JP2004212741A - モノクロ液晶表示装置用基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、モノクロ液晶表示装置用基板および対向基板の間隙の均一性に優れ、輝度ムラがなく良好な画質の表示が達成できるモノクロ液晶表示装置用基板を提供することを主目的とするものである。
【解決手段】上記目的を達成するために、本発明は、基板と、上記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、上記ブラックマトリクスを覆うように基板上に成膜された保護層と、上記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に形成され、上記基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサとを有するモノクロ液晶表示装置用基板において、上記基板表面から上記基板の画素部に設けられている上記柱状スペーサ上面までの高さが、上記基板表面から上記基板の画素部周辺の領域である外周部に設けられている上記柱状スペーサ上面までの高さより、０μｍ〜０．８μｍの範囲内で高いことを特徴とするモノクロ液晶表示装置用基板を提供する。
【選択図】 図１
【解決手段】上記目的を達成するために、本発明は、基板と、上記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、上記ブラックマトリクスを覆うように基板上に成膜された保護層と、上記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に形成され、上記基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサとを有するモノクロ液晶表示装置用基板において、上記基板表面から上記基板の画素部に設けられている上記柱状スペーサ上面までの高さが、上記基板表面から上記基板の画素部周辺の領域である外周部に設けられている上記柱状スペーサ上面までの高さより、０μｍ〜０．８μｍの範囲内で高いことを特徴とするモノクロ液晶表示装置用基板を提供する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノクロ液晶表示装置に用いるモノクロ液晶表示装置用基板に関し、特に詳しくは、表示特性の低下を防止するモノクロ液晶表示装置用基板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶表示装置は、モノクロ型及びカラー型のいずれを問わず、多方面で、情報の表示手段として活用されている。
【０００３】
例えば、モノクロ液晶表示装置は、基板と、上記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、上記ブラックマトリクスを保護し、基板表面の平坦性を確保するために設けられる保護層とを有するモノクロ表示装置用基板、上記モノクロ表示装置用基板に対向する対向基板およびこれらモノクロ表示装置用基板および対向基板に狭持された液晶層を少なくとも有する構造とされている。
【０００４】
そして、近年モノクロ液晶表示装置用基板と対向基板との間隙を一定に保つための間隙材（スペーサ）として、従来用いられてきたプラスチックビーズに代わり、柱状のスペーサが用いるようになってきている。すなわち、プラスチックビーズ周辺の光漏れによるコントラストの低下、および散布むらに起因する表示むらを解消するために、いずれかの基板側に柱状のスペーサを形成し、このスペーサにより２枚の基板の間隙を一定に保つことが行なわれている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、液晶表示装置の表示領域および表示領域外とでは柱状スペーサ自体の高さにばらつきが生じることを防止するために、一層からなる大径スペーサと２層以上からなる小径スペーサとからなる柱状スペーサを用いた技術が開示されている。さらに、特許文献２には、液晶表示装置の組み立て時における高温高圧下の影響から柱状スペーサが変化することを防止するために、柱状スペーサを、高温高圧化での変形量の小さい低変形部と、低温での液晶の収縮に追従可能な高弾性部とからなる２層構造とし、柱状スペーサの形状を一定に保つ技術が開示されている。また、特許文献３には、柱状スペーサを所定の位置から１〜４μｍの範囲内で突出させ、２枚の基板の間隙を一定に保持する技術が開示されている。
【０００６】
このような柱状スペーサを用いた場合の従来のモノクロ液晶表示用基板の一例は、図２に示すように、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１上に、画素間を区切るブラックマトリクス２がパターン状に形成されている。このようなブラックマトリクス２は、表示領域である画素部Ａに位置する部分において、表示領域の開口率を低下させないために、その幅が狭く形成されている。一方、表示領域外である外周部Ｂに形成されているブラックマトリクス２は、バックライト等の光源からの光を効果的に遮蔽するため、幅が広く形成されている。
【０００７】
さらに、ブラックマトリクス２等の部材を保護し、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１表面に平坦性を付与するため、ブラックマトリクス２表面を被覆するように、保護層３が形成されている。このような保護層３において、画素部Ａおよび外周部Ｂでは、膜厚に差が生じる。これは、画素部Ａに位置するブラックマトリクス２は幅が狭く形成されているために、その上面に保護層３が積層しにくく、積層される保護層３の膜厚は薄くなる傾向にあるからであり、一方、外周部Ｂに設けられているブラックマトリクス２は十分な幅を有して形成されているため、保護層３の膜厚は画素部Ａのものと比較し厚くなるからである。このような保護層３上に、柱状スペーサ４を形成すると、上述した保護層３自体の膜厚の差により、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１の表面から柱状スペーサ４の上面までの高さは、外周部Ｂの方が画素部Ａより高くなる。
【０００８】
このような高さの違いは、基板間の間隙の違いとなって表れ、この間隙の領域における相違は、特にＩＰＳ型のモノクロ液晶表示装置では、表示特性に大きな影響を与える。また、このような状態でモノクロ液晶表示層用基板上に柱状スペーサ４を介して対向基板５を配置させると、対向基板５にゆがみが発生する。このようなゆがみは、対向基板５の周辺部分から光が漏れるといった不都合を引き起こし、これにより画面周辺が明るくなるといった問題が生じる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１０９３６６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４８４２６号公報
【特許文献３】
特開平１１−２７１７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、モノクロ液晶表示装置用基板および対向基板の間隙の均一性に優れ、明度にムラがなく良好な画質の表示が達成できるモノクロ液晶表示装置用基板を提供することを主目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載するように、基板と、上記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、上記ブラックマトリクスを覆うように基板上に成膜された保護層と、上記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に形成され、上記基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサとを有するモノクロ液晶表示装置用基板において、上記基板表面から上記基板の画素部に設けられている上記柱状スペーサ上面までの高さが、上記基板表面から上記基板の画素部周辺の領域である外周部に設けられている上記柱状スペーサ上面までの高さより、０μｍ〜０．８μｍの範囲内で高いことを特徴とするモノクロ液晶表示装置用基板を提供する。
【００１２】
本発明においては、基板表面から画素部に位置する柱状スペーサ上面までの距離と、基板表面から外周部に位置する柱状スペーサ上面までの距離との差を上記範囲内としているので、このようなモノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板を配置させると、対向基板に外周部に向って間隙が広がるようなゆがみが生じることが抑制される。従って、対向基板がこのようにゆがむことにより生じていた対向基板周辺から光が漏れるといった不都合が解消され、モノクロ液晶表示装置において不自然に画面周辺が明るくなるといった問題を解決することができる。
【００１３】
本発明においてはまた、請求項２に記載するように、基板と、上記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、上記ブラックマトリクスを覆うように基板上に成膜された保護層と、上記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に形成され、上記基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサとを有するモノクロ液晶表示装置用基板において、上記柱状スペーサは上記基板の画素部に設けられる画素スペーサと、上記基板の画素部周辺の領域である外周部に設けられる外周スペーサとを有し、上記画素スペーサの高さが、上記外周スペーサの高さより高く形成されていることを特徴とするモノクロ液晶表示装置用基板を提供する。
【００１４】
本発明においては、柱状スペーサを画素スペーサおよび外周スペーサに分け、画素スペーサの高さを外周スペーサの高さより高く設けることにより、保護層の膜厚の差に起因する基板間の間隙の差を良好に是正している。従って、モノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板をゆがみがなく配することができるため、両方の基板間に均一な間隙が保持され、高画質な表示が可能となる。
【００１５】
上記請求項１に記載された発明においては、請求項３に記載するように、上記柱状スペーサは上記基板の画素部に設けられる画素スペーサと、上記基板の外周部に設けられる外周スペーサとを有し、上記画素スペーサの高さが、上記外周スペーサの高さより高く形成されていることが好ましい。各々の柱状スペーサの高さをこのように調整することで、モノクロ液晶表示装置用基板の全体的な高さを、請求項１に記載した範囲内とすることができ、対向基板にゆがみを発生させることなく、２枚の基板間の間隙を精度良く一定に保持することができるからである。
【００１６】
上記請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項４に記載するように、上記モノクロ液晶表示装置用基板は、ＩＰＳ型のモノクロ液晶表示装置に用いられることが好ましい。ＩＰＳ型は、基板および対向基板間の間隙の均一性が特に要求される液晶表示装置であるため、本発明のモノクロ表示装置用基板の効果を十分に活かすことができるからである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のモノクロ表示装置用基板について説明する。
【００１８】
本発明のモノクロ表示装置用基板は、基板と、前記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスを覆うように基板上に成膜された保護層と、前記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に形成され、前記基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサとを有するモノクロ液晶表示装置用基板において、前記基板表面から前記基板の画素部に設けられている前記柱状スペーサ上面までの高さが、前記基板表面から前記基板の画素部周辺の領域である外周部に設けられている前記柱状スペーサ上面までの高さより所定の範囲内で高いことを特徴とするものである。
【００１９】
このような本発明のモノクロ液晶表示装置用基板においては、モノクロ液晶表示装置用基板の基板表面から当該基板の画素部に設けられている柱状スペーサ上面までの高さが、同様の基板表面から当該基板の画素部周辺の領域である外周部に設けられた柱状スペーサ上面までの高さより、０μｍ〜０．８μｍの範囲内で高いことが必要であり、その中でも０．２μｍ〜０．６μｍの範囲内で高いことが好ましい。このようにすることにより、当該モノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板を配置した際に、外周部に向って間隙が広がるように対向基板がゆがむことがなく、これにより最終的に得られるモノクロ液晶表示装置の表示品質を大幅に向上させることができるのである。また、２枚の基板間に液晶を注入し液晶層を形成する際に効率良く液晶を注入することができる。
【００２０】
以下、本発明のモノクロ表示装置用基板について図面を用いて説明する。図１は、本発明のモノクロ表示装置用基板の一例を示した概略断面図である。
【００２１】
図１に示すように、モノクロ液晶装置用基板の基板１上には、画素間を区分するブラックマトリクス２がパターン状に形成されている。このようなブラックマトリクス２は、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部Ａと表示領域外である外周部Ｂとでは、幅が異なるように設けられている。具体的に画素部Ａでは、表示領域の開口率の低下を防止するために幅が狭く形成され、一方、外周部Ｂでは、光源からの光を遮蔽するために、幅が広く形成されている。このようなブラックマトリクス２が形成されているモノクロ液晶表示装置用基板の基板１上には、ブラックマトリクス２等の部材を保護し、基板１表面に平坦性を付与するために、ブラックマトリクス２表面を覆うように保護層３が形成されている。このような保護層３においては、ブラックマトリクスの画素部Ａと外周部Ｂとにおける幅の違いを要因としてその膜厚に差が生じる。すなわち、画素部Ａにおいては、ブラックマトリクス２の幅が狭いため、そのようなブラックマトリクス２上面に積層される保護層３の膜厚は薄くなる傾向にある。一方、外周部Ｂでは、ブラックマトリクス２は、保護層３が積層されるのに十分な幅を有して形成されているため、その上面に積層される保護層３の膜厚は画素部Ａにおける保護層３のそれよりも厚くなるからである。
【００２２】
このような保護層３のブラックマトリクス２が形成されている領域上に柱状スペーサ４ａ、４ｂが設けられている。画素部Ａに設けられた柱状スペーサを画素スペーサ４ａとし、外周部Ｂに設けられた柱状スペーサを外周スペーサ４ｂとすると、これらの柱状スペーサ４ａ、４ｂを、保護層３の膜厚の差に応じて、画素スペーサ４ａ自体の高さを外周スペーサ４ｂ自体の高さよりも高くすることにより、最終的なモノクロ液晶表示装置用基板において保護層３の膜厚の差による影響が回避される。
【００２３】
このような柱状スペーサ４ａ、４ｂを介して、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１と対向させるように対向基板５が配されている。本発明においては、モノクロ液晶表示装置用基板の高さが精度良く調整されているため、対向基板５等に不都合なゆがみが生じることがなく、これにより、光源からの光が対向基板５周辺等から漏れるおそれがないため、表示画面の周辺が不自然に明るくなるといった問題を解消することができる。
【００２４】
なお、ここでいう「画素部」とは、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板を用いてモノクロ液晶表示装置とした際に、実際にモノクロ表示が行われる表示領域となる部分を意味する。さらに、「外周部」とは、当該画素部の周囲に位置し、前述した表示領域外に該当する部分を意味する。
【００２５】
以下、このような利点を有する本発明のモノクロ表示装置用基板を構成する各部材について説明する。
【００２６】
（１）柱状スペーサ
本発明における柱状スペーサとは、内部に液晶層を挟持する２枚の基板間に配され、当該２枚の基板間の間隙を一定に保持するために設けられるものである。また、本発明においては、このような柱状スペーサを画素部および外周部において高さの異なる２つの柱状スペーサを用いることも大きな特徴の一つである。
【００２７】
このような柱状スペーサにおいて、モノクロ液晶表示装置の表示領域に該当する画素部に配置された柱状スペーサを画素スペーサとし、表示領域外に該当する外周部に配置された柱状スペーサを外周スペーサとすると、画素スペーサおよび外周スペーサの各々の高さの関係は、画素スペーサの高さが外周スペーサの高さよりも、配置された際に２つの基板間に上述したようなゆがみが生じない程度に高ければ特に限定はされない。ブラックマトリクスの画素部および外周部における幅の違いから、保護層の膜厚は外周部よりも画素部の方が薄く形成されるからであり、このように画素スペーサの高さを外周スペーサの高さよりも高くすることによりそのような保護層の膜厚の差を、柱状スペーサにより是正することができるからである。
【００２８】
具体的に画素スペーサおよび外周スペーサの高さの差は、ブラックマトリクス上に成膜された保護層の画素部と外周部とにおける膜厚の差に応じて調整される。例えば、保護層が成膜された段階で、保護層の膜厚の差を計測し、またはシュミレーション等することにより、予めモノクロ液晶表示装置用基板の状態を把握し、その状態に応じて画素スペーサおよび外周スペーサの高さの差を調節する。従って、画素スペーサおよび外周スペーサの高さの差を一概に規定することは困難であるが、一般的に生じ得る保護層の膜厚の差をもとに規定すると、画素スペーサ自体の高さが外周スペーサ自体の高さよりも、０μｍ〜１．３μｍの範囲内で高いことが好ましく、その中でも０．５μｍ〜１．１μｍの範囲内で高く形成されていることが好ましい。上記範囲内の高さの差を有して画素スペーサおよび外周スペーサを形成すれば、上述したようにモノクロ液晶表示装置用基板の基板表面から当該基板の画素部に設けられている柱状スペーサ上面までの高さを、同様の基板表面から当該基板の外周部に設けられた柱状スペーサ上面までの高さよりも上述した範囲内で高くすることができるため、対向基板に不都合なゆがみを発生させることなく、２枚の基板を高度に均一な間隙を保持して配置させることができるからである。
【００２９】
また、画素スペーサ自体の高さは、一般的なモノクロ液晶表示装置において用いられている高さであれば特に限定はされず、具体的には、２．５μｍ〜５．５μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３０】
このような柱状スペーサを形成する方法としては、ブラックマトリクスが形成されている保護層の領域上に精度良くパターン状に形成することが可能な方法であれば特に限定はされない。具体的には、フォトリソグラフィー法等を挙げることができる。
【００３１】
さらに、本発明における柱状スペーサの形状としては、２枚の基板間の間隙を一定に保つことを可能とする形状であれば特に限定はされない。具体的には、円柱形状、角柱形状または截頭錐体形状等を挙げることができる。また、このような柱状スペーサを形成する材料としては、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、および、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、ｓｅｃ−ブチルアクリレート、ｓｅｃ−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマーまたはコポリマー等を用いた感光性樹脂組成物が挙げられる。その中でも、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を用いた感光性樹脂組成物であることが好ましい。塑性変形量が少なく２枚の基板間の間隙を一定に保つ機能に優れているからである。
【００３２】
（２）ブラックマトリクス
本発明において用いられるブラックマトリックスとは、液晶分子の配向に応じてモノクロ表示が行われる画素を区分するために設けられるものである。このようなブラックマトリックスを製造する方法は、特に限定されるものではなく、例えばスパッタリング法、真空蒸着法等により、厚み１０００Å〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングすることにより形成する方法等を挙げることができる。
【００３３】
このようなブラックマトリクスにおいて画素部では、表示領域の開口率を高めるために幅を狭く形成する。一方、外周部では、バックライト等の光源からの光を効果的に遮蔽するため、画素部のブラックマトリクスよりも幅広に設けられる。具体的に画素部に設けられるブラックマトリクスの幅は、６μｍ〜２０μｍの範囲内とすることが好ましく、一方、外周部におけるブラックマトリクスの幅は、２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００３４】
また、上記ブラックマトリックスとしては、樹脂バインダ中にカーボン微粒子、金属酸化物、無機顔料、有機顔料等の遮光性粒子を含有させてもよく、用いられる樹脂バインダとしては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ゼラチン、カゼイン、セルロース等の樹脂を１種または２種以上混合したものや、感光性樹脂、さらにはＯ／Ｗエマルジョン型の樹脂組成物、例えば、反応性シリコーンをエマルジョン化したもの等を用いることができる。このような樹脂性ブラックマトリックスのパターニングの方法は、フォトリソ法、印刷法等一般的に用いられている方法を用いることができる。
【００３５】
（３）保護層
本発明における保護層とは、上述したブラックマトリクス等が形成された基板において、これらの部材を保護し、かつモノクロ液晶表示装置用基板の基板表面に平坦性を付与するために設けられるものである。
【００３６】
このような保護層を形成する材料としては、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、および、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、ｓｅｃ−ブチルアクリレート、ｓｅｃ−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマーまたはコポリマー等を一つ若しくは複数含む感光性樹脂組成物が挙げられる。その中でも、保護層として要求される平坦性の観点からアクリル樹脂を用いた感光性樹脂組成物であることが好ましい。
【００３７】
また、保護層の膜厚としては、基板上に平坦性を付与することが可能な膜厚であれば特に限定はされないが、具体的には、０．３μｍ〜１０μｍの範囲内、その中でも、０．７μｍ〜２μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３８】
このような保護層を形成する方法としては、公知の塗布方法により形成することが可能でありスピンコーティング法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法等の塗布方法を挙げることができる。
【００３９】
なお、ブラックマトリクスの画素部および外周部における幅の違いにより生じる各部における保護層の膜厚の差は、実際に形成されたブラックマトリクスの幅の違いや、保護層を形成する材料によって異なるものであるため一概に規定することは困難であるが、一般的には、０μｍ〜０．５μｍの範囲内であることが多い。
【００４０】
（４）モノクロ液晶表示装置用基板の基板および対向基板
本発明におけるモノクロ液晶表示装置用基板の基板および対向基板は、他の構成部材を実装するためのものであり、これらの基板としては、例えばガラス基板、ガラスフィルム、合成樹脂基板、合成樹脂フィルム等を用いることができ、透光性に優れたものであることが好ましい。
【００４１】
（５）モノクロ液晶表示装置
本発明のモノクロ液晶表示装置用基板が用いられるモノクロ液晶表示装置としては、公知の液晶表示装置であれば特に限定はされない。具体的には、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型、強誘電性型、反強誘電性型等を挙げることができる。本発明においては、その中でもＩＰＳ型のモノクロ液晶表示装置であることが好ましい。ＩＰＳ型は、特に２枚の基板間の間隙において高精度な調整が要求されるものであり、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の効果を十分に活かすことができるからである。
【００４２】
このようなモノクロ液晶表示装置の用途としては、モノクロ表示が好適に選択される液晶表示装置が考えられ、例えば、レントゲン等の医療画像読影用等が挙げられる。
【００４３】
（６）モノクロ液晶表示装置用基板の製造方法
次に、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法について説明する。
【００４４】
本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法は、基板上にブラックマトリクスをパターン状に形成する工程と、前記パターン状に形成されたブラックマトリクスを有する基板上に、保護層をブラックマトリクスを覆うように成膜する工程と、前記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に、前記基板と対向する基板との間隙を調整する柱状スペーサを、前記基板の画素部に設けられる画素スペーサと、前記基板の画素部周辺に位置する外周部に設けられる外周スペーサとに分けて別々に形成する工程とを有することを特徴とするものである。
【００４５】
このように、画素スペーサと外周スペーサとを各々別個に形成することにより、各々の柱状スペーサに要求される高さに形成することができるため、モノクロ液晶表示装置用基板の画素部および外周部における高さの差を所望の範囲内に容易に制御することができる。
【００４６】
このような本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法について、その一例を説明すると、モノクロ液晶表示装置用基板の基板上に画素間を区分するブラックマトリクスをパターン状に形成する。この際、上述したように、画素部と外周部とでは、要求される幅が異なるため、画素部のブラックマトリクスの方が外周部のそれよりも幅が狭く形成される。さらに、当該ブラックマトリクスが形成されているモノクロ液晶表示装置用基板の基板上に、ブラックマトリクス等の部材を保護し、この基板上に平坦性を付与するために、保護層を成膜する。この際、上述したように、ブラックマトリクスの幅が画素部および外周部では異なるため、保護層の膜厚に両方の部分で差が生じる。
【００４７】
次いで、保護層上に柱状スペーサを形成するが、本発明においては、当該柱状スペーサを上述した画素スペーサと外周スペーサとで各々別個に分けて形成する。これにより、上述した保護層の膜厚の差に応じて各柱状スペーサを各々に要求される高さに形成することができるため、最終的に得られるモノクロ液晶表示装置用基板の表面に良好な高さの均一性を確保することができるのである。
【００４８】
最後に、画素スペーサおよび外周スペーサを介してモノクロ液晶表示装置用基板と対向させて対向基板を配置する。本発明においては、画素スペーサおよび外周スペーサを各々別個に形成することにより、保護層の膜厚の差による影響を解消しているので、対向基板が外周部に向って２枚の基板間の間隙が広がるようなゆがみが生じるおそれが少ない。従って、対向基板のこのようなゆがみにより対向基板周辺からバックライト等の光源から光がぬけ、表示画面の周辺部分が明るくなるといった不都合が解消される。従って、本発明の製造方法により製造されたモノクロ液晶表示装置用基板を用いることにより、豊富な階調表示および精緻な画像表示が可能であるモノクロ液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００４９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５０】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに説明する。
【００５１】
［実施例］
カラーフィルタ用の基板として３００ｍｍ×４００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製１７３７ガラス）を準備した。この基板を定法に従って洗浄した後、基板の片側に下記組成のブラックマトリクス組成物を塗布し、所定のマスクを介して露光後、現像、焼成を行いブラックマトリクス（膜厚１．３μｍ）を形成した。
【００５２】
（ブラックマトリクス用組成物）
・チタンブラック（三菱マテリアル（株）製１３Ｍ） ６１重量部
・感光性樹脂組成物 ３９重量部
・メトキシブチルアセテート ３００重量部
（感光性樹脂組成物）
・メタクリル酸−スチレン−アクリル酸ラジカル共重合体 ４２重量部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート ３２重量部
・エピコート１８０Ｓ７０（三菱油化シェル（株）製） １８重量部
・２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブ
タノン−１（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製） ８重量部
次に、ブラックマトリクスが形成された基板全面に下記組成の保護層用感光材料を塗布してマスクを介して露光、現像、焼成を行って厚さ１．５μｍの保護層を形成した。
【００５３】
（保護層用感光性組成物）
・スチレン−メタクリル酸メチル−メタクリル酸の共重合体 ５９重量部
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレート ３０重量部
イルガキュア９０７（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製）
１１重量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート ３３３重量部
次に、上記画素内に形成する柱上スペーサの上面から０〜０．８μｍ低くなるように想定した条件にて柱状スペーサ用感光材料（ＪＳＲ（株）製ＮＮシリーズ）を塗布する。外周部に設ける柱状スペーサ用のマスクを介して露光後、現像、焼成を行う。続いて基板全面に画素内に形成する柱状スペーサ用感光材料（同上）を塗布する。画素内に設ける柱状スペーサ用マスクを介して露光後、現像、焼成を行う。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、基板表面から画素部に位置する柱状スペーサ上面までの距離と、基板表面から外周部に位置する柱状スペーサ上面までの距離との差を所定の範囲内としているので、このようなモノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板を配置させると、対向基板に外周部に向って間隙が広がるようなゆがみが生じることが抑制される。従って、対向基板がこのようにゆがむことにより生じていた対向基板周辺から光が漏れるといった不都合が解消され、モノクロ液晶表示装置において不自然に画面周辺が明るくなるといった問題を解決することができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の一例を示す概略断面図である。
【図２】従来のモノクロ液晶表示装置用基板の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ … 基板
２ … ブラックマトリクス
３ … 保護層
４ａ … 画素スペーサ
４ｂ … 外周スペーサ
５ … 対向基板
Ａ … 画素部
Ｂ … 外周部
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノクロ液晶表示装置に用いるモノクロ液晶表示装置用基板に関し、特に詳しくは、表示特性の低下を防止するモノクロ液晶表示装置用基板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶表示装置は、モノクロ型及びカラー型のいずれを問わず、多方面で、情報の表示手段として活用されている。
【０００３】
例えば、モノクロ液晶表示装置は、基板と、上記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、上記ブラックマトリクスを保護し、基板表面の平坦性を確保するために設けられる保護層とを有するモノクロ表示装置用基板、上記モノクロ表示装置用基板に対向する対向基板およびこれらモノクロ表示装置用基板および対向基板に狭持された液晶層を少なくとも有する構造とされている。
【０００４】
そして、近年モノクロ液晶表示装置用基板と対向基板との間隙を一定に保つための間隙材（スペーサ）として、従来用いられてきたプラスチックビーズに代わり、柱状のスペーサが用いるようになってきている。すなわち、プラスチックビーズ周辺の光漏れによるコントラストの低下、および散布むらに起因する表示むらを解消するために、いずれかの基板側に柱状のスペーサを形成し、このスペーサにより２枚の基板の間隙を一定に保つことが行なわれている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、液晶表示装置の表示領域および表示領域外とでは柱状スペーサ自体の高さにばらつきが生じることを防止するために、一層からなる大径スペーサと２層以上からなる小径スペーサとからなる柱状スペーサを用いた技術が開示されている。さらに、特許文献２には、液晶表示装置の組み立て時における高温高圧下の影響から柱状スペーサが変化することを防止するために、柱状スペーサを、高温高圧化での変形量の小さい低変形部と、低温での液晶の収縮に追従可能な高弾性部とからなる２層構造とし、柱状スペーサの形状を一定に保つ技術が開示されている。また、特許文献３には、柱状スペーサを所定の位置から１〜４μｍの範囲内で突出させ、２枚の基板の間隙を一定に保持する技術が開示されている。
【０００６】
このような柱状スペーサを用いた場合の従来のモノクロ液晶表示用基板の一例は、図２に示すように、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１上に、画素間を区切るブラックマトリクス２がパターン状に形成されている。このようなブラックマトリクス２は、表示領域である画素部Ａに位置する部分において、表示領域の開口率を低下させないために、その幅が狭く形成されている。一方、表示領域外である外周部Ｂに形成されているブラックマトリクス２は、バックライト等の光源からの光を効果的に遮蔽するため、幅が広く形成されている。
【０００７】
さらに、ブラックマトリクス２等の部材を保護し、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１表面に平坦性を付与するため、ブラックマトリクス２表面を被覆するように、保護層３が形成されている。このような保護層３において、画素部Ａおよび外周部Ｂでは、膜厚に差が生じる。これは、画素部Ａに位置するブラックマトリクス２は幅が狭く形成されているために、その上面に保護層３が積層しにくく、積層される保護層３の膜厚は薄くなる傾向にあるからであり、一方、外周部Ｂに設けられているブラックマトリクス２は十分な幅を有して形成されているため、保護層３の膜厚は画素部Ａのものと比較し厚くなるからである。このような保護層３上に、柱状スペーサ４を形成すると、上述した保護層３自体の膜厚の差により、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１の表面から柱状スペーサ４の上面までの高さは、外周部Ｂの方が画素部Ａより高くなる。
【０００８】
このような高さの違いは、基板間の間隙の違いとなって表れ、この間隙の領域における相違は、特にＩＰＳ型のモノクロ液晶表示装置では、表示特性に大きな影響を与える。また、このような状態でモノクロ液晶表示層用基板上に柱状スペーサ４を介して対向基板５を配置させると、対向基板５にゆがみが発生する。このようなゆがみは、対向基板５の周辺部分から光が漏れるといった不都合を引き起こし、これにより画面周辺が明るくなるといった問題が生じる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１０９３６６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４８４２６号公報
【特許文献３】
特開平１１−２７１７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、モノクロ液晶表示装置用基板および対向基板の間隙の均一性に優れ、明度にムラがなく良好な画質の表示が達成できるモノクロ液晶表示装置用基板を提供することを主目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載するように、基板と、上記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、上記ブラックマトリクスを覆うように基板上に成膜された保護層と、上記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に形成され、上記基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサとを有するモノクロ液晶表示装置用基板において、上記基板表面から上記基板の画素部に設けられている上記柱状スペーサ上面までの高さが、上記基板表面から上記基板の画素部周辺の領域である外周部に設けられている上記柱状スペーサ上面までの高さより、０μｍ〜０．８μｍの範囲内で高いことを特徴とするモノクロ液晶表示装置用基板を提供する。
【００１２】
本発明においては、基板表面から画素部に位置する柱状スペーサ上面までの距離と、基板表面から外周部に位置する柱状スペーサ上面までの距離との差を上記範囲内としているので、このようなモノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板を配置させると、対向基板に外周部に向って間隙が広がるようなゆがみが生じることが抑制される。従って、対向基板がこのようにゆがむことにより生じていた対向基板周辺から光が漏れるといった不都合が解消され、モノクロ液晶表示装置において不自然に画面周辺が明るくなるといった問題を解決することができる。
【００１３】
本発明においてはまた、請求項２に記載するように、基板と、上記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、上記ブラックマトリクスを覆うように基板上に成膜された保護層と、上記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に形成され、上記基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサとを有するモノクロ液晶表示装置用基板において、上記柱状スペーサは上記基板の画素部に設けられる画素スペーサと、上記基板の画素部周辺の領域である外周部に設けられる外周スペーサとを有し、上記画素スペーサの高さが、上記外周スペーサの高さより高く形成されていることを特徴とするモノクロ液晶表示装置用基板を提供する。
【００１４】
本発明においては、柱状スペーサを画素スペーサおよび外周スペーサに分け、画素スペーサの高さを外周スペーサの高さより高く設けることにより、保護層の膜厚の差に起因する基板間の間隙の差を良好に是正している。従って、モノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板をゆがみがなく配することができるため、両方の基板間に均一な間隙が保持され、高画質な表示が可能となる。
【００１５】
上記請求項１に記載された発明においては、請求項３に記載するように、上記柱状スペーサは上記基板の画素部に設けられる画素スペーサと、上記基板の外周部に設けられる外周スペーサとを有し、上記画素スペーサの高さが、上記外周スペーサの高さより高く形成されていることが好ましい。各々の柱状スペーサの高さをこのように調整することで、モノクロ液晶表示装置用基板の全体的な高さを、請求項１に記載した範囲内とすることができ、対向基板にゆがみを発生させることなく、２枚の基板間の間隙を精度良く一定に保持することができるからである。
【００１６】
上記請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項４に記載するように、上記モノクロ液晶表示装置用基板は、ＩＰＳ型のモノクロ液晶表示装置に用いられることが好ましい。ＩＰＳ型は、基板および対向基板間の間隙の均一性が特に要求される液晶表示装置であるため、本発明のモノクロ表示装置用基板の効果を十分に活かすことができるからである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のモノクロ表示装置用基板について説明する。
【００１８】
本発明のモノクロ表示装置用基板は、基板と、前記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスを覆うように基板上に成膜された保護層と、前記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に形成され、前記基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサとを有するモノクロ液晶表示装置用基板において、前記基板表面から前記基板の画素部に設けられている前記柱状スペーサ上面までの高さが、前記基板表面から前記基板の画素部周辺の領域である外周部に設けられている前記柱状スペーサ上面までの高さより所定の範囲内で高いことを特徴とするものである。
【００１９】
このような本発明のモノクロ液晶表示装置用基板においては、モノクロ液晶表示装置用基板の基板表面から当該基板の画素部に設けられている柱状スペーサ上面までの高さが、同様の基板表面から当該基板の画素部周辺の領域である外周部に設けられた柱状スペーサ上面までの高さより、０μｍ〜０．８μｍの範囲内で高いことが必要であり、その中でも０．２μｍ〜０．６μｍの範囲内で高いことが好ましい。このようにすることにより、当該モノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板を配置した際に、外周部に向って間隙が広がるように対向基板がゆがむことがなく、これにより最終的に得られるモノクロ液晶表示装置の表示品質を大幅に向上させることができるのである。また、２枚の基板間に液晶を注入し液晶層を形成する際に効率良く液晶を注入することができる。
【００２０】
以下、本発明のモノクロ表示装置用基板について図面を用いて説明する。図１は、本発明のモノクロ表示装置用基板の一例を示した概略断面図である。
【００２１】
図１に示すように、モノクロ液晶装置用基板の基板１上には、画素間を区分するブラックマトリクス２がパターン状に形成されている。このようなブラックマトリクス２は、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部Ａと表示領域外である外周部Ｂとでは、幅が異なるように設けられている。具体的に画素部Ａでは、表示領域の開口率の低下を防止するために幅が狭く形成され、一方、外周部Ｂでは、光源からの光を遮蔽するために、幅が広く形成されている。このようなブラックマトリクス２が形成されているモノクロ液晶表示装置用基板の基板１上には、ブラックマトリクス２等の部材を保護し、基板１表面に平坦性を付与するために、ブラックマトリクス２表面を覆うように保護層３が形成されている。このような保護層３においては、ブラックマトリクスの画素部Ａと外周部Ｂとにおける幅の違いを要因としてその膜厚に差が生じる。すなわち、画素部Ａにおいては、ブラックマトリクス２の幅が狭いため、そのようなブラックマトリクス２上面に積層される保護層３の膜厚は薄くなる傾向にある。一方、外周部Ｂでは、ブラックマトリクス２は、保護層３が積層されるのに十分な幅を有して形成されているため、その上面に積層される保護層３の膜厚は画素部Ａにおける保護層３のそれよりも厚くなるからである。
【００２２】
このような保護層３のブラックマトリクス２が形成されている領域上に柱状スペーサ４ａ、４ｂが設けられている。画素部Ａに設けられた柱状スペーサを画素スペーサ４ａとし、外周部Ｂに設けられた柱状スペーサを外周スペーサ４ｂとすると、これらの柱状スペーサ４ａ、４ｂを、保護層３の膜厚の差に応じて、画素スペーサ４ａ自体の高さを外周スペーサ４ｂ自体の高さよりも高くすることにより、最終的なモノクロ液晶表示装置用基板において保護層３の膜厚の差による影響が回避される。
【００２３】
このような柱状スペーサ４ａ、４ｂを介して、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１と対向させるように対向基板５が配されている。本発明においては、モノクロ液晶表示装置用基板の高さが精度良く調整されているため、対向基板５等に不都合なゆがみが生じることがなく、これにより、光源からの光が対向基板５周辺等から漏れるおそれがないため、表示画面の周辺が不自然に明るくなるといった問題を解消することができる。
【００２４】
なお、ここでいう「画素部」とは、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板を用いてモノクロ液晶表示装置とした際に、実際にモノクロ表示が行われる表示領域となる部分を意味する。さらに、「外周部」とは、当該画素部の周囲に位置し、前述した表示領域外に該当する部分を意味する。
【００２５】
以下、このような利点を有する本発明のモノクロ表示装置用基板を構成する各部材について説明する。
【００２６】
（１）柱状スペーサ
本発明における柱状スペーサとは、内部に液晶層を挟持する２枚の基板間に配され、当該２枚の基板間の間隙を一定に保持するために設けられるものである。また、本発明においては、このような柱状スペーサを画素部および外周部において高さの異なる２つの柱状スペーサを用いることも大きな特徴の一つである。
【００２７】
このような柱状スペーサにおいて、モノクロ液晶表示装置の表示領域に該当する画素部に配置された柱状スペーサを画素スペーサとし、表示領域外に該当する外周部に配置された柱状スペーサを外周スペーサとすると、画素スペーサおよび外周スペーサの各々の高さの関係は、画素スペーサの高さが外周スペーサの高さよりも、配置された際に２つの基板間に上述したようなゆがみが生じない程度に高ければ特に限定はされない。ブラックマトリクスの画素部および外周部における幅の違いから、保護層の膜厚は外周部よりも画素部の方が薄く形成されるからであり、このように画素スペーサの高さを外周スペーサの高さよりも高くすることによりそのような保護層の膜厚の差を、柱状スペーサにより是正することができるからである。
【００２８】
具体的に画素スペーサおよび外周スペーサの高さの差は、ブラックマトリクス上に成膜された保護層の画素部と外周部とにおける膜厚の差に応じて調整される。例えば、保護層が成膜された段階で、保護層の膜厚の差を計測し、またはシュミレーション等することにより、予めモノクロ液晶表示装置用基板の状態を把握し、その状態に応じて画素スペーサおよび外周スペーサの高さの差を調節する。従って、画素スペーサおよび外周スペーサの高さの差を一概に規定することは困難であるが、一般的に生じ得る保護層の膜厚の差をもとに規定すると、画素スペーサ自体の高さが外周スペーサ自体の高さよりも、０μｍ〜１．３μｍの範囲内で高いことが好ましく、その中でも０．５μｍ〜１．１μｍの範囲内で高く形成されていることが好ましい。上記範囲内の高さの差を有して画素スペーサおよび外周スペーサを形成すれば、上述したようにモノクロ液晶表示装置用基板の基板表面から当該基板の画素部に設けられている柱状スペーサ上面までの高さを、同様の基板表面から当該基板の外周部に設けられた柱状スペーサ上面までの高さよりも上述した範囲内で高くすることができるため、対向基板に不都合なゆがみを発生させることなく、２枚の基板を高度に均一な間隙を保持して配置させることができるからである。
【００２９】
また、画素スペーサ自体の高さは、一般的なモノクロ液晶表示装置において用いられている高さであれば特に限定はされず、具体的には、２．５μｍ〜５．５μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３０】
このような柱状スペーサを形成する方法としては、ブラックマトリクスが形成されている保護層の領域上に精度良くパターン状に形成することが可能な方法であれば特に限定はされない。具体的には、フォトリソグラフィー法等を挙げることができる。
【００３１】
さらに、本発明における柱状スペーサの形状としては、２枚の基板間の間隙を一定に保つことを可能とする形状であれば特に限定はされない。具体的には、円柱形状、角柱形状または截頭錐体形状等を挙げることができる。また、このような柱状スペーサを形成する材料としては、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、および、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、ｓｅｃ−ブチルアクリレート、ｓｅｃ−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマーまたはコポリマー等を用いた感光性樹脂組成物が挙げられる。その中でも、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を用いた感光性樹脂組成物であることが好ましい。塑性変形量が少なく２枚の基板間の間隙を一定に保つ機能に優れているからである。
【００３２】
（２）ブラックマトリクス
本発明において用いられるブラックマトリックスとは、液晶分子の配向に応じてモノクロ表示が行われる画素を区分するために設けられるものである。このようなブラックマトリックスを製造する方法は、特に限定されるものではなく、例えばスパッタリング法、真空蒸着法等により、厚み１０００Å〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングすることにより形成する方法等を挙げることができる。
【００３３】
このようなブラックマトリクスにおいて画素部では、表示領域の開口率を高めるために幅を狭く形成する。一方、外周部では、バックライト等の光源からの光を効果的に遮蔽するため、画素部のブラックマトリクスよりも幅広に設けられる。具体的に画素部に設けられるブラックマトリクスの幅は、６μｍ〜２０μｍの範囲内とすることが好ましく、一方、外周部におけるブラックマトリクスの幅は、２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００３４】
また、上記ブラックマトリックスとしては、樹脂バインダ中にカーボン微粒子、金属酸化物、無機顔料、有機顔料等の遮光性粒子を含有させてもよく、用いられる樹脂バインダとしては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ゼラチン、カゼイン、セルロース等の樹脂を１種または２種以上混合したものや、感光性樹脂、さらにはＯ／Ｗエマルジョン型の樹脂組成物、例えば、反応性シリコーンをエマルジョン化したもの等を用いることができる。このような樹脂性ブラックマトリックスのパターニングの方法は、フォトリソ法、印刷法等一般的に用いられている方法を用いることができる。
【００３５】
（３）保護層
本発明における保護層とは、上述したブラックマトリクス等が形成された基板において、これらの部材を保護し、かつモノクロ液晶表示装置用基板の基板表面に平坦性を付与するために設けられるものである。
【００３６】
このような保護層を形成する材料としては、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、および、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、ｓｅｃ−ブチルアクリレート、ｓｅｃ−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマーまたはコポリマー等を一つ若しくは複数含む感光性樹脂組成物が挙げられる。その中でも、保護層として要求される平坦性の観点からアクリル樹脂を用いた感光性樹脂組成物であることが好ましい。
【００３７】
また、保護層の膜厚としては、基板上に平坦性を付与することが可能な膜厚であれば特に限定はされないが、具体的には、０．３μｍ〜１０μｍの範囲内、その中でも、０．７μｍ〜２μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３８】
このような保護層を形成する方法としては、公知の塗布方法により形成することが可能でありスピンコーティング法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法等の塗布方法を挙げることができる。
【００３９】
なお、ブラックマトリクスの画素部および外周部における幅の違いにより生じる各部における保護層の膜厚の差は、実際に形成されたブラックマトリクスの幅の違いや、保護層を形成する材料によって異なるものであるため一概に規定することは困難であるが、一般的には、０μｍ〜０．５μｍの範囲内であることが多い。
【００４０】
（４）モノクロ液晶表示装置用基板の基板および対向基板
本発明におけるモノクロ液晶表示装置用基板の基板および対向基板は、他の構成部材を実装するためのものであり、これらの基板としては、例えばガラス基板、ガラスフィルム、合成樹脂基板、合成樹脂フィルム等を用いることができ、透光性に優れたものであることが好ましい。
【００４１】
（５）モノクロ液晶表示装置
本発明のモノクロ液晶表示装置用基板が用いられるモノクロ液晶表示装置としては、公知の液晶表示装置であれば特に限定はされない。具体的には、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型、強誘電性型、反強誘電性型等を挙げることができる。本発明においては、その中でもＩＰＳ型のモノクロ液晶表示装置であることが好ましい。ＩＰＳ型は、特に２枚の基板間の間隙において高精度な調整が要求されるものであり、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の効果を十分に活かすことができるからである。
【００４２】
このようなモノクロ液晶表示装置の用途としては、モノクロ表示が好適に選択される液晶表示装置が考えられ、例えば、レントゲン等の医療画像読影用等が挙げられる。
【００４３】
（６）モノクロ液晶表示装置用基板の製造方法
次に、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法について説明する。
【００４４】
本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法は、基板上にブラックマトリクスをパターン状に形成する工程と、前記パターン状に形成されたブラックマトリクスを有する基板上に、保護層をブラックマトリクスを覆うように成膜する工程と、前記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に、前記基板と対向する基板との間隙を調整する柱状スペーサを、前記基板の画素部に設けられる画素スペーサと、前記基板の画素部周辺に位置する外周部に設けられる外周スペーサとに分けて別々に形成する工程とを有することを特徴とするものである。
【００４５】
このように、画素スペーサと外周スペーサとを各々別個に形成することにより、各々の柱状スペーサに要求される高さに形成することができるため、モノクロ液晶表示装置用基板の画素部および外周部における高さの差を所望の範囲内に容易に制御することができる。
【００４６】
このような本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法について、その一例を説明すると、モノクロ液晶表示装置用基板の基板上に画素間を区分するブラックマトリクスをパターン状に形成する。この際、上述したように、画素部と外周部とでは、要求される幅が異なるため、画素部のブラックマトリクスの方が外周部のそれよりも幅が狭く形成される。さらに、当該ブラックマトリクスが形成されているモノクロ液晶表示装置用基板の基板上に、ブラックマトリクス等の部材を保護し、この基板上に平坦性を付与するために、保護層を成膜する。この際、上述したように、ブラックマトリクスの幅が画素部および外周部では異なるため、保護層の膜厚に両方の部分で差が生じる。
【００４７】
次いで、保護層上に柱状スペーサを形成するが、本発明においては、当該柱状スペーサを上述した画素スペーサと外周スペーサとで各々別個に分けて形成する。これにより、上述した保護層の膜厚の差に応じて各柱状スペーサを各々に要求される高さに形成することができるため、最終的に得られるモノクロ液晶表示装置用基板の表面に良好な高さの均一性を確保することができるのである。
【００４８】
最後に、画素スペーサおよび外周スペーサを介してモノクロ液晶表示装置用基板と対向させて対向基板を配置する。本発明においては、画素スペーサおよび外周スペーサを各々別個に形成することにより、保護層の膜厚の差による影響を解消しているので、対向基板が外周部に向って２枚の基板間の間隙が広がるようなゆがみが生じるおそれが少ない。従って、対向基板のこのようなゆがみにより対向基板周辺からバックライト等の光源から光がぬけ、表示画面の周辺部分が明るくなるといった不都合が解消される。従って、本発明の製造方法により製造されたモノクロ液晶表示装置用基板を用いることにより、豊富な階調表示および精緻な画像表示が可能であるモノクロ液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００４９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５０】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに説明する。
【００５１】
［実施例］
カラーフィルタ用の基板として３００ｍｍ×４００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製１７３７ガラス）を準備した。この基板を定法に従って洗浄した後、基板の片側に下記組成のブラックマトリクス組成物を塗布し、所定のマスクを介して露光後、現像、焼成を行いブラックマトリクス（膜厚１．３μｍ）を形成した。
【００５２】
（ブラックマトリクス用組成物）
・チタンブラック（三菱マテリアル（株）製１３Ｍ） ６１重量部
・感光性樹脂組成物 ３９重量部
・メトキシブチルアセテート ３００重量部
（感光性樹脂組成物）
・メタクリル酸−スチレン−アクリル酸ラジカル共重合体 ４２重量部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート ３２重量部
・エピコート１８０Ｓ７０（三菱油化シェル（株）製） １８重量部
・２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブ
タノン−１（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製） ８重量部
次に、ブラックマトリクスが形成された基板全面に下記組成の保護層用感光材料を塗布してマスクを介して露光、現像、焼成を行って厚さ１．５μｍの保護層を形成した。
【００５３】
（保護層用感光性組成物）
・スチレン−メタクリル酸メチル−メタクリル酸の共重合体 ５９重量部
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレート ３０重量部
イルガキュア９０７（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製）
１１重量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート ３３３重量部
次に、上記画素内に形成する柱上スペーサの上面から０〜０．８μｍ低くなるように想定した条件にて柱状スペーサ用感光材料（ＪＳＲ（株）製ＮＮシリーズ）を塗布する。外周部に設ける柱状スペーサ用のマスクを介して露光後、現像、焼成を行う。続いて基板全面に画素内に形成する柱状スペーサ用感光材料（同上）を塗布する。画素内に設ける柱状スペーサ用マスクを介して露光後、現像、焼成を行う。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、基板表面から画素部に位置する柱状スペーサ上面までの距離と、基板表面から外周部に位置する柱状スペーサ上面までの距離との差を所定の範囲内としているので、このようなモノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板を配置させると、対向基板に外周部に向って間隙が広がるようなゆがみが生じることが抑制される。従って、対向基板がこのようにゆがむことにより生じていた対向基板周辺から光が漏れるといった不都合が解消され、モノクロ液晶表示装置において不自然に画面周辺が明るくなるといった問題を解決することができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の一例を示す概略断面図である。
【図２】従来のモノクロ液晶表示装置用基板の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ … 基板
２ … ブラックマトリクス
３ … 保護層
４ａ … 画素スペーサ
４ｂ … 外周スペーサ
５ … 対向基板
Ａ … 画素部
Ｂ … 外周部
Claims (4)
- 基板と、前記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスを覆うように基板上に成膜された保護層と、前記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に形成され、前記基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサとを有するモノクロ液晶表示装置用基板において、前記基板表面から前記基板の画素部に設けられている前記柱状スペーサ上面までの高さが、前記基板表面から前記基板の画素部周辺の領域である外周部に設けられている前記柱状スペーサ上面までの高さより、０μｍ〜０．８μｍの範囲内で高いことを特徴とするモノクロ液晶表示装置用基板。
- 基板と、前記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスを覆うように基板上に成膜された保護層と、前記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に形成され、前記基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサとを有するモノクロ液晶表示装置用基板において、前記柱状スペーサは前記基板の画素部に設けられる画素スペーサと、前記基板の画素部周辺の領域である外周部に設けられる外周スペーサとを有し、前記画素スペーサの高さが、前記外周スペーサの高さより高く形成されていることを特徴とするモノクロ液晶表示装置用基板。
- 前記柱状スペーサは前記基板の画素部に設けられる画素スペーサと、前記基板の外周部に設けられる外周スペーサとを有し、前記画素スペーサの高さが、前記外周スペーサの高さより高く形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモノクロ液晶表示装置用基板。
- 前記モノクロ液晶表示装置用基板は、ＩＰＳ型のモノクロ液晶表示装置に用いられることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載のモノクロ液晶表示装置用基板。
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