JP2541806B2 - 液晶表示素子用配向膜の形成方法 - Google Patents

液晶表示素子用配向膜の形成方法

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JP2541806B2 JP62010182A JP1018287A JP2541806B2 JP 2541806 B2 JP2541806 B2 JP 2541806B2 JP 62010182 A JP62010182 A JP 62010182A JP 1018287 A JP1018287 A JP 1018287A JP 2541806 B2 JP2541806 B2 JP 2541806B2
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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、液晶表示素子の基板内面を形成する配向膜
に関する。
「従来の技術」 従来より、液晶表示素子の配向膜形成方法としては、
基板上に酸化珪素等の斜方蒸着膜を形成する方法、
有機シラン系化合物を浸漬等により塗布し熱処理を施し
て成膜した後ラビング処理する方法、あるいはポリア
ミック酸(ポリイミドの前駆体)をスピンナー、浸漬、
オフセット印刷等により塗布し熱処理を施して成膜した
後ラビング処理する方法等が知られている。
「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、これらの方法にはそれぞれ以下に述べ
るような欠点があった。
すなわち、の酸化珪素等の斜方蒸着膜は、液晶物質
の種類によって配向能に差があり、全く配向しないよう
な液晶物質も存在する。これは液晶の温度特性あるいは
電気光学特性を改善するために、各種の液晶を混合して
使用する場合に非常に大きな障害となっていた。又、バ
ッチ処理しかできず、しかも装置が大がかりなものとな
るため、量産には適していなかった。また、、の有
機シラン系化合物やポリアミック酸等を用いて膜を形成
し、ラビング処理する方法は、簡単で量産に適している
が、再現性の良好な膜を得ることが困難であり、安定し
た良好な配向性を得ることが難しかった。特に、近年注
目されているカイラルスメクティック液晶を用いた表面
安定化強誘電液晶セルにおいては、分子オーダーの微細
な配向制御が望まれているが、そのような用途において
は充分に目的を達成することが不可能であった。
「問題点を解決するための手段」 本発明の液晶表示素子用配向膜は、電極を設けた基板
上に形成された有機高分子化合物からなる第1の配向膜
と、前記第1の配向膜上に形成されたリオトロピック液
晶を形成する化合物の一層以上の単分子膜からなる第2
の配向膜とを有しており、前記基板に平行なある直交す
る方向において光学的異方性を有していることを特徴と
する。
本発明において、第1の配向膜の材料としては、例え
ばポリイミド、ナイロン、アクリル、ポリビニルアルコ
ール等が用いられる。これらの有機高分子化合物あるい
はその前駆体を有機溶媒に溶かすことにより配向剤を調
製する。この配向剤をスピンナー法、浸漬法、スクリー
ン印刷法などの各種手段で予め電極を形成した基板面に
塗布する。この場合、できるだけ均一な塗膜を形成する
ためには、特にスピンナー法が好ましい。こうして配向
剤を塗布した後、加熱処理して有機溶媒を飛散させ、有
機高分子化合物の前駆体を使用した場合には重合硬化さ
せて、第1の配向膜を形成することができる。加熱処理
温度は、使用する有機高分子化合物あるいはその前駆体
の種類によって異なるが、一般的には100〜300℃で150
〜250分程度が適当である。
次に、第2の配向膜の形成について述べると、リオト
ロピック液晶を形成する化合物としては、比較的長鎖の
分子で親水基と疎水基とを有する化合物が使用され、例
えばポリ−γ−ベンジル−L−グルタメートや12−ヒド
ロキシオクタデカノイック酸が用いられる。また、非水
系の有機溶媒としては、例えばベンゼンやクロロフォル
ム等が用いられる。
リオトロピック液晶を形成する化合物を非水系の有機
溶媒に溶かし、この溶液を清浄な水面上に滴下すると、
リオトロピック液晶を形成する化合物が水面上に分散し
た単分子膜が形成される。
そして、テフロンなどの仕切板で水面をこすりなが
ら、上記単分子膜の面積を縮小させ、リオトロピック液
晶を形成する化合物を凝集させると、リオトロピック液
晶が形成される。
この状態で、第1の配向膜を形成した基板を水面に対
して略垂直に浸漬しあるいは引き上げると、水面上に形
成された単分子膜が基板面に移しとられ、基板の第1の
配向膜の上にLB(Langmuir−Blodgett)膜と称される分
子が層状に整列した膜が形成される。この場合、基板の
浸漬、引上げを繰返すことにより、上記単分子膜がその
回数に応じて積層された多層膜を形成することができ
る。本発明において、上記単分子膜の積層数は、1層以
上であれば何層でもよい。
こうして、層状の分子組織を有する膜を基板及び電極
上に形成した後、基板を例えば50〜200℃(溶媒によっ
て異なる)にて加熱し、溶媒を飛散させることによっ
て、第2の配向膜を形成することができる。
なお、本発明において、上記単分子膜を多層膜に形成
する場合、その層構造は、−(疎水基−親水基)−(親
水基−疎水基)−(疎水基−親水基)−のような重なり
構造を有するいわゆるY膜であってもよく、−(疎水基
−親水基)−(疎水基−親水基)−(疎水基−親水基)
−のような重なり構造を有するいわゆるX膜であっても
よい。前者は、基板の浸漬、引上げの両方の際に単分子
膜が移しとられるようにすることで形成でき、後者は、
基板の浸漬、引上げのいずれかの際に単分子膜が移しと
られるようにすることで形成できる。
「作用」 本発明では、このように、電極を形成した基板面に、
従来と同様な方法により有機高分子からなる第1の配向
膜を形成し、その上にリオトロピック液晶を形成する化
合物のLB膜からなる第2の配向膜を形成する。第2の配
向膜は、基板の浸漬、引上げ方向と、それと直交する方
向とで光学的異方性を有しており、それによって液晶に
配向性をもたらすことができる。そして、第2の配向膜
は、1層以上のLB膜からなるので、分子オーダーでの配
向膜制御が可能であり、再現性のよい良好な配向性を得
ることが可能となる。
「実施例」 (実施例1) 無水ピロメリット酸とビス(4−アミノフェニル)エ
ーテルから常法によりポリアミック酸(ポリイミドの前
駆体)を調製する。次に、このポリアミック酸をジメチ
ルアセトアミドに溶解し、2%の溶液をつくる。そし
て、第1図に示すように、透明なガラス基板8上に、上
記溶液をスピンナーで2500rpmにて20秒間回転塗布した
後、300℃にて1時間熱処理してポリイミドからなる第
1の配向膜9を形成した。第1の配向膜9の厚さは、0.
8μmである。
次に、市販のLB膜作製装置FSD−20型(サンエス計測
(株)製)を用いて、上記第1の配向膜の上に、第2の
配向膜を形成した。
まず、リオトロピック液晶を形成する化合物としてポ
リ−γ−ベンジル−L−グルタメートを用い、この化合
物を非水溶媒としてのベンゼンに1wt%溶解させる。そ
して、この溶液を純水4の上に滴下して拡散する。第2
図は、その拡散状態を模式的に示した図であり、水面上
で拡散したポリ−γ−ベンジル−L−グルタメートの単
分子1は、疎水基2と親水基3とを有している。
次に、第3図に示すようにテフロン製の仕切板6を水
面に置き、矢印Aの方向に40mm/分の速度で移動させ、
単分子1の凝集化をおこなってリオトロピック液晶膜7
を形成する。このリオトロピック液晶膜7の形成に際
し、第4図に示すように仕切板6にかかる表面圧力P
は、リオトロピック液晶膜7の表面積Wが縮小するにつ
れて増大するが、表面圧力Pが急激に高まるところまで
仕切板6を移動する。すなわち、その時点で単分子1が
凝集して液体凝集膜が形成されるからである。ただし、
それ以上に仕切板6を移動させて表面積Wを縮小した場
合には、単分子の膜が破壊されるので、表面圧力Pが常
に一定になるように調整することが必要である。
その後、第5図に示すように、第1の配向膜9を形成
した基板8を、液面に垂直に浸漬して引き上げることに
より、基板8表面にリオトロピック液晶膜7を付着させ
る。この場合、基板8を3枚用意しておき、液面への浸
漬、引き上げという操作を1回行なったもの、2回行な
ったもの、10回行なったものの3種類を作製した。液面
への浸漬、引き上げを繰返した繰返した場合には、第6
図に示すように、単分子のリオトロピック液晶膜7が多
層に積層された多層膜10となる。この多層膜10は、−
(疎水基−親水基)−(親水基−疎水基)−(疎水基−
親水基)−のような重なり構造を有するいわゆるY膜と
なっている。なお、リオトロピック液晶膜7が基板8表
面に付着するに伴ない、仕切板6を徐々に第3図中矢印
A方向に移動させて、前述したように表面圧力Pを一定
に保つようにする。
このようにしてリオトロピック液晶膜7を付着させた
後、基板8を80℃で30分間乾燥し、非水溶媒(ベンゼ
ン)を蒸発させて、第7図に示すように、第2の配向膜
11を形成する。
こうして得られた基板8(浸漬、引き上げを1回行な
ったもの)に対し、偏光板をその偏光軸が基板8の浸
漬、引き上げ方向と平行な方向、および基板8の浸漬、
引き上げ方向と垂直な方向に配置して、それぞれ吸収ス
ペクトルを測定した結果を第8図に示す。図中aは偏光
板の偏光軸を基板の浸漬、引き上げ方向に対して平行に
配置した場合であり、bは偏光板の偏光軸を基板の浸
漬、引き上げ方向に対して垂直に配置した場合である。
この結果、ピーク波長での吸光度の比は約2.9と大き
く、基板上に形成された配向膜は配列に大きな異方性が
存在することがわかった。このことは、液晶配向膜とし
て優れた特性を有することを意味している。なお、第2
の配向膜の形成の際に浸漬、引き上げを2回行なったも
の、10回行なったものについても同様に吸収スペクトル
を測定したところ、上記と同じ結果が得られた。
なお、この実施例では、吸収スペクトルを測定するこ
とのみを目的としたため、基板面に電極を形成しないで
行なったが、電極を形成した後、上記の操作を行なって
も同様な配向膜が形成できることは勿論である。
(実施例2) ガラス基板8を2枚用い、これらの基板8に所定パタ
ーンの透明電極を形成した後、前記実施例1と同様にし
て第1の配向膜9および第2配向膜11をそれぞれ形成し
た。なお、第2の配向膜11は、基板8の浸漬、引き上げ
を10回繰返すことによって形成した。そして、それぞれ
の基板の光学的異方性の方向(すなわち基板の浸漬、引
き上げ方向)が互いに直交するように対向して配置し、
基板間隙を10μmにしてセルを形成した。このセル内
に、市販のビフェニル系液晶「GR−61」(商品名、チッ
ソ(株)製)100重量部にコレステリルノナノエート0.2
重量部を添加した液晶組成物を注入し、ツイストネマチ
ック型液晶表示素子を作製し、電圧を印加したところ、
コントラストに優れ、鮮明で良好な表示品位が得られ
た。
(実施例3) 実施例2と同様にして、予め所定パターンの電極を形
成した2枚のガラス基板8に、第1の配向膜9および第
2の配向膜10を形成した後、基板間隙を2μとし、配向
膜の異方性の方向がアンチパラレル(基板の引き上げ方
向が互いに平行でかつ正反対の方向)となるように基板
を対向配置してセルを構成する。そして、このセル内
に、p−n−decyloxy benzilidene−p′−amino(2
−methylbutyl)cinnamate(略称DOBAMBC)からなるカ
イラルスメクティックC液晶を注入し、表面安定化強誘
電液晶セルを作製した。この液晶表示素子に電圧を印加
したところ、コントラストが高く、鮮明で良好な表示品
位が得られた。また、温度90℃の環境下においても良好
な配向性を示し、安定した表示が得られた。
「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、電極を設けた
基板上に有機高分子化合物からなる第1の配向膜を形成
し、この第1の配向膜上にリオトロピック液晶を形成す
る化合物の一層以上の単分子膜からなる第2の配向膜を
形成し、基板に平行なある直交する方向において光学的
異方性を有するようにしたので、分子オーダーでの配向
膜制御が可能となり、良好な特性を有する配向膜を再現
性よく形成することが可能となり、その結果、コントラ
ストが高く鮮明で良好な表示品位を有する液晶表示素子
を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例において基板上に第1の配向膜
を形成した状態を示す断面図、第2図は同実施例におい
て水面に単分子膜を拡散させた状態を示す概念図、第3
図は同実施例においてリオトロピック液晶膜の形成を示
す概念図、第4図はその工程におけるリオトロピック液
晶膜の表面圧力と表面積との関係を示す平面図、第5図
は同実施例において基板浸漬によりリオトロピック液晶
膜を付着させた状態を示す概念図、第6図は同実施例に
おいてリオトロピック液晶膜を多層にした状態を示す概
念図、第7図は同実施例によって形成された第1および
第2の配向膜を示す断面図、第8図は同実施例により配
向膜を形成した基板の吸収スペクトルを示すグラフであ
る。 1……単分子、2……疎水基、3……親水基、4……
水、5……容器、6……仕切板、7……リオトロピック
液晶、8……基板、9……第1の配向膜、11……第2の
配向膜

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極を設けた基板上に形成された有機高分
    子化合物からなる第1の配向膜と、前記第1の配向膜上
    に形成されたリオトロピック液晶を形成する化合物の一
    層以上の単分子膜からなる第2の配向膜とを有してお
    り、前記基板に平行なある直交する方向において光学的
    異方性を有していることを特徴とする液晶表示素子用配
    向膜。
  2. 【請求項2】前記第1の配向膜が、ポリイミドからなる
    特許請求の範囲第1項記載の液晶表示素子用配向膜。
  3. 【請求項3】前記第2の配向膜が、ポリγ−ベンジル−
    L−グルタメートまたは12−ヒドロキシオクタデカノイ
    ック酸の一層以上の単分子膜からなる特許請求の範囲第
    1項または第2項記載の液晶表示素子用配向膜。
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