JP3906878B2

JP3906878B2 - 液晶素子の製造方法

Info

Publication number: JP3906878B2
Application number: JP298198A
Authority: JP
Inventors: 誠地崎; 敬一仁藤; 浩一川角
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-01-09
Filing date: 1998-01-09
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2018-01-09
Also published as: JPH11202335A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子配向膜を有する液晶素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子において、液晶を一方向に所定のチルト角で配向させるために、現在一般的に用いられている技術は、基板表面に高分子材料を製膜してから、その表面をレーヨンなどの布で一方向に擦るラビング方法である。その他に、水面に単分子膜を形成し、その膜を基板に移しとることにより、配向膜の機能をなすラングミュア・ブロジェット方法（ＬＢ法）や、ＳｉＯ₂やＡｕ、Ａｌ等をガラス基板に対して斜めに蒸着することにより、液晶を配向させる方法がある。
【０００３】
ところが、ＬＢ法では、製膜に大幅に時間を費やすことが避けられないし、配向規制力も十分でない。蒸着法では、装置が大がかりであり、配向膜の作製に多くのエネルギーを消費することになるし、時間もラビング法に比べて大幅に費やすことになる。そこで、ラビング法が液晶配向技術として現在、主として用いられている。
【０００４】
しかし、ラビング法では、配向膜表面を直接布が接触して擦るために、配向膜表面に静電気が生じて、ほこりを付着したり、パネルとして組んだ時に液晶中のイオンを吸着したりして、液晶表示素子の品質に悪影響を与える。また、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子を備える液晶表示素子にラビング法を適用すると、摩擦により生じる静電気がＴＦＴを破壊して歩留りを下げる要因ともなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで昨今、このラビング法に変わる液晶配向技術として、偏光した紫外線を有機物に照射して、液晶を配向させる光配向技術が開発されている（特開平９−５７４７号公報等）。
【０００６】
しかし、大面積で、紫外線領域波長の光源から偏光度の高い偏光を得るのは、容易ではない。たとえば、天然の方解石を用いるグランテーラープリズムは、偏光度は高いが、大面積化は不可能である。また、誘電体多層膜を用いる偏光素子は、偏光可能な波長範囲が限定されるし、また、蒸着法で製膜されるために、大面積で均一な多層膜を得ることは困難である。もともと直線偏光であるレーザーを用いる場合でも、大面積を配向処理するには、レーザー光もしくは基板をスキャンするプロセスが必要になる。
【０００７】
本発明の目的は、大面積でも偏光度の十分に高い偏光を用いて液晶配向性の良好な高分子液晶配向膜を作製できる、液晶素子の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、互いに対向した複数の基板の対向面上に、電極及び液晶配向膜がこの順にそれぞれ形成され、前記対向面間に液晶が封入されている液晶素子を製造する方法において、
互いに所定の間隙を置いて配置された複数の透光板からなる偏光素子を前記基板の前記電極上の高分子膜に対向させ、
前記複数の透光板のうち、一方の透光板の側からブリュースター角若しくはほぼブリュースター角で光を入射させ、他方の透光板の側から偏光された出射光を得、
この出射光を前記高分子膜に照射して液晶配向膜を形成し、
この液晶配向膜付きの基板の複数個を、その配向処理方向が前記対向面で反平行となるように対向配置させ、
この状態で前記液晶の封入を行う
ことを特徴とする、液晶素子の製造方法に係るものである。
【００１４】
本発明の液晶素子の製造方法によれば、複数の透光板を互いに所定の間隙で以て配置し、一方の透光板の側からブリュースター角若しくはほぼブリュースター角で光を入射させ、他方の透光板の側から偏光された出射光を得ているので、入射光の透過及び反射を複数の透光板によって繰り返す間に目的とする偏光成分の割合を増加させることができる。従って、入射光を効率良く偏光させることができ、大面積であっても十分な偏光度の出射光を得ることができ、これによって、この偏光出射光の照射によって大面積の高分子膜を液晶配向に十分な状態となるように処理することが可能となる。
そして、この偏光処理された液晶配向膜付きの基板の複数個を、その配向処理方向が基板対向面で反平行となるように対向配置させ、この状態で液晶の封入を行うので、複数の基板間で液晶分子を一方向に均一なプレティルト角で高秩序に配向させることができる。
【００１５】
このように液晶の配向を十分に制御できることにより、大面積において、特には２００ｎｍ程度から４００ｎｍ程度の広い紫外線波長領域の紫外線に偏光をかけ、配向膜材料に照射することが可能となる。また、特に後記の如くに、石英板間のスペーサが石英板間の距離を一定に保つために、高い偏光度の紫外線を配向膜材料に照射することが可能となる。石英板は紫外線をほとんど吸収しないので、透過率が大きく、偏光による照射強度の損失が理想的な５０％に近い。これらの特性により、液晶配向処理の紫外線偏光装置として、この偏光素子を用いることにより、短時間で液晶配向に必要な照射エネルギーが得ることができ、液晶の配向秩序も高くできる。
【００１６】
そして、上記の照射処理で得られた高分子配向膜は、ラビング処理を施さずに、液晶分子を一方向に、均一なプレティルト角で配向させることが可能となる。これにより、ラビング処理で問題となる、静電気の発生、ＴＦＴ破壊が防止され、歩留りが向上して生産性が向上することは勿論である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の液晶素子の製造方法においては、前記複数の透光板の間にスペーサを設け、前記間隙を少なくとも光入射領域及び光出射領域において一定若しくはほぼ一定に保持することが望ましい。
【００１８】
また、紫外線を透過する石英板、特に人工石英板の複数個を平行若しくはほぼ平行に配置し、前記光として無偏光の紫外線を入射させ、紫外線の直線偏光を得ることが望ましい。
【００１９】
また、互いに所定の間隙を置いて配置された前記複数の透光板と、一方の透光板の側からブリュースター角若しくはほぼブリュースター角で光を入射させる光源とを有し、他方の透光板の側から偏光された出射光を得るように装置を構成するのがよい。
【００２０】
次に、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００２１】
まず、本実施の形態において特徴となる紫外線の偏光方法及びその装置（又は偏光素子）を説明する。
【００２２】
紫外線の偏光の原理は、光の性質の一つであるブリュースターの法則を用いるものである。ブリュースター角で光入射させる材料は、紫外線でも透過する人工石英板を用いる。
【００２３】
この石英板にブリュースター角の分だけ傾けて紫外線を入射すると、Ｓ波は反射されて、Ｐ波は透過するので、無偏光の紫外線を入射させて偏光を取り出すことが可能となる。ブリュースター角は、次式で得ることができる。ここで、ｉがブリュースター角で、ｎが媒質の屈折率である。
tanｉ＝ｎ・・・・・（式１）
【００２４】
人工石英の屈折率は、２３７ｎｍで１．５１であり、４０４ｎｍで１．４７であるから、式（１）からブリュースター角は５５．７度〜５６．５度である。よって、紫外線領域の偏光に石英板を用いる場合には、入射角度としておよそ５６度傾斜させて紫外線を入射させるのが好ましい。
【００２５】
人工石英は、２００ｎｍ付近の紫外線領域でも屈折率の虚部が小さく、光を吸収することはないので、透過率が５０％程度の高い透過特性をもつ偏光素子を作製できる。また、偏光度を上げるためには、石英板の枚数を多くして、空気層を介して積層することが有効である。これは、複数の石英板を通過するごとに、入射光のＳ波成分をより多く反射させて透過成分を小さくし、Ｐ波のみを透過させることで、Ｐ波成分に対するＳ波成分を小さくする効果があるからである。
【００２６】
そのときに高い偏光度を得るには、石英板間の平行度を保つことが要求される。このことは、図１及び図２から、容易に理解できる。
【００２７】
一枚目の石英板８のみがブリュースター角θ₁で入射するように配置され、空気層９を介して一枚目８と対向（積層）された二枚目の石英板１０が一枚目に対して平行でない場合をまず考える。
【００２８】
図２に示すように、●で示すＳ波と───で示すＰ波を含む無偏光の紫外線１が石英板に入射すると、一枚目の石英板８では若干のＳ波（これは、より小さい●で示す：以下、同様）を含むＰ波が透過する。その透過した紫外線１Ａは、二枚目の石英板１０に入射するときには、二枚目の石英板１０が平行ではないために、入射角θ₂がブリュースター角と異なる。これによって、Ｓ波が二枚目の石英板１０を透過してしまう。また、二枚目の石英板１０の表面で反射して、一枚目の石英板８の裏側でさらに反射して二枚目の石英板１０の表面に進入する紫外線１Ｂ’を考えた場合には、その入射角θ₃もブリュースター角と異なるために、Ｓ波が透過してしまう。
【００２９】
このように、石英板１０が８に対して平行ではない場合においては、Ｓ波が透過してしまう可能性が高くなり、得られる出射紫外線１Ｃ’、１Ｄ’の偏光度が著しく小さくなってしまう。
【００３０】
これと比較して、石英板間にスペーサを配置した偏光素子の場合を考えてみる。
【００３１】
図１に示すように、二枚の石英板８、１０が同じ大きさのスペーサ４で支えられているために、その間隙が一定に（即ち、石英板８と１０が平行に）保たれる。そして、二枚目の石英板１０の表面に直接入射する紫外線１Ａも、多重反射で入射する紫外線１Ｂも、その入射角度θ₁はブリュースター角であるので、理想的にＳ波は全く透過できなくなり、得られた出射紫外線１Ｃ、１Ｄの偏光度は著しく高くなる。
【００３２】
このように、多層の石英板８、１０を平行に配置することにより、偏光度の高い紫外線偏光素子を作製できることが理解できる。
【００３３】
そこで、複数の石英板を等間隔で保持するために、石英板間に、スペーサ４を散布してから両石英板を重ね合わせ、これらの石英板を組み合わせることにより、偏光度の高い偏光素子５を作製することが可能となる。
【００３４】
この偏光素子の作製例を述べると、まず、面積１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚さ１ｍｍの石英板（例えば１０）に液晶ディスプレイ作製用の乾式スペーサ散布装置で、１０μｍ径のスペーサ４を散布する。このときの散布されるスペーサの量は、二枚の石英板を一定間隔で保持するのに最低限の散布量でよい。散布量が多いと、紫外線の透過率が低くなってしまうからである。
【００３５】
次に、石英板の周辺に、１０μｍ径のスペーサ入りの紫外線硬化樹脂をディスペンサで配置する。次に、スペーサが散布された石英板の上に、二枚目の石英板を配置し、二枚の石英板を加圧して、そのギャップを一様にしてから、紫外線を照射して接着する。このプロセスは、液晶表示素子の基板の重ね合わせ技術と同様なものである。
【００３６】
その後、次々に、石英板を積層していき、２０枚重ね終え、石英偏光素子を完成する。この偏光素子の有効面積の短辺は、１０ｃｍに５６度の余弦をかけたものであるから、およそ５．６ｃｍとなる。よって、この偏光素子は、１０ｃｍ×５．６ｃｍの面積の領域を偏光する素子となる。
【００３７】
次に、この偏光素子５と、これを用いた液晶配向制御膜の製造方法及びその装置の具体例を説明する。
【００３８】
図３に示すように、光源としては高圧水銀ランプ１１を用いる。このランプから発光する紫外線１をコリメーターレンズ２で平行光に変換する。このとき紫外線は平行光ではあるが、偏光されてはいない。この平行光の平行度が高いほど、石英板通過後の偏光度が高くなるので、理想的には完全な平行光が得られれば最も好ましい。この平行光を上記した石英板８、１０（ここでは符号３で各石英板を示す。）を一定間隔で積層した偏光素子５を通過させることにより偏光を得る。その偏光度は高く、また２００ｎｍの低波長の紫外線から４００ｎｍの高波長の紫外線を透過する。
【００３９】
従って、この範囲のバンドパスフィルタや、カットフィルタと併用することで、任意の波長の偏光紫外線のみを液晶基板７上のポリイミド等の高分子膜６に照射し、液晶配向膜を得ることができる。また、任意の波長以上の偏光紫外線を配向膜に照射することが可能である。このように、本発明に基づく石英偏光素子を用いることで、自由度の高い紫外線偏光が可能となる。
【００４０】
図４は、上記のようにして作製された液晶配向膜付きの液晶基板を用いて製造された液晶表示素子（セル）の構成例を示す。
【００４１】
この液晶表示素子によれば、透明ガラス基板７Ａ、７Ｂ（上記の７に相当）上に透明電極（例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide））２０Ａ、２０Ｂを設け、その上に、液晶配向膜としてポリイミド膜６Ａ、６Ｂ（上記の６に相当）を形成し、これらの膜を上記した方法により偏光紫外線で照射処理し、液晶配向（制御）膜とする。
【００４２】
このようにして作製した配向膜付きの基板を、その配向処理方向が対向面で反平行となるように組み、そのスペーサとして、目的ギャップ長に応じたガラスビーズ（真糸球）２１を用いる。スペーサは、透明基板の大きさにより、小さい面積の場合は周囲を接着するシール材（ＵＶ硬化型の接着材）２２中に分散させることにより、基板間のギャップを制御する。基板面積が大きい場合には、上記真糸球を基板上に散布したのち、ギャップをとり、セルの周囲に液晶の注入孔を確保して上記シール材でセル周囲を接着する。
【００４３】
その後、例えば強誘電性液晶２３を等方相温度あるいはカイラルネマチック相温度の流動性を示す状態で減圧下で注入する。液晶注入後、徐冷し、注入孔周囲のガラス基板上の液晶を除去したのち、接着剤で封止し、液晶素子２４を作製する。
【００４４】
上記した説明から明らかなように、本発明に基づく方法及び装置によれば、複数の人工石英板８、１０をスペーサ４を介して一定間隙に保持して平行に配置し、一方の石英板８の側からブリュースター角θ₁で無偏光の紫外線１を入射させ、他方の石英板１０の側から偏光された紫外線１Ｃ、１Ｄを得ているので、入射光の透過及び反射を複数の石英板によって繰り返す間に目的とする偏光成分の割合を増加させることができる。従って、入射光を効率良く偏光させることができ、大面積であっても十分な偏光度の出射光を得ることができ、この偏光出射光の照射によって大面積の高分子膜を液晶配向に十分な状態となるように処理することが可能となる。
【００４５】
このように液晶の配向を十分に制御できることにより、大面積において、特には２００ｎｍ程度から４００ｎｍ程度の広い紫外線波長領域の紫外線に偏光をかけ、配向膜材料に照射することが可能となる。また、石英板８、１０間のスペーサ４が石英板間の距離を一定に保つために、高い偏光度の紫外線を配向膜材料に照射することが可能となる。石英板は紫外線をほとんど吸収しないので、透過率が大きく、偏光による照射強度の損失が理想的な５０％に近い。これらの特性により、液晶配向処理の紫外線偏光装置として、この偏光素子を用いることにより、短時間で液晶配向に必要な照射エネルギーを得ることができ、液晶の配向秩序も高くできる。
【００４６】
以上に述べた本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可能である。
【００４７】
例えば、使用する石英板の積層数や厚み、サイズ、形状等や、スペーサの形状、サイズ、紫外線の波長、配向膜の材質等は種々変更してよいし、偏光素子又は装置のその他の構成要素についても同様に変更してよい。石英板に代えて他の透光板が使用可能である。
【００４８】
また、本発明が適用可能な液晶素子は、上述したもの（例えば、単純マトリクス方式）に限らず、ＴＦＴを用いるアクティブマトリクス方式等であってよく、いずれもラビングを要しない配向制御膜を設けることの利点を有している。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は、上述した如く、複数の透光板を互いに所定の間隙で以て配置し、一方の透光板の側からブリュースター角若しくはほぼブリュースター角で光を入射させ、他方の透光板の側から偏光された出射光を得ているので、入射光の透過及び反射を複数の透光板によって繰り返す間に目的とする偏光成分の割合を増加させることができる。従って、入射光を効率良く偏光させることができ、大面積であっても十分な偏光度の出射光を得ることができ、この偏光出射光の照射によって大面積の高分子膜を液晶配向に十分な状態となるように処理することが可能となる。
そして、この偏光処理された液晶配向膜付きの基板の複数個を、その配向処理方向が基板対向面で反平行となるように対向配置させ、この状態で液晶の封入を行うので、複数の基板間で液晶分子を一方向に均一なプレティルト角で高秩序に配向させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく偏光方法及び偏光素子を説明する概略図である。
【図２】比較の偏光素子の概略図である。
【図３】本発明に基づく液晶配向膜の製造方法及びその装置の概略図である。
【図４】本発明に基づいて製造された液晶素子の一例の概略断面図である。
【符号の説明】
１…無偏光の紫外線、１Ｃ、１Ｄ…偏光度の十分な紫外線、２…レンズ、
３…石英板、４…スペーサ、５…石英偏光素子、６…配向膜、７…基板、
８…石英板、９…空気層、１０…石英板、１１…水銀ランプ、
θ₁…入射角（ブリュースター角）

Claims

互いに対向した複数の基板の対向面上に、電極及び液晶配向膜がこの順にそれぞれ形成され、前記対向面間に液晶が封入されている液晶素子を製造する方法において、
互いに所定の間隙を置いて配置された複数の透光板からなる偏光素子を前記基板の前記電極上の高分子膜に対向させ、
前記複数の透光板のうち、一方の透光板の側からブリュースター角若しくはほぼブリュースター角で光を入射させ、他方の透光板の側から偏光された出射光を得、
この出射光を前記高分子膜に照射して液晶配向膜を形成し、
この液晶配向膜付きの基板の複数個を、その配向処理方向が前記対向面で反平行となるように対向配置させ、
この状態で前記液晶の封入を行う
ことを特徴とする、液晶素子の製造方法。
前記複数の透光板の間にスペーサを設け、前記間隙を少なくとも光入射領域及び光出射領域において一定若しくはほぼ一定に保持する、請求項１に記載した液晶素子の製造方法。
紫外線を透過する石英板の複数個を平行若しくはほぼ平行に配置し、前記光として無偏光の紫外線を入射させ、紫外線の直線偏光を得る、請求項１に記載した液晶素子の製造方法。