JP6895296B2 - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子の製造方法に関するものである。

強誘電性液晶は、その強誘電性液晶分子（以下、単に液晶分子と言う）が有する自発分極の強さにより、基板間に印加される電界との相互作用が強いことから、一般的に使用されているネマティック液晶より極めて早い応答性を有し、ネマティック液晶を用いた今日の液晶表示素子において問題とされている動画のちらつき、画像処理速度において高い能力を示す。

また、基板間隔（セルギャップ）を１μｍ以下に制御することにより、強誘電性液晶の特徴である螺旋構造が消失され、液晶分子は、強誘電性液晶層方向の略垂直方向に、左右にそれぞれ或る角度で安定する。その２方向間をスイッチングすることによって、入射する光の偏光状態を変え、ポラライザーに光を透過させるか否かを決定させる。前述の状態において、液晶分子は駆動電圧のＯＮ、ＯＦＦをするだけのきわめて単純な駆動原理で光偏光の制御が可能となる。

ところで、セルギャップ（セルＧａｐ）の小さいＳＳＦＬＣＤ（表面安定化強誘電性液晶表示素子）においては、そのセルＧａｐの制御が特性を決定する重要な要因となっており、所定のセルＧａｐを維持すること、表示素子内のセルＧａｐの均一性を実現することが高品質な表示素子を実現することに必要不可欠となっている。

セルＧａｐが決定する特性のひとつとして、リタデーションによる光の複屈折量、つまり入射された光が表示素子を経て出射される光の偏光度が挙げられる。光の偏光度は、表示素子としての輝度、スループットを決定する要因のひとつである。従って、表示素子内のセルＧａｐの不均一性は表示素子内を通過してきた光の偏光度が不均一となり、結果として表示素子としての輝度ムラ、スループットムラの要因となり、表示品質を著しく低下させる。

セルＧａｐを決める要因のひとつとして、液晶材料を基板内に充填する液晶注入の方法、条件が重要である。一般的なネマティック液晶では、真空炉（チャンバー）内を真空状態とし、セル内を真空状態として液晶を注入口に滴下、あるいは注入口を液晶に浸漬させ、毛細管現象にてセル内へ液晶を充填する。しかしながら、強誘電性液晶の場合、材料の粘性が高いことから、加熱を行い液晶をＮ相あるいはＩ相まで相転移させるように加熱することが必要となる。真空炉内で加熱を行うことにより、毛細管現象を利用して液晶のセル内への充填が可能となる。

ところで一般的なＳＳＦＬＣ構造の液晶表示素子は、常温下でＳｍＣ相を発現し、加熱を行うことによりＳｍＣ⇒ＳｍＡ⇒Ｎ⇒Ｉ相へと相転移を行う。各相の相転移温度は材料によって異なるが、ＳｍＣ相は概ね６０℃〜９０℃程度であり、Ｉ相への転移は概ね１００〜１２０℃程度で発生する。一般的に強誘電性液晶は、ＳｍＣ⇒Ｎ相までは高い粘性を示し、Ｎ相⇒Ｉ相においては低い粘性を示す。また、同じ相内においても温度が高いほど粘性は低い。

前記より、強誘電性液晶をセル内に注入するためには、上記加熱を実施する必要があるが、加熱時においては基板あるいは周辺部材の熱膨張が生じ、また、除冷によりＳｍＣ相に相転移する際に液晶や基板、周辺部材の体積収縮等により、セルＧａｐが不均一な状態で液晶注入工程が完了される場合がある。

セルＧａｐを調整するため、液晶注入時に基板周辺に圧力差を作り出し、圧力差による応力によって液晶充填量を調整し、あるいはセルＧａｐそのものを変形させ均一なセルＧａｐを作成する方法が特許文献１、２より提案されている。

特開２００２−９０７６２ 特開２００３−１２１８６２

特許文献１、２より提案されている均一なセルＧａｐを作成する方法では、使用される液晶材料が例えば強誘電性液晶のような粘性が高い液晶材料である場合には、基板周辺の圧力差によるＧａｐの変形が生じ難い等の理由から、均一なセルＧａｐを得ることが困難である。

本発明は、均一なセルＧａｐを得ることが可能な液晶表示素子の製造方法を提供することを目的とする。

互いに貼り合わされた一対の基板間の隙間に液晶を有する液晶表示素子の製造方法において、前記隙間に前記液晶を注入する工程と、前記隙間に注入された前記液晶を第一温度に加熱する工程と、前記隙間に注入された前記液晶が前記第一温度に加熱された状態のまま前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の外面に真空吸着による吸引力を印加して前記隙間を変形させる工程と、前記少なくとも一方の基板の外面に前記吸引力が印加された状態のまま前記隙間に注入された前記液晶を前記第一温度から第二温度に冷却することにより前記液晶を収縮させて当該収縮の力で前記隙間を均一化させる工程と、を有する液晶表示素子の製造方法とする。

前記隙間を変形させる工程において、前記吸引力は、前記一対の基板のうち一方の基板のみに印加される液晶表示素子の製造方法であっても良い。

前記吸引力は、前記加熱時と前記冷却時で互いに同じである液晶表示素子の製造方法であっても良い。

本発明によれば、セルＧａｐを均一化することができるため、表示エリア内の輝度ムラといった不具合を防止することができる。本発明は液晶注入が完了した後でも適用ができるため、例えば液晶注入工程の不具合等によりセルＧａｐが不均一な液晶セルが製造された場合、その不具合等を修正することが可能となり、歩留りを向上させることが期待できる。

本発明を実施する形態の断面図（実施例１） 本発明を実施する形態の断面図（実施例１） 本発明を実施する形態の断面図（実施例２） 本発明を実施する形態の断面図（実施例２） 本発明を実施する形態の断面図（実施例２）

本発明は、例えば粘性の高い強誘電性液晶を用いた液晶セルにおいて、基板周辺の圧力差によりセルＧａｐの変形を生じさせる際に、液晶セル内に注入された液晶を加熱して粘性を低下させることを特徴とする。液晶の粘性が高い状態ではセルＧａｐが変形し難いため、セルＧａｐを効率良く変形させるためには、液晶を加熱して粘性を低下させることが必要である。具体的には、液晶が強誘電性液晶である場合、液晶をＮ相あるいはＩ相が発現する温度に加熱すれば、所望の効果を得ることができる。

更に、本発明は、上述の圧力差によりセルＧａｐを変形させた状態のまま、液晶セル内に注入された液晶を冷却して粘性を上昇させることを特徴とする。液晶が加熱された状態で圧力差により所望のセルＧａｐが得られたとしても、その状態で圧力差を解除した場合、液晶の粘性が低いことから大気圧等の影響によりセルＧａｐが不均一な状態に戻ることが想定され、また、液晶の温度が低下した際には液晶の体積収縮によりセルＧａｐが変化することが想定されるため、圧力差により得られたセルＧａｐを維持して最終的にセルＧａｐを均一化するためには、圧力差を維持したまま液晶を冷却する必要がある。具体的には、液晶が強誘電性液晶である場合、圧力差を維持したまま液晶をＳｍＣ相となる温度まで冷却した後に圧力差を解除すれば、所望の効果を得ることができる。

この手法によるセルＧａｐの調整は、液晶注入時の液晶セルあるいは液晶注入が終了した液晶セルにおいて実施することができる。具体的な実施例は、以下の通りである。

以下、本発明を実施する第一の形態（実施例１）を説明する。図１は、本発明を実施する形態の断面図であり、製造工程の一部を示している。図１に示す工程では、まず、一対の基板１０１、１０３（例えばそれぞれシリコン、ガラス）が概ね枠状のシール材（スペーサーを含む場合がある）を介して互いに貼り合わされることで生じた隙間（セルＧａｐ）に、シール材の一部に設けられた注入口を通して強誘電性液晶からなる液晶１０２が注入され、注入口が封口材で封止される前の液晶セルであって、基板１０３の歪み等によりセルＧａｐが不均一な状態となっている液晶セルを吸着用プレート１０５上に設置する。具体的には、一対の基板１０１、１０２のうち基板１０１を、片側に真空ライン１０６を備えた吸着孔１０７に密着あるいは近接するように設置する。吸着孔１０７の位置や形状はセルＧａｐの状態により適宜決定されるが、通常、セルＧａｐの不均一性はセル中央を中心に同心円状に発生する傾向があることから、セルの中心と対向する位置に同心円錐状の吸着孔１０７を配置することが考えられる。

次に、吸着用プレート１０５の下に設置されているホットプレート（不図示）により、吸着用プレート１０５ごと液晶セルを加熱し、液晶１０２の粘性を低下させる。加熱の温度は、例えば液晶１０２がＮ相あるいはＩ相に相転移する温度である。加熱の方法としては、熱処理が可能なチャンバー内に吸着用プレート１０５と液晶セルを配置し、炉による熱処理を実施してもかまわない。

図２は、本発明を実施する形態の断面図であり、製造工程の一部を示している。図２に示す工程は、図１に示した工程に続く工程であり、この工程では、前工程で十分に加熱された液晶セルの外面に圧力差による応力を印加し、セルＧａｐを変形させる。具体的には、吸着用プレート１０５を通して設置された真空ライン１０６より、吸着孔１０７を通じて液晶セルの外面を図中矢印の方向へ真空で引き、基板１０１を吸着用プレート１０５上に吸着させる。真空引きによる圧力が基板１０１を下へ向かって凸となるように反らせる形となりセルＧａｐの変化をもたらす。このＧａｐ変化は液晶１０２の粘性が高いＳｍＣ相では発生せず、粘性の低いＮ相あるいはＩ相に相転移した状態で発生する。これにより、セルＧａｐは均一な状態あるいはそれに近い状態となる。

このＧａｐ変化は、液晶セルの加熱中（Ｎ相あるいはＩ相）及び吸着孔１０７から真空引きを行っている間のみ生じることから、このセルＧａｐの変化を維持するため、吸着孔１０７からの真空引きを維持した状態で液晶セルの除冷を行う。徐冷を行う際の真空引きの真空度は、その直前の真空度と同じであることが望ましいが、それとは異なる真空度であっても良い。液晶セルの徐冷は、例えばヒーターによる加熱を停止して自然冷却することで行われ、液晶１０２が粘性の高いＳｍＣ相になったところで真空引きを解除することによって、粘性の高いＳｍＣ相の液晶１０２はセル外へ流出せず、セル内に留まり、真空引き解除後もセルＧａｐが変化した状態が保たれる。液晶１０２は温度が低下することで体積収縮し、その応力も液晶セルに印加されることによって、最終的にセルＧａｐが均一な状態となる。セルＧａｐは、少なくとも画像の表示エリアに対応する部分が均一な状態となっていれば良く、また、完全に均一な状態ではなく、製品として通常求められる程度に均一な状態となっていれば良い。セルＧａｐが均一な状態となった後、シール材１０４の一部に設けられた液晶１０２の注入口を封止材により封止する。注入口の封止は、吸着孔１０７の真空引きを解除する前と解除した後の何れで行っても良い。

強誘電性液晶がＮ相あるいはＩ相に到達する温度は、材料に依存するが、概ね１００℃〜１２０℃付近のものが多い。また、ＳｍＣ相についても材料に依存するが概ね６０℃〜９０℃程度である。従って、図１に示した工程の熱処理については、Ｎ相あるいはＩ相に到達させるため１００℃〜１２０℃程度の熱処理を行い、図２に示した工程の真空引き開始後は、６０℃〜８０℃程度あるいはそれよりも低い温度（例えば常温）まで真空引きを維持しながら除冷を行うのが望ましい。

真空ライン１０６の真空圧、吸着孔１０７の穴径については、セル外形、Ｇａｐ不均一性の度合いに応じて適宜決定されるが、吸着孔１０７の穴径（液晶セルに接する部分の穴径）は概ねセル外形の１／３〜１／２程度の大きさが望ましく、真空ライン１０６の真空圧は３０ＫＰａ〜５０Ｋｐａ程度が望ましい。

以上説明したように、この実施例では、セルＧａｐへの液晶注入が一旦完了した後の段階で最適なセルＧａｐを作成することが可能である。

以下、本発明を実施する第二の形態（実施例２）を説明する。図３は、本発明を実施する形態の断面図であり、製造工程の一部を示している。図３に示す工程では、まず、真空炉内に、吸着孔１０７を備えた吸着用プレート１０５を設置し、吸着用プレート１０５の上に液晶注入前の液晶セルを載置する。この状態において、液晶セルの基板１０１の中央は、吸着用プレート１０５の吸着孔１０７と対向し、吸着孔１０７に密着あるいは近接している。吸着孔１０７は、同心円錐状の貫通孔であり、その小径の先端側において真空ラインと接続されている。

続いて、真空炉内を真空状態にして液晶セル内部を真空状態にすると同時に、それよりも高真空で吸着孔１０７から液晶セルを吸着し、液晶セルの基板１０１を吸着孔１０７へ向かって凸状態となるように変形させることにより一時的にセルＧａｐを膨らませる。

図４は、本発明を実施する形態の断面図であり、製造工程の一部を示している。図４に示す工程は、図３に示した工程に続く工程であり、この工程では、前工程でセルＧａｐが膨らまされた状態の液晶セルを加熱し、強誘電性液晶からなる液晶１０２をＮ相あるいはＩ相になる温度に加熱しながらシール材１０４の一部に設けられた注入口を介してセルＧａｐに充填する。これにより、セルＧａｐに液晶１０２が充填された状態で中央の片側が凸状態の液晶セルが作成される。

図５は、本発明を実施する形態の断面図であり、製造工程の一部を示している。図５に示す工程は、図４に示した工程に続く工程であり、この工程では、前工程でセルＧａｐに液晶１０２が充填された状態の液晶セルを吸着用プレート１０５上で吸着孔１０７から吸着しながら液晶１０２が常温になるまで冷却する。液晶セルを冷却する際の吸着孔１０７の真空度は、その直前の真空度と同じであることが望ましいが、それとは異なる真空度であっても良い。液晶セルが冷却されると、液晶１０２の体積収縮に伴い液晶セルの基板１０１が吸着孔１０７の吸着力に逆らって反対側へ変形してセルＧａｐが縮むため、結果として常温時にはセルＧａｐが均一な状態となる。セルＧａｐが均一な状態となった後、吸着孔１０７の真空引きを解除し、液晶１０２の注入口を封止材により封止する。注入口の封止は、吸着孔１０７の真空引きを解除する前と解除した後の何れで行っても良い。

図５では、液晶セルが冷却された後、液晶セルが全体として平坦な状態となっているが、吸着孔１０７の吸着力が大きい場合等には、図２に示すように、液晶セルが冷却された後、液晶セルが全体として吸着孔１０７に向かって凸状態となることもある。

以上説明したように、この実施例では、セルＧａｐへの液晶注入を行う段階で最適なセルＧａｐを作成することが可能である。

実施例１、２では、吸着孔１０７の内部を減圧することにより、液晶セルの基板１０１を外側へ向かって凸となるように反らせているが、吸着孔１０７の内部を加圧することにより、それとは反対の内側へ反らせることも可能である。その場合には、液晶セル全体が吸着用プレート１０５上から浮き上がらないようにするため、例えば液晶セルの外周部分を吸着用プレート１０５に吸着する、あるいは上から押さえつけておくのが望ましい。

実施例１、２では、吸着用プレート１０５を液晶セルの基板１０１側にのみ設置しているが、基板１０３側にも吸着用プレート１０５を設置し、基板１０３を反らせることも可能である。

本発明は、強誘電性液晶のような高温時に粘性が低く低温時に粘性が高い液晶を用いた液晶表示素子に適しているが、それに限らず、その他の液晶を用いた液晶表示素子にも適用することが可能である。

１０１ 基板
１０２ 液晶
１０３ 基板
１０４ シール材
１０５ 吸着用プレート
１０６ 真空ライン
１０７ 吸着孔

Claims (3)

1. 互いに貼り合わされた一対の基板間の隙間に液晶を有する液晶表示素子の製造方法において、
   前記隙間に前記液晶を注入する工程と、
   前記隙間に注入された前記液晶を第一温度に加熱する工程と、
   前記隙間に注入された前記液晶が前記第一温度に加熱された状態のまま前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の外面に圧力差による吸引力を印加して前記隙間を変形させる工程と、
   前記少なくとも一方の基板の外面に前記吸引力が印加された状態のまま前記隙間に注入された前記液晶を前記第一温度から第二温度に冷却することにより前記液晶を収縮させて当該収縮の力で前記隙間を均一化させる工程と、
   を有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
2. 前記隙間を変形させる工程及び前記隙間を均一化させる工程において、前記吸引力は、前記一対の基板のうち一方の基板のみに印加されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子の製造方法。
3. 前記吸引力は、前記加熱時と前記冷却時で互いに同じであることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示素子の製造方法。
   

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