JP3084179B2 - 液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マトリックス方式によ
る液晶表示素子に関するもので、詳しくは、液晶表示素
子の内部構造及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在の液晶表示素子、つまりＴＮ（ツイ
ステッド・ネマチック）、ＳＴＮ（スーパーツイステッ
ド・ネマチック）、ＦＬＣモードなどのパネル構成は、
２枚の相対する基板間に粒状や棒状のスペーサを介して
貼り合わせ、その間隙に液晶材料を挟持している。

【０００３】また近年、外部衝撃に対して強い液晶パネ
ルが求められている。

【０００４】この問題は、特にカイラルスメクチックＣ
（ＳｍＣ＊）相という結晶構造に近い強誘電性液晶を用
いた表示モードにおいて大変重要となっている。

【０００５】強誘電性液晶の液晶分子は、通常の状態で
は螺旋構造をしているが、液晶層厚を螺旋構造の螺旋ピ
ッチよりも小さく選ぶことによって、強誘電性液晶は、
２つの安定な配向状態をとることが知られており、これ
ら２つの配向状態とは、順方向の電界、例えば正の電圧
に対しては第１の配向状態となり、逆方向の電界、例え
ば負の電圧に対しては第２の配向状態というようなもの
である。

【０００６】そして、このカイラルスメクチックＣ（Ｓ
ｍＣ＊）相というのは、外部衝撃に非常に弱いという欠
点があるため、この強誘電性液晶を用いたモードの実用
化が、困難となっている。

【０００７】上述した問題の解決手段として、パネルの
表面に衝撃保護用の透明板を設置することなどが考えら
れている。

【０００８】また、基板間に何らかの対策によって、パ
ネルの剛性を向上させる技術も提案されている。例え
ば、特開昭６２ー１７４７２６号公報には、接着性を有
するスペーサを用いる技術が提案されている。しかし、
この方法では、接着性スペーサの分散性が悪く、また、
塊となって配向に悪影響をもたらすとともに、絵素内に
もスペーサが散在するため、コントラストの低下などに
もつながる。また、耐衝撃性においても、実用可能な信
頼性は得られていない。

【０００９】また、従来のスペーサは粒状や棒状である
のが一般的であったが、特開昭５６ー９９３８４号公報
には、絶縁性の物質を柱状に設け、スペーサの代替とし
ているような技術も提案されている。しかし、この方法
では、スペーサの役目は果すことはできるが、強度的に
弱く、耐衝撃の信頼性については満足できるものではな
い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の液晶表示素子においては、スペーサが表示絵素内に散
在することにより、コントラストが低下してしまうとと
もに、液晶材料の衝撃に対する弱さ、とくに強誘電性液
晶を用いたモードの場合には、特にこの衝撃対策が大き
な課題となっている。

【００１１】本発明は、このような従来の課題を解決す
るためになされたものであり、セル厚を均一に保持する
ことが可能となるとともに、耐衝撃性に優れた液晶表示
素子及びその製造方法を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、互いに対向配
置された上側及び下側基板と、該上側基板上に行方向に
所定の間隔をあけて平行配列された複数の上側帯状電極
と、該下側基板上に列方向に所定の間隔をあけて平行配
列された複数の下側帯状電極と、該上側及び下側基板の
間隙に封入された表示媒体とを備え、該上側帯状電極と
下側帯状電極とが交差する部分で絵素が形成され、該絵
素がマトリックス状に配列された液晶表示素子におい
て、前記上側帯状電極の間隔部分及び下側帯状電極の間
隔部分に対応する領域には、前記絵素を囲むように樹脂
壁が形成されてなり、前記樹脂壁は、異なる複数の樹脂
領域によって構成されるとともに、該異なる複数の樹脂
領域のうちの１つの樹脂領域は、球状スペーサと感光性
樹脂材料との混合物により形成されていることを特徴と
する液晶表示素子を提供するものである。

【００１３】また、本発明は、互いに対向配置された上
側及び下側基板と、該上側基板上に行方向に所定の間隔
をあけて平行配列された複数の上側帯状電極と、該下側
基板上に列方向に所定の間隔をあけて平行配列された複
数の下側帯状電極と、該上側及び下側基板の間隙に封入
された表示媒体とを備え、該上側帯状電極と下側帯状電
極とが交差する部分で絵素が形成され、該絵素がマトリ
ックス状に配列された液晶表示素子の製造方法におい
て、前記一方の基板上に形成された帯状電極の間隔部分
の領域に、球状スペーサと感光性樹脂材料との混合物か
らなる第１の樹脂領域である樹脂壁を形成する工程と、
前記上側及び下側基板の間隙に、少なくとも液晶材料、
光硬化性樹脂、光重合開始剤を含む混合物を注入する工
程と、前記上側及び下側基板の間隙に注入した混合物
に、規則的な照射強度分布を有する光を照射し、前記絵
素および第２の樹脂領域である樹脂壁を形成する工程と
を含有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法を
提供するものである。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【作用】本発明における液晶表示素子は、上側及び下側
基板それぞれの、上側及び下側帯状電極間の間隙に対応
する領域に、異なる複数の樹脂を、柱または壁状に形成
しているため、絵素内にスペーサーを散在させることな
く、該樹脂が、セルギャップを容易に制御することが可
能となり、また、該樹脂は、感光性を有する樹脂である
ため、特定の位置に容易に配置することができ、絵素の
四方を取り囲むマトリクス構造を形成することが可能と
なる。

【００１９】さらに、場合によっては一方の樹脂内にス
ペーサを散在させることにより、耐衝撃性に優れた液晶
表示素子が完成する。

【００２０】

【実施例】以下に、具体的な実施例を用いて詳しく説明
するが、本発明は、これらの実施例に限定されるもので
はない。

【００２１】

【実施例１】図１及び図２に示すように、２枚の基板１
ａ、１ｂ上に、ＩＴＯ（酸化インジウム、及び酸化スズ
の化合物）などからなる、直線状ストライプ電極（厚さ
２０００オングストローム、幅１００μｍ、電極間隔２
５μｍ、電極数２０００×２０００）２ａ、２ｂを形成
する。前記基板１ａ、１ｂとしては、フリントガラス
（日本板硝子社製、サイズ３００ｍｍ×３００ｍｍ）を
使用し、絶縁膜として酸化膜ＯＣＤＴｙｐｅII（東京応
化社製）を１０００オングストロームの厚さで塗布し、
ポリイミド樹脂ＰＳＩ−Ａ−２１０１−Ｓ０２（チッソ
社製）を塗布して、熱処理を行うことにより配向膜４
ａ、４ｂを形成した後、ナイロン布を用いて配向膜４ａ
については電極２ａの長手方向に、配向膜４ｂについて
は電極２ｂと直角方向に、それぞれラビング処理を行
う。

【００２２】次いで、基板１ａ上に直径１．５μｍの球
状シリカスペーサ（触媒化成社製）とネガ型フォトレジ
ストＯＰＳＲ−５６００（東京応化社製）の均一混合物
をスピンコート法により、約１．６μｍの厚さで均一塗
布し、露光、現像工程を経て、基板１ａの電極間上に、
電極２ａの長手方向と平行にパターニングして、ストラ
イプ状の樹脂の壁５を形成する。

【００２３】その後、基板１ａ、１ｂを、ラビング方向
が一致するように、且つ電極２ａ、２ｂが互いに直交す
るように貼り合わせ、シール材７により接着固定して、
液晶セルを作成する。このとき、ストライプ状の壁５
は、上下の配向膜４ａ、４ｂに接着された状態にある。

【００２４】作成した液晶セル内に、トリメチロールプ
ロパントリメタクリレート０．１ｇと、２−エチルヘキ
シルアクリレート０．４ｇと、イソボルニルアクリレー
ト０．５ｇと、強誘電性液晶材料ＺＬＩ−４２３７−０
００（メルク社製）４ｇと、開始剤Ｉｒｕｇａｃｕｒｅ
１８４（チバガイギー社製）０．１ｇの混合物９を、液
晶材料が等方性液体状態で真空注入法により注入する。

【００２５】この後、例えば図２のように、フォトマス
ク３を配置し、高圧水銀ランプ（２０ｍＷ／ｃｍ² 、３
６５ｎｍ）の下で、２分間紫外線を照射して、上記重合
性化合物及び樹脂材料の光硬化反応を行い、例えば図３
のように樹脂の壁６を形成した。

【００２６】形成した液晶セルに、偏光板を張り合わせ
ることにより、ＳＳＦＬＣ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔａｂ
ｉｌｉｚｅｄ Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕ
ｉｄＣｒｙｓｔａｌ）表示素子を作成した。

【００２７】上述のようにして作成した液晶表示素子の
電気光学特性（コントラスト）は、３５であった。

【００２８】このようにして得られた液晶表示素子を用
いて耐衝撃信頼性試験を行った。

【００２９】圧力試験においては、液晶表示素子に５ｋ
ｇ／ｃｍ² の圧力を印加することにより、また、落下試
験においては、液晶表示素子を５ｃｍの高さから床面に
自然落下させることにより、それぞれ液晶表示素子の配
向の乱れ具合を調べたところ、上記２種類の試験のいず
れにおいても、液晶の配向の乱れは皆無であった。

【００３０】従って、この液晶表示素子は、液晶の耐衝
撃性も良好で、セル厚も厳密に維持でき、配向の均一化
も容易に行えることがわかった。

【００３１】また、液晶セルに偏光板を貼り合わせた場
合、上述のように形成した樹脂部５、６は、光をほとん
ど透過せず、遮光層の役目をも十分に果たしている。

【００３２】

【実施例２】実施例１と同じ基板を用い、配向膜にＳＥ
−１５０（日産化学社製）を用いて、ラビングにより配
向層を形成する。

【００３３】次いで、基板１ａ上に直径４．３μｍの球
状シリカスペーサ（触媒化成社製）とネガ型フォトレジ
ストＯＰＳＲ−５６００（東京応化社製）の均一混合物
をスピンコート法により、約４．５μｍの厚さで均一塗
布し、露光、現像工程を経て、例えば図４のように基板
１ａの電極間上に、柱状の樹脂５を形成する。

【００３４】その後、基板１ａ、１ｂを、ラビング方向
が直交するように、且つ電極２ａ、２ｂも互いに直交す
るように貼り合わせ、シール材７により接着固定して、
液晶セルを作成する。このとき、柱状の樹脂５は、上下
の配向膜４ａ、４ｂに接着された状態にある。

【００３５】次いで、作成した液晶セル内に、トリメチ
ロールプロパントリメタクリレート０．１ｇと、２−エ
チルヘキシルアクリレート０．４ｇと、イソボルニルア
クリレート０．５ｇと、液晶材料ＺＬＩ−３７００−０
００（メルク社製）にＣＮ（コレステリックノナネー
ト）を０．３％添加した混合物４ｇと、開始剤Ｉｒｕｇ
ａｃｕｒｅ１８４が０．１ｇの混合物９を、真空注入法
により注入する。

【００３６】この後、例えば図２のように、フォトマス
ク３を配置し、高圧水銀ランプ（２０ｍＷ／ｃｍ² 、３
６５ｎｍ）の下で２分間紫外線を照射して、上記重合性
化合物及び樹脂材料の光硬化反応を行い、例えば図４の
ように樹脂の壁５、６を形成した。

【００３７】形成した液晶セルに、偏光板を張り合わせ
ることにより、ＴＮ型液晶表示素子を作成した。

【００３８】上述のようにして作成した液晶表示素子の
電気光学特性（コントラスト）は、３８であった。

【００３９】

【実施例３】実施例１と同基板を用い、配向膜にＰＳＩ
−２１０１−Ａ−０２（チッソ社製）を用い、ラビング
により配向層を形成する。

【００４０】次いで、基板１ａ上に直径１．５μｍの球
状シリカスペーサ（触媒化成社製）とネガ型フォトレジ
ストＯＰＳＲ−５６００（東京応化社製）の均一混合物
をスピンコート法により、約１．６μｍの厚さで均一塗
布し、露光、現像工程を経て、例えば、図１のように基
板１ａの電極間上にストライプ状の樹脂の壁５を形成す
る。

【００４１】また、もう一方の基板１ｂ上にトリメチロ
ールプロパントリメタクリレート０．５ｇと、２−エチ
ルヘキシルアクリレート２．０ｇと、イソボルニルアク
リレート２．５ｇと、強誘電性液晶材料ＺＬＩ−４２３
７−０００（メルク社製）２０ｇと、開始剤Ｉｒｕｇａ
ｃｕｒｅ１８４が０．５ｇの混合物９を、例えば、図５
のように基板１ｂの下にホットプレート８を配置し、液
晶材料が等方性液体状態を示す約１００℃に該ホットプ
レート８をセットし、その基板１ｂ上に上記の混合物９
を滴下、塗布し、該基板１ｂ全体にいきわたるまでその
まま放置した。

【００４２】その後、１００℃の恒温槽内で、もう一方
の基板１ａをラビング方向が一致するように、且つ電極
２ａ、２ｂが直交するように貼り合わせ、基板１ａ、１
ｂ全面に、均一な圧力をかけて、基板周辺部をシール材
７によって接着固定する。

【００４３】このときストライプ状の壁５は、上下の配
向膜４ａ、４ｂに接着された状態にある。

【００４４】この後、例えば図２のように、フォトマス
ク３を配置し、高圧水銀ランプ（２０ｍＷ／ｃｍ² 、３
６５ｎｍ）の下で２分間紫外線を照射して、上記重合性
化合物及び樹脂材料の光硬化反応を行い、例えば図３の
ように樹脂の壁５、６を形成した。

【００４５】形成した液晶セルに、偏光板を張り合わせ
ることにより、ＳＳＦＬＣ表示素子を作成した。

【００４６】上述のようにして作成した液晶セルの電気
光学特性（コントラスト）は、３５であった。

【００４７】このようにして得られた液晶表示素子を用
いて耐衝撃信頼性試験を行った。

【００４８】圧力試験においては、液晶表示素子に５ｋ
ｇ／ｃｍ² の圧力を印加することにより、また、落下試
験においては、液晶表示素子を５ｃｍの高さから床面に
自然落下させることにより、それぞれ液晶表示素子の配
向の乱れ具合を調べたところ、上記２種類の試験のいず
れにおいても、液晶の配向の乱れは皆無であった。

【００４９】従って、この液晶パネルは、液晶の耐衝撃
性も良好で、セル厚も厳密に維持でき、配向の均一化も
容易に行えることがわかった。

【００５０】また、液晶セルに偏光板を貼り合わせた場
合、上記のように形成した樹脂部５、６は、光をほとん
ど透過せず、遮光層の役目をも十分に果たしている。

【００５１】上述してきた実施例１〜３で用いる液晶材
料は、常温付近で液晶状態を示す有機物混合体であり、
ネマチック液晶（２周波駆動用液晶、△ε＜０の液晶を
含む）、コレステリック液晶、スメクチック液晶、強誘
電性液晶、デスコチック液晶等を使用し得る。

【００５２】具体的には、ネマチック液晶では、ＺＬＩ
３７００−０００、ＺＬＩ−４８０１−０００、ＺＬＩ
−４８０１−００１、ＺＬＩ−４７９２（メルク社
製）、強誘電性液晶材料では、ＺＬＩ−４２３７−００
０、ＺＬＩ−４２３７−００１、ＺＬＩ−４００３（メ
ルク社製）などが好ましいが、特にこれらに限定される
ものではない。

【００５３】また、本実施例で用いる２種類の感光性樹
脂材料うち、樹脂５には、ネガ型フォトレジスト０ＰＳ
Ｒ−５６００（東京応化社製）を用いているが、フォト
レジストであれば、ポジ型、ネガ型を問わず使用でき
る。また、感光性ポリイミド、感光性ポリアミドなどを
用いてもよい。また、樹脂６の感光性樹脂として使用す
るプレポリマー（モノマー、オリゴマーなど）は、最終
的に液晶滴を支えるポリマーの柱または壁を形成する物
質であり、その選定は大変重要である。特に、ＴＦＴ駆
動を行う場合、液晶セル内の液晶、ポリマーの電気絶縁
性が要求され、未硬化状態でもモノマーの比抵抗が１×
１０¹²Ω・ｃｍ以上必要となり、使用し得る感光性樹脂
としては、光硬化性樹脂または高分子物質のどちらかと
なる。

【００５４】光硬化性樹脂としては、例えば、Ｃ３以上
の長鎖アルキル基、またはベンゼン環を有するアクリル
酸及びアクリル酸エステル、さらに具体的には、アクリ
ル酸イソブチル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸ラ
ウリル、アクリル酸イソアミル、ｎ−ブチルメタクリレ
ート、ｎ−ラウリルメタクリレート、トリデシメルタク
リレート、２−エチルヘキシルアクリレート、ｎ−ステ
アリルメタアクリレート、シクロヘキシルメタクリレー
ト、ベンジルメタクリレート、２−フェノキシエチルメ
タクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニ
ルメタクリレート、さらにポリマーの物理的強度を高め
るための２官能以上の多官能性樹脂、例えば、ビスフェ
ノールＡジメタクリレート、ビスフェノールＡジアクリ
レート、１．４−ブタンジオールジメタクリレート、
１．６−ヘキサンジオ−ルジメタクリレート、トリメチ
ロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールプ
ロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテト
ラアクリレート、さらにより好ましくは、これらのモノ
マーをハロゲン化とくに塩素化、及びフッ素化した樹
脂、例えば、２．２．３．４．４．４−ヘキサフロロブ
チルメタクリレート、２．２．３．４．４．４−ヘキサ
クロロブチルメタクリレート、２．２．３．３−テトラ
フロロプロピルメタクリレート、２．２．３．３−テト
ラフロロプロピルメタクリレート、パーフロロオクチル
エチルメタクリレート、パークロロオクチルエチルメタ
クリレート、パーフロロオクチルエチルアクリレート、
パークロロオクチルエチルアクリレートなどが使用でき
る。

【００５５】これらモノマーは、単独で使用しても良い
が、２種以上混合しても良い。また、これらのモノマー
に、必要に応じて塩素化及びフッ素化されたポリマーや
オリゴマーを混合して使用してもよい。

【００５６】光重合開始剤としては、Ｉｒｕｇａｃｕｒ
ｅ１８４、６５１、９０７、Ｄａｒｏｃｕｒｅ１１７
３、１１１６、２９５９（チバガイギー社製）などが使
用できる。

【００５７】また、形成する樹脂の形状は、特に限定し
ないが、例えば、電極間にストライプ状またはマトリッ
クス状などに形成したり、上下電極の交差部に柱状、点
状に形成したりすることができる。

【００５８】また、樹脂の形成方法についても、特に限
定はなく、フォトマスクを用いてもよいし、ビームスポ
ットでラインスキャンしてもよい。

【００５９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、絵
素間に複数の樹脂の壁が形成され、その一方の樹脂の壁
が上下基板に接着されているので、絵素内にスぺーサー
を散在させることなく、該樹脂の壁がスペーサの役目を
果たし、また、粒状のスペーサに比べ、接地面積が大き
いため、耐衝撃性の面においても十分な効果が得られ、
また、樹脂内にスペーサが含まれている場合には、特に
強誘電性液晶を用いた表示モードなどにおいては、耐衝
撃性の向上など、このスペーサを含む樹脂の壁による効
果は、大きなものとなる。

【００６０】さらに、本発明による樹脂は、絵素の四方
を囲むマトリクス構造を形成することができ、また、偏
光板がクロスニコル下では完全に光を遮光するため、各
絵素間における遮蔽層の役目をも果たすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図は、実施例１、３の液晶表示素子を説明
するもので液晶セル内の樹脂の壁を示す斜視図である。

【図２】第２図は、実施例１、２、３の液晶表示素子を
説明するもので液晶セルとフォトマスクの位置関係を示
す断面図である。

【図３】第３図は、実施例１、３の液晶表示素子を説明
するもので液晶セル内の２種類の樹脂の形状を示す斜視
図である。

【図４】第４図は、実施例２の液晶表示素子を説明する
もので液晶セルを真上から見たときの２種類の樹脂の形
状を示す平面図である。

【図５】第５図は、実施例３の液晶表示素子を説明する
もので製造方法を示す全体図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 基板 ２ａ，２ｂ 電極 ３ フォトマスク ４ａ，４ｂ 配向膜 ５ 樹脂１ ６ 樹脂２ ７ シール材 ８ ホットプレート ９ 液晶−光硬化性樹脂混合物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1334 G02F 1/13 101

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向配置された上側及び下側基板
   と、該上側基板上に行方向に所定の間隔をあけて平行配
   列された複数の上側帯状電極と、該下側基板上に列方向
   に所定の間隔をあけて平行配列された複数の下側帯状電
   極と、該上側及び下側基板の間隙に封入された表示媒体
   とを備え、該上側帯状電極と下側帯状電極とが交差する
   部分で絵素が形成され、該絵素がマトリックス状に配列
   された液晶表示素子において、 前記上側帯状電極の間隔部分及び下側帯状電極の間隔部
   分に対応する領域には、前記絵素を囲むように樹脂壁が
   形成されてなり、 前記樹脂壁は、異なる複数の樹脂領域によって構成され
   るとともに、該異なる複数の樹脂領域のうちの１つの樹
   脂領域は、球状スペーサと感光性樹脂材料との混合物に
   より形成されていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】 互いに対向配置された上側及び下側基板
   と、該上側基板上に行方向に所定の間隔をあけて平行配
   列された複数の上側帯状電極と、該下側基板上に列方向
   に所定の間隔をあけて平行配列された複数の下側帯状電
   極と、該上側及び下側基板の間隙に封入された表示媒体
   とを備え、該上側帯状電極と下側帯状電極とが交差する
   部分で絵素が形成され、該絵素がマトリックス状に配列
   された液晶表示素子の製造方法において、 前記一方の基板上に形成された帯状電極の間隔部分の領
   域に、球状スペーサと感光性樹脂材料との混合物からな
   る第１の樹脂領域である樹脂壁を形成する工程と、 前記上側及び下側基板の間隙に、少なくとも液晶材料、
   光硬化性樹脂、光重合開始剤を含む混合物を注入する工
   程と、 前記上側及び下側基板の間隙に注入した混合物に、規則
   的な照射強度分布を有する光を照射し、前記絵素および
   第２の樹脂領域である樹脂壁を形成する工程とを含有す
   ることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。