JP4070576B2

JP4070576B2 - 液晶表示素子の製造方法

Info

Publication number: JP4070576B2
Application number: JP2002308895A
Authority: JP
Inventors: 博紀白戸; 敏明吉原; 進二只木; 哲也牧野; 芳則清田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: JP2004144950A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子の製造方法に関し、特に、強誘電性液晶材料などの自発分極を有する液晶物質を用いた単安定型の液晶表示素子を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のいわゆる情報化社会の進展に伴って、パーソナルコンピュータ，ＰＤＡ（Personal Digital Assistants)等に代表される電子機器が広く使用されるようになっている。更にこのような電子機器の普及によって、オフィスでも屋外でも使用可能な携帯型の需要が発生しており、それらの小型・軽量化が要望されるようになっている。そのような目的を達成するための手段の一つとして液晶表示装置が広く使用されるようになっている。液晶表示装置は、単に小型・軽量化のみならず、バッテリ駆動される携帯型の電子機器の低消費電力化のためには必要不可欠な技術である。
【０００３】
ところで、液晶表示装置は大別すると反射型と透過型とに分類される。反射型の液晶表示装置は、液晶パネルの前面から入射した光線を液晶パネルの背面で反射させてその反射光で画像を視認させる構成であり、透過型の液晶表示装置は、液晶パネルの背面に備えられた光源（バックライト）からの透過光で画像を視認させる構成である。反射型の液晶表示装置は環境条件によって反射光量が一定しないため視認性に劣るので、特に、マルチカラーまたはフルカラー表示を行うパーソナルコンピュータ等の表示装置としては一般的に透過型の液晶表示装置が使用されている。
【０００４】
一方、現在のカラー液晶表示装置は、使用される液晶物質の面からＳＴＮ（Super Twisted Nematic)タイプとＴＦＴ−ＴＮ（Thin Film Transistor-Twisted Nematic）タイプとに一般的に分類される。ＳＴＮタイプは製造コストは比較的安価であるが、クロストークが発生し易く、また応答速度が比較的遅いため、動画の表示には適さないという問題がある。一方、ＴＦＴ−ＴＮタイプは、ＳＴＮタイプに比して表示品質は高いが、液晶パネルの光透過率が現状では４％程度しかないため高輝度のバックライトが必要になる。このため、ＴＦＴ−ＴＮタイプではバックライトによる消費電力が大きくなってバッテリ電源を携帯する場合の使用には問題がある。また、カラーフィルタによるカラー表示であるため、１画素を３つの副画素で構成しなければならず、高精細化が困難であって、その表示色純度も十分ではないという問題もある。
【０００５】
このような問題を解決するために、本発明者等はフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を開発している（例えば非特許文献１，２参照）。このフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置は、カラーフィルタ方式の液晶表示装置と比べて、副画素を必要としないため、より精度が高い表示が容易に実現可能であり、また、カラーフィルタを使わずに光源の発光色をそのまま表示に利用できるため、表示色純度にも優れる。更に光利用効率も高いので、消費電力が少なくて済むという利点も有している。しかしながら、フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を実現するためには、液晶の高速応答性が必須である。そこで、本発明者等は、上述したような優れた利点を有するフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置、または、カラーフィルタ方式の液晶表示装置の高速応答化を図るべく、従来に比べて１００〜１０００倍の高速応答を期待できる自発分極を有する強誘電性液晶等の液晶のＴＦＴ等のスイッチング素子による駆動を研究開発している。
【０００６】
強誘電性液晶は、図１８に示すように、電圧印加によってその液晶分子の長軸方向がチルト角θだけ変化する。強誘電性液晶を挟持した液晶パネルを偏光軸が直交した２枚の偏光板で挾み、液晶分子の長軸方向の変化による複屈折を利用して、透過光強度を変化させる。
【０００７】
ＴＦＴ等のスイッチング素子による強誘電性液晶の駆動は、双安定型または単安定型の何れの強誘電性液晶材料を用いても可能であるが、液晶分子ダイレクタの平均分子軸が一方向にのみ存在する単安定型の場合には、図１９に示すように、電圧無印加時に、一様な液晶配向を示す単安定状態を得ることが特に重要である。自発分極を有する強誘電性液晶物質では、電圧を印加しない場合に液晶分子ダイレクタの平均分子軸が一方向に存在する（言い換えると液晶分子の長軸方向が一方向である）単安定化された状態を示し（図１９（ａ））、第１の極性の電圧を印加した場合にその平均分子軸が印加電圧の大きさに応じた角度で単安定化した位置から一方の側にチルトし（図１９（ｂ））、第１の極性と逆特性の第２の極性の電圧を印加した場合にその平均分子軸が単安定化した位置を維持するかまたは単安定化した位置から他方の側にチルトする（図１９（ｃ））。なお、液晶分子ダイレクタの平均分子軸が一方向に存在するとは、全ての液晶分子における長軸方向が完全に同一である場合だけでなく、僅かな液晶分子の長軸方向が残りの液晶分子の長軸方向と異なっている場合も含んでいる。
【０００８】
単安定性を示す強誘電性液晶材料にあっては、空のパネルに液晶を単に注入しただけでは、一般的に、表示に利用するカイラルスメクチックＣ相において一様な液晶配向状態を得ることができない。これは、カイラルスメクチックＣ相において、液晶の平均分子軸方向が異なる二つの状態を取り得るからである。このため、一旦等方性液体相まで昇温させ、その後カイラルスメクチックＣ相まで降温させて、コレステリック相からカイラルスメクチックＣ相への転移点を挟んで数Ｖ／μｍの直流電圧を印加し、自発分極の向きを電界で揃え、液晶の平均分子軸方向を揃えることにより、一様な液晶配向状態を実現することが一般的に行われている（例えば特許文献１参照）。なお、本明細書においては、単安定状態を得ることを目的として、液晶に電圧を印加する処理を配向処理と呼ぶ。
【０００９】
【非特許文献１】
T.Yoshihara, et. al.:AM-LCD'99 Digest of Technical Papers,
185 (1999)
【非特許文献２】
T.Yoshihara, et. al.:SID'00 Digest of Technical Papers,
1176 (2000)
【特許文献１】
特開２００１−２４９３６４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら．直流電圧を印加しているにも拘わらず、配向処理の条件によっては、単安定化状態は実現できても一様な液晶配向を得ることができず、高いコントラスト比が得られないことがあるという問題がある。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、単安定型の液晶材料を用いる液晶表示素子において一様な液晶配向を実現できて、高いコントラスト比を得ることができる液晶表示素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る液晶表示素子の製造方法は、対向する２枚の基板の各対向面に電極と、ラビング方向が略平行のパラレルラビング処理を施され、プレチルト角が２°以下となるように前記電極上に設けられた配向膜とを有するとともに両電極間に自発分極を有する液晶物質を有し、前記液晶物質は、前記電極に電圧を印加しない場合にその分子ダイレクタの平均分子軸が一方向に存在する単安定化された状態を示し、第１の極性の電圧を印加した場合にその平均分子軸が印加電圧の大きさに応じた角度で単安定化した位置から一方の側にチルトし、前記第１の極性と逆特性の第２の極性の電圧を印加した場合にその平均分子軸が単安定化した位置を維持するかまたは単安定化した位置から前記第１の極性の電圧印加時とは逆側にチルトする液晶表示素子を製造する方法において、前記液晶物質は、高温側より等方性液体相−コレステリック相−カイラルスメクチックＣ相の相転移系列を示す液晶物質であり、カイラルスメクチックＣ相からコレステリック相までの昇温過程に続くコレステリック相からカイラルスメクチックＣ相までの降温過程時に、前記液晶物質に電圧を印加し、カイラルスメクチックＣ相からコレステリック相までの前記昇温過程、または、コレステリック相からカイラルスメクチックＣ相までの前記降温過程にて温度を一定に保つ保持期間を設け、前記昇温過程または降温過程におけるカイラルスメクチックＣ相とコレステリック相との転移温度をＴ c ℃とした場合、（Ｔ c ＋１）℃の温度を、前記保持期間にて１分以上保持し、カイラルスメクチックＣ相からコレステリック相までの前記昇温過程及びコレステリック相からカイラルスメクチックＣ相までの前記降温過程における温度勾配を３℃／分以下とし、前記降温過程時に前記液晶物質に電圧を印加する際の温度範囲Ｔ℃が、カイラルスメクチックＣ相とコレステリック相との転移温度をＴ c ℃、コレステリック相と等方性液体相との転移温度をＴ i ℃とした場合に、Ｔ c −２≦Ｔ≦Ｔ c ＋２を満たし、かつ、Ｔ＜Ｔ i を満たすように設定することを要件とする。
【００１３】
第１発明にあっては、高温側より等方性液体相−コレステリック相−カイラルスメクチックＣ相の相転移系列を示す液晶物質において、単安定化された状態を得るために、カイラルスメクチックＣ相からコレステリック相までの昇温過程に続くコレステリック相からカイラルスメクチックＣ相までの降温過程時に液晶物質に電圧を印加する。即ち、カイラルスメクチックＣ相から等方性液体相まで昇温させず、カイラルスメクチックＣ相からコレステリック相まで昇温させた後に配向処理を行う。等方性液体相まで昇温させた場合には、電界に応答しない配向処理不能な状態、つまり無秩序な状態に一度なってしまう。これに対して、第１発明では、電界に応答するコレステリック相までしか昇温させないので、無秩序な状態を経験しなかった分だけ、一様な液晶配向を得ることができる。
また、昇温過程または降温過程において、１分以上、（Ｔ c ＋１）℃の温度を保持し（Ｔ c ：カイラルスメクチックＣ相及びコレステリック相の転移温度）、温度勾配を３℃／分以下とする。よって、パネルの温度ムラを吸収して、液晶配向の均一性がより高くなる。
また、電圧を印加する際の温度範囲Ｔ℃がＴ c −２≦Ｔ≦Ｔ c ＋２を満たすと共に、Ｔ＜Ｔ i を満たすようにし（Ｔ c ：カイラルスメクチックＣ相及びコレステリック相の転移温度、Ｔ i ：コレステリック相及び等方性液体相の転移温度）、ラビング方向が略平行のパラレルラビング処理を配向膜に施す。よって、液晶配向の高い均一性が得られる。
また、配向膜のプレチルト角を２°以下とする。よって、液晶配向の高い均一性が得られる。
【００１４】
第２発明に係る液晶表示素子の製造方法は、前記保持期間の長さを３分以上とすることを要件とする。
【００１５】
第２発明にあっては、昇温過程または降温過程において３分以上、（Ｔc ＋１）℃の温度を保持する（Ｔc ：カイラルスメクチックＣ相及びコレステリック相の転移温度）。よって、パネルの温度ムラを吸収して、液晶配向の均一性がより高くなる。
【００１６】
第３発明に係る液晶表示素子の製造方法は、カイラルスメクチックＣ相からコレステリック相までの前記昇温過程及びコレステリック相からカイラルスメクチックＣ相までの前記降温過程における温度勾配を１℃／分以下とすることを要件とする。
【００１７】
第３発明にあっては、昇温過程及び降温過程において、温度勾配を１℃／分以下とする。よって、パネルの温度ムラを吸収して、液晶配向の均一性がより高くなる。
【００１８】
第４発明に係る液晶表示素子の製造方法は、前記降温過程時に前記液晶物質に電圧を印加する際の温度範囲Ｔ℃が、カイラルスメクチックＣ相とコレステリック相との転移温度をＴc ℃、コレステリック相と等方性液体相との転移温度をＴi ℃とした場合に、Ｔc −５≦Ｔ≦Ｔc ＋５を満たし、かつ、Ｔ＜Ｔi を満たすように設定することを要件とする。
【００１９】
第４発明にあっては、電圧を印加する際の温度範囲Ｔ℃がＴc −５≦Ｔ≦Ｔc＋５を満たすと共に、Ｔ＜Ｔi を満たすようにする（Ｔc ：カイラルスメクチックＣ相及びコレステリック相の転移温度、Ｔi ：コレステリック相及び等方性液体相の転移温度）。よって、液晶配向の高い均一性が得られる。
【００２２】
第５発明に係る液晶表示素子の製造方法は、前記配向膜のプレチルト角を１°以下とすることを要件とする。
【００２３】
第５発明にあっては、配向膜のプレチルト角を１°以下とする。よって、液晶配向の高い均一性が得られる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２９】
配向処理を評価するための液晶セルを以下のようにして作製した。ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）透明電極（電極面積：１ｃｍ²）を有するガラス基板を洗浄した後、ポリイミドを塗布して２００℃で１時間焼成することにより、約２００Åの配向膜を形成した。この配向膜としては、ネマチック液晶（ＺＬＩ−４７９２，メルク社製）に対するプレチルト角が１°のポリイミド膜を用いた。次に、配向膜の表面をレーヨン製の布でラビングし、ラビング方向が平行（パラレル）となるように２枚の透明電極付きのガラス基板を重ね合わせ、両者間に平均粒径１．８μｍのシリカ製のスペーサでギャップを保持して評価用の空セルを作製した。作製した空セルのギャップは、実測で２．０μｍであった。
【００３０】
このように作製した評価用の空セルに、高温側より等方性液体相（Ｉso）−コレステリック相（Ｃh ）−カイラルスメクチックＣ相（Ｓc ^*）の相転移系列を示す液晶物質を注入した。注入した液晶物質は、カイラルスメクチックＣ相とコレステリック相との転移温度（Ｔc ）がＴc ＝６８℃であり、コレステリック相と等方性液体相との転移温度（Ｔi ）がＴi ＝１０８℃であり、自発分極の大きさは３．７ｎＣ／ｃｍ²であった。
【００３１】
カイラルスメクチックＣ相において均一な液晶配向を実現するために、後述するような種々の条件（８種の条件：実施例１〜８）にて配向処理（単安定状態を得るために液晶物質に電圧を印加する処理）を行った。なお、印加する電界は全て２Ｖ／μｍとした。配向処理後の評価用の液晶セルをクロスニコル状態の２枚の偏光板で挾み、３０℃における黒透過率（０Ｖ印加時）及び白透過率（１０Ｖ印加時）を測定し、コントラスト比を算出した。実施例１〜８における配向処理の条件と評価用セルの作製条件と光学特性とを図１の表に示す。
【００３２】
（実施例１）
３０℃から７０℃まで３℃／分の温度勾配で昇温させ、その昇温中に６９℃の状態を１分間だけ保持した。そして、７０℃から３０℃まで３℃／分の温度勾配で、特定の温度に保持することなく降温させた。この降温過程において、温度ＴがＴc −２≦Ｔ≦Ｔc ＋２を満たす範囲で、即ち、７０℃から６６℃の温度範囲で電界を印加した。このような実施例１における時間と温度との関係を図２に示す。なお、図２において、ハッチングを付した部分が、電界を印加した範囲である。黒透過率が０．２５％、白透過率が３５．０％であり、１４０という高いコントラスト比が得られた。
【００３３】
（実施例２）
昇温過程において６９℃に保持する時間を３分間とした点以外は、実施例１と全く同様の条件とした。実施例２における時間と温度との関係を図２に示す。黒透過率が０．２１％、白透過率が３４．８％であり、１６６という高いコントラスト比が得られた。
【００３４】
（実施例３）
昇温過程において６９℃に保持する時間を５分間とした点以外は、実施例１と全く同様の条件とした。実施例３における時間と温度との関係を図２に示す。黒透過率が０．１９％、白透過率が３５．１％であり、１８５という高いコントラスト比が得られた。
【００３５】
（実施例４）
３０℃から７０℃まで３℃／分の温度勾配で、特定の温度に保持することなく昇温させた。そして、７０℃から３０℃まで３℃／分の温度勾配で降温させ、その降温中に６９℃の状態を１分間だけ保持した。この降温過程において、温度ＴがＴc −２≦Ｔ≦Ｔc ＋２を満たす範囲で、即ち、７０℃から６６℃の温度範囲で電界を印加した。このような実施例４における時間と温度との関係を図３に示す。なお、図３において、ハッチングを付した部分が、電界を印加した範囲である。黒透過率が０．２３％、白透過率が３５．０％であり、１５２という高いコントラスト比が得られた。
【００３６】
（実施例５）
降温過程において６９℃に保持する時間を３分間とした点以外は、実施例４と全く同様の条件とした。実施例５における時間と温度との関係を図３に示す。黒透過率が０．２０％、白透過率が３４．８％であり、１７４という高いコントラスト比が得られた。
【００３７】
（実施例６）
降温過程において６９℃に保持する時間を５分間とした点以外は、実施例４と全く同様の条件とした。実施例６における時間と温度との関係を図３に示す。黒透過率が０．１８％、白透過率が３５．２％であり、１９６という高いコントラスト比が得られた。
【００３８】
（実施例７）
昇温過程における温度勾配を１℃／分とした点以外は、実施例１と全く同様の条件とした。実施例７における時間と温度との関係を図４に示す。なお、図４において、ハッチングを付した部分が、電界を印加した範囲である。黒透過率が０．１８％、白透過率が３５．２％であり、１９６という高いコントラスト比が得られた。
【００３９】
（実施例８）
３０℃から７３℃まで３℃／分の温度勾配で昇温させ、その昇温中に６９℃の状態を１分間だけ保持させた。そして、７３℃から３０℃まで３℃／分の温度勾配で、特定の温度に保持することなく降温させた。この降温過程において、温度ＴがＴc −５≦Ｔ≦Ｔc ＋５を満たす範囲で、即ち、７３℃から６３℃の温度範囲で電界を印加した。このような実施例８における時間と温度との関係を図５に示す。なお、図５において、ハッチングを付した部分が、電界を印加した範囲である。黒透過率が０．２２％、白透過率が３５．１％であり、１６０という高いコントラスト比が得られた。
【００４０】
次に、配向処理以外の条件は上述した実施例１〜８と同様にした、従来例（カイラルスメクチックＣ相から等方性液体相まで昇温させて配向処理を行う）と比較例１，２とを作製して、その光学特性を同様に測定した。これらの従来例及び比較例１，２における配向処理の条件と評価用セルの作製条件と光学特性とを図１の表に示す。
【００４１】
（従来例）
３０℃から１２０℃まで３℃／分の温度勾配で連続的に昇温させ、１２０℃から３０℃まで３℃／分の温度勾配で連続的に降温させた。そして、この降温過程において、温度ＴがＴc −２≦Ｔ≦Ｔc ＋２を満たす範囲で、即ち、７０℃から６６℃の温度範囲で電界を印加した。このような従来例における時間と温度との関係を図６に示す。なお、図６において、ハッチングを付した部分が、電界を印加した範囲である。黒透過率が０．４９％、白透過率が３５．１％であり、７２という低いコントラスト比しか得られなかった。
【００４２】
（比較例１）
昇温過程及び降温過程における温度勾配を５℃／分とした点以外は、実施例１と全く同様の条件とした。比較例１における時間と温度との関係を図７に示す。なお、図７において、ハッチングを付した部分が、電界を印加した範囲である。黒透過率が０．７１％、白透過率が３５．０％であり、４９という低いコントラスト比しか得られなかった。
【００４３】
（比較例２）
３０℃から６９℃まで昇温させた後に再び３０℃まで降温させ、降温過程において、温度ＴがＴc −１≦Ｔ≦Ｔc ＋１を満たす範囲で、即ち、６９℃から６７℃の温度範囲で電界を印加した。なお、これ以外の条件は実施例１と同じとした。比較例２における時間と温度との関係を図８に示す。なお、図８において、ハッチングを付した部分が、電界を印加した範囲である。黒透過率が０．５８％、白透過率が３４．８％であり、６０という低いコントラスト比しか得られなかった。
【００４４】
図９は、昇温過程または降温過程において（Ｔc ＋１）℃（６９℃）に保持する時間と光学特性との関係を示すグラフである。図９において、横軸は（Ｔc ＋１）℃の保持時間（分）、縦軸は黒透過率（％）及びコントラスト比であり、実線が黒透過率、点線がコントラスト比を示している。図９には、昇温過程での保持時間のみを異ならせた上述した実施例１，２及び３（○，●印）と、降温過程での保持時間のみを異ならせた上述した実施例４，５及び６（◇，◆印））との測定結果を記載している。
【００４５】
図９の結果から、（Ｔc ＋１）℃の保持時間が１分以上であれば、表示に最低限必要なコントラスト比１００を実現できている。これは、パネルの温度ムラを吸収して配向の高い均一性が得られているためである。また、（Ｔc ＋１）℃の保持時間が長いほど、黒透過率が低下してコントラスト比が向上するので、その保持時間は３分以上が更に好ましい。また、実施例１と４、２と５、３と６を比較すれば、（Ｔc ＋１）℃に保持することは、昇温過程よりも降温過程で行った方が有効であることが分かる。
【００４６】
図１０は、昇温過程及び降温過程における温度勾配と光学特性との関係を示すグラフである。図１０において、横軸は温度勾配（℃／分）、縦軸は黒透過率（％）及びコントラスト比であり、実線が黒透過率、点線がコントラスト比を示している。図１０には、温度勾配のみを異ならせた上述した実施例１，実施例７及び比較例１での測定結果を記載している。
【００４７】
昇温過程及び降温過程での温度勾配が低いほど、黒透過率は低下する。これは、温度勾配が低いほど配向の均一性が高くなっていることを示している。表示に最低限必要なコントラスト比１００を実現するためには、温度勾配を３℃／分以下にする必要がある。
【００４８】
図１１は、電界を印加する温度範囲と光学特性との関係を示すグラフである。図１１において、横軸は電界印加時の温度範囲（Ｔc との差）（℃）、縦軸は黒透過率（％）及びコントラスト比であり、実線が黒透過率、点線がコントラスト比を示している。図１１には、温度範囲のみを異ならせた上述した実施例１，実施例８及び比較例２での測定結果を記載している。
【００４９】
電界を印加する温度範囲が広いほど、黒透過率は低下する。これは、温度範囲が広いほど、パネルの温度ムラを吸収して配向の均一性が高くなっていることを示している。表示に最低限必要なコントラスト比１００を実現するためには、（Ｔc −２）℃以上、（Ｔc ＋２）℃以下より広い範囲で電界を印加する必要があり、更に、（Ｔc −５）℃以上、（Ｔc ＋５）℃以下より広い範囲で電界を印加することがより好ましい。但し、等方性液体相にならないように、その温度範囲はＴi より低い温度でなければならない。
【００５０】
（実施例９）
プレチルト角が２°のポリイミド配向膜を用いた点以外は、実施例１と全く同様の条件として評価用のセルを作製し、その光学特性（黒透過率，白透過率及びコントラスト比）を求めた。実施例９における配向処理の条件と評価用セルの作製条件と光学特性とを図１の表に示す。黒透過率が０．３４％、白透過率が３５．２％であり、１０４というコントラスト比が得られた。実施例１よりコントラスト比は低下しているが、表示に最低限必要なコントラスト比１００は確保できている。
【００５１】
（比較例３）
プレチルト角が４°のポリイミド配向膜を用いた点以外は、実施例１と全く同様の条件として評価用のセルを作製し、その光学特性（黒透過率，白透過率及びコントラスト比）を求めた。比較例３における配向処理の条件と評価用セルの作製条件と光学特性とを図１の表に示す。黒透過率が０．７４％、白透過率が３４．９％であり、４７という低いコントラスト比しか得られなかった。
【００５２】
図１２は、ポリイミド配向膜のプレチルト角と光学特性との関係を示すグラフである。図１２において、横軸はプレチルト角（°）、縦軸は黒透過率（％）及びコントラスト比であり、実線が黒透過率、点線がコントラスト比を示している。図１２には、プレチルト角のみを異ならせた上述した実施例１，実施例９及び比較例３での測定結果を記載している。
【００５３】
プレチルト角が小さいほど、黒透過率は低下し、配向の均一性が高くなっていることが分かる。表示に最低限必要なコントラスト比１００を実現するためには、プレチルト角の大きさを２°以下にする必要があり、更に、１°以下にすることがより好ましい。
【００５４】
（比較例４）
ラビング方向が反平行（アンチパラレル）となるように２枚のガラス基板を重ね合わせる点以外は、実施例１と全く同様の条件として評価用のセルを作製し、その光学特性（黒透過率，白透過率及びコントラスト比）を求めた。比較例４における配向処理の条件と評価用セルの作製条件と光学特性とを図１の表に示す。黒透過率が０．６９％、白透過率が３５．２％であり、５１という低いコントラスト比しか得られなかった。
【００５５】
次に、このようにして製造された液晶表示素子を使用する本発明の液晶表示装置について説明する。図１３は液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、図１４は液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。
【００５６】
図１３及び図１４に示されているように、液晶パネル２１は上層（前面）側から下層（背面）側に、偏光フィルム１，ガラス基板２，共通電極３，ガラス基板４，偏光フィルム５をこの順に積層して構成されており、ガラス基板４の共通電極３側の面にはマトリクス状に配列された画素電極（ピクセル電極）４０，４０…が形成されている。
【００５７】
これら共通電極３及び画素電極４０，４０…間にはデータドライバ及びスキャンドライバ（図示せず）等よりなる駆動部５０が接続されている。データドライバは、信号線４２を介してＴＦＴ４１と接続されており、スキャンドライバは、走査線４３を介してＴＦＴ４１と接続されている。ＴＦＴ４１はスキャンドライバによりオン／オフ制御される。また個々の画素電極４０，４０…は、ＴＦＴ４１によりオン／オフ制御される。そのため、信号線４２及びＴＦＴ４１を介して与えられるデータドライバからの信号により、個々の画素の透過光強度が制御される。
【００５８】
ガラス基板４上の画素電極４０，４０…の上面には配向膜１２が、共通電極３の下面には配向膜１１が夫々配置され、これらの配向膜１１，１２間に液晶物質が充填されて液晶層１３が形成される。なお、１４は液晶層１３の層厚を保持するためのスペーサである。
【００５９】
液晶パネル２１は、具体的には以下のようにして作製する。画素電極４０，４０…（画素数：６４０×４８０，電極面積：６×１０^-5ｃｍ²，対角：３．２インチ）を有するＴＦＴ基板と共通電極３を有するガラス基板２とを洗浄した後、プレチルト角が１°であるポリイミドを塗布して２００℃で１時間焼成することにより、約２００Åのポリイミド膜を配向膜１１，１２として成膜する。
【００６０】
更に、これらの配向膜１１，１２をレーヨン製の布でラビングし、ラビング方向が平行（パラレル）となるように２枚の基板を重ね合わせ、両者間に平均粒径１．８μｍのシリカ製のスペーサ１４でギャップ（実測で２．０μｍ）を保持した空パネルを作製する。この空パネルの配向膜１１，１２間に、高温側より等方性液体相（Ｉso）−コレステリック相（Ｃh ）−カイラルスメクチックＣ相（Ｓc ^*）の相転移系列を示す液晶物質を注入する。注入する液晶物質は、Ｔc ＝６８℃であり、Ｔi ＝１０８℃であり、自発分極の大きさは３．７ｎＣ／ｃｍ²である。
【００６１】
カイラルスメクチックＣ相において均一な液晶配向を実現するために、次のような配向処理を行う。３０℃から１℃／分の温度勾配で昇温させ、７３℃（＝Ｔc ＋５）まで達した後、１℃／分の温度勾配で降温させる。そして、その降温過程で６９℃（＝Ｔc ＋１）で５分間保持し、７３℃（＝Ｔc ＋５）から６３℃（＝Ｔc −５）までの温度範囲内で、注入した液晶物質に直流の１０Ｖを印加する。
【００６２】
作製したパネルをクロスニコル状態の２枚の偏光フィルム１，５で、電圧無印加時の液晶分子ダイレクタの平均分子軸と一方の偏光フィルムの偏光軸とが略一致して暗状態になるように、挟んで液晶パネル２１とする。
【００６３】
このようにして作製した液晶パネル２１の各画素にＴＦＴ４１のスイッチングを介して電圧を印加した場合の電圧−透過光強度の特性を図１５のグラフに表す。この特性は、第１の極性（＋）の電圧を印加した際に大きな光透過率が得られるようにして測定したものである。
【００６４】
バックライト２２は、液晶パネル２１の下層（背面）側に位置し、発光領域を構成する導光及び光拡散板６の端面に臨ませた状態でＬＥＤアレイ７が備えられている。このＬＥＤアレイ７は、導光及び光拡散板６と対向する面に３原色、即ち赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色を発光するＬＥＤが順次的且つ反復して配列されている。そして、後述するフィールド・シーケンシャル方式における赤，緑，青の各サブフレームにおいて、赤，緑，青のＬＥＤを夫々発光させる。導光及び光拡散板６はこのＬＥＤアレイ７の各ＬＥＤから発光される光を自身の表面全体に導光すると共に上面へ拡散することにより、発光領域として機能する。バックライト制御回路３５は、このような赤，緑，青の各色のＬＥＤの時分割発光を制御する。
【００６５】
この液晶表示装置における表示制御は、図１６に示すフィールド・シーケンシャル方式のタイムチャートに従って行う。図１６（ａ）はバックライト２２の各色のＬＥＤの発光タイミング、図１６（ｂ）は液晶パネル２１の各ラインの走査タイミング、図１６（ｃ）は液晶パネル２１の発色状態を夫々示す。この例では、１秒間に６０フレームの表示を行う。従って、１フレームの期間は１／６０秒になり、この１フレームの期間を１／１８０秒ずつの３サブフレームに分割する。
【００６６】
そして、第１番目から第３番目までの夫々のサブフレームにおいて、図１６（ａ）に示すように赤，緑，青のＬＥＤを夫々順次発光させる。このような各色の順次発光に同期して液晶パネル２１の各画素をライン単位でスイッチングすることによりカラー表示を行う。なおこの例では、第１番目のサブフレームにおいて赤を、第２番目のサブフレームにおいて緑を、第３番目のサブフレームにおいて青を夫々発光させるようにしているが、この各色の順序はこの赤，緑，青の順に限らず、他の順序であっても良い。
【００６７】
一方、図１６（ｂ）に示すとおり、液晶パネル２１に対しては赤，緑，青の各色のサブフレーム中にデータ走査を２度行う。但し、１回目の走査（データ書込み走査）の開始タイミング（第１ラインへのタイミング）が各サブフレームの開始タイミングと一致するように、また２回目の走査（データ消去走査）の終了タイミング（最終ラインへのタイミング）が各サブフレームの終了タイミングと一致するようにタイミングを調整する。
【００６８】
データ書込み走査にあっては、液晶パネル２１の各画素には画素データに応じた電圧（０〜７Ｖ）が供給され、光透過率の調整が行われる。これによって、フルカラー表示が可能となる。またデータ消去走査にあっては、データ書込み走査時と同電圧で逆極性の電圧（−７〜０Ｖ）が液晶パネル２１の各画素に供給され、液晶パネル２１の各画素の表示が消去され、液晶への直流成分の印加が防止される。
【００６９】
以上のようにして、本発明の液晶表示装置はフィールド・シーケンシャル方式のフルカラー表示を行う。液晶配向の均一性が高いので、行ったカラー表示は、一様性に優れ、高いコントラスト比、高い輝度及び高い色純度を達成できており、高品質の表示を実現できる。
【００７０】
なお、上述した例ではフィールド・シーケンシャル方式のフルカラー表示を行う場合について説明したが、マイクロカラーフィルタを用いてフルカラー表示を行うようにしても良い。
【００７１】
図１７は、マイクロカラーフィルタを用いる液晶表示装置における液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。図１７において、図１３と同一部分には、同一番号を付してそれらの説明を省略する。各画素電極（ピクセル電極）４０，４０…には、３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のカラーフィルタ６０，６０…が設けられている。また、バックライト２２は、白色光を出射する白色光源７０と導光及び光拡散板６とから構成されている。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、カイラルスメクチックＣ相からコレステリック相までの昇温過程と、コレステリック相からカイラルスメクチックＣ相までの降温過程との順序で液晶物質に電圧を印加するようにしたので、均一な単安定状態の液晶配向を実現した、高いコントラスト比を有する液晶表示素子を製造することができる。
【００７３】
昇温過程または降温過程において、１分以上、より好ましくは３分以上、（Ｔc ＋１）℃の温度を保持する、昇温過程及び降温過程において、温度勾配を、３℃／分以下、より好ましくは１℃／分以下とする、電圧を印加する際の温度範囲Ｔ℃が、Ｔc −２≦Ｔ≦Ｔc ＋２、より好ましくはＴc −５≦Ｔ≦Ｔc ＋５を満たすと共に、Ｔ＜Ｔi を満たすようにする、ラビング方向が略平行のパラレルラビング処理を配向膜に施す、または、配向膜のプレチルト角を、２°以下、より好ましくは１°以下とするようにしたので、液晶配向のより一層の均一化を図ることができる。なお、空パネルに液晶物質を注入する際に、Ｔc ＜Ｔ＜Ｔi を満たす温度Ｔにて液晶物質を注入し、その後、冷却しながら上記温度条件に基づいた配向処理を行うようにしても、同様の効果を奏する。
【００７４】
また、均一性が高い液晶配向状態が実現されている液晶表示素子を用いるので、高いコントラスト比、高い輝度及び高い色純度を達成した高品質の表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】配向処理条件、評価用セルの作製条件及び光学特性を示す図表である。
【図２】実施例１，２及び３の配向処理における時間と温度との関係を示す図である。
【図３】実施例４，５及び６の配向処理における時間と温度との関係を示す図である。
【図４】実施例７の配向処理における時間と温度との関係を示す図である。
【図５】実施例８の配向処理における時間と温度との関係を示す図である。
【図６】従来例の配向処理における時間と温度との関係を示す図である。
【図７】比較例１の配向処理における時間と温度との関係を示す図である。
【図８】比較例２の配向処理における時間と温度との関係を示す図である。
【図９】昇温過程または降温過程において（Ｔc ＋１）℃に保持する時間と光学特性との関係を示すグラフである。
【図１０】昇温過程及び降温過程における温度勾配と光学特性との関係を示すグラフである。
【図１１】電界を印加する温度範囲と光学特性との関係を示すグラフである。
【図１２】ポリイミド配向膜のプレチルト角と光学特性との関係を示すグラフである。
【図１３】液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。
【図１４】液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。
【図１５】液晶パネルに電圧を印加した場合の電圧−透過光強度の特性を示すグラフである。
【図１６】液晶表示装置の表示制御を示すタイムチャートである。
【図１７】液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。
【図１８】強誘電性液晶パネルにおける液晶分子の配列状態を示す図である。
【図１９】単安定型の強誘電液晶のチルトを説明するための図である。
【符号の説明】
２，４ガラス基板
３共通電極
１１，１２配向膜
１３液晶層
２２バックライト
２１液晶パネル
４０画素電極（ピクセル電極）
４１ＴＦＴ
６０カラーフィルタ

Claims

対向する２枚の基板の各対向面に電極と、ラビング方向が略平行のパラレルラビング処理を施され、プレチルト角が２°以下となるように前記電極上に設けられた配向膜とを有するとともに両電極間に自発分極を有する液晶物質を有し、前記液晶物質は、前記電極に電圧を印加しない場合にその分子ダイレクタの平均分子軸が一方向に存在する単安定化された状態を示し、第１の極性の電圧を印加した場合にその平均分子軸が印加電圧の大きさに応じた角度で単安定化した位置から一方の側にチルトし、前記第１の極性と逆特性の第２の極性の電圧を印加した場合にその平均分子軸が単安定化した位置を維持するかまたは単安定化した位置から前記第１の極性の電圧印加時とは逆側にチルトする液晶表示素子を製造する方法において、
前記液晶物質は、高温側より等方性液体相−コレステリック相−カイラルスメクチックＣ相の相転移系列を示す液晶物質であり、カイラルスメクチックＣ相からコレステリック相までの昇温過程に続くコレステリック相からカイラルスメクチックＣ相までの降温過程時に、前記液晶物質に電圧を印加し、
カイラルスメクチックＣ相からコレステリック相までの前記昇温過程、または、コレステリック相からカイラルスメクチックＣ相までの前記降温過程にて温度を一定に保つ保持期間を設け、
前記昇温過程または降温過程におけるカイラルスメクチックＣ相とコレステリック相との転移温度をＴ c ℃とした場合、（Ｔ c ＋１）℃の温度を、前記保持期間にて１分以上保持し、
カイラルスメクチックＣ相からコレステリック相までの前記昇温過程及びコレステリック相からカイラルスメクチックＣ相までの前記降温過程における温度勾配を３℃／分以下とし、
前記降温過程時に前記液晶物質に電圧を印加する際の温度範囲Ｔ℃が、カイラルスメクチックＣ相とコレステリック相との転移温度をＴ c ℃、コレステリック相と等方性液体相との転移温度をＴ i ℃とした場合に、Ｔ c −２≦Ｔ≦Ｔ c ＋２を満たし、かつ、Ｔ＜Ｔ i を満たすように設定することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
前記保持期間の長さを３分以上とすることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子の製造方法。
カイラルスメクチックＣ相からコレステリック相までの前記昇温過程及びコレステリック相からカイラルスメクチックＣ相までの前記降温過程における温度勾配を１℃／分以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示素子の製造方法。
前記降温過程時に前記液晶物質に電圧を印加する際の温度範囲Ｔ℃が、カイラルスメクチックＣ相とコレステリック相との転移温度をＴc ℃、コレステリック相と等方性液体相との転移温度をＴi ℃とした場合に、Ｔc −５≦Ｔ≦Ｔc ＋５を満たし、かつ、Ｔ＜Ｔi を満たすように設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示素子の製造方法。
前記配向膜のプレチルト角を１°以下とすることを特徴とする請求項１乃至４の何れに記載の液晶表示素子の製造方法。