JP2003140159A - 液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents
液晶表示素子およびその製造方法Info
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Abstract
コントラストを向上すると共に、液晶表示素子のセルギ
ャップのバラツキを抑制し、視認性を向上させる。 【解決手段】液晶表示素子100は、ゲート線3と反射
電極4とが配置されている第1の基板としての基板2a
と、透明電極7が配置されている第2の基板としての基
板2bと、基板2aと基板2bの間に配された液晶層5
と、配向膜6と、第1の位相差板8と、第2の位相差板
9と、偏光板10と、スペーサー20とから構成されて
いる。基板2aのゲート線3の上にスペーサー20を形
成し、スペーサー20を挟み込んで基板2aと基板2b
を張り合わせて形成した液晶表示素子100に液晶を注
入し、そして両基板2a,2bの外側から液晶表示素子
100を加圧し、基板2bがスペーサー20と緊密に接
触した状態で注入口を封止する。
Description
透過型の液晶表示素子およびその製造方法に関する。詳
しくは、第1の基板の少なくともゲート線または信号線
の上にスペーサーを設けることによって、ゲート線また
は信号線からの外光の反射光を防止し、コントラストを
向上すると共に、液晶表示素子のセルギャップのバラツ
キを抑制し、視認性を向上するようにした液晶表示素子
およびその製造方法に係るものである。
型、軽量等の特徴を有するものとして、液晶表示装置
(LCD:Liquid Crystal Display)が多用されてい
る。この液晶表示装置は、透過型液晶表示装置と、反射
型液晶表示装置とに大別することが可能である。
特に広く用いられているものは、背景、即ち、液晶セル
の背面に、いわゆる背景照明(バックライト)と呼ばれ
る光源を用いた透過型液晶表示装置である。該透過型液
晶表示装置は、薄型、軽量等の利点を有し、各種分野に
おいてその用途が拡大しているが、その一方で、背景照
明(バックライト)を発光させるために多量の電力を消
費し、液晶の透過率変調に用いる電力が少ないにも拘ら
ず、比較的大きな電力を要する。
示方式である反射型液晶表示装置(特開平11−142
836号参照)は、バックライトを必要としないため光
源用電力が削減可能であり、さらに、バックライトのス
ペースや重量が節約できる等の特徴を有している。即
ち、表示装置全体として、消費電力の低減が実現でき、
小型のバッテリーを用いることが可能になり、軽量薄型
を目的とする機器に適している。
生かし、かつ、周囲照明光が弱い環境下での使用を可能
にする液晶表示装置として、外光とバックライト光の両
方を利用できるようにした半透過型液晶表示装置も考案
されている(特開平11−242226号参照)。
る反射型液晶表示素子の構成例および製造方法について
説明する。図11は、ノーマリホワイトモードの従来の
反射型液晶表示素子1の断面図である。また、図11は
電圧無印加時の液晶の配向状態も同時に示している。液
晶配向は簡単のために、ホモジニアス配向を図示してい
るが、ツイスト配向でも以下の説明は同様に適用でき
る。
と反射電極4とが配置されている基板2aと、透明電極
7が配置されている基板2bと、基板2aと基板2bの
間に配された液晶層5と、基板2aおよび基板2bの表
面に塗布された配向膜6と(基板2aの配向膜6は図示
を省略)、第1の位相差板8と、第2の位相差板9と、
偏光板10とから構成されている。基板2aは、図12
に示すように、表面にフォトエッチングによりパターン
電極(反射電極4とゲート線3と信号線11とを含む)
が形成される。
を散乱させるために、表面に凹凸状の散乱型とされる。
また、反射型液晶表示素子1の場合、反射電極4は表示
電極となる。反射電極4は薄膜トランジスタ(TFT:
Thin Film Transistor)駆動方式が用いられる。
れ、その上に配向膜6が塗布されている。液晶層5は、
基板2aと基板2bの間に配されている。この液晶層5
の電圧無印加時の液晶の配向状態は、図11に示すよう
に、反射電極4上とゲート線3上の共に水平配向になっ
ている。このような状態において、図13に示すような
偏光状態の変化をたどり、外部からの入射光は、ゲート
線3(図13(a)参照)と反射電極4(図13(b)
参照)で反射され、出射する。また、信号線11の場合
はゲート線3と同様である。
液晶配向状態を示している。図14に示すように、液晶
表示素子1に電圧を印加する時、反射電極4上の液晶は
ほぼ垂直配向になっている。しかし、ゲート線3上の液
晶は応答せず、電圧を印加しないときの配向のままであ
る。このような状態において、図15に示すように、外
部からの入射光は、反射電極4上では、偏光板10に吸
収されるため、外部には出射されず、黒状態となる(図
15(b)参照)。しかし、ゲート線3上では、液晶の
配向が、電圧無印加時と同じため、外部からの入射光
は、ゲート線3で反射され、出射する(図15(a)参
照)。
セスを示している。上述した反射型液晶表示素子の製造
過程は、まず、ステップS01で、フォトエッチングに
より基板2aの上にパターン電極(反射電極4とゲート
線3と信号線11とを含む)を形成する。
基板2bに液晶分子配列のための配向膜6形成する。配
向膜6が形成後、ラビングを処理を行う。このラビング
処理によって液晶分子の平行配列の方位を一定化する。
次に、ステップS03で、液晶層の厚さを決定するため
に、いずれかの基板上(両方の基板の場合も有る)に透
明で、円筒状もしくは粒状の微少なスペーサーを散布
し、このスペーサーを挟み込んで両基板を貼り合わせ、
液晶表示素子1の組み立てを行い、それから液晶表示素
子1の周辺を封着材で付着する。
(図示せず)より液晶を両基板2a、2bの間に注入す
る。次に、ステップS05で、液晶を注入した後に注入
口(図示せず)をUV硬化樹脂で封止する。次に、ステ
ップS06で、第1の位相差板8、第2の位相差板9、
偏光板10、図示しないコネクタ等の付属品を取り付け
る。このようにして図10に示す液晶表示素子1が形成
される。
の反射型液晶表示素子1では、反射電極4上ではもちろ
んのこと、ゲート線3上にも液晶層5が存在するため、
電圧無印加時には、外部からの入射光は、反射電極4
上、およびゲート線3上のそれぞれで、偏光板10、位
相差板8,9、液晶層5を通過するたびに図13のよう
な偏光状態の変化をたどり、反射電極4上はもちろんの
こと、ゲート線3上でも入射光は出射する。また信号線
11(図示せず)では、ゲート線3と同様である。
晶は、図14に示すようにほぼ垂直配向になるが、ゲー
ト線3上の液晶は、応答せず、電圧無印加時の配向のま
まである。このような状態において、図15に示すよう
に、外部からの入射光は、反射電極4上では、偏光板1
0に吸収されるため、外部には出射されない。このため
黒状態となる。しかし、ゲート線3上では、前述のとお
り、液晶の配向が、電圧無印加時と同じため、外部から
の入射光は、ゲート線3で反射され、出射する。このた
め、液晶表示素子1は十分な黒状態が達成されず、コン
トラストの低下を招いていた。また、半透過型液晶表示
素子においても反射型液晶表示素子1と同様な問題があ
る。
線からの光反射を防止し、コントラストを向上する液晶
表示素子を提供することを目的とする。また、その液晶
表示素子のセルギャップのバラツキを抑制でき、視認性
を向上し得る製造方法を提供することを目的とする。
素子は、反射機能を持つ表示電極とゲート線および信号
線を有する第1の基板と、透明電極を有する第2の基板
と、第1及び第2の基板間に配された液晶層とを備える
液晶表示素子において、第1の基板の少なくともゲート
線上または信号線上にスペーサーを設けるものである。
方法は、反射機能を持つ表示電極とゲート線および信号
線を有する第1の基板と、透明電極を有する第2の基板
と、第1及び第2の基板間に配された液晶層とを備える
液晶表示素子の製造方法において、第1の基板の少なく
ともゲート線または信号線上にスペーサーを形成する形
成工程と、スペーサーを挟み込んで第1と第2の基板を
張り合わせて形成した空間に、液晶を注入口より注入す
る注入工程と、第1と第2の基板の外側から液晶表示素
子に圧力を加え、第2の基板とスペーサーを緊密に接触
させた状態で、注入口を封止する封止工程とを有するも
のである。
第1の基板の少なくともゲート線または信号線の上にス
ペーサー、例えば、ストライプ状または格子状のスペー
サー、あるいはスペーサー柱が形成される。これによ
り、ゲート線または信号線からの光反射を防止し、コン
トラストを向上することが可能となる。
方法においては、液晶の注入口を封止する前に、例え
は、液晶注入前または注入後に、第1と第2の基板の外
側から液晶表示素子に圧力を加え、第2の基板がスペー
サーと緊密に接触した状態で注入口を封止することによ
って、液晶表示素子のセルギャップのバラツキを抑制で
き、視認性を向上することが可能となる。
発明の実施の形態について説明する。図1は、実施の形
態としての液晶表示素子100の構成を示している。こ
の液晶表示素子100は、反射型液晶表示素子である。
また、この図1において、図10と対応する部分には同
一符号を付して示している。
線3と反射電極4とが配置されている第1の基板として
の基板2aと、透明電極7が配置されている第2の基板
としての基板2bと、基板2aと基板2bの間に配され
た液晶層5と、基板2aおよび2bの表面に塗布された
配向膜6と(基板2aの配向膜6は図示を省略)、第1
の位相差板8と、第2の位相差板9と、偏光板10と、
スペーサー20とから構成されている。
ある。基板2aは、表面にフォトエッチングによりパタ
ーン電極(反射電極4とゲート線3と信号線11とを含
む)が形成される。ゲート線3の上にスペーサー20が
設けられている。このスペーサー20は、感光性材料、
例えば、NN710(JSR株式会社製)で形成され
る。このスペーサー20は、例えば、幅3μmのストラ
イプ状、高さ約2μmとされる。
を散乱させるために、表面に凹凸状の散乱型とされる。
また、反射型液晶表示素子1の場合、反射電極4は表示
電極となる。反射電極4は薄膜トランジスタ(TFT:
Thin Film Transistor)駆動方式が用いられる。基板2
bは、表面に透明電極7が配置され、その上に配向膜6
が塗布されている。液晶層5は、基板2aと基板2bの
間に配されている。
の様子を、図3および図4に示している。図3は、液晶
表示素子100に電圧無印加時における外光反射の様子
を示している。図3(a)は、ゲート線3上の外光反射
の様子、図3(b)は、反射電極4上の外光反射の様子
である。
には、スペーサー20が設けられ、液晶層5が存在しな
い。この場合、ゲート線3で反射した光は、偏光板10
の吸収軸と平行方向の電気ベクトルを持つ直線偏光にな
るため、偏光板10で吸収され、外部に出射しない。ま
た、図3(b)に示すように、反射電極4の上には液晶
層5が存在するため、入射した外光は反射して、外部に
出射する。
における外光反射の様子を示している。図4(a)はゲ
ート線3上の外光反射の様子、図4(b)は、反射電極
4上の外光反射の様子である。図4(a)に示すよう
に、ゲート線3の上には液晶層5が存在しないため、図
3(a)と同様に、入射した外光は反射して偏光板10
で吸収され、外部に出射しない。また、図4(b)に示
すように、反射電極4の上には液晶層5が存在するた
め、電圧を印加すると、液晶の配向が水平から垂直に
(図14参照)変化し、反射電極4で反射した光は、入
射時と同方向に偏光され、偏光板10で吸収され、外部
に出射しない。また、この場合、信号線11上にはスペ
ーサー20を設けていないため、信号線11から反射し
て外部に出射する外光が存在する。
いて説明する。液晶表示素子100の製造方法は、パタ
ーン電極(反射電極4とゲート線3と信号線11とを含
む)が形成された基板2aのゲート線3の上にスペーサ
ー20を形成し、スペーサー20を挟み込んで基板2a
と基板2bを張り合わせて形成した液晶表示素子100
に液晶を注入し、そして基板2aと基板2bの外側から
液晶表示素子100に圧力を加え、基板2bとスペーサ
ー20とが緊密に接触した状態で注入口を封止する。
スを示している。図5に示すように、液晶表示素子10
0の製造は、まず、ステップS1で、フォトエッチング
により基板2aの上にパターン電極を形成する。
線3部分にスペーサー20を形成する。図6は、スペー
サー20の形成工程を示している。この工程では、ま
ず、図6(a)に示すように、ゲート線3および反射電
極4が配置された基板2aの表面に感光性材料、例え
ば、NN710(JSR株式会社製)を塗布する。次
に、図6(b)に示すように、感光性材料塗層の上にス
トライプ状パターンを有するフォトマスク12を設置し
て、紫外線(UV)を照射する。次に、UV照射後の基
板2aを処理し、感光性材料塗層の不要部分(未露光
部)を除去すると、スペーサー20が形成される(図6
(c)参照)。
対向基板2bに配向膜6を形成する。配向膜形成後、ラ
ビング処理を行う。ラビングはアンチパラレルラビング
になるように行う。このラビング処理によって液晶分子
の平行配列の方位を一定化にする。
んで基板2aと基板2bを貼り合わせ、液晶表示素子1
00の組み立てを行い、そして液晶表示素子100の周
辺を付着する。この場合、セルギャップをスペーサー2
0で保っているため、スペーサービーズを散布する必要
がない。
ず)より液晶を基板2aと基板2bの間に注入する。ス
テップS6で、液晶注入後、両基板2a,2bの外側か
ら加圧し、例えば、液晶表示素子100の全体に対して
0.2MPaの圧力を加える。これによって、スペーサ
ー20上に存在する液晶が排除され、基板2bとスペー
サー20を緊密に接触させることが可能となる。
圧されている状態で、注入口(図示せず)にUV硬化樹
脂の封止剤を塗布し、加圧を解除したのち、封止剤にU
V光を照射し硬化させ、注入口を封止する。次に、ステ
ップS8で、第1の位相差板8、第2の位相差板9、偏
光板10、図示しないコネクタ等の付属品を取り付け
る。このようにして図1に示す液晶表示素子100が形
成される。
子100の光反射を顕微鏡で観察した結果、スペーサー
20が形成されている部分は反射がなく、黒い状態であ
ることを確認した。また、この液晶表示素子100のコ
ントラストを測定した。図7は、コントラストの測定状
態を示す図である。
度傾いた方向から平行光を入射し、基板法線にて、液晶
表示素子100からの反射光を受光するものである。こ
のように測定したコントラストは50であった。ここ
で、比較例1として、スペーサー20を形成せず、スペ
ーサービーズを散布した反射型液晶表示素子を作製し
た。
較例1の光反射を顕微鏡で観察した結果、ゲート線3の
部分から反射して出射する外光があることを確認した。
また、上述した液晶表示素子100と同様に、比較例1
のコントラストを測定した結果、コントラストは40で
あった。これにより、ゲート線3上にスペーサー20を
形成すると、暗状態時の反射率が低下するため、コント
ラストを向上させることができる。
液晶注入後、液晶表示素子を加圧せずに封止した液晶表
示素子を作製した。この比較例2の場合、封止する際
に、加圧していないため、基板2bとスペーサー20と
が緊密に接触していない。上述した液晶表示素子100
と比べ、セルギャップバラツキ起因による液晶表示素子
の輝度バラツキが目立ち、視認性を悪化させていること
を確認した。
2aのゲート線3の上にスペーサー20を形成すること
によって、ゲート線3からの光反射を防止でき、コント
ラストを向上させることができる。
外側から液晶表示素子100を加圧し、基板2bとスペ
ーサー20とを緊密に接触させた状態で注入口を封止す
ることによって、液晶表示素子100のセルギャップの
バラツキを抑制でき、視認性を向上することができる。
ャップをスペーサー20で保っているため、スペーサー
ビーズを散布する必要がない。液晶表示素子100の耐
衝撃性も、従来のスペーサービーズを用いた液晶表示素
子1に比べ、大幅に向上し、その強度は通常のペン入力
に十分耐えられるものとなる。
サー20はゲート線3に沿ってストライプ状に形成され
たものであるが、これに限定されるものではない。例え
ば、信号線11に沿ってストライプ状のスペーサー20
を形成してもよい。
サー20はストライプ状に形成されたものであるが、こ
れに限定されるものではない。例えば、格子状または柱
状にしてもよい。
る。図8は液晶表示素子100の基板2aを基板2b側
から見た図である。図に示すように、スペーサー21は
ゲート線3および信号線11上に格子状に形成されてい
る。この場合、全てのゲート線3および信号線11の部
分がスペーサー21によって覆われ、ゲート線3および
信号線11からの反射光の出射を完全に抑制でき、より
一層のコントラストの向上が可能となる。
る。図9は液晶表示素子100の基板2aを基板2b側
から見た図である。図に示すように、スペーサー22は
ゲート線3上にストライプ状スペーサー22aと、信号
線11上に長さがストライプ状スペーサー22aの間隔
より短いストライプ状スペーサー22bを有する形状に
形成されている。この場合、ゲート線3および信号線1
1のほとんどの部分がスペーサー22によって覆われ、
入射光の反射を有効に抑制するとともに、スペーサー2
2bの両端とスペーサー22aの間に隙間を設けたため
液晶の注入が容易である。
る。図10は液晶表示素子100の基板2aを基板2b
側から見た図である。図に示すように、スペーサー23
は柱状に形成されている。この場合、ゲート線3および
信号線11をスペーサー23によって覆う面積が格子状
のスペーサー21より少ないが、スペーサー23の間に
所定の間隔があるため液晶の注入が容易である。
の液晶表示素子100の例を説明したが、これに限定さ
れるものではない。半透過型の液晶表示素子にもこの発
明を同様に適用できる。また、上述実施の形態において
は、液晶の配向はホモジニアス配向の例を説明したが、
これに限定されるものではない。例えば、ツイスト配向
の場合にもこの発明を同様に適用できる。
第1の基板の少なくともゲート線または信号線の上にス
ペーサーを設けることにより、ゲート線または信号線か
らの光反射を防止し、コントラストを向上できる。
方法によれば、液晶の注入口を封止する前に第1と第2
の基板の外側から液晶表示素子に圧力を加え、第2の基
板がスペーサーと緊密に接触した状態で注入口を封止す
ることによって、液晶表示素子のセルギャップのバラツ
キを抑制でき、視認性を向上できる。
る。
である。
である。
図である。
示す図である。
である。
である。
板、2b・・・第2の基板、3・・・ゲート線、4・・
・反射電極、5・・・液晶層、6・・・配向膜、7・・
・透明電極、8・・・第1の位相差板、9・・・第2の
位相差板、10・・・偏光板、11・・・信号線、12
・・・フォトマスク、13・・・光源、14・・・受光
器、20,21,22,23・・・スペーサー
Claims (8)
- 【請求項1】 反射機能を持つ表示電極とゲート線およ
び信号線を有する第1の基板と、透明電極を有する第2
の基板と、上記第1及び第2の基板間に配された液晶層
とを備える液晶表示素子において、 上記第1の基板の少なくとも上記ゲート線上または上記
信号線上にスペーサーを設けることを特徴とする液晶表
示素子。 - 【請求項2】 上記スペーサーは、壁状に形成されるこ
とを特徴とする請求項1に記載の液晶表示素子。 - 【請求項3】 上記壁状のスペーサーは、ゲート線また
は信号線上にストライプ状に形成されることを特徴とす
る請求項2に記載の液晶表示素子。 - 【請求項4】 上記壁状のスペーサーは、ゲート線およ
び信号線上に格子状に形成されることを特徴とする請求
項2に記載の液晶表示素子。 - 【請求項5】 上記壁状のスペーサーは、上記ゲート線
または上記信号線上のストライプ状スペーサーと、上記
信号線または上記ゲート線上の上記ストライプ状スペー
サーの間隔より長さが短いストライプ状スペーサーとか
らなることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示素
子。 - 【請求項6】 上記スペーサーは、柱状に形成されるこ
とを特徴とする請求項1に記載の液晶表示素子。 - 【請求項7】 反射機能を持つ表示電極とゲート線およ
び信号線を有する第1の基板と、透明電極を有する第2
の基板と、上記第1及び第2の基板間に配された液晶層
とを備える液晶表示素子の製造方法において、 上記第1の基板の少なくとも上記ゲート線または上記信
号線上にスペーサーを形成する形成工程と、 上記スペーサーを挟み込んで上記第1と第2の基板を張
り合わせて形成した空間に、液晶を注入口より注入する
注入工程と、 上記第1と第2の基板の外側から液晶表示素子に圧力を
加え、上記第2の基板と上記スペーサーを緊密に接触さ
せた状態で、上記注入口を封止する封止工程とを有する
ことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項8】 上記形成工程は、 感光材料層を塗布するステップと、 上記感光材料層にパターン露光して硬化させるステップ
と、 上記感光材料層の未露光部を除去するステップとを有す
ることを特徴とする請求項7に記載の液晶表示素子の製
造方法。
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