JPH11174461A - スペーサおよびこれを用いた液晶表示装置並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対向する二枚の基板間隔を均一に形成するた
めに配置されるスペーサの周辺部における液晶分子の配
向不良に起因する画面のちらつきやコントラスト比の低
下等を防止して、表示品位の高い液晶表示装置、および
その製造方法を提供する。 【解決手段】 対向する二枚の基板間に所定の間隔を形
成するためのスペーサ９を、光照射により接着性が発現
する材料を用いて構成し、従来と同一の方法によりスペ
ーサ９ａを散布後、マスク１７を介して紫外線１８照射
を行うことにより、スペーサ９を任意の領域（表示部１
７以外の領域）にのみ配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶表示装置と
これに用いられるスペーサ、およびこのスペーサを用い
た液晶表示装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は薄型、軽量、低消費電力
等の特徴を有するため、腕時計、電卓等の表示装置に広
く用いられている。特に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦ
Ｔと称する）等をスイッチング素子として搭載し、アク
ティブ駆動を行う液晶表示装置は、従来ワードプロセッ
サーやパーソナルコンピューター等の表示装置として用
いられていたＣＲＴに置き換わりつつある。対向する面
に電極が形成された二枚の基板の間に液晶材料を挟持し
てなる液晶表示装置は、電圧印加時に黒表示を行う（電
圧無印加時には白表示）ノーマリホワイトモード（以
下、ＮＷモードと称する）と、電圧印加時に白表示を行
う（電圧無印加時には黒表示）ノーマリブラックモード
（以下、ＮＢモードと称する）の二つのタイプに分類す
ることができる。ＮＢモードで表示を行う液晶表示モー
ドには、ツインスティッドネマティックモード（以下、
ＴＮモードと称する）、垂直配向モード、面内応答モー
ド等がある。ただし、ＴＮモードでは、対向する二枚の
基板の外側に配置される偏光板の吸収軸を平行に配置し
た場合はＮＢモード、偏光板の吸収軸を直交するよう配
置した場合はＮＷモードとなる。ここでは、近年考案さ
れ、非常に視野角特性が優れている点で注目されている
面内応答モードを例にして、液晶表示装置の動作原理を
説明する。

【０００３】図４は正の誘電異方性を有する液晶材料を
用いた場合の面内応答モードにおける液晶表示装置の構
成を説明するための模式図である。図において、１はア
レイ基板、２は対向基板、３、４はアレイ基板１に形成
されている櫛形形状を有する画素電極と共通電極で、画
素電極３と共通電極４は互いに対向するよう配置されて
いる。２０はアレイ基板１と対向基板２の間に挟持され
た液晶層を構成する液晶分子で、櫛形形状を有する画素
電極３と共通電極４の櫛部とほぼ平行方向に配向処理さ
れている。

【０００４】図５は面内応答モードを用いた液晶表示装
置の動作原理を説明するための模式図で、図５（ａ）は
電圧ＯＦＦ時の状態を示す図、図５（ｂ）は電圧ＯＮ時
の状態を示す図である。図において、７、８は対向する
アレイ基板１と対向基板２の外側に配置された偏光板、
７ａ、８ａは偏光板７、８の透過軸で、偏光板７はその
透過軸７ａが液晶分子２０の長軸方向と平行になるよう
配置され、偏光板８はその透過軸８ａが偏光板７の透過
軸７ａと直交するよう配置される。２１は入射光、２２
は透過光、２３は液晶分子２０の配向方向、２４は画素
電極３と共通電極４により形成される電界方向、２５は
楕円偏光、ｄは液晶分子２０によって構成される液晶層
の厚み、θは電圧印加時の液晶分子２０の回転角であ
る。電圧ＯＦＦ時には、図５（ａ）に示すように、偏光
板７を通過した入射光２１は直線偏光となり、液晶層通
過時に複屈折効果を受けないため、偏光板８を通過でき
ず黒表示となる。電圧ＯＮ時には、図５（ｂ）に示すよ
うに、液晶分子２０は基板面に対しては平行な状態で電
界方向２４に回転するため、偏光板７を通過した入射光
２１は複屈折効果を受け楕円偏光２５に変化し、偏光板
８を透過して明状態の表示となる。このように、面内応
答型液晶表示装置は、電圧ＯＦＦ時に黒表示となるＮＢ
モードである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＮＢモードである面内
応答型液晶表示装置は以上のように構成されており、対
向する二枚の基板（アレイ基板１と対向基板２）間に
は、基板間隔を所定の値にするためにスペーサと呼ばれ
る真球状のビーズが配置されるが、図６に示すように、
スペーサ２６の周辺部では、液晶分子２０の配向が乱れ
る配向不良領域２７が形成される。また、図７に示すよ
うに、液晶表示装置の表示部１１において、スペーサ２
６周辺部に配向不良領域２７が生じることにより、配向
不良領域２７から光漏れが生じ、コントラスト比の低下
や画面のちらつき等表示品位が低下するという問題があ
った。

【０００６】なお、図６はスペーサ周辺部の液晶分子の
配向状態を示す図で、１はアレイ基板、２は対向基板、
６は対向する二枚の基板（アレイ基板１と対向基板２）
の対向する面に形成された配向膜、２０は液晶分子、２
６はスペーサ、２７はスペーサ２６の周辺部に形成され
た液晶分子２０の配向が乱れている配向不良領域であ
る。なお、図６（ａ）および図６（ｂ）に示した配向不
良領域２７における配向の乱れかたの違いは、液晶分子
２０とスペーサ２６の表面の相互作用によって決まるも
のであり、いずれの場合においても、液晶層への入射光
に与える影響は同じである。また、図７は電圧ＯＦＦ時
（黒表示）の光漏れ状態を説明するための図で、１はア
レイ基板、２は対向基板、３は画素電極、４は共通電
極、５は信号線、６は配向膜、７、８は偏光板、１０は
液晶層、１１は表示部、２０は液晶分子、２１は入射
光、２６はスペーサ、２７は配向不良領域、２８は配向
不良領域２７を介して漏れた光である。ＮＢモードの液
晶表示装置では、電圧ＯＦＦ時に偏光板７を通過した入
射光２１は直線偏光となるが、スペーサ２６の周辺部に
おける配向不良領域２７の複屈折効果のため楕円偏光と
なり、偏光板８から光２８が透過するため、黒表示時に
光漏れが生じてコントラスト比の低下や画面のちらつき
を誘発する。また、電圧印加時においても、配向不良領
域のため、スペーサ周辺では所望の透過率が得られず、
画面のちらつきといった問題が生じる。これらの問題は
ＮＢモードで顕著に見られるが、ＮＷモードでも観察さ
れる。

【０００７】この発明は、上記のような問題を解決する
ためになされたもので、スペーサ周辺部での液晶分子の
配向不良に起因する画面のちらつきやコントラストの低
下等を防止して、表示品位の高い液晶表示装置を提供す
ることを目的とする。さらにこの装置に適したスペーサ
および液晶表示装置の製造方法を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係わるスペー
サは、対向する二枚の基板間に介装され、所定の間隔を
保持する球形状のスペーサを、光照射により接着性が発
現する材料により構成したものである。また、接着性が
発現する材料は、光照射により重合反応が生じる官能基
を分子構造内に有する高分子化合物である。また、接着
性が発現する材料は、光照射により分子構造が変化する
官能基を分子構造内に有する高分子化合物である。ま
た、接着性が発現する材料は、光反応性化合物を含む高
分子化合物である。

【０００９】また、この発明に係わる液晶表示装置は、
少なくとも一方に電極が形成される二枚の基板を対向配
置すると共に、基板間にスペーサを介装することにより
各基板を所定間隔に保持するようにした液晶表示装置に
おいて、スペーサは、光照射により接着性が発現する材
料により構成され、各基板間の選択された領域にのみ配
置されるものである。また、液晶表示装置の表示タイプ
は、電圧印加時に白表示となるノーマリブラックモード
である。また、スペーサが配置される領域は、表示部以
外の信号線上である。さらにこの発明に係わる液晶表示
装置の製造方法は、少なくとも一方に電極が形成される
二枚の基板を対向配置すると共に、基板間にスペーサを
介装することにより基板を所定間隔に保持するようにし
た液晶表示装置の製造方法において、各基板のいずれか
一方に光照射により接着性が発現する材料で構成された
スペーサを散布する工程と、所定の遮光膜パターンを有
するマスクを介してスペーサが散布された基板に光を照
射する工程と、光未照射により接着性を有しないスペー
サを除去する工程とを含むものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
一実施の形態である液晶表示装置を図について説明す
る。本実施の形態では、ＮＢモードで表示を行う液晶表
示装置として、面内応答型液晶表示装置を例にとって説
明する。図１は本発明の実施の形態１による面内応答型
液晶表示装置の断面図、図２は面内応答型液晶表示装置
のアレイ基板の概略図、図３はスペーサの散布工程を示
す図である。図において、１はアレイ基板、２は対向基
板、３、４はアレイ基板１にＣｒ、Ａｌ等の金属材料あ
るいはＩＴＯ等の透明導電材料を用いて形成されている
櫛形形状を有する画素電極と共通電極で、画素電極３と
共通電極４は互いに対向するよう配置されている。５は
Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属材料からなる映像信号線１
３、走査信号線１４、共通信号線１５等の信号線、６は
アレイ基板１と対向基板２の対向する面に酸化珪素薄膜
あるいは有機高分子膜等を用いて形成された配向膜、
７、８は対向するアレイ基板１と対向基板２の外側に配
置された偏光板、９は光照射により接着性が発現し、基
板（アレイ基板１もしくは対向基板２）と接着している
スペーサ、１０はアレイ基板１と対向基板２の間に挟持
された液晶層、１１は画素電極３および共通電極４によ
り表示が行われる表示部である。

【００１１】また、面内応答型液晶表示装置のアレイ基
板１には、アレイ基板１面に対して平行な方向の電界を
形成する画素電極３と対向電極４、および映像信号線１
３、走査信号線１４、共通電極４に電圧を供給する共通
信号線１５、画素電極３に電圧を供給するスイッチング
素子としての薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称す
る）１６が形成され、ＴＦＴ１６と表示部１１はマトリ
クス状に配列形成されている。また図３において、９ａ
はアレイ基板１に散布されたスペーサで、光照射により
接着性を発現する特性を有している。１７は表示部１１
に対応する領域に遮光膜パターンを有するマスク、１８
は照射される光で、例えば波長１００ｎｍ〜４００ｎｍ
の紫外線、１９はエアガン等により吹き付けられる窒素
ガスである。

【００１２】光照射により接着性が発現するスペーサ９
ａは、光照射により重合反応が生じる官能基、または光
照射により分子構造が変化する官能基を分子構造内に有
する高分子化合物、あるいは光反応性化合物を含む高分
子化合物により構成される。光照射により重合反応が生
じる官能基としては、例えばアクリル基、メタクリル
基、ビニル基、アリル基、ビニルエーテル基、ノルボル
ネン基等を用いることができる。また、光照射により分
子構造が変化する官能基としては、例えばアゾベンゼン
誘導体、スピロベンゾビラン誘導体等を用いることがで
きる。高分子化合物としては、ジビニルベンゼン誘導
体、アクリル酸誘導体、アクリル酸エステル誘導体、メ
タクリル酸誘導体、メタクリル酸エステル誘導体、スチ
レン誘導体などがある。また、高分子化合物中に含まれ
る光反応性化合物としては、例えばアクリル酸エステ
ル、メタクリル酸エステル等を用いることができる。

【００１３】次に、液晶表示装置の製造方法を説明す
る。なお、本実施の形態ではアレイ基板１にスペーサ９
ａを散布する場合について説明するが、対向基板２にス
ペーサ９ａを散布する場合においても、工程および効果
は同様である。まず、画素電極３、対向電極４および信
号線５等が形成されたアレイ基板１に転写法により配向
膜溶液（日本合成ゴム製ＡＬ１０４４）を塗布後、オー
ブンを用いて１８０゜Ｃで１時間焼成して配向膜６を形
成する。続いて、レーヨンや綿からなる短い毛足を有す
るベルベット状の布等のラビング布を用い、アレイ基板
１に形成されている櫛形形状を有する画素電極３や対向
基板４の櫛歯の方向に対して若干（１０度程度）角度を
付けた方向にラビング処理を行い、配向膜６を配向処理
する。ラビング処理の方向を櫛歯の方向に対して角度を
設けるのは、電圧印加時の液晶分子の回転方向を揃える
ためである。

【００１４】次に、ラビング処理された配向膜６が形成
されたアレイ基板１上に、例えばアクリル基を分子構造
内に有する直径４μｍのスペーサ９ａを０. ５ｗｔ％含
有したイソプロピルアルコール溶液を用い、超音波によ
りスペーサ９ａを分散させた後、霧吹き等により均一に
散布する。このとき、スペーサ９ａの散布数は４００〜
６００コ／ｍｍ² であった。次に、図３（ａ）に示すよ
うに、表示部１１に遮光膜パターンを有するマスク１７
を介して紫外線１８を１０Ｊ／ｃｍ² 照射する。このと
き、紫外線１８が照射されたスペーサ９には接着性が発
現し、アレイ基板１上に接着する。次に、図３（ｂ）に
示すように、スペーサ９ａが散布されたアレイ基板１に
エアガン等を用いて窒素ガス１９を０．１ｋｇｆ／ｃｍ
² の圧力で吹き付け、アレイ基板１に未接着のスペーサ
９ａを除去する。その結果、図３（ｃ）に示すように、
表示部１１上のスペーサ９ａは除去され、表示部１１以
外の領域すなわち信号線５上にスペーサ９が選択的に配
置される。このとき、紫外線１８照射部のスペーサ９の
残存率は６８％、紫外線未照射部のスペーサ９ａの残存
率は５％であった。

【００１５】次に、配向膜６が形成された対向基板２に
ディスペンサを用いてシール材を塗布し、１００゜Ｃで
１０分間加熱を行い乾燥させる。次に、アレイ基板１と
対向基板２を重ね合わせて、０．５ｋｇｆ／ｃｍ² の圧
力で加圧した状態で１５０゜Ｃ、１時間加熱することに
より、アレイ基板１と対向基板２の間隔（セルギャッ
プ）が４．０μｍのパネルを形成する。次にパネルを所
定のサイズに切断後、屈折率異方性が０．０８、誘電率
異方性が１０．４の液晶組成物をパネルに注入し、液晶
表示素子を形成する。

【００１６】なお、本実施の形態ではスペーサ９ａの散
布方法としてイソプロピルアルコールを溶媒とした湿式
散布方式を用いたが、溶媒としては水、エタノール、プ
ロパノールおよびこれらの混合溶液を用いることがで
き、また乾式散布方式を用いてもよい。また、スペーサ
９ａに照射する光は、スペーサ９ａに接着性を発現でき
る波長の光であればよい。また、アレイ基板１と未接着
のスペーサ９ａの除去方法は、窒素ガス１９の吹き付け
以外に、バキューム装置による吸引や、これらの方法を
組み合わせた除去方法等でもよい。さらに、本実施の形
態では面内応答型の液晶表示装置について述べたが、本
発明は全ての液晶表示装置に適用できる。

【００１７】この発明によれば、液晶表示装置におい
て、対向する二枚の基板（アレイ基板１と対向基板２）
間に所定の間隔を形成するためのスペーサ９を、光照射
により接着性が発現する材料を用いて構成することによ
り、スペーサ９を任意の領域にのみ配置することがで
き、すなわち表示部１１上にはスペーサ９が配置され
ず、かつ表示部１１以外の領域にのみスペーサ９が配置
されるため、基板間隔は均一に形成されると共に、表示
部１１ではスペーサ９に起因する液晶分子の配向不良が
生じず、液晶分子の配向不良による画面のちらつきやコ
ントラスト比の低下等を防止して、コントラスト比が３
０％向上した表示品位の高い液晶表示装置を提供するこ
とができる。

【００１８】また、上記実施の形態と比較するために、
ジビニルベンゼンを主成分とする直径４μｍのスペーサ
を０. ５ｗｔ％含有したイソプロピルアルコール溶液を
用い、超音波によりスペーサを分散させた後、霧吹き等
により均一に散布する。このとき、スペーサの散布数は
４００〜６００コ／ｍｍ² であった。シール材塗布工程
以降は実施の形態１と同様の方法により液晶表示装置を
形成し比較を行った。その結果、ジビニルベンゼンを主
成分とするスペーサを用いて形成した液晶表示装置で
は、スペーサ周辺部において画面のちらつきやコントラ
スト比の低下が見られた。

【００１９】実施の形態２．実施の形態１では、光照射
により接着性が発現するスペーサ９ａとして、分子構造
内に光照射により重合反応が生じるアクリル基を有する
高分子化合物を用いたが、光反応性化合物であるメタク
リル酸エステルを含む高分子化合物によりスペーサを構
成することによっても同様の効果が得られる。本実施の
形態による液晶表示装置の製造方法は、スペーサを形成
する高分子化合物内にメタクリル酸エステルを有する直
径４μｍのスペーサを０. ５ｗｔ％含有したイソプロピ
ルアルコール溶液を用い、超音波によりスペーサを分散
させた後、霧吹き等により均一に散布する。このとき、
スペーサの散布数は４００〜６００コ／ｍｍ² であっ
た。次に、表示部に遮光膜パターンを有するマスクを介
して紫外線を２５Ｊ／ｃｍ² 照射する。このとき、紫外
線が照射されたスペーサには接着性が発現し、アレイ基
板上に接着する。次に、スペーサが散布されたアレイ基
板にエアガン等を用いて窒素ガスを０．１ｋｇｆ／ｃｍ
² の圧力で吹き付け、アレイ基板に未接着のスペーサを
除去する。その結果、表示部上のスペーサは除去され、
表示部以外の領域すなわち信号線上にスペーサが選択的
に配置される。このとき、紫外線照射部のスペーサの残
存率は６０％、紫外線未照射部のスペーサの残存率は５
％であった。以降は実施の形態１と同様の方法により液
晶表示装置を形成する。本実施の形態によれば、黒表示
時において、コントラスト比が３０％向上した。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、対向
する二枚の基板間に所定の間隔を形成するためのスペー
サを、光照射により接着性が発現する材料を用いて構成
することにより、スペーサを任意の領域にのみ配置する
ことができ、すなわち表示部上にはスペーサが配置され
ず、かつ表示部以外の領域にのみスペーサを配置するこ
とができるため、基板間隔は均一に形成されると共に、
表示部ではスペーサに起因する液晶分子の配向不良が生
じず、液晶分子の配向不良による画面のちらつきやコン
トラスト比の低下等を防止し、表示品位の高い液晶表示
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による液晶表示装置
を示す断面図である。

【図２】 面内応答型液晶表示装置のアレイ基板を示す
斜視図である。

【図３】 この発明の実施の形態１による液晶表示装置
の製造工程を示す断面図である。

【図４】 面内応答型液晶表示装置の構成を説明するた
めの模式図である。

【図５】 面内応答型液晶表示装置の動作原理を説明す
るための模式図である。

【図６】 従来のこの種液晶表示装置における液晶分子
の配向状態を示す模式図である。

【図７】 従来の液晶表示装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ アレイ基板、２ 対向基板、３ 画素電極、４ 共
通電極、５ 信号線、６ 配向膜、７、８ 偏光板、
９、９ａ スペーサ、１０ 液晶層、１１ 表示部、１
３ 映像信号線、１４ 走査信号線、１５ 共通信号
線、１６ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、１７ マス
ク、１８ 光（紫外線）、１９ 窒素ガス、２０ 液晶
分子、２１ 入射光、２２ 透過光、 ２３ 液晶分子
の配向方向、２４ 電界方向、２５ 楕円偏光、２６
スペーサ、 ２７ 配向不良領域、２８ 配向不良領域
を介して漏れた光。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する二枚の基板間に介装され、所定
   の間隔を保持する球形状のスペーサを、光照射により接
   着性が発現する材料により構成したことを特徴とするス
   ペーサ。
2. 【請求項２】 接着性が発現する材料は、光照射により
   重合反応が生じる官能基を分子構造内に有する高分子化
   合物であることを特徴とする請求項１記載のスペーサ。
3. 【請求項３】 接着性が発現する材料は、光照射により
   分子構造が変化する官能基を分子構造内に有する高分子
   化合物であることを特徴とする請求項１記載のスペー
   サ。
4. 【請求項４】 接着性が発現する材料は、光反応性化合
   物を含む高分子化合物であることを特徴とする請求項１
   記載のスペーサ。
5. 【請求項５】 少なくとも一方に電極が形成される二枚
   の基板を対向配置すると共に、上記基板間にスペーサを
   介装することにより上記各基板を所定間隔に保持するよ
   うにした液晶表示装置において、 上記スペーサは、光照射により接着性が発現する材料に
   より構成され、上記各基板間の選択された領域にのみ配
   置されることを特徴とする液晶表示装置。
6. 【請求項６】 液晶表示装置の表示タイプは、電圧印加
   時に白表示となるノーマリブラックモードであることを
   特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
7. 【請求項７】 スペーサが配置される領域は、表示部以
   外の信号線上であることを特徴とする請求項５または請
   求項６記載の液晶表示装置。
8. 【請求項８】 少なくとも一方に電極が形成される二枚
   の基板を対向配置すると共に、上記基板間にスペーサを
   介装することにより上記基板を所定間隔に保持するよう
   にした液晶表示装置の製造方法において、 上記各基板のいずれか一方に光照射により接着性が発現
   する材料で構成されたスペーサを散布する工程と、 所定の遮光膜パターンを有するマスクを介して上記スペ
   ーサが散布された基板に光を照射する工程と、 光未照射により接着性を有しないスペーサを除去する工
   程とを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。