JP2010008616A

JP2010008616A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2010008616A
Application number: JP2008166621A
Authority: JP
Inventors: Kenji Terada; 憲司寺田; Masato Ota; 正人太田; Kazuya Nakamura; 和也中村
Original assignee: IPS Alpha Technology Ltd
Current assignee: Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-06-25
Also published as: JP5317551B2

Abstract

【課題】インクジェット方式を用いた塗布により配向膜を作成した場合にも、配向膜の剥離が防止できる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る液晶表示装置は、複数の第１の突起１１２が形成された面を備えるとともに、該面を覆う第１の配向膜１１３が形成された第１の基板１１０と、複数の前記第１の突起１１２より低い第２の突起１２１が形成された面を備えるとともに、該面を覆う第２の配向膜１２２が形成された第２の基板１２０と、を有し、前記第１の突起１１２の頂部１１４と前記第２の突起１２１の頂部１２３が接触するように前記第１の基板１１０と前記第２の基板１２０が対向配置され、前記第１の配向膜１１３は、前記第２の配向膜１２２よりも薄い。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。

近年、引用文献１に記載されているように、液晶表示装置における配向膜を、インクジェット方式を用いた塗布により形成することが行われている。

また、引用文献２には、フォトスペーサ近傍において配向膜が剥がれるのを防止するため、レベリングによりフォトスペーサ頂部の配向膜の膜厚を薄くすることが記載されている。
特開２００４−１２６４２４号公報特開２０００−２６７１１４号公報

インクジェット方式を用いた塗布では、安定して液滴を吐出するため、使用する溶液の粘度をある程度低くしなければならない。そのためには、使用する溶液に占める溶媒の割合を多くし、固形分濃度を低くすることになる。そうすると、溶液の乾燥後に所定の膜厚を得るために必要となる単位面積当たりの溶液の塗布量は増大する。

図６は、液晶表示装置のカラーフィルタ基板にインクジェット方式を用いて配向膜を形成する過程を示す模式図である。同図（ａ）は塗布直後を、（ｂ）は乾燥途中を、（ｃ）は乾燥後を表している。

同図（ａ）において、カラーフィルタ基板６１０上には、カラーフィルタ層６１１、フォトスペーサ６１２が形成されている。なお、ここでは説明を簡明なものとするため必要な構成のみを示しているが、カラーフィルタ基板６１０には、他にブラックマトリクス、透明電極やオーバーコート層などが形成されていてよい。ここで符号６１３は、インクジェット技術により塗布された配向膜溶液である。インクジェット方式では、液滴として吐出された配向膜溶液６１３がカラーフィルタ基板６１０表面に着弾し、隣り合う液滴同士がつながって液膜が形成されるため、液膜の表面は図示するように波打っている。そして、前述したように配向膜溶液６１３の塗布量が多いため、フォトスペーサ６１２は配向膜溶液６１３に埋没している。

この状態で配向膜溶液６１３を乾燥させていくと、同図（ｂ）に示すように、フォトスペーサ６１２の頂部６１４にも配向膜溶液６１３が残存する。なお、このとき、配向膜溶液６１３の当初の液膜の表面が波打っていることや、表面張力などに起因して、液膜の厚い部分６１３ａや薄い部分６１３ｂができる。

最終的に乾燥が終了すると、同図（ｃ）に示すように配向膜６１５が得られる。フォトスペーサ６１２の頂部６１４には、厚い部分６１５ａや薄い部分６１５ｂが形成されるなどばらつきが生じるが、いずれにせよ、配向膜６１５がある程度の厚さで形成されることになる。

図７は、かかるカラーフィルタ基板６１０を使用した従来の液晶表示装置６００の模式図である。液晶表示装置６００は、カラーフィルタ基板６１０とＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板６２０とで液晶６３０を挟み込んだ構造をしている。偏光板や各種光学フィルム、バックライトや、ＴＦＴ基板６２０上に形成された回路素子等の付属物は説明を簡明なものとするため、図示を省略している。ＴＦＴ基板６２０には、フォトスペーサ６１２に対応して台座６２１が設けられ、カラーフィルタ基板６１０同様に配向膜６２２が形成されている。台座６２１の高さは、フォトスペーサ６１２の高さより低い。

ここで、液晶表示装置に曲げや振動などの外力が作用すると、フォトスペーサ６１２に曲がりが生じたり、フォトスペーサ６１２の頂部６１４と台座６２１の頂部６２３とが擦れ合ったりすることにより、図中Ｘで示すように配向膜６１５が剥離し、液晶６３０中に遊離してしまうことが生じ得る。このようになると、液晶６３０の配向が乱れ、画質低下を引き起こすことになる。

本発明はかかる観点に鑑みてなされたものであって、その目的は、インクジェット方式を用いた塗布により配向膜を作成した場合にも、配向膜の剥離が防止できる液晶表示装置を提供することである。

本出願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

（１）複数の第１の突起が形成された面を備えるとともに、該面を覆う第１の配向膜が形成された第１の基板と、複数の前記第１の突起より低い第２の突起が形成された面を備えるとともに、該面を覆う第２の配向膜が形成された第２の基板と、を有し、前記第１の突起の頂部と前記第２の突起の頂部が接触するように前記第１の基板と前記第２の基板が対向配置され、前記第１の配向膜は、前記第２の配向膜よりも薄い、ことを特徴とする液晶表示装置。

（２）（１）において、前記第１の配向膜の厚さは、前記第１の突起の高さの３％以下であることを特徴とする液晶表示装置。

（３）（１）において、前記第１の突起の頂部の面積は、前記第２の突起の頂部の面積よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。

（４）（１）において、少なくとも１つの前記第１の突起の頂部に形成された前記第１の配向膜の厚さは、少なくとも１つの他の前記第１の突起の頂部に形成された前記第１の配向膜の厚さと異なっていることを特徴とする液晶表示装置。

（５）（４）において、前記第１の配向膜は、インクジェット方式による塗布を用いて形成されたことを特徴とする液晶表示装置。

以上の本出願において開示される発明によれば、インクジェット方式を用いた塗布により配向膜を作成した場合にも、配向膜の剥離が防止できる液晶表示装置を提供することができる。

図１は、本発明に係る第１の実施形態に係る液晶表示装置１００を示す模式図である。

液晶表示装置１００は、第１の基板であるカラーフィルタ基板１１０と、第２の基板であるＴＦＴ基板１２０により、液晶１３０を挟み込んだ構造をしている。カラーフィルタ基板１１０の一方の面には、カラーフィルタ層１１１と複数の第１の突起であるフォトスペーサ１１２が形成されているとともに、当該面を覆うように第１の配向膜１１３が形成されている。ＴＦＴ基板１２０の一方の面には、複数の第２の突起である台座１２１が形成されているとともに、当該面を覆うように第２の配向膜１２２が形成されている。フォトスペーサ１１２と台座１２１は向かい合うように配置されており、フォトスペーサ１１２の頂部１１４と台座１２１の頂部１２３が接触することでカラーフィルタ基板１１０とＴＦＴ基板１２０の間の隙間の幅、すなわち、セルギャップを規定している。

なお、ここでも説明を簡明なものとするため、偏光板をはじめとする各種付属物の図示及び説明は省略する。また、本実施形態に係る液晶表示装置１００は、ＩＰＳ（ＩｎＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式、ＶＡ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式やＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）方式など、公知の任意の駆動方式をもちいるものであってよい。

図示するように、フォトスペーサ１１２の高さＴ１は、台座１２１の高さＴ２より高い。また、カラーフィルタ基板１１０表面における第１の配向膜１１３の厚さｔ１は、ＴＦＴ基板１２０表面における第２の配向膜１２２の厚さｔ２より薄い。そして、フォトスペーサ１１２の頂部１１４においては、第１の配向膜１１３はほとんど形成されていないか、あっても極めて薄いものとなっている。一方、台座１２１の頂部１２３上には第２の配向膜１２２がある程度の厚みをもって形成されている。そして、フォトスペーサ１１２の頂部１１４の面積は、台座１２１の頂部１２３の面積より小さい。

第１の配向膜１１３は後述するように、インクジェット方式を用いた塗布を用いて形成される。第２の配向膜１２２については、その形成方法を必ずしも限定するものではないが、第１の配向膜同様にインクジェット方式を用いた塗布により形成することができる。

このような構成にすると、前述したような配向膜の剥離をほぼ防止することができる。その理由は必ずしも明らかではないものの、おおむね次のようなものであると考えられるので、以下説明する。

図２は、液晶表示装置１００に外力が作用した際の様子の模式図である。図示するように、液晶表示装置１００に外力が作用すると、カラーフィルタ基板１１０とＴＦＴ基板１２０の位置がわずかにずれる。そうすると、フォトスペーサ１１２は細長い形状をしているため曲げ剛性が低く、図示するように変形すると考えられる。一方、台座１２１は高さが低いためほとんど変形しない。このとき、第１の配向膜１１３に作用する力は、フォトスペーサ１１２の側面１１５における曲げＭと、フォトスペーサ１１２の頂部１１４における擦れＦになる。また、第２の配向膜１２２に作用する力は、台座１２１の頂部１２３における擦れＦのみである。

ここで、前述したように、フォトスペーサ１１２の頂部１１４においては第１の配向膜１１３は形成されていないか、あっても極めて薄いため、擦れＦによっては剥離しない。また、フォトスペーサ１１２の側面１１５における第１の配向膜１１２も薄く、曲げＭが最も強く作用する頂部１１４付近の第１の配向膜１１２は特に薄いため柔軟であり、したがって曲げＭによって破断し剥離しないものと考えられる。

一方、第２の配向膜１２３は、台座１２１の頂部１２３において擦れＦの作用を受けるが、この時、フォトスペーサ１１２の頂部の面積の方が台座１２１の頂部１２３の面積より小さいため、フォトスペーサ１１２の角部１１６が第２の配向膜１２３と擦れ合うことになる。この作用に耐えるためには、台座１２１の頂部１２３における第２の配向膜１２３の強度が高くなければならない。そのため、第２の配向膜１２３は、第１の配向膜１１３とは逆に、厚い方が剥離しにくいと考えられる。

次に、本実施形態における第１の配向膜１１３の形成方法を図３を参照して説明する。

第１の配向膜１１３は、次のステップ、
（１）カラーフィルタ層１１１と複数のフォトスペーサ１１２が形成されたカラーフィルタ基板１１０上に、インクジェット方式を用いた塗布により、配向膜溶液１１７を塗布するステップ
を行った後、
（２）配向膜溶液１１７を乾燥させるステップ
を実行することにより得られる。
図３（ａ）は、ステップ（１）の直後の様子である。ここで、破線１１８は、配向膜溶液１１７の平均深さｄ１を示している。このとき、配向膜溶液１１７は、その平均深さｄ１が、フォトスペーサ１１２の高さＴ１以下となるような塗布量で塗布されている。このようにすれば、フォトスペーサ１１２の頂部１１４が、図示するように、配向膜溶液１１７の液面より露出する。なぜならば、インクジェット方式による塗布を行うと、液滴はフォトスペーサ１１２の頂部１１４にも着弾するが、配向膜溶液１１７の表面張力により、フォトスペーサ１１２の頂部１１４の配向膜溶液１１７は、フォトスペーサ１１２間に引き込まれるからである。結果として、フォトスペーサ１１２の頂部１１４には、配向膜溶液１１７が残存しないか、残存しても極めてわずかな量にとどまる。

同図（ｂ）は、ステップ（２）の直後の様子である。図示するように、第１の配向膜１１３は、カラーフィルタ基板１１０表面において厚さｔ１を有し、フォトスペーサ１１２の頂部１１４においては、第１の配向膜１１３が形成されていないか、あっても極めて薄いものとなる。また、フォトスペーサ１１２の頂部１１４において形成されている第１の配向膜１１３は、配向膜溶液１１７の当初の液膜の表面が波打っていることや、表面張力などに起因して、偶然による一致を除きその厚さはフォトスペーサ１１２ごとに異なっている。換言すれば、インクジェット方式による塗布を行ったために、結果的に、少なくとも１つのフォトスペーサ１１２の頂部１１４に形成された第１の配向膜１１３の厚さは、少なくとも１つの他のフォトスペーサ１１２の頂部１１４に形成された第１の配向膜１１３の厚さと異なっていることになる。

ここで、厚さｔ１は、カラーフィルタ基板１１０に占めるフォトスペーサ１１２の割合や配向膜溶液１１７のフォトスペーサ１１２への付着量、乾燥後の第１の配向膜１１３の収縮量、配向膜溶液１１７の構成物質の比重などにより多少の変動はあるものの、これらの影響は小さく、おおむね、平均深さｄ１に配向膜溶液１１７の固形分濃度Ｗ重量％を乗じたものに等しくなる。すなわち、
ｔ１≒ｄ１×Ｗ×１／１００・・・（式１）
となる。そして、
ｄ１≦Ｔ１・・・・・・・・・・・（式２）
であるから、
ｔ１≦Ｔ１×Ｗ×１／１００・・・（式３）
となる。

一方、インクジェット方式による塗布を行うためには、使用する溶液の粘度は、実用上、おおむね１０ｍＰａ・ｓ以下でなければならない。しかしながら、配向膜溶液にあっては、固形分濃度が３重量％を超えると、その粘度を１０ｍＰａ・ｓ以下とすることが難しい。そのため、（式３）を考慮すると、第１の配向膜１１３の厚さｔ１は、フォトスペーサ１１２の高さＴ１の３％以下とすることが好ましいことになる。より好ましくは２％以下、さらに好ましくは１％以下とするとよい。

図４は、第２の配向膜１２２の形成方法を説明する図である。

第２の配向膜１２２の形成には、ロールコート、カーテンコート等の公知の塗付方式を用いてもよいが、ここでは、プロセスの簡略化のため、第１の配向膜１１３同様インクジェット方式による塗布を用いるものとする。すなわち、次のステップ
（３）回路素子及び複数の台座１２１が形成されたＴＦＴ基板１２０上に、インクジェット方式を用いた塗布により、配向膜溶液１１７を塗布するステップ
（４）配向膜溶液１１７を乾燥させるステップ
を実行する。

ステップ（３）の直後の様子である同図（ａ）に示すように、この場合においては、配向膜溶液１１７の平均深さｄ２は台座１２１の高さＴ２より大きいため、台座１２１は配向膜溶液１１７に埋没している。

この状態でステップ（４）により配向膜溶液１１７を乾燥させ、第２の配向膜１２２を得た状態が同図（ｂ）である。この場合には、台座１２１の頂部１２３にも、所定の厚さの第２の配向膜１２２が形成されている。このとき、台座１２１の頂部１２３における第２の配向膜の強度を十分確保するためには、第２の配向膜１２２全体を厚くしておかなければならない。そのため、結果的に、第１の配向膜１１３の厚さｔ１よりも第２の配向膜１２２の厚さｔ２の方が厚いことになる。

なお、図２で説明したように、台座１２１の頂部１２３における擦れＦにより第２の配向膜１２２が剥離するのであるから、原理的には、フォトスペーサ１１２の頂部１１４における第１の配向膜１１３同様に、台座１２１の頂部１２３における第２の配向膜１２２をほとんど形成しないか、極めて薄くすることによっても第２の配向膜１２２の剥離を防止できると考えられる。しかしながら、図１に示すように、台座１２１の高さＴ２は低いため、台座１２１の頂部１２３が露出する程度に極めて薄く配向膜溶液１１７をＴＦＴ基板１２０上に塗布することは困難である。なぜなら、インクジェット方式においては、吐出される液滴の最小径が決まっているため、ある程度以上に薄く塗布を行うことはできないからである。その他の塗布方式においても、一般に薄く塗布することは難しい。そのため、本実施形態においては、第２の配向膜１２２には曲げＭがほとんど作用しないことに着目し、第１の配向膜１１３とは逆に厚くすることによりその強度向上を図っているのである。

図５は、本発明に係る第２の実施形態に係る液晶表示装置２００を示す模式図である。

本実施形態は、フォトスペーサ２２１がＴＦＴ基板２２０に、台座２１２がカラーフィルタ基板２１０に形成されている点で第１の実施形態と相違している。詳述すると、カラーフィルタ基板２１０の一方の面にはカラーフィルタ層２１１、台座２１２が形成され、当該面を覆うように第２の配向膜２１３が形成されている。ＴＦＴ基板２２０の一方の面には、フォトスペーサ２２１が形成され、当該面を覆うように第１の配向膜２２２が形成されている。フォトスペーサ２２１と台座２１２は向かい合うように配置され、カラーフィルタ基板２１０とＴＦＴ基板２２０により液晶２３０が挟み込まれている。そして、フォトスペーサ２２１の高さは台座２１２の高さより高い。すなわち、本実施形態では、ＴＦＴ基板２２０が第１の基板、フォトスペーサ２２１が第１の突起、カラーフィルタ基板２１０が第２の基板、台座２１２が第２の突起に相当する。そして、第１の配向膜２２２はインクジェット方式による塗布を用いて形成される。第１の配向膜２２２、第２の配向膜２１３、フォトスペーサ２２１及び台座２１２の寸法は、第１の実施例と同様の関係にある。

このようにしても、第１の実施形態同様に配向膜の剥離を防止することができる。

第１の実施形態において説明した液晶表示装置を、
Ｔ１＝３０００ｎｍ
Ｔ２＝８００ｎｍ
ｔ１＝２６ｎｍ
ｔ２＝７５ｎｍ
として作成した。なお、使用した配向膜溶液の組成は次のとおりである。
固形分：ポリイミド・・・２．５重量％
溶媒：ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）・・・７０．５重量％
エチレングリコールモノブチルエーテル（ブチルセロソルブ）・・・２７重量％
粘度：９±１ｍＰａ・ｓ
また、塗布時の配向膜溶液の平均深さは、
第１の配向膜：１０４０ｎｍ
第２の配向膜：３０００ｎｍ
である。

このようにして製作した液晶表示装置を検査したところ、配向膜の剥離は見られず、高画質の液晶表示装置が得られた。

以上説明した発明によれば、インクジェット方式を用いた塗布により配向膜を作成した場合にも、配向膜の剥離が防止できる液晶表示装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る液晶表示装置を示す模式図である。液晶表示装置に外力が作用した際の様子の模式図である。第１の配向膜の形成方法を示す模式図である。第２の配向膜の形成方法を示す模式図である。第２の実施形態に係る液晶表示装置を示す模式図である。液晶表示装置のカラーフィルタ基板にインクジェット方式を用いて配向膜を形成する過程を示す模式図である。従来の液晶表示装置の模式図である。

符号の説明

１００，２００，６００液晶表示装置、１１０，２１０，６１０カラーフィルタ基板、１１１，２１１，６１１カラーフィルタ層、１１２，２２１，６１２フォトスペーサ、１１３，２２２，６１５第１の配向膜、１１４，６１４頂部、１１５側面、１１６角部、１１７，６１３配向膜溶液、１１８配向膜溶液の平均深さ、１２０，２２０，６２０ＴＦＴ基板、１２１，２１２，６２１台座、１２２，２１３，６２２第２の配向膜、１２３、６２３頂部、１２４配向膜溶液の平均深さ、１３０，２３０，６３０液晶、６１３ａ厚い部分、６１３ｂ薄い部分、６１５ａ厚い部分、６１５ｂ薄い部分。

Claims

複数の第１の突起が形成された面を備えるとともに、該面を覆う第１の配向膜が形成された第１の基板と、
複数の前記第１の突起より低い第２の突起が形成された面を備えるとともに、該面を覆う第２の配向膜が形成された第２の基板と、
を有し、
前記第１の突起の頂部と前記第２の突起の頂部が接触するように前記第１の基板と前記第２の基板が対向配置され、
前記第１の配向膜は、前記第２の配向膜よりも薄い、
ことを特徴とする液晶表示装置。
前記第１の配向膜の厚さは、前記第１の突起の高さの３％以下であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記第１の突起の頂部の面積は、前記第２の突起の頂部の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
少なくとも１つの前記第１の突起の頂部に形成された前記第１の配向膜の厚さは、少なくとも１つの他の前記第１の突起の頂部に形成された前記第１の配向膜の厚さと異なっていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記第１の配向膜は、インクジェット方式による塗布を用いて形成されたことを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。