JP2000214469A

JP2000214469A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2000214469A
Application number: JP11016136A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Ito; 信行伊藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】均一なセル厚を実現するとともに、十分な耐
衝撃性を有し、液晶の特性に影響を与えることのない信
頼性の高い液晶表示素子を提供する。【解決手段】本液晶表示素子は、一対の電極基板１０
・２０を対向させて貼り合わせ、その間に液晶が封入さ
れて液晶層３１が形成される構造を有する。さらに、電
極基板１０にスペーサ１５が形成されているとともに、
電極基板２０に凹部Ｍが形成されている。そして、本液
晶表示素子では、スペーサ１５と凹部Ｍとが噛み合うこ
とで、両基板１０・２０が機械的に固定されている。従
って、接着剤を用いることなく基板１０・２０を強固に
固定することができるので、十分な耐衝撃性を得ること
ができるとともに、接着剤による液晶の特性変化を招来
することがないようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一対の基板間に液
晶を封入してなる液晶表示素子に関し、特に、基板間の
距離を一定に保つためのスペーサを備えた液晶表示素子
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、一方の面に電極が形成された
２つの基板を、電極の形成面を対向させて貼り合わせ、
電極の間隙に液晶を封入してなる液晶表示素子が知られ
ている。このような液晶表示素子では、外圧による基板
の変形などにより基板間の距離が変化すると、しきい値
電圧の変化、基板間での電極ショート、液晶分子の配向
の乱れ等が生じてしまい、良好な表示を得ることができ
なくなる。

【０００３】そこで、上記のような液晶表示素子では、
基板間の距離（セル厚）を一定に保つために、基板間に
スペーサを配置する方法が採られており、一般には、
（１）「球状の粒子を散布する方法」、および、（２）
「有機系または無機系の柱を形成する方法」のいずれか
が用いられている。

【０００４】（１）の方法の具体的な例としては、スペ
ーサとしての真珠微粒子を窒素雰囲気中に分散させ、基
板上に散布する乾式法がある。真珠微粒子としては、例
えば、ジビニルベンゼン系重合体等の有機系樹脂が用い
られる。また、真珠微粒子をアルコール溶液などに混合
し、基板上に霧状に散布する方法もある。

【０００５】しかしながら、この（１）の方法は、以下
に示す第１〜３の問題点を有している。すなわち、ま
ず、第１の問題点は、微粒子は互いに凝集する性質をも
つため、基板上に均等に散布することが困難であり、均
一なセル厚を実現し難いことである。

【０００６】また、第２の問題点としては、微粒子の配
置の制御が困難であるため、微粒子が画素部分にも散布
されてしまい、配向欠陥を招来し、表示品位を低下させ
る可能性があることが挙げられる。さらに、第３の問題
点は、スペーサが微粒子であるために、基板どうしが点
接点で支持されることになり、外圧に対する十分な強度
を得ることが困難であるということである。

【０００７】一方、（２）の方法の具体的な例として
は、有機または無機系材料からなる所定厚さの膜を電極
上に形成し、この膜の上にレジスト膜を形成し、マスク
露光することにより、スペーサとしての柱を形成する方
法がある。また、レジスト膜の代わりに、感光性ポリイ
ミドあるいは感光性アクリル樹脂等の、感光性有機樹脂
を用いることもできる。

【０００８】この（２）の方法は、スペーサとしての柱
を画素の外部に選択的に形成することができ、また、基
板と柱との接触面を任意のパターンに形成できるという
長所を備えている。従って、（１）の方法と比較して、
セル厚の均一性、外圧に対する強度、および表示品位の
点において優れている。

【０００９】近年、液晶材料として、強誘電性液晶が注
目されている。この強誘電性液晶は、自発分極を有する
ことにより、応答速度が高い等、優れた性質を有してい
る。しかしながら、強誘電性液晶は、分子配向の規則性
がより結晶に近いため、この規則性が外圧によって乱さ
れた場合、元の状態に戻りにくい、すなわち、衝撃に対
して弱い、という問題点を有している。

【００１０】このため、強誘電性液晶を用いた液晶表示
素子では、基板の構造を耐衝撃性に優れたものとする必
要があり、そのためには、（１）の方法に比較して、
（２）の方法によって基板間にスペーサを設けることが
より有効であると考えられている。

【００１１】図８は、従来の液晶表示素子の構造例を示
す断面図である。この図に示すように、この液晶表示素
子は、一対の基板１０１・１０２を有している。これら
基板１０１・１０２は、少なくとも一方が透光性を有す
るものであり、各基板には、ストライプ状の電極１０３
・１０４、絶縁層１０５・１０６、配向制御層１０７・
１０８がそれぞれ形成されている。

【００１２】また、基板１０１の配向制御層１０７上に
は、電極１０３の長手方向（図面に垂直な方向）と平行
に、均一な高さの壁状のスペーサ１０９が設けられてい
る。そして、このスペーサ１０９と、基板１０２の配向
制御層１０８とが接着されることにより、基板１０１・
１０２が貼り合わされ、その間隙に液晶が封入されて液
晶層１１０が形成されている。

【００１３】図９は、従来の液晶表示素子における他の
構造例を示す説明図である。この図に示すように、この
液晶表示素子は、図８に示した液晶表示素子において、
基板１０１におけるスペーサ１０９，絶縁層１０５およ
び配向制御層１０７の形成順序を変えたものである。こ
の液晶表示素子では、各基板における配向制御層１０７
・１０８が接着されるようになる。

【００１４】図１０は、図８におけるＹ−Ｙ’線矢視断
面図である。上記したように、スペーサ１０９は、基板
１０１上に、電極１０３の長手方向に対して平行方向に
形成されている。このため、スペーサ１０９が形成され
ている基板１０１上の領域は、電極１０３の厚みによる
段差の影響がなく、基板１０１は、スペーサ１０９と隙
間がなく接触するようになっている。

【００１５】しかしながら、基板１０２における電極１
０４は、スペーサ１０９と直交する方向に形成されてい
る。このため、基板１０１・１０２が貼り合わされる
と、基板１０２における電極１０４が形成されていない
部位には、スペーサ１０９の平坦な頂部との間に凹部１
１１が形成されてしまう。従って、この液晶表示素子で
は、スペーサ１０９の頂部全体と基板１０２とを、隙間
なく接触させることができないようになっている。

【００１６】液晶表示素子の耐衝撃性の向上は、一般に
は、一対の基板を均一な高さの壁状のスペーサで保持
し、セル厚の変化を生じにくくすることで実現できる。
また、さらに耐衝撃性を向上させるためには、壁状のス
ペーサで液晶を所定範囲に区切り、各範囲間における液
晶の流動を防ぐ必要がある。これは、加圧によるセル厚
の変化により液晶の配向が乱れても、それを１つの範囲
内にとどめ、隣接する範囲に拡げないようにするためで
ある。

【００１７】しかしながら、図８および図１０に示した
構造では、基板１０２における配向制御層１０８とスペ
ーサ１０９の頂部との間に凹部１１１が形成されてしま
うため、液晶層１１０をスペーサ１０９で完全に区切る
ことができない。すなわち、この構造では、凹部１１１
を介して、スペーサ１０９の長手方向に対して垂直方向
に液晶が動いてしまう。

【００１８】従って、この構造では、加圧によって生じ
た配向乱れが、凹部１１１を介して、スペーサ１０９で
区切られた隣接の領域に次々と広がってしまうという問
題がある。また、液晶を注入する際に、凹部１１１に液
晶が入り込みにくく、注入不良が生じるという問題もあ
る。

【００１９】この問題を解決するために、本願発明者等
は、スペーサ１０９を形成する位置を工夫し、図１１お
よび図１２に示すような液晶表示素子の開発に成功した
（図１２は、図１１に示した構成のＸ−Ｘ’線矢視断面
図である）。これらの図に示すように、この液晶表示素
子では、基板１０１上において、スペーサ１０９が基板
１０２の電極１０４の長手方向に平行に形成され、基板
１０２とスペーサ１０９の平坦な頂部とが隙間なく接触
するようになっている。

【００２０】そして、基板１０１上においては、スペー
サ１０９は、電極１０３の長手方向に対して垂直方向
に、電極１０３による段差を横切るように形成されてい
る。すなわち、図１３に示すように、基板１０１では、
スペーサ１０９により、電極１０３が分断されるように
なっている。

【００２１】このように、基板１０１上に、電極１０３
を横切るようにスペーサ１０９を形成することで、両基
板１０１・１０２とスペーサ１０９とを隙間なく接触さ
せることができるようになっている。これにより、図１
０に示したような凹部１１１を解消することが可能とな
り、基板１０１・１０２間の接着力を増大させ、耐衝撃
性を向上させることが可能となっている。なお、図１４
は、図１１に示した構成において、スペーサ１０９、絶
縁層１０５および配向制御層１０７の形成順序を変えた
ものである。

【００２２】また、特開平９−１０５９４５号公報に
は、双方の基板にスペーサを設けた液晶表示素子が開示
されている。図１５は、この液晶表示素子の構成を示す
断面図である。この図に示すように、この液晶表示素子
では、スペーサ１０９を両基板１０１・１０２に形成
し、２つのスペーサ１０９・１０９どうしを対向させて
接着させるようになっている。この方法でも、スペーサ
１０９の平坦な頂部どうしが接着するため、図８に示し
た構成に比して接着力が増し、耐衝撃性が向上する。

【００２３】しかしながら、上記したような従来の液晶
表示素子は、以下のような問題点を有している。すなわ
ち、通常、液晶表示素子における基板間の接着、例え
ば、図８に示した構成におけるスペーサ１０９と配向制
御層１０８との接着や、図１５に示した構成におけるス
ペーサ１０９・１０９どうしの接着、あるいは、配向制
御層１０７・１０８どうしの接着は、接着剤による強力
な接着ではなく、材料どうしの緩やかな反応によるもの
である。従って、これらの接着における力は、一般的
に、十分に強いとは言えない。

【００２４】また、本来、液晶表示素子のスペーサに
は、良好なパターニング性、均一な膜厚、および、適当
な硬さといった特性が必要である。また、配向制御層に
は、液晶を均一に配向させたり、一定のプレチルト角を
液晶に付与するといった特性が必要である。従って、こ
れらの特性に加えて、スペーサや配向制御層に接着性も
求めるならば、使用できる材料が非常に限られたものに
なり、所望の特性を得られない可能性が高くなってしま
う。

【００２５】そこで、このような問題を解決するため
に、特開平６−３３１９７０号公報には、スペーサの頂
部に接着層を設け、スペーサと配向制御層とを接着剤に
より接着する構成が開示されている。

【００２６】図１６および図１７は、図８および図９に
示した構成に、接着層１２１を加えた構成を示す断面図
である。また、図１８および図１９は、図１１および図
１４に示した構成に、接着層１２１を加えた構成を示す
断面図である。なお、図１７および図１９は、図１６お
よび図１８に示した構成において、基板１０１における
スペーサ１０９、絶縁層１０５および配向制御層１０７
の形成順序を変えたものである。

【００２７】これらの図に示す接着層１２１は、スペー
サ１０９の頂部に、転写・印刷といった方法で配置され
るものである。この構成によれば、スペーサ１０９およ
び配向制御層１０８に接着性を求めなくても、これらの
間の接着強度を十分に強くすることができる。また、図
１５に示したスペーサどうしを接着させる構成に、接着
層１２１を加える構成も、同様の理由で非常に有効であ
る。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成において、接着層１２１における接着剤量を適切に
制御することは、印刷・転写による方法を用いても非常
に困難な作業となる。そして、過少・過多の接着剤は、
以下に示すような問題を引き起こしてしまう。

【００２９】すなわち、接着層１２１における接着剤の
量が少な過ぎると（転写不良）、スペーサ１０９と配向
制御層１０８との接着力が不十分となり、液晶表示素子
における耐衝撃性が低下してしまう。一方、接着剤の量
が多すぎると、スペーサ１０９の頂部から接着層１２１
がはみ出して画素部に侵入し、液晶のスイッチング不良
の原因となる。

【００３０】さらに、上記の構成では、接着剤として、
液晶に影響を及ぼさないものを用いる必要がある。しか
しながら、液晶と接着剤との反応については未知の部分
が多く、接着剤成分の液晶への直接の溶解や、接着剤成
分から生成されるイオン性物質の液晶への溶解について
は不明な部分が多い。このため、接着剤の材料選択は極
めて困難な作業となっている。

【００３１】本発明は、上記したような従来技術の問題
を解決するためになされたものである。そして、その目
的は、均一なセル厚を実現するとともに、十分な耐衝撃
性を有し、液晶の特性に影響を与えることのない信頼性
の高い液晶表示素子を提供することにある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１に記載の液晶表示素子は、一対
の基板と、基板間に封入された液晶と、基板間の距離を
一定に保つためのスペーサとを備えた液晶表示素子にお
いて、一方の基板に凹部が設けられているとともに、他
方の基板にスペーサとなる凸部が設けられており、これ
ら凹部と凸部とが噛み合うように、両基板が貼り合わさ
れていることを特徴としている。

【００３３】上記の構成では、一対の基板が、スペーサ
によって均一な間隔で互いに貼り合わされている。そし
て、特に、上記の構成では、一方の基板に凹部が形成さ
れている一方、他方の基板にスペーサとなる凸部が形成
されており、両基板が貼り合わされたときには、凸部と
凹部とは、対向した状態、すなわち、互いに噛み合った
状態となっている。すなわち、この構成では、凸部と凹
部とが互いに噛み合わされることで、両基板が機械的に
固定されるようになっている。このため、基板間の接着
のための構成（接着剤等）を用いることなく、両基板を
強固に固定することが可能となっている。

【００３４】また、本発明の請求項２に記載の液晶表示
素子は、請求項１の構成において、上記凹部が、上記一
方の基板における電極の間隙に形成されていることを特
徴としている。これにより、スペーサとなる凸部に対す
る、電極あるいは金属配線の厚さに起因する凹凸による
段差の影響を軽減することができるようになっている。
さらに、凹部が設けられた基板における電極が、スペー
サによって分断されることがないので、電極の形成が容
易となるとともに、断線の発生を防ぐこともできる。

【００３５】また、本発明の請求項３に記載の液晶表示
素子は、請求項１の構成において、上記凸部の幅が、凹
部の幅より広いことを特徴としている。上記の構成にお
いて、凸部および凹部の幅とは、例えば凸部が壁状であ
り、凹部が溝形状の場合であれば、それぞれの長手方向
に垂直な方向であって、基板に平行な方向の長さのこと
である。

【００３６】そして、上記の構成では、凸部が凹部より
幅広に形成されているため、これらを噛み合わせた際、
これらの少なくとも一方が変形されることになる。この
ため、噛み合わせにおける摩擦力を増大させることがで
き、両基板の結合力を高めることが可能となる。また、
これら凸部の幅と凹部の幅との差異は、請求項４および
請求項５に記載のように、０．１μｍ〜５μｍであるこ
とが好ましく、０．５μｍ〜２μｍであることがさらに
好ましい。このようにすることで、請求項３に記載の構
成を実現することが容易となる。

【００３７】さらに、上記の構成では、請求項６に記載
のように、凸部および凹部の少なくとも一方が弾性体か
らなるか、あるいは、請求項７に記載のように、凸部お
よび凹部が、互いに異なる弾性定数を有する弾性体から
なることが好ましい。上記の構成において、凹部をなす
物質とは、凹部の内壁を構成する物質のことである。そ
して、請求項６あるいは請求項７に記載の構成では、凸
部と凹部との噛み合わせの際、これらの間の摩擦力をさ
らに増大させることができるとともに、変形を可逆的な
ものとすることができる。従って、凹部および凸部に無
理な力がかかることを防止できるとともに、噛み合わせ
の際の凹部・凸部の破壊を防ぐことが可能となってい
る。

【００３８】また、上記のように、凸部および凹部が互
いに異なる弾性定数を有する弾性体からなる場合、これ
ら凸部および凹部の材料としては、例えば、請求項８に
記載のように、ガラス、アクリル、ポリイミドおよびプ
ラスチックのいずれか２つを用いることが可能である。

【００３９】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の第１の
実施の形態について以下に説明する。

【００４０】図１は、本実施の形態にかかる液晶表示素
子（以下、本液晶表示素子とする）の構成を示す断面図
である。この図に示すように、本液晶表示素子は、一対
の電極基板１０・２０を対向させて貼り合わせ、その間
に液晶が封入されて液晶層３１が形成される構造を有す
る。

【００４１】電極基板１０は、絶縁性基板１１と、互い
に平行に配され、かつストライプ状に形成された複数の
電極１２と、絶縁性基板１１および電極１２を覆うよう
に形成された絶縁膜１３と、この絶縁膜１３を覆うよう
に形成された配向制御層１４と、この配向制御層１４上
に形成された壁状のスペーサ１５とによって構成されて
いる。図２は、この電極基板１０における電極１２とス
ペーサ１５との形状を示す説明図である。この図に示す
ように、スペーサ１５は、電極１２…の長手方向に対し
て垂直方向に、各電極１２を分断するように配されてい
る。

【００４２】また、電極基板２０は、絶縁性基板２１
と、互いに平行に配され、かつストライプ状に形成され
た複数の電極２２と、絶縁性基板２１および電極２２を
覆うように形成された絶縁膜２３と、この絶縁膜２３を
覆うように形成された配向制御層２４とによって構成さ
れている。

【００４３】図２に示すように、この電極基板２０にお
ける絶縁性基板２１には、周期的に、ストライプ形状の
溝部Ｓ…が形成されており、これら溝部Ｓ…を挟むよう
に，電極２２…がストライプ状に形成されている。ま
た、図１に示すように、絶縁膜２３および配向制御層２
４は、溝部Ｓの内部も覆うように成膜されており、溝部
Ｓとともに電極基板２０における凹部Ｍを形成してい
る。そして、本液晶表示素子では、図１に示すように、
絶縁性基板１１上に形成されたスペーサ１５の頂部が電
極基板２０における凹部Ｍと対向され、これらが機械的
に噛み合わされることにとにより、電極基板１０・２０
が貼り合わされている。

【００４４】上記の絶縁性基板１１・２１は、少なくと
も一方が透光性を有する材料からなる。また、電極１２
・２２は、画像を形成するために、液晶層３１の液晶に
所定電圧を印加するものであり、材料として、一般に、
ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)からなる透明電極が用いられ
る。なお、ＩＴＯに限らず、他の金属からなる電極を用
いてもよい。また、液晶層３１に用いる液晶としては、
強誘電性液晶組成物を用いることができる。強誘電性液
晶は、高速応答が可能でメモリ性を有するといった優れ
た特性を持つことから、大容量かつ高精細な画像を表示
することを可能にする。

【００４５】上記の構成を備える本液晶表示素子は、以
下の工程により作製される。まず、電極１２・２２を形
成するために、絶縁性基板１１・２１の全表面に、スパ
ッタ法あるいはＥＢ（電子ビーム蒸着）等によりＩＴＯ
を成膜する。そして、これをフォトマスクを用いて露光
・現像し、臭化水素酸、塩化第２鉄等によってエッチン
グすることにより、ストライプ形状の電極１２・２２を
形成する。なお、このエッチングは、所定の形状にパタ
ーニングされたフォトレジストにより一部が保護された
状態で行われる。また、ＩＴＯの厚さは１０００Åであ
る。

【００４６】また、電極基板２０に対しては、電極２２
を形成した直後に、フォトレジストを除去せず、続いて
絶縁性基板２１をフッ酸等によりエッチングすることに
よって、溝部Ｓを、幅が１２０μｍ、深さ０．３５μｍ
となるように形成する。なお、溝部Ｓの幅とは、電極２
２の長手方向に垂直な方向の溝部Ｓの長さのことであ
る。

【００４７】さらに、これら電極１２・２２上に、Ｓｉ
Ｏ₂をスピンコート法により塗布し、均一な表面を有す
る絶縁膜１３・２３を、膜厚が１０００Åとなるように
形成する。次いで、チッソ社製の配向膜ＰＳＩ−Ａ−２
１０１をスピンコート法により塗布し、所定温度および
所定時間焼成を行い、配向制御層１４・２４を、膜厚が
５００Åとなるように形成する。これにより、絶縁性基
板２１の溝部Ｓの部位に、深さが０．２μｍ、幅が１１
９．７μｍの溝形状の凹部Ｍが、ストライプ状に形成さ
れる。なお、凹部Ｍの幅とは、凹部Ｍの長手方向に垂直
な方向の、凹部Ｍの開口の長さのことである。

【００４８】その後、電極基板１０における配向制御層
１４上のスペーサ１５を形成すべき位置に、新日鉄化学
社製のネガ型感光性アクリル樹脂Ｖ−２５９を、焼成後
の膜厚が１．７μｍ、幅が１２１μｍになるようにスピ
ンコート法により塗布し、フォトマスクにより露光・現
像した後、約１８０℃で１時間の焼成を行うことによ
り、互いに平行な両側面および平坦な頂部を有する、均
一な高さの壁形状のスペーサ１５を形成する。これによ
り、スペーサ１５は、実質的に、凹部Ｍより１．３μｍ
だけ幅が広い構造となる。なお、スペーサ１５の幅と
は、スペーサ１５の長手方向に垂直な方向の、スペーサ
１５における頂部（先端部）の長さのことである。

【００４９】なお、このスペーサ１５を形成する方向お
よび位置は、電極基板１０における電極１２の長手方向
に対して垂直方向かつ基板面方向、すなわち、電極基板
２０における電極２２の長手方向に対して平行方向であ
って、電極２２・２２の間に相当する位置である。

【００５０】そして、両基板１０・２０にラビング処理
を施した後、スペーサ１５と凹部Ｍとの位置を合わせて
これら基板を対向させ、０．９ｋｇ／ｃｍ²の圧力で押
し合わせる。これにより、両基板１０・２０を固定する
ことができ、セル厚１．３７μｍの空パネルが作成され
る。そして、この空パネルに強誘電性液晶ＳＣＥ８を注
入することにより、本液晶表示素子が完成される。

【００５１】以上のような工程により作製された本液晶
表示素子における空パネルを顕微鏡で観察したところ、
凹部Ｍとスペーサ１５とが噛み合い、両基板１０・２０
が堅固に固定されていることが確認された。また、本液
晶表示素子は、２０ｋｇ／ｃｍ²で加圧しても表示画像
の乱れが生じず、実用上十分な、優れた耐衝撃性を備え
ていることが確認された。

【００５２】以上のように、本液晶表示素子は、電極基
板１０にスペーサ１５が形成されており、このスペーサ
１５が電極基板２０における凹部Ｍに嵌まり込み、両基
板１０・２０を機械的に固定するようになっている。従
って、基板間の結合に接着剤を用いることがないので、
接着剤と液晶との反応による液晶特性の変化等を全く危
惧する必要がないようになっている。

【００５３】さらに、本液晶表示素子では、スペーサ１
５の幅が、凹部Ｍよりも１．３μｍだけ大きくなってい
る。そして、絶縁性基板２１がガラスからなる一方、ス
ペーサ１５が樹脂からなるため、ガラスに囲まれている
凹部Ｍは弾性定数が大きく変形しにくい一方、樹脂から
なるスペーサ１５は弾性定数が小さく変形しやすくなっ
ている。このため、両電極基板１０・２０を貼り合わせ
る際、スペーサ１５が変形して凹部Ｍ内に挿入されるた
め、スペーサ１５と凹部Ｍとの摩擦力が強くなり、これ
らが強固に噛み合うようになっている。これにより、電
極基板１０・２０の結合を非常に強くすることが可能と
なる。

【００５４】ここで、スペーサ１５の幅と凹部Ｍの幅と
の関係について簡単に説明する。図３（ａ）に示すよう
に、スペーサ１５の幅が凹部Ｍの幅よりも狭い場合は、
両基板１０・２０を強固に固定することはできない。ま
た、図３（ｂ）に示すように、スペーサ１５の幅が凹部
Ｍの幅と同一である場合も、強固な固定は困難である。

【００５５】一方、スペーサ１５の幅が凹部Ｍよりも広
い場合、これらの一方が弾性体であれば、図３（ｃ）に
示すように、弾性体の方の部材が変形して噛み合わされ
るため、摩擦力の増大により両基板１０・２０を堅固に
固定することができる。なお、スペーサ１５および凹部
Ｍの双方が弾性体であってもよく、この場合、両者の弾
性定数が異なっていることが好ましい。

【００５６】このように、本液晶表示素子では、両基板
１０・２０を強固に結合させるために、スペーサ１５の
幅が凹部Ｍの幅よりわずかに広くなっているとともに、
これらが、互いに弾性定数の異なる材料から構成されて
いる。これにより、両基板１０・２０を貼り合わせる際
に、スペーサ１５と凹部Ｍとの少なくとも一方が変形す
るので、双方に無理な力がかかることなく両基板１０・
２０を堅固に固定することができるようになっている。
なお、スペーサ１５と凹部Ｍとの幅の差異は、０．１μ
ｍから５μｍの範囲であることが好ましく、０．５μｍ
から２μｍの範囲であることがさらに好ましい。

【００５７】また、本液晶表示素子では、凹部Ｍが、電
極基板２０における電極２２…の間隙に形成されてい
る。これにより、本液晶表示素子では、電極２２の形状
が、スペーサ１５にも凹部Ｍにも影響されることがな
い。このため、電極２２の形成が容易であるとともに、
断線の発生を防ぐことができるようになっている。ま
た、電極２２…の間隙に凹部Ｍを形成しない場合に比べ
て、基板１０・２０間の結合を強くすることができる。

【００５８】ここで、電極２２…と凹部Ｍとの位置関係
について説明する。図２に示すように、絶縁性基板２１
における電極２２…の間隙に、凹部Ｍとなる溝部Ｓを形
成し、この溝部Ｓに対向させて電極基板１０にスペーサ
１５を形成した場合、電極１２・２２の双方とも、基板
形状の影響を受けることがない。しかしながら、図４に
示すように、電極２２…の間隙にスペーサ１５を形成
し、このスペーサ１５に対向させて、絶縁性基板１１に
おける電極１２に垂直な方向に凹部Ｍとなる溝部Ｓを形
成した場合、電極１２が溝部Ｓの段差を覆うように形成
されることになり、断線が発生しやすい。

【００５９】また、図２に示した構成では、電極基板２
０におけるスペーサ１５との接触面が平面であるため、
スペーサ１５と電極基板２０との摩擦が大きく、かつ、
液晶が流動することもない。しかしながら、図４に示し
た構成では、絶縁性基板１１における溝部Ｓに、電極１
２による段差が発生してしまう。このため、スペーサ１
５と電極基板１０との摩擦が低減してしまうとともに、
液晶が流動する隙間が発生してしまうことになる。この
ように、凹部Ｍは、電極基板２０における電極２２…の
間隙に形成されることが好ましいといえる。

【００６０】なお、本実施の形態では、スペーサ１５が
樹脂からなり、凹部Ｍがガラスに囲まれているとしてい
るが、本液晶表示素子の構成はこれに限らない。これら
スペーサ１５の材料および凹部Ｍを囲む物質としては、
例えば、ガラス、アクリル、ポリイミド、プラスチック
などの樹脂を用いることができる。

【００６１】また、本液晶表示素子では、両基板１０・
２０のスペーサとして、壁状のスペーサ１５を用いるよ
うになっているが、これに限らず、柱状のスペーサを用
いるようにしてもよい。

【００６２】また、上記では、スペーサ１５が配向制御
層１４上に形成されるようになっているが、これに限ら
ず、スペーサ１５を配向制御層１４の下に形成すること
で、本液晶表示素子を、配向制御層１４と配向制御層２
４とが接する構成とすることも可能である。この場合、
図５に示すように、スペーサ１５は、絶縁膜１３および
配向制御層１４とともに、凹部Ｍに挿入されることにな
る。

【００６３】図５は、このような構成を有する本液晶表
示素子の断面図である。この液晶表示素子は、図１に示
した液晶表示素子の構成において、絶縁膜１３および配
向制御層１４の下層に、スペーサ１５が配されている構
成である。すなわち、この液晶表示素子における電極基
板１０では、電極１２が形成された絶縁性基板１１に、
ネガ型感光性アクリル樹脂Ｖ−２５９からなるスペーサ
１５が形成され、その後、絶縁膜１３および配向制御層
１４が積層された構成となっている。

【００６４】このような構成の液晶表示素子を、スペー
サ１５の幅を１２０μｍ、スペーサの高さを１．９μ
ｍ、絶縁性基板２１における溝部Ｓの幅を１２０μｍ、
凹部Ｍの深さを０．４５μｍ、絶縁膜１３・２３の厚さ
を１０００Å、配向制御層１４・２４の厚さを５００Å
として作成した。なお、作成の工程は、電極基板１０の
各層における形成順序以外は、図１に示した液晶表示素
子の形成工程と同様である。このように作成した場合、
凹部Ｍの幅が１１９．７μｍとなるとともに、スペーサ
１５の幅が１２０．３μｍとなり、実質的に、スペーサ
１５の幅が、凹部Ｍの幅より０．６μｍだけ広い構造と
なる。また、セル厚は１．３５μｍとなる。

【００６５】この液晶表示素子における空パネルを顕微
鏡で観察したところ、凹部Ｍとスペーサ１５とが噛み合
い、両基板１０・２０が堅固に固定されていることが確
認された。また、この液晶表示装置に２０ｋｇ／ｃｍ²
の圧力試験を施したところ、表示画像の乱れもなく、実
用上十分な耐衝撃性を備えていることが確認された。ま
た、この液晶表示素子では、図１に示した液晶表示装置
と同様に、２枚の電極基板１０・２０を固定するために
接着剤を使用しないので、接着剤と液晶との反応による
液晶特性の変化等を全く危惧する必要がない。

【００６６】〔実施の形態２〕本発明の第２の実施の形
態について以下に説明する。なお、上記した実施の形態
１に示した部材と同一の機能を有する部材には、同一の
符号を付し、その説明を省略する。

【００６７】図６は、本実施の形態にかかる液晶表示素
子（以下、本液晶表示素子とする）の構成を示す説明図
である。この図に示すように、本液晶表示素子は、図１
に示した液晶表示素子の構成において、電極基板２０に
代えて、電極基板２０ａが用いられている構成である。
そして、電極基板２０ａは、電極基板２０の構成におい
て、絶縁性基板２１に代えて絶縁性基板２１ａが用いら
れているとともに、樹脂層２５が形成されている構成で
ある。すなわち、この電極基板２０ａは、絶縁性基板２
１ａ上に、樹脂層２５、電極２２、絶縁膜２３、配向制
御層２４がこの順に積層されてなる構成である。

【００６８】絶縁性基板２１ａは、溝部のない、平らな
表面を有するガラスからなっている。また、樹脂層２５
は、この絶縁性基板２１ａ上に、電極２２の直下となる
位置に、ストライプ状に形成されている。このように、
本液晶表示素子では、平面形状の絶縁性基板２１ａと電
極２２…との間に樹脂層２５を配し、電極２２…を絶縁
性基板２１ａから離すことで、電極２２…の間に凹部Ｍ
を形成するようになっている。

【００６９】この樹脂層２５は、焼成後の膜厚が０．２
μｍ以上（０．３５μｍ）になり、かつ、各樹脂層２５
…の間隔が１２０μｍとなるように、新日鉄化学社製の
ネガ型感光性アクリル樹脂Ｖ−２５９をスピンコート法
により絶縁性基板２１ａの所定位置に塗布し、フォトマ
スクにより露光・現像した後、約１８０℃で１時間の焼
成を行うことにより形成される。

【００７０】このように樹脂層２５が形成された絶縁性
基板２１ａ上に、電極２２、１０００Åの絶縁膜２３、
５００Åの配向制御層２４を図１に示した液晶表示素子
の製造工程と同様に形成し、幅が１１９．７μｍ、深さ
が０．２μｍの凹部Ｍを有する電極基板２０ａを形成し
た。

【００７１】また、絶縁性基板１１上に、電極１２、１
０００Åの絶縁膜１３、５００Åの配向制御層１４を図
１に示した液晶表示素子の製造工程と同様に形成し、こ
の配向制御層１４上に、膜厚が１．８μｍ、幅が１２１
μｍの、ガラスからなるスペーサ１５を形成して、電極
基板１０を作成した。なお、このスペーサ１５の形成
は、配向制御層１４上に、スパッタ法によりＳｉＯ₂層
を形成し、その後、レジスト形成、フォトマスクにより
露光・現像し、必要な部分を保護してから、フッ酸によ
り不要な部分を除去することによって行われた。これに
より、実質的に、スペーサ１５が凹部Ｍより１．３μｍ
広い構造となる。

【００７２】そして、両基板１０・２０ａにラビング処
理を施した後、スペーサ１５と凹部Ｍとの位置を合わせ
てこれら基板を対向させ、０．９ｋｇ／ｃｍ²の圧力で
押し合わせる。これにより、両基板１０・２０ａを固定
することができ、セル厚１．３５μｍの空パネルが作成
される。そして、この空パネルに強誘電性液晶ＳＣＥ８
を注入することにより、本液晶表示素子が完成される。

【００７３】以上のような工程により作製された本液晶
表示素子における空パネルを顕微鏡で観察したところ、
凹部Ｍとスペーサ１５とが噛み合い、両基板１０・２０
ａが堅固に固定されていることが確認された。また、本
液晶表示素子に、２０ｋｇ／ｃｍ²の圧力試験を施した
ところ、表示画像の乱れもなく、実用上十分な耐衝撃性
を備えていることが確認された。

【００７４】また、本液晶表示素子では、従来の液晶表
示装置のように、２枚の電極基板１０・２０ａを固定す
るために接着剤を使用しないので、接着剤と液晶との反
応による液晶特性の変化等を全く危惧する必要がない。

【００７５】さらに、本液晶表示素子では、スペーサ１
５の幅が、凹部Ｍよりも１．３μｍだけ大きくなってい
る。そして、樹脂層２５が樹脂からなる一方、スペーサ
１５がガラスからなるため、樹脂の内壁を有する凹部Ｍ
は弾性定数が小さくて変形しやすい一方、ガラスからな
るスペーサ１５は弾性定数が大きく変形しにくくなって
いる。

【００７６】このため、両電極基板１０・２０ａを貼り
合わせる際、スペーサ１５の形状に応じて凹部Ｍが変形
されるため、これらスペーサ１５と凹部Ｍとが強固に噛
み合うようになっている。これにより、電極基板１０・
２０ａの結合を非常に強くすることが可能となる。

【００７７】なお、上記では、スペーサ１５が配向制御
層１４上に形成されるようになっているが、これに限ら
ず、スペーサ１５を配向制御層１４の前に形成すること
で、本液晶表示素子を、配向制御層１４と配向制御層２
４とが接する構成とすることも可能である。この場合、
スペーサ１５は、絶縁膜１３および配向制御層１４とと
もに、凹部Ｍに挿入されることになる。

【００７８】図７は、このような構成を有する本液晶表
示素子の断面図である。この図に示す液晶表示素子は、
図６に示した液晶表示素子の構成において、絶縁膜１３
および配向制御層１４の下層に、スペーサ１５が配され
ている構成である。すなわち、この液晶表示素子におけ
る電極基板１０では、電極１２が形成された絶縁性基板
１１に、ＳｉＯ₂からなるスペーサ１５が形成され、そ
の後、絶縁膜１３および配向制御層１４が積層された構
成となっている。

【００７９】このような構成の液晶表示素子を、スペー
サ１５の幅を１２０μｍ、各樹脂層２５…の間隔を１２
０μｍ、深さ０．３５μｍ、絶縁膜１３・２３の厚さを
１０００Å、配向制御層１４・２４の厚さを５００Åと
して作成した。なお、作成の工程は、電極基板１０の各
層における形成順序以外は、図６に示した液晶表示素子
の形成工程と同様である。このように作成した場合、凹
部Ｍの幅が１１９．７μｍ、同じく深さが０．２μｍと
なるとともに、スペーサ１５の幅が１２０．３μｍとな
り、実質的に、スペーサ１５の幅が、凹部Ｍの幅より
０．６μｍだけ広い構造となる。また、セル厚は１．３
５μｍとなる。

【００８０】この液晶表示素子における空パネルを顕微
鏡で観察したところ、凹部Ｍとスペーサ１５とが噛み合
い、両基板１０・２０ａが堅固に固定されていることが
確認された。また、この液晶表示装置に２０ｋｇ／ｃｍ
²の圧力試験を施したところ、表示画像の乱れもなく、
実用上十分な耐衝撃性を備えていることが確認された。

【００８１】また、この液晶表示素子では、図６に示し
た液晶表示装置と同様に、２枚の電極基板１０・２０ａ
を固定するために接着剤を使用しないので、接着剤と液
晶との反応による液晶特性の変化等を全く危惧する必要
がない。

【００８２】また、本発明の液晶表示素子は、以下の第
１〜第８の液晶表示素子として表現することもできる。
すなわち、第１の液晶表示素子は、少なくとも一方が光
透過性を有する一対の基板間に液晶を封入してなる液晶
表示素子において、該一対の基板の一方に柱状あるいは
壁状の凸部（スペーサ）が、該一対の基板の他の一方に
孔状あるいは溝状の凹部が形成され、両基板が凸部と凹
部の位置を合わせて対向され貼り合わされるとともに凸
部と凹部の摩擦により固定されていることを特徴とする
構成である。

【００８３】この構成によれば、一方の基板に形成され
る凸部と他の基板に形成される凹部とを噛み合わせて両
基板を機械的に固定するため、材料間の接着や接着剤を
利用する必要がない。このため、両基板は強固に固定さ
れ、十分な耐ショック性が得られるとともに、液晶と接
着剤との反応による特性変化や信頼性低下といった問題
も発生しない。

【００８４】また、第２の液晶表示素子は、第１の液晶
表示素子の構成において、凸部の高さが凹部の深さより
大きく、凸部の高さと凹部の深さの差により液晶層のセ
ル厚を形成することを特徴とする構成である。

【００８５】また、第３の液晶表示素子は、第１あるい
は第２の液晶表示素子の構成において、凸部の幅が上記
凹部の幅よりわずかに広く、凸部と凹部の幅の差が０．
１μｍから５μｍ、好ましくは０．５μｍから２μｍで
あることを特徴とする構成である。この構成によれば、
凸部が凹部よりわずかに広いことにより、両者が噛み合
う際に摩擦による強固な基板の固定が可能となる。

【００８６】また、第４の液晶表示素子は、第１〜第３
の液晶表示素子の構成において、上記凸部を構成する物
質の弾性定数が上記凹部を構成する物質の弾性定数より
大きいことを特徴とする構成である。

【００８７】また、第５の液晶表示素子は、第１〜第３
の液晶表示素子の構成において、上記凸部を構成する物
質の弾性定数が上記凹部を構成する物質の弾性定数より
小さいことを特徴とする構成である。

【００８８】第４あるいは第５の液晶表示素子の構成に
よれば、第３の液晶表示素子のように、凸部が凹部より
わずかに広く両者が強固に噛み合う際に、両者の弾性定
数の大きさが異なるため、無理に力がかかることがな
く、凸部または凹部が破壊されてしまうといったことが
ない。

【００８９】すなわち、凸部が凹部よりも狭い場合は、
基板を対向させても固定することはできない。また、凸
部と凹部とが同じ幅の場合も、強固な固定は困難であ
る。凸部が凹部よりも広く、凸部・凹部のどちらか一方
が弾性体である場合、あるいは両者が弾性体であり、弾
性定数が異なる場合には、一方が変形して噛み合うた
め、噛み合わせによる摩擦が大きくなり、強固な固定が
可能となる。このように、上記の構成によれば、均一な
セル厚を有するとともに、十分な耐衝撃性を備え、液晶
の特性に影響を与えることのない信頼性の高い液晶表示
素子を提供することができる。

【００９０】また、第６の液晶表示素子は、第１〜第５
の液晶表示素子の構成において、一方の基板の電極の間
隙に凹部が形成され、他方の基板には対向する上記一方
の基板の電極の間隙に形成された凹部に対向する位置に
凸部が形成されることを特徴とする構成である。この構
成によれば、電極の間隙に凹部を形成することで、電極
形状が凸部にも凹部にも影響されることがない。このた
め、電極形成が容易で、断線の発生を防ぐこともでき
る。

【００９１】また、電極の間隙に凹部を形成しない場合
に比べて、より強い固定が可能となる。すなわち、一方
の基板における電極の間隙に凹部を形成し、対向基板に
凸部を形成した場合、両基板の電極とも基板形状の影響
は受けない。また、凸部と凹部との対向するそれぞれの
頂部と底部は平坦であり、摩擦が最大であり、液晶が流
動することもない。

【００９２】これに対し、一方の基板における電極の間
隙に凸部を形成し、対向基板の電極に垂直な方向に凹部
を形成した場合、対向基板の電極が凹部の段差を覆うよ
うに形成されることになるため、断線が発生しやすい。
さらに、対向基板の表面の凹部に電極の厚みによる段差
が発生するため、凸部との摩擦が低減し、液晶が流動す
る隙間が発生してしまう。

【００９３】また、第７の液晶表示素子は、第１〜第６
の液晶表示素子の構成において、上記凸部および凹部を
構成する弾性物質が、ガラス，アクリル，ポリイミドお
よびプラスチックなどの樹脂からなることを特徴とする
構成である。これら第１〜第７の液晶表示素子は、耐衝
撃性に優れ、液晶の特性に影響を与えることのない信頼
性の高い液晶表示素子となっている。

【００９４】また、第８の液晶表示素子は、互いに貼り
合わされた第１および第２の基板と、これら基板間の距
離を一定に保つためのスペーサとを備えた液晶表示素子
において、第１の基板に凹部が設けられているととも
に、第２の基板にスペーサとなる凸部が設けられてお
り、両基板が貼り合わされたときに、これら凸部と凹部
とが互いに噛み合うようになっていることを特徴とする
構成である。

【００９５】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１に記載
の液晶表示素子は、一対の基板と、基板間に封入された
液晶と、基板間の距離を一定に保つためのスペーサとを
備えた液晶表示素子において、一方の基板に凹部が設け
られているとともに、他方の基板にスペーサとなる凸部
が設けられており、これら凹部と凸部とが噛み合うよう
に、両基板が貼り合わされている構成である。上記の構
成では、凸部と凹部とが噛み合うことで、両基板が機械
的に固定されるようになっている。このため、上記の構
成によれば、基板間の接着のための構成（接着剤等）を
用いることなく、両基板を強固に固定することが可能と
なるという効果を奏する。

【００９６】また、本発明の請求項２に記載の液晶表示
素子は、請求項１に記載の構成において、上記凹部が、
上記一方の基板における電極の間隙に形成されている構
成である。これにより、請求項１の効果に加えて、スペ
ーサとなる凸部に対する、電極あるいは金属配線の厚さ
に起因する、凹凸による段差の影響を軽減することがで
きるという効果を奏する。さらに、凹部が設けられた基
板における電極がスペーサによって分断されることがな
いので、電極の形成が容易となるとともに、断線の発生
を防ぐことも可能となる。

【００９７】また、本発明の請求項３に記載の液晶表示
素子は、請求項１の構成において、上記凸部の幅が、凹
部の幅より広い構成である。上記の構成では、凸部が凹
部より幅広に形成されているため、これらを噛み合わせ
た際、これらの少なくとも一方が変形されることにな
る。このため、請求項１の効果に加えて、噛み合わせに
おける摩擦力を増大させることができ、両基板の結合力
を高めることが可能となるという効果を奏する。

【００９８】また、これら凸部の幅と凹部の幅との差異
は、請求項４および請求項５に記載のように、０．１μ
ｍ〜５μｍであることが好ましく、０．５μｍ〜２μｍ
であることがさらに好ましい。このようにすることで、
請求項３の効果に加えて、請求項３の構成を実現するこ
とが容易となるという効果を奏する。

【００９９】さらに、請求項３の構成では、請求項６に
記載のように、凸部および凹部の少なくとも一方が弾性
体からなるか、あるいは、請求項７に記載のように、凸
部および凹部が互いに異なる弾性定数を有する弾性体か
らなることが好ましい。このようにすれば、噛み合わせ
の際、弾性体が変形されることにより、凹部と凸部との
摩擦力をさらに増大させることができるとともに、変形
を可逆的なものとすることができる。従って、請求項３
の効果に加えて、凹部および凸部に無理な力がかかるこ
とを防止できるとともに、噛み合わせの際の凹部・凸部
の破壊を防ぐことが可能となるという効果を奏する。

【０１００】また、上記のように、凸部および凹部が互
いに異なる弾性定数を有する弾性体からなる場合、これ
ら凸部および凹部の材料としては、例えば、請求項８に
記載のように、ガラス、アクリル、ポリイミドおよびプ
ラスチックのいずれか２つを用いることが可能である。
このようにすれば、請求項７の効果に加えて、請求項７
の構成を実現することが容易となるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１の実施の形態にかかる液晶
表示素子の構成を示す断面図である。

【図２】図１に示した液晶表示素子における基板の形状
を示す説明図である。

【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、図１に示した液晶表示
素子における２つの基板の固定状態を示す説明図であ
り、図３（ａ）はスペーサの幅が凹部の幅よりも狭い場
合、図３（ｂ）はスペーサの幅が凹部の幅と同一の場
合、図３（ｃ）はスペーサの幅が凹部の幅よりも広い場
合における、２つの基板の固定状態を示す説明図であ
る。

【図４】一方の基板における電極の間隙にスペーサを形
成し、このスペーサに対向させて、他方の基板における
電極に垂直な方向に溝部を形成した場合の、各基板の形
状を示す説明図である。

【図５】本発明における第１の実施の形態にかかる液晶
表示素子の他の構成を示す説明図である。

【図６】本発明における第２の実施の形態にかかる液晶
表示素子の構成を示す説明図である。

【図７】本発明における第２の実施の形態にかかる液晶
表示素子の他の構成を示す説明図である。

【図８】従来の液晶表示素子の構成を示す断面図であ
る。

【図９】従来の液晶表示素子の他の構成を示す断面図で
ある。

【図１０】図８に示した液晶表示素子のＹ−Ｙ’線矢視
断面図である

【図１１】従来の液晶表示素子の他の構成を示す断面図
である。

【図１２】図１１に示した液晶表示素子のＸ−Ｘ’線矢
視断面図である

【図１３】図１１に示した液晶表示素子の基板形状を示
す説明図である。

【図１４】図１１に示した液晶表示素子の構成におい
て、一方の基板におけるスペーサ、絶縁層および配向制
御層の形成順序を変えた構成を有する液晶表示素子を示
す説明図である。

【図１５】従来の液晶表示素子の他の構成を示す断面図
である。

【図１６】図８に示した液晶表示素子の構成に接着層を
加えた構成を有する液晶表示素子の断面図である。

【図１７】図９に示した液晶表示素子の構成に接着層を
加えた構成を有する液晶表示素子の断面図である。

【図１８】図１１に示した液晶表示素子の構成に接着層
を加えた構成を有する液晶表示素子の断面図である。

【図１９】図１４に示した液晶表示素子の構成に接着層
を加えた構成を有する液晶表示素子の断面図である。

【符号の説明】

１０，２０，２０ａ電極基板１１，２１，２１ａ絶縁性基板１２，２２電極１５スペーサＭ凹部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板と、基板間に封入された液晶
と、基板間の距離を一定に保つためのスペーサとを備え
た液晶表示素子において、一方の基板に凹部が設けられているとともに、他方の基
板にスペーサとなる凸部が設けられており、これら凹部
と凸部とが噛み合うように、両基板が貼り合わされてい
ることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】上記凹部が、上記一方の基板における電極
の間隙に形成されていることを特徴とする請求項１に記
載の液晶表示素子。
【請求項３】上記凸部の幅が凹部の幅より広いことを特
徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項４】上記凸部の幅と凹部の幅との差が、０．１
μｍ〜５μｍであることを特徴とする請求項３に記載の
液晶表示素子。
【請求項５】上記凸部の幅と凹部の幅との差が、０．５
μｍ〜２μｍであることを特徴とする請求項３に記載の
液晶表示装置。
【請求項６】上記凸部および凹部の少なくとも一方が、
弾性体からなることを特徴とする請求項３に記載の液晶
表示装置。
【請求項７】上記凸部および凹部が、互いに異なる弾性
定数を有する弾性体からなることを特徴とする請求項３
に記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記凸部および凹部が、ガラス、アクリ
ル、ポリイミドおよびプラスチックのいずれかからなる
ことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。