KR100890973B1 - 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

글래스 기판(5, 7) 간에 면 내 균일한 공극을 유지하기 위해서, 재료 및 물성이 상이한 2종류의 스페이서(제 1 종 스페이서(10) 및 제 2 종 스페이서(11))가 설치되어 있다. 제 1 종 스페이서(10)의 글래스 전이 온도(150℃정도)는 제 2 종 스페이서(11)의 글래스 전이 온도(100℃정도)보다 높다. 제 1 종 스페이서(10)의 선팽창 계수는 100ppm 이상이며, 제 1 종 스페이서(10)의 압축 탄성율은 100MPa 이상이다. 제 2 종 스페이서(11)의 선팽창 계수는 200ppm 이상이며, 제 2 종 스페이서(11)의 압축 탄성율은 100MPa 이상이다. 글래스 기판(5, 7)을 접합시킬 때의 온도를 제 1 종 스페이스(10)의 글래스 전이 온도보다 낮게 하고, 액정 재료를 주입할 때의 온도를 제 2 종 스페이서의 글래스 전이 온도보다 높게 한다.
Figure R1020077020640
스페이서, 글래스 기판, 액정층, 평탄화 수지층

Description

액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은, 전압 인가에 의한 액정 재료의 광투과율을 제어하여 화상 표시를 행하는 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이고, 특히, 대향하는 기판 간의 공극을 유지하기 위한 스페이서(spacer)의 특성을 규정한 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 액정 표시 장치는 그 저소비 전력성, 휴대성 등으로부터 각종의 기기에 널리 사용되고 있다. 한편, 결점으로서, 응답 속도가 느린 것, 컬러 필터를 이용함으로써 색 재현성이 나쁜 것 등을 들 수 있다. 이들 결점을 해결하는 기술로서, 강유전성 액정을 이용한 액정 표시 장치가 개발되어 있다.
카이랄 스멕틱 C(Chiral Smectic C)상(Sc*상)을 이용한 강유전성 액정 패널은, 고속의 응답성 및 고정밀한 표시를 실현할 수 있는 디바이스로서 연구가 진행되고 있다. 그러나, Sc*상은 층구조를 갖기 때문에, 외력에 대하여 용이하게 배향 상태가 파괴되어 버린다는 결점이 있다. 이 때문에 기판 간의 공극(셀 갭(cell gap))을 유지할 수 있도록, 기둥 형상 또는 구(救) 형상의 스페이서를 설치하는 것이 행해지고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본국 공개특허2000-89232호 공보
Sc*상의 균일한 배향 상태는 상전이(相轉移) 계열이 등방상(Iso상)-카이랄 네마틱(Chiral Nematic)상(N*상)-카이랄 스멕틱 C상(Sc*상)인 경우, N*상으로부터 Sc*상으로의 상전이 시에 DC 전압을 인가함으로써 얻어진다. 이 상전이 시의 체적 수축과 Sc*상 및 패널 구성 부재(특히, 스페이서) 간의 선팽창 계수의 차에 의해, 액정에 스트레스가 가해져 배향 결함이 발생하는 경우가 있다.
접착성을 갖지 않는 스페이서를 사용한 경우, 스페이서의 밀도 또는 면적을 크게 함으로써, 셀 갭이 축소되는 방향으로는 어느 정도의 공극 유지가 가능하지만, 확대되는 방향으로는 셀 갭의 제어를 행할 수 없다. 또한, 스페이서의 막 두께의 불균일 때문에, 부분적으로 강도 저하를 일으킨다는 문제가 있다. 그래서, 특허문헌 1에는, 접착성을 갖는 스페이서를 사용하여, 확대되는 방향으로도 셀 갭의 제어를 가능하게 하고, 고정밀한 셀 갭 제어를 행할 수 있는 방법이 기재되어 있다.
그러나, 접착성 스페이서를 사용한 경우, 셀 갭에 봉입(封入)되는 액정의 체적이 액정 주입 시에 결정되기 때문에, 온도 변화 시에, 액정의 체적 변화와 접착성 스페이서에 의해 유지되는 공간과의 차가 액정에 스트레스를 가한다. 특히, 접착성 스페이서를 고밀도로 설치한 경우에는, 표시 영역과 실(seal) 부분과의 선팽창 계수, 압축 탄성율의 차 등에 의해 공극 등의 결함이 발생하고, 표시 특성이 현저하게 열화(劣化)한다.
또한, 2매의 기판끼리가 주변 실(seal)재 및 열경화성 접착제에 의해 접착되 고, 강유전성 액정이 봉입되어 있는 액정 패널에 있어서, 표시 영역에 설치하는 스페이서의 면적을 크게 한 경우, 표시 영역과 실 부분과의 선팽창 계수, 압축 탄성율의 차 등에 의해, 배향 처리 후의 냉각 과정에서 실 부분으로부터의 균열, 또는 스트레스에 기인하는 배향 결함이 표시 영역에 침입하여 화질 저하를 일으킨다. 또한, 이 배향 결함은 시간 경과적으로 소멸하는 경우도 있지만, 온도 변화에 의해 용이하게 발생하고, 표시 품질을 악화시키고 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 안출된 것으로서, 액정의 온도 변화에 양호하게 추종하는 특정의 물성(선팽창 계수, 압축 탄성율 및 글래스 전이 온도)을 갖는 복수 종(種)의 스페이서를 사용함으로써, 액정에 발생하는 스트레스를 저감하여, 배향 결함을 억제할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 복수 종의 스페이서의 글래스 전이 온도를 제조 공정에서의 온도에 따라 규정함으로써, 스페이서의 형상 변화를 액정의 온도 변화에 양호하게 추종시킬 수 있고, 액정에 발생하는 스트레스를 저감하여, 배향 결함을 억제할 수 있는 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 대향하는 기판 간의 공극에 액정 재료가 봉입되어 있고, 상기 기판 간의 공극을 유지하기 위한 복수 종의 스페이서를 설치하고 있는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 복수 종의 스페이서는 선팽창 계수가 100ppm 이상이며 압축 탄성율이 100MPa 이상인 제 1 종 스페이서와, 선팽창 계수가 200ppm 이상이며 압축 탄성율이 100MPa 이상인 제 2 종 스페이서를 포함하고 있으며, 상기 제 1 종 스페이서의 글래스 전이 온도가 상기 제 2 종 스페이서의 글래스 전이 온도보다 높은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정 표시 장치에 있어서는, 글래스 전이 온도가 높은 제 1 종 스페이서를 기판 간의 공극(셀 갭)을 유지하기 위해서 사용하고, 글래스 전이 온도가 낮은 제 2 스페이서를 기판 간의 접착을 행하기 위해서 사용한다. 이들 제 1 종 스페이서(선팽창 계수: 100ppm 이상, 압축 탄성율: 100MPa 이상) 및 제 2 종 스페이서(선팽창 계수: 200ppm 이상, 압축 탄성율: 100MPa 이상)는, 액정 재료의 물성(선팽창 계수, 압축 탄성율)에 가까운 재료로 구성하기 때문에, 액정 재료의 온도 변화에 추종하기 쉽다. 따라서, 액정 재료에 대한 스트레스가 저감하여, 배향 결함은 발생하기 어렵다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 상기 제 1 종 스페이서의 선팽창 계수가 300ppm 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 상기 제 1 종 스페이서의 압축 탄성율이 500MPa 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 상기 제 2 종 스페이서의 선팽창 계수가 300ppm 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 상기 제 2 종 스페이서의 압축 탄성율이 500MPa 이상인 것을 특징으로 한다.
제 1 종 스페이서는 그 선팽창 계수가 300ppm 이상이며 그 압축 탄성율이 500MPa 이상인 것이 바람직하고, 또한, 제 2 종 스페이서는 그 선팽창 계수가 300ppm 이상이며 그 압축 탄성율이 500MPa 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 물성을 갖도록 하면, 액정 재료의 물성(선팽창 계수, 압축 탄성율)에 더 가까워지기 때문에, 액정 재료에 대한 스트레스는 더 저감하여, 배향 결함은 더 발생하기 어려워진다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 상기 제 1 종 스페이서 및 상기 제 2 종 스페이서를 적층하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정 표시 장치에 있어서는, 제 1 종 스페이서 및 제 2 종 스페이서를 적층하여 설치하기 때문에, 스페이서의 점유 면적이 감소하여 유효 표시 영역은 넓어진다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 제 1 종 스페이서와 상기 제 1 종 스페이서보다 글래스 전이 온도가 낮은 제 2 종 스페이서를 포함하는 복수 종의 스페이서를 개재(介在)시켜 복수의 기판을 접합시키고, 상기 기판 간의 공극에 액정 재료를 주입하는 액정 표시 장치의 제조 방법으로서, 상기 기판을 접합시킬 때의 온도를 상기 제 1 종 스페이서의 글래스 전이 온도보다 낮게 하고, 상기 액정 재료를 주입할 때의 온도를 상기 제 2 종 스페이서의 글래스 전이 온도보다 높게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서는, 기판을 접합시킬 때의 온도를 글래스 전이 온도가 높은 제 1 종 스페이서의 글래스 전이 온도보다 낮게 한다. 따라서, 접합시킬 때에 기판이 제 1 종 스페이서에 의해 지지되기 때문에, 셀 구조가 파괴되지는 않아, 대향하는 기판 사이에 소정의 공극이 유지된다. 또한, 액정 재료를 주입할 때의 온도를 글래스 전이 온도가 낮은 제 2 종 스페이서의 글래스 전이 온도보다 높게 한다. 일반적으로 글래스 전이 온도 이상에서의 선팽창 계수는, 글래스 전이 온도 이하에서의 선팽창 계수와 비교하여 크기 때문에, 액정 재료를 주입한 후, 그것이 상전이할 때까지 셀 갭은 큰 선팽창 계수에 의해 추이(推移)한다. 따라서, 주입 시의 온도보다 글래스 전이 온도를 낮게 한 제 2 종 스페이서는 액정 재료의 큰 선팽창 계수의 추이에 양호하게 추종한다. 따라서, 액정에 대한 스트레스가 적어져 배향 결함이 일어나기 어렵다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 상기 제 2 종 스페이서의 글래스 전이 온도는 상기 액정 재료의 상전이 온도 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서는, 글래스 전이 온도가 액정 재료의 상전이 온도 이하인 제 2 종 스페이서는 상전이 근방에서도 액정 재료의 온도 변화에 추종하기 쉬워진다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 상기 제 1 종 스페이서는 선팽창 계수가 100ppm 이상이며 압축 탄성율이 100MPa 이상이고, 상기 제 2 종 스페이서는 선팽창 계수가 200ppm 이상이며 압축 탄성율이 100MPa 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서는, 액정 재료의 물성에 가까워지도록, 제 1 종 스페이서의 선팽창 계수 및 압축 탄성율을 100ppm 이상 및 100MPa 이상으로 하고, 제 2 종 스페이서의 선팽창 계수 및 압축 탄성율을 200ppm 이상 및 100MPa 이상으로 한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 상기 제 2 종 스페이서가 상기 기판을 접합시킨 후에 접착성을 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서는, 기판을 접합시킨 후에 제 2 종 스페이서가 접착성을 나타내기 때문에, 셀 갭이 확대되는 방향으로도 제어가 가능해진다.
본 발명의 액정 표시 장치에서는, 글래스 전이 온도를 상이하게 한 제 1 종 스페이서 및 제 2 종 스페이서의 물성(선팽창 계수, 압축 탄성율)을 액정 재료의 온도 변화에 추종하기 쉬운 상태로 하도록 하였기 때문에, 액정 재료에 대한 스트레스를 저감할 수 있어, 배향 결함의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에서는, 기판을 접합시킬 때의 온도를 제 1 종 스페이서의 글래스 전이 온도보다 낮게 하는 동시에, 액정 재료를 주입할 때의 온도를 제 2 종 스페이서의 글래스 전이 온도보다 높게 하도록 하였기 때문에, 접합시킬 때에 소정의 셀 갭을 유지할 수 있는 동시에, 제 2 종 스페이서를 액정 재료의 온도 변화에 추종하기 쉽게 할 수 있고, 액정에 대한 스트레스를 작게 하여 배향 결함의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 제 2 종 스페이서의 글래스 전이 온도를 액정 재료의 상전이 온도 이하로 하는 경우에는, 상전이 근방에서도 액정 재료의 온도 변화에 대한 양호한 추종을 행할 수 있다. 또한, 기반을 접합시킨 후에 제 2 종 스페이서가 접착성을 나타내도록 하였기 때문에, 셀 갭이 확대되는 방향으로의 제어도 행할 수 있다.
본 발명에서는 스페이서의 점유 면적을 크게 하여도, 액정 재료에 대한 스트레스를 작게할 수 있어 배향 결함의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 표시 화질이 열화하지 않는다. 따라서, 종래의 스페이서를 사용한 경우에 비하여 스페이서의 점유 면적을 크게 할 수 있고, 큰 패널 강도와 우수한 표시 품질을 함께 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 액정 패널을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에서의 기판 접합 시의 셀 갭 상태를 나타내는 모식적 단면도.
도 3은 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에서의 액정 주입 시의 셀 상태를 나타내는 모식적 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 다른 예의 액정 패널을 나타내는 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 액정 패널 4 : 화소 전극
5, 7 : 글래스 기판 6 : 공통 전극
10 : 제 1 종 스페이서 11 : 제 2 종 스페이서
12 : 액정층
본 발명을 그 실시 형태를 나타내는 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 액정 패널(1)을 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 액정 패널(1)은 평탄화 수지층(2)에 컨택트 홀(3)을 통하여 매트릭스 형상으로 배치된 화소 전극(4) 및 화소 전극(4)의 각각에 접속된 TFT(도시 생략)를 갖는 글래스 기판(5)과, 평판상의 공통 전극(6)을 갖는 글래스 기판(7)을 구비하고 있다. 화소 전극(4) 및 공통 전극(6) 위에는 각각 배향막(8) 및 배향막(9)이 설치되어 있다.
글래스 기판(5, 7) 사이에 면 내 균일한 공극(셀 갭)을 유지하기 위해서, 재료 및 물성이 상이한 2종류의 스페이서, 제 1 종 스페이서(10) 및 제 2 종 스페이서(11)가 설치되어 있다. 제 1 종 스페이서(10)의 글래스 전이 온도(150℃정도)는 제 2 종 스페이서(11)의 글래스 전이 온도(100℃정도)보다 높다. 또한, 제 1 종 스페이서(10)의 선팽창 계수는 100ppm 이상, 더 바람직하게는 300ppm 이상이며, 제 1 종 스페이서(10)의 압축 탄성율은 100MPa 이상, 더 바람직하게는 500MPa 이상이다. 한편, 제 2 종 스페이서(11)의 선팽창 계수는 200ppm 이상, 더 바람직하게는 300ppm 이상이며, 제 2 종 스페이서(11)의 압축 탄성율은 100MPa 이상, 더 바람직하게는 500MPa 이상이다.
이들 스페이서(10, 11) 및 실(seal)(도시 생략)에 의해, 글래스 기판(5, 7) 사이에 소정 길이의 공극이 형성되고, 이 공극 내에 강유전성 액정을 봉입하여 액정층(12)이 형성되어 있다. 또한, 글래스 기판(5) 및 글래스 기판(7)의 외면에, 편광판(13) 및 편광판(14)이 각각 설치되어 있다.
다음으로, 이와 같은 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해서 설명한다. TFT 를 갖는 한 쪽의 글래스 기판(5)에 평탄화 수지층(2)을 설치하고, 컨택트 홀(3)을 형성한 후, ITO를 성막하여 패터닝에 의해 화소 전극(4)을 형성한다. 이어서, 제 1 종 스페이서(10)를 형성하고, 배향막(8)을 설치한다. 다른 쪽의 글래스 기판(7)에 ITO를 성막하여 공통 전극(6)을 형성하고, 배향막(9)을 설치한다. 또한, 제 2 종 스페이서(11)를 글래스 기판(5)에 형성한다. 이들의 글래스 기판(5, 7)에 러빙(rubbing) 처리를 실시한 후, 글래스 기판(7)에 실을 형성하여 양(兩) 글래스 기판(5, 7)을 접합시킨다.
이 접합을 행할 때의 온도(135℃정도)는, 제 1 종 스페이서(10)의 글래스 전이 온도보다도 낮게 한다. 따라서, 도 2에 나타낸 바와 같이 외력이 가해져도, 제 1 종 스페이서(10)는 그 강성에 의해 스토퍼로서 기능하기 때문에, 셀 구조가 파괴되지 않아, 소정 길이의 셀 갭이 유지된다. 이와 같이, 글래스 전이 온도가 높은 제 1 종 스페이서(10)는 접합 시의 셀 갭을 유지하는 기능을 한다.
이와 같이 하여 제작한 공(空)패널에, 주입구로부터 액정 재료를 가온(加溫)하여 가압 주입하고, 주입 완료 후, 실온까지 냉각하여 주입구를 밀봉한다. 상전이 온도까지 가온한 후, 직류 전압을 인가함으로써 배향 처리를 행하고, 다시 실온까지 냉각한다.
이 액정 재료를 주입할 때의 온도(110℃정도)는 제 2 종 스페이서(11)의 글래스 전이 온도보다도 높게 한다. 따라서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 액정 재료의 주입 시에는, 선팽창 계수가 큰 제 2 종 스페이서(11)에 의해, 소정 길이의 셀 갭이 유지된다. 또한, 제 2 종 스페이서(11)의 글래스 전이 온도가 액정 재료의 상 전이 온도보다도 낮다. 따라서, 주입 후의 냉각 과정에서는, 액정 재료가 상전이할 때까지, 제 2 종 스페이서(11)는 글래스 전이 온도를 초과하지 않기 때문에, 큰 선팽창 계수에 의해 추이한다. 이상으로부터, 액정 재료에 대한 스트레스는 작아진다.
글래스 전이 온도가 낮은 제 2 종 스페이서(11)는 기판의 접합 후에 접착성을 나타내고, 글래스 기판(5, 7)을 접착시켜 셀 갭의 축소뿐만 아니라 확대도 제어한다.
도 4는, 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 다른 예의 액정 패널(1)을 나타내는 단면도이다. 도 4에 있어서, 도 1과 동일 부분에는 동일 번호를 첨부하여 그것들의 설명을 생략한다. 도 4에 나타내는 예에서는, 제 1 종 스페이서(10) 및 제 2 종 스페이서(11)를 적층시킨 구조를 이루고 있다. 이 예에서도, 상술한 예와 동일한 효과를 나타내는 것은 물론이다. 또한 스페이서 점유 면적을 좁게 할 수 있기 때문에, 유효 표시 영역의 확대를 도모할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 구체적인 실시예 및 비교예에 관하여, 그 제조 공정과 제조된 액정 표시 장치의 특성에 대해서 설명한다. 또한, 실시예1 및 2는 도 1에 나타내는 구성예에 해당하고, 실시예3은 도 4에 나타내는 구성예에 해당한다.
(실시예1)
TFT를 갖는 한 쪽의 글래스 기판(5)에 두께 2.5㎛의 평탄화 수지층(2)을 설치하고, 컨택트 홀(3)을 형성한 후, ITO를 성막하여 패터닝에 의해 화소 전극(4)을 형성하였다. 이어서, 선팽창 계수가 335ppm, 압축 탄성율이 590MPa, 글래스 전이 온도가 150℃인 제 1 종 스페이서(10)를 면적율 5%, 높이 1.8㎛로 형성하고, 또한 폴리이미드(ployimide)의 성막/소성에 의해 배향막(8)을 형성하였다. 다른 쪽의 글래스 기판(7)에 ITO를 성막하여 공통 전극(6)을 형성하고, 동일하게 폴리이미드의 성막/소성에 의해 배향막(9)을 형성하였다.
또한, 경화 후의 선팽창 계수가 249ppm, 압축 탄성율이 339MPa, 글래스 전이 온도가 108℃인 아크릴계 레지스트(resist)에 의해, 제 2 종 스페이서(11)를 면적율 5%로 글래스 기판(5)에 형성하고, 100℃, 10분으로 가(假)경화한 후, 러빙 처리를 실시하였다. 또한, 글래스 기판(7)에 러빙 처리를 실시한 후, 실을 형성하여 양 글래스 기판(5, 7)을 러빙 방향이 평행하게 되도록 접합시켰다. 이것을 진공 팩에 봉입하고, 135℃, 90분의 소성을 행하여 공 패널을 제작하였다.
제작한 공 패널에, 단(單)안정형 강유전성 액정을 카이랄 네마틱 상태로 가온(110℃)하여 가압 주입하고, 주입 완료 후, 실온까지 냉각하여 주입구를 밀봉하였다. 이 패널을 카이랄 네마틱 상태까지 가온하고, N*-Sc* 전이 온도 전후에 걸쳐, 셀 사이에 12V의 직류 전압을 인가함으로써 배향 처리를 행하였다. 이 상태로부터 실온까지 서랭(徐冷)하였다.
이 액정 패널에서는, 배향 처리 직후에 액정층 방향에 배향 결함은 발생하지 않았다. 또한, 온도 변화에 따라서도, 배향 결함은 발생하지 않았다.
이 액정 패널에, 푸시-풀 게이지(push-pull gauge)를 사용하여, 한 변 1cm의 사각형 영역에 하중을 가하여, 내(耐)하중 시험을 행한 결과, 21.6×104Pa의 하중을 가했을 때에 처음으로 배향 결함이 발생하고, 흑색 상태가 파괴되었다.
(실시예2)
TFT를 갖는 한 쪽의 글래스 기판(5)에 두께 2.5㎛의 평탄화 수지층(2)을 설치하고, 컨택트 홀(3)을 형성한 후, ITO를 성막하여 패터닝에 의해 화소 전극(4)을 형성하였다. 이어서, 선팽창 계수가 529ppm, 압축 탄성율이 458MPa, 글래스 전이 온도가 150℃인 제 1 종 스페이서(10)를 면적율 5%, 높이 1.7㎛로 형성하고, 또한 폴리이미드의 성막/소성에 의해 배향막(8)을 형성하였다. 다른 쪽의 글래스 기판(7)에 ITO를 성막하여 공통 전극(6)을 형성하고, 동일하게 폴리이미드의 성막/소성에 의해 배향막(9)을 형성하였다.
또한, 경화 후의 선팽창 계수가 330ppm, 압축 탄성율이 310MPa, 글래스 전이 온도가 108℃인 아크릴계 레지스트에 의해, 제 2 종 스페이서(11)를 면적율 5%로 글래스 기판(5)에 형성하고, 100℃, 10분으로 임시 경화한 후, 러빙 처리를 실시하였다. 또한, 글래스 기판(7)에 러빙 처리를 실시한 후, 실을 형성하여 양 글래스 기판(5, 7)을 러빙 방향이 평행하게 되도록 접합시켰다. 이것을 진공 팩에 봉입하고, 135℃, 90분의 소성을 행하여 공 패널을 제작하였다.
제작한 공 패널에, 단안정형 강유전성 액정을 카이랄 네마틱 상태로 가온(110℃)하여 가압 주입하고, 주입 완료 후, 실온까지 냉각하여 주입구를 밀봉하였다. 이 패널을 카이랄 네마틱 상태까지 가온하고, N*-Sc* 전이 온도 전후에 걸쳐, 셀 사이에 12V의 직류 전압을 인가함으로써 배향 처리를 행하였다. 이 상태로부터 실온까지 서랭하였다.
이 액정 패널에서는, 배향 처리 직후에 액정층 방향에 배향 결함은 발생하지 않았다. 또한, 온도 변화에 따라서도, 배향 결함은 발생하지 않았다.
이 액정 패널에, 푸시-풀 게이지를 사용하여, 한 변 1cm의 사각형 영역에 하중을 가하여, 내하중 시험을 행한 결과, 25.５×104Pa의 하중을 가했을 때에 처음으로 배향 결함이 발생하고, 흑색 상태가 파괴되었다.
(실시예3)
TFT를 갖는 한 쪽의 글래스 기판(5)에 두께 2.5㎛의 평탄화 수지층(2)을 설치하고, 컨택트 홀(3)을 형성한 후, ITO를 성막하여 패터닝에 의해 화소 전극(4)을 형성하였다. 이어서, 선팽창 계수가 335ppm, 압축 탄성율이 590MPa, 글래스 전이 온도가 150℃인 제 1 종 스페이서(10)를 면적율 10%, 높이 1.7㎛로 형성하고, 또한 폴리이미드의 성막/소성에 의해 배향막(8)을 형성하였다. 다른 쪽의 글래스 기판(7)에 ITO를 성막하여 공통 전극(6)을 형성하고, 동일하게 폴리이미드의 성막/소성에 의해 배향막(9)을 형성하였다.
또한, 경화 후의 선팽창 계수가 249ppm, 압축 탄성율이 339MPa, 글래스 전이 온도가 108℃인 아크릴계 레지스트에 의해, 제 2 종 스페이서(11)를 이미 형성되어 있는 제 1 종 스페이서(10) 위에 면적율 2%로 형성하고, 100℃, 10분으로 임시 경화한 후, 러빙 처리를 실시하였다. 또한, 글래스 기판(7)에 러빙 처리를 실시한 후, 실을 형성하여 양 글래스 기판(5, 7)을 러빙 방향이 평행하게 되도록 접합시켰다. 이것을 진공 팩에 봉입하고, 135℃, 90분의 소성을 행하여 공 패널을 제작하 였다.
제작한 공 패널에, 단안정형 강유전성 액정을 카이랄 네마틱 상태로 가온(110℃)하여 가압 주입하고, 주입 완료 후, 실온까지 냉각하여 주입구를 밀봉하였다. 이 패널을 카이랄 네마틱 상태까지 가온하고, N*-Sc* 전이 온도 전후에 걸쳐, 셀 사이에 12V의 직류 전압을 인가함으로써 배향 처리를 행하였다. 이 상태로부터 실온까지 서랭하였다.
이 액정 패널에서는, 배향 처리 직후에 액정층 방향에 배향 결함은 발생하지 않았다. 또한, 온도 변화에 따라서도, 배향 결함은 발생하지 않았다.
이 액정 패널에, 푸시-풀 게이지를 사용하여, 한 변 1cm의 사각형 영역에 하중을 가하여, 내하중 시험을 행한 결과, 21.6×104Pa의 하중을 가했을 때에 처음으로 배향 결함이 발생하고, 흑색 상태가 파괴되었다.
(비교예1)
TFT를 갖는 한 쪽의 글래스 기판(5)에 두께 2.5㎛의 평탄화 수지층(2)을 설치하고, 컨택트 홀(3)을 형성한 후, ITO를 성막하여 패터닝에 의해 화소 전극(4)을 형성하였다. 이어서, 선팽창 계수가 63ppm, 압축 탄성율이 934MPa, 글래스 전이 온도가 200℃인 스페이서(본 발명의 제 1 종 스페이서(10)에 상당)를 면적율 5%, 높이 1.8㎛로 형성하고, 또한 폴리이미드의 성막/소성에 의해 배향막(8)을 형성하였다. 다른 쪽의 글래스 기판(7)에 ITO를 성막하여 공통 전극(6)을 형성하고, 동일하게 폴리이미드의 성막/소성에 의해 배향막(9)을 형성하였다.
양 글래스 기판(5, 7)에 레이온의 버프(buff)에 의해 러빙 처리를 실시하였다. 또한, 선팽창 계수가 61ppm, 압축 탄성율이 256MPa, 글래스 전이 온도가 100℃인 평균 입경 약 4㎛의 접착 비즈(beads)(본 발명의 제 2 종 스페이서(11)에 상당)를 약 100개/㎟의 밀도로 글래스 기판(5)에 산포하였다. 또한, 글래스 기판(7)에 실을 형성하여 양 글래스 기판(5, 7)을 러빙 방향이 평행하게 되도록 접합시켰다. 이것을 진공 팩에 봉입하고, 135℃, 90분의 소성을 행하여 공 패널을 제작하였다.
제작한 공 패널에, 단안정형 강유전성 액정을 카이랄 네마틱 상태로 가온(110℃)하여 가압 주입하고, 주입 완료 후, 실온까지 냉각하여 주입구를 밀봉하였다. 이 패널을 카이랄 네마틱 상태까지 가온하고, N*-Sc* 전이 온도 전후에 걸쳐, 셀 사이에 12V의 직류 전압을 인가함으로써 배향 처리를 행하였다. 이 상태로부터 실온까지 서랭하였다.
이 액정 패널에서는, 배향 처리 직후에 액정층 방향에 배향 결함이 발생하였다.
(비교예2)
TFT를 갖는 한 쪽의 글래스 기판(5)에 두께 2.5㎛의 평탄화 수지층(2)을 설치하고, 컨택트 홀(3)을 형성한 후, ITO를 성막하여 패터닝에 의해 화소 전극(4)을 형성하고, 또한 폴리이미드의 성막/소성에 의해 배향막(8)을 형성하였다. 다른 쪽의 글래스 기판(7)에 ITO를 성막하여 공통 전극(6)을 형성하고, 동일하게 폴리이미드의 성막/소성에 의해 배향막(9)을 형성하였다. 양 글래스(5, 7)에 레이온의 버 프에 의해 러빙 처리를 실시하였다.
입경 1.8㎛의 실리카 비즈(제 1 종 스페이서(10)에 상당)와, 선팽창 계수가 61ppm, 압축 탄성율이 256MPa, 글래스 전이 온도가 100℃인 평균 입경 약 4㎛의 접착 비즈(제 2 종 스페이서(11)에 상당)를, 각각 약 100개/㎟의 밀도로 글래스 기판(5)에 산포하였다. 또한, 글래스 기판(7)에 실을 형성하여 양 글래스 기판(5, 7)을 러빙 방향이 평행하게 되도록 접합시켰다. 이것을 진공 팩에 봉입하고, 135℃, 90분의 소성을 행하여 공 패널을 제작하였다.
제작한 공 패널에, 단안정형 강유전성 액정을 카이랄 네마틱 상태로 가온(110℃)하여 가압 주입하고, 주입 완료 후, 실온까지 냉각하여 주입구를 밀봉하였다. 이 패널을 카이랄 네마틱 상태까지 가온하고, N*-Sc* 전이 온도 전후에 걸쳐, 셀 사이에 12V의 직류 전압을 인가함으로써 배향 처리를 행하였다. 이 상태로부터 실온까지 서랭하였다.
이 액정 패널에서는, 배향 처리 직후에 액정층 방향에 배향 결함은 발생하지 않았다. 또한, 온도 변화에 따라서도, 배향 결함은 발생하지 않았다. 이 액정 패널에, 푸시-풀 게이지를 사용하여, 한 변 1cm의 사각형 영역에 하중을 가하여, 내하중 시험을 행한 결과, 9.8×104Pa의 하중을 가했을 때에 처음으로 배향 결함이 발생하고, 흑색 상태가 파괴되었다.
또한, 비교예2에 있어서, 접착 비즈의 밀도를 100개/㎟ 이상으로 한 경우에는 배향 처리 후에 배향 결함이 발생하고, 온도 변화에 따라서 그 배향 결함의 발 생량이 증대하였다. 이것은, 접착 비즈의 선팽창 계수가 작은 것에 기인하고 있다.
(비교예3)
TFT를 갖는 한 쪽의 글래스 기판(5)에 두께 2.5㎛의 평탄화 수지층(2)을 설치하고, 컨택트 홀(3)을 형성한 후, ITO를 성막하여 패터닝에 의해 화소 전극(4)을 형성하였다. 이어서, 선팽창 계수가 335ppm, 압축 탄성율이 590MPa, 글래스 전이 온도가 150℃인 스페이서(제 1 종 스페이서(10)에 상당)를 면적율 5%, 높이 1.8㎛로 형성하고, 또한 폴리이미드의 성막/소성에 의해 배향막(8)을 형성하였다. 다른 쪽의 글래스 기판(7)에 ITO를 성막하여 공통 전극(6)을 형성하고, 동일하게 폴리이미드의 성막/소성에 의해 배향막(9)을 형성하였다. 양 글래스 기판(5, 7)에 레이온의 버프에 의해 러빙 처리를 실시하였다.
선팽창 계수가 61ppm, 압축 탄성율이 256MPa, 글래스 전이 온도가 100℃인 평균 입경 약 4㎛의 접착 비즈(제 2 종 스페이서(11)에 상당)를 약 100개/㎟의 밀도로 글래스 기판(5)에 산포하였다. 또한, 글래스 기판(7)에 실을 형성하여 양 글래스 기판(5, 7)을 러빙 방향이 평행하게 되도록 접합시켰다. 이것을 진공 팩에 봉입하고, 135℃, 90분의 소성을 행하여 공 패널을 제작하였다.
제작한 공 패널에, 단안정형 강유전성 액정을 카이랄 네마틱 상태로 가온(110℃)하여 가압 주입하고, 주입 완료 후, 실온까지 냉각하여 주입구를 밀봉하였다. 이 패널을 카이랄 네마틱 상태까지 가온하고, N*-Sc* 전이 온도 전후에 걸쳐, 셀 사이에 12V의 직류 전압을 인가함으로써 배향 처리를 행하였다. 이 상태로 부터 실온까지 서랭하였다.
이 액정 패널에서는, 배향 처리 직후에 액정층 방향에 배향 결함은 발생하지 않았다. 또한, 온도 변화에 따라서도, 배향 결함은 발생하지 않았다. 이 액정 패널에 푸시-풀 게이지를 사용하여, 한 변 1cm의 사각형 영역에 하중을 가하여, 내하중 시험을 행한 결과, 15.7×104Pa의 하중을 가했을 때에 배향 결함이 발생하고, 흑색 상태가 파괴되었다.
이상과 같이, 비교예1에서는 배향 처리 직후에 배향 결함이 발생하였다. 또한, 비교예2, 3에서는, 배향 처리 직후에 배향 결함이 발생하지 않았지만, 9.8×104Pa(비교예2), 15.7×104Pa(비교예3)의 내하중밖에 얻어지지 않고, 내하중 특성이 좋지 않다. 일반적인 액정 표시 장치에서의 내하중의 목표값은 19.6×104Pa이고, 비교예2, 3은 모두 이 목표값을 달성하지 못하였다.
이것에 대하여, 실시예1~3에 있어서는, 배향 처리 직후에 배향 결함이 발생하지 않는 것은 물론이며, 실시예1, 3에서는, 21.6×104Pa의 내하중이 얻어져 상기 목표값을 달성할 수 있고, 또한, 실시예2에서는, 25.5×104Pa이라는 더 큰 내하중을 실현할 수 있다.
산업상 이용 가능성
액정의 온도 변화에 양호하게 추종하는 특정의 물성(선팽창 계수, 압축 탄성율 및 글래스 전이 온도)을 갖는 복수 종의 스페이서를 사용함으로써, 액정에 발생하는 스트레스를 저감하여, 배향 결함을 억제할 수 있다. 또한, 복수 종의 스페이서의 글래스 전이 온도를 제조 공정에서의 온도에 따라 규정함으로써, 스페이서의 형상 변화를 액정의 온도 변화에 양호하게 추종시킬 수 있고, 액정에 발생하는 스트레스를 저감하여, 배향 결함을 억제할 수 있다.

Claims (10)

  1. 대향하는 기판 간의 공극에 액정 재료가 봉입되어 있고, 상기 기판 간의 공극을 유지하기 위한 복수 종의 스페이서를 설치하고 있는 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 복수 종의 스페이서는 선팽창 계수가 100ppm 이상이며 압축 탄성율이 100MPa 이상인 제 1 종 스페이서와, 선팽창 계수가 200ppm 이상이며 압축 탄성율이 100MPa 이상인 제 2 종 스페이서를 포함하고 있고, 상기 제 1 종 스페이서의 글래스 전이 온도가 상기 제 2 종 스페이서의 글래스 전이 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 종 스페이서의 선팽창 계수는 300ppm 이상인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 종 스페이서의 압축 탄성율은 500MPa 이상인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 종 스페이서의 선팽창 계수는 300ppm 이상인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 종 스페이서의 압축 탄성율은 500MPa 이상인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 종 스페이서 및 상기 제 2 종 스페이서를 적층하고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 1 종 스페이서와 상기 제 1 종 스페이서보다 글래스 전이 온도가 낮은 제 2 종 스페이서를 포함하는 복수 종의 스페이서를 개재(介在)시켜 복수의 기판을 접합시키고, 상기 기판 간의 공극에 액정 재료를 주입하는 액정 표시 장치의 제조 방법으로서,
    상기 기판을 접합시킬 때의 온도를 상기 제 1 종 스페이서의 글래스 전이 온도보다 낮게 하고, 상기 액정 재료를 주입할 때의 온도를 상기 제 2 종 스페이서의 글래스 전이 온도보다 높게 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 종 스페이서의 글래스 전이 온도는 상기 액정 재료의 상전이 온도 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 종 스페이서는 선팽창 계수가 100ppm 이상이며 압축 탄성율이100MPa 이상이고, 상기 제 2 종 스페이서는 선팽창 계수가 200ppm 이상이며 압축 탄성율이 100MPa 이상인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 종 스페이서는 상기 기판을 접합시킨 후에 접착성을 나타내는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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