JPH04338925A

JPH04338925A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH04338925A
Application number: JP16056991A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Saito; 斎藤　裕子; Yasushi Mori; 寧森; Yasushi Kawada; 靖川田; Masanori Sakamoto; 正典坂本; Kenji Sano; 健二佐野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-17
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1992-11-26

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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】１９７０年代の実用化以来、液晶表示素
子は年々その重要度を増し、今日では電卓、デジタル時
計からコンピュータ端末、カラーテレビに至るまで、様
々な応用がなされている。こうした応用分野の拡大に伴
い、表示の大型化・高精細化が進められている。液晶表
示素子は、通常、電極と配向層とが形成された一対の基
板間に液晶組成物を挟持した構成を有する。そして、電
極間に印加する電場を変化させることにより、液晶の配
向状態を制御し、これに対応してその光学的性質を制御
するという原理によって、明暗などの表示を得ている。したがって、前述した表示の大型化・高精細化の要請に
応じるためには、液晶の配向状態を高度に制御すること
が必要である。

【０００３】現在最も広く用いられている液晶配向方法
は、配向層としてポリイミドに代表される有機高分子の
薄膜を形成した後、布などで軽く摩擦する方法（ラビン
グ処理）である（Ｃ．Ｍａｕｇｕｉｎ：Ｂｕｌｌ．Ｓｏ
ｃ．Ｆｒ．Ｍｉｎ．，３４，７１（１９１１）；Ｆ．Ｊ
．Ｋａｈｎ，Ｇ．Ｎ．Ｔａｙｌｏｒ　　ａｎｄ　　Ｈ．
Ｓｃｈｏｎｈｏｒｎ：Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ，６１，８２
３（１９７３）；岡野光治、小林駿介、「液晶　　応用
編］倍風館刊、ｐ．５６）。

【０００４】しかし、この方法には、ラビング布の繊維
屑による汚染や、摩擦に伴う静電気発生による薄層トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）の静電破壊などのために製品歩留り
が低下するという問題がある。また、ラビング処理では
工程数が多いうえ、ラビングにより有機高分子薄膜の損
傷や剥離が生じたり、高い再現性で均一配向性を得るこ
とが困難であるなどの欠点がある。さらに、近年脚光を
浴びている強誘電性液晶表示素子については分子オーダ
ーでの配向制御が必要となるが、ラビング処理では高度
な配向制御が困難であるため、強誘電性液晶パネルの配
向層に適用することは不適当である。

【０００５】このような問題を解消するために、種々の
非ラビング処理による液晶配向方法が考案されている。比較的簡便な方法で配向性が得られる例として、配向層
として高分子鎖が一軸方向に配向した高分子膜を用いる
方法が知られている。この方法は高分子に延伸などの操
作を施して主鎖を配向させたものを用い、高分子膜の分
子配列が液晶の配向に影響することを利用するものであ
る（例えば特開昭６３−２１４７２１号）。しかし、こ
の方法では、高分子主鎖の配向を制御するために大きな
外力を加えなければならず、しかも配向性は十分ではな
い。

【０００６】その他、酸化ケイ素などを斜方蒸着する方
法、基板上にラングミュア・ブロジェット膜（ＬＢ膜）
を成膜する方法、基板上に形成された高分子薄膜に微細
加工が施された型を押し当ててパターンを転写する方法
、フォトリソグラフィー法により感光性樹脂の表面に微
細な凹凸を形成する方法などが知られている。

【０００７】しかし、酸化ケイ素などの斜方蒸着は、装
置が大がかりになるうえに、処理時間が長く、１回の処
理当りの基板の処理枚数（通常１枚）に制約があるため
、量産には不向きである。また、液晶の種類によっては
配向制御が不可能な場合もある。ＬＢ膜は分子オーダー
での液晶配向能力を有するが、成膜前の基板洗浄および
基板表面の親水処理または疎水処理の必要があるため工
程数が多く、しかも成膜中の塵によって膜はじきや膜落
ちなどが生じてため、不均一成膜の問題がある。フォト
リソグラフィー法では、マスクの大きさが制限されるた
め、一括露光により大面積の基板を処理することが困難
である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来用いられているラビング処理による液晶配向方法は
数々の問題点を抱えている。また、これに代わるべき非
ラビング処理による方法でも十分な配向性が得られる方
法は知られていない。本発明の目的は、ラビング処理を
実施する必要がなく、しかも均一高配向を実現できる液
晶表示素子を提供することにある。［発明の構成］

【０００９】

【課題を解決するための手段と作用】本発明の液晶表示
素子は、電極と配向層とが形成された一対の基板間に液
晶組成物を挟持した液晶表示素子において、前記配向層
の少なくとも一方が高分子の結晶体よりなることを特徴
とするものである。

【００１０】また、本発明の液晶表示素子は、電極と配
向層とが形成された一対の基板間に液晶組成物を挟持し
た液晶表示素子において、前記配向層の少なくとも一方
が高分子に低分子液晶を分散させたものよりなることを
特徴とするものである。

【００１１】以下、図面を用いて本発明の構成を詳細に
説明する。図１に本発明による液晶表示素子の一例を示
す。一対の基板１１上には電極１２および配向層１３、
１４が積層され、この積層体を配向層を内向きにして所
定の厚さのスペーサ１５を介して配置し、液晶セルを構
成する。こうして得られたセル内に液晶組成物１６を充
填する。電極１２は透過型素子の場合にはその双方がＩ
ＴＯなどの透明なものでなければならないが、反射型素
子の場合には一方が透明であればよい。セル内に充填さ
れる液晶組成物１６は、市販品をそのまま用いることが
でき、単独の液晶でも混合物の液晶でもよい。また、液
晶組成物１６には二色性色素との混合物を用いてもよい
。

【００１２】一方の配向層１３は高分子の結晶体、また
は高分子に低分子液晶を分散させたものからなる。他方
の配向層１４は液晶配向能力を持つこと以外、特に制約
はなく、もちろん前記配向層１３と同様の材質であって
もよい。配向層の厚みに関しては配向性からの制約はな
いが、駆動電圧を低くするために１０μｍ以下であるこ
とが好ましい。

【００１３】本発明において、結晶体を形成する高分子
は、液晶組成物１６に溶解しないものであればよい。例
として、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリチオ
フェン、ポリピロール、ポリアリーレンビニレンなどが
挙げられる。

【００１４】基板上に高分子の結晶体からなる配向層を
形成する方法としては、（１）接着による方法、（２）
蒸着による方法、（３）溶液・溶融状態から結晶化させ
る方法、（４）電解重合反応を利用する方法などがある
。特に、（２）、（３）の方法によれば、薄膜単結晶の
作製が可能である。（２）の場合、一次蒸着で得られた
微結晶状態の高分子薄膜にラビング処理を施した後、二
次蒸着する方法（Ｔ．Ｋａｎｅｔａｋａ，Ｋ．Ｉｓｈｉ
ｋａｗａ，Ｔ．Ｋｏｄａ，Ｙ．Ｔｏｋｕｒａ，ａｎｄ　
　Ｋ．Ｔａｋｅｄａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．
，５１，１９５７（１９８７））を用いることができる
。（３）の場合、ずり応力を加えながら結晶化させる方
法（Ｍ．Ｔｈａｋｕｒ　　ａｎｄ　　Ｓ．Ｍｅｙｌｅｒ
：Ｍａｃｒｏ−ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，１８，２３４１（
１９８５））を用いることができる。

【００１５】このように配向層として高分子の結晶体を
用いれば、一軸（主鎖）の方向の一次元秩序のみならず
、層全体に及ぶ二次元秩序を有する分子配列を形成でき
、セル内の液晶分子の均一高配向を実現できる。

【００１６】本発明において、低分子液晶とは、繰り返
し構造単位を持たないものをいう。低分子液晶を分散さ
せる高分子は特に限定されず、ポリイミド、ポリアミド
、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、
ポリスチレン、ポリアクリルアミド、ポリビニルブチラ
ールなどを用いることができる。

【００１７】基板上に高分子に低分子液晶を分散させた
配向層を形成する方法としては、適当な溶剤中に高分子
と低分子液晶とを適当な比率で混合したものを用い、（
１）基板上にキャストして乾燥し、液晶分子が配向する
ように調整した他の配向膜を型として押し当てる方法、
（２）基板上で所定方向に遠心力が働く状態でスピンキ
ャストする方法、（３）基板上にキャストした膜が乾燥
するまでの間、強電場、強磁場などの外部場を加えて低
分子液晶を配向させる方法、（４）基板をディッピング
して重力方向に低分子液晶を配向させる方法などがある
。

【００１８】（１）の方法において型としての配向膜は
、所望の配向とプレチルトを持たせることができるもの
であれば特に限定されず、ポリイミドなどのラビング高
分子膜、干渉膜、グルーブが形成されたフォトレジスト
膜などを用いることができる。この方法では、型として
、低分子液晶に対する親和性が、バインダーとして用い
られる高分子よりも大きい材質からなるものを用いるこ
とが好ましい。型がこのような性質を持っていれば、低
分子液晶がバインダーとなる高分子の内部から型との界
面へしみだして配向するため、良好な配向膜を得ること
ができる。型を押し当てておくときの条件として、温度
が高いほうが低分子液晶がしみ出す速度が速いため、型
を押し付けておく時間が短くてすむ。

【００１９】いずれの方法でも、高分子と低分子液晶と
は必ずしも相溶性がよい必要はない。むしろ相溶性が低
いほうが低分子液晶が高分子の表面に析出するため、セ
ルの液晶を配向させるのに有利になる。例えば、高分子
と低分子液晶とを混合した後、室温で１時間放置するこ
とにより層分離（液晶の析出などを含む）するものの組
み合わせが好ましい。ただし、急激に層分離してしまう
もの、すなわち全く混合しないような組み合わせは適さ
ない。また、高分子中に分散させる低分子液晶の種類お
よび添加量を調整することにより、配向層の表面張力を
制御して、セル内の液晶に適当なプレチルト角を持たせ
ることも可能である。

【００２０】このように高分子中に分散された低分子液
晶は、高分子マトリックスの内部および表面で比較的容
易に配向する。この結果、セル内の液晶も配向層表面の
低分子液晶の配向方向に応じて容易に配向する。また、
本発明の液晶表示素子では、ラビング処理は行わないの
で汚染や静電気発生などの問題は発生せず、歩留りの向
上を達成できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。実施例１

【００２２】以下のようにして図１に示す液晶表示素子
を作製した。ガラス基板上にＩＴＯを蒸着法して透明電
極を形成した。通常の固相重合法（Ｇ．Ｗｅｇｎｅｒ：
Ｚ．Ｎａｔｕｒｆｏｒｓｃｈ．，２４ｂ，８２４（１９
６９）；Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．，１５４，３５
（１９７２））によりポリジアセチレン（ＰＴＳ）単結
晶を合成した。この単結晶をへき開して薄片を作製した
。この薄片を配向層１３として、電極となるＩＴＯガラ
ス上に導電性接着剤により接着したものを一方の積層体
基板とした。

【００２３】また、ガラス基板／ＩＴＯ上に、シランカ
ップリング系垂直配向剤（ＡＹ４３−０２１：トーレ・
シリコーン（株）製）をスピンキャスト法により塗布し
、１３０℃で２時間乾燥させて配向層１４を形成したも
のを対向する積層体基板とした。これらの２枚の積層体
および厚さ６μｍのスペーサを用いて、図１に示した形
状の液晶セルを作製した。

【００２４】このセルに液晶（Ｋ−１５：メルク社製）
と、二色性色素（ＬＣＤ−４３０：日本化薬（株）製）
とを混合したものを充填した。この色素の混合比は１重
量％とした。

【００２５】こうして得られた液晶表示素子における液
晶の配向特性を評価するため、図２に示すような評価装
置を作製した。以下、この装置の構成および評価原理を
説明する。

【００２６】この装置の構成は以下の通りである。入射
光２１は偏光板２３を通過して直線偏光となった後、液
晶表示素子２５に垂直に入射する。このとき、評価の都
合上、高分子の結晶体からなる配向層１３が下側になる
ように素子２５を配置する。入射偏光の偏光方向と配向
層１３における配向容易軸方向とのなす角は、素子２５
を載せた回転ステージ２６によって自由に変化させるこ
とができる。素子２５からの反射光２７は、フォトダイ
オード２８に入り電気的信号として検出される。なお、
使用する高分子によっては、偏光に対する反射率が、偏
光方向の依存性を持つものがある。その場合には、偏光
板２３の手前にフィルタ２２を挿入し、適当な波長域で
測定を行えばよい。

【００２７】また、評価原理は以下の通りである。素子
２５において液晶は上側の配向層１４近傍で垂直に、下
側の配向層１３近傍で非垂直に配向する。このような構
成はハイブリッドセルと呼ばれる。ハイブリッドセルに
は、セルへ垂直に入射する光の偏光方向が透過・反射の
際に保存される性質があるので、偏光状態を追跡する煩
雑な計算が不要となり、簡便な評価が可能である。配向
層１３近傍においては、液晶および二色性色素はその分
子長軸が平均的にみて一定の方向（これを配向ベクトル
と呼ぶ）になるように配向する。二色性色素としてその
分子長軸方向の吸収が最大となるものを選んでおけば、
入射偏光の偏光方向が配向ベクトルと一致したときに色
素による吸収が最大となり、したがって反射率が最低と
なる。液晶の配向の度合を評価する基準には、配向係数
Ｓを用いる。Ｓは次式で与えられる。Ｓ＝（Ｒｍａｘ　−Ｒｍｉｎ　）／Ｒｍａｘここに、Ｒ
ｍｉｎ　　、Ｒｍａｘ　はそれぞれ反射率の最小値、最
大値である。

【００２８】以上の装置および原理を用いた素子２５に
対する評価結果を図３に示す。また、比較例として配向
層１３を設けていない液晶表示素子に対して得られた結
果を図４に示す。図３および図４において、縦軸Ｒは規
格化された反射率を、横軸θは入射偏光の偏光方向と配
向層１３を構成する高分子の主鎖方向のなす角をそれぞ
れ表す。

【００２９】図３ではＲはθ＝９０°、２７０°におい
て最小となっている。このことからこの配向層の配向容
易軸は高分子の主鎖方向と垂直であることがわかる。こ
の場合、配向係数Ｓ＝０．３２であった。一方、図４で
はＲに明瞭な最大・最小は見出せず、配向係数もＳ＝０
．０３と図３の場合に比べ極めて低い値であった。実施例２

【００３０】高分子としてポリカーボネート（アルドリ
ッチ社製）を、低分子液晶として２２９３（メルク社製
）を用い、低分子液晶と高分子との重量比を３：２とし
て１，１，２−トリクロロエタン中に２重量％となるよ
うに混合し、塗布液を調製した。スピンコーター上に、
所定方向に遠心力が働くようにガラス基板／ＩＴＯを載
せ、塗布液をスピンキャストして膜厚約２μｍの配向層
を形成した。この基板を用いて図１に示す液晶セルを作
製し、液晶として２２９３（メルク社製）を注入して液
晶表示素子を作製した。

【００３１】この液晶表示素子を２枚の偏光板の間に挟
んで顕微鏡下で観察した結果、液晶が配向していること
が確認された。配向の状態は、配向層としてポリイミド
のラビング膜を用いて作製された液晶表示素子と同様で
あった。実施例３

【００３２】高分子としてＰＶＫ（デンカ社製）を、低
分子液晶として２２９３（メルク社製）を用い、低分子
液晶と高分子との重量比１：１として１，１，２−トリ
クロロエタン中に２重量％となるように混合し、塗布液
を調製した。スピンコーター上に、所定方向に遠心力が
働くようにガラス基板／ＩＴＯを載せ、塗布液をスピン
キャストして膜厚約２μｍの配向層を形成した。ＰＶＫ
と低分子液晶とは相溶性が非常に悪いが、すぐに分離す
ることはなかった。この基板を用い、実施例１と同様に
して図１に示す液晶表示素子を作製した。この液晶表示
素子について、実施例１と同様にして観察した結果、液
晶が配向していることが確認された。実施例４

【００３３】実施例３で用いた塗布液にガラス基板／Ｉ
ＴＯをディッピングし、４０℃で３時間乾燥した。この
膜に型としてラビング処理したポリイミド配向膜を０．
０２ｋｇ／ｃｍ２　の圧力で押し当てて８０℃で１時間
放置した。ポリイミド配向膜（型）をはがした後、この
基板を用い、実施例１と同様にして図１に示す液晶表示
素子を作製した。この液晶表示素子について、実施例１
と同様にして観察した結果、良好な配向状態が観察され
た。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、液
晶表示素子に対しての基本的要請である均一高配向性を
犠牲にすることなく、しかも従来のラビング処理におけ
る汚染・静電気発生などの問題を解消できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の構成の一例を示す断面
模式図。

【図２】本発明に係る液晶表示素子の液晶配向性を評価
するための装置の構成を示す模式図。

【図３】実施例の液晶表示素子における反射率の入射偏
光の偏光方向に関する依存性を示した特性図。

【図４】比較例の液晶表示素子における反射率の入射偏
光の偏光方向に関する依存性を示した特性図。

【符号の説明】

１１…基板、１２…電極、１３…配向層、１４…配向層
、１５…スペーサ、１６…液晶組成物、２１…入射光、
２２…フィルタ、２３…偏光板、２４…プリズム、２５
…液晶表示素子、２６…回転ステージ、２７…反射光、
２８…フォトダイオード。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　電極と配向層とが形成された一対の基
板間に液晶組成物を挟持した液晶表示素子において、前
記配向層の少なくとも一方が高分子の結晶体よりなるこ
とを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】　　電極と配向層とが形成された一対の基
板間に液晶組成物を挟持した液晶表示素子において、前
記配向層の少なくとも一方が高分子に低分子液晶を分散
させたものよりなることを特徴とする液晶表示素子。