JP4043482B2 - 液晶表示装置および液晶表示装置に用いられる基板、並びにこれらの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、柱状スペーサを有する液晶表示装置およびそれに用いられる基板、ならびにこれらの製造方法に関する。

液晶表示装置は用途の拡大とともに、高性能化が進んでいる。特に、広視野角特性を有するＭＶＡやＩＰＳなどの表示モードが開発され、更なる改良が進んでいる。

液晶表示装置の表示品位の向上のためには、どの表示モードを採用する場合にも、液晶層の厚さ（「セルギャップ」または「セル厚」ということもある）を精密に制御することが必要である。特に、近年利用が進んでいる大型の液晶表示装置においては、大面積に亘りセルギャップを均一に制御する必要がある。

セルギャップは、液晶層を間に介して互いに対向する一対の基板に配置されるスペーサによって制御されている。従来はスペーサとしてファイバー状や粒状のスペーサ（例えばプラスチックビーズ）を用い、基板上に散布することによって配置されていた。プラスチックビーズを散布する方式では、スペーサが配置される位置を制御できないため、画素内の液晶分子の配向を乱す原因となることがあった。画素内の液晶分子の配向が乱れると、表示の「ざらつき」として視認されることがある。また、基板の下地の凹凸の影響でセルギャップにばらつきが生じ、表示むらを生じることもあった。

そこで、近年では、感光性材料を用いたフォトリソグラフィプロセスで基板に柱状のスペーサを形成する方法が採用されるようになっている。このようにして形成されるスペーサは、「柱状スペーサ」、「ドット状スペーサ」あるいは「フォトスペーサ」と呼ばれることがある。

図６（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、柱状スペーサの一般的な製造方法を説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、基板６１上に、例えばスピンコート法で感光性樹脂を塗布することによって感光性樹脂層６３を形成する。感光性樹脂としては、例えばアクリル樹脂などの光硬化性樹脂（ネガ型フォトレジスト）が用いられる。硬化のための光としては、紫外線（ＵＶ）が用いられることが多い。

次に、図６（ｂ）に示すように、所定の位置に開口部（透光部）６５ａを有するフォトマスク６５を介して、感光性樹脂層６３を露光する。

この後、露光された感光性樹脂層６３を現像し、光が照射されなかった領域の未硬化の感光性樹脂を除去することによって、図６（ｃ）に示すように、所定の位置に配置された柱状スペーサ６７が得られる。なお、必要に応じて、２００℃〜２５０℃程度の温度でポストベークされる。

スペーサは、位置だけでなく、配置密度も表示品位に影響することが知られている。例えば、柱状スペーサの配置密度が高すぎると、液晶材料の熱収縮・膨張による液晶層の厚さの変化に柱状スペーサが追随しないことにより特に低温において「低温気泡」が発生する。また、図７に模式的に示すように、液晶表示装置（液晶パネル）を立てかけた状態のときに重力により液晶材料が下部に偏在することによってギャップにばらつきが生じ、輝度むらが発生する現象（以下「下膨れ」という。）などの不具合が発生する。逆に、柱状スペーサの配置密度が小さ過ぎると強度が不足し、押圧によりセルギャップむら（「押圧むら」）が発生するという不具合が起こる。従って、柱状スペーサを適当な密度で配する必要がある。

そこで、例えば特許文献１には、柱状スペーサの断面積を１ｍｍ²当り０．０００１〜０．００２ｍｍ²とすることにより、上記不具合の発生を防止できると記載されている。また、特許文献２および特許文献３には、上記不具合の発生を防止するために、柱状スペーサの面積比率を０．０５％〜１．５％に設定することを開示している。

また、特許文献４には、柱状スペーサの面積比率（占有率）を０．０５％〜０．８６％に設定し、且つ、柱状スペーサの硬さ値（ＤＨ＝Ｋ＋Ｐｍａｘ／ｈｍａｘ²、Ｋ：定数、Ｐｍａｘ：最大荷重、ｈｍａｘ：最大変位量）を所定の範囲に設定することによって、良好な液晶表示装置が得られると記載されている。
特開平９−７３０８８号公報 特開平１１−２７１８号公報 特開２００１−１１７１０３号公報 特開２０００−３２１５８０号公報

しかしながら、本発明者の検討によると、上記特許文献は、いずれも十分な条件を規定しておらず、それぞれに記載の数値範囲を満足する液晶表示装置を作製しても、上記の不具合（特に「下膨れ」）の発生を十分に抑制することができないことが分かった。たとえば、後述する実験例の結果を示す表２において、柱面積比Ｐが０．００１０５であり、特許文献１および２に記載されている条件を満足する試料Ｎｏ．１３について、柱状スペーサを構成する材料としてバネ定数が２．４０ｍＮ／μｍ³の材料（Ｅ）を用いた試料Ｎｏ．２３では、「下膨れ」が「×」となる。

特に、液晶表示装置の構成が複雑で、樹脂層（例えば、カラーフィルタ層）を含む構造上に柱状スペーサを作製すると、柱状スペーサの配置密度を所定の数値範囲としても、柱状スペーサと直接または間接に接触する樹脂層の物性（バネ定数）によっては、良好な表示装置を得ることができない。従って、良好な表示装置を得るための柱状スペーサの構成や配置密度を決定するためには、多大な試行錯誤を繰り返す必要があった。また、試行錯誤を回避するためには、例えば、柱状スペーサを樹脂層の無い領域に配置するなど、利用できる構成が限られるという不都合が発生する。また、表示領域とその外側の周辺領域における柱状スペーサの設計方法もこれまであいまいであり、周辺領域に配置される柱状スペーサ設計が適切でないために、周辺領域のセルギャップが不均一となり、輝度むらが発生することがあった。

本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、「低温気泡」、「下膨れ」や「押圧むら」の発生が抑制され、セルギャップむらに起因する輝度むらの少ない表示品位の高い液晶表示装置を得るための柱状スペーサの構成や配置密度を従来よりも簡便に好適化する方法を提供することにある。

本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に設けられた複数の柱状スペーサ構造体を表示領域内に有する液晶表示装置であって、前記複数の柱状スペーサ構造体のそれぞれは、少なくとも１つの樹脂層を有し、１本の柱状スペーサ構造体のバネ定数をｋ（ｍＮ／μｍ）、表示領域の面積をＳ、表示領域内の柱状スペーサ構造体の数をｎとし、ｋ×ｎ／Ｓで与えられる表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔが０．００００８ｍＮ／μｍ³以上０．００２３７ｍＮ／μｍ³以下の範囲内にあることを特徴とする。

前記表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔは０．０００１８ｍＮ／μｍ³以上であることが好ましい。

前記表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔが０．０００５ｍＮ／μｍ³以下である
ことが好ましい。

ある実施形態において、前記複数の柱状スペーサ構造体は複数の樹脂層を含む。

ある実施形態において、前記複数の樹脂層は少なくとも１つの着色樹脂層を含む。前記少なくとも１つの着色樹脂層は、例えば、３色の異なる着色樹脂層を含む。

ある実施形態において、前記複数の樹脂層は、前記少なくとも１つの着色層上に形成された樹脂層を含む。前記少なくとも１つの着色層上に形成された前記樹脂層は透明樹脂層であってもよい。

ある実施形態において、前記複数の柱状スペーサ構造体は、前記少なくとも１つの着色層上に形成された前記樹脂層と前記少なくとも１つの着色層との間に形成された透明導電層をさらに含む。

ある実施形態において、前記液晶表示装置はブラックマトリクスを更に有し、前記複数の柱状スペーサ構造体は前記ブラックマトリクス上に形成されている。

ある実施形態において、前記表示領域の周辺領域に、複数の更なる柱状スペーサ構造体を有し、周辺領域の面積をＳ’、周辺領域内の更なる柱状スペーサ構造体の数をｎ’とし、ｋ×ｎ’／Ｓ’で与えられる周辺領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔ’は、０．５×Ｋｐｔ≦Ｋｐｔ’＜Ｋｐｔの関係を満足する。

ある実施形態において、前記表示領域の周辺領域に、複数の更なる柱状スペーサ構造体を有し、前記複数の柱状スペーサ構造体は複数の樹脂層を含み、前記複数の更なる柱状スペーサ構造体は、前記複数の柱状スペーサ構造体に含まれる前記複数の樹脂層の内の少なくとも１つの層を含まない。

ある実施形態において、前記液晶層は垂直配向型の液晶層であって、前記表示領域におけるセルギャップに対して前記周辺領域におけるセルギャップは−０．３μｍから＋０．１μｍの範囲内にある。

ある実施形態において、前記一対の基板を互いに接着するシールを前記表示領域の周辺領域に更に有し、前記シールがスペーサを含有する。

ある実施形態において、前記一対の基板を互いに接着するシールを前記表示領域の周辺領域に更に有し、前記シールがスペーサを含有しない。

ある実施形態において、前記表示領域の周辺領域の幅が６ｍｍ以上の領域を含む。

本発明の基板は、上記のいずれかの液晶表示装置に用いられる基板であって、前記複数の柱状スペーサ構造体を有することを特徴とする。

本発明の液晶表示装置用基板の製造方法は、サンプル基板を用意する工程と、少なくとも１層の樹脂層を有する柱状スペーサ構造体サンプルを前記サンプル基板上に形成する工程と、前記柱状スペーサ構造体サンプルのバネ定数ｋ₀（ｍＮ／μｍ）および最小部断面積Ｓｐｓ₀を求め、前記柱状スペーサ構造体サンプルの単位面積当りのバネ定数Ｋｐｓ（＝ｋ₀／Ｓｐｓ₀）を算出する工程と、液晶表示装置の表示領域の面積をＳ、形成すべき柱状スペーサ構造体の最小部断面積をＳｐｓ、表示領域内の柱状スペーサ構造体の数をｎとし、Ｋｐｓ×（Ｓｐｓ×ｎ／Ｓ）で与えられる表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔが０．００００８ｍＮ／μｍ³以上０．００２３７ｍＮ／μｍ³以下の範囲内になるように、柱状スペーサ構造体の本数ｎおよび／または最小部断面積Ｓｐｓを設定する工程とを包含する。

ある実施形態において、液晶表示装置用の基板を用意する工程と、前記基板上に前記複数の柱状スペーサ構造体を形成する工程であって、前記柱状スペーサ構造体サンプルと同じ材料を用いて、それぞれが前記設定された最小部断面積Ｓｐｓを有するｎ本の柱状スペーサ構造体を形成する工程とを包含する。

本発明によると、柱状スペーサの構成や配置密度を従来よりも簡便に好適化できるので、「低温気泡」、「下膨れ」や「押圧むら」の発生が抑制され、輝度むらが低減された表示品位の高い液晶表示装置およびそれに用いられる基板を従来よりも効率良く製造することができる。

特に、柱状スペーサの下地層に樹脂層を有する構成や、あるいは柱状スペーサを設けた基板に対向する基板が樹脂層を有する構成において、従来のように多大な試行錯誤を繰り返すことなく、好適な柱状スペーサの構成や配置密度を決定することができる。したがって、液晶表示装置の開発期間の短縮や液晶表示装置の製造コストの低減などの効果が得られる。

以下に図面を参照しながら、本発明による実施形態の液晶表示装置およびその製造方法を説明する。なお、本発明による実施形態の液晶表示装置の製造方法の主な特徴は、柱状スペーサの構成および配置密度の好適化にあるので、まず、柱状スペーサの構成および配置密度について説明する。

本発明者は、後述するように、種々の材料を用いて、好適な柱状スペーサの構成および配置密度を検討した結果、「低温気泡」、「下膨れ」や「押圧むら」の発生を抑制するためには、液晶表示装置（液晶パネル）が好適な変形特性を備えることが必要であり、液晶表示パネルの変形特性は、個々の柱状スペーサの変形特性と柱状スペーサの配置密度とによって主に支配されていることを見出した。従って、上述した特許文献１から３に記載されているように、柱状スペーサの配置密度を好適化するだけでは、好適な液晶表示パネルが得られるとは限らない。また、特許文献４に記載されているように、柱状スペーサの配置密度と硬度とを独立に好適な範囲に設定しても、好適な液晶表示装置が得られるとは限らない。

そこで、本発明者は、好適な液晶表示パネルの変形特性を液晶表示パネル（主に表示領域）の単位面積当たりのバネ定数（「Ｋｐｔ」という）で表現し、さらに、液晶表示パネルの単位面積当たりのバネ定数Ｋｐｔを個々の柱状スペーサのバネ定数ｋと柱状スペーサの配置密度（柱面積比Ｐ）との関数として表現することを考えた。また、個々の柱状スペーサのバネ定数ｋとして考慮すべき特性は、感光性樹脂を用いて形成した柱状スペーサ自身の特性だけで不充分であり、その下地の樹脂層や対向する基板上に存在する樹脂層をも考慮すべきであるので、これらを含めて、「柱状スペーサ構造体」と呼ぶことにする。

すなわち、「柱状スペーサ構造体」とは、液晶層を介して互いに対向する一対の基板間に存在する構造体であり、感光性樹脂を用いて形成した柱状スペーサだけでなく、その下地に設けられた樹脂層、あるいは、対向する基板側に設けられた樹脂層を含む。なお、ガラス基板上には、ゲート配線やゲート絶縁膜（無機酸化膜）などが形成されているが、これらのバネ定数は非常に大きく（基板と同程度であり）、且つ、薄いので、表示パネルの変形に対する寄与は非常に小さいので無視する。従って、ここでは、互いに対向する一対の基板間に存在する構造体のうちで、感光性樹脂で形成された柱状スペーサと、樹脂で形成された層（例えば、カラーフィルタ層、ブラックマトリクス層および画素電極の下層に設けられる樹脂層間絶縁層）とを含む構造体であり、これらの間に無機層（例えばＩＴＯ層からなる画素電極）を有する場合はその無機層を含む構造体を「柱状スペーサ構造体」と呼ぶ。

図１（ａ）〜（ｆ）を参照しながら、本発明による実施形態の液晶表示装置が有する柱状スペーサ構造体の構成の例を説明する。

図１（ａ）に示す液晶表示装置は、例えばガラスからなる基板１と基板２との間に感光性樹脂で形成された柱状スペーサ１２を有しており、柱状スペーサ１２で規定される空隙に液晶層３２が設けられている。柱状スペーサ１２は、例えば、基板１上に順テーパ形状に形成されている。柱状スペーサ１２と基板１との間、柱状スペーサ１２と基板２との間には、パネルの変形に影響を及ぼすようなバネ定数の小さな層は存在せず、柱状スペーサ１２だけがパネルの変形に寄与する。したがって、図１（ａ）に示した構成で近似できる場合には、柱状スペーサ１２が柱状スペーサ構造体１０Ａとなる。

例えば、図１（ｂ）に示すように、基板１と柱状スペーサ１２との間に金属膜から形成されたブラックマトリクス１１が存在したり、あるいは、基板２と柱状スペーサ１２との間に、バスライン２２およびそれを覆う無機絶縁膜２３が形成されていても、これらのバネ定数は大きく、かつ、膜厚が小さいので、パネルの変形には寄与しない。従って、図１（ｂ）の構成においても、柱状スペーサ１２が柱状スペーサ構造体１０Ｂとなる。すなわち、図１（ｂ）の構成は、図１（ａ）の構成と等価と見なすことが出来る。

これに対し、図１（ｃ）に示す液晶表示装置では、基板１上に形成されたブラックマトリクス（金属膜から形成されている）上に、カラーフィルタ用の着色層１３が形成されており、この着色層１３上に柱状スペーサ１２が形成されている。ブラックマトリクス１１はパネルの変形に寄与しないが、着色層１３は一般に色素や顔料を含む感光性樹脂から形成されているので、パネルの変形に寄与する。従って、図１（ｃ）に示した構成では、柱状スペーサ１２だけでなく、柱状スペーサ１２とブラックマトリクス１１との間に存在する着色層１３の部分１３ａも柱状スペーサ構造体１０Ｃを構成する。

また、着色層として感光性樹脂層を用いる場合には、図１（ｄ）に示すように、複数の着色層１３Ｒ、１３Ｇおよび１３Ｂ（例えば、赤、緑、青の３層）を積層することによって、柱状スペーサ構造体１０Ｄを構成してもよい。このような構成を採用することによって、製造プロセスを簡略化することができる。勿論、積層する着色層は、赤、緑、青の３層に限られず、他の色の着色層を組み合わせてもよい。

また、図１（ａ）〜（ｆ）で柱スペーサ構造体に用いられる柱状スペーサ１２は、主にＭＶＡ方式で用いられる液晶分子の配向制御用構造体を形成するための樹脂層を兼用してもよい。柱状スペーサ１２を配向制御用構造体とすればプロセス工程数を増大することなく、柱状スペーサ構造体を形成することができ、コスト的に有利である。樹脂層として透明樹脂層を用いることもできる。

さらに、図１（ｅ）に示すように、着色層１３Ｒ、１３Ｇおよび１３Ｂを積層した上に、別途感光性樹脂を用いて柱状スペーサ１２を形成し、着色層１３Ｒ、１３Ｇおよび１３Ｂと柱状スペーサ１２とを含む柱状スペーサ構造体１０Ｅを形成することもできる。またこのとき、対向電極となる透明導電層（例えばＩＴＯ層）１５を設ける場合、着色層１３Ｒ、１３Ｇおよび１３Ｂの積層構造を形成した後に、透明導電層（例えば対向電極）１５を形成し、その上に柱状スペーサ１２を形成するプロセスを採用すると、柱状スペーサ構造体１０Ｅは、着色層１３Ｒ、１３Ｇおよび１３Ｂの積層構造と柱状スペーサ１２との間に存在する透明導電膜１５の部分１５ａを含むことになる。なお、透明導電膜１５は、上述した理由から、柱状スペーサ構造体１０Ｅのバネ定数には影響しない。従って、後述するように、柱状スペーサ構造体の単位面積当りのバネ定数を求めるために柱状スペーサ構造体サンプルを形成する場合には、透明導電膜１５を省略してもよい。

また、図１（ｆ）に示すように、柱状スペーサ１２を形成した基板１と反対側の基板２が樹脂層２４を有する場合には、柱状スペーサ構造体１０Ｆは、着色層１３Ｒ、１３Ｇおよび１３Ｂの積層構造と、その上に形成された柱状スペーサ１２と、柱状スペーサ１２と基板２との間に位置する樹脂層２４の部分２４ａを含むことになる。樹脂層２４は、例えば画素電極２５をその下層に形成される配線等から絶縁するための層間絶縁膜２４であり、このような構成を採用することによって、画素開口率を増大できる。図１（ｆ）に示した柱状スペーサ構造体１０Ｆは、着色層１３Ｒ、１３Ｇおよび１３Ｂの積層構造と、柱状スペーサ１２、層間絶縁膜２４と、これらの間に位置する透明導電層１５の部分１５ａおよび画素電極２５の部分２５ａを含むことになる。この場合も、上述したのと同様に、柱状スペーサ構造体サンプルを形成する場合には、透明導電膜１５や画素電極２５を省略してもよい。但し、層間絶縁膜２４を無視することは出来ないので、柱状スペーサ構造体１０Ｆから透明導電膜１５や画素電極２５を省略した柱状スペーサ構造体サンプルを形成し、このバネ定数を求めることが好ましい。あるいは、着色層１３Ｒ、１３Ｇおよび１３Ｂの積層構造と柱状スペーサ１２からなる柱状スペーサ構造体サンプルのバネ定数と、層間絶縁膜２４のバネ定数とを個別に求めて、計算によって、柱状スペーサ構造体１０Ｆのバネ定数を求めることもできる。

本発明による実施形態の柱状スペーサ構造体は、上記の例に限られず、種々の組み合わせが可能である。また、柱状スペーサ構造体を構成する層は、図１（ａ）〜（ｆ）に例示したものに限られない。例えば、ブラックマトリクスを黒色感光性樹脂層で形成してもよい。この場合、上述の金属層でブラックマトリクスを形成した場合と異なり、ブラックマトリクス（黒色感光性樹脂層）もパネルの変形に寄与する。さらに、図１（ｅ）、（ｆ）において、透明導電膜１５の下にある着色層１３Ｂ、１３Ｇ等より、柱状スペーサ１２は小さく記載してあるが、着色層１３Ｂ、１３Ｇにかぶさるように柱状スペーサ１２を大きく形成すれば、導電性異物などによる上下の電極間のリークを低減することができる。

なお、柱状スペーサ構造体１０Ａ〜１０Ｆは、開口率の観点からは画素外に形成することが好ましいが、必要に応じて画素内に形成してもよい。また、表示領域（マトリクス上に配列された画素で規定される表示を行う領域）内に均一に配置することが好ましく、表示領域内の柱状スペーサ構造体の本数は、画素（ドット）数と整数比となる。

次に、本発明の実施形態による柱状スペーサ構造体の配置密度の好適化方法について説明する。

液晶表示パネルの単位面積当たりのバネ定数（「Ｋｐｔ」という）で表現し、さらに、液晶表示パネルの単位面積当たりのバネ定数Ｋｐｔを個々の柱状スペーサ構造体のバネ定数ｋと柱状スペーサ構造体の配置密度との関数として表現する。ここでは、液晶表示パネルの表示領域における配置密度を説明する。柱状スペーサ構造体の配置密度は、表示領域の面積Ｓに対する柱状スペーサ構造体の面積Ｓｐｓの比（柱状スペーサ構造体の面積比、簡単のために「柱面積比」ということがある）Ｐで表す。

ここで、柱状スペーサ構造体は、図２（ａ）や（ｂ）および（ｃ）に模式的に示す柱状スペーサ構造体１０Ａや１０Ｄ’のように、一般にテーパ形状を有している。そこで、柱状スペーサ構造体の表示パネル面内の面積は、表示パネル面に平行な面内における断面積（以下、単に「断面積」ということがある。）が最も小さい部分の面積で表すことにする。従って、柱状スペーサ構造体の面積比（柱面積比）Ｐは、表示領域内の柱状スペーサ構造体の本数をｎとすると、Ｐ＝Ｓｐｓ×ｎ／Ｓで表される。

また、１本の柱状スペーサ構造体のバネ定数ｋは、例えば微小変位計を用いて、圧縮荷重に対する圧縮変位を計測し、ｋ＝（圧縮荷重）／（圧縮変位）から求められる。

この１本の柱状スペーサ構造体のバネ定数ｋと柱状スペーサ構造体の最小部断面積Ｓｐｓから求められる柱状スペーサ構造体の単位面積当りのバネ定数をＫｐｓ（＝ｋ／Ｓｐｓ）とすると、表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔは、Ｋｐｓ×Ｐで与えられることになる。これらのパラメータの関係をまとめて表１に示す。

ここで、液晶表示パネルによって変更を要するパラメータを考えると、表示領域の面積Ｓは液晶表示パネルに固有の値であり、製造する液晶パネルの設計によって決まる。次に、柱状スペーサ構造体をどのような構成（例えば図１（ａ）〜（ｆ）に示した構成の何れの構成）を採用するかは、液晶表示パネルの設計および製造プロセスの選択によって決まる。カラーフィルタに用いる着色層やブラックマトリクスの材料も、それぞれの要求特性から選択される。柱状スペーサ構造体が、着色層などと別に形成される柱状スペーサを含む場合、柱状スペーサを形成する感光性樹脂の選択には余地が残される。他のパラメータは、表示領域内の柱状スペーサ構造体の本数ｎおよび柱状スペーサ構造体の最小部断面積Ｓｐｓである。

実際の製造プロセスでは、既存のプロセスで使用している感光性樹脂を用いて柱状スペーサを形成するので、新しい機種に適用する際に好適化を検討するのは、表示領域内の柱状スペーサ構造体の本数ｎおよび柱状スペーサ構造体の最小部断面積Ｓｐｓだけであることが多い。

ここで、柱状スペーサ構造体の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｓは、柱状スペーサ構造体の構成に固有の値であり、最小部断面積Ｓｐｓに依存しない値である。従って、柱状スペーサ構造体の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｓが求まり、良好な液晶表示パネルを得るための表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔの好ましい範囲が得られるように、最小部断面積Ｓｐｓと本数ｎを設定すればよいことになる。本発明者は種々の実験を行うことによって、この設計手法が有効であることを見出した。

すなわち、後に実験例を示して説明するように、液晶表示パネル（表示領域）の単位面積当たりのバネ定数Ｋｐｔが０．００００８ｍＮ／μｍ³以上０．００２３７ｍＮ／μｍ³以下の範囲内にあれば、上記不具合（特に「下膨れ」）が発生せず、柱状スペーサ構造体サンプルについて求めた単位面積当りのバネ定数Ｋｐｓに基づいて、上記範囲のバネ定数Ｋｐｔが得られるように、最小部断面積Ｓｐｓと本数ｎを設定すれば、多大な試行錯誤を繰り返すことなく、良好な液晶表示パネルを製造することができる。また、パネル組み立て工程の注入時間などばらつきに対しても十分なプロセスマージンを得ることができる。

以下に、図３を参照しながら本発明の実施形態による柱状スペーサ構造体の配置密度の好適化手法を説明する。

まず、製造する液晶表示パネルに応じて、柱状スペーサ構造体サンプルの構成および材料ならびに製造プロセスを決定する（工程（ａ））。ここで、「柱状スペーサ構造体サンプル」とは、個々の柱状スペーサ構造体のバネ定数を求めるためのサンプルであり、実際の液晶表示装置に用いられる柱状スペーサ構造体である必要はない。但し、上述したように、柱状スペーサ構造体は、柱状スペーサだけでなく、その下地層や対向する基板上に形成された樹脂層を含む場合があるので、実際に用いられる構造に近いことが好ましいが、実際の柱状スペーサ構造体を複数の部分に分離した複数の柱状スペーサ構造体サンプルのバネ定数ｋ₀から計算によって求めることができる。以下の説明においては、柱状スペーサ構造体サンプルについて求められるパラメータには、サフィックス「０」を付すことにする。

次に、工程（ａ）で決定された内容に従って、サンプル基板上に柱状スペーサ構造体サンプルを作製する（工程（ｂ））。サンプル基板としては実際に用いられる基板である必要はなく、小さな基板でよい。従って、柱状スペーサ構造体サンプルを作製するためのフォトマスク等も小さいものを利用することが可能である。

なお、柱状スペーサ構造体の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｓは、最小部断面積Ｓｐｓに依存しないが、製造工程のばらつき等によって、柱状スペーサ構造体の構造が微妙に変化する。従って、柱状スペーサ構造体サンプルの最小部断面積Ｓｐｓ₀は実際の柱状スペーサ構造体の最小部断面積Ｓｐｓに近い値に設定することが好ましく、また、最小部断面積Ｓｐｓが異なる複数の柱状スペーサ構造体サンプルを作製することが好ましい。後に例示する実験例では、最小部断面積Ｓｐｓが約６０μｍ²〜約１０００μｍ²の範囲の柱状スペーサ構造体サンプルを作製した。なお、実際の液晶表示装置においては柱状スペーサ構造体が大き過ぎると画素の開口率を低下させる、あるいは、画素内の液晶分子の配向を乱すなどして、表示品位を低下させることがあるので、柱状スペーサ構造体を再現性良く形成できる範囲内で、最小部断面積Ｓｐｓはなるべく小さい方が好ましい。柱状スペーサ構造体の寸法精度は用いる感光性樹脂材料の解像度に依存するが、柱状スペーサ構造体の最小部断面積Ｓｐｓは約６０μｍ²〜約２００μｍ²の範囲にあることが好ましい。

得られた個々の柱状スペーサ構造体サンプルの最小部断面積Ｓｐｓ₀およびバネ定数ｋ₀を測定する。最小部断面積Ｓｐｓ₀は顕微鏡写真から求める。バネ定数ｋ₀は、例えば微小変位計を用いて、圧縮荷重に対する圧縮変位を計測し、ｋ₀＝（圧縮荷重）／（圧縮変位）の関係から求められる。後述する実験例では、３０ｍＮの圧縮荷重を柱状スペーサ構造体サンプルに対して鉛直方向からかけた。ここで、圧縮変位は、荷重をかけた時の総変位量であり、弾性変形量と塑性変形量とを含んでいる。下記に示す実験例で用いたスペーサ構造体サンプルの復元率（＝弾性変形量／総変位）は、いずれも約０．７であった。従って、柱状スペーサ構造体サンプルの弾性変形に由来するバネ定数を「弾性バネ定数（ｋ^E ₀）」と表すと、ｋ^E ₀＝ｋ₀／０．７となる。

得られた柱状スペーサ構造体サンプルの最小部断面積Ｓｐｓ₀およびバネ定数ｋ₀から柱状スペーサ構造体の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｓを計算する（工程（ｄ））。ｋ₀／Ｓｐｓ₀として得られるバネ定数Ｋｐｓ₀は柱状スペーサ構造体サンプルのものであるが、柱状スペーサ構造体サンプルが実際に作製される柱状スペーサ構造体を模擬したものであれば、Ｋｐｓ₀＝Ｋｐｓと考えることができる。同様に、バネ定数ｋ₀に代えて、弾性バネ定数ｋ^E ₀を用いて、柱状スペーサ構造体の単位面積当りの弾性バネ定数Ｋ^Eｐｓを求めても良い。

次に、得られたバネ定数Ｋｐｓを用いて、製造する液晶表示パネルの表示領域の面積Ｓ、柱状スペーサ構造体の最小部断面積Ｓｐｓおよび表示領域内の柱状スペーサ構造体の本数ｎから、表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔを計算（Ｋｐｔ＝Ｋｐｓ×（Ｓｐｓ×ｎ／Ｓ））し、Ｋｐｔが０．００００８ｍＮ／μｍ³≦Ｋｐｔ≦０．００２３７ｍＮ／μｍ³を満足するように、ｎおよびＳｐｓを設定する（工程（ｅ））。同様に、バネ定数Ｋｐｓに代えて弾性バネ定数Ｋ^Eｐｓを用いて、表示領域の単位面積当りの弾性バネ定数Ｋ^Eｐｔを求め、Ｋ^Eｐｔが０．０００１１ｍＮ／μｍ³≦Ｋ^Eｐｔ≦０．００３３９ｍＮ／μｍ³を満足するように、ｎおよびＳｐｓを設定してもよい。

このようにして設定された条件を満足するように液晶表示装置用基板を製造する。典型的には、柱状スペーサ構造体は、カラーフィルタ基板に形成されるが、本発明はこれに限定されるものではない。

以下に、実験例を示して、本発明の実施形態による液晶表示装置の柱状スペーサ構造体の構成および配置密度を更に具体的に説明する。以下では、荷重をかけた時の総変位量を圧縮変位として求めたバネ定数ｋ₀を用いて説明する。

ここでは、図１（ｃ）に示した構成を有する柱状スペーサ構造体サンプルを作製した。各層の材料は、および膜厚は、柱状スペーサ１２についてはアクリル系樹脂を用い膜厚４μｍとし、着色層１３については顔料分散型アクリル系樹脂を用い膜厚２μｍとした。また、柱状スペーサ１２を形成するための感光性樹脂として５種類の材料（Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ）を用いた。感光性樹脂Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥを用いて形成した柱状スペーサ１２を有する柱状スペーサ構造体をそれぞれ柱状スペーサ構造体Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥと呼ぶ。

柱状スペーサ構造体サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥのバネ定数ｋ₀を圧縮荷重３０ｍＮとして微小変位計（島津社製、ＤＵＨ−２０１）を用いて測定した。また、最小部断面積Ｓｐｓ₀を顕微鏡写真から求めた。最小部が柱スペーサ構造体の頂上にある場合は、頂上の平坦な部分の面積が最小部断面積となる。なお、頂上が丸みを帯びている場合、顕微鏡では断面積を求めにくい場合がある。この場合は、例えば、３次元形状測定機を用いて柱状スペーサ構造体の高さの９０％位置の断面積を求め、これから最小部断面積を得ることができる。これらの測定値から求めた柱状スペーサ構造体サンプルの単位面積当りのばね定数Ｋｐｓは、柱状スペーサ構造体サンプルＡ：０．４８ｍＮ／μｍ³、Ｂ：０．６６ｍＮ／μｍ³、Ｃ：０．７２ｍＮ／μｍ³、Ｄ：０．５７ｍＮ／μｍ³、Ｅ：２．４０ｍＮ／μｍ³であった。

このデータに基づいて、それぞれの柱状スペーサ構造体を用いて、表示領域の単位面積当りのバネ定数が異なる液晶表示パネルを試作し、低温気泡、下膨れや押圧むらの発生有無を評価した。得られた結果を表２に示す。また、表２の結果をグラフ化したものを図４に示す。

なお、「下膨れ」は、約６０℃の高温下で液晶表示パネルをほぼ垂直に立掛けた状態で２４時間放置し、輝度むらの有無を目視で評価した。「押圧むら」は、プッシュプルゲージを用いて、先端が平坦な圧子（先端部面積７８ｃｍ²）をパネル面に垂直に押し当て、緩衝用ゴムを介して３ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力を荷重が均一にかかるようにし、１分間保持したとき輝度むらの有無を目視で評価した。判定基準は、○：むらが見えない、△：裸眼で辛うじて見える、×：透過率１０％のカメラ用減光フィルターを通しても確認できるレベル、とした。「低温気泡」は、−３０℃環境下で評価し、判定基準は、５００時間放置後の気泡発生の有無とした。

表２および図４に示した結果からわかるように、柱状スペーサ構造体サンプルの材料や最小部断面積の大きさに拘らず、押圧むらや下膨れ不良と表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔとの間に相関関係が認められることがわかる。

表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔが０．００００７７（≒０．００００８）以上であれば、充分な強度が得られ押圧むらの発生が抑制され、表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔが０．００２３７ｍＮ／μｍ³以下で下膨れの発生が抑制されることがわかる。このことから、表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔは０．００００８ｍＮ／μｍ³以上０．００２３７ｍＮ／μｍ³以下の範囲にあることが好ましいと言える。押圧むらの発生を更に抑制するためには、表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔは０．０００１７８（≒０．０００１８）ｍＮ／μｍ³以上であることが好ましい。下膨れの発生を更に抑制するためには、表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔは０．０００５０４（≒０．０００５）ｍＮ／μｍ³以下であることが好ましい。なお、ここで示した表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔの範囲内（すなわち、０．００００８ｍＮ／μｍ³以上０．００２３７ｍＮ／μｍ³以下の範囲内）では、低温気泡不良は発生しなかった。

表２において、柱材Ａの試料Ｎｏ．１１と柱材Ｃの試料Ｎｏ．２１とを比較すると、いずれの試料も柱面積比Ｐが０．０００９８と同じであるにも拘らず、試料Ｎｏ．１１では下膨れ不具合が発生しないのに対し、試料Ｎｏ．２１では下膨れ不具合が発生している。また、同様に、柱面積比Ｐが０．０００２５で同じ試料Ｎｏ．３と試料Ｎｏ．１９とを比較すると、試料Ｎｏ．３の方が試料Ｎｏ．１９よりも押圧むらが発生し易い。

上記の結果は単なる評価ばらつきに起因するものでなく、柱面積比Ｐと柱状スペーサ構造体の変形特性（弾性特性）とを分離して評価できないことを示している。すなわち、柱面積比Ｐによる条件設定は、ある特定の種類の材料を用いた場合には有効であるが、柱状スペーサ構造体の変形特性が異なると、柱面積比Ｐだけでは好適な条件を見出せないことになる。ここでは柱材料の種類の違いとして説明したが、上述したように、柱状スペーサの材料だけでなく、柱状スペーサ構造体のバネ定数（変形特性）は、下地層等の影響を受けるので、同じ材料の柱状スペーサを用いても、柱状スペーサ構造体の構成が変わると好適な条件を見出せないことになる。

上述のように設定された柱状スペーサ構造体を設けた基板（ここでは対向基板）と他方の基板（例えばＴＦＴ基板）とを貼り合せて得られる液晶セルのギャップに液晶材料を充填する際、液晶材料の圧力が大気圧より若干小さめになるよう充填することが好ましい。このような圧力にすることによって下膨れの不具合の発生をさらに効果的に抑制することができる。特に、液晶表示装置の使用温度の高温限界での液晶材料の熱膨張によりセルギャップが大きくなる。このときに柱状スペーサがセルギャップ変化に追随せずに、対向する基板と柱スペーサ上部の間に隙間が生じると、前述した下膨れが発生する。従って液晶材料の熱膨張に追随するように柱状スペーサ構造体が圧縮された状態にすることが好ましい。しかしながら、柱状スペーサ構造体を圧縮しすぎると柱上スペーサによる弾性反発力が大きくなり、液晶材料の圧力が低下し、負圧状態となるため、低温気泡が発生しやすくなる。表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔの値の上限値は、この圧縮マージンをどれだけ確保できるかということに関係している。

本発明者の実験によれば、表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔの値が、上述した０．００００８ｍＮ／μｍ³以上０．０００５ｍＮ／μｍ³以下の範囲内であれば、大型液晶表示パネル（例えば２０型以上）で比較的発生しやすい液晶材料の重力による下膨れ現象に対して十分に広いマージンを得ることができる。

実際の製造工程では、種々のプロセス要因がばらつくので、表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔは、０．０００１８ｍＮ／μｍ³以上０．０００５ｍＮ／μｍ³以下の更に中央値付近（例えば、０．０００３ｍＮ／μｍ³以上０．０００４ｍＮ／μｍ³以下）に設定することが好ましい。

さらに、図１（ｄ）に示した構造の柱状スペーサ構造体を作製し、上記同様の方法で、パネル特性を評価した。例えば、着色樹脂層１３Ｒ、１３Ｂおよび１３Ｇとして、それぞれアクリル樹脂層を用いて、最小部断面積Ｓｐｓが１３５μｍ²の柱状スペーサ構造体を作製した。この柱状スペーサ構造体（サンプル）の柱単位面積当りのバネ定数Ｋｐｓは、０．４８ｍＮ／μｍ³（柱タイプＡと同じ値）であった。また、表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔの値が０．０００３６７ｍＮ／μｍ³となる液晶表示パネルを評価した結果、不具合は発生しなかった。このように、各樹脂層ごとのバネ定数がわからなくても、柱状スペーサ構造体全体としてのバネ定数がわかりさえすれば、良好な液晶表示パネルを設計できる点も、本発明による実施形態の設計方法の特徴のひとつである。

上記の実施形態の説明では、液晶表示パネルの表示領域における柱状スペーサ構造体の密度について説明した。上記の柱状スペーサ構造体の構成および配置密度の設計方法は、これに限られず、表示領域の周辺領域（「額縁領域」ともいう。）に適用してもよい。このとき、柱状スペーサを設ける下地層や対向する基板の構成が、表示領域と周辺領域とで異なることがある。例えば、ＴＦＴ型液晶表示装置においては、周辺領域には端子に接続される配線等が表示領域よりも面積比率的に多く存在したり、ブラックマトリクス（ＢＭ）が存在したりすることがある。このような場合には、柱状スペーサ構造体の構成が、表示領域と周辺領域とで異なることがある。もちろん、このような場合には、表示領域だけでなく、周辺領域についても、上述の設計手法に基づいて、柱状スペーサ構造体の構成および配置密度を好適化することが好ましい。

しかしながら、ＴＦＴ型液晶表示装置においては、周辺領域には端子に接続される配線等やブラックマトリクスが存在するため、表示領域と同様のプロセスで柱状スペーサ構造体を周辺領域に形成すると、周辺領域の柱状スペーサ構造体の高さが高すぎることになることが一般に多いことを考慮すると、必ずしも、周辺領域の柱状スペーサ構造体の構成までも表示領域の柱状スペーサ構造体と変える必要はなく、周辺領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔ’（周辺領域の面積をＳ’、周辺領域内の柱状スペーサ構造体の数をｎ’として、ｋ×ｎ’／Ｓ’で与えられる。）の値が、上記表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔの値よりも小さく、かつ、０．５×Ｋｐｔ以上の値にすればよい。

このように周辺領域の単位面積当りのバネ定数を設定すれば、周辺領域に配置された柱状スペーサ構造体の方が表示領域に配置された柱状スペーサ構造体よりも、変形量がわずかに多くなるため、表示領域のセルギャップと周辺領域のセルギャップとの均一性が向上する。

例えば、図５に模式的に示す液晶表示パネル５０のように、カラーフィルタ５６が設けられている表示領域５０Ａに配置される柱状スペーサ構造体５２ａに対し、ブラックマトリクス５４および配線５８が設けられた周辺領域５０Ｂに配置される柱状スペーサ構造体５２ｂを、周辺領域内の柱面積比が表示領域内の柱面積比の１／２になるように配置すればよい。このように柱面積比を設定すれば、柱状スペーサ構造体５２ａと柱状スペーサ構造体５２ｂとして、単位面積当りのバネ定数が同じ柱状スペーサ構造体を形成すると、単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔの値が、周辺領域において表示領域の値の半分になるので、周辺領域のギャップと表示領域のギャップとのギャップの違いを柱状スペーサ構造体５２ｂの変形によって吸収することができる。表２に示した試料Ｎｏ．９、１１、２２の柱状スペーサ構造体を用いて、周辺領域内の柱面積比が表示領域内の柱面積比の１／２になるように周辺領域内の柱状スペーサ構造体を配置したところ、０．１μｍ〜０．１５μｍ程度のギャップの違いを吸収することができた。また、基板を接着するために周辺領域に設けられるシール５５Ｃにセルギャップを均一化するための球状やファイバー状のスペーサを含有させなくても、周辺領域の近傍の表示領域に輝度むらが発生しなかった。

また、本来シールに含有させるスペーサ（シール内スペーサとも言う）はセルギャップを均一化させるためのものであり、適宜スペーサの大きさを最適化しなければならないが、上記設計の場合、スペーサの大きさが最適値以下であっても使用できるメリットもある。すなわちシール内スペーサを複数の機種の液晶パネルに対して共通化することが可能となり、液晶パネルの機種に応じてシール塗布工程を変更する必要を低減できる。

なお、以下で説明するセルギャップを均一化するためのスペーサを含有させなくても良い例においては、最適値以下の大きさのシール内スペーサを使用しても良い。

勿論、柱面積比を変える代わりに、あるいは、柱面積比を変えるとともに、表示領域内の柱状スペーサ構造体５２ａと異なるバネ定数を有する柱状スペーサ構造体５２ｂを形成してもよい。いずれの場合も、表示領域の単位面積当りのバネ定数よりも周辺領域の単位面積当りのバネ定数を小さく設定することによって、表示領域のセルギャップを基準に周辺領域のセルギャップが設定されることになる。

勿論、表示領域と周辺領域とでセルギャップが一定の場合には、表示領域内と周辺領域とで、単位面積当りのバネ定数を変える必要はなく、表示領域と周辺領域のバネ定数をＫｐｔと等しく設定すればよい。このような場合、基板を接着するために周辺領域に設けられるシール５５Ｃにセルギャップを均一化するための球状やファイバー状のスペーサを含有させなくて済むこともできる。

なお、周辺領域は表示領域と比べて、配線の密度が高いおよび／またはブラックマトリクスの遮光部の面積が大きいなどの理由から、樹脂を塗布した際に、その厚さが周辺領域において表示領域においてよりも厚くなる場合があり、このような場合には、周辺領域の柱状スペーサ構造体を表示領域の柱状スペーサ構造体と同じ層構成とすると、表示領域のセルギャップと周辺領域のセルギャップとの均一性が保てないことがある。上述のように周辺領域内の柱面積比を表示領域内の柱面積比よりも小さくすれば、例えば１／２にすれば、０．１μｍ〜０．１５μｍ程度の厚さの違いを吸収することができる。

また、周辺領域の柱状スペーサ構造体５２ｂを構成する樹脂層の数を表示領域の柱状スペーサ構造体５２ａを構成する樹脂層の数よりも減らすことによって、周辺領域の柱状スペーサ構造体５２ｂの高さを表示領域の柱状スペーサ構造体５２ａの高さと略等しくなるようにしてもよい。例えば、図５の表示領域内の柱状スペーサ構造体５２ａが図１（ｆ）に示した構造を有する場合、周辺領域の柱状スペーサ構造体５２ｂの構造を図１（ｆ）に示した構造から着色層１３Ｇを省略した構造とすればよい。あるいは周辺領域の柱状スペーサ５２ｂの構造を図１（ｆ）に示した構造から、対向する基板側の絶縁膜２４ａまたは電極２５ａを省略した構造としてもよい。すなわち、図５の表示領域内の柱状スペーサ５２ａの高さと柱状スペーサ５２ａの設置された位置の基板上の膜厚と対向する基板上の膜厚の合計と、周辺領域の柱状スペーサ５２ｂの高さと柱状スペーサ５２ｂの設置された位置の基板上の膜厚と対向する基板上の膜厚の合計が略等しくなるようにすればよい。このとき、周辺領域内の柱面積比は表示領域内の柱面積比と同じでも良いし、上述したように、周辺領域内の柱面積比を表示領域内の柱面積比よりも小さくしても良い。

スペーサを含有しないシールを用いる場合、周辺領域５０Ｂの幅（表示領域の外側端部からシールの外側端部までの距離）が６ｍｍ以上の場合、特に有効であった。なお、周辺領域５０Ｂの幅は液晶表示パネルの４辺において全て同じとは限らないので、周辺領域５０Ｂの幅が６ｍｍ以上の領域を含む場合には、スペーサを含有しないシールを用いることが好ましい。スペーサを含有しないシールを用いる場合、シールを設ける領域にも柱状スペーサ構造体を配置する方が好ましい。

なお、周辺領域５０Ｂの幅が６ｍｍより領域が小さい場合、すなわち、表示領域の外側に設けられる柱状スペーサ構造体が少なく、且つ、スペーサを含有しないシールを用いる場合、表示領域にセルギャップむらに起因する輝度むらが発生することがある。液晶パネルの表示領域の周辺には、上述した周辺領域（表示領域の外側端部からシールの外側端部までの領域）のさらに外側に端子領域が設けられている。端子領域は、電気的な取り出しのために露出されており、対向する基板が無いので、端子領域にはスペーサ構造体を必要としない。また、液晶パネルは、一般に、一対のマザー基板を貼り合せてから、分断することによって作製される。従って、貼り合せ工程においては、周辺領域や端子領域よりもさらに外側に、マザー基板から分断する際に取り除いてしまう領域が存在する。この領域は液晶パネルに含まれないが、マザー基板の貼り合せ工程において表示領域のセルギャップに影響するので、これらの領域にもセルギャップを均一に保つように柱状スペーサ構造体を設けることが好ましい。

更に、周辺領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔ’を前述した０．５×Ｋｐｔよりさらに小さくして、基板を接着するために周辺領域に設置されるシール５５Ｃに球状やファイバー状のスペーサを含有させ、セルギャップを均一化することも可能である。この場合にも、周辺領域の柱状スペーサ構造体を省略することもできる。なお、表示領域に比べ、周辺領域の柱状スペーサ構造体が高くなったり、高さが同程度でもＫｐｔ≪Ｋｐｔ’であるような場合は、上記のようなシール内スペーサによるセルギャップの調整ができず周辺部のセルギャップが大きくなるので注意が必要である。

なお、液晶層として垂直配向型液晶層を用いる、いわゆるＶＡモードの液晶表示装置においては、表示領域の周辺領域のセルギャップが表示領域のセルギャップに対して−０．３μｍから＋０．１μｍの範囲内にあることが好ましい。マイナス側の範囲が広いのは、周辺領域のセルギャップがその内側にある表示領域のセルギャップに比べて小さい場合は表示領域のセルギャップに比べて大きい場合よりも、輝度むらとして視認されにくいからである。セルギャップのばらつきが輝度むらとして視認される程度は、表示モード（液晶層の配向状態）に依存するので、必要に応じた精度でセルギャップを制御すればよい。

本発明によれば、「低温気泡」、「下膨れ」や「押圧むら」の発生が抑制された液晶表示装置を得るための柱状スペーサの構成や配置密度を従来よりも簡便に好適化することができる。さらに柱状スペーサを用いた場合の表示領域周辺のセルギャップの均一性も確保することができる。したがって、表示品位を確保しながら、開発期間の短縮や、マスク費などの開発コストを低減することができる。

本発明は、特に、近年増加している、セルギャップの不均一性に起因する表示むらが原理上認識されやすい表示モード、たとえば、液晶の複屈折性を用いたＶＡモードやＩＰＳモード、広視野角用位相差フィルムを用いたＴＮモードの液晶表示装置の製造に好適に適用される。また、主に、ＴＶ用途に用いられる大型液晶パネルの製造にあたっては、マスクサイズが大きく、非常にコストが高くなってきており、本発明を用いることによる、パネルの開発コスト・期間の削減効果も大きくなる。また、大型液晶パネルは、小型液晶パネルに比べ、液晶材料の注入量が多いため、下膨れ不良が発生しやすいので、本発明による効果が顕著である。

（ａ）〜（ｆ）は、本発明による実施形態の液晶表示装置が有する柱状スペーサ構造体の構成の例を模式的に示す図である。 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明による実施形態の液晶表示装置が有する柱状スペーサ構造体の構成の例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態による柱状スペーサ構造体の配置密度の好適化手法の工程を示すフローチャートである。 表示領域の単位面積当りのバネ定数と、下膨れおよび押圧むらの発生の程度との関係を示すグラフである。 本発明による実施形態の液晶表示パネル５０における柱状スペーサ構造体の配置密度を模式的に示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は柱状スペーサの一般的な製造方法を説明するための工程図である。 「下膨れ」を説明するための模式図である。

符号の説明

１、２ 基板
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ 柱状スペーサ構造体
１１ ブラックマトリクス（金属層）
１２ 柱状スペーサ
１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ 着色層
２２ バスライン
２３ 無機絶縁膜
３２ 液晶層

Claims (18)

1. 液晶層を間に介して互いに対向する一対の基板間に設けられた複数の柱状スペーサ構造体を表示領域内に有する液晶表示装置であって、前記複数の柱状スペーサ構造体のそれぞれは、少なくとも１つの樹脂層を有し、
   １本の柱状スペーサ構造体のバネ定数をｋ（ｍＮ／μｍ）、表示領域の面積をＳ、表示領域内の柱状スペーサ構造体の数をｎとし、前記柱状スペーサ構造体の単位面積当たりのバネ定数Ｋｐｓが０．４８ｍＮ／μｍ³以上０．７２ｍＮ／μｍ³以下の範囲内にあり、且つ前記柱状スペーサ構造体の表示領域に対する面積比Ｐが０．０００１６以上０．００４９３以下の範囲内にあって、Ｋｐｓ×Ｐ＝ｋ×ｎ／Ｓで与えられる表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔが０．００００８ｍＮ／μｍ³以上０．００２３７ｍＮ／μｍ³以下の範囲内にある、液晶表示装置。
2. 前記表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔが０．０００１８ｍＮ／μｍ³以上である、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔが０．０００５ｍＮ／μｍ³以下である、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記複数の柱状スペーサ構造体は複数の樹脂層を含む、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記複数の樹脂層は少なくとも１つの着色樹脂層を含む、請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記少なくとも１つの着色樹脂層は３色の異なる着色樹脂層を含む、請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記複数の樹脂層は、前記少なくとも１つの着色樹脂層上に形成された樹脂層を含む、請求項５または６に記載の液晶表示装置。
8. 前記複数の柱状スペーサ構造体は、前記少なくとも１つの着色樹脂層上に形成された前記樹脂層と前記少なくとも１つの着色樹脂層との間に形成された透明導電層をさらに含む、請求項７に記載の液晶表示装置。
9. ブラックマトリクスを更に有し、前記複数の柱状スペーサ構造体は前記ブラックマトリクス上に形成されている、請求項１から８のいずれかに記載の液晶表示装置。
10. 前記表示領域の周辺領域に、複数の更なる柱状スペーサ構造体を有し、周辺領域の面積をＳ’、周辺領域内の更なる柱状スペーサ構造体の数をｎ’とし、ｋ×ｎ’／Ｓ’で与えられる周辺領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔ’は、０．５×Ｋｐｔ≦Ｋｐｔ’＜Ｋｐｔの関係を満足する、請求項１から９のいずれかに記載の液晶表示装置。
11. 前記表示領域の周辺領域に、複数の更なる柱状スペーサ構造体を有し、
    前記複数の柱状スペーサ構造体は複数の樹脂層を含み、前記複数の更なる柱状スペーサ構造体は、前記複数の柱状スペーサ構造体に含まれる前記複数の樹脂層の内の少なくとも１つの層を含まない、請求項１から１０のいずれかに記載の液晶表示装置。
12. 前記液晶層は垂直配向型の液晶層であって、前記表示領域におけるセルギャップに対して前記周辺領域におけるセルギャップは−０．３μｍから＋０．１μｍの範囲内にある、請求項１０または１１に記載の液晶表示装置。
13. 前記一対の基板を互いに接着するシールを前記表示領域の周辺領域に更に有し、前記シールがスペーサを含有する、請求項１から１２のいずれかに記載の液晶表示装置。
14. 前記一対の基板を互いに接着するシールを前記表示領域の周辺領域に更に有し、前記シールがスペーサを含有しない、請求項１から１２のいずれかに記載の液晶表示装置。
15. 前記表示領域の周辺領域の幅が６ｍｍ以上の領域を含む、請求項１２または１４に記載の液晶表示装置。
16. 請求項１から１５のいずれかに記載の液晶表示装置に用いられる基板であって、前記複数の柱状スペーサ構造体を有し、前記複数の柱状スペーサ構造体のそれぞれは、少なくとも１つの樹脂層を有し、１本の柱状スペーサ構造体のバネ定数をｋ（ｍＮ／μｍ）、表示領域の面積をＳ、表示領域内の柱状スペーサ構造体の数をｎとし、前記柱状スペーサ構造体の単位面積当たりのバネ定数Ｋｐｓが０．４８ｍＮ／μｍ³以上０．７２ｍＮ／μｍ³以下の範囲内にあり、且つ前記柱状スペーサ構造体の表示領域に対する面積比Ｐが０．０００１６以上０．００４９３以下の範囲内にあって、Ｋｐｓ×Ｐ＝ｋ×ｎ／Ｓで与えられる表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔが０．００００８ｍＮ／μｍ³以上０．００２３７ｍＮ／μｍ³以下の範囲内にあることを特徴とする基板。
17. サンプル基板を用意する工程と、
    少なくとも１層の樹脂層を有する柱状スペーサ構造体サンプルを前記サンプル基板上に形成する工程と、
    前記柱状スペーサ構造体サンプルのバネ定数ｋ₀（ｍＮ／μｍ）および最小部断面積Ｓｐｓ₀を求め、前記柱状スペーサ構造体サンプルの単位面積当りのバネ定数Ｋｐｓ（＝ｋ₀／Ｓｐｓ₀）を算出する工程と、
    液晶表示装置の表示領域の面積をＳ、形成すべき柱状スペーサ構造体の最小部断面積をＳｐｓ、表示領域内の柱状スペーサ構造体の数をｎとし、Ｋｐｓが０．４８ｍＮ／μｍ³以上０．７２ｍＮ／μｍ³以下の範囲内にあり且つ前記柱状スペーサ構造体の表示領域に対する面積比Ｐが０．０００１６以上０．００４９３以下の範囲内にあって、Ｋｐｓ×Ｐ＝Ｋｐｓ×（Ｓｐｓ×ｎ／Ｓ）で与えられる表示領域の単位面積当りのバネ定数Ｋｐｔが０．００００８ｍＮ／μｍ³以上０．００２３７ｍＮ／μｍ³以下の範囲内になるように、柱状スペーサ構造体の本数ｎおよび最小部断面積Ｓｐｓを設定する工程と、
    を包含する、液晶表示装置用基板の製造方法。
18. 液晶表示装置用の基板を用意する工程と、
    前記基板上に前記複数の柱状スペーサ構造体を形成する工程であって、前記柱状スペーサ構造体サンプルと同じ材料を用いて、それぞれが前記設定された最小部断面積Ｓｐｓを有するｎ本の柱状スペーサ構造体を形成する工程と、
    を包含する、請求項１７に記載の液晶表示装置用基板の製造方法。

Images