JPH03126918A - 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】 ［発明の分野］ 本発明は、液晶表示素子に関する。さらに詳しくは、強
誘電性液晶が良好に配向しうる、経時安定性、耐久性に
優れた配向膜を有する液晶表示素子に関する。

［発明の技術的背景および従来技術］ 従来より、時計、コンピューター、ワードプロセッサー
などに使用されている液晶表示素子は、その基本構造と
して、透明電極上に配向膜を設けた二枚の透明電極基板
が配向膜を内側にして配置されその間に液晶が封入され
る構造をとっているものが普通である。一般に、液晶表
示素子においては、液晶をある方向にそろえて配列させ
る、すなわち配向させる必要があるため、上記のような
液晶表示素子では配向膜を設けることで液晶分子を配向
させている。

このような液晶表示素子はネマチック液晶をねじれ構造
にしたライスティドネマチック（ＴＮ）モードによる表
示が主流である。ところが、このＴＮ型液晶表示素子は
応答速度が遅く、現状では２０ミリ秒が限度であるとい
う欠点を有しており、高速応答性が要求されるテレビジ
ョンパネルなどに利用する際の大きな問題となっている
。

これに対して、最近、高速応答性のある強誘電性液晶が
新しいデイスプレーの分野を拓くものとして期待され、
研究されている。この強誘電性液晶材料を使用した表示
素子では、液晶分子を基板面に平行なある優先方位にそ
ろえて配列させることが重要である。しかしながら、こ
の強誘電性液晶表示素子に利用されるカイラルスメクチ
ック相を有するスメクチック系の液晶は、一般に上記の
一般的なネマチック系の液晶に比べて配向安定性が悪く
、液晶分子を基板面に平行なある優先方位にそろえて配
列させることが困難である。このため、強誘電性液晶を
良好に配向させるための提案が数多くされているが、い
ずれも、この問題を充分に解決したとはいえない。

例えば、強誘電性液晶配向方法として、強磁場の印加や
すり応力の利用によるものがあるが、これらの方法は生
産プロセス上実用的とはいえない。また、スペーサエツ
ジからの配向が提案されている（「自然Ｊ　１９８３年
７月号第３６頁〜第４６頁、ｒ　オフトロ＝クス（ＯＰ
ＴＲＯＮＩＣ５）」１９８３年９月号第６４頁〜第７０
頁参照）が、これも−様な配向を達成できる領域がエツ
ジから１００μｍまでと狭く、実用化の面ではまだ不充
分である。

他方、従来のネマチック液晶やコレステリック液晶の配
向制御に用いられている酸化ケイ素（Ｓｉｎ）を斜方蒸
着する方法（特公昭５４−１２０６７号）や、ポリイミ
ド等の塗布後、特定の布等でラビングする方法で設けら
れる配向膜では、強誘電性液晶の場合十分−様な配向が
得られない。また、酸二無水物とジアミン化合物を真空
中で反応させポリアミド酸を蒸着させた後、熱処理をし
てポリイミド膜を形成する方法（特開昭６１−１３８９
２４号、特開昭６１−１８６９３２号）も提案されてい
るが、このような、高分子膜形成材料を成膜し、それを
熱処理する方法では熱処理の処理温度が高く液晶表示素
子の他の構成部分、例えばカラーフィルターや透明基板
などに悪影響を及ぼす可能性がある。

特開昭６４−６９２４号公報には、イミド化率を２０％
以上８０％以下としたポリイミドを配向膜とした液晶表
示素子が開示されている。この配向膜は低い温度の熱処
理で形成することができる反面、時間を経るに従って配
向膜が劣化してしまう恐れがある。

グロー放電により形成したポリイミド膜（特開昭６１−
２１９０２９号）を配向膜として使用する方法でも低温
処理が可能となるものの、重合させようとする有機およ
び有機金属化合物を気化させなければならないために、
重合材料の選択に制限があったり、物質に依っては極端
に厳しい条件で気化させる必要があったりした。さらに
、このようにして得た配向膜を用いても、液晶によって
は必ずしも十分に配向せずコントラストの低下が問題と
なる。

特開昭６３−９７９１７号公報には、蒸着によって無機
配向膜を形成する液晶表示素子が開示されているが、蒸
着は煩雑な工程を必要とする上に、大面積の成膜には適
してないため、生産性に劣るという問題があった。

特開昭６３−６４０２８号公報には、水酸基を持つ脂肪
族側鎖を有するポリオレフィンからなる配向膜を有する
液晶表示素子が開示されている。

この配向膜は強誘電性液晶を経時安定性よく、斜め配向
させる配向制御能力を有しているが、その反面、配向膜
成膜をし、強誘電性液晶をセル内に注入した後、交流電
界を印加するという処理をしなくてはならず、単なる塗
布による成膜に比して余分な工程を必要とする。

［発明の要旨］ 本発明の目的は、簡単に製造でき、しかも強誘電性液晶
が良好に配向しうる、経時安定性、耐久性に優れた配向
膜を有する液晶表示素子を提供することにある。

上記の目的は、本発明の、透明電極上に配向膜を設けた
二枚の透明電極基板を配向膜を内側にして配置し、その
間に強誘電性液晶を封入してなる液晶表示素子において
：前記配向膜の少なくとも一方が、シランカップリング
剤の添加されたポリヒドロキスチレンからなることを特
徴とする液晶表示素子によって達成できる。

なお、上記のヒドロキシスチレン重合体は、下記（１）
式で表わされる繰り返し単位を少なくとも５０モル％以
上有する重合体である。

式： 十ＣＨ２−ＣＨ＋ Ｒ（１） Ｈ （Ｒはフェニレン基を表わす。） 本発明者は、強誘電性液晶配向膜として種々の材料を検
討した結果、上記のヒドロキシスチレン重合体にシラン
カップリング剤を添加した配向膜を用いれば、電界印加
処理しなくとも強誘電性液晶を良好に配向させ、しかも
経時安定性、耐久性に優れた配向膜を得ることができる
ことを見出し本発明に到達したものである。上記の高分
子被膜は、基板上に材料を塗布し乾燥するだけで成膜す
ることができるため、蒸着のような煩雑な工程を必要と
せず、また広い面積にも容易に成膜することができ、ま
た電界印加処理も必要ない。

また、本発明者は、本発明に係る配向膜がネマチック液
晶を斜め配向させうる事も同時に見出しており、この斜
め配向制御能力が強誘電性液晶の配向制御において、上
述のような好ましい効果をもたらしているのではないか
と考えられる。

以下に本発明の好ましい態様を列記する。

（１）上記のシランカップリング剤が下記（２）式で表
わされるフッ素系シランカップリング剤であることを特
徴とする液晶表示素子。

式： （） ％式％（２） （２）上記シランカップリング剤の添加量が、全成分に
対して重量比で０．０１％〜８％であることを特徴とす
る液晶表示素子。

（３）上記ヒドロキシスチレン重合体が下記（３）式で
表わされる繰り返し単位を有するｐ−モノヒドロキシス
チレン重合体であることを特徴とする液晶表示素子。

式： （４）上記ヒドロキシスチレン重合体が上記（１）式で
表わされる繰り返し単位を５０モル％以上有するヒドロ
キシスチレン共重合体であることを特徴とする液晶表示
素子。

（５）上記ヒドロキシスチレン重合体が上記（１）式で
表わされる繰り返し単位を７０モル％以上有するヒドロ
キシスチレン共重合体であることを特徴とする液晶表示
素子。

（６）上記ヒドロキシスチレン重合体が上記（１）式で
表わされる繰り返し単位を有するヒドロキシスチレン・
ホモポリマーであることを特徴とする液晶表示素子。

［発明の構成］ 添付図面を参照しながら本発明の液晶表示素子の構成に
ついて説明する。

第１図は、本発明の液晶表示素子の一例を示す断面図で
ある。透明基板１ａ、１ｂ上に、透明電極２ａ、２ｂ、
配向膜３ａ、３ｂがそれぞれ、この順に重層されて、透
明電極基板５．６を構成している。透明電極基板５．６
はそれぞれ配向膜３ａ、３ｂを向い合せるように配置さ
れ、その間に強誘電性液晶４を封入している。本発明の
液晶表示素子は、この配向膜３ａ、３ｂの少なくとも一
方が、シランカップリング剤の添加されたポリヒドロキ
スチレンからなることを特徴とする。

本発明の液晶表示素子は第１図に示したものだけでなく
、電気絶縁層を設けたり、スペーサーを使用したり、偏
光板を設けたりといった通常の液晶表示素子について行
なわれる態様が、すべて可能である。特に、両配向膜間
の間隙（すなわち液晶層の層厚）を確保するためにスペ
ーサーが使用されることは好ましい。スペーサーとして
は、ガラスファイバー、ガラス・ビーズ、プラスチック
・ビーズ、アルミナやシリカなどの金属酸化物粒子が用
いられる。スペーサーの粒径は、用いられる液晶、配向
膜材料、セルギャップの設定、スペーサーとして用いる
粒子などによって異なるが、１．２μｍから６μｍが一
般的である。

本発明の液晶表示素子に用いられる透明基板、透明電極
、強誘電性液晶は、すべて従来から強誘電性液晶表示素
子に用いられている公知のものが利用できる。

例えば、透明基板としては、平滑性の良好なフロートガ
ラスなどガラスの他、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リブチレンテレフタレート等のポリエステル、エポキシ
樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリカーボネート
、ポリスルホン、ポリフェニレンエーテルスルホン、ポ
リエーテルイミド、アセチルセルロース、ポリアミノ酸
エステル、芳香族ポリアミド等の耐熱樹脂、ポリスチレ
ン、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステ
ル、ポリアクリルアミド、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン等のビニル系ポリマー、ポリフッ化ビニリデン等の含
フツ素樹脂及びそれらの変性体等から形成されたプラス
チックフィルムを挙げることができる。

透明電極としては、酸化インジウム（Ｉｒｅ２０３）、
酸化スズ（ＳｎＯ２）およびＩＴＯ（インジウム・スズ
・オキサイド）等を挙げることができる。

また、本発明に用いられる強誘電性液晶は従来より知ら
れているものが使用できる。

以下余白 強誘電性を有する液晶は、具体的にはカイラルスメクテ
ィクＣ相（ＳｍＣ”　）、Ｈ相（Ｓｍ）１’）、Ｉ相（
Ｓｍｌ”　）、Ｊ相（ＳｍＪ”　）、に相（ＳｍＫ”　
）、Ｇ相（ＳｍＧ’　）またはＦ相（ＳｍＦ”　）を有
する液晶である。

以下に、本発明に利用することのできる強誘電性液晶を
例示する。

シップ塩基系強誘電性液晶としては、以下のような強誘
電性液晶を挙げることができる：（ｎ＝５〜１０゜ １２． １４） ［：２Ｈ５ （Ｘ＝ＣＨ，のとき Ｘ＝ＣｆＬのとき Ｘ＝ＣＨのとき ｎ＝６〜１２、 ｎ＝６、８、 ｎ＝７〜１０、 ４ １０、１４ １４） ］１５Ｃ２ （ｉ＝０　のとき　ｎ＝７ ｉ＝１　　のとき　ｎ＝＝８）。

また、水酸基を導入したシッフ塩基系液晶としては、以
下のようなものを挙げることができる。

（ｎ＝６． １０． １４． １８） ２Ｈ５ ２Ｈ５ （ｍ＝１のとき ｍ＝２のとき ｎ＝７〜１０ ｎ＝４〜１０）。

二級アルコールを不斉源としたシップ塩基系強誘電性液
晶としては、以下のようなものを挙げることができる。

（ｍ＝１のとき ｍ＝２のとき ｍ＝３のとき ｍ＝４のとき ｎ＝６、８、１０、１４、　Ｊ８ ｎ＝８、１０、１４、１８ ｎ　＝　１０ ｎ＝１０）　　、 さらに、 ハロゲンが不斉炭素に直結した強誘電 性液晶としては、 以下のようなものを挙げること ができる。

（ｎ＝４． ５〜８． １０） 以 下 余 白 （Ｘ＝Ｈ１ Ｘ＝ＯＨ。

Ｘ＝Ｈ。

Ｘ＝ＯＨ。

Ｙ＝ＣＩＬのとき Ｙ＝ＣＩＬのとき Ｙ＝Ｂｒのとき Ｙ＝Ｂｒのとき ｎ＝５、６、 ｎ＝５、９、 ４ ｎ　＝　１０ ｎ＝ｆＯ） 　４ １０、 Ｘ＝ＯＨのとき　ｎ＝５．６．１０，１４．１８）。

さらに、上記以外にも、例えば以下のようなものを挙げ
ることができる。

Ｃ文 ＣＮ Ｈ３ 以 下 余 白 上記以外にも、たとえば、ｒ高速液晶技術」（シーエム
シー発行）　ｐ、　１２７〜１６１に記載されているよ
うな公知の強誘電性液晶がすべて、本発明に使用するこ
とができる。

また、具体的な液晶組成物としては、チッソ■製のＣ５
−１０１１、Ｃ５−１０１３、Ｃ５−１０１５、メルク
社製のＺＬＩ−３４８８、ＺＬＩ−３４８９、帝国化学
産業■製のＨ５−９８Ｐ、Ｈ５−７８Ｐ　（いずれも商
品名）などを挙げることができるが、これに限定される
ものではない。これらの液晶の中には液晶に溶解する二
色性染料、減粘剤等を添加しても何ら支障はない。

次に、本発明の液晶表示素子の特徴である配向膜につい
て述べる。

本発明の液晶表示素子は二枚の配向膜の少なくとも一方
が、シランカップリング剤の添加されたポリヒドロキシ
久チレンからなっている。このような配向膜は上記（１
）式で表わされる繰り返し単位を有するヒドロキシスチ
レン重合体もしくはその前騙体を適当な溶媒に溶かした
溶液に、シランカップリング剤を添加して配向膜形成用
塗布液を調製し、これを塗布、乾燥して形成することが
できる。

本発明に用いられるヒドロキシスチレン重合体は上記（
１）式で表わされる繰り返し単位を５０モル％以上有す
る重合体であるが、繰り返し単位は７０モル％以上であ
ることが好ましく、さらにヒドロキシスチレン・ホモポ
リマーであることが好ましい。また、繰り返し単位の構
造としては、ベンゼン環のバラ位に水酸基が一つ付いた
ｐ−モノヒドロキシスチレンを有するｐ−モノヒドロキ
シスチレン重合体が一般的である。共重合体の場合、共
重合の相手としては、例えば、アクリロニトリル、ブタ
ジェン、メチル（メタ）アクリレートなどを挙げること
ができる。

また、本発明に用いられるシランカップリング剤はアミ
ノ系、炭化水素系、フッ素系など、いずれの種類でも本
発明の効果を得ることができるが、特に上記（２）式で
表わされるようなフッ素系シランカップリング剤が好ま
しい。シランカップリング剤の添加量は、全成分に対し
て重量比で０．０１〜８％であることが好ましく、０．
０５〜５％であることがさらに好ましい。。

塗布液には、前記成分以外にも基板との接着を増したり
、あるいは塗布液の粘度を調整する目的などで、副成分
として他の高分子重合体や有機金属さらに５ｉｎ２など
の金属酸化物などが添加されていてもよい。特に、基板
との密着性を向上させるために、シラノールオリゴマー
（例えば東京応化■製Ｓｉフィルム）を添加することが
好ましい。このシラノールオリゴマーは、上記のフッ素
系シランカップリング剤と反応して基板との密着性を向
上させる働きがある。シラノールオリゴマーの添加量は
、シラノールオリゴマー中のＳｉとフッ素系シランカッ
プリング剤中のＳｉとの原子比で１００：１〜１：１０
０、好ましくは２ｏ：１〜５：１となる量である。

上記のようにして調製した塗布液を、常法に従って塗布
し、場合によっては加熱処理したのち乾燥して、ラビン
グ処理をして配向膜とする。

後述の実施例に示したように、本発明者は、この配向膜
がネマチック液晶を斜め配向させうる事を見出しており
、この斜め配向制御能力が強誘電性液晶の配向制御にお
いて、上述のような好ましい効果をもたらしているので
はないかと考えられる。

配向膜の膜厚は用いる液晶によって異なるが、２００λ
〜２０００λが好ましい。

次に、本発明の液晶表示素子を製造する例を順を追って
以下に述べる。

透明基板上に常法によって設けられた透明電極上に、上
記の塗布液を基板上に塗布する。

塗布は透明電極上に直接行なってもよいし、また、透明
電極上に絶縁層を設け、その上に塗布してもよい。

透明電極基板上に設けられた塗布膜は、乾燥の後、ナイ
ロン、ポリエステル、ポリアクリロニトリルのような合
成繊維、綿、羊毛のような天然繊維などでラビング処理
される。

上記のようにして製造した、透明基板、透明電極および
配向膜からなる透明電極基板を少なくとも一方に持つ一
対の透明電極基板を配向膜が内側になるようにして、間
隙をあけて相対させ、セルとする。この間隙の大きさ、
すなわちセル・ギャップは０．５μｍ〜５μｍ程度が一
般的である。

次ぎに、このセル内に強誘電性液晶を注入、封止した後
に徐冷する。

以上のようにして、本発明の液晶表示素子を製造するこ
とができる。

もちろん、本発明の液晶表示素子は、使用目的に応じて
偏光板、電気絶縁層、カラーフィルターなど、従来の液
晶表示素子に設けられる構成を設けることができる。

次に本発明の実施例を記載する。ただし、本発明はこの
実施例に限定されるものではない。

［実施例１］ 二枚の厚さ１．１ｍｍのガラス板のそれぞれに、インジ
ウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）の膜を形成した。このＩＴ
Ｏ膜付きのガラス板のどちらにも、次の組成の塗布液を
スピナーで塗布した。

塗布液： ポリ（ｐ−モノヒドロキシスチレン） ［丸善石油■製レジンＭ］・・・・・・２重量部シラノ
ール・オリゴマー ［東京応化■製ＳｉＯ□フィルム：０ＣＤ５９０００］
・４重量部 フッ素系シランカップリング剤 ［信越シリコーン■製ＬＤ８Ｔ　］ ・００．０２重量 部−メチル−２−ピロリドン ・１００重量部 スピナーの条件は、回転数５００　ｒ、ｐ、ｎ＋、で２
５秒、続いて２４００　ｒ、ｐ、ｍ、で６ｏ秒、さらに
５００　ｒ、ｐ、＋ｎ、で２５秒であった。塗布後、１
時間１５０°Ｃで乾燥した。この塗膜の両方ともに、膜
面をナイロン・ローラーでラビング処理し、それぞれの
ラビング処理面を内側にして、ラビング方向が同一にな
るように二枚のガラス板を重ね合せて、セル・ギャップ
が２μｍのセルを作成した。また同様にしてセル・ギャ
ップ５μｍのセルも作成した。

セル・ギャップが２μｍのセルにメルク社製強誘電性液
晶ＺＬＩ−４２３７−１００をｉｏｏ℃で注入し、２℃
／分で室温まで徐冷した。

上記のようにして得た液晶表示素子に±ＩＯＶの電圧を
印加し、直交ニコル化で観察したところ、液晶はジグザ
ク欠陥のない、均一な配向を示していた。さらに、４５
℃、湿度８０％の環境下で５日間放置したが配向状態に
変化はなかった。

一方、セル・ギャップ５μｍのセルにメルク社製ネマチ
ック液晶ＺＬＴ−２２９３を注入し、クリスタルローテ
ーション法によってプレチルト角を測定したところ１５
°であった。

上記の各実施例より明らかなように、本発明の液晶表示
素子は、強誘電性液晶を良好に配向させ、耐久性、経時
安定性に優れた液晶表示素子である。また、本発明の液
晶表示素子の配向膜は、高温での熱処理を必要とせず、
塗布により簡単に成膜することができるものである。さ
らに、本発明の液晶表示素子の配向膜は、ネマチック液
晶を斜め配向させうる配向制御能力をも有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶表示素子の構成例を模式的に示
す断面図である。 １ａ、１ｂ＝透明基板 ２ａ、２ｂ＝透明電極 ３ａ、３ｂ：配向膜 ４：液晶 ５．６：透明電極基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、透明電極上に配向膜を設けた二枚の透明電極基板を
   配向膜を内側にして配置し、その間に強誘電性液晶を封
   入してなる液晶表示素子において；前記配向膜の少なく
   とも一方が、シランカップリング剤の添加されたヒドロ
   キシスチレン重合体からなることを特徴とする液晶表示
   素子。