JP4171626B2 - Liquid crystal display - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、光スイッチ機能を有す液晶を挟持する基板の基板ギャップが一定かつ基板全面に亘って均一に維持された液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガラス基板などの透明基板間に光スイッチ機能を有する液晶を充填した液晶表示装置は、CRT(cathode-ray tube)と比較して薄く軽量かつ低消費電力である等の理由により、電卓、家庭電化製品、OA機器の表示装置、空間光変調素子(Special Light Modulator)等として広く用いられている。
【0003】
近年、CRTと同等に動画等を滑らかに表示するために液晶表示装置の表示応答速度の向上が要求されている。表示応答速度は液晶の種類のみならず、液晶を挟持する2枚の基板間の距離(基板ギャップ)にも依存し、距離が短くかつ基板面内において均一であることが必要とされている。
【0004】
従来、基板ギャップを維持するためにシリカや樹脂によってできた球状の粒子(ビーズ)を基板間に散布して、ビーズの直径により基板間の距離を一定に保つ手法がとられてきた。この手法によれば、外力により基板を押し込まれてもビーズは所定の基板ギャップを維持することができる。ところが散布されたビーズは凝集して均一に分散せず、また所定の位置に配置する制御も困難であるので、画素部分にあるビーズが液晶の配向欠陥を発生させ、表示品位を低下させていた。また、ビーズは2枚の基板に固定されていないため、液晶が膨張すると基板ギャップが変化して表示応答速度が低下してしまうという欠点があった。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−155321号公報
【発明が解決しようとする課題】
ところでフォトリソグラフィ法により一方の基板上に柱状スペーサを画素以外の部分に形成する手法が提案されている。この手法によれば、画素部分にスペーサが配置されないので柱状スペーサに起因する配向欠陥の発生を防止することができる。しかし、柱状スペーサの一端は基板に接着されているものの、他端は重ね合わせた基板に接着されていないため、基板間の距離を一定に維持することができない。その結果、液晶の熱膨張、外力などにより基板ギャップが変化し、干渉縞の発生、色調のばらつき、駆動電圧特性のばらつき等の問題を生じる。
【0006】
また、特開2000−155321号公報では、基板に両端が接着された柱状スペーサを用いた液晶表示装置が開示されている。本公報によれば、柱状スペーサは、圧力や熱で変形しにくい球状あるいは円筒状のビーズを分散させた樹脂よりなる。基板の貼合せ工程において、基板を重ね合わせて加熱する際、柱状スペーサの樹脂部分が熱により軟化してもビーズにより基板ギャップが維持され、かつ樹脂により柱状スペースと基板とが接着される。しかし、ビーズを樹脂に均一に分散させないと基板ギャップを均一に維持できない点、ビーズの含有量を増加させるとスピンコーティングの際に均一の厚さに成膜することが困難な点、高価なビーズの大部分はパターンニング後に除去されてしまうのでコスト高になり経済性に乏しい点等の問題が生ずる。さらに、柱状スペーサは硬度の高いビーズが大部分を占めているので、衝撃による基板の振動、特に膨張する場合に追従できず、柱状スペーサは基板から剥離あるいは、柱状スペーサ自体が破断してしまうという問題を生ずる。
【0007】
したがって、本発明の目的は、基板ギャップを一定かつ基板面内で均一に維持して表示品位の向上を図ることが可能な液晶表示装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば一対の基板と、前記基板間に注入された液晶と、前記基板の外縁を封止するシール材と、前記基板間に多数配置されかつ基板ギャップを維持するスペーサと、を含み、前記スペーサは、前記基板にそれぞれ接着されたソフト樹脂層と、前記ソフト樹脂層の間に挟まれ前記ソフト樹脂層よりも弾性率の高いハード樹脂層とよりなり、前記ソフト樹脂層及び前記ハード樹脂層は、熱を加えることにより硬化する熱硬化性樹脂である液晶表示装置が提供される。
【0009】
本発明によれば、一対の基板に接着されたスペーサが多数配置され、かつスペーサは弾性率の異なる複数の樹脂層より構成されているので、液晶の熱膨張や外力などに追従することができ、基板ギャップを一定に維持することができる。特に基板が外力を受けた場合は、外力が基板に印加された瞬間は、基板ギャップは一旦減少し次の瞬間増加する。本発明のスペーサは基板に接着され、かつ弾性率の異なる樹脂層により形成されているので、スペーサは膨張しつつ、膨張しようとする基板に抗力を作用して、基板ギャップの過度の増加を防止することができる。さらに、スペーサは、基板全面に亘って多数配置されているので基板ギャップを均一に維持することができる。その結果、表示応答速度のばらつきを抑制し表示品位の向上を図ることができる。
【0010】
前記スペーサはハード樹脂層およびソフト樹脂層よりなり、かつ前記ハード樹脂層よりヤング率の低い前記ソフト樹脂層のヤング率は5×10-3MPa〜1MPaの範囲であってもよい。また、このソフト樹脂層の厚さは、スペーサ全体の厚さに対して5%〜95%の範囲であってもよい。スペーサの可とう性を確保して、液晶の熱膨張や外力などに追従することができる。
【0011】
前記一対の基板の対向する面にラビング処理を施された配向膜が更に設けられ、前記スペーサの各樹脂層の熱硬化温度は、前記配向膜のラビング処理の効果が損なわれる温度より低い構成とする。また、前記シール材は熱硬化型樹脂であり、シール材の熱硬化温度は、前記配向膜のラビング処理の効果が損なわれる温度より低い構成とする。液晶を配向させるためのラビング処理の効果を維持する温度でスペーサの各樹脂層およびシール材を硬化させることにより、配向欠陥等を防止することができる。
【0012】
前記スペーサの各樹脂層の熱硬化温度は、シール材の熱硬化温度以下である構成とする。貼合せ工程において、基板全面に配置されたスペーサの各樹脂層が低い温度で先に硬化して、その後、同じ温度またはそれ以上の温度でシール材が硬化して基板の外縁を固定することにより、スペーサによって基板を基板全面に亘って一定の基板ギャップで均一に固定することができる。
【0013】
前記シール材の熱硬化温度は、110℃〜180℃の範囲である。ラビング処理の効果を損なうことなく、シール材の熱硬化反応を進めることができる。
【0014】
本発明の他の観点によれば、一対の基板と、前記基板間に注入された液晶と前記基板の外縁を封止するシール材と、前記基板間に多数配置されかつ基板ギャップを維持するスペーサと、を含み、前記スペーサはその両端が前記基板に接着され、かつ、5×10-3MPa〜1MPaの範囲のヤング率を有する液晶表示装置が提供される。
【0015】
本発明によれば、本発明によれば、一対の基板に接着されたスペーサが多数配置され、かつスペーサは5×10-3MPa〜1MPaの範囲のヤング率を有するので、液晶の熱膨張や外力などに追従することができ、基板ギャップを一定に維持することができる。その結果、表示応答速度のばらつきを抑制し表示品位の向上を図ることができる。
【0016】
前記液晶は、ツイステッド・ネマティック型液晶、スーパー・ツイステッド・ネマティック型液晶、ネマティック・コレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイスト・グレイン・バウンダリ液晶および電傾効果を示すスメクティックA相液晶の群のうち少なくとも1つの液晶を含む構成とする。また、前記基板はガラスよりなり、かつ、基板ギャップは0.1μm〜6μmである構成とする。基板をガラス基板とすることにより、基板ギャップの変化を抑制し、液晶表示装置の表示範囲における表示応答速度のばらつきを抑制することができ、表示品位の向上を図ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【0018】
図1は、本実施の形態の液晶表示装置の概要構成を示す断面図である。
【0019】
図1を参照するに、本実施の形態の液晶表示装置10は、内面に透明電極11と配向膜12等が形成された2枚の基板13,14と、基板13,14に挟持された液晶15と、基板ギャップを一定に保つための多数のスペーサ16と、液晶を封止するシール材18などから構成されている。
【0020】
基板13,14は、例えば、厚さが0.5mm〜1.25mmのガラス基板、例えば無アルカリガラス、シリカガラスなどが用いられる。下側の基板13上には、透明電極11が形成される。透明電極11は、例えばITO(インジウム・スズ・酸化物)が用いられ、一方向に縞状に形成される。透明電極11上に形成された配向膜12は、例えば厚さ60nm〜200nmのポリイミドにより構成され、その表面はラビング処理されている。一方上側の基板14には、ガラス基板の下側にカラーフィルタ(図示せず)が形成される。カラーフィルタはRGBの3色のフィルタとブラックマトリクスより構成されている。カラーフィルタの下に透明電極11が下側の基板の透明電極11に対して垂直方向の縞状の電極が形成される。その下には配向膜12が形成されている。
【0021】
液晶15は、ツイステッド・ネマティック型液晶、スーパー・ツイステッド・ネマティック型液晶、ネマティック・コレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイスト・グレイン・バウンダリ液晶、電傾効果を示すスメクティックA相液晶を用いることができる。特に、表示応答速度の大きな強誘電性液晶は、本実施の形態の液晶表示装置に好適である。
【0022】
スペーサ16は、例えば円柱状の形状を有し、例えば直径が1μm〜20μm、高さが0.1μm〜6μmに設定される。ただし、形状は、角柱、角錐、円錘等であってもよくその形状は限定されるわけではない。また、スペーサ16は弾性率の異なるフォトレジストを用いた樹脂層から構成される。図1に示すように、3層の樹脂層16A,16Bは、硬化後において弾性率、例えばヤング率の高い層16A(以下「ハード樹脂層」と呼ぶ。)および硬化後においてヤング率の低い層16B(以下「ソフト樹脂層」と呼ぶ。)より構成される。図1に示すスペーサ16は、具体的には、下からハード樹脂層16A/ソフト樹脂16B/ハード樹脂層16Aとなっている。スペーサは、基板面積に対して例えば20個/mm2〜200個/mm2に設定される。
【0023】
ハード樹脂層16Aのフォトレジストとしては、ポジ型のフォトレジスト、例えばポリイミド樹脂、フェノール系樹脂、ノボラック系樹脂及びアクリル系樹脂等を用いることができる。一方、ソフト樹脂層22のフォトレジストとしては、例えばポリシラン、ポリカルボシランおよびポリシロキサン系樹脂を用いることができる。ポリマーの主鎖が短結合でかつ立体的なので伸縮性に富みヤング率が低い点でSiと酸素が結合したポリシロキサン系レジストが好ましい。さらに、ソフト樹脂層22のフォトレジストとして、ソルダーレジストを用いることができる。ソルダーレジストは、例えばエポキシ樹脂の部分アクリル化樹脂、線状ポリマーとアクリルオリゴマーとを組み合わせた樹脂などのエポキシ樹脂、各種ポリマーを変性した光解重合型、カルコン基とエポキシ基とを共有した樹脂による光二量化型などを単独またはエポキシ樹脂などの加熱硬化型の樹脂を併用した樹脂に、光解重合開始剤、硬化剤などを含み、紫外線硬化及び熱硬化の性質を有する。なお、これらのレジストにポジ型のレジストを用いることにより、露光部が解重合あるいは現像液に可溶性の構造に変化し、塩基性溶液を用いた現像によって未露光部が残り、未露光部がスペーサ16となって後述する加熱によって熱硬化する。
【0024】
また、ハード樹脂層16Aおよびソフト樹脂層16Bのフォトレジストは、熱硬化温度が配向膜のラビング処理の効果が損なわれない温度以下のものが選択される。ラビング処理の効果が損なわれた場合、液晶の配向に乱れ生じ、また、液晶表示装置に組立てて駆動することにより判断することができる。フォトレジストの熱硬化温度は110℃〜180℃の範囲であることが好ましく、110℃〜150℃の範囲であることがさらに好ましい。上限を180℃としたのは、後述する貼合わせ工程での加熱温度分布を考慮したラビング効果が損なわれない温度であり、下限を110℃としたのは、下限が低いほど良いが、硬化重合反応が所定の加熱時間において完了する必要があるからである。ここで熱硬化温度は、例えばFT−IR分析によって定量化することができる。
【0025】
ソフト樹脂層16Bは、ハード樹脂層16Aのヤング率より低いヤング率を有する。ソフト樹脂層22の硬化後のヤング率は、25℃〜120℃において5×10-3MPa〜1MPaの範囲であることが好ましい。ヤング率が5×10-3MPaより小さいと基板ギャップの変動要因となり、1MPaより大きいと液晶の体積変化に追従できなくなる。ソフト樹脂層16Bがこのような特性を有することにより、スペーサ16は液晶の熱膨張や熱収縮による液晶の体積変化に起因する基板ギャップの変化に追従することができ、スペーサ16が破断もしくは基板13,14からの剥離等を防止しつつ、基板ギャップを所望の範囲に維持することができる。なおスペーサ16全体のヤング率は、ソフト樹脂層16Bとハード樹脂層16Aの厚さの比に応じて変わってくるが、ハード樹脂層21のヤング率がソフト樹脂層16Bのヤング率の5倍〜20倍あるので、スペーサ16全体のヤング率とソフト樹脂層16Bのヤング率にほぼ等しい。
【0026】
また、ソフト樹脂層16Bの厚さはスペーサ16全体の厚さに対して5%〜95%に設定される。95%を超えると接着性の良いハード樹脂層16Aに厚さが薄くなり、基板13,14あるいは配向膜12との接着が十分でなくなる場合があり、5%未満では十分な可とう性が得られない。
【0027】
また、スペーサ16の熱膨張率は、スペーサ16が破断もしくは基板13,14からの剥離等を防止する点から、上述した液晶の熱膨張率にほぼ等しいことが好ましい。
【0028】
シール材18は、基板の周辺に塗布され、例えば厚さ2μm〜10μmの熱硬化樹脂、光硬化性樹脂などにより構成される。基板の周辺に幅約1mmに塗布され、基板ギャップおよび基板面内のずれを防止するとともに、液晶の漏洩を防止する。なお、シール材18の一部に液晶を充填するための液晶注入口(図示せず)が設けられる。
【0029】
以下、本実施の形態の液晶表示装置の製造工程について説明する。
【0030】
図2(A)〜(C)および図3(D)〜(E)は、本実施の形態の液晶表示装置の製造工程を示す図である。
【0031】
図2(A)の工程では、基板13,14上に透明電極を形成する。具体的には、ガラス基板などの基板にスパッタ法、イオンプレーティング法、エレクトロンビーム法などにより、例えば厚さ50nmのITO層を形成する。次にフォトレジストによりパターニングして、縞状の透明電極11を形成する。なお電極間は、シリコン酸化膜などの絶縁膜を形成する。
【0032】
図2(A)の工程ではさらに、透明電極11の上に配向膜12を形成し、ラビング処理を行う。具体的には、スピンコーティング法、印刷法などにより、例えば厚さ0.1μm以下のポリイミド系材料を塗布し、180℃〜200℃で加熱し硬化させる。次に、ナイロンなどでできたローラで液晶分子の配向方向に配向膜の表面を擦る。同様にして他方の基板14にも透明電極11および配向膜を形成しラビング処理を行う。
【0033】
図2(B)の工程では、図2(A)の構造体の上にポジ型のフォトレジスト膜を3層を重ねて塗布し、エッチングによりスペーサ16を形成する。具体的には、まずハード樹脂層16Aとなるレジスト膜21を、例えばスピン法、スリット・アンド・スピン法などにより厚さ0.1μm〜6μm(好ましくは0.1μm〜3μm)の範囲に設定して塗布する。次にレジストに残留する溶剤を蒸発させるため約100℃、1分〜3分、クリーンオーブンなどでプリベークする。次にソフト樹脂層16Bとなるレジスト膜22を同様にして厚さ0.1μm〜6μm(好ましくは0.1μm〜3μm)の範囲に設定して塗布する。次に同様にプリベークして、さらにハード樹脂層16Aとなるレジスト膜21を同様の厚さに設定して塗布する。これらのプリベークによりレジスト膜21と基板13上に形成された配向膜12との接着が進み、より強く接着されるようになる。
【0034】
次に図2(C)の工程では、フォトリソグラフィ法によりレジストをパターニングしてスペーサ16を形成する。具体的には、カラーフィルタのブラックマトリクスに対応する部分にスペーサ16が形成されるように、スペーサ16の部分が遮光されるマスク23を作製する。例えば、ピッチ間80μmのカラーフィルタではブラックマトリクスの幅は約13μmであるので、スペーサ16の直径は、上下の基板合わせのずれも考慮して10μm以下に設定することが好ましい。画素部分へのスペーサ16のはみ出しを防止でき、表示品位を維持することができる。次に、このマスク23を用いてステッパにより紫外光などで露光する。
【0035】
次に図3(D)の工程では、露光後の基板を塩基性水溶液などで現像する。可溶となった露光部分のレジストを除去し、基板表面を純水で洗浄・リンスし、乾燥する。以上によりスペーサ16が形成される。スペーサ16はフォトレジストにより形成されているので、基板全体に亘って高さが均一であり、かつレジスト3層のそれぞれの厚さも均一である。従って基板ギャップを表示領域全体に亘って均一に維持することができるという利点がある。また、このように3層あるいはそれ以上の多層の構成とするときは、光源から遠い下層では光量が減少するので、感度の高いレジストを用いることが好ましい。例えば、本実施の形態では、ソフト樹脂層22のフォトレジストに感光の感度の高いものを用いることが好ましい。
【0036】
図3(D)の工程ではさらに、シール材18を塗布し、他方のガラス基板14を重ね合わせ、加圧加熱して2枚の基板13,14を接着・固定する。具体的には、スペーサ16が形成された面の周辺部に印刷法などにより熱硬化樹脂なるシール材18を約1mmの幅に塗布する。シール材18は熱硬化樹脂のみならず、紫外線硬化樹脂などの光硬化性樹脂でもよい。なお、液晶注入口として、シール材18を塗布しない部分を設ける。
【0037】
次に、貼り合わせ装置などにより透明電極11同士、スペーサ16とカラーフィルタとの位置合わせをして重ね合わせ、治具に固定する。さらに、基板の両側から均一に加圧して、スペーサ16の一端と基板の接着、およびシール材18を熱硬化させるための加熱を行う。
【0038】
次に、重ね合わせた基板をクリーンオーブンなどで約150℃、1時間加熱して接着する。具体的には、まずスペーサ16が軟化しさらに硬化重合等により基板13,14の配向膜12に接着する。治具により基板13,14全体に均一に加圧しているので、基板ギャップが基板の全面に亘って一定に維持され、スペーサ16によって支持・固定される。また、シール材18が熱硬化樹脂の場合は、スペーサ16が接着後、シール材18が熱硬化する。シール材18の硬化速度がスペーサ16より遅く設定されているためである。したがって、スペーサ16が基板に接着後シール材18が硬化するので、基板に過度の応力が残留することがない。この加熱温度が高温すぎると配向膜に施したラビング処理の効果が損なわれるので、180℃以下(更には110℃〜150℃)であることが好ましい。なお、加熱温度を2段階に設定して、低い温度でスペーサの各樹脂層を硬化させ、次いでより高い温度でシール材を硬化させてもよい。以上により、スペーサ16及びシール材により貼合された基板13,14(以下「液晶パネル20」と呼ぶ。)が形成される。
【0039】
図3(E)の工程では、真空注入法により図4に示すベルジャーにより液晶パネル20に液晶を注入する。図4は、ベルジャーの概要構成を示す図である。図4を参照するに、ベルジャー30は、内部を減圧可能な真空槽31と、真空槽31内に配置された液晶15を供給するための液晶溜め32と、液晶パネル20を搬送する搬送機構33、吸排気口35,36などから構成されている。まず、液晶パネル20を真空槽31内に配置し、真空ポンプ(図示せず)などにより排気口36より排気して減圧し、液晶15を注入する液晶パネル20内の空気も排気する。次に液晶注入口19を液晶溜め32の液晶15に浸け、真空槽31内に流量を調整された窒素、空気等を吸気口35より導入して徐々に圧力を増加し、液晶パネル20内の圧力と真空槽31内の圧力差により液晶15を液晶パネル20内に注入する。
【0040】
最後に液晶注入口19を封止する。以上により本実施の形態の液晶表示装置10が形成される。
【0041】
なお、図3(E)の工程で説明した真空注入法の替わりに滴下法を用いることができる。滴下法を用いる場合は、図3(D)で説明したシール材18の塗布後に、例えば、ディスペンサを用いて液晶を液滴状にして、基板上に配置する。この際スペーサ16に液晶が付着しないように液滴を配置する。スペーサ16の接着性を確保することができる。
【0042】
本実施の形態によれば、上述したように、液晶表示装置の2枚の基板をハード樹脂層/ソフト樹脂層/ハード樹脂層の3層構造よりなるスペーサにより接着・保持し、ソフト樹脂層はヤング率がハード樹脂層より低く設定されているので、液晶の熱膨張による基板ギャップの変化や、外力などの衝撃による基板ギャップの急激な変化に追従し、かつ、基板ギャップの変化を抑制する抗力を基板に作用する。したがって、基板ギャップを一定かつ均一に維持することが可能であり、その結果、表示応答速度のばらつきを抑制し表示品位の向上を図ることができる。
【0043】
図5は、本実施の形態の変形例である液晶表示装置を示す図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【0044】
図5を参照するに、本変形例の液晶表示装置40はスペーサ46が1層のソフト樹脂層より形成されている以外は本実施の形態と同様である。ソフト樹脂層は、上述した樹脂を用いることができ、配向膜11あるいは基板13,14との接着性の点で、シリコーン系レジストが好ましい。このソフト樹脂層を上述した基板貼合せの加熱条件で硬化させた後のヤング率は、温度25℃〜120℃において5×10-3MPa〜1MPaの範囲であることが好ましい。
【0045】
本変形例によれば、スペーサが1層のソフト樹脂層により形成されているのでレジスト形成工程数を低減できる。
【0046】
以下、本発明の液晶表示装置の実施例について説明する。
【0047】
[第1実施例]
透明電極を有する大きさ200×100mm、厚さ1.1mmの2枚のガラス基板に、それぞれスピンコーティング法によりポリイミド溶液を塗布した。ポリイミド溶液(濃度3質量%、日本触媒社製)を用い、回転数2000rpmに設定し塗布した。次に200℃30分間焼成し、配向膜の膜厚は100nmとなった。この配向膜に公知の方法でラビング処理を行った。
【0048】
次に一方のガラス基板の配向膜上にハード樹脂層となるポジ型フォトレジスト(クリアント社製、商品名:AZ−5200)を使用して、スピンコーティング法により厚さ1μmに設定して塗布した。クリーンオーブンで100℃1分間プリベークして、フォトレジストに残留する溶剤を蒸発させた。次にソフト樹脂層22となるポジ型フォトレジスト(日本ペイント社製、商品名:グラシア)を使用して、スピンコーティング法により厚さ1μmに設定して塗布した。上記と同様にプリベークし、さらに、上記のハード樹脂層と同じポジ型フォトレジスト(クリアント社製、商品名:AZ−5200)を使用して、スピンコーティング法により厚さ1μmに設定して塗布した。以上によりハード樹脂層/ソフト樹脂層/ハード樹脂層の3層積層構造の厚さ3μmのフォトレジスト積層体が形成された。
【0049】
次に、直径10μmの円柱状のスペーサが100μm間隔で形成されるマスクを用いて、紫外光を用いて露光・現像し、表面を純水で洗浄・乾燥し、高さ3μmの柱状スペーサが形成された。
【0050】
円柱状スペーサが形成されたガラス基板にシール材18となるエポキシ樹脂(日本化薬社製、商品名:KAYATORON)を印刷法により5μmの厚さに塗布した。なお液晶注入口の部分には塗布していなかった。この一対のガラス基板を、透明電極の対応する部分の位置合わせをして貼り合わせ、真空袋に入れ排気して150℃1時間加熱した。スペーサは貼り合わせた基板に接着され、シール材のエポキシ樹脂は硬化した。基板ギャップを測定したところ1.5μmとなった。
【0051】
この液晶パネルに、上記の実施の形態で説明した方法で、液晶注入口を通して強誘電性液晶を注入し、液晶注入口を封止した。以上により本実施例の液晶表示装置を形成した。
【0052】
本実施例の液晶表示装置をクロスニコルの状態の2枚の偏光板の間に挿入し、ボール径(直径)が0.8mmのボールペンを用いて、0.98N(100gf)の力で垂直に液晶表示装置の中央を押したところ、ペン先の周囲に明るさの変化は認められなかった。したがって、液晶層厚さを小さくする外力に対して、ストレス性があることがわかった。なお、本液晶表示装置はノーマリーホワイトの状態である。
【0053】
また、本実施例の液晶表示装置の中央部を支持・固定し、周辺部に上記のボールペンを用いて2.94N(300gf)の力で垂直に押したところ、明るさの変化は観察されなかった。
【0054】
さらに、本実施例の液晶表示装置を−40℃の環境に1時間放置し、上記の2試験を行った。両試験とも明るさの変化は観察されなかった。また、液晶の表示品位に変化はみられず、液晶の熱収縮による体積変化に対しての追従性が確認できた。
【0055】
また、本実施例の液晶表示装置について、ガラス基板を貼り合わせる前の状態で、本実施例の液晶表示装置の加熱条件と同様の150℃1時間加熱した3層構造のスペーサのヤング率を測定した。ヤング率は、温度範囲25℃〜120℃で9×10-1MPa〜9×10-3MPaであった。さらに、ソフト樹脂層のみのスペーサについて測定したところ、ヤング率は、温度範囲25℃〜120℃で7×10-2MPa〜9×10-3MPaであった。なお測定は、熱分析レオロジーシステム(セイコー電子工業社製、商品名EXSTAR6000)を用い、測定条件は、25℃から昇温速度10℃/min、周波数10Hzで測定し、貯蔵弾性率を求め、その数値から計算してヤング率を求めた。
【0056】
[第2実施例]
第2実施例では、第1実施例に対して、ソフト樹脂層となるポジ型フォトレジストとして、ソルダーレジスト(信越シリコーン社製、商品名SK−66)を使用した以外は、第1実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【0057】
第1実施例と同様の試験を行った結果、第1実施例と同様の結果が得られ、良好な結果が得られた。
[第3〜第8実施例]
第3〜第8実施例では、第1実施例に対して、液晶をツイステッド・ネマティック(TN)型液晶(第3実施例)、スーパー・ツイステッド・ネマティック(STN)型液晶(第4実施例)、ネマティック・コレステリック型液晶(第5実施例)、反強誘電性液晶(第6実施例)、ツイスト・グレイン・バウンダリ型液晶(第7実施例)、スメティックA相(第8実施例)にそれぞれ換えた以外は、第1実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【0058】
第1実施例と同様の試験を行った結果、第3〜第8実施例の総てにおいて第1実施例と同様の結果が得られ、良好な結果が得られた。
[第9実施例]
第9実施例では、第1実施例に対して、フォトレジストの第1層にソフト樹脂層(日本ペイント製グラシア)、第2層にハード樹脂層(クリアント製AZ−5200)の2層構造として、それぞれの層厚4.75μm、0.25μmとした以外は、第1実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【0059】
第1実施例と同様の試験を行った結果、第1実施例と同様の結果が得られ、良好な結果が得られた。
[第10実施例]
第10実施例では、第1実施例に対して、3層構造のフォトレジストの全厚を5μmとし、ハード樹脂層/ソフト樹脂層/ハード樹脂層の層厚を2μm/0.25μm/2.75μmとした以外は、第1実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【0060】
第1実施例と同様の試験を行った結果、第1実施例と同様の結果が得られ、良好な結果が得られた。
[第11〜第18実施例]
第11〜第18実施例では、第1〜第8実施例に対して、3層構造のフォトレジストの全厚を6μmとし、それぞれの層厚を2μmとした以外は、それぞれ第1〜第8実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【0061】
第1実施例と同様の試験を行った結果、第11〜第18実施例の総てにおいて第1実施例と同様の結果が得られ、良好な結果が得られた。
[第19実施例]
第19実施例では、第1実施例に対して、液晶注入方法として真空注入法の換わりに滴下法を用いディスペンサにより液晶をガラス基板供給した以外は第1実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【0062】
滴下法では、ガラス基板を貼り合わせる前に、一方のガラス基板にシール材18となるエポキシ樹脂を印刷法により3μmの厚さに塗布し、次いでディスペンサにより強誘電性液晶を滴下した。以後の工程は第1実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【0063】
第1実施例と同様の試験を行った結果、第1実施例と同様の結果が得られ、良好な結果が得られた。
以下、本発明に対する比較例について説明する。
【0064】
[第1比較例]
本発明によらない第1比較例は、第1実施例に対してソフト樹脂層を設けずハード樹脂層のみでスペーサを構成した以外は、第1実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【0065】
スペーサは、ハード樹脂層の厚さを3μmに設定し、基板を貼り合わせ後の基板ギャップは1.5μmであった。スペーサはハード樹脂層にのみ構成されている。以下、第1実施例と同様にして試験を行った。
【0066】
本比較例の液晶表示装置をクロスニコルの状態の2枚の偏光板の間に挿入し、ボール径(直径)が0.8mmのボールペンを用いて、0.98N(100gf)の力で垂直に液晶表示装置の中央を押したところ、ペン先の周囲に明るさの変化は認められなかった。したがって、液晶層厚さを小さくする外力に対して、耐ストレス性があることがわかった。
【0067】
また、本比較例の液晶表示装置の中央部を支持・固定し、周辺部に上記のボールペンを用いて2.94N(300gf)の力で垂直に押したところ、明るさの変化は観察されなかった。
【0068】
さらに、本比較例の液晶表示装置を−40℃の環境に1時間放置し、上記の2試験を行った。両試験とも明るさの変化が観察され、液晶層が乱れ表示品位が低下する現象がみられた。これは、温度環境により液晶の体積が変化する際に液晶部パネルがその収縮変化に追従できなかったために発生したと考えられる。
【0069】
また、本比較例の液晶表示装置について、ガラス基板を貼り合わせる前の状態で、本比較例の液晶表示装置の化加熱条件と同様の150℃1時間加熱した1層構造のスペーサのヤング率を測定した。ヤング率は、温度範囲25℃〜120℃で5MPa〜2MPaであった。
[第2比較例]
本発明によらない第2比較例は、第1実施例に対して、シール材18を硬化させるための加熱温度を190℃とした以外は、第1実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【0070】
本比較例の液晶表示装置は、配向の乱れが観察され、表示品位の低下が認められた。加熱温度が高く、配向膜のラビング効果が熱により一部損なわれたと考えられる。
【0071】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【0072】
実施の形態においてハード樹脂層16Aが基板上の配向膜と接着する例について説明したが、ソフト樹脂層16Bが基板上の配向膜と接着する構成としてもよい。すなわち、スペーサ16をハード樹脂層16A/ソフト樹脂層16Bの構成としてもよく、また、ソフト樹脂層16B/ハード樹脂層16A/ソフト樹脂層16Bの構成としてもよい。
【0073】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
(付記1) 一対の基板と、
前記基板間に注入された液晶と、
前記基板の外縁を封止するシール材と、
前記基板間に多数配置されかつ基板ギャップを維持するスペーサと、
を含み、
前記スペーサはその両端が前記基板に接着され、かつ、弾性率の異なる複数の樹脂層よりなることを特徴とする液晶表示装置。
(付記2) 前記スペーサは、ハード樹脂層およびソフト樹脂層よりなり、かつ前記ハード樹脂層よりヤング率の低い前記ソフト樹脂層のヤング率は5×10-3MPa〜1MPaの範囲であることを特徴とする付記1記載の液晶表示装置。
(付記3) 前記ソフト樹脂層の厚さは、スペーサ全体の厚さに対して5%〜95%の範囲であることを特徴とする付記2記載の液晶表示装置。
(付記4) 前記一対の基板の対向する面にラビング処理を施された配向膜が更に設けられ、前記スペーサの各樹脂層の熱硬化温度は、前記配向膜のラビング処理の効果が損なわれる温度より低いことを特徴とする付記1〜3のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
(付記5) 前記スペーサの各樹脂層の熱硬化温度は、110℃〜180℃の範囲であることを特徴とする付記1〜4のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
(付記6) 前記シール材は熱硬化型樹脂であり、シール材の熱硬化温度は、前記配向膜のラビング処理の効果が損なわれる温度より低いことを特徴とする付記4または5記載の液晶表示装置。
(付記7) 前記スペーサの各樹脂層の熱硬化温度は、シール材の熱硬化温度以下であることを特徴とする付記4〜6のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
(付記8) 前記シール材の熱硬化温度は、110℃〜180℃の範囲であることを特徴とする付記4〜7のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
(付記9) 前記ソフト樹脂層は、ポリシラン系レジスト、ポリカルボシラン系レジスト系レジストおよびポリシロキサン系レジストの群のうち、少なくとも1つのレジストよりなることを特徴とする付記2〜8のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
(付記10) 前記ソフト樹脂層は、ソルダーレジストよりなることを特徴とする付記2〜8のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
(付記11) 前記ソフト樹脂層は、ポジ型のレジストよりなることを特徴とする付記2〜10のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
(付記12) 一対の基板と、
前記基板間に注入された液晶と
前記基板の外縁を封止するシール材と、
前記基板間に多数配置されかつ基板ギャップを維持するスペーサと、
を含み、
前記スペーサはその両端が前記基板に接着され、かつ、5×10-3MPa〜1MPaの範囲のヤング率を有することを特徴とする液晶表示装置。
(付記13) 前記液晶は、ツイステッド・ネマティック型液晶、スーパー・ツイステッド・ネマティック型液晶、ネマティック・コレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイスト・グレイン・バウンダリ液晶および電傾効果を示すスメクティックA相液晶の群のうち少なくとも1つの液晶を含むことを特徴とする付記1〜12のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
(付記14) 前記スペーサは、ポリシラン系レジスト、ポリカルボシラン系レジスト系レジストおよびポリシロキサン系レジストの群のうち、少なくとも1つのレジストを含むことを特徴とする付記13記載の液晶表示装置。
(付記15) 前記スペーサは、ソルダーレジストを含むことを特徴とする付記13記載の液晶表示装置。
(付記16) 前記基板はガラスよりなり、かつ、基板ギャップは0.1μm〜6μmであることを特徴とする付記1〜15のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
(付記17) 一対の第1および第2の基板と、
前記基板間に注入された液晶と、
前記基板の外縁を封止するシール材と、
前記基板間に多数配置されかつ前記基板ギャップを維持するスペーサと、
を含む液晶表示装置の製造方法であって、
前記第1の基板に複数のレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をパターニングしてスペーサを形成する工程と
前記シール材を第1若しくは第2の基板の外縁に塗布して、前記第1および第2の基板を重ね合わせて加圧する貼合せ工程と、
加圧しつつ前記スペーサのレジスト層を硬化させて第2の基板に接着し、前記シール材を硬化させる加熱工程と、
接着した基板に真空注入法により液晶を注入する工程と、
を備えた液晶表示装置の製造方法。
(付記18) 一対の第1および第2の基板と、
前記基板間に注入された液晶と、
前記基板の外縁を封止するシール材と、
前記基板間に多数配置されかつ前記基板ギャップを維持するスペーサと、
を含む液晶表示装置の製造方法であって、
前記第1の基板に複数のレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をパターニングしてスペーサを形成する工程と
前記シール材を第1若しくは第2の基板の外縁に塗布して、滴下法により液晶を充填する工程と、
前記第1および第2の基板を重ね合わせて加圧する工程と、
加圧しつつ前記スペーサのレジスト層を硬化させて第2の基板に接着し、前記シール材を硬化させる加熱工程と、
を備えた液晶表示装置の製造方法。
(付記19) 前記加熱工程における加熱時間は2時間以内であることを特徴とする付記17または18記載の液晶表示装置の製造方法。
【0074】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれば、樹脂層からなるスペーサが基板の内面に接着され、スペーサのソフト樹脂層が低い弾性率を有するため、液晶の熱膨張や外力に対して基板が追従することができ、基板ギャップを一定かつ基板面内で均一に維持して表示品位の向上を図ることが可能な液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の概要構成を示す断面図である。
【図2】(A)〜(C)は実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程(その1)を示す図である。
【図3】(D)〜(E)は実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程(その2)を示す図である。
【図4】真空注入法によるベルジャーの概要構成を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態の変形例に係る液晶表示装置の概要構成を示す断面図である。
【符号の説明】
10、40 液晶表示装置
11 透明電極
12 配向膜
13、14 基板
15 液晶
16、46 スペーサ
16A ハード樹脂層
16B ソフト樹脂層
18 シール材
21、22 レジスト膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device in which a substrate gap of a substrate sandwiching a liquid crystal having an optical switch function is maintained constant and uniform over the entire surface of the substrate.
[0002]
[Prior art]
A liquid crystal display device filled with liquid crystal having an optical switch function between glass substrates and other transparent substrates is thinner, lighter and consumes less power than CRT (cathode-ray tube). Widely used as products, display devices for OA equipment, special light modulators, etc.
[0003]
In recent years, an improvement in display response speed of a liquid crystal display device has been demanded in order to display a moving image or the like as smoothly as a CRT. The display response speed depends not only on the type of liquid crystal but also on the distance between two substrates (substrate gap) sandwiching the liquid crystal, and the distance is required to be short and uniform within the substrate surface.
[0004]
Conventionally, in order to maintain the substrate gap, a method has been used in which spherical particles (beads) made of silica or resin are dispersed between the substrates, and the distance between the substrates is kept constant according to the diameter of the beads. According to this method, even if the substrate is pushed in by an external force, the beads can maintain a predetermined substrate gap. However, the dispersed beads do not aggregate and uniformly disperse, and it is difficult to control the disposition of the beads at a predetermined position. Therefore, the beads in the pixel portion cause liquid crystal alignment defects, degrading display quality. . Further, since the beads are not fixed to the two substrates, there is a drawback that when the liquid crystal expands, the substrate gap changes and the display response speed decreases.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-155321 A
[Problems to be solved by the invention]
By the way, there has been proposed a method of forming columnar spacers on one substrate other than the pixels by photolithography. According to this method, since no spacer is arranged in the pixel portion, it is possible to prevent the occurrence of alignment defects due to the columnar spacer. However, although one end of the columnar spacer is bonded to the substrate, the other end is not bonded to the superposed substrate, so that the distance between the substrates cannot be kept constant. As a result, the substrate gap changes due to the thermal expansion of liquid crystal, external force, etc., causing problems such as generation of interference fringes, variations in color tone, and variations in drive voltage characteristics.
[0006]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2000-155321 discloses a liquid crystal display device using columnar spacers whose both ends are bonded to a substrate. According to this publication, the columnar spacer is made of a resin in which spherical or cylindrical beads that are not easily deformed by pressure or heat are dispersed. In the step of laminating the substrates, when the substrates are overlaid and heated, even if the resin portion of the columnar spacer is softened by heat, the substrate gap is maintained by the beads, and the columnar space and the substrate are bonded by the resin. However, if the beads are not uniformly dispersed in the resin, the substrate gap cannot be maintained uniformly. If the bead content is increased, it is difficult to form a uniform thickness during spin coating. Most of them are removed after patterning, which raises costs and causes problems such as poor economy. Further, since the columnar spacer is mostly composed of beads with high hardness, it cannot follow the vibration of the substrate due to impact, particularly when it expands, and the columnar spacer is peeled off from the substrate or the columnar spacer itself is broken. Cause problems.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device capable of improving display quality by maintaining a substrate gap constant and uniform within a substrate surface.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a pair of substrates, a liquid crystal injected between the substrates, a sealing material that seals an outer edge of the substrate, and a spacer that is arranged between the substrates and maintains a substrate gap. Including, The spacer includes a soft resin layer bonded to the substrate and a hard resin layer sandwiched between the soft resin layers and having a higher elastic modulus than the soft resin layer, and the soft resin layer and the hard resin The layer is a thermosetting resin that cures when heated A liquid crystal display device is provided.
[0009]
According to the present invention, a large number of spacers bonded to a pair of substrates are arranged, and the spacers are composed of a plurality of resin layers having different elastic moduli, so that it is possible to follow the thermal expansion and external force of the liquid crystal. The substrate gap can be kept constant. In particular, when the substrate is subjected to an external force, at the instant when the external force is applied to the substrate, the substrate gap once decreases and increases the next moment. Since the spacer of the present invention is formed of resin layers that are bonded to the substrate and have different elastic moduli, the spacer expands and acts on the substrate to be expanded to prevent an excessive increase in the substrate gap. can do. Furthermore, since a large number of spacers are arranged over the entire surface of the substrate, the substrate gap can be maintained uniformly. As a result, variations in display response speed can be suppressed and display quality can be improved.
[0010]
The spacer includes a hard resin layer and a soft resin layer, and the Young's modulus of the soft resin layer having a Young's modulus lower than that of the hard resin layer is 5 × 10 -3 It may be in the range of MPa to 1 MPa. Further, the thickness of the soft resin layer may be in the range of 5% to 95% with respect to the thickness of the entire spacer. The flexibility of the spacer can be ensured to follow the thermal expansion and external force of the liquid crystal.
[0011]
An alignment film subjected to a rubbing process is further provided on the opposing surfaces of the pair of substrates, and the thermosetting temperature of each resin layer of the spacer is lower than a temperature at which the effect of the rubbing process of the alignment film is impaired. To do. The sealing material is a thermosetting resin, and the thermosetting temperature of the sealing material is lower than the temperature at which the effect of the rubbing treatment of the alignment film is impaired. By curing each resin layer of the spacer and the sealing material at a temperature that maintains the effect of the rubbing treatment for aligning the liquid crystal, alignment defects and the like can be prevented.
[0012]
The thermosetting temperature of each resin layer of the spacer is not more than the thermosetting temperature of the sealing material. In the laminating process, the resin layers of the spacers arranged on the entire surface of the substrate are first cured at a low temperature, and then the sealing material is cured at the same temperature or higher to fix the outer edge of the substrate. The substrate can be uniformly fixed with a constant substrate gap over the entire surface of the substrate by the spacer.
[0013]
The thermosetting temperature of the sealing material is in the range of 110 ° C to 180 ° C. The thermosetting reaction of the sealing material can be promoted without impairing the effect of the rubbing treatment.
[0014]
According to another aspect of the present invention, a pair of substrates, a liquid crystal injected between the substrates, a sealing material for sealing an outer edge of the substrate, and a plurality of spacers arranged between the substrates and maintaining a substrate gap. And the spacer is bonded to the substrate at both ends, and 5 × 10 -3 A liquid crystal display device having a Young's modulus in the range of MPa to 1 MPa is provided.
[0015]
According to the present invention, according to the present invention, a large number of spacers bonded to a pair of substrates are arranged, and the spacers are 5 × 10 5. -3 Since it has a Young's modulus in the range of 1 to 1 MPa, it can follow the thermal expansion and external force of the liquid crystal, and the substrate gap can be kept constant. As a result, variations in display response speed can be suppressed and display quality can be improved.
[0016]
The liquid crystal includes a twisted nematic liquid crystal, a super twisted nematic liquid crystal, a nematic cholesteric phase transition liquid crystal, a polymer dispersed liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, a twist grain boundary liquid crystal, and an electric liquid crystal. A structure including at least one liquid crystal in a group of smectic A-phase liquid crystals exhibiting a tilt effect is adopted. The substrate is made of glass, and the substrate gap is 0.1 μm to 6 μm. By using a glass substrate as the substrate, a change in the substrate gap can be suppressed, variation in display response speed in the display range of the liquid crystal display device can be suppressed, and display quality can be improved.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the liquid crystal display device of the present embodiment.
[0019]
Referring to FIG. 1, a liquid
[0020]
For the
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
As the photoresist of the
[0024]
The photoresist for the
[0025]
The
[0026]
The thickness of the
[0027]
The coefficient of thermal expansion of the
[0028]
The sealing
[0029]
Hereinafter, a manufacturing process of the liquid crystal display device of the present embodiment will be described.
[0030]
2A to 2C and FIGS. 3D to 3E are diagrams showing a manufacturing process of the liquid crystal display device of the present embodiment.
[0031]
In the step of FIG. 2A, transparent electrodes are formed on the
[0032]
In the step of FIG. 2A, an
[0033]
In the step of FIG. 2B, three layers of a positive photoresist film are applied over the structure of FIG. 2A, and the
[0034]
Next, in the step of FIG. 2C, the resist 16 is patterned by photolithography to form the
[0035]
Next, in the step of FIG. 3D, the exposed substrate is developed with a basic aqueous solution or the like. The exposed exposed resist is removed, and the substrate surface is washed and rinsed with pure water and dried. Thus, the
[0036]
In the step of FIG. 3D, the sealing
[0037]
Next, the
[0038]
Next, the stacked substrates are bonded by heating at about 150 ° C. for 1 hour in a clean oven or the like. Specifically, the
[0039]
In the step of FIG. 3E, liquid crystal is injected into the
[0040]
Finally, the liquid
[0041]
Note that a dropping method can be used instead of the vacuum injection method described in the step of FIG. When the dropping method is used, after applying the sealing
[0042]
According to the present embodiment, as described above, the two substrates of the liquid crystal display device are bonded and held by the spacer having a three-layer structure of hard resin layer / soft resin layer / hard resin layer. Since the Young's modulus is set lower than that of the hard resin layer, the drag that follows the change in the substrate gap due to the thermal expansion of the liquid crystal and the rapid change in the substrate gap due to impact such as external force and suppresses the change in the substrate gap Acts on the substrate. Therefore, it is possible to maintain the substrate gap constant and uniform, and as a result, it is possible to suppress display response speed variations and improve display quality.
[0043]
FIG. 5 is a diagram showing a liquid crystal display device which is a modification of the present embodiment. In the figure, portions corresponding to the portions described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0044]
Referring to FIG. 5, the liquid
[0045]
According to this modification, since the spacer is formed of one soft resin layer, the number of resist forming steps can be reduced.
[0046]
Examples of the liquid crystal display device of the present invention will be described below.
[0047]
[First embodiment]
A polyimide solution was applied to each of two glass substrates having a transparent electrode size of 200 × 100 mm and a thickness of 1.1 mm by spin coating. A polyimide solution (concentration: 3% by mass, manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) was used and applied at a rotational speed of 2000 rpm. Next, baking was performed at 200 ° C. for 30 minutes, and the film thickness of the alignment film was 100 nm. The alignment film was rubbed by a known method.
[0048]
Next, a positive type photoresist (trade name: AZ-5200, manufactured by Cleart Co., Ltd.) serving as a hard resin layer was used on the alignment film of one glass substrate, and the thickness was set to 1 μm by spin coating. . Pre-baking was performed at 100 ° C. for 1 minute in a clean oven to evaporate the solvent remaining in the photoresist. Next, using a positive photoresist (manufactured by Nippon Paint Co., Ltd., trade name: Gracia) to be the
[0049]
Next, using a mask in which cylindrical spacers having a diameter of 10 μm are formed at intervals of 100 μm, exposure and development are performed using ultraviolet light, and the surface is washed with pure water and dried to form columnar spacers having a height of 3 μm. It was done.
[0050]
An epoxy resin (trade name: KAYATORON, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) serving as the sealing
[0051]
In this liquid crystal panel, the ferroelectric liquid crystal was injected through the liquid crystal injection port by the method described in the above embodiment, and the liquid crystal injection port was sealed. Thus, the liquid crystal display device of this example was formed.
[0052]
The liquid crystal display device of this example is inserted between two polarizing plates in a crossed Nicol state, and a ballpoint pen with a ball diameter (diameter) of 0.8 mm is used to vertically display a liquid crystal display with a force of 0.98 N (100 gf). When the center of the device was pressed, no change in brightness was observed around the nib. Therefore, it was found that there is stress with respect to the external force that reduces the liquid crystal layer thickness. The liquid crystal display device is in a normally white state.
[0053]
In addition, when the central portion of the liquid crystal display device of this embodiment is supported and fixed, and the above-described ball-point pen is used to push the liquid crystal vertically with a force of 2.94 N (300 gf), no change in brightness is observed. It was.
[0054]
Further, the liquid crystal display device of this example was left in an environment of −40 ° C. for 1 hour, and the above two tests were performed. In both tests, no change in brightness was observed. Further, no change was observed in the display quality of the liquid crystal, and the followability to the volume change due to the thermal contraction of the liquid crystal was confirmed.
[0055]
In addition, for the liquid crystal display device of this example, the Young's modulus of a three-layer spacer heated at 150 ° C. for 1 hour, which is the same as the heating condition of the liquid crystal display device of this example, was measured before the glass substrate was bonded. did. Young's modulus is 9 × 10 in the temperature range of 25 ° C. to 120 ° C. -1 MPa-9 × 10 -3 MPa. Furthermore, when the spacer of only the soft resin layer was measured, the Young's modulus was 7 × 10 in the temperature range of 25 ° C. to 120 ° C. -2 MPa-9 × 10 -3 MPa. The measurement was performed using a thermal analysis rheology system (trade name EXSTAR6000, manufactured by Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd.), and the measurement conditions were measured from 25 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./min and a frequency of 10 Hz to determine the storage elastic modulus The Young's modulus was calculated from the numerical value.
[0056]
[Second Embodiment]
The second embodiment is the same as the first embodiment except that a solder resist (trade name SK-66, manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.) is used as a positive photoresist to be a soft resin layer, compared to the first embodiment. A liquid crystal display device was produced in the same manner.
[0057]
As a result of performing the same test as in the first example, the same result as in the first example was obtained, and a good result was obtained.
[Third to eighth embodiments]
In the third to eighth embodiments, the liquid crystal is twisted nematic (TN) type liquid crystal (third embodiment) and super twisted nematic (STN) type liquid crystal (fourth embodiment). , Nematic cholesteric liquid crystal (fifth embodiment), antiferroelectric liquid crystal (sixth embodiment), twist grain boundary type liquid crystal (seventh embodiment), and smectic A phase (eighth embodiment). A liquid crystal display device was fabricated in the same manner as in the first example except for the change.
[0058]
As a result of performing the same test as in the first example, the same results as in the first example were obtained in all of the third to eighth examples, and good results were obtained.
[Ninth embodiment]
The ninth embodiment has a two-layer structure in which the first resin layer is a soft resin layer (Nippon Paint Gracia) and the second layer is a hard resin layer (Clint AZ-5200). A liquid crystal display device was manufactured in the same manner as in the first example except that the layer thicknesses were 4.75 μm and 0.25 μm, respectively.
[0059]
As a result of performing the same test as in the first example, the same result as in the first example was obtained, and a good result was obtained.
[Tenth embodiment]
In the tenth embodiment, the total thickness of the three-layered photoresist is 5 μm, and the hard resin layer / soft resin layer / hard resin layer thickness is 2 μm / 0.25 μm / 2. A liquid crystal display device was produced in the same manner as in the first example except that the thickness was 75 μm.
[0060]
As a result of performing the same test as in the first example, the same result as in the first example was obtained, and a good result was obtained.
[11th to 18th embodiments]
In the first to eighteenth embodiments, the first to eighth embodiments are different from the first to eighth embodiments except that the total thickness of the three-layered photoresist is 6 μm and the thickness of each layer is 2 μm. A liquid crystal display device was produced in the same manner as in the example.
[0061]
As a result of performing the same test as in the first example, the same results as in the first example were obtained in all of the first to eighteenth examples, and good results were obtained.
[Nineteenth embodiment]
In the nineteenth embodiment, in contrast to the first embodiment, a liquid crystal display device is manufactured in the same manner as in the first embodiment except that a liquid crystal injection method uses a dropping method instead of a vacuum injection method and a liquid crystal is supplied to a glass substrate by a dispenser. Produced.
[0062]
In the dropping method, before bonding the glass substrates, an epoxy resin to be the sealing
[0063]
As a result of performing the same test as in the first example, the same result as in the first example was obtained, and a good result was obtained.
Hereinafter, comparative examples for the present invention will be described.
[0064]
[First comparative example]
In the first comparative example not according to the present invention, a liquid crystal display device was produced in the same manner as in the first example, except that the spacer was formed only by the hard resin layer without providing the soft resin layer with respect to the first example. .
[0065]
In the spacer, the thickness of the hard resin layer was set to 3 μm, and the substrate gap after bonding the substrates was 1.5 μm. The spacer is formed only on the hard resin layer. The test was performed in the same manner as in the first example.
[0066]
The liquid crystal display device of this comparative example is inserted between two polarizing plates in a crossed Nicols state, and a vertical liquid crystal display is performed with a force of 0.98 N (100 gf) using a ballpoint pen having a ball diameter (diameter) of 0.8 mm. When the center of the device was pressed, no change in brightness was observed around the nib. Therefore, it was found that there is stress resistance against an external force that reduces the liquid crystal layer thickness.
[0067]
In addition, when the central portion of the liquid crystal display device of this comparative example is supported and fixed, and the above-described ballpoint pen is used to push the liquid crystal vertically with a force of 2.94 N (300 gf), no change in brightness is observed. It was.
[0068]
Furthermore, the liquid crystal display device of this comparative example was left in an environment of −40 ° C. for 1 hour, and the above two tests were performed. In both tests, changes in brightness were observed, and the phenomenon that the liquid crystal layer was disturbed and the display quality deteriorated was observed. This is considered to have occurred because the liquid crystal panel could not follow the contraction change when the liquid crystal volume changed due to the temperature environment.
[0069]
In addition, regarding the liquid crystal display device of this comparative example, the Young's modulus of the spacer with a single layer structure heated at 150 ° C. for 1 hour, which is the same as the heating condition of the liquid crystal display device of this comparative example, before the glass substrate is bonded. It was measured. The Young's modulus was 5 MPa to 2 MPa in the temperature range of 25 ° C to 120 ° C.
[Second Comparative Example]
The second comparative example not according to the present invention produces a liquid crystal display device in the same manner as in the first example except that the heating temperature for curing the sealing
[0070]
In the liquid crystal display device of this comparative example, disorder of alignment was observed and a reduction in display quality was observed. It is considered that the heating temperature was high and the rubbing effect of the alignment film was partly damaged by heat.
[0071]
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the present invention described in the claims. Is possible.
[0072]
In the embodiment, the example in which the
[0073]
In addition, the following additional notes are disclosed regarding the above description.
(Supplementary note 1) a pair of substrates;
Liquid crystal injected between the substrates;
A sealing material for sealing an outer edge of the substrate;
A plurality of spacers arranged between the substrates and maintaining a substrate gap;
Including
The liquid crystal display device, wherein both ends of the spacer are bonded to the substrate and are made of a plurality of resin layers having different elastic moduli.
(Additional remark 2) The said spacer consists of a hard resin layer and a soft resin layer, and the Young's modulus of the said soft resin layer whose Young's modulus is lower than the said hard resin layer is 5x10. -3 2. The liquid crystal display device according to
(Additional remark 3) The thickness of the said soft resin layer is the range of 5%-95% with respect to the thickness of the whole spacer, The liquid crystal display device of
(Additional remark 4) The alignment film by which the rubbing process was given to the opposing surface of a pair of said board | substrate is further provided, and the thermosetting temperature of each resin layer of the said spacer is the temperature at which the effect of the rubbing process of the said alignment film is impaired The liquid crystal display device according to
(Additional remark 5) The thermosetting temperature of each resin layer of the said spacer is the range of 110 to 180 degreeC, The liquid crystal display device as described in any one of Additional remarks 1-4 characterized by the above-mentioned.
(Appendix 6) The liquid crystal display according to appendix 4 or 5, wherein the sealing material is a thermosetting resin, and the thermosetting temperature of the sealing material is lower than a temperature at which the effect of rubbing treatment of the alignment film is impaired. apparatus.
(Supplementary note 7) The liquid crystal display device according to any one of supplementary notes 4 to 6, wherein the thermosetting temperature of each resin layer of the spacer is equal to or lower than the thermosetting temperature of the sealing material.
(Supplementary Note 8) The liquid crystal display device according to any one of Supplementary Notes 4 to 7, wherein a thermosetting temperature of the sealing material is in a range of 110 ° C to 180 ° C.
(Additional remark 9) The said soft resin layer consists of at least 1 resist among the group of a polysilane type resist, a polycarbosilane type resist type resist, and a polysiloxane type resist. A liquid crystal display device according to
(Supplementary note 10) The liquid crystal display device according to any one of
(Additional remark 11) The said soft resin layer consists of positive resists, The liquid crystal display device as described in any one among Additional remarks 2-10 characterized by the above-mentioned.
(Supplementary note 12) a pair of substrates;
Liquid crystal injected between the substrates;
A sealing material for sealing an outer edge of the substrate;
A plurality of spacers arranged between the substrates and maintaining a substrate gap;
Including
Both ends of the spacer are bonded to the substrate, and 5 × 10 -3 A liquid crystal display device having a Young's modulus in a range of MPa to 1 MPa.
(Supplementary Note 13) The liquid crystal is a twisted nematic liquid crystal, a super twisted nematic liquid crystal, a nematic cholesteric phase transition liquid crystal, a polymer dispersed liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, a twist grain, 13. The liquid crystal display device according to any one of
(Supplementary note 14) The liquid crystal display device according to
(Additional remark 15) The said spacer contains a soldering resist, The liquid crystal display device of
(Supplementary note 16) The liquid crystal display device according to any one of
(Supplementary Note 17) A pair of first and second substrates;
Liquid crystal injected between the substrates;
A sealing material for sealing an outer edge of the substrate;
A plurality of spacers arranged between the substrates and maintaining the substrate gap;
A method for manufacturing a liquid crystal display device comprising:
Forming a plurality of resist layers on the first substrate;
Patterning the resist layer to form spacers;
A bonding step in which the sealing material is applied to an outer edge of the first or second substrate, and the first and second substrates are stacked and pressed;
A heating step in which the resist layer of the spacer is cured while being pressurized and bonded to the second substrate, and the sealing material is cured;
Injecting liquid crystal into the bonded substrate by vacuum injection;
A method for manufacturing a liquid crystal display device comprising:
(Supplementary Note 18) A pair of first and second substrates;
Liquid crystal injected between the substrates;
A sealing material for sealing an outer edge of the substrate;
A plurality of spacers arranged between the substrates and maintaining the substrate gap;
A method for manufacturing a liquid crystal display device comprising:
Forming a plurality of resist layers on the first substrate;
Patterning the resist layer to form spacers;
Applying the sealing material to the outer edge of the first or second substrate and filling the liquid crystal by a dropping method;
A step of superposing and pressing the first and second substrates;
A heating step in which the resist layer of the spacer is cured while being pressurized and bonded to the second substrate, and the sealing material is cured;
A method for manufacturing a liquid crystal display device comprising:
(Additional remark 19) The manufacturing time of the liquid crystal display device of
[0074]
【The invention's effect】
As is clear from the above detailed description, according to the present invention, since the spacer made of the resin layer is bonded to the inner surface of the substrate and the soft resin layer of the spacer has a low elastic modulus, On the other hand, it is possible to provide a liquid crystal display device in which the substrate can follow and the display gap can be improved by maintaining the substrate gap constant and uniform within the substrate surface.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2C are diagrams illustrating a manufacturing process (part 1) of a liquid crystal display device according to an embodiment; FIGS.
FIGS. 3D to 3E are diagrams showing a manufacturing process (No. 2) of the liquid crystal display device according to the embodiment; FIGS.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a bell jar by a vacuum injection method.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid crystal display device according to a modification of the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 40 Liquid crystal display device
11 Transparent electrode
12 Alignment film
13, 14 substrate
15 LCD
16, 46 Spacer
16A hard resin layer
16B Soft resin layer
18 Sealing material
21, 22 Resist film
Claims (9)
前記基板間に注入された液晶と、
前記基板の外縁を封止するシール材と、
前記基板間に多数配置されかつ基板ギャップを維持するスペーサと、
を含み、
前記スペーサは、前記基板にそれぞれ接着されたソフト樹脂層と、前記ソフト樹脂層の間に挟まれ前記ソフト樹脂層よりも弾性率の高いハード樹脂層とよりなり、
前記ソフト樹脂層及び前記ハード樹脂層は、熱を加えることにより硬化する熱硬化性樹脂である
ことを特徴とする液晶表示装置。A pair of substrates;
Liquid crystal injected between the substrates;
A sealing material for sealing an outer edge of the substrate;
A plurality of spacers arranged between the substrates and maintaining a substrate gap;
Including
The spacer, a soft resin layer bonded to each of the substrate, Ri Na more and the soft resin layer high hard resin layer having an elastic modulus than sandwiched between the soft resin layer,
The liquid crystal display device, wherein the soft resin layer and the hard resin layer are thermosetting resins that are cured by applying heat .
前記ソフト樹脂層のヤング率は5×10−3MPa〜1MPaの範囲であることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。The soft resin layer has a lower Young's modulus than the hard resin layer,
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a Young's modulus of the soft resin layer is in a range of 5 × 10 −3 MPa to 1 MPa.
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