JPS6023329B2 - 液晶セルの配向処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液晶表示装置の配向処理方法、詳しくは負の誘
電異万性を有する液晶を使用した動的散乱型表示装置や
ゲストホスト型カラー液晶表示装置、負の誘電異方性を
有する液晶を使用したＥＣＢ効果によるカラー液晶表示
装置等の液晶表示装直において、液晶分子がこれに鼓す
る基板表面に垂直もしくは垂直より任意の角度煩いて一
方向に均一に配列するように基板表面を処理する配向処
理方法に関するものである。

液晶表示装置は低電圧動作、低電力消費という特徴によ
り急速に実用化が進んできており、その特徴を生かして
腕時計や電卓、計器盤等に使用されているが、ほとんど
が電界効果型（ＴＮ型と略記する）表示での白黒表示で
あり、他の動作方式やカラー表示方式の要求も強いがこ
れらには難点があり実用化には問題があった。

すなわち負の誘電異万性の液晶分子を基板面に垂直また
は垂直に近い角度で１方向に均一に配向させる配向表示
方法に良い方法のないことが大きな障害の１つであつた
。第１図は動的散乱型（ＤＳ型と略記する）表示を説明
するものであり、基板１，２の内側に液晶６がはさみこ
まれており、外周はシール材５で封止されている。

基板の内側には電極３，４が形成されており、第１図ａ
に示すように鰭圧を印加していない時は液晶分子６は基
板面に垂直に配列している。第１図ｂは交流電圧を印加
した時の状態であり電極にはさまれた部分の液晶６ａは
乱流状態となり激しくその向きを変えて入射光を散乱す
るため交流電圧の印加されていない部分７ａとの間にコ
ントラストの高いパターンが得られる。このようにＤＳ
型表示においては初期状態で基板面に垂直に液晶を配向
させることが要求される。第２図はゲストホスト型（Ｃ
Ｈ型と略記する）カラー表示を説明するものであり、基
板１１，１２の内側に少量の２色性色素１７を含んだ負
の誘電異方性を有する液晶がはさみこまれており外周は
シール材１５で封止されている。基板の内側には電極１
３，１４が形成されており電圧を印加していない時は液
晶分子１６は基板面に垂直に配列しており、これに従っ
て２色性色素１７も垂直に配向している。これに交流電
圧を印加すると第２図ｂに示すように電極にはさまれた
部分の液晶１６ａは基板面に平行に近い配列となりこれ
に従い電極にはさまれた部分の２色性色素１７ａも基板
面に平行に近い配何となるので光の波長による選択吸収
が生じ発色することになる。ところでこの選択吸収の程
度は光の方向と２色性色素とのなす角度に依存するので
均一な発色を得るには電圧が印加した部分の液晶及び２
色性色素がすべて同じ方向に懐いて基板面に対し平行配
列となる必要がある。もし初期状態が基板面に対し完全
な華直配向であると電圧印加時に液晶分子の預ける方向
が定まらず、色ムラが生じ見苦しいものとなってしまう
。その為、ＧＨ型表示のセルにおいては初期状態で液晶
が基板面に対し垂直より一方向にわずか懐いた配向とな
ることが望ましい。第３図はＥＣＢ効果によるカラー表
示を説明するものであり、基板２１，２２の内側に負の
誘電異万性を持つ液晶２６がはさみこまれており外周は
シール材２５で封止されている。

基板の内側には電極２３，２４が形成されており、第３
図ａに示すように電圧を印加していない時は液晶分子２
６は基板面にほぼ垂直に配列している。交流電圧を印加
すると第３図ｂに示すように電極にはさまれた部分の液
晶２６ａは垂直から懐いてくる。この傾き角に応じて光
の色変調が生じるので連続した多色表示が可能となる。
この方式における初期配向は使用目的により決まるもの
であり、垂直配向から平行配向に近い配向まで任意の倭
き角の得られる配向処理方法が要求される。また電圧印
加時に液晶分子の煩いていく方向が均一となる為には、
完全な垂直配向ではなく垂直から適度な角度だけ１方向
に頃いた配向であることが望ましいことはＧＨ型表示の
セルの場合と同じである。以上のように負の誘電異方性
の液晶分子を初期状態すなわち電圧の無印力０状態で、
基板の表面に対して垂直または垂直から適当な角度だけ
預けて配向させる処理方法がこれらの表示装置には必要
である。そのためにはこれまでレシチンや有機シラン等
の有機処理剤を基板に塗布したり、ラビング等の摩擦処
理と有機処理剤の塗布とを組み合わせる処理法等が知ら
れていた。しかし有機処理剤は熱に弱いという欠点を有
するためこの有機処理剤で鯨向処理をした基板をセルに
額立てる際外周シールするのにガラスフリットを使用し
た無機シールは約５００ｑＣの加熱が必要であるため用
いることが出釆ず、有機封止材を使用せざるを得なかっ
た。そのため耐湿性に弱く寿命の点で液晶表示装置の信
頼性を乏しいものにしていた。また有機処理剤の塗布の
みでは基板面に対し垂直な配向しか得られないのでＤＳ
型表示以外では前述のラビング処理等との併用が行なわ
れていたが任意の煩きを持つ初期配向を得るのは困難で
あった。一方、現在実用化しているＴＮ型表示の液晶セ
ルにおいては、Ｓｉ０等の無機物質を基板表面に斜め葵
着する配向処理法があり、５００℃程度の高温において
も配向力が劣化しないことからこの配向処理法を行なっ
た基板を無機シールでセル化することが可能であり、信
頼性の高い液晶セルを作る実用的な配向処理法として広
く使用されている。

ここでの無機物質はＳｉ０に限るものではなく、Ａｎ，
Ａｇ，Ｃｎ，ＡＩ，Ｃｒ等の金属やＳｉ０２，Ｃｅ０２
，ＭｇＦ２，山２０３その他の誘電体でもよい。第４図
はこの斜め蒸着法での配向を説明するものであり、基板
３１の法線３５と角度６をなす方向３６から無機物質を
蒸着すると蒸着物質３２が蒸発源方向に斜めに堆積し、
この形状の効果で液晶分子３３は基板３１とａの角度を
なして均一に配向すると考えられている。ここで角度の
ま蒸着角、角度ａは液晶分子のチルトアングルである。
この斜め蒸着法では蒸着角約７０ｏ以下の時液晶分子の
チルトアングルは００すなわち基板面に平行な配向とな
り、蒸着角が約７０ｏ以上では蒸着角を大きくするに従
い液晶分子のチルトアングルも大きくなる鏡向のあるこ
とが知られている。しかしこの方式のまま蒸着の条件を
いくら変えてみても液晶分子のチルトアングルは５００
程度が限度であり、垂直配向または垂直に近い配向は得
られなかった。本発明は上記問題点をすべて解決したも
のであり、液晶分子のチルトアングルを９０ｏにもまた
９０ｏ以下の任意の角度にもすることができ、無機シー
ルする時の高温にも十分耐えることのできる配向処理方
法を与えるものである。すなわち本発明になる配向処理
方法は無機物質を２方向以上から、そしてそのうちの少
なくとも１方向からの蒸着角を７び以上として、順次に
繰り返し基板上に蒸着することにより基板面に対して負
の誘電異万性の液晶分子を垂直に配向させ、ＯＡＰ効果
を有効にさせ、且つハィブリット効果における一方向の
基板の表面処理に有効でありＧＨ型の表示装置の配向処
理方法にも活用されることで表示装置としての機能を充
分満足させる配向処理方法を提供するものである。以下
、本発明を実施例にもとづき説明する。

第５図は本発明の配向処理法を二万向からの蒸着を例と
して説明するものであり、基板４１の内側表面に蒸着角
８，の方向４６と蒸着角８２の方向４７とから無機物質
を順次繰り返して２回以上蒸着することを示している。
蒸着方向は２方向に限るものではなく、３方向以上から
黍着角してもよい。いずれの場合においても液晶分子４
３は基板４１に対しほぼ垂直に配向する。これは黍着物
質４２が基板上にほぼ垂直に堆積し、この形状の効果で
液晶分子４３も基板面にほぼ垂直に配向するものと考え
られる。本発明で重要なのは、少なくとも１方向からの
蒸着角が７００以上であることであり、蒸着角度７０ｏ
以下の蒸着のみでは垂直配向は得られなかった。これは
黍着角７０ｏ以下の蒸着では基板面が一様に密に蒸着物
質でおおわれてしまい、第５図に示したような構造が得
られないからと思われる。蒸着角７０ｏ以上の蒸着では
蒸着物質は隙間の多い膜となることが電子顕微鏡観察に
おいてもまた膜の密度測定からも推定出来るので、第４
図及び第５図に示したような斜め及び垂直方向の堆積が
出来ていると考えることが出来る。本発明において垂直
配向のチルトアングルを制御するパラメーターとしては
各方向からの蒸着量の差、黍着角度の差、蒸着速度の差
、蒸着物質の違い、及び黍着方向がある。

すべての条件を等しくすればチルトァングル９００の垂
直配向が得られ、また各条件を適当に選択しても同じく
チルトアングル９０ｏの垂直配向が得られる。以下各条
件に差を設けた時のチルトアングルについて説明する。
第６図は基板５１に２方向５６，５７から黍着角度ひ別
ａ５７で同一物質を蒸着速度ｖ５６，ｖ５７蒸着した
時に液晶分子が５６の方向に傾いてチルトアングルａ＜
９００となる場合を示している。

５６の方向からの蒸着量をｔ５６，５７の方向からの蒸
着童をｔ５７としｔ５６＞【５７の時に第３図の配向が
得られる。

蒸着物質をＳｉ○、蒸着角０５６，８５７を共に８５０
として黍着した場合の実験結果が第７図でありチルトア
ングルは９００から６ｙまで変化している。蒸着量の差
を大きくすればさらに４・さなチルトアングルが得られ
ることは明らかである。また順次繰り返しての蒸着にお
いて１回の葵着量が多い時は最終回の蒸着量が大きく影
響し、最終蒸着の方向に液晶分子は煩く。２方向の葵着
童を等しくして順次繰り返しての蒸着を行い、最終回の
蒸着量をｔｎとした時の実験結果を第８図に示す。

本例においても液晶分子のチルトアングルが容易に制御
出釆ることが示されている。データは省略するが２方向
以上から同一条件で蒸着角７００以上の同時蒸着を行い
最後に１方向から蒸着角７び以上の蒸着を加えた場合も
同様の結果が得られた。蒸着角に差を設ける場合は７０
０Ｓ０２６＜０２７とすると第９図に示す配列が得られ
蒸着角の差が大きいほど液晶分子のチルトアングルは小
さくなる。これはいわゆるＴＮ型表示のセルにおいて、
１方向から斜め蒸着する場合に黍着角が大きくなると液
晶分子のチルトアングルが大きくなる事実とも定性的に
一致するものである。この方法では液晶分子のチルトア
ングルの変化量が他にくらべ少ないが、繰り返しの再現
性がよいので量産には適していよう。黍着速度に差を設
ける場合はｖ段＞ｖ５７とすると第９図に示す配列が得
られ葵着速度の差が大きいほどチルトアングルは小さく
なる。

これもＴＮ型表示のセルで１方向からの斜め蒸着をする
時、蒸着速度が大きくなると液晶分子のチルトアングル
が小さくなる事実に一致するものである。蒸着方向に差
を設ける場合を３方向から蒸着する例で説明する。

第１０図は基板面の垂直方向から見た図であり、９１，
９２，９３は蒸着方向を示しその間の角度が８９，，８
９２，８９３である。他の蒸着条件はすべて等しいとし
て０９１＝０９２＝８９＝１２０ｏの時は液晶分子は基
板面に垂直な配向となり、たとえば０９，＞０９２＝０
９３の時は液晶分子は９１の方向に接いた配向となる。
これらの関係を定量的に測定するのは他の要因の影響も
あり確定出来なかったが、定性的には確認することが出
来た。同じように考えて２方向の場合、４方向以上の場
合においても蒸着方向を適当に決めることで液晶分子の
懐く方向を制御出来ることは明らかである。方向により
蒸着物質を変える方式は物質により液晶分子との相互作
用力が異なることを利用するものである。

第６図において液晶分子を水平配向させる効果の強い物
質を５６の方向から、相対的に弱い物質を５７の方向か
ら蒸着すると液晶分子は５６の方向に類いて配向する。
現在までのところ液晶分子を水平配向させる効果の強い
物質としてはＳｉ○が最もすぐれている。以上述べたよ
うに本発明によれば負の誘電異方性の液晶分子の額き角
を基板面に対し垂直にも垂直から適当な角度額いた角度
にも容易に制御することができ、また本発明による配何
処理層は無機物質であるので高温で劣化することもなく
、従って例えば耐湿然を向上させたい場合にも特に信頼
性の高い無機シールをした液晶セルを作ることが出釆る
ので、ＤＳ型表示セル、ＧＨ型カラー表示セル、ＥＣＢ
型カラー表示セル等をはじめ、し、わゆる華直配向また
は平行垂直組み合せ配向であるハイブリッド配向を必要
とする液晶表示装置の製造に大きな進歩を与えるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＤＳ型表示の配向状態図でａは初期状態ｂは電
圧印加状態を表し、第２図はＧＨ型表示の配向状態図で
、ａは初期状態、ｂは電圧印加状態を表し、第３図はＥ
ＣＢ型表示の配向状態図で、ａは初期状態、ｂは電圧印
加状態を表す。 第４図は従来の斜め蒸着により配向処理された液晶分子
の配向状態を示す拡大図、第５図は本発明の蒸着処理を
施した時の液晶分子の配向を示す拡大図、第６図は本発
明の他の実施例を示す説明図、第７図、第８図、第９図
は蒸着量比、最終蒸着量、蒸着速度比とチルトアングル
との関係を示すグラフ。第１０図は本発明での三方向か
ら黍着した場合の角度を示す説明図。３１，４１，５１
……基板、４６，４７，５６，５７・・・・・・蒸着方
向、４２・・・・・・蒸着物質の堆積物、４３，５３・
・・・・・液晶分子、８・・・・・・黍着角度。 努１図茶２図 兼３図 第４図 努５図 第０図 篤ワ図 第８図 弟？図 弟１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面に配向処理層を有する二枚の基板間に負の誘電
   異方性の液晶を挾持して成る液晶セルにおいて、前記基
   板の表面に対して無機物質を二方向以上から順次に繰返
   して蒸着あるいはイオンプレーテイングすることにより
   前記配向処理層を形成し、電圧の無印加時に前記負の誘
   電異方性の液晶の分子を前記基板の表面に対して略垂直
   に配向することを特徴とする液晶セルの配向処理方法。 ２ 少くとも一方向からの無機物質の入射角が、基板表
   面の法線に対して７０℃以上をなしていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の液晶セルの配向処理方
   法。３ 無機物質がＳｉＯであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の液晶セルの配向処
   理方法。