JPH06281939A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＬＢ法により水平配向膜を形成したものであり
ながら、液晶分子を所望のプレチルト角をもたせて配向
させて、液晶の初期配向不良や駆動電圧印加時のリバー
スチルトディスクリネーション等がない良好な表示品質
を得ることができる液晶表示素子を提供する。 【構成】ＬＢ法により形成した水平配向膜９を微小な凹
凸をもつ粗面膜とし、液晶分子Ａを前記配向膜９の表面
粗さに応じたプレチルト角φをもって水平配向させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶分子を水平方向に
配向させた液晶表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶分子を水平方向に配向させた液晶表
示素子には、ＴＮ（ツイステッド・ネマティック）モー
ドのもの、ＳＴＮ（スーパー・ツイステッド・ネマティ
ック）モードのもの、ＥＣＢ（電界制御型複屈折）モー
ドのうちの水平配向型のもの、強誘電性液晶または反強
誘電性液晶を用いたもの等がある。

【０００３】これらの液晶表示素子は、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、透明
電極と、液晶分子を水平方向に配向させるための水平配
向膜とを形成した構成となっている。

【０００４】これらの液晶素子の基板上に設けられる水
平配向膜は、従来、基板上にポリイミド等を塗布してそ
の膜面をラビング処理する方法、または基板上に酸化硅
素（Ｓi Ｏ₂ ）等を斜方蒸着する方法によって形成され
ていたが、最近では、ラングミュア・ブロジェット（La
ngumuir-Blodgett）法によってポリイミド膜からなる水
平配向膜を形成する方法が採用されるようになってきて
いる。

【０００５】上記ラングミュア・ブロジェット法（以
下、ＬＢ法と記す）は、静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
て行く方法である。

【０００６】このＬＢ法によるポリイミド膜の形成は、
疎水性基と親水性基を有する両親媒性化合物、例えばポ
リアミック酸と長鎖アルキル基を有するアミンとをイオ
ン結合反応させてなるポリアミック酸誘導体化合物の単
分子膜をＬＢ法により基板上に被着させる工程を複数回
繰返して前記単分子膜を基板上に積層し、この積層膜を
イミド化処理してポリイミド膜とする方法で行なわれて
いる。

【０００７】上記ＬＢ法によって基板上に被着された両
親媒性化合物の単分子膜は、分子長の長い分子が基板の
引上げ方向に沿って並んでいるため、この単分子膜の積
層膜をイミド化したポリイミド膜は、液晶分子を一方向
に均一に配向させる配向性をもっており、したがって、
その膜面をラビング処理することなく、このポリイミド
膜をそのまま水平配向膜とすることができる。

【０００８】ところで、液晶表示素子においては、液晶
分子の配向状態が液晶表示素子の電気光学特性に大きく
影響するため、良好な表示を得るには、液晶分子の配向
の安定性を良くしてやる必要がある。

【０００９】この液晶分子の配向の安定性を左右する重
要な要素は、電圧を印加しない状態下での基板面に対す
る液晶分子のプレチルト角（液晶分子の長軸が基板面に
対してなす角度）であり、このプレチルト角が大きいほ
ど、液晶分子の配向の安定性が良くなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｌ
Ｂ法によって形成された水平配向膜による場合、液晶分
子を一方向に均一に配向させることはできるが、液晶分
子に所望のプレチルト角をもたせることが困難であっ
た。

【００１１】このため、水平配向膜を上記ＬＢ法によっ
て形成している従来の液晶表示素子は、液晶の初期配向
不良を生じたり、駆動電圧印加時にリバースチルトディ
スクリネーションを発生したりするという問題をもって
いた。

【００１２】本発明は、ＬＢ法により水平配向膜を形成
したものでありながら、液晶分子を所望のプレチルト角
をもたせて配向させて、液晶の初期配向不良や駆動電圧
印加時のリバースチルトディスクリネーション等がない
良好な表示品質を得ることができる液晶表示素子を提供
することを目的としたものである。

【００１３】

【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、透明電極と、ＬＢ法により疎水性基と親
水性基を有する両親媒性化合物の単分子膜を積層してこ
の積層膜をイミド化処理したポリイミド膜からなる水平
配向膜とを形成したものであって、前記水平配向膜を微
小な凹凸をもつ粗面膜とし、液晶分子を前記配向膜の表
面粗さに応じたプレチルト角をもって水平配向させたこ
とを特徴とするものである。本発明の一実施態様では、
前記水平配向膜を、この配向膜を形成する下地面を粗面
とすることによって粗面膜としている。

【００１４】

【作用】このように、水平配向膜を微小な凹凸をもつ粗
面膜とすると、液晶分子が配向膜の表面粗さに応じたプ
レチルト角をもって水平配向するため、この配向膜の表
面粗さを制御すれば、液晶分子を所望のプレチルト角を
もたせて配向させて、液晶の初期配向不良や駆動電圧印
加時のリバースチルトディスクリネーション等がない良
好な表示品質を得ることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１６】図２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、両基板１，２の互いに対向する面にはそれぞれ、Ｉ
ＴＯ等の透明導電膜からなる透明電極４，５が形成され
ている。また、この両基板１，２の電極形成面は、酸化
硅素（Ｓi Ｏ₂ ）等からなる透明な絶縁膜６，７で覆わ
れており、この絶縁膜６，７の上に水平配向膜８，９が
形成されている。

【００１７】なお、この液晶表示素子は、ＴＮモードま
たはＳＴＮモードのものであり、両基板１，２間に封入
された液晶の分子Ａは、両基板１，２側の配向膜８，９
の近傍の液晶分子Ａの各配向方向を前記配向膜８，９で
規制され、両基板１，２間において所定のツイスト角で
ツイスト配向している。ただし、図２では、便宜上、液
晶分子Ａをツイスト配向していない状態で示している。

【００１８】上記水平配向膜８，９は、いずれも、疎水
性基と親水性基を有する両親媒性化合物、例えば、ポリ
アミック酸と長鎖アルキル基を有するアミン（以下、長
鎖アルキルアミンという）とを反応させてなる化合物の
単分子膜を数層〜数十層に重ねて被着させた膜をイミド
化したポリイミド膜からなっている。

【００１９】この水平配向膜８，９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に設ける水
平配向膜８の形成について説明するが、他方の基板２に
設ける水平配向膜９も同様にして形成する。

【００２０】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二無水物と、［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。

【００２１】

【化１】

【００２２】

【化２】

【００２３】

【化３】

【００２４】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。

【００２５】

【化４】

【００２６】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
とを所定の割合で混合し、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、ＮＭ
Ｐ（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。

【００２７】

【化５】

【００２８】そして、上記水平配向膜８は、透明電極４
を形成しその上に絶縁膜６を形成した基板１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
を所定層に積層し、この単分子膜の積層膜をイミド化処
理して形成する。図３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の単分子膜被着面（絶縁膜６
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。

【００２９】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。

【００３０】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上に被着させ
る。

【００３１】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上に被着する。以下は、上記単分子膜ａ
の被着工程を繰返して、基板１上に上記単分子膜ａを所
定層に積層する。

【００３２】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を積層した後は、２００℃以
上で約１時間加熱する熱処理、あるいは、酸無水物等の
溶液による化学処理を行なって、基板１上の積層膜をイ
ミド化し、これをポリイミド膜（水平配向膜８）とす
る。なお、この積層膜のイミド化は前記熱処理と化学処
理との両方を併用して行なってもよい。

【００３３】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。

【００３４】

【化６】

【００３５】ところで、上記ＬＢ法によって形成された
ポリイミド膜からなる水平配向膜は、［発明が解決しよ
うとする課題］の項でも述べたように、液晶分子を一方
向に均一に配向させることはできるが、液晶分子に所望
のプレチルト角をもたせることが難しい。

【００３６】そこで、この実施例の液晶表示素子では、
その両基板１，２にＬＢ法によって形成する水平配向膜
８，９を微小な凹凸をもつ粗面膜とし、液晶分子Ａを前
記配向膜８，９の表面粗さに応じたプレチルト角φをも
って水平配向させている。

【００３７】この水平配向膜８，９は、この配向膜を形
成する下地面、つまり両基板１，２に透明電極４，５を
覆って形成した絶縁膜６，７の膜面を粗面とすることに
よって粗面膜とされている。

【００３８】図２は図１のＩ部の拡大図であり、この実
施例では、基板２上に形成した透明電極５をその表面を
粗面化した電極とすることにより、この電極５を覆う絶
縁膜７の膜面（配向膜９を形成する下地面）を粗面に
し、その上に上記ＬＢ法によって形成する配向膜９を粗
面膜としている。このように、両基板１，２の水平配向
膜８，９を微小な凹凸をもつ粗面膜とすると、液晶分子
Ａが配向膜８，９の表面粗さに応じたプレチルト角φを
もつ。

【００３９】図４は上記透明電極４，５の表面粗さ（凹
凸の高低差）と液晶分子Ａのプレチルト角φとの関係を
示しており、ここでは、透明電極４，５の上に絶縁膜
６，７を設けず、電極上に直接単分子膜ａを積層した場
合の、単分子膜ａの積層数を１１層としたときの値を示
している。

【００４０】この図４のように、上記電極４，５の表面
粗さが５ｎｍより小さいと、液晶分子Ａのプレチルト角
φは０°であるが、電極４，５の表面粗さが５ｎｍ以上
になると液晶分子Ａが基板１，２面に対しプレチルトし
た状態で配向するようになり、そのプレチルト角φは、
電極４，５の表面粗さが大きくなるのにともなって大き
くなる。

【００４１】したがって、上記電極４，５の表面粗さを
５ｎｍ以上にし、その範囲で配向膜８，９の表面粗さを
制御すれば、液晶分子Ａを所望のプレチルト角φをもた
せて配向させることができる。

【００４２】また、上記電極４，５の表面粗さは、この
電極４，５の膜厚、つまり電極４，５となるＩＴＯ膜等
の成膜厚さに応じて変化し、電極４，５の膜厚を厚くす
るほど、表面粗さが大きくなるとともに、電極４，５の
面抵抗が小さくなる。図５は上記電極４，５をＩＴＯ膜
で形成した場合の面抵抗と表面粗さの関係を示してい
る。

【００４３】そして、上記液晶表示素子においては、そ
の両基板１，２にＬＢ法によって形成する水平配向膜
８，９を微小な凹凸をもつ粗面膜とすることにより、液
晶分子Ａを前記配向膜８，９の表面粗さに応じたプレチ
ルト角φをもって水平配向させているため、液晶の初期
配向不良や駆動電圧印加時のリバースチルトディスクリ
ネーション等がない良好な表示品質を得ることができ
る。

【００４４】なお、上記実施例では、配向膜８，９を形
成する下地面である絶縁膜６，７の膜面を粗面とするた
めに、その下の透明電極４，５の表面を粗面化している
が、前記絶縁膜６，７の膜面は粗面化エッチングによっ
て粗面としてもよく、その場合は、電極４，５の表面は
粗面でなくてもよい。

【００４５】また、上記実施例の液晶表示素子は、透明
電極４，５を絶縁膜６，７で覆ってその上にＬＢ法によ
り水平配向膜８，９を形成したものであるが、本発明
は、透明電極４，５の上に直接ＬＢ法によって水平配向
膜８，９を形成している液晶表示素子にも適用できるも
ので、その場合は、配向膜８，９を形成する下地面であ
る透明電極４，５の表面を上記実施例のように粗面化し
て、配向膜８，９を粗面膜とすればよい。

【００４６】さらに上記実施例では、疎水性基と親水性
基を有する両親媒性化合物として、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ポリアミック酸誘
導体化合物を用いたが、使用する両親媒性化合物は、イ
ミド化処理によりポリイミドとなるものであれば、前記
ポリアミック酸誘導体化合物に限らない。

【００４７】また、上記実施例の液晶表示素子は、ＴＮ
モードまたはＳＴＮモードのものであるが、本発明は、
ＥＣＢ（電界制御型複屈折）モードのうちの水平配向型
の液晶表示素子や、強誘電性液晶または反強誘電性液晶
を用いた液晶表示素子等にも適用することができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子は、水平配向膜を
微小な凹凸をもつ粗面膜とし、液晶分子を前記配向膜の
表面粗さに応じたプレチルト角をもって水平配向させた
ものであるから、ＬＢ法により水平配向膜を形成したも
のでありながら、液晶分子を所望のプレチルト角をもた
せて配向させて、液晶の初期配向不良や駆動電圧印加時
のリバースチルトディスクリネーション等がない良好な
表示品質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２のＩ部の拡大図。

【図２】本発明の一実施例を示す液晶表示素子の断面
図。

【図３】ＬＢ法による基板上への単分子膜の積層法を示
す図。

【図４】電極の表面粗さと液晶分子のプレチルト角との
関係を示す図。

【図５】電極の面抵抗と表面粗さの関係を示す図。

【符号の説明】

１，２…基板 ４，５…電極 ６，７…絶縁膜 ８，９…ＬＢ法により形成した水平配向膜 Ａ…液晶分子 φ…液晶分子のプレチルト角

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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、透明電極と、ラングミュア・ブ
   ロジェット法により疎水性基と親水性基を有する両親媒
   性化合物の単分子膜を積層してこの積層膜をイミド化処
   理したポリイミド膜からなる水平配向膜とを形成した液
   晶表示素子であって、 前記水平配向膜を微小な凹凸をもつ粗面膜とし、液晶分
   子を前記配向膜の表面粗さに応じたプレチルト角をもっ
   て水平配向させたことを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】前記水平配向膜は、この配向膜を形成する
   下地面を粗面とすることによって粗面膜とされているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。