JP4383006B2

JP4383006B2 - 液晶表示素子の製造方法

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Publication number: JP4383006B2
Application number: JP2001182263A
Authority: JP
Inventors: 浩藤村; 政勝比嘉; 興利木村; 麻由佳長田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: JP2002371281A

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、さらに詳しくは、その調光層部に流動性が消失した液晶性ゲル状組成物を封じ込めた液晶表示素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶性を示すゲル状物質を用いた液晶表示素子は、既に提案されている（例えば、特開平５−２１６０１５号公報、特開平８−２５４６８８号公報、特開平１１−５２３４１号公報、特開平１１−２５６１６４号公報及び特開２０００−２３９６６３号公報を参照。）。
【０００３】
また、ネマチック液晶を使用して、高分子樹脂の網目構造もしくはカプセル構造中に液晶を配置した高分子分散型液晶デバイスも提案されている。このような高分子分散型液晶デバイスは、１）偏光板を使用しないので明るい画像表示ができること、２）視野角が広いこと、３）液晶の配向処理が必要でないので製造が容易であること、等の長所があるが、１）高分子樹脂を硬化させる際における温度や光強度に高い精度が要求されること、２）高分子樹脂が硬化してしまうので欠陥の修復が不可能であること、３）電圧印加時にヒステリシスを生じて中間調の表示が不可能であること、等の問題があった。
【０００４】
これらの問題を改善するために、パーフルオロアルキル基を有する低分子化合物と液晶物質とを含有するゲル状態の液晶性組成物を構成要素とする液晶表示素子が提案された（特開平５−２１６０１５公報及び特開平８−２５４６８８公報参照）。このゲル状態の液晶性組成物（以下、「液晶ゲル」という）を表示素子の製造に用いることにより、ヒステリシスを生じない表示が可能になり、かつ、ＴＮ型液晶セル並の高コントラストが実現された。しかも、液晶ゲルの網目の欠陥の修復をゾル−ゲル相転移温度以上まで加熱してその後冷却するだけの簡単な操作で行えることは、大きなメリットであった。しかしながら、前記液晶性組成物のゾル−ゲル相転移温度は、１１０〜１２０℃であるので、欠陥修復のための温度を約１３０℃として欠陥の修復を繰り返すと、高温のゾル状態の液晶性組成物への不純物の混入による表示不良が発生するという問題があり、また、ゲル状態を示す液晶性組成物は室温条件下でゲル状態を示すため、セルに注入する操作時には、液晶性組成物及びセルを液晶性組成物のゾル−ゲル相転移温度以上に加熱しなければならないという問題もあった。
【０００５】
そして、前記特開平５−２１６０１５号公報及び特開平８−２５４６８８号公報の実施例では、液晶性組成物をそのゾル−ゲル相転移温度よりも高い温度の１００〜１８０℃に加熱して等方性液体とし、この等方性液体を同温度に加熱した液晶セルに真空中において注入している。しかしながら、真空中において、高温の液晶性組成物を高温に保った液晶セルに注入すると、液晶性組成物の高蒸気圧成分の揮発による組成の変動や高温下の連続生産による材料劣化が生じ、また、真空下でのセル加熱等のプロセスではエネルギー効率が悪くなるので、生産性が悪いという問題があった。
【０００６】
さらに、特開平１１−２５６１６４号公報で開示された発明の実施例においては、アミノ酸系ゲル化剤を用いた液晶ゲルを高分子分散型液晶デバイスだけでなくＴＮ型の液晶調光層に適用しているが、その液晶ゾルを構成する液晶性組成物のゾル−ゲル相転移温度は、その液晶−等方性液体相転移温度よりも高いので、この液晶ゲルの配向欠陥の修復においても、液晶性を示さない等方性のゾル状態まで高温に加熱する必要があり、そのために、液晶ゲルの配向欠陥の修復を繰り返すと、表示不良が発生するという問題があった。また、ゲル状態を示す液晶性組成物は、室温条件下でゲル状態であるので、これを液晶セルに注入する操作をする時には、液晶性組成物及び液晶セルを液晶性組成物のゾル−ゲル相転移温度以上に加熱しなければならないという問題があった。
【０００７】
そして、特開平１１−５２３４１号公報及び特開平１１−２５６１６４号公報の実施例には、加熱された液晶性組成物とゲル化剤との等方性液体をいずれか一方の基板にスピンコート、バーコーター、ロールコーター等の塗布装置で塗布することが記載されているが、等方性液体は、ゾル−ゲル相転移温度以下になると流動性がなくなるので、等方性液体を均一に塗布するためには、等方性液体が塗布時に冷却されないように、基板及び塗布装置を高温に保つ等のプロセス上の工夫が必要になるという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
【０００９】
即ち、本発明は、調光層にゲル状の液晶性組成物を有する均一な表示が可能となる液晶表示素子を効率良く低コストで製造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している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、電極を備えた一対の基板間にネマチック液晶を形成することができる液晶物質とこれをゲル化するゲル化剤とからなる液晶性組成物を封じ込めた液晶表示素子の製造方法において、あらかじめ、該液晶物質と接する少なくとも一方の基板表面に該液晶物質をゲル化するゲル化剤の塗布部を形成した後、該液晶物質を一対の基板間に注入することを特徴とする液晶表示素子の製造方法である。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記液晶性組成物の液晶−等方性液体相転移温度が、そのゾル−ゲル相転移温度より高いことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記基板が厚み２５０μｍ以下のプラスチック基板であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載された発明において、前記液晶性組成物におけるゲル化剤の含有量が、該液晶性組成物が液晶ゲル状態で可視光に対して透明となる範囲のものであることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５に記載された発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載された発明において、前記液晶性組成物におけるゲル化剤の含有量が、液晶物質に対して０．０５〜０．４重量％であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６に記載された発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載された発明において、前記ゲル化剤が、前記液晶物質を基板間に注入する温度では、該液晶物質と混和しないものであることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７に記載された発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載された発明において、前記一対の基板間に注入した液晶物質に加熱処理を施して、前記ゲル化剤を該液晶物質に混和させ、液晶性組成物とした後に、該液晶性組成物を冷却することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８に記載された発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載された発明において、前記液晶物質を、ゲル化剤の塗布部が液晶物質注入部より離れた部分に配置された一対の基板間に、注入することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項９に記載された発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載された発明において、電極を備えた一方の基板にギャップ材を設置し、そして、もう一方の基板に前記ゲル化剤の塗布部を配置して、これらを貼り合わせることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を示す液晶表示素子の断面図であり、そして、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００２０】
図１において、１０は液晶表示素子である。液晶表示素子１０には、電極２を備えた一対の基板１，１の間にネマチック液晶を形成する液晶物質とこれをゲル化するゲル化剤とからなる液晶性組成物４がシール剤３で封じ込められている。そして、この液晶性組成物４は、その液晶−等方性液体相転移温度がそのゾル−ゲル相転移温度より高いものとされている。
【００２１】
本発明における「ゲル」は、三次元ネットワーク構造に溶剤が取り込まれた状態をさし、ゲル状態からゾル（溶液）状態へと可逆的に変化するものである。その場合、ゲル状態からゾル状態への変化が可能であれば、三次元ネットワーク構造の架橋部分の構造には限定を受けないが、その架橋構造は一般的に共有結合以外の二次的結合力によるものが多い。本発明で用いるゲルのネットワーク構造は、分子間水素結合によるものであるので、温度を上げることによりゲルのゾル化を引き起こすことができる。
【００２２】
本発明における「液晶物質」は、従来から液晶表示素子に用いられているネマティック液晶を示すビフェニル系、フェニルシクロヘキサン系等の液晶物質である。このような液晶物質を用いる液晶表示モードとしては、ＴＮ型、ＳＴＮ型、ＯＣＢ型、ＥＣＢ型等がある。これら一般的な表示モードだけでなく、ネマチックもしくはカイラルネマチックを利用した表示モードであれば、本発明の構成は適用できる。
【００２３】
上記したような「ネマチック液晶を形成する液晶物質とこれをゲル化するゲル化剤とからなる液晶性組成物」により形成されるゲルの表示素子への応用では、高分子分散型液晶のような散乱状態と透明状態との間での光スイッチング、もしくは、ＴＮ型、ＳＴＮ型のような旋光性や複屈折性を利用するために、その動作温度域において液晶性を有するゲル（液晶ゲル）である必要がある。しかしながら、このゲル状態の液晶性組成物、即ち、液晶ゲルは、その流動性を消失させることにより、そのネットワーク構造の長期安定性を確保しているものであるので、強い機械的衝撃等でそのネットワーク構造が崩れることがある。このように、液晶ゲルのネットワーク構造が崩れた場合には、これを修復するために、液晶ゲルをゾル状態（ゲル化剤によるネットワーク構造がなくなって液晶と混和している状態）まで一旦加熱した後、冷却することにより再び安定な液晶ゲル状態にする必要がある。そこで、この液晶性組成物の二つの相転移温度（ネマチック液晶−等方性液体相転移点とゾル−ゲル相転移点）の関係が重要になる。ネマチック液晶−等方性液体相転移点（以下、「Ｔ_ni」と表記する。）とゾル−ゲル相転移点（以下、「Ｔ_sg」と表記する。）との関係、並びに、その液晶性組成物の低温側からの相系列の変化を示すと、
１）Ｔ_ni＜Ｔ_sgの場合結晶−液晶ゲル−等方性ゲル−等方性ゾル
２）Ｔ_ni＞Ｔ_sgの場合結晶−液晶ゲル−液晶ゾル −等方性ゾル
となる。
【００２４】
液晶表示素子の動作温度範囲は、液晶ゲルを示す温度範囲に含まれている必要がある。ここで、前記１）の場合、即ち、Ｔ_niがＴ_sgよりも低い場合の液晶ゲル組成物を調光層とした液晶表示素子において、発生した欠陥を修復するためには、そのゲルのネットワーク構造が一旦は消失するところの等方性ゾル状態を示す温度まで液晶ゲル組成物を加熱する必要がある。また、前記２）の場合、即ち、Ｔ_niがＴ_sgよりも高い場合には、同様に、液晶ゲル組成物を液晶ゾル状態になるまで加熱することとなる。この２つの場合において、液晶ゾル及び等方性ゾルは、ゾル状態であることでは同じであるが、系として液晶性を持っているか、等方性であるかの違いがあり、そのために、加熱された液晶表示素子における劣化に異なる影響を与えることがわかった。
【００２５】
液晶表示素子のセル内での液晶性組成物は、配向剤、ギャップ材、シール剤、基板材料等の構成材料と接触している。これらの構成材料は、もちろん十分な精製が行われたものを使用しているが、幾分かの不純物を含有している。液晶性組成物は、有機溶剤としての側面も有しているので、高温になるほどその不純物の溶解能が高くなる。また、同じ温度でも、その液晶性組成物が等方液体相である場合には、液晶相を示しているのと比較して、容易に不純物を溶解するために、表示性能の急激な劣化に結びつくことが見いだされた。
【００２６】
このことから、液晶ゲルを調光層に用いた液晶表示素子においては、Ｔ_niがＴ_sgよりも高い構成とすることが、欠陥修復における表示劣化の抑制に効果的であることが理解できる。
【００２７】
ゲル状態の液晶性組成物、即ち、液晶ゲルの欠陥修復が、ゾル状態までの加熱と、その後の冷却による液晶ゲルの再生という簡易なプロセスでできるためには、そのゲル化剤が重要である。本発明で用いられるゲル化剤は、分子間水素結合によって物質をゲル化する性質を持ち、かつ、使用する液晶に溶解する低分子化合物よりなる。この「低分子化合物」とは、分子量分布を持たない化合物をさし、その分子量は、２０００以下、好ましくは、１０００〜２０００である。本発明によれば、このようにゲル化剤が、前記液晶物質を溶解し、かつ、分子間水素結合によって該液晶物質をゲル化する分子量２０００以下、好ましくは、１０００〜２０００の化合物であるので、液晶層をより簡便なプロセスでゲル化できる化合物を有した液晶表示素子を提供することができる。
【００２８】
分子間水素結合が可能な分子構造上の条件は、一般的には、アミド基（−ＮＨＣＯ−）、及び、アミノ基（−ＮＨ−）とカルボニル基（−ＣＯ−）との組み合わせを有するものが望ましい。これらの基以外に、カルバメート基、ウレア基、カルボキシル基、アルコキシ基、リン酸基、水酸基等があっても良く、これらの数、位置については限定されない。そのようなゲル化剤の中でも、特に、分子間水素結合が可能な基及びアルキレン基を１分子中にそれぞれ２個以上有する化合物が望ましい。アルキレン基としては、炭素数４以上、好ましくは６〜２０の長鎖構造（分岐があっても良い）を持つ方が、液晶性物質への溶解性が高い。また、ゲル化剤は、キラル構造を有する化合物よりなるものが好ましい。それらの化合物としては、具体的には、特開平５−２１６０１５号公報、特開平８−２５４６８８号公報、特開平１１−２１５５６号公報、特開平１１−５２３４１号公報、特開平１１−２５６１６４号公報、及び、特開２０００−２３９６６３号公報に開示されているもの等が使用できる。
【００２９】
液晶表示素子は、薄型であること、軽量であること、省電力性に優れていること、等のために、数々の分野で利用されている。液晶表示素子は、携帯用電子機器の表示素子として、まさに、その特徴を十分に活かすものとして利用されている。液晶表示素子は、一般的には、２枚のガラス基板の間に液晶性組成物を挟みこんだ構成となっているが、基板をプラスチックフィルムにした場合には、薄型にできること、軽量にできること、さらには、耐衝撃性を向上できること、等のために、携帯用電子機器の表示素子に特に向いたものとなる。
【００３０】
従来、プラスチックフィルムを基板として液晶表示素子を作った場合において、局所的な機械的圧力等による配向欠陥や構造欠陥等が発生することがあったが、本発明の液晶表示素子１０によれば、液晶性組成物４の液晶−等方性液体相転移温度がそのゾル−ゲル相転移温度より高いので、基板１が厚み２５０μｍ以下のプラスチックフィルムで構成されるものであっても、欠陥修復が容易であり、且つ、修復時の加熱による劣化が少ないものとなる。そして、プラスチックフィルムを基板とする場合には、基板の耐熱性が低いので、配向剤、ギャップ材、シール剤等の液晶表示素子の構成材料に対して低温で焼成、硬化させるようなプロセスを採用することになる。プラスチック基板は、ガラスを基板としたときよりも、配向剤、ギャップ材、シール剤等の液晶表示素子の構成材料からの不純物の溶出が多くなるが、本発明の液晶表示素子１０によれば、液晶性組成物４の液晶−等方性液体相転移温度がそのゾル−ゲル相転移温度より高いので、このようなプラスチック基板を用いた場合において不純物の溶出を低減することができる。
【００３１】
従来、液晶表示素子における両基板間への液晶物質の導入は、一般的には、減圧注入方式によって行われていた。即ち、従来においては、ゲル化している液晶性組成物をゾル化温度以上まで熱して液体状態とすることにより基板間に減圧注入していたが、この場合には、液晶性組成物の注入が終了するまでは液晶性組成物をゾル状態を保つ必要があるために、注入皿、基板などを加熱しておく必要が生じる。このような操作は、エネルギー的に不利であり、加熱装置等が必要となる上に、その制御も複雑となり、生産性を下げる要因となる。
【００３２】
これに対して、本発明では、電極２を備えた一対の基板１，１の間にネマチック液晶を形成することができる液晶物質とこれをゲル化するゲル化剤とからなる液晶性組成物４を封じ込めた液晶表示素子１０の製造方法において、あらかじめ、該液晶物質と接する少なくとも一方の基板１，１の表面に該液晶物質をゲル化するゲル化剤の塗布部５を形成した後、該液晶物質を一対の基板１，１の間に注入するので、減圧注入時の過熱を必要とせず、また、煩雑な温度制御も不要となり、しかも、従来の装置がそのまま使用できる。そのために、本発明によれば、調光層にゲル状の液晶性組成物を有する均一な表示が可能となると共に、欠陥修復が容易となる液晶表示素子を効率良く低コストで製造できる。
【００３３】
少なくとも一方の基板１，１の上にゲル化剤の塗布部５をあらかじめ存在させるには、ゲル化剤を溶媒に溶かし、これを少なくとも一方の基板１，１の上に塗布・乾燥させる。ゲル化剤の塗布には、従来公知のスピン塗布、デップ塗布、フレキソ印刷、ディスペンサー塗布等の手段が使用できる。所定の部位にゲル化剤を配置するには、フレキソ印刷、ディスペンサー塗布等の手段が望ましい。
【００３４】
本発明によれば、液晶性組成物４におけるゲル化剤の含有量は、液晶物質に対して０．０５〜１０重量％となる量である。また、液晶性組成物４におけるゲル化剤の含有量は、ゲル化剤の量の最適値は液晶及びゲル化剤の種類によって異なるが、好ましくは、該液晶性組成物４が液晶ゲル状態で可視光に対して透明となる範囲、即ち、液晶が可視光に対して散乱しない範囲のものである。このような液晶性組成物４におけるゲル化剤の含有量は、０．０５〜０．４重量％であり、さらに好ましくは、０．０５〜０．２重量％である。前記液晶性組成物４におけるゲル化剤の含有量は、液晶性組成物４が液晶ゲル状態で可視光に対して透明となる範囲のものであるので、表示不良の少ない液晶表示素子を製造することができる。
【００３５】
本発明によれば、ゲル化剤は、液晶物質を基板間に注入する温度では、該液晶物質と混和しないものである。そして、本発明によれば、一対の基板１，１の間に注入したこのような液晶物質に加熱処理を施して、前記ゲル化剤を該液晶物質に混和させ、液晶性組成物４とした後に、該液晶性組成物４を冷却することにより、表示不良の少ない液晶表示素子が製造される。
【００３６】
前記「ゲル化剤が液晶物質に混和しない」という意味は、所定の液晶物質の注入時間内での混和が避けられれば良いという意味であり、即ち、液晶物質に対するゲル化剤の溶解性が小さい、或いは、長い溶解時間が必要であるという意味であって、その温度においてまったく混和しないという意味ではない。ゲル化剤が液晶物質に混和するものであると、基板１，１の上に配置したゲル化剤によって液晶の注入と同時にゲル化が開始してしまい、注入の妨げとなったり、ゲル化剤が液晶の注入とともに移動して、ゲル化剤の濃度が基板上で不均一になる可能性がある。このような場合に作製された表示素子では、均一な表示ができなくなる。この現象を防ぐために、混和が起こらないゲル化剤と液晶の組み合わせを選ぶことが必要である。
【００３７】
液晶物質とゲル化剤を基板１，１の間に封入後この混合物を加熱すると、均一な等方性溶液となる。本発明によれば、かかる等方性溶液を冷却することにより、光学的には液晶の異方性を持つゲル状の液晶性組成物、即ち、液晶ゲルを得ることができる。かかる液晶ゲルは、水素結合性のネットワーク構造を持つことにより、長期安定性により優れたものとなる。それ故、液晶物質の注入が完了した後は、ゲル化剤が液晶物質に溶解するように、温度を一旦ゾル−ゲル相転移温度以上になるまで加熱してからゲル化する温度以下にまで冷却することにより、短時間で、表示不良の少ない液晶表示素子を提供することができる。また、このように形成されたゲル状の液晶性組成物は、水素結合性のネットワーク構造を持っているので、「熱などの刺激に応じて水素結合が切れたり再びネットワークを形成したりする」という構造変化を可逆的に起こすことができる。即ち、ゲル状の液晶性組成物を再度加熱することにより等方性溶液に戻り、そして、この等方性溶液を再度冷却すると液晶ゲルとなるので、液晶表示素子における表示欠陥を修復することが可能となる。さらに、本発明で作製されるゲル状の液晶性組成物は、電界の強度の変化に応じて配向が変化し、明確な電界応答性を示す。
【００３８】
本発明によれば、図２に示すように、液晶物質は、好ましくは、ゲル化剤の塗布部５が液晶物質注入部６より離れた部分に配置された一対の基板１，１の間に、注入されるので、液晶物質の注入時に、ゲル化剤による液晶の流入阻害がなく、そのために、注入時間のばらつき等のない安定な液晶表示素子の製造方法を設定できる。
【００３９】
一般に、減圧注入により液晶表示素子を作製する場合は、基板間距離を一定にするためにギャップ材を使用している。このギャップ材は両基板を貼り付ける前に、少なくともいずれか一方の基板上に存在させておくものである。ギャップ材の配置方法には、乾式散布、湿式散布及びスクリーン印刷などがある。乾式散布は、ギャップ剤を直接に基板に吹き付けるものであり、湿式散布は、溶媒にギャップ材を分散させたものを基板上に吹き付けて散布するものである。
また、ゲル化剤を配置した基板に、前記したような方式でギャップ材を吹き付けると、ゲル化剤の有無によりギャップ材の付着状態が異なるため、結果として、基板の面内でのギャップ材の均一な配置ができない。
さらに、ゲル化剤を配置した基板にスクリーン印刷でギャップ材を配置する場合、印刷時にスクリーン版とゲル化剤が接触し、ゲル化剤がスクリーン版に転写してしまう。この結果、所定のゲル化剤濃度の液晶ゲルを形成できず、所望の性能の素子が作製できない。
しかしながら、本発明によれば、電極２を備えた一方の基板１にギャップ材を設置し、そして、もう一方の基板１に前記ゲル化剤の塗布部５を配置して、これらを貼り合わせたので、貼り合わせた基板１，１の間にギャップ材を均一に配置でき、しかも、ムラのない液晶表示素子１０を製造することができる。
【００４０】
本発明において使用されるシール剤３としては、従来から液晶表示素子に用いられている材料、具体的には、光硬化性のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等を用いることができる。また、本発明において使用される基板としては、従来から液晶表示素子の基板として用いられている透明な材料を用いることができる。ガラス等の剛直な材料、プラスチックフィルム等の柔軟な材料のいずれも用いることができる。
【００４１】
【実施例】
以下、実施例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００４２】
（実施例１）
寸法が３０ｍｍ×４０ｍｍの一対のガラスよりなる基板にＩＴＯ電極層を形成し、次に、配向処理膜としてポリイミドを積層した後、それらの表面をラビング処理した。そして、これらの基板の一方の基板にはシール剤としてアミン硬化エポキシ樹脂中をディスペンサー塗布し、そして、他の基板には５μｍ粒径のシリカビーズをイソプロピルアルコール溶媒に分散して約１００個／ｍｍ² の密度で散布した。これらの２枚の基板は、互いのラビング方向が反平行になるようにシール剤で貼り合わせて固定・硬化してすることによりセルを作製した。次に、Ｔ_niが８９℃のネマチック液晶物質（ＬＣ１）とゲル化剤（Ｇ１）とを混合し、これらを１２０℃のオーブン中に３０分放置して、等方性液体状態でネマチック液晶物質とゲル化剤を十分に混和させた液晶性組成物を準備した。この液晶性組成物のゲル化剤濃度は０．２ｍｏｌ％に調整した。この液晶性組成物のＴ_niは、約９０℃であり、液晶物質単独でのＴ_niとほぼ同じであった。また、そのＴ_sgは６５℃であった。そして、前記セルを液晶注入用真空装置に移し、０．００２Ｔｏｒｒまで減圧した後に、液晶皿にセルの液晶注入口を付けてセル外部を常圧に戻し、続いて、液晶性組成物をこのセル中に注入した。この液晶性組成物のセル中への注入は、セル及び液晶皿を液晶ゾル状態である８５℃に加熱して行った。このように液晶性組成物を注入した後、液晶性組成物の注入口部を封止剤で塞ぎ硬化することにより、ゲル状の液晶性組成物が存在する液晶表示素子を得た。
このようにして得た液晶表示素子は、そのゲル状の液晶部分が可視光に対して透明であり、偏光板のクロスニコル下で観察すると、液晶が均一なホモジニアス配向していることが確認できた。また、この液晶セルに６４Ｈｚの交流電圧を印加したところ、液晶が均一に正常に作動した。次に、そのセル表面を１１φの鉄球で押圧する試験を繰り返した。この試験で、液晶の配向が乱れたことによる欠陥が発生した時点で、この液晶素子を８５℃の液晶ゾル状態まで加熱してそのまま５分保持後、室温まで冷却したところ、試験前の無欠陥な状態に復帰した。この欠陥修復の操作を３００回繰り返したが、液晶素子の外観、電界応答特性に変化は見られなかった。
前記「Ｇ１」は、次の式
【化１】

で示される。
【００４３】
（実施例２）
実施例１と同様に基板として、寸法が３０ｍｍ×４０ｍｍのガラスよりなる基板を用いて、セルを作製した。そして、Ｔ_niが３５．２℃のネマチック液晶（ＬＣ２）とゲル化剤（Ｇ１）を混合し、１２０℃のオーブン中に３０分放置し、等方性液体状態で、液晶とゲル化剤を十分に混和させた液晶性組成物を準備し、その液晶性組成物のゲル化剤濃度を０．２ｍｏｌ％に調整した。この液晶性組成物のＴ_niは約３５℃であり液晶物質単独での転移点とほぼ同じであった。また、Ｔ_sgは８０℃であった。次に、セルを液晶注入用真空装置に移し、０．００２Ｔｏｒｒまで減圧した後に、液晶皿にセルの液晶注入口を付けてセル外部を常圧に戻し、続いて、液晶性組成物をセル中に導入した。この液晶性組成物のセル中への注入は、セル及び液晶皿を等方性ゾル状態である８５℃に加熱して行った。このように液晶性組成物をセル中に注入した後、注入口部を封止剤で塞ぎ硬化することにより、ゲル状の液晶性組成物が存在する液晶表示素子を得た。
このようにして得た液晶表示素子は、そのゲル状の液晶部分が可視光に対して透明であり、偏光板のクロスニコル下で観察すると、液晶が均一なホモジニアス配向していることが確認できた。また、この液晶セルに６４Ｈｚの交流電圧を印加したところ、液晶が均一に正常に作動した。次に、そのセル表面を１１φの鉄球で押圧する試験を繰り返した。この試験で、液晶の配向が乱れたことによる欠陥が発生した時点で、この液晶素子を８５℃の液晶ゾル状態まで加熱してそのまま５分保持後、室温まで冷却したところ、試験前の無欠陥な状態に復帰した。この欠陥修復の操作を３００回繰り返したが、液晶素子の外観、電界応答特性に変化は見られなかった。しかし、電界応答特性において、その動作電圧が大きく上昇した。このセルのインピーダンス測定を実施したところ、液晶性組成物層の比抵抗が低下していることが判明した。これは液晶性組成物層に何らかの不純物が混入したことを示唆している。
【００４４】
（実施例３）
実施例１において、寸法が３０ｍｍ×４０ｍｍのガラス基板に変えて、ＩＴＯを表面に持つポリエーテルサルフォンシート（ＰＥＳ：住友ベークライト製、厚み１５０ミクロン）を用いて、セルを作製した。液晶（ＬＣ１）、ゲル化剤（Ｇ１）等の材料及び構成は実施例１と同様とした。このセルに実施例１と同様の押圧試験を実施し、欠陥修復操作を繰り返してみた。繰り返し回数は３００回とした。試験後、フィルム基板面の押圧部の一部に、へこみ跡などの外観変化が見られたが（表示特性上で問題にならないレベルであった。）、電界応答特性には変化が見られなかった。
【００４５】
（実施例４）
寸法が３０ｍｍ×４０ｍｍの一対のガラスよりなる基板にＩＴＯ電極層を形成し、配向処理膜としてポリイミドを積層した後、それらの表面をラビング処理した。これらの基板の一方の基板には、ゲル化剤としてＧ１を溶剤に溶かしたものを、図２に示される部分にディスペンサーで定量塗布して、乾燥させた。そして、ゲル化剤を塗布した部分の外側に、シール剤としてアミン硬化エポキシ樹脂中をディスペンサー塗布した。次に、他の一方の基板には５μｍ粒径のシリカビーズをイソプロピルアルコール溶媒に分散して約１００個／ｍｍ² の密度で散布した。これらの２枚の基板は、互いのラビング方向が反平行になるように貼り合わせて固定・硬化することによりセルを作製した。このように作成したセルを液晶注入用真空装置に移し、０．００２Ｔｏｒｒまで減圧した後に、液晶皿にセルの液晶注入口を付けてセル外部を常圧に戻し、液晶物質（ＬＣ１）をセル中に導入した。その後、注入口部を封止剤で塞ぎ硬化することにより、液晶素子を得た。この液晶素子では、８５℃まで加熱してゲル化剤と液晶物質を溶かして液晶ゾルとした後、室温まで冷却することにより、ゲル状の液晶性組成物が存在する液晶表示素子とすることができた。この液晶性組成物のゲル化剤濃度は、０．２ｍｏｌ％になるように、ゲル化剤の塗布量を調節しておいたので、得られた液晶素子は、実施例１で作製したものと同等の特性を示し、欠陥修復試験の結果も同じものであった。
【００４６】
（実施例５）
実施例４において、寸法が３０ｍｍ×４０ｍｍのガラス基板に変えて、ＩＴＯを表面に持つポリエーテルサルフォンシート（ＰＥＳ：住友ベークライト製、厚み１５０ミクロン）を用いて、同様のセルを作製した。このようにして作製したセルは、実施例３で作製したセルと同等であり、特性上の差異も見られなかった。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１に記載された発明によれば、あらかじめ、該液晶物質と接する少なくとも一方の基板表面に該液晶物質をゲル化するゲル化剤の塗布部を形成した後、該液晶物質を一対の基板間に注入するので、減圧注入時の過熱を必要とせず、また、煩雑な温度制御も不要となり、しかも、従来の装置がそのまま使用できる。そのために、調光層にゲル状の液晶性組成物を有する均一な表示が可能となると共に、欠陥修復が容易となる液晶表示素子を効率良く低コストで製造することができる。
【００４８】
請求項２，３に記載された発明によれば、前記液晶性組成物の液晶−等方性液体相転移温度が、そのゾル−ゲル相転移温度より高いので、基板１が厚み２５０μｍ以下のプラスチックフィルムで構成されるものであっても、欠陥修復が容易であり、且つ、修復時の加熱による劣化が少ない液晶表示素子を製造することができる。
【００４９】
請求項４，５に記載された発明によれば、液晶性組成物におけるゲル化剤の含有量は、液晶性組成物が液晶ゲル状態で可視光に対して透明となる範囲のものであるので、表示不良の少ない液晶表示素子を製造することができる。
【００５０】
請求項６に記載された発明によれば、ゲル化剤が、前記液晶物質を基板間に注入する温度では、該液晶物質と混和しないものであるので、均一な表示ができる液晶表示素子を製造することができる。
【００５１】
請求項７に記載された発明によれば、一対の基板間に注入した液晶物質に加熱処理を施して、前記ゲル化剤を該液晶物質に混和させ、液晶性組成物とした後に、該液晶性組成物を冷却するので、短時間で表示不良の少ない液晶表示素子を製造することができ、また、液晶表示素子における表示欠陥を修復することが可能となる。
【００５２】
請求項８に記載された発明によれば、前記液晶物質を、ゲル化剤の塗布部が液晶物質注入部より離れた部分に配置された一対の基板間に、注入するので、液晶物質の注入時に、ゲル化剤による液晶の流入阻害がなく、そのために、注入時間のばらつき等のない安定な液晶表示素子を製造することができる。
【００５３】
請求項９に記載された発明によれば、電極を備えた一方の基板にギャップ材を設置し、そして、もう一方の基板に前記ゲル化剤の塗布部を配置して、これらを貼り合わせたので、貼り合わせた基板の間にギャップ材を均一に配置でき、しかも、ムラのない液晶表示素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す液晶表示素子の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１基板
２電極
３シール剤
４液晶性組成物
５ゲル化剤の塗布部
６液晶物質注入部
１０液晶表示素子

Claims

電極を備えた一対の基板間にネマチック液晶を形成することができる液晶物質とこれをゲル化するゲル化剤とからなる液晶性組成物を封じ込めた液晶表示素子の製造方法において、あらかじめ、該液晶物質と接する少なくとも一方の基板表面に該液晶物質をゲル化するゲル化剤の塗布部を形成した後、該液晶物質を一対の基板間に注入することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
前記液晶性組成物の液晶−等方性液体相転移温度が、そのゾル−ゲル相転移温度より高い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。
前記基板が厚み２５０μｍ以下のプラスチック基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示素子の製造方法。
前記液晶性組成物におけるゲル化剤の含有量が、該液晶性組成物が液晶ゲル状態で可視光に対して透明となる範囲のものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。
前記液晶性組成物におけるゲル化剤の含有量が、液晶物質に対して０．０５〜０．４重量％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。
前記ゲル化剤が、前記液晶物質を基板間に注入する温度では、該液晶物質と混和しないものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。
前記一対の基板間に注入した液晶物質に加熱処理を施して、前記ゲル化剤を該液晶物質に混和させ、液晶性組成物とした後に、該液晶性組成物を冷却することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。
前記液晶物質を、ゲル化剤の塗布部が液晶物質注入部より離れた部分に配置された一対の基板間に、注入することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。
電極を備えた一方の基板にギャップ材を設置し、そして、もう一方の基板に前記ゲル化剤の塗布部を配置して、これらを貼り合わせることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。