JPH054134U - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】いずれの基板の配向膜も、静電気を発生させる
ラビング処理を行なうことなく形成できるとともに、コ
ントラストの良い表示を得ることができ、しかも、液晶
分子を良好な配向状態で配向させて光学特性を向上させ
ることができる液晶表示素子を提供する。 【構成】一方の基板１に、単分子膜をＬＢ法により少な
くとも１層以上被着させた単分子積層膜をイミド化した
ポリイミド膜からなるＬＢ配向膜６を形成し、他方の基
板２には斜方蒸着配向膜７を形成した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、液晶分子を水平方向に配向させた液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】

液晶分子を水平方向に配向させた液晶表示素子には、ＴＮ（ツィステッド・ネ マティック）モード、ＳＴＮ（スーパー・ツィステッド・ネマティック）モード 、ＥＣＢ（電界制御型複屈折）モードのうちの水平配向型のもの等がある。

【０００３】 これらの液晶表示素子は、液晶層をはさんで対向する一対の透明基板の互いに 対向する面に、透明電極と、液晶分子を水平方向に配向させるための水平配向膜 とを形成した構成となっている。 これらの液晶表示素子の基板上に設けられる配向膜は、一般に、ラビング処理 膜、あるいは斜方蒸着膜からなっている。

【０００４】 しかし、上記ラビング処理膜からなる配向膜は、基板上にポリイミド等の有機 高分子化合物を塗布してその膜面をラビング処理する方法で形成されるため、ラ ビング処理時に静電気が発生するという問題があり、そのため、基板上に薄膜ト ランジスタや薄膜ダイオード等の能動素子を形成しているアクティブマトリック ス液晶表示素子では、配向膜を形成する際に上記能動素子が静電気によって破壊 してしまうことがある。

【０００５】 これに対して、斜方蒸着膜からなる配向膜は、基板上に酸化硅素（Ｓi Ｏ）等 を斜方蒸着して形成されるため、基板上に上記能動素子があっても、配向膜を形 成する際に上記能動素子が静電気によって破壊されることはないが、この斜方蒸 着配向膜は、その膜厚を１００ｎｍ以上とかなり厚くしなければ十分な配向性が 得られないため、配向膜のインピーダンスが大きいという問題をもっている。

【０００６】 このため、一対の基板にそれぞれ上記斜方蒸着配向膜を形成している液晶表示 素子は、両基板の電極間に印加される駆動電圧に対する液晶の動作特性が悪くて 、表示のコントラストが低下するという問題があり、特に、アクティブマトリッ クス液晶表示素子では、能動素子を介して駆動信号を印加される画素電極と対向 電極とで構成される画素の電圧保持特性が悪くなって、さらにコントラストが低 下してしまう。

【０００７】 一方、最近では、ラングミュア・ブロジェット法（以下ＬＢ法という）によっ てポリイミド膜からなる配向膜を形成する方法が採用されるようになってきてい る。

【０００８】 このＬＢ法による配向膜の形成方法は、基板上に、ポリアミック酸と長鎖アル キルアミンとをイオン結合反応させてなるポリアミック酸誘導体化合物（ポリア ミック酸塩）の単分子膜をＬＢ法により所要層に積層して被着させ、この単分子 積層膜をイミド化してポリイミド膜とする方法であり、このようにして形成され たポリイミド膜は、それ自体が配向性をもっている。

【０００９】 すなわち、上記ＬＢ法は、水面上に単分子膜を作り、あらかじめ水中に垂直に 浸漬させておいた基板を一定速度で引上げながら、水面上の単分子膜を基板上に 被着させて行く方法であり、このＬＢ法によって基板上に被着されたポリアミッ ク酸誘導体化合物の単分子膜は、分子長の長い単分子が基板の引上げ方向に沿っ て並んでいるため、上記単分子積層膜をイミド化させたポリイミド膜は、液晶分 子を一方向に水平配向させる配向性をもっている。

【００１０】 したがって、このＬＢ法によって形成された配向膜は、その膜面のラビング処 理が不要であるから、基板上に能動素子があっても、配向膜の形成に際して上記 能動素子が静電気によって破壊されることはない。

【００１１】 また、上記単分子膜の１層の厚さは０．５ｎｍ程度であり、この単分子膜を積 層した単分子積層膜の層厚は、例えば単分子膜を１０層に積層した場合で約５ｎ ｍであるため、この単分子積層膜をイミド化したポリイミド膜からなる配向膜の 厚さは、上記斜方蒸着配向膜に比べて非常に薄く、したがって配向膜のインピー ダンスを大幅に小さくして、配向膜での電圧降下を小さくすることができる。

【００１２】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記ＬＢ法によって形成した配向膜は、ラビング処理膜や斜方 蒸着膜のような、液晶分子を配向膜面に対してチルト角をもたせて配向させる機 能がないため、この配向膜を両方の基板に形成している液晶表示素子は、液晶分 子のプレチルト角が０゜であり、そのため、リバースツイストやリバースチルト 等の配向不良が発生して、光学特性が悪くなるという問題をもっている。

【００１３】 本考案の目的は、いずれの基板の配向膜も、静電気を発生させるラビング処理 を行なうことなく形成できるとともに、コントラストの良い表示を得ることがで き、しかも、液晶分子を良好な配向状態で配向させて光学特性を向上させること ができる液晶表示素子を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

本考案の液晶表示素子は、液晶層をはさんで対向する一対の基板の一方に、ポ リアミック酸と長鎖アルキルアミンとを反応させてなる化合物の単分子膜をＬＢ 法により少なくとも１層以上被着させた単分子積層膜をイミド化したポリイミド 膜からなる配向膜を形成し、他方の基板に、斜方蒸着配向膜を形成したことを特 徴とするものである。

【００１５】

【作用】

本考案の液晶表示素子は、その一方の基板にＬＢ法による配向膜を形成し、他 方の基板に斜方蒸着による配向膜を形成しているため、いずれの基板の配向膜も 、静電気を発生させるラビング処理を行なうことなく形成できる。そして、この 液晶表示素子では、一方の基板の配向膜がＬＢ法によって被着した単分子積層膜 をイミド化したポリイミド膜であり、その膜厚は非常に薄いため、他方の基板の 配向膜が膜厚の厚い斜方蒸着膜であっても、両方の配向膜のトータルのインピー ダンスは両方の配向膜が斜方蒸着膜である場合にくらべればその半分近くであり 、したがって両基板の電極間に印加される駆動電圧に対する液晶の動作特性を十 分高くとれるから、コントラストもよい表示が得られる。

【００１６】 しかも、この液晶表示素子では、一方の基板にＬＢ法によって形成した配向膜 は液晶分子をチルト角をもたせて配向させる機能は弱いが、他方の基板に形成し た斜方蒸着配向膜は液晶分子をチルト角をもたせて配向させるため、液晶分子の 配向状態に、リバースツイストやリバースチルト等の配向不良が発生することは ない。

【００１７】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図１および図２を参照して説明する。

【００１８】 図１は液晶表示素子の断面図である。この液晶表示素子は、ガラス等からなる 一対の透明基板１，２を枠状のシール材３を介して接合し、この両基板１，２間 のシール材３で囲まれた領域に液晶を封入したもので、上記両基板１，２の互い に対向する面にはそれぞれ、透明電極４，５が形成されており、配向膜６，７は 上記透明電極４，５の上に形成されている。

【００１９】 なお、この液晶表示素子は、ＴＮモード、ＳＴＮモード、ＥＣＢモードのうち の水平配向型のもの等であり、ＴＮモードまたはＳＴＮモードの液晶表示素子で は、液晶分子Ａを両基板間においてツイスト配向させ、ＥＣＢモードの液晶表示 素子では、液晶分子Ａをホモジニアス配向させている。

【００２０】 上記配向膜６，７のうち、一方の基板（図１では上基板）１に形成された配向 膜６は、ポリアミック酸と長鎖アルキルアミンとを反応させてなる化合物の単分 子膜をＬＢ法により少なくとも１層以上（例えば数層ないし数十層）積層して被 着させた単分子積層膜をイミド化したポリイミド膜からなっている。以下、この 一方の基板１の配向膜６をＬＢ配向膜という。 このＬＢ配向膜６は、次のような方法で形成される。

【００２１】 上記ポリアミック酸は、下記の［化３］の構造式で表わされ、このポリアミッ ク酸は、［化１］の構造式で表わされるテトラカルボン酸と、［化２］の構造式 で表わされるジアミンとを合成して得られる。

【００２２】

【化１】

【００２３】

【化２】

【００２４】

【化３】

【００２５】 また、上記長鎖アルキルアミンは、親水性をもつポリアミック酸に疎水性を付 与するためのものであり、この長鎖アルキルアミンは次の［化４］の構造式で表 わされる。

【００２６】

【化４】

【００２７】 上記ポリアミック酸を溶媒に溶かした溶液と、上記長鎖アルキルアミンを同じ 溶媒に溶かした溶液とを１：１の割合で混合し、下記の上記ポリアミック酸と長 鎖アルキルアミンとをイオン結合反応させて、下記の［化５］の構造式で表わさ れるポリアミック酸誘導体化合物（ポリアミック酸塩）の溶液を作成する。なお 、上記ポリアミック酸および長鎖アルキルアミンの溶媒としては、ＮＭＰ（Ｎ− メチル−２−ピロリジノン）とベンゼンを１：１の割合で混合した混合溶媒を用 いる。また、長鎖アルキルアミン溶液の濃度は、ポリアミック酸溶液の濃度と同 じか、あるいはそれより濃い濃度とする。

【００２８】

【化５】

【００２９】 そして、ＬＢ配向膜６は、透明電極４を形成した基板１上に、ＬＢ法によって 上記ポリアミック酸誘導体化合物の単分子膜を被着させ、この単分子積層膜を、 熱処理と化学処理とによりイミド化して形成する。 図２は、基板１上にポリアミック酸誘導体化合物の単分子膜をＬＢ法によって 被着させる方法を示している。この単分子膜の被着は次のようにして行なう。 まず、上記基板１の単分子膜被着面（透明電極４面および基板１面）に親水性 処理を施し、この基板１を水槽８内の水中に垂直に浸漬させる。

【００３０】 次に、水面高さに設けたバー状の移動バリア９と基板１との間の水面上に上記 ポリアミック酸誘導体化合物の溶液を滴下して、その単分子膜ａを水面上に展開 させる。

【００３１】 次に、移動バリア９を基板方向に移動させて水面上の単分子を密集させ、単分 子膜ａの表面圧を一定圧（２５dyn/cm）に調整した後、移動バリア９を基板方向 に一定速度（２mm/min）で移動させて単分子膜ａを基板方向に押しながら、これ に同調させて基板１を引上げて、水面上の単分子膜ａを基板１上に被着させる。

【００３２】 このとき、水面上の単分子は、親水性をもつ部分が親水性処理を施してある基 板１に付着して引上げられるため、単分子膜ａは、分子がほぼ一方向に並んだ状 態で基板１上に被着する。 以下は、上記単分子膜ａの被着工程を繰返して、基板１上に上記単分子膜ａを 所要の厚さに積層する。

【００３３】 このようにして基板１上にポリアミック酸誘導体化合物の単分子膜ａを所要の 厚さに積層して被着させた後は、化学処理により単分子積層膜をイミド化してポ リイミド膜とする。好ましくは、２００℃以上（望ましくは３００℃程度）で約 １時間加熱する熱処理と、酸無水物等の溶液による化学処理とを行なって、基板 １上の単分子積層膜をイミド化し、これをポリイミド膜とする。

【００３４】 このポリイミド膜は、ポリアミック酸と長鎖アルキルアミンとがイオン結合し た化合物であるポリアミック酸誘導体化合物のアルキルアミンを除去するととも に、イミド化したもので、次の［化６］のような構造をもっている。

【００３５】

【化６】

【００３６】 ここで、上記単分子積層膜のイミド化を、熱処理と化学処理との両方を併用し て行なっているのは、ポリイミド分子の直線性が良く、配向膜全域にわたって配 向性の良い配向膜を得るためである。

【００３７】 すなわち、ポリアミック酸誘導体化合物をイミド化する方法としては、一般に 、上記酸無水物等の溶液による化学処理が採用されており、この化学処理によれ ば、ポリアミック酸をほぼ完全にイミド結合させた良質のポリイミドを得ること ができる。

【００３８】 しかし、上述したＬＢ法により基板１上に被着された単分子積層膜は、分子長 軸の平均的な方向は一定ではあるが、個々の分子の主鎖の向きにはばらつきがあ るし、また折れ曲がった状態で基板１に付着している分子もあるため、上記単分 子積層膜を化学処理だけでイミド化したのでは、形成されたポリイミド膜が、ポ リイミド主鎖の直線性が悪く、配向性の劣る膜となる。

【００３９】 このため、望ましいのは、上記単分子積層膜のイミド化を、熱処理と化学処理 との両方を併用して行なうことであり、上記のように２００℃以上の温度で熱処 理を行なうと、ポリアミック酸の分子が動きやすくなって再配列し、全ての分子 の向きが一様に揃うとともに、折れ曲がっている分子も直線状に伸びて他の分子 と同じ方向に向くため、ポリアミック酸をイミド結合させる際にポリイミド主鎖 の直線性が良くなる。

【００４０】 したがって、この熱処理と上記化学処理との両方を併用して上記単分子積層膜 をイミド化すれば、ポリイミド主鎖の直線性が良く、しかもほぼ完全にイミド化 された良好な膜質のポリイミド膜からなる配向膜６を得ることができる。この配 向膜６は、そのポリイミド主鎖の直線性が良いため、液晶に対する配向規制力が 強い。

【００４１】 上記熱処理は、化学処理によるイミド化を行なう前に行なっても、化学処理後 に行なってもよく、熱処理を先に行なう場合は、ポリアミック酸誘導体化合物が 加熱によりイミド化するとともに、次の化学処理によって、このポリアミック酸 誘導体化合物のイミド化が進み、脱水閉環反応が完結する。

【００４２】 また、化学処理を先に行なう場合は、まずポリアミック酸の単分子がほぼ完全 にイミド化し、次の熱処理により分子が再配列して、ポリイミド主鎖が直線状に なる。この場合は、先の化学処理に用いた酸無水物等の溶液の各種溶媒も加熱に よって除去できるため、配向膜（ポリイミド膜）６から液晶中に上記各種溶媒が 溶け込んでしまうことはなく、したがって、液晶表示素子の信頼性を向上させる ことができる。

【００４３】 なお、この実施例では、上記単分子膜ａを所要の厚さに積層して被着させた単 分子積層膜を、熱処理と化学処理とによりイミド化しているが、この単分子積層 膜のイミド化は熱処理だけで行なってもよく、ポリアミック酸は、熱処理によっ てもイミド結合するため、熱処理だけでも、ポリイミド膜からなる配向膜を得る ことができる。

【００４４】 一方、他方の基板（図１では下基板）２に形成した配向膜７は斜方蒸着膜であ り、この斜方蒸着配向膜７は、基板２上に酸化硅素（Ｓi Ｏ）等を斜方蒸着して 形成されている。

【００４５】 すなわち、上記液晶表示素子は、その一方の基板１にＬＢ法により被着させた 単分子積層膜をイミド化したＬＢ配向膜６を形成し、他方の基板２に斜方蒸着に よる斜方蒸着配向膜７を形成したものである。

【００４６】 この液晶表示素子によれば、一方の基板１の配向膜６を上記ＬＢ配向膜とし、 他方の配向膜７を上記斜方蒸着配向膜としているため、いずれの基板１，２の配 向膜６，７も、静電気を発生させるラビング処理を行なうことなく形成でき、し たがって、アクティブマトリックス液晶表示素子のように、いずれか一方の基板 に薄膜トランジスタや薄膜ダイオード等の能動素子（図１では図示せず）が形成 されている場合でも、この能動素子を静電気破壊させることなく、上記配向膜６ ，７を形成することができる。

【００４７】 そして、この液晶表示素子では、一方の基板１の配向膜６がＬＢ法によって被 着した単分子積層膜をイミド化したポリイミド膜からなるＬＢ配向膜であり、そ の膜厚は、例えば単分子膜を１０層に積層した場合で約５ｎｍと非常に薄いため 、他方の基板の配向膜７が膜厚の厚い斜方蒸着膜であっても、両方の配向膜６， ７のトータルのインピーダンスは両方の配向膜が斜方蒸着膜である場合にくらべ ればその半分近くであり、したがって両基板１，２の電極４，５間に印加される 駆動電圧に対する液晶の動作特性を十分高くとれるから、コントラストもよい表 示が得られる。

【００４８】 これは、アクティブマトリックス液晶表示素子の場合も同様であり、両方の配 向膜６，７のトータルのインピーダンスが小さければ、能動素子を介して駆動信 号を印加される画素電極と対向電極とで構成される画素の電圧保持特性は良いた め、良好なコントラストが得られる。

【００４９】 しかも、上記液晶表示素子では、一方の基板１に形成したＬＢ配向膜６は液晶 分子Ａをチルト角をもたせて配向させる機能は弱いが、他方の基板２に形成した 斜方蒸着配向膜７は液晶分子Ａをチルト角をもたせて配向させるため、液晶分子 Ａの配向状態に、リバースツイストやリバースチルト等の配向不良が発生するこ とはなく、したがって液晶は均一に配向し、また電界の印加に対しても均一に動 作するから、光学特性も良好である。

【００５０】

【考案の効果】

本考案の液晶表示素子は、液晶層をはさんで対向する一対の基板の一方に、ポ リアミック酸と長鎖アルキルアミンとを反応させてなる化合物の単分子膜をＬＢ 法により少なくとも１層以上被着させた単分子積層膜をイミド化したポリイミド 膜からなる配向膜を形成し、他方の基板には斜方蒸着配向膜を形成したものであ るから、いずれの基板の配向膜も、静電気を発生させるラビング処理を行なうこ となく形成できるとともに、コントラストの良い表示を得ることができ、しかも 、液晶分子を良好な配向状態で配向させて光学特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す液晶表示素子の断面
図。

【図２】ＬＢ法による単分子膜の被着方法を示す図。

【符号の説明】

１，２…基板、４，５…電極、６…ＬＢ配向膜、７…斜
方蒸着配向膜、Ａ…液晶分子。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 液晶分子を水平方向に配向させた液晶表
   示素子において、液晶層をはさんで対向する一対の基板
   の一方に、ポリアミック酸と長鎖アルキルアミンとを反
   応させてなる化合物の単分子膜をラングミュア・ブロジ
   ェット法により少なくとも１層以上被着させた単分子積
   層膜をイミド化したポリイミド膜からなる配向膜を形成
   し、他方の基板に、斜方蒸着配向膜を形成したことを特
   徴とする液晶表示素子。