JPS62502147A - 薄形で均一な電気光学表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 薄形で均一な電気光学表示装置 発明の背景 不発明は電気光学材料を利用した表示装置に関し、特に厚みが均一な薄形セルを 具備した表示装置に関する。

本発明はその主要な適用対象としての液晶（ＬＣ）セルに主として関連して記載 されるが、不発明は他の電気光学材料を用いた表示装置用セル、特に電気泳動性 またはエレクトロクロミック性液体に基づき動作するセルに対しても適用可能で ある。

液晶表示装置（ＬＣＤ）においては、液晶セルは１対のガラス板を備え、これ等 のガラス板はそれ等の周囲が封止されて液晶材料を収容する薄いセル室を形成し ている。透明電極を上記ガラス板の内面に形成し、これ等の電極に印加した電圧 によシ誘起された電場に応じて液晶材料を構成する分子の配向方向を制御する。

これ等の液、晶構成分子の配向方向を変化させると液晶セルを通る光の透過量が 変化する・。上記電極の選択した電極に電圧を印加することによシバターン化し た表示が形成される。

液晶セルの厚みは、上記ガラス板の間の距離として規定されるが、セルの動作に 大きな影響を与える。例えば、エヌ、ニー、クラーク（Ｎ、　Ａ、　Ｃ１ａｒｋ ）等の「応用物理学」（Ａｐｐｌｉｅｄ　ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　） 　、第８９９頁、第３６巻、１９８０年によシ最近提案された双安定強誘電性の 液晶表示装置によると、螺旋分子をほどくには、従って双安定性が存在するため にはセル厚は約１μｍ必要としている。１方従来のネジリ形ネマチック表示装置 は、計算器やコンピュータに用いられるが、厚みは約５．５〜１２μｍ１従って ターンオフ時間は約５０〜１００ｍ５　の範囲にあった。しかしながら、もし厚 みが２μｍのものだと、仮シにそれが得られても、上記ターンオフ時間は約５ｍ Ｂに減少してしまう。

一般の市販装置においては、液示セＪＬ、の厚みは、このセルを組立てる前にガ ラス板の１方の全面にわたって一様に分散された薄いガラスファイバの直径によ り決定される。これに関しては、例えば１９８１年８月１１８付の（エイチ、ホ フマン）　）ＬＨｏｆｆｍａｎに付与された米国特許第４．２８３．１１９号を 参照されたい。しかし、現在のファイバスペーサの最小直径は約５．５μｍであ シ、こレバ最良のターンオフ時間を約５．５μｍに制限する。構成が複雑なため に市販製品には到らなかった初期の装置が１９７６年９月７日付はニー、エム、 リュープ（Ａ、　Ｍ。

Ｌｅｕｐｐ　）等の米国特許第３．９７８．５８０号に提案されている。ここで は細胞状構造をなすスペーサ格子が背面板上に形成され、電極間には格子の壁が 配置しである。これ等の壁は電極上に起立した絶縁ベース（例えば、酸化物の） と、金属性上部部分（例えば、アルミニウム製）とを備えている。これ等の複合 壁の高さは、背面板に対して一様であるが、５．５〜９．５μｍのセル厚を可能 にする。

１方、リュープ等はポリシリコンなどの単一絶縁材料からなるスペーサ壁を提案 している。

以上の厚みの他に、ガラス板全体にわたってセル厚が一様なことも重要である。

リュープ等が指摘しているよと、セルの幅および長さ方向に印加した電場が不均 一になシ、表示装置に沿って液晶材料の分布が不均一に変化することになる。

上記ホフマンのファイバスペーサおよびリュープ等のスペーサ格子はセルの一様 な最小厚みを与え、従って前面板の内向きの−ｆ：チは有効に防止するが、両特 許とも外向きの率チを防止してセル厚を一様にする方法は開示していない。更に 、両特許とも、厚みが約１μｍ程度の非常に薄いセルを得る実際的で簡単な方法 については同等記載していない。

発明の要約 本発明の出願者等は前面板と背面板の間に支柱アレイを組込むことによシ、電気 光学表示装置、特に液晶表示装置に適した薄形、均一セルが実現可能なことを見 出した。上記支柱は薄膜材料からなり、これは次のような特性を有する。

（１）これをパターン化して（例えば、写真平版法によシ）１方の板上に（例え ば背面板）支柱列を残すことができる。（２）これを１方の板上に所望の厚さく 例えば、１〜２μｍ　）を与えるように均一に付着することができる。荷に重要 なことは（３）これは両板に対して接着層を形成することができる。上記支柱が 両板に接着すると、そシ（特本発明、およびその多くの特徴と利点は添付図を参 照した以下の詳細な説明から容易に理解できる。但し、図面は説明を明確にする ため実際の縮尺とは異なっている。

第１図は、本発明の１実施例による液晶表示装置の背面板を示す等烏口であシ、 第２図は第１図の実施例による組立て完了前の前面板と背面板の断面図であシ、 更に、 第３図は第１図および２図の実施例による組立て完了後の液晶セルの断面図であ る。

詳細な説明 ここで第１図を参照すると、液晶表示装置の背面板１０が示しである。この背面 板１０上には複数の透明電極１２が形成され、また本発明の１側面に従って上記 電極１２間の溝１３内には一列の支柱１４が形成しである。

図示していないが、これ等の支柱は電極の縁部に重なってもよい、しかしこの構 成は絶対的なものではない。第２図に示したように、整合層１６が上記電極と支 柱の上に付着される。同様に、第２図の前面板２０は一般にその内面に複数の透 明電極２２を備えている。これ等の電極の構成、方向、および形状は特定の用途 に従って決定される。前面板２０の周辺には封止手段２４が配置されると好まし い。この封止手段２４は、第３図に示したように組込まれた時、前面板と背面板 を結合し、それによシ液晶材料３０を含有する薄いセル室を形成する。特に、上 記セルの厚さは板１０と２０との間に延在する一列の支柱１４によ多制御され、 一様にされる。以下に説明するように、上記支柱は、ガラス板１０と２０に付着 し、それによシこれ等の板、特に背面板１０より通常は薄い前面板２０をそＩ） 難くする材料で形成される。更に、セルの厚さを所望のものにするために、上記 支柱の高さは一様にされる。

上記のように、本発明の重要な側面によれが一様な厚さの薄形液晶セルが製造さ れる。従来のネジリ形ネマチック液晶にお騒てはセルが薄いとターンオフ時間は 低減され、また成る強誘電性液晶表示装置は上記エヌ、ニー。

クラークによシ開示された４−ｎ−ディシクロキシベンジリデン−４′−７ミノ （２−メチル−ブチル）シンナメート（ＤＯＢＡＭＢＣ）および４−ｎ−ディシ クロキシベンジリデン−４′−７ミノ（２−クロロプロピル）シンナメート（Ｈ ＯＢＡＰＣ）などの材料に対して１μｍの範囲のセル厚を必要とする。

２つの要件、薄くて一様なセルは好ましくはポリイミドなどの薄膜を用いて同時 に満足されるが、この薄膜は次のような性質を有する。

（１）この薄膜は、例えば４眞平版法によシバターン化できる。

（２）この薄膜は一様な所望の厚みに付着できる。

（３）この薄膜は前面および背面板の両者に接着層を形成することができる。

薄膜のパターン化によシ支柱列は表示装置の所望領域に形成可能になる。均一な 付着は全表示領域にわたって支柱の高さを本質的に同じ高さにでき、従って２板 のガラス板間の間隔を一様にできる。最小セル厚は支柱の高−さによシ決定され るが、最大厚は両ガラス板に対する支柱の付着力によ多制御され、これによシセ ルの厚みが支柱の厚みに対応できるようになる。

二 以下の例は強誘電性の液晶表示装置につ込て記載するが、その場合ポリイミド製 の支柱列を用いて約２μｍの一様な厚さのセルが製造される。ここで用いられる 材料や大きさ、その他のパラメータは例示としてのみ与えられるものであシ、特 に記載がなければ本発明の範囲を限定するものではない。

支柱の形成に用いる薄膜はイー、アイ、デュポン社（Ｅ、　１．　Ｄｕｐｏｎｔ 　Ｃｏ、ンによシピラリン（ＰＹＲＡＬＩＮ　）の商標で市販されているポリイ ミドが用いられた。ビラリンは本発明罠最適ではないが、上記３つの特性を有す るものである。

各板（１０，２０）は、幅が１．１４３瓢で０．１２７簡　の溝１３により分離 され、厚さは数１００オングストロームの６０個のインジウム、・すず・酸化物 （Ｉ　Ｔｏ）電極１２でパターン化された。これ等の支柱１４は、電極間の溝１ ３内に配置された。また正方列に配置され、約１．２７ｍだけ離隔している。支 柱の形状は、高さが約０．００２ｍ　で０．１２７ｍ平方の平行六面体になるよ うに選択した。他の支柱形状も適している。整合用塗膜１６は、通常厚みが３０ ０オングストロームで、１９８３年７月２９日付けで本発明の出願人に譲渡され たジエイ、ダブリュ、グツドバイ（Ｊ、ＶＩ　Ｇｏｏｄｂｙ　）等の同時係属出 願、ケース３−３−１、出願番号用５１８．６４０号に記載の方法と材料を用い て付着された。ガラス背面板１０の厚みは通常は１．５２ｍ＋）前面板２０は０ ．７６２ｍ＋であった。（同様のセルで、前切および背面板が共に１．５２■の ものも製造され、良好な結果が得られた。ン組付は前のシール２４の高さは通常 ０．０１　ｍｍであった。このシールの高さは、支柱の高さと同程度で、よシ小 さいものが望まれるが、スクリーニング手順の実際の制限によシ困難である。

支柱の正方形断面の大きさは支柱の個数、支柱とガラを平坦に保持するのに必要 な力などによ）規定される。

ガラスに接着したポリイミドの凝集力は張力試験によ）１約１６００ｐｓｉと決 定された。支柱の中間で生じた最大歪量は近似的に１ で与えられ、ここにＹはガラスのヤング率（これは１Ｏ−７ｐｓｉ程度）、Ｐは 一様な平板に作用する一様な圧力、ｄは板の厚み、Ｌは支柱の間隔である。この 式を用いて更に一様荷重を取木−’ｆ：　’）　是ガラス片を平らにするのに必 要な圧力を計算することができる。本実験で用いた厚さ０．０６０インチのガラ ス板の平坦化には約１４　ｐｓｉの一様な圧力が要求される。ガラス板に対する ポリイミド結合の凝集強度を考慮すると、上記の結果は、ガラス板が接着径太の 形状に彎曲しないようにするには、支柱は表面積のＬ／１０ヲ占めるべきである ことを示している。従って支柱間の間隔は、一定の面積を取る支柱の大きさによ り決定される。支柱の断面はこれ等の支柱が外から見えないようにするためでき るだけ小さくするべきであるが、実際には最小の大きさは制限される。特に、こ の大きさは写真平版マスクの分解能と、現像段階で生じるアンダーカットの関数 によって決まる。現在本出願者が得ると・とができる装置では約２５μｍ平方程 度の支柱を実現することができる。しかしながら、装置および／または処理の分 解能が高い場合はよシ小さな寸法が可能である。

式（１）から明らかなように薄いガラスを歪ませることは容易なので、ガラス前 面板をよシ薄くした場合支柱の断面酪が一定のものに対する要件は少なくなる。

上記セルの例示としての製造手順には次のような原理的な段階が含まれる。

先ず、ＩＴＯ導電性塗膜をガラス板上に付着した。この段階は、２５チ酸素／ア ルゴン雰囲気中で５ミリトル、の圧力下、約０．７　ＫＷの電力で直流のマグネ トロンスパッタリングを市販のステーションで行い約６００オングた。このイン ジウム・すずコーチングの酸化は、３００℃で１時間加熱し、次に３０ミリトル 、３００℃で１時間直空ベーキングを行い、達成した。

得られたＩＴＯ電極は、゛シラプリー（５ｈｉｐｌａｙ　）１３００〜１５ホト レジストを用いパターン化し、５０％ＨＣ１゜３％ＨＮＯ３の混合水溶液中で５ ５℃でエツチングした。

このエツチング後、電極をカバーしたホトレジストをシラプリー１１１２Ａ溶液 を周込て除去し、ガラス板を過硫酸アンモニウムを含む濃硫酸内の洗剤中で洗浄 され、次に脱イオン水で水洗した。

更に、市販のインラインコンベヤ式の被覆システムによシピラリン２５６６を吹 付けた。２μｍ被覆の場合、７５％エチルセロソルブに２５％Ｎ−メチルピロリ ドンを加えてポリイミドの４．７チ固溶体を用いた。

上記塗膜を乾燥、冷却した後、ホトレジストを上塗した。従来の写眞平版法によ シ所望パターンの支柱を得た。

現像剤およびエツチング剤にはシラプリーＭＦ−３１２を用いた。次に、未露光 領域を被覆したホトレジストをブチルアセテートを用いて除去した。

最後に、ポリエステル材からなる整合用塗膜を、５０％１，１，２．２テトラク ロロエタンおよび５０％ｏ−クロロフェノールの０．５チ溶液を用いて約３００ オングストロームのポリ（１，４−ブチレンテレフタレート）の回転付着（ｓｐ ｉｎｎｉｎｇ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）によ）ガラス板に塗布した。この板は 約４００ＯＲＰＭで３０秒回転させ、次に１２０℃で３０分間ベーキングした。

エツジ封止材料としてカリフォルニア州ガーデナ（Ｇａｒｄｅｎａ　）の７プレ スティンク・ラボラトリイ（ＡｌｅｓｔｉｋＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ　）の商 標の７プレボンド（ＡＢＬＥＢＯＮＤ　）６８１−１４を公知のシルクスクリー ニング法によシ前面板に塗布した。このスクリーンは、封止材で被覆される領域 を規定する７、５μｍ厚の乳化物パターンを有した。

このスクリーンは２４８メツシユを有した。封止材を付着した後、得られた板を 約３０公約１００℃で予備ベーキングした。

両ガラス板をパフ磨きして、その方向に液晶分子を整列させた。但し、強誘電性 液晶の場合は、■方の板のパフ磨きだけが適している。次に、これ等の板を、パ フ磨きの方向を互いに平行にして組付け、約２０　ｐｓｉの過剰圧力を与えるこ とができる取付具内に配置した。封止は上記取付具を市販の炉を通して行われた 。封止の温度一時間関係は次のようになった。３５分間２５℃〜１００℃、３０ 分間１００℃〜１５０℃、３０分間１５０℃〜２００℃、１５分間２００℃〜１ ５０℃、最後に１５分間１５０℃〜１００℃であった。

この時点で、標準の眞空充填法によシ強誘電性液晶をセルに充填した。

上記手順によシ得られたセルは一様であるが、ガラス板を汚さないようにする注 意が必要であった。以上の手順によシ２つのセルを製造したが、比較のため・、 １つのセルのポリイミド支柱を、上記時間一温度関係によシ封止前に予備ベーキ ングした。このような予備ベーキングを行うと支柱の前面板への接着を困難にす るが、確かに顕微鏡４眞によると予備ベーキングしたセルの厚みは非常に不均一 であった。この試験によシ、一様なセルを得る場合は支柱と板の接着が重要なこ とが確認された。

板１０と２０に用いる並板ガラスの厚さが、平均ガラス厚の減少につれて、大き く変化するので、板１０と２０の厚さが等しくない時は、より厚いガラス板（通 常は背面板１０）にポリイミド支柱を付着することが好ましい。この方法による と、より薄い板は容易に歪ませることができ、従ってこの板の元の形状への曲げ を防止するのに必要な力は少なくて済むという利点が得られる。

過剰圧力の下でセルを封止しないことが重要であるが、これは、はもなければセ ル厚は封止前の支柱の高さよ）はるかに小さくなることになる。正常圧力（約２ ０ｐｓｉ）の下では、最終セル厚と封止前の支柱の高さの比は約０．８になる。

この比は時間一温度封止関係の関数として変化する。

特に、上記の例においては約２μｍの一様な厚さのセルの製造について記載した が、よシ薄いポリイミド層を用いれば更に薄いセル（例えば、１μｍ以下）が可 能になる。更に、本例では支柱および電極の上面に整合層を付着させたが、支柱 形成前の電極と背面板の上面に整合層を付着させることができる。

国際調査報告 ＦＩＧ、　３ −ＩＩｌ−−＾・崗−ＩＩＮ、、　ＰＣＴ／ＵＳ　８６１００３３８１＋＋＋１ ．−−−＝ＰＣ？／ＵＳ　８６１００３３８ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＦｊ　ＩＮＴ ＥＲＮＡＴＩＯＮＡｊ、５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ　ＯＮ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．電気光学表示装置であって、 電気光学材料を収容するためのセル室を形成する１対の透明板を備え、これ等の 板の少なくとも１方がそり易い傾向を有するセルと、 前記板の間に配置した一様な高さの支柱列であって、該支柱が前記板に付着し、 それにより前記少なくとも１方の板のそり易さが低減される支柱列と、から成る ことを特徴とする電気光学表示装置。
2. ２．前記支柱の材料はポリイミドからなることを特徴とする請求の範囲第１項に 記載の表示装置。
3. ３．前記電気光学材料は液晶からなることを特徴とする請求の範囲第２項に記載 の表示装置。
4. ４．前記液晶は強誘電性材料からなることを特徴とする請求の範囲第３項に記載 の表示装置。
5. ５．前記支柱は１μｍ程度の一様な高さを有することを特徴とする請求の範囲第 １項から４項のいずれか１項に記載の表示装置。
6. ６．前記板の少なくとも１方の前記内面に形成した、透明で隔置された電極を更 に具備し、また前記支柱が前記電極間空間で少なくとも１つの板上に形成された ことを特徴とする請求の範囲第１項から４項のいずれか１項に記載の表示装置。
7. ７．透明なガラス製前面板と、 透明なガラス製背面板と、 該板の各々の内面に形成された透明電極であって、前記板の少なくとも１方の電 極はこれ等の間の溝により互いに分離される透明電極と、 前記板をその周辺に沿って互いに封止し、それにより前記板の間に液晶材料を収 容する室を形成する手段と、更に、 前記溝内に配置され、前記板の両者間に延在し且つそれ等に付着したポリイミド 支柱列とから成ることを特徴とする液晶表示装置。
8. ８．前記電極上に形成された整合層を更に具備することを特徴とする請求の範囲 第７項に記載の表示装置。
9. ９．前記支柱は１μｍ程度の一様な高さを有することを特徴とする請求の範囲第 ７項に記載の表示装置。
10. １０．前記液晶は強誘電性材料からなることを特徴とする請求の範囲第９項に記 載の表示装置。
11. １１．液晶表示装置の製造方法であって、透明ガラス製背面板と透明ガラス製前 面板とを設けることと、 前記板の各々の主要面上に透明導電性材料を付着することと、 該導電性材料をパターン化して電極を形成し、少なくとも前記背面板上の前記電 極がこれ等の間の溝により互いに隔置されてなることと、 前記電極および前記溝の上方かつ前記背面板上にポリイミド層を付着することと 、 前記ポリイミドをパターン化して前記溝内に高さが一様な支柱列を形成すること と、 前記パターン化後と前記封止前に、前記背面板上の前記電極上に整合層を付著す ることと、 前記上面板に前記支柱の上面に接触するように前記板の周辺で前記上面板を前記 底部板に対して封止することと、 前記ポリイミド支柱を硬化させて該支柱をして前記上面板に付落せしめることと 、更に、 液晶材料を前記板の間の空間に導入することから成る液晶表示装置の製造方法。
12. １２．前記ポリイミド層は１μｍ程度の厚さに付着されていることを特徴とする 請求の範囲第１１項に記載の方法。
13. １３．前記液晶材料は強誘電体であることを特徴とする請求の範囲第１１項また は１２項に記載の方法。