(57)【要約】【課題】  強誘電性液晶の配向方法、その配向方法によって形成された液晶表示素子の製造方法を提供する。【解決手段】  複数の液晶分子を含み、それぞれの液晶分子は、キラルセンターを中心として第１グループ及び第１グループの軸と四面体状に配列される第２ないし第４グループを含む強誘電性液晶を光配向方法によって配向する方法において、基板上に光配向膜を配向膜で成膜し、偏光された紫外線を傾斜照射するにおいて、照射光の入射平面と第１グループが同一平面上になく、互いに直交するようにして前記第２ないし第４グループのうち一つの軸に選択性を付与することを特徴とする強誘電性液晶の配向方法。これにより、連続方向子回転の強誘電性液晶（ＣＤＲ−ＦＬＣ）を配向して液晶表示素子に使用することによって、画面対比比及び画面均一度を向上させうる。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の液晶分子を含み、それぞれの液晶分子は、キラルセンターを中心として第１グループ及び第１グループの軸と、四面体状に配列される第２ないし第４グループとを含む強誘電性液晶を光配向方法によって配向する方法において、
基板上に光配向膜を配向膜として成膜し、偏光された紫外線を傾斜照射する場合において、照射光の入射平面と第１グループが同一平面上になく、互いに直交するようにして、前記第２ないし第４グループのうち一つの軸に選択性を付与することを特徴とする強誘電性液晶の配向方法。
【請求項２】
前記照射光の偏光比は、１０：１ないし３０：１であることを特徴とする請求項１に記載の強誘電性液晶の配向方法。
【請求項３】
前記光配向層がシンナメート系列またはクマリン系列で代表される光二量化方式の光配向剤よりなることを特徴とする請求項１に記載の強誘電性液晶の配向方法。
【請求項４】
前記照射光の入射面が前記第１グループの軸に垂直となることにより、前記第１グループの軸は、前記光配向膜に水平であることを特徴とする請求項１に記載の強誘電性液晶の配向方法。
【請求項５】
前記照射光の入射面が前記第１グループの軸に垂直となることにより、前記第１グループの軸は、前記基板に水平であることを特徴とする請求項１に記載の強誘電性液晶の配向方法。
【請求項６】
前記一つの軸は、前記第２グループの軸であることを特徴とする請求項１に記載の強誘電性液晶の配向方法。
【請求項７】
前記請求項１ないし６のうち何れか１項に記載の方法によって配向された強誘電性液晶を含む表示素子を製造する時、前記強誘電性液晶の注入方向が前記第１グループの軸方向と直交するように注入することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項８】
前記強誘電性液晶は、等方性状態で注入した後、相転移温度付近で分当り０.１℃ないし０.５℃の速度で徐々に冷却させることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項９】
前記冷却と同時に２Ｖないし３ＶのＤＣを印加し、相転移が終了した後にＤＣを除去し、常温に徐々に冷却させることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項２または３に記載の方法で配向された強誘電性液晶を含む液晶表示素子の製造方法において、
前記第１グループの軸方向に垂直な方向に前記強誘電性液晶を注入することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項１１】
前記強誘電性液晶は、等方性状態で注入され、分当り０.１℃ないし０.５℃の冷却速度で徐々に冷却されることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１２】
２Ｖないし３Ｖの直流電圧が冷却と同時に印加され、相転移が完了した後に前記直流電圧は除去され、前記強誘電性液晶は、常温まで徐々に冷却されることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶の配向方法に係り、さらに詳細には、紫外線照射を利用して強誘電性液晶（ＦＬＣ：Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）を配向するＦＬＣの配向方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＬＣは、外部での電場印加時、自発分極によってネマチック液晶に比べて非常に速い応答速度を示すため、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）レベルの動画対応性能を要求するアクティブマトリックス（ＡＭ：Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ）液晶表示素子の次世代液晶物質として多くの研究が進められた。
【０００３】
ＦＬＣは、ネマチック液晶とは違って、分子内のキラルセンターを有しており、自発分極が存在して速い応答速度を有するという長所がある。このようなＦＬＣは、表面安定ＦＬＣ（ＳＳ−ＦＬＣ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ＦＬＣ）と連続方向回転ＦＬＣ（ＣＤＲ−ＦＬＣ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｄｉｒｅｃｔｏｒ Ｒｏｔａｔｉｏｎ ＦＬＣ）とに分類される。
【０００４】
前者の場合、分子に電圧が印加されなければ、θまたは−θの状態について同じ確率を有して長時間残されている双安定性を表す。このような、ＳＳ−ＦＬＣは、非常に速い応答速度を有すると知られているが、非常に強い温度依存性及びスティッキング問題によって、連続的グレイスケールで制御することが非常に難しい実情である。
【０００５】
一方、後者の場合、前者とは違って、ＳｍＡ＊相のないＩｓｏ−Ｎ＊（キラルネマチック）−ＳｍＣ＊（Ｓｍｅｃｔｉｃ Ｃ＊）−クリスタルの相転移段階を示す。このようなＣＤＲ−ＦＬＣは、ＳＳ−ＦＬＣとは違って、常にブックセルフ構造を有するので、光効率が高く、ジグザグ欠陥が現れない。また、双安定性構造ではない単安定性構造であるため、アナロググレイスケールの具現が可能であるという長所を有している。
【０００６】
また、ＣＤＲ−ＦＬＣは、液晶の配向のために、キラルネマチック（Ｎ＊）相とキラルスメチック（ＳｍＣ＊）相の相転移温度付近で液晶に適切な電圧を印加しなければならない。しかし、物質と工程条件とによって程度の差はあるが、常温に冷却されつつ固有のストライプテキスチャが現れ、これにより、ブラック状態の輝度が高まり、対比比が低くなるという問題点が発生する。
【０００７】
前述した問題点を改善するための方案を非特許文献１にラビング工程を使用する場合についての論文が開示されている。
【０００８】
この論文の場合には、配向剤物質やラビング工程条件を変えて、常温でのストライプテキスチャを最小化した場合であって、依然としてラビング工程でない紫外線または可視光線を使用してＦＬＣを配向する場合については、前述した問題を克服した方法はない実情である。
【非特許文献１】Ｙａｓｕｆｕｍｉら、“Ｎｏｖｅｌ Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｏｄｅ ｆｏｒ Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｌｉｑｕｉｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｕｓｉｎｇ Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ−Ｃｈｉｒａｌ Ｓｍｅｔｉｃ Ｃ Ｐｈａｓｅ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌ”、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ.３８（１９９９）、ｐｐ.５９７７−５９８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする目的は、ＦＬＣの副軸について選択性を付与できるＦＬＣの配向方法及びそれにより製造されたＦＬＣ表示素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一類型によれば、ＦＬＣの配向方法は、複数の液晶分子を含み、それぞれの液晶分子は、キラルセンターを中心として第１グループ及び第１グループの軸と四面体状に配列される第２ないし第４グループとを含むＦＬＣを光配向方法によって配向する方法において、基板上に光配向膜を配向膜で成膜し、偏光された紫外線を傾斜照射する場合において、照射光の入射平面と第１グループとが同一平面上になく、互いに直交するようにして前記第２ないし第４グループのうち一つの軸に選択性を付与することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、本発明の望ましい実施例によってＣＤＲ−ＦＬＣを配向して液晶表示素子に使用することによって、画面対比比及び画面均一度を向上させうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい一実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の望ましい実施形態によってＦＬＣを配向するための方法を説明するための図面である。
【００１４】
図１に示されたように、本発明の望ましい実施形態によるＦＬＣは、透明基板１０２及び光配向層１０４上に形成される。
【００１５】
また、本発明の望ましい実施形態によれば、透明基板１０２上に光配向層１０４がスピン方法またはプリンティング方法によって成膜され、成膜された光配向膜に偏光された紫外線を照射して配向性を付与する。その後、同じ方法で製作された他の一枚の基板を対向させて組立てて液晶セルを製作した後、ＦＬＣを注入してディスプレイとして使用する。
【００１６】
本発明の望ましい実施形態によってＦＬＣの光配向層１０４を配向するためには、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）ガラスのような物質より形成された透明基板１０２上に配向剤を１００Åないし１,０００Åの厚さに塗布した後、成膜された配向膜に２００ｎｍないし４００ｎｍの波長帯を有する紫外線を利用して１００ｍＪ／ｃｍ２ないし２,０００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギーで偏光照射して０.５ｎｍないし２ｎｍのセルギャップを有するセルを製作した。本発明の望ましい実施形態で使用したＦＬＣは、ＣＤＲ−ＦＬＣを使用して製造した。
【００１７】
本発明の望ましい実施形態で使われたＦＬＣは、ＣＤＲ−ＦＬＣより形成されたため、従来のネマチック液晶が単一軸のみを有するのとは違って、キラルセンターＣＣの存在によって二重軸が存在する。すなわち、本発明の望ましい実施形態によるＦＬＣ１００の液晶分子１０６は、キラルセンターＣＣ及び第１ないし第４グループＧＡ，ＧＢ，ＧＣ及びＧＤを含む。
【００１８】
さらに詳細に説明すれば、液晶分子１０６の第１グループＧＡの中心がなす軸が主軸ｎｅであり、この軸は、従来のネマチック液晶での異常光軸に該当する。そして、第２ないし第４グループＧＢ，ＧＣ及びＧＤは、キラルセンターを中心に主軸ｎｅと正四面体状に配列される。
【００１９】
また、本発明の望ましい実施形態によれば、照射光の偏光比は、１０：１ないし３０：１ほどであることが望ましい。
【００２０】
従来のネマチック液晶を光配向方法によって配向させるための照射工程では、液晶分子の主軸の異常光軸が入射光と、基板に垂直であるベクトルとがなす入射平面上に存在するため、偏光方向によって液晶分子の配向方向を決定し、入射角と照射エネルギーとによって前傾斜角を制御する方法が使われた。しかし、ＦＬＣの場合、液晶分子の主軸の前傾斜角が非常に小さいか、またはない時に、配向特性がさらに良いと知られており、キラルセンターを中心に相異なる種類のモイエティが副軸をなしている。これにより、本発明では、光配向方法によってＦＬＣを配向する場合において、ネマチック液晶とは違って、偏光方向によってＦＬＣの主軸を配向させるが、従来の方法とは違って、液晶の主軸の配向方向が入射平面と直交にすることによって、副軸についての選択性を付与してＦＬＣの配向特性を向上させようとする。
【００２１】
照射光は、入射角θを有して光配向層１０４に入射させ、このとき、偏光Ａは、液晶分子１０６の第１グループＧＡが光配向層１０４の表面で配列される方向を決定する。すなわち、第１グループＧＡの主軸ｎｅは、入射される照射光のほとんどの照度を占める偏光Ａに垂直であるＸ軸方向に配列される。
【００２２】
例えば、光配向剤をシンナメート系列より形成する場合に、照射光は、Ｐ波対Ｓ波の偏光比が１０：１ないし３０：１であることが望ましく、この場合に、Ｐ波は、偏光方向が入射平面に平行であり、Ｓ波は、偏光方向が入射平面に垂直である状態を意味する。また、この場合、主軸Ｇａは、Ｐ波成分を利用して選択性を付与しつつ配向でき、Ｓ波成分を利用して副軸ＧｂないしＧｄのうち一つに選択性を付与できる。
【００２３】
図２は、図１をＸ−Ｚ平面に切断した断面図である。
【００２４】
図２に示されたように、第１グループＧＡの主軸ｎｅが光配向層１０４の表面となす角度である前傾斜角は、入射される照射光の入射平面が第１グループＧＡの主軸ｎｅと同一平面上にある場合に限り、照射光の入射角θと照射エネルギーとの組み合わせによって制御が可能である。したがって、本発明の望ましい実施形態では、照射光の入射平面が第１グループＧＡの主軸ｎｅに対して垂直になるように入射したので、第１グループＧＡの主軸ｎｅが光配向層１０４の表面に対してなす前傾斜角は０°となる。
【００２５】
図３は、図１をＹ−Ｚ平面に切断した断面図である。
【００２６】
図３を参照して、第２ないし第４グループＧＢ，ＧＣ及びＧＤのうち一つの第２グループＧＢを例として副軸方向に配向選択性を付与することについて説明する。本発明の望ましい実施形態で、副軸は、主軸ｎｅに垂直である平面のＹ−Ｚ平面上での第２グループＧＢに近い軸方向ｎｏと定義する。
【００２７】
本発明の望ましい実施形態によれば、図１に示されたように、第２グループＧＢの軸方向ｎｏが光配向層１０４の平面で配向される方向は、照射光の偏光成分Ｂによって決定される。すなわち、照射光の偏光成分Ｂに垂直方向に決定されることによって、第２グループＧＢの軸方向ｎｏは、光配向層１０４の平面と垂直であるＹ−Ｚ平面上に配列される。
【００２８】
また、第２グループＧＢの軸方向ｎｏが光配向層１０４の平面となす角度の前傾斜角αＳは、照射光の偏光成分Ｂの照射エネルギーと照射光の入射角θとの組み合わせによって制御が可能である。
【００２９】
後述する実施例は、本発明の望ましい実施例によって第２グループＧＢの軸方向ｎｏが光配向層１０４の平面となす角度の前傾斜角αＳを調節した実験例を表す。
【００３０】
実施例
マレイミド−スチレン共重合体を利用したシンナメート系光配向剤を利用して、本発明の望ましい実施例による光配向層１０４を製造した。光配向剤をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に５ｗｔ％の濃度に溶解させた後、１.５ｃｍ×１.５ｃｍサイズのＩＴＯガラス基板２枚にスピンコーティング方法によって塗布した後、ヒーティングプレートで１時間ほど乾燥して４００Åの厚さに成膜した。
【００３１】
本明細書で参照として採択し、本出願の発明者であるＫｉｍらが“ＰＯＬＹＭＡＬＥＩＭＩＤＥ ＡＮＤ ＰＯＬＹＩＭＩＤＥ ＰＨＯＴＯ−ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＦＯＲ ＬＣ ＤＩＳＰＬＡＹ”という名称で米国特許第６,２１８,５０１号として２００１年４月１７日に特許許与されたシンナメート系列の光配向剤を本発明の光配向層１０４として使用することが望ましい。
【００３２】
一方、前述した光配向層が成膜されたＩＴＯよりなる透明基板２枚に、図１と同じ方法で偏光紫外線を、入射角度θを３０°として５００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギーで照射した。照射された一枚の透明基板に１.５μｍのスペーサを２ｗｔ％で混ぜた熱硬化性封止剤をスクリーン印刷法で塗布した後、残りの透明基板を組み合わせて１５０℃で１時間ほど高温プレスを利用して圧着熱硬化した。この時、液晶の注入方向が配向方向と直交するように液晶セルを製造した。
【００３３】
このように製造された液晶セルを１１０℃でセッティングされたマットラーホットステージに装着し、ＣＤＲ−ＦＬＣを注入口に少量滴下して等方性状態で注入した。ＣＤＲ−ＦＬＣの注入が完了した後、相転移温度直前である７４℃まで冷却させ、相転移区間±１℃の区間で、分当り０.２℃ずつ徐々に冷却させつつＤＣ ２Ｖを印加した。相転移が完了した後、４０℃まで分当り１℃ずつ徐々に冷却した後、４０℃で光学的パワーメータを使用して対比比を測定した。ブラックの輝度は、０Ｖ印加時の輝度を測定し、３６０Ｈｚの周波数でＶｐｐ １０Ｖを印加し、ホワイトの輝度を測定した後に対比比を計算した。このような方法でセル１０枚を製作して、同じ方法で対比比を計算した。
【００３４】
比較例
ラビング用の配向剤である日産化学のＳＥ−７９９２配向剤を１.５ｃｍ×１.５ｃｍサイズのＩＴＯ透明基板２枚にスピンコーティング方法によって塗布した後、２００℃のヒーティングプレートで１時間ほど乾燥して４００Åの厚さに成膜した。ポリイミド配向膜が成膜されたＩＴＯ透明基板２枚をラビング方法によって配向処理し、一つの透明基板に１.５μｍのスペーサを２ｗｔ％で混ぜた熱硬化性封止剤をスクリーン印刷法で塗布した後、残りの透明基板を組み合わせて１５０℃で１時間ほど高温プレスを利用して圧着熱硬化した。このとき、液晶の注入方向が配向方向と直交するように注入した。
【００３５】
このように製造されたセルを１１０℃でセッティングされたマットラーホットステージに装着し、ＣＤＲ−ＦＬＣを注入口に少量滴下して等方性状態で注入した。注入が完了した後、相転移温度直前である７４℃まで冷却させ、相転移区間±１℃の区間で、分当り０.２℃ずつ徐々に冷却させつつＤＣ ２Ｖを印加した。相転移が完了した後、４０℃まで分当り１℃ずつ徐々に冷却した後、４０℃で光学的パワーメータを使用して対比比を測定した。ブラックの輝度は、０Ｖ印加時の輝度を測定し、３６０Ｈｚの周波数でＶｐｐ １０Ｖを印加し、ホワイトの輝度を測定した後で対比比を計算した。このような方法でセル１０枚を製作して、同じ方法で対比比を計算した。
【００３６】
表１を参照すれば、実施例の対比比が比較例の対比比に比べて、２倍以上に向上したことが分かる。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
一方、本発明の望ましい実施例によれば、配向処理された透明基板を組み合わせて液晶セルを製作する時、液晶の配向方向と注入方向とが直交にすることによって、本照射工程による効果を極大化させうる。
【００３９】
このような配向工程及びセル組み合わせを利用して、液晶の主軸でない主軸に直角方向に配向の選択性を付与でき、実際液晶を注入して表示素子として製作した時、常温でストライプテキスチャによる欠陥を最小化して、表示品質を向上させうる。
【００４０】
本発明は、図面に示された実施形態を参考として説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によるＦＬＣ配向方法は、アクティブマトリックス液晶表示素子の製造に使用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の望ましい実施形態によってＦＬＣを配向するための方法を説明するための図面である。
【図２】図１をＸ−Ｚ平面に切断した断面図である。
【図３】図１をＹ−Ｚ平面に切断した断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０２    透明基板
１０４    光配向層
１０６    液晶分子
ＧＡ，ＧＢ，ＧＣ，ＧＤ    第１ないし第４グループ
θ    入射角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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