KR20010067429A

KR20010067429A - 액정표시소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20010067429A
Application number: KR1020000078452A
Authority: KR
Inventors: 니야히로타카; 이노우이페이
Original assignee: 마찌다 가쯔히꼬; 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2001-07-12
Also published as: JP2001242469A; KR100389276B1; TW569066B; CN1308243A; US20010005255A1; CN1146751C; US6674503B2

Abstract

본 발명은 플라스틱으로 제조된 한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판에 협지된 액정과, 상기 한 쌍의 기판에 협지되어 상기 한 쌍의 기판의 간격(d)을 유지하기 위한 복수의 스페이서를 구비하며, 상기 복수의 스페이서가 상기 한 쌍의 기판에 협지되는 방향으로 무하중 상태에서 복수의 스페이서의 두께 평균치를 x로 하였을 때, d < x ≤ 1.ld를 만족하는 액정표시소자에 관한 것이다. 또한, 이 액정표시소자는 스페이서의 수밀도가 24O 개/mm²내지 3OO개/mm²로 설정되어있다. 또한 이 액정표시소자는 스페이서의 탄성율이 한 쌍의 기판의 탄성율 보다 커게 되어 있다. 이것에 의해 스페이서의 이동이 억제되어 한 쌍의 기판의 강성이 향상된다. 그 결과, 이 액정표시소자에서는 색 불균일이 억제되고, 진공영역의 기포의 발생이나 콘트라스트의 저하가 억제되어, 표시화상의 표시품위가 양호하게 된다.

Description

액정표시소자 및 그 제조방법{Liquid crystal display element and manufacturing method thereof}

본 발명은 플라스틱으로 제조된 한 쌍의 기판 사이에 협지된 스페이서를 포함하는 액정표시소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

종래, 액정을 지지하여 액정표시소자를 구성하는 한 쌍의 기판으로는 내충격성등이 우수하다는 이점으로 인하여 플라스틱 등으로 제조된 기판을 사용하여왔다. 그러나 플라스틱 등으로 제조된 기판은 가스 차단성이 불량해서 가스가 기판을 투과하기 쉬운 문제를 갖고 있어 기판을 투과한 가스가 액정층내에 녹아들어 기포가 발생하기 쉽게되는 문제가 있었다.

보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 액정표시소자를 구성할 때 기판에는 편광판 등이 접착된다. 이 기판과 편광판은 일반적으로 연신율이 다르기 때문에 환경변화(온도·습도 등의 변화)에 의해서 기판이 바이메탈(bimetal)상으로 변형되게된다. 이러한 기판 변형에 의해 기판 쌍 간의 셀 간격(cell gap)이 변화되어 액정이 협지되어 있는 기판 사이의 압력이 변화된다. 또한 이 압력변화에 의해 액정층내에 녹아 든 가스가 기화하여 기포가 발생한다.

한편, 일본 공개특허공보 평6-281941호(공개일 1994년 10월 7일)등에 개시되어 있는 기술에서는 기판 사이에 협지된 스페이서의 수를 늘리는 것에 의해 특히 고온·고습하에서의 기판 변형을 감소시킴으로써 가스 차단성이 열등한 기판을 사용한 경우에서의 기포의 발생을 억제시키는 것을 꾀하고 있다.

또한 상기 공보에는 접착 유형의 스페이서를 채용하여 제조공정에서 스페이서를 기판에 접착시킴으로써 스페이서의 이동을 억제함으로써 기판의 변형을 방지하는 기술에 관해서도 개시되어 있다.

이러한 액정표시소자는 일반적으로 액정주입구(액정함침구)를 제외하고 진공함침법에 의해 주위를 밀봉재로 밀봉시킨 한 쌍의 기판 사이에 액정을 주입한 다음 액정주입구를 UV 경화수지 등으로 제조된 단부 밀봉재로 밀봉하는 것에 의해 형성된다. 여기서 예컨대 일본 공개특허공보 평5-142506호(공개일 1993년 6월11일) 등에 개시되어 있는 기술에서는 액정주입후에 한 쌍의 기판으로 이루어진 패널에 가압하여 액정을 짜낸 다음 액정주입구를 밀봉하는 것에 의해 기판 쌍 간의 셀 간격을 균일화하고 있다.

그러나, 상기 공개특허 공보 평6-281941호에 기재된 접착형의 있어서 스페이서를 사용하는 경우에는 스페이서의 표면에 열가소성 접착제를 도포한 스페이서를 접착형의 스페이서로서 사용하고 있다. 이 경우에서는 스페이서의 단가가 비싸게 되므로 액정표시소자의 비용 상승을 초래하는 문제가 생긴다.

또한 이 경우에는 제조공정에서 밀봉재를 경화시키는 열처리와 동시에 스페이서를 기판에 접착시키고 있지만, 밀봉재로서 자외선 경화수지 등을 사용하는 경우에는 별도의 열처리 공정을 실시할 필요가 있어 공정의 복잡화 및 비용 상승의 문제가 생긴다.

또한 이 경우에는 열가소성 접착제가 액정 내부에 존재하기 때문에 열처리시에 열가소성 접착제가 액정중으로 녹아들어가서 액정의 성능 악화를 초래할 수 있는 문제도 있다.

또한 상기 공개 특허공보 평6-281941호에 개시된 기술에서는 고온·고습하에서의 기판 변형에 기인하는 기포 발생에 대하여는 효과를 나타낼 수 있다. 그러나, 스페이서의 수가 너무 많으면, 셀 내부에서의 상대적인 액정량이 감소하게 된다. 이처럼 상대적인 액정량이 적은 경우, 특히 액정이 저온 상태하에 계속 유지되어 액정 자체의 수축이 큰 경우에는 외부로부터의 기계적 충격에 의해서 진공 영역(액정이 배제되고 또한 기체도 거의 포함되어 있지 않은 공간)에서 기포가 발생하기 쉽게 되는 문제가 생긴다.

또한 스페이서의 수가 지나치게 많으면, 액정표시소자의 콘트라스트의 저하를 초래하는 문제도 생긴다.

한편 스페이서의 수가 지나치게 적으면, 셀내에서의 상대적인 액정량은 증가하고 또 기계적 충격에 의한 기포의 발생 정도(내기계적충격 기포성)의 향상을 확인할 수 있다. 그러나 스페이서의 수가 적다는 것은 기판간의 지지가 적어지는 것으로 된다. 따라서 기판 변형이 쉽고, 내압성의 악화 및 셀 간격의 불균일성과 같은 문제가 생긴다.

특히, 유리 등과 비교하여 기판의 강성이 작은 플라스틱 등으로 제조되는 기판을 사용하는 경우, 스페이서의 밀도를 어느 정도 크게 하는 것에 의해 액정표시소자의 강성을 확보해야 한다.

한편, 고정밀도의 셀 간격의 조정이 요구되는 STN (Super-Twisted Nematic)형 액정셀의 경우, 셀 간격을 균일하게 유지하는 것이 필수적이다. 구체적으로는, STN 형 액정셀에서는 셀 간격(d)과 셀내에 주입된 액정의 복굴절률 Δn의 곱 Δnd(리타데이션)에 의해 배경색의 색조가 결정되기 때문에 부분적인 셀 간격(d)의 변동은 색 불균일을 초래하게된다.

셀 간격(d)을 균일화하기 위해서는 상기 공개특허 공보 평5-142506호에 개시된 바와 같이 액정주입구의 밀봉 전에 패널을 가압하는 것이 효과적이지만, 이 때의 압력이 높으면 액정을 과잉 배출하게 된다. 이 때문에, 밀봉후의 패널을 저온 환경에 방치하면 패널내의 액정이 수축되어 패널내 진공 영역에서 기포를 형성하게된다.

또한 특히 플라스틱 기판을 사용한 패널의 경우 스페이서 밀도(스페이서 살 포 밀도)가 낮으면 도 7에 도시한 바와 같이 스페이서의 유무에 따라서 기판이 휘게된다. 도 7은 스페이서(4)의 밀도가 낮은 액정표시소자(10)의 상태를 도시하는 단면도이다. 이 액정표시소자(10)에서는 스페이서(4) 간의 간격이 넓은 부분에서 표시측 기판(1a) 및 이면 기판(1b)이 안쪽으로 휘게되어 이 부분의 셀이 작게된다. 이것은 STN형 액정셀의 경우에서 색 불균일로 인지된다. 또한 스페이서(4)가 완전히 등거리로 분산 배치되어 있으면 스페이서(4)에 의한 표시측 기판(1a) 및 이면 기판(1b)의 지지가 균일하게 되지만, 일반적인 스페이서 살포기술로는 완전 등거리분산배치는 곤란하다. 따라서, 스페이서(4)에 의한 지지가 장소에 따라 다르기 때문에 셀 간격이 불균일하게 되어 상기의 색 불균일이 강조되는 경우가 있다.

한편 스페이서 밀도가 높으면 표시측 기판(1a) 및 이면 기판(1b)이 휘어지는 것을 억제하고 또한 가압에 의해 스페이서(4)의 지지가 균일하게 되기 때문에 셀 간격을 비교적 용이하게 균일하게 할 수 있다. 그러나, 셀내 공간을 차지하는 액정량이 감소하기 때문에 저온 환경에 방치하면 진공 영역에서 기포가 쉽게 형성될 수 있다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 실시된 것으로, 표시화상의 표시 품위가 양호하며, 제조 공정의 복잡화를 극력 피하면서 액정패널의 강성을 확보하여 가압시에 기판 변형에 의한 셀 간격의 변동을 억제하여 색 불균일을 억제하고 또 저온하에서 외부로부터의 기계적 충격에 의한 진공 영역의 기포의 발생이나 콘트라스트의 저하를 억제하는 액정표시소자를 제공함과 동시에 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시소자의 평면도이고,

도 1b는 도 1a에서의 A-A선에서 취한 본 액정표시소자의 단면도이다.

도 2는 스페이서의 밀도 변화에 대한 기포 발생율의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3은 스페이서의 밀도 변화에 대한 색 불균일 발생율의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 4는 스페이서의 밀도의 변화에 대한 색 불균일 발생율 및 기포 발생율의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 5는 셀 간격과 동일한 입경의 스페이서를 사용하여 형성한 액정표시소자의 단면도이다.

도 6은 (스페이서 입경: x)/(셀 간격: d)의 값의 변화에 대한 셀 간격 불균일 발생율의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 7은 스페이서의 밀도가 낮은 액정표시소자의 상태를 나타내는 단면도이다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 액정표시소자는 플라스틱으로 제조된 한 쌍의 기판; 상기 한 쌍의 기판에 협지된 액정; 및 상기 한 쌍의 기판에 협지된 상기 한 쌍의 기판의 간격 d를 유지하기 위한 복수의 스페이서를 포함하며, 상기 한 쌍의 기판간에 복수의 스페이서가 협지된 방향의 무하중 상태에서 상기 복수의 스페이서의 두께의 평균치를 x로 하였을 때 d < x ≤ 1.ld를 만족하고 있다.

상기 구성에서는 서로의 사이에 액정을 협지하는 한 쌍의 기판 사이의 거리 d를 유지하기 위해 복수의 스페이서가 배치되어 있고, 이 복수의 스페이서의 평균두께 x (단, 한 쌍의 기판 사이에 협지되어 있지 않은 무하중 상태에서의 두께) (이하, 간단히 스페이서의 두께 x로 칭함)가 거리 d 보다 크다. 요컨대, 액정표시소자가 구성된 상태에서는 한 쌍의 기판 및 스페이서가 그 두께 방향으로 압축된 상태로 되어 있다.

이 때문에 한 쌍의 기판을 형성하는 표시측 기판과 이면 기판 및 복수의 스페이서의 접촉 부분에서 압축에 의한 응력이 발생한다. 이 응력은 주로 복수의 스페이서의 두께 방향으로 작용하는 힘을 생기게 하며, 이 힘에 의해 한쌍의 기판의 면방향으로 작용하는, 기판 쌍과 복수의 스페이서간의 마찰력이 커진다.

따라서, 상기의 구성으로는 기판 사이의 거리 d와 스페이서의 입경이 동일한 배치와 비교하여 스페이서가 한 쌍의 기판에 대하여 보다 확실하게 고정되게되어 스페이서의 이동이 억제된다.

따라서, 이 구성으로는 종래와 같이 접착제가 도포된 접착형의 스페이서를 사용하지 않고 스페이서의 사이즈나 제조공정에서 기판 사이의 거리 d의 조정을 변경하는 것에 의해 스페이서를 확실히 고정할 수가 있다. 이에 의해 상술한 접착형의 스페이서를 사용한 경우에서의 제조공정의 복잡화 등과 같은 문제를 회피할 수 있다.

이와 같이, 스페이서를 확실히 고정하는 것에 의해 액정표시소자의 표시면이 압착된 경우 등에서 스페이서가 이동하여 기판간의 거리 d가 변화하는 것을 막을 수 있게되어 기판간의 거리 d의 변화에 기인하여 표시화상에 색 불균일이 발생하는 것을 억제할 수가 있다.

한편, 스페이서의 두께 x가 기판간의 거리 d의 1.1배를 초과하는 경우에는 기판이나 스페이서의 변형량이 극단적으로 커진다. 이 때문에 기판간의 거리를 소정 값으로 균일하게 조정하는 것이 곤란하여지거나 기판상에 형성된 투명 전극이파손하는 등의 문제가 생기는 적이 있다.

반면에, 상기 구성에서는 스페이서의 두께 x가 기판간의 거리 d의 1.1배 이하로 설정되어있으므로 기판이나 스페이서를 과도하게 변형시키는 것을 방지할 수가 있어 상기 문제를 회피할 수 있다.

이와 같이, 상기 구성에서는 액정표시소자에서 스페이서의 두께 x를 기판간의 거리 d보다 크지만 기판간의 거리 d의 1.1배 이하로 설정하는 것에 의해 제조공정의 복잡화나 투명 전극의 파손 등의 문제를 회피하면서 스페이서를 확실히 고정할 수 있으므로 색 불균일의 발생을 억제할 수 있고, 따라서 액정표시소자의 표시품위의 향상을 꾀할 수 있다.

본 발명의 액정표시소자는 상기 스페이서의 수밀도가 240개/mm²내지 3OO개/mm²인 것이 바람직하다.

상기 액정표시소자에 있어서 스페이서의 수밀도가 커지면 상대적인 액정량이 감소하는 것으로 된다. 이 상대적인 액정량이 적은 상태에서는 상술한 바와 같이 액정표시소자가 저온 상태에 있을 때에 외부로부터 기계적 충격을 받으면 진공 영역의 기포가 발생하기 쉽게 된다.

상기 구성에서는 스페이서의 수밀도가 3OO개/mm²이하로 설정되어 있어 상대적인 액정량의 감소에 기인하는 진공 영역의 기포의 발생을 억제할 수 있다.

또한 스페이서의 수밀도가 3OO개/mm²이하이면, 스페이서에 의한 빛의 산란에기인한 액정표시소자의 콘트라스트의 악화를 회피할 수도 있다.

상기 구성에서는 또한 스페이서의 수밀도가 24O개/mm²이상으로 설정되어 있다. 따라서, 액정표시소자의 강성이 향상되어 표시면이 압착된 경우에 한 쌍의 기판이 변형되기 어렵게되므로 상기 기판간의 거리 d의 변화를 억제하는 효과가 향상되어 색 불균일의 발생을 더욱 억제할 수 있다.

이와 같이, 상기 구성에서는 상대적인 액정량의 감소에 기인한 진공 영역의 기포 발생, 콘트라스트의 저하, 색 불균일의 발생을 억제할 수가 있어 액정표시소자의 표시 품위의 향상을 꾀할 수 있다.

본 발명의 액정표시소자에서는 또한 상기 스페이서의 탄성율이 상기 한 쌍의 기판의 탄성율 보다 큰 것이 바람직하다.

상기 구성으로서는 스페이서의 탄성율이 기판의 탄성율보다 크기 때문에 스페이서 및 기판이 서로 접촉하는 부분에서 기판의 변형량이 보다 커지게되어 원래 평탄면이었던 기판의 표면에 요부가 형성되게 된다. 요컨대, 스페이서가 기판에 약간 박히면서 기판을 지탱하고 있는 것으로 된다.

기판 표면이 평탄면인 경우에는 스페이서는 주로 기판과의 마찰력에 의해서 유지되는 것으로 된다. 그러나, 상기한 바와 같이 기판의 표면에 요부가 형성되어 있는 경우, 마찰력 뿐만 아니라 요부에 잠기는 것에 의해 스페이서가 기판에 확실히 유지되는 것으로 된다.

따라서, 상기의 구성으로는 스페이서의 이동을 억제하는 효과가 보다 향상된다. 이것 때문에 색 불균일의 발생을 더욱 효과적으로 억제하여 액정표시소자의 표시품위의 향상을 꾀할 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 플라스틱으로 제조된 한 쌍의 기판 사이에 이 한 쌍의 기판의 간격을 유지하기 위한 복수의 스페이서 및 한 쌍의 기판간의 액정을 포함하는 액정표시소자의 제조방법은,

(a) 복수의 스페이서를 한 쌍의 기판 사이에 배치하고, 상기 복수의 스페이서가 배치되어 있는 영역 주위에 제공된 밀봉재에 의해 상기 한 쌍의 기판을 접착시킴과 동시에 상기 한 쌍의 기판의 사이에 액정을 주입하기 위한 액정주입구를 형성하는 공정;

(b) 상기 액정주입구를 통하여 상기 한 쌍의 기판 사이에 액정을 주입하는 공정; 및

(c) 액정이 주입된 상기 한 쌍의 기판의 간격을 조정하기 위해서 상기 한 쌍의 기판에 압력을 가하여 그 압력을 조정하면서 상기 액정주입구를 밀봉하는 공정을 포함하며,

상기 복수의 스페이서가 상기 한 쌍의 기판에 협지되는 방향의 무하중 상태에서 복수의 스페이서의 두께의 평균치를 x로 하였을 때 상기 압력을 조정할 때 액정표시소자 완성시의 상기 한 쌍의 기판의 간격 d가 d< x ≤ 1.ld 를 만족하는 값이 되도록 조정한다.

상기 방법에서는 액정이 주입된 기판에 압력을 가하여 그 압력을 조정하는 것에 의해 액정표시소자 완성시 기판간의 거리 d와 스페이서의 두께 x가 d< x ≤ 1.ld를 만족하도록 한다. 따라서, 상술한 바와 같이 기판 및 스페이서가 그 두께방향으로 압축된 상태로되어, 스페이서를 보다 확실히 고정할 수가 있다. 따라서, 제조공정의 복잡화 등을 피하면서 비교적 용이한 방법에 의해 액정표시소자의 표시품위 향상을 도모할 수 있다.

본 발명의 액정표시소자의 제조방법은 또한 상기 스페이서를 그 수밀도가 24O개/mm²내지 30O개/mm²로 되도록 상기 한 쌍의 기판 사이에 배치하는 것이 바람직하다.

상기 방법에서는 상술한 바와 같이 상대적인 액정량의 감소에 기인하는 진공영역의 기포의 발생을 억제하면서, 강성을 향상시켜 액정표시소자의 표시품위 및 신뢰성의 향상을 비교적 용이한 방법에 의해서 꾀할 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 뛰어난 점은 이하에 나타낸 기재에 의해 충분히 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 이점은 첨부 도면을 참조하여 다음 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

제1 구체예

본 발명의 일개 구체예에 관해서 도 1a 내지 도 6을 기초하여 설명하면 다음과 같다.

도 1a는 본 실시예에 따른 액정표시소자(1O)의 평면도이고, 도 1b는 도 1a에서의 A-A선을 따라 본 액정표시소자의 단면도이다. 도 1a 및 도 1b에서는 액정표시소자(10)의 구성에 있어서 기본적인 구성 요소만을 나타내고 있다. 또한 도 1a 및 도 1b에서는 설명을 위하여 한 쌍의 기판(1)사이의 간격인 셀 간격(셀 두께)(Cg)이나 스페이서(4) 등을 과장하여 도시하고 있다.

본 발명의 액정표시소자(10)는 기본적인 구성으로서 한 쌍의 기판(상하 기판)(1)으로서의 표시측 기판(1a) 및 이면 기판(1b), 한 쌍의 기판(1)을 붙여 합치는 밀봉재(2), 한 쌍의 기판(1)의 사이에 협지된 액정(3) 및 복수의 스페이서(4)를 포함한 구성이다.

본 발명의 액정표시소자(10)에서는 내충격성의 향상이나 경량화의 관점에서 한 쌍의 기판(1)으로서 플라스틱(예컨대 폴리에테르술폰 등)으로된 기판을 사용하고 있다.

이 한 쌍의 기판(1)을 형성하는 표시측 기판(1a) 및 이면 기판(1b)에서 서로 대향하는 각각의 표면(이하, "내부 표면"으로 칭함)에는 도시되지 않은 투명 전극(IT0막)이 형성되어 있다. 이밖에 이 투명전극으로 구분되는 영역에 의해 화상표시의 최소 단위로서의 화소가 형성되어 있다.

본 실시예는 액정표시소자(10)의 구동방식에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 단순 매트릭스 구동방식이나 액티브 매트릭스 구동방식 등도 채용할 수 있다. 또한, 한 쌍의 기판(1)의 내부표면에는 구동방식에 따라 도전 배선, 스위칭 소자, 절연막 등이 적당히 형성된다. 또한 한 쌍의 기판(1)과 액정(3)의 계면에는 배향처리된 배향막이 필요에 따라 형성된다.

또한, 상기의 한 쌍의 기판(l)은 서로의 사이에 스페이서(4)를 협지한 상태로 한 쌍의 기판(1)의 외주에 배치된 밀봉재(2)에 의해서 결합될 수 있다. 스페이서(4)는 실리카 등의 무기 물질이나 플라스틱 등으로 이루어지는 입경이 균일한 구체이며, 한 쌍의 기판(1)의 간격(셀 간격(Cg), 이 간격의 크기를 나타내는 경우에는 셀 간격(d)으로 나타낸다)을 일정하게 유지하는 작용을 담당하고 있다. 이 한 쌍의 기판(1) 사이에는 액정(3)이 협지되어 있고 밀봉재(2)에 의해 외부에 대하여 밀봉되어 있다.

이 액정(3)으로서는 예컨대 후술한 바와 같이 STN형 액정셀을 구성하는 액정재료, 요컨대 STN 모드를 나타내는 액정재료를 사용할 수 있다. 단, 액정(3)은 그외의 액정재료이더라도 좋다.

또한 본 발명의 액정표시소자(10)를 실제의 화상표시장치로서 사용함에 있어서 상기 구성에 더하여 편광판이나 칼라필터 등이 표시측 기판(la) 및 이면 기판(1b)의 어느 하나 또는 양쪽의 외표면(내부 표면과는 반대측의 면)에 접착될 수 있다. 또한 본 발명의 액정표시소자(10)에는 본 발명의 액정표시소자(10)를 조명하는 조명장치나 반사판 등이 맞붙어질 수 있다. 이들의 구성에 관해서는 종래의 액정표시소자와 동일하기 때문에 설명은 생략한다.

다음에, 본 발명의 액정표시소자(10)에서 스페이서(4)와 셀 간격(Cg)과의 관계에 관해서 설명한다.

본 발명의 액정표시소자(10)에서는 셀 간격(d)보다 스페이서(4)의 입경(직경; 유효 표시영역에 존재하는 스페이서 직경의 평균치를 지칭; 이하 동일) 쪽이 크다. 요컨대, 본 발명의 액정표시소자(10)는 완성된 상태에서 한 쌍의 기판(l)에 대하여 서로가 근접하는 방향에 하중이 가해지게 되어있고, 스페이서(4) 및 한 쌍의 기판(1)이 부분적으로 변형(탄성변형)되어 스페이서(4)의 입경보다 작은 셀 간격(d)을 유지하도록 구성되어 있다. 이러한 구성의 액정표시소자(10)를 제조하는방법에 관해서는 후술한다. 또한 셀 간격(d)은 액정표시소자(10)의 유효 표시 영역에서 한 쌍의 기판(1)의 내부 표면에서의 상기의 변형 부분을 제외한 평탄한 부분의 평균치이다.

이 구성에서는 한 쌍의 기판(1)과 스페이서(4)가 압접된 상태로 되기 때문에 스페이서(4)가 한 쌍의 기판(1)의 면방향으로 이동하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 액정표시소자(10)의 제작시에 스페이서(4)를 균일하게 분산시켜 놓으면 액정표시소자(10)의 완성후에 표시면(1d) 등에 외부로부터 충격이 가해지는 경우라도 스페이서(4)가 이동하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과 셀 간격(d)이 변화되는 것을 방지할 수가 있어, 셀 간격(d)의 변화에 의한 색 불균일의 발생을 회피할 수 있다.

한편, 본 발명의 액정표시소자(10)에서는 한 쌍의 기판(1)의 탄성율(종탄성계수, 영율)이 스페이서(4)의 탄성율보다 작게 되도록 각각을 구성하는 재료를 선택하고 있다(구체적인 재료에 관해서는 후술한다).

이 구성에서는 스페이서(4) 및 한 쌍의 기판(1)이 서로 압접되는 부분에서 한 쌍의 기판(1)에서의 변형량이 보다 커지게되어 원래 평탄면이었던 한 쌍의 기판(1)의 내부 표면에 요부(1c)가 형성되게 된다. 즉, 도 1b에 도시한 바와 같이, 셀 간격(d) 보다 큰 입경을 갖는 스페이서(4)가 한 쌍의 기판(1)에 약간 박히면서 한 쌍의 기판(1)을 다리와 같이 지탱하고 있다.

한 쌍의 기판(1)의 내부표면이 평탄면인 경우, 스페이서(4)는 주로 한 쌍의 기판(1)과의 마찰력에 의해서 지지되게 된다. 그러나, 한 쌍의 기판(1)의 내부 표면에 요부(1c)가 형성되어 있는 경우, 마찰력에 더하여 스페이서(4)가 요부(1c)에 감입되는 것에 의해 확실하게 지지되는 것으로 된다. 따라서, 상기 구성에 의해 스페이서(4)의 이동을 억제하는 효과가 보다 향상된다.

또한 한 쌍의 기판(1)의 탄성율이 스페이서(4)의 탄성율 보다 큰 경우, 스페이서(4)의 변형량이 불균일하게되기 쉬워 셀 간격(d)이 불균일하게되는 경우가 있다. 여기서는 표시측 기판(1a) 및 이면 기판(1b)의 어느쪽의 탄성율도 스페이서(4)의 탄성율보다 작게 설정하고 있는 경우를 나타내고 있지만, 표시측 기판(1a) 및 이면 기판(1b)의 어느 하나의 탄성율을 스페이서(4)의 탄성율보다 작게 설정한 경우이더라도 좋다.

상기의 구성은 "발명의 배경"에서 설명한 접착형의 스페이서를 사용한 것과는 상이하고, 스페이서의 표면에 열가소성 접착제를 도포하는 것으로 스페이서의 단가가 비싸게 되는 것에 의한 장치의 비용 상승을 회피할 수 있다. 또한, 열가소성 접착제 등이 액정(3)으로 혼입되는 것을 피할 수 있기 위해서 액정(3)의 특성 악화 등의 문제를 회피할 수 있다.

여기서는 스페이서(4)로서 구형상의 스페이서에 관해서 설명하고 있지만, 이것에 한정되지 않고 원주 형상이나 그 밖의 형상의 것이더라도 좋다. 이때 스페이서의 두께(한 쌍의 기판(1)에 의해 협지되는 방향의 두께)가 여기서 말하는 입경에 상당하는 것으로 된다. 예컨대 원주 형상의 스페이서에 있어서는 그 길이방향과 직교하는 면에서 절단한 단면에 나타나는 원의 직경이 입경에 상당한다.

이와 같이 액정표시소자(10)는 플라스틱으로 이루어지는 한 쌍의 기판(1)과상기 한 쌍의 기판(1)에 협지된 액정(3) 및 복수의 스페이서(4)를 구비하고 있고, 한 쌍의 기판(1)과 서로 대향하는 면(내부 표면) 사이의 거리(셀 간격(d))는 한 쌍의 기판(1)에 의해 지지되지 않는 상태에서의 두께(입경)인 복수의 스페이서(4)가 한쌍의 기판(1)에 의해 지지되는 방향에서의 복수의 스페이서(4)의 두께보다 작다. 이 구성에서는 한 쌍의 기판(1) 및 복수의 스페이서(4)가 그 두께 방향으로 압축된 상태로 되어 있다. 이 때문에 한 쌍의 기판(1)을 형성하는 표시측 기판(1a) 및 이면 기판(1b)과 복수의 스페이서(4)의 접촉 부분에는 압축에 의한 응력이 발생한다. 이 응력은 주로 복수의 스페이서(4)의 두께 방향으로 작용하는 힘을 생기게하고, 또 이 힘에 의해 한 쌍의 기판(1)의 면방향으로 작용하는 한쌍의 기판과 복수의 스페이서(4)간의 마찰력이 커지게된다.

따라서 이 구성에서는 셀 간격(d)과 스페이서(4)의 입경이 동등한 경우와 비교하여 스페이서(4)가 한 쌍의 기판(1)에 대하여 보다 확실히 고정되게 되어 스페이서(4)의 이동이 억제된다.

이와 같이, 스페이서(4)를 확실히 고정하는 것에 의해 액정표시소자(10)의 표시면(1d)이 압착된 경우, 스페이서(4)의 이동에 기인한 셀 간격(d)의 변화가 방지될 수 있게되어 셀 간격(d) 변화에 기인한 표시화상에 있어서 색 불균일이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또한 스페이서(4)의 탄성율은 한 쌍의 기판(1)의 탄성율 보다 큰 것이 바람직하다.

이 구성에서는 스페이서(4) 및 한 쌍의 기판(1)이 서로 접촉하는 부분에서한 쌍의 기판(l)의 변형량이 보다 커지게되어 원래 평탄면이었던 한 쌍의 기판(1)의 내부 표면에 요부(1c)가 형성되게된다. 즉, 스페이서(4)가 한 쌍의 기판(1)에 약간 박히면서 한 쌍의 기판(1)을 지탱하고 있는 것으로 된다.

한 쌍의 기판(1)의 내부 표면이 평탄면인 경우, 스페이서(4)는 주로 스페이서(4)와 한 쌍의 기판(1)간의 마찰력에 의해 지지된다. 그러나, 상기한 바와 같이 한 쌍의 기판(1)의 내부 표면에 요부(1c)가 형성되어 있는 경우, 마찰력 뿐만 아니라 요부(1c)에 감입되는 것에 의해 스페이서(4)가 한 쌍의 기판(1)에 의해 더욱 확실히 지지되게 된다. 따라서, 상기 구성에 의해 스페이서(4)의 이동을 억제하는 효과가 더욱 향상한다.

이어, 상기 구성의 액정표시소자(10)를 제조하는 방법에 관해서 설명한다. 표시측 기판(1a) 및 이면 기판(1b)에는 상기 투명전극이나 배향막 등이 형성되어 있는 것으로 한다. 이들의 형성방법은 종래의 액정표시소자의 제조공정에 따른 방법과 동일하기 때문에 설명은 생략한다.

본 발명의 액정표시소자(10)의 제조공정에서는 주로 밀봉재 도포 공정, 스페이서 살포공정, 기판 접합 공정, 밀봉재 경화 공정, 패널 분단공정, 액정 주입공정 및 주입구 밀봉공정을 순차 실시한다. 이하에, 이 순서에 따라 각 공정을 설명한다.

밀봉재 도포공정에서는 표시측 기판(1a)과 이면 기판(1b)을 스페이서(4)를 통하여 일체로 접합함으로써 밀봉을 형성하기 위한 밀봉재를 표시측 기판(1a) 또는 이면 기판(1b)중 어느 하나(여기서는 표시측 기판(1a)으로한다)의 내부 표면에 도포한다. 밀봉재의 도포 형상은 후술하는 액정 주입공정에서 액정(3)을 주입하기 위한 액정주입구(2a)에 해당하는 부분을 제외한 직사각형 형태이이다. 도 1a에서는 편의상 액정주입구(2a)가 개구되어 있는 상태를 도시하고 있으나, 실제로는 액정표시소자(10)가 완성된 상태에서 액정주입구(2a)는 밀봉되어 있다.

이 밀봉재의 도포는 스크린 인쇄법이나 디스펜서에 의해 뿌리는 방법 등에 의해서 실시할 수 있다. 또한 밀봉재로서는 접착강도나 내습성 등이 양호한 열경화성 수지(예컨대 열경화성 에폭시수지)나 자외선 경화성 수지(예컨대 아크릴계 자외선 경화 수지) 등을 사용할 수 있다.

스페이서 살포공정에서는 표시측 기판(1a) 및 이면 기판(1b)중 상기의 밀봉재가 도포되어 있지 않은 것(여기서는 이면 기판(1b))의 내부 표면에 상기의 스페이서(4)를 살포한다. 스페이서(4)의 살포방법으로서 여기서는 습식살포법을 채용하고 있다. 즉, 스페이서(4)를 분산시킨 물 또는 알코올계 등의 혼합용매를 이면 기판(1b)에 대하여 스프레이 분무하는 것에 의해 스페이서(4)를 살포한다. 스페이서(4)의 살포방법으로서는 압착 드라이 질소 등의 기류로 분체상의 스페이서(4)를 이면 기판(1b)상에 직접 살포하는 건식살포법을 채용할 수 있다.

후술하는 실시예에서는 스페이서(4)의 밀도(수밀도, 살포개수)를 50개/mm²내지 5OO개/mm²범위로 변화시켜 액정표시소자(1O)를 형성하고 있다. 이와 같이, 이면 기판(1b)상에서의 스페이서(4)의 밀도를 소정 값으로 설정하기 위해서는 상기의 살포방법에 의해 스페이서(4)를 살포하는 살포시간을 조정하면좋다. 즉, 이면기판(1b)상에서의 스페이서(4)의 밀도는 용매중에서의 스페이서(4) 밀도와 살포시간을 곱한 값에 거의 비례하기 때문에 살포시간을 조정하는 것에 의해 이면 기판(1b) 상에서의 스페이서(4)의 밀도를 조정할 수 있다.

기판 접합 공정에서는 상기 밀봉재가 도포된 표시측 기판(1a)과 스페이서(4)가 살포된 이면 기판(1b)을 정밀하게 위치를 맞추어서 중첩시킨다. 이어, 한 쌍의 기판(1) 사이의 간격인 셀 간격(d)이 소정 값으로 되도록 중첩시킨 한 쌍의 기판(1)을 그 두께 방향으로 가압한다.

본 발명의 액정표시소자(10)에서는 상술한 바와 같이 완성시의 셀 간격(d) (이 값을 설정치로 한다) 보다도 큰 입경을 갖는 스페이서(4)를 사용하고 있다. 따라서, 이 공정에서 셀 간격(d)이 설정치로 되도록 한 쌍의 기판(1)을 그 두께 방향으로 가압하면 상술한 바와 같이 스페이서(4) 및 한 쌍의 기판(1)이 부분적으로 탄성변형된다.

이 상태에서, 다음 밀봉재 경화 공정으로 들어가서 밀봉재를 경화시켜 액정패널을 형성한다. 여기서, 밀봉재로서 열경화성 수지를 사용한 경우, 가열처리하는 것에 의해 밀봉재를 경화시킬 수 있다. 또한, 밀봉재로서 자외선 경화성수지를 사용한 경우 자외선을 조사하는 것에 의해 밀봉재를 경화시킬 수 있다.

이렇게하여 밀봉재를 경화시킨 후에 셀 간격(d)을 유지하기 위해 가해진 압력을 제거하면 스페이서(4) 및 한 쌍의 기판(1)에서의 탄성변형부분(요부(1c) 등)이 복원하게 된다. 따라서, 특히 밀봉(2)으로부터 먼 부분에서 셀 간격(d)이 약간 증가하게 된다. 이러한 액정패널의 위치에 의한 셀 간격(d)의 변화는 후술하는 액정주입공정에서 수정된다.

패널 분단공정에서는 상기의 액정패널을 소정의 사이즈로 분단한다. 분단할 필요가 있는 경우로서는 한 쌍의 기판(1)에 복수의 액정패널이 형성되어 있는 경우 등이다. 이 패널 분단공정은 설계·제조조건에 따라서 적당하게 실시하는 것이다.

액정 주입공정에서는 상기의 액정패널에 따라 한 쌍의 기판(1) 사이의 부분(액정 패널 내부)에 액정(3)을 주입한다. 액정패널로 액정(3)을 주입하는 것은 모세관 현상과 압력차를 이용한 진공주입법으로 실시한다.

구체적으로는, 우선 액정패널을 진공조내에 설치하고 진공조내를 1 Pa 정도의 진공상태로 한다. 이것에 의해 액정(3)을 주입해야 할 액정 패널 내부도 진공상태가 된다. 다음에, 액정 패널의 액정주입구(2a)를 액정 풀(pool)에 침지한다. 이어 진공조내에 질소 가스 등을 도입하여 압력차가 생기고 이 압력차와 셀 간격(Cg)에 의한 모세관 현상에 의해 액정(3)이 액정 패널 내부로 진입한다. 그리고, 진공조내의 압력을 대기압으로 되돌려 액정(3)의 액정 패널 내부로의 진입이 정지한 상태에서 액정 패널을 진공조로부터 빼낸다.

이어, 주입구 밀봉공정에 있어서 액정주입구(2a)를 밀봉한다. 여기서, 액정(3)을 주입한 액정 패널은 상술한 바와 같이 셀 간격(d)이 특히 액정 패널의 중앙부에서 설정치 보다 높게되어 있다. 따라서 액정주입구(2a)를 밀봉할 때 다시 한번 액정 패널을 한쌍의 기판(1)의 두께 방향(액정 패널 면과 수직방향)으로 가압하고 액정 패널이 완성된 상태에서 셀 간격(d)이 설정치로 되도록 조정한다.

여기서 가하고 있는 압력을 제거하면, 상술한 표시측 기판(1a) 및 이면기판(1b) 등의 탄성 변형에 의한 복원력에 의해 액정패널이 두께 방향으로 복원하는 (두께가 커진다) 것으로 된다. 이 복원을 고려하는 것에 의해 상기의 가압시에서의 셀 간격(d)이 실제의 설정치 보다 작게 되도록 압력을 조정한다.

상기의 가압에 의해 여분의 액정(3)이 액정주입구(2a)에서 배출된다. 그리고, 액정배출시의 압력을 유지한 채로 액정주입구(2a)에 부착한 여분의 액정(3)을 닦아낸 후 액정주입구(2a)에 자외선 경화수지(밀봉재)를 도포하여 액정패널에 가하는 압력을 액정 배출시의 압력의 2/3로 감압하여 자외선 경화수지로 이루어지는 밀봉재를 셀 간격(Cg)에 침투시킨다. 자외선 경화수지가 침투하면 자외선 경화수지를 도포한 부분에 자외선을 조사하여 액정주입구(2a)를 밀봉한다. 바람직하게는, 액정배출시의 압력이 30∼50 kPa (약 0.3∼0.5 kgf/cm²)이고, 밀봉 재침투시의 압력이 액정 배출시의 압력의 2/3인 20∼33 kPa(약 0.2∼0.3 kgf/cm²)이다. 이 압력의 값은 상기 복원 등을 고려하여 액정표시소자(10)의 완성 상태에서 셀 간격(d)이 설정치로 되도록 조정된다.

이와 같이, 액정패널을 가압하여 셀 간격(d)을 조정한 상태로 액정주입구(2a)를 밀봉하는 것에 의해 액정 패널에 가해져있는 압력을 제거하였을 때에 액정패널이 두께 방향으로 복원하여 액정 패널내가 대기압에 대하여 약간 감압 상태로 된다. 이것에 의해 표시측 기판(1a) 및 이면 기판(1b)에 등방적으로 하중이 가해지게된다. 따라서, 상술한 액정 패널의 위치에 의한 셀 간격(d)의 변화가 수정되어, 액정패널 전면에서 셀 간격(d)이 균일하게 소정 값으로 되도록 조정된다.

또한 상기 제조공정에 의해 제조된 액정표시소자(10)에서는 액정 패널내가 대기압에 대하여 약간 감압 상태로 된다. 그러나, 본 발명의 액정표시소자(10)에서는 후술한 바와 같이 스페이서(4)의 밀도를 조정하는 것에 의해 충분한 강성이 유지되고, 한 쌍의 기판(1)의 변형을 억제할 수가 있기 때문에 액정 패널내의 압력변화는 작고, 고온시 등에 따른 기포의 발생도 억제된다.

이상에서 설명한 본 발명의 액정표시소자(10)의 제조공정의 주된 점을 정리하면 이하와 같다. 이면 기판(1b)의 내부 표면에 스페이서(4)를 후술하는 적절한 밀도가 되도록 살포한다. 이 이면 기판(1b)을 밀봉재를 도포한 표시측 기판(1a)과 접착시켜 액정 패널을 형성한다. 이 액정 패널에 액정을 진공주입법으로 주입한다. 그리고, 액정 패널의 외부로부터 압력을 가하여 여분의 액정(3)을 배출하여 압력을 가한 채로 자외선 경화수지를 액정주입구(2a)에 도포한다. 그 후, 액정패널에 가하고 있는 압력을 액정배출시의 압력의 2/3정도로 완화시켜 자외선 경화수지를 액정주입구(2a)에서 침투시킨다. 그리고, 액정주입구(2a)에 자외선을 조사하여 자외선경화수지를 경화시켜 액정주입구(2a)를 밀봉한다. 또, 액정패널에 가하는 압력은 셀 간격(d)과 스페이서의 입경 (x)이 후술하는 것 같은 관계가 되도록 조정된다.

[실시예〕

다음에 스페이서(4)의 밀도와 액정표시소자의 특성과의 관계에 관해서 설명한다. 여기서는 기계적 충격에 의한 기포의 발생 정도(내기계적 충격 기포성) 및 가압에 의한 색 불균일의 발생정도(내압성)에 관하여 조사하였다.

여기서, 액정표시소자(10)로서는 STN형 액정셀로 이루어진 액정표시소자를 사용하고 있다.

또한 한 쌍의 기판(1)으로서는, 폴리에테르술폰 (탄성율 2.35 × 10⁹N/m²)으로 이루어지는 두께 0.2 mm의 플라스틱 판을 사용하고 있다. 스페이서(4)로서는 입경 6.25㎛이고 탄성율 4.70 × 10⁹N/m²의 세키스이 케미컬 컴패니 리미티드사의 미크로펄 SP20625를 사용하고 있다. 따라서, 스페이서(4)의 탄성율은 한 쌍의 기판(1)의 탄성율 보다도 크다.

또 상기 이외에 한 쌍의 기판(1)의 재료로서 채용할 수 있는 것으로는 예컨대 폴리카르보네이트, 폴리아릴레이트, 에폭시, 아크릴, 에폭시/아크릴 공중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에테르 이미드, 폴리술폰 등이 있다. 또한 스페이서(4)의 재료로서 채용할 수 있는 것에는 예컨대 실리카 또는 폴리실옥산 등, 또는 디비닐벤젠, 아크릴계 단량체, 스티렌 등의 단독중합체 및 이들의 공중합체 등이 있다.

상기의 경우, 후크의 법칙으로부터 압축 탄성율의 비를 기초하여 스페이서(4)의 변형량은 표시측 기판(1a) 또는 이면 기판(1b)의 변형량의 약 1/2로 된다. 스페이서(4)가 구상이고, 표시측 기판(1a) 및 이면 기판(1b)이 평판이기 때문에, 구상의 스페이서(4)가 표시측 기판(1a) 및 이면 기판(1b)의 평면에 박히는 것으로 된다.

그리고, 이들을 사용하여 셀 간격(d)이 6.0㎛로 설정된 액정표시소자를 형성하였다.

우선, 기계적 충격에 의한 기포의 발생정도에 관해서 설명한다. "발명의 배경"에서 설명한 바와 같이 스페이서(4)의 수가 지나치게 많으면 셀 간격(Cg)내에서의 액정(3)의 상대적인 량이 감소한다. 그리고, 특히 액정표시소자가 저온하에 유지되어 액정(3) 자체의 수축이 큰 경우에는 외부로부터의 기계적 충격에 의해 진공영역(액정(3)이 배제되고 또 기체도 거의 포함되지 않은 공간)의 기포가 발생하기 쉽게 되어 바람직하지 못하다.

상기의 액정표시소자는 스페이서(4)의 밀도를 5O개/mm²내지 5OO 개/mm²범위로 변화시켜 각각 형성하였다. 이들의 액정표시소자에 대하여 -20℃의 분위기중에서 기계적 충격을 가하여 기포 발생율(%)을 측정하였다.

여기서, 스페이서(4)의 밀도는 액정표시소자의 유효 표시 영역내에 포함되는 스페이서(4)의 개수를 그 영역의 면적으로 나눈 값으로 정의하고 있다. 또, 실제의 액정표시소자에 대하여는, 액정(3)이 밀봉되어 있는 영역에서의 소정의 5개소에서 직경 1 mm의 원의 영역의 내부에 존재하는 스페이서(4)의 개수를 그 원의 면적으로 나눈 값을 구하여, 그 값의 전 5개소에서의 평균치를 스페이서(4)의 밀도로 하였다.

기계적 충격을 주는 방법으로서는 액정표시소자의 표시면(1d)을 상향 수평에 설치하여 표시면(1d)에서 30 cm의 높이로부터 직경 약 1 cm의 강철구를 표시면(1d) 에 대하여 낙하시키었다.

또한, 기포 발생율은 실험을 한 액정표시소자의 시험수에 대한 실제로 기포가 발생한 액정표시소자의 개수의 비율(percentage)로 나타내고 있다.

도 2에 상기 측정 결과를 도시한다. 도 2는 상기 측정 결과에 있어서 스페이서(4)의 밀도 변화에 대한 기포 발생율의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 2로부터 분명한 바와 같이 스페이서(4)의 밀도가 300개/mm²이하이면 기포 발생율이 거의 0%, 즉 기계적 충격을 주었을 때에 기포가 발생하지 않는다. 이에 대하여, 스페이서(4)의 밀도가 3OO개/mm²를 넘으면, 기포의 발생이 확인되었다. 또한 스페이서(4)의 밀도의 증가에 따라 기포 발생율이 높게 되어, 예컨대 스페이서(4)의 밀도가 4OO개/mm²이면 기포 발생율이 1O % 이하로 증가하고 있다.

따라서, 액정표시소자에서 저온하에서의 기계적 충격에 의한 기포의 발생을 억제하기 위해서는 스페이서(4)의 밀도를 작게 하면 좋다. 특히, 스페이서(4)의 밀도를 3OO개/mm²이하로 설정한 경우, 기포의 발생이 거의 보이지않게되기 때문에 바람직하다.

이하에서는 스페이서(4)의 부피 점유율에 대해 고찰한다. 스페이서(4)의 부피점유율은 액정패널에 있어서의 한 쌍의 기판(1) 및 밀봉재(2)에 의해 둘러싸인 공간(액정(3) 및 스페이서(4)가 봉입되는 공간)의 부피에 대한 이 공간에 포함되는 전체 스페이서(4)가 차지하는 부피의 비율로서 정의한다. 또한 상기 스페이서(4)의 밀도 30O개/mm²를 스페이서(4)의 부피점유율로 변환하면 약 0.64%로 된다. 따라서, 스페이서(4)의 부피 점유율을 약 0.64% 이하로 설정한 경우, 기포의 발생이 거의볼수 없게되어 바람직하다고 할 수 있다. 이 기포의 발생과 스페이서(4)의 부피점유율과의 관계는 스페이서(4)의 입경이나 셀 간격(d) 등에 상관없이 일반적으로 성립하는 것이다.

또한 스페이서(4)의 부피 점유율은 액정패널의 셀 간격(d)(여기서는 6.0㎛), 스페이서(4)의 입경(여기서는 6.25 ㎛) 및 스페이서(4)의 밀도에 따라서 산출하고 있다. 이 때, 스페이서(4) 등의 변형은 미소하기 때문에 스페이서(4)의 부피는 변형전의 구상의 스페이서(4)의 부피와 비슷하다.

구체적으로는, 스페이서(4)의 입경을 x mm로 하고, 셀 간격(d)을 dmm으로하며, 스페이서(4)의 밀도를 n개/mm²로 하면, 표시면(1d)의 단위 면적(S mm²)당 존재하는 스페이서(4)의 전체적의 평균치 vmm³는,

v = 4π·(x/2)³·n·S/3

로 된다. 또한, 표시면(1d)의 단위 면적(Smm²)에 있어서의 한 쌍의 기판(1)의 사이의 공간의 부피 Vmm³는,

V = d·S

이기 때문에, 스페이서(4)의 부피점유율 O v%은,

Ov = v/V = 4π·(x/2)³·n/3/d × 1OO

로 된다.

다음에, 스페이서(4)의 면적 점유율을 고찰한다. 이 스페이서(4)의 면적점유율은 액정패널 영역의 면적에 대한 액정(3)이 봉입되어 있고 표시면 상에 투영될 액정 패널 영역에 포함되는 모든 스페이서(4) 면적의 비율로서 정의된다. 또한 상기의 스페이서(4)의 밀도 300개/mm²를 스페이서(4)의 면적점유율로 변환하면 약 0.92%로 된다.

또, 스페이서(4)의 면적점유율도 상기의 부피점유율의 경우와 같이 유사하게 산출하고 있다. 구체적으로는, 스페이서(4)의 면적점유율 O s%은,

Os = π·(x/2)²·n× 1OO

로 된다.

이와 같이, 스페이서(4)의 밀도가 3OO개/mm²이하이면, 스페이서(4)의 면적점유율이 약 0.92% 이하로 된다. 이 경우, 스페이서(4)의 면적점유율이 충분히 작기 때문에 스페이서(4)에 의한 빛의 산란 등의 영향도 충분히 작다. 따라서, 스페이서(4)의 밀도를 3OO개/mm²이하로 하는 것에 의해 콘트라스트의 저하를 억제할 수가 있다.

즉, 본 발명의 액정표시소자(10)는 플라스틱으로 이루어지는 한 쌍의 기판(1)과 이 한 쌍의 기판(1)에 협지된 액정(3) 및 복수의 스페이서(4)를 구비하고 있고, 액정(3) 및 복수의 스페이서(4)를 지지할 한 쌍의 기판(1)간의 공간에 대한 스페이서(4)의 부피점유율이 약 0.64% 이하인 것이 바람직하다.

따라서, 저온하에서 액정표시소자(10)에 기계적 충격을 주었을 때의 기포의 발생이나 콘트라스트의 저하를 방지하여, 액정표시소자(10)의 표시품위를 향상시킬 수 있다.

다음에, 가압에 의한 색 불균일의 발생정도에 관해서 설명한다. "발명의 배경"에서 설명한 바와 같이 스페이서(4)의 수가 지나치게 적으면 한 쌍의 기판(1) 사이의 지지가 적어진다. 그 때문에 가압 등에 의해서 셀 간격(d)이 변화되기 쉽게 되어, 액정표시소자의 표시에 있어서 색 불균일이 발생하기 쉽게 된다.

이와 같은 색 불균일은 본 발명의 액정표시소자(10)에서와 같이 유리 등과 비교하여 강성이 작은 플라스틱 등으로 이루어지는 표시측 기판(1a)이나 이면 기판(1b)을 사용하는 경우에 특히 일어나기 쉽다. 또한 본 발명의 액정표시소자(10)와 같이 STN형 액정셀을 사용하면 색 불균일이 특히 현저하게 되기쉽다.

그래서 상기의 기포 발생율과 같은 실험을 하여 색 불균일 발생율(%)을 평가하였다. 또, 이 실험에서는 상기의 실험에 대하여 액정표시소자를 설치하는 분위기의 온도를 실온(25℃)으로 변경하였다. 이외의 조건 및 방법에 관해서는 상기의 실험과 마찬가지다.

여기서 색 불균일 발생율은 실험을 한 액정표시소자의 시험수에 대한 실제로 색 불균일이 발생한 액정표시소자의 개수의 비율(percentage)로 나타내고 있다.

도 3에 상기 평가 결과를 나타낸다. 도 3은 상기 평가 결과에 있어서 스페이서(4)의 밀도의 변화에 대한 색 불균일 발생율의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3으로부터 분명한 바와 같이 스페이서(4)의 밀도가 240개/mm²이상이면 색 불균일 발생율이 거의 0%, 즉 액정표시소자의 표시면(1d)을 가압하였을 때 색 불균일이 발생하지 않는다. 이와 대조적으로, 스페이서(4)의 밀도가 24O개/mm²미만이면 색 불균일이 발생한다. 또한 스페이서(4)의 밀도의 감소에 따라 색 불균일 발생율이 높아질 것이다.

이와 같이, 스페이서(4)의 밀도를 24O 개/mm²이상으로 하면, 액정표시소자의 강성이 향상하여, 가압 등에 의한 한 쌍의 기판(1) 변형이 억제되어 셀 간격(d)의 변화가 억제되어 색 불균일의 발생이 방지된다.

따라서 액정표시소자(10)에 있어서 가압에 의한 색 불균일의 발생을 억제하기 위해서는 스페이서(4)의 밀도를 크게하면 좋다. 특히, 스페이서(4)의 밀도를 24O 개/mm²이상으로 설정한 경우, 색 불균일의 발생이 거의 볼 수 없게되어 바람직하다.

상기한바와 같이 하여 측정한 기포 발생율 및 색 불균일 발생율의 변화를 정리하면 도 4와 같이 된다. 도 4는 스페이서(4)의 밀도의 변화에 대한 색 불균일 발생율 및 기포 발생율의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4로부터 스페이서(4)의 밀도를 240개/mm²내지 3OO개/mm²범위로 설정하는 것에 의해 기계적 충격을 주었을 때기포의 발생 및 가압 등에 의한 색 불균일의 발생을 방지할 수가 있다.

이어, 셀 간격(d)과 스페이서(4)간의 관계에 의한 영향을 조사하기 위해 스페이서(4)의 입경을 변경하여 액정표시소자(20)를 형성하였다. 우선, 셀 간격(d)과 동일한 값을 갖는 복수의 스페이서(4)를 사용하여 액정표시소자(20)를 형성하였다. 구체적으로는, 셀 간격(d) 및 스페이서(4)의 입경을 모두 6.0 ㎛로 설정하였다. 또한, 스페이서(4)의 밀도는 26O개/mm²로 설정하였다.

이 액정표시소자(20)는 도 5에 도시한 바와 같은 단면 형상을 갖게된다. 여기서, 도 5는 셀 간격(d)과 동일한 입경을 갖는 복수의 스페이서(4)를 사용하여 형성한 액정표시소자(20)의 단면도이고, 도 1b에 해당하고 있다. 또, 이 액정표시소자(20)의 평면도는 도 1a과 동등하다.

이 액정표시소자(20)에서는 셀 간격(d)과 스페이서(4)의 입경이 거의 같기 때문에 한 쌍의 기판(1) 및 스페이서(4)는 거의 변형되지 않는다. 그 때문에 한 쌍의 기판(1)의 내부 표면은 평면을 유지하고 스페이서(4)는 구형상을 유지하고 있다. 따라서, 도 1b에서는 요부(1c)가 형성되어 있지 않고, 한 쌍의 기판(1)이 스페이서(4)를 면방향으로 협지하는 힘이 작다.

이와 같이, 액정표시소자(20)에서는 외부로부터의 충격으로 인하여 스페이서(4)의 이동이 일어나기 쉽다. 따라서, 액정표시소자(20)에서는 상기의 액정표시소자(10)(도 1b 참조)와 비교하면 셀 간격(d)이 불균일하게 되어 색 불균일이 발생하기쉽다.

반면에, 상기의 액정표시소자(10)는 셀 간격(d)보다 스페이서(4)의 입경쪽이 크게 설정되어 있다. 또한 한 쌍의 기판(1) 및 스페이서(4)가 서로 접하는 부분에서 탄성변형하고 있다. 따라서, 스페이서(4)가 한 쌍의 기판(1)에 의해 보다 강하게 협지되어 있는 것으로 되어, 그 결과, 외부로부터의 충격에 대하여 스페이서(4)의 이동이 일어나기 어렵다. 요컨대, 액정표시소자(10)에서는 액정표시소자(20)와 비교하여 가압에 의한 색 불균일이 발생하기 어렵다.

특히, 액정표시소자(10)에서는 스페이서(4)의 탄성율이, 표시측 기판(1a)과 이면 기판(1b)의 탄성율 보다 크게 설정되어 있으므로 표시측 기판(1a)과 이면 기판(1b)에 요부(1c)가 형성된다. 이 요부(1c)는 표시측 기판(1a)과 이면 기판(1b)이 스페이서(4)를 더욱 강고하게 유지하도록 작용하기 때문에 이러한 구성에 의하여 가압에 대한 색 불균일의 발생을 억제하는 효과가 얻어진다.

다음에, 상기의 액정표시소자(10) 보다 더욱 큰 입경, 구체적으로는 입경 6.75 μm의 스페이서(4)를 사용하여 액정표시소자를 형성하였다. 여기서는, 스페이서(4)의 밀도를 26O개/mm²로 설정하였다.

이 경우, 셀 간격(d)을 6.0 ㎛로 하기 위해서는 한 쌍의 기판(1) 및 스페이서(4)를 크게 변형시킬 필요가 있고, 실제로 셀 간격(d)을 균일하게 6.0 ㎛로 조정하는 것은 곤란하였다.

또한, 이 액정표시소자에서는 상술한 -20℃의 분위기중에서 기계적 충격으로 인한 기포 발생율을 억제할 수 없었다. 이것은 비교적 큰 입경 (6.75 ㎛)의 스페이서(4)를 사용하고 셀 간격(d)을 6.0 ㎛로 하기 위해서 내부에 밀봉된 액정(3)이 과도하게 감압된 상태로 되어 있고, 또한 저온상태로 하는 것에 의해 액정(3)이 수축하기 때문에 기계적 충격에 의한 진공영역의 기포가 발생하기 쉽게 되기 때문이다.

또한 이 액정표시소자에서는 한 쌍의 기판의 내부 표면의 변형량이 크기 때문에 한 쌍의 기판(1)의 내부 표면에 형성된 투명전극이 손상을 받아 단선되는 부분이 생겼다.

여기서 셀 간격(d)에 대한 스페이서(4)의 입경 x의 비인 변형율 x/d를 고려하면, x/d의 값이 커질수록 한 쌍의 기판(1)의 내부 표면의 변형량이 커진다. 그래서 변형율 x/d를 변화시켜 액정표시소자를 형성한 경우, 변형율 x/d가 1.1을 넘으면 셀 간격(d)을 소정치로 균일하게 조정하는 것이 곤란함은 물론 투명전극의 손상이 발생하게 되었다.

도 6에 x/d의 값의 변화에 대한 셀 간격 불균일 발생율의 변화를 나타낸 그래프를 도시한다. 여기서 셀 간격 불균일 발생율은 실험을 행한 액정표시소자의 시험수에 대한 실제로 셀 간격 불균일이 발생한 액정표시소자의 개수의 비율(퍼센트)로 표시하고 있다. 또한 셀 간격 불균일은 셀 간격(d)의 불균일을 나타내는 것이고 액정표시소자 완성시에 색 불균일이 발생한 경우에는 그 액정표시소자에 셀 간격 불균일이 발생한 것으로 간주하였다. 또한 상기의 셀 간격 불균일 발생율의 조사는 액정표시소자의 제품의 로트마다 실행한 것으로 도 6에서 오차 막대는 각 로트 간에서의 불균일을 나타낸 것이다. 이 불균일은 스페이서(4)에 기인하지 않은 다른 요인을 반영하고 있는 것이다.

도 6에 의하면, x/d의 값이 커질수록 셀 간격(d)의 조정이 어렵게 되어, 액정표시소자에 있어서 셀 간격(d)의 불균일인 셀 간격 불균일이 발생하는 것을 알 수 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, x/d가 1.1를 넘으면 셀 간격 불균일의 발생율은 급격하게 높아진다. x/d= 1.1이어도 셀 간격 불균일의 발생율은 0%는 아니나, 그 발생율은 허용범위내이다. 이것으로부터 변형율 x/d는 1.1 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 셀 간격 불균일의 발생율의 허용범위는 양품율의 관점에서 3% 이하이다.

따라서, 본 실시예에 있어서의 액정표시소자(10) (도 1a 및 도 1b 참조)에서는 플라스틱으로 이루어지는 한 쌍의 기판(1)과, 상기 한 쌍의 기판(1)에 협지된 액정(3) 및 복수의 스페이서(4)를 구비하고 있고, 한 쌍의 기판(1)에 협지되지 않은 상태에서의 두께(입경)인, 복수의 스페이서(4)가 한 쌍의 기판(1)에 의해 지지되는 방향에서의 복수의 스페이서(4)의 두께는 한 쌍의 기판(1)에 있어서 서로 대향하는 면(내부 표면) 사이의 거리(셀 간격(d))의 1.1배 이하로 설정되는 것이 바람직하다.

결과적으로, 기판이나 스페이서를 과도하게 변형시키는 것을 방지할 수가 있어 상기 문제를 회피할 수 있다.

발명의 상세한 설명의 난에서 실시된 구체적인 실시태양 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술내용을 설명하기 위한 것으로서 그와 같은 구체예에만 한정하여 협의적으로 해석되는 것이 아니라 본 발명의 정신과 다음에 기재하는 특허청구범위내에서 여러가지 변경하여 실시할 수 있는 것이다.

Claims

플라스틱으로 제조된 한 쌍의 기판과,

상기 한 쌍의 기판에 협지된 액정과,

상기 한 쌍의 기판에 협지되어 상기 한 쌍의 기판의 간격(d)을 유지하기 위한 복수의 스페이서를 구비하며,

상기 복수의 스페이서가 상기 한 쌍의 기판에 협지되는 방향으로 무하중 상태에서 복수의 스페이서의 두께 평균치를 x로 하였을 때, d < x ≤ 1.ld를 만족하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 복수의 스페이서의 수밀도가 240개/mm²내지 300개/mm²인 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 복수의 스페이서의 탄성율이 상기 한 쌍의 기판의 탄성율 보다 큰 액정표시소자.
제2항에 있어서, 상기 복수의 스페이서의 탄성율이 상기 한 쌍의 기판의 탄성율 보다 큰 액정표시소자.
플라스틱으로 제조된 한 쌍의 기판, 상기 한 쌍의 기판간의 간격을 유지하기위한 복수의 스페이서 및 상기 한 쌍의 기판간의 액정을 포함하는 액정표시소자의 제조방법에 있어서,

(a) 복수의 스페이서를 한 쌍의 기판 사이에 배치하고, 상기 복수의 스페이서가 배치되어 있는 영역 주위에 제공된 밀봉재에 의해 상기 한 쌍의 기판을 접착시킴과 동시에 상기 한 쌍의 기판의 사이에 액정을 주입하기 위한 액정주입구를 형성하는 공정;

(b) 상기 액정주입구를 통하여 상기 한 쌍의 기판 사이에 액정을 주입하는 공정; 및

(c) 액정이 주입된 상기 한 쌍의 기판의 간격을 조정하기 위해서 상기 한 쌍의 기판에 압력을 가하여 그 압력을 조정하면서 상기 액정주입구를 밀봉하는 공정을 포함하며,

상기 복수의 스페이서가 상기 한 쌍의 기판에 협지되는 방향의 무하중 상태에서 복수의 스페이서의 두께의 평균치를 x로 하였을 때, 상기 압력을 조정할 때 액정표시소자 완성시의 상기 한 쌍의 기판의 간격 d가 d< x ≤ 1.ld 를 만족하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 복수의 스페이서를 그 수밀도가 240개/mm²내지 3OO개/mm²로 되도록 상기 한 쌍의 기판 사이에 배치하는 액정표시소자의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 복수의 스페이서의 탄성율이 상기 한 쌍의 기판중의 한편의 기판의 탄성율 보다 큰 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 복수의 스페이서의 수밀도가 24O개/mm²이상이고, 상기 한 쌍의 기판에 협지된 액정 및 복수의 스페이서가 차지하는 부피에 대한 상기 복수의 스페이서가 차지하는 부피의 비율이 0.64% 이하인 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 기판중의 적어도 한편의 기판이 폴리에테르술폰으로 제조된 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 액정이 STN형 액정셀을 구성하는 액정표시소자.
제5항에 있어서, 상기 공정(c)에서, 상기 한 쌍의 기판의 간격이 액정표시소자 완성시의 간격보다 작게 되도록 상기 한 쌍의 기판에 압력을 가하고, 이어 상기 액정주입구에 밀봉재를 도포한 다음 상기 한 쌍의 기판에 가하고 있는 압력을 감압하여 상기 밀봉재를 상기 액정주입구로부터 상기 간격으로 침투시킨 다음 상기 밀봉재를 경화시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
제11항에 있어서, 상기 공정(c)에서, 상기 한 쌍의 기판의 간격이 액정표시소자 완성시의 간격보다 작게 되도록 상기 한 쌍의 기판에 가하는 압력이 30 내지50 kPa 범위인 액정표시소자의 제조방법.