JP4929578B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
なお、本発明に関する先行技術は、発見されていない。
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下記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の範囲内であり、かつ荷重600mN〜950mN間の変位量が0.05μm〜0.5μmの範囲内であることを特徴とする液晶表示装置を提供する。
(測定方法)
23℃の条件下、2.22mN/secの負荷荷重にて、2mmφの平面を有する圧子をいずれかの透明基板側に接触させ、透明基板表面に対して垂直方向に荷重を加え、荷重に対する変位量を測定する。
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下記の測定方法により荷重を加えた際に、荷重80mN〜400mN間の変位量を100とした場合に、荷重600mN〜950mN間の変位量が30〜200の範囲内であることを特徴とする液晶表示装置を提供する。
(測定方法)
23℃の条件下、2.22mN/secの負荷荷重にて、2mmφの平面を有する圧子をいずれかの透明基板側に接触させ、透明基板表面に対して垂直方向に荷重を加え、荷重に対する変位量を測定する。
以下、それぞれの実施態様ごとに説明する。
まず、本発明の第1実施態様について説明する。本発明の液晶表示装置の第1実施態様は、2枚の透明基板と、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枚の透明基板間の間隙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、比較的小さな荷重領域と比較的大きな荷重領域において、下記に示すような所定の変位量を示すことを特徴とするものである。
上記変位量は、23℃の条件下、2.22mN/secの負荷荷重にて、2mmφの平面を有する圧子をいずれかの透明基板側に接触させ、透明基板表面に対して垂直方向に荷重を加え、荷重に対する変位量を測定することにより得られる値である。
まず、本実施態様に用いられる柱状スペーサについて説明する。本実施態様に用いられる柱状スペーサは、後述する2枚の透明基板の間隙を所定の間隙に保つように形成されるものであり、液晶層の膜厚は、この柱状スペーサの高さによって決定される。したがって、この柱状スペーサの荷重に対する変位量によって、液晶表示装置の荷重に対する変位量が決定されることとなる。
まず、本実施態様の柱状スペーサの第1の態様について説明する。本実施態様の柱状スペーサの第1の態様は、例えば図2(a)に示すように、上記柱状スペーサ3として、高さの異なる少なくとも2種類以上の柱状スペーサ(3sおよび3t)を用いる場合である。本態様によれば、液晶表示装置に比較的微小な荷重がかけられた場合には、例えば図2(b)に示すように、高さの高い柱状スペーサ3tのみによって、その荷重が支えられることとなる。そのため、その荷重に対する抗力は小さく、液晶表示装置の荷重に対する変位量は大きなものなる。
上記したような3官能以上の酸性多官能アクリレートモノマーとしては、(1)水酸基含有多官能(メタ)アクリレートを二塩基酸無水物で変性することによりカルボキシル基を導入した多官能(メタ)アクリレート、或いは、(2)芳香族多官能(メタ)アクリレートを濃硫酸や発煙硫酸で変性することによりスルホン酸基を導入した多官能(メタ)アクリレート等を用いることができる。
次に、本実施態様に用いられる柱状スペーサの第2の態様について説明する。本実施態様に用いられる柱状スペーサの第2の態様は、同一の高さを有し、かつ硬度の異なる2種類の材料が積層されてなる柱状スペーサを用いる場合である。
次に、本実施態様に用いられる液晶層について説明する。本実施態様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。本実施態様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。
次に、本実施態様に用いられる透明基板について説明する。本実施態様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。
次に、本実施態様の液晶表示装置について説明する。本実施態様の液晶表示装置は、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い。
次に、本発明の液晶表示装置の第2実施態様について説明する。本発明の液晶表示装置の第2実施態様は、2枚の透明基板と、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枚の透明基板間の間隙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下記の測定方法により荷重を加えた際に、下記に示すような所定の割合の変位量であることを特徴とするものである。
(共重合樹脂組成物の調整)
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。
下記の材料を室温で攪拌し、硬化性樹脂組成物1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
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1:20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
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台座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、および台座として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。
さらに、下記組成の青色硬化性樹脂組成物を用いて、台座を形成しないこと以外は、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色からなる着色層を形成した。
・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1:5重量部
・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部
・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1:5重量部
・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部
・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1:5重量部
・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部
上記のようにして着色層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。
上記のようにして着色層および台座を形成した基板上に、硬化性樹脂組成物1をスピンコーティング法により塗布、乾燥し、塗布膜を形成した。
硬化性樹脂組成物1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、ブラックマトリックス上のスペーサーの形成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、上端部面積が100μm2で高さが3.68μmの固定スペーサーを台座上に個数密度8個/mm2、台座のない部分に15個/mm2形成した。台座のないスペーサの80mN荷重時の最大変形量は0.68μmであり、台座上のスペーサの80mN荷重時の最大変形量は0.72μmであった。
なお、上記柱状スペーサの剛性の測定方法は、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)を用いて、以下の方法により行った。まず、柱状スペーサの上底面に対して柱状スペーサの軸方向に22mPa/secの荷重付加速度にて、上記圧子を用いて80mNまで荷重を加えた。次に、この80mNの荷重を加えた状態で5秒間保持した。その後、22mPa/secの荷重除去速度にて0mNとなるまで荷重を除去し、荷重が除去された状態(0mNの状態)で5秒間保持した。この一連の行程における柱状スペーサの変形量を測定し、柱状スペーサが最大に変形した際の値を、最大変形量とした。
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/cm2の圧力をかけながら400mJ/cm2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]
(硬化性樹脂組成物2の調整)
下記の材料を室温で攪拌、混合して、硬化性樹脂組成物2とした。
・上記共重合樹脂溶液(固形分50%):20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):20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
実施例1と同様にブラックマトリクスを形成した。
台座を形成しないこと以外は、実施例1の赤色のレリーフパターン形成と同様の工程で、赤色レリーフパターンを形成した。続いて、実施例1と同様に、緑色および青色のレリーフパターンを形成した。
実施例1と同様に保護層を形成した。
上記のように着色層を形成した基板1上に、硬化性樹脂組成物1をスピンコーティング法により、塗布、乾燥し、塗布膜を形成した。
硬化性樹脂組成物1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、ブラックマトリックス上のスペーサーの形成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、上端部面積が100μm2で高さが3.68μmの固定スペーサ1を個数密度15個/mm2形成した。得られたスペーサ1の80mN荷重時の最大変形量は0.68μmであった。
硬化性樹脂組成物2を使用した以外は、上記スペーサ1の形成と同様の工程により、上端面積が100μm2で高さ3.85μm、個数密度8個/mm2のスペーサ2を形成した。得られたスペーサ2の80mN荷重時の最大変形量は0.75μmであった。
実施例1と同様に、液晶表示装置を形成した。
上記スペーサ2の代わりに、硬化性樹脂組成物1を用いてスペーサ3を形成した以外は、実施例2と同様に液晶表示装置を形成した。スペーサ3の上端面積は、50μm2で高さ3.83μm、個数密度8個/mm2であった。またこのとき、上記スペーサ1の80mN荷重時の最大変形量は0.68μmであり、スペーサ3の80mN荷重時の最大変形量は1.00μmであった。
スペーサ1に硬化性樹脂組成物2を用いた以外は、実施例2と同様に液晶表示装置を作製した。
スペーサ2を形成しなかった以外は、実施例2と同様に液晶表示装置を作製した。
スペーサ1の個数密度を4個/mm2、スペーサ2の個数密度を20個/mm2とした以外は、実施例2と同様にして液晶表示装置を作製した。
スペーサの個数密度を25個/mm2とした以外は、比較例1と同様にして液晶表示装置を作製した。
実施例1から実施例4、および比較例1から比較例3の指押し試験、低温発泡試験、80mN〜400mN間の変位量、および600mN〜950mN間の変位量について下記の表1に示す。
ここで、上記各値の測定は、以下の方法により行われた。
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した。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。また、上記600mN〜950mN間の変位量についても同様に得ることができた。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。
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。
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。
2…液晶層
3…柱状スペーサ
Claims (2)
- 2枚の透明基板と、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枚の透明基板間の間隙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2枚の透明基板の有効表示領域に対して、前記2枚の透明基板間の間隙が狭くなる方向に下記の測定方法により荷重を加えた際に、荷重80mNから400mNまで荷重を増加させた場合の変位量が0.1μm〜0.8μmの範囲内であり、かつ荷重600mNから950mNまで荷重を増加させた場合の変位量が0.05μm〜0.5μmの範囲内であり、
前記有効表示領域内に形成された前記柱状スペーサが、同一の高さを有し、かつ硬度の異なる2種類の光硬化性樹脂材料が積層されてなるものであり、
前記柱状スペーサは、高硬度部と、前記高硬度部を覆うように形成された低硬度部とにより形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
(測定方法)
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、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用いて荷重を加え、変位量を測定する。 - 2枚の透明基板と、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枚の透明基板間の間隙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2枚の透明基板の有効表示領域に対して、前記2枚の透明基板間の間隙が狭くなる方向に下記の測定方法により荷重を加えた際に、荷重80mNから400mNまで荷重を増加させた場合の変位量を100とした場合に、荷重600mNから950mNまで荷重を増加させた場合の変位量が30〜200の範囲内であり、
前記有効表示領域内に形成された前記柱状スペーサが、同一の高さを有し、かつ硬度の異なる2種類の光硬化性樹脂材料が積層されてなるものであり、
前記柱状スペーサは、高硬度部と、前記高硬度部を覆うように形成された低硬度部とにより形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
(測定方法)
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、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用いて荷重を加え、変位量を測定する。
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