JP2005106856A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 微小荷重域での変位量が大きく、上述したような重力ムラや低温発泡等が発生することがなく、また局所的な荷重に対しても十分な耐性を有し、さらに透明基板間のギャップを一定に製造することが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 ２枚の透明基板１と、少なくとも１枚の透明基板上に形成された着色層２と、２枚の透明基板間に封入された液晶層３と、２枚の透明基板間を所定の間隙に保つ柱状スペーサ４（４ｔ、４ｓ）とを少なくとも有する液晶表示装置であって、液晶表示装置の有効表示領域内に形成された柱状スペーサ４は、着色層２を構成する着色層形成用層５（５Ｂ、５Ｇ、５Ｒ）が積層されたものであり、高さの異なるものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、均一なセルギャップを維持することが可能な、表示品質に優れた液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、表示側基板と液晶駆動側基板とを対向させ、両者の間に液晶化合物を封入して薄い液晶層を形成し、液晶駆動側基板により液晶層内の液晶配列を電気的に制御して表示側基板の透過光または反射光の量を選択的に変化させることによって表示を行う。

このような液晶表示装置には、スタティック駆動方式、単純マトリックス方式、アクティブマトリックス方式など種々の駆動方式があるが、近年、パーソナルコンピューターや携帯情報端末などのフラットディスプレーとして、アクティブマトリックス方式又は単純マトリックス方式の液晶パネルを用いたカラー液晶表示装置が急速に普及してきている。

図５は、アクティブマトリックス方式の液晶表示装置パネルの一例である。液晶表示装置１０１は、表示側基板であるカラーフィルタ１１と液晶駆動側基板であるＴＦＴアレイ基板１２とを対向させて１〜１０μｍ程度の間隙部１３を設け、この間隙部１３内に液晶Ｌを充填し、その周囲をシール材１４で密封した構造をとっている。カラーフィルタ１１は、透明基板１５上に、画素間の境界部を遮光するために所定のパターンに形成されたブラックマトリックス層１６と、各画素を形成するために複数の色（通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色）を所定順序に配列した画素部１７と、保護膜１８と、透明電極膜１９とが、透明基板に近い側からこの順に積層された構造をとっている。

一方、ＴＦＴアレイ基板１２は、透明基板上にＴＦＴ素子を配列し、透明電極膜を設けた構造をとっている（図示せず）。また、カラーフィルタ１１及びこれと対向するＴＦＴアレイ基板１２の内面側には配向膜２０が設けられる。そして、各色に着色された画素の背後にある液晶層の光透過率を制御することによってカラー画像が得られる。

ここで、間隙部１３の厚さ、すなわちセルギャップ（表示側基板と液晶駆動側基板の間隙距離）は液晶層の厚さそのものであり、色ムラやコントラストムラといった表示ムラを防止し、均一な表示、高速応答性、高コントラスト比、広視野角等の良好な表示性能をカラー液晶表示装置に付与するためには、セルギャップを一定且つ均一に維持する必要がある。

セルギャップを維持する方法としては、間隙部１３内にスペーサとしてガラス、アルミナ又はプラスチック等からなる一定サイズの球状又は棒状粒子２１を多数散在させ、カラーフィルタ１１とＴＦＴアレイ基板１２とを貼り合わせ、液晶を注入する方法がある。この方法においては、スペーサの大きさをもってセルギャップが決定され、維持される。

しかしながら、間隙部内にスペーサとして粒子を散在させる方法では、スペーサの分布が偏り易い等の種々の問題点があった。これら粒子状スペーサの問題点を解消する方法として、図６に示すように、カラーフィルタ１１の内面側であってブラックマトリックス層１６が形成されている位置と重なり合う領域（非表示領域）に、セルギャップに対応する高さを有する柱状スペーサ２２を形成することが行われるようになってきた。柱状スペーサ２２は、カラーフィルタの透明基板上に光硬化性樹脂を均一な厚みに塗布し、得られた塗膜をフォトリソグラフィーによってパターン露光して硬化させることによって、ブラックマトリックス層の形成領域内すなわち非表示領域に形成される。

このような柱状スペーサには、微小な荷重に対して容易に変形する特性が要求される。これは以下の理由によるものである。例えば液晶が低温に置かれた場合、液晶表示装置を構成する部材はすべて収縮しようとし、構成する部材の中では液晶材料の収縮率が最も大きいため、透明基板間のギャップが狭くなる方向に収縮することとなる。このとき、柱状スペーサの変形が上記ギャップの狭まりに追従できなくなると、液晶表示装置内部に負圧が生じ、その結果液晶表示装置内に真空気泡（低温発泡）が発生し易くなるからである。

また、例えば液晶表示装置が用いられる際、バックライトから発せられる熱によって、液晶表示装置に熱がかかる。この場合、液晶表示装置を構成する部材は全て膨張しようとし、この場合においても、構成する部材の中で、液晶材料の膨張率が最も大きいことから、透明基板間のギャップが広くなる方向に膨張することとなる。このとき、上記と同様に、柱状スペーサの変形が、上記ギャップの広がりに追従できなくなると、液晶セル内部に圧力が生じ、その結果透明基板と液晶層との間に隙間ができる。これにより、隙間から液晶材料が溢れ出すこととなり、その溢れ出した液晶材料が重力によって液晶セルから流れ落ち、ムラ（重力ムラ）が生じることとなるからである。

一方、柱状スペーサには、強い力を加え、その後力を除去した後の変位量が小さいことが要求される。これは、局所的に液晶セルに加重が加えられた場合、例えば指押し試験等の耐圧試験等において、力が除去された後の変位量が大きい場合には、表示不良が発生する可能性があるからである。

ここで、上記２つの特性は相反するものであることから、上記それぞれの特性を有する柱状スペーサを形成することが困難であり、微小な荷重に対して変形が大きく、強い力に対する変位量の小さい液晶表示装置を形成することが困難であった。
なお、本発明に関する先行技術は発見されていない。

以上のことから、微小荷重域での変位量が大きく、上述したような重力ムラや低温発泡等が発生することがなく、また局所的な荷重に対しても十分な耐性を有し、さらに透明基板間のギャップを一定に製造することが可能な液晶表示装置の提供が望まれている。

本発明は、２枚の透明基板と、少なくとも１枚の上記透明基板上に形成された着色層と、上記２枚の透明基板間に封入された液晶層と、上記２枚の透明基板間に形成され、上記２枚の透明基板間を所定の間隙に保つ柱状スペーサとを少なくとも有する液晶表示装置であって、
上記液晶表示装置の有効表示領域内に形成された上記柱状スペーサは、上記着色層を構成する着色層形成用層が積層されたものであり、高さの異なるものであることを特徴とする液晶表示装置を提供する。

本発明によれば、上記液晶表示装置の有効領域内に、高さの高い柱状スペーサと、高さの低い柱状スペーサが形成されていることから、微小な荷重がかけられた場合には、高さの高い柱状スペーサのみによって、その荷重が支えられることとなり、柱状スペーサの変形が生じやすい。これにより、液晶表示装置の変位が大きいものとすることができ、例えば重力ムラや低温発泡等が生じることを防止することができるのである。一方、液晶表示装置に大きな荷重がかけられた場合には、高さの低い柱状スペーサおよび高さの高い柱状スペーサによって、その荷重が支えられることとなることから、柱状スペーサがその荷重に対して大きな抗力を有する。したがって、液晶表示装置を局所的な荷重に対しても十分な耐性を有するものとすることができ、また透明基板間のギャップを一定に製造することが可能なものとすることができる。また、上記柱状スペーサは、着色層形成用層が積層されたものであることから、着色層を形成する際に柱状スペーサを形成することが可能であり、製造効率やコスト等の面からも好ましい液晶表示装置とすることができる。

上記発明においては、上記高さの異なる柱状スペーサが、積層された上記着色層形成用層の層の数により高さの差を設けたものとすることができる。柱状スペーサを、例えば着色層形成用層が１層のものと、着色層形成用層が２層積層されたもの等とすることによって、容易に高さの異なる柱状スペーサを形成することができるからである。

上記発明においては、上記高さの異なる柱状スペーサが、積層された上記着色層形成用層の最下層の上底面の面積の差によるものとすることができる。例えば積層された着色層形成用層の最下層の面積を大きいものとした場合には、その上に積層された着色層形成用層の高さを高いものとすることができ、また積層された着色層形成用層の最下層の面積を小さいものとした場合には、その上に積層された着色層形成用層の高さを低いものとすることができ、容易に上記の高さの異なる柱状スペーサを形成することができるからである。

ここで、上記発明においては、上記透明基板上に遮光部が形成されており、上記柱状スペーサが上記遮光部上に形成されているものとすることができる。この場合、遮光部を形成した後、着色層を形成するのと同時に、上記柱状スペーサを形成することができるのである。

上記発明においては、上記高さの異なる柱状スペーサのうち、最も高いものと最も低いものとの高さの差が０．０２μｍ〜０．５μｍの範囲内であることが好ましい。これにより、上記特性を液晶表示装置に付与することが可能となるからである。

また、上記発明においては、上記高さの異なる柱状スペーサは、高さの低いものほど形成された個数が多いことが好ましい。これにより、液晶表示装置に大きな荷重がかけられた際に、その荷重に対する抗力を大きなものとすることができ、局所的な荷重に対しても、耐性を有する液晶表示装置とすることができるからである。

本発明によれば、微小な荷重がかけられた場合には、柱状スペーサの変形が生じやすく、例えば重力ムラや低温発泡等が生じることを防止することができる。一方、液晶表示装置に大きな荷重がかけられた場合には、柱状スペーサがその荷重に対して大きな抗力を有することから、局所的な荷重に対しても十分な耐性を有するものとすることができ、透明基板間のギャップを一定に製造することが可能なものとすることができる。また、上記柱状スペーサは、着色層形成用層が積層されたものであることから、着色層を形成するのと同時に形成することが可能であるので、製造効率やコスト等の面からも好ましい液晶表示装置とすることができる。

本発明は、均一なセルギャップを維持し、かつ表示品質に優れた液晶表示装置に関するものである。以下、本発明の液晶表示装置について詳しく説明する。

本発明の液晶表示装置は、２枚の透明基板と、少なくとも１枚の上記透明基板上に形成された着色層と、上記２枚の透明基板間に封入された液晶層と、上記２枚の透明基板間に形成され、上記２枚の透明基板間を所定の間隙に保つ柱状スペーサとを少なくとも有する液晶表示装置であって、
上記液晶表示装置の有効表示領域内に形成された上記柱状スペーサは、上記着色層を構成する着色層形成用層が積層されたものであり、高さの異なるものである。

本発明の液晶表示装置は、例えば図１に示すように、２枚の透明基板１と、そのいずれかの透明基板１上に形成された着色層２と、上記透明基板１間に封入された液晶層３と、上記透明基板１間を所定の間隙に保つ柱状スペーサ４（４ｔおよび４ｓ）とを有するものである。本発明においては、上記柱状スペーサ４は、複数の高さとなるように形成されたものであり、かつ上記着色層２を構成する着色層形成用層５が積層されたものである。

本発明においては、上記柱状スペーサが異なる高さを有することから、例えば図２（ａ）に示すように、比較的微小な力が液晶表示装置にかけられた場合には、高さの高い柱状スペーサ４ｔのみによって荷重が支えられることとなる。したがって、その荷重に対する抗力は小さいことから、その柱状スペーサ４ｔは変形しやすく、液晶表示装置の変位量を大きなものとすることができる。一方、液晶表示装置に大きな荷重がかけられた場合、例えば図２（ｂ）に示すように、荷重は高さの高い柱状スペーサ４ｔおよび高さの低い柱状スペーサ４ｓによって、支えられることとなる。したがって、液晶表示装置にかかる荷重は分散され、その高さの低い柱状スペーサより下方への液晶表示装置の変位が起こりづらく、それ以上の液晶表示装置の変位を少ないものとすることができる。

これにより、本発明の液晶表示装置を、低温発泡や重力ムラ等のないものとすることができ、かつ局所的な荷重がかけられた場合であっても、変形等のない、高品質な液晶表示装置とすることができる。

また、本発明によれば、上記柱状スペーサが、着色層を構成する着色層形成用層が積層されたものであることから、着色層を形成する際に、同時に柱状スペーサを形成することが可能となり、製造効率やコスト等の面からも好ましいものとすることができる。
以下、本発明の柱状スペーサの各構成について説明する。

１．柱状スペーサ
まず、本発明の液晶表示装置に用いられる柱状スペーサについて説明する。本発明の液晶表示装置に用いられる柱状スペーサは、後述する２枚の透明基板間の間隙を一定に保つために液晶表示装置の有効表示領域内に形成されるものである。本発明においては、この柱状スペーサは、後述する着色層を構成する着色層形成用層が積層されたものであり、複数の高さを有するように形成されているものである。なお、上記有効表示領域とは、液晶表示装置の表示部として用いられる領域である。

上記柱状スペーサは、例えば図１に示すように、後述する着色層２を構成する着色層形成用層５（例えば赤色用の着色層形成用層５Ｒ、緑色用の着色層形成用層５Ｇ、および青色用の着色層形成用層５Ｂ）が積層されたものである。

ここで、上記の高さの異なる柱状スペーサは、例えば図１に示すように、高さの高い柱状スペーサ４ｔは着色層形成用層５が３層積層されたものであり、高さの低い柱状スペーサ４ｓは着色層形成用層５が２層積層されたものである等、積層された着色層形成用層５の数の差によって高さが異なるように形成されるものであってもよい。この場合、上記着色層形成用層は、目的とする柱状スペーサの高さによっても異なるが、通常１層〜３層積層されることとなる。また例えば図３に示すように、着色層形成用層５の最下層５Ｒの上底面（図３のａで示される部分）の面積の差によって、その上に形成される着色層形成用層５Ｇの高さを調整するもの等であってもよい。上底面の面積が異なる着色層形成用層上に他の着色層形成用層を積層した場合、上底面の面積が小さい着色層形成用層上に形成された他の着色層形成用層の高さは低いものとなり、また上底面の面積が大きい着色層形成用層上に形成された他の着色層形成用層の高さは高いものとなる。したがって、下層部に形成される着色層形成用層の上底面の面積を調整することにより、その上に積層される着色層形成用層の高さを無限に調整することができる、という利点を有する。このような柱状スペーサの高さの種類は、液晶表示装置の種類や大きさ等によって適宜選択されるものであるが、通常２種類以上、中でも２種類〜１０種類形成されることが好ましい。なお、上底面の面積を調整するのは、積層された着色層形成用層の最下層に限定されるものではなく、着色層形成用層の下から２層目や３層目等であってもよい。

また、本発明に用いられる上記複数種類の柱状スペーサは、高さの低いものほど個数が多いことが好ましい。これにより、液晶表示装置に微小な荷重がかけられた場合、少ない柱状スペーサによってその荷重を支えることとなり、それらの柱状スペーサの変形が生じやすいものとすることができる。一方、大きな荷重が液晶表示装置にかけられた場合には、荷重をかければかけるほど、その荷重に対する抗力が大きくなり、柱状スペーサの変位を小さいものとすることができる。したがって、荷重が小さい場合には、液晶表示装置の変位が大きく、荷重が大きい場合には液晶表示装置の変位が少ないものとすることができるのである。

ここで、本発明において形成される柱状スペーサの高さは、液晶表示装置の種類等により適宜選択されるものであり、特にその高さは限定されるものではない。本発明においては、最も高さの高い柱状スペーサの高さと最も高さの低い柱状スペーサの高さとの差が、０．０２μｍ〜０．５μｍの範囲内、中でも０．０５μｍ〜０．３５μｍの範囲内とされることが好ましい。

また、上記柱状スペーサの形成される数は、液晶表示装置の種類等によって適宜選択されるものであるが、通常液晶表示装置の有効表示領域内に、８個／ｍｍ^２〜５０個／ｍｍ^２の範囲内であることが好ましい。

ここで、上記柱状スペーサの形状は、上記透明基板間の間隙を一定に保つことが可能な形状であれば、特に限定されるものではなく、例えば円柱状や角柱状のもの、頂部が切断された円錐状や角錐状のもの等とすることができる。また、上記の高さの高い柱状スペーサおよび高さの低い柱状スペーサの形状は同じであってもよいが、本発明においては、例えば図４に示すように、高さが高い柱状スペーサ４ほど、上底面（図４においてａで示される部分）の面積が小さくなるように形成されていることが好ましい。これにより、液晶表示装置に微小な荷重がかけられた場合、高さの高い柱状スペーサの上底面にかかる荷重が大きくなり、柱状スペーサの変形を大きなものとすることができるからである。また、液晶表示装置に大きな荷重がかけられた場合、高さの低い柱状スペーサの広い上底面で、その荷重が支えられることとなり、荷重が分散することから、高さの低い柱状スペーサの変形を少ないものとすることができるのである。

なお、上記柱状スペーサに用いられる着色層形成用層の材料や形成方法等については、後述する着色層の項で説明するので、ここでの詳しい説明は省略する。

また、本発明に用いられる柱状スペーサは、上記有効表示領域内に形成されるものであれば、その形成位置等は特に限定されるものではなく一般的には、着色層と着色層との間に形成されるものであり、後述する透明基板上に形成されていてもよいが、例えば着色層と着色層との間にブラックマトリクス等の遮光部が形成されている場合には、この遮光部上に形成されていてもよい。

２．着色層
次に、本発明に用いられる着色層について説明する。本発明に用いられる着色層は、液晶表示装置の着色層として一般的に用いられるものであれば、その形状等は特に限定されるものではなく、例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の三色の着色層形成用層を用いて、例えばストライプ型、モザイク型、トライアングル型、４画素配置型等の公知の配列とすることができ、着色面積は任意に設定することができる。

この着色層形成用層を形成する方法としては、目的とする形状に着色層および上述した柱状スペーサを形成することが可能な方法であれば、特に限定されるものではなく、通常この分野において用いられる製造方法、例えば、光硬化性樹脂組成物をスピンコータによって塗布し、フォトリソグラフィー法によりパターニングする方法等を用いることができる。上記光硬化性樹脂組成物としては、少なくとも多官能アクリレートモノマー、ポリマー、光重合開始剤および顔料を含有する組成物が好ましく用いられる。これにより、目的とする形状に光を照射することによって、容易に着色層および、上記柱状スペーサを形成することが可能となるからである。

光硬化性樹脂組成物に配合される多官能アクリレートモノマーとしては、アクリル基やメタクリル基等のエチレン性不飽和結合含有基を２つ以上有する化合物を用い、具体的には、エチレングリコール（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ヘキサンジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、グリセリンジ（メタ）アクリレート、グリセリントリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、ペンタエリスリトール（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート等を例示することができる。

多官能アクリレートモノマーは、２種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、本発明において（メタ）アクリルとはアクリル又はメタクリルのいずれかであることを意味し、（メタ）アクリレートとはアクリレート基又はメタクリレートのいずれかであることを意味する。

本発明では、このような多官能アクリレートモノマーの含有量を、光硬化性樹脂組成物の総固形分に対して５０重量％以上とすることが好ましい。ここで総固形分とは、溶剤以外の全ての成分の合計量であり、液状のモノマー成分も含まれる。

上記の多官能アクリレートモノマーは、３官能以上のエチレン性不飽和結合を有するモノマーを含むことが好ましく、その含有量は多官能アクリレートモノマーの使用量の約３０〜９５重量％を占めることが好ましい。

光硬化性樹脂組成物に配合されるポリマーとしては、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−ビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレン−メタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等を例示することができる。

さらにポリマーとしては、重合可能なモノマーであるメチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−プロピル（メタ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、ｓｅｃ−ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、ｔｅｒｔ−ブチル（メタ）アクリレート、ｎ−ペンチル（メタ）アクリレート、ｎ−ヘキシル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−オクチル（メタ）アクリレート、ｎ−デシル（メタ）アクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの中から選ばれる１種以上と、（メタ）アクリル酸、アクリル酸の二量体（例えば、東亞合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの無水物の中から選ばれる１種以上からなるポリマー又はコポリマーも例示できる。また、上記のコポリマーにグリシジル基又は水酸基を有するエチレン性不飽和化合物を付加させたポリマー等も例示できるが、これらに限定されるものではない。

上記例示のポリマーの中でも、エチレン性不飽和結合を含有するポリマーは、モノマーと共に架橋結合を形成し、優れた強度が得られるので、特に好ましく用いられる。

このようなポリマーの含有量は、光硬化性樹脂組成物の総固形分に対して１０〜４０重量％とすることが好ましい。

光硬化性樹脂組成物に配合される光重合開始剤としては、紫外線、電離放射線、可視光、或いは、その他の各波長、特に３６５ｎｍ以下のエネルギー線で活性化し得る光ラジカル重合開始剤を使用することができる。そのような光重合開始剤して具体的には、ベンゾフェノン、ｏ−ベンゾイル安息香酸メチル、４，４−ビス（ジメチルアミン）ベンゾフェノン、４，４−ビス（ジエチルアミン）ベンゾフェノン、α−アミノ・アセトフェノン、４，４−ジクロロベンゾフェノン、４−ベンゾイル−４−メチルジフェニルケトン、ジベンジルケトン、フルオレノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルジクロロアセトフェノン、チオキサントン、２−メチルチオキサントン、２−クロロチオキサントン、２−イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、ベンジルメトキシエチルアセタール、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、アントラキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラキノン、２−アミルアントラキノン、β−クロルアントラキノン、アントロン、ベンズアントロン、ジベンズスベロン、メチレンアントロン、４−アジドベンジルアセトフェノン、２，６−ビス（ｐ−アジドベンジリデン）シクロヘキサン、２，６−ビス（ｐ−アジドベンジリデン）−４−メチルシクロヘキサノン、２−フェニル−１，２−ブタジオン−２−（ｏ−メトキシカルボニル）オキシム、１−フェニル−プロパンジオン−２−（ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、１，３−ジフェニル−プロパントリオン−２−（ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、１−フェニル−３−エトキシ−プロパントリオン−２−（ｏ−ベンゾイル）オキシム、ミヒラーケトン、２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン、ナフタレンスルホニルクロライド、キノリンスルホニルクロライド、ｎ−フェニルチオアクリドン、４，４−アゾビスイソブチロニトリル、ジフェニルジスルフィド、ベンズチアゾールジスルフィド、トリフェニルホスフィン、カンファーキノン、アデカ社製Ｎ１７１７、四臭化炭素、トリブロモフェニルスルホン、過酸化ベンゾイン、エオシン、メチレンブルー等の光還元性色素とアスコルビン酸やトリエタノールアミンのような還元剤との組み合わせ等を例示できる。本発明では、これらの光重合開始剤を１種のみ又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

このような光重合開始剤の含有量は、光硬化性樹脂組成物の総固形分に対して２〜２０重量％とすることが好ましい。

光硬化性樹脂組成物は、多官能アクリレートモノマー、ポリマー及び光重合開始剤以外の成分を必要に応じて含有していてもよい。例えば、光硬化性樹脂組成物には、耐熱性、密着性、耐薬品性（特に耐アルカリ性）の向上を図る目的で、エポキシ樹脂を配合しても良い。使用できるエポキシ樹脂としては、三菱油化シェル社製の商品名エピコートシリーズ、ダイセル社製の商品名セロキサイドシリーズ、及び、同社製の商品名エポリードシリーズを例示することができる。エポキシ樹脂としては、さらに、ビスフェノール−Ａ型エポキシ樹脂、ビスフェノール−Ｆ型エポキシ樹脂、ビスフェノール−Ｓ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸グリシジルエステル、ポリオールグリシジルエステル、脂肪族又は脂環式エポキシ樹脂、アミンエポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂、グリシジル（メタ）アクリレートとラジカル重合可能なモノマーとの共重合エポキシ化合物等を例示することができる。本発明では、これらのエポキシ樹脂を１種のみ又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

このようなエポキシ樹脂の含有量は、光硬化性樹脂組成物の総固形分に対して０〜１０重量％とすることが好ましい。
また、顔料としては、通常のカラーフィルタに顔料として用いられる材料を用いることができ、このような顔料の含有量は、９重量％〜４５重量％とすることができる。

光硬化性樹脂組成物には、固形分を溶解、分散させてスピンコーティング等の塗布適性を調節するために、通常、溶剤を配合する。溶剤としては、モノマー、ポリマー、光重合開始剤等の配合成分に対する溶解性又は分散性が良好で、且つ、スピンコーティング性が良好となるように沸点が比較的高い溶剤を用いるのが好ましい。これらの溶剤を使用し、固形分濃度を通常は５〜５０重量％に調製する。

硬化性樹脂組成物を調製するには、多官能アクリレートモノマー、ポリマー、光重合開始剤、顔料、及び、必要に応じて他の成分を適切な溶剤に投入し、ペイントシェーカー、ビーズミル、サンドグラインドミル、ボールミル、アトライターミル、２本ロールミル、３本ロールミルなどの一般的な方法で溶解、分散させればよい。

３．液晶層
次に、本発明に用いられる液晶層について説明する。本発明に用いられる液晶層は、２枚の後述する透明基板の間に封入されるものであり、この液晶層の光の透過率を調整すること等によって、液晶表示装置の表示を行うことが可能とするものである。本発明においては液晶層として、一般的な液晶表示装置に用いられる液晶層を用いることが可能であるので、ここでの詳しい説明は省略する。

４．透明基板
次に、本発明に用いられる透明基板について説明する。本発明に用いられる透明基板としては、液晶表示装置用に用いられるものであれば特に限定されるものではなく、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジッド材、あるいは、透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。また、液晶表示装置には、２枚の透明基板が用いられるものであるが、通常その２枚の透明基板のうち１枚が表示側基板とされ、もう１枚が液晶駆動側基板として用いられることとなる。

５．液晶表示装置
次に、本発明の液晶表示装置について説明する。本発明の液晶表示装置は、上述した透明基板と、液晶層と、柱状スペーサとを有するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば透明基板上にブラックマトリクス等の遮光部が形成されているもの等であってもよい。

本発明においては特に、上記２枚の透明基板の有効表示領域に対して、上記２枚の透明基板間の間隙が狭くなる方向に所定の測定方法により荷重を加えた際に、荷重８０ｍＮ〜４００ｍＮ間の変位量が０．１μｍ〜０．８μｍの範囲内、中でも０．２μｍ〜０．４μｍの範囲内であり、荷重６００ｍＮ〜９５０ｍＮ間の変位量が０．０５μｍ〜０．５μｍの範囲内、中でも０．０５μｍ〜０．３μｍの範囲内であることが好ましい。

液晶表示装置にかけられる荷重と変位量とが、上記の関係を有することにより、比較的微小な荷重を液晶表示装置にかけた場合、上記液晶表示装置の変位量を大きなものとすることができ、また比較的大きな荷重をかけた場合、その力に対して耐性を有する、すなわち一定以上はあまり変位しないものとすることができる。これにより、低温発泡や重力ムラ等が生じることを防ぐことができるからである。またさらに、液晶表示装置に強い荷重が加えられ、その後荷重が除去された場合に、液晶表示装置の変位が少ないものとすることができるからである。

上記変位量は、２ｍｍφの金属片をいずれかの透明基板に接触させ、その上から２３℃の条件下、柱状スペーサの軸方向に２．２２ｍN／ｓｅｃの荷重負荷速度にて、下記の圧子を用い、荷重を８０ｍＮ〜４００ｍＮかけた際の柱状スペーサの変形量を測定する。この範囲内での柱状スペーサの最大の変形量と最小の変形量との差を算出することによって、上記範囲内の変位量を得ることができる。上記６００ｍＮ〜９５０ｍＮ間の変位量についても同様に得ることができる。上記圧子としては、フィッシャー・インストルメンツ社製フィッシャースコープＨ−１００（ビッカース圧子（四角錐形状）の頭部を研磨して１００μｍ×１００μｍの平面を有する圧子を使用）を用いることができる。

本発明において、このような柱状スペーサは、表示側基板に形成されたものであっても、液晶駆動側基板に形成されたものであってもよい。また、本実施態様の液晶表示装置は、特に限定されるものではないが、カラー液晶表示装置であることが好ましい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。

＜実施例１＞
（硬化性樹脂組成物の調整）
重合槽中にメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）を６３重量部、アクリル酸（ＡＡ）を１２重量部、メタクリル酸−２−ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）を６重量部、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ＤＭＤＧ)を８８重量部仕込み、攪拌し溶解させた後、２，２'−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）を７重量部添加し、均一に溶解させた。その後、窒素気流下で、８５℃で２時間攪拌し、さらに１００℃で１時間反応させた。得られた溶液に、さらにメタクリル酸グリシジル（ＧＭＡ）を７重量部、トリエチルアミンを０．４重量部、及び、ハイドロキノンを０．２重量部添加し、１００℃で５時間攪拌し、共重合樹脂溶液（固形分５０％）を得た。

次に、下記の材料を室温で攪拌、混合して、硬化性樹脂組成物とした。
・上記共重合樹脂溶液（固形分５０％）：１６重量部
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレート（サートマー社、ＳＲ３９９）：２４重量部
・オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ社製、エピコート１８０Ｓ７０）：４重量部
・２−メチル−１−（４−メチルチオフェニル）−２−モルフォリノプロパン−１−オン：４重量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテル：５２重量部

（ブラックマトリクスの形成）
まず、下記分量の成分を混合し、サンドミルにて十分に分散し、黒色顔料分散液を調製した。
・黒色顔料：２３重量部
・高分子分散剤（ビックケミー・ジャパン（株）製 Ｄｉｓｉｐｅｒｂｙｋ１１１）：２重量部
・溶剤（ジエチレングリコールジメチルエーテル）：７５重量部
次に、下記分量の成分を十分混合して、遮光層用組成物を得た。
・上記黒色顔料分散液：６１重量部
・硬化性樹脂組成物：２０重量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテル：３０重量部

そして、厚み１．１ｍｍのガラス基板（旭硝子（株）製ＡＮ材）上に上記遮光層用組成物をスピンコーターで塗布し、１００℃で３分間乾燥させ、膜厚約１μｍの遮光層を形成した。当該遮光層を、超高圧水銀ランプで遮光パターンに露光した後、０．０５％水酸化カリウム水溶液で現像し、その後、基板を１８０℃の雰囲気中に３０分間放置することにより加熱処理を施して遮光部を形成すべき領域にブラックマトリックスを形成した。

（着色層および柱状スペーサの形成）
上記のようにしてブラックマトリックスを形成した基板上に、下記組成の赤色硬化性樹脂組成物をスピンコーティング法により塗布（塗布厚み１．５μｍ）し、その後、７０℃のオーブン中で３０分間乾燥した。
次いで、赤色硬化性樹脂組成物の塗布膜から１００μｍの距離にフォトマスクを配置してプロキシミティアライナにより２．０ｋＷの超高圧水銀ランプを用いて着色層および柱状スペーサの形成領域に相当する領域のみに紫外線を１０秒間照射した。次いで、０．０５ｗｔ％水酸化カリウム水溶液（液温２３℃）中に１分間浸漬してアルカリ現像し、赤色硬化性樹脂組成物の塗布膜の未硬化部分のみを除去した。その後、基板を１８０℃の雰囲気中に３０分間放置することにより加熱処理を施して赤色画素を形成すべき領域、および柱状スペーサを形成する領域に、２０μｍ×２０μｍのレリーフパターンを所定の個数密度となるように形成した。

次に、下記組成の緑色硬化性樹脂組成物を用いて、赤色のレリーフパターン形成と同様の工程で、緑色画素を形成すべき領域、および柱状スペーサを形成する領域に緑色のレリーフパターンを形成した。
さらに、下記組成の青色硬化性樹脂組成物を用いて、赤色のレリーフパターン形成と同様の工程で、青色画素を形成すべき領域、および柱状スペーサを形成する領域に青色のレリーフパターンを形成し、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色からなる着色層および柱状スペーサを形成した。

ａ．赤色硬化性樹脂組成物の組成
・Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１７７：１０重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤：３重量部
・硬化性樹脂組成物：５重量部
・酢酸−３−メトキシブチル：８２重量部

ｂ．緑色硬化性樹脂組成物の組成
・Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６：１０重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤：３重量部
・硬化性樹脂組成物：５重量部
・酢酸−３−メトキシブチル：８２重量部

ｃ．青色硬化性樹脂組成物の組成
・Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６：１０重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤：３重量部
・硬化性樹脂組成物：５重量部
・酢酸−３−メトキシブチル：８２重量部

（保護膜の形成）
上記のようにして着色層および柱状スペーサを形成した基板上に、硬化性樹脂組成物をスピンコーティング法により塗布、乾燥し、乾燥膜厚２μｍの塗布膜を形成した。
硬化性樹脂組成物の塗布膜から１００μｍの距離にフォトマスクを配置してプロキシミティアライナにより２．０ｋＷの超高圧水銀ランプを用いて着色層の形成領域に相当する領域のみに紫外線を１０秒間照射した。次いで、０．０５ｗｔ％水酸化カリウム水溶液（液温２３℃）中に１分間浸漬してアルカリ現像し、硬化性樹脂組成物の塗布膜の未硬化部分のみを除去した。その後、基板を２００℃の雰囲気中に３０分間放置することにより加熱処理を施して保護膜を形成した。このとき３色重ねて柱状スペーサを形成した部分の高さは３．８１μｍとなり、２色重ねて柱状スペーサを形成した部分の高さは３．７０μｍとなった。なお、各高さの柱状スペーサの個数密度については、表１に示す。

（液晶表示装置の作製）
上記のようにして得られたカラーフィルターの固定スペーサーを含む表面に、基板温度２００℃でアルゴンと酸素を放電ガスとし、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によってＩＴＯをターゲットとして透明電極膜を形成した。その後、更に透明電極膜上にポリイミドよりなる配向膜を形成した。
次いで、ＴＦＴを形成したガラス基板上にＴＮ液晶を必要量滴下し、上記カラーフィルターを重ね合わせ、ＵＶ硬化性樹脂をシール材として用い、常温で０．３ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力をかけながら４００ｍＪ／ｃｍ^２の照射量で露光することにより接合してセル組みし、本発明の液晶表示装置を作製した。

＜実施例２＞
３色重ねて形成する柱状スペーサおよび２色重ねて形成する柱状スペーサの個数密度が異なる以外は、実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。このとき、３色重ねて柱状スペーサを形成した部分の高さは３．８５μｍとなり、２色重ねて柱状スペーサを形成した部分の高さは３．６８μｍとなった。なお、各高さの柱状スペーサの個数密度については、表１に示す。

＜実施例３＞
３色重ねて形成する柱状スペーサおよび２色重ねて形成する柱状スペーサの個数密度が異なる以外は、実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。このとき、３色重ねて柱状スペーサを形成した部分の高さは３．８５μｍとなり、２色重ねて柱状スペーサを形成した部分の高さは３．６５μｍとなった。なお、各高さの柱状スペーサの個数密度については、表１に示す。

＜比較例＞
３色重ねて形成した柱状スペーサのみを形成し、高さの異なる柱状スペーサを形成しなかった以外は、実施例１と同様に液晶表示装置を形成した。この際の柱状スペーサの高さは３．９５μｍであった。なお、柱状スペーサの個数密度については、表１に示す。

＜評価＞
上記実施例１から実施例３、および比較例について下記の方法で評価を行った結果を表１に示す。実施例１および実施例２については、指押し試験および低温発泡試験のどちらについても、良好な結果を得ることができた。実施例３については、柱状スペーサの高さと個数密度との関係から、低温発泡試験の結果が実施例１および実施例２と比較するとやや劣っていたが、柱状スペーサの高さが１つである比較例より良好な結果が得られた。

（指押し試験）
上記液晶表示装置の表示面の一部を指で強く押して、押した前後での表示ムラを目視にて評価した。

（低温発泡試験）
上記液晶表示装置を−４０℃にて２０時間保存し、その後常温に戻した際の表示ムラを目視にて評価した。

本発明の液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。 本発明の液晶表示装置の一例を示す説明図である。 本発明の液晶表示装置の他の例を示す概略断面図である。 本発明の液晶表示装置の他の例を示す概略断面図である。 従来の液晶表示装置を示す概略断面図である。 従来の液晶表示装置を示す概略断面図である。

符号の説明

１…透明基板
２…着色層
３…液晶層
４…柱状スペーサ
５…着色層形成用層

Claims (6)

1. ２枚の透明基板と、少なくとも１枚の前記透明基板上に形成された着色層と、前記２枚の透明基板間に封入された液晶層と、前記２枚の透明基板間に形成され、前記２枚の透明基板間を所定の間隙に保つ柱状スペーサとを少なくとも有する液晶表示装置であって、
   前記液晶表示装置の有効表示領域内に形成された前記柱状スペーサは、前記着色層を構成する着色層形成用層が積層されたものであり、高さの異なるものであることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記高さの異なる柱状スペーサが、積層された前記着色層形成用層の層の数により高さの差を設けたものであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記高さの異なる柱状スペーサが、積層された前記着色層形成用層の最下層の上底面の面積の差によるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記透明基板上に遮光部が形成されており、前記柱状スペーサが前記遮光部上に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の液晶表示装置。
5. 前記高さの異なる柱状スペーサのうち、最も高いものと最も低いものとの高さの差が０．０２μｍ〜０．５μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の液晶表示装置。
6. 前記高さの異なる柱状スペーサは、高さの低いものほど形成された個数が多いことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の液晶表示装置。

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