JPH08201814A - 反強誘電性液晶を用いた液晶パネル体及びその製造方法 - Google Patents

反強誘電性液晶を用いた液晶パネル体及びその製造方法

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JPH08201814A
JPH08201814A JP7027593A JP2759395A JPH08201814A JP H08201814 A JPH08201814 A JP H08201814A JP 7027593 A JP7027593 A JP 7027593A JP 2759395 A JP2759395 A JP 2759395A JP H08201814 A JPH08201814 A JP H08201814A
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Takao Minato
孝夫 湊
Katsuhiro Suzuki
克宏 鈴木
Hideo Hama
秀雄 浜
Yukari Sakai
由香里 酒井
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Toppan Printing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐震及び耐衝撃性に優れた反強誘電性液晶用
の液晶パネル構造を提供する。また、クロスラビング法
の採用により、液晶分子層の層法線方向が上下基板間で
不揃いになるのを防止して液晶内に欠陥が発生するのを
防止する。また、反強誘電性液晶の浸透制御及び冷却制
御によりジグザグ欠陥の発生を防止する。 【構成】 上下基板2,3の上にストライプ状電極4,
5を形成し、多数の隔壁部材8をストライプ状に形成す
ることによって両基板間に多数の断面長方形状の密閉さ
れた直線状空間Rを互いに平行に形成する。上側ラビン
グ方向A2 と下側ラビング方向A3 とを所定角度で交差
させ、隔壁部材8の延びる方向Kをその交差角内に位置
させる。空間R内に反強誘電性液晶を浸透させ、さらに
空間Rの一端から他端方向へ向かって液晶パネル体を順
次に冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、産業用、OA用及び家
庭用の液晶ディスプレイに関し、特に反強誘電性液晶が
封入されて成る液晶ディスプレイに関する。さらに詳し
くは、反強誘電性液晶の配向制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、コンピュータ等のための表示装置
として液晶ディスプレイが用いられるようになってき
た。液晶ディスプレイの主要構成部材は、一対のガラス
基板から成る液晶パネル枠及びそれに液晶を浸透させて
形成した液晶パネル体である。各ガラス基板には、例え
ばストライプ状の透明電極が形成され、これらの透明基
板上には必要に応じて、絶縁膜及びポリイミド、ポリビ
ニルアルコール等の有機薄膜又は珪素酸化物等の無機薄
膜が順次に積層される。
【0003】カラーディスプレイでは、カラーフィルタ
が透明電極の下部、場合によっては上部に形成される。
上記有機薄膜は、液晶に対して一軸配向性を持つように
一軸配向処理、例えばラビング処理が施される。また、
上記珪素酸化物は一軸配向性があるように蒸着される。
【0004】液晶パネル枠に関しては、一対のストライ
プ状透明電極が互いに直交して対向するように一対のガ
ラス基板が互いに接着される。そしてその際、スペーサ
と呼ばれる隙間支持体を両基板の間に多数個介在させる
ことにより、両基板の間を一定の微小間隔に保持する。
液晶ディスプレイは、通常、上記のような液晶パネル枠
に液晶を封入して液晶パネル体を作製した後、配向処理
を行い、さらに偏光板、駆動用IC及びバックライト等
の付帯設備を実装し、出来上がった組立体をキャビネッ
トに収納することによって形成される。
【0005】近年では、特に液晶として強誘電性液晶
(Ferro-electric Liquid Crystal)又は反強誘電性液
晶(Anti Ferro-electric Liquid Crystal)を用いた液
晶ディスプレイの実用化の研究が行われている。例え
ば、 (1)「強誘電性液晶の構造と物性」 (福田、竹添共著:(株)コロナ社1990年) (2)「次世代液晶ディスプレイと液晶材料」 (福田監修:シーエムシー(株)1992年) 等の文献にそのような研究が開示されている。このよう
な研究が行われるのは、これらの液晶が、いわゆる記憶
効果及び高速応答性を有しているので、TFT(Thin F
ilm Transistor)、MIM(Metal Insulator Metal)
等の能動素子を必要としない単純マトリクス駆動で、高
精細及び高画質の大容量表示を行うことができるものと
期待されているからである。上記の高速応答性とは、一
般に、数十μs程度の応答性を意味している。
【0006】これらの液晶は、高温状態である液体相I
SO(すなわち、等方相)から温度を下げるに従って、例
えば、カイラルネマチック(N* )相→スメクチックA
(SmA)相→カイラルスメクチックC(SmC* )相
→カイラルスメクチックCA(SmCA *)相というよう
に、複雑多様な相変化を示す。なお、液晶によっては発
現しない相もある。例えば、反強誘電性液晶では、配向
に有用なN* 相が見いだされていない。
【0007】カイラルスメクチック相は、ネマチック相
よりも低温側に位置しており、対称性が低くて、結晶に
近い状態である。具体的には、強誘電性液晶ではカイラ
ルスメクチックC相(F,H,I相も含む)、反強誘電
性液晶ではカイラルスメクチックCA 相(Cα、Cβ、
Cγ等の副次相も含む)である。
【0008】これらのカイラルスメクチック相は図1に
示すような層構造を有している。特に、同図(a)はそ
の層構造の斜視断面図を示し、同図(b)〜(d)は正
面図を示している。各層内の液晶分子302は左右のい
ずれかの方向に傾くことができる。全ての分子が左に傾
いた状態をF+ (同図(b))で示し、全ての分子が右
に傾いた状態をF- (同図(d))で示す。液晶分子3
02は、分子軸に対して垂直の方向に自発分極を持って
いるが、その向きは紙面と垂直方向にある。F+ 状態で
は自発分極の方向は紙面に対して下向きであり、これ
を”×”で示す。また、F- 状態では自発分極の方向は
紙面に対して上向きであり、これを”○”で示す。直流
電圧(DC)による電場の極性を正と負の間で変えるこ
とにより、F+ 状態とF- 状態の2つの状態をμsの単
位で切り替えることができる。また、反強誘電性液晶で
は、F+ 状態とF- 状態の他にF+ 状態とF- 状態が層
ごとに入れ替わる反強誘電状態(AF状態:同図
(c))が有り、これが最も安定な状態である。
【0009】このため、反強誘電性液晶はディスプレイ
として強誘電性液晶よりも有利である。何故ならば、A
F状態は層ごとに液晶分子の方向、すなわち自発分極の
方向が入れ替わるので、自発分極成分が全体として安定
な状態にあるからである。このAF状態に関しては、直
流電場の極性を制御することにより、全ての液晶分子層
の自発分極の方向が一致してF+ 状態又はF- 状態へ誘
導される。さらに、AF状態とF+ 状態の間及びAF状
態とF- 状態の間には明確な直流電圧の閾値が存在す
る。これにより、図2のような光学配置で直流バイアス
電圧を印加することにより、F+ 状態とF- 状態を一つ
のON(明)状態として保持可能であって、弱い直流電
圧の印加でAF状態をOFF(暗)状態とする表示技術
が開発されている(例えば、「次世代液晶ディスプレイ
と液晶材料」(福田監修:シーエムシー(株)1992
年の102ページ参照)。従って、反強誘電性液晶で
は、F+ 状態及びF- 状態には記憶効果は必要なく、一
応どんな材料でも利用可能である。また、この反強誘電
性液晶を用いたディスプレイは、視野角が広いという、
他のディスプレイにはない特徴を有している。
【0010】一般に、強誘電性液晶では、F+ 状態及び
- 状態は直流電圧の印加により誘導されるが、それら
を保持することは不可能であって、一旦形成された後、
維持されると言う記憶効果が不可欠である。しかしなが
ら、強誘電性液晶では自発分極同士の反発や配向膜に対
する相互作用のために、F+ 状態とF- 状態のいずれか
一方しか安定でない材料が多い。このことは、利用可能
な液晶材料や配向膜材料が限定されるという問題を生じ
る。
【0011】反強誘電性液晶に関する別の利点は、階調
性を得ることができるということである。つまり、強誘
電性液晶は直流電圧の印加に応じてとり得る状態が2状
態しかないので階調の発現の可能性は小さいが、反強誘
電性液晶ではアナログ的な階調発現の可能性が指摘され
ている。これは、反強誘電性液晶に印加するエネルギに
よってF+ 状態とF- 状態の比を調節できる可能性があ
るからである。
【0012】さらに別の利点として、強誘電性液晶は層
構造が衝撃によって破壊されやすいが、反強誘電性液晶
ではその層構造自身が耐震耐衝撃性に比較的に富んでお
り、且つ自己修復性があるとも指摘されている。
【0013】一方、液晶パネル体の電極間に挟まれるカ
イラルスメクチック相は結晶固有の配向欠陥のない単結
晶相、すなわちモノドメイン相である必要がある。欠陥
があると表示画質が低下し、さらに、駆動時に新しい欠
陥が発生することの温床となる。この点で、従来の配向
処理を用いて配向させた反強誘電性液晶は強誘電性液晶
よりも断然不利である。何故ならば、従来のように一軸
配向処理を施した単一の連結した内部空間を有する液晶
パネル枠に反強誘電性液晶を浸透させて高温液体状態か
ら冷却するだけでは、強誘電性液晶では見られない雑多
な欠陥がカイラルスメクチック相の層内に多数発生する
からである。
【0014】これらの欠陥は、液体相からSmA相がド
メイン的に析出することに関係して生じるものである。
例えば、SmA相ドメインの会合した名残りであるヒモ
状の欠陥、複数のドメインが衝突した残りの穴部が埋ま
った部分のダイヤ状の欠陥、ドメイン内部の消光位がぼ
やける現象等が見られる。また、カイラルスメクチック
相に転移した後に発現する欠陥もある。これらのため、
視覚的には線状欠陥及びダイヤ状欠陥が多く、このよう
な液晶を用いてディスプレイを作製すると、全体の消光
位が1方向に定まらず、且つ線状の欠陥から多量の光が
漏れる。このため、AF状態における光の絶対透過率が
高くて、コントラストが低いという問題がある。もちろ
ん、F+ 状態とF- 状態の表示品質も低下する。このよ
うな現象が生じる1つの理由は、反強誘電性液晶にはN
* 相が無く、ランダムな液体相からいきなり層構造のS
mA相に転移するので、スメクチック相の層の向きが定
まり難いからである。
【0015】この点に関して特開平6−3676号公報
には、上下の配向膜のラビング角を平行でなく、適宜の
角度で交差させるクロスラビングを行うと、雑多な欠陥
が減少して配向性が向上すると記載されている。本発明
者の実験でもこの効果は確認できた。この効果が得られ
るのは、反強誘電性を示す液晶にはSmA相の層法線方
向が一軸配向処理の方向から大きくずれるものが多いこ
とに起因するものと考えられる。
【0016】例えば、図3に示すように、反強誘電性液
晶を挟む一対の基板301a及び301bのうち、上側
の基板301aのところで液晶分子層Eの層法線L1が
ラビング方向Aに対して角度β1だけ傾き、一方、下側
の基板301bのところで層法線L2が逆方向に角度β
2だけ傾くことが生じる。配向膜の材質が上下基板で同
じであれば、一般に、β1=β2となる。このため、液
晶分子層Eの層法線がセルギャップ方向G間でねじれた
り、層法線方向がセルギャップG方向の各所で異なるこ
とが考えられる。この結果、液晶を充填した液晶パネル
枠を冷却するとき、内部構造及び方向性が異なる多様な
ドメインが各所で発生し、それらが互いに衝突する。こ
のとき、衝突したドメイン間の馴染みが悪いと、それら
の会合部が欠陥となるものと考えられる。
【0017】以上のような状態のとき、仮にラビング方
向を図3に示すように上下基板301a及び301bの
間で交差、すなわちクロスラビングさせ、その交差角度
を調整して、例えばβ1+β2にすると、上基板301
aのところの液晶分子層の層法線L1と下基板301b
のところの液晶分子層の層法線L2とが一致することが
考えられる。SmA相の液晶分子層の層法線方向がドメ
イン内部及びドメイン相互間で一致してくるにつれて、
ドメインの会合部の整合性が向上し、その結果、雑多な
欠陥が相対的に減少して高品質のSmA相とカイラルス
メクチック相が得られる。そして、明確な消光位が交差
角β1+β2の内部に存在し、よって、高い明暗のコン
トラストが得られる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このクロス
ラビングの角度を最適化して雑多な欠陥が減少するにつ
れて、すなわち、スメクチック相の層構造が完全になる
につれて、この層固有の配向欠陥であるジグザグ欠陥と
疑似直線状の欠陥が顕在化してくる。つまり、クロスラ
ビングは、上下基板間での液晶分子層の層法線のねじれ
等に起因して発生する雑多な欠陥とは全く異なる種類の
欠陥が、視覚によって確認できる状態に発現する環境を
準備するということである。これらジグザグ欠陥等の配
向欠陥は、層構造が完全な状態の強誘電性液晶に見られ
る配向異常として良く知られており、実用化にあたって
の最大の障壁であった。
【0019】本発明は、上記の問題点を解消するために
なされたものであって、特に反強誘電性液晶を用いる液
晶パネル体に関して、その反強誘電性液晶を挟む一対の
基板間で液晶分子層の層法線方向にネジレや不揃いが発
生することを防止して、雑多な配向欠陥が液晶内に発生
するのを防止することを目的とする。
【0020】また、本発明は、層法線方向のネジレや不
揃い等に起因する雑多な配向欠陥が無い場合に、反強誘
電性液晶の充填方法や冷却方法の不備等に起因して顕在
化するジグザグ欠陥や擬線状欠陥の発生を確実に防止で
きる液晶パネル体の構造及びその構造に最適の液晶パネ
ル体の製造方法を提供することを目的とする。
【0021】また、本発明は、耐震性及び耐衝撃性に優
れた液晶パネル体の構造を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明に係る液晶パネル
体は、少なくとも一方が透明な一対の基板と、それらの
各基板上に形成されていて互いに対向する一対の電極
と、両基板間に設けられていて所定の間隔を置いて互い
に平行に並べられた複数の直線状の隔壁部材と、上記一
対の電極の上に形成されていて一軸配向処理が施された
配向膜とを有している。上記一対の一軸配向処理の方向
は所定角度で交差する。各隔壁部材は、上記の交差角度
の範囲内に入る位置に設けられる。また各隔壁部材は、
対向する基板に接着されることにより、液晶通過用の開
口端部以外の部分が液晶に対して密閉された状態の直線
状空間を形成する。そして、それら各直線状空間の内部
に反強誘電性液晶を封入する。
【0023】上記一対の電極は、いわゆるストライプ状
電極によって構成できるし、また、平面状電極によって
構成することもできる。ストライプ状電極というのは、
複数の直線状電極を所定ピッチで並べることによって形
成された電極のことであり、一対のストライプ状電極を
互いに直交状態で対向して配置することにより、マトリ
クス状の画素電極が形成される。上記の各隔壁部材は、
一方の基板上のストライプ状電極の間に該電極と同じピ
ッチ又は複数ピッチ間隔で直線状に設けられる。このス
トライプ状電極を用いた液晶パネル体は、いわゆるマト
リクス駆動用の液晶パネル体である。なお、一対の基板
は隔壁部材によって間隔が確定されるので、その隔壁部
材の高さが両基板間のセルギャップの高さに相当する。
【0024】反強誘電性液晶の相状態はカイラルスメク
チック相に設定される。このカイラルスメクチック相
は、カイラルスメクチックCA 相、カイラルスメクチッ
クCα相、カイラルスメクチックCβ相又はカイラルス
メクチックCγ相のいずれかである。
【0025】上記カイラルスメクチック相の層法線方向
は上記隔壁部材の延びる方向と平行又はほぼ平行である
ことが望ましい。図4に示すように、液晶分子層Eの並
び方はラビング等の一軸配向処理によって決定される。
図4に示す状態はラビング方向Aと液晶分子層の層法線
0 とが一致する場合を示している。一方、図5に示す
状態は、層法線L0 がラビング方向Aに対して角度β0
だけ傾いて存在する場合を示している。
【0026】ラビング方向Aと層法線L0 とが一致する
か、あるいは傾斜するかは、ラビング処理を受ける液晶
の性質に依存している。一般に、強誘電性液晶に関して
はラビング方向Aと層法線L0 とがほぼ一致するが、反
強誘電性液晶に関してはラビング方向Aと層法線L0
が傾斜することがある。いずれの場合にしても、確定し
た層法線L0 の方向は、隔壁部材と平行又はほぼ平行で
あることが望ましい。ほぼ平行というのは、角度15度
以内の範囲であろうと考えられる。
【0027】従来、カイラルスメクチック相の層は図1
(a)に示すようなブックシェルフ構造をとるものと考
えられていたが、実際は、図6に示すように液晶分子層
Eの中心部が”《”の形状に屈曲したシェブロン構造、
あるいは、まれに図7に示すような傾いたブックシェル
フ構造をとることがわかった。”《”の形状をとる場合
には、カイラルスメクチック相の層の折れ曲がり方向
は、スメクチックA相から最初に析出するカイラルスメ
クチック相の層の折れ曲がり方向と同じかほぼ同じ方向
であることが望ましい。また、傾いたブックシェルフ構
造をとる場合には、カイラルスメクチック相の層の傾き
方向は、スメクチックA相から最初に析出するカイラル
スメクチック相の層の傾き方向と同じかほぼ同じ方向で
あることが望ましい。
【0028】上記の液晶パネル体を製造するに際して
は、上記隔壁部材の延びる方向に関して温度勾配が形成
保持された状態で、直線状空間の一方の端部から他方の
端部へ向かって、反強誘電性液晶が液体相又はスメクチ
ックA相を呈する温度からカイラルスメクチック相を呈
する温度まで液晶パネル枠を順次冷却することが望まし
い。
【0029】
【作用】まず、ジグザグ欠陥の静的な構造について簡単
に説明する。カイラルスメクチック相の層を有する厚さ
が1〜3μm程度の薄膜は、従来考えられていた図1に
示すようなブックシェルフ構造ではなく、図6に示すよ
うに液晶分子層Eの中心部が”《”の形状に屈曲したシ
ェブロン構造、あるいは、まれに図7に示すような傾い
たブックシェルフ構造をとっている。シェブロン構造に
関しては、この屈曲方向が”《”の場合と”》”の場合
の2方向を取り得る。傾いたブックシェルフ構造(図
7)に関しては、”//”と”\\”の2つの傾き方向
がある。
【0030】図8に示すように、基板近傍の液晶分子3
02(太い実線で示してある)は分子の一方が基板から
一定の角度だけ浮き上がった状態をとる。今、この角度
をプレチルト角αとし、そしてα≠0とすると、液晶分
子層Eが折れ曲がる向きに応じて層内部の液晶分子30
2の凝集状態が異なっている。このように異なる凝集状
態をとるというのが、通常の状態である。
【0031】次に、基板間に充填された液晶を一定方向
に並べるための一軸配向処理について説明する。なお、
以下の説明では、一軸配向処理として適宜の布で基板を
一方向に擦るラビング処理を考えるが、その説明は別の
一軸配向処理、例えば斜方蒸着処理等にも当然にあては
まる。
【0032】上下一対のラビング方向が同一方向又はほ
ぼ同一方向である場合はもちろん、本発明のようにラビ
ング方向が上下で交差する、いわゆるクロスラビングの
場合でも、スメクチック相の層法線方向102(図1)
はほぼ直線状の一定方向である。この場合、シェブロン
構造における液晶分子層の折れ曲がり方向と、上下のラ
ビング方向との組み合わせを変えることによって、スメ
クチック相の層内での区別できる液晶分子の凝集の仕方
は、図8に示すような5種類となる。傾いたブックシェ
ルフ構造には、図9に示すような2種類がある。図8及
び図9において、δは分子層Eの折れ曲がる角度又は傾
斜する角度を示しており、具体的には概ね、数度〜20
度程度である。図において矢印Aは、ラビングが進んだ
方向を示している。本発明のようなクロスラビングで
は、図3に示すように、上下のラビング方向が所定角
度、例えば30度以下の適宜の角度で相互に傾いてい
る。
【0033】図8に示す5種類の配置に関して、特に
(a)に示す配置がC1状態、(b)に示す配置がC2
状態と呼ばれている(J.Kanbe et al.,Ferroelectrics,
114,3(1991) 参照)。これらは、ラビングの進行方向が
所定の交差角を有するが、方向的には同じ方向になるよ
うに上下の基板を対向させるラビング設定で得られる液
晶分子の凝集状態である。これを交差角がゼロである場
合に準じて平行ラビングと呼ぶ。C1状態では、液晶分
子302が液晶分子層Eの傾斜方向と同じ方向にプレチ
ルトする。また、C2状態では、液晶分子302が液晶
分子層Eの傾斜方向と反対方向にプレチルトする。
【0034】図8の(c)、(d)及び(e)に各配置
に関しては、従来、特に名称が付けられてはいないが、
本明細書では、(c)に示す状態をC1/C2のハイブ
リッドと呼び、(d)に示す状態を片側C2状態と呼
び、そして(e)に示す状態を片側C1状態と呼ぶこと
にする。(c)の状態は、上下のラビングの進行方向が
逆方向となるように両基板を組み合わせた場合のラビン
グ設定、いわゆる反平行ラビングで得られる液晶分子の
凝集状態である。この場合も、上下のラビングの進行方
向は相互に所定角度で交差するように設定される。この
C1/C2状態では、C1状態とC2状態が半分づつを
占めている。この場合、折れ曲がり方向が逆のものは相
互に区別ができない。
【0035】(d)及び(e)の状態は、片側の基板に
対してはラビング処理を行わない場合である。いずれの
凝集状態の場合も、実際は、上下の配向膜材料の組み合
わせが変わったり、配向膜の作成条件が変わる等の理由
により、図示した状態から若干変形した層構造であると
考えられる。液晶分子の層内での収まり方は図8に示す
ような単純な均一状態ではなく、上下基板間で連続的に
捻れるツイスト状態をとっていることもある。
【0036】ジグザグ欠陥とは、図10に示すように、
液晶分子層Eの屈曲方向が異なる二つのドメインが互い
に接合する部分に発生するものである。屈曲方向の異な
るドメインの境界203がジグザグ欠陥となって現れ
る。擬線状欠陥204が発生する原因は明確ではない
が、同じ屈曲方向を有するドメインが成長し、それらが
互いに合体したときにそれらの境界が消失せずに残存し
た部分と考えられる。傾いたブックシェルフ構造の場合
でも、傾く方向が異なるドメインの境界部分にジグザグ
欠陥が発現する。
【0037】温度勾配をつけること無く液晶パネル体の
全体を均一に冷却するという冷却方法を単純な冷却と言
うものとすれば、その単純な冷却を行うときには上記の
ような配向欠陥が発現し易い。このことを考えれば、一
軸配向処理と単純な冷却との組み合わせでは、図8や図
5等に示す複数の凝集状態(図8参照)から唯一つを意
図的に選択することは困難であるということを示してい
る。すなわち、一軸配向処理によってスメクチック相の
層の層法線方向102は決まるが、層の折れ曲がる向き
又は傾く向きが一義的に決まるわけではない。単純な構
造のC1状態かC2状態の一方だけでも選択形成できれ
ばジグザグ欠陥は発生しないのであるが、このための手
段は未だ公知ではない。しかも、複数ドメインを欠陥無
しに共存させるという技術さえも未だ公知ではない。し
かしながらC1状態に関しては、J.Kanbe et al., Ferr
oelectrics,114,3(1991)に1つの提案が成されている。
これは、プレチルト角αが層の折れ曲がり角程度に大き
いと、簡単な幾何学的な計算からC2状態の発生が抑止
されるというものである。
【0038】しかしながらこの議論は、幾何学的にC2
状態が許容できないとしているが、C1状態自身が別の
許容できない構造を経て形成されるという矛盾したもの
である。仮にその議論に正当性を認めるにしても、プレ
チルト角αを20度(》δ)程度にする必要があって実
際上は困難であり、しかも使える材料を狭く限定する。
また、後述する液晶の体積収縮が考慮されていないの
で、常に確実にC1状態が形成できるという保証もな
い。
【0039】何より好ましいのは、いずれの凝集状態
(図8参照)も選択可能であり、しかもそれらの凝集状
態が共存可能な液晶パネル体の製造方法を提供すること
である。
【0040】次に、ジグザグ欠陥及び擬線状欠陥が発生
する理由を簡単に説明する。顕微鏡観察によれば、ジグ
ザグ欠陥は、液晶がSmA相からカイラルスメクチック
相に最初に転移した直後に発生しそして伝搬する。上下
のラビング方向が平行かほぼ平行である平行ラビングで
は、最初に出現する配向状態はC1状態である。そして
概ね2℃〜6℃の低温で、そのC1状態からC2状態に
変化する。欠陥は、高温側のC1状態から低温側のC2
状態への転移があるために生じる。通常、SmA相から
C1状態への転移に際しては、新規な欠陥は発生しな
い。ジグザグ欠陥は、図11(a)に示すようなC1状
態からC2状態への変化が層全体で生じないために発生
する。つまり、C2状態への変化が完了した後に、残存
するC1状態との境界がジグザグ欠陥となる。さらに、
全領域で一応完全な変化が起こっても欠陥が発生する場
合があり、これが擬線状欠陥である。これは、C1状態
のドメインの内部に発生する複数のC2状態のドメイン
が成長してそれらが互いに合体したときの会合部分が消
失せずに残存した部分である。
【0041】ここで、C1状態からC2状態への変化
が、必然的に起こる現象であることを定性的に説明す
る。液晶分子層が折れ曲がるのは、液晶の温度が下がる
ときにその液晶分子層が液晶パネル体のセルギャップ方
向に伸びるためである。層が伸びるのは、セルギャップ
間の液晶の体積がほぼ一定という状態で、液晶分子が層
法線方向から傾いて層間隔が狭まるからである。すなわ
ち、狭くなった分だけ層がセルギャップ方向に伸びるの
である。最初の伸びは、C1状態への折れ曲がりとして
吸収されるが、このままではその後の伸びを吸収するの
がエネルギー的に難しくなる。C1状態では、曲がるの
に大きなエネルギーを必要とし、それ故、層の曲がり、
すなわち層の伸びに対してエネルギー増加がより少ない
凝集状態に変化せざるを得なくなる。より具体的には、
C1状態では隣接する液晶分子がSmA相の構造を反映
してかなり平行に位置しているが、このままではそれら
の液晶分子が近接するとコアー部の反発力が増大し、そ
のため、液晶分子が分子軸方向にスライドするか、ある
いはスライドし易い相互配置、すなわちC2状態に変化
する。
【0042】但し、ここで重要なことは、C1状態から
C2状態への変化は、層が全体として逆方向に滑って折
れ曲がるのではないということである。図11(b)で
示すように、実線のC1状態は破線のC2状態と考える
ことが可能である。すなわちC1状態は、隣接する液晶
分子のわずかな変位により、C2状態への変化が可能で
ある。
【0043】しかしながら、液晶の凝集状態がC1状態
からC2状態へ変化すると、欠陥は必ず発生する(図1
1(a))。とりわけ、C2状態の内部にドメイン同士
の会合の名残りである擬線状欠陥が残る。仮に、C1状
態で変化が停止すれば擬線状欠陥は発生しない。あるい
は、液晶の閉じ込められる空間を細分化して会合をなく
しても良いが、その細分化には限界があり、事実上は不
可能である。一般にC2状態の内部にはジグザグ欠陥2
03(図10参照)はないが、擬線状欠陥204が存在
する。C1/C2状態では、擬線状欠陥は存在しない
が、ジグザグ欠陥の発生が不可避である。
【0044】これらから得られる結論は、液晶分子層の
折れ曲がり方向を変える何らかの構造変化があると欠陥
は避けられないということである。反強誘電性液晶に
は、SmA相からSmC* 相を経て反強誘電状態、例え
ば、SmCA *相へ転移する場合と、直接にSmCA *相へ
転移する場合がある。従って、(1)SmA相→C1状
態→C2状態→SmCA *相、(2)SmA相→CA1状
態→CA2状態、(3)SmA相→C1状態→CA2状
態、(4)SmA相→SmC* 相→CA1状態→CA2状
態等の変化では欠陥が必ず発生する。ここで、CA1 と
A2 はSmCA *相のSmC相に類似の折れ曲がり状態
を示す。従って、カイラルスメクチック相の層内に欠陥
を全く生じさせないためには、 (1) 高温側のSmC* 相(C1状態)から低温側の
SmC* 相(C2状態)への変化を抑止してC1状態を
低温まで延長する: (1’)高温側のSmCA *相(CA1状態)から低温側
SmCA *相(CA2状態)への変化を抑止してCA1 状
態を低温まで延長する: (2) SmA相から直接に低温側のC2状態又はCA
2 状態の変化を誘導すること等といった方法が考えら
れる。
【0045】先に述べたように、(1)と(1’)の方
法の場合には、C1状態→C2状態(CA2 状態)の状
態変化が生じることもあるが、この状態変化は材料の選
択や特別の工夫によって回避可能である。また、(2)
の状態変化は常に実現可能である。
【0046】液晶分子層の逆方向への構造変化が問題で
あることを示唆する他の例は、反平行ラビングによって
形成されるC1/C2ハイブリッドの場合に見られる。
この場合、上下のラビング処理の条件が同じであれば、
液晶分子層が折れ曲がる向きが相反する2つの凝集状態
(図8(c))は全く等価であって、C1状態とC2状
態との間に見られるような差はない。すなわち、液晶分
子層が折れ曲がる向きが相反する2つの凝集状態のどち
らでも、C1状態とC2状態が等しい確率で生じ易い。
従って、ジグザグ欠陥は発生するが、層の折れ曲がりは
起きないので擬線状欠陥は見い出されていない。このこ
とはC1状態→C2状態のような構造変化は生じていな
いことを示している。
【0047】以上をまとめると、欠陥が発生しない条件
は、カイラルスメクチック相の相状態において液晶分子
層の折れ曲がり方向を変えるような構造変化を起こさな
いということである。このような構造変化の防止は、平
行ラビングについて考えれば、C1状態からC2状態へ
の変化を抑止するか、あるいは、SmA相からC2状態
を直接に誘導することによって可能である。また、反平
行ラビングについて考えれば、液晶分子層の折れ曲がり
方向を一方に固定することによって、そのような構造変
化の防止が可能である。これは、要するに、SmA相か
ら最初に析出したカイラルスメクチック相は唯一の層の
折れ曲がり方向を有しており、この方向を室温まで保持
することにより、液晶分子層の折れ曲がり方向を固定す
るということである。これが、請求項6及び請求項7の
意味するところである。
【0048】次に、特定の構造変化を抑止又は回避する
ための効率の良い液晶パネル体の構造及びその液晶パネ
ル体を製造するための具体的な方法について説明する。
既に指摘したように、一対の一軸配向処理は液晶分子層
の層法線方向を決めるが、その層の折れ曲がる方向を一
義的には決めない。本発明者は、層の折れ曲がり方向を
支配する何か別の決定的な因子がないかについて詳しい
分析を加えた。そしてその結果、冷却に伴う体積収縮方
向、すなわち液晶の移動方向が層の折れ曲がる向きに決
定的な影響を持つということを見い出した。
【0049】より具体的には、液晶パネル体の内部にお
ける液晶の移動を介して液晶分子層の変形を誘導すると
層の折れ曲がり方向の制御が可能であることがわかっ
た。そして、液晶の移動は、液晶が封じられる空間の形
状と、液晶の冷却方法とを工夫することによって制御可
能であることもわかった。また、そのような空間の形状
は、狭くて細長いものであることが好ましいこともわか
った。また、液晶分子層の生成時に、液晶封入用の空間
の延びる方向及び液晶分子層の層法線方向の両方向に温
度勾配があると、温度が先に低下した方に液晶が移動
し、その結果として、その向きに液晶分子層が折れ曲が
るという法則性が経験的に見い出された。
【0050】そのような法則性を平行ラビングの場合を
例にとって図11を参照して説明する。液晶温度が高温
から低温に下がると、必ず液晶の体積収縮が生じる。配
向膜近傍の液晶は相対的に動き難いので、この収縮力は
層中心部を冷却点方向に引っ張る力として作用し、結果
として、層構造を維持したまま層の中心部を先に温度が
低下した方に移動させる。このため、相状態がSmA相
のときに既に冷却点方向に層が撓んでいる(図11
(b)及び(c))。従って、C2状態方向から冷却さ
れると、SmA相自身がC2状態に類似の構造を既にと
っており、C1状態を経ずにC2状態に直接に転移する
(同図(c))。このことは、C1状態方向から冷却す
る場合も同様である(同図(b))。
【0051】このように、層法線方向に温度勾配を形成
すれば液晶分子層の全体が強制的に同じ方向へ撓むよう
にすることができ、これにより、欠陥が発生する余地は
全くなくなる。実際、C2状態方向から冷却すると、擬
線状結果を含めてどのような配向欠陥も生じない。既に
指摘したように、C1状態方向から冷却した場合には、
液晶によってはジグザグ欠陥が発生し、且つ、C2状態
ドメインの内部にだけ擬線状欠陥が見られる場合があ
る。これは、逆方向に折れ曲がったC2状態ドメインが
C1状態ドメイン中に発生したことを示している(同図
(b))。一般には、SmA相又はC1状態の折れ曲が
りの変形量を制御することにより、相状態の転移をC1
状態で止めることは可能である。これらは、平行ラビン
グ、反平行ラビング等の条件、配向膜材料、液晶等には
よらない普遍的な効果である。
【0052】温度勾配が不可欠である別の理由は、液体
相から析出するSmA相ドメインが液晶パネル体の内部
の各所でランダムに発生し、さらにそれらが会合するこ
とを防止することにある。SmA相ドメインは温度勾配
方向に対して横方向にしか存在しないので、この温度勾
配方向にはドメイン同士の会合が全く起こらない。温度
勾配に対して横方向に関してはドメイン同士の会合が発
生することも考えられるが、そのようなドメイン同士の
会合回数は隔壁部材の存在により最低限に抑えられる。
ドメイン同士がどのように馴染みが良いものであって
も、ドメイン同士の会合回数は少ないに越したことはな
い。本発明のように、複数の隔壁部材によって密閉され
た直線状空間を形成して、それらの直線状空間の中に反
強誘電性液晶を注入するようにした構造によれば、ドメ
イン同士の会合回数を最小にすることができる。
【0053】本発明に係る液晶パネル体は、温度勾配の
下で液晶に作用する収縮力を液晶分子層の層法線方向に
集中させることに関して好ましい構造を有している。図
12はそのような液晶パネル体の具体例を示している。
この液晶パネル体1では、一方のガラス基板3の上に形
成されたストライプ状の透明電極5の間に、セルギャッ
プGに対応する厚さを有する直線状の隔壁部材8が形成
されている。隔壁部材8には、適当な手段によって他の
ガラス基板2が接着され、これにより、一対の基板が完
全に接着していて、さらにセルギャップGが正確に規定
された液晶封入用の液晶パネル枠が構成される。符号9
及び符号7は、例えばポリイミドによって形成される配
向膜である。また、符号4は、一方の透明電極5に対向
していてその透明電極5に対して直角方向にストライプ
状に延びる対向透明電極である。符号6は絶縁膜であ
る。絶縁膜としては、アルミナやシリカの1000Å程
度の薄膜を用いることができる。カラーフィルタは、い
ずれか一方の透明電極の下側か上側に設けることができ
る。以上の構成により、各隔壁部材8の間に直線状の空
間Rが形成される。そして、これらの空間Rの中に反強
誘電性液晶を封入することにより、液晶パネル体1が作
製される。
【0054】図13に液晶パネル体1の正面図を示す。
ストライプ状電極5の上の直線状空間Rは隔壁部材8に
よって相互に隔たっており、先端部分22の開口部及び
後端部分23の開口部を除いて、完全な閉空間を成して
いる。すなわち、開口部以外の部分は液体に対して密閉
されている。直線状空間Rの断面形状は、図12に示す
ように偏平な四辺形状、すなわち長方形状になる。この
場合、長方形の長辺Lの最小幅は、ストライプ状電極5
と同程度、例えば約50〜500μmに自動的に設定さ
れる。長方形の短辺Sは、セルギャップGと同程度、例
えば1〜3μmに設定する。直線状空間Rの断面形状
は、透明電極5の厚さによる段差や、四隅の丸み等の影
響により、一般には、完全な四辺形ではない。
【0055】直線状空間Rを区切る隔壁としての隔壁部
材8の幅Wは、隣接する電極5の間の長さ程度以下、例
えば10〜100μmに設定する。直線状空間Rの長さ
R(図13)は、液晶ディスプレイの表示部Dとして
露出する電極の長さ、例えば10〜40cmよりも長く
設定する。このように設定するのは、直線状空間Rの液
晶出入口では5〜10mm程度の長さで配向異常Qが見
られるからである。
【0056】図12に示すように、隔壁部材8の延びる
方向Kは一方の電極5と平行である。また、隔壁部材8
が延びる方向Kに対して上下のラビング方向A2 及びA
3 の成す角度は、それぞれ、β1及びβ2である。これ
らの傾斜角度は、ラビングによって決められる液晶分子
層の層法線方向が隔壁部材8の延びる方向に対して平行
又はほぼ平行になるように決められる。隔壁部材8の延
びる方向Kは、当然のことながら、交差角β(=β1+
β2)の中に含まれる。一般に、隔壁部材8と液晶分子
層の層法線方向のズレが大きくなればなるほど、液晶の
収縮が円滑に進まず、よって欠陥を発生する確率が増大
する。実験によれば、β1又はβ2を隔壁部材8の延び
る方向Kに対して±15度以内の角度に納めることこと
が、欠陥の発生を防止することに関して好ましかった。
【0057】図12に示す液晶パネル体1では、ストラ
イプ状電極5の間に直線状の隔壁部材8を満遍なく形成
してあり、これらの隔壁部材8によって上下の基板2,
3が接着されている。液晶は、直線状に仕切られた狭い
空間Rの中を直進移動するので、蛇行することがなく、
液晶内に歪みの蓄積や空隙が生じない。この構造の結
果、SmA相が成長する場合も、ドメイン同士の会合回
数が少なくなる。また、液晶の冷却時に発生する液晶の
収縮も、空間Rが延びる方向に制限されるので、直線状
空間相互間で干渉することはない。
【0058】このような直線状空間を用いた構造は、平
面状電極を用いる液晶パネル体に関してもあてはまる。
このタイプの電極は光書込み型のディスプレイに用いら
れる。この場合、隔壁部材のピッチは、押圧、ズレ等と
いった外力に対する十分な抵抗性、一対の基板を接着す
るための十分な接着力、必要な液晶分子層の変形量、さ
らに液晶の浸透の具合等から決める。実験によれば、そ
のピッチを2mm以下に設定するのが安全であった。
【0059】従来の液晶パネル体では、球形のビーズや
その他のスペーサによって一対の基板間のセルギャップ
を保持し、しかし両基板を互いに接着しない場合が多か
った。このような従来の液晶パネル体では次のような、
すなわち(イ)温度勾配があるときに液晶と基板との間
の熱収縮の同期がとれず、よって正常な配向層は得られ
ないこと、(ロ)液晶パネル体に耐振性及び耐衝撃性が
ないので、ディスプレイの製造時や操作時において液晶
パネル体の損傷が起こり易いこと、そして(ハ)液晶パ
ネル体の奥部まで液晶が直線的に均一に浸透することが
困難であるので、液晶内にエアーポケットが生じやす
く、また、蛇行が生じてこれが欠陥を誘導すること、等
といった問題が生じる。
【0060】反強誘電性液晶の層構造は衝撃に強く、自
己修復性があるといわれるが、実際問題として、液晶パ
ネル体を軽く押圧したときにその反強誘電性液晶の層構
造が一旦破壊されると、層構造は元の状態には戻らな
い。対角長さが25〜40インチ程度の大きさの直視型
の反強誘電性液晶ディスプレイを考えると、従来のよう
に両基板を接着しない場合には、液晶パネル体を垂直状
態に立てたときに、基板自体の自重や液晶の自重によっ
て基板の底部が広がったり、底部に存在する液晶がそれ
らの自重によって破損することがある。これに対し、本
発明のように、ストライプ状の隔壁部材によって両基板
を強固に接着した液晶パネル体によれば、液晶の破損を
確実に防止でき、しかもセルギャップを液晶パネル体の
全面で均一に保持できる。
【0061】隔壁部材は、種々の高分子フォトレジスト
から適宜に選択できる。高分子化合物はガラス温度以上
に保つと軟化して接着性が発現し、一旦接着したあとで
冷却すると一対の基板を柔軟且つ強固に接着することが
できる。
【0062】上記の液晶パネル体に温度勾配を与えなが
ら冷却するには、高温雰囲気から低温雰囲気中に液晶パ
ネル体を適切な速度で移動させる。高温雰囲気や低温雰
囲気を実現するための各種の恒温雰囲気としては、オ
ーブン中等の気体、ホットステージ、ペルチャー素子
等の固体、水、シリコンオイル、油等の液体、さらに
は赤外線等の輻射線等から適宜に選択できる。温度の
安定性と生産性の点で好ましい方法は、高温状態の液体
中、特に水中から液晶パネル体を引き上げる方法や、液
晶パネル体を適切な速度でトンネル状の炉の中に通過さ
せる方法等である。
【0063】高温恒温部と低温恒温部との間には、熱の
漏れを防止する断熱部を設けることが望ましい。これに
より、液晶パネル体に付与される温度勾配が一定で揺ら
がないようにできる。隔壁部材とほぼ平行に液晶パネル
体を移動させることに関しては、その液晶パネル体の先
端と後端を入れ替えることによって、方向が逆である2
通りの移動形態が実現できる。液晶パネル体に対する実
際の冷却処理に際しては、これらのうちから望ましい冷
却方向を選択する。高温状態は、液晶が液体相を呈する
温度であることが望ましいが、温度域が広ければSmA
相に相当する温度域のうちの高温側の温度であっても良
い。液晶パネル体の移動速度は5cm/分以下、望まし
くは10〜2mm/分である。
【0064】
【実施例】(実施例1) 図12を参照して、A4サイズ(297m
m×210mm)のガラス基板3の表面に線幅270μ
m、ピッチ300μm、そして厚さが1500Åの透明
電極5をストライプ状、すなわち複数本を長手方向に平
行に形成した。そしてさらに、そのガラス基板3の透明
電極5の上に、ポリイミド樹脂濃度2%の配向膜用溶液
「HL1110」(日立化成(株)製)を1000rp
mで20秒間スピンコートし、さらに180℃で1時間
焼成して、厚さ1000Åのポリイミド配向膜9を形成
した。
【0065】その後、透明電極5に対して角度β2 (詳
しくは後述する)だけ傾いた方向へ、一軸配向処理とし
てのラビングを行った。さらに、配向膜9上に同じポジ
型フォトレジスト「MP−S1400」(シプレイ・フ
ァーイースト社(株)製)を1.7μmの厚さにスピン
コートし、さらに90℃で乾燥した。次いで、図13の
隔壁部材8のストライプパターンを有するマスクを用い
てフォトレジストを露光し、所定のアルカリ現像液で現
像を行い、さらに、150℃で60分間ポストベークし
て、幅30μmの隔壁部材8を多数個形成した。これら
の隔壁部材8は、各透明電極5の間に満遍なく、すなわ
ち同一ピッチで位置している。表示部サイズDは、対角
線の長さが12インチの正方形状とした。また、図12
及び図13の符号21は液晶浸透口10以外の周辺部を
囲む幅2mm程度のシール部材であって、このシール部
材21は隔壁部材8と同時に形成した。
【0066】同様の工程により、別のガラス基板2の上
に透明基板4を形成し、さらにその透明基板4の上に絶
縁膜6及びポリイミドから成る配向膜7を形成し、さら
にラビング処理を行った。絶縁膜6は、上下基板の短絡
を防止するためのものであって、珪素酸化物によって厚
さ1000Åに形成した。液晶ディスプレイをカラー化
する場合には、一方の基板の透明電極の下部又は上部に
カラーフィルタを設けることができる。この基板2に対
するラビングは、電極4に対して直角な方向から角度β
1 だけ傾けて行った。さらに、ポジ型フォトレジストを
全面にコートし、さらにそれを乾燥させた後に剥離し
た。この処理は、両基板2,3上の配向膜の性質を同一
にするためのものである。
【0067】以上のようにして作製した一対の基板2,
3を、互いのラビング方向が角度βC (詳しくは後述す
る)で交差する状態で反平行ラビングになるように、且
つストライプ状透明電極4,5が直交するように、且つ
隔壁部材8が両電極4,5間に位置するように、位置合
わせをしてそのまま重ね合わせた。その後、両基板の間
を減圧してそれらの基板を密着させた。通常はこのと
き、所定の治具によって両基板を挟み付けるが、図では
その治具は省略してある。そして、その密着状態のまま
で170℃まで加熱して1時間保持し、さらに冷却する
と、表示部D(図13参照)の領域も完全に接着した、
セルギャップ1.5μmの液晶パネル枠が得られた。
【0068】一対のラビング方向の交差角を図示すれば
図14(a)の通りである。同図において、観察者Pか
ら見て上基板2のラビング方向A1 を実線で示し、下基
板3のラビング方向A2 を破線で示す。隔壁部材8から
見たラビング方向の成す角を、それぞれβ1 及びβ2
する。これらの角度β1 及びβ2 の値は、通常は同じと
考えてよいが、配向膜材料等に応じてそれらの値が異な
ることもある。上基板2から見て下基板3がどちら方向
に回転した状態で接着されるかに応じて、図14
(b)、(c)、(d)、(e)に示す4つの独立した
組合せが可能である。これらの組合せは、上基板2のラ
ビング方向A1 と下基板3のラビング方向A2との交差
角β3 によって、β3 >0とβ3 <0及び180゜−β
3 >0、β3 −180゜<0で区別する。なお、本発明
においては交差角の絶対値|β3 |≦90゜を平行ラビ
ング、|β3 |>90゜を反平行ラビングとする。
【0069】図3に関連して説明したように、特に反強
誘電性液晶に関しては、ラビング方向Aと液晶分子層の
層法線L1 ,L2 とが一致せずに互いにずれることが多
い。上記のように上下一対のラビング方向を相互に交差
させるのは、そのようにラビング方向と液晶分子層の層
法線とがずれる場合でも、上下一対の層法線方向に関し
てはそれらを交差させないように、すなわち平行に一致
させるようにするために行うものである。こうして上下
一対の層法線方向を一致させれば、両基板間での液晶分
子層のネジレや不揃い等の発生が未然に防止されること
になり、その結果、ジグザグ欠陥や擬線状欠陥とは異な
る雑多な欠陥が発生することを防止できる。
【0070】このような雑多な欠陥の発生を防止できる
ラビング方向の交差角を予測することは難しい。そこ
で、片側基板だけにラビングを施した液晶パネル体を作
製し、液晶分子層の層法線のずれる角度βを先ず見積も
った。次いで、その角度βのほぼ2倍近辺の交差角を持
つ液晶パネル体を複数個作製して、欠陥の出具合を調べ
た。なお、この実験では、反強誘電性液晶として、 (1)化学式
【化1】 で表される単体液晶: (2)化学式
【化2】 で表される単体液晶: (3)化学式
【化3】 で表される単体液晶: (4)三井石油化学工業(株)製の混合液晶「MLC0
049」:そして、 (5)三井石油化学工業(株)製の混合液晶「MLC0
057」 の5種類の液晶を用意した。これらの各反強誘電性液晶
の相転移列及び転移温度は表1に示す通りである。
【0071】
【表1】(相転移列と転移温度(℃)) いずれの液晶も、室温を含む低温において反強誘電性の
SmCA *相を持っているが、SmA相から最初に析出す
るカイラルスメクチック相は、液晶(1)がSmC*
であり、それ以外の液晶がSmCA *相である。液晶
(3)及び(4)はX線回折法によってシェブロン構造
であることを確認し、SmCA *相の折れ曲がり角δ(図
8参照)は、いずれも20度であった。
【0072】液体相(ISO)を呈する温度に設定された
真空オーブン中で、定法により液晶パネル枠の内部に上
記の各反強誘電性液晶を浸透させた後、徐冷して液晶パ
ネル枠内のSmCA *相の配向状態を調べた。表2に、片
側ラビングのときのラビング方向に対する層法線方向の
平均ズレ角βと、雑多な欠陥を無くすための最適な交差
角βC を記載した。
【0073】
【表2】 (最適交差角βC とズレ角β(度)) この実験において、液晶をオーブン中で冷却する限り、
その他の条件を変えても結果は同じであった。表2の最
適交差角の場合には、大小のジグザグ欠陥が見い出され
た。この結果は一軸配向処理の設定を同じ交差角の平行
ラビングにしても変わらなかった。これは、反強誘電性
液晶が層法線方向に2分子つながった”>”型のダイマ
ーを単位としているからであると考えられた。但し、平
行ラビングではジグザグ欠陥に加えて擬線状欠陥が若干
数見い出された。
【0074】表2から分かるように、ジグザグ欠陥が顕
在化する交差角βC は液晶により大きく異なっている
が、概ね20度以下であった。βC 及びβは、共に、配
向膜の材料に依存する可能性があるが、配向膜として
「SP610」(日産化学(株)製)を用いた場合は、
±2度以内で一致した。また、βC はβの2倍とは異な
っており、両者間のはっきりした相関は見られなかっ
た。
【0075】AF状態(図1(c)参照)の消光位、す
なわち層法線方向は明確であって、ほぼβC の中央部に
あった。顕微鏡観察によれば、液晶分子層の曲がり方向
の変化、換言すればジグザグ欠陥の発生は、液晶(1)
についてはSmC* 相で生じ、それ以外の液晶について
はSmCA *相で生じていた。
【0076】本実施例においては、温度勾配を与えて液
晶パネル体を冷却するための高温保持装置としてトンネ
ル型の炉を用いた。低温側は室温空気とした。このトン
ネル型の炉は、一対の平面状ヒータを約6mmの間隔で
対向させ、液晶パネル体の出入用の狭い開口部を除いて
周囲を断熱部材で覆ったものである。このトンネル型の
炉には、炉内の温度を制御するための温度制御部及び液
晶パネル体の移動速度を制御するための速度制御部を付
設した。炉の開口部に液晶パネル体を挿入し、液晶が液
体相を呈する温度に保持した後、隔壁部材に対して平行
の方向に、約2mm/分の速度で液晶パネル体を空気中
に引き上げた。その結果、液晶分子層の折れ曲がり方向
は、液晶パネル体の引き上げ方向を向いており、ジグザ
グ欠陥が全く無いC1/C2状態の配向が得られた。ま
た、液晶パネル体の上下を逆にして引き上げると、同じ
C1/C2状態の配向が得られた。また、引き上げ速度
が5cm/分以下であれば、同じ配向状態が得られた。
【0077】液晶を浸透させる前の液晶パネル枠のクロ
スニコル下での絶対透過率を1とした場合、オーブン中
で従来のように温度勾配無しに冷却した場合の絶対透過
率と、本発明のように温度勾配下で冷却した場合の絶対
透過率は表3の通りであった。
【0078】
【表3】 (絶対透過率(%)) 表3において、絶対透過率の差は、主として、ジグザグ
欠陥の有無に依存しているが、温度勾配の有る方が全体
として配向性が優れていることもその差に寄与してい
る。
【0079】(実施例2)実施例1と同じ手順で液晶パ
ネル枠を作製し、その液晶パネル枠の内部に液晶
(2)、すなわち化学式
【化2】で表される単体液晶を浸透させた。但し、一軸
配向処理として平行ラビング、すなわち上下一対のラビ
ング方向が同一方向で且つ平行なラビングを行い、特
に、上下一対のラビング方向の交差角をほぼ−5度とし
た。そして、この液晶パネル体を隔壁部材に対して平行
の方向に引き上げたところ、やはりジグザグ欠陥のない
C1配向状態が得られた。また、液晶パネル体の上下端
を入れ替えてそれを逆方向に引き上げたところ、無欠陥
のC2配向状態が得られた。
【0080】(比較例1)実施例1と同じ手順で液晶パ
ネル体を作製したが、隔壁部材の延びる方向が上下一対
のラビング方向の交差角の中央部よりも角度εだけずれ
るように設定した。この場合、β1=−15+ε、β2
−εである。また、εとして約8度、約6度、約3度の
3種類の液晶パネル枠を作製した。これらの液晶パネル
枠に液晶(1)、すなわち化学式
【化1】で表される単体液晶を浸透させて、実施例1の
場合と同じように、液晶パネル体に温度勾配を付与した
状態でその液晶パネル体を冷却した。
【0081】このようにしても液晶分子層の層法線方向
は、いずれも、上下一対のラビング方向の交差角のほぼ
中央にあった。しかしながらほぼ層法線方向に、欠陥と
は異なるがスジ状の線が走っており、配向の様子は明確
に違って見えた。ε=約8度では、隔壁部材の近傍には
数は極少ないが大きさが10μm程度のフォーカルコニ
ックが見られる部分もあった。従って、液晶分子層の層
法線方向は隔壁部材に対して10度以上ずれることは好
ましくない。
【0082】
【発明の効果】請求項1記載の液晶パネル体によれば、
クロスラビング法を用いて反強誘電性液晶に対して一軸
配向処理を行うので、一対の基板間に挟まれた反強誘電
性液晶のスメクチック相の層にネジレや不揃い等が発生
することを防止でき、よって、ジグザグ欠陥や擬線状欠
陥とは異なる雑多な欠陥の発生を防止して、スメクチッ
ク相の理想的な層構造を形成できる。
【0083】ところで、(1)従来形式の液晶パネル
枠、例えば一対の基板をビーズ等のスペーサを間に挟ん
で互いに接着すること無しに対向させた形式の液晶パネ
ル枠、の内部に反強誘電性液晶を注入するときや、
(2)従来の冷却方法、例えば温度勾配をつけないで液
晶パネル体の全面を均一に冷却する冷却方法を用いて反
強誘電性液晶に関して配向処理を行うとき等において
は、一般に、液晶内にジグザグ欠陥や擬線状欠陥等の欠
陥が発生する。反強誘電性液晶内に上記の雑多な欠陥が
存在している間は、ジグザグ欠陥等の欠陥はその雑多な
欠陥に隠れてしまい、その存在が視覚によって確認でき
ないことが多い。ところが、本発明によるクロスラビン
グ法を用いることにより反強誘電性液晶のスメクチック
相の層構造を完全にすると、それまでは隠れていたジグ
ザグ欠陥等の欠陥が顕在化する。
【0084】しかしながら、本発明のように隔壁部材に
よって密閉状態に区画された直線状空間に沿って反強誘
電性液晶を注入するようにすれば、反強誘電性液晶を液
晶パネル枠の奥側まで満遍なく直線的にきれいに充填で
きるようになり、その結果、空隙や蛇行の発生を確実に
防止できる。これに起因する欠陥が無くなれば、バック
ライトからの光の漏れを効率良く防止できるので、反強
誘電性液晶を用いた液晶ディスプレイの暗状態として理
想的な配向状態を得ることができる。
【0085】また、本発明では、複数のストライプ状の
隔壁部材によって一対の基板を接着したので、単にビー
ズ等のスペーサによってセルギャップを保持するだけで
一対の基板を接着することのない従来の液晶パネル体に
比べて、耐震耐衝撃性に優れた液晶パネル体構造を得ら
れた。また、対角25インチ以上、特に40インチ程度
の超大型の液晶パネル体に関しても十分な耐震耐衝撃性
を達成できる。
【0086】請求項5記載の液晶パネル体によれば、反
強誘電性液晶の液晶分子層にネジレや不揃い等が発生す
ることを防止して、その液晶内に雑多な欠陥が発生する
ことを防止できるのはもちろんのこと、さらに、液晶分
子層の層法線方向と隔壁部材の延びる方向とを互いに平
行に設定することにより、収縮が円滑に行かないことに
よる擬線状欠陥等の欠陥の発生をも確実に防止できる。
【0087】請求項6及び請求項7記載の液晶パネル体
によれば、液晶分子層の層構造を液晶パネル体の全体に
わたって、より一層均一にすることができ、よって、ジ
グザグ欠陥や擬線状欠陥等の発生をより一層確実に阻止
できる。
【0088】請求項8記載の液晶パネル体の製造方法に
よれば、請求項1記載の液晶パネル体において無欠陥状
態に配向した反強誘電性液晶を得ることに関して、最適
な冷却方法を提供できる。より詳しくは、狭く密閉され
た直線状空間内に液晶を封入した状態で、その直線状空
間に沿って温度勾配を形成し、さらにその温度勾配を直
線状空間に沿って徐々に移動させて液晶を順次に冷却す
るようにしたので、液晶分子層の屈曲方向又は傾き方向
を強制的に一定の方向へ向けることにより、ジグザグ欠
陥等の発生を確実に防止できる。
【0089】
【図面の簡単な説明】
【図1】反強誘電性液晶のカイラルスメクチック相が取
り得る層構造を模式的に示す説明図である。特に、
(a)は理想的なブックシェルフ構造を示し、(b)〜
(d)は異なる極性又は異なる電圧値の電圧を印加した
ときの液晶分子の状態変化を示す。
【図2】反強誘電性液晶に明暗を表示するための光学配
置を示す図である。
【図3】上下一対の基板に対して行われるラビング方向
と液晶分子層の層法線方向との関係を模式的に示す図で
ある。
【図4】ラビング方向と液晶分子層の層法線方向とが一
致する状態を模式的に示す図である。
【図5】ラビング方向と液晶分子層の層法線方向とが一
致しない状態を模式的に示す図である。
【図6】カイラルスメクチック相の液晶構造、特にシェ
ブロン構造を模式的に示す図である。
【図7】カイラルスメクチック相の液晶構造、特に傾い
たブックシェルフ構造を模式的に示す図である。
【図8】種々のラビング方向の組み合わせに応じて得ら
れる液晶分子の凝集状態を模式的に示す図、特に、
(a)は平行ラビングによって得られるC1状態、
(b)は平行ラビングによって得られるC2状態、
(c)は反平行ラビングによって得られるC1/C2ハ
イブリッド状態、(d)は片側ラビングによって得られ
るC2状態、そして(e)は片側ラビングによって得ら
れるC1状態を示す。
【図9】反平行ラビングによって得られる高プレチルト
角の傾いたブックシェルフ構造を模式的に示す図、特
に、(a)はC1状態の凝集状態、(b)はC2状態の
凝集状態を示す。
【図10】液晶内にジグザグ欠陥及び擬線状欠陥が発生
する状態を模式的に示す斜視図である。
【図11】液晶を冷却する際に液晶分子層の折れ曲がる
様子を模式的に示す図、特に、(a)は温度勾配無しで
均一に冷却する場合、(b)はラビングが始まった方向
から冷却する場合、(c)はラビングが終わった方向か
ら冷却する場合を示す。
【図12】本発明に係る液晶パネル体の一実施例の断面
構造を示す斜視図である。
【図13】図12の液晶パネル体の平面断面図であっ
て、特にストライプ状に設けられた隔壁部材等を示す図
である。
【図14】上下一対の基板に施すラビング方向の隔壁部
材に対する相対的ズレ角度の決め方を説明する図であ
る。
【符号の説明】
1 液晶パネル体 2 ガラス基板 3 ガラス基板 4 透明電極 5 透明電極 6 絶縁膜 7 配向膜 8 隔壁部材 9 配向膜 10 液晶浸透口 21 シール部材 22,23 開口部 102 液晶分子層の層法線方向 203 ジグザグ欠陥 204 擬線状欠陥 301a,301b 基板 302 液晶分子 E 液晶分子層 A ラビングが進んだ方向 L1,L2 液晶分子層の層法線 G セルギャップ β0,β1,β2 ラビング方向と層法線方向とのズレ角 β3 ラビング方向の交差角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜 秀雄 千葉県袖ヶ浦市長浦字拓2号580番32 三 井石油化学工業株式会社内 (72)発明者 酒井 由香里 千葉県袖ヶ浦市長浦字拓2号580番32 三 井石油化学工業株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一方が透明な一対の基板と、 それらの各基板上に形成されていて互いに対向する一対
    の電極と、 両基板間に設けられていて所定の間隔を置いて互いに平
    行に並べられた複数の直線状の隔壁部材と、 上記一対の電極の上に形成されていて一軸配向処理が施
    された配向膜とを有しており、 上記一対の一軸配向処理の方向は所定角度で交差してお
    り、 各隔壁部材は、上記の交差角度の範囲内に入っており、 各隔壁部材は、対向する基板に接着されることにより、
    液晶通過用の開口端部以外の部分が液晶に対して密閉さ
    れた状態の直線状空間を形成し、さらにそれら各直線状
    空間の内部に反強誘電性液晶を封入したことを特徴とす
    る液晶パネル体。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の液晶パネル体において、 上記一対の電極は、それぞれが複数の電極を所定ピッチ
    で並べることによって形成された互いに対向する一対の
    ストライプ状電極によって構成され、 その一対のストライプ状電極は互いに直交し、 上記の各隔壁部材は、一方の基板上のストライプ状電極
    の間に該電極と同じピッチ又は複数ピッチ間隔で直線状
    に延びることを特徴とする液晶パネル体。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の液晶パネル体において、 上記一対の電極は平面状電極であることを特徴とすると
    する液晶パネル体。
  4. 【請求項4】 請求項1から請求項3のうちのいずれか
    1つに記載の液晶パネル体において、反強誘電性液晶の
    相状態はカイラルスメクチック相であって、そのカイラ
    ルスメクチック相は、カイラルスメクチックCA 相、カ
    イラルスメクチックCα相、カイラルスメクチックCβ
    相又はカイラルスメクチックCγ相のいずれかであるこ
    とを特徴とする液晶パネル体。
  5. 【請求項5】 請求項1から請求項4のうちのいずれか
    1つに記載の液晶パネル体において、上記カイラルスメ
    クチック相の層法線方向は上記隔壁部材の延びる方向と
    平行又はほぼ平行であることを特徴とする液晶パネル
    体。
  6. 【請求項6】 請求項1から請求項5のうちのいずれか
    1つに記載の液晶パネル体において、カイラルスメクチ
    ック相の層の折れ曲がり方向は、スメクチックA相から
    最初に析出するカイラルスメクチック相の層の折れ曲が
    り方向と同じかほぼ同じ方向であることを特徴とする液
    晶パネル体。
  7. 【請求項7】 請求項1から請求項5のうちのいずれか
    1つに記載の液晶パネル体において、カイラルスメクチ
    ック相の層の傾き方向は、スメクチックA相から最初に
    析出するカイラルスメクチック相の層の傾き方向と同じ
    かほぼ同じ方向であることを特徴とする液晶パネル体。
  8. 【請求項8】 請求項1から請求項7のうちのいずれか
    1つに記載の液晶パネル体を製造するための製造方法に
    おいて、 上記隔壁部材の延びる方向に関して温度勾配が形成保持
    された状態で、直線状空間の一方の端部から他方の端部
    へ向かって、反強誘電性液晶が液体相又はスメクチック
    A相を呈する温度からカイラルスメクチック相を呈する
    温度まで液晶パネル枠を順次冷却することを特徴とする
    液晶パネル体の製造方法。
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