JPH07325305A - 液晶表示素子及びその配向膜の製造方法 - Google Patents
液晶表示素子及びその配向膜の製造方法Info
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- JPH07325305A JPH07325305A JP6328657A JP32865794A JPH07325305A JP H07325305 A JPH07325305 A JP H07325305A JP 6328657 A JP6328657 A JP 6328657A JP 32865794 A JP32865794 A JP 32865794A JP H07325305 A JPH07325305 A JP H07325305A
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
- G02F1/133711—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by organic films, e.g. polymeric films
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K19/00—Liquid crystal materials
- C09K19/52—Liquid crystal materials characterised by components which are not liquid crystals, e.g. additives with special physical aspect: solvents, solid particles
- C09K19/54—Additives having no specific mesophase characterised by their chemical composition
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- Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】液晶表示素子を製造することにおいて、液晶配
向材料及び配向特性を調節することにより素子の表示特
性及び生産性を向上させる。 【構成】これまで使用されているポリイミドの代わりに
一般式(1)で表示されるポリアリーレンビニレン系有
機高分子を液晶配向膜として使用し、液晶の配向を制御
するために加工性が優秀であるスルホニウム先重合体を
透明電極がコーティングされた上下基板上に塗布してか
ら熱処理して下記の一般構造式を有する配向層を形成
し、これをラビング処理して液晶配向膜として使用し
た。 (上記式で、Arは芳香族基であり、nは50以上の定
数である。)
向材料及び配向特性を調節することにより素子の表示特
性及び生産性を向上させる。 【構成】これまで使用されているポリイミドの代わりに
一般式(1)で表示されるポリアリーレンビニレン系有
機高分子を液晶配向膜として使用し、液晶の配向を制御
するために加工性が優秀であるスルホニウム先重合体を
透明電極がコーティングされた上下基板上に塗布してか
ら熱処理して下記の一般構造式を有する配向層を形成
し、これをラビング処理して液晶配向膜として使用し
た。 (上記式で、Arは芳香族基であり、nは50以上の定
数である。)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はポリアリーレンビニレン
系有機高分子を液晶配向膜として使用して加工性及び双
安定性が優秀である液晶表示素子を提供することに関す
るものである。
系有機高分子を液晶配向膜として使用して加工性及び双
安定性が優秀である液晶表示素子を提供することに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】液晶の物性定数は分子配列状態によって
異なり、その結果電界等の外力に対する応答にも大きい
差が生ずるので、液晶素子の製作において液晶の均一な
配向制御は主要な核心技術で、多くの研究が進行されて
いる。
異なり、その結果電界等の外力に対する応答にも大きい
差が生ずるので、液晶素子の製作において液晶の均一な
配向制御は主要な核心技術で、多くの研究が進行されて
いる。
【0003】液晶の均一な分子配列状態は単に液晶を上
下基板間に介在させることだけによっては得にくい。従
って、基板壁内に均一な配向を得るために配向膜を形成
することが通常である。
下基板間に介在させることだけによっては得にくい。従
って、基板壁内に均一な配向を得るために配向膜を形成
することが通常である。
【0004】このような液晶配向法としては、無機物質
(主にシリコンオキシド系)を傾斜蒸着して、ラビング
(rubbing )に依存せず、分子配列を除去する方法があ
るが、場所的な不均一性のため大型化しにくく、生産性
が低くて量産に不適合であるので研究段階に止まってい
るのが実情である。従って、有機高分子材料をコーティ
ングしてラビング処理する方法を一般的に使用してお
り、このうち量産工程では製造工程上の効率又は液晶配
向効率、耐環境性等のような配向材料が備えるべきであ
る要件を考慮して大部分ポリイミド(PI)を使用して
いる。
(主にシリコンオキシド系)を傾斜蒸着して、ラビング
(rubbing )に依存せず、分子配列を除去する方法があ
るが、場所的な不均一性のため大型化しにくく、生産性
が低くて量産に不適合であるので研究段階に止まってい
るのが実情である。従って、有機高分子材料をコーティ
ングしてラビング処理する方法を一般的に使用してお
り、このうち量産工程では製造工程上の効率又は液晶配
向効率、耐環境性等のような配向材料が備えるべきであ
る要件を考慮して大部分ポリイミド(PI)を使用して
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般ポ
リイミド系配向材料は次のような問題点がある。
リイミド系配向材料は次のような問題点がある。
【0006】(1) ポリイミドの前駆体であるポリアミン
酸(polyamic acid ,PA)を合成するためには高純度
の単量体及び溶媒が必要であるので合成が煩雑で、費用
が高く掛かる。
酸(polyamic acid ,PA)を合成するためには高純度
の単量体及び溶媒が必要であるので合成が煩雑で、費用
が高く掛かる。
【0007】(2) 溶媒であるNMP(N−メチル−2−
ビロリドン)の吸湿性が強く、ポリイミドの先重合体で
あるポリアミン酸が水分により分解されるので、開放界
で長く使用するか長期間保管時に分子量が減少し物性が
変化する。
ビロリドン)の吸湿性が強く、ポリイミドの先重合体で
あるポリアミン酸が水分により分解されるので、開放界
で長く使用するか長期間保管時に分子量が減少し物性が
変化する。
【0008】(3) 膜を非常に薄く(600Å以下)塗布
しようとする場合、膜の均一性がよくない。
しようとする場合、膜の均一性がよくない。
【0009】(4) ポリアミン酸の場合、基板に対する接
着性を向上させるために高分子骨格にシロキサン基を導
入するか、一般にシラン系カプリング剤(silane coupl
ingagent )を添加し、液晶と配向膜の接触角を制御す
るために金属錯体を添加した混合系を使用する。従っ
て、均一な配向制御が難しく、液晶の分子構造と配向剤
の分子構造間の相互作用を糾明しにくくなるので液晶と
配向剤の効率的選定が難しい。
着性を向上させるために高分子骨格にシロキサン基を導
入するか、一般にシラン系カプリング剤(silane coupl
ingagent )を添加し、液晶と配向膜の接触角を制御す
るために金属錯体を添加した混合系を使用する。従っ
て、均一な配向制御が難しく、液晶の分子構造と配向剤
の分子構造間の相互作用を糾明しにくくなるので液晶と
配向剤の効率的選定が難しい。
【0010】(5) 既存の配向材料は焼成(cure)温度又
は配向条件等、素子製作時の条件変動に対する配向特性
が大きい欠点がある。
は配向条件等、素子製作時の条件変動に対する配向特性
が大きい欠点がある。
【0011】(6) 特に表面安定化強誘電性液晶素子の場
合、キラルスメチックC相(Sm C* )を有する液晶材
料を使用するので等方相(isotropic phase )で液晶を
注入し温度を降下させると、キラルネマチック(N* )
相を経てラビング方向に垂直な層構造を有するスメチッ
クA相となり、再びキラルスメチックC相に変化しなが
ら層内の分子長軸方向がラビング方向に対して特定方向
に傾くこととなる。この際に、スメチック層間の間隔が
減り、これによる嵩の変化を補償するためにスメチック
層の折れが生ずる。このように折られた層構造をシェブ
ロン(chevron)構造と言い、折られ方向に応じて液晶
長軸の方向が互いに異なるドメインが形成され、その境
界面にジグザグ結合、へヤピン結合、マウンティン結合
等が存在する均一でない配向が得られる。その結果、コ
ントラスト比が低くなり双安定性が悪い素子が作られ
る。
合、キラルスメチックC相(Sm C* )を有する液晶材
料を使用するので等方相(isotropic phase )で液晶を
注入し温度を降下させると、キラルネマチック(N* )
相を経てラビング方向に垂直な層構造を有するスメチッ
クA相となり、再びキラルスメチックC相に変化しなが
ら層内の分子長軸方向がラビング方向に対して特定方向
に傾くこととなる。この際に、スメチック層間の間隔が
減り、これによる嵩の変化を補償するためにスメチック
層の折れが生ずる。このように折られた層構造をシェブ
ロン(chevron)構造と言い、折られ方向に応じて液晶
長軸の方向が互いに異なるドメインが形成され、その境
界面にジグザグ結合、へヤピン結合、マウンティン結合
等が存在する均一でない配向が得られる。その結果、コ
ントラスト比が低くなり双安定性が悪い素子が作られ
る。
【0012】このような問題点を解決するために、配向
材料の改善('93 JAPAN DISPLAY 579, Liquid Crystal
s, vol 13, 1993)、配向処理法改善(SID 93 DIGEST 3
64 )、液晶材料の改善、('92 JAPAN DISPLAY 575
)、電界による配向安定化(JJAP28 L119(1989),SID 9
1 DIGEST 400)等が提案されている。
材料の改善('93 JAPAN DISPLAY 579, Liquid Crystal
s, vol 13, 1993)、配向処理法改善(SID 93 DIGEST 3
64 )、液晶材料の改善、('92 JAPAN DISPLAY 575
)、電界による配向安定化(JJAP28 L119(1989),SID 9
1 DIGEST 400)等が提案されている。
【0013】又、強誘電性液晶(SSFLC )素子の最大特
徴中の一つである双安定特性の向上のために伝導性配向
膜の使用( '91 SID DIGEST 392 )、伝導性錯体を添加
した配向膜の使用、L−B PI配向膜の使用(Procee
dings of the SID, Vol 30/4, 1989)、伝導性錯体を添
加した液晶の使用(JJAP Vol 27, L477 1988)の方法が
知られているが、ショット、配向効率、量産の点で多く
の困難があるというのが実情である。
徴中の一つである双安定特性の向上のために伝導性配向
膜の使用( '91 SID DIGEST 392 )、伝導性錯体を添加
した配向膜の使用、L−B PI配向膜の使用(Procee
dings of the SID, Vol 30/4, 1989)、伝導性錯体を添
加した液晶の使用(JJAP Vol 27, L477 1988)の方法が
知られているが、ショット、配向効率、量産の点で多く
の困難があるというのが実情である。
【0014】本発明は前記問題点を解決するために研究
開発した結果、ポリアリーレンビニレン系有機高分子を
液晶配向膜として使用する場合、加工性及び双安定性が
優秀な液晶表示素子が提供できることを発見し本発明を
完成することとなった。
開発した結果、ポリアリーレンビニレン系有機高分子を
液晶配向膜として使用する場合、加工性及び双安定性が
優秀な液晶表示素子が提供できることを発見し本発明を
完成することとなった。
【0015】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明はポリイミ
ドの代わりに下記式(I)で表わされるポリアリーレン
ビニレン系有機高分子を液晶配向膜として使用した液晶
表示素子を提供する。
ドの代わりに下記式(I)で表わされるポリアリーレン
ビニレン系有機高分子を液晶配向膜として使用した液晶
表示素子を提供する。
【0016】
【化3】
【0017】前記一般式(I)のポリアリーレン系有機
高分子は、下記一般式(II)で表示されるジスルホニウ
ム単量体を溶解させ0℃に冷却し、これに同一当量の塩
基(-OH/H2O 又は -OMe )を加えて一般式(III)のス
ルホニウム先重合体を形成してから中和させ、スルホニ
ウム先重合体溶液を透析精製してから基板にコーティン
グし200〜300℃で熱処理して得られる。
高分子は、下記一般式(II)で表示されるジスルホニウ
ム単量体を溶解させ0℃に冷却し、これに同一当量の塩
基(-OH/H2O 又は -OMe )を加えて一般式(III)のス
ルホニウム先重合体を形成してから中和させ、スルホニ
ウム先重合体溶液を透析精製してから基板にコーティン
グし200〜300℃で熱処理して得られる。
【0018】
【化4】
【0019】本発明において、液晶配向膜として使用さ
れたポリ(アリーレンビニレン)(ary1eneviny1ene :
PAV)は芳香族基とビニール基が交互に連結された多
重共役二重結合(polyconjugated double bond)を有す
る有機高分子材料である。
れたポリ(アリーレンビニレン)(ary1eneviny1ene :
PAV)は芳香族基とビニール基が交互に連結された多
重共役二重結合(polyconjugated double bond)を有す
る有機高分子材料である。
【0020】本発明における液晶配向膜として使用され
るポリアリーレンビニレン系有機高分子は加工性が優れ
たスルホニウム先重合体(sulfonium precursor polyme
r )を先ず合成してから所望の形態に加工及び熱処理し
て配向材料として使用する。
るポリアリーレンビニレン系有機高分子は加工性が優れ
たスルホニウム先重合体(sulfonium precursor polyme
r )を先ず合成してから所望の形態に加工及び熱処理し
て配向材料として使用する。
【0021】これを図式化して製造工程を表すと次のよ
うである。
うである。
【0022】
【化5】
【0023】ここで、XはC1又はBr、R1 −S−R
2 はメチル又はエチルが結合されたジアルキルスルフィ
ドであるか又はテトラヒドロチオフェンである。nは5
0以上の定数、Ar基は色々の作用基で置換できる芳香
族基である。
2 はメチル又はエチルが結合されたジアルキルスルフィ
ドであるか又はテトラヒドロチオフェンである。nは5
0以上の定数、Ar基は色々の作用基で置換できる芳香
族基である。
【0024】スルホニウム先重合体の合成は水溶液状態
又はメタノール溶媒下で可能であり、ジスルホニウム単
量体を水又はメタノールに溶かしてから0℃に冷却さ
せ、強く撹拌しながら同当量の塩基(主に -OH/H2O 又
は -OMe/MeOH)を加えると数秒〜数分以内に先重合体が
形成される。数分間にわたって撹拌した後、緩い酸水溶
液(主に塩酸水溶液)を用いて溶液を中和させ重合を仕
上げる。次いで、スルホニウム先重合体溶液を透析精製
し、これを基板にコーティング、熱処理及びラビングし
て配向膜を収得する。
又はメタノール溶媒下で可能であり、ジスルホニウム単
量体を水又はメタノールに溶かしてから0℃に冷却さ
せ、強く撹拌しながら同当量の塩基(主に -OH/H2O 又
は -OMe/MeOH)を加えると数秒〜数分以内に先重合体が
形成される。数分間にわたって撹拌した後、緩い酸水溶
液(主に塩酸水溶液)を用いて溶液を中和させ重合を仕
上げる。次いで、スルホニウム先重合体溶液を透析精製
し、これを基板にコーティング、熱処理及びラビングし
て配向膜を収得する。
【0025】前記配向膜を成す合成された高分子の構造
は置換された芳香族基の種類に応じて色々の構造を有
し、これを例示すると次のようである。
は置換された芳香族基の種類に応じて色々の構造を有
し、これを例示すると次のようである。
【0026】1.芳香族基がフェニルである場合の先重
合体及び最終高分子構造
合体及び最終高分子構造
【0027】
【化6】
【0028】2.芳香族基がナフタリンである場合の先
重合体及び最終高分子構造
重合体及び最終高分子構造
【0029】
【化7】
【0030】3.芳香族基がアントラセンである場合の
先重合体及び最終高分子構造
先重合体及び最終高分子構造
【0031】
【化8】
【0032】4.芳香族基がへテロ原子が包含されたチ
オフェン、フランである場合
オフェン、フランである場合
【0033】
【化9】
【0034】5.芳香族基が3,4位置にアルキル基が
置換されたチオフェンである場合
置換されたチオフェンである場合
【0035】
【化10】
【0036】6.芳香族基が下記のように置換されたフ
ェニル基である場合
ェニル基である場合
【0037】
【化11】
【0038】7.芳香族基が下記のように置換されたフ
ェニル基であるもの
ェニル基であるもの
【0039】
【化12】
【0040】前記のような構造を有する本発明のスルホ
ニウム先重合体は水とメタノールとこれらの混合溶媒に
良く溶解され、これらの溶液は透析膜(dialysis tube
)を用いて超純水に透析すると、未反応の単量体、低
分子量重合体を分離させて、精製された高分子量のスル
ホニウム先重合体溶液を得ることができる。
ニウム先重合体は水とメタノールとこれらの混合溶媒に
良く溶解され、これらの溶液は透析膜(dialysis tube
)を用いて超純水に透析すると、未反応の単量体、低
分子量重合体を分離させて、精製された高分子量のスル
ホニウム先重合体溶液を得ることができる。
【0041】次いで、精製されたスルホニウム先重合体
溶液を適切な濃度に調節し透明伝導膜がコーティングさ
れた基板上に塗布してから200〜300℃に加熱する
と、熱による除去反応を経て多重共役二重結合構造を有
する高分子膜を100Å〜5μmの厚さで得ることがで
きる。一方、前記5、6項に表した構造のうちチオフェ
ン基又はフェニル基に置換されたアルキル基(A、B、
A’、B’)の炭素数が8以上であれば、スルホニウム
先重合体が水又はメタノールに良く溶解される特性以外
にも最終的にPAV構造を有する高分子も一般有機溶媒
(CHCl3 、CH2 Cl2 、NMP(N−メチル−2
−ビロリドン)、DMF(ジメチルホルムアミド)、D
MSO(ジメチルスルホキシド))に溶ける特性がある
ので、伝導性基板上に膜を形成する方法を次のように二
種に分けて実施することができる。
溶液を適切な濃度に調節し透明伝導膜がコーティングさ
れた基板上に塗布してから200〜300℃に加熱する
と、熱による除去反応を経て多重共役二重結合構造を有
する高分子膜を100Å〜5μmの厚さで得ることがで
きる。一方、前記5、6項に表した構造のうちチオフェ
ン基又はフェニル基に置換されたアルキル基(A、B、
A’、B’)の炭素数が8以上であれば、スルホニウム
先重合体が水又はメタノールに良く溶解される特性以外
にも最終的にPAV構造を有する高分子も一般有機溶媒
(CHCl3 、CH2 Cl2 、NMP(N−メチル−2
−ビロリドン)、DMF(ジメチルホルムアミド)、D
MSO(ジメチルスルホキシド))に溶ける特性がある
ので、伝導性基板上に膜を形成する方法を次のように二
種に分けて実施することができる。
【0042】第1に、前述したように先重合体溶液状態
でコーティングして熱処理することにより最終的に高分
子を得る方法と、第2に、スルホニウム先重合体溶液に
過剰の塩基(主に -OH、 -OMe)を加え加熱撹絆し
てから直ぐ最終構造の高分子を得た後、再結晶法で精製
しクロロホルム、塩化メチレン等の有機溶媒に溶かして
コーティングし溶媒を除去することにより配向膜として
使用する方法とが可能である。
でコーティングして熱処理することにより最終的に高分
子を得る方法と、第2に、スルホニウム先重合体溶液に
過剰の塩基(主に -OH、 -OMe)を加え加熱撹絆し
てから直ぐ最終構造の高分子を得た後、再結晶法で精製
しクロロホルム、塩化メチレン等の有機溶媒に溶かして
コーティングし溶媒を除去することにより配向膜として
使用する方法とが可能である。
【0043】後者の場合は熱処理温度が100〜180
℃であるので、高温工程を避けるカラー液晶素子の製造
に有用である。
℃であるので、高温工程を避けるカラー液晶素子の製造
に有用である。
【0044】このように形成されたPAV高分子膜はピ
ンホール(pin hole)又はその他の欠陥が非常に少なく
均一な膜を形成し、空気中の酸素、水分又は化学物質に
対しても安定し、300℃以上でも安定した高耐熱特性
を有する。又、基板に対する接着性が優れ、熱又は外部
のストレスによる亀裂(cracking)に対する耐性も優れ
る。
ンホール(pin hole)又はその他の欠陥が非常に少なく
均一な膜を形成し、空気中の酸素、水分又は化学物質に
対しても安定し、300℃以上でも安定した高耐熱特性
を有する。又、基板に対する接着性が優れ、熱又は外部
のストレスによる亀裂(cracking)に対する耐性も優れ
る。
【0045】前記PAV高分子膜は透明伝導膜が被せら
れた上下基板にコーティングしてPAV配向層を形成
し、一般のラビング法により配向処理して使用する。こ
のように配向処理された基板で液晶を製造するために
は、一方の基板に上下基板の接着及びシーリングのため
にシーラント(sealant )をプリントし、他方の基板に
は均一セル間隔を維持するためにスペーサを分散させ、
互いにくっつけ一定力で加圧しながら加熱しシーラント
を硬化させて空セルを製作した。ここに液晶を注入しエ
ンドシーリング(end sealing )してから偏光板を付着
したパンネルを完成した。
れた上下基板にコーティングしてPAV配向層を形成
し、一般のラビング法により配向処理して使用する。こ
のように配向処理された基板で液晶を製造するために
は、一方の基板に上下基板の接着及びシーリングのため
にシーラント(sealant )をプリントし、他方の基板に
は均一セル間隔を維持するためにスペーサを分散させ、
互いにくっつけ一定力で加圧しながら加熱しシーラント
を硬化させて空セルを製作した。ここに液晶を注入しエ
ンドシーリング(end sealing )してから偏光板を付着
したパンネルを完成した。
【0046】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明
するが、次の実施例が本発明を限定するものではない。
するが、次の実施例が本発明を限定するものではない。
【0047】実施例1 芳香族基がフェニレンであるポリ(1,4−フェニレン
ビニレン)の合成とこれを配向膜として用いた液晶素子
の製作及び電気光学特性を共に説明する。
ビニレン)の合成とこれを配向膜として用いた液晶素子
の製作及び電気光学特性を共に説明する。
【0048】○単量体合成:0.1モルのα、α’−ジ
クロロ−p−キシレンと140mlのメタノールをフラス
コに入れ、0.3モルのテトラヒドロチオフェンを加
え、40〜60℃で20時間撹拌した。反応混合物を1
/3程度に濃縮させてから過剰の冷たいアセトンに注い
で白色粉末形態の沈澱(ジスルホニウム単量体)を得
た。これをフィルターリングし乾燥しH−NMRで確認
した。収率は90%以上であった。
クロロ−p−キシレンと140mlのメタノールをフラス
コに入れ、0.3モルのテトラヒドロチオフェンを加
え、40〜60℃で20時間撹拌した。反応混合物を1
/3程度に濃縮させてから過剰の冷たいアセトンに注い
で白色粉末形態の沈澱(ジスルホニウム単量体)を得
た。これをフィルターリングし乾燥しH−NMRで確認
した。収率は90%以上であった。
【0049】H−NMR(ppm ):2.22(m、8
H)、3.35 3.50(m、8H)、4.50
(s、4H)、7.55(s、4H) ○スルホニウム先重合体合成:三つ口フラスコで超純水
75mlに前記スルホニウム単量体0.06モルを溶解さ
せてから0℃に冷却させ溶液に不活性気体(N2 、A
r)を通過させて酸素を除去した。同当量のNaOH水
溶液を冷却させた。単量体溶液を強く撹拌しながらNa
OH水溶液を添加した。5分が経過してから反応を中止
し、0.2モル塩酸水溶液を添加して中和させた。ゴム
に似る形態のスルホニウム先重合体を超純水に溶かして
から分子量制限12000である透析チューブに入れ、
超純水下で透析し精製してスルホニウム先重合体を収得
した。
H)、3.35 3.50(m、8H)、4.50
(s、4H)、7.55(s、4H) ○スルホニウム先重合体合成:三つ口フラスコで超純水
75mlに前記スルホニウム単量体0.06モルを溶解さ
せてから0℃に冷却させ溶液に不活性気体(N2 、A
r)を通過させて酸素を除去した。同当量のNaOH水
溶液を冷却させた。単量体溶液を強く撹拌しながらNa
OH水溶液を添加した。5分が経過してから反応を中止
し、0.2モル塩酸水溶液を添加して中和させた。ゴム
に似る形態のスルホニウム先重合体を超純水に溶かして
から分子量制限12000である透析チューブに入れ、
超純水下で透析し精製してスルホニウム先重合体を収得
した。
【0050】○配向膜塗布及び焼成:精製したスルホニ
ウム先重合体水溶液に50重量%のメタノールを加え
た。この溶液を透明伝導膜が被せられた上下基板にスピ
ンコーティングした。100℃で3分間予備乾燥し24
0℃で3時間焼成した。
ウム先重合体水溶液に50重量%のメタノールを加え
た。この溶液を透明伝導膜が被せられた上下基板にスピ
ンコーティングした。100℃で3分間予備乾燥し24
0℃で3時間焼成した。
【0051】スルホニウム先重合体が焼成により多重共
役二重結合を有するポリ(1,4−フェニレンビニレ
ン)に変換されることをIR及びUV/VISスペクト
ルにより確認した。この焼成によるUV/VISスペク
トルを図1に表し、図2に焼成によるIRスペクトルの
変化を表し、図3にスルホニウム先重合体の熱による構
造の転換とPPVの耐熱性を表した。
役二重結合を有するポリ(1,4−フェニレンビニレ
ン)に変換されることをIR及びUV/VISスペクト
ルにより確認した。この焼成によるUV/VISスペク
トルを図1に表し、図2に焼成によるIRスペクトルの
変化を表し、図3にスルホニウム先重合体の熱による構
造の転換とPPVの耐熱性を表した。
【0052】図1の先重合体の硬化時間が100℃で3
分間予備乾燥(a)、240℃で1時間乾燥(b)、2
40℃で3時間乾燥(C)のように硬化時間が長くなる
ほどに熱による除去反応により二重結合のコンジュゲー
ション(共役)が増え、これにより吸収バンドが長波長
領域に移動して配向膜機能を遂行することが分かる。
分間予備乾燥(a)、240℃で1時間乾燥(b)、2
40℃で3時間乾燥(C)のように硬化時間が長くなる
ほどに熱による除去反応により二重結合のコンジュゲー
ション(共役)が増え、これにより吸収バンドが長波長
領域に移動して配向膜機能を遂行することが分かる。
【0053】図2Aはスルホニウム先重合体、図2Bは
最終配向材料のIRスペクトル特性図で、先重合体に包
含されているH2 Oの特性ピークが最終重合体PPVに
なにつれて水の離脱により3300cm-1付近のバンド
ピークである水の特性ピークが消えることが分かる。
最終配向材料のIRスペクトル特性図で、先重合体に包
含されているH2 Oの特性ピークが最終重合体PPVに
なにつれて水の離脱により3300cm-1付近のバンド
ピークである水の特性ピークが消えることが分かる。
【0054】図3は前記スルホニウム先重合体の熱分析
表で、スルホニウム先重合体を加熱して温度を上昇させ
ながらサンプルの重量減少をチェックしたものであり、
100℃付近ではH2 Oの離脱による重量減少が表れ、
200〜400℃付近ではHX及びR1 −S−R2 のは
離脱減少による重量減少が表れることが分かる。
表で、スルホニウム先重合体を加熱して温度を上昇させ
ながらサンプルの重量減少をチェックしたものであり、
100℃付近ではH2 Oの離脱による重量減少が表れ、
200〜400℃付近ではHX及びR1 −S−R2 のは
離脱減少による重量減少が表れることが分かる。
【0055】従って、400〜500℃付近のサンプル
がPPV構造を有し、約500℃より高い温度では分解
されながら重量が減少することが分かる。よって、50
0℃まで分解されないPPVの高耐熱性を良く表してい
る。
がPPV構造を有し、約500℃より高い温度では分解
されながら重量が減少することが分かる。よって、50
0℃まで分解されないPPVの高耐熱性を良く表してい
る。
【0056】○配向処理及び基板接合 上下基板をラビングしてから、一方の基板にはシーラン
トをプリントし、他方にはセル間隔維持のためにスペー
サを分散させた。上下基板を接合させてから均一に加圧
しながら加熱してシーラントを硬化させた空セルを完成
した。
トをプリントし、他方にはセル間隔維持のためにスペー
サを分散させた。上下基板を接合させてから均一に加圧
しながら加熱してシーラントを硬化させた空セルを完成
した。
【0057】○液晶注入及び電気光学特性 ヘキスト社の強誘電性液晶T−250を等方状で注入
し、1分当たり1℃ずつ常温まで冷却させ、クロスニコ
ル(cross nicol )下で配向状態を観察した。そして、
士20Vスクェア波形電界を印加して配向状態を安定化
させた後、前記のように配向状態を観察した。
し、1分当たり1℃ずつ常温まで冷却させ、クロスニコ
ル(cross nicol )下で配向状態を観察した。そして、
士20Vスクェア波形電界を印加して配向状態を安定化
させた後、前記のように配向状態を観察した。
【0058】図7Aは電界安定化以前の配向状態図、図
7Bは電界安定化以後の配向状態図で、従来ポリアミド
配向膜の電界安定化以前及び以後の配向状態図である図
8A及び図8Bに比較しより均一な配向状態を表す。
又、図9は周波数60Hz、パルス幅64μm、パルス
高さ20Vのバイポ−ラパルス(bipolar pulse )を加
えてパネルの双安定特性(bistability )を評価して表
したもので、初期スイッチング時に表れる透過度が一定
にパルス形態(双安定性)を維持することが分かる。
7Bは電界安定化以後の配向状態図で、従来ポリアミド
配向膜の電界安定化以前及び以後の配向状態図である図
8A及び図8Bに比較しより均一な配向状態を表す。
又、図9は周波数60Hz、パルス幅64μm、パルス
高さ20Vのバイポ−ラパルス(bipolar pulse )を加
えてパネルの双安定特性(bistability )を評価して表
したもので、初期スイッチング時に表れる透過度が一定
にパルス形態(双安定性)を維持することが分かる。
【0059】実施例2 芳香族基がフェニルであるポリ(2−メチルオキシ−
1,4−フェニレンビニレン)の合成と、これを配向膜
として使用した液晶表示素子の製作及び電気光学特性を
ともに説明する。
1,4−フェニレンビニレン)の合成と、これを配向膜
として使用した液晶表示素子の製作及び電気光学特性を
ともに説明する。
【0060】○単量体合成:0.05モルの1,4−ビ
ス(ブロモメチル)−2−メチルオキシベンゼン、0.
15モルのテトラヒドロチオフェン、100mlのメタノ
ールを使用して実施例1と同方法で合成、精製し、H−
NMRで確認した(収率80%)。
ス(ブロモメチル)−2−メチルオキシベンゼン、0.
15モルのテトラヒドロチオフェン、100mlのメタノ
ールを使用して実施例1と同方法で合成、精製し、H−
NMRで確認した(収率80%)。
【0061】H−NMR(ppm ):2.35(m、8
H)、3.01(s、2H)、3.58(m、8H)、
4.64(s、2H)、4.67(s、2H)、7.6
4(s、1H)、7.78(s、1H)、7.39
(s、1H) ○スルホニウム先重合体の合成及び精製、配向膜の形
成、配向処理、空セルの製作及び液晶の注入、電気光学
特性測定は実施例1と同じに実施し、その結果は図4〜
図6及び図10に示した。図4はスルホニウム先重合体
(a)と最終配向材料(b)の熱的転換を示すもので、
先重合体が最終重合体に変換されながら二重結合のコン
ジュゲ−ションが増えて吸光度曲線上に長波長領域の吸
収が増加することが分かる。
H)、3.01(s、2H)、3.58(m、8H)、
4.64(s、2H)、4.67(s、2H)、7.6
4(s、1H)、7.78(s、1H)、7.39
(s、1H) ○スルホニウム先重合体の合成及び精製、配向膜の形
成、配向処理、空セルの製作及び液晶の注入、電気光学
特性測定は実施例1と同じに実施し、その結果は図4〜
図6及び図10に示した。図4はスルホニウム先重合体
(a)と最終配向材料(b)の熱的転換を示すもので、
先重合体が最終重合体に変換されながら二重結合のコン
ジュゲ−ションが増えて吸光度曲線上に長波長領域の吸
収が増加することが分かる。
【0062】図5はスルホニウム先重合体及び最終配向
材料のIRスペクトルで、図5Aの先重合体状態でH2
O特性ピークである3300cm-1付近の広いピークが
最終重合体に転換されるにつれて図5Bでは消えること
が分かる。
材料のIRスペクトルで、図5Aの先重合体状態でH2
O特性ピークである3300cm-1付近の広いピークが
最終重合体に転換されるにつれて図5Bでは消えること
が分かる。
【0063】図10は+20V、50μs及び−20
V、50μs幅の電界を印加した後、0VでOFFさせ
ても光の透過状態が変化なしにメモリされることが分か
る。
V、50μs幅の電界を印加した後、0VでOFFさせ
ても光の透過状態が変化なしにメモリされることが分か
る。
【0064】この際に、ハイレベル状態の透過度は、液
晶素子が白色となりスイッチングされた時に液晶素子を
通じて出る入射光の透過度であり、ローレベル状態の透
過度は液晶素子により入射光が遮断された時(ブラック
状態)の透過度であり、ローレベルより少し下にある基
準線は入射光が完全に遮断された時の透過度である。
晶素子が白色となりスイッチングされた時に液晶素子を
通じて出る入射光の透過度であり、ローレベル状態の透
過度は液晶素子により入射光が遮断された時(ブラック
状態)の透過度であり、ローレベルより少し下にある基
準線は入射光が完全に遮断された時の透過度である。
【0065】実施例3 芳香族基がフェニルであるポリ(2.5−ジメトキシ−
1−4−フェニレンビニレン)を配向膜として使用した
液晶表示素子の製作及び電気光学特性をともに説明す
る。
1−4−フェニレンビニレン)を配向膜として使用した
液晶表示素子の製作及び電気光学特性をともに説明す
る。
【0066】○配向材料の合成、液晶素子の製作及び電
気光学的特性の測定は前記実施例1及び2と同じに実施
し、その結果を図11及び図13に表した。
気光学的特性の測定は前記実施例1及び2と同じに実施
し、その結果を図11及び図13に表した。
【0067】図11及び図13から、本実施例3の液晶
表示素子が電界印加後にも安定な双安定を維持してコン
トラスト比が優秀であることが分かる。
表示素子が電界印加後にも安定な双安定を維持してコン
トラスト比が優秀であることが分かる。
【0068】比較例 ニッサン化学の液晶配向膜用ポリイミドであるRN−7
15をNMPとブチルセロソルブの混合溶媒(重量比7
5:25)を使用し3.0重量%に希釈して使用した。
3000rpmで20秒間スピンコーティングし80℃
で5分間予備乾燥した後、260℃で60分間焼成して
配向膜を収得した。これをラビング処理した後、前記実
施例と同じに空セルを製作し、ヘキスト社のT−250
液晶を等方状で注入し、熱安定化、電界安定化し、電気
光学特性を測定した。図8Aは熱安定化以前状態、図8
Bは電界安定化以後の配向状態を示すもので、本発明の
実施例と比較すると配向状態が均一でないことが分か
る。
15をNMPとブチルセロソルブの混合溶媒(重量比7
5:25)を使用し3.0重量%に希釈して使用した。
3000rpmで20秒間スピンコーティングし80℃
で5分間予備乾燥した後、260℃で60分間焼成して
配向膜を収得した。これをラビング処理した後、前記実
施例と同じに空セルを製作し、ヘキスト社のT−250
液晶を等方状で注入し、熱安定化、電界安定化し、電気
光学特性を測定した。図8Aは熱安定化以前状態、図8
Bは電界安定化以後の配向状態を示すもので、本発明の
実施例と比較すると配向状態が均一でないことが分か
る。
【0069】電気光学特性は、図12に示すように、電
界オン/オフ状態でメモリ特性が悪くて透過状態が弛緩
される現象(a、b部分)か発生するため双安定が悪く
コントラスト比が低下することが分かる。
界オン/オフ状態でメモリ特性が悪くて透過状態が弛緩
される現象(a、b部分)か発生するため双安定が悪く
コントラスト比が低下することが分かる。
【0070】
【発明の効果】本発明はこれまで使用されなかった新し
い液晶配向材料であるPAVを素子製作に応用すること
により次の効果を得ることができる。
い液晶配向材料であるPAVを素子製作に応用すること
により次の効果を得ることができる。
【0071】1.材料の合成が簡便で経済的である。
【0072】現在配向膜として使用している従来のポリ
イミドの前駆体であるポリアミン酸を合成するためには
高純度の単量体及び溶媒が必要であり、分子量が単量体
の当量比に応じて敏感に変わるので合成が煩雑で高費用
がかかる。しかしながら、本発明はジスルホニウム単量
体を溶媒に溶かしてから塩基を加え、中和させ、単純重
合させて収得するので合成が簡便で経済的である。
イミドの前駆体であるポリアミン酸を合成するためには
高純度の単量体及び溶媒が必要であり、分子量が単量体
の当量比に応じて敏感に変わるので合成が煩雑で高費用
がかかる。しかしながら、本発明はジスルホニウム単量
体を溶媒に溶かしてから塩基を加え、中和させ、単純重
合させて収得するので合成が簡便で経済的である。
【0073】2.保管及び使用が便利である。
【0074】ポリアミン酸の溶媒であるNMR(N-meth
yl pyrolidone )が吸湿性が強く、ポリアミン酸が水分
により分解されるので、開放系に長い間露出されるか長
期間保管すると分子量現象による物性変化が生じ、部分
的アミド化反応により不溶性の沈殿が発生する。これに
反し、本発明に使用したスルホニウム先重合体は溶媒が
水、メタノールであり、水による分解がないので開放系
で長い間使用しても物性変化がなく長期間保管が可能で
ある。
yl pyrolidone )が吸湿性が強く、ポリアミン酸が水分
により分解されるので、開放系に長い間露出されるか長
期間保管すると分子量現象による物性変化が生じ、部分
的アミド化反応により不溶性の沈殿が発生する。これに
反し、本発明に使用したスルホニウム先重合体は溶媒が
水、メタノールであり、水による分解がないので開放系
で長い間使用しても物性変化がなく長期間保管が可能で
ある。
【0075】3.ポリアミン酸溶液の場合、溶媒である
NMPが表面張力が大きくてコーティング特性が悪いの
でブチルセロソルブ(Butyl Cellosolve)のように表面
張力が小さい溶媒を混合してコーティング特性を改善し
ているが600Å以下の薄膜である場合は均一薄膜を得
にくい。これに反し、本発明に使用したスルホニウム先
重合体は水とメタノールの混合溶媒で、そして長いアル
キル基が置換された場合の最終PAVは一般有機溶媒
(NMP、DMSO、CH2 Cl2 、CHCl3、DM
F)で200Å〜5μmの均一な膜を形成し得るので、
配向膜が薄くなるほどに双安定性が優秀であると知られ
ているSSFLC素子製作に特に有用である。
NMPが表面張力が大きくてコーティング特性が悪いの
でブチルセロソルブ(Butyl Cellosolve)のように表面
張力が小さい溶媒を混合してコーティング特性を改善し
ているが600Å以下の薄膜である場合は均一薄膜を得
にくい。これに反し、本発明に使用したスルホニウム先
重合体は水とメタノールの混合溶媒で、そして長いアル
キル基が置換された場合の最終PAVは一般有機溶媒
(NMP、DMSO、CH2 Cl2 、CHCl3、DM
F)で200Å〜5μmの均一な膜を形成し得るので、
配向膜が薄くなるほどに双安定性が優秀であると知られ
ているSSFLC素子製作に特に有用である。
【0076】4.ポリイミドの場合、シロキサン基を高
分子骨格に導入し基板に対する自体接着性を向上させる
か、全芳香族ポリイミド又は長鎖形ポリイミドがラビン
グによる配向特性が優秀であるのでシランカプリング剤
を添加して基板に対する接着力を向上させるか、配向膜
と液晶の接触角を制御するために金属着体を添加する場
合が多い。従って、このような混合系では液晶と配向剤
の構造による相互作用が分子配列に及ぼす影響を評価し
にくいため液晶と配向剤の選択及び設計が難しい欠点が
ある。これに反し、本発明に使用する単一系配向材料で
はこのような特性の予測ができるので効率的設計が可能
である。
分子骨格に導入し基板に対する自体接着性を向上させる
か、全芳香族ポリイミド又は長鎖形ポリイミドがラビン
グによる配向特性が優秀であるのでシランカプリング剤
を添加して基板に対する接着力を向上させるか、配向膜
と液晶の接触角を制御するために金属着体を添加する場
合が多い。従って、このような混合系では液晶と配向剤
の構造による相互作用が分子配列に及ぼす影響を評価し
にくいため液晶と配向剤の選択及び設計が難しい欠点が
ある。これに反し、本発明に使用する単一系配向材料で
はこのような特性の予測ができるので効率的設計が可能
である。
【0077】5.既存の配向材料は焼成温度又は配向処
理等の素子製作時の条件変動に対する配向特性変化があ
まり大きい欠点があるが、本発明に使用した材料は比較
的条件変動に対する配向安定性が良好である。
理等の素子製作時の条件変動に対する配向特性変化があ
まり大きい欠点があるが、本発明に使用した材料は比較
的条件変動に対する配向安定性が良好である。
【0078】6.PAVはピンホール又はその他の欠陥
が少ない緻密な膜を形成し、ラビングによる配向特性が
優れてコントラスト比が優秀である液晶表示素子(T
N、STN、SSFLC)の製作が可能である。
が少ない緻密な膜を形成し、ラビングによる配向特性が
優れてコントラスト比が優秀である液晶表示素子(T
N、STN、SSFLC)の製作が可能である。
【0079】7.特にSSFLC表示素子の場合、既存
のポリイミド、ポリビニールアルコール、ナイロン等の
配向剤を使用する時、ジグザグ欠陥、へヤピン欠陥、マ
ウンティング欠陥等のような種々の欠陥によりコントラ
スト比が低くなり、スレショルド電圧(Threshold volt
age )が高くなり、双安定性が良くない液晶素子が得ら
れる。本発明に使用したPAV系配向剤は液晶配向時に
欠陥が少なくてコントラスト比が高く、スレショルド電
圧が低く、双安定性が優秀である液晶素子を製作するこ
とができる。
のポリイミド、ポリビニールアルコール、ナイロン等の
配向剤を使用する時、ジグザグ欠陥、へヤピン欠陥、マ
ウンティング欠陥等のような種々の欠陥によりコントラ
スト比が低くなり、スレショルド電圧(Threshold volt
age )が高くなり、双安定性が良くない液晶素子が得ら
れる。本発明に使用したPAV系配向剤は液晶配向時に
欠陥が少なくてコントラスト比が高く、スレショルド電
圧が低く、双安定性が優秀である液晶素子を製作するこ
とができる。
【0080】8.本発明に使用したPAV系材料は液晶
配向材料として備えるべきである光透過性、耐環境性、
基板に対する接着性、均一な薄膜の形成能力、耐化学的
安定性及びラビングによる優秀な液晶配向特性を有する
有機高分子系液晶配向材料である。
配向材料として備えるべきである光透過性、耐環境性、
基板に対する接着性、均一な薄膜の形成能力、耐化学的
安定性及びラビングによる優秀な液晶配向特性を有する
有機高分子系液晶配向材料である。
【図1】本発明の実施例1のポリ(1,4−フェニレン
ビニレン)スルホニウム先重合体のUV/VISスペク
トルである。
ビニレン)スルホニウム先重合体のUV/VISスペク
トルである。
【図2A】本発明の実施例1のスルホニウム先重合体の
IRスペクトルである。
IRスペクトルである。
【図2B】本発明の実施例1の最終配向材料であるPP
VのIRスペクトルである。
VのIRスペクトルである。
【図3】実施例1のスルホニウム先重合体の熱分析結果
図である。
図である。
【図4】本発明の実施例2のスルホニウム先重合体
(a)と最終配向材料(b)のUV/VISスペクトル
である。
(a)と最終配向材料(b)のUV/VISスペクトル
である。
【図5A】本発明の実施例2のスルホニウム先重合体の
IRスペクトルである。
IRスペクトルである。
【図5B】本発明の実施例2の最終配向材料のIRスペ
クトルである。
クトルである。
【図6】本発明の実施例2の液晶配向状態図である。
【図7A】実施例1の電界安定化以前の配向状態図であ
る。
る。
【図7B】実施例1の電界安定化以後の配向状態図であ
る。
る。
【図8A】比較例の電界安定化以前の配向状態図であ
る。
る。
【図8B】比較例の電界安定化以後の配向状態図であ
る。
る。
【図9】本発明の実施例1の電気光学的特性図である。
【図10】本発明の実施例2の電気光学特性図である。
【図11】本発明の実施例3の電気光学特性図である。
【図12】比較例の電気光学特性図である。
【図13】本発明の実施例3の液晶配向状態図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 一般式(I)で表現されるポリ(アリー
レンビニレン)系有機高分子を液晶配向膜として使用す
ることを特徴とする液晶表示素子。 【化1】 - 【請求項2】 前記アリーレン基は下記芳香族のうちの
一つであることを特徴とする請求項1記載の液晶表示素
子。 【化2】
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR94-12364 | 1994-05-31 | ||
KR1019940012364A KR0148407B1 (ko) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 액정표시소자 및 그 배향막 제조방법 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07325305A true JPH07325305A (ja) | 1995-12-12 |
Family
ID=19384496
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6328657A Pending JPH07325305A (ja) | 1994-05-31 | 1994-12-28 | 液晶表示素子及びその配向膜の製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07325305A (ja) |
KR (1) | KR0148407B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011081392A (ja) * | 2010-10-29 | 2011-04-21 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 一軸配向共役系高分子薄膜パターン |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101868475B1 (ko) * | 2010-11-16 | 2018-06-18 | 엘지디스플레이 주식회사 | 액정표시소자의 제조방법 및 액정표시소자 |
-
1994
- 1994-05-31 KR KR1019940012364A patent/KR0148407B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1994-12-28 JP JP6328657A patent/JPH07325305A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011081392A (ja) * | 2010-10-29 | 2011-04-21 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 一軸配向共役系高分子薄膜パターン |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR0148407B1 (ko) | 1998-11-16 |
KR950033607A (ko) | 1995-12-26 |
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