JPH0224627A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、１α品表示素子に関するものである。

従来の技術 液晶を用いた表示素子は、 １）消費電力が少ないこと ２）駆動電圧が小さいこと ３）小型、軽量化ができること などの利点を持ち、電卓、時計を始めさまざまな用途に
用いられている。

このような液晶表示素子において、良好な特性を得ろた
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。

ｔ４方蒸着法は、Ｓ１０の様な酸化物やＡｕ、Ｐｔの様
な金属を基板面に対し斜め方向から数１００Ａ〜数１０
００Ａ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ろ。

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）がほとんどセ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
布なとて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
膜表面にせん断心力を加えることで、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。このときの液晶のプレチ
ルト角はせいぜい５度程度である。

また最近、強誘電性液晶を電気光学素子として応用しよ
うと研究が活発に行われているが、この強誘電性液晶は
、 ｌ）高速電界応答性を有している ２）電界が印加されていない状態でも表示状態を保持す
るメモリ効果を示す などの、優れた特性を有している。この強誘電性液晶を
用いて表示素子を作成すれば、大型画面、高精細表示が
実現可能である。そして、その実現に向けて強誘電性液
晶材料の開発や駆動方法の開発、さらには、強誘電性液
晶の配向方法などが検討されている。

強誘電性液晶はネマチック液晶と異なり層構造をもって
いるため、ネマチック液晶に比べて均一配向を得ること
が困難である。特に、現在実用化が活発に検討されてい
る強誘電性カイラルスメクチックＣ（以下、ＳｍＣ”と
略記する）液晶表示素子について、そのセル厚が数μｍ
以下の場合について提案されている配向方法の例として
、シェアリング法、温度勾配法や、さきに述べたような
斜方蒸着法、ラビング法等を挙げることができる。

強誘電性液晶には、温度を下げると等方性液体相（１相
）から直接ＳｍＣ”相に相転移するものもあるが、この
ようなものは一般に均一配向が非常に困難である。そし
て、はとんどのものは高温側でコレステリック相（ｃｈ
相）またはスメクチックＡ相（ＳｍＡ相）を経由してＳ
ｍＣ’相に転移する。特にｃｈ相を経由するもののうち
、ｃｈ相のらせんピッチがパネルのセル厚に比べて充分
長い場合に配向性が良いといわれている。

上記の配向方法のうち、シェアリング法と温度勾配法に
ついては、実験室レベルで数ｌＴｌｆｆ１角程度以下の
面積の均一配向を得るためには有効であるが、これらの
方法では一般に表示素子に必要な、より大面積の均一配
向を得ることは非常に難しいと考えられている。

斜方蒸着法により作成した強誘電性液晶表示素子におい
ては、蒸着角度を１０°以下にすることて均−配向及び
メモリ性が得られる、と報告されている。このとき、液
晶はプレチルト角を基板に対して、層構造が垂直に位置
して有しているのではなく、層構造自身が基板に対して
−様なチルト角を持った状態でプレチルト角を有してい
るものと考えられる。ＳｉＯの斜方蒸着を用いる場合に
は、２０°程度の大きなプレチルト角を持ち、かつ層が
基板に対して傾いていると予想される。

一方うピング法では、従来のネマチック液晶表示素子と
同様に、ポリイミド系高分子やポリビニルアルコール膜
が広く使われており、ラビング強度や、と下両基板上の
膜を同じ方向、逆の方向にラビングすることにより、強
誘電性液晶表示素子の製造が試みられている。

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、蒸着角度がエツ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の配向方法として広く
用いられてきた。しかし、最近開発が進められているス
ーパーツイストネマチック＜ｓｒＮ＞＞ａ高表示素子に
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
に比へ、プレチルト角が０〜数°と小さいためジグザグ
欠陥と呼ばれるジグザグ状の同位が生じ、コントラスト
が低下する。

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 本発明は、電極を設けた１対の基板上に、側鎖に環構造
及び極性基を含む、一軸配向処理のなされた高分子を配
向膜として形成し、基板面に対するｉｌＷ品のプレチル
ト角を制御するものである。

作用 本発明の液晶表示素子が従来のものと療なる点は、配向
膜高分子が側鎖に環構造及び極性基を含むため、液晶は
基板、つまりこの配向膜に対して大きなプレチルト角を
示すことである。我々は、側鎖に環構造及び極性基を含
む高分子として、ネ。

’Ｊ（ｐ−クロロスチレン）を配向膜として用いて作成
した液晶表示素子において、液晶が基板面、つまり、配
向膜面に対しほぼ垂直に、かつ均一に配向することを見
いだした。この液晶表示素子において、Δε〈０の液晶
を用いた場合、電圧を印加することにより一様に基板に
対して水平配向することもわかった。

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、側鎖に環構造及び極性基を含む高分子（基
板に対し、液晶をほぼ垂直配向させることのわかってい
る高分子）と、基板に対し液晶を水平配向させることの
わかっている高分子とを通電ずつ混合し、高分子混合体
を得ろか、あるいは、各々の高分子の単贋体より高分子
共重合体を得ることで可能となる。

従来より、液晶のプレチルト角を制御する目的で、水手
配向剤、垂直配向剤をブレンドすることは考えられ、実
施されてきたが、この場合有機物質と、無機物質との混
合タイプである場合が多く、相溶性、成膜性に問題があ
った。

本発明の液晶表示素子を用いろことにより従来、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 以下に、本発明をその実施例を示す図面に基づいて説明
する。

本発明の液晶表示素子に用いる、側鎖に環構造及び極性
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、スピンコードなとにより容
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。

側鎖に環構造及び極性基を含む高分子において、側鎖の
環構造として、芳香族環、脂肪族環、複素環、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、ビロール環、ビラ
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。極性基
としては、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−ｌ、−ＣＮ、−Ｎ
Ｏ２，−Ｎｌ２．−ＯＨ，−ＣＯＯＨ、−ＯＲ，−Ｒ，
−ＣＯＲ（Ｒ：アルキル基）などが挙げられる。

これらを組み合わせて、側鎖に環構造及び極性基を含む
高分子としては、例えば側鎖にベンゼン環を有するポリ
スチレンを考えた場合、ネ°す（ｐ−クロロスｆしン）
、木０す（ｍ−クロロスチレン）、ネ０す（０−クロロ
ス１しン）、ネ’＋１（α−ク【１０スチレノ）、ネ０
１ノ（β　−り０口λチしン））などが挙げられる。

実施例１ 図は、本発明に係る液晶表示素子の構造を示す断面図−
Ｃある。

この構造を有する素子を次のように作成した。

まず、ＩＴＯ電極２，８を有する基板１，９ｔに、高分
子混合体として、本°す（ｐ−クロロスチトン）とポリ
イミドの重量比を変化させたものを乾燥後の配向膜３，
４の膜厚が１００ＯＡとなるように、スピンコード法に
より塗布し、１００℃で１時間乾燥した。

次に、このガラス基板上の配向膜をナイロン布でラビン
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、６．０μｍのビースペーサ６を介して貼合
わせ、注入口となる箇所を除いたその周辺をシール樹脂
５で封止した。次に液晶７として、ネマチック液晶を素
子内に減圧下、常温で注入し、注入口を封止した。

これらの素子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、配向膜として用いた本°す（ｐ−り圓スｆしシ
）とポリイミド高分子混合体の重量パーセント、及び、
それら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。

（以下余白） 表１ 実施例２ 本°す（ρ−クロロス珪シ）とポリ、イミドを混合重量
比が４０＝６０になるように高分子混合体を調製し、実
施例１と同様に配向膜を作成し、ラビングした。このと
き、−Ｌ下基板上の配向膜のラビング方向は液晶を注入
したとき、ねじれ角が２７０°になるように貼合わせ、
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。

この素子のプレチルト角を測定したところ、液晶分子は
基板面に対し、約１８°傾いていることがわかった。

また、偏光顕微鏡による観察から、良好な液晶表示素子
が得られていることがわかった。

実施例３ ネ°す（ｐ−クロロス几シ）とポリイミドを混合重量比
が４０＝６０になるように高分子混合体を調製し、実施
例２と同様に配向膜を作成した。

次に、このガラス基板、ヒ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、２．０７ｚｍ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。

→Ｃｈ＋ＳｍＡ−４−５ＩＴＩＣ。

この素子のプレチルト角を測定したところ、液晶分子は
基板面に対し、約１７°傾いていることがわかった。

この素子を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、ポリイミドを使い、実施例１と同
様に液晶表示素子を作成した。

この素子のプレチルト角を測定したところ、液晶分子は
基板面に対し、１〜２°程度であった。

比較例２ 高分子配向膜として、ポリイミドを使い、実施例２と同
様にＳＴＮ液晶表示素子を作成した。

この素子のプレチルト角は１°程度であり、電圧−透過
率特性にヒステリシス現象が見られた。

比較例３ 高分子配向膜として、ポリイミドを使い、実施例３と同
様に強誘電性液晶表示素子を作成した。

この素子のプレチルト角を測定したところ、液晶分子は
基板面に対し、１〜２°程度であり、多くの欠陥が観察
され、充分なコントラスト、メモリ性は得られなかった
。

発明の効果 本発明の液晶表示素子により、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、ＳＴＮＭｆ品表示素子の場合にも、強誘電性液
晶表示素子の場合にも、液晶が大き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。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の一実施例にかかる？α品表示素子の構造
を示す断面図である。 １．９・・・・・・ガラス基板、２，８・・・・・・Ｉ
ＴＯ電極、３，４・・・・・・配向膜、５・・・・・・
シール樹脂、６・・・・・・ビーズスペーサ、７・・・
・・・７夜品。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名七未謁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極を設けた１対の基板上に、側鎖に環構造及び
   極性基を含む、一軸配向処理のなされた高分子を配向膜
   として形成した液晶表示素子。
2. （２）高分子側鎖の環構造として芳香族環、脂肪族環、
   複素環、又は縮合環を有する請求項１記載の液晶表示素
   子。
3. （３）高分子側鎖の極性基が、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、
   −Ｉ、−ＣＮ、−ＮＯ２、−ＮＨ２、−ＯＨ、−ＣＯＯ
   Ｈ、−ＯＲ、−Ｒ及び−ＣＯＲ（Ｒ：アルキル基）より
   なる群から選んだ少なくとも１つである請求項１記載の
   液晶表示素子。
4. （４）高分子側鎖の極性基が側鎖の環に結合している請
   求項１記載の液晶表示素子。