JP2012208197A - 強誘電性液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板間隔を均一化し、色むらの発生を防止した強誘電性液晶表示素子を提供する。
【解決手段】貼り合された上下基板１，２の側面部には、これら上下基板１，２に跨って硬化収縮率の高い接着剤１５が形成されている。接着剤１５は前記上下基板１，２を近づける方向に応力を作用する部材として形成されている。接着剤１５は、上下基板を接着するシール部材３の外側の強誘電性液晶分子の形成する層構造のうち最も長い層の両端とは異なる一対の対角部分に上下基板１，２を繋いで塗布されている。この接着剤１５を硬化させることにより、あらかじめ一対の基板を前記ラグビーボール状に膨らませておくことができる。その後、強誘電性液晶を注入し常温になった際に強誘電性液晶の収縮により、前記ラグビーボール状の凸部が平坦化され、２枚の基板間の隙間はより一様になる。
【選択図】図１

Description

本発明は強誘電性液晶表示素子及びその製造方法に関するものである。

液晶表示素子は、薄型で低消費電力である特徴を生かし、幅広い分野において使用されている。近年液晶の応答時間が早いことで強誘電性液晶を使用した液晶表示素子が使用されてきている。

図３は液晶表示素子の形成方法を説明するための図で上面図である。２枚のマザー基板１０には複数の液晶表示素子領域（Ｄ１〜Ｄ９）が形成され、シール部材３を介して貼付される。シール部材３を硬化後、図４に示す液晶表示素子になるよう切断される。

図４は液晶表示素子の構造を示す図で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）はＡ−Ａ断面図、（Ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。複数の画素電極５を形成した基板１と、画素電極５に対向する共通電極（不図示）を形成した透明基板２をシール部材３により貼付している。シール部材３の一部には液晶注入口４が形成されている。本図では（Ｂ）に示すように基板１と基板２はオフセットされている。

基板１、基板２及びシール部材３で形成された空間に液晶注入口４より液晶を注入するが、一般に真空注入法が用いられている。真空注入法とは、前記空間内の空気を真空引きにより排気した後、液晶注入口近傍４Ａに液晶を塗布、滴下等で供給し、毛細管現象と液晶表示素子内外の圧力差を利用して液晶を前記空間内に注入する方法である。注入後、液晶注入口４を封口する。強誘電性液晶は室温で流動性がないため、ヒーターで液晶を加熱して粘性を低めて注入している。（特許文献１参照）

特開２００８−７０７１７号公報

本発明に係る強誘電性液晶表示素子は、シール部材には２枚の基板間隙を確保するためのスペーサが混入されているが、シール部材で囲まれた内側にはスペーサを設けない構造であるため、強誘電性液晶表示素子に高温にした強誘電性液晶を注入する方法では、加熱され高温で注入した強誘電性液晶が室温に戻る際の体積の収縮により、強誘電性液晶注入後の基板間の間隔が不均一（基板の中央部が凹み、液晶層が薄くなる）になるため、色むらが発生する。

ここで、強誘電性液晶を前記一対の基板内に注入する際、粘度を下げるため強誘電性液晶がアイソトロピック相になる温度まで温度を上昇させ、毛細管現象で前記一対の基板内に強誘電性液晶が浸入した後、常温まで温度を下げることになるが、前記一対の基板表面には液晶分子の配向を制御する膜が形成されているため、前記一対の基板内に注入された強誘電性液晶が常温になった際には、図８に示すように、強誘電性液晶分子６は、層構造７を形成することとなる。

このような層構造７を有する強誘電性液晶表示素子は、強誘電性液晶の強誘電性液晶分子が形成する層構造７の方向と層法線方向の収縮率の違いにより、前記強誘電性液晶が注入された後の一対の基板は単に基板の中央部が凹むのではなく、図８の破線で示すごとく楕円形状若しくはラグビーボール状に凹むこととなる。

本発明は、高温にした強誘電性液晶を注入した強誘電性液晶表示素子が、強誘電性液晶が常温に戻ったときに基板間隔が不均一にならないようにして色むらの発生を防止することを目的としている。

上記問題点に鑑み本発明の強誘電性液晶表示素子は、一対の基板と、該一対の基板の周辺部を一部に強誘電性液晶を注入するための注入口を設けて接着するシール部材と、前記注入口より注入される強誘電性液晶と、前記注入口を封止する封口材とで構成される強誘電性液晶素子であって、前記上下基板を接着するシール部材の外側の、強誘電性液晶分子の形成する層構造の内最も長い層の層方向の延長線上にあたる部分を除いた部位に、上下基板間の距離を短くする方向に力を加え、上下基板を接着しているシール部材を支点として基板中央部のギャップを凸状にする応力作用部材を配置したことを特徴とする。

また、前記応力作用部材は、前記上下基板を接着するシール部材の外側の、強誘電性液晶分子の形成する層構造の内最も長い層の層方向の延長線上にあたる部分を除き、前記強誘電性液晶分子の形成する層構造の内最も長い層を挟んで対向する部位に、少なくとも一対配置することができる。

また、前記応力作用部材は、前記強誘電性液晶分子の形成する層構造の内最も短い層の近傍に配置することができる。

また、前記応力作用部材は、前記強誘電性液晶分子の形成する層の中央部近傍に配置することができる。

前記応力作用部材は、硬化収縮率の高い接着剤とすることができる。

本発明の強誘電性液晶表示素子の製造方法は、一対の基板の少なくとも一方の基板に液晶注入口を成すシール部材を設けて前記一対の基板を貼り合わせる工程と、前記シール部材の外周で個々の強誘電性液晶素子部毎に切断する工程と、前記一対の基板を接着するシール部材の外側の、強誘電性液晶分子の形成する層構造のうち最も長い層の層方向の延長線上にあたる部分を除いた部位に、上下基板間の距離を短くする方向に力を加え、上下基板を接着しているシール部材を支点として基板中央部のギャップを凸状にする工程と、前記上下基板間に強誘電性液晶を注入する工程と、を具備することを特徴とする。

強誘電性液晶表示素子の上下基板を接着するシール部材の外側で、強誘電性液晶分子の形成する層構造の内最も長い層の層方向の延長線上にあたる部分を除いた部位に上下基板を繋いで硬化収縮率の高い接着剤を塗布・硬化する事により、基板注入後の強誘電性液晶が収縮して成る凹み形状を想定して予め基板中央がラグビーボール状の凸状態になるようにしている。この状態で加熱され膨張した高温の強誘電性液晶を注入し、その後、強誘電性液晶の温度が低下すると体積が収縮することで基板面が平坦化した強誘電性液晶表示素子が得られる。

本発明の一実施例に係る強誘電性液晶表示素子の構造を説明するための上面図 本発明の一実施例に係る強誘電性液晶表示素子の製造方法を説明するための断面図 液晶表示素子の形成方法を説明するための図で上面図 液晶表示素子の構造を示す図で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）はＡ−Ａ断面図、（Ｃ）はＢ−Ｂ断面図 本発明による強誘電性液晶表示素子の構造を説明するための断面図 本発明の一実施例に係る強誘電性液晶表示素子で、強誘電性液晶分子の形成する層構造の内最も短い層の近傍に応力作用部材を配置した例の構造を説明するための上面図 本発明の一実施例に係る強誘電性液晶表示素子で、強誘電性液晶分子の形成する層の中央部近傍に応力作用部材を配置した例の構造を説明するための上面図 本発明に係る強誘電性液晶表示素子の液晶層構造を説明するための上面図

図１は本発明の一実施例に係る強誘電性液晶表示素子の構造を説明するための図で、上面図である。図１に矢印で示すラビング方向にラビング処理を施された上下一対の基板１，２は、シール部材３で貼り合せられており、前記シール部材３には２枚の基板間隙を確保するためのスペーサが混入されている。シール部材で囲まれた内側にはスペーサを設けない構成である。前記一対の上下基板１，２間には、ラビング処理によって図１のような方向の層構造７を成す強誘電性液晶分子６が形成され、前記基板１，２の側面部には、これら上下基板１，２を繋ぐように硬化収縮率の高い接着剤１５が形成されている。接着剤１５は前記上下基板１，２を近づける方向に応力を作用する部材として形成されている。なお、前記接着剤１５に限らず、前記上下基板１，２を近づける方向に応力を作用させる部材であれば、ボルトやナット、あるいはバネ性のあるクリップ部材等でも良い。

図２は上記一実施例に係る強誘電性液晶表示素子の製造方法を説明するための断面図（図１のＡ−Ａ断面図）であり、（Ａ）は切断後、（Ｂ）は接着剤塗布後、（Ｃ）は接着剤硬化後、（Ｄ）は強誘電性液晶を注入して冷却後の状態を示している。

本実施例において、基板１はＴＦＴや回路網が形成された単結晶シリコン基板であり、上面にはアルミニウム膜１１による画素電極１１ａが形成され、その上にポリイミドによる配向膜１３が形成されている。基板２はガラス基板であり、透明な共通電極１２と配向膜１３が積層されている。各配向膜１３を対向させ、スペーサ１４を混入したシール部材３を介して貼りあわせる。実際には図３で説明したようにマザー基板上に複数の液晶表示素子領域を形成した後、切断（分断）したのが図２（Ａ）である。この状態で、２枚の基板１，２間の隙間Ｔはスペーサ１４により決まり一様である。

シール部材３の外周と基板１，２の側面は図示するＷの幅を設けておき、２枚の基板に跨るように接着剤１５を塗布する。（図２（Ｂ））接着剤１５は硬化時の収縮率の高いものであり、例えばスリーボンド社製ＴＢ３０２６Ｅである。

接着剤１５に一般環境下では硬化の速度が遅く、なおかつ未硬化時の粘度が低いものを選ぶと、接着剤１５は塗布後、時間の経過とともに毛細管現象により２枚の基板１，２間に侵入していくので、２枚の基板１，２の側面を跨ぎ、なおかつ２枚の基板１，２間で基板を繋ぐことができる。

例えば、スリーボンド社製ＴＢ３０２６Ｅのように、ＵＶを照射することによって硬化が促進し、なおかつ未硬化時の粘度が低いものを使用すると、塗布した後の時間経過によって２枚の基板１，２間に接着剤１５が侵入でき、なおかつ、塗布からＵＶ照射までの時間によって、２枚の基板１，２間に侵入できる量を調整することが可能である。

接着剤１５の硬化により接着剤１５は収縮し、基板側面近傍で隙間Ｔが小さくなる方向（図中の矢印方向）に引っ張り力がかかるので、スペーサ１４を支点にして基板中央が撓むことになる。（図２（Ｃ））基板が単結晶シリコンとガラスなので、主にガラス基板２側の中央部が凸になる変形をし、維持される。

ここで、図５に示すように前記シール部材３と基板端面との距離（図５のＷ２）が長いほど、基板中央部がより凸になる。
また、前記上下基板を繋ぐ接着剤１５の上下基板間に侵入する距離（図５のＷ１）が長いほど、基板中央部がより凸になる。
また、前記上下基板を接着するシール部材３の幅（図５のＷ３）が狭いほど、基板中央部がより凸になる。
従って、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の距離や幅を適宜設定することで、基板の凸状態を目的に合致する状態に調整することが可能になる。

前記条件は、基板の厚さ、大きさ、形状、材質、一対の基板間の距離、強誘電性液晶の性状、接着剤の種類等により変わるので、一概には決まらないので、パラメータを決定しながら条件を出すことになる。

続いて、加熱され膨張した高温の強誘電性液晶（ＦＬＣ）を注入し、その後、強誘電性液晶の温度が低下すると体積が収縮するので、基板２は図２（Ｄ）の矢印方向に引っ張られ、２枚の基板間の隙間は一様になる。

以下、接着剤１５の塗布位置について説明する。
強誘電性液晶を前記一対の基板内に注入する際、粘度を下げるため強誘電性液晶がアイソトロピック相になる温度まで温度を上昇させ、毛細管現象で前記一対の基板内に強誘電性液晶が浸入した後常温まで温度を下げることになるが、前記一対の基板表面には液晶分子の配向を制御する膜が形成されているため、前記一対の基板内に注入された強誘電性液晶が常温になった際には、強誘電性液晶分子６は層構造７を形成する（図１参照）。このような状態では、強誘電性液晶分子が形成する層方向と層法線方向の収縮率の違いにより、前記強誘電性液晶が注入された後の一対の基板は単に基板の中央部が凹むのではなく、図１の破線で示すようにラグビーボール状に凹むこととなる。

従って、前記上下基板を接着するシール部材３の外側の強誘電性液晶分子の形成する層構造７のうち最も長い層の両端とは異なる一対の対角部分（言い換えれば、図１に破線で示すラグビーボール状の長軸方向の延長部分）に上下基板１，２を繋いで硬化収縮率の高い接着剤１５を塗布しておく。このようにすれば、この接着剤１５を硬化させることにより、あらかじめ一対の基板を前記ラグビーボール状に膨らませておくことができる。その後、強誘電性液晶を注入し常温になった際に強誘電性液晶の収縮により、前記ラグビーボール状の凸部が平坦化され、２枚の基板間の隙間はより一様になるのである。

このように、強誘電性液晶注入後の基板凹形状をあらかじめ想定し、注入前に、これに倣った形状に変形させておくことで、収縮後の基板１,２間の隙間は一様になり、課題であった色むらの発生を無くす事が出来る。

図６は、他の実施例を説明するもので、強誘電性液晶表示素子の構造を示す上面図である。上下基板１，２を貼り合わせているシール材３が円形の場合、強誘電性液晶材料の体積収縮により、図６に破線で示すようにラグビーボール状に凹もうとする。前記上下基板を接着するシール部材３の外側の強誘電性液晶分子の形成する層構造７のうち最も短い層の近傍に上下基板を繋いで硬化収縮率の高い接着剤１５を塗布・硬化させることにより、一対の基板を図６に破線で示すようなラグビーボール状に膨らませることができる。その後、強誘電性液晶を注入し常温になった際には２枚の基板間の隙間はより一様になる。
接着剤１５は前記上下基板１，２を近づける方向に応力を作用する部材として形成されている。なお、前記接着剤１５に限らず、前記上下基板１，２を近づける方向に応力を作用させる部材であれば、ボルトやナット、あるいはバネ性のあるクリップ部材等でも良い。

これにより基板１、基板２間の隙間は一様になり、課題であった色むらの発生を無くす事が出来る。

図７は、他の実施例を説明するもので、強誘電性液晶表示素子の構造を示す上面図である。上下基板１，２を貼り合わせているシール材３が角形であって強誘電性液晶の形成する層構造７が前記シール材３の１辺と平行である場合、強誘電性液晶材料の体積収縮により、図７に破線で示すようにラグビーボール状に凹もうとする。前記上下基板を接着するシール部材３の外側の強誘電性液晶分子の形成する層構造７の中央部近傍に上下基板１，２を繋いで硬化収縮率の高い接着剤を塗布・硬化させることにより、一対の基板を図７に示すようにラグビーボール状に膨らませることができる。その後、強誘電性液晶を注入し常温になった際には、２枚の基板１，２の隙間はより一様になる。接着剤１５は前記上下基板１，２を近づける方向に応力を作用する部材として形成されている。なお、前記接着剤１５に限らず、前記上下基板１，２を近づける方向に応力を作用させる部材であれば、ボルトやナット、あるいはバネ性のあるクリップ部材等でも良い。

これにより基板１、基板２間の隙間は一様になり、課題であった色むらの発生を無くす事が出来る。

１ 基板
２ 基板
３ シール部材
４ 液晶注入口
４Ａ 液晶注入口近傍
５ 画素電極
６ 強誘電性液晶分子
７ 層構造
１０ マザー基板
１１ アルミニウム薄膜
１１ａ 画素電極
１２ 共通電極
１３ 配向膜
１４ スペーサ
１５ 接着剤
ＦＬＣ 強誘電性液晶

Claims (6)

1. 一対の基板と、該一対の基板の周辺部を一部に強誘電性液晶を注入するための注入口を設けて接着するシール部材と、前記注入口より注入される強誘電性液晶と、前記注入口を封止する封口材とで構成される強誘電性液晶素子であって、前記上下基板を接着するシール部材の外側の、強誘電性液晶分子の形成する層構造の内最も長い層の層方向の延長線上にあたる部分を除いた部位に、上下基板間の距離を短くする方向に力を加え、上下基板を接着しているシール部材を支点として基板中央部のギャップを凸状にする応力作用部材を配置したことを特徴とする強誘電性液晶素子。
2. 前記応力作用部材は、前記上下基板を接着するシール部材の外側の、強誘電性液晶分子の形成する層構造の内最も長い層の層方向の延長線上にあたる部分を除き、前記強誘電性液晶分子の形成する層構造の内最も長い層を挟んで対向する部位に、少なくとも一対配置されることを特徴とする請求項１に記載の強誘電性液晶素子。
3. 前記応力作用部材は、前記強誘電性液晶分子の形成する層構造の内最も短い層の近傍に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の強誘電性液晶素子。
4. 前記応力作用部材は、前記強誘電性液晶分子の形成する層の中央部近傍に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の強誘電性液晶素子。
5. 前記応力作用部材が、硬化収縮率の高い接着剤であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の強誘電性液晶素子。
6. 一対の基板の少なくとも一方の基板に液晶注入口を成すシール部材を設けて前記一対の基板を貼り合わせる工程と、前記シール部材の外周で個々の強誘電性液晶素子部毎に切断する工程と、前記一対の基板を接着するシール部材の外側の、強誘電性液晶分子の形成する層構造のうち最も長い層の層方向の延長線上にあたる部分を除いた部位に、上下基板間の距離を短くする方向に力を加え、上下基板を接着しているシール部材を支点として基板中央部のギャップを凸状にする工程と、前記上下基板間に強誘電性液晶を注入する工程と、
   を具備することを特徴とする強誘電性液晶素子の製造方法。

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