JP2809964B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置の製造方法
に関し、特に、熱光学効果を利用して液晶分子の配向を
行うものにおいて、表示品質がより向上する液晶表示装
置の新規な製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ツイストネマチック型液晶の表示装置の
従来の製造方法は以下の通りである。まず、一方のガラ
ス基板の上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）あるいはＭＩ
Ｍ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）ダ
イオードのような駆動素子を形成する。さらに同基板に
信号ラインと走査ラインからなるマトリックス線ならび
に画素電極を形成し、それらを相互接続して一方のセル
基板を形成する。次に、もう一方のガラス基板に共通電
極を形成してもう一つのセル基板を作る。

【０００３】両セル基板の両方に配向膜をそれぞれ形成
し、ラビング処理を行う。両基板の配向膜の配向方向が
互いに９０°になるように位置合わせしてから両基板の
間にギャップ制御材を挟んで重ね合わせ、ネマチック液
晶を両基板間に注入した後、注入口を封止して完成す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の製造方法に
おいては、配向膜の形成のためのラビング処理の際に発
生する静電気によって、ＴＦＴあるいはＭＩＭダイオー
ドの電極間の短絡やライン間の断線あるいはＴＦＴ素子
自体の破壊や特性変化が発生して点欠陥やライン欠陥が
発生する場合があった。

【０００５】これは、ＴＦＴあるいはＭＩＭ素子の電極
間や信号ラインとゲートラインからなるマトリックスの
ライン間は２００〜６００ｎｍ程度の非常に薄い絶縁膜
で絶縁されているために静電気により絶縁破壊が発生し
易いことと、ＴＦＴ材料としてアモルファスシリコンや
ポリシリコン半導体を用いているために高電界が電極に
集中するとトランジスタ特性、たとえば閾値などが変化
してしまうことがその理由である。

【０００６】この問題を解決するために、本願出願人と
同一人による特許出願である特願平４−４７３２２号と
同じく特願平４−２３６６５２号では、液晶セルの一方
の基板の配向膜を無くした構造あるいは、積極的な配向
構造を持たない液晶セルの構造を提案している。

【０００７】これら先出願の発明では、配向膜形成のた
めのラビング処理が不要となるか、あるいはラビング処
理を静電気やゴミの影響の比較的少ない基板側のみに制
限することができる。

【０００８】これら先出願の発明の実施例において、例
えば液晶分子の配向方向が上下基板間で９０°ツイスト
（捩じれ）している、いわゆるツイスト角が９０°のツ
イストネマチック液晶表示素子（ＴＮ−ＬＣＤ）を製造
する場合、液晶セルの厚さｄと、液晶のカイラルピッチ
ｐの関係がｄ／ｐ＝Φ／３６０°＝０．２５となるよう
に調整している。なお、ΦはＴＮ液晶セルのツイスト角
（９０°）である。

【０００９】つまり、液晶セルのツイスト角Φとセル厚
ｄとによって規定されるカイラルピッチｐを持った液晶
を使用することによりツイスト角９０°のＴＮ−ＬＣＤ
を得ている。具体的にはネマチック液晶に調整された量
のカイラル剤を添加して上記の関係を満たす所望のカイ
ラルピッチｐを得ることが上記先出願に開示されてい
る。

【００１０】カイラル剤を液晶に添加してカイラルピッ
チを調整する際、室温を基準として行うのが一般的であ
ろうが、ここで問題があるのは、カイラルピッチが温度
依存性を持つということである。

【００１１】このことは、カイラルピッチの調整を室温
を基準として行った場合、この温度条件と異なる温度で
液晶セルに液晶材料を注入してセルを製造すると、所望
のカイラルピッチが得られる保証がないということを意
味する。

【００１２】所望のカイラルピッチｐが得られないこと
は、上記のカイラルピッチｐとセル厚ｄとツイスト角Φ
との関係式が満たされなくなることになり、設定したツ
イスト角Φが得られずに表示装置のコントラストの低下
などの表示特性が悪くなる原因となる。

【００１３】図１で、その実際の問題点について説明す
る。図１は温度に対する液晶のカイラルピッチｐの値の
変化の特性を示す。図１にはＡとＢの２種類の液晶材料
の自然カイラルピッチの特性が示されている。

【００１４】図１のＡで示す曲線は、ＴＦＴ−ＬＣＤ用
の液晶に、ＳＴＮ−ＬＣＤ用のカイラル剤を添加した場
合、Ｂで示す曲線はＴＦＴ−ＬＣＤ用の液晶にＴＮ−Ｌ
ＣＤ用のカイラル剤を添加した場合の温度特性の例であ
る。

【００１５】先に述べた先願の特願平４−４７３２２号
に記載したような液晶を相転移温度以上に加熱して等方
性の液体状態にして、空セルに注入し、その後セルを徐
冷して液晶を配向する方法で、実際に液晶セルを製造し
てみた。

【００１６】その場合、図１のＢで示す温度依存性を持
つカイラル液晶を使用し、室温条件（２５°Ｃ）でのカ
イラル液晶のカイラルピッチがｐ＝１０μｍであるの
で、所望の液晶セルのツイスト角を９０°と設定し、室
温条件下においてｄ／ｐ＝９０°／３６０°＝０．２５
の条件を満たす液晶セルの一対の基板間隔をｄ＝２．５
μｍと設定した。

【００１７】ところが、出来た液晶セルのツイスト角を
測定すると約４５°であった。つまり、室温条件下では
ｄ／ｐ＝９０°／３６０°＝０．２５の条件を満たして
９０°のツイスト角が得られるはずであったが、実際に
は４５°と設定値とは大きなずれが生じてしまった。

【００１８】これは、室温下でのカイラルピッチｐがツ
イスト角９０°を得る条件を満たしていたとしても、液
晶注入の際に相転移温度以上に液晶が加熱され、その際
にカイラルピッチｐの値が変化してしまったためである
と考えられる。

【００１９】本発明は、所望のツイスト角が正確に得ら
れ、表示品質の低下を防止できる液晶表示装置の製造方
法を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】一方、同じく図１のＢで
示す温度依存性を持つカイラル液晶を使用し、カイラル
液晶のネマティック─アイソトロピック相転移温度（Ｎ
−Ｉ点：９８°Ｃ）におけるカイラルピッチがｐ＝２０
μｍであるので、ｄ／ｐ＝９０°／３６０°＝０．２５
の条件を満たす液晶セルの一対の基板間隔をｄ＝５μｍ
と設定して液晶セルを作成した。この場合、所望の９０
°のツイスト角の液晶セルが得られた。

【００２１】これらの試験から、液晶セルのツイスト角
を決めるのは、使用する液晶のＮ−Ｉ点におけるピッチ
角が関与していることが判った。さらに、ひとたび液晶
をセルに注入してしまえば、その後の温度変化によって
ツイスト角が変化しないことが判った。

【００２２】本発明による液晶表示装置の製造方法おい
ては、液晶の自然ピッチを利用して界面の配向を得るも
のであって、一対の基板を所定間隔を保って対向配置さ
せる工程と、前記間隔と所望のツイスト角により規定さ
れる前記自然ピッチの値を液晶相への相転移温度におい
て有する液晶材料を用意し、前記相転移温度以上に加熱
した等方性の前記液晶材料の液体を前記両基板間に注入
する工程と、前記液体を徐冷しつつ等方性から液晶状態
に相転移させて前記液晶を配向せしめて所望の前記ツイ
スト角を得る工程とを有する。

【００２３】

【作用】液晶セルを構成する一対の基板間隔ｄと所望の
ツイスト角Φとにより規定される液晶の自然ピッチｐの
値がその液晶の相転移温度における値であるように設定
することで、液晶セルのツイスト角が設定される。従っ
て、液晶注入後の液晶セルの温度にはツイスト角は影響
されない。

【００２４】液晶分子の配向は熱光学効果を利用する。
すなわち、両基板間に上記ピッチ角とセル間隔ｄとを設
定した液晶材料を相転移温度（Ｎ−Ｉ温度）以上に加熱
した液体を注入すると液体の分子の方向はランダムであ
り液晶状態を示さず等方性の状態である。その後徐冷す
ることにより等方性から液晶状態に相転移し、その過程
で基板の配向方向にそって液晶分子が配向されていく。
その結果、ツイスト角Φの液晶表示装置が得られる。

【００２５】

【実施例】図２を参照して本発明による液晶表示装置の
製造方法の第１の実施例を説明する。図２はツイストネ
マチック型の液晶表示装置の製造方法の概念図である。

【００２６】図２において、透明ガラス基板１２の上に
は、ゲート信号に応じて画素部分に電界を与えるＴＦＴ
１４と、ＴＦＴ１４のソース，ドレイン，ゲートの各電
極ライン（図示せず）とＴＦＴ１４に接続された画素電
極１５とが形成される。このガラス基板１２上には配向
膜は形成されない。

【００２７】図２の他方の透明ガラス基板１３には、共
通電極１７が形成される。また共通電極１７の液晶層１
１と接する面の上には配向膜１８が形成され、ラビング
処理が行なわれて配向方向が与えられる。また図示しな
いカラーフィルタ層と、画素表示部以外での光透過を防
止してコントラストを向上させるためのブラックマスク
と呼ばれる遮光膜が形成される場合もある。

【００２８】以上の両基板は従来の基板製造技術によっ
て製作できる。ただし、基板の一方には配向膜が形成さ
れず、配向処理も行なわれない。次に、両基板１２，１
３を図示しないギャップ制御材を間に挟んで後で説明す
る所定の間隔ｄを保って対向配置させ、注入口１９を設
けて端部で両者が貼り合わされる。

【００２９】次に図２に示すように、容器１６に入った
液晶材料１１の中に注入口１９を浸け、両基板１２，１
３間に液晶材料１１を導入する。液晶材料１１はネマチ
ック液晶材料にカイラル分子を混合した液体であり、温
度依存性が図１のＡおよびＢのものを使用した。この場
合、ネマティック─アイソトロピック相転移温度（Ｎ−
Ｉ点：９８°Ｃ）におけるカイラルピッチがＡおよびＢ
のいずれの液晶もｐ＝２０μｍである。ｄ／ｐ＝９０°
／３６０°＝０．２５の条件を満たすように液晶セルの
一対の基板間隔をｄ＝５μｍと設定して液晶セルを作成
した。

【００３０】両側からヒータのような加熱装置２０，２
１によって液晶材料１１が加熱される。液晶材料の加熱
温度は液晶の相転移温度（Ｎ−Ｉ点）以上の温度にす
る。従って、液晶材料１１の液晶分子１０はその方向が
ランダムであり、等方性の状態である。

【００３１】液晶の温度制御は液晶材料１１中に温度検
知器を入れて温度をモニタしながらヒータ２０，２１の
電流量を調整するような温度制御技術が利用できる。温
度制御は手動でも自動でも可能である。

【００３２】加熱された液晶材料１１は毛細管現象によ
って注入口１９から両基板１２，１３間のギャップ部分
に注入される。この状態では液晶分子１０は等方性であ
り、配向されていない。なお、液晶材料１１の注入方法
はどのような方法でもよく、毛細管現象以外の方法で注
入してもよい。

【００３３】液晶材料を注入後、加熱装置２０，２１に
よる発熱量を低下させつつ、徐々に液晶材料１１を冷却
してゆく。冷却速度は０．１〜１０℃／分の範囲、例え
ば０．５℃／分となるように温度制御する。ネマチック
液晶の場合、冷却速度が速くても比較的均一に配向する
ことが判った。この速度で相転移温度（Ｎ−Ｉ点）まで
徐冷していくと、液晶材料１１は最初等方性（Ｉ）状態
であったものが、ネマチック液晶（Ｎ）状態に相転移し
ていく。

【００３４】徐冷過程において、ガラス基板１３の配向
膜１８付近の液晶分子１０は配向方向に並び、反対側の
ガラス基板１２近くの液晶分子１０は特に方向が定まら
ずにいる。ところが、冷却速度がゆっくりであるため
に、方向がばらばらであったガラス基板１２近くの液晶
分子も次第に配向方向に並んでいる液晶分子に揃うよう
に基板間の液晶分子すべてが配向されていく。

【００３５】また、液晶材料１１にはカイラルな分子が
混合されているために、冷却過程で液晶分子１０が一定
の方向にねじられ光軸方向に螺旋状構造をとるようにな
る。カイラル分子の混合量と基板間隔を調整するとねじ
れ角を９０°にでき、ＴＮ型液晶表示装置ができる。

【００３６】次に、図３を参照して本発明の液晶表示装
置の製造方法の第２の実施例について説明する。図３は
ツイストネマチック型の液晶表示装置の製造方法の概念
図である。

【００３７】図３において図２と同じ参照番号のものは
同じものを示す。従って、液晶表示装置の基板１２，１
３については基本的に同一である。また、液晶材料のピ
ッチ角ｐも第１の実施例と同様に相転移温度での値を使
用する。以下、図２の第１の実施例の製造方法と異なる
部分について説明をする。

【００３８】図３の実施例において図２の実施例と異な
る点は、共通電極１７が形成されたガラス基板１３側の
加熱装置２０が省略されている点である。この点を積極
的に利用して、第２の実施例においては液晶材料１１の
加熱後の冷却において両基板間に温度勾配を持たせる。

【００３９】第２の実施例においては、液晶材料１１を
転移温度点以上に加熱するまでは第１の実施例と同様で
ある。加熱装置２１が一方の側にしかないが、液晶表示
装置全体をＮ−Ｉ点以上に加熱すれば実質的相違は生じ
ない。その後、徐冷工程で、ガラス基板１２側とガラス
基板１３側との間で液晶材料１１に温度勾配をつけつつ
徐冷する。

【００４０】具体的には、共通電極１７が形成されたガ
ラス基板１３側の液晶温度にくらべ、ＴＦＴ１４が形成
されたガラス基板１２側の液晶温度を数℃〜十数℃程度
高く保ちつつ徐冷する。

【００４１】このように温度勾配をつけることによっ
て、まず共通電極基板１３側の液晶材料がＮ−Ｉ温度に
到達し、続いて徐々に基板１２側の液晶材料もＮ−Ｉ温
度に到達する。基板１３は配向構造を有するので、液晶
材料は基板１３側から徐々に配向しつつ、液晶状態にな
る。

【００４２】以上の実施例は特願平４−４７３２２号に
開示の液晶表示装置の製造方法に適用したが、特願平４
−２３６６５２号に開示のようないずれの基板にも積極
的な配向構造を持たない液晶表示装置の製造方法にも同
じように適用できる。

【００４３】たとえば、特願平４−２３６６５２号に開
示のようなマルチドメインの配向を利用する液晶表示素
子の場合では、０＜ｄ／ｐ＜０．７５となるような条件
を満たすピッチ角ｐの値としてその液晶の相転移温度で
の値を採用する。

【００４４】なお、実施例は９０°ツイスト角の場合と
したが、それ以外の角度に対しても本発明が有効である
ことはもちろんである。さらに、本発明は液晶の自然ピ
ッチを利用して界面の配向を利用する他の製造方法に対
しても有効である。

【００４５】また、本発明の製造方法は、単純マトリッ
クス液晶表示装置にも、アクティブマトリックス液晶表
示装置にもいずれにも適用できる。以上説明した実施例
の構成、材料、数値等はあくまでも例示であって、本発
明はこれらに限るものではなく、種々の変更や改良、組
み合わせ等ができることは当業者にとって自明であろ
う。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による液晶表
示装置の製造方法おいては、液晶セルを構成する一対の
基板間隔ｄと所望のツイスト角Φとにより規定される液
晶の自然ピッチｐの値がその液晶の相転移温度における
値であるように設定することで、液晶セルのツイスト角
が設定されてしまう。従って、液晶注入後の液晶セルの
温度にはツイスト角は影響されない。

【００４７】よって、所望のツイスト角を有する液晶表
示素子が得られるために、液晶のカイラルピッチの温度
依存性に起因するコントラスト等の特性低下が発生しな
い。これは、特に温度依存性の大きいカイラル液晶を用
いた場合に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で利用されるネマチック液晶のカイラル
ピッチの温度依存特性の例を示すグラフである。

【図２】本発明の第１の実施例による液晶表示装置の製
造方法を説明する図である。

【図３】本発明の第２の実施例による液晶表示装置の製
造方法を説明する図である。

【符号の説明】

１０ 液晶分子 １１ 液晶材料 １２，１３ ガラス基板 １４ ＴＦＴ １５ 画素電極 １６ 容器 １７ 共通電極 １８ 配向膜 １９ 液晶注入口 ２０，２１ 加熱装置

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶の自然ピッチを利用して界面の配向
   を得る液晶表示装置の製造方法であって、 一対の基板を所定間隔を保って対向配置させる工程と、 前記間隔と所望のツイスト角により規定される前記自然
   ピッチの値を等方相から液晶相への相転移温度において
   有する液晶材料を用意し、前記相転移温度以上に加熱し
   た等方性の前記液晶材料の液体を前記両基板間に注入す
   る工程と、 前記液体を徐冷しつつ等方性から液晶状態に相転移させ
   て前記液晶を配向せしめて所望の前記ツイスト角を得る
   工程とを有する液晶表示装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記液晶材料は、カイラルネマチック液
   晶を含み、該液晶材料のカイラルピッチをｐとし、前記
   一対の基板の所定間隔をｄとし、前記ツイスト角をΦと
   したとき、前記カイラルネマチック液晶材料の相転移温
   度においてｄ／ｐ＝Φ／３６０°の条件を満たすカイラ
   ルピッチｐを有する液晶材料である請求項１記載の液晶
   表示装置の製造方法。
3. 【請求項３】 さらに、前記一対の基板のうち一方の基
   板の電極の上に配向膜を形成して該配向膜のみにラビン
   グ処理を行う工程を有する請求項２記載の液晶表示装置
   の製造方法。
4. 【請求項４】 前記液体を徐冷する工程において、ラビ
   ング処理を施さない基板側の温度をラビング処理を施し
   た基板側の温度に対し所定の温度だけ高くなるよう温度
   勾配をつけて徐冷するようにした請求項３記載の液晶表
   示装置の製造方法。