JPH06110062A - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、高コントラストかつ均一な表示の
液晶表示素子を製造することのできる製造方法を提供す
ることにある。 【構成】この製造方法によれば、それぞれ電極（１２、
１８）の形成された２枚の基板（１１、１５）を所定の
間隔よりも大きな間隔を置いて対向させるとともに、こ
れらの基板間に多数の間隙剤（２４）および液晶（１
７）を充填する。この状態で、対向する電極間に電圧を
印加して、電極が対向していない領域に間隙剤を移動さ
せる。その後、基板間隔が所定の間隔となるように、２
枚の基板を押圧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液晶表示素子の製造
方法、特に、電極を備えた二枚の基板間に基板間の間隔
を制御するための間隙剤を配置する工程を有する液晶表
示素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示素子には、高コントラス
ト化や視野角の拡大等の高性能化、および素子全体に渡
り表示不良のない均一な表示が可能な高表示品位化が求
められている。

【０００３】現在、単純マトリックス駆動方式の液晶表
示素子、例えば白黒表示ＳＴＮ型液晶表示素子において
は、高分子位相差フィルム、液晶材料、液晶セル構成及
びセル工程等を最適化して高性能化及び高表示品位化を
はかっている。その際、対向する２枚の基板間隔を全域
に亘って均一に所定の間隔に制御することが高性能化及
び高表示品位化にとって非常に重要となる。つまり、液
晶表示素子の高性能化を図るためには、基板間隔を所定
の値に制御することが必要であり、高表示品位化を図る
ためには、基板間隔の全域に亘って均一にすることが必
要となる。これはアクティブマトリクス駆動方式の液晶
素子においても同様である。

【０００４】従来、基板間隔を全域に亘って均一にする
ため、所望の径の間隙剤（スペーサ）を２枚の基板間に
散布する方法が用いられている。この方法によれば、間
隙剤を全域に亘って均一に散布することにより、液晶素
子全面に亘って均一な表示が得られる。しかしながら、
上記のような間隙剤の均一な散布は困難であるととも
に、散布された間隙剤自身および間隙剤の周囲の液晶の
配向乱れなどにより表示性能の低下、特に黒レベルの上
昇によるコントラストの低下が生じる等の問題がある。

【０００５】これらの問題を解決するため、例えば特開
平３−２９３３２８号公報、特開昭６２−３８４２７号
公報に開示されているように、間隙剤を着色する方法、
特開昭６１−１８３６２５号公報、特開昭６２−６９２
３５号公報等に開示されているように、電極のない領域
に所定の高さの間隙剤を固定形成する方法、また、例え
ば第１７回液晶討論会講演予稿集，３Ｆ１１０（１９９
１）に開示されているように、間隙剤の材質変更及び間
隙剤の表面の改質する方法、さらには、特開平３−２９
３３２８号公報、特開昭５４−１０７７５４号公報に開
示されているように、間隙剤を選択的に電極の無い領域
に散布する方法等が検討されている。これらの方法によ
り、点灯時の黒レベルを低減することができ液晶表示素
子の高コントラスト化が期待できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、着色間隙剤の
使用や間隙剤の材質変更及び表面の改質は信頼性の点で
問題があり、所定の高さの間隙剤を固定形成する方法で
は信頼性の他にセル工程の複雑化等の問題がある。ま
た、間隙剤を電極の無い領域に選択的に散布する方法
は、セル工程が複雑化するとともに、間隙剤を基板全体
に均一に散布することが難しい等の問題がある。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
その目的は、基板間隔を制御する間隙剤を、容易にかつ
高い信頼性をもって非画素部に配置することができ、高
コントラストかつ均一な表示の液晶表示素子を製造する
ことのできる製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の製造方法は、それぞれ電極を有する２枚
の基板を所定の基板間隔よりも大きな間隔を置いて、か
つ、上記基板間に多数の間隙剤および液晶に充填された
状態に対向させ、対向する電極間に電圧を印加して上記
間隙剤を上記電極が対向していない領域に移動させ、そ
の後所定の基板間隔とすることを特徴としている。

【０００９】

【作用】対向する基板間に、これらの間隔が所定の間隔
よりも大きくなるように液晶および間隙剤を充填した状
態で、対向する電極間に電圧を印加すると、対向する電
極間の領域（以下画素部という）内の液晶分子は動的散
乱現象やその前駆現象もしくはストライプドメイン現象
等による強度のゆらぎや振動が誘起される。それによ
り、基板間に均一に散布された間隙剤のうち、画素部に
位置した間隙剤は、誘起された液晶分子の強度のゆらぎ
や振動により画素部内をランダムに移動する。電極が対
向していない領域（以下非画素部という）にも同様の現
象が誘起されるが、画素部における現象に比較して非常
に弱く、エネルギー的にもはるかに低い。そのため、画
素部から非画素部に移動してきた間隙剤は非画素部に留
まり保持される。ある程度の時間電圧を印加した後、ほ
とんどの間隙剤は画素部から押し出されて非画素部にト
ラップされる。そして、この状態で対向する基板を所定
の基板間隔、つまり、間隙剤の径とほぼ等しい間隔とな
るまで圧着することにより、画素部に間隙剤のほとんど
ない液晶表示素子が製造される。

【００１０】液晶の充填工程は、例えば特開昭６３−１
７９３２３号公報に開示されているような滴下注入法に
より行なうこともできる。この場合は、一方の基板上に
液晶を滴下した後、２枚の基板を所定の間隔よりも充分
に大きな間隔を置いて重ね合わせ、続いて、前述したよ
うに対向する電極間に印加して、間隙剤を非画素部に移
動させれば良い。

【００１１】画素部に発生する液晶分子の動的散乱現象
やその前駆現象もしくはストライプドメイン現象等によ
る強度のゆらぎや振動は、対向する電極間へ特に低周波
の交流高電圧を印加した場合に発生しやすく、また基板
間隔が大きい場合に顕著となる。そのため、画素部に散
布されている間隙剤を速やかに非画素部へ移動させるに
は、基板間隔をできるだけ大きくした状態で、より低周
波の交流電圧で、より高い電圧を電極間に印加すること
が望ましい。また、液晶の配向性を劣化させない程度で
あれば直流を電極間に印加しても同様の効果が得られ
る。

【００１２】通常用いられているＴＮ型、ＳＴＮ型等の
電界効果型の液晶表示素子おいて、画素部に発生する液
晶分子の動的散乱現象やその前駆現象もしくはストライ
プドメイン現象等は表示不良と見なされ、液晶表示素子
はこれらの現象が起こらない様設計されている。しかし
ながら、本発明は、これらの現象を液晶表示素子の製造
工程中にのみ利用して、最終的に良好な表示性能及び表
示品位を持つ液晶表示素子を提供するものである。

【００１３】

【実施例】以下図面を参照しながら、この発明の実施例
について詳細に説明する。

【００１４】本発明の実施例を説明する。図１は、単純
マトリックス型の液晶表示素子を示しており、以下、こ
の液晶表示素子の構成をこの発明に係る製造方法に従っ
て説明する。

【００１５】まず、図１および図２に示すように、ガラ
ス基板１０の表面にＩＴＯからなる多数の帯状の透明電
極（Ｘ電極）１２を互いに平行に形成する。続いて、透
明電極１２を覆うようにガラス基板１０の表面に有機配
向薄膜を形成した後、ラビング配向処理を行い配向膜１
４を形成する。それにより、一方の基板１１を得る。ま
た、同様に、ガラス基板１６の表面にＩＴＯからなる多
数の帯状の透明電極（Ｙ電極）１８を互い平行に形成し
た後、配向膜２０を形成することにより、他方の基板１
５を作成する。

【００１６】その後、封着剤２２として７μｍ径ガラス
ファイバーを含有したエポキシ系の接着剤を、注入口
（図示せず）を除き、配向膜２０の周縁に沿ってガラス
基板１６表面に塗布する。一方、間隙材２４として粒径
７μｍの樹脂球を基板１１上に均一に散布する。そし
て、図２に示すように、透明電極１２、１８が互いに直
交する方向へ延びるように、かつ、配向膜１４、２０同
志が対向するように、これらの基板１１および１５を封
着剤２２により貼り合わせる。この際、それぞれの基板
１１、１５のラビング配向処理により、基板１５から基
板１１に向かって左回りにツイスト角２４０度捩じれて
液晶が配向するようにこれらの基板を配置する。その
後、貼り合わされた基板１１、１５を加熱して接着剤２
２を硬化させる。これにより、マトリック状に配列され
た多数の画素部２６、つまり、透明電極１２と透明電極
１８とが対向する領域、およびこれらの画素部間に位置
した多数の非画素部２８、つまり、透明電極１２、１８
が対向していない領域が形成される。

【００１７】次に、注入口より液晶１７として、ＺＬＩ
−２２９３（Ｅ．メルク社製）にカイラル剤としてＳ−
８１１（Ｅ．メルク社製）を０．７ｗｔ％添加したもの
を基板１１、１５間に注入し、その際、基板間隔が約９
μｍとなるまで過剰に注入する。この状態における液晶
セルを顕微鏡下で観察すると、図３に示すように、散布
された間隙剤２４は画素部２６、非画素部２８に関係な
く、基板１１、１６間の全域に亘りほぼ均一に分散して
いた。そして、大きさ０．３ｍｍ×０．３ｍｍの１つの
画素部２６内には、約１０個の間隙剤２４がほぼ均一に
分散していた。

【００１８】続いて、注入口を封止していない状態で、
透明電極１２、１８間に低周波の交流電圧、例えば、周
波数１Ｈｚ、電圧１０Ｖの交流電圧を約３０秒間印加す
る。それにより、動的散乱現象やその前駆現象もしくは
ストライプドメイン現象等による液晶分子の強度のゆら
ぎや振動が誘起され、画素部２６内に位置した間隙剤２
４は、隣接する非画素部２８内に移動しここに保持され
る。その後、基板１１、１５を互いに接近する方向へ押
圧して基板間の間隔を所定の間隔７．０μｍとした後、
注入口を封止する。それにより、液晶表示素子が完成す
る。

【００１９】上記のように製造された液晶表示素子を顕
微鏡下で観察したところ、図４に示すように、間隙剤２
４のほとんどは非画素部２８に集まっており、１つの画
素部２６には０〜１個の間隙剤しか存在していなかっ
た。また、基板１０、１５間の間隔を測定したところ、
全面に渡り７．０μｍで均一であった。

【００２０】また、製造された液晶表示素子を、位相差
フィルムを用いて白黒表示化した後、１／２００デュー
ティー比で駆動点灯したところ、コントラスト比は７
０：１であり、しかも全面均一な表示が得られた。ま
た、液晶表示素子を７０℃で２００時間放置した場合お
いても、その配向性・表示性とも問題は無かった。

【００２１】上記のように製造された液晶表示素子との
比較を行なうため、基板間に液晶を注入した後、透明電
極間に電圧を印加することなく、そのまま通常の方法で
セル全体を圧着するとともに注入口を封止した液晶表示
素子を作成した。作成後の液晶表示素子を顕微鏡下で観
察すると、間隙剤は基板間の全域に亘って均一に分布
し、０．３ｍｍ×０．３ｍｍの１つの画素部内には約１
０個の間隙剤がほぼ均一に配置されていた。また、基板
間の間隔を測定したところ、全面に亘り７．０μｍで均
一であった。そして、比較用の液晶表示素子を上記と同
様の条件で駆動点灯したところ、全面均一な表示は得ら
れたもののコントラスト比は２０：１しか得られなかっ
た。

【００２２】上記実施例においては、２枚の基板を貼り
合わせた後に、注入口を介して液晶を注入する工程を用
いたが、以下のように、一方の基板上の液晶を滴下した
後に２枚の基板を貼り合わせて製造するようにしてもよ
い。

【００２３】つまり、この場合、それぞれ多数の透明電
極および配向膜の形成された２枚の基板を形成する。そ
して、電極構成が図２に示すようにＸ−Ｙマトリクス状
に配列されるように２枚の基板を上下に組み合わせた際
に上下基板間に封入される液晶が左回りに２１０度捩じ
れるように、各々の基板をラビング配向処理を行う。次
に、８μｍ径のガラススペーサを含む紫外線硬化型シー
ル剤を用いて一方の基板周縁部にシールパターンを形成
した後、減圧された雰囲気内において、シールパターン
で囲まれた空間に８μｍ径の間隙剤を含有した液晶を均
一に滴下する。続いて、所定の基板間隔よりも大きな間
隔を置いて２枚の基板を重ね合わせた後、上述した実施
例と同様に、対向する透明電極間に周波数１０Ｈｚ、電
圧１０Ｖの矩形波を有する電圧を約６０秒間印加する。
そして、間隙剤が非画素部に集まった状態で、対向する
基板を所定の基板間隔となるまで圧着する。その後、シ
ールパターン部分に紫外線を照射してシール剤を硬化さ
せることにより、液晶を密封して液晶表示素子が完成す
る。

【００２４】このようにして製造された液晶表示素子を
顕微鏡下で観察したところ、画素部には１〜２個の間隙
剤しか存在せず、ほとんどの間隙剤は非画素部に集まっ
ていた。また、基板間隔を測定したところ全面に亘り、
８．０μｍであった。また、液晶表示素子を、位相差フ
ィルムを用いて白黒表示化した後、１／２００デューテ
ィー比で駆動点灯したところ、コントラスト比は５０：
１でしかも全面均一な表示が得られた。また、７０℃で
２００時間放置しても液晶表示素子の配向性・表示性と
も問題は無かった。

【００２５】上記の製造方法により製造された液晶表示
素子との比較を行なうため、透明電極間に電圧を印加す
ることなく、シール剤を硬化させて液晶を密封すること
により作成した液晶表示素子を用意した。この比較用の
液晶表示素子を顕微鏡下で観察したところ、間隙剤が画
素部および非画素部に関係なくほぼ全面に配置されてお
り、各画素部には１０〜２０個の間隙剤がほぼ均一に存
在していた。そして、比較用の液晶表示素子を上記実施
例と同一の条件で駆動点灯したところ、全面均一な表示
が得られたもののコントラスト比は１０：１しか得られ
なかった。

【００２６】図５は、アクティブマトリックス型の液晶
表示素子を示しており、以下その製造方法について説明
する。なお、この液晶表示素子は、スイッチング素子と
して薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）を備えてい
る点および電極の構成が異なる点を除いて上述した単純
マトリックス型の液晶表示素子とほぼ同一の構成であ
り、同一の部分には同一の参照符号を付して説明する。

【００２７】まず、ガラス基板１０表面に多数のＴＦＴ
３０および画素電極３２をマトリック状に形成した後、
配向膜１４を形成し、アレイ基板３４を作成する。一
方、ガラス基板１６の全面にＩＴＯ膜からなる透明電極
３６を全面に形成した後、その上に配向膜２０を形成
し、対向基板３８を作成する。

【００２８】その後、封着剤２２として６μｍ径ガラス
ファイバーを含有したエポキシ系の接着剤を、注入口
（図示せず）を除き、配向膜２０の周縁に沿ってガラス
基板１６表面に塗布する。一方、間隙材２４として粒径
６μｍの樹脂球をアレイ基板３４上に均一に散布する。
そして、これらのアレイ基板３４および対向基板３８を
封着剤２２により貼り合わせた後、加熱して封着剤を硬
化させる。この際、それぞれの基板３４、３８のラビン
グ配向処理により、左回りにツイスト角９０度捩じれて
液晶が配向するようにこれらの基板を配置する。これに
より、マトリック状に配列された多数の画素部２６、つ
まり、画素電極３２と透明電極３２とが対向する領域、
およびこれらの画素部間に位置した多数の非画素部２
８、つまり、画素電極と透明電極とが対向していない領
域が形成される。

【００２９】次に、注入口より液晶１７として、ＺＬＩ
−１５６５（Ｅ．メルク社製）にカイラル剤としてＳ−
８１１（Ｅ．メルク社製）を０．１ｗｔ％添加したもの
をアレイ基板３４と対向基板３８との間に注入し、その
際、基板間隔が約８μｍとなるまで過剰に注入する。こ
の状態における液晶セルを顕微鏡下で観察すると、図６
に示すように、散布された間隙剤２４は画素部２６、非
画素部２８に関係なく、基板３４、３８間の全域に亘り
ほぼ均一に分散していた。そして、大きさ０．３ｍｍ×
０．２ｍｍの１つの画素部２６内には、約１０個の間隙
剤２４がほぼ均一に分散していた。

【００３０】続いて、注入口を封止していない状態で、
画素電極３２、透明電極３６間に周波数１Ｈｚ、電圧１
０Ｖの交流電圧を約３０秒間印加し、画素部２６内に位
置した間隙剤２４を非画素部２８内に移動させる。その
後、アレイ基板３４および対向基板３８を互いに接近す
る方向へ押圧して基板間の間隔を所定の間隔６．０μｍ
とした後、注入口を封止する。それにより、液晶表示素
子が完成する。

【００３１】上記のように製造された液晶表示素子を顕
微鏡下で観察したところ、図７に示すように、間隙剤２
４のほとんどは非画素部２８に集まっており、１つの画
素部２６には０〜１個の間隙剤しか存在していなかっ
た。また、基板間隔を測定したところ、全面に渡り約
６．０μｍで均一であった。

【００３２】また、上記の液晶表示素子を一組の偏光板
間に挟んでノーマリーブラックモードにして駆動点灯し
たところ、コントラスト比１５０：１が得られ、閾値電
圧むらなどの表示不良がなく画面全体にわたり均一で良
好な表示が得られた。また、６０℃７０％ＲＨ高温高湿
信頼性試験２４０ｈにおいても表示不良がなく画面全体
にわたり均一で良好な表示が得られた。

【００３３】上記のように製造されたアクティブマトリ
ックス型の液晶表示素子との比較をするため、基板間に
液晶を過剰に注入した後、そのままセル全体を所定の基
板間隔に圧着するとともに注入口を封止して液晶表示素
子を作成した。作成後の液晶表示素子を顕微鏡下で観察
すると、間隙剤が画素部および非画素部の全面に亘って
ほぼ均一に配置されており、１つの画素部には約１０個
の間隙剤がほぼ均一に配置されていた。比較用の液晶表
示素子１を上記と同様の条件で駆動点灯したところ、コ
ントラスト比は７０：１しか得られなかった。

【００３４】以上詳述したように、この発明に係る製造
方法によれば、対向する２枚の基板間の間隔を所定の間
隔よりも大きく維持した状態で、対向する電極間に電圧
を印加するだけの簡単な工程により、間隙剤を確実に非
画素部に集めることができる。

【００３５】それにより、高いコントラストが得られる
と同時に、基板間の間隔を全域に亘った所定の値に正確
に設定することができ、高性能で表示品位の高い液晶表
示素子の製造が可能となる。

【００３６】また、本製造方法は、電圧オフ時に明るく
電圧オン時に暗くなるノーマリーホワイトモード表示の
液晶表示素子の場合よりも、黒レベルがコントラスト比
に大きく影響する電圧オフ時に暗く電圧オン時に明るく
なるノーマリーブラックモード表示の液晶表示素子の製
造に特に有効である。

【００３７】なお、この発明は上述した実施例に限定さ
れることなく、この発明の範囲内で種々変形可能であ
る。例えば、上述した実施例においては、対向する電極
間に電圧を印加して間隙剤を非画素部に移動させた後、
液晶セルを封止する構成としたが、液晶セルを封止した
後に電極間に電圧を印加するようにしてもよい。この場
合、封止した液晶セルを加熱して膨張させ、間隙剤が十
分移動可能な程度に基板間隔を拡張する。この状態で、
対向する電極間に低周波の高電圧を印加して間隙剤を非
画素部に移動させ、その後冷却して所定の基板間隔にす
る。このような製造方法によっても、上述した実施例と
同様の利点を得ることができる。

【００３８】また、間隙剤の径、画素部の寸法、基板間
隔、液晶の種類等は、必要に応じて種々変形可能であ
る。また、液晶表示素子の配向性を劣化させない程度の
電圧であれば、直流電圧を印加してもよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、画素部に間隙剤がほと
んど無い、黒レベルの十分低下したコントラストの高
い、かつ、表示品位の高い高信頼性の液晶表示素子を容
易に製造可能な製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る製造方法により製造
された単純マトリックス型の液晶表示素子を示す断面
図。

【図２】図１に示す液晶表示素子の電極の配列構造を概
略的に示す平面図。

【図３】図１に示す液晶表示素子の製造工程において、
電圧を印加する前における間隙剤の分布状態を概略的に
示す平面図。

【図４】図１に示す液晶表示素子の製造工程において、
電圧を印加した後における間隙剤の分布状態を概略的に
示す平面図。

【図５】この発明の一実施例に係る製造方法により製造
されたアクティブマトリックス型の液晶表示素子を示す
断面図。

【図６】図５に示す液晶表示素子の製造工程において、
電圧を印加する前における間隙剤の分布状態を概略的に
示す平面図。

【図７】図５に示す液晶表示素子の製造工程において、
電圧を印加した後における間隙剤の分布状態を概略的に
示す平面図。

【符号の説明】

１０、１６…ガラス基板、１１、１５…基板、１２、１
８、３６…透明電極、１７…液晶、２４…間隙剤、２６
…画素部、２８…非画素部、３２…画素電極、３４…ア
レイ基板、３８…対向基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ電極を有しているとともに互い
   に対向した２枚の基板間に間隙剤および液晶を挟持して
   なる液晶表示素子の製造方法において、 上記基板間に多数の間隙剤および液晶を挟持した状態
   で、所定の基板間隔よりも大きな間隔を置いて上記基板
   を対向させる工程と、 上記基板の対向する電極間に所定時間電圧を印加して上
   記間隙剤を上記電極が対向していない領域に移動させる
   工程と、 上記所定時間経過後、上記基板の間隔を上記所定の基板
   間隔に一致させる工程と、を備えていることを特徴とす
   る液晶表示素子の製造方法。