JPH08184835A

JPH08184835A - 液晶表示素子の製造方法

Info

Publication number: JPH08184835A
Application number: JP32756094A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ando; 潔安藤; Yasuo Toko; 康夫都甲; Takashi Sugiyama; 貴杉山; Hiyakuei Chiyou; 百英張
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1996-07-16

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、マルチドメイン構造を得るように
配向する液晶セルにおいて、さらに均一な視角特性が得
られ、広視角化が可能な液晶表示素子の製造方法を提供
することを目的とする。【構成】本発明による液晶表示素子の製造方法は、摩
擦材を複数分散配置した面を持った部材で基板の表面を
該表面のある方位角方向にラビングする工程と、前記方
位角方向を変更して前記部材で前記基板表面をラビング
し、これを複数回繰り返す工程を有する。さらに、前記
ラビングした基板と、配向処理をしないもう一つの基板
とを所定間隔ｄを保って対向配置してセルを形成する工
程と、前記セルの前記基板間にカイラルピッチをｐとす
るとｄ／ｐが０から０．７５の範囲の値を取るような条
件を満たす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の製造方法
に関し、特にマルチドメイン構造を持った液晶セルの配
向制御技術に関する。

【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挟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ティック（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
板全体をラビング布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】例えば、綿布のようなラビング布を表面に
巻いたラビングローラを基板の配向膜に触れさせつつそ
れを回転させながら基板面上を一定方向に移動させラビ
ングすると配向膜面全体に同一方向に均一な配向処理が
できる。

【０００５】図７は従来の技術により均一配向した液晶
セル４０を示す。図７において、上側のガラス基板４１
の表面にＩＴＯ電極４２が形成され、その上から配向膜
４３が塗布され全体が一定方向にラビングされている。
下側のガラス基板４４の表面にＩＴＯ電極４５あるいは
ＴＦＴのような駆動素子等（図示せず。）が形成され、
その上から配向膜４６が塗布され同じく一定方向にラビ
ングされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方向に均一配向にし
た液晶セル４０では、液晶分子４７の配向方向がすべて
同一方向に揃った状態となる。この状態で電極４２、４
５間に電圧を印加した場合、すべての液晶分子４７が同
一方向に立ち上がるために、観測者が画面を見る方向に
よって液晶分子の立ち具合（角度）が異なる。そのため
に表示が見やすい角度が特定の角度範囲に制限されると
いう視角依存性が生じて表示品位を損なうという問題が
ある。

【０００７】たとえば、従来のツイストネマティック型
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。

【０００８】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。

【０００９】この問題を解決するために、本願出願人
は、既に特願平５─２１０３２０号で、液晶分子が特定
方向に配向した微小領域すなわちドメインを多数形成
し、ドメインの配向方向がランダムに形成された液晶セ
ルの構造を提案している。この先願の方法では、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配
向をさせている。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、その後徐々に冷却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、微小な配向領域すなわちドメインを多数ランダムに
形成する。偏光板の配置は、ポジ表示の場合には直交ニ
コル配置、ネガ表示の場合には平行ニコル配置とする。
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。

【００１０】この先願の方法では、各ドメインでは液晶
分子が一定方向に配向するが、セル全体ではドメインの
配向方向がランダムにあらゆる方向に向いているので、
実質的に視角依存性がなく、従来よりも視野角を拡大す
ることができる。

【００１１】この先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
トネマティック液晶表示素子（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。

【００１２】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願に開示されている。

【００１３】特願平５−２１０３２０号に開示の液晶表
示素子の製造方法によると、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々に冷却してネマティック液晶
相としている。

【００１４】本発明の目的は、均一な視角特性が得ら
れ、広視角化が可能なマルチドメイン構造等の複数の配
向方向を有する液晶表示素子を効率的に製造する方法を
提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示素
子の製造方法は、摩擦材を複数分散配置した面を持った
部材で基板の表面を該表面のある方位角方向にラビング
する工程と、前記方位角方向を変更して前記部材で前記
基板表面をラビングし、これを複数回繰り返す工程を有
する。さらに、前記ラビングした基板と、配向処理をし
ないもう一つの基板とを所定間隔ｄを保って対向配置し
てセルを形成する工程と、前記セルの前記基板間にカイ
ラルピッチをｐとすると、ｄ／ｐが０以下０．７５以下
の条件を満たす液晶材料を注入する工程とを有してもよ
い。

【００１６】

【作用】摩擦材を複数分散配置した面を持った部材で基
板の表面を相対的方向を変更しつつラビングすると、ラ
ビング方向が異なる領域が基板上に多数形成できる。液
晶分子の配向方向が異なる多数のドメインが得られ、セ
ル全体として均一な視角特性を得る。

【００１７】

【実施例】図１から図５を参照して本発明の実施例によ
る液晶表示素子の製造方法について説明する。

【００１８】図１に、本発明の実施例で使用するラビン
グローラ１の外観を示す。ラビングローラ１は、回転面
２の表面にラビング布の布片３が複数分散して付着して
ある。そうして回転面２では、布片３が有る部分と無い
部分とが混在している。布片３は例えば、ポリエステ
ル、レーヨン、ナイロンあるいは綿のような材料の繊維
からなる布の一部である。

【００１９】ラビング布としては、単一材料の繊維から
なる布でもよいし、また複数の異なる材料の混紡でもよ
い。あるいはラビングが可能であれば布以外の他の材料
でもよい。図に示した布片３はほぼ正方形ないしは長方
形であるが、他の形状たとえばひし形、三角形、六角
形、円形、楕円形あるいはストライプ状でもかまわな
い。

【００２０】布片３は基板の配向膜と接触して配向膜を
ラビングする。布片３のない部分では、配向膜はラビン
グされない。図２（Ａ）に示すようにＩＴＯ電極（図示
しない。）を形成した上にポリイミド材料のような配向
膜４を塗布したガラス基板５を用意する。ガラス基板５
の配向膜４の上をラビングローラ１を回転させながら所
定方向（矢印）に移動して基板全体をラビングする。こ
のラビングにより配向膜４には、ラビング布３と接触し
てラビングされた部分と、ラビングされない部分とがで
きる。この状態では、ラビングされた部分の配向方向は
一方向である。

【００２１】次に、図２（Ｂ）に示すように、基板５を
方位角方向にある角度だけ回転させた後に、ラビングロ
ーラ１を回転させながら前回のラビングと同じ方向（矢
印）に移動して基板全体を再びラビングする。摩擦材の
配置、ローラの回転速度と移動速度、方位角の回転角度
を選択することにより前回のラビングでラビングされな
かった部分に、ラビング方向がある回転角度だけずれた
新たなラビング領域ができる。尚、旧ラビング領域と新
ラビング領域が重なってもよい。ラビングが重なった部
分の配向方向は、新ラビングの方向に一致する。この状
態では、基板面内に２種類の配向方向を有するラビング
領域が分布する。続けて、再び基板５を方位角方向にさ
らにある角度だけ回転させた後、同様にラビングする。
配向方向の異なるラビング領域がさらに形成される。以
上のラビング作業を何度か繰り返すと、図３に示すよう
な矢印で示した方向に配向方向を有する液晶分子の配向
領域６が多数できる。また、各領域はラビング方向のプ
レチルトを有する。尚、ラビング領域は、必ずしも基板
面を埋め尽くす必要はない。

【００２２】この複数の領域６は実質的にランダムな配
向方向を持つように基板上に分布させられることは明ら
かである。基板５を回転するときの回転角度変更量や変
更回数また変更回転方向等については、基板上に所望の
実質的にランダムな配向領域６が得られるように適宜選
択する。また、ローラ１のラビング布３の大きさや配置
あるいは数についても最適なものが適宜選ばれる。尚、
実質的にランダムとは、視角特性が全方位角方向で±１
０％以内になることを意味する。

【００２３】図４に示すように、基板５を回転テーブル
７に固定配置して、テーブル７をゆっくり回転させつつ
同時にラビングローラ１を一定方向に移動してラビング
してもよい。異なる配向方向を有するラビング領域を形
成する点においては、前述の実施例同様の効果が得られ
る。テーブル７の回転速度は最適な値が適宜選択され
る。

【００２４】また、基板５を固定しておいて、ラビング
ローラ１の移動方向を変えるようにしても同様な効果が
得られるであろう。次に、このようにラビング処理した
基板５と、ＩＴＯ電極やＴＦＴ（図示しない。）のよう
な駆動素子を形成した配向処理をしないポリイミド等の
配向膜を有するガラス基板８とを対向配置して液晶セル
を製作する工程を行う。なお、この液晶セルの製造方法
は従来の技術や前述の特願平５−２１０３２０号による
プロセスがそのまま利用できる。

【００２５】液晶注入後の配向制御については先願の特
願平５−２１０３２０号に記載の製造方法を利用する。
すなわち、所定の基板間隔に配置したセルにおいて液晶
を等方相で液晶セルに注入し、その後ネマティック液晶
相に転移させることにより配向させる。

【００２６】図５（Ａ）において、上述した方法でラビ
ング処理した基板５と配向処理してないもう一つの基板
８とを対向配置して所定のギャップ間隔ｄになるように
調整して張り合わせ空セル１０を作成する。

【００２７】次に、図５（Ｂ）において、この空セル１
０にカイラルピッチがｐであるカイラルネマティック液
晶材料９を液晶のＮ−Ｉ（Ｎ：ネマティック、Ｉ：アイ
ソトロピック）相転移点以上の温度に保ちながら（ヒー
タ１１で加熱）アイソトロピック相（等方相）で注入し
てセルを封止する。

【００２８】その後、Ｎ−Ｉ相転移点以下まで徐々に温
度を下げて液晶分子を図５（Ｃ）のようにマルチドメイ
ン状態で配向させる。なお、液晶セルのギャップをｄ、
液晶のカイラルピッチをｐとすると、ｄ／ｐが０から
０．７５の範囲の値を取るように調整する。

【００２９】その結果、例えば図６の平面図で示すよう
なドメイン１２が多数形成され、各ドメイン内の液晶分
子の配向方向は一定の方向を向いているが、図３に示し
たランダムな配向領域に従うためにドメイン間の配向方
向はあらゆる方向にランダムに向いており、全体として
配向方向が等方的となる。

【００３０】また、本出願人による出願の特願平６−５
３６３９号では、ネマティック液晶相の状態の液晶材料
を液晶セルに注入し、注入後のセルに熱エネルギ等を与
えて一旦等方相とし、さらにセルを冷却して液晶分子を
再配向させてマルチドメイン構造のセルを得る液晶表示
素子の製造方法が開示されている。本発明は、この特願
平６−５３６３９号に開示の製造方法を利用することも
できる。

【００３１】この方法でもラビングの工程は同じであ
る。ネマティック液晶相での液晶注入方法においては、
空セル１０に真空注入法によりカイラルネマティック液
晶材料９（フッソ混合系、Ｎ−Ｉ転移点９８°Ｃ）を室
温（２５°Ｃ）でネマティック相状態で注入する。この
場合、９０°ツイストの配向を得るために液晶材料９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＝０．２５となるようにカイラル剤
を含ませて調整されている。

【００３２】液晶材料９がセル１０内に完全に充填され
た後、セル１０の液晶注入口（図示せず。）を封止す
る。但し、この状態では配向処理を行っていない側の配
向膜上に注入時の流動配向による液晶分子の流動パター
ンが残る。

【００３３】そこで、次にセル１０をヒータのような加
熱装置１１で加熱する。加熱は、例えば１５０°Ｃで２
時間行う。加熱温度は液晶の熱分解温度を越えないよう
それ以下とし、少なくとも配向処理を行っていない配向
膜とその膜上に存在する液晶分子の結合力より大きい熱
エネルギを与えるような温度を選択する。この加熱で界
面の液晶分子は配向膜界面との物理的あるいは化学的結
合から解かれメモリ効果によるポリイミド膜上の流動パ
ターンが消失できる。また、ここで加熱温度が液晶のＮ
−Ｉ転移点以上であるために、液晶材料９は図５（Ｂ）
のように等方性状態となる。

【００３４】その後、セル１０を徐々に冷却して液晶材
料９を等方性からネマティック液晶相に相転移させて配
向しマルチドメインを形成する（図５（Ｃ））。後者の
ネマティック相状態での液晶材料注入例においては、メ
モリ効果をなくすためにセル１０を加熱することで液晶
分子と界面との結合を解いたが、この熱エネルギを与え
る方法以外に、電界や磁界を照射する方法や、非常に強
い光を液晶材料に照射したり、超音波振動をセルに加え
たりすることによっても同じような効果が得られるであ
ろう。

【００３５】本発明によるラビング方法は配向膜にラビ
ング処理が可能なラビング布のような摩擦材を分散配置
した面をもったラビング装置であれば、ラビングローラ
以外でも可能である。さらに、配向膜としてポリイミド
以外の材料においても本発明は有効である。

【００３６】尚、基板上に複数方向の配向を形成する方
法としては、フォトリソグラフィを用いる方法がある。
この方法は、基板上に開口部を有するレジストパターン
を形成、この後全面をラビングして前記開口部のみに配
向を形成する一連の工程をレジストパターンの開口部の
位置を変えて繰り返し行う方法である。本発明の場合
は、このようなレジスト膜の塗布、露光、現像、剥離等
の工程を有さず、より簡略化された工程で基板上にラン
ダム配向を形成できることは明らかである。

【００３７】また、本発明の方法では配向膜としては電
圧保持特性等が優れた一般的なポリイミド膜で可能であ
るので、特殊な配向膜を用いる必要はない。本発明は説
明した実施例のもの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。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、配向方向が実質的にラ
ンダムな領域が基板表面に均一に分布するので、多数の
ドメイン間で液晶分子の配向方向が実質的にランダムと
なるように配向される。又、各液晶分子は配向方向に沿
ったプレチルトを有し得る。従って、プレチルトを有す
るマルチドメインの構成によりセル全体として等方的な
視角特性を確実に得られ、広い視野角の液晶表示素子が
製造できる。

【００３９】また、ラビング処理は一方の基板のみでよ
いため、ラビングを行わない基板にＴＦＴ等の駆動素子
を形成すれば、ラビング時の静電気による絶縁破壊等の
トラブルを避けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の方法で使用されるラビングロ
ーラの外観図である。

【図２】本発明の実施例の方法によるラビング工程を説
明する概略図である。

【図３】本発明の実施例の方法によりラビング処理した
基板面の状態を説明する平面図である。

【図４】本発明の他の実施例の方法によるラビング工程
を説明する概略図である。

【図５】本発明の実施例による液晶セルの製造工程を示
す断面図である。

【図６】本発明の実施例の方法により製作したセルのマ
ルチドメイン構造を示す平面図である。

【図７】従来の技術による液晶セルの断面図である。

【符号の説明】

１ラビングローラ２回転面３ラビング布４配向膜５ガラス基板６配向方向７回転テーブル８配向処理をしない基板９液晶材料１０液晶セル１１ヒータ１２ドメイン４０液晶セル４１、４４ガラス基板４２、４５ＩＴＯ電極４３、４６配向膜４７液晶分子

フロントページの続き (72)発明者張百英神奈川県横浜市青葉区荏田西１−３−１スタンレー電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】摩擦材を複数分散配置した面を持った部
材で基板の表面を該表面のある方位角方向にラビングす
る工程と、前記方位角方向を変更して前記部材で前記基板表面をラ
ビングし、これを複数回繰り返す工程と、を有する液晶
表示素子の製造方法。
【請求項２】さらに、前記ラビングした基板と、配向
処理をしないもう一つの基板とを所定間隔ｄを保って対
向配置してセルを形成する工程と、前記セルの前記基板間にカイラルピッチをｐとすると、
ｄ／ｐが０以上０．７５以下の条件を満たす液晶材料を
注入する工程と、を有する請求項１に記載の液晶表示素
子の製造方法。
【請求項３】前記部材は、回転ローラであり、該ロー
ラの回転表面に前記摩擦材としてラビング布を付着した
部分と付着しない部分とが混在するように配置される請
求項２に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項４】前記方位角方向の変更は、固定した前記
回転ローラの移動方向に対してラビングされる前記基板
を該方位角方向に関し回転することにより行う請求項３
に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項５】前記方位角方向の変更は、前記回転ロー
ラの移動方向を変えることにより行う請求項３に記載の
液晶表示素子の製造方法。
【請求項６】前記ラビング布は、少なくともポリエス
テル、レーヨン、ナイロンおよび綿の繊維のいずれかを
含む布である請求項３から５のいずれかに記載の液晶表
示素子の製造方法。
【請求項７】前記液晶材料を注入する工程が、前記液
晶材料を等方相の状態で注入する工程を有する請求項２
から６のいずれかに記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項８】前記液晶材料を注入する工程が、前記液
晶材料を加熱し等方相の状態にする工程と、前記等方相
の液晶材料を液晶セルに注入する工程と、さらに前記液
晶セルを冷却して前記液晶分子を配向させる工程とを有
する請求項７に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項９】前記液晶材料がネマティック液晶もしく
はカイラルネマティック液晶を含み、前記加熱温度が前
記ネマティック液晶もしくはカイラルネマティック液晶
の相転移温度以上である請求項８に記載の液晶表示素子
の製造方法。
【請求項１０】前記液晶材料を注入する工程が、ネマ
ティック液晶相の液晶材料を液晶セルに注入する工程
と、さらに該注入工程の後に、前記液晶材料と前記配向
膜との界面における液晶分子と前記基板表面との結合を
解いて、液晶分子の自由な運動を可能とするエネルギを
与える工程と、前記液晶分子を配向させる工程とを有す
る請求項２から６のいずれかに記載の液晶表示素子の製
造方法。
【請求項１１】前記エネルギを与える工程が、前記液
晶材料の熱分解温度以下の温度に加熱する工程を有する
請求項１０に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１２】前記エネルギを与える工程が、前記液
晶材料に電界あるいは磁界を照射する工程を有する請求
項１０に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１３】前記エネルギを与える工程が、前記液
晶材料に光を照射する工程を有する請求項１０に記載の
液晶表示素子の製造方法。
【請求項１４】前記エネルギを与える工程が、前記液
晶材料に超音波振動を加える工程を有する請求項１０に
記載の液晶表示素子の製造方法。