JPH09211468A - 液晶表示素子の製造方法および液晶表示素子 - Google Patents
液晶表示素子の製造方法および液晶表示素子Info
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Abstract
配向を有する液晶表示素子の製造方法に関し、垂直配向
に簡単にプレチルト角を付与することのできる液晶表示
素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 紫外線に感応し、液晶分子を平均的に表
面に対して垂直に配向させる性質を有する垂直配向材料
の膜を基板表面に形成する工程と、前記垂直配向材料の
膜に、その面法線から傾いた方向から紫外線を照射する
工程とを有する。
Description
および液晶表示素子に関し、特に垂直配向から一方向に
少し傾いたプレチルト配向を有する液晶表示素子の製造
方法および液晶表示素子に関する。
誘電異方性を有する液晶分子を基板に垂直に配向させる
垂直(ホメオトロピック)配向がある。基板間に電圧を
印加すると液晶分子は基板に平行な方向に向かって傾
く。
向が不定となり易い。基板の面内方向が総て等価となっ
てしまうためである。そこで、電圧を印加しない状態
で、液晶分子を基板法線方向から基板面内の一方向に向
けて少し傾ける(プレチルトさせる)配向が提案されて
いる。液晶分子が基板法線に対して一定の方向にプレチ
ルト角を持てば、電圧印加時に液晶分子の傾く方向が定
まる。
一定のプレチルト角を与える方法として、以下のような
方法が知られている。
のポリイミド(たとえば日産化学工業製 SE−121
1)やシランカップリング系垂直配向材料(たとえばチ
ッソ製 DMOAP)等の垂直配向膜を形成する。その
後、垂直配向膜表面をレーヨン布等で一方向にラビング
する。
表面Sに当初垂直に形成されたCH鎖CHがラビングに
より一方向にわずかに傾く。液晶分子MLは、CH鎖の
傾く方向に従って、そのディレクタdを傾ける。基板法
線nと液晶分子のディレクタdの作る角度をプレチルト
角θP と呼ぶ。
面にSiO等の斜方蒸着膜等を形成し、斜め構造を有す
る下地Uを作る。この下地Uの上に上述と同様の垂直配
向膜Pを形成する。この場合、下地Uの表面が斜め構造
を有し、垂直配向膜Pの表面も下地Uにならって斜め構
造を有する。垂直配向膜P上のCH鎖は垂直配向膜Pの
表面Sに垂直であるが、基板表面に対しては傾くことに
なる。したがって、ラビングは不要となる。
ビングのムラによりプレチルト角にムラが生じやすい。
また、ラビングにより細かな筋状のムラが生じ易い。こ
のようなムラは、液晶素子のオン状態(電圧印加状態)
において表示ムラとして視認されてしまう。液晶表示素
子の画質を著しく損なうことにもなりやすい。
配向を提供できる。しかし、製造工程は複雑になる。S
iO等の斜方蒸着を行うには、真空系を用いなければな
らず、コストアップやスループットの低下を招く。大型
基板に斜方蒸着を行う場合、基板の各位置と蒸着源との
間の相対関係が変化すると、プレチルト角のムラが生じ
てしまう。これを避けようとすると装置はさらに大型
化、複雑化してしまう。
ルト角を付与することのできる液晶表示素子の製造方法
を提供することである。
ば、紫外線に感応し、液晶分子を平均的に表面に対して
垂直に配向させる性質を有する垂直配向材料の膜を基板
表面に形成する工程と、前記垂直配向材料の膜に、その
面法線から傾いた方向から紫外線を照射する工程とを有
する液晶表示素子の製造方法が提供される。
め方向から紫外線を照射すると、基板法線方向から傾い
た方向に一定の指向性を持った配向膜が得られる。たと
えば、垂直配向膜は表面にCH鎖を有し、CH鎖の平均
方向は基板法線方向に向いている。ただし、個々のCH
鎖の方向はばらつきがあり、基板面に平行な面内であら
ゆる方向を向いていると考えられる。この垂直配向膜に
斜め方向から紫外線を照射すると、CH鎖が紫外線を吸
収し、分解もしくは切断される。紫外線の吸収は、垂直
配向膜のCH鎖の方向と、紫外線の照射方向に依存す
る。紫外線の電気ベクトルの方向がCH鎖の方向と一致
する時に最も強い吸収が生じると考えられる。すると、
紫外線照射後の垂直配向膜においては、ある方向のCH
鎖が分解もしくは切断され、残ったCH鎖の平均方向は
基板法線方向から傾くことになる。
施例を説明する。図1(A)に示すように、ガラス基板
等の透明基板10の表面上に、平行ストライプ状電極1
1等の液晶分子駆動構造を形成し、その上を垂直配向膜
12で覆う。単純マトリクス型液晶表示素子の場合は、
コモン電極を有する基板とセグメント電極を有する基板
を形成する。アクティブマトリクス型液晶表示素子の場
合は、1つのコモン電極を有する基板とアクティブマト
リクス回路を有する基板を形成する。垂直配向膜12
は、その表面に液晶分子を垂直に配向させる配向構造を
有するものであり、紫外線に感応する性質を有する。
の法線方向(基板10の法線方向)から傾いた斜め方向
から紫外線14を照射する。紫外線14は、自然光でも
よいが、好ましくは垂直配向膜12の法線と照射方向を
含む面内で振動する電気ベクトルを有する直線偏光、ま
たはこの面内に長軸方向を有する楕円偏光である。
5度〜85度の範囲内の角度傾いた方向である。好まし
くは、照射方向の法線方向からの傾き角度は約30度〜
約70度の範囲内の角度である。この傾き角度は一定範
囲内で大きくなるほど得られるプレチルト角は大きくな
るようである。
気ベクトルは照射方向に直交する面内に存在する。この
面に垂直な方向(入射方向)には電気ベクトル成分は存
在しない。従って、完全な非偏光(自然光)であって
も、斜め入射さえすれば垂直配向膜に異方性を与え、プ
レチルト角を付与できると考えられる。好ましくは、入
射紫外線の電気ベクトルは基板法線と照射方向を含む面
内により多くの成分を有する。このような偏光を用いれ
ば、主鎖を含む下地の配向方向をさらに制御できる。
は、垂直配向膜内のことであり、垂直配向膜に入射した
後の紫外線を考察する必要がある。非偏光の自然光を用
いても、斜め方向から入射すれば、垂直配向膜表面で反
射されるP波成分とS波成分には差があり、配向膜内で
は異方性を有することになる。
応性を示す波長である必要があるが、一般的には400
nm以下であればよく、好ましくは180nmから36
0nmの範囲内の波長である。
にプレチルト角が与えられることが判った。図1(C)
に示すように、プレチルト角θP の向きは、基板に垂直
な法線方向nと照射方向INを含む平面内にあり、法線
方向nから照射方向INに傾くことが判った。プレチル
ト角θP は、入射方向INと一致はしていない。
EP は、上述の基板法線nと入射方向INを含む面内に
存在する時にプレチルト角付与の効果が大きい。楕円偏
光の場合には、この面内に長軸方向が存在し、かつ楕円
率の高い楕円偏光である時に、プレチルト角付与の効果
が大きい。
り、プレチルトが付与される原理は、以下のように考え
ることができよう。図2(A)に示すように、垂直配向
膜12の表面Sには、種々の方向に向かったCH鎖が存
在する。CH鎖の平均方向は、基板表面Sに垂直な法線
方向と一致する。この状態で、垂直配向膜12と液晶分
子が接すると、液晶分子はCH鎖の方向に従って配向さ
れ、液晶分子の垂直配向が実現される。CH鎖は種々の
方向に向いているが、平均的には基板法線方向に向い
て、液晶分子は全体として基板法線方向に配向すること
になる。
線14を入射したとする。この紫外線の偏光方向は、基
板法線と照射方向を含む面内にある。種々の方向を向い
ているCH鎖が感じる入射紫外線の強度は、CH鎖の方
向に沿う電気ベクトルEP の成分である。したがって、
電気ベクトルEP と平行なCH鎖は最も大きな影響を受
け、照射方向と平行なCH鎖はほとんど影響を受けな
い。
同一もしくは小さな角度関係にあるCH鎖は紫外線を吸
収し、分解もしくは切断され易い。図中、紫外線の影響
を受けにくいCH鎖に○印を付し、紫外線の影響を受け
やすいCH鎖に×印を付して示した。
の表面状態を示す。図2(A)に示すCH鎖のうち、×
印を付したものが分解もしくは切断されている。残った
CH鎖は、その平均として基板法線方向から紫外線照射
方向に向かって傾くことになる。したがって、この配向
膜12と液晶分子が接すると、液晶分子はCH鎖の平均
配向方向に配向されるであろう。
が側鎖として主鎖にくっついているものでは、側鎖は上
述のような原理で傾くが、同時に主鎖にも何らかの異方
性が与えられる可能性がある。この場合は、プレチルト
角が付く方向、すなわち、基板に垂直で照射方向を含む
平面と、基板面の光線の方向に異方性が付き、側鎖がな
い場合にはその方向に液晶分子を配向させることが好ま
しい。配向膜の分子構造、照射波長等をこのように選択
することが望ましい。
SE−1211)を透明電極を有するガラス基板上に
スピナーで塗布し、200℃で1時間焼成した。焼成後
の膜厚は60nmであった。
54nm付近に輝線スペクトルを持つ直線偏光紫外光を
基板法線に対し、45度の方向から15秒間照射した。
この時の照射強度を紫外線照度計(オーク製作所製)を
用い、254nm用のディテクタを取り付けて測定した
ところ、2.3mW/cm2 であった。
反平行になるように、直径5.5μmの球形スペーサを
介して重ね合わせ、空セルを作製した。
液晶(チッソ製 EN−37)を液晶が等方性になる温
度(110℃)で毛細管現象を利用して注入した。
印加したところ、基板法線と紫外線照射方向を含む面内
で法線から離れる方向に液晶分子が均一に倒れることを
確認した。このことは、この方向に均一なプレチルト角
が付与できたことを意味する。クリスタルローテーショ
ン法でプレチルト角を測定したところ、約0.5度の測
定値が得られた。
秒、120秒、240秒に変化させた。照射時間を、例
1よりも長くしたこれらの液晶セルにおいても、例1と
同様な均一プレチルト配向が得られた。偏光顕微鏡を用
いて詳しく調べたところ、照射時間が長いほど液晶が倒
れ始める時の均一性が良さそうであることが判った。こ
れは、プレチルト角の均一性が向上することを示してい
る。
と60秒照射の液晶セルを作製した。この結果、約0.
5度の均一なプレチルト角が得られた。
SE−1211)を透明電極を有するガラス基板上に
スピナーにて塗布し、200℃で1時間焼成した。焼成
後の膜厚は60nmであった。
nm付近に輝線スペクトルを持つ直線偏光紫外光を基板
法線に対し45度の方向から60秒間照射した。照射強
度を紫外線照度計(オーク製作所製)を用い、310n
m用のディテクタを取り付けて測定したところ、9.2
mW/cm2 であった。
向が反平行になるように、直径5.5μmの球形スペー
サを介して重ね合わせ、空セルを作製した。この空セル
に誘電率異方性が負の液晶(チッソ製 EN−37)を
液晶が等方性になる温度(110℃)で毛細管現象を利
用して注入した。
印加したところ、基板法線と紫外線照射方向を含む面内
で基板法線から離れる方向に液晶分子が均一に倒れるこ
とを確認した。このことは、この方向に均一なプレチル
ト角が付与できたことを意味する。クリスタルローテー
ション法でプレチルト角を測定したところ、約0.4度
の測定値が得られた。
40秒と変化させた。結果、例2と同様な均一プレチル
ト配向が得られた。偏光顕微鏡を用いて詳しく調べたと
ころ、照射時間が長いほど液晶が倒れ始める時の均一性
(プレチルト角の均一性)が良さそうであること、およ
び例1の波長254nmを用いたときよりも均一性が悪
いことが判った。この原因は、波長による主鎖の液晶分
子配向方向に関係したものであると考えられる。
レチルト角は付くようであるが、均一性が悪く、実用化
は難しいものと思われた。 〔例3〕:
(チッソ製 DMOAP)を透明電極を有するガラス基
板上にディップ法で塗布し、100℃で1時間焼成し
た。
m付近に輝線スペクトルを持つ直線偏光紫外光を基板法
線に対し、45度の方向から15秒間照射した。この時
の照射強度を紫外線照度計(オーク製作所製)を用い、
254nm用のディテクタを取り付けて測定したとこ
ろ、2.3mW/cm2 であった。
照射方向が反平行になるように、直径5.5μmの球形
スペーサを介して重ね合わせ、空セルを作製した。この
空セルに誘電率異方性が負の液晶(チッソ製 EM−3
7)を液晶が等方性になる温度(110℃)で毛細管現
象を利用して注入した。
印加したところ、基板法線と紫外線照射方向を含む面内
で基板法線から離れる方向に均一に液晶分子が倒れるこ
とを確認した。このことは、この方向に均一なプレチル
ト角が付与できたことを意味る。クリスタルローテーシ
ョン法でプレチルト角を測定したところ、約0.5度の
測定値が得られた。
秒と変化させた。結果、例3と同様な均一プレチルト配
向が得られた。偏光顕微鏡を用いて詳しく調べたとこ
ろ、照射時間が長いほど液晶が倒れ始める時の均一性
(プレチルト角の均一性)が良さそうであることが判っ
た。さらに、120秒と240秒の照射を行った液晶セ
ルを製作した。プレチルト配向はするが、60秒以下の
ものに比べ、かえって均一性が悪化した。
入射光の電気ベクトル成分は、入射方向には存在せず、
入射方向に対し、垂直な面内にのみ存在するため、垂直
配向膜に異方性を与えることができる。
SE−1211)を透明電極を有するガラス基板上に
スピナーで塗布し、200℃で1時間焼成した。焼成後
の膜厚は60nmであった。
54nm付近に輝線スペクトルを持つ直線偏光紫外光を
基板法線に対し、45度の方向から15秒間照射した。
この時の照射強度を紫外線照度計(オーク製作所製)を
用い、254nm用のディテクタを取り付けて測定した
ところ、7.8mW/cm2 であった。
反平行になるように、直径5.5μmの球形スペーサを
介して重ね合わせ、空セルを作製した。
液晶(チッソ製 EN−37)を液晶が等方性になる温
度(110℃)で毛細管現象を利用して注入した。
印加したところ、基板法線と紫外線照射方向を含む面内
で法線から離れる方向に液晶分子が均一に倒れることを
確認した。このことは、この方向に均一なプレチルト角
が付与できたことを意味する。クリスタルローテーショ
ン法でプレチルト角を測定したところ、0.3度の測定
値が得られた。ただし、電圧を印加した時の液晶分子の
倒れかたは、偏光を用いた時に比べ、不均一であった。
ることにより、均一なプレチルト角を得ることができ
る。プレチルト角は小さくても、液晶が均一に倒れるよ
うになり、良好な液晶表示素子を得ることができる。
方入射を行えば、所望のパターンに一定のプレチルト角
を与えることが可能となる。複数のマスクを用い、紫外
線照射方向の異なる領域を1枚の基板上に作製すれば、
複数の配向方向を有するマルチドメイン型液晶表示装置
が作製できる。
的なパターンを有する2枚のマスクを用い、紫外線照射
方向を矢印に示すように、基板面内方向に関し90度回
転させて照射する。図中、斜線を付した領域は遮光領域
である。2枚のマスクを用いることにより、プレチルト
角が基板面内方向で90度異なる領域を作製することが
できる。
ード状にこのような配向方向の異なる領域が作製され
る。個々の配向領域をミクロドメインとした時、2つ、
4つ等のミクロドメイン領域等によって1つの画素を作
製するようにすれば、視野角の広い液晶表示素子が実現
できる。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
プレチルト配向を与えることが可能である。
を示す概略断面図およびプレチルト角を説明するための
概略斜視図である。
れる原理を説明するための概略断面図である。
工程を示す概略平面図である。
る方法を説明するための概略断面図である。
54nm付近に輝線スペクトルを持つ自然光を基板法線
に対し、45度の方向から15秒間照射した。この時の
照射強度を紫外線照度計(オーク製作所製)を用い、2
54nm用のディテクタを取り付けて測定したところ、
7.8mW/cm2 であった。
印加したところ、基板法線と紫外線照射方向を含む面内
で法線から離れる方向に液晶分子が均一に倒れることを
確認した。このことは、この方向に均一なプレチルト角
が付与できたことを意味する。クリスタルローテーショ
ン法でプレチルト角を測定したところ、0.3度の測定
値が得られた。
Claims (9)
- 【請求項1】 紫外線に感応し、液晶分子を平均的に表
面に対して垂直に配向させる性質を有する垂直配向材料
の膜を基板表面に形成する工程と、 前記垂直配向材料の膜に、その面法線から傾いた方向か
ら紫外線を照射する工程とを有する液晶表示素子の製造
方法。 - 【請求項2】 前記紫外線を照射する工程が、自然光の
紫外線を照射する請求項1記載の液晶表示素子の製造方
法。 - 【請求項3】 前記紫外線を照射する工程が、直線偏光
もしくは楕円偏光した紫外線を照射する請求項1記載の
液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項4】 前記直線偏光の電気ベクトル方向もしく
は前記楕円偏光の電気ベクトルの長軸方向が、基板表面
に垂直で紫外線照射方向を含む平面に沿っている請求項
3記載の液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項5】 前記垂直配向材料がポリイミド系である
請求項1〜4のいずれかに記載の液晶表示素子の製造方
法。 - 【請求項6】 前記垂直配向材料がシランカップリング
系である請求項1〜4のいずれかに記載の液晶表示素子
の製造方法。 - 【請求項7】 前記ポリイミド系の垂直配向材料が側鎖
タイプである請求項5記載の液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項8】 前記面法線から傾いた方向が、面法線か
ら5度から85度の範囲内である請求項1〜7のいずれ
かに記載の液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項9】 一対の基板間に液晶層を挟み、表示画面
内に多数のミクロドメインが形成され、各ミクロドメイ
ン内では液晶分子が基板法線から所定のプレチルト角傾
いたほぼ垂直配向の配向を示し、プレチルト角の傾く基
板面内方向がミクロドメインにより異なる液晶表示素
子。
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