JP2010008616A - Liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display device.
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。 In recent years, as described in Cited Document 1, an alignment film in a liquid crystal display device is formed by coating using an inkjet method.
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。
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。 In the application using the ink jet method, in order to stably discharge droplets, the viscosity of the solution to be used must be lowered to some extent. For this purpose, the ratio of the solvent in the solution to be used is increased, and the solid content concentration is lowered. If it does so, the application quantity of the solution per unit area required in order to obtain a predetermined film thickness after drying of a solution will increase.
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。 FIG. 6 is a schematic diagram showing a process of forming an alignment film on the color filter substrate of the liquid crystal display device using an ink jet method. FIG. 4A shows a state immediately after coating, FIG. 5B shows a state during drying, and FIG.
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。
In FIG. 5A, a
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。
When the
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。
When drying is finally completed, an
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(Thin Film Transistor)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。
FIG. 7 is a schematic diagram of a conventional liquid
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。
Here, when an external force such as bending or vibration acts on the liquid crystal display device, the
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。 The present invention has been made in view of such a viewpoint, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device capable of preventing the peeling of the alignment film even when the alignment film is formed by coating using an inkjet method. is there.
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。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
(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。 (1) A first substrate having a surface on which a plurality of first protrusions are formed and having a first alignment film covering the surface, and a second protrusion lower than the plurality of first protrusions And a second substrate on which a second alignment film covering the surface is formed, and the top of the first protrusion and the top of the second protrusion are in contact with each other As described above, the first substrate and the second substrate are arranged to face each other, and the first alignment film is thinner than the second alignment film.
(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。 (2) In the liquid crystal display device according to (1), the thickness of the first alignment film is 3% or less of the height of the first protrusion.
(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。 (3) In the liquid crystal display device according to (1), the area of the top of the first protrusion is smaller than the area of the top of the second protrusion.
(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。 (4) In (1), the thickness of the first alignment film formed on the top of at least one of the first protrusions is the thickness of the first alignment film formed on the top of at least one other first protrusion. A liquid crystal display device having a thickness different from that of the first alignment film.
(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。 (5) The liquid crystal display device according to (4), wherein the first alignment film is formed by using an inkjet method.
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。 According to the invention disclosed in the present application, it is possible to provide a liquid crystal display device that can prevent peeling of the alignment film even when the alignment film is formed by coating using an inkjet method.
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。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a liquid
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。
The liquid
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(In Plane Switching)方式、VA(Vertical Alignment)方式やTN(Twisted Nematic)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。
In addition, in order to make description simple here, illustration and description of various accessories including a polarizing plate are abbreviate | omitted. In addition, the liquid
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。
As illustrated, the height T1 of the
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。
As will be described later, the
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。 With such a configuration, the peeling of the alignment film as described above can be substantially prevented. Although the reason for this is not necessarily clear, it is considered as follows.
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。
FIG. 2 is a schematic diagram of a state when an external force is applied to the liquid
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。
Here, as described above, the
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。
On the other hand, the
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。
Next, a method of forming the
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。
The
(1) After performing the step of applying the
(2) It is obtained by executing the step of drying the
FIG. 3A shows a state immediately after step (1). Here, the
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。
FIG. 5B shows a state immediately after step (2). As illustrated, the
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。
Here, the thickness t1 is the ratio of the
t1≈d1 × W × 1/100 (Expression 1)
It becomes. And
d1 ≦ T1 (Equation 2)
Because
t1 ≦ T1 × W × 1/100 (Equation 3)
It becomes.
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。
On the other hand, in order to perform application by an ink jet method, the viscosity of the solution to be used must be about 10 mPa · s or less in practice. However, in the alignment film solution, when the solid content concentration exceeds 3% by weight, it is difficult to set the viscosity to 10 mPa · s or less. Therefore, considering (Equation 3), it is preferable that the thickness t1 of the
図4は、第2の配向膜122の形成方法を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a method for forming the
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。
For the formation of the
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。
In this case, since the average depth d2 of the
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。
In this state, the
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。
As described with reference to FIG. 2, the
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。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a liquid
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。
The present embodiment is different from the first embodiment in that the
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。 Even if it does in this way, peeling of the alignment film can be prevented like the first embodiment.
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。
The liquid crystal display device described in the first embodiment is
T1 = 3000nm
T2 = 800nm
t1 = 26nm
t2 = 75nm
Created as. The composition of the alignment film solution used is as follows.
Solid content: Polyimide ... 2.5% by weight
Solvent: n-methyl-2-pyrrolidone (NMP) 70.5% by weight
Ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve) 27% by weight
Viscosity: 9 ± 1 mPa · s
Moreover, the average depth of the alignment film solution at the time of application is
First alignment film: 1040 nm
Second alignment film: 3000 nm
It is.
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。 When the thus manufactured liquid crystal display device was inspected, the alignment film was not peeled off, and a high-quality liquid crystal display device was obtained.
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。 According to the invention described above, it is possible to provide a liquid crystal display device that can prevent peeling of the alignment film even when the alignment film is formed by coating using an inkjet method.
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、120,220,620 TFT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。
100, 200, 600 Liquid crystal display device, 110, 210, 610 Color filter substrate, 111, 211, 611 Color filter layer, 112, 221, 612 Photo spacer, 113, 222, 615 First alignment film, 114, 614
Claims (5)
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。 A first substrate having a surface on which a plurality of first protrusions are formed and having a first alignment film covering the surface;
A second substrate having a surface on which a second protrusion lower than the plurality of first protrusions is formed, and a second alignment film covering the surface;
Have
The first substrate and the second substrate are arranged to face each other so that the top of the first projection and the top of the second projection are in contact with each other.
The first alignment film is thinner than the second alignment film,
A liquid crystal display device characterized by the above.
The liquid crystal display device according to claim 4, wherein the first alignment film is formed by using an inkjet method.
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