JP2809965B2 - 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ＴＦＴあるいはＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎ
ｓｕｌａｔｏｒ 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量基板を重ね合わせ、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】これら先願の方法では、液晶の熱光学効果
を利用して配向をさせている。つまり、液晶の相転移温
度以上に液晶材料を加熱して等方性の液体にした状態で
セルに注入し、その後徐冷して液晶状態に相転移させて
配向させるものである。

【０００８】これら先出願の方法では、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に制御す
ることができる。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】ところで、ＳＴＮ（スーパーツイステッド
ネマティック）型液晶表示装置において、ストライプド
メイン不良が発生し、表示コントラストや応答性の低下
などの表示特性の悪化をもたらすことがある。

【００１２】ストライプドメイン不良を防ぐには、ｄ／
ｐの制御が大切であることが知られている。例えば、図
５はツイスト角Φ（横軸）とｄ／ｐ（縦軸）の関係にお
いてストライプドメインの発生境界の一例を示す。図５
から、ストライプドメインを発生しないためには、ｄ／
ｐと液晶セルの所望のツイスト角Φの値の関係が特定の
領域である必要がある。

【００１３】具体的には、ピッチｐは長い（値が大き
い）ほうがストライプドメインは発生しにくい。また、
ＴＮ（ツイストネマティック）型液晶表示装置でも同様
に温度低下とともにピッチｐが短くなると欠陥が発生し
易く、極端な場合はさらに１８０°液晶分子がねじれる
ことがある。

【００１４】上記二つの先出願の方法を使って、液晶表
示装置を製造すると、液晶分子の配向状態は、用いたカ
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）での自然ピッチｐとセル厚ｄとにより決
まるツイスト配向をする。

【００１５】ツイスト角Φの液晶セルを作成したときの
Ｎ−Ｉ点でのｄ／ｐはΦ／３６０°になる。たとえば、
ツイスト角Φ＝２００°のＳＴＮ液晶セルの場合のＮ−
Ｉ点でのｄ／ｐは約０．５５になる。もし、温度上昇に
ともなってピッチｐが長くなる液晶を用いたとすると、
Ｎ−Ｉ点よりも低い室温付近でのｄ／ｐはΦ／３６０°
よりも大きくなってしまい、よりストライプドメインが
発生し易くなり不都合である。

【００１６】例えば、図１に種類の異なる液晶のピッチ
ｐの値の温度依存性をしめす。白丸でプロットした液晶
（Ｃ−１５）などは温度依存性が急峻であり、温度によ
りピッチｐが大きく変化することがわかる。このような
場合にはｄ／ｐの制御がかなり難しい。

【００１７】本発明は、ストライプドメインの発生を抑
制し、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。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の製造方法におい
ては、上記のピッチｐの温度依存性が負の傾向のものを
用いる。例えば、図１における黒丸あるいは黒四角でプ
ロットした特性を有する液晶のように温度上昇にともな
いピッチｐの値が短くなる傾向の液晶材料を選択する。

【００１９】本発明による液晶表示装置の製造方法にお
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有し、該ピッチの値が温度
上昇にともなって小さくなる傾向の特性を有する液晶材
料を用意し、前記液晶材料を相転移温度以上に加熱して
等方性の液体にしたもの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。

【００２０】

【作用】温度上昇にともなってピッチｐが短くなる液晶
を用いると、相転移温度よりも低い室温付近でのｄ／ｐ
の値はΦ／３６０°よりも小さくなり、ストライプドメ
インはより発生しにくくなる。

【００２１】

【実施例】図１は、５種類の液晶のピッチｐの温度依存
性の特性を示す。図１の白丸、白四角ならびに白四角に
×印でプロットした液晶材料（それぞれ、Ｃ−１５，Ｓ
−８１１，ＣＮである。）は温度上昇に伴いピッチｐが
長くなるために、室温でのピッチｐが短くなり欠陥が発
生し易い。

【００２２】図１の黒丸と黒四角でプロットした特性の
液晶では、温度依存性が負であり、温度上昇にともない
ピッチｐが短くなる特性を持つ。従って、Ｎ−Ｉ点より
も低い室温付近ではｄ／ｐはΦ／３６０°より小さくな
り、ストライプドメインは発生しにくくなる。

【００２３】図１の黒丸でプロットした特性の液晶はＳ
Ｔ−９（大日本インキ化学工業株式会社製）という名称
であり、黒四角でプロットした特性の液晶はＳＰＦ−４
００（大日本インキ化学工業株式会社製）という名称で
ある。いずれも、その化学構造を図２に示す。

【００２４】ストライプドメインに関しては、上述した
ようにｄ／ｐの値が小さい（あるいはピッチｐが長い）
方が発生しにくく、好ましいことになる。しかし一方、
ｄ／ｐの値が極端に小さい場合には、初期配向におい
て、所定のツイスト角より１８０°ツイストが足りなく
なる不良が発生しやすくなるという問題がある。つま
り、ｄ／ｐの値にも下限値が存在する。

【００２５】ツイストが足りなくなる不良は、ツイスト
パワーが所定のツイスト角より９０°以上不足する時に
発生するため、ｄ／ｐの下限値は、ｄ／ｐ＝Φ／３６０
─０．２５となる。

【００２６】従って、用いる液晶としては、温度上昇に
ともなってピッチｐが短くなり、また液晶表示装置の温
度がＮ−Ｉ点から装置の保存温度の下限値まで変化した
場合に、液晶のｄ／ｐの値の変化量が０．２５以下とな
るような温度特性を持つ液晶を使用することが好まし
い。

【００２７】図３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３は、スーパ
ーツイストネマチック型また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。ただし、スー
パーツイストネマチック型の場合には、ＴＦＴ素子は不
要である。

【００２８】図３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。

【００２９】図３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。

【００３０】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。

【００３１】次に図３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、ピ
ッチｐの温度依存性が図１のＳＴ−９あるいはＳＰＦ−
４００のような負の温度特性を持つものを使用する。ｄ
／ｐ＝Φ／３６０°の条件を満たす液晶セルの一対の基
板間隔ｄを設定して液晶セルを作成する。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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ｄ／ｐ＝０．７
５または０．２５（＝２７０／３６０または９０／３６
０）となるように調整するとツイスト角を２７０°また
は９０°にでき、ＳＴＮ型またはＴＮ型液晶表示装置が
できる。

【００３８】次に、図４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４
は、スーパーツイストネマチック型またはツイストネマ
チック型の液晶表示装置の製造方法の概念図である。た
だし、スーパーツイストネマチック型の場合には、ＴＦ
Ｔ素子は不要である。

【００３９】図４において図３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４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。

【００４０】図４の実施例において図３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と温度勾配を持たせる。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】このように温度勾配をつけることによっ
て、まずコモン電極基板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。

【００４４】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。

【００４５】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、０．１５＜ｄ／ｐ≦１．０となるような
条件を満たすピッチ角ｐの値はその液晶の相転移温度で
の値を採用すればよい。

【００４６】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。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。

【００４７】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。

【００４８】

【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、温度上昇にともないピッチ
ｐの値が短くなる傾向の液晶材料を使用することによ
り、室温付近において液晶のピッチが短くなってストラ
イプドメインが発生することがなくなり、表示特性を悪
化させることがない。

【００４９】さらに、上記特性に加え、液晶表示装置の
温度がＮ−Ｉ点から装置の保存温度の下限値まで変化し
た場合に、液晶のｄ／ｐの値の変化量が０．２５以下と
なるような温度特性を持つ液晶を使用することにより初
期配向時のツイスト角不足を避けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ネマチック液晶のカイラルピッチの温度依存特
性図である。

【図２】本発明で利用される液晶の化学構造を示す図で
ある。

【図３】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４】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。

【図５】セル厚ｄとピッチｐの比であるｄ／ｐと液晶セ
ルのツイスト角Φとをパラメータとするストライプドメ
インの発生状況を説明する特性図である。

【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 (5)

(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
   ピッチの値を有し、自然ピッチの値が温度上昇にともな
   って小さくなる傾向の特性を有する液晶材料を用意し、
   前記液晶材料を相転移温度以上に加熱して等方性の液体
   にしたもの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
   一対の基板の前記間隔を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】 前記液晶はさらに、前記間隔ｄと前記ピ
   ッチｐとの比であるｄ／ｐの値が、前記相転移温度にお
   ける値と前記液晶表示装置の保存温度の下限値での値の
   差が実質的に０．２５以下であるような温度特性を有す
   る請求項２記載の液晶表示装置の製造方法。
4. 【請求項４】 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にラビング処
   理を行う工程を有する請求項３記載の液晶表示装置の製
   造方法。
5. 【請求項５】 前記液体を徐冷する工程において、配向
   処理を施さない基板側の温度を配向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１〜４のいずれかに記載
   の液晶表示装置の製造方法。