JP4477862B2 - High-quality liquid crystal display - Google Patents
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Description
本発明は、輝度ムラ、重力ムラを改善した表示品質に優れた液晶ディスプレイに関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal display excellent in display quality with improved brightness unevenness and gravity unevenness.
液晶ディスプレイは、アレイ基板とカラーフィルター基板が対向し、基板間には液晶が充填されている。液晶ディスプレイは、アレイ基板により液晶の分子配列を電気的に制御して、バックライトの光がカラーフィルタ基板を透過する量を選択的に変化させて表示を行なう。 In the liquid crystal display, the array substrate and the color filter substrate face each other, and liquid crystal is filled between the substrates. In the liquid crystal display, the molecular arrangement of the liquid crystal is electrically controlled by the array substrate, and display is performed by selectively changing the amount of backlight light transmitted through the color filter substrate.
図7は液晶ディスプレイの断面図の一例である。液晶ディスプレイ10は、アレイ基板12と、アレイ基板12と一定のセルギャップを有して対向するカラーフィルター基板14と、アレイ基板12とカラーフィルター基板14間のセルギャップを一定に保持する複数のポストスペーサー16と、アレイ基板12とカラーフィルター基板14及びポストスペーサー16の表面に形成された配向膜18を含む。
FIG. 7 is an example of a cross-sectional view of a liquid crystal display. The
アレイ基板12とカラーフィルター基板14間の表示エリアには液晶20が注入され、両基板12及び14に加圧封止荷重を負荷してセルギャップを調整して封止される。また、偏光板22は両基板12と14の液晶20に接しない側に設けられ、カラーフィルター基板14内には画素間の境界部を遮光するためのブラックマトリックス24が形成されている。
ポストスペーサー16は、例えばアレイ基板12又はカラーフィルター基板14上にエポキシやアクリル樹脂を均一な厚さに積層し、フォトリソグラフィーによってパターニングして形成される。表示エリアをディスプレイ全体のうち実際に画像が映し出される領域とし、開口部を当該表示エリア内で実際に光が透過できる部分とすると、ポストスペーサー16は開口部は避け、ブラックマトリックス24と重なるような非開口部に形成されるのが好ましい。ポストスペーサー16を開口部に形成すると光が透過できる領域が小さくなり、又、ポストスペーサー16近傍の液晶20の配向が乱されて輝度ムラ等の表示品質低下をもたらすからである。
The
また、ポストスペーサー16が表示エリア内に占める面積の割合である面積占有率Sは次式で定義される。
ここでポストスペーサー16の側壁部は図7のように直線的な形にエッチングされず、図8に示すようにいびつな形状に形成されるのが通常である。そこでポストスペーサー16の上底の寸法は図8を用いて次のように定義するのが好ましい(特許文献2を参照)。まずポストスペーサー16の上底110に接線112を引き、ついで、接線112と同方向の下底114の一辺の長さをDとする。次にポストスペーサー16の下底114と上底110の接線112の間隔Hとして、この高さHに1未満の定数C、例えば0.9をかけた寸法を基板120からの上底の高さ(C×H)として、その位置に基板120と平行な線Xを引き、その線Xとポストスペーサー16の側面118との交わった点間の間隔を上底の寸法と定義する。従って、上記液晶ディスプレイの表示エリア内のポストスペーサー1個当たりの上底面積Sxと同下底面積の比は、当該定義における上底の寸法と下底の寸法Dの略2乗比となる。
Here, the side wall portion of the
従って数1より明らかなように、ある液晶ディスプレイ(表示エリア面積Saa一定)において面積占有率Sを小さくする手段は2つある。一つはSxを小さくすることであり、もう一つはNsxを減らすことである。 Therefore, as is clear from Equation 1, there are two means for reducing the area occupancy S in a certain liquid crystal display (display area area Saa constant). One is to reduce Sx, and the other is to reduce Nsx.
一方、ポストスペーサー16の面積占有率Sを小さくするとセル荷重耐性が弱くなり、液晶ディスプレイ10に外部荷重が加わった時に破壊されやすくなるという問題がある。また、セル荷重耐性が十分強くないと、外部荷重が負荷されポストスペーサー16が一定量以上塑性変形した場合、その塑性変形は液晶ディスプレイ10上にギャップムラとして認識される。
On the other hand, if the area occupancy S of the
また、液晶ディスプレイ10の表示品質を低下させる原因としては、上記ポストスペーサー16の塑性変形によるギャップムラの他に輝度ムラ、重力ムラ等が考えられる。
In addition to the gap unevenness due to the plastic deformation of the
輝度ムラとは、例えばガラス基板に応力がかかり歪み、局所的に複屈折が生じることにより光抜けが生じ、全体で輝度ムラと認識される現象をいう。 Luminance unevenness refers to a phenomenon in which, for example, stress is applied to a glass substrate, distortion occurs, and birefringence is locally generated, thereby causing light leakage and being recognized as luminance unevenness as a whole.
また、重力ムラとは、液晶ディスプレイを立てた状態で高温で保持した場合に、液晶の熱膨張がポストスペーサーの加圧封止時の弾性変形量の範囲を超えた場合に、液晶セル内の液晶が重力作用により下部にたまり、ギャップムラとして認識される現象をいう。 Gravity unevenness means that when the liquid crystal display is held at a high temperature in a standing state, the thermal expansion of the liquid crystal exceeds the range of elastic deformation during pressure sealing of the post spacer. A phenomenon in which liquid crystal accumulates in the lower part due to gravity and is recognized as gap unevenness.
文献1に、室温において2.0GPaの圧力荷重に対して弾性変形率[(弾性変形量/総変形量)×100]が60%以上であるポストスペーサーを使用した液晶パネルが開示されている。文献1によれば、当該発明のポストスペーサーは圧力荷重に対して塑性変形しにくい十分な強度と、使用環境温度内での液晶収縮及び膨張に追従し得るしなやかさを有している。従ってアレイ基板とカラーフィルター基板を貼り合わせる場合に、圧力ムラを緩和あるいは吸収することによって基板全体にわたり荷重を均一化してギャップムラの発生を防止するとともに、圧縮荷重の開放後は、略完全にもとの高さに復元してセルギャップを所定距離に維持できる。また、完成した液晶パネルは、衝撃や押圧力等の外力が加えられた場合に一時的にゆがんでも、セルギャップは元通りに復元できるので、表示ムラを阻止できる。更に、室温を含む広い温度範囲において液晶の熱的収縮又は膨張に追従できるので、気泡の発生も阻止できる。 Document 1 discloses a liquid crystal panel using a post spacer having an elastic deformation rate [(elastic deformation / total deformation) × 100] of 60% or more with respect to a pressure load of 2.0 GPa at room temperature. According to Document 1, the post spacer of the present invention has sufficient strength that is difficult to be plastically deformed with respect to pressure load, and flexibility that can follow liquid crystal shrinkage and expansion within the operating environment temperature. Therefore, when the array substrate and the color filter substrate are bonded together, pressure unevenness is alleviated or absorbed to make the load uniform throughout the substrate and prevent gap unevenness from occurring. The cell gap can be maintained at a predetermined distance. In addition, the completed liquid crystal panel can prevent the display unevenness because the cell gap can be restored to its original state even if the external liquid crystal panel is subjected to an external force such as an impact or a pressing force, even if it is temporarily distorted. Furthermore, since the liquid crystal can follow the thermal contraction or expansion in a wide temperature range including room temperature, the generation of bubbles can be prevented.
しかし、文献1の発明はセル荷重耐性によるギャップムラ、輝度ムラ及び重力ムラの各表示ムラと、ポストスペーサーの弾性変形率E、塑性変形率P及び面積占有率Sとの関係が不明であり、どの程度の加圧封止荷重を負荷させて各表示ムラを抑えた液晶ディスプレイを製造可能か明らかではない。尚、以下本明細書においてポストスペーサーの弾性変形率E及び塑性変形率Pは、弾性変形率E=弾性変形量/ポストスペーサーの元の高さ、塑性変形率P=塑性変形量/ポストスペーサーの元の高さ、と定義され、百分率(%)で表される。 However, in the invention of Literature 1, the relationship between the display unevenness of gap unevenness, luminance unevenness, and gravity unevenness due to cell load resistance and the elastic deformation rate E, plastic deformation rate P, and area occupation rate S of the post spacer is unknown. It is not clear how much pressure sealing load can be applied to manufacture a liquid crystal display in which each display unevenness is suppressed. In the following description, the elastic deformation rate E and the plastic deformation rate P of the post spacer are as follows: elastic deformation rate E = elastic deformation amount / original height of post spacer, plastic deformation rate P = plastic deformation amount / post spacer Original height, defined as a percentage (%).
そこで本発明は、セル荷重耐性を悪化させずに輝度ムラ及び重力ムラを改善できる液晶ディスプレイを提供することを目的とする。また本発明は、輝度ムラ又は重力ムラのどちらの改善の効果を大きく発揮させるかを、加圧封止荷重をパラメータとして自由に選択できる液晶ディスプレイの設計方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid crystal display capable of improving luminance unevenness and gravity unevenness without deteriorating cell load resistance. It is another object of the present invention to provide a liquid crystal display design method capable of freely selecting which effect of improvement in luminance unevenness or gravity unevenness is to be exerted freely using a pressure sealing load as a parameter.
本発明の液晶ディスプレイは、アレイ基板と、前記アレイ基板と一定のセルギャップを保って対向するカラーフィルター基板と、前記カラーフィルター基板上またはアレイ基板上に形成され、該カラーフィルター基板と前記アレイ基板との間を一定のセルギャップに保って支持するポストスペーサーと、前記アレイ基板と前記カラーフィルター基板とに加圧封止荷重を負荷して、該両基板間に加圧封止された液晶層と、を含む液晶ディスプレイであって、前記ポストスペーサーの面積占有率S[表示エリア内のポストスペーサー上底面積の総和/表示エリアの面積]が0.075%以下であり、前記ポストスペーサーに4GPaの圧力をかけた時、常温環境下において該ポストスペーサーの弾性変形率Eが24.0%より大きく、かつ、塑性変形率Pが14.9%未満を満たす。ここで、ポストスペーサーの上底の一辺又は直径と下底の一辺又は直径との比は50〜100%であり、より好ましくは50〜90%である。尚、図8において上底110の高さHにかけられる定数Cの値によって上底と下底の比は異なるものであり、上記範囲50〜100%及び50〜90%は定数Cを0.9に設定したときの値である。
The liquid crystal display according to the present invention is formed on an array substrate, a color filter substrate facing the array substrate while maintaining a certain cell gap, the color filter substrate or the array substrate, and the color filter substrate and the array substrate. And a post spacer that supports the cell substrate with a constant cell gap, and a pressure sealing load applied to the array substrate and the color filter substrate, and the liquid crystal layer pressure sealed between the substrates The area occupancy S of the post spacer is the sum of the upper area of the post spacer in the display area / the area of the display area is 0.075% or less, and the post spacer has 4 GPa When the pressure is applied, the elastic deformation rate E of the post spacer is greater than 24.0% in a normal temperature environment, and the plastic deformation Rate P satisfies less than 14.9%. Here, the ratio of one side or diameter of the upper base of the post spacer to one side or diameter of the lower base is 50 to 100%, more preferably 50 to 90%. In FIG. 8, the ratio of the upper base to the lower base varies depending on the value of the constant C applied to the height H of the
本発明の液晶ディスプレイは、前記アレイ基板と前記カラーフィルター基板とに負荷する加圧封止荷重を変化させて、液晶ディスプレイの表示品質における阻害要因である輝度ムラと重力ムラを調整し得る。 The liquid crystal display of the present invention can adjust the unevenness in brightness and the unevenness of gravity, which are obstructive factors in the display quality of the liquid crystal display, by changing the pressure sealing load applied to the array substrate and the color filter substrate.
本発明の液晶ディスプレイは、前記加圧封止荷重により前記アレイ基板と前記カラーフィルター基板が受ける加圧封止荷重の圧力が25KPa以下であり得る。 In the liquid crystal display of the present invention, the pressure sealing load received by the array substrate and the color filter substrate by the pressure sealing load may be 25 KPa or less.
本発明の液晶ディスプレイは、セル荷重耐性を悪化させずに輝度ムラ及び重力ムラを改善することができる。また本発明の液晶ディスプレイの設計方法によれば、輝度ムラ又は重力ムラのどちらの改善の効果を大きく発揮させるかを加圧封止荷重をパラメータとして自由に選択することができる。 The liquid crystal display of the present invention can improve brightness unevenness and gravity unevenness without deteriorating cell load resistance. Moreover, according to the design method of the liquid crystal display of the present invention, it is possible to freely select which one of the effects of improvement of luminance unevenness or gravity unevenness is to be exhibited, using the pressure sealing load as a parameter.
発明の課題を解決するために、まず、セル荷重耐性によるギャップムラ、輝度ムラ及び重力ムラと、ポストスペーサーの面積占有率S、弾性変形率E及び塑性変形率P、及び加圧封止荷重、との関係を実験により調べた。ここで弾性変形率E及び塑性変形率Pは、代表値として、柱1つ(面積Sx=50μm2、高さ4.5μm)に室温下で200mNの荷重(4GPaの圧力)をかけた時の弾性変形率及び塑性変形率をいうものとする。 In order to solve the problems of the invention, first, gap unevenness due to cell load resistance, luminance unevenness and gravity unevenness, post-spacer area occupancy S, elastic deformation rate E and plastic deformation rate P, and pressure sealing load, The relationship was investigated by experiment. Here, the elastic deformation rate E and the plastic deformation rate P are representative values when a load of 200 mN (pressure of 4 GPa) is applied to one column (area Sx = 50 μm 2, height 4.5 μm) at room temperature. It shall mean elastic deformation rate and plastic deformation rate.
セル荷重耐性によるギャップムラは、図2(a)に示すようにディスプレイ表面に荷重を加えた場合に、図2(b)のように液晶ディスプレイ10上に生じる歪に起因して発生する。セル荷重耐性が十分強くないと、外部荷重が負荷されポストスペーサー16が一定量以上塑性変形した場合、その塑性変形は液晶ディスプレイ10上にギャップムラとして認識される。
The gap unevenness due to the cell load tolerance occurs due to distortion generated on the
セル荷重耐性を向上させる手段としては次の2つがある。即ち、(A1)ポストスペーサーの面積占有率Sを上げる、若しくは、(A2)ポストスペーサーに弾性変形率Eが大きく、塑性変形率Pが小さい材料を用いる。(A1)又は(A2)の手段を用いることにより、セル荷重耐性によるギャップムラを抑制することができた。 There are the following two means for improving the cell load resistance. That is, (A1) increase the area occupation ratio S of the post spacer, or (A2) use a material having a large elastic deformation rate E and a small plastic deformation rate P for the post spacer. By using the means (A1) or (A2), gap unevenness due to cell load resistance could be suppressed.
輝度ムラとは一般に図3(a)に示すように、例えばガラス基板に応力がかかり歪み、局所的に複屈折が生じることにより光抜けが生じ、全体で輝度ムラと認識される現象をいう。ただし、本実施形態において液晶ディスプレイは、両電極間に電圧を印加しない場合は図3(b)のように光を透過させない、ノーマリーブラック型のディスプレイを用いた。以後本明細書において輝度ムラとは、両電極間に電圧を印加しない場合にディスプレイ表面に現れる光のムラ(L0ムラという)をいうものとする。 As shown in FIG. 3A, the luminance unevenness generally refers to a phenomenon in which, for example, stress is applied to a glass substrate and distortion occurs, and birefringence is locally generated, thereby causing light leakage, and thus being recognized as luminance unevenness as a whole. However, in this embodiment, the liquid crystal display is a normally black display that does not transmit light as shown in FIG. 3B when no voltage is applied between both electrodes. Hereinafter, in this specification, luminance unevenness refers to light unevenness (referred to as L0 unevenness) that appears on the display surface when a voltage is not applied between both electrodes.
応力をかけたガラスの歪みを小さくし、応力を解除した時に歪を開放する要素としては、(B1)ポストスペーサー16の面積占有率Sを小さくする、(B2)加圧封止荷重を小さくする、の2要素が主要なものである。
As an element that reduces the strain of the glass subjected to stress and releases the strain when the stress is released, (B1) reduce the area occupancy S of the
重力ムラとは上述のように、液晶ディスプレイを立てた状態で高温で保持したとき、液晶の熱膨張がポストスペーサーの加圧封止時の弾性変形量の範囲を超えた場合に、液晶セル内の液晶が重力作用により下部にたまり、ギャップムラとして認識される現象をいう。図4(a)〜(c)に重力ムラの発生メカニズムを図示する。 As described above, gravity unevenness means that when the liquid crystal display is held up at a high temperature and the thermal expansion of the liquid crystal exceeds the range of elastic deformation during pressure sealing of the post spacer, This is a phenomenon in which the liquid crystal accumulates in the lower part due to gravity and is recognized as gap unevenness. FIGS. 4A to 4C illustrate the mechanism of occurrence of gravity unevenness.
図4(a)に示す、液晶を加圧封止した液晶ディスプレイを加熱すると、図4(b)のように液晶の熱膨張によりカラーフィルター基板がポストスペーサーから剥がれた状態となる。この図4(b)の状態で液晶ディスプレイを地面に対して垂直に保持すると、重力作用により液晶が液晶セルの下部にたまり、ディスプレイ下部に重力ムラが発生することとなる。 When the liquid crystal display shown in FIG. 4A in which the liquid crystal is pressure-sealed is heated, the color filter substrate is peeled off from the post spacer by the thermal expansion of the liquid crystal as shown in FIG. 4B. When the liquid crystal display is held perpendicular to the ground in the state of FIG. 4B, the liquid crystal accumulates in the lower part of the liquid crystal cell due to the gravitational action, and gravity unevenness occurs in the lower part of the display.
重力ムラの改善には、(C1)加圧封止荷重を上げること、(C2)ポストスペーサー16に弾性変形率Eが大きく、塑性変形率Pが小さい材料を採用すること、が効果的である。
In order to improve gravity unevenness, it is effective to (C1) increase the pressure sealing load and (C2) to employ a material having a large elastic deformation rate E and a small plastic deformation rate P for the
以上の結果の考察から、本発明ではセル荷重耐性を向上させる手段として上記(A2)の、ポストスペーサー16に弾性変形率Eが大きく、塑性変形率Pが小さい材料を用いるという手段を用いた。この結果(C2)より重力ムラを改善することもできる。
In consideration of the above results, in the present invention, as a means for improving the cell load resistance, the above-described means (A2) is used which uses a material having a large elastic deformation rate E and a small plastic deformation rate P for the
一方、面積占有率Sはできるだけ小さくした。即ち本発明では、(A1)とは逆にポストスペーサー16の面積占有率Sを下げるが、(A2)の手段を採用して、セル荷重耐性を現状同等で良しとした。ポストスペーサー16の面積占有率Sを下げることが、(B1)に示すように輝度ムラの改善に大きく寄与するからである。また同時に重力ムラ改善への(C2)の寄与を強めることができるからである。
On the other hand, the area occupancy S was made as small as possible. That is, in the present invention, the area occupancy S of the
更に、加圧封止荷重を小さくすると(B2)より輝度ムラは抑制されるが、(C1)より重力ムラが増大するという相反する結果が確認された。 Further, when the pressure sealing load is reduced, the luminance unevenness is suppressed from (B2), but the conflicting result that the gravity unevenness is increased from (C1) was confirmed.
以上のような考察をもとにして得られた本発明の液晶ディスプレイは、ポストスペーサーの面積占有率[表示エリア内のポストスペーサー上底面積の総和/表示エリアの面積]が0.075%以下であり、前記ポストスペーサーに4GPaの圧力をかけた時、常温環境下において該ポストスペーサーの弾性変形率が24.0%より大きく、かつ、塑性変形率が14.9%未満を満たし、図1(b)に示すダイヤグラムを満足する液晶ディスプレイである。尚、常温環境下とは人間が日常体験し得る生活環境における温度で、少なくとも摂氏0度から40度が含まれ得る。 The liquid crystal display of the present invention obtained on the basis of the above considerations has a post-spacer area occupancy ratio [the total of the post spacer upper bottom area in the display area / the area of the display area] of 0.075% or less. When a pressure of 4 GPa is applied to the post spacer, the elastic deformation rate of the post spacer is greater than 24.0% and the plastic deformation rate is less than 14.9% in a normal temperature environment. The liquid crystal display satisfies the diagram shown in (b). Note that the normal temperature environment is a temperature in a living environment that humans can experience daily, and may include at least 0 to 40 degrees Celsius.
図1(b)は本発明の液晶ディスプレイの輝度ムラ及び荷重耐性、液晶封止時の加圧封止荷重、ポストスペーサー16の面積占有率S、輝度ムラ及び重力ムラの関係を表すダイヤグラムである。このダイヤグラムを作成するにあたって使用した液晶ディスプレイは、表示エリアの大きさが43cm×27cm、セルギャップが3.4μmの液晶ディスプレイである。また、当該液晶ディスプレイはIPS(In−Plane Switching)方式であり、基板に沿った電場のon/offにより液晶分子の配列が基板面内で変化する。
FIG. 1B is a diagram showing the relationship between the luminance unevenness and load resistance of the liquid crystal display of the present invention, the pressure sealing load at the time of liquid crystal sealing, the area occupation ratio S of the
図1(b)において、横軸は液晶20をアレイ基板12とカラーフィルター基板14間に封止する際に両基板12、14に負荷する加圧封止荷重(Kgf)、縦軸はポストスペーサー16の面積占有率を表す。便宜のため、上記定義に従ったポストスペーサー16の面積占有率Sが0.125%のときに、図1(b)の縦軸に示す柱占有率が100%となるように再規格化している。下記のように、従来例の液晶ディスプレイでは規格化柱占有率が100%(面積占有率S=0.125%)である。尚、Kgfは工学単位であり、1Kgf=9.8Nである。
In FIG. 1B, the horizontal axis represents the pressure sealing load (Kgf) applied to both
加圧封止荷重とともに増加する直線は重力ムラの、加圧封止荷重とともに減少する直線は輝度ムラの、それぞれ限界値ラインである。また、加圧封止荷重に対して一定値となる直線は荷重耐性の限界値ラインを表す。 The straight line increasing with the pressure sealing load is the limit value line of gravity unevenness, and the straight line decreasing with the pressure sealing load is the limit value line of luminance unevenness. Moreover, the straight line which becomes a fixed value with respect to a pressure sealing load represents the limit value line of load tolerance.
ここで重力ムラ又は輝度ムラの限界値ラインとは、液晶ディスプレイを製品化するに際して許容し得る最大の重力ムラ又は輝度ムラがディスプレイ上に発生し得るラインであり、両直線より下の領域が液晶ディスプレイを製品化可能な領域である。即ち上述のように、加圧封止荷重を小さくすると輝度ムラは抑制されるが、重力ムラが増大することがわかる。 Here, the limit line of gravity unevenness or brightness unevenness is a line where the maximum gravity unevenness or brightness unevenness that can be allowed when a liquid crystal display is commercialized can occur on the display, and the area below both lines is the liquid crystal This is an area where displays can be commercialized. That is, as described above, when the pressure sealing load is reduced, the luminance unevenness is suppressed, but the gravity unevenness increases.
また、荷重耐性の限界値ラインは、製品化に際して液晶ディスプレイが備えるべき最小の荷重耐性を示すラインであり、限界値ラインの上の領域が液晶ディスプレイを製品化可能な領域である。荷重耐性の限界値ラインは、アレイ基板とカラーフィルター基板に負荷する加圧封止荷重の圧力が約25KPa(本実施形態では加圧封止荷重が300Kgf)以下の場合は、図1(b)のように横軸(加圧封止荷重)と略平行となる。上述のように本実施形態の液晶ディスプレイは、上記輝度ムラ(L0ムラ)を防ぎ重力ムラを改善するため、面積占有率Sを0.075%以下(規格化柱占有率が約60%以下)とする。一方で面積占有率Sを小さくすることによるセル荷重耐性の不足を補うため、ポストスペーサー16に弾性変形率Eが大きく、塑性変形率Pが小さい材料を用いるという手段を用いた。本実施形態の液晶ディスプレイに使用するポストスペーサー16は、4GPaの圧力をかけた時に弾性変形率が24.0%より大きく、かつ、塑性変形率が14.9%未満である。
Further, the load resistance limit value line is a line indicating the minimum load resistance that the liquid crystal display should have in commercialization, and the area above the limit value line is an area where the liquid crystal display can be commercialized. The load resistance limit value line is shown in FIG. 1B when the pressure sealing load applied to the array substrate and the color filter substrate is about 25 KPa or less (in this embodiment, the pressure sealing load is 300 kgf). Thus, it is substantially parallel to the horizontal axis (pressure sealing load). As described above, the liquid crystal display according to this embodiment prevents the luminance unevenness (L0 unevenness) and improves the gravity unevenness, so that the area occupancy S is 0.075% or less (the normalized column occupancy is about 60% or less). And On the other hand, in order to compensate for the shortage of cell load resistance due to the reduction of the area occupancy S, a means of using a material having a large elastic deformation rate E and a small plastic deformation rate P for the
図1(b)から分かるように、本発明の液晶ディスプレイは、アレイ基板12とカラーフィルター基板14とに負荷する加圧封止荷重を変化させて、液晶ディスプレイの表示品質における阻害要因である輝度ムラと重力ムラの割合を調整することができる。
As can be seen from FIG. 1B, the liquid crystal display of the present invention changes the pressure sealing load applied to the
以下実施例1〜4において、本発明の液晶ディスプレイと従来例の液晶ディスプレイを比較し、図1(b)に示すダイヤグラムをより詳細に説明する。便宜のため本発明の液晶ディスプレイにおいて使用するポストスペーサーを高弾性柱と、従来例の液晶ディスプレイを構成するポストスペーサーをRtn柱という。上記のように図1(b)に示す規格化柱占有率は、Rtn柱の面積占有率Sが0.125%のときに、規格化柱占有率が100%となるように再規格化している。 In Examples 1 to 4 below, the liquid crystal display of the present invention is compared with the liquid crystal display of the conventional example, and the diagram shown in FIG. For convenience, the post spacer used in the liquid crystal display of the present invention is referred to as a highly elastic column, and the post spacer constituting the conventional liquid crystal display is referred to as an Rtn column. As described above, the normalized column occupation ratio shown in FIG. 1B is re-standardized so that the normalized column occupation ratio becomes 100% when the area occupation ratio S of the Rtn column is 0.125%. Yes.
実施例1〜4においては、それぞれ次の比較を行なった。(1)実施例1ではRtn柱と高弾性柱の弾性変形率Eと塑性変形率Pを比較した。(2)実施例2ではRtn柱と高弾性柱のセル荷重耐性を比較した。(3)実施例3ではRtn柱と高弾性柱の輝度ムラを比較した。(4)実施例4ではRtn柱と高弾性柱の重力ムラを比較した。 In Examples 1 to 4, the following comparisons were made. (1) In Example 1, the elastic deformation rate E and the plastic deformation rate P of the Rtn column and the highly elastic column were compared. (2) In Example 2, the cell load resistance of the Rtn column and the highly elastic column was compared. (3) In Example 3, the luminance unevenness of the Rtn column and the highly elastic column was compared. (4) In Example 4, the gravity unevenness of the Rtn column and the highly elastic column was compared.
図5は面積Sx=50μm2のRtn柱と高弾性柱の、弾性変形率E及び塑性変形率Pと柱1つに係る荷重の関係を表すグラフである。弾性変形率E(%)及び塑性変形率P(%)はそれぞれ、柱1つ(面積Sx=50μm2、高さ=4.5μm)に200mNの荷重をかけた時の弾性変形率及び塑性変形率とする。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the elastic deformation rate E and the plastic deformation rate P and the load related to one column of the Rtn column and the highly elastic column having an area Sx = 50 μm 2 . The elastic deformation rate E (%) and the plastic deformation rate P (%) are respectively the elastic deformation rate and the plastic deformation when a load of 200 mN is applied to one column (area Sx = 50 μm 2 , height = 4.5 μm). Rate.
本実施形態における上記Rtn柱と高弾性柱は、何れもフォトリソグラフィ法によって形成されている。即ち、ブラックマトリックスおよびカラーレジスト層およびオーバーコート層が形成されたガラス基板上にポストスペーサーのレジストを塗布し、フォトマスクを介して露光し、さらに現像およびベークを行うことによりポストスペーサーのパターンを形成された。ここで高弾性柱は、Rtn柱の形成に用いる樹脂より高弾性・低塑性を得る既存の光硬化性樹脂により形成されている。 Both the Rtn column and the highly elastic column in the present embodiment are formed by photolithography. That is, a post spacer resist is applied to a glass substrate on which a black matrix, a color resist layer and an overcoat layer are formed, exposed through a photomask, and further developed and baked to form a post spacer pattern. It was done. Here, the high elastic column is formed of an existing photo-curing resin that has higher elasticity and lower plasticity than the resin used for forming the Rtn column.
図5より本発明の液晶ディスプレイを構成する高弾性柱は、従来例のRtn柱に比べて弾性変形率が大きく塑性変形率が小さいことがわかる。即ち、図5のグラフより、高弾性柱は柱1つにかけた荷重が4GPaの場合に、弾性変形率E>24.0%及び塑性変形率P<14.9%の両条件を満たすが、Rtn柱は弾性変形率E=24.0%及び塑性変形率P=14.9%であることが分かる。 From FIG. 5, it can be seen that the highly elastic column constituting the liquid crystal display of the present invention has a larger elastic deformation rate and a lower plastic deformation rate than the conventional Rtn column. That is, from the graph of FIG. 5, the high elastic column satisfies both the conditions of elastic deformation rate E> 24.0% and plastic deformation rate P <14.9% when the load applied to one column is 4 GPa. It can be seen that the Rtn column has an elastic deformation rate E = 24.0% and a plastic deformation rate P = 14.9%.
本実施例では、実施例1で用いたRtn柱と高弾性柱の規格化柱占有率を変え、カラーフィルター基板14上の偏光板22上から荷重を加えた時に、液晶ディスプレイにギャップムラが認識される圧力を測定した。
In this example, when the normalized column occupancy ratio of the Rtn column and the highly elastic column used in Example 1 is changed and a load is applied from above the
液晶ディスプレイは図6(b)の表に示すように、規格化柱占有率100%(面積占有率S=0.125%)、45%のRtn柱、及び規格化柱占有率102%、57%の高弾性柱をポストスペーサーとする4種類の液晶ディスプレイを用いた。各ディスプレイの大きさは43cm×27cmであり、セルギャップが3.4μmである。偏光板22上から1(Kgf/10mmφ)単位で荷重を加えた時に液晶ディスプレイにギャップムラが認識される圧力を測定し、図6(a)のグラフを得た。
As shown in the table of FIG. 6B, the liquid crystal display has a standardized column occupation rate of 100% (area occupation rate S = 0.125%), a 45% Rtn column, and a standardized column occupation rate of 102%, 57. Four types of liquid crystal displays having a post-spacer as a highly elastic column of 100% were used. Each display has a size of 43 cm × 27 cm and a cell gap of 3.4 μm. The pressure at which gap unevenness was recognized on the liquid crystal display when a load was applied in units of 1 (Kgf / 10 mmφ) from above the
図6(a)から、規格化柱占有率100%のRtn柱に比べて、規格化柱占有率102%の高弾性柱を用いた液晶ディスプレイは略2倍の圧力までギャップムラは認識されなかった。
セル荷重耐性が十分強くないと、外部荷重が負荷されポストスペーサーが一定量以上塑性変形し、その塑性変形が液晶ディスプレイ上にギャップムラとして認識される。従って規格化柱占有率が同等である場合、高弾性柱を用いた液晶ディスプレイは、Rtn柱の液晶ディスプレイの約2倍のセル荷重耐性を持つことがわかる。このことは、規格化柱占有率100%のRtn柱を用いた液晶ディスプレイと、規格化柱占有率57%の高弾性柱を用いた液晶ディスプレイのセル荷重耐性が、略同等であることからも裏付けられる。
From FIG. 6A, the liquid crystal display using the high elasticity column with the standardized column occupancy rate of 102% does not recognize the gap unevenness up to about twice the pressure as compared with the Rtn column with the standardized column occupancy rate of 100%. It was.
If the cell load resistance is not sufficiently strong, an external load is applied and the post spacer is plastically deformed by a certain amount or more, and the plastic deformation is recognized as gap unevenness on the liquid crystal display. Therefore, when the normalized column occupancy is the same, it can be seen that the liquid crystal display using the highly elastic column has a cell load resistance of about twice that of the Rtn column. This is also because the cell load resistance of a liquid crystal display using an Rtn column with a normalized column occupation rate of 100% and a liquid crystal display using a highly elastic column with a normalized column occupation rate of 57% are substantially the same. It is supported.
本実施例により、ポストスペーサーに弾性変形率Eが大きく(E>24.0%)、塑性変形率Pが小さい(P<14.9%)材料を用いることにより(高弾性柱)、既存のポストスペーサー(Rtn柱)に比べてセル荷重耐性が倍以上向上することがわかる。そのためポストスペーサーの面積占有率を57%に下げても(S=0.071%)、従来と同等のセル荷重耐性を確保することができた。尚、本実施形態の液晶ディスプレイは、加圧工程ばらつきやその他の誤差を考慮して、上記輝度ムラ(L0ムラ)を防ぎ得る面積占有率Sを0.075%以下(規格化柱占有率が約60%以下)とする。 According to the present embodiment, the post spacer is made of a material having a high elastic deformation rate E (E> 24.0%) and a small plastic deformation rate P (P <14.9%) (high elastic column). It can be seen that the cell load resistance is more than doubled compared to the post spacer (Rtn pillar). Therefore, even when the area occupancy of the post spacer is reduced to 57% (S = 0.071%), the same cell load resistance as that of the conventional one can be secured. In the liquid crystal display of this embodiment, the area occupancy S that can prevent the luminance unevenness (L0 unevenness) is 0.075% or less (the normalized column occupancy is About 60% or less).
本実施例では、規格化柱占有率100%のRtn柱(面積占有率S=0.125%)と、規格化柱占有率57%(面積占有率S=0.071%)の高弾性柱を用いた液晶ディスプレイに発生する輝度ムラを比較した。表1に示す通り、液晶ディスプレイに液晶を封止する際にアレイ基板12とカラーフィルター基板14間に加える加圧封止荷重はともに200(Kgf)であり、両液晶ディスプレイのセルギャップは略同一である。
本実施例の実験結果として、本発明の規格化柱占有率57%の高弾性柱を用いた液晶ディスプレイでは、従来の規格化柱占有率100%のRtn柱を用いた液晶ディスプレイに見られた輝度ムラが、殆ど全く観察されなかった。上記(B1)のように、従来例の液晶ディスプレイよりポストスペーサー16の面積占有率S(規格化柱占有率)を約半分にしたために(0.57倍)、輝度ムラを大幅に改善できたものと理解される。
As an experimental result of this example, in the liquid crystal display using the highly elastic column with 57% normalized column occupancy of the present invention, it was seen in the liquid crystal display using the Rtn column with 100% normalized column occupancy. Almost no luminance unevenness was observed. As described above (B1), the area occupancy S (standardized column occupancy) of the
本実施例では、実施例1で用いたRtn柱と高弾性柱の規格化柱占有率を変え、液晶ディスプレイに重力ムラが認識される加圧封止荷重を測定した。ここで加圧封止荷重とは、上述のように液晶ディスプレイに液晶を封止する際にアレイ基板12とカラーフィルター基板14間に加える荷重である。本実施例では加圧封止荷重が150(Kgf)、200(Kgf)、250(Kgf)の場合に、液晶ディスプレイ上に重力ムラが認識されるか否かを調べた。
In this example, the standardized column occupancy of the Rtn column and the highly elastic column used in Example 1 was changed, and the pressure sealing load at which gravity unevenness was recognized on the liquid crystal display was measured. Here, the pressure sealing load is a load applied between the
本実施例で用いた液晶ディスプレイは表2に示すように、規格化柱占有率100%(面積占有率S=0.125%)、45%のRtn柱、及び規格化柱占有率102%、57%の高弾性柱をポストスペーサーとする4種類の液晶ディスプレイである。又、各ディスプレイの大きさは43cm×27cmである。パネルを垂直に立てた状態で60℃に約2時間保持し、重力ムラの程度を観察した。なお垂直に立てる際、パネルの短辺が下にくるようにした。
本実施例により、加圧封止荷重を挙げることにより重力ムラが改善されることが分かる。また、高弾性柱を規格化柱占有率57%(面積占有率S=0.071%)配して構成される本発明の液晶ディスプレイは、Rtn柱を規格化柱占有率100%に配した従来例の液晶ディスプレイよりも、重力ムラが大幅に改善された。 According to the present embodiment, it is understood that the gravity unevenness is improved by raising the pressure sealing load. Further, in the liquid crystal display of the present invention configured by arranging highly elastic columns with a normalized column occupancy rate of 57% (area occupancy rate S = 0.071%), the Rtn column is arranged with a normalized column occupancy rate of 100%. Gravity unevenness is greatly improved compared to the conventional liquid crystal display.
即ち、ポストスペーサーに弾性変形率Eが大きく(E>24.0%)、塑性変形率Pの小さい(P<14.9%)材料を使い(高弾性柱)、かつポストスペーサーの面積占有率Sを約60%(S<0.075%)に下げることにより、重力ムラを大きく改善することができた。 That is, the post spacer is made of a material having a large elastic deformation rate E (E> 24.0%) and a small plastic deformation rate P (P <14.9%) (high elastic column), and the post spacer has an area occupation ratio. By reducing S to about 60% (S <0.075%), gravity unevenness could be greatly improved.
最後に、以上の実施例等により得られた結果をより包括的に理解するために、図1(a)と図1(b)を対比して説明する。図1(a)は従来例の規格化柱占有率100%のRtn柱を用いた液晶ディスプレイについてのダイヤグラムであり、図1(b)は上記のように本発明の規格化柱占有率57%(面積占有率S=0.071%)の高弾性柱を用いた液晶ディスプレイについてのダイヤグラムである。ここで、本発明の液晶ディスプレイにおいて使用するポストスペーサー(高弾性柱)は、弾性変形率E>24.0%及び塑性変形率P<14.9%の両条件を同時に満足する。また、ダイヤグラム図1(b)の見方は上述の通りである。 Finally, in order to more comprehensively understand the results obtained by the above examples and the like, FIG. 1A and FIG. FIG. 1A is a diagram of a liquid crystal display using a conventional Rtn column having a normalized column occupation rate of 100%, and FIG. 1B is a normalized column occupation rate of 57% according to the present invention as described above. It is a diagram about a liquid crystal display using a highly elastic column (area occupancy S = 0.071%). Here, the post spacer (high elastic column) used in the liquid crystal display of the present invention satisfies both the elastic deformation rate E> 24.0% and the plastic deformation rate P <14.9% at the same time. Further, the way to view the diagram FIG. 1B is as described above.
図1(a)は従来例の規格化柱占有率100%のRtn柱を用いた液晶ディスプレイの輝度ムラ及び荷重耐性、液晶封止時の加圧封止荷重、ポストスペーサー16の規格化柱占有率(面積占有率Sに対応)、輝度ムラ及び重力ムラの関係を表すダイヤグラムである。このダイヤグラムを作成するにあたって使用した液晶ディスプレイは、図1(b)で用いたディスプレイと同様であり、大きさが43cm×27cm、セルギャップが3.4μmのIPS液晶ディスプレイである。
FIG. 1A shows a luminance unevenness and load resistance of a liquid crystal display using a conventional Rtn column with a normalized column occupation ratio of 100%, a pressure sealing load at the time of liquid crystal sealing, and a normalized column occupation of the
また、図1(a)において、横軸は加圧封止荷重(Kgf)、縦軸はポストスペーサー16の面積占有率、加圧封止荷重とともに増加する直線は重力ムラの限界値ライン、加圧封止荷重とともに減少する直線は輝度ムラの限界値ラインであり、図1(b)と同様である。但し荷重耐性の限界値ラインは、図1(b)では規格化柱占有率が約50%である横軸と平行な直線であるのに対し、図1(a)では規格化柱占有率が100%である横軸と平行な直線となる。従って、本発明の液晶ディスプレイは規格化柱占有率が約50%以上であればセル荷重耐性が十分であるのに対し、従来例のRtn柱を用いた液晶ディスプレイは規格化柱占有率を100%以上としなければセル荷重耐性が不足し、ギャップムラが発生する。
In FIG. 1A, the horizontal axis is the pressure sealing load (Kgf), the vertical axis is the area occupancy of the
上述のように、液晶ディスプレイを製品化するにあたって重力ムラ、輝度ムラに関する表示品位が保証されるのは重力ムラ又は輝度ムラの限界値ラインより下の領域であり、ギャップムラに関する表示品位が保証されるのは荷重耐性の限界値ラインより上の領域である。図1(a)のダイヤグラムにおいて上記3つのムラに関する表示品位が保証される領域は存在しないのに対し、図1(b)のダイヤグラムでは上記3つのムラに関する表示品位が満足される領域が存在することがわかる。 As described above, when a liquid crystal display is commercialized, the display quality related to gravity unevenness and brightness unevenness is guaranteed in the area below the limit value line of gravity unevenness or brightness unevenness, and the display quality related to gap unevenness is guaranteed. This is the area above the limit line of load resistance. In the diagram of FIG. 1A, there is no region where the display quality related to the three unevennesses is guaranteed, whereas in the diagram of FIG. 1B, there is a region where the display quality related to the three unevennesses is satisfied. I understand that.
即ち、従来例の液晶ディスプレイはギャップムラに関する表示品位を保証するならば、重力ムラ又は輝度ムラのどちらか一方が発生するのは許容せざるを得なかった。しかし、本発明の、ポストスペーサー16の面積占有率Sが0.075%以下(規格化柱占有率が60%以下)であり、ポストスペーサー16に4GPaの荷重をかけた時に弾性変形率が24.0%より大きく、かつ、塑性変形率が14.9%未満である液晶ディスプレイは、重力ムラ、輝度ムラ、ギャップムラのすべてのムラに関する表示品位を満足することができる。
In other words, if the liquid crystal display of the conventional example guarantees the display quality related to the gap unevenness, it is necessary to allow either the unevenness of gravity or the unevenness of brightness to occur. However, the area occupancy S of the
更に図1(b)から分かるように、本発明の液晶ディスプレイは、アレイ基板12とカラーフィルター基板14とに負荷する加圧封止荷重を変化させて、液晶ディスプレイの表示品質における阻害要因である輝度ムラと重力ムラの度合を調整することができる。
Further, as can be seen from FIG. 1B, the liquid crystal display of the present invention is an obstacle to the display quality of the liquid crystal display by changing the pressure sealing load applied to the
以上、本発明の液晶ディスプレイについて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態において液晶ディスプレイはIPS方式を用いたが、本発明の液晶ディスプレイはツイスティド・ネマティク(Twisted Nematic;TN)方式等他の方式の液晶ディスプレイであってもよい。 The liquid crystal display of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. In the above embodiment, the liquid crystal display uses the IPS system, but the liquid crystal display of the present invention may be a liquid crystal display of another system such as a Twisted Nematic (TN) system.
また、本発明の液晶ディスプレイを構成するポストスペーサーの材料は限定されない。本発明には、4GPaの圧力をかけた時に弾性変形率が24.0%より大きく、かつ、塑性変形率が14.9%未満となる材料で形成されたすべてのポストスペーサーが含まれる。
更に、ポストスペーサーの形状は特に限定されず、上述のように、上底の一辺又は直径と下底の一辺又は直径との比は50〜90%が好ましい。
Further, the material of the post spacer constituting the liquid crystal display of the present invention is not limited. The present invention includes all post spacers made of a material having an elastic deformation rate of greater than 24.0% and a plastic deformation rate of less than 14.9% when a pressure of 4 GPa is applied.
Furthermore, the shape of the post spacer is not particularly limited. As described above, the ratio of one side or diameter of the upper base to one side or diameter of the lower base is preferably 50 to 90%.
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。 In addition, the present invention can be carried out in a mode in which various improvements, modifications, and changes are added based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the gist thereof.
液晶テレビやパソコンディスプレイ、その他のIPS液晶ディスプレイすべてに利用可能である。 It can be used for all types of liquid crystal televisions, personal computer displays, and other IPS liquid crystal displays.
10:液晶ディスプレイ
12:アレイ基板
14:カラーフィルター基板
16:ポストスペーサー
18:配向膜
20:液晶
22:偏光板
24:ブラックマトリックス
110:上底
112:上底の接線
114:下底
118:側面
120:基板
10: liquid crystal display 12: array substrate 14: color filter substrate 16: post spacer 18: alignment film 20: liquid crystal 22: polarizing plate 24: black matrix 110: upper base 112: tangent line of upper base 114: lower base 118: side surface 120 :substrate
Claims (1)
前記アレイ基板と一定のセルギャップを保って対向するカラーフィルター基板と、
前記カラーフィルター基板上またはアレイ基板上に形成され、該カラーフィルター基板と前記アレイ基板との間を一定のセルギャップに保って支持するポストスペーサーと、
前記アレイ基板と前記カラーフィルター基板とに加圧封止荷重を負荷して、該両基板間に加圧封止された液晶層と、
を含む液晶ディスプレイであって、
前記ポストスペーサーの面積占有率[表示エリア内のポストスペーサー上底面積の総和/表示エリアの面積]が0.075%以下であり、
前記ポストスペーサーに4GPaの圧力をかけた時、常温環境下において該ポストスペーサーの弾性変形率が24.0%より大きく、かつ、塑性変形率が14.9%未満を満たし、
前記アレイ基板と前記カラーフィルター基板とに負荷する加圧封止荷重が、200〜300kgfである、液晶ディスプレイ。 An array substrate;
A color filter substrate facing the array substrate while maintaining a certain cell gap;
A post spacer formed on the color filter substrate or the array substrate and supporting the color filter substrate and the array substrate while maintaining a constant cell gap;
Applying a pressure sealing load to the array substrate and the color filter substrate, a liquid crystal layer pressure-sealed between the substrates,
A liquid crystal display including
The area occupancy of the post spacer [the total area of the post spacer upper base in the display area / the area of the display area] is 0.075% or less,
When pressure was applied 4GPa the post spacer, elastic deformation rate of the post spacer is greater than 24.0% in a normal temperature environment, and the plastic deformation ratio is less than less than 14.9%,
A liquid crystal display , wherein a pressure sealing load applied to the array substrate and the color filter substrate is 200 to 300 kgf .
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