JPH11352494A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液晶パネル製造工程で多くの時間を要する液晶
封入時間を短縮化し、かつスペーサ周辺部の光漏れによ
るコントラスト低下やスペーサ移動による輝度むらなど
の表示不良をなくし表示品質の高い液晶表示装置を開発
すること。 【解決手段】スペーサを液晶浸透方向に平行に配列し、
かつその平行配列を非画素領域であるブラックマトリク
ス上にのみ選択的に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関わ
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は図１に示されるように２
枚のガラス基板１を所定の間隔をあけて配置し、その間
に液晶を注入して構成される。表示は液晶層の液晶分子
に電界を加えることにより液晶分子の配向方向を変化さ
せ、それにより生じる液晶層の光学特性の変化により行
われる。液晶層の厚さを一定に制御するために基板間に
スペーサ４を配置する。スペーサ４にはシリカやポリマ
ー等のビーズと呼ばれる真球（以下スペーサビーズ）を
用いている。また、液晶層を挟む２枚のガラス基板１表
面には液晶分子を一定方向に配列させるために配向処理
が施される。

【０００３】配向処理はガラス基板１上にポリイミドな
どの配向膜６を塗布し、その後、配向膜表面を例えば布
でこする（ラビング法）などの方法で行われる。スペー
サビーズは配向処理の施されたガラス基板表面上に無秩
序に散布される。液晶表示装置はこれら２枚のガラス基
板周縁部をシール剤８などで接着固定後、液晶を基板間
に封入することにより作製される。

【０００４】現在、液晶封入は一般に真空封入法が用い
られている。真空封入法は大気圧との圧力差を利用して
液晶を液晶表示装置内に注入する方法である。概略を図
２に示した。チャンバー９内に注入口１３を設けた液晶
表示装置１０と液晶１１の入った液晶皿１２を入れ、チ
ャンバー９内を真空に引く。ガラス基板間は真空状態と
なり、その状態で注入口１３を液晶皿１２に接触させ、
しばらくしてからチャンバー９内を徐々に大気圧に戻
す。注入に要する時間は液晶表示装置の大きさやガラス
基板間のギャップにもよるが、製造工程の中でも時間的
に大きな割合を占めている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】液晶表示装置への液晶
注入に要する時間は製造工程の中でも大きな割合を占め
ており、生産効率に大きく影響している。液晶注入過程
を考えた場合、基板上全面に無秩序に配置されたスペー
サビーズは注入時の液晶に対しては大きな障害となり、
このことが注入時間を長くする１つの要因となってい
る。また、スペーサビーズは液晶とは異なる光学的異方
性を示し、またその周辺部で液晶の配向不良を生じる。

【０００６】そのため、従来方式のように電源のオン−
オフにかかわらず光が透過できない非画素領域と光が透
過できる画素領域の区別なく基板全面にスペーサビーズ
を多量に散布した場合、画素領域内に配置されたスペー
サビーズによりコントラスト低下などの問題が生じる。

【０００７】さらに、スペーサビーズは基板上に固定さ
れておらず液晶表示装置組立中、例えば液晶注入時、あ
るいは組立後の振動などにより移動し配向膜を傷つけ
る。これは配向膜に対して新たに配向処理を施したこと
になり、液晶は本来の配向処理方向と異なる方向に配向
してしまう。このことはコントラスト低下や輝度むら不
良などの表示不良の問題を引き起こす。液晶封入問題と
上述の表示不良問題を考えると液晶表示装置内のスペー
サビーズ密度を小さくすることが求められる。

【０００８】一方、液晶表示装置においては液晶層の厚
みが変動することにより輝度むらなどの表示不良の問題
が発生する。液晶層の厚みを一定に制御するためにスペ
ーサビーズを基板間に配置しており、スペーサビーズの
散布密度が大きいほど液晶層の厚みを精度良く制御する
ことができる。

【０００９】上述のような液晶注入の問題や表示不良の
問題を解決するには散布量を減らすことが望ましく、逆
に均一な液晶層厚みを精度良く確保するためにはスペー
サビーズを多量に散布することが必要である。このよう
な相反する問題を効率よく解決することが重要な課題と
なっている。

【００１０】スペーサによる表示不良の問題を解決する
ためにいくつかの方法が提案されている。例えば特開平
9−61828号公報ではスペーサと接着性樹脂を含む溶液を
微細な球状の状態で噴射し、その溶液の軌道を制御して
非画素領域にのみスペーサを散布，固定する方法があげ
られている。また、特開平8−160433 号公報では熱可塑
性樹脂で被覆されたスペーサを電極基板上に分散して配
置し選択的に赤外光を照射することにより非画素領域に
のみスペーサを接着固定する方法が提案されている。

【００１１】しかし、これらのような非画素領域に無秩
序にスペーサを配置したのでは、液晶注入時に液晶の浸
透の妨げとなり膨大な時間を要する。液晶注入問題に関
しては解決されておらず、製造の上で効率が悪い。ま
た、これらの方法では液滴噴出ノズルや赤外光の精度及
び信頼性，位置精度制御など多くの難しい課題を抱えて
いる。

【００１２】本発明の目的は、スペーサによる液晶注入
時の障害を低減し生産効率を上げること、ならびにコン
トラスト低下や輝度むらなどの表示不良をなくし高品質
な液晶表示装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、上記
目的を達成するために、本発明では以下の手段を用い
る。

【００１４】（手段１）少なくとも一方が透明である一
対の基板と前記一対の基板間に配置された液晶層と前記
一対の基板の少なくとも一方の基板に形成され前記液晶
層に電界を印加するための電極群と前記液晶層の配向制
御を行う配向膜、前記液晶層の厚みを均一に制御するス
ペーサを有し、前記液晶層の分子配向状態に応じて光学
特性を変える光学手段とからなる液晶表示装置におい
て、前記スペーサを液晶注入時に液晶組成物の浸透方向
にほぼ平行となるように配置し且つ非画素領域に配置す
ることを特徴とする。

【００１５】（手段２）前記スペーサ群を非画素領域で
あるブラックマトリクス上に配置することを特徴とす
る。

【００１６】（手段３）前記スペーサ群の平行配列を間
隔をあけて配置することを特徴とする。

【００１７】（手段４）前記スペーサ群の平行配列が基
板上で前記液晶表示装置の液晶注入口近傍で密に、かつ
注入口遠方で疎となる密度分布を持つことを特徴とす
る。

【００１８】（手段５）前記スペーサ群の平行配列が基
板上で前記液晶表示装置の中央部で密、かつ周辺部で疎
となる密度分布を持つことを特徴とする。

【００１９】（手段６）前記スペーサ群が真球に近いポ
リマービーズからなり、またその表面が熱可塑性樹脂で
処理されていることを特徴とする。

【００２０】（手段７）前記ポリマービーズを配置すべ
き前記非画素領域であるブラックマトリクス材に近赤外
吸収色素を有することを特徴とする。

【００２１】（手段８）前記近赤外線吸収色素はフタロ
シアニン化合物，スクアリリウム化合物であることを特
徴とする。

【００２２】上記手段を用いることで、液晶注入時の液
晶に対するスペーサ障害が低減され液晶注入時間を大幅
に短縮することができる。このことにより生産効率の向
上が期待できる。また、スペーサをブラックマトリクス
という非画素領域上に配置するので、以前から問題とな
っていたスペーサによるコントラスト低下や輝度むらな
どの表示不良の問題を解決でき、高品質な液晶表示装置
を提供することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に本発明についての実施例を
図を用いて詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に
限定されるものではない。

【００２４】（実施例１）液晶表示素子はＴＮ駆動モー
ドで、そのサイズは２７０mm(基板長軸)×２００mm（基
板短軸）で表示部は対角で１０.４インチサイズであ
り、厚みが１.１mmで表面を研磨した透明なガラス基板
を用いた。本実施例で用いた液晶表示素子を図３に示し
た。ただし、電極類（ゲート電極，ソース電極，ＴＦＴ
部位，画素電極，共通電極）は図では省略した。下部基
板となるガラス基板１の上にゲート電極，ソース電極，
ＴＦＴ部位，画素電極を形成し、さらにその上に液晶を
配向させるための配向膜６を形成した。配向膜６として
ポリイミドを用い、基板上に印刷機で塗布した。その
後、配向膜６を２００℃で３０分焼成した。配向膜６の
膜厚は１０００Å程度であった。

【００２５】対向する上部基板となるガラス基板１は、
ストライプ状のＲ，Ｇ，Ｂの３色カラーフィルター２と
ブラックマトリクス３を備えた構造とした。この時、図
４に示すように液晶表示素子の長軸に平行なブラックマ
トリクス（配置領域１６）には近赤外吸収色素である鉛
フタロシアニンを混入した。カラーフィルター２とブラ
ックマトリクス３上には表面を平坦化するためにオーバ
ーコート樹脂１４を積層した。オーバーコート樹脂１４
材料としてはエポキシ樹脂を用いた。さらにこのオーバ
ーコート樹脂１４上に共通電極を形成しさらに下部基板
と同様にポリイミド配向膜６を塗布した。上下基板の配
向膜６には液晶分子を一定方向に配列させるためにラビ
ング処理を行った。ラビング処理にはラビング機（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た。

【００２６】次にスペーサビーズ固着法について述べ
る。上下ガラス基板間のギャップを制御するために、本
実施例ではスペーサとして球状のポリマービーズ４（粒
径が５.５μｍ)を用いた。ポリマービーズ４には熱可塑
性樹脂５で表面処理されているものを用いた。ビーズ分
散は従来の方法と同様に上部基板（カラーフィルター
側）上に図４のように一様に散布した。その後、図５に
示すように近赤外光１８を基板全面に照射した。近赤外
光には熱線としての作用がありこの吸収による近赤外線
吸収色素での発熱効果を利用する。近赤外光１８の照射
された基板表面では近赤外線吸収色素の混入された配置
領域１６とそれ以外の非配置領域１７の温度変化が異な
り、図５（ａ）のように配置領域１６上でピークを持つ
温度分布となる。

【００２７】このときある一定の温度（以下、熱固着温
度閾値）以上でのみ反応する熱可塑性樹脂５で表面処理
されたスペーサビーズ４を用いると、表面温度の高い配
置領域１６上のスペーサビーズ４のみ固着され、非配置
領域１７のスペーサビーズ４は固着されない。以上の方
法でスペーサビーズ４を固着した。この後、固着されな
かった非配置領域１７内のスペーサビーズを除去するこ
とにより図６のように固着させたい領域のみスペーサビ
ーズを固着することができる。本実施例では基板長軸に
平行なブラックマトリクスに近赤外吸収色素を入れてい
るので図７(ａ)の配列を得ることができた。

【００２８】スペーサビーズの配列について述べる。液
晶組成物のセル内への浸透過程は、図８に示すように、
例えば液晶表示装置１０において注入口１３が左端中央
にあった場合、液晶１１は注入口１３から図８（ａ）の
ように弧を描くように浸透していき、液晶が表示装置内
にある程度浸透したところで図８（ｂ）のように基板長
軸方向に平行に浸透していく。図８で矢印１５は液晶の
浸透方向を示している。このことから考えて液晶を効率
良く浸透させるために図７（ａ）のようにスペーサビー
ズを液晶浸透方向に平行に配列した。

【００２９】その後、上下２つの基板をシール剤８（エ
ポキシ系樹脂）により組み合わせた。シール剤は基板周
辺に設けられたその一部を液晶が注入されるように開放
してある。液晶注入は上述の真空封入法で行った。注入
に要した時間は２.５ 時間であった。

【００３０】注入完了後、封入口を光硬化剤（アクリル
性樹脂）で封止した。透過率を測定したところ非常に良
い黒レベルでコントラスト比３００である表示特性の良
好な液晶表示装置が得られた。

【００３１】本実施例では近赤外線吸収色素として鉛フ
タロシアニンを用いたが、本発明に関する近赤外線吸収
色素はこれのみに限定されるものではない。本発明の近
赤外線吸収色素としてまず第１に化学的，物理的に安定
であること、第２に分子吸光係数が大きいことが求めら
れる。第１の要求は色素の分解などにより配向膜や液晶
層に弊害（例えば液晶の配向を乱すなど）を生じさせる
可能性も考えられるからである。また、液晶表示装置の
製造工程において基板を２００℃付近まで昇温する過程
（例えば、配向膜焼成過程）があるため、耐熱性に優れ
たものでなければならない。第２の要求については分子
吸光係数が大きいほど少ない照射量で大きな発熱量が期
待でき効率的であるからである。

【００３２】また、重要になるのは図５に示した温度ピ
ークの分布である。即ち、近赤外線吸収色素が近赤外光
を吸収した時の温度上昇速度と配置領域１６から非配置
領域１７や配向膜６などの周辺部への温度拡散速度の大
小関係が重要な問題となる。例えば、温度拡散速度が上
昇速度よりも早い場合には近赤外光を照射すると基板全
体として温度が上昇してしまい図５（ｂ）のようなブロ
ードな表面温度分布となる。これでは表面全域が熱固着
温度閾値を超えてしまい配置領域１６と非配置領域１７
の区別なくスペーサビーズ４が固着されることになる。

【００３３】逆に極端に温度上昇速度が早い場合には図
５(ｃ)のような配置領域１６と非配置領域１７の境界線
で急激に温度が立ち上がる温度分布となる。このとき問
題となるのは全面散布時に配置領域ブラックマトリクス
とカラーフィルターの境界付近に配置されたスペーサビ
ーズ４である。境界付近で急激に温度が立ち上がり熱固
着閾値を超えるために境界付近のスペーサビーズ４は固
着されることになる。スペーサビーズ４は固着されてい
るので移動による表示不良の問題は起こらないが、スペ
ーサビーズ周辺部での光漏れによるコントラスト低下の
問題は解決されない。温度上昇速度が温度拡散速度より
も適度に早く、図５（ａ）に示された表面温度分布を示
す近赤外吸収色素を選択することが重要である。図５
（ａ）のような温度分布の時には配置領域ブラックマト
リクスとカラーフィルターの境界上にスペーサビーズ４
が存在している場合でも境界付近ではカラーフィルター
上よりも多少は表面温度が高いものの熱固着温度閾値に
は達していないためスペーサビーズ４が固着されること
はない。

【００３４】以上の条件を満たす近赤外線吸収色素とし
てはフタロシアニン系化合物，スクアリリウム系化合物
が考えられる。両化合物はともに吸光係数も大きく、ま
たフタロシアニンや銅フタロシアニンは２００℃，１時
間の耐熱実験で不変であることが示されており耐熱性に
も優れている。

【００３５】（実施例２）上述の液晶組成物のセル内へ
の浸透過程を考えると、さらに効率の良い配列図７
（ｂ）が考えられる。

【００３６】実施例１において、スペーサビーズが図７
（ｂ）のように１画素間隔をあけて平行に配列をするよ
うにブラックマトリクス内に近赤外吸収色素を混入し
た。それ以外、同様の方法で液晶表示装置を作製した。
スペーサの配列間隔は液晶層の厚みが変動しない程度に
決めなければならず、少なくとも３画素間隔をもって配
列させる必要がある。この液晶表示装置の液晶封入に要
した時間は２時間であった。また、コントラスト比は３
００であった。

【００３７】（実施例３）上述の液晶組成物のセル内へ
の浸透過程を考えると、さらに効率の良い配列図７
（ｃ）が考えられる。図７（ｃ）は液晶注入口近傍から
遠方にいくに従ってスペーサ密度が大きくなるような配
列である。液晶注入直後は注入口を中心に弧を描くよう
に浸透していくのでスペーサが密につまった平行配列で
は逆に障害となってしまう。しかし、このように液晶注
入直後の領域のみまばらな平行配列であれば浸透もしや
すい。注入後半ではスペーサビーズが密に配列されてい
るため平行配置にそって液晶は浸透していく。

【００３８】実施例１において、スペーサビーズ散布量
が注入口から離れるに従って多くなるように散布した。
それ以外、同様の方法で液晶表示装置を作製した。この
液晶表示装置の液晶封入に要した時間は２時間であっ
た。また、コントラスト比は３００であった。

【００３９】図７（ｄ）についても同様の効果が考えら
れる。

【００４０】（実施例４）上述の液晶組成物のセル内へ
の浸透過程および液晶層の厚みの均一性を確保すること
を考えると、さらに効率の良い配列図７（ｅ）が考えら
れる。液晶表示装置周辺部はシール剤で固定されてお
り、このシール剤にはスペーサビーズなど液晶層の厚み
を確保するためのスペーサが混入されている。そのた
め、基板全面で液晶層の厚みを均一に確保するためには
基板中央部にスペーサを配置する必要がある。

【００４１】実施例１において、スペーサビーズが図７
（ｅ）のような配置になるようにブラックマトリクス内
に近赤外吸収色素を混入した。それ以外、同様の方法で
液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置の液晶封入
に要した時間は２時間であった。また、コントラスト比
は３００であった。図７(ｂ），図７(ｃ），図７(ｄ)，
図７（ｅ）の配列を組み合わせることも可能である。

【００４２】（比較例１）実施例１において、従来通り
の方法でスペーサビーズを配置し、それ以外は同様にし
て液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置の液晶注
入に要した時間は４時間であった。また、コントラスト
比は２００であった。

【００４３】

【発明の効果】スペーサを液晶注入時の液晶浸透方向に
平行に配列させることで、現在製造工程で時間的に大き
な割合を占めている液晶封入時間を短時間化でき生産効
率を上げることができる。また、この平行配列を非画素
領域であるブラックマトリクス上に配置させることで、
スペーサによるコントラスト低下や輝度むらなどの表示
不良をなくすことができる。本発明により表示性能の高
い高品質な液晶表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の概略断面図。

【図２】液晶封入過程を示した概略図。

【図３】実施例で用いた液晶表示装置の断面図。

【図４】スペーサビーズ固着過程１（スペーサビーズ散
布直後の基板表面）を示す図。

【図５】スペーサビーズ固着過程２（近赤外光照射時の
基板表面とその温度分布）を示す図。

【図６】スペーサビーズ固着過程３（非配置領域のスペ
ーサビーズ除去後の基板表面）を示す図。

【図７】液晶封入過程において液晶浸透に障害にならな
いようなスペーサの配置例を示す図。

【図８】液晶封入における液晶浸透過程を示す図。

【符号の説明】

１…ガラス基板、２…カラーフィルター、３…ブラック
マトリクス、４…スペーサ、５…表面処理層（熱可塑性
樹脂）、６…配向膜、７…偏光板、８…シール剤、９…
真空チャンバー、１０…液晶表示装置、１１…液晶、１
２…液晶皿、１３…液晶注入口、１４…オーバーコート
樹脂、１５…液晶浸透方向、１６…配置領域（近赤外線
吸収色素入りブラックマトリクス）、１７…非配置領
域、１８…近赤外光。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方が透明である一対の基板
   と、前記一対の基板間に配置された液晶層と、前記一対
   の基板の少なくとも一方の基板に形成され前記液晶層に
   電界を印加するための電極群と、前記液晶層の配向制御
   を行う配向膜、前記液晶層の厚みを均一に制御するスペ
   ーサを有し、前記液晶層の分子配向状態に応じて光学特
   性を変える光学手段とからなる液晶表示装置において、
   前記スペーサを液晶注入時に液晶組成物の浸透方向にほ
   ぼ平行となるように配置し、且つ非画素領域に配置して
   あることを特徴とする前記液晶表示装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記スペーサ群が配置
   される非画素領域が遮光部であるブラックマトリクスで
   あることを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記スペーサ群の平行
   配列が間隔をあけて配置されていることを特徴とする液
   晶表示装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記スペーサ群の平行
   配列が基板上で前記液晶表示装置の液晶注入口近傍で密
   に、かつ注入口遠方で疎となる密度分布を持つことを特
   徴とする液晶表示装置。
5. 【請求項５】請求項１において、前記スペーサ群の平行
   配列が基板上で前記液晶表示装置の中央部で密、かつ周
   辺部で疎となる密度分布を持つことを特徴とする液晶表
   示装置。
6. 【請求項６】請求項１において、前記スペーサ群が真球
   に近いポリマービーズからなり、またその表面が熱可塑
   性樹脂で処理されていることを特徴とする液晶表示装
   置。
7. 【請求項７】請求項１において、前記ポリマービーズを
   配置すべき前記非画素領域であるブラックマトリクス材
   に近赤外線吸収色素を有することを特徴とする液晶表示
   装置。
8. 【請求項８】請求項７において、前記近赤外線吸収色素
   はフタロシアニン化合物，スクアリリウム化合物である
   ことを特徴とする液晶表示装置。