JPH112827A

JPH112827A - 液晶素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH112827A
Application number: JP15191497A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Okada; 伸二郎岡田; Katsutoshi Nakamura; 勝利中村; Maki Sunaga; 眞樹須永; Hirohide Munakata; 博英棟方; Hidemasa Mizutani; 英正水谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】非対称構成セルに短時間で良好に液晶を注入
する。【解決手段】表面エネルギーの異なる基板１と２をシ
ール材３を介して貼り合わせる際に、表面エネルギーの
大きい方の基板１に形成したストライプ状電極が直交す
る辺に第一の開口部４を設け、該第一の開口部４に相対
する辺に第二の開口部９を設け、セル５を加圧槽６内に
設置して、第一の開口部４を液晶８に浸漬し、第一の開
口部４を加圧して第一の開口部４と第二の開口部９との
圧力差により液晶をセル５内に注入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータの端
末ディスプレイ、各種フラットパネルディスプレイ等に
用いられる液晶素子の製造方法及び該方法によって製造
される液晶素子に関し、特に液晶素子の製造における液
晶注入技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶素子の製造工程において、液晶材料
をセル内（一般的には一対の基板を所定のシール材パタ
ーンを介して対向して形成されたセルにおける該シール
材に囲まれた領域）へ充填する方法として、真空注入法
と呼ばれる方法が多く用いられている。この真空注入法
は、上記シール材パターンの一部を開口しておき、カラ
ーセル内を真空にした後、上記開口部を液晶材料に含浸
させ、次に真空を破り液晶材料に大気圧を加えることに
よってセル内へ液晶を注入する方法である。

【０００３】上記真空注入法の他には、毛管現象を用い
た注入法（特開昭６１−１３２９２８号公報）、加圧に
よる注入法（特開平６−８２７３７号公報）等が知られ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、単純マトリクス
型の液晶素子は、一般に一対の基板のそれぞれにストラ
イプ状の電極と配向膜を形成し、該電極が互いに直交す
るように対向配置してセルを形成する。液晶に接する配
向膜として上下基板で異なる素材を組み合わせた非対称
構成のセルの場合、それぞれの基板の表面エネルギーが
大きく異なる。

【０００５】液晶のセルへの注入は、液晶の基板への濡
れ性（表面エネルギー）と基板の物理的方向性（電極ス
トライプの方向）、注入口の形状の影響を大きく受ける
ため、上記した非対称構成セルの場合には、上下基板の
表面エネルギーの違いを考慮して基板の物理的方向性や
注入口の形状を設定しなければならない。

【０００６】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、非対
称構成のセルへ短時間で且つ注入不良なく液晶を注入す
る液晶素子の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、それぞ
れにストライプ状電極を有し、表面エネルギーの異なる
一対の基板を、上記ストライプ状電極が互いに直交する
ように対向配置し、少なくとも一辺に開口部を設けてシ
ール材により貼り合わせてなるセル内に、該開口部より
液晶を注入する工程を有し、表面エネルギーの大きい基
板の表面エネルギーと液晶の表面エネルギーの差が２０
ｄｙｎｅ／ｃｍ以上であり、該基板のストライプ状電極
が直交する方向のセルの一辺に上記開口部を設け、且つ
該開口部の長さが、該開口部を設けた辺の長さの９５〜
１００％であることを特徴とする液晶素子の製造方法で
ある。

【０００８】本発明において好ましくは、上記開口部を
第一の開口部として、該第一の開口部に相対する辺に第
二の開口部を設け、上記第一の開口部の圧力を第二の開
口部の圧力よりも高く保ちながら、上記第一の開口部か
ら液晶を注入し、セル内を通過した余剰の液晶を第二の
開口部から流出させて該セル内に液晶を充填する。

【０００９】また本発明の第二は、上記製造方法によっ
て製造されたことを特徴とする液晶素子である。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の製造方法の一実施
形態の液晶注入工程を示す模式断面図である。図中５は
液晶セルであり、該セルは基板１，２をシール材３を介
して貼り合わせて構成されている。シール材３のパター
ンには液晶を注入するための第一の開口部４と、過剰の
液晶をセル５から流出させるための第二の開口部９を設
けてある。この液晶セル５の基板１、２の電極構成を図
２に示す。

【００１１】基板１、２にはそれぞれストライプ状電極
２１，２２が形成され、図３（ａ）に示されるように、
ストライプ状電極２１、２２が互いに直交するように貼
り合わせる。図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’断面図
である。基板１、２表面には配向膜３１、３２が形成さ
れている。８は液晶である。

【００１２】本発明において、基板１と２の表面エネル
ギーには大きな差があり、基板１側の配向膜３１の表面
エネルギーは液晶８の表面エネルギーと２０ｄｙｎｅ／
ｃｍ以上の差を有している。

【００１３】また、本発明においては、表面エネルギー
の大きい方の基板１のストライプ電極２１が直交する辺
に第一の開口部４が設けられる。第一の開口部４の長さ
は、当該辺の長さの９５〜１００％である。図１に示し
た実施形態は１００％とした例である。

【００１４】このようにして形成した液晶セル５を、図
１に示すように、第二の開口部９が加圧槽６の外に位置
するように加圧槽６内に設置し、第一の開口部４を液晶
槽７内の液晶８に浸漬する。この状態で加圧槽６内を加
圧すると、第一の開口部４と第二の開口部９（大気圧）
との差圧により、液晶８が液晶セル５内に注入される。
１１は液晶８の注入方向である。

【００１５】液晶の注入においては、液晶と基板の相互
作用によって液晶の注入速度が異なってくる。液晶状態
の液晶ないしは液体（等方相）状態の液晶と基板界面の
相互作用が大きいほど液晶の注入は基板の影響を受け
る。さらに、基板表面の凹凸形状が大きいほど液晶の注
入は基板の影響を受ける。液晶の表面張力が小さく、基
板の臨界表面張力が大きいほど液晶−基板間の濡れ性は
大きく、相互作用も大きいと考えられる。即ち、液晶、
基板、未注入部分の気体の３相平衡状態が液晶注入波面
先端では生じているが、この時先端での液晶を引き込む
働きをする表面張力は、基板と液晶の表面張力の差が大
きいほど大きい。さらに表面張力は液晶基板接触界面の
長さに比例するので、電極配線の形状などにより基板の
凹凸形状が大きくなると液晶の注入は基板の影響を受け
ることになる。

【００１６】本発明においては、表面エネルギーの大き
い基板１の表面エネルギーと液晶の表面エネルギーの差
が２０ｄｙｎｅ／ｃｍ以上で、該基板１のストライプ状
電極が第一の開口部４に直交するように液晶セル５が形
成されているため、液晶注入の優先方向は図１の矢印１
２の方向となる。従って、矢印１１の方向にセル内に侵
入してきた液晶８は優先方向１２に沿って迅速にセル内
に注入される。また、本発明においては、第一の開口部
４を該開口部を設けた辺の９５〜１００％の長さで形成
しているため、セルの両側辺にも十分に液晶が達して液
晶注入不良を起こす心配がない。開口部の長さが９５％
未満の場合には、液晶８が優先的に第二の開口部９に向
かって進行するため、開口部両端のシール材周辺に液晶
が周り込めず、該領域において液晶注入不良を生じる恐
れがある。

【００１７】セル５内に液晶が充満した後もさらに第一
の開口部４の加圧を続けることによって、余剰の液晶を
第二の開口部９から押し出し、セル内の不純物を含んで
汚染された液晶をセルから流出させる。その後、適宜セ
ルを冷却し、大気圧に戻し、第一の開口部４と第二の開
口部９に付着した余分の液晶を、例えば、布によりふき
取るか、或いは必要に応じてアセトンやケトン系（メチ
ルエチルケトン等）等の溶剤にてふき取ることにより除
去した後、両開口部を封口材によって封口し、液晶素子
が得られる。

【００１８】上記実施形態においては、第一の開口部４
に相対する位置に第二の開口部９を設けて、第一の開口
部４を加圧することにより液晶の注入を行なったが、従
来の真空注入法により液晶注入を行なうこともできる。
但し、上記実施形態の場合には、セル内の不純物によ
り汚染された液晶を流出させて該液晶汚染による表示品
位の劣化を防止することができる、液晶が減圧状態に
曝されないため、蒸気圧の高い液晶材料、特にフッ素含
有率が高い液晶材料でも蒸発による液晶材料の変質を防
止することができる、セル内の真空引きが不要で、第
一の開口部と第二の開口部の圧力差を利用するため、短
時間で液晶注入を行なうことができ、また注入速度も制
御することができる、等の効果が得られるため、有利で
ある。

【００１９】本発明の製造方法、特に、図１に示した、
第二の開口部を設けて圧力差により液晶を注入する方法
は、粘度の高い液晶を注入する場合に好ましく、例え
ば、スメクチック中間相を持つ、或いは潜在的スメクチ
ック中間相を持つものを含有する液晶組成物、特にカイ
ラルスメクチック液晶相を呈する液晶組成物を用いる場
合に好適である。

【００２０】また、上述したフッ素含有率が高い液晶材
料等の蒸気圧のより高い液晶材料を用いる場合に好適で
ある。特に蒸気圧の高い液晶材料として、フルオロカー
ボン末端部分及び炭化水素末端部分を有し、該両末端部
分が中心核によって結合され、スメクチック中間相又は
潜在的スメクチック中間相を持つフッ素含有液晶化合物
を含有する液晶組成物を用いる場合に最も好適である。

【００２１】尚、ここで潜在的スメクチック中間相を持
つ化合物とは、それ自信でスメクチック中間相を示さな
くとも、スメクチック中間相を持つ化合物又は他の潜在
的スメクチック中間相を持つ化合物との混合物におい
て、適当な条件下でスメクチック中間相を発現する化合
物を言う。

【００２２】また、上記フッ素含有化合物における中心
核とは、少なくとも２つの芳香族環、複素芳香族環、脂
肪族環、置換芳香族環、置換複素芳香族環、置換脂肪族
環から選ばれ、これらの間は、互いに−ＣＯＯ−、−Ｃ
ＯＳ−、−ＨＣ＝Ｎ−、−ＣＯＳｅ−から選ばれる官能
基によって結合されていてもよい。これらの環は縮合し
ていても、縮合していなくてもよい。複素芳香環中のヘ
テロ原子はＮ、Ｏ又はＳから選ばれる少なくとも１つの
原子を含む。脂肪族環中に隣接していないメチレン基
は、Ｏによって置換されていてもよい。

【００２３】上記フッ素含有液晶化合物の具体例として
は、特開平２−１４２７５３号公報、米国特許第５，０
８２，５８７号公報、国際公開ＷＯ９３／２２３９６号
公報、特表平７−５０６３６８号公報等に記載されてい
る化合物が挙げられる。

【００２４】

【実施例】

［実施例１］２枚のガラス基板上に、厚さ１５０ｎｍ、
幅１００μｍのＩＴＯ膜を配線ピッチ１１０μｍで形成
し、ストライプ状電極を形成した。このストライプ状電
極の上に低抵抗化のために該電極と平行に厚さ２５０ｎ
ｍ、幅１０μｍのＭｏＴａ合金の金属配線を形成した。

【００２５】一方の基板にはポリイミド配向膜（商品
名：ＬＰ−６４、東レ社製）を２０ｎｍ厚で形成し、毛
足１．５ｍｍのアセテート植毛布と８０ｍｍφのラビン
グローラーを用い、回転数１０００ｒｐｍ、毛足の押し
込み量約０．３ｍｍ、ラビングスピード１０ｍｍ／ｓｅ
ｃで４回転、ストライプ状電極に平行にラビング処理を
施した。

【００２６】他方の基板には、オルガノシラン系の材料
（商品名：ＯＤＳ−Ｅ、チッソ社製）の２％ＩＰＡ（イ
ソプロパノール）希釈液をスピンコートして１２０℃で
焼成し、配向膜を形成した。

【００２７】上記２枚の基板を、互いにストライプ状電
極が直交するように向き合わせ、２μｍの間隔で、シー
ル材（商品名：ストラクトボンド、三井東圧社製）を用
いて貼り合わせ、１５０℃／１時間焼成してセルを構成
した。シール材パターンは図１に示した通りである。上
記配向膜の表面エネルギーは、ポリイミド膜が５２ｄｙ
ｎｅ／ｃｍ、ＯＤＳ膜が３０ｄｙｎｅ／ｃｍであった。
この値は接触法により測定した。

【００２８】上記セルを図１に示すように、加圧槽に入
れて、第一の開口部側を窒素ガスにより１ｋｇｆ／ｃｍ
² の圧力で加圧し、第二の開口部を大気圧とし、第一の
開口部を液晶に浸漬し、加圧槽全体を液晶が等方相にな
る温度まで加熱し、第一の開口部と第二の開口部との圧
力差により液晶を注入した。本実施例では液晶として、
以下の液晶を用いた。尚、液晶の表面張力は２５〜３０
ｄｙｎｅ／ｃｍ（白金リング法による測定）であった。

【００２９】

【化１】

【００３０】尚、上記物性については下記の測定法によ
り測定した。

【００３１】〔チルト角Θ〕±３０〜±５０Ｖ、１〜１
００ＨｚのＡＣ（交流）を液晶素子の上下基板間に電極
を介して印加しながら、直交クロスニコル下、その間に
配置された液晶素子を偏光板と平行に回転させると同時
に、フォトマル（浜松フォトニクス社製）で光学応答を
検知しながら、第１の消光位（透過率が最も低くなる位
置）及び第２の消光位を求める。そしてこの時の第１の
消光位から第２の消光位までの角度の１／２をチルト角
Θとする。

【００３２】〔自発分極Ｐｓ〕自発分極Ｐｓは、Ｋ．ミ
ヤサト他「三角波による強誘電性液晶の自発分極の直接
測定方法」（日本応用物理学会誌２２、１０号（６６
１）１９８３、”ＤｉｒｅｃｔＭｅｔｈｏｄｗｉｔ
ｈＴｒｉａｎｇｕｌａｒＷａｖｅｓｆｏｒＭｅａ
ｓｕｒｉｎｇＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＰｏｌａｒｉ
ｚａｔｉｏｎｉｎＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉ
ｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ”，ａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ
ｂｙＫ．Ｍｉｙａｓａｔｏｅｔａｌ．（Ｊａ
ｐ．Ｊ．ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２２．Ｎｏ．１０，Ｌ６
６１（１９８３）））によって測定した。

【００３３】本実施例では、液晶の注入不良領域を発生
することなく、短時間で液晶を注入することができた。

【００３４】［参考例］第一の開口部及び第二の開口部
を、ポリイミド膜を設けた側の基板のストライプ状電極
に平行な辺に設け、且つ、第一の開口部の幅を該辺の長
さの４１％として該辺の中央に設けた以外は、実施例１
と同様にしてセルを作製し、実施例１と同様に液晶を注
入した。液晶注入時の様子を図４に模式的に示した。

【００３５】図４に示すように、本参考例においては、
液晶注入の優先方向１２が液晶の注入方向１１に直交し
ている。従って、第一の開口部４が狭く該開口部付近で
の液晶の汚染が低減されるものの、液晶８は注入方向１
１に対して横方向に広がり易く、液晶をセルに注入する
時間が実施例１よりも長くかかり、シール材３内の領域
における両端（開口部の設けられた辺と垂直方向にある
辺の近傍）で液晶が若干注入されていない部分が生じて
いた。このように、開口部付近での液晶の汚染を防止す
る上では、開口部の長さを辺の長さの６０％以下にする
ことは有効である。

【００３６】［比較例１］第一の開口部の長さを該開口
部を設けた辺の長さの４１％とし、該辺の中央部に該開
口部を設ける以外は実施例１と同様にして液晶を注入し
た。液晶注入時の様子を図５に模式的に示した。

【００３７】図５に示すように、液晶８は優先方向１２
に沿ってセル内に侵入するため、徐々に横方向にも広が
るものの、第一の開口部４付近にまで液晶が周り込め
ず、注入不良領域が発生し、該領域にはこの後時間をか
けても液晶を注入することはできなかった。また、見か
け上セルの全領域に液晶が充填される（実質的には未注
入領域が残っている）時間は実施例１に比べて１．５倍
程度かかった。

【００３８】［比較例２］液晶の注入優先方向が第一の
開口部に平行になるように、ポリイミド膜を設けた基板
のストライプ状電極に平行な辺に第一の開口部及び第二
の開口部を設ける以外は実施例１と同様にしてセルを作
製し、液晶を注入した。液晶注入時の様子を図６に模式
的に示した。

【００３９】図６に示すように、液晶８は優先方向１２
に沿ってセル内に侵入するため、セル内に液晶を充満さ
せるためには、実施例１に比べて長時間を要した。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
非対称構成セルにおいても短時間で良好に液晶を注入し
て液晶素子を製造することができる。特に、開口部を二
つ設けて該開口部の圧力差を利用して液晶を注入する方
法においては、液晶汚染による表示品質の低下や液晶材
料の蒸発による組成変質を防止した上で、さらに短時間
で液晶をセルに注入することができ、高品質の液晶素子
を製造効率良く提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の液晶注入工程を示す断面
模式図である。

【図２】図１に示した液晶セルの電極構成を示す図であ
る。

【図３】図１に示した液晶セルの電極構成を示す図であ
る。

【図４】本発明の参考例における液晶注入時のセルの様
子を示す模式図である。

【図５】本発明の比較例１における液晶注入時のセルの
様子を示す模式図である。

【図６】本発明の比較例２における液晶注入時のセルの
様子を示す模式図である。

【符号の説明】

１，２基板３シール材４第一の開口部５液晶セル６加圧槽７液晶槽８液晶９第二の開口部１１液晶注入方向１２液晶注入優先方向２１，２２ストライプ状電極３１，３２配向膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者棟方博英東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社 (72)発明者水谷英正東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれにストライプ状電極を有し、表
面エネルギーの異なる一対の基板を、上記ストライプ状
電極が互いに直交するように対向配置し、少なくとも一
辺に開口部を設けてシール材により貼り合わせてなるセ
ル内に、該開口部より液晶を注入する工程を有し、表面
エネルギーの大きい基板の表面エネルギーと液晶の表面
エネルギーの差が２０ｄｙｎｅ／ｃｍ以上であり、該基
板のストライプ状電極が直交する方向のセルの一辺に上
記開口部を設け、且つ該開口部の長さが、該開口部を設
けた辺の長さの９５〜１００％であることを特徴とする
液晶素子の製造方法。
【請求項２】上記開口部を第一の開口部として、該第
一の開口部に相対する辺に第二の開口部を設け、上記第
一の開口部の圧力を第二の開口部の圧力よりも高く保ち
ながら、上記第一の開口部から液晶を注入し、セル内を
通過した余剰の液晶を第二の開口部から流出させて該セ
ル内に液晶を充填する請求項１記載の液晶素子の製造方
法。
【請求項３】請求項１又は２記載の製造方法により製
造したことを特徴とする液晶素子。
【請求項４】液晶として、フルオロカーボン末端部分
及び炭化水素末端部分を有し、該両末端部分が中心核に
よって結合され、スメクチック中間相又は潜在的スメク
チック中間相を持つフッ素含有液晶化合物を含有する液
晶組成物を充填してなる請求項３記載の液晶素子。