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KR20100051868A - 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법, 스페이서 형성용 잉크, 및 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법, 스페이서 형성용 잉크, 및 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20100051868A
KR20100051868A KR1020107007340A KR20107007340A KR20100051868A KR 20100051868 A KR20100051868 A KR 20100051868A KR 1020107007340 A KR1020107007340 A KR 1020107007340A KR 20107007340 A KR20107007340 A KR 20107007340A KR 20100051868 A KR20100051868 A KR 20100051868A
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South Korea
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spacer
liquid crystal
crystal display
ink
substrate
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KR1020107007340A
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나오키 마루야마
가즈노리 야마모토
야스시 구마시로
마사시 야마우라
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히다치 가세고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 수지 및 이것을 용해하는 용제를 함유하고 고형 입자를 실질적으로 함유하지 않는 잉크로 이루어지는 액적을 잉크젯법에 의해 기판(23) 상에 인쇄하고, 기판(23) 상의 액적으로부터 용제를 제거하여, 기판(23) 상의 소정의 위치에 배치된 스페이서(11)를 형성하는 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법으로서, 잉크의 25℃에 있어서의 표면 장력을 X mN/m, 기판(23)의 25℃에 있어서의 표면 자유에너지를 Y mJ/m2으로 했을 때, 하기 식(1)에 있어서의 A가 -10∼15 mJ/m2인 액정 표시 장치의 제조 방법인 것을 특징으로 한다.
A = X -Y …(1)

Description

액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법, 스페이서 형성용 잉크, 및 액정 표시 장치 및 그 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING SPACER FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS, INK FOR SPACER FORMATION, LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS AND PROCESS FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은, 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법, 스페이서 형성용 잉크, 및 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 컬러 텔레비전이나 퍼스널 컴퓨터의 모니터 등의 표시 장치로서 액정 표시 장치가 사용되고 있다. 액정 표시 장치는, 일반적으로, 투명 전극 등을 가지는 투명한 한 쌍의 기판이 1∼10㎛의 갭을 두고 대향 배치되고, 상기 한 쌍의 기판 사이에 액정 물질을 봉입(封入)하여 액정층이 형성된 구성을 가진다. 액정층에 대하여 전극을 통해서 전계를 인가함으로써 액정 물질을 배향시켜, 액정 물질의 배향에 의해 백라이트 광의 투과·불투과를 컨트롤하여 화상을 표시시킨다.
액정 표시 장치의 액정층의 두께가 불균일하면 표시 불균일이나 콘트라스트 이상(異常)이 발생하므로, 기판 사이의 갭을 일정하게 유지하여 액정층의 두께를 균일하게 할 필요가 있다. 그러므로, 종래, 균일한 입도(粒度) 분포를 가지는 실리카 입자, 금속 산화물 입자, 및 열가소성 수지 입자 등의 비즈(beads)를 기판 상에 산포(散布)하고, 이들을 스페이서로서 기판 사이에 배치하는 방법에 의해, 기판 사이의 갭을 일정하게 유지하는 방법이 이용되어 왔다.
그러나, 살포된 비즈를 스페이서(입자상(粒子狀) 스페이서)로서 사용하는 종래의 방법의 경우, 비즈가 고정되어 있지 않으므로, 액정 표시 장치의 진동에 의해 비즈가 이동하여 표시 불균일이 생기는 문제점이 있었다. 또한, 산포 시에 비즈를 원하는 위치에 양호한 정밀도로 배치하기 곤란하기 때문에, 그 분포에 불균일이 생기기 쉽고, 경우에 따라서는 액정 표시 장치의 표시 영역에 비즈가 배치되어, 비즈가 표시 불균일이나 광 누출 등의 표시 불량의 요인이 되는 경우도 있었다.
그래서, 감광성 수지를 사용한 포토리소그래피법에 의해 한쪽 기판 상에 스페이서를 형성하는 방법이 검토되고 있다. 이 방법에 의하면, 원하는 위치에 스페이서로서의 레지스트 패턴을 양호한 위치 정밀도로 형성할 수 있다. 또한, 일반적으로 레지스트 패턴의 기판에 대한 부착력은 비교적 높으므로, 입자상 스페이서를 사용하는 경우와 비교하여, 배향 이상이나 콘트라스트 저하 등을 개선할 수 있다고 여겨진다.
다만, 포토리소그래피법은, 일단 기판의 전체면에 스페이서 재료로서 감광성 수지를 도포한 후에 불필요 부분을 제거하기 때문에 재료의 손실이 많고, 또한 현상, 박리 등의 복수의 공정이 필요하여, 제조 공정이 복합해지는 문제점이 있다. 또한, 각 제품에 대응하는 포토리소그래피법용 판을 준비할 필요가 있고, 이 점에서도 공정이 복잡화되는 문제점이 있다. 또한, 최근의 액정 표시 장치의 대형화에 수반하여 스페이서 재료의 균일한 도포나, 대응하는 판을 준비하기가 곤란해지는 경향이 있다.
한편, 입자상 스페이서를 포함하는 잉크를 잉크젯법에 따라 기판 상에 인쇄하는 방법에 의해, 기판 상에 입자상 스페이서(비즈)를 배치하는 방법이 검토되고 있다(특허 문헌 1∼4). 잉크젯법에 의하면, 포토리소그래피법과 비교하여 간단한 공정으로 스페이서를 형성할 수 있게 된다. 또한, 입자상 스페이서를 산포하는 방법에 비해 위치 정밀도가 현격하게 향상될 수 있다고 여겨진다. 예를 들면, 입자상 스페이서를 용제에 분산시킨 잉크를, 비표시 영역인 컬러 필터의 블랙 매트릭스 부분에 대하여 잉크젯법에 의해 국소적으로 인쇄하고, 인쇄된 잉크로부터 용제를 증발시킴으로써, 블랙 매트릭스 상에 입자상 스페이서를 선택적으로 형성시키는 것이 가능하다고 기대되고 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허출원 공개번호 평 11-316380호 공보 특허 문헌 2: 일본 특허출원 공개번호 2002-333631호 공보 특허 문헌 3: 일본 특허출원 공개번호 2004-13116호 공보 특허 문헌 4: 일본 특허출원 공개번호 2003-295198호 공보
본 발명자들의 검토에 의하면, 고형(固形) 입자를 함유하는 잉크에 대신하여, 고형 입자를 실질적으로 함유하지 않고, 수지 및 이것이 용해되어 있는 용제를 함유하는 잉크를 사용함으로써, 충분히 높은 위치 정밀도로 액정 표시 장치용 스페이서를 형성할 수 있는 것을 알았다.
그러나, 전술한 바와 같은 고형 입자를 실질적으로 함유하지 않는 잉크를 사용하여 액정 표시 장치용 스페이서를 형성하는 경우, 충분한 위치 정밀도를 가지는 스페이서를 형성하기 곤란했다. 즉, 잉크가 고형 입자를 함유하고 있지 않으므로, 스페이서의 높이 불균일을 충분히 억제하기가 곤란했다.
본 발명은 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 충분한 높이를 가지고, 또한 충분히 양호한 위치 정밀도와 높이 정밀도를 가지는 액정 표시용 스페이서를 형성할 수 있는 액정 표시용 스페이서의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 이러한 제조 방법에 바람직하게 사용되는 스페이서 형성용 잉크, 및 이러한 제조 방법에 의해 형성되는 액정 표시 장치용 스페이서를 구비하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 수지 및 이것을 용해하는 용제를 함유하고 고형 입자를 실질적으로 함유하지 않는 잉크로 이루어지는 액적(液滴)을 잉크젯법에 의해 기판 상에 인쇄하고, 상기 기판 상의 액적으로부터 용제를 제거하여, 상기 기판 상의 소정의 위치에 배치된 스페이서를 형성하는 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법으로서, 상기 잉크의 25℃에 있어서의 표면 장력을 X mN/m, 상기 기판의 25℃에 있어서의 표면 자유에너지를 Y mJ/m2으로 했을 때, 하기 식 (1)에 있어서의 A가 -10∼15 mJ/m2인 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법을 제공한다.
A = X - Y …(1)
전술한 본 발명의 제조 방법에서는, 잉크젯법을 채용하고 있기 때문에, 액정 표시 장치용 스페이서를 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 고형 입자를 실질적으로 함유하지 않는 잉크를 사용하고 있기 때문에, 충분히 우수한 위치 정밀도로 액정 표시 장치용 스페이서를 형성할 수 있다. 또한, 충분한 높이 H를 가지면서, 높이 H의 불균일을 억제할 수 있다.
충분한 높이를 가지면서, 또한 충분히 우수한 위치 정밀도로 높이 H의 불균일이 억제된 스페이서를 형성할 수 있게 된 이유는 다음과 같다. 즉, 잉크의 기판에 대한 젖음성(wettability)이 너무 높으면, 액정 표시 장치용 스페이서로서 바람직한 1㎛ 이상의 높이 H를 가지는 스페이서를 형성하기가 곤란하게 된다. 또한, 스페이서 직경이 커져서 원하는 인쇄 영역 내에 스페이서를 형성하기가 곤란하게 된다. 한편, 잉크의 기판에 대한 젖음성이 너무 낮으면, 잉크젯법에 의해 액적을 배치한 후, 액적이 튀어서, 원하는 위치에 스페이서를 형성할 수 없는 경향이 있다. 또한, 동일한 잉크라도 기판의 표면 자유에너지가 상이하면, 잉크의 젖음성이 달라서 스페이서 높이 H가 변동한다. 그래서, 잉크의 표면 장력과 기판의 표면 자유에너지의 차이(A)를 -10∼15 mJ/m2의 범위로 함으로써, 충분한 높이를 가지면서, 또한 충분히 우수한 위치 정밀도로 높이 H의 불균일이 억제된 스페이서를 형성할 수 있게 되었다.
그리고, 입자상 스페이서를 함유하는 잉크를 잉크젯법에 의해 인쇄하는 종래의 제조 방법의 경우, 잉크젯 노즐 선단에 있어서 잉크의 계면(메니스커스) 형상의 균일성이 입자상 스페이서와 같은 고형 입자의 존재에 기인하여 저하되고, 그 결과, 토출된 액적의 궤적이 곡선으로 되고, 또한 토출 속도의 불균일이 생긴다. 액적의 궤적이 곡선으로 되거나 토출 속도의 불균일이 있으면, 착탄 위치 정밀도가 저하되거나, 새틀라이트(잔점)가 발생한다. 이에 비해, 본 발명에서는, 고형 입자를 실질적으로 함유하지 않는 잉크를 사용하고, 기판의 표면 자유에너지와 잉크의 표면 장력과의 차이(A)를 조정함으로써, 우수한 스페이서의 위치 정밀도를 가지면서, 또한 스페이서의 높이 H를 높은 정밀도로 형성할 수 있게 되었다.
본 발명에서는, 상기 식 (1)에 있어서의 A를 -10∼15 mJ/m2의 범위 내에서 변경함으로써, 액정 표시 장치용 스페이서의 높이 H를 조정하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, A를 상기 범위 내에서 조정함으로써, 충분한 높이 H를 유지하면서, 스페이서의 높이 H를 충분히 우수한 정밀도로 조정할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 잉크의 25℃에 있어서의 표면 장력은 20 mN/m 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 잉크의 25℃에 있어서의 점도는 50 mPa·s 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 성상(性狀)을 가지는 잉크를 사용함으로써, 기판 상에 배치된 액적의 직경, 나아가서는 형성되는 스페이서의 사이즈를 용이하게 작게 할 수 있다. 스페이서를 작게 하는 것은, 고정밀 액정 표시 장치에 있어서 특히 중요하다. 또한, 상기 잉크에 의하면, 잉크젯의 막힘의 발생이 억제되고, 보다 양호한 인자성(印字性)을 얻을 수 있다. 이와 같은 잉크는, 잉크를 동일한 위치에 2회 이상 중첩하여 인쇄하는 방법을 채용하는 경우에 특히 유용하다.
본 발명에서는, 잉크 중의 용제의 25℃에 있어서의 증기압은, 1.34×103 Pa 미만인 것이 바람직하다. 이로써, 용제의 휘발에 의한 잉크 점도의 상승이 충분히 억제되고, 잉크젯의 막힘의 발생을 더욱 억제할 수 있다.
본 발명에서는, 잉크 중의 수지는 열경화성 수지인 것이 바람직하다. 경화되기 전의 열경화성 수지의 점도는 비교적 낮기 때문에, 열경화성 수지를 사용함으로써 잉크가 저점도화되어, 보다 안정된 토출성을 얻을 수 있게 된다. 이 경우, 액정 표시 장치용 스페이서는, 기판 상의 액적을 가열함으로써 액적으로부터 용제를 제거하고, 열경화성 수지를 경화시켜 형성할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 열경화성 수지는 에폭시 수지 및 그 경화제를 포함하는 것이 바람직하다. 에폭시 수지나 경화제의 종류를 적절하게 선택함으로써, 스페이서를 구성하는 경화물을, 비교적 용이하게 원하는 물성을 가지도록 할 수 있다. 에폭시 수지는, 내열성이나 접착성의 관점에서 보면, 페놀 화합물과 알데히드 화합물의 축합물의 글리시딜 에테르화물인 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 잉크를 필터메쉬 간극 1㎛의 필터로 여과했을 때, 여과되어 걸러지는 고형분의 양이 상기 잉크 질량에 대하여 0.3 질량% 미만인 것이 바람직하다. 이로써, 형성되는 액정 표시 장치용 스페이서의 위치 정밀도를 한층 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 액정 표시 장치용 스페이서의 높이 H를, 잉크 건조 후의 고형분 비율을 변경함으로써 원하는 높이(1∼10㎛ 정도)로 조정하는 것이 바람직하다. 잉크 건조 후의 고형분 비율(%)은, 25℃에 있어서의 점도가 50 mPa·s 이하로 되는 범위에서, 임의의 값으로 조정할 수 있다. 여기서, 잉크의 고형분 비율은, 하기 식 (2)에 의해 도출할 수 있다. 그리고, 하기 식 (2)에 있어서의 건조 후의 질량은, 잉크를 200℃, 30분간의 조건에서 건조한 후의 질량이다.
고형분 비율(%) = (건조 후의 질량/건조 전의 잉크 질량)×100 …(2)
또한, 본 발명에서는, 액정 표시 장치용 스페이서의 높이 H를, 잉크의 액적량을 변경함으로써 조정하는 것이 바람직하다. 잉크의 액적량은, 0.001∼100 pL인 것이 바람직하고, 1∼80 pL인 것이 더 바람직하며, 1∼30pL인 것이 특히 바람직하다. 액적 용량이 많을수록, 형성되는 스페이서의 직경이 커지고 인쇄 위치의 제약이 커지는 경향이 있다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 본 발명은 액정 표시 장치의 스페이서용 잉크에 관한 것이다. 본 발명에서는, 잉크젯법에 의해 기판 상에 인쇄되는, 수지 및 이것을 용해하는 용제를 함유하면서, 고형 입자를 실질적으로 함유하고 있지 않은 액정 표시 장치의 스페이서 형성용 잉크로서, 상기 잉크의 25℃에 있어서의 표면 장력을 X mN/m, 상기 기판의 25℃에 있어서의 표면 자유에너지를 Y mJ/m2으로 했을 때, 상기 식 (1)에 있어서의 A가 -10∼15 mJ/m2인 스페이서 형성용 잉크를 제공한다.
이와 같은 스페이서 형성용 잉크를 사용함으로써, 액정 표시 장치용으로 충분한 높이 H를 가지는 스페이서를 형성할 수 있다. 이 스페이서 형성용 잉크에 의해 형성된 스페이서는, 위치 정밀도 및 높이 정밀도가 충분히 우수하다.
또한, 본 발명의 스페이서 형성용 잉크를 이용하면, 충분히 우수한 정밀도로 스페이서의 높이 H를 제어할 수 있다. 본 발명에 따른 스페이서 형성용 잉크는, 상기 잉크로 이루어지는 액적을 잉크젯법에 의해 기판 상에 인쇄하여, 액정 표시 장치용 스페이서를 형성하기 위해 사용된다. 바꾸어 말하면, 본 발명에 따른 스페이서 형성용 잉크는, 상기 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법에 바람직하게 사용된다. 본 발명에 따른 스페이서 형성용 잉크에 의하면, 액정 표시 장치용 스페이서를 충분히 높은 위치 정밀도 및 우수한 높이 정밀도로 간단한 공정에 의해 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 본 발명은, 대향 배치된 한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판 사이에 배치된 액정층 및 액정 표시 장치용 스페이서를 구비하는 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 상기 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 적어도 한쪽 기판 상에 액정 표시 장치용 스페이서를 형성하는 공정을 포함한다.
상기 본 발명에 따른 제조 방법에 의하면, 충분한 높이 H를 가지는 액정 표시 장치용 스페이서를 충분히 우수한 위치 정밀도 및 높이 정밀도로 형성할 수 있다. 또한, 이와 같은 액정 표시 장치용 스페이서를 간단한 공정에 의해 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 대향 배치된 한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판 사이에 배치된 액정층 및 액정 표시 장치용 스페이서를 구비한다. 상기 액정 표시 장치용 스페이서는, 상기 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 형성된 것이다.
상기 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 충분한 높이 H를 가지는 스페이서가 충분히 우수한 위치 정밀도와 높이 정밀도로 배치되어 있다. 그러므로, 표시 불균일이나 광 누출 등의 표시 불량을 충분히 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 충분한 높이를 가지고, 충분히 우수한 위치 정밀도와 높이 정밀도를 가지는 액정 표시용 스페이서를 형성할 수 있는 액정 표시용 스페이서의 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 이러한 제조 방법에 바람직하게 사용되는 스페이서 형성용 잉크, 및 이러한 제조 방법에 의해 형성되는 액정 표시 장치용 스페이서를 구비하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 임의의 높이로 스페이서 높이를 제어 가능하며, 액정 표시 장치용 스페이서를 충분히 높은 위치 정밀도로 간단한 공정에 의해 형성할 수 있다. 즉, 양호한 정밀도로 액정 표시 장치의 비표시 영역에 선택적으로 원하는 높이를 가지는 스페이서를 형성할 수 있으므로, 액정 표시 장치의 표시 불균일이나 광 누출 등의 표시 불량을 충분히 억제할 수 있다.
또한, 종래의 입자상 스페이서는 기판과 점 접촉하므로 그 접촉 면적이 작은데 비해, 본 발명의 제조 방법에 의해 형성되는 스페이서는 기판과의 접촉 면적을 넓게 할 수 있다. 스페이서를 구성하는 수지와 기판과의 밀착성은 일반적으로 양호하므로, 스페이서와 기판 사이이 양호한 밀착성도 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법에 의해 기판 상에 형성된 액정 표시 장치용 스페이서의 일실시형태를 나타내는 모식 단면도이다.
도 2는 본 발명의 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법에 의해 기판 상에 형성된 액정 표시 장치용 스페이서의 다른 실시형태를 나타내는 모식 단면도이다.
도 3은 도 2의 스페이서(12)의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 액정 표시 장치의 일실시형태를 나타내는 모식 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법에 의해 기판 상에 형성된 액정 표시 장치용 스페이서의 일실시형태를 나타내는 모식 단면도이다. 수지층(20)으로 이루어지는 액정 표시 장치용 스페이서(11)는, 기판(23)의 주면(23a) 상에 설치된다. 이하, 액정 표시 장치용 스페이서(11)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법에서는, 수지 및 이것을 용해하는 용제를 함유하고 고형 입자를 실질적으로 함유하지 않는 잉크로 이루어지는 액적을 잉크젯법에 의해 기판(23)의 주면(23a) 상에 인쇄하고, 기판(23)의 주면(23a) 상의 액적으로부터 용제를 제거하여, 주면(23a) 상의 소정의 위치에 배치된 액정 표시 장치용 스페이서를 형성한다. 그리고, 상기 잉크의 25℃에 있어서의 표면 장력을 X mN/m, 상기 기판의 25℃에 있어서의 표면 자유에너지를 Y mJ/m2으로 했을 때, 상기 식(1)에 있어서의 A가 -10∼15 mJ/m2이다.
본 실시형태의 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법에서는, 먼저, 액정 표시 장치에 사용되는 기판(23)의 주면(23a) 상에, 수지 및 이 수지를 용해하는 용제를 함유하고, 고형 입자를 실질적으로 함유하지 않는 잉크를 잉크젯법으로 인쇄한다. 그리고, 예를 들면 가열 처리 등에 의해 용매를 제거하여, 수지층(20)을 형성할 수 있다. 이로써, 기판(23) 상에 수지층(20)으로 이루어지는 액정 표시 장치용 스페이서(11)를 형성할 수 있다. 스페이서(11)의 높이 H는, 1∼10㎛인 것이 바람직하다.
잉크젯법은, 예를 들면 피에조 소자의 진동에 의해 액체를 토출하는 피에조 방식이나, 급격한 가열에 의한 액체의 팽창을 이용하여 액체를 토출시키는 서멀 방식 등, 일반적인 토출 방법을 이용할 수 있다. 이와 같은 잉크젯법을 실시하기 위해서는, 예를 들면 통상적인 잉크젯 장치를 사용할 수 있다.
잉크가 기판(23) 상에 착탄(着彈)된 후에 용매를 제거하는 방법으로서는, 예를 들면 기판을 가열하거나, 열풍을 분사하는 등의 가열 처리 방법을 채용할 수 있다. 이와 같은 가열 처리는, 예를 들면 가열 온도 150∼250℃, 가열 시간 0.2∼ 1.0 시간으로 행할 수 있다. 그리고, 수지로서 열경화성 수지를 사용하는 경우, 용매의 제거 후, 또는 용매 제거와 동시에 수지를 경화시킬 수 있다.
잉크의 표면 장력 X mN/m과 기판(23)의 표면 자유에너지 Y mJ/m2과의 차이(A)는, -10∼15 mJ/m2이며, -10∼0 mJ/m2인 것이 바람직하다. A가 -10∼0 mJ/m2의 범위 내이면, 스페이서(11)가 알맞게 편평화되어[(스페이서(11)의 직경/높이 H) = 10∼30], 스페이서(11)의 높이 H의 표준 편차를 0.05㎛ 이내로 저감할 수 있다. A가 -10 mJ/m2 미만인 경우, 충분한 높이를 가지는 스페이서를 형성할 수 없다. 한편, A가 15 mJ/m2을 초과하는 경우, 원하는 위치에 스페이서(11)를 형성할 수 없다. 그리고, 스페이서(11)의 직경은, 기판(23)의 주면(23a)과 접촉하는 면에 있어서의 직경이다.
기판(23)의 표면 자유에너지는 60 mJ/m2 이하인 것이 바람직하고, 35 mJ/m2 이하인 것이 더 바람직하며, 30 mJ/m2 이하인 것이 특히 바람직하다. 기판의 표면 자유에너지는, 기판 표면의 재질을 변경함으로써 조정할 수 있다. 이와 같이, 기판 표면의 재질을 선택함으로써, 수지층(20)의 높이, 즉 스페이서(11)의 높이 H를 조정할 수 있다.
본 실시형태의 스페이서 형성용 잉크는, 표면 장력이 20 mN/m 이상인 것이 바람직하다. 스페이서 형성용 잉크의 표면 장력이 20 mN/m 미만인 경우, 잉크 액적이 기판(23)에 착탄된 후에 젖어서 퍼지므로, 액정 표시 장치의 좁은 폭의 비표시 영역 내로의 스페이서의 형성이 곤란하게 되는 경향이 있다. 스페이서 형성용 잉크의 표면 장력은 20∼80 mN/m의 범위인 것이 더 바람직하다. 이는, 잉크의 표면 장력이 80 mN/m를 초과하는 경우, 잉크젯 노즐 막힘이 쉽게 발생하는 경향이 있기 때문이다.
그리고, 잉크의 표면 장력은, 배합하는 수지 성분 및 용제의 종류를 변경함으로써, 및 배합비를 변경함으로써 조정할 수 있다. 이와 같이, 잉크의 배합을 변경함으로써, 기판(23)의 주면(23a) 상에 인쇄되는 액적의 높이를 조정할 수 있다.
일반적으로, 잉크의 표면 장력은 상승시키는 것보다 저하시키는 것이 용이하다. 따라서, 기판(23)의 표면 자유에너지가 낮을수록, 잉크의 표면 장력과 기판(23)의 표면 자유에너지의 차이의 변화 폭을 넓게 할 수 있어서, 형성되는 스페이서(11)의 높이 H를 폭넓게 제어할 수 있다. 잉크의 표면 장력 X와 기판(11)의 표면 자유에너지 Y의 차이(A)가 확실하게 클수록, 스페이서(11)의 높이 H를 높게 할 수 있다.
액정 표시 장치용 스페이서(11)의 높이 H는, 잉크젯법에 의해 기판(23)의 주면(23a) 상에 인쇄되는 액적의 높이를 제어함으로써 조정할 수 있다. 액적의 높이는, 잉크의 표면 장력, 기판(23)의 표면 자유에너지, 액적의 양, 상기 식 (2)에서 도출되는 건조 후의 고형분 비율을 변경함으로써 조정할 수 있다. 그리고, 본 실시형태의 스페이서 및 액적의 「높이」는, 기판(23)의 주면(23a)에 수직인 방향에서의 스페이서 및 액적의 두께를 일컫는다.
본 실시형태에서는, 잉크의 표면 장력 X mN/m과 기판(23)의 표면 자유에너지 Y mJ/m2과의 차이, 즉 상기 식 (1)에 의해 도출되는 A의 값을 -10∼15 mJ/m2의 범위에서 변경함으로써, 기판(23)의 주면(23a) 상의 액적의 높이를 조정할 수 있다. 이와 같은 액적으로부터 용매를 제거하고 경화시킴으로써, 충분한 정밀도로 원하는 높이 H를 가지는 액정 표시 장치용 스페이서(11)를 형성할 수 있다.
그리고, 본 실시형태의 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법에 있어서, 스페이서(11)의 높이 H는, 잉크의 액적량이나 잉크의 건조 후의 고형분의 비율[상기 식 (2)에 의해 도출되는 값]을 변경함으로써 조정할 수도 있다. 잉크의 액적량이 많고, 잉크의 건조 후의 고형분의 비율이 높을수록, 스페이서(11)의 높이 H를 높게 할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법에 의해 기판 상에 형성된 액정 표시 장치용 스페이서의 다른 실시형태를 나타내는 모식 단면도이다. 수지층(20) 및 수지층(22)이 이 순서로 적층되어 이루어지는 액정 표시 장치용 스페이서(12)는, 기판(23) 상에 설치된다. 이하, 액정 표시 장치용 스페이서(12)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 기판(23)의 주면(23a) 상에, 잉크젯법에 의해 수지 및 용제를 함유하고, 고형 입자를 실질적으로 함유하지 않는 잉크로 이루어지는 액적을 토출하여 인쇄한다. 그리고, 사용하는 잉크의 표면 장력과 기판(23)의 표면 자유에너지와의 차이(A)는 -10∼15 mJ/m2의 범위이다. 이와 같이 하여 형성된 액적으로부터, 용매를 제거하고 경화시켜서 수지층(20)을 형성한다. 이 수지층(20) 상에, 잉크젯법에 의해 수지 및 용제를 함유하고, 고형 입자를 실질적으로 함유하지 않는 잉크를 인쇄한다. 즉, 기판(23) 상의 수지층(20)의 형성 위치와 동일한 위치에, 스페이서 형성용 잉크를 인쇄한다. 상기 잉크는, 수지층(20) 형성용으로 사용한 잉크와 동일한 조성을 가질 수도 있고, 상이한 조성을 가질 수도 있다. 이와 같이, 수지층(20) 상에 잉크를 인쇄한 후, 수지층(20) 형성 시와 마찬가지로 하여 용매를 제거함으로써, 수지층(20) 상에 수지층(22)을 형성할 수 있다. 이로써, 도 2에 나타낸 바와 같은, 기판(23) 상에, 수지층(20) 및 수지층(22)이 이 순서로 적층된 액정 표시 장치용 스페이서(12)를 형성할 수 있다. 본 실시형태의 제조 방법에 의한 스페이서(12)의 높이 H1은, 액정 표시 장치용 스페이서로서 충분한 높이이다.
도 3은, 도 2의 스페이서(12)의 상면도이다. 수지층(22)은, 수지층(20)을 덮도록 설치된다(도 2). 이와 같이, 본 발명의 스페이서 형성용 잉크는, 하나의 형성 영역에 1회 이상 토출될 수 있다. 이로써, 넓은 범위의 액정층의 갭 높이에 용이하게 대응 가능한 액정 표시 장치용 스페이서를 형성할 수 있다.
여기서, 기판(23)은, 액정 표시 장치에 사용되는 기판이며, 액정 표시 장치용 스페이서(11, 12)가 형성되는 면 측에, 예를 들면, 전극이나 배향층을 가지는 것을 사용할 수 있다. 그리고, 스페이서 형성용 잉크는, 액정 표시 장치에 있어서 대향 배치되는 2개의 기판 중, 한쪽 기판 표면에 토출하는 것이 바람직하고, 스페이서를 배치하는 영역은, 컬러 필터의 블랙 매트릭스 등의 비표시 영역 상인 것이 바람직하다.
그리고, 본 실시형태에서는, 기판(23) 상에 스페이서 형성용 잉크를 인쇄한 후, 가열 처리를 행하여 수지층(20)을 일단 형성하였으나, 기판(23) 상에 스페이서 형성용 잉크를 인쇄한 후에 가열 처리를 행하지 않고, 동일한 위치에 스페이서 형성용 잉크를 중첩하여 인쇄하고, 그 후에 가열 처리 등에 의해 용매를 제거하여, 수지층(20)과 수지층(22)을 동시에 형성해도 된다. 또한, 수지층(22) 상에, 잉크젯법에 의해 수지 및 용제를 함유하고 고형 입자를 실질적으로 함유하지 않는 잉크를 추가로 인쇄하고 용매를 제거함으로써, 수지층(22) 상에 수지층을 더 형성해도 된다. 전술한 바와 같이, 수지층(22) 상에 잉크를 중첩하여 인쇄하고, 용매를 제거함으로써, 기판(23) 상에 3층 이상의 수지층으로 이루어지는 액정 표시 장치용 스페이서를 형성할 수 있다.
다음으로, 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법에 사용되는 스페이서 형성용 잉크에 대하여, 상세하게 설명한다. 본 발명의 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법에서는, 수지 및 이것이 용해되어 있는 용제를 함유하고, 고형 입자를 실질적으로 함유하지 않는 잉크를 사용한다. 여기서, 「실질적으로 함유하지 않음」이란, 상온(常溫)하에 있어서, 입경 1.0㎛ 이상의 고형상 입자의 함유량이 잉크 질량에 대하여 0.5 질량% 미만인 것을 의미한다. 그리고, 고형상 입자의 함유량은, 잉크 질량에 대하여 0.3 질량% 미만인 것이 바람직하고, 0.05 질량% 미만인 것이 더 바람직하며, 0.01 질량% 미만인 것이 특히 바람직하다. 고형상 입자의 함유량을 저감함으로써, 착탄 위치 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.
본 실시형태의 스페이서 형성용 잉크, 즉 잉크는, 용제 중에 수지가 균일하게 용해되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 「수지가 균일하게 용해되어 있다」란, 잉크를 상온하에서 필터메쉬 간극 1㎛의 필터로 여과한 경우에, 여과되어 걸러지는 스페이서의 고형분의 양이, 잉크 질량에 대하여 0.3 질량% 미만인 것을 의미한다.
본 실시형태의 스페이서 형성용 잉크의 점도는, 25℃에서 50 mPa·s 이하인 것이 바람직하다. 스페이서 형성용 잉크의 점도가 50 mPa·s 이하이면, 잉크젯 인쇄 시에 토출되지 않는 노즐의 발생이나, 노즐의 막힘의 발생을 더욱 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 스페이서 형성용 잉크의 점도는, 25℃에서 1.0∼30 mPa·s인 것이 더 바람직하다. 잉크 점도를 전술한 범위로 함으로써, 액적의 직경을 작게 할 수 있어서 잉크의 착탄 직경을 더욱 작게 할 수 있는 경향이 있다.
스페이서 형성용 잉크에 포함되는 용제의 25℃에서의 증기압은, 1.34×103Pa 미만인 것이 바람직하다. 전술한 바와 같은 용제이면, 용제의 휘발에 의한 잉크 점도의 상승을 억제할 수 있다. 예를 들면, 증기압이 1.34×103Pa 이상인 잉크를 사용하면, 잉크 액적이 건조되기 쉽고, 잉크젯 헤드의 노즐로부터 액적을 토출하기 곤란하게 되어, 잉크젯 헤드의 막힘이 쉽게 생기는 경향이 있다. 스페이서 형성용 잉크에 포함되는 용제의 증기압을 1.34×103Pa 미만으로 함으로써, 전술한 문제를 방지할 수 있다. 그리고, 증기압이 1.34×103Pa 미만인 용제와, 증기압이 1.34×103Pa 이상인 용제를 병행하여 사용해도 되지만, 그럴 경우, 증기압이 1.34×103Pa 이상인 용제의 배합 비율을, 용제 전체량의 질량 기준으로, 60 질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 50 질량% 이하로 하는 것이 더 바람직하며, 40 질량% 이하로 하는 것이 특히 바람직하다. 그리고, 용제로서는, 증기압이 원하는 범위이면서, 또한 절연성 수지를 분산 또는 용해할 수 있는 것인 한 다양한 종류를 사용할 수 있다.
25℃에 있어서의 증기압이 1.34×103Pa 미만인 용제로서는, 구체적으로는, γ-부티로락톤, 시클로헥사논, N-메틸-2-피롤리돈, 아니솔, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 트리프로필렌글리콜디메틸에테르 등을 예로 들 수 있다. 또한, 25℃에 있어서의 증기압이 1.34×103Pa 이상인 용제로서 구체적으로는, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 톨루엔, 이소프로필알코올 등을 예로 들 수 있다. 이들 용제는, 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜 사용할 수 있다.
잉크 중에서의 용매의 함유 비율에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 잉크의 25℃에 있어서의 점도 및 표면 장력이 전술한 범위 내가 되도록 적절하게 조정하는 것이 바람직하지만, 통상적으로는, 잉크 질량에 대하여 50∼99 질량%로 하는 것이 바람직하다.
잉크에 포함되는 수지는, 일반적으로 전기 절연성을 나타내고, 기재(基材)에 대한 부착성을 부여할 수 있는 재료이면 어떠한 것이라도 되며, 예를 들면 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 실리콘 변성 폴리아미드이미드 수지, 폴리에스테르 수지, 시아네이트에스테르 수지, BT 레진, 아크릴 수지, 멜라민 수지, 우레탄 수지, 알키드 수지 등을 예로 들 수 있지만, 특별히 제한하는 것은 아니다. 이들은 1종을 단독으로, 또는 2종류 이상을 조합시켜 사용해도 된다.
수지로서 열경화성 수지를 사용하는 경우에는, 모노머, 올리고머 등을 필요에 따라 용제에 용해하고, 기판에 인쇄한 후, 가열 처리함으로써 용제 제거 및/또는 수지 경화를 행할 수 있다. 그리고, 스페이서 형성용 잉크에는, 필요에 따라 경화 촉진제, 커플링제, 산화 방지제, 충전제 등을 배합해도 된다.
열경화성 수지는, 내열성의 관점에서 보면, 에폭시 수지 및 그 경화제를 포함하는 것이 바람직하다. 에폭시 수지로서는, 예를 들면 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 비페놀형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 지방족 쇄상(鎖狀)에폭시 수지, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 또는 페놀, 크레졸, 알킬페놀, 카테콜, 비스페놀 F, 비스페놀 A, 비스페놀 S 등의 페놀류와 포름알데히드나 살리실알데히드 등의 알데히드류와의 축합물의 글리시딜에테르화물, 폴리페놀류의 글리시딜 에테르 화물, 및 이들의 수소 첨가물, 할로겐화물 등이 있지만, 내열성 및 접착성의 관점에서 보면 페놀류와 알데히드류와의 축합물의 글리시딜에테르화물이 바람직하다. 이들 에폭시 수지의 분자량은 어떠한 것이라도 되고, 또한 몇 종류를 병용할 수도 있다.
에폭시 수지와 함께 사용되는 경화제로서는, 예를 들면 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 메타크실렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐술폰, m-페닐렌디아민, 디시안디아미드 등의 아민류; 무수 프탈산, 테트라하이드로 무수 프탈산, 헥사하이드로 무수 프탈산, 메틸테트라하이드로 무수 프탈산, 메틸헥사하이드로 무수 프탈산, 무수 메틸나딕산, 무수 피로멜리트산, 무수 트리멜리트산 등의 산무수물; 이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-운데실이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 4,5-디페닐이미다졸, 2-메틸이미다졸린, 2-페닐이미다졸린, 2-운데실이미다졸린, 2-헵타데실이미다졸린, 2-이소프로필이미다졸, 2,4-디메틸이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸린, 2-이소프로필이미다졸린, 2,4-디메틸이미다졸린, 2-페닐-4-메틸이미다졸린 등의 이미다졸류; 이미노기가 아크릴로니트릴, 페닐렌디이소시아네이트, 톨루이딘이소시아네이트, 나프탈렌디이소시아네이트, 메틸렌비스페닐이소시아네이트, 멜라민아크릴레이트 등으로 마스킹된 이미다졸류; 비스페놀 F, 비스페놀 A, 비스페놀 S, 폴리비닐페놀 등의 페놀류; 페놀, 크레졸, 알킬페놀, 카테콜, 비스페놀 F, 비스페놀 A, 비스페놀 S 등의 페놀류와 포름알데히드나 살리실알데히드 등의 알데히드류와의 축합물 및 이들의 할로겐화물 등을 들 수 있다. 이들 중, 내열성 및 접착성의 관점에서 보면, 페놀류와 알데히드류와의 축합물이 바람직하다. 이들 화합물의 분자량은 어떠한 것이라도 되고, 또한, 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜 사용할 수 있다.
잉크 중에서의 절연성 수지의 함유 비율에 대해서는, 잉크의 25℃에 있어서의 점도 및 표면 장력이 전술한 범위 내가 되도록 적절하게 조정하는 것이 바람직하지만, 통상적으로는, 잉크 질량에 대하여 1∼50 질량%로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 본 발명의 액정 표시 장치는, 대향 배치된 한쌍의 기판과, 상기 한쌍의 기판 사이에 봉입된 액정 물질로 이루어지는 액정층과, 상기 액정층의 두께를 일정하게 유지하기 위하여 상기 기판 사이에 배치된 액정 표시 장치용 스페이서를 구비하는 액정 표시 장치이다. 그리고, 상기 액정 표시 장치용 스페이서는, 본 발명의 스페이서 형성용 잉크를 사용하여 잉크젯법에 의해 상기 기판 상의 원하는 위치에 형성된 것이다. 즉, 액정 표시 장치용 스페이서는, 스페이서 형성용 잉크를 잉크젯 인쇄 장치에 의해 기판 상의 원하는 위치에 도포하고, 가열 처리에 의해 수지의 경화 및/또는 용제 제거를 행함으로써 형성할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 액정 표시 장치의 일실시형태를 나타내는 모식 단면도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 액정 표시 장치(1)는, 대향시켜 설치된 한쌍의 기판 부재(6a, 6b)를 가지고 있다. 기판 부재(6a)는, 전극(2a), 컬러 필터(7), 기판(3a), 위상차판(8) 및 편광판(5a)으로 이루어지고, 이들이 전술한 순서로 적층되어 있다. 또한, 기판 부재(6b)는, 전극(2b), 기판(3b) 및 편광판(5b)으로 이루어지고, 이들이 전술한 순서로 적층되어 있다. 또한, 기판 부재(6b)에 있어서의 편광판(5b)의 외측에는 백라이트(9)가 배치되어 있다. 또한, 기판 부재(6a, 6b)의 전극(2a, 2b)이 형성되어 있는 측에는, 각각 배향층(17a, 17b)이 적층되어 있다. 그리고, 액정층(18)은, 배향층(17a, 17b)이 개재된 채, 기판 부재(6a, 6b)에 의해 협지되어 있다. 그리고, 액정층(18)의 주위 둘레부이면서 기판 부재(6a, 6b) 사이에는 시일재(13)가 설치되어 있고, 이로써 기판 부재(6a, 6b)가 결합되어 있다.
이와 같은 액정 표시 장치에 있어서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 액정 표시 장치용 스페이서(10)는 액정층(18)의 두께를 일정하게 유지하기 위하여, 액정 표시 장치(1)의 소정의 위치에 설치된다. 액정 표시 장치용 스페이서(10)는, 고품위 화상을 표시하는 관점에서 보면, 투광부인 표시 도트부 이외의 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 액정 표시 장치용 스페이서(10)는, 화면 표시 전체 영역에 걸쳐서 균 등한 간격으로 설치되는 것이 바람직하다. 이 액정 표시 장치용 스페이서(10)는, 본 발명의 스페이서 형성용 잉크를 사용하여 잉크젯 인쇄법에 의해 형성되어 있으므로, 화면 표시 전체 영역에 걸쳐서 충분히 양호한 위치 정밀도로 설치되어 있어서, 표시 불균일이나 광 누출 등의 표시 불량을 충분히 억제할 수 있다.
이와 같은 액정 표시 장치는, 기판(3b) 상에 설치된 배향층(17b) 상에, 액정 표시 장치용 스페이서(10)를 전술한 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 액정 표시 장치용 스페이서(10)는, 전술한 잉크를 잉크젯법에 의해 2회 이상 중첩하여 인쇄하여 형성함으로써, 원하는 높이로 조정할 수 있다.
그리고, 도 4에 나타내는 기판 부재(6a, 6b)는 각각, 전술한 각 층이 적층된 구조를 가지고 있지만, 반드시 이들이 모두 적층되어 있을 필요는 없다. 또한, 기판 부재(6a, 6b)에는, 필요에 따라 절연층, 블랙 매트릭스 층, 완충재층, TFT 등이 더 설치되어 있어도 된다.
전극(2a, 2b)으로서는, 인듐 주석 산화물(ITO) 등의 투명 전극을 사용할 수 있다. 또한, 기판(3a, 3b)으로서는, 플라스틱판, 유리판 등을 예시할 수 있다. 또한, 컬러 필터(7), 위상차판(8), 편광판(5a, 5b) 및 백라이트(9)는, 각각 공지의 것을 사용할 수 있다. 또한, 배향층(17a, 17b)에 대해서도, 공지의 액정 배향제를 사용하여 형성할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고, 각 실시예 및 각 비교예에서 사용한 잉크의 점도는, 가부시키가이샤 에이·앤드·디(A&D)사 제품인 소형 진동식 점도계(상품명: CJV5000)를 사용하여 25℃에서 측정하였다. 또한, 잉크의 표면 장력은, Wilhelmy법(백금 플레이트법)에 의한 표면 장력 측정 장치인, 쿄와계면화학사 제품인 전자동 표면 장력계(상품명: CBVP-Z)를 사용하여 25℃에서 측정하였다. 또한, 기판의 표면 자유에너지는, 쿄와계면화학사 제품인 자동 접촉각계(상품명: DM500)를 사용하여, 물, 포름아미드, 글리세린의 기판에 대한 접촉각을 25℃에서 측정한 후, 산염기법에 의해 산출하였다. 또한, 잉크를 여과했을 때 여과되고 걸러지는 고형분의 양은, 상온하에서, 필터메쉬 간극 1㎛의 필터를 사용하여 잉크를 여과하고, 여과되어 걸러지는 고형분을 온도 200℃에서 1시간 건조한 후의 질량을 계측하여 구하였다.
(잉크 1의 제조)
비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지(다이닛뽄 잉크 화학공업 가부시키가이샤 제품, 상품명: N-865), 비스페놀 A 노볼락 수지(다이닛뽄 잉크 화학공업 가부시키가이샤 제품, 상품명: VH4170), 2-에틸-4-메틸이미다졸(토쿄화성공업 가부시키가이샤 제품)을, 용제인 γ-부티로락톤(25℃에 있어서의 증기압: 2.3×102Pa)에 용해시켜서, 잉크 1을 제조했다. 그리고, 잉크 1에 포함되는 각 원료 및 용제의 사용 비율은, 표 1에 나타내는 바와 같다.
제조된 잉크 1의 점도는 8.4 mPa·s, 표면 장력은 44 mN/m, 여과되어 걸러지는 고형분의 양은 0.001 질량%였다.
(잉크 2의 제조)
잉크의 각 원료 및 용제의 사용 비율을 표 1과 같이 변경한 점 이외는, 잉크 1과 마찬가지로 하여 잉크 2를 제조했다.
제조된 잉크 2의 점도는, 11.5 mPa·s, 표면 장력은 44.1 mN/m, 여과되어 걸러지는 고형분의 양은 0.001 질량%였다.
(잉크 3의 제조)
실리콘계 레벨링제(쿠스모토 화성 가부시키가이샤 제품, 상품명: 디스파론 1711)를 첨가하고, 또한 각 원료 및 용제의 사용 비율을 표 1에 나타내는 바와 같이 변경한 점 이외는, 잉크 1과 마찬가지로 하여, 잉크 3을 제조했다.
제조된 잉크 3의 점도는, 7.6 mPa·s, 표면 장력은 26 mN/m, 여과되어 걸러지는 고형분의 양은 0.002 질량%였다.
(잉크 4의 제조)
각 원료 및 용제의 사용 비율을 표 1에 나타내는 바와 같이 변경하고, 또한 입자상 스페이서(나트코 가부시키가이샤 제품, 상품명: BD-380)를 첨가한 점 이외는, 잉크 1과 마찬가지로 하여, 잉크 4를 제조했다.
제조된 잉크 4의 점도는, 12.2 mP·s, 표면 장력은 44 mN/m, 여과되어 걸러지는 고형분의 양은 0.51 질량%였다.
[표 1]
Figure pct00001
(실시예 1)
잉크 1로부터, 20㎛의 필터메쉬 간극을 가지는 멤브레인 필터로 여과함으로써 이물질을 제거하였다. 이물질이 제거된 잉크 1을 구경 50㎛의 헤드를 탑재한 피에조 방식의 잉크젯 장치(가부시키가이샤 마이크로 제트 제품, 상품명: 나노 프린터 1000)에 공급하였다.
[스페이서 형성용 잉크의 인쇄, 스페이서의 형성]
상기 잉크젯 장치를 사용하여, 유리판 상에 VA 액정용 배향막이 형성된 기판의 표면(표면 자유에너지: 29 mJ/m2) 상에, 150㎛ 간격으로, 액적 용량을 15pL로 하여, 토출 위치 좌표(목표)에 기초하여 잉크 1을 인쇄했다. 잉크 1을 1회 인쇄한 후, 상기 기판을 180℃로 가열된 핫 플레이트 상에 신속하게 옮기고, 30분간 건조·경화시켜서, 스페이서를 형성하였다. 사용된 잉크 및 기판의 성상을 표 2에 나타낸다.
[착탄 위치 정밀도의 평가]
기판 상에 인쇄된 잉크 도트의 인쇄 상태(건조 전)의 화상으로부터 착탄 위치의 좌표를 특정했다. 이 좌표와 당초의 토출 위치 좌표(목표)와의 어긋남(W)을 산출하여, 이하의 평가 기준으로 착탄 위치 정밀도를 평가했다(n = 80). 평가 결과는 표 3에 나타내는 바와 같다.
<착탄 위치 정밀도의 평가 기준>
A: 인쇄된 모든 잉크 도트에 대하여, 착탄 위치의 어긋남(W)이 25㎛ 이내인 잉크 도트의 비율이 90% 이상.
B: 인쇄된 모든 잉크 도트에 대하여, 착탄 위치의 어긋남(W)이 25㎛ 이내인 잉크 도트의 비율이 90% 미만.
[밀착성의 평가]
형성된 스페이서에 시판중인 셀로판 테이프를 강하게 압착시킨 후, 상기 셀로판 테이프를 한번에 잡아당겨서 박리하여, 스페이서의 박리의 유무를 확인함으로써, 밀착성의 평가를 행하였다. 밀착성의 평가 기준은 이하에 나타내는 바와 같다. 밀착성의 평가 결과는 표 3에 나타내는 바와 같다.
<밀착성의 평가 기준>
A: 테이프 시험에 의해 스페이서가 전혀 박리되지 않음.
B: 테이프 시험에 의해 스페이서 중 적어도 일부가 박리됨.
[스페이서의 평균 높이 및 표준 편차의 평가]
형성된 스페이서의 높이를, 료카 시스템사 제품인 3차원 비접촉 표면 형상 계측 시스템(상품명: MM-3500)에 의해 측정하여(n = 96), 측정값의 평균값 및 표준 편차를 구하였다.
[스페이서 직경의 평가]
형성된 스페이서의 직경을, 현미경으로 관찰하여 측정하였다.
(실시예 2)
잉크 1에 대신하여, 잉크 2를 사용한 점 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 기판 표면 상에 스페이서를 형성하고, 각 평가를 행하였다. 사용된 잉크 및 기판의 성상을 표 2에 나타낸다. 평가 결과는 표 3에 나타내는 바와 같다.
(실시예 3)
유리판 상에, 표면 자유에너지가 29 mJ/m2인 VA 액정용 배향막에 대신하여, 표면 자유에너지가 35 mJ/m2인 VA 액정용 배향막이 형성된 기판을 사용한 점 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 기판 상에 스페이서를 형성하고, 각각 평가를 행하였다. 사용된 잉크 및 기판의 성상을 표 2에 나타낸다. 평가 결과는 표 3에 나타내는 바와 같다.
(실시예 4)
잉크젯법으로 토출되는 잉크의 액적 용량을 35pL로 한 점 이외는, 실시예 3과 마찬가지로 하여 기판 상에 스페이서를 형성하고, 각 평가를 행하였다. 사용된 잉크 및 기판의 성상을 표 2에 나타낸다. 평가 결과는 표 3에 나타내는 바와 같다.
(실시예 5)
잉크 1에 대신하여, 잉크 3을 사용한 점 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 기판 상에 스페이서를 형성하고, 각 평가를 행하였다. 사용된 잉크 및 기판의 성상을 표 2에 나타낸다. 평가 결과는 표 3에 나타내는 바와 같다.
(실시예 6)
유리판 상에, 표면 자유에너지가 29 mJ/m2인 VA 액정용 배향막에 대신하여, 표면 자유에너지가 35 mJ/m2인 VA 액정용 배향막이 형성된 기판을 사용한 점 이외는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 기판 상에 스페이서를 형성하고, 각 평가를 행하였다. 사용된 잉크 및 기판의 성상을 표 2에 나타낸다. 평가 결과는 표 3에 나타내는 바와 같다.
(비교예 1)
유리판 상에, 표면 자유에너지가 29 mJ/m2인 VA 액정용 배향막에 대신하여, 표면 자유에너지가 43 mJ/m2인 TN 액정용 배향막이 형성된 기판을 사용한 점 이외는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 기판 상에 스페이서를 형성하고, 각 평가를 행하였다. 사용된 잉크 및 기판의 성상을 표 2에 나타낸다. 평가 결과는 표 3에 나타내는 바와 같다.
(비교예 2)
유리판 상에, 표면 자유에너지가 29 mJ/m2인 VA 액정용 배향막에 대신하여, 표면 자유에너지가 53 mJ/m2인 IPS 액정용 배향막이 형성된 기판을 사용한 점 이외는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 기판 상에 스페이서를 형성하고, 각 평가를 행하였다. 사용된 잉크 및 기판의 성상을 표 2에 나타낸다. 평가 결과는 표 3에 나타내는 바와 같다.
(비교예 3)
잉크 1에 대신하여, 잉크 4를 사용하고, 또한 상기 잉크 4를 멤브레인 필터로 여과하지 않은 점 이외는, 비교예 1과 마찬가지로 하여 기판 상에 스페이서를 형성하고, 각 평가를 행하였다. 사용된 잉크 및 기판의 성상을 표 2에 나타낸다. 평가 결과는 표 3에 나타내는 바와 같다.
[표 2]
Figure pct00002
[표 3]
Figure pct00003
실시예 1∼6에서 제작한 스페이서의 평균 높이는 1∼10㎛의 범위 내이고, 착탄 위치 정밀도도 양호하였다. 실시예 1∼6의 결과로부터, 잉크의 표면 장력과 기판의 표면 에너지와의 차이(표 2에 있어서의 A의 값)를 -10∼15의 범위로 함으로써, 스페이서의 높이를 액정 표시 장치용 스페이서로서 바람직한 범위로 할 수 있었다. 또한, 각 실시예에서 형성된 스페이서와 기판과의 밀착성도 양호하였다.
한편, 비교예 1 및 2에서 형성한 스페이서의 평균 높이는, 모두 1㎛ 미만으로 낮았다. 또한, 비교예 3은 착탄 위치 정밀도가 불량했다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명에 의하면, 충분한 높이를 가지며, 충분히 우수한 위치 정밀도와 높이 정밀도를 가지는 액정 표시용 스페이서를 형성할 수 있는 액정 표시용 스페이서의 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 이러한 제조 방법에 바람직하게 사용되는 스페이서 형성용 잉크, 및 이러한 제조 방법에 의해 형성되는 액정 표시 장치용 스페이서를 구비하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
1: 액정 표시 장치 2a, 2b: 전극
3a, 3b, 23: 기판 23a: 주면
5a, 5b: 편광판 6a, 6b: 기판 부재
7: 컬러 필터 8: 위상차판
9: 백라이트 10, 11, 12: 스페이서
13: 시일재 17a, 17b: 배향층
18: 액정층 20, 22: 수지층

Claims (13)

  1. 수지 및 이것을 용해하는 용제를 함유하고 고형(固形) 입자를 실질적으로 함유하지 않는 잉크로 이루어지는 액적(液滴)을 잉크젯법에 의해 기판 상에 인쇄하고, 상기 기판 상의 상기 액적으로부터 상기 용제를 제거하여, 상기 기판 상의 소정의 위치에 배치된 스페이서를 형성하는 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법으로서,
    상기 잉크의 25℃에 있어서의 표면 장력을 X mN/m, 상기 기판의 25℃에 있어서의 표면 자유에너지를 Y mJ/m2으로 했을 때, 하기 식(1)에 있어서의 A가 -10∼15 mJ/m2인, 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법.
    A = X - Y …(1)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 식 (1)에 있어서의 A를 -10∼15 mJ/m2의 범위 내에서 변경함으로써, 상기 스페이서의 높이 H를 조정하는, 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 잉크의 25℃에 있어서의 표면 장력이 20 mN/m 이상이며, 상기 잉크의 25℃에 있어서의 점도가 50mPa·s 이하인, 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용제의 25℃에 있어서의 증기압이 1.34×103 Pa 미만인, 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지가 열경화성 수지이며, 상기 기판 상의 상기 액적을 가열함으로써 상기 액적으로부터 상기 용제를 제거하고, 상기 열경화성 수지를 경화시켜 상기 액정 표시 장치용 스페이서를 형성하는, 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열경화성 수지가 에폭시 수지 및 그 경화제를 포함하는, 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 에폭시 수지가 페놀 화합물과 알데히드 화합물의 축합물의 글리시딜 에테르화물인, 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 잉크를 필터메쉬 간극 1㎛의 필터로 여과할 때, 여과되어 걸러지는 고형분의 양이 상기 잉크 질량에 대하여 0.3 질량% 미만인, 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 잉크의 건조 후의 고형분 비율을 변경함으로써 상기 스페이서의 높이 H를 조정하는, 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 상에 인쇄되는 상기 액적의 양을 변경함으로써 상기 스페이서의 높이 H를 조정하는, 액정 표시 장치용 스페이서의 제조 방법.
  11. 잉크젯법에 의해 기판 상에 인쇄되는, 수지 및 이것을 용해하는 용제를 함유하면서, 또한 고형 입자를 실질적으로 함유하고 있지 않은 액정 표시 장치의 스페이서 형성용 잉크로서,
    상기 잉크의 25℃에 있어서의 표면 장력을 X mN/m, 상기 기판의 25℃에 있어서의 표면 자유에너지를 Y mJ/m2으로 했을 때, 하기 일반식 (1)에 있어서의 A가 -10∼15 mJ/m2인, 스페이서 형성용 잉크.
    A = X - Y …(1)
  12. 대향 배치된 한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판 사이에 배치된 액정층 및 액정 표시 장치용 스페이서를 구비하는 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 적어도 한쪽의 상기 기판 상에 상기 액정 표시 장치용 스페이서를 형성하는 공정을 포함하는, 제조 방법.
  13. 대향 배치된 한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판 사이에 배치된 액정층 및 액정 표시 장치용 스페이서를 구비하고, 상기 액정 표시 장치용 스페이서가, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 형성된 것인, 액정 표시 장치.
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PB0901 Examination by re-examination before a trial

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20120425

Patent event code: PB09011R02I

Comment text: Request for Trial against Decision on Refusal

Patent event date: 20120326

Patent event code: PB09011R01I

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20110906

Patent event code: PB09011R02I

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20100405

Patent event code: PB09011R02I

B601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
PB0601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial

Comment text: Report of Result of Re-examination before a Trial

Patent event code: PB06011S01D

Patent event date: 20120529

J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20120326

Effective date: 20131031

PJ1301 Trial decision

Patent event code: PJ13011S01D

Patent event date: 20131031

Comment text: Trial Decision on Objection to Decision on Refusal

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Request date: 20120326

Decision date: 20131031

Appeal identifier: 2012101002892

PS0901 Examination by remand of revocation
S901 Examination by remand of revocation
GRNO Decision to grant (after opposition)
PS0701 Decision of registration after remand of revocation

Patent event date: 20131125

Patent event code: PS07012S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20131104

Patent event code: PS07011S01I

Comment text: Notice of Trial Decision (Remand of Revocation)

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20140106

Patent event code: PR07011E01D

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Payment date: 20140106

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