(57)【要約】【課題】  高速応答の液晶表示装置を製造するための液晶滴下法を提供すること。【解決手段】  液晶滴下法を用いた液晶表示装置であって、液晶滴下工程において比誘電率が２.０以上５.０以下の有機化合物が混入したネマチック液晶組成物を基板上に滴下することを特徴とする液晶表示装置およびその製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶滴下法を用いた液晶表示装置の製造方法であって、
液晶滴下工程において比誘電率が２.０以上５.０以下の有機化合物が混入したネマチック液晶組成物を基板上に滴下することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、
ネマチック液晶組成物に混入させる有機化合物の室温における蒸気圧が１００Ｐａ以上３００００Ｐａ以下であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１及び請求項２に記載の製造方法において、
ネマチック液晶組成物に混入させる有機化合物の添加量が２ｗｔ％以下であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項４】
液晶滴下法を用いた液晶表示装置の製造方法であって、
前記液晶滴下法において、ネマチック液晶組成物を滴下した基板を真空封入容器内に設置し、且つ、比誘電率が２.０以上５.０以下の有機化合物が入れられた液晶皿を前記真空封入容器内に設置して製造されたことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記有機化合物の室温における蒸気圧が１００Ｐａ以上３００００Ｐａ以下であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項６】
請求項４および請求項５に記載の製造方法において、
前記有機化合物が、基板上に滴下されたネマチック液晶組成物を含んでいることを特徴とする製造方法。
【請求項７】
ネマチック液晶組成物中に比誘電率が２.０以上５.０以下の有機化合物が混入され、液晶滴下法により製造されたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の液晶表示装置おいて、
有機化合物の室温における蒸気圧が１００Ｐａ以上３００００Ｐａ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項７および請求項８に記載の液晶表示装置において、
有機化合物の添加量が２ｗｔ％以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は二枚のガラス基板の間隙に液晶層を設け、電気光学効果により文字，数字，図，絵などを表示する装置として既に知られている。現在、ＴＮ（Twisted Nematic），ＳＴＮ（Super twisted Nematic），ＩＰＳ（In-Plane switching），ＶＡ（Vertical Alignment）等の駆動モードが知られている。近年、これら駆動を有する液晶表示装置においては、ディスクトップ型パソコンの液晶表示装置としてだけでなく、液晶テレビへ向けて大画面の液晶表示装置が製造される一方、携帯電話などの小型の液晶表示装置への展開も急速に進んでいる。
【０００３】
このように、液晶表示装置は液晶テレビや携帯電話の表示装置としても期待されていることから、動画表示用として応答時間の高速化が求められている。この要求に対する液晶材料は従来よりも低粘度である必要がある。これに対し、ＳＴＮ液晶で用いられてきたシアノ系ネマチック液晶組成物に替わって、フッ素系ネマチック液晶組成物が開発されてきた。これらフッ素系ネマチック液晶組成物はシアノ系ネマチック液晶組成物と比較して比抵抗が高いため、表示むらなども少なく、信頼性の高い液晶ともなっている。
【０００４】
このような液晶表示装置は、ネマチック液晶組成物を電極つきガラス基板の間隙に含有させたものであり、液晶注入方法として下記に示すいくつかの方法が知られている。
【０００５】
ここで、特許文献１には、二枚のガラス基板をシール剤で貼り合わせ、そのシール剤の２ヶ所以上を解放して１ヶ所の液晶封入口と１ヶ所以上の排気口を設け、封入口に液晶注入コネクタを接続してネマチック液晶組成物を注入する製造方法が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、一方のガラス基板上に形成されたシール剤の内側にネマチック液晶組成物を滴下し、真空容器中でもう一枚のガラス基板を貼り合わせる製造方法が記載されている。この液晶注入方法を液晶滴下法という。
【０００７】
これら液晶表示装置の液晶注入方法のうち、特許文献１に記載の液晶注入方法では、液晶注入に要する時間が画面サイズに依存するため、大型サイズの液晶セルになると量産性に欠ける問題点を有している。また、液晶封入口が存在するため、液晶注入後に封入口部分を紫外線硬化樹脂などによって封止処理する工程が必要であり、また、封止部分からの気泡混入や封止材による液晶の汚染が問題となっている。これに対して、特許文献２に記載の液晶滴下法では、液晶注入に要する時間が特許文献１に記載の液晶注入方法と比べて短く、また、画面サイズにほとんど依存しないため、今後需要の拡大が予想される大型サイズの液晶表示装置の製造方法として有望であると考えられている。また、液晶封入口がないため、封止処理が不要である。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２８１２００号公報
【特許文献２】特開昭６３−１７９３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に記載の液晶滴下法は、上述のように従来の液晶注入方法と比較して大きな利点を有しているが、液晶滴下法による液晶表示装置の製造方法には、以下のような欠点がある。近年の動画表示用のネマチック液晶組成物は高速応答には対応するものの、その揮発性が大きく真空容器を用いた液晶滴下法では、ネマチック液晶組成物の揮発液晶成分が揮発してしまう欠点がある。実際に揮発性の高いネマチック液晶組成物を用いた場合、真空度を高くできないため、液晶滴下法の二枚のガラス基板を貼り合わせる工程で液晶表示装置内に残留したガスが多く、液晶表示装置の気泡発生の原因となっている。これを避けるために、真空容器中の真空度を高くすると、ネマチック液晶組成物の揮発液晶成分が揮発することになる。つまり、ネマチック液晶組成物が高真空に曝されるため、揮発性のネマチック液晶成分を使用すると組成変化を生じ、表示特性が劣化する欠点を生じる。
【００１０】
本発明の目的は、液晶滴下法による液晶表示装置の製造方法において、液晶表示装置内での気泡発生を起こさずに、且つ、揮発性のネマチック液晶組成物も使用できる液晶表示装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明は、液晶滴下法による液晶注入工程において、比誘電率が２.０以上５.０以下の有機化合物が混入したネマチック液晶組成物を基板上に滴下することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
液晶滴下法において、プロセスの信頼性を確保しつつ、高速応答の液晶表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、各実施形態を、図面により説明する。
【００１４】
（実施形態１）
本発明に係るネマチック液晶組成物とは、その構成成分として、４−フルオロフェニル基、３，４−ジフルオロフェニル基、３，４，５−トリフルオロフェニル基、４−トリフルオロメトキシフェニル基のいずれかを骨格に有するフッ素系液晶化合物を１成分以上含むネマチック液晶組成物である。これらフッ素系液晶化合物は粘度が小さく、高速応答に適したネマチック液晶組成物となっている。
【００１５】
本発明に係る比誘電率が２.０以上，５.０以下の有機化合物として、飽和炭化水素，芳香族炭化水素，エーテル化合物，フロン系化合物などをあげることができる。具体的には、飽和炭化水素として、ペンタン，ヘキサン，ヘプタン，オクタン，ノナン，デカン，ウンデカン，ドデカン，テトラデカン，ヘキサデカン，オクタデカン，シクロヘキサン，デカリンなどをあげることができる。芳香族炭化水素として、ベンゼン，トルエン，エチルベンゼン，キシレンなどをあげることができる。エーテル化合物とはジエチルエーテル，ジプロピルエーテル，ジブチルエーテル，メトキシベンゼンなどをあげることができる。フロン系化合物としては、トリクロルトリフルオルエタン，テトラクロルジフルオルエタンをあげることができる。
【００１６】
本発明に係るネマチック液晶組成物への有機化合物の添加量は、ネマチック液晶組成物の液晶表示装置としての物性である屈折率異方性，誘電率異方性，弾性率，粘度の変化を生じ、そして、最も重要な因子であるネマチック液晶−等方性液体転移温度の低下を生じさせる。有機化合物の添加量と液晶表示装置の製造工程の関係を検討したところ、２ｗｔ％程度あれば十分な効果があることが分かった。さらに少なくても、充分な効果が認められた。もちろん、有機化合物の添加量が２ｗｔ％以内にあれば、ある屈折率異方性，誘電率異方性，弾性率，粘度の変化量はごく僅かに留まる。また、ネマチック液晶−等方性液体転移温度の低下もほぼ２℃以内に収まり、液晶表示装置としての物性への影響は少なかった。
【００１７】
図１及び図３（ｂ）に示すように、液晶表示装置の作製には、２７０mm（長片側）×２００mm（短片側）で、厚みが１.１mmで表面を研磨した透明なガラス基板を用いた。
【００１８】
本実施例では、ネマチック液晶組成物ＺＬＩ−４７９２に高揮発性液晶である４−プロピル−（４−メトキシフェニル）−シクロヘキサンを５ｗｔ％加えたネマチック液晶組成物を使用した。以降では、このネマチック液晶組成物をネマチック液晶組成物Ａと記載する。
【００１９】
下基板１となるアレイ基板の上に信号電極，画素電極などを形成し、液晶４がシール剤３と接触するのを防止する液晶ガード枠５を光硬化性樹脂で形成した。この液晶ガード枠５の高さは５.９μｍである。さらにその最表面に配向膜を形成した。本実施形態では配向膜としてポリイミドを採用し、印刷機で塗布し焼成後の膜厚を０.１μｍ程度とした。その後、配向膜表面を液晶配向のための配向処理を施した。配向処理はラビング機を使用し、ラビングロールにレーヨン製バフ布を用いた。次に、外径６μｍのスペーサビーズが適量混入されたシール剤３（紫外線硬化型樹脂）を、シールマスクを用いてガラス基板上に印刷した。このシール剤３の高さは６０μｍである。この液晶セルの表示部は対角で約１０インチサイズ（２００mm×１５０mm）であり、この領域より僅かに大きい形状でのシール剤が塗布されている。図３（ｂ）に示されているように、液晶滴下法ではシール剤が連続して塗布されていることが特徴となる。従来から用いられている真空封入法では、真空容器内で液晶を注入するために、図３（ａ）に示されているように、液晶封入口１１が設けられていることが特徴になる。このシール剤３の内側にある液晶ガード枠５内に液晶４を、その高さが６.０μｍとなる量を滴下した。液晶４としてヘキサンの添加されたネマチック液晶組成物Ａを使用した。ネマチック液晶組成物Ａに添加されたヘキサンは１ｗｔ％である。ヘキサンの蒸気圧は２５０００Ｐａである。本実施形態では、液晶滴下法としてインクジェット方式を用いたが、ディスペンサ等を使用しても良い。
【００２０】
上基板２となるもう一方のカラーフィルタ基板には共通電極を形成し、ストライプ状の赤，青，緑の３色のカラーフィルタとブラックマトリックスを設けた。カラーフィルタの上には、ガラス基板間のギャップを保持するための突起スペーサを光硬化性樹脂で形成した。さらに、下基板１と同様の配向膜を塗布し、同条件でラビング処理を行った。この上基板２に対しては、液晶セル作製後の発ガスを防止するために、予め高温アニール処理を実施した。本実施例ではアレイ基板上にネマチック液晶組成物を滴下したが、カラーフィルタ基板側に滴下してもかまわない。
【００２１】
図１（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ヘキサンを混入したネマチック液晶組成物Ａの滴下された下基板１を、真空容器８内の基板固定盤６に設置した。また、上基板２を基板固定装置７に設置した。真空容器８には窒素ガスを容器内にリークするためのオリフィスを有する配管が付設されている。本実施形態では液晶表示装置内に残留するガスは窒素である。真空度が２０Ｐａになるまで、真空容器８内を排気する。５分程度で真空容器８内の真空度は２０Ｐａに達した。この後、上部基板２を下基板１に平行に貼り合わせた。さらに、２枚の基板を加圧しつつ、紫外線を照射して、シール剤を硬化した。液晶液晶表示装置内はスペーサで挟持され、液晶封入状態でギャップは５.３μｍであった。
【００２２】
液晶注入操作終了後、この液晶表示装置の応答を２５℃下で測定したところ、ヘキサンが混入されていないネマチック液晶組成物Ａの液晶表示装置と比較し、約１.２％の応答速度の改善が見られた。これは、ネマチック液晶組成物がネマチック液晶組成物Ａ単独と異なり、ヘキサンを含んでいるため、液晶組成物の粘性が低減されたためと思われる。また、ヘキサンを添加したことにより、ネマチック液晶組成物Ａの高揮発液晶成分４−プロピル−（４−メトキシフェニル）−シクロヘキサンの揮発が抑制され、より低い粘性に維持されたと推定される。実際に、この液晶表示装置を分解して液晶組成物を分析したところ、ヘキサンが検知され、その混入量は３９０ppmであった。また、４−プロピル−（４−メトキシフェニル）−シクロヘキサンの重量比もほぼ同じであった。さらに、到達真空度が２０Ｐａと低いにもかかわらず、液晶表示装置には気泡の発生は観察されなかった。これは、真空容器中に残留ガスとして存在したヘキサンがネマチック液晶組成物Ａ中に溶解するためと考えられる。
【００２３】
（実施形態２）
液晶表示装置を構成する上基板と下基板は実施形態１と同様な方法で作製した。使用したネマチック液晶組成物も実施形態１と同様のネマチック液晶組成物Ａである。
【００２４】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、液晶９となるネマチック液晶組成物Ａの滴下された下基板１を真空容器８内の基板固定盤６に設置した。また、上基板２を基板固定装置７に設置した。これ以外に、トルエンを混入したネマチック液晶組成物Ａが入れられた液晶皿１０を設置してある。ネマチック液晶組成物Ａに添加されたトルエンは１ｗｔ％である。トルエンの蒸気圧は４０００Ｐａである。真空容器８には窒素ガスを容器内にリークするためのオリフィスを有する配管が付設されている。本実施形態では液晶表示装置内に残留するガスは窒素である。真空度が２０Ｐａになるまで真空容器４内を排気する。５分程度で真空容器８内の真空度は２０Ｐａに達した。このあと、上部基板２を下基板１に平行に貼り合わせた。さらに、２枚の基板を加圧しつつ、紫外線を照射してシール剤を硬化した。液晶表示装置内はスペーサで挟持され、液晶封入状態でギャップは５.３μｍであった。
【００２５】
液晶注入操作終了後、この液晶表示装置１の応答を２５℃下で測定したところ、トルエンが混入されていないネマチック液晶組成物Ａの液晶表示装置と比較し、約２.８％の応答速度の改善が見られた。これは、ネマチック液晶組成物がネマチック液晶組成物Ａ単独と異なり、トルエンを含んでいるため、液晶組成物の粘性が低減されたためと思われる。また、トルエンを添加したネマチック液晶組成物Ａの液晶皿を設けたことにより、ガラス基板上に滴下されたネマチック液晶組成物Ａの高揮発液晶成分４−プロピル−（４−メトキシフェニル）−シクロヘキサンの揮発も抑制され、より低い粘性に維持されたと推定される。実際に、この液晶表示装置を分解して、液晶組成物を分析したところ、トルエンが検知され、その混入量は１２０ppmであった。また、４−プロピル−（４−メトキシフェニル）−シクロヘキサンの重量比もほぼ同じであった。さらに、到達真空度が２０Ｐａと低いにもかかわらず、液晶表示装置には気泡の発生は観察されなかった。これは、真空容器中に残留ガスとして存在したトルエンがネマチック液晶組成物中に溶解するためと考えられる。
【００２６】
この実施例では、液晶皿中のネマチック液晶組成物ＺＬＩ−４７９２はほとんど揮発しないので、再度トルエンを添加して繰り返し使用することができる。これにより、液晶皿を設けたことによるコスト増加を抑えることができる。
【００２７】
（比較例１）
液晶表示装置を構成する上基板と下基板は実施形態１と同様な方法で作製した。使用したネマチック液晶組成物も実施形態１と同様のネマチック液晶組成物Ａである。
【００２８】
図１（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ヘキサンを混入したネマチック液晶組成物Ａの替わりに、ヘキサンの混入されていないネマチック液晶組成物Ａだけが滴下された下基板１を真空容器８内の基板固定盤６に設置した。また、上基板２を基板固定装置７に設置した。真空容器８には窒素ガスを容器内にリークするためのオリフィスを有する配管が付設されている。本実施形態では液晶表示装置内に残留するガスは窒素である。真空度が２０Ｐａになるまで真空容器８内を排気する。５分程度で真空容器８内の真空度は２０Ｐａに達した。このあと、上部基板２を下基板１に平行に貼り合わせた。さらに、２枚の基板を加圧しつつ、紫外線を照射してシール剤を硬化した。液晶セル内はスペーサで挟持され、液晶封入状態でギャップは５.３μｍであった。
【００２９】
本比較例では、真空容器８内の到達真空度は２０Ｐａと低かったため、液晶表示装置のコーナー部に気泡が観察された。
【００３０】
（比較例２）
液晶表示装置を構成する上基板と下基板は実施形態１と同様な方法で作製した。使用したネマチック液晶組成物も実施形態１と同様のネマチック液晶組成物Ａである。
【００３１】
図１（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ヘキサンを混入したネマチック液晶組成物Ａの替わりに、ヘキサンの混入されていないネマチック液晶組成物Ａだけが滴下された下基板１を真空容器８内の基板固定盤６に設置した。また、上基板２を基板固定装置７に設置した。真空容器８には窒素ガスを容器内にリークするためのオリフィスを有する配管が付設されている。本実施形態では液晶表示装置内に残留するガスは窒素である。真空度が２Ｐａになるまで真空容器８内を排気する。１０分程度で真空容器８内の真空度は２Ｐａに達した。このあと、上部基板２を下基板１に平行に貼り合わせた。さらに、２枚の基板を加圧しつつ、紫外線を照射してシール剤を硬化した。液晶セル内はスペーサで挟持され、液晶封入状態でギャップは５.３μｍであった。
【００３２】
本比較例では、真空容器８内の到達真空度は２Ｐａと高かったため、液晶表示装置内に気泡は観察されなかった。ただし、液晶注入操作終了後、液晶組成物を分析したところ、ネマチック液晶組成物Ａの低分子液晶成分４−プロピル−（４−メトキシフェニル）−シクロヘキサンの５.８％減少が確認され、当初期待した応答速度は達成できなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ）本発明に係る液晶表示装置の液晶注入方法の説明図である。
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）本発明に係る液晶表示装置の液晶注入方法の説明図である。
【図３】（ａ），（ｂ）本発明に係る液晶表示装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  下基板    
２  上基板
３  シール剤
４  ネマチック液晶組成物
５  液晶ガード枠
６  基板固定盤
７  基板固定装置
８  真空容器
９  ネマチック液晶組成物
１０  液晶皿
１１  液晶封入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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