JP2004163603A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】スペーサが画素部分以外の領域に形成され、それらのスペーサにより両基板が強固に接着されており、これにより有効表示領域における基板間のギャップが均一かつ一定に保たれており、コントラストや応答速度の均一性に優れ、良好な表示品質を有する液晶表示装置を提供する。
【解決手段】少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなる液晶表示装置において、スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなる。
【選択図】 なし
【解決手段】少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなる液晶表示装置において、スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなる。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関する。特に、本発明は、一対の基板間に一般に液晶として知られる光スイッチ機能を有する媒体を挟持させた液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一対の基板間に光スイッチ機能を有する媒体である液晶を充填した液晶表示装置は、一般に、薄く、軽量で、消費電力が小さい等の点から、電卓、家庭電化製品、ＯＡ機器等の表示装置、空間光変調装置（Ｓｐａｃｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）等として広く用いられている。
【０００３】
従来から、液晶表示装置を製造する場合、球状の粒子（ビーズ）を基板上に散布し、基板間のギャップを均一に制御する方法が用いられている。ところが、この方法では、ビーズの配置を制御することが困難であることから、散布されたビーズが表示に不可欠な画素部分にも配置されることになって、液晶分子の配向欠陥を生じ、表示品位を低下させるという問題があった。
【０００４】
これを防止するため、ビーズの散布に代えて、フォトリソグラフィー法により画素部分以外に柱状のスペーサを形成することが行われている。この場合には、画素部分にスペーサがないため、配向欠陥、表示品位低下を防止することができるけれども、スペーサは、通常、スペーサ材を塗布した側の基板とは接着しているものの、この基板上に重ね合わせされる他方の基板とは接着性がないため、外圧に対し基板間隔が変動し、干渉縞の発生、色調のばらつき、駆動電圧特性のばらつき等が生じるという問題があった。
【０００５】
そこで、スペーサに両基板との接着性を持たせるために、基板を重ね合わせる前の樹脂スペーサの熱硬化が進行していない状態で基板を重ね合わせ、次いで加熱して樹脂スペーサを硬化させることにより，スペーサと基板とを接着させる試みがなされている（特許文献１）。しかし、一般にスペーサに用いられる、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等の樹脂は、基板および基板上の配向膜樹脂との接着性が悪いという問題がある。これに対して、ポリシランは、他のレジストに比べて、配向膜樹脂およびガラス基板に対して強い接着性を示すのであるけれども、従来用いられている感光性ポリシランはネガ型レジストであり（特許文献２）、露光により硬化した部分がスペーサとして残るために得られるスペーサに接着機能をもたせることは困難であり、また現像にトルエン等の環境に好ましくない有機溶剤を用いる必要がある。また、ポリシランは、硬化後には非常に堅く、脆くなり、弾力性がないため、パネル形成後に衝撃により接着面が外れやすいという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１５５３２１号公報
【特許文献２】
特開平４−２４０６２２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の如き従来技術の問題点を解決し、一対の基板間に液晶を挟持させた液晶表示装置において、スペーサが画素部分以外の領域に形成され、それらのスペーサにより両基板が強固に接着されており、これにより有効表示領域における基板間のギャップが均一かつ一定に保たれており、コントラストや応答速度の均一性に優れ、良好な表示品質を有する液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明は、また、そのような液晶表示装置を製造するに際して、基板間に効率よく液晶を充填することができ、これによってスループットを向上させ、製造コストを低減し、歩留りを向上させることを可能にする手段を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなる液晶表示装置であって、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなることを特徴とする液晶表示装置を提供する。
【００１０】
本発明は、また、少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなり、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなる液晶表示装置の製造方法において、前記周辺部の対向する基板間の封止を全くもしくは実質的に施すことなく、前記周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域を別途に用意された液晶中に浸漬して前記基板間の間隙に液晶を充填した後、前記周辺部の対向する基板間の封止されていない領域を封止することを特徴とする液晶表示装置の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明は、さらに、少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなり、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなる液晶表示装置の製造方法において、いずれか一方の基板上にポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物によりスペーサ前駆体を形成して配置し、この基板上に液晶を滴下した後、この基板に他の一方の基板を重ね合わせ、次いで加熱して前記スペーサ前駆体を硬化させることにより、前記スペーサを介して両基板を接着させることを特徴とする液晶表示装置の製造方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においては、基板上にコートされた配向膜と強い接着性を示すポリシランを含有するポジ型の感光性組成物を用いており、この組成物がポジ型のレジストであることから、ネガ型レジストと異なり、現像後にも硬化していないため、現像後のベーク温度および時間を制御することにより、強度を保持したまま、接着性を付与することが簡単にできる。そのため、一定のギャップを保ったまま両基板を強固に接着することができる。さらに、この組成物がシリコーン化合物を含有することにより、得られるスペーサに弾力性を付与することができ、耐衝撃性にも強く、良好な表示特性を有する液晶表示装置を実現することができる。これに反して、従来のネガ型の感光性ポリシランを用いた場合には、露光後にはスペーサは硬化しているので、スペーサに接着性を付与することが難しく、両基板を強固に接着することが困難である。さらに、接着性を付与することができた場合であっても、弾力性がないため、衝撃によりスペーサと基板との接着面が剥がれてしまい、良好な表示が不可能となっていた。
【００１３】
本発明に有用なポリシランとしては、ネットワーク状および鎖状のものが挙げられる。感光性材料としての機械的強度を考慮すると、ネットワーク状ポリシランが好ましい。ネットワーク状ポリシランと鎖状ポリシランとは、ポリシラン中に含まれるＳｉ原子の結合状態によって区別される。
【００１４】
ネットワーク状ポリシランとは、隣接するＳｉ原子と結合している数（結合数）が、３または４であるＳｉ原子を含むポリシランである。これに対して、鎖状のポリシランでは、Ｓｉ原子の、隣接するＳｉ原子との結合数は２である。通常Ｓｉ原子の原子価は４であるので、ポリシラン中に存在するＳｉ原子の中で結合数が３以下のものは、Ｓｉ原子以外に、炭化水素基、アルコキシ基または水素原子と結合している。このような炭化水素基としては、炭素数１〜１０のハロゲンで置換されていてもよい脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１４の芳香族炭化水素基が好ましい。
【００１５】
脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ヘキシル基、オクチル基、デシル基、フェニルメチル基、トリフルオロプロピル基およびノナフルオロヘキシル基などの置換または未置換の鎖状の基およびシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式基が挙げられ、あるいは芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ｐ−トリル基、ビフェニル基およびアントラシル基等が挙げられる。
【００１６】
アルコキシ基としては、炭素数１〜８の基が挙げられ、具体例はメトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基などである。合成の容易さを考慮すると、これらのうちでは、メチル基およびフェニル基が特に好ましい。
【００１７】
ネットワーク状ポリシランの場合には、隣接するＳｉ原子との結合数が３または４であるＳｉ原子は、ネットワーク状ポリシラン中の全体のＳｉ原子数の５〜５０％であることが好ましい。この値は、珪素の核磁気共鳴スペクトル測定により決定することができる。
【００１８】
本発明の方法に適したポリシランは、ネットワーク状と鎖状のポリシランを混合したものも包含する。その場合における、上記のＳｉ原子の含有率は、ネットワーク状ポリシランと鎖状のポリシランの平均によって計算される。
【００１９】
本発明に使用されるポリシランは、ハロゲン化シラン化合物をナトリウムのようなアルカリ金属の存在下、ｎ−デカンやトルエンのような有機溶媒中において８０℃以上に加熱することによる重縮合反応によって製造することができる。
【００２０】
ネットワーク状ポリシランは、オルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物およびジオルガノジハロシラン化合物から生成される。オルガノトリハロシラン化合物およびテトラハロシラン化合物が全体量の５モル％以上５０モル％未満であるハロシラン混合物を加熱して重縮合することにより、目的とするネットワーク状ポリシランを製造できる。ここで、オルガノトリハロシラン化合物は、隣接するＳｉ原子との結合数が３であるＳｉ原子源となり、一方のテトラハロシラン化合物は、隣接するＳｉ原子との結合数が４であるＳｉ原子源となる。なお、ネットワーク構造の確認は、紫外線吸収スペクトルや珪素の核磁気共鳴スペクトルの測定により確認することができる。
【００２１】
前記ネットワーク状ポリシラン中のＳｉ原子は、隣接するＳｉ原子との結合数が３の場合、隣接するＳｉ原子以外に、メチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ヘキシル基、フェニルメチル基、トリフルオロプロピル基およびノナフルオロヘキシル基のような置換もしくは未置換の脂肪族炭化水素基、ｐ−トリル基、ビフェニル基およびフェニル基のような芳香族炭化水素基およびシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような置換もしくは未置換の脂環式炭化水素基からなる群から選ばれる１つの基とも結合している。
【００２２】
一方、鎖状ポリシランは、原料として、複数もしくは単一のジオルガノジクロロシランを用いる他は、ネットワーク状ポリシランの場合と同様の反応により製造することができる。
【００２３】
ポリシランの原料として用いられるオルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、およびジオルガノジハロシラン化合物がそれぞれ有するハロゲン原子は、塩素原子であることが好ましい。オルガノトリハロシラン化合物およびジオルガノジハロシラン化合物が有するハロゲン原子以外の置換基としては、上述の炭化水素基、アルコキシ基または水素原子が挙げられる。
【００２４】
本発明に有用なシリコーン化合物は、下記式
【００２５】
【化１】
【００２６】
（上式中、Ｒ１ 、Ｒ２ 、Ｒ３ 、Ｒ４ 、Ｒ５ およびＲ６ は、水素、炭素数１〜１０の、ハロゲン原子またはグリシジルオキシ基で置換されていてもよい脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１２の芳香族炭化水素基、炭素数１〜８のアルコキシ基からなる群から選ばれる基であり、それらは同一であっても相異なっていてもよい。ｋおよびｌは整数であり、ｋ＋ｌ≧１を満たすものである）
で示される化合物であってよい。
【００２７】
これらのシリコーン化合物が有する脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基、グリシジルオキシプロピル基などの鎖状の基およびシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式の基などが挙げられる。
【００２８】
また、芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ｐ−トリル基、ビフェニル基などが挙げられ、アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基などが挙げられる。
【００２９】
本発明において、上記のＲ１ 〜Ｒ６ の基の種類およびｋとｌの値は特に重要ではなく、ポリシランおよび有機溶媒との相溶性を有するものであれば特に限定されない。
【００３０】
さらに、本発明においては、前記感光性ポリシランがアリール基を含有している場合にさらに良好な表示特性が実現される。これは、アリール基を導入することにより、感光性ポリシランのアルカリ水溶液での現像性が高められる結果、ポジ型レジストとしての使用が可能となるためである。そのメカニズムは下記のように考えられる。
【００３１】
感光性ポリシランは、露光により、シラノールを生成する。このシラノールはアルカリ水溶液に溶解性を示すが、さらにポリシランの側鎖にアリール基が導入されていると、側鎖にアルキル基が導入されている場合に比べ、生成したシラノールが相互に反応し難く、架橋等を生じることなく安定であるため、アルカリ水溶液に対して強い溶解性を示すのである。
【００３２】
さらに、本発明においては、前記感光性組成物がさらに光ラジカル発生剤および／または酸化剤を含んでいる場合により良好な製造手段を実現する。これは、光ラジカル発生剤および／または酸化剤の添加により、ポリシランのＳｉ−Ｓｉ結合がハロゲンラジカルにより効率よく切断されるため、ポリシランの光に対する感度が向上し、そのため製造時間を短縮（短タクト）することができ、製造のコストダウンに寄与できるからである。
【００３３】
本発明に使用できる光ラジカル発生剤としては、光によってハロゲンラジカルを発生する化合物であれば特に限定されないが、２，４，６−トリス（トリハロメチル）−１，３，５−トリアジンとその２位、またはその２位と４位とが置換された化合物、フタルイミドトリハロメタンスルホネートとそのベンゼン環に置換基を有する化合物、およびナフタルイミドトリハロメタンスルホネートとそのベンゼン環に置換基を有する化合物などを例として挙げることができる。これらの化合物が有する置換基の例は、置換基を有していてもよい脂肪族および芳香族炭化水素基である。一方、本発明に使用できる酸化剤としては、酸素供給源となる化合物であれば特に限定されないが、例えば、過酸化物、アミンオキシドおよびホスフィンオキシドなどが例として挙げられる。
【００３４】
さらに、本発明においては、前記感光性ポリシランがアルカリ水溶液で現像が可能である場合により良好な製造手段を実現する。これは、従来、感光性ポリシランの現像はトルエン等の有機溶媒を用いて行っていたが、本発明にしたがってアルカリ現像を可能にすることにより、環境に優しい製造工程を可能にするからである。
【００３５】
さらに、本発明においては、前記スペーサ前駆体の硬化温度が配向膜のラビング効果を損なわない温度である場合により良好な表示特性を実現する。これは、スペーサ前駆体の硬化温度が配向膜のラビング効果を損なう温度である場合には、スペーサ前駆体を硬化させる際にラビング効果を消失させ、良好な表示特性が得られなくなるからである。
【００３６】
また、本発明においては、液晶として、ツイステッドネマティック型液晶、スーパーツイステッドネマティック型液晶、ネマティックコレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイストグレインバウンダリ液晶または電傾効果を示すスメクティックＡ相液晶を用いることができる。
【００３７】
本発明においては、上記の如き構成を有する液晶表示装置は、周辺部の対向する基板間の封止を全くもしくは実質的に施すことなく、周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域を別途に用意された液晶中に浸漬して基板間の間隙に液晶を充填した後、周辺部の対向する基板間の封止されていない領域を封止することにより製造することができる。
【００３８】
この場合、液晶の充填は、前記周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域の液晶中への浸漬の前後の圧力差、温度差または圧力差と温度差を利用することにより行うことができる。
【００３９】
また、周辺部の対向する基板間を封止するための樹脂としては、光硬化性樹脂または前記ポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物の硬化温度よりも高い温度で硬化する熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。スペーサ前駆体を構成する樹脂が硬化する前に周辺部が硬化してしまうと、中央部が膨らんで、ギャップが不均一になり、表示品位が低下することがある。
【００４０】
本発明においては、上記の如き構成を有する液晶表示装置は、いずれか一方の基板上にポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物によりスペーサ前駆体を形成して配置し、この基板上に液晶を滴下した後、この基板に他の一方の基板を重ね合わせ、次いで加熱して前記スペーサ前駆体を硬化させることにより、スペーサを介して両基板を接着させることにより製造することができる。
【００４１】
この場合、液晶の滴下はディスペンサを用いて行うことができる。
【００４２】
本発明によれば、
（１）スペーサと基板とが接着されているため、加圧、加熱により、一対の基板を重ね合わせたパネルにおいて、電極間のギャップが表示面内で均一かつ一定に保たれ、しかも外圧に対する基板ギャップの変動が無い液晶表示装置を提供することができるため、良好な液晶表示を実現でき、
（２）加熱によって硬化して両基板に対して接着を与えるスペーサの硬化温度を、配向膜のラビング効果を損なわない温度にすることによって、配向膜にダメージを与えないので、高い表示品質を保つことができ、
（３）液晶表示装置を、ツイステッドネマティック型液晶、スーパーツイステッドネマティック型液晶、ネマティックコレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイストグレインバウンダリ液晶または電傾効果を示すスメクティックＡ相液晶を用いた表示装置とすることによって、所望に応じた液晶表示機能を実現することができる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例を用いてさらに説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【００４４】
図１および図２は、本発明に係る液晶表示装置の製造工程の一例の概略説明図である。この図において、１、３ はガラス基板、２ はスペーサ、４は接着シール部材、５は熱処理装置である。
【００４５】
この製造工程の概略説明図を参照しながら、本発明に係る液晶表示装置の一実施例の製造方法の概略を説明する。ただし、ここでは液晶表示装置の電極間のギャップを均一かつ一定に保って封止する工程にしぼって説明し、使用する材料等については後でまとめて説明する。
【００４６】
第１工程（図１参照）
透明電極と配向膜を形成したガラス基板１の上に、フォトレジスト材料を２μｍの膜厚になるようにスピンコートする。
【００４７】
次に、該塗膜を１００℃で１分間プリベーキングし、基板上に直径１０μｍの円が１００μｍ間隔で縦横に並ぶように、フォトマスクを用いて、紫外線装置により、露光を行う。
【００４８】
次に、現像を行ってスペーサ前駆体２を形成し、純水で洗浄後、乾燥する。
【００４９】
第２工程（図２参照）
第１工程で得られた、スペーサ前駆体が形成されたガラス基板１の周辺部に形成した接着シール部材４と、その上に載置したガラス基板３からなる組立体を熱処理装置５内に装填し、熱硬化性樹脂の硬化温度（１１０〜１５０℃）で加熱加圧する。
【００５０】
第３工程（図２参照）
第２工程の熱処理によって、スペーサ前駆体は、圧力を受けたまま硬化され、ガラス基板１とガラス基板２の間を強固に接着させる。また、ガラス基板１の周辺部に形成した接着シール部材４によって、ガラス基板１とガラス基板２の周辺部がシールされる。
【００５１】
その後、ガラス基板１とガラス基板２の周辺部に形成した接着シール部材４の液晶注入口を通して液晶を注入した後、液晶注入口を最終的に封止する。
【００５２】
ここで、この接着シール部材４が硬化する時の最高温度を、配向膜のラビング効果が維持される温度範囲内に維持するのが重要である。
【００５３】
実施例１
上述の液晶表示装置の製造方法を念頭において、第１実施例の液晶表示装置およびその製造方法を具体的に説明する。
【００５４】
透明電極を全面に設けた２００×１００×１．１ｔｍｍのガラス基板に、スピンコータを用いて、３ｗｔ％のポリイミド溶液を２０００ｒｐｍの回転数で塗布した後に、２００℃で３０分間焼成した。
【００５５】
この一対のガラス基板の一方に、ポジ型感光性ポリシランであるネットワーク状ポリメチルフェニルシラン１００重量部に、シリコーン化合物としてＴＲＳ−１６５（東芝シリコーン製、分子量９３０のメチルフェニルメトキシシリコーン）を５０重量部の量で含有させた感光性組成物を、膜厚が１．８μｍになるように、スピンコータを用いて均一に塗膜形成した。
【００５６】
次に、該塗膜をホットプレート上で１００℃で１分間プリベーキングを行い、その後基板上に、直径１０μｍの円柱のスペーサが１００μｍ間隔で縦横に並ぶように、ポジマスクを用いて、紫外線露光装置により８００ｍＪ／ｃｍ２ のエネルギで露光し、アルカリ現像液（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）２．３８％）で現像を行い、ピラー（スペーサ前駆体）を形成し、純水で洗浄後、乾燥した。
【００５７】
次に、この一対のガラス基板をラビング処理し、液晶配向膜とした。
【００５８】
次に、ガラス基板の周辺部に１５０℃、１時間で硬化するエポキシ樹脂で、液晶注入口部を除いて、接着シール部材を印刷法によって形成した。この一対のガラス基板を、透明電極が向かい合うように貼り合わせ、１５０℃、１時間で周辺部のシール部材であるエポキシ樹脂を硬化させた。
【００５９】
このように所望のギャップを保って封止された一対のガラス基板の間に、接着シール部材に形成した液晶注入口部を通して強誘電性液晶を注入し、次いで液晶注入口部を封止して、強誘電性液晶表示装置とした。
【００６０】
この液晶表示装置をクロスニコル下に置き、先端径が０．８ｍｍのペン先でペン荷重１００ｇで中央を押したが、ペン先の周囲に表示色の変化はみられず、液晶層厚を小さくする外力に対して、耐ストレス性が認められた。
【００６１】
また、液晶表示装置の中央部を支持し、両端に３００ｇの荷重を加えたが、画面全体にわたって表示色の変化は観察されず、液晶層厚は全面にわたって変化しなかった。
【００６２】
実施例２
感光性ポリシランの側鎖にアリール基としてフェニル基を導入した以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００６３】
この液晶表示素子を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００６４】
実施例３
ポジ型感光性ポリシランに光ラジカル発生剤として２，４−ビス（トリクロロメチル）−６−（ｐ−メトキシフェニルビニル）−１，３，５−トリアジンを含有させた感光性組成物を使用した以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００６５】
この液晶表示装置を実施例１と同様してに評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００６６】
実施例４
強誘電性液晶をツイステッドネマティック型液晶に変え、基板ギャップを６μｍにした以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００６７】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００６８】
実施例５
強誘電性液晶をスーパーツイステッドネマティック型液晶に変え、基板ギャップを６μｍにした以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示素子を作製した。
【００６９】
この液晶表示素子を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００７０】
実施例６
強誘電性液晶をネマティックコレステリック相転移型液晶に変え、基板ギャップを６μｍにした以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００７１】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００７２】
実施例７
強誘電性液晶を反強誘電性液晶に変えた以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００７３】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００７４】
実施例８
強誘電性液晶をツイストグレインバウンダリ液晶に変え、基板ギャップを６μｍにした以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００７５】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００７６】
実施例９
強誘電性液晶をスメクティックＡ相液晶に変え、基板ギャップを６μｍにした以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００７７】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００７８】
実施例１０
液晶注入方法として、真空注入方法を採用せず、スペーサ前駆体を形成した基板上に強誘電性液晶を滴下した後、基板を重ね合わせ、加熱することにより、基板周辺シール部材とスペーサを介して両基板を接着させた以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。この場合、液晶注入時間が不要になるため、実施例１に比べて製造時間を短縮することができた。
【００７９】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００８０】
比較例１
スペーサ材料用の感光性組成物としてシリコーン化合物を混合しないものを用いた以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００８１】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した。その結果、スペーサの弾力性がないため、先端径が０．８ｍｍのペン先でペン荷重５ ００ｇで中央を押したところ、ペン先の周囲に表示色の変化が見られ、表示不良が発生した。
【００８２】
比較例２
レジストとして，感光性ポリシランの代わりにポジ型のアクリルレジスト（東京応化製、ＴＰＡＲ−ＰＯ１２ＭＰ）を用いた以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００８３】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した。その結果、スペーサと基板との間に接着性がないため、先端径が０．８ｍｍのペン先でペン荷重１００ｇで中央を押したところ、ペン先の周囲に表示色の変化が見られ、表示不良が発生した。
【００８４】
以上に説明した本発明を種々の態様とともに以下に付記する。
【００８５】
（付記１） 少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなる液晶表示装置であって、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなることを特徴とする液晶表示装置。
【００８６】
（付記２） 前記ポリシランがアリール基を含む化合物である、付記１に記載の液晶表示装置。
【００８７】
（付記３） 前記感光性組成物が、さらに、光ラジカル発生剤および／または酸化剤を含む、付記１または２に記載の液晶表示装置。
【００８８】
（付記４） 前記感光性組成物がアルカリ水溶液で現像可能である、付記１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【００８９】
（付記５） 前記液晶が、ツイステッドネマティック型液晶、スーパーツイステッドネマティック型液晶、ネマティックコレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイストグレインバウンダリ液晶および電傾効果を示すスメクティックＡ相液晶から選ばれる、付記１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【００９０】
（付記６） 前記基板の少なくとも一方が透明である、付記１〜５のいずれかに記載の液晶表示装置。
【００９１】
（付記７） 前記透明電極が前記透明基板上に形成されている、付記６に記載の液晶表示装置。
【００９２】
（付記８） 各基板の対向面には配向膜が形成されている、付記１〜７のいずれかに記載の液晶表示装置。
【００９３】
（付記９） 少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなり、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなる液晶表示装置の製造方法において、前記周辺部の対向する基板間の封止を全くもしくは実質的に施すことなく、前記周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域を別途に用意された液晶中に浸漬して前記基板間の間隙に液晶を充填した後、前記周辺部の対向する基板間の封止されていない領域を封止することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【００９４】
（付記１０） 液晶の充填が、前記周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域の液晶中への浸漬の前後の圧力差により行われる、付記９に記載の方法。
【００９５】
（付記１１） 液晶の充填が、前記周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域の液晶中への浸漬の前後の温度差により行われる、付記９に記載の方法。
【００９６】
（付記１２） 液晶の充填が、前記周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域の液晶中への浸漬の前後の圧力差および温度差により行われる、付記９に記載の方法。
【００９７】
（付記１３） 前記周辺部の対向する基板間を封止するための樹脂が、光硬化性樹脂または前記ポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物の硬化温度よりも高い温度で硬化する熱硬化性樹脂である、付記９〜１２のいずれかに記載の方法。
【００９８】
（付記１４） 前記スペーサを構成するポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物を生成させるための硬化温度が配向膜のラビング硬化を損なわない範囲の温度である、付記９〜１３のいずれかに記載の方法。
【００９９】
（付記１５） 少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなり、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなる液晶表示装置の製造方法において、いずれか一方の基板上にポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物によりスペーサ前駆体を形成して配置し、この基板上に液晶を滴下した後、この基板に他の一方の基板を重ね合わせ、次いで加熱して前記スペーサ前駆体を硬化させることにより、前記スペーサを介して両基板を接着させることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【０１００】
（付記１６） 液晶の滴下がディスペンサを用いて行われる、付記１５に記載の方法。
【０１０１】
（付記１７） 前記スペーサを構成するポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物を生成させるための硬化温度が配向膜のラビング硬化を損なわない範囲の温度である、付記１５または１６に記載の方法。
【０１０２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の液晶表示素子によると、強度と接着性を持つスペーサ、および基板周辺部を封止する熱硬化性樹脂を用いることによって、液晶表示素子の有効表示領域のギャップを均一かつ一定に保ち、有効表示領域内でコントラストや応答速度の均一性を改善し、表示品質を向上することができる。
【０１０３】
また、本発明の液晶表示素子の製造方法によると、液晶光変調素子のパネルの製造上、最も時間がかかる液晶注入工程を大幅に短縮し、かつ、歩留りを大きく向上することができ、製造コストを低下することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示装置の製造プロセスの一工程の例を示す概略説明図。
【図２】本発明に係る液晶表示装置の製造プロセスの他の工程の例を示す概略説明図。
【符号の説明】
１、３…ガラス基板
２…スペーサ前駆体
４…接着シール部材
５…熱処理装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関する。特に、本発明は、一対の基板間に一般に液晶として知られる光スイッチ機能を有する媒体を挟持させた液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一対の基板間に光スイッチ機能を有する媒体である液晶を充填した液晶表示装置は、一般に、薄く、軽量で、消費電力が小さい等の点から、電卓、家庭電化製品、ＯＡ機器等の表示装置、空間光変調装置（Ｓｐａｃｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）等として広く用いられている。
【０００３】
従来から、液晶表示装置を製造する場合、球状の粒子（ビーズ）を基板上に散布し、基板間のギャップを均一に制御する方法が用いられている。ところが、この方法では、ビーズの配置を制御することが困難であることから、散布されたビーズが表示に不可欠な画素部分にも配置されることになって、液晶分子の配向欠陥を生じ、表示品位を低下させるという問題があった。
【０００４】
これを防止するため、ビーズの散布に代えて、フォトリソグラフィー法により画素部分以外に柱状のスペーサを形成することが行われている。この場合には、画素部分にスペーサがないため、配向欠陥、表示品位低下を防止することができるけれども、スペーサは、通常、スペーサ材を塗布した側の基板とは接着しているものの、この基板上に重ね合わせされる他方の基板とは接着性がないため、外圧に対し基板間隔が変動し、干渉縞の発生、色調のばらつき、駆動電圧特性のばらつき等が生じるという問題があった。
【０００５】
そこで、スペーサに両基板との接着性を持たせるために、基板を重ね合わせる前の樹脂スペーサの熱硬化が進行していない状態で基板を重ね合わせ、次いで加熱して樹脂スペーサを硬化させることにより，スペーサと基板とを接着させる試みがなされている（特許文献１）。しかし、一般にスペーサに用いられる、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等の樹脂は、基板および基板上の配向膜樹脂との接着性が悪いという問題がある。これに対して、ポリシランは、他のレジストに比べて、配向膜樹脂およびガラス基板に対して強い接着性を示すのであるけれども、従来用いられている感光性ポリシランはネガ型レジストであり（特許文献２）、露光により硬化した部分がスペーサとして残るために得られるスペーサに接着機能をもたせることは困難であり、また現像にトルエン等の環境に好ましくない有機溶剤を用いる必要がある。また、ポリシランは、硬化後には非常に堅く、脆くなり、弾力性がないため、パネル形成後に衝撃により接着面が外れやすいという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１５５３２１号公報
【特許文献２】
特開平４−２４０６２２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の如き従来技術の問題点を解決し、一対の基板間に液晶を挟持させた液晶表示装置において、スペーサが画素部分以外の領域に形成され、それらのスペーサにより両基板が強固に接着されており、これにより有効表示領域における基板間のギャップが均一かつ一定に保たれており、コントラストや応答速度の均一性に優れ、良好な表示品質を有する液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明は、また、そのような液晶表示装置を製造するに際して、基板間に効率よく液晶を充填することができ、これによってスループットを向上させ、製造コストを低減し、歩留りを向上させることを可能にする手段を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなる液晶表示装置であって、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなることを特徴とする液晶表示装置を提供する。
【００１０】
本発明は、また、少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなり、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなる液晶表示装置の製造方法において、前記周辺部の対向する基板間の封止を全くもしくは実質的に施すことなく、前記周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域を別途に用意された液晶中に浸漬して前記基板間の間隙に液晶を充填した後、前記周辺部の対向する基板間の封止されていない領域を封止することを特徴とする液晶表示装置の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明は、さらに、少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなり、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなる液晶表示装置の製造方法において、いずれか一方の基板上にポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物によりスペーサ前駆体を形成して配置し、この基板上に液晶を滴下した後、この基板に他の一方の基板を重ね合わせ、次いで加熱して前記スペーサ前駆体を硬化させることにより、前記スペーサを介して両基板を接着させることを特徴とする液晶表示装置の製造方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においては、基板上にコートされた配向膜と強い接着性を示すポリシランを含有するポジ型の感光性組成物を用いており、この組成物がポジ型のレジストであることから、ネガ型レジストと異なり、現像後にも硬化していないため、現像後のベーク温度および時間を制御することにより、強度を保持したまま、接着性を付与することが簡単にできる。そのため、一定のギャップを保ったまま両基板を強固に接着することができる。さらに、この組成物がシリコーン化合物を含有することにより、得られるスペーサに弾力性を付与することができ、耐衝撃性にも強く、良好な表示特性を有する液晶表示装置を実現することができる。これに反して、従来のネガ型の感光性ポリシランを用いた場合には、露光後にはスペーサは硬化しているので、スペーサに接着性を付与することが難しく、両基板を強固に接着することが困難である。さらに、接着性を付与することができた場合であっても、弾力性がないため、衝撃によりスペーサと基板との接着面が剥がれてしまい、良好な表示が不可能となっていた。
【００１３】
本発明に有用なポリシランとしては、ネットワーク状および鎖状のものが挙げられる。感光性材料としての機械的強度を考慮すると、ネットワーク状ポリシランが好ましい。ネットワーク状ポリシランと鎖状ポリシランとは、ポリシラン中に含まれるＳｉ原子の結合状態によって区別される。
【００１４】
ネットワーク状ポリシランとは、隣接するＳｉ原子と結合している数（結合数）が、３または４であるＳｉ原子を含むポリシランである。これに対して、鎖状のポリシランでは、Ｓｉ原子の、隣接するＳｉ原子との結合数は２である。通常Ｓｉ原子の原子価は４であるので、ポリシラン中に存在するＳｉ原子の中で結合数が３以下のものは、Ｓｉ原子以外に、炭化水素基、アルコキシ基または水素原子と結合している。このような炭化水素基としては、炭素数１〜１０のハロゲンで置換されていてもよい脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１４の芳香族炭化水素基が好ましい。
【００１５】
脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ヘキシル基、オクチル基、デシル基、フェニルメチル基、トリフルオロプロピル基およびノナフルオロヘキシル基などの置換または未置換の鎖状の基およびシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式基が挙げられ、あるいは芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ｐ−トリル基、ビフェニル基およびアントラシル基等が挙げられる。
【００１６】
アルコキシ基としては、炭素数１〜８の基が挙げられ、具体例はメトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基などである。合成の容易さを考慮すると、これらのうちでは、メチル基およびフェニル基が特に好ましい。
【００１７】
ネットワーク状ポリシランの場合には、隣接するＳｉ原子との結合数が３または４であるＳｉ原子は、ネットワーク状ポリシラン中の全体のＳｉ原子数の５〜５０％であることが好ましい。この値は、珪素の核磁気共鳴スペクトル測定により決定することができる。
【００１８】
本発明の方法に適したポリシランは、ネットワーク状と鎖状のポリシランを混合したものも包含する。その場合における、上記のＳｉ原子の含有率は、ネットワーク状ポリシランと鎖状のポリシランの平均によって計算される。
【００１９】
本発明に使用されるポリシランは、ハロゲン化シラン化合物をナトリウムのようなアルカリ金属の存在下、ｎ−デカンやトルエンのような有機溶媒中において８０℃以上に加熱することによる重縮合反応によって製造することができる。
【００２０】
ネットワーク状ポリシランは、オルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物およびジオルガノジハロシラン化合物から生成される。オルガノトリハロシラン化合物およびテトラハロシラン化合物が全体量の５モル％以上５０モル％未満であるハロシラン混合物を加熱して重縮合することにより、目的とするネットワーク状ポリシランを製造できる。ここで、オルガノトリハロシラン化合物は、隣接するＳｉ原子との結合数が３であるＳｉ原子源となり、一方のテトラハロシラン化合物は、隣接するＳｉ原子との結合数が４であるＳｉ原子源となる。なお、ネットワーク構造の確認は、紫外線吸収スペクトルや珪素の核磁気共鳴スペクトルの測定により確認することができる。
【００２１】
前記ネットワーク状ポリシラン中のＳｉ原子は、隣接するＳｉ原子との結合数が３の場合、隣接するＳｉ原子以外に、メチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ヘキシル基、フェニルメチル基、トリフルオロプロピル基およびノナフルオロヘキシル基のような置換もしくは未置換の脂肪族炭化水素基、ｐ−トリル基、ビフェニル基およびフェニル基のような芳香族炭化水素基およびシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような置換もしくは未置換の脂環式炭化水素基からなる群から選ばれる１つの基とも結合している。
【００２２】
一方、鎖状ポリシランは、原料として、複数もしくは単一のジオルガノジクロロシランを用いる他は、ネットワーク状ポリシランの場合と同様の反応により製造することができる。
【００２３】
ポリシランの原料として用いられるオルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、およびジオルガノジハロシラン化合物がそれぞれ有するハロゲン原子は、塩素原子であることが好ましい。オルガノトリハロシラン化合物およびジオルガノジハロシラン化合物が有するハロゲン原子以外の置換基としては、上述の炭化水素基、アルコキシ基または水素原子が挙げられる。
【００２４】
本発明に有用なシリコーン化合物は、下記式
【００２５】
【化１】
（上式中、Ｒ１ 、Ｒ２ 、Ｒ３ 、Ｒ４ 、Ｒ５ およびＲ６ は、水素、炭素数１〜１０の、ハロゲン原子またはグリシジルオキシ基で置換されていてもよい脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１２の芳香族炭化水素基、炭素数１〜８のアルコキシ基からなる群から選ばれる基であり、それらは同一であっても相異なっていてもよい。ｋおよびｌは整数であり、ｋ＋ｌ≧１を満たすものである）
で示される化合物であってよい。
【００２７】
これらのシリコーン化合物が有する脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基、グリシジルオキシプロピル基などの鎖状の基およびシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式の基などが挙げられる。
【００２８】
また、芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ｐ−トリル基、ビフェニル基などが挙げられ、アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基などが挙げられる。
【００２９】
本発明において、上記のＲ１ 〜Ｒ６ の基の種類およびｋとｌの値は特に重要ではなく、ポリシランおよび有機溶媒との相溶性を有するものであれば特に限定されない。
【００３０】
さらに、本発明においては、前記感光性ポリシランがアリール基を含有している場合にさらに良好な表示特性が実現される。これは、アリール基を導入することにより、感光性ポリシランのアルカリ水溶液での現像性が高められる結果、ポジ型レジストとしての使用が可能となるためである。そのメカニズムは下記のように考えられる。
【００３１】
感光性ポリシランは、露光により、シラノールを生成する。このシラノールはアルカリ水溶液に溶解性を示すが、さらにポリシランの側鎖にアリール基が導入されていると、側鎖にアルキル基が導入されている場合に比べ、生成したシラノールが相互に反応し難く、架橋等を生じることなく安定であるため、アルカリ水溶液に対して強い溶解性を示すのである。
【００３２】
さらに、本発明においては、前記感光性組成物がさらに光ラジカル発生剤および／または酸化剤を含んでいる場合により良好な製造手段を実現する。これは、光ラジカル発生剤および／または酸化剤の添加により、ポリシランのＳｉ−Ｓｉ結合がハロゲンラジカルにより効率よく切断されるため、ポリシランの光に対する感度が向上し、そのため製造時間を短縮（短タクト）することができ、製造のコストダウンに寄与できるからである。
【００３３】
本発明に使用できる光ラジカル発生剤としては、光によってハロゲンラジカルを発生する化合物であれば特に限定されないが、２，４，６−トリス（トリハロメチル）−１，３，５−トリアジンとその２位、またはその２位と４位とが置換された化合物、フタルイミドトリハロメタンスルホネートとそのベンゼン環に置換基を有する化合物、およびナフタルイミドトリハロメタンスルホネートとそのベンゼン環に置換基を有する化合物などを例として挙げることができる。これらの化合物が有する置換基の例は、置換基を有していてもよい脂肪族および芳香族炭化水素基である。一方、本発明に使用できる酸化剤としては、酸素供給源となる化合物であれば特に限定されないが、例えば、過酸化物、アミンオキシドおよびホスフィンオキシドなどが例として挙げられる。
【００３４】
さらに、本発明においては、前記感光性ポリシランがアルカリ水溶液で現像が可能である場合により良好な製造手段を実現する。これは、従来、感光性ポリシランの現像はトルエン等の有機溶媒を用いて行っていたが、本発明にしたがってアルカリ現像を可能にすることにより、環境に優しい製造工程を可能にするからである。
【００３５】
さらに、本発明においては、前記スペーサ前駆体の硬化温度が配向膜のラビング効果を損なわない温度である場合により良好な表示特性を実現する。これは、スペーサ前駆体の硬化温度が配向膜のラビング効果を損なう温度である場合には、スペーサ前駆体を硬化させる際にラビング効果を消失させ、良好な表示特性が得られなくなるからである。
【００３６】
また、本発明においては、液晶として、ツイステッドネマティック型液晶、スーパーツイステッドネマティック型液晶、ネマティックコレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイストグレインバウンダリ液晶または電傾効果を示すスメクティックＡ相液晶を用いることができる。
【００３７】
本発明においては、上記の如き構成を有する液晶表示装置は、周辺部の対向する基板間の封止を全くもしくは実質的に施すことなく、周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域を別途に用意された液晶中に浸漬して基板間の間隙に液晶を充填した後、周辺部の対向する基板間の封止されていない領域を封止することにより製造することができる。
【００３８】
この場合、液晶の充填は、前記周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域の液晶中への浸漬の前後の圧力差、温度差または圧力差と温度差を利用することにより行うことができる。
【００３９】
また、周辺部の対向する基板間を封止するための樹脂としては、光硬化性樹脂または前記ポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物の硬化温度よりも高い温度で硬化する熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。スペーサ前駆体を構成する樹脂が硬化する前に周辺部が硬化してしまうと、中央部が膨らんで、ギャップが不均一になり、表示品位が低下することがある。
【００４０】
本発明においては、上記の如き構成を有する液晶表示装置は、いずれか一方の基板上にポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物によりスペーサ前駆体を形成して配置し、この基板上に液晶を滴下した後、この基板に他の一方の基板を重ね合わせ、次いで加熱して前記スペーサ前駆体を硬化させることにより、スペーサを介して両基板を接着させることにより製造することができる。
【００４１】
この場合、液晶の滴下はディスペンサを用いて行うことができる。
【００４２】
本発明によれば、
（１）スペーサと基板とが接着されているため、加圧、加熱により、一対の基板を重ね合わせたパネルにおいて、電極間のギャップが表示面内で均一かつ一定に保たれ、しかも外圧に対する基板ギャップの変動が無い液晶表示装置を提供することができるため、良好な液晶表示を実現でき、
（２）加熱によって硬化して両基板に対して接着を与えるスペーサの硬化温度を、配向膜のラビング効果を損なわない温度にすることによって、配向膜にダメージを与えないので、高い表示品質を保つことができ、
（３）液晶表示装置を、ツイステッドネマティック型液晶、スーパーツイステッドネマティック型液晶、ネマティックコレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイストグレインバウンダリ液晶または電傾効果を示すスメクティックＡ相液晶を用いた表示装置とすることによって、所望に応じた液晶表示機能を実現することができる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例を用いてさらに説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【００４４】
図１および図２は、本発明に係る液晶表示装置の製造工程の一例の概略説明図である。この図において、１、３ はガラス基板、２ はスペーサ、４は接着シール部材、５は熱処理装置である。
【００４５】
この製造工程の概略説明図を参照しながら、本発明に係る液晶表示装置の一実施例の製造方法の概略を説明する。ただし、ここでは液晶表示装置の電極間のギャップを均一かつ一定に保って封止する工程にしぼって説明し、使用する材料等については後でまとめて説明する。
【００４６】
第１工程（図１参照）
透明電極と配向膜を形成したガラス基板１の上に、フォトレジスト材料を２μｍの膜厚になるようにスピンコートする。
【００４７】
次に、該塗膜を１００℃で１分間プリベーキングし、基板上に直径１０μｍの円が１００μｍ間隔で縦横に並ぶように、フォトマスクを用いて、紫外線装置により、露光を行う。
【００４８】
次に、現像を行ってスペーサ前駆体２を形成し、純水で洗浄後、乾燥する。
【００４９】
第２工程（図２参照）
第１工程で得られた、スペーサ前駆体が形成されたガラス基板１の周辺部に形成した接着シール部材４と、その上に載置したガラス基板３からなる組立体を熱処理装置５内に装填し、熱硬化性樹脂の硬化温度（１１０〜１５０℃）で加熱加圧する。
【００５０】
第３工程（図２参照）
第２工程の熱処理によって、スペーサ前駆体は、圧力を受けたまま硬化され、ガラス基板１とガラス基板２の間を強固に接着させる。また、ガラス基板１の周辺部に形成した接着シール部材４によって、ガラス基板１とガラス基板２の周辺部がシールされる。
【００５１】
その後、ガラス基板１とガラス基板２の周辺部に形成した接着シール部材４の液晶注入口を通して液晶を注入した後、液晶注入口を最終的に封止する。
【００５２】
ここで、この接着シール部材４が硬化する時の最高温度を、配向膜のラビング効果が維持される温度範囲内に維持するのが重要である。
【００５３】
実施例１
上述の液晶表示装置の製造方法を念頭において、第１実施例の液晶表示装置およびその製造方法を具体的に説明する。
【００５４】
透明電極を全面に設けた２００×１００×１．１ｔｍｍのガラス基板に、スピンコータを用いて、３ｗｔ％のポリイミド溶液を２０００ｒｐｍの回転数で塗布した後に、２００℃で３０分間焼成した。
【００５５】
この一対のガラス基板の一方に、ポジ型感光性ポリシランであるネットワーク状ポリメチルフェニルシラン１００重量部に、シリコーン化合物としてＴＲＳ−１６５（東芝シリコーン製、分子量９３０のメチルフェニルメトキシシリコーン）を５０重量部の量で含有させた感光性組成物を、膜厚が１．８μｍになるように、スピンコータを用いて均一に塗膜形成した。
【００５６】
次に、該塗膜をホットプレート上で１００℃で１分間プリベーキングを行い、その後基板上に、直径１０μｍの円柱のスペーサが１００μｍ間隔で縦横に並ぶように、ポジマスクを用いて、紫外線露光装置により８００ｍＪ／ｃｍ２ のエネルギで露光し、アルカリ現像液（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）２．３８％）で現像を行い、ピラー（スペーサ前駆体）を形成し、純水で洗浄後、乾燥した。
【００５７】
次に、この一対のガラス基板をラビング処理し、液晶配向膜とした。
【００５８】
次に、ガラス基板の周辺部に１５０℃、１時間で硬化するエポキシ樹脂で、液晶注入口部を除いて、接着シール部材を印刷法によって形成した。この一対のガラス基板を、透明電極が向かい合うように貼り合わせ、１５０℃、１時間で周辺部のシール部材であるエポキシ樹脂を硬化させた。
【００５９】
このように所望のギャップを保って封止された一対のガラス基板の間に、接着シール部材に形成した液晶注入口部を通して強誘電性液晶を注入し、次いで液晶注入口部を封止して、強誘電性液晶表示装置とした。
【００６０】
この液晶表示装置をクロスニコル下に置き、先端径が０．８ｍｍのペン先でペン荷重１００ｇで中央を押したが、ペン先の周囲に表示色の変化はみられず、液晶層厚を小さくする外力に対して、耐ストレス性が認められた。
【００６１】
また、液晶表示装置の中央部を支持し、両端に３００ｇの荷重を加えたが、画面全体にわたって表示色の変化は観察されず、液晶層厚は全面にわたって変化しなかった。
【００６２】
実施例２
感光性ポリシランの側鎖にアリール基としてフェニル基を導入した以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００６３】
この液晶表示素子を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００６４】
実施例３
ポジ型感光性ポリシランに光ラジカル発生剤として２，４−ビス（トリクロロメチル）−６−（ｐ−メトキシフェニルビニル）−１，３，５−トリアジンを含有させた感光性組成物を使用した以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００６５】
この液晶表示装置を実施例１と同様してに評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００６６】
実施例４
強誘電性液晶をツイステッドネマティック型液晶に変え、基板ギャップを６μｍにした以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００６７】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００６８】
実施例５
強誘電性液晶をスーパーツイステッドネマティック型液晶に変え、基板ギャップを６μｍにした以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示素子を作製した。
【００６９】
この液晶表示素子を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００７０】
実施例６
強誘電性液晶をネマティックコレステリック相転移型液晶に変え、基板ギャップを６μｍにした以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００７１】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００７２】
実施例７
強誘電性液晶を反強誘電性液晶に変えた以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００７３】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００７４】
実施例８
強誘電性液晶をツイストグレインバウンダリ液晶に変え、基板ギャップを６μｍにした以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００７５】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００７６】
実施例９
強誘電性液晶をスメクティックＡ相液晶に変え、基板ギャップを６μｍにした以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００７７】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００７８】
実施例１０
液晶注入方法として、真空注入方法を採用せず、スペーサ前駆体を形成した基板上に強誘電性液晶を滴下した後、基板を重ね合わせ、加熱することにより、基板周辺シール部材とスペーサを介して両基板を接着させた以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。この場合、液晶注入時間が不要になるため、実施例１に比べて製造時間を短縮することができた。
【００７９】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した結果、実施例１と同様に良好な特性を実現できたことが認められた。
【００８０】
比較例１
スペーサ材料用の感光性組成物としてシリコーン化合物を混合しないものを用いた以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００８１】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した。その結果、スペーサの弾力性がないため、先端径が０．８ｍｍのペン先でペン荷重５ ００ｇで中央を押したところ、ペン先の周囲に表示色の変化が見られ、表示不良が発生した。
【００８２】
比較例２
レジストとして，感光性ポリシランの代わりにポジ型のアクリルレジスト（東京応化製、ＴＰＡＲ−ＰＯ１２ＭＰ）を用いた以外は実施例１とまったく同一の条件で液晶表示装置を作製した。
【００８３】
この液晶表示装置を実施例１と同様にして評価した。その結果、スペーサと基板との間に接着性がないため、先端径が０．８ｍｍのペン先でペン荷重１００ｇで中央を押したところ、ペン先の周囲に表示色の変化が見られ、表示不良が発生した。
【００８４】
以上に説明した本発明を種々の態様とともに以下に付記する。
【００８５】
（付記１） 少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなる液晶表示装置であって、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなることを特徴とする液晶表示装置。
【００８６】
（付記２） 前記ポリシランがアリール基を含む化合物である、付記１に記載の液晶表示装置。
【００８７】
（付記３） 前記感光性組成物が、さらに、光ラジカル発生剤および／または酸化剤を含む、付記１または２に記載の液晶表示装置。
【００８８】
（付記４） 前記感光性組成物がアルカリ水溶液で現像可能である、付記１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【００８９】
（付記５） 前記液晶が、ツイステッドネマティック型液晶、スーパーツイステッドネマティック型液晶、ネマティックコレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイストグレインバウンダリ液晶および電傾効果を示すスメクティックＡ相液晶から選ばれる、付記１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【００９０】
（付記６） 前記基板の少なくとも一方が透明である、付記１〜５のいずれかに記載の液晶表示装置。
【００９１】
（付記７） 前記透明電極が前記透明基板上に形成されている、付記６に記載の液晶表示装置。
【００９２】
（付記８） 各基板の対向面には配向膜が形成されている、付記１〜７のいずれかに記載の液晶表示装置。
【００９３】
（付記９） 少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなり、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなる液晶表示装置の製造方法において、前記周辺部の対向する基板間の封止を全くもしくは実質的に施すことなく、前記周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域を別途に用意された液晶中に浸漬して前記基板間の間隙に液晶を充填した後、前記周辺部の対向する基板間の封止されていない領域を封止することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【００９４】
（付記１０） 液晶の充填が、前記周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域の液晶中への浸漬の前後の圧力差により行われる、付記９に記載の方法。
【００９５】
（付記１１） 液晶の充填が、前記周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域の液晶中への浸漬の前後の温度差により行われる、付記９に記載の方法。
【００９６】
（付記１２） 液晶の充填が、前記周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域の液晶中への浸漬の前後の圧力差および温度差により行われる、付記９に記載の方法。
【００９７】
（付記１３） 前記周辺部の対向する基板間を封止するための樹脂が、光硬化性樹脂または前記ポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物の硬化温度よりも高い温度で硬化する熱硬化性樹脂である、付記９〜１２のいずれかに記載の方法。
【００９８】
（付記１４） 前記スペーサを構成するポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物を生成させるための硬化温度が配向膜のラビング硬化を損なわない範囲の温度である、付記９〜１３のいずれかに記載の方法。
【００９９】
（付記１５） 少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなり、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなる液晶表示装置の製造方法において、いずれか一方の基板上にポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物によりスペーサ前駆体を形成して配置し、この基板上に液晶を滴下した後、この基板に他の一方の基板を重ね合わせ、次いで加熱して前記スペーサ前駆体を硬化させることにより、前記スペーサを介して両基板を接着させることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【０１００】
（付記１６） 液晶の滴下がディスペンサを用いて行われる、付記１５に記載の方法。
【０１０１】
（付記１７） 前記スペーサを構成するポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物を生成させるための硬化温度が配向膜のラビング硬化を損なわない範囲の温度である、付記１５または１６に記載の方法。
【０１０２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の液晶表示素子によると、強度と接着性を持つスペーサ、および基板周辺部を封止する熱硬化性樹脂を用いることによって、液晶表示素子の有効表示領域のギャップを均一かつ一定に保ち、有効表示領域内でコントラストや応答速度の均一性を改善し、表示品質を向上することができる。
【０１０３】
また、本発明の液晶表示素子の製造方法によると、液晶光変調素子のパネルの製造上、最も時間がかかる液晶注入工程を大幅に短縮し、かつ、歩留りを大きく向上することができ、製造コストを低下することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示装置の製造プロセスの一工程の例を示す概略説明図。
【図２】本発明に係る液晶表示装置の製造プロセスの他の工程の例を示す概略説明図。
【符号の説明】
１、３…ガラス基板
２…スペーサ前駆体
４…接着シール部材
５…熱処理装置
Claims (5)
- 少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなる液晶表示装置であって、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなることを特徴とする液晶表示装置。
- 前記ポリシランがアリール基を含む化合物である、請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記感光性組成物が、さらに、光ラジカル発生剤および／または酸化剤を含む、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
- 少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなり、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなる液晶表示装置の製造方法において、前記周辺部の対向する基板間の封止を全くもしくは実質的に施すことなく、前記周辺部の対向する基板間の全域またはその一部の領域を別途に用意された液晶中に浸漬して前記基板間の間隙に液晶を充填した後、前記周辺部の対向する基板間の封止されていない領域を封止することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
- 少なくとも一方の基板が透明電極を有し、それぞれの基板が対向するように所定の間隔をもって配置された一対の基板間の間隙にスペーサを配置するとともに液晶を封入し、かつ、その周辺部の対向する基板間を樹脂で封止してなり、前記スペーサがポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物を含む硬化物からなる液晶表示装置の製造方法において、いずれか一方の基板上にポリシランを含むポジ型の感光性組成物とシリコーン化合物の混合物によりスペーサ前駆体を形成して配置し、この基板上に液晶を滴下した後、この基板に他の一方の基板を重ね合わせ、次いで加熱して前記スペーサ前駆体を硬化させることにより、前記スペーサを介して両基板を接着させることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
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