JPH11119236A

JPH11119236A - 液晶素子

Info

Publication number: JPH11119236A
Application number: JP28026397A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Suzuki; 正明鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶素子において、液晶注入工程に起因する
表示むらを防止する。【解決手段】各画素において、遮光部の面積の６０％
以上の領域のセルギャップが開口部のセルギャップの
０．８〜１．５倍になり、且つ当該範囲にある領域の液
晶注入方向に平行な方向の長さが、当該方向の遮光部の
長さの７０％以上になるようにセルを構成する。【効果】液晶注入時に、局所的なセルギャップ変化に
よる液晶の先走り現象が解消され、該現象による表示む
らが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、表示装置等に用い
られる液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、表示装置等に用いられる液晶素子
に対する需要が増加しているが、特に、その画質の向上
が要望されている。

【０００３】図４に一般的な液晶の平面模式図を示す。
図中、１，１’は透明基板で通常ガラス基板が用いられ
る。これら透明基板１，１’の内側にはそれぞれ透明電
極が形成され、必要に応じて配向制御膜や遮光層、また
カラー表示の場合にはカラーフィルタ等が形成され、周
縁部にシール材１４を描画して貼り合わされ、液晶注入
口１５より液晶を注入し、封口材１７で封止されてい
る。このような液晶素子は用途に応じてその大きさが選
択される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液晶素子においては、各層の膜厚や積層状態が変化する
ことにより、表示部内においてセルギャップが一様では
ない。通常、液晶注入手段としては、内部を減圧したセ
ル内に圧力差を利用して液晶を注入する真空注入法がと
られているが、ミクロ的に見た場合、表面張力の影響に
よりセルギャップの薄い部分の方が厚い部分よりも速く
液晶が充填される。この傾向は、液晶注入方向（図４参
照）においてより顕著であり、局所的にセルギャップの
小さい領域が有る場合には、当該領域を液晶が先走るよ
うな形で液晶が注入される。また、局所的にセルギャッ
プの大きい領域が有る場合にも、当該領域に液晶が充填
される時間が長くなり、当該領域で液晶の注入が遅れ、
他の領域、即ちセルギャップが小さい領域を液晶が先走
る形を呈する。

【０００５】特に、単純マトリクス構成でありながら大
画面で高精細表示が可能な強誘電性液晶素子において
は、各画素の開口部（透光部）のセルギャップが１．０
〜２．０μｍと薄いため、上記の傾向が顕著となる。そ
の結果、セルギャップが大幅に大きい或いは小さい領域
で液晶注入速度が大きく変化し、この変化に沿った形で
表示むらとなって著しく表示品位を低下させる場合があ
った。その理由は明らかではないが、上記の液晶の先走
り現象がプレチルト角（液晶分子と基板とのなす角）に
影響を与えるためではないかと推測される。

【０００６】本発明の目的は、液晶の注入時の進行状況
に沿った表示むらを解消し、表示品位の高い液晶素子を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも透
明基板上にカラーフィルタと電極を形成した基板と、少
なくとも透明基板上に電極を形成した基板とを対向配置
して貼り合わせ、その間隙に液晶を封入してなる液晶素
子であって、各画素において、遮光部の面積の６０％以
上の領域が、開口部のセルギャップの０．８〜１．５倍
のセルギャップを有し、且つ、液晶の注入方向に平行な
方向において、当該領域の長さが遮光部の長さの７０％
以上であることを特徴とする液晶素子である。

【０００８】本発明は、上記の如くセルギャップを制御
することにより、表面張力の違いによる液晶の注入速度
をほぼ一様にすることができ、局所的な液晶の先走りを
防止して、液晶の進行状況に沿った表示むらのない状態
を得ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１に本発明の液晶素子の一実施
形態の平面模式図を示す。また、図１のＡ−Ａ’方向の
断面模式図を図２に、Ｂ−Ｂ’方向の断面模式図を図３
にそれぞれ示す。尚、図１は図２、図３に示される下基
板１’側から見た模式図である。図中、１，１’は上下
基板、２は金属或いは着色樹脂からなる遮光層、３〜５
はＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）のカラーフィルタ、６
は保護層、７，１０はＩＴＯ等からなる透明電極、８，
１１はアルミニウムやクロム等金属からなる補助電極、
９，１２はポリイミド等からなる配向制御膜である。

【００１０】本発明において、図１中の一点鎖線で囲ま
れた領域が１画素単位であり、各画素における遮光部と
は、遮光層２や補助電極８、１１によって遮光される領
域であり、開口部とは、該遮光部以外の透光領域であ
る。図１の実施形態においては、遮光層８の開口領域が
ほぼこれに該当する。

【００１１】本発明においては、各画素において、遮光
部の面積の６０％以上の領域のセルギャップが、開口部
のセルギャップの０．８〜１．５倍の範囲にある。同時
に、各画素において、液晶注入方向と平行な方向におい
て、開口部のセルギャップの０．８〜１．５倍のセルギ
ャップを有する領域の長さが、遮光部の長さの７０％以
上である。尚、液晶注入方向と平行な方向において、開
口部を通る部分とそれ以外の部分では遮光部の長さが異
なるが、それぞれにおいて、７０％以上が上記範囲にあ
るように設定する。即ち、遮光部のセルギャップが開口
部のセルギャップの０．８倍未満或いは１．５倍を超え
る領域を４０％未満に抑えることでセルギャップ変化に
よる液晶注入速度の不均一を緩和し、全体的に一様な液
晶の注入を行なうことができるが、さらに、当該領域の
液晶方向に平行な長さを同方向の全長の３０％未満に抑
えることで、さらに画素内における局所的なセルギャッ
プ変化の影響を低減させることができる。

【００１２】図５は本発明の液晶素子の他の実施形態の
平面模式図であり、図中のＡ−Ａ’方向の断面模式図を
図６に、Ｂ−Ｂ’断面模式図を図７に示す。図中、図１
〜３と同じ部材には同じ符号を付した。

【００１３】図１の実施形態においては、開口部は遮光
層２の開口領域にほぼ対応したが、本実施形態において
は、遮光層２と補助電極８によって遮光される領域が実
質的に遮光部であり、カラーフィルタ３〜５上の補助電
極８の開口領域が本発明にかかる画素の開口部に該当
し、該開口部のセルギャップを基準として、上記遮光部
のセルギャップを設定する。

【００１４】上記実施形態においては、単純マトリクス
型の液晶素子について説明したが、特にこれに限定され
るものではない。また、本発明のセルギャップの設定条
件を満足していれば、各部材の素材、製法、形状等につ
いては従来の液晶素子の技術を用いることができる。液
晶材料については、前記した通り、セルギャップの小さ
い強誘電性液晶を用いた場合に本発明の効果がより顕著
に得られるが、これに限定されるものではない。

【００１５】

【実施例】

［実施例１］本発明第１の実施例として、図４に示す全
体構造であり、且つ図１〜３に示した構成の液晶素子を
作製した。先ず、ガラス基板からなる上基板１の上に、
クロムを１０００Åの厚さで全面成膜し、フォトリソ・
エッチングによりパターニングして遮光層２を形成した
（開口部寸法を横４９μｍ×縦１９１μｍとした）。そ
の上に、顔料分散させたＲ、Ｇ、Ｂの樹脂（宇部興産社
製「ＰＡ−１０１２」シリーズ）を用い、上記遮光層２
の開口部に対応するようにフォトリソ法により厚さ１５
０００Åのドット状のカラーフィルタ３〜５を順次形成
した（ドット寸法は、各色横５３μｍ×１９３μｍ、遮
光層との重なり巾を各２μｍとした）。さらにその上
に、カラーフィルタ３〜５の保護と段差の補正及び遮光
層２の電気的な絶縁を目的とする保護層６を、透明樹脂
（東レ社製「ＰＳＢ−Ｋ３１」）を塗布・ベーキングし
て形成した。この保護層６により、カラーフィルタ３〜
５上とそれ以外の部分との段差は２５００Å程度に低減
された。

【００１６】上記保護層６の上に、ＩＴＯを厚さ７００
Åになるように全面成膜し、フォトリソによりストライ
プ状にパターニングして透明電極７を形成した（各スト
ライプのライン巾２２１μｍ、ライン間の間隔１０μ
ｍ）。さらに、モリブデンからなる補助電極８を透明電
極７上にストライプに沿うような形状（補助電極８の各
ラインの巾１０μｍ）で且つ、カラーフィルタ３〜５と
は重ならないように、また、カラーフィルタ間の段差を
解消するように低くなった領域に３０００Åの厚さで成
膜・フォトリソによりパターン形成した。引き続き、液
晶分子を配向させるためのポリイミドからなる配向制御
膜９（東レ社製「ＳＰ−７１０」）を５００Åの厚さで
印刷、焼成して積層形成した。

【００１７】上記と同様にして、下基板１’にＩＴＯか
らなるストライプ状の透明電極（各ストライプのライン
巾７１μｍ、ライン間の間隔６μｍ）１０と、これに沿
った形でモリブデンからなる補助電極１１（補助電極１
１の各ライン巾６μｍ）、ポリイミドからなる配向制御
膜１２を同じ方法と厚さで積層形成した。

【００１８】上記両基板に各々ラビング処理を施した
後、一方の基板にスペーサー１３を分散させ、他方の基
板にシール材を描画し、互いのストライプ状電極が直交
し且つ、補助電極１１がカラーフィルタ３〜５に重なら
ないように充分にアライメントして貼り合わせ、図４に
示す全体構造の液晶セルを作製した。尚、図４に示す全
体構造でのセルの各部分の寸法は外径がａ＝２７０ｍ
ｍ、ｂ＝３２５ｍｍ、液晶封入部がｃ＝２５１ｍｍ、ｄ
＝３１５ｍｍ、表示部がｅ＝２３６．５ｍｍ、ｆ＝２９
５．７ｍｍとした。

【００１９】上記液晶セルの画素の開口部におけるセル
ギャップは１．１μｍで、該開口部以外の遮光部におけ
るセルギャップは両基板の補助電極８と１１が対向した
部分を除いた全遮光部の約９７％において０．９５〜
１．４９μｍ（開口部のセルギャップに対して０．８６
〜１．３５倍）の範囲内にあった。このようなセルギャ
ップの領域は液晶注入方向で見た際に、その全長の１０
０％存在していた。

【００２０】上記液晶セルを３×１０^-6Ｔｏｒｒにまで
減圧し、加熱してコレステリック相とした強誘電性液晶
（スメクチック液晶）に液晶注入口（１５）を浸漬した
後、そのままの温度でセルの周囲の圧力を約２．５気圧
まで上昇させ、２０時間かけて液晶をセル内に注入し
た。本実施例で用いた液晶は下記の相転移温度を有する
フェニルピリミジン系材料を主成分とする強誘電性液晶
である。

【００２１】

【化１】

【００２２】尚、上記自発分極Ｐｓは、Ｋ．ミヤサト他
「三角波による強誘電性液晶の自発分極の直接測定方
法」（日本応用物理学会誌２２、１０号（６６１）１９
８３、”ＤｉｒｅｃｔＭｅｔｈｏｄｗｉｔｈＴｒ
ｉａｎｇｕｌａｒＷａｖｅｓｆｏｒＭｅａｓｕｒｉ
ｎｇＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＰｏｌａｒｉｚａｔｉ
ｏｎｉｎＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉ
ｄＣｒｙｓｔａｌ”，ａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄｂ
ｙＫ．Ｍｉｙａｓａｔｏｅｔａｌ．（Ｊａｐ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２２．Ｎｏ．１０，Ｌ６６１
（１９８３）））によって測定した。

【００２３】上記液晶注入工程において、局所的に液晶
注入方向に平行な方向に直線的に液晶が先走るようなこ
とがなく、セル内部に均一に液晶が充填された。液晶注
入が終了した時点で液晶注入口を封口材にて封止した。

【００２４】このようにして作製された液晶素子を電気
的に接続し、直交させた２枚の偏光板で挟んで点灯検査
で駆動させ、特に全白／全黒表示を行なって目視により
表示状態を観察した。その結果、液晶注入時に進行状況
に沿った形での表示むらは認められず、良好な表示が実
現した。

【００２５】［実施例２］本発明第２の実施例として、
図４に示す全体構造で且つ図５〜７に示した構成の液晶
素子を作製した。先ず、ガラス基板からなる上基板１
に、実施例１と同様の素材、方法によりストライプ状の
遮光層２（ストライプのライン巾１６μｍ）を形成し
た。その上に、実施例１と同様にしてカラーフィルタ３
〜５（各ドット寸法、横４９μｍ、縦２０５μｍ）、保
護層６、透明電極７（透明電極７の各ライン巾２２１μ
ｍ、ライン間の間隔１０μｍ）を形成した。次に、カラ
ーフィルタ３〜５のそれぞれに対応する位置に開口部を
有する補助電極８（各開口部の寸法、４５μｍ×２０１
μｍ、カラーフィルタのドットとの重なり巾２μｍ）
を、透明電極７のストライプ状パターンに沿ってモリブ
デンにより厚さ２０００Åで形成した。さらに実施例１
と同様にして、配向制御膜９を形成した。

【００２６】また、下基板１’には、実施例１と同様に
して透明電極１０と、厚さを液晶素子の電気駆動特性を
より良好にすべく３０００Åとした補助電極１１、配向
制御膜１２を形成した。

【００２７】実施例１と同様に、両基板にラビング処理
をした後、貼り合わせて図４に示す全体構造の液晶セル
を作製した。このセルの画素の開口部におけるセルギャ
ップは１．１μｍ、透明電極１０と補助電極８が対向し
ている領域のセルギャップは０．９μｍ（開口部のセル
ギャップに対して０．８２倍）、補助電極８と１１が対
向している領域のセルギャップは０．８５μｍ（開口部
のセルギャップに対して０．７７）であった。また両基
板の電極間同士が対向した部分は１．９９μｍ（１．８
１倍）であった。しかしながら、開口部のセルギャップ
に対して０．８〜１．５倍の範囲にない上記補助電極同
士が対向している領域と両基板の電極間同士が対向した
部分を含めた領域は画素単位で遮光部の面積の３０％で
あり、液晶の注入方向に平行な方向の長さも遮光部の長
さの２３％になるように構成した。

【００２８】上記液晶セルに、実施例１と同じ液晶を同
様にして注入したところ、液晶の先走りは観察されず、
また、得られた液晶素子を駆動したところ、表示むらの
ない良好な表示が得られた。

【００２９】［比較例］図８及び９に示すような構造の
液晶素子を作製した。尚、図９は、図８のＡ−Ａ’方向
の断面模式図であり、図８のＢ−Ｂ’方向の断面模式図
は図３と同様である。上基板１上に実施例１と同じ材質
・形状・寸法・厚さで遮光層２を形成した。その上にカ
ラーフィルタ３，４，５を材質・厚さは実施例１と同じ
だが図８に示すように形状はドット形状とせず隣接する
同色のピクセルまで繋がるようにストライプ状とした。
但し各カラーフィルタの幅は、実施例１と同じ４９μｍ
とした。それ以外の保護層６、透明電極パターン７、補
助電極パターン８、配向制御膜９、及び下基板１’側も
実施例１と全く同じ構成で材質・形状・寸法・厚さも同
じとした。

【００３０】上記両基板にやはり実施例１同様ラビング
処理した後、貼りあわせて液晶セルを作製した。このセ
ルの開口部におけるセルギャップは実施例１と同じ１．
１μｍだが、遮光部である上基板側のカラーフィルタ
３，４，５と重なった補助電極パターン８と下基板１’
の透明電極１０と対向する部分ではそれぞれ０．８μｍ
（開口部のセルギャップに対して０．７２倍）となっ
た。この領域があることにより、画素単位の遮光部のう
ちセルギャップが開口部のセルギャップに対して０．８
〜１．５倍の領域は遮光部の面積の８７％を占めたが、
液晶の注入方向に平行な方向で見た時の全長の３１％と
かなり短くなった。

【００３１】上記液晶セルに、実施例１と同様にして注
入したところ、液晶の先走りが観察され、得られた液晶
セルを駆動したところ液晶の注入時の進行状況の履歴に
倣った形の表示むらが見られた。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液晶注入時に液晶の先走りが解消され、液晶の注入工程
に起因する表示むら不良の３０％が解消され、これによ
り従来の製造工程を増やすことなく、即ち、製造コスト
を増大させることなく高品質画像表示の液晶素子を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶素子の一実施形態の平面模式図で
ある。

【図２】図１に示した液晶素子の断面模式図である。

【図３】図１に示した液晶素子の図２とは異なる方向の
断面模式図である。

【図４】本発明にかかる液晶素子の平面模式図である。

【図５】本発明の液晶素子の他の実施形態の平面模式図
である。

【図６】図５に示した液晶素子の断面模式図である。

【図７】図５に示した液晶素子の図６とは異なる方向の
断面模式図である。

【図８】液晶素子の別の形態を示す平面模式図である。

【図９】図８に示した液晶素子のＡ−Ａ’方向の断面模
式図である。

【符号の説明】

１，１’ 基板２遮光層３〜５カラーフィルタ６保護層７，１０透明電極８，１１補助電極９，１２配向制御膜１３スペーサー１４シール材１５液晶注入口１６液晶１７封口材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも透明基板上にカラーフィルタ
と電極を形成した基板と、少なくとも透明基板上に電極
を形成した基板とを対向配置して貼り合わせ、その間隙
に液晶を封入してなる液晶素子であって、各画素におい
て、遮光部の面積の６０％以上の領域が、開口部のセル
ギャップの０．８〜１．５倍のセルギャップを有し、且
つ、液晶の注入方向に平行な方向において、当該領域の
長さが遮光部の長さの７０％以上であることを特徴とす
る液晶素子。
【請求項２】上記カラーフィルタを有する基板が、透
明基板上に、遮光層と、３色のカラーフィルタと、該カ
ラーフィルタの保護層と、ＩＴＯからなる透明電極と、
金属からなる補助電極を有する請求項１記載の液晶素
子。
【請求項３】上記液晶がカイラルスメクチック相を呈
する液晶である請求項１記載の液晶素子。