JPH10182821A - 光配向性高分子、光配向性組成物及び光配向性組成物から形成された配向膜を具備した液晶表示素子 - Google Patents

光配向性高分子、光配向性組成物及び光配向性組成物から形成された配向膜を具備した液晶表示素子

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JPH10182821A
JPH10182821A JP9348084A JP34808497A JPH10182821A JP H10182821 A JPH10182821 A JP H10182821A JP 9348084 A JP9348084 A JP 9348084A JP 34808497 A JP34808497 A JP 34808497A JP H10182821 A JPH10182821 A JP H10182821A
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liquid crystal
aromatic ring
ring
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Kansei Ryu
漢 成 柳
Ryukei Cho
龍 圭 張
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Samsung Electron Devices Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 配向の熱的安定性が非常に優秀でプレチルト
角が改善された配向膜を得ることができて従来より優れ
た性能を有する液晶表示素子を得る。 【解決手段】 光によって所定方向に配向される性質を
有する光配向性高分子として、ベンゾフェノン成分と反
応性水素成分を有する自己感光性ポリイミドと、前記光
配向性高分子を含んでいる光配向性組成物を利用して形
成された配向膜を具備した液晶表示素子を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示素子に係
り、より詳細には熱的安定性に優れ、液晶のプレチルト
(pretilt)角特性を改善しえる光配向性高分
子、これを含む光配向性組成物、前記光配向性組成物よ
り形成された配向膜を具備する液晶表示素子に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的な液晶表示素子は、図1に示され
るように、所定間隔に離隔されて相互に対向する1対の
上、下基板2及び2’の上には透明電極層3及び3’が
形成されており、この透明電極層3及び3’の上部には
絶縁層4及び4’と配向膜5及び5’が順次に形成され
ている。そして前記上、下基板2及び2’間の空間には
液晶層7が形成されている。そして前記基板2及び2’
の外側面には入射光及び投射光の偏光のための偏光板1
及び1’が各々設置されている。
【0003】前記のような構造を有する液晶表示素子は
外部の電圧印可可否によって電界の影響を受けた液晶の
配列が変化し、その配列の変化によって液晶表示素子に
流入する外部の光が遮断及び透過する性質を利用して駆
動する。即ち、前記透明電極層3及び3’に電圧が印可
されると、液晶層7に電界が形成される。これによって
液晶は一定方向に駆動し、液晶の駆動可否によって表示
素子の液晶内部に流入する光が遮断または透過される。
【0004】このような液晶表示素子は、液晶分子の配
列特性によって光透過性、応答時間、視野角、コントラ
ストなどの表示素子としての機能が決定される。したが
って、液晶分子の配向を均一に制御する技術が非常に重
要である。
【0005】液晶の均一な配向状態は、単純に液晶を
上、下基板の間に介在させるだけでは得難い。したがっ
て、図1からわかるように、透明電極層3及び3’上部
に液晶の配向のための配向膜5及び5’を形成すること
が一般的である。
【0006】前記配向膜には、基板上にポリイミド、ポ
リアミドなどの有機高分子物質よりなる薄膜を形成し、
硬化した後、前記結果物を特殊形態の布でラビングして
形成された配向膜が主に用われている。
【0007】前記ラビング方法では実施が容易でかつ工
程が単純であるが、ラビング時に使われた特殊形態の布
から微細粒子または繊維素などの物質が離脱して配向膜
を汚染させることがあり、配向膜材料によって配向が十
分でない場合もある。また、ラビング時に発生する静電
気によって薄膜トランジスターが損傷されるという問題
点がある。
【0008】前記問題点を解決するために、ホコリや静
電気、その外汚染粒子などを発生させることなく工程の
清潔性が維持できる光配向性技術が開発されている。こ
の方法は非破壊的な配向方法で、偏光された光が光配向
膜に照射されると非等方性光重合が生じ、その結果、光
配向膜が配向性を有することによって液晶が均一に配向
する。
【0009】前記光配向膜形成用高分子にはポリビニル
シンナメート(以下、PVCNともいう)、ポリビニル
メトキシシンナメート(以下、PVMCともいう)など
が主に使われているが、このような高分子では光配向性
能は非常に優れるが熱的安定性に乏しいという問題があ
った。すなわち、配向膜の熱的安定性は高分子の熱的安
定性によって左右されるが、PVCNとかPVMCはガ
ラス転移温度が約100℃未満と相対的に低いほうであ
るので配向後熱的安全性が低下する。さらに、架橋反応
後対称構造によって液晶のプレチルト角がほぼ0゜近く
に低下するという問題点がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の最初の目的
は、前記問題点を解決して熱的安全性に優れ、液晶のプ
レチルト角の特性を改善しうる光配向性高分子を提供す
ることにある。
【0011】本発明の2番目の目的は、前記光配向性高
分子を含む光配向性組成物を提供することにある。
【0012】本発明の3番目の目的は、前記光配向性組
成物から形成された配向膜を具備する液晶表示素子を提
供することにある。
【0013】
【発明を解決するための手段】本発明の最初の課題を達
成するために、本発明ではベンゾフェノン成分と反応性
水素成分を有し、下記構造式1で表されることを特徴と
する自己感光性ポリイミドを提供する:
【0014】
【化13】
【0015】ここで、式中、R1
【0016】
【化14】
【0017】ただし、式中、A及びBは各々独立的に選
択され、非置換芳香族環(ここで、芳香族環は炭素数6
の単環(monocyclic ring)、炭素数1
0の二環(bicyclic ring)または炭素数
14の三環(tricyclic ring)である)
であり、Yは酸素、硫黄及び窒素よりなる群から選択さ
れるヘテロ原子であり、R2 はE−CH2 −Fで表さ
れ、ただし、式中、E及びFは各々独立的に選択され、
単純に化学結合を示すか、非置換芳香族環もしくは少な
くとも一つの置換基G(ここで、置換基GはC1 〜C10
アルキル、芳香族、アミノ、置換アミノ、ハライド、ハ
ロゲン原子、ヒドロキシ、ニトロ、シアノ、チオシア
ノ、チオール及びカルボキシル基よりなる群から選択さ
れる)を有する芳香族環(ここで、芳香族環は炭素数6
の単環または炭素数14の三環である)、C3 〜C10
シクロアルキルもしくは少なくとも一つの置換基G(こ
こで、置換基GはC1 〜C10アルキル、芳香族、アミ
ノ、置換アミノ、ハライド、ハロゲン原子、ヒドロキ
シ、ニトロ、シアノ、チオシアノ、チオール及びカルボ
キシル基よりなる群から選択される)を有するC3 〜C
10のシクロアルキル、またはC3 〜C10のシクロアルケ
ニルもしくは少なくとも一つの置換基Gを有するC3
10のシクロアルケニルよりなる群から選択される(こ
こで、置換基GはC1 〜C10アルキル、芳香族、アミ
ノ、置換アミノ、ハライド、ハロゲン原子、ヒドロキ
シ、ニトロ、シアノ、チオシアノ、チオール及びカルボ
キシル基よりなる群から選択される)。
【0018】ここで、E、Fにおいて、単純に化学結合
を示す場合には、いずれか一方が単一結合(singl
e bond)の場合が含まれる。
【0019】なお、置換基としてのハライドには、CH
3 Br、CH3 Clなどが挙げられる。
【0020】望ましくは、前記式中、R1
【0021】
【化15】
【0022】から選択され、R2
【0023】
【化16】
【0024】よりなる群から選択される。
【0025】本発明の2番目の目的は、ベンゾフェノン
成分と反応性水素成分を有し、構造式1で表される自己
感光性ポリイミドと、側鎖に長鎖アルキル基有するポリ
イミドとを含むことを特徴とする光配向性組成物によっ
て達成される。
【0026】本発明の3番目の目的は、お互い対向して
いる上、下の基板と、前記基板上に形成されている透明
電極と、前記透明電極上に各々形成されている配向膜及
び、前記配向膜の間に形成されている液晶層を含んでい
る液晶表示素子において、前記配向膜がベンゾフェノン
成分と反応性水素成分を有しており、構造式1で表され
る自己感光性ポリイミドを含む配向膜を具備することを
特徴とする液晶表示素子によって達成される。
【0027】
【発明の実施の形態】本発明は、耐熱性高分子であるポ
リイミドにベンゾフェノン成分と反応性水素成分を同時
に導入することにより製造された自己感光性ポリイミド
を使用することによって光配向の熱的安全性を改善した
ことにある。ここで、自己感光性ポリイミドは光によっ
て所定方向に配向される性質を有する。本発明の光配向
性組成物は前述した自己感光性ポリイミドと、側鎖に長
鎖アルキル基が導入されたポリイミドとを含んでいる。
ここで、自己感光性ポリイミドと側鎖に長鎖アルキル基
が導入されたポリイミドとの混合重量比は99:1ない
し80:20である。
【0028】前記感光性ポリイミドの重量平均分子量は
5×103 ないし2×105 であり、前記側鎖にアルキ
ル基が導入されたポリイミドの重量平均分子量は5×1
3ないし2×105 であることが望ましい。
【0029】以下、本発明による光配向性組成物、これ
を用いた配向膜及びこの配向膜を具備した液晶表示素子
の製造方法に関して説明する。
【0030】最初に、ベンゾフェノン成分と反応性水素
が導入された自己感光性ポリイミドの製造方法について
説明する。酸無水物A、ジアミン化合物B及び溶媒を混
合した後、反応させてポリアミック酸(ポリアミド酸)
Cを合成する。
【0031】
【化17】
【0032】ただし、式中、R1 とR2 は構造式1で規
定した通りである。
【0033】前記ポリアミック酸Cと適切な溶媒とを混
合して調製された光配向性組成物を、透明電極層が形成
された2枚のガラス基板の各々にスピンコーティングす
る。このとき溶媒は特に制限されてはいないが、N−メ
チルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(D
MF)及びブチルセロソルブのなかから選択して使用す
ることが望ましい。それから、前記結果物の溶媒を乾燥
させた後、200ないし250℃程度の熱処理過程を経
ってイミド化(imidization)反応を行って
ポリイミド配向膜を形成する。
【0034】次いで、線偏光(波長:300ないし40
0nm)を照射して光反応を行った。スペーサを利用し
て一定ギャップを保持した状態で2枚の基板を接合させ
て空セルを完成する。その後、前記空セルに液晶を注入
することによって液晶表示素子を完成する。
【0035】以下、側鎖にアルキル基が導入されたポリ
イミドを合成する方法を説明する。
【0036】酸無水物Dとジアミン化合物Eを溶媒下0
ないし25℃で24時間反応させてポリアミック酸(ポ
リアミド酸)Fを合成し、このポリアミック酸Fをイミ
ド化してポリイミドGを合成する。
【0037】
【化18】
【0038】ここで、式中、R3
【0039】
【化19】
【0040】よりなる群から選択され、R4
【0041】
【化20】
【0042】よりなる群から選択される。
【0043】それから、ポリイミドGをアルキルハライ
ドHと反応させて側鎖にアルキル基が導入されたポリイ
ミドIを合成する。
【0044】
【化21】
【0045】前記式中、R”はC3 ないしC17のアルキ
ル基を意味し、Xは塩素、ブローム(臭素)及びヨード
(ヨウ素)よりなる群から選択される。
【0046】
【実施例】以下、本発明を実施例を挙げて詳細に説明す
るようにするが、本発明が下記実施例だけに限定される
ことはない。
【0047】<実施例1>3、3’、4、4’−ベンゾ
フェノンテトラカルボン酸二無水物2.93gと1、4
−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン1.29g及び
NMP60gを混合し、一連の反応過程を経ってポリア
ミック酸4.2g(NMP 60ml中)を合成した。
次いで、NMPをさらに添加して前記ポリアミック酸を
含む組成物を適切な粘度に調節した。この組成物をIT
O電極層がコーティングされているガラス基板2枚に各
々スピンコーティングした。次いで、前記結果物を約1
00℃で1時間乾燥させた。その後、約250℃で2時
間熱処理してポリイミド配向膜を形成した。
【0048】前記配向膜に約10mW/cm2 の強度を
有する約330nm波長の線偏光を照射して約5分間光
反応を実施した。スペーサを利用して2つのガラス基板
間の間隔を所定厚さに維持しながらかかるガラス基板2
枚をシールして空セルを製造した。そして、この空セル
に液晶を注入して液晶表示素子を完成した。
【0049】<実施例2>3、3’、4、4’−ベンゾ
フェノンテトラカルボン酸二無水物3.22gと3、5
−ジアミノ安息香酸1.52gをNMP60gに混合し
た後、常温で24時間撹拌してポリアミック酸を合成し
た。それから、前記ポリアミック酸を脱水させてポリイ
ミドを合成した。
【0050】前記ポリイミド4.54g(0.01mo
l)と臭化オクチル1.93g(0.01mol)とを
混合した後、これにピリジン0.8gを添加して60℃
で2時間反応させた。
【0051】前記方法によって得られたポリイミド0.
02g、実施例1で製造したポリアミック酸0.18g
及びNMP10gの混合物をITO電極層が形成されて
いるガラス基板2枚に各々スピンコーティングした。次
いで、約100℃で1時間乾燥させた後、約250℃で
2時間熱処理して配向膜を形成した。
【0052】次いで、約330nm波長の線偏光を照射
して光反応を5分間実施した。
【0053】スペーサを使用して前記2枚のガラス基板
を所定の厚さに保持した後、2つのガラス基板を接合ま
たはシールして空セルを形成した。この空セルに液晶を
注入して液晶表示素子を完成した。
【0054】実施例1および2で製造された液晶表示素
子において、配向膜の配向度、熱的安定性および液晶の
プレチルト角を測定した。この際、配向度は偏光フィル
ムを通じて観察し、熱的安定性は温度を180ないし2
00℃まで上げて所定時間保持した後、室温に下げ、そ
の後、偏光フィルムを通じて配向膜の変性程度を観察す
ることによって測定した。そして、プレチルト角はクリ
スタルローテーション(結晶回転)方法を使用して測定
した。
【0055】その結果、実施例1の場合には200℃ま
で温度を上げたときにも配向膜の変性がほとんどなくて
熱的安定性が非常に優れていることがわかる。また、実
施例2の場合にも配向膜の熱的安定性が優れていて18
0℃まで温度を上げた後にも配向膜の変性が示されなか
った。さらに、長鎖アルキル基を有する実施例2の場合
は液晶のプレチルト角が約5°で実施例1の場合に比べ
て優れていた。
【0056】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によると次の
ような効果がある。
【0057】一、配向膜の熱的安定性の維持できる温度
範囲が、本発明の場合には200℃程度まで向上する。
その結果、熱的安定性が非常に優れた光配向膜を得るこ
とができる。
【0058】二、自己感光性ポリイミドと長鎖アルキル
基を有するポリイミドを混合使用することによって液晶
のプレチルト角を10°まで向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な液晶表示素子の構造を示した図面であ
る。
【符号の説明】
1……偏光板 2……基板 3……透明電極層 4……絶縁層 5……配向膜 6……スペーサ 7……液晶層

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベンゾフェノン成分と反応性水素成分を
    有し、構造式1で表される自己感光性ポリイミド: 【化1】 ここで、式中、R1 は 【化2】 であり、 ただし、式中、A及びBは各々独立的に選択され、非置
    換芳香族環(ここで、芳香族環は炭素数6の単環、炭素
    数10の二環または炭素数14の三環である)であり、 Yは酸素、硫黄及び窒素よりなる群から選択されるヘテ
    ロ原子であり、 R2 はE−CH2 −Fであり、 ただし、式中、E及びFは各々独立的に選択されるが、
    単純に化学結合を示すか、非置換芳香族環もしくは少な
    くとも一つの置換基Gを有する芳香族環(ここで、芳香
    族環は炭素数6の単環、炭素数10の二環または炭素数
    14の三環である)、C3 〜C10のシクロアルキルもし
    くは少なくとも一つの置換基Gを有するC3 〜C10のシ
    クロアルキル、またはC3 〜C10のシクロアルケニルも
    しくは少なくとも一つの置換基Gを有するC3 〜C10
    シクロアルケニルよりなる群から選択される(ここで、
    置換基GはC1 〜C10のアルキル、芳香族、アミノ、置
    換アミノ、ハライド、ハロゲン原子、ヒドロキシ、ニト
    ロ、シアノ、チオシアノ、チオール及びカルボキシル基
    よりなる群から選択される)。
  2. 【請求項2】 前記構造式1において、R1 が 【化3】 から選択され、 R2 が 【化4】 よりなる群から選択されることを特徴とする請求項1に
    記載の光配向性高分子。
  3. 【請求項3】 前記自己感光性ポリイミドの重量平均分
    子量が5×103 ないし2×105 であることを特徴と
    する請求項1に記載の光配向性高分子。
  4. 【請求項4】 ベンゾフェノン成分と反応性水素成分を
    有し、下記構造式1で表される自己感光性ポリイミド
    と、側鎖に長鎖アルキル基を有するポリイミドとを含む
    ことを特徴とする光配向性組成物: 【化5】 ここで、式中、R1 は 【化6】 であり、 ただし、式中、A及びBは各々独立的に選択され、非置
    換芳香族(ここで、芳香族環は炭素数6の単環、炭素数
    10の二環または炭素数14の三環である)であり、 Yは酸素、硫黄及び窒素よりなる群から選択されるヘテ
    ロ原子であり、 R2 はE−CH2 −Fであり、 ただし、式中、E及びFは各々独立的に選択され、単純
    に化学結合を示すか、非置換芳香族環もしくは少なくと
    も一つの置換基Gを有する芳香族環(ここで、芳香族環
    は炭素数6の単環、炭素数10の二環または炭素数14
    の三環である)、C3 〜C10のシクロアルキルもしくは
    少なくとも一つの置換基Gを有するC3〜C10のシクロ
    アルキル、またはC3 〜C10のシクロアルケニルもしく
    は少なくとも一つの置換基Gを有するC3 〜C10のシク
    ロアルケニルよりなる群から選択される(ここで、置換
    基GはC1 〜C10のアルキル、芳香族、アミノ、置換ア
    ミノ、ハライド、ハロゲン原子、ヒドロキシ、ニトロ、
    シアノ、チオシアノ、チオール及びカルボキシル基より
    なる群から選択される)。
  5. 【請求項5】 前記構造式1において、R1 が 【化7】 から選択され、 R2 が 【化8】 よりなる群から選択されることを特徴とする請求項4に
    記載の光配向性組成物。
  6. 【請求項6】 前記自己感光性ポリイミドの重量平均分
    子量が5×103 ないし2×105 であることを特徴と
    する請求項4に記載の光配向性組成物。
  7. 【請求項7】 前記自己感光性ポリイミドと、側鎖に長
    鎖アルキル基を有するポリイミドとの混合重量比が9
    9:1ないし80:20であることを特徴とする請求項
    4に記載の光配向性組成物。
  8. 【請求項8】 前記側鎖に長鎖アルキル基を有するポリ
    イミドの重量平均分子量が5×103 ないし2×105
    であることを特徴とする請求項4に記載の光配向性組成
    物。
  9. 【請求項9】 お互い対向している上、下の基板と、 前記基板上に形成されている透明電極と、 前記透明電極上に各々形成されている配向膜と、および
    前記配向膜の間に形成されている液晶層を含んでいる液
    晶表示素子において、 前記配向膜がベンゾフェノン成分と反応性水素成分を有
    しており、下記構造式1で表される自己感光性ポリイミ
    ドを含む配向膜を具備することを特徴とする液晶表示素
    子: 【化9】 ここで、式中、R1 は 【化10】 ここで、式中、A及びBは各々独立的に選択され、非置
    換芳香族環(ここで、芳香族環は炭素数6の単環、炭素
    数10の二環または炭素数14の三環である)であり、 Yは酸素、硫黄及び窒素よりなる群から選択されるヘテ
    ロ原子であり、 R2 はE−CH2 −Fで表され、 ただし、式中、E及びFは各々独立的に選択され、単純
    に化学結合を示すか、非置換芳香族環もしくは少なくと
    も一つの置換基Gを有する芳香族環(ここで、芳香族環
    は炭素数6の単環、炭素数10の二環または炭素数14
    の三環である)、C3 〜C10のシクロアルキルもしくは
    少なくとも一つの置換基Gを有するC3〜C10のシクロ
    アルキル、またはC3 〜C10のシクロアルケニルもしく
    は少なくとも一つの置換基Gを有するC3 〜C10のシク
    ロアルケニルよりなった群から選択される(ここで、置
    換基GはC1 〜C10のアルキル、芳香族、アミノ、置換
    アミノ、ハライド、ハロゲン原子、ヒドロキシ、ニト
    ロ、シアノ、チオシアノ、チオール及びカルボキシル基
    よりなる群から選択される)。
  10. 【請求項10】 前記構造式1において、R1 が 【化11】 から選択され、 R2 が 【化12】 よりなる群から選択されることを特徴とする請求項9に
    記載の液晶表示素子。
  11. 【請求項11】 前記自己感光性ポリイミドの重量平均
    分子量が5×103ないし2×105 であることを特徴
    とする請求項9に記載の液晶表示素子。
  12. 【請求項12】 前記配向膜が側鎖に長鎖アルキル基を
    有するポリイミドをさらに含むことを特徴とする請求項
    9に記載の液晶表示素子。
  13. 【請求項13】 自己感光性ポリイミドと側鎖に長鎖ア
    ルキル基を有するポリイミドの混合重量比が99:1な
    いし80:20であることを特徴とする請求項12に記
    載の液晶表示素子。
  14. 【請求項14】 前記側鎖に長鎖アルキル基を有するポ
    リイミドの重量平均分子量が5×103 ないし2×10
    5 であることを特徴とする請求項12に記載の液晶表示
    素子。
JP9348084A 1996-12-17 1997-12-17 光配向性高分子、光配向性組成物及び光配向性組成物から形成された配向膜を具備した液晶表示素子 Withdrawn JPH10182821A (ja)

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