JP2942161B2 - 液晶の配向処理方法、該方法を用いた液晶素子の製造方法、並びに液晶素子 - Google Patents

液晶の配向処理方法、該方法を用いた液晶素子の製造方法、並びに液晶素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電極及び配向膜を有す
る基板間にカイラルスメクチック液晶を挟持した液晶素
子において、詳しくは長時間駆動時に生じる液晶素子内
での液晶の移動を防止する配向処理方法に関する。
【０００２】更に、かかる技術を用いた液晶素子の製造
方法、並びかかる方法により製造された液晶素子に関す
る。
【０００３】
【従来の技術】強誘導性液晶分子の屈折率異方性を利用
して偏光板との組み合わせにより透過光線を制御する型
の表示素子がクラーク（Ｃｌａｒｋ）及びラガーウォー
ル（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案されている（特開
昭５６−１０７２１６号公報）。この強誘電性液晶は、
一般に特定の温度域において、カイラルスメクチック相
を有し、この状態において、加えられる電界に応答して
第１の光学的安定状態と第２の光学的安定状態のいずれ
かをとり、かつ電界無印加の時にはその状態を維持する
性質、すなわち双安定性を有し、また電界の変化に対す
る応答も速やかであり、高速並びに記憶型の表示素子と
しての広い利用が期待されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら本研究者
などの研究によると、上述した強誘電性液晶素子を長時
間駆動し続けると、素子内の液晶セル中で液晶自身が液
晶セル内の特定の方向へ移動することにより、セル端部
での圧力が増加し、その結果セル圧が増加していること
が認められた。液晶分子が液晶セル内を移動する力の発
生原因は未だ完全に明確になってはいないが、おそらく
駆動パルスによる交流電界の印加により液晶分子の双極
子モーメントが揺らぐことによって発生する電気力学的
効果が一因となっていると推測される。以下、上記の現
像について本発明者らの実験により得られた知見を図１
６を参照して説明する。同図（Ａ）において液晶分子の
移動方向１２に示すようにラビング方向１００と液晶分
子の平均軸方向１０１、１０１′により決まっている。
液晶分子の移動方向がこのようにラビング方向に依存す
ることから、その現象は基板界面での分子のプレチルト
角に依存していることが推測される。平均分子軸方向１
０１、１０１′は液晶分子の双安定状態における平均的
な分子位置を示している。ここで例えば平均分子軸方向
が１０１で示した状態で液晶がスイッチングしない程度
の適当な大きさの交流を印加すると、液晶分子が矢印１
０２の方向に移動する。ただし、ここでは自発分極が負
の向きにある液晶材料を用いた場合について述べる。
【０００５】前述した液晶分子の移動では、実際の液晶
セルでは、図１６に示す様に、例えばセル全体で液晶分
子位置が１０１で示した状態にあったとすると、セル内
部で図の紙面の右から左への液晶の移動が生じる。その
結果、図１６（Ｂ）に示す様に領域１０３のセル厚が経
時的に熱くなり、色づきを生じてくることになる。液晶
分子が矢印１０１′で示した状態にある時には、交流電
界下での移動方向は逆になるが、いずれにせよ、ラビン
グ方向１００に対して垂直な方向、すなわちスメクチッ
ク相内において液晶の移動が生じる。上記のごとき液晶
の移動により、セル端部のセル厚が次第に増加してい
き、黄色に色づいて見えるという問題が生じ、液晶素子
の長時間の連続駆動における耐久性に悪影響を与える問
題があった。
【０００６】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
のであり、その課題とするところは、強誘電性液晶をは
じめとするカイラルスメクチック液晶を用いた液晶素子
において、連続駆動時での液晶分子の移動現象に起因す
るセル端部での厚みの増加を抑え、黄色変化の発生を防
止するとである。
【０００７】
【課題を解決する手段及び作用】本発明の上記課題は、
電極を有する一対基板間に挟持されたカイラルスメクチ
ック液晶に対し、前記基板間に、周期的に変化する温度
下であって、一周期の温度幅が各周期毎に異なるような
温度条件下において交流電界を印加することによって処
理することを特徴とする液晶の配向処理方法、によって
解決される。
【０００８】上述したような本発明の方法によれば、液
晶素子において長時間の駆動時における液晶分子の移動
現象が低減され、高速応答性や良好な配向状態等が安定
して発現される。
【０００９】更に、本発明では、上記方法を用いて、液
晶素子の製造方法並びに液晶素子が提供される。
【００１０】即ち、本発明によれば、一対の電極基板を
所定間隔を隔てて対向させた液晶セルを形成する工程
と、前記セルにおける基板間にカイラルスメクチック液
晶を注入する工程と、前記電極基板間に、周期的に変化
する温度下であって、一周期での温度幅が各周期毎に異
なるような温度条件下において交流電界を印加する工程
と、を有する液晶素子の製造方法、並びに、一対の基板
間にカイラルスメクチック液晶を挟持した液晶素子であ
って、前記カイラルスメクチック液晶が、基板間に、周
期的に変化する温度下であって、一周期での温度幅が各
周期毎に異なるような温度条件下において交流電界を印
加することによって処理されている事を特徴とする液晶
素子、が提供される。
【００１１】本発明の液晶の配向処理方法は、交流電界
を印加することによるカイラルスメクチック液晶の処理
を、特定の温度条件下、即ち、一周期の温度幅が各周期
毎に異なるような周期的温度変化をなす温度条件下にお
いて行う点で最も特徴的である。
【００１２】かかる方法では、好ましくは、周期的に温
度上昇及び下降が繰り返され、各周期における温度最低
値を一定にし、最高値を周期毎に変化させる。かかる温
度最高値は、周期毎に一定または不定の割合で順次上昇
させるか、あるいは周期毎に一定または不定の割合で順
次下降させても良い。より好ましくは各周期における温
度最高値は周期毎に順次下降する。
【００１３】かかる温度変化は、好ましくは、カイラル
スメクチック液晶がスメクチック相をとる温度範囲で設
定され得る。特に、各周期において液晶がスメクチック
Ａ相及びカイラルスメクチックＣ相間で相転移するよう
な温度変化、具体的には各周期での少なくとも温度最高
値が、適用される液晶がスメクチックＡ相を示す温度域
にあり、各周期での少なくとも温度最低値が、適用され
る液晶がカイラルスメクチックＣ相を示す温度以域にあ
るような温度変化であることが好ましい。
【００１４】一方、交流電界印加の条件としては、通
常、印加する実効電圧が使用する液晶のカイラルスメク
チックＣ相をとる温度域中の、実使用温度における反転
閾値電圧（実効電圧）より大きな電圧値、好ましくは閾
値電圧の１０〜１０００倍となるように設定する。即
ち、前述した温度条件において交流電界印加時の温度が
使用する液晶のカイラルスメクチックＣ相をとる温度域
内にあるとき、当該液晶分子が反転し得る。具体的に
は、周波数を１０Ｈｚ〜１ｋＨｚ、とし電圧の波高値を
使用する液晶に応じて調整することが好ましい。尚、使
用する液晶の実使用温度とは、一般的には室温程度（約
２５℃）、また液晶を加熱して用いる場合では、４０℃
を超える温度域に相当することもあり得る。
【００１５】本発明の方法、即ち、前述した温度条件下
での交流電界印加の処理は、液晶をセルに注入した状態
であれば液晶素子の製造段階における液晶をセル内に注
入した後、あるいは液晶素子の使用時の任意の時期のい
ずれにおいて行ってもよい。
【００１６】以下、本発明で適用する液晶セル（素子）
の構成について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】図１（Ａ）は本発明の一実施例に係る液晶
セルを模式的に示す斜視図、同図（Ｂ）はその上基板部
分のＡ−Ａ′線断面図である。これらの図に示すよう
に、この液晶セルは、一対の平行に配置した上基板１１
ａ及び下基板１１ｂと、それぞれの基板１１ａ、１１ｂ
に配線した、例えば厚さが約４００〜２０００Åの透明
電極１２ａ、１２ｂと、を備えている。上記基板１１ａ
と下基板１１ｂとの間には、配向制御膜１４ａと１４ｂ
を介してスメクチック液晶、好ましくはカイラルスメク
チック液晶２５が配置されてる。また、配向制御膜１４
ａと１４ｂの少なくとも一方には、スメクチック液晶１
５を配向させるための配向処理が施してある。この配向
処理によって、スメクチック液晶１５の層形成の方向を
制御することができる。また、配向制御膜１４ａ、１４
ｂと透明電極１２ａ、１２ｂとの間に必要に応じて、例
えば厚さ２００〜３０００Åの絶縁膜１３ａ、１３ｂを
配置しても良く、更に、基板間隔（セル厚）は、液晶層
１５内に散布された平均粒径が約０．１〜３．５μｍの
スペーサ１６により規定される。なお、１７ａ及び１７
ｂは偏向板である。
【００１８】基板１１ａ、１１ｂとしては、例えばガラ
ス、高分子材料、硬シリコン、Ａｌ等の金属、半導体、
絶縁材料が用いられ得る。
【００１９】透明電極１１ａ、１１ｂとしては、例えば
Ｉｎ２ Ｏ３ 、ＳｎＯ２ 、Ｉｔｏ等の薄膜が用いら
れる。
【００２０】配向制御膜１４ａ、１４ｂとしては、有機
絶縁物質あるいは無機絶縁物質を適宜選択して用いるこ
とができる。具体的には、例えば、ポリビニルアルコー
ル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミ
ド、ポリパラキシリレン、ポリエステル、ポリカーボネ
ート、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポリア
ミド、ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、
ユリア樹脂やアクリル樹脂などの有機高分子の塗布膜Ｓ
ｉＯやＳｉＯ2 の斜方蒸着膜を用いることができる。好
ましくは、ジアミン及びカルボン酸無水物を加熱縮合し
て得られるポリアミド、及び更に加熱硬化して得られる
ポリイミドを用いることができる。
【００２１】また本発明では、配向制御膜の材料とし
て、基板間に配置される液晶分子のプレチルト角、即
ち、基板に対して液晶分子のなす角度を高くする材料
を、例えば１０〜３０°のプレチルト角を付与し得る材
料を用いることが好ましい。その具体的な材料として、
フッ素含有ポリイミド、例えば１，１，１−３，３，３
−ヘキサフルオロ２，２−ビス［４−（４−アミノフェ
ノキシ）フェニル］プロパンとピロメリット酸によって
合成されるポリイミドが挙げられる。
【００２２】配向制御膜１４ａ、１４ｂの膜厚は、例え
ば５０〜１０００Åの範囲に設計する。
【００２３】配向制御膜１４ａ、１４ｂの少なくとも一
方には、一軸性配向処理がなされて、液晶に対する配向
規制力が付与されるが、例えば高分子被膜を用いる場合
ラビング処理がなされる。
【００２４】図２（Ａ）及び（Ｂ）はラビング処理を説
明する模式図である。ラビングローラ３０は、円柱状の
ローラ３１にナイロン布等のラビング布３２を貼りつけ
た構造を有している。このラビングローラ３０を、Ｃの
方向に回転させながらガラス基板１１ａ、（１１ｂ）上
の配向制御膜１４ａ、１４ｂに所定圧で当接させ、そし
てガラス基板１１ａ（１１ｂ）（またはラビングロー
ラ）を矢印Ｂ方向に移動させて配向制御膜１４ａ、１４
ｂを摺接することにより配向規制力が付与される。な
お、この配向規制力はラビングローラをガラス基板１１
ａ（１１ｂ）に当接させる際の当接力により決定され、
通常はラビングローラを上下させることにより（押し込
み量εを変える）ラビング布３２と配向制御膜１４ａ、
１４ｂとの接触量で制御されている。
【００２５】上述した一軸配向処理、特にラビング処理
では、上下基板における処理方向の交差角を０〜２０°
の範囲で設定することが、後述する液晶のユニフォーム
配向を発現させる上で好ましい。
【００２６】また、配向制御膜１４ａ、１４ｂと透明電
極１２ａ、１２ｂの間に必要に応じて設けられる絶縁膜
１３ａ、１３ｂの材料としては、例えばＴｉ−Ｓｉ、Ｓ
ｉＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 等が用いられる。かかる
絶縁膜には、好ましくは、シリカビーズ、酸化アルミニ
ウム等の微粒子を充填し、上層である配向制御膜の表面
を凹凸形状にすることによって液晶分子の移動現象をよ
り抑制することができる。
【００２７】一方、図１（Ｂ）におけるスメクチック液
晶２５としては、好ましくは室温を中心とした低温から
高温までの幅広い温度域で、例えばＳｍＣ* 相、ＳｍＨ
* 、ＳｍＩ* 相、ＳｍＫ* 相、ＳｍＧ* 相等のカイラル
スメクチック相を示す、少なくとも２つの安定状態を有
する液晶材料を有する液晶材料、好ましくは少なくとも
２つの安定状態を有する強誘電性液晶を用いることがで
きる。具体例として、少なくとも一種のカイラルドーパ
ントを含有するフェニルピリミジン系液晶材料、例えば
下記相転移系列、及び材料上での物性値を示すピリミジ
ン系混合液晶を用いることができる。
【００２８】
【外１】
【００２９】ここで、コーン角とは、カイラルスメクチ
ック液晶（強誘電性液晶）の物質的なチルト角を示し、
見かけのチルト角とは液晶の２つの安定状態間のなす角
度の１／２を示す。
【００３０】これらの物性パラメータは、下記の如く測
定する。
【００３１】コーン角Θの測定 １０−３０ＶのＤＣを液晶素子の上下基板間に印加しな
がら直交クロスニコル下、その間に配置された液晶素子
を偏光板と水平に回転させ第１の消光位（透過率が最も
低くなる位置）をさがし、次に上記と逆極性のＤＣを印
加しながら第２の消光位をさがす。このときの第１の消
光位から第２の消光位までの角度の１／２をコーン角Θ
とした。
【００３２】見かけのチルト角θａの測定 液晶のしきい値の単発パルスを印加した後、無電界下、
かつ直交クロスニコル下、その間に配置された液晶素子
を偏光板と水平に回転させ第１の消光位をさがし、次に
上記の単発パルスと逆極性のパルスを印加した後、無電
界下、第２の消光位をさがす。このときの第１の消光位
から第２の消光位までの角度の１／２θａとした。
【００３３】この他、液晶材料として、コレステリック
相をとらない液晶を用いることもできる。
【００３４】本発明では、最終的に形成される液晶素子
が、特に表示素子として輝度やコントラストを向上させ
る配向状態を維持すべく、好ましくはカイラルスメクチ
ック液晶（強誘電性液晶）の配向状態として、ユニフォ
ーム状態をとり得る。
【００３５】即ち、液晶素子において、液晶材料と配向
制御層等の組合せにより設定されるスイッチング条件
が、液晶の２つの安定状態間のなす角の１／２である見
かけのチルト角θａと、液晶材料の物性的なチルト角
（コーン角）との関係が、 Θ／２≦θａ≦Θ Θ：チルト角（コーン角） となる配向状態を実現する。
【００３６】以下に、本発明で適用されるユニフォーム
配向状態について更に詳細に説明する。
【００３７】一般にユニフォーム配向状態をとる液晶層
の構造としては、Ｆｉｇ４及び５に示すＣ１配向及びＣ
２配向状態がある。
【００３８】スメクチック液晶は、層構造を有するが、
ＳｍＡ相からＳｍＣ相あるいはＳｍＣ* に相転移すると
相間隔が縮小し、図３に示す様に基板１１ａ及び１１ｂ
間で液晶相２１ａが折れ曲がった構造（シエブロン構
造）をとり得る。この構造においては、液晶層の屈曲す
る方向が、後述する液晶分子のプレチルトの方向に対
し、相互に逆となるような２つの液晶配向状態（Ｃ１配
向状態、Ｃ２配向状態）が発現する。
【００３９】Ｃ１配向及びＣ２配向で基板近くの液晶分
子ディレクタはそれぞれ図４の（Ａ）及び（Ｂ）のコー
ン３１０上にある。よく知られているようにラビングに
よって基板界面の液晶分子は、基板に対してプレチルト
（図４の基板２００と液晶分子３３０のなす角度）をな
し、その方向は位置軸配向処理方向、即ちラビング方向
（図４のａ方向）に向かって液晶分子が頭をもたげる
（先端が浮いた格好になる）向きである。以上のことに
より液晶のコーン角、プレチルト角α及び層傾斜角δ
（図４の基板法線３２０と液晶分子層２１０とのなす角
度）の間には、下記の関係が成り立っていなければなら
ない。
【００４０】Ｃ１配向のとき Θ＋δ＞α Ｃ２配向のとき Θ−δ＞α
【００４１】ここで液晶素子において、Ｃ１配向のユニ
フォーム状態は、Ｃ２配向における双安定状態に比較し
て、大きな見かけのチルト角θａを生じ、高精度であり
且つ高コントラストの表示特性をもたらす。
【００４２】従って、本発明では前述した構成の液晶セ
ル並びに交流電界印加を施して得られた液晶素子におい
て、液晶材料、配向制御膜の材料を選択して下記の関係
式が満たされる。ユニフォーム配向状態を適用すること
が特に好ましい。
【００４３】Θ／２≦θａ≦Θ Θ＜α＋δ
【００４４】尚、任意の液晶素子においてプレチルト角
αは、下記の方法により測定することができる。
【００４５】プレチルト角αの測定 ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．１９（１９
８０）ＮＯ．１０、Ｓｈｏｒｔ Ｎｏｔｅｓ ２０１３
に記載されている方法（クリスタルローテーション法）
に従って求める。つまり、平行かつ反対方向にラヒング
した基板を貼り合わせてセル厚２０μｍのセルを作成
し、０−６０℃の範囲でＳｍＡ相を有する標準液晶を封
入し測定を行う。液晶セルを上下基板に垂直且つ配向処
理軸を含む面で回転させながら回転軸と４５°の角度を
なす偏光面を持つヘリウム・ネオンレーザ光を回転軸に
垂直な方向から照射し、その反対側で入射偏光面と平行
な透過軸を持つ偏光板を通してフォトダイオードで透過
光強度を測定する。干渉によってできた透過光強度の双
曲線群の中心となる角と液晶セルに垂直な線となす角度
をφｘとし、下式に代入してプレチルト角α０を求め
る。
【００４６】
【外２】
【００４７】
【実施例】以下、本発明を実施例に沿って詳細に説明す
る。
【００４８】（実施例１）実施例１で共通して使用する
液晶セルとして、前述した図１の構造に基づくセルを下
記の設計で作成した。
【００４９】ガラス基板１１ａ、１１ｂの板厚を１．１
ｍｍとし、ＩＴＯの透明電極１２ａ、１２ｂをスパッタ
法で形成した。この透明電極１２ａ、１２ｂの膜厚は１
５０００Åとし、幅１７０μｍのストライプ状のものを
３０μｍの間隔を開けて多数設けた。ショート防止用の
絶縁膜１３ａ、１３ｂとしてはＴａ2 Ｏ5 膜を用い、９
００Åの厚さとなるようにスパッタ法で形成した。更
に、表面状態改質のため塗布型絶縁層（ＴｉＳｉ＝１：
１東京応化社製）を塗布し３００℃で焼成を行った。膜
厚は１２００Åである。
【００５０】一方、配向制御膜１４ａ、１４ｂの形成
は、ポリアミド酸（日立化成（株）製；ＬＱ１８０２）
をＮＭＰ／ｎＢＣ＝１／１液で１．５Ｗｔ％に希釈した
溶液をスピナーで２０００ｒｍｐ、２０ｓｅｃの塗布条
件で塗布し、その後２７０℃、１時間焼成して行った。
この膜厚は２００Åとした。
【００５１】配向制御膜１４ａ、１４ｂには、前述した
図２に示す方法によるラビング処理を施した。ラビング
ローラ３０の押込量εを０．３５ｍｍ、ローラ回転数１
０００ｒｐｍローラ送り速度を３０ｍｍ／ｓｅｃとし、
２回行った。
【００５２】このようにして作製された配向制御膜１４
ａ、１４ｂを有するガラス基板１１ａ、１１ｂを、一方
のガラス基板１１ａ（１１ｂ）に平均粒径約０．５〜
１．６μｍのビーズスペーサ１６（シリカビーズ、アル
ミナビーズ等）を散布し、他方のガラス基板１１ｂ（１
１ａ）にエポキシ樹脂の接着剤であるシール接着剤をス
クリーン印刷法で形成し、両ガラス基板１１ａ、１１ｂ
を貼り合わせて、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す平面構造の
２種類の形状のセルを作製した（詳細は後述）。尚、貼
り合わせたガラス基板１１ａ、１１ｂに施したラビリン
グ処理のラビリング方向が略平行になるように行った。
【００５３】その後、上述した方法で得られたセルに対
し、下記の相転移温度、及び物性値を示すピリミジン系
混合液晶を減圧下でＩｓｏ相に昇温し毛管現象により注
入して、その後徐冷して液晶装置を製造した。この素子
を駆動して配向状態を観察したところ、ユニフォーム状
態の配向であることが観察された。なお、一方の基板１
１ａの一軸配向処理方向と、他方の基板１１ｂの一軸配
向処理方向とがなす角をθc とした場合に、θc が、 ０°＜θc ＜２０° なる関係を満たすようにしている。
【００５４】
【外３】
【００５５】尚、上述した液晶セルのプレチルト角αを
既述の方法で測定したところ１８°であった。
【００５６】図５（Ｂ）に示すセルを用いて液晶の移動
量とセル厚との関係を求めた。このセルは、二方のみが
シール接着剤によって接着され、他の二方は開放されて
液晶の移動量及び移動方向を測定できるようになってい
る。図６は、その実験の様子を示したものであり、図６
（Ａ）に示すように、液晶素子に対して液晶のしきい値
を超える電界を印加し、液晶分子の平均分子軸をすべて
Ｓ１方向にあらかじめ揃えておく。また、基板１１ａ、
１１ｂ間に注入する液晶の両端（セルの開放側の両端）
にはマーカーとしてネマチック液晶を付けており、該ネ
マチック液晶の侵入長を観察することによって液晶の移
動量及び移動方向を確認できるようにしている（図６
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）参照）。
【００５７】上述したような図５（Ｂ）に示すセルに対
し、図７に示す条件１〜４のいずれかの条件で１０温度
サイクルで±７Ｖ、１００Ｈｚの矩形交流波形の電界を
印加し、その後液晶分子の平均分子軸をＳ１方向に配列
させる。続いて、上述した交流印加処理を行ったサンプ
ル及び同処理を施さないサンプル（リファレンス）にい
て、４０℃において矩形交番電界（パルス幅６０μｓｅ
ｃ．±７Ｖ／μｍ）を、一定時間（１４時間）印加し、
駆動させた。尚、この矩形交番電界は液晶がスイッチン
グする閾値の電界の１／３であり、１４時間印加後も液
晶分子の平均分子軸はＳ１方向を維持していた。
【００５８】かかる駆動後のサンプルについて、上述し
たような方法で液晶分子の移動量及び移動方向を測定し
た。結果を以下に記す。
【００５９】
【表１】
【００６０】このことにより、リファレンスでは液晶の
移動が大きく、その後にＡＣ電圧を印加したサンプルで
は液晶の移動が改善されていることがわかる。更に、こ
のＡＣ電圧を印加するときの温度サイクルは、条件３の
ようにサイクル毎に各最高到達温度を高温から徐々に下
げる方が改善効果が大きいことがわかる。
【００６１】また、交流印加処理において、最高到達温
度を各サイクルで一定とした場合に、その温度が７２℃
の際と８８℃の際では侵入長値にほとんど差がみられな
かった。また、各サイクルで最高到達温度を一定とした
場合には（本実験では、用いた温度サイクルは１０サイ
クルである）液晶の移動量の改善の程度は５サイクル以
降、あまり顕著ではなく、飽和傾向を示していた。
【００６２】これに対し、交流印加処理において、各最
高到達温度をサイクルごとに高温から徐々に下げた場合
は、この飽和傾向が少なく、液晶移動量の改善効果が持
続していることがわかった。このことから、液晶移動量
の改善に最適な固定の最高到達温度にはある幅があり、
各サイクルごとに最高到達温度を異ならせることによ
り、液晶の移動量が大幅に改善できると考える。
【００６３】次に図５（Ａ）に示す液晶素子（セル）を
用いて、図８に示す方法に沿って液晶の移動に伴うセル
厚の変化を測定した。このセルは、図５（Ｂ）に示され
るものと形態的に一部異なり、四方がシール接着剤によ
って密封されており、液晶の移動に伴うセル厚の変化を
測定できるようになっている。
【００６４】かかるセルに対し、図７に示す条件１〜４
のいずれかの条件で１０温度サイクル中、±７Ｖ、１０
０の矩形交流波形の電圧を印加した。
【００６５】続いて、図８（ａ）に示すように液晶素子
に液晶のスイッチング閾値を超える電界を印加し、液晶
分子の平均分子軸をすべて同図のＳ１方向にあらかじめ
揃えておく。
【００６６】そして図５（Ｂ）に示す液晶素子に前記と
同一の矩形交流電界（パルス幅６０μｓｅｃ、７Ｖ／μ
ｍ）を長時間印加し、図８（Ｂ）または（Ｃ）に示すシ
ール近辺のセル厚増加の位置のセル厚の変化量を測定し
た駆動時間との関係を調べた。結果を図９に示す。
【００６７】図９に示すように、図５（Ａ）に示すセル
を用いたセル厚の変化量に関する測定結果においても、
図５（Ｂ）に示すセルにより測定したネマチック液晶の
侵入長と対応した実験結果が得られた。
【００６８】これによると、条件１、２及び４の交流印
加処理を施したセルにおいては、７０時間以下の駆動時
間において、数μｍ程度のセル厚変化が観測され、セル
の端部において画面が黄色に色付く現象が若干確認され
たが、リファレンスサンプルに比べて許容できるレベル
であった。これに対し、条件３の処理を施したセルにつ
いては、１０００時間以上の連続駆動を行っても、セル
厚の変化はなく、上述の黄色色付き現象は観測されなか
った。
【００６９】尚、本実験では処理時間を等しくした都合
上、各温度サイクルで最高到達温度と温度匂配が異なっ
たものとなっているが、各サイクルの温度匂配を互いに
等しいものとするよりも、互いに異なったものとした方
が、液晶の移動に対する効果は大きい傾向を示すという
知見も得られている。
【００７０】以上本実験によれば、液晶セルに対し最高
到達温度が異なる温度サイクル中で交流電界を印加する
処理を施すことで、連続長時間の駆動においてもセル端
部でのセル厚の増加が著しく低減される。また上記処理
においては、各最高到達温度をサイクルごとに低くして
いく方がより効果的である。
【００７１】（実施例２）本実施例においては、セルの
作成における絶縁膜の形成を展色法によって行った。す
なわち、Ｔｉ・Ｓｉ＝１：１の比率よりなる成分の絶縁
膜の６．０重量％の溶液中に平均粒径４００Åのシリカ
よりなる微粒子を予め分散させ、該溶液の印刷を５μｍ
の粗さの展色板を用いて行った。その後、１００℃約１
０分の仮焼成を行い、更にＵＶ照射を行い、また更に３
００℃で約１時間の加熱焼成処理を施した。この絶縁膜
の厚さは２００Åとした。尚、この絶縁膜以外のセル構
成は、上述実施例１と同様のものとし、配向制御膜表面
に凹凸を有する図５（Ａ）、（Ｂ）に示す平面構造の液
晶セルを形成した。
【００７２】尚、配向膜表面の凹凸の測定を、ＳＥＭ写
真及びＡＦＭによって行った。この測定から、配向膜表
面の凹凸の幅は５〜１７ｎｍ、密度は約１０８個／ｍｍ
2 、高低差は１０〜２５ｎｍであることがわかった。
【００７３】上記液晶セルについて、液晶注入後図７に
示す条件１〜４のいずれかの温度条件で±７Ｖ、１００
Ｈｚの矩形交流波形の電界を印加した。続いて、これら
交流印加処理を行ったサンプル、及び同処理を施さない
リファレンスサンプルについて、実施例１と同様の方法
で、長時間の駆動を行い図８（Ａ）、（Ｂ）、及び
（Ｃ）に示す手段に沿って、セル厚増加の位置のセル厚
の変化量を測定し、駆動時間との関係を調べた。結果を
図１０に示す。
【００７４】図１０に示す結果より、配向制御膜の表面
に凹凸を有する液晶セルにおいても最高到達温度の異な
る温度サイクル中で交流電界を素子に印加する工程を含
むことでセル端部でのセル厚増加を著しく低減でき、図
９の結果と比較して配向制御膜に凹凸を形成することに
より更に長時間の駆動におけるセル厚増加の抑制に効果
的である。また各最高到達温度はサイクルごとに低温に
する方がより効果的である。
【００７５】（実施例３）実施例２で作成した液晶セル
について、液晶注入後図７の条件３の温度サイクルで交
流印加処理を施したもの（サンプル３−１）、及び条件
３のサイクルでＴｍａｘ＝９０℃とした条件で交流印加
処理を施したもの（サンプル３−２）について、液晶配
向状態を顕微鏡により観察した。写真を図１１〜図１４
として添付する。図１１及び図１２が夫々サンプル３−
１における交流印加処理前及び処理後の配向状態、図１
３及び図１４が夫々サンプル３−２における交流印加処
理前及び処理後の配向状態を示す。尚、図１１及び図１
３に示される状態は実質的に同一である。
【００７６】図１１及び図１２の写真と図１３及び図１
４の写真を比較すると明らかなように、交流印加処理に
おいて、各温度サイクルの最高到達温度が使用する液晶
のＳｍＡ相→Ｃｈ相への昇温過程における転移温度より
も、約３℃低い温度を越えるサンプル（サンプル３−
２）では、シワ状の欠陥が発生することがある。また、
この状態においては、画素内の消光位もズレていること
から、ＣＲ等の表示特性の劣化も生じていた。
【００７７】このことから、本発明における交流印加処
理では、温度サイクルの最高到達温度は、昇温過程にお
けるＳｍＡ相からＣｈ相への相転移温度より約３℃以上
低温であることが好ましいことがわかる。シワ状の配向
状態の発生の要因については、Ｃｈ相で電界を印加する
と、誘電率異方性のためにホメオトロピック（垂直）配
向になることは良く知られているが、ＳｍＡ相であっも
Ｃｈ相に近い温度領域では、上記のホメオトロピック配
向にはならないまでも、何らかの悪影響があり、シワ状
の配向欠陥が発生すると考える。
【００７８】（実施例４）次に実施例２で作成した液晶
セルに対し、図１５に示すように条件３の温度サイクル
において、各サイクルで前記最高到達温度よりも１０℃
以上温度の低い場合にのみ、±７Ｖ、１００Ｈｚの矩形
ＡＣ電圧を印加した。かかるサンプルについて実施例２
と同様にセル厚の増加と駆動時間の関係を調べたところ
結果、実施例１の条件３と同様に長時間の駆動において
セル厚の増加はなく同様の効果が得られた。このことか
ら、各サイクルの全期間のうちＡＣ電圧印加の期間を必
要に応じて置換し、より少ない消費電力のもとで、十分
な液晶移動の防止効果が得られることがわかった。
【００７９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
ると液晶表示素子を長期間にわたって駆動した場合で
も、液晶の移動によるセル厚の増加を防止でき、従っ
て、液晶表示素子の表示部分の変色を防止でき、耐久性
を著しく向上することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）：本発明における液晶セルの構造の一例
を示す斜視図。 （Ｂ）：本発明における液晶セルの構造の一例を示す断
面図。
【図２】（Ａ）：本発明で採用するラビング処理を説明
する斜視図。 （Ｂ）：本発明で採用するラビング処理を説明する側面
図。
【図３】スメクチック液晶の層構造を示す模式図。
【図４】（Ａ）：Ｃ１配向における基板と液晶界面付近
における液晶分子の状態を模式的に示す図。 （Ｂ）：Ｃ２配向における基板と液晶界面付近における
液晶分子の状態を模式的に示す図。
【図５】（Ａ）（Ｂ）：本発明の実施例で用いる液晶セ
ルの構造を示す平面図。
【図６】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）：本発明の実施例における
液晶分子の移動現象を評価する方法を模式的に示す図。
【図７】本発明の実施例で採用する交流印加処理条件１
〜４の夫々の温度サイクルを示す図。
【図８】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）：本発明の実施例における
セル厚の増加について評価する方法を模式的に示す図。
【図９】本発明の実施例における駆動時間と液晶セル厚
の変化量の関係を示す線図。
【図１０】本発明の実施例における駆動時間と液晶セル
厚の変化量の関係を示す線図。
【図１１】本発明の実施例のサンプルにおける交流印加
処理前の液晶配向状態を示す図面に代わる顕微鏡写真。
【図１２】本発明の実施例のサンプルにおける交流印加
処理後の液晶配向状態を示す図面に代わる顕微鏡写真。
【図１３】比較サンプルにおける交流印加処理前の液晶
配向状態を示す図面に代わる顕微鏡写真。
【図１４】比較サンプルにおける交流印加処理後の液晶
配向状態を示す図面に代わる顕微鏡写真。
【図１５】本発明の実施例で採用した各温度周期におけ
る交流印加処理条件を示す図。
【図１６】液晶素子における駆動中の液晶分子の移動現
象を示す説明図。
【符号の説明】
１１ａ、１１ｂ 基板 １２ａ、１２ｂ 透明電極 １３ａ、１３ｂ 絶縁膜 １４ａ、１４ｂ 配向制御膜 １５ 液晶 １６ スペーサー １７ａ、１７ｂ 偏光板 ３０ ラビングローラ回転部分 ３１ ラビングローラ本体 ３２ 布部分 ４１ シール剤 ４２ 封口剤 ４３ 注入口 ４４ 開口部 ５１ 液晶の第１の安定状態 ５２ 液晶の第２の安定状態 ５３ 電界印加後５１方向の液晶移動時のネマチック侵
入長 ５４ 電界印加後５２方向の液晶移動時のネマチック侵
入長 ６１ ５２方向への液晶移動時のセル厚変化位置 ６２ ５１方向への液晶移動時のセル厚変化位置 １００ ラビング方向 １０１、１０１′ 平均分子軸方向 １０２ 液晶移動方向 １０３ セル厚変化領域
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−81817（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−136914（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−366816（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−161123（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−250419（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−151927（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−299815（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−159828（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−84223（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−3016（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−176723（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−55518（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−55519（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−55520（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−55521（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−77919（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−122617（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/1337 510

Claims (25)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電極を有する一対基板間に挟持されたカ
    イラルス液晶に対し、前記基板間に、周期的に変化する
    温度下であって、一周期の温度幅が各周期毎に異なるよ
    うな温度条件下において交流電界を印加することによっ
    て処理することを特徴とする液晶の配向処理方法。
  2. 【請求項２】 前記温度条件下において、温度が周期的
    に上昇及び下降する請求項１記載の液晶の配向処理方
    法。
  3. 【請求項３】 前記温度条件において、各周期における
    温度最低値を一定にし、最高値を周期毎に変化させる、
    請求項１記載の液晶の配向処理方法。
  4. 【請求項４】 前記温度条件において、各周期における
    温度最高値は周期毎に下降する請求項３記載の液晶の配
    向処理方法。
  5. 【請求項５】 前記温度条件における温度変化は、カイ
    ラルスメクチック液晶がスメクチック相をとる温度範囲
    で設定される、請求項１記載の液晶の配向処理方法。
  6. 【請求項６】 前記温度変化は、各周期において液晶が
    スメクチックＡ相及びスメクチックＣ相間で相転移する
    ような変化である、請求項１記載の液晶の配向処理方
    法。
  7. 【請求項７】 前記液晶が所定の温度領域でコレステリ
    ック相を示し、前記温度条件における各周期での温度最
    高値は、液晶のスメクチックＡ相からコレステリック相
    への相転移温度より３℃以上低い、請求項１記載の液晶
    の配向処理方法。
  8. 【請求項８】 印加する交流の実効電圧が、使用する液
    晶がカイラルスメクチック相をとる温度領域内の実際の
    使用温度における、該液晶の閾値電圧より大きい、請求
    項１記載の液晶の配向処理方法。
  9. 【請求項９】 印加する交流の実効電圧が、使用する液
    晶がカイラルスメクチック相をとる温度領域内での実際
    の使用温度における、該液晶の閾値電圧の１０〜１００
    ０倍である、請求項１記載の液晶の配向処理方法。
  10. 【請求項１０】 一対の電極基板を所定間隔を隔てて対
    向させた液晶セルを形成する工程と、 前記セルにおける基板間にカイラルスメクチック液晶を
    注入する工程と、 前記電極基板間に、周期的に変化する温度下であって、
    一周期の温度幅が各周期毎に異なるような温度条件下に
    おいて交流電界を印加する工程と、を有する液晶素子の
    製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記交流電界印加時の温度条件下にお
    いて、温度が周期的に上昇及び下降を繰り返す、請求項
    １０記載の液晶素子の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記交流電界印加時の温度条件におい
    て、各周期における温度最低値を一定にし、温度最高値
    を周期毎に変化させる、請求項１０記載の液晶素子の製
    造方法。
  13. 【請求項１３】 前記交流電界印加時の温度条件におい
    て、各周期における温度最高値は周期毎に順次下降す
    る、請求項１２記載の液晶素子の製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記交流電界印加時の温度条件におけ
    る温度変化は、液晶がスメクチック相をとる温度範囲で
    設定される、請求項１０記載の液晶素子の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記交流電界印加時の温度変化は、各
    周期において液晶がスメクチックＡ相及びカイラルスメ
    クチックＣ相間で相転移するような変化である、請求項
    １０記載の液晶素子の製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記液晶が所定の温度領域でコレステ
    リック相を示し、前記交流電界印加時の温度条件におけ
    る温度最高値は、液晶のスメクチックＡ相及びコレステ
    リック相間の相転移温度より３℃以上低い、請求項１０
    記載の液晶素子の製造方法。
  17. 【請求項１７】 印加する交流の実効電圧が、使用する
    液晶がカイラルスメクチック相をとる温度領域内の実際
    の使用温度における、該液晶の閾値電圧より大きい、請
    求項１０記載の液晶素子の製造方法。
  18. 【請求項１８】 印加する交流の実効電圧が、使用する
    液晶がカイラルスメクチック相をとる温度領域内の実際
    の使用温度における、該液晶の閾値電圧の１０〜１００
    ０倍である請求項１０記載の液晶素子の製造方法。
  19. 【請求項１９】 一対の基板間にカイラルスメクチック
    液晶を挟持した液晶素子であって、 前記カイラルスメクチック液晶が、基板間に、周期的に
    変化する温度下であって、一周期での温度幅が各周期毎
    に異なるような温度条件下で交流電界を印加するとによ
    って処理されていることを特徴とする液晶素子。
  20. 【請求項２０】 前記セルにおける液晶と基板の界面に
    対して、液晶分子のなす角が１８°以上である、請求項
    １９記載の液晶素子。
  21. 【請求項２１】 前記基板の少なくとも一方における液
    晶との界面側に、配向制御膜が形成されている、請求項
    １９記載の液晶素子。
  22. 【請求項２２】 前記配向制御膜の液晶側の表面が、微
    細な凹凸形状である請求項２１記載の液晶素子。
  23. 【請求項２３】 前記配向制御膜の下層に、複数の微粒
    子を分散させた絶縁膜を有する請求項２２記載の液晶素
    子。
  24. 【請求項２４】 前記一対の基板の両方における液晶と
    の界面側に一軸配向処理が施された配向制御膜が形成さ
    れており、夫々の一軸性配向処理方法のなす角θc が、
    ０°＜θc ＜２０°の関係を満たす、請求項１９記載の
    液晶素子。
  25. 【請求項２５】 前記液晶の配向状態がユニフォーム状
    態である、請求項１９記載の液晶素子。
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