JPH0527224A

JPH0527224A - 液晶表示装置及びその製造法

Info

Publication number: JPH0527224A
Application number: JP17796391A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Kondo; 克己近藤; Masato Shimura; 正人志村; Junichi Hirakata; 純一平方; Osamu Ito; 理伊東; Seikichi Tanno; 清吉丹野; Naoki Kikuchi; 直樹菊地
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1991-07-18
Publication date: 1993-02-05

Abstract

(57)【要約】【構成】片側の基板１を電極ピッチに比べて十分に薄く
するとともに、カラーの場合はカラーフィルタ５を薄い
基板２の外側に、モノクロ反射型の場合には光反射板を
薄い基板２の外側に設置する。また、薄い基板２の熱膨
張係数を高く、弾性係数を低くし、加熱状態でシール材
８を加圧硬化する。【効果】一方の基板を薄くすることで視差ずれが低減
し、カラーフィルタがセル外側に配置でき、生産性が向
上する。また、一方の基板を薄くすることによる弊害で
あるギャップ制御の困難さが二枚の基板の熱膨張係数
と、弾性係数を選定することによって解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表示の均一性と生産性
が優れたカラーＳＴＮ（スーパーツイステッドネマチッ
ク）液晶表示装置、及び高精細表示の可能な反射型モノ
クロＳＴＮ液晶表示装置及びそれらの製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のカラーＳＴＮ液晶表示装置は、ね
じれ角を大きな液晶分子配向（例えば１８０〜３６０
度）状態，複屈折干渉色を消し白黒表示を可能にする位
相補償板，３原色を生み出すモザイク状カラーフィルタ
とで構成されているが、カラーフィルタを基板間に配置
している為、カラーフィルタ表面の凹凸が表示むらを引
き起こしている。これは、カラーフィルタ表面の凹凸に
より基板間のギャップが不均一になりしきい値電圧がば
らついているためである。そこで、カラーフィルタ表面
の凹凸を抑えるためにフィルタ上に透明な平坦化膜を塗
布する方法が提案されている（特開平2−67502号公
報）。

【０００３】一方、反射型モノクロＳＴＮ液晶表示装置
の場合は、パネルを構成する基板の厚みが０.５mm 程度
以上でかつ二枚の基板の厚みがほぼ等しい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平2−675
02号公報でも、カラーフィルタ，平坦化膜のいずれもが
ないモノクロの場合に比べると表示むらの度合いは顕著
に高い。また、平坦化膜塗布プロセスの追加に伴い生産
コストの上昇、及び平坦化膜と透明電極との密着強度の
低下に伴う生産性の低下といった問題が生じている。

【０００５】また、他方の従来技術である反射型モノク
ロＳＴＮ液晶表示装置の場合は、表示画素部とその影の
位置がずれて見えることによる表示パターンのぼやけの
問題が存在する。この問題は画素ピッチが短くなりより
高精細な表示となるにつれて深刻になる。

【０００６】本発明の第一の目的は、表示むら及び生産
コストを低減し、生産性を向上したカラーＳＴＮ液晶表
示装置及びその製造法を提供することにある。

【０００７】本発明の第二の目的は、影によるぼやけの
少ない反射型モノクロＳＴＮ液晶表示装置、特に、高精
細な液晶表示装置及びその製造法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の要旨は、 (1）少なくとも一方が透明な一対の基板、前記基板間に
正の誘電異方性及びカイラル物質をもった液晶組成物
層，ＸＹマトリクス電極，界面上の液晶分子に２度以上
の傾斜角を与え、かつ、基板間で液晶分子ねじれ角を１
８０〜３６０度とする配向膜，基板間に一定のギャップ
を与えるスペーサを挾持してなる液晶パネル，前記液晶
の分子配向状態に応じて光の透過或いは反射特性を変え
る偏光手段，前記ＸＹマトリクス電極に電荷を与えて前
記液晶層を駆動する駆動手段とを備えた液晶表示装置に
おいて、前記一対の基板の厚みが異なり、かつ、より薄
い基板の厚みｄが次式で表されることを特徴とする液晶
表示装置にある。

【０００９】

【数３】ｄ＜ｔ／［２・tan{sin^-1(１／２ｎ₂)}］ここで、ｔはマトリクス電極のピッチ、ｎ₂はより薄い
基板の屈折率を表す。また、 (2）厚みｄが次式で表される透明な有機高分子フィルム
からなる基板と対抗するより厚い基板，該基板間に正の
誘電異方性及びカイラル物質を有する液晶組成物層，Ｘ
Ｙマトリクス電極，界面上の液晶分子に２度以上の傾斜
角を与え、かつ、基板間で液晶分子ねじれ角を１８０〜
３６０度とする配向膜，基板間に一定のギャップを与え
るスペーサを挾持してなる液晶パネル，該液晶の分子配
向状態に応じて光の透過或いは反射特性を変える偏光手
段，前記ＸＹマトリクス電極に電荷を与えて前記液晶層
を駆動する駆動手段とを備えた液晶表示装置を製造する
方法において、前記透明な有機高分子フィルムの熱膨張
係数α₁及び弾性係数Ｅ₁と、対抗するより厚い基板の
熱膨張係数α₂及び弾性係数Ｅ₂との間にα₁＞α₂, Ｅ
₁＜Ｅ₂という関係があることを特徴とする液晶表示装
置の製造法にある。

【００１０】

【数４】ｄ＜ｔ／［２・tan{sin-¹(１／２ｎ₂)}］ここで、ｔはマトリクス電極のピッチ、ｎ₂はより薄い
基板の屈折率を表す。

【００１１】現在、表示容量の大きな平面ディスプレイ
として多用されているＳＴＮ液晶ディスプレイでは、大
きなねじれ配向により急峻なしきい値特性を付与するこ
とで高時分割駆動を行っている。この急峻なしきい値特
性を十分に活かすにはセルギャップとプレチルト角を極
めて均一に制御する必要がある。一方、カラー表示に対
する要求も高まっており、セル内部にモザイク状のカラ
ーフィルタを備えて上述のＳＴＮ液晶と組み合わせた多
色表示装置が製造されている。しかし、カラーフィルタ
を内蔵したことでセルギャップの変動要因が増し、しき
い値が不均一になり表示むらが生じている。そこで、こ
のカラーフィルタの凹凸の影響を抑える為に新たに平坦
化膜を塗布するという工程が加わえられ対策されたが、
著しい生産コストの上昇は避けられない。

【００１２】本発明ではカラーフィルタを内蔵したこと
で発生したこれらの問題を解決するために、カラーフィ
ルタをセル外部に配置している。また、単純にカラーフ
ィルタをセル外部に配置しただけでは斜め方向から見た
場合、基板内での光の屈折現象により画素電極部とそれ
に対応するモザイク状カラーフィルタ画素部とがずれて
見え（以下視差ずれと称す）、カラー表示が不可能にな
る。そこで、カラーフィルタを設置した側の基板を対向
する基板に比べて薄くすることでこの視差ずれを低減す
る。またより厚い対向基板は均一なセルギャップと十分
な力学的強度を得るという機能を持つ。即ち、性質・形
状の異なる二枚の基板を組み合わせる本発明により初め
て実用性の高い液晶表示装置が得られる。

【００１３】

【作用】まず、本発明の第一の作用を図２を用いて説明
する。

【００１４】図２は本発明の液晶パネルの部分断面を表
す。厚さｄ，屈折率ｎ₂の透明基板の一方の側にピッチ
ｔの透明電極，他方の側に同じピッチのカラーフィルタ
が配置されている。このパネルを、屈折率がｎ₁である
媒質から基板法線に対して角度θ₁となる方向で見る場
合を考える。この時透明基板内では、光の屈折現象によ
り光線は基板法線と角度θ₂をなして伝播し、相対位置
ずれΔｘを伴って対応する画素電極に達する。

【００１５】さて、この時の屈折率ｎ₁, ｎ₂, 屈折角
θ₁, θ₂の間にはスネルの法則として次式の関係が存
在する。

【００１６】

【数５】ｎ₁・sinθ₁＝ｎ₂・sinθ₂ また、相対位置ずれΔｘは次式で表される。

【００１７】

【数６】Δｘ＝ｄ・tanθ₂ （数１）及び（数２）式から、

【００１８】

【数７】Δｘ＝ｄ・tan{sin^-1（ｎ₁・sinθ₁／ｎ₂)} カラーフィルタを通過した光が対応する電極に到達する
割合が少なくとも５０％以上ないと、隣の画素の色とが
区別できなくなる。従って、Δｘ＜（ｔ／２）であるこ
とが必要であり基板の厚みは次式を満たすようにしなく
てはならない。

【００１９】

【数８】ｄ＜ｔ／［２・tan{sin^-1(ｎ₁・sinθ₁／ｎ₂)}］尚、一般的には空気中で見るのでｎ₁＝１.０である。
また、通常の用途を想定すると、約３０度（θ₁＝３０
°）の方向から見て視差ずれが無ければ良い。従って、
実用上は次式を満たせば良い。

【００２０】

【数９】ｄ＜ｔ／［２・tan{sin^-1(１／２ｎ₂)}］例えば、画素ピッチｔが１００μｍで基板の屈折率ｎ₂
が１.６であるとすると基板厚みは、

【００２１】

【数１０】ｄ＜１７２μｍでなくてはならない。

【００２２】以上の解析では対向基板，偏光板等の周辺
構造材を無視したが、それらを考慮してもカラーフィル
タと画素電極とのずれの値、即ち（数９）式の条件は変
わらない。

【００２３】さて、本発明の第一の効果をより顕著にす
るには、薄い基板として有機高分子フィルムを使用する
と良い。例えば、対角１０インチサイズ，画素数４８０
×６４０×３の一般的なカラー液晶ディスプレイを想定
すると、画素ピッチｔはほぼ１００μｍなので，基板厚
みを２００μｍ以下にしなくてはならない。このような
薄さで十分な強度を実現するには有機高分子フィルムが
最適である。もちろん大面積で画素ピッチも粗い場合
は、比較的厚いガラス等の無機の基板でも本発明は適用
できる。

【００２４】更に、薄い基板として有機高分子フィルム
を使用した場合に本発明の効果をより顕著にするには、
対向基板として有機高分子フィルムよりも厚いガラス基
板を用いると良い。剛性と平坦性に関しては有機高分子
フィルムよりもガラス基板の方が優れている。従って、
より厚いガラス基板により形状を保ち、対向する薄い基
板で視差ずれを防ぐことができ、その結果、均一なセル
ギャップと均一なしきい値が得られる。

【００２５】一方、カラーフィルタは薄い基板の外側に
すきま無く配置してあるのであれば良く、薄い基板に、
直接、塗布するのでも、別の透明板に塗布して密着積層
させても同じ効果が得られる。

【００２６】また、本発明はカラーＳＴＮ液晶ディスプ
レイであれば背面に光源をもった透過型ディスプレイで
あっても、背面に反射板をもった反射型ディスプレイで
あっても適用できる。

【００２７】更に本発明は、反射型モノクロＳＴＮ液晶
表示装置にも適用できる。カラー表示の場合はカラーフ
ィルタと画素電極の視差ずれの抑制効果があるが、同様
にモノクロの場合は画素電極と反射板上にできる表示画
素の影とのずれが小さくでき、影による像のぼけが抑制
できる。その結果、高精細の反射型モノクロＳＴＮ液晶
表示装置ができるようになる。

【００２８】次に、図３を用いて本発明の第二の作用を
説明する。

【００２９】第二の作用は、上述のような薄い基板を使
用する時に生じる下記の問題を解決する方法を提供する
ものである。即ち、一方の基板が薄くなったことによ
り、形状保持能力が低下し均一なセルギャップが得られ
なくなる。この時、もし薄い方の基板として透明な有機
高分子フィルムを用い、その熱膨張係数α₁, その弾性
係数Ｅ₁, 対向するより厚い基板の熱膨張係数α₂, そ
の弾性係数Ｅ₂の間にα₁＞α₂, Ｅ₁＜Ｅ₂という関係が
あるものを用い、まず所定の温度でシール材を一方の基
板に塗布した後に温度を高め、次に二枚の基板を加圧
し、その後、この時の温度とほぼ同じ或いは高い温度で
シール材を硬化し、更にその後所定の温度まで冷却すれ
ば、この問題が解決される。これは、熱膨張係数の差か
ら使用温度で薄い基板が常に基板面方向に延伸された状
態のストレスがかかっており、かつ、薄い方の基板であ
る透明な有機高分子フィルムの弾性係数が低いことによ
り若干延伸されその結果大きくたわむことが無いため、
有機高分子フィルム表面が厚い基板とほぼ同程度に平坦
になるためである。

【００３０】この効果をより顕著にするには、スペーサ
の一部が接着性を備え、その接着性スペーサが軟化する
温度に加熱した後に、両基板を加圧密着し、その状態で
冷却すればよい。こうすれば、両基板の密着度が上がり
ギャップの平坦度がより高まる。更に、この効果を高め
るには、加圧密着させ加熱した状態で液晶パネルをほぼ
垂直に立てればよい。図３のように接着性スペーサが、
一方の基板に偏ること無く両基板にほぼ均等に接触する
ために、より効果的に密着する。

【００３１】

【実施例】本発明を実施例により具体的に説明する。

【００３２】〈実施例１〉まず、本発明の第一の目的で
ある表示むら及び生産コストを低減し、生産性を向上し
たカラーＳＴＮ液晶表示装置を提供する実施例を図１に
示す。基板は厚みが１.１mm で表面を研磨したガラス基
板と、厚みが０.１mm の有機高分子フィルム（ポリエー
テルサルフォン、以下ＰＥＳと略す）を用いる。ＰＥＳ
の屈折率は１.６０(波長：５８９ｎｍ）である。これら
の基板間にネマチック液晶ＲＤＰ−９１２０６−１（ロ
ディック社製）にカイラル物質Ｓ−８１１（メルク社
製）を少量添加した液晶組成物を挾んだ。なお、組成物
の自然ピッチは１１.６μｍ、基板間のギャップは７.
５μｍである。基板内側にはドライバＩＣに接続され
たマトリクス状の透明電極が形成され、（６４０×３）
×４００画素を構成している。尚、信号電極は上下二方
向から交互に取り出されており、１／４００デューティ
で駆動される。電極上にはポリイミド系配向膜ＬＱ−１
８００(日立化成製)がスピンコート法により約５００Å
の厚みで塗布されている。ラビング法により表面処理さ
れ、液晶材料に４度の傾斜角（プレチルト）と２４０度
のねじれ角が生じている。直径７.６μｍのビーズスペ
ーサ（ジビニルベンゼンからなる）と、原形の直径が１
０μｍでセル内ではつぶれて両基板に接着しているポリ
エチレンの二種が混在し、スペーサとして作用して一定
のギャップ７.５μｍを保持している。薄い基板のスト
ライプ状電極のピッチｔは１００μｍで、それに位置を
合わせて基板外側にＲＧＢ三色のカラーフィルタが形成
されている。

【００３３】本実施例の構成条件、ｔ＝１００μｍ，ｎ
₂＝１.６０を（数１）式右辺に代入すると、ｄ＜１５２
μｍとなる。前述のように基板の厚みｄは１００μｍな
ので、本実施例は（数１）式を満たし、視差ずれが実用
レベルに抑えられている。

【００３４】〈実施例２〉図４に示すように、本実施例
では実施例１に於いて液晶パネルを構成する薄い基板の
外側に形成されていたＲＧＢ３色のカラーフィルタを別
の透明基板上に形成し、そのフィルタが形成されている
側を液晶パネルを構成する薄い基板の側に向けて密着積
層している。尚、カラーフィルタは顔料からなり印刷法
により塗布されている。その他の構成は実施例１と同じ
である。実施例１と同様に視差ずれは実用レベルに抑え
られる。

【００３５】〈実施例３〉本実施例はモノクロ反射型表
示の例である。図５に示すように、カラーフィルタは無
く、位相板は厚い基板の外側のみに配置されている。ま
た、薄い基板の外側に偏光板を介して反射板が密着積層
されている。薄い基板と偏光板を合わせた厚み（本発明
で定義する薄い基板の厚みｄはこの値とする）は１５０
μｍであり、いずれの屈折率も１.６である。画素数は
１２８０×７８０、画素ピッチｔは１２５μｍである。
他の基本的な構成は実施例１及び２とほぼ同じである。

【００３６】同様に、構成条件を（数１）式に代入する
と、ｄ＜１９０μｍとなる。実際ｄは１５０μｍなの
で、この条件を満たし実施例１，２と同様に影と画素と
の間の視差ずれは実用レベルに抑えられ、より鮮明な像
が得られる。

【００３７】〈実施例４〉本実施例は製造法に関するも
ので、基板，スペーサ等の素材の構成は実施例１〜３と
同じである。ガラス基板及び有機高分子フィルム（ＰＥ
Ｓ）それぞれの物性値は以下の通りである。α₁＝４０
×１０^-6，α₂＝９×１０^-6，Ｅ₁＝０.５×１０¹⁰Ｐ
ａ，Ｅ₂＝８×１０¹⁰Ｐａ。

【００３８】以上のように請求項７の構成要件であるα
₁＞α₂，Ｅ₁＜Ｅ₂という関係が満たされている。

【００３９】まず、有機高分子フィルム基板上に封止用
シール材(吉川化工製，ＳＥ−4500)をスクリーン印刷
し、７０℃で３０分間予備乾燥する。この間、水に分散
した実施例１〜３と同じビーズスペーサとポリエチレン
ビーズを、対向させるガラス基板上にスピンナにより分
散しておく。次に、両基板を合わせて重ね、１２０℃に
加熱し、速やかにプレスにより１０００ｋｇの加重をか
ける。この時、基板は、鉛直方向に立てられている。こ
の状態で６０分放置しシール材を硬化させた後、３０分
程かけて室温２５℃迄徐冷する。尚、本実施例ではスペ
ーサとして２種類のものを用いたが、例えば、ビーズ状
のスペーサにホットメルトの接着剤を塗布したようなも
のでも、同じ効果が得られる。

【００４０】こうしてできた液晶パネルは薄い基板に延
伸するようにストレスがかかっているため、均一なギャ
ップが形成され、表示むらも十分に低く抑えられてい
る。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、表示むら及び生産コス
トを低減し、生産性を向上したカラーＳＴＮ液晶表示装
置及びその製造法を提供することができる。また、影に
よるぼやけの少ない反射型モノクロＳＴＮ液晶表示装
置、特に高精細な液晶表示装置及びその製造法を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置を模式的に示した側断面
図。

【図２】本発明の作用の説明図。

【図３】本発明の作用の説明図。

【図４】本発明の別な実施例の液晶表示装置を模式的に
示した断面図。

【図５】本発明のモノクロ反射型液晶表示装置を模式的
に示した断面図。

【符号の説明】

１…厚い基板、２…薄い基板、３…液晶、４、４′…透
明電極、５…カラーフィルタ、６…接着材、７…ビーズ
スペーサ、８…シール材、９、９′…位相板、１０、１
０′…偏光板、１１…光源、１２…導光体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊東理茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者丹野清吉茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者菊地直樹千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所茂原工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透明な一対の基板，該基
板間に正の誘電異方性及びカイラル物質を有する液晶組
成物層，ＸＹマトリクス電極，界面上の液晶分子に２度
以上の傾斜角を与え、基板間で液晶分子ねじれ角を１８
０〜３６０度とする配向膜，基板間に一定のギャップを
与えるスペーサを挾持してなる液晶パネル，前記液晶の
分子配向状態に応じて光の透過或いは反射特性を変える
偏光手段，前記ＸＹマトリクス電極に電荷を与えて前記
液晶層を駆動する駆動手段とを備えた液晶表示装置にお
いて、前記一対の基板の厚みが異なり、かつ、より薄い基板の
厚みｄが次式で表されることを特徴とする液晶表示装
置。【数１】ｄ＜ｔ／［２・tan{sin-¹(１／２ｎ₂)}］ここで、ｔはマトリクス電極のピッチ、ｎ₂はより薄い
基板の屈折率を表す。
【請求項２】請求項１において、より薄い基板の熱膨張
係数α₁，その弾性係数Ｅ₁，対向するより厚い基板の
熱膨張係数α₂，その弾性係数Ｅ₂の間にα₁＞α₂，Ｅ
₁＜Ｅ₂という関係がある液晶表示装置。
【請求項３】請求項２において、前記より薄い基板が透
明な有機高分子フィルムからなる液晶表示装置。
【請求項４】請求項３において、対向する厚い基板がガ
ラス基板である液晶表示装置。
【請求項５】請求項１，２，３または４において、前記
より薄い基板の外側に複数のカラーフィルタを塗布した
液晶表示装置。
【請求項６】請求項１，２，３または４において、前記
より薄い基板の外側に複数のカラーフィルタを塗布した
透明体を密着積層した液晶表示装置。
【請求項７】請求項１，２，３または４において、前記
より薄い基板の外側に光散乱性或いは光反射性を備えた
媒質を密着積層した液晶表示装置。
【請求項８】厚みｄが次式で表される透明な有機高分子
フィルムからなる基板，それに対向するより厚い基板，
前記基板間に正の誘電異方性及びカイラル物質をもった
液晶組成物層，ＸＹマトリクス電極，界面上の液晶分子
に２度以上の傾斜角を与えかつ基板間で液晶分子ねじれ
角を１８０〜３６０度とする配向膜，基板間に一定のギ
ャップを与えるスペーサを挾持してなる液晶パネル，前
記液晶の分子配向状態に応じて光の透過或いは反射特性
を変える偏光手段，前記ＸＹマトリクス電極に電荷を与
えて前記液晶層を駆動する駆動手段とを備えた液晶表示
装置を製造する方法において、前記透明な有機高分子フ
ィルムとして、その熱膨張係数α₁，その弾性係数
Ｅ₁, 対向するより厚い基板の熱膨張係数α₂, その弾
性係数Ｅ₂の間にα₁＞α₂, Ｅ₁＜Ｅ₂という関係があ
るものを用い、まず所定の温度でシール材を一方の基板
に塗布した後に温度を高め、次に二枚の基板を加圧し、
その後、この時の温度とほぼ同じ、或いは、高い温度で
前記シール材を硬化し、その後、所定の温度まで冷却す
ることを特徴とする液晶表示装置の製造法。【数２】ｄ＜ｔ／［２・tan{sin-¹(１／２ｎ₂)}］ここで、ｔはマトリクス電極のピッチ、ｎ₂はより薄い
基板の屈折率を表す。
【請求項９】請求項８において、前記スペーサの少なく
とも一部が接着性を備え、前記接着性スペーサが軟化す
る温度に加熱した後に両基板を加圧密着し、その状態で
冷却する液晶表示装置の製造法。
【請求項１０】請求項９において、前記加圧密着させた
状態で液晶パネルがほぼ垂直に配置されている液晶表示
装置の製造法。