JP2013122471A - 液晶表示素子、およびその製造方法、ならびに当該液晶表示素子を備えた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶のセルギャップを均一かつ安定に維持することができる液晶表示素子、およびその製造方法、ならびに当該液晶表示素子を備えた液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】液晶パネル９は、前面基板１ａおよび背面基板１ｂと、両基板間に設けられた液晶層３とを備えている。前面基板１ａと背面基板１ｂとの接着にはシール４を利用している。上記１対の基板のいずれかと液晶層３とが接する領域が、表示領域６と、非表示領域５とに分割されている。表示領域６は、非表示領域５と比較して、単位面積あたりに配置されているスペーサ２の数が多い。換言すれば、表示領域６と非表示領域５とでスペーサ２の配置密度が異なり、非表示領域５と比較して表示領域６の配置密度は高い。これによって、表示領域６では、外部から圧力がかかっても大きな変形ができないため、非表示領域５がその圧力を受けて変形することになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示素子、およびその製造方法、ならびに当該液晶表示素子を備えた液晶表示装置に関し、より詳しくは、液晶表示素子を構成する１対の基板のうち、少なくとも一方が可撓性を有する液晶表示素子、およびその製造方法、ならびに当該液晶表示素子を備えた液晶表示装置に関する。

近年では、従来主流であったブラウン管を使用した表示装置から、薄型のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の表示装置が広く利用されるようになっている。ＦＰＤには、表示素子として液晶、発光ダイオード（ＬＥＤ）または、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）等を利用したものがある。中でも液晶を利用した表示装置は、薄型、軽量、および低消費電力という利点から、その研究開発が盛んに行われている。

一般的に、液晶表示装置は、バックライトと液晶表示素子とから構成されており、バックライトとしての面光源装置と、液晶表示素子としての液晶パネルとを有している。液晶パネルは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、画素電極、および配向膜等を備える背面基板と、カラーフィルタ、対向電極、および配向膜等を備える前面基板との間に液晶を封入して構成されている。前面基板と背面基板との接着には枠状のシールを利用しており、当該シールには、基板同士を貼り合わせる接着剤としての役割と、基板間に注入される液晶が基板外部に漏れ出さないように封入するための封止剤としての役割とを有している。

最近では、液晶表示装置の製造効率を向上させるために、ロールツウロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）法による液晶表示装置の製造研究が進んでいる。このロールツウロール法では、上記シールを前面基板上に形成する工程から、背面基板と前面基板とを貼り合わせてシールを硬化する工程までを連続して行う。そのため、液晶の供給方法としては、液晶滴下工法（ＯＤＦ法）が採用されている。当該ＯＤＦ法では、前面基板上にシールを枠状に塗布した後、ディスペンサを用いて枠内に液晶を一定量ずつ滴下して液晶層を形成する。

液晶を供給する際には、適当な液晶量を供給しなければ、液晶セルのギャップが変化してしまい、液晶パネルの所定の性能を得ることができない。これは、液晶セルギャップが一定でないと、液晶パネルの光学特性も一定でなくなり、表示ムラ等が生じてしまうためである。このため、ＯＤＦ法を用いて形成する液晶パネルでは、形成する液晶層の容積から滴下する液晶量を厳密に決定している。このように、両基板間のギャップを均一かつ安定に作製することは、高品位な表示を行う上で重要な要素となる。

ところで、従来では背面基板および前面基板としてガラス基板を主に用いていたが、軽量化あるいはフレキシブル化を目的としてポリイミドフィルム等のプラスチック基板を使用する試みがなされている。このようなフレキシブル基板を用いた液晶表示装置においても、液晶セルギャップを均一かつ安定に維持する対応が必要となる。しかしながら、ガラス基板と比較して当該フレキシブル基板は剛性を持たないため、撓み、またはうねり等により、セルギャップがばらついてしまう。このため、液晶パネルのセルギャップをより効果的に均一かつ安定に維持するための工夫が特許文献１および２では提案されている。

特許文献１には、液晶表示素子の製造方法として、液晶を注入した一対の基板を基板面に対して垂直な方向に加圧した状態で液晶注入口を封止する方法が開示されている。具体的には、シールが塗布された一対の基板を重ね合わせて、基板面に対して垂直な方向に均一に加圧する。基板を加圧し続けた状態でシールを硬化させ、液晶を液晶注入口から注入し、当該液晶注入口を封止する。これによれば、液晶注入口を封止する際、基板間に注入された過剰な液晶が液晶注入口から排出されて、液晶注入時に生じた基板間のギャップの膨張が矯正され、ギャップが均一化される。それと共に、その状態で液晶注入口が封止されるので、均一化されたギャップが以後も安定に保持される。

一方、特許文献２には、コラムスペーサが液晶セルに設けられている液晶表示素子が開示されている。具体的には、一対の基板のうち、一方の基板には、他方の基板に向かって突出しているコラムスペーサを形成されている。これによれば、コラムスペーサは、基板と接する部分の面積が広いので、両基板間を比較的に強く接着される。また、コラムスペーサは形成位置を自由に調節することができるので、両基板を全体にかけて均一に結合させることができる。これによって、液晶パネルのセルギャップが安定的に維持され、特に液晶パネルが撓む場合にもセルギャップが案的的に維持される。

特開２００１−０７５１１１号公報（２００１年３月２３日公開） 特開２００６−３３８０１１号公報（２００６年１２月１４日公開）

以上で示した特許文献１および２に開示されている技術は、フレキシブル基板を採用した液晶表示装置に適用するのは困難である。

具体的には、上記した特許文献１に開示されている液晶表示素子の製造方法では、製造過程のハンドリング等を考慮すると、剛性がないフレキシブル基板に適用し難い。したがって、本文献に開示されている製造方法を用いて、セルギャップが均一化されたフレキシブル基板を有する液晶表示素子の製造の実現は難しい。また、本文献では、液晶層の形成方法として従来の真空注入法を想定しており、その製造工程が煩雑であるため、より生産性が高い製造方法が望まれる。

また、上記した特許文献２に開示されている液晶表示素子のように、柱状スペーサを介して背面基板と前面基板とを接着してしまうと、液晶パネルにフレキシブル基板を使用した場合には、液晶パネルが変形した際の応力が基板間の接着部にダメージを与えてしまう可能性がある。

そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フレキシブル基板を用いても液晶のセルギャップを均一かつ安定に維持することができる液晶表示素子、およびその製造方法、ならびに当該液晶表示素子を備えた液晶表示装置を提供することにある。

本発明に係る液晶表示素子は、上記課題を解決するために、少なくとも一方が可撓性を有する１対の基板間に設けられた液晶層と、当該液晶層を上記１対の基板間に封入し、かつ上記１対の基板間を接着するためのシールとを備えた液晶表示素子であって、上記液晶層内に配置され、上記１対の基板に接する複数のスペーサを備え、上記１対の基板のいずれかと上記液晶層とが接する領域が、表示領域と、当該表示領域を取り囲む非表示領域とに分割され、上記非表示領域の単位面積あたりに配置されている上記スペーサの数と比較して、上記表示領域の単位面積あたりに配置されている上記スペーサの数が多いことを特徴としている。

上記の構成によれば、表示領域は、非表示領域と比較して、単位面積あたりにスペーサが配置されている数が多い。換言すれば、表示領域と非表示領域とでスペーサの配置密度が異なり、非表示領域と比較して表示領域の配置密度は高い。これによって、表示領域では、外部から圧力がかかっても大きな変形ができないため、非表示領域がその圧力を受けて変形することになる。その結果、外部から圧力がかかっても非表示領域が変形することによって、表示領域のセルギャップをほぼ均一に維持することが可能である。このことから、本発明に係る液晶表示素子にフレキシブル基板を用いても表示領域における均一なセルギャップを維持することができる。

また、本発明の液晶表示素子に過剰な液晶を封入しても、表示領域における余剰な液晶は非表示領域に分配されるので、表示領域のセルギャップをほぼ均一に保たれる。逆に、本発明の液晶表示素子に必要よりも少ない液晶を封入した場合でも、非表示領域が変形することによって当該非表示領域における液晶量が少なくなり、表示領域のセルギャップをほぼ均一に維持することができる。このように、非表示領域はバッファとしての機能を有しており、分配される液晶量に合わせて変形し、液晶表示素子に封入される液晶量に依らず表示領域のセルギャップを均一かつ安定に維持することが可能である。

また、本発明に係る液晶表示素子においては、上記非表示領域に配置されている上記スペーサの高さと比較して、上記表示領域に配置されている上記スペーサの高さが低いことを特徴としている。

上記の構成によれば、非表示領域のスペーサの高さを高くすることによって、当該非表示領域のスペーサの高さが表示領域のスペーサと同じである場合と比較して、非表示領域の変形の度合いをより大きくすることができる。その結果、非表示領域において、蓄えることができる液晶量が多くなるので、より効果的にバッファとしての機能を発揮することができる。

また、本発明に係る液晶表示素子においては、上記非表示領域に配置されている上記スペーサが上記１対の基板のいずれかと接する面積と比較して、上記表示領域に配置されている上記スペーサが上記１対の基板のいずれかと接する面積が大きいことを特徴としている。

上記の構成によれば、非表示領域におけるスペーサが両基板と接触する面積を小さくすることによって、非表示領域が変形しやすくなる。その結果、液晶セルにおける液晶量に依らず、非表示領域が変形することによって、表示領域のセルギャップをほぼ一定に保つことができる。

また、本発明に係る液晶表示素子においては、上記非表示領域の単位面積あたりに配置されている上記スペーサの数は、上記表示領域の単位面積あたりに配置されている上記スペーサの数の１／４以下であることを特徴としている。

上記の構成によれば、非表示領域および表示領域におけるスペーサの配置密度の差を利用した非表示領域のバッファとしての機能を十分に得ることができる。

また、本発明に係る液晶表示素子においては、上記スペーサは、柱状または球状であることを特徴としている。

上記の構成によれば、表示領域におけるセルギャップをほぼ一定に保ちつつ、非表示領域において圧縮することによって当該非表示領域を変形させることができる。

また、本発明に係る液晶表示素子においては、上記１対の基板の少なくとも一方は、上記表示領域における当該基板の厚さが、上記非表示領域における当該基板の厚さと比較して厚いことを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示素子においては、上記１対の基板の少なくとも一方は、上記表示領域における当該基板の弾性率が、上記非表示領域における当該基板の弾性率と比較して大きいことを特徴としている。

上記の構成によれば、非表示領域はより変形しやすくなるので、表示領域におけるセルギャップをより効果的に一定に保つことが可能となる。

また、本発明に係る液晶表示素子は、上記課題を解決するために、上記したいずれかの液晶表示素子と、バックライトとを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、液晶表示素子のセルギャップに不均衡が生じず、良好な表示品位を有する液晶表示装置を提供することができる。

また、本発明に係る液晶表示素子の製造方法においては、上記課題を解決するために、第１基板および第２基板の間に設けられた液晶層と、当該液晶層を上記第１基板および上記第２基板の間に封入し、かつ上記第１基板および上記第２基板の間を接着するためのシールとを備えた液晶表示素子の製造方法であって、上記第１基板上の表示領域と、当該表示領域を取り囲む非表示領域とに複数のスペーサを形成するスペーサ形成工程と、上記第１基板において上記複数のスペーサを形成した側の面に、上記複数のスペーサを取り囲むように上記シールを形成するシール形成工程と、上記シールに囲まれた領域内に上記液晶層を形成する液晶層形成工程と、上記第１基板上の上記複数のスペーサを上記第２基板に接着させ、かつ上記液晶層を形成した上記第１基板と、上記第２基板とを上記シールを介して接着する接着工程とを備え、上記スペーサ形成工程において、上記非表示領域の単位面積あたりに配置する上記スペーサの数と比較して、上記表示領域の単位面積あたりに配置する上記スペーサの数を多くすることを特徴としている。

上記の方法によれば、表示領域におけるセルギャップを均一かつ安定に維持することができる液晶表示素子を提供することができる。

本発明に係る液晶表示素子は、表示領域では、外部から圧力がかかっても大きな変形ができないため、非表示領域がその圧力を受けて変形することになる。その結果、非表示領域はバッファとして機能し、液晶表示素子に封入される液晶量に依らず表示領域のセルギャップを均一かつ安定に維持することが可能である。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液晶パネルの上面を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る液晶パネルの一領域における断面を示す図であり、（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る液晶パネルの一領域における断面を示す図である。 本発明の一実施形態に係る液晶パネルの上面を示す図である。 封入する液晶量を変化させた際の、液晶のセルギャップの変動量を示す図である。 封入する液晶量を変化させた際の、液晶のセルギャップの変動量を示す図である。 （ａ）は、液晶パネルにかかる大気圧の方向を簡易的に示す図であり、（ｂ）は、設計セル容積と同量の液晶を封入した場合における、非表示領域の断面を示す図であり、（ｃ）は、設計セル容積と同量の液晶を封入した場合における、表示領域の断面を示す図であり、（ｄ）は、設計セル容積よりも少ない量の液晶を封入した場合における、非表示領域の断面を示す図であり、（ｅ）は、設計セル容積よりも少ない量の液晶を封入した場合における、表示領域の断面を示す図である。 封入する液晶量を変化させた際の、液晶のセルギャップの変動量を示す図である。

以下では、本発明に係る液晶表示素子の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（液晶表示素子の構成）
一般的に、液晶表示装置（ＬＣＤ）は、バックライトと液晶表示素子とから構成されており、バックライトとして面光源装置を有し、液晶表示素子として液晶パネルを有している。本実施形態に係る液晶パネルについて、図１を参照して説明する。図１（ａ）は、液晶パネル９の上面を示す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した領域７におけるＡ−Ａ’断面を示す図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）に示した領域８におけるＡ−Ａ’断面を示す図である。

図１（ａ）に示すように、液晶パネル９は、１対の基板（前面基板１ａおよび背面基板１ｂ）（第１基板，第２基板）と、両基板間に設けられた液晶層３とを備えている。前面基板１ａと背面基板１ｂとの接着には枠状のシール４を利用しており、当該シール４には、基板同士を貼り合わせる接着剤としての役割と、基板間に注入される液晶が基板外部に漏れ出さないように封入するための封止剤としての役割とを有している。

さらに、液晶パネル９の前面基板１ａまたは背面基板１ｂにおいて、液晶層３が接する領域（シール４に囲まれる領域）は、非表示領域５および表示領域６に分割されている。図１（ｂ）に示すように、非表示領域５には、複数のスペーサ２が間隔を空けて形成されている。同様に、図１（ｃ）に示すように、表示領域６にも、複数のスペーサ２が間隔を空けて形成されている。この際、非表示領域５に形成されている複数のスペーサ２は、表示領域６に形成されている複数のスペーサ２と比較して、隣り合うスペーサ２の間隔を大きくして形成されている。すなわち、非表示領域５と比較して、表示領域６の単位面積あたりに配置されているスペーサ２の数は多い。

スペーサ２は、フォトリソグラフィ法等によって形成される柱状のスペーサ、またはインクジェット法等によって散布される球状のスペーサ等である。柱状のスペーサ２を用いる場合は、その形状には特に限定はなく、円柱状のものであっても、角柱状のものであっても良い。当該スペーサ２は、配置位置を制御できる方法によって形成されるものであり、前面基板１ａと背面基板１ｂとの間隔（すなわち、液晶のセルギャップ１０）を一定に保つ役割がある。詳しくは後述する。

前面基板１ａおよび背面基板１ｂにおいて、互いに対向する表面（以下、内表面という）には、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜等の透明電極（図示せず）がそれぞれ形成されている。前記前面基板１ａおよび前記背面基板１ｂのうち、少なくとも一方が実質的に透明であれば良く、ガラス基板、セラミックス基板、またはプラスチック基板等を使用することができる。プラスチック基板としては、セルロース、トリアセチルセルロース、またはジアセチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリシクロオレフィン誘導体、ポリエチレンテレフタレート、またはポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリプロピレン、またはポリエチレン等のポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、さらにガラス繊維−エポキシ樹脂、ガラス繊維−アクリル樹脂等の無機化合物と有機化合物との複合材料等を用いることができる。なお、本実施形態では、前面基板１ａおよび背面基板１ｂのうち、少なくとも一方が可撓性を有していれば、その材質には特に限定はない。例えば、前面基板１ａおよび背面基板１ｂの双方がガラス基板から構成されていても、少なくとも一方のガラス基板が可撓性を有していれば、本実施形態に含まれる。

液晶パネル９の駆動方式としては、例えば、単純マトリクス駆動方式、またはアクティブマトリクス駆動方式等が採用できる。液晶パネル９が採用する駆動方式に応じて、前面基板１ａと背面基板１ｂとの内表面には、導電配線、スイッチング素子、および絶縁膜等が適宜形成される。また、両基板と液晶層３との界面には、配向処理された配向膜が必要に応じて形成される。

なお、液晶パネル９を液晶表示装置に用いるにあたっては、上記構成に加えて前面基板１ａの内表面にはカラーフィルタを設け、前面基板１ａおよび背面基板１ｂの少なくともいずれか一方の外表面（内表面とは反対側の面）には偏光板等を設ける。また、上述したように、液晶パネル９には、当該液晶パネル９を照明するバックライトとしての面光源装置、または反射板等が取り付けられる。これらの構成については、従来の液晶表示装置と同様であるため、ここでは言及しない。

（スペーサ２とセルギャップ１０との関係）
上述したように、本実施形態に係る液晶パネル９には、液晶のセルギャップ１０を一定に保つために複数のスペーサ２を液晶層３内に形成している。この際、本実施形態では、場所によって複数のスペーサ２の配置密度（単位面積あたりに配置されているスペーサ２の数）が異なることを特徴としている。より具体的には、非表示領域５におけるスペーサ２の配置密度が相対的に低くなるようにし、表示領域６におけるスペーサ２の配置密度が相対的に高くなるようにしている。これによって、表示領域６のセルギャップ１０は、供給される液晶量の影響を受けにくくなり、適正なセルギャップ１０を安定に維持することができる。その詳しいメカニズムを説明するために、図２に示すような液晶パネル２９を例に挙げる。図２は、前面基板２１ａまたは背面基板２１ｂにおいて、シール２４に囲まれる領域を８つの領域に分けた液晶パネル２９の上面を示す図である。

図２に示すように、液晶パネル２９では、シール２４に囲まれる領域を８つの領域（Ａ〜Ｈ）に分け、領域ごとにスペーサ２の配置密度およびサイズが異なるように当該スペーサ２を形成している。領域ごとに形成したスペーサ２の配置密度およびサイズを表１に示す。ここでいうスペーサ２のサイズとは、スペーサ２が前面基板１ａまたは背面基板１ｂに接触する面積である。なお、表１中の領域Ｉとは、領域Ｂに形成したスペーサ２と同じ種類のスペーサ２を用いた従来の液晶パネル内の一領域である。

液晶パネル２９の構成は、本実施形態に係る液晶パネル９に準じており、液晶パネル９と同様の各部材を備えているものである。具体的には、液晶パネル２９では、前面基板２１ａおよび背面基板２１ｂは、ガラス繊維−アクリル樹脂の複合材料により構成されているフィルム基板であり、その厚さは１００μｍである。両基板の内表面には、それぞれ透明電極、柱状のスペーサ２、および配向膜が順次形成されている。また、前面基板２１ａと背面基板２１ｂとの間には、ツイストネマティック（ＴＮ）型液晶をシール２４で封入した液晶層が形成されている。

液晶パネル２９において、封入する液晶量を変化させた際の、液晶のセルギャップ１０の変動量を図３および図４に示す。具体的には、液晶滴下工法（ＯＤＦ法）によって液晶を封入した際のセルギャップ１０を、無荷重状態でのスペーサ２の高さから差し引いた変動量を縦軸に示す。また、横軸には、設計セル容積に対する、封入した液晶量の割合を示す。ここでいう設計セル容積とは、液晶を封入する領域（シール２４に囲まれる領域）の面積と、無荷重状態でのスペーサ２の高さとの積である。なお、領域Ｉ以外の領域における測定は、すべて真空気泡を含んでいない液晶セルで行っている。

まず、領域Ｂおよび領域Ｉの測定結果を図３に示す。上述したように、領域Ｉでは、領域Ｂに形成したスペーサ２と同じ配置密度およびサイズのスペーサ２を液晶セルに形成した構成になっている。この場合、図３に示すように、封入する液晶量ごとにセルギャップ１０は変化している。最小二乗法でのフィッティングの結果、液晶量が設定セル容積に対して５％変化すると、セルギャップ１０には０．２２μｍの変動が生じている。このことから、一定のセルギャップを保つためには、供給する液晶量と、設計セル容積とを正確に制御することが重要なポイントであることが分かる。しかしながら、フレキシブル基板は剛性を持たないため、撓み、またはうねり等により、セルギャップがばらついてしまう。その結果、液晶パネルの表示品位の低下をもたらしてしまう。

一方、領域Ｂでは、図３に示すように、封入する液晶量ごとのセルギャップ１０の変動量は小さい。最小二乗法でのフィッティングの結果、セルギャップ１０の変動量は領域Ｉの１／１０にまで低減されており、供給される液晶量に依らずほぼ一定の値となっている。したがって、供給する液晶量が変化しても、セルギャップをほぼ一定に保つことが可能となる。以下では、その理由を詳しく説明する。

領域Ａ〜Ｈの測定結果を図４に示す。図４に示すように、スペーサ２の配置密度が１．５６個／ｍｍ^２または６．２５個／ｍｍ^２と低い領域Ｃ，Ｄ，Ｇ，Ｈでは、液晶量の変化に対するセルギャップ１０の変動量が大きくなっている。逆に、スペーサ２の配置密度が１００個／ｍｍ^２または２５個／ｍｍ^２と高い領域Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆでは、スペーサ２のサイズに依らずほぼ一定の値となっている。したがって、設計セル容積に対して少量の液晶を封入した場合でも、セルギャップ１０はほぼ変動しない。すなわち、液晶パネル２９に供給された液晶は、まずは領域Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆに優先的に分配される。その後、供給される液晶量が増加するにつれ、領域Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆにおいて余剰となる液晶が領域Ｃ，Ｄ，Ｇ，Ｈに流れ込む。このように、スペーサ２の配置密度が低い領域Ｃ，Ｄ，Ｇ，Ｈは、領域Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆのセルギャップ１０を均一かつ安定に維持するためのバッファとしての機能を有している。

スペーサ２の配置密度差に起因する液晶の分配について、図５を参照して詳しく説明する。図５（ａ）は、液晶パネル９にかかる大気圧の方向を簡易的に示す図である。図５（ｂ）は、設計セル容積と同量の液晶を封入した場合における、非表示領域５の断面を示す図である。図５（ｃ）は、設計セル容積と同量の液晶を封入した場合における、表示領域６の断面を示す図である。図５（ｄ）は、設計セル容積よりも少ない量の液晶を封入した場合における、非表示領域５の断面を示す図である。図５（ｅ）は、設計セル容積よりも少ない量の液晶を封入した場合における、表示領域６の断面を示す図である。

上述したように、本実施形態では、非表示領域５におけるスペーサ２の配置密度が相対的に低くなるようにし、表示領域６におけるスペーサ２の配置密度が相対的に高くなるようにしている。

図５（ａ）に示すように、前面基板１ａと背面基板１ｂとを貼り合わせた後の液晶パネル９には、設計セル容積と、封入した液晶の体積との差の容積に相当する圧力が大気より（矢印の方向から）均一にかかっている。ここで、図５（ｂ）および（ｃ）に示すように、設計セル容積と同量の液晶を封入した場合には、設計セル容積と封入した液晶の体積とが同じであるため、大気からの圧力はかからない。これは、スペーサ２の配置密度の高低には関係ない。そのため、図５（ｂ）に示した非表示領域５のセルギャップ１０と、図５（ｃ）に示した表示領域６のセルギャップ１０とは同等である。したがって、以上の場合では、非表示領域５および表示領域６においても、均一かつ安定なセルギャップ１０を維持することができる。

なお、図５（ｄ）および（ｅ）に示すように、設計セル容積よりも少ない量の液晶を封入した場合には、液晶パネル９には設計セル容積と封入された液晶の体積との差の容積に相当する圧力が大気よりかかる。ここで、図５（ｄ）に示した非表示領域５、および図５（ｅ）に示した表示領域６のいずれにも同等の圧力がかかる。しかしながら、非表示領域５ではスペーサ２の配置密度が低いため、スペーサ２の配置密度が高い表示領域６と比較して、大気圧によるスペーサ２の圧縮量が大きくなる。その結果、図５（ｄ）に示した非表示領域５のセルギャップ１０は、図５（ｅ）に示した表示領域６のセルギャップ１０よりも小さくなる。

さらに、非表示領域５でのスペーサ２の配置密度が小さいことから、スペーサ２の設置間隔は、表示領域６でのスペーサ２の設置間隔よりも大きい。そのため、非表示領域５全体が撓む度合いも大きくなる。その結果、非表示領域５における単位面積あたりの液晶量は、表示領域６における単位面積あたりの液晶量よりも小さくなる。

以上により、スペーサ２の配置密度が高い領域（表示領域６）では、外部から圧力がかかっても大きな変形ができないため、スペーサ２の配置密度が低い領域（非表示領域５）がその圧力を受けて変形することになる。その結果、スペーサ２の配置密度が高い領域は、そのセルギャップ１０が変わらず維持されることになる。このように、液晶セル内に、スペーサ２の配置密度が高い領域と、スペーサ２の配置密度が低い領域とを形成することによって、スペーサ２の配置密度が低い領域はバッファとして機能する。ここで、スペーサ２の配置密度が低い領域をバッファとしてより効果的に機能させるためには、フレキシブル基板を利用することが好ましい。これによれば、フレキシブル基板の可撓性を利用して、液晶量の変化に対して容積を容易に変化させることができる。

なお、本実施形態では、フレキシブル基板（前面基板１ａおよび背面基板１ｂ）が厚さ１００μｍの例を示したが、特にこれに限定されるわけではない。例えば、１００μｍよりも薄くすることによって、フレキシブル基板のフレキシブル性が増すので、より効果的である。

図４に示した各領域（Ａ〜Ｈ）での封入液晶量が最大であるときのセルギャップ１０と、封入液晶量が最小であるときのセルギャップ１０との差を最大圧縮量として表２に示す。表２から、最大圧縮量が最も大きかったのは領域Ｄである。これは、領域Ｄのスペーサ２の配置密度が最も小さく、スペーサ２のサイズも最も小さいためである。領域Ｄの最大圧縮量は２．０８μｍであるため、セルギャップ１０は約２μｍ変動可能ということである。したがって、領域Ｄは、それに相当する液晶量のバッファとなっている。

このことにより、スペーサ２の配置密度に差がある領域を同一平面上に複数設けることによって、スペーサ２の配置密度が低い領域は、スペーサ２の配置密度が高い領域に対するバッファとして機能する。これによって、封入する液晶量に依らず、スペーサ２の配置密度が高い領域のセルギャップ１０を均一かつ安定に維持することが可能となる。

本実施形態では、表示領域６におけるスペーサ２の配置密度よりも低い配置密度でスペーサ２を非表示領域５に形成することによって、非表示領域５にバッファとしての機能を持たせることができる。具体的には、液晶パネル９に過剰な液晶を封入しても、表示領域６における余剰な液晶は非表示領域５に分配されるので、表示領域６のセルギャップをほぼ均一に保たれる。逆に、液晶パネル９に必要よりも少ない液晶を封入した場合でも、非表示領域５が変形することによって当該非表示領域５における液晶量が少なくなり、表示領域６のセルギャップをほぼ均一に維持することができる。このように、非表示領域５は分配される液晶量に合わせて変形し、液晶パネル９に封入される液晶量に依らず表示領域６のセルギャップを均一かつ安定に維持することが可能である。

したがって、本実施形態では、フレキシブル基板を用いた場合に、液晶パネル９に外部から圧力がかかっても、撓み、またはうねり等によるセルギャップ１０の不均衡は生じない。逆に、当該フレキシブル基板のフレキシブル性を利用して非表示領域５がバッファとして柔軟に対応することができる。すなわち、本実施形態では、フレキシブル基板を用いた場合でも表示領域６におけるセルギャップ１０を均一かつ安定に維持することができる。

以上では、表示領域６と比較して非表示領域５のスペーサ２の配置密度が低いことが好ましいと述べたが、より詳細には、非表示領域５のスペーサ２の配置密度は、表示領域６のスペーサ２の配置密度の１／４以下であることが好ましい。これは、１／４倍を超えると、非表示領域５および表示領域６におけるスペーサ２の配置密度差を利用したバッファ効果が低下する虞があるためである。

また、非表示領域５のスペーサ２の高さは、表示領域６のスペーサ２の高さよりも高いことが好ましい。これによれば、非表示領域５のスペーサ２の高さを高くすることによって、当該非表示領域５のスペーサ２の高さが表示領域６のスペーサ２と同じである場合と比較して、非表示領域５における変形量をより大きくすることができる。その結果、非表示領域５において、分配される液晶量をより多くすることができ、より効果的にバッファとしての機能を発揮することができる。また、非表示領域５のスペーサ２の高さを高くすれば、非表示領域５の面積を小さくしても十分なバッファとしての機能が得られるので、液晶パネル９の額縁を狭めることの有効な手段となる。

さらに、スペーサ２の高さを変える以外にも、柱状のスペーサ２であれば、スペーサ２のサイズを変更することによって、非表示領域のバッファとしての機能をより高めることができる。例えば、表２に示したように、領域Ｃおよび領域Ｇにおいては、スペーサ２の配置密度は同じであるが、領域Ｇのスペーサ２の方が当該スペーサ２のサイズが大きい。そのため、領域Ｃのスペーサ２の方が圧縮されやすいことから、その最大圧縮量が領域Ｇと比較して大きい。領域Ｄおよび領域Ｈについても同様である。

このように、非表示領域５におけるスペーサ２が前面基板１ａまたは背面基板１ｂと接触する面積を小さくすることによって、非表示領域５が変形しやすくなる。したがって、スペーサ２の配置密度に差をつけることによって、スペーサ２の配置密度が小さい領域の変形量を変えることができるが、スペーサ２のサイズに差をつけることによってその変形量を調整しても良い。

あるいは、フレキシブル基板（前面基板１ａおよび背面基板１ｂ）の厚さ、または弾性率等の機械特性を非表示領域５と表示領域６とで差をつけることによっても、上記と同様の効果を得ることができる。例えば、前面基板１ａおよび背面基板１ｂの少なくとも一方は、表示領域６における基板の厚さを、非表示領域５における基板の厚さよりも厚くすると良い。これによれば、非表示領域５はより変形しやすくなり、バッファとしての機能を効果的に発揮することができる。

また、前面基板１ａおよび背面基板１ｂの少なくとも一方は、表示領域６における基板の弾性率を、非表示領域５における基板の弾性率よりも大きくすると良い。これは、弾性率をヤング率Ｅとして想定すると、ε＝σ／Ｅと表されためである。なお、εは歪みであり、σは圧縮応力である。表示領域６における歪量を小さくするためには、弾性率（ヤング率）を大きくすると良い。逆に、非表示領域５における歪量を大きくするためには、弾性率（ヤング率）を小さくすると良い。これによれば、非表示領域５はより歪みやすくなり、バッファとしての機能を効果的に発揮することができる。このように、非表示領域５と表示領域６とにおいて、外部からの圧力による容積変化に差が生じるような構成であれば、より効果的に表示領域６のセルギャップを均一かつ安定に維持することができる。

（液晶パネル９の製造方法）
続いて、本実施形態に係る液晶パネル９の製造方法について説明する。なお、上述したように、前面基板１ａおよび背面基板１ｂは、例えば、アクティブマトリクス素子アレイ、カラーフィルタ、透明電極、または配向膜等の液晶表示素子として機能するための構成を有しているものとする。これらの部材の形成方法は、従来の液晶パネルの製造工程における同部材の形成方法と同様であるため、ここではその形成方法については言及しない。以下では、スペーサ形成工程、シール形成工程、液晶層形成工程、および接着工程の各工程について順に説明する。なお、本実施形態では、ロールツウロール法を適用するのが好ましい。これは、スペーサ形成工程から、接着工程までを一連の工程として行うため、液晶パネル９の製造効率を高めることができるためである。また、ロールツウロール法は、フレキシブル基板に好適に用いられるためでもある。

まずスペーサ形成工程では、表示領域６と、当該表示領域６の外周部に位置する非表示領域５とにスペーサ２を形成する。スペーサ２の形成方法としては、フォトリソグラフィ法が挙げられる。この方法では、スペーサ２のパターンとして所望なパターンを予めフォトマスクに形成しておくことによって、非表示領域５および表示領域６の双方に同時にスペーサ２を形成することができる。本フォトリソグラフィ法によっては、柱状のスペーサ２が得られる。球状のスペーサ２を用いる場合には、インクジェット法が適用可能である。本インクジェット法によって、球状のスペーサ２を非表示領域５および表示領域６に塗り分ければ良い。この際、非表示領域５および表示領域６に形成するスペーサ２の配置密度およびサイズは、それぞれ適当なものを選択する。

なお、本工程の前工程となるが、カラーフィルタを形成する際に、非表示領域５のスペーサ２を形成する位置に、ブラックマトリクス、およびＲＧＢの各色層を積層して形成しておくと良い。これによれば、新たな工程を導入することなく、非表示領域５に配置されるスペーサ２の高さを、表示領域６に配置されるスペーサ２の高さよりも高くすることができる。当該非表示領域５のスペーサ２の高さは、重ねる色層の数によって調整することが可能である。

次にシール形成工程では、液晶を封入する領域を規定するための枠状のシール４を形成する。シール４の形成方法としては、ディスペンサによる描画法またはスクリーン印刷法等が適用可能である。シール４は、前面基板１ａまたは背面基板１ｂの内表面に形成する。以下では、前面基板１ａにシール４を形成した場合を想定して説明する。

液晶層形成工程では、上記シール形成工程で形成したシール４に囲まれる領域に液晶を供給する。液晶の供給方法としては、液晶滴下工法（ＯＤＦ法）または真空注入法が挙げられるが、本実施形態においては、ＯＤＦ法を用いるのが好ましい。これは、ＯＤＦ法がフレキシブル基板に適したロールツウロール法に対応しているためである。この際、供給する液晶量は、シール４に囲まれる領域の面積と、無荷重状態のスペーサ２の高さとの積である設計セル容積に合わせて決定する。なお、厳密には、供給する液晶量は、設計セル容積と液晶セル内に形成しているスペーサ２の容積とを考慮した上で決定する。そのため、設計セル容積およびスペーサ２の容積を厳密に求める必要があるので、供給すべき液晶量を正確に決定するのは難しい。しかし、本実施形態では、供給する液晶量が過剰な場合でも、必要よりも少ない場合でも、非表示領域５が変形することによって、表示領域６のセルギャップ１０をほぼ一定に保つことができるため、問題ない。

最後に、接着工程では、前面基板１ａと背面基板１ｂとを貼り合わせる。具体的には、基板を吸着する静電チャック等の機構を備えたステージに前面基板１ａと背面基板１ｂとを吸着させ、前面基板１ａの配向膜（内表面）と背面基板１ｂの配向膜（内表面）とが向き合い、前面基板１ａ上に形成したシール４と、背面基板１ｂとが接しない位置に配置する。そして、この状態で系内を減圧し、減圧終了後に前面基板１ａと背面基板１ｂとの貼り合わせ位置を確認しながら両基板の位置を調整する（アライメント操作）。貼り合わせ位置の調整が終了すると、前面基板１ａ上のシール４と背面基板１ｂとが接する位置まで両基板を接近させる。この状態で系内に不活性ガスを充填し、徐々に圧力を上げて常圧に戻す。この際、大気圧によって前面基板１ａと背面基板１ｂとが接着され、スペーサ２の高さに相当するセルギャップ１０が形成される。この状態でシール４に紫外線を照射して硬化することによって、液晶パネル９が得られる。

このように形成された液晶パネル９では、非表示領域５および表示領域６に配置されたスペーサ２の配置密度が異なり、表示領域６に比べて非表示領域５のスペーサ２の配置密度は低くなっている。これによって、非表示領域５はバッファとしての機能を有しており、液晶パネル９に封入される液晶量に依らず表示領域６のセルギャップを均一かつ安定に維持することが可能である。

また、以上のようにロールツウロール法によって製造すれば、セルギャップ１０が均一かつ安定な液晶パネル９を再現性高く製造することが可能となる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、液晶表示素子として本実施形態に係る液晶パネル９を用いた液晶表示装置も、本発明に含まれることは言うまでもない。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これら実施例に限定されるものではない。

上述の製造方法に従って、サイズ３．５型（ＱＶＧＡ）の液晶パネルを作製した。スペーサとしては、柱状のスペーサをフォトリソグラフィ法によって形成した。当該液晶パネルにおける表示領域のスペーサは、ＱＶＧＡの１画素につき１個の配置密度で配置した。一方、非表示領域のスペーサは、表示領域におけるスペーサの配置密度の１／４程度の配置密度とした。なお、表示領域および非表示領域共に、スペーサが前面基板または背面基板に接する面積（スペーサのサイズ）は２２５μｍ^２／個とした。非表示領域は、表示領域の外周に幅４．４ｍｍで形成した。この際、形成した液晶セルの容積における、表示領域の容積に対する非表示領域の容積の比率は、およそ１０％である。これは、それぞれの領域の面積と、それぞれの領域のスペーサの高さとに基づいて計算されたものである。

封入する液晶量を変化させた際の、液晶のセルギャップの変動量を図６に示す。具体的には、液晶を封入した際のセルギャップを、無荷重状態でのスペーサの高さから差し引いた圧縮量を縦軸に示す。また、横軸には、設計セル容積に対する、封入した液晶量の割合を示す。ここでいう設計セル容積とは、液晶を封入する領域（シールに囲まれる領域）の面積と、無荷重状態でのスペーサの高さとの積である。本図では、本実施例（本発明）に係る液晶パネルの表示領域における測定結果と、従来の液晶パネルの表示領域における測定結果とを示している。

図６に示すように、本実施例に係る液晶パネルにおいては、封入する液晶量が変化しても、表示領域のセルギャップが大きく変化しない。一方、従来の液晶パネルにおいては、封入する液晶量の変化に応じて、表示領域のセルギャップも大きく変化している。これは、本実施例に係る液晶パネルにおいては、非表示領域は表示領域と比較してスペーサの配置密度が低いため、非表示領域が変形可能となっている。そのため、封入される液晶量が変化しても、非表示領域が変形することによって、表示領域のセルギャップをほぼ一定に保つことができる。このように、本実施例では、供給する液晶量の影響を受けることがなく、表示領域のセルギャップが均一かつ安定に維持された液晶セルを作製することができた。

本発明に係る液晶表示素子は、液晶によって画像を表示するテレビジョン受像機、携帯電話、またはパーソナルコンピュータ等の液晶表示装置に適用できる。

１ａ，２１ａ 前面基板
１ｂ，２１ｂ 背面基板
２ スペーサ
３ 液晶層
４，２４ シール
５ 非表示領域
６ 表示領域
７，８ 領域
９，２９ 液晶パネル
１０ セルギャップ

Claims (9)

1. 少なくとも一方が可撓性を有する１対の基板間に設けられた液晶層と、当該液晶層を上記１対の基板間に封入し、かつ上記１対の基板間を接着するためのシールとを備えた液晶表示素子であって、
   上記液晶層内に配置され、上記１対の基板に接する複数のスペーサを備え、
   上記１対の基板のいずれかと上記液晶層とが接する領域が、表示領域と、当該表示領域を取り囲む非表示領域とに分割され、
   上記非表示領域の単位面積あたりに配置されている上記スペーサの数と比較して、上記表示領域の単位面積あたりに配置されている上記スペーサの数が多いことを特徴とする液晶表示素子。
2. 上記非表示領域に配置されている上記スペーサの高さと比較して、上記表示領域に配置されている上記スペーサの高さが低いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 上記非表示領域に配置されている上記スペーサが上記１対の基板のいずれかと接する面積と比較して、上記表示領域に配置されている上記スペーサが上記１対の基板のいずれかと接する面積が大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
4. 上記非表示領域の単位面積あたりに配置されている上記スペーサの数は、上記表示領域の単位面積あたりに配置されている上記スペーサの数の１／４以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
5. 上記スペーサは、柱状または球状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
6. 上記１対の基板の少なくとも一方は、上記表示領域における当該基板の厚さが、上記非表示領域における当該基板の厚さと比較して厚いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
7. 上記１対の基板の少なくとも一方は、上記表示領域における当該基板の弾性率が、上記非表示領域における当該基板の弾性率と比較して大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の液晶表示素子と、バックライトとを備えていることを特徴とする液晶表示装置。
9. 第１基板および第２基板の間に設けられた液晶層と、当該液晶層を上記第１基板および上記第２基板の間に封入し、かつ上記第１基板および上記第２基板の間を接着するためのシールとを備えた液晶表示素子の製造方法であって、
   上記第１基板上の表示領域と、当該表示領域を取り囲む非表示領域とに複数のスペーサを形成するスペーサ形成工程と、
   上記第１基板において上記複数のスペーサを形成した面に、上記複数のスペーサを取り囲むように上記シールを形成する、または上記第２基板において上記複数のスペーサに対向する面に、当該複数のスペーサに相対する領域を取り囲むように上記シールを形成するシール形成工程と、
   上記シールに囲まれた領域内に上記液晶層を形成する液晶層形成工程と、
   上記第１基板上の上記複数のスペーサを上記第２基板に接着させ、かつ上記上記第１基板と上記第２基板とを上記シールを介して接着する接着工程とを備え、
   上記スペーサ形成工程において、上記非表示領域の単位面積あたりに配置する上記スペーサの数と比較して、上記表示領域の単位面積あたりに配置する上記スペーサの数を多くすることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。

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