JP2004012802A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色層および遮光膜の保護膜を有するカラーフィルタ、あるいは樹脂遮光膜の保護膜を有するモノクロフィルタを備え、ＩＰＳモードに好適な液晶表示装置であって、色層や樹脂遮光膜からの液晶中への不純物の溶出を効果的に防止して、液晶中の不純物に起因する表示不良などの発生を抑制することができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】色層６、８、１０および遮光膜４の保護膜１２を、架橋密度が７０％以上の透明有機樹脂、ビッカース硬度が５０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上の透明有機樹脂、または架橋密度が７０％以上でビッカース硬度が５０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上の透明有機樹脂で形成する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色層および遮光膜の保護膜を有するカラーフィルタ、あるいは樹脂遮光膜の保護膜を有するモノクロフィルタを備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、色層および遮光膜の保護膜を有するカラーフィルタとして、特開平１１−３０５２１６号に開示されたものがある。このカラーフィルタは、透明基板上の片面に、所定ピッチで形成されたマトリックス状遮光部層（遮光膜）、上記マトリックス状遮光部層の幅方向端部上に、周辺部が重なる状態でマトリックス状遮光部層間に形成された画素状カラーフィルタ層（色層）、マトリックス状遮光部層上の離散した位置に形成されたスペーサー機能を有するドット状突起層、および上記マトリックス状遮光部層、画素状カラーフィルタ層、ドット状突起層が形成された透明基板上の全面に形成されたオーバーコート層（保護膜）を具備するものである。
【０００３】
上述した特開平１１−３０５２１６号のカラーフィルタは、ＩＰＳ（Ｉｎ−ＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードの液晶表示装置に好適に使用されるもので、そのオーバーコート層は、マトリックス状遮光部層、画素状カラーフィルタ層、ドット状突起層からの溶出物を阻止し、ＩＰＳモードの液晶表示装置に使用した場合に、微量のアルカリ金属イオンなどが液晶中に溶出して液晶の作動に支障が生じることを防止するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記特開平１１−３０５２１６号と同様の目的でなされたもので、色層および遮光膜の保護膜を有するカラーフィルタ、あるいは樹脂遮光膜の保護膜を有するモノクロフィルタを備え、ＩＰＳモードに好適な液晶表示装置であって、色層や樹脂遮光膜からの液晶中への不純物の溶出を効果的に防止して、液晶中の不純物に起因する表示不良などの発生を抑制する性能をさらに向上させることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記目的を達成するために種々検討を行った結果、不純物の発生源である色層や樹脂遮光膜を覆う保護膜を、架橋密度が７０％以上の透明有機樹脂、あるいはビッカース硬度が５０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上の透明有機樹脂によって形成した場合、色層や樹脂遮光膜中に含まれる不純物が保護膜を通過しにくくなり、その結果、色層や樹脂遮光膜からの液晶中への不純物の溶出を防止して、表示不良などの発生を抑制できることを知見し、本発明をなすに至った。
【０００６】
したがって、本発明は、下記（１）、（２）に示す液晶表示装置を提供する。
（１）色層および遮光膜の保護膜を有するカラーフィルタを備えた液晶表示装置において、前記保護膜は架橋密度が７０％以上であること、およびビッカーズ硬度が５０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上であることのうちの少なくとも一方の条件を満たす透明有機樹脂からなることを特徴とする液晶表示装置。
（２）樹脂遮光膜の保護膜を有するモノクロフィルタを備えた液晶表示装置において、前記保護膜は架橋密度が７０％以上であること、およびビッカーズ硬度が５０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上であることのうちの少なくとも一方の条件を満たす透明有機樹脂からなることを特徴とする液晶表示装置。
【０００７】
この場合、本発明の液晶表示装置は、基板内の液晶中に含まれる不純物量が３ｎｇ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。上記不純物量の測定法については後述する。
【０００８】
また、保護膜の材質としては、必ずしも限定されないが、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂およびポリイミド系樹脂から選ばれる１種以上の樹脂を主材とすることが適当である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に用いるカラーフィルタの一例を示す模式的断面図である。本例のカラーフィルタは、裏面ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎ−ｏｘｉｄｅ）層１４が設けられたガラス基板２上に遮光膜（樹脂ＢＭ：樹脂ブラックマトリックス）４、色層（Ｒ：赤）６、色層（Ｇ：緑）８、色層（Ｂ：青）１０が形成され、さらに樹脂ＢＭ４および色層６、８、１０を覆って保護膜（ＯＣ膜：オーバーコート膜）１２が積層されたものである。なお、本発明に用いるカラーフィルタでは遮光膜をクロム等の金属で形成してもよい。
【００１０】
図１に示したカラーフィルタは、例えば図２に示すプロセスフローによって製造することができる。まず、ガラス基板２の裏面に裏面ＩＴＯ層１４をスパッタリングにより形成する。次に、ガラス基板２を洗浄し、ガラス基板２上に黒顔料レジストをスピンコートにより塗布した後、フォトリソグラフィにより樹脂ＢＭ４を形成する。次に、ガラス基板２上に赤顔料レジストをスピンコートにより塗布した後、フォトリソグラフィにより色層（Ｒ）６を形成する。さらに、上記と同様の操作を繰り返して、色層（Ｇ）８、色層（Ｂ）１０を形成する。その後、ＯＣ膜材料を樹脂ＢＭ４および色層６、８、１０上にスピンコートにより塗布した後、焼成してＯＣ膜１２を形成する。
【００１１】
図３は本発明に用いるモノクロフィルタの一例を示す模式的断面図である。本例のモノクロフィルタは、裏面ＩＴＯ層１４が設けられたガラス基板２上に遮光膜（樹脂ＢＭ）４が形成され、さらに樹脂ＢＭ４を覆って保護膜（ＯＣ膜）１２が積層されたものである。図３に示したモノクロフィルタは、例えば、色層（ＲＧＢ）を設けないこと以外は図２に示したのと同様のプロセスフローによって製造することができる。
【００１２】
従来のＩＰＳモード用のカラーフィルタやモノクロフィルタにおいて、図１、図３に示したような保護膜（ＯＣ膜）は、架橋密度が５０％程度の透明有機樹脂により形成されており、この透明有機樹脂のビッカース硬度は４８ｋｇｆ／ｍｍ^２程度であった。しかし、従来の保護膜は、色層や樹脂遮光膜中に含まれる無機イオン等の不純物が保護膜を通過して液晶中に溶出し、表示シミ等の表示不良が発生することがあった。これは、ＩＰＳモード用のカラーフィルタやモノクロフィルタは、ＴＮモード用のそれらよりも比抵抗の低い液晶を使用しているため（例えば前者の比抵抗は１×１０^１３Ωｃｍ、後者の比抵抗は５×１０^１１Ωｃｍ）、液晶中に不純物が存在するとそれが表示中に流動しやすくなって局部的に溜まりやすくなる等の理由により、ＴＮモード用よりも表示シミ等の不具合が発生しやすい（不純物の影響が顕在化しやすい）ものと考えられる。対策としては、顔料自体の洗浄を強化する手段、不純物に強い液晶材や配向材（不純物をトラップするような材料）を用いる手段が従来採られているが、いずれも十分な効果は得られていない。
【００１３】
さらに、ＴＮモード用のカラーフィルタは色層および遮光膜を覆う画素電極層としてのＩＴＯ膜を有するが、ＩＰＳモード用の対向基板に設けられたカラーフィルタは上記のようなＩＴＯ膜を有さず、色層や樹脂遮光膜からの液晶中への不純物の溶出を樹脂からなる保護膜（ＯＣ膜）だけで阻止しようとしている。この場合、図４に示すように、樹脂からなる保護膜はＩＴＯ膜よりも不純物が通過しやすい。したがって、ＩＰＳモードはＴＮモードに比べて液晶中への不純物溶出量が多くなるため、不純物起因の表示シミがＴＮモードよりも発生しやすい。
【００１４】
前述した従来のＩＰＳモード用カラーフィルタやモノクロフィルタに対し、図１および図３に示した本発明のカラーフィルタおよびモノクロフィルタでは、ＯＣ膜１２を、架橋密度が７０％以上の透明有機樹脂、ビッカース硬度が５０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上の透明有機樹脂、または架橋密度が７０％以上でビッカース硬度が５０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上の透明有機樹脂により形成している。そのため、ＯＣ膜１２が色層や樹脂遮光膜中の不純物に対して高いカバレッジ効果を有し、色層や樹脂遮光膜中に含まれる不純物がＯＣ膜１２を通過しにくくなる。その結果、色層や樹脂遮光膜から液晶中に不純物が溶出しにくくなり、表示シミ等の不具合が発生しにくくなる。
【００１５】
ここで、架橋密度とは、線状高分子同士または線状高分子間を、架橋剤あるいは硬化剤という他の高分子で結合させた構造のものを架橋構造といい、全体の構造単位に対してどの程度の架橋点があるかを表した数値を架橋密度という。架橋密度が高くなると線状高分子のつながりが密になっていることを表している。ビッカース硬度とは、物の硬さを表す数値の一つである。正四角錐のダイアモンド圧子を５〜５０Ｋｇの一定荷重で押し込み、できたくぼみの対角線を測定し、Ｋｇで表した荷重をｍｍ^２で表したくぼみの表面積で割った数がビッカーズ硬度である。また、ＯＣ膜の架橋密度の下限は７０％であるが、より好ましくは７５％であり、上限に限定はないが、通常は７０〜９０％である。また、ＯＣ膜のビッカース硬度の下限は５０ｋｇｆ／ｍｍ^２であるが、より好ましくは５１．９ｋｇｆ／ｍｍ^２であり、上限に限定はないが、通常は５０〜７０ｋｇｆ／ｍｍ^２である。
【００１６】
上記架橋密度とビッカース硬度とは、例えば図５に示すような相関を有し、従来の架橋密度５０％のＯＣ膜のビッカース硬度は４８．４ｋｇｆ／ｍｍ^２、本発明の架橋密度７０％のＯＣ膜のビッカース硬度は５１．９ｋｇｆ／ｍｍ^２である。本発明は、架橋密度が高いＯＣ膜は色層や樹脂遮光膜中の不純物に対するカバレッジ効果が高いこと、ＯＣ膜の架橋密度とビッカース硬度とは正の相関を有すること等の本発明者の知見に基づいてなされたものである。この場合、ＯＣ膜の架橋密度を高くする手段としては、例えば、ＯＣ膜形成材料中の硬化剤添加量、濃度を増やす手段、反応速度（熱昇温プロファイル等）を遅くして重合度を高くする手段等が挙げられる。なお、シール強度、比誘電率、比抵抗値等のＯＣ膜の他の物性は、色層や樹脂遮光膜中の不純物に対するカバレッジ効果とはあまり関係がないと考えられる。
【００１７】
ここで、ＯＣ膜形成材料の具体例の１つを下記に示す。
材料名：ＪＳＲ（株）製　ＪＳＳ−３１９
種類：熱硬化型透明アクリル樹脂
成分：▲１▼アクリル系樹脂（主ポリマー）＝１５〜２５％
▲２▼エポキシ系化合物（架橋剤）＝１〜４％
▲３▼ジエチレングリコールメチルエチルエーテル（溶剤）＝５０〜７０％
▲４▼メトキシプロピルアセテート（溶剤）＝１０〜２５％
▲５▼カップリング剤（ガラス基板との密着性向上のため）＝１〜５％
【００１８】
また、ＯＣ膜形成プロセスとしては、例えば、基板上に色層および遮光膜を形成し、基板の純水洗浄を行った後、ＯＣ膜形成材料をスピンコートにより基板全面に塗布し、プリベーク（例えばホットプレートで１００℃×２分）により溶剤を除去し、さらに焼成（例えばクリーンオーブンで２３０℃×１時間）によりＯＣ膜形成材料を熱で硬化させるプロセスが挙げられる。
【００１９】
本発明の液晶表示装置は、上述したカラーフィルタやモノクロフィルタを有する基板を用い、周辺スペーサ、面内スペーサ、シール剤、液晶、封孔剤、偏光板等を用いて常法により作製することができる。
【００２０】
【実施例】
液晶表示装置の基板内の液晶中に含まれる不純物量（基板内不純物量）を下記実験により調べた。
（測定方法）
図６に示すように、カラーフィルタ基板３０のＯＣ膜が形成された表面の所定部分をピペット４０を用いて第１溶剤（エタノール）３２にて洗浄し、洗浄液を回収して第１サンプル３６とした。次に、基板３０の第１溶剤３２で洗浄したのと同じ部分をピペット４０を用いて第１溶剤３２とは逆極性の第２溶剤（アセトン）３４にて洗浄し、洗浄液を回収して第２サンプル３８とした。器材は使用前に純水にて洗浄した。
【００２１】
上記サンプル採取方法において、第１溶剤（エタノール）３２では基板３０の表面上に存在する不純物のみを採取することができ、第２溶剤（アセトン）３４では基板３０内に浸透した不純物を採取することができる。したがって、第１サンプル３６および第２サンプル３８を混合し、これらの中に含まれる不純物を測定することにより液晶表示装置の基板内に含まれる不純物量を調べた。この場合、不純物の内の金属類であるナトリウムイオン（Ｎａ）、カリウムイオン（Ｋ）、銅イオン（Ｃｕ）はフレームレス原子吸光測定装置（装置名：ＳｐｅｃｔｒｏＡＡ−４００Ｚ（Ｖａｒｉａｎ社製））で測定し、非金属類である塩化物イオン（Ｃｌ）、臭化物イオン（Ｂｒ）、硝酸イオン（ＮＯ_３）、硫酸イオン（ＳＯ_４）はイオンクロマトグラフ（装置名：ＤＸ−３００（ＤＩＯＮＥＸ社製））で測定した。
【００２２】
（測定対象基板）
カラーフィルタ基板３０としては、適宜取得した図１に示したのと同様のものを用いた。この場合、保護膜の架橋密度が７０％の基板５種、保護膜の架橋密度が５０％の基板５種を用いた。
【００２３】
（結果）
保護膜の架橋密度と、上記測定で得られた各種不純物の不純物量合計である基板内不純物量との関係を図７に示し、表示シミの良否と基板内不純物量との関係を図８に示す。表示シミの良否の判定基準は下記の通りである。
５：◎（シミ発生なし、良好）
４：○（シミ発生ほとんどなし、良好）
３：△（シミ発生、許容レベル）
２：×（シミ発生、程度軽い）
１：××（シミ発生、程度悪い）
【００２４】
図７および図８より、架橋密度７０％の保護膜を有するカラーフィルタは、基板内不純物量が少なく、表示シミの良否が許容レベル以上であること、また、基板内不純物量の許容レベルはおよそ３ｎｇ／ｃｍ^２以下であることがわかる。また、架橋密度５０％の保護膜を有するカラーフィルタは、基板内不純物量が多く、表示シミの良否および基板内不純物量が許容レベル以下であることがわかる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の液晶表示装置は、色層や樹脂遮光膜からの液晶中への不純物の溶出を効果的に防止して、液晶中の不純物に起因する表示不良などの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いるカラーフィルタの一例を示す模式的断面図である。
【図２】図１のカラーフィルタの製造プロセスフローを示すフロー図である。
【図３】本発明に用いるモノクロフィルタの一例を示す模式的断面図である。
【図４】保護膜の種類による不純物の通過しやすさを示すグラフである。
【図５】保護膜の架橋密度とビッカース硬度との関係を示すグラフである。
【図６】実験におけるサンプル採取方法を説明するための図である。
【図７】保護膜の架橋密度と基板内不純物量との関係を示すグラフである。
【図８】表示シミの良否と基板内不純物量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２　ガラス基板
４　遮光膜（樹脂ＢＭ）
６　色層（Ｒ）
８　色層（Ｇ）
１０　色層（Ｂ）
１２　保護膜（ＯＣ膜）
１４　裏面ＩＴＯ層

Claims (4)

1. 色層および遮光膜の保護膜を有するカラーフィルタを備えた液晶表示装置において、前記保護膜は架橋密度が７０％以上であること、およびビッカーズ硬度が５０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上であることのうちの少なくとも一方の条件を満たす透明有機樹脂からなることを特徴とする液晶表示装置。
2. 樹脂遮光膜の保護膜を有するモノクロフィルタを備えた液晶表示装置において、前記保護膜は架橋密度が７０％以上であること、およびビッカーズ硬度が５０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上であることのうちの少なくとも一方の条件を満たす透明有機樹脂からなるを特徴とする液晶表示装置。
3. 液晶表示装置の基板内の液晶中に含まれる不純物量が３ｎｇ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記保護膜はアクリル系樹脂、スチレン系樹脂およびポリイミド系樹脂から選ばれる１種以上を主材とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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