TWI403814B - 液晶顯示元件之製造方法 - Google Patents

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Description

液晶顯示元件之製造方法
本發明係關於使用強介電性液晶的液晶顯示元件之製造方法。
因為液晶顯示元件係具有薄型、低消耗功率等特徵,因而廣泛使用於大型顯示器或行動資訊終端等用途,且正活躍開發中。截至目前為止,液晶顯示元件已開發出使用諸如TN方式、STN之多工驅動、於TN中使用薄層電晶體(TFT)的主動矩陣驅動等,且已實用化,但因為該等係使用向列液晶,因而液晶材料應答速度為數ms~數十ms的較慢速度,難謂能充分因應動畫顯示。
強介電性液晶(FLC)係屬於應答速度μ s級的極短時間,適於高速裝置的液晶。強介電性液晶已知係由Clark與Lagerwall所倡導,在電壓非施加時具有二個穩定狀態的雙穩定性(圖10上層),雖在明、暗等二狀態下進行切換的前提下具有記憶體性,但是卻潛在有無法灰階顯示的問題。
近年,電壓非施加時的液晶層狀態呈單一狀態穩定化(以下稱「單一穩定」)之強介電性液晶,係利用電壓變化使液晶的導軸(分子軸配向)連續變化,而進行穿透光度的類比調變,藉此便可灰階顯示,因而正備受矚目(參照非專利文獻1、圖10下圖)。此種呈現單一穩定性的液晶,一般係使用在降溫過程中進行膽固醇相(Ch)-對掌性(chiral)層列C(SmC )相的相變化而未經由層列A(SmA)相的強介電性液晶(圖2上層)。
另一方面,強介電性液晶係降溫過程中進行膽固醇相(Ch)-層列A(SmA)相-對掌性層列C(SmC )相的相變化,並經由SmA相而呈現SmC 相的液晶材料(圖2下圖)。目前報告所指出的強介電性液晶中,相較於前者未經由SmA相的液晶材料之下,大半係屬於後者具有經由SmA相之相系列的液晶材料。後者具有經由SmA相之相系列的強介電性液晶,已知通常係相對於1層法線具有二個穩定狀態,呈現雙穩定性。
較於向列液晶,強介電性液晶相因為分子的秩序性高,因而難以配向。特別係未經由SmA相的強介電性液晶,會產生層法線方向不同的二個區域(以下稱「雙區域」)(圖2上層)。此種雙區域在驅動時會出現黑白反轉的顯示(圖3),構成頗大問題。另一方面,經由SmA相的強介電性液晶,在相變化的過程中,層列層的層間隔縮小,為補償該體積變化,層列層便具有彎曲的山形紋構造,利用該彎曲方向形成液晶分子長軸方向不同的區域,在邊界面容易產生通稱「鋸齒狀缺陷」或「髮夾型缺陷」(hairpin defect)的配向缺陷。此種缺陷會成為因洩光而導致對比降低的肇因。
近年,液晶的封入方法有液晶滴入(One Drop Fill:ODF)方式受到注目。此方法係在一對基板的其中一者上,依包圍液晶封入區域的方式將密封劑塗佈成框狀,並在基板上滴入液晶,接著再將二基板依二基板間充分減壓的狀態重疊,並利用密封劑施行接合。相較於習知真空注入方式,液晶滴入方式具有大幅縮短液晶封入步驟所需時間的優點。
使用強介電性液晶並利用液晶滴入方式進行的液晶顯示元件之製造方法,例如己揭示有在其中一基板上塗佈使強介電性液晶與非液晶性高分子材料溶解於溶劑中的液晶溶液,並施行溶劑蒸發而形成強介電性液晶層,再使該強介電性液晶層中的非液晶性高分子材料硬化之方法(參照專利文獻1)。依照該方法,因為在強介電性液晶層中存在有作為補強材的非液晶性高分子材料之硬化物,故可抑制因來自外部的壓力等而造成配向凌亂的現象。然而,在專利文獻1中,相關雙區域、鋸齒狀缺陷、髮夾型缺陷等配向缺陷的發生抑制並無記載。
再者,例如己揭示有在其中一基板上施行強介電性液晶與聚合性單體的混合液塗佈,並使聚合性單體產生聚合的方法(參照專利文獻2與專利文獻3)。依照該方法,因為可促進聚合性單體的分子進行配向,且強介電性液晶與聚合性單體複合體所延伸的網狀呈非等向性化,並促進液晶分子的配向,因而可抑制鋸齒狀缺陷等配向缺陷的發生。此外,該方法係如同上述的情況,可抑制因外部應力所造成的配向凌亂情況。
[專利文獻1]日本專利特開平7-199162號公報[專利文獻2]日本專利特開2000-122043號公報[專利文獻3]日本專利特開2006-234885號公報
[非專利文獻1]NONAKA,T.,LI,J.,OGAWA,A.,HORNUNG,B.,SCHMIDT,W.,WINGEN,R.,and DUBAL,H.,1999,Liq.Cryst.,26,1599.
然而,液晶滴入方式係當基板上所塗佈強介電性液晶流動時,在流動的強介電性液晶間所相接觸的界面處,觀察到配向凌亂、紋斑。
例如上述專利文獻3揭示有:於2片基板進行貼合之際,在2片基板重疊的部分處利用按壓構件進行按壓的情況下,使按壓構件與2片基板相對地朝既定方向移動,藉此,使含有強介電性液晶的有機材料,在由2片基板夾持的狀態下朝既定方向流動的方法。該方法可配合按壓構件與2片基板的移動方向,使強介電性液晶進行配向,但是因為強介電性液晶係填充於2片基板間,因而會朝包括移動方向在內的任意方向流動,如上述,判斷會在流動強介電性液晶間的相接觸界面處,出現配向凌亂情況。
本發明係有鑑於上述實情而完成,主要目的在於提供當基板上所塗佈強介電性液晶流動時,在流動的強介電性液晶彼此接觸之界面處難以發生配向凌亂情形,且難以發生配向缺陷的液晶顯示元件之製造方法。
為達成上述目的,本發明所提供的液晶顯示元件之製造方法係包括有:液晶側基板調製步驟、對向基板調製步驟、液晶塗佈步驟、及基板貼合步驟;其中,該液晶側基板調製步驟係包括有在已形成第1電極層的第1基材上形成第1配向膜形成用層,並對上述第1配向膜形成用層施行配向處理形成第1配向膜的第1配向膜形成步驟,係調製得在上述第1基材上依序積層上述第1電極層與上述第1配向膜的液晶側基板;該對向基板調製步驟係包括有在已形成第2電極層的第2基材上形成第2配向膜形成用層,並對上述第2配向膜形成用層施行配向處理而形成第2配向膜的第2配向膜形成步驟,係調製得在上述第2基材上依序積層上述第2電極層與上述第2配向膜的對向基板;該液晶塗佈步驟係在上述液晶側基板的第1配向膜上,相對於上述第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致垂直或大致平行地直線狀塗佈強介電性液晶;該基板貼合步驟係將上述已塗佈強介電性液晶的液晶側基板與上述對向基板,依使上述第1配向膜形成步驟中的配向處理方向與上述第2配向膜形成步驟中的配向處理方向呈大致平行之方式,使該等對向並貼合。
根據本發明,藉由相對於上述第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致垂直或大致平行地直線狀塗佈強介電性液晶,可抑制當所塗佈強介電性液晶流動時,在流動的強介電性液晶彼此接觸之界面處發生配向凌亂情形,且亦可抑制雙區域等配向缺陷的情況。
上述發明中,上述液晶塗佈步驟中,最好在上述第1配向膜上施行上述強介電性液晶塗佈之前,將上述強介電性液晶加溫至顯示向列相或等向性相的溫度,且上述強介電性液晶的塗佈方法最好係吐出法。理由在於,藉由使用吐出法,可將強介電性液晶依既定間隔塗佈複數條直線狀,可抑制經塗佈後流動的強介電性液晶彼此接觸之界面處發生配向凌亂情形。此外,理由在於,藉由將強介電性液晶加溫至上述溫度,便可將強介電性液晶穩定地吐出。
此時,上述吐出法最好為噴墨法。理由在於,藉由使用噴墨法,便可將強介電性液晶施行連點狀塗佈,且能依既定間隔塗佈複數條直線狀,可有效地抑制經塗佈後流動的強介電性液晶彼此接觸之界面處發生配向凌亂的情形。
再者,上述發明中,上述強介電性液晶的塗佈方法亦可為網版印刷法。理由在於,當使用網版印刷法的情況,可將強介電性液晶依既定間隔塗佈複數條直線狀,可抑制經塗佈後流動的強介電性液晶彼此接觸之界面處發生配向凌亂的情形。
再者,本發明中,上述第1配向膜形成步驟係在已形成上述第1電極層的第1基材上形成反應性液晶用配向膜形成用層,並對上述反應性液晶用配向膜形成用層施行上述配向處理而形成反應性液晶用配向膜後,於上述反應性液晶用配向膜上,形成將反應性液晶固定化而構成的固定化液晶層之步驟;上述第1配向膜最好係將反應性液晶用配向膜與固定化液晶層施行積層而形成。理由在於,藉由使反應性液晶利用反應性液晶用配向膜而配向,例如使反應性液晶產生聚合而將配向狀態固定化,便可使固定化液晶層發揮使強介電性液晶配向之配向膜的作用。此外,理由在於,因為反應性液晶在構造上,較類似於強介電性液晶,因此與強介電性液晶間之相互作用強,相較於使用單一層配向膜的情況下,可有效地控制配向。
再者,本發明中,上述配向處理最好係光配向處理。理由在於,因為光配向處理屬於非接觸配向處理,因為不會發生靜電或塵埃,可施行定量的配向處理控制。
再者,本發明中,上述配向處理最好係摩擦處理。理由在於,經施行摩擦處理的配向膜,可抑制鋸齒狀缺陷、髮夾型缺陷的發生。
再者,本發明中,上述第1配向膜與上述第2配向膜的構成材料,最好包夾上述強介電性液晶,且具有互異組成。藉此可有效地抑制雙區域等配向缺陷的發生,俾可獲得單一區域配向。
再者,本發明中,上述液晶側基板調製步驟中,最好在上述第1配向膜形成步驟前,施行在上述第1基材上形成複數直線狀隔間壁的直線狀隔間壁形成步驟,並在上述第1配向膜形成步驟中,相對於上述直線狀隔間壁的長度方向大致垂直或大致平行地施行上述配向處理,且在上述液晶塗佈步驟中,於相鄰接的上述直線狀隔間壁間,相對於上述直線狀隔間壁的長度方向大致平行地將上述強介電性液晶施行複數條直線狀塗佈。藉由形成直線狀隔間壁,可提高耐衝擊性。此外,理由在於,藉由在使直線狀隔間壁的長度方向、與在第1配向膜形成步驟中的配向處理方向及強介電性液晶塗佈方向具有上述關係的情況下,於相鄰接直線狀隔間壁間將強介電性液晶施行複數條直線狀塗佈,便可相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向,大致垂直或大致平行地將強介電性液晶施行複數條直線狀塗佈,俾可抑制配向缺陷發生與配向凌亂現象。
本發明中,藉由相對於上述第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致垂直或大致平行地直線狀塗佈強介電性液晶,便可達抑制在流動的強介電性液晶彼此接觸之界面處發生配向凌亂情形,且抑制雙區域等配向缺陷發生的效果。
本發明者等為了針對強介電性液晶塗佈方法、強介電性液晶塗佈方向以及經塗佈後流動的強介電性液晶彼此接觸之界面處發生配向凌亂情形間之關係進行調查,進行以下所示實驗。
首先,將形成有ITO電極的玻璃基板充分洗淨,並於該玻璃基板上將透明光阻(商品名:NN780,JSR公司製)施行旋塗,經減壓乾燥,再於90℃下施行3分鐘之預烘烤。接著,依100mJ/cm2 紫外線施行光罩曝光,並利用無機鹼溶液施行顯影,再於230℃下施行30分鐘之後烘烤。藉此形成高度1.5 μm的柱狀間隙子(spacer)。
其次,在上述已形成柱狀間隙子的基板上,將光二聚化型材料(商品名:ROP-103,Rolic Technology公司製)的2質量%環戊酮溶液施行旋轉塗佈,經130℃下施行10分鐘乾燥後,將直線偏光紫外線在25℃下施行約100mJ/cm2 照射,施行配向處理。進而,在經使用光二聚化型材料的配向膜上,將聚合性液晶材料(商品名:ROF-5101,Rolic Technology公司製)的2質量%環戊酮溶液施行旋塗而積層,經在55℃下施行3分鐘乾燥後,再將無偏光紫外線於55℃下施行1000mJ/cm2 曝光。藉此獲得液晶側基板。
其次,將已形成ITO電極的玻璃基板充分洗淨,再於該玻璃基板上,將光二聚化型材料(商品名:ROP-102,Rolic Technology公司製)的2質量%環戊酮溶液施行旋塗,經於130℃下施行15分鐘乾燥後,將直線偏光紫外線於25℃下施行約100mJ/cm2 照射,施行配向處理。藉此獲得對向基板。
其次,將液晶側基板設置於設定為室溫(23℃)的單軸平台上,一邊將其依約60mm/秒的速度移動,一邊使用噴墨裝置(Dimatix公司製SE-128),依約3600Hz頻率,將強介電性液晶(AZ Electronic Materials公司製,商品名:R2301)依等向性相之狀態吐出1秒鐘,將強介電性液晶依1mm間隔塗佈呈複數條直線狀。此時,強介電性液晶塗佈方向(直線狀塗佈圖案的直線方向)係相對於上述配向處理方向設定為0°、5°、10°、30°、45°、60°、80°、85°、90°。
接著,在該液晶側基板的周緣處,將紫外線加熱硬化型密封劑(協立化學產業股份有限公司製,商品名:WORLD ROCK 718)使用框膠塗佈機施行塗佈。
其次,將真空處理室內所配置的加熱板加熱至110℃,並在該加熱板上,放置已塗佈強介電性液晶的液晶側基板。接著,將對向基板利用經加熱至110℃的吸附板進行吸附,再使液晶側基板與對向基板分別依各自配向膜的配向處理方向呈平行之方式相對向。接著,依使二基板間充分減壓的方式,在對真空處理室施行排氣狀態下,使二基板相密接,經施加一定壓力後,再使真空處理室內回復至常壓。接著,將紫外線施行1J/cm2 照射而使紫外線硬化型密封劑硬化,使二基板相接合。其次,藉由將液晶單元逐漸冷卻至室溫,使強介電性液晶進行配向。藉此製得9種評估用元件。
將該等評估用元件配置於正交偏光配置的偏光板間,經觀察的結果,確認到相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向,強介電性液晶塗佈方向為0°、5°、85°、90°的評估用元件,係屬於均勻單一區域配向的單一穩定性強介電性液晶。
此處,將層法線方向相同之區域的面積佔總面積之比例達80%以上的情況,視為「均勻單一區域配向的單一穩定性強介電性液晶」。
另外,上述層法線方向相同區域的佔有面積,係可依下述進行測定。
例如圖1所示,在液晶側基板1(其係第1基材2上積層著第1電極層3與第1配向膜4)與對向基板11(其係在第2基材12上積層著第2電極層13與第2配向膜14)之間夾持著強介電性液晶5的液晶顯示元件,分別在液晶側基板1與對向基板11的外側設置偏光板17a與17b,形成從偏光板17a側將光入射,並從偏光板17b側將光射出。2片偏光板17a與17b分別係依各自的偏光軸呈大致垂直,且偏光板17a的偏光軸與第1配向膜4的配向處理方向(液晶分子的配向方向)大致平行之方式配置。
在電壓無施加狀態,穿透過偏光板17a的直線偏光與液晶分子的配向方向將一致,因而並未顯現出液晶分子的折射率非等向性,穿透過偏光板17a的直線偏光會直接通過液晶分子,並由偏光板17b阻隔而呈暗狀態。另一方面,在電壓施加狀態下,液晶分子在圓錐上移動,因為穿透過偏光板17a的直線偏光與液晶分子的配向方向係具有既定角度,因而穿透過偏光板17a的直線偏光會因液晶分子的複折射而成為橢圓偏光。該橢圓偏光中,僅與偏光板17b的偏光軸呈一致的直線偏光會穿透過偏光板17b而呈明狀態。
依此的話,在電壓施加狀態下,液晶分子在圓錐上移動而呈明狀態,但是當如圖2上圖所例示,存在有層法線方向不同之區域的情況,係如圖3所例示,部分呈暗狀態。所以,從電壓施加時所獲得之黑白(明暗)顯示的白/黑面積比,便可計算出層法線方向相同區域的佔有面積。
上述相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向,強介電性液晶塗佈方向為0°、5°、85°、90°的評估用元件,層法線方向相同區域的佔有面積均達90%以上。另一方面,相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向,強介電性液晶塗佈方向為10°、80°的評估用元件,僅有部份出現雙區域配向。該評估用元件係層法線方向相同區域的佔有面積約70%。此外,相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向,強介電性液晶塗佈方向為30°、45°、60°的評估用元件係確認到雙區域配向。該等評估用元件中,層法線方向相同之區域的佔有面積在55%以下。
再者,在已形成ITO電極的2片玻璃基板上,分別將光二聚化型材料(商品名:ROP-103,Rolic Technology公司製)的2質量%環戊酮溶液,依旋轉數1500rpm施行15秒鐘旋塗,經在130℃下施行15分鐘乾燥後,再將直線偏光紫外線於25℃下施行約100mJ/cm2 照射而施行配向處理。
其次,使用電磁控制式點膠塗佈,調整為1滴的重量約0.15mg狀態,並在其中一基板上,依10mm間隔,點狀吐出強介電性液晶(AZ Electronic Materials公司製,商品名:R2301)。
其次,在已塗佈強介電性液晶的基板周緣處,將紫外線加熱硬化型密封劑(協立化學產業股份有限公司製,商品名:WORLD ROCK 718),使用框膠塗佈機施行塗佈。
接著,將真空處理室內所配置的加熱板加熱至110℃,然後在該加熱板上放置已塗佈強介電性液晶的基板。接著,將另一基板利用經加熱至110℃的吸附板進行吸附,使二基板分別依各自配向膜的配向處理方向呈平行之方式相對向。接著,依二基板間充分減壓的方式,在對真空處理室施行排氣狀態下使二基板密接,經施加一定壓力後,再使真空處理室內回復至常壓。接著,將紫外線施行1J/cm2 照射而使紫外線硬化型密封劑硬化,使二基板相接合。接著,藉由使液晶單元逐漸冷卻至室溫,使強介電性液晶進行配向。
將所獲得的液晶顯示元件配置於正交偏光配置的偏光板之間,經觀察的結果,在經吐出後呈流動的強介電性液晶彼此接觸之界面處,觀察到紋斑。
由上述實驗結果,本發明者等得知,藉由將強介電性液晶依既定間隔塗佈複數條直線狀,且將強介電性液晶相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致垂直或大致平行地施行塗佈,當所塗佈的強介電性液晶流動時,可抑制在流動的強介電性液晶彼此接觸之界面發生配向凌亂情形,並可抑制雙區域等配向缺陷的發生。
以下,針對本發明液晶顯示元件之製造方法進行詳細說明。
本發明液晶顯示元件之製造方法,係包括有:液晶側基板調製步驟、對向基板調製步驟、液晶塗佈步驟、及基板貼合步驟;其中,該液晶側基板調製步驟係包括有在已形成第1電極層的第1基材上形成第1配向膜形成用層,並對上述第1配向膜形成用層施行配向處理而形成第1配向膜的第1配向膜形成步驟,係調製在上述第1基材上依序積層上述第1電極層與上述第1配向膜的液晶側基板;該對向基板調製步驟係包括有在已形成第2電極層的第2基材上形成第2配向膜形成用層,並對上述第2配向膜形成用層施行配向處理而形成第2配向膜的第2配向膜形成步驟,係調製得在上述第2基材上依序積層上述第2電極層與上述第2配向膜的對向基板;該液晶塗佈步驟係在上述液晶側基板的第1配向膜上,相對於上述第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致垂直或大致平行地直線狀塗佈強介電性液晶;該基板貼合步驟係將上述已塗佈強介電性液晶的液晶側基板與上述對向基板,依使上述第1配向膜形成步驟中的配向處理方向與上述第2配向膜形成步驟中的配向處理方向大致平行之方式,使該等對向並貼合。
針對本發明液晶顯示元件之製造方法,參照圖式進行說明。
圖4所示係本發明液晶顯示元件之製造方法一例的步驟圖。首先,在已形成第1電極層3的第1基材上2形成第1配向膜形成用層14,並對該第1配向膜形成用層14照射直線偏光紫外線21,施行光配向處理,形成第1配向膜4(圖4(a)與(b))。藉此獲得液晶側基板1。
接著,將強介電性液晶5加溫至該強介電性液晶呈現等向性相的溫度(例如100℃),使用噴墨裝置,在第1配向膜4上將強介電性液晶5在等向性相狀態下施行連點狀且依一定間隔塗佈複數條直線狀(圖4(c),液晶塗佈步驟)。此時,如圖5所例示,依相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d,強介電性液晶塗佈方向(直線狀塗佈圖案的直線方向)n呈大致垂直的方式,將強介電性液晶5依一定間隔塗佈呈複數條直線狀。另外,圖5中省略圖示第1電極層與第1配向膜。
此時,強介電性液晶係被加溫至呈現等向性相的溫度(例如100℃),但是因為液晶側基板被設定為室溫,因此相較於強介電性液晶的溫度之下,液晶側基板的溫度較低。因而,在液晶側基板上所塗佈的強介電性液晶被冷卻。一般而言,液晶係隨溫度的降低,其黏度係隨之提高。所以,在液晶側基板上所塗佈的強介電性液晶被冷卻而提高黏度,不會流動。
其次,在第1配向膜4上施行密封劑6塗佈(圖4(d))。此時,如圖5所例示,將密封劑6塗佈在第1基材2周緣處,且包圍已塗佈強介電性液晶5之區域外周的狀態。
其次,如圖4(e)所示,將已塗佈強介電性液晶5的液晶側基板1,加熱至強介電性液晶呈現等向性相的溫度(例如110℃)。藉此,液晶側基板上所塗佈的強介電性液晶被加溫而呈等向性相狀態,黏度降低並在第1配向膜上流動。
此時,因為強介電性液晶係依一定間隔塗佈複數條直線狀,因而強介電性液晶流動的方向會自行限制。例如圖6(a)所示,當強介電性液晶5依一定間隔塗佈複數條直線狀的情況,強介電性液晶5主要係相對於強介電性液晶塗佈方向(直線狀塗佈圖案的直線方向)n朝大致垂直的箭頭p方向流動。另一方面,例如圖6(b)所示,當將強介電性液晶5施行點狀塗佈的情況,強介電性液晶5係如箭頭p’所示朝所有方向流動。依此的話,當強介電性液晶依一定間隔塗佈複數條直線狀的情況,因為強介電性液晶的流動方向受限制,因而相較於強介電性液晶呈點狀塗佈等情況下,可縮短強介電性液晶的流動距離,且可縮小強介電性液晶濕潤擴散的面積。藉此可抑制在呈流動的強介電性液晶彼此接觸之界面發生配向凌亂情形。
再者,在圖5所示例子中,相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d,朝大致垂直施行強介電性液晶5塗佈,但是亦可如圖7所例示,相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d,朝大致平行施行強介電性液晶5塗佈。即,如圖5所例示,亦可第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d與強介電性液晶塗佈方向(直線狀塗佈圖案的直線方向)n的夾角呈大致垂直,亦可如圖7所例示,第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d與強介電性液晶塗佈方向(直線狀塗佈圖案的直線方向)n的夾角呈大致平行。依此的話,藉由相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向,朝大致垂直或大致平行施行強介電性液晶塗佈,便可抑制雙區域等配向缺陷的發生。理由雖尚未明朗,但是由上述實驗結果發現,當相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向朝大致垂直或大致平行施行強介電性液晶塗佈的情況,雙區域等配向缺陷的發生有受抑制的傾向。
例如圖5所示,當強介電性液晶塗佈方向n相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d呈大致垂直的情況,如上述,因為強介電性液晶的流動方向受限制,因而強介電性液晶5主要被誘發呈相對於強介電性液晶塗佈方向(直線狀塗佈圖案的直線方向)n朝大致垂直地(即相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d的大致平行),於箭頭p方向進行流動。藉此,判斷可提升強介電性液晶的配向性,並可抑制雙區域等配向缺陷的發生。其次,雖未圖示,準備在已形成第2電極層的第2基材上形成第2配向膜形成用層,並對該第2配向膜形成用層施行直線偏光紫外線照射而施行光配向處理而形成第2配向膜的對向基板。
接著,如圖4(e)所示,將已塗佈強介電性液晶5的液晶側基板1與對向基板11,依第1配向膜4與第2配向膜14的配向處理方向呈大致平行狀態相對向。此時,不僅液晶側基板1,對向基板11亦被加熱至強介電性液晶呈現等向性相的溫度(例如110℃)。
其次,如圖4(f)所示,將液晶側基板1與對向基板11之間充分減壓,並在減壓下,將液晶側基板1與對向基板11重疊,並施加既定壓力22而使單元間隙呈均勻。接著,藉由回復至常壓,而對液晶側基板1與對向基板11之間更進一步施加壓力。接著,對已塗佈密封劑6的區域照射紫外線23而使密封劑6硬化,使液晶側基板1與對向基板11相接合(基板貼合步驟)。
然後,雖未圖示,藉由逐漸冷卻至室溫,使所封入的強介電性液晶配向。
以下,針對本發明液晶顯示元件之製造方法的各步驟進行說明。
1.液晶側基板調製步驟
本發明之液晶側基板調製步驟係包括有在已形成第1電極層的第1基材上形成第1配向膜形成用層,並對上述第1配向膜形成用層施行配向處理而形成第1配向膜的第1配向膜形成步驟,係調製在上述第1基材上依序積層上述第1電極層與上述第1配向膜的液晶側基板。
以下,針對液晶側基板調製步驟的各步驟進行說明。
(1)第1配向膜形成步驟本發明的第1配向膜形成步驟係在已形成第1電極層的第1基材上,形成第1配向膜形成用層,並對上述第1配向膜形成用層施行配向處理,而形成第1配向膜的步驟。
第1配向膜形成步驟中,係可形成單一層的配向膜,亦可形成反應性液晶用配向膜,再於該反應性液晶用配向膜上,形成由將反應性液晶固定化而構成的固定化液晶層。以下,就該等二種態樣分開進行說明。
(i)第1態樣本態樣的第1配向膜形成步驟,係在已形成第1電極層的第1基材上形成第1配向膜形成用層,並對上述第1配向膜形成用層施行配向處理而形成第1配向膜的步驟,係為第1配向膜係形成單一層配向膜的步驟。
第1配向膜的形成方法在能獲得可使上述強介電性液晶配向的第1配向膜之方法前提下,其餘並無特別的限制。例如在第1電極層上形成第1配向膜形成用層,再對該第1配向膜形成用層施行摩擦處理、光配向處理等,便可形成第1配向膜。
其中,最好對第1配向膜形成用層施行光配向處理而形成第1配向膜。理由在於,當第1配向膜係屬於經施行光配向處理的情況,可有效地控制強介電性液晶的配向。此外,理由在於,因為光配向處理係屬於非接觸配向處理,因此不會有靜電、塵等的發生,對定量式配向處理的控制有助益。
再者,最好對第1配向膜形成用層施行摩擦處理而形成第1配向膜。
此處,一般而言,具有經由SmA相之相系列的強介電性液晶,在相變化過程中,層列層的層間隔會縮小,為補償該體積變化,層列層便具有彎曲的山形紋構造,因該彎曲的方向,會形成液晶分子長軸方向不同的區域,在邊界面處容易發生通稱鋸齒狀缺陷、髮夾型缺陷等的配向缺陷。為防止該鋸齒狀缺陷與髮夾型缺陷的發生,增加預傾斜角係為有效方法。
一般而言,摩擦處理係可依較大的預傾斜角實現。所以,藉由施行摩擦處理,便可抑制諸如鋸齒狀缺陷、髮夾型缺陷等的發生。
以下,就對第1配向膜形成用層施行光配向處理而形成第1配向膜的方法、以及對第1配向膜形成用層施行摩擦處理而形成第1配向膜的方法進行說明。
a.光配向處理當對第1配向膜形成用層施行光配向處理而形成第1配向膜的情況,可在第1電極層上施行光配向性材料塗佈而形成第1配向膜形成用層,再對該第1配向膜形成用層照射經控制偏光的光,產生光激發反應(分解、異構化、二聚化),對第1配向膜形成用層賦予非等向性,藉此可形成第1配向膜。
本發明所使用的光配向性材料在具有能利用光照射產生光激發反應而使用強介電性液晶配向之效果(光排列性:photoaligning)前提下,其餘並無特別的限制。該光配向性材料係可區分為:利用產生光反應而對配向膜賦予非等向性的光反應型材料,以及藉由產生光異構化反應而對配向膜賦予非等向性的光異構化型材料。
以下,針對光反應型材料與光異構化型材料進行說明。
(光反應型材料)本發明所使用的光反應型材料在能利用產生光反應而對配向膜賦予非等向性的前提下,其餘並無特別的限制,最好屬於利用產生光二聚化反應或光分解反應而對配向膜賦予非等向性的材料。
此處,所謂「光二聚化反應」係指利用光照射而使朝偏光方向配向的反應部位產生自由基聚合並將分子2個進行聚合的反應,藉由該反應,可將偏光方向的配向穩定化,俾可對配向膜賦予非等向性。此外,所謂「光分解反應」係指利用光照射而使朝偏光方向配向的聚醯亞胺等分子鏈產生分解的反應,藉由該反應,會殘留著朝偏光方向的垂直方向配向之分子鏈,俾可對配向膜賦予非等向性。其中,從曝光感度較高、材料選擇幅度較廣的觀點,最好使用利用光二聚化反應對配向膜賦予非等向性的光二聚化型材料。
光二聚化型材料在能利用光二聚化反應而對配向膜賦予非等向性的前提下,其餘並無特別的限制,最好含有具自由基聚合性官能基,且具有隨偏光方向而有不同吸收之二色性的光二聚化反應性化合物。理由在於,藉由將朝偏光方向配向的反應部位進行自由基聚合,便可光二聚化反應性化合物的配向穩定化,並可輕易地對配向膜賦予非等向性。
具有此種特性的光二聚化反應性化合物係有如側鏈具有從桂皮酸酯、闊馬靈、喹啉、查耳酮基及桂皮醯基中至少選擇1種的反應部位之二聚化反應性聚合物。
該等之中,光二聚化反應性化合物最好含有側鏈為桂皮酸酯、闊馬靈或喹啉中任一者的二聚化反應性聚合物。理由在於,藉由使朝偏光方向配向的α、β不飽和酮之雙鍵成為反應部位並進行自由基聚合,便可輕易地對配向膜賦予非等向性。
上述二聚化反應性聚合物的主鏈係可為一般已知的聚合物主鏈,並無特別的限制,最好未含有芳香族烴基等之含有較多會妨礙上述側鏈反應部位間相互作用之π電子的取代基。
上述二聚化反應性聚合物的重量平均分子量並無特別的限制,最好在5,000~40,000範圍內,尤以10,000~20,000範圍內為佳。另外,重量平均分子量係可利用凝膠滲透色層分析(GPC)法進行測定。若上述二聚化反應性聚合物的重量平均分子量過小,便有無法對配向膜賦予適度非等向性的情況。反之,若過大,會有第1配向膜形成時的塗佈液黏度過高,導致不易形成均勻塗膜的情況。
二聚化反應性聚合物係可例示如下式(1)所示化合物:
上式(1)中,M11 及M12 係指分別獨立的單聚合體或共聚合體的單體單位。例如乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、2-氯丙烯酸酯、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、2-氯丙烯醯胺、苯乙烯衍生物、順丁烯二酸衍生物、矽氧烷等。M12 係可為例如丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羥烷酯、或甲基丙烯酸羥烷酯。x與y係共聚合體時的各單體單位莫耳比,分別為滿足0<x≦1、0≦y<1,且x+y=1的數值。n係指4~30,000的整數。D1 與D2 係指間隙子單位。
R1 係-A1 -(Z1 -B1 )z -Z2 -所示的基,R2 係-A1 -(Z1 -B1 )z -Z3 -所示的基。其中,A1 與B1 係分別獨立表示共價單鍵、吡啶-2,5-二醯基、嘧啶-2,5-二醯基、1,4-環己烯、1,3-二烷-2,5-二醯基、或可具有取代基的1,4-伸苯基。而,Z1 與Z2 係指分別獨立的共價單鍵、-CH2 -CH2 -、-CH2 O-、-OCH2 -、-CONR-、-RNCO-、-COO-或-OOC-。R係指氫原子或低級烷基;Z3 係指氫原子、可具有取代基之碳數1~12的烷基或烷氧基、氰基、硝基、鹵素。z係0~4的整數。E1 係指光二聚化反應部位,例如桂皮酸酯、闊馬靈、喹啉、查耳酮基、桂皮醯基等。j及k係分別獨立為0或1。
此種二聚化反應性聚合物,具體係有如下式(2)~(5)所示化合物:
再者,上述二聚化反應性聚合物更具體而言係有如下式(6)~(9)所示化合物:[化3]
光二聚化反應性化合物係可從上述化合物中,配合要求特性而選擇各種光二聚化反應部位或取代基。此外,光二聚化反應性化合物係可單獨使用1種、亦可組合使用2種以上。
再者,光二聚化型材料係除上述光二聚化反應性化合物之外,在不妨礙配向膜的光排列性範圍內,尚可含有添加劑。上述添加劑係可舉例如聚合起始劑、聚合終止劑等。
聚合起始劑或聚合終止劑係可從一般周知化合物中,配合光二聚化反應性化合物的種類而適當選擇使用。聚合起始劑或聚合終止劑的添加量,係相對光二聚化反應性化合物,最好使用0.001質量%~20質量%範圍內,尤以0.1質量%~5質量%範圍內為佳。理由在於,若聚合起始劑或聚合終止劑的添加量過少,會有聚合未能開始(禁止)的情況,反之,若過多,則有阻礙反應的情況。
另一方面,利用光分解反應的光分解型材料,係有如日產化學工業(股)製的聚醯亞胺「RN1199」等。
光反應型材料將產生光反應的光波長區域,最好在紫外光區域範圍內,即10nm~400nm範圍內,尤以250nm~380nm範圍內為佳。
(光異構化型材料)本發明所使用的光異構化型材料在能利用產生光異構化反應而對配向膜賦予非等向性的前提下,其餘並無特別的限制,最好含有利用產生光異構化反應而對配向膜賦予非等向性的光異構化反應性化合物。理由在於,藉由含有此種光異構化反應性化合物,便可利用光照射而增加複數異性體中的穩定異性體,藉此便可輕易地對配向膜賦予非等向性。
光異構化反應性化合物在具有如上述特性之材料的前提下,其餘並無特別的限制,最好屬於具有隨偏光方向而有不同吸收的二色性,且利用光照射會產生光異構化反應的化合物。理由在於,藉由具有此種特性的光異構化反應性化合物,在偏光方向配向的反應部位產生異構化,可輕易地對配向膜賦予非等向性。
再者,光異構化反應性化合物所產生的光異構化反應,最好為順-反異構化反應。理由在於,利用光照射而增加順式體或反式體中任一異性體,藉此便可對配向膜賦予非等向性。
此種光異構化反應性化合物係有如單分子化合物、或利用光或熱進行聚合的聚合性單體。該等係可配合所使用的強介電性液晶種類而適當選擇,最好利用光照射而對配向膜賦予非等向性之後,才進行聚合物化,藉此便可將非等向性穩定化,因而最好使用聚合性單體。此種聚合性單體之中,因為經對配向膜賦予非等向性之後,可在將非等向性維持良好狀態的情況下輕易地進行聚合物化,因而最好為丙烯酸酯單體、甲基丙烯酸酯單體。
上述聚合性單體係可為單官能基單體,亦可為多官能基單體,但是就使利用聚合物化所賦予的配向膜非等向性能更穩定之觀點,最好為2官能基單體。
此種光異構化反應性化合物具體係可舉例如具有偶氮苯骨架、茋骨架等順-反異構化反應性骨架的化合物。
此情況,分子內所含的順-反異構化反應性骨架之數量,係可為1個,亦可為2個以上,從強介電性液晶的配向控制容易之觀點,最好為2個。
上述順-反異構化反應性骨架為能更加提高與液晶分子間之相互作用,亦可具有取代基。取代基在能提高與液晶分子間之相互作用,且不妨礙順-反異構化反應性骨架之配向的前提下,其餘並無特別的限制,可舉例如羧基、磺酸鈉基、羥基等。該等構造係可配合所使用強介電性液晶的種類而適當選擇。
再者,光異構化反應性化合物係分子內除順-反異構化反應性骨架之外,為能更加提高與液晶分子間之相互作用,尚可含有芳香族烴基等具有較多π電子的基;而順-反異構化反應性骨架與芳香族烴基係可利用結合基相鍵結。結合基在能提高與液晶分子間之相互作用的前提下,其餘並無特別的限制,可舉例如-COO-、-OCO-、-O-、-C≡C-、-CH2 -CH2 -、-CH2 O-、-OCH2 -等。
另外,光異構化反應性化合物係當使用聚合性單體的情況,上述順-反異構化反應性骨架最好為側鏈。理由在於,藉由使上述順-反異構化反應性骨架成為側鏈,對配向膜賦予非等向性的效果便更大,特別適於強介電性液晶的配向控制。此情況,前述分子內所含的芳香族烴基或結合基,為能提高與液晶分子間之相互作用,最好與順-反異構化反應性骨架一併含於側鏈中。
再者,上述聚合性單體的側鏈中,為能使順-反異構化反應性骨架的配向較容易,亦可將伸烷基等脂肪族烴基當作間隙子並含有。
如上述單分子化合物或聚合性單體的光異構化反應性化合物中,本發明所使用的光異構化反應性化合物,最好屬於分子內具有偶氮苯骨架的化合物。理由在於,因為偶氮苯骨架含有較多的π電子,因而與液晶分子間之相互作用較大,特別適用於強介電性液晶的配向控制。
以下,針對藉由偶氮苯骨架產生光異構化反應便可對配向膜賦予非等向性的理由進行說明。首先,若對偶氮苯骨架施行直線偏光紫外光的照射,便如下式所示,分子長軸朝偏光方向配向的反式體偶氮苯骨架會變化為順式體。
相較於反式體,偶氮苯骨架的順式體屬於化學性不穩定,因而吸收熱性或可見光便會返回反式體,但是此時,究竟成為上式左側的反式體、或成為右側的反式體,係依相同機率發生。所以,若持續吸收紫外光,右側的反式體比例增加,偶氮苯骨架的平均配向方向相對於紫外光的偏光方向成為垂直。本發明係藉由利用該現象整合偶氮苯骨架的配向方向,而對配向膜賦予非等向性,便可對該膜上的液晶分子配向進行控制。
此種分子內具有偶氮苯骨架的化合物中,單分子化合物係可舉例如下式(10)所示化合物:
上式(10)中,R41 係各自獨立表示羥基。R42 係指-(A41 -B41 -A41 )m -(D41 )n -所示的連接基;R43 係指(D41 )n -(A41 -B41 -A41 )m -所示的連接基。其中,A41 係指二價烴基;B41 係指-O-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-NHCOO-或-OCONH-;m係指0~3的整數。D41 係當m為0時,表示二價烴基,當m係1~3的整數時,表示-O-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-NHCOO-、或-OCONH-;n係指0或1。R44 係各自獨立表示鹵原子、羧基、鹵化甲基、鹵化甲氧基、氰基、硝基、甲氧基、或甲氧羰基。其中,羧基亦可與鹼金屬形成鹽。R45 係各自獨立表示羧基、磺基、硝基、胺基、或羥基。其中,羧基或磺基亦可與鹼金屬形成鹽。
上式(10)所示化合物的具體例,係可舉例如下式(11)~(14)所示化合物:
再者,具有以上述偶氮苯骨架為側鏈的聚合性單體,係可舉例如下式(15)所示化合物:
上式(15)中,R51 係各自獨立表示(甲基)丙烯醯氧基、(甲基)丙烯醯胺基、乙烯氧基、乙烯氧基羰基、乙烯基亞胺羰基、乙烯基亞胺羰氧基、乙烯基、異丙烯氧基、異丙烯氧羰基、異丙烯亞胺羰基、異丙烯亞胺羰氧基、異丙烯基、或環氧基。R52 係指-(A51 -B51 -A51 )m -(D51 )n -所示連接基;R53 係指(D51 )n -(A51 -B51 -A51 )m -所示連接基。其中,A51 係指二價烴基;B51 係指-O-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-NHCOO-、或-OCONH-;m係指0~3的整數。D51 係當m為0時表示二價烴基,當m係1~3的整數時,表示-O-、-COO-、-OCO-、-CONH-、-NHCO-、-NHCOO-、或-OCONH-;n係指0或1。R54 係各自獨立表示的鹵原子、羧基、鹵化甲基、鹵化甲氧基、氰基、硝基、甲氧基、或甲氧羰基。其中,羧基亦可與鹼金屬形成鹽。R55 係指各自獨立的羧基、磺基、硝基、胺基、或羥基。其中,羧基或磺基亦可與鹼金屬形成鹽。
上式(15)所示化合物的具體例,係可舉例如下式(16)~(19)所示化合物:[化8]
本發明係可從此種光異構化反應性化合物之中,配合要求特性,選擇各種順-反異構化反應性骨架或取代基。另外,該等光異構化反應性化合物係可單獨使用1種,亦可組合使用2種以上。
再者,光異構化型材料係除上述光異構化反應性化合物之外,在不妨礙配向膜的光排列性之範圍內,尚可含有添加劑。當上述光異構化反應性化合物係使用聚合性單體的情況,添加劑係可舉例如聚合起始劑、聚合終止劑等。
聚合起始劑或聚合終止劑係可從一般周知化合物中,配合光異構化反應性化合物的種類而適當選擇使用。聚合起始劑或聚合終止劑的添加量,係相對光異構化反應性化合物,最好使用0.001質量%~20質量%範圍內,尤以0.1質量%~5質量%範圍內為佳。理由在於,若聚合起始劑或聚合終止劑的添加量過少,會有聚合未開始(禁止)的情況,反之,若過多,則有阻礙反應的情況。
光異構化型材料產生光異構化反應的光波長區域,最好在紫外光區域範圍內,即10nm~400nm範圍內,尤以250nm~380nm範圍內為佳。
(光配向處理方法)其次,針對光配向處理方法進行說明。首先,在第1電極層上,將上述光配向性材料經利用有機溶劑進行稀釋過的第1配向膜形成用塗佈液施行塗佈,形成第1配向膜形成用層,並乾燥。
第1配向膜形成用塗佈液中的光二聚化反應性化合物或光異構化反應性化合物含有量,最好在0.05質量%~10質量%範圍內,尤以0.2質量%~2質量%範圍內為佳。理由在於,若含有量較少於上述範圍,便難以對配向膜賦予適度的非等向性;反之,若含有量較多於上述範圍,因為塗佈液的黏度提高,因而不易形成均勻塗膜。
第1配向膜形成用塗佈液的塗佈方法,係可使用諸如旋塗法、輥式塗佈法、柱棒塗法、噴塗法、氣刀塗佈法、狹縫式模具塗佈法、鋼絲網塗佈法、噴墨法、橡膠版輪轉印刷法、網版印刷法等。
將上述第1配向膜形成用塗佈液施行塗佈而所獲得之第1配向膜形成用層的厚度,最好在1nm~1000nm範圍內,尤以3nm~100nm範圍內。理由在於,若第l配向膜形成用層的厚度較上述範圍薄,會有無法獲得足夠光排列性的可能性;反之,若第1配向膜形成用層的厚度超過上述範圍,則有不利於成本的情況。
所獲得的第1配向膜形成用層係藉由照射經控制偏光的光而產生光激發反應,可賦予非等向性。所照射的光波長區域,係可配合所使用的光配向性材料而適當選擇,最好在紫外光域範圍內,即100nm~400nm範圍內,尤以250nm~380nm範圍內為佳。此外,偏光方向在能產生上述光激發反應的前提下,其餘並無特別的限制。
再者,光配向性材料係當使用上述光異構化反應性化合物中的聚合性單體時,在施行光配向處理後,藉由施行加熱而聚合物化,便可將對配向膜所賦予的非等向性穩定化。
b.摩擦處理當對第1配向膜形成用層施行摩擦處理而形成第1配向膜的情況,係可在第1電極層上將後述材料施行塗佈,形成第1配向膜形成用層,再將該第1配向膜形成用層利用摩擦布朝一定方向擦拭,便可對第1配向膜形成用層賦予非等向性,而形成第1配向膜。
摩擦膜所使用的材料在能利用摩擦處理而對第1配向膜形成用層賦予非等向性的前提下,其餘並無特別的限制,可舉例如聚醯亞胺、聚醯胺、聚醯胺醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚乙烯醇、聚胺甲酸酯等。該等係可單獨使用、亦可組合使用2種以上。
其中,最好為聚醯亞胺,尤以將聚醯胺酸施行脫水閉環(醯亞胺化)的聚醯亞胺為佳。
聚醯胺酸係藉由使二胺化合物與酸二酐產生反應便可合成。
在合成聚醯胺酸之際所使用的二胺化合物,係可例示如脂環式二胺、碳環式芳香族二胺類、雜環式二胺類、脂肪族二胺、芳香族二胺。
脂環式二胺係可舉例如1,4-二胺基環己烷、1,3-二胺基環己烷、4,4’-二胺基二環己基甲烷、4,4’-二胺基-3,3’-二甲基二環己烷、異佛爾酮二胺等。
碳環式芳香族二胺類係可舉例如鄰苯二胺、m-苯二胺、對苯二胺、二胺基甲苯類(具體而言係2,4-二胺基甲苯)、1,4-二胺基-2-甲氧基苯、二胺基二甲苯類(具體而言係1,3-二胺基-2,4-二甲基苯)、1,3-二胺基-4-氯苯、1,4-二胺基-2,5-二氯苯、1,4-二胺基-4-異丙基苯、2,2’-雙(4-胺基苯基)丙烷、4,4’-二胺基二苯基甲烷、2,2’-二胺基茋、4,4’-二胺基茋、4,4’-二胺基二苯醚、4,4’-二苯基硫醚、4,4’-二胺基二苯碸、3,3’-二胺基二苯碸、4,4’-二胺基苯甲酸苯酯、4,4’-二胺基二苯基酮、4,4’-二胺基苄、雙(4-胺基苯基)氧化膦、雙(3-胺基苯基)碸、雙(4-胺基苯基)苯基氧化膦、雙(4-胺基苯基)環己基氧化膦、N,N-雙(4-胺基苯基)-N-苯基胺、N,N-雙(4-胺苯基)-N-甲胺、4,4’-二胺基二苯基脲、1,8-二胺基萘、1,5-二胺基萘、1,5-二胺基蒽醌、二胺基茀類(具體而言係2,6-二胺基茀)、雙(4-胺基苯基)二乙基矽烷、雙(4-胺基苯基)二甲基矽烷、3,4’-二胺基二苯醚、聯苯胺、2,2’-二甲基聯苯胺、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷、雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]碸、4,4’-雙(4-胺基苯氧基)聯苯基、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、1,4-雙(4-胺基苯氧基)苯、1,3-雙(4-胺基苯氧基)苯等。
雜環式二胺類係可舉例如2,6-二胺基吡啶、2,4-二胺基吡啶、2,4-二胺基-s-三、2,5-二胺基二苯并呋喃、2,7-二胺基咔唑、3,6-二胺基咔唑、3,7-二胺基酚噻、2,5-二胺基-1,3,4-噻二唑、2,4-二胺基-6-苯基-s-三等。
脂肪族二胺係可舉例如1,2-二胺基乙烷、1,3-二胺基丙烷、1,4-二胺基丁烷、1,5-二胺基戊烷、1,6-二胺基己烷、1,8-二胺基辛烷、1,10-二胺基癸烷、1,3-二胺基-2,2-二甲基丙烷、1,6-二胺基-2,5-二甲基己烷、1,5-二胺基-2,4-二甲基丁烷、1,7-二胺基-3-甲基庚烷、1,9-二胺基-5-甲基壬烷、2,11-二胺基十二烷、1,12-二胺基十八烷、1,2-雙(3-胺基丙氧基)乙烷等。
芳香族二胺係有如具有下式構造所示之長鏈烷基或全氟基者等。
[化9]
其中,上式中,R21 係指碳數5以上(最好碳數5~20)長鏈烷基、或含有長鏈烷基或全氟烷基的1價有機基。
再者,在聚醯胺酸合成時所使用為原料的酸二酐,係可例示如芳香族酸二酐、脂環式酸二酐。
芳香族酸二酐係可舉例如均苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-聯苯基四羧酸二酐、2,2’,3,3’-聯苯基四羧酸二酐、2,3,3’,4’-聯苯基四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基酮四羧酸二酐、2,3,3’,4’-二苯基酮四羧酸二酐、雙(3,4-二羧基苯基)醚二酐、雙(3,4-二羧基苯基)碸二酐、1,2,5,6-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐等。
脂環式酸二酐係可舉例如1,2,3,4-環丁烷四羧酸二酐、1,2,3,4-環戊烷四羧酸二酐、2,3,4,5-四氫呋喃四羧酸二酐、1,2,4,5-環己烷四羧酸二酐、3,4-二羧基-1-環己基琥珀酸二酐、3,4-二羧基-1,2,3,4-四氫-1-萘琥珀酸二酐、雙環[3,3,0]辛烷-2,4,6,8-四羧酸二酐等。
該等酸二酐係可單獨使用,亦可組合使用2種以上。從聚合物的透明性觀點,最好使用脂環式酸二酐。
再者,聚醯胺酸係將上述二胺化合物與酸二酐,在有機溶劑存在下,於-20℃~150℃(最好0℃~80℃)下,藉由進行30分~24小時(最好1小時~10小時)的反應便可合成。
使用聚醯胺酸獲得聚醯亞胺膜的方法,係有如在將聚醯胺酸施行成膜後,經加熱或利用觸媒而全部或部分性進行脫水閉環(醯亞胺化)的方法,或者將聚醯胺酸利用加熱或觸媒而全部或部分性進行脫水閉環(醯亞胺化),而形成可溶性聚醯亞胺之後,再將該可溶性聚醯亞胺施行成膜的方法。其中,因為將聚醯胺酸施行醯亞胺化而獲得的可溶性聚醯亞胺之保存穩定性較優越,因而最好採取將可溶性聚醯亞胺施行成膜的方法。
作為將聚醯胺酸形成可溶性聚醯亞胺而進行醯亞胺化反應的方法,係有如將聚醯胺酸溶液直接加熱的熱醯亞胺化,或者在聚醯胺酸溶液中添加觸媒而進行醯亞胺化的化學性醯亞胺化等。其中,依較低溫進行醯亞胺化反應的化學性醯亞胺化,較不易發生所獲得可溶性聚醯亞胺的分子量降低情形,屬於較佳方法。
化學性醯亞胺化反應最好將聚醯胺酸在有機溶劑中,於醯胺酸基的0.5~30莫耳倍(最好1~20莫耳倍)鹼觸媒與醯胺酸基的0.5~50莫耳倍(最好1~30莫耳倍)酸酐存在下,於-20℃~250℃(最好0℃~200℃)溫度下,進行1小時~100小時的反應。理由在於,若鹼觸媒或酸酐的量偏少,反應無法充分進行,反之,若偏多,則有反應結束後無法完全去除的困難。
進行化學性醯亞胺化反應之際所使用的鹼觸媒,係可例示如吡啶、三乙胺、三甲胺、三丁胺、三辛胺等。其中,最好為吡啶,因為具有反應進行所需要的適度鹼性。
再者,酸酐係可例示如醋酸酐、偏苯三酸酐、均苯四甲酸酐等。其中,若使用醋酸酐,反應結束後的精製較為容易,因而屬較佳選擇。
進行醯亞胺化反應之際的有機溶劑,係可使用諸如在聚醯胺酸合成時所使用的溶劑。
利用化學性醯亞胺化所產生的醯亞胺化率,係可藉由調整觸媒量與反應溫度便可進行控制。其中,上述醯亞胺化率最好為總聚醯胺酸莫耳數的0.1%~99%,尤以5%~90%為佳,更以30%~70%為佳。理由在於,若醯亞胺化率過低,保存穩定性會變差,反之,若過高,會有溶解性惡化並析出的情況。
摩擦膜的材料最好使用日產化學工業(股)製的「SE-5291」、「SE-7992」。
上述材料的塗佈方法係可使用諸如輥式塗佈法、柱棒塗法、狹縫式模具塗佈法、鋼絲網塗佈法、噴墨法、橡膠版輪轉印刷法、網版印刷法等。
再者,摩擦膜的厚度將設定為1nm~1000nm左右,最好50nm~100nm範圍內。
摩擦布係可使用由例如尼龍樹脂、乙烯樹脂、縲縈、綿等纖維所構成物。例如一邊使捲繞著此種摩擦布的滾筒進行旋轉,一邊接觸於使用上述材料的膜表面,藉此便在膜表面上朝單一方向形成細微溝,而對第1配向膜形成用層賦予非等向性。
(ii)第2態樣本態樣的第1配向膜形成步驟,係在已形成第1電極層的第1基材上形成第1配向膜形成用層,並對上述第1配向膜形成用層施行配向處理而形成第1配向膜的步驟,其係首先形成反應性液晶用配向膜形成用層,再對該反應性液晶用配向膜形成用層施行配向處理,而形成反應性液晶用配向膜,接著,在反應性液晶用配向膜上,形成由將反應性液晶固定化而構成的固定化液晶層(反應性液晶層)之步驟。即,第1配向膜係將反應性液晶用配向膜與固定化液晶層進行積層而形成。本態樣中,對反應性液晶用配向膜形成用膜施行的配向處理,係成為本發明所稱之「第1配向膜形成步驟中的配向處理」。
當在反應性液晶用配向膜上形成固定化液晶層之際,利用反應性液晶用配向膜使反應性液晶配向,再照射例如紫外線而使反應性液晶產生聚合,藉此便可將反應性液晶的配向狀態固定化。所以,可對固定化液晶層賦予反應性液晶用配向膜的配向限制力,可使固定化液晶層具有使強介電性液晶配向的配向膜作用。此外,因為反應性液晶係固定化,因而具有不會受溫度等影響的優點。且,因為反應性液晶的構造較類似強介電性液晶,與強介電性液晶間的相互作用變強,因而相較於使用單一層配向膜的情況,能更有效地控制強介電性液晶的配向。
此處,所謂「反應性液晶」係指將液晶的配向狀態施行固定化前的液晶,例如使液晶產生聚合的情況,便指在液晶配向狀態進行固定化前便能進行聚合的液晶。
再者,所謂「固定化液晶層」係指由將液晶的配向狀態固定化後之已固定化液晶所構成的層,例如使液晶進行聚合的情況,便指由已聚合的液晶所構成的層。
另外,相關反應性液晶用配向膜,因為如同上述第1態樣中所記載的第1配向膜,因而在此不再贅述。
本發明所使用的反應性液晶,最好屬於能顯現出向列相者。理由在於,向列相屬於液晶相中較容易配向控制者。
再者,反應性液晶最好含有聚合性液晶材料。理由在於,藉此可將反應性液晶的配向狀態固定化。聚合性液晶材料係可使用聚合性液晶單體、聚合性液晶寡聚物、及聚合性液晶聚合物中任一者,其中,最好使用聚合性液晶單體。理由在於,聚合性液晶單體相較於其他的聚合性液晶材料(即聚合性液晶寡聚物、或聚合性液晶聚合物),可依低溫進行配向,且進行配向時的感度亦高,可輕易地進行配向。
聚合性液晶單體在屬於具有聚合性官能基之液晶單體的前提下,其餘並無特別的限制,可舉例如單丙烯酸酯單體、二丙烯酸酯單體等。此外,該等聚合性液晶單體係可單獨使用1種,亦可混合使用2種以上。
單丙烯酸酯單體係可例示如下式(20)、(21)所示化合物:[化10]
上式(20)、(21)中,A、B、D、E及F係指苯、環己烷或嘧啶,該等亦可具有鹵素等取代基。此外,A與B、或者D與E,亦可利用乙炔基、亞甲基、酯基等結合基進行鍵結。M1 與M2 係可為氫原子、碳數3~9的烷基、碳數3~9的烷氧羰基、或氰基中之任一者。此外,分子鏈末端的丙烯醯氧基與A(或D),亦可利用碳數3~6的伸烷基等間隙子進行鍵結。
再者,二丙烯酸酯單體係可舉例如下式(22)所示化合物:
上式(22)中,Z31 與Z32 係各自獨立表示直接鍵結的-COO-、-OCO-、-O-、-CH2 CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-、-OCH2 -、-CH2 O-、-CH2 CH2 COO-、-OCOCH2 CH2 -;R31 、R32 及R33 係各自獨立表示氫或碳數1~5之烷基。此外,k與m係指0或1;n係指2~8範圍內的整數。R31 、R32 及R33 係當k=1的情況,最好各自獨立為碳數1~5之烷基,當k=0的情況,最好各自獨立為氫或碳數1~5之烷基。該R31 、R32 及R33 係可為相同。
再者,上式(22)所示化合物的具體例,係有如下式(23)所示化合物:
上式(23)中,Z21 與Z22 係各自獨立表示直接鍵結的-COO-、-OCO-、-O-、-CH2 CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-、-OCH2 -、-CH2 O-、-CH2 CH2 COO-、-OCOCH2 CH2 -。此外,m係指0或1;n係指2~8範圍內的整數。
再者,二丙烯酸酯單體係可例如下式(24)、(25)所示化合物:
上式(24)、(25)中,X與Y係指氫、碳數1~20的烷基、碳數1~20的烯基、碳數1~20的烷氧基、碳數1~20的烷氧羰基、甲醯基、碳數1~20的烷羰基、碳數1~20的烷基羰氧基、鹵素、氰基、或硝基。此外,m係指2~20範圍內的整數。此外,X最好為碳數1~20的烷氧羰基、甲基、或氯,其中尤以碳數1~20的烷氧羰基為佳,特以CH3 (CH2 )4 OCO為佳。
上述之中,最好使用上式(22)、(24)所示化合物。特別以上式(24)所示化合物為佳。具體係可舉例如旭電化工業股份有限公司製的「ADEKA Chiracoal PLC-7183」、「ADEKA Chiracoal PLC-7209」、「ADEKA Chiracoal PLC-7218」等。
再者,聚合性液晶單體之中,最好為二丙烯酸酯單體。理由在於,二丙烯酸酯單體可在將配向狀態維持良好狀態下,輕易地進行聚合。
上述聚合性液晶單體亦可為並非本身便會呈現向列相者。該等聚合性液晶單體係如上述,亦可將2種以上混合使用,理由在於,只要將該等混合而成的組成物(即反應性液晶)屬於能呈現向列相的話便可。
再者,視需要,亦可在上述反應性液晶中添加光聚合起始劑、聚合終止劑等。例如當利用電子射線照射而使聚合性液晶材料進行聚合之際,便有不需要光聚合起始劑的情況,但是當一般所使用之例如利用紫外線照射進行聚合的情況,通常光聚合起始劑係在促進聚合之目的下使用。
光聚合起始劑係可舉例如苄(亦稱聯苯甲醯)、苯偶姻異丁醚、苯偶姻異丙醚、二苯基酮、苯甲醯基苯甲酸、苯甲醯基苯甲酸甲酯、4-苯甲醯基-4’-甲基二苯基硫醚、苄基甲基酮縮醇、二甲基胺基甲基苯甲酸酯、2-正丁氧基乙基-4-二甲基胺基苯甲酸酯、對二甲胺基苯甲酸異戊酯、3,3’-二甲基-4-甲氧基二苯基酮、羥甲基苯甲醯甲酯、2-甲基-1-(4-(硫代甲基)苯基)-2-嗎啉基丙烷-1-酮、2-苄基-2-二甲胺基-1-(4-嗎啉基苯基)-丁烷-1-酮、1-(4-十二烷基苯基)-2-羥基-2-甲基丙烷-1-酮、1-羥基環己基苯酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、1-(4-異丙基苯基)-2-羥基-2-甲基丙烷-1-酮、2-氯噻噸酮、2,4-二乙基噻噸酮、2,4-二異丙基噻噸酮、2,4-二甲基噻噸酮、異丙基噻噸酮、1-氯-4-丙氧基噻噸酮等。另外,除光聚合起始劑之外,在不損及本發明目的之範圍內亦可添加增感劑。
再者,光聚合起始劑的添加量,係可依0.01~20質量%左右(最好0.1~10質量%,尤以0.5~5質量%為佳)的範圍內,添加於上述反應性液晶中。
本發明中,在反應性液晶用配向膜上,將含有上述反應性液晶的固定化液晶層形成用塗佈液施行塗佈,並施行配向處理,藉由將反應性液晶的配向狀態施行固定化,便可形成固定化液晶層。此外,亦可預先形成乾膜等,再藉由將其積層於反應性液晶用配向膜上,而形成固定化液晶層。其中,從步驟簡便的觀點,最好將固定化液晶層形成用塗佈液施行塗佈的方法。
固定化液晶層形成用塗佈液係藉由使反應性液晶溶解或者分散於溶劑中而進行調製。
固定化液晶層形成用塗佈液所使用的溶劑,在能使上述反應性液晶等溶解或者分散,且不致阻礙反應性液晶用配向膜的配向能力之前提下,其餘並無特別的限制。此種溶劑係可舉例如苯、甲苯、二甲苯、正丁基苯、二乙苯、四氫化萘等烴類;甲氧基苯、1,2-二甲氧基苯、二乙二醇二甲醚等醚類;丙酮、甲乙酮、甲基異丁酮、環己酮、2,4-戊二酮等酮類;醋酸乙酯、丙二醇單甲醚醋酸酯、丙二醇單乙醚醋酸酯、γ-丁內酯等酯類;2-吡咯啶酮、N-甲基-2-吡咯啶酮、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺等醯胺系溶劑;第三丁醇、二丙酮醇、甘油、單乙酸甘油酯、乙二醇、三乙二醇、己二醇等醇類;苯酚、對氯酚等苯酚類;甲基賽珞蘇、乙基賽珞蘇、丁基賽珞蘇、乙二醇單甲醚醋酸酯等賽珞蘇類等等。該等溶劑係可單獨使用、亦可合併使用2種以上。
再者,僅依靠使用單一種溶劑,會有上述反應性液晶等的溶解性嫌不足,或如上述般反應性液晶配向膜遭受侵蝕的情況。此情況,藉由混合使用2種以上的溶劑,可迴避此種不良情形。上述溶劑之中,較佳的單獨溶劑係有如烴類與二醇單醚醋酸酯系溶劑,而較佳的混合溶劑係有如醚類或酮類、與二醇系溶劑的混合系溶劑。
因為固定化液晶層形成用塗佈液的固形份濃度係依存於反應性液晶的溶解性、固定化液晶層的厚度,因而無法一概地規定,但是通常係調整為0.1~40質量%,最好1~20質量%範圍內。理由在於,若固定化液晶層形成用塗佈液的固形份濃度低於上述範圍,會有反應性液晶不易配向的情況,反之,若固定化液晶層形成用塗佈液的固形份濃度高於上述範圍,便有固定化液晶層形成用塗佈液的黏度提高,導致不易形成均勻塗膜的情況。
再者,上述固定化液晶層形成用塗佈液中,於不損及本發明目的之範圍內,亦可添加如下述所示化合物。可添加的化合物係可舉例如:在將多元醇與一元酸或多元酸進行縮合而獲得的聚酯預聚物中,使(甲基)丙烯酸產生反應而獲得的聚酯(甲基)丙烯酸酯;或者使多元醇基與具有2個異氰酸酯基的化合物互相產生反應後,再於反應生成物中使(甲基)丙烯酸產生反應而獲得的聚胺甲酸酯(甲基)丙烯酸酯;或者使雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、酚醛型環氧樹脂、聚羧酸聚縮水甘油酯、多元醇聚縮水甘油醚、脂肪族或脂環式環氧樹脂、胺環氧樹脂、三酚甲烷型環氧樹脂、二羥基苯型環氧樹脂等環氧樹脂,與(甲基)丙烯酸產生反應而獲得的環氧(甲基)丙烯酸酯等光聚合性化合物;或者具有丙烯基或甲基丙烯基等的光聚合性液晶性化合物等。
對於上述反應性液晶的該等化合物添加量,可在損及本發明目的之範圍內進行選擇。藉由該等化合物的添加,可提升反應性液晶的硬化性,所獲得之固定化液晶層的機械強度可增加,且穩定性獲得改善。
固定化液晶層形成用塗佈液的塗佈方法係可舉例如旋塗法、輥式塗佈法、列印法、浸塗法、模頭塗佈法、澆注法、棒塗法、刮刀式塗佈法、噴塗法、凹版塗佈法、逆轉塗佈法、擠出塗佈法、噴墨法、橡膠版輪轉印刷法、網版印刷法等。
再者,將上述固定化液晶層形成用塗佈液施行塗佈後,便將溶劑去除。將溶劑去除的方法係有如減壓去除或者加熱去除、以及該等的組合方法等。
在固定化液晶層形成用塗佈液施行塗佈後,使所塗佈的反應性液晶利用反應性液晶用配向膜而進行配向,呈具有液晶規則性的狀態。即,使反應性液晶呈現向列相。此步驟通常係利用在從向列相轉移成等向性相的溫度(N-I轉移點)以下施行熱處理的方法等方法實施。
如上述,反應性液晶係含有聚合性液晶材料,為使此種聚合性液晶材料的配向狀態進行固定化,便採用照射能將聚合活性化之活性放射線的方法。此處所謂「活性放射線」係指具有對聚合性液晶材料能產生聚合之能力的放射線,視需要,在聚合性液晶材料內亦可含有光聚合起始劑。
此種活性放射線在屬於能使聚合性液晶材料產生聚合之放射線的前提下,其餘並無特別的限制,通常從裝置容易性等觀點,係使用紫外線或可見光,使用波長150~500nm(最好250~450nm,尤以300~400nm為佳)的照射光。
其中,最好係對於光聚合起始劑為利用紫外線產生自由基,且聚合性液晶材料進行自由基聚合的聚合性液晶材料,將紫外線當作活性放射線並施行照射的方法。理由在於,活性放射線為使用紫外線的方法係屬於已確立的技術,因而包括所使用的光聚合起始劑在內,均可輕易地應用於本發明中。
該照射光的光源係可例示如低壓水銀燈(殺菌燈、螢光化學燈、黑燈)、高壓放電燈(高壓水銀燈、金屬鹵素燈)、短弧放電燈(超高壓水銀燈、氙燈、水銀氙燈)等。其中,建議使用金屬鹵素燈、氙燈、高壓水銀燈等。此外,照射強度係可經依照反應性液晶的組成、光聚合起始劑的多寡等,進行適當調整後再施行照射。
此種活性照射線的照射係可在上述聚合性液晶材料呈液晶相的溫度條件實施,亦可在較呈液晶相的溫度更低之溫度下實施。理由在於,一經成為液晶相的聚合性液晶材料,即使爾後降低溫度,配向狀態仍不致急遽凌亂。
另外,將聚合性液晶材料的配向狀態施行固定化之方法,係除上述施行活性放射線照射的方法之外,尚可使用施行加熱而使聚合性液晶材料進行聚合的方法。此情況所使用的反應性液晶,最好屬於在反應性液晶的N-I轉移點以下,將反應性液晶中所含的聚合性液晶單體進行熱聚合者。
依此所獲得的固定化液晶層,如上述般係具有使強介電性液晶配向用之配向膜的作用,具有配向限制力。
再者,因為固定化液晶層係利用反應性液晶用配向膜而使反應性液晶配向,例如照射紫外線而使反應性液晶進行聚合,並將反應性液晶的配向狀態進行固定化而獲得,因而具有相位差。
再者,固定化液晶層的厚度係配合目標之非等向性而適當調整,可設定為例如1nm~1000nm範圍內,最好在3nm~100nm範圍內。理由在於,若固定化液晶層的厚度過厚,會產生必要以上的非等向性,反之,若固定化液晶層的厚度過薄,則有無法獲得既定非等向性的情況。
(iii)第1基材本發明所使用的第1基材係可採用一般使用為液晶顯示元件基材的材質,並無特別的限制,最好為例如玻璃板、塑膠板等。
(iv)第1電極層本發明所使用的第1電極層係可採用一般使用為液晶顯示元件的電極,並無特別的限制,最好液晶側基板的第1電極層與對向基板的第2電極層中,至少其中一者係由透明導電體形成。透明導電體材料最好為例如氧化銦、氧化錫、氧化銦錫(ITO)等。
當使本發明所獲得的液晶顯示元件依使用TFT的主動矩陣式進行驅動時,在液晶側基板與對向基板中,於其中一者設置由上述透明導電體所形成的整面共通電極,在另一者上將閘極與源極呈矩陣狀排列,並在由閘極與源極所包圍的部分中設置TFT元件與像素電極。
第1電極層之形成方法係可舉例如化學蒸鍍(CVD)法、濺鍍法、離子蒸鍍法、真空蒸鍍法等物理蒸鍍(PVD)法等等。
(2)柱狀間隙子形成步驟本發明的液晶側基板調製步驟中,在施行第1配向膜形成步驟之前,亦可施行在第1基材上形成柱狀間隙子的柱狀間隙子形成步驟。如後述,當利用對向基板調製步驟而施行在第2基材上形成柱狀間隙子的柱狀間隙子形成步驟時,不會施行在第1基材上形成柱狀間隙子的柱狀間隙子形成步驟。即,可在液晶側基板上形成柱狀間隙子,亦可在對向基板上形成柱狀間隙子。
柱狀間隙子的形成材料係可使用一般在液晶顯示元件的柱狀間隙子所利用的材料。具體而言,柱狀間隙子的形成材料係有如樹脂,其中最好使用感光性樹脂。理由在於,感光性樹脂較容易圖案化。
柱狀間隙子的形成方法只要能在既定位置處形成柱狀間隙子的方法便可,並無特別的限制,可適用一般的圖案化方法,例如光學微影法、噴墨法、網版印刷法等。
柱狀間隙子係複數形成,最好在既定位置處規則形成複數柱狀間隙子,特別以依等間隔形成為佳。理由在於,若複數柱狀間隙子的形成位置無秩序,便有強介電性液晶塗佈量難以正確控制的情況。
柱狀間隙子的間距係可設定為100 μm~3mm左右,最好在200 μm~1.5mm範圍內,尤以300 μm~1.0mm範圍內為佳。理由在於,若柱狀間隙子的間距窄於上述範圍,會有因柱狀間隙子附近的強介電性液晶配向不良,導致顯示品質降低的可能性。反之,若柱狀間隙子的間距寬於上述範圍,雖因液晶顯示元件的大小而有所不同,但是會有無法獲得所需耐衝擊性、或難以將單元間隙保持一定的情況。另外,所謂「柱狀間隙子的間距」係指相鄰接柱狀間隙子的各自中心部間之距離。
再者,關於柱狀間隙子的大小,例如柱狀間隙子為圓柱形狀的情況,係將底面直徑設為1 μm~100 μm左右,最好2 μm~50 μm範圍內,尤以5 μm~20 μm範圍內為佳。理由在於,若柱狀間隙子的大小大於上述範圍,在像素區域中亦設置有柱狀間隙子,會導致有效像素面積變狹窄而無法獲得良好影像顯示的情況,反之,若柱狀間隙子的大小小於上述範圍,會有柱狀間隙子的形成趨於困難的情況。再者,柱狀間隙子的高度通常設定為與單元間隙相同程度。
另外,上述柱狀間隙子的間距、大小及高度,係可使用掃描式電子顯微鏡(SEM),藉由觀察隔間壁的截面便可進行測定。
柱狀間隙子的形狀係可舉例如圓柱形狀、角柱形狀、截頭錐體形狀等。
再者,柱狀間隙子的形成位置並無特別的限制,最好在非像素區域中形成柱狀間隙子。理由在於,因為在柱狀間隙子附近較容易發生強介電性液晶配向不良的情形,因此最好在不會對影像顯示造成影響的非像素區域中形成柱狀間隙子。例如當液晶側基板係屬於TFT基板的情況,便可在矩陣狀形成的閘極與源極上配置間隙子。
柱狀間隙子的數量只要為複數便可,其餘並無特別的限制,可依照液晶顯示元件的大小而適當選擇。
柱狀間隙子形成步驟係可在第1配向膜形成步驟之前實施,亦可在第1基材上形成柱狀間隙子,亦可在第1電極層上形成柱狀間隙子。即,在第1基材上,可依照柱狀間隙子及第1電極層的順序形成,亦可依照第1電極層及柱狀間隙子的順序形成。
(3)直線狀隔間壁形成步驟本發明的液晶側基板調製步驟中,最好在第1配向膜形成步驟之前,施行在第1基材上形成直線狀隔間壁的直線狀隔間壁形成步驟。理由在於,藉由直線狀隔間壁的形成,可提升耐衝擊性。因為SmC 相對於外部衝擊非常弱,耐衝擊性高之條件係有助於使用強介電性液晶的液晶顯示元件。
當利用液晶側基板調製步驟施行直線狀隔間壁形成步驟的情況,係利用上述第1配向膜形成步驟,相對於直線狀隔間壁的長度方向,朝大致垂直或大致平行對第1配向膜形成用層施行配向處理,並利用後述液晶塗佈步驟,相對於直線狀隔間壁的長度方向,大致平行地將強介電性液晶施行直線狀塗佈。藉由使直線狀隔間壁的長度方向、第1配向膜形成步驟中的配向處理方向及強介電性液晶塗佈方向具有此種關係,可將強介電性液晶相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致垂直或大致平行地直線狀塗佈,可提升強介電性液晶的配向性並抑制配向缺陷的發生。
例如圖8(a)所示,當直線狀隔間壁8a的長度方向m與第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d間之夾角為大致垂直的情況,藉由將強介電性液晶5相對於直線狀隔間壁8a的長度方向m大致平行地塗佈呈直線狀,可將強介電性液晶5相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d大致垂直地塗佈呈直線狀,亦即將強介電性液晶塗佈方向n與第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d間之夾角形成為大致垂直。
再者,例如圖8(b)所示,當直線狀隔間壁8a的長度方向m與第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d間之夾角呈大致平行的情況,藉由將強介電性液晶5相對於直線狀隔間壁8a的長度方向m大致平行地塗佈呈直線狀,可將強介電性液晶5相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d大致平行地塗佈呈直線狀,亦即將強介電性液晶塗佈方向n與第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d間之夾角形成為大致平行。
另外,所謂「相對於直線狀隔間壁的長度方向,朝大致垂直或大致平行施行配向處理」,係指直線狀隔間壁的長度方向與第1配向膜形成步驟中的配向處理方向間之夾角,在90°±5°範圍內,最好該角度在90°±2°範圍內。此外,所謂「直線狀隔間壁的長度方向與第1配向膜形成步驟中的配向處理方向間之夾角係大致平行」,係指直線狀隔間壁的長度方向與第1配向膜形成步驟中的配向處理方向間之夾角,在0°±5°範圍內,最好該角度在0°±2°範圍內。
直線狀隔間壁的形成材料係可使用一般在液晶顯示元件的隔間壁所採用的材料。具體而言,直線狀隔間壁的形成材料係可例示如樹脂,其中,最好使用感光性樹脂。理由在於,感光性樹脂較容易圖案化。
直線狀隔間壁的形成方法只要屬於能在既定位置處形成直線狀隔間壁的方法便可,其餘並無特別的限制,可使用一般的圖案化方法,例如:光學微影法、噴墨法、網版印刷法等。
直線狀隔間壁係複數形成,最好將複數直線狀隔間壁在既定位置處規則形成,尤其最好係朝大致平行依等間隔形成。理由在於,若複數直線狀隔間壁的形成位置係無秩序,會有強介電性液晶塗佈量較難正確控制的情況。
再者,直線狀隔間壁的形成位置並無特別的限制,最好在非像素區域中形成直線狀隔間壁。理由在於,因為在直線狀隔間壁附近容易發生強介電性液晶配向不良情形,因而最好在不會對影像顯示造成影響的非像素區域中形成直線狀隔間壁。例如當液晶側基板係TFT基板的情況,便可在矩陣狀形成的閘極與源極上,配置直線狀隔間壁。
直線狀隔間壁的間距係設定為1mm~10mm左右,最好在1.0mm~5.0mm範圍內,尤以2.0mm~3.0mm範圍內為佳。理由在於,若直線狀隔間壁的間距狹窄於上述範圍,便有因直線狀隔間壁附近的強介電性液晶配向不良,而導致顯示品質較低的可能性。反之,若直線狀隔間壁的間距寬於上述範圍,雖依液晶顯示元件的大小而有所不同,但是有無法獲得所需耐衝擊性、或難以將單元間隙保持一定的情況。另外,所謂「直線狀隔間壁的間距」係指相鄰接直線狀隔間壁的各自中心部間之距離。
再者,直線狀隔間壁的寬度係設定為1 μm~50 μm左右,最好在2 μm~30 μm範圍內,尤以5 μm~20 μm範圍內為佳。理由在於,若直線狀隔間壁的寬度寬於上述範圍,像素區域中亦設置有直線狀隔間壁,導致有效像素面積變狹窄,會有無法獲得良好影像顯示的情況,反之,若直線狀隔間壁的寬度較上述範圍狹窄,則有直線狀隔間壁的形成趨於困難的情況。
再者,直線狀隔間壁的高度通常係設定成與單元間隙為相同程度。
另外,上述直線狀隔間壁的間距、寬度及高度,係可使用掃描式電子顯微鏡(SEM),藉由觀察直線狀隔間壁的截面便可進行測定。
直線狀隔間壁的數量只要複數便可,其餘並無特別的限制,可依照液晶顯示元件的大小而適當選擇。
直線狀隔間壁形成步驟只要在第1配向膜形成步驟前實施便可,可在第1基材上形成直線狀隔間壁,亦可在第1電極層上形成直線狀隔間壁。即,可在第1基材上依序形成直線狀隔間壁與第1電極層,亦可依序形成第1電極層與直線狀隔間壁。
另外,如後述,當利用對向基板調製步驟而施行在第2基材上形成直線狀隔間壁的直線狀隔間壁形成步驟之情況,係不會施行在第1基材上形成直線狀隔間壁的直線狀隔間壁形成步驟。即,可在液晶側基板形成直線狀隔間壁,亦可在對向基板上形成直線狀隔間壁。
(4)框狀隔間壁形成步驟本發明的液晶側基板調製步驟中,亦可在第1配向膜形成步驟前,施行在第1基材上形成框狀隔間壁的框狀隔間壁形成步驟。理由在於,如圖8(a)與(b)所例示,藉由在第1基材2的周緣處形成框狀隔間壁8b,並在框狀隔間壁8b外周塗佈密封劑6的情況,可防止強介電性液晶5與未硬化狀態密封劑6間發生相接觸情形,可避免因密封劑中的雜質等混入而導致強介電性液晶特性劣化。
如後述,當利用對向基板調製步驟施行在第2基材上形成框狀隔間壁的框狀隔間壁形成步驟時,係不會施行在第1基材上形成框狀隔間壁的框狀隔間壁形成步驟。即,可在液晶側基板上形成框狀隔間壁,亦可在對向基板上形成框狀隔間壁。
另外,因為相關框狀隔間壁的形成材料、形成方法及形成位置等,分別如同上述直線狀隔間壁形成步驟中所記載的直線狀隔間壁形成材料、形成方法及形成位置等,因而在此不再贅述。
框狀隔間壁的寬度只要屬於能防止強介電性液晶與未硬化狀態密封劑間發生相接觸的寬度便可,具體而言係可設定為10 μm~3mm左右,最好在10 μm~1mm範圍內,尤以10 μm~500 μm範圍內為佳。理由在於,若框狀隔間壁寬度寬於上述範圍,則像素區域中亦設置有框狀隔間壁,導致有效像素面積變狹窄,會有無法獲得良好影像顯示的情況,反之,若框狀隔間壁寬度窄於上述範圍,則有隔間壁形成趨於困難的情況。
再者,框狀隔間壁的高度通常係設定為與單元間隙相同程度。
另外,上述框狀隔間壁的寬度與高度,係可使用掃描式電子顯微鏡(SEM),藉由觀察框狀隔間壁的截面便可進行測定。
框狀隔間壁形成步驟只要在第1配向膜形成步驟前實施便可,可在第1基材上形成框狀隔間壁,亦可在第1電極層上形成框狀隔間壁。即,可在第1基材上依序形成框狀隔間壁與第1電極層,亦可依序形成第1電極層與框狀隔間壁。
(5)著色層形成步驟本發明中的液晶側基板調製步驟係可在第1配向膜形成步驟前,施行在第1基材上形成著色層的著色層形成步驟。如後述,當在對向基板調製步驟中施行於第2基材上形成著色層的著色層形成步驟時,係不會施行在第1基材上形成著色層的著色層形成步驟。即,可在液晶側基板形成著色層,亦可在對向基板上形成著色層。
當已形成著色層的情況,便可獲得能利用著色層實現彩色顯示的彩色濾光式液晶顯示元件。
著色層的形成方法係可使用一般在彩色濾光片中形成著色層的方法,可使用例如顏料分散法(彩色光阻法、蝕刻法)、印刷法、噴墨法等。
2.對向基板調製步驟
本發明的對向基板調製步驟係包括有在已形成第2電極層的第2基材上形成第2配向膜形成用層,且對上述第2配向膜形成用層施行配向處理而形成第2配向膜的第2配向膜形成步驟,係調製得在上述第2基材上依序積層上述第2電極層與上述第2配向膜的對向基板。
對向基板調製步驟中,可在第2配向膜形成步驟前施行在第2基材上形成柱狀間隙子的柱狀間隙子形成步驟,亦可施行在第2基材上形成直線狀隔間壁的直線狀隔間壁形成步驟,亦可施行在第2基材上形成框狀隔間壁的框狀隔間壁形成步驟,亦可在施行在第2基材上形成著色層的著色層形成步驟。
另外,相關第2配向膜形成步驟、柱狀間隙子形成步驟、直線狀隔間壁形成步驟、框狀隔間壁形成步驟及著色層形成步驟,因為分別如同上述液晶側基板調製步驟中的第1配向膜形成步驟、柱狀間隙子形成步驟、直線狀隔間壁形成步驟、框狀隔間壁形成步驟及著色層形成步驟,因而在此不再贅述。
以下,針對第1配向膜與第2配向膜的構成材料組成進行說明。
(1)第1配向膜與第2配向膜的構成材料組成第1配向膜及第2配向膜中所使用的材料組合並無特別的限制,最好第1配向膜與第2配向膜的構成材料係包夾強介電性液晶且具有互異組成。藉由使第1配向膜與第2配向膜使用具有互異組成的材料形成,可配合各個材料,使第1配向膜表面與第2配向膜表面的極性不同。藉此,因為強介電性液晶與第1配向膜間的極性表面相互作用及強介電性液晶與第2配向膜間的極性表面相互作用不同,藉由考慮第1配向膜與第2配向膜的表面極性再適當選擇材料,便可抑制鋸齒狀缺陷、髮夾型缺陷、雙區域等配向缺陷的發生。尤其可有效地抑制雙區域的發生,可獲得單一區域配向。
將第1配向膜與第2配向膜的構成材料組成設為不同,只要例如將其中一者設為光配向膜、並將另一者設為摩擦膜,或者將其中一者設為反應性液晶用配向膜與固定化液晶層的積層、並將另一者設為光配向膜或摩擦膜即可。此外,亦可將二者均設為摩擦膜,並將摩擦膜的構成材料組成設為不同,或者將二者均設為光配向膜,並將光配向膜的構成材料組成設為不同,或者將二者均設為反應性液晶用配向膜與固定化液晶層的積層,藉由將固定性液晶層的構成材料組成設為不同,可將第1配向膜與第2配向膜的構成材料組成設為不同。
再者,當第1配向膜與第2配向膜係屬於光配向膜的情況,藉由例如其中一光配向膜係使用光異構化型材料,而另一光配向膜則使用光反應型材料,可將光配向膜的構成材料組成設為不同。
再者,當第1配向膜與第2配向膜均屬於使用光異構化型材料的光配向膜時,藉由從上述光異構化反應性化合物中,配合所要求的特性而選擇各種順-反異構化反應性骨架或取代基,可將光配向膜的構成材料組成設為不同。此外,藉由改變上述添加劑的添加量,亦可使組成變化。
再者,當第1配向膜與第2配向膜均屬使用光反應型材料的光配向膜時,藉由選擇上述各種光二聚化反應性化合物(例如光二聚化反應性聚合物),可將光配向膜的構成材料組成設為不同。此外,藉由改變上述添加劑的添加量,亦可使組成變化。
第1配向膜與第2配向膜中所使用材料的組合,就上述中,最好為例如將其中一者設為反應性液晶用配向膜與固定化液晶層的積層,而將另一者設為光配向膜或摩擦膜,或者將其中一者設為使用光二聚化型材料的光配向膜,而將另一者設為使用光異構化型材料的光配向膜,或者將其中一者設為使用光二聚化型材料的光配向膜,而將另一者設為摩擦膜,或者將其中一者設為使用光異構化型材料的光配向膜或摩擦膜,而將另一者設為摩擦膜。固定化液晶層相較於光配向膜或摩擦膜係呈現相對而言較強正極性的傾向。所以,當使用該組合的情況,利用極性表面相互作用,便有強介電性液晶的自發極化負極偏向固定化液晶層側的傾向。此外,使用光二聚化型材料的光配向膜,因為相較於使用光異構化型材料的光配向膜,係呈現相對而言較強正極性的傾向,因此當使用該組合的情況,利用極性表面相互作用,會有強介電性液晶的自發極化負極偏向使用光二聚化型材料的光配向膜側之傾向。另外,使用光二聚化型材料的光配向膜,因為相較於摩擦膜係呈現相對而言較強正極性的傾向,因此利用極性表面相互作用,會有強介電性液晶的自發極化負極偏向使用光二聚化型材料的光配向膜側之傾向。此外,因為摩擦膜相較於使用光異構化型材料的光配向膜係呈現相對而言較強正極性的傾向,因而利用極性表面相互作用,會有強介電性液晶的自發極化負極偏向摩擦膜側的傾向。當使用此種組合的情況,可控制強介電性液晶的自發極化偏向,俾能有效地抑制配向缺陷的發生。
特別佳的情況係例如將第1配向膜設為反應性液晶用配向膜與固定化液晶層的積層,將第2配向膜設為光配向膜或摩擦膜,或者將第1配向膜設為使用光二聚化型材料的光配向膜,將第2配向膜設為使用光異構化型材料的光配向膜,或者將第1配向膜設為使用光二聚化型材料的光配向膜,將第2配向膜設為摩擦膜,或者將第1配向膜設為摩擦膜,將第2配向膜設為使用光異構化型材料的光配向膜。本發明中,在液晶側基板的第1配向膜上施行強介電性液晶塗佈而製作液晶顯示元件,所獲得的液晶顯示元件係有強介電性液晶的自發極化負極偏向已塗佈強介電性液晶之液晶側基板側的傾向。此外,如上述,固定化液晶層相較於光配向膜或摩擦膜係呈現相對而言較強正極性的傾向,而使用光二聚化型材料的光配向膜相較於使用光異構化型材料的光配向膜係呈現相對而言較強正極性的傾向,使用光二聚化型材料的光配向膜相較於摩擦膜係呈現相對而言較強正極性的傾向,摩擦膜相較於使用光異構化型材料的光配向膜係呈現相對而言較強正極性的傾向。所以,為能有效地抑制配向缺陷,最好將第1配向膜與第2配向膜所使用的材料組合,設為如上述。
3.液晶塗佈步驟
本發明的液晶塗佈步驟係在上述液晶側基板的第1配向膜上,相對於上述第1配向膜形成步驟中的配向處理方向,朝大致垂直或大致平行直線狀塗佈強介電性液晶的步驟。
以下,針對本發明所使用的強介電性液晶、及強介電性液晶之塗佈方法進行說明。
(1)強介電性液晶本發明所使用的強介電性液晶,只要能呈現對掌性層列C相(SmC )的話便可,其餘並無特別的限制。例如相系列在降溫過程中依照向列相(N)-膽固醇相(Ch)-對掌性層列C相(SmC )進行相變化、依照向列相(N)-對掌性層列C相(SmC )進行相變化、依照向列相(N)-層列A相(SmA)-對掌性層列C相(SmC )進行相變化、依照向列相(N)-膽固醇相(Ch)-層列A相(SmA)-對掌性層列C相(SmC )進行相變化等。
一般而言,如圖2中的下圖所例示,具有經由SmA相之相系列的強介電性液晶,在相變化過程中,層列層的層間隔收縮,為補償該體積變化,層列層便具有彎曲的山形紋構造,因該彎曲的方向形成液晶分子長軸方向不同的區域,在邊界面上容易發生通稱「鋸齒狀缺陷」或「髮夾型缺陷」的配向缺陷。此外,一般而言,如圖2中的上圖所例示之具有未經由SmA相之相系列的強介電性液晶,係容易發生層法線方向不同的二個區域(雙區域)。本發明中,藉由相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致垂直或大致平行地施行強介電性液晶塗佈,便可抑制此種配向缺陷的發生。
本發明所使用的強介電性液晶,在上述之中,最好屬於未經由SmA相者。理由在於,如上述,未經由SmA相的強介電性液晶雖較容易發生雙區域等配向缺陷,但是藉由相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致垂直或大致平行地施行強介電性液晶塗佈,便可抑制雙區域等配向缺陷的發生。
當將本發明的液晶顯示元件利用色序方式進行驅動時,最好使用呈現單一穩定性的液晶材料。理由在於,藉由使用呈現單一穩定性的液晶材料,便可利用使用薄膜電晶體(TFT)的主動矩陣式進行驅動,且可利用電壓調變進行灰階控制,可實現高精細且高品質的顯示。
強介電性液晶係如圖9所例示,液晶分子15係傾斜於層法線z,並在層法線z上沿具有垂直底面的圓錐(cone)稜線進行旋轉。此種圓錐(cone)中,將液晶分子15相對於層法線z的傾斜角度稱「傾斜角θ」。
另外,所謂「呈現單一穩定性」係指電壓無施加時的強介電性液晶狀態,依單一狀態呈穩定化的狀態。具體而言係如圖9所示,係指液晶分子15雖可在圓錐上於相對層法線z呈傾斜角±θ傾斜的二個狀態間進行動作,但當電壓無施加時,液晶分子15係以上述圓錐上的任意單一狀態呈穩定化的狀態。
呈現單一穩定性的液晶材料中,特別以呈現如例如圖10中左下圖所示,僅當施加正負中任一電壓時,液晶分子才進行動作的half-V shaped switching(以下稱「HV式開關」)特性者為佳。理由在於,若使用此種呈現HV式開關特性的強介電性液晶,便可將黑白快門的開口時間拉長為充分長時間,藉此可更清晰地顯示出時間性切換的各色,可實現明亮彩色顯示的液晶顯示元件。
另外,所謂「HV式開關特性」,係指對施加電壓的光穿透率係非對稱的電氣光學特性。
此種強介電性液晶係可從一般已知的液晶材料中,配合要求特性進行各種選擇。
尤其從Ch相未經由SmA相便呈現SmC 相的液晶材料,係屬呈現HV式開關特性的較佳材料。具體而言有如AZ Electronic Materials公司製「R2301」。
再者,經由SmA相的液晶材料,從材料選擇幅度較大的觀點,最好為從Ch相經由SmA相而呈現SmC 相的材料。此情況,亦可使用呈現SmC 相的單一液晶材料,但最好在低黏度且容易呈現SmC相的非對掌液晶(以下有稱「主液晶」的情況)中,少量添加本身雖未呈現SmC相,但是自發極化較大且可誘發適當螺旋間距的光學活性物質,藉此呈現如上述相系列的液晶材料,便可成為低黏度,且能實現更快速的應答性。
上述主液晶最好係屬於依較寬溫度範圍呈現SmC相的材料,屬於一般已知的強介電性液晶之主液晶便可,其餘並無特別的限制均可使用。例如可使用下述一般式:Ra-Q1 -X1 -(Q2 -Y1 )m -Q3 -Rb(式中,Ra與Rb分別係指直鏈狀或分枝狀的烷基、烷氧基、烷氧羰基、烷醯氧基或烷氧羰氧基;Q1 、Q2 及Q3 分別係指1,4-伸苯基、1,4-環己烯基、吡啶-2,5-二醯基、吡-2,5-二醯基、噠-3,6-二醯基、1,3-二烷-2,5-二醯基,該等基亦可具有鹵原子、羥基、氰基等取代基;X1 與Y1 分別係指-COO-、-OCO-、-CH2 O-、-OCH2 -、-CH2 CH2 -、-C≡C-或單鍵;m係0或1)所示化合物。主液晶亦可將上述化合物單獨使用1種、亦可組合使用2種以上。
上述主液晶中所添加的光學活性物質,只要屬於自發極化大且具有誘發適當螺旋間距之能力的材料便可,其餘並無特別的限制,可使用一般已知在呈現SmC相的液晶組成物中所添加的材料。特別以依少量添加量便可誘發較大自發極化的材料為佳。此種光學活性物質係可使用例如下述一般式:Rc-Q1 -Za-Q2 -Zb-Q3 -Zc-Rd(式中,Q1 、Q2 、Q3 係指與上述一般式同義;Za、Zb及Zc係指-COO-、-OCO-、-CH2 O-、-OCH2 -、-CH2 CH2 -、-C≡C-、-CH=N-、-N=N-、-N(→O)=N-、-C(=O)S-或單鍵;Rc係指可具有非對稱碳原子的直鏈狀或分枝狀烷基、烷氧基、烷氧羰基、烷醯氧基、或烷氧羰氧基;Rd係指具有非對稱碳原子的直鏈狀或分枝狀烷基、烷氧基、烷氧羰基、烷醯氧基、或烷氧羰氧基;Rc與Rd可被鹵原子、氰基、羥基所取代)所示化合物。光學活性物質係可將上述化合物單獨使用1種,亦可組合使用2種以上。
經由SmA相的強介電性液晶,具體而言係有如AZ Electronic Materials公司製「FELIXM4851-100」等。在強介電性液晶中,配合對液晶顯示元件所要求的機能,可添加具有任意機能的化合物。該化合物係有如聚合性單體。理由在於,藉由在強介電性液晶中添加聚合性單體並施行基板貼合步驟後,再使該聚合性單體產生聚合,藉此強介電性液晶的排列係呈所謂「高分子穩定化」,可獲得優越的配向穩定性。
聚合性單體在屬於利用聚合反應而產生聚合物的化合物之前提下,其餘並無特別的限制,可舉例如利用加熱處理而產生聚合反應的熱硬化性樹脂單體、以及利用活性放射線的照射而產生聚合反應的活性放射線硬化性樹脂單體。其中,最好使用活性放射線硬化性樹脂單體。當使用熱硬化性樹脂單體的情況,為能產生聚合反應,必需施行加溫處理,因此種加溫處理,恐有損及強介電性液晶的規則性排列或誘發相轉移的顧慮。另一方面,當使用活性放射線硬化性樹脂單體的情況,則不致發生此種顧慮,且因產生聚合反應而妨礙強介電性液晶排列的情形亦少。
活性放射線硬化性樹脂單體係有如利用電子射線的照射而產生聚合反應的電子射線硬化性樹脂單體、以及利用光照射而產生聚合反應的光硬化性樹脂單體。其中,最好使用光硬化性樹脂單體。理由在於,藉由使用光硬化性樹脂單體,便可將製造步驟簡單化。
光硬化性樹脂單體在利用照射波長150nm~500nm範圍內的光產生聚合反應的前提下,其餘並無特別的限制。其中,最好使用利用波長250nm~450nm範圍內(尤以300nm~400nm範圍內為佳)的光施行照射可產生聚合反應的紫外線硬化性樹脂單體。理由在於,從照射裝置的容易性等層面觀之,係具有優點。
紫外線硬化性樹脂單體所具有的聚合性官能基,在利用上述波長區域的紫外線照射可產生聚合反應的前提下,其餘並無特別的限制。特別以使用具有丙烯酸酯基的紫外線硬化型樹脂單體為佳。
再者,紫外線硬化性樹脂單體可為在一分子中具有一個聚合性官能基的單官能性單體,亦可為在一分子中具有二以上聚合性官能基的多官能性單體。其中,最好使用多官能性單體。藉由使用多官能性單體,可形成強的聚合物網絡,因而可強化分子間作用力以及配向膜界面的聚合物網絡。藉此,便可抑制因溫度變化所造成的強介電性液晶排列凌亂情形。
多官能性單體之中,最好使用分子二末端具有聚合性官能基的2官能性單體。理由在於,藉由分子二端具有聚合性官能基,可形成聚合物間的間隔寬的聚合物網絡,可防止因含有聚合性單體的聚合物而造成強介電性液晶的驅動電壓降低情形。
再者,紫外線硬化性樹脂單體之中,最好使用呈現液晶性的紫外線硬化性液晶單體。此種紫外線硬化性液晶單體屬於較佳選擇的理由在於,如下述。即,因為紫外線硬化性液晶單體係呈現液晶性,因而可利用配向膜的配向限制力而規則性排列。所以,藉由將紫外線硬化性液晶單體規則性排列後再進行聚合反應,可在維持規則性排列狀態的情況下進行固定化。藉由使此種具有規則性排列狀態的聚合物存在,可提升強介電性液晶的配向穩定性,可獲得優越的耐熱性與耐衝擊性。
紫外線硬化性液晶單體所呈現的液晶相並無特別的限制,可舉例如N相、SmA相、SmC相。
本發明所使用的紫外線硬化性液晶單體係可舉例如下式(20)、(21)、(25)所示化合物:[化14]
上式(20)、(21)中,A、B、D、E及F係指苯、環己烷或嘧啶,該等亦可具有鹵素等取代基。此外,A與B、或者D與E亦可利用乙炔基、亞甲基、酯基等結合基而相鍵結。M1 與M2 亦可為氫原子、碳數3~9的烷基、碳數3~9的烷氧羰基、或氰基中任一者。此外,分子鏈末端的丙烯醯氧基、與A或D,亦可利用碳數3~6的伸烷基等結合基而相鍵結。
再者,上式(25)中,Y係指氫、碳數1~20的烷基、碳數1~20的烯基、碳數1~20的烷氧基、碳數1~20的烷氧羰基、甲醯基、碳數1~20的烷羰基、碳數1~20的烷基羰氧基、鹵素、氰基、或硝基。
上述之中,較適於使用者係可例示如下式化合物:
再者,上述聚合性單體係可單獨使用,亦可組合使用2種以上。當使用2種以上的不同聚合性單體時,例如可使用上式所示紫外線硬化性液晶單體與其他的紫外線硬化性樹脂單體。
當聚合性單體係使用紫外線硬化性液晶單體的情況,藉由使聚合性單體進行聚合而獲得的聚合物,係可為藉由使主鏈具有呈現液晶性的原子團而使主鏈呈現液晶性的主鏈液晶型聚合物,亦可為藉由使側鏈具有呈現液晶性的原子團而使側鏈呈現液晶性的側鏈液晶型聚合物。其中,聚合性單體的聚合物最好為側鏈液晶型聚合物。理由在於,藉由呈現液晶性的原子團存在於側鏈,可提高該原子團的自由度,因而呈現液晶性的原子團容易配向。且,結果可提升強介電性液晶的配向穩定性。
聚合性單體的添加量只要使強介電性液晶的配向穩定性能呈現所需程度範圍內便可,其餘並無特別的限制,相對強介電性液晶與聚合性單體的總質量,最好含有0.5質量%~30質量%範圍內,尤以1質量%~20質量%範圍內為佳,更以1質量%~10質量%範圍內為佳。理由在於,若聚合性單體的添加量多於上述範圍,會有強介電性液晶的驅動電壓增加或應答速度降低的情況。反之,若聚合性單體的添加量少於上述範圍,則有強介電性液晶的配向穩定性不足,導致耐熱性、耐衝擊性降低的可能性。
(2)強介電性液晶之塗佈方法本發明中,在液晶側基板的第1配向膜上,相對於上述第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致垂直或大致平行地直線狀塗佈強介電性液晶。
另外,所謂「相對第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致垂直地將強介電性液晶塗佈呈直線狀」,係指第1配向膜形成步驟中的配向處理方向與強介電性液晶塗佈方向(直線狀塗佈圖案的直線方向)的夾角,在90°±5°範圍內,該角度最好在90°±2°範圍內。此外,所謂「相對第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致平行地將強介電性液晶塗佈呈直線狀」,係指第1配向膜形成步驟中的配向處理方向與強介電性液晶塗佈方向(直線狀塗佈圖案的直線方向)的夾角,在0°±5°範圍內,該角度最好在0°±2°範圍內。
其中,本發明中,最好在液晶側基板的第1配向膜上,相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致垂直地將強介電性液晶塗佈呈直線狀。
再者,本發明中,當利用上述液晶側基板調製步驟施行直線狀隔間壁形成步驟的情況,如圖8(a)、(b)所例示,利用液晶塗佈步驟,在相鄰接直線狀隔間壁8a間,相對於直線狀隔間壁8a的長度方向m大致平行地將強介電性液晶5塗佈呈複數條直線狀。理由在於,藉由依此將強介電性液晶施行塗佈,便可相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致垂直或大致平行地將強介電性液晶施行塗佈,可有效抑制配向缺陷的發生。
例如圖8(a)所示,當直線狀隔間壁8a的長度方向m與第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d間的夾角係大致平行,而直線狀隔間壁8a的長度方向m與強介電性液晶塗佈方向n的夾角係大致平行的情況,便可將強介電性液晶5相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d大致垂直地塗佈呈直線狀。
再者,如圖8(b)所示,當直線狀隔間壁8a的長度方向m與第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d間的夾角係大致平行,而直線狀隔間壁8a的長度方向m與強介電性液晶塗佈方向n間的夾角係大致平行的情況,便可將強介電性液晶5相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向d大致平行地塗佈呈直線狀。
再者,藉由在相鄰接的直線狀隔間壁間,將強介電性液晶依一定間隔塗佈呈複數條直線狀,如上述,強介電性液晶流動的方向會受限制,因而相較於將強介電性液晶塗佈呈點狀等情況,可縮短強介電性液晶流動的距離,且可縮小強介電性液晶濕潤擴散的面積。藉此,可抑制在呈流動的強介電性液晶彼此接觸之界面發生配向凌亂情形。
另外,所謂「相對於直線狀隔間壁的長度方向大致平行地將強介電性液晶塗佈呈直線狀」,係指第1配向膜形成步驟中的配向處理方向與強介電性液晶塗佈方向(直線狀塗佈圖案的直線方向)間之夾角在0°±5°範圍內,該角度最好在0°±2°範圍內。
當在液晶側基板的第1配向膜上施行強介電性液晶的塗佈時,可將強介電性液晶施行加溫,亦可不加溫。該強介電性液晶的溫度係依照後述強介電性液晶的塗佈方法而適當選擇。
例如當強介電性液晶的塗佈方法係使用吐出法的情況,最好將強介電性液晶加溫至該強介電性液晶呈現等向性相或向列相的溫度,尤以加溫至強介電性液晶呈現等向性相的溫度為佳。理由在於,若未將強介電性液晶施行加溫,強介電性液晶的黏度會過高而阻塞吐出噴嘴,導致非常困難將強介電性液晶穩定地吐出。
上述的情況,強介電性液晶的溫度係設定為強介電性液晶呈現等向性相或向列相的溫度。具體的溫度係依照強介電性液晶的種類而異,可適當選擇。另外,強介電性液晶的溫度上限係設定為不致有強介電性液晶劣化威脅的溫度。通常,強介電性液晶的溫度係設定在向列相-等向性相轉移溫度附近,或者較向列相-等向性相轉移溫度高出0℃~10℃。
再者,當強介電性液晶的塗佈方法係使用吐出法的情況最好依強介電性液晶黏度在30mPa.s以下(最好10mPa.s~20mPa.s範圍內)的方式,將強介電性液晶加溫。理由在於,若強介電性液晶的黏度過高,會阻塞吐出噴嘴,導致難以將強介電性液晶穩定地吐出。
另一方面,當強介電性液晶的塗佈方法係使用塗裝法、印刷法的情況,最好不要將強介電性液晶加溫。當使用塗裝法、印刷法的情況,為能提升塗佈性,最好使用將強介電性液晶利用溶劑稀釋的強介電性液晶溶液。所以,若將強介電性液晶溶液加溫,強介電性液晶溶液中的溶劑會揮發,導致難以將強介電性液晶施行塗佈。
再者,當在液晶側基板的第1配向膜上施行強介電性液晶塗佈之際,可將液晶側基板施行加熱,亦可不施行加熱。該液晶側基板的溫度係依照強介電性液晶的塗佈方法再適當選擇。
例如當強介電性液晶的塗佈方法係使用吐出法的情況,便可將液晶側基板施行加熱,亦可不施行加熱。
當將液晶側基板施行加熱的情況,該液晶側基板的溫度最好設定為強介電性液晶呈現等向性相或向列相的溫度,尤以設定為強介電性液晶呈現等向性相的溫度為佳。具體的溫度係依照強介電性液晶的種類而異,可適當選擇。另外,液晶側基板的溫度上限係設定為不致有強介電性液晶劣化威脅的溫度。通常,介電性液晶的溫度係設定在向列相-等向性相轉移溫度附近,或者較向列相-等向性相轉移溫度高出5℃~10℃。
當將液晶側基板施行加熱的情況,在液晶側基板上所塗佈的強介電性液晶係在塗佈之同時便開始流動。
另一方面,當強介電性液晶的塗佈方法係使用塗裝法、印刷法的情況,最好不要將液晶側基板加熱。理由在於,若將液晶側基板加熱,所塗佈的強介電性液晶溶液中之溶劑會揮發,恐導致強介電性液晶的配向出現凌亂。
強介電性液晶溶液中所使用的溶劑,在能將上述強介電性液晶等溶解或分散的前提下,其餘並無特別的限制,可使用諸如二氯甲烷、氯仿、甲苯、二甲苯、四氫呋喃、丙酮、甲乙酮、醋酸乙酯等。該等溶劑係可單獨使用,亦可混合使用2種以上。
再者,強介電性液晶溶液中的強介電性液晶濃度係配合塗佈方法、所需膜厚等而適當選擇。
本發明中,只要相對於上述第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致垂直或大致平行地直線狀塗佈強介電性液晶便可,其中,當已直線狀塗佈的強介電性液晶在第1配向膜上流動時,最好依在呈流動的強介電性液晶彼此接觸之界面處不致發生配向凌亂的間隔,將強介電性液晶塗佈呈複數條直線狀。當強介電性液晶依等向性相狀態在第1配向膜上流動時,若強介電性液晶的流動距離過長或強介電性液晶濕潤擴散面積過大,恐有在呈流動的強介電性液晶彼此接觸之界面處發生配向凌亂的情形。
再者,最好將強介電性液晶規則性的塗佈呈複數條直線狀,尤以將強介電性液晶依等間隔塗佈呈複數條直線狀為佳。理由在於,若強介電性液晶的塗佈位置呈無秩序,在液晶側基板與對向基板間恐發生強介電性液晶未填充的部分。
具體而言,最好依3mm以下的間隔將強介電性液晶塗佈呈複數條直線狀。上述間隔係依強介電性液晶的種類、塗佈方法等而異,最好在0.5mm~2mm範圍內。理由在於,藉由依此種間隔將強介電性液晶塗佈呈複數條直線狀,可有效地抑制在呈流動的強介電性液晶彼此接觸之界面處發生配向凌亂情形。
強介電性液晶的塗佈方法只要能相對於上述第1配向膜形成步驟中的配向處理方向大致垂直或大致平行地直線狀塗佈強介電性液晶,且可塗佈能封入之既定量的方法便可,其餘並無特別的限制。其中,最好係當直線狀塗佈的強介電性液晶在第1配向膜上流動時,可依呈流動的強介電性液晶彼此接觸之界面不致發生配向凌亂的間隔將強介電性液晶塗佈呈複數條直線狀的方法。
此種塗佈方法係可舉例如噴墨法、點膠塗佈法等吐出法;棒塗法、狹縫式模具塗佈法等塗裝法;橡膠版輪轉印刷法、照相凹版印刷法、平版印刷法、網版印刷法等印刷法等。其中,最好為吐出法,特別以噴墨法為佳。理由在於,藉由使用噴墨法,便可將強介電性液晶依連點狀且既定間隔直線狀塗佈,縮短流動距離的方式,將強介電性液晶施行塗佈,因而可有效地抑制經塗佈後呈流動的強介電性液晶彼此接觸之界面處發生配向凌亂情形。此外,最好為網版印刷法。理由在於,藉由使用網版印刷法,便可如同噴墨法,將強介電性液晶依既定間隔直線狀塗佈,俾可依縮短流動距離的方式而將強介電性液晶施行塗佈,可有效地抑制經塗佈後呈流動的強介電性液晶彼此接觸之界面處發生配向凌亂情形。
當使用噴墨法的情況,所吐出強介電性液晶的液滴量最好每1次吐出1pl(微微升,picoliter)~1000pl範圍內,尤以2pl~200pl範圍內為佳,更以10pl~100pl範圍內為佳。若液滴量多於上述範圍,因為強介電性液晶的流動距離拉長,濕潤擴散面積變大,因而恐發生配向凌亂情形。此外,若液滴量少於上述範圍,強介電性液晶塗佈所需要的時間變為非常長。另外,習知在基板上吐出強介電性液晶的情況,所吐出強介電性液晶的液滴量係每1次吐出10ng左右,因而得知上述範圍係屬於較少的液滴量。
再者,強介電性液晶的塗佈位置係只要依能將強介電性液晶封入的既定量施行塗佈便可,其餘並無特別的限制。
4.基板貼合步驟
本發明的基板貼合步驟係將上述已塗佈強介電性液晶的液晶側基板與上述對向基板,依使上述第1配向膜形成步驟中的配向處理方向與上述第2配向膜形成步驟中的配向處理方向呈大致平行之方式對向而貼合。
在將液晶側基板與對向基板進行貼合之前,係在液晶側基板或對向基板中至少任一者的周緣處施行密封劑塗佈。如圖5所例示,通常密封劑6係依包圍強介電性液晶5所塗佈區域外周的方式,施行框狀塗佈。此外,如圖8(a)與(b)所例示,當設置框狀隔間壁8b的情況,係依包圍框狀隔間壁8b外周的方式將密封劑6施行塗佈。
再者,當將密封劑對液晶側基板施行塗佈的情況,可將密封劑塗佈於第1基材上,亦可塗佈於第1配向膜上。當在第1基材上施行密封劑塗佈時,可提高液晶側基板與對向基板的密接性。當將密封劑塗佈於第1基材上的情況,係依在第1基材周緣處不致形成第1配向膜的方式,將第1配向膜形成圖案狀。另一方面,當將密封劑在對向基板上施行塗佈時,可將密封劑塗佈於第2基材上,亦可塗佈於第2配向膜上。
密封劑與柱狀間隙子或直線狀隔間壁之間的關係,可塗佈於已形成柱狀間隙子、直線狀隔間壁的基板上,亦可塗佈於未形成柱狀間隙子、直線狀隔間壁的基板上,亦可二者基板上均施行塗佈。此外,密封劑與強介電性液晶間之關係,係可對已塗佈強介電性液晶的液晶側基板施行塗佈,亦可對未形成強介電性液晶的對向基板施行塗佈,亦可對二者基板均施行塗佈。不管何種情況,當將液晶側基板與對向基板重疊時,係依密封劑包圍著強介電性液晶所塗佈區域外周的方式,將密封劑施行塗佈。
再者,當將密封劑塗佈於液晶側基板上的情況,可在對液晶側基板施行強介電性液晶塗佈前便將密封劑施行塗佈,亦可在對液晶側基板施行強介電性液晶塗佈後才將密封劑施行塗佈。
密封劑係可使用一般液晶顯示元件所採用的密封劑,例如熱硬化性樹脂與紫外線硬化性樹脂。
密封劑的塗佈方法只要屬於能在既定位置處施行密封劑塗佈的方法便可,其餘並無特別的限制,可舉例如點膠塗佈法、網版印刷法等。
依此將密封劑施行塗佈後,將液晶側基板與對向基板重疊。當將液晶側基板與對向基板重疊之際,依第1配向膜形成步驟中的配向處理方向與第2配向膜形成步驟中的配向處理方向呈大致平行之方式,使液晶側基板與對向基板呈相對向。
再者,當將液晶側基板與對向基板重疊之際,係對液晶側基板與對向基板施行加熱。液晶側基板與對向基板的溫度,最好設定為強介電性液晶呈現等向性相或向列相的溫度,其中,最好設定為強介電性液晶呈現等向性相的溫度。具體的溫度係因強介電性液晶的種類而異,可適當選擇。另外,液晶側基板與對向基板的溫度上限,係設定為不致有強介電性液晶劣化威脅的溫度。通常,強介電性液晶的溫度係設定在向列相-等向性相轉移溫度附近,或者較向列相-等向性相轉移溫度高出5℃~10℃。
再者,最好依強介電性液晶的黏度在30mPa.s以下(尤以10mPa.s~20mPa.s範圍內為佳)的方式,將液晶側基板與對向基板施行加熱。理由在於,若強介電性液晶的黏度過高,強介電性液晶便不易在第1配向膜上流動。
當在第1配向膜上將強介電性液晶經溶劑稀釋過之強介電性液晶溶液利用印刷法施行塗佈的情況,在上述液晶側基板加熱時,可將溶劑去除。
再者,當將液晶側基板與對向基板重疊之際,最好將處理室內施行排氣,俾將液晶側基板與對向基板間充分減壓。藉此,可防止液晶單元內殘留空隙。
依此使液晶側基板與對向基板呈相對向之後,在減壓下,使液晶側基板與對向基板重疊,並依使單元間隙呈均勻的方式施加一定的壓力。然後,藉由將處理室內返回常壓,再對液晶側基板與對向基板間更進一步施加壓力。藉此,可使單元間隙更加均勻。依此的話,將液晶側基板與對向基板隔著密封劑進行壓接。
在將液晶側基板與對向基板重疊後,使密封劑硬化,將液晶側基板與對向基板貼合。
密封劑的硬化方法係依照所使用的密封劑種類而異,可舉例如照射紫外線的方法、加熱的方法等。此時,通常在保持著將液晶側基板與對向基板重疊時的壓力狀態下使密封劑硬化。
在將液晶側基板與對向基板貼合後,使在液晶側基板與對向基板間所封入的強介電性液晶進行配向。具體而言,將強介電性液晶形成對掌性層列C(SmC )相狀態。如上述,液晶側基板與對向基板係被加熱至既定溫度,藉此,強介電性液晶便被加溫而形成例如向列相或等向性相狀態,因而藉由將該強介電性液晶冷卻,便可形成SmC 相狀態。
當將經加溫過的強介電性液晶進行冷卻之際,通常係將強介電性液晶逐漸冷卻至室溫。
再者,當在強介電性液晶中添加聚合性單體的情況,係使強介電性液晶進行配向後,才使聚合性單體進行聚合。聚合性單體的聚合方法,係配合聚合性單體的種類而適當選擇,例如當聚合性單體係使用紫外線硬化性樹脂單體的情況,係可利用紫外線照射使聚合性單體產生聚合。
再者,當使聚合性單體產生聚合之際,可對由強介電性液晶所構成的液晶層施加電壓,亦可未施加電壓,其中最好依未對液晶層施加電壓的狀態,使聚合性單體產生聚合。
由強介電性液晶所構成的液晶層厚度,最好設定在1.2 μm~3.0 μm範圍內,尤以1.3 μm~2.5 μm為佳,更以1.4 μm~2.0 μm範圍內為佳。若液晶層的厚度過薄,會有對比降低的顧慮,反之,若液晶層厚度過厚,會有強介電性液晶不易配向的可能性。上述液晶層的厚度係可利用柱狀間隙子、直線狀隔間壁、框狀隔間壁等進行調整。
5.液晶顯示元件之驅動方法
由本發明所獲得之液晶顯示元件的驅動方法,係可利用強介電性液晶的高速應答性,因而適用於將1像素施行時間分割,俾獲得良好動畫顯示特性之特別需要高速應答性的色序方式。
再者,液晶顯示元件的驅動方法並不僅侷限於色序方式,亦可為使用著色層施行彩色顯示的彩色濾光方式。
再者,液晶顯示元件的驅動方法,最好為使用薄膜電晶體(TFT)的主動矩陣式。理由在於,藉由採用使用TFT的主動矩陣式,因為可將目標像素確實地進行亮燈、熄燈,因而可形成高品質的顯示器。
圖11所示係使用TFT的主動矩陣式液晶顯示元件一例。圖11所例示的液晶顯示元件係具備有:在第1基材2上配置TFT元件21的TFT基板(液晶側基板)1、以及在第2基材12上形成共通電極(第2電極層)13與第2配向膜14的共通電極基板(對向基板)11。在TFT基板(液晶側基板)1中形成閘極22x、源極22y及像素電極(第1電極層)3。閘極22x與源極22y分別縱橫排列,藉由對閘極22x與源極22y施加信號,而使TFT元件21產生動作,可將強介電性液晶驅動。閘極22x與源極22y的交叉部分係利用未圖示的絕緣層進行絕緣,俾使閘極22x的信號、與源極22y的信號可獨立產生動作。由閘極22x與源極22y所包圍的部分,係屬於驅動液晶顯示元件最小單位的像素,在各像素中至少形成1以上的TFT元件21與像素電極(第1電極層)3。然後,藉由依序對閘極與源極施加信號電壓,便可使各像素的TFT元件產生動作。另外,圖11中省略圖示液晶層與第1配向膜。
上述例中,液晶側基板係TFT基板,對向基板係共通電極基板,惟並不僅侷限於此,亦可液晶側基板為共通電極基板,對向基板為TFT基板。
再者,液晶顯示元件的驅動方法亦可為區段方式。
另外,本發明並不僅侷限於上述實施形態。上述實施形態僅為例示而已,舉凡與本發明申請專利範圍所記載的技術思想具實質相同構造,並達相同作用效果者,均涵蓋於本發明技術範圍中。
[實施例]
以下,例示實施例與比較例,針對本發明更進一步進行詳細說明。
[實施例1]
首先,將已形成ITO電極的玻璃基板充分洗淨,並在該玻璃基板上,將透明光阻(商品名:NN780,JSR公司製)施行旋塗,經減壓乾燥,在90℃下施行3分鐘的預烘烤。接著,依100mJ/cm2 的紫外線施行光罩曝光,並利用無機鹼溶液施行顯影,再於230℃下施行30分鐘的後烘烤。藉此,形成高度1.5 μm的柱狀間隙子。
其次,在上述已形成柱狀間隙子的基板上,將光二聚化型材料(商品名:ROP-103,Rolic Technology公司製)的2質量%環戊酮溶液,依旋轉數1500rpm施行15秒鐘旋塗,經在130℃下施行10分鐘乾燥後,將直線偏光紫外線於25℃下依約100mJ/cm2 施行照射,施行配向處理。然後,在使用光二聚化型材料的光配向膜上,將聚合性液晶材料(商品名:ROF-5101,Rolic Technology公司製)的2質量%環戊酮溶液施行旋塗,經在55℃下施行3分鐘乾燥後,利用無偏光紫外線於55℃下依1000mJ/cm2 施行曝光。藉此獲得液晶側基板。
其次,將已形成ITO電極的玻璃基板充分洗淨,再於該玻璃基板上,將光二聚化型材料(商品名:ROP-102,Rolic Technology公司製)的2質量%環戊酮溶液,依旋轉數1500rpm施行15秒鐘旋塗,再於130℃下施行15分鐘乾燥後,利用直線偏光紫外線於25℃下依約100mJ/cm2 施行照射,而施行配向處理。藉此,獲得對向基板。
其次,將液晶側基板設置於經設定為室溫(23℃)的單軸平台上,一邊將其依約60mm/秒的速率進行移動,一邊使用噴墨裝置(Dimatix公司製SE-128),依約3600Hz頻率,將強介電性液晶(AZ Electronic Materials公司製,商品名:R2301)依等向性相狀態吐出1秒鐘,依1mm間隔將強介電性液晶塗佈呈複數條直線狀。此時,強介電性液晶塗佈方向(直線狀塗佈圖案的直線方向)係相對於上述配向處理方向設定為0°、5°、10°、30°、45°、60°、80°、85°、90°。
其次,在該液晶側基板周緣處將紫外線加熱硬化型密封劑(協立化學產業股份有限公司製,商品名:WORLD ROCK 718)使用框膠塗佈機施行塗佈。
其次,將在真空處理室內所配置的加熱板加熱至110℃,再於該加熱板上放置已塗佈強介電性液晶的液晶側基板。接著,將對向基板利用經加熱至110℃的吸附板進行吸附,而使液晶側基板與對向基板分別依各自配向膜的配向處理方向呈平行之方式相對向。接著,在依將二基板間充分減壓的方式而對真空處理室施行排氣狀態下,使二基板密接,經施加一定壓力後,再使真空處理室內回復至常壓。接著,將依紫外線1J/cm2 照射而使紫外線硬化型密封劑硬化,將二基板接合。接著,藉由使液晶單元逐漸冷卻至室溫,使強介電性液晶進行配向。藉此製作9種液晶顯示元件。
將該等液晶顯示元件配置於正交偏光配置的偏光板之間,經觀察的結果,確認到相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向,強介電性液晶塗佈方向為0°、5°、85°、90°的液晶顯示元件,屬於均勻單一區域配向的單一穩定性強介電性液晶。
此處將層法線方向相同區域的面積佔總面積的比例達80%以上之情況,視為「均勻單一區域配向的單一穩定性強介電性液晶」。
上述相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向之強介電性液晶塗佈方向為0°、5°、85°、90°的液晶顯示元件,層法線方向相同區域的佔有面積分別為95%、90%、91%、97%。
另一方面,相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向,強介電性液晶塗佈方向為10°、80°的液晶顯示元件,僅部份出現雙區域配向。該液晶顯示元件中,層法線方向相同區域的佔有面積分別為68%、67%。
再者,相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向,強介電性液晶塗佈方向為30°、45°、60°的液晶顯示元件,確認到雙區域配向。該等液晶顯示元件中,層法線方向相同區域的佔有面積均在55%以下。
[比較例1]
首先,將已形成ITO電極的2片玻璃基板充分洗淨,並在該等玻璃基板上,分別將光二聚化型材料(商品名:ROP-103,Rolic Technology公司製)的2質量%環戊酮溶液,依旋轉數1500rpm施行15秒鐘旋塗,並在130℃下施行15分鐘乾燥後,再將直線偏光紫外線於25℃下施行約100mJ/cm2 照射而進行配向處理。
其次,使用電磁控制式點膠塗佈,並調整為1滴重量約0.15mg的狀態,在其中一基板上,依10mm間隔,將強介電性液晶(AZ Electronic Materials公司製,商品名:R2301)點狀吐出。
其次,在該液晶側基板周緣處,將紫外線加熱硬化型密封劑(協立化學產業股份有限公司製,商品名:WORLD ROCK 718)使用框膠塗佈機施行塗佈。
其次,將在真空處理室內所配置的加熱板加熱至110℃,並在該加熱板上放置已塗佈強介電性液晶的液晶側基板。接著,將另一基板利用經加熱至110℃的吸附板進行吸附,使二基板分別依各自配向膜的配向處理方向呈平行之方式相對向。接著,在依將二基板間充分減壓的方式而對真空處理室施行排氣狀態下,使二基板密接,經施加一定壓力後,再使真空處理室內回復至常壓。接著,將依紫外線1J/cm2 照射而使紫外線硬化型密封劑硬化,將二基板接合。接著,藉由使液晶單元逐漸冷卻至室溫,使強介電性液晶進行配向。
將所獲得的液晶顯示元件配置於正交偏光配置的偏光板之間,經觀察的結果,再經吐出後呈流動的強介電性液晶彼此接觸之界面處將觀察到紋斑。
[實施例2]
將已形成ITO電極的玻璃基板充分洗淨,並在該玻璃基板上,將透明光阻(商品名:NN780,JSR公司製)施行旋塗,經減壓乾燥,在90℃下施行3分鐘的預烘烤。接著,依100mJ/cm2 的紫外線施行光罩曝光,並利用無機鹼溶液施行顯影,再於230℃下施行30分鐘的後烘烤。藉此,形成高度1.5 μm、間距3.0mm的直線狀隔間壁。
其次,在上述已形成直線狀隔間壁的基板上,將光二聚化型材料(商品名:ROP-103,Rolic Technology公司製)的2質量%環戊酮溶液,依旋轉數1500rpm施行15秒鐘旋塗,經在130℃下施行10分鐘乾燥後,將直線偏光紫外線施行約100mJ/cm2 照射,施行配向處理。然後,在使用光二聚化型材料的光配向膜上,將聚合性液晶材料(商品名:ROF-5101,Rolic Technology公司製)的2質量%環戊酮溶液施行旋塗,經在55℃下施行3分鐘乾燥後,利用無偏光紫外線於55℃下依1000mJ/cm2 施行曝光。藉此便獲得液晶側基板。
其次,將已形成ITO電極的玻璃基板充分洗淨,再於該玻璃基板上,將光二聚化型材料(商品名:ROP-102,Rolic Technology公司製)的2質量%環戊酮溶液,依旋轉數1500rpm施行15秒鐘旋塗,再於130℃下施行15分鐘乾燥後,利用直線偏光紫外線於25℃下依約100mJ/cm2 施行照射,施行配向處理。此時,配向處理方向係相對於上述直線狀隔間壁的長度方向設定為0°、5°、10°、30°、45°、60°、80°、85°、90°。藉此,獲得對向基板。
其次,將液晶側基板設置於經設定為室溫(23℃)的單軸平台上,一邊將其依約60mm/秒的速率進行移動,一邊使用噴墨裝置(Dimatix公司製SE-128),依約3600Hz頻率,將強介電性液晶(AZ Electronic Materials公司製,商品名:R2301)依等向性相狀態吐出1秒鐘,依1.0mm間隔將強介電性液晶塗佈呈複數條直線狀。此時,強介電性液晶塗佈方向(直線狀塗佈圖案的直線方向)係相對於上述配向處理方向設定為0°、5°、10°、30°、45°、60°、80°、85°、90°,且,相對於上述直線狀隔間壁的長度方向設定為0°。
其次,在該液晶側基板周緣處,將紫外線加熱硬化型密封劑(協立化學產業股份有限公司製,商品名:WORLD ROCK 718)使用框膠塗佈機施行塗佈。
其次,將在真空處理室內所配置的加熱板加熱至110℃,再於該加熱板上,放置已塗佈強介電性液晶的液晶側基板。接著,將對向基板利用經加熱至110℃的吸附板進行吸附,而使液晶側基板與對向基板分別依各自配向膜的配向處理方向呈平行之方式相對向。接著,在依將二基板間充分減壓的方式而對真空處理室施行排氣狀態下,使二基板密接,經施加一定壓力後,再使真空處理室內回復至常壓。接著,將依紫外線1J/cm2 照射而使紫外線硬化型密封劑硬化,將二基板接合。接著,藉由使液晶單元逐漸冷卻至室溫,使強介電性液晶進行配向。藉此製作9種液晶顯示元件。
將該等液晶顯示元件配置於正交偏光配置的偏光板之間,經觀察的結果,確認到相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向之強介電性液晶塗佈方向為0°、5°、85°、90°的液晶顯示元件,屬於均勻單一區域配向的單一穩定性強介電性液晶。
在此,如同實施例1,將層法線方向相同區域的面積佔總面積的比例達80%以上之情況,視為「均勻單一區域配向的單一穩定性強介電性液晶」。
上述相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向之強介電性液晶塗佈方向為0°、5°、85°、90°的液晶顯示元件,層法線方向相同區域的佔有面積分別為95%、87%、90%、94%。
另一方面,相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向之強介電性液晶塗佈方向為10°、80°的液晶顯示元件,僅部份出現雙區域配向。該液晶顯示元件中,層法線方向相同區域的佔有面積分別為67%、68%。
再者,相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向,強介電性液晶塗佈方向為30°、45°、60°的液晶顯示元件,確認到雙區域配向。該等液晶顯示元件中,層法線方向相同區域的佔有面積均在55%以下。
[實施例3]
除在實施例2中,改為依0.5mm間隔將強介電性液晶塗佈呈複數條直線狀之以外,其餘均如同實施例2般,製作9種液晶顯示元件。
將該等液晶顯示元件配置於正交偏光配置的偏光板之間,經觀察的結果,確認到相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向之強介電性液晶塗佈方向為0°、5°、85°、90°的液晶顯示元件,係屬於均勻單一區域配向的單一穩定性強介電性液晶。
在此,如同實施例1,將層法線方向相同區域的面積佔總面積的比例達80%以上之情況,視為「均勻單一區域配向的單一穩定性強介電性液晶」。
上述相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向之強介電性液晶塗佈方向為0°、5°、85°、90°的液晶顯示元件,層法線方向相同區域的佔有面積分別為95%、85%、87%、93%。
另一方面,相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向之強介電性液晶塗佈方向為10°、80°的液晶顯示元件,僅部份出現雙區域配向。該液晶顯示元件中,層法線方向相同區域的佔有面積分別為67%、65%。
再者,相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向之強介電性液晶塗佈方向為30°、45°、60°的液晶顯示元件,確認到雙區域配向。該等液晶顯示元件中,層法線方向相同區域的佔有面積均在55%以下。
[實施例4]
如同實施例2般,在已形成ITO電極的玻璃基板上形成直線狀隔間壁。
其次,在上述已形成直線狀隔間壁的基板上,將聚醯亞胺膜(商品名:SE610,日產化學工業公司製),依旋轉數1000rpm施行15秒鐘旋塗,經在100℃下施行15分鐘乾燥後,再於200℃下施行1小時燒成,並施行摩擦處理。然後,在該已施行摩擦處理過的配向膜上,將聚合性液晶材料(商品名:ROF-5101,Rolic Technology公司製)的2質量%環戊酮溶液施行旋塗,再於55℃下施行3分鐘乾燥後,將無偏光紫外線於55℃下施行1000mJ/cm2 曝光。藉此獲得液晶側基板。
其次,將已形成ITO電極的玻璃基板充分洗淨,在該玻璃基板上,將聚醯亞胺膜(商品名:SE610,日產化學工業公司製)的溶液,依旋轉數1000rpm施行15秒鐘旋塗,再於100℃下施行15分鐘乾燥後,於200℃下施行1小時燒成,並施行摩擦處理。此時,配向處理方向係相對於上述直線狀隔間壁的長度方向設定為0°、5°、10°、30°、45°、60°、80°、85°、90°。藉此獲得對向基板。
其次,如同實施例2般,製作9種液晶顯示元件。
將該等液晶顯示元件配置於正交偏光配置的偏光板之間,經觀察的結果,確認到相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向之強介電性液晶塗佈方向為0°、5°、85°、90°的液晶顯示元件,係屬於均勻單一區域配向的單一穩定性強介電性液晶。
在此,如同實施例1,將層法線方向相同區域的面積佔總面積的比例達80%以上之情況,視為「均勻單一區域配向的單一穩定性強介電性液晶」。
上述相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向之強介電性液晶塗佈方向為0°、5°、85°、90°的液晶顯示元件,層法線方向相同區域的佔有面積分別為90%、85%、88%、92%。
另一方面,相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向之強介電性液晶塗佈方向為10°、80°的液晶顯示元件,僅部份出現雙區域配向。該液晶顯示元件中,層法線方向相同區域的佔有面積分別為65%、67%。
再者,相對於第1配向膜形成步驟中的配向處理方向之強介電性液晶塗佈方向為30°、45°、60°的液晶顯示元件,確認到雙區域配向。該等液晶顯示元件中,層法線方向相同區域的佔有面積均在55%以下。
1...液晶側基板
2...第1基材
3...第1電極層
4...第1配向膜
5...強介電性液晶
6...密封劑
8a...隔間壁
8b...框狀隔間壁
11...對向基板
12...第2基材
13...第2電極層
14...第1配向膜形成用層(第2配向膜)
15...液晶分子
17a、17b...偏光板
21...TFT元件(直線偏光紫外線)
22...既定壓力
22x...閘極
22y...源極
d...第1配向膜形成步驟中的配向處理方向
m...隔間壁的長度方向
n...強介電性液晶塗佈方向
z...層法線
圖1為依本發明液晶顯示元件之製造方法所獲得之液晶顯示元件一例的概略剖視圖。
圖2為因強介電性液晶所具有之相系列差異而造成的配向差異圖。
圖3為屬於強介電性液晶配向缺陷的雙區域照片。
圖4(a)至(f)為本發明液晶顯示元件之製造方法一例的步驟圖。
圖5為第1配向膜形成步驟中的配向處理方向與強介電性液晶之塗佈方向圖。
圖6(a)及(b)為強介電性液晶的塗佈方法圖。
圖7為第1配向膜形成步驟中的配向處理方向與強介電性液晶塗佈方向圖。
圖8(a)及(b)為第1配向膜形成步驟中的配向處理方向與強介電性液晶塗佈方向圖。
圖9(a)至(c)為液晶分子的行為示意圖。
圖10為強介電性液晶對施加電壓的穿透率變化圖。
圖11為依照本發明的液晶顯示元件之製造方法所獲得之液晶顯示元件一例的概略立體示意圖。
2...第1基材
5...強介電性液晶
6...密封劑

Claims (9)

  1. 一種液晶顯示元件之製造方法,其特徵為包括:液晶側基板調製步驟,其係具有在已形成第1電極層的第1基材上形成第1配向膜形成用層,並對上述第1配向膜形成用層施行配向處理而形成第1配向膜的第1配向膜形成步驟,係調製在上述第1基材上依序積層上述第1電極層與上述第1配向膜的液晶側基板;對向基板調製步驟,其係具有在已形成第2電極層的第2基材上形成第2配向膜形成用層,並對上述第2配向膜形成用層施行配向處理而形成第2配向膜的第2配向膜形成步驟,係調製在上述第2基材上依序積層上述第2電極層與上述第2配向膜的對向基板;液晶塗佈步驟,其係在上述液晶側基板的第1配向膜上,相對於上述第1配向膜形成步驟中的配向處理方向,大致垂直或大致平行地直線狀塗佈強介電性液晶;以及基板貼合步驟,其係將上述已塗佈強介電性液晶的液晶側基板與上述對向基板,依上述第1配向膜形成步驟中的配向處理方向與上述第2配向膜形成步驟中的配向處理方向呈大致平行之方式,使該等對向並貼合。
  2. 如申請專利範圍第1項之液晶顯示元件之製造方法,其中,上述液晶塗佈步驟中,在上述第1配向膜上塗佈上述強介電性液晶之前,將上述強介電性液晶加溫至顯示向列相或等向性相的溫度;上述強介電性液晶的塗佈方法係吐出法。
  3. 如申請專利範圍第2項之液晶顯示元件之製造方法,其中,上述吐出法係噴墨法。
  4. 如申請專利範圍第1項之液晶顯示元件之製造方法,其中,上述強介電性液晶的塗佈方法係網版印刷法。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之液晶顯示元件之製造方法,其中,上述第1配向膜形成步驟係在已形成上述第1電極層的第1基材上,形成反應性液晶用配向膜形成用層,並對上述反應性液晶用配向膜形成用層施行上述配向處理而形成反應性液晶用配向膜後,於上述反應性液晶用配向膜上形成將反應性液晶固定化而構成的固定化液晶層之步驟;上述第1配向膜係將上述反應性液晶用配向膜與上述固定化液晶層施行積層而形成。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之液晶顯示元件之製造方法,其中,上述配向處理係光配向處理。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之液晶顯示元件之製造方法,其中,上述配向處理係摩擦處理。
  8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之液晶顯示元件之製造方法,其中,上述第1配向膜的構成材料與上述第2配向膜的構成材料,係具有互異之組成。
  9. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之液晶顯示元件之製造方法,其中,上述液晶側基板調製步驟中,係在上述第1配向膜形成步驟前,施行在上述第1基材上形成複數直線狀隔間壁的直線狀隔間壁形成步驟;在上述第1配向膜形成步驟中,相對於上述直線狀隔間壁的長度方向,大致垂直或大致平行地施行上述配向處理;在上述液晶塗佈步驟中,於相鄰接的上述直線狀隔間壁間,相對於上述直線狀隔間壁的長度方向,大致平行地將上述強介電性液晶塗佈為複數條之直線狀。
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