特開 2024-145805 液晶セル及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024145805

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】液晶セル及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/133 20060101AFI20241004BHJP

   G02F 1/1337 20060101ALI20241004BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20241004BHJP

   G02F 1/141 20060101ALI20241004BHJP

   G02F 1/1343 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

G02F1/133 560

G02F1/1337 520

G02F1/13 101

G02F1/141

G02F1/1343

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023058317

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000166948

【氏名又は名称】シチズンファインデバイス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(72)【発明者】

【氏名】重藤 泰大

【テーマコード（参考）】

2H088

2H092

2H193

2H290

【Ｆターム（参考）】

2H088FA22

2H088GA04

2H088HA02

2H088HA03

2H088HA06

2H088JA17

2H088MA20

2H092HA04

2H092HA05

2H092NA25

2H092PA02

2H092PA06

2H092QA13

2H193ZE04

2H193ZE16

2H193ZE20

2H193ZG34

2H193ZP03

2H193ZP04

2H193ZQ22

2H290AA63

2H290BA42

2H290BF13

2H290BF62

2H290CA51

(57)【要約】

【課題】液晶分子の配向を安定させることが可能な液晶セル及びその製造方法を提供する。
【解決手段】シール材を介して貼り合わされた第一基板１１０と第二基板１２０との間に液晶が充填され、第一基板１１０と第二基板１２０の互いに対向する表面のそれぞれに液晶に電圧を印加するための電極（１１１、１２１）が形成され、二つの電極の互いに対向する表面のそれぞれに液晶の液晶分子を配向させるための配向膜（１１２、１２２）が形成され、二つの配向膜の互いに対向する表面のそれぞれには、液晶の不純物イオン（１４１、１４２）が吸着されており、二つの電極は、不純物イオンが二つの配向膜の表面に吸着された状態を一定の状態に維持するための駆動電圧を液晶に印加する、液晶セルである。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シール材を介して貼り合わされた第一基板と第二基板との間に液晶が充填され、前記第一基板と前記第二基板の互いに対向する表面のそれぞれに前記液晶に電圧を印加するための電極が形成され、二つの前記電極の互いに対向する表面のそれぞれに前記液晶の液晶分子を配向させるための配向膜が形成された液晶セルであって、二つの前記配向膜の互いに対向する表面のそれぞれには、前記液晶の不純物イオンが吸着されており、
二つの前記電極は、前記不純物イオンが二つの前記配向膜の表面に吸着された状態を一定の状態に維持するための駆動電圧を前記液晶に印加する、
ことを特徴とする液晶セル。

【請求項2】

前記駆動電圧は、二つの前記電極のうち一方に供給される共通電位が基準値からオフセットされることにより生成された電圧である、ことを特徴とする請求項１に記載の液晶セル。

【請求項3】

前記駆動電圧は、前記液晶分子を一方の安定状態から他方の安定状態へスイッチングさせる第一電圧と、前記液晶分子を他方の安定状態から一方の安定状態へスイッチングさせる第二電圧とを含み、前記第一電圧は、前記第二電圧よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の液晶セル。

【請求項4】

二つの前記電極は、互いに異なる材料で構成され、二つの前記電極の間には、二つの前記電極の材料の違いにより内部電界Ｅ１が発生し、二つの前記配向膜の表面に吸着された前記不純物イオンにより発生する内部電界Ｅ２の向きは、前記内部電界Ｅ１の向きと同じである、ことを特徴とする請求項１に記載の液晶セル。

【請求項5】

二つの前記配向膜は、互いに異なる材料で構成され、二つの前記配向膜の表面エネルギーの違いにより発生する内部電界Ｅ３の向きは、前記内部電界Ｅ１及び前記内部電界Ｅ２の向きと同じである、ことを特徴とする請求項４に記載の液晶セル。

【請求項6】

前記液晶は、強誘電性液晶である、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１つに記載の液晶セル。

【請求項7】

シール材を介して貼り合わされた第一基板と第二基板との間に液晶が充填され、前記第一基板と前記第二基板の互いに対向する表面のそれぞれに前記液晶に電圧を印加するための電極が形成され、二つの前記電極の互いに対向する表面のそれぞれに前記液晶の液晶分子を配向させるための配向膜が形成され、二つの前記電極が互いに異なる金属で構成された液晶セルを準備する第一工程と、
前記第一工程により得られた前記液晶セルの前記液晶を第一温度まで加熱した後、前記液晶に電圧を印加しない状態で前記液晶を前記第一温度から第二温度まで冷却することにより、前記液晶の液晶分子を配向させる第二工程と、
前記第二工程により得られた前記液晶セルの前記液晶に、二つの前記電極の材料の違いにより発生する内部電界Ｅ１とは逆向きの電界を発生させる電圧を印加することにより、二つの前記配向膜の互いに対向する表面のそれぞれに前記液晶の不純物イオンを吸着させ、当該吸着した不純物イオンにより前記内部電界Ｅ１と同じ向きに内部電界Ｅ２を発生させる第三工程と、
を有する、ことを特徴とする液晶セルの製造方法。

【請求項8】

二つの前記配向膜は、互いに異なる材料で構成され、二つの前記配向膜の表面エネルギーの違いにより発生する内部電界Ｅ３の向きは、前記内部電界Ｅ１及び前記内部電界Ｅ２の向きと同じである、ことを特徴とする請求項７に記載の液晶セルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液晶セル及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、液晶セルは、薄型で低消費電力である特徴を活かし、幅広い分野において使用されている。近年では、応答時間が早い等の特徴を有する強誘電性液晶（以下、ＦＬＣと称する場合がある）を用いた液晶セル（以下、強誘電性液晶セルと称する場合がある）が製品化されている。

【0003】

図１は、強誘電性液晶セルの基本構造を示す断面図である。図１に示すように、強誘電性液晶セル１は、第一基板１１０と第二基板１２０とが球状のスペーサ１０１を含んだシール材１０２を介して互いに貼り合わされている。この第一基板１１０と第二基板１２０との間の狭小な隙間にＦＬＣ１３０が充填されている。

【0004】

第一基板１１０は透明なガラス基板であり、その内側の表面には、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなるベタ状の透明電極１１１が形成され、その上に有機配向膜１１２が形成される。第二基板１２０はシリコン基板であり、その内側の表面には画素毎にパターン化されたアルミニウム電極１２１が形成され、その上に有機配向膜１２２が形成される。なお、アルミニウム電極１２１が形成された領域の全部又は一部が画像表示領域に相当する。

【0005】

第一基板１１０と第二基板１２０との間に充填されたＦＬＣ１３０の液晶分子（図示せず）は、有機配向膜１１２、１２２の表面に施された所定の配向処理よって規則正しく配列した状態、即ち配向した状態となっており、液晶分子は、所定の層構造（図示せず）を形成し、液晶層全体としてスメクティックＣ相（ＳｍＣ相）を呈している。

【0006】

ＦＬＣ１３０の液晶分子の好ましい配向方向は、ディスプレイ用途としては見栄えの良い黒安定となる方向が良い。また、やや白安定の状態では、内部電界の変動の影響をうけてダブルドメインの状態（黒安定の方向と白安定の方向が混在する状態）になりやすい。

【0007】

ＦＬＣ１３０の液晶分子の配向方向がダブルドメインの状態では、液晶セルの駆動時に、表示ムラ、すなわち、表示画面の面内均一性（輝度や色味）の低下等の問題が生じて好ましくない。このように、従来の強誘電性液晶セルでは、内部電界の変動等の影響によって、ＦＬＣ１３０の液晶分子の配向方向が不安定でダブルドメインになりやすく、表示品質が低下する問題があった。

【0008】

上記課題を解決するために、従来では、完成した強誘電性液晶セルをスメクティックＡ相乃至等方相に相転移する温度に一定時間保持し、この温度を一定時間保持する間、強誘電性液晶セルに所定の交番電界を印加し、この交番電界を印加した状態で、強誘電性液晶セルを徐々に冷却し、温度を常温まで低下させた後に、所定の交番電界の印加を解除する配向処理方法が提案されていた（特許文献１参照）。

【0009】

また、より安定したＦＬＣの配向方向を得るため、液晶セルを所定の湿度環境に一定時間置く特定環境処理を施す方法が提案されていた（特許文献２参照）。

【0010】

また、配向膜表面に吸着する正負イオンの影響を無くすため、配向膜表面から正イオンおよび負イオンを解離させる方法が提案されていた（特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１７－１３８４６３号公報

【特許文献2】特許第７１０６４１０号公報

【特許文献3】特開平６－１３８４６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、こうした従来技術による方法で作成された液晶セルは、長期間の時間経過や、液晶セルに電圧が印加され、液晶分子がスイッチングされることにより、正イオンと負イオンが配向膜表面から離れてしまい、イオンの状態を初期の状態に維持することは難しい。

【0013】

このように従来技術では、液晶セル内のイオンの状態を一定の状態に維持することは難しい。すなわち、従来技術では、液晶分子の配向を安定させることは難しい。

【0014】

本発明の目的は、液晶分子の配向を安定させることが可能な液晶セル及びその製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

シール材を介して貼り合わされた第一基板と第二基板との間に液晶が充填され、前記第一基板と前記第二基板の互いに対向する表面のそれぞれに前記液晶に電圧を印加するための電極が形成され、二つの前記電極の互いに対向する表面のそれぞれに前記液晶の液晶分子を配向させるための配向膜が形成された液晶セルであって、二つの前記配向膜の互いに対向する表面のそれぞれには、前記液晶の不純物イオンが吸着されており、二つの前記電極は、前記不純物イオンが二つの前記配向膜の表面に吸着された状態を一定の状態に維持するための駆動電圧を前記液晶に印加する、液晶セルである。

【0016】

前記駆動電圧は、二つの前記電極のうち一方に供給される共通電位が基準値からオフセットされることにより生成された電圧である、液晶セルであっても良い。

【0017】

前記駆動電圧は、前記液晶分子を一方の安定状態から他方の安定状態へスイッチングさせる第一電圧と、前記液晶分子を他方の安定状態から一方の安定状態へスイッチングさせる第二電圧とを含み、前記第一電圧は、前記第二電圧よりも大きい、液晶セルであっても良い。

【0018】

二つの前記電極は、互いに異なる材料で構成され、二つの前記電極の間には、二つの前記電極の材料の違いにより内部電界Ｅ１が発生し、二つの前記配向膜の表面に吸着された前記不純物イオンにより発生する内部電界Ｅ２の向きは、前記内部電界Ｅ１の向きと同じである、液晶セルであっても良い。

【0019】

二つの前記配向膜は、互いに異なる材料で構成され、二つの前記配向膜の表面エネルギーの違いにより発生する内部電界Ｅ３の向きは、前記内部電界Ｅ１及び前記内部電界Ｅ２の向きと同じである、液晶セルであっても良い。

【0020】

前記液晶は、強誘電性液晶である、液晶セルであっても良い。

【0021】

シール材を介して貼り合わされた第一基板と第二基板との間に液晶が充填され、前記第一基板と前記第二基板の互いに対向する表面のそれぞれに前記液晶に電圧を印加するための電極が形成され、二つの前記電極の互いに対向する表面のそれぞれに前記液晶の液晶分子を配向させるための配向膜が形成され、二つの前記電極が互いに異なる金属で構成された液晶セルを準備する第一工程と、前記第一工程により得られた前記液晶セルの前記液晶を第一温度まで加熱した後、前記液晶に電圧を印加しない状態で前記液晶を前記第一温度から第二温度まで冷却することにより、前記液晶の液晶分子を配向させる第二工程と、前記第二工程により得られた前記液晶セルの前記液晶に、二つの前記電極の材料の違いにより発生する内部電界Ｅ１とは逆向きの電界を発生させる電圧を印加することにより、二つの前記配向膜の互いに対向する表面のそれぞれに前記液晶の不純物イオンを吸着させ、当該吸着した不純物イオンにより前記内部電界Ｅ１と同じ向きに内部電界Ｅ２を発生させる第三工程と、を有する、液晶セルの製造方法である。

【0022】

二つの前記配向膜は、互いに異なる材料で構成され、二つの前記配向膜の表面エネルギーの違いにより発生する内部電界Ｅ３の向きは、前記内部電界Ｅ１及び前記内部電界Ｅ２の向きと同じである、液晶セルの製造方法であっても良い。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、液晶分子の配向が安定した状態を維持することが可能な液晶セル及びその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】強誘電性液晶セルの基本構造を示す断面図。

【図2】強誘電性液晶の液晶分子の相と配向状態を模式的に示す図。

【図3】強誘電性液晶の液晶分子の動作を示す図。

【図4】強誘電性液晶セルの（ａ）理想的なイオン状態と（ｂ）液晶分子の位置を模式的に示す図。

【図5】強誘電性液晶セルの理想的ではないイオン状態を模式的に示す図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図２は、強誘電性液晶の液晶分子の相と配向状態を模式的に示す図である。まず、ＦＬＣの分子配列、特に表面安定化強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）の分子配列について図２を用いて説明する。

【0026】

図２（ａ）は、ＦＬＣが等方相（ＩＳＯ相）の状態である。この状態において、強誘電性液晶分子１３１（以下、ＦＬＣ分子１３１と称する）は、それぞれが異なる方向を向いている。このＩＳＯ相は、たとえば、液晶の温度が＋１１０℃以上の状態である。

【0027】

図２（ｂ）は、ＦＬＣがネマティック相（Ｎ相）の状態である。この状態において、すべてのＦＬＣ分子１３１は、配向規制力方向（矢印Ｅ）に向かって規則的に並んでいる。このＮ相は、例えば、液晶の温度が＋９０℃から＋１１０℃の間の状態である。

【0028】

図２（ｃ）は、ＦＬＣがスメクティックＡ相（ＳｍＡ相）の状態である。この状態において、ＦＬＣ分子１３１は、所定の層構造を形成し、各層のＦＬＣ分子１３１は、配向規制力方向（矢印Ｅ）に向かって規則的に並んでいる。このＳｍＡ相は、例えば、液晶の温度が＋８０℃から＋９０℃の間での状態である。

【0029】

図２（ｄ）～図２（ｆ）は、ＦＬＣがスメクティックＣ相（ＳｍＣ相）の状態であり、この状態において、ＦＬＣ分子１３１は、所定の層構造を形成し、各層のＦＬＣ分子１３１は、配向規制力方向（矢印Ｅ）に対して所定の傾き（チルト角）を有している。このＳｍＣ相は、例えば、液晶の温度が－３５℃から＋８０℃の間の状態である。従って常温環境下では、ＦＬＣ１３０はＳｍＣ相で使用される。

【0030】

ここで、図２（ｄ）～図２（ｆ）は、ＳｍＣ相における電圧無印加時でのＦＬＣ分子１３１の傾きの違いを示している。図２（ｄ）は、ＦＬＣ分子１３１の傾きが配向規制力方向Ｅに対して図面上で一様に左であり、表示の見え方が黒安定の場合である。図２（ｅ）は、ＦＬＣ分子１３１の傾きが配向規制力方向Ｅに対して左や右が混在するダブルドメイン（黒安定部分と白安定部分が混在）の場合である。図２（ｆ）は、ＦＬＣ分子１３１の傾きが配向規制力方向Ｅに対して図面上で一様に右であり、表示の見え方が白安定の場合である。

【0031】

ここで、ＦＬＣ分子１３１の好ましい配向方向は、ディスプレイ用途としては黒安定（この例では傾きが左）が良い。これは黒安定の方が、ムラが少なく使用者にとって見栄えが良いからである。従って、ＦＬＣ分子１３１の配向方向を電圧無印加時に黒安定（図２（ｄ）の状態）にすることが一般的に強誘電性液晶セルに求められる特性である。

【0032】

図３は、強誘電性液晶の液晶分子の動作を示す図である。次に、ＦＬＣ１３０の液晶分子の基本動作について図３を用いて説明する。図示するように、強誘電性液晶セル１は、クロスニコルに合わせた第一の偏光板１４０ａと第二の偏光板１４０ｂとの間に配置される。

【0033】

ＦＬＣ１３０のＦＬＣ分子１３１は、第一の偏光板１４０ａの偏光軸Ａと第二の偏光板１４０ｂの偏光軸Ｂのどちらか一方に、ＦＬＣ分子１３１の第１の安定状態の分子長軸方向（矢印Ｃ）もしくは、第２の安定状態の分子長軸方向（矢印Ｄ）のどちらかが、ほぼ平行になるように、配向膜（図示せず）の配向規制力方向（ラビング方向：矢印Ｅ）が決められて配置される。図３においては、第一の偏光板１４０ａの偏光軸Ａと第１の安定状態のときの分子長軸方向（矢印Ｃ）が、ほぼ平行になるように配置されている。

【0034】

ここで、ＦＬＣ分子１３１のスイッチング、つまり一方の安定状態から他方の安定状態への転移は、ＦＬＣ１３０に印加される駆動電圧の値が閾値以上となるときに起こる。例えば、閾値以上のマイナス電圧が印加されると第１の安定状態（矢印Ｃ）が選択され、閾値以上のプラス電圧が印加されると第２の安定状態（矢印Ｄ）が選択される。

【0035】

この結果、図３に示すように第一の偏光板１４０ａ、第二の偏光板１４０ｂを配置した場合、第１の安定状態（矢印Ｃ）で黒安定（非透過状態）、第２の安定状態（矢印Ｄ）で白安定（透過状態）となる。尚、第一の偏光板１４０ａ、第二の偏光板１４０ｂの配置を変えることにより、第１の安定状態で白安定（透過状態）、第２の安定状態で黒安定（非透過状態）とすることも出来る。このときの第一の偏光板１４０ａ、第二の偏光板１４０ｂの配置は、パラレルニコルと呼ばれることがある。

【0036】

ＦＬＣ分子１３１は、自発分極を有しているので、液晶セルの内部電界の影響によって配向方向が不安定になりやすいといった問題がある。このＦＬＣ分子１３１の配向方向が不安定になると、黒安定部分と白安定部分が混在するダブルドメイン（図２（ｅ）参照）の状態が生じて好ましくない。

【0037】

図４は、強誘電性液晶セルの（ａ）理想的なイオン状態と（ｂ）液晶分子の向きを模式的に示す図である。次に、強誘電性液晶セルの内部電界について、図４を用いて説明する。

【0038】

発明の実施例における強誘電液性セル１の基本構造は、前述した図１に示す強誘電性液晶セル１と同様である。具体的には、第一基板１１０と第二基板１２０の互いに対向する表面のうち、第一基板１１０の表面には透明電極１１１が形成され、第二基板１２０の表面にはアルミニウム電極１２１が形成されている。また、透明電極１１１とアルミニウム電極１２１の互いに対向する表面のうち、透明電極１１１の表面には有機配向膜１１２が形成され、アルミニウム電極１２１の表面には有機配向膜１２２が形成されている。また、シール材１０２で囲まれた第一基板１１０と第二基板１２０との間の隙間にはＦＬＣ１３０が充填されている。

【0039】

強誘電性液晶セル１の内部には、透明電極１１１とアルミニウム電極１２１の材料の違いにより電界が発生する。ここでは、この電界を内部電界Ｅ１と称する。また、ＦＬＣ１３０内には、多くの不純物イオン（以下、イオンと称する場合がある）が存在し、これらのイオンは、正イオン１４１と負イオン１４２に分けられる。なお、図４では、説明の都合上、正イオン１４１、負イオン１４２の数をそれぞれ１０個としているが、実際には無数のイオンが存在している。

【0040】

第一基板１１０と第二基板１２０との間の隙間にＦＬＣ１３０を充填する際には、ＦＬＣ１３０を所定の温度まで加熱し、充填完了後、ＦＬＣ１３０を所定の温度まで徐々に冷却する。これにより、ＦＬＣ１３０は、液晶分子が配列の規則性を失う等方相（ＩＳＯ相）の状態から、加熱温度の低下によってスメクティックＣ相（ＳｍＣ相）へと相転移する（図２参照）。この相転移に伴い、ＦＬＣ１３０に自発分極による極性が発生し、それを打ち消す向きにＦＬＣ１３０内のイオンが移動する。なお、図４（ａ）では、ＦＬＣ分子１３１の自発分極の極性を正の自発分極２０１と負の自発分極２０２で示してある。

【0041】

この時、ＦＬＣ分子１３１の自発分極の向きは、内部電界Ｅ１を打ち消す向きである。すなわち、ＦＬＣ分子１３１の向きは、図４（ｂ）に示す黒安定の向きとなる。そして、ＦＬＣ分子１３１の自発分極を打ち消す向きにＦＬＣ１３０内のイオンが移動する。例えば、内部電界Ｅ１よりもＦＬＣ分子１３１の自発分極が大きい場合、正イオン１４１は、第一基板１１０側の透明電極１１１に引き寄せられて有機配向膜１１２の表面に吸着され、また、負イオン１４２は、基板１２０側のアルミニウム電極１２１に引き寄せられて有機配向膜１２２の表面に吸着される。これにより、強誘電性液晶セル１の内部には、配向膜の表面に吸着されたイオンによって電界が発生する。ここでは、この電界を内部電界Ｅ２と称する。

【0042】

この結果、強誘電性液晶セル１の内部には、内部電界Ｅ１＋内部電界Ｅ２の電界が発生する。ここでは、この電界を実内部電界ＥＲと称する。

【0043】

内部電界Ｅ１の向きと大きさは、互いに対向する二つの電極の材質によって決まるので、ほぼ一定である。しかし、正イオン１４１と負イオン１４２が電極に吸着する量および向きは、強誘電性液晶セル１の状態によって変動する。従って、吸着したイオンにより発生する内部電界Ｅ２の値は変動し、その結果、実内部電界ＥＲの値も変動する。

【0044】

ＦＬＣ分子１３１の配向方向は、実内部電界ＥＲの極性に依存する。すなわち、実内部電界ＥＲの向きが内部電界Ｅ１の向きとは反対であれば、ＦＬＣ分子１３１の配向方向は、配向規制力方向（矢印Ｅ）に対して図面上で右側（白安定）となる。また、実内部電界ＥＲの向きが内部電界Ｅ１の向きと同じであれば、ＦＬＣ分子１３１の配向方向は、配向規制力方向（矢印Ｅ）に対して図面上で左側（黒安定）となる。

【0045】

ＦＬＣ分子１３１の好ましい配向方向は、前述したようにディスプレイ用途としては見栄えの良い黒安定（配向規制力方向（矢印Ｅ）に対して左側）の方向である。また、やや白安定の状態では、実内部電界ＥＲの変動の影響をうけてダブルドメインの状態になりやすい。

【0046】

図４は、液晶分子を黒安定位置に安定させるための理想的な状態を示している。この状態では、透明電極１１１とアルミニウム電極１２１の異種金属間に発生する内部電界Ｅ１を打ち消す向きにＦＬＣ分子１３１の自発分極２０１、２０２が発生するようにＦＬＣ分子１３１が配向しており、また、液晶セル内のイオンはすべて有機配向膜１１２、１２２の表面に吸着され、液晶材料内を浮遊するイオンは無く、有機配向膜１１２、１２２の表面に吸着されたイオンにより発生する内部電界Ｅ２の向きは、液晶セルの画像表示領域の全面にわたって内部電界Ｅ１と一様に同じ向きである。この状態では、ＦＬＣ分子１３１の向きが黒安定位置に安定するため、高い画像品質を得られる。

【0047】

図４のような理想的な状態は、例えば、以下の工程１～３により作成が可能である。

【0048】

＜工程１＞
まず、図１に示すように、シール材１０２を介して貼り合わされた第一基板１１０と第二基板１２０との間にＦＬＣ１３０が充填され、第一基板１１０と第二基板１２０の互いに対向する表面に透明電極１１１（ＩＴＯ電極）とアルミニウム電極１２１が形成され、透明電極１１１とアルミニウム電極１２１の互いに対向する表面に有機配向膜１１２、１２２が形成された、強誘電性液晶セル１を準備する。なお、この強誘電性液晶セル１は、電圧無印加時におけるＦＬＣ分子１３１の向きが黒安定の向きになるように予め設計されている。

【0049】

＜工程２＞
次に、ヒーターや加熱炉を用いて強誘電性液晶セル１のＦＬＣ１３０をＩＳＯ相の相転移温度以上の温度（第一温度）まで加熱し、その後、ＦＬＣ１３０に電圧を印加しない状態で、ＦＬＣ１３０をその温度（第一温度）からＳｍＣ相の相転移温度以下の温度（第二温度）にまで冷却することにより、ＦＬＣ１３０のＦＬＣ分子１３１を配向させる。なお、この配向処理は、ＦＬＣ分子１３１に対する再配向処理（二回目以降の配向処理）であるとも言える。

【0050】

＜工程３＞
次に、強誘電性液晶セル１のＦＬＣ１３０に、透明電極１１１とアルミニウム電極１２１を用いて、所定の電圧を一定時間（例えば、数時間程度）だけ印加する。この時の所定の電圧は、透明電極１１１とアルミニウム電極１２１の材料の違いにより発生する内部電界Ｅ１とは逆向きで、且つ、内部電界Ｅ１よりも大きな電界（後述の「Ｅ０＋」）を発生させる電圧である。これにより、第一基板１１０の有機配向膜１１２の表面には、無数の正イオン１４１が一様に吸着され、第二基板１２０の有機配向膜１２２の表面には、無数の負イオン１４２が一様に吸着される。そして、吸着された正イオン１４１と負イオン１４２とにより、内部電界Ｅ１と同じ向きに内部電界Ｅ２が発生する。

【0051】

以上のようにして、図４に示すような理想的な状態が得られる。なお、図４に示す状態では、内部電界Ｅ１と内部電界Ｅ２の合成電界である実内部電界ＥＲよりもＦＬＣ分子１３１の自発分極２０１、２０２の極性の方が大きくなるように設計されている。

【0052】

液晶セルは、仮に配向膜表面からイオンが一度解離した場合でも、図４のような理想的なイオン状態に戻り、それを維持することができるのが望ましい。

【0053】

図４のようにＦＬＣ分子１３１が黒安定状態である場合、ＦＬＣ分子１３１を白安定状態にスイッチングさせるためには、内部電界Ｅ１とは逆向きで且つ少なくとも実内部電界ＥＲよりも大きな電界を外部から印加しなければならない。以下、この外部から印加される電界（外部電界）をＥ０＋と称する。また、外部電界Ｅ０＋とは逆向きの外部電界をＥ０－と称し、外部電界Ｅ０＋と外部電界Ｅ０－をまとめて外部電界Ｅ０と称する。

【0054】

通常、液晶セルを駆動するためには、外部電界Ｅ０＋の印加と不印加を繰り返すか、もしくは外部電界Ｅ０＋と外部電界Ｅ０－を交互に印加することになるが、いずれにしても必ず外部電界Ｅ０＋を印加する時間が必要になる。

【0055】

外部電界Ｅ０＋が印加されている間、液晶セル内のＦＬＣ分子１３１やイオンはその時の内部電界を打ち消し合うように働くため、ＦＬＣ分子１３１は黒安定位置から白安定位置へスイッチングして極性の向きが逆転し、イオンを逆向きに移動させようとする力が働く。

【0056】

この時、イオンを移動させようと働くエネルギーの大きさ、イオンの移動度の大きさ、イオンと配向膜の吸着力の大きさ等により、配向膜に吸着したままのイオン、配向膜から解離して浮遊するイオン、配向膜から解離して対向する側の配向膜に吸着するイオンとが発生する。

【0057】

これにより、イオンの状態は理想の状態ではなくなってしまうが、上記エネルギーがある程度小さければ、すなわち上記エネルギーが印加されている時間が極めて短い場合には、その後、上記エネルギーが印加されなくなれば、イオンの状態は理想の状態に戻る。

【0058】

例えば、強誘電性液晶を用いたフィールドシーケンシャル方式の液晶セルの場合、外部電界Ｅ０の正負の切り替え周波数は、カラー表示を考慮するとフレーム周波数が例えば６０Ｈｚの３倍の１８０Ｈｚ以上となり、一般的にはＦＬＣ分子１３１のスイッチングは１８０Ｈｚ以上の矩形波により行われるが、この場合、数回のＦＬＣ分子１３１のスイッチングが行われてもイオンの状態は理想の状態を維持できる。しかし、長時間の駆動になると理想の状態を維持できない。

【0059】

ここで長時間のスイッチングが繰り返された場合を考える。通常、外部電界Ｅ０を発生させる駆動電圧の波形は、正負の大きさ、印加時間、スイッチングのタイミングについて、さまざまな波形あるが、特に強誘電性液晶セルの場合は、表示焼付きを防ぐために、１フレーム期間内で正負の駆動電圧のＤＣバランスが保たれた波形、すなわち平均化すると液晶に印加される正負の電気的エネルギーの総和が±０となるような波形、具体的には、例えば、正の駆動電圧（外部電界Ｅ０＋）の印加時間と負の駆動電圧（外部電界Ｅ０－）の印加時間が互いに等しくなるような波形であるのが一般的である。なお、このような駆動は、ＤＣバランス駆動と呼ばれることがある。

【0060】

この場合、ＦＬＣ分子１３１は、外部電界Ｅ０（駆動電圧）に追従してスイッチングし、極性がプラスとマイナスに変化するが、二つの電極の異種金属間に発生する内部電界Ｅ１の極性は変化せずに常に存在するため、液晶セルの駆動中は、液晶セル内にＤＣ電界として内部電界Ｅ１が常に印加されているのと同じ状況になる。

【0061】

液晶セル内のイオンのうち、移動度の速いイオンは、ＦＬＣ分子１３１のスイッチングに追従して移動するが、移動度の遅いイオンは、ＦＬＣ分子１３１のスイッチングには追従できないものの、長時間の駆動により、内部電界Ｅ１を打ち消すように移動し、液晶セル中を浮遊または理想とは逆向きに吸着してしまい、理想のイオン状態ではなくなってしまう。

【0062】

図５は、強誘電性液晶セルの理想的ではないイオン状態を模式的に示す図である。理想的ではないイオン状態では、例えば、図５に示すように、有機配向膜１１２、１２１の表面に吸着されずに浮遊するイオンが無数に存在したり、有機配向膜１１２、１２１の表面に吸着されたイオンの極性が部分的に逆になったりする。このような状態では、イオンにより発生する内部電界が不安定となり、ＦＬＣ分子１３１の配向が不安定となる。

【0063】

本発明の実施例における液晶セルでは、図４に示すような理想のイオン状態を維持するために、液晶セルの駆動中の１フレーム期間内において、正の駆動電圧（外部電界Ｅ０＋）と負の駆動電圧（外部電界Ｅ０－）のＤＣバランスが僅かに崩れた駆動電圧がＦＬＣ１３０に印加される。具体的には、外部電界Ｅ０＋が内部電界Ｅ１よりも大きな電界となり、且つ、外部電界Ｅ０＋が外部電界Ｅ０－よりも相対的に大きな電界となるように、透明電極１１１又はアルミニウム電極１２１に供給される共通電位（Ｖｃｏｍ）が基準値（例えば、最大電位幅の中間値）から＋側又は－側へ僅かにＯｆｆｓｅｔ（オフセット）されている。これにより、内部電界Ｅ１とは逆向きに作用する電界が相対的に大きくなる。なお、このような駆動電圧の印加は、複数のフレーム期間のそれぞれにおいて行われるのが好ましいが、特定のタイミングのフレーム期間においてのみ行われても良い。

【0064】

ＦＬＣ１３０の駆動電圧を上述のようにすることで、駆動中の液晶セル内には内部電界Ｅ１とは逆向きのＤＣ電界が印加されているのと同義になり、長時間の駆動を行った場合でも配向膜に吸着されているイオンの状態は理想的な状態に維持される。

【0065】

ただし、移動度の速いイオン、すなわちＦＬＣ分子１３１のスイッチングに追従して移動しているイオンは、駆動の終了のシーケンスによっては、スイッチングが終了した瞬間、液晶セル内を浮遊または理想とは逆向きに吸着する可能性がある。

【0066】

しかし、内部電界Ｅ１と吸着されているイオンによる内部電界Ｅ２により、駆動が終了した瞬間にＦＬＣ分子１３１は黒安定位置に揃い、そのＦＬＣ分子１３１の極性を打ち消すようにイオンが移動し、理想のイオン状態に戻る。

【0067】

上記を確実にするために、液晶セル内の画像表示領域の全面のＦＬＣ分子１３１を黒安定位置にスイッチングさせた状態で駆動を終了させることが望ましい。

【0068】

本発明の実施例における液晶セルによれば、液晶セル内の理想的なイオン状態を長期間にわたって維持することができるため、ＦＬＣ分子１３１の配向を長期間にわたって安定させることができる。

【0069】

第一基板１１０と第二基板１２０に形成される電極の材料の組合せは、ＩＴＯとアルミニウムとの組合せに限らず、その他の材料の組合せであっても良い。

【0070】

第一基板１１０と第二基板１２０に形成される配向膜の材料は、有機材料に限らず、無機材料であっても良い。また、第一基板１１０と第二基板１２０に形成される配向膜の材料の組合せは、互いに同じ材料の組合せに限らず、互いに異なる材料の組合せであっても良い。この場合の材料の組合せは、例えば、ポリイミド等の有機材料とＳｉＯ_２等の無機材料との組み合わせであるが、これには限定されない。また、二つの配向膜の材料が互いに異なる場合、二つの配向膜の表面エネルギーの違いにより発生する内部電界（以下、Ｅ３と称する）の向きは、内部電界Ｅ２の向きと同じであることが好ましい。こうすれば、ＦＬＣ分子１３１の配向をより安定させることができる。更に、この場合、前述の共通電位（Ｖｃｏｍ）がオフセットされた外部電界Ｅ０＋は、内部電界Ｅ１と内部電界Ｅ３の合成電界よりも大きいことが好ましい。こうすれば、ＦＬＣ分子１３１の配向を長期間にわたってより安定させることができる。

【0071】

本発明は、強誘電性液晶を用いた液晶セルに限らず、例えばネマティック液晶のようなその他の液晶を用いた液晶セルに適宜適用することも可能である。

【符号の説明】

【0072】

１ 強誘電性液晶セル
１０１ スペーサ
１０２ シール材
１１０ 第一基板
１１１ 透明電極
１１２ 有機配向膜
１２０ 第二基板
１２１ アルミニウム電極
１２２ 有機配向膜
１３０ 強誘電性液晶（ＦＬＣ）
１３１ 強誘電性液晶分子（ＦＬＣ分子）
１４０ａ 第一の偏光板
１４０ｂ 第二の偏光板
１４１ 正イオン
１４２ 負イオン
２０１ 自発分極（正極性）
２０２ 自発分極（負極性）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】