JPH02197820A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液晶デイスプレーにおける液晶表示素子に関
するものである。

従来の技術 液晶表示素子は、一般に２枚の透明基板と前記透明基板
に挟持された液晶と前記透明基板上に形成された透明電
極あるいは駆動素子とさらに前記透明電極あるいは駆動
素子上に形成された配向膜を主な構成要素としている。

液晶表示素子として多く用いられている方法としてネマ
ティック液晶を用い、ＴＮ（Ｔｖｆｓｔｅｄ　Ｎｅｍａ
ｔｆｅ　）方式によって画像表示をおこなうものがある
。この場合ネマティック液晶の分子長軸方向の平均は電
界無印加時には基板と平行で配向膜によって規制される
方向へ向いており、電界印加時には基板と垂直となる。

配向膜としてはポリビニルアルコールやポリイミド薄膜
を一方向にラビングしたものか基板表面に斜方蒸着した
ＳｌＯが主にもちいられてきた。

また最近はＴＮＮ液晶はない高速応答性およびメモリー
性を特徴とする強誘電液晶表示素子が提案されているが
（米国特許第４３８７９２４号明細書）、この強誘電液
晶の配向はＴＮ液晶を配向させる場合よりも困難である
。すなわち強誘電液晶を表示素子として用いるためには
パネル全面にわたって均一なモノドメインを形成する必
要があるが、ラビングや斜方蒸着では均一モノドメイン
を得るのが困難であり現在は均一配向の実現にむけて多
くの研究開発がなされている。

さて有機珪素化合物を配向膜として用いることに関して
は、Ｆ−Ｊ、カー７（Ｋａｈｎ）がアプライドフィジッ
クス　レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈ１ｓｌｃｓ　Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ）　　、　　Ｖａｔ、　　２２．　　Ｎｒ
＋、３　　（１９７３，２，１）誌のｐ、１１１〜１１
３で発表して以来、多くの研究者が種々の有機珪素化合
物について検討している。初期の研究では、液晶の表面
張力と基板表面の臨界表面張力のバランスで液晶の配向
が決まると考えられていたが、内円らによる液晶討論会
予稿集のｐ、４９〜５０（１９７７）によれば、有機珪
素化合物を配向膜に用いた場合は、配向は基板表面と液
晶との表面張力のバランスには無関係で、たいてい基板
と平行に液晶が配列する傾向にあることがわかった。ま
たアルキル長鎖（炭素数１４〜１８）をもつ有機珪素化
合物を配向膜に用いた場合には、アルキル基が基板に垂
直にならび、このアルキル基と液晶分子末端が相互作用
するために、液晶分子が基板に垂直に配列するといわれ
ている。　（松本ら著「液晶の最新技術」ｐ、ＩＧ！、
１９８３年（株）工業調査会発行）なお従来、配向膜と
して検討された有機珪素化合物は以下の通りである。ま
たこれらの物質は実用として用いられたことはほとんど
ない。

トメチル−３−アミノフ゛ａヒ゛ルトリメトキシシラン
、ト（２−アミノエチル）−３−アミノフ゛口ビルトリ
メトキシシラン、３−アミノフ′Ｕヒ′ルトリエトキシ
シラン、３−り゛リシト°壽シフ゛ロビルトリメトキシ
シラン、３−モＮフ才すプロピルトリメトキシシラン３
−ヌククリ０奪シトリメトキシシラン、メチ＃ｌーリメ
トキシシラン、 ｎ−へ“ンヅルトリエトキシシラン、 フェニルトリエトキシシラン、 トフェニルー３ーアミノフ゛ロビルトリメトキシシラン
、Ｎ，Ｎ−ジメヂルー・トオケタテ°シルー３ーアミノ
フ′ロビルトリメトキシシリルクロリト°。

発明が解決しようとする課題 液晶表示素子において液晶の配向を表示パネル全面にわ
たって均一にする。

課題を解決するための手段 対向して導電膜を設けた一対の基板間に電界によって光
学的な変化を示すような液晶を封入した液晶表示素子に
おいて、前記導電膜を設けた基板のうち少なくとも一方
の基板上に、液晶物質のコアの部分の構造をもつ有機珪
素化合物を表面に有する平坦化膜を付与する。

作用 本発明の平坦化膜の表面をおおう有機珪素化合物は、液
晶物質のコアの部分の構造を有する。本発明の液晶表示
素子において、液晶はこの平坦化膜表面と直接接する。

液晶物質のコアの部分の構造と液晶との相互作用が大き
いので、このコアの部分の配列方向にそって液晶が配向
するものと思われる。また平坦化膜は基板上に作成され
ている導電膜の表面の１００Ａ程度の凹凸を埋めて平坦
にし。

平坦化膜表面での液晶と液晶物質のコアの部分の構造を
有する有機珪素化合物との相互作用が表面の凹凸による
液晶の配向により乱されないようにしているものと思わ
れる。

実施例 本発明の液晶表示素子は対向して導電膜を設けた一対の
基板間に電界によって光学的な変化を示すような液晶を
封入した液晶表示素子において、前記導電膜を設けた基
板のうち少なくとも一方の基板上に、液晶物質の＝ｙア
の部分の構造を有する有機珪素化合物を表面に有する平
坦化膜を付与するものである。ここで液晶物質のコアの
部分の構造について説明する。本発明における液晶物質
とはその物質刻１独で加熱時あるいは冷却時または加熱
時冷却時どちらの場合にもある適当な温度範囲で液晶相
を示す物質だけに限定するものではなく、その物質単独
では液晶相を示さないが、他の適当な物質と混合するこ
とによって液晶相を示すようになる物質をも含むものと
する。熱論、平坦化膜の表面に作成する有機珪素化合物
における液晶のコアの部分は実際に液晶表示素子に封入
している液晶と異なるものであっても構わない。またコ
アの部分とは、液晶の分子構造中、アルキル鎖ないしア
ルコキシ鎖よりなる末端基を除いた環状基および中央基
の部分のかなりの程度の剛直性を持つ部分を指す。

本発明では、一対の基板間に電界によって光学的な変化
を示すような液晶を封入した液晶表示素子において、前
記基板のうち少なくとも一方の基板上に液晶物質のコア
の部分の構造を有する有機珪素化合物を表面に存する平
坦化膜を付与したものであればどのような表示形態の液
晶表示素子であっても構わない。

表示素子の種別としては、ネマティック液晶を用いたＴ
Ｎ液晶表示素子、ネマティック液晶またはコレステリッ
ク液晶と染料を用いたＧＥ［液晶表示素子、カイラル成
分を含んだネマティック液晶を用いたＳＢＥ液晶表示素
子、カイラルスメクティックＣ液晶をもちいた強誘電液
晶表示素子等、初期配列として基板に平行に液晶を配向
させる方式の素子であればどのような種類の液晶表示素
子を用いることもできる。

なお、本発明は均一配向制御が困難な強誘電液晶表示素
子について最も効果をあられす。

液晶表示素子は、基本的には２枚の基板、基板上に形成
された駆動電極あるいは駆動素子、その表面に形成され
た配向膜、そして前記２枚の基板に挟持された液晶より
構成される。また素子種別あるいはカラー化の有無によ
って偏光板の数やカラーフィルタの有無が決定される。

図には本発明の一実施例として強誘電液晶表示素子の断
面図を示しである。以下、図を参照して本発明の詳細な
説明する。図中、１は透明基板、２は該基板上に設けら
れた透明導電膜よりなる電極、３は液晶物質のコアの部
分の構造をもつ有機珪素化合物を表面に有する平坦化膜
、４はシール材、５はスペーサ部材、６はカイラルスメ
クティックＣ液晶物質を示す。透明基板１としては、ガ
ラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等公知の透
明物質を用いることができる。これらに蒸着、スパッタ
、ＣｖＤ等公知の手段により酸化スズやＩＴＯ（Ｉｎｄ
ｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）による透明導電膜２を形
成する。ざらにその上製液晶部分のコアの部分の構造を
有する有機珪素化合物を表面に有する平塩化膜３を形成
する。その形成方法は特に限定しないが、透明導電膜２
を有する基板１上に平坦化膜を作成したのち平坦化膜表
面に液晶部分のコアの部分の構造を存する有機珪素化合
物薄膜を作成むする方法が最も容易である。平坦化膜の
材料に関しては、表面の凹凸を埋める性質のあるもので
有機珪素化合物のアルコキシ基と反応するものであれば
どのようなものでもよい。ポリビニルアルコール、ポリ
アクリル酸、でんぷん、セルロース、水溶性ナイロンま
たはこれらとエチレンの共重合体等のはじめから極性基
を分子中に存している物質だけではなく、ポリエチレン
、ポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド等の物質を
プラズマ処理することによって表面に水酸基やカルボキ
シル基などの極性基を導入しても構わない。平坦化膜の
基板上への作成方法については１　ＧＯＡ程度の凹凸を
もたない膜を作成できる方法であればどのような方法で
も構わない。スピンコード法、デイツプ法等があげられ
る。なお印刷法や蒸着法では１００Ａ程度の凹凸ができ
てしまうため適切ではない。

液晶部分のコアの部分の構造を存する有機珪素化合物を
表面に有する平坦化膜８の厚さは特に限定しないが、あ
まり薄すぎると１００Ａ程度の凹凸を埋めることができ
ず、またあまり厚すぎると液晶θへの実効的な印加電圧
を極端に低下させることになるため約ＬＯＯＯＡ程度の
厚さが最適である。液晶物質のコアの部分の構造をもつ
有機珪素化合物層の厚さは限定されない。

有機珪素化合物のうち下記の構造のものが配向能力によ
り優れている。

ｍ＝０．１．　　　ｎ＝１．２ Ｃ以下余白） ｍ、ｎ＝０．１．ただしｍ＋ｎ≠Ｏ ｍ、ｍ＝ｏ、１ｊただしｍ＋ｎ≠０ ｍ＝１．２、　　ｎ＊１．２ ｎ＝１．ま ただし、ｍ＋ｎ≠０ さらに好ましくは有機珪素化合物のうち珪素に結合する
ひとつの鎖中にベンゼン環が２つ以上有するものの方が
液晶配向能力が優れている。

ここでもちいた有機珪素化合物は珪素原子に結合してい
る加水分解性の基と有機官能基をもっているが、加水分
解性基としてはハロゲン基よりアルコキシ基が優れてお
り９、さらに望ましくはメトキシ基やエトキシ基がひと
つの珪素原子に対して３つ結合しているものが最も好ま
しい。

本発明で用いることのできる有機珪素化合物は市原され
ているものがほとんどないが、たとえば液晶物質のコア
の部分の末端をハロゲン化した物質をブチルリチウムで
アニオン化してテトラエトキシシランと反応させること
によって容易に合成することができる。

またこのようにしてを機珪素化合物を塗布した基板１は
！５０℃程度の熱風乾燥器中に３０分程度保持し、有機
珪素化合物中の加水分解性基の平坦化膜表面との結合を
促進することが望ましい。

さらにこの液晶物質のコアの部分の構造を有する有機珪
素化合物を表面に有する平坦化膜３をラビングする。ラ
ビングに用いる布やラビングの強さに関しては膜の種類
および液晶の種類によって最適な条件が異なるがラビン
グ布としてはナイロン不織布が好ましい。

次にこのようにして平坦化膜３を形成した基板１を平坦
化膜３が向き合うようにしてスペーサ部材５を適当な密
度で基板１間に配置したのちシール材４により基板１を
貼合わせる。ここでスペーサ部材としては従来のＴＮ液
晶表示素子で用いてきた径が均一なガラスファイバやガ
ラスピーズ等を用いることもできるし液晶表示素子の非
開口部に均一厚みのスペーサ壁を設けてもよい。またシ
ール材４は基板１の周囲をおおうが一部分だけはシール
しないでおく。シール材ととしては従来ＴＮ液晶表示素
子で用いられてきたエポキシ樹脂を用いることができる
が熱論エポキシ樹脂に限定するわけではなく、基板との
接着性が良好で液晶に溶解しないものであればどの様な
樹脂をももちいることができる。。次にこのセルを真空
中に保持しシールしなかった部分からカイラルスメクテ
ィックＣ液晶物質６を加熱して等方相にしてセル中に導
入する。最後にこの注入口を封止して液晶表示素子を作
成する。なお液晶物質を基板間に導入する方法としては
ここで述べた真空中液晶注入法以外にも液晶物質を両面
に印刷や蒸着してはりあわせる方法などを用いることが
できる。

以下に具体的な実施例で説明する。なお以下の実施例で
は強誘電性液晶表示素子を作成したが、本発明はこれに
限定するわけではなく、従来のＴＮ液晶表示素子など初
期に基板に平行に配向させる液晶表示素子であれば適用
可能である。

実施例１〜１０ 厚さ１．１ｍｍのコーニング社製＃７０５８タイプガラ
ス基板上に、ピッチ１００μｍで幅６２．５μｍのスト
ライプ状電極を、ＩＴＯをスパッタすることによって得
た。この基板上に、ポリビニルアルコール（（株）クラ
レ製ポバール１１７）を１％の濃度に溶解した水溶液を
塗布液として、スピンコードして１００℃で１時間加熱
することによってＩＧＯＯＡの平坦化膜を作成したのち
溶剤としてメチルセロソルブを用い、第１表中実施例１
〜１ｏに示す有機珪素化合物を０．１ｗｔ％の濃度に溶
解した溶液組成の塗布液を、スピンコードして１５Ｇ　
’Ｇ：で１時間加熱した後％　　１００ｇ／Ｃ１ｊの抑
圧下で一方向にラビングし、このラビングした一対のガ
ラス基収を上下のラビング方向が平行になるように重ね
合わせ、注入口以外の部分をシールしたのちチッソ（株
）製強誘電液晶０Ｓ−１０１４を加熱して等方相とし、
減圧下で注入口から注入した。そののち注入口を封止し
てセルを作成した。

実施例１１〜２０ 実施例１〜１０と同種の基板表面に、ピッチ１００μｍ
で幅６２．５μｍのストライプ状電極を、ＩＴＯをスパ
ッタす墨ことによって得た。この基板上にトルエンを溶
媒としてポリスチレン（デンカ社製ＨＲＭ−３）を２ｗ
ｔ％の濃度に溶解した溶液繊成の塗布液を、スピンコー
ドして１００℃で１時間加熱することによって１００Ｏ
Ａの平坦化膜を作成したのちプラズマアッシャ−をもち
いて酸素を１００ＳＣＣＩＩの流量で系内に導入しなが
ら０．８ｔｏｒｒの真空度で基板温度を５０°Ｃに設定
して出力６００Ｗで５分間処理した。この膜の赤外分光
スペクトルを測定した結果、プラズマ処理前にはなかっ
た水酸基の存在を確認した。次に溶剤としてメチルセロ
ソルブを用い、第１表中実施例１１〜２０に示す宵機珪
素化合物を０．１ｗｔ％の濃度に溶解した溶液組成の塗
布液を、スピンコードして１５０°Ｃで１時間加熱した
後、１００ｇ／（！Ｉ’の押圧下で一方向にラビングし
、このラビングした一対のガラス基板を上下のラビング
方向が平行になるように重ね合わせ、注入口以外の部分
をシールしたのちチッソ（株）製強誘電液晶ＯＳ−１０
１４を加熱して等方相とし、減圧下で注入口から注入し
た。そののち注入口を封止してセルを作成した。

（以下余白） 第 表 第１表（つづき） 比較例１〜５ 実施例１〜２０と同様の基板を用い、同じ液晶で液晶表
示素子を作成した。ただしこの場合は配向膜として第２
表に示す材料を塗布し、加熱乾燥後ラビングしたものを
用いた。

第２表 液晶表示素子動作試験 以上の実施例および比較例で作成した液晶表示素子につ
いて、クロスニコル下で観察しながら上下の電極間に±
１０Ｖの矩形波パルスをかけて、そのときの透過光量の
変化からコントラストを測定した。また顕微鏡観察に関
しては、９０％以上均一モノドメインと観測できる場合
を◎、８０％以上をＱ、　　８０％以上を△、ＢＯ％未
溝×とした。結果を第３表に示す。この結果より、実施
例の液晶表示素子のコントラストは比較例の液晶表示素
子のコントラストより高く、このことから実施例の方が
比較例よりも液晶の配向が良好であるといえる。

（以下余白） 第 表 発明の効果 本発明によれば、液晶物質のコアの部分の構造をもつ有
機珪素化合物を表面に有する平坦化膜を、基板の導電膜
形成面上に付与することによって、従来の有機珪素化合
物を配向膜として用いた場合と異なりパネル全面にわた
って液晶の配向が均一になる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例における液晶表示素子を表す断面
図である。 １・・・・透明基板 ２・・・・透明導電膜の電極 ３・・・・平坦化膜 ４・・・・シール材 ５・・・・スペーサ部材 θ・・・・カイラルスメクティックＣ液晶物質代理人の
氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１８第 図 １資膏り一久

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向して導電膜を設けた一対の基板間に電界によ
   って光学的な変化を示す液晶を封入した液晶表示素子に
   おいて、前記基板の少なくとも一方の導電膜形成面上に
   、液晶物質のコアの部分の構造をもつ有機珪素化合物を
   表面に有する平坦化膜を付与したことを特徴とする液晶
   表示素子。
2. （２）液晶物質のコアの部分の構造をもつ有機珪素化合
   物が、下記の構造式で表わされるもののいずれかを含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液晶表示
   素子。 ▲数式、化学式、表等があります▼、 ｍ＝０、１、ｎ＝１、２ ▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼、 ｍ、ｎ＝０、１、ただしｍ＋ｎ≠０ ▲数式、化学式、表等があります▼、 ｍ、ｎ＝０、１、ただしｍ＋ｎ≠０ ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼
   、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、ｍ、ｎ＝０、１、
   ２、３、４、５　ただし、ｍ＋ｎ≠０、▲数式、化学式
   、表等があります▼、ｎ＝１、２、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼、ｎ＝１、２、 ▲数式、化学式、表等があります▼、ｍ＝１、２、ｎ＝
   １、２、 ▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼