JPH11119235A

JPH11119235A - 液晶素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11119235A
Application number: JP9280208A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Abukawa; 浩太郎虻川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】カラー表示の液晶素子において、液晶セルへ
の液晶の注入不良による表示むらを防止する。【解決手段】任意のピクセルと液晶注入方向に直交す
る方向に隣接するピクセルとの間の最大セル厚をｔ₁ 、
上記ピクセルと液晶注入方向に隣接するピクセルとの間
の最大セル厚をｔ₂ 、上記ピクセルの開口部におけるセ
ル厚をｔ₀ した時、ｔ₁ がｔ₂ よりも小さく、且つ、ｔ
₁ がｔ₀ の９５％以下或いはｔ₂ がｔ₀ の１０５％以上
であるように形成された液晶セルに、等方相まで加熱し
た液晶を真空注入方式により注入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置等に用い
られる液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶素子は基本的にそれぞれ透明電極を
形成した一対の基板を該電極が対面するように対向配置
して貼り合わせ、その間隙に液晶を封入してなる。液晶
を封入する液晶セルの内部は一般に１０μｍ以下の薄い
間隔（セル厚）を有するものであり、高速応答性を有す
るカイラルスメクチック相を示す液晶（強誘電性液晶
等）においては１〜３μｍという極めて薄いものが要求
される。このような薄いセル内に液晶を注入する方法と
しては、従来、セル内部の空気を真空排気すると同時に
液晶材料中の溶存ガスを真空脱気して注入する方法がと
られている。

【０００３】図１３にカラー表示の液晶素子の一例の平
面模式図を示す。また、図１３中のＡ−Ａ’方向の断面
模式図を図１４に、Ｂ−Ｂ’方向の断面模式図を図１５
に示す。各部材について説明する。ガラス等からなる上
基板１上にストライプ状の遮光層がクロム等の金属また
は黒色樹脂等で形成され、その開口部に対応して
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各カラーフィルタ１２〜
１４がドット状に形成されている。さらにその上には、
カラーフィルタ１２〜１４の保護と段差補正及び遮光層
１１の電気的な絶縁を目的とする透明樹脂からなる保護
層１６が全面積層されている。さらに、ＩＴＯからなる
透明電極７が液晶注入方向２３に平行な方向にストライ
プ状に形成されている。また、特に表示面積１０インチ
クラス以上の素子においては、電極の電気的な抵抗値の
上昇による液晶スイッチング性の悪化から来る表示品位
の低下を防ぐ目的から、電極の配線抵抗値を低下させる
ため、アルミニウムやクロム等の金属からなる補助電極
３１が透明電極１７上にストライプに沿うような形状で
形成されている。最後に、上記電極上に液晶分子を配向
させるためのポリイミド等からなる薄膜の配向制御膜１
８が積層されている。

【０００４】一方、上記基板に対向する側の基板として
は、ガラス等からなる下基板１’上に、ＩＴＯからなる
ストライプ状の透明電極１９、該透明電極１９の配線抵
抗値を低下させるための金属からなる補助電極３２、配
向制御層２０が順次形成されている。

【０００５】上記２枚の基板は、一方の基板にはスペー
サー２１を分散し、他方の基板の周縁部にはシール材を
描画して、それぞれの電極が互いに直交するように対向
して貼り合わせ、液晶セルを形成する。この液晶セルの
平面模式図を図１に示す。図中２はシール材、３は液晶
注入口である。この液晶セルに液晶注入口３から液晶を
注入して該液晶注入口３を封口材にて封止して液晶素子
が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】液晶素子において、高
品位な表示を得るためには、液晶セル内に均一に液晶を
注入する必要があるが、そのためには、液晶セル内のセ
ルギャップを調整する必要がある。上記したように、液
晶セルには交差する上下の電極や補助電極、カラーフィ
ルタ等により凹凸が生じており、特に、強誘電性液晶を
用いた素子のように、１〜３μｍ程度の非常に小さいセ
ルギャップの液晶素子においては、数千Åのオーダーの
凹凸が液晶の流動性を左右する大きな因子となり易い。

【０００７】本発明の目的は、液晶注入時の液晶セル内
での液晶の流動性を制御し、均一で且つ完全な液晶注入
を実現して、表示品位の高い液晶素子を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、少なく
とも透明基板上にカラーフィルタと電極を形成した基板
と、少なくとも透明基板上に電極を形成した基板とを対
向配置して貼り合わせ、その間隙に液晶を封入してなる
液晶素子であって、任意のピクセルと液晶注入方向に直
交する方向に隣接するピクセルとの間の最大セル厚ｔ₁
が、上記任意のピクセルと液晶注入方向に隣接するピク
セルとの間の最大セル厚ｔ₂ に比べて小さいことを特徴
とする液晶素子である。

【０００９】また本発明の第二は、上記第一の発明の液
晶素子の製造方法であって、少なくとも透明基板上にカ
ラーフィルタと電極を形成した基板と、少なくとも透明
基板上に電極を形成した基板とを、任意のピクセルと液
晶注入方向に直交する方向に隣接するピクセルとの間の
最大セル厚ｔ₁ が、上記任意のピクセルと液晶注入方向
に隣接するピクセルとの間の最大セル厚ｔ₂ に比べて小
さくなるように対向配置して貼り合わせてセルを形成
し、減圧した該セル内に等方相まで加熱した液晶を注入
して封止することを特徴とする液晶素子の製造方法であ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】前記した通り、カラー表示の液晶
素子は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色をそれぞれ制御し、これらを
組み合わせて１画素としての表示を行なう。ここで、
Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれかを表示するために制御し得る最小
単位をピクセルと呼ぶ。液晶素子の表示部は、同じ構成
のピクセルを規則的に２次元的に配置してなる。従っ
て、液晶注入時におけるセル内での液晶の流動性を制御
するためには、任意のピクセルから隣接するピクセルへ
の液晶の進行を制御すれば良いことになる。

【００１１】基本的に、液晶はセル厚の薄い部分の方が
厚い部分よりも速く進行する。そのため、任意のピクセ
ルから隣接するピクセルへの液晶の進行は、セル厚の薄
い方へ進む傾向にある。この様子を図１６、図１７によ
り説明する。図中、４１〜４９はピクセルである。今、
４１〜４３，４５に液晶が充填され、ピクセル４５から
隣接するピクセルである４４、４６、４８への液晶の進
行を考えると、ピクセル４５と各隣接ピクセルとの間の
セル厚が影響する。ここで、ピクセル間の領域ａ〜ｃ
（厳密な境界部分ではなく、開口部と開口部との間に位
置する遮光された領域）のセル厚が異なり、ｃのセル厚
が小さかった場合には、液晶はピクセル４８に優先的に
進行し、さらに、ピクセル４８において、領域ｅ〜ｆの
セル厚の大きさによって進行方向が決定される。

【００１２】上記したように、表示部全体で、ピクセル
４５における領域ｃ、即ち、液晶注入方向２３に隣接す
るピクセルとの間の最大セル厚が、ピクセル４５におけ
る領域ａ，ｂ、即ち、液晶注入方向に直交する方向に隣
接するピクセルとの間の最大セル厚よりも小さいピクセ
ルが連続して存在すると、図１８に矢印で示すように、
液晶の先走りが生じる。特に、セル内を真空（減圧）下
として液晶注入を行う場合、セル内と外との圧力差によ
り液晶がセル内に押し込まれるため、注入時の液晶進行
方向に液晶が先走る現象が生じ、さらに図１６、１７で
説明したような液晶注入方向に液晶が優先的に進行する
ようなパターンの場合にこの現象が助長され、図１８に
示すような注入状態となり、均一な波面で注入すること
ができない。また、先走りした液晶が、途中で液晶注入
方向に直交する方向のセル厚の薄い領域に回り込んだ場
合には、図１９や図２０に示すように、液晶が充填され
ないピクセルが発生し、液晶の注入不良により表示品位
を落とすことがある。

【００１３】本発明においては、任意のピクセルと液晶
注入方向に直交する方向に隣接するピクセルとの間の最
大セル厚ｔ₁ を、上記任意のピクセルと液晶注入方向に
隣接するピクセルとの間の最大セル厚ｔ₂ に比べて小さ
く構成することにより、液晶注入方向に隣接する方向に
優先的に液晶を注入し、液晶を注入口に近いピクセルか
ら順次充填して均一な液晶注入を図るものである。好ま
しくは、ｔ₁ はｔ₂ の９５％以下とする。

【００１４】また、任意のピクセルの開口部におけるセ
ル厚をｔ₀ とすると、ｔ₁ がｔ₀ の９５％以下、或い
は、ｔ₂ がｔ₀ の１０５％以上に形成することで、さら
に効果的に液晶の進行を制御することができる。

【００１５】本発明の液晶素子では、好ましくは、液晶
注入方向と直交する方向に隣接するピクセル間の最大セ
ル厚ｔ₁を液晶注入方向に対して直交する一直線に沿っ
て実質的に等しくなるように設定する。

【００１６】尚、本発明において、任意のピクセルと隣
接するピクセルとの間の最大セル厚とは、厳密なピクセ
ルの境界部ではなく、各ピクセルの開口部と開口部の間
の遮光部分における最大のセル厚を言う。

【００１７】図２に本発明の液晶素子の一実施形態の平
面模式図を示す。また、図２中のＡ−Ａ’方向の断面模
式図を図３に、Ｂ−Ｂ’方向の断面模式図を図４に示
す。尚、先に説明した図１３〜図１５と同じ部材には同
じ符号を付して説明を省略する。

【００１８】本実施形態は、Ｒ、Ｇ、ＢにＷ（白）を加
えた４色表示で１画素とするものであり、１５がＷのカ
ラーフィルタである。図中一点鎖線で囲んだ領域が１ピ
クセルに相当する。本実施形態では、遮光層１１を各カ
ラーフィルタ１２〜１５に対応する開口部を設けたマト
リクス形状としている。また、上基板１に形成する電極
を１９ａ、１９ｂに示すように互い違いにかみ合わせた
形状とし、補助電極を設けていない。ここで、図２〜４
に示されるｔ₁ とｔ₂ 、さらには、ｔ₀ を本発明にかか
る範囲に設定することにより、液晶は液晶注入時に液晶
注入方向２３に直交する方向に優先的に流動するように
制御され、均一な液晶注入が実現する。

【００１９】また、図９は別の実施形態の平面模式図で
ある。同様に、図９中のＡ−Ａ’方向の断面模式図を図
１０に、Ｂ−Ｂ’方向の断面模式図を図１１に示す。
尚、先に説明した図１３〜図１５と同じ部材には同じ符
号を付して説明を省略する。

【００２０】本実施形態は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色表示で１
画素とするものであり、遮光層１１はストライプ状に形
成している。その代わり、上基板１側には透明電極１７
上に各カラーフィルタに対応する開口部を有する補助電
極３１を設け、遮光層１１で遮光できなかった領域を遮
光している。また、下基板１’側の透明電極１８にはス
トライプに沿った補助電極３２をそれぞれ形成して配線
抵抗値の低減を図っている。本実施形態においても、図
９〜１１に示されるｔ₁ とｔ₂ 、さらには、ｔ₀ を本発
明にかかる範囲に設定することにより、液晶は液晶注入
時に液晶注入方向２３に直交する方向に優先的に流動す
るように制御され、均一な液晶注入が実現する。

【００２１】上記実施形態においては、単純マトリクス
型の液晶素子について説明したが、特にこれに限定され
るものではない。また、本発明のセル厚の設定条件を満
足していれば、各部材の素材、製法、形状等については
従来の液晶素子の技術を用いることができる。液晶材料
については、前記した通り、セルギャップの小さいカイ
ラルスメクチック相を示す液晶（強誘電性液晶）を用い
た場合に本発明の効果がより顕著に得られるが、これに
限定されるものではない。

【００２２】

【実施例】

［実施例１］本発明第１の実施例として、図２〜図４に
示した構成の液晶素子を作製した。先ず、上基板１上に
クロムを１０００Åの厚さで全面成膜し、フォトリソ、
エッチングによりパターニングして遮光層１１を形成し
た。その上に顔料分散させた樹脂（宇部興産社製「ＰＡ
−１０１２」シリーズ，但しＷは顔料を含まない）によ
りカラーフィルタ１２〜１５をそれぞれフォトリソ法に
よりドット状に分割して１５０００Åの厚さで順次形成
した。この時、カラーフィルタ１２と１４、及び１３と
１５を液晶注入方向２３と直角な方向にのみできるだけ
近接して形成した。その上に、保護層１６（東レ社製
「ＰＳＢ−Ｋ３１」）を塗布、ベーキングして全面積層
した。カラーフィルタ１２〜１５上とそれ以外の部分の
段差は上記保護層１６のレベリングにより３０００Å程
度に低減された。次に、ＩＴＯを１５００Åの厚さで全
面成膜後、液晶注入方向２３に平行なストライプ状にフ
ォトリソによりパターニングした。さらに、全面にポリ
イミド配向制御膜１８（東レ社製「ＳＰ−７１０」）を
５００Åの厚さで印刷〜焼成して積層形成した。

【００２３】もう一方の下基板１’には、上記基板と同
様の素材と方法により、透明電極１９ａ，１９ｂを形成
し、ポリイミド配向制御膜２０を積層した。

【００２４】上記上下基板の表面にそれぞれラビング処
理を施した後、一方にスペーサー２１を分散し、他方の
周縁部にはシール材を描画し、それぞれの電極が互いに
直交するように重ねて貼り合わせた。このようにして形
成された液晶セルの、開口部におけるセル厚ｔ₀ は１．
１０μｍであり、液晶注入方向２３に隣接するピクセル
間の最大セル厚ｔ₂ は１．５５μｍでｔ₀ に対しては１
４１％であった。また、液晶注入方向２３に直交する方
向に隣接するピクセル間の最大セル厚ｔ₁ は１．４０μ
ｍでｔ₀ に対しては１２７％であった。

【００２５】次に、真空注入方式により、液晶注入口よ
り下記相転移温度を有するピリミジン系強誘電性液晶
（スメクチック液晶）２２を加熱して、図１２に示す温
度、圧力、処理時間のプログラムに沿って等方相にて注
入したところ、局所的な液晶の先走りは見られず、図５
に示されるような波面で液晶２２が進行しているのが観
察された。その結果、セル内部に液晶の充填されないピ
クセルの取り残しなく、完全に且つ均一に液晶を充填す
ることができた。

【００２６】

【化１】

【００２７】本実施例の液晶素子を一対の偏光板に挟持
し、電気的に接続して駆動表示させたところ、充填不良
に起因する表示むらのない良好な表示を行なうことがで
きた。

【００２８】［比較例］比較例として、図６に示す平面
構成の液晶素子を作製した。この素子のＡ−Ａ’方向の
断面模式図は図３と同じである。また、Ｂ−Ｂ’方向の
断面模式図を図７に示す。本比較例は、カラーフィルタ
１２と１３、及び１４と１５を実施例１よりも離して形
成した以外は、実施例１と同様である。

【００２９】本比較例において、ｔ₀ は実施例１と同じ
１．１０μｍであり、ｔ₁ は１．７０μｍ、ｔ₂ は１．
５５μｍであり、ｔ₁ の方がｔ₂ に対して１０％大きか
った。この液晶セルに、実施例１と同様にして同じ液晶
を注入したところ、図８に示すように、液晶の先端波面
が乱れ、液晶の先走りが生じて取り残されるピクセルが
発生した。

【００３０】本比較例の液晶素子を偏光板に挟んで電気
的に接続し、駆動してみたところ、上記取り残しによる
充填不良のため、表示部において微小な表示むらが認め
られた。

【００３１】［実施例２］本発明第２の実施例として、
図９〜図１１に示した構成の液晶素子を作製した。ＩＴ
Ｏからなる透明電極１７、１９を厚さ７００Åで形成
し、その上にモリブデンを２０００Åの厚さで全面成膜
した後、フォトリソによりパターニングして補助電極３
１、３２を形成した以外は、実施例１と同様にして各部
材を形成した。

【００３２】本実施例の液晶セルにおいて、開口部にお
けるセル厚ｔ₀ は１．０８μｍであり、液晶注入方向２
３に隣接するピクセル間の最大セル厚ｔ₂ は１．４５μ
ｍでｔ₀ に対しては１３４％であった。また、液晶注入
方向２３に直交する方向に隣接するピクセル間の最大セ
ル厚ｔ₁ は０．９８μｍでｔ₀ に対しては９１％であっ
た。

【００３３】上記液晶セルに実施例１と同様にして同じ
液晶を注入したところ、局所的な液晶の先走りは見られ
ず、図５に示されるような波面で液晶２２が進行してい
るのが観察された。その結果、セル内部に液晶の充填さ
れないピクセルの取り残しなく、完全に且つ均一に液晶
を充填することができた。

【００３４】また、実施例１と同様に本実施例の液晶素
子を一対の偏光板に挟持し、電気的に接続して駆動表示
させたところ、充填不良に起因する表示むらのない良好
な表示を行なうことができた。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液晶注入工程におけるセル内での液晶の流動性が制御さ
れるため、充填不良のピクセルの取り残しがなく、均一
に且つ完全に液晶をセルに充填することができる。よっ
て、液晶の充填不良による表示むらを防止し、従来の製
造工程を増やすことなく、即ち、製造コスト増大させる
ことなく、表示品位の高い液晶素子を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶セルの平面模式図である。

【図２】本発明の液晶素子の一実施形態の平面模式図で
ある。

【図３】図２の液晶素子の断面模式図である。

【図４】図２の液晶素子の図３とは異なる方向の断面模
式図である。

【図５】本発明の実施例１における液晶セルへの液晶の
注入の様子を示す平面模式図である。

【図６】本発明の比較例の液晶素子の平面模式図であ
る。

【図７】図６の液晶素子の断面模式図である。

【図８】本発明の比較例における液晶セルへの液晶の注
入の様子を示す平面模式図である。

【図９】本発明の液晶素子の別の実施形態の平面模式図
である。

【図１０】図９の液晶素子の断面模式図である。

【図１１】図９の液晶素子の図１０とは異なる方向の断
面模式図である。

【図１２】本発明の実施例１における液晶注入工程の圧
力、温度、処理時間プログラムを示す図である。

【図１３】従来の液晶素子の一例の平面模式図である。

【図１４】図１３の液晶素子の断面模式図である。

【図１５】図１３の液晶素子の図１４とは異なる方向の
断面模式図である。

【図１６】液晶の充填不良を説明するための図である。

【図１７】液晶の充填不良を説明するための図である。

【図１８】液晶の充填不良を説明するための図である。

【図１９】液晶の充填不良を説明するための図である。

【図２０】液晶の充填不良を説明するための図である。

【符号の説明】

１，１’ 基板２シール材３液晶注入口１１遮光層１２〜１５カラーフィルタ１６平坦化層１７，１９，１９ａ，１９ｂ透明電極１８，２０配向制御膜２１スペーサー２２液晶２３液晶注入方向３１，３２補助電極４１〜４９ピクセル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも透明基板上にカラーフィルタ
と電極を形成した基板と、少なくとも透明基板上に電極
を形成した基板とを対向配置して貼り合わせ、その間隙
に液晶を封入してなる液晶素子であって、任意のピクセ
ルと液晶注入方向に直交する方向に隣接するピクセルと
の間の最大セル厚ｔ₁ が、上記任意のピクセルと液晶注
入方向に隣接するピクセルとの間の最大セル厚ｔ₂ に比
べて小さいことを特徴とする液晶素子。
【請求項２】上記ｔ₁ がｔ₂ の９５％以下である請求
項１記載の液晶素子。
【請求項３】上記任意のピクセルの開口部におけるセ
ル厚をｔ₀ とすると、ｔ₁ がｔ₀ の９５％以下、或い
は、ｔ₂ がｔ₀ の１０５％以上である請求項１または２
記載の液晶素子。
【請求項４】液晶注入方向に直交する方向に隣接する
ピクセル間の最大セル厚ｔ₁が液晶注入方向に対して直
交する一直線に沿って実質的に等しくなるように設定さ
れた請求項１記載の液晶素子。
【請求項５】上記液晶がカイラルスメクチック相を呈
する液晶である請求項１記載の液晶素子。
【請求項６】請求項１〜５いずれかに記載の液晶素子
の製造方法であって、少なくとも透明基板上にカラーフ
ィルタと電極を形成した基板と、少なくとも透明基板上
に電極を形成した基板とを、任意のピクセルと液晶注入
方向に直交する方向に隣接するピクセルとの間の最大セ
ル厚ｔ₁ が、上記任意のピクセルと液晶注入方向に隣接
するピクセルとの間の最大セル厚ｔ₂ に比べて小さくな
るように対向配置して貼り合わせてセルを形成し、減圧
した該セル内に等方相まで加熱した液晶を注入して封止
することを特徴とする液晶素子の製造方法。
【請求項７】液晶注入時にセルの周囲を大気圧以上に
加圧する請求項６記載の液晶素子の製造方法。