(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板及び第２基板と、前記第１基板上に形成され、感光反応部及び感光非反応部を含むピラノース（pyranose）高分子からなる第１配向膜と、
前記第１基板と前記第２基板との間に形成された液晶層とを備え、前記第２基板上に第２配向膜が追加に形成されている液晶表示素子。
【請求項２】
請求項１において、前記第２配向膜を構成する物質が、ピラノース（pyranose）高分子、フラノース（furanose）高分子、PVCN（polyvinylcinnamate）、PSCN（polysiloxanecinnamate）、PVA（polyvinylalcohol）、ポリアミド（polyamide）,ポリイミド（polyimide）、ポリアミキサン（polyamic acid）及びSiO2からなる一群から選ばれることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】
請求項１において、前記液晶層を構成する液晶が、陽の誘電率異方性を有している液晶であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項４】
請求項１において、前記液晶層を構成する液晶が、陰の誘電率異方性を有している液晶であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項５】
請求項１において、前記第１配向膜及び第２配向膜の中、少なくとも一つの配向膜が、少なくとも両領域に分割され前記液晶層の液晶分子が、各領域上で互いに異なった配向特性を示すことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項６】
請求項１において、前記液晶層を構成する液晶が、前記第１基板或は第２基板の基板面に対して、平行に配向されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項７】
請求項１において、前記液晶層を構成する液晶が、前記第１基板或は第２基板の基板面に対して、垂直に配向されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項８】
請求項１において、前記液晶層を構成する液晶が、前記第１基板或は第２基板の基板面に対して、傾斜して配向されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項９】
請求項１において、前記液晶層を構成する液晶が、前記第１基板或は第２基板の基板面に対して、ツイスト配向されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１０】
請求項１において、前記液晶層を構成する液晶が、前記第１基板或は第２基板の中、いずれかの基板の基板面に対して水平に配向され、残り一つの基板の基板面に対して、垂直に配向されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１１】
請求項１において、前記ピラノース（pyranose）高分子が、感光反応部或は感光非反応部を含むことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１２】
請求項１１において、前記感光反応部が、シンナモイル（cinnamoyl）誘導体からなる一群から選ばれることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１３】
請求項１２において、前記シンナモイル（cinnamoyl）誘導体が、H,F,Cl,CN,CF3,OCF3,CnH2n+1,OCnH2n+1,C6H5,C6H4OCnH2n+1（ｎは１〜１０）を含有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１４】
請求項１１において、前記感光非反応部が、エステル（ester）誘導体からなる一群から選ばれることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１５】
請求項１４において、前記エステル（ester）誘導体が、
【化１】
0004005725.tif 000005
であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１６】
請求項１において、前記ピラノース(pyranose)高分子が
【化２】
0004005725.tif 000006
（X1及びX2はH,F,Cl,CH3,OCH3,k＝0〜1,YはH,F,Cl,CN,CF3,OCF3,CnH2n+1,OCnH2n+1,（n＝1〜10））であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１７】
請求項１６において、前記液晶配向膜が、一つのグルコピラノース(glucopyranose）環（ring）当り、０乃至２つの
【化３】
0004005725.tif 000007
を含有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１８】
請求項１において、前記ピラノース(pyranose)高分子が、セルロース４−フルオルシンナメイト（cellulose4-fluorocinnamate）であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１９】
第１基板及び第２基板と、前記第１基板上に形成され、感光反応部及び感光非反応部を含むフラノース（furanose）高分子からなる第１配向膜と、
前記第１基板と前記第２基板との間に形成された液晶層とを備え、前記第２基板上に第２配向膜が追加に形成されている液晶表示素子。
【請求項２０】
請求項１９において、前記第２配向膜を構成する物質が、ピラノース（pyranose）高分子、フラノース(furanose)高分子、PVCN（polyvinylcinnamate）、PSCN（polysiloxanecinnamate）、PVA(polyvinyalcohol)、ポリアミド（polyamide）ポリイミド（polyimide）、ポリアミキサン（polyamic acid）及びSiO2 (Silicondioxide)からなる一群から選ばれることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２１】
請求項１９において、前記液晶層を構成する液晶が、陽の誘電率異方性を有している液晶であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２２】
請求項１９において、前記液晶層を構成する液晶が、陰の誘電率異方性を有している液晶であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２３】
請求項１９において、前記第１配向膜及び第２配向膜の中、少なくとも一つの配向膜が、少なくとも両領域に分割され前記液晶層の液晶分子が、各領域上で互いに異なった配向特徴を示すことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２４】
請求項１９において、前記液晶層を構成する液晶が、前記第１基板或は第２基板の基板面に対して、平行に配向されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２５】
請求項１９において、前記液晶層を構成する液晶が、前記第１基板或は第２基板の基板面に対して、垂直に配向されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２６】
請求項１９において、前記液晶層を構成する液晶が、前記第１基板或は第２基板の基板面に対して、傾斜して配向されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２７】
請求項１９において、前記液晶層を構成する液晶が、前記第１基板或は第２基板の基板面に対して、ツイスト配向されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２８】
請求項１９において、前記液晶層を構成する液晶が、前記第１基板或は第２基板の中、いずれかの基板の基板面に対して水平に配向され、残り一つの基板の基板面に対して、垂直に配向されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２９】
請求項１９において、前記フラノース(furanose)高分子が、感光反応部或は感光非反応部を含むことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３０】
請求項２９において、前記感光反応部が、シンナモイル（cinnamoyl）誘導体からなる一群から選ばれることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３１】
請求項３０において、前記シンナモイル（cinnamoyl）誘導体が、H,F,Cl,CN,CF3,OCF3,CnH2n+1,OCnH2n+1,C6H5,C6H4OCnH2n+1（ｎは１〜１０）を含有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３２】
請求項２９において、前記感光非反応部が、エステル（ester）誘導体からなる一群から選ばれることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３３】
請求項３２において、前記エステル（ester）誘導体が、
【化４】
0004005725.tif 000008
であることを特徴とする液晶表示素子。
【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（liquid crystal display device ；LCD）に関するものであって、特に光反応性を有している造成物からなる液晶配向膜を包含する液晶表示素子に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に液晶は異方性（anisotropy）物質を包含している液体である。
【０００３】
液晶分子の長軸の平均方向をディレクター（director）と称するが、液晶内でのディレクターの分布は、基板上のアンカリングエネルギー（anchoring energy）により決められ、液晶の表面エネルギーとアンカリングエネルギーとの最少に相当するディレクター軸の方向により特徴される。そして、外部の電界のもとで液晶表示素子の作動により、ディレクターの再配列が成される。
【０００４】
液晶表示素子の基本単位は、二つの基板とその間の液晶とで構成される。
【０００５】
一般的に液晶表示素子にて均一な輝度（brightness）と高いコントラスト比（contrast ratio）を得るためには、セルでの液晶を均一に配向することが必須的である。液晶のモノドメインの平行配向を得るため、高分子物質を包含した種々の技術が提案されている。特に、ポリイミド、ポリシロキサンが、品質及び耐熱性がよいと知られている。高分子の上に、液晶セルのモノドメイン配向を得るための技術として、最も一般的な技術が高分子の表面に微細溝（microgrooves）を形成するものであって、これは強いアンカリング（anchoring）を有していて安定な平行配向を提供する。
【０００６】
前記技術をラビング方法（rubbing method）であると称し、前記ラビング法は、高分子をコーティングした基板を布で擦るといった簡単な方法にて大面積化と高速処理とが可能であって、工業的に広く利用されている方法である。
【０００７】
しかしながら、前記ラビング法は、いくつかの決定的な欠陥をもっている。
【０００８】
即ち、前記ラビング工程では、配向布と配向膜との摩擦強度によって、配向膜に形成される微細溝の形態が変わるので、液晶分子の配列が不均一となって位相歪曲（phase distortion）と光散乱（light scattering）とが発生する。さらに、高分子の表面をラビングすることによって発生する静電気（ESD, Electrostatic Discharge）は、アクティブマトリクス（active matrix）の液晶表示素子にゴミを発生させる原因となり、結果的に歩留りが低下され、基板が破損されることが生じる。さらに、各領域が異なって配向されるようにするため、局部的に選択された領域を配向することはその工程が極めて複雑である。
【０００９】
前記ラビング法の問題点を解決するため、提案された方法が光配向処理方法であって、液晶分子の配向は、光の照射による配向膜の光重合反応（photopolymerization）に起因する（A.Dyadyusha, V.Kozenkov et al., Ukr.Fiz.Zhurn., 36(1991)1059 ; W.M Gibbons et al., Nature, 351(1991)49 ; M.Schadt et al.,Jpn. J.Appl.Phys. . 31(1992)2155 ; T.Y.Marusii. Y.A.Reznikov, Mol, Mat. , 3(1993)161 ; EP0525478 ; US patent 5,538,823-Polyvinylfluorocinnamate patent ）。
【００１０】
前記光配向法は、光配向物質が塗布された基板に直線偏光された紫外線を照射して配向膜に配向方向を付与するものである。このような光配向法に用いられる光配向膜は、主にPVCN（polyvinylcinnamate）系の高分子であって、直線偏光された紫外線が照射されることによって、紫外線エネルギーにより高分子の間に発生するクロスリンキング（cross-linking）により、新に光重合された光配向膜となる。
【００１１】
前記光高分子の方向、即ち光配向膜の配向方向は線偏光された紫外線の偏光方向に対して、一定な方向を持つようになる。この光高分子の方向に従って光配向膜の配向方向が決められ、前記光配向膜に形成されるプレチルト角（pretilt angle）は、照射された紫外線の入射方向或は照射エネルギーによって変わるようになる。言い替えば、光配向膜に照射される紫外線の偏光方向と照射エネルギーによって、配向膜のプレチルト角の方向とプレチルト角とが決められる。
【００１２】
また、前記のように紫外線を用いて配向方向を付与する光配向においては、領域によって偏光板を一定の角度に回転して偏光方向を変えつつ、紫外線を照射して、配向方向が各々異なるドメインを形成してマルチドメイン（multi-domain）を作製する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この光配向法は広範囲な適用が不可能であるという種々の問題点を持っている。一番大きな問題は、前記配向膜を構成する光配向物質の低い感光性に因って異方性及び耐熱性が減少するということである。
【００１４】
配向膜の低い感光性に因り光照射の際には、時間（10分）がたくさんかかり、弱い異方性は配向膜のアンカリングエネルギー（anchoring energy）を弱くする。なお、液晶表示素子に液晶を注入する際、高温注入が必須的であるが、前記注入方法は、液晶の少ない耐熱性に因り基板上に痕跡効果（flowing traces）を発生させる原因となる。
【００１５】
さらに、液晶の配向不均一と液晶との作用に因る転傾（disclination）もやはり解決すべき課題として残っている。
【００１６】
本発明は、前記した従来技術の問題点を解決するためのものであって、優秀な耐熱性及び感光性を有している液晶配向膜を包含する液晶表示素子を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の液晶表示素子は、一対の対向する第１基板及び第２基板と、前記第１基板及び第２基板の中、少なくとも一つの基板に形成された配向膜と、そして前記第１基板と第２基板との間に形成された液晶層で構成される。
【００１８】
前記配向膜はピラノース（pyranose）高分子或はフラノース（furanose）高分子からなり、前記高分子等は感光反応部と感光非反応部とを包含する。前記感光反応部と感光非反応部は、一定の比率に構成され、言い替えれば、感光反応部或は感光非反応部の中、一つの成分のみで構成されるか、或は一つ以上の互いに異なる成分で構成されることもできる。
【００１９】
前記感光反応部はシンナモイル（cinnamoyl）誘導体であり、前記シンナモイル誘導体はH,F,Cl,CN,CF3,OCF3,CnH2n+1,OCnH2n+1,C6H5,C6H4OCnH2n+1(nは1〜10)を含有する。そして、前記感光非反応部は、エステル（ester）誘導体であり、その一つの例として
【００２０】
【化５】
0004005725.tif 000002
【００２１】
が挙げられる。
【００２２】
本発明の液晶配向膜の一実施例として、前記ピラノース高分子が
【００２３】
【化６】
0004005725.tif 000003
【００２４】
（X1及びX2はH,F,Cl,CH3,OCH3,  k＝0〜1, YはH,F,Cl,CN,CF3,OCF3,CnH2n+1,OCnH2n+1（ｎ＝1〜10））であることが挙げられる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付する図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
本発明の実施例による光配向物質は、光配向膜の感度を増加させ、この膜として液晶の耐熱性アンカリングを得るための光配向膜にセルロースシンナメイト（cellulosecinnamate ; CelCN）を用いる。CelCNのいくつかの他の形態は、多様な置換比率によるセルロース或はセルロースアセテイトとシンナモイルクロライド（cinnamoylchloride）との誘導体から得られる。
【００２７】
図１は、本発明の液晶配向膜において、一実施例によるCelCNの合成を示す図面である。CelCNは非活性の溶媒（chloroform,nitrobenzene,chlorobenzenなど）からセルロース或はセルロースアセテイトとシンナモイルクロライドとの誘導体が反応して合成される。反応の混合物をメタノール（methanol）にて稀釈及び濾過し、真空で乾燥した後、振動製粉機（vibrating mill）にて粉砕するとCelCNが得られる。
【００２８】
配向膜を塗布する方法は、次の三つの段階から成される。
【００２９】
高分子溶液を備える段階であって、高分子溶液はCHCl3溶媒を用いて備える。高分子の濃度は、各基板上の配向膜厚を決める。基板に約1μmの膜厚を形成するための10g/lのCelCN溶液を備える。
【００３０】
配向膜を塗布する段階は、CelCN溶液の滴をピペット（pipette）を用いて基板の中心におき、3000rpmの速度に回転する遠心分離機を用いて30秒間スピン−コーティング（spin-coating）する。生成された膜は、スピン−コーティングした後180℃で１時間の間プリベーキング（prebaking）する。
【００３１】
光照射する段階は、初期の等方性の高分子膜をλ＜365nm波長の偏光紫外線にて照射して異方性となるようにする。照射時間は５秒以上であり、紫外線の強度は、約５mW/cm2にする。
【００３２】
図２は、基板に前記図１のCelCNを塗布する実検装置の概略的構造を示す図面である。
【００３３】
図面に示したように前記実検装置は、基板（100）と、前記基板（100）上に、CelCNを塗布された光配向膜（50）と、前記光配向膜（50）に紫外線を照射するランプ（10）と、前記ランプ（10）から照射された光を偏光する偏光板（30）とで構成される。
【００３４】
前記ランプ（10）は、主に水銀（Hg）ランプであり、前記水銀ランプより平均電圧500Wに流れ出た光がレンズを通過し、前記偏光板（30）にて偏光されて、光配向膜（50）に5mW/cm2の強度で3〜60秒の間照射される。
【００３５】
CelCN高分子から得られた配向は、従来の光配向物質と比べてみると、さらに強いアンカリングエネルギーを有する。CelCN高分子及び他の代表的な光配向物質、即ち、ポリビニルフルオロシンナメイト（polyvinylfluorocinnamate ; PVCN-F）及びポリシロキサンシンナメイト（polysiloxanecinnamate ; PSCN）から得られるアンカリングエネルギーの値を測定した。
【００３６】
その結果であって、アンカリングエネルギーと他のCelCNとを表１に示した。
【００３７】
【表１】
0004005725.tif 000004
【００３８】
CelCNの熱安定性を測定するため、光学及び電気光学装置を用いて配向膜の特性を測定した。まず、電気光学応答、直交及び平行偏光子の間でのセル透過率の比率、配向された膜のアンカリングエネルギーと表面密度は、CelCN層が包含されたTN（twisted nematic）セルで測定した。前記セルは、約120℃の温度で加熱し、この温度で４時間の間保持した。このセルを、常温で冷却した後でも、前記特性等が変わらないことを分かることができた。
【００３９】
本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。この例等は、ただ例証のためのものだけであり、本発明が以下にふれる条件、物質或は装置に限られることではない。
【００４０】
（実施例）：４−フルオロケイヒ酸（4-fluorocinnamic acid）の合成
0.1molの４−フルオロベンゼンアルデヒド（4-fluorobenzaldehyde）、0.15molのマロン酸（malonic acid）及び0.1mlのピペリジン（piperidine）混合物をピリジン（pyridine）30mlに入れて10時間の間加熱した後、冷却し、10％の塩酸150mlに処理する。その沈澱物は濾過し、エタノール（ethanol）に結晶化させる。歩留りは68％であり、融解点（m.p.）は211℃である。
【００４１】
前記と同一な方法で、３−Fluorocinnamic acid 、２−Fluorocinnamic acid 、３−Chlorocinnamic acid 、２−Methylcinnamic acid 、４−Chlorocinnamic acid 、４−Phenylcinnamic acid、４−Methoxycinnamic acid 、４−Pentoxycinnamic acid 、4-Heptyloxycinnamic acid、4-Nonyloxycinnamic acid、4-(4-Pentoxyphenyl)cinnamic acid、4-Trifluoromethoxycinnamic acid、4-Trifluoromethylcinnamic acid , 4-Pentylcinnamic acid , 4-Methoxy-3-fluorocinnamic acid などの化合物が得られる。
【００４２】
（実施例２）：セルロースシンナメイト（cellulose cinnamate）の合成
0.05molのシンナモイルクロライド（cinnamoyl chloride）（シンナム酸（cinnamic acid）、通量のThionylchloride及び触媒dimethylformamideから得られる）、0.01molのセルロース及び0.04molのピリジン（pyridine）混合物を20mlのニトロベンゼン（nitrobenzene）に入れて、120℃で24時間の間加熱した後、冷却し、メタノールに稀釈する。その生成物は濾過し、メタノール及び水で洗浄し、真空で乾燥した後、振動製粉機（vibrating mill）で粉砕する。最終の歩留りは約65〜92％である。生成物は薄膜クロマトグラフィー（TLC ; thin film chromatography）の結果からケイヒ酸（cinnamic acid）が残っていないことを確認する。
【００４３】
（実施例３）：セルロースアセテイトシンナメイト（cellulose acetate cinnamate）の合成
0.03molのシンナモイルクロライド(cinnamoyl chloride)（ケイヒ酸(cinnamic acid)、通量のThionylchloride及び触媒dimethylformamideから得られる）、0.01molのセルロースアセテイト及び0.03molのピリジン（pyridine）混合物を20mlのクロロホルムに入れて24時間の間加熱した後、冷却し、メタノールに稀釈する。その生成物は濾過し、メタノール及び水で洗浄し、真空で乾燥した後、振動製粉機（vibrating mill）で粉砕する。最終歩留りは、約65〜92％である。生成物は薄膜クロマトグラフィー（TLC; thin film chromatography）の結果からケイヒ酸（cinnamic acid）が残っていないことを確認する。
【００４４】
本発明の液晶表示素子は、図３に示したように、第１基板（100）及び第２基板（101）と、前記第１基板上に形成された薄膜トランジスター（Thin Film Transistor ; TFT）（70）と、前記薄膜トランジスターと第１基板の全体にわたって形成された第１配向膜（50）と、前記第２基板（101）上に形成された第２配向膜（51）と、前記第１基板と第２基板との間に注入された液晶層（90）で構成される。
【００４５】
前記第１配向膜（50）及び／或は第２配向膜（51）は、ピラノース高分子或はフラノース高分子からなり、その一例として前記図１に示したCelCNが挙げられるし、前記CelCNは非常に短い照射時間であっても、よい特性を有する均一配向を提供し、3秒の照射であっても安定な配向が得られる。
【００４６】
前記ピラノース高分子及びフラノース高分子は、感光反応部と感光非反応部とを含有し、前記感光反応部と感光非反応部は、一定な比率で構成される。
【００４７】
言い替えれば、感光反応部或は感光非反応部の中、一つの成分のみで構成されるか、或は一つ以上の互いに異なる成分で構成されることもできる。
【００４８】
従って、前記第１配向膜及び／或は第２配向膜に、光を少なくとも１回照射して、配向方向（alignment direction or pretilt angle direction）及びプレチルト角（pretilt angle）を同時に決定する。
【００４９】
このような、光配向に用いられる光は紫外線領域の光が適宜であり、非偏光、線偏光、及び部分偏光された光の中で、どのような光を用いてもよい。
【００５０】
前記第１基板及び第２基板の中、いずれかの一つの基板を前記方法で配向処理し、残り一つの基板は配向処理をしなくてもよく、処理するなら配向膜を構成する配向物質として、ポリアミド（polyamide）或はポリイミド（polyimide）系の化合物などの物質で構成してラビング配向することができる。
【００５１】
なお、前記配向膜を光反応性のある物質、即ち、PVCN（polyvinylcinnamate）或はPSCN（polysiloxanecinnamate）系の化合物などの物質で構成して光配向することも可能である。
【００５２】
そして、前記液晶層（90）において、液晶層を構成する液晶分子の長軸が、前記第１基板及び第２基板の基板面に対して、平行に配向される平行配向（homogeneous alignment）、或は垂直に配向される垂直配向（homeotropic alignment）が可能であり、前記第１基板或は第２基板の基板面に対して、特定の角度で傾斜し、配向されるティルト配向（tilted alignment）や、捩れて配向されるツイスト配向（twisted alignment）、第１基板或は第２基板の中、いずれかの一つの基板の基板面に対して水平に配向され、残り一つの基板の基板面に対して垂直に配向されるハイブリッド配向（hybrid alignment）など、どのような形態の配向及びモードでも適用可能である。
【００５３】
この際、本発明の液晶表示素子は、前記第１配向膜及び／或は第２配向膜を、二つ以上の領域に分割して２ドメインの液晶表示素子、４ドメインの液晶表示素子などのマルチドメインの液晶表示素子が具現できる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の液晶表示素子は、光配向の特性を有している作用基を含有した物質から配向膜を形成することによって、優秀な耐熱性を有しており、従って液晶表示素子の製造の際、常温で液晶の注入が可能であり、従来技術での痕跡効果が生じないという効果がある。
【００５５】
また、前記液晶配向膜が著しい感光性と粘着性及び強いアンカリングエネルギーをもつので、液晶を効果的に配向でき、液晶の配向安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の液晶配向膜において、一実施例によるセルロースシンナメイト（cellulosecinnamate；CelCN）の合成を示す図面。
【図２】  図２は、基板に前記した図１のCelCNを塗布する実検装置の概略的構造を示す図面。
【図３】  図３は、本発明の液晶配向膜を採用した液晶表示素子の断面図。
【符号の説明】
１０  ランプ
３０  偏光板
５０  第１配向膜
５１  第２配向膜
７０  薄膜トランジスター
９０  液晶層
１００  第１基板
１０１  第２基板
【図１】
0004005725.tif 000009
【図２】
0004005725.tif 000010
【図３】
0004005725.tif 000011