液晶表示装置およびその製造方法

【課題】液晶表示面を押しても液晶層の厚さ変化を抑えてコントラストの変化を防ぐ。
【解決手段】液晶表示装置は、透明電極を有する基板と、対向電極を有する対向基板と、基板と対向基板の間に保持された高分子分散型液晶と、液晶層の厚さを規定するためのスペーサを備え、対向する２枚の基板上に、それぞれ高さ１０μｍ以上２５μｍ以下の半球状のスペーサを形成し、基板に設けられた第１のスペーサと、対向基板に設けられた第２のスペーサとが互いに接触することにより形成される。スペーサ同士を接触させ、液晶層の厚さを２０μｍ以上５０μｍ以下とした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子分散型液晶の液晶表示装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ノートパソコン・腕時計・電卓・電子辞書等に用いられている液晶表示装置は、ＴＮ（ツイステッドネマチック）ＬＣＤやＳＴＮ（スーパーツイステッドネマテック）ＬＣＤと呼ばれ、液晶セルの上下の基板に偏光板または一方に偏光板と一体になった反射板が貼り付けられている。この偏光板の使用により、入射光は５０％以下に減少されてしまい、表示面を暗くすることになる。
【０００３】
近年、明るい表示を実現させたいとの要求から偏光板を必要としない表示方式である高分子分散型液晶表示等が検討されている。その代表例としてポリマーネットワーク液晶（以後ＰＮ−ＬＣと呼ぶ）が揚げられる。これは、紫外線（ＵＶ）によって架橋反応を起こし重合する高分子樹脂と通常用いられているＴＮ液晶とを混合分散させた複合型の液晶材料を用いた表示方式（以後ＰＮ−ＬＣＤと呼ぶ）である。また、予め液晶を高分子樹脂の中にとじこめたマイクロカプセルタイプも検討されているが、ここではより低電圧駆動の実現が容易なＰＮ−ＬＣについて述べる。
【０００４】
ＰＮ−ＬＣは、ＵＶ重合性高分子樹脂とＴＮ液晶を適度の配合で混合分散されている。ここで、ＵＶ照射時に高分子がネットワークを形成すると同時に配合されているＴＮ液晶がポリマーネットワーク中に均一に分散されて、ポリマーとＴＮ液晶のそれぞれの機能を合わせ持った性質を有するようになる。ポリマーネットワークとＴＮ液晶の屈折率の差を利用して、入射光を散乱させる光散乱モード型の表示素子である。従来のＴＮ−ＬＣＤで使用されていた偏向板を不要とするだけなく、配向膜も必要としないため光損失が極めて少なく、明るい表示が可能である。また、以上述べたことからわかるように製造工程は従来のＴＮ−ＬＣＤやＳＴＮ−ＬＣＤと比べて、高分子分散型液晶を硬化させる紫外線照射装置が必要になるだけで、高温処理の伴う配向膜処理や高価な偏光板を不要とする簡素な製造工程になり、低価格化が可能になるという利点を有している。
【０００５】
ＰＮ−ＬＣＤでは、液晶層の厚さを高精度で制御する必要がある。大画面の液晶表示素子が開発されている一方で、小型液晶表示素子においては軽量化のために基板ガラスが薄くなってきている。大画面化あるいは薄型化の要請から液晶層の厚さにむらが生じやすくなっている。液晶層の厚さにむらが生ずると白濁度にむらが生じ、表示品質を低下させる原因となる。そこで、２枚の基板間に所定の粒径を有するスペーサを分散させて液晶セルのギャップを制御する対策が採られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
図８はＬＣＤ面内に粒子状のスペーサを分散させた場合の部分断面図である。図中、基板３上に透明電極４が形成され、対向基板７上に対向電極６が形成され、基板３と対向基板７の間には高分子分散型液晶からなる液晶層５が形成され、液晶層５の厚さは粒子状スペーサ１０で規定される。通常、粒子状スペーサ１０には球状又は円筒状の透光性樹脂又は二酸化珪素が使用される。粒子状スペーサ１０は基板表面の配向処理後に基板表面の上部からウエット又はドライ散布される。このため、スペーサを画素の特定の位置に設置することができない。
【０００７】
スペーサを特定の位置に設置する方法として、フォトスペーサを用いる方法が知られている（例えば、特許文献２を参照）。フォトスペーサを基板表面に設ける場合、フォトスペーサとなる感光性樹脂層を基板の上全面に塗布する。次に、フォトファブリケーション法により、スペーサとするべき感光性樹脂層を所定の場所に所定の形状で残し、他の場所の感光性樹脂層を除去する。従って、この方法によれば、感光性樹脂層の厚さがスペーサとなり、またスペーサを形成すべき位置を特定することができる。
【０００８】
図９はＬＣＤ面内にフォトスペーサを用いた場合の部分断面図である。液晶層の厚さはフォトスペーサ１１で規定される。フォトスペーサは、フォトリソグラフィ法やインクジェット方式により形成されるので、スペーサの位置を正確に設定することができる。
【特許文献１】特開平８−６９００１号公報
【特許文献２】特開２００２−１４８６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
基板表面にスペーサを散布して液晶層の厚さを規定する方法では、スペーサの位置を特定することができないために高精度にその厚さを制御することができないという課題があった。即ち、散布されたスペーサ粒子の分散密度のむらにより、分散密度が高くなるとギャップが厚くなり、分散密度が低いとギャップは狭くなる。このセルギャップに差異が生じることになり、散乱むらの原因となっていた。
【００１０】
分散密度を高くし、むらを少なくすることはできるが、スペーサ部分は高分子分散液晶がなく光が散乱しないので、散乱度を低下させる原因となってしまう。
【００１１】
また散乱度を高くするためにはセルギャップを高く（液晶層を厚く）することが必要であるが、散布するスペーサ粒子径が大きくなり、散乱中に大きなスペーサが分散するため散乱度が低下し、表示品質を悪化させてしまう。
【００１２】
一方、フォトスペーサを使用するとスペーサ粒子での分散密度は問題なくなるが、セルギャップを高くする必要がある場合、フォトスペーサの底面積が大きくなり、スペーサ粒子径が大きくなるのと同様に表示品質を悪化させる課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、透明電極を有する基板と、対向電極を有する対向基板と、基板と対向基板の間に保持された高分子分散型液晶と、液晶層の厚さを規定するためのスペーサを備え、該スペーサは基板に設けられた第１のスペーサと、対向基板に設けられた第２のスペーサとが互いに接触することにより形成される。
【００１４】
さらに、第１のスペーサと第２のスペーサは、半球状の形状をしており、互いに点接触している。このようにスペーサ同士を点接触させることにより、液晶表示装置の表示面を押した時に、スペーサや基盤のズレに関係なく液晶層の変化を同じにすることができ、コントラストの変化を防ぐことが可能となる。
【００１５】
また、この高分子分散型液晶は、厚さが２０μｍ以上５０μｍ以下で、第１のスペーサと第２のスペーサは、それぞれ高さが１０μｍ以上２５μｍ以下であることとした。このような厚さにすることで、スペーサの底面積が大きくなるのを抑え、液晶表示装置の散乱度の低下を防ぐことができる。
【００１６】
また、スペーサを透明電極と対向電極に重ならない位置に形成した。
【００１７】
また、透明電極と対向電極は、スペーサの下に形成されないようにスペーサから逃げる形状とした。このようにすることで、透明電極と対向電極に重なることなくスペーサを配置することができ、表示画素の面積を大きくすることができる。
【００１８】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法は、基板に透明電極を、対向基板に対向電極を成膜により設ける電極形成工程と、基板に第１のスペーサを、対向基板に第２のスペーサを設け、基板と対向基板を対向させ第１のスペーサと第２のスペーサを接触させてスペーサを形成するスペーサ形成工程と、基板と対向基板の間に高分子分散型液晶を注入して液晶層を設ける液晶層形成工程と、液晶層に紫外線を照射し、硬化させる硬化工程と、を備えることとした。
【発明の効果】
【００１９】
基板と対向基板上のそれぞれにスペーサを配置し、基板と対向基板を貼り合わせた時に互いのスペーサが接触するようにしたことにより、スペーサの底面積を大きくすることなく、高分子分散型液晶の液晶層の厚さを２０μｍ以上５０μｍ以下にできるので、スペーサの底面積が大きくなることによる散乱度の低下がなくなり表示品質が改善される、という利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、基板と対向基板の間に高分子分散型液晶が挟持された液晶パネルを駆動する液晶表示装置に関するものである。そのため、対向基板には液晶パネルを駆動するための回路基板が接続されている。そして、各基板上に配置されたスペーサと、対向基板上に配置されたスペーサを、基板と対向基板を貼り合わせる時に、対向するスペーサが接触するようにした。
【００２１】
このとき、スペーサの形状を半球状とし、スペーサの高さが１０μｍ以上２５μｍ以下とすることにより、液晶層の厚さが２０μｍ以上５０μｍ以下になるようにした。液晶層の厚みを厚くすることにより、後方散乱率が向上することとなり、白濁度が増しコントラストの良い表示が可能になる。例えば、液晶層の厚さが１０μｍでは後方散乱率は１０％であったが、液晶層が厚くなると、２０μｍで２０％、３０μｍで３０％、５０μｍで４０％になり、白濁度の高い液晶表示装置が実現できる。このように、液晶層の厚さがを厚くなるほど白濁度が増してコントラストが向上する。
【００２２】
以下に、本発明による液晶表示装置の実施例を図に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施例の液晶表示装置の断面図である。基板３の表面には透明電極４が形成され、更に半球状の第１のスペーサ１が形成されている。対向基板７の表面には対向電極６が形成され、更に半球状の第２のスペーサ２が形成されている。基板３と対向基板７の間に液晶層５が設けられている。第１のスペーサ１と第２のスペーサ２は、接触し液晶層５の厚さを制御している。本実施例では、液晶層５はポリマーネットタイプの高分子分散型液晶である。
【００２３】
図２は、本実施例の液晶表示装置の製造方法を説明する図で、図２（ａ）は、基板３上に透明電極４が形成された状態を示す。図２（ｂ）は対向基板７上に対向電極６が形成された状態を示す。基板３と対向基板７はガラスやプラスチックからなる透明基板で、外光を利用し反射型液晶装置として使用する場合には、対向基板７は透明である必要はない。透明電極４と対向電極６は、酸化インジューム（Ｉｎ）や酸化スズ（Ｓｎ）からなる薄膜をスパッタ法や蒸着法、印刷法で成膜した後、ドライエッチング法やウェットエッチング法でパターンを形成する。透明電極の膜厚さは、２００オングストロームから２０００オングストロームである。
【００２４】
図２（ｃ）、図２（ｄ）は、基板３上に第１のスペーサ１が、対向基板７上に第２のスペーサ２が、フォトスペーサで形成された状態である。第１のスペーサと第２のスペーサ２は感光性樹脂を塗布してフォトリソグラフィ法により形成されているが、これに限定されない。例えば、スペーサをインクジェット方式により形成することができる。インクジェット方式では、必要な位置に樹脂を滴下するので、形成されたフォトスペーサの形状は半球状になる。さらに使用材料を節約することができる。また、インクジェット方式の他に、スクリーン印刷法等により、所定の位置に形成してもよい。また、ディスペンサー方式により、樹脂を塗布、滴下することにより、簡単に形成できる。本実施例の様に高さが１０μｍから２５μｍ以下のスペーサを形成するためには、ディスペンサー方式は有効な手段である。このようにして、第１のスペーサ１、第２のスペーサ２の高さは、それぞれ１０μｍ以上２５μｍ以下とし、液晶層の厚さが２０μｍ以上５０μｍ以下になるようにした。第１のスペーサ１と第２のスペーサ２の高さは同じでも、異なっていてもよい。但し、どちらか一方が極端に高いとスペーサの底面積もその分大きくなり、電極と重なる領域が増えて画素面積に影響を与えるため、高さの差は大きくないほうが良い。液晶層の厚さが５０μｍ以上になると、応答速度が低温で遅くなり、残像現象が発生するため、５０μｍ以下が望ましい。
【００２５】
図２（ｅ）は一対の基板３と対向基板７を対向させた状態である。そして図２（ｆ）のように第１のスペーサ１と第２のスペーサ２を接触させる。次に、図２（ｇ）に示すように、温度４０℃に加温した基板３と対向基板７のセルギャップ中に、ＵＶ重合性高分子樹脂とＴＮ液晶を混合分散させたポリマーネットワーク液晶８を注入した。具体的には、大日本インキ製ＰＮ−ＬＣ１５（ＰＮＭ１５７）を４０℃に保温してアイソトロピック状態のまま真空注入した。次に、紫外線照射装置を用いて基板３の法線方向より紫外線を照射し、紫外線硬化させた（図２（ｈ））。光源はメタルハライドランプを用いた紫外線ランプである。
【００２６】
第１のスペーサ１や第２のスペーサ２を形成する際、製造の誤差で位置がずれることが考えられる。また、上下基板の合わせ時に基板のズレが必ず発生する。このズレの量は１μｍから５μｍ程度である。これらにより第１のスペーサ１と第２のスペーサ２は、高さが一番高い部分同士が接触するとは限らず、そのときには第１のスペーサ１と第２のスペーサ２のスペーサの高さの合計は液晶層の厚さとは等しくならず、合計より小さくなる。
【００２７】
第１のスペーサ１と第２のスペーサ２は半球状とした。半球の場合、第１のスペーサ１と第２のスペーサ２が接触する部分は必ず点状になる。液晶表示装置の表示面を押すと液晶層が変化するためその結果コントラストが変化するが、スペーサ同士を点で接触させることにより、液晶表示装置の表示面を押した時の液晶層変化を、スペーサや基板のズレに関係なく、同一とすることができる。
【００２８】
図３は本実施例の液晶表示装置を上方から見た状態を示す平面図であり、図１は図３中のＸＸ‘線での断面図である。基板３と対向基板７が相対するように設置され、基板３には複数本の透明電極４が隣接して形成されている。基板３には複数の対向電極６が隣接して形成されている。スペーサ９は、第１のスペーサ１と第２のスペーサ２を接触させて形成されている。透明電極４と対向電極６が重なる部分で画素が構成され、透明電極４と対向電極６にそれぞれ駆動波形を印加することにより、文字や図形が表示する。図３では、スペーサ９は、隣接する対向電極の間に設けられている。すなわち、対向電極の間に第２のスペーサが形成され、透明電極上に第１のスペーサが形成されている。
【００２９】
図４に、スペーサ９を縦方向の対向電極６と横方向の透明電極４に重ならない位置に設けた構成の液晶表示装置を模式的に示す。すなわち、第１のスペーサが透明電極の間に、第２のスペーサが対向電極の間に形成されている。このような構成によれば、表示画素上にスペーサが存在しないことになるため、スペーサが表示に影響を与えることがない。
【００３０】
また、図４の構成で隣接する対向電極６と透明電極４の隙間を狭くした構成を図５に模式的に示す。すなわち、スペーサが配置される部分を除いて、隣接する電極間が狭くなるように構成されている。図５で示した対向電極６の形状を図６に、図５で示した透明電極４の形状を図７に示す。このように、スペーサ９にいずれの電極も重ならないように構成されており、さらに、スペーサが設けられない部分では隣接する電極の間隙が狭くなっている。そのため、表示画素の面積を大きくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
表示品位を向上させ、視認性を上昇させる方法として適応できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施例の液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図。
【図２】本実施例の液晶表示装置の製造工程を模式的に示す図。
【図３】本実施例の液晶表示装置の構成を模式的に示す平面図。
【図４】本実施例の液晶表示装置の構成を模式的に示す平面図。
【図５】本実施例の液晶表示装置の構成を模式的に示す平面図。
【図６】本実施例の液晶表示装置の電極構造を模式的示す図。
【図７】本実施例の液晶表示装置の電極構造を模式的示す図。
【図８】従来の液晶表示装置の構成を模式的に示す平面図。
【図９】従来の液晶表示装置の構成を模式的に示す平面図。
【符号の説明】
【００３３】
１第１のスペーサ
２第２のスペーサ
３基板
４透明電極
５液晶層
６対向電極
７対向基板
８ポリマーネットワーク液晶
９スペーサ
１０粒子状スペーサ
１１フォトスペーサ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極を有する基板と、
対向電極を有する対向基板と、
前記基板と前記対向基板の間に保持された高分子分散型液晶と、
前記液晶層の厚さを規定するためのスペーサを備え、
前記スペーサは前記基板に設けられた第１のスペーサと、前記対向基板に設けられた第２のスペーサとが互いに接触して形成されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１のスペーサと前記第２のスペーサの形状は、半球状であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１のスペーサと前記第２のスペーサは、互いに点接触していることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記高分子分散型液晶は、厚さが２０μｍ以上５０μｍ以下で、前記第１のスペーサと前記第２のスペーサは、それぞれ高さが１０μｍ以上２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記スペーサは前記透明電極と前記対向電極に重ならない位置に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記透明電極と前記対向電極は、前記スペーサの下に形成されないように前記スペーサから逃げる形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記高分子分散型液晶は、ポリマーネットタイプであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
基板に透明電極を、対向基板に対向電極を成膜により設ける電極形成工程と、
前記基板に第１のスペーサを、前記対向基板に第２のスペーサを設け、前記基板と前記対向基板を対向させ前記第１のスペーサと前記第２のスペーサを接触させてスペーサを形成するスペーサ形成工程と、
前記基板と前記対向基板の間に高分子分散型液晶を注入して液晶層を設ける液晶層形成工程と、
前記液晶層に紫外線を照射し、硬化させる硬化工程と、を備える液晶表示装置の製造方法。

【図１】