JPH08184836A - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、広視角化が可能な液晶表示素子と
その製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 本発明の液晶表示素子は、ラビング方向に対
する液晶分子を配向する方向が異なる複数の配向剤を分
散配置した配向膜を有する。また、本発明の液晶表示素
子の製造方法は、液晶分子の配向方向が９０°異なる２
種の配向剤を実質的に均一に分散した配向膜を表面に形
成した基板を用意する工程と、前記配向膜を塗布した基
板の表面を一定方向にラビングする工程と、前記ラビン
グした基板と積極的配向処理をしない基板とを所定間隔
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がｐであり、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。

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すると配
向膜面全体に均一な一方向のに配向処理ができる。

【０００５】図６は従来の技術により均一配向した液晶
セル４０を示す。図６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が塗布され矢印Ａで示す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が塗布され矢印Ｂで示す方向
にラビングされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】均一配向にした液晶セ
ル４０では、液晶分子４７の配向方向が例えば一方の基
板上ですべて同一方向に配向した状態となる。この状態
で電極４２、４５間に電圧を印加した場合に、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】本発明の目的は、配向方向の異なる微小ド
メインを複数個有するマルチドメイン構造の液晶セルに
おいて、均一な視角特性が確実に得られ、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にある。

【００１０】

【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、ラビング方向に対し、液晶分子をそれぞれ異なる
所定方向に配向する複数の配向剤を基板上にそれぞれ均
等に分散配置した配向膜を有する。

【００１１】尚、前記複数の配向剤として、２種の配向
剤を有する場合は、ラビング方向にに対し液晶分子を平
行方向に配向する配向剤と、ラビング方向に対し液晶分
子を直交方向に配向する配向剤を用いるとよい。

【００１２】また、本発明による液晶表示素子の製造方
法は、ラビング方向に対して液晶分子が所定方向に配向
する第１の配向剤と液晶分子が前記所定方向と直交する
方向に配向する第２の配向剤とが実質的に均一に分散し
た配向膜を表面に形成した基板を用意する工程と、前記
配向膜を塗布した基板の表面を一定方向にラビングする
工程と、前記ラビングした基板と、積極的配向処理をし
ない基板とを所定間隔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
がｐとするとｄ／ｐが０以上０．７５以下となる条件を
満たすネマティック液晶材料を注入する工程とを有す
る。

【００１３】

【作用】ラビング方向に対し互いに異なる所定方向に配
向する複数の配向剤が分散配置されているので、液晶分
子はこの配向膜により、複数の異なる配向方向に均等に
分散配向される。

【００１４】２種の互いに直交する方向に配向する配向
剤を有する場合は、互いに直交する方向に配向された液
晶分子が均等に分散配向される。液晶セル印加時の液晶
分子の立ち上がり方向は、配向方向とプレチルト角に依
存している為、プレチルト角を有する場合には二方向よ
り、プレチルト角を有しない場合は、四方向より、基板
全面にそれぞれ均一に液晶分子が立ち上がる。

【００１５】

【実施例】本出願人による特許出願である特願平５−２
１０３２０号および特願平５−５３６３９号では、液晶
分子が特定方向に配向した微小領域即ちドメインを多数
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。本発明の液晶セルも、こ
れらの先願に開示した液晶セルと同様、配向方向の異な
る微小ドメインを複数個有するマルチドメイン構造を持
つ。

【００１６】以下、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。
まず、ラビング方向と平行な方向に液晶分子を配向する
一般的なポリイミド材料と、ラビング方向と直交する方
向に液晶分子を配向するようなポリスチレン材料あるい
は、ある種のポリイミドを均等に混合した配向剤を用意
する。ラビング方向に対し液晶分子を直角に配向する配
向剤の分子構造や配向理論は、明らかではないが、例え
ば前記ある種のポリイミドとしては、現在サンプル出荷
されている日本合成ゴム社製のＪＡＬＳ−４２８等があ
る。

【００１７】二つの異なる配向剤を混合し、サラダドレ
ッシングのように一方の材料が微小滴状態で他方の材料
の溶液中に均一に分散している状態とする。図１（Ａ）
において、この混合配向剤を印刷、スピンコート等によ
りＩＴＯ電極２が形成されたガラス基板１の表面に塗布
して配向膜３とする。配向膜３にはラビング方向と平行
に配向する配向剤と、ラビング方向と直角に配向する配
向剤とがそれぞれ均一に分布することになる。

【００１８】次に、図１（Ｂ）において、ラビングロー
ラ５を配向膜３の上で回転させながら、矢印４方向に移
動させてラビング処理をする。その結果、図２に示すよ
うなラビング方向４と平行に配向する領域と、ラビング
方向４と直角に配向する領域とが配向膜上に均一に分布
することになる。

【００１９】さらに、もう一つのガラス基板６を用意
し、その基板６上にＩＴＯ電極７やＴＦＴのような駆動
素子を形成し、さらにその上から絶縁膜（配向膜）８を
形成する。絶縁膜８は配向処理を行わない。

【００２０】この後の図１（Ｃ）、図１（Ｄ）に示す工
程は、例えば本出願人による特願平５−２１０３２０号
もしくは、特願平５−５３６３９号に開示したプロセス
をそのまま利用することができる。

【００２１】前者は、所定の基板間隔に配置したセルに
おいて、液晶材料を等方相からネマティック液晶相に転
移することにより、配向させる方法を開示している。こ
の方法を用いる場合は、まず基板１と基板６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
合わせた空セル１０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
で注入してセルを封止する。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マルチドメイン状
態で配向させる。なお、セルのギャップｐと液晶のカイ
ラルピッチｐとはｄ／ｐが０以上０．７５以下となる条
件を満たすようにする。尚、９０°ツイスト配向する液
晶表示素子を形成する場合には、ｄ／ｐ＝０．２５にな
るように調整する。

【００２２】その結果、図１（Ｄ）で示すような隣接す
る液晶分子が互いに直交するように配向したセルができ
る。また、後者の特願平６−５３６３９号は、基板１と
基板６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た空セル１０に、ネマティック
液晶相で液晶材料を注入し、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を開示している。

【００２３】この方法を利用する場合は、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。この場合も、９
０°ツイストの配向を形成するには、液晶材料９はセル
ギャップをｄとし、液晶のカイラルピッチをｐすると、
ｄ／ｐ＝０．２５となるようにカイラル剤を含ませて調
整する。尚、先の場合と同様に、ｄ／ｐが０以上０．７
５以下の条件を満たすように調整してもよい。

【００２４】液晶材料９をセル１０内に完全に充填した
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施していない絶縁膜８上
に注入時の流動配向による流動パターンが残ってしま
う。

【００２５】そこで、この後セル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未満とし、少
なくとも配向処理されていない側の配向膜とこの膜上の
液晶分子と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を消失できる。
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１（Ｃ）のように等方性状態と
なる。

【００２６】その後、セル１０を徐々に冷却して液晶材
料９を等方性から液晶相に相転移させて配向し配向方向
が直交するマルチドメインを形成する。（図１（Ｄ）） 後者のネマティック相状態での注入例においては、メモ
リ効果をなくすためにセルを加熱して液晶分子と界面と
の結合状態を解いたが、この熱エネルギを与える方法以
外に、電界や磁界を付与する方法や、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。

【００２７】以上の方法によって得たセルは図２で示す
ように、ドメインの液晶分子は、ラビング方向（矢印
イ）と平行な方向ロと、直角な方向ハとが交互に配置す
るよう配向する。矢印ロと、矢印ハの先端はプレチルト
が発生する方向を示す。プレチルト角が生じる場合に
は、液晶分子はすべてプレチルト角の方向に立ち上がる
ために、配向方向は実質的にロとハの直交する２方向と
なる。

【００２８】配向膜の厚みを１００Å以下とした場合、
あるいはプレチルト角が１°以下の低プレチルト用の配
向剤を選択した場合は、プレチルトは殆ど発生しない。
この場合は、電圧が印加されたとき液晶分子の長軸方向
の一端とその反対の他端の二つの方向にそれぞれ半々の
確率で立ち上がる。従って、同じ配向方向でも立ち上が
り方向がロの方向とロと１８０°反対の方向、並びにハ
の方向とハと１８０°反対の方向の計４方向となる。

【００２９】図３は、プレチルトが発生しない場合のド
メイン１２の様子を示す。図３中の矢印は、電圧印加時
における液晶分子の立ち上がり方向を示す。互いに直交
する４方向（矢印）に配向する液晶分子が均等に存在す
るために、視角特性はより等方的になるので広視野角の
液晶表示素子が製造できる。

【００３０】次に、異なる配向剤を基板に塗布する別の
実施例を図４を参照して説明する。図４（Ａ）におい
て、ＩＴＯ電極（図示せず。）が形成されたガラス基板
１の表面にラビング方向と平行に配向する配向剤２０を
印刷、スピンコート等で全面塗布して下地層を形成す
る。

【００３１】次に、図４（Ｂ）において、ラビング方向
と直角の方向に配向する配向剤２１をスプレーにより塗
布する。このとき、配向剤２１が微粒子として配向剤２
０の下地面上に均一に分散して、配向剤２０が露出して
いる領域と配向剤２１の領域とがそれぞれ均等に分布す
るように配慮する。さらに両者の専有面積がほぼ等しく
なるようにすることが好ましい。

【００３２】このようにして作成した基板１を使用し
て、図１で説明した方法と同様な方法で液晶セルを製造
すると図３と同様の配向構造のドメインが得られ、広視
野角の液晶表示素子が製造できる。なお、下地として最
初に基板１に塗布する配向剤を直角配向の配向剤２１と
し、その上から平行配向の配向剤２０をスプレーしても
よい。

【００３３】さらに、別の実施例を図５に示す。図５
は、基板１の上に下地層としての配向剤２０を印刷、ス
ピンコート等で基板全面に塗布し、その上に微小な開口
部２５を多数等間隔で均等にあけたマスク３０を配置
し、そのマスク３０の上からもう一つの配向剤２１を塗
布する方法を示す。この方法でも図４（Ａ），図４
（Ｂ）で示した例と同様な効果が得られる。２種の配向
剤の塗布順序は逆でもよい。またパターン印刷法により
２種類の配向剤２０、２１を基板１に塗布してもよい。

【００３４】以上説明した実施例では、ラビング方向と
平行に配向する配向剤と直角に配向する配向剤との組み
合わせを使用したが、本発明はそれに限るものではな
い。たとえば、ラビング方向に対してある角度で配向す
る配向剤と、その配向方向と９０°異なる配向方向を与
える配向剤との組み合わせでもよい。２つの配向方向
は、異なれば直交しなくてもよい。また、二種類の配向
剤だけでなく、ラビング方向に対する配向角が互いに異
なる数種類の配向剤を混合して塗布するか、または別々
に塗布してもよい。

【００３５】また、ラビング方法はラビングローラ以外
の方法でも可能である。さらに、配向剤としてポリイミ
ドとポリスチレンを用いた場合だけでなく、それ以外の
材料においても本発明は有効である。

【００３６】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。

【００３７】

【発明の効果】本発明に従い、ラビング方向に対して互
いに配向方向が互いに直角な第１の配向剤と第２の配向
剤が基板表面に均一に分布すると、多数のドメイン間で
液晶分子の配向方向が互いに直交するように配向され
る。プレチルト角を有する場合は、電圧印加時におい
て、互いに異なる二方向の液晶分子の立ち上がり方向
を、またプレチルト角を有さない場合は、９０°づつ異
なる四方向の液晶分子の立ち上がり方向を基板面に均等
に発生させることができる。したがって、セル全体とし
て均一な視角特性が得られ広い視野角の液晶表示素子が
製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による液晶表示セルの製造工程
を説明する断面図である。

【図２】本発明の実施例による液晶表示セルの配向状態
を示す平面図である。

【図３】本発明の実施例により製造した液晶セルのマル
チドメインの配向状態を示す平面図である。

【図４】本発明の他の実施例による液晶表示装置の製造
工程の一部を示す概略図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例による液晶表示装置
の製造工程の一部を示す断面図である。

【図６】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、６ ガラス基板 ２、７ ＩＴＯ電極 ３ 配向膜 ４ ラビング方向 ５ ラビングローラ ８ 絶縁膜（配向処理しない配向膜） ９ 液晶材料 １０ 液晶セル ２０、２１ 配向剤 ３０ マスク

───────────────────────────────────────────────────── 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 (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラビング方向に対し、液晶分子をそれぞ
   れ異なる所定方向に配向する複数の配向剤を基板上にそ
   れぞれ均等に分散配置した配向膜を有する液晶表示素
   子。
2. 【請求項２】 前記複数の配向剤が、液晶分子をラビン
   グ方向に対して所定方向に配向する第１の配向剤と、前
   記所定方向に対し直交方向に配向する第２の配向剤を有
   す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】 前記ラビング方向に対する前記所定方向
   が、平行方向もしくは直交方向であることを特徴とする
   請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 前記第１の配向剤、もしくは前記第２の
   配向剤のいずれか一方の配向剤が、基板面全面を覆い、
   他方の配向剤が前記一方の配向剤上に分散配置されて前
   記一方の配向剤を部分的に覆い、前記第１の配向剤と前
   記第２の配向剤の露出部が、表面に均一に分布する請求
   項１から３のいずれかに記載の液晶表示素子。
5. 【請求項５】 積極的配向処理された基板と、積極的配
   向処理されない基板とからなる一対の基板を有する請求
   項１から４のいずれかに記載の液晶表示素子。
6. 【請求項６】 ラビング方向に対して液晶分子を所定方
   向に配向する第１の配向剤と液晶分子を前記所定方向と
   直交する方向に配向する第２の配向剤とが実質的に均一
   に分散した配向膜を表面に形成した基板を用意する工程
   と、 前記配向膜を塗布した基板の表面を一定方向にラビング
   する工程と、 前記ラビングした基板と、積極的配向処理をしない基板
   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がｐとすると、
   ｄ／ｐが０以上０．７５以下の条件を満たすネマティッ
   ク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】 前記ラビング方向に対する前記所定方向
   が、平行方向もしくは直交方向である請求項６に記載の
   液晶表示素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記基板を用意する工程が、前記第１の
   配向剤と、前記第２の配向剤とを混合した材料を配向膜
   として前記基板表面に塗布する工程を含む請求項７に記
   載の液晶表示素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記基板を用意する工程が、前記第１の
   配向剤と前記第２の配向剤のいずれか一方を基板の表面
   に塗布して下地層を形成する工程と、他方の配向剤を前
   記下地層を部分的に覆うように分散配置して塗布する工
   程とを含み、前記第１と第２の配向剤とを実質的に均一
   に表面に分布させる請求項７に記載の液晶表示素子の製
   造方法。
10. 【請求項１０】 前記他方の配向剤を前記下地層を部分
    的に覆うように分散配置して塗布する工程が、前記他方
    の配向剤を前記下地層の上に散布して前記第１と第２の
    配向剤とが実質的に均一に表面に分布させる請求項９に
    記載の液晶表示素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記他方の配向剤を前記下地層を部分
    的に覆うように分散配置して塗布する工程が、開口部を
    多数設けたマスクで前記下地層表面を覆い、該マスクの
    上から前記他方の配向剤を前記下地層の上に塗布して前
    記第１と第２の配向剤を実質的に均一に表面に分布させ
    る請求項９に記載の液晶表示素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記マスクが、実質的に前記開口部と
    非開口部とが交互に配置されたパターンを有する請求項
    １１に記載の液晶表示素子の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記配向膜を塗布した基板の表面上で
    前記第１の配向剤が塗布された領域の総面積と前記第２
    の配向剤が塗布された領域の総面積とが実質的に等しい
    請求項６から１２のいずれかに記載の液晶表示素子の製
    造方法。
14. 【請求項１４】 前記ラビング方向に対して液晶分子が
    平行に配向する領域と、直角に配向する領域における前
    記液晶分子のプレティルト角がいずれも実質的に０°で
    ある請求項６から１３のいずれかに記載の液晶表示素子
    の製造方法。
15. 【請求項１５】 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液晶セルに注入するものであ
    る請求項６から１４のいずれかに記載の液晶表示素子の
    製造方法。
16. 【請求項１６】 前記液晶材料を注入する工程が、前記
    液晶材料を加熱して前記液晶材料を等方相の状態にする
    工程と、等方相の状態にした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徐々に冷却して液晶
    分子を配向させる工程を有する請求項１５に記載の液晶
    表示素子の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記液晶材料がカイラルネマティック
    液晶もしくはネマティック液晶を含み、前記液晶材料の
    加熱温度が前記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１６に記載の液晶表示素子の製造方
    法。
18. 【請求項１８】 前記液晶材料を注入する工程が、前記
    液晶材料をネマテッィク液晶相の状態で液晶セルに注入
    する工程と、さら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き、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６
    から１４のいずれかに記載の液晶表示素子の製造方法。
19. 【請求項１９】 前記液晶分子の自由な運動を可能にす
    るエネルギを与える工程が、前記液晶材料を前記液晶分
    子の熱分解温度以下の温度範囲で加熱するものである請
    求項１８に記載の液晶表示素子の製造方法。
20. 【請求項２０】 前記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が、前記液晶材料に電界あるい
    は磁界を付与するものである請求項１８に記載の液晶表
    示素子の製造方法。
21. 【請求項２１】 前記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が、前記液晶材料に光を照射す
    るものである請求項１８に記載の液晶表示素子の製造方
    法。
22. 【請求項２２】 前記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が、前記液晶材料に超音波振動
    を加えることである請求項１８に記載の液晶表示素子の
    製造方法。