JPS632095B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電界効果型液晶表示素子に係わり、
液晶分子を電極面を含む表示部全面において、垂
直に配向させて用いる液晶表示素子に関する。

本発明に係わる電界効果型液晶表示素子の一つ
である電界制御複屈折型（ECB型）液晶表示素
子の一例を添付図面に示す。同図に示す表示素子
はそれぞれ透明なガラスからなる第１の基板１と
第２の基板１′とが所定の間隔、例えば５〜15μm
でほぼ平行に配置され、その周囲は、例えばフリ
ツトガラス、有機接着剤等からなる封着部材２で
封着させ、これらによつて形成される内部空間に
ネマチツク相液晶３が封入されている。所定の間
隔は、例えばフアイバーガラス、ガラス粉末など
のスペーサ４によつて得られる。なお特別にスペ
ーサ４を使用せず、封着部材２をスペーサとして
兼用しても良い。

上記第１及び第２の基板１，１′は、それぞれ
の対向する内面上に所定のパターンの電極５，
５′が形成され、更に液晶に接する面に、その面
近傍の液晶分子を垂直に配向させる配向制御膜
６，６′が被覆されている。このような配向制御
膜は、適度のはつ水性を有している。

基板１，１′の外側には、それぞれ第１の偏光
板７、及び第２の偏光板７′が配置される。この
場合、２板の偏光板７，７′の偏光軸のなす角度
は通常90度近傍が選ばれる。このような表示素子
は第１の基板側から見た時に正常の表示を行う場
合第２の偏光板７′の裏面に反射体８を配置した
反射型表示素子、又は更に第２の偏光板と反射体
８との間に所望の厚さのアクリル樹脂板、ガラス
板などの導光体を挿入し、その側面の適宜個所に
図示してない光源を配置した夜間表示素子として
広く利用されている。

ここで、反射型の場合の液晶表示素子の表示動
作原理について説明する。今、液晶層に電界が存
在しない時は、外来光（この液晶表示素子の第１
の偏光板７へ入射する周囲光）は、まず第１の偏
光板７を通過した時、その偏光軸に沿つた直線偏
光となり、液晶層３へ入射するが、液晶分子は、
この偏光光に対して何ら変調を与えず第２の偏光
板７′に達するため、ほとんどこの偏光板を透過
せず反射光が微弱となり、観察者には暗く見え
る。

このような表示素子において、所定の選択され
た電極５，５′に所定の電圧を印加し、液晶層の
所定の領域に電界を与えると、その領域における
液晶分子は、ある臨界条件を越えると電界に対し
て傾きを持つて配向する。その結果、その傾きに
応じて、入射した偏光光は変調を受け、楕円偏光
となるため、反射光は着色して観察される。

したがつて、所望の選択された電極に電圧を印
加することによつて所望の表示を行うことができ
る。

以上述べたごとく、ECB型液晶表示素子では、
両ガラス基板間に封止される液晶は、その液晶分
子がガラス基板面にほぼ垂直に配向させる必要が
ある。この液晶配向特性は、液晶と対向する側の
ガラス基板面に形成された配向制御膜６，６′に
よつて遂行される。

この垂直配向制御膜としては、一般に表面エネ
ルギーの小さい、すなわちはつ水性の大きいもの
が用いられる。この種の材料としては、種々提案
されている。例えばCeO₂，MgF₂等の無機の酸化
物、フツ化物が用いられているが、これらは蒸着
法など複雑な製膜法を採らなければならないた
め、連続的な処理が難しい。一方、簡便な方法と
して、レシチン膜、界面活性剤単分子膜がある
が、これらは耐熱性に乏しく、且つ、所定の個所
のみに選択的に製膜することが難しいため、シー
ル部を汚染し、シール強度を低下させるという難
点がある。シリコーンオイルなどのはつ水処理膜
も有用であるが、やはりシール部の汚染を防止す
ることが難しい。また、長鎖アルキルシラン化合
物で製膜したあと、更にその上に蒸着法でフツ化
物の膜を形成する方法などがあるが、これもやは
り製膜に複雑な作業を要する。

本発明は、これら従来技術の欠点を克服すべく
なされたもので、耐熱性が良く、シール部を汚染
することなく、任意の所望する個所のみに配向制
御膜を設けることの出来る配向膜材料を提供する
ものである。

本発明の骨子は配向制御に関与する長鎖アルキ
ル基を安定化し得る組成物に係わるもので、長鎖
アルキルシランをモノマーの状態で塗布するので
はなく、シラノールオリゴマーのような製膜性の
良いオリゴマー中に取込んで製膜性、安定性を改
良したものである。

すなわち、本発明を概説すれば、本発明は、所
望の表示パターンに従つた電極を有する二枚の透
明なガラス基板の周辺をシール材でシールし、ガ
ラス基板間に液晶を封入してなる液晶表示素子に
おいて、長鎖アルキル基含有シラン変性シラノー
ルオリゴマーを含有する物質からなる配向制御膜
を形成したことを特徴とする、液晶表示素子に関
する。

上記の長鎖アルキル基含有シラン変性シラノー
ルオリゴマーを含有する物質の例には、長鎖アル
キルシラン変性シラノールオリゴマー自体、及び
それと粘度調節剤との混合物がある。

本発明で重要な役割を果すシラノールオリゴマ
ーは一般にはスピンオンガラス（SOG）と呼ば
れており、溶液から塗膜形成後、高温で焼成する
ことによつて酸化シリコン膜を作るもので、本質
的に耐熱性が高い。これにはつ水性を付与するた
め、側鎖に長鎖アルキル（C_oH_2o+1：ここでｎ＝
８〜20）を導入する。そうすることによつて、長
鎖アルキル基はシラノール骨格と結合して安定化
するため、高温処理されても、この結合が切れず
にはつ水性が保持され、耐熱性の高い配向制御膜
となる。

このような長鎖アルキルシラン変性シラノール
オリゴマーはSOG溶液中に長鎖アルキル基を有
するシランを加えて、かくはんしながら反応させ
ることによつて得られる。反応させる時の溶媒に
よつては生成した長鎖アルキルシラン変性シラノ
ールオリゴマーが析出してくる場合が生ずるが、
これは適当な溶媒を選ぶことによつて解決し得
る。良好な溶媒の組合せを選ぶことは、本発明を
効果的に実施するための大きなポイントであると
言うこともできる。基本的な考え方は、極性溶媒
と非極性溶媒を適度に配合することである。

長鎖アルキルシラン変性シラノールオリゴマー
に垂直配向性を損わない程度に硝化綿など増粘効
果の高い樹脂を添加して、溶液の粘度を調整し、
印刷法により配向制御膜を基板上に形成する。こ
れにより、シール部の汚染の心配もなく、任意の
所望する個所のみに製膜でき、本目的を達し得
る。

長鎖アルキルシラン変性シラノールオリゴマー
を作る長鎖アルキルシランとして代表的な例に
は、下記のものがある。

C₈H₁₇Si（OC₂H₅）₃ C₁₀H₂₁Si（OC₂H₅）₃ C₁₂H₂₅Si（OC₂H₅）₃ C₁₂H₂₅Si（OCH₃）₃ C₁₄H₂₉Si（OCH₃）₃ C₁₆H₃₃Si（OCH₃）₃ C₁₈H₃₇Si（OC₂H₅）₃ C₂₀H₄₁Si（OCH₃）₃ シラノールオリゴマーとの反応性を考えると、
メトキシ又はエトキシ基を少なくとも１個有する
シラン化合物が有効であるが、反応性と反応条件
を工夫すれば、他の化合物も使用することができ
る。

したがつて、本発明は、前記代表例に限られる
ものではない。

シラノールオリゴマーとの反応で長鎖アルキル
シラン変性シラノールオリゴマーが生成する機構
は、模式的に下記に示すようなものと推定され
る。

上記の反応は、比較的容易に進行するため、50
〜70℃で混合かくはんすることによつて反応は完
結する。長鎖アルキル基の濃度は、混合時の配合
比によつて決定されるが、垂直配向を実現するた
めには、シラノール中にある水酸基のうち、５％
程度に結合していれば最小限目的を達成しうる。
逆に、あまりにも長鎖アルキル基の濃度が高くな
ると、液の安定性に影響を及ぼし、析出する場合
が生じるので、５〜50％の範囲が適当である。た
だ、長鎖アルキル基がオクチル基の場合には、変
性度を高くする必要がある。

本発明における配向制御膜の膜厚は、一般に、
100〜1000Åである。また、本発明では、膜のラ
ビングは、してもしなくてもよい。

なお、本発明になる配向制御膜を用いた液晶表
示素子は、封入される液晶を変えることによつ
て、他の用途にも適用できる。例えば二色性色素
を添加したゲスト・ホスト型液晶を用いたカラー
表示素子、コレステリツク液晶を用いた相転移型
表示素子、スメクチツク液晶を用いた表示素子、
更には動的散乱効果を利用したDSM型表示素子
などにも有用である。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明
するが、本発明は、これに限定されない。

参考例 〔シラノールオリゴマーの製造例〕 溶液重合法により、以下の手順で製造した。

温度計、かくはん機、冷却管付の200mlフラス
コ中に、エチルシリケートSi（OC₂H₅）₄を20.5ｇ、
エタノール37.4ｇ、酢酸エチルを14.4ｇ、無水酢
酸1.5ｇ、五酸化リン150mgを同時に仕込み、70℃
で1.5時間反応させ、その後、イオン交換水７ｇ
を添加し、70℃で1.5時間反応させシラノールオ
リゴマーを得た。

実施例 １ ソーダガラス基板に所定の形状の透明電極パタ
ーンを形成し、その上に配向制御膜を形成した。
配向制御膜としては、オクタデシルトリエトキシ
シラン〔C₁₈H₃₇Si（OC₂H₅）₃〕とシラノールオリ
ゴマーとを反応させて得た変性シラノールオリゴ
マーを用いた。（この変性オリゴマーは、参考例
で示したようにして得たシラノールオリゴマー
に、該長鎖アルキルシランを重量で固形分濃度の
40％になるように加え、70℃で２時間かくはんし
ながら反応させたものである。この場合の溶媒は
ブチルセロソルブとトルエンの１：１の体積比の
混合物である。）最終溶液の固形分濃度は４％で
あつた。

この溶液を回転塗布法により、ガラス基板１，
１′に配向制御膜を形成させた。この配向制御膜
は熱処理温度300℃まで、フエニルシクロヘキサ
ン系液晶（メルク社製ZLI―1132）を垂直配向さ
せる能力を失わなかつた。

実施例 ２ 長鎖アルキルシランとして、オクチルトリエト
キシシラン〔C₈H₁₇Si（OC₂H₅）₃〕を用いた長鎖
アルキルシラン変性シラノールオリゴマーを実施
例１と同じ方法で作り、同じ方法で製膜した配向
制御膜も300℃の熱処理温度まで、ZLI―1132の
液晶を垂直配向させる能力を失わなかつた。

実施例 ３ 長鎖アルキルシランとして、デシルトリエトキ
シシラン〔C₁₀H₂₁Si（OC₂H₅）₃〕を用いた長鎖ア
ルキルシラン変性シラノールオリゴマーを実施例
１と同じ方法で作り、同じ方法で製膜した配向制
御膜も300℃の熱処理温度まで、ZLI―1132の液
晶を垂直配向させる能力を失わなかつた。

実施例 ４ 長鎖アルキルシランとして、ドデシルトリメト
キシシラン〔C₁₂H₂₅Si（OCH₃）₃〕を用いた長鎖
アルキルシラン変性シラノールオリゴマーを実施
例１と同じ方法で作り、同じ方法で製膜した配向
制御膜も300℃の熱処理温度まで、ZLI―1132の
液晶を垂直配向させた。

実施例 ５ 長鎖アルキルシランとして、テトラデシルトリ
メトキシシラン〔C₁₄H₂₉Si（OCH₃）₃〕又はヘキ
サデシルトリメトキシシラン〔C₁₆H₃₃Si
（OCH₃）₃〕又はエイコシルトリエトキシシラン
〔C₂₀H₄₁Si（OC₂H₅）₃〕を用いた長鎖アルキルシラ
ン変性シラノールオリゴマーを実施例１と同じ方
法で作り、同じ方法で製膜したそれぞれの配向制
御膜も300℃の熱処理温度まで、ZLI―1132の液
晶を垂直配向させた。

実施例 ６ 実施例１〜５で作製したそれぞれの溶液に、硝
化綿（旭化成社製HE2000）を重量１％添加し、
粘度を上げて、印刷法により配向制御膜を形成し
た。こうして作られた配向制御膜は300℃の熱処
理温度まで、ZLI―1132の液晶を垂直配向させ
た。

比較例 １ 実施例１〜５で示したそれぞれの長鎖アルキル
シランのみを用いて、回転塗布法で形成した配向
制御膜は均一な膜が得られず、150℃で１時間熱
処理した後では、ZLI―1132は垂直配向を示さな
かつた。

比較例 ２ 実施例１〜５で示したそれぞれの長鎖アルキル
シランに実施例６で示した硝化綿を重量１％添加
した溶液を、回転塗布法で形成した配向制御膜は
均一な膜が得られたが、150℃の熱処理後はZLI
―1132は垂直配向を示さなかつた。

以上の実施例、比較例からも明らかなように、
本発明になる配向制御膜は耐熱性が高く、均一な
膜が得られ、シール部を汚染させることなく、印
刷法によつて所望の個所のみに製膜でき、しかも
液晶表示素子にした場合、いずれも良好な垂直配
向を示した。

【図面の簡単な説明】

添付図面は液晶素子の断面図である。 １，１′：ガラス基板、２：シール材、３：液
晶層、４：スペーサ、５，５′透明電極、６，
６′：配向制御膜、７，７′：偏光板、８：反射
体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所望の表示パターンに従つた電極を有する二
   枚の透明なガラス基板の周辺をシール材でシール
   し、ガラス基板間に液晶を封入してなる液晶表示
   素子において、長鎖アルキル基含有シラン変性シ
   ラノールオリゴマーを含有する物質からなる配向
   制御膜を形成したことを特徴とする、液晶表示素
   子。 ２ 該変性シラノールオリゴマーを含有する物質
   が、長鎖アルキルシラン変性シラノールオリゴマ
   ーと、粘度調節剤との混合物である、特許請求の
   範囲第１項に記載の液晶表示素子。