(57)【要約】  透明電極が形成された一対の対向するプラスチック基板と、該対向するプラスチック基板の間に配置したギャップを規定するためのスペーサと、前記対向するプラスチック基板の間に挟持された液晶材料とを備えた液晶表示素子において、前記液晶表示素子は、表示部（３）、スイッチ部（４）、及び周辺領域部（２）を有し、該各部における前記スペーサの配置密度が異なり、周辺領域部（２）、表示部（３）、スイッチ部（４）の順でスペーサの配置密度が高くなるようにした。
2009054292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の対向するプラスチック基板と、それら対向するプラスチック基板の間に配置したギャップを規定するためのスペーサと、前記対向するプラスチック基板の間に挟持された液晶材料とを備えた液晶表示素子であって、
前記液晶表示素子は、表示領域とスイッチ領域を有し、
前記スイッチ領域におけるスペーサの配置密度を、前記表示領域におけるスペーサの配置密度よりも高くしたことを特徴とする、
前記の液晶表示素子。
【請求項２】
前記液晶表示素子は、更に、前記表示領域と前記スイッチ領域を囲む周辺領域を有し、その周辺領域におけるスペーサの配置密度を前記表示領域における前記スペーサの配置密度よりも低くしたことを特徴とする、請求の範囲第１項記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記液晶表示素子は、更に、前記表示領域と前記スイッチ領域との間に境界領域を有し、その境界領域におけるスペーサの配置密度を前記表示領域側から前記スイッチ領域側に向かって徐徐に高くなるようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項または第２項のいずれか一つに記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記スペーサはフォトスペーサであることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一つに記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記スペーサを配置するピッチを、表示領域で略２００μｍとしスイッチ領域で１００μｍ〜１５０μｍとした請求の範囲第１項〜第４項のいずれか一つに記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子に関し、特に、スペーサの配置密度の分布に特徴を有しセルギャップむらの低減を可能とするプラスチック基板を用いた液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置、特に、携帯型小型情報端末装置や携帯電話装置では、液晶パネルの重量を軽量化することや、厚みを薄くすることが求められており、そのために、液晶表示素子を構成する基板としてプラスチック基板が採用されるようになっている。【０００３】
特開平９−２５８２３３号公報には、プラスチックフィルムなどの可撓性のある基板を用いた液晶表示素子で色むらなどの表示品質の低下を防止するために、スペーサをＵＶ硬化樹脂で固定することにより、上下の基板のギャップが所定の値より大きくならないようにし、また、外部応力による上下基板間のギャップの変動がないようにした液晶表示装置の技術が開示されている。この技術では、図１０に示すように、液晶表示装置の枠シール部７の方が枠シール部の内側に設けられたスペーサ６より密度を高く設定してスペーサを形成している。【０００４】
プラスチックが本質的に気体透過性を有することから、プラスチック基板を用いた液晶表示素子において、時間の経過と共に酸素や窒素が液晶表示素子内部に侵入し気泡が発生し、表示品質が損なわれるという問題があった。この問題に対処するために従来から、気体透過を防ぐためのガスバリア層をプラスチック基板に積層することが行われている。【０００５】
また、液晶表示素子の表面を複数の領域に分割し、それぞれの領域に別々の機能を割り当てるという試みがなされている。例えば、特開平６−１６０８１８号公報には、１つの基板の平面内に、表示機能、固定表示機能、信号電気発生機能、音声発生機能などの複数種類の機能・特性を任意に組み合わせで構成した液晶表示装置を、光照射のパターンを変えるという露光プロセスで実現する技術が開示されている。【０００６】
プラスチック基板を用いた液晶セルでは、広い面積を有するプラスチックシートに複数の液晶セル部を形成し、その後に切断工程を経て個別の液晶表示素子を製造する。気体透過を防ぐためのガスバリア層は液晶セルの切断面には設けられていないことから（図１１Ａ参照）、この切断面を経由して時間の経過と共に酸素や窒素などのガス成分が液晶セル内部に侵入し、蓄積したガス成分が気泡１０となって表示品質を損い、液晶表示素子の表示装置としての寿命を短くしてしまうという問題があった（図１１Ｂ参照）。【０００７】
液晶表示素子には表示等の機能が集約している領域と、素子周辺部のように何も機能しない領域とがある。機能が集約している領域に気泡が発生すると大きな問題となるが、何も機能しない領域に気泡が発生しても問題は少ない。【０００８】
また、液晶表示素子の一部領域をスイッチ領域とした場合、入力操作のためにそのスイッチ領域に押圧を繰り返すことで液晶表示画面が変形する機会が多い。液晶表示画面の変形により液晶表示セル内の圧力も変動する。この押圧は、液晶セルの切断断面などを経由して液晶セル外の外気中の酸素や窒素ガスが液晶セル内に透過し徐々に液晶セル内の液晶層に溶解していたガス成分が気泡化する原因となる。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、気泡発生原因を除去し、気泡が発生した場合には気泡が発生しても問題の少ない領域に気泡を集め、表示品質の劣化が少なく寿命の長い液晶表示素子を提供することである。
【００１０】
本発明による液晶表示素子は、一対の対向するプラスチック基板と、それら対向するプラスチック基板の間に配置したギャップを規定するためのスペーサと、前記対向するプラスチック基板の間に挟持された液晶材料とを備えたものであって、表示領域とスイッチ領域とを有する。そして、この液晶表示装置は、上記目的を達成するために、前記スイッチ領域におけるスペーサの配置密度を、前記表示領域におけるスペーサの配置密度よりも高くしている。
【００１１】
前記液晶表示素子は、表示領域とスイッチ領域のほかに、前記表示領域と前記スイッチ領域を囲む周辺領域を有してもよい。その場合は、この周辺領域におけるスペーサの配置密度を前記表示領域における前記スペーサの配置密度よりも低くする。
【００１２】
前記液晶表示素子は、更に、前記表示領域と前記スイッチ領域との間に境界領域を有することがある。この場合、その境界領域におけるスペーサの配置密度を前記表示領域側から前記スイッチ領域側に向かって徐徐に高くなるようにする。
【００１３】
前記スペーサは、フォトスペーサとしてもよい。
【００１４】
前記スペーサを配置するピッチを、表示領域で略２００μｍとし、スイッチ領域で１００μｍ〜１５０μｍとしてもよい。
【００１５】
本発明は以上の構成を備えるので、液晶表示素子は応力による変形が軽減され、気泡発生原因を除去することができ、表示品質の劣化が少なく寿命の長い液晶表示素子を提供することができる。また、本発明では表示領域とスイッチ領域にそれぞれ適したスペーサ配置を選択することにより、良好な気泡対策を講じることができる。併せて、表示領域に対して良好な開口率を確保することができる。また、スイッチ領域でのスペーサを表示領域でのスペーサに比べ密に配置することで、気泡発生原因の一つである局所的なギャップ変化を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】プラスチック基板液晶素子の平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのプラスチック基板液晶素子のスペーサの配置密度を概略的に示す。
【図２Ａ】図１Ａのプラスチック基板液晶素子の周辺部分におけるスペーサの配置密度を説明する図である。
【図２Ｂ】図１Ａのプラスチック基板液晶素子の中央部分におけるスペーサの配置密度を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態であるプラスチック基板液晶素子における各機能領域の配置を示す平面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態におけるプラスチック基板液晶素子を用いた液晶装置の正面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの液晶装置の側面図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるプラスチック基板液晶素子の各機能領域におけるスペーサの配置密度を概略的に示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態におけるプラスチック基板液晶素子の各機能領域におけるスペーサの配置密度を概略的に示す図である。
【図７Ａ】図３に示す液晶表示素子のａ−ａ断面の模式図である。
【図７Ｂ】図３に示す液晶表示素子のｂ−ｂ断面の模式図である。
【図７Ｃ】図３に示す液晶表示素子のｃ−ｃ断面の模式図である。
【図８】プラスチック基板液晶素子における境界領域部のスペーサの配置密度を説明するための図である。
【図９Ａ】図８の破線で囲んだ領域内の表示部、境界領域部及びスイッチ部を拡大した図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示すスペーサの配置密度の分布をグラフに表したものである。
【図１０】従来技術であるスペーサを均一に分布させた液晶表示素子の例である。
【図１１Ａ】従来技術による、プラスチック基板を用いた液晶セルの断面図を示す。
【図１１Ｂ】酸素や窒素などのガス成分が液晶表示素子の切断面を経由して液晶セル内部に侵入し蓄積して気泡１０が生成された液晶表示素子をもつ、従来技術による表示装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１Ａは、プラスチック基板液晶素子の平面図である。この図１Ａにおいて、符号１はプラスチック基板液晶素子を示し、符号２０は周辺部分を示し、符号３０は中央部分を示す。中央部分３０のスペーサ６の配置密度は周辺部分２０の配置密度より高い。図１Ａの破線ｃ１―ｃ１と破線ｃ２―ｃ２の位置でのプラスチック基板液晶素子１の断面を図２Ａ，図２Ｂにそれぞれ示す。【００１８】
図１Ｂは、図１Ａのプラスチック基板液晶素子のスペーサの配置密度を概略的に示している。【００１９】
図１Ｂに示すように、プラスチック基板液晶素子の周辺部分２０は、従来どおりスペーサが疎に配置されていることから、プラスチック基板は、図２Ａに示すように、その中心部分が沈み込む形状を示している。これに対し、プラスチック基板液晶素子の中央部分３０はスペーサが密に配置されていることから、プラスチック基板は図２Ｂに示すように、その中心部分がプラスチック基板の内側にしなった変形による沈み込み量が少なくなり、スペーサ６の配置密度が小さい周辺部分２０に比べて相対的に高くなっている。ここで、沈み込む形状や膨張した形状とは、周辺部分２０と中央部分３０での両基板間の高さの平均値を基準にしている。【００２０】
プラスチック基板は、剛性が小さいため、液晶の表面張力により液晶素子内にしなった形状となる傾向がある。このため、スペーサの配置密度が大きい中央部分３０での沈み込み量は、スペーサ６の配置密度が小さい周辺部分２０に比べて平均的に小さくなる。これは換言すれば、プラスチック基板液晶素子１の中央部分３０の液晶層が膨張ぎみの状態にあるといえる。【００２１】
図３は、本発明の一実施形態であるプラスチック基板液晶素子１における各機能領域の配置を示す平面図である。この図３に示すプラスチック基板液晶素子１は、図１Ａのプラスチック基板液晶素子の中央部分３０に表示部３とスイッチ部４とを配置したものに相当する。【００２２】
図３において、符号１はプラスチック基板液晶素子を示し、符号２は周辺領域部を示す。この周辺領域部２は、プラスチック基板液晶素子１を構成するプラスチック基板の周辺部に設けられるスペーサ６の配置密度が低い領域である。符号３は表示部であり、スペーサ６の配置密度は周辺領域部２より高く配置されている。また、符号４はスイッチ部であり、スペーサ６の配置密度は周辺領域部２および表示部３より高い。符号５は、周辺領域部２に連続し、表示部３とスイッチ部４との間の部位に設けられた境界領域である。【００２３】
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の一実施形態におけるプラスチック基板液晶素子１を用いた液晶装置の正面図と側面図とをそれぞれ示している。図４Ａ及び図４Ｂを参照してプラスチック基板液晶素子１の背面に取り付けられた部材と表示部３とスイッチ部４の機能を説明する。【００２４】
プラスチック基板液晶素子１の表示部３の背面には、ＴＦＴ液晶パネル１１とバックライト１２とが図４Ｂに示されるように取り付けられている。ＴＦＴ液晶パネル１１に画像が表示されると表示部３が透過状態となり、ＴＦＴ液晶パネル１１上の画像が認識できるようになる（このときバックライトは点灯している）。ＴＦＴ液晶パネル１１に画像が表示されていない時には表示部３が非透過状態となり、ＴＦＴ液晶パネル１１は視認できなくなる（このときバックライトは消灯している）。【００２５】
このように、表示部３は、ＴＦＴ液晶パネル１１を見せたり隠したりするシャッターとして機能する。プラスチック基板液晶素子１のスイッチ部４の背面にはスイッチシート１３が取り付けられている。スイッチ部４に表示されたスイッチボタン（図示せず）を押すと、プラスチック基板液晶素子１が局所的に変形し、その押圧がスイッチシート１３の対応した位置に設けられたスイッチ素子（図示せず）に伝わる（なお、局所的に変形してもセルギャップは変化しない）。【００２６】
スイッチ素子はその押圧を感知し制御ブロック（図示せず）にその情報を伝える。このように、スイッチ部４はスイッチボタン等の表示に加え、外部から加わる押圧をスイッチシートに伝達する機能を有する。【００２７】
図５は、本発明の一実施形態におけるプラスチック基板液晶素子の各機能領域におけるスペーサの配置密度を概略的に示している。図５は、図３を参照して説明したように、周辺領域部２、表示部３、スイッチ部４の順にスペーサ６の配置密度が高くなっていることを示している。また、図６に示すように、表示部３のスペーサを正三角形のそれぞれの頂点に配置してもよい。また、正三角形の頂点にスペーサをそれぞれ配置するのは、表示部３に限らず、周辺領域部２及びスイッチ部４にも適用してもよい。【００２８】
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃは、図３に示す液晶表示素子のａ−ａ断面、ｂ−ｂ断面、ｃ−ｃ断面の模式図である。これらの図によれば、図３、図５、図６を参照して説明したように、周辺領域部２（図７Ａ）、表示部３（図７Ｂ）、スイッチ部４（図７Ｃ）の順にスペーサ６の配置密度が高くなっていることがわかる。【００２９】
本発明による液晶表示素子は、０．１ｍｍ以下の極薄状のプラスチック基板から構成され可撓性を有する。プラスチック基板の原材料となるプラスチックシートの材質としては、透明性および成形性の観点から、ポリエーテルスルホン、ポリアクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、エポキシアクリレートなどがある。そして、これらプラスチックシートには露光技術を用いて電極配線、マーク、フォトスペーサなど液晶表示素子に必要な部材が形成される。【００３０】
図３〜図７Ｃを参照して説明したように、液晶表示素子の中心部分に形成される表示部３とスイッチ部４とにおけるスペーサ６の配置密度を、周辺領域部２におけるスペーサ６の配置密度より高く設定したことから、この領域におけるプラスチック基板の液晶の表面張力により内部にしなった状態になる変形による沈み込み量が少なくなり、スペーサ６の配置密度が少ない周辺領域部２に比べて相対的に高くなる。このため、内部の液晶層が膨れ気味の状態となり、新たな気泡の入り込みを抑えることが可能となる。【００３１】
また、スイッチ部４を押圧することによるプラスチック基板の変形が、連続する部位５で吸収され表示部３に伝わらないようにすることができる。このため表示部３の表示品質の低下を防止できる。また、液晶表示素子に温度変動があったとき、液晶材料の膨張収縮に伴う液晶表示基板の変形を周辺領域部２が吸収することが可能であり、表示部３やスイッチ部４の変形を抑制でき表示品質の低下を抑止できる。【００３２】
以下、フォトスペーサのピッチと直径を変化させたときの、プラスチック基板を用いた液晶表示素子の表示品質と気泡の発生具合についての評価例について説明する。【００３３】
表１は配置密度であるスペーサの配置のピッチと表示品質および気泡の発生度合いを示している。ピッチが５０μｍでは表示品質は良好ではなく許容できないが、気泡の発生具合でみると問題はない。ピッチが１００μｍでは表示品質は許容できる範囲であり、気泡の発生具合でみると問題はない。ピッチが１５０μｍでは表示品質は問題なく、かつ、気泡の発生具合も問題ない。ピッチが２００μｍでは表示品質に問題は無いが、気泡の発生具合は許容できない。ピッチが２５０μｍでは表示品質に問題はないが、気泡の発生具合は許容できない。  
なお、表示部３は高品質な表示が必要とされる一方、押圧はほとんど加わらないので、スペーサのピッチを２００μｍとすることができる。【００３４】
【表１】
2009054292.tif 000003
×：許容できない    △：許容範囲内    ○：良好
【００３５】
表２はフォトスペーサのピッチおよび直径に対する開口率を計算した表である。開口率９０％以上確保できるようにフォトスペーサのピッチと直径を選定する。【００３６】
【表２】
2009054292.tif 000004
【００３７】
本実施形態では、フォトスペーサの直径として設計値として９μｍとしたところ、出来上がり寸法は１６〜２２μｍとなった。【００３８】
表１、表２にしたがえば、フォトスペーサのピッチは表示品質と気泡の発生具合とに基づいて規定するため、表１を参照しピッチが１００μｍ〜１５０μｍの範囲としたうえで、表２を参照し、開口率が９０％以上となるようにそのフォトスペーサの直径を設定することができる。【００３９】
上述したスペーサの配置密度を変えることは、換言すると、スペーサの単位面積あたりにおける接触面積を変えて配置することと同等である。スペーサの接触面積はスイッチ部が最も大きくなるようにすればよい。この場合には、スペーサのピッチを従来技術である図１０に示されるように等間隔としてもよい。【００４０】
本発明は、上述したように、液晶表示素子における表示部３とスイッチ部４とでスペーサの配置密度を異にすることを特徴とする（図５参照）。なお、表示部３とスイッチ部４との間の境界領域部５ではスペーサの配置密度に不連続な境界線が、表示部３と境界領域部５との間及びスイッチ部４と境界領域部５との間に生じる。このような、スペーサの配置密度に不連続な境界線があることでこの境界線が表示画面に現れたりする場合があり、表示品質を低下させてしまう。【００４１】
そこで、境界領域部５のスペーサの配置密度分布を表示部３からスイッチ部４に向かって徐徐に高くしていくようにする。そこで、図８、図９Ａ、図９Ｂを用いてこのような、境界部５でのスペーサの配置について説明する。ここで、図８は境界領域のスペーサの配置密度を説明するための図である。図９Ａは、図８の破線で囲んだ領域内の表示部３、境界領域部５、およびスイッチ部４を拡大した図である。図９Ｂは、図９Ａ内のスペーサの配置密度の分布をグラフに表したものである。【００４２】
図９Ａ及び図９Ｂに示されるように、境界領域部５のスペーサの配置密度の分布は、表示部３と接する側では表示部３のスペーサの配置密度に等しく、また、スイッチ部４と接する側ではスイッチ部４のスペーサの配置密度に等しく、そして、その間のスペーサの配置密度は徐徐に高くなっている。このようにスペーサの配置密度を変えることにより、表示部３と境界領域部５との間の境界線及びスイッチ部４と境界領域部５との間の境界線にスペーサの配置密度の不連続性がなくなり、表示品質を低下させる線が表示画面に現れることを防ぐことができる。
【図１Ａ】
2009054292.tif 000005
【図１Ｂ】
2009054292.tif 000006
【図２Ａ】
2009054292.tif 000007
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
2009054292.tif 000012
【図６】
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【図７Ａ】
2009054292.tif 000014
【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
2009054292.tif 000016
【図８】
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【図９Ａ】
2009054292.tif 000018
【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【国際調査報告】
2009054292.tif 000023
2009054292.tif 000024
2009054292.tif 000025