(57)【要約】【課題】残留ＤＣ電圧が低く、画像の焼き付きが生じにくい液晶配向膜を提供する。【解決手段】残留ＤＣ電圧が低い液晶表示素子を得るために、少なくとも炭素元素及び水素原子を含有し非水性気相成膜法により形成された液晶配向膜について、ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルのピーク強度（２９３０ｃｍ−１）と＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルのピーク強度（７００ｃｍ−１）とを測定し、これらのピーク強度比ＣＨ結合／＝ＣＨ結合が０．５以下である液晶配向膜を選出するようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
残留ＤＣ電圧が低い液晶表示素子を得るために、少なくとも炭素元素及び水素原子を含有し非水性気相成膜法により形成された液晶配向膜について、２９３０ｃｍ−１におけるＣＨ結合の赤外吸収スペクトルのピーク強度と、７００ｃｍ−１における＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルのピーク強度とを測定し、これらのピーク強度比ＣＨ結合／＝ＣＨ結合が０．５以下である液晶配向膜を選出する液晶配向膜評価方法。
【請求項２】
ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルと＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルとのピーク強度比ＣＨ結合／＝ＣＨ結合が、０．１以下である液晶配向膜を選出する請求項１記載の液晶配向膜評価方法。
【請求項３】
少なくとも炭素元素及び水素原子を含有し非水性気相成膜法により形成された膜であって、
２９３０ｃｍ−１におけるＣＨ結合の赤外吸収スペクトルのピーク強度と、７００ｃｍ−１における＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルのピーク強度とのピーク強度比ＣＨ結合／＝ＣＨ結合が、０．５以下である液晶配向膜。
【請求項４】
非水性気相成膜法における成膜原料ガスとして、
炭化水素ガスと、窒素元素及び／又は酸素元素を構成元素として含む化合物のガスとの混合ガス、又は、
炭素元素、水素元素、並びに、窒素元素及び／又は酸素元素を構成元素として含む化合物のガス、を用いて形成された請求項３記載の液晶配向膜。
【請求項５】
非水性気相成膜法における成膜原料ガスとして、
炭化水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いて形成された請求項４記載の液晶配向膜。
【請求項６】
粒子線を照射することにより配向処理が施された請求項３、４又は５記載の液晶配向膜。
【請求項７】
２枚の液晶配向膜付基板間に液晶分子を挟んでなる液晶表示素子であって、前記液晶配向膜付基板の少なくともいずれか一方は、請求項６記載の液晶配向膜を備えたものである液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、残留ＤＣ電圧が低く、画像の焼き付きが生じにくい液晶配向膜及びその評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の液晶表示素子としては、ポリイミド等の有機系高分子化合物からなる液晶配向膜を備えたものが最も一般的に使用されている。
【０００３】
しかし、ポリイミド等の配向剤を用いて作製した液晶表示素子は、画面にある一定のパターンを表示し続けた場合に、パターンが消えにくくなるという現象（以下、画像の焼き付きという。）が発生し、問題となっている。画像の焼き付きは、液晶表示素子に印加する駆動波形が、直流成分を含んでいる場合にこれが蓄積して、電圧を除いても液晶表示素子の電極間に残ってしまう直流電圧（残留ＤＣ電圧）に関係しており、この問題の改善のために、残留ＤＣ電圧が低くなる液晶配向膜が求められている。
【０００４】
一方、炭素元素を含有する無機化合物からなる液晶配向膜も知られており、このような液晶配向膜はポリイミド等の有機系高分子化合物からなる液晶配向膜に比べて優れた化学的安定性を有している。
【０００５】
このような炭素元素を含有する無機化合物からなる液晶配向膜を製造する方法としては特許文献１及び特許文献２に開示されている方法が知られている。すなわち、特許文献１には、炭素を基板上に蒸着させながら、斜方からイオンビームを照射することにより、液晶配向膜の形成及びその配向処理を行なうことが記載されており、特許文献２には、蒸着やスパッタリング等の非水性気相成膜法により液晶配向膜を作製し、続いて、得られた液晶配向膜に対し真空室内で粒子ビームを斜方から照射し、配向処理を行なうことが記載されている。
【特許文献１】特開２００５−８４１４７
【特許文献２】特許３２２９２８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の方法により液晶配向膜が作製された液晶表示素子は、ポリイミド等の有機系高分子化合物からなる液晶配向膜を備えた従来の液晶表示素子と同様に、画像の焼き付き現象が生じるという問題を有する。
【０００７】
そこで本発明は、残留ＤＣ電圧が低く、画像の焼き付きが生じにくい液晶配向膜を提供すべく図ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鋭意検討の結果、少なくとも炭素元素及び水素元素を含有する無機化合物からなる液晶配向膜におけるＣＨ結合の赤外吸収スペクトルと＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルとのピーク強度比ＣＨ結合／＝ＣＨ結合と、当該液晶配向膜を備えた液晶表示素子の残留ＤＣ電圧との間には、相関関係があり、基本的な傾向として、当該ピーク強度比が小さい方が残留ＤＣ電圧も低いことを見出した。本発明はこの知見に基づき完成されたものである。
【０００９】
すなわち本発明に係る液晶配向膜評価方法は、残留ＤＣ電圧が低い液晶表示素子を得るために、少なくとも炭素元素及び水素原子を含有し非水性気相成膜法により形成された液晶配向膜について、２９３０ｃｍ−１におけるＣＨ結合の赤外吸収スペクトルのピーク強度と、７００ｃｍ−１における＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルのピーク強度とを測定し、これらのピーク強度比ＣＨ結合／＝ＣＨ結合が０．５以下である液晶配向膜を選出することを特徴とする。なお、本発明において、非水性気相成膜法とは、蒸着、スパッタリング、イオンビーム付着、化学気相成長（ＣＶＤ）等を含む乾式成膜法の総称を意味する。
【００１０】
このようなものであれば、ＣＨ結合（ＣＨ伸縮振動）の赤外吸収スペクトルと＝ＣＨ結合（ＨＣ＝ＣＨの振動）の赤外吸収スペクトルとのピーク強度比ＣＨ結合／＝ＣＨ結合を指標にして液晶配向膜を選出するので、液晶表示素子を組み立てる前に、組み立て後の液晶表示素子の残留ＤＣ電圧を予測することができ、同一の電界を印加し続けても、残留ＤＣ電圧が１〜０．６Ｖ以下の充分低い値であって、画像の焼き付きが生じ難い液晶表示素子を、高い歩留まりで生産することができる。
【００１１】
また、本発明では、ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルのピーク強度を２９３０ｃｍ−１において測定し、＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルのピーク強度を７００ｃｍ−１において測定するが、これらの波長においては、ＣＨ結合及び＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルのピークは他の結合や官能基等に由来するピークと重ならないので、２９３０ｃｍ−１及び７００ｃｍ−１を採用することにより精度の高い測定を行うことが可能となる。
【００１２】
本発明に係る液晶配向膜評価方法において、ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルと＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルとのピーク強度比ＣＨ結合／＝ＣＨ結合が、０．１以下である液晶配向膜を選出することが好ましい。
【００１３】
少なくとも炭素元素及び水素原子を含有し非水性気相成膜法により形成された膜であって、２９３０ｃｍ−１におけるＣＨ結合の赤外吸収スペクトルのピーク強度と、７００ｃｍ−１における＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルのピーク強度とのピーク強度比ＣＨ結合／＝ＣＨ結合が、０．５以下である液晶配向膜もまた本発明の１つである。
【００１４】
本発明に係る液晶配向膜は、非水性気相成膜法における成膜原料ガスとして、炭化水素ガスと、窒素元素及び／又は酸素元素を構成元素として含む化合物のガスとの混合ガス、又は、炭素元素、水素元素、並びに、窒素元素及び／又は酸素元素を構成元素として含む化合物のガス、を用いて形成されたものが好ましい。
【００１５】
なかでも、非水性気相成膜法における成膜原料ガスとして、炭化水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いて形成されたものがより好ましい。
【００１６】
本発明に係る液晶配向膜には、粒子線を照射することにより配向処理が施されることが好ましい。
【００１７】
２枚の液晶配向膜付基板間に液晶分子を挟んでなる液晶表示素子であって、前記液晶配向膜付基板の少なくともいずれか一方は、本発明に係る液晶配向膜を備えたものである液晶表示素子もまた、本発明の１つである。
【発明の効果】
【００１８】
このように本発明によれば、ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルと＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルとのピーク強度比ＣＨ結合／＝ＣＨ結合を指標として液晶配向膜を選別して、残留ＤＣ電圧が低く、画像の焼き付きが生じにくい液晶表示素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態に係る液晶表示素子１は、図１に示すように、液晶配向膜付基板２と、２枚の液晶配向膜付基板２に挟まれた液晶層３と、液晶層３中に分散されたスペーサ４と、を備えている。
【００２１】
以下に各部を説明する。液晶配向膜付基板２は、基板２１と、基板２１の表面に形成された透明電極膜２２と、透明電極膜２２の上に形成された液晶配向膜２３と、から構成されており、液晶配向膜２３は液晶層３と接している。
【００２２】
基板２１は、例えば、石英ガラス等のガラスやポリエチレンテレフタレート等のプラスチック材料等の光透過性、絶縁性及び機械的強度等を兼ね備えた材料からなるものが挙げられる。これらの中でも石英ガラス等からなるガラス基板が好ましい。これにより、そり、たわみ等の生じにくい、安定性に優れた液晶表示素子を得ることができる。
【００２３】
透明電極膜２２は、液晶層３に電圧を印加するためのものであり、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる。透明電極膜２２は、透明であるため、基板２１を通過してきた光を透過することができる。
【００２４】
液晶配向膜２３は、液晶層３中の液晶分子を液晶配向膜付基板２に対して所定の方向に配向させるための膜であり、透明電極膜２２間に電圧を印加していないときは、液晶分子は当該方向に配向している。
【００２５】
本実施形態における液晶配向膜２３は、少なくとも炭素元素及び水素原子を含有し非水性気相成膜法により形成された膜である。ここで、非水性気相成膜法とは、蒸着、スパッタリング、イオンビーム付着、化学気相成長（ＣＶＤ）等を含む乾式成膜法の総称である。
【００２６】
本実施形態における液晶配向膜２３は、成膜原料ガスとして、炭化水素ガスと、窒素元素及び／又は酸素元素を構成元素として含む化合物のガスとの混合ガスや、炭素元素、水素元素、並びに、窒素元素及び／又は酸素元素を構成元素として含む化合物のガス等を用いて、プラズマ強化化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により作製されたものであることが好ましい。
【００２７】
前記炭化水素としては、アルカン、アルケン及びアルキンのいずれであってもよく、アルカンとしては、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン等が挙げられ、アルケンとしては、例えば、エテン（エチレン）、プロペン、ｎ−ブテン等が挙げられ、アルキンとしては、例えば、アセチレン、プロピン、１−ブチン、２−ブチン等が挙げられる。これらの炭化水素は単独で用いても良く、併用しても良い。
【００２８】
前記窒素元素及び／又は酸素元素を構成元素として含む化合物としては、例えば、窒素、二酸化窒素、一酸化窒素、二酸化炭素、一酸化炭素等が挙げられる。これらの化合物は単独で用いても良く、併用しても良い。
【００２９】
前記炭素元素、水素元素、並びに、窒素元素及び／又は酸素元素を構成元素として含む化合物としては、ベンジルアルコール、アニリン等が挙げられ、これらの化合物は気化させることによって前記原料ガスとして使用することができる。
【００３０】
なお、窒素原子は、炭素原子との間にπ結合を効率よく作り出すことが報告されている（特許文献１）。また、配向膜表面のπ結合の配向が、液晶分子を配向させる役割を担っていると推測されている（SCIENCE 292 (2001) 2299-2302）。したがって、窒素原子の添加は、液晶分子の配向性を向上させると考えられる。一方、酸素原子は、炭素原子との間で不飽和結合を形成して、液晶配向膜の透明性をより向上させることができると考えられる。
【００３１】
これらのガスに更に水素ガスを添加して成膜原料ガスとして用いてもよい。
【００３２】
本実施形態における液晶配向膜２３は、ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルと＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルとのピーク強度比ＣＨ結合／＝ＣＨ結合を指標にして選出されたものであり、当該ピーク強度比が０．５以下であり、好ましくは０．１以下である。当該ピーク強度比が０．５以下であると、液晶配向膜２３を備えた液晶表示素子１の残留ＤＣ電圧が１〜０．６Ｖ以下の充分低い値となり、同一の電界を印加し続けても画像の焼き付きが生じ難くなる。これらのピーク強度は、例えば、フーリエ変換型赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いて測定され、ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルのピーク値は２９３０ｃｍ−１で測定され、＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルピーク値は７００ｃｍ−１で測定される。
【００３３】
残留ＤＣ電圧は、同一の電界が印加し続けられたために、その表示部位の液晶配向膜等に分極を生ずることが原因であり、液晶配向膜の極性が低い方が発生しにくいと考えられるが、残留ＤＣ電圧を制御するための極性の指標としてＣＨ結合の赤外吸収スペクトルと＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルとのピーク強度比ＣＨ結合／＝ＣＨ結合が適しているものと思われる。
【００３４】
このような液晶配向膜２３の厚さは、５〜１００ｎｍであるのが好ましく、５〜３０ｎｍであるのがより好ましい。５ｎｍ未満であると、配向処理時にプレチルト角を制御するのが困難となる場合があり、１００ｎｍを超えると、駆動電圧が高くなり、消費電力が大きくなる場合がある。液晶配向膜２３の光透過度は厚さに依存するので、この厚さの範囲内で各組成に応じた適切な厚さを選択すればよい。
【００３５】
本実施形態における液晶配向膜２３はイオンビームや原子ビーム等の粒子線を照射することにより配向処理が施される。このような配向処理を行なう粒子ビーム配向装置の１例としてイオンビームを照射するイオン配向装置１０を、図２を参照して説明する。
【００３６】
イオン配向装置１０は、図２に示すように、配向処理を施そうとする液晶配向膜付基板２を載置するための試料保持台１１と、配向膜に対してイオンビームＢＭを照射するイオン源１２と、を備えており、これらは真空ポンプ１３を備えた処理室１４内に設置されている。
【００３７】
イオン配向装置１０を用いて液晶配向膜２３に配向処理を施すには、真空ポンプ１３により処理室１４を真空状態になるよう減圧した状態で、イオン源１２にガス導入口１２１より希ガス等のガスを導入し、更に、イオン源１２に設けられたプラズマ生成用電源、イオン引出用電源、及び、電極等を用い（これらは図示しない。）、イオン源１２外にイオンを引き出し、試料保持台１１上に載置された液晶配向膜付基板２にイオンビームＢＭを照射して、液晶配向膜２３に配向処理を施す。
【００３８】
液晶層３は、主として液晶分子から構成されている。液晶層３を構成する液晶分子としては、ネマチック液晶、スメクチック液晶等に配列し得るものであれば特に限定されないが、ＴＮ型液晶パネルの場合、ネマチック液晶を形成するものが好ましく、例えば、フェニルシクロヘキサン誘導体、ビフェニル誘導体、ビフェニルシクロヘキサン誘導体、テルフェニル誘導体、フェニルエーテル誘導体、フェニルエステル誘導体、ビシクロヘキサン誘導体、アゾメチン誘導体、アゾキシ誘導体、ピリミジン誘導体、ジオキサン誘導体、キュバン誘導体等が挙げられる。更に、これらネマチック液晶分子にモノフルオロ基、ジフルオロ基、トリフルオロ基、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基等のフッ素系置換基が導入されていてもよい。
【００３９】
スペーサ４は、２枚の液晶配向膜付基板２間に空隙を形成して液晶層３の厚みを一定に保つものであり、樹脂組成物等からなるものである。
【００４０】
本実施形態に係る液晶表示素子１は、透明電極膜２２間に電圧を印加すると、電圧の大きさに従って液晶分子の配向の向きが変化して、液晶分子の配向の向きと図示しない偏光板とによって、液晶表示素子中を通過する光量を調節することができる。
【００４１】
このように構成した本実施形態によれば、液晶配向膜２３が、ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルと＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルとのピーク強度比ＣＨ結合／＝ＣＨ結合を指標にして選出されたものであるので、同一の電界を印加し続けても、残留ＤＣ電圧が１〜０．６Ｖ以下の充分低い値であり、画像の焼き付きが生じ難くなる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、液晶表示素子１を組み立てる前に、液晶配向膜２３のＣＨ結合の赤外吸収スペクトルと＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルとのピーク強度比ＣＨ結合／＝ＣＨ結合から、組み立てた後の液晶表示素子１の残留ＤＣ電圧を予測することができるので、画像の焼き付きが生じ難にくい液晶表示素子を高い歩留まりで生産することができる。
【実施例】
【００４３】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００４４】
小型のＰＥＣＶＤ（プラズマ強化化学気相成長）成膜装置と、中型のＰＥＣＶＤ成膜装置を用いて、表１に示す条件により、ＩＴＯ透明電極膜付ガラス基板上に液晶配向膜を形成した。なお、小型のＰＥＣＶＤ成膜装置としては、成膜室容積２４．３リットル、最大基板サイズ６インチφのものを、中型のＰＥＣＶＤ成膜装置としては、成膜室容積２６１．７リットル、最大基板サイズ４１０×５２０ｍｍのものを使用した。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
表１に記載の各原料ガスの成分ガス比を、「Ｎ２又はＣＯ２ガスの流量／（炭化水素ガスの流量＋Ｎ２又はＣＯ２ガスの流量）」が０、１／５、１／３、１／２となるように変化させて、ＩＴＯ透明電極膜付ガラス基板上に液晶配向膜を形成し、得られた液晶配向膜のＣＨ結合の赤外吸収スペクトルと＝ＣＨ結合の赤外吸収スペクトルとのピーク強度比（２９３０ｃｍ−１／７００ｃｍ−１）を、フーリエ変換型赤外分光計（ＦＴ−ＩＲ）を用いて測定した。
【００４７】
次いで、得られた液晶配向膜付ガラス基板２枚を、シール材を介して、配向膜の配向方向が９０°ねじれるように接合した。次いで、配向膜−配向膜間に形成された空隙部（セルギャップ５μｍ）の封入孔から液晶（メルク社製、ＺＬＩ４７９２）を空隙部内に注入し、封入孔を塞いで、ＴＮモードの液晶表示素子を作製した。
【００４８】
そして、得られた液晶表示素子に、ＤＣ  １０Ｖを２４０時間印加し、一旦液晶表示素子の両側の電極を短絡させて電位差を０Ｖとした後に、電極間の電位差をエレクトロメータで測定し、エレクトロメータ接続１０分後の電圧を、残留ＤＣ電圧として評価した。ピーク強度比（２９３０ｃｍ−１／７００ｃｍ−１）と残留ＤＣ電圧との値を表２に示し、これらの関係を示すグラフを図３に示した。
【００４９】
【表２】
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【００５０】
図３に示すように、ピーク強度比（２９３０ｃｍ−１／７００ｃｍ−１）と残留ＤＣ電圧との間には相関関係が見られ、ピーク強度比（２９３０ｃｍ−１／７００ｃｍ−１）が０．５以下であると、残留ＤＣ電圧が１Ｖ以下の充分低い値となり、画像の焼き付きが生じにくいことが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る液晶表示素子の模式的断面図。
【図２】同実施形態におけるイオン配向装置の概略構成図。
【図３】ピーク強度比（２９３０ｃｍ−１／７００ｃｍ−１）と残留ＤＣ電圧との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・液晶表示素子
２・・・液晶配向膜付ガラス基板
２１・・・基板
２２・・・透明電極膜
２３・・・液晶配向膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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