JPH07120766A - 強誘電性液晶表示セル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強誘電性液晶表示セルの注入時に生じる流れ
の不均一に基づく気泡の発生や高粘性に基づく注入時間
の増大の抑制を目的とする。 【構成】 強誘電性液晶表示セルを構成する基板間にス
ペーサとしての機能を有する突起体をブラックマトリク
ス上で且つ、注入口を始点、シールの内周を終点とする
線分上に不連続に点在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速応答性、メモリー
性を有する強誘電性液晶を用いた液晶表示セルの構造お
よび作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶は応答速度が極めて速く、
又、配向の双安定性を有することに起因して電界を取り
去った後にもメモリー性を有するため、光学変調素子と
しての応用が期待され、研究開発が盛んに行われてい
る。

【０００３】強誘電性液晶の高速応答性、および配向の
双安定性が有効に実現されうる為には、１.５〜２μｍ
程度のセル間隔が望ましい。従来の強誘電性液晶を用い
た表示セルの構造、および作製法を以下に示す。

【０００４】通常液晶セルは、ＩＴＯ透明電極付きガラ
ス基板上に、絶縁膜と配向膜を設け、ラビングにより配
向処理を施した後、セル間隔を確保するため一方の基板
上にスペーサを散布し、エッジシールにより両基板の貼
り合わせが行われる。強誘電性液晶は、加熱により等方
性液体状態で注入が行われ、その後徐冷される。

【０００５】該作製法により作製された強誘電性液晶表
示セルは、スペーサのみによりセル間隔の制御を行うた
め、セル間隔がスペーサの密度に依存する傾向が見ら
れ、液晶表示セル全体にわたってセル間隔を精度よく制
御するのは困難である。本発明者らが１．５μｍのスペ
ーサを用いて該作製法により作製した液晶表示セルにつ
いてセル間隔測定を行った結果、同一セル内で１．２４
〜１．６４μｍのばらつきがあり、スペーサ密度の小さ
い場所においてセル間隔が小さくなることが確認され
た。即ち、スペーサのみにより、セル全領域に於てセル
間隔を精度よく均一に制御するのは困難であるといえ
る。

【０００６】また、従来の作製法により作製された強誘
電性液晶表示セルは、衝撃への特別な対策を有しない。
実際本発明者らは、該液晶表示セルの両側に偏光子を圧
着により取り付ける際、強誘電性液晶の配向に一部乱れ
が生じることを確認した。即ち、該作製法により作製さ
れた強誘電性液晶表示セルは、外部からの機械的衝撃に
対する十分なセル強度を有していないといえる。

【０００７】これを防ぐために、短冊状に突起体を配置
し、それで２枚の基板間のスペースを維持する方法が提
案されている（特公平２−１７００７号公報）。

【０００８】図８は少なくとも一方の基板に、互いに平
行で、且つ基板の硬度より小さい硬度の帯状突起体を５
０μｍ〜７００μｍの範囲のピッチで固定して設け、基
板に帯状突起体の延長方向に対して平行なラビング処理
を設けた一対の平行基板間に強誘電性液晶を挟持する強
誘電性液晶表示セルの断面図である。

【０００９】図８に示されるように、ガラス基板１上に
互いに平行な短冊状の透明なＹ電極２が設けられ、隣接
するＹ電極間に不透明なＢＭ３が充填され、全てのＢＭ
３上に基板より柔らかい突起体６が固定状態で形成され
ている。

【００１０】光が通過するＹ電極２上にＳｉＯ₂製の絶
縁膜４、ポリイミド製の配向膜５が積層している。

【００１１】ガラス基板１に対向して対向ガラス基板７
が設けられ、対向ガラス基板上にガラス基板上のＹ電極
と交差する透明なＸ電極８が形成されている。

【００１２】Ｘ電極に被うようにＳｉＯ₂製の絶縁膜
４、さらに突起体６と接するポリイミド製の配向膜５が
設けられている。

【００１３】図８に見られるように突起体は二本の電極
（複数の電極）間で連続に配置されている。

【００１４】特に、電極間で連続な短冊状の突起体６は
格子状のＢＭ３上に、Ｙ電極より小さい幅に形成される
結果、強誘電性液晶９は強誘電性液晶表示セル内に複数
のセルに分割されて充填されることになる。

【００１５】図９に突起体により複数のセルに分割され
た強誘電性液晶表示セルの平面図を示す。

【００１６】図９で平面内に格子状に設けられた不透明
なＢＭ３上にストライプ状の突起体６がＹ電極の無い部
分に配置されている。

【００１７】図示しないが、突起体６と平行にＹ電極が
配置されており、強誘電性液晶がＹ電極上方に注入され
るようになっている。

【００１８】図９の上下に延びるＹ電極と、Ｙ電極と直
交する左右に延びるＸ電極との重畳部分に光を透過する
画素１０が形成されている。

【００１９】しかし、この構造では強誘電性液晶表示セ
ルに必要な１．５μｍ程度の薄いセルギャップでは、パ
ネルサイズが大きくなると液晶材料と基板の間での表面
張力により液晶の注入が非常に困難になる。

【００２０】また、通常、注入口から放射線状に移動す
る液晶の流れを遮るストライプがセル内に配置されるの
で液晶注入に多大の時間を要し生産性が悪い。

【００２１】そこで、複数の電極間で連続したストライ
プ状の突起体を各電極毎に分割して島状の突起体を形成
する強誘電性液晶セルが提案されている（特開昭６２−
９６９２５号公報）。

【００２２】図１０に画素と島状の突起体とが一対一の
対応をしている強誘電性液晶セルの平面図を示す。

【００２３】図１０において、平面内に行列状に配置さ
れた縦１００μｍ、横１００μｍの画素１０の間にピッ
チ１５０μｍ、縦４０μｍ、横３０μｍの島状の突起体
６が作製されている。

【００２４】図１０に示されるように、隣接画素間、言
い換えれば複数の電極間に全て角柱状の突起体が形成さ
れている。

【００２５】角柱状の突起体は先に述べた放射状の液晶
の注入方向によって、液晶の流れ易さが異なってしま
う。

【００２６】そのため、突起体の左右で液晶の注入速度
が極端に違うときは液晶の注入速度が遅い側に気泡が発
生することがある。

【００２７】以上のように、従来技術においては、高粘
性のスメクティック液晶の注入時間が長くなる欠点があ
った。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の従来
の欠点に鑑みてなされたものであり、セル間隔制御の精
度の向上、更には衝撃に対する液晶セル強度の向上を計
りながら、しかも液晶注入時の生産性の向上を目的とし
てなされたものである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明においては、セル
全体にわたって高精度のセル間隔制御を行うために、ス
ペーサを散布する代わりに一方の基板上に間隔の異なる
複数の突起体を電極間で不連続に形成し、エッジシール
により、両基板の接着を行い強誘電性液晶表示セルとす
る。

【００３０】

【作用】基板全面に分散して配置された間隔の異なる複
数の突起体が２枚の基板間のスペースを確保し、セルギ
ャップを均一に保つことが可能である。

【００３１】液晶の注入時には、液晶は連続した突起体
形成時のように遮られることなく、広がりながら注入さ
れていくのでスムーズな注入が可能である。

【００３２】また、強誘電性液晶に接する突起体の形状
を曲線に囲まれた流線形あるいは雨滴形にすることで、
液晶注入時に発生しやすい低速注入部からの気泡発生を
防ぐことが可能である。

【００３３】さらに、該構造を有する液晶表示セルは、
基板間に固定された突起体を有するため、セルギャップ
の均一性が得られやすく、通常のセルと比較して外部か
らの機械的衝撃に対するセル強度の向上が実現される。
即ち機械的衝撃に起因する液晶配向の乱れを抑制するこ
とができる。

【００３４】

【実施例】以下に本発明の実施例を図に従って説明す
る。

【００３５】図１は本発明の電極間で不連続な突起体構
造を有する強誘電性液晶表示セルの平面図である。

【００３６】要点をつかみ易いように図１では強誘電性
液晶表示セルの突起体６とシール１１の平面配置しか描
画していない。

【００３７】感光性ポリイミド（東レ製ＵＲ−３８０
０）よりＢＭ上にフォトリソ形成された突起体６は、Ｕ
Ｖ硬化型樹脂（ロックタイトＬＸ３５２１）製のシール
１１の内周１２に外接する外接円１３と強誘電性液晶の
注入口１４とを結ぶ線分１５上に不連続に配置されてい
る。

【００３８】Ｘ平行線１６上の複数の突起体６は、強誘
電性液晶表示セルの光が通らないＢＭ上に位置し、Ｘ電
極に平行なＸ平行線１６と突起体に平行な線分１５とが
なす角度θを基準として、略ｃｏｓθに比例した距離で
もって分散している。

【００３９】注入口が横画面の下中央に有る場合、注入
口付近のＸ電極と垂直になる線分上の突起体はＹ電極と
平行に、シールに沿ったＸ電極と平行になる線分上の突
起体はＸ電極に平行になる。

【００４０】ＢＭ上に有る突起体のより詳細な形を示す
ために図１で、Ａで示される部分の拡大図を図２に示
す。

【００４１】図２は本発明の流線形の突起体を基板に平
行な面で切断したときの拡大平面図を示している。

【００４２】図２に示されるように突起体６は、Ｘ電極
に平行なＸ平行線１６やＹ電極に平行なＹ平行線１７の
いずれとも平行とならず、注入口と外接円とを結ぶ線分
１５に平行となっている。

【００４３】基板に平行な面で切断された突起体６の切
断面の外形線１８は注入口に最も近い先頭点１９側で細
くなった流線形をしている。

【００４４】流線形の突起体６の外形線１８は線分１５
に対して線対称となっており、全周に渡って滑らかに形
成されている。

【００４５】線分に沿った突起体の軸を長軸、線分と垂
直な突起体の軸を短軸と呼ぶことにすれば、本実施例の
突起体の長軸は常に短軸より長く、また、長軸に沿って
短軸は先頭点から次第に長くなっていき、長軸の半分を
過ぎた点以降に逆に短くなる。

【００４６】製造に伴う突起体の各長さの十分の一程度
の凹凸に関わらず、本発明の強誘電性液晶表示セルに注
入される強誘電性液晶は突起体の左右に均一に流れて注
入されるので、迅速に気泡の無い強誘電性液晶表示セル
が構成される。

【００４７】次に、注入口が画面の左下に有る場合の本
発明の強誘電性液晶表示セルの実施例を示すことにす
る。

【００４８】図３は本発明の注入口が画面の左下に有る
不連続な突起体構造を有する強誘電性液晶表示セルの平
面図である。

【００４９】図３に示されるように、注入口１４は画面
の左下に設けられており、注入口と最も離れたシール１
１の内周１２の角を通ってシールの外接する外接円１３
との接続線が注入口に対して線分１５となっている。

【００５０】二つの突起体の間の距離Ｄは平均距離をｄ
として、０．５ｄ＜Ｄ＜２ｄとなるように設定されてい
る。

【００５１】例えば、ｍ行ｎ列のＢＭ上の格子点を
（ｍ，ｎ）で表現すると、（１，２）と（１，４）と
（２，１）と（２，５）と（３，３）と（４，１）と
（５，２）と（５，５）の格子点に突起体を配置するこ
とになる。

【００５２】図４に図３の強誘電性液晶表示セルの対角
線上に位置するＢの部分の拡大平面図を示す。

【００５３】図４は本発明の雨滴形の突起体を基板に平
行な面で切断したときの拡大平面図を示している。

【００５４】図４において、雨滴形の突起体６の先頭点
１９は鋭く尖っており、雨滴形の突起体の外形線１８は
先頭点を始点とする二本の線分と離れた二本の線分の終
点を結ぶ弧とから構成されている。

【００５５】雨滴形や流線形の突起体の寸法は長軸が８
０μｍから２００μｍ、短軸が２０μｍから１００μ
ｍ、高さが１．２μｍから２μｍに設計されている。

【００５６】本発明の雨滴形や流線形の突起体の偏光板
に対する配置が強誘電性液晶表示セルで一定で無いこと
から、強誘電性液晶が一定の方向に並ぶことによる高エ
ネルギー状態がＢＭ上の突起体付近で配列が乱れて緩和
されるためか、Ｘ電極とＹ電極に挟まれた画素部分での
強誘電性液晶の均一配向性が良くなる。

【００５７】よって、液晶注入時の液晶流れ方向に対し
て滑らかな流れとなるように突起体形状を雨滴形状ある
いは流線形状にすると、液晶注入時の気泡発生を防ぎ、
均一な強誘電性液晶表示セルが構成される。

【００５８】ＢＭ上に配置される本発明の突起体の配置
の内、図１のようにｃｏｓθに従って配置すると、一方
の基板上の複数の電極の間の最短距離を単位として、実
数配置されることになる。

【００５９】一方、従来の一対一配置の図１０の突起体
から円周上に無い突起体を間引いた本発明の図３の構成
は整数配置ということになる。

【００６０】そこで、図５に本発明の整数配置の突起体
の平面図、図６に本発明の実数配置の突起体の平面図を
示すことにする。

【００６１】整数配置の図５の突起体６は幅５０μｍの
ＢＭ３上に直径５０μｍ、高さ２μｍの円柱状に形成さ
れ、縦横とも１００μｍの画素間に最短距離の整数倍で
位置している。

【００６２】他方、実数配置の図６の突起体６はＢＭ上
に円柱状に形成され、円周上の点は必ずしも整数になら
ないため、画素間に最短距離の実数倍で位置している。

【００６３】単純マトリクス方式の場合、セル内で立体
交差する各電極の幅は１００μｍ、電極間のピッチは１
５０μｍとなる。

【００６４】アクティブマトリクス方式の場合、一方の
基板に形成される画素電極の縦横の寸法が１００μｍと
なる。

【００６５】両実施例とも、右下の方向から左上の方向
に強誘電性液晶が注入されることを仮定している。

【００６６】続いて、図７にＸ電極上で切断した場合の
本発明の強誘電性液晶表示セルの断面図を示す。

【００６７】図７はＢＭ上及び電極間で不連続な突起体
が形成された本発明の強誘電性液晶表示セルの断面図で
ある。

【００６８】突起体６は感光性ポリイミド（東レ製ＵＲ
−３８００）を用いてフォトリソ形成を行った。

【００６９】図７に見られるように突起体は隣接する複
数の電極間で不連続に配置されている。

【００７０】図７ではＹ電極２に平行な方向に不連続形
状でＢＭ３上に突起体の配置を行っている。

【００７１】ＢＭ上に突起体を形成した後、ＳｉＯ₂製
の絶縁膜４の形成をスパッタリングにより行った。

【００７２】その後、ポリイミド材料（東レ製ＳＰ−
７１０）のスピンコートにより配向膜５を形成した。

【００７３】配向膜及び突起体に対するラビングはＹ電
極に平行となる平行ラビングとした。

【００７４】次にエッジ部にＵＶ硬化型樹脂（ロックタ
イトＬＸ−３５２１）を印刷塗布し、加熱によりガラス
基板１と対向ガラス基板７との両基板の接着を行い、強
誘電性液晶セルを形成する。

【００７５】以上のように作製された強誘電性液晶表示
セルに対して、セル内の１５ケ所に於てセル間隔測定を
おこなった結果、設定値１．５μｍに対して１．４６〜
１．５２μｍとなり、通常のセルと比較して高精度のセ
ル間隔制御が可能であることが分かった。

【００７６】強誘電性液晶９は常温ではスメクティック
相を示し薄いセルギャップには注入が難しいので加熱に
より等方性液体状態にしてセルへの注入を行った。注入
後、液晶セルを徐冷することにより、モノドメイン強誘
電性液晶表示セルとした。

【００７７】このプロセスで作成した強誘電性液晶表示
セルの両側に偏光子をクロスニコルの状態で取り付けた
が、偏光板張り付け時、従来のスペーサ散布による製法
でのセルに発生した液晶配向の乱れは見られなかった。

【００７８】また、有効な表示領域内に存在するスペー
サはしばしば、配向不均一部の発生起点となりやすく表
示のコントラストを低下させることが多い。

【００７９】しかし、本発明の構成では有効表示領域内
にスペーサが配置されないのでコントラスト向上にも有
効である。

【００８０】ここで用いる絶縁膜にはＳｉＯ₂、シリコ
ン窒化物、シリコン炭化物などをスッパッタ、蒸着ある
いはＣＶＤなどの手段で形成してもよい。

【００８１】さらに、配向膜としては、ポリビニルアル
コ−ル、ポリイミド、ポリアミド、ナイロンなどを用い
てもよい。

【００８２】液晶注入時の液晶流れ方向に対して滑らか
な流れとなるように突起体形状を雨滴形状あるいは流線
形状にすることで液晶注入時の気泡発生を防ぎ、均一な
表示素子が作成される。

【００８３】

【発明の効果】本発明は、スペーサとしての機能を有す
る突起体を不連続に形成し、強誘電性液晶表示セルを作
成することで、セル間隔制御の精度の向上、液晶注入時
間の短縮による生産性向上およびパネル完成後は外部か
らの機械的衝撃に対する耐性向上に有効である。

【００８４】さらに、有効表示画素内にスペーサがない
ことから、表示のコントラスト向上にも有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半円状に突起体が配置された強誘電性
液晶表示セルの平面図である。

【図２】本発明の流線形の外形線を持つ突起体の拡大平
面図である。

【図３】本発明の扇状に突起体が配置された強誘電性液
晶表示セルの平面図である。

【図４】本発明の雨滴形の外形線を持つ突起体の拡大平
面図である。

【図５】本発明の突起体が整数倍配置された強誘電性液
晶表示セルの平面図である。

【図６】本発明の突起体が実数倍配置された強誘電性液
晶表示セルの平面図である。

【図７】本発明の不連続な突起体の有る強誘電性液晶表
示セルの断面図である。

【図８】従来の連続な突起体の有る強誘電性液晶表示セ
ルの断面図である。

【図９】従来の行間で連続な突起体の有る強誘電性液晶
表示セルの平面図である。

【図１０】従来の隣接画素間に突起体の有る強誘電性液
晶表示セルの平面図である。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ Ｙ電極 ３ ＢＭ ４ 絶縁膜 ５ 配向膜 ６ 突起体 ７ 対向ガラス基板 ８ Ｘ電極 ９ 強誘電性液晶 １０ 画素 １１ シール １２ 内周 １３ 外接円 １４ 注入口 １５ 線分 １５ Ｘ平行線 １７ Ｙ平行線 １８ 外形線 １９ 先頭点

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の電極の有る一対の平行基板間に、
   一対の平行基板間の距離を規定する固定された突起体
   と、一部に注入口を有する強誘電性液晶を封入するシー
   ルと、カイラルスメクティック強誘電性液晶とを配置し
   てなる液晶表示セルの構造に於て、少なくとも一方の基
   板上に、突起体を複数の電極間で不連続に配置すること
   を特徴とする強誘電性液晶表示セル。
2. 【請求項２】 突起体が強誘電性液晶表示セルの注入口
   と、注入口から最も離れたシールの内周に外接する外接
   円とを結ぶ線分上に有ることを特徴とする請求項１の強
   誘電性液晶表示セル。
3. 【請求項３】 強誘電性液晶に接する突起体の外形線が
   曲線であることを特徴とする請求項２の強誘電性液晶表
   示セル。
4. 【請求項４】 突起体が線分に対して線対称であること
   を特徴とする請求項２の強誘電性液晶表示セル。