JP2004094117A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】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。
【解決手段】一対の基板１３，１４と、その基板１３，１４の対向する面の少なくとも一方に設けられた透明電極１１と、基板間に注入された液晶１５と前記基板１３，１４の外縁を樹脂により封止するシール材１８と、前記基板１３，１４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１６とを含み、前記スペーサ１６はその両端が前記基板１３，１４に接着され、ハード樹脂層１６Ａと、ハード樹脂層１６Ａよりヤング率の小さいソフト樹脂層１６Ｂより構成される。このような構成により液晶の熱膨張や外力に追従可能となる。
【選択図】 図１
【解決手段】一対の基板１３，１４と、その基板１３，１４の対向する面の少なくとも一方に設けられた透明電極１１と、基板間に注入された液晶１５と前記基板１３，１４の外縁を樹脂により封止するシール材１８と、前記基板１３，１４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１６とを含み、前記スペーサ１６はその両端が前記基板１３，１４に接着され、ハード樹脂層１６Ａと、ハード樹脂層１６Ａよりヤング率の小さいソフト樹脂層１６Ｂより構成される。このような構成により液晶の熱膨張や外力に追従可能となる。
【選択図】 図１
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／ｍｍ２〜２００個／ｍｍ２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
【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／ｍｍ２〜２００個／ｍｍ２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
Claims (10)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
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