JP2681267B2 - 液晶素子の製造方法 - Google Patents

液晶素子の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、液晶表示素子や液晶−光シャッタアレイ等
に適用する液晶素子の製造方法に関し、詳しくは液晶分
子の初期配向状態を改善することにより、表示ならびに
駆動特性を改善した強誘電性液晶素子の製造方法に関す
る。 [従来の技術] 従来の液晶素子としては、例えばエム.シャット(M.
Schadt)とダブリュー.ヘルフリッヒ(W.Helfrich)著
“アプライド・フィジックス・レターズ”(“Applied
Physics Letters")第18巻、第4号(1971年2月15日発
行)、第127頁〜128頁の“ボルテージ・ディペンダント
・オプティカル・アクティビティー・オブ・ア・ツイス
テッド・ネマチック・リキッド・クリスタル(“Voltag
e Dependent Optical Activity of a Twisted Nematic
Liquid Crystal")に示されたツイステッド・ネマチッ
ク(twisted nematic)液晶を用いたものが知られてい
る。このTN型液晶は、画素密度を高くしたマトリクス電
極構造を用いた時分割駆動の際に、クロストークを発生
する問題点があるため、画素数が制限されていた。 また、各画素にトランジスタによるスイッチング素子
を接続し、画素毎をスイッチングする方式の表示素子が
知られているが、基板上に薄膜トランジスタを形成する
工程が極めて繁雑な上、大面積の表示素子を作成するこ
とが難しい問題点がある。 このような従来型の液晶素子の欠点を改善するものと
して、双安定性を有する液晶素子の使用がクラーク(Cl
ark)及びラガウォール(Lagerwall)の両者により提案
されている(特開昭56−107216号公報、米国特許第4,36
7,924号明細書等)。双安定性を有する液晶としては、
一般に、カイラルスメクティックC相(SmC)又はH
相(SmH)を有する強誘電性液晶が用いられる。この
液晶の膜厚は強誘電性液晶の螺旋構造が解除されるのに
充分小さく保たれ、このため電界に対して第1の光学的
安定状態と第2の光学的安定状態からなる双安定性をも
つことになる。このため、前述のTN型液晶で用いられた
光学変調素子とは異なり、例えば一方の電界ベクトルに
対して第1の光学的安定状態に液晶が配向し、他方の電
界ベクトルに対しては第2の光学的安定状態に液晶が配
向される。 [発明が解決しようとする問題点] 前述の双安定性を有する液晶を用いた光学変調素子が
所定の駆動特性を発揮するためには、一対の平行基板間
に配置される液晶が、2つの安定配向状態間での変換が
効果的に起こるような分子配列状態にあることが必要で
ある。 しかしながら、前述したような螺旋構造が解除されて
双安定性が付与されたカイラルスメクチック液晶素子
は、その素子を作成する上で極めて難かしい問題が存在
している。すなわち、本発明者からの研究から、強誘電
性液晶は前述の双安定性を実現することが非常に難かし
い。本発明者らのさらなる研究から、液晶セルに強誘電
性液晶を注入する際の液晶の進行方向と一軸性配向処理
(ラビング処理、斜方蒸着など)と方向との間の角度
が、液晶の双安定性と密接な関係があり、それらが互に
垂直な時に最も双安定性を有する液晶素子が実現できる
ことが判明した。 従って、本発明の目的は上述した事情に鑑み高速応答
性、高密度画素と大面積を有する表示素子あるいは高速
度のシャッタースピードを有する光学シャッター等とし
て強誘電性結晶を使用した光学変調素子において、従来
問題であった双安定性を改善することにより、その特性
を充分に発揮させ得る液晶素子を提供することにある。 [問題点を解決するための手段] 即ち、本発明は、透明電極が形成され、かつ少なくと
も一方の基板に一軸性配向処理がなされた配向制御膜を
有する一対の基板間にカイラルスメクチック液晶が挟持
されてなるセル構造の液晶素子の製造方法において、前
記セル構造の一辺に配向制御膜の一軸性配向処理方向に
配列して設けられた複数の注入部から、液晶の注入波面
が、前記注入部が設けられた辺の長手方向の全長に亘っ
て該辺と平行又は略平行に進行する状態を維持し、液晶
注入方向と配向制御膜の一軸性配向処理方向が垂直或い
は略垂直となる状態で、セル構造内にカイラルスメクチ
ック液晶を注入することを特徴とする液晶素子の製造方
法である。 以下、本発明を詳細に説明する。 第1図は本発明の方法により製造された強誘電性液晶
の1例を示す説明図である。同第1図において、本発明
の液晶素子の製造方法はガラス基板1の上にストライプ
状の透明電極5を形成し、該透明電極の上に高分子物質
の被膜からなる一軸性配向処理が施された配向制御膜を
形成し、一軸性配向処理方向が平行または略平行になる
様に対向せしめた一対の平行基板間にスペーサーを介在
せしめ、かつ前記一対の透明電極を組合わせてマトリク
ス状に形成して接着剤層4を設けて固着した液晶セル3
に、強誘電性液晶を複数の注入部に相当する前記ガラス
基板1の一方に設けた複数の注入孔2より注入する工程
において、注入孔2を配向制御膜の一軸性配向処理方向
7の垂直軸8上に設けることによって、液晶の進行方向
6と配向制御膜の一軸性配向処理方向7が垂直または略
垂直になる状態を維持し、かつ液晶の注入波面9が、前
記注入部2が設けられた辺10の長手方向の全長に亘って
該辺10と平行又は略平行に進行する状態を維持しながら
注入を行い、双安定性を有する液晶素子を得る方法であ
る。 本発明において、液晶セルに強誘電性液晶を注入する
には、液晶セルを真空容器に収容し、排気して真空下に
おいて加熱しながら液晶セルの注入孔に液晶を接触させ
る。加熱は液晶の粘性を低くして注入速度を速めるため
に行う。次いで、液晶セルを大気圧にもどして加圧する
ことよりセル内外の圧力差により注入を行う。 本発明において、強誘電性液晶は等方相(液体)まで
昇温してセルに注入し、注入後降温してSmC相にす
る。 本発明において、強誘電性液晶は特に限定することな
く、通常使用されている広範囲のものを使用することが
できる。 また、配向制御膜は基板上に被覆した高分子物質の被
膜をテレン布等によりラビング処理するか、または斜方
蒸着等により一軸性配向処理を施すことにより形成する
ことができる。 本発明において配向制御膜の一軸性配向処理方向と液
晶の注入方向は垂直又は垂直又は略垂直であることを要
する。尚、垂直または略垂直とは配向制御膜の一軸性配
向処理により形成された一軸性配向軸の方向と液晶が液
晶セル中に注入して行く進行方向が直交または略直交し
ていることを意味する。 [作用] 本発明は、前述したように液晶の注入方向と一軸性配
向処理の方向との関係が双安定性に関連があることに着
目してなされたものであり、複数の注入部(例えば複数
の注入孔)を配向制御膜の一軸性配向処理方向の垂直軸
上に設け、液晶の注入方向と配向制御膜の一軸性配向処
理方向が垂直または略垂直に設定され、かつ液晶の注入
波面が、前記注入部が設けられた辺の長手方向の全長に
亘って該辺と平行又は略平行に設定されることにより、
双安定性を改善することができる。 [実施例] 以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明す
る。 尚、本実施例において強誘電性液晶材料としては、以
下の2成分の液晶を使用した。 液晶材料 実施例1 第1図に示す構成の液晶セルを使用して実験を行っ
た。 液晶セルは、断面図に見ると層構造をなしており、ガ
ラス基板/透明電極/ポリイミド膜/液晶/ポリイミド
膜/透明電極/ガラス基板の構成からなる。透明電極は
インジウム−ティン−オキサイドを1000Åの層厚で形成
し、100μmピッチで幅80μmのストライプ状スペーサ
ーをフォトエッチングにより形成した。上下基板では、
そのストライプ状スペーサーを直交させ、マトリクス電
極群からなるマトリクス構造にした。 ポリイミド配向膜はポリイミド形成液(日立化成工業
(株)製、PIQ)を700Åの層厚で形成し、焼成後、テレ
ン布によりラビング処理した。ラビング方向は第1図に
記載した基板の長手方向と垂直であり、液晶注入方向と
垂直である。 液晶の層厚は2.0μmでほぼ均一に保たれるように、
2.0μmのアルミナスペーサーを基板上に散布して、二
枚の基板を接着剤によりはり合せ、一枚の基板の端に6
個の注入孔を設けた。 液晶の注入は、液晶セルを真空容器に収容し、前記2
成分液晶が等方相になる温度(約75℃)まで昇温し、か
つ液晶セル内を脱気するため、排気してセルの雰囲気を
真空下にする。この状態で液晶を前記液晶セルの注入孔
に接触させる。その後、液晶セルの雰囲気を大気圧にも
どしてセル内外に生じた圧力差により注入が促進させ
る。この際、液晶の注入方向とラビング処理による一軸
性配向処理方向が垂直になるように注入を行った。 液晶の注入が完了し、注入孔を封止後、直交ニコル下
の顕微鏡観察により欠陥のない良質なモノドメインが得
られていることが判明した。また電極にパルス電界を加
え、安定状態間の転移を行ったが、1msecで5Vの電圧で
スイッチングが行われ、コントラスト比は1:10であっ
た。以上のように良好な双安定性を実現することができ
た。 比較例1 前記実施例1におけるラビング方向を、基板端面に対
して45゜にする以外はセル構成・作成工程を同様にして
対象実験を行った。 このセルを直交ニコルの顕微鏡下で観察すると、モノ
ドメインは得られず、明部と暗部が連続的に変化するテ
クスチャーが随所に観察された。これはスメクチック液
晶の層構造が一様に形成されず、波状に形成された液晶
の分子軸方向を反映ている。 次に、上記セルの電極に1msec、5Vのパルス電界を加
えたところ、電界印加にもかかわらずスイッチングしな
い領域がセル全体の面積の4割程度存在していた。この
結果より比較例では良好な双安定性が実現されていない
ことがわかる。 [発明の効果] 以上説明した様に本発明の液晶素子の製造方法は、液
晶セルへの液晶の注入を、液晶の進行方向と配向制御膜
の一軸性配向処理方向が垂直または略垂直状態にて行う
ので、双安定性が改善された液晶素子を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の方法により製造された液晶素子の1例
を示す説明図である。 1……基板、2……注入孔 3……液晶セル、4……接着剤層 5……透明電極、6……液晶注入方向 7……一軸性配向処理方向 8……一軸性配向処理方向の垂直軸、9……液晶の注入
波面、10……辺

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.透明電極が形成され、かつ少なくとも一方の基板に
    一軸性配向処理がなされた配向制御膜を有する一対の基
    板間にカイラルスメクチック液晶が挟持されてなるセル
    構造の液晶素子の製造方法において、前記セル構造の一
    辺に配向制御膜の1軸性配向処理方向に配列して設けら
    れた複数の注入部から、液晶の注入波面が、前記注入部
    が設けられた辺の長手方向の全長に亘って該辺と平行又
    は略平行に進行する状態を維持し、液晶注入方向と配向
    制御膜の一軸性配向処理方向が垂直或いは略垂直となる
    状態で、セル構造内にカイラルスメクチック液晶を注入
    することを特徴とする液晶素子の製造方法。 2.前記一軸性配向処理がラビング処理である特許請求
    の範囲第1項記載の液晶素子の製造方法。 3.前記一軸性配向処理が斜方蒸着により形成された膜
    である特許請求の範囲第1項記載の液晶素子の製造方
    法。 4.前記カイラルスメクチック液晶の注入を真空及び加
    熱下において注入部にカイラルスメクチック液晶を接触
    させた後、液晶セルを大気圧にもどして加圧することに
    より行なう特許請求の範囲第1項記載の液晶素子の製造
    方法。 5.基板に形成した配向制御膜の一軸性配向処理方向が
    平行または略平行になる様に対向せしめた一対の基板を
    有する液晶セルにカイラルスメクチック液晶を注入する
    特許請求の範囲第1項記載の液晶素子の製造方法。
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