JP3895447B2 - 液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衝撃性に優れ、且つ、良好な表示品位を実現する液晶表示素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一対の基板を電極が形成された面が内側になるように互いに貼り合わせ、その間隙に液晶を封入してなる液晶表示素子が知られている。このような液晶表示素子は、外圧による基板の変形等の結果、対向する基板間の距離が変化すると、しきい値電圧の変化、対向する基板間での電極ショート、あるいは液晶分子の配向の乱れ等により、良好な表示が不可能となる。このため、一対の基板間の距離を一定に保つためにスペーサを基板間に配置する方法が知られており、従来、（１）球状の粒子を散布する方法、（２）有機系または無機系の柱を形成する方法、のいずれかが一般に用いられている。
【０００３】
（１）の方法の具体的な例としては、例えばジビニルベンゼン系重合体等の有機系樹脂からなる真珠微粒子を窒素雰囲気中に分散させて基板上に散布する乾式法や、かかる真珠微粒子をアルコール溶液などに混合して基板上に霧状に散布する方法が知られている。
【０００４】
しかし、（１）の方法は、以下のような問題点を有している。まず第一の問題点は、微粒子は互いに凝集する性質を持つため、基板上に均等に散布することが困難であり、均一なセル厚を実現し難いことである。また、第二の問題点としては、微粒子の配置を制御することが困難であることから、画素部分にも散布された微粒子が配向欠陥を招来し、表示品位を低下させる可能性があることが挙げられる。さらに、第三の問題点は、基板がスペーサとしての真珠微粒子との点接点で支持されているために、外圧に対して十分な強度を得ることが難しいということである。
【０００５】
一方、（２）の方法は、より具体的には、有機または無機系膜を所定の膜厚に形成し、さらにその上にレジスト膜を形成した後にマスク露光することにより、スペーサとしての柱を形成する方法である。また、上記レジスト膜の代わりに、例えば感光性ポリイミドあるいは感光性アクリル樹脂などの感光性有機樹脂を用いることもできる。
【０００６】
このように、（２）の方法は、柱を画素外部に選択的に形成できる。また、基板と柱の接触面を任意のパターンに形成できるという長所を備えており、（１）の方法に比較して、セル厚の均一性、外圧に対する強度、および表示品位の点において優れている。
【０００７】
近年、液晶材料として強誘電性液晶が注目されているが、強誘電性液晶は自発分極を有することにより高速応答が可能であるなどの優れた性質を持つ反面、分子の配向の規則性がより結晶に近い構造を持つため、外圧により分子配向の規則性が乱されると元の状態に戻りにくい、つまり、衝撃に対して弱い、という問題点を有している。このため、強誘電性液晶が有する上記の問題点を克服するためには、衝撃性に優れた基板構造を持つことが必要となる。このような液晶表示素子を作製する方法として、（１）の方法に比較して、上記（２）の方法がより有力な候補であると考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の液晶表示素子の構成では、（Ａ）絶縁性基板上に配向制御層を形成した後、この配向制御層上にスペーサを形成し、一方の基板上のスペーサの頂部と他方の基板上の配向制御層との接着により一対の基板を貼り合わせた構成、（Ｂ）絶縁性基板上にスペーサを形成した後に、このスペーサを覆うように配向制御層を形成し、一方の基板上のスペーサ頂部の配向制御層と他方の基板の配向制御層との接着により一対の基板を貼り合わせた構成の液晶表示素子が挙げられる。
【０００９】
しかしながら、上記従来の構成では以下のような種々の問題点を有している。
【００１０】
まず、（Ａ）においては、配向制御層上にスペーサを形成するため、スペーサの製造工程が配向制御層の汚染、変質、破壊等を招来する可能性があるという問題がある。感光性ポリイミドやフォトレジスト等を用いたフォトリソグラフィによって、配向処理を行った後の基板上にスペーサが形成されるが、このフォトリソグラフィの工程において使用される溶剤が配向制御層に対して悪影響を及ぼす可能性がある。このような場合、配向制御層の配向規制能力が低下するために液晶分子の配向が不均一となり、表示品位の低下が避けられない。また、配向制御層に影響を与えないことを考慮すれば、スペーサまたは配向制御層の材料が制約されるという問題点がある。
【００１１】
一方、（Ｂ）においては、配向制御層同士を接着させるために加圧下での加熱によって配向制御層を軟化させるので、配向制御層の配向規制力に悪影響を及ぼす可能性があるという問題がある。このような場合、配向制御層の配向規制能力が変化するために液晶分子の配向が不均一となり、表示品位の低下が避けられない。また、配向制御層として有機溶媒可溶性ポリイミドを使用した場合、ポリアミック酸型に比較すると加熱によりイミド化が進行しないため、十分な接着強度が得られないという問題があり、配向制御層材料の制約が生じる。なお、（Ａ）においては、一対の基板を一方の基板上のスペーサと他方の基板上の配向制御層との接着により貼り合わす構成である。そのため、配向制御層ではなくスペーサを軟化させるため、（Ｂ）で問題となる配向制御層の軟化による表示品位の低下が生じない。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、均一なセル厚を有するとともに、十分な耐ショック性を備え、ムラのない良好な表示品位を実現できる液晶表示素子およびその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示素子は、上記の課題を解決するために、少なくとも一方が光透過性を有する一対の基板間に液晶を封入してなる液晶表示素子において、前記一対の基板の少なくとも一方の基板は、絶縁基板と複数の電極とを覆うように形成された絶縁膜の上に、均一な高さを有する柱状または壁状のスペーサを備え、該スペーサの頂部に位置する部分を除いて前記一方の基板の絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層が設けられており、前記スペーサの頂部に位置する部分が他方の基板の配向制御層に接着されることにより、前記一対の基板が互いに貼り合わされていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、一対の基板が均一な高さを有する柱状あるいは壁状のスペーサによって均一な間隔を保って、互いに貼り合わされる。また、上記一対の基板は、スペーサが形成された後に配向制御層を形成するため、スペーサ形成工程による配向制御層の汚染、変質、破壊等に起因する表示品位の低下、スペーサまたは配向制御層の材料の制約を回避することができる。
【００１５】
さらに、上記の構成では、スペーサの頂部を除いて基板表面を覆うように配向制御層が設けられ、一方の基板に形成されたスペーサの頂部と、他方の基板の配向制御層との接着によって一対の基板が貼り合わされている。このため、配向制御層を軟化させずにスペーサを軟化させるので、配向制御層同士の接着の場合に起こる配向制御層の軟化による表示品位の低下や、接着強度不足を回避することができる。
【００１６】
以上のように、上記の構成によれば、セル厚を従来よりもさらに高い精度で均一化できると共に、むらのない良好な表示品位、耐ショックに優れた液晶表示素子を提供することができる。
【００１７】
上記の構成によれば、一方の基板上の絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層を設けるため、スペーサが配向制御層をはじくものとなっている。
【００１８】
これにより、配向制御層を設ける際、配向制御層をスペーサを形成した絶縁性基板の上層全体を覆うように、スピンコート法、ロールコート法などにより塗布しても、スペーサが配向制御層をはじくために、配向制御層はスペーサ形成領域以外の絶縁性基板上層を覆うように塗布することができる。従って、従来のようにスペーサ上部の配向制御層を除去する必要がないので、配向制御層の汚染、破損などが生じず、また、簡単な製造方法で良好な表示品位を実現する液晶表示素子を提供できる。
【００１９】
本発明では、一対の基板は一方の基板上のスペーサと他方の基板上の配向制御層との接着により貼り合わされるので、配向制御層は少なくともスペーサ頂部を除く絶縁性基板上層に形成されればよく、スペーサ側面には、配向制御層が形成されてもされなくてもよい。
【００２０】
本発明に係る液晶表示素子は、上記構成に加えて、前記スペーサは、感光性有機樹脂からなることを特徴としている。
【００２１】
上記の構成によれば、スペーサは感光性有機樹脂からなる。スペーサ材料が無機あるいは非感光性有機樹脂の場合はフォトレジストを用いたフォトリソグラフィによってスペーサを形成するが、感光性有機樹脂の場合はフォトレジストを用いる必要がなく、従って、より簡単な製造方法で表示品位、耐ショックに優れた液晶表示素子を提供することが可能となる。
【００２２】
本発明に係る液晶表示素子は、上記構成に加えて、前記スペーサは、前記一方の基板上の複数の電極間の領域の絶縁膜上に配置され、且つ、光学的な等方性を有することを特徴としている。
【００２３】
上記の構成によれば、スペーサは画素領域外に形成される。このため、画素内にスペーサを形成する場合に起こる開口率、表示品位の低下を回避することができる。さらに、スペーサが光学的な等方性を有するためブラックマトリックスとして機能することが可能となる。
【００２４】
本発明に係る液晶表示素子は、上記構成に加えて、前記液晶は、強誘電性液晶であることを特徴としている。
【００２５】
上記の構成によれば、強誘電性液晶は自発分極を有し、メモリ性を有すること等によって高速応答が可能となるため、例えば大容量且つ高精細な画像の表示が可能な液晶表示素子を提供することができる。
【００２６】
なお、強誘電性液晶は、例えば、ネマティック液晶と比較すると分子配列が結晶に近いので、外圧により分子配向の規則性が一旦乱されると元の状態に戻りにくい、つまり衝撃に弱いという欠点を有しているが、上記の構成によれば充分な基板強度が実現されているために上記の欠点が解消され、この結果、強誘電性液晶の優れた特性が発揮された液晶表示素子を提供することが可能となる。
【００２７】
本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、少なくとも一方が光透過性を有する一対の基板間に液晶を封入してなる液晶表示素子の製造方法において、前記一対の基板の少なくとも一方の基板に、絶縁性基板と複数の電極とを覆うように形成された絶縁膜の上に均一な高さの柱状または壁状のスペーサを複数形成する第１工程と、前記スペーサの頂部に位置する部分を除いて前記一方の基板の絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層を形成する第２工程と、前記スペーサの頂部に位置する部分を、他方の基板の配向制御層に接着させる第３工程とを含んでいることを特徴としている。
【００２８】
上記の方法によれば、まず、第１工程において絶縁性基板の上層にスペーサが形成される。なお、上記第１工程の前あるいは後に必要に応じて各基板上に電極、遮光層、または絶縁膜等を形成することができる。その後、第２工程においてスペーサ頂部を除く絶縁性基板の上層を覆うように配向制御層が形成される。このように配向制御層の形成に先立ってスペーサの形成を行うことにより、スペーサ形成の工程で用いられる溶剤等により配向制御層が汚染されたり損傷を受けたりすることが防止される。
【００２９】
これにより、むらのない良好な表示品位を実現し得る液晶表示素子を提供することが可能となる。さらに、スペーサ頂部以外の絶縁性基板上層を覆うように選択的に配向制御層を形成することにより、一対の基板は、一方の基板のスペーサの頂部と他方の基板の配向制御層との接着によって貼り合わされる。このようにスペーサ頂部以外の絶縁性基板上層を覆うように選択的に配向制御層を形成することにより、配向膜同士の接着の場合に起こる配向制御層の軟化による表示品位の低下、接着強度不足を回避することが可能となる。
【００３０】
本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、前記第２工程にて、絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層を形成することを特徴としている。
【００３１】
上記の方法によれば、配向制御層をスペーサ形成領域外に選択的に形成するために、スペーサが配向制御層をはじくことを利用している。
【００３２】
配向制御層をスペーサ形成領域外の絶縁性基板上層を覆うように形成する方法として、まず、スペーサを含む絶縁性基板上層全体を覆うように配向制御層を形成し、次にフォトリソグラフィ等によりスペーサ上の配向制御層を除去する方法が挙げられる。しかし、この方法の場合は、上記フォトリソグラフィ工程により配向制御層の汚染、損傷等が生じるため、良好な表示品位が得られないという問題がある。
【００３３】
しかし、本発明の方法では、配向制御層をスペーサを形成した絶縁性基板の上層全体を覆うように、スピンコート法、ロールコート法などにより塗布しても、スペーサが配向制御層をはじくために、配向制御層はスペーサ形成領域以外の絶縁性基板上層を覆うように塗布することができる。従って、上記従来法のようにスペーサ上部の配向制御層を除去する必要がないので、配向制御層の汚染、破損などが生じず、また、簡単な製造方法で良好な表示品位を実現することが可能となる。
【００３４】
なお、スペーサが配向制御層をはじくためには、以下の方法により配向制御層のスペーサ表面に対する濡れ性を、スペーサ以外の絶縁性基板上の領域に対するものより悪くすればよい。
（１）スペーサに対する配向制御層の濡れ性が悪くなるスペーサ材料あるいは配向制御層材料を選択する
（２）スペーサあるいは配向制御層材料へ界面活性剤を添加する
（３）スペーサ形成後の絶縁性基板の界面活性剤処理を行う
本発明では、一対の基板は一方の基板上のスペーサと他方の基板上の配向制御層との接着により貼り合わされるので、配向制御層は少なくともスペーサ頂部を除く絶縁性基板上層に形成されればよく、スペーサ側面に配向制御層が形成されてもされなくてもよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１および図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３６】
図１は、本発明の実施の一形態に係る液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。本液晶表示素子は、一対の基板１０・２０を対向させて貼り合わせ、その間隙に液晶７を封入した構成である。
【００３７】
基板１０は、絶縁性基板１ａと、互いに平行に配された複数の電極２ａと、遮光層３ａと、前記絶縁性基板１ａ、電極２ａ、および遮光層３ａを覆うように形成された絶縁膜４ａと、この絶縁膜４ａの表面に形成されたスペーサ６と、このスペーサ６の頂部を除く絶縁膜４ａの表面を覆うように形成された配向制御層５ａとによって構成されている。
【００３８】
また、基板２０は、絶縁性基板１ｂと、互いに平行に配された複数の電極２ｂと、絶縁膜４ｂと、前記絶縁膜４ｂの表面に積層された配向制御層５ｂとにより構成されている。また、上記基板１０・２０は、上記絶縁性基板１ａ上に形成されたスペーサ６の頂部と上記絶縁性基板１ｂ上に形成された配向制御層５ｂとの接着により貼り合わされている。
【００３９】
上記の絶縁性基板１ａ・１ｂは、ガラスあるいはプラスチック等の透明材料からなる。また、電極２ａ・２ｂとしては、一般にＩＴＯ(Indium Tin Oxide)からなる透明電極を用いるが、その他の金属を用いた電極としてもよい。また、遮光層３ａは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ等の金属や、あるいは不透明な有機樹脂等により形成される。
【００４０】
また、液晶７には、強誘電性液晶組成物が用いられている。強誘電性液晶は、高速応答が可能でメモリ性を有する等の優れた特性を持つことから、大容量且つ高精細な画像を表示することが可能となる。
【００４１】
上記した構成を備える本実施形態の液晶表示素子は、以下の工程により作製される。すなわち、まず、絶縁性基板１ａの表面にモリブデン等の金属あるいは不透明な有機樹脂により厚さ１００ｎｍ程度の膜を形成し、この膜をフォトリソグラフィによってパターニングすることにより、図２（ａ）に示すように、所定のパターンの遮光層３ａを形成する。
【００４２】
次に、この上に、スパッタ法により厚さ１００ｎｍ程度のＩＴＯを成膜し、これをフォトリソグラフィによってパターニングすることにより電極２ａを形成する。この結果、図２（ｂ）に示すように、電極２ａの両端に沿って遮光層３ａが配置された形状となる。
【００４３】
さらに、この上にＳｉＯ２をスピンコート法により塗布し、図２（ｃ）に示すように、均一な表面を有する絶縁膜４ａを形成する。なお、この絶縁膜４ａは、場合によっては省略した構成とすることができる。
【００４４】
上記の絶縁膜４ａ上に、例えば新日鉄化学社製のネガ型感光性アクリル樹脂Ｖ−２５９を、焼成後の膜厚が１．５μｍになるようにスピンコート法により塗布する。次に、遮光層３ａの間で且つ電極２ａがない領域で且つスペーサを形成すべき場所にフォトマスクを施して紫外線照射し、非露光部を除去した後、約１８０℃で１時間の焼成を行うことにより、図２（ｄ）に示すようにスペーサ６を形成する。なお、上記フォトマスクのパターンや配置位置を種々に変更することにより、スペーサ６を、円柱状、壁状、あるいはストライプ状等の任意の形状に形成することができる。
【００４５】
次いで、チッソ社製配向膜ＰＳＩ−Ａ−２１０１を膜厚５０ｎｍになるようにスピンコート法により塗布し、約２００℃で１時間焼成を行った後、表面にラビング処理を施し、図２（ｅ）に示すように、配向制御層５ａを形成する。
【００４６】
上記のように、配向制御層５ａを形成する際、スペーサ６が配向制御層材料をはじくために、図２（ｅ）に示すように、配向制御層５ａを、スペーサ６の頂部を除く基板１０上層を覆うように設けることができる。この点については、後に詳述する。
【００４７】
以上の工程によって、基板１０を形成することができる。また、基板２０については、絶縁性基板１ｂ上に上記と同様の工程によって、電極２ｂ、図示しない遮光層、および絶縁膜４ｂを順次形成し、この絶縁膜４ｂの上に配向制御層５ｂを形成することにより作製される。
【００４８】
次に、これらの基板１０・２０を、配向制御層５ａ・５ｂのラビング方向が同一になるように対向させて、約１８０℃で１時間、０．９ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えることによりスペーサ６と配向制御層５ｂとを接着させる。さらに、基板１
０および２０の間隙に液晶７を封入することにより、液晶表示素子が完成する。
【００４９】
以上のような工程により実際に作製した液晶表示素子は、セル厚を±０．０３μｍ以内の精度で均一化することができた。また、スペーサ６の近傍は、遮光層３ａおよび基板２０側の遮光層により隠されているため、画素表示部において均一な配向とスイッチング特性、高開口率を得ることができた。
【００５０】
なお、スペーサ６の材料としては、上記したネガ型感光性有機樹脂の他に、非感光性のポリイミドやアクリル樹脂などの有機樹脂や、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ等の金属を用いることができる。しかし、感光性有機樹脂の場合はフォトレジストが不要であるため、より簡単で低コストで作製できる利点がある。また、スペーサ６を形成する位置は、絶縁性基板１ａ上のどの領域でも可能であるが、表示品位を低下させないためには、画素表示領域外に形成することが望ましい。
【００５１】
なお、上記構成では、基板１０側にのみスペーサ６を設けた構成について説明したが、必要なスペーサ６を基板１０および２０の両方に分散させて設け、一方の基板の上のスペーサ頂部を他方の基板におけるスペーサがない領域の配向制御層に接着することにより基板１０および２０を貼り合わせた構成とすることも可能である。
【００５２】
また、絶縁膜４ａ・４ｂは必須の構成ではなく、基板１０および２０の間でリーク電流が発生しなければ省略した構成とすることも可能である。また、上記した各種の膜の他に、必要に応じてオ−バーコート膜等を形成してもよい。
【００５３】
上記のように、配向制御層５ａは、スペーサ６の頂部以外の領域で且つ絶縁膜４ａの表面を覆うように形成される。配向制御層５ａとして使用したＰＳＩ−Ａ−２１０１は、スペーサ６として使用したＶ−２５９に対して濡れ性が悪く、且つ絶縁膜４ａとして使用したＳｉＯ２に対しては良い。このため、配向制御層５ａをスピンコートした際には、スペーサ６の表面では配向制御層５ａははじかれ形成されず、スペーサ６以外の領域で且つ絶縁膜４ａの表面では均一に形成される。また、スクリーン印刷法によりスペーサ６以外の領域で且つ絶縁膜４ａの表面に選択的に配向制御層５ａを形成することも可能である。
【００５４】
以上のように、本実施形態に係る液晶表示素子は、一対の基板１０・２０を備え、一方の基板１０は、絶縁性基板１ａの上層に電極２ａ、遮光層３ａ、および必要に応じて絶縁膜４ａを形成した後、さらにこれらの上層にスペーサ６を形成し、このスペーサ６以外の領域で且つ絶縁膜４ａの上層を覆うように配向制御層５ａが積層された構成である。他方の基板２０は、絶縁性基板１ｂの上層に、電極２ｂ、および必要に応じて絶縁膜４ｂを形成した上層の全体を覆うように配向制御層５ｂが積層された構成である。
【００５５】
配向制御層５ａはスペーサ６の形成後に形成されるため、スペーサ形成工程による配向制御層５ａの汚染、変質、破壊等がないため、良好な表示品位が得られる。
【００５６】
また、配向制御層５ａは、スペーサ６以外の領域で且つ絶縁膜４ａの上層を選択的に覆うように形成される。その結果、これらの基板１０および２０は、絶縁性基板１ａ上のスペーサ６の頂部と絶縁性基板１ｂ上の配向制御層５ｂとの接着により貼り合わされることになる。すなわち、配向制御層は軟化させずに、スペーサ６だけを軟化させて基板を接着すればよい。貼り合わせ工程における加熱温度１８０℃では配向制御層は軟化せず、スペーサ６のみが軟化する。また、配向制御層の焼成温度２００℃より低温である。そのため、貼り合わせ工程の加熱は配向制御層の配向規制力に影響を及ぼさない。このため、従来の配向膜同士の接着の際に起こりがちであった配向制御層の軟化による配向制御能力の低下、配向制御層材料の制約を回避でき、基板同士の接着をより強固なものとして、耐ショックに優れた液晶表示素子を提供することが可能となる。
【００５７】
さらに、スペーサ６を光学的に等方性を有する材料、すなわち屈折率に異方性がない材料で形成し、且つ、スペーサ６を対向する基板２０の配向制御層５ｂと隙間なく完全に接着させることにより、スペーサ６はクロスニコル下で消光する。つまり、上記の条件下で、スペーサ６はブラックマトリックスとしても機能するので、画素領域以外の部分を遮光してコントラストを向上させるという効果を奏する。
【００５８】
また、スペーサ６近傍は液晶の配向やスイッチング特性が不均一になり、表示むらが発生する場合もあったが、本実施形態の構成によれば、スペーサ６の近傍は遮光層３ａによって隠される構成となっているために、若干の表示むらが生じたとしても実際の表示状態に影響を与えず、高い表示品位が得られる。
【００５９】
〔比較例１〕
ここで、比較例として従来の工程により作製された液晶表示素子を挙げ、上記で説明した本実施形態の液晶表示素子との比較を行うこととする。なお、前記した実施形態で説明した構成と同様の構成には同一の符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００６０】
従来の液晶表示素子は、図３に示すように、スペーサ６を形成した後に、スペーサ６および絶縁膜４ａの上層の全体を覆うように配向制御層５ａを形成し、基板１１および２０は、絶縁性基板１１ａ上の配向制御層５ａと絶縁性基板１ｂ上の配向制御層５ｂ同士の接着により貼り合わされた構成である。
【００６１】
上記従来の液晶表示素子の製造工程は、以下の通りである。
【００６２】
図２（ａ）〜図２（ｄ）を参照して説明した工程と同様の工程により、絶縁性基板１１ａの表面に電極２ａ、遮光層３ａ、絶縁膜４ａ、およびスペーサ６を形成する。
【００６３】
次に、この絶縁性基板１１ａを、東レダウコーニング社製シランカップリング剤ＳＨ６０２０のイソプロピル溶液に浸漬した後、水洗する。次いで、チッソ社製配向膜ＰＳＩ−Ａ−２１０１を膜厚５０ｎｍになるようにスピンコート法により塗布し、約２００℃で１時間焼成を行った後、表面にラビング処理を施し、配向制御層５ａを形成する。以上の工程によって基板１１が作製される。
【００６４】
次に、これらの基板１１・２０を、配向制御層５ａ・５ｂのラビング方向が同一になるように対向させて、約２５０℃で１時間、０．９ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えることにより配向制御層５ａ・５ｂを接着させる。さらに、基板１１および２０の間隙に液晶７を封入することにより、液晶表示素子が完成する。
【００６５】
以上のように、本比較例１に係る液晶表示素子では、シランカップリング剤処理によりスペーサ６の表面の濡れ性が改善され、配向制御層５ａがスペーサ６および絶縁膜４ａの上層の全体を覆うように形成され、その結果として基板１１・２０が配向制御層５ａ・５ｂ同士によって接着されている点が、本発明の実施形態と異なっている。
【００６６】
配向制御層５ａは、スペーサ６の形成後に形成されるため、スペーサ形成工程による配向制御層５ａの汚染、変質、破壊等がないことは、本実施形態と同様である。
【００６７】
しかし、比較例の配向制御層５ａは、スペーサ６および絶縁膜４ａの上層を覆うように形成される。その結果、これらの基板１１および２０は絶縁性基板１１ａ上の配向制御層５ａと絶縁性基板１ｂ上の配向制御層５ｂとを軟化させて貼り合わせることになる。そのために必要な貼り合わせ工程における加熱温度は２５０℃であり、配向制御層の焼成温度２００℃より高温である。従って、貼り合わせ工程の加熱は配向制御層の配向規制力に影響を及ぼし、本実施形態と比較すると良好な配向が得られなかった。なお、貼り合わせ工程の加熱温度が本実施形態と同じ２００℃の場合は、良好な接着強度が得られなかった。
【００６８】
このように、上記した従来工程により作製された液晶表示素子と、本発明の実施形態に係る液晶表示素子とを比較すると、基板の接着強度、表示品位において後者が優れていることが判った。
【００６９】
〔比較例２〕
他の従来の液晶表示素子は、図４に示すように、配向制御層５ａの上層にスペーサ６を形成し、基板４０および２０は絶縁性基板２１ａ上のスペーサ６と絶縁性基板１ｂ上の配向制御層５ｂとの接着により貼り合わされた構成である。
【００７０】
上記従来の液晶表示素子の製造工程は以下の通りである。
【００７１】
図２（ａ）〜図２（ｃ）を参照して説明した工程と同様の工程により、絶縁性基板２１ａの表面に電極２ａ、遮光層３ａ、および絶縁膜４ａを形成する。
【００７２】
次に、この絶縁膜４ａ上に、チッソ社製配向膜ＰＳＩ−Ａ−２１０１を膜厚５０ｎｍになるようにスピンコート法により塗布し、約２００℃で１時間焼成することにより、配向制御層５ａを形成した。
【００７３】
次に、この配向制御層５ａ上に新日鉄化学社製のネガ型感光性アクリル樹脂Ｖ−２５９を、焼成後の膜厚が１．５μｍになるようにスピンコート法により塗布する。次に、遮光層３ａの間で且つ電極２ａがない領域で且つスペーサを形成すべき場所にフォトマスクを施して紫外線照射し、非露光部を除去した後、約１８０℃で１時間の焼成を行うことにより、スペーサ６を形成した。
【００７４】
このようにスペーサ６を形成した後に、配向制御膜５ａにラビング処理を施して、基板４０が完成した。次いで、基板４０および２０を、スペーサ６と配向制御層５ｂとを接着させることにより互いに接着し、その間隙に液晶７を封入することにより図４に示すような液晶表示素子が完成する。
【００７５】
以上のように、本比較例２に係る液晶表示素子では、配向制御層５ａ上にスペーサ６を形成するため、スペーサ６の形成工程が配向制御層５ａに影響を及ぼすこととなる。
【００７６】
上記のような従来工程により作製された液晶表示素子と、本発明の実施形態に係る液晶表示素子とを比較すると、表示品位において後者が優れていることが判った。
【００７７】
【発明の効果】
本発明の液晶表示素子は、以上のように、一対の基板の少なくとも一方の基板は、絶縁性基板と複数の電極とを覆うように形成された絶縁膜の上に、均一な高さを有する柱状または壁状のスペーサを備え、該スペーサの頂部に位置する部分を除いて前記一方の基板の絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層が設けられており、前記スペーサの頂部に位置する部分が他方の基板の配向制御層に接着されることにより、前記一対の基板が互いに貼り合わされている構成である。
【００７８】
これにより、スペーサが形成された後に配向制御層を形成できるため、スペーサ形成工程による配向制御層の汚染、変質、破壊等に起因する表示品位の低下、スペーサまたは配向制御層の材料の制約を回避することができる。
【００７９】
また、スペーサと配向制御層との接着により一対の基板が貼り合わされていることにより、配向制御層の軟化による表示品位の低下、接着強度不足、配向制御層材料の制約を回避することができる。
【００８０】
それゆえ、むらのない良好な表示品位を実現できると共に、耐ショックに優れた液晶表示素子を提供できるという効果を奏する。
【００８１】
さらに、スペーサが形成された絶縁性基板上層全体を覆うように配向制御層を塗布しても、配向制御層を、スペーサ頂部を除く絶縁性基板上層に選択的に形成できる。それゆえ、配向制御層の汚染、破壊等が生じず、良好な表示品位の液晶表示素子を提供できるという効果を奏する。
【００８２】
本発明の液晶表示素子は、以上のように、上記の構成において、前記スペーサは、感光性有機樹脂からなる構成である。
【００８３】
それゆえ、スペーサの形成工程においてフォトレジストを必要としないため、より簡単で安価な製造方法で、耐ショック、良好な表示品位の液晶表示素子を提供できるという効果を奏する。
【００８４】
本発明の液晶表示素子は、以上のように、上記の構成において、前記スペーサは、前記一方の基板上の複数の電極間の領域の絶縁膜上に配置され、且つ、光学的な等方性を有する構成である。
【００８５】
それゆえ、スペーサが画素領域外に形成されることにより、画素内にスペーサを形成する場合に起こる開口率、表示品位の低下を回避することが可能となるという効果を奏する。
【００８６】
さらに、スペーサが光学的な等方性を有するためブラックマトリックスとして機能することが可能となるという効果も奏する。
【００８７】
本発明の液晶表示素子は、以上のように、上記の構成において、前記液晶は、強誘電性液晶である構成である。
【００８８】
これにより、耐ショックに優れた基板に強誘電性液晶が挟持されることにより、外圧に弱いという強誘電性液晶の欠点が解消される。それゆえ、強誘電性液晶の優れた特性が発揮された液晶表示素子を提供できるという効果を奏する。
【００８９】
本発明の液晶表示素子の製造方法は、以上のように、一対の基板の少なくとも一方の基板に、絶縁性基板と複数の電極とを覆うように形成された絶縁膜の上に均一な高さの柱状または壁状のスペーサを複数形成する第１工程と、前記スペーサの頂部に位置する部分を除いて前記一方の基板の絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層を形成する第２工程と、前記スペーサの頂部に位置する部分を、他方の基板の配向制御層に接着させる第３工程とを含んでいる方法である。
【００９０】
これにより、配向制御層の形成に先立ってスペーサを形成するので、スペーサの形成工程で用いられる溶剤等により配向制御層が汚染されたり、損傷を受けたりすることが防止される。さらに、スペーサ頂部以外の絶縁性基板上層を覆うように選択的に配向制御層を形成することにより、つまり、配向制御層はスペーサ頂部には形成されないため、一対の基板は、一方の基板のスペーサの頂部と他方の基板の配向制御層との接着によって貼り合わされる。そのため、配向膜同士の接着の場合に起こる配向制御層の軟化による表示品位の低下、接着強度不足を回避することが可能となる。それゆえ、むらのない良好な表示品位、耐ショックに優れた液晶表示素子を提供できるという効果を奏する。
【００９１】
本発明の液晶表示素子の製造方法は、前記第２工程にて、絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層をスペーサ形成領域外に選択的に形成する方法である。
【００９２】
これにより、スペーサが配向制御層をはじくので、スペーサが形成された絶縁性基板上層全体を覆うように配向制御層を塗布しても、配向制御層を、スペーサ頂部を除く絶縁性基板上層に選択的に形成できる。それゆえ、配向制御層の汚染、破壊等が生じず、良好な表示品位の液晶表示素子を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の一形態に係る液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。
【図２】 （ａ）ないし（ｅ）は、上記液晶表示素子の製造工程の各段階を示す断面図である。
【図３】 従来の製造工程により作製した液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。
【図４】 従来の製造工程により作製した他の液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０・２０ 基板
５ａ・５ｂ 配向制御層
６ スペーサ
７ 液晶（強誘電性液晶）
【発明の属する技術分野】
本発明は、衝撃性に優れ、且つ、良好な表示品位を実現する液晶表示素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一対の基板を電極が形成された面が内側になるように互いに貼り合わせ、その間隙に液晶を封入してなる液晶表示素子が知られている。このような液晶表示素子は、外圧による基板の変形等の結果、対向する基板間の距離が変化すると、しきい値電圧の変化、対向する基板間での電極ショート、あるいは液晶分子の配向の乱れ等により、良好な表示が不可能となる。このため、一対の基板間の距離を一定に保つためにスペーサを基板間に配置する方法が知られており、従来、（１）球状の粒子を散布する方法、（２）有機系または無機系の柱を形成する方法、のいずれかが一般に用いられている。
【０００３】
（１）の方法の具体的な例としては、例えばジビニルベンゼン系重合体等の有機系樹脂からなる真珠微粒子を窒素雰囲気中に分散させて基板上に散布する乾式法や、かかる真珠微粒子をアルコール溶液などに混合して基板上に霧状に散布する方法が知られている。
【０００４】
しかし、（１）の方法は、以下のような問題点を有している。まず第一の問題点は、微粒子は互いに凝集する性質を持つため、基板上に均等に散布することが困難であり、均一なセル厚を実現し難いことである。また、第二の問題点としては、微粒子の配置を制御することが困難であることから、画素部分にも散布された微粒子が配向欠陥を招来し、表示品位を低下させる可能性があることが挙げられる。さらに、第三の問題点は、基板がスペーサとしての真珠微粒子との点接点で支持されているために、外圧に対して十分な強度を得ることが難しいということである。
【０００５】
一方、（２）の方法は、より具体的には、有機または無機系膜を所定の膜厚に形成し、さらにその上にレジスト膜を形成した後にマスク露光することにより、スペーサとしての柱を形成する方法である。また、上記レジスト膜の代わりに、例えば感光性ポリイミドあるいは感光性アクリル樹脂などの感光性有機樹脂を用いることもできる。
【０００６】
このように、（２）の方法は、柱を画素外部に選択的に形成できる。また、基板と柱の接触面を任意のパターンに形成できるという長所を備えており、（１）の方法に比較して、セル厚の均一性、外圧に対する強度、および表示品位の点において優れている。
【０００７】
近年、液晶材料として強誘電性液晶が注目されているが、強誘電性液晶は自発分極を有することにより高速応答が可能であるなどの優れた性質を持つ反面、分子の配向の規則性がより結晶に近い構造を持つため、外圧により分子配向の規則性が乱されると元の状態に戻りにくい、つまり、衝撃に対して弱い、という問題点を有している。このため、強誘電性液晶が有する上記の問題点を克服するためには、衝撃性に優れた基板構造を持つことが必要となる。このような液晶表示素子を作製する方法として、（１）の方法に比較して、上記（２）の方法がより有力な候補であると考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の液晶表示素子の構成では、（Ａ）絶縁性基板上に配向制御層を形成した後、この配向制御層上にスペーサを形成し、一方の基板上のスペーサの頂部と他方の基板上の配向制御層との接着により一対の基板を貼り合わせた構成、（Ｂ）絶縁性基板上にスペーサを形成した後に、このスペーサを覆うように配向制御層を形成し、一方の基板上のスペーサ頂部の配向制御層と他方の基板の配向制御層との接着により一対の基板を貼り合わせた構成の液晶表示素子が挙げられる。
【０００９】
しかしながら、上記従来の構成では以下のような種々の問題点を有している。
【００１０】
まず、（Ａ）においては、配向制御層上にスペーサを形成するため、スペーサの製造工程が配向制御層の汚染、変質、破壊等を招来する可能性があるという問題がある。感光性ポリイミドやフォトレジスト等を用いたフォトリソグラフィによって、配向処理を行った後の基板上にスペーサが形成されるが、このフォトリソグラフィの工程において使用される溶剤が配向制御層に対して悪影響を及ぼす可能性がある。このような場合、配向制御層の配向規制能力が低下するために液晶分子の配向が不均一となり、表示品位の低下が避けられない。また、配向制御層に影響を与えないことを考慮すれば、スペーサまたは配向制御層の材料が制約されるという問題点がある。
【００１１】
一方、（Ｂ）においては、配向制御層同士を接着させるために加圧下での加熱によって配向制御層を軟化させるので、配向制御層の配向規制力に悪影響を及ぼす可能性があるという問題がある。このような場合、配向制御層の配向規制能力が変化するために液晶分子の配向が不均一となり、表示品位の低下が避けられない。また、配向制御層として有機溶媒可溶性ポリイミドを使用した場合、ポリアミック酸型に比較すると加熱によりイミド化が進行しないため、十分な接着強度が得られないという問題があり、配向制御層材料の制約が生じる。なお、（Ａ）においては、一対の基板を一方の基板上のスペーサと他方の基板上の配向制御層との接着により貼り合わす構成である。そのため、配向制御層ではなくスペーサを軟化させるため、（Ｂ）で問題となる配向制御層の軟化による表示品位の低下が生じない。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、均一なセル厚を有するとともに、十分な耐ショック性を備え、ムラのない良好な表示品位を実現できる液晶表示素子およびその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示素子は、上記の課題を解決するために、少なくとも一方が光透過性を有する一対の基板間に液晶を封入してなる液晶表示素子において、前記一対の基板の少なくとも一方の基板は、絶縁基板と複数の電極とを覆うように形成された絶縁膜の上に、均一な高さを有する柱状または壁状のスペーサを備え、該スペーサの頂部に位置する部分を除いて前記一方の基板の絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層が設けられており、前記スペーサの頂部に位置する部分が他方の基板の配向制御層に接着されることにより、前記一対の基板が互いに貼り合わされていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、一対の基板が均一な高さを有する柱状あるいは壁状のスペーサによって均一な間隔を保って、互いに貼り合わされる。また、上記一対の基板は、スペーサが形成された後に配向制御層を形成するため、スペーサ形成工程による配向制御層の汚染、変質、破壊等に起因する表示品位の低下、スペーサまたは配向制御層の材料の制約を回避することができる。
【００１５】
さらに、上記の構成では、スペーサの頂部を除いて基板表面を覆うように配向制御層が設けられ、一方の基板に形成されたスペーサの頂部と、他方の基板の配向制御層との接着によって一対の基板が貼り合わされている。このため、配向制御層を軟化させずにスペーサを軟化させるので、配向制御層同士の接着の場合に起こる配向制御層の軟化による表示品位の低下や、接着強度不足を回避することができる。
【００１６】
以上のように、上記の構成によれば、セル厚を従来よりもさらに高い精度で均一化できると共に、むらのない良好な表示品位、耐ショックに優れた液晶表示素子を提供することができる。
【００１７】
上記の構成によれば、一方の基板上の絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層を設けるため、スペーサが配向制御層をはじくものとなっている。
【００１８】
これにより、配向制御層を設ける際、配向制御層をスペーサを形成した絶縁性基板の上層全体を覆うように、スピンコート法、ロールコート法などにより塗布しても、スペーサが配向制御層をはじくために、配向制御層はスペーサ形成領域以外の絶縁性基板上層を覆うように塗布することができる。従って、従来のようにスペーサ上部の配向制御層を除去する必要がないので、配向制御層の汚染、破損などが生じず、また、簡単な製造方法で良好な表示品位を実現する液晶表示素子を提供できる。
【００１９】
本発明では、一対の基板は一方の基板上のスペーサと他方の基板上の配向制御層との接着により貼り合わされるので、配向制御層は少なくともスペーサ頂部を除く絶縁性基板上層に形成されればよく、スペーサ側面には、配向制御層が形成されてもされなくてもよい。
【００２０】
本発明に係る液晶表示素子は、上記構成に加えて、前記スペーサは、感光性有機樹脂からなることを特徴としている。
【００２１】
上記の構成によれば、スペーサは感光性有機樹脂からなる。スペーサ材料が無機あるいは非感光性有機樹脂の場合はフォトレジストを用いたフォトリソグラフィによってスペーサを形成するが、感光性有機樹脂の場合はフォトレジストを用いる必要がなく、従って、より簡単な製造方法で表示品位、耐ショックに優れた液晶表示素子を提供することが可能となる。
【００２２】
本発明に係る液晶表示素子は、上記構成に加えて、前記スペーサは、前記一方の基板上の複数の電極間の領域の絶縁膜上に配置され、且つ、光学的な等方性を有することを特徴としている。
【００２３】
上記の構成によれば、スペーサは画素領域外に形成される。このため、画素内にスペーサを形成する場合に起こる開口率、表示品位の低下を回避することができる。さらに、スペーサが光学的な等方性を有するためブラックマトリックスとして機能することが可能となる。
【００２４】
本発明に係る液晶表示素子は、上記構成に加えて、前記液晶は、強誘電性液晶であることを特徴としている。
【００２５】
上記の構成によれば、強誘電性液晶は自発分極を有し、メモリ性を有すること等によって高速応答が可能となるため、例えば大容量且つ高精細な画像の表示が可能な液晶表示素子を提供することができる。
【００２６】
なお、強誘電性液晶は、例えば、ネマティック液晶と比較すると分子配列が結晶に近いので、外圧により分子配向の規則性が一旦乱されると元の状態に戻りにくい、つまり衝撃に弱いという欠点を有しているが、上記の構成によれば充分な基板強度が実現されているために上記の欠点が解消され、この結果、強誘電性液晶の優れた特性が発揮された液晶表示素子を提供することが可能となる。
【００２７】
本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、少なくとも一方が光透過性を有する一対の基板間に液晶を封入してなる液晶表示素子の製造方法において、前記一対の基板の少なくとも一方の基板に、絶縁性基板と複数の電極とを覆うように形成された絶縁膜の上に均一な高さの柱状または壁状のスペーサを複数形成する第１工程と、前記スペーサの頂部に位置する部分を除いて前記一方の基板の絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層を形成する第２工程と、前記スペーサの頂部に位置する部分を、他方の基板の配向制御層に接着させる第３工程とを含んでいることを特徴としている。
【００２８】
上記の方法によれば、まず、第１工程において絶縁性基板の上層にスペーサが形成される。なお、上記第１工程の前あるいは後に必要に応じて各基板上に電極、遮光層、または絶縁膜等を形成することができる。その後、第２工程においてスペーサ頂部を除く絶縁性基板の上層を覆うように配向制御層が形成される。このように配向制御層の形成に先立ってスペーサの形成を行うことにより、スペーサ形成の工程で用いられる溶剤等により配向制御層が汚染されたり損傷を受けたりすることが防止される。
【００２９】
これにより、むらのない良好な表示品位を実現し得る液晶表示素子を提供することが可能となる。さらに、スペーサ頂部以外の絶縁性基板上層を覆うように選択的に配向制御層を形成することにより、一対の基板は、一方の基板のスペーサの頂部と他方の基板の配向制御層との接着によって貼り合わされる。このようにスペーサ頂部以外の絶縁性基板上層を覆うように選択的に配向制御層を形成することにより、配向膜同士の接着の場合に起こる配向制御層の軟化による表示品位の低下、接着強度不足を回避することが可能となる。
【００３０】
本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、前記第２工程にて、絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層を形成することを特徴としている。
【００３１】
上記の方法によれば、配向制御層をスペーサ形成領域外に選択的に形成するために、スペーサが配向制御層をはじくことを利用している。
【００３２】
配向制御層をスペーサ形成領域外の絶縁性基板上層を覆うように形成する方法として、まず、スペーサを含む絶縁性基板上層全体を覆うように配向制御層を形成し、次にフォトリソグラフィ等によりスペーサ上の配向制御層を除去する方法が挙げられる。しかし、この方法の場合は、上記フォトリソグラフィ工程により配向制御層の汚染、損傷等が生じるため、良好な表示品位が得られないという問題がある。
【００３３】
しかし、本発明の方法では、配向制御層をスペーサを形成した絶縁性基板の上層全体を覆うように、スピンコート法、ロールコート法などにより塗布しても、スペーサが配向制御層をはじくために、配向制御層はスペーサ形成領域以外の絶縁性基板上層を覆うように塗布することができる。従って、上記従来法のようにスペーサ上部の配向制御層を除去する必要がないので、配向制御層の汚染、破損などが生じず、また、簡単な製造方法で良好な表示品位を実現することが可能となる。
【００３４】
なお、スペーサが配向制御層をはじくためには、以下の方法により配向制御層のスペーサ表面に対する濡れ性を、スペーサ以外の絶縁性基板上の領域に対するものより悪くすればよい。
（１）スペーサに対する配向制御層の濡れ性が悪くなるスペーサ材料あるいは配向制御層材料を選択する
（２）スペーサあるいは配向制御層材料へ界面活性剤を添加する
（３）スペーサ形成後の絶縁性基板の界面活性剤処理を行う
本発明では、一対の基板は一方の基板上のスペーサと他方の基板上の配向制御層との接着により貼り合わされるので、配向制御層は少なくともスペーサ頂部を除く絶縁性基板上層に形成されればよく、スペーサ側面に配向制御層が形成されてもされなくてもよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１および図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３６】
図１は、本発明の実施の一形態に係る液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。本液晶表示素子は、一対の基板１０・２０を対向させて貼り合わせ、その間隙に液晶７を封入した構成である。
【００３７】
基板１０は、絶縁性基板１ａと、互いに平行に配された複数の電極２ａと、遮光層３ａと、前記絶縁性基板１ａ、電極２ａ、および遮光層３ａを覆うように形成された絶縁膜４ａと、この絶縁膜４ａの表面に形成されたスペーサ６と、このスペーサ６の頂部を除く絶縁膜４ａの表面を覆うように形成された配向制御層５ａとによって構成されている。
【００３８】
また、基板２０は、絶縁性基板１ｂと、互いに平行に配された複数の電極２ｂと、絶縁膜４ｂと、前記絶縁膜４ｂの表面に積層された配向制御層５ｂとにより構成されている。また、上記基板１０・２０は、上記絶縁性基板１ａ上に形成されたスペーサ６の頂部と上記絶縁性基板１ｂ上に形成された配向制御層５ｂとの接着により貼り合わされている。
【００３９】
上記の絶縁性基板１ａ・１ｂは、ガラスあるいはプラスチック等の透明材料からなる。また、電極２ａ・２ｂとしては、一般にＩＴＯ(Indium Tin Oxide)からなる透明電極を用いるが、その他の金属を用いた電極としてもよい。また、遮光層３ａは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ等の金属や、あるいは不透明な有機樹脂等により形成される。
【００４０】
また、液晶７には、強誘電性液晶組成物が用いられている。強誘電性液晶は、高速応答が可能でメモリ性を有する等の優れた特性を持つことから、大容量且つ高精細な画像を表示することが可能となる。
【００４１】
上記した構成を備える本実施形態の液晶表示素子は、以下の工程により作製される。すなわち、まず、絶縁性基板１ａの表面にモリブデン等の金属あるいは不透明な有機樹脂により厚さ１００ｎｍ程度の膜を形成し、この膜をフォトリソグラフィによってパターニングすることにより、図２（ａ）に示すように、所定のパターンの遮光層３ａを形成する。
【００４２】
次に、この上に、スパッタ法により厚さ１００ｎｍ程度のＩＴＯを成膜し、これをフォトリソグラフィによってパターニングすることにより電極２ａを形成する。この結果、図２（ｂ）に示すように、電極２ａの両端に沿って遮光層３ａが配置された形状となる。
【００４３】
さらに、この上にＳｉＯ２をスピンコート法により塗布し、図２（ｃ）に示すように、均一な表面を有する絶縁膜４ａを形成する。なお、この絶縁膜４ａは、場合によっては省略した構成とすることができる。
【００４４】
上記の絶縁膜４ａ上に、例えば新日鉄化学社製のネガ型感光性アクリル樹脂Ｖ−２５９を、焼成後の膜厚が１．５μｍになるようにスピンコート法により塗布する。次に、遮光層３ａの間で且つ電極２ａがない領域で且つスペーサを形成すべき場所にフォトマスクを施して紫外線照射し、非露光部を除去した後、約１８０℃で１時間の焼成を行うことにより、図２（ｄ）に示すようにスペーサ６を形成する。なお、上記フォトマスクのパターンや配置位置を種々に変更することにより、スペーサ６を、円柱状、壁状、あるいはストライプ状等の任意の形状に形成することができる。
【００４５】
次いで、チッソ社製配向膜ＰＳＩ−Ａ−２１０１を膜厚５０ｎｍになるようにスピンコート法により塗布し、約２００℃で１時間焼成を行った後、表面にラビング処理を施し、図２（ｅ）に示すように、配向制御層５ａを形成する。
【００４６】
上記のように、配向制御層５ａを形成する際、スペーサ６が配向制御層材料をはじくために、図２（ｅ）に示すように、配向制御層５ａを、スペーサ６の頂部を除く基板１０上層を覆うように設けることができる。この点については、後に詳述する。
【００４７】
以上の工程によって、基板１０を形成することができる。また、基板２０については、絶縁性基板１ｂ上に上記と同様の工程によって、電極２ｂ、図示しない遮光層、および絶縁膜４ｂを順次形成し、この絶縁膜４ｂの上に配向制御層５ｂを形成することにより作製される。
【００４８】
次に、これらの基板１０・２０を、配向制御層５ａ・５ｂのラビング方向が同一になるように対向させて、約１８０℃で１時間、０．９ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えることによりスペーサ６と配向制御層５ｂとを接着させる。さらに、基板１
０および２０の間隙に液晶７を封入することにより、液晶表示素子が完成する。
【００４９】
以上のような工程により実際に作製した液晶表示素子は、セル厚を±０．０３μｍ以内の精度で均一化することができた。また、スペーサ６の近傍は、遮光層３ａおよび基板２０側の遮光層により隠されているため、画素表示部において均一な配向とスイッチング特性、高開口率を得ることができた。
【００５０】
なお、スペーサ６の材料としては、上記したネガ型感光性有機樹脂の他に、非感光性のポリイミドやアクリル樹脂などの有機樹脂や、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ等の金属を用いることができる。しかし、感光性有機樹脂の場合はフォトレジストが不要であるため、より簡単で低コストで作製できる利点がある。また、スペーサ６を形成する位置は、絶縁性基板１ａ上のどの領域でも可能であるが、表示品位を低下させないためには、画素表示領域外に形成することが望ましい。
【００５１】
なお、上記構成では、基板１０側にのみスペーサ６を設けた構成について説明したが、必要なスペーサ６を基板１０および２０の両方に分散させて設け、一方の基板の上のスペーサ頂部を他方の基板におけるスペーサがない領域の配向制御層に接着することにより基板１０および２０を貼り合わせた構成とすることも可能である。
【００５２】
また、絶縁膜４ａ・４ｂは必須の構成ではなく、基板１０および２０の間でリーク電流が発生しなければ省略した構成とすることも可能である。また、上記した各種の膜の他に、必要に応じてオ−バーコート膜等を形成してもよい。
【００５３】
上記のように、配向制御層５ａは、スペーサ６の頂部以外の領域で且つ絶縁膜４ａの表面を覆うように形成される。配向制御層５ａとして使用したＰＳＩ−Ａ−２１０１は、スペーサ６として使用したＶ−２５９に対して濡れ性が悪く、且つ絶縁膜４ａとして使用したＳｉＯ２に対しては良い。このため、配向制御層５ａをスピンコートした際には、スペーサ６の表面では配向制御層５ａははじかれ形成されず、スペーサ６以外の領域で且つ絶縁膜４ａの表面では均一に形成される。また、スクリーン印刷法によりスペーサ６以外の領域で且つ絶縁膜４ａの表面に選択的に配向制御層５ａを形成することも可能である。
【００５４】
以上のように、本実施形態に係る液晶表示素子は、一対の基板１０・２０を備え、一方の基板１０は、絶縁性基板１ａの上層に電極２ａ、遮光層３ａ、および必要に応じて絶縁膜４ａを形成した後、さらにこれらの上層にスペーサ６を形成し、このスペーサ６以外の領域で且つ絶縁膜４ａの上層を覆うように配向制御層５ａが積層された構成である。他方の基板２０は、絶縁性基板１ｂの上層に、電極２ｂ、および必要に応じて絶縁膜４ｂを形成した上層の全体を覆うように配向制御層５ｂが積層された構成である。
【００５５】
配向制御層５ａはスペーサ６の形成後に形成されるため、スペーサ形成工程による配向制御層５ａの汚染、変質、破壊等がないため、良好な表示品位が得られる。
【００５６】
また、配向制御層５ａは、スペーサ６以外の領域で且つ絶縁膜４ａの上層を選択的に覆うように形成される。その結果、これらの基板１０および２０は、絶縁性基板１ａ上のスペーサ６の頂部と絶縁性基板１ｂ上の配向制御層５ｂとの接着により貼り合わされることになる。すなわち、配向制御層は軟化させずに、スペーサ６だけを軟化させて基板を接着すればよい。貼り合わせ工程における加熱温度１８０℃では配向制御層は軟化せず、スペーサ６のみが軟化する。また、配向制御層の焼成温度２００℃より低温である。そのため、貼り合わせ工程の加熱は配向制御層の配向規制力に影響を及ぼさない。このため、従来の配向膜同士の接着の際に起こりがちであった配向制御層の軟化による配向制御能力の低下、配向制御層材料の制約を回避でき、基板同士の接着をより強固なものとして、耐ショックに優れた液晶表示素子を提供することが可能となる。
【００５７】
さらに、スペーサ６を光学的に等方性を有する材料、すなわち屈折率に異方性がない材料で形成し、且つ、スペーサ６を対向する基板２０の配向制御層５ｂと隙間なく完全に接着させることにより、スペーサ６はクロスニコル下で消光する。つまり、上記の条件下で、スペーサ６はブラックマトリックスとしても機能するので、画素領域以外の部分を遮光してコントラストを向上させるという効果を奏する。
【００５８】
また、スペーサ６近傍は液晶の配向やスイッチング特性が不均一になり、表示むらが発生する場合もあったが、本実施形態の構成によれば、スペーサ６の近傍は遮光層３ａによって隠される構成となっているために、若干の表示むらが生じたとしても実際の表示状態に影響を与えず、高い表示品位が得られる。
【００５９】
〔比較例１〕
ここで、比較例として従来の工程により作製された液晶表示素子を挙げ、上記で説明した本実施形態の液晶表示素子との比較を行うこととする。なお、前記した実施形態で説明した構成と同様の構成には同一の符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００６０】
従来の液晶表示素子は、図３に示すように、スペーサ６を形成した後に、スペーサ６および絶縁膜４ａの上層の全体を覆うように配向制御層５ａを形成し、基板１１および２０は、絶縁性基板１１ａ上の配向制御層５ａと絶縁性基板１ｂ上の配向制御層５ｂ同士の接着により貼り合わされた構成である。
【００６１】
上記従来の液晶表示素子の製造工程は、以下の通りである。
【００６２】
図２（ａ）〜図２（ｄ）を参照して説明した工程と同様の工程により、絶縁性基板１１ａの表面に電極２ａ、遮光層３ａ、絶縁膜４ａ、およびスペーサ６を形成する。
【００６３】
次に、この絶縁性基板１１ａを、東レダウコーニング社製シランカップリング剤ＳＨ６０２０のイソプロピル溶液に浸漬した後、水洗する。次いで、チッソ社製配向膜ＰＳＩ−Ａ−２１０１を膜厚５０ｎｍになるようにスピンコート法により塗布し、約２００℃で１時間焼成を行った後、表面にラビング処理を施し、配向制御層５ａを形成する。以上の工程によって基板１１が作製される。
【００６４】
次に、これらの基板１１・２０を、配向制御層５ａ・５ｂのラビング方向が同一になるように対向させて、約２５０℃で１時間、０．９ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えることにより配向制御層５ａ・５ｂを接着させる。さらに、基板１１および２０の間隙に液晶７を封入することにより、液晶表示素子が完成する。
【００６５】
以上のように、本比較例１に係る液晶表示素子では、シランカップリング剤処理によりスペーサ６の表面の濡れ性が改善され、配向制御層５ａがスペーサ６および絶縁膜４ａの上層の全体を覆うように形成され、その結果として基板１１・２０が配向制御層５ａ・５ｂ同士によって接着されている点が、本発明の実施形態と異なっている。
【００６６】
配向制御層５ａは、スペーサ６の形成後に形成されるため、スペーサ形成工程による配向制御層５ａの汚染、変質、破壊等がないことは、本実施形態と同様である。
【００６７】
しかし、比較例の配向制御層５ａは、スペーサ６および絶縁膜４ａの上層を覆うように形成される。その結果、これらの基板１１および２０は絶縁性基板１１ａ上の配向制御層５ａと絶縁性基板１ｂ上の配向制御層５ｂとを軟化させて貼り合わせることになる。そのために必要な貼り合わせ工程における加熱温度は２５０℃であり、配向制御層の焼成温度２００℃より高温である。従って、貼り合わせ工程の加熱は配向制御層の配向規制力に影響を及ぼし、本実施形態と比較すると良好な配向が得られなかった。なお、貼り合わせ工程の加熱温度が本実施形態と同じ２００℃の場合は、良好な接着強度が得られなかった。
【００６８】
このように、上記した従来工程により作製された液晶表示素子と、本発明の実施形態に係る液晶表示素子とを比較すると、基板の接着強度、表示品位において後者が優れていることが判った。
【００６９】
〔比較例２〕
他の従来の液晶表示素子は、図４に示すように、配向制御層５ａの上層にスペーサ６を形成し、基板４０および２０は絶縁性基板２１ａ上のスペーサ６と絶縁性基板１ｂ上の配向制御層５ｂとの接着により貼り合わされた構成である。
【００７０】
上記従来の液晶表示素子の製造工程は以下の通りである。
【００７１】
図２（ａ）〜図２（ｃ）を参照して説明した工程と同様の工程により、絶縁性基板２１ａの表面に電極２ａ、遮光層３ａ、および絶縁膜４ａを形成する。
【００７２】
次に、この絶縁膜４ａ上に、チッソ社製配向膜ＰＳＩ−Ａ−２１０１を膜厚５０ｎｍになるようにスピンコート法により塗布し、約２００℃で１時間焼成することにより、配向制御層５ａを形成した。
【００７３】
次に、この配向制御層５ａ上に新日鉄化学社製のネガ型感光性アクリル樹脂Ｖ−２５９を、焼成後の膜厚が１．５μｍになるようにスピンコート法により塗布する。次に、遮光層３ａの間で且つ電極２ａがない領域で且つスペーサを形成すべき場所にフォトマスクを施して紫外線照射し、非露光部を除去した後、約１８０℃で１時間の焼成を行うことにより、スペーサ６を形成した。
【００７４】
このようにスペーサ６を形成した後に、配向制御膜５ａにラビング処理を施して、基板４０が完成した。次いで、基板４０および２０を、スペーサ６と配向制御層５ｂとを接着させることにより互いに接着し、その間隙に液晶７を封入することにより図４に示すような液晶表示素子が完成する。
【００７５】
以上のように、本比較例２に係る液晶表示素子では、配向制御層５ａ上にスペーサ６を形成するため、スペーサ６の形成工程が配向制御層５ａに影響を及ぼすこととなる。
【００７６】
上記のような従来工程により作製された液晶表示素子と、本発明の実施形態に係る液晶表示素子とを比較すると、表示品位において後者が優れていることが判った。
【００７７】
【発明の効果】
本発明の液晶表示素子は、以上のように、一対の基板の少なくとも一方の基板は、絶縁性基板と複数の電極とを覆うように形成された絶縁膜の上に、均一な高さを有する柱状または壁状のスペーサを備え、該スペーサの頂部に位置する部分を除いて前記一方の基板の絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層が設けられており、前記スペーサの頂部に位置する部分が他方の基板の配向制御層に接着されることにより、前記一対の基板が互いに貼り合わされている構成である。
【００７８】
これにより、スペーサが形成された後に配向制御層を形成できるため、スペーサ形成工程による配向制御層の汚染、変質、破壊等に起因する表示品位の低下、スペーサまたは配向制御層の材料の制約を回避することができる。
【００７９】
また、スペーサと配向制御層との接着により一対の基板が貼り合わされていることにより、配向制御層の軟化による表示品位の低下、接着強度不足、配向制御層材料の制約を回避することができる。
【００８０】
それゆえ、むらのない良好な表示品位を実現できると共に、耐ショックに優れた液晶表示素子を提供できるという効果を奏する。
【００８１】
さらに、スペーサが形成された絶縁性基板上層全体を覆うように配向制御層を塗布しても、配向制御層を、スペーサ頂部を除く絶縁性基板上層に選択的に形成できる。それゆえ、配向制御層の汚染、破壊等が生じず、良好な表示品位の液晶表示素子を提供できるという効果を奏する。
【００８２】
本発明の液晶表示素子は、以上のように、上記の構成において、前記スペーサは、感光性有機樹脂からなる構成である。
【００８３】
それゆえ、スペーサの形成工程においてフォトレジストを必要としないため、より簡単で安価な製造方法で、耐ショック、良好な表示品位の液晶表示素子を提供できるという効果を奏する。
【００８４】
本発明の液晶表示素子は、以上のように、上記の構成において、前記スペーサは、前記一方の基板上の複数の電極間の領域の絶縁膜上に配置され、且つ、光学的な等方性を有する構成である。
【００８５】
それゆえ、スペーサが画素領域外に形成されることにより、画素内にスペーサを形成する場合に起こる開口率、表示品位の低下を回避することが可能となるという効果を奏する。
【００８６】
さらに、スペーサが光学的な等方性を有するためブラックマトリックスとして機能することが可能となるという効果も奏する。
【００８７】
本発明の液晶表示素子は、以上のように、上記の構成において、前記液晶は、強誘電性液晶である構成である。
【００８８】
これにより、耐ショックに優れた基板に強誘電性液晶が挟持されることにより、外圧に弱いという強誘電性液晶の欠点が解消される。それゆえ、強誘電性液晶の優れた特性が発揮された液晶表示素子を提供できるという効果を奏する。
【００８９】
本発明の液晶表示素子の製造方法は、以上のように、一対の基板の少なくとも一方の基板に、絶縁性基板と複数の電極とを覆うように形成された絶縁膜の上に均一な高さの柱状または壁状のスペーサを複数形成する第１工程と、前記スペーサの頂部に位置する部分を除いて前記一方の基板の絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層を形成する第２工程と、前記スペーサの頂部に位置する部分を、他方の基板の配向制御層に接着させる第３工程とを含んでいる方法である。
【００９０】
これにより、配向制御層の形成に先立ってスペーサを形成するので、スペーサの形成工程で用いられる溶剤等により配向制御層が汚染されたり、損傷を受けたりすることが防止される。さらに、スペーサ頂部以外の絶縁性基板上層を覆うように選択的に配向制御層を形成することにより、つまり、配向制御層はスペーサ頂部には形成されないため、一対の基板は、一方の基板のスペーサの頂部と他方の基板の配向制御層との接着によって貼り合わされる。そのため、配向膜同士の接着の場合に起こる配向制御層の軟化による表示品位の低下、接着強度不足を回避することが可能となる。それゆえ、むらのない良好な表示品位、耐ショックに優れた液晶表示素子を提供できるという効果を奏する。
【００９１】
本発明の液晶表示素子の製造方法は、前記第２工程にて、絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層をスペーサ形成領域外に選択的に形成する方法である。
【００９２】
これにより、スペーサが配向制御層をはじくので、スペーサが形成された絶縁性基板上層全体を覆うように配向制御層を塗布しても、配向制御層を、スペーサ頂部を除く絶縁性基板上層に選択的に形成できる。それゆえ、配向制御層の汚染、破壊等が生じず、良好な表示品位の液晶表示素子を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の一形態に係る液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。
【図２】 （ａ）ないし（ｅ）は、上記液晶表示素子の製造工程の各段階を示す断面図である。
【図３】 従来の製造工程により作製した液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。
【図４】 従来の製造工程により作製した他の液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０・２０ 基板
５ａ・５ｂ 配向制御層
６ スペーサ
７ 液晶（強誘電性液晶）
Claims (5)
- 少なくとも一方が光透過性を有する一対の基板間に液晶を封入してなる液晶表示素子において、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板は、絶縁性基板と複数の電極とを覆うように形成された絶縁膜の上に、均一な高さを有する柱状または壁状のスペーサを備え、該スペーサの頂部に位置する部分を除いて前記一方の基板の絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層が設けられており、前記スペーサの頂部に位置する部分が他方の基板の配向制御層に接着されることにより、前記一対の基板が互いに貼り合わされていることを特徴とする液晶表示素子。 - 前記スペーサは、感光性有機樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
- 前記スペーサは、前記一方の基板上の複数の電極間の領域の絶縁膜上に配置され、且つ、光学的な等方性を有することを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示素子。
- 前記液晶は、強誘電性液晶であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
- 少なくとも一方が光透過性を有する一対の基板間に液晶を封入してなる液晶表示素子の製造方法において、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板に、絶縁性基板と複数の電極とを覆うように形成された絶縁膜の上に均一な高さの柱状または壁状のスペーサを複数形成する第１工程と、
前記スペーサの頂部に位置する部分を除いて前記一方の基板の絶縁膜の表面を覆うように、前記スペーサにはじかれる材料によって配向制御層を形成する第２工程と、
前記スペーサの頂部に位置する部分を、他方の基板の配向制御層に接着させる第３工程とを含んでいることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
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