JPH09318949A - 液晶素子の製造方法及び液晶の配向処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長時間駆動に伴う液晶分子の移動による液晶
層の厚みの変動を抑制し、配向欠陥の発生を防止する。 【解決手段】ガラス基板３ａ，３ｂの配向膜６ａ，６ｂ
上に、配向膜６ａ，６ｂの周辺部を覆い配向膜６ａ，６
ｂの配向処理エリアよりも小さい開口部を有する枠状の
金属マスク板１３を配置して、配向膜６ａ，６ｂを織布
のラビング布でラビング処理することにより、液晶分子
の移動による液晶層の厚みの変動が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カイラルスメクチ
ック液晶等の強誘電性液晶が基板間に挟持される液晶素
子の製造方法及び液晶の配向処理方法に係り、詳しくは
液晶分子の移動を抑制できるようにし、且つ配向ムラを
防止できるようにした液晶素子の製造方法及び液晶の配
向処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、強誘電性液晶分子の屈折率異
方性を利用して偏向素子との組み合わせによって透過光
線を制御する方式の液晶素子が、クラーク（Clark)及び
ラガーウオル（Lagerwall)らにより提案されている（例
えば、特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許第４
３６７９２４号公報等）。

【０００３】強誘電性液晶は、一般に特定の温度域にお
いて非らせん構造のカイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ
^* ）、又はＨ相（ＳｍＨ^* ）を有し、この状態におい
て、印加される電界に応答して第１の光学的安定状態と
第２の光学的安定状態のいずれかを取り、且つ電界の印
加のないときはその状態を維持する性質、即ち双安定性
を有し、また、電界の変化に対する応答も速やかであ
り、高速、並びに記憶型の表示素子としての広い利用が
期待されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、上述
した強誘電性液晶を有する液晶素子を長時間駆動して表
示動作を行った場合、図４に示すように、強誘電性液晶
（図示省略) を挟持した一対の基板１０１，１０２間に
おいて、液晶分子が特定の方向（図では左から右方向)
に移動して基板端部領域（斜線部分) １０３の液晶層の
厚みが増加していき、黄色に着色していくという問題点
があった。このような現象が発生すると、表示の見栄え
を悪くするだけでなく、液晶画素のスイッチング特性も
変化する。この現象は、特にコントラストの高いユニフ
ォーム配向状態の液晶素子において顕著である。尚、図
中、矢印Ａは強誘電性液晶のラビング方向（配向方向)
である。

【０００５】そこで、本発明は、長時間駆動に伴う液晶
分子の移動による液晶層の厚みの変動を抑制することが
できる液晶素子の製造方法及び液晶の配向処理方法を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みなされたものであって、液晶がその間に挟持される一
対の基板に形成した高分子被膜に対して配向処理を施す
配向処理工程を少なくとも有する液晶素子の製造方法に
おいて、前記配向処理工程にて、前記基板の前記高分子
被膜上に、該高分子被膜の周辺部を覆い前記高分子被膜
の配向処理エリアよりも小さい開口部を有する枠状のマ
スク板を配置して、前記高分子被膜を織布のラビング布
でラビング処理することを特徴としている。

【０００７】また、前記織布の毛足の長さが３〜５ｍｍ
であり、前記一対の基板にそれぞれ形成した前記各高分
子被膜のラビング方向が互いに同一方向で略平行状態に
あることを特徴としている。

【０００８】また、前液晶はカイラルスメクチック液晶
であることを特徴としている。

【０００９】また、液晶がその間に挟持される一対の基
板に形成した高分子被膜に対して配向処理を行う液晶の
配向処理方法において、前記基板の前記高分子被膜上
に、該高分子被膜の周辺部を覆い前記高分子被膜の配向
処理エリアよりも小さい開口部を有する枠状のマスク板
を配置して、前記高分子被膜を織布のラビング布でラビ
ング処理することを特徴としている。 （作用)本願発明者らは上述した強誘電性液晶の移動の
原因について研究した結果、液晶の駆動パルスによる交
流的な電界で、液晶分子の双極子モーメントが揺らぐこ
とによって発生する電気力学的効果によるものと推察し
た。また、図５に示すように、強誘電性液晶の移動方向
Ｂは、ラビング方向Ａと液晶分子の平均分子軸方向１０
４ａ，１０４ｂ等によって決定されるものと推定され
る。

【００１０】このように、液晶分子の移動方向Ｂがラビ
ング方向Ａに依存していることにより、強誘電性液晶の
移動現象は、基板界面でのプレチルトの状態、若しくは
そのプレチルトにより決まる弾性エネルギー的に安定な
スメクチック層の折れ曲がり方向等に依存していること
が推察される。また、図６に示すようなスメクチック層
のセェブロン構造を含む配向は、Ｃ１及びＣ２の２種類
の配向モデルで説明できる。この図において、２１はス
メクチック層、２２はＣ１配向領域、２３はＣ２配向領
域を表している。

【００１１】スメクチック液晶は一般に層構造を持つ
が、ＳｍＡ相からＳｍＣ相またはＳｍＣ^* 相に転移する
と層間隔が縮むので、図６に示すように層が上下の基板
１０１，１０２の中央付近で折れ曲がった構造（セェブ
ロン構造）をとる。折れ曲がる方向はこの図に示すよう
にＣ１及びＣ２の２つあり得るが、よく知られているよ
うに、ラビングによって基板界面の液晶分子は基板に対
して角度をなし（プレチルト）、その傾斜方向はラビン
グ方向Ａに向かって液晶分子先端側が上方した（先端が
浮いた格好になる）向きである。このプレチルトのため
に、Ｃ１配向とＣ２配向は弾性エネルギー的に等価でな
く、ある温度で転移が起こることがある。また、機械的
な歪みで転移が起こることもある。

【００１２】図６に示した層構造を平面的に見ると、ラ
ビング方向Ａに向かってＣ１配向からＣ２配向に移ると
きの境界２４はジグザグの稲妻状でライトニング欠陥と
呼ばれ、Ｃ２配向からＣ１配向に移るときの境界２５は
幅の広い緩やかな曲線状でヘアピン欠陥と呼ばれる。

【００１３】ところで、強誘電性液晶を挟持した液晶素
子は、強誘電性液晶を配向するための相互に略平行で同
一方向の一軸性配向処理が施された一対の基板を備え、
強誘電性液晶のプレチルト角をα、チルト角（コーン角
の１／２）をΘ、ＳｍＣ^* 相の傾斜角をδとした場合
に、次式を満足するように強誘電性液晶を配向させる
と、Ｃ１配向状態においてセェブロン構造を有する４つ
の状態が存在する。

【００１４】

【式１】Θ＜α＋δ この４つのＣ１配向状態は、従来のＣ１配向状態とは異
なっており、なかでも４つのＣ１配向状態のうち、２つ
の状態は双安定状態（ユニフォーム状態）を形成してい
る。ここで、無電界時の見かけのチルト角をθａとすれ
ば、Ｃ１配向状態における４つの状態のうち、次式の関
係を示す状態をユニフォーム状態という。

【００１５】

【式２】Θ＞θａ＞Θ／２ このユニフォーム状態においては、その光学的性質から
みてダイレクタが上下基板間で捻じれていないと考えら
れる。図７（ａ）は、Ｃ１配向の各状態における基板間
の各位置でのダイレクタの配置を示す模式図である。こ
の図において、３１乃至３４は各状態においてダイレク
タをコーンの底面に投影し、これを底面方向から見たよ
うすを示しており、３１及び３２がスプレイ状態、３３
及び３４がユニフォーム状態と考えられるダイレクタの
配置である。この図から分かるように、ユニフォーム状
態３３及び３４においては、上下いずれかの基板界面の
液晶分子の位置がスプレイ状態の位置と入れ替わってい
る。また、図７（ｂ）は、Ｃ２配向を示しており、界面
のスイッチングはなく内部のスイッチングで２つの状態
３５と３６がある。

【００１６】このＣ１配向のユニフォーム状態は、従来
用いていたＣ２配向における双安定状態よりも大きなチ
ルト角θａを生じ、輝度が大きく、しかもコントラスト
が高い。

【００１７】更に、本願発明者らの研究によれば、上述
した液晶の移動による色付きは、基板上の配向膜の周辺
部にラビングを施さないエリアを設けることにより発生
しなくなることが分かった。即ち、配向膜の周辺部をラ
ビングを施さないようにすることによって、この周辺部
での液晶分子配向が垂直配向となり、移動してきた液晶
分子が基板端部領域に溜まらないためであると推定され
る。

【００１８】配向膜の周縁部にラビングを施さないエリ
アを設けるためには、基板の配向膜上に、配向膜の周辺
部を覆い配向膜の配向処理エリアよりも小さい開口部を
有する枠状の金属マスク板を配置して、この金属マスク
板で覆ったエリアがラビングされないようにする必要が
ある。ところが、この金属マスク板によりラビング布が
ダメージを受けるために、配向処理ムラが発生する恐れ
があり、ラビング布の最適化が必要である。

【００１９】このため、本発明では、基板の配向膜上に
配向膜の周辺部を覆い配向膜の配向処理エリアよりも小
さい開口部を有する枠状の金属マスク板等を配置してラ
ビングしても、ラビング布がダメージを受けずに良好な
配向特性が得られ、且つ液晶の移動による色付きを抑制
するものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明に係
る実施の形態について説明する。

【００２１】図１は、本発明の実施の形態に係る液晶素
子を示す概略断面図。この液晶素子１は、偏光板２ａ，
２ｂの間に対向して配置されたガラス基板３ａ，３ｂを
備えており、ガラス基板３ａ，３ｂには、それぞれＩＴ
Ｏ膜からなるストライプ状の透明電極４ａ，４ｂ、ショ
ート防止層であるＴａ₂ Ｏ₅ 等からなる絶縁膜５ａ，５
ｂ、ラビング処理された配向膜６ａ，６ｂがそれぞれ形
成されている。尚、ガラス基板３ａ，３ｂの厚さは１．
１ｍｍ、透明電極４ａ，４ｂの厚さは４００〜３０００
Å、絶縁膜５ａ，５ｂの厚さは１００〜３０００Å、配
向膜６ａ，６ｂの厚さは５０〜１０００Åである。液晶
素子１の各画素は、マトリクス配置された透明電極（走
査電極）４ａと透明電極（情報電極）４ｂとの交差部分
により構成されている。

【００２２】配向膜６ａ，６ｂは、通常高分子ポリマー
が用いられるが、本発明における液晶素子１では、フッ
素含有ポリイミド等の高いプレチルト角を与える配向膜
が好適である。更に、本実施の形態では、配向膜６ａ，
６ｂのラビング処理時にガラス基板３ａ，３ｂの配向膜
６ａ，６ｂ上に、配向膜６ａ，６ｂの周辺部を覆い配向
膜６ａ，６ｂの配向処理エリアよりも小さい開口部を有
する枠状の金属マスク板を配置して、配向膜６ａ，６ｂ
の周辺部にラビングを施さないエリアを設けている（詳
細は後述する）。

【００２３】また、配向膜６ａ，６ｂの間に、径が均一
な球状のスペーサ（粒子）７を散布し、更にスペーサ７
以上にギャップが広がらないように接着性樹脂（図示省
略）を散布してガラス基板３ａ，３ｂを所定のセルギャ
ップ（例えば、１．５μｍ）で貼り合わせ、その周囲を
シール材（図示省略）によってシールし、配向膜６ａ，
６ｂ間に電界に対して双安定性を有するカイラルスメク
チック液晶等の強誘電性液晶８が注入されている。

【００２４】強誘電性液晶８としてはカイラルスメクチ
ック相状態のものを用いることができ、具体的にはカイ
ラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ^* ）、Ｈ相（ＳｍＨ
^* ）、Ｉ相（ＳｍＩ^* ）、Ｋ相（ＳｍＫ^* ）、Ｇ相（Ｓ
ｍＧ^* ）や反強誘電相の液晶を用いることができる。

【００２５】また、特に好ましい強誘電性液晶８として
は、これより高温側でコレステリック相を示すものを用
いることができ、例えば以下に示す相転移温度及び物性
値を有するピリミジン系混合液晶がある。

【００２６】

【表１】 また、本実施の形態では、配向膜６ａ，６ｂのプレチル
ト角αは１７°であり、前記式１及び式２の各式を満た
し、上述したＣ１ユニフォーム配向が得られた。

【００２７】次に、上述した液晶素子１の製造方法及び
配向処理方法について説明する。

【００２８】先ず、ガラス基板３ａ，３ａ上にスパッタ
リング法で９００Å程度の厚みで透明電極（ＩＴＯ膜)
４ａ，４ｂを形成し、フォトリソグラフィ法によってス
トライプ状にパターニングする。次に、この透明電極４
ａ，４ｂ上にスパッタリング法で９００Å程度の厚みで
Ｔａ₂ Ｏ₅ 等により絶縁膜５ａ，５ｂを形成する。

【００２９】次に、この絶縁膜５ａ，５ｂ上にポリアミ
ド酸（例えば、日立化成（株）製：ＬＱ１８０２）をＮ
ＭＰ／ｎＢＣ＝１／１液で１．５ｗｔ％に希釈した溶液
をスピナーで２０００ｒｐｍ、２０ｓｅｃの条件で塗布
し、その後、２７０℃で約１時間加熱焼成処理を施し
て、厚さ２００Å程度の配向膜６ａ，６ｂを形成した。
そして、この配向膜６ａ，６ｂに対してラビング処理
（配向処理）を施した。ラビング処理は、図２（ａ），
（ｂ）に示すラビング装置１０によって行った。このラ
ビング装置１０は、円筒状のラビングローラ１１とこれ
を回転駆動する駆動手段（図示省略）とを備えており、
ラビングローラ１１の外周面にはラビング布１２が貼り
付けられている。ラビング布１２は、織布でその起毛部
の材質としてナイロンやアラミドを使用し、毛足の長さ
を３〜５ｍｍ、好ましくは４ｍｍ程度にする。

【００３０】そして、ラビング処理に際しては、ラビン
グローラ１１は所定圧で当接された状態で矢印Ｃ方向に
回転され、ガラス基板３ａ，３ｂはラビングローラ１１
に所定圧で当接された状態で矢印Ａ（ラビング方向）の
方向に搬送される。従って、配向膜６ａ，６ｂはラビン
グ布１２によって擦られて配向規制力が付与される。こ
の配向規制力の大きさは、ラビングローラ１１と配向膜
６ａ，６ｂとの間の当接力によって決定され、通常はラ
ビングローラ１１を上下させて押込み量εを変えること
により調整される。尚、本実施の形態では、以下に示す
条件でラビング処理を施した。

【００３１】布材質……ナイロン又はアラミド ローラ径……８５ｍｍ 押込み量ε……０．３ｍｍ ローラ回転数……４００ｒｐｍ 基板送り速度……５０ｍｍ／ｓ 繰り返し回数……３回 尚、本実施の形態では、押込み量εを配向膜６ａ，６ｂ
のプレチルト角αが１７°となるように調整した。

【００３２】そして、本実施の形態では、このラビング
処理時に図３（ａ），（ｂ）に示すように、配向膜６
ａ，６ｂの周辺部を５〜１０ｍｍの幅で覆い、配向膜６
ａ，６ｂの配向処理エリアよりも小さい開口部を有する
枠状の金属マスク板１３を、ガラス基板３ａ，３ｂの配
向膜６ａ，６ｂ上に配置した。この金属マスク板１３に
より、配向膜６ａ，６ｂの周辺部がラビング処理される
のを防止するようにした。

【００３３】次に、一方のガラス基板３ａ（又は３ｂ）
の表面に球状のスペーサ７を散布して、他方のガラス基
板３ｂ（又は３ａ）の表面周辺にエポキシ樹脂等のシー
ル材（図示省略）をスクリーン印刷法により塗布し、配
向膜６ａ，６ｂのラビング方向が平行、且つ同方向にな
るようにしてガラス基板３ａ，３ｂを所定のセルギャッ
プ（例えば、１．５μｍ）で貼り合わせ、等方相におい
て強誘電性液晶（上述したピリミジン系混合液晶）８を
注入し、その後、徐冷して液晶素子１を作製した。この
液晶素子１のＳｍＣ^* 相での配向状態を偏光顕微鏡で観
察したところ、欠陥の少ない良好なＣ１ユニフォーム配
向状態を示していた。

【００３４】そして、液晶分子の移動による基板端部領
域の液晶層の厚みの変化を調べるために、液晶分子軸が
配向処理方向に対して、図５に示した平均分子軸方向１
０４ａ又は１０４ｂとなるように書き込み波形を入力し
た。この書き込みは、例えばパルス幅：２５μｓｅｃ、
電圧振幅：４０Ｖ、１／２デューティーの矩形波形を約
７時間印加し、その後、基板端部領域の液晶層の厚みを
測定したところ、初期に比較して液晶層の厚みの変化は
認められなかった。

【００３５】また、金属マスク板１３をガラス基板３
ａ，３ｂの配向膜６ａ，６ｂ上に配置してラビング処理
する際の最適化を検討した。下記に示す表は、上述した
配向膜６ａ，６ｂのラビング処理におけるラビング布１
２の材質（ナイロン、アラミド）、毛足の長さ（１ｍ
ｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ）、織布／植毛による配向
ムラとラビング布１２のダメージの程度の比較結果を示
したものである。

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】 この比較結果から明らかなように、いずれの場合も配向
ムラとラビング布１２のダメージの程度は一致してい
た。配向ムラは配向膜６ａ，６ｂ上に配置した金属マス
ク板１３によってラビング布１２がダメージを受けたた
めであるが、ラビング布１２の材質（ナイロン、アラミ
ド）によらず、毛足が長いほどラビング布１２のダメー
ジが小さかった。更に、ラビング布１２が植毛よりも織
布の方が、配向ムラとラビング布１２のダメージの程度
が少なかった。

【００３８】このように、ラビング布１２が織布で、そ
の毛足が３〜５ｍｍ、好ましくは４ｍｍとすることによ
り、配向膜６ａ，６ｂの周辺部上に金属マスク板１３を
配置してラビング処理を行っても、配向ムラとラビング
布１２のダメージを防止することができ、且つ液晶の移
動による色付きを抑制することができた。

【００３９】また、上述した実施の形態との比較のため
に、同じ構成のガラス基板３ａ，３ｂの配向膜６ａ，６
ｂ上に金属マスク板１３を配置しないでラビング処理を
行って、液晶分子の移動による基板端部領域の液晶層の
厚みの変化を調べたところ、初期に比較して３０％程度
厚みが増加して黄色に色着いた。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
基板に形成した高分子被膜上に、この高分子被膜の周辺
部を覆い高分子被膜の配向処理エリアよりも小さい開口
部を有する枠状のマスク板を配置して、高分子被膜を織
布のラビング布でラビング処理することにより、駆動に
伴う液晶分子の移動、及び液晶層の厚みの変動を抑制す
ることが可能となり、スイッチング特性が良好で、且つ
配向劣化のない良好なユニフォーム配向を示す液晶素子
を提供することができる。

【００４１】また、毛足が３〜５ｍｍの織布のラビング
布でラビング処理することにより、配向ムラとラビング
布のダメージを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る液晶素子の構造を示
す概略断面図。

【図２】ラビング装置を示す図であり、（ａ )は斜視
図、（ｂ )は断面図。

【図３】金属マスク板を示す図であり、（ａ )は平面
図、（ｂ )は側面図。

【図４】液晶の移動を説明するための図。

【図５】液晶の移動とラビング方向との関係を説明する
ための図。

【図６】Ｃ１配向とＣ２配向の層構造を示す図。

【図７】Ｃ１配向及びＣ２配向の各状態における基板間
の各位置でのダイレクタの配置を示す図。

【符号の説明】

１ 液晶素子 ３ａ，３ａ ガラス基板（基板） ４ａ，４ｂ 透明電極 ６ａ，６ｂ 配向膜（高分子被膜） ８ 強誘電性液晶（液晶） １０ ラビング装置 １１ ラビングローラ １２ ラビング布 １３ 金属マスク板（マスク板）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶がその間に挟持される一対の基板に
   形成した高分子被膜に対して配向処理を施す配向処理工
   程を少なくとも有する液晶素子の製造方法において、 前記配向処理工程にて、前記基板の前記高分子被膜上
   に、該高分子被膜の周辺部を覆い前記高分子被膜の配向
   処理エリアよりも小さい開口部を有する枠状のマスク板
   を配置して、前記高分子被膜を織布のラビング布でラビ
   ング処理する、ことを特徴とする液晶素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記織布の毛足の長さが３〜５ｍｍであ
   る、 請求項１記載の液晶素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記一対の基板にそれぞれ形成した前記
   高分子被膜のラビング方向が互いに同一方向で略平行状
   態にある、 請求項１記載の液晶素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記マスク板で覆う前記高分子被膜の周
   辺部の幅が５〜１０ｍｍである、 請求項１記載の液晶素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前液晶はカイラルスメクチック液晶であ
   る、 請求項１記載の液晶素子の製造方法。
6. 【請求項６】 液晶がその間に挟持される一対の基板に
   形成した高分子被膜に対して配向処理を行う液晶の配向
   処理方法において、 前記基板の前記高分子被膜上に、該高分子被膜の周辺部
   を覆い前記高分子被膜の配向処理エリアよりも小さい開
   口部を有する枠状のマスク板を配置して、前記高分子被
   膜を織布のラビング布でラビング処理する、ことを特徴
   とする液晶の配向処理方法。
7. 【請求項７】 前記織布の毛足の長さが３〜５ｍｍであ
   る、 請求項６記載の液晶の配向処理方法。
8. 【請求項８】 前記一対の基板にそれぞれ形成した前記
   高分子被膜のラビング方向が互いに同一方向で略平行状
   態にある、 請求項６記載の液晶の配向処理方法。
9. 【請求項９】 前記マスク板で覆う前記高分子被膜の周
   辺部の幅が５〜１０ｍｍである、 請求項６記載の液晶の配向処理方法。
10. 【請求項１０】 前液晶はカイラルスメクチック液晶で
    ある、 請求項６記載の液晶の配向処理方法。