JPH055887A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】配向膜を単分子積層膜で形成したものでありな
がら、基板の電極形成面上に単分子を均一に被着させ
て、単分子積層膜からなる配向膜に良好な配向性をもた
せる。 【構成】基板１，２上に設ける透明電極４，５をエレク
トロンビーム蒸着膜で形成することにより、この電極表
面の濡れ性を良くして、基板１，２の電極形成面上に単
分子膜を均一に被着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配向膜を単分子積層膜
で形成した液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示素子の基板上に設けられ
る配向膜は、基板上にポリイミド等の高分子膜を形成し
てその膜面をラビング処理するか、あるいは基板上に酸
化硅素（Ｓi Ｏ）等を斜方蒸着して形成されていたが、
最近では、基板上にラングミュア・ブロジェット法（以
下ＬＢ法という）によって単分子積層膜を形成し、この
単分子積層膜を配向膜とする方法が採用されるようにな
ってきている。

【０００３】このＬＢ法による配向膜の形成方法は、透
明電極を形成した基板の電極形成面上に、ポリアミック
酸と長鎖アルキルアミンとをイオン結合反応させてなる
ポリアミック酸誘導体化合物（ポリアミック酸塩）の単
分子膜をＬＢ法によって少なくとも１層以上被着させ、
この単分子積層膜をイミド化してポリイミド膜とする方
法であり、このようにして形成されたポリイミド膜は、
液晶分子を一方向に配向させる配向性をもっているた
め、その膜面をラビング処理することなく、このポリイ
ミド膜をそのまま配向膜とすることができる。

【０００４】すなわち、上記ＬＢ法は、水面上に単分子
膜を作り、あらかじめ水中に垂直に浸漬させておいた基
板を一定速度で引上げながら、水面上の単分子膜を基板
上に被着させて行く方法であり、このＬＢ法によって基
板上に被着されたポリアミック酸誘導体化合物の単分子
膜は、分子長の長い単分子が基板の引上げ方向に沿って
並んでいるため、上記単分子積層膜をイミド化したポリ
イミド膜は、液晶分子を一方向に配向させる配向性をも
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液晶表示素子は、その基板上に設ける透明電極を、スパ
ッタ法で成膜した透明導電膜（ＩＴＯ膜等）で形成して
いるため、上記基板の電極形成面上に上記単分子積層膜
からなる配向膜を形成すると、この配向膜に配向不良が
発生して、液晶表示素子の特性が悪くなるという問題を
もっていた。

【０００６】これは、スパッタ法で成膜した透明導電膜
からなる透明電極は、その表面の濡れ性が悪いためであ
り、そのため、上記ＬＢ法による単分子膜の被着に際し
て、単分子が基板上に均一に被着せず、単分子積層膜で
形成された配向膜に配向不良が発生する。

【０００７】本発明の目的は、配向膜を単分子積層膜で
形成したものでありながら、基板の電極形成面上に単分
子を均一に被着させて、単分子積層膜からなる配向膜に
良好な配向性をもたせることができる液晶表示素子を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、液晶層をはさんで対向する一対の透明基板の互いに
対向する面に、エレクトロンビーム蒸着膜からなる透明
電極を形成し、その上に、ポリアミック酸と長鎖アルキ
ルアミンとを反応させてなる化合物の単分子膜を少なく
とも１層以上被着させた単分子積層膜からなる配向膜を
形成したことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】すなわち本発明は、基板上に設ける透明電極を
エレクトロンビーム蒸着膜で形成することにより、この
透明電極の表面の濡れ性を良くしたものであり、透明電
極の表面の濡れ性が良ければ、基板の電極形成面上にＬ
Ｂ法により単分子膜を被着させる際に、単分子が基板上
に均一に被着するから、単分子積層膜からなる配向膜に
良好な配向性をもたせることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２を
参照して説明する。

【００１１】図１は液晶表示素子の断面図である。この
液晶表示素子は、ガラス等からなる一対の透明基板１，
２を枠状のシール材３を介して接合し、この両基板１，
２間のシール材３で囲まれた領域に液晶を封入したもの
で、上記両基板１，２の互いに対向する面にはそれぞ
れ、エレクトロンビーム蒸着膜からなる透明電極４，５
が形成されている。

【００１２】上記エレクトロンビーム蒸着膜（以下、Ｅ
Ｂ蒸着膜という）は、ＩＴＯ等の透明導電材料を、電子
ビームで加熱して蒸発させて基板上に被着させるエレク
トロンビーム蒸着法で成膜されたもので、透明電極４，
５は、このＥＢ蒸着膜をフォトリソグラフィ法によりパ
ターニングして形成されている。

【００１３】また、両基板１，２の電極形成面の上に
は、配向膜６，７が形成されている。なお、図１に示し
た液晶表示素子は、例えばＴＮ（ツィステッド・ネマテ
ィック）モード、ＳＴＮ（スーパー・ツィステッド・ネ
マティック）モード、ＥＣＢ（電界制御型複屈折）モー
ドのうちの水平配向型のもの等、液晶分子Ａを水平配向
させたもので、上記配向膜６，７は水平配向膜である。

【００１４】上記配向膜６，７は、ポリアミック酸と長
鎖アルキルアミンとを反応させてなる化合物の単分子膜
を少なくとも１層以上（例えば数層ないし数十層）重ね
て被着させた単分子積層膜を、熱処理または熱処理と化
学処理とによりイミド化したポリイミド膜からなってい
る。

【００１５】この配向膜６，７は、次のような方法で形
成する。なお、ここでは、一方の基板１に設ける配向膜
６の形成について説明するが、他方の基板２に設ける配
向膜７も同様にして形成する。

【００１６】上記ポリアミック酸は、下記の［化３］の
構造式で表わされ、このポリアミック酸は、［化１］の
構造式で表わされるテトラカルボン酸と、［化２］の構
造式で表わされるジアミンとを合成して得られる。

【００１７】

【化１】

【００１８】

【化２】

【００１９】

【化３】

【００２０】また、上記長鎖アルキルアミンは、親水性
をもつポリアミック酸に疎水性を付与するためのもので
あり、この長鎖アルキルアミンは次の［化４］の構造式
で表わされる。

【００２１】

【化４】

【００２２】上記ポリアミック酸を溶媒に溶かした溶液
と、上記長鎖アルキルアミンを同じ溶媒に溶かした溶液
とを１：１の割合で混合し、下記の上記ポリアミック酸
と長鎖アルキルアミンとをイオン結合反応させて、下記
の［化５］の構造式で表わされるポリアミック酸誘導体
化合物（ポリアミック酸塩）の溶液を作成する。なお、
上記ポリアミック酸および長鎖アルキルアミンの溶媒と
しては、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリジノン）とベ
ンゼンを１：１の割合で混合した混合溶媒を用いる。ま
た、長鎖アルキルアミン溶液の濃度は、ポリアミック酸
溶液の濃度と同じか、あるいはそれより濃い濃度とす
る。

【００２３】

【化５】

【００２４】そして、上記配向膜６は、基板１の上に上
記ＥＢ蒸着膜からなる透明電極４を形成した後、この基
板１の電極形成面を洗浄し、この後、上記基板１の電極
形成面上に、ＬＢ法によって上記ポリアミック酸誘導体
化合物の単分子膜を所要層に被着させ、この単分子積層
膜を、熱処理と化学処理とによりイミド化して形成す
る。図２は、基板１上にポリアミック酸誘導体化合物の
単分子膜をＬＢ法によって被着させる方法を示してい
る。この単分子膜の被着は次のようにして行なう。ま
ず、上記基板１の電極形成面に親水性処理を施し、この
基板１を水槽１０内の水中に垂直に浸漬させる。

【００２５】次に、水面高さに設けたバー状の移動バリ
ア１１と基板１との間の水面上に上記ポリアミック酸誘
導体化合物の溶液を滴下して、その単分子膜ａを水面上
に展開させる。

【００２６】次に、移動バリア１１を基板方向に移動さ
せて水面上の単分子を密集させ、単分子膜ａの表面圧を
一定圧（２５dyn/cm）に調整した後、移動バリア１１を
基板方向に一定速度（２mm/min）で移動させて単分子膜
ａを基板方向に押しながら、これに同調させて基板１を
引上げて、水面上の単分子膜ａを基板１面に被着させ
る。

【００２７】このとき、水面上の単分子は、親水性をも
つ部分が親水性処理を施してある基板１面に付着して引
上げられるため、単分子膜ａは、分子がほぼ一方向に並
んだ状態で基板１面に被着する。以下同様に、上記単分
子膜ａの被着工程を繰り返して、基板１上に上記単分子
膜ａを所要の厚さに積層する。

【００２８】このようにして基板１上にポリアミック酸
誘導体化合物の単分子膜ａを所要の厚さに積層した後
は、２００℃以上（望ましくは３００℃程度）で約１時
間加熱する熱処理と、酸無水物等の溶液による化学処理
とを行なって、基板１上の単分子積層膜をイミド化し、
これをポリイミド膜（水平配向膜）とする。

【００２９】このポリイミド膜は、ポリアミック酸と長
鎖アルキルアミンとがイオン結合した化合物であるポリ
アミック酸誘導体化合物のアルキルアミンを除去すると
ともに、イミド化したもので、次の［化６］のような構
造をもっている。

【００３０】

【化６】

【００３１】ここで、上記単分子積層膜のイミド化を、
熱処理と化学処理との両方を併用して行なっているの
は、ポリイミド分子の直線性が良く、配向膜全域にわた
って配向性の良い水平配向膜を得るためである。

【００３２】すなわち、ポリアミック酸誘導体化合物を
イミド化する方法としては、一般に、上記酸無水物等の
溶液による化学処理が採用されており、この化学処理に
よれば、ポリアミック酸をほぼ完全にイミド結合させた
良質のポリイミドを得ることができる。

【００３３】しかし、上述したＬＢ法により基板１上に
被着された単分子積層膜は、分子長軸の平均的な方向は
一定ではあるが、個々の分子の主鎖の向きにはばらつき
があるし、また折れ曲がった状態で基板１に付着してい
る分子もあるため、上記単分子積層膜を化学処理だけで
イミド化したのでは、形成されたポリイミド膜が、ポリ
イミド主鎖の直線性が悪く、配向性の劣る膜となる。

【００３４】そこで、この実施例では、上記単分子積層
膜のイミド化を、熱処理と化学処理との両方を併用して
行なっているのであり、上記のように２００℃以上の温
度で熱処理を行なうと、ポリアミック酸の分子が動きや
すくなって再配列し、全ての分子の向きが一様に揃うと
ともに、折れ曲がっている分子も直線状に伸びて他の分
子と同じ方向に向くため、ポリアミック酸をイミド結合
させる際にポリイミド主鎖の直線性が良くなる。

【００３５】したがって、この熱処理と上記化学処理と
の両方を併用して上記単分子積層膜をイミド化すれば、
ポリイミド主鎖の直線性が良く、しかもほぼ完全にイミ
ド化された良好な膜質のポリイミド膜からなる配向膜６
を得ることができる。この配向膜６は、そのポリイミド
主鎖の直線性が良いため、強い配向規制力をもってい
る。

【００３６】なお、上記熱処理は、化学処理によるイミ
ド化を行なう前に行なっても、化学処理後に行なっても
よく、熱処理を先に行なう場合は、ポリアミック酸誘導
体化合物が加熱によりイミド化するとともに、次の化学
処理によって、このポリアミック酸誘導体化合物のイミ
ド化が進み、脱水閉環反応が完結する。

【００３７】また、化学処理を先に行なう場合は、まず
ポリアミック酸の単分子がほぼ完全にイミド化し、次の
熱処理により分子が再配列して、ポリイミド主鎖が直線
状になる。この場合は、先の化学処理に用いた酸無水物
等の溶液の各種溶媒も加熱によって除去できるため、配
向膜（ポリイミド膜）６から液晶中に上記各種溶媒が溶
け込んでしまうことはなく、したがって、液晶表示素子
の信頼性を向上させることができる。

【００３８】なお、この実施例では、上記単分子膜ａを
所要の厚さに積層して被着させた単分子積層膜を、熱処
理と化学処理とによりイミド化しているが、この単分子
積層膜のイミド化は熱処理だけで行なってもよく、ポリ
アミック酸は、熱処理によってもイミド結合するため、
熱処理だけでも、ポリイミド膜からなる水平配向膜を得
ることができる。

【００３９】そして、上記液晶表示素子においては、基
板１，２上に設ける透明電極４，５をＥＢ蒸着膜で形成
し、その上に上記単分子積層膜からなる配向膜６，７を
形成しているため、この配向膜６，７の配向性は良好で
ある。これは、上記ＥＢ蒸着膜からなる透明電極４，５
は、スパッタ法で成膜された透明導電膜からなる従来の
電極に比べてその表面の濡れ性が良いためである。

【００４０】すなわち、スパッタ法は、アルゴンガスを
直流または高周波放電によりイオン化して、ターゲット
に衝突させ、ターゲットから飛び出した物質を基板上に
析出させる成膜法であり、このスパッタ法で成膜された
被膜の表面は比較的平坦で結晶粒界は極めて小さい。こ
のため、スパッタ法で成膜された透明導電膜からなる電
極は、その表面が滑らかで濡れ性が悪い。

【００４１】これに対して、前述したエレクトロンビー
ム蒸着法で成膜されたＥＢ蒸着膜は、その表面に突起状
の結晶粒子が存在し、また膜全体の結晶粒子のサイズも
スパッタ法で成膜されたものに比べると大きいため、こ
のＥＢ蒸着膜の表面にはある程度の粗さがあり、したが
って濡れ性がよい。

【００４２】そして、電極表面の濡れ性を良ければ、基
板１，２の電極形成面上にＬＢ法により単分子膜を被着
させる際に、単分子が基板上に均一に被着するから、単
分子積層膜からなる配向膜６，７に良好な配向性をもた
せることができる。

【００４３】なお、上記実施例では、基板１，２上に設
ける配向膜６，７を水平配向膜としているが、本発明
は、両基板上の配向膜をそれぞれ垂直配向膜として液晶
分子を垂直配向させた液晶表示素子、例えば、動的散乱
（ＤＳ）モード、電界制御型複屈折（ＥＣＢ）モードの
うちのＶ型（垂直配向型）モード、相転移モード等の液
晶表示素子や、一方の基板上の配向膜を水平配向膜と
し、他方の基板上の配向膜を垂直配向膜として液晶分子
をハイブリッド配向させた液晶表示素子等のにも適用す
ることができる。

【００４４】この場合、垂直配向膜は、基板上にポリア
ミック酸誘導体化合物の単分子膜を所要の厚さに積層し
て被着させた後、この単分子積層膜を、常温または、イ
ミド化しない程度の温度）２００℃より低い温度）で乾
燥させて溶媒を蒸発させ、基板上に残った膜を配向膜と
する方法で形成すればよい。このようにして形成した配
向膜は、上記［化５］に示した構造のポリアミック酸誘
導体化合物膜であり、液晶分子を膜面に対して垂直に配
向させる垂直配向性をもっている。

【００４５】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子は、基板上に設け
る透明電極をエレクトロンビーム蒸着膜で形成すること
により、この透明電極の表面の濡れ性を良くしたもので
あるから、配向膜を単分子積層膜で形成したものであり
ながら、基板の電極形成面上に単分子を均一に被着させ
て、単分子積層膜からなる配向膜に良好な配向性をもた
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶表示素子の断面図。

【図２】基板上に単分子膜を被着させる方法を示す図。

【符号の説明】

１，２…基板、４，５…電極、６，７…配向膜、Ａ…液
晶分子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 液晶層をはさんで対向する一対の透明基
   板の互いに対向する面に、エレクトロンビーム蒸着膜か
   らなる透明電極を形成し、その上に、ポリアミック酸と
   長鎖アルキルアミンとを反応させてなる化合物の単分子
   膜を少なくとも１層以上被着させた単分子積層膜からな
   る配向膜を形成したことを特徴とする液晶表示素子。