JPH0359622A - 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、高度な液晶配向能力を有する配向膜を担持し
た液晶表示素子に関し、特にその配向膜自身が高度な配
向を示す液晶高分子を用いた、高コントラスト、高品位
な液晶表示素子に関する。

〔従来の技術〕

従来の液晶配向膜は、ポリイミド、ポリビニルアルコー
ル、ポリアミド等の高分子の薄膜を、スピンコード、印
刷法、ディッピング法等で形成し、硬化させた後、布等
で一方向にラビングすることで得られ、該液晶配向膜に
より液晶分子を一方向に配列させていた。この現象につ
いては、ラビングによる高分子鎖の一軸方向への延伸が
ミクロな高分子鎖の配列状態を形成し、液晶分子をその
方向に並べるのであるという説明がなされている。

事実、ラングミュア・プロジェット膜による液晶分子の
配列実験によれば、液晶分子は均一な配列を示したとの
報告がなされている（１９８９年第１４回液晶討論会３
８１１３）。

また、特開昭６１−４２６１８号公報には、液晶高分子
を磁場によって配向させ配向膜として用いた液晶表示素
子の例がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、高分子の薄膜をラビングする方法は、静
電気が多量に発生するため大面積の液晶表示素子におい
て用いられるＴＰＴ　（薄膜トランジスタ）の機能を損
ねるという不都合があるため大面積表示には向かないと
いう欠点がある。また、ラングミュア・プロジェット法
（ＬＢ法）による膜形成法も最近盛んに研究されている
が、工業化には装置及び量産性等で大きな問題をかかえ
、実現の可能性は低い。

また、磁場によって液晶高分子を配向させる方法もＬＢ
法と同様に工業化に適していない、何故なら液晶分子を
平行に配向させるためには液晶高分子もガラス面に対し
て平行に配向しなければならないが、大面積表示のため
にガラス基板が大きくなると非常に強力な磁場を必要と
し、現在の磁石では達成不能だからである。

本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてなされたも
のであって、安定で高度に配向した液晶高分子配向膜を
有する高コントラストで高品位な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〕

上記目的を達成するため、本発明によれば、内面に透明
電極及び配向膜が順次形成された一対の基板間に液晶層
を挟持してなる液晶表示素子において、少なくとも一方
の配向膜が液晶高分子膜からなり、該液晶高分子膜は、
基板の一端に液晶高分子の配向の核となる処理層を設け
、液晶高分子が塗布された基板を該液晶高分子の等方性
液体温度からある一定の温度勾配をもって冷却すること
により形成されたものであることを特徴とする液晶表示
素子が提供される。

また、本発明によれば、内面に透明電極及び配向膜が順
次形成された一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶
表示素子において、少なくとも一方の配向膜が液晶高分
子膜からなり、該液晶高分子膜は、液晶温度に加熱した
液晶高分子を一定方向に流動させた後、冷却することに
より形成されたものであることを特徴とする液晶表示素
子が提供される。

すなわち、本発明は、液晶表示素子を構成する一対の基
板の少なくとも一方の基板の透明電極を含む面上に形成
する配向膜に、配向膜材として液晶高分子を用いるとと
もに、温度勾配をつけた冷却、あるいは流動といった現
象を利用することにより、従来のラビング法を用いなく
ても高度な配向を付与したことを特徴とするものである
。

本発明の液晶表示素子は、基本的に、一方の面に透明電
極及び配向膜が形成された一対の基板を電極面が対向す
るように離間配置し、周囲にスペーサーを介して両基板
を貼り合わせ、その内部に液晶を封入して構成され、か
つ、上記配向膜の少なくとも一方に上述したような手法
により高度な配向が付与されたものである。

本発明の配向膜に用いられる液晶高分子材料としては、
サーモトロピック液晶高分子が使用され、高温でネマチ
ック相を示すサーモトロピック液晶高分子が特に好まし
く使用される。

温度勾配をつけて冷却することにより液晶高分子の配向
が固定化された配向膜は、具体的には以下のようにして
配向処理がなされる。

先ず、前もってガラス基板に液晶高分子の希薄溶液を従
来公知の塗布方法、たとえばスピンコード法、ロールコ
ート法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法、あるい
はデイツプコート法で塗布し溶媒を乾燥させることによ
り液晶高分子の薄膜を得る。そして、液晶高分子膜を塗
布形成した基板を、最高温度がその液晶高分子の液晶−
等方性液体転移温度より数度高めになるように、かつ、
最低温度がガラス転移温度以下となるようにセットした
温度勾配型ホットプレート上に設置し、ゆっくりと一定
方向に引っばることにより配向させるが１本発明では、
この際、基板の一端に液晶高分子の配向の核となる処理
層を設ける。この処理層は、具体的には、液晶高分子の
希薄溶液塗布前の基板の末端にラビング処理を施すこと
により、あるいは鋭利な刃物でカットした（端面が切断
面となる）フィルムを最初に加温される側の基板末端に
設置することにより形成される。このような処理層を設
けることにより、一定方向に良好な配向を有する配向膜
を得ることができ、基板が大型化した場合でも高度な配
向を有する配向膜を容易に得ることが可能となる。

次に、流動を利用して液晶高分子の配向を固定して配向
膜を形成する方法について述べる。

ここで流動とは、液晶温度において、（ｉ）液晶高分子
が塗布された基板を傾斜（垂直を含む）させること、（
ｎ）空気等を液晶高分子に吹付けること。

（市）基板上に塗布された液晶高分子上に柔軟フィルム
をのせてスライドさせること、あるいは（ｉｖ）先端が
薄くなった口から一定の圧力で液晶高分子を基板に射出
させること等により生ずる液晶高分子の物理的な流れを
意味する。

これらについて詳しく述べると、先ず、低分子のネマチ
ック液晶を傾斜させたガラス基板上で重力に従って流す
と、その流れの方向に配向することが知られている。そ
こでこれと同様に、液晶高分子を塗布した基板を液晶温
度に加熱して傾斜させるかあるいは垂直にすると重力の
影響で液晶高分子が流れ、基板をそのまま冷却すると高
度に配向した配向膜が得られる（上記（ｉ）を利用）。

また、基板の透明電極を含む面に塗布され液晶温度まで
加熱した液晶高分子に空気等の気体を吹付けた後、冷却
させても、基板上にて液晶高分子の流れが生じ、上記と
同様、高度に配向した配向膜が得られる（上記（ｎ）を
利用）。

また、基板上にて液晶温度まで加熱した液晶高分子の上
に柔軟フィルムをのせてスライドさせた後、冷却させて
も、上記と同様、高度に配向した配向膜が得られる（上
記（市）を利用）。

さらに、液晶高分子の射出成形技術を利用して配向膜を
得ることも可能である。液晶高分子をその液晶温度に加
熱すると粘性が低くなり、その温度で射出すると射出方
向に高い配向性をもった高分子が得られることが知られ
ている。そこで射出装置の射出口を薄く平らに加工して
、ガラス基板上に液晶高分子を射出させると、射出方向
に高度に配向した配向膜が得られる（上記（ｉｖ　）を
利用）。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように１本発明によれば、後述の実
施例でも明らかなように、従来のラビング法を用いない
で形成された、高度に配向した配向膜を有し、またプロ
セス上も簡単な若しくは従来の装置を若干変更するだけ
で該配向膜を得ることができるので、高コントラストで
高品位な液晶表示素子が実現できる上、工業的にも非常
に有利である。さらに１本発明の配向膜は基板の大きさ
に制約されることなく良好な配向能力を有するので、基
板の大きさが自由に選択でき、大型表示に対応可能とな
る。

［実施例］ 以下本発明につき実施例をあげて具体的に記述するが１
本発明はここに例示の実施例のみに限定されるものでは
ない。

実施例１ 配向膜用高分子として次式の繰り返し単位を有する液晶
高分子（重合度約５０）を用いた。

この高分子は１４７〜１７７℃でネマチック液晶相を示
す。この高分子の１．５ｗｔ％Ｎ−メチルピロリドン溶
液を！Ｉ！ＩＷＬ、、スピンコード法で透明電極（ＴＴ
Ｏ）を有するガラス基板の該電極を含む面の上に塗布し
た後、２００℃で１時間乾燥した。次に、この基板の一
端に２０μｍ厚のマイラーのフィルムを鋭い刃物で帯状
に切ったフィルム片（この切断面は高い液晶分子配向能
を有している）を貼りつけ、配向の核とした。その後、
この基板を最高温度が１９０℃、最低温度が１００℃に
設定された温度勾配型ホットプレート上に高温側にフィ
ルム片が来るように設置し、基板を一定方向にスライド
させた。スライドさせる方向は、第１図の矢印方向とし
た。

スライド速度は、１ｃｍ／ｗｉｎでホットプレートの長
さは３０ｃｍであった。以上の配向膜の処理の様子を第
１図に示す１図中１は基板、２は透明電極、３は液晶高
分子、４はマイラーフィルム片、５は温度勾配型ホット
プレートである。

このようにして得た基板２枚を、その処理方向が反平行
（ａｎｔｉ−ｐａｒａｌｌｅｌ）になるように、スペー
サを介して重ね合せ、その後ネマチック液晶を注入して
液晶セルを得た。この液晶セルをクロスニコル下でｌ！
察したところ良好な配向を示した。

実施例２ 配向膜用高分子として次式の繰り返し単位を有する液晶
高分子（重合度３０）を使用した。

この高分子は３５〜１３０℃で液晶相を示す。この高分
子を射出成形機のシリンダーに入れ、射出ノズル口にて
液晶温度となるように調製し、　１０’ｃｍ／ｓｅｃの
高速剪断で射出させた。このとき射出口の近くに透明電
極（ＩＴＯ）を一方の面に有するガラス基板を設置し、
一定方向に基板を引っばることにより配向した高分子膜
を基板の上記電極を含む面上に得た。このようにして得
た基板２枚を、その処理方向が互いに直交するようにス
ペーサーを介して重ね合せ、その後、０．１ｗｔ％のコ
レステリックノナネートを添加しであるネマチック液晶
を基板間に注入し、液晶セルを得た。この液晶セルの配
向を偏光顕微鏡クロスニコル下でｉｉｉ察したところ。

ネマチック液晶が一定方向に配向しているのが観察され
た。また、基板間に５Ｖｏｐの矩形波を印加したとき、
良好なコントラストを得ることができた。

実施例３ 実施例２で用いたと同じ液晶高分子の１．５ｗｔ％Ｎ−
メチルピロリドン溶液を調整し、スピンコード法で一方
の面に透明電極（ＩＴＯ）を有するガラス基板の上記電
極を含む面の上に塗布した後、２００℃で１時間乾燥さ
せた。その後、基板を垂直に設置し、１７０℃で２時間
加熱させた後、冷却することにより配向膜の固定化を行
った。このようにして処理した基板２枚を、流れの方向
が反平行となるようにして実施例１と同様の方法で貼り
合せ、内部に液晶を注入して液晶セルを作製したところ
、良好なネマチック液晶の配向を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第工図は本発明の実施例１における配向膜の固定化方法
を示す概略図である。 １・・・基板 ２・・・透明電極 ３・・・液晶高分子 ４・・・マイラーフィルム片 ５・・・温度勾配型ホットプレート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内面に透明電極及び配向膜が順次形成された一対
   の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示素子において
   、少なくとも一方の配向膜が液晶高分子膜からなり、該
   液晶高分子膜は、基板の一端に液晶高分子の配向の核と
   なる処理層を設け、液晶高分子が塗布された基板を該液
   晶高分子の等方性液体温度からある一定の温度勾配をも
   って冷却することにより形成されたものであることを特
   徴とする液晶表示素子。
2. （２）内面に透明電極及び配向膜が順次形成された一対
   の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示素子において
   、少なくとも一方の配向膜が液晶高分子膜からなり、該
   液晶高分子膜は、液晶温度に加熱した液晶高分子を一定
   方向に流動させた後、冷却することにより形成されたも
   のであることを特徴とする液晶表示素子。