WO2005050304A1

WO2005050304A1 - 液晶表示素子および投射型表示装置

Info

Publication number: WO2005050304A1
Application number: PCT/JP2004/016995
Authority: WO
Inventors: Akiko Toriyama; Hisashi Kadota; Makoto Hashimoto; Hirohide Fukumoto; Hiromi Fukumori
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2005-06-02
Also published as: EP1686414B1; US7453544B2; KR20060097124A; EP1686414A1; TWI282469B; EP1686414A4; TW200527060A; US20070121050A1; CN100416382C; JP2005156752A; CN1882870A

Abstract

　プロジェクタ等のライトバルブに用いる液晶パネルが高温高湿環境下に置いて動作されても、液晶パネルの劣化等を防止でき、高品質の液晶表示素子およびその液晶表示装置を用いた投射型表示装置であって、ＴＦＴアレイ基板１１と対向基板１２が所定間隙で対向するようにシール材１５で貼り合わせた一対の基板間に液晶層１６が挟持され、シール材１５は、平均粒子径が０．５μｍ未満の非導電性の充填剤（フィラー）を含有し、液晶層１６に用いる液晶材料は室温での屈折率異方性Δｎが０．１６以上に設定され、ＴＦＴアレイ基板１１と対向基板１２との間隔であるセルギャップｄが３μｍ以下に設定される。

Description

明細書

液晶表示素子および投射型表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、配向膜が所定間隙で対向するようにシール材で貼り合わせた一対の基板間に液晶層が挟持された液晶表示素子およびこの液晶表示素子を用いた投射型表示装置に関するものである。

背景技術

[0002] 液晶プロジェクタ等の投射型表示装置では、光源から出射される光を赤、緑、青に分離し、各色光を液晶表示素子 (以下、 LCDという）により構成される 3つのライトバルブにより変調し、変調された後の色光束を再び合成して、投射面に拡大投射している。

そして、液晶プロジェクタ等に搭載されるライトバルブとしては、一般に薄膜トランジスタ（以下 TFTという）駆動によるアクティブマトリクス駆動方式の LCDが用いられる。

[0003] アクティブマトリクス駆動方式の LCDのほとんどには、ネマティック液晶が用いられており、主な表示方式としては、旋光モードの LCDがある。

旋光モードの LCDで用いられるネマティック液晶は、 90度捩れた分子配列を持つッイステツドネマティック (TN型)液晶であり、原理的に白黒表示で、高いコントラスト比と良好な階調表示性を示す。

[0004] アクティブマトリクス駆動方式の LCDの表示を均一に行うためには、基板表面全面に液晶分子を均一に配向させることが必要である。

配向膜が形成された 2枚の電極が形成された基板は、各基板の配向膜が対向して配置されており、実際に画像が表示される画素表示領域の周囲に位置するシール領域において、シール材により貼り合わされる。基板間隙を制御するために、前述した貼り合わせ前にミクロパールとよばれる球状のスぺーサが用いられる、もしくは、レジストにより形成される柱状スぺーサが用いられる。

これらの工程を経ることで、空セルが製造される。その後、この空セル内に液晶が封入されて、液晶セルが製造される。なお、前述した液晶は、数種類の単体液晶材料からなり、液晶組成物ともよばれる。製造された液晶セルに偏光板が取り付けられて液晶表示素子が製造される。

[0005] これらの液晶パネルにおいては、シール形成時に、配向膜の一部とシールが重なると遮蔽性が低下し、シール剥がれなど問題が発生したり、配向膜とシールの界面を通じて水分が液晶中に侵入し、液晶を劣化させるという問題があった。特に膜をスピンコートで形成する場合は、基板端部にまで膜が形成されるため問題発生が顕著である。

[0006] さらに、プロジェクタに用いる投射型 LCDにおいては、拡大投影するため画質異常が目立ちやすい。またパネルに入射する光の量が直視型に比べ非常に多いのでパネルが高温になり、微量の水分進入による劣化も見えやすい方向にある。

[0007] これらの問題を解決するために、たとえば、シール材にフイラ一と呼ばれる充填剤を添加することにより水分の浸入をせき止めるといった方法は一般的に行われてきた（たとえば特許文献 1、特許文献 2参照)。

特許文献 1の LCDにおいては、平均粒子径が 2 m程度でシールの粘度調整を目的にフィラーが添加されている。

また、特許文献 2の LCDにおいては、トランスファー材として 6. O /z mあるいは 6. 5 μ mの導電性ビーズを混合し、導電性ビーズを介して対向電極間の導通をとるために平均粒径が 0. 1-0. 5 mの導電性フィラーが添加されている。

特許文献 1：特開平 11-15005号公報

特許文献 2：特開平 11—95232号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] ところで、投射型表示装置のライトバルブとして用いられるアクティブマトリクス駆動方式の LCDは、液晶プロジヱクタ等の投射型表示装置の小型化にともなって小型化され、一方では画素の高精細化、高輝度化が進展している。高精細化に伴い、液晶表示素子の画素ピッチ間は小さくなつている。

たとえば、基板サイズが 22. 9mm (0. 9インチ） XGA (extended graphics arm y)タイプの場合、画素数は 1024 X 768であり、ピクセルピッチは 18 mとなっている。 [0009] 高精細化が進むことで、各画素の透明電極 (たとえば ITO：酸化インジウム）間隔がますます狭くなり、各画素における電位が反転した場合において、横方向の電界が発生する。

この横方向の電界の発生により、透明電極境界部の液晶分子の配向は乱れ、乱れた部分と正常な部分の境界に境界線 (ディスクリネーシヨンラインともいう）が表示欠陥として発生し、コントラストが低下するといつた問題が起こる。さらに、高輝度化に伴い、この表示欠陥は目立つ方向に進んでいる。

したがって、 TFT (薄膜トランジスタ)などのスイッチング素子を備えたマトリクス型液晶表示装置においては、高開口率と高コントラスト比とを両立させることが困難である

[0010] また、特許文献 1または 2に記載の LCDにおいては、平均粒径が 2 m程度のフィラーを用いたり、 6. 0 mあるいは 6. 5 mの導電性ビーズを混合し、かつ平均粒径が 0. 1—0. 5 /z mの導電性フィラーを用いると、プロジェクタのようなセルギャップを狭くする傾向にある狭ギャップの液晶パネルにおいては、ギャップ不良が発生し、信頼性不良が多発するという不利益がある。

[0011] 本発明の目的は、プロジェクタ等のライトバルブに用いる液晶パネルが高温高湿環境下に置いて動作されても、液晶パネルの劣化等を防止でき、高品質の液晶表示素子およびその液晶表示素子を用いた投射型表示装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0012] 上記目的を達成するため、本発明の第 1の観点は、 2枚の基板上に、液晶を所定方向に配向させるための配向膜が形成されており、上記配向膜が所定間隙で対向するようにシール材で貼り合わせた一対の基板間に液晶層が挟持された液晶表示素子であって、上記シール材は、平均粒子径が 0. 5 m未満の充填剤を含有し、上記液晶層に用いる液晶材料は室温での屈折率異方性が 0. 16以上であり、セルギヤップが 3 μ m以下である。

[0013] 好適には、上記シール材に含まれる充填剤の含有量が 15— 40wt%の範囲である [0014] 好適には、上記シール材に含まれる充填剤の最大粒子径は 1. 5 μ m以下である。 [0015] 好適には、上記シール材に含まれる充填剤の比表面積が 30m²/g以下である。

[0016] 好適には、少なくとも一方の基板のシール下に配向膜がある。

[0017] また、好適には、上記配向膜材料は無機系配向膜である。

[0018] 本発明の第 2の観点は、光源と、上記光源から出射された光を液晶表示素子に導く集光光学系と、上記液晶表示素子で光変調した光を拡大して投射する投射光学系と、を有し、上記液晶表示素子は、 2枚の基板上に、液晶を所定方向に配向させるための配向膜が形成されており、上記配向膜が所定間隙で対向するようにシール材で貼り合わせた一対の基板間に液晶層が挟持され、上記シール材は、平均粒子径が 0. 5 m未満の充填剤を含有し、上記液晶層に用いる液晶材料は室温での屈折率異方性が 0. 16以上であり、セルギャップが 3 m以下である。

[0019] 本発明によれば、たとえば水分進入等の信頼性を目的とした充填剤の径は、より細かい方が効果がある。実験によれば、フィラーの平均粒子径は 0. 未満、望ましくは 0. 3 μ m以下のものを用いな、と水分進入により発生する信頼性不良が多発し、効果が全く見られない。

また、充填剤の含有量が 15wt%未満の場合、水分進入により発生する信頼性不良に効果が全く見られず、 40wt%よりも多い場合は、粘度が上昇してしまい作業性が悪ィ匕してしまう。

また、シール材に含まれる充填剤の最大粒子径は 1. 5 m以下である根拠としては、大きな粒子径が混在したフィラーを用いるとプロジェクターのようなセルギャップ 3 μ m以下の狭ギャップの液晶パネルにおいては、ギャップ不良が発生してしまうためである。また、比表面積は単位重さあたりの表面積である力大きくなりすぎると微小粒子の割合が大きくなり、シール剤の粘度が急激に上昇する。実験によれば、 30 m²/g以下において、作業性に問題のないシール剤を得ることがた。これら充填剤のそれぞれの形状は球状が好ましい。理由は、球の比表面積が一番小さくシール剤に混合したときの粘度上昇が少な、からである。

また、配向膜とシールの一部が重なってしまうと、遮蔽性が低下し様々な問題が発生する。近年、スピンコートによる配向膜形成は、タクトタイムの縮小及び材料低減による低コストを目的として採用されているが、この場合、基板端部にまで膜が形成されるため、シールと配向膜が完全に重なってしまい、信頼性の低下は大きな問題となつている。本発明では、特にスピンコートにより形成した配向膜を採用した液晶表示素子に非常に有効である。

また、液晶層に用いる液晶材料は室温での屈折率異方性が 0.16以上であり、セルギャップが 3 μ m以下であることを特徴とする。

今後、高精細化が進展し、画素サイズが小さくなるに従い、狭セルギャップ化は進むと考えられる。特に 0. 5 m未満の微少なフイラ一は非常に効果的であると考えられる。

投射型 LCDにおいては、拡大投影するため画質異常が目立ちやすぐパネルが高温になり、微量の水分進入による劣化も見えやすい方向にある。本発明では、特に投射型の液晶表示素子に非常に有効である。

発明の効果

[0020] 本発明によれば、耐湿性の向上による高画質ィ匕の実現でき、高精細化に伴う高屈折率異方性液晶、狭セルギャップによる高コントラストイ匕を実現できる利点がある。また、シール幅縮小が可能となり、パネル小型化もしくは有効画素領域拡大による高開口率ィ匕を実現できる。

また、プロジェクタ一等の投射型 LCDにおいては、ランプ高照射量可能による高輝度化を実現でき、作業性の向上、セルギャップ異常防止による高生産性、高歩留まり化を実現できる利点がある。更に、狭セルギャップにより、応答速度が改善でき動画特性に有利であるとヽぅ利点がある。

図面の簡単な説明

[0021] [図 1]図 1は、本発明の係るアクティブマトリクス型液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。

[図 2]図 2は、セルギャップとコントラストとの関係を示す図である。

[図 3]図 3Aおよび図 3Bは、セルギャップ dと屈折率異方性 Δ ηとの関係について説明するための図である。

[図 4]図 4は、リタデーシヨン（ A nd)と透過率との関係を示す図である。

[図 5]図 5は、本実施形態に係るアクティブマトリクス型液晶表示素子の画素部の模式図である。

[図 6]図 6は、本実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示素子の断面図の一例である。

[図 7]図 7A—図 7Fは、本実施形態で作製したセルのプロセス (液晶パネルの製造プ口セス）について説明するための図である。

[図 8]図 8は、本実施形態に係る液晶表示素子を用いた電子機器である投射型表示装置の一例を示す概略構成図である。

[図 9]図 9は、本実施形態に係る液晶表示素子を用いた電子機器である投射型表示装置の他例を示す概略構成図である。

符号の説明

[0022] 10· ··液晶表示素子、 11"'TFTアレイ基板、 12· ··対向基板、 13· ··画素電極、 14 …対向電極、 15· ··シール材、 16· ··液晶層、 20, 21· ··配向膜、 300, 500· ··投射型表示装置、 301, 520…光源、 303, 506· ··投射光学系、 310, 600…投射面。発明を実施するための最良の形態

[0023] 以下、本発明の実施の形態を図面に関連付けて説明する。

[0024] 図 1は、本発明の係るアクティブマトリクス型液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。

[0025] 本実施形態に係る液晶表示素子 10は、図 1に示すように、対向配置された 2枚の基板、すなわち、 TFTアレイ基板 11と、 TFTアレイ基板 11に対向配置される透明な対向基板 12とを備えている。

TFTアレイ基板 11は、たとえば石英基板力もなり、対向基板 12は、たとえばガラス基板や石英基板からなる。 TFTアレイ基板 11には、画素電極 13が設けられており、たとえば ITO膜 (インジウム'ティン'オキサイド膜)などの透明導電性薄膜からなる。対向基板 12には、 ITO膜 14が TFTアレイ基板 11との対向面側の全面に形成されている。

TFTアレイ基板 11と対向基板 12とには、後述するように液晶を所定方向に配向させるための図示しない配向膜が形成されており、配向膜が所定間隙で対向するようにシール材 15で貼り合わせた一対の基板間に液晶層 16が挟持されている（封入されている）。

そして、本実施形態に係る液晶表示素子 10において、シール材 15は、平均粒子径が 0. 5 μ m未満の非導電性の充填剤（フイラ一）を含有して!/ヽる。

また、本実施形態に係る液晶表示素子 10において、液晶層 16に用いる液晶材料は室温での屈折率異方'性 Δ η力 ^0. 16以上、たとえば、 0. 16、 0. 17、 0. 18、 0. 20 等に設定され、 TFTアレイ基板 11と対向基板 12との間隔 (実際には配向膜と配向膜の間隔）とであるセルギャップ dが 3 μ m以下に設定される。

[0026] 以下に、本実施形態に係る液晶表示素子 10の特徴である、液晶材料の屈折率異方性 Δ η、セルギャップ d、およびシール材 15に含有するフイラ一の各設定値についてさらに詳細に説明する。

[0027] このような構成を有する液晶表示素子 10は、たとえば、投射型表示装置のライトバルブとして用いられる。

液晶プロジェクタ等のライトバルブとして用いられる液晶表示素子 10は、投射型表示装置の小型化に伴って小型化され、ピクセルピッチは 20 m以下、たとえば XGA タイプで 18 μ mと、高精細化が進んでいる。

このように、液晶プロジェクタ等の 20 μ m以下の狭ピッチのデバイスにおいては、横電界によるリバースチルトドメイン (RTD)等の課題があり、この対策としては、狭ギヤップ化、すなわちセルギャップを薄くして、 TFTアレイ基板 11と対向基板 12の上下方向の電界を強め、横方向の電界の影響を防止することが効果的である。

[0028] 図 2は、セルギャップとコントラストとの関係を示す図である。

図 2において、横軸がセルギャップ dを、縦軸が相対コントラスト比をそれぞれ表している。また、測定は、白黒表示の 3板式プロジェクタを使用し、暗室で、パネル中央の一点という条件で行った。

[0029] 図 2に示すように、相対コントラスト比が 1以上を満足するには、セルギャップ dは 3 m以下が望ましい。

すなわち、狭ギャップ化を実現すると、実効的な印加電圧が上昇することで、高コントラスト値を得ることが可能となり、応答速度の向上も図ることが可能となる。

[0030] 次に、セルギャップ dと屈折率異方性 Δ ηとの関係について考察する。 [0031] 図 3Aおよび図 3Bは、セルギャップ dと屈折率異方性 Δ ηとの関係について説明するための図である。

図 3Αおよび図 3Βにおいて、 PLは偏光板を、 DLは検光板を、 GL1, GL2はガラス基板を、 LCMは液晶分子を、それぞれ示している。

液晶表示素子 10の適用したライトバルブにおいて、図 3A,図 3Bに示すように、偏光板 PLと検光板 DLが直交配置で、非点灯時にぉ、て白表示であるノーマリホワイト (NW)モードに場合、下記の Gooch— Tarry式により、高透過率を得る Δ ndは決まつている。

[0032] [数 1] roociト Tarryの式

1 sin² ( ( 1 + (2 ΐηά/ λ ) ) π 12.)

1 + (2 dnd/ A )²

[0033] 換言すれば、電圧オフでの透過率は、光の波長とリタデーシヨン（ Δ nd)に依存し、上記 Gooch— Tarry式の関係が成り立つ。

[0034] 図 4は、リタデーシヨン（ A nd)と透過率との関係を示す図である。

図 4において、横軸がリタデーシヨン（A nd)を、縦軸が透過率をそれぞれ表している。また、図 4において、 Aで示す曲線が波長 450nmの青（Blue)色光の特性を、 B で示す曲線が波長 550の緑 (Green)色光の特性を、 Cで示す曲線が波長 650nm の赤 (Red)色光の特性を示して、る。

[0035] セル設計を行う場合、上記 Gooch— Tarry式に基づいて緑色光の透過率の最大値の A ndを用いる。図 4の例では、緑色光の透過率のリタデーシヨン（A nd)の最大値は、 0. 48 111と1. 07 mとの 2つが存在する力応答速度の関係で通常第 1最大値である 0. 48 μ mを採用する。

すなわち、液晶材料の屈折率異方性 Δ η Χセルギャップ d=0. 48 （480nm)のときに最大の透過率が得られる設計となる。

この最大透過率を得るには、前述したセルギャップを薄くすると、つた対策を施した場合、液晶の屈折率異方性 Δ ηを高くする必要がある。

すなわち、狭セルギャップ dを実現するには、液晶の高 Δ ηィ匕が必要となる。 [0036] ところが、液晶は、一般的に屈折率異方性 Δ ηが高くなるに従い、耐湿性、耐熱性が悪化する方向にあり、液晶材料として選択幅が少なくなる傾向にある。

[0037] 表 1に、 Δ ηと環境試験化における表示異常との関係を示す。

表 1は、従来の液晶表示素子を環境試験機を用いて 60° C, 90%の環境下にて加速駆動試験を行った結果を示す。

[0038] [表 1]

[0039] 表 1からわ力るように、屈折率異方性 Δ ηが 0. 16以上で、経時変化に伴い、表示異常が発生しだし、 0. 18、 0. 20となると、表示異常が発生する確率が高くなる。

[0040] そこで、この高 Δ ηであっても表示異常の発生を抑止するために、 TFTアレイ基板 1 1と対向基板 12との間隔であるセルギャップ dを 3 m以下に設定し、液晶層 16に用いる液晶材料の室温での屈折率異方性 Δ ηを 0. 16以上に設定し、さらに、シール材 15に平均粒子径が 0. 5 μ m未満の非導電性のフィラーを含有 (添加）させているこのように、平均粒子径が 0. 5 /x m未満の非導電性のフィラーを添加させた本実施形態に係る液晶表示素子 10に対して環境試験機を用いて 60° C, 90%の環境下にて加速駆動試験を行った結果を表 2に示す。

[0041] [表 2] 表示異常

ln

0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

Oh OK OK OK OK OK

l Oh OK OK OK OK OK

30h OK OK OK OK OK

50h OK OK OK OK OK

100h OK OK OK OK OK

[0042] 表 2に示すように、本実施形態に係る液晶表示素子 10は、高 Δ ηにもかかわらず、経時変化に伴う表示異常の発生が抑止されて、る。

なお、表 2の結果は、後で詳述する具体的な実施例に基づくものである。

[0043] 液晶表示素子のプロジェクタ用途の場合においては、 2000万 LX以上の光が照射され、かつ、動作温度も 60度以上になる。

したがって、表 2の結果で示すように、本実施形態に係る液晶表示素子 10は、実際の厳しい条件下において使用されたとしても、経時変化に伴う表示異常が発生するおそれがない。

たとえば、高 Δ η液晶であるトラン系などは、 Δ η=0. 2である力本実施形態に係る液晶表示素子 10によれば、表 2に示すように、 Δ η=0. 2であっても経時変化に伴う表示異常が発生するおそれがないことから、液晶材料の選択幅が広がり、その結果、高 Δ η材料マージンが達成できる。

非特許文献 1 :月刊ディスプレイ' 02 1月号高屈折率異方性液晶住友化学工業関根ら

[0044] 以上のように、狭ギャップ化に伴い、高屈折率異方性（ Δ η)化が必要であり、これを達成するためにシール材 15に平均粒子径が 0. 5 μ m未満の非導電性のフィラーを添加させている。

逆にいうと、本実施形態のように、高 Δ ηィ匕が達成できると、狭ギャップ化が実現できることになり、リバースチルトドメイン (RTD)対策ができ、高画質化、高精度化を達成することが可能となる。これにより、実効的な印加電圧が上昇し、電界強度が上昇し、より高いコントラストを達成できる。

今後、高精細、小型化の一層の進展により、ピクセルピッチが小さくなるに従い、リバースチルトドメイン (RTD)の影響がさらに厳しくなる力本実施形態に係る液晶表示素子 10は、これに十分に対応し得る。さらに、応答速度の向上も図ることができる

[0045] シール材 15に添加するフイラ一、たとえばシリカなどの大きなばらつきが少なぐ均一性のよい、小径の粒度である必要があり、本実施形態では、平均粒子径が 0. 5 μ m未満としている。

本実施形態においては、シール材 15に添加するフイラ一については、以下に示すような条件を設定している。なお、以下に示す条件は、後で詳述する複数の実施例により選択した理由（根拠）が明確に裏付けされる。

[0046] すなわち、シール材 15に含まれるフィラー（充填剤）の含有量が 15— 40wt%の範囲である。

また、シール材 15に含まれるフィラー（充填剤）の最大粒子径は 1. 5 μ m以下である。

また、シール材 15に含まれるフィラー（充填剤）の比表面積が 30m²/g以下である。また、 TFTアレイ基板 11と対向基板 12には、液晶を所定方向に配向させるための配向膜が形成されるが、本実施形態におていは、 TFTアレイ基板 11と対向基板 12 の少なくとも一方の基板のシール材下に配向膜が形成されている。

[0047] ここで、フィラー（充填剤）の平均粒子径とは、たとえば、走査電子顕微鏡 (SEM)による測定でも力まわな、し、レーザー散乱光法による累積重量平均粒子径でもかまわない。また、比表面積とは BET法により測定したものである。

水分進入等の信頼性を目的としたフィラー（充填剤）の径は、より細カ^、方が効果がある。実験によれば、フィラーの平均粒子径は 0. 未満、望ましくは 0. 以下のものを用いないと水分進入により発生する信頼性不良が多発し、効果が全く見られなくなるおそれがあることがわかって、る。

また、フィラーの含有量が 15— 40wt%の範囲に設定したのは、フィラー（充填剤）の含有量が 15wt%未満の場合、水分進入により発生する信頼性不良に効果が全く見られず、 40wt%よりも多い場合は、粘度が上昇してしまい作業性が悪ィ匕してしまう。また、シール材 15に含まれるフィラー（充填剤）の最大粒子径は 1. 5 μ m以下である根拠としては、大きな粒子径が混在したフィラーを用いるとプロジェクターのようなセルギャップ 3 μ m以下の狭ギャップの液晶パネルにおいては、ギャップ不良が発生してしまうためである。

[0048] また、シール材 15に含まれるフィラー（充填剤）の比表面積が 30m²/g以下である根拠は以下の通りである。

比表面積は単位重さあたりの表面積であるが、大きくなりすぎると微小粒子の割合が大きくなり、シール材の粘度が急激に上昇する。実験によれば、 30m²/g以下にお V、て、作業'性に問題のな!、シール材を得ることができた。

これらフィラー（充填剤）のそれぞれの形状は球状が好ましい。理由は、球の比表面積が一番小さくシール剤に混合したときの粘度上昇が少ないからである。

[0049] また、本実施形態においては、 TFTアレイ基板 11と対向基板 12の少なくとも一方の基板のシール材下に配向膜が形成されている理由は以下の通りである。

配向膜とシール材の一部が重なってしまうと、遮蔽性が低下し様々な問題が発生する。近年、スピンコートによる配向膜形成は、タクトタイムの縮小および材料低減による低コストを目的として採用されているが、この場合、基板端部にまで膜が形成されるため、シールと配向膜が完全に重なってしまい、信頼性の低下は大きな問題となつている。

本実施形態においては、特にスピンコートにより形成した配向膜を採用した液晶表示素子に非常に有効である。

[0050] さらにまた、配向膜材料は無機系配向膜である。

無機配向膜は、代表的に蒸着で形成されるシリコン酸ィ匕物等があげられるが、蒸着可能な酸ィ匕物 CaF2、 MgF2などでも可能である。

その他に、印刷やスピンコート、インクジェット法で形成されるシロキ酸骨格を有する材料などもあげられる。

[0051] 以上の構成を有する液晶表示素子 10のより具体的な構成について図 5および図 6 に関連付けて説明する。

[0052] 図 5は、本実施形態に係るアクティブマトリクス型液晶表示素子の画素部の模式図であり、図 6は、本実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示素子の断面図の一例である。

[0053] 液晶表示素子 10は、図 1に関連付けて説明したように、 TFTアレイ基板 11と、これに対向配置される透明な対向基板 12とを備えている。 TFTアレイ基板 11は、たとえば石英基板カゝらなり、対向基板 12は、たとえばガラス基板や石英基板カゝらなる。 TF Tアレイ基板 11には、画素電極 13が設けられており、たとえば ITO膜 (インジウム'テイン 'オキサイド膜)などの透明導電性薄膜からなる。対向基板 12には、前述した全面 ITO膜 (対向電極） 14が全面に設けられている。前述した対向基板 12には、さらに、各画素部の開口領域以外の領域に遮光膜 17が設けられている。

そして、画素電極 13と保護膜 19上、並びにこれと対向する対向電極 14上に、液晶 16を所定方向に配向させるための配向膜 20, 21が液晶パネル製造時に形成される

[0054] ここで、 TFTアレイ基板 11の構成について簡単に説明する。

液晶表示素子 10の画像表示領域を構成するマトリクス状に複数形成された画素電極 13には、隣接する位置に各画素電極 13をスイッチング制御する画素スイッチング用 TFT22が設けられて!/、る。

画素信号が供給される信号線 23が前述した TFT22のソース 24に電気的に接続されて、る。信号線 23に書き込む画素信号を供給して、る。

また、 TFT22のゲートに走査線 25が電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線 25にパルス的に走査信号を印加するように構成されてヽる。

[0055] 画素電極 13は、 TFT22のドレイン 26に電気的に接続されており、スイッチング素子である TFT22を一定期間だけそのスィッチを導通させることにより、信号線 23から供給される画素信号を所定のタイミングで書き込む。

画素電極 13を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号は、対向基板 12 に形成された対向電極 (ITO膜) 14との間で一定期間保持される。

[0056] 液晶層 16は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ノーマリホワイト表示であれば、印加された電圧に応じて入射光がこの液晶部分を通過可能とされ、全体として液晶表示素子力画素信号に応じたコントラストを持つ光が出射する。

ここで、保持された画素信号がリークされるのを防ぐために、画素電極 13と対向電極 14との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量 27を付加する。これにより、保持特性はさらに改善され、コントラスト比の高い液晶表示素子が実現できる。また、このような蓄積容量 27を形成するために、抵抗ィ匕された Cs線 28が設けられている。なお、 29は層間絶縁膜を、 30は半導体層を示している。

次いで、前述した対向基板 12に対して、図示しない柱状スぺーサとなる透明レジスト層を形成した。

基板上にフォトレジストとして、 PMER (東京応化工業株式会社製)をスピンコート法により 3 mの厚さに塗布した後、フォトマスクを用いて紫外線照射による露光処理を行い、次いで現像して、図示しない柱状スぺーサを形成した。

[0057] 以下、上記した構成を有する TFTアレイ基板 11と対向基板 12とをシール材 15で貼り合わせるプロセス、およびデバイス特性について、具体的な実施例 1一実施例 5 として説明する。

[0058] (実施例 1)

次に、本実施形態で作製したセルのプロセス (液晶パネルの製造プロセス）について、図 7A—図 7Fに関連付けて説明する。

まず、図 7Aに示すように、 TFTアレイ基板 11および対向基板 12を中性洗剤または純水を用いて洗浄後 120°Cで 20分間乾燥させた。基板の材質はともに石英基板を用いた。

次いで、図 7Bに示すように、各基板の配向膜形成を行った。ポリイミドからなる配向膜をスピンコート法により約 50nmの厚さに塗布した後、 100°Cで 1分間乾燥させた（仮焼成)。ポリイミドとしては、たとえば可溶性ポリイミド（日本合成ゴム (株)製)を用いた（スピンナ一は 2000rpmで 30秒）。

なお、本実施例においては、配向膜形成にスピンコート法を用いたが印刷法でもかまわないし、インクジェット法でも力まわない。また、配向膜材料の種類は、ポリイミドのような有機材料に限らず、シリコンのような無機材料を用いてもカゝまわない。無機材料の場合は、形成方法に蒸着を用いても力まわな、。

180°Cで 1時間ポストベータを行、、溶媒を乾燥させた。

その後、図 7Cに示すように、ラビング処理を行った。ラビングは、レーヨン布を用い、ラビング角度 90° 、ラビング回数 2回の条件で行った。

ラビング後には、ラビングで使用した布のゴミゃ PIの削れたものを除去するために水による洗净を行った。

[0059] 次、で、注入口を除、て形成されるシールパターンを形成した。

本実施例で使用したシール材の一例としては、エポキシ榭脂を主成分とするシール材にシリカ充填剤（以下フィラー）を添加したものと、しないもの、とを用いた。充填剤の例としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素等が好ましぐ異なる種類の充填剤が混合されて、ても力まわな、。

フィラー ίま平均粒子径カ 0. 3 m、 0. 5 m、 1 m、 2 mの 4条件、 it表面積を各々 20m²/g以下にし、含有量を 20wt%、最大粒子径 1. 0 m以下の球状のシリカを用いた。

平均粒子径は、 SEMによる 100個の抜き取り測定、比表面積は BET法による測定、含有率は電子天秤により測定し、最大粒子径は、倍率 3万倍により最大粒径の粒子を確認した。これらのシール剤の粘度はコーンプレート型粘度計で室温にて測定したところ約 20万 mPa · sであった。

[0060] 図 7Dに示すように、調整したシール材を対向基板の周辺部に、注入口を除くパターンでディスペンサーにより形成し、図 7Eに示すように、 TFTアレイ基板 1と対向基板 2を重ね合わせ、セルギャップを 3. とした。シール幅は約 0. 7mmであった。その後、図 7Fに示すように、液晶材料（Δ η=0. 16)を封入し、注入口を紫外線硬化榭脂により封止（図示せず)した。

[0061] 液晶材料は、屈折率異方性 Δ ηの高、単体を新たに微量添加したものを用いた。

本実施例の液晶表示素子を環境試験機を用いて 60° C, 90%の環境下にて加速駆動試験を行った。結果を表 3に示す。

[0062] [表 3] 离温高湿試験（60 ,90¾) 50h経過後の表示異常発生の樺子（実施例実施例 2)

ί実施例 2

[0063] 50時間経過後に観察したところ、フィラーなし、平均粒子径 1. 0 m、 2. 0 mにおいて、水分浸入による表示異常が発生した。傾向は、時間の経過とともに酷くなつた力平均粒子径 0. 5 /ζ πι、 0. においては、 100時間駆動後においても表示異常は発生しな力つた。

このように、本実施形態の液晶表示素子を用いることにより、より信頼性のよい高品質の液晶表示素子を得ることができる。

[0064] (実施例 2)充填剤含有量と信頼性表示異常の関係

ラビングまでは、実施例 1と同様に作成し、次いで注入口を除いて形成されるシールパターンを形成した。

本実施例で使用したシール材の一例としては、エポキシ榭脂を主成分とするシール材にシリカ充填剤（以下フィラー）を添加したものを用いた。

フイラ一は平均粒子径が 0. 3 /ζ πι、比表面積を各々 20m²/g、含有量を 10wt%、 1 5wt%、 20wt%、 30wt%、 40wt%、 45wt%の 6条件、最大粒子径 1. 以下の球状のシリカを用いた。

平均粒子径は、 SEMによる 100個の抜き取り測定、比表面積は BET法による測定、含有率は電子天秤により測定し、最大粒子径は、倍率 3万倍により最大粒径の粒子を確認した。

調整したシール材を対向基板の周辺部に、注入口を除くパターンでデイスペンサ一により形成し、 TFTアレイ基板 1と対向基板 2を重ね合わせ、セルギャップを 3. Ο μ mとした。シール幅は約 0. 7mmであった。その後、液晶材料（Δ η= 0. 16)を封入し、注入口を紫外線硬化榭脂により封止（図示せず)した。

[0065] 本実施例の液晶表示素子を観察した。含有量 45wt%のものは作業性が悪ぐ粘度上昇によりシール切れが発生した。

次いで、本実施例の液晶表示素子を環境試験機を用いて 60° C, 90%の環境下にて加速駆動試験を行った。

結果を表 3に示す。 50時間経過後に観察したところ、含有量が 10wt%において水分浸入による表示異常が発生した。 15wt%以上のものは発生しな力つた。傾向は、時間の経過とともに酷くなつた力 15wt%以上のものは、 100時間駆動後においても表示異常は発生しな力つた。

このように、本実施例の液晶表示素子を用いることにより、より信頼性のよい高品質の液晶表示素子を得ることができる。

[0066] (実施例 3)最大粒子径とギャップ異常

本発明で使用したシール材の一例としては、エポキシ榭脂を主成分とするシール材にシリカ充填剤（以下フィラー）を添加したものを用いた。フイラ一は平均粒子径が 0. 3 m、比表面積を各々 20m²/g、含有量を 20wt%、最大粒子径を各々 0. 5 m 、 1. 0 /ζ πι、 1. 5 /ζ πι、 2. 0 /ζ πι、 3. 0 m以下の 5条件の球状のシリカを用!ヽた。平均粒子径は、 SEMによる 100個の抜き取り測定、比表面積は BET法による測定、含有率は電子天秤により測定し、最大粒子径は、倍率 3万倍により最大粒径の粒子を確認した。

調整したシール材を対向基板の周辺部に、注入口を除くパターンでデイスペンサ一により形成し、 TFTアレイ基板 1と対向基板 2を重ね合わせ、セルギャップを 3. Ο μ mとした。シール幅は約 0. 7mmであった。

その後、液晶材料（Δ η= 0. 16)を封入し、注入口を紫外線硬化榭脂により封止（図示せず)した。

[0067] 本実施例の液晶表示素子を観察した。結果を表 4に示す。 [0068] [表 4] ギャップ異常検査結果（実施例 3)

[0069] 最大粒子径が 2. 0 μ m以下、 3. O /z m以下のフィラーを用いたものはセルギャップ異常が見られた。最大粒子径 0. 以下、 1. O /z m以下、 1. 5 m以下の液晶表示素子においては、セルギャップ異常が見られなかった。

[0070] (実施例 4)比表面積と作業性

本実施例で使用したシール材の一例としては、エポキシ榭脂を主成分とするシール材にシリカ充填剤（以下フィラー）を添加したものを用いた。フイラ一は平均粒子径が 0. 3 /ζ πι、比表面積を 40m²/g、 30m²/g、 20m²/gの 3条件、含有量を 20wt%、最大粒子径を 1. 0 m以下の球状のシリカを用いた。

調整したシール材を対向基板の周辺部に、注入口を除くパターンでデイスペンサ一により形成し、作業性を評価した。

比表面積を 40m²/gでは作業性が悪ぐ粘度上昇によりシール切れが発生した。 30 m²/g、 20m²/gでは問題なく塗布することができた。

[0071] (実施例 5) Δ η=0.18, 0.20液晶使用

ラビングまでは、実施例 1と同様に作成し、次いで注入口を除いて形成されるシールパターンを形成した。本実施例で使用したシール材の一例としては、エポキシ榭脂を主成分とするシール材にシリカ充填剤（以下フィラー）を添加したものと、しないものとを用いた。フィラーは平均粒子径が 0. 3 m、比表面積を各々 20m²/g、含有量を 20wt%、最大粒子径 1. O /z m以下の球状のシリカを用いた。

調整したシール材を対向基板の周辺部に、注入口を除くパターンでデイスペンサ一により形成し、 TFTアレイ基板 1と対向基板 2を重ね合わせ、セルギャップは、 2. 6 5 m、 2. 4 mとした。シール幅は約 0. 7mmであった。

その後、液晶材料を 2種類（Δ η=0. 18, 0. 20)の注入を行った。セルギャップ 2. 65 πιのものには Δ η=0. 18の液晶材料、セルギャップ 2. 4 πιのものには Δ η= 0. 20の 2種類を封入し、注入口を紫外線硬化榭脂により封止（図示せず)した。なお、 Δ ηを上昇させる液晶単体の液晶組成物全体に占める割合は、 0. 16< 0. 18く 0 . 20の順で大きくなる。

[0072] 本実施例の液晶表示素子を環境試験機を用いて 60° C、 90%の環境下にて加速駆動試験を行った。結果を前述した表 1、表 2に示す。

10時間経過後に観察したところ、フィラー無しの（従来例）かつ Δ η=0. 20の液晶材料において、表示異常発生した。 30時間経過後に観察したところ、フィラー無しの (従来例）かつ Δ η=0. 18の液晶材料において、表示異常が発生した。表示異常発生時間は、 Δ ηを上昇させる単体の量に依存すると考えられる。なお、傾向は、時間の経過とともに酷くなつた。

フィラーを添加した本実施例の液晶表示素子においては、 100時間駆動後においても表示異常は発生しな力つた。

[0073] 以下に上述した特徴を有する液晶表示素子を用いた電子機器の一例として、投射型表示装置の構成について、図 8の概略構成図によって説明する。図 8に示すように、投射型液晶表示装置 (液晶プロジェクタ） 300は、光軸 Cにそつて光源 301と透過型の液晶表示素子 302と投射光学系 303とが順に配設されて構成されている。

光源 301を構成するランプ 304から射出された光はリフレクタ 305によって後方に放射される成分が前方に集光され、コンデンサレンズ 306に入射される。コンデンサレンズ 306は、光をさらに集中して、入射側偏光板 307を介し液晶表示素子 302へ導く。

導かれた光は、シャツタもしくはライトバルブの機能を有する液晶表示素子 302および射出がエア偏光板 308により画像に変換される。表示された画像は、投射光学系 303を介してスクリーン 310上に拡大投影される。

なお、光源 301とコンデンサレンズ 306との間にはフィルタ 314が挿入されており、光源に含まれる不用な波長の光、たとえば赤外光および紫外光を除去する。

[0074] 次に、上記の液晶表示素子を用いた電子機器の一例として、投射型表示装置の構成について、図 9に関連付けて説明する。

図 9に示す投射型表示装置 500は、上述した液晶表示素子を 3個用意し、各々 RG B用の液晶表示素子 562R、 562Gおよび 562Bとして用いた投射型液晶装置の光学系の概略構成図を示す。

[0075] 投射型表示装置 500は、光学系として、光源装置 520と、均一照明光学系 523が用いられている。

この均一照明光学系 523から出射される光束 Wを赤 (R)、緑 (G)、青 (B)に分離する色分離手段である色分離光学系 524と、各色光束 R、 G、 Bを変調する変調手段である 3つのライトバルブ 525R、 525G、 525Bと、変調された後の色光束を再合成する色合成手段である色合成プリズム 510と、合成された光束を投射面 600の表面に拡大投射する投射手段である投射レンズユニット 506とを備えている。さらに、青色光束 Bを対応するライトバルブ 525Bに導く導光系 527を備えている。

[0076] 均一照明光学系 523は、 2つのレンズ板 521、 522と反射ミラー 531を備えており、反射ミラー 531を挟んで 2つのレンズ板 521、 522が直交する状態に配置されている。均一照明光学系 523の 2つのレンズ板 521、 522は、それぞれマトリクス状に配置された複数の矩形レンズを備えてヽる。

[0077] 光源装置 520から出射された光束は、第 1のレンズ板 521の矩形レンズによって複数の部分光束に分割される。

そして、これらの部分光束は、第 2のレンズ板 522の矩形レンズによって 3つのライトノレブ 525R、 525G、 525B付近で重なる。したがって、均一照明光学系 523を用 V、ることにより、光源装置 520が出射光束の断面内で不均一な照度分布を有して、る場合でも、 3つのライトバルブ 525R、 525G、 525Bを均一な照明光で照明することが可能となる。

各色分離光学系 524は、青緑反射ダイクロイツクミラー 541と、緑反射ダイクロイツクミラー 542と、反射ミラー 543から構成される。

まず、青緑反射ダイクロイツクミラー 541では、光束 Wに含まれている青色光束 Bおよび緑色光束 Gが直角に反射され、緑反射ダイクロイツクミラー 542の側に向かう。赤色光束 Rは、この青緑反射ダイクロイツクミラー 541を通過して、後方の反射ミラー 54 3で直角に反射されて、赤色光束 Rの射出部 544からプリズムユニット 510の側に射出される。

[0078] 次に、緑反射ダイクロイツクミラー 542では、青緑反射ダイクロイツクミラー 541で反射された青色光束 Bおよび緑色光束 Gのうち、緑色光束 Gのみが直角に反射されて、緑色光束 Gの射出部 545から色合成光学系の側に射出される。緑反射ダイクロイツクミラー 542を通過した青色光束 Bは、青色光束 Bの射出部 546から導光系 527の側に射出される。

ここでは、均一照明光学系 523の光束 Wの射出部から、色分離光学系 524における各色光束の射出部 544、 545、 546までの距離がほぼ等しくなるように設定されている。色分離光学系 524の赤色光束 Rの出射部 544および緑色光束 Gの出射部 54 5の各射出側には、それぞれ集光レンズ 551および集光レンズ 552が配置されている。したがって、各射出部力も射出した赤色光束 R、緑色光束 Gは、これらの集光レンズ 551、集光レンズ 552に入射して平行化される。

[0079] このように平行ィ匕された赤色光束 Rおよび緑色光束 Gは、それぞれライトバルブ 52 5Rおよびライトバルブ 525Gに入射して変調され、各色光に対応した画像情報が付カロされる。すなわち、これらの液晶表示素子は、図示していない駆動手段によって画像情報に応じてスイッチング制御されて、これにより、ここを通過する各色光の変調が行われる。一方、青色光束 Bは、導光系 527を介して対応するライトバルブ 525Bに導かれ、ここにおいて、同様に画像情報に応じて変調が施される。

[0080] なお、本例のライトバルブ 525R、 525G、 525Bは、それぞれさらに入射側偏光手段 561R、 561G、 561Bと、これらの間に配置された液晶表示素子 562R、 562G、 5

62Bと力なる液晶ライトバルブである。

[0081] 導光系 527は、青色光束 Bと射出部 546の射出側に配置した集光レンズ 554と、入射側反射ミラー 571と、射出側反射ミラー 572と、これらの反射ミラーの間に配置した中間レンズ 573と、ライトバルブ 525Bの手前側に配置した集光レンズ 553と力も構成されている。

集光レンズ 546から射出された青色光束は、導光系 527を介して液晶表示素子 56 2Bに導かれて変調される。各色光束の光路長、すなわち、光束 Wの射出部力各液晶表示素子 562R、 562G、 562Bまでの距離は青色光束 Bが最も長くなり、したがつて、青色光束の光量損失が最も多くなる。

[0082] しかし、導光系 527を介在させることにより、光量損失を抑制することができる。各ライトバルブ 525R、 525G、 525Bを通って変調された各色光束 R、 G、 Gは、色合成プリズム 510に入射され、ここで合成される。

そして色合成プリズム 510におよつて合成された光が投射レンズユニット 506を介して所定の位置にある投射面 600の表面に拡大投射されるようになって、る。

[0083] なお、本発明は単純マトリクス方式だけでなぐ TFTFアクティブマトリクス方式や、 T FDアクティブマトリクス方式、ノッシブマトリクス駆動方式、旋光モード、複屈折モードなど、いずれの方式の液晶表示素子に適用しても、上述した効果が期待できる。更に、駆動内蔵型の液晶装置のみならず、駆動回路を外付けする形の液晶表示素子や対角 1インチから 15インチ程度あるいはそれ以上のさまざまなサイズの液晶表示素子、投射型の液晶表示素子などに、本発明の液晶注入装置を適用しても効果が期待できる。

[0084] なお、本発明は投射型の液晶表示素子だけでなぐ反射型液晶表示素子、 LCOS 、有機 EL、いずれの方式のデバイスに適用しても上述した効果が得られる。

また、駆動内蔵型の液晶装表示素子、駆動回路を外付けする形の液晶表示素子、単純マトリクス方式、 TFDアクティブマトリクス方式、ノッシブマトリクス駆動方式、旋光モード、複屈折モードなど、いずれの方式の液晶表示素子に適用しても、上述した効果が期待できる。

産業上の利用分野

本発明は、プロジェクタ等のライトバルブに用いる液晶パネルが高温高湿環境下に置いて動作されても、液晶パネルの劣化等を防止できることから、投射型の液晶表示素子だけでなぐ反射型液晶表示素子、 LCOS、有機 EL、いずれの方式のデバイスにも適用可能である。

Claims

請求の範囲

[I] 2枚の基板上に、液晶を所定方向に配向させるための配向膜が形成されており、上記配向膜が所定間隙で対向するようにシール材で貼り合わせた一対の基板間に液晶層が挟持された液晶表示素子であって、

上記シール材は、平均粒子径が 0. 5 m未満の充填剤を含有し、

上記液晶層に用いる液晶材料は室温での屈折率異方性が 0. 16以上であり、セルギャップが 3 μ m以下である

液晶表示素子。

[2] 上記液晶層に用いる液晶材料は室温での屈折率異方性が 0. 18以上である

請求項 1記載の液晶表示素子。

[3] 上記シール材に含まれる充填剤の含有量が 15— 40wt%の範囲である

請求項 1記載の液晶表示素子。

[4] 上記シール材に含まれる充填剤の最大粒子径は 1. 5 μ m以下である

請求項 1記載の液晶表示素子。

[5] 上記シール材に含まれる充填剤の比表面積が 30m²/g以下である

請求項 1記載の液晶表示素子。

[6] 少なくとも一方の基板のシール下に配向膜がある

請求項 1記載の液晶表示素子。

[7] 上記配向膜材料は無機系配向膜である

請求項 1記載の液晶表示素子。

[8] 上記配向膜材料は無機系配向膜である

請求項 3記載の液晶表示素子。

[9] 上記配向膜材料は無機系配向膜である

請求項 4記載の液晶表示素子。

[10] 上記配向膜材料は無機系配向膜である

請求項 5記載の液晶表示素子。

[II] 光源と、

上記光源から出射された光を液晶表示素子に導く集光光学系と、上記液晶表示素子で光変調した光を拡大して投射する投射光学系と、を有し、上記液晶表示素子は、

2枚の基板上に、液晶を所定方向に配向させるための配向膜が形成されており、上記配向膜が所定間隙で対向するようにシール材で貼り合わせた一対の基板間に液晶層が挟持され、

上記シール材は、平均粒子径が 0. 5 m未満の充填剤を含有し、上記液晶層に用いる液晶材料は室温での屈折率異方性が 0. 16以上であり、セルギャップが 3 μ m以下である

投射型表示装置。

[12] 上記シール材に含まれる充填剤の含有量が 15— 40wt%の範囲である

請求項 11記載の投射型表示装置。

[13] 上記シール材に含まれる充填剤の最大粒子径は 1. 5 m以下である

請求項 11記載の投射型表示装置。

[14] 上記シール材に含まれる充填剤の比表面積が 30m²/g以下である

請求項 11記載の投射型表示装置。

[15] 少なくとも一方の基板のシール下に配向膜がある

請求項 11記載の投射型表示装置。

[16] 上記配向膜材料は無機系配向膜である

請求項 11記載の投射型表示装置。