JPH055889A - 液晶素子 - Google Patents

液晶素子

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JPH055889A
JPH055889A JP18290691A JP18290691A JPH055889A JP H055889 A JPH055889 A JP H055889A JP 18290691 A JP18290691 A JP 18290691A JP 18290691 A JP18290691 A JP 18290691A JP H055889 A JPH055889 A JP H055889A
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JP
Japan
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liquid crystal
film
self
conductive polymer
denotes
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Application number
JP18290691A
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English (en)
Inventor
Hideo Yashima
秀夫 八島
Hiroo Shirane
浩朗 白根
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Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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Publication date
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶素子の構成要素に悪影響を及ぼす恐れの
強いドーパントを含有しない導電性高分子を用い、強誘
電性液晶素子の高いコントラスト、メモリー性、高速応
答性を阻害する残留電荷に基づくトラブルの除去された
液晶素子。 【構成】 繰り返し単位がアルキルスルホン酸置換(チ
オフェン)化1、アルキルスルホン酸(アニリン)化
2、またはオキシアルキルスルホン酸置換(フェニレン
ビニレン)化3である重合体を、少なくとも一方の電極
上の配向用組成物膜の要素として用いた液晶素子。 【化1】 HtはNH,SまたはO;Rは炭素数1〜10の直鎖状
または枝分れのある二価の炭化水素基またはエーテル結
合を含む二価の炭化水素基;XはSOを表す。nは5
以上の数である。 【化2】 【化3】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は強誘電性液晶素子の駆動
に伴う帯電の問題を解決する、導電性高分子を用いた配
向用組成物膜に関する。
【0002】
【従来の技術】強誘電性液晶は、その高速性とメモリ効
果の故に大画面高精細平面ディスプレイへの応用という
観点から大きな期待を集めている。メモリ効果の発現は
分子配向の双安定性に基づくが、配向方法としてはこれ
まで磁場配向法(H.Matumura,Mol.Cr
yst.Liq.Cryst.49(1978)10
5)、シェアリング法(N.A.Clark and
S.T.Lagerwall,Appl.Phys.L
ett.,36(1980)899)、斜方蒸着法
(M.Brunet and C.William,A
nn.Phys.,(1978)2237)、スペー
サエッジ法(K.Kondo,H.Takezoe,
A.Fukuda and E.Kuze,Jpn.
J.Appl.Phys,22(1983)L85)、
ラビング法(J.S.Patel,T.M.Lesli
and J.W.Goodby,Ferroelec
tries,59(1984)137)などが提案され
ている。
【0003】このうち量産性、信頼性といった実用上の
見地からラビング法が広く検討されており、材料として
はスピンコート法や転写法で塗布成膜されたポリイミド
高分子膜が一般的である。最近ではポリイミドのLan
gmuir−Blodgett膜を用いる方法も研究さ
れている(例えばH.Ikeno.et.al.Jp
n.J.Appl.Phys.,27(1988)L4
75)。
【0004】しかし、強誘電性液晶素子においてポリイ
ミドなどの絶縁性高分子を配向膜に用いた場合、駆動に
際しては配向膜、液晶の誘電分極と、液晶自身の自発分
極成分による永久電気双極子の配列が起こる過程と、そ
れら分極、配列が緩和される過程が反復されることにな
り、これらの過程を通して界面近傍の分極電荷が帯電荷
となって残留するという事態が起こる。この残留帯電荷
はメモリ性やコントラストを低下させる要因であり、応
答速度遅延の原因ともなる。この現象はいわば強誘電性
液晶素子に本質的なものと考えられ、これを回避するた
めに配向膜に導電性を付与する工夫がいろいろなされて
きた。
【0005】例えば、特開昭63−121020号では
カーボン微粉また金属微粒子を導電フィラーとして含む
強誘電性液晶用配向膜を開示しており、DE−3925
970ではポリチオフェンなど導電性高分子を導電フィ
ラーとする方法を示している。
【0006】配向膜材料は液晶分子との適合性、成膜の
容易さ、均一性、駆動時の急峻な閾特性等からポリイミ
ド化合物などの有機物が好ましく、その有機系配向膜上
に導電性を付与するためには無機系の導電フィラーは相
溶性、均一分散の困難さなどの問題がある。
【0007】一方、有機系導電性高分子を適切に使用し
た場合は残留帯電荷に基づく種々のトラブルの問題を克
服できる。しかし、導電性高分子が導電性を発現するた
めには通常ドーピングと称する操作が不可欠である。ド
ーピングは結合交替のために有限のバンドギャップを生
じて事実上半導体化している導電性高分子に、ドナーま
たはアクセプターを化学的あるいは電気化学的に添加し
て電荷移動状態を作り、導電キャリアを発生させる操作
である。
【0008】ここで用いられるドーパントは通例アクセ
プターであり、電子親和力の大きい試薬が有効であっ
て、ハロゲン分子、ルイス酸、プロトン酸、電解質アニ
オンなどが一般的であるが、いずれも強い酸化力を有す
る。従って、導電性高分子が導電性発現のために化学的
あるいは電気化学的に添加されたこれらのドーパント
は、材料特性の安定性を考えるときには本質的に好まし
くない存在なのである。配向材料として利用する場合に
も、このドーパントが、遊離して液晶材料の劣化を招く
危険があるので表示素子の阻害因子となることが充分予
想される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の残留帯
電荷の問題点を解決し、高いコントラストと完全なメモ
リー性を持つ高速応答の強誘電性液晶素子を実現するた
めに、外部からドーパントを添加することなく高い導電
性を有すると共に、液晶素子のほかの構成要素に悪影響
を及ぼす恐れの強いドーパントを含有しない導電性高分
子を用いた配向用組成物膜を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するためには導電性高分子を主体とした組成物を
配向膜に適用することが要諦であるとの発想から、この
目的にかなう導電性高分子の開発を鋭意進めてきた。
【0011】この場合、基本要件である導電性を通常の
ドーピング操作なしにいかに発現させるかが問題とな
る。理論上はバンドギャップの小さな導電性高分子を設
計、合成すれば良いことになるが、現実には設計理念と
物性の間に大きな隔たりがあってその解決には膨大な労
力を要するであろう(例えば、その種のアプローチとし
てY.Ikenoue,Synthetic Meta
ls,35(1990)263)。
【0012】そこで本発明者らは、現実的な解決法とし
て自己ドープ型導電性高分子の適用に着目した。自己ド
ープ型導電性高分子は特開昭63−39916、特開平
2−75624などに開示されており、ドーパントとな
るスルホン酸基またはカルボン酸基が共有結合を介して
自身の分子構造内に保持されているため、ドーパントが
遊離して脱ドープし、共存する構成要素または隣接する
構成要素に混入して化学的に汚染するなどの問題を生じ
ない。本発明者らは自己ドープ型導電性高分子の導電
性、液晶分子との適合性、成膜の容易性、均一性、ポリ
イミド配向剤との適合性など多くの項目について検討し
た結果、繰り返し単位が下記化4、化5または化6に示
す構造を有するスルホン酸基を有する自己ドープ型導電
性高分子が好適であることを見いだし、本発明に至った
ものである。
【化4】
【化5】
【化6】
【0013】即ち、本発明は対向して設けられた一対の
基板対向面に電極を有し、前記基板間に強誘電性液晶を
封入した強誘電性液晶素子において、少なくとも一方の
電極上に繰り返し単位が化7、化8または化9で示され
る自己ドープ型導電性高分子を配向用組成物膜の要素と
して用いることを特徴とする液晶素子を提供する。
【化7】
【化8】
【化9】
【0014】以下、本発明をより詳細に説明する。本発
明に用いた自己ドープ型導電性高分子は、π共役系主鎖
を基本骨格に持ち、これが高い電子電導性を担う。この
導電性を発現させるにあたってはπ共役主鎖にアルキレ
ン基を介して結合したスルホン酸イオンが、分子内ドー
パントとして機能する。これが“自己ドープ型”と呼ば
れるゆえんである。この機能のために、外部からのドー
パントの添加処理をせずに所要の導電性を獲得できると
いう著しい特徴を有し、本発明において本質的役割を演
じることになった。本自己ドープ型導電性高分子は、置
換基としてスルホン酸基を有することから必然的に水溶
性であり、有機溶媒には不要である。本自己ドープ型導
電性高分子の鎖の長さは、モノマー単位数にして約50
〜約500もあれば目的は達成できるが、できれば分子
量は大きいほうが好ましい。上記の特徴のため、適当な
濃度の水溶液を基板上に塗布すればそのままで有機導電
性薄膜が得られる。
【0015】本発明の自己ドープ型共役系導電性高分子
を配向用組成物膜の要素として用いる場合の態様は次の
3つの方法を挙げることができる。 (1)該高分子を基板電極上に塗布法により成膜せし
め、ラビング処理または一軸延伸配向処理をする(該高
分子膜単独を配向膜として使用する。)。 (2)該高分子を基板電極上に塗布法により成膜するに
あたり、配向剤またはその前躯体をあらかじめ含有せし
め、成膜後ラビング処理をする。 (3)通常の配向膜上に塗布法により成膜する。この場
合必要に応じ配向膜材質に適した界面活性剤を該高分子
水溶液に添加する。
【0016】塗布法で成膜する場合、手法としてはスピ
ンナー塗布、ロール塗布、スプレー塗布、浸漬塗布、グ
ラビア塗布等の公知の方法の他、キャスティング法も用
いることができる。膜厚はやはりあまり厚いと電極同士
ショートの危険もあり、2000Å以下が好ましく、更
に好ましくは200〜1000Åである。
【0017】ラビング処理は常法で実施すればよいが、
方法は1方向または用いる強誘電性液晶のチルト角の2
倍角で交差する2方向、またはそれに層の法線方向を加
えた3方向のいずれでもよい。
【0018】配向剤を含んだ溶液を用いて塗布成膜する
場合に用いることのできる配向剤は、成膜後に配向性を
有するか、あるいは成膜後にラビング処理を行うことに
よって配向性を有する化合物であって水に対する親和性
を有するものである必要がある。この場合、完全に水溶
させる必要はなく、膨潤するだけでも成膜後のラビング
処理によって充分機能を果たす。例えばポリビニルアル
コール、各種界面活性剤等を用いることができる。
【0019】すでに形成されてある配向膜上に該高分子
を塗布成膜する場合は、塗布成膜自体は前記と同様に行
えばよいが、膜厚は好ましくは1000Å以下、より好
ましくは100〜600Åである。この場合の配向剤に
親水性など特別の条件が必要でないのは言うまでもな
い。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて説明する。 (実施例1)パターニングしたITO基板上にポリイミ
ド塗布膜からなる配向膜を形成し、ラビング処理を施し
た。ポリイミド塗膜上に繰り返し単位が下記化10に示
すポリ(3−(3’−チェニル)プロパンスルホン酸の
1wt%水溶液(少量の界面活性剤を含む)を作り、ス
ピンコーティングにより成膜した。化10の合成にあた
っては第39回高分子学会予稿集(Polymer P
reprints Japan)第39巻、561頁
(1990)に記載されている方法を用いた。この基板
2枚をスペーサを介して貼りあわせ、空隙に強誘電性液
晶(CHCA21:特開平2−262550号に開示さ
れているもの)を封入して液晶素子を構成した。
【化10】
【0021】この素子の応答速度を測定するために50
Hzの矩形波パルスを印加し、光透過率10〜90%変
化の時間を測定した。その結果を図1に示す。図中×印
は比較のため、導電性高分子層のない素子について測定
した結果である。以上の結果、本発明により導電性高分
子を要素として構成された液晶素子は残留帯電荷による
応答速度の遅延は改善されることがわかる。
【0022】(実施例2)パターニングしたITO基板
上にポリイミド塗布膜を形成し、ラビング処理を施し
た。繰り返し単位が下記化11に示すポリ[アニリン−
2−(3−プロパンスルホン酸)]の1wt%水溶液を
作り(少量の界面活性剤を含む)、ポリイミド塗布膜上
にスピンコーティングにより成膜した。化11の合成に
あたっては特開昭63−39916号を参照とした。上
記基板2枚をスペーサを介して貼り合せ、空隙に強誘電
性液晶(CHCA21:実施例1と同じもの)を封入し
て液晶素子を構成した。
【化11】
【0023】上記素子の応答速度を実施例1と同様に測
定した結果を図2に示す。図中×印は導電性高分子層の
ない素子についての測定結果である。
【0024】(実施例3)パターニングしたITO基板
上にポリイミド塗布膜を形成し、ラビング処理を施し
た。繰り返し単位が下記化12に示すポリ[2−メトキ
シ−5−(プロピルオキシ−3−スルホン酸)−1,4
−フェニレンビニレン]の1.5wt%水溶液を作り
(少量の界面活性剤を含む)、ポリイミド膜上にスピン
コーティングにより成膜した。化12の合成に際してプ
ロシーディングス・オブ・ザ・エーシーエス・ディビジ
ョン・オブ・ポリメリック・マテリアルズ:サイエンス
・アンド・エンジニアリング、ロスアンジェルス、カリ
フォルニア州、米国(Proceedings of
The ACS Division of Polym
eric Materials: Science a
nd Engineering)第59巻、第1164
頁(1988年、秋期大会)に記載の方法を用いた。上
記基板2枚をスペーサーを介して貼り合せ、空隙に強誘
電性液晶(CHCA21:実施例1と同じもの)を封入
して液晶素子を構成した。
【化12】
【0025】この液晶素子の応答速度を実施例1と同様
に測定した。その結果を図3に示す。図中×印は導電性
高分子層のない素子について測定した結果である。
【0026】
【発明の効果】本発明は強誘電性液晶の配向膜の抱える
帯電荷の問題を解決するために好適な特性を有する導電
性高分子を提供するものである。この導電性高分子は液
晶分子との適合性、成膜の容易性、均一性、配向剤との
適合性に優れる上、腐食性の強いドーパントを使用しな
くとも共役系高分子自体が自己ドーピング性という著し
い特徴で高い導電性を保持しているため表示素子にとっ
ては非常に有利である。成膜法も水溶液から簡単な塗布
成膜が可能であり、製造工程上も有利である。
【0027】本発明は自己ドーピング性という特性を有
する導電性高分子という有機導電材料を利用して強誘電
性液晶素子の帯電荷除去の課題解決策を提示するもので
あるが、これは広く表示素子の帯電荷対策として応用可
能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1において作成した液晶素子の応答速度
測定の結果の図である。
【図2】実施例2において作成した液晶素子の応答速度
測定の結果の図である。
【図3】実施例3において作成した液晶素子の応答速度
測定の結果の図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 対向して設けられた一対の基板対向面に
    電極を有し、前記基板間に強誘電性液晶が封入された強
    誘電性液晶素子において、少なくとも一方の電極上に繰
    り返し単位が化1、化2または化3で示される構造の自
    己ドープ型共役系導電性高分子を配向用組成物膜の要素
    として用いたことを特徴とする液晶素子。 【化1】 【化2】 【化3】 【請求項2】 自己ドープ型共役系導電性高分子を水溶
    液からの塗布法により成膜する請求項1記載の液晶素
    子。 【請求項3】 請求項2の方法により成膜された自己ド
    ープ型共役系導電性高分子膜を単独で配向膜として用い
    る請求項1記載の液晶素子。 【請求項4】 請求項2の方法により成膜された自己ド
    ープ型共役系導電性高分子膜に配向剤を含有させ、配向
    膜として用いる請求項1記載の液晶素子。 【請求項5】 電極上に形成されている配向膜上に、更
    に自己ドープ型共役系導電性高分子を塗布法により成膜
    する請求項1記載の液晶素子。
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