JPH05158043A - 液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ラビングなどの処理を施さずに均一で無欠陥
かつ良好な配向性を有し、数千Å〜数μｍの段差を有す
る基板上でも配向不良が生じない液晶配向膜を有する液
晶素子を生産性よくうること。 【構成】 γ- ブチロラクトンに対して20重量％以上可
溶な特定の繰り返し単位を有する有機高分子物質からな
る厚さ200 Å〜10μｍの薄膜の上に、１層以上積層して
えられたラングミュアーブロジェット膜からなる液晶配
向膜を設けた液晶素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は新規な下地層のうえにラ
ングミュア−ブロジエット膜からなる液晶配向膜を設け
た液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】時計やテレビなど液晶を用いた平面ディ
スプレイが広く使われるようになっている。

【０００３】このような平面ディスプレイに使用される
液晶表示素子には、従来、ＳｉＯ₂ 、Ａｕなどの斜方蒸
着法や基板上にポリイミド系高分子樹脂を塗布したのち
布などで一定方向にラビングする方法（ラビング法）な
どにより形成した配向膜を有する液晶表示素子が使用さ
れている。

【０００４】前記配向膜を斜方蒸着法により形成する
と、液晶に所定のプレチルト角を与えるのに大変有利な
配向膜がえられるが、反面、真空蒸着法であるため、10
^-5torr程度の高真空が必要であり、また基板を傾斜しな
ければならないため、量産性に乏しいという欠点を有し
ている。

【０００５】一方、ラビング法により形成すると、ラビ
ング時に発生するごみや静電気が悪影響を与えるという
欠点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術のこのよう
な問題を解決するため、ラングミュア−ブロジエット膜
（以下、ＬＢ膜ともいう）を液晶配向膜として用いるこ
とによって、均一で非常に欠陥が少なく、かつラビング
なしで良好な配向性を有する液晶配向膜をうることにつ
いての提案もなされているが、この方法によるばあいに
は、ＬＢ膜の生産性が他の薄膜形成法に比較して低く、
また、液晶を配向させる能力を有するＬＢ膜の積層層数
が少ないときには、アモルファスＳｉの薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）が形成された基板上のように数千Å〜数μ
ｍの段差をもつ基板上で段差部分の配向不良がおこりや
すいという問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記ＬＢ膜を用
いたばあいの問題を解決するためになされたものであ
り、γ−ブチロラクトンに対して10％（重量％、以下同
様）以上可溶な一般式(1) ：

【０００８】

【化４】

【０００９】（式中、Ｒ¹ は少なくとも２個の炭素原子
を有する４価の基、Ｒ² は少なくとも２個の炭素原子を
有する２価の基）で表わされる繰返し単位を有する有機
高分子物質からなる厚さ200 Å〜10μｍの薄膜の上に、
１層以上積層してえられたラングミュア−ブロジエット
膜からなる液晶配向膜が設けられたことを特徴とする液
晶素子に関する。

【００１０】

【実施例】本発明では、γ−ブチロラクトンに対して10
％以上、好ましくは20％以上可溶な一般式(1) ：

【００１１】

【化５】

【００１２】で表わされる繰り返し単位を有する有機高
分子物質が使用される。

【００１３】前記有機高分子物質がγ−ブチロラクトン
に対して10％未満しか可溶でないばあいには、膜の形成
性がわるくなり均一な膜がえられにくくなる。

【００１４】前記一般式(1) において、Ｒ¹ は少なくと
も２個、好ましくは５〜20個の炭素原子を有する４価の
基である。炭素原子数が２個未満ではえられる有機高分
子物質の耐熱性が乏しくなる。

【００１５】前記Ｒ¹ の具体例としては、たとえば、

【００１６】

【化６】

【００１７】などがあげられる。

【００１８】前記Ｒ² は少なくとも２個、好ましくは５
〜20個の炭素原子を有する２価の基である。炭素原子数
が２個未満ではえられる有機高分子物質の耐熱性が乏し
くなる。

【００１９】前記Ｒ² の具体例としては、たとえば、

【００２０】

【化７】

【００２１】などがあげられる。

【００２２】前記繰り返し単位の具体例としては、たと
えば

【００２３】

【化８】

【００２４】などがあげられる。

【００２５】前記有機高分子物質の固有粘度（η_inh ＝
ｌｎ（η_rel ）／Ｃ、Ｃ＝0.5g／dl、30℃、ＤＭＦ中）
は0.05dl／g 以上であるのが好ましく、0.05〜５dl／g
であるのがさらに好ましい。固有粘度が0.05dl／g未満
では耐熱性が低下する傾向があり、５dl／g をこえると
γ−ブチロラクトンへの溶解性が低下する傾向がある。

【００２６】前記有機高分子物質が用いられることによ
って基板の表面の平滑性が向上し、ＬＢ膜の成膜性がい
ちじるしく向上するという効果がえられる。

【００２７】本発明では、たとえばガラス基板などの上
に設けられた数千Å〜数μｍの段差を有する透明電極層
上に、前記有機高分子物質からなる薄膜が設けられる。

【００２８】前記薄膜の厚さとしては通常 200Å〜10μ
ｍであり、好ましくは 500Å〜１μｍである。前記膜厚
が200 Å未満では基板の表面の平滑化が不充分となり、
10μｍをこえると液晶素子を組み立てたとき、液晶に充
分な電圧を印加することができなくなる。

【００２９】前記薄膜の形成方法としては、前記有機高
分子物質を濃度が10％以上になるような適当な濃度でγ
−ブチロラクトンに溶解したのち透明電極上に塗布する
方法などの方法があげられるが、これらの方法に限定さ
れるものではない。

【００３０】前記塗布法としては、たとえばスピンコー
ト法、印刷法、ディッピング法、ロールコーター法など
の方法があげられ、とくに限定はないが、スピンコート
法、印刷法が均一な膜厚を有する薄膜を形成する点から
好ましい。また、塗布時に用いられる溶媒として、Ｎ−
メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ´−ジメチルアセトア
ミド、Ｎ，Ｎ´−ジメチルホルムアミド、ジメチルスル
ホキシドなどの溶媒が用いられてもよい。

【００３１】本発明では前記薄膜上に、１層以上積層し
てえられたＬＢ膜からなる液晶配向膜が設けられる。

【００３２】前記ＬＢ膜は、たとえば一般式(2) ：

【００３３】

【化９】

【００３４】などで表わされる繰り返し単位を有する両
親媒性高分子物質から形成された膜である。

【００３５】前記両親媒性高分子物質は、水面上に展開
することにより単分子膜にすることができ、これを単分
子膜として積層することができ、一般式(2)で表わされ
る繰り返し単位を有する両親媒性高分子物質は、積層し
たものを熱処理して一般式(4) ：

【００３６】

【化１０】

【００３７】で表わされる繰返し単位を有するポリイミ
ドにすることができる。

【００３８】前記一般式(2) においてＲ³ は少なくとも
２個、好ましくは５〜20個の炭素原子を含有する４価の
基であり、芳香族の基であってもよく、環状脂肪族の基
であってもよく、芳香族の基と脂肪族の基との結合した
基であってもよく、さらにはこれらの基が炭素数１〜30
の脂肪族の基、環状脂肪族の基または芳香族の基と脂肪
族の基とが結合した基で置換された基や、さらに、それ
らの基がハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、シアノ
基、メトキシ基、アセトキシ基などの１価の基や該１価
の基が−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＮＨＣＯ−、−ＣＯ−、
−Ｓ−、−ＣＳＳ−、−ＮＨＣＳ−、−ＣＳ−などの結
合した基で置換され誘導体となった基であってもよい。
これらのうちでは、Ｒ³ が少なくとも６個の炭素原子を
有するベンゼノイド不飽和によって特徴づけられた基で
あるのが、耐熱性、耐薬品性や機械的特性などの点から
好ましい。

【００３９】前記ベンゼノイド不飽和とは、炭素環式化
合物の構造に関してキノイド構造と対比して用いられる
術語で、普通の芳香族化合物に含まれる炭素環と同じ形
の構造をいう。

【００４０】

【化１１】

【００４１】前記のごときＲ³ の具体例としては、たと
えば、

【００４２】

【化１２】

【００４３】などがあげられる。

【００４４】Ｒ³ の４個の結合手、すなわち一般式(2)
で表わされる繰返し単位において

【００４５】

【化１３】

【００４６】が結合する手の位置には限定はないが、４
個の結合手のうち、２価の結合手と１価の結合手とがＲ
³ を構成する隣接する２個の炭素原子に存在すると、前
記両親媒性高分子物質（ポリイミド前駆体）を用いて形
成した膜などをポリイミド化する際に、５員環を形成し
やすくイミド化しやすくなるため好ましい。

【００４７】一般式(2) においてＲ⁴ は、少なくとも２
個の炭素原子を含有する２価の基であり、芳香族の基で
あってもよく、脂肪族の基であってもよく、環状脂肪族
の基であってもよく、芳香族の基と脂肪族の基との結合
した基であってもよく、これらの２価の基が炭素数１〜
30の脂肪族の基、環状脂肪族の基または芳香族の基と脂
肪族の基とが結合した基で置換された基や、さらにそれ
らの基がハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、シアノ
基、メトキシ基、アセトキシ基などの１価の基やこれら
の１価の基が−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＮＨＣＯ−、−Ｃ
Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＳＳ−、−ＮＨＣＳ−、−ＣＳ−な
どに結合した基で置換された基であってもよい。これら
のうちでは、Ｒ⁴ が少なくとも６個の炭素原子を有する
ベンゼノイド不飽和によって特徴づけられた基であるの
が、耐熱性、耐薬品性や機械的特性などの点から好まし
い。

【００４８】前記のごときＲ⁴ の好ましい具体例として
は、たとえば

【００４９】

【化１４】

【００５０】（Ｒ¹⁰およびＲ¹¹はいずれも炭素原子数１
〜30のアルキルまたはアリール基））などがあげられ
る。

【００５１】一般式(2) においてＲ⁵ 、Ｒ⁶ 、Ｒ⁷ およ
びＲ⁸ はいずれも炭素数１〜30、好ましくは１〜22の１
価の脂肪族の基、炭素数３〜30、好ましくは３〜22の１
価の環状脂肪族の基、炭素数６〜30、好ましくは６〜22
の１価の芳香族の基、これらの基が相互に組合わさって
できた１価の基、これらの基がハロゲン原子、ニトロ
基、アミノ基、シアノ基、メトキシ基、アセトキシ基で
置換されそれらの基の誘導体となった基または水素原子
である。ただし、前記Ｒ⁵ 、Ｒ⁶ 、Ｒ⁷ 、Ｒ⁸ のうちの
少なくとも１個は、一般式(5) ：

【００５２】

【化１５】

【００５３】（式中、Ｒ³ 、Ｒ⁴ は前記と同じ）で表わ
されるポリアミック酸単位に疎水性を付与し、水面上に
安定な凝縮膜を形成して、薄膜電極を有するガラス基板
上に累積するためには炭素原子数12〜30、好ましくは16
〜22の前記の基であることが好ましい。

【００５４】前記のごときＲ⁵ 、Ｒ⁶ 、Ｒ⁷ 、Ｒ⁸ の水
素原子以外の基の具体例としては、たとえば

【００５５】

【化１６】

【００５６】（以上のｎはいずれも12〜30、好ましくは
16〜22）などがあげられる。これらのうち、本発明の目
的を達成するためには、ＣＨ₃ （ＣＨ₂ ）_n-1 −で表わ
される直鎖アルキル基を利用するのが性能的にもコスト
的にも好ましい。また、ハロゲン原子、ニトロ基、アミ
ノ基、シアノ基、メトキシ基、アセトキシ基などのう
ち、フッ素原子により疎水性は水素原子と比べ飛躍的に
改善されるので、フッ素原子を含むものを使用するのが
好ましい。

【００５７】前記一般式(2) で表わされる繰り返し単位
の具体例としては、たとえば

【００５８】

【化１７】

【００５９】などがあげられる。

【００６０】両親媒性高分子物質が前記一般式(2) で表
わされる繰り返し単位を有する両親媒性高分子物質のば
あいには、数平均分子量は2000〜300000、さらには2000
〜30000 であるのが好ましい。前記数平均分子量が、20
00〜300000の範囲をはずれると、ＬＢ膜を作製したとき
の強度が低すぎたり、粘度が高すぎてＬＢ膜の作製がう
まくいかないといった問題が生じる傾向がある。

【００６１】本発明では、前記一般式(1) で表わされる
繰り返し単位からなる有機高分子物質から形成された薄
膜上に、前記両親媒性高分子物質から形成される液晶配
向膜を設けるのが、電極層が形成された基板上の段差部
分の液晶配向欠陥を解消するという点から好ましい。

【００６２】また、前記薄膜を形成する有機高分子物質
とＬＢ膜を形成する両親媒性高分子物質の骨格とが類似
しているほど、付着性がよくなり、配向膜として好まし
い特性を有するＬＢ膜の形成が容易に行なわれる。

【００６３】なお、前記両親媒性高分子物質には、長鎖
脂肪酸や長鎖アルコールのような公知のラングミュア−
ブロジェット膜材料が混入されていてもよい。

【００６４】前記ＬＢ膜の積層数は１層以上、好ましく
は１〜３層である。

【００６５】前記ＬＢ膜の積層方法としては、垂直浸漬
法（ＬＢ法）、水平付着法、回転円筒法などがあげられ
る。このうち、積層時に単分子膜の流動配向を生じさせ
る垂直浸漬法が、とくに好ましい。

【００６６】前記ＬＢ膜が積層されたのち、通常、たと
えば一般式(2) で表わされる繰り返し単位を有する高分
子物質を用いたばあいには、該材料に環化反応を起こさ
せるため、配向膜形成ののち液晶素子組立工程でかかる
温度以上で、配向膜材料が分解する温度以下の温度によ
る熱処理、具体的には150 〜450 ℃、好ましくは150〜2
50 ℃の温度で10分〜３時間熱処理が施される。

【００６７】このようにして形成された液晶配向膜は、
従来の物理的もしくは物理化学的な処理を施して形成さ
れた処理層（配向膜）と同程度に、液晶の配向性を制御
する能力を有している。

【００６８】本発明の液晶素子は、通常、前記配向膜が
形成された基板の透明電極層が形成されている側の面に
シール樹脂を印刷したのち、もう１枚の前記の膜が形成
された基板をＬＢ膜形成時の基板の引上げ方向が互いに
直角方向となるようにして重ねて加圧加熱して接着し、
液晶を注入封止するなどすることによりうることができ
る。

【００６９】本発明の液晶素子は、前記のようにＬＢ膜
を配向膜にしているので配向膜がラビングなどの処理を
施さずに、均一で無欠陥かつ良好な配向性を有する。ま
た、液晶を配向させる能力を有するＬＢ膜を積層する基
板が、たとえばアモルファスＳｉの薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）が形成されたガラス基板上のように数千Å〜
数μｍの段差を有するものであっても、下地層として前
記一般式(1) で表わされる繰り返し単位を有する高分子
物質から形成された薄膜が設けられているので、その段
差部分での配向不良が生じない。また、下地層としてγ
−ブチロラクトンに10％以上溶ける一般式(1) で表わさ
れる物質を用いることにより、積層数が３層以下という
ようなばあいでも良好な性能の配向膜が形成され、ＬＢ
膜を液晶配向膜として使用するばあいの生産性の低さが
改善される。

【００７０】つぎに、実施例により、本発明の液晶素子
を詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定
されるものではない。

【００７１】実施例１ 約１μｍの段差を有するアモルファスＳｉのＴＦＴが形
成されたガラス基板上と、ＩＴＯおよびブラック・マト
リックスが形成されたガラス基板上とに、式：

【００７２】

【化１８】

【００７３】で表わされる繰り返し単位からなる固有粘
度η_inh ＝ 0.7dl／g のポリイミドの10％γ−ブチロラ
クトン溶液をスピンコート法により塗布したのち、200
℃で１時間の熱処理を行ない、ポリイミド薄膜を形成し
た。

【００７４】ついで、前記２種の基板上のポリイミド薄
膜上にピロメリット酸ジステアリルエステルの酸クロラ
イドとパラフェニレンジアミンとを反応させてえられた
式：

【００７５】

【化１９】

【００７６】で表わされる繰り返し単位からなる分子量
4000のポリイミド前駆体を、ラングミュア−ブロジエッ
ト法（ＬＢ法）により、３層累積し、200 ℃で１時間熱
処理した。この熱処理により、該ポリイミド前駆体は50
％の割合で式：

【００７７】

【化２０】

【００７８】で表わされる繰り返し単位のようなポリイ
ミドとなって、ＬＢ膜は、液晶のように極性の強い物質
によっておかされないという良好な耐薬品性と200 ℃と
いう耐熱性を有するようになった。

【００７９】ついで、前記２種の基板を用意し、一方の
基板の透明電極層を形成した側の面にシール樹脂とし
て、直径５μｍのプラスチックビーズを分散させた酸無
水物硬化型エポキシ樹脂を１辺のみ辺の中央部に５mm長
を残して他の全周に１mm幅で印刷したうえで、２枚の基
板のＬＢ膜形成時の基板の引上げ方向が互いに直角方向
となるように透明電極を対向させた状態で１kg／cm² の
圧力で加圧し、140 ℃で３時間加熱して硬化接着し、前
記ＬＢ膜が形成された２枚の基板間の間隔が５μｍのセ
ルを形成した。接着後、減圧下で、前記開口部からネマ
テック液晶（メルク社製、商品名ZLI1565 ）を注入し
た。注入ののち、開口部を市販の酸無水物硬化型エポキ
シ樹脂で固着し、液晶を封止してＴＮ型液晶セルを完成
した。完成した液晶セルを一旦100 ℃まで加熱してから
徐々に冷却して初期配向させることにより、基板の段差
部分も含めて全面的に均一で無欠陥かつ良好な配向状態
のセルがえられた。

【００８０】

【発明の効果】本発明の液晶素子は、基板としてアモル
ファスＳｉのＴＦＴが形成された基板のように数千Å〜
数μｍの段差をもつ基板を用いたばあいでも、下地層を
設けたのち液晶配向膜を設けるため、配向不良が生じな
い。また、下地層としてγ−ブチロラクトンに溶解しや
すいポリイミドを使用するため下地層の形成は容易で、
その特性も良好である。さらに、配向膜としてＬＢ膜を
使用するため、均一で無欠陥かつ良好な配向性を有する
配向膜を、ラビングなどの後処理を施さずに形成するこ
とができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 γ−ブチロラクトンに対して10重量％以
   上可溶な一般式(1)： 【化１】 （式中、Ｒ¹ は少なくとも２個の炭素原子を有する４価
   の基、Ｒ² は少なくとも２個の炭素原子を有する２価の
   基）で表わされる繰返し単位を有する有機高分子物質か
   らなる厚さ200 Å〜10μｍの薄膜の上に、１層以上積層
   してえられたラングミュア−ブロジエット膜からなる液
   晶配向膜が設けられたことを特徴とする液晶素子。
2. 【請求項２】 前記ラングミュア−ブロジエット膜が、
   一般式(2) ： 【化２】 （式中、Ｒ³ は少なくとも２個の炭素原子を有する４価
   の基、Ｒ⁴ は少なくとも２個の炭素原子を有する２価の
   基、Ｒ⁵ 、Ｒ⁶ 、Ｒ⁷ およびＲ⁸ は炭素数１〜30の１価
   の脂肪族の基、炭素数３〜30の１価の環状脂肪族の基ま
   たは炭素数６〜30の１価の芳香族の基（これらは相互に
   組合わさっていてもよく、ハロゲン原子、ニトロ基、ア
   ミノ基、シアノ基、メトキシ基、アセトキシ基で置換さ
   れていてもよい）または水素原子であり、Ｒ⁵ 、Ｒ⁶ 、
   Ｒ⁷ およびＲ⁸ のうちの少なくとも１つは、炭素数12〜
   30の１価の脂肪族、炭素数12〜30の１価の環状脂肪族ま
   たは炭素数12〜30の１価の芳香族の基（これらは相互に
   組合わさっていてもよく、ハロゲン原子、ニトロ基、ア
   ミノ基、シアノ基、メトキシ基、アセトキシ基で置換さ
   れていてもよい）である）で表わされる繰返し単位を有
   する両親媒性高分子物質からなる膜である請求項１記載
   の液晶素子。
3. 【請求項３】 一般式(1) で表わされる繰り返し単位が
   一般式(3)： 【化３】 （式中、Ｒ² は前記と同じ）で表わされる繰返し単位で
   ある請求項１記載の液晶素子。