JPH05241164A - 液晶配向膜及びそれを用いた液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可溶性を持ちながら、ラビング時にも配向膜
が傷付きにくい液晶配向膜と、それを用いた液晶素子を
提供すること。 【構成】 液晶を配列する能力を有する液晶配向膜３と
して、主鎖内にウレタン結合を有するポリイミド樹脂を
含む配向膜を用いる。また、その液晶配向膜３を利用し
て液晶表示素子を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイ等に
用いられる液晶を配列させる能力を有する液晶配向膜お
よびそれを用いた液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子における液晶を配列させる
ための配向膜として、従来工業的には主に種々のポリイ
ミド材料が用いられている。一般にポリイミド材料は溶
媒に不溶である。そのためポリイミド配向膜は次のよう
にして作製されている。

【０００３】すなわちポリイミド前駆体（ポリアミド
酸）薄膜を基板上に作製したのち２５０℃程度の温度で
加熱してイミド化させてポリイミド膜としている。しか
しながら液晶ディスプレイのカラー化を考えた場合、カ
ラーフィルタに用いられる染料の耐熱性はそれほど高く
ない。したがって膜形成のための加熱温度は１８０℃以
下に抑えなければならない。

【０００４】しかし、従来のポリアミド酸を加熱イミド
化するポリイミド配向膜を２００℃以下で加熱した場合
は、化学的に不安定なポリアミド酸構造の残った配向膜
となる。この問題点を克服するために、保坂らは溶媒可
溶タイプのポリイミドを開発している（日本印刷学会
誌、第２７巻、第６号、Ｐ．１６〜Ｐ．２１参照）。こ
の配向膜は、イミド環そのものの立体構造を歪ませて分
子鎖の相互作用を弱め、極性溶媒に溶解するようにして
いる。その製造法は２，３，５−トリカルボキシシクロ
ペンチル酢酸二無水物とジアミンからポリアミド酸をへ
て可溶性ポリイミドを作製するものである。この場合は
加熱してイミド化反応を起こすわけではないので配向膜
中に化学的に不安定なポリアミド酸が残らないメリット
がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うな従来の、溶媒に溶けるポリイミド配向膜は、配向性
を与えるためのラビング時に配向膜に傷が付きやすいと
いう課題があった。

【０００６】本発明は、このような従来の液晶配向膜の
課題を考慮し、可溶性を持ちながら、ラビング時にも配
向膜が傷付きにくい液晶配向膜とそれを用いた液晶素子
を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、主鎖内にウレ
タン結合を有するポリイミド樹脂を含む液晶配向膜であ
る。

【０００８】また、本発明は、そのような液晶配向膜を
用いた液晶表示素子である。

【０００９】

【作用】本発明の液晶配向膜は、主鎖内にウレタン結合
を有するポリイミド樹脂を含んでいるが、そのウレタン
結合は極性が高くしかも柔軟であるため、極性溶媒に溶
けやすい。従って、本発明の液晶配向膜は、可溶性を有
する。

【００１０】また、液晶配向膜は、液晶配向膜と基板と
の接着性の悪い場合に傷がつき易いと考えられる。本発
明の液晶配向膜は上述のように、ウレタン結合を有す
る。したがって本発明の液晶配向膜はウレタン結合部分
で基板表面と水素結合をするため基板との接着性が良好
となる。したがってラビング時に傷が付きにくい。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１２】図１は本発明の液晶表示素子にかかる一実
施例の断面図である。

【００１３】透明基板１の表面に透明導電膜２が形成さ
れ、さらにその表面に配向膜３が設けられている。この
ような透明基板１、透明導電膜２、配向膜３が２組上下
に配置され、その間に液晶層４が封入されて液晶表示素
子が出来ている。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。

【００１４】この透明基板１上に蒸着・スパッタ・ＣＶ
Ｄ等の手段で酸化スズやＩＴＯによる透明導電膜２を形
成する。さらにその表面に、主鎖内にウレタン結合を有
するポリイミド樹脂を含む配向膜３を作成する。

【００１５】本発明の主鎖内にウレタン結合を有するポ
リイミド樹脂は、どのような構造のものでも構わない。
しかしウレタン結合のポリイミド樹脂に対する存在比が
高いと耐熱性が低下するので不適である。イミド結合の
ウレタン結合に対する存在比は１より大きい方がより望
ましい。

【００１６】また化学構造的には直鎖構造を有していて
部分結晶構造をもつものが液晶配向性が高く最適であ
る。

【００１７】ウレタン変性ポリイミドの合成法は特に制
限しないが、次のように合成すると容易に合成できる。
すなわち次の２段階で合成する。第一段階はジイソシア
ネートと２官能ポリオールを重合させてウレタン結合を
有する末端イソシアネート化合物を合成するものであ
る。ここで、２官能ポリオールに対するジイソシアネー
ト成分のモル比を１〜２の間にすることで末端イソシア
ネートにすることができる。ここでポリオールとして種
々の分子量のポリエチレングリコールやジオールとジカ
ルボン酸を重縮合した末端水酸基のポリエステル類を用
いることができる。直鎖構造の末端水酸基を有するポリ
オール類を用いることが液晶の配向性が良好であり好ま
しい。イソシアネート成分として４、４’−ジフェニル
メタンジイソシアネート２，４−トルエンジイソシアネ
ート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネートなどの
ジイソシアネート類をもちいることができる。

【００１８】第２ステップとしてこのウレタン結合を有
する末端イソシアネート化合物とテトラカルボン酸二無
水物を反応させてイミド結合を生成させる。テトラカル
ボン酸二無水物としてはどのようなものを用いても構わ
ない。すなわち、ピロメリット酸二無水物、３、３’、
４、４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、
ナフタレン−１，４，５，８−テトラカルボン酸二無水
物、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物などを用い
ることができる。

【００１９】ここでウレタン結合に対するイミド結合の
存在比は１より大きくする必要がある。ウレタン結合に
対するイミド結合の存在比が１以下の場合融点が１００
℃程度と低くなるので、配向膜３としての安定性がなく
なるため不適である。

【００２０】本発明の配向膜３は溶液状態で透明基板１
の透明電極２上に塗布し、加熱して溶媒を除去すること
により製造される。本発明のウレタン結合を有するポリ
イミドは非プロトン性極性溶媒に溶解する。たとえばジ
メチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチル
アセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、γ−ブ
チルラクトンなどをもちいることができる。本発明の配
向膜３は従来用いてきたスピンコートや印刷法で基板上
に製膜することができる。製膜した後は溶媒を除去する
ために加熱する必要がある。加熱温度は用いる溶媒によ
って異なるが、溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリジノ
ンを用いた場合は１００℃のホットプレート上で１分間
加熱する程度で十分である。

【００２１】本発明の配向膜３は、透明基板１に作成さ
れた透明電極２上であって液晶層４と接する面に作成さ
れる。透明電極２と配向膜３の間に上下基板のショート
防止のため絶縁層が形成されてあっても構わない。絶縁
層はどのような材料でもかまわないが、たとえば酸化珪
素、酸化チタンが絶縁性と透明性で優れている。絶縁層
があるほうが配向膜３と透明基板１との接着性が向上す
るのでより好ましい。

【００２２】そして、作成された配向膜３は、液晶層４
を配向させる能力をつけるためにラビング処理が施され
る。ラビング処理は、配向膜３上にナイロンやレーヨン
などの不織布を接触させて一定方向にこすることにより
実現される。

【００２３】このようにしてラビングした配向膜３と透
明電極２を有する２枚の透明基板１を、それぞれの透明
基板１上の配向膜３が相対するように適切な間隔で保持
する。続いてその間隙に液晶を注入して液晶表示素子を
作成する。その際、２枚の透明基板１の間隔を一定に保
つために通常ガラスまたは合成樹脂の球状粒子をスペー
サとして透明基板１間に配置するのが一般的である。そ
して、相対した２枚の透明基板１間から液晶が散逸しな
いように２つの透明基板１を適切な接着剤で貼りあわせ
る必要がある。

【００２４】以下に更に、具体的な実施例を示す。

【００２５】実施例１ （ウレタン変性ポリイミドの合成）まずエチレングリコ
ール６８ｇ（１.１ｍｏｌ）とアジピン酸１４６ｇを重
縮合させて分子量約１０００のポリエチレンアジペート
グリコールを合成した。つぎに窒素気流下、フラスコ中
に脱水したポリエチレンアジペートグリコール１２.５
ｇ（０.０１３ｍｏｌ）とトリエチレンジアミン５mgを
はげしく撹拌しながら８０℃に加熱した。この容器中に
４、４’−ジフェニルメタンジイソシアネート９．３ｇ
（０．０３８ｍｏｌ）を加え、５時間でＮＣＯ末端プレ
ポリマーを合成した。このプレポリマーをＤＭＦに溶解
し８０℃に加熱しながらアルミニウムイソプロポキシド
を触媒として添加し、さらにピロメリット酸二無水物
８．３ｇ（０．０３８ｍｏｌ）のＤＭＦ溶液を滴下し
た。６時間撹拌してウレタン変性ポリイミドを合成し
た。この実施例１のウレタン変性ポリイミドについてイ
ソシアネート：二官能ポリオール：酸二無水物（モル
比）は３：１：３でありウレタン結合に対するイミド結
合の存在比は２である。

【００２６】このようにして、ウレタン変性ポリイミド
のＤＭＦ溶液を作る。

【００２７】次に、ＩＴＯを用いた面積２cm²の円形電
極を有するガラス基板１上の電極２を有する表面上に、
上記ウレタン変性ポリイミドのＤＭＦ溶液を塗布して乾
燥し、膜厚７０nmのウレタン変性ポリイミド膜の配向膜
３を作製した。

【００２８】さらに基板上に作成したウレタン変性ポリ
イミド薄膜上をレーヨン不織布により一方向にこすって
ラビング処理をした。さらにラビングした基板２枚をウ
レタン変性ポリイミド薄膜が相対し、しかもラビング方
向が直交するように組み合わせた。基板の間隔を６μｍ
に保ち、基板の周囲をエポキシ樹脂で一箇所を除きシー
ルしたのち真空注入法によりネマティック液晶（商品名
５ＣＢ、メルク社製）を基板間に封入して液晶表示素子
を作成した。この液晶表示素子を偏向軸が直交するよう
に配置した２枚の偏向板間に挟持した。さらに液晶表示
素子に５Ｖ、６０Hzの矩形波を印加したところ電極部分
は光が透過せず、それ以外の部分は光が透過する状態と
なった。

【００２９】実施例２〜４ 実施例１と同様な方法で液晶表示素子を作製した。ただ
し配合比とイソシアネートの種類と酸二無水物の種類を
（表１）に示すように種々かえてウレタン変性ポリイミ
ドを作製した。

【００３０】

【表１】

【００３１】比較例１ 実施例１と同様な方法でウレタン変性ポリイミドを合成
した。ただしイソシアネートを実施例１、２と同様の
４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートとし、イ
ソシアネートと二官能ポリオールと酸二無水物の比を
（表１）に示すように２：１：２とした。この割合の場
合、ウレタン結合に対するイミド結合の割合は１とな
る。

【００３２】しかしながら、このウレタン変性ポリイミ
ドは１２０℃に加熱すると融解してしまったため、液晶
表示素子製造工程中のシール樹脂硬化工程に耐えること
ができなかった。

【００３３】比較例２ 溶媒に可溶なポリイミド（商品名オプトマーＡＬ１０５
１、日本合成ゴム（株）製）を実施例と同様な方法で基
板上に塗布した。さらにこのポリイミドを塗布した基板
を用いて実施例と同様に液晶表示素子を作製した。この
液晶表示素子も実施例と同様に５Ｖ、６０Ｈｚの矩形波
を印加することで光の透過・非透過をコントロールでき
た。 （ラビングによる傷のつきやすさの比較）配向膜がどの
程度傷つきやすいかを調べるために実施例１〜４および
比較例２のポリイミド薄膜（膜厚７０nm）をガラス基板
上に塗布したサンプルを作製した。

【００３４】これらのサンプルに対して（株）ＥＨＣ社
製ＲＭ−５０型ラビングマシンを用いて同一サンプルを
複数回ラビングし、傷が目視で観察できた回数をラビン
グ耐数として測定した。ラビング耐数の大きい方がより
傷つきにくい配向膜といえる。結果を（表２）に示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】（表２）から明らかなように比較例２のポ
リイミド配向膜は実施例１〜４の配向膜のいずれよりも
ラビング耐数が小さい。すなわち実施例１〜４の配向膜
は比較例の配向膜に比べラビング時に傷がつきにくいこ
とがわかる。

【００３７】なお以上の説明ではＴＮタイプの液晶表示
素子を例にとって説明したが、その他の液晶配向膜を用
いるタイプの液晶表示素子、例えばＳＴＮ型、ＳＢＥ
型、強誘電性液晶型、ＳＨ型などの液晶表示素子に本発
明は応用することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、主鎖内にウレタン結合を有するポリイミ
ド樹脂を液晶配向膜として用いているので、溶媒可溶な
ポリイミドであるにもかかわらずラビング時に傷がつき
にくいという長所を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の液晶表示素子の断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 透明基板 ２ 透明導電膜 ３ 液晶配向膜 ４ 液晶層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主鎖内にウレタン結合を有するポリイミド
   樹脂を含むことを特徴とする液晶配向膜。
2. 【請求項２】イミド結合のウレタン結合に対する存在比
   が１より大きいことを特徴とする請求項１記載の液晶配
   向膜。
3. 【請求項３】基板上に電極が形成され、更にその上に液
   晶配向膜が形成された部材が１組、その液晶配向膜を相
   対する様に組合され、その間に液晶が挟み込まれている
   液晶表示素子において、前記液晶配向膜は、請求項１又
   は２記載の液晶配向膜であることを特徴とする液晶表示
   素子。