KR101053013B1

KR101053013B1 - 액정 표시 장치용 기판

Info

Publication number: KR101053013B1
Application number: KR1020057018164A
Authority: KR
Inventors: 세이지 다와라야; 도모노부 스미노; 신지 하야시
Original assignee: 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2011-07-29
Also published as: TW200424572A; US7453546B2; TW200938885A; JP2004301933A; KR20050108416A; US20060227280A1; TWI356199B; US7796236B2; US20090033860A1; WO2004088407A1; TWI446023B

Abstract

본 발명은 미소 전하 영역에서의 변형량이 크기 때문에, 상술한 바와 같은 중력 불량이라 불리는 얼룩이 발생하지 않고, 패널의 균일성도 높을 뿐만 아니라 국소적인 하중에 대해서도 충분한 회복률을 갖는 액정 표시 장치용 기판을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다. 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성된 기둥형 스페이서를 적어도 갖는 액정 표시 장치용 기판이며, 소정의 측정 방법에 의해 상기 스페이서를 측정할 때 얻어지는 상기 초기 변형량 A가 0.04 ㎛ 이상이며, 상기 소성 변형량 B가 0.7 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판을 제공한다.

액정 표시 장치용 기판, 기둥형 스페이서, 투명 기판

Description

액정 표시 장치용 기판{SUBSTRATE FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 균일한 셀 간격(cell gap)을 유지할 수 있는 액정 표시 장치용 기판 및 이 액정 표시 장치용 기판을 이용한, 표시 품질이 우수한 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 표시측 기판과 액정 구동측 기판을 대향시키고, 양자의 사이에 액정 화합물을 봉입하여 얇은 액정층을 형성하고, 액정 구동측 기판에 의해 액정층 내의 액정 배열을 전기적으로 제어하여 표시측 기판의 투과광 또는 반사광의 양을 선택적으로 변화시킴으로써 표시를 행한다.

이와 같은 액정 표시 장치에는 정적 구동 방식, 단순 매트릭스 방식 및 활성 매트릭스 방식 등 다양한 구동 방식이 있지만, 최근 개인용 컴퓨터 또는 휴대용 정보 단말 등의 평면 표시 장치로서 활성 매트릭스 방식 또는 단순 매트릭스 방식의 액정 패널을 이용한 컬러 액정 표시 장치가 급속히 보급되고 있다.

도 3은 활성 매트릭스 방식의 액정 표시 장치 패널의 일례이다. 액정 표시 장치(101)는 표시측 기판인 컬러 필터(1)와 액정 구동측 기판인 TFT 어레이 기판(2)을 대향시켜 1 내지 10 ㎛ 정도의 간극부(3)를 설치하고, 이 간극부(3) 내에 액정(L)을 충전하고, 그 주위를 밀봉재(4)로 밀봉한 구조를 취하고 있다. 컬러 필터 (1)는 화소 사이의 경계부를 차광하기 위해서 소정의 패턴으로 형성된 블랙 매트릭스층(6), 각 화소를 형성하기 위해 복수의 색(통상적으로 적(R), 녹(G), 청(B)의 3원색)을 소정 순서로 배열한 화소부(7), 보호막(8) 및 투명 전극막(9)이 투명 기판(5) 상에서 투명 기판에 가까운 측으로부터 이 순서로 적층된 구조를 취하고 있다.

한편 TFT 어레이 기판(2)은 투명 기판 상에 TFT 소자를 배열하고 투명 전극막을 설치한 구조를 취하고 있다(도시 생략). 또한 컬러 필터(1) 및 이와 대향하는 TFT 어레이 기판(2)의 내면측에는 배향막(10)이 설치된다. 그리고, 각 색에 착색된 화소의 배후에 있는 액정층의 광 투과율을 제어함으로써 컬러 화상이 얻어진다.

여기서, 간극부(3)의 두께, 즉 셀 간격(표시측 기판과 액정 구동측 기판의 간극 거리)은 액정층의 두께 그 자체이며, 색 얼룩 또는 콘트라스트 불량이라고 하는 표시 얼룩을 방지하여 균일한 표시, 고속 응답성, 높은 콘트라스트비, 광시야각 등의 양호한 표시 성능을 컬러 액정 표시 장치에 부여하기 위해서는 셀 간격을 일정하고 균일하게 유지할 필요가 있다.

셀 간격을 유지하는 방법으로서는, 간극부(3) 내에 스페이서(spacer)로서 유리, 알루미나 또는 플라스틱 등을 포함하는 일정 크기의 구 형상 또는 봉 형상 입자(11)를 다수 산재시켜 컬러 필터(1)와 TFT 어레이 기판(2)을 접합하고, 액정을 주입하는 방법이 있다. 이 방법에서는 스페이서의 크기로써 셀 간격이 결정되고 유지된다.

그러나, 간극부 내에 스페이서로서 입자를 산재시키는 방법에서는 스페이서 의 분포가 편재되기 쉽다는 것 등 여러 가지 문제점이 있었다. 이들 입상 스페이서의 문제점을 해결하는 방법으로서, 도 4에 도시한 바와 같이 컬러 필터(1)의 내면측으로서 블랙 매트릭스층(6)이 형성되어 있는 위치와 중첩되는 영역(비표시 영역)에 셀 간격에 대응하는 높이를 갖는 기둥형 스페이서(12)를 형성하는 것이 행해지게 되었다. 기둥형 스페이서(12)는 컬러 필터의 투명 기판 상에 광 경화성 수지를 균일한 두께로 도포하여 얻어진 도막을 포토리소그래피에 의해 패턴 노광하여 경화시킴으로써 블랙 매트릭스층의 형성 영역 내, 즉 비표시 영역에 형성된다.

이와 같은 액정 표시 장치에서는 최근 대면적화가 급속히 진행되고 있다. 이와 같이 기판 면적이 커지면 종래부터 밀봉재의 경화 및 액정의 봉입 시에 행해지고 있던 기계식 가압 방식을 채용하는 것이 밀봉재 경화의 균일성 확보 또는 설비의 문제 등에서 어려워지기 때문에 진공 가압 방식에 의해 행해지는 경우가 많아지고 있다. 그러나 진공 가압 방식에서는 셀에 걸리는 하중이 기계식 가압 방식에 비해 상당히 작고, 셀에 주입된 여분의 액정을 압출할 수 없다. 통상적으로 기계식 가압에 의해 셀을 조립하는 경우에는 셀에 대해 충분히 하중이 가해진 상태에서 밀봉되는 것이기 때문에 백라이트 점등 등에 의해 액정이 열 팽창을 일으켜도 기둥형 재료가 대향 기판으로부터 떨어지는 일은 없다. 그러나 진공 가압 방식에 의해 셀을 조립하는 경우에는 셀에 가해진 하중이 약하기 때문에 액정이 열 팽창을 일으킬 때에 대향 기판이 기둥형 재료로부터 떨어지게 된다. 이에 의해 액정 패널의 하부에 액정이 편재되어 중력 불량이라 불리는 표시 얼룩이 생긴다.

이러한 문제점을 해결하는 방법으로서, 진공 가압 방식에서의 약한 하중이라 도 기판 사이의 평행을 유지할 수 있도록, 상술한 기둥형 스페이서의 개수 밀도를 감소시키는 방법이 고려된다. 그러나 기둥형 스페이서의 개수 밀도를 감소시키면, 특히 대형 액정 표시 장치의 경우는 패널의 균일성의 문제가 생기게 되어 사용할 수 없다.

한편, 개개의 기둥형 스페이서의 경도를 저하시키는 방법 또는 기둥형 스페이서 자체의 크기를 작게 하는 방법 등도 고려된다. 그러나, 이와 같은 방법을 채용하면 통상적으로 소성 변형량이 커져서 국소적으로 하중이 가해진 경우, 예를 들면 지압 시험 등의 내압 시험 등의 경우에 있어서 불량이 생기게 된다는 문제가 있었다.

또한 본 발명에 관한 선행 기술 문헌은 발견되지 않았다.

[발명의 개시]

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로 미소 하중 영역에서의 변형량이 크다는 점으로부터 상술한 바와 같은 중력 불량이라 불리는 얼룩이 발생하지 않고, 패널의 균일성도 높을 뿐만 아니라, 국소적인 하중에 대해서도 충분한 회복률을 갖는 액정 표시 장치용 기판을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성된 기둥형 스페이서를 적어도 갖는 액정 표시 장치용 기판이며, 하기의 측정 방법에 의해 상기 스페이서를 측정했을 때 얻어지는 하기 초기 변형량 A가 0.04 ㎛ 이상이고, 또한 하기 소성 변형량 B가 0.7 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판을 제공한다.

상기 초기 변형량 A가 상기 범위 내의 값이면 진공 가압 방식을 이용하는 경우의 비교적 약한 하중에서도 상술한 중력 불량이라는 결점이 생기는 일은 없다. 또한, 소성 변형량 B가 상기 값 이하이므로, 지압 시험 등의 국소적인 하중이 가해진 경우에서도 표시 불량 등의 결점이 발생할 가능성이 작다.

·측정 방법: 22 mPa/초의 하중 부가 속도로 80 mN까지 상기 기둥형 스페이서의 축 방향으로 압축 하중을 부가하고, 그 상태에서 5초간 유지하고, 그 후 22 mPa/초의 하중 제거 속도로 0 mN까지 하중을 제거하고, 그 상태에서 5초간 유지한다.

·초기 변형량 A: 기둥형 스페이서의 초기 높이를 X로 하고, 상기 하중 부가시에서의 하기 수학식 1로 얻어지는 하중 F(mN)를 부가했을 때의 높이를 Y로 한 경우, X-Y로 얻어지는 압축 변형량.

(10≤n≤50, n은 기둥형 스페이서의 개수 밀도(개/㎟)를 나타냄)

·소성 변형량 B: 기둥형 스페이서의 초기 높이를 X로 하고, 상기 하중을 제거하고, 그 상태에서 5초간 유지한 후의 높이를 Z로 한 경우, X-Z로 얻어지는 잔류 변형량.

상기 본 발명에서는, 하기 탄성 변형률 C가 60％ 이상인 것이 바람직하다. 이 범위 내의 탄성 변형률이면 상술한 지압 시험 등의 국소적인 하중이 가해진 경우에서도, 충분히 원래의 형상으로 회복되기 때문에 표시 불량 등의 문제가 생길 가능성이 더욱 저하하기 때문이다.

·탄성 변형률 C: 기둥형 스페이서의 초기 높이를 X로 하고, 80 mN의 하중을 부가하여 5초간 유지한 후의 높이를 W로 하고, 상기 하중을 제거하여 5초간 유지한 후의 높이를 Z로 한 경우, [(Z-W)/(X-W)]×100으로 얻어지는 변형률.

상기 본 발명은, 특히 17인치 이상의 액정 표시 장치에 이용되는 것이 바람직하다. 대형화된 액정 표시 장치에서 특히 진공 가압 방식을 채용할 필요성이 있어, 본 발명이 보다 유효하기 때문이다.

또한, 본 발명은 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성된 기둥형 스페이서를 적어도 갖고, 17인치 이상의 액정 표시 장치에 이용되는 액정 표시 장치용 기판이며, 상기 기둥형 스페이서의 개수 밀도가 15 개/㎟ 내지 50 개/㎟의 범위 내인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판을 제공한다.

상술한 바와 같이, 17인치 이상의 액정 표시 장치에서는, 진공 가압 방식에 의해 가압하여 밀봉재의 경화 및 액정의 충전을 행할 필요가 있지만, 진공 가압 방식에서는 상술한 바와 같이 진공 불량이라 불리는 결점이 있어, 비교적 약한 하중이어도 소정량의 변형을 하는 기둥형 스페이서가 필요해진다. 그러나, 기둥형 스페이서가 종래의 개수 밀도(10 개/㎟ 이하)이면, 개개의 기둥형 스페이서가 받는 하중을 유지할 필요성이 있으며, 또한 개개의 기둥형 스페이서의 상부 바닥 면적을 대폭 넓게 하는 것은 불가능하기 때문에 경도를 저하시키는 것은 곤란하고, 결과적으로 진공 불량을 방지하는 것은 곤란하였다. 또한, 상술한 바와 같은 대형 액정 표시 장치에 대하여 진공 가압 방식을 이용하는 경우에, 기둥형 스페이서가 종래의 개수 밀도(10 개/㎟ 이하)이면, 기둥형 스페이서 사이의 평탄성에 문제가 생기는 경우가 있고, 액정 표시 장치의 표시 균일성에 문제가 생기는 경우가 있었다.

본 발명은 기둥형 스페이서의 개수 밀도를 15 개/㎟ 내지 50 개/㎟의 범위 내로 함으로써 진공 불량의 발생을 방지할 수 있으며, 액정 표시 장치의 표시 균일성을 더 향상시킨다고 하는 효과를 갖는다.

본 발명은 또한 상술한 액정 표시 장치용 기판을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치를 제공한다. 이러한 액정 표시 장치는 제조시에 진공 불량 등의 결점이 생기기 어렵기 때문에 수율이 높을 뿐만 아니라 표시 품질이 양호하다는 이점을 갖는다.

본 발명에 따르면, 초기 변형량 A가 0.04 ㎛ 이상의 값이기 때문에, 진공 가압 방식을 이용한 경우의 비교적 약한 하중이어도, 상술한 중력 불량 등의 결점이 생기지 않고, 또한 소성 변형량 B가 0.7 ㎛ 이하의 값이기 때문에 지압 시험 등의 국소적인 하중이 가해진 경우에서도 표시 불량 등의 문제점이 생길 가능성이 적은 액정 표시 장치를 제공할 수 있다는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명에 이용되는 측정 방법에서의 하중과 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 2는 본 발명에 이용되는 측정 방법에서의 하중과 변위량과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3은 종래의 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.

도 4는 본 발명의 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이하, 본 발명의 액정 표시 장치용 기판 및 그것을 이용한 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.

A. 액정 표시 장치용 기판

본 발명의 액정 표시 장치용 기판은 2가지 형태를 포함한다. 이들을 각각 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태로서 설명한다.

1. 제1 실시 형태

본 발명의 액정 표시 장치용 기판의 제1 실시 형태는 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성된 기둥형 스페이서를 적어도 갖는 액정 표시 장치용 기판이며, 하기의 측정 방법에 의해 상기 스페이서를 측정했을 때 얻어지는 하기 초기 변형량 A가 0.04 ㎛ 이상이고, 또한 하기 소성 변형량 B가 0.7 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 것으로, 하기 탄성 변형률 C가 60％ 이상인 것이 바람직하다.

이하, 이러한 본 실시 형태를 특정할 때에 이용되는 측정 방법과, 이 측정 방법에 의해 얻어지는 초기 변형량 A, 소성 변형량 B 및 탄성 변형률 C에 대하여 상세히 설명한다.

(측정 방법)

본 실시 형태에 이용되는 측정 방법은 투명 기판 상에 형성된 기둥형 스페이서에 대하여 행해지는 것으로, 우선 기둥형 스페이서의 상부 바닥면에 대하여 기둥형 스페이서의 축 방향으로 22 mPa/초의 하중 부가 속도로 하중을 가한다(도 1 중 a). 이 하중의 부가는 80 mN까지 행해진다. 계속해서, 80 mN의 하중을 가한 상태로 5초간 유지한다(도 1 중 b). 그 후, 22 mPa/초의 하중 제거 속도로 0 mN이 될 때까지 하중을 제거한다(도 1 중 c). 그리고, 하중이 제거된 상태(0 mN의 상태)에서 5초간 유지한다(도 1 중 d).

이러한 방법으로 기둥형 스페이서에 대하여 압축 하중을 가한 상태에서의 기둥형 스페이서에서의 축 방향의 변위량을 측정한다. 도 2는 변위량을 측정한 데이터를 나타내는 것이다. 우선, 일정한 하중 부가 속도로 하중을 가하고 있는 상태(도 1 중 a의 상태)에서는, 도 2 중 a에 도시한 바와 같이 하중과 동시에 변위량이 증대된다. 이어서 80 mN의 하중이 가해진 상태로 5초간 유지하는 상태(도 1 중 b의 상태)에서 변위량은 일정하거나 약간 증대된다(도 2 중 b). 그리고, 일정한 하중 제거 속도로 하중을 제거하고 있는 상태(도 1 중 c의 상태)에서는, 도 2 중 c에 도시한 바와 같이 하중이 제거됨에 따라 변위량이 감소한다. 그리고, 하중 0 mN의 상태에서 5초간 유지하고 있는 상태(도 1 중 d의 상태)에서는 변위량이 서서히 감소한다(도 2 중 d).

상기 측정 방법에서, 최대 하중을 80 mN으로 한 것은 국소적인 하중이 가해졌을 때의 표시 품질을 평가하는 시험인 지압 시험에서의 하중을 참고로 한 것이며, 후술하는 소성 변형량 B 또는 탄성 변형률 C의 값을 측정함으로써, 이러한 국소적인 하중이 가해졌을 때의 표시 품질을 평가하기 위해서 최대 하중을 80 mN으로 한 것이다.

본 실시 형태에서, 이러한 측정에 제공되는 시료로서는 투명 기판 상에 형성 된 기둥형 스페이서라면 특별히 종류는 한정되지 않는다. 구체적으로는, 제품으로부터 취출한 것, 제조 도중인 것 및 측정용으로 제조된 것 등이 시료로서 제공된다. 따라서 투명 기판 상에, 예를 들면 블랙 매트릭스 또는 보호층을 통해 기둥형 스페이서가 형성된 것일 수도 있다.

이 측정 방법에 의한 측정은 실온 하에서 행해진다. 또한, 통상 실온이란 23℃를 나타낸다.

측정에 이용되는 시험기는 양호한 정밀도로 압축 하중과 변위량을 측정할 수 있는 것을 사용한다. 구체적으로는, 피셔 인스트루먼트사(Fischer Instruments K.K.) 제조의 피셔 스코프(Fischer Scope) H-100(비커스(Vickers) 압자(사각뿔 형상)의 정상부를 연마하여 100 ㎛×100 ㎛의 평면을 갖는 압자를 사용함)을 이용할 수 있다.

(초기 변위량 A)

본 실시 형태에서의 초기 변위량 A는 시료인 기둥형 스페이서의 초기 높이를 X로 하고, 상기 측정 방법에서의 하중 부가시(도 1 및 도 2 중 a에 상당하는 상태) 하기 수학식 1로 얻어지는 하중 F(mN)를 부가했을 때의 높이를 Y로 한 경우, X-Y로 얻어지는 압축 변형량을 나타낸다.

[수학식 1]

우선, 상기 화학식 1에 대하여 설명한다. 상기 수학식 1은 하기 수학식 2를 정리한 것이다.

여기서, 상기 0.2 kgf/㎠의 값은 진공 가압 방식을 이용하는 경우의 압력으로 상정되는 값이다. 또한, n은 상술한 바와 같이 기둥형 스페이서의 개수 밀도를 나타낸다. 따라서, F(mN)값은 진공 가압 시에 개개의 기둥형 스페이서가 받는다고 추정되는 하중을 나타낸다.

또한, 상기 수학식 중의 기둥형 스페이서의 개수 밀도를 나타내는 n의 범위는 10 개/㎟ 내지 50 개/㎟의 범위 내로 하였지만, 보다 바람직하게는 10 개/㎟ 내지 30 개/㎟의 범위 내, 특히 15 개/㎟ 내지 30 개/㎟의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에서의 초기 변위량 A는 이 F로 나타내는 하중, 즉 진공 가압 시에 개개의 기둥형 스페이서가 받는다고 추정되는 하중이 가해졌을 때의 변위량을 나타내는 것으로, 진공 가압 시의 상태와 근사시켰을 때의 변위량을 나타낸다.

따라서, 상기 초기 변위량 A가 어느 정도 크면 진공 가압 시의 변위도 크고, 이에 따라 진공 불량 등의 결점이 생기는 것을 방지할 수 있다.

이 초기 변위량 A는 상술한 바와 같이 기둥형 스페이서의 초기 높이를 X로 하고, 상기 시험 방법에서의 하중 부가시(도 1 및 도 2 중 a의 상태) 상기 수학식 1로 얻어지는 하중 F(mN)를 부가했을 때의 높이를 Y로 한 경우, X-Y로 얻어지는 압축 변형량을 나타내는 것으로, 구체적으로는 도 2에서의 α로 나타내는 변위량이 다.

본 실시 형태에서는, 이러한 초기 변위량 A가 0.04 ㎛ 이상이며, 특히 0.06㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 범위 내이면 진공 불량 등의 결점이 생길 가능성을 저하시킬 수 있기 때문이다. 또한, 이 초기 변위량 A의 상한은 후술하는 소성 변형량 B가 소정의 범위 내에 들어가는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로는 0.2 ㎛ 이하의 범위 내가 된다.

(소성 변형량 B)

다음으로, 소성 변형량 B에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서의 소성 변형량 B는 기둥형 스페이서의 초기 높이를 X로 하고, 상기 하중을 제거하고, 그 상태에서 5초간 유지한 후(도 1 및 도 2 중 d의 상태 이후)의 높이를 Z로 한 경우, X-Z로 얻어지는 잔류 변형량이다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 이용되는 측정 방법에서의 최대 하중 80 mN은 국소적인 하중이 가해졌을 때의 표시 품질을 평가하는 측정 방법인 지압 시험에서 가해지는 하중이다. 따라서, 이 하중이 소정 시간 가해진 후 하중을 제거하고, 소정 시간 방치된 후의 잔류 변형량이 적으면 적을수록, 국소적인 하중에 대하여 양호한 표시 품질을 유지하는 것이며, 지압 시험에 대해서도 양호한 결과가 얻어지는 것으로 추정된다.

본 실시 형태에서의 소성 변형량 B는 이 상태를 근사시킨 것이며, 최대 하중인 80 mN의 하중이 가해진 후, 하중이 제거되고(도 1 및 도 2 중 c의 상태), 또한 5초간 유지된(도 1 및 도 2 중 d의 상태) 후의 잔류 변형량을 나타낸다. 구체적으 로는 도 2 중 β로 표시되는 값이 된다.

본 실시 형태에서는, 이러한 소성 변형량 B가 0.7 ㎛ 이하이며, 특히 0.3 ㎛ 이하, 그 중에서도 0.2 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기 범위 내이면, 국소적인 하중이 가해진 경우라도 하중이 제거되었을 때의 회복력이 양호하여, 양호한 표시 품질로 할 수 있기 때문이다.

(탄성 변형률 C)

다음으로, 탄성 변형률 C에 대하여 설명한다. 탄성 변형률 C는 기둥형 스페이서의 초기 높이를 X로 하고, 80 mN의 하중을 부가하여 5초간 유지한 후의 높이를 W로 하며, 상기 하중을 제거하여 5초간 유지한 후의 높이를 Z로 한 경우, [(Z-W)/(X-W)]×100으로 얻어지는 변형률을 나타낸다.

상기 소성 변형량 B의 설명에서 기재한 바와 같이, 본 실시 형태에 이용되는 측정 방법에서의 최대 하중 80 mN은 국소적인 하중이 가해졌을 때의 표시 품질을 평가하는 측정 방법인 지압 시험에서 가해지는 하중이다. 따라서, 이 하중이 소정 시간 가해진 후 하중을 제거하고, 소정 시간 방치된 후에 회복되는 높이의 비율이 크면 클수록 국소적인 하중에 대하여 양호한 표시 품질을 유지하는 것이며, 지압 시험에 대해서도 양호한 결과가 얻어지는 것으로 추정된다.

본 실시 형태에서의 탄성 변형률 C는 이 높이의 회복 비율을 탄성 변형률로서 규정한 것으로, 최대 하중인 80 mN의 하중이 가해진 후, 하중이 제거되고(도 1 및 도 2 중 c의 상태), 또한 5초간 유지된(도 1 및 도 2 중 d의 상태) 후의 높이의 회복 비율을 나타낸다. 즉, 최대의 압축 변형량을 나타내는 것으로 상정되는, 5초 간 유지된(도 1 및 도 2 중 b의 상태) 후의 높이를 W로 하고, 초기 높이를 X로 하면, X-W는 최대의 변위량을 나타내게 된다(도 2 중 γ에 상당함). 그리고, 하중이 제거되고, 또한 5초간 유지된(도 1 및 도 2 중 d의 상태) 후의 높이를 Z로 하면, Z-W는 하중이 제거된 후에 회복된 탄성 변위량을 나타낸다(도 2 중 γ-β에 상당함). 본 실시 형태에서의 탄성 변형률 C는 최대 변위량에 대한 탄성 변위량의 비율을 나타내는 것으로, [(Z-W)/(X-W)]×100으로 얻어지는 값이 된다.

본 실시 형태에서는, 이러한 탄성 변형률 C가 60％ 이상이고, 특히 70％ 이상, 그 중에서도 80％ 이상인 것이 바람직하다. 상기 범위 내이면 국소적인 하중이 가해진 경우에서도 하중이 제거되었을 때의 회복력이 양호하여, 양호한 표시 품질로 할 수 있기 때문이다.

(기둥형 스페이서)

본 실시 형태는, 상술한 바와 같은 물성을 만족하는 기둥형 스페이서가 투명 기판 상에 형성되어 이루어지는 점에 특징을 갖는다. 이와 같은 기둥형 스페이서에 이용되는 재료로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 그 일례로서 이하와 같은 것을 들 수 있다.

상기한 물성을 만족하는 기둥형 스페이서는 통상적으로 광경화성 수지 조성물을 이용하여 형성할 수 있다. 광경화성 수지 조성물로서는, 적어도 다관능 아크릴레이트 단량체, 중합체 및 광중합 개시제를 함유하는 조성물이 바람직하게 이용된다.

광경화성 수지 조성물에 배합되는 다관능 아크릴레이트 단량체로서는, 아크 릴기 또는 메타크릴기 등의 에틸렌성 불포화 결합 함유기를 2개 이상 갖는 화합물을 이용하며, 구체적으로는, 에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 프로필렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 디프로필렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 헥산 디(메트)아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 글리세린 디(메트)아크릴레이트, 글리세린 트리(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 (메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메트)아크릴레이트 등을 예시할 수 있다.

다관능 아크릴레이트 단량체는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서 (메트)아크릴은 아크릴 또는 메타크릴 중 어느 하나인 것을 의미하며, (메트)아크릴레이트는 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트 중 어느 하나인 것을 의미한다.

본 실시 형태에서는 이러한 다관능 아크릴레이트 단량체의 함유량을, 광경화성 수지 조성물의 총 고형분에 대하여 50 중량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 여기서 총 고형분이란 용매 이외의 모든 성분의 합계량이며, 액상 단량체 성분도 포함된다. 광경화성 수지 조성물 중의 다관능 아크릴레이트 단량체의 함유량이 50 중량％ 미만이면, 이 광경화성 수지 조성물을 이용하여 노광, 현상을 행하여 형성된 패턴의 탄성 변형률이 작아지고, 넓은 온도 범위에서 상술한 기둥형 스페이서의 물성을 유지하는 것이 어렵게 된다.

상기한 다관능 아크릴레이트 단량체는 3관능 이상의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 단량체를 포함하는 것이 바람직하며, 그 함유량은 다관능 아크릴레이트 단량체 사용량의 약 30 내지 95 중량％를 차지하는 것이 바람직하다.

광경화성 수지 조성물의 다관능 아크릴레이트 단량체의 함유량을 많게 하면, 넓은 온도 범위에서 상술한 물성을 갖는 기둥형 스페이서를 형성할 수가 있다. 그러나, 그 반면, 양호한 현상성을 얻기 어렵게 되어 패턴 연부 형상의 정밀도가 떨어지거나, 또는 기둥형 스페이서에 있어서 바람직한, 순 방향으로 점감하는 형상(즉, 기둥형 스페이서의 상면 면적(S2)과 하면 면적(S1)의 비가 1 이하인 사다리꼴)이 얻어지지 않는 등의 문제점이 생기기 쉬워진다. 그 이유는 광경화성 수지 조성물에 다관능 아크릴레이트 단량체를 다량으로 배합하면 경화 후의 가교 밀도가 매우 높아지기 때문에, 탄성 변형을 소성 변형보다도 우위로 하는 점에서는 공헌하지만, 현상시의 가용성이 지나치게 떨어져서, 양호한 현상성을 얻는다는 점에서는 불리하게 되기 때문이라고 추측된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는, 3관능 이상의 다관능 아크릴레이트 단량체 중에서도, 1분자 내에 1개 이상의 산성기 및 3개 이상의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 것(이하, "3관능 이상의 산성 다관능 아크릴레이트 단량체"라 함)을 이용하는 것이 바람직하다.

3관능 이상의 산성 다관능 아크릴레이트 단량체는 수지 조성물의 가교 밀도를 향상시키는 역할 및 알칼리 현상성을 향상시키는 역할을 갖는다. 그 때문에, 이 산성 다관능 아크릴레이트 단량체를 함유하는 수지 조성물을 이용하여 기둥형 스페이서를 형성하는 경우에는, 이 기둥형 스페이서의 연부 형상이 양호해지고, 또한 기둥형 스페이서의 상면 면적(S2)과 하면 면적(S1)과의 비(S2/S1)가 1 이하이며, 또한 0.3 이상의 양호한, 순 방향으로 점감하는 형상을 형성하기 쉽다. 또한, 실온에서의 탄성 변형률이 우수하고, 특히 상기 액정 패널의 셀 압착시나 그 후의 취급시에서 소성 변형하기 어려운 충분한 경도와, 액정의 열적 수축 및 팽창에 추종할 수 있는 가요성을 갖는 기둥형 스페이서를 형성할 수 있다.

산성 다관능 아크릴레이트 단량체의 산성기는 알칼리 현상이 가능한 것이면 좋고, 예를 들면 카르복실기, 술폰산기, 인산기 등을 예로 들 수 있지만, 알칼리 현상성 및 수지 조성물의 취급성의 관점에서 카르복실기가 바람직하다.

상기한 바와 같은 3관능 이상의 산성 다관능 아크릴레이트 단량체로서는, (1) 수산기 함유 다관능 (메트)아크릴레이트를 이염기산 무수물로 변성함으로써 카르복실기를 도입한 다관능 (메트)아크릴레이트, 또는 (2) 방향족 다관능 (메트)아크릴레이트를 진한 황산이나 발연 황산으로 변성함으로써 술폰산기를 도입한 다관능 (메트)아크릴레이트 등을 사용할 수 있다.

3관능 이상의 산성 다관능 아크릴레이트 단량체로서는, 하기 화학식 1 및 2로 표시되는 것이 바람직하다.

상기 식 중,

상기 화학식 1 중, n은 0 내지 14이고, m은 1 내지 8이다. 상기 화학식 2 중, R은 화학식 1과 마찬가지이고, n은 0 내지 14이며, p는 1 내지 8이고, q는 1 내지 8이다. 1분자 내에 복수개 존재하는 R, T, G는 각각 동일하거나 상이할 수 있다.

화학식 1 및 2로 표시되는 산성 다관능 아크릴레이트 단량체로서, 구체적으로 예를 들면, 도아 고세이사(TOA GOSEI CO., LTD.) 제조의 카르복실기 함유 3관능 아크릴레이트인 TO-756, 및 카르복실기 함유 5관능 아크릴레이트인 TO-1382를 들 수 있다.

광경화성 수지 조성물에 배합되는 중합체로서는, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체, 에틸렌-염화비닐 공중합체, 에틸렌-비닐 공중합체, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, ABS 수지, 폴리메타크릴산 수지, 에틸렌-메타크릴산 수지, 폴리염화비닐 수지, 염소화 염화비닐, 폴리비닐 알코올, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 나일론 6, 나일론 66, 나일론 12, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐 아세탈, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리에테르 설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리알릴레이트, 폴리비닐 부티랄, 에폭시 수지, 페녹시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리아미드산 수지, 폴리에테르이미드 수지, 페놀 수지 및 요소 수지 등을 예시할 수 있다.

또한 중합체로서는, 중합가능한 단량체인 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, n-프로필 (메트)아크릴레이트, 이소프로필 (메트)아크릴레이트, sec-부틸 (메트)아크릴레이트, 이소부틸 (메트)아크릴레이트, tert-부틸 (메트)아크릴레이트, n-펜틸 (메트)아크릴레이트, n-헥실 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, n-옥틸 (메트)아크릴레이트, n-데실 (메트)아크릴레이트, 스티렌, α-메틸스티렌, N-비닐-2-피롤리돈, 글리시딜 (메트)아크릴레이트 중 에서 선택되는 1종 이상과, (메트)아크릴산, 아크릴산의 이량체(예를 들면, 도아 고세이사 제조의 M-5600), 이타콘산, 크로톤산, 말레산, 푸마르산, 비닐아세트산 및 이들의 무수물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 중합체 또는 공중합체도 예시할 수 있다. 또한, 상기한 공중합체에 글리시딜기 또는 수산기를 갖는 에틸렌성 불포화 화합물을 부가시킨 중합체 등도 예시할 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

상기 예시한 중합체 중에서도, 에틸렌성 불포화 결합을 함유하는 중합체는 단량체와 함께 가교 결합을 형성하고, 우수한 강도가 얻어지기 때문에 특히 바람직하게 이용된다.

이러한 중합체의 함유량은 광경화성 수지 조성물의 총 고형분에 대하여 10 내지 40 중량％로 하는 것이 바람직하다.

광경화성 수지 조성물에 배합되는 광중합 개시제로서는 자외선, 전리 방사선 , 가시광, 또는 그 밖의 각 파장, 특히 365 nm 이하의 에너지선으로 활성화할 수 있는 광 라디칼 중합 개시제를 사용할 수 있다. 이와 같은 광중합 개시제로서 구체적으로는 벤조페논, o-벤조일벤조산 메틸, 4,4-비스(디메틸아민)벤조페논, 4,4-비스(디에틸아민)벤조페논, α-아미노·아세토페논, 4,4-디클로로벤조페논, 4-벤조일-4-메틸 디페닐 케톤, 디벤질 케톤, 플루오레논, 2,2-디에톡시아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2-히드록시-2-메틸프로피오페논, p-tert-부틸디클로로아세토페논, 티오크산톤, 2-메틸티오크산톤, 2-클로로티오크산톤, 2-이소프로필티오크산톤, 디에틸티오크산톤, 벤질디메틸케탈, 벤질메톡시에틸아세탈, 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 부틸 에테르, 안트라퀴논, 2-tert-부틸안트라퀴논, 2-아밀안트라퀴논, β-클로로안트라퀴논, 안트론, 벤즈안트론, 디벤즈스베론, 메틸렌안트론, 4-아지드 벤질아세토페논, 2,6-비스(p-아지드벤질리덴)시클로헥산, 2,6-비스(p-아지드벤질리덴)-4-메틸시클로헥사논, 2-페닐-1,2-부타디온-2-(o-메톡시카르보닐)옥심, 1-페닐-프로판디온-2-(o-에톡시카르보닐)옥심, 1,3-디페닐-프로판트리온-2-(o-에톡시카르보닐)옥심, 1-페닐-3-에톡시-프로판트리온-2-(o-벤조일)옥심, 미힐러 케톤(Michler's ketone), 2-메틸-1[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부타논, 나프탈렌술포닐 클로라이드, 퀴놀린술포닐 클로라이드, n-페닐티오아크리돈, 4,4-아조비스이소부티로니트릴, 디페닐 디설파이드, 벤즈티아졸 디설파이드, 트리페닐포스핀, 캄포퀴논, 아사히 덴카사(Asahi Denka Co., Ltd.) 제조의 N1717, 사브롬화탄소, 트리브로모페닐설폰, 과산화 벤조인, 에오신, 메틸렌 블루 등의 광환원성 색소와, 아스코르브산 또는 트리에탄올아민과 같은 환원제와의 조합물 등을 예시할 수 있다. 본 실시 형태에서는 이들 광중합 개시제를 1종만 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.

이러한 광중합 개시제의 함유량은 광경화성 수지 조성물의 총 고형분에 대하여 2 내지 20 중량％로 하는 것이 바람직하다.

광경화성 수지 조성물은 다관능 아크릴레이트 단량체, 중합체 및 광중합 개시제 이외의 성분을 필요에 따라 함유할 수도 있다. 예를 들면, 광경화성 수지 조성물에는 내열성, 밀착성, 내약품성(특히 내알칼리성)의 향상을 도모할 목적으로 에폭시 수지를 배합할 수도 있다. 사용할 수 있는 에폭시 수지로서는, 재팬 에폭 시 레진사(Japan Epoxy Resins Co., Ltd.) 제조의 상품명 에피코트(Epikote) 시리즈, 다이셀사(Daicel Chemical Industries, Ltd.) 제조의 상품명 셀록사이드(Celloxide) 시리즈 및 다이셀사 제조의 상품명 에포리드(Epolead) 시리즈를 예시할 수 있다. 에폭시 수지로서는, 또한 비스페놀-A형 에폭시 수지, 비스페놀-F형 에폭시 수지, 비스페놀-S형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 폴리카르복실산 글리시딜 에스테르, 폴리올 글리시딜 에스테르, 지방족 또는 지환식 에폭시 수지, 아민 에폭시 수지, 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 디히드록시벤젠형 에폭시 수지, 글리시딜 (메트)아크릴레이트와 라디칼 중합가능한 단량체와의 공중합 에폭시 화합물 등을 예시할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 이들 에폭시 수지를 1종만 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.

이러한 에폭시 수지의 함유량은 광경화성 수지 조성물의 총 고형분에 대하여 0 내지 10 중량％로 하는 것이 바람직하다.

광경화성 수지 조성물에는, 고형분을 용해, 분산시키고, 스핀 코팅 등의 도포 적합성을 조절하기 위해서, 통상적으로 용매를 배합한다. 용매로서는, 단량체, 중합체, 광중합 개시제 등의 배합 성분에 대한 용해성 또는 분산성이 양호하며, 스핀 코팅성이 양호하도록 비점이 비교적 높은 용매를 이용하는 것이 바람직하다. 이들 용매를 사용하여 고형분 농도를 통상적으로는 5 내지 50 중량％로 제조한다.

경화성 수지 조성물을 제조하기 위해서는, 다관능 아크릴레이트 단량체, 중합체, 광중합 개시제 및 필요에 따라 다른 성분을 적절한 용매에 투입하고, 페인트 진탕기, 비드 밀(beads mill), 샌드 그라인드 밀(sand grind mill), 볼 밀, 아트라 이터 밀(attritor mill), 2-롤 밀, 3-롤 밀 등의 일반적인 방법으로 용해, 분산시킬 수 있다.

본 실시 형태에서의 기둥형 스페이서의 제조 방법은 특별히 한정되는 것이 아니라, 통상적으로 이 분야에서 이용되는 제조 방법, 구체적으로는 스핀 코팅에 의해 상기 조성물을 도포하고, 포토리소그래피법에 의해 패터닝하여 경화함으로써 제조하는 방법 등으로 제조된다.

(투명 기판)

본 발명에 이용되는 투명 기판은 액정 표시 장치용으로 이용되는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 석영 유리, 파이렉스(Pyrex; 등록상표) 유리, 합성 석영판 등의 가요성이 없는 투명한 강성재, 또는 투명 수지 필름, 광학용 수지판 등의 가요성을 갖는 투명한 가요성 재료를 이용할 수 있다.

(액정 표시 장치용 기판)

상술한 바와 같은 물성을 만족시키는 기둥형 스페이서가 상기 투명 기판 상에 형성되어 이루어지는 것이 본 실시 형태의 액정 표시 장치용 기판이다.

본 실시 형태에서는 상술한 물성을 만족시키는 기둥형 스페이서가, 투명 기판 상에 형성된 기둥형 스페이서의 전체 개수 중에 적어도 75％ 이상 배치되어 있는 것이 바람직하고, 특히 85％ 이상, 그 중에서도 90％ 이상 배치되어 있는 것이 바람직하다. 상술한 범위 내로 배치되어 있으면, 본 발명의 효과를 보다 효과적으로 발휘할 수 있기 때문이다.

본 실시 형태에서, 이러한 기둥형 스페이서는 표시측 기판에 형성된 것이거 나, 액정 구동측 기판에 형성된 것일 수도 있다. 또한, 본 실시 형태의 액정 표시 장치용 기판은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 컬러 액정 표시 장치에 이용되는 컬러 액정 표시 장치용 기판인 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 특히 액정 표시 장치의 크기가 17인치 이상인 액정 표시 장치에 이용되는 액정 표시 장치용 기판이 바람직하다. 17인치 이상의 크기에서 진공 가압 방식이 이용되기 때문에, 17인치 이상의 액정 표시 장치에 이용되는 액정 표시 장치용 기판에서, 특히 본 실시 형태의 이점을 살릴 수 있기 때문이다.

본 실시 형태의 액정 표시 장치용 기판에는 투명 기판 및 기둥형 스페이서 이외에도 요구되는 다양한 기능층이 형성될 수도 있다. 이들 기능층은 기둥형 스페이서가 형성되는 기판의 종류에 따라 적절하게 선택되어 형성된다. 또한, 각종 기능층은 투명 기판 상에 형성되고, 그 위에 기둥형 스페이서가 형성된 것이거나, 기둥형 스페이서 상에 형성된 것일 수 있다.

2. 제2 실시 형태

이어서, 본 발명의 액정 표시 장치용 기판의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 액정 표시 장치용 기판은 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성된 기둥형 스페이서를 갖고, 17인치 이상의 액정 표시 장치에 이용되는 액정 표시 장치용 기판이며, 상기 기둥형 스페이서의 개수 밀도가 15 개/㎟ 내지 50 개/㎟의 범위 내인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 17인치 이상의 대형 액정 표시 장치에서는, 진공 가압 방 식에 의해 가압하여 밀봉재의 경화 및 액정의 충전을 행할 필요가 있지만, 진공 가압 방식에서는 상술한 바와 같이 진공 불량이라 불리는 결점이 있어, 비교적 약한 하중에서도 소정량의 변형을 하는 기둥형 스페이서가 필요해진다. 그러나, 기둥형 스페이서가 종래의 개수 밀도(10 개/㎟ 이하)이면, 개개의 기둥형 스페이서가 받는 하중을 유지할 필요성이 있으며, 개개의 기둥형 스페이서의 상부 바닥 면적을 대폭 넓게 하는 것이 불가능하기 때문에 경도를 저하시키는 것이 곤란하여, 결과적으로 진공 불량을 방지하는 것이 곤란하였다.

또한, 상술한 바와 같은 대형 액정 표시 장치에 대하여 진공 가압 방식을 이용하는 경우에, 기둥형 스페이서가 종래의 개수 밀도(10 개/㎟ 이하)이면, 기둥형 스페이서 사이의 평탄성에 문제가 생기는 경우가 있어, 액정 표시 장치의 표시 균일성에 문제가 생기는 경우가 있었다.

본 실시 형태는 이러한 관점에서 기둥형 스페이서의 개수 밀도를 종래의 것 보다 높게 함으로써 상술한 과제를 해결한 것이다.

본 실시 형태에서는 기둥형 스페이서의 개수 밀도를, 15 개/㎟ 내지 50 개/㎟의 범위 내로 하며, 특히 15 개/㎟ 내지 30 개/㎟의 범위 내, 그 중에서도 15 개/㎟ 내지 20 개/㎟의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 기둥형 스페이서의 개수 밀도가 상기 범위 내이면 진공 불량을 방지하는 것이 가능해지고, 또한 액정 표시 장치의 표시 균일성을 향상시킬 수 있기 때문이다.

본 실시 형태의 액정 표시 장치용 기판에서는 기둥형 스페이서의 상부 바닥 면적이 20 ㎛²내지 320 ㎛²의 범위 내인 것이 바람직하며, 특히 30 ㎛²내지 150 ㎛²의 범위 내, 그 중에서도 30 ㎛²내지 100 ㎛²의 범위 내인 것이 바람직하다. 기둥형 스페이서의 개수 밀도를 상기 범위 내로 하고, 또한 기둥형 스페이서의 상부 바닥 면적을 상기 범위 내로 함으로써 진공 불량을 방지하고, 액정 표시 장치의 표시 품질을 향상시키는 것이 용이해지기 때문이다.

본 실시 형태에서 이용되는 기둥형 스페이서의 물성으로서는, 상기 제1 실시 형태에서 규정하는 물성을 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 지압 시험 등의 국소적인 하중이 가해진 경우에서도 표시 불량 등의 결점이 발생할 가능성을 저하시킬 수 있기 때문이다.

그 밖에, 기둥형 스페이서에 사용할 수 있는 재료, 투명 기판, 액정 표시 장치용 기판으로서의 그 밖의 바람직한 형태 등에 관해서는, 상기 제1 실시 형태에서 설명한 것과 마찬가지이므로 여기서의 설명은 생략한다.

B. 액정 표시 장치

다음으로, 본 발명의 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 본 발명의 액정 표시 장치는 상기 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 나타내는 액정 표시 장치용 기판을 이용한 것을 특징으로 한다. 따라서, 이들 액정 표시 장치용 기판이 갖는 이점, 즉 비교적 대형의 액정 표시 장치를 제조할 때에 이용되는 진공 가압 방식을 이용하여 제조한 경우에서도, 상술한 중력 불량이라는 결점이 생기지 않고, 또한 지압 시험 등의 국소적인 하중이 가해진 경우에도 표시 불량 등의 결점이 생기는 일이 적은 액정 표시 장치로 할 수 있다.

본 발명의 액정 표시 장치는 상술한 바와 같은 액정 표시 장치용 기판을 이용하는 것이면, 그 밖의 점은 특별히 한정되지 않으며, 통상의 액정 표시 장치와 마찬가지이므로 여기서의 설명은 생략한다.

본 발명에서는, 액정 표시 장치가 컬러 액정 표시 장치인 것이 바람직하다. 또한, 액정 표시 장치의 종류로서는, STN(Super-Twisted Nematic) 모드, TN(Twisted Nematic) 모드, IPS(In-Plane Switching) 모드, VA(Vertically Aligned) 모드 등을 들 수 있지만, 특별히 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는 예시로서, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 지니며, 마찬가지의 작용 효과를 발휘하는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

이하에 실시예를 나타내어 본 발명을 더 구체적으로 설명한다.

(경화성 수지 조성물의 제조)

(1) 공중합 수지 용액의 합성

중합조 중에 메타크릴산 메틸(MMA) 63 중량부, 아크릴산(AA) 12 중량부, 메타크릴산-2-히드록시에틸(HEMA) 6 중량부, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(DMDG) 88 중량부를 넣고, 교반하여 용해시킨 후, 2,2'-아조비스(2-메틸부티로니트릴) 7 중량부를 첨가하고, 균일하게 용해시켰다. 그 후, 질소 기류 하에 85℃에서 2시간 동안 교반하고, 다시 100℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 얻어진 용액에 다시 메타크릴산 글리시딜(GMA) 7 중량부, 트리에틸아민 0.4 중량부 및 히드로퀴논 0.2 중량부를 첨가하고, 100℃에서 5시간 동안 교반하여 목적하는 공중합 수지 용액 1(고형분 50％)을 얻었다. 얻어진 공중합체의 물성을 하기 표 1에 나타낸다.

(2) 경화성 수지 조성물 1의 제조

하기 분량의 각 재료

·상기 공중합 수지 용액 1(고형분 50％): 16 중량부

·디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트(사르토머사(Sartomer Company Inc), SR399): 24 중량부

·오르토크레졸 노볼락형 에폭시 수지(재팬 에폭시 레진사 제조, 에피코트 180S70): 4 중량부

·2-메틸-1-(4-메틸티오페닐)-2-모르폴리노프로판-1-온: 4 중량부

·디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르: 52 중량부

를 실온에서 교반 및 혼합하여 경화성 수지 조성물 1을 얻었다.

(3) 경화성 수지 조성물 2의 제조

하기 분량의 각 재료

·상기 공중합 수지 용액 1(고형분 50％): 32 중량부

·디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트(사르토머사, SR399): 16 중량부

·디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르: 44 중량부

를 실온에서 교반 및 혼합하여 경화성 수지 조성물 2를 얻었다.

(컬러 필터의 제조)

(1) 블랙 매트릭스의 형성

우선, 하기 분량

·흑색 안료: 23 부

·고분자 분산제(비와이케이-케미·재팬(주)(BYK-Chemie Japan KK) 제조의 Disperbyk 111): 2 중량부

·용매(디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르): 75 중량부의 성분을 혼합하고, 샌드 밀로 충분히 분산하여, 흑색 안료 분산액을 제조하였다.

이어서 하기 분량

·상기 흑색 안료 분산액: 61 중량부

·경화성 수지 조성물 1: 20 중량부

·디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르: 30 중량부의 성분을 충분히 혼합하여, 차광층용 조성물을 얻었다.

그리고, 두께 1.1 mm의 유리 기판(아사히 글라스(주)(Asahi Glass Co., Ltd.) 제조의 AL재) 상에 상기 차광층용 조성물을 스핀 코팅으로 도포하고, 100℃에서 3분간 건조시켜 막 두께가 약 1 ㎛인 차광층을 형성하였다. 이 차광층을, 초고압 수은 램프에 의해 차광 패턴으로 노광한 후, 0.05％ 수산화칼륨 수용액으로 현상하고, 그 후, 기판을 180℃의 분위기 중에 30분간 방치함으로써 가열 처리를 실시하여, 차광부를 형성해야 하는 영역에 블랙 매트릭스를 형성하였다.

(2) 착색층의 형성

상기한 바와 같이 하여 블랙 매트릭스를 형성한 기판 상에 하기 조성의 적색경화성 수지 조성물을 스핀 코팅법으로 도포(도포 두께 1.5 ㎛)하고, 그 후, 70℃의 오븐 속에서 30분간 건조하였다.

계속해서, 적색 경화성 수지 조성물의 도포막으로부터 100 ㎛ 떨어진 거리에 포토마스크를 배치하고, 프록시미티 얼라이너(proximity aligner)에 의해 2.0 kW의 초고압 수은 램프를 이용하여 착색층의 형성 영역에 상당하는 영역에만 자외선을 10초간 조사하였다. 계속해서, 0.05 중량％ 수산화칼륨 수용액(액체 온도 23℃) 속에 1분간 침지하여 알칼리 현상하여, 적색 경화성 수지 조성물의 도포막의 미경화 부분만을 제거하였다. 그 후, 기판을 180℃의 분위기 중에 30분간 방치함으로써 가열 처리를 실시하여, 적색 화소를 형성해야 하는 영역에 적색의 릴리프 패턴(relief pattern)을 형성하였다.

다음으로, 하기 조성의 녹색 경화성 수지 조성물을 이용하여, 적색의 릴리프 패턴 형성과 마찬가지의 공정으로, 녹색 화소를 형성해야 하는 영역에 녹색의 릴리프 패턴을 형성하였다.

또한, 하기 조성의 청색 경화성 수지 조성물을 이용하여, 적색의 릴리프 패턴 형성과 마찬가지의 공정으로, 청색 화소를 형성해야 하는 영역에 청색의 릴리프 패턴을 형성하고, 적(R), 녹(G), 청(B)의 3색으로 이루어지는 착색층을 형성하였다.

a. 적색 경화성 수지 조성물의 조성

·C.I. 피그먼트 레드 177: 10 중량부

·폴리술폰산형 고분자 분산제: 3 중량부

·경화성 수지 조성물 1: 5 중량부

·아세트산-3-메톡시부틸: 82 중량부

b. 녹색 경화성 수지 조성물의 조성

·C.I. 피그먼트 그린 36: 10 중량부

·폴리술폰산형 고분자 분산제: 3 중량부

·경화성 수지 조성물 1: 5 중량부

·아세트산-3-메톡시부틸: 82 중량부

c. 청색 경화성 수지 조성물의 조성

·C.I. 피그먼트 블루 15:6: 10 중량부

·폴리술폰산형 고분자 분산제: 3 중량부

·경화성 수지 조성물 1: 5 중량부

·아세트산-3-메톡시부틸: 82 중량부

(3) 보호막의 형성

상기한 바와 같이 하여 착색층을 형성한 기판 상에 경화성 수지 조성물 1을 스핀 코팅법으로 도포, 건조하여 건조막 두께가 2 ㎛인 도포막을 형성하였다.

경화성 수지 조성물 1의 도포막으로부터 100 ㎛ 떨어진 거리에 포토마스크를 배치하고, 프록시미티 얼라이너에 의해 2.0 kW의 초고압 수은 램프를 이용하여 착색층의 형성 영역에 상당하는 영역에만 자외선을 10초간 조사하였다. 계속해서, 0.05 중량％ 수산화칼륨 수용액(액체 온도 23℃) 중에 1분간 침지하여 알칼리 현상하여, 경화성 수지 조성물의 도포막의 미경화 부분만을 제거하였다. 그 후, 기판을 200℃의 분위기 중에 30분간 방치함으로써 가열 처리를 실시하여 보호막을 형성하여, 본 발명의 컬러 필터를 얻었다.

(4) 스페이서의 형성

상기한 바와 같이 하여 착색층을 형성한 기판 상에 경화성 수지 조성물 1 및 2를 스핀 코팅법으로 도포 및 건조하여 도포막을 형성하였다.

경화성 수지 조성물 1의 도포막으로부터 100 ㎛ 떨어진 거리에 포토마스크를 배치하고, 프록시미티 얼라이너에 의해 2.0 kW의 초고압 수은 램프를 이용하여, 블랙 매트릭스 상의 스페이서의 형성 영역에만 자외선을 10초간 조사하였다. 계속해서, 0.05 중량％ 수산화칼륨 수용액(액체 온도 23℃) 중에 1분간 침지하여 알칼리 현상하여, 경화성 수지 조성물의 도포막의 미경화 부분만을 제거하였다. 그 후, 기판을 200℃의 분위기 중에 30분간 방치함으로써 가열 처리를 실시하여, 하기 표 2 및 표 3에 나타내는 높이, 상부 바닥 면적 및 개수 밀도를 갖는 고정 스페이서를 컬러 필터 상에 형성하였다.

(액정 표시 장치의 제조)

상기한 바와 같이 하여 얻어진 컬러 필터의 고정 스페이서를 포함하는 표면에, 기판 온도 200℃에서 아르곤과 산소를 방전 가스로 하고, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해 ITO를 타겟(target)으로 하여 투명 전극막을 형성하였다. 그 후, 투명 전극막 상에 폴리이미드를 포함하는 배향막을 추가로 형성하였다.

계속해서, TFT를 형성한 유리 기판 상에 TN 액정의 필요량을 적하하고, 상기 컬러 필터를 중첩하고, UV 경화성 수지를 밀봉재로서 이용하고, 상온에서 0.2 kgf/㎠의 압력을 가하면서 400 mJ/㎠의 조사량으로 노광함으로써 접합하여 셀을 조립하여, 본 발명의 액정 표시 장치를 제조하였다.

(액정 표시 평가)

상기한 방법으로 제조한 액정 표시 장치의 평가를 하기의 방법으로 행하였다. 실시예의 평가 결과를 하기 표 2에, 비교예의 평가 결과를 하기 표 3에 나타냈다.

(1) 국소 내압 평가

제조한 액정 표시 장치에 직경 10 mmφ 금속 막대를 얹고, 그 위에 5 kgf의 하중을 15분간 가하고, 금속 막대를 제거한 지 5분 후의 표시 얼룩을 육안으로 확인하여 평가하였다.

(2) 중력 불량 평가

제조한 액정 표시 장치를 백 라이트에 의해 20시간 가열(점등)한 후의 표시얼룩을 육안으로 확인하여 평가하였다.

(3) 균일성 평가

제조한 액정 표시 장치의 색 얼룩을 육안으로 확인하여 평가하였다.

Claims

투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성된 기둥형 스페이서(spacer)를 적어도 갖는 액정 표시 장치용 기판이며,

상기 기둥형 스페이서에 대하여 상기 기둥형 스페이서의 축방향에 부가되는 압축 하중이 상기 기둥형 스페이서 1개당 80 mN이 될 때까지, 상기 기둥형 스페이서에 상기 압축 하중을 22 mPa/초의 하중 부가 속도로 부가하고, 상기 압축 하중을 상기 기둥형 스페이서 1개당 80 mN이 된 상태에서 5초간 유지하고, 그 후, 상기 압축 하중이 상기 기둥형 스페이서 1개당 0 mN이 될 때까지, 상기 기둥형 스페이서로부터 상기 압축 하중을 22 mPa/초의 하중 제거 속도로 제거하고, 상기 압축 하중을 상기 기둥형 스페이서 1개당 0 mN이 된 상태에서 5초간 유지하는 측정 방법에 의해 상기 기둥형 스페이서를 측정했을 때 얻어지는, 초기 변형량 A, 즉, 상기 기둥형 스페이서의 초기 높이를 X로 하고, 상기 압축 하중 부가시에 하기 수학식 1로 얻어지는 하중 F(mN)이 상기 기둥형 스페이서 1개당 부가되었을 때의 상기 기둥형 스페이서의 높이를 Y로 한 경우, X-Y로 얻어지는 압축 변형량이 0.04 ㎛ 이상이며,

소성 변형량 B, 즉, 상기 기둥형 스페이서의 초기 높이를 X로 하고, 상기 압축 하중을 상기 기둥형 스페이서 1개당 0 mN이 되는 상태로 5초간 유지한 후의 상기 기둥형 스페이서의 높이를 Z로 한 경우, X-Z로 얻어지는 잔류 변형량이 0.7 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판:

[수학식 1]

(10≤n≤50, n은 상기 기둥형 스페이서의 개수 밀도(개/㎟)를 나타냄).
제1항에 있어서, 탄성 변형률 C, 즉, 상기 기둥형 스페이서의 초기 높이를 X로 하고, 상기 압축 하중을 상기 기둥형 스페이서 1개당 80 mN이 된 상태에서 5초간 유지한 후에서의 상기 기둥형 스페이서의 높이를 W로 하고, 상기 압축 하중을 상기 기둥형 스페이서 1개당 0 mN이 된 상태에서 5초간 유지한 후에서의 상기 기둥형 스페이서의 높이를 Z로 한 경우, [(Z-W)/(X-W)]×100으로 얻어지는 변형률이 60％ 이상인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 17인치 이상의 액정 표시 장치에 이용되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.
투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성된 기둥형 스페이서를 적어도 갖고, 17인치 이상의 액정 표시 장치에 이용되는 액정 표시 장치용 기판이며, 상기 기둥형 스페이서의 개수 밀도가 15 개/㎟ 내지 50 개/㎟의 범위 내인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.
제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 기재된 액정 표시 장치용 기판을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제3항에 기재된 액정 표시 장치용 기판을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.