JP3368144B2 - 液晶素子 - Google Patents

液晶素子

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JP3368144B2 JP12764596A JP12764596A JP3368144B2 JP 3368144 B2 JP3368144 B2 JP 3368144B2 JP 12764596 A JP12764596 A JP 12764596A JP 12764596 A JP12764596 A JP 12764596A JP 3368144 B2 JP3368144 B2 JP 3368144B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶素子、特に液
晶の注入が均一に行なえるセル構成に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶素子は、液晶を駆動する電極の形成
された2枚の基板間に液晶を挟持し、その周囲をシール
剤(接着剤)で封止した構造が一般的であり、液晶は基
板間に注入により入れられている。
【0003】液晶注入法としては、2枚の基板を注入口
部分を残してシール剤で貼り合わせた空のセルの内部を
真空に引いた後、液晶を注入口に塗布し、セルを大気圧
中に戻すことで注入口に付着した液晶をセル内に押し込
む方法が一般的に行なわれている。
【0004】 しかしながら、注入口付近では液晶進入
速度が大きいため、パネルサイズが大きくなるに連れて
セル内の液晶が均一に進入しなくなる。この液晶の流れ
を制御する方法として、特開昭62−29988号公
報、特開平4−163424号公報等に、セル内の注入
口付近にシール剤で壁を形成して液晶の流れる方向を変
え、均一な注入を図る技術が開示されている。
【0005】また、特開平5−100235号公報に
は、基板上に画素電極の存在する領域と存在しない領域
とで液晶の進入速度が異なることから、画素電極の存在
しない領域にも画素電極と同様に液晶注入方向と同じ向
きのパターンを形成することで、液晶の進入速度を均一
化しようとする提案もなされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】注入時の液晶の進入速
度がセル内において極端に異なると、配向膜の表面状態
に差が生じ、液晶の配向状態に差が生じることになる。
また、カイラルスメクティック液晶、特に強誘電性液晶
を用いる場合は、基板間の間隔、特に、液晶層(セル内
の液晶の領域)の厚みが小さいため注入自体が困難であ
るだけでなく、液晶が最終的にはセル内で層構成をとる
ため、注入時の速度の違いによる液晶端面の乱れは配向
の乱れに結びつき易い。均一な配向、即ち良好な表示品
位を目指すために、スメクティック液晶、特にカイラル
スメクティック相を示す強誘電性液晶では均一な注入が
特に重要である。
【0007】従来の液晶セルへの液晶注入時の液晶の流
れを図3〜図6に示す。図中、1は液晶セル、2は液
晶、3は液晶の進入端面、6は注入口、8は一方の基板
側に形成された電極パターン、9は未注入部、11はシ
ール剤である。
【0008】特に、液晶の注入方向に垂直な方向に電極
8が形成された側の基板では、電極8に達するまで弧状
の進入した液晶2(図3)が、電極8に達すると、該電
極8の長手方向に沿って広がってしまう(図4及び図
5)ため、注入口6近傍に未注入部9が残ってしまうこ
とがあった(図6)。これは、液晶2の界面張力によっ
て、電極8の凹凸や、シール剤11に沿って液晶が進入
し易いためである。尚、これらの図において電極は注入
口付近のみ図示し、奥側は省略してある。
【0009】上記のようにして生じた未注入部9は、注
入時に圧力をかけるなどの処理を行なっても解消するこ
とが困難であり、この未注入部分からジグザグ形に液晶
の空隙部が成長するという欠陥(図7の10)の原因と
なる。これまで述べてきたような液晶の注入時の挙動
は、注入時の液晶とセル表面との界面張力が大きい程顕
著となる。
【0010】ところが、特開昭62−299818号公
報のように、シール剤で液晶の方向を変えるためのパタ
ーンを形成すると、液晶がシール剤パターン裏側へも回
り込まねばならず、空間的に無駄が多くなる。また粘性
の高い強誘電性液晶を用いる場合には、注入時間が大幅
に増加するだけでなく、制御用パターンの近傍で配向が
乱れてしまう。
【0011】また、特開平5−100235号のよう
に、表示領域外に液晶の注入方向と同じ向きに表示領域
(画素領域)と同じ電極パターンを形成した場合、液晶
の進入速度が一定となり、画素部とその他の部分で液晶
の注入速度が大きく異なるといったことはなくなる。し
かしながら、界面張力によってシール剤に接した部分の
液晶の速度が速いため、液晶の進入端面が両端に持ち上
がった弧状となってしまい、セルの最奥部において配向
の不均一な部分が形成され易いことがある。
【0012】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その課題とするところは、液晶注入が均一になさ
れ、全面に亙って均一な配向状態を呈する液晶素子、及
びその製造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶素子の特徴
は、夫々ストライプ状の電極を備え、一定距離を隔てて
対向配置された一対の基板間において、基板の周縁部に
設けられたシール剤に囲まれた領域に液晶を挟持してな
り、所定面積の有効光学変調領域及び該領域外に位置す
る周辺領域を有する液晶素子であって、少なくとも一方
の基板上において、電極が液晶の注入方向に対して垂直
方向に形成されており、該基板上の周辺領域であり前記
シール剤が選択的に設けられていない液晶注入口近傍
に、液晶の注入方向に対して垂直方向に、高さが液晶層
の厚みより低いパターンが形成され、該パターンが、複
数の平行な帯状ライン及び該ライン間の間隙から構成さ
れ、該ラインの長さが、液晶の注入方向に形成されてい
る2本のシール剤間の長さよりも短く、且つ、液晶注入
口から有効光学変調領域に向かって長くなることにあ
る。
【0014】
【0015】本発明は、上記構成をとることにより、液
晶の進入速度、方向を調整し、均一な注入を実現したも
のである。
【0016】尚、本発明における有効光学変調領域と
は、表示素子で言えば、多数の画素を含み駆動信号の印
加によって当該画素の透過率を制御し表示を行なう表示
領域であり、非表示素子で言えば、駆動信号に応じて光
学変調を行なう領域である。
【0017】本発明において周辺領域とは、有効光学変
調領域の少なくとも一部(有効光学変調領域が四辺形の
場合、その少なくとも一辺)に接する外側の領域であっ
て、光学変調に直接的に寄与しない領域に相当する。具
体的には、表示素子における表示領域の周囲(通常では
四方)を囲む表示には直接寄与しない領域に相当する。
【0018】また、本発明において、周辺領域であり且
つ液晶注入口近傍とは、有効光学変調領域外であって注
入口が存在する側(有効光学変調領域が四辺形の場合、
注入口が設けられる辺)の領域全体を指す。
【0019】また、本発明における液晶層の厚みとは、
基板間の液晶が注入されるスペースの実質的な距離、即
ち両基板において、電極や種々の機能を有する膜が形成
されている場合、夫々のギャップにおける液晶層領域の
基板法線方向の最短距離を表わし、スペーサ部材等で制
御及び規定され得る。さらに、パターンの高さとは、液
晶注入口近傍に設けられるラインとスペースから構成さ
れるパターンにおけるラインの基板法線方向の実質的長
さを指す。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明の液晶素子は、少なくとも
一方の基板において液晶注入口(液晶注入後は封止され
ている)付近であって液晶注入進行方向と垂直方向に長
手方向を有する形状で設けられるパターンを有する点で
最も特徴的である。
【0021】本発明の液晶素子において、液晶注入口近
傍に設けられるパターンを構成するラインの長さ、幅、
厚み、間隔については、用いる液晶材料の物性やセルギ
ャップ等に応じて設計され得る。
【0022】本発明において、上記パターンを形成する
材質としては、従来の液晶素子の製造工程で形成され、
パターニングされるものが、工程数が増えない点から好
ましく、カラーフィルター、透明電極、金属配線等が考
えられる。ここで、パターンの高さが高すぎると液晶進
入方向に垂直な方向の速度が大きくなり過ぎ、液晶進入
方向に平行に電極が形成された対向基板の画素内に、液
晶が充分に注入されないことがある。そこで、このパタ
ーンの高さはセルギャップ(液晶層の厚み)の1/10
〜1/100程度が好ましく、例えばセルギャップが
0.5〜2.5μm程度の強誘電性液晶パネルの場合
は、200〜1000Å程度であり、透明電極材料のI
TOで形成することができる。また、セルギャップが大
きい場合は、セルギャップに応じてITO膜だけでな
く、透明電極の抵抗を下げるための金属配線(厚さ50
0〜2000Å)を形成する膜を重ねることでもパター
ンの厚さを調整することができる。
【0023】パターンの形状は、液晶を周辺領域の注入
口近傍で進入方向と垂直に広げるため、液晶の進入方向
に対して垂直な帯状である。パターン(ライン)の長さ
は、後述するような液晶注入方向に形成された両側のシ
ール剤に接触しない範囲で設定される。また、シール剤
に接する部分は液晶の速度が速くなるため、パターンが
注入口に近い位置でシール部に達する程の長さが有る
と、シール部のみ突出した端面になり易い。従って、パ
ターンの長さは注入口側付近では短く、奥にゆくに従っ
て(有効光学変調領域に向かって)長くしてゆく。具体
的には、最も注入口側において、注入口の幅と同様ない
しはこれより若干(数10μm程度)長い注入口の全幅
以上に亙って1本以上のラインを設け、当該ラインの両
端部を基準に、液晶注入方向に形成された両側のシール
剤までの長さを1/nずつ区切った地点を両端とするよ
うな幅で1本ずつないしは2〜5本を1セットとして、
有効光学変調領域に向かって順次長さを変化(増加)さ
せることができる(図2のパターン5参照)。パターン
(ライン)の幅、間隔等を設計するに当たっては、液晶
の進入方向と進行速度が最適になるように、液晶の物性
・配向膜との界面張力などを考慮する必要がある。具体
的には、幅は有効光学変調領域における駆動電極の幅と
同様なしいはそれ以上であり、例えば10μm程度〜数
百μm程度とする。また、間隔については、注入口付近
の液晶進入速度を促進するべく駆動電極の間隔の幅より
大きくその3倍〜20倍とする。また、カラーフィルタ
ーはどちらの基板に形成しても良い。
【0024】また、加熱下における注入の結果、液晶材
料と基板材料との熱膨張率の違いから、注入後長時間放
置して冷却されると、シール部近傍に空隙が発生する場
合があり、該空隙を起点として表示領域に向かって空隙
部が延長した欠陥が生じる場合があるが、本発明におい
ては、パターンの存在によって該空隙部の延長を防ぐこ
とができる。
【0025】
【実施例】[参考例1] 液晶が注入されるべき方向に垂直な方向に電極が形成さ
れる基板の注入口となる領域の近傍であってその内側
に、透明電極8(ITO、厚さ700Å)形成時に、図
1に示すようにセル幅一杯のITOのストライプパター
ン5を透明電極8と同様の厚さで形成した。尚、かかる
ストライプパターン5の各ラインの長さは、後述する液
晶が注入され進行するべき方向に形成されるシール剤1
1が形成される位置の幅より短い。また、ストライプパ
ターン5は素子内において有効光学変調領域に相当しな
い領域に配される。当該実施例では、パターン5の各ラ
イン(3本)の長さは220mm、幅約0.8mm、ラ
イン間の間隔は約1mmとし、パターン5の有効光学変
調領域及び注入口との間隔は夫々約3mmとした。この
電極8上には具体的には各電極のストライプを選択的に
被覆するようなパターンで電極の抵抗を下げるための金
属配線(Al、1000Å)を形成し、更に上下基板
(電極)間のショート防止用の絶縁層(Ta25、約
0.1μm)、配向膜のポリイミド膜(約200Å)を
形成後、該ポリイミド膜をラビング処理した。
【0026】他方の基板に液晶注入方向と平行にITO
で電極を形成し、抵抗を下げるための金属配線を形成し
た。更に上記基板と同様に、絶縁層、配向膜を形成し、
ラビング処理を施した。
【0027】一方の基板にシール剤11を図1に示すよ
うな形状で描画し、基板にセル間隔を保持するためのス
ペーサ(直径1.1μm)を散布した後、もう1枚の基
板と貼り合わせて空のセルを作製した。
【0028】真空槽中でセルを真空引きし、注入口に降
温下でアイソトロピック相、コレステリック相、スメク
ティックA相、カイラルスメクティック相を示す強誘電
性液晶をつけた状態で真空槽から出して、液晶をセル中
へ押し込んだ。尚、液晶の粘性を小さくして流れ易くす
るため、注入は加熱したアイソトロピック相の状態で行
なった。
【0029】液晶は注入口近傍で横方向に広がり、シー
ル部近傍で速度がやや速くなったが、均一に注入されて
おり、注入口近傍に未注入部は見られなかった。シール
部近傍での速度が速くなったためか、セル奥部に少し配
向の乱れが見られた。
【0030】また、液晶注入口を封止した後、得られた
液晶パネルを長時間放置した後、液晶とセルの膨張率の
違いから生じたと考えられる空隙(欠陥)が注入口から
伸びてきたが、このパターン5のところで進行が止ま
り、表示領域の欠陥とはならなかった。
【0031】[参考例] 注入口部のITOパターン(ストライプパターン5)を
除いた他は参考例1と同様にセルを作製し、液晶を注入
した。液晶の進入速度が中央部と両端部で速く、セルの
注入口付近のシール部に接して未注入部が生じた。注入
口を封止した後、冷却すると未注入部からジグザグ状の
空隙部が表示面内まで伸びた。
【0032】さらに本パネルを長時間放置しておくと、
液晶とセルの膨張率の違いから生じたと考えられる空隙
(欠陥)が、注入口側から表示領域に侵入した。
【0033】[実施例] 液晶が注入され進行する方向と垂直な方向に延びる表示
電極を形成した一方の基板の表示領域外であって、液晶
の注入口となるべき領域の近傍に図2のように注入口か
ら表示領域に向かって長さが変化する3本のラインから
なるストライプパターン5を透明電極のパターニング工
程において同時に設けた。尚、ストライプパターン5の
各ラインの長さは、いずれも液晶が注入され、進行する
べき方向のシール剤が形成される位置の幅より短い。表
示電極上のみに金属配線を形成し、5のストライプパタ
ーン上には該金属配線を形成しなかった。更に、参考
1と同様に、この上に絶縁層、配向膜を形成し、ラビン
グ処理を施した。尚、ストライプパターン5、表示電
極、金属配線等の厚みも実施例1と同様である。パター
ン5の各ラインの長さは、液晶注入口側から140m
m、180mm、220mmとし、各ラインの幅は約
0.8mm、ラインの間隔は約1mmとした。最も注入
口側のラインと注入口の間隔は約3mm、最も有効光学
変調領域に近いラインと、当該領域との間隔は約3mm
とした。また、3本の各ラインの夫々を更に幅の小さい
2〜5本の複数の同じ長さのラインとし、これら2〜5
本のラインをセットとしてかかるセット毎に順次長さを
変化させても良い。
【0034】他方の基板に、先ずR、G、Bのカラーフ
ィルターを形成した後、平坦化層を重ね、その上にIT
Oで注入方向と平行な表示電極を形成した。さらにこの
上に絶縁層、配向膜を形成し、ラビング処理を施した。
【0035】一方の基板にシール剤11を印刷した後、
貼り合わせて空のセルを作製し、参考例1と同様に液晶
を注入した。液晶は、表示電極8に達する前から、IT
Oパターン5で横方向に広がったが、奥へ向かう方向へ
の速度も充分に速かったため、セル両端のシール近傍の
み突出して液晶が進入することもなく、シール剤11の
領域内で液晶進行方向と垂直な方向に一様な液面を維持
しながらパネルの奥まで注入することができた。このパ
ネルの配向状態を観察したところ、セル奥部でも乱れは
見られなかった。
【0036】[参考例] 図2のITOパターン5上に、金属配線(Al、100
0Å)も重ねて形成した他は、実施例と同様にセルを
作製した。液晶を注入したところ、セルの奥への進入速
度に対して横方向への進入速度が大きく、注入口付近の
対向基板の配線部近傍に、注入時の速度が速過ぎたため
に生じたと考えられる配向の乱れが見られ、セル奥部に
液晶進入の不均一が原因と見られる配向の乱れが若干見
られた。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
注入時間を大幅に増加させることなく、液晶の注入速度
や方向を制御し、未注入部や配向の乱れのない注入が可
能となり、欠陥や配向不良のないパネルを得ることがで
きる。
【0038】更に、本発明にかかる帯状パターンによ
り、液晶材料と基板材料との熱膨張率の違いから液晶注
入後長時間放置で生じる空隙部の進行を防止し、表示領
域への欠陥の進入を防止することができる。また、この
空隙部の進行を抑えるためには、上記帯状パターンが複
数本ある方が効果的であった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1の参考例の説明図である。
【図2】本発明第の実施例の説明図である。
【図3】従来の液晶注入時の液晶の流れの説明図であ
る。
【図4】従来の液晶注入時の液晶の流れの説明図であ
る。
【図5】従来の液晶注入時の液晶の流れの説明図であ
る。
【図6】従来の液晶注入時の液晶の流れの説明図であ
る。
【図7】従来の液晶パネルの液晶注入における欠陥を示
す図である。
【符号の説明】
1 液晶セル 2 液晶 3 液晶の進入端面 5 ITOパターン 6 注入口 8 電極 9 未注入部 10 空隙(欠陥) 11 シール剤
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−232482(JP,A) 特開 平5−333347(JP,A) 特開 平5−100235(JP,A) 特開 昭62−245220(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1341

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 夫々ストライプ状の電極を備え、一定距
    離を隔てて対向配置された一対の基板間において、基板
    の周縁部に設けられたシール剤に囲まれた領域に液晶を
    挟持してなり、所定面積の有効光学変調領域及び該領域
    外に位置する周辺領域を有する液晶素子であって、 少なくとも一方の基板上において、電極が液晶の注入方
    向に対して垂直方向に形成されており、該基板上の周辺
    領域であり前記シール剤が選択的に設けられていない液
    晶注入口近傍に、液晶の注入方向に対して垂直方向に、
    高さが液晶層の厚みより低いパターンが形成され、 該パターンが、複数の平行な帯状ライン及び該ライン間
    の間隙から構成され、 該ラインの長さが、液晶の注入方向に形成されている2
    本のシール剤間の長さよりも短く、且つ、液晶注入口か
    ら有効光学変調領域に向かって長くなることを特徴とす
    る液晶素子。
  2. 【請求項2】 前記ラインの幅は前記電極の幅以上であ
    り、ライン間の間隙は前記電極の間隙の3〜20倍であ
    る請求項1に記載の液晶素子。
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