JPH11242230A

JPH11242230A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH11242230A
Application number: JP4492798A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Araya; 康太郎荒谷; Yasushi Tomioka; 冨岡　　安; Hidetoshi Abe; 英俊阿部; Tsunenori Yamamoto; 恒典山本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】高分子壁の長手方向と直交する方向に移動す
る液晶の流動が高分子壁によって制限されるのを解消す
ること。【解決手段】ガラス基板２の配向膜３のうち非表示画
素部に対応する領域に複数本の高分子壁１１を間欠的に
形成し、ガラス基板２ａのうち非表示画素部に対応する
領域に複数本の高分子壁１１ａを間欠的に配置し、各高
分子壁１１、１１ａによって井桁構造を形成し、各高分
子壁１１、１１ａの長手方向と直交する方向に移動する
液晶４を各高分子壁１１、１１ａの間隙に導き、液晶４
の注入時間を短縮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に係
り、特に、コンピュータなどの表示装置として用いるに
好適な液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、２枚の電極付ガラス基
盤の間隙に液晶層を設け、電気光学効果により、文字、
数字、図、絵などを表示する表示装置として、コンピュ
ータなどのモニタ部分に用いられている。液晶分子の動
作モードしては、現在、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍ
ａｔｉｃ）、ＳＴＮ（ＳｕｐｅｒｔｗｉｓｔｅｄＮｅ
ｍａｔｉｃ）、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ
ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌ
ａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードなどが知られてい
る。これら動作モードによる液晶表示素子を製造するに
際しては、近年、液晶表示素子の大型化や表示画面にタ
ッチする表示装置の出現により、外部衝撃に対しても強
い液晶表示素子が求められていることを考慮し、２枚の
基板の間隙を一定に保持するために、２枚の電極付ガラ
ス基板にラビングなどの配向処理を施した後、各基板上
にスペーサビーズを散布し、各ガラス基板をシール材を
用いて張り合わせ、２枚のガラス基板の間隙に液晶材料
を注入する工程が採用されている。

【０００３】しかし、２枚のガラス基板間にスペーサビ
ーズを単に挿入すると、特に、表示画面にタッチする際
に、表示画面の乱れ、すなわち液晶の配向に乱れが生じ
ることがある。また、２枚のガラス基板間にスペーサビ
ーズを単に挿入すると、画像を形成するための表示画素
部にもスペーサビーズが存在するため、液晶の配向に微
妙な影響をもたらし、コントラストの低下につながるこ
とがある。そこで、液晶表示素子内部に何らかの対策を
施して、液晶表示素子の配向の乱れやコントラストの低
下を解消させようとする技術が提案されている。

【０００４】液晶表示素子の強度向上に伴う配向の乱れ
を解消したものとしては、例えば特開昭６２−１７４７
２６号公報に記載されているように、スペーサとして、
セル厚制御用のスペーサと接着性スペーサとの混合物を
用いたものが提案されている。しかし、この方法では、
表示画素部にもスペーサが存在するため、コントラスト
の低下を防止することができない。

【０００５】一方、コントラストの低下を解消するよう
にしたものとしては、例えば、特開昭５９−２０１０２
１号公報に記載されているように、液晶表示素子内にス
ペーサビーズを用いずに、非表示画素部に樹脂による柱
状構造物を設け、この樹脂によってセル厚を制御する方
法が提案されている。しかし、この方法では、液晶表示
素子の耐久性が低い上に、均一なセル厚を得ることが困
難である。

【０００６】また液晶表示素子の配向の乱れとコントラ
ストの低下を同時に解消させるようにしたものとして
は、例えば、特開平２−４２２４号公報、特開平２−９
１６１６号公報、特開平４−６０５１７号公報、特開平
４−１５１１２２号公報、特開平４−１７８６２８号公
報、特開平７−２８０７１号公報、特開平７−３０１０
１５号公報などに記載されているように、対向する透明
基板の非表示画素部に高分子壁を形成する方法が開示さ
れている。そして、高分子壁を非表示画素部に形成する
に際して、各基板の非表示画素部にストライプ状の高分
子壁を形成し、且つ、各基板を重ね合わせたときに、ス
トライプ状の高分子壁が互いに直交する構成が採用され
ている。これにより、強度向上に伴う配向の乱れを解消
することができるとともにコントラストの低下を解消す
ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
各ガラス基板の非表示画素部にストライプ状の高分子壁
を形成し、各基板を重ね合わせたときに、互いのストラ
イプ状の高分子壁が直交するようになっているので、強
度向上に伴う配向の乱れの解消とコントラストの低下の
解消を同時に解決することができる。しかし、ストライ
プ状の高分子壁が非表示画素部の全域にわたって形成さ
れているため、各ガラス基板間に液晶材料を注入する際
に、高分子壁の長手方向と直交する方向に流動する液晶
が高分子壁によってその流動が制限され、液晶の注入時
間を短縮することが困難である。

【０００８】本発明の目的は、液晶の注入時間を短縮す
ることができる液晶表示素子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、一対のガラス基板を相対向させて配置す
るとともに、前記一対のガラス基板間に画像を形成する
ための表示画素部と光を遮蔽するための非表示画素部を
形成し、前記表示画素部と前記非表示画素部にそれぞれ
配向膜を塗布して前記一対のガラス基板間に一対の配向
膜による層を相対向させて形成し、一方の配向膜の対向
面のうち前記非表示画素部に対応する領域に高分子壁を
複数本間欠的に配置し、他方の配向膜の対向面のうち前
記非表示画素部に対応する領域に高分子壁を複数本間欠
的に且つ前記一方の配向膜側の高分子壁と交差する方向
に配置し、前記一対の配向膜の間に液晶を注入し、前記
一対の配向膜間の液晶を前記一対のガラス基板で挟持し
てなる液晶表示素子を構成したものである。

【００１０】前記液晶表示素子を構成するに際しては、
高分子壁として、ストライプ状の高分子壁を用い、一方
の配向膜の対向面のうち非表示画素部に対応する領域に
ストライプ状の高分子壁を複数本間欠的に且つ互いに並
行に配置し、他方の配向膜の対向面のうち非表示画素部
に対応する領域にストライプ状の高分子壁を複数本間欠
的に且つ一方の配向膜側の高分子壁と直交する方向に配
置することもできる。

【００１１】前記各液晶表示素子を構成するに際して
は、以下の要素を付加することができる。

【００１２】（１）前記一方の配向膜側に配置された各
高分子壁は、前記他方の配向膜側に配置された高分子壁
のうち２本以上の高分子壁と接触してなる。

【００１３】（２）前記一方の配向膜側に配置された複
数本の高分子壁と前記他方の配向膜側に配置された複数
本の高分子壁はそれぞれ一対ずつ接触して井桁構造を形
成してなる。

【００１４】前記した手段によれば、配向膜のうち非表
示画素部に対応する領域に高分子壁が複数本間欠的に配
置されているため、一対の配向膜間に液晶が注入された
際に、高分子壁の長手方向と直交する方向に移動する液
晶のうち一部は高分子壁と接触してその移動が高分子壁
によって制限されるが、他のほとんどの液晶は各高分子
壁間の間隙を介して移動するため、高分子壁の長手方向
と直交する方向に移動する液晶の流動が高分子壁によっ
て制限されるのを大幅に解消することができ、液晶の注
入時間を大幅に短縮することができる。また一方の配向
膜側に配置された各高分子壁は、他方の配向膜側に配置
された高分子壁のうち２本以上の高分子壁と接触する構
造を採用して、一方の配向膜側に配置された複数本の高
分子壁と他方の配向膜側に配置された複数本の高分子壁
がそれぞれ一対ずつ接触して井桁構造を形成すること
で、液晶表示素子の強度を確保することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００１６】図１は、第１実施形態を示す液晶表示素子
の縦断面図、図２は液晶表示素子の要部斜視図、図３は
液晶表示素子の要部分解斜視図である。

【００１７】図１ないし図３において、液晶表示素子
は、ＴＮ駆動モードによる表示装置として、そのサイズ
は２７０ｍｍ（長片側）×２００ｍｍ（短片側）で、表
示部は対角で１０．４インチであり、一対の偏光板１、
１ａの間に、厚みが１．１ｍｍで、表面が研磨された透
明なガラス基板２．２ａが相対向して配置されている。
偏光板１に接合されて下部基板となるガラス基板２の上
には、ゲート電極１３、ソース電極１２、ＴＦＴ（Ｔｈ
ｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１４、画素電
極５がそれぞれ複数個形成されている。各ゲート電極１
３は約１００μｍ毎に互いに平行に形成されており、各
ソース電極１２は各ゲート電極１３と直交する方向に、
約３００μｍ毎に互いに平行に形成されている。そして
各ゲート電極１３と各ソース電極１２によって囲まれた
領域に画素電極５が形成され、各ゲート電極１３と各ソ
ース電極１２とが交差する領域の近傍にＴＦＴ１４が形
成されている。各ゲート電極１３、各ソース電極１２、
各ＴＦＴ１４、各画素電極５の上には配向膜３による層
が形成されている。この配向膜３としては、本実施形態
ではポリイミドを採用し、印刷機でポリイミドを各電極
上に塗布し焼成後の膜厚を０．１μｍ程度とした。この
配向膜３上には、感光性ポリイミド前駆体をスピンコー
ト法により塗布し、ストライプ状のパターン露光を実施
し、現像工程を経てガラス基板２上の各ゲート電極１３
上に高さ３μｍのストライプ状の高分子壁１１を複数本
間欠的に形成してある。各ストライプ状の高分子壁１１
はゲート電極３本に対して１本の割合で形成されてお
り、その長さは約３４０μｍで、その幅は６μｍであ
る。配向膜３の表面には液晶４を指定の方向に配向させ
るためのラビング処理が施されている。このラビング処
理を施すに際しては、ラビング機（ＦＳ−５５Ｒ型フ
ジオカ製）を使用し、ラビングロールにレーヨン製バフ
布を用いて行った。このときラビングの方向は、ストラ
イプ状の高分子壁１１の長手方向と一致させてある。

【００１８】一方、偏光板１ａに接合されて上部基板と
なるガラス基板２ａの下部側には、ストライプ状に形成
されたＲ、Ｇ、Ｂの３色のカラーフィルタ９と、光を遮
蔽するためのブラックマトリックス１０が形成されてい
る。カラーフィルタ９は画素電極５に対応した領域に形
成され、ブラックマトリックス１０はゲート電極１３と
ソース電極１２に対応した領域に形成されている。カラ
ーフィルタ９の表面にはその表面を平坦化するためのオ
ーバーコート樹脂８が積層されている。このオーバーコ
ート樹脂８の材料としてはエポキシ樹脂が用いられてい
る。そしてこのオーバーコート樹脂８の表面には共通電
極７が形成されており、この共通電極７の表面にはポリ
イミドを用いた配向膜３ａが塗布されている。さらに配
向膜３ａ上には、感光性ポリイミド前駆体をスピンコー
ト法により塗布し、ストライプ状のパターン露光を実施
し、現像工程を経て、ガラス基板２上のソース電極１２
と対向するブラックマトリックス１０上に、高さ３μｍ
のストライプ状の高分子壁１１ａが複数本間欠的に形成
されている。各ストライプ状の高分子壁１１ａはその長
さが３４０μｍでその幅は６μｍである。さらに各高分
子壁１１ａは、ガラス基板２とガラス基板２ａとを重ね
合わせたときに、高分子壁１１と直交し、２本以上の高
分子壁１１と接触して井桁構造を形成するように配置さ
れている。この井桁構造による高分子壁１１、１１ａ
は、表示画素部を形成する画素電極５の周囲の領域であ
って、非表示画素部を形成する領域、例えば、ソース電
極１２、ゲート電極１３、ブラックマトリックス１０が
形成される領域に分散して形成されている。この場合、
Ｒ、Ｇ、Ｂ３色のカラーフィルタ９で１画素、約３００
μｍ×約３００μｍとすると、井桁構造による高分子壁
１１、１１ａは縦横ともに１画素とびに形成され、図２
では４画素が高分子壁で囲まれることになる。そして液
晶表示素子を８００×６００画素で構成した場合、高分
子壁１１、１１ａを用いた井桁構造は約４００×３００
個形成される。配向膜３ａの表面には液晶４を配向させ
るためのラビン処理が施されており、このラビング方向
はストライプ状の高分子壁１１ａの長手方向と一致させ
てある。

【００１９】一対の配向膜３、３ａによる層の間には高
分子壁１１、１１ａによる井桁構造が形成されていると
ともに、液晶４が注入されている。液晶４の注入は、上
下のガラス基板２、２ａが接着された後行われるように
なっている。

【００２０】すなわち、上下のガラス基板２、２ａの接
着は、接着材（エポキシ系樹脂）の中にポリマビーズを
適量混入し、シールマスクを用いて表示画素部周辺の基
板上に印刷する。このあと接着材の仮硬化を行い、上下
ガラス基板２、２ａを組み合わせる。そしてプレスを用
いて２枚のガラス基板２、２ａを加圧しつつ、接着材を
硬化する。接着材はガラス基板２、２ａの周辺に塗布さ
れ、その一部には液晶４が注入できるように注入口が形
成されている。

【００２１】液晶４を注入するに際しては、まず、真空
系内でパネル（ガラス基板２、２ａを含む表示パネル）
を減圧し、次に、接着材に形成された注入口に液晶４を
密着させ、真空系内を徐々に常圧にすることで、パネル
内と真空系内との気圧差により液晶４をパネル内に注入
する。この液晶４の注入は、本実施形態では約２時間で
完了した。すなわち、井桁構造による高分子壁１１、１
１ａが非表示画素部に分散して配置されているため、注
入口から注入された液晶４の一部は高分子壁１１または
高分子壁１１ａの長手方向と直交する方向に移動する
が、多くの液晶は高分子壁１１、１１ａの長手方向に沿
って移動するとともに、各高分子壁１１、１１ａの間隙
に沿って移動するため、高分子壁１１、１１ａの長手方
向と直交する方向（垂直な方向）に移動する液晶４の流
動が高分子壁１１、１１ａによって制限されるのを大幅
に解消することができ、液晶４の注入を短時間で行うこ
とができる。

【００２２】液晶４が注入された後は、パネル面内のギ
ャップをより均一にするために、パネル面を加圧し、同
時に注入口を光硬化剤（アクリル性樹脂）で封止する。

【００２３】ここで、上記構成による液晶表示素子を用
いて耐久性信頼試験を行った。この試験は、液晶表示素
子の表面に２ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を荷重することによ
り、液晶表示素子の配向の乱れ具合を調べるための試験
である。この配向の乱れ具合は、通常蛍光灯ボックス上
に液晶表示素子を乗せて、蛍光灯ボックスの下から光を
照射しながら、液晶表示素子に荷重を付加した状態で調
べられ、本実施形態では、液晶４の配向の乱れは皆無で
あった。これは、各高分子壁１１、１１ａがそれぞれ相
対向するストライプ状の高分子壁１１、１１ａと２点で
接触するため、荷重分散が起きて、各高分子壁１１、１
１ａに横ずれが生じにくいためである。

【００２４】また、本実施形態における液晶表示素子の
光透過率と印加電圧との関係を調べ、コントラストを評
価したところ、スペーサビーズを用いた場合と比較し、
コントラストは向上したことが確認された。これは、表
示画素部にスペーサビーズがなくなった効果によるもの
である。

【００２５】本実施形態においては、ガラス基板２、２
ａの配向膜３、３ａのうち非表示画素部に対応する領域
に形成されたストライプ状の高分子壁１１、１１ａの作
製方法として、通常の紫外線硬化樹脂によるパターン印
刷を用いたが、液状紫外線硬化樹脂を用いた光造形法
（日刊工業新聞社１９９０年丸谷他著）、熱硬化
性樹脂や紫外線硬化樹脂を用いた鋳型注入法（サイエン
ス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）２７２，８５（１９９６年）およ
びネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）３７６、５８１（１９
９５年）などの方法でも同様の結果が得られる。

【００２６】前記実施形態においては、紫外線硬化樹脂
としてポリイミドを用いたが、（１）感光性化合物を含
有する高分子、（２）感光基を有する高分子、（３）光
重合性モノマ、（４）光重合性プレポリマ（オリゴマ）
などを用いることができる。またこれらの混合物を用い
ることもできる。具体的には、（１）の材料として、重
クロム酸アンモニウムを含有するポリビニルアルコール
や重クロム酸カリウムを含有するポリイミドを挙げるこ
とができる。（２）の材料として、ビニル基を有するポ
リビニルシンナメートやアジド基を有するポリアジドス
チレンを挙げることができる。（３）の材料として、単
官能性モノマであるアクリルアミド、（４）の材料とし
てポリイミド前駆体やエポキシ樹脂を挙げることができ
る。混合物としては、（３）のＮ−メチロールアクリル
アミドと（４）の不飽和ポリエステルの混合物などを挙
げることができる。他方、熱硬化性樹脂としてはエポキ
シ系樹脂などを挙げることができる。

【００２７】次に、本発明の第２実施形態を図４にした
がって説明する。

【００２８】本実施形態は、ガラス基板２上の配向膜３
のうちソース電極１２に対応する領域にストライプ状の
高分子壁１１を形成し、ガラス基板２ａの配向膜３ａの
うちガラス基板２のゲート電極１３に対向するブラック
マトリックス１０と対応する領域に高分子壁１１ａを形
成し、井桁構造による高分子壁１１、１１ａを非表示画
素部に分散して形成したものであり、他の構成は第１実
施形態と同様である。

【００２９】本実施形態においても、液晶表示素子に液
晶４を注入するための注入時間は約２時間であった。ま
たこの液晶表示素子の耐久性信頼試験による配向の乱れ
の結果や、コントラストも第１実施形態とほぼ同程度で
あった。

【００３０】次に、本発明の第３実施形態を図５にした
がって説明する。

【００３１】本実施形態はガラス基板２の配向膜３のう
ちゲート電極１３に対応する領域に複数個の高分子壁１
１を分散して形成し、ガラス基板２ａの配向膜３ａのう
ちガラス基板２のソース電極１２と対向するブラックマ
トリックス１０に対応する領域に複数本の高分子壁１１
ａを分散して形成し、且つ高分子壁１１と高分子壁１１
ａを互いに直交するように形成したものであり、他の構
成は第１実施形態と同様である。

【００３２】本実施形態においては、ガラス基板２とガ
ラス基板２ａとを組み合わせとき、ストライプ状の高分
子壁１１と高分子壁１１ａは互いに直交した状態で接触
するが、ガラス基板２上の各高分子壁１１は、ガラス基
板２ａ側の高分子壁１１ａとは１本とだけ接触し、井桁
構造を形成しないようになっている。

【００３３】本実施形態においては、互いに直交するよ
うに配置された高分子壁１１、１１ａが非表示画素部に
分散して配置されているため、液晶表示素子の液晶封入
時間は約２時間で前記各実施形態とほぼ同程度であっ
た。また、コントラストも前記各実施形態とほぼ同程度
であった。しかし、液晶表示素子の耐久性信頼試験によ
る配向の乱れ具合を調べたところ、液晶の配向に一部乱
れが生じた。これは、高分子壁１１、１１ａが互いに一
点でしか接触しないため、井桁構造を構成するものより
も、荷重分散が不足し、高分子壁１１、１１ａに横ずれ
が生じたためである。

【００３４】前記各実施形態においては、配向膜３、３
ａの配向処理方法としては、感光性ポリイミドをガラス
基板２、２ａ上に塗布して硬化させた後、紫外光を偏光
照射する光配向方法を用いることもできる。光配向方法
を用いて作製された液晶表示素子の場合にも、液晶の封
入時間は約２時間で、各実施形態とほぼ同程度であっ
た。またこの液晶表示素子の耐久性信頼試験による配向
の乱れの結果や、コントラストも各実施形態とほぼ同程
度であった。

【００３５】なお、従来の液晶表示素子における液晶の
封入には約４時間１０分を要し、前記各実施形態の約２
倍程度要することが確認された。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明よれば、一
対の配向膜のうち非表示画素部に対応する領域にそれぞ
れ複数本の高分子壁を間欠的に配置するようにしたた
め、高分子壁の長手方向と交差する方向に移動する液晶
の流動を高分子壁が制限するのを大幅に解消することが
でき、液晶の注入時間を大幅に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す液晶表示素子の縦
断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態を示す液晶表示素子の要
部斜視図である。

【図３】本発明の第１実施形態を示す液晶表示素子の要
部分解斜視図である。

【図４】本発明の第２実施形態を示す液晶表示素子の要
部分解斜視図である。

【図５】本発明の第３実施形態を示す液晶表示素子の要
部分解斜視図である。

【符号の説明】

１、１ａ偏光板２、２ａガラス基板３、３ａ配向膜４液晶５画素電極７共通電極８オーバーコード９カラーフィルタ１０ブラックマトリクス１１、１１ａ高分子壁１２ソース電極１３ゲート電極１４ＴＦＴ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本恒典茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対のガラス基板を相対向させて配置す
るとともに、前記一対のガラス基板間に画像を形成する
ための表示画素部と光を遮蔽するための非表示画素部を
形成し、前記表示画素部と前記非表示画素部にそれぞれ
配向膜を塗布して前記一対のガラス基板間に一対の配向
膜による層を相対向させて形成し、一方の配向膜の対向
面のうち前記非表示画素部に対応する領域に高分子壁を
複数本間欠的に配置し、他方の配向膜の対向面のうち前
記非表示画素部に対応する領域に高分子壁を複数本間欠
的に且つ前記一方の配向膜側の高分子壁と交差する方向
に配置し、前記一対の配向膜の間に液晶を注入し、前記
一対の配向膜間の液晶を前記一対のガラス基板で挟持し
てなる液晶表示素子。
【請求項２】一対のガラス基板を相対向させて配置す
るとともに、前記一対のガラス基板間に画像を形成する
ための表示画素部と光を遮蔽するための非表示画素部を
形成し、前記表示画素部と前記非表示画素部にそれぞれ
配向膜を塗布して前記一対のガラス基板間に一対の配向
膜による層を相対向させて形成し、一方の配向膜の対向
面のうち前記非表示画素部に対応する領域にストライプ
状の高分子壁を複数本間欠的に且つ互いに平行に配置
し、他方の配向膜の対向面のうち前記非表示画素部に対
応する領域にストライプ状の高分子壁を複数本間欠的に
且つ前記一方の配向膜側の高分子壁と直交する方向に配
置し、前記一対の配向膜の間に液晶を注入し、前記一対
の配向膜間の液晶を前記一対のガラス基板で挟持してな
る液晶表示素子。
【請求項３】前記一方の配向膜側に配置された各高分
子壁は、前記他方の配向膜側に配置された高分子壁のう
ち２本以上の高分子壁と接触してなる請求項１または２
記載の液晶表示素子。
【請求項４】前記一方の配向膜側に配置された複数本
の高分子壁と前記他方の配向膜側に配置された複数本の
高分子壁はそれぞれ一対ずつ接触して井桁構造を形成し
てなる請求項１または２記載の液晶表示素子。