JP2963951B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JP2963951B2 JP6791391A JP6791391A JP2963951B2 JP 2963951 B2 JP2963951 B2 JP 2963951B2 JP 6791391 A JP6791391 A JP 6791391A JP 6791391 A JP6791391 A JP 6791391A JP 2963951 B2 JP2963951 B2 JP 2963951B2
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本 睦 良 松
中 秀 明 田
塚 孝 寿 赤
山 二 郎 外
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新規な液晶表示素子、特
に導電性又は半導電性有機薄膜、更に詳しくは累積多層
膜として固体基板上に積層された液晶配向機能を有する
導電性又は半導電性有機薄膜を具備した液晶表示素子に
関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示素子は、2枚のITO(酸化イ
ンジウムスズ)ガラスなどの透明導電性ガラス基板のす
き間に液晶を注入することによって得られる。注入した
液晶分子は必要な光学特性を発揮するために電極間で一
定方向に配向する必要がある。このような液晶の均一な
配向は、基板の表面に配向膜とよばれる薄膜を設けるこ
とによって得られる。
【0003】この膜の作製方法としては、有機薄膜の場
合、スピンコート法や転写法によって塗布されたポリイ
ミド高分子膜の表面をナイロンなどの布でこする(ラビ
ング)ことによって得られるポリイミドラビング法が一
般的である。無機薄膜の場合には、SiO2 を斜方蒸着
によって透明導電ガラス基板表面にある角度をもたせる
ように形成することが一般的である。現在は、配向機
能、効率の面からポリイミド膜ラビング法が多用されて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ラビング
法では、ゴミの発生、膜の破れ、及びアクティブマトリ
クス駆動用の薄膜トランジスタ(TFT)等のスイッチ
ング素子等の静電破壊等の問題が生じる。また、配向膜
が誘電体であることから電圧印加時に蓄積される電荷の
放出が問題となっており、このため、可溶性ポリイミド
に適当な電子キャリヤ媒体を導入するアイデアもあるこ
とが、日経BP社 電子グループ編「フラットパネルデ
ィスプレイ1990」181〜185頁に開示されてい
る。
【0005】本発明は、このような従来のラビング法に
より生ずる問題、電圧印加時に蓄積される電荷の放出の
問題を解決し、液晶の配向膜としての配向機能と、導電
性又は半導電性機能の両者を兼ね備えた有機薄膜を備え
た液晶表示素子を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため種々検討を重ねた結果、芳香族環を含む有機分子に
ついてLB法(ラングミュア・ブロジェット法)を用い
て作製された薄膜を熱処理して熱分解重合することによ
って得られる導電性又は半導電性有機薄膜が液晶配向機
能を有していることを発見し、本発明に至ったものであ
る。
【0007】従って、本発明は、芳香族環を含む有機分
子についてLB法を用いて作製された薄膜を熱処理して
熱分解重合することによつてえられる液晶配向機能を有
する導電性又は半導電性有機薄膜を具備した液晶表示素
子を提供しようとするものである。
【0008】発明の具体的説明 本発明について以下に詳細に説明する。本発明において
用いられる有機分子は芳香族環を有するものであり、ポ
リイミド、ポリパラフェニレンビニレン等があげられ、
その中ではポリイミドが望ましい。このポリイミドの分
子式の1例を示せば次の化1のとおりである。
【0009】
【化1】 この有機分子の薄膜を通常LB法によって基板上に作製
する。ここでLB法というのは、累積膜をつくる方法の
一つで、水面上に展開した単分子膜を固体基板に繰返し
て転移させて累積多層膜(ラングミュア・ブロジェット
膜、LB膜)を製造する方法である。このLB法によれ
ばポリイミドの場合4オングストロームの如き超薄膜を
つくることができその場合良好な透明電極ができて有効
であるが、本発明ではこのような超薄膜に限られること
なく通常この方法でえられる任意の厚さのものも含まれ
る。
【0010】基板としては単にLB法のみに用いるとき
はスライドガラス、アルミニウム蒸着板も用いることが
できるが、本発明では後の熱処理にも耐えられる石英ガ
ラス板、シリコンウェハ、雲母等を用いるのが好まし
い。基板上には操作を繰返すことによって1層から10
0層又はそれ以上の累積された薄膜からなる積層体を形
成することができる。本発明ではかかる薄膜は1層でも
よく多数層でもよくその数は任意である。
【0011】このようにして得られた芳香族環を有する
有機分子の有機薄膜を熱処理して有機分子を熱分解重合
する。その際の温度、時間等の条件は熱分解重合を起さ
せるに必要な程度に定められ、ポリイミドの場合は60
0℃又はそれ以上の温度、約1000℃の温度に加熱す
る。時間は薄膜層の数又は厚みによって異なるが約60
分間で十分である。
【0012】この熱処理は高真空中(1×10−5torr
前後)又は窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気内で行
なわれる。このように上記有機分子を熱分解重合してパ
イロポリマー化する。
【0013】このようにして得られた有機薄膜は以下の
表1のような導電率を有しており熱処理前と比べて格段
と高く、かつ安定性に優れた電極材料である。 表1 熱分解重合 600 650 700 800 1000 温度(℃) 導電率(s/cm) 7.2 4.6 1.8 4.3 11.9 (平均) ×10-9 ×10-4 ×10-1
【0014】更に、LB膜は、水面上から基板に累積す
る際に、基板の移動に沿った流線に従い配向している。
即ち、基板の移動方向にLB膜分子が配向しており、こ
の配向方向に液晶分子も配向することが、「ポリマープ
レプリンツ、ジャパン(Polymer Preprints,Japan)」3
9巻No.3(1990)667頁に開示されており、本
発明においてもこのことを利用する。そして、このLB
膜の配向性能はパイロポリマー化後も維持される。
【0015】本パイロポリマー膜はITO上に形成され
てもよいし、ITOを形成していない透明基板上に直接
形成してもよい。しかし、導電率が低い場合、ITOの
ない基板上に形成させると、膜厚を厚くすることによっ
て電導度を高くする必要があるために黒っぽくなり、あ
まり好ましくない。従って、用途によってはパイロポリ
マーの導電率を数千s/cm以上にさらに向上させる必要
があろう。
【0016】本発明の液晶表示素子は、上記のようにし
て得られたLB膜を液晶配向膜として用いてなるもので
ある。この液晶表示素子の構造は特に制限されないが、
その一例としての液晶表示セルの構造の概略を示すと、
図1に示すようなものである。図1において、液晶表示
セルは、ガラス基板1上に順次透明電極2、液晶配向膜
3の積層された2枚のLB膜累積基板4,4を、その浸
漬方向が互いに直交するように対向させ、スペーサ5を
介して液晶セル6を形成し、そのセル中には液晶7が注
入され、両電極2,2間を通電できるようにした構造の
ものである。
【0017】
【実施例】以下実施例により本発明を更に詳しく説明す
る。
【0018】実施例1 ポリイミドの累積多層膜を「電気学会論文誌」106
巻、9号(昭61)435〜441頁に教示されたとこ
ろに従って作製した。
【0019】先ずピロメリット酸二無水物(PMDA)
と4,4′‐ジアミノジフェニルエーテル(DDE)を
N,N‐ジメチルアセトアミド(DMAC)中で重合し
てポリアミド酸(PAA)を合成する。このポリアミド
酸のDMAC溶液にベンゼンを加えて、この両溶媒の溶
液をつくる。このPAA溶液と同じ溶媒で同濃度に調製
したN,N‐ジメチル‐n‐ヘキサデシルアミン(C16
DMA)溶液とを混合してポリアミド酸誘導体(PAA
D)溶液をつくる。このPAAD分子では長鎖をもつC
16DMAの部分が疎水性となって単分子の膜の形成を可
能にする。
【0020】基板として石英ガラス板を用い、これを純
水の水面上に出し入れする垂直浸漬法に従って有機分子
薄膜をつくる。膜累積時の温度は約20℃とする。
【0021】このポリアミド酸誘導体(PAAD)の累
積条件をまとめれば次の表2のとおりである。 表2 ポリアミド酸誘導体(PADD)の累積条件 試料溶液 PAA a)溶液 1mM(DMAcb): ベンゼン=1:1) C 16DMA c)溶液 1mM(DMAc: ベンゼン=1:1) 調 製 比 PAA :C16DMA=1:2(モル比) 累積速度 5 mm/min 累積時表面圧 25dyn /cm 水 相 純水 累積温度 20℃ 基 板 石英ガラス板 a) PAA :ポリアミド酸 b) DMAc :N,N‐ジメチルアセトアミド c) C16DMA :N,N‐ジメチル-n- ヘキサデシルアミン
【0022】このポリアミド酸誘導体LB膜を無水酢
酸:ピリジン:ベンゼン(1:1:3容積比)混合溶液
中に約12時間常温で浸し、イミド化を進行させポリイ
ミドLB膜を形成した。
【0023】このようにしてポリイミドLB膜51層を
石英ガラス板上に作成した。得られたLB膜を1×10
−5torrの真空下で1000℃で60分間熱処理を施
し、熱分解重合し、パイロポリマーLB膜を作成した。
【0024】このパイロポリマーLB膜の導電率を図2
の如き測定系により測定した。図2において8が縦
(l)1.3cm,厚さ(t)1mmの石英基板でありその
上にLB膜9が形成されている。この基板8上にd=
0.5cm互いに離して二つの銀ペースト端子10を設け
これに導線11を接続する。この測定系を作製し、電導
度測定は直流2端子法により通常のデジタルボルトメー
ターを用いて行った。本発明にかかるパイロポリマー膜
の膜厚を1層4オングストロームで換算するとその膜厚
は51層で204オングストロームであり導電率は51
層で74s/cmであり、極めて高い導電性を有してい
た。また、このパイロポリマーLB膜の導電率は空気中
42日経過後も変化なく極て安定性があった。
【0025】このようにして得られた導電性LB膜累積
基板の浸漬方向が互いに直交するように重ね(ギャップ
15μm)液晶表示セルを作製し、その中へネマチック
液晶(MERCK E−7(メルクジャパン社製))を
注入し、液晶表示素子を得た。
【0026】この液晶表示素子を偏光顕微鏡あるいは偏
光板を用いて直交クロスニコル下にセットしたところ、
上記LB膜の液晶配列効果のため、液晶が90°ねじれ
て配列し、直交クロスニコル下にもかかわらず、液晶が
90°光ベクトルを回転させることにより液晶表示素子
は光を透過することができた。
【0027】この電極間に直流電圧5Vを印加したとこ
ろ、液晶が電極間に垂直に配向し、光ベクトルを回転さ
せないため、液晶表示素子は光を透過せず、従って、電
圧の印加によりコントラストを得ることができた。
【0028】反射型ねじれネマチック形液晶表示(TN
−LCD)の動作原理を図3により説明する。なお、反
射板の代りに光源を置けば透過型になる。上記のような
構成の液晶表示素子(液晶セル)6が偏光板を用いた直
交クロスニコル12,13間に挿入され、その後方に反
射板14がセットされた構成となっている。
【0029】液晶セルの電場OFFの状態において、セ
グメントを通過する光Mは偏光板12により偏光され液
晶セル6に入射し、ここで偏光面が90°回転され、偏
光板13を通過した光は反射板14により反射され、逆
の経路を経て光が透過する。バックグラウンドを通過す
る光Nも、上記セグメントを通過する光と同じ経路を経
て光が透過する。
【0030】次に、液晶セルの電場をONにすると、セ
グメントを通過する光Oは液晶セル6で光ベクトルが回
転しないため、偏光板13を通過せず、その部分が黒く
表示Pされることになり、一方、バックグラウンドを通
過する光Nは、電場OFFの状態と同じであるので、光
を透過し明るいバックグラウンドQとなり、結果、電圧
の印加によりコントラストを得ることができる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、従来のLB法を用いな
いポリイミド膜をラビングした配向膜におけるラビング
工程のために起こる、ゴミの発生、配向膜自身の破れ及
びTFT等のスイッチング素子の静電破壊等の問題、ま
た、この配向膜が誘電体であることから生じる電圧印加
時の累積電荷の放出の問題が解消されるとともに、液晶
の配向機能と、導電性又は半導電性機能とを併せもつ有
機薄膜を備えた液晶表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】液晶表示セルの構造の説明図。
【図2】有機薄膜の導電率の測定系を示す模式図。
【図3】反射型TN−LCDの動作原理の説明図。
【符号の説明】
1 ガラス基板 2 透明電極 3 液晶配向膜 4 LB膜累積基板 5 スペーサ 6 液晶セル 7 液晶 8 石英基板 9 有機薄膜 10 銀ペースト電極 11 導線 12 偏光板 13 偏光板 14 反射板 M セグメントを通過する光(電場OFF状態) N バックグラウンドを通過する光 O セグメントを通過する光(電場ON状態) P 黒い文字 Q 明るいバックグラウンド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松 本 睦 良 茨城県つくば市東1丁目1番地 工業技 術院 化学技術研究所内 (72)発明者 田 中 秀 明 茨城県牛久市牛久町189−3 (72)発明者 赤 塚 孝 寿 茨城県牛久市牛久町1402−17 旭ルーミ ー51−101 (72)発明者 外 山 二 郎 千葉県柏市花野井1787−47 審査官 藤岡 善行 (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】芳香族環を含む有機分子についてLB法を
    用いて作製された薄膜を熱処理して熱分解重合すること
    によつてえられる液晶配向機能を有する導電性又は半導
    電性有機薄膜を具備した液晶表示素子。
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