(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を配向処理させた棒を基板から間隔を設けて配置し、基板と棒の間隙に液晶性材料を保持させ、基板を一方向に移動させることによって、基板に配向機能を持たせることを特徴とする配向膜の形成方法。
【請求項２】
表面に電極及び高分子膜が形成された基板において、予め表面を配向処理させた棒を基板から間隔を設けて配置し、液晶性材料を基板と棒の間隙に保持させ、基板を一方向に移動させることによって、基板に液晶配向機能を持たせることを特徴とする配向膜の形成方法。
【請求項３】
基板と棒の間隙に保持させる材料をネマチック相を示す液晶材料とした請求項１または２記載の配向膜の形成方法。
【請求項４】
予め配向処理させる棒に電極を設けて、基板との間に電圧を印加できる様にした構成を特徴とする請求項１、２または３記載の配向膜の形成方法。
【請求項５】
対向する基板間に液晶が封入され、少なくとも一方の該基板に対してほぼ水平配向させるための配向膜を有する液晶セルにおいて、前記配向膜が、請求項１、２、３または４記載の配向膜の形成法に特徴を持たせた配向膜を有することを特徴とする液晶素子。
【請求項６】
配向処理をした表面と基板とを間隔を隔て配置し、表面と基板との間隙に液晶性材料を保持させ、表面および／または基板を移動させることにより、基板に液晶分子に対する配向機能を生じさせることを特徴とする配向膜の形成方法。
【請求項７】
表面と基板との間に電圧を印加することを特徴とする請求項６記載の配向膜の形成方法。
【請求項８】
請求項６または７記載の配向膜の形成方法により形成した配向膜を用いることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項９】
請求項６または７記載の配向膜の形成方法により作成した配向膜。
【請求項１０】
さらに、配向処理を施された基板を洗浄する工程を有することを特徴とする請求項６記載の配向膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶素子の製造に利用される液晶配向の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶素子において、液晶分子の配向状態を制御する技術は極めて重要である。特に、現在最も広く実用化されているＴＮ（ツイストネマチック）、ＳＴＮ（スーパーツイストネマチック）型などにおいて液晶分子の面内配向および垂直方向の配向状態（プレティルト角）もその特性に大きな影響を及ぼす要因である。
【０００３】
従来、液晶素子などに用いられる液晶用配向方法として、いくつかの方法が採られている。その中でも現在最も一般的に採用されているのは、ラビング方法である。これは、基板上にポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリアミドなどの高分子を、スピンコート、印刷、ディッピングなどにて塗布し、熱硬化させた後その塗布膜の表面をナイロンやレーヨンなどの布で表面を一定方向にラビングする方法である。このラビング処理により液晶の面内配向が形成できる理由としては、表面に形成されたマイクログループまたは延伸配向された高分子主鎖との相互作用によるものと説明されている。
【０００４】
液晶分子の配向方法としては、他に酸化珪素などの斜方蒸着法によりプレティルト角を持たせる液晶配向もある。更にはラビング法に代わる種々の方法が提案されている。液晶注入時に磁場をかけて配向させる方法は１９９２年ジャパンディスプレイ、Ｐ３−１２（予稿集８３１頁）にて廣嶋綱紀等が発表している。液晶性高分子を薄膜にして、液晶層を示す温度において磁場を印加させて、液晶分子を配向させる方法として特開昭６１−４２６１８号公報がある。また、特開昭６２−２０９４１５号公報では、単分子膜を水面上に形成し、それを基板上に移し取るというラングミュア・プロジェット（ＬＢ）法がある。特開平２−１２３３３１号では、液晶性高分子の薄膜を、ずり応力で処理することによって高分子薄膜を配向させる方法が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ラビング方法は、ナイロンなどの布で高分子膜の表面を擦る為に発塵と静電気発生の問題があり、発塵によりセルの厚みを変化させたり、不純物としてセル内に残り信頼性を低下させ、歩留まりを下げる原因ともなっている。
【０００６】
その他のラビングを用いない配向方法では、斜方蒸着法は大型化には不向きであり、量産性に乏しい点がある。磁場によって配向させる方法は、基板を大きくしたときに極めて大きい磁場と多大な時間が必要であり、ＬＢ法でも大きな基板では水面上への単分子膜の展開では、均一性と多大な時間を要するなどの問題がある。ずり応力で処理する方法は、応力を加える際には精密な駆動部が必要となり、ずり応力によって基板表面が損傷されるのはラビングと同様で、表示品位が低下するなどの不都合がある。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、高コントラストで高品位な液晶表示素子が得られる、新しい高度な液晶配向力を有する配向膜の形成法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
本発明の構成は、以下にて表される。
（１）表面に電極及び高分子膜が形成された基板において、すでに表面を配向処理させた棒を基板から間隔を設けて配置し、液晶性材料を基板と棒の間隙に保持させ、基板を相対的に一方向に移動させて配向機能を持たせられる。また、保持させた液晶性材料を洗浄しても基板に液晶配向機能を持たせることを特徴とする配向膜の形成方法。
（２）基板と棒の間隙に保持させる材料をネマチック相を示す液晶材料とした配向膜の形成方法。
（３）予め配向処理させる棒に電極を設けて、基板との間に電圧を印加できる様にしたことを特徴とする上記の配向膜の形成方法。
（４）上記の配向膜の形成方法により作製された基板間に液晶が封入されてなる液晶素子。
（５）配向処理をした表面と基板とを間隔を隔て配置し、表面と基板との間隙に液晶性材料を保持させ、表面および／または基板を移動させることにより、基板に液晶分子に対する配向機能を生じさせることを特徴とする配向膜の形成方法。
（６）表面と基板との間に電圧を印加することを特徴とする前記５項記載の配向膜の形成方法。
（７）前記５または６項記載の配向膜の形成方法により配向膜を形成することを特徴とする液晶表示素子。
（８）前記５または６項記載の配向膜の形成方法により作成することを特徴とする膜およびこの膜を有する表面。
【０００９】
【発明の実施の形態】
更に本発明を詳細に説明する。
本発明にかかる配向膜の形成方法においては、基板上にはポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリアミドなどの高分子を、スピンコート、印刷、ディッピングなどにて塗布し、熱硬化させたものである。表面を配向させた棒は、ガラス、金属、プラスチックなどを用い、配向膜は棒の表面にポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリアミドなどの薄膜を塗布し、熱硬化させた後ラビングにより配向処理している。なお、配向処理は酸化珪素などによる斜方蒸着によるものなどでも構わない。本発明の配向処理を行う為には、均一な配向を得やすい等の理由により基板と棒の組み合わせが好ましいが、基板と円盤状のもの、基板と板状のもの、その他の組み合わせでもかまわない。
【００１０】
表面を配向処理させた棒と基板の間に使用する液晶性材料は、通常ＴＮ用に用いられている化合物にて減粘材料などの非液晶物質でもよく、単一化合物または組成物であり、望ましくはネマチック相を示す材料である。棒と基板間の距離は０．０２ｍｍ〜２ｍｍを好適に用いることができるが基板に接触しない範囲で狭いほど配向はよくなる。配向させた棒は移動する方向に対する幅は０．１ｍｍ以上であればよい。配向処理をするための基板の移動速度は０．５ｍｍ〜２５０ｍｍ／分位を好適に用いることができるが、均一化のためには移動速度は遅い方がよく、移動速度も一定速度とする方がより望ましい。
【００１１】
本発明による配向処理を施された基板の表面には、処理直後は液晶が付着しているが、この後一定時間放置してから、この液晶をイソプロピルアルコールなどの溶剤にて洗浄する。付着した液晶を通常の洗浄方法で洗浄しても液晶配向機能は失われない。２枚の基板を対向させてセルを作製し、液晶を注入して均一配向処理などに一般的に用いる高温焼成がされても何ら液晶配向機能は失われない。なお、配向処理後の放置する時間は長いほど良好な配向を示した。
【００１２】
本発明による配向処理をした基板の配向方向を反平行に対向してセルを構成し、液晶を封入して液晶セルを作製する。液晶セルを偏光顕微鏡で観測すると均一な暗状態となった。液晶に色素を添加して配向状態の評価のために、２色性比を測定すると０．７であった。これはラビングによる液晶セルが２色性比で０．７５〜０．８の値を示すことから、ラビングによる配向処理よりは若干悪いが実用上は十分な配向性を持っている。
【００１３】
本発明による配向処理により表面の性質に方向性を生じさせることを利用して液晶分子の配向の為の表面処理に限らず、表面の改質として用いることができる。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
ＩＴＯ電極付きのガラス基板にスピンナーにより、ポリイミド系配向材料ＰＩＸ−５４００（日立化成製）を塗布し、予備乾燥した後で焼成し高分子薄膜を形成した。６ｍｍ角の金属棒を用意し、この角棒をポリイミド系配向材料ＰＳＩ−Ａ−２２０１に含浸して配向材料を塗布し、基板と同様に予備乾燥した後焼成して高分子薄膜を形成し、この薄膜表面をナイロン布で金属棒の長手方向に垂直となる一定の方向にラビング処理し、表面の高分子薄膜を液晶セルで一般に採用されているラビング配向をさせた。
【００１５】
この配向させた金属棒を基板との距離が０．２ｍｍになるように固定し、基板面と金属棒の間に液晶材料ＭＢＢＡを満たした。この状態から基板を一方向に移動させ、移動速度は４ｍｍ／分とした。図１に示す様な構成である。液晶材料は移動中に常に保持されるように自動的に追加するようにした。この様に処理した基板をクリーンな容器に２４時間放置し、表面に付着した液晶をイソプロピルアルコールにて洗浄した。この様に処理した２枚の基板を、処理時の移動方向が逆になるような配置（反平行）にして、セル厚を一定にするためにスペーサーを介して重ね合わせ、液晶材料ＧＲ−３Ｂ（チッソ製）に色素を添加したゲストホスト（ＧＨ）液晶を注入した。
【００１６】
この様にして作製した液晶セルを偏光顕微鏡観察、配向秩序度の測定を行った。偏光顕微鏡の観察から消光位の暗状態が確認でき、均一な配向が得られているのが分かった。配向秩序度に関しては０．７の値を示した。図２に配向秩序度の測定に用いた液晶素子の一例を示す。
【００１７】
（実施例２）
ＩＴＯ電極付きのガラス基板にスピンナーにより、ポリイミド系配向材料ＰＳＩ−２２０１（チッソ製）を塗布し、予備乾燥した後で焼成し高分子薄膜を形成した。５ｍｍ角のガラス棒を用意し、ガラス棒の一つの面に端面から０．５ｍｍ幅のＩＴＯ電極を付けて、ポリイミド系配向材料ＰＳＩ−Ａ−２３０１（チッソ製）に含浸して配向材料を塗布し、基板と同様に予備乾燥した後焼成して高分子薄膜を形成した。この棒の薄膜表面をナイロン布でガラス棒の長手方向に垂直となる一定の方向にラビング処理し、表面の高分子を液晶セルで一般に採用されているラビング配向させた。
【００１８】
この配向させたガラス棒を基板との距離が０．１ｍｍになるように固定し、棒に付けた電極が基板と向かい合うように配置し、基板面と金属棒の間にＰ型の液晶材料ＧＲ−３Ｂ（誘電率異方性Δε＝１２．３）を満たした。この状態から基板を一方向に移動させると同時に金属棒と基板間に５０Ｖを印加し、移動速度を６ｍｍ／分とした。図３に示す様な構成とする。液晶材料は移動中に常に保持されるように自動的に追加するようにした。
【００１９】
この様に処理した基板をクリーンな容器に１２時間放置し、表面に付着した液晶をイソプロピルアルコールにて洗浄した。この様に処理した２枚の基板を、処理時の移動方向が９０度となるような配置（ツイストネマチック）にして、セル厚を一定にするためにスペーサーを介して重ね合わせ、液晶材料ＧＲ−３Ｂにカイラル剤ＣＭ（チッソ製）０．５重量％添加したカイラルネマチック液晶を注入した。
【００２０】
この様にして作製したＴＮ液晶セルの電気光学特性の測定を行った。基板と金属棒の間に電圧を印加させたために、若干のプレティルト角が発生し、カイラル剤添加による効果もあり、リバースドメインも出ない良好な配向を示した。セル厚を９μｍにした場合に、矩形波電圧印加にてしきい値電圧は１．６５Ｖであり、飽和電圧は２．２８Ｖであった。これはラビングセルの時と比べて、殆ど変わらないが、しきい値電圧／飽和電圧の比となる急峻性は若干良い結果であった。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の配向膜の形成方法によれば、基板表面をラビングすることなく、液晶配向機能を有する配向膜を提供することができる。ラビング処理をしないので、液晶表示素子の製造工程において、従来のような発塵と静電気発生の問題が回避され、液晶セルの厚みを制御して歩留まりを高めると共に、信頼性を向上させ、静電破壊による欠陥発生を少なくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の配向形成方法の構成を示す。
【図２】  配向秩序度の測定に用いた液晶セルの構造を示す。
【図３】  本発明の実施例で示した電界印加による配向形成法の構成を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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