JP5305625B2 - スペーサおよびこれを含む液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、スペーサおよびこれを含む液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄膜トランジスタが形成されている第１の基板と、第１の基板に対向配置されている第２の基板およびこれらの間に位置する液晶層を含む。

液晶表示装置の光学特性は、両基板の間のセルギャップ（ｃｅｌｌ ｇａｐ）と緊密な関係がある。特に、コントラスト比（ｃｏｎｔｒａｓｔ ｒａｔｉｏ）と視野角の特性は、液晶の複屈折Δｎとセルギャップとの積に依存すると知られている。したがって、液晶表示パネルのセルギャップが一定でなければ、その光学特性も一定でなくなる。

セルギャップを保持するために球形状のスペーサが多用されるが、このスペーサは、ビーズスペーサ（ｂｅａｄｓ ｓｐａｃｅｒ）と呼ばれる。スペーサは、両基板の表面に形成されている配向膜と接触しながら、セルギャップを保持する。

しかしながら、スペーサは固着していないため、振動または衝撃により移動しながら、配向膜の表面を傷つける問題点がある。配向膜の損なわれる部分は、液晶層の制御が行われないため、光のもれが引き起こる。
韓国特許出願公開第２００５−０５６３２６号明細書

したがって、本発明の目的は、固着性に優れたスペーサを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、固着性に優れたスペーサを含む液晶表示装置を提供することにある。

前記本発明の目的は、球形状のスペーサ本体と、前記スペーサ本体を取り囲み、ハイパーブランチポリマーを含むコーティング層と、を含む、スペーサを提供することで達成される。
前記本発明の他の目的は、互いに対向する第１の基板および第２の基板と、前記両基板の間に位置する液晶層と、前記両基板の間に位置し、両基板の間隔を保持する、本発明に係るスペーサと、を含む、液晶表示装置を提供することで達成される。

本発明によれば、固着性に優れたスペーサおよびこれを含む液晶表示装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明によるスペーサおよびこれを含む液晶表示装置について詳しく説明する。下記において、ある膜（層）が他の膜（層）の「上部」に形成されている（位置する）というのは、二つの膜（層）が接する場合のみならず、二つの膜（層）の間に他の膜（層）が存在する場合も含む。

図１および図２を参照しながら、本発明に係る液晶表示装置について説明する。

液晶表示装置１は、薄膜トランジスタＴが形成されている第１の基板１００、第１の基板１００と対向する第２の基板２００、両基板１００、２００の間に位置する液晶層３００、両基板１００、２００のセルギャップを保持するスペーサ４００および両基板１００、２００を接合させるシーラント５００（図５Ｄを参照）を含む。

まず、第１の基板１００について説明する。

第１の絶縁基板１１１の上には、ゲート配線が形成されている。ゲート配線は、金属単一層または多重層とすることができる。ゲート配線は表示領域内に位置し、横手方向に伸びるゲート線１２１、ゲート線１２１に接続されるゲート電極１２２およびゲート線１２１に平行して伸びる保持電極線１２３を含む。

第１の絶縁基板１１１の上には、シリコン窒化物ＳｉＮ_ｘなどで構成されるゲート絶縁膜１３１がゲート配線を覆っている。

ゲート電極１２２のゲート絶縁膜１３１の上部には、非晶質シリコンなどの半導体からなる半導体層１３２が形成されており、半導体層１３２の上部には、シリサイドまたはｎ型の不純物が高濃度にドーピングされているｎ＋水素化非晶質シリコンなどの物質で構成される抵抗接触層１３３が形成されている。ソース電極１４２とドレイン電極１４３との間のチャンネル部においては、抵抗接触層１３３が取り除かれている。

抵抗接触層１３３およびゲート絶縁膜１３１の上には、データ配線が形成されている。データ配線も、金属層で構成される単一層または多重層とすることができる。データ配線は縦長方向に形成されてゲート線１２１と交差して画素を形成するデータ線１４１、データ線１４１の分枝で、抵抗接触層１３３の上部まで伸びるソース電極１４２、ソース電極１４２とは分離しており、ソース電極１４２の反対方向の抵抗接触層１３３の上部に形成されているドレイン電極１４３を含む。

データ配線およびこれらが覆わない半導体層１３２の上部には、保護膜１５１が形成されている。保護膜１５１には、ドレイン電極１４３を露出させる接触孔１５２が形成されている。

保護膜１５１の上部には、画素電極１６１が形成されている。通常、画素電極１６１はＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）などの透明な導電物質で構成されうる。画素電極１６１は、接触孔１５２を通じてドレイン電極１４３と接続されている。画素電極１６１には、画素電極切り込みパターン１６２が形成されている。

画素電極１６１の画素電極切り込みパターン１６２は、後述する共通電極切り込みパターン２５２と共に液晶層３００を多数の領域に分ける。

画素電極１６１および保護膜１５１の上には、第１の配向膜１７１が形成されている。第１の配向膜１７１はポリイミドで構成されうる。

次に、第２の基板２００について説明する。

第２の絶縁基板２１１の上には、ブラックマトリックス２２１が形成されうる。一般に、ブラックマトリックス２２１は、赤色、緑色および青色フィルターを区別し、第１の基板１００に位置する薄膜トランジスタへの直接的な光照射を遮る役割を果たす。通常、ブラックマトリックス２２１は、黒色顔料が添加された感光性有機物質で構成されうる。前記黒色顔料としては、特に制限はないが、カーボンブラックやチタニウムオキサイドなどが挙げられる。

カラーフィルター２３１は、ブラックマトリックス２２１を境界として赤色、緑色および青色フィルターが繰り返して形成される。カラーフィルター２３１はバックライトユニット（図示せず）から照射されて液晶層３００を通過した光に色相を与える役割を果たす。通常、カラーフィルター２３１は、感光性有機物質で構成されうる。

カラーフィルター２３１およびカラーフィルター２３１が覆わないブラックマトリックス２２１の上部には、オーバーコート層２４１が形成されている。オーバーコート層２４１は、カラーフィルター２３１を平坦化しながら、カラーフィルター２３１を保護する役割を果たす。オーバーコート層２４１は感光性アクリル系樹脂を用いることができる。

オーバーコート層２４１の上部には、共通電極２５１が形成されている。共通電極２５１は、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）などの透明な導電物質で構成される。共通電極２５１は、薄膜トランジスタ基板の画素電極１６１と共に液晶層３００に直接電圧を印加する。

共通電極２５１には、共通電極切り込みパターン２５２が形成されている。共通電極切り込みパターン２５２は、画素電極１６１の画素電極切り込みパターン１６２と共に液晶層３００を多数の領域に分ける役割を果たす。

画素電極切り込みパターン１６２および共通電極切り込みパターン２５２は、本実施形態に限らず、様々な形状に形成できる。他の実施形態としては、切り込みパターン１６２、２５２の代わりに、突起部が備えられて液晶層３００を多数の領域に分けることにより形成されうる。

共通電極２５１の上には、第２の配向膜２６１が形成されている。第２の配向膜２６１はポリイミドから構成されうる。

第１の基板１００と第２の基板２００との間には、液晶層３００が位置する。液晶層３００はＶＡ（ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ）モードであって、液晶分子は、電圧が加えられない状態においては、長軸方向が垂直をなしている。このとき、電圧が加えられると、液晶分子は負の誘電率異方性を有するため、電場に対して垂直になる。

しかしながら、切り込みパターン（ｃｕｔ−ｏｆｆ ｐａｔｔｅｒｎ）１６２、２５２が形成されていなければ、液晶分子は横たわる方位角が決定されず多数の方向に無秩序に配列され、配向方向の異なる境界面で回位線（ｄｅｃｌｉｎａｔｉｏｎ ｌｉｎｅ）が生ずる。切り込みパターン１６２、２５２は、液晶層３００に電圧がかかるとき、フリンジフィールドをつくって液晶配向の方位角を決定する。また、液晶層３００は、切り込みパターン１６２、２５２の配置に応じて多重領域に分けられる。

また、前記切り込みパターンは、突起の形態でもよい。要するに、多重領域に分けることができればよい。
スペーサ４００は、第１の配向膜１７１および／または第１の配向膜２６１と接触し、両基板１００、２００のセルギャップを保持する。

スペーサ４００は球形状であって、スペーサ本体４１１とスペーサ本体４１１を取り囲むコーティング層４１２とを含む。

なお、スペーサ本体４１１は、ポリスチレンのような樹脂を含んでなりうる（クレーム５）。なお、前記スペーサは、液晶表示装置に好ましく用いられうる。

また、このコーティング層４１２は、ハイパーブランチポリマーを含む。

すなわち、第１の実施形態は、球形状のスペーサ本体と、前記スペーサ本体を取り囲み、ハイパーブランチポリマーを含むコーティング層と、を含む、スペーサである。

ここで、「ハイパーブランチポリマー」とは、三つ以上の官能基で構成される単量体が結合して形成されるものである。ハイパーブランチポリマーは、直線状高分子とは異なり、重合体の主鎖に多数の枝が形成されている。

本発明に用いられる「ハイパーブランチポリマー」としては、特に制限されないが、デンドリマーなどが挙げられる。すなわち、本発明で用いられるハイパーブランチポリマーは、デンドリマーを含む。

ここで、「デンドリマー」とは、枝状の三次元構造で配列された巨大な単分子を意味し、秩序正しく整列した対称構造により典型的な直線状高分子とは構造的／物理的側面において大きな差がある。

デンドリマーは、下記構造式１に例示するように、コア部（□）、連結部（△）および末端部（○）で構成される。コア部が、中心部に位置し、コア部から伸びる複数の連結部が複数の世代数（ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）を形成している。下記構造式１には、第３世代数を有する構造を示したが、これに限らず、世代数を調節して分子量を調節することが可能である。すなわち、「連結部」は「枝型連結部」でありうる。

ここで、デンドリマーが、上述の通り、内部に位置するコア部と、外部に位置する末端部と、前記コア部および末端部を連結する連結部と、を含み、前記末端部が、脂肪族化合物を含む、スペーサであると好ましい。

なお、デンドリマーの脂肪族化合物末端部は、５つ以上の炭素を含むことが好ましい。

また、前記デンドリマーが、上述の通り、内部に位置するコア部と、外部に位置する末端部と、前記コア部および末端部を連結する連結部と、を含み、前記末端部が、芳香族化合物を含むスペーサであると好ましい。

上記で説明した、連結部の末端に位置する末端部は、溶解性および表面特性などを決定する。末端部は、官能基を含むことができる。

ここで、該末端部に含まれる官能基としては、アクリル基、アミン基、エステル基、カルボキシル基、アルデヒド基、ヒドロキシル基、エチレンオキサイド基などの官能基が挙げられる。

□：コア部
△：連結部
○：末端部
第１の実施形態によれば、スペーサ４００は、基板１００、２００に対する固着性が優れて配向膜１７１、２６１の損傷が防止される。

図３および図４を参照しながら、第１の実施形態における固着性に優れたスペーサ４００についてさらに詳しく説明する。

図３は、スペーサ４００のコーティング層４１２がハイパーブランチポリマーで構成される場合であり、図４は、スペーサ４００のコーティング層４１２がデンドリマーで構成される場合である。なお、本発明に使用が可能なハイパーブランチポリマーは、「欠陥のあるデンドリマー構造のポリマー」を含む。

上述した二つの場合とも、重合体鎖があまり曲がらないため、ポリマーの末端が表面に露出している。露出したポリマーの末端は、配向膜１７１、２６１と相互作用してスペーサ４００の固着性を向上させうる。
本実施形態とは異なり、コーティング層４１２が直線状高分子の場合、重合体鎖はコーティング層４１２の内で相互作用して重合体の末端が表面に露出しない。したがって、コーティング層４１２と配向膜１７１、２６１との相互作用が制限されて、スペーサ４００の固着性が悪くなる。

続いて、ＶＡモードの液晶層３００を用いる第２の実施形態について説明する。
ＶＡモードの液晶層３００を用いる第２の実施形態において、配向膜１７１、２６１の表面には脂肪族化合物が多量存在する。したがって、コーティング層４１２としてデンドリマーを用いる場合、末端部は脂肪族化合物を含むことが好ましい。

一方、本実施形態に用いられうるデンドリマーの末端部における化合物には、アクリル基、アミン基、エステル基、カルボキシル基、アルデヒド基、ヒドロキシル基、エチレンオキサイド基などの他の官能基が備えられるとよい。

また、他の実施形態においては、スペーサ本体４１１は表面に形成されているアクリル樹脂層を含むことができ、この場合、コーティング層４１２はアクリル樹脂層と直接接触しうる。すなわち、前記スペーサ本体が、前記コーティング層と接触するアクリル樹脂層を含む、スペーサであると好ましい。

また他の実施形態においては、液晶層３００のモードに従って、配向膜１７１、２６１が形成されないこともある。この場合、スペーサ４００は、配向膜１７１、２６１でない別途の層、たとえば、画素電極１６１、共通電極２５１または絶縁膜などと接触することができる。スペーサ４００が配向膜１７１、２６１でない他の層と接触しても、コーティング層４１２によりスペーサ４００の固着性は向上される。

スペーサが、画素電極、共通電極、絶縁膜とも接着力が向上するのは、露出したポリマー末端部のためである。

次に、図５Ａ−図５Ｄを参照しながら、第１の実施形態のスペーサを含む、液晶表示装置の製造方法について説明する。なお、第１の基板１００および第２の基板２００は、従来公知の方法を適宜選択して製造できるため、その説明は省略する。

まず、図５Ａに示すように、第２の基板２００の上に、シーラント５００を形成する。シーラント５００は、ディスペンサーを用いたドローイング法で形成できる。シーラント５００は長方形状に形成されうる。

シーラント５００は、エポキシ樹脂およびアクリル樹脂を主成分とし、アミン系の硬化剤、アルミナパウダーのような充填剤、プロピレン−グリコール−ジアセテートのような溶剤で構成されてなりうる。

第１の基板１００の上には、図５Ｂに示すように、液晶層３００を滴下し、スペーサ４００が散布される。液晶層３００は、液晶自体の粘度によって、第１の基板１００の上から流れ落ちない。スペーサ４００は、コーティング層４１２と第１の配向膜１７１との相互作用により第１の基板１００の上に固定されている。

次いで、図５Ｃに示すように、第２の基板２００を第１の基板１００に整列配置するが、この過程において、シーラント５００は、両基板１００、２００の間に位置する。

図５Ｄに示すように、シーラント５００に紫外線および／または熱を加えて硬化させる。

次に、図６を参照して、第１の実施形態のスペーサを含む液晶表示装置の他の製造方法について説明する。

第２の基板２００の上に形成されるシーラント５００は、ほぼ長方形状であるが、一部分５０１が開いている。

シーラント５００を形成した後、両基板１００、２００を接合し、その基板１００、２００の間に液晶層３００を注入する。液晶層３００は充填法（ｆｉｌｌｉｎｇ）により注入されうるが、両基板１００、２００の間の空間を真空にすることで液晶が流入されるようにすることができる。

液晶注入が完了すると、開いている一部分を、紫外線硬化樹脂を用いて密封し、その紫外線硬化樹脂を硬化させることができる。

続いて、図７を参照して、第３の実施形態によるＴＮモードの液晶層３００を用いる液晶表示装置について説明する。
画素電極１６１および共通電極２５１には、切り込みパターンが形成されず、液晶層３００はＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）モードである。

ＴＮモードの液晶層３００を用いる第３の実施形態においては、配向膜１７１、２６１の表面には、芳香族化合物が多量存在する。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者であれば、本発明の範囲を逸脱しない限り、本実施形態を容易に変形できるのは明らかであると理解されなければならない。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲のみならず、その均等の範囲によって、定められるべきである。

本発明によれば、固着性に優れたスペーサおよびこれを含む液晶表示装置を提供することによって、液晶表示装置に係る分野の様々な用途に適用できる。

本発明の第１の実施形態のスペーサを含む液晶表示装置において、第１の基板の配置図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図である。 本発明の第１の実施形態のスペーサを含む液晶表示装置において、スペーサの構造を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態のスペーサを含む液晶表示装置において、スペーサの構造を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態のスペーサを含む液晶表示装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態のスペーサを含む液晶表示装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態のスペーサを含む液晶表示装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態のスペーサを含む液晶表示装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態による液晶表示装置の他の製造方法を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態による液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置
１００ 第１の基板
２００ 第２の基板
Ｔ 薄膜トランジスタ
１６１ 画素電極
１６２ 画素電極切り込みパターン
１７１ 第１の配向膜
２５１ 共通電極
２５２ 共通電極切り込みパターン
２６１ 第２の配向膜
３００ 液晶層
４００ スペーサ
４１１ スペーサ本体
４１２ コーティング層
５００ シーラント

Claims (9)

1. 球形状のスペーサ本体と、
   前記スペーサ本体を取り囲み、デンドリマーを含むハイパーブランチポリマーを含むコーティング層と、
   を含む、スペーサ。
2. 前記デンドリマーが、内部に位置するコア部と、外部に位置する末端部と、前記コア部および末端部を連結する連結部と、を含み、
   前記末端部が、脂肪族化合物を含む、請求項１に記載のスペーサ。
3. 前記デンドリマーが、内部に位置するコア部と、外部に位置する末端部と、前記コア部および末端部を連結する連結部と、を含み、
   前記末端部が、芳香族化合物を含む、請求項１に記載のスペーサ。
4. 前記スペーサ本体が、ポリスチレンを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスペーサ。
5. 前記スペーサ本体が、前記コーティング層と接触するアクリル樹脂層を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のスペーサ。
6. 互いに対向する第１の基板および第２の基板と、
   前記両基板の間に位置する液晶層と、
   前記両基板の間に位置し、両基板の間隔を保持する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスペーサと、
   を含む、液晶表示装置。
7. 前記第１の基板上に、第１の配向膜が配置され、
   前記第２の基板上に、第２の配向膜が配置され、
   前記コーティング層が、前記第１の配向膜および前記第２の配向膜の少なくとも一方と接触する、請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記第１の基板が、画素電極切り込みパターンが形成されている画素電極を含み、
   前記第２の基板が、共通電極切り込みパターンが形成されている共通電極を含み、
   前記液晶層が、ＶＡモードであり、
   前記ハイパーブランチポリマーが、デンドリマーを含み、
   前記デンドリマーが、コア部、連結部および末端部で構成され、
   前記末端部が、脂肪族化合物を含む、請求項６または７に記載の液晶表示装置。
9. 前記液晶層が、ＴＮモードであり、
   前記ハイパーブランチポリマーが、デンドリマーを含み、
   前記デンドリマーが、コア部、連結部および末端部で構成され、
   前記末端部が、芳香族化合物を含む、請求項６または７に記載の液晶表示装置。