JP2001013506A

JP2001013506A - 液晶表示素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001013506A
Application number: JP2000129509A
Authority: JP
Inventors: Seiji Nishiyama; 誠司西山; Kenji Nakao; 健次中尾; Tsuyoshi Kamimura; 強上村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】柱状スペーサなどが硬く、弾性が小さいこ
とによる、表示品位の温度特性を改善し、温度変化によ
る表示品位の劣化の少ない液晶表示素子を提供すること
を目的とする。【解決手段】透明電極５，６を備えた一対の基板１，
２と、一対の基板１，２間に配置され基板間隙を一定に
保つためのスペーサ３と、基板１，２間に封入された液
晶層４とを有する液晶表示素子において、前記スペーサ
３は弾性を有しており、液晶表示素子の使用温度範囲内
における温度変化に対して、前記スペーサ３の反発力と
前記液晶層４の内圧との和が常にほぼ１気圧であって且
つスペーサ３及び液晶層内圧がそれぞれリニアに変化す
るように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光シャッタ
などに利用される液晶表示素子及びその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的なツイスティドネマティッ
ク液晶（以下、ＴＮ液晶と称する）とアクティブマトリ
クス方式とを組み合わせた液晶表示素子は、２枚の電極
付基板の間にＴＮ液晶を挟持し、上記基板間に電圧を印
加し、この印加電圧に応じて液晶の分子の配向状態を変
化させる。液晶分子は配向状態により光の透過率が変化
する。このように、ＴＮ液晶は電圧により光の透過率を
制御する方式（縦電界型）を用いている。液晶表示素子
は、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）に代表
される電圧の印加、非印加を制御するスイッチング素子
と画素電極を形成したアクティブマトリクス基板と、対
向基板と、両基板間に封入された液晶と、両基板外側に
配置された偏光板から構成される。この両基板に形成さ
れた電極間に印加された電圧により、液晶分子は配向状
態を変化させ、光の透過率が変化する。

【０００３】しかし、このような一般的な液晶表示素子
においては、視野角、すなわち、画面を見る角度が変わ
れば、観測者にとって透過光の旋光性が変わるため明暗
の状態が変化してしまう。例えば、白表示を行っている
画面に対して垂直方向の正面から、つまり画面の法線方
向から見る場合コントラスト比の良い画像が見えるが、
同じ画面を法線方向よりも斜め下方向から見る場合には
黒っぽく見える。さらに下方向から見ると明暗が逆転す
るいわゆる階調反転現象が起こる。また、斜め上方向か
ら見る場合には白っぽく見える。この現象は、液晶に基
板の法線方向に電界を印加し、電界方向に沿って液晶分
子を立ち上がらせることで旋光性を制御する表示方式で
あり、液晶分子の立ち上がり方向が決まっているために
起きる。セル厚の均一性を得るために多数のスペーサと
いう微小球を散布するために、いわゆるざらつき感など
が生じやすく、表示品位に悪影響を及ぼしている。

【０００４】また、このような視野角の問題を改善する
方法として最近、横電界型が注目されている。横電界型
は、前述のように従来の液晶表示素子が基板の法線方向
に電界を印加し、液晶の配向状態を制御しているのに対
して、基板に平行な横方向電界で制御する方式である。
この方式は原理的に広視野角であり、しかも色調の変化
が少ないため、最も効果の高い改善案として考えられて
いる。このように横電界型液晶表示素子の視野角は縦電
界型のものに比べ格段に広いが、コモン電極、ソース電
極、スイッチ素子など遮光部分が多く、画素の開口率が
従来のＴＮ型より低くならざるを得ない。このためセル
厚を得るために多数散布されるスペーサ粒子が表示品位
へ与える悪影響は従来のＴＮ方式よりも大きい。

【０００５】これらの課題を解消し、良好な表示品位を
得るため、ＴＦＴなどのスイッチング素子が形成された
アクティブマトリクス基板上の遮光部に柱状のスペーサ
を形成したり、カラーフィルターの画素部にブラックマ
トリクスに代表される遮光部上に柱状スペーサを形成す
るなどの方法が採用されている。

【０００６】従来のＴＮ型のものにおいては、スペーサ
粒子の散布を不用とする構造のものが提案されている。
例えば特開平７−２８１２９５号公報ではアクティブマ
トリクス基板とカラーフィルタの形成されている基板の
双方に突起部を設け、これを突き合わせてスペーサ支柱
とする液晶表示素子が提案されている。

【０００７】横電界型のものに関しては、特開平６−２
１４２４４号公報においてスペーサ粒子を用いない液晶
表示素子が提案されている。この液晶表示素子では、コ
モン電極と画素電極（ソース電極）の両方を基板に垂直
に立てるように形成し、これら両電極をスペーサ（支
柱）とする事により、スペーサ粒子を必要としていな
い。

【０００８】また、従来の高分子分散型液晶材料（以
下、ＰＤＬＣと称する）とＴＦＴなどのスイッチング素
子を備えたアクティブマトリクス型基板との組合せによ
る液晶表示素子では、二枚の電極付基板間にマトリクス
状の構造を有する高分子化合物（以下、高分子マトリク
スと称する）中に、水滴状またはネットワーク状に液晶
分子が分散する液晶層を挟持する構成を有している。電
圧を印加した状態で、印加方向に配向している液晶分子
の屈折率と前記高分子マトリクスの屈折率が等しくなる
ように両者の分子構造をデザインしておく。電圧印加状
態では、液晶分子と高分子マトリクスとの屈折率は等し
いので、ＰＤＬＣ層に対して入射する光は透過光とな
る。これに対して、電圧無印加時では液晶分子の配向方
向は無秩序の方向に向いている。このため、高分子マト
リクスと液晶分子との屈折率は通常異なっている。この
ため、ＰＤＬＣ層に入射する光は散乱光となる。このよ
うに、ＰＤＬＣでは入射光に対して透過する状態と散乱
する状態とを電圧印加の有無により切り換えている。

【０００９】従来の高分子分散型液晶表示素子でも、良
好な表示品位を実現するセル厚を得るために多数のスペ
ーサという微小球を散布している。これら高分子分散型
液晶表示素子では、高輝度ランプからの光を投射し、そ
の映像をスクリーン上に拡大投射するプロジェクション
ディスプレイ用途や外光を液晶表示素子内に内付した反
射板を利用して表示を行う反射型ディスプレイに用いら
れている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のＴＮ型液晶表示
素子、もしくは、横電界型液晶表示素子で用いられてい
る基板に予め形成されているスペーサーは、遮光部に設
けることにより液晶層中のスペーサーの分散密度を見か
け上小さくすることができる。しかし、その反面、温度
変化に伴う表示品位の低下という課題がある。以下、図
１２を用いて説明する。

【００１１】まず、室温から低温側への変化として、低
温発泡の問題がある。液晶表示素子１００が低温下に放
置された場合、液晶分子の体積が収縮する。この際、セ
ル厚が、前記液晶分子の体積収縮に追従してセル厚方向
に収縮、すなわち、薄くなる必要がある。低温発泡１０
８とは、このような液晶分子の体積収縮に対してセル厚
が追従できず、液晶層中に真空の泡が発生する現象であ
る。基板にパターニングにより形成されたスペーサー１
０５が硬い場合、低温下での液晶１０４の体積収縮に対
するセル厚の収縮が上記スペーサー１０５によって妨害
されるため、低温発泡１０８が生じ易い。このような低
温下でのセル厚の追従性およびざらつき感のない良好な
表示品位確保の観点からは、適度に弾性を有するスペー
サーが好ましい。

【００１２】また、室温から高温への変化に際しては、
表示斑の問題がある。これは、温度上昇によるセル厚の
ばらつきの増大に起因するものである。液晶表示素子に
封入された液晶分子が加熱により膨張する。この液晶分
子の温度上昇による膨張の結果、液晶表示素子内の体積
は増大する。体積の増大は、基板間の間隙方向の変化す
なわちセル厚の変化を引きおこす。この際、従来の液晶
表示素子では、柱状スペーサがセル厚の増大に追従でき
ない。このため、セル厚の変化は液晶分子の熱膨張によ
って支配されるため、セル厚のばらつきが増大し、表示
品位の均一性を損なってしまうという課題があった。

【００１３】さらに、高分子分散型液晶表示素子、特
に、光源からの光を液晶表示素子に投影し、その映像を
スクリーンへ拡大投射する方式であるプロジェクション
ディスプレイに用いられるものについては、セル厚確保
のためのスペーサが拡大されることになる。ＰＤＬＣプ
ロジェクションディスプレイでは、電圧無印加時は光散
乱モードすなわち黒表示モード、いわゆる、ノーマリー
ブラックモードとなる。この際、従来の無着色球状スペ
ーサを用いると、スペーサが散布された部分が散乱を生
じず、光抜けとなってしまう。このため、黒表示時の黒
輝度が前記球状スペーサの分散密度に比例して高くなっ
てしまい、その結果、画面としては、コントラストの低
下を招くことになる。

【００１４】このような電圧無印加時のスペーサからの
光抜けに起因する黒輝度向上によるコントラスト低下を
抑制するため、黒色もしくは遮光性を有する着色剤を添
加したスペーサを用いることもある。着色したスペーサ
を用いて、光抜けを防止することにより、コントラスト
の低下は抑制できるが、新たな課題が浮上した。より高
いコントラストを確保するためには、高階調での表示の
均一性が重要となってくる。このため、セル厚の均一性
を向上させる必要がある。セル厚均一性向上のために
は、スペーサの分散密度を増大させなければならない。
スペーサの分散密度を増大させると、スペーサ散布の際
にスペーサ同士が接触、固まりを形成しやすくなり、こ
れによるざらつき観が生じやすくなってしまう。また、
スペーサそのものも拡大されるので、電圧印加時にザラ
ツキ感が生じやすくなってしまう。このように、コント
ラスト、階調性を含めた良好な表示品位を確保するため
にはスペーサの形状、特性などに課題があった。

【００１５】また、従来の基板に直接形成されたスペー
サと高分子分散型液晶表示素子との組合せでは、保存温
度での信頼性、すなわち高温放置時の信頼性という課題
があった。前記の高分子分散型液晶表示素子において
は、温度の急激な変動により次のような問題が生じる。
以下、図１３を用いて説明する。

【００１６】図１３（ａ）は、常温（例えば２０℃）の
場合における液晶表示素子２００の状態を表している。
図１３（ａ）において、スペーサ２０６は、その大きさ
が間隙幅と同じであるため、ガラス基板２０１および２
０２からほとんど圧力を受けていない。

【００１７】図１３（ｂ）は、高温（例えば８５℃）の
場合における液晶表示素子の状態を表している。この場
合、加熱によって高分子マトリクス２０５と液晶２０４
との容積が膨張し、液晶層２０９の内圧が増加する。ガ
ラス基板２０１および２０２の中央部分は、周縁部分と
異なりシール部材２０３によって固定されていないの
で、増加した内圧の影響で図１３（ｂ）に示されるよう
に変形し、周縁部分から中央部分に近づくにつれ間隙幅
が大きくなる。その結果、膨張した液晶２０４は中央部
分に集中する。

【００１８】図１３（ｂ）の状態から急激に常温に戻す
と液晶層２０９は収縮する。この時、中央部分に集中し
た液晶は完全に元の状態に戻ることができず、その多く
が中央部分に取り残された状態となる。そのため図１３
（ｃ）に示されるように、ガラス基板２０１および２０
２間の間隙幅は、各部分で異なった状態となる。このよ
うに、従来の高分子分散型液晶表示素子では、温度の急
激な変動による液晶層の膨張、収縮のため、液晶層の厚
みに異常を来し、その結果、表示品位が劇的に劣化する
という問題点があった。

【００１９】［従来例の問題点］以上の従来例の問題点
を要約すれば、以下の通りである。

【００２０】（１）ＴＮモード等の液晶表示素子におい
て、室温から低温への急激な温度変化による低温発泡に
起因して、低温時の使用において表示品位が劣化する。

【００２１】（２）ＴＮモード等の液晶表示素子や高分
子分散型液晶表示素子において、室温から高温への急激
な温度変化によるセル厚ムラの発生に起因して、高温時
の使用において表示品位が劣化する。

【００２２】（３）高分子分散型液晶表示素子を急激な
温度変化を伴う状態に放置しておくと、液晶層の膨張・
収縮により液晶層の厚みムラが発生し、これにより表示
品位が劣化する。

【００２３】（４）スペーサの形成密度の増大やスペー
サの配置等に起因して画像にザラツキ感が発生し、表示
品位が劣化する。

【００２４】本発明は、上記従来技術の課題に鑑み、柱
状スペーサが硬く、弾性が小さいことに起因した表示品
位の温度特性を改善し、温度変化による表示品位の劣化
の少ない液晶表示素子を提供することを目的とする。

【００２５】もっと詳しくは、室温から低温への急激な
温度変化による液晶分子の収縮にもスペーサが追従で
き、いわゆる、低温時の使用でも低温発泡のない表示品
位の良好な液晶表示素子を提供することを目的とする。

【００２６】また、高温時の使用でもセル厚ムラのな
い、表示品位の良好な液晶表示素子をを提供することを
目的とする。

【００２７】また、使用温度範囲において低温発泡及び
高温でのセル厚ムラが生じることのない、表示品位の高
い高分子分散型液晶表示素子を提供することを目的とす
る。

【００２８】また、急激な温度変化を伴う状態に放置し
ておいても、液晶層の膨張・収縮による液晶層の厚みム
ラの発生がない、表示品位の良好な高分子分散型液晶表
示素子を提供することを目的とする。

【００２９】また、アクティブマトリクス基板もしくは
対向基板の遮光部に、柱状スペーサ（非球状のスペーサ
を意味する）を予め形成しておくことにより、高コント
ラスト、高階調に対応可能なザラツキ感のない表示品位
の良好な液晶表示素子を提供することを目的とする。

【００３０】更に、上記の液晶表示素子を製造する方法
を提供することを目的とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は以下の手段を備えた。

【００３２】本発明のうち請求項１記載の発明は、一対
の基板間に配置され基板間隙を一定に保つための柱状ス
ペーサと、基板間に封入された液晶層とを有する液晶表
示素子において、前記スペーサは弾性を有しており、液
晶表示素子の使用温度範囲内における温度変化に対し
て、前記スペーサの反発力と前記液晶層の内圧との和が
常にほぼ大気圧と等しいことを特徴とする。

【００３３】上記構成により、液晶表示素子の使用温度
範囲内においてスペーサが常に弾性変形していることに
なる。この結果、低温発泡現象を防止でき、また高温で
のセル厚の不均一性を防止でき、表示品位の向上を図る
ことができる。

【００３４】また、スペーサに適度の弾性を付与するこ
とにより、スペーサの分布密度をざらつき感のない範囲
に設定することが可能となる。かかる観点からも表示品
位の向上が図れる。

【００３５】なお、液晶層としては、ＴＮ型液晶層、Ｓ
ＴＮ型液晶層の他に、高分子分散型液晶層であってもよ
い。

【００３６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の液
晶表示素子において、前記スペーサの反発力と前記液晶
層の内圧との和が常にほぼ大気圧と等しく、且つスペー
サ及び液晶層内圧がそれぞれリニアに変化するように構
成されていることを特徴とする。

【００３７】上記の如く、スペーサ及び液晶層内圧がそ
れぞれリニアに変化すれば、セル厚の均一性がより向上
される。

【００３８】請求項３記載の発明は、一対の基板間に配
置され基板間隙を一定に保つための柱状スペーサと、基
板間に封入された液晶層とを有する液晶表示素子におい
て、前記スペーサは弾性を有しており、常温と、液晶表
示素子の最高使用温度の範囲内における温度変化に対し
て、前記スペーサの反発力と前記液晶層の内圧との和が
常にほぼ大気圧と等しいことを特徴とする。

【００３９】上記構成により、高温でのセル厚の不均一
性を防止でき、表示品位の向上を図ることができる。

【００４０】請求項４記載の発明は、請求項３記載の液
晶表示素子において、前記スペーサの反発力と前記液晶
層の内圧との和が常にほぼ大気圧と等しく、且つスペー
サ及び液晶層内圧がそれぞれリニアに変化するように構
成されていることを特徴とする。

【００４１】上記構成により、高温でのセル厚の均一性
がより向上される。

【００４２】請求項５記載の発明は、一対の基板間に配
置され基板間隙を一定に保つための柱状スペーサと、基
板間に封入された液晶と高分子化合物から構成される高
分子分散型液晶層とを有する液晶表示素子において、前
記スペーサは弾性を有しており、液晶表示素子の保存温
度範囲内における温度変化に対して、前記スペーサの反
発力と前記液晶層の内圧との和が常にほぼ大気圧と等し
いことを特徴とする。

【００４３】上記構成の高分子分散型液晶表示素子であ
れば、保存温度範囲内においてスペーサが常に弾性変形
していることになる。この結果、温度の急激な変化に対
して基板間の間隙幅の歪み（すなわち液晶層の厚みのば
らつき）が生じることを防止でき、セル厚を一定に保つ
ことができ、表示品位の向上を図ることができる。

【００４４】請求項６記載の発明は、請求項５記載の高
分子分散型液晶表示素子において、前記スペーサの反発
力と前記液晶層の内圧との和が常にほぼ大気圧と等し
く、且つスペーサ及び液晶層内圧がそれぞれリニアに変
化するように構成されていることを特徴とする。

【００４５】上記の如く、スペーサ及び液晶層内圧がそ
れぞれリニアに変化すれば、セル厚の均一性がより向上
される。

【００４６】請求項７記載の発明は、請求項１、３、５
の何れかに記載の液晶表示素子において、前記スペーサ
は、前記一対の基板のうち少なくとも一方にパターニン
グプロセスにより直接形成されていることを特徴とす
る。

【００４７】上記構成により、スペーサの大きさ、分布
密度等を考慮して、希望する弾性を付与したスペーサが
得られる。

【００４８】請求項８記載の発明は、前記スペーサが、
ポリスチレン系ポリマー化合物、アクリル系ポリマー化
合物、ポリエステル系ポリマー化合物、シリコン系ポリ
マー化合物、ポリカーボネイト系ポリマー化合物、ポリ
シロキサン系ポリマー化合物、ポリエチレン系ポリマー
化合物、ポリウレタン系ポリマー化合物のうちいずれか
の１種類の材料もしくは２種類以上の複合材料から成る
ことを特徴とする。

【００４９】請求項９記載の発明は、請求項１、３、
５、７の何れかに記載の液晶表示素子において、前記ス
ペーサは、一方の基板から他方の基板に向かって先細状
に形成されていることを特徴とする。

【００５０】上記構成により、希望する弾性力を付与し
た弾性スペーサが得られる。

【００５１】請求項１０記載の発明は、請求項１、３、
５、７の何れかに記載の液晶表示素子において、前記ス
ペーサが、前記一対の基板間で完全な中空構造もしくは
一部中空構造となっていることを特徴とする。

【００５２】上記構成により、希望する弾性力を付与し
た弾性スペーサが得られる。

【００５３】請求項１１記載の発明は、請求項１、３、
５、７の何れかに記載の液晶表示素子において、前記ス
ペーサが、前記一対の基板間の法線方向の長さの分布を
有することを特徴とする。

【００５４】また、請求項１２記載の発明は、請求項１
１記載の液晶表示素子において、前記スペーサが、前記
一対の基板間の法線方向の長さにおいて、平均値とばら
つきからなる分布を有し、ばらつきが平均値の大略３％
〜６％の範囲にあることを特徴とする。

【００５５】上記構成により、スペーサの高さの分布を
考慮して、スペーサに最適な弾性を付与することができ
る。

【００５６】請求項１３記載の発明は、請求項１、３、
５、７の何れかに記載の液晶表示素子において、前記ス
ペーサの形成密度が、大略５個／ｍｍ²〜２０００個／
ｍｍ²の範囲であることを特徴とする。

【００５７】上記構成により、スペーサの形成密度の分
布を考慮して、スペーサに最適な弾性を付与することが
できる。

【００５８】請求項１４記載の発明は、請求項１、３、
５、７の何れかに記載の液晶表示素子において、前記ス
ペーサが、上記一対の基板のうち、少なくとも一方の遮
光部に形成されていることを特徴とする。

【００５９】上記構成により、開口率が向上する。

【００６０】請求項１５記載の発明は、請求項１、３、
５、７の何れかに記載の液晶表示素子において、前記液
晶層の内圧が大略０ｋｇｆ／ｃｍ²から０．９ｋｇｆ／
ｃｍ²の範囲にあることを特徴とする。

【００６１】スペーサが弾性変形状態であるときは、液
晶層の内圧も大気圧より小さい。従って、液晶層の内圧
からもスペーサの弾性変形状態を規定することができ
る。

【００６２】請求項１６記載の発明は、一対の基板間に
配置され基板間隙を一定に保つための柱状スペーサと、
基板間に封入された液晶層とを有する液晶表示素子の製
造方法において、一対の基板の少なくとも一方に複数の
スペーサを形成し、このスペーサに所定の大きさの弾性
力を付与するための処理を行う工程と、スペーサが形成
された一対の基板間に封入された液晶層を形成する工程
と、液晶層形成工程と同時に、もしくは、その後に、大
略０．１ｋｇｆ／ｃｍ²〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力値
で基板間を均一に押圧する工程と、とを含むことを特徴
とする。

【００６３】基板への押圧力を規制するのは、０．１ｋ
ｇｆ／ｃｍ²よりも小さければ、スペーサに弾性変形を
生じさせることができず、１．０ｋｇｆ／ｃｍ²よりも
大きければ、スペーサが塑性変形してしまうからであ
る。

【００６４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００６５】（実施の形態１）図１は実施の形態１に係
る液晶表示素子の簡略化した断面図である。液晶表示素
子は、一対のガラス基板１，２と、基板１，２間に配置
され基板間隙を一定に保つための柱状スペーサ３と、基
板１，２間に封入された液晶層４とを有する。ガラス基
板１，２の内側面には、それぞれ透明電極５，６が形成
されている。尚、図中、７は基板１，２を固着し液晶層
４を封止するためのシール部である。

【００６６】前記スペーサ３は弾性を有しており、液晶
表示素子の使用温度範囲（本実施の形態では０°〜８５
°）内において、弾性変形状態となっている。即ち、上
記表示素子の使用温度範囲内における温度変化に対し
て、前記スペーサ３の反発力と前記液晶層４の内圧との
和が常にほぼ１気圧であって且つスペーサ３及び液晶層
４内圧がそれぞれリニアに変化するように構成されてい
る。このような構成により、低温時の使用でも低温発砲
のない表示が可能となり、高温度時の使用でもセル厚ム
ラのない表示が可能となり、表示品位を向上する。ま
た、セル厚の均一を高めるためには、スペーサの分布密
度を大きくする必要があるが、本発明においてはスペー
サ３が適度の弾性を有するため、従来程度のスペーサの
分布密度までは必要なく、スペーサの分布密度をざらつ
き感の発生しない程度に設定することができる。従っ
て、セル厚の十分な均一性が得られ、しかも、スペーサ
の分布密度の増大起因したざらつき感の発生を防止で
き、表示品位を向上することができる。

【００６７】以下に、上記構成の液晶表示素子の製造方
法について説明する。

【００６８】先ず、従来と同様の方法に基づき、透明電
極５，６が形成された一対の基板１，２を作製する。次
いで、基板１にスペーサ３を形成する。

【００６９】スペーサ３の形成方法を図２を参照して具
体的に説明する。ここでは、一例として、透明電極５が
成膜された基板１にカーボンを含む感光性ポリマーを用
いた工程について述べることにする。アクリル系ネガ型
レジストを固形成分比３８％となるように、濃度調製
し、カーボンパウダーを５％混合させた。ここでカーボ
ンパウダーは柱状スペーサを黒色に着色する手段であ
り、可視光を吸収する物質ならばよい。スピンナーを用
いて上記ガラス基板１上に均一のレジスト膜１０を形成
する（図２（ｂ））。これを、回転数は５００ｒｐｍで
５秒間の後、１３００ｒｐｍで３０秒間とした。しかる
後に、８０℃で３分間プリべークを行った。さらに図２
（ｃ）に示すように、マスク１１を用いたフォトリソグ
ラフィー技術で以下に述べる所定形状の柱状スペーサ３
を形成した。なお、この際のＵＶ照射強度は、１５ｍＷ
／ｃｍ²、露光時間は３秒間とした。

【００７０】従来の柱状スペーサでは、弾性が小さく、
スペーサのばらつきも制御困難であることから、本実施
の形態では、以下の方法でスペーサに弾性を付与した。

【００７１】先ず、第一の方法としては、図３に示すよ
うな形状のスペーサを現像条件の検討などにより形成し
た。尚、図３（ａ）は弾性変形した状態のスペーサを示
し、図３（ｂ）は弾性変形する前の状態のスペーサを示
している。具体的には、予め円錐状３Ａもしくは三角錐
状３Ｂもしくは四角錐状３Ｃもしくは多角錐状３Ｄなど
基板間で断面が細っていく構造をとるスペーサを形成す
ることにより、押圧した際に、液晶表示素子中のスペー
サ３を弾性変形状態とする方法である。

【００７２】第二には、図４に示すようにスペーサ３の
内部９の一部もしくは全部を中空状態にすることによ
り、押圧した際に、液晶表示素子中のスペーサ３を弾性
変形状態とする方法である。

【００７３】第三には、レジスト中にゴム系樹脂パウダ
ーやシリコン系樹脂パウダーを混合させることで弾性化
させる方法である。樹脂パウダーの混合量は、３％以下
で有効であって、弾性変形ができる。尚、樹脂であれ
ば、上記のものに限る必要はない。

【００７４】第四には、レジストの重合度を下げる方法
である。レジスト中の架橋剤の濃度を下げることで、弾
性化を実現した。

【００７５】第五はスペーサ柱の両端を小さくする方法
である。

【００７６】上記のいずれの方法によっても、スペーサ
に弾性を付与することができる。

【００７７】以下の例では、上記第一の方法、即ち、四
角錐状３Ｃの柱状スペーサ３を用いた場合について説明
する。具体的な製造は、フォトリソグラフィー技術によ
るエッチング工程を繰り返すことにより、底面が一辺５
μｍの正方形の四角錐状のスペーサ３を形成した。な
お、四角錐状のスペーサの具体的な形状（例えば、底面
の面積、自然長等）は、スペーサの形成の密度を考慮
し、且つ、使用温度範囲の最大温度および最小温度のい
ずれの温度においても、弾性変形状態を維持できるよう
な変形量が得られる程度の弾性が付与されるように設定
する必要がある。例えば、図５（ａ）に示すように、基
板に形成された柱状スペーサの初期の高さをＨ１、基板
間で押圧されて所定のセル厚みとなった図５（ｂ）に示
す状態での柱状スペーサの高さをＨ２とする（常温状
態）。このとき、使用温度範囲の最小温度において、液
晶層の熱収縮によるセル厚方向の長さがｍ１となった場
合に、柱状スペーサの高さはｍ１に変形され、しかもこ
の高さはｍ１では柱状スペーサは弾性変形状態であるこ
とが必要であり、また、同様に使用温度範囲の最大温度
において、液晶層の熱膨張によるセル厚方向の長さがｍ
２となった場合に、柱状スペーサの高さはｍ２（但し、
ｍ２＜Ｈ１）に変形され、しかもこの高さはｍ２では柱
状スペーサは弾性変形状態であることが必要である。一
方、スペーサの形成の密度を小さくしすぎると、セル厚
の均一性が劣るし、逆に大きすぎるとスペーサに起因し
た光漏れが大きくなる。従って、このようなスペーサの
形成の密度に関連する問題を考慮して、しかも、使用温
度範囲の最大温度および最小温度のいずれの温度におい
ても、弾性変形状態を維持できるにように、スペーサの
形状を設定することが必要となる。

【００７８】上記の考え方に基づき、本実施の形態１で
は、底面が５．００μｍ、スペーサの高さの平均値が
４．７０μｍ、ばらつきが大略３％程度、形成の密度が
大略３００個／ｍｍ²となるように設定した。しかる
後、２００℃の温度でポストベークを行った。次に、一
方の基板の周辺部にシール部７を印刷する（図３
（ｅ））。次いで、プレス装置を使用して、一対の透明
電極５，６付基板１，２を重ね合わせた状態で加圧・加
熱して、シール部７を硬化させる（図３（ｆ））。その
後、シール部７の一部に設けられた注入口から、一対の
基板１，２で形成された隙間に液晶材料を注入し、液晶
層４を形成する。

【００７９】次に、セル厚を所定の値とするために、液
晶表示素子を押圧する。押圧値Ｆを０．３ｋｇｆ／ｃｍ
²とした。この際、スペーサ３は弾性変形の状態に一部
ある。

【００８０】上記工程により作製した液晶表示素子のセ
ル厚は平均値４．６５μｍ、ばらつき０．１２μｍを得
ることができ、液晶表示装置の視認性やコントラストが
大幅に向上した。この際、基板面に形成したスペーサの
高さの平均値が４．７０μｍであることから、この状態
ではスペーサの一部が弾性変形状態であることがわか
る。なお、柱状スペーサは、底面、高さ、形成の密度
は、上記の値に限定されるものではなく、底面が、３μ
ｍ以上２０μｍ以下、スペーサの高さの平均値が３μｍ
以上２０μｍ以下、スペーサの形成密度が５個／ｍｍ²
以上２０００個／ｍｍ²以下であれば、スペーサが温度
変化に十分に追従できるという効果を発揮することが本
発明者によって確認されている。

【００８１】また、柱状スペーサを中空にして弾性を付
与する場合においても、上記四角錐状スペーサに関する
説明が当てはまる。中空状スペーサの場合には、外円の
半径が３μｍ以上２０μｍ以下、内円の半径が２μｍ以
上１５μｍ以下、断面積が４μｍ²以上１４０μｍ²以
下、スペーサの高さの平均値が３μｍ以上２０μｍ以
下、スペーサの形成密度が５個／ｍｍ²以上２０００個
／ｍｍ²以下であれば、スペーサが温度変化に十分に追
従できるという効果を発揮することが本発明者によって
確認されている。

【００８２】なお、上記の具体的な数値は、スペーサ材
料をアクリル系ポリマー化合物からなるネガ型レジスト
を用いた場合のものである。後述するように、スペーサ
材料を他の材料を用いた場合にあっても、上記のアクリ
ル系ポリマー化合物の場合と同様な考え方により、スペ
ーサの形状、形成密度を最適な数値範囲で設定すれば、
上記と同様にスペーサが温度変化に十分に追従できると
いう効果を発揮する。

【００８３】次いで、上記方法により作製された液晶表
示素子を室温から−２０゜Ｃの環境に暴露した。以下、
図６を用いて説明する。図６（ａ）は室温時の液晶表示
素子を示す。この状態において、スペーサの一部もしく
は全てが弾性変形している。図６（ｂ）は低温下での液
晶表示素子の状態を示す図である。液晶層４が低温下で
の体積収縮のため、その厚み方向も収縮している。本実
施の形態では、スペーサ３も弾性を有し、液晶層４の収
縮に追従できるため、低温下でも低温発泡現象は発生し
なかった。

【００８４】さらに、上記方法により作製された液晶表
示素子を２０℃から４０℃の高温での環境に曝した。以
下、図７を用いて説明する。図７（ａ）、図７（ｂ）、
図７（ｃ）を参照して、以下に、急激に温度変化によ
り、本発明に係る液晶表示素子に生じる構造上の変化に
ついて説明する。

【００８５】先ず、図７（ａ）に、常温（本実施の形態
では２０℃）の場合における液晶表示素子の状態を示
す。この状態では、大気圧と、液晶層４の基板１，２に
対する圧力（以下、液晶層４の内圧と呼ぶ。）との差の
圧力が外側から２枚のガラス基板１，２に加わり、その
結果、スペーサ３が圧縮されている。

【００８６】図７（ｂ）に、図７（ａ）の常温状態の液
晶表示素子を使用温度の上限に昇温したときの液晶表示
素子の状態を示している。この状態では、加熱により液
晶層４の内圧が増加している。

【００８７】本実施の形態に於いては、スペーサ３の線
膨張係数は７．０〜１０．０×１０ ^-5（１／Ｋ）、液晶
層４の液晶材料の線膨張係数は７．０×１０^-4（１／
Ｋ）である。加熱による液晶層４の内圧の増加は液晶分
子の膨張に依存する。

【００８８】図８に、一定大気圧の下での、液晶表示素
子が所定の温度範囲で昇温及び降温される場合の液晶層
４の内圧Ｐｉとスペーサ３の反発力Ｐｒとの関係の一例
を示す。尚、同図に於いては、大気圧が１．０ｋｇｆ／
ｃｍ²である。横軸は２０℃から６０℃までの範囲の温
度Ｔを示す。縦軸は、０．３ｋｇｆ／ｃｍ²から０．７
ｋｇｆ／ｃｍ²間での範囲の圧力Ｐを示す。実線Ｌ１
は、液晶層４に加わる圧力すなわち液晶層４の内圧Ｐｉ
を示し、一点鎖線Ｌ２はスペーサ３に加わる圧力すなわ
ち単位面積あたりのスペーサ３の反発力Ｐｒとを示す。
以下、単位面積あたりのスペーサ３の反発力を単にスペ
ーサの反発力Ｐｒと呼ぶ。

【００８９】上記温度範囲においては、液晶層４の内圧
もスペーサの反発力Ｐｒも存在し、それらの和は大気圧
と等しいことがわかる。すなわち、液晶表示素子は、液
晶層４の内圧とスペーサ３の反発力Ｐｒとによって大気
圧に対抗している。

【００９０】温度の上昇に比例して液晶層４の内圧が上
昇すると、スペーサ３の反発力Ｐｒは減少するが、本例
に於ける温度範囲（２０℃から６０℃）では、スペーサ
３は常に反発力Ｐｒを有する。すなわち、圧縮されてい
るスペーサは、液晶層４内のいたる所でその反発力Ｐｒ
によってガラス基板１，２を内側から押し上げて、圧縮
された状態を保持する。結果的に、図７（ｂ）に示すよ
うに、シール部７によって固定される周縁部分以外、間
隙幅は均等に拡がる。

【００９１】図７（ｃ）に、液晶表示素子を図７（ｂ）
に示した高温状態から常温までに低下させた状態を示
す。図７（ｂ）に示すように高温状態の液晶表示素子を
冷却すると、液晶層４の内圧が減少しスペーサ３の反発
力Ｐｒは増加する。すなわち、膨張した液晶層４は、ガ
ラス基板１，２とスペーサ３とが常に接触しながら収縮
する。このため、液晶層４は、場所によって収縮度合い
が異なることなく、全体的に均一に収縮する。結果とし
て、高温状態から降温された場合でも、図７（ｃ）に示
されるように、完全に元の状態（図７（ａ））に戻る。

【００９２】実施の形態１の比較例として弾性変形のす
くない、固いスペーサ１５０を用いた場合の液晶表示素
子の温度変化に対するスペーサの状態を図１４に示し、
図１５に比較例の液晶層１５１の内圧とスペーサ１５０
反発力との関係を示す。高温になるとスペーサ１５０が
液晶層の膨張に追従できず、基板の中央部が大きく撓ん
でしまい、表示性能が劣化する。

【００９３】このことは、図１５にも示されている。即
ち、スペーサの反発力は温度の上昇とともに急激に減少
し、ある温度を越えると、０になってしまう。これは、
大部分のスペーサが基板から離れていることを示す。こ
れ以上の温度では、基板同士を張り合わせている張力の
影響で中央部が膨らんでいく。尚、液晶層の内圧は温度
上昇とともに、上昇し続ける。よって、比較例では、使
用温度範囲が狭く、使用温度範囲を大きくするためには
スペーサに弾性を付与する必要性が理解される。

【００９４】このようにして、本実施の形態では、スペ
ーサ３が弾性的に圧縮されている限り、温度の変動によ
る二枚のガラス基板間の間隙幅の歪み、すなわち液晶層
の厚みＴｃのばらつきを防止することができる。ま
た、さらに、上記説明において温度範囲を２０℃〜６０
℃としたが、本発明者の実験結果によれば、０℃〜８５
℃の温度範囲においてもスペーサが追従できることが立
証されている。従って、液晶層４の内圧とスペーサ３の
反発力Ｐｒとが存在し、且つそれらの和が大気圧と等し
い限り本発明の効果が得られることになる。例えば、液
晶表示素子には用途により使用温度が異なり、この使用
温度範囲で斑の発生がない必要がある。たとえば、車内
で用いることが多いカーナビゲーションシステム用途で
は、比較的高温となるが、これに対してもスペーサの弾
性、形成密度、押厚などを最適化することにより、実施
可能である。他に、ノート型パーソナルコンピュータ用
途、パーソナルコンピュータモニタ用途、プロジェクシ
ョンディスプレイ用途、携帯情報端末及び携帯電話用
途、反射型液晶テレビモニター用途など各々の使用温度
範囲においても同様に実施可能である。

【００９５】また、この結果、セル厚のばらつきが生じ
ることはなかった。また、表示斑を生じることもなかっ
た。

【００９６】本発明の液晶表示素子の動作モードは、電
界によって分子配列の制御を行い得る動作モードであれ
ば如何なる動作モードでもよいが、厳しいセル厚制御が
要求されるＩＰＳ（In-plain switched）モード、ＴＮ
モード、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モード、強
誘電性液晶モード等に特に効果がある。液晶パネルの表
示モードとしては、電圧無印加時に光が透過しない黒表
示となるノーマリーブラックモード（ＮＢ）及び光が透
過し白表示となるノーマリーホワイトモード（ＮＷ）の
どちらをも使用することができる。スペーサ形成密度に
関しては、本実施の形態では、大凡３００個／ｍｍ²と
したが、大凡１０個／ｍｍ²から大凡２０００個／ｍｍ²
までは、同様に実施可能である。この際、形成密度が大
きくなるにしたがって、弾性変形時の応力を小さくして
いく必要がある。基本的には、スペーサの高さの平均値
とそのばらつきが同じであれば、スペーサの応力は形成
密度に反比例する。形成密度が５個／ｍｍ²以下になる
と、セル厚を均一に保つためには、応力印加時にほとん
どスペーサが変形せず、追従性がなくなり、低温発泡現
象や高温時のセル厚ムラなどを生じてしまう。このよう
に、良好な表示品位を保つためには、ある程度の形成密
度は必要である。また、形成密度が２０００個／ｍｍ²
を越えると、現状ではスペーサの形成が困難となるた
め、実施不可能である。これら、追従性を得るために、
基板面の法線方向の大きさの異なる２種類以上のスペー
サを形成することも有効である。また、面内において、
弾性の異なる２種類以上のスペーサを形成することも有
効である。

【００９７】本実施の形態では、スペーサの一部もしく
は全部が弾性変形させるために、液晶材料を基板間に封
入する工程において、基板間に均一に０．３ｋｇｆ／ｃ
ｍ²の圧力で押圧しているが、例えば、スペーサの形成
密度、弾性などを最適化することにより、０．１ｋｇｆ
／ｃｍ²から１．０ｋｇｆ／ｃｍ²までの均一な押圧によ
っても同様に実施可能である。

【００９８】さらには、スペーサの弾性挙動を記述する
のに、本実施の形態ではパネル面の押圧値で規定してい
るが、液晶表示素子内部の液晶層４の内圧の挙動により
記述しても差し支えない。この際、液晶層４の内圧の取
りうる値は、大凡０．１ｋｇｆ／ｃｍ²から１．０ｋｇ
ｆ／ｃｍ²であれば、同様に実施可能である。これらの
範囲外では、セル厚が液晶層の挙動に追従できなくなっ
てしまうため、実施不可能である。

【００９９】スペーサ材料として、本実施の形態では、
アクリル系ポリマー化合物からなるネガ型レジストを用
いたが、他にポリスチレン系ポリマー化合物、アクリル
系ポリマー化合物、ポリエステル系ポリマー化合物、シ
リコン系ポリマー化合物、ポリカーボネイト系ポリマー
化合物、ポリシロキサン系ポリマー化合物、ポリエチレ
ン系ポリマー化合物、ポリウレタン系ポリマー化合物の
うちいづれかを用いても同様に実施可能である。また上
記化合物において、２種類以上を混合して用いた、共重
合体もしくはポリマーアロイ化合物によっても同様に実
施可能である。

【０１００】また本実施の形態では、上記材料を用いて
フォトリソグラフィをガラス基板面で行い、スペーサを
直接形成したが、例えば上記化合物からなるプラスティ
ック基板にプレスなどでスペーサを形成しても同様に実
施可能である。

【０１０１】また、本実施の形態では、ガラス基板を用
いた場合について述べたが、スイッチング素子としてア
モルファスシリコン薄膜を用いたａ−ＳｉＴＦＴ基板、
ドライバー内蔵型のポリシリコンＴＦＴ基板、さらには
低温ポリシリコンＴＦＴ基板、熱アニールによる高温ポ
リシリコンＴＦＴ基板、また金属触媒などを他の方法で
結晶化したポリシリコン基板、さらには、薄膜ダイオー
ドＴＦＤが形成された二端子型アクティブマトリクス基
板でも、同様に実施可能である。

【０１０２】また、スペーサをカラーフィルターの画素
部の遮光部に形成してもよい。この際、これらのスペー
サが、室温から低温への温度変化の際に、液晶分子の収
縮に追随するに充分な弾性を有しておけば、同様に実施
可能である。

【０１０３】（実施の形態２）図９は実施の形態２に係
る液晶表示素子の断面図である。本実施の形態では、液
晶層４に代えて、液晶２０と高分子マトリクス２１から
なる高分子分散型液晶層２２を備えた高分子分散型液晶
表示素子を用いたことに特徴がある。高分子マトリクス
２１は、３次元的な網目状の構造を有する高分子化合物
である。液晶２０は、高分子マトリクス２１中に水滴状
に分散する液晶、または水滴状に分散する液晶が互いに
繋がったネットワーク状構造を有する液晶である。尚、
液晶２０と高分子マトリクス２１との体積比率は、おお
よそ４対１とされている。

【０１０４】このような高分子分散型液晶表示素子で
は、ＴＮ型液晶表示素子、STN型液晶表示素子、強誘電
型液晶表示素子と異なり、低温発泡現象は見られない。
しかし、液晶の流動性が低いため、高温側の斑はより顕
著に発生する問題があった。この課題を解決するため、
本実施の形態２に係る高分子分散型液晶表示素子は、実
施の形態１と同様の柱状スペーサ３を用いた構成とし
た。この結果、プロジェクションディスプレイ用途のも
のでは、使用温度範囲１０℃から５０℃までセル厚が均
一で良好な表示品位を保つことができた。また反射型液
晶ディスプレイ用途でも使用温度範囲１０℃から３５℃
までセル厚が均一で良好な表示品位を保つことができ
た。なお、高分子分散型液晶層２２の作製は、通常の高
分子分散型液晶層の作製と同様である。即ち、一対基板
間に高分子前駆体と液晶材料の複合材料を真空注入法に
より基板間に充填し、加熱又は紫外線の照射により高分
子前駆体を重合させて、液晶と高分子とを相分離させる
ことにより高分子分散型液晶層２２が得られる。

【０１０５】本実施の形態２では透明電極付きガラス基
板を用いたが、スイッチング素子などが形成されたアク
ティブマトリクス基板の遮光部上に同様の手法を用い
て、柱状もしくは非球状のスペーサを形成しても実施可
能である。なお、アクティブマトリクス基板として、ア
モルファスＴＦＴ基板の他、駆動回路内蔵型の高温プロ
セスポリシリコンＴＦＴ基板、低温プロセスポリシリコ
ンＴＦＴ基板、触媒法など他の方法により結晶化された
ポリシリコンＴＦＴ基板、また、薄膜ダイオードＴＦＤ
に代表される二端子型アクティブマトリクス型基板など
と平坦化プロセスとの併用により同様に実施可能であ
る。

【０１０６】プロジェクションディスプレイタイプで
は、カラーフィルターなどを用いず、ダイクロイックミ
ラーなど多層膜干渉性を利用した色分離手段が用いられ
ることもある。このため、ＴＦＴなどが形成されたアク
ティブマトリクス基板の内、光を透過しない遮光部、例
えばゲート信号線上やソース信号線上、もしくはこれら
が交差している部分、ＴＦＴ形成部などに対応するよう
に対向基板上に柱状もしくは非球状のスペーサを形成す
ることにより、高コントラスト、高階調対応可能で、ざ
らつき感の少ない表示品位の良好な液晶表示素子を得る
ことができる。

【０１０７】（実施の形態３）図１０は実施の形態３に
おける液晶表示素子の断面図である。本実施の形態３の
液晶表示素子は、実施の形態２で記述した高分子分散型
液晶表示素子と同様の構成をとる。通常、高分子分散型
液晶表示素子において、スペーサの弾性が小さければ厚
みムラによる表示ムラが生じる。これは、高分子分散型
液晶表示素子では、液晶分子の流動性が極めて小さく、
高温保存時からの急激な温度変化では、元の状態に戻れ
ないためである。このため、実施の形態１では使用温度
範囲中で均一性を補償する必要のみであったが、高分子
分散型液晶表示素子では、保存温度範囲で均一性を補償
する必要がある。そこで、上記課題を解決するため、本
実施の形態３に係る高分子分散型液晶表示素子では、実
施の形態１において説明した方法でスペーサに弾性を付
与すると共に、保存温度範囲での均一性を補償する観点
から実施の形態２よりも更に大きな弾性力がスペーサに
付与されるように構成されている。例えば、円錐状のス
ペーサであれば先細りの程度を実施の形態２よりも大き
くし、中空状のスペーサであれば中空面積を大きくす
る。なお、使用温度範囲とは、液晶表示素子を組み込ん
だ表示装置を現実に使用（表示）するときの周辺環境温
度を意味し、保存温度とは、液晶表示素子を組み込んだ
表示装置を保管するときの周辺環境温度を意味する。従
って、一般的には、保存温度範囲は、使用温度範囲より
も広い温度範囲となる。なお、高分子分散型液晶層２２
の作製は、通常の高分子分散型液晶層の作製と同様であ
る。即ち、一対基板間に高分子前駆体と液晶材料の複合
材料を真空注入法により基板間に充填し、加熱又は紫外
線の照射により高分子前駆体を重合させて、液晶と高分
子とを相分離させることにより高分子分散型液晶層２２
が得られる。

【０１０８】以下、本実施の形態３に係る液晶表示素子
の具体的内容を詳述する。

【０１０９】図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０
（ｃ）を参照して、以下に急激な温度変化により、本発
明に係る液晶表示素子に生じる構造上の変化について説
明する。

【０１１０】先ず、図１０（ａ）に常温（本実施の形態
では２０℃）の場合における液晶表示素子の状態を示
す。この状態では、大気圧と複合体層２２のガラス基板
１，２に対する圧力（以下、液晶層の内圧と呼ぶ。）と
の差の圧力が外側から２枚のガラス基板１，２に加わ
り、その結果、スペーサ３が圧縮されている。

【０１１１】図１０（ｂ）に、図１０（ａ）の常温状態
の液晶表示素子を高温（本実施の形態では８５℃）に昇
温された液晶表示素子の状態を示している。この状態で
は、加熱により液晶層内圧が増加している。本実施の形
態に於いてはスペーサ３の線膨張係数は７．０〜１０．
０×１０^-5（１／Ｋ）、液晶材料の線膨張係数は７．０
×１０^-4（１／Ｋ）、高分子マトリクス２１の線膨張係
数はスペーサ３の膨張係数と同等かそれ以下である。ま
た、液晶層２２における液晶２０と高分子マトリク２１
との体積比率はほぼ４対１である。このため、スペーサ
３及び高分子マトリクス２１の膨張はほとんど無視で
き、加熱による液晶層内圧の増加は液晶２０の膨張に依
存する。

【０１１２】図１１に、一定大気圧の下での液晶表示素
子が所定の温度範囲で昇温及び降温される場合の液晶層
内圧Ｐｉとスペーサ３の反発力Ｐｒとの関係の一例を示
す。尚、同図に於いては、大気圧が１．０ｋｇｆ／ｃｍ
²である。また、横軸は２０℃から６０℃までの範囲の
温度Ｔを示す。縦軸は、０．３ｋｇｆ／ｃｍ²から０．
７ｋｇｆ／ｃｍ²間での範囲の圧力Ｐを示す。なお、本
発明者の実験結果によれば、０℃から８５℃の温度範
囲、０．１ｋｇｆ／ｃｍ²から０．９ｋｇｆ／ｃｍ²の圧
力範囲においても、図１１と同様なリニアの特性を示す
ことが立証されている。ここで、図１１において、実線
Ｌ１は液晶層に加わる圧力すなわち液晶層内圧Ｐｉを示
し、一点鎖線Ｌ２はスペーサ３に加わる圧力すなわち単
位面積あたりのスペーサ３の反発力Ｐｒを示す。以下、
単位面積あたりのスペーサ３の反発力を単にスペーサ３
の反発力Ｐｒと呼ぶ。

【０１１３】上記温度範囲においては、液晶層内圧もス
ペーサ３の反発力Ｐｒも存在しそれらの和は大気圧と等
しいことがわかる。すなわち、液晶表示素子は、液晶層
内圧とスペーサ３の反発力Ｐｒとによって大気圧に対抗
している。

【０１１４】温度の上昇に比例して液晶層内圧が上昇す
るとスペーサ３の反発力Ｐｒは減少するが、本実施の形
態における２０℃〜６０℃の保存温度範囲では、スペー
サ３は常に反発力Ｐｒを有する（０℃から８５℃の温度
範囲においても同様）。すなわち、圧縮されているスペ
ーサは、液晶層２２内のいたる所でその反発力Ｐｒによ
ってガラス基板１，２を内側から押し上げて、圧縮され
た状態を保持する。結果的に、図１０（ｂ）に示すよう
に、シール部７によって固定される周縁部分以外、間隙
幅は均等に拡がる。

【０１１５】図１０（ｃ）に液晶表示素子を図１０
（ｂ）に示した高温状態から常温まで急激に低下させた
状態を示す。図１０（ｂ）に示すように高温状態の液晶
表示素子を冷却すると、液晶層内圧が減少しスペーサ３
の反発力Ｐｒは増加する。すなわち、膨張した液晶層２
２は、ガラス基板１，２とスペーサ３とが常に接触しな
がら収縮する。このため、液晶層２２は、場所によって
収縮度合いが異なることなく、全体的に均一に収縮す
る。結果として、高温状態から急激に降温された場合で
も、図１０（ｃ）に示されるように、完全に元の状態
（図１０（ａ））に戻る。

【０１１６】もしも、スペーサに弾性体を用いなければ
高分子分散型液晶では、液晶分子の高分子マトリクス中
の移動速度が遅いため、室温下に戻しても、液晶が元の
状態に戻らす、中央部が厚く、メインシール部周辺の厚
みが薄くなり、その結果表示斑となる。

【０１１７】また、液晶表示素子の温度を低温（例えば
０℃）まで低下させると、液晶層の厚みＴｃは減少する
が、この場合でも、図１０に示すようにスペーサ３の反
発力Ｐｒによって、液晶層２２の厚みＴｃが一定に保た
れる。なお、低温の場合でも、液晶層内圧は存在し、液
晶表示素子は、液晶層内圧とスペーサの反発力Ｐｒとに
よって大気圧に対抗する。

【０１１８】以上のように、スペーサ３が弾性的に圧縮
されている限り、温度の変動による二枚のガラス基板間
の間隙幅の歪みすなわち液晶層の厚みＴｃのばらつきを
防止することができる。また、本実施の形態では、液晶
表示素子を、一対の基板がどちらも透明電極を備えた透
明なガラス基板である透過型の液晶表示素子として説明
したが、本実施の形態のほかに、例えば、透明電極の代
りに、光を反射する反射電極を用いれば、本発明の効果
を有する反射型の液晶表示素子を構成することができ
る。

【０１１９】また、反射型の液晶表示素子を構成するた
めには、透明電極６の代りに画素毎に分割された反射電
極を設け、それらの反射電極にＴＦＴ素子から電圧を供
給する構成とすること等も考えられる。

【０１２０】またさらに、上記説明においては、温度範
囲を０℃から８５℃としたが、液晶層の内圧とスペーサ
３の反発力Ｐｒとが存在し、それらの和が大気圧と等し
い限り本発明の効果が得られ、上記温度範囲に限定され
るものではない。

【０１２１】以上、本発明について詳細な説明を行った
が、高分子分散型液晶表示素子内の液晶と高分子マトリ
クスとの形態として実施の形態で示されるような高分子
マトリクス中に液晶滴が分散するＮＣＡＰ（Nematic-Cu
rvilinear-Aligned-Phase）形の代わりに、連続相を形
成する液晶中に高分子化合物が３次元網目状もしくは微
小粒滴状に分散するＰＮ（Polymer-Network）形等を用
いても同様に実施可能である。

【０１２２】また、上記実施の形態２，３では高分子前
駆体と液晶材料の複合材料を真空注入法により液晶表示
素子内に充填したが、常圧下で液晶表示素子内に高分子
前駆体と液晶材料の複合材料を注入しても同様の効果が
得られる。

【０１２３】また、上記実施の形態１〜３では、一対の
基板間を一定のセル厚に保つため少なくとも一方の透明
電極付基板側に弾性を有するスペーサを形成している
が、スイッチング素子などが形成されたアクティブマト
リクス基板の遮光部上に同様の手法を用いて、スペーサ
を形成しても実施可能である。なお、アクティブマトリ
クス基板として、アモルファスＴＦＴ基板の他、駆動回
路内蔵型の高温プロセスポリシリコンＴＦＴ基板、低温
プロセスポリシリコンＴＦＴ基板、触媒法など他の方法
により結晶化されたポリシリコンＴＦＴ基板、また、薄
膜ダイオードＴＦＤに代表される二端子型アクティブマ
トリクス型基板などと平坦化プロセスとの併用により同
様に実施可能である。

【０１２４】また、上記実施の形態１〜３では、室温か
ら低温への急激な温度変化及び室温から高温への急激な
温度変化のいずれにも、スペーサが追従できるように構
成されていたけれども、室温から低温への温度変化及び
室温から高温への温度変化の何れか一方のみにスペーサ
が追従できるように構成してもよい。

【０１２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スペーサが弾性変形状態であるため、室温から低温への
急激な温度変化による液晶分子の収縮にも追従できる液
晶表示素子を提供でき、いわゆる、低温時の使用でも低
温発泡のない表示品位の良好な液晶表示素子を提供でき
る。また、高温時の使用でもセル厚ムラのない、表示品
位の良好な液晶表示素子を提供するものである。また、
使用温度範囲において低温発泡及び高温でのセル厚ムラ
が生じることのない、表示品位の高い高分子分散型液晶
表示素子を提供することができる。更に、アクティブマ
トリクス基板もしくは対向基板の遮光部に、柱状もしく
は非球状のスペーサを予め形成しておくことにより、高
コントラスト、高階調に対応可能なザラツキ感のない表
示品位の良好な高分子分散型液晶表示素子を得ることが
できる。

【０１２６】また、高分子分散型液晶表示素子を保存す
る温度範囲内において、所定の密度のスペーサが圧縮さ
れていることにより、温度の変動による二枚のガラス基
板間の間隙幅の歪み、すなわち液晶層の厚みのばらつき
が生じることを防止でき、表示画像の均一性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係る液晶表示素子の断面図であ
る。

【図２】実施の形態１に係る液晶表示素子の製造工程図
である。

【図３】実施の形態１に係る液晶表示素子に使用される
スペーサの形状を説明するための図である。

【図４】スペーサの変形例を示す図である。

【図５】スペーサの変形量を説明するための図である。

【図６】実施の形態１に係る液晶表示素子を室温から−
２０゜Ｃの環境に暴露したときの状態を説明するための
図である。

【図７】実施の形態１に係る液晶表示素子を室温から４
０゜Ｃの高温の環境に暴露したときの状態を説明するた
めの図である。

【図８】実施の形態１に係る液晶表示素子において、一
定大気圧の下での液晶表示素子が所定の温度範囲で昇温
及び降温される場合の液晶層内圧Ｐｉとスペーサの反発
力Ｐｒとの関係を示すグラフである。

【図９】実施の形態２に係る液晶表示素子の断面図であ
る。

【図１０】実施の形態３における液晶表示素子におい
て、保存温度範囲中でのスペーサの変化状態を示す図で
ある。

【図１１】実施の形態３における液晶表示素子におい
て、一定大気圧の下での液晶表示素子が所定の温度範囲
で昇温及び降温される場合の液晶層内圧Ｐｉとスペーサ
の反発力Ｐｒとの関係を示すグラフである。

【図１２】従来例の液晶表示素子における低温発泡現象
を説明するための図である。

【図１３】従来例の高分子分散型液晶表示素子における
基板間の間隙幅の歪み（すなわち液晶層の厚みのばらつ
き）現象を示す図である。

【図１４】実施の形態１に対する比較例の液晶表示素子
を室温から４０゜Ｃの高温の環境に暴露したときの状態
を説明するための図である。

【図１５】実施の形態１に対する比較例の液晶表示素子
において、一定大気圧の下での液晶表示素子が所定の温
度範囲で昇温及び降温される場合の液晶層内圧Ｐｉとス
ペーサの反発力Ｐｒとの関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１，２：基板３：スペーサ４：液晶層５，６：透明電極７：シール部２２：高分子分散型液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上村強大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H089 LA09 LA10 LA16 MA04X MA05X NA14 NA25 PA06 QA04 QA14 QA16 RA05 RA10 RA13 UA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板間に配置され基板間隙を一定
に保つための柱状スペーサと、基板間に封入された液晶
層とを有する液晶表示素子において、前記スペーサは弾性を有しており、液晶表示素子の使用温度範囲内における温度変化に対し
て、前記スペーサの反発力と前記液晶層の内圧との和が
常にほぼ大気圧と等しいことを特徴とする液晶表示素
子。
【請求項２】前記スペーサの反発力と前記液晶層の内
圧との和が常にほぼ大気圧と等しく、且つスペーサ及び
液晶層内圧がそれぞれリニアに変化するように構成され
ていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】一対の基板間に配置され基板間隙を一定
に保つための柱状スペーサと、基板間に封入された液晶
層とを有する液晶表示素子において、前記スペーサは弾性を有しており、常温と、液晶表示素子の最高使用温度の範囲内における
温度変化に対して、前記スペーサの反発力と前記液晶層
の内圧との和が常にほぼ大気圧と等しいことを特徴とす
る液晶表示素子。
【請求項４】前記スペーサの反発力と前記液晶層の内
圧との和が常にほぼ大気圧と等しく、且つスペーサ及び
液晶層内圧がそれぞれリニアに変化するように構成され
ていることを特徴とする請求項３記載の液晶表示素子。
【請求項５】一対の基板間に配置され基板間隙を一定
に保つための柱状スペーサと、基板間に封入された液晶
と高分子化合物から構成される高分子分散型液晶層とを
有する液晶表示素子において、前記スペーサは弾性を有しており、液晶表示素子の保存温度範囲内における温度変化に対し
て、前記スペーサの反発力と前記液晶層の内圧との和が
常にほぼ大気圧と等しいことを特徴とする高分子分散型
の液晶表示素子。
【請求項６】前記スペーサの反発力と前記液晶層の内
圧との和が常にほぼ大気圧と等しく、且つスペーサ及び
液晶層内圧がそれぞれリニアに変化するように構成され
ていることを特徴とする請求項５記載の高分子分散型の
液晶表示素子。
【請求項７】前記スペーサは、前記一対の基板のうち
少なくとも一方にパターニングプロセスにより直接形成
されていることを特徴とする請求項１、３、５の何れか
に記載の液晶表示素子。
【請求項８】前記スペーサが、ポリスチレン系ポリマ
ー化合物、アクリル系ポリマー化合物、ポリエステル系
ポリマー化合物、シリコン系ポリマー化合物、ポリカー
ボネイト系ポリマー化合物、ポリシロキサン系ポリマー
化合物、ポリエチレン系ポリマー化合物、ポリウレタン
系ポリマー化合物のうちいずれかの１種類の材料もしく
は２種類以上の複合材料から成ることを特徴とする請求
項７記載の液晶表示素子。
【請求項９】前記スペーサは、一方の基板から他方の
基板に向かって先細状に形成されていることを特徴とす
る請求項１、３、５、７の何れかに記載の液晶表示素
子。
【請求項１０】前記スペーサが、前記一対の基板間で
完全な中空構造もしくは一部中空構造となっていること
を特徴とする請求項１、３、５、７の何れかに記載の液
晶表示素子。
【請求項１１】前記スペーサが、前記一対の基板間の
法線方向の長さの分布を有することを特徴とする請求項
１、３、５、７の何れかに記載の液晶表示素子。
【請求項１２】前記スペーサが、前記一対の基板間の
法線方向の長さにおいて、平均値とばらつきからなる分
布を有し、ばらつきが平均値の大略３％〜６％の範囲に
あることを特徴とする請求項１１記載の液晶表示素子。
【請求項１３】前記スペーサの形成密度が、大略５個
／ｍｍ²〜２０００個／ｍｍ²の範囲であることを特徴と
する請求項１、３、５、７の何れかに記載の液晶表示素
子。
【請求項１４】前記スペーサが、上記一対の基板のう
ち、少なくとも一方の遮光部に形成されていることを特
徴とする請求項１、３、５、７の何れかに記載の液晶表
示素子。
【請求項１５】前記液晶層の内圧が大略０ｋｇｆ／ｃ
ｍ²から０．９ｋｇｆ／ｃｍ²の範囲にあることを特徴と
する請求項１、３、５、７の何れかに記載の液晶表示素
子。
【請求項１６】一対の基板間に配置され基板間隙を一
定に保つための柱状スペーサと、基板間に封入された液
晶層とを有する液晶表示素子の製造方法において、一対の基板の少なくとも一方に複数のスペーサを形成
し、このスペーサに所定の大きさの弾性力を付与するた
めの処理を行う工程と、スペーサが形成された一対の基板間に封入された液晶層
を形成する工程と、液晶層形成工程と同時に、もしくは、その後に、大略
０．１ｋｇｆ／ｃｍ²〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力値で
基板間を均一に押圧する工程と、とを含むことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。