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JPH10123534A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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Publication number
JPH10123534A
JPH10123534A JP8280855A JP28085596A JPH10123534A JP H10123534 A JPH10123534 A JP H10123534A JP 8280855 A JP8280855 A JP 8280855A JP 28085596 A JP28085596 A JP 28085596A JP H10123534 A JPH10123534 A JP H10123534A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
substrate
cell
spacers
crystal display
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8280855A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsunori Murouchi
克徳 室内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP8280855A priority Critical patent/JPH10123534A/ja
Priority to TW086115546A priority patent/TW457386B/zh
Priority to KR1019970056789A priority patent/KR100253068B1/ko
Priority to US08/956,534 priority patent/US6067144A/en
Publication of JPH10123534A publication Critical patent/JPH10123534A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1339Gaskets; Spacers; Sealing of cells
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
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    • G02F1/13394Gaskets; Spacers; Sealing of cells spacers regularly patterned on the cell subtrate, e.g. walls, pillars
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133509Filters, e.g. light shielding masks
    • G02F1/133514Colour filters

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性および耐久性に優れ、堅牢な液晶表示
素子を提供すること。 【解決手段】 主面が対向するように配置された第1お
よび第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板と
の間隙に保持された液晶層と、前記第1の基板と前記第
2の基板との間隙に配置され、第1の高さとなる第1の
支持部材と、前記第1の基板と前記第2の基板との間隙
に配置され、前記第1の支持部材の第1の高さより低い
第2の高さとなる第2の支持部材とを具備した液晶表示
素子による。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に関
し、特に、液晶表示素子を構成する2つの基板の間隔を
制御するための、複数種の支持部材を有した液晶表示素
子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、液晶表示素子を製作するにあ
たっては、基板間に設けられたシール剤の液晶注入口よ
り液晶を注入し、2つの基板を近接するように加圧して
一部の液晶を液晶注入口より外部に排出した後、加圧を
解除して液晶注入口より封止剤を吸い込ませてこれを硬
化させることにより、基板間の間隙に液晶層を封入した
液晶表示素子を製作している。
【0003】ところで、液晶表示素子においては、液晶
層の厚みを制御して表示画面の品質を保つために、基板
間の距離を制御するスペーサが基板間の間隙に配置され
ている。スペーサには、シリカやポリエチレン等の球状
物質を用いた真球状スペーサの他、各種パターンニング
工程で基板上にあらかじめパターニングされたスペーサ
(特開昭59−139018号公報あるいは特開平5一
196946号公報参照)等があり、特に、パターニン
グされたスペーサを適用した液晶表示素子では、真球状
スペーサを適用した液晶表示素子と比較して、表示画素
部で真球状スペーサの周囲における液晶の配向異常によ
る光漏れがないという利点があることから、需要の増大
が見込まれている。
【0004】ところで、図6に一例を示したように、上
述したパターニングされたスペーサの一例であるスペー
サ12bおよび12dは、ガラス基板1に設けられた遮
光層(ブラックマトリックス)13a〜13d上にパタ
ーニングにより形成・配置されているが、液晶層の厚み
を一定に制御するために、スペーサ12bおよび12d
のガラス基板1からの高さhはすべて約5μmであり、
また、真球状スペーサにおいてもその直径は一定のもの
が用いられていた。なお、以下、図6および図9におい
て、BMおよびPで示された領域は、それぞれ、遮光部
および画素部を示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、液晶層の厚みを一定に制御するために、基板
からの高さがすべて同じ柱状スペーサあるいは直径の一
定した真球状スペーサ等を用いた場合には、図7および
図8に示したように、注入された一部の液晶を液晶注入
口より外部に排出した後、加圧を解除して液晶注入口よ
り封止剤14を吸い込ませた際の封止剤14の吸い込み
幅lは、基板間に設けられたシール剤15により基板同
士を張り合わせたセルに加えた圧力に正比例する。液晶
表示素子の構成ごとに異なるものであるが、通常、封止
剤14の吸い込み幅lは、封止部16の強度等に鑑みて
1.0mm程度に制御される必要がある。図8(a)あ
るいは(b)に示したように、適当な吸込み幅(ここで
は、0.8〜1.2mm)を与える圧力範囲が狭いため
に、セルに加える圧力の状態(圧力、圧力分布等)を厳
密に設定しなければならず、セルに圧力を加える際に用
いた治具詰め位置の違い等によってセルに加わる圧力の
状態が変化すると、液晶表示素子における吸込み幅lが
容易に変化する。吸込み幅lが0.8mmより小さくな
ると強度が低下し、液晶表示素子からの液晶の漏出等が
発生して液晶表示素子の製造歩留まりが低下したり、使
用に際して耐久性に劣るという問題、一方、吸込み幅l
が1.2mmより大きくなると、表示画素部に入り、表
示不良になる問題がそれぞれあった。
【0006】また、吸込み幅の変化による封止部の上記
の問題を抑制する目的から、図9に示したように、スペ
ーサ12a〜12dあるいは真球状スペーサ等の数を多
くした場合には、図8(c)に示したように、通常、基
板に負荷可能な圧力では吸込み幅が十分にとれないため
に、十分な強度を有する液晶表示素子を製造することが
できないという問題があった。
【0007】本発明は、上記従来例に鑑みてなされたも
ので、生産性および耐久性に優れ、堅牢な液晶表示素子
を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る液晶表示素
子は、主面が対向するように配置された第1および第2
の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板との間隙に
保持された液晶層と、前記第1の基板と前記第2の基板
との間隙に配置され、第1の高さとなる第1の支持部材
と、前記第1の基板と前記第2の基板との間隙に配置さ
れ、前記第1の支持部材の第1の高さより低い高さとな
る第2の支持部材とを具備したことを特徴としている。
【0009】本発明の液晶表示素子によれば、第1およ
び第2の高さとなる第1および第2の支持部材を、第1
の基板と第2の基板との間隙に配置したことにより、第
1および第2の基板を近接するように加圧して基板間に
設けられた液晶注入口から液晶を排出する際に生じる液
晶の排出量の変動を、加圧する際に用いた圧力の状態が
変化したとしても緩衝できるので、加圧を解除して液晶
注入口より封止剤を吸い込ませた際の封止剤の吸い込み
幅を加圧の状態にかかわらずほぼ一定に保つことが可能
となる。
【0010】なお、基板間に設けられた液晶注入口から
液晶を排出する際に与えられる圧力は、液晶表示素子の
構成ごとに異なるものではあるが、通常、基板1cm2
り2.0〜4.0kg程度である。
【0011】本発明において、基板とは、耐熱性および
耐薬品性に優れ、液晶表示素子に適用可能なものであれ
ば限定はされないが、通常は、青板ガラス、白板ガラス
あるいは石英ガラス等のガラス基板を用いることができ
る。また、基板の主面とは、液晶表示素子において液晶
を挟持した側の面を示すものである。
【0012】また、本発明において、第1および第2の
支持部材としては、基板に与えられる所定の圧力のもと
で、第1の基板と第2の基板との距離を第1および第2
の長さとなるように制御可能なものであるならば限定は
されないが、例えば、メラミン樹脂、尿素樹脂あるいは
ポリスチレン樹脂等の樹脂系の真球状スペーサやシリカ
系の真球状スペーサ等を用いることができ、さらに、各
種パターンニング工程で基板上にあらかじめ形成した上
述の柱状スペーサを適用すれば、真球状スペーサを適用
した液晶表示素子と比較して、表示画素部で真球状スペ
ーサの周囲における液晶の配向異常による光漏れがない
という利点があることから、第1および第2の支持部材
として柱状スペーサを用いることがより好ましい。
【0013】第1および第2の支持部材として真球状ス
ペーサを用いる場合には、通常の散布によって第1およ
び第2の基板の間隙に配置すればよく、また、柱状スペ
ーサを用いる場合には、液晶表示素子の特性に悪影響を
与えないという条件で、柱状スペーサを基板上のどの位
置に配置してもよい。柱状スペーサの基板間への配置と
しては、例えば、光が通過できる画素の有効表示面積の
割合を示す開口率に影響を与えないことから、基板上に
形成されたブラックマトリックス上に形成して配置する
ことが挙げられる。柱状スペーサをパターンニング工程
で基板上に形成するにあたっては、柱状スペーサを基板
上に形成する工程を独立して設けてもよいが、工程数の
増加を抑制するという観点から、例えば、柱状スペーサ
をブラックマトリックス上に形成する場合には、着色ポ
リイミド等に代表される赤、青あるいは緑の着色樹脂の
ブラックマトリックス上への形成と並行して同時に行う
ことが望ましい。
【0014】また、第1の基板と第2の基板との距離
は、第1および第2の支持部材として真球状スペーサあ
るいは柱状スペーサのいずれを用いた場合でも、第1の
支持部材によって与えられる第1の高さとしては2.0
μm〜10.0μm程度、第2の支持部材によって与え
られる第2の高さとしては1.0μm〜9.0μm程度
が好ましく、このとき、第1の高さと第2の高さとの差
が絶対値として0.1μm〜9.0μm程度となるよう
にすることが望ましい。
【0015】さらに、第1および第2の支持部材を2つ
の基板の間隙に配置するにあたっては、配置密度がほぼ
均一であることが好ましく、第1および第2の支持部材
として真球状スペーサを用いた場合には第1の高さを与
える第1の支持部材については画素(画面全体を格子状
に細分化して得られる、各々が色および明るさの情報を
蓄えた微小単位)あたり0.1〜10個程度、また、第
2の高さを与える第2の支持部材については画素あたり
0.1〜10個程度とすることが好ましく、第1および
第2の支持部材として柱状スペーサを用いた場合には第
1の高さを与える第1の支持部材については画素あたり
0.1〜0.9個程度、また、第2の高さを与える第2
の支持部材については画素あたり0.1〜0.9個程度
とすることが好ましい。なお、第1および第2の高さの
柱状スペーサの形状は、通常、円柱、直方体、あるいは
立方体の形態に、柱状スペーサを基板の主面に対して並
行な向きに切断したときに得られる切断面の断面積が最
大で約50〜500μm2となるように形成される。
【0016】また、本発明において、液晶は、第1およ
び第2の基板の間隙に液晶が保持されるように配置され
たシール剤およびシール剤に設けられた液晶注入口を封
止した封止剤を用いて、第1および第2の基板の間隙に
保持される。シール剤は、通常、液晶表示素子に用いら
れるシール剤であれば、その種類は特に限定されるもの
ではない。このようなシール剤としては、主に熱硬化性
樹脂や紫外線硬化樹脂等を挙げることができ、熱硬化性
樹脂は、一液性のタイプや使用前に調合する二液性のタ
イプのものが通常用いられる。このような熱硬化性樹脂
としては、架橋度の高いエポキシ樹脂やフェノール樹脂
等を好適に用いることができ、硬化剤としては、アミ
ン、カルボン酸あるいは酸無水物等を挙げることができ
る。
【0017】さらに、封止剤としては、該封止剤が液晶
と接触したり封止時に基板および封止部が液晶で濡れた
りしている条件においても、確実に封止部を封止する必
要があることから、封止剤としては、純度の高いシリコ
ーン樹脂、紫外線硬化樹脂、エポキシ樹脂あるいはアク
リル樹脂等の樹脂を好適に用いることができる。
【0018】なお、本発明の液晶表示素子は、単純マト
リックス型やアクティブマトリックス型等の駆動方式に
かかわらず、2つの基板を近接するように加圧し、一部
の液晶を液晶注入口より外部に排出した後、加圧を解除
して液晶注入口より封止剤を吸い込ませてこれを硬化さ
せることにより、基板間の間隙に液晶層を封入した形態
の液晶表示素子であるならば、各種の液晶表示素子の形
態を取り得ることはいうまでもない。
【0019】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しながら、本
発明の液晶パネルの製造方法を詳細に説明する。なお、
各図面において、同一の構成には同一の符号を付し、図
面ごとの説明は省略する。
【0020】はじめに、図1に示したように、1.1t
厚のガラス基板1に形成されたブラックマトリックス2
a〜2d上に、赤、緑および青の顔料をポリイミドに分
散させた赤色樹脂層3a、緑色樹脂層3b、青色樹脂層
3cを形成すると同時に、ガラス基板1からの高さh1
が5.0μmのスペーサ4aおよび4bとガラス基板1
からの高さh2 が4.5μmのスペーサ5aおよび5b
とを、顔料分散法(エッチング法)により、図2に示す
工程を経て形成した。なお、図1において、BMおよび
Pで示された領域は、それぞれ、遮光部(ブラックマト
リックス)および画素部を示している。
【0021】図2に示すように、ブラックマトリックス
2a〜2dが形成されたガラス基板1上に(図2a)、
まず、赤色の顔料を分散した着色ポリイミド前駆体液1
7をスピンコートして、乾燥、予備加熱し(図2b)、
さらにポジレジスト6を塗布した(図2c)後にマスク
7を用いて露光した(図2d)。なお、スペーサを同時
に形成するために、マスク7は、ブラックマトリックス
2上の所定の位置にも露光されるように構成されてい
る。次に、アルカリ水溶液でポジレジスト6の現像およ
び着色樹脂層のエッチングを行い(図2eおよび図2
f)、有機溶剤によりポジレジスト6を剥離して、赤色
樹脂層3aおよびスペーサのパターン8a〜8dを形成
した(図2g)。次いで、上記の工程を繰り返して、緑
色および青色樹脂層のパターン3bおよび3cを形成し
たが、緑色樹脂層3bおよび青色樹脂層3cの形成工程
において、スペーサ5aおよび5bに相当するスペーサ
のパターン8aおよび8cには緑色樹脂層および青色樹
脂層を形成しなかった(図2h)。なお、本実施例にお
いては、ガラス基板1からの高さh1 が5.0μmのス
ペーサ4aおよび4bの配置密度とガラス基板1からの
高さh2 が4.5μmのスペーサ5aおよび5bの配置
密度とはそれぞれ画素あたり0.5個であり、ガラス基
板1と平行する面で切断した場合に得られる最大の断面
積はともに150μm2 である。
【0022】次に、図3に示すように、図1に示した基
板に不図示の表示電極を形成した基板9(カラーフィル
タ基板)と1.1t厚のガラス基板の一主面に表示電極
(不図示)および駆動素子および駆動素子に給電する電
極(不図示)を形成した基板10(アレイ基板)とに配
向処理を施し、液晶の注入および排出に用いる注入口を
設けて袋状に塗布されたシール剤により2枚の基板を貼
り合わせて対角16インチのセル11を作成した。な
お、セル11においては、セル11へ加える圧力が2.
0 kg/cm2 以下の場合には、スペーサ4aおよび4bに
よってセル11を支持し、セル11へ加える圧力が2.
0 kg/cm2 を越えた場合には、図4に示したように、ス
ペーサ4a、4bおよび5a、5bによってセル11を
支持するように構成されている。
【0023】次いで、こうして得られたセル11を複数
用意し、各セル11の注入口より液晶組成物(E.Me
rck株式会社:ZLI−1132)と捩じれ成分
(E.Merck株式会社:S−811)との混合物を
十分注入し、各セル11ごとに圧力を0〜4.0 kg/cm
2 の範囲で変化させつつ加圧して、液晶組成物と捩じれ
成分との混合物の一部を排出した。次に、各セル11へ
の加圧を解除すると同時に、各セル11の注入口より封
止剤(ソニーケミカル株式会社:UV1007)を吸い
込んで注入口を封止した。図5は、前述したように、各
セル11に加えた圧力と各セル11が注入口より吸い込
んだ封止剤の吸込み幅lとの関係を示した図である。
【0024】図5から明らかなように、セル11を加圧
する際の圧力が2.0 kg/cm2 以下の場合にはセル11
が注入口より吸い込んだ封止剤の吸い込み幅lは急激に
上昇するが、セル11を加圧する際の圧力が2.0 kg/
cm2 を越えた場合にはセル11が注入口より吸い込んだ
封止剤の吸い込み幅lはなだらかに上昇する。
【0025】これは、図4に示したように、セル11を
加圧する際の圧力が2.0 kg/cm2を越えた場合には、
スペーサ4aおよび4bのみならず、スペーサ5aおよ
び5bにおいてもセル11を支持するために、セル11
を加圧する際の圧力が2.0kg/cm2 を越えた場合にも
セル11の変形が抑制されるために、封止剤の吸込み幅
lの増加の割合が減少するからであると考えられる。
【0026】なお、本実施例においては、封止剤の吸い
込み幅lの規格を1±0.2mmとした場合、この規格
を満足するためにセル11に負荷可能な圧力は、2.0
〜3.8 kg/cm2 の範囲に渡っていた。
【0027】一方、比較例として、図6に示したよう
に、スペーサとして、配置密度が画素あたり0.5個で
あって、ガラス基板1からの高さが5.0μmのスペー
サ12aおよび12cを備えた以外は本実施例と同じ構
成のセルを用いて、本実施例と同様の条件で各セルに加
えた圧力と各セルが注入口より吸い込んだ封止剤の吸込
み幅lとの関係を検討した。
【0028】その結果、比較例においては、封止剤の吸
い込み幅lの規格を1±0.2mmとした場合、この規
格を満足するためにセルに負荷可能な圧力は、2.0〜
3.0 kg/cm2 の範囲であり、実施例と比較してセルを
加圧する際に適用できる圧力の許容範囲が狭かった。
【0029】したがって、本実施例においては、セルに
加える圧力の状態を厳密に設定する必要がないので、セ
ルに加えた圧力の状態が変化したとしても、比較例と比
べて封止剤の吸い込み幅lの規格を安定して一定の範囲
に維持することができ、液晶表示素子の製造歩留まりの
向上を達成することができた。また、本実施例において
は、要求された強度に対応する、封止剤の吸い込み幅l
の規格を、セルに加圧できる圧力の範囲内で容易に満足
することができるので、封止剤による封止部の強度を十
分に保つことができ、堅牢な液晶表示素子を得ることが
できた。
【0030】なお、本実施例では、スペーサは2種類の
高さであり配置密度も同等であるが、スペーサの高さの
変更、スペーサの形態の変更、スペーサの多種類化ある
いはスペーサの配置密度を変更したりすることにより、
封止剤の吸い込み幅lの規格やこの規格を満足するため
にセルに負荷可能な圧力の範囲を任意に制御することが
できるのはいうまでもない。
【0031】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の液晶表
示素子によれば、第1および第2の高さとなる第1およ
び第2の支持部材を、第1の基板と第2の基板との間隙
に配置したので、液晶注入口より封止剤を吸い込ませた
際の封止剤の吸い込み幅を加圧の状態にかかわらず所定
の範囲内に保つことができ、生産性および耐久性に優
れ、堅牢な液晶表示素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ガラス基板1上に形成された着色樹脂層3a〜
3dおよび2種類のスペーサを示した図。
【図2】ガラス基板1上に着色樹脂層3a〜3dおよび
2種類のスペーサを形成する工程を示した図。
【図3】セル11の構成を示した断面図。
【図4】セル11へ加える圧力が2.0 kg/cm2 を越え
た場合のセル11の状態を示した断面図。
【図5】各セル11に加えた圧力と各セル11が注入口
より吸い込んだ封止剤の吸込み幅lとの関係を示した
図。
【図6】ガラス基板1上に形成された、ガラス基板1か
らの距離が5.0μmのスペーサ12aおよび12cを
示した図。
【図7】封止剤14の吸い込み幅lを示した図。
【図8】セルに加えた圧力と封止剤14の吸い込み幅l
との関係を示した図。
【図9】ガラス基板1上に形成された、ガラス基板1か
らの距離が5.0μmのスペーサ12a〜12dを示し
た図。
【符号の説明】
1……ガラス基板 2a〜2d……ブラックマトリッ
クス 3a……赤色樹脂層 3b……緑色樹脂層 3c…
…青色樹脂層 4a、4b……スペーサ 5a、5b……スペーサ 6……ポジレジスト 7……マスク 8a〜8d……スペーサのパターン 9……カラーフ
ィルタ基板 10……アレイ基板 11……セル 12a〜12
d……スペーサ 13a〜13d……遮光層 14……封止剤 15
……シール剤 16……封止部 17……着色ポリイミド前駆体液

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主面が対向するように配置された第1お
    よび第2の基板と、 前記第1の基板と前記第2の基板との間隙に保持された
    液晶層と、 前記第1の基板と前記第2の基板との間隙に配置され、
    第1の高さとなる第1の支持部材と、 前記第1の基板と前記第2の基板との間隙に配置され、
    前記第1の支持部材の第1の高さより低い第2の高さと
    なる第2の支持部材と、を具備したことを特徴とする液
    晶表示素子。
  2. 【請求項2】 前記第1の基板は主面上に遮光層を具備
    し、前記第1および第2の支持部材は前記遮光層上に形
    成されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示素
    子。
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