KR20000071852A - 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 액정표시소자는, 투명전극(5),(6)을 구비한 1쌍의 기판(1),(2)과, 1쌍의 기판(1),(2)사이에 배치되어 기판간극을 일정하게 유지하기 위한 스페이서 (3)와, 기판(1),(2)사이에 봉입된 액정층(4)을 가지는 액정표시소자로서, 스페이서 (3)는 탄성을 가지고 있으며, 액정표시소자의 사용온도 범위 내에 있어서의 온도변화에 대하여, 스페이서(3)의 반발력과 상기 액정층(4)의 내압과의 합이 항상 거의 1기압으로서 또한 스페이서(3)및 액정층 내압이 각각 리니어로 변화하도록 구성되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 기둥형 스페이서 등이 단단하고 탄성이 작은 것으로 인한 표시품위에 관한 온도특성을 개선하고, 온도변화에 의한 표시품위의 열화가 적은 액정표시소자를 실현할 수 있다.

Description

액정표시소자 및 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 예를들면 광셔터 등에 이용되는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 일반적인 트위스티드 네마틱액정재료(이하, TN 액정)와 액티브매트릭스방식을 조합시킨 액정표시소자는, 2매의 전극이 있는 기판 사이에 TN 액정을 협지하고, 상기 기판 사이에 전압을 인가하여 이 인가전압에 따라서 액정분자의 배향상태를 변화시킨다.

액정분자는 배향상태에 따라서 광의 투과율이 변화한다. 이와 같이, TN 액정은 전압에 따라서 광의 투과율을 제어하는 방식(종전계형(縱電界型))을 이용하고 있다.

액정표시소자는 박막트랜지스터(이하, TFT)로 대표되는 전압의 인가, 비인가를 제어하는 스위칭소자와 화소전극을 형성한 액티브매트릭스기판과, 대향기판과, 양 기판 사이에 봉입(封入)된 액정과. 양 기판 외측에 배치된 편광판으로 구성된다.

이 양 기판에 형성된 전극 사이에 인가된 전압에 의해 액정분자는 배향상태를 변화시켜 광의 투과율이 변화된다.

그러나, 이와 같은 일반적인 액정표시소자에 있어서는, 시야각 즉 화면을 보는 각도가 변화되면 관측자로 하여금 투과광의 선광성(旋光性)이 바뀌므로 명암의 상태가 변화되어 버린다.

예를들면 백(白)표시를 하고 있는 화면에 대하여 수직방향의 정면에서, 즉 화면의 법선(法線)방향에서 보는 경우 콘트라스트비가 좋은 화상이 보이지만, 같은 화면을 법선방향보다 경사진 아래방향에서 보는 경우에는 까맣게 보인다.

더욱 아래방향에서 보면 명암이 역전하는 이른바 계조반전(階調反轉)현상이 일어난다.

또, 경사 위방향에서 보는 경우에는 하얗게 보인다. 이 현상은 액정에 기판의 법선방향으로 전계를 인가하고, 전계방향을 따라서 액정분자를 상승시킴으로써선광성(旋光性)을 제어하는 표시방식이며, 액정분자의 상승방향이 정해져 있으므로 일어난다.

셀두께의 균일성을 얻기 위해 다수의 스페이서라는 미소구(微小球)를 살포하므로 이른바 꺼끌거리는 것이 생기기 쉽고 표시품위에 악영향을 미치고 있다.

또, 이와 같은 시야각의 문제를 개선하는 방법으로서, 최근 횡전계형이 주목되고 있다. 횡전계형은 전술한 바와 같이 종래의 액정표시소자가 기판의 법선방향으로 전계를 인가하고, 액정의 배향상태를 제어하고 있는 것에 대하여 기판에 평행한 횡방향 전계로 제어하는 방식이다.

이 방식은 원리적으로 광시야각이며, 또한 색조 변화가 적으므로 가장 효과가 큰 개선안으로서 생각할 수 있다.

이와 같이 횡전계형 액정표시소자의 시야각은 종전계형의 것에 비하여 매우 넓지만, 코몬전극, 소스전극, 스위치소자 등 차광부분이 많고 화소의 개구율이 종래의 TN 형보다 낮게 하지 않을 수 없다.

그러므로 셀두께를 얻기 위해 다수 살포되는 스페이서입자가 표시품위에 주는 악영향은 종래의 TN 방식보다 크다.

이들 과제를 해소하고 양호한 표시품위를 얻기 위해, TFT 등의 스위칭소자가 형성된 액티브매트릭스기판 상의 차광부에 기둥형 스페이서를 형성하거나, 컬러필터의 화소부에 블랙매트릭스로 대표되는 차광부상에 기둥형 스페이서를 형성하는 등의 방법이 채용되고 있다.

종래의 TN 형의 것에 있어서는, 스페이서입자의 살포를 필요없게 하는 구조의 것이 제안되고 있다.

예를들면 일본국 특개평7(1999)-281295호 공보에서는, 액티브매트릭스기판과 컬러필터가 형성되어 있는 기판의 쌍방에 돌기부를 형성하여, 이것을 서로 맞대어 스페이서지주로 하는 액정표시소자가 제안되고 있다.

횡전계형의 것에 관해서는, 일본국 특개평6(1998)-214244호 공보에 있어서 스페이서입자를 사용하지 않은 액정표시소자가 제안되고 있다.

이 액정표시소자에서는 코몬전극과 화소전극(소스전극)의 양쪽을 기판에 수직으로 세우도록 형성하고, 이들 양 전극을 스페이서(지주)로 함으로써, 스페이서 입자를 필요로 하지 않는다.

또, 종래의 고분자분산형 액정재료(이하, PDLC)와 TFT 등의 스위칭소자를 구비한 액티브매트릭스형 기판과의 조합에 의한 액정표시소자에서는, 2매의 전극이 있는 기판 사이에 매트릭스형상의 구조를 가지는 고분자화합물(이하, 고분자 매트릭스라고 함)중에 수적(水滴)형상 또는 네트워크형상으로 액정분자가 분산하는 액정층을 협지하는 구성을 가지고 있다.

전압을 인가한 상태에서 인가방향으로 배향하고 있는 액정분자의 굴절률과 상기 고분자매트릭스의 굴절률이 동등해지도록 양자의 분자구조를 디자인해둔다.

전압인가상태에서는 액정분자와 고분자매트릭스와의 굴절률은 동등하므로, PDLC 층에 대하여 입사하는 광은 투과광으로 된다.

이에 대하여, 전압무인가시에는 액정분자의 배향방향은 무질서한 방향으로 향하고 있다.

그러므로, 고분자매트릭스와 액정분자와의 굴절률은 통상 상이하다.

그러므로, PDLC 층에 입사하는 광은 산란광이 된다. 이와 같이 PDLC 에서는 입사광에 대하여 투과하는 상태와 산란하는 상태를 전압인가의 유무에 따라 전환하고 있다.

종래의 고분자분산형 액정표시소자에서도 양호한 표시품위를 실현하는 셀두께를 얻기 위해서 다수의 스페이서라는 미소구를 살포하고 있다. 이들 고분자분산형 액정표시소자에서는 고휘도램프로부터의 광을 투사(投射)하고, 그 영상을 스크린상에 확대 투사하는 프로젝션디스플레이용도나 외광을 액정표시소자내에 부착한 반사판을 이용하여 표시하는 반사형 디스플레이에 사용되고 있다.

종래의 TN 형 액정표시소자 또는 횡전계액정표시소자에서 사용되고 있는 기판에 미리 형성되어 있는 스페이서는 차광부에 형성함으로써 액정층내의 스페이서의 분산밀도를 외관상 작게 할 수 있다. 그러나, 그 반면 온도변화에 따른 표시품위의 저하라는 과제가 있다.

다음, 도 12를 이용하여 설명한다.

먼저, 실온에서 저온측으로의 변화로서 저온발포의 문제가 있다.

액정표시소자(100)가 저온하에 방치된 경우, 액정분자의 체적이 수축된다. 이때, 셀두께가 상기 액정분자의 체적수축에 추종하여 셀두께방향으로 수축, 즉 얇아질 필요가 있다.

저온발포(108)라는 것은 이와 같은 액정분자의 체적수축에 대하여 셀두께가 추종할 수 없고, 액정층내에 진공의 거품이 발생하는 현상이다.

기판에 패터닝에 의해 형성된 스페이서(105)가 단단한 경우 저온하에서의 액정(104)의 체적수축에 대한 셀두께의 수축이 상기 스페이서(105)에 의해 방해되므로 저온발포(108)가 생기기 쉽다.

이와 같은 저온하에서의 셀두께의 추종성 및 꺼끌거림이 없는 양호한 표시품위 확보의 관점에서는 적당하게 탄성을 가지는 스페이서가 바람직하다.

또, 실온에서 고온으로의 변화에 있어서는 표시얼룩의 문제가 있다. 이것은 온도상승에 의한 셀두께의 불균일의 증대로 인한 것이다. 액정표시소자에 봉입된 액정분자가 가열에 의해 팽창한다.

이 액정분자의 온도상승에 의한 팽창의 결과, 액정표시소자내의 체적은 증대한다. 체적의 증대는 기판 사이의 간극방향의 변화, 즉 셀두께의 변화를 야기한다.

이때, 종래의 액정표시소자(100)에서는 기둥형 스페이서가 셀두께의 증대에 추종할 수 없다. 그러므로, 셀두께의 변화는 액정분자의 열팽창에 의해 지배되므로, 셀두께의 불균일이 증대하고, 표시품위의 균일성을 손상하고 만다는 과제가 있었다.

또한, 고분자분산형 액정표시소자(100), 특히 광원에서의 광을 액정표시소자 (100)에 투영하여 그 영상을 스크린으로 확대 투사하는 방식인 프로젝션디스플레이에 사용되는 것에 대해서는, 셀두께 확보를 위한 스페이서가 확대된다.

PDLC 프로젝션디스플레이에서는, 전압무인가시에는 광산란모드 즉 흑(黑)표시모드 이른바 노멀리블랙모드가 된다.

이때, 종래의 무착색 구상(球狀) 스페이서를 사용하면, 스페이서가 살포된 부분이 산란을 일으키지 않고, 광누출로 되어 버리고 만다. 그러므로, 흑표시시의 흑휘도가, 상기 구상 스페이서의 분산밀도에 비례하여 높아져버리는 결과, 화면으로서는 콘트라스트의 저하를 초래하게 된다.

이와 같은 전압무인가시의 스페이서로부터의 광누출로 인한 흑(黑)휘도향상에 의한 콘트라스트저하를 억제하기 위해, 흑색 또는 차광성을 가지는 착색제를 첨가한 스페이서를 사용할 수도 있다.

착색한 스페이서를 사용하여 광누출을 방지함으로써, 콘트라스트의 저하는 억제할 수 있지만, 새로운 과제가 부상되었다. 보다 높은 콘트라스트를 확보하기 위해서는 높은 계조에서의 표시의 균일성이 중요하게 된다. 그러므로, 셀두께의 균일성을 향상시킬 필요가 있다.

셀두께 균일성 향상을 위해서는, 스페이서의 분산밀도를 증대시키지 않으면 안된다.

스페이서의 분산밀도를 증대시키면, 스페이서살포시에 스페이서끼리가 접촉, 덩어리를 형성하기 쉽게 되어, 이것에 의한 꺼끌거림이 쉽게 생겨 버린다. 또, 스페이서 그 자체도 확대되므로, 전압인가시에 꺼끌거림이 쉽게 생겨 버린다.

이와 같이, 콘트라스트, 계조성을 포함한 양호한 표시품위를 확보하기 위해서는 스페이서의 형상, 특성 등에 과제가 있었다.

또, 종래의 기판에 직접 형성된 스페이서와 고분자분산형 액정표시소자(100)와의 조합에서는, 보존온도에서의 신뢰성, 즉 고온방치시의 신뢰성이라는 과제가 있었다.

상기의 고분자분산형 액정표시소자에 있어서는, 온도의 급격한 변동에 의해 다음과 같은 문제가 생긴다.

다음, 도 13을 이용하여 설명한다.

도 13a 는 상온(예를들면 20℃)의 경우에 있어서의 액정표시소자(200)의 상태를 나타내고 있다.

도 13a 에 있어서 스페이서(206)는 그 크기가 간극폭과 동일하므로, 유리기판(201) 및 (202)으로부터 거의 압력을 받고 있지 않다.

도 13b 는 고온(예를들면 85℃)의 경우에 있어서의 액정표시소자의 상태를 나타내고 있다.

이 경우, 가열에 의해 고분자매트릭스(205)와 액정(204)과의 용적이 팽창하여 액정층(209)의 내압이 증가한다.

유리기판(201) 및 (202)의 중앙부분은 주위에지부분과 달리 시일부재(203)에 의해 고정되어 있지 않으므로, 증가한 내압의 영향으로 도 13b 에 나타내는 바와 같이 변형하고, 주위에지부분에서 중앙부분에 근접함에 따라서 간극폭이 커진다. 그 결과, 팽창한 액정(204)은 중앙부분에 집중된다.

도 13b 의 상태에서 급격하게 상온으로 복귀하면 액정층(209)은 수축한다.

이때, 중앙부분에 집중된 액정은 완전하게 원래의 상태로 복귀할 수 없고 그 대부분이 중앙부분에 잔류된 상태로 된다.

그러므로, 도 13c 에 나타낸 바와 같이, 유리기판(201) 및 (202)사이의 간극폭은 각 부분에서 다른 상태가 된다.

이와 같이 종래의 고분자분산형 액정표시소자(100)에서는, 온도의 급격한 변동에 의한 액정층의 팽창, 수축때문에 액정층의 두께에 이상을 가져오고, 그 결과 표시품위가 극적으로 열화된다는 문제점이 있었다.

(종래예의 문제점)

이상의 종래예의 문제점을 요약하면, 다음과 같다.

(1) TN 모드 등의 액정표시소자에 있어서, 실온에서 저온으로의 급격한 변화 에 의한 저온발포로 인하여, 저온시의 사용에 있어서 표시품위가 열화된다.

(2) TN 모드 등의 액정표시소자나 고분자분산형 액정표시소자에 있어서, 실온에서 고온으로의 급격한 온도변화에 의한 셀두께 불균일의 발생으로 인하여, 고온시의 사용에 있어서 표시품위가 열화된다.

(3) 고분자분산형 액정표시소자를 급격한 온도변화를 수반하는 상태로 방치해두면, 액정층의 팽창ㆍ수축에 의해 액정층의 두께불균일이 발생하고, 이로써 표시품위가 열화된다.

(4) 스페이서의 형성밀도의 증대나 스페이서의 배치 등으로 인하여 화상에 꺼끌거림이 발생하여 표시품위가 열화된다.

본 발명은, 상기 종래기술의 과제를 감안하여 기둥형 스페이서가 단단하고, 탄성이 작은 것으로 인한 표시품위의 온도특성을 개선하고, 온도변화에 따른 표시품위의 열화가 적은 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

더욱 상세한 것은, 실온에서 저온으로의 급격한 온도변화에 의한 액정분자의 수축에도 스페이서가 추종할 수 있는 이른바 저온시의 사용에서도 저온발포가 없는 표시품위가 양호한 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 고온시의 사용에서도 셀두께 불균일이 없는 표시품위가 양호한 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

또, 사용온도범위에 있어서 저온발포 및 고온에서의 셀두께 불균일이 생기지 않는 표시품위가 높은 고분자분산형 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 급격한 온도변화를 수반하는 상태로 방치해 두어도 액정층의 팽창ㆍ수축에 의한 액정층의 두께불균일의 발생이 없는 표시품위가 양호한 고분자분산형 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 액티브매트릭스기판 또는 대향기판의 차광부에 기둥형 스페이서(비구상(非球狀)의 스페이서를 의미함)를 미리 형성해 둠으로써, 고콘트라스트, 고계조에 대응 가능한 꺼끌거림이 없는 표시품위가 양호한 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 액정표시소자를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음의 수단을 구비하였다.

본 발명중 청구항 1에 기재한 발명은, 1쌍의 기판 사이에 배치되어 기판 간극을 일정하게 유지하기 위한 기둥형 스페이서와, 기판 사이에 봉입된 액정층을 가지는 액정표시소자에 있어서, 상기 스페이서는 탄성을 가지고 있으며, 액정표시소자의 사용온도 범위내에 있어서의 온도변화에 대하여 상기 스페이서의 반발력과 상기 액정층의 내압과의 합이 항상 거의 대기압과 동등한 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하여, 액정표시소자의 사용온도범위내에 있어서 스페이서가 항상 탄성 변형하고 있게 된다.

그 결과, 저온발포현상을 방지할 수 있고, 또 고온에서의 셀두께의 불균일성을 방지할 수 있어 표시품위의 향상을 도모할 수 있다.

또, 스페이서에 적당한 탄성을 부여함으로써, 스페이서의 분포밀도를 꺼끌거림이 없는 범위로 설정하는 것이 가능해진다. 이러한 관점에서도 표시품위의 향상을 도모할 수 있다.

그리고, 액정층으로서는, TN 형 액정층, STN 형 액정층 외에 고분자분산형 액정층이라도 된다.

청구항 2의 발명은, 청구항 1에 기재한 액정표시소자에 있어서, 상기 스페이서의 반발력과 상기 액정층 내압과의 합이 항상 거의 대기압과 동등하고, 또한 스페이서 및 액정층 내압이 각각 리니어로 변화하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이, 스페이서 및 액정층 내압이 각각 리니어로 변화하면, 셀두께의 균일성이 보다 향상된다.

청구항 3의 발명은, 1쌍의 기판 사이에 배치되어 기판 간극을 일정하게 유지하기 위한 기둥형 스페이서와, 기판 사이에 봉입된 액정층을 가지는 액정표시소자에 있어서, 상기 스페이서는 탄성을 가지고 있으며, 상온과 액정표시소자의 최고사용온도의 범위내에 있어서의 온도변화에 대하여 상기 스페이서의 반발력과 상기 액정층의 내압과의 합이 항상 거의 대기압과 동등한 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해, 상온에서의 셀두께의 불균일성을 방지할 수 있고, 표시품위의 향상을 도모할 수 있다.

청구항 4의 발명은, 청구항 3에 기재한 액정표시소자에 있어서, 상기 스페이서의 반발력과 상기 액정층 내압과의 합이 항상 거의 대기압과 동등하고, 또한 스페이서 및 액정층 내압이 각각 리니어로 변화하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해, 상온에서의 셀두께의 균일성이 보다 향상된다.

청구항 5에 기재한 발명은, 1쌍의 기판 사이에 배치되어 기판 간극을 일정하게 유지하기 위한 기둥형 스페이서와, 기판 사이에 봉입된 액정과 고분자화합물로 구성되는 고분자분산형 액정층을 가지는 액정표시소자에 있어서, 상기 스페이서는 탄성을 가지고 있으며, 액정표시소자의 보존온도 범위내에 있어서의 온도변화에 대하여 상기 스페이서의 반발력과 상기 액정층의 내압과의 합이 항상 거의 대기압과 동등한 것을 특징으로 한다.

상기 구성의 고분자분산형 액정표시소자라면, 보존온도 범위내에 있어서 스페이서가 항상 탄성 변형하고 있게 된다.

그 결과, 온도의 급격한 변화에 대하여 기판 사이의 간극폭의 변형(즉 액정층 두께의 불균일)이 생기는 것을 방지할 수 있고, 셀두께를 일정하게 유지할 수 있어 표시품위의 향상을 도모할 수 있다.

청구항 6의 발명은, 청구항 5에 기재한 고분자분산형 액정표시소자에 있어서, 상기 스페이서의 반발력과 상기 액정층 내압과의 합이 항상 거의 대기압과 동등하고, 또한 스페이서 및 액정층 내압이 각각 리니어로 변화하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이, 스페이서 및 액정층 내압이 각각 리니어로 변화하면, 셀두께의 균일성이 보다 향상된다.

청구항 7 또는 청구항 8에 기재한 발명은, 상기 스페이서는, 상기 1쌍의 기판중 최소한 한 쪽에 패터닝 프로세스에 의해 직접 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해, 스페이서의 크기, 분포밀도 등을 고려하여 원하는 탄성을 부여한 스페이서가 얻어진다.

청구항 9 또는 청구항 10에 기재한 발명은, 상기 스페이서가 폴리스틸렌계 폴리머화합물, 아크릴계 폴리머화합물, 폴리에스테르계 폴리머화합물, 실리콘계 폴리머화합물, 폴리카보네이트계 폴리머화합물, 폴리실록산계 폴리머화합물, 폴리에틸렌계 폴리머화합물, 폴리우레탄계 폴리머화합물중 어느 1종류의 재료 또는 2종류 이상의 복합재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

청구항 11 또는 청구항 12에 기재한 발명은, 상기 스페이서는 한쪽의 기판에서 다른 쪽의 기판을 향하여 끝이 뾰족한 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해, 원하는 탄성력을 부여한 탄성 스페이서가 얻어진다.

청구항 13 또는 청구항 14에 기재한 발명은, 상기 스페이서가, 상기 1쌍의 기판 사이에서 완전한 중공(中空)구조 또는 일부 중공구조로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해, 원하는 탄성력을 부여한 탄성 스페이서가 얻어진다.

청구항 15 또는 청구항 16에 기재한 발명은, 상기 스페이서가, 상기 1쌍의 기판사이의 법선방향의 길이의 분포를 가지는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 17 또는 청구항 18에 기재한 발명은, 상기 스페이서가, 상기 1쌍의 기판사이의 법선방향의 길이에 있어서, 평균치와 불균일로 이루어지는 분포를 가지고, 불균일이 평균치의 대략 3 ∼ 6％의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해, 스페이서의 높이를 고려하여 스페이서에 최적의 탄성을 부여할 수 있다.

청구항 19 또는 청구항 20에 기재한 발명은, 상기 스페이서의 형성밀도가 대략 5개/mm²∼ 2000개/mm²의 범위인 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해, 스페이서의 형성밀도의 분포를 고려하여 스페이서에 최적의 탄성을 부여할 수 있다.

청구항 21 또는 청구항 22에 기재한 발명은, 상기 스페이서가, 상기 1쌍의 기판중 최소한 한쪽의 차광부에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해, 개구율이 향상된다.

청구항 23 또는 청구항 24에 기재한 발명은, 상기 액정층의 내압이 대략 0kgf/cm²∼ 0.9kgf/cm²의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

스페이서가 탄성변형상태에 있을 때에는, 액정층의 내압도 대기압보다 작다. 따라서, 액정층의 내압에서도 스페이서의 탄성변형상태를 규정할 수 있다.

청구항 25에 기재한 발명은, 1쌍의 기판 사이에 배치되어 기판 간극을 일정하게 유지하기 위한 기둥형 스페이서와, 기판 사이에 봉입된 액정층을 가지는 액정표시소자의 제조방법에 있어서, 1쌍의 기판중 최소한 한쪽에 복수의 스페이서를 형성하고, 이 스페이서에 소정 크기의 탄성력을 부여하기 위한 처리를 하는 공정과, 스페이서가 형성된 1쌍의 기판 사이에 봉입된 액정층을 형성하는 공정과, 액정층형성공정과 동시에 또는 그 후에 대략 0.1kgf/cm²∼ 1.0kgf/cm²의 압력치로 기판 사이를 균일하게 누르는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

기판에의 압압력을 규제하는 것은 0.1kgf/cm²보다 작으면, 스페이서에 탄성변형을 생기게 할 수 없고, 1.0kgf/cm²보다 크면 스페이서가 소성(塑性)변형해버리기 때문이다.

도 1은 실시예 1에 관한 액정표시소자의 단면도.

도 2는 실시예 1에 관한 액정표시소자의 제조공정도.

도 3은 실시예 1에 관한 액정표시소자에 사용되는 스페이서의 형상을 설명하기 위한 도면.

도 4는 스페이서의 변형예를 나타낸 도면.

도 5은 스페이서의 변형량을 설명하기 위한 도면.

도 6은 실시예 1에 관한 액정표시소자를 실온에서 -20℃의 환경에 노출했을 때의 상태를 설명하기 위한 도면.

도 7은 실시예 1에 관한 액정표시소자를 실온에서 40℃의 고온의 환경에 노출했을 때의 상태를 설명하기 위한 도면.

도 8은 실시예 1에 관한 액정표시소자에 있어서, 일정 대기압하에서의 액정표시소자가 소정의 온도범위에서 승온 및 강온(降溫)되는 경우의 액정층내압(Pi)과 스페이서의 반발력(Pr)과의 관계를 나타낸 그래프.

도 9는 실시예 2에 관한 액정표시소자의 단면도.

도 10은 실시예 3에 있어서의 액정표시소자에 있어서, 보존온도범위중에서의 스페이서의 변화상태를 나타낸 도면.

도 11은 실시예 3에 있어서의 액정표시소자에 있어서, 일정 대기압하에서의 액정표시소자가 소정의 온도범위에서 승온 및 강온(降溫)되는 경우의 액정층내압 (Pi)과 스페이서의 반발력(Pr)과의 관계를 나타낸 그래프.

도 12는 종래예의 액정표시소자에 있어서의 저온발포현상을 설명하기 위한 도면.

도 13은 종래예의 액정표시소자에 있어서의 기판 사이의 간극폭의 변형(즉 액정층 두께의 불균일)현상을 나타내는 도면.

도 14는 실시예 1에 대한 비교예의 액정표시소자를 실온에서 40℃의 고온의 환경에 노출했을 때의 상태를 설명하기 위한 도면.

도 15는 실시예 1에 대한 비교예의 액정표시소자에 있어서, 일정 대기압하에서의 액정표시소자가 소정의 온도범위에서 승온 및 강온(降溫)되는 경우의 액정층내압 (Pi)과 스페이서의 반발력(Pr)과의 관계를 나타낸 그래프.

다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 도면에 따라서 설명한다.

(실시예 1)

도 1 은 실시예 1에 관한 액정표시소자의 간략화한 단면도이다. 액정표시소자는 1쌍의 유리기판(1),(2)과, 기판(1),(2)사이에 배치되어 기판 간극을 일정하게 유지하기 위한 기둥형 스페이서(3)와, 기판(1),(2) 사이에 봉입된 액정층(4)을 가진다.

유리기판(1),(2)의 내측면에는 각각 투명전극(5),(6)이 형성되어 있다.

그리고, 도면중 7은 기판(1),(2)을 고착하여 액정층(4)을 봉지하기 위한 시일부이다.

상기 스페이서(3)는 탄성을 가지고 있으며, 액정표시소자의 사용온도범위(본 실시예에서는 0°∼ 85°)내에 있어서, 탄성변형상태로 되어 있다. 즉, 상기 표시소자의 사용온도범위내에 있어서의 온도변화에 대하여, 상기 스페이서(3)의 반발력과 상기 액정층(4)의 내압과의 합이 항상 거의 1기압으로서 또한 스페이서(3) 및 액정층(4)내압이 각각 리니어로 변화하도록 구성되어 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 저온시의 사용에서도 저온발포가 없는 표시가 가능해지고, 고온도시의 사용에서도 셀두께 불균일이 없는 표시가 가능해져서 표시품위를 향상시킨다.

또, 셀두께의 균일을 높이기 위해서는 스페이서의 분포밀도를 크게 할 필요가 있지만, 본 발명에 있어서는 스페이서(3)가 적당한 탄성을 가지므로, 종래 정도의 스페이서의 분포밀도까지는 필요없고, 스페이서의 분포밀도를 꺼끌거림이 발생하지 않을 정도로 설정할 수 있다.

따라서, 셀두께가 충분한 균일성이 얻어지고, 또한 스페이서의 분포밀도의 증대로 인한 꺼끌거림의 발생을 방지할 수 있어, 표시품위를 향상할 수 있다.

다음에, 상기 구성의 액정표시소자의 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저, 종래와 동일한 방법에 따라서 투명전극(5),(6)이 형성된 1쌍의 기판(1),(2)을 제작한다. 이어서, 기판(1)에 스페이서(3)를 형성한다.

스페이서(3)의 형성방법을 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.

여기에서는 일예로서, 투명전극(5)이 성막된 기판(1)에 카본을 함유한 감광폴리머를 사용한 공정에 대하여 설명하기로 한다.

아크릴계 네가형(型) 레지스트를 고형성분비 38％ 가 되도록 농도조정하여 카본파우더를 5％ 혼합시켰다.

여기서 카본파우더는 기둥형 스페이서를 흑색으로 착색하는 수단이며, 가시광을 흡수하는 물질이라면 된다.

스핀너를 사용하여 상기 유리기판(1)상에 균일한 레지스트막(10)을 형성한다 (도 2b). 이것을, 회전수는 500rpm 으로 5초 후, 1300rpm 으로 30초로 하였다.

그런 후, 80℃ 에서 3분간 프리베이크를 하였다. 또한 도 2c 에 나타낸 바와 같이, 마스크(11)를 사용한 포토리소그라피기술로 다음에 설명하는 소정 형상의 기둥형 스페이서(3)를 형성하였다.

그리고, 이때의 UV 조사강도는 15mW/cm², 노광시간은 3초간으로 하였다.

종래의 기둥형 스페이서에서는 탄성이 작고, 스페이서의 불균일도 제어 곤란하므로 본 실시형태에서는 다음의 방법으로 스페이서에 탄성을 부여하였다.

먼저 첫째 방법으로서는, 도 3에 나타낸 바와 같은 형상의 스페이서를 현상조건의 검토 등에 의해 형성하였다.

그리고, 도 3(A)는 탄성 변형한 상태의 스페이서를 나타내고, 도 3(B)는 탄성 변형하기 전 상태의 스페이서를 나타내고 있다.

구체적으로는, 미리 원추형(3A) 또는 삼각추형상(3B) 또는 사각추형상(3C) 또는 다각추형상(3D) 등 기판 사이에서 단면이 좁아져 가는 구조를 취하는 스페이서를 형성함으로써, 눌렀을 때에 액정표시소자중의 스페이서(3)를 탄성 변형상태로 하는 방법이다.

둘째는, 도 4에 나타낸 바와 같이 스페이서(3) 내부(9)의 일부 또는 전부를 중공 상태로 함으로써, 눌렀을 때에 액정표시소자중의 스페이서(3)를 탄성 변형상태로 하는 방법이다.

셋째는, 레지스트중에 고무계 수지파우더나 실리콘계 수지파우더를 혼합시킴으로써 탄성화시키는 방법이다.

수지파우더의 혼합량은 3％ 이하가 유효하여 탄성 변형을 할 수 있다. 그리고, 수지라면 상기의 것에 한정할 필요는 없다.

넷째는, 레지스트의 중합도를 내리는 방법이다. 레지스트중의 가교제의 농도를 내리는 것으로 탄성화를 실현하였다.

다섯째는 스페이서기둥의 양단을 작게 하는 방법이다.

상기중 어느 하나의 방법에 의해서도 스페이서에 탄성을 부여할 수 있다.

다음의 예에서는, 상기 첫째의 방법 즉, 사각추형상(3C)의 기둥형 스페이서 (3)를 사용한 경우에 대하여 설명한다.

구체적인 제조는 포토리소그라피기술에 의한 에칭공정을 반복함으로써, 저면의 한 변이 5㎛ 인 정방형의 사각추형상의 스페이서(3)를 형성하였다.

그리고, 사각추형상의 스페이서의 구체적인 형상(예를들면 저면의 면적, 자연길이 등)은 스페이서의 형성 밀도를 고려하고, 또한 사용온도 범위의 최대온도 및 최소온도중 어느 온도에 있어서도 탄성 변형상태를 유지할 수 있는 변형량이 얻어질 정도의 탄성이 부여되도록 설정할 필요가 있다.

예를들면 도 5a 에 나타낸 바와 같이, 기판에 형성된 기둥형 스페이서의 초기 높이를 H1, 기판 사이에서 눌려서 소정의 셀두께가 된 도 5b 에 나타낸 상태에서의 기둥형 스페이서의 높이를 H2 로 한다(상온상태).

이때, 사용온도 범위의 최소온도에 있어서, 액정층의 열수축에 의한 셀두께방향의 길이가 m1 로 된 경우에, 기둥형 스페이서의 높이는 m1 로 변형되고, 또한 이 높이는 m1 에서는 기둥형 스페이서는 탄성 변형상태인 것이 필요하며, 또 동일하게 사용온도 범위의 최대온도에 있어서, 액정층의 열팽창에 의한 셀두께방향의 길이가 m2 로 된 경우에, 기둥형 스페이서의 높이는 m2(단, m2 ＜ H1)로 변형되고, 또한 이 높이는 m2 에서는 기둥형 스페이서는 탄성 변형상태인 것이 필요하다.

한편, 스페이서의 형성밀도를 너무 작게 하면, 셀두께의 균일성이 열화되고 반대로 너무 커지면 스페이서로 인한 광누출이 커진다.

따라서, 이와 같은 스페이서의 형성 밀도에 관련되는 문제를 고려하여, 또한 사용온도 범위의 최대온도 및 최소온도중 어느 온도에 있어서도, 탄성 변형상태를 유지할 수 있도록 스페이서의 형상을 설정하는 것이 필요해진다.

상기 고안에 따라서, 본 실시예 1에서는 저면이 5.00㎛, 스페이서 높이의 평균치가 4.70㎛, 불균일이 대략 3％ 정도, 형성 밀도가 대략 300개/mm²가 되도록 설정하였다.

그런 후, 200℃의 온도에서 포스트베이크를 실시하였다.

다음에, 한쪽의 기판 주변부에 시일부(7)를 인쇄한다(도 3e). 이어서, 프레스장치를 사용하여 1쌍의 투명전극(5),(6)이 있는 기판(1),(2)을 겹친 상태로 가압ㆍ가열하여, 시일부(7)를 경화시킨다(도 3f).

그 후, 시일부(7)의 일부에 형성된 주입구에서 1쌍의 기판(1),(2)으로 형성된 간극에 액정재료를 주입하여 액정층(4)을 형성한다.

다음에, 셀두께를 소정의 값으로 하기 위해, 액정표시소자를 누른다. 압압치(F)를 0.3kgf/cm²로 하였다. 이때, 스페이서(3)는 탄성 변형의 상태로 일부 있다.

상기 공정에 의해 제작한 액정표시소자의 셀두께는 평균치 4.65㎛, 불균일 0.12㎛ 를 얻을 수 있고, 액정표시장치의 시인성(視認性)이나 콘트라스트가 대폭 향상하였다.

이때, 기판면에 형성한 스페이서의 높이의 평균치가 4.70㎛ 이므로, 이 상태에서는 스페이서의 일부가 탄성 변형상태임을 알 수 있다.

그리고, 기둥형 스페이서는 저면, 높이, 형성밀도는 상기한 값에 한정되는 것은 아니고, 저면이 3㎛ 이상 20㎛ 이하, 스페이서의 높이의 평균치가 3㎛ 이상 20㎛ 이하, 스페이서의 형성밀도가 5개/mm²이상 2000개/mm²이하이면, 스페이서가 온도변화에 충분하게 추종할 수 있다는 효과를 발휘하는 것이 본 발명자에 의애 확인되고 있다.

또, 기둥형 스페이서를 중공으로 하여 탄성을 부여할 경우에 있어서도, 상기 각추형상(角錐形狀) 스페이서에 관한 설명이 적합하다. 중공형상 스페이서의 경우에는 외주원의 반경이 3㎛ 이상 20㎛ 이하, 내주원의 반경이 2㎛ 이상 15㎛ 이하, 단면적이 4㎛²이상 140㎛²이하, 스페이서 높이의 평균치가 3㎛ 이상 20㎛ 이하, 스페이서의 형성밀도가 5개/mm²이상 2000개/mm²이하이면, 스페이서가 온도변화에 충분하게 추종할 수 있다는 효과를 발휘하는 것이 본 발명자에 의해 확인되고 있다.

그리고, 상기의 구체적인 수치는 스페이서 재료를 아크릴계 폴리머화합물로 이루어지는 네가형 레지스트를 사용한 경우의 것이다.

후술하는 바와 같이, 스페이서 재료를 다른 재료를 사용한 경우라도, 상기의 아크릴계 폴리머화합물의 경우와 동일한 생각에 의해 스페이서의 형상, 형성밀도를 최적의 수치 범위로 설정하면, 상기와 마찬가지로 스페이서가 온도변화에 충분히 추종할 수 있다는 효과를 발휘한다.

이어서, 상기 방법에 의해 제작된 액정표시소자를 실온으로부터 -20℃의 환경에 노출하였다. 다음, 도 6을 이용하여 설명한다.

도 6a 는 실온시의 액정표시소자를 나타낸다. 이 상태에 있어서, 스페이서의 일부 또는 전부가 탄성 변형되고 있다.

도 6b 는 저온하에서의 액정표시소자의 상태를 나타낸 도면이다. 액정층(4)이 저온하에서의 체적 수축으로 인해 그 두께방향도 수축하고 있다.

본 실시형태에서는 스페이서(3)도 탄성을 가지고, 액정층(4)의 수축에 추종할 수 있으므로, 저온하에서도 저온발포현상은 발생하지 않았다.

또한, 상기 방법에 의해 제작된 액정표시소자를 20℃ 에서 40℃ 의 고온에서의 환경에 노출하였다. 다음, 도 7을 이용하여 설명한다.

도 7a, 도 7b, 도 7c 를 참조하여, 다음에 급격하게 온도변화에 의해 본 발명에 관한 액정표시소자에 생기는 구조상의 변화에 대하여 설명한다.

먼저, 도 7a에 상온(본 실시형태에서는 20℃)의 경우에 있어서의 액정표시소자의 상태를 나타낸다. 이 상태에서는 대기압과 액정층(4)의 기판(1),(2)에 대한 압력(이하, 액정층(4)의 내압이라고 함)과의 차의 압력이 외측으로부터 2매의 유리기판(1),(2)에 가해지고, 그 결과 스페이서(3)가 압축되고 있다.

도 7b 에 도 7a 의 상온상태의 액정표시소자를 사용온도의 상한으로 승온했을 때의 액정표시소자의 상태를 나타내고 있다.

이 상태에서는 가열에 의해 액정층(4)의 내압이 증가하고 있다.

본 실시예에 있어서는, 스페이서(3)의 선팽창계수는 7.0 ∼ 10.0 × 10^-5(1/K), 액정층(4)의 액정재료의 선팽창계수는 7.0 × 10^-4(1/K) 이다,

가열에 의한 액정층(4)의 내압의 증가는 액정분자의 팽창에 의존한다.

도 8에 일정 대기압하에서의 액정표시소자가 소정의 온도범위에서 승온 및 강온되는 경우의 액정층(4)의 내압(Pi)과 스페이서(3)의 반발력(Pr)과의 관계의일예를 나타낸다. 그리고, 상기 도면에 있어서는, 대기압이 1.0 kgf/cm²이다.

횡축은 20℃ 에서 60℃ 까지의 범위의 온도(T)를 나타낸다. 종축은 0.3 kgf/cm²에서 0.7 kgf/cm²사이에서의 범위의 압력(P)를 나타낸다.

실선(L1)은 액정층(4)에 가해지는 압력 즉 액정층(4)의 내압(Pi)을 나타내고, 일점파선(L2)은 스페이서(3)에 가해지는 압력 즉 단위면적당의 스페이서(3)의 반발력(Pr)을 나타낸다.

다음, 단위면적당의 스페이서(3)의 반발력을 단지 스페이서의 반발력(Pr)이라고 한다.

상기 온도범위에 있어서는, 액정층(4)의 내압도 스페이서의 반발력(Pr)도 존재하고, 그들의 합은 대기압과 동등한 것을 알 수 있다.

즉, 액정표시소자는 액정층(4)의 내압과 스페이서(3)의 반발력(Pr)에 의해 대기압에 대항하고 있다.

온도 상승에 비례하여 액정층(4)의 내압이 상승하면, 스페이서(3)의 반발력 (Pr)은 감소하지만, 본 예에 있어서의 온도범위(20℃ 에서 60℃)에서는 스페이서 (3)는 항상 반발력(Pr)을 가진다.

즉, 압축되어 있는 스페이서는 액정층(4)내의 모든 곳에서 그 반발력(Pr)에 의해 유리기판(1),(2)을 내측에서 밀어 올려 압축된 상태를 유지한다.

결과적으로 도 7b 에 나타낸 바와 같이, 시일부(7)에 의해 고정되는 주위에지 부분 이외에 간극폭은 균등하게 확대된다.

도 7c 에 액정표시소자를 도 7b 에 나타낸 고온상태에서 상온까지로 저하시킨 상태를 나타낸다.

도 7b 에 나타낸 바와 같이, 고온상태의 액정표시소자를 냉각하면, 액정층 (4)의 내압이 감소하고 스페이서(3)의 반발력(Pr)은 증가한다.

즉, 팽창한 액정층(4)은 유리기판(1),(2)과 스페이서(3)가 항상 접촉하면서 수축한다. 그러므로, 액정층(4)은 장소에 따라서 수축정도가 다르지 않고, 전체적으로 균일하게 수축한다.

결과적으로 상온상태에서 강온된 경우라도, 도 7c 에 나타낸 바와 같이, 완전하게 원래의 상태(도 7a)로 복귀한다.

실시예 1의 비교예로서 탄성변형이 적고 단단한 스페이서(150)를 사용한 경우의 액정표시소자의 온도변화에 대한 스페이서의 상태를 도 14에 나타내고, 도 15에 비교예의 액정층(151)의 내압과 스페이서(150) 반발력과의 관계를 나타낸다.

고온이 되면 스페이서(150)가 액정층의 팽창에 추종할 수 없고, 기판 중앙부가 크게 휘어져 버려서 표시성능이 열화된다.

이것은 도 15에도 나타내고 있다. 즉, 스페이서의 반발력은 온도의 상승과 함께 급격하게 감소하고, 어느 온도를 초과하면 0 으로 되어 버린다.

그것은 대부분의 스페이서가 기판에서 떨어져 있는 것은 나타낸다. 이 이상의 온도에서는 기판끼리를 맞붙이고 있는 장력의 영향으로 중앙부가 팽창해간다.

그리고, 액정층의 내압은 온도상승과 함께 계속 상승한다. 따라서, 비교예에서는 사용온도 범위가 좁고 사용온도 범위를 크게 하기 위해서는 스페이서에 탄성을 부여할 필요성이 이해된다.

이와 같이 하여 본 실시예에서는, 스페이서(3)가 탄성적으로 압축되고 있는한, 온도의 변동에 의한 2매의 유리기판 사이의 간극폭의 변형, 즉 액정층의 두께 (Tc)의 불균일을 방지할 수 있다.

또, 상기 설명에 있어서, 온도범위를 20℃ ∼ 60℃ 로 했으나, 본 발명자의 실험결과에 의하면, 0℃ ∼ 85℃ 의 온도범위에 있어서도 스페이서가 추종할 수 있는 것이 입증되고 있다.

따라서, 액정층(4)의 내압과 스페이서(3)의 반발력(Pr)이 존재하고, 또한 그들의 합이 대기압과 동등한 한, 본 발명의 효과가 얻어지게 된다.

예를들면, 액정표시소자에는 용도에 따라서 사용온도가 다르고, 이 사용온도 범위에서 얼룩 발생이 없어야 한다.

예를들면, 차내에서 많이 사용하는 카네비네이션시스템용에서는, 비교적 고온으로 되지만, 이것에 대해서도 스페이서의 탄성, 형성밀도, 두께 등을 최적화함으로써 실시 가능하다.

한편, 노트형 퍼스널컴퓨터용, 퍼스널컴퓨터모니터용, 프로젝션디스플레이용, 휴대정보단말 및 휴대전화용, 반사형, 액정텔레비젼모니터용 등 각각의 사용온도 범위에 있어서도 마찬가지로 실시 가능하다.

또, 그 결과 셀두께의 불균일이 생기는 일은 없었다. 또, 표시얼룩이 생기는 일도 없었다.

본 발명의 액정표시소자의 동작모드는, 전계에 따라 분자배열의 제어를 할 수 있는 동작모드이면 어떠한 동작모드라도 되지만, 엄격한 셀두께제어가 요구되는 IPS(In-plain switched)모드, TN 모드, STN(Super Twisted Nematic)모드, 강유전성 액정모드 등에 특히 효과가 있다.

액정패널의 표시모드로서는 전압 무인가시에 광이 투과하지 않는 흑표시가 되는 노멀리블랙모드(NB) 및 광이 투과하여 백표시가 되는 노멀리화이트모드(NW)중 어느 쪽도 사용할 수 있다. 스페이서 형성밀도에 관해서는, 본 실시형태에서는 대략 300개/mm²로 하였으나, 대략 10개/mm²에서 대략 2000개/mm²까지는 마찬가지로실시 가능하다.

이때, 형성밀도가 커짐에 따라서 탄성변형시의 응력을 작게 해 갈 필요가 있다. 기본적으로는 스페이서의 높이의 평균치와 그 불균일이 동일하면 스페이서의 응력은 형성밀도에 반비례한다.

형성밀도가 5개/mm²이하가 되면 셀두께를 균일하게 유지하기 위해서는, 응력인가시에 거의 스페이서가 변형되지 않고 추종성이 없어져 저온발포현상이나 고온시의 셀두께 불균일 등이 생겨 버린다.

이와 같이, 양호한 표시품위를 유지하기 위해서는, 어느 정도의 형성밀도는필요하다. 또, 형성밀도가 2000개/mm²를 넘으면, 현상태에서는 스페이서의 형성이 곤란해지므로 실시 불가능하다.

이들 추종성을 얻기 위해서 기판면의 법선방향의 크기가 다른 2종류 이상의 스페이서를 형성하는 것도 유효하다.

또, 면내에 있어서 탄성이 다른 2종류 이상의 스페이서를 형성하는 것도 유효하다.

본 실시예에서는 스페이서의 일부 또는 전부를 탄성 변형시키기 위해 액정재료를 기판 사이에 봉입하는 공정에 있어서, 기판 사이에 균일하게 0.3kgf/cm²의 압력으로 누르고 있지만, 예를들면 스페이서의 형성밀도, 탄성 등을 최적화함으로써 0.1 kgf/cm²에서 1.0kgf/cm²까지의 균일한 누름에 의해서도 실시 가능하다.

또한, 스페이서의 탄성동작을 설명하는데 본 실시예에서는 패널면의 압압치로 규정하고 있지만, 액정표시소자 내부의 액정층(4)의 내압의 동작에 의해 설명해도 상관없다. 이때, 액정층(4)의 내압이 취할 수 있는 값은 대략 0.1 kgf/cm²에서 1.0kgf/cm²이라면 마찬가지로 실시가능하다.

이들 범위 외에서는 셀두께가 액정층의 동작에 추종할 수 없게 되어 버리므로 실시 불가능하다.

스페이서 재료로서, 본 실시예에서는 아크릴계 폴리머화합물로 이루어지는 네가형 레지스트를 사용하였지만, 그 외에 폴리스틸렌계 폴리머화합물, 아크릴계 폴리머화합물, 폴리에스테르계 폴리머화합물, 실리콘계 폴리머화합물, 폴리카보네이트계 폴리머화합물, 폴리실록산계 폴리머화합물, 폴리에틸렌계 폴리머화합물, 폴리우레탄계 폴리머화합물중 하나를 사용해도 실시 가능하다.

또 상기 화합물에 있어서 2종류 이상을 혼합하여 사용한 공중합체 또는 폴리머알로이화합물에 의해서도 마찬가지로 실시 가능하다.

또 본 실시예에서는, 상기 재료를 사용하여 포토리소그라피를 유리기판면에서 하고, 스페이서를 직접 형성하였으나, 예를들면 상기 화합물로 이루어지는 플라스틱기판에 프레스 등으로 스페이서를 형성해도 마찬가지로 실시 가능하다.

또 본 실시예에서는, 유리기판을 사용한 경우에 대하여 설명하였으나, 스위칭소자로서 아모르퍼스실리콘박막을 사용한 a - SiTFT 기판, 드라이버 내장형의 폴리실리콘 TFT 기판, 또는 ELA 에 의한 저온폴리실리콘 TFT 기판, 열어닐에 의한 고온폴리실리콘 TFT 기판, 또 금속촉매 등을 다른 방법으로 결정화한 폴리실리콘기판, 또는 박막다이오드 TFD 가 형성된 2단자형 액티브매트릭스기판으로도 마찬가지로 실시 가능하다.

또, 스페이서를 컬러필터의 화소부의 차광부에 형성해도 된다.

이때, 이들의 스페이서가 실온에서 저온으로의 온도변화시에 액정분자의 수축에 추종하기에 충분한 탄성을 가지고 있으면 마찬가지로 실시 가능하다.

(실시예 2)

도 9는 실시예 2에 관한 액정표시소자의 단면도이다.

본 실시예에서는 액정층(4)대신에 액정(20)과 고분자매트릭스(21)로 이루어지는 고분자분산형 액정층(22)을 구비한 고분자분산형 액정표시소자를 사용한 것에 특징이 있다.

고분자매트릭스(21)는 3차원적인 그물코형상의 구조를 가지는 고분자 화합물이다.

액정(20)은 고분자매트릭스(21)내에 수적(水滴)형상으로 분산하는 액정, 또는 수적형상으로 분산하는 액정이 서로 연결된 네트워크형상 구조를 가지는 액정이다.

또한, 액정(20)과 고분자매트릭스(21)와의 체적비율은 대략 4 대 1 로 되어 있다.

이와 같은 고분자분산형 액정표시소자에서는, TN 형 액정표시소자 , STN 형액정표시소자, 강유전형 액정표시소자와 달리, 저온발포현상이 발견되지 않는다.

그러나, 액정의 유동성이 낮으므로, 고온측의 얼룩은 보다 현저하게 발생하는 문제가 있었다.

이 과제를 해결하기 위해, 본 실시예 2에 관한 고분자분산형 액정표시소자는 실시예 1과 동일한 기둥형 스페이서(3)를 사용한 구성으로 하였다.

그 결과, 프로젝션디스플레이용의 것에서는, 사용온도 범위 10℃ 에서 50℃까지 셀두께가 균일하고 양호한 표시품위를 유지할 수 있었다.

또 반사형 액정디스플레이용에서도 사용온도 범위 10℃ 에서 35℃ 까지 셀두께가 균일하고 양호한 표시품위를 유지할 수 있었다.

그리고, 고분자분산형 액정층(22)의 제작은 통상의 고분자분산형 액정층의 제작과 동일하다 즉, 1쌍의 기판 사이에 고분자 전구체(前駒體)와 액정재료의 복합재료를 진공주입법에 의해 기판 사이에 충전하여 가열 또는 자외선의 조사에 의해 고분자 전구체를 중합시켜서 액정과 고분자를 상(相)분리시킴으로써 고분자분산형 액정층(22)이 얻어진다.

본 실시예 2에서는, 투명전극이 있는 유리기판을 사용하였지만, 스위칭소자 등이 형성된 액티브매트릭스기판의 차광부 상에 동일한 방법을 이용하여, 기둥형 또는 비구상(非球狀)의 스페이서를 형성해도 실시 가능하다.

그리고, 액티브매트릭스기판으로서, 아모르퍼스 TFT 기판 외에, 구동회로 내장형의 고온프로세스 폴리실리콘 TFT 기판, 저온프로세스 폴리실리콘 TFT 기판, 촉매법 등 다른 방법에 의해 결정화된 폴리실리콘 TFT 기판, 또박막다이오드 TFD 로 대표되는 2단자형 액티브매트릭스형 기판 등과 평탄화 프로세스와의 병용에 의해 마찬가지로 실시 가능하다.

프로젝션디스플레이타입에서는, 컬러필터 등을 사용하지 않고, 다이크로익미러 등 다층막 간섭성을 이용한 색분리 수단이 이용되는 것도 있다.

그러므로, TFT 등이 형성된 액티브매트릭스기판중, 광을 투과하지 않는 차광부, 예를들면 게이트신호선상이나 소스신호선상 또는 이들이 교차하고 있는 부분, TFT 형성부 등에 대응하도록 대향기판상에 기둥형 또는 비구상(非球狀)의 스페이서를 형성함으로써, 고콘트라스트, 고계조 대응가능하며, 꺼끌거림이 적은 표시품위가 양호한 액정표시소자를 얻을 수 있다.

(실시예 3)

도 10은 실시예 3에 있어서의 액정표시소자의 단면도이다.

본 실시예 3의 액정표시소자는 실시예 2에서 설명한 고분자분산형 액정표시소자와 동일한 구성을 취한다.

통상, 고분자분산형 액정표시소자에 있어서, 스페이서의 탄성이 작으면 두께불균일에 의한 표시불균일이 생긴다.

그것은 고분자분산형 액정표시소자에서는, 액정분자의 유동성이 매우 작고, 고온보존시로부터의 급격한 온도변화에서는 원래의 상태로 복귀할 수 없기 때문이다.

그러므로, 실시예 1에서는 사용온도 범위내에서 균일성을 보상할 필요뿐이었지만, 고분자분산형 액정표시소자에서는 보존온도 범위에서 균일성을 보상할 필요가 있다.

그래서, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 실시예 3에 관한 고분자분산형 액정표시소자에서는 실시예 1에 있어서 설명한 방법으로 스페이서에 탄성을 부여하는 동시에, 보존온도 범위에서의 균일성을 보상하는 관점에서 실시예 2 보다 더욱 큰 탄성력이 스페이서에 부여되도록 구성되어 있다.

예를들면, 원추형의 스페이서라면 끝이 뾰족한 정도를 실시예 2보다 크게 하고, 중공상(中空狀)의 스페이서라면 중공 면적을 크게 한다.

그리고, 사용온도 범위라는 것은 액정표시소자를 내장한 표시장치를 현실에 사용(표시)할 때의 주변환경온도를 의미하고, 보존온도라는 것은 액정표시소자를 내장한 표시장치를 보관할 때의 주변환경온도를 의미한다.

따라서, 일반적으로는 보존온도 범위는 사용온도 범위보다 넓은 온도범위가 된다.

그리고, 고분자분산형 액정층(22)의 제작은 통상의 고분자분산형 액정층의 제작과 동일하다. 즉, 1쌍의 기판 사이에 고분자 전구체와 액정재료의 복합재료를 진공주입법에 의해 기판 사이에 충전하여 가열 또는 자외선의 조사에 의해 고분자 전구체를 중합시켜서 액정과 고분자를 상분리시킴으로써 고분자분산형 액정층(22)이 얻어진다.

다음, 본 실시예 3에 관한 액정표시소자의 구체적 내용을 상세히 설명한다.

도 10a, 도 10b, 도 10c 를 참조하여 다음에 급격한 온도변화에 의해 본 발명에 관한 액정표시소자에 생기는 구조상의 변화에 대하여 설명한다.

먼저, 도 10a 에 상온(본 실시형태에서는 20℃)의 경우에 있어서의 액정표시소자의 상태를 나타낸다. 이 상태에서는 대기압과 복합체층(22)의 유리기판(1), (2)에 대한 압력(이하, 액정층의 내압이라고 함)과의 차의 압력이 외측으로부터 2매의 유리기판(1),(2)에 가해지고, 그 결과 스페이서(3)가 압축되어 있다.

도 10b 에 도 10a 의 상온상태의 액정표시소자를 고온(본 실시형태에서는 85℃)로 승온된 액정표시소자의 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서는 가열에 의해 액정층 내압이 증가하고 있다.

본 실시예에 있어서는, 스페이서(3)의 선팽창계수는 7.0 ∼ 10.0 × 10^-5(1/K), 액정재료의 선팽창계수는 7.0 × 10^-4(1/K), 고분자매트릭스(21)의 선팽창계수는 스페이서(3)의 팽창계수와 동등하거나 그 이하이다,

또, 액정층(22)에 있어서의 액정(20)과 고분자매트릭스(21)와의 체적비율은 대략 4 대 1 이다. 그러므로, 스페이스(3) 및 고분자매트릭스(21)의 팽창은 건의 무시할 수 있고, 가열에 의한 액정층 내압의 증가는 액정(20)의 팽창에 의존한다.

도 11에 일정 대기압하에서의 액정표시소자가 소정의 온도범위에서 승온 및 강온되는 경우의 액정층 내압(Pi)과 스페이서(3)의 반발력(Pr)과의 관계의 일예를 나타낸다. 그리고, 상기 도면에 있어서는, 대기압이 1.0 kgf/cm²이다.

또, 횡축은 20℃ 에서 60℃ 까지의 범위의 온도(T)를 나타낸다. 종축은 0.3 kgf/cm²에서 0.7 kgf/cm²사이에서의 범위의 압력(P)을 나타낸다.

그리고, 본 발명자의 실험결과에 의하면, 0℃ 에서 85℃ 의 온도범위, 0.1 kgf/cm²에서 0.9 kgf/cm²의 압력범위에 있어서도, 도 11과 동일한 리니어의 특성을 나타내는 것이 입증되고 있다.

여기서, 도 11에 있어서 실선(L1)은 액정층에 가해지는 압력 즉 액정층 내압 (Pi)을 나타내고, 일점 쇄선(L2)은 스페이서(3)에 가해지는 압력 즉 단위면적당의 스페이서(3)의 반발력(Pr)을 나타낸다. 다음, 단위면적당의 스페이서(3)의 반발력을 단지 스페이서의 반발력(Pr)이라고 한다.

상기 온도범위에 있어서는, 액정층 내압도 스페이서의 반발력(Pr)도 존재하고, 그들의 합은 대기압과 동등한 것을 알 수 있다.

즉, 액정표시소자는 액정층 내압과 스페이서(3)의 반발력(Pr)에 의해 대기압에 대항하고 있다.

온도 상승에 비례하여 액정층 내압이 상승하면, 스페이서(3)의 반발력(Pr)은 감소하지만, 본 실시예에 있어서의 20℃ ∼ 60℃ 의 보존온도 범위에서는 스페이서 (3)는 항상 반발력(Pr)을 가진다(0℃ 에서 85℃의 온도범위에 있어서도 동일).

즉, 압축되어 있는 스페이서는 액정층(22)내의 모든 곳에서 그 반발력(Pr)에 의해 유리기판(1),(2)을 내측에서 밀어 올려 압축된 상태를 유지한다.

결과적으로 도 10b 에 나타낸 바와 같이, 시일부(7)에 의해 고정되는 주위에지 부분 이외에 간극폭은 균등하게 확대된다.

도 10c 에 액정표시소자를 도 10b 에 나타낸 고온상태에서 상온까지 급격하게 저하시킨 상태를 나타낸다.

도 10b 에 나타낸 바와 같이, 고온상태의 액정표시소자를 냉각하면, 액정층 내압이 감소하고 스페이서(3)의 반발력(Pr)은 증가한다.

즉, 팽창한 액정층(22)은 유리기판(1),(2)과 스페이서(3)가 항상 접촉하면서 수축한다. 그러므로, 액정층(22)은 장소에 따라서 수축정도가 다르지 않고, 전체적으로 균일하게 수축한다.

결과적으로 고온상태에서 급격하게 강온된 경우라도, 도 10c 에 나타낸 바와 같이, 완전하게 원래의 상태(도 10a)로 복귀한다.

만일, 스페이서에 탄성체를 사용하지 않으면, 고분자분산형액정에서는 액정분자의 고분자매트릭스중의 이동속도가 늦으므로, 실온하로 복귀해도 액정이 원래의 상태로 복귀하지 않고, 중앙부가 두껍고 메인시일부 주변의 두께가 얇아져서 그 결과 표시얼룩이 된다.

또, 액정표시소자의 온도를 저온(예를들면 0℃)까지 저하시키면, 액정층의 두께(Tc)는 감소하지만, 이 경우에도 도 10에 나타낸 바와 같이 스페이서(3)의 반발력(Pr)에 의해 액정층(22)의 두께(Tc)가 일정하게 유지된다.

그리고, 저온의 경우에도 액정층 내압은 존재하고, 액정표시소자는 액정층 내압과 스페이서의 반발력(Pr)에 의해 대기압에 대항한다.

이상과 같이, 스페이서(3)가 탄성적으로 압축되어 있는 한, 온도의 변동에 의한 2매의 유리기판 사이의 간극폭의 변형 즉 액정층의 두께(Tc)의 불균일을 방지할 수 있다. 또, 본 실시예에서는 액정표시소자를 1쌍의 기판이 어느쪽도 투명전극을 구비한 투명한 유리기판인 투과형의 액정표시소자로서 설명하였으나, 본 실시예 외에 예를들면 투명전극 대신에 광을 반사하는 반사전극을 사용하면 본 발명의 효과를 가지는 반사형의 액정표시소자를 구성할 수 있다.

또, 반사형의 액정표시소자를 구성하기 위해서는, 투명전극(6)대신 화소마다 분할된 반사전극을 설치하고, 그들의 반사전극에 TFT 소자로부터 전압을 공급하는 구성으로 하는 것 등도 생각할 수 있다.

또한, 상기 설명에 있어서는, 온도범위를 0℃ 에서 85℃ 로 하였으나, 액정층의 내압과 스페이서(3)의 반발력(Pr)이 존재하고, 그들의 합이 대기압과 동등한 한 본 발명의 효과가 얻어지고, 상기 온도범위에 한정되는 것은 아니다.

이상, 본 발명에 대하여 상세한 설명을 하였으나. 고분자분산형 액정표시소자내의 액정과 고분자매트릭스의 형태로서 실시예에서 나타낸 바와 같은 고분자 매트릭스중에 액정적(滴)이 분산하는 NCAP(Nematic-Curvilinear-Aligned-Phase)형 대신에 연속상(相)을 형성하는 액정내에 고분자 화합물이 3차원 그물망 또는 미소입적상(粒滴狀)으로 분산하는 PN(Polymer-Network)형 등을 사용해도 마찬가지로 실시 가능하다.

또 상기 실시예 2, 3에서는, 고분자 전구체와 액정재료의 복합재료를 진공주입법에 의해 액정표시소자내에 충전하였으나, 상압하에서 액정표시소자내에 고분자 전구체와 액정재료의 복합재료를 주입해도 동일한 효과가 얻어진다.

또 상기 실시예 1 ∼ 3에서는, 1쌍의 기판사이를 일정한 셀두께로 유지하기 위한 최소한 한쪽의 투명전극이 있는 기판측에 탄성을 가지는 스페이서를 형성하고 있으나, 스위칭소자 등이 형성된 액티브매트릭스기판의 차광부위에 동일한 방법을 이용하여, 스페이서를 형성해도 실시 가능하다.

그리고, 액티브매트릭스기판으로서 아모르퍼스 TFT 기판 외에, 구동회로내장형의 고온프로세스폴리실리콘 TFT 기판, 저온프로세스폴리실리콘 TFT 기판, 촉매법 등의 다른 방법에 의해 결정화된 폴리실리콘 TFT 기판, 또 박막다이오드 TFD 로 대표되는 2단자형 액티브매트릭스기판 등과 평탄화프로세스의 병용에 의해 마찬가지로 실시 가능하다.

또 상기 실시예 1 ∼ 3에서는, 실온에서 저온으로의 급격한 온도변화 및 실온에서 고온으로의 급격한 온도변화의 모두에도 스페이서가 추종할 수 있도록 구성되어 있었으나, 실온에서 저온으로의 온도변화 및 실온에서 고온으로의 온도변화중 어느 한쪽에만 스페이서가 추종할 수 있도록 구성해도 된다.

Claims (25)

1쌍의 기판 사이에 배치되어 기판 간극을 일정하게 유지하기 위한 기둥형 스페이서와, 기판 사이에 봉입된 액정층을 가지는 액정표시소자에 있어서,

상기 스페이서는 탄성을 가지고 있으며,

액정표시소자의 사용온도 범위내에 있어서의 온도변화에 대하여, 상기 스페이서의 반발력과 상기 액정층의 내압과의 합이 항상 거의 대기압과 동등한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

제1항에 있어서, 상기 스페이서의 반발력과 상기 액정층 내압과의 합이 항상 거의 대기압과 동등하고, 또한 스페이서 및 액정층 내압이 각각 리니어로 변화하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

1쌍의 기판 사이에 배치되어 기판 간극을 일정하게 유지하기 위한 기둥형 스페이서와, 기판 사이에 봉입된 액정층을 가지는 액정표시소자에 있어서,

상기 스페이서는 탄성을 가지고 있으며,

상온과 액정표시소자의 최고사용온도의 범위내에 있어서의 온도변화에 대하여, 상기 스페이서의 반발력과 상기 액정층의 내압과의 합이 항상 거의 대기압과 동등한 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

제3항에 있어서, 상기 스페이서의 반발력과 상기 액정층 내압과의 합이 항상 거의 대기압과 동등하고, 또한 스페이서 및 액정층 내압이 각각 리니어로 변화하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

1쌍의 기판 사이에 배치되어 기판 간극을 일정하게 유지하기 위한 기둥형 스페이서와, 기판 사이에 봉입된 액정과 고분자화합물로 구성되는 고분자분산형 액정층을 가지는 액정표시소자에 있어서,

상기 스페이서는 탄성을 가지고 있으며,

액정표시소자의 보존온도 범위내에 있어서의 온도변화에 대하여, 상기 스페이서의 반발력과 상기 액정층의 내압과의 합이 항상 거의 대기압과 동등한 것을 특징으로 하는 고분자분산형 액정표시소자.

제5항에 있어서, 상기 스페이서의 반발력과 상기 액정층 내압과의 합이 항상 거의 대기압과 동등하고, 또한 스페이서 및 액정층 내압이 각각 리니어로 변화하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자분산형 액정표시소자.

제1항에 있어서, 상기 스페이서는, 상기 1쌍의 기판중 최소한 한 쪽에 패터닝 프로세스에 의해 직접 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

제5항에 있어서, 상기 스페이서는, 상기 1쌍의 기판중 최소한 한 쪽에 패터닝 프로세스에 의해 직접 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자분산형 액정표시소자.

제7항에 있어서, 상기 스페이서가 폴리스틸렌계 폴리머화합물, 아크릴계 폴리머화합물, 폴리에스테르계 폴리머화합물, 실리콘계 폴리머화합물, 폴리카보네이트계 폴리머화합물, 폴리실록산계 폴리머화합물, 폴리에틸렌계 폴리머화합물, 폴리우레탄계 폴리머화합물중 어느 1종류의 재료 또는 2종류 이상의 복합재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

제8항에 있어서, 상기 스페이서가 폴리스틸렌계 폴리머화합물, 아크릴계 폴리머화합물, 폴리에스테르계 폴리머화합물, 실리콘계 폴리머화합물, 폴리카보네이트계 폴리머화합물, 폴리실록산계 폴리머화합물, 폴리에틸렌계 폴리머화합물, 폴리우레탄계 폴리머화합물중 어느 1종류의 재료 또는 2종류 이상의 복합재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자분산형 액정표시소자.

제7항에 있어서, 상기 스페이서는 한쪽의 기판에서 다른 쪽의 기판을 향하여 끝이 뾰족한 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

제8항에 있어서, 상기 스페이서는 한쪽의 기판에서 다른 쪽의 기판을 향하여 끝이 뾰족한 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자분산형 액정표시소자.

제7항에 있어서, 상기 스페이서가, 상기 1쌍의 기판 사이에서 완전한 중공(中空)구조 또는 일부 중공구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

제8항에 있어서, 상기 스페이서가, 상기 1쌍의 기판 사이에서 완전한 중공(中空)구조 또는 일부 중공구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자분산형 액정표시소자.

제7항에 있어서, 상기 스페이서가, 상기 1쌍의 기판사이의 법선방향의 길이의 분포를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

제8항에 있어서, 상기 스페이서가, 상기 1쌍의 기판사이의 법선방향의 길이의 분포를 가지는 것을 특징으로 하는 고분자분산형 액정표시소자.

제15항에 있어서, 상기 스페이서가, 상기 1쌍의 기판사이의 법선방향의 길이에 있어서, 평균치와 불균일로 이루어지는 분포를 가지고, 불균일이 평균치의 대략 3 ∼ 6％의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

제16항에 있어서, 상기 스페이서가, 상기 1쌍의 기판사이의 법선방향의 길이에 있어서, 평균치와 불균일로 이루어지는 분포를 가지고, 불균일이 평균치의 대략 3 ∼ 6％의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 고분자분산형 액정표시소자.

제7항에 있어서, 상기 스페이서의 형성밀도가 대략 5개/mm²∼ 2000개/mm²의 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

제8항에 있어서, 상기 스페이서의 형성밀도가 대략 5개/mm²∼ 2000개/mm²의 범위인 것을 특징으로 하는 고분자분산형 액정표시소자.

제7항에 있어서, 상기 스페이서가, 상기 1쌍의 기판중 최소한 한쪽의 차광부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

제8항에 있어서, 상기 스페이서가, 상기 기판중 최소한 한쪽 또는 양쪽의 차광부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자분산형 액정표시소자.

제7항에 있어서, 상기 액정층의 내압이 대략 0kgf/cm²에서 0.9kgf/cm²의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

제8항에 있어서, 상기 액정층의 내압이 대략 0kgf/cm²에서 0.9kgf/cm²의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 고분자분산형 액정표시소자.

1쌍의 기판 사이에 배치되어 기판 간극을 일정하게 유지하기 위한 기둥형 스페이서와, 기판 사이에 봉입된 액정층을 가지는 액정표시소자의 제조방법에 있어서,

1쌍의 기판중 최소한 한쪽에 복수의 스페이서를 형성하고, 이 스페이서에 소정 크기의 탄성력을 부여하기 위한 처리를 하는 공정과,

스페이서가 형성된 1쌍의 기판 사이에 봉입된 액정층을 형성하는 공정과,

액정층 형성공정과 동시에 또는 그 후에 대략 0.1kgf/cm²∼ 1.0kgf/cm²의 압력치로 기판 사이를 균일하게 누르는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.