JP3347925B2

JP3347925B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP3347925B2
Application number: JP23746395A
Authority: JP
Inventors: 優美小倉; 宏高梨; 徹奥田; 健司安武
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 2002-11-20
Anticipated expiration: 2015-09-14
Also published as: KR970016673A; US5739888A; TW387061B; CN1165312A; CN1133897C; JPH0980446A; KR100228971B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＳＴＮ（スーパー
ツイストネマティック）型液晶表示素子や、強誘電性型
液晶表示素子などの、特に基板間の間隔制御に正確さが
要求される液晶表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＳＴＮ型カラー液晶表示素子の一
例を図２７に示す。これにおいては、一対のガラス基板
４１・４２が対向して配され、一方のガラス基板４１の
基板対向面に、カラーフィルタ層４３、オーバーコート
層４４、表示用電極４５ａ、配向膜４６ａが順に形成さ
れ、他方のガラス基板４２の基板対向面に、表示用電極
４５ｂ、絶縁膜４７、配向膜４６ｂが順に形成されてい
る。そして、これらガラス基板４１・４２は、基板周辺
部に配されたシール材４８を介して貼り合わされ、シー
ル材４８にて囲まれたガラス基板４１・４２の間隙には
液晶が封入され、液晶層５１が形成されている。

【０００３】上記ガラス基板４１・４２の間隙、及びシ
ール材４８中には、ガラス基板４１・４２の間隔を制御
することを目的として、液晶層スペーサ５０とシール部
スペーサ４９とがそれぞれ配設されている。このうち、
液晶層スペーサ５０は、液晶材料の熱膨張及び収縮に追
従可能な弾性変形し易いプラスチックスペーサであり、
他方のシール部スペーサ４９は、ガラス基板４１・４２
を固定させる必要が有るため弾性変形しないガラススペ
ーサである。尚、シール部とはシール材４８を介して貼
り合わされている部分のこと言う。

【０００４】上記シール部スペーサ４９として用いられ
るガラススペーサには、粒形が棒状のガラスファイバー
粉末や粒形が球状のガラスビーズ等があり、これらは、
シール材４８である例えばエポキシ系シール材に混合さ
れ、シール材４８がスクリーン印刷されることで、基板
周辺部に配設される。

【０００５】シール材４８に対する、シール部スペーサ
４９であるガラスファイバー粉末やガラスビーズの混合
割合に関する先行技術に、特開平６−１１００６３号
公報があり、これには、０．３〜５．０Ｗｔ％で混合す
ることが開示されている。これは、シール部スペーサ４
９の比率が０．３Ｗｔ％以下となると、ガラス基板４１
・４２を貼り合わせる際の圧着圧力によりシール部スペ
ーサ４９が破壊されて所定の間隔を維持することができ
ず、一方、５．０Ｗｔ％以上ではシール材４８中でシー
ル部スペーサ４９が重なり合うため間隔が厚くなりすぎ
て所定の厚さに制御できないからである。尚、の先行
技術では、シール部スペーサ４９としてガラスファイバ
ーを実施例に用いているので、混合割合５．０Ｗｔ％以
上でシール部スペーサ４９が重なるといった現象が起き
ており、粒形が球状で重なり合う虞れのないガラスビー
ズでも、同じ割合で混合するようになっている。

【０００６】ところが、混合割合が０．３〜５．０Ｗｔ
％であると、ガラス基板４１・４２を貼り合わせる際に
シール部スペーサ４９の個々に相当量の加圧圧力が加わ
り、オーバーコート層（保護膜）４４へのシール部スペ
ーサ４９のめり込みが発生する。そこで、の先行技術
では、混合割合を０．３〜５．０Ｗｔ％とし、かつ、上
記しためり込みを考慮して、シール部スペーサ４９の粒
径を基板外周部の所定間隔よりも０．３〜３．０μｍ大
きくし、基板外周部及び基板内周側の表示部（有効表示
エリアに相当）におけるガラス基板４１・４２の間隔を
均一に制御することが開示されている。

【０００７】一方、特開平３−２９３６３３号公報で
は、図３０に示すように、シール部スペーサ４９の径
を、セル内の段差にあわせ、段差分だけ液晶層５１の厚
みより大きくすることにより、シール材４８が配設され
ているシール部付近の液晶層５１の厚みの変化を抑える
ことが開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年ＳＴＮ
カラー液晶表示素子については高表示品位が要求されて
おり、有効表示エリア近傍の輝度ムラについては“ウォ
ッシュアウト”と呼ばれ改善が要求されている。このよ
うな要求が成されるなか、前述の及びの先行技術で
は、有効表示エリア近傍に輝度ムラが発生し、近年のＳ
ＴＮカラー液晶表示素子の高表示品位要求を満足するこ
とができないといった問題点を有している。

【０００９】つまり、の先行技術では、シール材４８
に対するシール部スペーサ４９の混合割合を０．３〜
５．０Ｗｔ％とし、シール部スペーサ４９がオーバーコ
ート層４４へめり込むことを考慮して、シール部スペー
サ４９の粒径を基板外周部の所定間隔よりも０．３〜
３．０μｍ大きく設定している。しかしながら、如何に
シール部スペーサ４９のめり込み量を考慮したとして
も、シール部スペーサ４９のめり込み量を正確に、しか
も均一に制御することは極めて困難である。そのため、
通常この従来技術を用いてＳＴＮカラー液晶表示素子を
製造した場合、図２８のように、有効表示エリア外周部
にめり込み量のバラツキによる輝度ムラが発生する。詳
しく言うと、めり込み量のバラツキにより有効表示エリ
ア外周部近傍のセル厚が不均一になり、液晶に電界を印
加した場合、部分的に液晶の立ち上がりのタイミングの
差が発生し、これが輝度ムラとなって現れるわけであ
る。

【００１０】また、シール部スペーサ４９の混合割合が
０．３〜５．０Ｗｔ％の場合、シール部の剛性（エポキ
シ等のシール材とガラススペーサの混合体で捕まえた場
合の剛性値）が弱いため、ガラス基板４１・４２の貼り
合わせ加圧時に、液晶表示素子のシール部から有効表示
エリア近傍にかけては図２９のような挙動となり、有効
表示エリア外周部のセル厚が薄くなる。然るに液晶の印
加電圧に対する立ち上がり特性は、ｄΔｎ（ｄ：セル
厚、Δｎ：複屈折率）で決まり、かつ、セル厚が薄い方
が早く立ち上がるので、図２９のような構造では、有効
表示エリア近傍に液晶の立ち上がりの差による輝度ムラ
が生じる。

【００１１】一方、の先行技術では、有効表示エリア
である液晶層５１の厚みに段差分を加えた厚み分をシー
ル部スペーサ４９の粒径とすることで有効表示エリア外
周部の液晶層５１の厚みの変化を同等にするようになっ
ている。しかしながら、近年液晶モジュールサイズのコ
ンパクト化、薄型化のため、図３１の液晶モジュールの
ように、液晶表示素子５２のエッジの近くにバックライ
ト５３が配置されるようになってきたため、該公報の技
術で製造したＳＴＮカラー液晶表示素子では、バックラ
イト５３の影響により、図３２のようにバックライト側
の有効表示エリア近傍の輝度ムラが顕著になる。つま
り、光漏れによる輝度ムラ、及びバックライトの発熱に
よる液晶層５１のレタデーション変化により発生する輝
度ムラが生じるわけである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の液晶表示素子は、各対向面に薄膜が形成
された一対の基板が、基板周辺部に配されたシール材を
介して貼り合わされると共に、シール材にて囲まれた基
板間の間隙に液晶が封入され、上記シール材に基板間の
間隔を保持するためのスペーサが混合されている液晶表
示素子において、上記スペーサがガラス製の球状スペー
サであると共に、シール材に対するスペーサの割合が７
〜２０Ｗｔ％さらに１０５０〜３０００個／１ｍｍφで
あり、かつ、上記シール材中の球状スペーサの粒径を、
（液晶層の厚み）＋（有効表示エリア内の各種薄膜の合
計厚み）−（シール材が配されているシール部に存在す
る各種薄膜の合計厚み）＋（０．１〜０．２μｍ）とし
たことを特徴としている。尚、本発明に係るシール材に
対するスペーサの割合Ｘ〔Ｗｔ％〕とは、Ｘ＝（スペーサの重量（ｇ）／シール材の重量（ｇ))×１００…（％）のことである。

【００１３】本願発明者らは、まず、ガラスファイバー
のような粒形が棒状のスペーサは、混合割合が５．０Ｗ
ｔ％（本発明の上記定義に基づけば５．２６Ｗｔ％）を
超えると重なりが生じるが、ガラスビーズのような球状
スペーサは上記の割合を超えても重ならないといったこ
とに着目した。そして、このようなガラス製の粒状スペ
ーサを用いた場合、シール材に対するスペーサの割合が
７Ｗｔ％以上、より好ましくは１０Ｗｔ％以上となる
と、シール材中のスペーサ１個あたりに加わる基板貼り
合わせ時の加圧圧力が緩和されてスペーサの薄膜へのめ
り込みが抑制されると共に、シール部の剛性も高まり、
有効表示エリア近傍におけるセル厚の変位量を輝度ムラ
による表示品位が損なわれない程度に抑えられることを
見い出した。また、割合が２０Ｗｔ％を超えると、シー
ル材とスペーサとが混じり難くなり、また、シール材を
印刷する際にかすれ等の不具合を生じることも発見し
た。

【００１４】本発明では、これらの見い出した事実に基
づき、スペーサをガラス製の球状スペーサとし、シール
材に対するスペーサの割合を、７〜２０Ｗｔ％としたの
で、スペーサの重なりを生じることなく所望の厚み制御
を可能としながら、スペーサの薄膜へのめり込みを抑制
し、めり込み量のバラツキに起因した有効表示エリア外
周部のセル厚のバラツキにより、液晶に電圧を印加した
場合に部分的に液晶の立ち上がりのタイミングの差が発
生して現れる、有効表示エリア近傍の輝度ムラの発生を
抑制することができる。また、シール部の剛性も高まる
ので、基板貼り合わせ時の加圧により、表示エリア近傍
のセル厚が薄くなって起こる、液晶の立ち上がりの差に
よる有効表示エリア近傍の輝度ムラの発生も抑制でき
る。

【００１５】

【００１６】さらに、これによれば、シール材中のスペ
ーサの粒径を、液晶層の厚み＋有効表示エリア内の各種
薄膜の合計厚み−シール材が配されているシール部に存
在する各種薄膜の合計厚みより、０．１〜０．２μｍ大
きくするようになっているので、有効表示エリア近傍の
セル厚がこの部分以外のセル厚より僅かに大きくなる。
したがって、基板貼り合わせ時の加圧により、表示エリ
ア近傍のセル厚が薄くなって起こる、液晶の立ち上がり
の差による輝度ムラを確実に防ぐことができる。加え
て、コンパクト化、薄型化が図られた液晶モジュールの
状態のとき、バックライトの光漏れによる輝度ムラ、及
びバックライトの発熱による液晶層のレタデーション変
化により発生する輝度ムラを、有効表示エリア近傍のセ
ル厚がこの部分以外のセル厚より僅かに大きいため起こ
る、液晶に印加電圧を加えた時の液晶の立ち上がりの遅
れと相殺して無くすことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１ないし図１７に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。本実施の形態に係るＳＴＮカラー液晶表示素子は、
図１に示すように、対向して配された一対のガラス基板
１・２を有しており、一方のガラス基板１の基板対向面
には、第１薄膜３、第２薄膜４、第３薄膜５、第４薄膜
６が順に形成され、他方のガラス基板２の基板対向面に
は、第５薄膜７、第６薄膜８、第７薄膜９が順に形成さ
れている。これら各種薄膜が形成された一対のガラス基
板１・２は、基板周辺部に配されたシール材１０を介し
て貼り合わされており、シール材１０にて囲まれたガラ
ス基板１・２の間隙には液晶が封入され、液晶層１２が
形成されている。

【００１８】上記シール材１０で囲まれたガラス基板１
・２の間隙には、液晶層スペーサ１３が配設されると共
に、シール材１０中には、シール部スペーサ１１が配設
されている。上記液晶層スペーサ１３には、プラスチッ
クビーズが用いられ、上記シール部スペーサ１１には、
本実施の形態では、スペーサ同士が重なり合うことのな
い、粒形が球状のガラスビーズが用いられている。そし
て、シール材１０に対するシール部スペーサ１１の割合
は７〜２０Ｗｔ％に、より好ましくは１０〜２０Ｗｔ％
に、上記シール部スペーサ１１の粒径Ｒは、Ｒ＝（液晶層１２の層厚Ａ）＋（有効表示エリア内の各種薄膜の合計厚みＢ＋Ｂ’）− （シール部に存在する各種薄膜の合計厚みＣ＋Ｃ’）＋（０．１〜０．２μｍ）に設定されている。

【００１９】このようなシール部スペーサ１１のシール
材１０に対する割合の設定、及びシール部スペーサ１１
の粒径の設定は、以下に示すようなシミュレーションを
実施し、かつ、それに応じた多くの実験を行い、輝度ム
ラの発生の有無、及び走査型電子顕微鏡を用いた薄膜部
分の解析により設定した。

【００２０】つまり、本願発明者らは、本発明による考
え方に基づき、ＳＴＮカラー液晶表示素子を製造するに
あたり、有限要素法により貼り合わせ時の加圧圧力によ
るガラス基板の変形のシミュレーションを実施した。

【００２１】図２は、この有限要素法解析にあたり用い
たＳＴＮカラー液晶表示素子の２次元解析モデルであ
る。境界条件として、ガラス基板１・２上の各種薄膜は
シール部まで形成され、厚みは均一とした。また、下側
のガラス基板１は固定されており、上側のガラス基板２
のみが変形するとし、液晶層スペーサ１３はプラスチッ
クビーズ、シール部スペーサ１１はガラスビーズであ
り、有効表示エリア内のセル厚と同粒径としている。し
たがって、有効表示エリア近傍のセル厚は有効表示エリ
アのセル厚より薄めか、両者の差は限りなく０に近づく
が０を超えるものではなく、有効表示エリア近傍のセル
厚が有効表示エリアのセル厚より厚くなることはない。
また、初期の境界条件として、ガラス基板１・２におけ
るガラス基板上の薄膜の形成が、シール部と有効表示エ
リア内で異なる場合についても、同様のシミュレーショ
ンが可能である。

【００２２】図３は、上記有限要素解析により得られた
上側のガラス基板２の貼り合わせ加圧時の変形状態であ
る。この図から、有効表示エリア近傍のブラックマスク
部のセル厚が有効表示エリアのセル厚に比べ、変形によ
り薄くなっているのがわかる。

【００２３】図４は、シール材１０に対するシール部ス
ペーサ１１の割合、及びシール部スペーサ１１として用
いるスペーサの種類をパラメータにしたときの、有効表
示エリア近傍のセル厚の変位量を示している。尚、図４
のグラフの横軸のシール材１０に対するシール部スペー
サ１１の割合は、顕微鏡で１ｍｍφ中に存在するシール
部スペーサ１１の数で表している。

【００２４】シール部スペーサ１１としては、ヤング率
７０００ｋｇｆ／ｍｍ²のガラスビーズ、ヤング率３６
０及び３００ｋｇｆ／ｍｍ²の２種類の高硬度プラスチ
ックビーズを用いた。ａはガラスビーズの場合の変位量
であり、ｂはヤング率３６０の高硬度プラスチックビー
ズの場合の変位量、ｃはヤング率３００の高硬度プラス
チックビーズの場合の変位量である。

【００２５】これより、ガラスビーズの場合、シール材
１０に対する割合が多くなる程、有効表示エリア近傍の
セル厚の変位量が限りなく０μｍに近づくことがわか
る。変位量が０μｍに近づくということは、つまり、シ
ール部スペーサ１１のガラス基板１・２に形成された薄
膜層へのめり込みが０μｍに近づくということでもあ
る。

【００２６】一方、シール材１０に対するガラスビーズ
の割合は、２０Ｗｔ％（３０００個／１ｍｍφ）を超え
ると、混じり難くなり、また、シール印刷時にかすれ等
の不具合が生じることが判明した。

【００２７】そこで、４〜２０Ｗｔ％までの間で割合を
段階的に大きくしてシール材を混合し、後述する実施例
１ないし５タイプのＳＴＮカラー液晶表示素子を作成し
て有効表示エリア近傍の輝度ムラの有無、及び走査型電
子顕微鏡による薄膜の解析を行った。

【００２８】その結果、７Ｗｔ％からシール部スペーサ
１１の薄膜層へのめり込み量が抑制され、輝度ムラも抑
えられることがわかり、１０Ｗｔ％よりめり込みがほぼ
確実に抑えられ、輝度ムラも無くなることが判明した。

【００２９】そこで、本実施の形態の液晶表示素子で
は、有効表示エリア近傍の輝度ムラの改善が見られた、
有効表示エリア近傍のセル厚の変位量０．０１２μｍを
第１の設計目標として、シール材１０に対するシール部
スペーサ１１の割合を７Ｗｔ％（１０５０個／１ｍｍ
φ）〜２０Ｗｔ％（３０００個／１ｍｍφ）とし、有効
表示エリア近傍の輝度ムラの発生を抑え得る、有効表示
エリア近傍のセル厚の変位量０．０１μｍを第２の設計
目標として、シール材１０に対するシール部スペーサ１
１の割合を１０Ｗｔ％（１５００個／１ｍｍφ）〜２０
Ｗｔ％とした。

【００３０】また、上記シール部スペーサ１１の粒径Ｒ
を、シミュレーションでの境界条件、つまり、シール部
と有効表示エリア内の各種薄膜総膜厚の差を補正したス
ペーサの粒径より０．１〜０．２μｍ大きいとしたの
は、表示エリア近傍のセル厚が薄くなって起こる、液晶
の立ち上がりの差による輝度ムラ、及び液晶モジュール
にした時、バックライトの光漏れによる輝度ムラ、及び
バックライトの発熱による液晶層１２のレタデーション
変化により発生する輝度ムラを考慮したためである。つ
まり、このように設定することで、有効表示エリア近傍
のセル厚がこの部分以外のセル厚より僅かに大きくなる
ので、ガラス基板１・２の貼り合わせ時の加圧により、
表示エリア近傍のセル厚が薄くなって起こる、液晶の立
ち上がりの差による輝度ムラを確実に防ぐことができ
る。また、コンパクト化、薄型化が図られた液晶モジュ
ールの状態のとき、バックライトの光漏れによる輝度ム
ラ、及びバックライトの発熱による液晶層１２のレタデ
ーション変化により発生する輝度ムラを、有効表示エリ
ア近傍のセル厚がこの部分以外のセル厚より僅かに大き
いため起こる、液晶に印加電圧を加えた時の液晶の立ち
上がりの遅れと相殺して無くすことができる。

【００３１】以下、本実施の形態のＳＴＮカラー液晶表
示素子に係る実施例と、比較参照するための比較例を示
す。

【００３２】〔実施例１〕本発明の一実施例について図
５、図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００３３】本実施例に係るＳＴＮカラー液晶表示素子
は、図５に示すように、対向して配された一対のガラス
基板２１・２２を有しており、一方のガラス基板２１の
基板対向面には、カラーフィルタ層２３と、ブラックマ
スク３４とが同一面に形成され、それらを覆うようにオ
ーバーコート層２４が全面に形成され、さらにその上に
表示用電極２５ａと配向膜２６ａとが順に形成されてい
る。上記ブラックマスク３４は、樹脂からなるもので、
カラーフィルタ層２３と同じ膜厚で形成されている。他
方のガラス基板２２の基板対向面には、表示用電極２５
ｂ、絶縁膜２７、及び配向膜２６ｂが順に形成されてい
る。

【００３４】これら各種薄膜が形成された一対のガラス
基板２１・２２は、基板周辺部に配されたシール材２８
を介して貼り合わされており、シール材２８にはガラス
ビーズ２９が混合されている。そして、シール材２８で
囲まれたガラス基板２１・２２の間隙には、液晶が封入
されて液晶層３１が形成されると共に、液晶層スペーサ
である粒径６μｍのプラスチックビーズ３０が配設され
ている。

【００３５】そして、本実施例の液晶表示素子では、上
記シール材２８に混合されるガラスビーズ２９の粒径
を、前述の有限要素法による解析の結果を元に、有効表
示エリア内の各種薄膜の合計厚み（Ｂ＋Ｂ’＝４．２５
μｍ）−シール部に存在する各種薄膜の合計厚み（Ｃ＋
Ｃ’＝４．０μｍ）＋液晶層３１の厚み（Ａ＝５．９５
μｍ、貼り合わせ加圧時のプラスチックビーズの変形を
考慮しているので、初期プラスチックビーズの粒径より
小さい）を加えた６．２μｍに、さらに液晶モジュール
にした時のバックライトの光漏れによる輝度ムラ、及び
バックライトの発熱による液晶層のレタデーション変化
により発生する輝度ムラを考慮して０．１μｍ加えた
６．３μｍとし、シール材２８に対して１２Ｗｔ％で混
合した。

【００３６】上記のＳＴＮカラー液晶表示素子に対し
て、有効表示エリア近傍のセル厚を調べた。その結果、
図６に示すように、有効表示エリア近傍以外のセル厚よ
り、０．０５μｍ厚くなっていることがわかった。そし
て、このＳＴＮカラー液晶表示素子を液晶モジュールに
組み上げ点灯表示させると、有効表示エリア近傍に輝度
ムラのない均一な表示品位を得ることができた。また、
シール部のオーバーコート層２４の表面を走査型電子顕
微鏡等を用いて解析したところ、ガラスビーズ２９のめ
り込みは確認されなかった。

【００３７】〔実施例２〕本発明の他の実施例について
図７、図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。
尚、説明の便宜上、前記実施例にて示した部材と同一の
機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明
を省略する。

【００３８】本実施例に係るＳＴＮカラー液晶表示素子
は、図７に示すように、前述の図５に示した実施例１の
ＳＴＮカラー液晶表示素子と構造的には同じであり、た
だ、シール材２８に混合されるガラスビーズ２９の粒径
を、前述の実施例１のものよりさらに０．１μｍ大きい
（シミュレーション結果より０．２μｍ大きい）６．４
μｍとし、シール材２８に対して１２Ｗｔ％で混合し
た。

【００３９】上記のＳＴＮカラー液晶表示素子に対し
て、有効表示エリア近傍のセル厚を調べた。その結果、
図８に示すように、有効表示エリア近傍以外のセル厚よ
り、０．０８μｍ厚くなっていることがわかった。そし
て、このＳＴＮカラー液晶表示素子を液晶モジュールに
組み上げ点灯表示させると、有効表示エリア近傍に輝度
ムラのない均一な表示品位を得ることができた。また、
シール部のオーバーコート層２４の表面を解析したとこ
ろ、ガラスビーズ２９のめり込みは確認されなかった。

【００４０】〔実施例３〕本発明の他の実施例について
図９、図１０に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。尚、説明の便宜上、前記実施例にて示した部材と同
一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その
説明を省略する。

【００４１】本実施例に係るＳＴＮカラー液晶表示素子
は、図９に示すように、前述の図５に示した実施例１の
ＳＴＮカラー液晶表示素子とは、ブラックマスク３４の
材質とその膜厚が異なる。つまり、実施例１では、ブラ
ックマスク３４が樹脂性で、カラーフィルタ層２３と同
じ膜厚で形成されていたのに対し、本実施例の液晶表示
素子におけるブラックマスク３４は薄膜金属よりなり、
カラーフィルタ層２３より膜厚が薄く、そのため、シー
ル部の各種薄膜の厚みＣがその分薄くなっている。

【００４２】そして、本実施例の液晶表示素子では、シ
ール材２８に混合されるガラスビーズ２９の粒径を、前
述の有限要素法による解析の結果を元に、有効表示エリ
ア内の各種薄膜の合計厚み（Ｂ＋Ｂ’＝４．２５μｍ）
−シール部に存在する各種薄膜の合計厚み（Ｃ＋Ｃ’＝
２．６μｍ）＋液晶層３１の厚み（Ａ＝５．９５μｍ）
を加えた７．６μｍに、さらに液晶モジュールにした時
のバックライトの光漏れによる輝度ムラ、及びバックラ
イトの発熱による液晶層のレタデーション変化により発
生する輝度ムラを考慮して０．１μｍ加えた７．７μｍ
とし、シール材２８に対して１２Ｗｔ％で混合した。

【００４３】上記のＳＴＮカラー液晶表示素子に対し
て、有効表示エリア近傍のセル厚を調べた。その結果、
図１０に示すように、有効表示エリア近傍以外のセル厚
より、０．０５μｍ厚くなっていることがわかった。そ
して、このＳＴＮカラー液晶表示素子を液晶モジュール
に組み上げ点灯表示させると、有効表示エリア近傍に輝
度ムラのない均一な表示品位を得ることができた。ま
た、シール部のオーバーコート層２４の表面を解析した
ところ、ガラスビーズ２９のめり込みは確認されなかっ
た。

【００４４】〔実施例４〕本発明の他の実施例について
図１１、図１２に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。尚、説明の便宜上、前記実施例にて示した部材と同
一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その
説明を省略する。

【００４５】本実施例に係るＳＴＮカラー液晶表示素子
は、図１１に示すように、前述の図９に示した実施例３
のＳＴＮカラー液晶表示素子とは、カラーフィルタ層２
３の形成領域が異なる。つまり、実施例３では、シール
部にはカラーフィルタ層２３が形成されていなかったの
に対し、本実施例の液晶表示素子の場合、カラーフィル
タ層２３はシール部のブラックマスク３４の上にまで形
成されており、シール部の各種薄膜の厚みＣがその分厚
くなっている。

【００４６】そして、本実施例の液晶表示素子では、シ
ール材２８に混合されるガラスビーズ２９の粒径を、前
述の有限要素法による解析の結果を元に、有効表示エリ
ア内の各種薄膜の合計厚み（Ｂ＋Ｂ’＝４．２５μｍ）
−シール部に存在する各種薄膜の合計厚み（Ｃ＋Ｃ’＝
４．１μｍ）＋液晶層３１の厚み（Ａ＝５．９５μｍ）
を加えた６．１μｍに、さらに液晶モジュールにした時
のバックライトの光漏れによる輝度ムラ、及びバックラ
イトの発熱による液晶層のレタデーション変化により発
生する輝度ムラを考慮して０．１μｍ加えた６．２μｍ
とし、シール材２８に対して１２Ｗｔ％で混合した。

【００４７】上記のＳＴＮカラー液晶表示素子に対し
て、有効表示エリア近傍のセル厚を調べた。その結果、
図１２に示すように、有効表示エリア近傍以外のセル厚
より、０．０５μｍ厚くなっていることがわかった。そ
して、このＳＴＮカラー液晶表示素子を液晶モジュール
に組み上げ点灯表示させると、有効表示エリア近傍に輝
度ムラのない均一な表示品位を得ることができた。ま
た、シール部のオーバーコート層２４の表面を解析した
ところ、ガラスビーズ２９のめり込みは確認されなかっ
た。

【００４８】〔実施例５〕本発明の他の実施例について
図１３、図１４に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。尚、説明の便宜上、前記実施例にて示した部材と同
一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その
説明を省略する。

【００４９】本実施例に係るＳＴＮカラー液晶表示素子
は、図１３に示すように、前述の図５に示した実施例１
のＳＴＮカラー液晶表示素子とは、オーバーコート層２
４の形成領域が異なる。つまり、実施例１では、オーバ
ーコート層２４が、シール部にまで形成されていたのに
対し、本実施例のオーバーコート層２４はシール部まで
形成されておらず、オーバーコート層２４の膜厚分、シ
ール部の各種薄膜の厚みＣが薄くなっている。

【００５０】そして、本実施例の液晶表示素子では、シ
ール材２８に混合されるガラスビーズ２９の粒径を、前
述の有限要素法による解析の結果を元に、有効表示エリ
ア内の各種薄膜の合計厚み（Ｂ＋Ｂ’＝４．２５μｍ）
−シール部に存在する各種薄膜の合計厚み（Ｃ＋Ｃ’＝
２．０μｍ）＋液晶層３１の厚み（Ａ＝５．９５μｍ）
を加えた８．２μｍに、さらに液晶モジュールにした時
のバックライトの光漏れによる輝度ムラ、及びバックラ
イトの発熱による液晶層のレタデーション変化により発
生する輝度ムラを考慮して０．１μｍ加えた８．３μｍ
とし、シール材２８に対して１２Ｗｔ％で混合した。

【００５１】上記のＳＴＮカラー液晶表示素子に対し
て、有効表示エリア近傍のセル厚を調べた。その結果、
図１４に示すように、有効表示エリア近傍以外のセル厚
より、０．０５μｍ厚くなっていることがわかった。そ
して、このＳＴＮカラー液晶表示素子を液晶モジュール
に組み上げ点灯表示させると、有効表示エリア近傍に輝
度ムラのない均一な表示品位を得ることができた。ま
た、シール部のオーバーコート層２４の表面を解析した
ところ、ガラスビーズ２９のめり込みは確認されなかっ
た。

【００５２】〔実施例６〕本発明の他の実施例について
図１５ないし図１７に基づいて説明すれば、以下の通り
である。尚、説明の便宜上、前記実施例にて示した部材
と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、
その説明を省略する。

【００５３】本実施例に係るＳＴＮカラー液晶表示素子
は、図１５に示すように、前述の図５に示した実施例１
のＳＴＮカラー液晶表示素子と構造的には同じであり、
ただ、シール材２８に混合するガラスビーズ２９の粒径
を、シミュレーション結果の６．２μｍと同等の６．２
μｍとし、シール材２８に対して１２Ｗｔ％で混合し
た。

【００５４】このＳＴＮカラー液晶表示素子に対して、
有効表示エリア近傍のセル厚を調べた。その結果、図１
６に示すように、有効表示エリア近傍以外のセル厚とほ
ぼ同等で、０．０１μｍ薄くなっていることがわかっ
た。そして、このＳＴＮカラー液晶表示素子を液晶モジ
ュールに組み上げ点灯表示させると、有効表示エリア近
傍に図１７のような輝度ムラが若干発生した。また、シ
ール部のオーバーコート層２４の表面を解析したとこ
ろ、ガラスビーズ２９のめり込みは確認されなかった。

【００５５】〔比較例１〕前述の実施例１のＳＴＮカラ
ー液晶表示素子と同様の各種薄膜が形成された一対のガ
ラス基板２０・２１を、シール材２８に混合するガラス
ビーズ２９に粒径６．９μｍのものを用い、シール材２
８に対して４Ｗｔ％で混合して貼り合わせ、図１８に示
すＳＴＮカラー液晶表示素子を作製した。

【００５６】このＳＴＮカラー液晶表示素子に対して、
有効表示エリア近傍のセル厚を調べた。その結果、図１
９に示すように、有効表示エリア近傍以外のセル厚よ
り、０．０５μｍ薄くなっていることがわかった。そし
て、このＳＴＮカラー液晶表示素子を液晶モジュールに
組み上げ点灯表示させると、有効表示エリア近傍に図２
０のような輝度ムラが発生した。また、シール部のオー
バーコート層２４の表面を解析すると、０．４μｍのガ
ラスビーズ２９のめり込みが確認された。

【００５７】〔比較例２〕前述の比較例１のＳＴＮカラー液晶表示素子では、有効
表示エリア近傍のセル厚が有効表示エリア近傍以外のセ
ル厚より薄くなったので、これに対処するためシール材
２８に混合するガラスビーズ２９の粒径をさらに大きい
７．１μｍにして、図２１に示すＳＴＮカラー液晶表示
素子を作製した。

【００５８】このＳＴＮカラー液晶表示素子に対して、
有効表示エリア近傍のセル厚を調べた。その結果、図２
２に示すように、有効表示エリア近傍以外のセル厚よ
り、０．０５μｍ薄くなる部分や、０．１μｍ厚くなる
部分など不均一な状態となっていることがわかった。そ
して、このＳＴＮカラー液晶表示素子を液晶モジュール
に組み上げ点灯表示させると、有効表示エリア近傍に図
２３のような不均一な輝度ムラが発生した。また、シー
ル部のオーバーコート層２４の表面を解析すると、０．
６μｍのガラスビーズ２９のめり込みが確認された。

【００５９】〔比較例３〕前述の実施例３のＳＴＮカラ
ー液晶表示素子と同様の各種薄膜が形成された一対のガ
ラス基板２０・２１を、シール材２８に混合するガラス
ビーズ２９に粒径８．１μｍのものを用い、シール材２
８に対して４Ｗｔ％で混合して貼り合わせ、図２４に示
すＳＴＮカラー液晶表示素子を作製した。

【００６０】このＳＴＮカラー液晶表示素子に対して、
有効表示エリア近傍のセル厚を調べた。その結果、図２
５に示すように、有効表示エリア近傍以外のセル厚よ
り、０．０３μｍ薄くなっていることがわかった。そし
て、このＳＴＮカラー液晶表示素子を液晶モジュールに
組み上げ点灯表示させると、有効表示エリア近傍に図２
６のような輝度ムラが発生した。また、シール部のオー
バーコート層２４の表面を解析すると、０．４μｍのガ
ラスビーズ２９のめり込みが確認された。

【００６１】〔比較例４〕前述の実施例１のＳＴＮカラ
ー液晶表示素子と同様の各種薄膜が形成された一対のガ
ラス基板２０・２１を、シール材２８に混合するガラス
ビーズ２９に変えて、ヤング率４００ｋｇｆ／ｍｍ²、
粒径６．３μｍのプラスチックスペーサを用い、シール
材２８に対して１０Ｗｔ％で混合して貼り合わせＳＴＮ
カラー液晶表示素子を作成した。

【００６２】このＳＴＮカラー液晶表示素子に対して、
有効表示エリア近傍のセル厚を調べた。その結果、有効
表示エリア近傍のセル厚は、有効表示エリア近傍以外の
セル厚より、０．１０μｍとかなり薄くなっていること
がわかった。このことより弾性係数が不十分なプラスチ
ックスペーサでは貼り合わせ加圧時の圧力によりスペー
サが変形して、本発明で行ったシミュレーションにも一
致しないことがわかる。さらにプラスチックスペーサの
比重はガラスビーズより低く、１０Ｗｔ％はガラスビー
ズの２０Ｗｔ％に相当し、１個当たりのプラスチックス
ペーサに加わる加圧圧力を緩和するため割合を増やすこ
とは、シール材の混合時の作業性に不具合を生じむりで
あった。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明の液晶表示素子
は、各対向面に薄膜が形成された一対の基板が、基板周
辺部に配されたシール材を介して貼り合わされると共
に、シール材にて囲まれた基板間の間隙に液晶が封入さ
れ、上記シール材に基板間の間隔を保持するためのスペ
ーサが混合されている液晶表示素子において、上記スペ
ーサがガラス製の球状スペーサであると共に、シール材
に対するスペーサの割合が７〜２０Ｗｔ％さらに１０５
０〜３０００個／１ｍｍφであり、かつ、上記シール材
中の球状スペーサの粒径を、（液晶層の厚み）＋（有効
表示エリア内の各種薄膜の合計厚み）−（シール材が配
されているシール部に存在する各種薄膜の合計厚み）＋
（０．１〜０．２μｍ）とした構成である。

【００６４】これにより、めり込み量のバラツキに起因
した有効表示エリア外周部のセル厚のバラツキにより、
液晶に電圧を印加した場合に部分的に液晶の立ち上がり
のタイミングの差が発生して現れる、有効表示エリア近
傍の輝度ムラを抑制することができ、かつ、シール部の
剛性も高まるので、基板貼り合わせ時の加圧により、表
示エリア近傍のセル厚が薄くなって起こる、液晶の立ち
上がりの差による有効表示エリア近傍の輝度ムラも抑制
できる。さらに、これにより、有効表示エリア近傍のセ
ル厚がこの部分以外のセル厚より僅かに大きくなるの
で、基板貼り合わせ時の加圧により、表示エリア近傍の
セル厚が薄くなって起こる、液晶の立ち上がりの差によ
る輝度ムラを確実に防ぐことができる。加えて、コンパ
クト化、薄型化が図られた液晶モジュールの状態のと
き、バックライトの光漏れによる輝度ムラ、及びバック
ライトの発熱による液晶層のレタデーション変化により
発生する輝度ムラを、有効表示エリア近傍のセル厚がこ
の部分以外のセル厚より僅かに大きいため起こる、液晶
に印加電圧を加えた時の液晶の立ち上がりの遅れと相殺
して無くすことができる。

【００６５】その結果、均一な表示品位が得られ、本発
明の構成を採用することで、従来技術では実現できなか
った、表示品位の均一なＳＴＮカラー液晶表示素子を実
現できる。

【００６６】

【００６７】

【００６８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示すもので、本実施の
形態に係るＳＴＮカラー液晶表示素子の断面図である。

【図２】図１のＳＴＮカラー液晶表示素子の２次元解析
モデル図である。

【図３】有限要素解析により得られたガラス基板（上基
板）の貼り合わせ加圧時の変形状態を示す説明図であ
る。

【図４】シール材に混合するスペーサの割合をパラメー
タにした時の有効表示エリア近傍のセル厚変位量を示す
グラフである。

【図５】実施例１のＳＴＮカラー液晶表示素子の断面図
である。

【図６】図５のＳＴＮカラー液晶表示素子の有効表示エ
リア近傍のセル厚を示すグラフである。

【図７】実施例２のＳＴＮカラー液晶表示素子の断面図
である。

【図８】図７のＳＴＮカラー液晶表示素子の有効表示エ
リア近傍のセル厚を示すグラフである。

【図９】実施例３のＳＴＮカラー液晶表示素子の断面図
である。

【図１０】図９のＳＴＮカラー液晶表示素子の有効表示
エリア近傍のセル厚を示すグラフである。

【図１１】実施例４のＳＴＮカラー液晶表示素子の断面
図である。

【図１２】図１１のＳＴＮカラー液晶表示素子の有効表
示エリア近傍のセル厚を示すグラフである。

【図１３】実施例５のＳＴＮカラー液晶表示素子の断面
図である。

【図１４】図１３のＳＴＮカラー液晶表示素子の有効表
示エリア近傍のセル厚を示すグラフである。

【図１５】実施例６のＳＴＮカラー液晶表示素子の断面
図である。

【図１６】図１５のＳＴＮカラー液晶表示素子の有効表
示エリア近傍のセル厚を示すグラフである。

【図１７】図１５のＳＴＮカラー液晶表示素子におけ
る、有効表示エリア近傍の輝度ムラを示す説明図であ
る。

【図１８】比較例１のＳＴＮカラー液晶表示素子の断面
図である。

【図１９】図１８のＳＴＮカラー液晶表示素子の有効表
示エリア近傍のセル厚を示すグラフである。

【図２０】図１８のＳＴＮカラー液晶表示素子におけ
る、有効表示エリア近傍の輝度ムラを示す説明図であ
る。

【図２１】比較例２のＳＴＮカラー液晶表示素子の断面
図である。

【図２２】図２１のＳＴＮカラー液晶表示素子の有効表
示エリア近傍のセル厚を示すグラフである。

【図２３】図２１のＳＴＮカラー液晶表示素子におけ
る、有効表示エリア近傍の輝度ムラを示す説明図であ
る。

【図２４】比較例３のＳＴＮカラー液晶表示素子の断面
図である。

【図２５】図２４のＳＴＮカラー液晶表示素子の有効表
示エリア近傍のセル厚を示すグラフである。

【図２６】図２４のＳＴＮカラー液晶表示素子におけ
る、有効表示エリア近傍の輝度ムラを示す説明図であ
る。

【図２７】従来のＳＴＮカラー液晶表示素子の断面図で
ある。

【図２８】従来のＳＴＮカラー液晶表示素子における、
有効表示エリア近傍の輝度ムラを示す説明図である。

【図２９】従来のＳＴＮカラー液晶表示素子における、
シール部から有効表示エリア近傍にかけてのセル厚の挙
動を示す断面図である。

【図３０】従来の別のＳＴＮカラー液晶表示素子の断面
図である。

【図３１】液晶モジュールの断面図である。

【図３２】図３１のＳＴＮカラー液晶表示素子におけ
る、有効表示エリア近傍の輝度ムラを示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ガラス基板（基板）２ガラス基板（基板）３第１薄膜（薄膜）４第２薄膜（薄膜）５第３薄膜（薄膜）６第４薄膜（薄膜）７第５薄膜（薄膜）８第６薄膜（薄膜）９第７薄膜（薄膜）１０シール材１１シール部スペーサ（スペーサ）１２液晶層２１ガラス基板（基板）２２ガラス基板（基板）２３カラーフィルタ層（薄膜）２４オーバーコート層（薄膜）２５ａ表示用電極（薄膜）２５ｂ表示用電極（薄膜）２６ａ配向膜（薄膜）２６ｂ配向膜（薄膜）２７絶縁膜（薄膜）２８シール材２９ガラスビーズ（スペーサ）

フロントページの続き (72)発明者奥田徹大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者安武健司大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開平３−163418（ＪＰ，Ａ) 特開平１−234826（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−204231（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1339 500

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】各対向面に薄膜が形成された一対の基板
が、基板周辺部に配されたシール材を介して貼り合わさ
れると共に、シール材にて囲まれた基板間の間隙に液晶
が封入され、上記シール材に基板間の間隔を保持するた
めのスペーサが混合されている液晶表示素子において、上記スペーサがガラス製の球状スペーサであると共に、
シール材に対するスペーサの割合が７〜２０Ｗｔ％さら
に１０５０〜３０００個／１ｍｍφであり、かつ、上記シール材中の球状スペーサの粒径を、（液晶層の厚
み）＋（有効表示エリア内の各種薄膜の合計厚み）−
（シール材が配されているシール部に存在する各種薄膜
の合計厚み）＋（０．１〜０．２μｍ）としたことを特
徴とする液晶表示素子。