JPH05281548A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JPH05281548A
JPH05281548A JP4077512A JP7751292A JPH05281548A JP H05281548 A JPH05281548 A JP H05281548A JP 4077512 A JP4077512 A JP 4077512A JP 7751292 A JP7751292 A JP 7751292A JP H05281548 A JPH05281548 A JP H05281548A
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liquid crystal
same
polyester
polymer
different
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JP4077512A
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Fumie Nozawa
文恵 野沢
Masami Ubukata
雅美 生方
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Sanofi Aventis KK
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Hoechst Japan Ltd
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    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/68Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen
    • C08G63/682Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen containing halogens
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高湿度下においても長期にわたり安定であるポ
リエステルを使用した高度な液晶配向能力を有する配向
膜からなる液晶表示素子を提供すること。 【構成】繰り返し単位Iおよび繰り返し単位IIの一方ま
たは双方を有するポリエステルを使用することを特徴と
する液晶表示素子。 (上式において、Ar1〜Ar3は置換または無置換の芳
香環であり、R1〜R6はハロゲン置換アルキル基であ
り、X1、X2、Y1、Y2

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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
配向膜として芳香族系ポリエステルを用いた高コントラ
ストで高品位な液晶表示素子に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶分子を一方向に配列させることがで
きる液晶配向膜として、従来よりポリイミドまたはポリ
アミドが一般に用いられている。ポリイミド膜は、ポリ
アミック酸の溶液として基板上に塗布し次いで加熱閉環
することによって調製するのが一般的であるが、その加
熱の際に膜が帯色して素子の外観や膜の耐光性が損なわ
れてしまうという問題がある。また、閉環反応を行うた
めには少なくとも250℃以上に加熱しなければなら
ず、プラスチック基板やカラーフィルターの劣化を引き
起こす危険性がある。さらに、一般にポリイミドはガラ
ス基板との密着性が良くないため、シランカップリング
剤や特開昭58−72924に記載されているシランを
含有するジアミン化合物を用いて基板との密着性を向上
させなければならない。しかし、前者の方法では溶液の
安定性に問題があり、後者の方法ではモノマーを別に合
成しなくてはならないためコスト高になるという問題が
ある。また、ポリアミドも密着性がよくないため、ポリ
イミドと同様の問題をかかえている。
【0003】そこで最近では、液晶ポリマーを配向膜と
して使用する試みがなされている(特願平2−1901
44など)。液晶ポリマーを用いれば、閉環反応を行う
ために加熱する必要がないうえ、塗膜の着色および耐光
性を損なわずに基板の劣化を防ぐことができる。また、
ガラス基板との密着性が良いため、シランカップリング
剤等の添加剤も不要である。しかし、従来の液晶ポリマ
ーは、一般に溶解性に乏しくて基板上に塗布しにくいと
いう問題を抱えていたことから、実際に使用できるもの
が限られていた。かかる問題を解決するために、スピン
コートに一般に用いられる溶媒に対して高い溶解性を示
す液晶ポリマーが開発されている(特願平3−3243
34)。この液晶ポリマーは溶解性にすぐれ高度な液晶
配向能力を有する点で極めて有効であるが、高湿度下に
おくとポリマーが析出してしまうため、窒素下等の低湿
度下で保存しなければならない。したがって、かかる液
晶ポリマーには実用的な側面からの改良の余地が残され
ていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の課題を
解決し、高湿度下においても長期にわたり安定であるポ
リエステルを使用した高度な液晶配向能力を有する配向
膜からなる液晶表示素子を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、特定組成
のポリエステルが、一般に用いられている種々の溶媒に
対して室温で優れた溶解性を示し、かつ得られた溶液が
高湿度下においても優れた保存安定性を示し、しかも高
い液晶配向能力を有することを見いだし本発明に至っ
た。
【0006】すなわち、本発明は、内面に透明電極およ
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;以下に示す繰り返し単
位Iおよび繰り返し単位IIの一方または双方を有し、さ
らに該繰り返し単位Iおよび繰り返し単位IIの一方また
は双方とエステル結合が可能な一種以上の繰り返し単位
を有していてもよいポリエステルを、前記基板間の少な
くとも一方の対向面上の配向膜材料として使用すること
を特徴とする液晶表示素子を提供するものである。
【0007】繰り返し単位Iは、 (上式において、Ar1およびAr2は同一であっても異
なっていてもよく、芳香環であり、この芳香環は炭素数
1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ
基、アミノ基、ハロゲン原子、フェニル基および置換フ
ェニル基からなる群より選ばれる1以上の置換基を有し
ていてもよく;R1およびR2は同一であっても異なって
いてもよく、ハロゲン原子で置換された炭素数1〜4の
アルキル基であり;X1およびY2は同一であっても異な
っていてもよく、 である。また、1分子のポリエステル中に2種以上の繰
り返し単位Iが含まれていてもよい)であり、繰り返し
単位IIは、 (上式において、Ar3は上記Ar1と同じ定義であり、
Ar1またはAr2と同一であっても異なっていてもよ
く;R3、R4、R5およびR6はそれぞれ同一であっても
異なっていてもよく上記R1と同じ定義であり、それぞ
れR1またはR2と同一であっても異なっていてもよく;
2およびY2は同一であっても異なっていてもよく上記
1と同じ定義であり、X1またはY1と同一であっても
異なっていてもよい。また、1分子のポリエステル中に
2種以上の繰り返し単位IIが含まれていてもよい)であ
る。
【0008】本発明の液晶表示素子に用いるポリエステ
ルの繰り返し単位Iの具体例として、2,2−ビス(4
−ヒドロキシフェニル)ヘキサフロロプロパン、2,2
−ビス(4−カルボキシフェニル)ヘキサフロロプロパ
ン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニ
ル)ヘキサフロロプロパンなどを挙げることができる。
好ましい繰り返し単位としては、2,2−ビス(4−ヒ
ドロキシフェニル)ヘキサフロロプロパン、2,2−ビ
ス(4−カルボキシフェニル)ヘキサフロロプロパンを
挙げることができる。なお、本発明で使用するポリエス
テル中には、2種以上のモノマーが繰り返し単位Iとし
て含まれていてもよい。
【0009】本発明の液晶表示素子に用いるポリエステ
ルの繰り返し単位IIの具体例として、1,3−ビス(2
−ヒドロキシヘキサフロロイソプロピル)ベンゼン、
1,4−ビス(2−ヒドロキシヘキサフロロイソプロピ
ル)ベンゼンなどを挙げることができる。
【0010】本発明で使用するポリエステル中には、上
記繰り返し単位Iと繰り返し単位IIに加え、さらに他の
繰り返し単位が含まれているのが好ましい。ポリエステ
ル中に含ませる繰り返し単位Iと繰り返し単位IIのモル
濃度は、他の繰り返し単位の種類によって異なるが、好
ましくは0.1〜70モル%、より好ましくは1〜50
モル%にする。繰り返し単位Iか繰り返し単位IIの一方
のみを使用する場合には、当該一方の繰り返し単位のモ
ル濃度が上記の範囲に入っているのが好ましい。
【0011】本発明の液晶表示素子に用いるポリエステ
ルは、一般に約400℃以下、好ましくは350℃以下
で液晶相を示す。本発明の液晶表示素子に使用するポリ
エステルの末端基は、選択される合成方法によって異な
るが、通常は次の構造を有する。
【0012】 当業者にとって明らかな方法にしたがい、末端基は任意
に保護することができる。例えば、酸性末端基は種々の
アルコールで保護することができ、ヒドロキシル末端基
は種々の有機酸によって保護することができる。例え
ば、フェニルエステル のような保護単位をポリエステル末端に導入することが
できる。また、ポリエステルは、所望により酸素含有雰
囲気中(例えば、空気中)において融点以下の温度で所
定時間(例えば、数分)加熱することによって、酸化的
に架橋することができる。かかる加熱は、未包装のまま
で行ってもよいし、あらかじめ形成された物品の形で行
ってもよい。本発明で用いることができる上記のポリエ
ステルは、米国特許第3,637,595号などに記載さ
れる方法によって合成することができる。
【0013】本発明の液晶表示素子に使用するポリエス
テルの平均分子量は、通常約2,000〜2,000,0
00、好ましくは約5,000〜1,000,000であ
る。かかる分子量は、標準的な測定方法(例えば、ゲル
・パーミッションクロマトグラフィーや成形フィルムに
ついて赤外分光学的に末端基を検出する方法)によって
測定される。
【0014】本発明の液晶表示素子は、上記のポリエス
テルを適当な溶媒に溶解し、その溶液を基板上にスピン
コーティングするか印刷することによって塗布し、次い
で約180℃で溶媒を乾燥し、その後ラビング処理、温
度勾配加熱処理またはずり応力処理などを施すことによ
って配向膜を得、その基板2枚を配向が対向するように
平行に配置し、その間に液晶を封入することによって調
製することができる。但し、本発明の液晶表示素子はか
かる方法によって調製されたものに限定されるものでは
ない。
【0015】本発明の液晶表示素子は、コントラストと
表示品位が高い点に特徴がある。また、通常の全芳香族
系エステルポリマー(主鎖を構成するそれぞれのモノマ
ー単位が少なくとも1つの芳香環を有しているポリマ
ー)は有機溶媒に難溶性であるにも拘わらず、本発明の
液晶表示素子に用いるポリエステルは一般に用いられて
いる有機溶媒に室温において容易に溶解し、しかもその
溶液は高湿度下においても長期にわたり安定である。こ
のため、かかるポリエステル溶液を用いてスピンコーテ
ィングや印刷等を行うことによって容易に所望の厚さの
膜を形成することができる。
【0016】また、本発明で使用するポリエステルは塗
膜性に優れているため、表面の凹凸が少ない塗膜を得る
ことができ、さらにラビング処理を施すことによってよ
り均一に配向した配向膜を得ることができる。したがっ
て、かかるポリエステルを配向膜として用いた本発明の
液晶表示素子は、高いコントラスト比を示す。
【0017】さらに本発明で使用するポリエステルは液
晶化合物に対しては溶解性を示さないために、本発明の
液晶表示素子は長期安定性に優れている。また、形成し
た配向膜は高温においても安定した高い液晶配向能を有
している。これは全芳香族系結晶性高分子の熱安定性が
高いからであると考えられる。
【0018】また、これらの配向膜はガラス基板上への
密着性も非常に良い。このため、これらの配向膜はシラ
ンカップリング剤を添加しなくても、該シランカップリ
ング剤を使用したポリイミドやシラン系ジアミン化合物
を含有したポリイミドと同等の基板密着性を示す。密着
性を高めるためにさらに化合物を添加する必要がないこ
とから、コスト低減が可能である。また、ガラス基板の
みならずプラスチック基板やシートにも低温(120℃
程度)で成膜することができるため、その応用範囲はか
なり広い。
【0019】上記のポリエステルを溶解する溶媒として
は、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジ
メチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ブ
チロラクトン、シクロヘキサノン、シクロヘキサノー
ル、ペンタフロロフェノール、ヘキサフロロイソプロパ
ノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチ
レングリコールモノプロピルエーテルおよびエチレング
リコールモノブチルエーテルなどの溶媒を単独もしくは
混合したものを用いることができる。
【0020】
【実施例】以下に実施例および比較例を挙げて本発明を
さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例およ
び比較例によって何ら制限されるものではない。実施例
を説明するにあたり、まず本発明に用いたポリマーの合
成例を以下に示す。
【0021】(合成例1)撹拌機、窒素ガス導入管およ
び冷却管のついた重合装置に、ヒドロキシ安息香酸6
9.1g、2,2−ビス(4−カルボキシフェニル)ヘキ
サフロロプロパン181.9g、ヒドロキノン51.4g
および酢酸カリウム0.023gを仕込み、窒素ガスで
重合容器内を置換した後、無水酢酸150.1gを添加
した。その後、約2時間かけて150℃に昇温しヒドロ
キシ基の活性エステル化を行った。その後、副生酢酸を
留去しながら反応温度を310℃に約3.5時間かけて
昇温し重合を行った。その後、さらに3mmHgまで減
圧し約40分間重合させた。重合容器を窒素ガス下で室
温まで冷却した後、ポリマーを取り出した。得られたポ
リマ−を、以下ポリマー1と呼ぶ。
【0022】(合成例2)撹拌機、窒素ガス導入管およ
び冷却管のついた重合装置に、ヒドロキシ安息香酸6
9.1g、イソフタル酸77.1g、メチルヒドロキノン
40.2g、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘ
キサフロロプロパン48.1gおよび酢酸カリウム0.0
18gを仕込み、窒素ガスで重合容器内を置換した後、
無水酢酸150.1gを添加した。その後、実施例1と
同様の手順にて処理し、ポリマー2を取り出した。
【0023】(合成例3)撹拌機、窒素ガス導入管およ
び冷却管のついた重合装置に、ヒドロキシ安息香酸6
9.1g、イソフタル酸77.1g、メチルヒドロキノン
17.8g、ヒドロキノン19.9g、2,2−ビス(4
−ヒドロキシフェニル)ヘキサフロロプロパン48.1
gおよび酢酸カリウム0.017gを仕込み、窒素ガス
で重合容器内を置換した後、無水酢酸150.1gを添
加した。その後、実施例1と同様の手順にて処理し、ポ
リマー3を取り出した。
【0024】(合成例4)撹拌機、窒素ガス導入管およ
び冷却管のついた重合装置に、ヒドロキシ安息香酸4
9.3g、p−(ヒドロキシフェニル)プロピオン酸2
3.8g、イソフタル酸77.1g、2,2−ビス(3−
アミノー4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフロロプロパ
ン52.3g、ヒドロキノン35.7gおよび酢酸カリウ
ム0.018gを仕込み、窒素ガスで重合容器内を置換
した後、無水酢酸150.1gを添加した。その後、実
施例1と同様の手順にて処理し、ポリマー4を取り出し
た。
【0025】(合成例5)撹拌機、窒素ガス導入管およ
び冷却管のついた重合装置に、ヒドロキシ安息香酸7
8.9g、2,2−ビス(4−カルボキシフェニル)ヘキ
サフロロプロパン112.1g、4,4−ビフェニルカル
ボン酸34.6g、ヒドロキノン47.5gおよび酢酸カ
リウム0.020gを仕込み、窒素ガスで重合容器内を
置換した後、無水酢酸150.1gを添加した。その
後、実施例1と同様の手順にて処理し、ポリマー5を取
り出した。
【0026】(合成例6)撹拌機、窒素ガス導入管およ
び冷却管のついた重合装置に、ヒドロキシ安息香酸6
9.1g、1,4−ビス(2−ヒドロキシヘキサフロロイ
ソプロピル)ベンゼン58.6g、イソフタル酸77.1
g、ヒドロキノン35.7gおよび酢酸カリウム0.01
8gを仕込み、窒素ガスで重合容器内を置換した後、無
水酢酸150.1gを添加した。その後、実施例1と同
様の手順にて処理し、ポリマー6を取り出した。
【0027】(合成例7)撹拌機、窒素ガス導入管およ
び冷却管のついた重合装置に、ヒドロキシ安息香酸7
8.9g、2,2−ビス(4−カルボキシフェニル)ヘキ
サフロロプロパン56.1g、1,4−ビス(2−ヒドロ
キシヘキサフロロイソプロピル)ベンゼン29.1g、
イソフタル酸47.5g、ヒドロキノン39.6gおよび
酢酸カリウム0.019gを仕込み、窒素ガスで重合容
器内を置換した後、無水酢酸150.1gを添加した。
その後、実施例1と同様の手順にて処理し、ポリマー7
を取り出した。
【0028】(実施例1)合成例1で得られたポリマ−
1を、N−メチル−2−ピロリドンとシクロヘキサノン
(重量比4:1)の混合液に室温下4重量%で溶解し溶
液を作製した。この溶液の粘性は、8cp(25℃)で
あった。
【0029】作製した溶液の一部を取り出し、25℃で
相対湿度70%の条件下に放置し溶液の保存安定試験を
行った。
【0030】また、作製した溶液の一部を取り出し、透
明電極付きのガラス基板に3,000回転30秒間スピ
ンコートし、180℃で1時間乾燥した。得られた塗膜
の膜厚は約500Åであった。この塗膜の膜厚は、ポリ
マー溶液の濃度あるいはスピンコートの回転数を変える
ことによって変えることができる。さらに、これらの基
板をナイロン布によって一定方向にラビングし、ラビン
グ方向が90°となるように2枚の基板を対峙させ、液
晶の注入口を開けた形でエポキシ樹脂でシールし150
℃で1時間加熱した。その後、ネマテック液晶であるZ
LI1565(MERK社製)を注入し注入口を封止し
液晶セルを作製した。偏光顕微鏡下で、液晶セルを0°
および45°回転させたときの光の透過率を測定し、コ
ントラスト比を求めた。結果は表1に示すとおりであっ
た。
【0031】(実施例2)合成例2で得られたポリマ−
2を、N−メチル−2−ピロリドンとシクロヘキサノン
(重量比4:1)の混合液に室温下4重量%で溶解し溶
液を作製した。この溶液の粘性は、10cp(25℃)
であった。
【0032】実施例1と同様の方法によって、溶液の保
存安定性とコントラスト比を評価し、表1に示す結果を
得た。
【0033】(実施例3)合成例3で得られたポリマ−
3を、N−メチル−2−ピロリドンとシクロヘキサノン
(重量比4:1)の混合液に室温下4重量%で溶解し溶
液を作製した。この溶液の粘性は、11cp(25℃)
であった。
【0034】実施例1と同様の方法によって、溶液の保
存安定性とコントラスト比を評価し、表1に示す結果を
得た。
【0035】(実施例4)合成例4で得られたポリマ−
4を、N−メチル−2−ピロリドンに室温下4重量%で
溶解し溶液を作製した。この溶液の粘性は、10cp
(25℃)であった。
【0036】実施例1と同様の方法によって、溶液の保
存安定性とコントラスト比を評価し、表1に示す結果を
得た。
【0037】(実施例5)合成例5で得られたポリマ−
5を、γーブチロラクトンに室温下4重量%で溶解し溶
液を作製した。この溶液の粘性は、10cp(25℃)
であった。
【0038】実施例1と同様の方法によって、溶液の保
存安定性とコントラスト比を評価し、表1に示す結果を
得た。
【0039】(実施例6)合成例6で得られたポリマ−
6を、N−メチル−2−ピロリドンに室温下4重量%で
溶解し溶液を作製した。この溶液の粘性は、8cp(2
5℃)であった。実施例1と同様の方法によって、溶液
の保存安定性とコントラスト比を評価し、表1に示す結
果を得た。
【0040】(実施例7)合成例7で得られたポリマ−
7を、N−メチル−2−ピロリドンに室温下4重量%で
溶解し溶液を作製した。この溶液の粘性は、11cp
(25℃)であった。
【0041】実施例1と同様の方法によって、溶液の保
存安定性とコントラスト比を評価し、表1に示す結果を
得た。
【0042】(比較例1)撹拌機、窒素ガス導入管およ
び冷却管のついた重合装置に、n−ヘキシルレゾルシン
27.8g、ヒドロキノン35.7g、イソフタル酸7
7.1g、ヒドロキシ安息香酸69.1gおよび酢酸カリ
ウム0.016gを仕込み、窒素ガスで重合容器内を置
換した後、無水酢酸150.1gを添加した。その後、
実施例1と同様の手順で処理し、対照ポリマー1を取り
出した。
【0043】このポリマーについて、実施例1と同様の
方法により溶液の保存安定性とコントラスト比を評価
し、表1に示す結果を得た。
【0044】(比較例2)撹拌機、窒素ガス導入管およ
び冷却管のついた重合装置に、ヒドロキノン35.7
g、イソフタル酸77.1g、ヒドロキシ安息香酸2'−
ヒドロキシエチル26.1g、ヒドロキシ安息香酸69.
1gおよび酢酸カリウム0.015gを仕込み、窒素ガ
スで重合容器内を置換した後、無水酢酸150.1gを
添加した。その後、実施例1と同様の手順で処理し、対
照ポリマー2を取り出した。
【0045】このポリマーについて、実施例1と同様の
方法により溶液の保存安定性とコントラスト比を評価
し、表1に示す結果を得た。
【0046】(比較例3)撹拌機、窒素ガス導入管およ
び冷却管のついた重合装置に、p−(ヒドロキシフェニ
ル)プロピオン酸35.6g、ヒドロキシ安息香酸49.
3g、2,3−ジメチルヒドロキノン59.6g、イソフ
タル酸71.3gおよび酢酸カリウム0.016gを仕
込み、窒素ガスで重合容器内を置換した後、無水酢酸1
50.1gを添加した。その後、実施例1と同様の手順
で処理し、対照ポリマー3を取り出した。
【0047】このポリマーについて、実施例1と同様の
方法により溶液の保存安定性とコントラスト比を評価
し、表1に示す結果を得た。
【0048】 表 1 ポリマー 溶液の保存安定性 コントラスト比 (70%、25℃) 実施例1 ポリマー1 1月以上安定 33 実施例2 ポリマー2 1月以上安定 38 実施例3 ポリマー3 1月以上安定 50 実施例4 ポリマー4 1月以上安定 43 実施例5 ポリマー5 1月以上安定 45 実施例6 ポリマー6 1月以上安定 40 実施例7 ポリマー7 1月以上安定 36 比較例1 対照ポリマー1 1日後に白濁 30 比較例2 対照ポリマー2 1日後に白濁 35 比較例3 対照ポリマー3 3日後に白濁 43

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内面に透明電極およ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、 以下に示す繰り返し単位Iおよび繰り返し単位IIの一方
    または双方を有し、さらに該繰り返し単位Iおよび繰り
    返し単位IIの一方または双方とエステル結合が可能な一
    種以上の繰り返し単位を有していてもよいポリエステル
    を、前記基板間の少なくとも一方の対向面上の配向膜材
    料として使用することを特徴とする液晶表示素子。[繰
    り返し単位Iは、 (上式において、Ar1およびAr2は同一であっても異
    なっていてもよく、芳香環であり、この芳香環は炭素数
    1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ
    基、アミノ基、ハロゲン原子、フェニル基および置換フ
    ェニル基からなる群より選ばれる1以上の置換基を有し
    ていてもよく;R1およびR2は同一であっても異なって
    いてもよく、ハロゲン原子で置換された炭素数1〜4の
    アルキル基であり;X1およびY2は同一であっても異な
    っていてもよく、 である。また、1分子のポリエステル中に2種以上の繰
    り返し単位Iが含まれていてもよい)であり、 繰り返し単位IIは、 (上式において、Ar3は上記Ar1と同じ定義であり、
    Ar1またはAr2と同一であっても異なっていてもよ
    く;R3、R4、R5およびR6はそれぞれ同一であっても
    異なっていてもよく上記R1と同じ定義であり、それぞ
    れR1またはR2と同一であっても異なっていてもよく;
    2およびY2は同一であっても異なっていてもよく上記
    1と同じ定義であり、X1またはY1と同一であっても
    異なっていてもよい。また、1分子のポリエステル中に
    2種以上の繰り返し単位IIが含まれていてもよい)であ
    る]
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