JPH11174487A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高コントラスト比が期待される２層直交積層型
のゲストホスト液晶表示装置を強固に保持する液晶セル
構造。 【解決手段】有機高分子膜からなるセパレータで２層の
液晶層を隔て、上下基板に棒状形状のスペーサ部を形成
し、上下基板のスペーサ部は棒状形状の長手方向がほぼ
直交し、かつ該スペーサ部がセパレータの同一部分を保
持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】液晶表示装置はこれまで携帯
型のパーソナルコンピュータ等のインターフェイスとし
て普及してきた。今後あらゆる電子機器において高機能
化とネットワーク化が進展し、これに伴い液晶表示装置
の適用範囲も広がることが予想される。液晶表示装置の
総数の増大に伴い、液晶表示装置自体もより一層の低消
費電力化が必要になる。

【０００２】本発明の属する利用分野は液晶表示装置で
あり、特に２つの液晶層を有する２層積層型の液晶表示
装置である。

【０００３】

【従来の技術】反射型カラー液晶表示装置は前述の低消
費電力化の要求に答えるものであり、その低消費電力は
自ら光源を持たずに周囲の光を利用して表示を行うこと
に依る。反射型カラー液晶表示装置に入射した光は、使
用者に到達するまでに液晶層を通過し、反射板で反射さ
れ、再び液晶層を通過する過程を経る。反射型カラー液
晶表示装置に特有の問題に視差があるが、これは前述の
過程において光が２つ以上の画素を通過することに起因
する。視差が生じると、表示色の色純度とコントラスト
比が著しく低下し、視認性が著しく損なわれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】２層積層型の液晶表示
装置には、例えば２層の液晶層の配向方向を直交させた
ゲストホスト方式（２層直交ＧＨ方式）等がある。２層
直交ＧＨ方式はゲストホスト方式のコントラスト比を向
上する方式として従来より着目されており、前述の視差
の解消が２層直交ＧＨ方式実現のための課題であった。
２層直交ＧＨ方式はカラーフィルタと２つの液晶層と液
晶セル内に内蔵された反射膜から構成されるが、視差解
消のためにはこれらを一画素の短辺（１００μｍ程度）
よりも短い距離内に積層しなければならない。より具体
的には、２層の液晶層を隔てる層を薄くしなければなら
ない。これに加えて、２層の液晶層を安定して保持する
ことが課題である。

【０００５】特開平7−159805 号公報では２層の液晶層
の間に厚さ数μｍの誘電体層をセパレータとして配置し
ている。第一の液晶層は上側基板とセパレータにより保
持され、第二の液晶層はセパレータと下側基板により保
持される。これによりカラーフィルタと２つの液晶層と
反射膜は数十μｍ程度の距離内に積層され、視差が解消
される。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第一の保持部材のスペー
サと第二の保持部材のスペーサを、その形状が基板法線
方向から見て棒状になる様に形成し、かつ棒の長手方向
が基板法線方向から見て直交する様に形成したことによ
り、位置合わせに誤差が生じた場合でもセパレータの同
一部分を保持することができる。

【０００７】第一の保持部材のスペーサと第二の保持部
材のスペーサを、その形状が基板法線方向から見て棒状
になる様に形成することにより、スペーサの形状が充分
に単純であるため、液晶組成物の封入行程において液晶
組成物がスペーサの周囲に充分にまわり込み、スペーサ
の周囲に液晶組成物が存在しない部分は生じない。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に具体
的に説明する。

【０００９】（実施例１）図１に本発明の液晶表示装置
の透視図を示す。一対の基板の内の第１の基板１１はホ
ウケイサンガラス製であり、厚さは０.７mm であり、共
通電極１７，平坦化層１４，カラーフィルタ１３が順次
積層されている。共通電極はＩＴＯ製であり、層厚は１
０００Åである。平坦化層はエポキシ樹脂製であり、層
厚は２μｍである。カラーフィルタは染色法で作成し、
透過率が極小になる波長での透過率はＲ，Ｇ，Ｂいずれ
のカラーフィルタでも５０％から６０％である。

【００１０】一対の基板の内の第２の基板１２は第１の
基板と同じ材質と厚さであり、反射電極１６，絶縁層２
３，アクティブ素子１５が順次積層されている。反射電
極はＡｌ製であり、層厚は２０００Åである。絶縁層は
ＳｉＮｘ製であり、層厚は１μｍである。アクティブ素
子は逆スタガ型の薄膜トランジスタである。反射電極は
１画素を形成し、その形状は概略長方形状であり、大き
さは約１００μｍ×３００μｍである。反射電極とアク
ティブ素子はスルーホールで接続されている。

【００１１】セパレータは垂直配向性のポリイミド系高
分子の薄膜であり、膜厚は２μｍである。このポリイミ
ド系高分子は側鎖に長鎖アルキル基を有し、微視的に見
るとセパレータの表面は長鎖アルキル基によって覆われ
ていると考えられる。長鎖アルキル基はセパレータの平
面法線方向に向かって伸びており、液晶分子は長鎖アル
キル基に沿う様に配向し、その結果として垂直配向にな
ると考えられる。尚、図１には後述するシール部やスペ
ーサは含まれていない。

【００１２】その後の両基板に対する処理と組み立てを
図２に示す。両基板に対する処理は基本的に同じである
ため、図２（ａ）〜（ｆ）では第２の基板のみを示して
いる。また、図２（ａ）〜（ｆ）では第２の基板上の各
層は省略されている。第２の基板の各層が積層されてい
る側に、光反応性有機高分子３１を５μｍの厚さで形成
する（図２（ａ））。光反応性有機高分子はポリイミド
系の高分子からなる日立化成製のＴＬ１７０８であり、
例えば波長３６５ｎｍの光を照射すると光照射部が硬化
して溶媒に対して不溶になる。フォトリソグラフにより
光反応性有機高分子をエッチング加工し、シール部３７
とスペーサ部３６を形成した（図２(ｂ）〜（ｄ））。

【００１３】その後、シール部とスペーサ部の上側に光
配向性の有機高分子３８を塗付した（図２（ｅ））。光
配向性有機高分子はパラメトキシ桂皮酸を側鎖に有する
ポリビニルエステルであり、光照射によりパラメトキシ
桂皮酸が光２量化反応を起こす。照射光に直線偏光を用
いれば光反応で生じる化学結合の方向を制御し、更には
液晶の配向方向を制御する。この時、液晶分子の配向方
向は直線偏光の振動方向に対して垂直になる。光照射に
より配向処理して配向膜１９とした後（図２（ｆ））、
セパレータ２０を第１の基板と第２の基板の間に挟む様
にして組み立てる（図２（ｇ))。

【００１４】図３（ａ)，(ｂ）は組み立て後の液晶セル
を基板法線方向から見たものであり、図３（ａ）は表示
部の一部分の拡大図である。図３（ａ）において、第１
の基板のスペーサ部はハッチングして示してある。第１
の基板のスペーサ部も、第２の基板のスペーサ部も棒状
であり、その長さは１５μｍ、幅は５μｍである。ま
た、その分布する位置は両者とも等しく、かつ棒状の形
状の長手方向が直交している。

【００１５】図３は数十枚作成した本発明の液晶表示装
置の中でも最も高い位置精度でフォトリソグラフィと組
み立てを行うことができたものの１つであり、両基板の
スペーサ部がその中心部で重なっている。

【００１６】以上の様にして、液晶セルの構造を両基板
のスペーサ部がセパレータの同一部分を保持する構造と
した。尚、スペーサ部の分布数は１平方mmあたり１００
個とした。

【００１７】第２の基板の液晶配向方向４６は、同基板
スペーサ部の棒状形状の長手方向に平行である。即ち、
第１の基板の配向膜に配向処理をする際の直線偏光の振
動方向４８は、同基板スペーサ部の棒状形状の長手方向
に対して直交する様にした。第１の基板の液晶配向方向
についても第２の基板と同様である。

【００１８】図４に第１の基板のシール部３５と第２の
基板のシール部３７の分布を示す。両基板のシール部は
基板法線方向から見て重なり合い、かつ表示部を囲む様
に分布する。図４下部の一部でシール部は分布しておら
ず、この部分が液晶材料を真空封入するための封入口４
１，４２である。尚、図４では両基板のシール部の封入
口の位置が基板法線方向から見て重なり合っているが、
封入口の位置は必ずしも重なり合っていなくても良い。

【００１９】液晶層には三菱化成株式会社製のＬ１２１
−４を用い、上記の封入口から真空封入して液晶層を形
成した。Ｌ１２１−４は誘電率異方性が正であり、２色
性色素を含み、ほぼ無彩色を呈する。各液晶層はハイブ
リッド配向であり、その配向方向は互いに直交してい
る。

【００２０】以上の様にして、２層直交積層型のゲスト
ホスト液晶セルとした。液晶セルの上面には光散乱体を
積層し、液晶セルの上方に位置する光源からの光を有効
に利用できる様にした。

【００２１】反射率の印加電圧依存性は図４に示した様
にノーマリクローズ型であり、同条件で測定したＭｇＯ
板の表面輝度を１００％としている。０Ｖにおいて反射
率は１.５％ であり、１２Ｖにおいて１３％、２０Ｖに
おいて１６％である。表示部の全面に同一の電圧を印加
して、印加電圧を変えながら表示状態を観察したとこ
ろ、特に目立った表示むらは観察されなかった。

【００２２】本発明の液晶表示装置を机の表面に対して
基板平面が垂直になる様にして立て、その状態からこれ
を倒す動作を１０回繰り返した。その後に再び先程と同
様にして表示状態を観察したが、やはり特に目立った表
示むらは観察されなかった。以上の様に、２層直交積層
型のゲストホスト液晶表示装置において、両基板のスペ
ーサ部がセパレータの同一部分を保持する構造としたこ
とにより、表示が均一でかつ衝撃にも強い液晶表示装置
が得られた。

【００２３】（実施例２）実施例１の液晶表示装置と同
時に作成した液晶表示装置の１つを検査した。図７は図
３と同様、基板法線方向から見たこの液晶表示装置の表
示部の拡大図である。実施例１の液晶表示装置に比べて
フォトリソグラフまたは組み立ての精度は悪く、両基板
の位置が約５μｍだけ左右にずれている。しかし、この
場合でも両基板のスペーサ部は図７に示した様に重なり
合い、セパレータの同一部分を保持する構造とすること
ができた。

【００２４】表示特性を測定したところ、実施例１の液
晶表示装置とほぼ同様であった。また、実施例１と同様
の衝撃試験を行った後に表示の均一性を見たところ、特
に目立った表示むらは観察されなかった。

【００２５】以上の様に、スペーサ部の形状を棒状と
し、両基板のスペーサ部の長手方向が直交する様にした
ことにより、組み立ての精度が低下した場合でも表示が
均一でかつ衝撃に強い液晶表示装置が得られた。

【００２６】（実施例３）実施例１の液晶表示装置にお
いて、セパレータの材質と配向処理方法を変えた。セパ
レータはポリエチレンテレフタレートとし、その両面に
両基板と同様の光配向膜を塗付し、配向処理を施した。
両面の光配向膜の配向方向は、相対する基板の配向方向
と等しくした。各液晶層の配向状態は実施例１とは異な
りホモジニアス配向である。以上の様にして、２層直交
積層型のゲストホスト液晶セルとした。

【００２７】実施例１と同様に反射率の印加電圧依存性
はノーマリクローズ型であり、０Ｖにおいて反射率は
０.７％ であり、１２Ｖにおいて１２％、２０Ｖにおい
て１５％であった。

【００２８】各液晶層をホモジニアス配向としたことに
より、反射率の最低値が低下し、より高コントラスト比
の表示が得られた。

【００２９】（比較例１）実施例１の液晶表示装置にお
いて、スペーサ部の形状を直径５μｍの円状にした。フ
ォトリソグラフまたは組み立ての精度のばらつきは実施
例１と同程度であり、図８に示した様に、実施例２と同
様両基板の位置が約５μｍだけ左右にずれたものもでき
た。この液晶表示装置では、両基板のスペーサ部はセパ
レータの同一部分を充分に保持しない。

【００３０】表示特性を測定したところ、表示面の各部
分でばらつきが見られた。表示の均一性を観察したとこ
ろ、表示むらが見られた。実施例１と同様の衝撃試験を
行うと、表示むらはより顕著になった。

【００３１】図５はスペーサ部を含む面内での断面図で
あり、この時の液晶表示装置の状態を示す。両基板のス
ペーサ部がセパレータの同一部分を保持しないため、第
一の基板に応力が加わると、図６に示した様に最も強度
の低いセパレータ部に応力が集中する。その結果、セパ
レータは破断して凹凸が生じる。衝撃試験による表示む
らの顕在化は、この様にして生じたセパレータの凹凸に
起因すると思われる。以上の様に、スペーサ部の形状を
実施例１から変えたことにより、製造プロセスの精度低
下が生じると両基板のスペーサ部がセパレータの同一部
分を保持しない液晶表示装置が発生した。そのため、表
示の均一性や耐衝撃性が低下した。

【００３２】（比較例２）実施例１の液晶表示装置にお
いて、両基板のスペーサ部の長手方向を平行にした。製
造プロセスの精度のばらつきは実施例１と同程度であ
り、図９に示した様に、実施例２と同様両基板の位置が
約５μｍだけ左右にずれたものもできた。この液晶表示
装置では、両基板のスペーサ部はセパレータの同一部分
を保持しない。

【００３３】表示特性を測定したところ、比較例１と同
様に表示面の各部分でばらつきが見られた。表示の均一
性を観察したところ、表示むらが見られた。実施例１と
同様の衝撃試験を行うと、表示むらはより顕著になっ
た。

【００３４】以上の様に、スペーサ部の長手方向の向き
を実施例１から変えたことにより、製造プロセスの精度
低下が生じると両基板のスペーサ部がセパレータの同一
部分を保持しない液晶表示装置が発生し、表示の均一性
や耐衝撃性が低下した。

【００３５】

【発明の効果】本発明に基づく施策を行うことにより、
視差を解消した高コントラスト比の２層直交ＧＨ方式を
実現でき、かつ表示を均一にし、衝撃にも強い液晶表示
装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である液晶表示装置の透視図で
ある。

【図２】本発明の液晶表示装置の製造過程の一部を示す
図である。

【図３】基板法線方向から見た本発明の液晶表示装置を
示す図である。

【図４】（ａ)，(ｂ）は本発明の液晶表示装置の反射率
の印加電圧依存性を示す特性図である。

【図５】比較例１の液晶表示装置の断面図である。

【図６】比較例１の液晶表示装置に応力が加えられた場
合の状態を示す図である。

【図７】（ａ)，(ｂ）は実施例２の液晶表示装置の表示
部の拡大図である。

【図８】（ａ)，(ｂ）は比較例１の液晶表示装置の表示
部の拡大図である。

【図９】（ａ)，(ｂ）は比較例２の液晶表示装置の表示
部の拡大図である。

【符号の説明】

１１…第一の基板、１２…第二の基板、１３…カラーフ
ィルタ、１４…平坦化層、１５…アクティブ素子、１６
…反射電極、１７…共通電極、１８…第一の配向膜、１
９…第二の配向膜、２０…セパレータ、２１…第一の液
晶層、２２…第二の液晶層、２３…絶縁層、３１…光反
応性有機高分子、３２…フォトマスク、３３…未反応
部、３４…第一の基板のスペーサ部、３５…第一の基板
のシール部、３６…第二の基板のスペーサ部、３７…第
二の基板のシール部、３８…光配向性有機高分子、４１
…第一の基板の封入口、４２…第二の基板の封入口、４
５…第一の基板の液晶配向方向、４６…第二の基板の液
晶配向方向、４７…第一の基板の配向処理時の直線偏光
振動方向、４８…第二の基板の配向処理時の直線偏光振
動方向。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向して配置された一対の基板と、その一
   対の基板に挟持されたセパレータと、第一の基板とセパ
   レータに挟持された第一の液晶層と、第二の基板とセパ
   レータに挟持された第二の液晶層と、第一の基板とセパ
   レータとの間隔を保持する様に形成された第一のスペー
   サと、第二の基板とセパレータとの間隔を保持する様に
   形成された第二のスペーサと、第一の基板とセパレータ
   との対向面端部に形成された第一のシール部と、第二の
   基板とセパレータとの対向面端部に形成された第二のシ
   ール部からなり、第一のスペーサと第二のスペーサの分
   布が一致し、第一のシール部と第二のシール部の分布が
   一致する液晶表示装置。
2. 【請求項２】対向して配置された一対の基板と、その一
   対の基板に挟持されたセパレータと、第一の基板とセパ
   レータに挟持された第一の液晶層と、第二の基板とセパ
   レータに挟持された第二の液晶層と、第一の基板とセパ
   レータとの間隔を保持する様に形成された第一のスペー
   サと、第二の基板とセパレータとの間隔を保持する様に
   形成された第二のスペーサと、第一の基板とセパレータ
   との対向面端部に形成された第一のシール部と、第二の
   基板とセパレータとの対向面端部に形成された第二のシ
   ール部からなり、第一のスペーサと第二のスペーサがセ
   パレータの同一部分を保持し、第一のシール部と第二の
   シール部がセパレータの同一部分を保持する液晶表示装
   置。
3. 【請求項３】請求項１と２記載の液晶表示装置におい
   て、第一のスペーサと第二のスペーサの形状が棒状であ
   り、かつその長手方向が異なる液晶表示装置。
4. 【請求項４】請求項３の液晶表示装置において、第一の
   スペーサと第二のスペーサの形状が棒状であり、かつそ
   の長手方向が直交する液晶表示装置。
5. 【請求項５】請求項１ないし３記載の液晶表示装置にお
   いて、第一の液晶層の配向方向が第一のスペーサの棒状
   形状の長手方向に一致し、第二の液晶層の配向方向が第
   二のスペーサの棒状形状の長手方向に一致する液晶表示
   装置。