JP5898492B2 - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子及びその製造方法に関する。

液晶層内の液晶分子配向方向を基板に対して垂直または略垂直とする垂直配向型液晶表示素子は、電圧無印加時における黒レベルが略クロスニコル配置された２枚の偏光板の光学特性とほぼ同等であることから非常に良好で、液晶層とそれを間に挟む２枚の偏光板間の一方または双方に、適切なパラメータを有する負の光学異方性を有する視角補償板を導入することにより、一層良好な視角特性をもたせることができる。

視角補償板として、負の一軸光学異方性を有する光学補償板、いわゆる（ネガティブ）Ｃプレートを用い、視角補償を行う方法が特許文献１に記載されている。この方法により、垂直配向液晶層の光学異方性を相殺して、電圧無印加時における視角特性を解消することが可能である。しかし視角を変化させた場合、特に２枚の略クロスニコル偏光板の一方の偏光板の吸収軸から略４５°方位だけずれた方向から観察した場合は、光抜けが観察される。これは偏光板自体の視角特性が存在するために生じる現象で、これにより視角特性が劣化することが知られている。

これを解決する方法として、特許文献２は、負の二軸光学異方性を有する光学補償板（二軸フィルム）を用いる方法を提案する。また、特許文献３には、特に有効な二軸フィルムのパラメータ例が示されている。二軸フィルムを用いる液晶表示素子構造を採用することにより、Ｃプレートを用いる場合に問題となる、偏光板による視角特性の劣化を解消することができ、液晶表示素子を偏光板吸収軸から略４５°方位から観察しても、正面観察時とほぼ同等の黒表示を実現することが可能となる。

本願発明者は、特許文献４において、ラビング処理による均一なモノドメイン配向を実現した垂直配向型液晶表示素子を提案した。この液晶表示素子についても、上述の視角補償方法を適用することができる。

しかしながら二軸フィルムを用いた垂直配向型液晶表示素子においても、偏光板吸収軸から４５°方位の深い極角角度（偏光板の法線方向を基準とした深い極角角度）より観察すると、電圧無印加時に、青色や紫色など着色した光抜けが見られることがある。なお、Ｃプレートを用いた場合は、偏光板の視角特性を補償できないため光抜けは大きいが、偏光板吸収軸から４５°方位の深い極角角度より観察した場合であっても、着色した光抜けは観察されない。

垂直配向型液晶表示素子に用いる視角補償板としては、数値上の視角特性の良好さが優先されているため、光抜けを少なくできる二軸フィルムを用いる方法が広く用いられており、ノルボルネン系環状オレフィン材料を使用した二軸延伸フィルムや、ＴＡＣ素材をベースに延伸加工した延伸ＴＡＣフィルムなどが市場に流通している。これに対し、Ｃプレートと同等の光学特性を有する光学フィルムは、市場の流通量が急速に減少してきており、入手が困難である。

本願発明者は、特許文献５において、少なくとも一方の基板の液晶層側の面に、ランダムな凹凸を形成した垂直配向型液晶表示素子を提案した。二軸フィルムを用いた垂直配向型液晶表示素子において、液晶層厚が変化すると、偏光板吸収軸から４５°方位の深い極角角度より観察したときの光抜けした光の色調が、可視光の波長領域で様々に変化する現象を利用し、液晶層内に、多数の液晶層厚の領域をランダムに分布させ、外観的には様々な着色光を混合することで無彩色化し、光抜けした光を、従来のＣプレート補償と同等の色調としつつ、光抜けの透過率を大幅に小さくする液晶表示素子である。

特許文献５に記載の液晶表示素子は、２枚の基板の少なくとも一方にランダムな凹凸を形成する必要がある。特許文献５には、その方法として、ガラス基板の化学的エッチング（フロスト処理）、物理的エッチング（サンドブラスト処理）、及び、基板上に微粒子を分散した後、ハードコート剤でコーティングする方法が示されているが、いずれも高コストである。また、マザーガラスの全面に処理を施すことを前提としているため、液晶表示素子と外部駆動回路を接続する外部取り出し電極部（電極端子部）にも凹凸が形成される場合があり、更に、２枚の基板を接着するシール枠部分にも凹凸が形成されることから、製造歩留まりが低下する懸念がある。加えて、現在生産される液晶表示素子は、２枚のガラス基板を貼り合わせる前は、液晶表示素子がマザーガラスに複数配置される多面取りを採用しているため、マザーガラスの全面に凹凸が形成されていると、面取り境界や２枚の基板を重ねる際、基板表面の光散乱により、位置合わせのためのマーク類が不鮮明になり、製造歩留まりに悪影響を与える。また、液晶表示素子の外観観察においては、凹凸がランダムに配置されるため、明表示部、暗表示部、電圧が印加されない領域（背景領域）のいずれにおいても、表示ムラが観察される場合がある。これは、基板凹凸部と液晶層の屈折率差による光散乱の影響によるものと考えられる。

特開昭６２−２１０４２３号公報 特許第２０４７８８０号公報 特開２０００−１３１６９３号公報 特開２００５−２３４２５４号公報 特開２００８−２３３４１２号公報

本発明の目的は、良好な品質の液晶表示素子及びその製造方法を提供することである。

本発明の一観点によると、略平行配置され、透明電極が形成された第１の基板、及び、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に枠状に配置されたシール材と、前記第１の基板と前記第２の基板の間の、前記シール材の枠内領域に配置され、誘電率異方性が負の液晶材料が充填された、垂直配向する液晶層と、前記第１の基板の、前記液晶層とは反対側に配置される第１の偏光層、及び、前記第２の基板の、前記液晶層とは反対側に配置される第２の偏光層であって、略クロスニコルに配置され、一方の偏光層の吸収軸は、電圧印加時における前記液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方位に対して略４５°となるように配置された第１の偏光層、及び、第２の偏光層と、前記第１の基板と前記第１の偏光層の間、前記第２の基板と前記第２の偏光層の間の少なくとも一方に配置された、負の二軸光学異方性を有する光学補償板であって、面内遅相軸方位が、近接する前記第１または第２の偏光層の吸収軸方位と略直交するように配置された負の二軸光学異方性を有する光学補償板とを有し、前記第１の基板、前記第２の基板の少なくとも一方は、前記液晶層側に突出する、高さが略等しい第１の高さである複数の凸部を備え、前記複数の凸部は、前記シール材の枠内領域にのみ形成され、前記凸部のない位置の前記液晶層は第２の厚さを有し、前記凸部の存在により、前記液晶層の厚さが、前記第２の厚さから前記第１の高さを減じた厚さとなる領域の面積が、前記凸部を備える基板の、前記液晶層が配置される領域の面積の５％以上５０％以下のα％である液晶表示素子が提供される。

また、本発明の他の観点によると、略平行配置され、透明電極が形成された第１の基板、及び、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に枠状に配置されたシール材と、前記第１の基板と前記第２の基板の間の、前記シール材の枠内領域に配置され、誘電率異方性が負の液晶材料が充填された、垂直配向する液晶層と、前記第１の基板の、前記液晶層とは反対側に配置される第１の偏光層、及び、前記第２の基板の、前記液晶層とは反対側に配置される第２の偏光層であって、略クロスニコルに配置され、一方の偏光層の吸収軸は、電圧印加時における前記液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方位に対して略４５°となるように配置された第１の偏光層、及び、第２の偏光層と、前記第１の基板と前記第１の偏光層の間、前記第２の基板と前記第２の偏光層の間の少なくとも一方に配置された、負の二軸光学異方性を有する光学補償板であって、面内遅相軸方位が、近接する前記第１または第２の偏光層の吸収軸方位と略直交するように配置された負の二軸光学異方性を有する光学補償板とを有し、前記第１の基板、前記第２の基板の少なくとも一方は、前記液晶層側に突出する、高さが略等しい第１の高さである複数の凸部を備え、前記複数の凸部は、前記シール材の枠内領域にのみ形成され、前記凸部のない位置の前記液晶層は第２の厚さを有し、前記凸部の存在により、前記液晶層の厚さが、前記第２の厚さから前記第１の高さを減じた厚さとなる領域の面積が、前記凸部を備える基板の、前記液晶層が配置される領域の面積の５％以上５０％以下のα％である液晶表示素子を、一対のマザー基板を用いて複数製造する液晶表示素子の製造方法であって、前記凸部を前記シール材の枠内領域以外のマザー基板上には形成しないことを特徴とする液晶表示素子の製造方法が提供される。

本発明によれば、良好な品質の液晶表示素子及びその製造方法を提供することができる。

図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ液晶表示素子の従来例を示す概略的な断面図及び斜視図である。 図２は、比較例による液晶表示素子を示す概略的な斜視図である。 図３は、従来例及び比較例による液晶表示素子における、電圧無印加時の分光スペクトルを示すグラフである。 図４Ａ〜図４Ｄは、第１の実施例による液晶表示素子の製造方法を示す概略図である。 図４Ｅ及び図４Ｆは、第１の実施例による液晶表示素子の製造方法を示す概略図である。 図４Ｇは、第１の実施例による液晶表示素子の製造方法を示す概略図である。 図５は、第２の実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図である。 図６は、第３の実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図である。 図７は、第４の実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図である。 図８は、第５の実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図である。 図９Ａ〜図９Ｅは、一方の基板上における凸部、たとえばコモン基板８１における凸部８１ｄの配置態様を示す概略的な平面図である。 図１０Ａ及び図１０Ｂは、シミュレーション結果を示すグラフである。 図１１は、第１の変形例による液晶表示素子を示す概略的な斜視図である。 図１２は、第２の変形例による液晶表示素子を示す概略的な斜視図である。 図１３Ａ及び図１３Ｂは、シミュレーション結果を示すグラフである。

本願発明者は、まず、従来の液晶表示素子の光抜けについてシミュレーション解析を行った。

図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれシミュレーション解析の対象とした液晶表示素子の従来例を示す概略的な断面図及び斜視図である。

従来例による液晶表示素子は、相互に略平行に対向配置された上側基板（セグメント基板）８０、下側基板（コモン基板）８１、両基板８０、８１間に配置された液晶層８２、上側偏光板８３、及び、下側偏光板８４を含んで構成される。

上側基板８０は、上側ガラス基板（透明基板）８０ａ、上側ガラス基板８０ａ上に形成された上側透明電極（セグメント電極）８０ｂ、及び、上側電極８０ｂ上に形成された上側配向膜８０ｃを含む。同様に、下側基板８１は、下側ガラス基板（透明基板）８１ａ、下側ガラス基板８１ａ上に形成された下側透明電極（コモン電極）８１ｂ、及び、下側電極８１ｂ上に形成された下側配向膜８１ｃを含む。

上側及び下側電極８０ｂ、８１ｂはたとえばＩＴＯで形成され、所望の意匠を表示できるようパターニングされている。液晶層８２は、垂直配向する液晶層である。液晶層８２には、誘電率異方性が負の液晶材料が充填されている。

上側偏光板８３は、偏光層８３ａ及びＴＡＣ層８３ｂを含み、ＴＡＣ層８３ｂが上側ガラス基板８０ａに対向するように、上側基板８０の液晶層８２とは反対側の面に配置される。ＴＡＣ層は、Ｃプレートとして機能することが知られている。下側偏光板８４は、偏光層８４ａ及び視角補償板（二軸フィルム）８４ｂを含み、二軸フィルム８４ｂが下側ガラス基板８１ａに対向するように、下側基板８１の液晶層８２とは反対側の面に配置される。上側及び下側偏光板８３、８４（偏光層８３ａ、８４ａ）は略クロスニコルに、かつ、一方の偏光板（偏光層）吸収軸が、電圧印加時における液晶層８２の中央分子（液晶層８２の厚さ方向の中央に位置する液晶分子８２ａ）の配向方位に対して略４５°となるように配置される。また、二軸フィルム８４ｂは、その面内遅相軸方位が近接する偏光層８４ａの吸収軸方位と略直交するように配置される。

図示は省略したが、下側偏光板８４の下方には、バックライトが配置される。バックライトは、冷陰極管、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ、電球などの光源を用いて構成される。液晶表示素子の表示状態は、上側偏光板８３側から観察される。

シミュレーション解析においては、偏光板吸収軸に対して４５°方位における正面観察時を基準に、５０°極角から観察したときの光抜けの色調を、（株）シンテック製液晶表示器シミュレータLCDMASTER7.2で計算した。

解析にあたり、液晶層８２のリタデーションを３２０ｎｍ、二軸フィルム８４ｂの面内リタデーションＲｅを５５ｎｍ、厚さ方向のリタデーションＲｔｈを２２０ｎｍに設定し、面内遅相軸方位は最近傍の偏光層８４ａ吸収軸に直交するよう配置した。なお、材質は、ノルボルネン系プラスティックフィルムを想定した。Ｃプレートとして機能するＴＡＣ層８３ｂの厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、略５０ｎｍに設定した。上側及び下側偏光板８３、８４の偏光層８３ａ、８４ａは、（株）ポラテクノ製ＳＫＮ１８２４３Ｔを想定し、吸収軸方位は上側が１３５°、下側は４５°とした。液晶層８２は、プレティルト角８９°にて設定されたモノドメイン配向構造のものを想定し、プレティルト角の方位は液晶層８２中央で９０°方位とした。バックライトの光源には、標準光源Ｄ６５を用いた。

本願発明者は、比較のために、特許文献２に示される、Ｃプレートを用いて補償する液晶表示素子についても、シミュレーション解析を行った。

図２は、比較例としてシミュレーション解析の対象とした液晶表示素子を示す概略的な斜視図である。比較例においては、下側偏光板８４が、偏光層８４ａとＴＡＣ層８４ｃの積層により構成されている点、及び、下側偏光板８４と下側基板８１との間にＣプレート８５が配置されている点において、図１Ａ、図１Ｂに示した液晶表示素子と異なる。Ｃプレート８５は、厚さ方向のリタデーションＲｔｈを１８０ｎｍとし、材質はノルボルネン系プラスティックフィルムを想定した。その他の点においては、図１Ａ、図１Ｂに示す液晶表示素子と等しい。

図３は、従来例（図１Ａ、図１Ｂ）及び比較例（図２）による液晶表示素子における、電圧無印加時の分光スペクトルを示すグラフである。本図に示すシミュレーション解析結果は、方位０°、液晶表示素子（基板）法線方向を極角０°と定義した場合の、極角５０°から観察した場合の電圧無印加時分光スペクトルである。グラフの横軸は、光の波長を単位「ｎｍ」で示し、縦軸は光透過率を単位「％」で示す。実線は二軸フィルムを用いた液晶表示素子（図１Ａ、図１Ｂに示す従来例による液晶表示素子）、破線はＣプレートを用いた液晶表示素子（図２に示す比較例による液晶表示素子）について、光抜けする光の波長と透過率の関係を示す。

図１Ａ、図１Ｂに示す従来例による液晶表示素子においては、５３０ｎｍ付近でほぼ光抜けのない状態が得られているが、短波長側、長波長側にシフトするにしたがって光抜けが増加する傾向がある。このため光抜けに着色が生じる。

図２に示す比較例による液晶表示素子においては、従来例による液晶表示素子と比べたとき、非常に大きい光抜けが生じていることがわかる。しかし広い波長範囲でフラットな光抜け状態である。本願発明者は、実際に図２に示す比較例と同条件で液晶表示素子を作製して観察した。その結果、光抜けは大きいが、着色する現象は見られなかった。

図３に示すシミュレーション結果から、二軸フィルムを用いた場合、偏光板の視角特性をすべての波長範囲では完全には改善できないために光抜けが生じ、フィルムや液晶層のパラメータ等により様々な色調に着色すると考えられる。

図４Ａ〜図４Ｇは、第１の実施例による液晶表示素子の製造方法を示す概略図である。図４Ａを参照する。片面が研磨処理され、その表面にＳｉＯ_２アンダーコートが施され、その上にＩＴＯ透明導電膜が成膜された青板ガラス基板８０ａ、８１ａを作製し、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程にて、ＩＴＯ導電膜に所望の電極パターンを形成し、ガラス基板８０ａ、８１ａ上にセグメント電極８０ｂ、コモン電極８１ｂを形成する。

図４Ｂを参照する。ガラス基板８１ａを３０秒回転させ、コモン電極８１ｂ上に、（株）大阪有機化学製透明ネガ型感光性樹脂をスピンナーにて所望の厚さに塗布し、ホットプレート上で１００℃、１２０秒間の仮焼成を行い、樹脂膜を形成する。膜厚はスピンナーの回転数により、略０．５μｍ〜略５μｍの範囲で制御可能である。高圧水銀ランプを光源とする密着露光機を用い紫外線を、所望の柱状スペーサーが形成できるように作製されたフォトマスクを介して、樹脂塗布面とフォトマスクを略密着させた状態で露光する。

その後、濃度１％の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に浸漬することにより、感光性樹脂の現像を行い、純水を使用してのリンス、基板の乾燥の後、クリーンオーブン内で２２０℃、３０分の本焼成を行うことで、コモン電極８１ｂ上に複数の等しい高さの凸部８１ｄを形成する。

図４Ｃを参照する。ガラス基板８０ａ、８１ａを弱アルカリ、純水にてブラシ洗浄後、基板８０ａ、８１ａを乾燥させ、低圧水銀ランプまたは酸素キャリアを用いた大気圧プラズマ等によるドライ洗浄を行う。次に、フレキソ印刷法にて所望のパターンの（株）チッソ石油化学製垂直配向膜を両基板にパターン塗布する。コモン基板に関しては、コモン電極８１ｂ上及び凸部８１ｄ上に塗布がなされ、セグメント基板に関しては、セグメント電極８０ｂ上に塗布が行われる。クリーンオーブン内で、９０℃、略５分の仮焼成、１６０℃〜２８０℃、３０分〜６０分の本焼成を実施する。コモン電極８１ｂ上及び凸部８１ｄ上に垂直配向膜８１ｃが形成され、セグメント電極８０ｂ上に垂直配向膜８０ｃが形成される。

焼成後、一方の基板または双方の基板に対してラビング処理を行う。一方の基板にのみラビング処理を施す場合は、凸部８１ｄが存在しない基板（セグメント基板）を処理することが好ましい。なお、たとえば特開２００４−２５２２９８号公報に記載があるように、コモン電極及びセグメント電極に矩形状開口部（スリット）が、電極間で開口部短手方向に互い違いに配置されている電極構造が採用され、電極間に電圧を印加したときには、開口部のエッジ付近に発生する斜め電界により、液晶分子配向が制御できる場合には、ラビング処理は不要である。

こうして、セグメント基板８０及びコモン基板８１が作製される。

図４Ｄを参照する。液晶表示素子の２枚の基板８０、８１が重なる領域の外形よりわずかに小さい枠状のシール８６を一方の基板に印刷する。シール８６の印刷にあたっては、凸部８１ｄが、枠状シールの内側領域にのみ配置するようにする。シール８６を印刷しない基板に対しては、所望のセル厚が得られる球状スペーサーを、乾式散布法で面内にランダムに配置する。実施例においては、シール材として（株）三井化学製ストラクトボンドＨＣ１９２０、ガラススペーサーとしては、（株）宇部日東化成製のハイプレシカ、導電性粒子としては（株）積水化学製の導電性粒子ＡＵＥを用いた。

両基板８０、８１を電極８０ｂ、８１ｂ形成面が対向するように貼り合わせ、１５０℃で熱圧着することにより、基板間の均一性を向上させつつ固着した。焼成時間は１時間以上とした。

図４Ｅを参照する。図４Ａ〜図４Ｄを参照して説明した工程は、２枚のマザー基板９０から、規則的に配置された複数の液晶表示素子を取り出すように実施した（多面取り）。図４Ｅには、一対のマザー基板９０から、６つの液晶表示素子が作製される例を示した。マザー基板９０には、液晶表示素子の製造工程、たとえば上下基板を重ね合わせる際の位置合わせに利用されるアライメントマーク９１、複数の液晶表示素子を個々に分離する際の切断位置を示すカットマーク９２が形成されている。シール８６形成位置の側部には、外部取り出し電極８７が形成される。

上述のように、凸部８１ｄは、枠状シール８６の内側にのみ配置され、外部取り出し電極８７、マザー基板９０のエッジ周囲、アライメントマーク９１上、及びカットマーク９２上には配置されない。すなわち凸部８１ｄは、シール８６の枠内領域以外のマザー基板９０上には形成されない。たとえば凸部８１ｄがアライメントマーク９１上やカットマーク９２上に配置された場合、これらのマーク９１、９２を観察しにくくなり、高精度で液晶表示素子を製造することが困難になり、製造歩留まりを低下させる場合が生じる。凸部８１ｄを枠状シール８６の内側にのみ配置することで、高精度に、歩留まりの低下を回避して、液晶表示素子を製造することが可能となる。

なお、図４Ｅには、６つの液晶表示素子が相互に境界を接してマザー基板９０に形成される態様を示したが、図４Ｆに示すように、６つの液晶表示素子を、相互に境界を接しない態様で、マザー基板９０に形成することもできる。この場合には、隣接する液晶表示素子の間にも、凸部８１ｄは配置されないことになる。

図４Ｇを参照する。図４Ｄを参照して説明した工程に続き、カットマーク９２を基準として、各液晶表示素子を分断し、シール８６の枠内領域に、液晶材料を真空注入法で注入する。その後、素子面内をプレスすることにより、余分に注入された液晶材料を排出する。そして紫外線硬化性樹脂を液晶材料注入口に塗布し、プレス状態を開放することにより、樹脂をわずかに内部に浸透させ、紫外線を照射することで樹脂を硬化して封止する。封止後、オーブンにて１２０℃、１時間の熱処理を行い、中性洗剤等で浸漬洗浄、純水リンスの後、乾燥させる。

セグメント基板８０、コモン基板８１の外側（液晶層８２が配置される側とは反対側）に、それぞれ偏光層８３ａ、８４ａを略クロスニコルとなるように配置する。また、少なくとも一方の偏光層８３ａ、８４ａと基板８０、８１との間に、二軸フィルムを、その遅相軸が、最近傍の偏光層の吸収軸と略直交するように配置する。図４Ｇには、偏光層８３ａとＴＡＣ層８３ｂとからなる偏光板８３を、ＴＡＣ層８３ｂがガラス基板８０ａと対向するように、セグメント基板８０の外側に貼り合わせ、偏光層８４ａと二軸フィルム８４ｂとからなる偏光板８４を、二軸フィルム８４ｂがガラス基板８１ａと対向するように、コモン基板８１の外側に貼り合わせた例を示した。

このようにして製造した液晶表示素子の外部取り出し電極８７に、素子を電気的に駆動するためのフレキシブル基板、またはリードフレームを取り付ける。リードフレームには駆動回路を接続し、偏光板８４の下方（コモン基板８１と反対側）にバックライトを配置し液晶表示装置を構築する。

図４Ｇに示す、第１の実施例による液晶表示素子は、図１Ａに示した従来例と比較したとき、コモン基板８１（コモン電極８１ｂと配向膜８１ｃとの間の一部）に、液晶層８２側に突出する複数の凸部８１ｄが形成されている点において相違する。その他の点は、図１Ａに示す従来例と同様である。

触針式段差計を用い、凸部８１ｄのコモン基板８１表面からの断面プロファイルを測定した。凸部８１ｄを高さ略２μｍで作製したとき、凸部８１ｄの基板接触部分（下底部分）の幅は略２８μｍ、上底部分の幅は略７μｍであった。凸部８１ｄの断面形状は台形状（基板に接する辺が相対的に長く、接しない辺が相対的に短く、側辺が傾斜するテーパー状）であることがわかる。複数の凸部８１ｄは、たとえば基板（コモン電極８１ｂ）からの高さが相互に等しい四角錐台形状である。また、複数の凸部８１ｄは、基板８０、８１間に枠状に配置されるシール８６枠内に規則的に配置される。

図５は、第２の実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図である。第１の実施例による液晶表示素子においては、コモン電極８１ｂ上に形成された凸部８１ｄを覆うように垂直配向膜８１ｃが塗布されていたが、第２の実施例においては、ガラス基板８１ａ上に凸部８１ｄが形成され、ガラス基板８１ａ上及び凸部８１ｄ上に順に、コモン電極８１ｂ、配向膜８１ｃが形成される。

第２の実施例による液晶表示素子を製造するにあたっては、コモン基板８１に関し、ガラス基板８１ａ上に凸部８１ｄを形成し、その後コモン電極８１ｂを成膜及びパターニングで形成し、更にその上に垂直配向膜８１ｃを塗布形成すればよい。

図６は、第３の実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図である。第１の実施例においては、凸部８１ｄが基板８１にのみ形成されていたが、第３の実施例においては、複数の凸部８０ｄ、８１ｄが基板８０、８１に形成されている。セグメント基板８０に形成される凸部８０ｄの高さと、コモン基板８１に形成される凸部８１ｄの高さとは等しい。セグメント基板８０側において、凸部８０ｄは、セグメント電極８０ｂ上に形成され、セグメント電極８０ｂ及び凸部８０ｄを覆うように配向膜８０ｃが形成されている。凸部８１ｄと同様に、複数の凸部８０ｄも、シール８６枠内に規則的に配置される。複数の凸部８０ｄと複数の凸部８１ｄとは、液晶表示素子の正面観察時に（セグメント基板８０及びコモン基板８１の法線方向から見たとき）、重ならないように配置されている。

図７は、第４の実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図である。第１の実施例においては、球状スペーサーを面内にランダムに配置して、液晶層８２の厚さを制御したが、第４の実施例においては、複数の柱状スペーサー８８によって液晶層８２の厚さを制御し、上下基板８０、８１を略平行に保持する。本図に示す例においては、柱状スペーサー８８は、凸部の形成されていないセグメント基板８０側に形成される。柱状スペーサー８８の形成方法は、凸部８１ｄの形成方法と同様である。柱状スペーサー８８も、枠状シール８６内に配置される。また、凸部８１ｄが配置されないコモン基板８１上の領域に対向する位置に配置される。すなわち複数のスペーサー８８と複数の凸部８１ｄとは、セグメント基板８０及びコモン基板８１の法線方向から見たとき、重ならないように配置される。柱状スペーサー８８の上底部分を、凸部８１ｄの形成されていないコモン基板８１上の領域に配置することにより、柱状スペーサー８８の高さにしたがって上下基板８０、８１が配置される。

図８は、第５の実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図である。第４の実施例においては、複数のスペーサー８８は、凸部８１ｄが配置されない領域に対向する位置のセグメント基板８０に配置されたが、第５の実施例においては、少なくとも１つのスペーサー８８が、たとえばテーパーを有する直方体形状（金塊形状）の凸部８１ｄの形成領域に対向する位置のセグメント基板８０に配置されている。このような場合は、柱状スペーサー８８の配置される部分に凸部８１ｄが配置されないように、凸部８１ｄの一部に底面が基板面となる凹部８９を形成し、その凹部８９に対向するセグメント基板８０上の位置に柱状スペーサー８８を配置する。

第１〜第５のすべての実施例において、下側偏光板８４の下方には、冷陰極管、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ、電球などの光源を備えるバックライトが配置され、上側偏光板８３側から表示状態を観察する。

第１〜第５のいずれの実施例においても、上下基板８０、８１間に凸部がない構造部分の液晶層厚をｄ１、一方の基板に存在する凸部の上底部と対向基板間の液晶層厚をｄ２とする（たとえば図４Ｇ参照）。ここで０≦ｄ２＜ｄ１の関係がある。複数の凸部の上底面の面積（基板８０、８１法線方向から見たとき、液晶層厚がｄ２となる領域の面積）は、基板面の面積（基板８０、８１法線方向から見たとき、液晶層が存在する範囲の面積、凸部８１ｄを備える基板８１の、液晶層８２が配置される領域の面積）の５％以上５０％以下とすることが好ましい。５０％を超えると、凸部を構成する樹脂部分に含まれる不純物により、セル厚不良が引き起こされやすくなる。特に、実施例で使用した透明ネガ型感光性樹脂は、塗布、仮焼成した後の表面がタック性を有しており、一度表面にごみが付着すると離脱しにくい傾向があるためである。また、５％未満である場合、後述する凸部形成の効果が十分に奏されない。

更に、凸部の面内配置は、上側及び下側基板８０、８１上の電極８０ｂ、８１ｂパターンに依存せず、周期的に配置することが好ましい。

図９Ａ〜図９Ｅは、一方の基板上における凸部、たとえばコモン基板８１における凸部８１ｄの配置態様を示す概略的な平面図である。

たとえば図９Ａに示すように、平面視において略矩形状となる四角錐台の凸部８１ｄを市松模様状に配置することができる。また、図９Ｂに示すように、平面視において略菱形状となる四角錐台の凸部８１ｄを市松模様状に配置することも可能である。図９Ｃに示すのは、平面視において帯状となるように、複数の金塊形状の凸部８１ｄを液晶表示素子の左右方向に配置する例である。図９Ｄには、平面視において帯状となるように、複数の金塊形状の凸部８１ｄを液晶表示素子の上下方向に配置する例を示した。図９Ｅは、複数の金塊形状の凸部８１ｄを液晶表示素子の上下方向及び左右方向に格子状に配置する例である。図９Ａ〜図９Ｅに示す例においては、凸部８１ｄは、周期的かつ規則的に配置される。

凸部８１ｄの配置周期は、液晶表示素子を、基板法線方向を基準に深い極角角度から見たときに、輝度や色調のムラが観察されないように設定する。たとえば図９Ａに示す、凸部８１ｄの底面部分の面積を、液晶層８２内の基板８１の面積の５０％とする例においては、凸部８１ｄの矩形状底面の一辺の長さは、５μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましく、７μｍ以上５０μｍ以下とすることがより好ましい。凸部８１ｄの配置周期は、凸部８１ｄの矩形状底面の重心の配置周期が、矩形状底面の一辺の長さの２倍となるように、設定することができる。

なお、凸部８１ｄの底面部分の面積を、液晶層８２内の基板８１の面積の２５％とする場合、図９Ａに示す配置態様と比較したとき、配置周期を等しくし、矩形状底面の一辺の長さを、２^−１／２倍とすることで、ムラが観察されにくくなる。

本願発明者は、第１の実施例による液晶表示素子を、０°−１８０°方位（３時方位、偏光層８３ａ、８４ａの一方の吸収軸方位に対して４５°をなす方位）の、基板法線方向を基準とした極角５０°方向から観察した場合に、液晶層８２への電圧無印加状態において、光抜けする光の透過率が低く、かつ、無彩色となる液晶層厚ｄ１、ｄ２の組み合わせ、及び、液晶層厚がｄ１となる領域の面積と、ｄ２となる領域の面積との比率を（株）シンテック製LCDMASTER7.2を用いてシミュレーション解析した。ここで無彩色領域を、Ｄ６５標準光源を光源として使用し、色度座標ｘ、ｙがともに０．２８以上０．３４未満の範囲と規定した。シミュレーションにあたり、偏光板として（株）ポラテクノ製ＳＫＮ１８２４３Ｔ、二軸フィルムとしてノルボルネン系環状オレフィン製二軸延伸フィルムを想定し、液晶材料の屈折率異方性Δｎは０．０９１４に設定した。なお、このような条件のもとでは、図１Ａ及び図１Ｂに示す液晶表示素子の従来例において、０°方位、５０°極角における最低透過率が得られる液晶層厚は３．４μｍであった。このためシミュレーションでは、液晶層厚ｄ１の下限値を３．４μｍとし、液晶層厚ｄ２の範囲を０μｍ〜３μｍ程度として、液晶層厚がｄ２となる領域の面積の、液晶層８２が配置される基板８１の面内方向面積に対する割合（占有面積比α）が５％〜５０％となる範囲を探査した。

図１０Ａは、探査結果を示すグラフである。グラフの横軸は、基板８１上に凸部８１ｄが存在しない領域の液晶層厚であるｄ１を、単位「μｍ」で示し、縦軸は、凸部８１ｄが存在する領域の液晶層厚であるｄ２を、単位「μｍ」で示す。横軸の数値と縦軸の数値とが交差するマスに記載する数値は、占有面積比αの一例を、単位「％」で示したものである。色度座標ｘ、ｙがともに０．２８以上０．３４未満の範囲内にあって無彩色が実現され、かつ、図３に破線で示す場合よりも、光透過率を低くできる範囲に斜線を付して示した。当該範囲においては、液晶層厚ｄ１とｄ２の差が、１μｍ以上ｄ１以下となる。

図１０Ｂは、第１の実施例による液晶表示素子、及び、従来例（図１Ａ、図１Ｂ）による液晶表示素子における、電圧無印加時の分光スペクトルを示すグラフである。本図に示すシミュレーション解析結果は、０°方位（３時方位）、極角５０°から観察した場合の電圧無印加時分光スペクトルである。グラフの横軸は、光の波長を単位「ｎｍ」で示し、縦軸は光透過率を単位「％」で示す。実線で、ｄ１＝３．６μｍ、ｄ２＝２．６μｍ、液晶層厚がｄ１の領域の面積と、ｄ２の領域の面積とが、それぞれ６０％、４０％であるとした第１の実施例による液晶表示素子の分光スペクトルを表し、破線で、液晶層厚が３．４μｍで均一であるとした従来例による液晶表示素子のそれを表す。

実線で示す例においても、破線で示す例においても、図３に破線で示す例（Ｃプレートを用いた従来例による液晶表示素子）と比較したとき、光透過率が著しく低く抑えられている。また、分光スペクトルを破線で示す従来例による液晶表示素子においては、波長５５０ｎｍ付近の光抜けが大幅に低下している一方で、短波長領域及び長波長領域において光抜けが生じていることから、外観上は青紫色を呈するように観察される。反面、分光スペクトルを実線で示す実施例による液晶表示素子においては、光透過率は従来例よりも高いが、全波長領域において光抜けが観察される。短波長領域及び長波長領域における透過率の方が相対的に高いが、視感度の高い５５０ｎｍ付近においても光抜けが生じているため、外観的には無彩色に観察される。

実施例による液晶表示素子は、着色した光抜けが防止され、良好な品質を実現可能な液晶表示素子である。

図１１は、第１の変形例による液晶表示素子を示す概略的な斜視図である。第１〜第５の実施例による液晶表示素子においては、片側の偏光層８４ａと基板８１との間に二軸フィルム８４ｂが配置されていたが、第１の変形例においては、両側の偏光層８３ａ、８４ａと基板８０、８１との間に二軸フィルム８３ｃ、８４ｂが配置される。第１の変形例による液晶表示素子も、第１〜第５の実施例と同様に、着色した光抜けを防止し、良好な品質を実現することができる。

図１２は、第２の変形例による液晶表示素子を示す概略的な斜視図である。第１〜第５の実施例、及び、第１の変形例は、視角補償板として二軸フィルム単体を用いる例であった。たとえばマルチプレックス駆動時に走査線数を増加させ、表示容量を拡大したい場合、電気光学特性における急峻性を改善するため、液晶層のリタデーションを増大させることが有効である。これに対応させるために、実施例や第１の変形例における二軸プレート８３ｃ、８４ｂの厚さ方向リタデーションを大きくしてもよいが、少なくとも一方側の偏光層８３ａ、８４ａと基板８０、８１との間に、二軸フィルムとＣプレートを積層させて配置してもよい。この場合、二軸フィルムは、偏光層側に、Ｃプレートは基板側に配置する。

第２の変形例においては、一方側の偏光板８４と基板８１との間に、偏光板８４と隣接するように二軸フィルム８４ｂを配置し、基板８１と隣接するようにＣプレート８５を配置している。

なお、第２の変形例においては、二軸フィルム８４ｂとＣプレート８５は積層されて配置されているが、一方の偏光層と基板間に二軸フィルム８４ｂ、他方の偏光層と基板間にＣプレート８５を配置してもよい。

本願発明者は、第２の変形例による液晶表示素子についても、第１の実施例による液晶表示素子に関して行い、結果を図１０Ａ及び図１０Ｂに示したシミュレーションと同様のシミュレーションを行った。シミュレーションにあたり、偏光板として（株）ポラテクノ製ＳＨＣ１３Ｕ、二軸フィルムとしてノルボルネン系環状オレフィン製二軸延伸フィルムを想定し、液晶材料の屈折率異方性Δｎは０．１５に設定した。なお、このような条件のもとでは、図１Ａ及び図１Ｂに示す液晶表示素子の従来例において、０°方位、５０°極角における最低透過率が得られる液晶層厚は４μｍであった。このためシミュレーションでは、液晶層厚ｄ１の下限値を４μｍとし、液晶層厚ｄ２の範囲を０μｍ〜３．９μｍ程度として、液晶層厚がｄ２となる領域の面積の、液晶層８２内の基板８１面積に対する割合（占有面積比α）が５％〜５０％となる範囲を探査した。

図１３Ａは、探査結果を示すグラフである。グラフの両軸等の意味するところは、図１０Ａにおけるそれらと等しい。占有面積比αが５％以上５０％以下、ｄ１とｄ２の差が０．５μｍ以上のとき、光抜けの透過率を低くし、かつ、無彩色とすることができることがわかる。

図１３Ｂは、第２の変形例による液晶表示素子、及び、従来例（図１Ａ、図１Ｂ）による液晶表示素子における、電圧無印加時の分光スペクトルを示すグラフである。本図に示すシミュレーション解析結果は、０°方位（３時方位）、極角５０°から観察した場合の電圧無印加時分光スペクトルである。グラフの両軸の意味するところは、図１０Ｂにおける場合と等しい。実線で、ｄ１＝４．０μｍ、ｄ２＝３．５μｍ、液晶層厚がｄ１の領域の面積と、ｄ２の領域の面積とが、それぞれ６５％、３５％であるとした第２の変形例による液晶表示素子の分光スペクトルを表し、破線で、液晶層厚が４．０μｍで均一であるとした従来例による液晶表示素子のそれを表す。

実線で示す例においても、破線で示す例においても、図３に破線で示す例（Ｃプレートを用いた従来例による液晶表示素子）と比較したとき、光透過率が著しく低く抑えられている。また、分光スペクトルを破線で示す従来例による液晶表示素子においては、波長５５０ｎｍ付近の光抜けが低下している一方で、短波長領域及び長波長領域において光抜けが生じていることから、外観上は青紫色を呈するように観察される。反面、分光スペクトルを実線で示す第２の変形例による液晶表示素子においては、光透過率は従来例よりも高いが、全波長領域において光抜けが観察される。短波長領域及び長波長領域における透過率の方が相対的に高いが、視感度の高い５５０ｎｍ付近においても光抜けが生じているため、外観的には無彩色に観察される。

第２の変形例による液晶表示素子も、着色した光抜けが防止され、良好な品質を実現可能な液晶表示素子である。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

たとえば、垂直配向する液晶層を有し、その視角補償手段として少なくとも１枚の二軸フィルムを使用する液晶表示素子に利用可能である。セグメント表示スタティック駆動液晶表示素子、セグメント表示単純マトリクス駆動液晶表示素子、ドットマトリクス表示単純マトリクス駆動液晶表示素子、１つの液晶表示素子内にセグメント表示単純マトリクス駆動液晶表示素子と、ドットマトリクス表示単純マトリクス駆動液晶表示素子とがともに含まれる液晶表示素子、及び、ＴＦＴ駆動を含むアクティブマトリクス駆動液晶表示素子に利用することができる。

８０ 上側基板（セグメント基板）
８０ａ 上側ガラス基板
８０ｂ 上側電極（セグメント電極）
８０ｃ 上側配向膜
８０ｄ 凸部
８１ 下側基板（コモン基板）
８１ａ 下側ガラス基板
８１ｂ 下側電極（コモン電極）
８１ｃ 下側配向膜
８１ｄ 凸部
８２ 液晶層
８２ａ 液晶分子
８３ 上側偏光板
８３ａ 偏光層
８３ｂ ＴＡＣ層
８３ｃ 視角補償板（二軸フィルム）
８４ 下側偏光板
８４ａ 偏光層
８４ｂ 視角補償板（二軸フィルム）
８４ｃ ＴＡＣ層
８５ Ｃプレート
８６ シール
８７ 外部取り出し電極
８８ 柱状スペーサー
８９ 凹部
９０ マザー基板
９１ アライメントマーク
９２ カットマーク

Claims (9)

1. 略平行配置され、透明電極が形成された第１の基板、及び、第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板の間に枠状に配置されたシール材と、
   前記第１の基板と前記第２の基板の間の、前記シール材の枠内領域に配置され、誘電率異方性が負の液晶材料が充填された、垂直配向する液晶層と、
   前記第１の基板の、前記液晶層とは反対側に配置される第１の偏光層、及び、前記第２の基板の、前記液晶層とは反対側に配置される第２の偏光層であって、略クロスニコルに配置され、一方の偏光層の吸収軸は、電圧印加時における前記液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方位に対して略４５°となるように配置された第１の偏光層、及び、第２の偏光層と、
   前記第１の基板と前記第１の偏光層の間、前記第２の基板と前記第２の偏光層の間の少なくとも一方に配置された、負の二軸光学異方性を有する光学補償板であって、面内遅相軸方位が、近接する前記第１または第２の偏光層の吸収軸方位と略直交するように配置された負の二軸光学異方性を有する光学補償板と
   を有し、
   前記第１の基板、前記第２の基板の少なくとも一方は、前記液晶層側に突出する、高さが略等しい第１の高さである複数の凸部を備え、
   前記複数の凸部は、前記シール材の枠内領域にのみ形成され、
   前記凸部のない位置の前記液晶層は第２の厚さを有し、
   前記凸部の存在により、前記液晶層の厚さが、前記第２の厚さから前記第１の高さを減じた厚さとなる領域の面積が、前記凸部を備える基板の、前記液晶層が配置される領域の面積の５％以上５０％以下のα％である液晶表示素子。
2. 前記第１の高さは、０．５μｍ以上で、前記第２の厚さ以下である請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記複数の凸部は規則的に配置されている請求項１または２に記載の液晶表示素子。
4. 前記第１の高さ、前記第２の厚さ、及び前記α％は、前記第１、第２の偏光層の一方の吸収軸方位に対して４５°方位、極角５０°方向から観察したときに、前記液晶層への電圧無印加状態において、光抜けする光の色度が、０．２８≦ｘ＜０．３４、０．２８≦ｙ＜０．３４となる値である請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
5. 前記凸部の断面形状は、基板に接する辺が相対的に長く、接しない辺が相対的に短く、側辺が傾斜するテーパー状である台形状である請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
6. 前記第１の基板、前記第２の基板の双方が、前記液晶層側に突出する複数の凸部を備え、前記複数の凸部は、前記第１、第２の基板の法線方向から見たとき、重ならないように配置されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
7. 前記第１、第２の基板の一方が前記複数の凸部を備え、他方が前記液晶層の厚さを制御する複数の柱状スペーサーを備え、前記複数の柱状スペーサーは、前記複数の凸部が配置されない前記一方基板上の領域に対向する位置の前記他方基板上に配置される請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
8. 前記第１、第２の基板の一方が前記複数の凸部を備え、他方が前記液晶層の厚さを制御する複数の柱状スペーサーを備え、前記複数の凸部のうちの少なくとも１つには凹部が形成され、該凹部に対向する位置の前記他方基板上に、前記柱状スペーサーが配置されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
9. 略平行配置され、透明電極が形成された第１の基板、及び、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に枠状に配置されたシール材と、前記第１の基板と前記第２の基板の間の、前記シール材の枠内領域に配置され、誘電率異方性が負の液晶材料が充填された、垂直配向する液晶層と、前記第１の基板の、前記液晶層とは反対側に配置される第１の偏光層、及び、前記第２の基板の、前記液晶層とは反対側に配置される第２の偏光層であって、略クロスニコルに配置され、一方の偏光層の吸収軸は、電圧印加時における前記液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方位に対して略４５°となるように配置された第１の偏光層、及び、第２の偏光層と、前記第１の基板と前記第１の偏光層の間、前記第２の基板と前記第２の偏光層の間の少なくとも一方に配置された、負の二軸光学異方性を有する光学補償板であって、面内遅相軸方位が、近接する前記第１または第２の偏光層の吸収軸方位と略直交するように配置された負の二軸光学異方性を有する光学補償板とを有し、前記第１の基板、前記第２の基板の少なくとも一方は、前記液晶層側に突出する、高さが略等しい第１の高さである複数の凸部を備え、前記複数の凸部は、前記シール材の枠内領域にのみ形成され、前記凸部のない位置の前記液晶層は第２の厚さを有し、前記凸部の存在により、前記液晶層の厚さが、前記第２の厚さから前記第１の高さを減じた厚さとなる領域の面積が、前記凸部を備える基板の、前記液晶層が配置される領域の面積の５％以上５０％以下のα％である液晶表示素子を、一対のマザー基板を用いて複数製造する液晶表示素子の製造方法であって、
   前記凸部を前記シール材の枠内領域以外のマザー基板上には形成しないことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。

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