JPH0277016A

JPH0277016A - 液晶配向膜

Info

Publication number: JPH0277016A
Application number: JP22911888A
Authority: JP
Inventors: Keizo Nakajima; 啓造中島; Shoichi Ishihara; 將市石原; Hirobumi Wakemoto; 博文分元; Narihiro Sato; 成広佐藤; Yoshihiro Matsuo; 嘉浩松尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-09-13
Filing date: 1988-09-13
Publication date: 1990-03-16
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JP2506988B2

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、液晶表示素子の配向膜、特に配向膜に対する
液晶の傾き角が大きい素子に用いる配向膜に関するもの
である。

従来の技術液晶表示素子において、良好な特性を得るためには、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。

斜方蒸着法は、ＳｔＯ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
０ＯＡ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る。

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）がほとんどゼ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
布などで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
膜表面にせん断応力を加えることで、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、配向膜として
用いる高分子はおもに、ポリイミドや、ポリビニルアル
コールなどの直鎖型の高分子であり、液晶のプレチルト
角はせいぜい０〜数度程度である。

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（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎ
ｅｍａｔｌｃ方式）の配向方法として広く用いられてき
た。しかし、大面積化、高コントラスト化をめざしたス
ーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）液晶表示素子にお
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
比べ、プレチルト角が０〜数度と小さく、ジグザグ欠陥
と呼ばれるジグザグ状の回位が生じ、高いコントラスト
は得られない。

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配向膜として、側鎖に環構造を持ち、かつその環に電子
吸引性の置換基を有する分子構造の高分子を用いること
により、液晶のプレチルト角を制御するものである。

作用上記の構成によれば、配向膜高分子が、側鎖に環構造及
び置換基を有する側鎖型の高分子であるため、液晶は側
鎖の環構造及び置換基と相互作用する。我々は、その相
互作用の程度が置換基の種類により異り、プレチルト角
が異なることを発見した。また、置換基として、電子供
与基の場合よりも、電子吸引基を用いた場合の方がプレ
チルト角の変化が大きいことがわかった。このことから
、プレチルト角を制御するためには、電子吸引基が置換
したほうがより都合がよいと考えられる。

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、分子構造として、配向膜高分子が側鎖に環
構造及び電子吸引基を含んでおれば良く、高分子の構造
としては、共重合体であっても高分子混合体でも構わな
い。

本発明の液晶配向膜を用いることにより従来、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。

実施例本発明の液晶表示素子に用いる、側鎖に環構造及び電子
吸引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、スピンコードなどによ
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。

本発明における液晶配向膜の高分子において、主鎖の構
造は特に限定しない。また、側鎖の環構造として、芳香
族環、脂肪族環、複素環、あるいは縮合環が挙げられ、
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、ピラン環、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。このとき、環は側
鎖に含まれておれば良いが、主鎖と直接結合しておれば
さらに良い。また、電子吸引基としては、−Ｆ、−ＣＩ
　、−Ｂｒ、２、−ＯＮ、−Ｎｏ、、　、−ＣＨｏ、−
ＣＯＯＢ、−ＣＯＲ，あるいは−ＣＯＯＲ（Ｒ：アルキ
ル基）などが挙げらる。

以下にさらに具体的な実施例を説明する。

実施例１〜５液晶配向膜の高分子として、ｐ−クロロスチレンとスチ
レンの重量比を変えたものを共重合させ合成した。高分
子の重合は、　α、　α９−アソ°ジイソフ。

ｆｏニトリルを重合ＱＲ始剤として、ベンゼン溶媒中、
窒素雰囲気下で、８時間還流をおこない反応させた。

この高分子は、適当な溶剤に溶かした後、ＩＴＯ電極の
付いた基板上に、乾燥後の配向膜の膜厚が１００ＯＡと
なるように、スピンコード法により塗布し、１００°Ｃ
で１時間乾燥した。

次に、この基板上の配向膜をラビングし、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、スペー
サ（２０μｍ）を介して貼合わせ、注入口以外の部分を
シールした。次に液晶として、ネマチック液晶を素子内
に減圧下、常温で注入し、注入口を封止し、実施例１〜
５の液晶セルを作成した。

これらのセル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ゎがった。

表１に、高分子配向膜として用いた共重合体にオケるｐ
−クロロスチレンとスチレンの重量パーセント、及び、
それらの膜を使って液晶セルを作製したときのプレチル
ト角を示す。プレチルト角は、磁場中で液晶の電気容蚤
の変化を測定することによって決定した。

（以下余白）表　　１実施例６〜１２液晶配向膜として次のようにポリニトロスチレンを合成
した。

パウダー吠にしたポリスチレン（分子量約３５万）を−
１０℃に冷却した発煙硝酸中で溶解させた。その後、反
応条件（温度、時間）の違いにより、ベンゼン環１個に
対し、置換基数の異なるニトロ基を導入した。ベンゼン
環に対するニトロ基の置換基数は、元素分析の結果によ
って決定した。

以上のように作成した高分子を用いて、実施例１と同様
に配向膜を作成し、ネマチック液晶セルを作成した。

これらのセルを偏光顕＠鏡により観察したところ、液晶
は均一に配向していることがわかった。

表２に、ベンゼン環に対するニトロ基の割合の異なるポ
リニトロスチレン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。

表２実施例１３実施例４で合成した、ｐ−クロロスチレンとスチレンの
重量比が４０：　６０の共重合体の高分子を同様に成膜
した。この膜をラビングにより配向処理を行い、２７０
°ねじれのＳＴＮ素子を作成した。

その後、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。

偏光顕微鏡による観察から、良好な配向が得られており
、良好な電圧−透過率特性が得られた。

実施例１４実施例９で合成した、ベンゼン環に対するニトロ基の割
合が１．０となった高分子を同様に成膜した。

この膜をラビングにより配向処理を行い、２７０°ねじ
れのＳＴＮ素子を作成した。その後、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。

偏光顕微鏡による観察から、良好な液晶表示素子が得ら
れており、良好な電圧−透過率特性が得られた。

実施例１５実施例１３の高分子を同様に用い配向膜を作成した。

次に、このガラス基板上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、２．０μｍ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°Ｃ（Ｉ相）で注入した。

１　−＊　　Ｃｈ　　＋　　ＳｍＡ　　＋　　ＳｍＣ”
この素子をＳｍＣ”相温度領域で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。

実施例１６実施例１４の高分子を同様に用い配向膜を作成した。

！　　＝　　Ｃｈ　　→ＳｍＡ　　＋　　ＳｍＣ。

この素子をＳｍＣ”相温度領域で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、ポリビニルアルコールを使い、実
施例１〜５と同様に液晶表示素子を作成した。

偏光顕微鏡により観察したところ良好な配向は得られて
いたが、この素子のプレチルト角は基板面に対し、０゛
程度であった。

比較例２高分子配向膜と−て、ポリスチレンを使い、実施例１〜
５と同様に液晶表示素子を作成した。

偏光顕微鏡により観察したところ良好な配向は得られて
いたが、この素子のプレチルト角は基板面に対しＯ゛程
度あった。

比較例３高分子配向膜として、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）
を使い、実施例１〜５と同様に液晶表示素子を作成した
。

偏光顕微鏡により観察したところ良好な配向は得られて
いたが、この素子のプレチルト角は基板面に対しＯ°程
度であった。

比較例４高分子配向膜として、ポリビニルアルコールを使い、実
施例１３と同様にＳＴＮ液晶表示素子を作成したが、電
圧−透過率特性にヒステリシス現象が見られた。

比較例５高分子配向膜として、ポリスチレンを使い、実施例１３
と同様にＳＴＮ液晶表示素子を作成したが、電圧−透過
率特性にヒステリシス現象が見られた。

比較例６高分子配向膜として、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）
を使い、実施例１３と同様にＳＴＮ液晶表示素子を作成
したが、電圧−透過率特性にヒステリシス現象が見られ
た。

比較例７高分子配向膜として、ポリビニルアルコールを使い、実
施例１５と同様に強誘電性液晶表示素子を作成した。

偏光顕微鏡により観察を行なったところ、多くの欠陥が
観察された。

比較例８高分子配向膜として、ポリスチレンを使い、実施例１５
と同様に強誘電性液晶表示素子を作成した。

比較例９高分子配向膜として、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）
を使い、実施例１５と同様に強誘電性液晶表示素子を作
成した。

発明の効果本発明によれば、従来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、Ｓ
ＴＮ液晶表示素子の場合にも、強誘電性液晶表示素子の
場合にも、液晶が適当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。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高分子の側鎖に環構造を持ち、かつその環に電子
吸引性の置換基を有する分子構造の高分子を含む液晶配
向膜。
（２）高分子側鎖の環構造として芳香族環、脂肪族環、
複素環、または縮合環を有する請求項１記載の液晶配向
膜。
（３）電子吸引性の置換基が、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、
−Ｉ、−ＣＮ、−ＮＯ＿２、−ＣＨＯ、−ＣＯＯＨ、−
ＣＯＲ、または−ＣＯＯＲ（Ｒ：アルキル基）である請
求項１記載の液晶配向膜。