(57)【要約】【課題】  強弱２種類の配向膜の間に、配向の乱れを生じさせること無く、かつ実用的な時間で液晶を注入し、双安定ネマティック液晶表示装置の実用的な生産を可能にする双安定ネマティック液晶表示装置の製造方法を提供する。【解決手段】  第１の配向膜１６のラビング処理方向Ｓ１と、第２の配向膜２６のラビング処理方向Ｓ２との両方を、共にネマティック液晶４１の注入方向Ｐと同方向とする。これにより、ネマティック液晶４１の注入過程で液晶分子４１ａのプレティルト角θ１がネマティック液晶４１の注入方向Ｐに向かって傾斜するようになる。【選択図】        図４
2006292856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カイラル剤が添加されたネマティック液晶層を挟んで対向する一対の基板のうち、液晶層側に第１の電極と弱アンカリングの配向膜が該一方の基板側から順に設けられた一方の基板と、液晶層側に第２の電極と強アンカリングの配向膜が該他方の基板側から順に設けられた他方の基板とを有する双安定ネマティック液晶表示装置の製造方法であって、
前記強アンカリングの配向膜および前記弱アンカリングの配向膜のそれぞれに、所定方向に向けてラビングを行い、所定のプレティルト角を形成するラビング工程と、前記強アンカリングの配向膜および前記弱アンカリングの配向膜との間に、前記ラビング工程における少なくとも前記強アンカリングの配向膜上のラビング方向とほぼ同一な方向に向けて液晶を注入する工程とを備えたこと特徴とする双安定ネマティック液晶表示装置の製造方法。
【請求項２】
前記液晶の注入方向と、ラビング工程における前記強アンカリングの配向膜のラビング方向との成す角度は、少なくとも４５°未満に設定されることを特徴とする請求項１記載の双安定ネマティック液晶表示装置の製造方法。
【請求項３】
前記液晶の注入方向と、ラビング工程における前記強アンカリングの配向膜のラビング方向との成す角度は、少なくとも３０°未満に設定されることを特徴とする請求項１記載の双安定ネマティック液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示されたデータを長時間保持可能な双安定ネマティック液晶表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単純マトリックス型の駆動方法により表示するモードの液晶表示装置の一種としてネマティック液晶を用いた双安定液晶表示装置が知られている。この双安定液晶表示装置は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）アクティブ素子を用いないで、高速応答でき、一旦表示したデータを長時間に亘ってメモリ表示可能であるため、省電力化できるという点で近年注目されている。
【０００３】
従来の双安定ネマティック液晶表示装置としては、上下一対の基板間にネマティック液晶が所定のセルギャップで挟まれ、一方の基板の内面側に強アンカリング（強い配向力）の配向膜が形成され、他方の基板の内面側に弱アンカリング（弱い配向力）の配向膜が形成された液晶セルが備えられたものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００３−５３３７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような双安定ネマティック液晶表示装置は、従来、その原理は知られているが、その特徴的な構成をもつ液晶パネルの具体的な製造方法に関しては、ほとんど知られていない。特に、双安定ネマティック液晶表示装置の双安定モードを実現するためには、強弱２種類の配向膜を互いに２μｍ程度の極めて狭いギャップで向き合わせ、アンカリング制御を行うことが必要である。
【０００５】
しかしながら、こうした２μｍ程度の極めて狭いギャップで向き合った強弱２種類の配向膜の間に、配向の乱れを生じさせること無く、かつ実用的な時間で液晶を注入する手法が従来は確立されていなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、強弱２種類の配向膜の間に、配向の乱れを生じさせること無く、かつ実用的な時間で液晶を注入し、双安定ネマティック液晶表示装置の実用的な生産を可能にする双安定ネマティック液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、カイラル剤が添加されたネマティック液晶層を挟んで対向する一対の基板のうち、液晶層側に第１の電極と弱アンカリングの配向膜が該一方の基板側から順に設けられた一方の基板と、液晶層側に第２の電極と強アンカリングの配向膜が該他方の基板側から順に設けられた他方の基板とを有する双安定ネマティック液晶表示装置の製造方法であって、前記強アンカリングの配向膜および前記弱アンカリングの配向膜のそれぞれに、所定方向に向けてラビングを行い、所定のプレティルト角を形成するラビング工程と、前記強アンカリングの配向膜および前記弱アンカリングの配向膜との間に、前記ラビング工程におけるラビング方向とほぼ同一な方向に向けて液晶を注入する工程とを備えたこと特徴とする双安定ネマティック液晶表示装置の製造方法が提供される。
【０００８】
前記液晶の注入方向と、ラビング工程におけるラビング方向との成す角度は、少なくとも４５°未満に設定されていればよい。また、前記液晶の注入方向と、ラビング工程におけるラビング方向との成す角度は、少なくとも３０°未満に設定されていればより好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の双安定ネマティック液晶表示装置の製造方法によれば、強アンカリングの配向膜および弱アンカリングの配向膜のラビング処理方向と、液晶の注入方向とを同方向にすることで、液晶の注入過程で液晶分子のプレティルト角がネマティック液晶の注入方向に向かって傾斜するようになる。
【００１０】
これにより、粘度の高い液晶を強アンカリングの配向膜および弱アンカリングの配向膜との狭小なギャップに入れる際に、液晶分子のプレティルト角による流入抵抗が大きく軽減される。よって、強アンカリングの配向膜および弱アンカリングの配向膜との狭小なギャップ全体に、液晶を効率的かつ実用的な時間で注入することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を交えて説明する。図１は、透過型の双安定ネマティック液晶表示装置を示す断面図である。図１において、本発明の半透過反射型の双安定型ネマティック液晶表示装置１は、カイラルネマティック液晶層３０を挟持して対向する第１と第２の基板（一対の基板）１０、２０とをこれら２枚の基板１０、２０の周縁部に環状に設けられたシール材４０で接着一体化した概略構成のものである。
【００１２】
第１の基板１０の液晶層３０側には順に、液晶層３０を駆動するための第１の電極層（電極）１５と、絶縁膜からなるトップコート膜（図示略）と、液晶層３０を構成する液晶分子の配向を制御するための第１の配向膜１６とが積層形成されている。また、第２の基板２０の液晶層３０側には順に、第２の電極層（電極）２５、トップコート膜（絶縁膜）２４、第２の配向膜２６が積層形成されている。上記の第１の基板１０と第２の基板２０と、これら基板間に設けられた各構成部材により、液晶セル３５が構成されている。
【００１３】
液晶セル３５の観察側（第２の基板２０の液晶層３０側と反対側）には、１枚又は複数枚の位相差板２７と、偏光板２８が設けられている。この偏光板２８側が観察者側である。また、液晶セル３５の観察側と反対側（第１の基板１０の液晶層３０側と反対側）には、光透過性粘着層１４を介して反射体１１が設けられている。なお、これ以外に液晶層３０側に近接する位置に、下基板１０上の電極１５の下層に拡散反射性を有する内蔵型の反射層を形成しても良い。
【００１４】
第１と第２の基板１０、２０は、ガラスなどの透明基板から構成されている。第１の電極層１５は、ＩＴＯ（Indium tin oxide）などの透明導電膜からなる短冊状の平面形状のものを基板１０上に多数整列形成したものであり、各第１の電極層１５は走査電極駆動回路（図示略）に接続されている。同様に第２の電極層２５もＩＴＯなどの透明導電膜からなる短冊状の平面形状のものを基板２０上に多数整列形成したものであり、各第２の電極層２５は信号電極駆動回路（図示略）２５ａに接続されている。なお、第１の電極層１５と第２の電極層２５は互いに平面視直角に向くように配置されて上記の液晶表示装置１がパッシブマトリクス型とされている。
【００１５】
第１の配向膜１６は、従来の強アンカリングの配向膜で、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール等の有機配向膜にラビング処理したものが用いられる。この時のアンカリングエネルギーは、１０−３Ｊ／ｍ２のオーダーである。また、第１の配向膜１６上の液晶分子のプレティルト角は、液晶層３０に用いられる液晶材料の種類によって異なるが、通常２度から７度程度、好ましくは２度から５度とされる。
【００１６】
第２の配向膜２６は、表面に形状異方性が付与された高分子膜から構成された弱アンカリングの配向膜で、有機配向膜にラビング処理したものが用いられ、プレティルト角が略０度、好ましくは１度以下、さらに好ましくは０．５度以下になるように形成されたものである。この第２の配向膜２６のアンカリングエネルギーは、第１の配向膜１６を構成する強アンカリングの配向膜のアンカリングエネルギーの１／２以下とされている。
【００１７】
配向制御に関する技術的詳細は、本出願人による非特許文献のSID93 DIGEST, 頁957（93'）に記載されているが、第２の配向膜２６の表面形状は、図２及び図３に示すように、第１の方向に沿う微細な凹凸と、この第１の方向に交差する第２の方向に沿う微細な凹凸が形成されている。なお、図３は図２中のIII−III断面図であり、第２の方向に沿った凸条５４の断面を示すものである。
【００１８】
また、第１の方向に沿う微細な凹凸のピッチＰ１は第２の方向に沿うピッチＰ２よりも短くされている。ピッチＰ１は３.０μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下、ピッチＰ２は５０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上５μｍ以下が良い。上記のようにピッチＰ２の長さをピッチＰ１よりも長くすることにより、プレティルト角を制御し易い。
【００１９】
また、第１の方向の凹部の深さｄ１（あるいは第１の方向の凸部の高さ）は０.５μm以下、好ましくは０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であり、第２の方向の凹部の深さｄ２（あるいは第２の方向の凸部の高さ）は０.５μm以下、好ましくは０．０１μｍ以上０．２μｍ以下である。
【００２０】
また、ドメインの発生がなく、かつ目的とする配向力を得るためには、第２の方向に沿う微細な凹凸の緩斜面５５の基板２０に対する傾斜角θは、０度より大きく、３度以下とするのが好ましい。傾斜角θが０度であると、ドメイン発生が顕著であり、３度を超えると、配向力の低下が徐々に認められるからである。
【００２１】
さらに図３に示すように、第２の方向に沿う微細な凹凸の各凸部は左右が非対称の略三角形状になっている。即ち、三角形の頂点から下ろした垂線ａによって分割された頂角の左右の角度の比ｒ２／ｒ１が１とならない形状とされる。凸条５４の横断面形状としては，ｓｉｎ波に類似した形状、櫛形状、三角形状等各種の形状が考えられる。
【００２２】
中でも液晶の配向性を向上する上では、三角形状が最も望ましい。この場合、三角形状の頂部は、丸まっていても、平にカットされていても良い。凸条５４を横断面三角形状とした場合、図３に示すように三角形の頂点から下ろした垂線ａによって分割された頂角の左右の角度の比ｒ２／ｒ１は、１．２以上の範囲であることが望ましい。この範囲の比に設定すると、プレティルト角を略０にできる。この第２の配向膜２６の膜厚としては、５０〜２００ｎｍ程度とされる。
【００２３】
ピッチＰ１、Ｐ２、傾斜角θが上記の範囲となるような形状異方性を付与することにより第２の配向膜２６のアンカリングエネルギーを６×１０−５Ｊ／ｍ２以上２×１０−４Ｊ／ｍ２以下、好ましくは１×１０−４Ｊ／ｍ２程度に制御するのがよい。第２の配向膜２６のアンカリングエネルギーが６×１０−５Ｊ／ｍ２未満であると、ドメイン発生が顕著かつ双安定配向に不向きとなり、２×１０−４Ｊ／ｍ２を超えると、単安定配向を取り易くなる等、双安定配向に不向きとなるからである。
【００２４】
第２の配向膜２６に用いる高分子膜の材料としては、硬化する前に弱い剪断力により剪断ひずみを付与可能な材料及び／または応力により塑性変形（塑性流動）可能な材料であり、例えば、ポリイミド系、ポリアミド系、ポリビニルアルコール系、エポキシ系、変性エポキシ系、ポリスチレン系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、アクリル系等の樹脂から適宜選択して用いられる。また、本発明に係わる双安定性の液晶表示素子では、上記のアンカリングエネルギーのレベルが重要である。配向処理方向がその他の表示モードに比べ液晶表示素子の視野角方向を大きく支配してしまうものであるが、対向基板間で平面視同一方向に処理されていることが望ましい。
【００２５】
液晶層３０は、ネマティック液晶にカイラル剤が添加されたものである。  上記ネマティック液晶としては、ビフェニル系、ターフェニル系、フェニルシクロへキサン系、ビフェニルシクロへキサン系、シクロヘキシルカルボン酸エステル系、ピリミジン系等の材料を正の誘電異方性を持つように末端基置換された化合物とし、所望の特性を有するように複数種混ぜて用いられる。
【００２６】
上記カイラル剤としては、コレステリルナノエート等のコレステリック系化合物、あるいはＣＢ−１５のように不整炭素を有するある種のネマティック液晶等が用いられる。液晶セル３５のリタデーション（Δｎｄ）は、例えば、１／４λとされていることが好ましい。
【００２７】
反射体１１の液晶セル側の表面は、凹凸又は複数の凹部が形成された拡散反射面１１ａとされている。この反射体１１としては後で詳細に説明するような非対称ディンプル反射体か、あるいは対称ディンプル反射体であることが好ましく、特に、非対称ディンプル反射体であることが好ましい。
【００２８】
光透過性粘着層１４は、粘着材としての信頼性、気泡などの発生のないことなどの特性以外に、隣接する第１の基板１０とは屈折率が異なる材料が用いられる。この光透過性粘着層１４を構成する材料としては、例えばフッ素含有エポキシ系樹脂などの透明樹脂接着材が用いられる。
【００２９】
この反射型双安定ネマティック液晶表示装置の液晶層３０は、初期状態での液晶分子の配列が均一な平行配置（液晶のツイスト角が０度）を有し、その初期状態にフレデリクス転位を生じさせる電圧を印加した後に印加される電圧差によって初期状態とは異なる双安定状態を有するようになしたメモリー性双安定型となる。
【００３０】
例えば、初期状態での液晶分子の配列が均一な平行配置（液晶のツイスト角が０度）に対して一旦パルス状の電圧印加後に１８０度のねじれ状態が暗状態（黒表示）となるようにした場合に、明状態が液晶分子の配列がユニフォームな平行配置、すなわち、液晶のツイスト角が０度である。又、第２の配向膜２６の配向規制力を、その材料のもつ極性に加えて、表面形状パラメータ（溝状構造のピッチ、深さあるいは傾斜角等）を制御することにより、広い範囲で制御し得るものである。
【００３１】
次に、本発明の双安定ネマティック液晶表示装置の製造方法について説明する。上述したような構成の双安定ネマティック液晶表示装置において、強アンカリングの配向膜である第１の配向膜１６と、弱アンカリングの配向膜である第２の配向膜２６とは、液晶層３０を介して２μｍ程度の極めて狭小なギャップで対面している。双安定ネマティック液晶表示装置における双安定モードを実現するためには、強弱２種類の配向膜を互いに２μｍ程度の極めて狭いギャップで向き合わせ、アンカリング制御を行うことが必要なためである。
【００３２】
双安定ネマティック液晶表示装置の製造時に、こうした第１の配向膜１６と第２の配向膜２６との間の極めて狭小なギャップに、カイラル剤が添加されたネマティック液晶を注入することが従来は困難であり、双安定ネマティック液晶表示装置の実用化の課題であった。本発明では、こうした２μｍ程度の狭小なギャップにネマティック液晶を効率的に注入する方法が見出された。
【００３３】
図４ａは、本発明の双安定ネマティック液晶表示装置の製造方法における、第１の配向膜１６と第２の配向膜２６との間へネマティック液晶を注入する際の模式図である。この場合、図４ｂに示す平面図の様に、液晶注入口Ｆからの主たる液晶流動方向Ｐに対し、対向基板のラビング処理方向Ｓの成す角θがほぼ同じ方向となる様にされる。特に、強いアンカリング強度の配向基板を流動方向に合わせることが重要である。本発明では、ネマティック液晶４１の注入工程において、第１の配向膜１６のラビング処理方向Ｓ１と、第２の配向膜２６のラビング処理方向Ｓ２とを同方向になるようにして、ネマティック液晶４１の注入方向Ｐをこうしたラビング処理方向Ｓ１、Ｓ２と同一にすることによって、第１の配向膜１６と第２の配向膜２６との間の２μｍ程度の狭小なギャップにネマティック液晶４１を効率的に注入できることを見出した。
【００３４】
すなわち、ネマティック液晶４１の液晶分子４１ａは、第１の配向膜１６または第２の配向膜２６のラビング処理を行った方向に向かって、プレティルト角θ１が傾斜することが知られている。そして、例えば、図５に示すように、第１の配向膜１６のラビング処理方向Ｓ１と第２の配向膜２６のラビング処理方向Ｓ２とが相対的に逆向きの成分を持つような構成では、ネマティック液晶４１を注入する際に、第１の配向膜１６に面したネマティック液晶４１の液晶分子４１ａのプレティルト角θ１がネマティック液晶４１の注入方向に抗する方向に傾く成分が出てしまう。
【００３５】
このような状態では、ネマティック液晶４１を第１の配向膜１６と第２の配向膜２６との狭小なギャップ全体に行き渡るように注入することが極めて困難である。さらに、第１の配向膜１６のラビング処理方向Ｓ１と、第２の配向膜２６のラビング処理方向Ｓ２との両方を、共にネマティック液晶４１の注入方向Ｐと対向するようにした場合には、液晶分子４１ａのプレティルト角がネマティック液晶４１の注入方向に配向膜の両側で抗するように傾斜するため、ティック液晶４１を第１の配向膜１６と第２の配向膜２６との狭小なギャップに入れることは極めて難しくなる。また、仮に狭小なギャップに注入することができたとしても、注入時の液晶の流動方向と抗するようなプレティルト角による抵抗力によって、流動配向領域が発現しやすく、これを打ち消すための余分なアニール処理（加熱処理）が必要となり、生産性を著しく損なう結果となる。
【００３６】
しかし、図４に示す本発明の製造方法では、第１の配向膜１６のラビング処理方向Ｓ１と、第２の配向膜２６のラビング処理方向Ｓ２との両方を、共にネマティック液晶４１の注入方向Ｐと略同方向したので、ネマティック液晶４１の注入過程で液晶分子４１ａのプレティルト角θ１がネマティック液晶４１の注入方向Ｐに向かって傾斜するようになる。
【００３７】
これにより、粘度の高いネマティック液晶４１を第１の配向膜１６と第２の配向膜２６との狭小なギャップに入れる際に、液晶分子４１ａのプレティルト角θ１による流入抵抗が大きく軽減される。第１の配向膜１６と第２の配向膜２６との狭小なギャップ全体に、ネマティック液晶４１を効率的かつ実用的な時間で注入することが可能になる。
【００３８】
なお、ネマティック液晶４１の注入方向Ｐと、ラビング工程における第１の配向膜１６のラビング処理方向Ｓ１と、第２の配向膜２６のラビング処理方向Ｓ２ラビング方向との成す角度は、少なくとも４５°未満に設定されていればよく、好ましくは３０°以下に設定される。
【実施例】
【００３９】
本出願人は、本発明の効果を検証した。検証にあたっては、第１の配向膜と第２の配向膜とを１．８〜２．０μｍの極めて狭小なギャップで対抗させたセルにネマティック液晶を注入し、その注入に要した時間を測定することで、生産性を検証した。それぞれのセル（サンプル）は、配向膜のラビング処理方向Ｓ１，Ｓ２と、ネマティック液晶４１の注入方向Ｐとの相対角度を０°〜８０°または０〜７０°の間で段階的に変化させた。これを２種類の機種の表示装置でそれぞれ検証した。こうした検証結果を表１、表２にそれぞれ示す。
【００４０】
【表１】
2006292856.tif 000003
【００４１】
【表２】
2006292856.tif 000004
【００４２】
表１に示す検証結果によれば、配向膜のラビング処理方向Ｓ１，Ｓ２と、ネマティック液晶４１の注入方向Ｐとを同一方向（相対角度０°）にした場合は、注入時間が３０分以下であったのに対し、配向膜のラビング処理方向Ｓ１，Ｓ２と、ネマティック液晶４１の注入方向Ｐとを逆向き（相対角度８０°）にした場合では、注入時間が約２倍の約４０分もかかった。
【００４３】
また、別な機種である表２に示す検証結果においても、配向膜のラビング処理方向Ｓ１，Ｓ２と、ネマティック液晶４１の注入方向Ｐとを同一方向（相対角度０°）にした場合は、注入時間が約１１分であったのに対し、配向膜のラビング処理方向Ｓ１，Ｓ２と、ネマティック液晶４１の注入方向Ｐとを逆向き（相対角度７０°）にした場合では、注入時間が約２４分もかかった。以上の結果から、本発明の大きな効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、透過型の双安定ネマティック液晶表示装置を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の液晶表示装置に備えられる弱アンカリングの配向膜を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２の弱アンカリングの配向膜の第２の方向に沿う凹凸の断面図である。
【図４】図４ａ，ｂは、本発明の双安定ネマティック液晶表示装置の製造方法を示す模式図である。
【図５】図５は、従来の双安定ネマティック液晶表示装置の製造方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  双安定型ネマティック液晶表示装置
１６  第１の配向膜（強アンカリングの配向膜）
２６  第２の配向膜（弱アンカリングの配向膜）
３０  カイラルネマティック液晶層（液晶層）
【図１】
2006292856.tif 000005
【図２】
2006292856.tif 000006
【図３】
2006292856.tif 000007
【図４】
2006292856.tif 000008
【図５】
2006292856.tif 000009