JPH06265916A

JPH06265916A - 液晶表示素子の製造方法及びその装置

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Publication number: JPH06265916A
Application number: JP7903893A
Authority: JP
Inventors: Eiho You; 映保楊; Keiichi Nito; 敬一仁藤; Akio Yasuda; 章夫安田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2016-04-23
Also published as: JP3159228B2

Abstract

(57)【要約】【構成】脱気時にセル１をゴム膜12で加圧してセルギ
ャップを所定間隔に保持する液晶セルの製造方法。【効果】脱気の際にセルの変形や破壊を防止できる。
これに伴って、セルギャップを保持するための接着性微
粒子を減少させ、液晶表示素子の開口率を向上させるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子の製造方
法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、図７に示すように、ガ
ラス基板２の一面に透明電極３及び配向膜４を順次被着
させたもの同士２枚を、配向膜４を被着させた方を内側
に対向させ、その間に液晶20を挟持させた構造となって
いる。そして、液晶が所定の厚さになるようにするた
め、周囲をシール５で密封し、内部に多数のガラスビー
ズのスペーサ６が配設されたセル１が用意され、シール
５の隅の１箇所に設けられた開口５ａに液晶20が注入さ
れて液晶表示素子が作られる。

【０００３】透明電極３は画素電極と信号電極からな
り、配向膜４が有機質の場合は、セル１の製作段階で図
10に示すように、ラビング布10ａを表面に巻いたラビン
グロール10によってラビング処理を施して使用される。

【０００４】この液晶表示素子による画素の形成は、例
えば、透明電極３に電圧を印加してセル１内の液晶分子
の配列を変え透光性に変化させることによって実現され
る。

【０００５】セル１に液晶を注入するのは図11のように
して行われる。液晶20を満たした液晶ボート32とセル１
は真空装置30の中に入れられ、液晶20が等方相になる雰
囲気温度で装置内温度を一定時間保った後、脱気口31か
ら脱気して装置内が真空状態にされる。この脱気過程で
セル１内の空気及び容器32内の液晶20に溶解していた空
気も同時に脱気される。脱気が終われば図示のように、
セル１の液晶注入口５ａを液晶20に浸漬してから真空装
置30の中を大気圧に戻し、液晶20は気圧に押されて自然
にセル１内部に速やかに注入される。

【０００６】強誘電性液晶のディスプレイは、応答速度
が速く、双安定性（メモリ性）が優れるため利用範囲が
広く注目されている。しかし、双安定性を実現するため
にはセル内の液晶層の厚みを約 1.5μｍにする必要があ
る。これが厚過ぎると強誘電性液晶に特有な分子の螺旋
構造が発生し、双安定性及び高コントラスト実現の支障
となる。また、反対に薄過ぎると界面配向力が相対的に
大きくなり液晶の分子が一方向に固定されて動かなくな
り、液晶ディスプレイとして機能しなくなってしまう。

【０００７】更に、液晶層の透過率は印加される電界の
強度に関係し、電界強度はセルの厚さに反比例するの
で、強誘電性液晶ディスプレイに階調表示をさせるため
にはセルの厚みのばらつきを少なくすることが重要なこ
とである。

【０００８】従来には高精度のセル厚みを実現するため
に、前述したように、液晶を入れるためのセルを予め高
精度に作製する。即ち、透明電極３および配向膜４がコ
ーティングされた二枚のガラス基板２、２を用いて空の
セルを作製する。ガラス基板間のギャップを一定にする
ためにガラスビーズのスペーサ６と一緒に、接着性微粒
子（図示省略）を散布し、さらに熱硬化性樹脂シール５
で二枚のガラス基板の周囲を接着する。このように作製
したセルのガラス基板の両側に緩衝剤を介して一定の圧
力を加え、最適化した硬化条件によって、シール５およ
び接着性微粒子を硬化して液晶セルを作製する。このよ
うな方法は高精度の空の液晶パネルを作製するには有効
であるが、次のような問題がある。

【０００９】しかし、従来の液晶表示素子の製造方法
は、前述のように真空装置内においてセル内部も同時に
脱気する際に、セルの外側（真空装置内）が先に脱気さ
れてからセル内部は遅れて脱気されるため、脱気が始ま
る瞬間、セルのガラス基板に向かって外方向にセル内の
大気圧の圧力がかかり、図12に示すように基板間のセル
ギャップを拡大し、セルの生命とも言える均一な厚さが
損なわれる。更には破壊に至ることもある。

【００１０】また、基板間の距離を一定に保つためには
接着性微粒子を多量にセル内に散布させねばならず、こ
れが液晶ディスプレイの開口率を低下させている。

【００１１】上記の脱気におけるセルギャップの拡大
は、図13に示すニュートンリングの観察によっても確認
された。即ち、脱気開始時は、セル内で液晶注入口５ａ
付近では奥の領域よりも減圧程度が大きくなるため、前
者よりも後者でのガラス基板間の距離が相対的に大きく
なるようにガラス基板が変形し、図13（ａ）に示すよう
に、液晶が存在する注入付近の領域にニュートンリング
50が出現する。そして、更に脱気が進行するに伴って、
ガラス基板２の変形がその中央部側へ移り、ついには図
13（ｂ）に示すように、ニュートンリング50が液晶表示
素子全面に出現する。この結果、図12に示したように、
ガラス基板の中央部が外方へ膨出し、セルギャップが拡
大されてしまうのである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に鑑みてなされたものであって、セルギャップを一定と
し、高い寸法精度を保証し、従って良好な表示を可能と
する液晶表示素子の製造方法及びこの方法に用いられる
製造装置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、液晶表示素子
を製造するに際し、液晶を注入すべきセルを構成する基
体をこの基体外から加圧することによって前記基体間を
所定の間隔として、前記セル内を脱気する工程と、前記
セル内に前記液晶を注入する工程とを有する、液晶表示
素子の製造方法に係るものである。

【００１４】本発明において、基体加圧状態で、セル内
の脱気及び前記セル内への液晶注入を行うのが望まし
い。

【００１５】また、本発明において、剛性壁部とセル加
圧手段とによって構成された容器内にセルを位置させ、
前記容器内を減圧して大気圧の作用で前記セル加圧手段
を前記セルの基体に圧着し、これにより前記セルを加圧
するのが望ましい。

【００１６】また、本発明において、液晶注入時のセル
周囲圧が、セル内脱気後のセル内圧よりも高くかつ大気
圧よりも低くすることが望ましい。

【００１７】また、本発明において、セル内の脱気と液
晶の脱泡とを、互いに異なる減圧空間で行うことが望ま
しい。

【００１８】更に、上記において、セル加圧手段と基体
との間に、これらを分離するに際してその両者間の粘着
を防ぐための層を介在させることが望ましい。

【００１９】更に、本発明において、基体が透明電極及
び配向膜を被着させた一対のガラス基板であり、液晶が
強誘電性液晶であり、この液晶が等方相となる温度で液
晶注入前に前記ガラス基板の加圧を行って前記ガラス基
板をスペーサの間隔に保持し、前記液晶を注入し、この
注入後に液晶セルを徐冷することが望ましい。

【００２０】また、本発明は、セルを収容する収容空間
と、前記セル内を脱気する脱気手段と、前記セル内に液
晶を注入する液晶注入手段とを有する、請求項１〜７の
いずれかに記載された方法を実施する、液晶表示素子の
製造装置に係るものである。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２２】図５は液晶注入装置の内部概略正面図、図
１は同ベルジャーの概略断面図である。なお、図７〜図
13と共通する部分には、同一符号を付して表してある
（以下、同様）。

【００２３】液晶注入装置27は図５に示すように真空槽
26内の中央に別の真空室28を位置させてある。真空室28
は薄い円形の室15を有し、この下部に連通して延設され
た室18との間には開閉可能な仕切り板14が設けられてい
る。室18は真空槽26内に開放されている。そして、外部
に設けた脱気機構22、23が夫々配管24、25によって室1
5、真空溝26に接続されている。室15の背壁にはステー
ジ11が設けられ、ステージ11にセル１がセットされて室
15内に収容される。室18内には液晶ボート19が収容され
る。室15の背壁は、ステージ11を含めて剛性を有する材
料（例えば金属又はセラミックス）からなっている。

【００２４】室15は側壁13によって円形に形成され、真
空室28の前面には透明なシリコーンゴム等の可撓性膜12
が設けられている。このようにして、室15と室18とは別
個の脱気機構22、23によってそれぞれ排気、減圧される
ようにしてある。

【００２５】セル１は不図示の搬出入口から室15に入れ
られて高精度な平面のステージ11に当接してセットされ
る。図２に示すように、図５の脱気機構22が駆動源Ｍ１
によって作動すると配管を介して室15が脱気されて10^-3
Torr以上の高真空状態になり、そして、脱気の進行過程
において室15と外部（大気圧）の圧力差によって、ゴム
膜12は外面が大気圧Ｐに押されて仮想線の位置から実線
の位置へ内側に弾性的に変形し、セルの一方のガラス基
板２に当接し、これを押圧するようになる。このように
して、セル１は、ゴム膜12を介しての大気圧により全面
が均一な力によって加圧される。

【００２６】そして、更に脱気はセル１の内部にも及ん
でセル内全体を高真空にすることになるが、この脱気
中、セル１はゴム膜12を介して大気圧Ｐによって均一に
加圧されているので、脱気されるセル１内部の気圧と真
空室15との圧力差があっても、この圧力差によってガラ
ス基板が膨張しようとしてもこれを上記の加圧によって
防止される。こうして、セルが変形したり破壊されるこ
ともなく、セルギャップを均一な（即ち、スペーサで規
定される）設計厚さを保持することができる。

【００２７】一方、室18には液晶ボート19に満たされた
液晶20がセットされ、同室に真空溝26及び配管25を介し
て連結されている脱気機構23がその駆動源Ｍ２によって
作動すると、室18内の脱気と共に液晶20に溶解している
空気も脱気、即ち脱泡される。このように室15と室18が
別々の脱気手段で脱気される。

【００２８】このようにして、室15及び室18共に脱気が
終わり、高真空状態になってから、図３に示すように、
両室の境に在る仕切り板14が不図示の手段によって除去
（開き）され、続いて不図示の手段によって液晶ボート
19が上昇移動してセル１の液晶注入口５ａが液晶20に浸
漬される。

【００２９】次に、図４に示すように、両室内を 0.1大
気圧（76Torr) に戻すことによって、液晶面にかかる
0.1大気圧とセル１の圧力（高真空）との圧力差によっ
て液晶20は速やかにセル１内に注入される。然し、この
ときセル１は、両室内の 0.1大気圧と外部の大気圧との
気圧差(0.9大気圧）によって、ゴム膜12によって依然と
して十分に加圧され続ける。従って、液晶注入時もセル
ギャップが拡がることはない。その結果、液晶が注入さ
れた液晶表示素子は、そのセルの脱気時の高い寸法精度
がその儘保持され、液晶の厚さ（即ちセルギャップ）
が、スペーサにより規制される厚さに忠実な厚さとな
る。

【００３０】液晶注入開始時には、図13（ａ）に示した
ように、ニュートンリング20ａが一時的に顕れるが、脱
気進行と共に消滅してゆき、脱気終了時には、図６のよ
うにニュートンリングが認められなくなる。何故なら上
記したように、ガラス基板が変形せず、セルギャップが
均一になっているからである。ニュートンリングの有無
は、ゴム膜12が透明であるため、外部から観察できる。

【００３１】以上の方法によりセルに液晶を注入し終わ
って完成した液晶表示素子のセルギャップを測定した。
この測定は、後述の２種類の液晶表示素子について行っ
た。

【００３２】測定結果は、何れも液晶注入後のパネルの
複屈折量の測定により得た値で、液晶層の全体のリタデ
ーション（複屈折位相差）を測定し、その値を液晶分子
の複屈折量で除して液晶充填状態のセルギャップを求め
たものである。

【００３３】なお、測定器具はオーク製作所社製のＡＴ
Ｒ−６０ＸＹを用い、セル面中央部の60×６０mm²の領
域を、互いに直交するＸ、Ｙ方向の10mm間隔の各座標点
で測定した。

【００３４】次に、本実施例を更に具体的に説明する。

【００３５】まず、第１の具体例による液晶表示素子
は、強誘電性液晶を使用した例である。使用に供した強
誘電性液晶は、チッソ石油社製のＣＳ−１０１４で、そ
の複屈折率は0.15である。

【００３６】図１の装置を用い、セル１は最初に前述し
た要領で室温で４時間かけて脱気した。次に、液晶ボー
ト19を収容した室18を不図示の加熱手段により 110℃に
昇温させて液晶20の粘度を低下させ、この液晶が完全に
等方相に転移後に室18を 110℃状態に保って１時間脱
気、脱泡した。

【００３７】次に、前述した要領でセル１内に液晶20を
注入し、セル１内に液晶20が完全に充填された後、除冷
し、ベルジャー28内を大気圧に戻し、液晶表示素子をベ
ルジャー28から取り出す。

【００３８】上記のように、液晶20の脱気（脱泡）を、
室15とは別の室18で行うことにより、この脱気が短時間
で完了する。また、この脱気が短時間でなされるので、
液晶組成の変化を極めて小さくすることができる。

【００３９】測定の結果は、下記表１に示す通りであ
る。この例における注入後のセルギャップの平均値と標
準偏差は、 1.4μｍのスペーサに対し、夫々1.39μｍ、
0.037μｍであり、液晶注入装置の有効性が確認され
る。なお、液晶注入前のセルについて同様の測定をした
結果は、下記表２に示す通りである。

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】比較のため、セル１に対してゴム膜12を介
しての大気圧による加圧を行わず、その他は前記の例に
おけると同様にして作製された液晶表示素子について、
同様の測定を行った。その結果は下記表３に示す通りで
ある。この比較例では、セルギャップが可成り大きくな
っている点が多数認められ、ばらつきも甚だ大きくなっ
ている。

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【００５０】次に、上記した強誘電性液晶の代わりに、
ネマティック液晶を使用した例を行った。配向処理が反
平行なセルは液晶分子が基板面に対し 0.8°の角度（プ
レティルト角）を形成して配向した。プレティルト角は
クリスタルローテーション法により計測したものであ
る。そして、脱気時間はセル及び液晶共、夫々２時間か
けて実施した。使用に供した液晶は、メルク・ジャパン
社製のＺＬＩ−２００８−１００で、複屈折率が0.19で
あった。

【００５１】セル内の脱気には２時間をかけ、更に液晶
の脱気に２時間かけ、次いで前述の要領によってセル内
に液晶を充填させた。但し、この例で使用したネマチッ
ク液晶では、前記のような加熱処理は不要であった。

【００５２】以上のようにして作製された液晶表示素子
について、前記におけると同様の測定を行った。その結
果は下記表４に示す通りである。同表から、注入後のセ
ルのギャップの平均値と標準偏差は夫々1.34μｍ、 0.0
17μｍでありギャップのばらつきが少ないことが判定さ
れる。

【００５３】

【００５４】

【００５５】

【００５６】上記各実施例におけるセル１の素材及び処
理は次のように行ったものである。ガラス基板２の寸法
は70mm×80mm×0.17mmであり、その表面にＩＴＯ（イン
ジュウム錫酸化物）透明電極３を被着させ、更にポリイ
ミド系膜を形成し、ラビング処理を施して配向膜４を形
成した。ポリイミド系膜に対するラビング処理は、図10
と同じく従来の方法により、ベルベットの布を巻いたロ
ールを高速回転させ、上下の基板のラビング方向は 180
°向きを変えて布の繊維の毛先でポリイミド膜の表面を
研磨した。スペーサ６としては直径 1.4μｍのシリカス
ベーサ真糸玉を250個／mm²で散布している。

【００５７】なお、ガラス基板はコーニングガラス社
製、ポリイミドは日産化学工業社製のＲＮ−３０５、
1.5％のもの、スペーサ真糸玉は日本触媒化成工業社製
を用いた。シール材料５には、ソニーケミカルズ社製の
紫外線硬化樹脂（ＵＶ−１０００）を用いた。

【００５８】図８はセルの平面図である。図示の如く、
セル１の両側のガラス基板２に形成される電極３ａ、３
ｂはストライプ状の配線がマトリックス状に交差して設
けられている。

【００５９】上記した実施例の真空装置27の室15に収容
するセル１は、脱気の際にゴム膜によって圧接される側
のガラス基板２の表面に、透明なテフロンフィルム等の
接着防止フィルム16（図１〜図４参照）を介在させるこ
とが望ましい。これは、ゴム膜12が直にセルのガラス基
板に当接して双方が接着し、分離の際にセルギャップに
支障をきたさないための接着防止用である。このテフロ
ンフィルムを用いないと、上記分離に際してセルギャッ
プが拡げられることがある。

【００６０】上述したように、本発明による方法で脱気
時のセルギャップを均一に保持できるので、従来のギャ
ップ保持のために多数用いる接着性微粒子（図示省略）
をなくす（或いは減少させる）ことができ、液晶表示素
子の開口率を高めることができる。こうしたセル51を図
９に示した。

【００６１】以上、本発明の実施例を述べたが、上述の
実施例は本発明の技術的思想に基いて更に変形が可能で
ある。

【００６２】例えば、上述したセルが加圧手段として、
ゴム膜に替えて、他の可撓性膜や、或いは周辺を可撓性
フランジに支持された往復動可能な加圧板を使用しても
良い。

【００６３】また、脱気時にのみゴム膜12等で加圧を行
い、液晶注入時はそうした加圧を行わなくてもよいこと
がある。脱気時のセルギャップの拡大（ガラス基板の変
形）さえなければ、セルギャップを保持する一定の効果
はある。

【００６４】また、上述した装置の各部の構成をはじ
め、形状、材質、更には操作方法等も変更してよい。例
えば、仕切り板14をなくしてもよい。

【００６５】

【発明の作用効果】本発明は上述の如く、脱気時にセル
を加圧してセルギャップを所定間隔に保持しているの
で、脱気の際にセルの変形や破壊を防止できる。これに
伴って、セルギャップを保持するための接着性微粒子を
減少させ、液晶表示素子の開口率を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による液晶表示素子の製造装置
の概略縦断面図である。

【図２】同装置の脱気時の概略縦断面図である。

【図３】同装置における液晶注入状態を示す概略縦断面
図である。

【図４】同液晶注入後の概略縦断面図である。

【図５】同装置の全体の概略正面縦断面図である。

【図６】液晶表示素子の要部断面平面図である。

【図７】液晶表示素子の概略断面図である。

【図８】液晶表示素子の要部平面図である。

【図９】液晶表示素子の要部概略縦断面図である。

【図10】配向膜のラビング処理時の概略断面図である。

【図11】従来方法による液晶注入時の概略断面図であ
る。

【図12】脱気時に基板が変形した状態を示すセルの断面
図である。

【図13】基板の変形の進行状態を説明するためのセルの
断面図である。

【符号の説明】

１、51・・・セル５・・・シール５ａ・・・注入口６・・・スペーサ 11・・・ステージ 12・・・軟質膜 14・・・仕切り板 15、18・・・室 16・・・テフロンフィルム 19・・・液晶ボート 20・・・液晶 22、23・・・脱気装置 24、25・・・配管 26、28・・・真空槽（ベルジャー）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶表示素子を製造するに際し、液晶を注入すべきセルを構成する基体をこの基体外から
加圧することによって前記基体間を所定の間隔として、
前記セル内を脱気する工程と、前記セル内に前記液晶を注入する工程とを有する、液晶
表示素子の製造方法。
【請求項２】基体加圧状態で、セル内の脱気及び前記
セル内への液晶注入を行う、請求項１に記載された、液
晶表示素子の製造方法。
【請求項３】剛性壁部とセル加圧手段とによって構成
された容器内にセルを位置させ、前記容器内を減圧して
大気圧の作用で前記セル加圧手段を前記セルの基体に圧
着し、これにより前記セルを加圧する、請求項１又は２
に記載された、液晶表示素子の製造方法。
【請求項４】液晶注入時のセル周囲圧が、セル内脱気
後のセル内圧よりも高くかつ大気圧よりも低い、請求項
１、２又は３に記載された、液晶表示素子の製造方法。
【請求項５】セル内の脱気と液晶の脱泡とを、互いに
異なる減圧空間で行う、請求項１〜４のいずれかに記載
された、液晶表示素子の製造方法。
【請求項６】セル加圧手段と基体との間に、これらを
分離するに際してその両者間の粘着を防ぐための層を介
在させる、請求項３、４又は５に記載された、液晶表示
素子の製造方法。
【請求項７】基体が透明電極及び配向膜を被着させた
一対のガラス基板であり、液晶が強誘電性液晶であり、
この液晶が等方相となる温度で液晶注入前に前記ガラス
基板の加圧を行って前記ガラス基板をスペーサの間隔に
保持し、前記液晶を注入し、この注入後に液晶セルを徐
冷する、請求項１〜６のいずれかに記載された、液晶表
示素子の製造方法。
【請求項８】セルを収容する収容空間と、前記セル内
を脱気する脱気手段と、前記セル内に液晶を注入する液
晶注入手段とを有する、請求項１〜７のいずれかに記載
された方法を実施する、液晶表示素子の製造装置。