KR100704332B1 - 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치에 이용되는 기판, 및이들의 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치 및 액정 표시 장치에 이용되는 기판, 및이들의 제조 방법 Download PDF

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샤프 가부시키가이샤
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Abstract

저온 기포, 하부 팽창, 및 가압 얼룩의 발생이 억제된 액정 표시 장치를 구현하기 위한 기둥 형상 스페이서의 구성 및 배치 밀도의 최적화를 용이하게 하고자 하는 것이다. 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법은, 샘플 기판을 준비하는 단계; 적어도 1층의 수지층을 갖는 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플을 상기 샘플 기판 상에 형성하는 단계; 상기 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 스프링 상수 k0(mN/㎛) 및 상기 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 최소부의 단면적 Sps0을 구하고, 상기 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 단위 면적당의 스프링 상수 Kps(=k0/Sps0)를 산출하는 단계; 및 액정 표시 장치의 표시 영역의 면적을 S, 상기 액정 표시 장치용의 상기 기판 상에 형성하여야 할 기둥 형상 스페이싱 구조체의 최소부의 단면적을 Sps, 상기 표시 영역 내의 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 수를 n으로 하는 경우, Kps×(Sps×n/S)로 정의된 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt가 0.00008mN/㎛3 이상 0.00237mN/㎛3 이하의 범위 내가 되도록, 상기 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 개수 n 및 상기 최소부의 단면적 Sps를 설정하는 단계를 포함한다.
기둥 형상 스페이싱 구조체, 스프링 상수, 최소부의 단면적, 액정 표시 장치

Description

액정 표시 장치 및 액정 표시 장치에 이용되는 기판, 및 이들의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND SUBSTRATE TO BE USED FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE, AND METHODS FOR PRODUCING THE SAME}
도 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 및 1f는, 본 발명의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치가 갖는 기둥 형상 스페이싱 구조체의 예시적인 구성을 개략적으로 도시하는 도면들.
도 2a, 2b 및 2c는, 본 발명의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치가 갖는 기둥 형상 스페이싱 구조체의 예시적인 구성을 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 기둥 형상 스페이싱 구조체의 배치 밀도의 최적화 방법을 나타내는 흐름도.
도 4는 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수와, 하부 팽창 및 가압 얼룩의 발생의 정도 사이의 관계를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 액정 표시 패널(50)에 있어서의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 배치 밀도를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6a, 6b 및 6c는 기둥 형상 스페이서들의 일반적인 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단계들.
도 7은 "하부 팽창"을 설명하기 위한 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 2 : 기판
10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F : 기둥 형상 스페이싱 구조체
11 : 블랙 매트릭스(금속층)
12 : 기둥 형상 스페이서
13R, 13G, 13B : 착색층
22 : 버스 라인
23 : 무기 절연막
32 : 액정층
[특허 문헌 1] 일본 특허공개 제9-73088호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허공개 제11-2718호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허공개 제2001-117103호 공보
[특허 문헌 4] 일본 특개2000-321580호 공보
본 발명은 기둥 형상 스페이서를 갖는 액정 표시 장치 및 그것에 이용되는 기판, 및 이러한 액정 표시 장치 및 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 그 응용의 범위가 더욱 확대됨과 함께, 고성능화가 진행되 고 있다. 특히, 넓은 시야각 특성을 갖는 MVA나 IPS 등의 표시 모드가 개발되어, 더욱 개발이 진행되고 있다.
액정 표시 장치의 표시 품위의 향상을 위해서는, 어떠한 표시 모드를 채용하는 경우에도, 액정층의 두께("셀 갭" 또는 "셀 두께"라고도 칭할 수 있음)를 정밀히 제어하는 것이 필요하다. 특히, 최근 이용이 활발해지고 있는 대형 액정 표시 장치에서는, 대면적에 걸쳐 셀 갭을 균일하게 제어할 필요가 있다.
셀 갭은, 액정층을 사이에 끼고 서로 대향하는 한쌍의 기판에 배치되는 스페이서들에 의해서 제어되고 있다. 종래에는 스페이서로서 파이버 형상이나 입자 형상의 스페이서(예를 들면, 플라스틱 비즈(beads))를 이용하여, 기판 상에 산포함으로써 배치되어 있었다. 그러나, 플라스틱 비즈를 산포하는 이 기술에서는, 스페이서가 배치되는 위치를 제어할 수 없기 때문에, 화소 내의 액정 분자의 배향을 흐트러뜨리는 원인이 되는 경우가 있었다. 각 화소 내의 액정 분자의 배향이 흐트러지면, 표시의 "거친 정도(coarseness)"로서 인지되는 경우가 있다. 또한, 기판의 바닥층의 요철의 영향으로 셀 갭에 변동이 발생하여, 표시 얼룩을 발생하는 경우도 있었다.
따라서, 최근에는, 감광성 재료를 이용한 포토리소그래피 프로세스를 이용하여 기판 상에 기둥 형상의 스페이서를 형성하는 기술을 채용하는 것이 일반적이었다. 이 기술에 의해 형성된 스페이서는, "기둥 형상 스페이서(columnar spacers)", "도트 형상 스페이서" 혹은 "포토 스페이서"라고 불리기도 한다.
도 6a∼도 6c를 참조하면서, 기둥 형상 스페이서의 일반적인 제조 방법을 설 명한다.
우선, 도 6a에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 스핀 코팅법으로 감광성 수지를 기판(61) 상에 도포함으로써 감광성 수지층(63)을 형성한다. 감광성 수지로는, 예를 들면, 아크릴 수지 등의 광 경화성 수지(네가티브형 포토레지스트)가 이용된다. 경화를 위한 광으로는, 자외선(UV)이 종종 이용된다.
다음으로, 도 6b에 도시한 바와 같이, 소정의 위치들에 개구부(투광부)(65a)를 갖는 포토마스크(65)를 통하여, 감광성 수지층(63)을 노광한다.
그 후, 노광 후의 감광성 수지층(63)을 현상하고, 광이 조사되지 않은 영역의 미경화의 감광성 수지를 제거함으로써, 도 6c에 도시한 바와 같이, 소정의 위치에 배치된 기둥 형상 스페이서(67)를 얻는다. 필요에 따라, 200℃∼250℃ 정도의 온도에서 포스트베이킹(post-baking)이 수행된다.
스페이서의 위치뿐만 아니라, 배치 밀도(즉, 얼마나 밀집하게 공간들이 제공되는지)도 표시 품위에 영향을 미친다고 알려져 있다. 예를 들면, 기둥 형상 스페이서의 배치 밀도가 너무 높으면, 액정 재료의 열 수축 및 팽창에 의한 액정층의 두께의 변화에 기둥 형상 스페이서가 따를 수 없게 된다. 따라서, 특히 저온에서 "저온 기포"가 발생한다. 또한, 도 7에 개략적으로 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치(액정 패널)를 수직 형태로 배치할 때 중력에 의해 액정 재료가 패널의 하부로 편재함으로써 갭에 변동이 발생한다. 다른 문제점들 중에서, 이것은 휘도 얼룩(이하, "하부 팽창"이라고 함)을 발생시킨다. 반대로, 기둥 형상 스페이서의 배치 밀도가 너무 작으면, 강도가 부족하여, 디스플레이 표면의 가압에 의해 셀 갭 변동( 이하 "가압 얼룩"이라고 함)이 발생하게 될 수 있다. 따라서, 기둥 형상 스페이서를 적당한 밀도로 배치할 필요가 있다.
따라서, 예를 들면, 일본특허공개 공보 제9-703088호에는, 기둥 형상 스페이서의 단면적을 1mm2당 O.OOO1∼O.OO2mm2로 함으로써, 상기 문제점의 발생을 방지할 수 있다고 기재되어 있다. 또한, 일본특허공개 공보 제11-2718호 및 일본특허공개 공보 제2001-117103호에는, 상기 문제점의 발생을 방지하기 위해, 기둥 형상 스페이서의 면적 비율을 0.05%∼1.5%의 범위로 설정할 것을 개시하고 있다.
또한, 일본특허공개 공보 제2000-321580호에는, 기둥 형상 스페이서의 면적 비율(점유율)을 0.05%∼0.86%의 범위로 설정하고, 또한, 기둥 형상 스페이서의 경도값(DH=K+Pmax/hmax2, K:상수; Pmax:최대 하중; 및 hmax:최대 변위량)을 소정의 범위 내로 설정함으로써, 양호한 액정 표시 장치를 얻을 수 있다고 기재되어 있다.
그러나, 본 발명의 발명자들의 검토에 의하면, 상기 특허공개 문헌들은, 모두 충분한 조건을 규정하지 않고 있으며, 실제로 각각에 기재된 수치 범위를 만족하는 액정 표시 장치를 제작해도, 상술한 문제점들(특히 "하부 팽창")을 충분히 억제할 수 없음을 알았다. 예를 들면, (후술하는) 실험예의 결과를 나타내는 표 2에서는, 기둥 면적비 P가 0.00105이고, 일본특허공개 공보 제9-73088호(전술함) 및 제11-2718호(전술함)에 기재되어 있는 조건을 만족하는 샘플 No.13이 예시되어 있다. 기둥 형상 스페이서를 구성하는 재료로서 스프링 상수가 2.40mN/㎛3의 재료(E) 를 이용한, 샘플 No.13의 변형인 샘플 No.23에서는, "하부 팽창"이 "×"가 된다(즉, 카메라용의 중성 농도 필터(투과율 10%)를 통해서 조차 얼룩이 인식됨).
특히, 복잡한 구성을 갖는 액정 표시 장치의 구성의 경우에, 수지층(예를 들면, 컬러 필터층)을 포함하는 구조 위에 기둥 형상 스페이서를 제작하면, 기둥 형상 스페이서의 배치 밀도를 소정의 수치 범위로 하여도, 기둥 형상 스페이서와 직접 또는 간접적으로 접촉하는 수지층의 물성(스프링 상수)에 의해서, 양호한 표시 장치를 얻을 수 없다. 따라서, 양호한 표시 장치를 얻기 위한 기둥 형상 스페이서의 구성 및 배치 밀도를 결정하기 위해서는, 많은 시행 착오를 반복할 필요가 있었다. 시행 착오를 회피하기 위해서는, 예를 들면, 기둥 형상 스페이서를 수지층이 없는 영역에 배치하는 등, 이용할 수 있는 구성이 한정된다는 문제점이 발생한다. 또한, 표시 영역과 그 외측의 주변 영역에서의 기둥 형상 스페이서의 설계 방법도 지금까지 애매하였다. 주변 영역에 배치되는 기둥 형상 스페이서 설계가 적절하지 못하기 때문에, 표시 영역 주위의 셀 갭이 불균일하게 되어, 휘도 얼룩이 발생하는 경우가 있었다.
상술한 문제점들을 극복하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들은 "저온 기포", "하부 팽창", 및 "가압 얼룩"의 발생이 억제되어, 셀 갭 변동과 관련된 휘도 얼룩이 적은 표시 품위가 높은 액정 표시 장치를 얻기 위한 기둥 형상 스페이서의 구성 및 배치 밀도를 종래보다도 간편하게 최적화하는 방법을 제공한다.
본 발명의 액정 표시 장치는, 한쌍의 기판 사이에 설치된 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체를 포함하며, 상기 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 각각은, 적어도 1개의 수지층을 갖고, 각각의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 스프링 상수를 k(mN/㎛), 표시 영역의 면적을 S, 표시 영역 내의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 수를 n으로 하고, k×n/S로 정의된 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt는 0.00008 mN/㎛3 이상 0.00237 mN/㎛3 이하의 범위 내에 있다.
바람직하게는, 상기 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt는 0.00018 mN/㎛3 이상이다.
바람직하게는, 상기 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt는 0.0005 mN/㎛3 이하이다.
일 실시 형태에서, 상기 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체는 복수의 수지층을 포함한다.
일 실시 형태에서, 상기 복수의 수지층은 적어도 1개의 착색 수지층을 포함한다. 예를 들면, 상기 적어도 1개의 착색 수지층은 3가지 상이한 색상들의 착색 수지층을 포함한다.
일 실시 형태에서, 상기 복수의 수지층은, 상기 적어도 1개의 착색층 상에 형성된 수지층을 포함한다. 상기 적어도 1개의 착색층 상에 형성된 상기 수지층은 투명 수지층이어도 된다.
일 실시 형태에서, 상기 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체는, 상기 적어도 1개의 착색층 상에 형성된 상기 수지층과 상기 적어도 1개의 착색층 사이에 형성된 투명 도전층을 더 포함한다.
일 실시 형태에서, 상기 액정 표시 장치는 블랙 매트릭스를 더 포함하고, 상기 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체는 상기 블랙 매트릭스 상에 형성되어 있다.
일 실시 형태에서, 액정 표시 장치는 상기 표시 영역의 주변 영역에, 복수의 또 다른 기둥 형상 스페이싱 구조체를 포함하고, 주변 영역의 면적을 S', 주변 영역 내의 또 다른 기둥 형상 스페이싱 구조체의 수를 n'로 하고, k×n'/S'로 정의되는 주변 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt'는, 0.5×Kpt≤Kpt'<Kpt의 관계를 만족한다.
일 실시 형태에서, 액정 표시 장치는 상기 표시 영역의 주변 영역에, 복수의 또 다른 기둥 형상 스페이싱 구조체를 포함하고, 상기 복수의 기둥 형상 구조체의 각각은 복수의 수지층을 포함하며; 상기 복수의 또 다른 기둥 형상 구조체의 각각은 상기 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 각각에 포함된 상기 복수의 수지층들 중 적어도 하나의 층이 부족하다.
일 실시 형태에서, 상기 액정층은 수직 배향형 액정층이고, 상기 표시 영역의 주변 영역의 셀 갭은 상기 표시 영역의 셀 갭에 대해 -0.3㎛로부터 +0.1㎛까지의 범위 내에 있다.
일 실시 형태에서, 액정 표시 장치는 상기 표시 영역을 둘러싸는 주변 영역에, 상기 한쌍의 기판들을 서로 부착가능하게 하는 시일(seal)을 더 포함하고, 상기 시일은 스페이서들을 포함한다.
일 실시 형태에서, 액정 표시 장치는 상기 표시 영역을 둘러싸는 주변 영역 에, 상기 한쌍의 기판들을 서로 부착가능하게 하는 시일을 더 포함하고, 상기 시일은 스페이서들을 포함하지 않는다.
일 실시 형태에서, 상기 표시 영역을 둘러싸는 주변 영역의 적어도 일부분은 6㎜ 이상의 폭을 갖는다.
본 발명의 액정 표시 장치에 사용된 기판은 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체를 포함한다.
본 발명의 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법은, 샘플 기판을 준비하는 단계; 적어도 1층의 수지층을 갖는 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플을 상기 샘플 기판 상에 형성하는 단계; 상기 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 스프링 상수 k0(mN/㎛) 및 최소부의 단면적 Sps0을 구하고, 상기 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 단위 면적당의 스프링 상수 Kps(=k0/Sps0)를 산출하는 단계; 및 액정 표시 장치의 표시 영역의 면적을 S, 상기 액정 표시 장치용의 상기 기판 상에 형성하여야 할 기둥 형상 스페이싱 구조체의 최소부의 단면적을 Sps, 상기 표시 영역 내의 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 수를 n으로 하는 경우, Kps×(Sps×n/S)로 정의된 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt가 0.00008mN/㎛3 이상 0.00237mN/㎛3 이하의 범위 내가 되도록, 상기 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 개수 n 및 상기 최소부의 단면적 Sps를 설정하는 단계를 포함한다.
일 실시 형태에서, 본 방법은 기판을 준비하는 단계; 및 상기 기판 상에 상기 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체를 형성하는 단계 - 상기 단계는 상기 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플과 동일한 재료를 이용하여 n개의 기둥 형상 스페이싱 구조체를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 n개의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 각각의 최소부는 상기 설정된 최소부의 단면적 Sps를 가짐 -를 포함한다.
본 발명에 따르면, 기둥 형상 스페이서의 구성 및 배치 밀도를 종래보다도 간편하게 최적화할 수 있다. 이것은, "저온 기포", "하부 팽창", 및 "가압 얼룩"의 발생이 억제되어, 휘도 얼룩이 적고 표시 품위가 높은 액정 표시 장치; 및 그러한 액정 표시 장치에 사용하기 위한 기판을 종래보다도 더욱 용이하게 제조할 수 있게 한다.
특히, 기둥 형상 스페이서들의 하부 v으로서 수지층이 포함되는 구성에서나, 또는 상부에 기둥 형상 스페이서들을 갖는 기판에 대한 대향 기판이 그 자신 위에 수지층을 갖는 구성에서는, 기둥 형상 스페이서들의 바람직한 구성 및 배치 밀도를, 종래의 경우에 필요한 반복적인 시행착오의 노력 없이 결정할 수 있다. 따라서, 그외의 장점들 중에서도, 액정 표시 장치를 위한 개발 기간이 단축될 수 있으며, 액정 표시 장치를 위한 제조 비용이 감소될 수 있다.
본 발명의 그외의 특징들, 구성요소들, 프로세스들, 단계들, 특징들 및 이점들은 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
<바람직한 실시예에 대한 상세한 설명>
이하에서는, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 설명한다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 액정 표 시 장치의 제조 방법의 주된 특징은, 기둥 형상 스페이서의 구성 및 배치 밀도의 최적화에 있기 때문에, 기둥 형상 스페이서의 구성 및 배치 밀도에 대하여 먼저 설명한다.
본 발명자들은, 후술하는 바와 같이, 다양한 재료를 이용하여, 적합한 기둥 형상 스페이서의 구성 및 배치 밀도를 검토한 결과, "저온 기포", "하부 팽창", 및 "가압 얼룩"의 발생을 억제하기 위해서, 액정 표시 장치(액정 패널)가 적합한 변형 특성을 갖는 것이 필요함을 발견하였다. 또한 본 발명자들은 액정 표시 패널의 변형 특성은, 개개의 기둥 형상 스페이서의 변형 특성과 기둥 형상 스페이서의 배치 밀도에 의해 주로 지배되고 있음을 발견했다. 따라서, 이것은 전술한 일본 특허공개 공보 제9-73088호, 제11-2718호, 및 제2001-117103호에 기재된 바와 같이, 기둥 형상 스페이서의 배치 밀도를 최적화하는 것 만으로는, 적합한 액정 표시 패널을 보증할 수 없다는 것을 의미한다. 또한, 전술한 일본 특허공개 공보 제2000-321580호에 기재된 바와 같이, 기둥 형상 스페이서의 배치 밀도와 경도의 각각에 대해 독립적으로 적합한 범위로 설정해도, 적합한 액정 표시 장치를 보증할 수는 없을 것이다.
따라서, 본 발명자들은, 적합한 액정 표시 패널의 변형 특성을 액정 표시 패널(또는 주로, 그것의 표시 영역)의 단위 면적당의 스프링 상수(이하 "Kpt"라 함)로 표현하고, 또한, 액정 표시 패널의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt를 개개의 기둥 형상 스페이서의 스프링 상수 k와 기둥 형상 스페이서들의 배치 밀도(기둥 면적비 P)와의 함수로서 표현하는 것을 생각했다. 또한, 개개의 기둥 형상 스페이서의 스프링 상수 k로서 고려하여야 할 특성은, 감광성 수지를 이용하여 형성한 기둥 형상 스페이서 자신의 특성만으로 불충분하고, 기둥 형상 스페이서들의 바닥의 수지층, 및 대향하는 기판 상에 존재하는 임의의 수지층도 고려하여야 한다는 점을 유의한다. 따라서, 기둥 형상 스페이서 자신을 포함하여 "각각의 기둥 형상 스페이서의 스프링 상수 k"를 고려하여 집합적으로 포함되는 임의의 구성 요소들은 "기둥 형상 스페이싱 구조체(columnar spacing structure)"라고 부르기로 한다.
즉, "기둥 형상 스페이싱 구조체"란, 액정층을 사이에 두고 서로 대향하는 한쌍의 기판 사이에 존재하는 구조체로서, 감광성 수지를 이용하여 형성된 기둥 형상 스페이서 뿐만 아니라, 임의의 하부 수지층, 및 대향하는 기판측에 존재할 수 있는 임의의 수지층을 포함한다. 또한, 유리 기판 상에는, 게이트 배선이나 게이트 절연막(무기 산화막) 등이 형성되어 있는데, 이 구성요소들 각각은 매우 큰 스프링 상수를 가지며(기판과 같은 정도), 또한 얇다. 따라서, 표시 패널의 변형에 대한 기여는 매우 작으므로 무시한다. 따라서, 본 명세서에서는, 서로 대향하는 한쌍의 기판 사이에 존재하는 구조체중에, 감광성 수지로 형성된 기둥 형상 스페이서와, 임의의 수지층(예를 들면, 컬러 필터층, 블랙 매트릭스층 및 화소 전극들의 하층에 설치되는 수지 층간 절연층)을 포함하는 구조체로서, 이들의 사이에 무기층(예를 들면, ITO 층으로 이루어지는 화소 전극)을 갖는 경우에는, 그 무기층을 포함하는 구조체를 "기둥 형상 스페이싱 구조체"라고 부른다.
도 1a∼도 1f를 참조하면서, 본 발명에 따른 실시 형태의 액정 표시 장치가 갖는 기둥 형상 스페이싱 구조체의 예시적인 구성을 설명한다.
도 1a에 도시하는 액정 표시 장치는, 기판들(1, 2)(예를 들어, 유리) 사이에 기둥 형상 스페이서(12)를 포함한다. 기둥 형상 스페이서(12)는 감광성 수지로 형성된다. 기둥 형상 스페이서(12)로 규정되는 공극에 액정층(32)이 설치되어 있다. 각각의 기둥 형상 스페이서(12)는, 예를 들면, 기판(1) 상에 순 테이퍼 형상으로 형성되어 있다. 기둥 형상 스페이서(12)와 기판(1) 사이, 및 기둥 형상 스페이서(12)와 기판(2) 사이에는, 패널의 변형에 영향을 미치는 스프링 상수의 작은 층은 존재하지 않는다. 즉, 기둥 형상 스페이서(12) 만이 패널의 변형에 기여한다. 따라서, 표시 장치가 도 1a에 도시한 구성으로 근사할 수 있는 구조를 갖는 경우에는, 기둥 형상 스페이서(12) 자신이 기둥 형상 스페이싱 구조체(10A)로 된다.
예를 들면, 도 1b에 도시한 바와 같이, 기판(1)과 기둥 형상 스페이서(12) 사이에 금속막으로 형성된 블랙 매트릭스(11)가 존재하거나, 혹은 버스 라인(22) 및 그것을 피복하는 무기 절연막(23)이 기판(2)과 기둥 형상 스페이서(12) 사이에 형성되어 있어도, 그러한 구성요소들이 큰 스프링 상수와 작은 막 두께를 갖기 때문에, 패널의 변형에는 기여하지 않는다. 따라서, 도 1b에 도시된 구성에서도, 기둥 형상 스페이서(12) 자신이 기둥 형상 스페이싱 구조체(10B)로 된다. 즉, 도 1b의 구성은, 도 1a의 구성과 등가라고 간주할 수 있다.
이에 반해, 도 1c에 도시하는 액정 표시 장치에서는, 기판(1) 상에 형성된블랙 매트릭스(금속막으로 형성되어 있음) 상에, 컬러 필터용의 착색층(13)이 형성되어 있고, 이 착색층(13) 상에 기둥 형상 스페이서(12)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(11)는 패널의 변형에 기여하지 않는다. 그러나, 착색층(13)은 일반적으로 색소나 안료를 포함하는 감광성 수지로 형성되어 있기 때문에, 패널의 변형에 기여한다. 따라서, 도 1c에 도시한 구성에서는, 기둥 형상 스페이서(12) 뿐만 아니라, 기둥 형상 스페이서(12)와 블랙 매트릭스(11) 사이에 존재하는 착색층(13)의 일부분(13a)도 기둥 형상 스페이싱 구조체(10C)의 부분이 된다.
또한, 착색층으로서 감광성 수지층을 이용하는 경우에는, 도 1d에 도시한 바와 같이, 복수의 착색층(13R, 13G, 13B)(예를 들면, 적, 록, 청의 3개 층들)을 적층함으로써, 기둥 형상 스페이싱 구조체(10D)를 구성해도 된다. 이러한 구성을 채용함으로써, 제조 프로세스를 간략화할 수 있다. 물론, 적층되는 착색층들은, 적, 록, 청의 3개 층들에 한정되지 않고, 그외의 임의의 색들의 착색층들을 조합하여도 된다. 또한, 도 1a∼도 1f 중 임의의 도면에서 기둥 스페이서 구조체에 이용되는 기둥 형상 스페이서(12)는 액정 분자의 배향을 제어하기 위한 구조체로서 겸용할 수 있다. 액정 분자 배향 제어용의 이러한 구조체는 주로 MVA 기술에서 이용되며, 통상적으로 수지층으로 구성된다. 기둥 형상 스페이서(12)를 액정 분자 배향 제어용 구조체로 겸용으로 하면, 프로세스 공정 수를 증대하지 않고도, 기둥 형상 스페이싱 구조체를 형성할 수가 있기 때문에, 비용상 이점을 얻는다. 수지층으로서, 투명 수지층을 이용할 수도 있다.
또한, 도 1e에 도시한 바와 같이, 착색층(13R, 13G, 13B)의 적층된 구조 상에 기둥 형상 스페이서(12)를 형성하고, 그 결과 착색층(13R, 13G, 13B)과 기둥 형상 스페이서(12)를 포함하는 기둥 형상 스페이싱 구조체(10E)를 형성할 수도 있다. 이 경우에, 대향 전극으로 되는 투명 도전층(예를 들면, ITO 층)(15)을 설치하는 경우, 착색층(13R, 13G, 13B)의 적층 구조를 형성한 후에, 투명 도전층(예를 들면, 대향 전극)(15)을 형성하고, 그 투명 도전층(15) 위에 기둥 형상 스페이서(12)를 형성할 수 있다. 이 프로세스를 채용하면, 기둥 형상 스페이싱 구조체(10E)는, 착색층(13R, 13G, 13B)의 적층 구조와 기둥 형상 스페이서(12) 사이에 존재하는 투명 도전막(15)의 일부분(15a)을 포함하게 된다. 투명 도전막(15)은, 상술한 이유로인해, 기둥 형상 스페이싱 구조체(10E)의 스프링 상수에는 영향을 주지 않기 때문에, 후술하는 바와 같이, 기둥 형상 스페이싱 구조체의 단위 면적당의 스프링 상수를 구하기 위해서 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플을 시험적으로 형성하는 경우에는, 투명 도전막(15)을 생략해도 된다.
또한, 도 1f에 도시한 바와 같이, 기둥 형상 스페이서(12)를 형성한 기판(1)과 반대측의 기판(2)이 수지층(24)을 포함할 수 있다. 이 경우에, 기둥 형상 스페이싱 구조체(10F)는, 착색층(13R, 13G, 13B)의 적층 구조와, 그 위에 형성된 기둥 형상 스페이서(12)와, 기둥 형상 스페이서(12)와 기판(2) 사이에 위치하는 수지층(24)의 일부분(24a)을 포함하게 된다. 수지층(24)은, 예를 들면, 각 화소 전극(25)을 그 하층에 형성되는 배선 등으로부터 절연하기 위한 층간 절연막(24)으로, 이러한 구성을 채용함으로써, 화소 개구율을 증대시킬 수 있다. 그러므로, 도 1f에 도시한 기둥 형상 스페이싱 구조체(10F)는, 착색층(13R, 13G, 13B)의 적층 구조, 기둥 형상 스페이서(12), 층간 절연막(24), 및 이들의 사이에 위치하는 투명 도전층(15)의 부분(15a) 및 이들의 사이에 위치하는 화소 전극(25)의 부분(25a)을 포함하게 된다. 이 경우에도, 상술한 바와 마찬가지로, 기둥 형상 스페이싱 구조 체 샘플을 시험적으로 형성하는 경우에는, 투명 도전막(15) 및/또는 화소 전극(25)을 생략해도 된다. 단, 층간 절연막(24)은 무시할 수 없다. 따라서, 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플을 형성하는 경우에, 기둥 형상 스페이싱 구조체(10F)로부터 투명 도전막(15)과, 화소 전극(25)을 생략한 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플을 형성하고, 이 기둥 형상 스페이싱 구조체의 스프링 상수를 구하는 것이 바람직하다. 혹은, 착색층(13R, 13G, 13B)의 적층 구조와 기둥 형상 스페이서(12)로 이루어지는 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 스프링 상수는, 층간 절연막(24)의 스프링 상수로부터 개별적으로 구하고, 계산에 의해서, 기둥 형상 스페이싱 구조체(10F) 전체의 스프링 상수를 구할 수도 있다.
본 발명에 따른 실시 형태의 기둥 형상 스페이싱 구조체는, 상기의 예에 한정되지 않고, 다양한 조합이 가능하다. 또한, 기둥 형상 스페이싱 구조체를 구성하는 층은, 도 1a∼도 1f에 예시한 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 블랙 매트릭스를 흑색의 감광성 수지층으로 형성해도 된다. 이 경우, 블랙 매트릭스를 금속층으로 형성한 상술한 경우와는 달리, 블랙 매트릭스(흑색의 감광성 수지층)도 패널의 변형에 기여한다. 또한, 도 1e 및 도 1f에서, 기둥 형상 스페이서(12)는 투명 도전막(15)의 아래에 있는 착색층(13B, 13C) 등보다, 작게 예시하고 있지만, 착색층(13B, 13G)을 덮어씌우기에 충분히 크게 기둥 형상 스페이서(12)를 형성하여, 임의의 도전성 이물질 등에 의한 상부 및 하부 전극들 사이의 누설을 저감할 수 있다.
또한, 기둥 형상 스페이싱 구조체(10A∼10F)는, 개구율의 개선의 관점에서는 화소의 외측에 형성하는 것이 바람직하지만, 필요에 따라 화소 내에 형성해도 된다. 또한, 기둥 형상 스페이싱 구조체는 표시 영역(즉, 화소들의 매트릭스 구성에 기초하여 표시가 수행되는 영역) 내에 균일하게 배치하는 것이 바람직하고, 표시 영역 내의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 개수와 화소(도트)의 수는 정수비를 이룬다.
다음으로, 본 발명의 실시 형태에 따른 기둥 형상 스페이싱 구조체의 배치 밀도의 최적화 방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 따르면, 액정 표시 패널의 변형 특성은 액정 표시 패널의 단위 면적당의 스프링 상수("Kpt"라 함)로 표현되고, 또한, 액정 표시 패널의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt는 개개의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 스프링 상수 k와 기둥 형상 스페이싱 구조체의 배치 밀도와의 함수로서 표현된다. 여기서는, 액정 표시 패널의 표시 영역에서의 배치 밀도를 설명한다. 기둥 형상 스페이싱 구조체의 배치 밀도는, 표시 영역의 면적 S에 대한 전체 기둥 형상 스페이싱 구조체의 면적 Sps의 비(기둥 형상 스페이싱 구조체의 면적비, 간단하게 "기둥 면적비"라고도 함) P로 나타낸다.
일반적으로, 기둥 형상 스페이싱 구조체는, 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 개략적으로 나타내는 기둥 형상 스페이싱 구조체(10A, 10D')와 같이, 테이퍼 형상을 갖고 있다. 따라서, 기둥 형상 스페이싱 구조체의 표시 패널면 내의 면적은 기둥 형상 스페이싱 구조체의 최소부의 면적, 즉, 표시 패널면에 평행한 면 내에서 최소 단면적을 갖는 부분의 면적으로 나타내는 것으로 한다. 이하에서는, 동일한 정의에 기 초하여 간단히 "단면적"이라고 칭한다. 따라서, 표시 영역 내의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 총 개수를 n으로 하면, 기둥 형상 스페이싱 구조체의 면적비(기둥 면적비) P는 P=Sps×n/S로 표시된다.
또한, 1개의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 스프링 상수 k는, 예를 들면, 미소 변위 측정 장치를 이용하여, 압축 하중에 대한 압축 변위를 계측하여, k=(압축 하중)/(압축 변위)로부터 구해진다.
이 1개의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 스프링 상수 k와 기둥 형상 스페이싱 구조체의 최소부의 단면적 Sps로부터, 기둥 형상 스페이싱 구조체의 단위 면적당의 스프링 상수를 Kps(=k/Sps)가 구해진다. 이 값을 사용하여, 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt는, Kps×P로 정의된다. 이들 파라미터들 사이의 관계를 통합하여 아래의 표 1에 나타낸다.
Figure 112005029744937-pat00001
이제, 상술한 파라미터들은 그들 중 어느것(들)이 액정 표시 패널 설계에 따라 조정 가능하고, 조정을 필요로 하는지를 설명하는 것을 개별적으로 논의될 것이다. 먼저, 표시 영역의 면적 S는 각 액정 표시 패널에 고유의 값으로, 따라서 제조하는 액정 패널의 설계에 의해서 결정된다. 기둥 형상 스페이싱 구조체의 구성은(예를 들면, 도 1a∼도 1f에 도시한 구성으로부터 선택될 수 있음) 액정 표시 패널의 설계 및 제조 프로세스의 선택에 의해서 결정된다. 컬러 필터를 구성하는 착색층이나 블랙 매트릭스의 재료는 이들 각각의 구성요소들에 요구되는 특성들에 기초하여 선택된다. 기둥 형상 스페이싱 구조체가, 착색층 등과 별도로 형성되는 기둥 형상 스페이서를 포함하는 경우, 기둥 형상 스페이서를 형성하는 감광성 수지의 선택에는 여지가 남겨진다. 다른 파라미터는, 표시 영역 내의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 개수 n 및 기둥 형상 스페이싱 구조체의 최소부의 단면적 Sps이다.
실제로는, 전체 제조 프로세스의 부분인 다른 프로세스에 사용되고 있는 것과 동일한 감광성 수지를 이용하여 기둥 형상 스페이서를 형성할 수 있다. 따라서, 액정 표시 장치의 새로운 모델을 설계할 때에 최적화를 위해 남겨지는 유일한 파라미터들은, 표시 영역 내의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 개수 n 및 각 기둥 형상 스페이싱 구조체의 최소부의 단면적 Sps이다.
여기서, 기둥 형상 스페이싱 구조체의 단위 면적당의 스프링 상수 Kps는, 기둥 형상 스페이싱 구조체의 구성에 고유한 값으로, 최소부의 단면적 Sps에 의존하지 않는 값이다. 따라서, Kps가 주어지면, 이것은 최소부의 단면적 Sps 및 갯수 n을 정하는 데에 충분하여, 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt는 최적의 액정 표시 패널을 얻기 위한 바람직한 범위 내에 들어가게 된다. 본 발명자들은 다양한 실험을 통해서, 이 설계 방법이 유효하다는 것을 확신했다.
즉, 후에 실험예를 참조하여 설명하는 바와 같이, 액정 표시 패널(표시 영역)의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt가 0.00008mN/㎛3 이상 0.00237mN/㎛3 이하의 범위 내에 있는 한, 상기 문제점들(특히, "하부 팽창")이 방지된다. 따라서, 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플을 사용하여 구한 기둥 형상 스페이싱 구조체의 단위 면적당의 스프링 상수 Kps에 기초하여, 스프링 상수 Kpt가 상술한 범위 내에 들어가도록, 최소부의 단면적 Sps와 개수 n을 설정함으로써, 양호한 액정 표시 패널을 제조할 수 있다. 이러한 방법으로, 과도한 시행착오의 수고를 피하고, 패널 조립 프레세스 중의 (주입 시간 등의) 변동에 대해서도 충분한 프로세스 마진을 얻을 수 있다.
이하에, 도 3을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 따른 기둥 형상 스페이싱 구조체의 배치 밀도의 최적화 방법을 설명한다.
우선, 제조하는 액정 표시 패널에 따라서, 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 구성, 재료, 및 제조 프로세스를 결정한다(단계(a)). 여기서, "기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플"이란, 개개의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 스프링 상수를 구하기 위해 사용되는 샘플로서, 실제의 액정 표시 장치에 이용되는 기둥 형상 스페이싱 구조체일 필요는 없다. 단, 상술한 바와 같이, 각각의 기둥 형상 스페이싱 구조체는, 기둥 형상 스페이서 뿐만 아니라, 그 바닥층이나 및/또는 대향하는 기판 상에 형성된 수지층을 포함하는 경우가 있기 때문에, 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플들은 실제의 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플들에 가까운 것이 바람직하다. 실제의 기둥 형상 스페이싱 구조체를 복수의 부분으로 분리하여 얻어진 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 스프링 상수 k0으로부터 각각의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 스프링 상수 k를 계산할 수 있다. 이하의 설명에서는, 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플에 대하여 값이 구해진 파라미터에는, 첨자 "o"을 붙이기로 한다.
다음으로, 단계(a)에서 결정된 내용에 따라서, 샘플 기판 상에 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플을 제작한다(단계(b)). 이 샘플 기판으로는 액정 표시 장치에 실제로 이용되는 기판일 필요는 없고, 작은 기판이면 된다. 따라서, 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플을 제작하기 위한 포토마스크 및 그외의 임의의 작은 것을 이용하는 것이 가능하다.
기둥 형상 스페이싱 구조체의 단위 면적당의 스프링 상수 Kps는 최소부의 단면적 Sps에 의존하지 않는다. 그러나, 제조 프로세스의 변동들 등에 의해서, 기둥 형상 스페이싱 구조체의 구조가 미묘하게 변화한다. 따라서, 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 최소부의 단면적 Sps0은 각각의 실제의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 최소부의 단면적 Sps에 가까운 값으로 설정하는 것이 바람직하고, 또한, 최소부의 단면적 Sps가 서로 다른 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플을 제작하는 것이 바람직하다. 후에 예시하는 실험 예에서는, 최소부들의 단면적 Sps가 약 6O㎛2∼약 1OOO㎛2의 범위의 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플을 제작했다. 실제의 액정 표시 장치에서, 각각의 기둥 형상 스페이싱 구조체가 너무 크면, 화소의 개구율이 작아제게 되거나, 또는 화소의 액정 분자 배향이 흐트러지게 되어, 그 결과 표시 품위를 저하시킨다. 따라서, 실제의 액정 표시 장치에서는, 기둥 형상 스페이싱 구조체들이 양호한 재현성을 갖고 형성될 수 있다고 하더라도, 최소부의 단면적 Sps는 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 비록 기둥 형상 스페이싱 구조체의 치수 정밀도가 감광성 수지 재료의 해상도에 의존하지만, 각 기둥 형상 스페이싱 구조체의 최소부의 단면적 Sps를 약 60㎛2 내지 약 200㎛2의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
얻어진 개개의 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플에 대하여, 최소부의 단면적 Sps0 및 스프링 상수 k0를 측정한다. 최소부의 단면적 Sps0는 현미경 사진으로부터 구한다. 스프링 상수 k0는, 예를 들면, 미소 변위 측정 장치를 이용하여, 압축 하중에 대한 압축 변위를 계측하여, k0=(압축 하중)/(압축 변위)에 기초하여 구해질 수 있다. 후술하는 실험 예들에서는, 30mN의 압축 하중을 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플에 대하여 연직 방향으로 인가하였다. 여기에서, "압축 변위"는 하중 인가시의 변위의 총량을 지칭하고, 탄성 변형량과 소성 변형량을 포함한다. 후술하는 실험 예들에서, 각각의 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플은 약 0.7의 복원율(=탄성 변형량/총 변위)을 가졌다. 따라서, "탄성 스프링 상수(kE 0)"가 각 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 탄성 변형에 기인하는 스프링 상수로서 정의되는 경우에, kE 0=k0/0.7이 된다.
얻어진 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 최소부의 단면적 Sps0 및 스프링 상수 k0로부터, 기둥 형상 스페이싱 구조체의 단위 면적당의 스프링 상수 Kps를 계산한다(단계(d)). 스프링 상수 Kps0(=k0/Sps0)는 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플이 것이지만, 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플이 실제로 제작되는 기둥 형상 스페이싱 구조체를 모조한 것이면, Kps0=Kps라고 생각할 수 있다. 마찬가지로, 스프링 상수 k0를 이용하는 것 대신에, 탄성 스프링 상수 kE 0를 이용하여 각각의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 단위 면적당의 탄성 스프링 상수 KEps를 구할 수 있다.
다음으로, 얻어진 스프링 상수 Kps를 이용하여, 제조하는 액정 표시 패널의 표시 영역의 면적 S, 기둥 형상 스페이싱 구조체의 최소부의 단면적 Sps, 및 표시 영역 내의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 개수 n으로부터, 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt를 계산(Kpt=Kps×(Sps×n/S))한다. 이 프로세스를 통하여, Kpt가 0.00008mN/㎛3≤Kpt≤0.00237mN/㎛3를 만족하도록, n 및 Sps를 설정한다(단계(e)). 마찬가지로, 스프링 상수 Kps를 이용하는 것 대신에, 탄성 스프링 상수 KEps를 이용하여, 표시 영역의 단위 면적당의 탄성 스프링 상수 KEpt를 구할 수 있고, KEpt가 0.00011mN/㎛3≤KEpt≤0.00339mN/㎛3를 만족하도록, n 및 Sps를 설정할 수 있다
다음에, 설정된 조건을 만족하도록 액정 표시 장치용 기판을 제조한다. 전형적으로는, 기둥 형상 스페이싱 구조체는 컬러 필터 기판 상에 형성되지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
이하에, 실험예를 나타내어, 본 발명의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 구성 및 배치 밀도를 더욱 구체적으로 설명한다. 이하의 설명에서 논의되는 임의의 스프링 상수 k0는 하중 인가 시의 총 변위량인 압축 변위에 기초하여 얻어진다.
본 실험에서는, 도 1c에 도시한 구성을 갖는 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플을 제작했다. 층들의 재료 및 막 두께는 이하와 같다: 기둥 형상 스페이서(12)은 아크릴계 수지를 이용하여 막 두께를 4㎛로 제조하고; 착색층(13)은 안료 분산형 아크릴계 수지를 이용하여 막 두께를 2㎛로 제조하였다. 기둥 형상 스페이서(12)를 형성하기 위한 감광성 수지로서, 5종류의 재료들(A, B, C, D 및 E)을 이용하였다. 감광성 수지들 A, B, C, D 및 E를 이용하여 형성한 기둥 형상 스페이서(12)를 갖는 기둥 형상 스페이싱 구조체들은 각각 기둥 형상 스페이싱 구조체 A, B, C, D 및 E라고 지칭될 것이다.
기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플 A, B, C, D 및 E의 스프링 상수 k0를 압축 하중 30mN로 하여 미소 변위 측정 장치(시마쯔사 제품, DUH-201)를 이용하여 측정했다. 또한, 각 샘플의 최소부의 단면적 Sps0를 현미경 사진으로부터 구했다. 최소부가 기둥 형상 스페이싱 구조체의 정상에 있는 경우에, 그 정상의 임의의 평탄한 부분의 면적이 "최소부의 단면적"으로 여겨진다. 정상이 둥근 형상인 경우에는, 현미경으로는 단면적을 구하는 것이 힘들 수가 있다. 그러한 경우에는, 예를 들어 3D 형상 측정 장치를 사용하여 기둥 형상 스페이싱 구조체의 높이의 90%에 대응하는 위치에서 얻어지는 단면적을 구할 수 있고, 최소부의 단면적은 이 값으로부터 얻을 수 있다. 이들 측정값들로부터 구한 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 단위 면적당의 스프링 상수 Kps는, 0.48mN/㎛3 (샘플 A), 0.66mN/㎛3 (샘플 B), 0.72mN/㎛3 (샘플 C), 0.57mN/㎛3 (샘플 D), 2.40mN/㎛3 (샘플 E)이었다.
이 데이터에 기초하여, 각각의 기둥 형상 스페이싱 구조체를 이용하여, 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수의 상이한 값들을 갖는 액정 표시 패널들을 제조하여, 저온 기포, 하부 팽창, 및 가압 얼룩의 발생 유무를 평가하였다. 얻어진 결과를 표 2에 나타낸다. 도 4는 표 2의 결과에 대한 그래프 표현이다.
"하부 팽창"은, 약 60℃의 고온에서 24시간 동안 각각의 액정 표시 패널을 거의 수직으로 기대어 세운 상태에서 방치하여, 휘도 얼룩의 유무를 눈으로 확인하여 평가했다. "가압 얼룩"은, 푸시풀 게이지(push-pull gauge)를 이용하여, 평탄한 단부의 압자(flat-ended pad)(선단부 면적 78cm2)를 패널면에 수직으로 밀어붙이고, 완충용 고무를 통하여 3kgf/cm2의 압력으로 하중을 걸리도록 하여, 1분간 유지한 후에 휘도 얼룩의 유무를 눈으로 확인하여 평가했다. 이하의 평가를 이용하였다: (○)얼룩이 보이지 않음; (△) 육안으로 간신히 보임; 및 (×) (투과율 10%인) 카메라용 중성 농도 필터를 통해서도 확인할 수 있음. "저온 기포"는 -30℃ 환경 하에서, 각 액정 표시 패널이 그러한 환경 하에서 500 시간 방치된 후의 기포의 유무에 기초하여 평가되었다.
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표 2 및 도 4에 도시한 결과로부터 알 수 있듯이, 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 재료 및 최소부의 단면적에 관계 없이, 가압 얼룩과 하부 팽창 문제점들과 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt 사이에 명확한 상관 관계가 있음을 알 수 있다.
표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt가 0.000077(≒0.00008) 이상이면, 충분한 강도가 얻어져서 가압 얼룩의 발생이 억제되고, 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt가 0.00237mN/㎛3 이하이면, 하부 팽창의 발생이 억제됨을 알 수 있다. 이로부터, 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt는 0.00008 mN/㎛3 이상 0.00237 mN/㎛3 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 가압 얼룩의 발생을 감소시키기 위해서는, 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt는 0.000178(≒0.00018)mN/㎛3 이상인 것이 바람직하다. 하부 팽창의 발생을 더욱 감소시키기 위해서는, 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt는 0.000504(≒0.0005)mN/㎛3 이하인 것이 바람직하다. 여기서 유의해야 할 점은, 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt의 상술한 범위들 내(즉, 0.00008 mN/㎛3 이상 0.00237mN/㎛3 이하)에서는, 저온 기포 불량은 발생하지 않았다는 것이다.
표 2에서, 샘플 No.11(기둥재 A)과 샘플 No.21(기둥재 C)을 비교하면, 양자의 샘플들이 모두 동일한 기둥 면적비 P 0.00098을 가짐에도 불구하고, 샘플 No.11에서는 하부 팽창 문제점이 발생하지 않는데 반해, 샘플 No.21에서는 하부 팽창 문제점이 발생하였다는 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 동일한 기둥 면적비 P 0.00025를 갖는 샘플 No.3과 샘플 No.19를 비교하면, 샘플 No.3 쪽이 샘플 No.19보다도 가압 얼룩이 발생하기 쉽다.
상기의 결과는 단순한 평가 변동들에 기인하는 것이 아니고, 기둥 면적비 P와 기둥 형상 스페이싱 구조체의 변형 특성(탄성 특성)을 분리하여 평가할 수 없음을 나타내고 있다. 즉, 기둥 면적비 P에 의한 최적의 조건 설정은, 특정한 종류의 재료를 이용한 경우에는 유효하지만, 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 변형 특성들이 서로 다른 경우에는, 그 조건들이 더 이상 적합하지 않을 수 있다. 이 원리는 기둥 재료의 종류뿐만 아니라 그외의 요인들에 따른다. 상술한 바와 같이, 기둥 형상 스페이싱 구조체의 스프링 상수(변형 특성)는 기둥 형상 스페이서의 재료뿐만 아니라 바닥층 등의 영향을 받는다. 따라서, 동일한 재료의 기둥 형상 스페이서를 이용하여도, 상이한 구성의 기둥 형상 스페이싱 구조체를 이용하는 경우에는, 적합한 조건을 얻을 수 없게 된다.
상술한 바와 같이 설정된 기둥 형상 스페이싱 구조체를 설치한 기판(예를 들면, 대향 기판)과 다른 쪽의 기판(예를 들면, TFT 기판)을 접합하여 얻어지는 액정 셀의 갭에 액정 재료를 충전할 때, 액정 재료의 압력이 대기압보다 약간 작게 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 압력으로 함으로써, 하부 팽창의 문제점의 발생을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다. 특히, 액정 표시 장치가 사용되는 온도 범위의 고온 한계 근방에서의 액정 재료의 열팽창에 의해 셀 갭이 커진다. 이 때 기둥 형상 스페이서가 셀 갭 변화에 따르지 않고서, 대향 기판과 기둥 스페이서들의 상부들의 사이에 간극이 발생하면, 하부 팽창을 발생시킨다. 따라서, 액정 재료의 열팽창에 따르도록 기둥 형상 스페이싱 구조체가 압축된 상태로 유지하는 것이 바람직하다. 그러나, 기둥 형상 스페이싱 구조체들을 지나치게 압축하면, 기둥 형상 스페이서들과 관련된 탄성 반발력이 너무 커지게 되어, 액정 재료의 압력이 저하되어, 부압(negative pressure) 상태로 된다. 그 결과, 액정 표시 장치는 저온 기포가 발생하기 쉬워진다. 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt의 값의 상한값은, 이 압축 마진을 얼마만큼 확보할 수 있는가 하는 것에 관계가 있다.
본 발명자들의 실험에 따르면, 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt의 값이, 상술한 범위인 0.00008mN/㎛3 이상 0.0005mN/㎛3 이하의 범위 내에 속하면, 대형 액정 표시 패널(예를 들면, 20인치 이상)에서 비교적 발생하기 쉬운 액정 재료의 중력에 의한 하부 팽창 현상에 대하여 충분히 넓은 마진을 얻을 수 있다.
실제의 제조 프로세스에서는, 다양한 프로세스 요인들의 변동이 산재한다. 그 때문에, 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt는, 0.00018 mN/㎛3 이상 0.0005 mN/㎛3 이하의 범위의 중앙치 부근(예를 들면, 0.0003mN/㎛3 이상 0.0004mN/㎛3 이하가 되도록)으로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 도 1d에 도시한 구성을 갖는 기둥 형상 스페이싱 구조체를 제작하여, 마찬가지의 방법으로, 패널 특성들을 평가했다. 예를 들면, 착색 수지층들(13R, 13B, 13G)로서 아크릴 수지층들을 이용하여, 최소부의 단면적 Sps가 135㎛2인 기둥 형상 스페이싱 구조체를 제작하였다. 이 기둥 형상 스페이싱 구조체(샘플)의 단위 면적당의 스프링 상수 Kps는, 0.48mN/㎛3(즉, 기둥 타입 A와 동일한 값)이었다. 또한, 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt의 값이 0.000367mN/㎛3로 되도록 층간 절연막(24)을 갖는 액정 표시 패널을 제조하였다. 이 패널을 평가한 결과, 상술한 문제점은 발생하지 않았다. 이와 같이, 각 수지층마다의 스프링 상수를 몰라도, 기둥 형상 스페이싱 구조체 전체로서의 스프링 상수를 알기만 하면, 최적의 액정 표시 패널을 설계할 수 있으며, 이것은 본 발명에 따른 실시 형태의 설계 방법의 다른 유용한 특징이다.
상기의 실시 형태의 설명은 액정 표시 패널의 표시 영역에 배치된 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 밀도에 대하여 설명했다. 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 구성 및 배치 밀도의 설계 방법은, 이에 한정되지 않고, 표시 영역을 둘러싸는 주변 영역("프레임 영역"이라고도 함)에 적용가능하다. 이 때, 기둥 형상 스페이서들의 바닥층과 대향 기판의 구성들은 표시 영역과 주변 영역 사이에서 서로 다를 수 있다. 예를 들면, TFT형 액정 표시 장치에서는, 단자들에 접속되는 배선 등이 표시 영역보다도 주변 영역에 더 많이 존재하고, 블랙 매트릭스(BM)가 주변 영역에 존재하는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 구성이, 표시 영역과 주변 영역 사이에서 서로 다를 수 있다. 물론, 이러한 조건들 하에서는, 알 수 있는 것처럼, 표시 영역뿐만 아니라 주변 영역에 대해서도, 상술한 설계 방법을 이용하여, 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 구성 및 배치 밀도를 최적화하는 것이 바람직하다.
그러나, TFT형 액정 표시 장치의 주변 영역에 단자들에 접속되는 배선 등 및 블랙 매트릭스(BM)의 존재 때문에, 표시 영역에 적용되는 것과 마찬가지의 프로세스를 이용하여 기둥 형상 스페이싱 구조체들을 주변 영역에 형성하면, 일반적으로 주변 영역의 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 높이가 너무 높게 될 수 있다. 이것을 고려하면, 반드시, 주변 영역의 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 구성을 표시 영역의 기둥 형상 스페이싱 구조체들과 유사한 방식으로 조정할 필요는 없다. 오히려, 주변 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt'(주변 영역의 면적을 S', 주변 영역 내의 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 개수를 n'로 할 때, k×n'/S'로 정의됨)의 값을, 상기 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt의 값보다도 작고, ½×Kpt 이상이 되도록 조절할 수 있다.
상기 방식으로 주변 영역의 단위 면적당의 스프링 상수를 설정함으로써, 주변 영역에 배치된 기둥 형상 스페이싱 구조체들이 표시 영역에 배치된 기둥 형상 스페이싱 구조체들보다도, 변형량이 약간 많아지게 된다. 이 때문에, 표시 영역의 셀 갭과 주변 영역의 셀 갭 사이의 균일성이 향상한다.
예를 들면, 도 5에 개략적으로 나타내는 액정 표시 패널(50)과 같이, (컬러 필터(56)가 설치되어 있는) 표시 영역(50A)에 배치되는 기둥 형상 스페이싱 구조체(52a)에 대하여, (블랙 매트릭스(54) 및 배선(58)이 설치된) 주변 영역(50B)의 기둥 형상 스페이싱 구조체(52b)를, 주변 영역 내의 기둥 면적비가 표시 영역 내의 기둥 면적비의 1/2이 되도록 배치하면 된다. 이와 같이 기둥 면적비를 설정함으로써, 단위 면적당의 스프링 상수가 동일한 기둥 형상 스페이싱 구조체를 기둥 형상 스페이싱 구조체(52a)와 기둥 형상 스페이싱 구조체(52b)로서 형성하면, 주변 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt의 값이, 표시 영역의 값의 반으로 된다. 이 때문에, 주변 영역의 갭과 표시 영역의 갭 사이의 갭 차이를 기둥 형상 스페이싱 구조체(52b)의 변형에 의해서 흡수할 수 있다. 표 2에 도시된 샘플 No. 9, 11, 또는 22의 기둥 형상 스페이싱 구조체들을, 주변 영역의 기둥 면적비가 표시 영역의 기둥 면적비의 ½이 되도록 구성함으로써, 약 0.1㎛ 내지 0.15㎛의 갭 차이를 성공적으로 흡수할 수 있다. 또한, 기판을 접착하기 위해 주변 영역에 제공된 시일(55C)에 포함된 균일한 셀 갭을 얻기 위해서 구 형상 또는 파이버 형상의 스페이서들을 포함하지 않고도, 주변 영역의 근방의 표시 영역의 어떠한 부분에서도 휘도 얼룩이 발견되지 않았다.
시일에 포함된 스페이서들은(이하에서는 "시일 내(intra-seal) 스페이서들"이라 함) 주로 균일한 셀 갭을 얻기 위한 목적으로 제공되며, 따라서 스페이서들의 크기는 소정의 셀 갭에 대해 최적화되어야만 한다. 상기 설계의 한가지 이점은, 스페이서들의 크기가 최적값보다 작은 스페이서들을 사용하는 것이 가능하다는 것이다. 즉, 액정 패널의 복수의 모델들에 대해 동일한 시일 내(intra-seal) 스페이서들을 공통적으로 적용하는 것이 가능하게 되어, 액정 패널의 각 모델에 따라 시일 도포 프로세스를 변경해야할 필요성을 감소시킨다.
이하에 설명되는 예에서는 균일한 셀 갭을 얻기 위한 스페이서들이 시일에 포함될 필요가 없는 예들이며, 최적값보다 작은 크기를 갖는 시일 내 스페이서들이 사용될 수 있다.
기둥 면적비를 바꾸는 대신에, 혹은, 기둥 면적비를 바꿈과 함께, 표시 영역 내의 기둥 형상 스페이싱 구조체(52a)의 것과 상이한 스프링 상수를 갖는 기둥 형상 스페이싱 구조체(52b)를 형성해도 된다. 어느 경우라도, 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수보다도 주변 영역의 단위 면적당의 스프링 상수를 작게 설정함으로써, 표시 영역의 셀 갭을 기준으로 주변 영역의 셀 갭이 설정되게 된다.
물론, 표시 영역과 주변 영역 사이의 셀 갭이 일정한 경우에는, 표시 영역과 주변 영역 사이에서, 단위 면적당의 스프링 상수를 바꿀 필요는 없다. 대신에, 표시 영역과 주변 영역의 스프링 상수를 Kpt와 동일하게 설정하면 된다. 이러한 경우, 기판을 접착하기 위해 주변 영역에 설치되는 시일(55C)에 (셀 갭을 균일화하기 위한) 구형이나 파이버 형상의 스페이서를 함유시키지 않아도 된다. 유의하여야 할 점은, 표시 영역에 비교하여, 주변 영역은 높은 배선 밀도를 가지며, 및/또는 블랙 매트릭스의 광 차폐부들은 주변 영역에 큰 면적을 갖는다는 점이다. 이들 및 그외의 이유들 때문에, 수지 도포의 경우에는, 수지 두께가 표시 영역에서보다 주변 영역에서 두껍게 될 수 있다. 이 경우에는, 주변 영역의 기둥 형상 스페이싱 구조체가 표시 영역의 기둥 형상 스페이싱 구조체와 동일한 층 구성을 갖게 되면, 표시 영역의 셀 갭과 주변 영역의 셀 갭 사이의 균일성을 잃을 수도 있다. 상술한 바와 같이, 주변 영역의 기둥 면적비를 표시 영역의 기둥 면적비보다도 작게 규정함으로써, 예를 들어, ½로 함으로써, 0.1㎛ ~ 0.5㎛ 정도의 두께의 차이를 흡수할 수 있다.
또한, 주변 영역의 기둥 형상 스페이싱 구조체(52b)를 구성하는 수지층들의 개수는 표시 영역의 기둥 형상 스페이싱 구조체(52a)를 구성하는 수지층들의 개수보다 작으므로, 기둥 형상 스페이싱 구조체들(52b) 및 기둥 형상 스페이싱 구조체들(52a)은 높이가 거의 동일하게 된다. 예를 들면, 도 5에 도시된 표시 영역의 기둥 형상 스페이싱 구조체(52a)가 도 1f에 도시된 구조를 갖는 경우에, 주변 영역의 기둥 형상 스페이싱 구조체(52b)는 도 1f에 도시된 구조에 기초한 구조로부터 착색층(13G)이 생략된 구조를 가질 수 있다. 또한, 주변 영역의 기둥 형상 스페이싱 구조체(52b)는, 도 1f에 도시된 구조에 기초한 구조로부터 대향 기판 상에 절연막(24a) 또는 전극(24b)이 생략되어 있는 구조를 가질 수 있다. 즉, 도 5를 참조하면, [표시 영역의 기둥 형상 스페이싱 구조체(52a)의 높이]+[기둥 형상 스페이싱 구조체(52a)가 배치된 위치에서의 기판 상의 임의의 막 두께]+[대향 기판 상의 임의의 막 두께]의 합계는, [주변 영역의 기둥 형상 스페이싱 구조체(52b)의 높이]+[기둥 형상 스페이싱 구조체(52b)가 배치된 위치에서의 기판 상의 임의의 막 두께]+[대향 기판 상의 임의의 막 두께]의 합계와 거의 동일하다는 것을 보증할 수 있다. 이 경우에, 주변 영역의 기둥 면적비를 표시 영역의 기둥 면적비와 동일하게 만들 수 있다. 또한, 주변 영역의 기둥 면적비를 표시 영역의 기둥 면적비보다 작게 할 수도 있다.
임의의 스페이서들을 포함하지 않는 시일이 사용되는 경우에, 주변 영역(50B)의 폭(즉, 표시 영역의 외측 단부로부터 시일의 외측 단부까지의 거리)이 6㎜ 이상인 경우에 특히 유효한 효과가 얻어진다. 주변 영역(50B)의 폭이 액정 표시 패널의 4변의 전체에 대해서 동일할 필요는 없음을 유의한다. 주변 영역의 임의의 부분이 6㎜ 이상의 폭을 갖는 경우에는 어떠한 스페이서도 포함하지 않는 시일을 사용하는 것이 바람직하다. 어떠한 스페이서들도 포함하지 않는 시일을 사용하는 경우에는, 시일을 설치한 영역에도 상술한 기둥 형상 스페이싱 구조체들을 배치하는 것이 바람직하다.
스페이서를 포함하지 않는 시일이 주변 영역의 폭이 6㎜보다 작은 경우(즉, 표시 영역의 외측에 설치된 기둥 형상 스페이싱 구조체들이 비교적 적은 경우)에 이용되면, 셀 갭 변동에 의해 표시 영역에 휘도 얼룩이 발생할 수 있다. 액정 패널의 표시 영역의 주변에는, (표시 영역의 외측 단부로부터 시일의 외측 단부까지 확장하는) 주변 영역 뿐만아니라 단자 영역(들)이 외측에 더 설치되어 있다. 단자 영역은, 그 안에 전기적 접속이 가능하도록 노출되어 있으며, 대향하는 기판에 의해 중첩되지 않는다. 따라서, 단자 영역에는 스페이싱 구조체들이 요구되지 않는다. 또한, 일반적으로, 한쌍의 마더(mother) 기판들을 함께 접합하고 그 다음에 마더 기판들을 각각의 패널들로 절단함으로써 액정 표시 패널이 제조된다. 따라서, 접합 프로세스 중에, (주변 영역과 단자 영역보다 더 외측에 놓여있으며) 액정 표시 패널이 마더 기판으로부터 절단되는 경우에 제거되어질 영역이 존재할 것이라는게 예상된다. 비록 이러한 영역이 액정 패널의 일부분이 아니라고 하더라도, 마더 기판 접합 프로세스 중에 표시 영역의 셀 갭에 여전히 영향을 미친다. 따라서, 균일한 셀 갭을 유지하기 위하여, 임의의 영역에 기둥 형상 스페이싱 구조체들을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 주변 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt'를 상술한 값 0.5×Kpt보다 더 작게 규정하고, 기판을 접착하기 위해 주변 영역에 설치되는 시일(55C)에 구형이나 파이버 형상의 스페이서들을 포함하여, 셀 갭을 균일화하는 것이 가능하다. 이 경우, 주변 영역의 기둥 형상 스페이싱 구조체를 생략할 수도 있다.
또한, 표시 영역에 비해, 주변 영역의 기둥 형상 스페이싱 구조체가 높아지는 경우, 또는 주변 영역과 표시 영역에서 모두 기둥 형상 스페이서의 높이가 동일하더라도 Kpt≪Kpt'인 경우에는, 상술한 바와 같은 시일 내의 스페이서들에 기초한 셀 갭 조정을 수행할 수 없어, 높은 셀 갭을 발생시킨다는 점을 주의해야만 한다. 이때 유의해야 할 점은, 수직 배향형의 액정층을 이용하는 소위 VA 모드 액정 표시 장치에서는, 표시 영역을 둘러싸는 주변 영역의 셀 갭은 표시 영역의 셀 갭에 비해 -0.3㎛로부터 +0.1㎛까지의 범위 내에 있는 것이 바람직하다는 것이다. 그 이유는, 마이너스 측의 마진이 넓어지면, 주변 영역의 셀 갭이 표시 영역의 셀 갭보다 커지게 되는 경우에서보다도 주변 영역의 셀 갭이 (주변 영역 내측에 놓여있는) 표시 영역의 셀 갭보다 작아지게 되는 경우에 휘도 얼룩이 적게 인지될 수 있기 때문이다. 셀 갭 변동들이 휘도 얼룩으로서 시각적으로 인식되는 정도는 표시 모드(즉, 액정층의 배향 상태)에 의존한다. 따라서, 셀 갭은 필요에 따른 정밀도로 제어될 수 있다.
본 발명에 따르면, "저온 기포", "하부 팽창", 및 "가압 얼룩"의 발생이 억제된 액정 표시 장치를 실현하기 위한 기둥 형상 스페이서들의 최적의 구성 및 배치 밀도를 종래보다도 더욱 간편하게 얻을 수 있다. 또한, 기둥 스페이서들이 이 용되는 경우에, 표시 영역 근방의 셀 갭 균일성을 보증할 수 있다. 그 결과, 개발 기간을 짧게 하고 개발 비용(예를 들어, 마스크 비용들)을 감소시키면서, 표시 품위를 유지하는 것이 가능하다.
특히, 본 발명은, 최근 들어 증가하고 있는, 셀 갭의 불균일성에 기인하는 표시 얼룩이 원리상 인식되기 쉬운 다수의 표시 모드들, 예를 들면, 액정의 복굴절성을 이용한 VA 모드나 IPS 모드, 또는 광 시야각용으로 설계된 위상차 필름을 이용한 TN 모드 중 임의의 것의 액정 표시 장치의 제조에 적합하게 적용된다. 또한, 주로 TV 용도에 이용되는 대형 액정 패널의 제조에 있어서는, 대형 마스크 사이즈를 이용하므로, 매우 비용이 높아지게 된다. 이러한 분야에서는, 본 발명은 패널의 개발 비용 및 기간을 삭감하는 특히 현저한 효과를 제공한다. 또한, 대형 액정 패널은, 소형 액정 패널에 비해, 액정 재료의 주입량이 많기 때문에, 하부 팽창 불량이 발생하기 쉽다. 이것은 본 발명이 특별히 현저한 효과를 제공할 수 있게 되는 다른 이유이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 본 발명을 기술하였으나, 당업자라면 개시된 발명은 다양한 방법으로 변경될 수 있으며, 상술된 것 이외의 다양한 실시예들을 추정할 수 있음은 명백하다. 따라서, 첨부된 특허청구범위에 의해, 본 발명의 진정한 사상 및 범위에 포함되는 발명의 모든 변경들이 포함되는 것을 의도한다.

Claims (18)

  1. 한쌍의 기판들 사이에 설치된 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체를 표시 영역 내에 갖는 액정 표시 장치로서,
    상기 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 각각은, 적어도 1개의 수지층을 갖고,
    각각의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 스프링 상수를 k(mN/㎛), 표시 영역의 면적을 S, 표시 영역 내의 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 수를 n으로 하여, k×n/S로 정의되는, 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt는 0.00008mN/㎛3 이상 0.00237mN/㎛3 이하의 범위 내에 있는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt는 0.00018mN/㎛3 이상인 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt는 0.0005mN/㎛3 이하인 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 각각은 복수의 수지층을 포함하는 액정 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 수지층은 적어도 1개의 착색 수지층을 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 착색 수지층은 3가지 상이한 색상들의 착색 수지층들을 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 수지층은, 상기 적어도 1개의 착색층 상에 형성된 수지층을 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체는, 상기 적어도 1개의 착색층 상에 형성된 상기 수지층과 상기 적어도 1개의 착색층 사이에 형성된 투명 도전층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    블랙 매트릭스를 더 포함하며, 상기 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체들은 상기 블랙 매트릭스 상에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 표시 영역을 둘러싸는 주변 영역에, 복수의 또 다른 기둥 형상 스페이싱 구조체를 포함하고, 상기 주변 영역의 면적을 S', 상기 주변 영역 내의 또 다른 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 수를 n'로 하여, k×n'/S'로 정의되는, 주변 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt'는, 0.5×Kpt≤Kpt'<Kpt의 관계를 만족하는 액정 표시 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 표시 영역을 둘러싸는 주변 영역에, 복수의 또 다른 기둥 형상 스페이싱 구조체를 포함하고,
    상기 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 각각은 복수의 수지층을 포함하며;
    상기 복수의 또 다른 기둥 형상 스페이싱 구조체의 각각은 상기 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 각각에 포함된 상기 복수의 수지층들 중 적어도 하나의 층 이 부족한 액정 표시 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 액정층은 수직 배향형 액정층이고, 상기 표시 영역을 둘러싸는 주변 영역의 셀 갭은 상기 표시 영역의 셀 갭에 대해 -0.3㎛로부터 +0.1㎛까지의 범위 내에 있는 액정 표시 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 표시 영역을 둘러싸는 주변 영역에, 상기 한쌍의 기판들을 서로 부착가능하게 하는 시일(seal)을 더 포함하고, 상기 시일은 스페이서들을 포함하는 액정 표시 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 표시 영역을 둘러싸는 주변 영역에, 상기 한쌍의 기판들을 서로 부착가능하게 하는 시일(seal)을 더 포함하고, 상기 시일은 스페이서들을 포함하지 않는 액정 표시 장치.
  15. 제12항 또는 제14항에 있어서,
    상기 표시 영역을 둘러싸는 상기 주변 영역의 폭이 6㎜ 이상인 액정 표시 장치.
  16. 제1항에 기재된 액정 표시 장치에 이용되는 기판으로서, 상기 기판은 상기 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체를 갖는 기판.
  17. 샘플 기판을 준비하는 단계;
    적어도 1층의 수지층을 갖는 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플을 상기 샘플 기판 상에 형성하는 단계;
    상기 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 스프링 상수 k0(mN/㎛) 및 상기 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 최소부의 단면적 Sps0을 구하고, 상기 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플의 단위 면적당의 스프링 상수 Kps(=k0/Sps0)를 산출하는 단계; 및
    액정 표시 장치의 표시 영역의 면적을 S, 상기 액정 표시 장치용의 기판 상에 형성하여야 할 기둥 형상 스페이싱 구조체의 최소부의 단면적을 Sps, 상기 표시 영역 내의 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 수를 n으로 하는 경우,
    Kps×(Sps×n/S)로 정의된 표시 영역의 단위 면적당의 스프링 상수 Kpt가 0.00008mN/㎛3 이상 0.00237mN/㎛3 이하의 범위 내가 되도록, 상기 기둥 형상 스페이싱 구조체들의 개수 n 및 상기 최소부의 단면적 Sps를 설정하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    기판을 준비하는 단계; 및
    상기 기판 상에 상기 복수의 기둥 형상 스페이싱 구조체를 형성하는 단계 - 상기 단계는 상기 기둥 형상 스페이싱 구조체 샘플과 동일한 재료를 이용하여 n개의 기둥 형상 스페이싱 구조체를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 n개의 기둥 형상 스페이싱 구조체의 각각의 최소부는 상기 설정된 단면적 Sps를 가짐 -
    를 포함하는 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법.
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