JPH054135U - ハイブリツド配向液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】水平配向膜を形成する基板上に能動素子があっ
ても、この能動素子に静電気による破壊を発生させるこ
となく上記水平配向膜を形成することができ、しかも、
他方の基板に形成する垂直配向膜の配向性も配向膜全域
にわたって均一にし、液晶分子を一様に配向させて良好
な光学特性を得ることができるハイブリッド配向液晶素
子を提供する。 【構成】一方の基板１に設ける水平配向膜８を、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で形成
し、他方の基板２に設ける垂直配向膜９を、上記化合物
の単分子膜をＬＢ法により少なくとも１層以上被着させ
た単分子積層膜で形成した。

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ハイブリッド配向させた液晶素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

液晶素子として、液晶層をはさんで対向する一対の基板の一方に水平配向膜を 形成し、他方の基板に垂直配向膜を形成して、液晶分子を両基板間においてハイ ブリッド配向させたものがある。

【０００３】 このハイブリッド配向液晶素子としては、従来、その一方の基板に、ポリイミ ド膜等の有機高分子化合物膜の膜面をラビング処理した水平配向膜を設け、他方 の基板に、シランカップリング剤等の界面活性剤からなる垂直配向膜を設けたも のが知られている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来のハイブリッド配向液晶素子は、その一方の基板に設 ける水平配向膜を、基板上に有機高分子化合物を塗布してその膜面をラビング処 理する方法で形成したものであるため、上記ラビング処理時に静電気が発生し、 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素子では、水平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てしまうことがあるという問題をもっていた。

【０００５】 また、上記従来のハイブリッド配向液晶素子は、他方の基板に設ける垂直配向 膜を、基板上に界面活性剤の溶液を塗布して形成したものであるため、界面活性 剤溶液の塗布むらにより、形成された垂直配向膜の配向性にばらつきが生じ、そ のため、液晶分子を一様に配向させることができないから、良好な光学特性が得 られないという問題ももっていた。

【０００６】 本考案の目的は、水平配向膜を形成する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があっても、この能動素子に静電気による破壊を発生させる ことなく上記水平配向膜を形成することができ、しかも、他方の基板に形成する 垂直配向膜の配向性も配向膜全域にわたって均一にし、液晶分子を一様に配向さ せて良好な光学特性を得ることができるハイブリッド配向液晶素子を提供するこ とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案のハイブリッド配向液晶素子は、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水平配向膜を設け、他方の基板 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 層膜からなる垂直配向膜を設けたことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】

上記水平配向膜は、上記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で あり、このポリイミド膜は、それ自体が水平配向性をもっている。

【０００９】 すなわち、上記ラングミュア・ブロジェット法は、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、この方法で基板上に被着さ れた単分子膜は、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、この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、本考案のハイブリッド配向液晶素子によれば、上記水平配向膜を ラビング処理を行なうことなく形成できるから、この水平配向膜を形成する基板 上に薄膜トランジスタや薄膜ダイオード等の能動素子があっても、この能動素子 に静電気による破壊を発生させることなく上記水平配向膜を形成することができ る。

【００１１】 また、上記垂直配向膜は、上記化合物の単分子膜を上記ラングミュア・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であるため、この垂 直配向膜の配向性は配向膜全域にわたって均一であり、したがって、本考案のハ イブリッド配向液晶素子によれば、液晶分子を一様に配向させて、良好な光学特 性を得ることができる。

【００１２】

【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。

【００１３】 図１は液晶素子の断面図である。この液晶素子は、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が形成されている。また、この両基板１，２ の電極形成面は、酸化硅素（Ｓi Ｏ）等からなる透明な絶縁膜６，７で覆われて おり、配向膜８，９は上記絶縁膜６，７の上に形成されている。

【００１４】 上記配向膜８，９のうち、一方の基板（図では上基板）１に設けられている配 向膜は水平配向膜、他方の基板２に設けられている配向膜は垂直配向膜であり、 液晶分子は、一方の基板１面において水平配向され、他方の基板２面で垂直配向 されて、両基板１，２間において図示のようにハイブリッド配向されている。

【００１５】 上記水平配向膜８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少なくとも１層以上（例えば数層ないし数十層）重ねて被 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。 この水平配向膜８は、次のような方法で形成する。

【００１６】 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。

【００１７】

【化１】

【００１８】

【化２】

【００１９】

【化３】

【００２０】 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。

【００２１】

【化４】

【００２２】 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。

【００２３】

【化５】

【００２４】 そして、上記水平配向膜８は、透明電極４を形成しその上に絶縁膜６を形成し た基板１上に、ラングミュア・ブロジェット法（以下ＬＢ法という）により上記 ポリアミック酸誘導体化合物の単分子膜を所要層に被着させ、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（絶縁膜６面）に親水性処理を施し、この 基板１を水槽１０内の水中に垂直に浸漬させる。

【００２５】 次に、水面高さに設けたバー状の移動バリア１１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。

【００２６】 次に、移動バリア１１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１１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。

【００２７】 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。

【００２８】 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、この単分子積層膜を、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（ 水平配向膜８）とする。

【００２９】 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。

【００３０】

【化６】

【００３１】 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 向性の良い水平配向膜を得るためである。

【００３２】 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。

【００３３】 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。

【００３４】 そこで、この実施例では、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っているのであり、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。

【００３５】 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水平配向膜８を得ることができる。こ の水平配向膜８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。

【００３６】 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。

【００３７】 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、水平配向膜（ポリイミド膜）８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、液晶素子の信頼性を向上させる ことができる。

【００３８】 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水平配向膜を 得ることができる。

【００３９】 一方、他方の基板２に設けた垂直配向膜９は、前述した水平配向膜８の形成に 用いた、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 子膜を少なくとも１層以上（例えば数層ないし数十層）重ねて被着させた単分子 積層膜からなっている。 この垂直配向膜９は、次のような方法で形成する。

【００４０】 上記［化３］の構造式で表わされるポリアミック酸を溶媒に溶かした溶液と、 上記［化４］の構造式で表わされる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、上記［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、前述した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。

【００４１】 そして、垂直配向膜９は、透明電極５を形成しその上に絶縁膜７を形成した基 板２上に、前述した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 を所要層に被着させ、この単分子積層膜を乾燥して形成する。

【００４２】 この垂直配向膜９は、上記化合物の単分子膜を少なくとも１層以上被着させた 単分子積層膜であるため、この垂直配向膜９の配向性は配向膜全域にわたって均 一であり、したがって液晶分子Ａを一様に配向させることができる。

【００４３】 すなわち、上記ハイブリッド配向液晶素子は、その一方の基板１に設ける水平 配向膜８を、前述した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で形成し、他方の基板２に設け る垂直配向膜９を、上記化合物の単分子膜を上記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で形成したものである。

【００４４】 そして、このハイブリッド配向液晶素子においては、上記水平配向膜８となる ポリイミド膜を、上記ＬＢ法で被着させた単分子積層膜をイミド化して形成して いるため、このポリイミド膜は、それ自体が水平配向性をもっており、したがっ て、上記水平配向膜８をラビング処理を行なうことなく形成できるから、この水 平配向膜８を形成する基板１上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）があっても、この能動素子に静電気による破壊を発生さ せることなく上記水平配向膜８を形成することができる。

【００４５】 なお、上記実施例においては、電極４，５の形成面を絶縁膜５，６で覆って、 その上に配向膜８，９を形成しているが、本発明はこれに限ることなく、配向膜 ８，９のみで電極４，５間の絶縁性が保てる場合には、この絶縁膜５，６を設け る必要はない。

【００４６】 また、上記ハイブリッド配向液晶素子では、他方の基板２に設ける垂直配向膜 ９を、上記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 子積層膜で形成しているため、この垂直配向膜９の配向性は配向膜全域にわたっ て均一であり、したがって、このハイブリッド配向液晶素子によれば、液晶分子 Ａを一様に配向させて、良好な光学特性を得ることができる。

【００４７】

【考案の効果】

本考案のハイブリッド配向液晶素子は、その一方の基板に設ける水平配向膜を 、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 ミド膜で形成し、他方の基板に設ける垂直配向膜を、上記化合物の単分子膜をＬ Ｂ法により少なくとも１層以上被着させた単分子積層膜で形成したものであるか ら、水平配向膜を形成する基板上に薄膜トランジスタや薄膜ダイオード等の能動 素子があっても、この能動素子に静電気による破壊を発生させることなく上記水 平配向膜を形成することができ、しかも、他方の基板に形成する垂直配向膜の配 向性も配向膜全域にわたって均一にし、液晶分子を一様に配向させて、良好な光 学特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示すハイブリッド配向液晶
素子の断面図。

【図２】液晶素子の基板上に単分子膜を被着させる方法
を示す図。

【符号の説明】

１，２…基板、４，５…電極、６，７…絶縁膜、８…水
平配向膜、９…垂直配向膜、Ａ…液晶分子。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 液晶分子を両基板間においてハイブリッ
   ド配向させた液晶素子において、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
   る水平配向膜を設け、他方の基板に、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からなる垂直配向膜を設
   けたことを特徴とするハイブリッド配向液晶素子。