JPH08313913A

JPH08313913A - 液晶配向膜

Info

Publication number: JPH08313913A
Application number: JP12183095A
Authority: JP
Inventors: Sumitoshi Asakuma; 純俊朝隈; Toshimasa Eguchi; 敏正江口
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1995-05-19
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】【構成】基板上に形成された有機高分子膜を一定方向
にラビングした後真空中で同有機高分子膜にイオンビー
ムを照射する、あるいは真空中で同有機高分子膜にイオ
ンビームを照射した後にラビングすることにより配向処
理されることを特徴とする液晶配向膜において、該有機
高分子膜が、基板上でポリアミド溶液を熱処理すること
によって形成されたポリアミド系高分子であることを特
徴とする液晶配向膜。【効果】ポリアミドを配向膜とした場合、液晶の配向
処理法として、ラビング法とイオン照射法を併用するこ
とにより、液晶配向の安定性、長期信頼性が達成され、
かつ、任意の領域の液晶配向性を任意に制御できること
から液晶表示素子の高視野角化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子の配向膜に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在広く普及しているねじれネマティッ
ク方式（TN、STN方式）の液晶表示素子においては、液
晶分子を一定方向に配列させるためにポリイミド、ポリ
アミド、ポリアミドイミド、ポリビニルアルコール等の
有機高分子膜を基板に形成させ、その表面をナイロン、
レーヨン、綿等の布で擦る（ラビングする）という操作
を行っている。

【０００３】しかし、ラビングのみの配向処理では、初
期の配向性は良好であっても長期間の信頼性という点で
は、配向異常や表示ムラの発生といった問題が発生しや
すいため、配向安定性により優れた配向膜、配向処理方
法が求められている。

【０００４】さらに、ラビングによって一定方向に液晶
を配列させたTN、あるいはSTN方式の液晶表示素子は、
その液晶配列のために視野角が狭いという欠点を有して
おり、液晶表示素子の欠点となっている。この欠点を解
決する手法として（1）配向分割法（2）アモルファス配
向法（3）位相差フィルム積層法等が考案されている
が、種々の点において問題あるのが実状である。つま
り、（1）の配向分割法は、１画素中にプレチルト角の
異なる領域を形成する、あるいは配向方向が異なる領域
を形成するといった方法であるが、プレチルト角が異な
る配向膜を数100μmの画素中で精密に形成制御するとい
った操作や、ラビングを２回行うといった必要があるこ
とから素子の生産性が悪く、量産性に不適である。又、
（2）のアモルファス配向法は、パネル全面にわたって
液晶の配向方向がランダムであるため、コントラストが
低く、さらには長期の駆動によりディスクリネーション
が発生する等の欠点を有している。さらに、（3）の位
相差フィルム積層法は、液晶が異なることにより、波長
分散性やその温度依存性が微妙に異なることから、それ
ぞれの液晶に合わせた位相差フィルムが必要となるため
必然的にコストアップにつながる。

【０００５】以上のように、配向の長期信頼性を得る手
法や、液晶表示素子の広視野角化の手法としては、まだ
確立したものがないのが現状である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、液晶表示素
子の配向の長期信頼性および広視野角化を、他の特性を
保持し、かつ生産性を大きく落とすことなく実現できる
液晶配向膜を与えるものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は基板上に形成さ
れた有機高分子膜を一定方向にラビングした後真空中で
同有機高分子膜にイオンビームを照射する、あるいは真
空中で同有機高分子膜にイオンビームを照射した後にラ
ビングすることにより配向処理されることを特徴とする
液晶配向膜において、同有機高分子膜が、基板上でポリ
アミド溶液を熱処理することによって形成されたポリア
ミド系高分子であることを特徴とする液晶配向膜であ
る。

【０００８】イオンビームを有機高分子膜に照射するこ
とによって、有機高分子膜の表面形状、高分子鎖の配列
等が変化することにより、液晶分子の配向制御を行うこ
とができるが、その際に用いる有機高分子膜としては、
イオンビームによる配向制御効果が発現しやすいもので
なければならず、この点から、ポリアミド溶液を熱処理
することによって形成されたポリアミド系高分子が良好
な特性を示すことを見いだした。その中でも特に、ジカ
ルボン酸成分として脂肪族ジカルボン酸あるいはその誘
導体を用いて合成されたポリアミド又は、ジカルボン酸
成分として芳香族ジカルボン酸あるいはその誘導体を用
いて合成されたポリアミド系高分子が適しており、さら
には、下記式（1）で示される芳香族系ジアミン必須成
分とするポリアミドを熱処理することによって形成され
たポリアミド系高分子が適している。

【０００９】

【化１】（式中Ｒ₁、Ｒ₂は炭素数１から12のアルキル基、あるい
はトリフルオロメチル基を示し、それらは互いに同一で
も異なっていてもよい）

【００１０】本発明で使用する配向膜は、ポリアミド溶
液をスピンコート法や印刷法によって基板上に塗布し、
必要に応じてホットプレートあるいは乾燥炉の中で予備
乾燥させた後、100℃から300℃の温度で加熱処理させる
ことによって得られる。ポリアミド溶液に用いられる溶
媒としては例えば、N-メチル-2-ピロリドン（NMP）、ジ
メチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、γ-ブチ
ロラクトン、ジグライム、エチルカルビトール、メチル
カルビトール、ブチルセロソルブ、ジエチレングリコー
ルジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチル
エーテル、キシレン、トルエン等が単独あるいは複数で
使用される。

【００１１】形成されたポリアミド系高分子の配向処理
であるが、本発明においてはラビングとイオンビームの
照射を併用することが必須であり、その順序については
限定されない。ラビングとイオンビームの照射を併用す
る理由としては、以下に示すことがあげられる。ラビン
グは、布により表面を擦るという操作であるため、マク
ロな領域での配向を規制することは可能であるが、配向
膜と液晶との界面における液晶の配列はあまり規則的で
はなく、あくまでも平均的に液晶の配列がある方向に向
いているという状態である。このことが、液晶表示素子
における液晶配向の長期信頼性に劣る原因と考えられ
る。これに対し、イオン照射による配向処理は、配向膜
に対してミクロな作用を及ぼすため、イオン照射された
配向膜界面に接している液晶は、高い規則性（一軸性）
を有することになる。以上のように、ラビングによる液
晶のマクロな配向規制とイオン照射によるミクロな配向
規制を併用することにより、従来得られなかった良好な
液晶配向が実現される。

【００１２】イオンビームのイオン種としては、例えば
ヘリウム、ネオン、アルゴン等の不活性ガスのイオンビ
ームを用いることが好ましい。

【００１３】ラビングについては、従来より一般に行わ
れている方法と何ら変わることなく、例えば、レーヨ
ン、ナイロン、綿等の布で擦るという方法が使用され
る。又、イオンビームの照射においては、有機高分子膜
に対するイオン照射の角度を変化させることにより、液
晶の配向秩序度をコントロールすることが可能である。
つまり、イオンビームの有機高分子膜に対する照射角度
を小さくすると（膜面に対してイオンビームが平行に近
いほど）液晶の一軸配向性が高くなり、イオンビームが
有機高分子膜に対して垂直に近いほどマクロな領域でラ
ンダム配向性となる。このように、液晶配向秩序度がイ
オンビームの有機高分子膜に対する角度を変えることに
より可能であることを利用し、ラビング法を併用するこ
とによって、例えば、ラビングによってある方向に配向
処理された配向膜の特定の領域をイオン照射により異な
る方向に配向処理させることや、ラビングにより任意の
プレチルト角を発現させるように処理した後、全面にイ
オン照射することによりランダム配向処理等を実現する
こと等も可能となるため、液晶素子としての視野角の拡
大を実現するための配向処理が可能である。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を詳細に説明するが、
本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるもの
ではない。

【００１５】（合成例1）温度計、攪拌機、原料仕込
口、乾燥窒素ガス導入管を備えた500mlセパラブルフラ
スコにジカルボン酸として1,3-シクロヘキサンジカルボ
ン酸0.1モル、ジアミンとして4,4'-ジアミノジフェニル
エーテル0.1モル、溶媒としては、NMPとピリジンが重量
比4対1混合溶媒をモノマー濃度が10％となるように加
え、さらに塩化リチウムを溶媒に対し3％、亜リン酸ト
リフェニルを0.2モル添加し、90℃から110℃の範囲で6
時間反応させ、粘ちょうな溶液を得た。この溶液をメタ
ノール中に再沈し重合体を単離し乾燥した。さらにこの
重合体をNMPに溶解させメタノールに再沈させる操作を3
回繰り返し、重合体の精製を行った。

【００１６】（合成例2）合成例1と同様な装置、操作で
原料として4,4'-ジアミノジフェニルエーテルの代わり
に2,2-ビス（4-（4-アミノフェノキシ）フェニル）プロ
パンを用いて重合体を得た。

【００１７】（合成例3）合成例1と同様な装置、操作で
原料として4,4'-ジアミノジフェニルエーテルの代わり
に4,4'-ジアミノジフェニルメタンを用いて重合体を得
た。

【００１８】（合成例4）合成例1と同様な装置、操作で
原料として1,3-シクロヘキサンジカルボン酸の代わりに
1,4-シクロヘキサンジカルボン酸を用いて重合体を得
た。

【００１９】（合成例5）合成例1と同様な装置、操作で
原料として1,3-シクロヘキサンジカルボン酸の代わりに
1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、4,4'-ジアミノジフ
ェニルエーテルの代わりに2,2-ビス（4-（4-アミノフェ
ノキシ）フェニル）プロパンを用いて重合体を得た。

【００２０】（合成例6）合成例1と同様な装置、操作で
原料として1,3-シクロヘキサンジカルボン酸の代わりに
1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、4,4'-ジアミノジフ
ェニルエーテルの代わりに2,2-ビス（4-（4-アミノフェ
ノキシ）フェニル）ヘキサフルオロプロパンを用いて重
合体を得た。

【００２１】（合成例7）合成例1と同様な装置、操作で
原料として1,3-シクロヘキサンジカルボン酸の代わりに
1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、4,4'-ジアミノジフ
ェニルエーテルの代わりに4,4'-ジアミノジフェニルメ
タンを用いて重合体を得た。

【００２２】（合成例8）合成例1と同様な装置、操作で
原料として1,3-シクロヘキサンジカルボン酸の代わりに
テレフタル酸、4,4'-ジアミノジフェニルエーテルの代
わりに2,2-ビス（4-（4-アミノフェノキシ）フェニル）
ヘキサフルオロプロパンを用いて重合体を得た。

【００２３】（合成例9）合成例1と同様な装置、操作で
原料として1,3-シクロヘキサンジカルボン酸の代わりに
テレフタル酸、4,4'-ジアミノジフェニルエーテルの代
わりに2,2-ビス（4-（4-アミノフェノキシ）フェニル）
プロパンを用いて重合体を得た。

【００２４】（実施例1）合成例1で得られたポリアミド
をNMPに溶解し4％溶液とし、この溶液をITO付きガラス
基板のITO上にスピンコートにより塗布し、熱風オーブ
ン中200℃で焼成し500nmのポリアミド膜を形成した。ま
ず、このポリアミド膜をラビング処理を行い、その後、
ラビング方向と同じ方向に、基板から15度の角度となる
ようにアルゴンイオンビームを300eVの加速電圧で照射
した。2枚の基板を、ラビング方向およびイオンビーム
照射方向が90度ねじれるように６μmのギャップ間隔で
貼り合わせ、ネマチック液晶（メルク、ZLI-2293）を注
入してTNセルを組み立てた。液晶の配向状態を観察した
ところ、全面良好な一軸配向性を示しており、−20℃と
120℃の冷熱サイクル試験を各温度2時間ずつ200サイク
ル行った後も液晶配向性の乱れは観察されなかった。

【００２５】（実施例2）合成例1で得られたポリアミド
をNMPに溶解し4％溶液とし、この溶液をITO付きガラス
基板のITO上にスピンコートにより塗布し、熱風オーブ
ン中200℃で焼成し500nmのポリアミド膜を形成した。ま
ず、このポリアミド膜をラビング処理を行い、その後、
基板の半分をマスクしラビング方向に対し90度の角度で
基板から15度の角度となるようにアルゴンイオンビーム
を300eVの加速電圧で照射した。2枚の基板を、ラビング
処理を施した部分およびイオンビームを照射した部分が
向かい合い、かつ2枚の基板においてラビング方向およ
びイオンビーム照射方向が90度ねじれるように６μmの
ギャップ間隔で貼り合わせ、ネマチック液晶（メルク、
ZLI-2293）を注入してTNセルを組み立てた。

【００２６】液晶の配向状態を観察したところ、ラビン
グ領域、イオンビーム照射領域とも良好な一軸配向性を
示しており、かつラビング領域はラビング方向に、イオ
ンビーム照射領域はイオンビーム照射方向に液晶が配向
していた。この結果より、ラビングとイオンビーム照射
を行うことにより、液晶の配向方向を任意に制御できる
ことが示された。このことにより、配向分割による液晶
表示素子の高視野角化が従来の手法に比べ容易に達成し
うることが示された。

【００２７】（実施例3-10）合成例2から9に示したポリ
アミド重合体を用いて、実施例1と同様に希釈、塗布、
焼成し塗膜を形成した。さらに実施例1と同様にラビン
グ処理、イオンビーム照射処理して液晶セルを組み立
て、液晶の配向状態を観察した。結果は表1に示す通り
である。

【００２８】

【表１】 *1 合成例番号を示す。混合系の場合は更に ( )内に
重量比を示す *2 −20℃、120℃各2時間200サイクル後

【００２９】（実施例11-18）合成例2から9に示したポ
リアミドを用いて、実施例2と同様に希釈、塗布、焼成
し塗膜を形成した。この塗膜をラビング処理、イオンビ
ーム照射処理して液晶セルを組み立てた。液晶の配向状
態は表2に示す通りである。これらの中で全面、あるい
は部分的にマルチドメイン配向を形成させることが可能
であることが示され、マルチドメイン、ランダム配向に
よる視野角の拡大が達成されることがわかった。

【００３０】

【表２】 *1 合成例番号を示す。混合系の場合は更に ( )内に
重量比を示す *2 ラビング処理、イオンビーム照射処理のどちらを先
に行ったか *3 基板の全面をイオンビーム照射したか、マスクをし
て部分的に照射したか *4 イオンビームのラビング方向に対する角度／基板か
らの角度 *5 部分イオンビーム照射の場合は、ラビング処理部／
イオンビーム照射部の配向状態

【００３１】（比較例）合成例1に示したポリアミド
を、実施例1と同様に希釈、塗布、焼成し塗膜を形成し
た。さらにこの塗膜を実施例1と同様にラビング処理、
イオンビーム照射処理して液晶セルを組み立てた。初期
の配向性は良好であったが、−20℃と120℃の冷熱サイ
クル試験を各温度2時間ずつ200サイクル行った後は、全
面に配向乱れがおこっていた。

【００３２】

【発明の効果】本発明において、ポリアミドを配向膜と
した場合、液晶の配向処理法として、ラビング法とイオ
ン照射法を併用することにより、液晶配向の安定性、長
期信頼性が達成され、かつ、任意の領域の液晶配向性を
任意に制御できることから液晶表示素子の高視野角化が
可能となる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された有機高分子膜を一定
方向にラビングした後真空中で同有機高分子膜にイオン
ビームを照射する、あるいは真空中で同有機高分子膜に
イオンビームを照射した後にラビングすることにより配
向処理されることを特徴とする液晶配向膜において、同
有機高分子膜が、基板上でポリアミド溶液を熱処理する
ことによって形成されたポリアミド系高分子であること
を特徴とする液晶配向膜。
【請求項２】基板上に形成された有機高分子膜が、ジ
カルボン酸成分として脂肪族ジカルボン酸あるいはその
誘導体を用いて合成されたポリアミドの溶液を熱処理す
ることによって形成されたポリアミド系高分子を含有す
ることを特徴とする請求項1記載の液晶配向膜。
【請求項３】基板上に形成された有機高分子膜が、ジ
カルボン酸成分として芳香族ジカルボン酸あるいはその
誘導体を用いて合成されたポリアミドの溶液を熱処理す
ることによって形成されたポリアミド系高分子を含有す
ることを特徴とする請求項1記載の液晶配向膜。
【請求項４】基板上に形成された有機高分子膜が、下
記式（1）から選ばれるジアミンを必須成分とするポリ
アミドの溶液を熱処理することによって形成されたポリ
アミド系高分子であることを特徴とする請求項1記載の
液晶配向膜。【化１】（式中Ｒ₁、Ｒ₂は炭素数１から12のアルキル基、あるい
はトリフルオロメチル基を示し、それらは互いに同一で
も異なっていてもよい）