JP2906561B2 - 液晶素子の製造方法および液晶素子の製造装置 - Google Patents

液晶素子の製造方法および液晶素子の製造装置

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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はスメクチック液晶を用いた液晶素子の製造方
法および液晶素子の製造装置に関する。
「従来の技術」 スメクチック液晶は高い粘度を有するため、そのまま
では基板間の狭い間隙に充填し配向させることは困難で
ある。そこで従来は、液晶材料を高温に加熱し等方相な
どにして粘度を低下させたものを充填し、その後、素子
全体を徐々に冷却してスメクチック相に転移させること
が行われていた。
「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、液晶材料には等方相からスメクチック
相に相転移する際に体積が大きく収縮するものがある。
たとえば、MHPOBC[4−(1−メチル・ヘプチル・オキ
シ・カルボニル)フェニル4′オクチル・オキシ・ビフ
ェニル−4−カルボキシレート]では等方相とスメクチ
ックA相との転移点で体積が約5%収縮する。スメクチ
ック相の層構造は弾性的であるため、この体積の減少を
緩和できない。
このため、素子全体を一様に徐冷した場合、液晶材料
の相転移に伴う体積の急激な収縮が素子内でランダムに
発生し、その収縮に起因して液晶材料の存在しない線状
の欠陥が発生することがあるという問題点があった。こ
の線状欠陥の部分は表示を行うことができないため、液
晶素子の表示品位が著しく低下するという問題をもたら
す。
本発明は上記の問題点を解決するためなされたもので
あり、その目的とするところは、液晶材料の収縮に起因
する線状欠陥の生じない液晶素子の製造方法およびその
ような製造方法に適した液晶素子の製造装置を提供する
ことにある。
「課題を解決するための手段」 上記の目的を達成するため、請求項1記載の発明で
は、電極を形成した一対の基板間にスメクチック液晶を
挟持した液晶素子の製造方法において、液晶材料をスメ
クチック相以外の相を示す温度に加熱し一対の基板間に
充填する工程と、次に、その液晶材料が充填された素子
に所定の場所的な温度勾配を連続的に与えながら素子を
徐冷し、最終的に素子のすべての場所の温度がスメクチ
ック相になる転移温度以下になるまで徐冷する工程と、
を備えることを特徴とする液晶素子の製造方法が提供さ
れる。
また、請求項2記載の発明では、請求項1記載の製造
方法において、液晶材料が充填された液晶素子の対向す
る辺で囲まれた所定の領域内から外部に向かって場所的
な温度勾配を連続的に与えながら液晶素子を徐冷するこ
とを特徴とした液晶素子の製造方法が提供される。
また、請求項3記載の発明では、請求項2記載の製造
方法において、液晶素子の前記徐冷により、スメクチッ
ク相への相転移に伴う体積減少の最終部が液晶素子の辺
部に配置されることを特徴とした液晶素子の製造方法が
提供される。
また、請求項4記載の発明では、電極を形成した一対
の基板間にスメクチック液晶を挟持した液晶素子の製造
方法において、液晶材料をスメクチック相以外の相を示
す温度に加熱し、一対の基板間に該液晶材料を充填する
工程と、液晶材料が充填された液晶素子の対向する辺で
囲まれた所定の領域内から外部に向かって場所的な温度
勾配を与えながら液晶素子を徐冷する工程と、を備える
ことを特徴とする液晶素子の製造方法が提供される。
また、請求項5記載の発明では、請求項4記載の製造
方法において、液晶素子の前記徐冷により、スメクチッ
ク相への相転移に伴う体積減少の最終部が液晶素子の辺
部に配置されることを特徴とした液晶素子の製造方法が
提供される。
また、請求項6記載の発明は、液晶セルが載置され、
該液晶セルに温度勾配を付与するプレートヒータと、該
プレートヒータ及び該液晶セルが配置され、雰囲気温度
を徐々に降温させるよう制御される一つの炉室を有する
炉と、該液晶セルを該プレートヒータに載置し、且つ該
液晶セルに該プレートヒータによって該温度勾配を付与
した状態で該炉室の温度を徐々に降温させるようにした
ことを特徴とする液晶素子の製造装置を提供するもので
ある。
「作用」 上記請求項1ないし請求項5記載の製造方法によれ
ば、素子に場所的な温度勾配を与えながら徐冷されるた
め、素子全体が一様にスメクチック相への転移温度を通
過するのではなく、転移温度となる位置が場所的に移動
しながら徐冷される。このため、徐冷中に素子内に充填
された液晶材料がスメクチック相以外の相(たとえば、
等方相,ネマチック相,カイラルネマチック相など)か
らスメクチック相に相転移を発生する境界位置が前記場
所的な温度勾配に従って連続的に移動する。スメクチッ
ク相以外の相を示す液晶部分は流動性が高いため、その
部分の流動により相転移に伴う体積の減少が吸収され、
スメクチック相への相転移に伴う体積の減少の影響は最
後に転移温度を通過する場所に集中する。従って、体積
減少の影響を液晶表示に関与しない場所に集中させるこ
とができる。
特に、請求項2ないし請求項5記載の製造方法によれ
ば、上記の相転移に伴う体積減少の影響を液晶表示に関
与しない辺部及びその近傍の場所に集中させることがで
きる。
また、請求項6記載の製造装置によれば、請求項1な
いし請求項5記載の製造方法を適切に行うことができ
る。
「実施例」 本発明の実施例について図面を参照し説明する。第1
図は液晶素子を加温徐冷する電気炉を模式的に示す断面
図である。
電気炉20にはヒータ21及び温度制御装置22が設けら
れ、炉室23内の温度を室温から液晶材料が等方相となる
温度範囲(25℃〜150℃)で制御できる。また、電気炉2
0内には、上記ヒータ21の他に、液晶素子(液晶セル)
を載置するためのプレートヒータ24が配置されている。
このプレートヒータ24には電熱線25の巻線密度が図面左
方が密で右方に行く程粗になるように配置構成されてお
り、プレートヒータ24上に載置された液晶素子1に図面
左側程高い温度を与え、液晶素子1に場所的な温度勾配
を与えることができるようにされている。なお、図面に
垂直な方向には一様な温度分布を与えるように電熱線25
の巻線密度が構成されている。プレートヒータ24は制御
装置26に接続され、その温度勾配が制御される。
第2図は前記プレートヒータ24上に載置された液晶素
子1を示す正面図、第3図は平面図である。
液晶素子1は一対のガラス基板2,3内に液晶4を挟持
した構成をなす。ガラス基板2,3の相対向する内面には
それぞれ電極が設けられ、さらに必要に応じてカラーフ
ィルタが設けられている。電極材料には、たとえば、酸
化スズ,酸化インジュウム,ITOなどが用いられる。電極
またはカラーフィルタの上面には公知の配向処理がなさ
れている。配向処理には、たとえば、ポリイミドラビン
グ,PVAラビング,LB膜,SiO斜方蒸着処理などが用いられ
る。図面ではこれらを省略して基板として表記してい
る。
液晶材料4には、たとえば、CS−1011(チッソ社)な
どの強誘電液晶(FLCと略称する)、MHPOBC[4−(1
−メチル・ヘプチル・オキシ・カルボニル)フェニル
4′オクチル・オキシ・ビフェニル−4−カルボキシレ
ート]などの反強誘電性液晶(AFLCと略称する)、これ
ら以外のFLC,AFLC,複数のFLC材料の混合液晶,複数のAF
LC材料の混合液晶,またはFLC材料とAFLC材料の混合液
晶が用いられる。
一対の基板2,3間に加熱し粘度の十分に小さくなった
液晶材料4を注入する。加熱温度は液晶材料4がスメク
チック相以外の相、すなわち等方相,ネマチック相ある
いはカイラルネマチック相を示す温度T1、たとえば110
℃にする。次に、液晶注入後の液晶素子1をホットプレ
ートで保温し、注入された液晶材料4が上記スメクチッ
ク相以外の相を保持したままにする。
一方、電気炉20の炉室23の温度を上記スメクチック相
以外の相を保持する温度T1(たとえば110℃)に設定す
る。そして、プレートヒータ24は液晶素子1の左辺A−
A′の位置から右辺B−B′の位置までに30℃の温度差
を生ずるように温度勾配をつける。
上記のように設定された電気炉20内に液晶材料4が注
入された液晶素子1を入れ、プレートヒータ24上に載置
する。この結果、液晶素子1はプレートヒータ24により
場所的な温度勾配が与えられ、第4図に線101で示す様
な温度分布が与えられる。すなわち、液晶素子1の右辺
B−B′の温度T1Bは炉室温度T1と略等しい110℃にな
り、左辺A−A′の温度T1Aはそれより30℃高い140℃と
なり、その間は直線的に温度が変化している。なお、図
面では液晶素子1近傍の炉室温度を破線で示している。
この温度分布線101で示す温度では、液晶素子1のす
べての領域にわたって転移温度Tt以上の温度が維持さ
れ、液晶材料4はすべての領域でスメクチック相以外の
相、すなわち、等方相,ネマチック相あるいはカイラル
ネマチック相を示す。
次に、電気炉20のヒータ21を制御し、炉室温度を高温
T1(110℃)から室温T3(30℃)に徐々に降温する。こ
のとき、プレートヒータ24はそのまま30℃の温度差を与
え続けるように制御する。この結果、液晶素子1の右辺
B−B′から転移温度Tt以下に冷却され、転移温度Tt
通過する場所が液晶素子1の右辺B−B′から左辺A−
A′に移動していく。このため、液晶素子の右辺B−
B′から、等方相,ネマチック相あるいはカイラルネマ
チック相からスメクチック相への相転移が始まり、スメ
クチック相を示す領域が右辺B−B′から左辺A−A′
の方向に拡がっていく。
たとえば、炉室温度が中間の温度T2の場合は、第4図
の温度分布線102に示す温度分布となり、第3図に示す
様に、C−C′線より右辺B−B′側の領域5では液晶
がスメクチック相を示し、左辺A−A′側の領域6では
等方相、ネマチック相あるいはカイラルネマチック相を
示す。このように、等方相などからスメクチック相への
相転移が液晶1の全領域でランダムに発生するのではな
くC−C′線で示される面状の場所で発生し、その境界
面となる場所(C−C′)が連続的に移動していくの
で、スメクチック相への相転移に伴う体積の減少を等方
相領域6の流動性の高い液晶材料の僅かな流動により吸
収することができる。このため、境界面となるC−C′
線の部分に線状欠陥が生じない。
炉室温度を室温T3(30℃)まで低下させると、温度分
布は温度分布線103のようになり、左辺A−A′の温度T
3A(60℃)も転移温度Tt以下となり、液晶1のすべての
領域がスメクチック相に転移する。この後、プレートヒ
ータ24への通電を徐々に減少し、液晶素子1のすべての
領域を室温T3まで徐冷してもよい。
スメクチック相への相転移に伴う体積の減少は、最終
的には液晶素子1の左辺A−A′に集中することにな
り、左辺A−A′の部分に液晶材料が存在しない線状欠
陥が集中する。しかし、液晶素子1の辺部であるので液
晶素子1の表示機能には関係がなく、不具合を生じな
い。もし、液晶材料4の注入口が左辺A−A′に設けら
れており、徐冷中にその注入口を封止していないのな
ら、線状欠陥を完全になくすことができる。
また、電気炉20における高温T1(110℃)から室温T3
(30℃)への徐冷を、5分間以上の時間をかけて緩やか
に降温することにより、液晶材料4の分子を基板1,2の
ラビング処理等の方向に従って配向させることができ
る。
前記実施例では液晶素子1に直線的で一様な温度勾配
の温度分布を与えたが、温度分布の与え方には種々の方
法があり、それによりスメクチック相を示す領域の境界
面の広がり方が異なり、体積減少の影響が集中する場所
が異なる。
ここで、第5〜第7図は、液晶材料が充填された液晶
素子1の対向する辺で囲まれた所定の領域内から外部に
向かって場所的な温度勾配を与えながら液晶素子1を徐
冷する種々の例を示すものである。
たとえば、第5図に示す例では、液晶素子の略中央部
のD−D′線の部分を最低温度T30とし、左右の両辺A
−A′及びB−B′に向かって温度が一様に上昇するよ
うな温度分布201を与えている。たとえば、中央温度T30
と左辺温度T10の温度差は30℃とし、右辺温度T20との温
度差は20℃とする。プレートヒータ24の巻線分布を変え
てこのような温度分布201を与え、炉室23内の温度を徐
々に降温することにより、液晶素子1の略中央部D−
D′からスメクチック相に転移せしめ、スメクチック相
領域の境界面を左右の辺部A−A′及びB−B′に徐々
に拡げることができる。この例では、左右の辺部A−
A′及びB−B′に線状欠陥が集中する。
また、第6図に示す様に、液晶素子1を斜めにプレー
トヒータ24上に載置したと同様の温度分布202を与え、
最後にスメクチック相に転移し線状欠陥が集中する場所
を、液晶素子1の隅角A及びB′の部分としてもよい。
第7図は同心円状の温度分布を与える例を示してい
る。図中に記した同心円204は等温線を示しており、温
度分布線203はG−H線での温度分布を示している。液
晶素子1の中心部から周辺部に向けて同心円状に温度が
上昇する温度分布を与えることにより、液晶素子1の中
心部から円形状のスメクチック相領域を生じせしめ、そ
の領域の半径を徐々に大きくするように液晶の相転移を
制御する。これにより、線状欠陥を液晶素子1の周辺A
−A′−B′−Bに拡散することができる。
前記種々の温度分布は、プレートヒータ24の電熱線25
の配置及び密度を変えることにより実現できる。あるい
は、面内で一様に発熱するヒータに場所により冷却効率
の異なるように冷却フィンを取付けて実現してもよい。
また、炉室23内の温度を降温して液晶素子1を徐冷す
るのではなく、温度差の設けられた場所で液晶素子1を
徐々に移動することにより、液晶素子1に場所的な温度
勾配を与えながら徐冷するようにしてもよい。たとえ
ば、第8図及び第9図に示す例では、プレートヒータ30
にステップ状に変化する温度分布205が与えられてお
り、このプレートヒータ30上で液晶素子1をモータ等に
より徐々に矢印31の方向に移動させることにより、スメ
クチック相の領域5と他の相の領域6との境界面J−
J′を液晶素子1の右辺B−B′から左辺A−A′に連
続的に移動させることができる。ステップ状の温度分布
は、たとえば高温側の温度T40を110℃とし低温側の温度
T50を25℃とする。
「発明の効果」 本発明は、上記構成を有し場所的な温度勾配を与えな
がら素子を徐冷し、スメクチック相領域の境界面を連続
的に移動させて液晶の相転移を完了せしめるものである
から、液晶素子の表示部分に液晶の体積の収縮に伴う線
状欠陥が発生しないという優れた効果がある。このた
め、液晶素子の表示品位を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は電気炉内の液晶素子を模式的に示す断面図、第
2図はプレートヒータ上の液晶素子を示す正面図、第3
図は平面図、第4図は温度分布を示すグラフ図、第5
図,第6図及び第7図はその他の温度分布例を示す図、
第8図は平面図、第9図は温度分布を示す図である。 1……液晶素子、2,3……基板、4……液晶(材料)、
5……スメクチック相領域、6……等方相などの領域。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極を形成した一対の基板間にスメクチッ
    ク液晶を挟持した液晶素子の製造方法において、 前記液晶材料をスメクチック相以外の相を示す温度に加
    熱し、一対の基板間に該液晶材料を充填する工程と、 前記液晶材料が充填された前記液晶素子に所定の場所的
    な温度勾配を連続的に与えながら前記液晶素子を徐冷
    し、最終的に前記液晶素子のすべての場所の温度がスメ
    クチック相になる転移温度以下になるまで徐冷する工程
    と、 を備えることを特徴とする液晶素子の製造方法。
  2. 【請求項2】前記液晶材料が充填された前記液晶素子の
    対向する辺で囲まれた所定の領域内から外部に向かって
    場所的な温度勾配を連続的に与えながら前記液晶素子を
    徐冷することを特徴とする請求項1に記載の液晶素子の
    製造方法。
  3. 【請求項3】前記液晶素子の前記徐冷により、前記スメ
    クチック相への相転移に伴う体積減少の最終部が前記液
    晶素子の辺部に配置されることを特徴とする請求項2に
    記載の液晶素子の製造方法。
  4. 【請求項4】電極を形成した一対の基板間にスメクチッ
    ク液晶を挟持した液晶素子の製造方法において、 前記液晶材料をスメクチック相以外の相を示す温度に加
    熱し、一対の基板間に該液晶材料を充填する工程と、 前記液晶材料が充填された前記液晶素子の対向する辺で
    囲まれた所定の領域内から外部に向かって場所的な温度
    勾配を与えながら前記液晶素子を徐冷する工程と、 を備えることを特徴とする液晶素子の製造方法。
  5. 【請求項5】前記液晶素子の前記徐冷により、前記スメ
    クチック相への相転移に伴う体積減少の最終部が前記液
    晶素子の辺部に配置されることを特徴とする請求項4に
    記載の液晶素子の製造方法。
  6. 【請求項6】液晶セルが載置され、該液晶セルに温度勾
    配を付与するプレートヒータと、該プレートヒータ及び
    前記液晶セルが配置され、雰囲気温度を徐々に降温させ
    るよう制御される一つの炉室を有する炉と、前記液晶セ
    ルを前記プレートヒータに載置し、且つ該液晶セルに前
    記プレートヒータによって前記温度勾配を付与した状態
    で前記炉室の温度を徐々に降温させるようにしたことを
    特徴とする液晶素子の製造装置。
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