JPH11223817A - 液晶表示素子 - Google Patents
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- JPH11223817A JPH11223817A JP10326878A JP32687898A JPH11223817A JP H11223817 A JPH11223817 A JP H11223817A JP 10326878 A JP10326878 A JP 10326878A JP 32687898 A JP32687898 A JP 32687898A JP H11223817 A JPH11223817 A JP H11223817A
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Abstract
液晶配向膜を提供する。 【解決手段】 本発明の液晶表示素子は、一対の対向す
る第1基板及び第2基板と、前記第1基板及び第2基板
の中、少なくとも一つの基板に形成されたピラノース
(pyranose)高分子或はフラノース(furanose)高分子
からなる配向膜と、そして、前記第1基板と第2基板と
の間に形成された液晶層で構成される。
Description
id crystal display device ;LCD)に関するものであ
って、特に光反応性を有している造成物からなる液晶配
向膜を包含する液晶表示素子に係わる。
質を包含している液体である。
(director)と称するが、液晶内でのディレクターの分
布は、基板上のアンカリングエネルギー(anchoring en
ergy)により決められ、液晶の表面エネルギーとアンカ
リングエネルギーとの最少に相当するディレクター軸の
方向により特徴される。そして、外部の電界のもとで液
晶表示素子の作動により、ディレクターの再配列が成さ
れる。
その間の液晶とで構成される。
ightness)と高いコントラスト比(contrast ratio)を
得るためには、セルでの液晶を均一に配向することが必
須的である。液晶のモノドメインの平行配向を得るた
め、高分子物質を包含した種々の技術が提案されてい
る。特に、ポリイミド、ポリシロキサンが、品質及び耐
熱性がよいと知られている。高分子の上に、液晶セルの
モノドメイン配向を得るための技術として、最も一般的
な技術が高分子の表面に微細溝(microgrooves)を形成
するものであって、これは強いアンカリング(anchorin
g)を有していて安定な平行配向を提供する。
d)であると称し、前記ラビング法は、高分子をコーテ
ィングした基板を布で擦るといった簡単な方法にて大面
積化と高速処理とが可能であって、工業的に広く利用さ
れている方法である。
かの決定的な欠陥をもっている。
向膜との摩擦強度によって、配向膜に形成される微細溝
の形態が変わるので、液晶分子の配列が不均一となって
位相歪曲(phase distortion)と光散乱(light scatte
ring)とが発生する。さらに、高分子の表面をラビング
することによって発生する静電気(ESD, Electrostatic
Discharge)は、アクティブマトリクス(active matri
x)の液晶表示素子にゴミを発生させる原因となり、結
果的に歩留りが低下され、基板が破損されることが生じ
る。さらに、各領域が異なって配向されるようにするた
め、局部的に選択された領域を配向することはその工程
が極めて複雑である。
提案された方法が光配向処理方法であって、液晶分子の
配向は、光の照射による配向膜の光重合反応(photopol
ymerization)に起因する(A.Dyadyusha, V.Kozenkov e
t al., Ukr.Fiz.Zhurn., 36(1991)1059 ; W.M Gibbons
et al., Nature, 351(1991)49 ; M.Schadt et al.,Jpn.
J.Appl.Phys. . 31(1992)2155 ; T.Y.Marusii. Y.A.Re
znikov, Mol, Mat. ,3(1993)161 ; EP0525478 ; US pat
ent 5,538,823-Polyvinylfluorocinnamate patent )。
基板に直線偏光された紫外線を照射して配向膜に配向方
向を付与するものである。このような光配向法に用いら
れる光配向膜は、主にPVCN(polyvinylcinnamate)系の
高分子であって、直線偏光された紫外線が照射されるこ
とによって、紫外線エネルギーにより高分子の間に発生
するクロスリンキング(cross-linking)により、新に
光重合された光配向膜となる。
方向は線偏光された紫外線の偏光方向に対して、一定な
方向を持つようになる。この光高分子の方向に従って光
配向膜の配向方向が決められ、前記光配向膜に形成され
るプレチルト角(pretilt angle)は、照射された紫外
線の入射方向或は照射エネルギーによって変わるように
なる。言い替えば、光配向膜に照射される紫外線の偏光
方向と照射エネルギーによって、配向膜のプレチルト角
の方向とプレチルト角とが決められる。
向を付与する光配向においては、領域によって偏光板を
一定の角度に回転して偏光方向を変えつつ、紫外線を照
射して、配向方向が各々異なるドメインを形成してマル
チドメイン(multi-domain)を作製する。
配向法は広範囲な適用が不可能であるという種々の問題
点を持っている。一番大きな問題は、前記配向膜を構成
する光配向物質の低い感光性に因って異方性及び耐熱性
が減少するということである。
は、時間(10分)がたくさんかかり、弱い異方性は配向
膜のアンカリングエネルギー(anchoring energy)を弱
くする。なお、液晶表示素子に液晶を注入する際、高温
注入が必須的であるが、前記注入方法は、液晶の少ない
耐熱性に因り基板上に痕跡効果(flowing traces)を発
生させる原因となる。
に因る転傾(disclination)もやはり解決すべき課題と
して残っている。
決するためのものであって、優秀な耐熱性及び感光性を
有している液晶配向膜を包含する液晶表示素子を提供す
ることを目的とする。
め、本発明の液晶表示素子は、一対の対向する第1基板
及び第2基板と、前記第1基板及び第2基板の中、少な
くとも一つの基板に形成された配向膜と、そして前記第
1基板と第2基板との間に形成された液晶層で構成され
る。
子或はフラノース(furanose)高分子からなり、前記高
分子等は感光反応部と感光非反応部とを包含する。前記
感光反応部と感光非反応部は、一定の比率に構成され、
言い替えれば、感光反応部或は感光非反応部の中、一つ
の成分のみで構成されるか、或は一つ以上の互いに異な
る成分で構成されることもできる。
l)誘導体であり、前記シンナモイル誘導体はH,F,Cl,C
N,CF3,OCF3,CnH2n+1,OCnH2n+1,C6H5,C6H4OCnH2n+1(nは1
〜10)を含有する。そして、前記感光非反応部は、エス
テル(ester)誘導体であり、その一つの例として
記ピラノース高分子が
YはH,F,Cl,CN,CF3,OCF3,CnH2n+1,OCnH2n+1(n=1〜1
0))であることが挙げられる。
図面を参照して詳細に説明する。
向膜の感度を増加させ、この膜として液晶の耐熱性アン
カリングを得るための光配向膜にセルロースシンナメイ
ト(cellulosecinnamate ; CelCN)を用いる。CelCNの
いくつかの他の形態は、多様な置換比率によるセルロー
ス或はセルロースアセテイトとシンナモイルクロライド
(cinnamoylchloride)との誘導体から得られる。
実施例によるCelCNの合成を示す図面である。CelCNは非
活性の溶媒(chloroform,nitrobenzene,chlorobenzenな
ど)からセルロース或はセルロースアセテイトとシンナ
モイルクロライドとの誘導体が反応して合成される。反
応の混合物をメタノール(methanol)にて稀釈及び濾過
し、真空で乾燥した後、振動製粉機(vibrating mill)
にて粉砕するとCelCNが得られる。
から成される。
溶液はCHCl3溶媒を用いて備える。高分子の濃度は、各
基板上の配向膜厚を決める。基板に約1μmの膜厚を形成
するための10g/lのCelCN溶液を備える。
をピペット(pipette)を用いて基板の中心におき、300
0rpmの速度に回転する遠心分離機を用いて30秒間スピン
−コーティング(spin-coating)する。生成された膜
は、スピン−コーティングした後180℃で1時間の間プ
リベーキング(prebaking)する。
膜をλ<365nm波長の偏光紫外線にて照射して異方性と
なるようにする。照射時間は5秒以上であり、紫外線の
強度は、約5mW/cm2にする。
る実検装置の概略的構造を示す図面である。
(100)と、前記基板(100)上に、CelCNを塗布された
光配向膜(50)と、前記光配向膜(50)に紫外線を照射
するランプ(10)と、前記ランプ(10)から照射された
光を偏光する偏光板(30)とで構成される。
プであり、前記水銀ランプより平均電圧500Wに流れ出た
光がレンズを通過し、前記偏光板(30)にて偏光され
て、光配向膜(50)に5mW/cm2の強度で3〜60秒の間照射
される。
光配向物質と比べてみると、さらに強いアンカリングエ
ネルギーを有する。CelCN高分子及び他の代表的な光配
向物質、即ち、ポリビニルフルオロシンナメイト(poly
vinylfluorocinnamate ; PVCN-F)及びポリシロキサン
シンナメイト(polysiloxanecinnamate ; PSCN)から得
られるアンカリングエネルギーの値を測定した。
ーと他のCelCNとを表1に示した。
び電気光学装置を用いて配向膜の特性を測定した。ま
ず、電気光学応答、直交及び平行偏光子の間でのセル透
過率の比率、配向された膜のアンカリングエネルギーと
表面密度は、CelCN層が包含されたTN(twisted nemati
c)セルで測定した。前記セルは、約120℃の温度で加熱
し、この温度で4時間の間保持した。このセルを、常温
で冷却した後でも、前記特性等が変わらないことを分か
ることができた。
る。この例等は、ただ例証のためのものだけであり、本
発明が以下にふれる条件、物質或は装置に限られること
ではない。
uorocinnamic acid)の合成 0.1molの4−フルオロベンゼンアルデヒド(4-fluorobe
nzaldehyde)、0.15molのマロン酸(malonic acid)及
び0.1mlのピペリジン(piperidine)混合物をピリジン
(pyridine)30mlに入れて10時間の間加熱した後、冷却
し、10%の塩酸150mlに処理する。その沈澱物は濾過
し、エタノール(ethanol)に結晶化させる。歩留りは6
8%であり、融解点(m.p.)は211℃である。
acid 、2−Fluorocinnamic acid、3−Chlorocinnami
c acid 、2−Methylcinnamic acid 、4−Chlorocinna
micacid 、4−Phenylcinnamic acid、4−Methoxycinn
amic acid 、4−Pentoxycinnamic acid 、4-Heptyloxy
cinnamic acid、4-Nonyloxycinnamic acid、4-(4-Pento
xyphenyl)cinnamic acid、4-Trifluoromethoxycinnamic
acid、4-Trifluoromethylcinnamic acid , 4-Pentylci
nnamic acid , 4-Methoxy-3-fluorocinnamicacid など
の化合物が得られる。
(cellulose cinnamate)の合成 0.05molのシンナモイルクロライド(cinnamoyl chlorid
e)(シンナム酸(cinnamic acid)、通量のThionylchl
oride及び触媒dimethylformamideから得られる)、0.01
molのセルロース及び0.04molのピリジン(pyridine)混
合物を20mlのニトロベンゼン(nitrobenzene)に入れ
て、120℃で24時間の間加熱した後、冷却し、メタノー
ルに稀釈する。その生成物は濾過し、メタノール及び水
で洗浄し、真空で乾燥した後、振動製粉機(vibrating
mill)で粉砕する。最終の歩留りは約65〜92%である。
生成物は薄膜クロマトグラフィー(TLC ; thin film ch
romatography)の結果からケイヒ酸(cinnamic acid)
が残っていないことを確認する。
ナメイト(cellulose acetate cinnamate)の合成 0.03molのシンナモイルクロライド(cinnamoyl chlorid
e)(ケイヒ酸(cinnamicacid)、通量のThionylchloride
及び触媒dimethylformamideから得られる)、0.01molの
セルロースアセテイト及び0.03molのピリジン(pyridin
e)混合物を20mlのクロロホルムに入れて24時間の間加
熱した後、冷却し、メタノールに稀釈する。その生成物
は濾過し、メタノール及び水で洗浄し、真空で乾燥した
後、振動製粉機(vibrating mill)で粉砕する。最終歩
留りは、約65〜92%である。生成物は薄膜クロマトグラ
フィー(TLC; thin film chromatography)の結果から
ケイヒ酸(cinnamic acid)が残っていないことを確認
する。
うに、第1基板(100)及び第2基板(101)と、前記第
1基板上に形成された薄膜トランジスター(Thin Film
Transistor ; TFT)(70)と、前記薄膜トランジスター
と第1基板の全体にわたって形成された第1配向膜(5
0)と、前記第2基板(101)上に形成された第2配向膜
(51)と、前記第1基板と第2基板との間に注入された
液晶層(90)で構成される。
膜(51)は、ピラノース高分子或はフラノース高分子か
らなり、その一例として前記図1に示したCelCNが挙げ
られるし、前記CelCNは非常に短い照射時間であって
も、よい特性を有する均一配向を提供し、3秒の照射で
あっても安定な配向が得られる。
子は、感光反応部と感光非反応部とを含有し、前記感光
反応部と感光非反応部は、一定な比率で構成される。
部の中、一つの成分のみで構成されるか、或は一つ以上
の互いに異なる成分で構成されることもできる。
向膜に、光を少なくとも1回照射して、配向方向(alig
nment direction or pretilt angle direction)及びプ
レチルト角(pretilt angle)を同時に決定する。
線領域の光が適宜であり、非偏光、線偏光、及び部分偏
光された光の中で、どのような光を用いてもよい。
の一つの基板を前記方法で配向処理し、残り一つの基板
は配向処理をしなくてもよく、処理するなら配向膜を構
成する配向物質として、ポリアミド(polyamide)或は
ポリイミド(polyimide)系の化合物などの物質で構成
してラビング配向することができる。
即ち、PVCN(polyvinylcinnamate)或はPSCN(polysilo
xanecinnamate)系の化合物などの物質で構成して光配
向することも可能である。
層を構成する液晶分子の長軸が、前記第1基板及び第2
基板の基板面に対して、平行に配向される平行配向(ho
mogeneous alignment)、或は垂直に配向される垂直配
向(homeotropic alignment)が可能であり、前記第1
基板或は第2基板の基板面に対して、特定の角度で傾斜
し、配向されるティルト配向(tilted alignment)や、
捩れて配向されるツイスト配向(twisted alignmen
t)、第1基板或は第2基板の中、いずれかの一つの基
板の基板面に対して水平に配向され、残り一つの基板の
基板面に対して垂直に配向されるハイブリッド配向(hy
brid alignment)など、どのような形態の配向及びモー
ドでも適用可能である。
1配向膜及び/或は第2配向膜を、二つ以上の領域に分
割して2ドメインの液晶表示素子、4ドメインの液晶表
示素子などのマルチドメインの液晶表示素子が具現でき
る。
を有している作用基を含有した物質から配向膜を形成す
ることによって、優秀な耐熱性を有しており、従って液
晶表示素子の製造の際、常温で液晶の注入が可能であ
り、従来技術での痕跡効果が生じないという効果があ
る。
着性及び強いアンカリングエネルギーをもつので、液晶
を効果的に配向でき、液晶の配向安定性を向上させるこ
とができる。
施例によるセルロースシンナメイト(cellulosecinnama
te;CelCN)の合成を示す図面。
する実検装置の概略的構造を示す図面。
表示素子の断面図。
Claims (35)
- 【請求項1】 第1基板及び第2基板と、 前記第1基板上に形成されたピラノース(pyranose)高
分子からなる第1配向膜と、 前記第1基板と前記第2基板との間に形成された液晶層
とを備える液晶表示素子。 - 【請求項2】 請求項1において、前記第2基板上に第
2配向膜が追加に形成されたことを特徴とする液晶表示
素子。 - 【請求項3】 請求項2において、前記第2配向膜を構
成する物質が、ピラノース(pyranose)高分子、フラノ
ース(furanose)高分子、PVCN(polyvinylcinnamat
e)、PSCN(polysiloxanecinnamate)、PVA(polyvinyl
alcohol)、ポリアミド(polyamide),ポリイミド(pol
yimide)、ポリアミキサン(polyamic acid)及びSiO2
からなる一群から選ばれることを特徴とする液晶表示素
子。 - 【請求項4】 請求項1において、前記液晶層を構成す
る液晶が、陽の誘電率異方性を有している液晶であるこ
とを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項5】 請求項1において、前記液晶層を構成す
る液晶が、陰の誘電率異方性を有している液晶であるこ
とを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項6】 請求項1において、前記第1配向膜及び
第2配向膜の中、少なくとも一つの配向膜が、少なくと
も両領域に分割され前記液晶層の液晶分子が、各領域上
で互いに異なった配向特性を示すことを特徴とする液晶
表示素子。 - 【請求項7】 請求項1において、前記液晶層を構成す
る液晶が、前記第1基板或は第2基板の基板面に対し
て、平行に配向されることを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項8】 請求項1において、前記液晶層を構成す
る液晶が、前記第1基板或は第2基板の基板面に対し
て、垂直に配向されることを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項9】 請求項1において、前記液晶層を構成す
る液晶が、前記第1基板或は第2基板の基板面に対し
て、傾斜して配向されることを特徴とする液晶表示素
子。 - 【請求項10】 請求項1において、前記液晶層を構成
する液晶が、前記第1基板或は第2基板の基板面に対し
て、ツイスト配向されることを特徴とする液晶表示素
子。 - 【請求項11】 請求項1において、前記液晶層を構成
する液晶が、前記第1基板或は第2基板の中、いずれか
の基板の基板面に対して水平に配向され、残り一つの基
板の基板面に対して、垂直に配向されることを特徴とす
る液晶表示素子。 - 【請求項12】 請求項1において、前記ピラノース
(pyranose)高分子が、感光反応部或は感光非反応部を
含むことを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項13】 請求項12において、前記感光反応部
が、シンナモイル(cinnamoyl)誘導体からなる一群か
ら選ばれることを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項14】 請求項13において、前記シンナモイ
ル(cinnamoyl)誘導体が、H,F,Cl,CN,CF3,OCF3,CnH
2n+1,OCnH2n+1,C6H5,C6H4OCnH2n+1(nは1〜10)を
含有することを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項15】 請求項12において、前記感光非反応
部が、エステル(ester)誘導体からなる一群から選ば
れることを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項16】 請求項15において、前記エステル
(ester)誘導体が、 【化1】 であることを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項17】 請求項1において、前記ピラノース(p
yranose)高分子が 【化2】 (X1及びX2はH,F,Cl,CH3,OCH3,k=0〜1,YはH,F,Cl,CN,C
F3,OCF3,CnH2n+1,OCnH2n+1,(n=1〜10))であること
を特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項18】 請求項17において、前記液晶配向膜
が、一つのグルコピラノース(glucopyranose)環(rin
g)当り、0乃至2つの 【化3】 を含有することを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項19】 請求項1において、前記ピラノース(p
yranose)高分子が、セルロース4−フルオルシンナメイ
ト(cellulose4-fluorocinnamate)であることを特徴と
する液晶表示素子。 - 【請求項20】 第1基板及び第2基板と、前記第1基
板上に形成されたフラノース(furanose)高分子からな
る第1配向膜と、前記第1基板と前記第2基板との間に
形成された液晶層とを備える液晶表示素子。 - 【請求項21】 請求項20において、前記第2基板上
に第2配向膜が、追加に形成されたことを特徴とする液
晶表示素子。 - 【請求項22】 請求項20において、前記第2配向膜
を構成する物質が、ピラノース(pyranose)高分子、フ
ラノース(furanose)高分子、PVCN(polyvinylcinnamat
e)、PSCN(polysiloxanecinnamate)、PVA(polyvinyal
cohol)、ポリアミド(polyamide)ポリイミド(polyimi
de)、ポリアミキサン(polyamic acid)及びSiO2 (Sil
icondioxide)からなる一群から選ばれることを特徴とす
る液晶表示素子。 - 【請求項23】 請求項20において、前記液晶層を構
成する液晶が、陽の誘電率異方性を有している液晶であ
ることを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項24】 請求項20において、前記液晶層を構
成する液晶が、陰の誘電率異方性を有している液晶であ
ることを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項25】 請求項20において、前記第1配向膜
及び第2配向膜の中、少なくとも一つの配向膜が、少な
くとも両領域に分割され前記液晶層の液晶分子が、各領
域上で互いに異なった配向特徴を示すことを特徴とする
液晶表示素子。 - 【請求項26】 請求項20において、前記液晶層を構
成する液晶が、前記第1基板或は第2基板の基板面に対
して、平行に配向されることを特徴とする液晶表示素
子。 - 【請求項27】 請求項20において、前記液晶層を構
成する液晶が、前記第1基板或は第2基板の基板面に対
して、垂直に配向されることを特徴とする液晶表示素
子。 - 【請求項28】 請求項20において、前記液晶層を構
成する液晶が、前記第1基板或は第2基板の基板面に対
して、傾斜して配向されることを特徴とする液晶表示素
子。 - 【請求項29】 請求項20において、前記液晶層を構
成する液晶が、前記第1基板或は第2基板の基板面に対
して、ツイスト配向されることを特徴とする液晶表示素
子。 - 【請求項30】 請求項20において、前記液晶層を構
成する液晶が、前記第1基板或は第2基板の中、いずれ
かの基板の基板面に対して水平に配向され、残り一つの
基板の基板面に対して、垂直に配向されることを特徴と
する液晶表示素子。 - 【請求項31】 請求項20において、前記フラノース
(furanose)高分子が、感光反応部或は感光非反応部を含
むことを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項32】 請求項31において、前記感光反応部
が、シンナモイル(cinnamoyl)誘導体からなる一群か
ら選ばれることを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項33】 請求項32において、前記シンナモイ
ル(cinnamoyl)誘導体が、H,F,Cl,CN,CF3,OCF3,CnH
2n+1,OCnH2n+1,C6H5,C6H4OCnH2n+1(nは1〜10)を
含有することを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項34】 請求項31において、前記感光非反応
部が、エステル(ester)誘導体からなる一群から選ば
れることを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項35】 請求項34において、前記エステル
(ester)誘導体が、 【化4】 であることを特徴とする液晶表示素子。
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