JPH11190850A

JPH11190850A - 液晶素子とその製造方法

Info

Publication number: JPH11190850A
Application number: JP35882397A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Watabe; 泰之渡部; Shinjiro Okada; 伸二郎岡田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】カイラルスメクチック液晶を用いた液晶素子
において、駆動電極の発熱に影響されることなく表示面
内において均一駆動表示を行う。【解決手段】それぞれにストライプ状の透明電極と補
助電極、配向膜を形成した一対の基板の一方を、温度制
御した基板ホルダーに載置した状態で、隔壁部材形成素
材を回転塗布し、膜厚分布を有する素材膜を形成し、こ
れをパターニングして、セルギャップ分布を有する液晶
素子とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、液晶表示装置や液
晶光シャッター等に用いる液晶素子に関し、特に自発分
極の作用を利用して駆動する強誘電性液晶（ＦＬＣ）や
反強誘電性液晶等カイラルスメクチック液晶を用いた液
晶素子に好適な液晶素子とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶素子の駆動方式としては様々
な方式が用いられているが、中でも構成が単純で大画面
化の容易な単純マトリクス方式が広く用いられており、
この単純マトリクス方式を好適に用いることのできる液
晶として、強誘電性液晶が挙げられる。この強誘電性液
晶分子の屈折率異方性を利用して偏光素子との組み合わ
せにより透過光線を制御する型の液晶表示素子がクラー
ク（Ｃｌａｒｋ）及びラガーウォル（Ｌａｇｅｒｗａｌ
ｌ）により提案されている（特開昭５６−１０７２１６
号公報、米国特許第４３６７９４２号明細書等）。

【０００３】上記強誘電性液晶は、一般に特定の温度領
域において、カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ^* ）ま
たはＨ相（ＳｍＨ^* ）を有し、この状態において、加え
られる電界に応答して第１の光学的安定状態と第２の光
学的安定状態のいずれかを取り、且つ電界の印加のない
時はその状態を維持する性質、即ち双安定性メモリ性を
有し、その上自発分極により反転スイッチングを行うた
め非常に速い応答速度を示す。さらに視角特性も優れて
いることから、特に高速、高精細、大画面の表示素子と
して適している。

【０００４】また、同様の液晶分子の屈折率異方性と自
発分極を利用して表示素子を構成する技術として、反強
誘電性を示す液晶が知られている。この反強誘電性液晶
は、一般に特定の温度領域において、カイラルスメクチ
ックＣＡ相（ＳｍＣＡ）を有し、この状態において無電
界時には平均的な光学的安定状態はスメクチック層法線
方向になるが、電界印加によって平均的な光学的安定状
態が層法線方向から傾く性質を有する。その上、反強誘
電性液晶の場合も自発分極と電界のカップリングによる
スイッチングを行うため、非常に速い応答速度を示し、
高速の表示素子として期待されている。

【０００５】一方、上記強誘電性液晶において良好なス
イッチング特性を得るためには、一般的に液晶層厚を、
液晶相の一つであるコレステリック相で生じる液晶分子
のらせん状態のピッチ（一般的には０．１〜数十μｍ程
度）以下にする必要がある。ここで、液晶素子を大画面
化する際、全表示領域を均一表示させるためには液晶素
子全面に渡り、均一な液晶層厚、言い換えれば液晶を挟
持している一対の基板の間隙（セルギャップ）を均一に
することの重要性が増してくる。そして、このように基
板の間隔を均一にして液晶素子の均一表示を可能にする
ために均一径のスペーサ粒子を素子内に散布する方法が
一般的になされている。

【０００６】一方、液晶素子を大画面化するに伴い、液
晶素子周辺で上下基板を保持させるだけでは液晶素子中
央付近でのギャップを均一に保つことが困難になってく
るという不具合が生じる。そこで、これを解決する方法
として、上下基板間にスペーサ粒子径以上にギャップを
広げないように上下基板に密着する粒子状接着剤を散布
し、この粒子状接着剤とスペーサ粒子を併せて使用する
ことにより、均一にギャップを保持する方法が採られて
いる。

【０００７】さらに近年は、配向性の向上、耐衝撃性の
向上を目的に、ドット状またはストライプ状の隔壁部材
を画素外に設ける構造が実用化に向けて検討されてい
る。この構造の利点は、画素内から配向欠陥の核となる
粒子状接着剤及びスペーサを排除することで、配向性の
向上、駆動信頼性の向上が得られることである。

【０００８】また、強誘電性液晶や反強誘電性液晶にこ
の構造を適用した場合には、耐衝撃性の問題と注入時及
び低温時の空隙欠陥発生の問題を同時に解決することが
できる。従来、温度変化に伴う液晶の体積収縮が原因で
起こる空隙欠陥の発生と、液晶層構造の復元力の低さが
原因の耐衝撃性の不足は、上記接着剤の弾性だけに着目
するとジレンマを生じる問題であった。しかしながら、
本発明者等の検討によって、隔壁部材と液晶の層方向を
平行にすると、液晶層を分断することで空隙欠陥の発生
を抑えながら液晶が流動しない十分な弾性を隔壁部材に
持たせられることが確認され、強誘電性液晶や反強誘電
性液晶を利用する上での問題点が解決された。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したような構成の
液晶素子において、大画面化を実現しようとする場合、
基板の間隔は記述したように粒子状接着剤とスペーサ粒
子を合わせて使用することにより均一に保持することが
できるが、駆動方法を単純マトリクス方式とすると、透
明電極だけでは液晶素子内で遅延が生じ、この遅延の影
響により液晶素子全面を均一の駆動条件で駆動すること
ができなくなる。

【００１０】そのため、従来は透明電極に隣接して補助
金属電極を配置しているが、こように補助金属電極を配
置すると、透明電極及び補助金属電極（以下、「駆動電
極」と称する）のラインに印加される駆動信号により駆
動電極が発熱し、この発熱により液晶素子内において駆
動電極の配置方向に対して温度勾配を生じるようにな
る。

【００１１】図３、図４は駆動電極の発熱により発生す
る液晶素子の表示面における温度勾配を模式的示す図で
あり、図中、３１は液晶素子、３２，３２ａ，３２ｂは
情報信号印加素子群、３３は走査信号印加素子群であ
る。

【００１２】図３に示すように、駆動信号の供給方向が
２方向の場合、図中の矢印に沿って、液晶駆動電圧供給
源である情報信号印加素子群３２、走査信号印加素子群
３３に近くなるほど高温となり、上記信号印加素子群か
ら離れる程低くなっている。また、駆動信号の供給方向
が３方向の場合、図４に示すように、図中の矢印に沿っ
て、走査信号印加素子群３３に近くなるほど高温とな
り、離れる程温度が低くなっている。

【００１３】上記のような温度勾配を持つ結果、強誘電
性液晶がユニフォームの２状態間をスイッチングする電
界強度の最小値（以下「しきい値」という）及び２状態
間をスイッチングできなくなる電界強度（以下「クロス
トーク」という）は、図３、図４の矢印で示される方向
に分布を有する。

【００１４】また、このようにしきい値及びクロストー
クが温度勾配の影響を受けると、液晶素子を表示できる
電界強度範囲（以下「駆動マージン」という）も温度勾
配の影響を受けるようになり、その結果、液晶素子内で
の液晶の駆動条件が異なるようになり、表示面全面に亘
り均一駆動表示が不可能になるという問題を生じる。

【００１５】特に、前記したような配向特性を示す強誘
電性液晶を用いた液晶素子において、液晶素子のセルギ
ャップは他の単純マトリクス方式で駆動できる液晶を用
いた液晶素子よりかなり狭いため、温度勾配はより大き
な問題点となる。

【００１６】上記問題点を解決するために、液晶に印加
される電界強度の大きさまたは液晶層厚を温度勾配に対
応して変化させるという提案がなされている。具体的な
手法としては、スペーサや粒子状接着剤の散布密度、或
いは熱ローラーによるプレス圧でセル厚分布をコントロ
ールしようとするものである。

【００１７】この中で、前述の隔壁部材を用いたセルに
適用可能な手法は、熱ローラーによるプレスであるが、
この手法はセル厚分布パターンへの対応性と、樹脂の硬
化と別工程になるために接着性、配向性に問題が有っ
た。また、熱ローラープレス自体が付加工程となる。

【００１８】本発明の目的は、要求されるセル厚分布パ
ターンに対応し、且つ十分な接着力が得られる隔壁部材
を用いた液晶素子の製造方法を提供し、駆動電極からの
発熱に影響されることなく表示面全面にわたり均一駆動
表示ができる液晶素子を提供することにある。さらに
は、高速、高精細、大画面に適した強誘電性液晶素子に
おいて、配向性、駆動信頼性、耐衝撃性、低温保存性を
付与し、安価で高性能な液晶素子を提供することにあ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、それぞ
れにストライプ状の透明電極を有する一対の基板を該透
明電極が互いに直交するように隔壁部材を介して対向配
置し、該隔壁部材で上記一対の基板を接着し、その間隙
に液晶を挟持してなり、少なくとも一方の透明電極上に
補助金属電極を備え、その４辺の少なくとも１辺に液晶
駆動電圧供給源を接続する液晶素子の製造方法であっ
て、上記一方の基板に隔壁部材形成素材を回転塗布する
工程において、当該基板を載置した基板ホルダーの温度
を制御して当該基板の温度を制御することにより、上記
隔壁部材形成素材膜に膜厚分布を形成し、当該素材膜を
パターニングすることにより、基板に垂直な方向の上記
隔壁部材の厚さが、上記液晶駆動電圧供給源の接続部か
ら離れるに従って薄くなるように形成することを特徴と
する。

【００２０】また本発明の第二は、それぞれにストライ
プ状の透明電極を有する一対の基板を該透明電極が互い
に直交するように隔壁部材を介して対向配置し、該隔壁
部材で上記一対の基板を接着し、その間隙に液晶を挟持
してなり、少なくとも一方の透明電極上に補助金属電極
を備え、その４辺の少なくとも１辺に液晶駆動電圧供給
源を接続する液晶素子であり、基板に垂直な方向の上記
隔壁部材の厚さが、上記液晶駆動電圧供給源の接続部か
ら離れるに従って薄くなる液晶素子であって、上記本発
明の液晶素子の製造方法によって製造されたことを特徴
とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１に本発明の液晶素子の一実施
形態の部分断面模式図を示す。図中、１１，１２は基
板、１３，１４は透明電極、１５，１６は補助金属電
極、１７，１８は配向膜、１９は隔壁部材、２０は液晶
化合物である。

【００２２】本発明において、基板１１，１２としては
通常用いられるガラス基板が用いられるが、これに限定
されるものではなく、透明性や強度等必要な特性を備え
ていればプラスチックなども好ましく用いられる。ま
た、透明電極１３，１４はＩＴＯ等透明導電材で形成さ
れ、透明電極１３は紙面に平行に、透明電極１４は紙面
に垂直方向にストライプ状に形成され、互いに直交する
ように配置される。また、補助金属電極１５，１６には
クロムやアルミニウム等の金属が用いられ、それぞれ透
明電極１３，１４に隣接或いは図１に示すようにその上
にストライプに沿って形成される。配向膜１７，１８と
しては、ポリイミド膜等をラビング処理したものが用い
られるが、これに限定されず、無機酸化膜等の低エネル
ギー配向膜なども用いられる。また、配向膜１７と１８
はそれぞれ同じであっても異なっていても良い。

【００２３】本発明にかかる隔壁部材１９の素材として
は、最終的に上下基板を接着し、溶液状態で塗布が可能
で且つフォトリソ工程により容易にパターニングが可能
なアクリル系感光性樹脂等感光性素材が好ましく、ポジ
型でもネガ型でもいずれでも用いることができる。当該
素材膜は基板貼り合わせ工程において加熱硬化される。
また、本発明にかかる隔壁部材１９の基板に垂直な方向
の厚さは、当該液晶素子に接続される液晶駆動電圧供給
源から離れるに従って薄くなるように形成される。即
ち、本発明の液晶素子は、液晶駆動電圧供給源の接続部
から離れるに従ってセルギャップが狭くなるように構成
され、これにより駆動電極の発熱による面内しきい値む
らが相殺される。また、本発明にかかる隔壁部材１９
は、従来の隔壁部材と同様に、ストライプ状やドット状
等所望の形状に形成される。

【００２４】本発明の液晶素子は、基板１１、１２に透
明電極１３、１４、補助金属電極１５、１６、配向膜１
７、１８を形成した後、基板１２上に隔壁部材１９の形
成素材を基板の温度を制御しながら回転塗布し、得られ
た素材膜をパターニングし、一方の基板の周縁部に液晶
注入口を除いてシール材を描画し、両基板を重ねて所定
の加圧加熱処理を施してシール材及び隔壁部材１９を硬
化させ、液晶注入口より、例えば毛管注入法等により液
晶を注入し、液晶注入口を封止することにより得られ
る。

【００２５】本発明において、上記隔壁部材１９の形成
素材の回転塗布工程において、基板を載置した基板ホル
ダーの温度を制御することにより基板の温度を制御し、
基板面内に温度分布を形成することにより基板上に形成
される素材膜に膜厚分布を形成することができる。具体
的には、例えば図２に示すような基板ホルダーを用い
る。図２（ａ）は平面模式図で、（ｂ）はそのＡ−Ａ’
断面模式図である。図中、２３が上記隔壁部材形成素材
を回転塗布する基板位置を示し、２２が該基板の温度制
御を行う位置を示す。

【００２６】図２に示される基板ホルダーは、液晶素子
の４辺に液晶駆動電圧供給源が配置するタイプであり、
よって、中央部のセルギャップを最も狭くなる（隔壁部
材１９の基板に垂直な方向の厚さが中央部で最も小さく
なる）ように形成するための部材であり、当該基板ホル
ダーにおいて２枚の基板を同時に回転塗布することがで
きる。基板ホルダーの温度制御は、例えば所定のパター
ンにペルチェ素子を埋設することによって高速で制御す
ることができる。

【００２７】本発明に用いられる液晶としては、前記し
た単純マトリクス駆動方式において、セルギャップに分
布を持たせることが必要なものであれば、本発明の効果
を得ることができるが、特に、前述したように、強誘電
性液晶や反強誘電性液晶等カイラルスメクチック液晶が
好ましく用いられる。例えば、上記液晶が、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或
い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た場合などにも好適に
用いられる。

【００２８】尚、本発明は上記実施形態の構成に限定さ
れるものではなく、本発明の請求項１或いは３において
限定した構成以外は従来の液晶素子の技術を適用するこ
とができる。

【００２９】

【実施例】［実施例１］本発明第１の実施例として、図
１に示す構成の液晶素子を作製した。

【００３０】先ず２枚のガラス基板にストライプ状のＩ
ＴＯパターン及び補助金属電極を所定の工程で形成し、
一方の基板には厚さ５ｎｍのポリイミド膜を形成し、ナ
イロン系ラビング布でストライプに平行にラビングして
配向膜を形成した。他方の基板には、低表面エネルギー
配向膜として、アンチモンドープのＳｎＯ₂ 微粒子を分
散したシリカ溶液を塗布し、１００ｎｍの無機酸化物膜
を形成した。

【００３１】隔壁部材として、アクリル系感光性樹脂
（東京応化工業社製「ＣＬ−０１６Ｓ」）を用い、基板
ホルダー（スピンナーヘッド）の温度を基板温度より５
℃高く保ちながら１０００ｒｐｍで１０ｓｅｃスピンコ
ートし、９０℃で１８０ｓｅｃプリベークした。プリベ
ーク後の樹脂膜は中心値が２．７μｍ、膜厚差が中心値
の１０％で中央が凹の膜厚分布となった。これを室温に
冷却した後、高圧水銀ランプにより、マスクを介して２
００ｍＪ／ｃｍ² （３６５ｎｍ）の紫外線を照射した。
次にトリエタノールアミン５％水溶液で２０ｓｅｃ現像
後、純水でリンスし、ピッチ１００μｍ、ライン幅１０
μｍ、平均高さ２．５μｍのストライプ状の隔壁部材を
得た。

【００３２】上記基板の一方の周縁部にシール材を描画
し、２枚の基板を電極が互いに直交するように対向配置
して重ね合わせ、０．１５ｋｇ／ｃｍ² で加圧しながら
１５０℃で１時間加熱硬化し、セルを得た。上記配向処
理方向は隔壁部材に対して直交している。

【００３３】上記セル内を真空排気して液晶注入口に強
誘電性液晶を塗布した後、大気圧に戻し、液晶が等方性
を示す温度でセル内に毛管注入し、上記液晶注入口を封
口材にて封止して液晶素子を得た。

【００３４】上記液晶素子に所定の工程により駆動素子
を４辺実装し、ＦＬＣモジュールパネルを完成した。こ
のパネルのセル厚は、中央値が１．９μｍ、セル厚差の
最大が０．２μｍで中央が凹のセル厚分布となった。こ
れにより、駆動時の発熱による実装端とパネル中央との
温度差が約５℃あるにも関わらず、セル厚分布によりパ
ネル内しきい値むらが相殺されて駆動マージンの減少を
抑制することができた。

【００３５】［比較例］実施例１の低表面エネルギー配
向膜が塗布された基板に、実施例１と同じ隔壁部材形成
素材を基板ホルダーを室温にして回転塗布した。これを
実施例１と同様に９０℃で１８０ｓｅｃプリベークし
た。得られた素材膜の膜厚は中央値が３．０μｍ、膜厚
差が中央値の１０％でほぼ平坦な膜厚分布を形成した。

【００３６】以下の工程及び対向する側の基板は実施例
１と全く同様にしてＦＬＣモジュールパネルを作製し
た。

【００３７】上記パネルのセル厚は中央値が２．１μ
ｍ、セル厚差の最大が０．２μｍで、ほぼ平坦なセル厚
分布となった。これにより、駆動時の発熱による実装端
とパネル中央との温度差が約５℃あるため、パネル内し
きい値むらにより駆動マージンが大幅に減少した。

【００３８】［実施例２］２枚のガラス基板上にそれぞ
れストライプ状のＩＴＯ電極と補助金属電極を形成し、
その上に無機酸化物（東京応化工業社製「ＭＯＦ，Ｔｉ
−Ｓｉ」）とポリイミド膜（日立化成社製「ＬＰ−６
４」）を形成した後、ラビング処理を施した。その後、
一方の基板に実施例１と同様にして、感光性樹脂膜を形
成し、フォトリソ法によりストライプ状にパターニング
して、電極間隙に隔壁部材を形成した。

【００３９】上記基板のラビング方向が平行になるよう
に貼り合わせ、実施例１と同様に加圧焼成した後、毛管
注入法で液晶を注入し、駆動素子を実装してＦＬＣモジ
ュールパネルを得た。本実施例で用いた液晶は、誘電異
方性が負のカイラルスメクチック液晶である。

【００４０】本実施例においても、所望のセル厚分布を
形成することで、駆動時の発熱が大きいこの種のパネル
でも十分な駆動マージンが得られた。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液晶素子の面内温度分布の発生によるしきい値むらが隔
壁部材の厚み分布を形成することにより相殺され、駆動
電極からの発熱に影響されることなく表示面全面にわた
り均一駆動表示の液晶素子を提供することができる。特
に、本発明を高速、高精細、大画面に適したＦＬＣパネ
ルに適用した場合、注入時の空隙欠陥改善・低温保存性
向上・耐衝撃性向上を達成しつつ、駆動電極からの発熱
に影響されることのない表示面全面にわたる均一駆動表
示を実現することができる。また本発明によれば、基板
ホルダーの温度を制御することにより容易に隔壁部材の
厚み分布を形成することができるため、１枚の基板から
多数個のセルを取る場合にも対応可能であり、液晶素子
の性能向上とともに生産性の向上・低価格化を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶素子の一実施形態の部分断面模式
図である。

【図２】本発明に用いる基板ホルダーの一実施形態の模
式図である。

【図３】本発明が解決する液晶素子の温度分布の説明図
である。

【図４】図３とは異なる温度分布の説明図である。

【符号の説明】

１１，１２基板１３，１４透明電極１５，１６補助金属電極１７，１８配向膜１９隔壁部材２０液晶化合物２２温度制御位置２３基板位置３１液晶素子３２，３２ａ，３２ｂ情報信号印加素子群３３走査信号印加素子群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれにストライプ状の透明電極を有
する一対の基板を該透明電極が互いに直交するように隔
壁部材を介して対向配置し、該隔壁部材で上記一対の基
板を接着し、その間隙に液晶を挟持してなり、少なくと
も一方の透明電極上に補助金属電極を備え、その４辺の
少なくとも１辺に液晶駆動電圧供給源を接続する液晶素
子の製造方法であって、上記一方の基板に隔壁部材形成
素材を回転塗布する工程において、当該基板を載置した
基板ホルダーの温度を制御して当該基板の温度を制御す
ることにより、上記隔壁部材形成素材膜に膜厚分布を形
成し、当該素材膜をパターニングすることにより、基板
に垂直な方向の上記隔壁部材の厚さが、上記液晶駆動電
圧供給源の接続部から離れるに従って薄くなるように形
成することを特徴とする液晶素子の製造方法。
【請求項２】上記基板ホルダーの温度を、該基板ホル
ダーに所定のパターン状に埋設されたペルチェ素子によ
って高速制御する請求項１記載の液晶素子の製造方法。
【請求項３】それぞれにストライプ状の透明電極を有
する一対の基板を該透明電極が互いに直交するように隔
壁部材を介して対向配置し、該隔壁部材で上記一対の基
板を接着し、その間隙に液晶を挟持してなり、少なくと
も一方の透明電極上に補助金属電極を備え、その４辺の
少なくとも１辺に液晶駆動電圧供給源を接続する液晶素
子であり、基板に垂直な方向の上記隔壁部材の厚さが、
上記液晶駆動電圧供給源の接続部から離れるに従って薄
くなる液晶素子であって、請求項１または２記載の製造
方法によって製造されたことを特徴とする液晶素子。
【請求項４】上記隔壁部材がストライプ状である請求
項３記載の液晶素子。
【請求項５】上記隔壁部材がドット状である請求項３
記載の液晶素子。
【請求項６】上記液晶がカイラルスメクチック液晶で
ある請求項３〜５いずれかに記載の液晶素子。
【請求項７】上記液晶が強誘電性液晶である請求項６
記載の液晶素子。
【請求項８】上記液晶が反強誘電性液晶である請求項
６記載の液晶素子。
【請求項９】上記液晶が、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或いは潜在的スメ
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
液晶組成物である請求項６記載の液晶素子。