JPH063677A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 配向性及び電気−光学特性に優れた強誘電性
液晶表示素子並びにそれに用いる液晶分子配向膜及び樹
脂膜を提供する。 【構成】 （Ｉ）又は（II）のセルロースをベースとす
る樹脂のシアノ置換体を液晶表示素子の分子膜とする。 （ＲはＣ_ｐＨ_2p+1ＣＮ・ｐは１〜１７の整数、ｎ、ｍは
100〜10000の整数）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子に関し、更
に詳しくは表面安定化強誘電性液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】オフィスオートメーションの進展に伴
い、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ等が広
く普及するようになっている。このような機器は主とし
てパーソナル機器であり、小型計量が一般に求められて
いるため、その表示装置としては専ら小型の液晶ディス
プレイ（ＬＣＤ）が用いられている。

【０００３】現在、最も広く用いられているＬＣＤの駆
動モードは、スーパーツイステッドネマティック（ＳＴ
Ｎ）方式であり、この方式は比較的大容量の表示が単純
なパネル構成（単純マトリクスパネル）で可能となるた
め、主としてコスト面でのメリットがあり、販売価格が
比較的低価格に設定されるパーソナル機器には好んで用
いられている。

【０００４】しかしながら、前記したＳＴＮは方式は以
下のような問題がある。即ち、 （１）視野角が狭い（パネル法線方向に対し上下、左右
方向±30°）。 （２）コントラスト比が低い（ 640× 400ドットでは
８：１程度）。 （３）画面が暗い（パネルの光透過率が低い）。 （４）基本的駆動モードでは色付きが発生する（旋光分
散有り）。 （５）液晶の応答速度が遅い（マウス対応困難）。

【０００５】このため、上記したようなＳＴＮの欠点を
克服し、かつより高画質の表示を実現するための液晶駆
動モードとして、強誘電性液晶表示、とりわけ表面安定
化による強誘電性液晶表示（SSFLCD）方式が注目され、
盛んに検討されている。しかし、このSSFLCD方式はポテ
ンシャル的には優れた方式であるが、その実用化の際に
は、未だ大きな技術的課題を克服しなければならない状
況にある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記したSSFLCD方式を
実用化するために必要な課題は以下の通りである。 （１）液晶層構造の適正化（シェブロン層構造からブッ
クシェルフ層構造へ）。 （２）大面積均一配向処理技術の確立。 （３）狭パネルギャップセルの製造技術の確立。

【０００７】前記課題（１）〜（３）のうち、課題
（１）に関しては、本発明者らの開発によるナフタレン
系液晶組成物を用いることにより解決し得た（A. Mochi
zuki, etal., Proceedings of the SID vol.31, No. 2,
123 〜128 頁(1990)参照) 。また課題（３）について
は、クリーンルームの整備、粒径分布の良好なスペーサ
剤等の開発により徐々に改良が行われている。これに対
し課題（２）の大面積均一配向処理技術については未だ
抜本的な解決策がない状況である。従って、強誘電性液
晶の大面積均一配向を可能とする配向処理技術の確立が
強く望まれている。

【０００８】従って、本発明は、配向性及び電気−光学
特性に優れた強誘電性液晶表示素子並びにそれに用いる
液晶分子配向膜及び樹脂膜を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に従えば、下記構
造（Ｉ）又は(II)で表されるセルロースをベースとする
樹脂のシアノ置換体を分子配向膜とする液晶表示素子が
提供される。

【００１０】

【化３】

【００１１】

【化４】

【００１２】（式（Ｉ）及び(II)においてＲはＣ_p Ｈ
_2p+1ＣＮ（式中、ｐは１〜17の整数である）を表し、ｎ
及びｍはそれぞれ重合度を表し、好ましくは 100〜10,0
00の整数である。）

【００１３】強誘電性液晶が、従来のネマティック液晶
に比べて、均一配向処理が難しい理由としては、（１）
液晶が層構造を持っていること、（２）液晶が自発分極
性であることなどを挙げることができる。特に（２）の
自発分極性は、基板界面での液晶分子と配向膜との電気
的エネルギーの相互作用が強く出るために、配向が難し
くなるものと考えられる。

【００１４】このような問題がある中で、配向膜として
誘電率の高いポリマー膜（ポリマーラビング膜）を用い
ることにより電気的相互作用をある程度中和して良好な
配向を得ようとする試みがあり、ある程度成功してい
る。例えば、ポリアミドであるナイロン、ケン化度の高
いポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、極性の大きなポリ
イミド等で比較的良好な均一配向が得られることが知ら
れている。しかし、ナイロン及びＰＶＡは耐熱性が低
く、液晶パネルの作製中、印加される熱により配向の低
下を招くという問題がある。

【００１５】これに対し、ポリイミドは耐熱性は十分あ
るが、極性が大きいため、一般にイミドの塗液（転写印
刷あるいはスピンコート時の溶液）としてはＮ−メチル
ピロリドン等の吸湿性の高い溶媒を使わざるを得ず、塗
膜時に水分が混入がしやすいため、重大な膜質変化を生
じさせてしまうという問題がある。

【００１６】従って、ポリイミド並の耐熱性が有り、か
つ塗膜の製造マージンの広い樹脂配向膜の開発が必要で
ある。特に大面積パネルを量産することを前提にする
と、現状では転写印刷による配向塗膜布が最もスループ
ットが高いと考えられる。しかし、ＰＶＡ（溶媒：水）
やナイロン（溶媒：トルエン等）では一般に低沸点溶媒
しか使えないため、転写印刷では均一配向膜の処理がき
わめて困難である。従って、量産時のスループットが高
く、かつ大面積均一配向を可能にする。分子配向膜とし
ては、少なくとも以下の条件を満たす必要があると考え
られる。

【００１７】（１）耐熱性が高いこと（＞200 ℃） （２）高沸点溶媒が使用できること （３）膜の比誘電率が高いこと

【００１８】本発明者らは、実際にこのような条件を満
足するポリマーを検討した結果、前述の構造式（Ｉ）又
は(II)のセルロースベースのシアノレジンにより上記の
条件が満たされることを見い出した。先に述べたように
ＰＶＡ又はセルロース等の水溶性ポリマーは、極性溶媒
である水に可溶なことから、もともと極性の大きなポリ
マーである。この大きな極性が一般に大きな分極、とり
わけ自発分極を持つ強誘電性液晶の分子配向に寄与して
いるものと考えられる。しかしながら、水等の溶媒を用
いると沸点が低いこと、またガラス基板との表面エネル
ギーのマッチングの点でいわゆる「ぬれ性」が悪く、 5
00〜 800オングストロームの薄膜を均一に製膜すること
は極めて困難である。

【００１９】そこで、高沸点でぬれ性の良好な溶媒を用
いて製膜することができる極性の大きなポリマーが必要
であり、かかるポリマーとして種々検討の結果、前記式
（Ｉ）又は(II)で示されるシアノ基を導入した樹脂がか
かる条件を満たすことを見い出し、本発明をするに至っ
たものである。

【００２０】前記した式（Ｉ）及び(II)のポリマーは、
公知方法によって製造することができ、また例えば信越
化学（株）よりシアノレジンＣＲ−Ｃ、ＣＲ−Ｓ、ＣＲ
−Ｖなどとして市販されている。

【００２１】

【発明の効果】本発明に例えば、以下の実施例にも説明
するように、強誘電性液晶表示素子において、前記した
ようなセルロースベースのシアノ置換体ポリマーを分子
配向膜として用いることにより、液晶の均一配向を大面
積にわたり達成することができ、かつ良好な電気−光学
応答特性を得ることができる。

【００２２】

【実施例】以下、実施例に従って、本発明を更に詳しく
説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例に限定する
ものでないことはいうまでもない。

【００２３】寸法50×60× 1.1（厚さ）mmの透明導電膜
（ＩＴＯ）を備えたガラス基板をアルカリ洗剤で洗浄
し、リンスし、乾燥させた後、その上に、以下の方法
で、セルロースベースのシアノ基を導入した樹脂を製膜
した。

【００２４】即ち、信越化学（株）製シアノレジンＣＲ
−Ｃを濃度で１重量％γ−ブチロラクトン溶媒中に溶解
した。この溶解は60℃に加温してマグネティックスター
ラーを用いてＮ₂ 雰囲気下約３時間攪はんして行った。
その後得られた溶液を室温に冷却し、ろ過することな
く、スピンコーターにより基板上に塗布した。このスピ
ンコーティングは 500rpm ×５ｓ及び 2,500 rpm×45ｓ
で、相対湿度20％以下のＮ₂ 雰囲気下で行った。コーテ
ィング後、温度90℃で10分間プレキュアした後、Ｎ₂ 中
で 220℃で１時間硬化させた。

【００２５】室温に冷却した後、ナイロン布で往復２回
ラビングした後、互いにラビング方向が逆になるように
（反平行ラビング）、２枚の基板を合わせ、 1.6μｍの
径のシリカボールをスペーサとしてセルを作製した。こ
のセルに下記構造のナフタレン系液晶をそれぞれ30重量
％含有する混合液晶組成物（A.Mochizuki, et al Ferro
electrics 113巻、 353〜 359頁（1991年) 参照）を注
入し、SSFLCDとした。

【００２６】

【化５】

【００２７】上と同様の工程で、配向膜のみをＣＲ−Ｃ
に代えて、ＣＲ−Ｓ、ＰＶＡ、ナイロン66及びポリイミ
ド（RN-713、日産化学（株）製）とした以外は同じ操作
で種々の液晶セルを作製した。これらの液晶セルについ
て、それらの配向性及び電気−光学特性を評価した。評
価内容および項目は以下の通りである。 （１）偏光顕微鏡による配向観察 （２）パルス波印加による光学応答時間 （３）メモリ性評価（コントラスト比評価） （４）三角波印加による分極反転電流の測定 （５）温度変化に対する配向状態の変化 評価結果を以下に示す。

【００２８】（１）偏光顕微鏡による配向観察 表 １ ────────────────────────────── 配向膜用樹脂 配向状態 ────────────────────────────── ＣＲ−Ｃ ほぼ均一ドメイン、著しい欠陥なし ＣＲ−Ｓ¹⁾ ほぼ均一ドメイン、ごくわずかに線あり ＰＶＡ ほぼ均一ドメイン、著しい欠陥なし ナイロン66 やや線状の欠陥あり ＲＮ− 713（ＰＩ） ジグザグ状欠陥若干あり ────────────────────────────── １）ＣＲ−ＳはＣＲ−Ｃと同系統の信越化学（株）製シ
アノ置換樹脂で、製膜時に、架橋剤として 1,6−ジイソ
シアネートヘキサン 1.5重量％を樹脂溶液に加えた。

【００２９】（２）パルス印加による光学応答およびメ
モリ性 表 ２ ──────────────────────────────── 配向膜 応答時間¹⁾（μｓ） メモリ性 コントラスト比 ──────────────────────────────── CR-C 44.5 極めて良好 42.1 CR-S 48.3 極めて良好 40.6 PVA 48.5 極めて良好 38.8 ナイロン66 49.1 良好 33.0 RN- 713(PI) 65.5 低い 12.5 ──────────────────────────────── １）25℃、15Ｖパルス印加時の10〜90％光学的変化に要
する時間。

【００３０】（３）三角波印加による分極反転電流の測
定 一般に液晶の分子配向が均一であるほど電界印加時の分
極反転はスムーズに起こる。そのため図１に示す三角波
印加時の分極反転ピーク電流の角過程に要する時間は短
くなる。表３は、図１の分極反転の各過程に要する時間
をそれぞれの配向膜について比較した結果を示す。

【００３１】 表 ３ ──────────────────────────────── 配向膜 tw（μｓ） t₅ （μｓ） tr（μｓ） tp（μｓ） ──────────────────────────────── CR-C 40.2 66.5 39.8 150.0 CR-S 42.3 69.1 40.1 150.0 PVA 42.5 69.5 40.8 155.5 ナイロン66 43.8 78.7 55.5 165.0 RN- 713(PI) 59.9 100.1 90.1 197.2 ────────────────────────────────

【００３２】表３の結果からＣＲ−Ｃ、ＣＲ−Ｓでは各
時間とも他の比較例に比べて値が小さくなっており、分
極の反転がスムーズに行われていることが明らかであ
る。

【００３３】（４）配向の温度依存性 配向膜の評価に用いた液晶組成物はＳc ^* （強誘電相）
→ＳＡ（スメクティックＡ相）の相転移温度（Ｔc ）が
約50℃であるが、一般に液晶の分子配向がしっかりして
いるセルほど、Ｔc 近傍まで良好な配向を維持すること
が知られている。表４は温度変化に対する液晶分子配向
の状態変化を比較したものである。

【００３４】 表 ４ ──────────────────────────── 配向膜 25℃（室温） 35℃ 45℃ ──────────────────────────── CR-C 均一 均一 均一 CR-S 均一 均一 均一 PVA 均一 均一 ほぼ均一 ナイロン66 均一 均一 ほぼ均一 RN- 713(PI) ほぼ均一 欠陥多い 欠陥多い ────────────────────────────

【００３５】表４の結果からも明らかなように、配向の
温度依存性についても他の評価結果と同様、ＣＲ−Ｃ及
びＣＲ−Ｓの配向膜がＴｃ近傍まで均一に配向し、分子
配向性が良好なことを示している。

【００３６】以上の評価結果から明らかなようにシアノ
基置換の樹脂は強誘電性液晶に良好な分子配向を与え、
なおかつγ−ブチロラクトン、Ｎ−メチルピロリドン、
ブチルセロソルブ等の高沸点溶媒が使用可能なため、転
移印刷によって大面積の均一配向膜を形成せしめること
が容易である。

【００３７】本実施例ではセルロースベースの樹脂を用
いたが、これは、下表に示すようにシアノ置換樹脂が従
来の樹脂に比べ比誘電率が著しく高いことによる。

【００３８】

【００３９】強誘電性液晶に良好な配向を与える要因の
最も基本的な物性は、膜の比誘電率がある程度高いこと
であり、他の樹脂でも高沸点溶媒が適用できれば同様の
効果が得られることが予測される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における三角波印加による分極反極の各
追程における時間と電流との関係を示すグラフ図であ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記構造（Ｉ）又は(II)で表されるセル
   ロースをベースとする樹脂のシアノ置換体を分子配向膜
   とすることを特徴とする液晶表示素子。 【化１】 【化２】 （但し、式（Ｉ）及び(II)において、ＲはＣ_p Ｈ_2p+1Ｃ
   Ｎ（式中、ｐは１〜17の整数である）を表し、ｎ及びｍ
   はそれぞれ 100〜10,000の整数を表す。）
2. 【請求項２】 請求項１記載の構造（Ｉ）又は(II)で表
   される樹脂から成り、膜の比誘電率が12以上であること
   を特徴とする液晶分子配向膜。
3. 【請求項３】 請求項１記載の構造（Ｉ）又は(II)で表
   される樹脂からなる、表面安定化強誘電性液晶素子の液
   晶分子配向膜用樹脂膜。