專利名稱：液晶元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及液晶元件的電光學特性的改良技術。
背景技術：
在日本特許第2510150號公報(專利文獻1)公開的液晶顯示裝置中，使液晶分子朝與由對相對配置的一對基板分別實施的取向處理的方向組合所限制的回旋方向相反的回旋方向扭曲取向，從而提高了電光學特性(先行例1)。這種液晶顯示裝置(液晶元件) 的動作模式被稱作逆TN(Reverse Twisted Nematic，逆扭曲向列)型。另外，日本特開2007-293278號公報(專利文獻2)公開了一種液晶元件，其添加了手性劑，該手性劑朝與由對相對配置的一對基板分別實施的取向處理的方向組合所限制的回旋方向(第1回旋方向)相反的回旋方向(第2回旋方向)扭曲，并且使液晶分子朝上述第1回旋方向扭曲取向，從而增加液晶層內的變形，由此降低閾值電壓以能夠實現低電壓驅動(先行例2)。另外，在日本特開2010-186045號公報(專利文獻3)公開了如下技術，其涉及在初始狀態下處于延展扭曲取向，而當施加了 1次縱向電場時為反扭曲取向的穩定的逆TN型液晶元件(先行例3)。然而上述先行例1的液晶顯示裝置的反扭曲的取向狀態不穩定，通過對液晶層施加較高的電壓，能獲得反扭曲的取向狀態，然而隨著時間經過會產生轉移為順向扭曲的取向狀態的不良情況。另外，先行例2的液晶元件雖然具有如上所述降低閾值電壓的優點，然而斷開電壓后會立即(例如幾秒左右)轉移為順向的取向狀態，存在反而提高了閾值電壓的不良情況。另外，先行例3中的逆TN型液晶元件基于電光學特性的觀點還留有進一步改良的余地。例如先行例3中的銳度最佳為1. 7左右，還期待有進一步改良。專利文獻1日本專利第2510150號公報專利文獻2日本特開2007-293278號公報專利文獻3日本特開2010-186045號公報

發明內容
本發明涉及的具體方式的目的之一在于，提供一種能夠提高反扭曲取向狀態的穩定性，還能實現電光學特性的提高的逆TN型液晶元件。本發明涉及的一個方式的液晶元件的特征在于，具有(a)第1基板和第2基板， 它們各有一個面被實施了取向處理，而且彼此相對配置；(b)液晶層，其設置于上述第1基板的一個面與上述第2基板的一個面之間；(c)多個聚合物墻，它們沿著層厚方向設置于上述液晶層內，(d)上述第1基板和上述第2基板的上述取向處理的方向被相對設定成易于使上述液晶層的液晶分子產生朝第1回旋方向扭曲的第1取向狀態，(e)上述液晶層含有手性材料并且具有朝上述第1回旋方向扭曲的取向狀態，其中該手性材料具備使上述液晶分子朝與上述第1回旋方向相反的第2回旋方向扭曲的性質。
根據上述構成，通過對液晶層導入聚合物墻，能穩定維持朝向第1回旋方向扭曲的取向狀態(反扭曲狀態)。例如對形成液晶層時的液晶材料中添加光硬化型樹脂，將液晶材料注入第1基板與第2基板之間，然后通過施加電壓等使液晶層從作為初始狀態的延展扭曲狀態轉移到反扭曲狀態，在該狀態下進行光照射，從而能夠簡單地形成聚合物墻。具有這種聚合物墻的逆TN型液晶元件的電光學特性(閾值、銳度)優良。因此根據上述構成能提供一種提高反扭曲取向狀態的穩定性，還能實現電光學特性的提高的逆TN型液晶元件。上述液晶元件優選多個聚合物墻彼此結合，在俯視觀察時具有網格狀形狀。由此能進一步提高反扭曲狀態的穩定性。并且，例如在對光硬化型樹脂照射光時使用具有網格狀的遮光部分的掩模就能簡單形成這種網格狀的聚合物墻。上述液晶元件優選手性材料被添加了使得其手性間距與上述液晶層的層厚之比在0. 04以上且在0. 4以下的量。另外，上述液晶元件優選多個聚合物墻是使光硬化型液晶性單體高分子化而得到的。另外，上述液晶元件優選液晶層的上述液晶分子的扭角大約為90度。而且扭曲角可以為90度左右、例如80度 110度左右。


圖1是概要性表示逆TN型液晶元件的動作的示意圖。圖2是概要性說明在液晶層內形成聚合物網絡的方法(高分子穩定法)的圖。圖3是說明在液晶層形成聚合物墻的方法的圖。圖4是表示逆TN型液晶元件的構成例的剖面圖。圖5是用于說明閾值電壓與銳度的定義的圖。圖6是表示用于實施例1的紫外線照射的掩模的結構的圖。圖7是表示實施例1的液晶元件的顯微鏡觀察像的圖。圖8是表示實施例1的液晶元件的電光學特性的測定結果的圖。圖9是表示用于實施例2的紫外線照射的掩模的結構的圖。圖10是表示實施例2的液晶元件的顯微鏡觀察像的圖。圖11是表示實施例2的液晶元件的電光學特性的測定結果的圖。圖12是表示實施例2的液晶元件的顯微鏡觀察像的圖。圖13是表示實施例2的液晶元件的電光學特性的測定結果的圖。標號說明1上側基板；2下側基板；3液晶層；3a液晶分子；北液晶性單體；4上側電極；5下側電極；6聚合物墻；10掩模；51第1基板；52第1電極；53、57取向膜；55第2基板；56第 2電極；59液晶層；60聚合物墻。
具體實施例方式下面參照

本發明實施方式。圖1是概要性表示逆TN型液晶元件的動作的示意圖。逆TN型液晶元件的基本構成為具有相對配置的上側基板1和下側基板2、設置于它們之間的液晶層3。對上側基板1和下側基板2各自的表面實施了摩擦處理等取向處理(圖中箭頭所示)。這些取向處理的方向以90度左右的角度彼此交叉，將上側基板1與下側基板2相對配置。液晶層3是通過將向列型液晶材料注入到上側基板1與下側基板2之間形成的。該液晶層3使用的液晶材料中添加了手性材料，該手性材料產生使液晶分子在其方位角方向朝特定方向(圖1的例子中為右回旋方向)扭曲的作用的。若設上側基板1與下側基板2的相互間隔(單元厚度)為d、手性材料的手性間距為p，則它們的比d/p的值例如被設定為0. 4左右。這種逆 TN型液晶元件在初始狀態下處于液晶層3在進行延展取向的同時扭曲的延展扭曲狀態。若對該處于延展扭曲狀態的液晶層3施加超過飽和電壓的電壓，則轉移到液晶分子朝左回旋方向扭曲的反扭曲狀態(均勻扭曲狀態)。在這種反扭曲狀態的液晶層3中，大量的液晶分子傾斜，因此能顯現出降低液晶元件的驅動電壓的效果。然而通常這種反扭曲狀態不穩定的情況較多，隨著時間經過而自然轉移到作為初始狀態的延展扭曲狀態。于是，本申請的發明人著眼點在于將聚合物網絡導入到液晶層3內，從而實現液晶層3的取向狀態的穩定。圖2是概要性說明在液晶層內形成聚合物網絡的方法(高分子穩定法)的圖。如圖2 (A)所示，當在上側基板1與下側基板2之間形成液晶層3時，使用包含液晶分子3a和光硬化型(例如紫外線硬化型)的液晶性單體北的液晶材料。接著如圖2(B)所示，使用分別設置于上側基板1與下側基板2上的上側電極4、下側電極5向液晶層3施加電壓，從而使液晶層3的取向狀態轉移為反扭曲狀態。然后如圖2(C)所示，在維持液晶層3的反扭曲狀態的期間內對該液晶層3進行光照射(例如紫外線照射)。由此使得液晶性單體北高分子化，在液晶層3內形成聚合物網絡。通過形成這種聚合物網絡，使得反扭曲狀態的穩定性提高，不易轉移到初始狀態的延展扭曲狀態。圖3是概要性說明在液晶層形成聚合物墻的方法的圖。并且對與上述圖2共同的構成使用相同符號，對這些內容省略說明。在上述形成聚合物網絡的方法中等進行光照射的工序(參見圖2(C))中使用選擇性地使光通過的掩模10?？扇我庠O定該掩模10中遮光部分的圖形，例如既可以是具有在一個方向延伸的多個線狀的遮光部分的圖形(線狀圖形)，也可以為將在兩個方向延伸的多個線狀遮光部分重合而構成的二維網格狀圖形(矩陣圖形)。隔著這種掩模10進行光照射，從而如圖3 (B)所示，在液晶層3內與掩模10的透光部分對應的位置形成聚合物墻(聚合物壁)6。并且還可以在使用掩模10進行光照射之后，在不使用掩模10的情況下進一步對液晶層3整體進行光照射。圖4是表示逆TN型液晶元件的構成例的剖面圖。圖4所示的液晶元件具有在第 1基板(上側基板)51與第2基板(下側基板)55之間設有液晶層59的基本構成。在第1 基板51的外側配置有第1偏光板61，在第2基板55的外側配置有第2偏光板62。以下進一步詳細說明液晶元件的結構。并且對于密封液晶層59周圍的密封材料等部件省略圖示和說明。第1基板51和第2基板55分別例如為玻璃基板、塑料基板等透明基板。如圖所示，第1基板51和第2基板55彼此的一個面相對，以預定間隙(例如幾ym)貼合起來。并且雖然省略了特別的圖示，然而也可以在任一個基板上形成薄膜晶體管等切換元件。液晶層59設置于第1基板51與第2基板55彼此之間。構成液晶層59的液晶材料的介電常數各向異性Δ ε為正(Δ ε > 0)。在液晶層59圖示出的粗線示意性表示未對液晶層59施加電壓的初始狀態下的液晶分子的取向方位。該液晶層59含有通過上述方法形成的聚合物墻60。第1電極52設置于第1基板51的一面側。另外，第2電極56設置于第2基板55 的一面側。第1電極52和第2電極56分別例如通過適當對銦錫氧化物(ITO)等透明導電膜進行圖形形成而構成。取向膜53以覆蓋第1電極52的方式設置于第1基板51的一面側。另外，取向膜 57以覆蓋第2電極56的方式設置于第2基板55的一面側。圖5是用于說明用作本實施方式的逆TN型液晶元件的評價指標的閾值電壓和銳度的定義的圖。設液晶元件的未施加電壓時的透射率為100%，設提高施加電壓直至透射率不再變化時的值為0%。此時，設透射率為90%的電壓值為V9tl，透射率為10%的電壓值為 V1Q，則能夠使用它們如下表現閾值電壓和銳度。閾值電壓=V90銳度γ = V10/V90通常閾值電壓和銳度都是值越小越評價為該液晶元件的電光學特性優良。下面說明幾個上述逆TN型液晶元件的實施例。(實施例1)通過以下條件制作實施例1的液晶元件，評價其特性。首先準備2塊帶ITO膜的玻璃基板，將其洗凈并干燥。然后對各玻璃基板的表面涂敷了取向材料。作為取向材料，適當使用對液晶分子賦予了 1度 2度的預傾角的水平取向材料。將一個玻璃基板的取向材料燒結，對其實施摩擦處理。此后在該玻璃基板上散布間隔物材料，再印刷密封材料。使用粒徑為4μ m的物質作為間隔物材料。還對另一個玻璃基板燒結取向材料，對其實施摩擦處理。此后將兩個玻璃基板貼合起來單元化，對其注入液晶材料。關于兩塊玻璃基板的貼合， 使得對各個玻璃基板進行的摩擦處理的方向彼此成90度。另外，作為液晶材料使用的是J
株式會社制的ZLI-2293。該液晶材料添加了 CB15作為手性材料。手性材料的添加量被設定為使得單元厚度d與手性間距p0之比d/pO為0. 2。還對液晶材料添加了紫外線硬化型樹脂。紫外線硬化型樹脂的添加量S^t^jwt^或6wt%這3種模式。在注入液晶材料之后將單元密封，通過施加電壓使液晶層的取向狀態從初始狀態的延展扭曲狀態轉移到反扭曲狀態，然后對紫外線硬化型樹脂進行紫外線照射。圖6示出用于紫外線照射的掩模的結構。在本實施例中，使用具有圖示的線狀圖案的掩模進行了 2次紫外線照射。在第 1次照射時和第2次照射時將掩模方向大致旋轉90度。即，線狀圖案的長度方向在第1次照射時和第2次照射時大致垂直。如圖所示，掩模的線狀圖形的線寬度大約150μπι而線間距為20μπι。而紫外線的波長為365nm、照射強度為40mW/cm2，在改變掩模方向的前后各進行3次基于該照射強度的30秒期間的照射。此時，在各次紫外線照射之前進行了用于使液晶層轉移到反扭曲狀態的電壓施加。電壓施加條件例如為施加10秒期間的15V左右的電壓或2、3次間歇性施加15V左右的電壓。由此在液晶層內形成二維網格狀的聚合物墻。圖7是表示實施例1的液晶元件的顯微鏡觀察像的圖。圖示的液晶元件添加了 ^t%的紫外線硬化型樹脂。圖中觀察為黑色網格狀的部分就是聚合物墻。而白色分布的是間隔物材料。液晶元件的偏光板(P，A)的吸收軸如圖所示配置為構成大致45度的角度的狀態。可確認到通過形成聚合物墻而使得反扭曲狀態得以穩定。圖8示出實施例1的液晶元件的電光學特性(V-T特性)的測定結果(紫外線硬化型樹脂的添加量為#t 6wt%的樣本)。若除去觀察到遲滯的的樣本之外而用5wt%和6wt%的各樣本進行比較， 則5wt%的樣本的銳度優良。(實施例2)以與上述實施例1相同的條件制作液晶元件，評價其特性。其中以下條件與實施例1不同。在本實施例中，d/pO的值為0. 2或0. 4，紫外線硬化型樹脂的添加量為#t%、 Swt^jwt^jwt^i這4個模式。另外，在本實施例中使用具有網格狀(矩陣狀)的圖形的掩模進行了紫外線照射。圖9示出本實施例中用于紫外線照射的掩模的結構。如圖所示，掩模的網格狀圖形的線寬度約為180μπι且線間距為20μπι。另外，紫外線的波長為365nm、照射強度為80mW/cm2。以該照射強度以每次1分鐘重復4次的曝光時間進行掩模曝光，最后去除掩模進行1分鐘的曝光(整面照射)。此時，在紫外線照射之前進行了用于使液晶層轉移到反扭曲狀態的電壓施加。電壓施加條件例如為施加10秒期間的 15V左右的電壓或2、3次間歇性施加15V左右的電壓。由此在液晶層內形成二維網格狀的聚合物墻。圖10是表示實施例2的液晶元件的顯微鏡觀察像的圖。圖示的液晶元件將d/pO 設定為0.2，添加了的紫外線硬化型樹脂。圖中觀察為白色網格狀的部分就是聚合物墻。液晶元件的偏光板(P，A)的吸收軸如圖所示配置為構成大致20度的角度的狀態，配置為一個偏光板(A)的吸收軸與聚合物墻的延伸方向的一方大致平行。可確認到通過形成聚合物墻而使得反扭曲狀態得以穩定。圖11示出僅使該樣本的液晶元件以及紫外線硬化型樹脂的添加量不同的樣本各自的電光學特性(V-T特性)的測定結果。并且在圖11中表示為“ps前上升”、“ps前下降”的是在形成聚合物墻之前的樣本的V-T特性。如圖所示，在形成聚合物墻之前的樣本中在V-T特性中觀察到了遲滯。圖12是表示實施例2的液晶元件的顯微鏡觀察像的圖。圖示的液晶元件將d/pO 設定為0.4，添加了的紫外線硬化型樹脂。圖中觀察為白色網格狀的部分就是聚合物墻。液晶元件的偏光板(P，A)的吸收軸如圖所示配置為構成大致10度的角度的狀態，配置為一個偏光板(A)的吸收軸與聚合物墻的延伸方向的一方大致平行?？纱_認到通過形成聚合物墻而使得反扭曲狀態得以穩定。圖13示出僅使該樣本的液晶元件以及紫外線硬化型樹脂的添加量不同的樣本各自的電光學特性(V-T特性)的測定結果。并且在圖13中表示為“ps前上升”、“ps前下降”的是在形成聚合物墻之前的樣本的V-T特性。如圖所示，在形成聚合物墻之前的樣本中在V-T特性中觀察到了遲滯。實施例2的液晶元件的閾值與以往的TN型液晶元件大致等同，具體是1.58V(伏) 左右。另外，對于銳度能在最佳條件下獲得1. 32的值，相比以往的TN型液晶元件大幅改善。 此處獲得的銳度的1. 32的值表示出能實現大致1/12占空比以上的單純矩陣驅動，能夠極大拓寬以往的以1/4或1/8占空比為限的TN型液晶元件的適用范圍。而且銳度、閾值的定義也如上所述。并且本發明不限于上述內容，能夠在本發明主旨范圍內進行各種變形并實施。例如上述內容中為形成聚合物墻而例示了光硬化型樹脂，也可以使用熱硬化型樹脂。另外，在上述內容中，對于d/pO作為優選例舉出了 0. 2,0. 4這樣的值，而d/pO不限于這些數值。本申請的發明人根據預備試驗等進行了研究，具有d/pO的值越小則銳度越差的傾向，確認到能達成銳度的改善的d/pO的下限值為0. 04。
權利要求
1.一種液晶元件，其特征在于，具有第1基板和第2基板，它們各有一個面被實施了取向處理，而且彼此相對配置；液晶層，其設置于上述第1基板的一個面與上述第2基板的一個面之間；以及多個聚合物墻，它們沿著層厚方向設置于上述液晶層內，上述第1基板和上述第2基板的上述取向處理的方向被相對設定成易于使上述液晶層的液晶分子產生朝第1回旋方向扭曲的第1取向狀態，上述液晶層含有手性材料并且具有朝上述第1回旋方向扭曲的取向狀態，其中該手性材料具備使上述液晶分子朝與上述第1回旋方向相反的第2回旋方向扭曲的性質。
2.根據權利要求1所述的液晶元件，其特征在于，上述多個聚合物墻彼此結合，在俯視觀察時具有網格狀形狀。
3.根據權利要求1或2所述的液晶元件，其特征在于，上述手性材料被添加了使得其手性間距與上述液晶層的層厚之比在0. 04以上且在0. 4以下的量。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的液晶元件，其特征在于，上述多個聚合物墻是使光硬化型液晶性單體高分子化而得到的。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的液晶元件，其特征在于，上述液晶層中的上述液晶分子的扭曲角大約為90度。
全文摘要
本發明提供一種逆TN型液晶元件，其能夠提高反扭曲取向狀態的穩定性，還能實現電光學特性的提高。作為解決手段，液晶元件具有第1基板和第2基板，它們各有一個面被實施了取向處理，而且彼此相對配置；液晶層，其設置于第1基板的一個面與第2基板的一個面之間；以及多個聚合物墻，它們沿著層厚方向設置于液晶層內，第1基板和第2基板的取向處理的方向被相對設定成易于使液晶層的液晶分子產生朝第1回旋方向扭曲的第1取向狀態，液晶層含有手性材料并且具有朝第1回旋方向扭曲的取向狀態，其中該手性材料具備使液晶分子朝與第1回旋方向相反的第2回旋方向扭曲的性質。
文檔編號G02F1/1339GK102540576SQ201110366828
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月17日 優先權日2010年11月26日
發明者大池勇斗, 都甲康夫, 高橋泰樹 申請人:斯坦雷電氣株式會社