JP2585804B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高度な液晶配向能力を有する配向膜を担持
した液晶表示素子に関し、特にその配向膜自身が高度な
配向を示す液晶高分子を用いた、高コントラスト、高品
位な液晶表示素子に関する。

〔従来の技術〕

従来の液晶配向膜は、ポリイミド、ポリビニルアルコ
ール、ポリアミド等の高分子の薄膜を、スピンコート、
印刷法、ディッピング法等で形成し、硬化させた後、布
等で一方向にラビングすることで得られ、該液晶配向膜
により液晶分子を一方向に配列させていた。この現象に
ついては、ラビングにより高分子鎖の一軸方向への延伸
がミクロな高分子鎖の配列状態を形成し、液晶分子をそ
の方向に並べるのであるという説明がなされている。事
実、ラングミュア・ブロジェット膜による液晶分子の配
列実験によれば、液晶分子は均一な配列を示したとの報
告がなされている（1989年第14回液晶討論会3B113）。

また、特開昭61−42618号公報には、液晶高分子を磁
場によって配向させ配向膜として用いた液晶表示素子の
例がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、高分子の薄膜をラビングする方法は、
静電気が多量に発生するため大面積の液晶表示素子にお
いて用いられるTFT（薄膜トランジスタ）の機能を損ね
るという不都合があるため大面積表示には向かないとい
う欠点がある。また、ラングミュア・ブロジェット法
（LB法）による膜形成法も最近盛んに研究されている
が、工業化には装置及び量産性等で大きな問題をかか
え、実現の可能性は低い。

また、磁場によって液晶高分子を配向させる方法もLB
法と同様に工業化に適していない。何故なら液晶分子を
平行に配向させるためには液晶高分子もガラス面に対し
て平行に配向しなければならないが、大面積表示のため
にガラス基板が大きくなると非常に強力な磁場を必要と
し、現在の磁石では達成不能だからである。

本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてなされた
ものであって、安定で高度に配向した液晶高分子配向膜
を有する高コントラストで高品位な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〕

上記目的を達成するため、本発明によれば、内面に透
明電極及び配向膜が順次形成された一対の基板間に液晶
層を挟持してなる液晶表示素子において、少なくとも一
方の配向膜が液晶高分子膜からなり、該液晶高分子膜
は、基板の一端に液晶高分子の配向の核となる処理層を
設け、液晶高分子が塗布された基板を該液晶高分子の等
方性液体温度からある一定の温度勾配をもって冷却する
ことにより形成されたものであることを特徴とする液晶
表示素子が提供される。

また、本発明によれば、内面に透明電極及び配向膜が
順次形成された一対の基板間に液晶層を挟持してなる液
晶表示素子において、少なくとも一方の配向膜が液晶高
分子膜からなり、該液晶高分子膜は、液晶温度に加熱し
た液晶高分子を一定方向に流動させた後、冷却すること
により形成されたものであることを特徴とする液晶表示
素子が提供される。

すなわち、本発明は、液晶表示素子を構成する一対の
基板の少なくとも一方の基板の透明電極を含む面上に形
成する配向膜に、配向膜材として液晶高分子を用いると
ともに、温度勾配をつけた冷却、あるいは流動といった
現象を利用することにより、従来のラビング法を用いな
くても高度な配向を付与したことを特徴とするものであ
る。

本発明の液晶表示素子は、基本的に、一方の面に透明
電極及び配向膜が形成された一対の基板を電極面が対向
するように離間配置し、周囲にスペーサーを介して両基
板を貼り合わせ、その内部に液晶を封入して構成され、
かつ、上記配向膜の少なくとも一方に上述したような手
法により高度な配向が付与されたものである。

本発明の配向膜に用いられる液晶高分子材料として
は、サーモトロピック液晶高分子が使用され、高温でネ
マチック相を示すサーモトロピック液晶高分子が特に好
ましく使用される。

温度勾配をつけて冷却することにより液晶高分子の配
向が固定化された配向膜は、具体的には以下のようにし
て配向処理がなされる。

先ず、前もってガラス基板に液晶高分子の希薄溶液を
従来公知の塗布方法、たとえばスピンコート法、ロール
コート法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法、ある
いはディップコート法で塗布し溶媒を乾燥させることに
より液晶高分子の薄膜を得る。そして、液晶高分子膜を
塗布形成した基板を、最高温度がその液晶高分子の液晶
−等方性液体転移温度より数度高めになるように、か
つ、最低温度がガラス転移温度以下となるようにセット
した温度勾配型ホットプレート上に設置し、ゆっくりと
一定方向に引っぱることにより配向させるが、本発明で
は、この際、基板の一端に液晶高分子の配向の核となる
処理層を設ける。この処理層は、具体的には、液晶高分
子の希薄溶液塗布前の基板の末端にラビング処理を施す
ことにより、あるいは鋭利な刃物でカットした（端面が
切断面となる）フィルムを最初に加温される側の基板末
端に設置することにより形成される。このような処理層
を設けることにより、一定方向に良好な配向を有する配
向膜を得ることができ、基板が大型化した場合でも高度
な配向を有する配向膜を容易に得ることが可能となる。

次に、流動を利用して液晶高分子の配向を固定して配
向膜を形成する方法について述べる。

ここで流動とは、液晶温度下において、（１）液晶高
分子が塗布された基板を傾斜（垂直を含む）させるこ
と、（２）空気などを液晶高分子に吹き付けて液晶に流
れを引き起こさせること、あるいは（３）先端が薄くな
った口から一定の圧力で液晶高分子を基板に射出させる
ことにより液晶高分子に流れを引き起こすことである。

これらについて詳しく述べると、先ず、低分子のネマ
チック液晶を傾斜させたガラス基板上で重力に従って流
すと、その流れの方向に配向することが知られている。
そこでこれと同様に、液晶高分子を塗布した基板を液晶
温度に加熱して傾斜させるかあるいは垂直にすると重力
の影響で液晶高分子が流れ、基板をそのまま冷却すると
高度に配向した配向膜が得られる（上記（ｉ）を利
用）。

また、基板の透明電極を含む面に塗布され液晶温度ま
で加熱した液晶高分子に空気等の気体を吹付けた後、冷
却させても、基板上にて液晶高分子の流れが生じ、上記
と同様、高度に配向した配向膜が得られる（上記（ii）
を利用）。

また、基板上にて液晶温度まで加熱した液晶高分子の
上に柔軟フィルムをのせてスライドさせた後、冷却させ
ても、上記と同様、高度に配向した配向膜が得られる
（上記（iii）を利用）。

さらに、液晶高分子の射出成形技術を利用して配向膜
を得ることも可能である。液晶高分子をその液晶温度に
加熱すると粘性が低くなり、その温度で射出すると射出
方向に高い配向性をもった高分子が得られることが知ら
れている。そこで射出装置の射出口を薄く平らに加工し
て、ガラス基板上に液晶高分子を射出させると、射出方
向に高度に配向した配向膜が得られる（上記（iv）を利
用）。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によれば、後述の
実施例でも明らかなように、従来のラビング法を用いな
いで形成された、高度に配向した配向膜を有し、またプ
ロセス上も簡単な若しくは従来の装置を若干変更するだ
けで該配向膜を得ることができるので、高コントラスト
で高品位な液晶表示素子が実現できる上、工業的にも非
常に有利である。さらに、本発明の配向膜は基板の大き
さに制約されることなく良好な配向能力を有するので、
基板の大きさが自由に選択でき、大型表示に対応可能と
なる。

［実施例］ 以下本発明につき実施例をあげて具体的に記述する
が、本発明はここに例示の実施例のみに限定されるもの
ではない。

実施例１ 配向膜用高分子として次式の繰り返し単位を有する液
晶高分子（重合度約50）を用いた。

この高分子は147〜177℃でネマチック液晶相を示す。
この高分子の1.5wt％Ｎ−メチルピロリドン溶液を調整
し、スピンコート法で透明電極（ITO）を有するガラス
基板の該電極を含む面の上に塗布した後、200℃で１時
間乾燥した。次に、この基板の一端に20μｍ厚のマイラ
ーのフィルムを鋭い刃物で帯状に切ったフィルム片（こ
の切断面は高い液晶分子配向能を有している）を貼りつ
け、配向の核とした。その後、この基板を最高温度が19
0℃、最低温度が100℃に設定された温度勾配型ホットプ
レート上に高温側にフィルム片が来るように設置し、基
板を一定方向にスライドさせた。スライドさせる方向
は、第１図の矢印方向とした。スライド速度は、1cm/mi
nでホットプレートの長さは30cmであった。以上の配向
膜の処理の様子を第１図に示す。図中１は基板、２は透
明電極、３は液晶高分子、４はマイラーフィルム片、５
は温度勾配型ホットプレートである。

このようにして得た基板２枚を、その処理方向が反平
行（anti−parallel）になるように、スペーサを介して
重ね合せ、その後ネマチック液晶を注入して液晶セルを
得た。この液晶セルをクロスニコル下で観察したところ
良好な配向を示した。

実施例２ 配向膜用高分子として次式の繰り返し単位を有する液
晶高分子（重合度30）を使用した。

この高分子は35〜130℃で液晶相を示す。この高分子
を射出成形機のシリンダーに入れ、射出ノズル口にて液
晶温度となるように調製し、10⁴cm/secの高速剪断で射
出させた。このとき射出口の近くに透明電極（ITO）を
一方の面に有するガラス基板を設置し、一定方向に基板
を引っぱることにより配向した高分子膜を基板の上記電
極を含む面上に得た。このようにして得た基板２枚を、
その処理方向が互いに直交するようにスペーサーを介し
て重ね合せ、その後、0.1wt％のコレステリックノナネ
ートを添加してあるネマチック液晶を基板間に注入し、
液晶セルを得た。この液晶セルの配向を偏光顕微鏡クロ
スニコル下で観察したところ、ネマチック液晶が一定方
向に配向しているのが観察された。また、基板間に50Vo
pの矩形波を印加したとき、良好なコントラストを得る
ことができた。

実施例３ 実施例２で用いたと同じ液晶高分子の1.5wt％Ｎ−メ
チルピロリドン溶液を調整し、スピンコート法で一方の
面に透明電極（ITO）を有するガラス基板の上記電極を
含む面の上に塗布した後、200℃で１時間乾燥させた。
その後、基板を垂直に設置し、170℃で２時間加熱させ
た後、冷却することにより配向膜の固定化を行った。こ
のようにして処理した基板２枚を、流れの方向が反平行
となるようにして実施例１と同様の方法で貼り合せ、内
部に液晶を注入して液晶セルを作製したところ、良好な
ネマチック液晶の配向を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１における配向膜の固定化方法
を示す概略図である。 １……基板 ２……透明電極 ３……液晶高分子 ４……マイラーフィルム片 ５……温度勾配型ホットプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス・ロルフ デュバル ドイツ連邦共和国 6240 ケーニッヒシ ュタイン ホイホルベーク ６ (56)参考文献 特開 昭62−7023（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−114824（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−49518（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内面に透明電極及び配向膜が順次形成され
   た一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示素子に
   おいて、少なくとも一方の配向膜が液晶高分子膜からな
   り、該液晶高分子膜は、基板の一端に液晶高分子の配向
   の核となる処理層を設け、液晶高分子が塗布された基板
   を該液晶高分子の等方性液体温度からある一定の温度勾
   配をもって冷却することにより形成されたものであるこ
   とを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】内面に透明電極及び配向膜が順次形成され
   た一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示素子に
   おいて、少なくとも一方の配向膜が液晶高分子膜からな
   り、該液晶高分子膜は、液晶温度に加熱した液晶高分子
   を一定方向に流動させた後、冷却することにより形成さ
   れたものであることを特徴とする液晶表示素子。