JPH10253966A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一対の電極基板１０、２０間に反強誘電性液
晶４０が封入された液晶セル１を有する液晶表示素子に
おいて、両電極基板１０、２０に対する衝撃、振動に抗
するとともに基板全体に渡ってセルギャップを均一に規
制する隔壁構造を備えた液晶セルを提供する。 【解決手段】 一対の電極基板１０、２０間にはフォト
レジストからなる隔壁５０が介装され、この隔壁５０は
両電極基板１０、２０の内表面に接着している。隔壁５
０中にはシリカ製のスペーサ５１が配置されており、両
電極基板の内表面に接している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一対の電極基板間
に液晶が封入された液晶セルを有する液晶表示素子およ
びその製造方法に関するものであり、特に反強誘電性液
晶あるいは強誘電性液晶等のスメクチック液晶を用いた
液晶表示素子に用いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の液晶表示素子において、
液晶配向の耐応力性の向上を目的として、一般にフォト
レジストと称される感光性樹脂材料（以下、レジストと
記す）により形成された隔壁を有するセル構造が用いら
れている。具体的には、特開平７−１９９２０２号公報
に提案されている強誘電性液晶あるいは反強誘電性液晶
表示素子のセル構造に関するものがある。これは、対向
する一対の電極基板間にストライプ状のレジスト隔壁が
介装されたものである。この液晶セルは次のようにして
作られる。

【０００３】すなわち、一対の電極基板のうち一側基板
にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法により基板
上にストライプ状の隔壁を形成する。この一側基板の隔
壁形成面に対向して他側基板を重ね合わせた後、シール
硬化する。シール硬化の際、両基板を加圧して隔壁と他
側基板とを密着させ、加圧を維持した状態で加熱すると
隔壁は熱硬化し他側基板を接着する。そして、隔壁間に
液晶を注入してセルが完成する。

【０００４】このレジスト隔壁は、両基板を接着支持し
て衝撃および振動等による液晶配向乱れを阻止するとと
もに、隔壁の厚み（基板上の高さ）によって両基板間の
距離（セルギャップ）を規制するスペーサとして機能す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種の液晶表示素子
においては、セルギャップばらつきは、表示むら等の不
具合を引き起こす。よって、基板全体に渡って両基板間
距離を均一に規制（セルギャップの均一化）することが
必要となっている。しかし、上記の隔壁構造において
は、レジスト硬度制御およびシール硬化時の加圧制御が
困難であるため、セルギャップの均一化が困難となって
いる。

【０００６】すなわち、シール硬化時においては、基板
のうねりを矯正して平坦化するために、重ね合わせた基
板を密着させるように加圧する。加圧時には、隔壁を熱
硬化させて両基板に接着させることから同時に加熱を行
う。しかし、隔壁を構成するレジストの軟化点は加熱温
度（シール硬化温度、約１４０℃）の近傍にあり、軟化
したレジストは基板からの加圧を受けて潰れてしまう。
レジストの各部位の潰れ具合は一定とはなりにくいの
で、結果として隔壁の厚みも基板内でばらついた構成と
なり、セルギャップの均一化が困難となっている。

【０００７】なお、セルギャップの均一化のみについて
いえば、特開昭６４−５５５３３号公報のように、球状
スペーサを用いたセル構造のものがある。これは、一対
の電極基板のうち一側基板上に塗布されたレジストの上
に球状スペーサを分散させたものを、フォトリソグラフ
ィ法によりパターニングしたものである。ここで、レジ
ストは、パターニングによって所望の部分にのみスペー
サを残しておくためのものであり、他側基板とは接着し
ておらず、両基板を接着支持して衝撃および振動に抗す
る隔壁としての機能はない。また、スペーサと他側基板
とは接着されておらず、液晶セルの耐衝撃、耐振動性の
点で十分でない。

【０００８】本発明は上記点に鑑みて、一対の電極基板
間に液晶が封入された液晶セルを有する液晶表示素子に
おいて、両電極基板に対する衝撃、振動に抗するととも
に基板全体に渡ってセルギャップを均一に規制する隔壁
構造を備えた液晶セルを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、以下の技術的手段を採用する。すなわち、請
求項１の発明によれば、対向する一対の電極基板（１
０、２０）間に液晶（４０）が封入された液晶セル
（１）を有する液晶表示素子において、この一対の電極
基板（１０、２０）間に介装された隔壁（５０）中に
は、これら両電極基板（１０、２０）間の距離を所定値
に設定するスペーサ（５１）が配置されていることを特
徴とする。

【００１０】それによって、両電極基板（１０、２０）
に対する衝撃、振動に抗するとともに、両電極基板（１
０、２０）間の距離を所定値に規制する隔壁構造を有す
る液晶セルとなり、衝撃、振動による液晶配向の乱れの
ないセルギャップの均一な液晶表示素子が実現できる。
具体的には、請求項２のように、隔壁（５０）は両電極
基板（１０、２０）の内表面に接着して、両電極基板
（１０、２０）を相互に固定支持するものであり、スペ
ーサ（５１）は両電極基板（１０、２０）の内表面に接
し、スペーサ（５１）の厚みによって両電極基板（１
０、２０）間の距離を所定値に規制するものにすること
で達成できる。

【００１１】また、請求項３の発明によれば、請求項１
および２に加えて、隔壁（５０）は、一対の電極基板
（１０、２０）間のうち液晶表示素子の駆動時に表示が
行われる部位以外の部位に介装され、スペーサ（５１）
は、隔壁（５０）中のみに配置されていることを特徴と
する。それによって、表示部においてはスペーサ（５
１）の無い構造（スペーサレス）となるので、スペーサ
（５１）による光透過率低下等の表示への弊害を無くし
た液晶表示素子が実現できる。

【００１２】さらに、請求項４の発明のように、隔壁
（５０）はスペーサ（５１）よりも軟化点が低い材料か
らなるものであれば、加熱等によって隔壁（５０）が変
形してもスペーサ（５１）は変形しないので、より安定
に両電極基板（１０、２０）間の距離を所定値に規制で
きる。ここで、隔壁（５０）としては、例えば、感光性
樹脂材料、特にフェノールノボラック系あるいはアクリ
ル系の感光性樹脂材料を用いることが好ましく、スペー
サ（５１）としては、例えば、シリカ等のセラミック材
料を用いることができる。

【００１３】また、請求項５の発明によれば、対向する
一対の電極基板（１０、２０）間に液晶（４０）が封入
された液晶セル（１）を有する液晶表示素子において、
樹脂材料と粒状のスペーサ（５１）とを混合し、この混
合物を一対の電極基板（１０、２０）のうち一側電極基
板（２０）に塗布して、複数かつ互いに離間した隔壁
（５０）の前駆体（５０ａ）を形成し、他側電極基板
（１０）を一側電極基板（２０）上に重ねて、前駆体
（５０ａ）中に包含されるスペーサ（５１）により両電
極基板（１０、２０）間の距離を所定値に設定した状態
で前駆体（５０ａ）を硬化することを特徴とする。

【００１４】それによって、シール硬化の際にも、前駆
体（５０ａ）中のスペーサ（５１）がシール加圧に抗す
るので、両電極基板（１０、２０）間の距離が所定値に
維持でき、請求項１に記載の発明の作用効果を達成し得
るような液晶表示素子の製造方法が提供できる。ここ
で、一側電極基板（２０）の直交方向において前駆体
（５０ａ）の厚さ（ＤＲ）は、請求項６の発明のよう
に、スペーサ（５１）の厚さ（ＤＳ）以上とし、さら
に、請求項７の発明のように、スペーサ（５１）の厚さ
（ＤＳ）の１〜１．５倍であることが好ましい。

【００１５】それによって、シール加圧の際には、ま
ず、前駆体（５０ａ）が潰れて両電極基板（１０、２
０）の内表面に密着する。続いて、前駆体（５０ａ）は
さらに潰れていくが、スペーサ（５１）が両電極基板
（１０、２０）と接したところで潰れは止まる。この時
の前駆体（５０ａ）の潰れによって、前駆体（５０ａ）
と両電極基板（１０、２０）との密着を確実にすること
ができ、硬化後の隔壁（５０）による両電極基板（１
０、２０）の接着支持が強固とできる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は本発明に係る液晶表示素子の
液晶セル（パネル）１の断面構造を示すものである。こ
の液晶セル１は、対向して重ね合わされた一対の電極基
板１０、２０を備えており、これら両電極基板１０、２
０の周縁部は環状のシール３０を介して接着支持されて
いる。

【００１７】また、これら両電極基板１０、２０の間に
は、反強誘電性液晶４０が真空注入法により注入されて
いる。なお、両電極基板１０、２０間の距離（セルギャ
ップ）は１．６μｍ程度になっている。一側（図１の上
方側）の電極基板１０は透明のガラス基板１１を有して
おり、このガラス基板１１の内表面には、内表面側から
順に、樹脂製のカラーフィルタ１２、絶縁膜１３、複数
条の透明電極１４、配向膜１５が設けられている。これ
らのうち、カラーフィルタ１２および配向膜１５はシー
ル３０の内周側に設けられている。

【００１８】一方、他側（図１の下方側）の電極基板２
０は透明のガラス基板２１を有しており、このガラス基
板２１の内表面のシール３０内周側には、内表面側から
順に、複数条の透明電極２４、配向膜２５が設けられて
いる。複数条の透明電極２４は、複数条の透明電極１４
と直角に対向して位置し、これら透明電極１４、２４
は、カラーフィルタ１２および反強誘電性液晶４０と共
に複数の格子状画素を形成する。そして、この画素は、
液晶表示素子の駆動時に表示が行われる表示部として作
用する。

【００１９】ここで、透明電極１４、２４はＩＴＯ（Ｉ
ｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等により形成されて
おり、配向膜１５、２５はポリイミド等であり、オフセ
ット印刷にて形成されている。また、複数条の隔壁５０
が、両電極基板１０、２０の間のうち表示部（画素）以
外の部位に介装されている。すなわち、各隔壁５０は、
隣接する透明電極２４の間の配向膜２５上に、透明電極
２４縁部に沿って位置しており、互いの隔壁５０は離間
している。ちなみに、本実施形態では、各隔壁５０の幅
（図１の左右方向の幅）は数１０μｍ程度である。ま
た、隔壁５０は全ての隣接透明電極２４間に位置してな
くてもよく、任意の隣接透明電極２４間に位置していて
もよい。

【００２０】なお、隔壁５０と透明電極２４とが重なっ
ている部分には、これらと重なるように、例えば、ブラ
ックマスクや金属電極等の遮光体（図示しない）が設け
られ表示に関与しないようになっている。この隔壁５０
は、フェノール−ノボラック系のポジ型のフォトレジス
ト（感光性樹脂）あるいはアクリル系のネガ型のフォト
レジストによってフォトリソグラフィ法により形成され
たものであり、両電極基板１０、２０の内表面、すなわ
ち配向膜１５、２５に接着している。換言すれば、両電
極基板１０、２０はシール３０の内周側において隔壁５
０にて接着支持されており、両電極基板１０、２０に対
する衝撃、振動に抗するようになっている。

【００２１】また、セルギャップに対応した粒径を有す
る略球粒状のスペーサ５１が、隔壁５０中にのみ分散し
て配置されている。スペーサ５１は、剛性の高いシリカ
等のセラミックあるいは樹脂製のものであり、本実施形
態においてはシリカ製のものを用いている。スペーサ５
１の外周は、両電極基板１０、２０の内表面側にて配向
膜１５、２５に接しており、配向膜１５、２５と接して
いない部位は隔壁５０のレジストによって包含されてい
る。両電極基板方向（図１の上下方向）において、隔壁
５０の厚さ（膜厚）はスペーサ５１の厚さ（径）と略同
等であり、両電極基板１０、２０間の距離は所定値（本
実施形態では約１．６μｍ）に設定されている。

【００２２】次に上記構成の液晶セルの製造方法につ
き、図２〜図５を参照して説明する。なお、図３〜図５
において、配向膜１５、２５とガラス基板１１、２１の
間に存在する透明電極１４、２４およびカラーフィルタ
１２等は省略してある。基板洗浄工程Ｓ１では、内表面
にカラーフィルタ１２、絶縁膜１３、複数条の透明電極
１４が順に積層形成されたガラス基板１１、および内表
面に複数条の透明電極２４が形成されたガラス基板２１
が各々洗浄される。

【００２３】配向膜印刷工程Ｓ２では、オフセット印刷
によって、配向膜１５が絶縁膜１３および複数条の透明
電極１４を介してカラーフィルタ１２上に設けられ、電
極基板１０が形成される。一方、オフセット印刷によっ
て、配向膜２５がガラス基板２１および複数条の透明電
極２４の上に設けられ、電極基板２０が形成される。ラ
ビング工程Ｓ３では、各電極基板１０、２０の内表面
（配向膜１５、２５）が、合成織物の布等を用いて一定
の方向性をもって擦られる。

【００２４】続いて、どちらか一方の電極基板にシール
が塗布され、他方の電極基板に隔壁が形成されるが、本
実施形態においては電極基板１０にシール塗布、電極基
板２０に隔壁形成を行う。レジスト・スペーサ混合工程
Ｓ４においては、隔壁５０を形成するフォトレジスト
（以下、レジストと記す）とスペーサ５１とが混合され
る。そして、レジスト塗布工程Ｓ５では、スペーサ５１
が分散したレジストを、電極基板２０の内表面の配向膜
２５全面に塗布し、仮硬化（本実施形態では約８０
℃）、本硬化（本実施形態では約１４０℃）する。

【００２５】この後、レジストパターニング工程Ｓ６に
おいて、マスクを用いて露光処理を施し、現像、リンス
を経て基板上の必要な部分（上述した表示部以外の部
位）にのみレジストおよびスペーサ５１を残す。不要部
は、スペーサ５１とレジストとが同時に除去される。レ
ジストパターニング工程Ｓ６後、図３に示すように、電
極基板２０の内表面にストライプ状の隔壁５０の前駆体
５０ａが形成される。この前駆体５０ａの内部にはスペ
ーサ５１が包含されており、両電極基板方向（図３の上
下方向）において、前駆体５０ａの厚さ（膜厚）ＤＲは
スペーサ５１の厚さ（径）ＤＳ以上となっている（ＤＲ
≧ＤＳ）。ちなみに、本実施形態では、ＤＲは約２．０
μｍ、ＤＳは約１．５〜１．６μｍであり、ＤＲはＤＳ
の１．３倍程度である。

【００２６】一方、シール印刷工程Ｓ７では、電極基板
１０の内表面の周縁部上に、シール３０をシール剤の印
刷により環状に形成する。なお、このシール３０の一部
には、液晶注入口が形成される。続いて、重ね合わせ工
程Ｓ８では、電極板１０を前駆体５０が形成された電極
板２０の上に持ってきて、両基板を内表面の周縁部にて
シール３０を介して重ね合わせる。重ね合わせ後は、図
４に示すように前駆体５０ａおよびスペーサ５１は、電
極基板２０の内表面（配向膜１５）には接していない。

【００２７】そして、シール硬化工程Ｓ９において、重
ね合わされた電極基板１０、２０は、両基板が密着する
方向に基板外表面全体を加圧される。その圧力は、本実
施形態では、０．４〜１．０ｋｇ／ｃｍ² 程度である。
シール硬化工程Ｓ９においては、図５に示すように、加
圧によって前駆体５０ａのレジスト表面が配向膜１５に
接し、その状態で加熱（本実施形態では約１４０℃）す
るとレジスト軟化を伴いレジストが潰される。しかし、
前駆体５０ａ中に包含されるスペーサ５１が両配向膜１
５、２５に接して支えとなっているため、加圧・加熱状
態下においてこれ以上のレジストの潰れは無くなる。

【００２８】そして、前駆体５０ａの膜厚はスペーサ５
１の径と略同等となり、両電極基板１０、２０間の距離
は所定値（本実施形態では約１．６μｍ）に設定された
状態で前駆体５０ａは硬化され隔壁５０が形成される。
硬化の際に隔壁５０は配向膜１５と接着する。ところ
で、もしパターニング工程Ｓ６後の前駆体５０ａの厚さ
（膜厚）ＤＲとスペーサ５１の厚さ（径）ＤＳとの大小
関係が、上記とは逆にＤＲ＜ＤＳであると、配向膜１５
との接点はスペーサ５１との接点のみであり、上下電極
基板１０、２０をレジストで接着、保持することが不可
能となる。よって、ＤＲ≧ＤＳは、上下電極基板１０、
２０間、正確には配向膜１５、２５間を接着するために
必要な条件である。

【００２９】また、ＤＲが大きすぎるとレジストが十分
に潰れず、所望のセルギャップが得られないなどの不具
合が生じる。本発明者等の検討によれば、ＤＲはＤＳの
１〜１．５倍であることが好ましい。また、パターニン
グ後の前駆体５０ａの断面形状が、図３に示すように四
角形状であり、配向膜１５と接する側において平坦面を
有しているものが好ましい。換言すれば、配向膜１５と
接する側の形状が曲面であったり、凹凸面であることは
好ましくない。これは、基板接着性および耐外圧（ある
いは衝撃）・耐振動特性を考えると、上下両基板を均等
に保持する（基板保持面積の均等化）必要があるためで
ある。

【００３０】そして、ガラス分断工程Ｓ１０において、
重ね合わされた両電極基板１０、２０のうち、不要な部
位が分断されて所望の大きさ、形状となる。続いて、液
晶充填工程Ｓ１１において、シール３０の開口部から反
強誘電性液晶４０が、液相状態にて真空注入され両基板
間の隔壁以外の部分に充填される。シール３０の開口部
は封止されて液晶セルは完成する。なお続いて、完成し
た液晶セルは、駆動回路等の接続、ケーシング等の工程
を経て液晶表示素子として完成する。

【００３１】ところで、本実施形態によれば、一対の電
極基板１０、２０間に介装された隔壁５０は、両電極基
板を接着支持して液晶セルへの衝撃、振動に抗する機能
を有するため、液晶配向の耐外圧性および耐振動性の性
能に優れた液晶表示素子が実現できる。一方、隔壁５０
中に配置されたスペーサ５１は、両電極基板１０、２０
間の距離を規制する機能を有するため、セルギャップの
均一な液晶表示素子が実現できる。本実施形態における
セルギャップ均一化の効果を図６に示す。

【００３２】これは、本実施形態によるレジスト中にス
ペーサを包含した隔壁構造を有する液晶セル（図６中の
白丸）と従来のレジストのみの隔壁構造を有する液晶セ
ル（図６中の白丸）と比較したものである。セルサイズ
は対角６インチのものを用いた。本実施形態の液晶セル
５個（サンプルＮｏ．５〜９）、従来の液晶セル４個
（サンプルＮｏ．１〜４）について、基板面内２５点に
ついてセルギャップを測定し、各サンプルについて、平
均値および標準偏差を求めて比較した。

【００３３】本実施形態の液晶セルは、基板面内ばらつ
きおよびサンプル間ばらつき共に従来よりも低減できて
おり、セルギャップの均一化が達成できている。なお、
セルサイズは上記６インチに限定されるものではない。
本発明は、スペーサを包含する隔壁の配置を種々設計変
更することにより、様々な体格の液晶セルに対しても適
用することができる。

【００３４】また、本実施形態によれば、スペーサ５１
は隔壁５０中にのみ配置され、表示部（画素）には存在
しない。このため、スペーサ５１による表示への弊害
（光透過率低下、液晶配向乱れ等）を無くした液晶表示
素子が実現できる。なお、隔壁およびスペーサの材質
は、上記実施形態に限定されるものではなく、シール硬
化温度に対応して種々変更してもよい。隔壁の軟化点は
シール硬化温度近傍であればよく、スペーサの軟化点は
シール硬化温度近傍よりも高いものであればよい。例え
ば、樹脂だけでなく金属等を用いた場合でも、前記の軟
化点条件に適した隔壁およびスペーサの材質を選定すれ
ばよい。隔壁のパターニングは金属エッチング等により
行うことができる。

【００３５】なお、隔壁は一対の電極基板のうちのどち
らか一方の基板に形成されていればよく、上記実施形態
において電極基板１０の方に形成されていてもよい。な
お、上記実施形態のようにスペーサと両電極基板の内表
面とは完全に接していなくともよく、両者の間に僅かに
隔壁が介在している構成としてもよい。例えば、前駆体
の粘性が高いような場合には、このような構成としても
上記実施形態と同等の効果が得られる。

【００３６】なお、シール印刷をする電極基板とレジス
ト塗布を行う電極基板は、上記実施形態のように別々で
なくともよく、一側の電極基板をレジストパターニング
工程に供した後、その一側電極基板に対してシール印刷
を施してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る液晶セルの全体構成を
示す概略断面図である。

【図２】図１の液晶セルの製造方法を示す工程図であ
る。

【図３】図２のレジストパターニング工程後を表す模式
図である。

【図４】図２の重ね合わせ工程後を表す模式図である。

【図５】図２のシール硬化工程を表す模式図である。

【図６】本実施形態のセルギャップ均一効果を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１…液晶セル、１０、２０…電極基板、４０…反強誘電
性液晶、５０…隔壁、５０ａ…前駆体、５１…スペー
サ、ＤＲ…前駆体の厚さ、ＤＳ…スペーサの厚さ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する一対の電極基板（１０、２０）
   間に液晶（４０）が封入された液晶セル（１）を有する
   液晶表示素子において、 前記一対の電極基板（１０、２０）間に介装され、これ
   ら両電極基板（１０、２０）に対する衝撃、振動に抗す
   る隔壁（５０）と、 前記隔壁（５０）中に配置され、前記一対の電極基板
   （１０、２０）間の距離を所定値に規制するスペーサ
   （５１）とを備えていることを特徴とする液晶表示素
   子。
2. 【請求項２】 前記隔壁（５０）は前記一対の電極基板
   （１０、２０）の内表面に接着して、これら両電極基板
   （１０、２０）を相互に固定支持するものであり、 前記スペーサ（５１）は前記一対の電極基板（１０、２
   ０）の内表面に接し、このスペーサ（５１）の厚みによ
   ってこれら両電極基板（１０、２０）間の距離を所定値
   に規制するものであることを特徴とする請求項１に記載
   の液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記隔壁（５０）は、前記一対の電極基
   板（１０、２０）間のうち駆動時に表示が行われる部位
   以外の部位に介装され、 前記スペーサ（５１）は、前記隔壁（５０）中のみに配
   置されていることを特徴とする請求項１または２に記載
   の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 前記隔壁（５０）は前記スペーサ（５
   １）よりも軟化点が低い材料からなることを特徴とする
   請求項１ないし３のいずれか１つに記載の液晶表示素
   子。
5. 【請求項５】 対向する一対の電極基板（１０、２０）
   間に液晶（４０）が封入された液晶セル（１）を有する
   液晶表示素子において、 樹脂材料と粒状のスペーサ（５１）とを混合し、この混
   合物を前記一対の電極基板（１０、２０）のうち一側電
   極基板（２０）に塗布して、複数かつ互いに離間した隔
   壁（５０）の前駆体（５０ａ）を形成し、 他側電極基板（１０）を前記一側電極基板（２０）上に
   重ねて、前記前駆体（５０ａ）中に包含される前記スペ
   ーサ（５１）により両電極基板（１０、２０）間の距離
   を所定値に設定した状態で前記前駆体（５０ａ）を硬化
   することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
6. 【請求項６】 前記一側電極基板（２０）の直交方向に
   おいて、前記前駆体（５０ａ）の厚さ（ＤＲ）は前記ス
   ペーサ（５１）の厚さ（ＤＳ）以上であることを特徴と
   する請求項５に記載の液晶表示素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記前駆体（５０ａ）の厚さ（ＤＲ）は
   前記スペーサ（５１）の厚さ（ＤＳ）の１〜１．５倍で
   あることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示素子の
   製造方法。