(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
載置台に載置された基板上に配向膜用の低粘性液体を滴下した状態で該載置台を水平に回転させることにより前記基板上に均一な配向膜を形成する光散乱型液晶表示素子の製造方法において、
前記載置台における前記基板の載置領域内に、該載置領域上に載置される基板の内周に沿って周設した基板吸着口により、該基板を真空吸着した状態で前記載置台を回転させ、
前記載置台における前記基板の載置領域内に、前記基板吸着口の外周を取り囲むように周設した液体吸引口により、前記載置台の回転時に前記基板の周縁に回り込む前記低粘性液体を吸引する、
ことを特徴とする光散乱型液晶表示素子の製造方法。
【請求項２】
前記基板吸着口及び前記液体吸引口の両方を、前記載置台における前記基板の載置領域内であって該基板の表示領域の外側に配設することを特徴とする請求項１記載の光散乱型液晶表示素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板上に形成された配向膜に表面処理を行わないことを特徴とする請求項１又は２記載の光散乱型液晶表示素子の製造方法。
【請求項４】
少なくとも、光散乱型液晶表示素子を構成するための基板を載置する載置台と、該載置台を水平に回転させる駆動手段とを備え、前記載置台に載置された基板上に配向膜用の低粘性液体が滴下された状態で該載置台を前記駆動手段で回転させることにより前記基板上に均一な配向膜を形成する構成とした光散乱型液晶表示素子の製造装置において、
前記載置台における前記基板の載置領域内に、該載置領域上に載置される基板の内周に沿って周設された、該基板を真空吸着するための基板吸着口と、
前記載置台における前記基板の載置領域内に、前記基板吸着口の外周を取り囲むように周設された、前記基板の周縁に回り込む前記低粘性液体を吸引するための液体吸引口と、
を備えることを特徴とする光散乱型液晶表示素子の製造装置。
【請求項５】
前記基板吸着口及び前記液体吸引口の両方が、前記載置台における前記基板の載置領域内であって該基板の表示領域の外側に配設されていることを特徴とする請求項４記載の光散乱型液晶表示素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光散乱型液晶表示素子の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電界誘起による相転移を利用したネマティックーコレステリック相転移型液晶（ＮＣＰＴ：Ｎｅｍａｔｉｃ  Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ  Ｐｈａｓｅ−Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）が液晶ディスプレイ等に用いられている。この相転移型（以下ＮＣＰＴと称する）液晶の表示原理は、図７に示した透過率（縦軸）と印加電圧（横軸）との関係を示す図に見られるように、印加電圧が低い（Ｖd90 以下）では液晶はコレステリック相になっている。この時入射光は液晶の螺旋構造により散乱される。印加電圧が高く（Ｖd 近傍）なるにつれて液晶は徐々に螺旋ピッチを伸ばし、やがて印加電圧が（Ｖu10 ）以上に達してネマティック相に転移を開始し、さらに、印加電圧が高くなって（２Ｖd ）で完全にネマティック相となる。この時入射光線は透過し、完全に透明状態となる。また、同図に見られるように、このＮＣＰＴ液晶は一度ネマティック相に転移すると印加電圧を（Ｖd 近傍）に迄小さくしても、そのままネマティック相の状態のまま保持され、印加電圧が（Ｖd90 ）近傍になってからコレステリック相に戻るというヒステリシス特性を有している。
【０００３】
このような動作原理により、ＮＣＰＴ液晶は相転移に伴う電気−光学ヒステリシスにより同一駆動電圧で透過、散乱の双安定状態を保持することができ、このＮＣＰＴ液晶を利用した投写型液晶ディスプレイは、従来のＴＮ型（ツウィステッド・ネマティック）液晶を利用したディスプレイのように、２枚の偏光板を必要としないため、該偏光板により明るさが減少することがないという大きな利点があるだけでなく、その光学的双安定性を用いることにより、原理的に制限のない大容量表示を直接駆動することも可能としている。
【０００４】
以上のような特徴を有するＮＣＰＴ液晶を用いたディスプレイを安定に駆動する為には、電気−光学ヒステリシスループの幅が広い温度範囲に渡って十分に広く、且つ安定でなければならない。そこで、このような幅の広いヒステリシスループを得ることのできる条件を明確にするためにヒステリシス効果が基板界面の液晶分子配向と強い相関を持つものと考え、液晶分子配向を規制する処理（以下ラビング処理と称する）技術を導入し、ヒステリシス幅との相関を調べた。その結果、図８に示すように、２枚の硝子基板にラビング処理を行い、基板界面に配向規制を与えた場合にヒステリシスは殆ど得られないことが判明した。また両基板にラビング処理を施さない条件では、最も広い温度範囲に渡って、最も幅の広いヒステリシスが得られることが判明した。また、片側の基板のみラビング処理を行った場合は、両基板にラビング処理を施さない条件の場合と比較してヒステリシス幅が若干小さくなるが、この幅は高温領域では減少することが判明した。
【０００５】
上記の結果により、基板界面に於ける液晶分子配向はランダム配向を与えることが重要であると結論できる。
即ち、このランダム配向を実現するには、（１）配向膜の形成を遠心法（スピナー方式）により行う。（２）前記（１）で形成した配向膜に表面処理を全く行わないことが重要な条件となる。
【０００６】
このような条件を満足するために遠心方（スピナー方式）により、図９〜図１１に示すような装置を用いて配向膜の形成を行うようにした。
図９において配向膜（高分子薄膜）の形成装置としてのスピナー１は、液晶セルを構成するための基板７を載置するスピナーテーブル２と、モータ等によって回転される駆動手段３とから構成される。この従来例では基板７よりもかなり小さめに形成されている。スピナーテーブル２は、液晶セルを構成するためのガラス基板７を載置するためのものである。駆動手段３はスピナーテーブル２を回転させるものである。また、図１０に示すように、ガラス基板７の吸着口５ａはスピナーテーブル２の上面中央に開口している。この吸着口５ａは、図のＡ−Ａ’断面である図１１に示すように、スピナーテーブル２の中心部に下方に向けて延出している。
【０００７】
また、図１２〜図１４は、（スピナー方式）により配向膜の形成を行う他の従来例で、基本的構成は前述の従来例とほぼ同一で、スピナー１は、スピナーテーブル２と、駆動手段３とから構成されている。このスピナーテーブル２には、図１３に示すように、ガラス基板７の吸着口５ｂが、該スピナーテーブル２の中央部に開口している。これら吸着口５ｂは、同図のＢ−Ｂ' 断面である図１４のようにスピナーテーブル２の上面に開口され、このスピナーテーブル２の内部に下方に向けて延出している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記図９〜図１１の従来例の場合、スピナーテーブル２の大きさよりもガラス基板７が大きいため、ガラス基板７の中央部と周辺部とで回転速度に違いが生じ、このため、特にガラス基板７の周縁部に膜厚ムラ８ａが発生する。また、ガラス基板７の吸着口５ａが、該ガラス基板７の表示領域９内にあるため、該表示領域９の中央部の吸着口５ａの近傍にガラス基板７を吸着する空気が当たって空冷され、これによってガラス基板７の中央部と周辺部とで熱分布に違いが発生し、これが膜厚ムラの原因となるという問題を有していた。
【０００９】
また、前述した図１２〜図１４の他の実施例の場合も低粘性液体を塗布した場合、該液体がガラス基板７の裏面に回り込み８ｂを生じ、この回り込み８ｂを除去する必要があり、また、除去するのが非常に困難であるという問題を有していた。さらに、基板吸着口５ｂがガラス基板７の表示領域９内にあるため、吸着口５ｂの近傍に熱分布の相違による膜厚ムラが発生するとともに、低粘性液体８を塗布した場合に低粘性液体８がガラス基板７の裏面へ回り込み８ｂを生じ、さらに、この回り込み８ｂが吸着口５ｂに吸引され、該吸着口５ｂの吸引力が弱くなってガラス基板７がスピナーテーブル２から外れて飛び出してしまうという問題を有していた。
【００１０】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、膜厚のムラが生じることがなく、スピナーテーブル２にガラス基板７を確実に固定することを可能とすることによって無配向性のＮＣＰＴ液晶表示素子の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
先ず本発明の製造方法は、載置台に載置された基板上に配向膜用の低粘性液体を滴下した状態で該載置台を水平に回転させることにより前記基板上に均一な配向膜を形成する光散乱型液晶表示素子の製造方法において、前記載置台における前記基板の載置領域内に、該載置領域上に載置される基板の内周に沿って周設した基板吸着口により、該基板を真空吸着した状態で前記載置台を回転させ、前記載置台における前記基板の載置領域内に、前記基板吸着口の外周を取り囲むように周設した液体吸引口により、前記載置台の回転時に前記基板の周縁に回り込む前記低粘性液体を吸引する、ことを特徴とする。
また、本発明の製造装置は、少なくとも、光散乱型液晶表示素子を構成するための基板を載置する載置台と、該載置台を水平に回転させる駆動手段とを備え、前記載置台に載置された基板上に配向膜用の低粘性液体が滴下された状態で該載置台を前記駆動手段で回転させることにより前記基板上に均一な配向膜を形成する構成とした光散乱型液晶表示素子の製造装置において、前記載置台における前記基板の載置領域内に、該載置領域上に載置される基板の内周に沿って周設された、該基板を真空吸着するための基板吸着口と、前記載置台における前記基板の載置領域内に、前記基板吸着口の外周を取り囲むように周設された、前記基板の周縁に回り込む前記低粘性液体を吸引するための液体吸引口と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記基板吸着口及び前記液体吸引口の両方は、前記載置台における前記基板の載置領域内であって該基板の表示領域の外側に配設されていることが望ましい。
【００１２】
従って、本発明によれば、前記液体吸引口が基板の周縁に回り込んだ低粘性液体を吸入し、基板の周縁の低粘性液体の回り込みを無くする。また、液体吸引口と基板吸着口の両方を基板の表示領域外に配設すれば、基板の表示領域内の熱分布の相違による膜厚ムラを無くすることを可能とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図により詳細に説明する。図１は、本発明の光散乱型液晶表示素子を製造するための製造装置にガラス基板を取り付けた状態を示す斜視図で、図２は、同じく装置にガラス基板を取り付けた状態を示す上面図、図３は、同じく装置にガラス基板を取り付けた状態を示す断面図である。尚、図中従来例と同一の構成部分には同一の符号を用いる。
【００１４】
図１において、１は本発明の光散乱型液晶表示素子を製造するためのスピナーで、同スピナー１は、載置台としてのスピナーテーブル２と、駆動手段３とから構成されている。スピナーテーブル２は液晶セルを構成するためのガラス基板７を載置するためのものである。駆動手段３はスピナーテーブル２を回転させるものである。この駆動手段３にはモータ等が採用されるが、スピナーテーブル２を回転させるものであれば、いずれの手段を採用することもできる。
【００１５】
スピナーテーブル２には、図２に示すようにガラス基板７の周縁部（及びその下面）への配向膜用低粘性液体の回り込み８を強制的に吸引するための吸引口４と、この吸引口４の内側に隣接して周設され、ガラス基板７を吸着する吸着口５が開口している。また吸引口４はガラス基板７の内周部に対向するように周設されている。これら吸引口４と吸着口５は、Ｃ−Ｃ’断面である図３のように、吸引口４は、ガラス基板７の上面から下方に向けて延出し、図示せぬ排出口にその低粘性液体を排出する。また、吸着口５は図示せぬエアポンプに連通してガラス基板７を吸着する。また、ガラス基板７の外周部のスピナーテーブル２には吸引口４の外側にガラス基板７の回転によって、該ガラス基板７の外側に飛散した低粘性液体が再びガラス基板７側に流れ込むのを防止するため、周辺部が中央部よりも低くなるようにガラス基板７の外周に段差６を周設している。
【００１６】
次に、このように構成したスピナー１を用いたＮＣＰＴ液晶表示素子の製造方法を以下に説明する。
まず、ガラス基板７をスピナーテーブル２の中央に載置する。このガラス基板７としては、例えば、透明なガラス基板を採用している。本実施例では、通常の透明電極（ＩＴＯ）がパターニングされたガラス基板７を用い絶縁効果を持たせるため、ＩＴＯ上に５００オングストロームのＳｉＯ2 蒸着膜を形成した。
【００１７】
このガラス基板７に形成されるＮＣＰＴ液晶と通常のＴＮ液晶との決定的な相違点は、本実施例のＮＣＰＴ液晶が通常のＴＮ液晶のように、ガラス基板７の表面に形成された配向膜に対して特定の方向に液晶分子を配向させていないことにあるので、このことについて以下に詳細に説明する。一般に液晶は基板界面に配向膜を設け、この配向膜界面に液晶分子を強く固定することによって電界印加前の初期分子配向を作り出している。すなわち、配向膜界面での液晶分子配向規制力が、パネルの内部まで強く作用し、パネル内の全ての液晶の配向を規定するようにしている。また、本実施例のＮＣＰＴ液晶は通常のＴＮ液晶のように、電界印加時の液晶分子配向欠陥を防止するためのプレチルト角制御等の表面処理を行っていない。ここでプレチルト角とは、電圧印加時に均一な表示を得るために、液晶分子が一方向にきれいに倒れるように、予め基板から傾斜させておく角度のことである。通常のＴＮ液晶は、ＯＦＦ状態での消光性をよくし、コントラストを大きくするために電圧無印加時に液晶分子をガラス基板に対し、平行に配向させることが望ましい。しかし、完全に液晶分子を平行に配向させてしまうと電圧印加時に一様な液晶分子の配向が得られず、高品質の表示が実現できない。そこで電圧印加時の液晶分子を平行から僅かに傾かせた液晶分子配向が採用されている。そして、コントラストを犠牲にせず、高品質の表示を行うために２度程度のプレチルト角を与えることが望ましいとされていることである。
【００１８】
また、本実施例の液晶層の厚みは高分子ビーズにより５．０±０．１ミクロンに制御した。液晶材料には、通常市販されているネマティック液晶にカイラルネマティック液晶を１０wt％添加し、螺旋ピッチを１．０ミクロンとした。ネマティック液晶の複屈折は０．２０４（２５°Ｃ、５８９nm）、回転粘性２７ｃＰ（２５°Ｃ）、カイラルネマティック液晶には固有螺旋ピッチの短いダブルエステル基を持つ液晶を選定し、且つ螺旋ピッチの温度依存性を無くすため左旋性、右旋性２種の混合物とした。
【００１９】
更に図４に示すように、液晶分子のヒステリシス効果を充分且つ安定に保つように高分子薄膜を８００オングストローム形成するため、ポリビニルアルコール（以下ＰＶＡと称する）塗布のスピナー条件を設定した。同図において、先ずスピナー１が停止している状態にて、濃度１％のＰＶＡ水溶液を滴下しながらガラス基板７の表面全域に充たす。次いで、スピナー１の回転数を５秒間で１８０rpm 迄上げ、この回転数で５秒間回転させる。次に、回転数を７秒間で１８０rpm から６００rpm 迄上げ、この回転数で３０秒間回転させる。最後に回転数を５秒間で６００rpm から０rpm 迄下げてスピナー１を停止させた。
【００２０】
次に、上述の製造方法によって得られた光散乱型液晶表示素子の特性について説明する。正の誘電率異方性を有するＮＣＰＴ液晶材料に電圧を印加すると、図５に示す相転移を起こす。電圧０Ｖの時、液晶分子は散乱状態を示すコレステリック相（Ｆ状態）を形成し、電圧を上昇させることにより次第に液晶分子は電界方向へと変化し、透明状態を示すネマティック相（Ｈ状態）へと状態変化を起こす。逆に電圧を下降させた場合、液晶分子はＨ状態から準安定ネマティック相（Ｈ' 状態）を経てＦ状態へと変化する。Ｆ相において、液晶は図６（ａ）に示すヘリカル構造を形成している。これはヘリカル軸がガラス基板に対して平行なため入射光が散乱されることにより理解される。Ｈ相では液晶分子はヘリカル構造を形成せず図６（ｂ）に示すように基板に対して垂直な状態となっている。従って入射光は液晶層を透過する。Ｈ' 相において、液晶分子は全体的には基板に対して垂直になっているものの、基板間センターの液晶分子は図６（ｃ）に示すように、徐々に折れ曲がった準安定状態即ち疑似垂直状態を形成する。この疑似垂直状態がヒステリシス効果を形成するものと考えられる。
【００２１】
このようにして得られたＮＣＰＴ液晶と、従来のＴＮ型液晶とを比較した内容を以下に説明する。
ＮＣＰＴ液晶では、コレステリック相液晶を用いる。コレステリック相液晶は、個々の液晶分子が連続的にその向きを変え、いわゆる螺旋階段のような構造をつくる特徴がある。また、コレステリック相液晶の螺旋構造は、液晶に電界が印加されると、徐々にその螺旋ピッチを伸ばし、やがてはピッチが無限大に伸びきってしまいネマティック相液晶に相転移する。このような電界誘起による相転移現象を応用した投写型液晶ディスプレイは、従来の液晶にないユニークな特性を実現したことによりはじめて可能となったもので、このＮＣＰＴ液晶の表示原理は、印加電圧が低いときには、液晶はコレステリック相である。この時、入射光は液晶の螺旋構造により散乱される。印加電圧が高くなるにつれて、液晶は徐々にその螺旋ピッチを伸ばし、やがてネマティック相に相転移する。この時、入射光は透過し、透明状態となる。
【００２２】
従来の液晶プロジェクタは、コンデンサレンズによって光源からの光を液晶パネルに照射し、前記液晶パネルの前方に設けた投射レンズによりスクリーン面に拡大投影するような構造になっている。この液晶プロジェクタにおいて、液晶パネルの両面のガラス基板のそれぞれの内側には透明電極が形成され、無電界のもとでは液晶パネルの棒状分子が、それぞれのガラス板の表面に平行に配向するように表面処理されている。これは従来から製品化されているほとんどの液晶ディスプレイはＴＮ（ツウィステッドネマティック）型と呼ばれるもので、そのセル構造はコモン基板とセグメント基板からなる１０ミクロン程度の隙間に液晶を封入し、対となるガラス基板のそれぞれ内側には透明電極が形成され、無電界のもとでは棒状の液晶分子がガラス基板に平行に配向するように表面処理されている。この２枚の配向方向を９０°ずらしておき、基板の両外面に、それぞれ基板の配向に合わせて２枚の偏光板を取りつける。透明電極間に電界がかけられていないときには、前記液晶分子は２枚のガラスの面にそれぞれ平行に配向するように処理されているため、液晶分子は９０°ねじられて配向する。そこで入射光は９０°回転して、互いに直角となるように位置した偏光板を通過でき、セル構造は透明体として観察される。一方、電界がかけられたときには液晶分子は電界方向に平行に配列するので、光りは直進するために偏光板を通過することができず、セル構造は不透明となる。
【００２３】
これに対して、ＮＣＰＴ液晶の駆動モードは、電気−光学ヒステリシス幅［Δ］が大きく、かつ安定に存在することによって始めて可能になる。従来のような直接駆動型の液晶表示装置（ＴＮ型：ＳＴＮ型）は、このようなヒステリシスを示さず、各印加電圧ごとに異なった光透過率を持つ。このように、ＮＣＰＴ液晶ディスプレイは、２枚の偏光板を必要としないためＴＮ型液晶ディスプレイに比べて５倍以上の明るさが得られる。
【００２４】
また、ＴＮ型液晶ディスプレイは絶えずリフレッシュすることにより表示を行っている。このようなリフレッシュ駆動では表示容量の増加とともに動作マージンが急激に現象することから、現在、直接駆動の液晶ディスプレイの表示容量は２０００×１０００画素（モノクロ表示）程度が限界とされている。これに対してＮＣＰＴ液晶表示は、液晶のメモリー効果を利用した電気−光学ヒステリシス特性により、液晶に高マージンのメモリー機能を付与することができるので、そのディスプレイの表示容量は無限に近い。
【００２５】
さらに、ヒステリシス幅［Δ］を大きくし、かつ安定にするためにいくつかの検討を試みた結果コレステリック相の液晶螺旋ピッチ長さ（液晶分子が３６０°捩じれるのに要する長さ〜１ミクロン）の温度依存性をなくし、且つ液晶分子を配向させる配向膜の選定および液晶分子の界面におけるランダム配向の実現により、幅広い温度範囲で（−１０°Ｃ〜６０°Ｃ）安定かつ十分大きなヒステリシスを確保でき、表示容量を無制限にすることが可能となった。
【００２６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、膜厚のムラが発生することがなく、しかもスピナーテーブルにガラス基板を確実に固定することができるようにしたので、ヒステリシス幅［Δ］の広い、良好なヒステリシスループを有するＮＣＰＴ液晶を得ることが可能となり、液晶ディスプレイを高輝度で、且つ表示容量の大きなものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＮＣＰＴ液晶表示素子を製造するための製造装置にガラス基板を取り付けた状態を示す斜視図である。
【図２】本発明のＮＣＰＴ液晶表示素子を製造するための製造装置にガラス基板を取り付けた状態を示す上面図である。
【図３】本発明のＮＣＰＴ液晶表示素子を製造するための製造装置にガラス基板を取り付けた状態を示す断面図である。
【図４】本発明のＮＣＰＴ液晶表示素子のガラス基板に高分子薄膜を８００オングストローム形成するためのＰＶＡ塗布スピナー条件を設定する図である。
【図５】本発明のＮＣＰＴ液晶のヒステリシス特性を説明する図である。
【図６】本発明のＮＣＰＴ液晶表示素子の相転移を説明する図である。
【図７】従来のＮＣＰＴ液晶表示素子の表示原理を説明する図である。
【図８】従来のＮＣＰＴ液晶表示素子のヒステリシス幅の温度依存性を説明する図である。
【図９】従来のＮＣＰＴ液晶表示素子を製造するための製造装置にガラス基板を取り付けた状態を示す斜視図である。
【図１０】従来のＮＣＰＴ液晶表示素子を製造するための製造装置にガラス基板を取り付けた状態を示す上面図である。
【図１１】従来のＮＣＰＴ液晶表示素子を製造するための製造装置にガラス基板を取り付けた状態を示す断面図である。
【図１２】従来のＮＣＰＴ液晶表示素子を製造するための他の製造装置にガラス基板を取り付けた状態を示す斜視図である。
【図１３】従来のＮＣＰＴ液晶表示素子を製造するための他の製造装置にガラス基板を取り付けた状態を示す上面図である。
【図１４】従来のＮＣＰＴ液晶表示素子を製造するための他の製造装置にガラス基板を取り付けた状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  スピナー
２  スピナーテーブル
３  駆動手段
４  吸引口
５  吸着口
６  段差
７  ガラス基板
８  回り込み
９  表示領域
【図１】
0003737555.tif 000002
【図２】
0003737555.tif 000003
【図３】
0003737555.tif 000004
【図４】
0003737555.tif 000005
【図５】
0003737555.tif 000006
【図６】
0003737555.tif 000007
【図７】
0003737555.tif 000008
【図８】
0003737555.tif 000009
【図９】
0003737555.tif 000010
【図１０】
0003737555.tif 000011
【図１１】
0003737555.tif 000012
【図１２】
0003737555.tif 000013
【図１３】
0003737555.tif 000014
【図１４】
0003737555.tif 000015