JP2641389B2 - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子の製造方法
に関し、特に配向膜や配向処理が不要な液晶表示素子の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示ディスプレイ等に使用される液
晶表示素子いわゆる液晶セルは、液晶の特定な分子配列
を電界等の外部からの作用によって別の異なる分子配列
に状態変化させて、その間の光学的特性の変化を視覚的
な変化として表示に利用している。液晶分子をある特定
の配列状態にするために液晶をはさむガラス基板の表面
には配向処理を行うのが普通である。

【０００３】従来のツイストネマチック（ＴＮ）形液晶
セルなどでは、配向処理として、液晶を挟むガラス基板
を綿布のようなもので一方向に擦るいわゆるラビング法
が採用されている。ガラス基板表面にポリイミド膜等の
配向膜が形成される場合は、その配向膜表面をラビング
する。

【０００４】ラビングの方向はたとえば上下の基板間で
ラビング方向が互いに直交するように行う。液晶セルが
ネガ表示の場合にはセルを挟んで平行ニコル配置の偏光
板をその偏光軸がどちらか一方のラビング方向と平行に
なるように配置し、またポジ表示の場合には、直交ニコ
ル配置の偏光板をその偏光軸が基板のラビング方向と平
行になるように配置する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなラビングで
配向処理をすると、液晶分子の配向方向が一様なため
に、コントラスト特性が画面を見る方向（視角）によっ
て変わる。その場合、観測者から画面を見たときの表示
が見やすい角度が特定の角度範囲に制限される視角特性
が生じる。

【０００６】したがって、このような液晶セルはある方
向からは見えやすく、別の方向からは見えにくいといっ
た視角依存性を持つことになる。このような視角依存性
をもつ液晶セルを表示装置として利用した場合には、表
示画面に対してある角度ではコントラストが極端に低下
し、甚だしい場合には表示の明暗が反転してしまう。

【０００７】そのような視角特性を持つのは、ラビング
によって液晶分子にプレチルトが生じるからである。液
晶分子がプレチルトを持つ方向は、ラビングするベクト
ル方向に一致する。液晶セルに電圧が印加されると、液
晶分子はプレチルトしている方向に立ち上がってくるた
めに、その方向から観測した場合に、旋光性が解消され
やすくなる。したがってベクトルの終端方向が一番見や
すくなる。

【０００８】さらに、ラビングする際には、摩擦による
静電気が発生して配向膜に絶縁破壊が起きたり、その部
分の配向不良によって表示不良の原因となる場合があ
る。また、アクティブ駆動方式を採用する液晶セルで、
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）などの駆動素子や配線が表
面に形成された基板をラビングする場合には、ラビング
による静電気によって素子や配線が破壊されるという場
合がある。

【０００９】さらに、配向膜形成時やラビング時に微小
なゴミが大量に発生し、そのゴミが静電気によって基板
に付着し、それが液晶セルのギャップ不良や黒点や白点
といった表示不良の原因となる場合がある。

【００１０】この問題を解決するために、本願出願人に
よる特許出願である特願平４−２３６６５２号等では、
ラビング処理のような積極的な配向構造を持たない液晶
セルの構造を提案している。これら先願の方法では、セ
ルの基板間のギャップと液晶のカイラルピッチとを特定
の関係となるように選択し、液晶の熱光学効果を利用し
て配向をさせている。

【００１１】つまり、液晶の液晶相−等方相間の相転移
温度以上に液晶材料を加熱して等方性の液体にした状態
つまり等方相でセルに注入し、その後徐冷して液晶状態
つまり液晶相に相転移させて配向させる。それにより、
微小な配向領域すなわちミクロドメインを多数ランダム
に形成する。偏光板の配置は、ポジ表示の場合には直交
ニコル配置、ネガ表示の場合には平行ニコル配置とす
る。基板面内にはラビング方向のような基準方向がない
ことから視角特性が均一となる。

【００１２】この先願の方法では、たとえ配向膜は形成
されても配向構造形成のためのラビング処理が不要とな
るか、あるいはラビング処理を静電気やゴミの影響の比
較的少ない基板側のみに行うことができる。

【００１３】この先願の発明の実施例において、例えば
液晶分子の配向方向が上下基板間で９０°ツイスト（捩
じれ）している、いわゆるツイスト角が９０°のツイス
トネマチック液晶表示素子（ＴＮ−ＬＣＤ）を製造する
場合、液晶セルの厚さｄと、液晶のカイラルピッチｐの
関係がｄ／ｐ＝Φ／３６０°＝０．２５となるように調
整している。なお、ΦはＴＮ−液晶セルのツイスト角
（９０°）である。

【００１４】つまり、液晶セルのツイスト角Φとセル厚
ｄとによって規定されるカイラルピッチｐを持った液晶
を使用することによりツイスト角９０°のＴＮ−ＬＣＤ
を得ている。具体的にはネマチック液晶に調整された量
のカイラル剤を添加して上記の関係を満たす所望のカイ
ラルピッチｐを得ることが開示されている。

【００１５】特願平４−２３６６５２号に開示の液晶表
示素子の方法によると、液晶セルへの液晶材料の注入
は、ネマティック液晶相（Ｎ）から等方相（Ｉ）への相
転移温度であるＮ−Ｉ転移点以上の高温の等方相で行
い、注入後に常温まで徐冷して液晶相としている。

【００１６】ところで、液晶セルへの液晶材料の注入を
上記先願の等方相ではなく、従来の技術のように常温の
液晶相のままで行った場合には、注入時の液晶の流れに
そった流動パターンが基板面に残る。

【００１７】流動パターンは液晶の流れ模様が縞状に残
ったものであり、目に見える大きな表示欠陥となる。こ
の流動パターンは、一旦形成されてしまうと消えにくい
性質を持ち、熱処理などによっても容易に消し去ること
はできない。この現象をメモリ効果とも呼ぶ。

【００１８】メモリ効果が生じる原因は未だ良く判って
いない。配向膜に液晶分子が一旦吸着すると、基板との
界面の分子は熱振動などによっても容易に動かなくなり
Ｎ−Ｉ転移点以上に加熱しても界面の分子は溶けず、そ
のために初期配向がいつまでも残るのであろうと考えら
れる。この配向膜と液晶分子をつなぐ力はファンデルワ
ールス力であろうと思われる。

【００１９】また、上記の先願のように等方相で液晶材
料をセルに注入する場合には、セルを高温に加熱する必
要がある。なぜなら、常温（室温２５℃近傍）下で使用
する液晶表示装置では、動作温度範囲ではネマティック
相もしくはスメクティック相の液晶相でなければならな
い。従って、等方相となるＮ−Ｉ点以上の温度は常温よ
りもかなり高温（例えば、９０℃以上）に調整されてい
るからである。そのような高温度で液晶をセルに注入す
る場合には高温に起因する様々な問題がある。

【００２０】さらに、通常の液晶注入方法としては真空
注入が広く行われている。これは真空槽内において、所
定真空度に排気したセルに液晶材料を注入口から充填す
る方法である。真空注入法の問題としては、真空中に液
晶成分が蒸発し易く、特に高温になっている場合にその
傾向が強くなる。従って、真空注入法で先願の等方相に
よる液晶注入をすると液晶中の成分が蒸発し、所望組成
の液晶を注入することが困難になる。

【００２１】高温真空注入では、高温に伴い、チャンバ
内壁や治具等からガスが生じ、高真空化に時間がかか
る。セル厚を均一に保ったまま注入及び冷却しなければ
ならないため、特願平４−３４７７０１号に記載の方法
のようにプレス等を行なう必要がある等の点で生産効率
が低いという欠点があった。通常の真空注入に必要な時
間と高温プレス注入および冷却にかかる時間とでは、事
実上２倍から５倍程度の違いがある。

【００２２】一方、毛細管現象を利用した液晶注入を行
えば、所望組成の液晶を注入することができるが、この
方法では液晶セル内に気泡が残り易い。特に、ＴＦＴを
形成したような表面に凹凸のある基板のセルの場合や、
表示画面の大きなセルに注入を行う場合に気泡が残り易
い傾向がある。この気泡が残った部分はやはり表示欠陥
となる。

【００２３】本発明の目的は、先願の特願平４−２３６
６５２号に開示の液晶表示素子のような積極的な配向構
造を必要としない液晶表示素子であって、しかも高温注
入時の問題をなくして低温度で液晶を注入でき、しかも
液晶相で液晶を注入しても流動パターンをなくすことの
可能な液晶表示素子の製造方法を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示素
子の製造方法は、積極的配向処理をしない表面を有する
一対の基板を、該表面同士が対向するように所定間隔で
対向配置してセルを形成する工程と、前記セルの前記基
板間に液晶材料を注入する工程と、前記液晶材料が注入
された前記セルに、前記液晶材料と前記基板との界面に
おける液晶分子と前記基板表面との結合作用を減少さ
せ、前記界面における液晶分子の自由な運動を可能とす
るエネルギを与える工程と、前記界面における液晶分子
の配列方向が基板面内方向に関して巨視的にはほぼあら
ゆる方向に分布するように、前記液晶分子を配向させる
工程とを有する。

【００２５】

【作用】マルチドメインが形成されるように膜を形成し
た基板間に液晶材料を注入し、液晶材料と基板との界面
における液晶分子と膜相互の結合作用を減少させ、液晶
分子の自由な運動を可能とする程度のエネルギを与える
と、界面上の液晶分子と界面との結合が解けてメモリ効
果がなくなる。それによりセルの流動パターンを消失さ
せる。

【００２６】

【実施例】本発明の実施例の製造方法の具体例を図１を
参照して以下に説明する。但し表示素子の駆動素子とし
て基板上に形成されるＴＦＴやＩＴＯ電極などは図示を
省略してある。

【００２７】まず、ガラス転移点が３００℃程度の一般
的なアクティブマトリックス用ポリイミド材料を用い
て、ポリイミド膜を印刷により膜厚約６００オングスト
ロームでＩＴＯ電極等が形成されたガラス基板１の上に
形成し、配向膜２とする。

【００２８】なお、この基板の製造方法は先願の特願平
４−２３６６５２号に記載のプロセスがそのまま利用で
きる。すなわち、積極的配向処理、たとえばラビングは
行なわない。

【００２９】この配向膜２を形成したガラス基板１を２
枚用意し、両者を対向配置して５μｍのギャップ間隔に
なるように調整して張り合わせて空セル３を作成する
（図１（Ａ））。

【００３０】この空セル３に真空注入法によりカイラル
ネマティック液晶材料４を室温（２５℃）でネマティッ
ク相状態で注入する。たとえば、９０°ツイストの配向
を得るために液晶材料４（フッソ混合系、Ｎ−Ｉ転移点
９８℃）はセルのギャップをｄとし、液晶のカイラルピ
ッチをｐとした場合に、ｄ／ｐ＝１／４となるようにカ
イラル剤を含ませて調整されている（図１（Ｂ））。

【００３１】液晶材料４がセル３内に完全に充填された
後、セル３の液晶注入口（図示せず）を封止する。この
状態では注入時の流動配向による流動パターンが欠陥と
して目視で観測できる。

【００３２】次に、セル３をヒータのような加熱装置５
で界面における液晶分子も自由な運動が可能となる温度
まで加熱する。加熱は、例えば１５０℃で２時間行う。
加熱温度は、界面においても液晶分子の自由な運動を可
能とするため、液晶相−等方相間の相転移温度を越える
温度であるが、配向膜の化学的性質を変えず、液晶の熱
分解温度を越えない所定温度以下とする。すなわち、配
向膜の化学的性質を変えず、かつ液晶分子と配向膜２２
との結合力を減少させ、液晶分子の自由な運動を可能と
する程度の熱エネルギを与えるような温度が選択され
る。

【００３３】配向膜の化学的性質を変化させて流動パタ
ーンを消滅させる場合と比較すると、制御が容易で安定
な結果を得易い特徴がある。この加熱で界面の液晶分子
は配向膜界面との物理的あるいは化学的結合から解かれ
メモリ効果によるポリイミド膜２上の流動パターンは消
失する。また、ここで加熱温度が液晶のＮ−Ｉ転移点以
上であるために、液晶材料４は等方性状態となる（図１
（Ｃ））。

【００３４】その後、セル３を徐々に冷却して液晶材料
４を等方性から液晶相に相転移させて配向しマルチドメ
インを形成する（図１（Ｄ））。以上説明した実施例の
方法により実際に液晶表示素子を製造した結果、流動性
パターンによる欠陥は目視できず、しかも顕微鏡下でみ
ると先願の発明のようなランダムな配向のマルチドメイ
ン構造が形成されていた。

【００３５】また、電気光学特性的には先願の発明のも
のとほとんど同じであるが、再配向させているため、や
や極角方向のアンカリングエネルギが弱い傾向が見ら
れ、先願に比べ閾値Ｖthがわずかに低い、立ち下がり時
間（Ｔｄ）がやや遅いという傾向が見られた。この傾向
は配向膜や加熱条件により異なる。

【００３６】実際に、実施例による液晶表示装置と従来
例（特願平４−３４７７０１号）による液晶表示装置を
作成してその特性を測定した。結果を、図２と〔表１〕
に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】図２において、実施例では、Ｖthが０〜
０．２Ｖの低下を示し、〔表１〕のレスポンス特性は立
ち上がり時間Ｔｒが±２ｍｓでほぼ同じ立ち下がり時間
Ｔｄが０〜０．７ｍｓ遅い結果であった。

【００３９】上記の実施例においては、メモリ効果をな
くすためにセルを加熱して液晶分子に熱エネルギを与
え、界面との相互結合作用を減少させたが、この熱エネ
ルギを与える方法以外に、基板表面と液晶分子との結合
作用を減少させ、液晶分子の自由な運動を可能とするよ
うに作用する光を液晶材料に照射したり、このように作
用する超音波振動をセルに加えたりすることによって液
晶分子にエネルギを付与しても同じような効果が得られ
るであろう。

【００４０】また、９０°ツイストネマティック液晶の
配向膜としてポリイミド膜を用いた場合だけでなく、そ
れ以外の条件においても本発明は有効である。さらに、
実施例では一対の基板の両方に配向膜を形成したが、一
方の基板のみに配向膜を形成した場合でも同様な効果が
得られる。

【００４１】以上、先願の特願平４−２３６６５２号に
記載の技術に関連して説明したが、本発明は積極的配向
処理を行わない液晶セル作製の全ての方法に対して有効
である。

【００４２】以上の説明における材料や数値はあくまで
も例示であって、本発明は説明した実施例のものに限る
ものではなく、以上の開示に基づいて当業者であれば様
々な改良や変更が可能であることは言うまでもない。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、等方相で液晶材料を注
入する必要はなく、低温度の液晶相で液晶を注入できる
ので高温にまつわる問題がなくなるのはもちろんのこ
と、セルを加熱して流動パターンを消失させることがで
きるので表示欠陥のない高品質な表示素子が得られる。

【００４４】高温真空注入や毛細管現象を利用した液晶
注入法を用いる必要がないので、一般的な真空注入法で
注入できるため、通常用いられている装置での製作が可
能である。

【００４５】本発明の効果は、特に基板表面に凹凸があ
るものや、大画面ディスプレイを作製する場合に有効で
ある。さらに、先願の特願平４−２３６６５２号に記載
の発明と同様に、ラビングが不要であることにより、以
下のような効果が得られる。

【００４６】静電気による素子や配線の破壊が起きず、
ゴミの発生や付着による表示不良を低減することができ
る。さらに、ラビング処理あるいは積極的配向処理の工
程が不要で、製造コストの低減が可能となる。

【００４７】さらに、視角特性が全方位にわたってほぼ
均一であり観測者の特定の位置によってコントラストが
低下するといった不便が減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による液晶表示セルの製造工程
を説明する図である。

【図２】本発明の実施例による液晶表示セルの特性を従
来技術と比較して示すグラフである。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ ポリイミド膜 ３ 液晶セル ４ 液晶材料 ５ 加熱装置

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−194655（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−119327（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開589264（ＥＰ，Ａ)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積極的配向処理をしない表面を有する一
   対の基板を、該表面同士が対向するように所定間隔で対
   向配置してセルを形成する工程と、 前記セルの前記基板間に液晶材料を注入する工程と、 前記液晶材料が注入された前記セルに、前記液晶材料と
   前記基板との界面における液晶分子と前記基板表面との
   結合作用を減少させ、前記界面における液晶分子の自由
   な運動を可能とするエネルギを与える工程と、前記界面における液晶分子の配列方向が基板面内方向に
   関して巨視的にはほぼあらゆる方向に分布するように、
   前記液晶分子を配向させる工程とを有する液晶表示素子
   の製造方法。
2. 【請求項２】 前記液晶材料を注入する工程において、
   前記液晶材料は液晶相の状態で注入される請求項１記載
   の液晶表示素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記液晶材料を加熱することにより前記
   エネルギを与え、前記加熱温度は前記液晶分子の熱分解
   温度以下の温度であることを特徴とする請求項２記載の
   液晶表示素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記液晶材料の加熱により前記液晶材料
   を基板との界面においても等方性にし、前記加熱の後、
   前記セルを徐冷して前記液晶分子を配向させることを特
   徴とする請求項３記載の液晶表示素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前記液晶材料がカイラルネマティック液
   晶を含み、前記加熱温度が前記カイラルネマティック液
   晶の液晶相−等方相間の相転移温度以上である請求項４
   記載の液晶表示素子の製造方法。
6. 【請求項６】 前記液晶材料に光を照射して前記エネル
   ギを与えることを特徴とする請求項２記載の液晶表示素
   子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記液晶材料に超音波振動を加えて前記
   エネルギを与えることを特徴とする請求項２記載の液晶
   表示素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記基板の少なくとも一方が表面にポリ
   イミド膜を有する請求項１〜７のいずれかに記載の液晶
   表示素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記ポリイミド膜は前記エネルギを与え
   る工程と前記注入工程とで化学的性質を変化させない請
   求項８記載の液晶表示素子の製造方法。