专利名称：液晶显示元件和投影显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示设备和使用该液晶显示设备的投影型显示装置，在该液晶显示设备中，液晶层被夹在一对衬底之间，这对衬底通过密封材料被彼此键合(bonding)，从而对准膜彼此面对并间隔预定间隙。
背景技术：
液晶投影仪或其他投影型显示装置将从光源发射的光分离为红光、绿光和蓝光，利用三个光阀(每一个光阀由液晶显示设备(下文中称为“LCD”)构成)调制彩色光，再次组合调制后的彩色光，并将光放大并投影到投影屏幕上。
作为在液晶投影仪等中安装的光阀，通常采用使用薄膜晶体管(下文中称为“TFT”)驱动器的主动矩阵驱动型LCD。
几乎所有的主动矩阵驱动型LCD都使用向列型液晶。存在光学旋转模式LCD作为主显示系统。
用在光学旋转模式LCD中的向列型液晶是具有扭曲90度的分子方向的扭曲向列型(TN型)液晶，并且在原理上在单色显示中给出了高对照比和好的灰度级显示属性。
为了主动矩阵驱动型LCD的均匀显示，有必要使整个衬底表面上的液晶分子的方向均匀。
在形成有两个电极(这两个电极形成有对准膜)的衬底中，衬底的对准膜彼此面对的排列。在位于实际显示图像的像素显示区域周围的密封区域中，衬底被密封材料彼此键合在一起。为了控制衬底之间的间隙，在上述键合之前采用了被称为“微珠(micro pearls)”的球形间隔器，或者采用了由光刻胶形成的柱形间隔器。
通过这些处理，产生了空的单元。其后，在形成液晶单元的空单元中密封液晶。
注意，上述液晶由若干类型的单液晶材料组成，也被称为“液晶合成物”。偏光器附接到所产生的液晶单元上，从而完成液晶显示设备的制作。
在这些液晶面板中，在形成密封时，如果密封和对准膜的一部分彼此叠加，则屏蔽属性降低，密封脱落，并出现其他问题，或者湿气通过对准膜和密封之间的接口侵入液晶，从而使得液晶恶化并引起其他问题。尤其是当通过旋涂形成膜时，膜一直形成到衬底的末端处，从而发生显著的问题。
另外，在用在投影仪中的投影型LCD中，由于图像是投影放大的，因此图像质量中的异常很容易表露出来。另外，与直接观看型相比到达面板的光量非常大，因此面板变为高温，并且由于微量湿气的进入而引起的恶化再一次很容易看见。
为了解决这些问题，例如已经广泛使用了通过在密封材料中添加被称为“填料”的填充剂来阻止湿气进入的方法(例如见专利文献1和专利文献2)。
在专利文献1的LCD中，添加了平均粒子尺寸约为2μm的填料，以调整密封的粘度。
另外，在专利文献2的LCD中，混合了6.0μm或6.5μm的导电颗粒作为导电材料，并且添加了平均粒子尺寸为0.1到0.5μm的导电填料，以经由导电颗粒获得面对的电极之间的导电。
专利文献1日本专利公开No.11-15005专利文献2日本专利公开No.11-95232发明内容本发明要解决的问题随着液晶投影仪和其他投影型显示装置的尺寸的减小，用作投影型显示装置的光阀的主动矩阵驱动型LCD的尺寸也变得更小。另一方面，其像素分辨率和亮度也变得更高。随着分辨率更高，液晶显示设备的像素之间的间距变得更小。
例如，在衬底尺寸为22.9mm(0.9英寸)的XGA(扩展图形阵列)型的情形中，像素数目是1024×768，从而像素间距变为18μm。
由于设备的分辨率正变得更高，因此透明电极(例如ITO氧化铟锡)之间的间隔变得更窄。在像素中的电位反转的情况下，沿横向方向生成了电场。
由于该横向电场的生成，在透明电极边界处的液晶分子的方向被扰乱，在被扰乱部分和正常部分之间的边界处生成边界线(下文中也称为“区分线”)作为显示缺陷，并且对比度下降。另外，随着亮度更高，该显示缺陷变得很明显。
因此，在具有TFT(薄膜晶体管)和其他开关元件的矩阵型液晶显示设备中，很难同时实现高的孔径比和高的对照比。
另外，在专利文献1或2中公开的LCD中，当使用平均粒子尺寸约为2μm的填料或混合在6.0μm或6.5μm的导电颗粒中并使用平均粒子尺寸为0.1到0.5μm的导电填料时，在投影仪或其他具有趋向于使单元间隙变窄的窄间隙的液晶面板中，存在发生间隙缺陷，从而可靠性差的情形频繁发生的缺点。
本发明的目的是提供一种高质量液晶显示设备和使用该液晶显示设备的投影型显示装置，该液晶显示设备能够防止用作投影仪等的光阀的液晶面板操作在高温和高湿度环境下时液晶面板的恶化等。
用于解决这些问题的手段为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种具有两个衬底的液晶显示设备，在这两个衬底上形成有用于将液晶定向在预定方向的对准膜，通过密封材料键合这一对衬底，该对准膜彼此面对并相隔预定间隙，在这一对衬底之间夹有液晶层，其中密封材料包含平均粒子尺寸小于0.5μm的填料，用在液晶层中的液晶材料在室温下折射率各向异性为0.16或更大，单元间隙为3μm或更小。
优选地，包含在密封材料中的填料的含量在15到40wt％的范围内。
优选地，包含在密封材料中的填料的最大粒子尺寸为1.5μm或更小。
优选地，包含在密封材料中的填料的比表面积为30m2/g或更小。
优选地，在至少一个衬底的密封下存在对准膜。
另外，优选地，对准膜材料是无机对准膜。
本发明的第二方面提供了一种投影型显示装置，包括光源，用于将从光源发射的光引导到液晶显示设备的聚光光学系统，以及用于放大并投影被液晶显示设备调制的光的投影光学系统，其中液晶显示设备具有两个衬底，在这两个衬底上形成有用于将液晶定向在预定方向上的对准膜，通过密封材料键合这一对衬底，该对准膜彼此面对并相隔预定间隙，在这一对衬底之间夹有液晶层，密封材料包含平均粒子尺寸小于0.5μm的填料，用在液晶层中的液晶材料在室温下折射率各向异性为0.16或更大，单元间隙为3μm或更小。
例如，根据本发明，用于防止湿气进入的可靠性的填料尺寸越小，效果就越好。根据实验，除非使用平均粒子尺寸小于0.5μm(最好是0.3μm)的填料，否则由于湿气进入而导致可靠性变差的情形会频繁发生，并且看不到一点效果。
另外，如果填料含量小于15wt％，则对于由于湿气进入而导致可靠性变差的情形看不到一点效果，而当大于40wt％，粘度增加，工作效率降低。
另外，关于为何包含在密封材料中的填料的最大粒子尺寸为1.5μm或更小的理由是，如果使用混合了大尺寸粒子的填料，则在具有窄间隙(单元间隙为3μm或更小)的其他液晶面板的投影仪中，会发生间隙缺陷。另外，比表面积是每单位质量的表面积，但是当其变得太大时，细粒子的比率变大，并且密封材料的粘度突然增加。根据实验，如果比表面积为30m2/g或更小，则可以获得工作效率无问题的密封材料。这些填料的形状优选地为球形。原因是球形的比表面积最小，从而当混合到密封材料中时粘度的增加也小。
另外，对准膜和密封的一部分彼此叠加时，屏蔽属性降低，并且发生各种其他问题。近年来，旋涂已被用于形成对准膜，以缩短流水时间，减少使用的材料从而降低成本，但是在这种情况下，膜一直形成到衬底的末端处，因此密封和最后形成的对准膜彼此完全叠加，从而可靠性的下降变为一个大问题。本发明尤其对于采用通过旋涂形成的对准膜的液晶显示设备非常有效。
另外，用在液晶层中的液晶材料的特征在于，室温下的折射率各向异性为0.16或更大，单元间隙为3μm或更小。
随着设备的分辨率变得更高，像素尺寸变得更小，单元间隙可能会变得非常窄。具体而言，尺寸小于0.5μm的细填料可能非常有效。
在投影型LCD中，由于图像被投影放大，因此图像质量中的异常倾向于表现的更加明显。由于面板温度变高和微量湿气进入而引起的恶化也倾向于更容易看见。本发明尤其对于投影型液晶显示设备非常有效。
本发明的效果根据本发明，存在以下的优点通过提高抗湿度可以实现更高的图像质量，并且通过使液晶的折射率各向异性更高，单元间隙更窄，可以实现更高的对比度以及更高的分辨率。
另外，可以减小密封宽度，并且通过使面板尺寸更小或使有效像素面积更大可以实现更高的孔径比。
另外，在投影仪或其他投影型LCD中，存在以下优点通过使灯的照明更高，可以实现更高的照度，并且可以实现工作效率的提高、由于防止了单元间隙中的异常而引起的更高的产率以及更高的产量。另外，还有以下优点通过使单元间隙变窄可以提高响应速度。这对于运动图像特性很有用。
图1是示出了根据本发明的主动矩阵型液晶显示设备的示意性配置的截面图。
图2是示出了单元间隙和对比度之间的关系的视图。
图3A和图3B是用于说明单元间隙d和折射率各向异性Δn之间的关系的视图。
图4是示出了延迟(Δnd)和透射率之间的关系的视图。
图5是根据本实施例的主动矩阵型液晶显示设备的像素部分的示意图。
图6是本实施例的主动矩阵型液晶显示设备的横截面的示例。
图7A至图7F是用于说明在本实施例中制作的单元的工艺(液晶面板的生产工艺)的视图。
图8是示出了使用根据本实施例的液晶显示设备的电子装置(由投影型显示装置构成)的示例的配置示意图。
图9是示出了使用根据本实施例的液晶显示设备的电子装置(由投影型显示装置构成)的另一示例的配置示意图。
附图标记10液晶显示设备11TFT阵列衬底12对向衬底13像素电极14对向电极15密封材料16液晶层20、21对准膜300、500投影型显示装置301、520光源303、506投影光学系统310、600投影屏幕具体实施方式
下面参考
本发明的实施例。
图1是示出了根据本发明的主动矩阵型液晶显示设备的示意性配置的截面图。
如图1所示，根据本实施例的液晶显示设备10具有安排为彼此面对的两个衬底，即TFT阵列衬底11和安排为面对TFT阵列衬底11的透明对向衬底12。
TFT阵列衬底11例如由石英衬底构成，而透明对向衬底12例如由玻璃衬底或石英衬底构成。TFT阵列衬底11具有像素电极13，并且由诸如ITO膜(氧化铟锡)之类的透明导电薄膜构成。对向衬底12在与TFT阵列衬底11面对的一侧的整个表面上形成有ITO膜14。
如下所述，TFT阵列衬底11和对向衬底12形成有未示出的对准膜，其用于将液晶的方向定向在预定方向上。对准膜通过密封材料15被形成为彼此面对并相隔预定间隙，密封材料15将这一对衬底键合在一起，两衬底间夹有(密封有)液晶层16。
另外，在根据本实施例的液晶显示设备10中，密封材料15包含平均粒子尺寸小于0.5μm的非导电填料。
另外，在根据本实施例的液晶显示设备10中，在室温下液晶层16中使用的液晶材料的折射率各向异性Δn被设为0.16或更大，例如0.16、0.17、0.18或0.20，并且TFT阵列衬底11和对向衬底12之间的间隔(实际上是一层对准膜和另一层对准膜之间的间隔)，即单元间隙d被设为3μm或更小。
下面将更详细的说明根据本实施例的液晶显示设备10的特性特征，即，液晶材料的折射率各向异性Δn和单元间隙d以及包含在密封材料15中的填料的设置值。
具有这种配置的液晶显示设备10被例如用作投影型显示装置的光阀。
用作液晶投影仪等的光阀的液晶显示设备10随着投影型显示装置的尺寸的减小而在尺寸上变得更小，并且在分辨率上更高，如像素间距20μm或更小，例如在XGA类型中为18μm。
这样，在具有20μm或更小的窄间距的液晶投影仪或其他设备中，存在由于横向电场而引起的反向倾斜域(RDT，reverse tilt domain)的问题。作为应对措施，有效的方法是使间隙变窄(即，使单元间隙更小)以加强沿TFT阵列衬底11和对向衬底12的垂直方向的电场，并防止沿横向的电场的影响。
图2是示出了单元间隙和对比度之间的关系的视图。
在图2中，横坐标指示单元间隙d，纵坐标指示相对对照比。另外，测量是利用单色显示3板型投影仪在暗室中在位于面板中心处的一点的条件下进行的。
如图2所示，为了满足1或更大的相对对照比，单元间隙d最好是3μm或更小。
即，当使间隙变窄时，有效施加电压增加，从而可以获得高对照比，并且还可以实现响应速度的提高。
下面考虑单元间隙d和折射率各向异性Δn之间的关系。
图3A和图3B是用于说明单元间隙d和折射率各向异性Δn之间的关系的视图。
在图3A和图3B中，PL指示偏光器，DL指示分析器，GL1和GL2指示玻璃衬底，LCM指示液晶分子。
如图3A和图3B所示，在使用液晶显示设备10的光阀中，当偏光器PL和分析器DL被彼此正交地安置时，并且当在这两个设备关闭时显示白色的正常白(NW)模式的情况下，给出高透射率的Δnd由下面的Gooch-Tarry公式确定[公式1]Gooch-Tarry公式T=1-sin2((1+(2Δnd/λ)2)1/2π/2)1+(2Δnd/λ)2]]>换句话说，当电压关闭时的透射率依赖于光的波长和延迟(Δnd)，并且上述Gooch-Tarry公式的关闭保持不变。
图4是示出了延迟(Δnd)和透射率之间的关系的视图。
在图4中，横坐标指示延迟(Δnd)，纵坐标指示透射率。另外，在图4中，由A指示的曲线示出了波长为450nm的蓝光的特性，由B指示的曲线示出了波长为550nm的绿光的特性，由C指示的曲线示出了波长为650nm的红光的特性。
当设计单元时，基于上述Gooch-Tarry公式利用绿光的透射率的最大值时的Δnd。在图4的示例中，绿光的透射率相对于延迟(Δnd)有两个最大值，即0.48μm和1.07μm，但是由于响应速度的关系通常采用第一最大值0.48μm。
即，这样设计单元，使得在液晶材料的折射率各向异性Δn×单元间隙d＝0.48μ(480nm)时能够获得最大透射率。
为了获得该最大透射率，当采用诸如上面的减小单元间隙之类的应对措施时，有必要使液晶的折射率各向异性Δn更高。
即，为了实现窄的单元间隙d，有必要使液晶的Δn更高。
然而，在液晶中，通常随着折射率各向异性Δn变得更高，抗湿度和抗热度趋向于降低，并且液晶材料的选择趋向于变小。
表1示出了在环境测试中Δn和显示异常之间的关系。
表1示出了通过利用环境测试仪在60℃和90％的环境下对过去的液晶显示设备运行加速驱动测试所获得的结果。
表1
从表1中可见，当折射率各向异性Δn为0.16或更大时，随着老化的进行，开始发生显示异常。当其变为0.18或0.20时，发生显示异常的概率变得更高。
因此，为了抑制即使在这种高Δn的情况下的显示异常的发生，TFT阵列衬底11和对向衬底12之间的间隔，即单元间隙d被设为3μm或更小，在室温下液晶层16中使用的液晶材料的折射率各向异性Δn被设为0.16或更大，并且在密封材料15中包含(向密封材料15添加)平均粒子尺寸小于0.5μm的非导电填料。
根据本实施例的液晶显示设备10(以这种方式向其添加了平均粒子尺寸小于0.5μm的非导电填料)受到利用环境测试仪在60℃和90％的环境下执行的加速驱动测试。结果如表2所示。
表2
如表2所示，在根据本实施例的液晶显示设备10中，无论Δn多高都抑制了随着老化的进行显示异常的发生。
注意，表2的结果是基于下面详细说明的特定示例的。
在液晶显示设备应用于投影仪的情形中，20,000,000LX或更高的光被照射，并且工作温度变为60℃或更高。
因此，如表2的结果所示，即使当根据本实施例的液晶显示设备10被用在实际的严格条件中时，也不用担心随着老化的进行显示异常的发生。
例如，在高Δn液晶(即，二苯乙炔系统)中，Δn＝0.2，但是在根据本实施例的液晶显示设备10中，如表2所示，即使在Δn＝0.2时也不用担心随着老化的进行显示异常的发生，因此，扩展了液晶材料的选择，从而可以实现高Δn材料容限。
非专利文献1Monthly Display，January 2002，High Refractive IndexAnisotropy Liquid Crystals，SUMITOMO CHEMICAL Ltd.，Sekine et al。
如上所述，随着间隙的变窄，更高的折射率各向异性(Δn)是必要的。为了实现这一目的，向密封材料15添加了平均粒子尺寸小于0.5μm的非导电填料。
相反地，当在本实施例中可以实现更高的Δn时，可以实现间隙的变窄，可以采取反向倾斜域(RTD)的应对措施，并且可以实现更高的图像质量和更高的分辨率。
由于此原因，有效施加电压增加，场强增大，并且可以实现更高的对比度。
随着未来分辨率的进一步提高和尺寸的减小，以及像素间距的减小，反向倾斜域(RTD)的影响将变得更加严重，但是根据本实施例的液晶显示设备10可以高效地应对这一情形。另外，可以实现响应速度的提高。
添加到密封材料15的填料(例如二氧化硅)必须质量差异小，均匀性好，并且粒子尺寸小。在本实施例中，平均粒子尺寸被设为小于0.5μm。
在本实施例中，对于添加到密封材料15的填料设置了以下条件。注意，在下面的条件中，清楚证实了由后面将要详细说明的多个示例进行选择的原因(理由)。
即，包含在密封材料15中的填料的含量在15到40wt％的范围内。
另外，包含在密封材料15中的填料的最大粒子尺寸为1.5μm或更小。
另外，包含在密封材料15中的填料的比表面积为30m2/g或更小。
另外，TFT阵列衬底11和对向衬底12形成有用于将液晶的方向定向在预定方向上的对准膜，但是在本实施例中，TFT阵列衬底11和对向衬底12之间的至少一个衬底具有形成在密封材料下方的对准膜。
这里，填料的平均粒子尺寸例如可以由扫描型电子显微镜(SEM)测量，或者可以是基于激光散射的累积加权平均粒子尺寸。另外，比表面积根据BET方法测量。
用于防止湿气进入的可靠性目的的填料的直径越小，效果就越大。根据实验，除非使用平均粒子尺寸小于0.5μm(最好是0.3μm或更小)的填料，否则由于湿气进入会频繁发生可靠性变差的情形。可以看出，该效果易于完全消失。
另外，填料的含量被设为在15到40wt％的范围内，这是因为如果填料的含量小于15wt％，则对由于湿气进入而发生可靠性变差没有任何效果，而如果含量大于40wt％，则粘度增加并且工作效率降低。另外，用于使包含在密封材料15中的填料的最大粒子尺寸为1.5μm或更小的理由是，如果使用了包含具有大粒子尺寸的粒子的填料，则在具有窄间隙(即，单元间隙3μm或更小)的液晶面板(例如投影仪)中，会发生间隙缺陷。
另外，用于使包含在密封材料15中的填料的比表面积为30m2/g或更小的理由如下。
比表面积是每单位质量的表面积。当其变得太大时，细粒子的比率变大，并且密封材料的粘度突然增加。根据实验，当比表面积为30m2/g或更小时，可以获得工作效率无问题的密封材料。
填料粒子的形状优选地为球形。原因是球形的比表面积最小，从而当混合到密封材料中时粘度的增加也小。
另外，在本实施例中，用于使TFT阵列衬底11和对向衬底12之间的至少一个衬底形成有在密封材料下方的对准膜的原因如下。
当对准膜和密封材料的一部分彼此叠加时，屏蔽属性降低，并且发生各种其他问题。近年来，旋涂已被用于形成对准膜，以缩短流水时间，减少材料从而降低成本。这种情况下，膜一直形成到衬底的末端处。因此，密封材料和对准膜是彼此完全叠加的。可靠性的下降已经成为一个大问题。
本实施例尤其对于采用通过旋涂形成的对准膜的液晶显示非常有效。
另外，对准膜是无机对准膜。
作为无机对准膜的可以有由气相沉积形成的二氧化硅等等。另外，也可以采用能够气相沉积的氧化CaF2、MgF2等等。
除此之外，还可以采用具有由印刷、旋涂或喷墨形成的硅氧烷骨架的材料。
下面参考图5和图6说明具有上述配置的液晶显示设备10的更具体配置。
图5是根据本实施例的主动矩阵型液晶显示设备的像素部分的示意图，而图6是本实施例的主动矩阵型液晶显示设备的截面图的示例。
如上参考图1所述，液晶显示设备10具有TFT阵列衬底11和安排为与之面对的透明对向衬底12。TFT阵列衬底11例如由石英衬底构成，而透明对向衬底12例如由玻璃衬底或石英衬底构成。TFT阵列衬底11具有像素电极13，并且由诸如ITO膜(氧化铟锡)之类的透明导电薄膜构成。对向衬底12在其整个表面上具有上述的ITO膜(对向电极)14。对向衬底12在除每个像素部分的开口区域之外的区域中还具有光屏蔽膜17。
像素电极13以及保护膜19和与之面对的对向电极14形成有用于使液晶16在生产液晶面板时被定向在预定方向上的对准膜20和21。
这里，将简单说明TFT阵列衬底11的配置。
用于形成液晶显示设备10的图像显示区域的以矩阵形式形成的多个像素电极13中的每一个具有用于控制在相邻位置处的像素电极13的像素开关用TFT 22。
向其提供像素信号的信号线23电连接到前述TFT 22的源极24。其提供要写入到信号线23的像素信号。
另外，扫描线25电连接到TFT 22的栅极，并且在预定定时向扫描线25施加脉冲形式的扫描信号。
像素电极13电连接到TFT 22的漏极26。通过使由TFT 22构成的开关元件的开关以恒定周期进行，提供自信号线23的像素信号在预定定时写入。
经由像素电极13写入到液晶中的预定电平的像素信号被在像素电极13和形成在对向衬底12上的对向电极(ITO膜)14之间保存恒定周期。
液晶层16通过改变根据施加电压水平设置的分子的方向和量级来调制光，从而能够进行灰度级显示。在正常的白色显示中，根据施加电压入射光允许穿过该液晶部分，从而整体上，具有基于像素信号的对比度的光从液晶显示设备中发射出来。
这里，为了防止保存的像素信号泄漏，添加了存储电容器27，其与形成在像素电极13和对向电极14之间的液晶电容器并联。由于此原因，进一步增强了存储特性，并且可以实现具有高对照比的液晶显示设备。另外，为了形成该存储电容器27，提供了给定低电阻的Cs线28。注意，29指示层间绝缘膜，30指示半导体层。
然后，相对于上述的对向衬底12形成充当未示出的柱形间隔器的透明电阻层。
衬底涂覆有由PMER(由TOKYO OHKA KOGYO CO.，LTD.制造)组成的光刻胶，该光刻胶通过旋涂达到3μm的厚度，然后利用光掩模进行UV曝光，接着显影，从而形成未示出的柱形间隔器。
下面将说明通过密封材料15键合具有上述配置的TFT阵列衬底11和对向衬底12的过程以及设备特性作为特定示例1到示例5。
(示例1)下面将参考图7A到图7F说明本实施例中单元的制作过程(液晶面板的生产过程)。
首先，如图7A所示，TFT阵列衬底11和对向衬底12被利用中性清洁剂或纯水清洗，然后在120℃下干燥20分钟。采用了石英衬底作为这两个衬底的材料。
然后，如图7B所示，每个衬底被形成有对准膜。由聚酰亚胺构成的对准膜通过旋涂涂覆到约50nm的厚度，然后在100℃下干燥1分钟(临时烘烤)。例如，采用了可溶解聚酰亚胺(由Japan Synthetic Rubber Co.，Ltd.制造)(旋涂器条件2000rmp，30秒)作为聚酰亚胺。
注意，在本实施例中，使用旋涂来形成对准膜，但是也可以使用印刷或喷墨来形成对准膜。另外，对准膜材料的种类并不限于诸如聚酰亚胺之类的有机材料。也可以使用诸如硅之类的无机材料。在无机材料的情形中，在形成方法中可以使用气相沉积。
在180℃下执行1小时的后烘以干燥溶剂。
其后，如图7C所示，执行拓印(rubbing)。拓印利用人造织物在90°的拓印角和两步拓印操作的条件下执行。
在拓印后，膜被用水清洗，以移去在拓印中使用的织物的灰尘和刮去的PI。
随后，形成不包括注入端口在内的密封图案。
作为在该示例中使用的密封材料的示例，使用了包含环氧树脂作为基本成分加上二氧化硅填料(下文中称为“填料”)的密封材料以及不加任何填料的密封材料。
作为填料的示例，优选使用熔融二氧化硅、晶体二氧化硅、氧化铝、氮化硅等等。也可以混合不同类型的填料。
作为填料，使用了平均粒子尺寸为四种条件0.3μm、0.5μm、1μm和2μm、比表面积设置在20m2/g、含量为20wt％，并且最大粒子尺寸为1.0μm或更小的球形二氧化硅。
平均粒子尺寸利用SEM通过对100个粒子取样来测量，比表面积利用BET方法来测量，含量利用电子秤来测量。具有最大尺寸的粒子通过放大30,000倍被确认作为最大粒子尺寸。这些密封材料的粘度约为200,000mPas，这是在室温下由锥形盘型粘度计测量的结果。
如图7D所示，每种预备的密封材料被用分配器分配在对向衬底的外围上不包括注入端口在内的图案中。如图7E所示，TFT阵列衬底1和对向衬底2随后彼此叠加，并且单元间隙被设为3.0μm。密封宽度约为0.7mm。
其后，如图7F所示，填充液晶材料(Δn＝0.16)，并且利用可UV固化的树脂来密封(未示出)注入端口。
作为液晶材料，采用了通过新添加微量的具有高折射率各向异性Δn的单体而获得的材料。
本示例的每个液晶显示设备受到利用环境测试仪在60℃和90％的环境下执行的加速驱动测试。结果如表3所示。
在50小时的高温高湿度测试(60℃，90％)后发生显示异常的情形(示例1，示例2)
←示例1
↑示例2当在经过50小时后观察时，在没有填料并且平均粒子尺寸为1.0μm和2.0μm时由于湿气进入而引起的显示异常发生。随着时间的经过趋势变得更强，但是当平均粒子尺寸为0.5μm和0.3μm时，即使在驱动100小时后也没有显示异常发生。
这样，利用该示例的液晶显示，可以获得具有更高可靠性和更高质量的液晶显示设备。
(示例2)填料含量和可靠性以及显示异常之间的关系直到拓印之前，每个显示器以与示例1相同的方式预备，然后形成不包括注入端口在内的密封图案。
作为在该示例中使用的密封材料的示例，采用了包含环氧树脂作为基本成分加上二氧化硅填料(下文中称为“填料”)的密封材料。
作为填料，使用了平均粒子尺寸为0.3μm、比表面积为20m2/g、含量为六种条件10wt％、15wt％、20wt％、30wt％、40wt％和45wt％，并且最大粒子尺寸为1.0μm或更小的球形二氧化硅。
平均粒子尺寸利用SEM通过对100个粒子取样来测量，比表面积利用BET方法来测量，含量利用电子秤来测量。具有最大尺寸的粒子通过放大30,000倍被确认作为最大粒子尺寸。
每种预备的密封材料被用分配器分配在对向衬底的外围上不包括注入端口在内的图案中，TFT阵列衬底1和对向衬底2随后彼此叠加，并且单元间隙被设为3.0μm。密封宽度约为0.7mm。
其后，填充液晶材料(Δn＝0.16)，并且利用可UV固化的树脂来密封(未示出)注入端口。
观察了该示例的每个液晶显示设备。具有45wt％含量的元件工作效率很差，并且由于粘度的增加破坏了密封。
随后本示例的每个液晶显示设备受到利用环境测试仪在60℃和90％的环境下执行的加速驱动测试。
结果如表3所示。当在经过50小时后观察时，当含量为10wt％时由于湿气进入而引起的显示异常发生。对于具有15wt％或更大含量的显示器，不发生显示异常。随着时间的经过趋势变得更强，但是在具有15wt％或更大含量的显示器中，即使在驱动100小时后也没有显示异常发生。
这样，利用该示例的液晶显示设备，可以获得更加可靠和质量更好的液晶显示设备。
(示例3)最大粒子尺寸和间隙异常直到拓印之前，每个显示器以与示例1相同的方式预备，然后形成不包括注入端口在内的密封图案。
作为在该示例中使用的密封材料的示例，采用了包含环氧树脂作为基本成分加上二氧化硅填料(下文中称为“填料”)的密封材料。作为填料，使用了平均粒子尺寸为0.3μm、比表面积为20m2/g、含量为20wt％，并且最大粒子尺寸为五种条件0.5μm、1.0μm、1.5μm、2.0μm和3.0μm的球形二氧化硅。
平均粒子尺寸利用SEM通过对100个粒子取样来测量，比表面积利用BET方法来测量，含量利用电子秤来测量。具有最大尺寸的粒子通过放大30,000倍被确认作为最大粒子尺寸。
每种预备的密封材料被用分配器分配在对向衬底的外围上不包括注入端口在内的图案中，TFT阵列衬底1和对向衬底2随后彼此叠加，并且单元间隙被设为3.0μm。密封宽度约为0.7mm。
其后，填充液晶材料(Δn＝0.16)，并且利用可UV固化的树脂来密封(未示出)注入端口。
观察了该示例的液晶显示设备。结果如表4所示。
间隙异常的检查结果(示例3)
在使用最大粒子尺寸为2.0μm或更小以及3.0μm或更小的填料的显示设备中观察到了单元间隙异常。而在最大粒子尺寸为0.5μm或更小、1.0μm或更小以及1.5μm或更小的显示设备中没有观察到单元间隙异常。
这样，利用该示例的液晶显示设备，可以获得更加可靠和质量更好的液晶显示器。
(示例4)比表面积和工作效率直到拓印之前，每个显示器以与示例1相同的方式预备，然后形成不包括注入端口在内的密封图案。
作为在该示例中使用的密封材料的示例，采用了包含环氧树脂作为基本成分加上二氧化硅填料(下文中称为“填料”)的密封材料。作为填料，使用了平均粒子尺寸为0.3μm、比表面积为三种条件40m2/g、30m2/g和20m2/g，含量为20wt％，并且最大粒子尺寸为1.0μm或更小的球形二氧化硅。
平均粒子尺寸利用SEM通过对100个粒子取样来测量，比表面积利用BET方法来测量，含量利用电子秤来测量。具有最大尺寸的粒子通过放大30,000倍被确认作为最大粒子尺寸。
每种预备的密封材料被用分配器分配在对向衬底的外围上不包括注入端口在内的图案中，然后评估工作效率。
当比表面积为40m2/g时工作效率很差，并且由于粘度的增加而导致密封破坏。当比表面积为30m2/g以及20m2/g时，可以没有问题地执行涂覆。
这样，利用该示例的液晶显示设备，可以获得更加可靠和质量更好的液晶显示设备。
(示例5)使用Δn＝0.18和0.20的液晶直到拓印之前，每个显示器以与示例1相同的方式预备，然后形成不包括注入端口在内的密封图案。
作为在该示例中使用的密封材料的示例，采用了包含环氧树脂作为基本成分加上二氧化硅填料(下文中称为“填料”)的密封材料以及不加二氧化硅填料的密封材料。作为填料，使用了平均粒子尺寸为0.3μm、比表面积为20m2/g、含量为20wt％，并且最大粒子尺寸为1.0μm或更小的球形二氧化硅。
平均粒子尺寸利用SEM通过对100个粒子取样来测量，比表面积利用BET方法来测量，含量利用电子秤来测量。具有最大尺寸的粒子通过放大30,000倍被确认作为最大粒子尺寸。
每种预备的密封材料被用分配器分配在对向衬底的外围上不包括注入端口在内的图案中，TFT阵列衬底1和对向衬底2随后彼此叠加，并且单元间隙被设为2.65μm和2.4μm。密封宽度约为0.7mm。
其后，注入两种类型的液晶材料(Δn＝0.18，0.20)。具有Δn＝0.18的液晶材料被注入在具有2.65μm单元间隙的显示器中，而具有Δn＝0.20的液晶材料被注入在具有2.4μm单元间隙的显示器中，然后利用可UV固化的树脂来密封(未示出)注入端口。注意，提升在整个液晶组分中占据的Δn的液晶单体的比率以0.16＜0.18＜0.20的顺序变大。
该示例的每个液晶显示设备受到利用环境测试仪在60℃和90％的环境下执行的加速驱动测试。结果在上述的表1和表2中示出。
在经过10小时后观察显示设备，没有填料(传统示例)并且Δn＝0.20的液晶材料表现了显示异常。然后在经过30小时后观察显示设备，没有填料(传统示例)并且Δn＝0.18的液晶材料表现了显示异常。我们认为，发生显示异常的时间依赖于提升Δn的单体的量。注意，随着时间的经过该趋势变得更强。
在包括填料的该示例的液晶显示设备中，即使在驱动100小时后也没有显示异常发生。
这样，利用该示例的液晶显示设备，可以获得更加可靠和质量更好的液晶显示设备。
下面，将参考图9的配置的示意图说明投影型显示装置的配置，作为使用具有上述特性特征的液晶显示设备的电子装置的示例。
如图8所示，投影型液晶显示装置(液晶投影仪)300由沿光轴C顺序排列的光源301、透射型液晶显示设备302和投影光学系统303构成。
从构成光源301的灯304发射的光被反射器305会聚到使后向辐射的成分沿前向方向，并且到达会聚透镜306。会聚透镜306进一步集中光，并经由入射一侧偏光器将光引导到液晶显示设备302。
引导光被具有快门或光阀功能的液晶显示设备302和空气偏光器308变换为图像。显示的图像经由投影光学系统303被放大投影到屏幕310上。
注意，滤光片314插入在光源301和会聚透镜306之间，从而消除了在光源中包括的具有无用波长的光，例如红外光和UV光。
下面，将参考图9说明投影型显示装置的配置，作为使用上述液晶显示设备的电子装置的示例。
作为在图9中示出的投影型显示装置500，示出了具有三个上述液晶显示设备并且将其用作RGB用液晶显示设备562R、562G和562B的投影型显示装置的光学系统的配置的示意图。
投影型显示装置500将光源设备520和均匀照明光学系统523用作光学系统。
提供了作为色彩分离装置的色彩分离光学系统524、作为调制装置的三个光阀525R、525G和525B、作为色彩组合装置的色彩组合棱镜510和作为投影装置的投影透镜单元506，其中色彩分离光学系统524用于将从该均匀照明光学系统523发射的光W分离为红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)，三个光阀525R、525G和525B用于调制彩色光R、G和B，色彩组合棱镜510用于重新组合调制后的彩色光，投影透镜单元506用于放大组合光，并将其投影到投影屏幕600的表面上。另外，还提供了用于将蓝光B引导到相应光阀525B的光引导系统527。
均匀照明光学系统523具有两个透镜片521和522以及一个反射镜531。反射镜531夹在以交叉状态排列的两个透镜片521和522之间。均匀照明光学系统523的两个透镜片521和522中的每一个具有以矩阵形式排列的多个矩形透镜。
从光源设备520发射的光被第一透镜片521的矩形透镜分离为多个部分光。
然后，这些部分光被第二透镜片522的矩形透镜重叠在三个光阀525R、525G和525B附近。因此，利用均匀照明光学系统523，即使在光源设备520具有沿发射光的横截面的非均匀照明分布的情况下，也可以利用均匀照明光来照射三个光阀525R、525G和525B。
每个色彩分离光学系统524由蓝绿光反射分色镜541、绿光反射分色镜542和反射镜543构成。
首先，在蓝绿光反射分色镜541处，包括在光W中的蓝光B和绿光G被以直角反射，并向绿光反射分色镜542行进。红光R透过该蓝绿光反射分色镜541，在后向反射镜543处被以直角反射，并且从红光R的发射部分544发射到棱镜单元510一侧。
随后，在绿光反射分色镜542处，在蓝绿光反射分色镜541处反射的蓝光B和绿光G中，只有绿光G被以直角反射，并从绿光G的发射部分545发射到色彩组合光学系统一侧。透过绿光反射分色镜542的蓝光B被从蓝光B的发射部分546发射到光引导系统527一侧。
这里，系统被设置使得从均匀照明光学系统523的光W的发射部分到色彩分离光学系统524中的彩色光的发射部分544、545和546的距离变得基本相等。在色彩分离光学系统524的红光R的发射部分544和绿光G的发射部分545的发射一侧，安排了会聚透镜551和会聚透镜552。因此，从发射部分发射的红光R和绿光G到达这些会聚透镜551和会聚透镜552，从而变得平行。
以这种方式变平行的红光R和绿光G到达光阀525R和光阀525G，在这里它们被调制并被添加以对应于色彩的图像信息。即，这些液晶显示设备响应于图像信息而由未示出的驱动装置控制。由于此原因，透过其的彩色光被调制。另一方面，蓝光B被经由光引导系统527引导到相应的光阀525B，在此处其以与上述相同的方式响应于图像信息而被调制。
注意，本示例的光阀525R、525G和525B是液晶光阀，其还包括入射一侧偏光装置561R、561G和561B以及排列在其间的液晶显示器562R、562G和562B。
光引导系统527由排列在发射部分546的蓝光B的发射一侧上的会聚透镜554、入射一侧反射镜571、发射一侧反射镜572、排列在这些反射镜之间的中间透镜573和排列在光阀525B之前的会聚透镜553构成。
从会聚透镜546发射的蓝光被经由光引导系统527引导到液晶显示器562B，在液晶显示器562B对光进行调制。在彩色光的光路径长度中，即在从光W的发射部分到液晶显示设备562R、562G和562B的距离中，到蓝光B的距离是最长的。因此，蓝光的损失量变得最大。
然而，通过插入光引导系统527，可以抑制光的损失。通过透过光阀525R、525G和525B被调制的彩色光R、G和B到达色彩组合棱镜510，在棱镜510处组合这些光。
然后，由色彩组合棱镜510组合的光被经由投影透镜单元506放大，并被投影到存在于预定位置上的投影屏幕600的表面上。
注意，即使当本发明应用于除简单矩阵系统之外的液晶显示设备的任何其他系统(如TFTF主动矩阵系统、TFD主动矩阵系统、被动矩阵驱动系统、光学旋转模式和双折射模式)时，也可以获得上述效果。另外，即使当本发明应用于除内置驱动型液晶设备之外的其他类型的液晶显示设备时，也可以获得上述效果，其他类型的液晶显示设备例如是具有外部附接的驱动电路的液晶显示设备、具有多种尺寸(对角线从1英寸到15英寸或更大)的液晶显示设备和投影型液晶显示设备。
注意，即使当本发明应用于除投影型液晶显示设备之外的任何其他系统的设备(如反射型液晶显示设备、LCOS和有机EL)时，也可以获得上述效果。
另外，即使当本发明应用于液晶显示设备的任何系统时，也可以获得上述效果，所述液晶显示设备例如是内置驱动型液晶显示设备、具有外部附接的驱动电路的液晶显示设备、简单矩阵系统、TFD主动矩阵系统、被动矩阵驱动系统、光学旋转模式和双折射模式。
工业应用性本发明可以防止用在投影仪等的光阀中的液晶面板操作在高温和高湿度环境下时液晶面板的恶化等，因此不仅可以应用于投影型液晶显示设备，还可以应用于诸如反射型液晶显示设备、LCOS和有机EL之类的设备的任何其他系统。
权利要求
1.一种包括两个衬底的液晶显示器，在这两个衬底上形成有用于将液晶定向在预定方向上的对准膜，通过密封材料键合这一对衬底，所述对准膜彼此面对并相隔预定间隙，在这一对衬底之间夹有液晶层，其中所述密封材料包含平均粒子尺寸小于0.5μm的填料，用在所述液晶层中的液晶材料在室温下折射率各向异性为0.16或更大，单元间隙为3μm或更小。
2.如权利要求1所述的液晶显示器，其中用在所述液晶层中的液晶材料在室温下折射率各向异性为0.18或更大。
3.如权利要求1所述的液晶显示器，其中包含在所述密封材料中的填料的含量在15到40wt％的范围内。
4.如权利要求1所述的液晶显示器，其中包含在所述密封材料中的填料的最大粒子尺寸为1.5μm或更小。
5.如权利要求1所述的液晶显示器，其中包含在所述密封材料中的填料的比表面积为30m2/g或更小。
6.如权利要求1所述的液晶显示器，其中在至少一个衬底的密封下存在对准膜。
7.如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述对准膜的材料是无机对准膜。
8.如权利要求3所述的液晶显示器，其中所述对准膜的材料是无机对准膜。
9.如权利要求4所述的液晶显示器，其中所述对准膜的材料是无机对准膜。
10.如权利要求5所述的液晶显示器，其中所述对准膜的材料是无机对准膜。
11.一种投影型显示装置，包括光源，用于将从所述光源发射的光引导到液晶显示设备的聚光光学系统，以及用于放大并投影被所述液晶显示设备调制的光的投影光学系统，其中所述液晶显示设备具有两个衬底，在这两个衬底上形成有用于将液晶定向在预定方向上的对准膜，通过密封材料键合这一对衬底，所述对准膜彼此面对并相隔预定间隙，在这一对衬底之间夹有液晶层，所述密封材料包含平均粒子尺寸小于0.5μm的填料，用在所述液晶层中的液晶材料在室温下折射率各向异性为0.16或更大，单元间隙为3μm或更小。
12.如权利要求11所述的投影型显示装置，其中包含在所述密封材料中的填料的含量在15到40wt％的范围内。
13.如权利要求11所述的投影型显示装置，其中包含在所述密封材料中的填料的最大粒子尺寸为1.5μm或更小。
14.如权利要求11所述的投影型显示装置，其中包含在所述密封材料中的填料的比表面积为30m2/g或更小。
15.如权利要求11所述的投影型显示装置，其中在至少一个衬底的密封下存在对准膜。
16.如权利要求11所述的投影型显示装置，其中所述对准膜的材料是无机对准膜。
全文摘要
本发明公开了一种具有高质量的液晶显示设备和使用该液晶显示设备的投影型显示装置，该液晶显示设备能够防止用在投影仪等的光阀中的液晶面板操作在高温和高湿度环境下时液晶面板的恶化等，其中液晶层16夹在一对衬底之间，这一对衬底通过利用密封材料15键合TFT阵列衬底11和对向衬底12而形成，从而它们彼此面对并相隔预定间隙，密封材料15包含平均粒子尺寸小于0.5μm的非导电填料，用在液晶层16中的液晶材料被设置使得其折射率各向异性Δn在室温下为0.16或更大，TFT阵列衬底11和对向衬底12之间的间隔的单元间隙
文档编号G02F1/1339GK1882870SQ20048003440
公开日2006年12月20日 申请日期2004年11月16日 优先权日2003年11月21日
发明者岛山亚希子, 门田久志, 桥本诚, 福元浩英, 福森博美 申请人:索尼株式会社