(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置されて間に液晶を挟持する２つの絶縁性基板の間に、複数の画素領域をマトリクス状あるいはストライプ状に開口する遮光層と、前記開口した部分に配置されるカラーフィルタと、前記２つの絶縁性基板間の隙間を確保するスペーサと、前記液晶に特定方向の配向を与える配向処理が施される配向膜と、を少なくとも有する液晶表示素子であって、
前記スペーサは、前記遮光層上の開口近傍に位置し、かつ、この位置から前記特定方向の下流側で緑色のカラーフィルタに隣接しない位置に配置され、
前記配向膜に前記配向処理を行うことによって発生する配向不良領域は、前記カラーフィルタが配置された領域のうち、前記緑色のカラーフィルタ領域に形成されず、赤色のカラーフィルタ領域及び／又は青色のカラーフィルタ領域に形成された
ことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記スペーサが、赤色フィルタ領域、青色フィルタ領域、または、赤色フィルタと青色フィルタの両領域に隣接して配置される、
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】
前記スペーサが、カラーフィルタと同一材料、かつ、同時に形成されたものであることを特徴とする請求項２又は３記載の液晶表示素子。
【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、液晶表示素子において液晶を封止する２つの基板間の距離を一定に保つ為に導入された柱状スペーサに関連する改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、一般的に用いられている液晶表示素子は、電極を有する２枚のガラス基板を対向させて、その２枚の基板の周囲が液晶封入口を除いて接着剤で固定され、２枚の基板間に液晶が挟持され、液晶封入口が封止剤で封止された構成となっている。この２枚の基板間の距離を一定に保つためのスペーサとして粒径の均一なプラスティックビーズ等を基板間に散在させている。
【０００３】
カラー表示用の液晶表示素子を構成する２枚のガラス基板のうちの１枚に、ＲＧＢの着色層のついたカラーフィルタが形成してある。例えば、単純マトリクス駆動のカラー型ドットマトリクス液晶表示素子においては、横（Ｙ）方向に帯状にパターニングされたＹ電極を有するＹ基板と縦（Ｘ）方向に帯状にパターニングされたＸ電極の下に着色層を有するＸ基板とを、Ｙ電極とＸ電極がほぼ直交するように対向設置し、その間に液晶組成物を挟持した構成を持っている。液晶表示素子の表示方式としては、例えばＴＮ（Twisted Nematic ）形、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic ）形、ＧＨ（Guest Host）形、あるいはＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence ）形や強誘電性液晶などが用いられる。封止剤としては、例えば熱または紫外線硬化型のアクリル系またはエポキシ系の接着剤などが用いられる。
【０００４】
また、カラー型アクティブマトリクス駆動液晶表示素子においては、スイッチング素子、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を半導体層とした薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とそれに接続された画素電極と信号線電極、ゲート電極が形成されたアクティブマトリクス基板であるＴＦＴアレイ基板とそれに対向設置された対向電極を有し、ＲＧＢカラーフィルタを対向基板上に形成し、アクティブマトリクス基板上から対向基板へ電圧を印加する電極転移材（トランスファー）として銀ペースト等を画面周辺部に配置し、この電極転移材で２枚の基板を電気的に接続し、この２枚の間に液晶組成物を挟持した構成をしている。さらに、この２枚の基板の両側に偏光板を挟持し、この偏光板光をカラー画像を表示する際の表示シャッタとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらの液晶表示素子では、２枚の基板間に散在させたスペーサ周辺の液晶の配向が乱れ、スペーサ周辺部から光が漏れコントラストが低下する傾向がある。また、スペーサを均一に分散させることは困難であり、スペーサを基板上に散在させる工程でスペーサが不均一に配置されると、表示不良を引き起し、製品の歩留まりの低下を招く。
【０００６】
その対策として、表示領域以外の位置にスペーサをカラーフィルタの着色層を重ねて形成したり、フォトレジスト等で柱状のスペーサを形成することを、例えば、特願平７−２１２１９２号によって提案した。
【０００７】
ところが、その後、主に２つの改善すべき点が見出された。それはラビングによる配向処理と、柱状スペーサの機械的強度と、に関するものである。
【０００８】
まず、柱状スペーサ形成後に配向膜を形成し、配向膜全体にラビング布によって一方向に多数の微細な溝を形成するラビング処理を行う場合、柱状スペーサにラビング布が当る。柱状スペーサの形状が四角形や丸形のためラビング布に比較的に大きなストレス（摩擦抵抗）がかかり、ラビング布の毛足を曲げたり、ラビング布の毛足を痛める。このような毛足に異常のあるラビング布を引続き使用すると不均一なラビング処理を行うことになり、表示不良の原因となる。
【０００９】
また、柱状スペーサによってラビング布の毛足が一時的に曲げられることによって、ラビング布の毛足が元に戻るまでの間に不均一な微細溝群が部分的に形成され、柱状スペーサの近傍に部分的なラビング不良が発生し、表示不良の原因となる。
【００１０】
柱状スペーサは樹脂や感光性樹脂を用いて基板に直接形成される。樹脂や感光性樹脂は高分子材料であるため、硬度や付着力等の機械的強度が十分でなく、スペーサの剥がれ、変形等が起こり易い。そのため、液晶表示装置の信頼性が低下するという不具合が生じる。
【００１１】
また、基板間距離が２μｍ程度と非常に狭く、液晶を注入する際に柱状スペーサが液晶の流入の妨げとなる。特に、強誘電性液晶では液晶の注入が困難になる。
【００１２】
よって、本発明は、柱状スペーサの導入によってラビング処理において生じる配向の乱れを防止して、表示性能が低下することを防止することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、樹脂等によって形成される柱状スペーサの機械的強度を確保することを他の目的とする。
【００１４】
また、本発明は、液晶表示素子への液晶の注入を容易にした液晶表示素子を提供することを目的とする。
【００１７】
第３の発明の液晶表示素子は、互いに対向して配置されて間に液晶を挟持する２つの絶縁性基板の間に、複数の画素領域をマトリクス状あるいはストライプ状に開口する遮光層と、上記開口した部分に配置されるカラーフィルタと、上記２つの絶縁性基板間の隙間を確保するスペーサと、上記液晶に特定方向の配向を与える配向処理が施される配向膜と、を少なくとも有する液晶表示素子であって、上記スペーサは、上記遮光層上の開口近傍に位置し、かつ、この位置から上記特定方向の下流側で緑色のカラーフィルタに隣接しない位置に配置され、前記配向膜に前記配向処理を行うことによって発生する配向不良領域は、前記カラーフィルタが配置された領域のうち、前記緑色のカラーフィルタ領域に形成されず、赤色のカラーフィルタ領域及び／又は青色のカラーフィルタ領域に形成されたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照して説明する。
【００２２】
まず、ラビング処理における不具合を解消せんとする第１の発明にあっては、一方向になされるラビング処理において、ラビング布の毛足が当る柱状スペーサの面をラビング布の毛足にとってダメージ（抵抗）が少ない形状となるようにする。
【００２３】
すなわち、ラビング布の毛足が当る柱状スペーサの面にテーパを形成し、毛先に対する抵抗を減らす。また、最初にラビング布の毛足が当る柱状スペーサの部分（前端部）の該ラビング方向と直角に交差する方向における幅（基板と平行な平面による柱状スペーサの断面の幅）を、この部分よりもラビング方向において後方にある部分（中央部や後端部）における同様の幅よりも狭い形状とする。角錐、円錐、角錐台、円錐台等はこの範疇にはいる。後に述べるように、更に柱状スペーサの機械的強度を考慮する場合には、好ましくはスペーサを担う基板に平行な平面によるスペーサの断面形状が長軸をラビング方向とする楕円となるようにする。
【００２４】
例えば、柱状スペーサの形状を略２等辺三角形状、ひし形状とする。柱状スペーサのラビング開始側を略二等辺三角形状もしくはひし形状の頂点とすることにより、ラビング布の毛足の引っかかりを減らして、毛足がスペーサの側面にスムースに回り込むようにし、毛足が受けるストレスを減少させる。更に、スペーサ形状をスペーサの高さがラビング開始側が低くなるようにテーパを持つ形状に形成することで、ラビング布に対するストレスをより減少させることができる。
【００２５】
この結果、ラビング布の毛足の曲がりによる表示不良の発生を防ぐことが可能となり、表示性能の高い、信頼性のある液晶表示素子を得ることが出来る。
【００２６】
図１は、本発明による実施の一形態にかかるアクティブマトリクス液晶素子の断面図である。この液晶表示素子は、アクティブマトリクス基板１と対向基板２とが対向配置され、それらの間に液晶組成物２８が封入されている。
【００２７】
図２は、アクティブマトリクス基板１の構成を詳しく示す断面図であり、このアクティブマトリクス基板はＴＦＴ部が逆スタガ型と称される構造となっている。ガラス基板１１の主面側のＴＦＴ部にはゲート電極１４が、配線部には走査線１ｆがそれぞれ配設され、これらの上には絶縁膜１ａが堆積されている。この絶縁膜１ａ上でゲート電極１４の上方にはアモルファスシリコンよりなる半導体膜１ｂが形成され、この半導体膜１ｂおよび絶縁膜１ａにまたがるようにソース１ｃおよびドレイン１ｄが半導体膜１ｂの中央部に所定の距離を隔てて対向するように形成されている。ドレイン１ｄには信号線１３が連結されて形成され、ソース１ｃには画素電極１５が連結形成されている。そして、ＴＦＴ部および配線部の全面に保護膜１ｅが形成され、画素部の全面には配向膜１６が形成されている。なお、図１においては図２と同じ要素には同じ参照番号を付してあるが、発明をよりわかりやすくするため、一部形状を変えてある。
【００２８】
再び図１を参照すると、上側の対向基板２は、ガラス基板２１上に画素位置に合わせて形成された赤、緑、青のカラーフィルタ２３、２４、２５を有している。また、これらのカラーフィルタ材料が積層され、柱状のスペーサ３０が形成されている。このスペーサ３０は樹脂、フォトレジスト等によって形成されている。そして全面に透明電極膜２６および配向膜２７が堆積されている。
【００２９】
両基板は対向され、対向基板２のスペーサ３０はアクティブマトリクス基板１の遮光領域とされる、ＴＦＴ部あるいは配線部において当接するようにされている。図２からわかるように、最下層である走査線の上には２層の絶縁層が存在し、スペーサ３０が当接しても絶縁性が損なわれてショート等の欠陥が発生することはきわめて少ない。勿論、図１に示すようにＴＦＴ部上で当接しても良い。この場合には、基板の山の部分を利用するのでスペーサ３０の膜厚（高さ）を相対的に薄く形成することが可能となる。そして、両基板の間には液晶組成物２８が充填封入されている。
【００３０】
図３は、柱状スペーサ３０の形状の例を示している。同図（ａ）は柱状スペーサ３０の斜視図、同図（ｂ）は側面図である。この例では、柱状スペーサ３０は三角錐に形成され、ラビング方向において、ラビング布の毛足を抵抗少なく分けるように、底面が頂角あるいは頂となる部分（頂部）が最初にラビング布の毛足に当るように考慮されている。また、同図（ｂ）に示すように、柱状スペーサ３０は徐々に高さが増すように、テーパを有する形状となっており、摩擦抵抗や引っかかりを減らして、ラビング布の毛足にダメージを与えないように配慮されている。なお、図３においては、スペーサの底面が基板２１側となる（後述のスペーサの他の形状の例においても同様である）。
【００３１】
次に、このような液晶表示素子の製造方法について説明する。
【００３２】
まず、知られている薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成するプロセスと同様に、厚さ１．１ｍｍのガラス基板（例えば、コーニング社製、＃７０５９）１１上に成膜とパターニングを繰り返し、アモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタ１２とＩＴＯからなる画素電極１５がマトリクス状に配列され、トランジスタ１２を介して各画素電極１２に所定電圧を印加する複数の信号線１３及びトランジスタ１２の導通を制御する複数のゲート線１４が、マトリクス状に配置された複数の画素電極に沿って格子状に形成され、アレイ基板を形成する。その後配向膜材料としてＡＬ−１０５１（日本合成ゴム（株）製）を全面に５００オングストローム塗布し、ラビング処理を行い、配向膜１６を形成する。
【００３３】
次に、厚さ１．１ｍｍのコーニング社製の＃７０５９ガラス基板２１からなる対向基板上に、感光性の黒色樹脂ＣＫ−２０００（富士ハントテクノロジー（株）製）をスピンナーを用いて塗布し、９０℃、１０分の乾燥後、遮光層のパターンのフォトマスクを用いて３６５ｎｍの波長で、３００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で露光したあとｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像し、２００℃、６０分の焼成にて膜厚２．０μｍの遮光層２２を形成する。
【００３４】
赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＲ−２０００（富士ハントテクノロジー（株）製）をスピンナーにて全面塗布し、赤を着色したい部分に光が照射される赤フィルタ形成用のフォトマスクを介し３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ2 照射し、ＫＯＨの１％水溶液で１０秒間現像し、赤の着色層２３を形成する。
【００３５】
同様の工程を繰返して、緑、青の着色層２４，２５を形成し、最終的に２３０℃で１時間焼成する。ここでは緑の着色材料は、ＣＧ−２０００（富士ハントテクノロジー（株）製）、青の着色材はＣＢ−２０００（富士ハントテクノロジー（株）製）を用いた。このときのＲ，Ｇ，Ｂの膜厚はそれぞれ１．５μｍとした。
【００３６】
次に、顔料の入ってない紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピンナーにて全面塗布し、スペーサを形成したい遮光層上の所望の位置に光が照射されるようなフォトマスクを介し３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ2 照射し、ＫＯＨの１％水溶液で３０秒間現像し、スペーサ３０を形成する。
【００３７】
このときの膜厚は４μｍで、略二等辺三角形になるように現像を強めにした。こうして略三角形のスペーサ３０が得られた。その後、透明電極２６としてＩＴＯ膜をスパッタ法にて１５００オングストローム成膜し、その上に同様の配向膜材料を形成した後ラビング処理を行い、配向膜２７を形成した。なお、透明電極２６の形成前にスペーサ３０を形成することでスペーサ３０の密着力が得られる。
【００３８】
この後、ガラス基板２１上の配向膜２７の周辺に沿って接着剤を注入口（図示せず）を除いて印刷し、アクティブマトリクス基板から対向電極に電圧を印加するための電極転移材を接着剤の周辺の電極転移電極上に形成した。次に、配向膜２７，１６が対向し、また、それぞれのラビング方向が９０度となるよう基板１１，２１を配置し、加熱して接着剤を硬化させ貼り合わせた。次に通常の方法により注入口より液晶組成物２９として、ＺＬＩ−１５６５（Ｅ．メルク社製）にＳ８１１を０．１ｗｔ％添加したものを注入し、この後注入口を紫外線硬化樹脂で封止した。
【００３９】
こうして形成したカラー表示型アクティブマトリクス液晶表示素子は、ラビング布に対するストレスが少なく、ラビング布の毛足が曲がることもないので、ラビングに起因する表示不良も防ぐことが出来、表示性能の高い、信頼性のある液晶表示素子を得ることが可能となった。
【００４０】
図５は、本発明の他の実施の形態を示しており、図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
また、図６は、この実施の形態によるスペーサ３０の概略図である。
【００４１】
この実施の形態では、スペーサ３０は、図６に示すように、ラビング方向を座標軸とすればこの軸を含む平面による断面形状がひし形状となる形状をしている。このような、スペーサ３０の形状も、頂角がラビング布の毛足が最初に当る位置にあり、テーパ面を有するので、ラビング布に対するストレスが少なく、ラビング布の毛足が無理に曲がることもないので、ラビングに起因する表示不良も防ぐことが可能となる。他の構成は、図１に示す実施の形態と同様である。
【００４２】
この実施の形態による液晶表示素子の製造法について説明する。
【００４３】
知られているＴＦＴを形成するプロセスと同様に厚さ１．１ｍｍのコーニング社製の＃７０５９ガラス基板１１上に成膜とパターンニングを繰り返し、アモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタ１２と信号線１３、ゲート線１４、ＩＴＯからなる表示電極１５を形成したアレイ基板を形成する。その後配向膜材料としてＡＬ−１０５１（日本合成ゴム（株）製）を全面に５００オングストローム塗布し、ラビング処理を行い、配向膜１６を形成した。
【００４４】
次に、厚さ１．１ｍｍのコーニング社製の＃７０５９ガラス基板２１からなる対向基板上に、感光性の黒色樹脂ＣＫ−２０００（富士ハントテクノロジー（株）製）をスピンナーを用いて塗布し、９０℃、１０分の乾燥後、所定のパターン形状のフォトマスクを用いて３６５ｎｍの波長で、３００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で露光したあとｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像し、２００℃、６０分の焼成にて膜厚２．０μｍの遮光層２２を形成する。次いで、赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＲ−２０００（富士ハントテクノロジー（株）製）をスピンナーにて全面塗布し、赤を着色したい部分に光が照射されるようなフォトマスクを介し３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ2 照射し、ＫＯＨの１％水溶液で１０秒間現像し、赤の着色層２３を形成する。同様に緑、青の着色層２４，２５を繰り返し形成し、最終的に２３０℃で１時間焼成する。ここでは緑の着色材料は、ＣＧ−２０００（富士ハントテクノロジー（株）製）、青の着色材はＣＢ−２０００（富士ハントテクノロジー（株）製）を用いた。このときのＲ，Ｇ，Ｂの膜厚はそれぞれ１．５μｍとした。
【００４５】
次に、顔料の入ってない紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピンナーにて同じ厚みに全面に塗布した。１回目のエッチングは、スペーサ３０を形成したい遮光層上の所望の位置に光が照射されるようなフォトマスクを介し３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ2 照射し、ＫＯＨの１％水溶液で３０秒間現像した。更に、２回目のエッチングは、スペーサ３０がサイドエッチ量の多い逆テーパー形状になるように行った。このときの膜厚は４μｍで、強度なテーパー形状になるように現像を強めにした。こうして、ひし形状のスペーサ３０が得られた。
【００４６】
その後、透明電極２６としてＩＴＯ膜を１５００オングストロームスパッタ法にて成膜し、その上に同様の配向膜材料を形成した後、ラビング処理を行い、配向膜２７を形成した。
【００４７】
なお、図１に示す実施の形態と同様に、透明電極２６の形成前にスペーサ３０を形成することでスペーサの密着力が得られる。
【００４８】
この後、ガラス基板２１上の配向膜２７の周辺に沿って接着剤を注入口（図示せず）を除いて印刷し、アクティブマトリクス基板から対向電極に電圧を印加するための電極転移材を接着剤の周辺の電極転移電極上に形成した。次に、配向膜２７，１６が対向し、またそれぞれのラビング方向が９０度となるよう基板１１，２１を配置し、加熱して接着剤を硬化させ貼り合わせた。次に通常の方法により注入口より液晶組成物２９として、ＺＬＩ−１５６５（Ｅ．メルク社製）にＳ８１１を０．１ｗｔ％添加したものを注入し、この後注入口を紫外線硬化樹脂で封止した。
【００４９】
こうして形成したカラー表示型アクティブマトリクス液晶表示素子は、ラビング布に対するストレスが少なく、ラビング布の毛足が曲がることもないので、ラビングによる表示不良も防ぐことが出来、表示性能の高い、信頼性のある液晶表示素子を得ることが出来た。
【００５０】
図６は、本発明の他の実施の形態を示しており、図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
また、図７は、この実施の形態によるスペーサ３０の概略図である。
【００５１】
この実施の形態では、スペーサ３０は、図７に示すように、三角柱の上部を断面が三角形となるように削った形状をしており、ラビング方向を座標軸とすればこの軸を含む平面による断面形状が台形形状となる形状をしている。このような、スペーサ３０の形状も、頂角がラビング布の毛足が最初に当る位置にあり、テーパ面を有するので、ラビング布に対するストレスが少なく、ラビング布の毛足が無理に曲がることもないので、ラビングに起因する表示不良も防ぐことが可能となる。他の構成は、図１に示す実施の形態と同様である。
【００５２】
この実施の形態による液晶表示素子の製造法について説明する。
【００５３】
通常のＴＦＴを形成するプロセスと同様に厚さ１．１ｍｍのコーニング社製の＃７０５９ガラス基板１１上に成膜とパターンニングを繰り返し、アモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタ１２と信号線１３、ゲート線１４、ＩＴＯからなる表示電極１５を形成したアレイ基板を形成する。その後、配向膜材料としてＡＬ−１０５１（日本合成ゴム（株）製）を全面に５００オングストローム塗布し、ラビング処理を行い、配向膜１６が形成される。
【００５４】
次に、厚さ１．１ｍｍのコーニング社製の＃７０５９ガラス基板２１からなる対向基板上に、感光性の黒色樹脂ＣＫ−２０００（富士ハントテクノロジー（株）製）をスピンナーを用いて塗布し、９０℃、１０分の乾燥後、所定のパターン形状のフォトマスクを用いて３６５ｎｍの波長で、３００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で露光したあとｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像し、２００℃、６０分の焼成にて膜厚２．０μｍの遮光層２２を形成する。ついで、赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＲ−２０００（富士ハントテクノロジー（株）製）をスピンナーにて全面塗布し、赤を着色したい部分に光が照射されるようなフォトマスクを介し３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ2 照射し、ＫＯＨの１％水溶液で１０秒間現像し、赤の着色層２３を形成する。同様に緑、青の着色層２４，２５を繰り返し形成し、最終的に２３０℃で１時間焼成する。ここでは緑の着色材料は、ＣＧ−２０００（富士ハントテクノロジー（株）製）、青の着色材はＣＢ−２０００（富士ハントテクノロジー（株）製）を用いた。このときのＲ，Ｇ，Ｂの膜厚はそれぞれ１．５μｍとした。
【００５５】
次に、顔料の入ってない紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピンナーにて全面塗布し、スペーサを形成したい遮光層上の所望の位置に光が照射されるようなフォトマスクを介し３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ2 照射し、ＫＯＨの１％水溶液で３０秒間現像した。このときの膜厚は４μｍである。
【００５６】
次に、階調マスクを用いて、同様に３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ2 照射し、ＫＯＨの１％水溶液で３０秒間現像することにより、一片の高さのみ低くなっているスペーサ３０を形成した。
【００５７】
その後、透明電極２６としてＩＴＯ膜を１５００オングストロームスパッタ法にて成膜し、その上に同様の配向膜材料を形成した後ラビング処理を行い、配向膜２７を形成した。
なお、透明電極形成前にスペーサを形成することでスペーサの密着力が得られる。
【００５８】
基板２１上の配向膜２７の周辺に沿って接着剤を注入口（図示せず）を除いて印刷し、アクティブマトリクス基板から対向電極に電圧を印加するための電極転移材を接着剤の周辺の電極転移電極上に形成した。
【００５９】
次に、配向膜２７，１６が対向し、またそれぞれのラビング方向が９０度となるよう基板１１，２１を配置し、加熱して接着剤を硬化させ貼り合わせた。次に通常の方法により注入口より液晶組成物２９として、ＺＬＩ−１５６５（Ｅ．メルク社製）にＳ８１１を０．１ｗｔ％添加したものを注入し、この後注入口を紫外線硬化樹脂で封止した。
【００６０】
こうして形成したカラー表示型アクティブマトリクス液晶表示素子は、実施例１、２よりもラビング布に対するストレスが少なく、ラビング布の毛足が曲がることもないので、ラビングによる表示不良も防ぐことが出来、表示性能の高い、信頼性のある液晶表示素子を得ることが出来た。
【００６１】
なお、本発明の実施例で述べた着色順は一例でありこれに限定されるものではない。
【００６２】
図８は、本発明に係る形状のスペーサ３０をラビング方向に向けて整列し、基板２１上に配置した例を示している。このように、スペーサをラビング方向に整えて配列すると、ラビング方向を考慮せずに配置した場合よりもラビング布の毛足が受ける抵抗が減少する。その結果、ラビング布の寿命を延し、ラビング処理の不具合を減少することが可能となる。
【００６３】
以上述べたように、柱状スペーサの形状を略二等辺三角形状もしくはひし形状とし、ラビング開始側を略二等辺三角形状もしくはひし形状の頂点とすることにより、ラビング布に対するストレスが減少する。更に、スペーサの高さをラビング開始側が低くなるように形成することで、ラビング布に対するストレスをより減少させることができる。また、このように形成されたスペーサをラビング方向に整列することにより、全体としてラビング布が受ける抵抗を減少することが可能となる。
【００６４】
次に、第２の発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００６５】
まず、この第２の発明によれば、ラビング布の毛足がスペーサ当って微細溝が乱れることによって生ずる、スペーサを起点とした配向不良領域が画素内に到達しない位置にスペーサを配置してあるため、表示品位の低下を防止することができる。
【００６６】
また、人間の視覚特性に着目すると、光の３原色である赤、青、緑を比べた場合、配向不良領域が比較的目の感度の良い緑色画素領域には極力生じないようにすれば、赤色画素領域若しくは青色画素領域、あるいは、赤色画素領域と青色画素領域の両領域、に多少配向不良領域が生じたとしても視覚特性上目立たない。そこで、青色画素領域に隣接しないようにスペーサの配置を定めることによって表示品位の低下を可及的に抑制することが可能となる。
【００６７】
この場合には、スペーサの形状を特殊な形状にせずに済むので、例えば、特願平７−２１２１９２号によって提案しているような、スペーサをカラー液晶表示装置の構成材料であるカラーフィルタと同一材料、かつ、同時に形成することで工程を増やさずスペーサを配置することができる。
【００６８】
図９は第２の発明を説明するための、液晶表示素子の断面図であり、同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。この液晶表示素子においては、スペーサ３０が着色層（赤）２３、着色層（緑）２４、着色層（青）２５の積層によって略円柱状に構成されている。このため、図１に示した例のように、別途スペーサ３０を形成する工程を必要としない。そして、この実施の形態では、特に、スペーサ３０の配置場所が工夫されており、ＴＦＴの遮光領域に配置される。
【００６９】
図１０は、図９に示される液晶表示素子のスペーサ３０の配置場所と配向不良領域４１との関係を概略的に説明する図である。同図より判るように、対向基板２１のスペーサ３によってラビング布の毛足が乱れるため、スペーサ３０を起点とした配向むら４１がラビング方向の下流側に発生する。ここで、ラビング方向は、左右方向の視野−角度表示特性を対称とするために、液晶表示素子の縦又は横方向に対して４５度の方向としている。スペーサ３０の配置場所をＴＦＴ遮光領域３１のラビング方向において上流側とすることによって、ＴＦＴ遮光領域３１及び遮光層２２を活用して画素に影響しない部分内に配向むら４１を収めることが可能となる。この結果、画像から配向むらの影響が除かれる。
【００７０】
この実施の形態による液晶表示素子の製造法について説明する。
まず、この対向基板２１は次のようにして作製した。ガラス基板２１上に、感光性の黒色樹脂をスピンナーを用いて塗布し、９０℃、１０分間乾燥後、遮光層５の幅が３０（μｍ）のパターン形状となるフォトマスクを介して紫外線を、３００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で照射した後ｐＨ＝１１．５のアルカリ性水溶液で現像し、２００℃、６０分焼成することにより膜厚２．０（μｍ）の遮光層２２を形成する。
【００７１】
赤色の顔料を分散させた感光性レジストＣＲ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）をスピンナーを用いて全面塗布し、９０℃、１０分の乾燥後、スペーサ３０を起点とした配向むら４１が、ＴＦＴ１２の遮光領域４１でマスクされるような位置へのスペーサ３０の形成を含め、赤色の着色層を形成する部分のみに紫外線が照射されるようなフォトマスクを介し露光量が１００ｍＪ／ｃｍ2 となるように露光を行った。次に、水酸化カリウム１ｗｔ％水溶液で２０秒間現像を行い、２００℃、６０分焼成することにより赤色の着色層を形成した。
【００７２】
同様に、緑、青の着色層をスペーサの形成を含め、繰り返し形成することにより各着色層の膜厚が１．５（μｍ）であるカラーフィルタ４と、遮光層５上に３色の着色層が重畳したスペーサ３０が得られた。ここで、緑の着色材料には、ＣＧ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）、青の着色材料にはＣＢ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）を用いた。
【００７３】
対向電極２６としてのＩＴＯ膜をスパッタ法にて１５００オングストロームの厚さに成膜し、対向電極２６の全面を覆うようポリイミドを塗布後ラビング処理することにより配向膜２７を形成した。
【００７４】
アレイ基板１１は次のようにして作製した。公知の技術を用いて通常のＴＦＴ７を形成するプロセスと同様に成膜とパターニングを繰り返し、アレイ基板１１を形成した。その後、ＩＴＯ膜をスパッタ法を用いて１０００オングストロームの厚さに成膜し、フォトリソグラフィー工程を用いて、パターニングを行い、画素電極１５を形成し、画素電極１５を覆うようポリイミドを塗布後ラビング処理することにより配向膜１６を形成した。
【００７５】
続いて、対向基板２１とアレイ基板１１とを張り合わせた後、両基板の液晶と接する面とは反対側の面に偏光板をそれぞれ貼設した（図示省略）。そしてＴＦＴ基板１１の偏光板側外部には、この液晶表示装置のバックライトとしての光源（図示省略）を配設した。
【００７６】
液晶組成物２８は、上記の対向基板２１とＴＦＴ基板１１との間隙（セルギャップ）に挟持される液晶であって、その組成は、一般的なＴＮ（ツイストネマティック）型のものである。
【００７７】
本発明の液晶表示素子では、スペーサ３０による配向不良領域４１がＴＦＴ１２を遮光するための遮光層２２上となるため、スペーサ３０に起因する液晶の配向むら４１を見えなくすることができ、光漏れなどによるコントラストの低下のない、均一な表示が実現される。
【００７８】
また、本実施の形態では、対向基板２１に遮光層２２、カラーフィルタ２３，２４，２５、スペーサ３０が配置されているが、アレイ基板１１に配設してもよく、アレイ基板１１に遮光層２２、カラーフィルタ２３，２４，２５、スペーサ３０を配置した場合は、対向基板２１とアレイ基板１１の位置合わせが不要となり、高品位な液晶表示装置を安価に作ることができる。
【００７９】
第３の発明について図１１及び図１２を参照して説明する。
【００８０】
図１１は第３の発明を説明するための、液晶表示素子の断面図であり、同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。この液晶表示素子は、表示電極１５ａ、遮光層２２、赤着色層２３、緑着色層２４、青着色層２５、配向膜２２、スペーサ３０、等をガラス基板２１上に有するカラーフィルタ基板３と、表示電極２６ａ、配向膜１６等をガラス基板１１上に有し、上記カラーフィルタ基板３と対向するように配設された対向基板２ａと、これら２枚の基板間隙に挟持される液晶組成物２８とからその主要部が構成されている。
【００８１】
この実施の形態においては、スペーサ３０が着色層（赤）２３、着色層（緑）２４、着色層（青）２５の積層によって略円柱状に構成されている。このため、図１に示した例のように、別途スペーサ３０を形成する工程を必要としない。そして、この実施の形態では、特に、スペーサ３０の配置場所が工夫されており、スペーサ３０の配置場所は、緑の着色層２４内にスペーサ３０による配向不良領域４１が入込まないようにするために、ラビング方向においてスペーサ３０の下流に緑の着色層２４が隣接しないようにしている。人の視覚の色感度特性は緑に対して高く、青及び赤に対しては相対的に低いので、緑の着色層２４以外の着色層、すなわち、赤領域２３若しくは青領域２５、あるいは赤領域及び青領域に配向不良が生ずるようにして、可及的に配向不良による表示の不具合が目立たないようにする。
【００８２】
図１２は、図１１に示される液晶表示素子のスペーサ３０の配置場所と配向不良領域４１との関係を概略的に説明する平面図である。同図より判るように、カラーフィルタ基板３のスペーサ３０によってラビング布の毛足が乱れるため、スペーサ３０を起点とした配向むら４１がラビング方向の下流側に発生する。ここで、ラビング方向は、左右方向の視野−角度表示特性を対称とするために、液晶表示素子の縦又は横方向に対して４５度の方向としている。
【００８３】
そこで、スペーサ３０の配置場所をラビング方向において緑の着色層２４の上流側に隣接しない位置とする。この結果、表示画像から配向むらの影響が可及的に除かれる。
これは、遮光領域２２が構造上比較的に狭く、遮光領域内に配向不良領域を収めることが難しい場合に有効である。
【００８４】
この実施の形態による液晶表示素子の製造法について説明する。
まず、カラーフィルタ基板３は、次のようにして作製される。
【００８５】
公知のフォトリソグラフィー工程を用いてガラス基板２１上に、遮光層２２、カラーフィルタ２３〜２５、スペーサ３０を形成した。
【００８６】
具体的に述べると、ガラス基板２１上に、感光性の黒色樹脂をスピンナーを用いて塗布し、９０℃、１０分間乾燥後、所定のパターン形状のフォトマスクを介して紫外線を、３００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で照射した後ｐＨ＝１１．５のアルカリ性水溶液で現像し、２００℃、６０分焼成することにより膜厚１．５（μｍ）の遮光層２２を形成した。続いて、赤色の顔料を分散させた感光性レジストＣＲ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）をスピンナーを用いて全面塗布し、９０℃、１０分の乾燥後、スペーサ３０を起点とする配向むら４１が青色画素領域のみとなるようなスペーサ３０の形成を含め、赤色の着色層２３を形成する部分のみに紫外線が照射されるようなフォトマスクを介し露光量が１００ｍＪ／ｃｍ2 となるように露光を行った。水酸化カリウム１ｗｔ％水溶液で２０秒間現像を行い、２００℃、６０分焼成することにより赤色の着色層を形成した。
【００８７】
同様に、緑、青の着色層を繰り返し形成することにより各着色層の膜厚が１．５（μｍ）であるカラーフィルタを形成したが、緑と青の着色層では、スペーサ３０は形成せず、遮光層２２上には赤色の着色層のみからなるスペーサ３０が得られた。
【００８８】
ここで、緑の着色材料には、ＣＧ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）、青の着色材料にはＣＢ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）を用いた。
【００８９】
その後、表示電極１５ａとしてＩＴＯ膜をスパッタ法にて１５００オングストロームの厚さに成膜し、公知のフォトリソグラフィー工程を用いて線幅８０（μｍ）、間隔２０（μｍ）となるようにストライプ状にパターニングした。次に、表示電極１５ａの全面を覆うようポリイミドを塗布後ラビング処理することにより配向膜２７を形成した。
【００９０】
対向基板２ａは次のようにして作製した。
ガラス基板１１上に、表示電極２６ａとしてＩＴＯ膜をスパッタ法にて１５００オングストロームの厚さに成膜し、公知のフォトリソグラフィー法を用いて線幅８０（μｍ）、間隔２０（μｍ）となるようにストライプ状にパターニングした。次に、表示電極２６ａの全面を覆うようポリイミドを塗布後ラビング処理することにより配向膜１６を形成した。
【００９１】
カラーフィルタ基板３と対向基板２ａを張り合わせた後、両基板の液晶と接する面とは反対側の面に偏光板をそれぞれ貼設した（図示省略）。そして、カラーフィルタ基板３の偏光板側外部には、この液晶表示素子のバックライトとしての光源（図示省略）を配設した。
【００９２】
液晶組成物２８は、カラーフィルタ基板３と対向基板２ａとの間隙（セルギャップ）に挟持される液晶であって、強誘電性液晶を用いている。
【００９３】
本発明の液晶表示素子では、スペーサ３0 による配向不良領域が青色画素領域のみであるため、スペーサに起因する液晶の配向むら４１は、目視では目立たない高品位な表示が得られた。
【００９４】
次に、スペーサの機械的強度を保つ本発明の実施の形態について説明する。
【００９５】
図１９に示す表は、楕円スペーサの機械的強度を確認するために、スペーサに最も機械的強度が要求されるラビング処理を行い、スペーサの欠損状態を確認したものである。
【００９６】
ＴＦＴ−液晶表示素子のスペーサの高さＨを５μｍ、遮光層の幅Ｄを２５μｍとし、長径ａ、短径ｂ、を種々の値に設定して欠損状態を観察した。表中の○は、ラビング後、スペーサに明らかな欠損がないもの、△は、ラビング後、スペーサに明らかな欠損が生じたもの、×は、ラビング後、スペーサに明らかな欠損が生じたものを示している。なお、表中の二重の枠線外の○は長径と短径の大きさが逆になる部分である。
【００９７】
この結果、スペーサの短径ｂが（２×Ｈ）より小さいと、ラビング工程でスペーサの欠落が認められた。また、長径ａと短径ｂとはａ＞ｂである。スペーサの長径ａの方向がラビング方向と同じ（平行）角度４５度であるので、遮光層幅Ｄのルート２倍の長さスペーサを配置することができるから、遮光層幅Ｄから画素領域内にはみ出さない限度はａ＜（（２）1/2 ×Ｄ）となる。
【００９８】
従って、楕円状スペーサの形状条件は、
アクティブ型マトリクス液晶素子の場合には、
（２×Ｈ）≦ｂ＜ａ≦（（２）1/2 ×Ｄ）
単純マトリックス型液晶表示素子の場合には、
（２×Ｈ）≦ｂ＜ａ≦（（２）1/2 ×Ｗ）    となる。
ここで、Ｗは、表示電極間の間隔である。
【００９９】
アクティブマトリックス型液晶表示素子についての第４の発明及び単純マトリックス型液晶表示素子についての第５の発明によれば、スペーサに最も機械的強度が要求される配向膜に配向性を付与するラビング工程においても、スペーサの形状が楕円柱であり、スペーサの長径方向が配向膜の配向方向と平行であるため、スペーサの強度を保ち、かつ、スペーサに加わる負荷を最小限にすることができるが、スペーサの短径は、スペーサの高さの２倍以上でないと、スペーサの機械的強度が不足となり、アクティブマトリックス型液晶表示素子では遮光層の幅より、単純マトリックス型液晶表示素子では、表示電極の間隔より大きくなると、スペーサが画素内に入り込むため、表示品位が低下する。
【０１００】
また、２枚の基板間の距離を正確に制御するには、スペーサの基板上での分布密度も重要な因子となる。通常の液晶表示装置に要求される基板間距離１〜１０（μｍ）程度を実現するには、スペーサの１平方ミリメートル当たりに占める、上記基板と平行な面における断面積の合計が、０．０００１平方ミリメートルを越え、０．００２平方ミリメートル未満であることが必要である。１平方ミリメートル当たり０．０００１平方ミリメートル以下では、スペーサとしての機械的強度が不足となり、２枚の基板間距離を画面内で均一精密制御することが困難となる。また、１平方ミリメートル当たり０．００２平方ミリメートル以上では、液晶表示装置を低温にした場合に発生するいわゆる「低温発泡」（液晶の熱膨張率が液晶表示装置の熱膨張率より大きいため真空領域が発生し、泡に見える）が発生し易くなり、また、液晶の注入が困難となる、表示品位が低下する等の弊害が生ずる。
【０１０１】
さらに、スペーサをカラー液晶表示装置の構成材料であるカラーフィルタと同一材料、かつ、同時に形成することで工程を増やさずスペーサを配置することができ、かつ、従来の液晶表示装置で必要であったスペーサ（ビーズ）の分散散布工程をなすくことができる。
【０１０２】
また、スペーサの長径方向が、液晶表示装置全面に液晶を均一に注入し易い方向に向いているため、液晶の注入を容易にすることができる。
【０１０３】
図１３は、第４の発明のアクティブマトリックス型液晶表示素子の断面図であり、図９と同じ構成であるので、対応する部分に同一符号を付し、説明を省略する。図１３中に示されるＤは遮光層２２の幅を表している。
【０１０４】
図１５は、スペーサ３０の形状を示しており、スペーサ３０は、長径ａ、短径ｂ、高さＨの楕円形状である。そして、スペーサ３０は、（２×Ｈ）≦ｂ＜ａ≦（（２）1/2 ×Ｄ）となるように形成される。ここで、遮光層の幅Ｄよりもスペーサの長径ａが（２）1/2 倍大きく許容されるのは、スペーサの長径方向４３が配向方向４２と同じ４５度の方向を向いて斜めに遮光層内に配置されるからである。
【０１０５】
図１６は、更に、ラビング布のダメージを軽減することを考慮したものであり、楕円柱のラビング布が最初に当る部分が頂角を持ち、かつ、テーパ面を有するようになされている。
【０１０６】
図１４は、図１３の対向基板２のスペーサ３０の長径の向き４３と配向方向（ラビング方向）４２を示した平面図である。スペーサ３０の長径の向き４３は、配向方向（ラビング方向）４２と同じに設定されている。
【０１０７】
この実施の形態に係る液晶表示素子の製造法について説明する。
まず、対向基板２は次のようにして作製した。
公知のフォトリソグラフィー工程を用いて遮光層２２、赤、緑、青のカラーフィルタ２３〜３５、スペーサ３０を形成した。
【０１０８】
具体的に述べると、ガラス基板２１上に、感光性の黒色樹脂をスピンナーを用いて塗布し、９０℃、１０分間乾燥後、遮光層２２の幅が３０（μｍ）のパターン形状となるフォトマスクを介して紫外線を、３００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で照射した後ｐＨ＝１１．５のアルカリ性水溶液で現像し、２００℃、６０分焼成することにより膜厚２．０（μｍ）の遮光層５を形成した。
【０１０９】
続いて、赤色の顔料を分散させた感光性レジストＣＲ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）をスピンナーを用いて全面塗布し、９０℃、１０分の乾燥後、スペーサ３の大きさが短径１５（μｍ）、長径２５（μｍ）、かつ、スペーサ３の長径の向きが配向膜６の配向方向と平行となり、かつ、スペーサ３が１平方ミリメートル当たりに占める断面積の合計が、０．０００９平方ミリメートルとなるようなスペーサ３の形成を含め、赤色の着色層を形成する部分のみに紫外線が照射されるようなフォトマスクを介し露光量が１００ｍＪ／ｃｍ2 となるように露光を行った。次に、水酸化カリウム１ｗｔ％水溶液で２０秒間現像を行い、２００℃、６０分焼成することにより赤色の着色層を形成した。
【０１１０】
同様に、緑、青の着色層をスペーサの形成を含め、繰り返し形成することにより各着色層の膜厚が１．５（μｍ）であるカラーフィルタ２３〜２５と、遮光層２２上に３色の着色層が重畳したスペーサ３０が得られた。
【０１１１】
ここで、緑の着色材料には、ＣＧ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）、青の着色材料にはＣＢ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）を用いた。
【０１１２】
その後、対向電極２６としてのＩＴＯ膜をスパッタ法にて１５００オングストロームの厚さに成膜し、対向電極２６の全面を覆うようポリイミドを塗布後ラビング処理することにより配向膜２７を形成した。
【０１１３】
アクティブマトリクス基板１は次のようにして作製した。
公知の技術を用いて通常のＴＦＴ１２を形成するプロセスと同様に成膜とパターニングを繰り返し、アクティブマトリクス基板１を形成した。ＩＴＯ膜をスパッタ法を用いて１０００オングストロームの厚さに成膜し、公知のフォトリソグラフィー工程を用いて、パターニングを行い、画素電極１５を形成する。画素電極１５を覆うポリイミドを塗布後ラビング処理することにより配向１６を形成した。
【０１１４】
アクティブマトリクス基板１と対向基板２を張合わせた後、両基板の液晶と接する面とは反対側の面に偏光板をそれぞれ貼設した（図示省略）。そして、アクティブマトリクス基板１の偏光板側外部には、この液晶表示装置のバックライトとしての光源（図示省略）を配設した。
【０１１５】
液晶組成物２８は、アクティブマトリクス基板１と対向基板２との間隙（セルギャップ）に挟持される液晶であって、その組成は、一般的なＴＮ（ツイストネマティック）型のものである。
【０１１６】
本発明の液晶表示装置のセルギャップは平均値４．７０（μｍ）で、最大値４．８０（μｍ）、最小値４．６０（μｍ）と高精度に制御されていた。
【０１１７】
また、スペーサの欠損は、認められず、コントラスト比が高く、高品位の表示が得られた。
【０１１８】
また、本実施例では、対向基板２に遮光層２２、カラーフィルタ２３〜２５、スペーサ３０が配置されているが、アクティブマトリクス基板１に配設してもよく、アクティブマトリクス基板１に、遮光層２２、カラーフィルタ２３〜２５、スペーサ３０を配置した場合は、アクティブマトリクス基板１と対向基板２の位置合わせが不要となり、高品位な液晶表示装置を安価に作ることができる。
【０１１９】
第５発明の実施の形態について説明する。
【０１２０】
図１７は、単純マトリクス型の液晶表示素子の断面図を示しており、図１１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。図１７において、液晶表示素子は、表示電極１５ａ、遮光層２２、カラーフィルタ２３〜２５、配向膜２７、楕円柱状のスペーサ３０、等を有するカラーフィルタ基板３と、表示電極２６ａ、配向膜１６等を有し、上記カラーフィルタ基板３と対向するように配設された対向基板２ａと、これら２枚の基板の間隙に挟持される液晶組成物２８とからその主要部が構成されている。ここで、図中に示されるＷは、同一基板上における表示電極間の間隔を表しており、図１４中の遮光層の幅Ｄに相当するものである。
【０１２１】
スペーサ３０は、（２×Ｈ）≦ｂ＜ａ≦（（２）1/2 ×Ｗ）となるように楕円柱状に形成される。前述したように、Ｈはスペーサの高さ、ａはスペーサ（楕円）の長径、ｂはスペーサの短径、である。ここで、表示電極間の間隔Ｗよりもスペーサの長径ａが（２）1/2 倍大きく許容されるのは、スペーサの長径方向４３が配向方向４２と同じ４５度の方向を向いて斜めに表示電極間に配置されるからである。但し、後述するようにスペーサの長径方向４３が配向方向４２とは異なる方向に向けられる場合がある。
【０１２２】
図１８は、上記液晶表示素子のカラーフィルタ基板３のスペーサ３０の長径の向き４３と液晶注入口の位置４４を示した平面図である。この例では、基板間の隙間が特に狭い場合に、液晶組成物がよりスムースに２つの基板間に注入されることを重視したものである。
【０１２３】
このため、全てのスペーサ３０を配向方向４２に揃えて整列するのではなく、個々のスペーサ３０の長径の方向４３を液晶注入口４４から注入される液晶組成物２８の流入の方向に沿って定めている。より簡便には、スペーサ３０の向き４３を液晶注入口４４に向ける。
【０１２４】
また、応用例として、注入される液晶組成物２８のスムースな流入を妨げる一部の複数のスペーサ３０の長径の方向４３を液晶注入口４４から注入される液晶組成物２８の流入の方向（あるいは液晶注入口４４の位置する方向）に沿って定め、他の液晶組成物２８のスムースな流入を妨げない複数のスペーサ３０の長径の方向４３を配向方向等に適宜に揃えるものである。
【０１２５】
この場合、スペーサ３０の長径の角度θはマトリクスの縦方向あるいは横方向に対して０度〜４５度の状態となるので、この角度範囲内において上述した個々のスペーサ３０の形状の寸法条件は、
アクティブ型液晶表示素子の場合
（２×Ｈ）≦ｂ＜ａ≦（（１／cos θ）×Ｄ）
単純マトリクス型の場合
（２×Ｈ）≦ｂ＜ａ≦（（１／cos θ）×Ｗ）  となる。
【０１２６】
例えば、
θ＝０度の場合、
（２×Ｈ）≦ｂ＜ａ≦Ｗ
θ＝４５度の場合、
（２×Ｈ）≦ｂ＜ａ≦（（２）1/2 ×Ｗ）  となる。
この実施の形態に係る液晶表示素子の製造法について説明する。
まず、カラーフィルタ基板３は、次のようにして作製した。
【０１２７】
公知のフォトリソグラフィー工程を用いて遮光層２２、カラーフィルタ２３〜２５、スペーサ３０を形成した。具体的に述べると、ガラス基板２１上に、感光性の黒色樹脂をスピンナーを用いて塗布し、９０℃、１０分間乾燥後、所定のパターン形状のフォトマスクを介して紫外線を、３００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で照射した後、ｐＨ＝１１．５のアルカリ性水溶液で現像し、２００℃、６０分焼成することにより膜厚１．５（μｍ）の遮光層２２を形成した。
【０１２８】
続いて、赤色の顔料を分散させた感光性レジストＣＲ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）をスピンナーを用いて全面塗布し、９０℃、１０分の乾燥後、スペーサ３０の大きさが短径９（μｍ）、長径１８（μｍ）、かつ、スペーサ３０の長径の向きが液晶注入口４４に向き、かつ、スペーサ３０が１平方ミリメートル当たりに占める断面積の合計が、０．０００７平方ミリメートルとなるようなスペーサ３０の形成を含め、赤色の着色層を形成する部分のみに紫外線が照射されるようなフォトマスクを介し露光量が１００ｍＪ／ｃｍ2 となるように露光を行った。その後、水酸化カリウム１ｗｔ％水溶液で２０秒間現像を行い、２００℃、６０分焼成することにより赤色の着色層を形成した。
【０１２９】
同様に、緑、青の着色層を繰り返し形成することにより各着色層の膜厚が１．５（μｍ）であるカラーフィルタ２３〜２５を形成したが、基板間の隙間を比較的に狭く形成するために緑と青の着色層ではスペーサ３０は形成せず、遮光層２２上には赤色の着色層のみからなるスペーサ３０を形成した。ここで、緑の着色材料には、ＣＧ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）、青の着色材料にはＣＢ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）を用いた。
【０１３０】
表示電極１５ａとしてＩＴＯ膜をスパッタ法にて１５００オングストロームの厚さに成膜し、公知のフォトリソグラフィー工程を用いて線幅８０（μｍ）、間隔２０（μｍ）となるようにストライプ状にパターニングした。次に、表示電極１５ａの全面を覆うようポリイミドを塗布後ラビング処理することにより配向膜２７を形成した。
【０１３１】
対向基板２ａは次のようにして作製した。
【０１３２】
ガラス基板１１上に、表示電極２６ａとしてＩＴＯ膜をスパッタ法にて１５００オングストロームの厚さに成膜し、公知のフォトリソグラフィー法を用いて線幅８０（μｍ）、間隔２０（μｍ）となるようにストライプ状にパターニングした。次に、表示電極２６ａの全面を覆うようポリイミドを塗布後ラビング処理することにより配向膜１６を形成した。
【０１３３】
カラーフィルタ基板３と対向基板２ａを張り合わせた後、両基板の液晶と接する面とは反対側の面に偏光板をそれぞれ貼設した（図示省略）。
【０１３４】
そして、カラーフィルタ基板３の偏光板側外部には、この液晶表示素子のバックライトとしての光源（図示省略）を配設した。
【０１３５】
液晶組成物２８は、上記のカラーフィルタ基板３と対向基板２ａとの間隙（セルギャップ）に挟持される液晶であって、強誘電性液晶を用いた。
【０１３６】
本実施の形態の液晶表示素子のセルギャップは、平均１．７（μｍ）で、最大値１．７２（μｍ）、最小値１．６８（μｍ）と高精度に制御されていた。また、スペーサ３０の長径の向きは、配向膜２７の配向方向と平行でないがスペーサの高さが低いため、ラビング処理の際にスペーサ３に加わる負荷が少ないため、スペーサの欠損は認められず、コントラスト比が高く、高品位の表示が得られた。
【０１３７】
また、本実施の形態では、強誘電性液晶を使用したため、セルギャップは、平均１．７（μｍ）と非常に狭いにも係わらず、短時間で、かつ、均一に液晶材料を注入することができた。
【０１３８】
また、本実施の形態では、スペーサ３０の長径の向き４３を全て１個の液晶注入口４４に向けたが、液晶表示装置全面に均一に注入できればよく、注入口の複数化、流体力学的に最も流動抵抗が小さくなるような適当な配置にすることができる。
【０１３９】
第６の発明について図面を参照して説明する。
図２０に示す表は、高さ、最大幅、最小幅で特定されるスペーサの機械的強度を確認するために、スペーサに最も機械的強度が要求されるラビング処理を行い、スペーサの欠損状態を確認したものである。この例では、長手のスペーサの使用を考慮しているため、スペーサの最大幅の方向がラビング方向と一致することを前提としていない。ここで、スペーサの最大幅とは、基板表面と平行な面におけるスペーサ断面の最大幅をいうものとする。スペーサの最小幅とは、基板表面と平行な面におけるスペーサ断面の最小幅をいうものとする。
【０１４０】
ＴＦＴ−液晶表示素子のスペーサの高さＨを５μｍ、遮光層の幅Ｄを３０μｍとし、最大幅ａ、最小幅ｂ、を種々の値に設定してスペーサの欠損状態を観察した。表中の○は、ラビング後、スペーサに明らかな欠損がないもの、△は、ラビング後、スペーサに明らかな欠損が生じたもの、×は、ラビング後、スペーサに明らかな欠損が生じたものを示している。
【０１４１】
この結果、スペーサの最小幅ｂがスペーサの高さＨより小さく、スペーサの最大幅が遮光層幅より小さいと、ラビング工程でスペーサの欠落が認められた。従って、長手形状のスペーサの形状条件は、まず、Ｈ≦ｂ、Ｄ＜ａとなる。
更に、最大幅・最小幅の関係より、ｂ＜ａ、スペーサが画素領域にはみ出さないようにするためにはｂ≦Ｄであることが必要であるから、長手形状のスペーサの形状条件は、
アクティブ型マトリクス液晶素子の場合には、
Ｈ≦ｂ＜Ｄ≦ａ
単純マトリックス型液晶表示素子の場合には、
Ｈ≦ｂ＜Ｗ≦ａ    となる。
ここで、Ｗは、図１７に示す表示電極間の間隔である。
【０１４２】
この発明によれば、スペーサの最小幅が、スペーサの高さ以上、かつ、スペーサの最大幅が遮光層の幅より大きいため、スペーサ機能としての機械的強度が十分得られ、スペーサに最も機械的強度が要求される配向膜の配向処理としてのラビング処理などにおいてもスペーサの欠け、剥がれの発生しない十分な強度が得られる。
【０１４３】
これに対し、スペーサの最小幅が、スペーサの高さ未満、かつ、スペーサの最大幅が遮光層の幅より小さい場合は、スペーサ機能としての機械的強度が不足となり、配向膜のラビング処理などでスペーサの欠け、剥がれ等が発生する。
【０１４４】
また、スペーサの最小幅が遮光層の幅より小さいため、スペーサが画素内に入り込まず、表示品位が低下することがない。
【０１４５】
スペーサをカラー液晶表示素子の構成材料であるカラーフィルタと同一材料、かつ、同時に形成することで工程を増やさずスペーサを配置することができる。従来の液晶表示素子で必要であったスペーサ（粒子）の分散散布工程をなくすことができる。
【０１４６】
第６の発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０１４７】
図２１は、この発明に係る液晶表示素子の断面図であり、対向電極２６、スペーサ３０、カラーフィルタ２３〜２５、遮光層２２、配向膜２６等を有する対向基板２１と、スイッチング素子としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１２、走査線１ｆ、透明電極としての画素電極１５、配向膜１６等を有し、上記対向基板２と対向するように配設されたアクティブマトリクス基板１と、これら２枚の基板間隙に挟持される液晶組成物２８とからその主要部が構成されている。
【０１４８】
図２２は、本発明の対向基板２のスペーサ３０の位置を示した平面図である。スペーサ３０は長手の形状をしており、図示の例では長方形である。スペーサの最大幅ａ、最小幅ｂ、スペーサの高さＨ、遮光層幅Ｄは、Ｈ≦ｂ＜Ｄ≦ａとなるように形成されている。
【０１４９】
この実施の形態に示される液晶表示素子は以下の製造法によって得ることができる。
まず、この対向基板２１は次のようにして作製した。
公知のフォトリソグラフィー工程を用いて遮光層２２、カラーフィルタ２３〜２５、スペーサ３０を形成した。
【０１５０】
具体的に述べると、ガラス基板２１上に、感光性の黒色樹脂をスピンナーを用いて塗布し、９０℃、１０分間乾燥後、遮光層５の幅が２５（μｍ）のパターン形状となるフォトマスクを介して紫外線を、３００mJ／cm2 の露光量で照射した後ｐＨ＝１１．５のアルカリ性水溶液で現像し、２００℃、６０分間焼成することにより膜厚２．０（μｍ）の遮光層５を形成した。
【０１５１】
続いて、赤色の顔料を分散させた感光性レジストＣＲ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）をスピンナーを用いて全面塗布し、９０℃、１０分の乾燥後、スペーサ３の断面形状の最小幅１５（μｍ）、最大幅４０（μｍ）となり、スペーサ３０の位置が遮光層２２上となるスペーサ３０の形成を含め、赤色の着色層を形成する部分のみに紫外線が照射されるようなフォトマスクを介し露光量が１００mJ／cm2 となるように露光を行った。
【０１５２】
次に、水酸化カリウム１ｗｔ％水溶液で２０秒間現像を行い、２００℃、６０分焼成することにより赤色の着色層を形成した。
同様に、緑、青の着色層をスペーサ３の形成を含め、繰り返し形成することにより各着色層の膜厚が１．５（μｍ）であるカラーフィルタ２３〜２５と、遮光層２２上に３色の着色層が重畳したスペーサ３０が得られた。スペーサ３０の基板表面からの高さは６．３（μｍ）であった。
【０１５３】
ここで、緑の着色材料には、ＣＧ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）、青の着色材料にはＣＢ−２０００（富士ハントエレクトロニクステクノロジー（株）製）を用いた。
【０１５４】
その後、対向電極２６としてのＩＴＯ膜をスパッタ法にて１５００Ａの厚さに成膜し、対向電極２６の全面を覆うようにポリイミドを塗布後、ラビング処理することにより配向膜２６を形成した。
【０１５５】
アクティブマトリクス基板１は次のようにして作製した。
ガラス基板１１上に、公知の技術を用いて通常のＴＦＴ１２を形成するプロセスと同様に成膜とパターニングを繰り返し、アレイ基板を形成した。次に、酸化珪素膜をスパッタ法を用いて２０００Ａ（オングストローム）の厚さに成膜し、公知のフォトリソグラフィー工程を用いて、パターニングを行い、保護膜１ｅを形成し、ＩＴＯ膜をスパッタ法を用いて１０００Ａの厚さに成膜し、公知のフォトリソグラフィー工程を用いて、パターニングを行い、画素電極１５を形成し、画素電極１５を覆うようポリイミドを塗布後ラビング処理することにより配向膜１６を形成した。
【０１５６】
次に、アクティブマトリクス基板１と対向基板２とを張り合わせた後、両基板の液晶と接する面とは反対側の面に偏光板をそれぞれ貼設した（図示省略）。そして、アクティブマトリクス基板１の偏光板側外部には、この液晶表示素子のバックライトとしての光源（図示省略）を配設した。
【０１５７】
液晶組成物２８は、アクティブマトリクス基板１と対向基板２との間隙（セルギャップ）に挟持される液晶であって、その組成は、一般的なＴＮ（ツイストネマティック）型のものである。
【０１５８】
本発明の液晶表示装置のセルギャップは平均値４．７０（μｍ）で、最大値４．８０（μｍ）、最小値４．６０（μｍ）と高精度に制御されていた。また、スペーサの欠損は、認められず、コントラスト比が高く、高品位の表示が得られた。
【０１５９】
なお、上述の実施の形態では、
（１）スペーサ３０の断面形状が長方形であったが、図２３に示すように、楕円、菱形、三角形、台形等のいずれの長手形状のものであっもよい。
【０１６０】
（２）対向基板２に遮光層２２、カラーフィルタ２３〜２５、スペーサ３０が配置されているが、これ等をアクティブマトリクス基板１に配設してもよい。こうした場合は、アクティブマトリクス基板１と対向基板２との位置合わせが不要となり、高品位な液晶表示装置を安価に作ることが可能となる。
【０１６１】
（３）カラーフィルタの材料として顔料を分散させた感光性レジストを用いたが、感光性レジストによらず、顔料を分散させた着色樹脂を、公知のフォトリソグラフィー工程を用いて、エッチングによりパターニングしても良い。
【０１６２】
（４）遮光層２２の材料として顔料を分散させた感光性レジストを用いたが、感光性レジストによらず、顔料を分散させた着色樹脂を、公知のフォトリソグラフィー工程を用いて、エッチングによりパターニングしても良い。また、金属クロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯ）等の樹脂以外でも良い。
【０１６３】
遮光層２２を設けずに、非遮光性部材が遮光層としての機能を兼ねるようにしても良く、非透光性部材上にスペーサ３０を設けても、本発明と同様の効果が得られる。
【０１６４】
（５）アクティブマトリックス型液晶表示素子で記述したが、単純マトリックス型液晶表示素子などでも良い。
【０１６５】
（６）３色の着色層を重ねてスペーサ３を形成したが、２色や１色でも、所望のセルギャップが得られれば良い。
【０１６６】
【発明の効果】
第１の発明によれば、スペーサの頂角部分が最初にラビング布の毛足に当るようにして毛足がスペーサをスムースに回り込むようにし、また、テーパを付けることによってラビング布の毛足が受ける抵抗を減らしているので、ラビング布の毛足の曲がりに起因する表示不良を防ぐことが可能となり、表示性能の高く、信頼性のある液晶表示素子を得ることが出来る。また、スペーサの全体の配置をラビング方向に整列させることによってラビング布へのダメージを全体的に軽減することが可能となる。
【０１６７】
第２の発明によれば、スペーサを起点としたラビングなどによる配向処理で発生する配向不良領域が画素内に到達しない位置にスペーサを配置してあるため、表示品位の低下を防止することができる。
【０１６８】
第３の発明によれば、スペーサを起点とした、ラビングなどによる配向処理で発生する配向不良領域が、人間の視覚特性において、比較的感度の良い緑色画素領域には入り込まないようにスペーサを配置したため、表示品位の低下を可及的に抑制することが可能となる。
【０１６９】
なお、第２及び第３の発明によれば、第１の発明のようにスペーサを特殊な形状に形成するものではないので、カラー液晶表示装置の構成材料であるカラーフィルタと同一材料により、フィルタと同時に形成することができ、工程を増やさずスペーサを配置することができる。
【０１７０】
第４及び第５の発明によれば、スペーサに最も機械的強度が要求される配向膜に配向性を付与するラビング工程においても、スペーサの形状が楕円柱であり、スペーサの高さＨ、スペーサの長径ａ、スペーサの短径ｂ、遮光層の幅Ｄ、表示電極間の同一基板上での間隔Ｗとしたとき、アクティブマトリックス型液晶表示装置では（２×Ｈ）≦ｂ＜ａ≦（（２）1/2 ×Ｄ）の条件を満たし、単純マトリックス型液晶表示装置では（２×Ｈ）≦ｂ＜ａ≦（（２）1/2 ×Ｗ）の条件を満たし、かつ、スペーサの長径方向を配向膜の配向方向と同方向とすることにより、スペーサの強度を保ち、かつ、スペーサに加わる負荷を最小限にすることができる。
【０１７１】
また、通常の液晶表示装置に要求される基板間距離１〜１０（μｍ）程度を均一に実現するために、スペーサが１平方ミリメートル当たりに占める、上記基板と平行な面における断面積の合計が、０．０００１平方ミリメートルを越え、０．００２平方ミリメートル未満であるようにしたので、２枚の基板間距離を画面内で均一精密制御することができる。
【０１７２】
スペーサの長径方向を２つの基板の隙間内の液晶の流入方向に沿って定め、抵抗を軽減することにより、スペーサとしての機械的強度を保ちつつ、液晶の注入を容易にするとが可能となる。
【０１７３】
第６の発明の液晶表示素子は、スペーサの高さＨ≦スペーサの最小幅ｂ≦遮光層幅Ｄ＜スペーサの最大幅ａとなるように、スペーサの形状を定めたので、スペーサ機能としての機械的強度が十分得られ、スペーサに最も機械的強度が要求される配向膜の配向処理としてのラビング処理などにおいてもスペーサの欠け、剥がれの発生しない十分な強度が得られる。
【０１７４】
また、スペーサの最小幅が遮光層の幅より小さいため、スペーサが画素内に入り込まないため、表示品位が低下することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示素子の概略を説明する断面図である。
【図２】アクティブマトリクス基板１の構成を説明する断面図である。
【図３】本発明の液晶表示素子におけるスペーサ形状の概略を説明する説明図である。
【図４】本発明の液晶表示素子の概略を説明する断面図である。
【図５】本発明の液晶表示素子におけるスペーサ形状の概略を説明する説明図である。
【図６】本発明の液晶表示素子の概略を説明する断面図である。
【図７】本発明の液晶表示素子におけるスペーサ形状の概略を説明する説明図である。
【図８】本発明の液晶表示素子におけるスペーサの配列の例を説明する説明図である。
【図９】本発明の液晶表示素子の概略を説明する断面図である。
【図１０】本発明の液晶表示素子におけるスペーサの配置場所を説明する説明図である。
【図１１】本発明の液晶表示素子の概略を説明する断面図である。
【図１２】本発明の液晶表示素子におけるスペーサの配置場所を説明する説明図である。
【図１３】本発明の液晶表示素子の概略を説明する断面図である。
【図１４】本発明の液晶表示素子における楕円柱状スペーサの配置場所及び方向を説明する説明図である。
【図１５】楕円柱状スペーサの例を説明する斜視図である。
【図１６】楕円柱状スペーサの他の例を説明する斜視図である。
【図１７】本発明の液晶表示素子の概略を説明する断面図である。
【図１８】本発明の液晶表示素子におけるスペーサの配置場所及び方向を説明する説明図である。
【図１９】ラビング方向と同じ方向に長径方向が配置された楕円柱スペーサがラビング処理によって受けるダメージの実験結果を示す図である。
【図２０】ラビング方向とは無関係な方向に長手方向が配置された長手のスペーサがラビング処理によって受けるダメージの実験結果を示す図である。
【図２１】本発明の液晶表示素子の概略を説明する断面図である。
【図２２】本発明の液晶表示素子における長手スペーサの配置場所及び方向を説明する説明図である。
【図２３】長手スペーサの例を説明をする説明図である。
【符号の説明】
１  アクティブマトリクス基板
２  対向基板
３  カラーフィルタ基板
１１，２１  ガラス基板
１２  能動素子（ＴＦＴ）
１５  画素電極、
１５ａ  表示電極
１４  ゲート線
１３  信号線
１６，２７  配向膜
２２  遮光層
２３  着色層（Ｒ）
２４  着色層（Ｇ）
２５  着色層（Ｂ）
２６  共通電極
２６ａ  表示電極
２８  液晶組成物
３０  スペーサ
３１  ＴＦＴ遮光領域
４１  配向不良領域
４２  配向方向（ラビング方向）
４３  スペーサの長径方向
４４  液晶注入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0003638346.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
0003638346.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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