JP2004094117A

JP2004094117A - Liquid crystal display device

Info

Publication number: JP2004094117A
Application number: JP2002257891A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kashiwakawa; 柏川　貴弘; Katsuji Ko; 胡　勝治
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: JP4171626B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display device capable of keeping a substrate gap constant and uniform in a substrate plane thereby improving a display quality. <P>SOLUTION: The display device is composed of a pair of substrates 13, 14, a transparent electrode 11 formed on at least one of the opposing faces of the substrates 13, 14, a sealing material 18 to seal the outer edges of the liquid crystal 15 injected between the substrates and of the substrates 13, 14 with a resin, and a spacer 16 in a large number arranged between the substrates 13, 14 to keep the substrate gap. The both ends of the spacer 16 are adhered to the substrates 13, 14 and consists of a hard resin layer 16A and a soft resin layer 16B having smaller Young's modulus than that of the hard resin layer 16A. By this structure, the spacer can follow up the thermal expansion of the liquid crystal or external force. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、光スイッチ機能を有す液晶を挟持する基板の基板ギャップが一定かつ基板全面に亘って均一に維持された液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス基板などの透明基板間に光スイッチ機能を有する液晶を充填した液晶表示装置は、ＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅ−ｒａｙ　ｔｕｂｅ）と比較して薄く軽量かつ低消費電力である等の理由により、電卓、家庭電化製品、ＯＡ機器の表示装置、空間光変調素子（Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｌｉｇｈｔ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）等として広く用いられている。
【０００３】
近年、ＣＲＴと同等に動画等を滑らかに表示するために液晶表示装置の表示応答速度の向上が要求されている。表示応答速度は液晶の種類のみならず、液晶を挟持する２枚の基板間の距離（基板ギャップ）にも依存し、距離が短くかつ基板面内において均一であることが必要とされている。
【０００４】
従来、基板ギャップを維持するためにシリカや樹脂によってできた球状の粒子（ビーズ）を基板間に散布して、ビーズの直径により基板間の距離を一定に保つ手法がとられてきた。この手法によれば、外力により基板を押し込まれてもビーズは所定の基板ギャップを維持することができる。ところが散布されたビーズは凝集して均一に分散せず、また所定の位置に配置する制御も困難であるので、画素部分にあるビーズが液晶の配向欠陥を発生させ、表示品位を低下させていた。また、ビーズは２枚の基板に固定されていないため、液晶が膨張すると基板ギャップが変化して表示応答速度が低下してしまうという欠点があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１５５３２１号公報
【発明が解決しようとする課題】
ところでフォトリソグラフィ法により一方の基板上に柱状スペーサを画素以外の部分に形成する手法が提案されている。この手法によれば、画素部分にスペーサが配置されないので柱状スペーサに起因する配向欠陥の発生を防止することができる。しかし、柱状スペーサの一端は基板に接着されているものの、他端は重ね合わせた基板に接着されていないため、基板間の距離を一定に維持することができない。その結果、液晶の熱膨張、外力などにより基板ギャップが変化し、干渉縞の発生、色調のばらつき、駆動電圧特性のばらつき等の問題を生じる。
【０００６】
また、特開２０００−１５５３２１号公報では、基板に両端が接着された柱状スペーサを用いた液晶表示装置が開示されている。本公報によれば、柱状スペーサは、圧力や熱で変形しにくい球状あるいは円筒状のビーズを分散させた樹脂よりなる。基板の貼合せ工程において、基板を重ね合わせて加熱する際、柱状スペーサの樹脂部分が熱により軟化してもビーズにより基板ギャップが維持され、かつ樹脂により柱状スペースと基板とが接着される。しかし、ビーズを樹脂に均一に分散させないと基板ギャップを均一に維持できない点、ビーズの含有量を増加させるとスピンコーティングの際に均一の厚さに成膜することが困難な点、高価なビーズの大部分はパターンニング後に除去されてしまうのでコスト高になり経済性に乏しい点等の問題が生ずる。さらに、柱状スペーサは硬度の高いビーズが大部分を占めているので、衝撃による基板の振動、特に膨張する場合に追従できず、柱状スペーサは基板から剥離あるいは、柱状スペーサ自体が破断してしまうという問題を生ずる。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、基板ギャップを一定かつ基板面内で均一に維持して表示品位の向上を図ることが可能な液晶表示装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば一対の基板と、前記基板間に注入された液晶と、前記基板の外縁を封止するシール材と、前記基板間に多数配置されかつ基板ギャップを維持するスペーサと、を含み、前記スペーサはその両端が前記基板に接着され、かつ、弾性率の異なる複数の樹脂層よりなる液晶表示装置が提供される。
【０００９】
本発明によれば、一対の基板に接着されたスペーサが多数配置され、かつスペーサは弾性率の異なる複数の樹脂層より構成されているので、液晶の熱膨張や外力などに追従することができ、基板ギャップを一定に維持することができる。特に基板が外力を受けた場合は、外力が基板に印加された瞬間は、基板ギャップは一旦減少し次の瞬間増加する。本発明のスペーサは基板に接着され、かつ弾性率の異なる樹脂層により形成されているので、スペーサは膨張しつつ、膨張しようとする基板に抗力を作用して、基板ギャップの過度の増加を防止することができる。さらに、スペーサは、基板全面に亘って多数配置されているので基板ギャップを均一に維持することができる。その結果、表示応答速度のばらつきを抑制し表示品位の向上を図ることができる。
【００１０】
前記スペーサはハード樹脂層およびソフト樹脂層よりなり、かつ前記ハード樹脂層よりヤング率の低い前記ソフト樹脂層のヤング率は５×１０^−３ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲であってもよい。また、このソフト樹脂層の厚さは、スペーサ全体の厚さに対して５％〜９５％の範囲であってもよい。スペーサの可とう性を確保して、液晶の熱膨張や外力などに追従することができる。
【００１１】
前記一対の基板の対向する面にラビング処理を施された配向膜が更に設けられ、前記スペーサの各樹脂層の熱硬化温度は、前記配向膜のラビング処理の効果が損なわれる温度より低い構成とする。また、前記シール材は熱硬化型樹脂であり、シール材の熱硬化温度は、前記配向膜のラビング処理の効果が損なわれる温度より低い構成とする。液晶を配向させるためのラビング処理の効果を維持する温度でスペーサの各樹脂層およびシール材を硬化させることにより、配向欠陥等を防止することができる。
【００１２】
前記スペーサの各樹脂層の熱硬化温度は、シール材の熱硬化温度以下である構成とする。貼合せ工程において、基板全面に配置されたスペーサの各樹脂層が低い温度で先に硬化して、その後、同じ温度またはそれ以上の温度でシール材が硬化して基板の外縁を固定することにより、スペーサによって基板を基板全面に亘って一定の基板ギャップで均一に固定することができる。
【００１３】
前記シール材の熱硬化温度は、１１０℃〜１８０℃の範囲である。ラビング処理の効果を損なうことなく、シール材の熱硬化反応を進めることができる。
【００１４】
本発明の他の観点によれば、一対の基板と、前記基板間に注入された液晶と前記基板の外縁を封止するシール材と、前記基板間に多数配置されかつ基板ギャップを維持するスペーサと、を含み、前記スペーサはその両端が前記基板に接着され、かつ、５×１０^−３ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲のヤング率を有する液晶表示装置が提供される。
【００１５】
本発明によれば、本発明によれば、一対の基板に接着されたスペーサが多数配置され、かつスペーサは５×１０^−３ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲のヤング率を有するので、液晶の熱膨張や外力などに追従することができ、基板ギャップを一定に維持することができる。その結果、表示応答速度のばらつきを抑制し表示品位の向上を図ることができる。
【００１６】
前記液晶は、ツイステッド・ネマティック型液晶、スーパー・ツイステッド・ネマティック型液晶、ネマティック・コレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイスト・グレイン・バウンダリ液晶および電傾効果を示すスメクティックＡ相液晶の群のうち少なくとも１つの液晶を含む構成とする。また、前記基板はガラスよりなり、かつ、基板ギャップは０．１μｍ〜６μｍである構成とする。基板をガラス基板とすることにより、基板ギャップの変化を抑制し、液晶表示装置の表示範囲における表示応答速度のばらつきを抑制することができ、表示品位の向上を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態の液晶表示装置の概要構成を示す断面図である。
【００１９】
図１を参照するに、本実施の形態の液晶表示装置１０は、内面に透明電極１１と配向膜１２等が形成された２枚の基板１３，１４と、基板１３，１４に挟持された液晶１５と、基板ギャップを一定に保つための多数のスペーサ１６と、液晶を封止するシール材１８などから構成されている。
【００２０】
基板１３，１４は、例えば、厚さが０．５ｍｍ〜１．２５ｍｍのガラス基板、例えば無アルカリガラス、シリカガラスなどが用いられる。下側の基板１３上には、透明電極１１が形成される。透明電極１１は、例えばＩＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）が用いられ、一方向に縞状に形成される。透明電極１１上に形成された配向膜１２は、例えば厚さ６０ｎｍ〜２００ｎｍのポリイミドにより構成され、その表面はラビング処理されている。一方上側の基板１４には、ガラス基板の下側にカラーフィルタ（図示せず）が形成される。カラーフィルタはＲＧＢの３色のフィルタとブラックマトリクスより構成されている。カラーフィルタの下に透明電極１１が下側の基板の透明電極１１に対して垂直方向の縞状の電極が形成される。その下には配向膜１２が形成されている。
【００２１】
液晶１５は、ツイステッド・ネマティック型液晶、スーパー・ツイステッド・ネマティック型液晶、ネマティック・コレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイスト・グレイン・バウンダリ液晶、電傾効果を示すスメクティックＡ相液晶を用いることができる。特に、表示応答速度の大きな強誘電性液晶は、本実施の形態の液晶表示装置に好適である。
【００２２】
スペーサ１６は、例えば円柱状の形状を有し、例えば直径が１μｍ〜２０μｍ、高さが０．１μｍ〜６μｍに設定される。ただし、形状は、角柱、角錐、円錘等であってもよくその形状は限定されるわけではない。また、スペーサ１６は弾性率の異なるフォトレジストを用いた樹脂層から構成される。図１に示すように、３層の樹脂層１６Ａ，１６Ｂは、硬化後において弾性率、例えばヤング率の高い層１６Ａ（以下「ハード樹脂層」と呼ぶ。）および硬化後においてヤング率の低い層１６Ｂ（以下「ソフト樹脂層」と呼ぶ。）より構成される。図１に示すスペーサ１６は、具体的には、下からハード樹脂層１６Ａ／ソフト樹脂１６Ｂ／ハード樹脂層１６Ａとなっている。スペーサは、基板面積に対して例えば２０個／ｍｍ^２〜２００個／ｍｍ^２に設定される。
【００２３】
ハード樹脂層１６Ａのフォトレジストとしては、ポジ型のフォトレジスト、例えばポリイミド樹脂、フェノール系樹脂、ノボラック系樹脂及びアクリル系樹脂等を用いることができる。一方、ソフト樹脂層２２のフォトレジストとしては、例えばポリシラン、ポリカルボシランおよびポリシロキサン系樹脂を用いることができる。ポリマーの主鎖が短結合でかつ立体的なので伸縮性に富みヤング率が低い点でＳｉと酸素が結合したポリシロキサン系レジストが好ましい。さらに、ソフト樹脂層２２のフォトレジストとして、ソルダーレジストを用いることができる。ソルダーレジストは、例えばエポキシ樹脂の部分アクリル化樹脂、線状ポリマーとアクリルオリゴマーとを組み合わせた樹脂などのエポキシ樹脂、各種ポリマーを変性した光解重合型、カルコン基とエポキシ基とを共有した樹脂による光二量化型などを単独またはエポキシ樹脂などの加熱硬化型の樹脂を併用した樹脂に、光解重合開始剤、硬化剤などを含み、紫外線硬化及び熱硬化の性質を有する。なお、これらのレジストにポジ型のレジストを用いることにより、露光部が解重合あるいは現像液に可溶性の構造に変化し、塩基性溶液を用いた現像によって未露光部が残り、未露光部がスペーサ１６となって後述する加熱によって熱硬化する。
【００２４】
また、ハード樹脂層１６Ａおよびソフト樹脂層１６Ｂのフォトレジストは、熱硬化温度が配向膜のラビング処理の効果が損なわれない温度以下のものが選択される。ラビング処理の効果が損なわれた場合、液晶の配向に乱れ生じ、また、液晶表示装置に組立てて駆動することにより判断することができる。フォトレジストの熱硬化温度は１１０℃〜１８０℃の範囲であることが好ましく、１１０℃〜１５０℃の範囲であることがさらに好ましい。上限を１８０℃としたのは、後述する貼合わせ工程での加熱温度分布を考慮したラビング効果が損なわれない温度であり、下限を１１０℃としたのは、下限が低いほど良いが、硬化重合反応が所定の加熱時間において完了する必要があるからである。ここで熱硬化温度は、例えばＦＴ−ＩＲ分析によって定量化することができる。
【００２５】
ソフト樹脂層１６Ｂは、ハード樹脂層１６Ａのヤング率より低いヤング率を有する。ソフト樹脂層２２の硬化後のヤング率は、２５℃〜１２０℃において５×１０^−３ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲であることが好ましい。ヤング率が５×１０^−３ＭＰａより小さいと基板ギャップの変動要因となり、１ＭＰａより大きいと液晶の体積変化に追従できなくなる。ソフト樹脂層１６Ｂがこのような特性を有することにより、スペーサ１６は液晶の熱膨張や熱収縮による液晶の体積変化に起因する基板ギャップの変化に追従することができ、スペーサ１６が破断もしくは基板１３，１４からの剥離等を防止しつつ、基板ギャップを所望の範囲に維持することができる。なおスペーサ１６全体のヤング率は、ソフト樹脂層１６Ｂとハード樹脂層１６Ａの厚さの比に応じて変わってくるが、ハード樹脂層２１のヤング率がソフト樹脂層１６Ｂのヤング率の５倍〜２０倍あるので、スペーサ１６全体のヤング率とソフト樹脂層１６Ｂのヤング率にほぼ等しい。
【００２６】
また、ソフト樹脂層１６Ｂの厚さはスペーサ１６全体の厚さに対して５％〜９５％に設定される。９５％を超えると接着性の良いハード樹脂層１６Ａに厚さが薄くなり、基板１３，１４あるいは配向膜１２との接着が十分でなくなる場合があり、５％未満では十分な可とう性が得られない。
【００２７】
また、スペーサ１６の熱膨張率は、スペーサ１６が破断もしくは基板１３，１４からの剥離等を防止する点から、上述した液晶の熱膨張率にほぼ等しいことが好ましい。
【００２８】
シール材１８は、基板の周辺に塗布され、例えば厚さ２μｍ〜１０μｍの熱硬化樹脂、光硬化性樹脂などにより構成される。基板の周辺に幅約１ｍｍに塗布され、基板ギャップおよび基板面内のずれを防止するとともに、液晶の漏洩を防止する。なお、シール材１８の一部に液晶を充填するための液晶注入口（図示せず）が設けられる。
【００２９】
以下、本実施の形態の液晶表示装置の製造工程について説明する。
【００３０】
図２（Ａ）〜（Ｃ）および図３（Ｄ）〜（Ｅ）は、本実施の形態の液晶表示装置の製造工程を示す図である。
【００３１】
図２（Ａ）の工程では、基板１３，１４上に透明電極を形成する。具体的には、ガラス基板などの基板にスパッタ法、イオンプレーティング法、エレクトロンビーム法などにより、例えば厚さ５０ｎｍのＩＴＯ層を形成する。次にフォトレジストによりパターニングして、縞状の透明電極１１を形成する。なお電極間は、シリコン酸化膜などの絶縁膜を形成する。
【００３２】
図２（Ａ）の工程ではさらに、透明電極１１の上に配向膜１２を形成し、ラビング処理を行う。具体的には、スピンコーティング法、印刷法などにより、例えば厚さ０．１μｍ以下のポリイミド系材料を塗布し、１８０℃〜２００℃で加熱し硬化させる。次に、ナイロンなどでできたローラで液晶分子の配向方向に配向膜の表面を擦る。同様にして他方の基板１４にも透明電極１１および配向膜を形成しラビング処理を行う。
【００３３】
図２（Ｂ）の工程では、図２（Ａ）の構造体の上にポジ型のフォトレジスト膜を３層を重ねて塗布し、エッチングによりスペーサ１６を形成する。具体的には、まずハード樹脂層１６Ａとなるレジスト膜２１を、例えばスピン法、スリット・アンド・スピン法などにより厚さ０．１μｍ〜６μｍ（好ましくは０．１μｍ〜３μｍ）の範囲に設定して塗布する。次にレジストに残留する溶剤を蒸発させるため約１００℃、１分〜３分、クリーンオーブンなどでプリベークする。次にソフト樹脂層１６Ｂとなるレジスト膜２２を同様にして厚さ０．１μｍ〜６μｍ（好ましくは０．１μｍ〜３μｍ）の範囲に設定して塗布する。次に同様にプリベークして、さらにハード樹脂層１６Ａとなるレジスト膜２１を同様の厚さに設定して塗布する。これらのプリベークによりレジスト膜２１と基板１３上に形成された配向膜１２との接着が進み、より強く接着されるようになる。
【００３４】
次に図２（Ｃ）の工程では、フォトリソグラフィ法によりレジストをパターニングしてスペーサ１６を形成する。具体的には、カラーフィルタのブラックマトリクスに対応する部分にスペーサ１６が形成されるように、スペーサ１６の部分が遮光されるマスク２３を作製する。例えば、ピッチ間８０μｍのカラーフィルタではブラックマトリクスの幅は約１３μｍであるので、スペーサ１６の直径は、上下の基板合わせのずれも考慮して１０μｍ以下に設定することが好ましい。画素部分へのスペーサ１６のはみ出しを防止でき、表示品位を維持することができる。次に、このマスク２３を用いてステッパにより紫外光などで露光する。
【００３５】
次に図３（Ｄ）の工程では、露光後の基板を塩基性水溶液などで現像する。可溶となった露光部分のレジストを除去し、基板表面を純水で洗浄・リンスし、乾燥する。以上によりスペーサ１６が形成される。スペーサ１６はフォトレジストにより形成されているので、基板全体に亘って高さが均一であり、かつレジスト３層のそれぞれの厚さも均一である。従って基板ギャップを表示領域全体に亘って均一に維持することができるという利点がある。また、このように３層あるいはそれ以上の多層の構成とするときは、光源から遠い下層では光量が減少するので、感度の高いレジストを用いることが好ましい。例えば、本実施の形態では、ソフト樹脂層２２のフォトレジストに感光の感度の高いものを用いることが好ましい。
【００３６】
図３（Ｄ）の工程ではさらに、シール材１８を塗布し、他方のガラス基板１４を重ね合わせ、加圧加熱して２枚の基板１３，１４を接着・固定する。具体的には、スペーサ１６が形成された面の周辺部に印刷法などにより熱硬化樹脂なるシール材１８を約１ｍｍの幅に塗布する。シール材１８は熱硬化樹脂のみならず、紫外線硬化樹脂などの光硬化性樹脂でもよい。なお、液晶注入口として、シール材１８を塗布しない部分を設ける。
【００３７】
次に、貼り合わせ装置などにより透明電極１１同士、スペーサ１６とカラーフィルタとの位置合わせをして重ね合わせ、治具に固定する。さらに、基板の両側から均一に加圧して、スペーサ１６の一端と基板の接着、およびシール材１８を熱硬化させるための加熱を行う。
【００３８】
次に、重ね合わせた基板をクリーンオーブンなどで約１５０℃、１時間加熱して接着する。具体的には、まずスペーサ１６が軟化しさらに硬化重合等により基板１３，１４の配向膜１２に接着する。治具により基板１３，１４全体に均一に加圧しているので、基板ギャップが基板の全面に亘って一定に維持され、スペーサ１６によって支持・固定される。また、シール材１８が熱硬化樹脂の場合は、スペーサ１６が接着後、シール材１８が熱硬化する。シール材１８の硬化速度がスペーサ１６より遅く設定されているためである。したがって、スペーサ１６が基板に接着後シール材１８が硬化するので、基板に過度の応力が残留することがない。この加熱温度が高温すぎると配向膜に施したラビング処理の効果が損なわれるので、１８０℃以下（更には１１０℃〜１５０℃）であることが好ましい。なお、加熱温度を２段階に設定して、低い温度でスペーサの各樹脂層を硬化させ、次いでより高い温度でシール材を硬化させてもよい。以上により、スペーサ１６及びシール材により貼合された基板１３，１４（以下「液晶パネル２０」と呼ぶ。）が形成される。
【００３９】
図３（Ｅ）の工程では、真空注入法により図４に示すベルジャーにより液晶パネル２０に液晶を注入する。図４は、ベルジャーの概要構成を示す図である。図４を参照するに、ベルジャー３０は、内部を減圧可能な真空槽３１と、真空槽３１内に配置された液晶１５を供給するための液晶溜め３２と、液晶パネル２０を搬送する搬送機構３３、吸排気口３５，３６などから構成されている。まず、液晶パネル２０を真空槽３１内に配置し、真空ポンプ（図示せず）などにより排気口３６より排気して減圧し、液晶１５を注入する液晶パネル２０内の空気も排気する。次に液晶注入口１９を液晶溜め３２の液晶１５に浸け、真空槽３１内に流量を調整された窒素、空気等を吸気口３５より導入して徐々に圧力を増加し、液晶パネル２０内の圧力と真空槽３１内の圧力差により液晶１５を液晶パネル２０内に注入する。
【００４０】
最後に液晶注入口１９を封止する。以上により本実施の形態の液晶表示装置１０が形成される。
【００４１】
なお、図３（Ｅ）の工程で説明した真空注入法の替わりに滴下法を用いることができる。滴下法を用いる場合は、図３（Ｄ）で説明したシール材１８の塗布後に、例えば、ディスペンサを用いて液晶を液滴状にして、基板上に配置する。この際スペーサ１６に液晶が付着しないように液滴を配置する。スペーサ１６の接着性を確保することができる。
【００４２】
本実施の形態によれば、上述したように、液晶表示装置の２枚の基板をハード樹脂層／ソフト樹脂層／ハード樹脂層の３層構造よりなるスペーサにより接着・保持し、ソフト樹脂層はヤング率がハード樹脂層より低く設定されているので、液晶の熱膨張による基板ギャップの変化や、外力などの衝撃による基板ギャップの急激な変化に追従し、かつ、基板ギャップの変化を抑制する抗力を基板に作用する。したがって、基板ギャップを一定かつ均一に維持することが可能であり、その結果、表示応答速度のばらつきを抑制し表示品位の向上を図ることができる。
【００４３】
図５は、本実施の形態の変形例である液晶表示装置を示す図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
図５を参照するに、本変形例の液晶表示装置４０はスペーサ４６が１層のソフト樹脂層より形成されている以外は本実施の形態と同様である。ソフト樹脂層は、上述した樹脂を用いることができ、配向膜１１あるいは基板１３，１４との接着性の点で、シリコーン系レジストが好ましい。このソフト樹脂層を上述した基板貼合せの加熱条件で硬化させた後のヤング率は、温度２５℃〜１２０℃において５×１０^−３ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲であることが好ましい。
【００４５】
本変形例によれば、スペーサが１層のソフト樹脂層により形成されているのでレジスト形成工程数を低減できる。
【００４６】
以下、本発明の液晶表示装置の実施例について説明する。
【００４７】
［第１実施例］
透明電極を有する大きさ２００×１００ｍｍ、厚さ１．１ｍｍの２枚のガラス基板に、それぞれスピンコーティング法によりポリイミド溶液を塗布した。ポリイミド溶液（濃度３質量％、日本触媒社製）を用い、回転数２０００ｒｐｍに設定し塗布した。次に２００℃３０分間焼成し、配向膜の膜厚は１００ｎｍとなった。この配向膜に公知の方法でラビング処理を行った。
【００４８】
次に一方のガラス基板の配向膜上にハード樹脂層となるポジ型フォトレジスト（クリアント社製、商品名：ＡＺ−５２００）を使用して、スピンコーティング法により厚さ１μｍに設定して塗布した。クリーンオーブンで１００℃１分間プリベークして、フォトレジストに残留する溶剤を蒸発させた。次にソフト樹脂層２２となるポジ型フォトレジスト（日本ペイント社製、商品名：グラシア）を使用して、スピンコーティング法により厚さ１μｍに設定して塗布した。上記と同様にプリベークし、さらに、上記のハード樹脂層と同じポジ型フォトレジスト（クリアント社製、商品名：ＡＺ−５２００）を使用して、スピンコーティング法により厚さ１μｍに設定して塗布した。以上によりハード樹脂層／ソフト樹脂層／ハード樹脂層の３層積層構造の厚さ３μｍのフォトレジスト積層体が形成された。
【００４９】
次に、直径１０μｍの円柱状のスペーサが１００μｍ間隔で形成されるマスクを用いて、紫外光を用いて露光・現像し、表面を純水で洗浄・乾燥し、高さ３μｍの柱状スペーサが形成された。
【００５０】
円柱状スペーサが形成されたガラス基板にシール材１８となるエポキシ樹脂（日本化薬社製、商品名：ＫＡＹＡＴＯＲＯＮ）を印刷法により５μｍの厚さに塗布した。なお液晶注入口の部分には塗布していなかった。この一対のガラス基板を、透明電極の対応する部分の位置合わせをして貼り合わせ、真空袋に入れ排気して１５０℃１時間加熱した。スペーサは貼り合わせた基板に接着され、シール材のエポキシ樹脂は硬化した。基板ギャップを測定したところ１．５μｍとなった。
【００５１】
この液晶パネルに、上記の実施の形態で説明した方法で、液晶注入口を通して強誘電性液晶を注入し、液晶注入口を封止した。以上により本実施例の液晶表示装置を形成した。
【００５２】
本実施例の液晶表示装置をクロスニコルの状態の２枚の偏光板の間に挿入し、ボール径（直径）が０．８ｍｍのボールペンを用いて、０．９８Ｎ（１００ｇｆ）の力で垂直に液晶表示装置の中央を押したところ、ペン先の周囲に明るさの変化は認められなかった。したがって、液晶層厚さを小さくする外力に対して、ストレス性があることがわかった。なお、本液晶表示装置はノーマリーホワイトの状態である。
【００５３】
また、本実施例の液晶表示装置の中央部を支持・固定し、周辺部に上記のボールペンを用いて２．９４Ｎ（３００ｇｆ）の力で垂直に押したところ、明るさの変化は観察されなかった。
【００５４】
さらに、本実施例の液晶表示装置を−４０℃の環境に１時間放置し、上記の２試験を行った。両試験とも明るさの変化は観察されなかった。また、液晶の表示品位に変化はみられず、液晶の熱収縮による体積変化に対しての追従性が確認できた。
【００５５】
また、本実施例の液晶表示装置について、ガラス基板を貼り合わせる前の状態で、本実施例の液晶表示装置の加熱条件と同様の１５０℃１時間加熱した３層構造のスペーサのヤング率を測定した。ヤング率は、温度範囲２５℃〜１２０℃で９×１０^−１ＭＰａ〜９×１０^−３ＭＰａであった。さらに、ソフト樹脂層のみのスペーサについて測定したところ、ヤング率は、温度範囲２５℃〜１２０℃で７×１０^−２ＭＰａ〜９×１０^−３ＭＰａであった。なお測定は、熱分析レオロジーシステム（セイコー電子工業社製、商品名ＥＸＳＴＡＲ６０００）を用い、測定条件は、２５℃から昇温速度１０℃／ｍｉｎ、周波数１０Ｈｚで測定し、貯蔵弾性率を求め、その数値から計算してヤング率を求めた。
【００５６】
［第２実施例］
第２実施例では、第１実施例に対して、ソフト樹脂層となるポジ型フォトレジストとして、ソルダーレジスト（信越シリコーン社製、商品名ＳＫ−６６）を使用した以外は、第１実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【００５７】
第１実施例と同様の試験を行った結果、第１実施例と同様の結果が得られ、良好な結果が得られた。
［第３〜第８実施例］
第３〜第８実施例では、第１実施例に対して、液晶をツイステッド・ネマティック（ＴＮ）型液晶（第３実施例）、スーパー・ツイステッド・ネマティック（ＳＴＮ）型液晶（第４実施例）、ネマティック・コレステリック型液晶（第５実施例）、反強誘電性液晶（第６実施例）、ツイスト・グレイン・バウンダリ型液晶（第７実施例）、スメティックＡ相（第８実施例）にそれぞれ換えた以外は、第１実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【００５８】
第１実施例と同様の試験を行った結果、第３〜第８実施例の総てにおいて第１実施例と同様の結果が得られ、良好な結果が得られた。
［第９実施例］
第９実施例では、第１実施例に対して、フォトレジストの第１層にソフト樹脂層（日本ペイント製グラシア）、第２層にハード樹脂層（クリアント製ＡＺ−５２００）の２層構造として、それぞれの層厚４．７５μｍ、０．２５μｍとした以外は、第１実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【００５９】
第１実施例と同様の試験を行った結果、第１実施例と同様の結果が得られ、良好な結果が得られた。
［第１０実施例］
第１０実施例では、第１実施例に対して、３層構造のフォトレジストの全厚を５μｍとし、ハード樹脂層／ソフト樹脂層／ハード樹脂層の層厚を２μｍ／０．２５μｍ／２．７５μｍとした以外は、第１実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【００６０】
第１実施例と同様の試験を行った結果、第１実施例と同様の結果が得られ、良好な結果が得られた。
［第１１〜第１８実施例］
第１１〜第１８実施例では、第１〜第８実施例に対して、３層構造のフォトレジストの全厚を６μｍとし、それぞれの層厚を２μｍとした以外は、それぞれ第１〜第８実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【００６１】
第１実施例と同様の試験を行った結果、第１１〜第１８実施例の総てにおいて第１実施例と同様の結果が得られ、良好な結果が得られた。
［第１９実施例］
第１９実施例では、第１実施例に対して、液晶注入方法として真空注入法の換わりに滴下法を用いディスペンサにより液晶をガラス基板供給した以外は第１実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【００６２】
滴下法では、ガラス基板を貼り合わせる前に、一方のガラス基板にシール材１８となるエポキシ樹脂を印刷法により３μｍの厚さに塗布し、次いでディスペンサにより強誘電性液晶を滴下した。以後の工程は第１実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【００６３】
第１実施例と同様の試験を行った結果、第１実施例と同様の結果が得られ、良好な結果が得られた。
以下、本発明に対する比較例について説明する。
【００６４】
［第１比較例］
本発明によらない第１比較例は、第１実施例に対してソフト樹脂層を設けずハード樹脂層のみでスペーサを構成した以外は、第１実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【００６５】
スペーサは、ハード樹脂層の厚さを３μｍに設定し、基板を貼り合わせ後の基板ギャップは１．５μｍであった。スペーサはハード樹脂層にのみ構成されている。以下、第１実施例と同様にして試験を行った。
【００６６】
本比較例の液晶表示装置をクロスニコルの状態の２枚の偏光板の間に挿入し、ボール径（直径）が０．８ｍｍのボールペンを用いて、０．９８Ｎ（１００ｇｆ）の力で垂直に液晶表示装置の中央を押したところ、ペン先の周囲に明るさの変化は認められなかった。したがって、液晶層厚さを小さくする外力に対して、耐ストレス性があることがわかった。
【００６７】
また、本比較例の液晶表示装置の中央部を支持・固定し、周辺部に上記のボールペンを用いて２．９４Ｎ（３００ｇｆ）の力で垂直に押したところ、明るさの変化は観察されなかった。
【００６８】
さらに、本比較例の液晶表示装置を−４０℃の環境に１時間放置し、上記の２試験を行った。両試験とも明るさの変化が観察され、液晶層が乱れ表示品位が低下する現象がみられた。これは、温度環境により液晶の体積が変化する際に液晶部パネルがその収縮変化に追従できなかったために発生したと考えられる。
【００６９】
また、本比較例の液晶表示装置について、ガラス基板を貼り合わせる前の状態で、本比較例の液晶表示装置の化加熱条件と同様の１５０℃１時間加熱した１層構造のスペーサのヤング率を測定した。ヤング率は、温度範囲２５℃〜１２０℃で５ＭＰａ〜２ＭＰａであった。
［第２比較例］
本発明によらない第２比較例は、第１実施例に対して、シール材１８を硬化させるための加熱温度を１９０℃とした以外は、第１実施例と同様にして液晶表示装置を作製した。
【００７０】
本比較例の液晶表示装置は、配向の乱れが観察され、表示品位の低下が認められた。加熱温度が高く、配向膜のラビング効果が熱により一部損なわれたと考えられる。
【００７１】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００７２】
実施の形態においてハード樹脂層１６Ａが基板上の配向膜と接着する例について説明したが、ソフト樹脂層１６Ｂが基板上の配向膜と接着する構成としてもよい。すなわち、スペーサ１６をハード樹脂層１６Ａ／ソフト樹脂層１６Ｂの構成としてもよく、また、ソフト樹脂層１６Ｂ／ハード樹脂層１６Ａ／ソフト樹脂層１６Ｂの構成としてもよい。
【００７３】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）　一対の基板と、
前記基板間に注入された液晶と、
前記基板の外縁を封止するシール材と、
前記基板間に多数配置されかつ基板ギャップを維持するスペーサと、
を含み、
前記スペーサはその両端が前記基板に接着され、かつ、弾性率の異なる複数の樹脂層よりなることを特徴とする液晶表示装置。
（付記２）　前記スペーサは、ハード樹脂層およびソフト樹脂層よりなり、かつ前記ハード樹脂層よりヤング率の低い前記ソフト樹脂層のヤング率は５×１０^−３ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲であることを特徴とする付記１記載の液晶表示装置。
（付記３）　前記ソフト樹脂層の厚さは、スペーサ全体の厚さに対して５％〜９５％の範囲であることを特徴とする付記２記載の液晶表示装置。
（付記４）　前記一対の基板の対向する面にラビング処理を施された配向膜が更に設けられ、前記スペーサの各樹脂層の熱硬化温度は、前記配向膜のラビング処理の効果が損なわれる温度より低いことを特徴とする付記１〜３のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
（付記５）　前記スペーサの各樹脂層の熱硬化温度は、１１０℃〜１８０℃の範囲であることを特徴とする付記１〜４のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
（付記６）　前記シール材は熱硬化型樹脂であり、シール材の熱硬化温度は、前記配向膜のラビング処理の効果が損なわれる温度より低いことを特徴とする付記４または５記載の液晶表示装置。
（付記７）　前記スペーサの各樹脂層の熱硬化温度は、シール材の熱硬化温度以下であることを特徴とする付記４〜６のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
（付記８）　前記シール材の熱硬化温度は、１１０℃〜１８０℃の範囲であることを特徴とする付記４〜７のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
（付記９）　前記ソフト樹脂層は、ポリシラン系レジスト、ポリカルボシラン系レジスト系レジストおよびポリシロキサン系レジストの群のうち、少なくとも１つのレジストよりなることを特徴とする付記２〜８のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
（付記１０）　前記ソフト樹脂層は、ソルダーレジストよりなることを特徴とする付記２〜８のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
（付記１１）　前記ソフト樹脂層は、ポジ型のレジストよりなることを特徴とする付記２〜１０のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
（付記１２）　一対の基板と、
前記基板間に注入された液晶と
前記基板の外縁を封止するシール材と、
前記基板間に多数配置されかつ基板ギャップを維持するスペーサと、
を含み、
前記スペーサはその両端が前記基板に接着され、かつ、５×１０^−３ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲のヤング率を有することを特徴とする液晶表示装置。
（付記１３）　前記液晶は、ツイステッド・ネマティック型液晶、スーパー・ツイステッド・ネマティック型液晶、ネマティック・コレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイスト・グレイン・バウンダリ液晶および電傾効果を示すスメクティックＡ相液晶の群のうち少なくとも１つの液晶を含むことを特徴とする付記１〜１２のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
（付記１４）　前記スペーサは、ポリシラン系レジスト、ポリカルボシラン系レジスト系レジストおよびポリシロキサン系レジストの群のうち、少なくとも１つのレジストを含むことを特徴とする付記１３記載の液晶表示装置。
（付記１５）　前記スペーサは、ソルダーレジストを含むことを特徴とする付記１３記載の液晶表示装置。
（付記１６）　前記基板はガラスよりなり、かつ、基板ギャップは０．１μｍ〜６μｍであることを特徴とする付記１〜１５のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。
（付記１７）　一対の第１および第２の基板と、
前記基板間に注入された液晶と、
前記基板の外縁を封止するシール材と、
前記基板間に多数配置されかつ前記基板ギャップを維持するスペーサと、
を含む液晶表示装置の製造方法であって、
前記第１の基板に複数のレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をパターニングしてスペーサを形成する工程と
前記シール材を第１若しくは第２の基板の外縁に塗布して、前記第１および第２の基板を重ね合わせて加圧する貼合せ工程と、
加圧しつつ前記スペーサのレジスト層を硬化させて第２の基板に接着し、前記シール材を硬化させる加熱工程と、
接着した基板に真空注入法により液晶を注入する工程と、
を備えた液晶表示装置の製造方法。
（付記１８）　一対の第１および第２の基板と、
前記基板間に注入された液晶と、
前記基板の外縁を封止するシール材と、
前記基板間に多数配置されかつ前記基板ギャップを維持するスペーサと、
を含む液晶表示装置の製造方法であって、
前記第１の基板に複数のレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をパターニングしてスペーサを形成する工程と
前記シール材を第１若しくは第２の基板の外縁に塗布して、滴下法により液晶を充填する工程と、
前記第１および第２の基板を重ね合わせて加圧する工程と、
加圧しつつ前記スペーサのレジスト層を硬化させて第２の基板に接着し、前記シール材を硬化させる加熱工程と、
を備えた液晶表示装置の製造方法。
（付記１９）　前記加熱工程における加熱時間は２時間以内であることを特徴とする付記１７または１８記載の液晶表示装置の製造方法。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれば、樹脂層からなるスペーサが基板の内面に接着され、スペーサのソフト樹脂層が低い弾性率を有するため、液晶の熱膨張や外力に対して基板が追従することができ、基板ギャップを一定かつ基板面内で均一に維持して表示品位の向上を図ることが可能な液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の概要構成を示す断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程（その１）を示す図である。
【図３】（Ｄ）〜（Ｅ）は実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程（その２）を示す図である。
【図４】真空注入法によるベルジャーの概要構成を示す図である。
【図５】
本発明の実施の形態の変形例に係る液晶表示装置の概要構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０、４０　　液晶表示装置
１１　　透明電極
１２　　配向膜
１３、１４　　基板
１５　　液晶
１６、４６　　スペーサ
１６Ａ　　ハード樹脂層
１６Ｂ　　ソフト樹脂層
１８　　シール材
２１、２２　　レジスト膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a liquid crystal display device in which a substrate holding a liquid crystal having an optical switch function has a constant substrate gap and is uniformly maintained over the entire surface of the substrate.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A liquid crystal display device in which liquid crystal having an optical switch function is filled between transparent substrates such as a glass substrate is thinner and lighter than a CRT (cathode-ray tube) and has low power consumption. It is widely used as a product, a display device of an OA apparatus, a spatial light modulator (Special Light Modulator), and the like.
[0003]
In recent years, there has been a demand for an improvement in the display response speed of a liquid crystal display device in order to smoothly display a moving image or the like as in a CRT. The display response speed depends not only on the type of liquid crystal but also on the distance (substrate gap) between two substrates sandwiching the liquid crystal, and it is required that the distance be short and uniform over the substrate surface.
[0004]
Conventionally, a method has been employed in which spherical particles (beads) made of silica or resin are dispersed between substrates to maintain a substrate gap, and the distance between the substrates is kept constant by the diameter of the beads. According to this method, the beads can maintain a predetermined substrate gap even when the substrate is pushed in by an external force. However, since the dispersed beads are not aggregated and uniformly dispersed, and it is difficult to control the arrangement at a predetermined position, the beads in the pixel portion generate alignment defects of the liquid crystal, thereby deteriorating the display quality. . In addition, since the beads are not fixed to the two substrates, there is a disadvantage that when the liquid crystal expands, the substrate gap changes and the display response speed decreases.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-155321 A
[Problems to be solved by the invention]
By the way, a method has been proposed in which a columnar spacer is formed on a portion other than a pixel on one substrate by photolithography. According to this method, since no spacer is disposed in the pixel portion, it is possible to prevent the occurrence of alignment defects caused by the columnar spacer. However, although one end of the columnar spacer is adhered to the substrate, the other end is not adhered to the overlapped substrates, so that the distance between the substrates cannot be kept constant. As a result, the substrate gap changes due to the thermal expansion of the liquid crystal, external force, and the like, causing problems such as generation of interference fringes, variations in color tone, and variations in drive voltage characteristics.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-155321 discloses a liquid crystal display device using columnar spacers having both ends bonded to a substrate. According to this publication, the columnar spacer is made of a resin in which spherical or cylindrical beads that are not easily deformed by pressure or heat are dispersed. In the substrate laminating step, when the substrates are stacked and heated, even if the resin portion of the columnar spacer is softened by heat, the substrate gap is maintained by the beads, and the columnar space and the substrate are bonded by the resin. However, if the beads are not evenly dispersed in the resin, the substrate gap cannot be maintained uniformly.If the content of beads is increased, it is difficult to form a film with a uniform thickness during spin coating. Most of them are removed after patterning, resulting in high cost and poor economic efficiency. Furthermore, since the pillar spacers are mostly made of beads with high hardness, they cannot follow the vibration of the substrate due to impact, especially when expanding, and the pillar spacers peel off from the substrate or the pillar spacers themselves break. Cause problems.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device capable of improving display quality by maintaining a constant substrate gap and uniformly within a substrate surface.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a pair of substrates, liquid crystal injected between the substrates, a sealing material for sealing an outer edge of the substrates, and a plurality of spacers disposed between the substrates and maintaining a substrate gap. And a liquid crystal display device comprising a plurality of resin layers having different elastic moduli, both ends of which are bonded to the substrate.
[0009]
According to the present invention, since a large number of spacers adhered to a pair of substrates are arranged, and the spacers are composed of a plurality of resin layers having different elastic moduli, it is possible to follow a thermal expansion of a liquid crystal, an external force, and the like. In addition, the substrate gap can be kept constant. In particular, when the substrate receives an external force, at the moment when the external force is applied to the substrate, the substrate gap temporarily decreases and then increases at the next moment. Since the spacer of the present invention is bonded to the substrate and is formed of a resin layer having a different elastic modulus, the spacer expands and acts on the substrate to be expanded, thereby preventing an excessive increase in the substrate gap. can do. Further, since a large number of spacers are arranged over the entire surface of the substrate, the substrate gap can be maintained uniform. As a result, variations in display response speed can be suppressed, and display quality can be improved.
[0010]
The spacer comprises a hard resin layer and a soft resin layer, and the Young's modulus of the soft resin layer having a Young's modulus lower than that of the hard resin layer is 5 × 10 ^-3 The range may be from 1 MPa to 1 MPa. Further, the thickness of the soft resin layer may be in the range of 5% to 95% with respect to the thickness of the entire spacer. The flexibility of the spacer can be ensured to follow the thermal expansion and external force of the liquid crystal.
[0011]
An alignment film that has been subjected to rubbing treatment is further provided on opposing surfaces of the pair of substrates, and a thermosetting temperature of each resin layer of the spacer is lower than a temperature at which the effect of the rubbing treatment of the alignment film is impaired. I do. The sealing material is a thermosetting resin, and the thermosetting temperature of the sealing material is lower than a temperature at which the effect of the rubbing treatment of the alignment film is impaired. By curing each resin layer of the spacer and the sealant at a temperature that maintains the effect of the rubbing treatment for aligning the liquid crystal, alignment defects and the like can be prevented.
[0012]
The thermosetting temperature of each resin layer of the spacer is lower than the thermosetting temperature of the sealing material. In the laminating step, each resin layer of the spacer arranged on the entire surface of the substrate is first cured at a low temperature, and then the sealing material is cured at the same temperature or a higher temperature to fix the outer edge of the substrate. The spacer can uniformly fix the substrate over the entire surface of the substrate with a constant substrate gap.
[0013]
The thermosetting temperature of the sealing material is in the range of 110C to 180C. The thermosetting reaction of the sealing material can proceed without impairing the effect of the rubbing treatment.
[0014]
According to another aspect of the present invention, a pair of substrates, a liquid crystal injected between the substrates and a sealing material for sealing an outer edge of the substrates, and a plurality of spacers disposed between the substrates and maintaining a substrate gap And the spacer has both ends adhered to the substrate, and 5 × 10 ^-3 A liquid crystal display device having a Young's modulus in a range of MPa to 1 MPa is provided.
[0015]
According to the present invention, according to the present invention, a large number of spacers bonded to a pair of substrates are arranged, and the spacers are 5 × 10 ^-3 Since it has a Young's modulus in the range of MPa to 1 MPa, it can follow the thermal expansion and external force of the liquid crystal, and can keep the substrate gap constant. As a result, variations in display response speed can be suppressed, and display quality can be improved.
[0016]
The liquid crystal includes a twisted nematic liquid crystal, a super twisted nematic liquid crystal, a nematic cholesteric phase transition liquid crystal, a polymer dispersed liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, a twist grain boundary liquid crystal, and a liquid crystal. It is configured to include at least one liquid crystal in a group of smectic A-phase liquid crystals exhibiting a tilt effect. Further, the substrate is made of glass, and the substrate gap is 0.1 μm to 6 μm. When the substrate is a glass substrate, a change in the substrate gap can be suppressed, a variation in display response speed in a display range of the liquid crystal display device can be suppressed, and display quality can be improved.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the liquid crystal display device of the present embodiment.
[0019]
Referring to FIG. 1, a liquid crystal display device 10 according to the present embodiment includes two substrates 13 and 14 each having a transparent electrode 11 and an alignment film 12 formed on an inner surface thereof, and a liquid crystal sandwiched between the substrates 13 and 14. 15, a large number of spacers 16 for keeping the substrate gap constant, a sealing material 18 for sealing the liquid crystal, and the like.
[0020]
As the substrates 13 and 14, for example, a glass substrate having a thickness of 0.5 mm to 1.25 mm, for example, non-alkali glass, silica glass, or the like is used. The transparent electrode 11 is formed on the lower substrate 13. The transparent electrode 11 is made of, for example, ITO (indium tin oxide) and is formed in a stripe shape in one direction. The alignment film 12 formed on the transparent electrode 11 is made of, for example, polyimide having a thickness of 60 nm to 200 nm, and its surface is subjected to a rubbing process. On the other hand, on the upper substrate 14, a color filter (not shown) is formed below the glass substrate. The color filter is composed of three color filters of RGB and a black matrix. Under the color filter, a striped electrode is formed in which the transparent electrode 11 is perpendicular to the transparent electrode 11 on the lower substrate. An alignment film 12 is formed thereunder.
[0021]
The liquid crystal 15 includes a twisted nematic liquid crystal, a super twisted nematic liquid crystal, a nematic cholesteric phase transition liquid crystal, a polymer dispersed liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an anti-ferroelectric liquid crystal, a twist grain boundary liquid crystal, A smectic A-phase liquid crystal exhibiting a tilt effect can be used. In particular, a ferroelectric liquid crystal having a large display response speed is suitable for the liquid crystal display device of the present embodiment.
[0022]
The spacer 16 has, for example, a columnar shape and a diameter of, for example, 1 μm to 20 μm and a height of 0.1 μm to 6 μm. However, the shape may be a prism, a pyramid, a cone, or the like, and the shape is not limited. The spacer 16 is formed of a resin layer using photoresists having different elastic moduli. As shown in FIG. 1, the three resin layers 16A and 16B have a high elastic modulus after curing, for example, a layer 16A having a high Young's modulus (hereinafter referred to as a “hard resin layer”) and a layer having a low Young's modulus after being cured. 16B (hereinafter referred to as “soft resin layer”). Specifically, the spacer 16 shown in FIG. 1 has a hard resin layer 16A / soft resin 16B / hard resin layer 16A from below. Spacers are, for example, 20 pieces / mm with respect to the substrate area. ² ~ 200 pieces / mm ² Is set to
[0023]
As the photoresist of the hard resin layer 16A, a positive photoresist, for example, a polyimide resin, a phenol resin, a novolak resin, an acrylic resin, or the like can be used. On the other hand, as the photoresist of the soft resin layer 22, for example, polysilane, polycarbosilane, and polysiloxane resin can be used. A polysiloxane-based resist in which Si and oxygen are bonded is preferable because the main chain of the polymer is short-bonded and three-dimensional, so that it has high elasticity and low Young's modulus. Further, a solder resist can be used as a photoresist for the soft resin layer 22. Solder resist is, for example, an epoxy resin such as a partially acrylated resin of an epoxy resin, an epoxy resin such as a resin obtained by combining a linear polymer and an acrylic oligomer, a photodepolymerization type obtained by modifying various polymers, and a resin sharing a chalcone group and an epoxy group. A resin in which a photodimerization type or the like is used alone or in combination with a heat-curable resin such as an epoxy resin contains a photodepolymerization initiator, a curing agent, and the like, and has properties of ultraviolet curing and thermosetting. In addition, by using a positive resist for these resists, the exposed portion changes to a structure that is depolymerized or soluble in a developing solution, the unexposed portion remains by development using a basic solution, and the unexposed portion becomes a spacer. It becomes 16 and is thermoset by heating described later.
[0024]
The photoresist of the hard resin layer 16A and the soft resin layer 16B is selected so that the thermosetting temperature is lower than the temperature at which the effect of the rubbing treatment of the alignment film is not impaired. When the effect of the rubbing treatment is impaired, the alignment of the liquid crystal is disturbed, and it can be determined by assembling and driving the liquid crystal display device. The thermosetting temperature of the photoresist is preferably in the range of 110C to 180C, more preferably in the range of 110C to 150C. The upper limit of 180 ° C. is a temperature at which the rubbing effect in consideration of the heating temperature distribution in the laminating step described later is not impaired, and the lower limit of 110 ° C. is better as the lower limit is lower. This is because the reaction needs to be completed within a predetermined heating time. Here, the thermosetting temperature can be quantified by, for example, FT-IR analysis.
[0025]
The soft resin layer 16B has a Young's modulus lower than that of the hard resin layer 16A. The Young's modulus of the soft resin layer 22 after curing is 5 × 10 at 25 ° C. to 120 ° C. ^-3 It is preferably in the range of MPa to 1 MPa. Young's modulus is 5 × 10 ^-3 If it is smaller than MPa, it becomes a factor of variation of the substrate gap, and if it is larger than 1 MPa, it cannot follow the volume change of the liquid crystal. Since the soft resin layer 16B has such characteristics, the spacer 16 can follow a change in the substrate gap caused by a change in the volume of the liquid crystal due to thermal expansion or contraction of the liquid crystal. , 14 while maintaining the substrate gap in a desired range. Although the Young's modulus of the entire spacer 16 changes according to the thickness ratio of the soft resin layer 16B and the hard resin layer 16A, the Young's modulus of the hard resin layer 21 is 5 to 5 times the Young's modulus of the soft resin layer 16B. Since it is 20 times, the Young's modulus of the entire spacer 16 is substantially equal to the Young's modulus of the soft resin layer 16B.
[0026]
The thickness of the soft resin layer 16B is set to 5% to 95% with respect to the entire thickness of the spacer 16. If it exceeds 95%, the thickness of the hard resin layer 16A having good adhesiveness is reduced, and the adhesion to the substrates 13, 14 or the alignment film 12 may not be sufficient. If it is less than 5%, sufficient flexibility is obtained. I can't.
[0027]
Further, the coefficient of thermal expansion of the spacer 16 is preferably substantially equal to the above-described coefficient of thermal expansion of the liquid crystal from the viewpoint of preventing the spacer 16 from breaking or separating from the substrates 13 and 14.
[0028]
The sealing material 18 is applied to the periphery of the substrate, and is made of, for example, a thermosetting resin or a photocurable resin having a thickness of 2 μm to 10 μm. The coating is applied to the periphery of the substrate to a width of about 1 mm to prevent a gap between the substrate and the surface of the substrate and to prevent a liquid crystal from leaking. In addition, a liquid crystal injection port (not shown) for filling the liquid crystal in a part of the sealing material 18 is provided.
[0029]
Hereinafter, the manufacturing process of the liquid crystal display device of the present embodiment will be described.
[0030]
2 (A) to 2 (C) and 3 (D) to 3 (E) are views showing the steps of manufacturing the liquid crystal display device of the present embodiment.
[0031]
In the step of FIG. 2A, transparent electrodes are formed on the substrates 13 and 14. Specifically, an ITO layer having a thickness of, for example, 50 nm is formed on a substrate such as a glass substrate by a sputtering method, an ion plating method, an electron beam method, or the like. Next, patterning is performed with a photoresist to form a striped transparent electrode 11. Note that an insulating film such as a silicon oxide film is formed between the electrodes.
[0032]
In the step of FIG. 2A, an alignment film 12 is further formed on the transparent electrode 11, and a rubbing process is performed. Specifically, for example, a polyimide-based material having a thickness of 0.1 μm or less is applied by a spin coating method, a printing method, or the like, and is heated and cured at 180 ° C. to 200 ° C. Next, the surface of the alignment film is rubbed with a roller made of nylon or the like in the alignment direction of the liquid crystal molecules. Similarly, a transparent electrode 11 and an alignment film are formed on the other substrate 14 and rubbing is performed.
[0033]
In the step of FIG. 2B, three layers of a positive photoresist film are applied on the structure of FIG. 2A, and the spacer 16 is formed by etching. Specifically, first, the resist film 21 to be the hard resin layer 16A is set to a thickness of 0.1 μm to 6 μm (preferably 0.1 μm to 3 μm) by, for example, a spin method, a slit and spin method, or the like. And apply. Next, in order to evaporate the solvent remaining in the resist, pre-baking is performed at about 100 ° C. for 1 minute to 3 minutes in a clean oven or the like. Next, the resist film 22 to be the soft resin layer 16B is similarly set to a thickness of 0.1 μm to 6 μm (preferably 0.1 μm to 3 μm) and applied. Next, prebaking is performed in the same manner, and a resist film 21 to be the hard resin layer 16A is set to a similar thickness and applied. By these pre-baking, the adhesion between the resist film 21 and the alignment film 12 formed on the substrate 13 progresses, and the adhesion becomes stronger.
[0034]
Next, in the step of FIG. 2C, the spacer is formed by patterning the resist by photolithography. Specifically, a mask 23 in which a portion of the spacer 16 is shielded from light is manufactured so that the spacer 16 is formed in a portion corresponding to the black matrix of the color filter. For example, in the case of a color filter having a pitch of 80 μm, the width of the black matrix is about 13 μm, so that the diameter of the spacer 16 is preferably set to 10 μm or less in consideration of the misalignment between the upper and lower substrates. The protrusion of the spacer 16 to the pixel portion can be prevented, and the display quality can be maintained. Next, using the mask 23, exposure is performed using a stepper with ultraviolet light or the like.
[0035]
Next, in the step of FIG. 3D, the exposed substrate is developed with a basic aqueous solution or the like. The exposed portion of the resist that has become soluble is removed, and the substrate surface is washed, rinsed with pure water, and dried. Thus, the spacer 16 is formed. Since the spacer 16 is formed of a photoresist, the height thereof is uniform over the entire substrate, and the thickness of each of the three resist layers is also uniform. Therefore, there is an advantage that the substrate gap can be maintained uniformly over the entire display area. Further, in the case of such a three-layer or multi-layer configuration, it is preferable to use a highly sensitive resist because the amount of light decreases in the lower layer far from the light source. For example, in the present embodiment, it is preferable to use a photoresist having high photosensitivity as the photoresist of the soft resin layer 22.
[0036]
In the step of FIG. 3D, a sealing material 18 is further applied, the other glass substrate 14 is overlaid, and the two substrates 13 and 14 are bonded and fixed by heating under pressure. Specifically, a sealing material 18 made of a thermosetting resin is applied to a peripheral portion of the surface on which the spacer 16 is formed by a printing method or the like to a width of about 1 mm. The sealing material 18 may be not only a thermosetting resin but also a photocurable resin such as an ultraviolet curable resin. Note that a portion to which the sealing material 18 is not applied is provided as a liquid crystal injection port.
[0037]
Next, the transparent electrodes 11 and the spacers 16 and the color filters are aligned with each other by a bonding device or the like, and are overlapped and fixed to a jig. Further, pressure is applied uniformly from both sides of the substrate to bond the one end of the spacer 16 to the substrate, and to heat the sealant 18 by thermosetting.
[0038]
Next, the superposed substrates are bonded by heating at about 150 ° C. for one hour in a clean oven or the like. Specifically, first, the spacer 16 is softened and adheres to the alignment film 12 of the substrates 13 and 14 by curing polymerization or the like. Since the entire substrate 13, 14 is uniformly pressed by the jig, the substrate gap is maintained constant over the entire surface of the substrate, and is supported and fixed by the spacer 16. When the sealing material 18 is a thermosetting resin, the sealing material 18 is thermoset after the spacer 16 is bonded. This is because the curing speed of the sealing material 18 is set to be lower than that of the spacer 16. Therefore, since the sealing material 18 is hardened after the spacer 16 is bonded to the substrate, no excessive stress remains on the substrate. If the heating temperature is too high, the effect of the rubbing treatment performed on the alignment film is impaired. The heating temperature may be set in two stages, each resin layer of the spacer may be cured at a low temperature, and then the sealing material may be cured at a higher temperature. As described above, the substrates 13 and 14 (hereinafter, referred to as “liquid crystal panel 20”) bonded by the spacer 16 and the sealing material are formed.
[0039]
In the step of FIG. 3E, the liquid crystal is injected into the liquid crystal panel 20 by the bell jar shown in FIG. 4 by a vacuum injection method. FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the bell jar. Referring to FIG. 4, the bell jar 30 includes a vacuum chamber 31 capable of reducing the pressure inside, a liquid crystal reservoir 32 for supplying the liquid crystal 15 arranged in the vacuum chamber 31, and a transport mechanism 33 for transporting the liquid crystal panel 20. , Suction and exhaust ports 35, 36 and the like. First, the liquid crystal panel 20 is placed in the vacuum chamber 31, exhausted from the exhaust port 36 by a vacuum pump (not shown) or the like to reduce the pressure, and the air in the liquid crystal panel 20 into which the liquid crystal 15 is injected is also exhausted. Next, the liquid crystal injection port 19 is immersed in the liquid crystal 15 of the liquid crystal reservoir 32, and nitrogen, air or the like whose flow rate is adjusted is introduced into the vacuum chamber 31 from the suction port 35, and the pressure is gradually increased. The liquid crystal 15 is injected into the liquid crystal panel 20 by a pressure difference between the pressure and the pressure in the vacuum chamber 31.
[0040]
Finally, the liquid crystal injection port 19 is sealed. Thus, the liquid crystal display device 10 of the present embodiment is formed.
[0041]
Note that a dropping method can be used instead of the vacuum injection method described in the step of FIG. In the case of using the dropping method, after applying the sealing material 18 described with reference to FIG. 3D, for example, a liquid crystal is formed into a liquid droplet using a dispenser and placed on the substrate. At this time, droplets are arranged so that the liquid crystal does not adhere to the spacer 16. The adhesiveness of the spacer 16 can be secured.
[0042]
According to the present embodiment, as described above, two substrates of a liquid crystal display device are bonded and held by a spacer having a three-layer structure of a hard resin layer / soft resin layer / hard resin layer, and the soft resin layer is Since the Young's modulus is set lower than that of the hard resin layer, the drag that follows changes in the substrate gap due to the thermal expansion of the liquid crystal and sudden changes in the substrate gap due to impacts such as external force, and suppresses changes in the substrate gap Acts on the substrate. Therefore, the substrate gap can be kept constant and uniform, and as a result, the variation in the display response speed can be suppressed and the display quality can be improved.
[0043]
FIG. 5 is a diagram showing a liquid crystal display device which is a modification of the present embodiment. In the figure, parts corresponding to the parts described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0044]
Referring to FIG. 5, a liquid crystal display device 40 of the present modification is the same as that of the present embodiment except that spacer 46 is formed of one soft resin layer. The above-mentioned resin can be used for the soft resin layer, and a silicone-based resist is preferable in terms of adhesiveness to the alignment film 11 or the substrates 13 and 14. The Young's modulus after curing the soft resin layer under the above-described heating conditions for bonding the substrates is 5 × 10 at a temperature of 25 ° C. to 120 ° C. ^-3 It is preferably in the range of MPa to 1 MPa.
[0045]
According to this modification, since the spacer is formed of one soft resin layer, the number of steps for forming the resist can be reduced.
[0046]
Hereinafter, embodiments of the liquid crystal display device of the present invention will be described.
[0047]
[First embodiment]
A polyimide solution was applied to two glass substrates each having a transparent electrode and having a size of 200 × 100 mm and a thickness of 1.1 mm by a spin coating method. Using a polyimide solution (concentration: 3% by mass, manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.), coating was performed at a rotation speed of 2000 rpm. Next, baking was performed at 200 ° C. for 30 minutes, so that the thickness of the alignment film became 100 nm. Rubbing treatment was performed on this alignment film by a known method.
[0048]
Next, using a positive type photoresist (manufactured by Clearant Co., Ltd., trade name: AZ-5200) as a hard resin layer on the alignment film of one of the glass substrates, it was applied to a thickness of 1 μm by spin coating. . Prebaking was performed at 100 ° C. for 1 minute in a clean oven to evaporate the solvent remaining in the photoresist. Next, using a positive photoresist (trade name: Gracia, manufactured by Nippon Paint Co., Ltd.) to be the soft resin layer 22, coating was performed by setting the thickness to 1 μm by a spin coating method. Prebaked in the same manner as described above, and further, using the same positive type photoresist (manufactured by Cleant Co., trade name: AZ-5200) as the above-mentioned hard resin layer, applied by setting to a thickness of 1 μm by spin coating. . As a result, a 3 μm-thick photoresist laminate having a three-layer laminate structure of a hard resin layer / soft resin layer / hard resin layer was formed.
[0049]
Next, using a mask in which columnar spacers having a diameter of 10 μm are formed at intervals of 100 μm, exposure and development are performed using ultraviolet light, and the surface is washed and dried with pure water to form columnar spacers having a height of 3 μm. Was done.
[0050]
An epoxy resin (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., trade name: KAYATON) having a thickness of 5 μm was applied to the glass substrate on which the columnar spacer was formed by a printing method. The liquid crystal injection port was not coated. The pair of glass substrates were bonded to each other with the corresponding portions of the transparent electrodes aligned, placed in a vacuum bag, evacuated, and heated at 150 ° C. for 1 hour. The spacer was bonded to the bonded substrate, and the epoxy resin of the sealing material was cured. When the substrate gap was measured, it was 1.5 μm.
[0051]
The ferroelectric liquid crystal was injected into the liquid crystal panel through the liquid crystal injection port by the method described in the above embodiment, and the liquid crystal injection port was sealed. Thus, the liquid crystal display device of this example was formed.
[0052]
The liquid crystal display device of this embodiment is inserted between two polarizing plates in a crossed Nicols state, and a liquid crystal display is vertically formed with a ball pen having a ball diameter (diameter) of 0.8 mm with a force of 0.98 N (100 gf). Pressing the center of the device showed no change in brightness around the pen tip. Therefore, it was found that there was a stress property against an external force for reducing the thickness of the liquid crystal layer. Note that the present liquid crystal display device is in a normally white state.
[0053]
When the central portion of the liquid crystal display device of the present embodiment was supported and fixed and the peripheral portion was vertically pressed with a force of 2.94 N (300 gf) using the above-mentioned ballpoint pen, no change in brightness was observed. Was.
[0054]
Further, the liquid crystal display device of this example was left in an environment of -40 ° C for 1 hour, and the above two tests were performed. No change in brightness was observed in both tests. Further, no change was observed in the display quality of the liquid crystal, and it was confirmed that the liquid crystal could follow the volume change due to the heat shrinkage of the liquid crystal.
[0055]
Further, with respect to the liquid crystal display device of this example, before bonding the glass substrates, the Young's modulus of the spacer having a three-layer structure heated at 150 ° C. for one hour under the same heating conditions as the liquid crystal display device of this example was measured. did. The Young's modulus is 9 × 10 in the temperature range of 25 ° C. to 120 ° C. ^-1 MPa-9 × 10 ^-3 MPa. Further, when the measurement was performed on the spacer having only the soft resin layer, the Young's modulus was 7 × 10 in the temperature range of 25 ° C. to 120 ° C. ^-2 MPa-9 × 10 ^-3 MPa. The measurement was performed using a thermal analysis rheology system (manufactured by Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd., trade name: EXSTAR6000). The measurement conditions were as follows: from 25 ° C., the temperature was raised at a rate of 10 ° C./min, and the frequency was 10 Hz. The Young's modulus was calculated from the numerical values.
[0056]
[Second embodiment]
The second embodiment differs from the first embodiment in that a solder resist (trade name: SK-66, manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.) is used as a positive photoresist to be a soft resin layer. A liquid crystal display device was manufactured in the same manner.
[0057]
As a result of performing the same test as the first example, the same result as the first example was obtained, and good results were obtained.
[Third to eighth embodiments]
In the third to eighth embodiments, the liquid crystal is a twisted nematic (TN) type liquid crystal (third embodiment) and the super twisted nematic (STN) type liquid crystal (fourth embodiment) is different from the first embodiment. , Nematic cholesteric liquid crystal (fifth embodiment), antiferroelectric liquid crystal (sixth embodiment), twist grain boundary type liquid crystal (seventh embodiment), and smectic A phase (eighth embodiment). A liquid crystal display device was manufactured in the same manner as in the first example except that the liquid crystal display device was changed.
[0058]
As a result of performing the same test as in the first example, the same result as in the first example was obtained in all of the third to eighth examples, and good results were obtained.
[Ninth embodiment]
In the ninth embodiment, as compared with the first embodiment, the photoresist has a two-layer structure including a soft resin layer (Nippon Paint Gracia) as a first layer and a hard resin layer (AZ-5200 from Clearant) as a second layer. A liquid crystal display device was manufactured in the same manner as in the first example, except that the respective layer thicknesses were 4.75 μm and 0.25 μm.
[0059]
As a result of performing the same test as the first example, the same result as the first example was obtained, and good results were obtained.
[Tenth embodiment]
In the tenth embodiment, the total thickness of the photoresist having the three-layer structure is set to 5 μm, and the thickness of the hard resin layer / soft resin layer / hard resin layer is set to 2 μm / 0.25 μm / 2. A liquid crystal display device was manufactured in the same manner as in the first example except that the thickness was 75 μm.
[0060]
As a result of performing the same test as the first example, the same result as the first example was obtained, and good results were obtained.
[Eleventh to eighteenth embodiments]
The eleventh to eighteenth embodiments differ from the first to eighth embodiments in that the total thickness of the photoresist having a three-layer structure is 6 μm and the thickness of each layer is 2 μm. A liquid crystal display device was manufactured in the same manner as in the example.
[0061]
As a result of performing the same test as the first example, the same result as that of the first example was obtained in all of the eleventh to eighteenth examples, and good results were obtained.
[19th embodiment]
The nineteenth embodiment is different from the first embodiment in that the liquid crystal display device is similar to the first embodiment except that a liquid crystal is supplied from a dispenser to a glass substrate using a dropping method instead of a vacuum injection method. Produced.
[0062]
In the dropping method, before bonding the glass substrates, an epoxy resin serving as a sealing material 18 was applied to one glass substrate to a thickness of 3 μm by a printing method, and then a ferroelectric liquid crystal was dropped by a dispenser. Subsequent steps were performed in the same manner as in the first embodiment to produce a liquid crystal display device.
[0063]
As a result of performing the same test as the first example, the same result as the first example was obtained, and good results were obtained.
Hereinafter, comparative examples for the present invention will be described.
[0064]
[First Comparative Example]
In a first comparative example not according to the present invention, a liquid crystal display device was manufactured in the same manner as in the first example except that a spacer was formed only with a hard resin layer without providing a soft resin layer. .
[0065]
For the spacer, the thickness of the hard resin layer was set to 3 μm, and the substrate gap after bonding the substrates was 1.5 μm. The spacer is formed only on the hard resin layer. Hereinafter, a test was performed in the same manner as in the first example.
[0066]
The liquid crystal display device of this comparative example was inserted between two polarizing plates in a crossed Nicols state, and a liquid crystal display was vertically formed with a force of 0.98 N (100 gf) using a ballpoint pen having a ball diameter (diameter) of 0.8 mm. Pressing the center of the device showed no change in brightness around the pen tip. Therefore, it was found that there was stress resistance against an external force that reduces the thickness of the liquid crystal layer.
[0067]
When the central portion of the liquid crystal display device of this comparative example was supported and fixed and the peripheral portion was vertically pressed with a force of 2.94 N (300 gf) using the above-mentioned ballpoint pen, no change in brightness was observed. Was.
[0068]
Further, the liquid crystal display device of this comparative example was left in an environment of -40 ° C for 1 hour, and the above two tests were performed. In both tests, a change in brightness was observed, and a phenomenon was observed in which the liquid crystal layer was disturbed and the display quality was reduced. It is considered that this occurred because the liquid crystal panel could not follow the shrinkage change when the volume of the liquid crystal changed due to the temperature environment.
[0069]
Further, in the liquid crystal display device of this comparative example, the Young's modulus of the spacer having a one-layer structure heated at 150 ° C. for one hour under the same heating condition as that of the liquid crystal display device of this comparative example before the glass substrate was bonded was used. It was measured. The Young's modulus was 5 MPa to 2 MPa in a temperature range of 25 ° C to 120 ° C.
[Second comparative example]
The second comparative example, which is not based on the present invention, manufactures a liquid crystal display device in the same manner as the first example, except that the heating temperature for curing the sealing material 18 is 190 ° C. with respect to the first example. did.
[0070]
In the liquid crystal display device of this comparative example, the disorder of the alignment was observed, and the deterioration of the display quality was recognized. It is considered that the heating temperature was high and the rubbing effect of the alignment film was partially damaged by heat.
[0071]
Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes may be made within the scope of the present invention described in the claims. It is possible.
[0072]
In the embodiment, the example in which the hard resin layer 16A is bonded to the alignment film on the substrate has been described. However, the configuration may be such that the soft resin layer 16B is bonded to the alignment film on the substrate. That is, the spacer 16 may have a configuration of the hard resin layer 16A / soft resin layer 16B, or may have a configuration of the soft resin layer 16B / hard resin layer 16A / soft resin layer 16B.
[0073]
In addition, the following supplementary notes are disclosed with respect to the above description.
(Supplementary Note 1) A pair of substrates,
Liquid crystal injected between the substrates,
A sealing material for sealing an outer edge of the substrate,
A number of spacers arranged between the substrates and maintaining a substrate gap,
Including
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein both ends of the spacer are bonded to the substrate and are made of a plurality of resin layers having different elastic moduli.
(Supplementary Note 2) The spacer includes a hard resin layer and a soft resin layer, and the Young's modulus of the soft resin layer having a Young's modulus lower than that of the hard resin layer is 5 × 10 ^-3 2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device has a range of MPa to 1 MPa.
(Supplementary note 3) The liquid crystal display device according to supplementary note 2, wherein a thickness of the soft resin layer is in a range of 5% to 95% with respect to a thickness of the entire spacer.
(Supplementary Note 4) An rubbing-processed alignment film is further provided on the opposing surfaces of the pair of substrates, and the thermosetting temperature of each resin layer of the spacer is a temperature at which the effect of the rubbing process of the alignment film is impaired. 4. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device is lower.
(Supplementary Note 5) The liquid crystal display device according to any one of Supplementary notes 1 to 4, wherein a thermosetting temperature of each resin layer of the spacer is in a range of 110 ° C to 180 ° C.
(Supplementary Note 6) The liquid crystal display according to Supplementary Note 4 or 5, wherein the sealing material is a thermosetting resin, and a thermosetting temperature of the sealing material is lower than a temperature at which the effect of the rubbing treatment of the alignment film is impaired. apparatus.
(Supplementary Note 7) The liquid crystal display device according to any one of Supplementary Notes 4 to 6, wherein a thermosetting temperature of each resin layer of the spacer is equal to or lower than a thermosetting temperature of the sealing material.
(Supplementary Note 8) The liquid crystal display device according to any one of Supplementary Notes 4 to 7, wherein a thermosetting temperature of the sealant is in a range of 110 ° C to 180 ° C.
(Supplementary Note 9) The soft resin layer is formed of at least one resist selected from the group consisting of a polysilane-based resist, a polycarbosilane-based resist-based resist, and a polysiloxane-based resist. The liquid crystal display device according to claim 1.
(Supplementary Note 10) The liquid crystal display device according to any one of Supplementary Notes 2 to 8, wherein the soft resin layer is made of a solder resist.
(Supplementary Note 11) The liquid crystal display device according to any one of Supplementary Notes 2 to 10, wherein the soft resin layer is formed of a positive resist.
(Supplementary Note 12) A pair of substrates,
The liquid crystal injected between the substrates
A sealing material for sealing an outer edge of the substrate,
A number of spacers arranged between the substrates and maintaining a substrate gap,
Including
The spacer has both ends bonded to the substrate, and 5 × 10 ^-3 A liquid crystal display device having a Young's modulus in a range of MPa to 1 MPa.
(Supplementary Note 13) The liquid crystal includes a twisted nematic liquid crystal, a super twisted nematic liquid crystal, a nematic cholesteric phase transition liquid crystal, a polymer dispersed liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an anti-ferroelectric liquid crystal, and a twist grain liquid crystal. 13. The liquid crystal display device according to any one of supplementary notes 1 to 12, wherein the liquid crystal display device includes at least one liquid crystal of a group of a boundary liquid crystal and a smectic A phase liquid crystal exhibiting an electroclinic effect.
(Supplementary Note 14) The liquid crystal display device according to supplementary note 13, wherein the spacer includes at least one resist of a group of a polysilane-based resist, a polycarbosilane-based resist, and a polysiloxane-based resist.
(Supplementary Note 15) The liquid crystal display device according to supplementary note 13, wherein the spacer includes a solder resist.
(Supplementary Note 16) The liquid crystal display device according to any one of Supplementary Notes 1 to 15, wherein the substrate is made of glass, and a substrate gap is 0.1 μm to 6 μm.
(Supplementary Note 17) A pair of first and second substrates,
Liquid crystal injected between the substrates,
A sealing material for sealing an outer edge of the substrate,
A number of spacers arranged between the substrates and maintaining the substrate gap;
A method for manufacturing a liquid crystal display device, comprising:
Forming a plurality of resist layers on the first substrate;
Patterning the resist layer to form a spacer;
A bonding step of applying the sealing material to an outer edge of a first or second substrate, and overlapping and pressing the first and second substrates;
A heating step of curing the resist layer of the spacer while applying pressure, bonding the resist layer to the second substrate, and curing the sealing material;
A step of injecting liquid crystal into the bonded substrate by a vacuum injection method,
The manufacturing method of the liquid crystal display device provided with.
(Supplementary Note 18) A pair of first and second substrates,
Liquid crystal injected between the substrates,
A sealing material for sealing an outer edge of the substrate,
A number of spacers arranged between the substrates and maintaining the substrate gap;
A method for manufacturing a liquid crystal display device, comprising:
Forming a plurality of resist layers on the first substrate;
Patterning the resist layer to form a spacer;
Applying the sealing material to the outer edge of the first or second substrate and filling the liquid crystal by a dropping method;
Superimposing and pressing the first and second substrates;
A heating step of curing the resist layer of the spacer while applying pressure, bonding the resist layer to the second substrate, and curing the sealing material;
The manufacturing method of the liquid crystal display device provided with.
(Supplementary Note 19) The method for manufacturing a liquid crystal display device according to Supplementary note 17 or 18, wherein a heating time in the heating step is within 2 hours.
[0074]
【The invention's effect】
As is apparent from the details described above, according to the present invention, the spacer made of the resin layer is adhered to the inner surface of the substrate, and the soft resin layer of the spacer has a low elastic modulus. Accordingly, it is possible to provide a liquid crystal display device in which a substrate can follow, and a display gap can be improved by maintaining a constant substrate gap and uniformly in a substrate surface.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2C are diagrams illustrating a manufacturing process (1) of the liquid crystal display device according to the embodiment.
FIGS. 3D to 3E are diagrams illustrating a manufacturing process (part 2) of the liquid crystal display device according to the embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a bell jar by a vacuum injection method.
FIG. 5
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a liquid crystal display device according to a modification of the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 40 liquid crystal display device
11 Transparent electrode
12 Alignment film
13, 14 substrates
15 LCD
16, 46 spacer
16A Hard resin layer
16B soft resin layer
18 Sealing material
21, 22 resist film

Claims

一対の基板と、
前記基板間に注入された液晶と、
前記基板の外縁を封止するシール材と、
前記基板間に多数配置されかつ基板ギャップを維持するスペーサと、
を含み、
前記スペーサはその両端が前記基板に接着され、かつ、弾性率の異なる複数の樹脂層よりなることを特徴とする液晶表示装置。A pair of substrates,
Liquid crystal injected between the substrates,
A sealing material for sealing an outer edge of the substrate,
A number of spacers arranged between the substrates and maintaining a substrate gap,
Including
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein both ends of the spacer are bonded to the substrate and are made of a plurality of resin layers having different elastic moduli.

前記スペーサはハード樹脂層およびソフト樹脂層よりなり、かつ前記ハード樹脂層よりヤング率の低い前記ソフト樹脂層のヤング率は５×１０^−３ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。The spacer comprises a hard resin layer and a soft resin layer, and the Young's modulus of the soft resin layer having a lower Young's modulus than the hard resin layer is in a range of 5 × 10 ⁻³ MPa to 1 MPa. 2. The liquid crystal display device according to 1.

前記ソフト樹脂層の厚さは、スペーサ全体の厚さに対して５％〜９５％の範囲であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。The liquid crystal display device according to claim 2, wherein the thickness of the soft resin layer is in a range of 5% to 95% with respect to the thickness of the entire spacer.

前記一対の基板の対向する面にラビング処理を施された配向膜が更に設けられ、前記スペーサの各樹脂層の熱硬化温度は、前記配向膜のラビング処理の効果が損なわれる温度より低いことを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。An alignment film that has been subjected to a rubbing treatment is further provided on opposing surfaces of the pair of substrates, and a thermosetting temperature of each resin layer of the spacer is lower than a temperature at which the effect of the rubbing treatment of the alignment film is impaired. The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 3, wherein:

前記シール材は熱硬化型樹脂であり、シール材の熱硬化温度は、前記配向膜のラビング処理の効果が損なわれる温度より低いことを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。The liquid crystal display device according to claim 4, wherein the sealing material is a thermosetting resin, and a thermosetting temperature of the sealing material is lower than a temperature at which the effect of the rubbing treatment of the alignment film is impaired.

前記スペーサの各樹脂層の熱硬化温度は、シール材の熱硬化温度以下であることを特徴とする請求項４または５記載の液晶表示装置。6. The liquid crystal display device according to claim 4, wherein a thermosetting temperature of each resin layer of the spacer is equal to or lower than a thermosetting temperature of the sealing material.

前記シール材の熱硬化温度は、１１０℃〜１８０℃の範囲であることを特徴とする請求項４〜６のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。The liquid crystal display device according to any one of claims 4 to 6, wherein a thermosetting temperature of the sealing material is in a range of 110C to 180C.

一対の基板と、
前記基板間に注入された液晶と
前記基板の外縁を封止するシール材と、
前記基板間に多数配置されかつ基板ギャップを維持するスペーサと、
を含み、
前記スペーサはその両端が前記基板に接着され、かつ、５×１０^−３ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲のヤング率を有することを特徴とする液晶表示装置。A pair of substrates,
A liquid crystal injected between the substrates and a sealing material for sealing an outer edge of the substrate,
A number of spacers arranged between the substrates and maintaining a substrate gap,
Including
The liquid crystal display device, wherein both ends of the spacer are adhered to the substrate, and have a Young's modulus in a range of 5 × 10 ⁻³ MPa to 1 MPa.

前記液晶は、ツイステッド・ネマティック型液晶、スーパー・ツイステッド・ネマティック型液晶、ネマティック・コレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイスト・グレイン・バウンダリ液晶および電傾効果を示すスメクティックＡ相液晶の群のうち少なくとも１つの液晶を含むことを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。The liquid crystal includes a twisted nematic liquid crystal, a super twisted nematic liquid crystal, a nematic cholesteric phase transition liquid crystal, a polymer dispersed liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, a twist grain boundary liquid crystal, and a liquid crystal. The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 8, wherein the liquid crystal display device includes at least one liquid crystal of a group of smectic A phase liquid crystals exhibiting a tilt effect.

前記基板はガラスよりなり、かつ、基板ギャップは０．１μｍ〜６μｍであることを特徴とする請求項１〜９のうち、いずれか一項記載の液晶表示装置。The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the substrate is made of glass, and a substrate gap is 0.1 μm to 6 μm.