JPH05303100A - 液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents

液晶表示素子およびその製造方法

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JPH05303100A
JPH05303100A JP10948492A JP10948492A JPH05303100A JP H05303100 A JPH05303100 A JP H05303100A JP 10948492 A JP10948492 A JP 10948492A JP 10948492 A JP10948492 A JP 10948492A JP H05303100 A JPH05303100 A JP H05303100A
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JP
Japan
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axis
liquid crystal
angle
substrate
rubbing
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JP10948492A
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English (en)
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Hisako Kurai
久子 倉井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 STNモードを用いた液晶表示素子の表示品
質を向上させる。 【構成】 パターン化したITO電極8に、塗布、硬化
することによりポリイミド配向膜4を形成する。この配
向膜に2方向にラビング処理を施した後パネルを組み立
て、STN液晶材料7を注入した液晶表示素子で、配向
膜3、4の評価量として複屈折の遅相軸の角度を規定
し、その値を所定の範囲に限定する。このことより均一
のツイスト角で配向した表示品位の良好なパネルが得ら
れ、また適正なd/pの範囲を広くすることができるた
め、液晶の配向安定性は向上しパネルも製造しやすく製
造歩留りの向上にも大きく貢献する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、文字、記号または画像
の表示を行なう液晶表示素子およびその製造方法に関す
るものである。より詳しくは、スーパーツイステッドネ
マチック(STN)モードまたはスーパーツイステッド
バイリフリンゼントイフェクト(SBE)モードの液晶
表示素子およびその製造方法に関するものであり、特に
液晶分子の配向膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶を用いた表示素子は薄型、軽
量、低消費電力という特徴からパーソナルコンピユー
タ、ワードプロセッサなどの情報機器およびテレビ受像
機などのさまざまな用途に用いられている。
【0003】高品位、大容量表示用としては、さまざま
な液晶表示モードの中でもSTNまたはSBEモードが
特に注目されている。これらのモードは相対向する基板
間のネマチック液晶分子に120度〜290度のねじれ
角を持たせたツイステッドネマチック構造を有するもの
である。液晶分子のねじれ角が90度以上と大きいST
NないしSBEモードの液晶表示素子では、部分的に他
のねじれ角の領域が発生しやすく、そのためにディスク
リネーションを起こし表示品位の低下を招く結果とな
る。この現象を防止するために基板の表面において、液
晶分子の基板に対する角度(プレチルト角)を3度〜3
0度の角度で配向させている(例えば、アプライドフィ
ジックスレーターズ,45(10)1984年11月1
5日発行参照)。
【0004】液晶分子をある一定のプレチルト角でしか
も一定方向に配向させる代表的配向法として斜方蒸着
法、ラビング法がある。斜方蒸着法は、酸化シリコン
(SiO)、酸化マグネシウム(MgO)等の酸化物
や、金(Au)、白金(Pt)等の金属などの無機物質
を基板に対して斜めから蒸着するものである。一方ラビ
ング処理法は、基板上にポリイミド、ポリアミド等の有
機配向膜を形成した後、レーヨン、ナイロン、コットン
等の布を巻き付けたドラムを回転させて配向膜表面を一
定方向にこする(ラビング)ことで配向処理を行なうも
のである(特開昭55−143525号公報参照)。液
晶表示素子の製造においてこの配向処理工程は表示品質
を決める重要な工程である。
【0005】これらの液晶表示素子に用いられる液晶は
ネマチック液晶に若干のカイラルネマチック液晶を添加
したものが一般的である。この液晶は応答の点では若干
不利であるが、逆ドメインの発生を防止できる。一般に
液晶は螺旋構造を有しており、液晶の固有ピッチpと液
晶層の厚みdとの比をd/pとすると、低次ツイストお
よびストライプドメインが発生しない良好な配向領域を
得るには、適正な範囲にd/pを設定する必要がある。
d/pの適正な範囲は広いほうが液晶の配向安定性は向
上し、液晶表示素子も製造しやすい。
【0006】d/pの適正な範囲を広くする1つの方法
として、同一基板面を2方向にラビング処理する方法が
ある。2方向のラビング処理で均一な配向を得るには各
方向のラビング条件の設定が非常に重要である。最初の
ラビング方向(1方向目のラビング方向)と最後のラビ
ング方向(2方向目のラビング方向)でのラビング処理
のされかたによっては、プレチルト角がばらついたりパ
ネルのツイスト角が異なってくる場合も発生する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のラ
ビング処理法では、ラビング条件を変える要因であるロ
ーラ回転数、基板の移動速度、押し込み量およびローラ
径を一定にしてラビングしたとしても、ガラス基板の厚
みの変化、ラビング布のロット差、機械精度の経時的変
化などのため必ずしも常に一定のラビング強度でラビン
グされる保証がないという課題を有していた。
【0008】すなわちラビング処理法による液晶分子の
配向メカニズムは完全に解明されていないが、ラビング
処理によって配向膜表面にせん断応力が加わることで表
面付近のポリマー鎖の配向が起こり、液晶分子がポリマ
ー鎖の配向に従って配列することが主要因と考えられて
いる。このように液晶分子の配向に配向膜表面の配向状
態が大きく影響するにもかかわらず、従来の液晶表示素
子ではラビングされた配向膜としての配向状態の規定が
なかった。そのため実際にパネルを組み立ててみるまで
ラビング処理工程の良否が判別できず結果的に不良率が
増加するという課題を有していた。
【0009】本発明は上記の従来の課題を解決するもの
で、高品位表示の液晶表示素子およびその製造方法を提
供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の液晶表示素子は、基板上にX,Y座標軸をと
り入射側の基板上における最初のラビング軸とX軸との
なす角度をΘ1a、最後のラビング軸とX軸とのなす角度
をΘ2a、出射側の基板上における最初のラビング軸とX
軸とのなす角度をΘ1b、最後のラビング軸とX軸とのな
す角度をΘ2bとする時、Θ1aおよびΘ1bのX軸とのなす
角度は共に鋭角であり、Θ2aおよびΘ2bは各々Θ1a、Θ
1bと同方向で各々Θ1aおよびΘ1bと同等以上の大きさを
持ち、かつ入射側の基板と出射側の基板上の配向膜にお
ける複屈折の遅相軸とX軸とのなす角度ΘaおよびΘ
bが、 (2xΘ1a+Θ2a)/3≦Θa≦Θ2a (3) (2xΘ1b+Θ2b)/3≦Θb≦Θ2b (4) で示される関係式を満たす構成を有している。
【0011】
【作用】この構成によって、2方向にラビング処理を施
した配向膜について、ラビング処理された配向膜の評価
量として複屈折の遅相軸の角度を規定し、かつその値を
(3) 式、(4) 式で規定される範囲に限定することにより
均一のツイスト角で配向した表示品位の良好なパネルが
得られる。また適正なd/pの範囲を広くすることがで
きるため、液晶の配向安定性は向上し、液晶表示素子の
製造が容易となり製造歩留まりが向上する。
【0012】
【実施例】以下本発明の一実施例における液晶表示素子
について、図面を参照しながら説明する。図1は本発明
の一実施例における液晶表示素子の要部断面図である。
図1において、1、9はガラス基板、2、8はインジウ
ム錫酸化物からなる透明電極(以下ITO電極とい
う)、3、4は配向膜、5はシール樹脂、6はビーズス
ペーサ、7はSTN液晶材料である。
【0013】以上のように構成された液晶表示素子の製
造方法について説明する。まず400本の走査電極用の
ITO電極2、640本の表示電極用のITO電極8を
形成した上下2枚の25×16cmのガラス基板1、9を
洗浄し、その上に以下の方法で配向膜3、4となるポリ
アミック酸樹脂層またはポリピロメリット酸樹脂層を印
刷で形成した。これらの配向膜溶液は加熱、重合してポ
リイミド樹脂層となるタイプで、例えば日産化学工業株
式会社のSE150,SE610、チッソ石油化学株式
会社のPSI−A−2301または日立化成株式会社の
LQ−1800を用いた。印刷後80℃で10分間乾燥
した後250℃で1時間本硬化を行い膜厚50nm〜70
nmのポリイミド膜からなる配向膜3、4を形成した。こ
れらの配向膜3、4をレーヨン布を取り付けた直径15
0mmのローラを用いて、その毛先押し込み量を変化させ
て最初のラビング方向(以下R1方向という)と最後の
ラビング方向(以下R2方向という)のラビング処理の
強さを変化させ評価用のサンプルを作製した。(表1)
にR1方向とR2方向のラビング処理の強さを毛先押し
込み量の比として示したが、この時の条件はロ−ラ径の
直径が150mm、ロ−ラ回転数が500rpm、基板移動
速度が50mm/秒一定であった。
【0014】
【表1】
【0015】図2は本実施例の液晶表示素子をパネルの
法線方向から見た時のラビング軸の角度設定関係を示す
図であり、Θ1a、Θ1bが0度すなわちX軸と一致した場
合について示している。なお10は入射側基板のR1方
向のラビング軸、11は入射側基板のR2方向のラビン
グ軸、12は出射側基板のR1方向のラビング軸、13
は出射側基板のR2方向のラビング軸を示している。ま
ず入射側基板について最初に所定の毛先押し込み量でR
1方向10にラビングし、次に所定の毛先押し込み量で
R2方向11にラビングした。出射側基板についても同
様にまずR1方向12に所定の毛先押し込み量でラビン
グし、次にR2方向13に所定の毛先押し込み量でラビ
ングした。配向膜SE150、SE610、PSI−A
−2301、LQ−1800について(表1)に示す条
件でラビング処理し、入射側基板の配向膜の遅相軸角度
を測定した。
【0016】図3はラビング強度比と遅相軸角度との関
係を示す図で、入射側基板に塗布した配向膜SE150
についての結果を示したものである。なお出射側基板の
測定結果は、図3においてΘ1aをΘ1bに、Θ2aをΘ2b
置き換えることで入射側基板の測定結果と等価な結果が
得られるので省略した。また他のいずれの配向膜もSE
150と同じであった。
【0017】同時に作製した液晶表示素子について、ラ
ビング処理後の配向膜の複屈折の遅相軸の角度とパネル
のツイスト角の関係を検討した。液晶パネルの作製は一
方のガラス基板9上にビ−ズスペ−サ6を形成するビ−
ズを散布し、他方のガラス基板1の周辺部にシ−ル樹脂
5となるシール剤を印刷しパネルを組み立てた。シ−ル
剤は熱硬化タイプで、60℃で4時間加熱後、150℃
で3時間加熱し硬化した。その後市販のSTN液晶材料
7を真空注入した。液晶パネルを完成した後、偏光板を
貼りつけ1/200駆動のモノクロ表示の液晶表示素子
を完成した。なお(表2)に配向膜SE150のR1方
向とR2方向のラビング処理条件と作製パネル番号の関
係を示す。
【0018】
【表2】
【0019】(表2)中のパネル番号1および7は比較
例として作成したそれぞれR1方向、R2方向の1方向
のみラビングしたパネルである。
【0020】図4は比較例として作成した液晶表示素子
の透過分光特性図であり、(表2)の1と7のサンプル
について測定した結果を示している。また図5は本発明
の実施例の液晶表示素子の透過分光特性図であり、(表
2)の2〜6のサンプルについて測定した結果を示して
いる。
【0021】2方向ラビング処理でパネルを製造する
時、R1方向、R2方向のラビング処理条件が変化して
もサンプル7と同等の透過分光特性を持つことが必要で
ある。図5に示すように、サンプル3〜6はサンプル7
と同等の透過分光特性を有している。
【0022】またサンプル2〜6について、所定(希
望)のツイスト角で作製できたものを○印、所定外(希
望外)のツイスト角で作製されたものを×印で評価した
結果を(表3)に示す。
【0023】
【表3】
【0024】図3と(表3)の関係から、所定(希望)
のツイスト角でパネルを作製するには、2方向にラビン
グ処理した後の配向膜の複屈折の遅相軸を一定の範囲に
する必要があることがわかる。配向膜SE610、PS
I−A−2301、LQ−1800についても配向膜S
E150と同様の結果となった。2方向でラビング処理
しパネルを製造する場合、各方向でのラビング処理のさ
れかたが必ずしも常に一定である保証は無い。(表3)
のような場合が実際には有り得る。したがって、2方向
にラビング処理する際には、各方向のラビング処理のさ
れかたを規定する必要がある。
【0025】以上本実施例から、2方向にラビング処理
を施した配向膜についてラビング処理された配向膜の評
価量として複屈折の遅相軸の角度を規定し、かつその値
を(3) 式、(4) 式の範囲に限定することにより一定のツ
イスト角で配向した表示品位の良好なパネルが得られ
た。本実施例では複屈折の遅相軸で規定したが、遅相軸
と進相軸はお互い直交関係にあることを考慮すれば、複
屈折の進相軸で規定してもよい。配向膜の種類は塗布
性、ラビング性、配向規制力、化学的安定性からポリイ
ミド配向膜が好ましい。
【0026】なおラビングのロ−ラ径、ロ−ラ回転数、
基板移動速度等は本実施例の条件に限定されるものでは
なく他の条件であってもよい。また配向膜形成は印刷法
以外であっても何等問題ない。パネル構成も必要があれ
ばアンダーコートあるいはオーバーコートを形成しても
さしつかえない。
【0027】
【発明の効果】以上のように本発明は、2方向にラビン
グ処理を施した配向膜についてラビング処理された配向
膜の評価量として複屈折の遅相軸の角度を規定し、かつ
その値を限定することにより一定のツイスト角で配向し
た表示品位の良好な液晶表示素子を実現できるものであ
る。また液晶の固有ピッチpと液晶層の厚みdとの比d
/pの範囲を広くすることができるため液晶の配向安定
性が向上し、パネルの製造も容易になり製造歩留りが向
上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における液晶表示素子の要部
断面図
【図2】同液晶表示素子のラビング軸の角度設定関係を
示す図
【図3】ラビング強度比と遅相軸角度との関係を示す図
【図4】比較例として作成した液晶表示素子の透過分光
特性図
【図5】本発明の実施例の液晶表示素子の透過分光特性
【符号の説明】
1 ガラス基板(基板) 2 ITO電極(透明電極層) 3 配向膜 4 配向膜 8 ITO電極(透明電極層) 9 ガラス基板(基板) 10 入射側のR1方向のラビング軸(入射側の最初の
ラビング軸) 11 入射側のR2方向のラビング軸(入射側の最後の
ラビング軸) 12 出射側のR1方向のラビング軸(出射側の最初の
ラビング軸) 13 出射側のR2方向のラビング軸(出射側の最後の
ラビング軸)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に透明電極層さらにその上に形成
    された2方向にラビング処理されかつ最後のラビング軸
    が基板に接する液晶分子の配列方向を与える配向膜を有
    する2枚の電極基板を相対向するように配置し、基板上
    にX,Y座標軸をとり入射側の基板上における最初のラ
    ビング軸とX軸とのなす角度をΘ1a、最後のラビング軸
    とX軸とのなす角度をΘ2a、出射側の基板上における最
    初のラビング軸とX軸とのなす角度をΘ1b、最後のラビ
    ング軸とX軸とのなす角度をΘ2bとする時、Θ1aおよび
    Θ1bのX軸とのなす角度は共に鋭角であり、Θ2aおよび
    Θ 2bは各々Θ1a、Θ1bと同方向で各々Θ1aおよびΘ1b
    同等以上の大きさを持ち、かつ入射側の基板と出射側の
    基板上の配向膜における複屈折の遅相軸とX軸とのなす
    角度ΘaおよびΘbが、 (2xΘ1a+Θ2a)/3≦Θa≦Θ2a (1) (2xΘ1b+Θ2b)/3≦Θb≦Θ2b (2) で示される関係式を満たすことを特徴とする液晶表示素
    子。
  2. 【請求項2】 相対向するように配置した基板間に液晶
    分子のねじれ角が120度以上290度以下であるネマ
    チック液晶を介在させたことを特徴とする請求項1記載
    の液晶表示素子。
  3. 【請求項3】 基板上に透明電極層さらにその上に配向
    膜を形成する工程と、前記基板上にX,Y座標軸をとり
    入射側の基板上における最初のラビング軸とX軸とのな
    す角度をΘ1a、液晶分子の配列方向を決める最後のラビ
    ング軸とX軸とのなす角度をΘ2a、出射側の基板上にお
    ける最初のラビング軸とX軸とのなす角度をΘ1b、最後
    のラビング軸とX軸とのなす角度をΘ2bとする時、Θ1a
    およびΘ 1bのX軸とのなす角度は共に鋭角であり、Θ2a
    およびΘ2bは各々Θ1a、Θ1bと同方向で各々Θ1aおよび
    Θ1bと同等以上の大きさを持ち、かつ入射側の基板と出
    射側の基板上の配向膜における複屈折の遅相軸とX軸と
    のなす角度ΘaおよびΘbが、 (2xΘ1a+Θ2a)/3≦Θa≦Θ2a (1) (2xΘ1b+Θ2b)/3≦Θb≦Θ2b (2) で示される関係式を満足するように各基板上の配向膜を
    ラビングする工程と、前記2枚の基板を電極を内側にし
    て貼り合わせる工程とを有する液晶表示素子の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 相対向するように配置した基板間に液晶
    分子のねじれ角が120度以上290度以下であるネマ
    チック液晶を介在させる工程を付加した請求項3記載の
    液晶表示素子の製造方法。
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