JPH04163526A - 液晶表示素子及びその製造方法並びに液晶表示素子用ガラススペーサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液晶表示素子及びその製造方法並びに液晶表
示素子用ガラススペーサに関する。

従来の技術 従来、第４図のように２枚のガラス基板の間隙にボール
状のスペーサ１９を入れて間隙を均一に保つ方法が用い
られており、その間隙によって液晶表示素子の表示品質
が大きく左右されていた。

（特開昭６２−９０６２２号公報、または特開昭６２−
６６２２８号公報）。

養秦咎 従来例を第４図に示した。第４図のように、透明ガラス
基板１６と１７の間にスペーサ１９としてガラスの球粒
子を配置し、それ以外は第２図と同じ構成であった。こ
のような構成からなる表示素子は、表示面に目で見える
大きさにガラスの球粒子が凝集したり、表示素子の組み
立て工程での外圧によってガラスの球粒子が移動して表
示ムラがあり、また電圧無印加時にスペーサ部分で光が
もれて、表示ムラの発生やコントラストの低下が起こり
表示品質が悪かった。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、間隙を均一に保つためにスペーサを入れ
る従来の方法は、ボール状あるいはファイバ状のスペー
サをばらまくという方法で行なわれていたので、スペー
サの密度がばらついて間隙が不均一になったり、スペー
サと画素を構成する電極と重なったりして表示品質が低
下していた。

さらには、液晶表示素子の大容量化・高品質化が求めら
れるにつれ、電圧無印加時にスペーサ部分で光がもれて
、表示ムラの発生やコントラストの低下が起こっていた
。

課題を解決するための手段 本発明は前記課題を解決するために、透明なガラス基板
の少なくとも一方の基板上に、遮光性もしくは不透明性
を有したガラスのスペーサを形成した液晶表示素子、プ
レス成形用金型により遮光性もしくは不透明性を有した
ガラスを熱間プレスで透明なガラス基板にスペーサを成
形した液晶表示素子の製造方法、微細結晶が分散した液
晶表示素子用ガラススペーサ、及び着色材を含んだ液晶
表示素子用ガラススペーサを提供するものである。

作用 本発明の液晶表示素子は、所望のスペーサ形状に加工し
たプレス成形用金型を用いて遮光性もしくは不透明性を
有したガラスを熱間プレスすることによって、透明なガ
ラス基板の少なくとも一方の基板上に遮光性もしくは不
透明性を有したガラススペーサを均一、大面積に形成す
ることができる。すなわち、本発明の液晶表示素子では
、電圧無印加時にスペーサ部分に入射する光は、遮光性
もしくは不透明性を有したガラススペーサで遮光または
減衰され、光のもれが防止される。また、ラビングなど
の配向工程や組み立て工程中に外的圧力が加わっても、
スペーサが液晶表示素子の間隙を移動しないので、スペ
ーサの配置密度が変化しない。本発明の液晶表示素子の
製造方法によって、高精度なスペーサをガラス基板上に
繰り返し形成することができる。従って本発明によって
、表示ムラがなく、コントラストが高く、表示品質が極
めて優れたデイスプレィを低コストで製造することがで
きる。

実施例 以下に本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する
。

実施例１゜ 第１図は本発明に用いたプレス成形用金型の断面図であ
る。プレス成形用金型の母材ｌとして超硬合金（ＷＣ−
５ＴｉＣ−８Ｃｏ）を５０ｍｍ＊４０ｍｍ＊１０閣角の
平板に切断し、超微細なダイヤモンド粉末を用いてラッ
ピング及びポリッシングして、表面の表面粗さ（ＲＭＳ
）が約３ｎｍの鏡面にした。

この上に、紫外線硬化型のフォトレジストをスピナーに
より７μｍの膜厚で塗布し、第１図に示すような円柱状
の形状で直径５μｍ、ピッチ０．２ｍにフォトリングラ
フィによりパターニングした。

これをさらにＥＣＲイオンシャワーエツチング装置で均
一にエツチングして深さ３μｍ、直径５μｍの円柱状の
凹み３を形成した。この上にスパッタ法で白金−イリジ
ウム−オスミウム合金（ｐｔ−Ｉｒ−Ｏｓ）の薄膜２を
被覆して、プレス成形用金型とした。

第２図は本発明の液晶表示素子の断面図である。

第２図において、１７は表面を研磨した透明ガラス基板
（４０ｍｍ　＊　３０ｍｍ　＊　１．１　ｍｍ）であり
、シリカ（ＳｉＯ□）３０重量パーセント、酸化バリウ
ム（Ｂａｄ）５０重量パーセント、ホウ酸（Ｂ　２０３
　）１５重量パーセント、酸化ナトリウム（Ｎ　ａ　ｚ
ｏ　）　３重量パーセント、残部が微量成分からなるホ
ウケイ酸バリウムガラスであった。スペーサとして、酸
化鉛（ＰｂＯ）７６重量パーセント、酸化亜鉛（ＺｎＯ
）１０重量パーセント、ホウ酸（Ｂｚ０３）１０重量パ
ーセント、シリカ（ＳｉＯ□）２重量パーセント、酸化
バリウム（ＢａＯ）２重量パーセントのガラスで、直径
４μｍの球状のものを用いた。スペーサを前述のプレス
成形用金型の円柱状の凹み３に分散させたあと、窒素雰
囲気中で金型温度４５０°Ｃ１加熱時間１時間の条件で
加熱した。

その結果ガラスのスペーサは結晶化して白濁し、約０．
５μｍの結晶が分散していることがＳＥＭ（走査型電子
顕微鏡）観察された。このようなスペーサを含んだプレ
ス成形用金型と透明ガラス基板１７とを接触させた状態
で、窒素ガスを毎分２０すツター流した雰囲気に保持し
た成形機内で熱間でプレス成形した。プレス成形条件は
金型温度３５０°Ｃ、プレス圧力３０ｋｇ／Ｃ１１ｌ、
プレス時間１分であった。プレス成形後プレス成形用金
型とともに２００°Ｃまで徐冷して成形機から取り出し
た。スペーサ１２を形成した透明ガラス基板１７に、イ
ソプロピルアルコールにＳｉｎ、を少量混入した溶液を
塗布し、これを約３８０°Ｃで焼成して厚みが約０．１
μｍのアルカリ溶出防止層（不図示）を形成した。

第２図のように、透明ガラス基板１６と１７にそれぞれ
透明電極１４及び１５としてＩＴＯを蒸着により形成し
、これをフォトリングラフィによりパターニングした。

次にその上にポリイミドをコーティングして配向膜１３
ａ及び１３ｂを形成した。配向膜１３ａ及び１３ｂをラ
ビングにより配向処理し、ラビング軸が直交するように
透明ガラス基板１６と１７を組み立て、その隙間にはＴ
Ｎモードの液晶材料１１を注入充填した。また透明ガラ
ス基板１６と１７の他方の面に偏光板１８ａ、１８ｂを
貼つけ、液晶表示素子とした。

本発明の液晶表示素子は、スペーサ１２がフォトリング
ラフィによりパターニングした凹み３を有したプレス成
形用金型でプレス成形することによって、均一な密度で
かつ均一の高さのスペーサ１２をガラス基板上に形成す
ることができるため、表示素子の全面にわたって均一な
間隙が得られた。

電圧無印加時においてスペーサ部分に入射する光は、ス
ペーサで遮光され、光のもれを防止することができた。

また、スペーサ１２は透明ガラス基板１７の上に直接形
成されているため、液晶表示素子の組み立て工程での外
圧によってもスペーサ１２が移動しない。したがって電
極が傷ついたり、間隙が変化することがないので、表示
ムラがなく、コントラストが高く、表示品質が優れた液
晶表示素子を得ることができた。

実施例２゜ プレス成形用金型の母材１としてオーステナイト鋼（Ｓ
　Ｕ　５３１６）を５０＋ｍ　＊　４０ａａ　＊　ｌＱ
ｍ角の平板に切断し、超微細なダイヤモンド粉末を用い
てラッピング及びポリツシングして、表面の表面粗さ（
ＲＭＳ）が約３ｎｍの鏡面にした。この上に、紫外線硬
化型のフォトレジストをスピナーにより６μｍの膜厚で
塗布し、第１図に示すような角柱状の形状で５μｍ角、
ピッチ０．５ｍｍにフォトリングラフィによりパターニ
ングした。これをさらにＥＣＲイオンシャワーエツチン
グ装置で均一にエンチングして深さ３μｍ、　５μ輪角
の角柱状の凹み３を形成した。これを先端が鋭く尖った
超微細なダイヤモンドバイトで鋸歯状（深さ０．１５μ
ｍ、ピッチ０．８５μａ＋）に加工した。この上にスパ
ッタ法でロジウム−金−タングステン合金（Ｒｈ　−Ａ
　ｕ　−Ｗ）の薄膜２を被覆して、プレス成形用金型と
した。

第３図は本発明の液晶表示素子の断面図である。

第３図において、１７は表面を研磨した透明ガラス基板
（４０ａａ　＊　３０ａ＋ａ＋　＊　１．１　ｗｔａ　
）であり、ジルコニア（ＺｒＯ□）８重量パーセント、
酸化ランタン（Ｌ　ａ　ｚｏ：＋）　３０重量パーセン
ト、ホウ酸（Ｂ　ｚ　Ｏｘ　）４２重量パーセント、酸
化カルシウム（ＣａＯ）５重量パーセント、酸化ナトリ
ウム（Ｎ　ａ　ｚ　Ｏ）　４重量パーセント、残部が微
量成分からなるランクン系ガラスであった。スペーサと
して、シリカ（ＳｉＯ□）５０重量パーセント、酸化ナ
トリウム（ＮａｚＯ）１５重量パーセント、酸化カリウ
ム（Ｋ２Ｏ）５重量パーセント、酸化亜鉛（ＺｎＯ）５
重量パーセント、ホウ酸（ＢＺＯ’り　１５重量パーセ
ント、着色材としてセレンとコバルトを０．４％を配合
したガラスで、直径４μ−の球状で黒色のものを用いた
。スペーサを前述のプレス成形用金型の角柱状の凹み３
に分散させたあと、透明ガラス基板１７とを接触させた
状態で、前述のプレス成形用金型を用いて、窒素ガス２
０リツタ一／分、水素ガス１リツタ一／分の割合で混合
した雰囲気に保持した成形機内で熱間でプレス成形して
スペーサ１２と鋸歯状のグレーティングとを形成した。

プレス成形条件は金型温度６８０°Ｃ１プレス圧力１０
ｋｇ／ｄ、プレス時間２分であった。プレス成形後プレ
ス成形用金型とともに４００°Ｃまで徐冷して成形機か
ら取り出した。スペーサ１２と鋸歯状のグレーティング
とを形成した透明ガラス基板１７に、シリカ（Ｓ　ｉＯ
ｘ　）　６０重量パーセント、酸化バリウム（Ｂａｄ）
２３重量パーセント、ホウ酸（Ｂ２０３）５重量パーセ
ント、アルミナ（Ａ　ｌ　２０：ｌ）　１０重量パーセ
ント、残部が微量成分からなるホウケイ酸バリウムガラ
スをターゲットとして高周波スパッタリング法でＲＦ電
力５００Ｗ、基板温度３００°Ｃ、アルゴンガス圧１ｘ
ｌＯ−２の製膜条件で、厚みが約０．２μｍのアルカリ
溶出防止層（不図示）を形成した。

第３図のように、透明ガラス基板１６と１７にそれぞれ
透明電極１４及び１５としてＩＴＯを蒸着により形成し
、これをフォトリングラフィによりバターニングした。

次に透明ガラス基板１６の上にポリイミドをコーティン
グして配向膜１３ａを形成した。

配向膜１３ａをラビングにより配向処理し、ラビング軸
が直交するように透明ガラス基板１６と１７を組み立て
、その隙間にはＳＴＮモードの液晶材料１１を注入充填
した。また透明ガラス基板１６と１７の他方の面に偏光
板１８ａ、１８ｂを貼つけ、液晶表示素子とした。

本発明の液晶表示素子は、スペーサ１２がフォトリング
ラフィによりバターニングした凹み３を有したプレス成
形用金型でプレス成形することによって、均一な密度で
かつ均一の高さのスペーサ１２をガラス基板上に形成す
ることができるため、表示素子の全面にわたって均一な
間隙が得られた。

電圧無印加時においてスペーサ部分に入射する光は、黒
色に着色したスペーサで遮光され、光のもれを防止する
ことができた。また、スペーサ１２は透明ガラス基板１
７の上に直接形成されているため、液晶表示素子の組み
立て工程での外圧によってもスペーサ１２が移動しない
。したがって電極が傷ついたり、間隙が変化することが
ないので、表示ムラがなく、コントラストが高く、表示
品質が優れた液晶表示素子を得ることができた。

実施例３゜ プレス成形用金型の母材１としてサーメット（ＴｉＣ−
１０Ｍｏ−９Ｎｉ）を５０ｍｍ　＊　４０ｍｍ　＊　１
０ｍｍ角の平板に切断し、超微細なダイヤモンド粉末を
用いてラッピング及びポリッシングして、表面の表面粗
さ（ＲＭＳ）が約２ｎｍの鏡面にした。この上に、紫外
線硬化型のフォトレジストをスピナーにより８μｍの膜
厚で塗布し、第１図に示すような円柱状の形状で直径５
μ僧、ピッチ０．２閣にフォトリングラフィによりバタ
ーニングした。これをさらにＥＣＲイオンシャワーエツ
チング装置で均一にエツチングして深さ４μｍ、直径５
μｍの円柱状の凹み３を形成した。この上にスパッタ法
で白金−タンタル−レニウム合金（ＰＬ−Ｔａ　−Ｒｅ
）の薄膜２を被覆して、プレス成形用金型とした。

第２図は本発明の液晶表示素子の断面図である。

第２図において、１７は表面を研磨した透明ガラス基板
１２（コーニング７０５９．４０ｍｍ　＊　３０ｍｍ　
＊　１．１　ｍ　）であった。スペーサとして、シリカ
（Ｓｉｎｇ）８５重量パーセント、酸化リチウム（Ｌｉ
ｚＯ）１０重量パーセント、酸化カリウム（Ｋ、Ｏ）２
重量パーセント、酸化アルミニウム（ＡＩｔｏ３）３重
量パーセント、酸化セリウム（ＣｅＯ□）　０．０２重
量パーセント、酸化銀（Ａ　ｇ　ｚ　Ｏ）　０．００５
０５重量パーセントラスで、直径４μｍの球状のものを
用いた。スペーサを前述のプレス成形用金型の円柱状の
凹み３に分散させたあと紫外線を照射した。

窒素雰囲気中で４５０°Ｃまで昇温しで銀のコロイドを
析出させたあと、金型温度５５０°Ｃ１加熱時間１時間
の条件で加熱した。その結果ガラスのスペーサは結晶化
して白濁し、約０．３μ彌の結晶が分散していることが
ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察された。このようなス
ペーサを含んだプレス成形用金型と透明ガラス基板１７
とを接触させた状態で、前述のプレス成形用金型を用い
て、ヘリウムガス２０リツター／分、二酸化炭素ガス２
リツタ一／分の割合で混合した雰囲気に保持した成形機
内で熱間でプレス成形してスペーサ１２を形成した。プ
レス成形条件は金型温度７９０°Ｃ、プレス圧力８０ｋ
ｇ／ｄ、プレス時間２分であった。プレス成形後プレス
成形用金型とともに４００’Ｃまで徐冷して成形機から
取り出した。

第２図のように、透明ガラス基板１６と１７にそれぞれ
透明電極１４及び１５としてＩＴＯを蒸着により形成し
、これをフォトリングラフィによりパターニングした。

次にその上にポリイミドをコーティングして配向膜１３
ａ及び１３ｂを形成した。配向膜１３ａ及び１３ｂをラ
ビングにより配向処理し、ラビング軸が直交するように
透明ガラス基板１６と１７を組み立て、その隙間にはＴ
Ｎモードの液晶材料１１を注入充填した。また透明ガラ
ス基板１６と１７の他方の面に偏光板１８ａ、１８ｂを
貼つけ、液晶表示素子とした。

本発明の液晶表示素子は、スペーサ１２がフォトリング
ラフィによりバターニングした凹み３を有したプレス成
形用金型でプレス成形することによって、均一な密度で
かつ均一の高さのスペーサ１２をガラス基板上に形成す
ることができるため、表示素子の全面にわたって均一な
間隙が得られた。

電圧無印加時においてスペーサ部分に入射する光は、ス
ペーサで遮光され、光のもれを防止することができた。

また、スペーサ１２は透明ガラス基板１７の上に直接形
成されているため、液晶表示素子の組み立て工程での外
圧によってもスペーサ１２が移動しない。したがって電
極が傷ついたり、間隙が変化することがないので、表示
ムラがな（、コントラストが高く、表示品質が優れた液
晶表示素子を得ることができた。

なお本発明の液晶表示素子及びその製造方法並びに液晶
表示素子用ガラススペーサにおいて、ガラススペーサの
形状やその組成、プレス成形条件（温度と時間と圧力と
雰囲気）、アルカリ溶出防止層の有無、プレス成形用金
型母材やそれに被覆する薄膜組成、透明ガラス基板の形
状やその組成、表示素子の表示原理や素子構成等は、本
実施例に限定されるものではない。

プレス成形用金型に被覆する薄膜は、透明ガラス基板と
反応あるいは融着しない貴金属、タングステン、タンタ
ル、レニウム、ハフニウムの単体あるいはそれらの合金
であることが望ましい。また透明ガラス基板とこれらの
薄膜とが反応あるいは融着しない雰囲気は、窒素、アル
ゴン、ヘリウム等の不活性ガス、およびこれらの不活性
ガスに水素、あるいは−酸化炭素、二酸化炭素の炭素酸
化物、メタン、エタン、エチレン、トルエン等の炭化水
素類、トリクロロエチレン、トリクロルトリフルオルエ
タン等のハロゲン化炭化水素類、エチレングリコール、
グリセリン等のアルコール類、！−１１３、Ｆ−１１等
のフルオロカーボン類を適宜混合した非酸化性雰囲気で
あることが望ましい。

これらの雰囲気あるいはプレス成形条件（温度と時間と
圧力）は、透明ガラス基板やガラススペーサの組成、プ
レス成形用金型に被覆する薄膜組成、あるいは液晶表示
素子の形状等の条件によって適宜選択する。

発明の詳細 な説明したように、本発明の液晶表示素子は、所望のス
ペーサ形状に加工したプレス成形用金型を用いて遮光性
もしくは不透明性を有したガラスを熱間プレスすること
によって、透明なガラス基板の少なくとも一方の基板上
に遮光性もしくは不透明性を有したガラススペーサを均
一、大面積に形成することができる。すなわち、本発明
の液晶表示素子では、電圧無印加時にスペーサ部分に入
射する光は、遮光性もしくは不透明性を有したガラスス
ペーサで遮光または減衰され、光のもれが防止される。

また、ラビングなどの配向工程や組み立て工程中に外的
圧力が加わっても、スペーサが液晶表示素子の間隙を移
動しないので、スペーサの配置密度が変化しない。本発
明の液晶表示素子の製造方法によって、高精度なスペー
サをガラス基板上に繰り返し形成することができる。従
って本発明によって、表示ムラがなく、コントラストが
高く、表示品質が極めて優れたデイスプレィを低コスト
で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はプレス成形用金型の断面図、第２図は液晶表示
素子の断面図、第３図は液晶表示素子の別の実施例を示
す断面図、第４図は従来の液晶表示素子を示す断面図で
ある。 １・・・・・・母材、２・・・・・・薄膜、３・・・・
・・凹み、１１・・・・・・液晶材料、１２・・・・・
・スペーサ、１３ａ、１３ｂ・・・・・・配向膜、１４
・・・・・・透明電極、１５・・・・・・透明電極、１
６．１７・・・・・・透明ガラス基板、１８ａ、１８ｂ
・・・・・・偏光板。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治　明　ばか２名第１図 ３凹み 第２図 第３図 拓４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明なガラス基板の少なくとも一方の基板上に、
   遮光性もしくは不透明性を有したガラスのスペーサを形
   成した液晶表示素子。
2. （２）プレス成形用金型により遮光性もしくは不透明性
   を有したガラスを熱間プレスで透明なガラス基板にスペ
   ーサを成形した液晶表示素子の製造方法。
3. （３）微細結晶が分散した液晶表示素子用ガラススペー
   サ。
4. （４）着色材を含んだ液晶表示素子用ガラススペーサ。