JPH07230091A - 液晶表示素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ラビングフリーの液晶表示素子に
おいて、表示品質を向上させることのできる液晶表示素
子とその製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 本発明による液晶表示素子は、対向する一対
の基板と該基板間に挟持される液晶層とを有し、前記液
晶層において、前記基板と前記液晶層との界面に存在す
る液晶と該界面以外に配置される液晶とが別の液晶材料
で構成される。さらに本発明による液晶表示素子の製造
方法は、一対の基板を所定間隔で対向して重ね合わせた
セル中に液晶材料を注入する工程と、前記基板の表面以
外の前記液晶材料を前記セルから抜き取り、前記セル内
に別の液晶材料を注入する工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子とその製造
方法に関し、特にラビング処理を不要とする液晶表示素
子においてその表示品質を向上する新規な液晶表示素子
とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置いわゆる液晶セルは、液晶
の特定な分子配列を電界等の外部からの作用によって別
の異なる分子配列に状態変化させて、その間の光学的特
性の変化を視覚的な変化として表示に利用している。液
晶分子をある特定の配列状態にするために液晶をはさむ
ガラス基板の表面には配向処理を行うのが普通である。

【０００３】従来のツイストネマチック（ＴＮ）型液晶
セルなどでは、配向処理として、液晶を挟むガラス基板
を綿布のようなもので一方向に擦るいわゆるラビング法
が採用されている。

【０００４】ラビングの方向は上下の基板間でラビング
方向が互いに直交するように行い、液晶セルがネガ表示
の場合にはセルを挟む平行ニコル配置の偏光板をその偏
光軸がどちらか一方のラビング方向と平行になるように
配置し、またポジ表示の場合には、直交ニコル配置の偏
光板をその偏光軸が隣接基板のラビング方向と平行にな
るように配置する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなラビングで
配向処理をした場合、液晶分子の配向方向が一様なため
に、観測者から画面を見たとき、表示が見やすい角度が
特定の角度範囲に制限される視角特性が生じる。

【０００６】たとえば、従来のツイストネマチック型液
晶表示セル（ＴＮ─ＬＣＤ）の視角特性を表す等コント
ラスト曲線を測定すると、コントラストの高い視角領域
は特定の角度領域に偏っている。したがって、このよう
な液晶セルはある方向からは見えやすく、別の方向から
は見えにくいといった視角依存性を持つことになる。

【０００７】このような視角依存性をもつ液晶セルを表
示装置として利用した場合には、表示画面に対してある
角度ではコントラストが極端に低下し、甚だしい場合に
は表示の明暗が反転してしまう。

【０００８】液晶セルが視角特性を持つ原因の一つは、
ラビングによって液晶分子にプレチルトが生じるからで
ある。液晶分子がプレチルトを持つ方向は、ラビングす
るベクトル方向に一致する。

【０００９】液晶セルに電圧が印加されると、液晶分子
はプレチルトしている方向に立ち上がってくるために、
その方向が光の電気ベクトルとなる方向から観測した場
合に、旋光性が解消されやすくなる。

【００１０】さらに、ラビングする際には、摩擦による
静電気が発生し、配向膜に絶縁破壊が起きたり、その部
分の配向不良によって表示不良の原因となる場合があ
る。また、アクティブ駆動方式を採用する液晶セルで、
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）などの駆動素子や配線が表
面に形成された基板をラビングする場合には、ラビング
による静電気によって素子や配線が破壊されるという場
合がある。

【００１１】また、配向膜形成時やラビング時に微小な
ゴミが大量に発生し、そのゴミが静電気によって基板に
付着し、それが液晶セルのギャップ不良や黒点や白点と
いった表示不良の原因となる場合があることも別の問題
点である。

【００１２】本願と同一出願人により平成４年９月４日
付で出願された特願平４─２３６６５２号の明細書に
は、上記のようなラビングに伴う問題点を解決するため
にラビング処理が不要な液晶表示素子とその製造方法が
開示されている。

【００１３】この特願平４−２３６６５２号の明細書に
開示の発明の液晶表示素子の製造方法においては、２枚
の透明電極間で液晶分子が９０°ツイストしているＴＮ
−ＬＣＤを製作するには、カイラルネマチック液晶のカ
イラルピッチをｐとし、ガラス基板で挟持される方向の
液晶層の厚みをｄとしたときに、ｄ／ｐ＝０．２５を満
たすようなカイラルピッチｐの液晶をラビングを行わな
い基板間に注入する。

【００１４】なお、旋光性は９０度に限定されない。カ
イラルネマチック液晶のカイラルピッチをｐとし、前記
透明基板間の間隔をｄとしたときに、０．１５＜ｄ／ｐ
＜または≒０．７５となるようにｐとｄの値を選択すれ
ばよいことが開示されている。

【００１５】つまり、セルの所望のツイスト角とセル厚
ｄとによって規定されるカイラルピッチｐを持った液晶
を用いることにより、ラビング処理が不要な液晶セルを
得ることができることが示されている。

【００１６】さらに、本願と同一出願人により平成４年
３月４日付で出願された特願平４−４７３２２号の明細
書には、ラビングを不要とするマルチドメイン型液晶セ
ルを作成するために液晶の熱光学効果を利用して配向す
ることが開示されている。つまり、液晶を相転移温度以
上に加熱して等方性にして液晶セルに注入したのち室温
まで徐冷して液晶状態に相転移して配向するものであ
る。

【００１７】これらの先願の発明の方法によれば、基板
にラビングを行なわないため、液晶分子がある特定の配
向方向を持つ微小領域の集合であるマルチドメインがセ
ル内に形成され、微小領域の配向方向はあらゆる方向に
ランダムに存在する。

【００１８】カイラルネマチック液晶は、入射光の偏光
軸を全体として所定角度回転させる。この液晶セルを一
対の偏向子で狭めればポジ表示を実現でき、視角特性が
均一な液晶表示装置が得られる。

【００１９】ところで、この先願の発明による液晶表示
素子では、完全に等方的な視角特性すなわちあらゆる方
向から視角特性が均一である特性（偏光板自身の特性に
よる視角特性の制限を除く）を得るためには、基板上の
マルチドメインは、各ドメインにおいては液晶分子が一
定方向に揃い、しかもマルチドメイン全体としての液晶
分子配列方向はあらゆる方向成分が互いに完全に等確率
で存在することが要求される。

【００２０】しかも、液晶表示装置においては、このよ
うな完全にランダムなマルチドメインの液晶分子の配列
は表示画面を構成する画素の最小単位すなわち、１ドッ
トの領域単位で成立することが望まれる。

【００２１】特願平４−２３６６５２号の明細書で記載
の液晶表示素子においては、積極的な配向処理を行って
ないために、マルチドメインの全体にこのような配向が
完全に保証されるものではなかった。

【００２２】本願と同一出願人により平成５年６月２９
日付で出願された特願平５−１５９６０６号の明細書に
は、光偏光記憶膜を基板面に形成し、マルチドメインの
個々の微小領域に積極的配向処理を施して各微小領域の
一定配向を保証し、しかも同時にマルチドメイン全体と
してのランダムな配向も実現する発明が開示されてい
る。

【００２３】以上の先に出願した各号明細書に開示のラ
ビングフリーな液晶表示素子においては、通常のラビン
グをする液晶セルに比べ液晶中により多量のカイラル材
が添加される。このために、セルに印加される電圧に対
し液晶分子がその電界方向に向きにくい傾向があった。

【００２４】通常のラビングを行った液晶セルと上記先
願の電界方向に液晶分子が向きにくい液晶セルの場合と
では、同じ電圧を与え、液晶セルを正面から見た場合の
コントラスト比を比較すると、後者の液晶セルの方が低
かった。

【００２５】上記の先に出願した各号明細書に開示の方
法で作製したＴＮ型液晶セルのコントラストの角度依存
性において、コントラストと視角（視察方向）との間に
一定の相関関係がある。すなわち、真正面から見たコン
トラストを最大コントラストとすると、視角を大きくし
ていく程コントラストは低下する傾向がある。そのため
に最大コントラストが低いと全方位角に渡って視角特性
が低下する。

【００２６】上記の先に出願した各号明細書に開示の方
法ではＳＴＮ型液晶表示素子を作製することもできる。
しかしＳＴＮ型液晶表示素子では、ストライプドメイン
不良が発生し、コントラスト低下や応答性などの表示特
性を悪くすることがある。これを防ぐにはｄ／ｐを適切
に制御することが重要であることが知られている。具体
的には液晶のカイラルピッチｐが長い方がストライプド
メインが発生しにくい。

【００２７】本発明の目的は、上記の先に出願した各号
明細書に記載のラビングフリーの液晶表示素子におい
て、視角特性を含む表示品質を向上させることのできる
液晶表示素子とその製造方法を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示素
子は、対向する一対の基板と該基板間に挟持される液晶
層とを有し、前記液晶層において、前記基板と前記液晶
層との界面に存在する液晶と該界面以外に配置される液
晶とが別の液晶材料で構成される。

【００２９】さらに本発明による液晶表示素子の製造方
法は、一対の基板を所定間隔で対向して重ね合わせたセ
ル中に液晶材料を注入する工程と、前記基板の表面以外
の前記液晶材料を前記セルから抜き取り、前記セル内に
別の液晶材料を注入する工程とを有する。

【００３０】

【作用】液晶セルに一旦注入した液晶材料を排出する
と、基板との界面には液晶材料が付着して残る。この液
晶材料は初期配向されている。そして別の液晶材料がセ
ルに注入される。従って初期配向状態を維持したままで
別の液晶材料で液晶表示素子を作製できるので液晶材料
の特性を広い範囲から選択することが可能になり、表示
特性を改善することができる。

【００３１】

【実施例】図１から図３を参照して本発明の実施例によ
る液晶表示素子とその製造方法について説明する。

【００３２】図１（ａ）は、本発明の実施例による液晶
表示素子の製造方法を行なうための液晶注入装置の全体
を示す平面図である。図１において、図示しないモータ
等で回転可能な円形のテーブル１の上に液晶セル２が４
枚固定配置されている。

【００３３】各々の液晶セル２は前述した先の出願の特
願平４−２３６６５２号、特願平４−４７３２２号、特
願平５−１５９６０６号などに開示のいずれかの方法で
作製し、液晶材料を充填した液晶セルを用いる。

【００３４】但し、図示の如く、テーブル１のほぼ回転
中心位置にあたる液晶セル２の角部に液晶材料の注入口
３を配置しておき、さらに他の三つの角部には液晶材料
の排出口４を配置しておく。液晶セル２は液晶材料を充
填した後、注入口３と排出口４を封止してないものを用
意する。また、注入口３と排出口４以外の部分はシール
材５で上下基板間を液晶材料が漏れないように結合して
いる。

【００３５】ここで、図１（ｂ）の拡大断面図に示すよ
うに、上基板１１、下基板１２の間隙で形成された注入
口３の上に新たに入れ替えたい液晶材料６を滴下してお
く。この新たな液晶材料６はあらかじめ脱泡処理をして
ある。

【００３６】次にテーブル１を矢印方向に高速回転させ
ると、液晶セル２にあらかじめ充填されていた液晶材料
は遠心力によって排出口４からセル外部に放出され、代
わりに滴下してあった別の液晶材料６が注入口３よりセ
ル内部に注入される。所定時間回転させると、液晶セル
２の元の液晶材料は別の液晶材料６で入れ替わることに
なる。

【００３７】入れ換えの条件は、周囲の温度や液晶セル
の大きさなどを考慮して適切な条件を選択するとよい。
例えば、室温で４ｃｍ角の液晶セルについて入れ換えを
行った場合、テーブル１の回転数が５００〜５０００ｒ
ｐｍで時間が３０秒〜３０分の間で完全に液晶材料を入
れ換えることができた。

【００３８】前述した先の出願の特願平４−２３６６５
２号、特願平４−４７３２２号、特願平５−１５９６０
６号などに開示の方法ではＴＮやＳＴＮ構造の初期配向
状態を得るためにカイラル材を多く添加した液晶材料を
用いている。初期注入はこのようなカイラル材の添加量
の多い液晶材料を用いて行なう。

【００３９】そうして製作されたセルの界面付近の液晶
は基板上の膜に吸着されるために、その初期配向状態は
保存（メモリ効果）される傾向が有る。従って上述の実
施例のように遠心力を利用して液晶セル２に充填してあ
った液晶材料を排出しても、界面付近の液晶分子は膜に
吸着されたまま残る。

【００４０】次に別の液晶材料６が注入されたとき、吸
着されている液晶分子が配向膜として働く。このため
に、カイラル材の添加量を変えた液晶材料に入れ換えて
もＴＮ構造やＳＴＮ構造が得られる。

【００４１】このようにして、図１（ｃ）に示すよう
に、対向する一対の透明ガラス基板１１、１２の表面に
カイラル材の添加量の多い液晶層７ａ、７ｂを有し、基
板１１、１２間のギャップ主要部にはカイラル材の添加
量の少ない液晶層６を有する液晶表示素子が形成でき
る。

【００４２】例えば、カイラル材の添加量を適量にした
（少なくした）液晶材料６に入れ換えれば、初期配向を
維持したまま電圧に対する液晶分子の立ち上がり特性が
向上する。よって、セル正面から見たコントラスト比が
向上し、上記先願の液晶セルに比べシャープネスが向上
し高い最大コントラスト比と広い視角特性が得られる。

【００４３】また、ＳＴＮ型液晶表示素子の場合には、
カイラルピッチｐの短い液晶材料を初期注入し、ストラ
イプドメインが発生しないようなカイラルピッチｐの長
い液晶材料に入れ換えることにより表示品質が向上でき
る。

【００４４】図１の実施例では、テーブル１に４枚の液
晶セル２を配置して入れ換えを行ったが、４枚以上テー
ブルに配置して行えばより効率的にセルの液晶材料の入
れ換えが可能となる。例えば、図２と図３にその例を示
す。

【００４５】図２では、テーブル１上に、たとえば８枚
の液晶セル２を水平に配置してテーブル１を回転させ
る。図２のセル配置の場合には一度に数枚あるいはそれ
以上入れ換えが行える。水平に配置した液晶セル２上に
さらに液晶セル複数枚を積み重ねるように３次元配置す
れば、より多くの枚数が一度に処理できるであろう。そ
の場合には重なったセル２の注入口３の位置をずらすな
どして注入の便を考慮することが好ましい。

【００４６】セル２をテーブル１に対して垂直に多数配
列し、テーブル１を回転させてもよい。回転軸からの半
径が同じで回転数が同じであればセルの向きによらず、
同じ遠心力が働く。たとえば、セル２の一辺がテーブル
１の面に対して約４５度の角度をもつように配置すれ
ば、図１に示したセル構造で同様の処理を行うことがで
きる。

【００４７】注入口３や排出口４またシール５の形状は
図１のものに限らず、入れ換えが適切に行える形状であ
れば他の形状でもよい。さらに、上記実施例において
は、遠心力を利用して液晶材料の入れ換えを行ったが、
排出口４と注入口３との間で圧力差を与えて入れ換える
ことも可能である。

【００４８】本実施例では液晶材料名について具体的に
言及はしてないが、どのような液晶材料にも適用は可能
である。また、液晶セルの所望の特性によって、入れ換
える液晶材料は性質あるいは種類が異なっていてもよい
し、あるいは同じであってもよい。あるいは、同じ液晶
材料に入れ換える場合でも温度条件等を変えて注入して
もよい。

【００４９】本発明は以上説明した実施例に限るもので
はなく、開示の内容に基づき当業者であれば様々な改良
や変更が可能であることは自明である。

【００５０】

【発明の効果】界面に吸着した液晶材料が初期配向状態
を維持したまま、別の性質を持った液晶材料で液晶表示
素子を作製できるので液晶材料の特性を選択することに
より表示特性を広範囲に制御することができる。

【００５１】例えば、カイラル材の添加量を適量にした
液晶材料に入れ換えることにより電圧に対する液晶分子
の立ち上がり特性が向上する。よって、セル正面から見
たコントラスト比を向上し、シャープネスを向上し、高
い最大コントラスト比と良好な視角特性を有する液晶セ
ルを提供できる。また、ＳＴＮ型液晶表示素子の場合
は、ストライプドメインが発生しないようなカイラルピ
ッチｐの長い液晶材料に入れ換えることにより表示品質
を向上した液晶セルを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による液晶材料を入れ換えるた
めの装置の平面図と液晶セルの部分断面図である。

【図２】本発明の別の実施例による液晶材料を入れ換え
るための装置の斜視図である。

【符号の説明】

１ テーブル ２ 液晶セル ３ 注入口 ４ 排出口 ５ シール ６，７，８ 液晶材料 １１，１２ 基板

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する一対の基板と該基板間に挟持さ
   れる液晶層とを有し、前記液晶層において、前記基板と
   前記液晶層との界面に存在する液晶と該界面以外に配置
   される液晶とが別の液晶材料で構成されることを特徴と
   する液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記界面に存在する液晶と該界面以外に
   配置される液晶とはカイラル材の添加量が互いに異なる
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記界面に存在する液晶が該界面以外に
   配置される液晶よりもカイラル材の添加量が多いことを
   特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 前記界面以外に配置される液晶が前記界
   面に存在する液晶よりもカイラルピッチが長いことを特
   徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
5. 【請求項５】 前記基板は液晶分子に対する積極的配向
   構造を有さず、前記液晶層がカイラルネマティック液晶
   層である請求項３あるいは４記載の液晶表示素子。
6. 【請求項６】 一対の基板を所定間隔で対向して配置し
   たセル中に液晶材料を注入する工程と、 前記基板の表面以外の前記液晶材料を前記セルから抜き
   取り、前記セル内に別の液晶材料を注入する工程とを有
   する液晶表示素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記セルに液晶材料の注入口と排出口と
   を設け、前記注入口を中心として前記セルを回転させ、
   該回転の遠心力により前記液晶材料を前記排出口より抜
   き取り、前記注入口より前記別の液晶材料を注入するこ
   とを特徴とする請求項６記載の液晶表示素子の製造方
   法。
8. 【請求項８】 複数の前記セルを同時に回転させて、前
   記複数のセルから前記液晶材料を同時に排出し、前記別
   の液晶材料を同時に注入することを特徴とする請求項７
   記載の液晶表示素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記抜き取る液晶材料と前記別の液晶材
   料とはカイラル材の添加量が互いに異なることを特徴と
   する請求項６、７、８のいずれかに記載の液晶表示素子
   の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記抜き取る液晶材料が前記別の液晶
    材料よりも前記カイラル材の添加量が多いことを特徴と
    する請求項９に記載の液晶表示素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記基板は液晶分子に対する積極的配
    向構造を有さず、前記液晶層がカイラルネマティック液
    晶層である請求項１０記載の液晶表示素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記一対の基板の少なくとも一方に配
    向方向が異なる微小領域を多数形成するように積極的配
    向処理を施す工程をさらに有する請求項６〜１０のいず
    れかに記載の液晶表示素子の製造方法。