JPH0736042A - 液晶表示素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 液晶の面内配向方向が一定でない液晶表示素
子であって、しかも高温時の問題をなくし低温度で液晶
を注入でき、しかも真空注入でも流動パターンの起こら
ない液晶表示素子とその製造方法を提供する。 【構成】 融点とガラス転移点の少なくともいずれかの
温度が約２００℃以下の膜、または液晶のＮ−Ｉ相転移
温度以上の温度で液晶分子の配向に対するメモリ性を失
う膜が表面に形成され、所定の間隔で配置された一対の
基板１，２と、前記一対の基板間に挟まれたマルチドメ
イン３を含む液晶層とを有する。製造方法は、前記液晶
のＮ−Ｉ相転移温度以上の温度に加熱して前記膜と前記
液晶材料との界面で生じるメモリ効果を消失させるメモ
リ効果除去工程を有する。

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、特にラビングが不要な液晶表示素子とその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示ディスプレイ等に使用される液
晶表示素子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、液晶をはさむガラス基
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】たとえば、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、直交ニコルの
偏光板をその偏光軸が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
配向処理をすると、液晶分子の配向方向が一様なため
に、コントラスト特性が画面を見る方向によって変わ
る。その場合、観測者から画面を見たときの表示が見や
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】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。このような視角依存性
をもつ液晶セルは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。

【０００７】そのような視角特性を持つのは、ラビング
によって液晶分子が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。

【０００８】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、
その方向から観測した場合に、旋光性が解消されやすく
なる。したがってベクトルの終端方向が一番見やすくな
る。

【０００９】さらに、ラビングする際には、摩擦による
静電気が発生して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。

【００１０】さらに、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、それが液晶表示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。

【００１１】この問題を解決するために、本願出願人に
よる特許出願である特願平４−２３６６５２号では、ラ
ビング処理のような積極的な配向構造を持たない液晶セ
ルの構造を提案している。

【００１２】基板が配向構造を持たないので、基板と接
する液晶は微小なドメイン（ミクロドメイン）の集合と
なる。各ミクロドメイン内では液晶は一定の配向を示
し、カイラルネマチック液晶の場合は、一方の基板から
他方の基板に向かって一定角度の旋光性を示す。

【００１３】セルの基板間のギャップと液晶のカイラル
ピッチとを特定の関係となるように配置し、液晶の熱光
学効果を利用して各ミクロドメイン内での液晶配向を得
ている。

【００１４】つまり、液晶の相転移温度以上に液晶材料
を加熱して等方性の液体にした状態つまり等方相でセル
に注入し、その後徐冷して液晶状態つまり液晶相に相転
移させて配向させるものである。それにより、基板面内
においてほぼあらゆる方向に向いた微小な配向領域すな
わちミクロドメインを多数ランダムに形成する。

【００１５】旋光角度が９０度や２７０度の場合、偏光
板の配置は、ポジ表示の場合には直交ニコル、ネガ表示
の場合には平行ニコルとする。基板面内にはラビング方
向のような基準方向がないことから視角特性が均一とな
る。

【００１６】この先出願の方法では、たとえ配向膜は形
成されても配向形成のためのラビング処理が不要となる
か、あるいはラビング処理を静電気やゴミの影響の比較
的少ない基板側に行うことができる。

【００１７】この先出願の発明の実施例において、例え
ば液晶分子の配向方向が上下基板間で９０°ツイスト
（捩じれ）している、いわゆるツイスト角が９０°のツ
イストネマチック液晶表示素子（ＴＮ−ＬＣＤ）を製造
する場合、液晶セルの厚さｄと、液晶のカイラルピッチ
ｐの関係がｄ／ｐ＝Φ／３６０°＝０．２５となるよう
に調整している。なお、ΦはＴＮ−液晶セルのツイスト
角（９０°）である。

【００１８】つまり、液晶セルのツイスト角Φ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
を使用することによりツイスト角９０°のＴＮ−ＬＣＤ
を得ている。具体的にはネマチック液晶に調整された量
のカイラル剤を添加して上記の関係を満たす所望のカイ
ラルピッチｐを得ることが上記先出願に開示されてい
る。

【００１９】特願平４−２３６６５２号に開示の液晶表
示素子の方法によると、液晶セルへの液晶材料の注入
は、ネマティック液晶相（Ｎ）から等方相（Ｉ）への相
転移温度であるＮ−Ｉ転移点以上の高温の等方相で行
い、注入後に常温まで徐冷して液晶相としている。

【００２０】ところで、液晶セルへの液晶材料の注入を
上記先願の等方相ではなく、従来の技術のように常温の
液晶相のままで行った場合には、注入時の液晶の流れに
そった流動パターンが基板面に残る。

【００２１】例えば、図３の（Ａ）と（Ｂ）にその流動
パターンの例のスケッチを示す。図３において、中央の
丸い部分は電圧印加（ＯＮ）部分で、（Ａ）がノーマリ
ホワイト表示セルで、（Ｂ）がノーマリブラック表示セ
ルである。図示のように、いずれも液晶の流れ模様が縞
状に残っており、目に見える大きな表示欠陥となる。

【００２２】この流動パターンは、一旦形成されてしま
うと消えにくい性質を持ち、熱処理などによっても容易
に消し去ることはできない。この流動パターンをメモリ
効果とも呼ぶ。

【００２３】メモリ効果が生じる原因は未だ良く判って
いない。配向膜に液晶分子が一旦吸着すると、基板との
界面の分子は熱振動などによっても容易に動かなくな
り、そのために初期配向がいつまでも残るのであろうと
考えられる。この配向膜と液晶分子をつなぐ力はファン
デルワールス力であろうと思われる。

【００２４】また、上記の先願のように等方相で液晶材
料をセルに注入する場合には、セルを高温に加熱する必
要がある。なぜなら、常温下で使用する液晶表示装置で
は、動作温度範囲ではネマティック相もしくはスメクテ
ィック相の液晶相でなければならない。

【００２５】従って、等方相となるＮ−Ｉ点以上の温度
は常温よりもかなり高温（例えば、９０℃以上）に調整
されているからである。そのような高温度で液晶をセル
に注入する場合には高温に起因する様々な問題がある。

【００２６】さらに、通常の液晶注入方法としては真空
注入が広く行われている。これは真空槽内において、所
定真空度に排気したセルに液晶材料を注入口から充填す
る方法である。

【００２７】真空注入法の問題としては、真空中に液晶
成分が蒸発し易く、特に高温になっている場合にその傾
向が強くなる。従って、真空注入法で先願の等方相によ
る液晶注入をすると液晶中の成分が飛び出し、所望の液
晶を注入することが困難である。

【００２８】一方、毛細管現象を利用した液晶注入を行
えば、所望の液晶を注入することができるが、この方法
では液晶セル内に気泡が残り易い。特に、ＴＦＴを形成
したような表面に凹凸のある基板のセルの場合や、表示
画面の大きなセルに注入を行う場合に気泡が残り易い傾
向がある。この気泡が残った部分はやはり表示欠陥とな
る。

【００２９】本発明の目的は、液晶に対する配向方向が
一定でない液晶表示素子であって、低温度で液晶を注入
でき、しかも流動パターンの残らない液晶表示素子とそ
の製造方法を提供することにある。

【００３０】

【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、液晶に対する配向方向が一定でなく、融点とガラ
ス転移点の少なくともいずれかの温度が約２００℃以下
の膜が表面に形成され、所定の間隔で配置された一対の
基板と、前記一対の基板間に挟まれたマルチドメインを
含む液晶層とを有する。

【００３１】また、融点およびガラス転移点が高くても
液晶のＮ−Ｉ相転移点以上に加熱することによりメモリ
効果を失う膜を用いてもよい。本発明による液晶表示素
子の製造方法は、液晶に対する配向方向が一定でない膜
を少なくとも一方の基板表面に形成した一対の透明基板
を所定間隔で対向配置してセルを形成する工程と、前記
一対の透明基板間に液晶材料を注入する工程と、前記セ
ルを封止する工程と、前記セルを前記液晶のＮ−Ｉ相転
移点以上の温度に加熱して前記膜と前記液晶材料との界
面で生じるメモリ効果を消失させるメモリ効果除去工程
とを有する。

【００３２】

【作用】液晶相でセルに液晶を注入すると流動パターン
が形成されるが、液晶相であると低温度にできるので液
晶の蒸発に起因する問題はない。セルを封止した後に、
セルを膜の融点もしくはガラス転移点以上の温度もしく
は液晶のＮ−Ｉ相転移温度以上の温度に加熱することに
より流動パターンを消失させることができる。巨視的に
は液晶分子を基板面内のほぼあらゆる方向に等確率で配
向させることができる。

【００３３】ほぼあらゆる方向に等確率で配向したミク
ロドメインが多数形成されたマルチドメインセルに一対
の偏向子を用いればポジあるいはネガ表示を実現でき
る。ラビングを行わないためにラビングに基づく種々の
問題は生じない。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１と図２を参照し
て説明する。図１は、液晶表示セルの一部分の模式的な
断面図および平面図である。１と２が透明ガラス基板で
３はカイラルネマチック形の液晶層のマルチドメインで
ある。液晶層３は、実際にはたとえば数μｍ程度と極め
て薄い層であり、マルチドメインを構成する各ミクロド
メインは、たとえば径数μｍ〜数十μｍの面内寸法を有
し、上下で基板と接する。各ミクロドメインは矢印で示
すように、面内でランダムな配向方向を有する。

【００３５】配向方向はミクロドメイン毎に全くランダ
ムであっても、全くランダムな領域間を徐々に配向方向
が変化する領域が接続するものであってもよい。４と５
は配向膜である。但し、配向膜４、５はいずれもラビン
グ処理のような積極的な配向処理を行っていない。６は
基板２の表面に形成されたＴＦＴのような駆動素子やＩ
ＴＯ材などで形成された電極を示す。７は例えばＩＴＯ
共通電極である。

【００３６】この液晶セルの製造方法は従来の技術によ
るプロセスがそのまま利用できる。但し、配向について
は先願の特願平４−２３６６５２号同様、積極的配向処
理、たとえばラビングは行なわず、所定の基板間隔に配
置したセルにおいて液晶を等方相から液晶相に転移する
ことにより配向させる。

【００３７】液晶３と接する配向膜４、５としては、そ
の融点あるいはガラス転移点がある程度低い温度、好ま
しくは２００℃以下の材料を用いる。前述のメモリ効
果、すなわち流動パターンは、配向膜４、５を融点ある
いはガラス転移点以上に加熱することによって消失させ
ることができる。

【００３８】先願の特願平４−２３６６５２号に記載の
製造方法では、液晶注入は高温の等方相で行われた。し
かし、本発明の実施例では、液晶３を常温の液晶相でセ
ルに注入しセルを封止した後、セルを融点あるいはガラ
ス転移点以上に加熱してメモリ効果をなくし、しかもＮ
−Ｉ点以上に加熱して等方相とし、以後常温まで徐冷し
て等方相から液晶相へと転移させて配向させる。

【００３９】この配向方法により、特願平４−２３６６
５２号に記載の発明とほぼ同じ配向、すなわち基板と平
行な面内では、ほぼあらゆる方向に等確率で配向する液
晶分布を得ることができる。

【００４０】この実施例の製造方法の具体例を図２を参
照して以下に説明する。但しＴＦＴや電極は図示を省略
してある。ガラス転移点が１２０℃のポリイミド膜を配
向膜４、５として用いる。駆動素子やＩＴＯ電極が形成
された基板１、２上にスピンコートにより膜厚が５０ｎ
ｍのポリイミド膜４、５を形成する。

【００４１】このガラス基板１、２を５μｍのギャップ
間隔になるように調整して張り合わせて空セル９を作成
する（図２（Ａ））。この空セル９の注入口８より真空
注入法によりカイラルネマティック液晶材料１０をネマ
ティック相で注入する。この場合、９０°ツイストの配
向を得るためには、セルのギャップをｄとし、液晶のカ
イラルピッチをｐとした場合に、ｄ／ｐ＝１／４となる
ようにカイラル剤（フッソ混合系）を含ませて液晶材料
１０を調整する。この液晶材料９のＮ−Ｉ点は１００℃
である（図２（Ｂ））。

【００４２】液晶材料１０がセル内に完全に充填された
後、注入口８を封止する。この状態では注入時の流動配
向による流動パターンが欠陥として目視で観測できる
（図２（Ｃ））。

【００４３】次に、セル９をＮ−Ｉ点以上かつポリイミ
ド膜４、５のガラス転移温度以上にヒータのような加熱
装置１１で加熱する。加熱は、例えば１４０℃で３０分
間行う。この加熱で流動パターンは消失して、液晶材料
１０は等方性状態となる（図２（Ｄ））。

【００４４】その後、セル９を徐々に冷却して液晶材料
１０を等方性から液晶相に相転移させて配向する（図２
（Ｄ））。図２（Ｄ）における加熱温度は、ガラス転移
点以上の代わりに融点以上で行っても同様の効果が得ら
れる。また、９０°ツイスト以外でも可能であり、一般
に０≦ｄ／ｐ（＜または≒）０．７５すなわち、角度に
直すと０度から約２７０度の旋光性を有するようにｐと
ｄを定めることができる。

【００４５】以上説明した実施例の方法により実際に液
晶表示素子を製造した結果、図３の写真に見られるよう
な大きな欠陥はなくなり、しかも顕微鏡下でみると先願
の発明のようなランダムな配向のマルチドメイン構造が
形成されていた。

【００４６】なお、液晶をＮ−Ｉ相転移点以上かつ膜の
融点ないしガラス転移点以上に加熱する場合を説明した
が、膜の性質を選択することにより、膜の融点およびガ
ラス転移点以下であっても液晶のＮ−Ｉ相転移点以上に
加熱すれば、メモリ効果を消滅できることも判った。

【００４７】以上、先願特願平４−２３６６５２号に記
載の技術に関連して説明したが、本発明は液晶がほぼあ
らゆる方向に等確率で配向される液晶セル作製の全ての
方法に対して有効である。

【００４８】たとえば、一方の基板には、ポリビニール
アルコールにアゾ基を含んだ色素分子等を混合した材料
のような光偏光記憶膜を形成し、積極的にマルチドメイ
ン配向膜を形成してもよい（特願平５−１５９６０６号
参照）。

【００４９】他の手段でマルチドメインの配向膜を形成
してもよい。このようなマルチドメイン配向膜を有する
基板と上述の実施例の配向方向を有さない基板とを対向
させ、加熱冷却すれば、液晶はマルチドメイン配向膜に
従った配向構造を取る。

【００５０】本発明は以上説明した実施例に限るもので
はなく、以上の開示に基づいて当業者であれば様々な改
良や変更が可能であることは言うまでもない。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、低温度の液晶相で液晶
を注入できるので高温にまつわる問題がなくなる。セル
を封止した後に、セルを加熱して流動パターンを消失さ
せることができるので表示欠陥のない表示素子が得られ
る。

【００５２】さらにもちろん、先願の特願平４−２３６
６５２号に記載の発明と同様に、ラビングが不要である
ことにより、以下のような効果が得られる。静電気によ
る素子や配線の破壊が起きず、ゴミの発生や付着による
表示不良を低減することができる。

【００５３】さらに、ラビング処理あるいは積極的配向
処理の工程が不要で、製造コストの低減が可能となる。
さらに、視角特性が全方位にわたってほぼ均一であり観
測者の特定の位置によってコントラストが低下するとい
った不便はなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による液晶表示セルの断面図で
ある。

【図２】本発明の実施例による液晶表示セルの製造工程
を説明する図である。

【図３】流動パターンが発生した液晶表示素子の拡大ス
ケッチである。

【符号の説明】

１，２ ガラス基板 ３ マルチドメイン ４、５ ポリイミド膜

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方の基板は、液晶に対する
   配向方向が一定でなく、融点とガラス転移点の少なくと
   もいずれかの温度が約２００℃以下の膜が表面に形成さ
   れ、所定の間隔で配置された一対の基板と、 前記一対の基板間に挟まれたマルチドメインを含む液晶
   層とを有する液晶表示素子。
2. 【請求項２】 少なくとも一方の基板は、液晶に対する
   配向方向が一定でなく、液晶のＮ−Ｉ相転移温度以上に
   おいて液晶分子の配向に対するメモリ性が消える性質を
   持つ膜が表面に形成され、所定の間隔で配置された一対
   の基板と、 前記一対の基板間に挟まれたマルチドメインを含む液晶
   層とを有する液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記膜が積極的配向構造を有さない請求
   項１ないし２記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 前記一対の基板のうち、前記一方の基板
   と対向する他方の基板が、配向方向が一定でなく、実質
   的にあらゆる方向を等確率で含む微小配向領域の集合を
   有する請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示素子。
5. 【請求項５】 前記一対の基板が前記間隔がｄで、前記
   液晶がネマチック液晶またはカイラルネマチック液晶で
   あり、そのカイラルピッチをｐとしたときに、 ０≦ｄ／ｐ（＜または≒）０．７５ となる条件を満たす請求項１〜４のいずれかに記載の液
   晶表示素子。
6. 【請求項６】 液晶に対する配向方向が一定でない膜を
   少なくとも一方の基板表面に形成した一対の透明基板を
   所定間隔で対向配置してセルを形成する工程と、 前記一対の透明基板間に液晶材料を注入する工程と、 前記セルを封止する工程と、 前記セルを前記液晶のＮ−Ｉ相転移温度以上の温度に加
   熱して前記膜と前記液晶材料との界面で生じるメモリ効
   果を消失させるメモリ効果除去工程とを有する液晶表示
   素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記メモリ効果除去工程が、前記セルを
   加熱して前記液晶材料を等方性にする工程と、 前記加熱工程の後、前記セルを徐冷して前記液晶材料を
   配向させる工程とを有する請求項６記載の液晶表示素子
   の製造方法。
8. 【請求項８】 前記液晶材料がネマチック液晶またはカ
   イラルネマチック液晶を含み、前記加熱温度が前記膜の
   融点もしくはガラス相転移点以上である請求項６ないし
   ７記載の液晶表示素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記膜はポリイミド膜であり、前記加熱
   温度が実質的に２００℃以下である請求項６〜８のいず
   れかに記載の液晶表示素子の製造方法。