JP2879082B2 - 液晶素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は強誘電性液晶を用いた液晶素子に関し、特に
表示素子、光シャッター、プリンターヘッド、ライトバ
ルブ、光メモリーなどに好ましく使用される液晶素子に
関するものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

液晶素子は消費電力が極めて小さく、しかも軽量であ
ることから、時計、電卓、計測器の表示部、プリンター
ヘッド、自動車用パネル、ワープロ表示部、テレビなど
数々の分野で利用されている。従来の液晶素子において
はネマチック液晶を用いたものが主流を占めているが、
このタイプの素子では、応答速度が遅いことと、表示素
子として用いた場合は表示容量を大きくできないことか
ら、現在では高速応答性を持ち、しかもメモリー性を持
つために大容量表示の可能な強誘電性液晶素子の研究、
開発が盛んに行われている。

強誘電性液晶はネマティック液晶に比べて、均一に配
向させるのが困難で、様々な配向処理方法が研究、開発
され続けている。種々の配向処理方法の中でも、ポリイ
ミド系樹脂などの有機高分子物質の溶液を基板に塗布
し、溶剤を蒸発させて成膜し、これにラビング処理を施
して配向膜とする方法は、生産性、信頼性に優れた方法
である。ところが、一般に高分子物質は溶剤に溶けにく
いものが多く、溶剤に溶けやすいものがあったとして
も、その多くは液晶と長時間接することにより、液晶の
配向に悪影響を及ぼす場合が多い。従って、この方法を
用いる場合、使用可能な高分子物質は著しく限定され
る。また溶剤の組成も著しく限定される結果、高分子物
質の溶液を基板に塗布するときに、部分的なはじきなど
を完全に防ぐのは困難となる。

一方、従来最も多く行われている方法では、ポリイミ
ド系樹脂などの前駆体の溶液（例えばポリアミック酸な
ど）を基板に塗布し加熱によって溶剤を蒸発させるとと
もにイミド化を行わせて成膜し、これにラビング処理を
施して配向膜とする。この方法では、使用可能な前駆体
の種類が増加し、溶剤の組成の自由度を増すため、塗れ
ムラやはじき防ぐのは容易で、イミド化後の耐液晶性も
優れたものが得られやすい。しかし、イミド化には約20
0℃以上の高温が必要なため、加熱により特性が変化す
るようなTFT素子、MIM素子、カラーフィルター、プラス
チック基板などを用いている場合は適用できず、しかも
コスト高となる。

本発明はこのような従来技術の問題点を解決し、セル
全体にわたって均一な配向が得られ、高品質かつ高速応
答性の液晶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〕

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた
結果、各々一長一短の特性を持つ上述の溶剤可溶型のポ
リイミド系樹脂とポリイミド系樹脂前駆物質の両者を併
用することにより、溶剤可溶型のポリイミド系樹脂の部
分的なはじきやはがれが生じても強誘電性液晶をセル全
体にわたって一様に配向できることを見い出し、本発明
を完成するに至った。

すなわち、本発明によれば、対向する一対の基板間に
強誘電性液晶が狭持され、該基板の各々の表面に該強誘
電性液晶分子を配向させるための有機高分子からなる配
向膜を有する液晶素子において、該配向膜の一方は、溶
剤可溶型のポリイミド系樹脂の溶液を該基板に塗布した
後に溶剤を蒸発させることによって成膜されたものであ
り、かつ該配向膜のもう一方は、ポリイミド系樹脂の前
駆物質の溶液を該基板に塗布した後に加熱により溶剤を
蒸発させるとともにイミド化を起こさせて成膜されたも
のであることを特徴とする液晶素子が提供される。

このように本発明の構成では、強誘電性液晶素子にお
いて、上下基板上の配向膜を異なった材料から成膜して
おり、一方は溶剤可溶型のポリイミド系樹脂の溶液を基
板に塗布し溶剤を蒸発させることにより、他方はポリイ
ミド系樹脂の前駆物質の溶液を基板に塗布した後、加熱
によって溶媒を蒸発させると共に前駆物質のイミド化を
行わせてそれぞれ配向膜を得るようにしている。

一般に、溶剤可溶型のポリイミド系樹脂溶液の塗れム
ラやはじきのために上下基板の両方に配向膜の形成され
ない部分ができ、配向膜のない部分どうしで挾持された
液晶部分は配向欠陥ができやすく、上下基板に配向膜の
ある部分とは異なった配向となってしまう。

ところが、本発明のように、一方の配向膜をポリイミ
ド系樹脂の前駆物質溶液から成膜すると、基板上に塗れ
ムラやはじきが生じないために少なくともその基板の方
は基板全体に配向膜が形成される。この場合、もう一方
の基板上に部分的に配向膜の形成されない部分があって
も、他方の基板上に全体にわたって形成された配向膜が
あるので、その部分の強誘電性液晶は上下両基板に配向
膜のある部分と同じ配向状態となるため液晶セル全体に
わたって均一な配向が得られる。

以下本発明を図面に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明の一構成例の液晶素子の構成を示す断
面図である。この液晶素子は、上下基板11,21の表面に
それぞれ透明電極12,22及び配向膜13,23を形成し、これ
ら一対の基板を電極側を内側にして離間、対向配置させ
て周辺部をシール材14でシールし、その内部に強誘電性
液晶を封入して液晶層15を形成することにより液晶セル
16を構成し、該液晶セル16の両側に各々偏光板17,27を
配設したものである。そして基板21側の配向膜23は溶剤
可溶型のポリイミド系樹脂溶液を塗布した後、乾燥する
ことにより成膜されている。一方、基板11側の配向膜13
はポリイミド系樹脂の前記物質の溶液を塗布した後、加
熱によって溶媒を蒸発させると共に前記物質のイミド化
を行わせて成膜されている。

本構成例において、溶剤可溶型のポリイミド系樹脂の
配向膜23として成膜する基板21は、高温処理を必要とし
ないので、溶剤に耐えるものであればよく、ガラスの他
に、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリカーボネートなどのプラスチック類も使用で
きる。一方、ポリイミド系樹脂の前駆物質の溶液を塗布
し、加熱してイミド化を行わせて成膜する方の基板11
は、イミド化のための高温処理に耐えるものである必要
があるため、ガラスが好ましく使用される。

本発明において一方の配向膜の成膜に使用される溶剤
可溶型のポリイミド系樹脂としては、ポリイミド、ポリ
イミドアミド、ポリエーテルアミド、ポリエステルアミ
ド、ポリエーテルエステルアミド、ポリヒドラジドイミ
ド、ポリイミドシロキサンなどが挙げられ、代表例の構
造式を以下例示する。

また、下記の化合物の混合溶液の加熱によって生成さ
れる樹脂も使用可能である。

以下例示したものは典型例であり、これに限定される
ものではない。

一方、本発明において他方の配向膜の成膜に使用され
るポリイミド系樹脂の前駆物質としては、テトラカルボ
ン酸二無水物とジアミン化合物やジヒドラジド化合物か
ら生成されるポリアミド酸、ポリヒドラジド酸、ポリヒ
ドラジト酸アミド、ポリヒドラジド酸シロキサン、ポリ
アミド酸シロキサン、ポリヒドラジド酸シロキサン、ア
ミド酸シロキサンなどが挙げられる。また、溶剤として
は、Ｎ−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、ジメ
チルフォルムアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、N,N−
ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ブチルセ
ロソルブ、エチルセロソルブなどの他、フェノール系溶
剤、ハロゲン化アルコール系溶剤、ハロゲン化アルキル
系溶剤などが高分子物質をよく溶かすので好ましく使用
される。

ここで対比例の液晶素子の構成を第２図に示し、これ
と対比しながら本発明による上記構成例の液晶素子の利
点について述べる。第２図において第１図と同様な要素
には同じ符号が付してあり、第１図の構成例と相違する
点は、基板11側の配向膜13′も溶剤可溶型のポリイミド
系樹脂溶液を用いて配向膜23成膜と同様な方法で成膜さ
れていることである。なお、第１図及び第２図の30,35
は配向膜の形成されなかった部分を示す。

前述のように、可溶型のポリイミド系樹脂溶液は基板
21に対するぬれ性が充分でないことが多く、特に透明電
極22のない部分などではじかれ、配向膜の形成されない
部分30,35が生じやすい。強誘電性液晶の配向膜として
は100〜700Åぐらいの薄いものが配向性とメモリー性の
両方の点から望ましいが、この場合、ポリイミド系樹脂
溶液の濃度は約２％以下としなければならず、配向膜の
形成されない部分がさらに発生しやすくなる。ところ
が、第１図の構成例では、もう一方の基板11表面には、
ポリイミド系樹脂の前駆物質の溶液を用いて基板表面全
体に配向膜13が形成されているので、30の部分でも強誘
電性液晶の配向状態は図示の如く他の部分と同じにな
る。

これに対し、第２図の対比例の場合、両方の配向膜1
3,23を溶剤可溶型のポリアミド系樹脂溶液を用いて成膜
しているため、30の他に35で示した部分にも配向膜が形
成されない部分ができことがあり、この場合、30と35で
挾まれた液晶部分は両基板側の配向膜がないために、そ
の部分の強誘電性液晶の配向状態がその他の部分とは異
なった配向状態となって均一な配向が得られなくなって
しまう。

以上本発明を一構成例に基づき説明してきたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、種々の変形、変更
が可能である。例えば、上記構成例では複屈折モードの
液晶素子とし、上下基板11,21の両方の外側にそれぞれ
偏光板17,27を配設したが、液晶層16が二色性色素を含
む強誘電性液晶からなるときは、偏光板は一方のみでよ
い。

［実施例］ 次に実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明する
が、本発明はここに例示の実施例に限定されるものでは
ない。

（実施例１） 片側の基板を透明導電膜付きのポリエーテルサルフォ
ン（PES）とし、その表面に導電膜をパターニングし、
透明電極を形成した。次に、γ−ブチロラクトンを主剤
とする溶剤で可溶性ポリイミドJIA（日本合成ゴム社
製）を２％に希釈し、前記基板上にスピンコートし（30
00回転／分）、120℃のオーブンで１時間乾燥させて配
向膜を成膜した後、ラビングを施した。もう一方の基板
としては透明導電膜付きのガラスを用い、導電膜をパタ
ーニングして透明電極を形成した後、ポリイミド系樹脂
の前駆物質を主成分とする1wt％のSE−150（日産化学社
製）をスピンコートし（2000回転／分）、80℃で15分間
乾燥させ、その後250℃で１時間加熱して配向膜を成膜
した。このガラス基板上に成膜した配向膜も同様にラビ
ングを施し、その後PES基板とガラス基板のラビング方
向が平行となるように両基板を貼りあわせ、両基板間に
チッソ社製の強誘電性液晶CS−1024を封入し、液晶セル
を作製した。なお、セルギャップは、平均粒径が2.1μ
ｍのプラスチックビーズにより、2.0μｍに保持した。

以上のようにして作製した液晶セルについてクロスニ
コル下での偏光顕微鏡観察を行ったところ、セル全体に
わたって１つのドメインが形成されており、みかけの分
子長軸方向はラビング方向から７〜８゜だけ異っている
ことが確認された。また、基板を貼りあわせる前の微分
干渉型顕微鏡による観察では、PES基板上の配向膜は、
透明電極のない部分や基板の外周付近で部分的に形成さ
れていないかもしくははがれているところがみられた
が、液晶の配向には悪影響を及ぼさないことがわかっ
た。

（実施例２） 片側の透明電極付きガラス基板に、日産化学社製の可
溶型ポリイミドRN−725を２％に希釈した溶液をスピン
コートし（3000回転／分）、120℃のオーブンで１時間
乾燥させて配向膜を成膜した後、その表面をラビングし
た。もう一方の透明電極付きガラス基板には、日立化成
社製のポリイミド系樹脂の前駆物質LQ5200を１％に希釈
した溶液をスピンコートし（2000回転／分）、100℃の
オーブンで30分間乾燥させた後、250℃で１時間加熱さ
せ、配向膜を成膜した。LQ5200から成膜した配向膜につ
いてもラビングを施し、実施例１と同様に基板の貼りあ
わせを行って空セルを作り、メルク社製の強誘電性液晶
ZLI−4237−000を封入して液晶セルを作製したところ、
実施例１と同様、均一な配向が得られた。

（実施例３） 片側のポリエチレンテレフタレート基板に、電極パタ
ーンとカラー表示用のフィルターを形成した後、日本合
成ゴム社製の可溶型ポリイミドJIBを１％に希釈した溶
液を塗布し、100℃のオーブンで１時間乾燥させて配向
膜を成膜した。もう一方のガラスの基板には、日産化学
社製のポリイミド前駆体RN−305を１％に希釈して塗布
し、100℃のオーブンで15分間乾燥後、さらに250℃のオ
ーブンで１時間加熱して配向膜を成膜した。そして両基
板の配向膜にラビングを施し、実施例１と同様に空セル
を作り、その内部にチッソ社製の強誘電性液晶CS−1026
を封入して液晶セルを作製したところ、実施例１と同
様、均一な配向が得られた。

〔発明の効果〕

溶剤可溶型のポリイミド系樹脂を基板に塗布して配向
膜を成膜する場合、溶液のはじきなどのために配向膜が
成膜されない部分が生じやすいが、本発明によれば、片
側の基板上にはポリイミド系樹脂の前駆物質の溶液から
基板全体にもれなく配向膜が成膜されているため、溶剤
可溶型のポリイミド系樹脂が成膜されなかった部分も、
他の部分と同様の配向となり、セル全体にわたって均一
な配向が得らるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一構成例の液晶素子の構成を示す断面
図、第２図は対比例の液晶素子の構成を示す断面図であ
る。 11,21……基板 12,22……透明電極 12,23……配向膜 15……液晶層 17,27……偏光板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1337

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する一対の基板間に強誘電性液晶が狭
   持され、該基板の各々の表面に該強誘電性液晶分子を配
   向させるための有機高分子からなる配向膜を有する液晶
   素子において、該配向膜の一方は、溶剤可溶型のポリイ
   ミド系樹脂の溶液を該基板に塗布した後に溶剤を蒸発さ
   せることによって成膜されたものであり、かつ該配向膜
   のもう一方は、ポリイミド系樹脂の前駆物質の溶液を該
   基板に塗布した後に加熱により溶剤を蒸発させるととも
   にイミド化を起こさせて成膜されたものであることを特
   徴とする液晶素子。