配向膜をラビングし、その後、こ
のラビングした方向が互いに逆平行になるように、スペ
ーサ(20μm)を介して貼合わせ、注入口以外の部分を
シールした。次に液晶として、ネマチック液晶を素子内
に減圧下、常温で注入し、注入口を封止し、実施例1〜
5の液晶セルを作成した。
これらのセルを偏光顕微鏡により観察したところ、液
晶が均一に配向していることがわかった。
表1に、高分子配向膜として用いた共重合体における
p−クロロスチレンとスチレンの重量パーセント、及
び、それらの膜を使って液晶セルを作製したときのプレ
チルト角を示す。プレチルト角は、磁場中で液晶の電気
容量の変化を測定することによって決定した。
実施例6〜12 液晶配向膜として次のようにポリニトロスチレンを合
成した。
パウダー状にしたポリスチレン(分子量約35万)を−
10℃に冷却した発煙硝酸中で溶解させた。その後、反応
条件(温度、時間)の違いにより、ベンゼン環1個に対
し、置換基数の異なるニトロ基を導入した。ベンゼン環
に対するニトロ基の置換基数は、元素分析の結果によっ
て決定した。
以下のように作成した高分子を用いて、実施例1と同
様に配向膜を作成し、ネマチック液晶セルを作成した。
これらのセルを偏光顕微鏡により観察したところ、液
晶は均一に配向していることがわかった。
表2に、ベンゼン環に対するニトロ基の割合の異なる
ポリニトロスチレンの膜を使って液晶を配向させたとき
のプレチルト角を示す。
実施例13 実施例4で合成した、p−クロロスチレンとスチレン
の重量比が40:60の共重合体の高分子を同様に成膜し
た。この膜をラビングにより配向処理を行い、270°ね
じれのSTN素子を作成した。その後、液晶としてネマチ
ック液晶を素子内に減圧下、常温で注入した。
偏光顕微鏡による観察から、良好な配向が得られてお
り、良好な電圧−透過率特性が得られた。
実施例14 実施例9で合成した、ベンゼン環に対するニトロ基の
割合が1.0となった高分子を同様に成膜した。この膜を
ラビングにより配向処理を行い、270°ねじれのSTN素子
を作成した。その後、液晶としてネマチック液晶を素子
内に減圧下、常温で注入した。
偏光顕微鏡による観察から、良好な液晶表示素子が得
られており、良好な電圧−透過率特性が得られた。
実施例15 実施例13の高分子を同様に用い配向膜を作成した。
次に、このガラス基板上の配向膜をラビングし、上下
基板の配向膜のラビング方向が、互いに逆方向になるよ
うに、2.0μmのスペーサを介して貼合わせた。液晶と
しては次のような相転移変化する強誘電性液晶を素子内
に、減圧した、90℃(I相)で注入した。
I→Ch→SmA→SmC* この素子をSmC*相温度領域で偏光顕微鏡より観察した
ところ、欠陥のない均一配向の強誘電性液晶表示素子が
得られており、充分なコントラスト、メモリ性が得られ
た。
実施例16 実施例14の高分子を同様に用い配向膜を作成した。
次に、このガラス基板上の配向膜をラビングし、上下
基板の配向膜のラビング方向が、互いに逆方向になるよ
うに、2.0μmのスペーサを介して貼合わせた。液晶と
しては次のような相転移変化する強誘電性液晶を素子内
に、減圧下、90℃(I相)で注入した。
I→Ch→SmA→SmC* この素子をSmC*相温度領域で偏光顕微鏡より観察した
ところ、欠陥のない均一配向の強誘電性液晶表示素子が
得られており、充分なコントラスト、メモリ性が得られ
た。
比較例1 高分子配向膜として、ポリビニルアルコールを使い、
実施例1〜5と同様に液晶表示素子を作成した。
偏光顕微鏡により観察したところ良好な配向は得られ
ていたが、この素子のプレチルト角は基板面に対し、0
°程度であった。
比較例2 高分子配向膜として、ポリスチレンを使い、実施例1
〜5と同様に液晶表示素子を作成した。
偏光顕微鏡により観察したところ良好な配向は得られ
ていたが、この素子のプレチルト角は基板面に対し0°
程度であった。
比較例3 高分子配向膜として、ポリ(p−ヒドロキシスチレ
ン)を使い、実施例1〜5と同様に液晶表示素子を作成
した。
偏光顕微鏡により観察したところ良好な配向は得られ
ていたが、この素子のプレチルト角は基板面に対し0°
程度であった。
比較例4 高分子配向膜として、ポリビニルアルコールを使い、
実施例13と同様にSTN液晶表示素子を作成したが、電圧
−透過率特性にヒステリシス現象が見られた。
比較例5 高分子配向膜として、ポリスチレンを使い、実施例13
と同様にSTN液晶表示素子を作成したが、電圧−透過率
特性にヒステリシス現象が見られた。
比較例6 高分子配向膜として、ポリ(p−ヒドロキシスチレ
ン)を使い、実施例13と同様にSTN液晶表示素子を作成
したが、電圧−透過率特性にヒステリシス現象が見られ
た。
比較例7 高分子配向膜として、ポリビニルアルコールを使い、
実施例15と同様に強誘電性液晶表示素子を作成した。
偏光顕微鏡により観察を行なったところ、多くの欠陥
が観察された。
比較例8 高分子配向膜として、ポリスチレンを使い、実施例15
と同様に強誘電性液晶表示素子を作成した。
偏光顕微鏡により観察を行なったところ、多くの欠陥
が観察された。
比較例9 高分子配向膜として、ポリ(p−ヒドロキシスチレ
ン)を使い、実施例15と同様に強誘電性液晶表示素子を
作成した。
偏光顕微鏡により観察を行なったところ、多くの欠陥
が観察された。
発明の効果 本発明によれば、従来斜方蒸着法でのみ得られていた
大きなプレチルト角が、高分子膜をラビングするといっ
た簡単な操作で、容易にしかも安易に得られる。また、
STN液晶表示素子の場合にも、強誘電性液晶表示素子の
場合にも、液晶が適当なプレチルトを有するために良好
な配向が容易に得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 成広 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 松尾 嘉浩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−214341(JP,A) 特開 昭61−61131(JP,A) 特開 昭61−61130(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高分子の側鎖に環構造を持ち、その側鎖の
    環構造が主鎖骨格中の不飽和結合性を示さない炭素原子
    と結合しており、かつその環に電子吸引性の置換基を有
    する分子構造の高分子を含む液晶配向膜。
  2. 【請求項2】高分子側鎖の環構造として芳香族環、脂肪
    族環、複素環、または縮合環を有する請求項1記載の液
    晶配向膜。
  3. 【請求項3】電子吸引性の置換基が、−F,−C1,−Br,−
    I,−CN,−NO2,−CHO,−COOH,−COR,または−COOR(R:
    アルキル基)である請求項1記載の液晶配向膜。
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