JPH10153803A - 液晶パネル体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液晶のＣ１配向の形成をプレチルト角の制御に
代わる簡便で汎用的な方法で行なうことを可能にした液
晶パネル体を提供すること。 【解決手段】走査電極群を有する基板とデータ電極群を
有する基板とを、電極群が直交して相対するように貼り
合わせ、この基板間隙に強誘電性液晶もしくは反強誘電
性液晶を保持してなる液晶パネル体において、前記液晶
として、スメクチックＡ相を呈する温度幅が２０゜Ｃ以
上である液晶を用いてなることを特徴とする。また、前
記基板が、一軸配向処理の方向に略平行に周期的に形成
されたストライプ状の部材により接着されてなること、
前記走査電極群を有する基板の一軸配向処理と、データ
電極群を有する基板の一軸配向処理とが、略平行である
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は家庭用、事務用及び
産業用の情報表示端末としての液晶ディスプレイに関す
る。更に詳しくは大面積大容量表示が可能な強誘電性液
晶あるいは反強誘電性液晶を用いるパッシブ型液晶ディ
スプレイの配向制御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liqu
id Crystal Display）は省スペース、低消費電力のた
め、ＣＲＴ（Cathod Ray Tube)の代替えとして家庭やオ
フィスへ普及しつつある。これらのＬＣＤに使われてい
る液晶はネマチック液晶であり、ＴＦＴ（Thin Film Tr
ansistor) を使う能動型とパッシブ型のＳＴＮに大別さ
れる。ネマチック液晶以外ではメモリー性のある強誘電
性液晶と反強誘電性液晶を用いるＬＣＤがある。

【０００３】ＬＣＤは対角長が１２インチ以下のノート
パソコン用から、１５インチから２１インチのデスクト
ップ型へ更には表示容量が４００万画素以上のマルチメ
ディア対応用へと用途が広がりつつある。大面積のＬＣ
Ｄでは視野角がＣＲＴなみに広いことが必要である。Ｔ
ＦＴでは液晶分子を平面的に動かすインプレーンスイッ
ティング（ＩＰＳ）法や電圧無印加状態で垂直配向にす
るなどの技術が開発されＣＲＴ並みの高視野角が実現さ
れている。

【０００４】しかしながら数百万個のＴＦＴ素子を欠陥
なしに製造する事が必要で、ＣＲＴに較べ高価格になる
という問題がある。ＩＰＳ法では開口率が低く抑えられ
暗くなるという欠点、垂直配向では化学的安定性に問題
のあるシアノ基を含む液晶を使わざるを得ないという問
題もある。

【０００５】こうした点からパッシブ型に期待がもたれ
るが、ＳＴＮ型は視野角が狭く応答速度は遅いので大容
量化が難しい。従って、高視野角で高速応答の強誘電性
液晶と反強誘電性液晶が非常に有望である。とりわけア
ナログ階調表示が可能な反強誘電性液晶がデスクトップ
型、マルチネディア対応用ＬＣＤとして期待されてい
る。

【０００６】強誘電性液晶はカイラルスメクチックＣ相
（ＳｍＣ^* ）、反強誘電性液晶においてはカイラルスメ
クチックＣ_A ^* 相が電場に応答する。これらスメクチッ
ク相は一般に図１に示すように中心部が折れ曲がったシ
ェブロン構造と呼ばれる構造をなしている。このスメク
チック相は基板間隙に保持される。一対の基板に形成さ
れたストライプ状の電極上にポリイミド等の配向膜をコ
ートしラビング処理などの一軸配向処理を施した後、対
向させて貼り合わせて液晶パネル枠を得る。この基板間
隙に液晶を封じた液晶パネル枠を液晶が液体相を呈する
高温状態から冷却して層構造を形成する。カラーディス
プレイでは一般に一方の基板の透明電極下部にカラーフ
ィルターが保護膜などと共に形成されている。

【０００７】層構造は、上下一対のラビング方向のあり
方に応じて複数個ある。上下のラビングの進行方向が略
同じになるように一対の基板を対向させる平行ラビング
では、図２に示すように２つあり、それぞれＣ１配向、
Ｃ２配向と呼ばれている。Ｃ２配向は層の折れ曲がる方
向がラビングの進む方向と同じでり、Ｃ１配向は層の折
れ曲がる方向がラビングの進む方向と逆となる。上下基
板でラビングの進行方向が略正反対とする反平行ラビン
グでは、層の折れ曲がり方向が相反する配向状態は区別
出来ず、実質的に一つである。ここでαはプレチルト角
で基板２００と液晶分子２０２の長軸がなす角度であ
る。

【０００８】単純に冷却した場合には平行ラビングでは
Ｃ１配向とＣ２配向のドメインが共存するのが普通で、
境界がジグザグ欠陥と称される配向欠陥１０２となる。
反平行ラビングでは折れ曲がり方向の異なるドメインが
等確率で生じるのでやはりジグザグ欠陥１０２が避けら
れない。欠陥があるとそこから光が透過してコントラス
トが低下したり、メモリー性が失われ階調の発現性能が
低下することになる。折れ曲がり方向の異なる上記３種
のドメインを逆方向に折れ曲がるドメインを生じること
なく製造する技術は知られていなが、本出願人は平行ラ
ビングのＣ２配向と反平行ラビングでは無欠陥の層構造
を提供するパネル枠の構造と冷却方法を開示している
（特開平０７−３１８９１２号公報）。

【０００９】この技術は液晶を断面積が狭いトンネル状
空間内部に液晶を閉じこめて、温度勾配を使って液晶分
子を一方向に移動させるものである。層構造をなしてい
ると液晶分子が一方に移すると層の弾性力のために層が
一方向に折れ曲がる変形が生じる。こうすると逆方向に
折れ曲がることが絶対ないのでジグザグ欠陥は生じな
い。Ｃ２配向は完全無欠陥形成が出来る。反平行ラビン
グでも層の折れ曲がり方向を絶対確実に規制できる。と
ころがＣ１方向に液晶分子を移動させて折れ曲げると図
３に示したように、重心位置の大幅は変異なしに層が見
かけ上破線３００で示したような反対方向に折れ曲がる
層の再構成が起きる。この折れ曲がり方向の反転は元来
液晶が有しているスメクチックＡ相（以下、ＳｍＡ）→
Ｃ１→Ｃ２の相変化に対応するもので、自然な性質であ
る。本出願人の発明になる傾斜冷却技術では反平行ラビ
ングではいずれの方向にも折れ曲げ可能で欠陥は生じな
い。平行ラビングではＳｍＡからＣ１配向を経ずに直接
にＣ２配向が誘起されるために欠陥が生じない。ところ
が上述したようにＣ１方向に折れ曲げようとするとＣ１
で変化が止まらずにＣ２へ変化する部分があるためにジ
グザグ欠陥が生じる。傾斜冷却法自体にはＣ１で変化を
止める力はなかった。

【００１０】Ｃ１で変化を停止する手段としては配向膜
のプレチルト角αを大きく設定する技術が公知である
（J.Kanbe 他、Ferroelectrics,114,3(1991)) 。これは
シェブロンの層の折れ曲がり角δと、プレチルト角α、
チルト角θの間の幾何学的な考察から、以下の場合にＣ
１とＣ２配向が可能であるということに基づく。

【００１１】 Ｃ１配向：θ＋δ＞α Ｃ２配向：θ−δ＞α

【００１２】実験的にはθ＝２０度、δ＝２０度程度で
あるのでαを大きくするとＣ２の条件を満足しがたいの
でＣ１配向となるということである。

【００１３】しかしながら液晶分子は強いられれば勝手
に移動することは可能であり、Ｃ１やＣ２のような構造
から乖離することはあり得る。特に通常のパネル構成で
は大面積になると冷却時の液晶の体積収縮により液晶は
勝手な方向に動くことが出来る。上式によればαは小さ
くてもＣ２は禁止されるはずだが、本出願人の実験では
実際には２０度程度に大きくしなければならず、これは
配向膜の選択と処理に過大の負担を強いることになり実
用的でない。αが大きいと液晶分子が平面的なスイッチ
ングから離れるので視野角が狭くなるという問題もあ
る。特に後述するように上記の関係式とは無関係にＣ１
とＣ２配向が得られるとすると全く論外である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｃ１配向の
形成において唯一の手段といわれるプレチルト角の制御
に代わる簡便で汎用的なＣ１配向の製造方法を提供す
る。Ｃ１配向はプレチルト角を大きくしていくとコント
ラストが改善できるので無欠陥であれば望ましい配向状
態である。あるいは誘電異方性が正であるとマトリック
ス駆動時に誘電的トルクを利用してプレチルト角を大き
くできるのでやはりコントラストが向上する。こうした
利点のあるＣ１配向状態を絶対確実に提供する手段を提
供する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、この課題を解
決するため、走査電極群を有する基板とデータ電極群を
有する基板とを、電極群が直交して相対するように貼り
合わせ、この基板間隙に強誘電性液晶もしくは反強誘電
性液晶を保持してなる液晶パネル体において、前記液晶
として、スメクチックＡ相を呈する温度幅が２０゜Ｃ以
上である液晶を用いてなることを特徴とする液晶パネル
体を提供する。

【００１６】また、前記基板が、一軸配向処理の方向に
略平行に周期的に形成されたストライプ状の部材により
接着されてなること、前記走査電極群を有する基板の一
軸配向処理と、データ電極群を有する基板の一軸配向処
理とが、略平行であることを特徴とする液晶パネル体を
提供する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。強誘電性液晶も反強誘電性液晶も図
１に示す折れ曲がった層構造をなしている。問題はこの
折れ曲がり方向を可能な二つ（１０３、１０４）のうち
の唯一つの向きに限定することである。

【００１８】これは液晶を図４に示すようなストライプ
上の部材１により上下一対の基板１０ａ，１０ｂを完全
に接着して形成される狭い直線状の空間４の内部に液晶
を閉じこめることにより始めて可能となる。

【００１９】この状態で、図５に示すように直線状空間
の一方から温度勾配５０１を保ったまま冷却する傾斜冷
却法によれば一方向に液晶分子を移動５０４させること
が出来る。最初に冷却した部分では体積収縮を起こすの
で液晶分子はその方向に引きずられるからである。その
ため周囲の液晶が冷却点に移動して、層が折れ曲がるよ
うに変形が誘起されるからである。冷却方向は空間をど
ちら側から冷却するかで選択できるから原理的にはどち
らにでも折れ曲げることが可能である。この効果はセル
ギャップが１. ４〜２μｍでは直線状空間の幅が３００
〜５００μｍ以下の場合に発現する。

【００２０】ところが液晶には元来Ｃ１方向に折れ曲が
ると引き続いてＣ２に折れ曲がる強い傾向がある。即ち
図３に模式的に示したような分子重心の大幅な移動なし
にＣ１→Ｃ２の構造変化が生じる。言い換えればＣ１状
態を保持することが出来ないのである。このため一般に
はＣ２状態が共存してしまい無欠陥のＣ１を形成するこ
とは困難であった。これは傾斜冷却法においても例外で
はない。重要なことはこの構造変化はある特定のＣ１状
態がある特定の温度域を経過する際にＣ２への構造変化
が生じるということである。特定のＣ１状態とは正確に
は規定できないが特定の折れ曲がりの程度という意味で
ある。従って、Ｃ１形成にはＣ１方向へ傾斜冷却法で確
実に折れ曲げた上で、特定のＣ１状態の時に特定の温度
域にないようにすることが考えられる。そうしたＣ１状
態をより高温で起こさせて、Ｃ２への構造変化が生じる
温度域では、Ｃ１方向への層の折れ曲がり変形量が過大
であるようにするとＣ２への変化が抑止される可能性が
ある。

【００２１】こうした可能性はＳｍＡの温度幅が広い強
誘電性液晶あるいは反強誘電性液晶で実現される。狭い
直線状の空間に拘束されたＳｍＡ層では傾斜冷却法によ
り層の変形の程度を制御できるが、温度幅が狭いと自然
冷却と同程度の変形しか生じず、その温度もＣ１→Ｃ２
の自然な変化が起きる温度と差をつけることが難しいか
らである。そこでＳｍＡの温度幅の異なる種々の液晶を
準備してＣ１方向に冷却して変化がＣ１で止まるか、即
ちＣ２への変化が抑止されることがあるかどうか調べ
た。以下、実施例に基づいてその結果を説明する。

【００２２】

【実施例】ＳｍＡ相の温度幅が異なる次の６種類の強誘
電性液晶を用意した。ΔＳｍＡはＳｍＡ相を呈する温度
幅である。

【００２３】

【表１】

【００２４】これらの液晶を次の様にして作製した液晶
パネル枠に封じて傾斜冷却法を適用しＣ１配向の欠陥の
様子を調べた。ＩＴＯ透明電極の形成されたＢ４サイズ
のガラス基板１０ａ，１０ｂを用意し、定法によりＩＴ
Ｏをパタニングし、幅２７０μｍ、ピッチ３００μｍの
電極を形成した。ＩＴＯ電極の延びる向きは基板の長手
方向と短手方向の２種類を作った。長手方向に延びる電
極を有する基板にポリイミド溶液（日立化成（株）製：
「ＨＬ１１１０」）をコートし２００℃で乾燥し配向膜
３とした。次いでこの基板上に樹脂分２５％のポジ型フ
ォトレジスト（シップレイ社製：「ＭＰ１４００」）を
スピンコートして９０℃で２０分乾燥した。その後スト
ライプ上のパターンを有するマスクを用いて露光し、弱
アルカリ溶液で現像し、ＩＴＯ透明電極間にストライプ
状の部材１（以下、リブともいう）を形成した。リブの
厚み、幅、長さはそれぞれ１. ７μｍ、２７μｍ、２８
ｃｍである。次に定法によりこの部材と平行にラビング
処理を施した。短手方向に延びる電極を有する別の基板
には同じポリイミド溶液を塗布して乾燥しラビング処理
を施した。

【００２５】これら一対の基板を電極が直交し、ラビン
グの進行方向が略同一になるように向かい合わせに対向
させて減圧用治具にセットし基板間隙を減圧した。こう
して両基板をストライプ状のリブ材を介して完全に密着
させた後、治具ごと大型オーブンに設置し温度を１６０
℃で１時間保持した。その後ゆっくりと室温まで冷却す
るとストライプ状の部材により完全に接着した液晶パネ
ル枠を得る。同じ手順により必要な数の液晶パネル枠を
得た。

【００２６】前述の液晶を定法により別々の液晶パネル
に完全に浸透させた。液晶パネルが上下することの出来
る狭いスリット様の開口部を有する空気恒温漕と液晶恒
温漕を用意した。いずれの恒温漕内部は±０. １℃の範
囲で温度制御が可能である。液晶により液体相とネマチ
ック相の転移温度が異なるので恒温漕の温度は転移温度
より略５℃高温に保った。液晶パネル体を恒温漕に保持
して液晶を液体相にした後、２ｍｍ／分の速度で液晶パ
ネル体を引き上げた。引き上げはラビング方向と平行に
なるように真っ直ぐ上に引き上げた。

【００２７】Ｃ２方向に引き上げた場合には全ての液晶
で全く欠陥のないＣ２配向が得られた。ところがＣ１方
向に引き上げた場合には次に示すようにＳｍＡの温度幅
が２０℃以上の場合に限って無欠陥のＣ１配向状態が得
られた。これより温度幅が狭い液晶ではＣ２状態が共存
し無欠陥状態は得られなかった。

【００２８】

【表２】

【００２９】＜実施例２＞反強誘電性液晶として（チッ
ソ（株）製：「ＣＳ４０００」）と、

【００３０】

【化１】

【００３１】で表される反強誘電性液晶（Ｉ）と（II）
をモル比で３：１とした混合系とを調べた。これらの転
移温度とＳｍＡの温度幅を表３に示した。

【００３２】

【表３】

【００３３】実施例１と同じ手順で液晶パネル枠を作製
し上記の液晶を浸透させ傾斜冷却法を適用した。但しガ
ラス基板としては低膨張率の（コーニング社製：「７０
５９」）を用いた。通常のソーダライムガラスでは良好
な配向状態が得られなかったためである。この場合もＣ
２方向から冷却するとジグザグ欠陥は見いだされなかっ
た。ところがＣ１方向から冷却した場合には「ＣＳ４０
００」では多数のジグザグ欠陥が見いだされＣ２への構
造変化が生じていたが、「ＴＦＭＨＰＯＢＣ」を主成分
とする混合液晶ではほぼ完全なＣ１配向が得られた。

【００３４】＜参考例＞液晶を閉じこめる空間の幅が実
施例１と異なり３００、２００、１００μｍである空間
を同一パネル内部に持つ液晶パネル枠を用意し、前述と
同じ液晶を浸透させた。ＳｍＡの温度幅が２０℃以上の
液晶では幅が狭くなっても無欠陥のＣ１配向が得られ
た。２０℃以下の液晶では幅が狭くなるにつれてＣ１配
向の相対的比率が増大する傾向が見られた。これはＳｍ
Ａの変形の程度がＣ２への変化を抑止する傾向を示すも
のと解釈される。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば全く欠陥のない高視野角
のＣ１配向状態を形成できる。この状態を耐震耐衝撃性
に優れた液晶パネル枠に保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２方向あるスメクチック相の層の折れ曲がりの
様子を示す説明図である。

【図２】上下基板のラビングの設定とスメクチック相の
層の折れ曲がりの関係を示す説明図である。

【図３】液晶分子の大きな変位なしに層の折れ曲がり方
向が反転する様子を示す説明図である。

【図４】本発明における液晶パネル体のパネル枠を示す
説明図である。

【図５】傾斜冷却により液晶分子が移動し層が一方向に
折れ曲がる様子を説明する図である。

【符号の簡単な説明】

１…直線状の部材（リブ） ２…ＩＴＯ透明電極 ３…ポリイミド配向膜 ４…液晶が保持される直線状の空間 １０１…ラビング方向 １０２…ジグザグ欠陥 １０３，１０４…シェブロン構造の層の折れ曲がる方向 ２００，１０ａ，１０ｂ…基板 ２０２…液晶分子 ３００…逆向きに折れ曲がる様に解釈できる事を説明す
るもの ５００…低温側 ５０３…高温側 ５０１…温度勾配の方向 ５０４…液晶分子の移動方向

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走査電極群を有する基板とデータ電極群を
   有する基板とを、電極群が直交して相対するように貼り
   合わせ、この基板間隙に強誘電性液晶もしくは反強誘電
   性液晶を保持してなる液晶パネル体において、前記液晶
   として、スメクチックＡ相を呈する温度幅が２０゜Ｃ以
   上である液晶を用いてなることを特徴とする液晶パネル
   体。
2. 【請求項２】前記基板が、一軸配向処理の方向に略平行
   に周期的に形成されたストライプ状の部材により接着さ
   れてなることを特徴とする請求項１記載の液晶パネル
   体。
3. 【請求項３】前記走査電極群を有する基板の一軸配向処
   理と、データ電極群を有する基板の一軸配向処理とが、
   略平行であることを特徴とする請求項１または２のいず
   れか記載の液晶パネル体。