JP2004069957A

JP2004069957A - 液晶表示素子

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Publication number: JP2004069957A
Application number: JP2002228304A
Authority: JP
Inventors: Hironori Shirato; 白戸　博紀; Toshiaki Yoshihara; 吉原　敏明; Shinji Tadaki; 只木　進二; Tetsuya Makino; 牧野　哲也; Yoshinori Kiyota; 清田　芳則
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: JP4110873B2

Abstract

【課題】比較的簡単な工程で、液晶の配向に悪影響を与えない非接着性スペーサ部材および接着性スペーサ部材を形成し、高い表示品質の液晶表示素子を得る。
【解決手段】ラビングを終了した配向膜上に、アルカリ系現像液によりパターニングできる、ギャップ幅を精密に制御する非接着性スペーサと、有機アルカリ系現像液でパターニングできるポリシラン含有のポジ型感光性樹脂を用いた接着性スペーサとを形成し、周辺のシールの加熱硬化時に、接着性スペーサも硬化させて、表示領域内でも一対の基板間を接着する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子に関し、特に、液晶材料を封入する一対の基板のギャップの幅を制御するスペーサの一部に一対の基板間を接着する接着性材料を使用した液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は、低駆動電圧、低消費電力、かつ軽量であることから、時計の表示板や携帯電話のディスプレイから、さらにはコンピュータやテレビのディスプレイ等として用途が拡がっており、近年においては大画面パネルも登場している。
【０００３】
図９は、従来の一般的な液晶表示素子の模式断面の一例を示す。図９において、１はガラス等の前面基板、２は一方の電極、３は液晶材料を配向させるための配向膜、４は液晶層、５はガラス等の背面基板、６は一対の基板１、５の間の液晶封入部のギャップ、７はこのギャップ６の幅を制御するためのスペーサ、８は一対の基板１、５を接着するために、基板の外周部に設けられたシール材、９は偏光板、１０はカラー表示用のカラーフィルタである。
【０００４】
ここで、液晶表示素子の表示品質を大きく左右する要因として、液晶４が封入されている、基板間ギャップ６の幅の面内バラツキが挙げられる。この面内バラツキは、表示の際の色ムラや輝度ムラ等となって、表示品質を大きく損なう要因となる。　ここで、従来の液晶表示素子では、このギャップ幅の制御は、基板の周囲に基板接着用のシール材８を形成し、プラスチックビーズ等の間隔制御用スペーサ７を基板上に散布した後、一対の基板１、５を貼り合わせ、シール材８で接着することで行っているが、通常はこのスペーサ７は接着性を持たないため、特に、大型の基板ではシール部から遠ざかるにつれてギャップ幅の正確な保持が難しくなる傾向がある。また、この液晶表示素子に外力が加わり、歪みや曲げが生じた際にも、これらのギャップは容易に変化する。
【０００５】
さらに、これらのスペーサ７はランダムに散布されるため、表示画素上にも無作為に配置される。そのため、画素上に存在するスペーサ７による光漏れが生じ、コントラストの低下などが問題となる。
【０００６】
そこで、図１０のように、接着性を有するスペーサ１１を基板表面に散布して、液晶封入ギャップ６の内部で基板１、５間を接着することでギャップ幅を一定にする方法が考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、接着性スペーサ１１を用いた場合、接着工程時にスペーサそのものが軟化あるいは溶融した後に硬化するため、スペーサの変形を伴うことになる。そのため、幅を正確に制御する事が困難になる。
【０００８】
そこで、図１１のように接着工程の際に変形を生じない非接着性の第一のスペーサ部材１２と、接着性を有する第二のスペーサ部材１１とをそれぞれフォトリソグラフィなどにより表示画素領域の外に形成することが考えられる。
【０００９】
ここで、通常、液晶を配向させるために、前面基板１および背面基板５の液晶と接するそれぞれの面に配向膜３を形成し、図示しないローラで一方向に擦るラビング工程が行われるが、図１１における接着性スペーサ部材１１は接着性を持たせるために、接着前には未硬化状態となっており、スペーサ形成後にこのラビング工程を行うと、接着性スペーサ部材１１が基板表面からもぎ取られることがあり、最悪の場合には接着性スペーサ部材１１がすべて無くなる危険性もある。また、これらのスペーサ１１、１２の、ローラの進行方向に対して陰になる部分の配向膜は、表面がうまく擦られず、配向不良が発生する。そのため、配向膜３のラビング工程は、第一および第二のスペーサ部材を形成する前に完了していることが望ましい。
【００１０】
しかし、配向膜３の配向制御性は、ラビング後の加熱工程やフォトプロセス時の溶剤等により影響を受けやすい。したがって、ラビング後に前記第一および第二のスペーサ部材を形成する場合には、配向膜３の配向制御性を損なわないプロセスにより形成する必要がある。
【００１１】
本発明の目的は、複雑な工程を用いずに液晶封入ギャップ幅の制御が行え、配向制御性も損なわずに形成できるスペーサを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所定の間隔を保って対向した、少なくとも一方が透明な一対の基板の間隙に、画素単位で光の透過／反射あるいは散乱が制御される液晶材料を封入してなる液晶表示素子において、前記一対の基板間の前記所定の間隔を保持するスペーサ部材として、非接着性の第一のスペーサ部材と、接着性の第二のスペーサ部材とを有し、前記第二のスペーサ部材が、ポリシランを含むポジ型感光性材料からなることを特徴とする。
【００１３】
発明者らは、接着性のスペーサ材料として、ポジ型の感光特性を示すポリシランを用いることにより、配向処理後にも配向膜の配向特性に影響を与えずに接着性スペーサの形成を行えることを見いだした。すなわち、ポジ型ポリシラン感光性樹脂では、光の照射を受けた部分がアルカリ可溶に変成し、アルカリ性現像液により現像可能となる。特に、このポリシランがアリール基を含有する場合には、アルカリによる現像性が高められることを見いだした。一方、配向膜は、この有機アルカリ現像液による配向特性への影響を受けないことから、配向性を保持できる。また、このポリシランは、硬化時の温度が配向に悪影響を与える温度より低い材料を選ぶことにより、温度条件を満たす事ができる。
【００１４】
さらに、一部のポリシラン材料では、基板表面とポリシラン材料が接する部分に配向膜が存在することでより強固な接着力を示すことを見いだした。そこで、このポリシラン材料を用いる際には、基板表面のこのポリシランスペーサにより接着が行われる領域全体に配向膜が形成されているようにすることで、接着性を高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
〔実施例１〕
図１に、本発明の液晶表示素子の一実施例の平面図および、この平面図中の
α−α’および、β−β’部における各断面図を示す。なお、以後、従来例の説明で用いた構成要素と共通する部分については、指示する番号を共通として、詳細な説明を省略する。本実施例の特徴は、接着性の第二のスペーサ部材１３の材料にポリシランを含むポジ型感光性樹脂を用いたことにある。
【００１６】
以下に、図２に示す、この素子の主要形成工程毎の基板要部断面図を用いて形成工程の説明を行う。
【００１７】
図２（ａ）では、図示しない幅８０μｍ、ピッチ８８μｍのストライプ状の表示電極を形成したガラスの前面基板１の表面の表示領域のほぼ全面にシール部に重ならないようにロールコータにより厚さ１００ｎｍのポリイミドを形成し、２００℃１時間の加熱によりこのポリイミド膜を硬化させ、配向膜３を形成する。さらに、図２（ｂ）のように、回転する植毛ローラにより、配向膜３の表面をこすることで液晶の配向を制御するラビング処理を行った。
【００１８】
なお、ここでは図示しないが、表示電極を形成した背面基板５にも同様に配向膜３を形成してラビング処理を行った。
【００１９】
次に図２（ｃ）では、ラビング処理を行った後の前面基板１上にネガ型アクリルフォトレジストを塗布し、１００℃１分のプリベークを行った後、画素境界部に沿って幅６μｍ、長さ８０μｍ、柱状のパターンを長さ方向の間隔が８μｍとなる略破線状にフォトマスクにより露光し、炭酸ナトリウム系の現像液で現像して、上記の形状のパターンを形成した。さらに、１８０℃１時間のポストベークにより完全に硬化させ、第一のスペーサ部材１２とした。
【００２０】
なお、硬化後の第一のスペーサ部材の高さは４μｍである。
次に、図２（ｄ）では、アリール基を含有するポリシラン系のポジ型感光材料であるグラシアＰＳ−ＳＲ１０３（日本ペイント製）を前面基板１上に全面塗布し、１００℃１分のプリベーク後、上記第一のスペーサを形成した方向とは直交方向の画素境界部に沿って幅６μｍ、長さ８０μｍ、柱状のパターンを長さ方向の間隔が８μｍとなる略破線状に遮光したフォトマスクにより露光し、有機アルカリ系現像液で現像することにより、上記非露光部以外の感光材料を除去して、背面基板５に対して接着性を有する第二のスペーサ部材１３とした。
【００２１】
次に図２（ｅ）では、基板周辺部に、液晶注入用の開口部を設けた形状のシール材８をスクリーン印刷により形成した、背面基板５を位置合わせしてこの表示基板１に圧着し、加圧しながら１５０℃で１時間加熱して貼り合わせを行った。上記ポリシラン系材料は、１２０〜１５０℃で接着硬化するため、この加熱工程では、シール材８を硬化させて前面基板１と背面基板５の間の接着を行うと同時に、第二のスペーサ部材１３も硬化させて両基板間の接着を行うことができる。
【００２２】
なお、以上の工程では第二のスペーサ部材１３と両基板表面との間には配向膜３が介在しており、この配向膜３が接着力を強化する効果を有する。
【００２３】
このようにして形成した空パネルの間隙部にネマティック型液晶を注入し、パネルの両側に変更軸が９０°となるように偏光板を貼って液晶表示パネルを作成した。
【００２４】
このパネルは、面内の電気的、光学的特性のムラも見られず、また、パネルを指で圧迫したり、軽く歪めた程度では干渉縞等も見られなかったことから、間隙の幅が精度良く制御され、かつ保持されていることが確認できた。
【００２５】
〔実施例２〕
図３には、本発明の第二の実施例の液晶表示素子の断面図を示す。先の実施例１においては、シール材８を背面基板側に形成したが、本実施例では、シール材として、第二のスペーサ部材１３に用いたポリシラン系ポジ型感光材料を適用し、第二のスペーサ部材１３のパターン形成時に同時にシール形状として形成している。
【００２６】
ここで、実施例１においては、両基板表面に形成する配向膜３はシール部と重ならないように形成されていたが、本実施例では、逆にシール部にも重なるように形成している。
【００２７】
なお、以上の例では、第一、第二のスペーサ部材の双方を一方の基板（ここでは前面基板１）に形成しているが、図４のように、第一のスペーサ部材１２を前面基板１上に、第二のスペーサ部材１３を背面基板５上というように、別々の基板上に形成してもよい。また、これまで説明したものはモノクロの単純マトリクス型液晶パネルであるが、カラーフィルタと組み合わせたカラー表示型や、ＴＦＴ等のアクティブマトリクス型パネル等に適用できることは言うまでもない。
【００２８】
さらに、基板材料として、ポリシランと親和性のよい例えばポリイミド等の有機材料からなるものを使用した場合、必ずしも第二のスペーサ部材材料による接着部分には配向膜の介在は必要無く、直接基板表面において強固に接着することも可能である。
【００２９】
〔実施例３〕
図５〜８は、接着性を有しない第一のスペーサ部材と接着性を有する第二のスペーサ部材の配置の変形例を示す。
【００３０】
先の実施例では、第一のスペーサ部材１２の配列方向と第二のスペーサ部材１３の配列方向とは互いに直交していたが、図５のように、同一方向に、異なる画素境界線上に配列したり、図６のように同一の境界線上に交互に配列する、さらに、図７、図８のように第一のスペーサ部材１２または第二のスペーサ部材１３のいずれかを破線状ではなく、１本の直線状に繋いだものを各画素境界部に配置し、他方のスペーサ部材は破線状に配置する等、様々なものが考えられる。
【００３１】
また、第一のスペーサ部材１２の分布と第二のスペーサ部材１３の分布は必ずしもそれぞれ均一である必要は無く、例えば第一のスペーサ部材１２はパネル周辺部に行くほど密に、第二のスペーサ部材１３はパネル中央に近づくほど密になるように配置するなど、分布状態を変化させてもよい。
【００３２】
さらに、パネル全体における第一のおよび第二の各スペーサ部材の平均分布も必ずしも１：１である必要は無い。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、非接着性のギャップ制御用の第一のスペーサ部材と、ポリシランを含むポジ型感光性材料からなる接着性の第二のスペーサ部材とを組み合わせることにより、複雑な工程を用いずに液晶封入ギャップ幅の制御が行え、配向制御性も損なわず、良好な表示品質の液晶パネルを得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示素子の第一の実施例の平面図および断面図
【図２】本発明の液晶表示素子の第一の実施例の形成工程
【図３】本発明の液晶表示素子の第二の実施例の形成工程
【図４】本発明の第一、第二の実施例の変形例
【図５】本発明の第一および第二のスペーサ部材の他の配置例（１）
【図６】本発明の第一および第二のスペーサ部材の他の配置例（２）
【図７】本発明の第一および第二のスペーサ部材の他の配置例（３）
【図８】本発明の第一および第二のスペーサ部材の他の配置例（４）
【図９】液晶表示素子の断面構造の一例
【図１０】従来の液晶素子の一例
【図１１】従来の液晶素子の他の一例
【符号の説明】
１・・前面基板
２・・表示電極
３・・配向膜
４・・液晶層
５・・背面基板
７・・（ビーズ）スペーサ
８・・シール材
１１、１３・・接着性の（第二の）スペーサ部材
１２・・第一のスペーサ部材

Claims

所定の間隔を保って対向した、少なくとも一方が透明な一対の基板の間隙に、画素単位で光の透過／反射あるいは散乱が制御される液晶材料を封入してなる液晶表示素子において、
前記一対の基板間の前記所定の間隔を保持するスペーサとして、非接着性の第一のスペーサ部材と、接着性の第二のスペーサ部材とを有し、
前記第二のスペーサ部材が、ポリシランを含むポジ型感光性材料からなることを特徴とする液晶表示素子。
前記第二のスペーサ部材はアリール基を含有するポリシラン材料を含むポジ型感光性材料からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
前記第一および第二のスペーサ部材は、いずれも前記画素の境界部に略破線状に形成され、前記第一のスペーサ部材の配列方向と前記第二のスペーサ部材の配列方向とは互いに交差するように配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示素子。
前記一対の基板の外周部付近で両基板を接着するシール部材が、前記第二のスペーサ部材と同一の材料から形成されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示素子。
前記第二のスペーサ部材は、前記一対の基板上にそれぞれ形成された、ラビング処理済の配向膜と接着して当該一対の基板間を固定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示素子。
表示電極を形成した少なくとも一方が透明な一対の基板の間に、
加熱によって変形しない第一のスペーサ部材と、
加熱によって溶融あるいは軟化した後硬化して両基板に対し接着力を有するポリシランを含むポジ型感光性樹脂材料からなる第二のスペーサ部材とを配置し、
加熱後に前記第一のスペーサ部材で規定された前記一対の基板間の間隙を前記第二のスペーサ部材の接着力で保持してなる
ことを特徴とする液晶表示素子。