JP2005221819A - 配向制御用突起を有する基板及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はネガ型感光性樹脂組成物を用いて配向制御用突起を形成した基板を用いて作製した液晶表示装置を、長時間にわたり電圧を印加した状態においたときに生ずる残像を抑えることを課題とする。
【解決手段】対向する基板との間で液晶を挟持する液晶表示装置を構成する、少なくとも配向制御用突起を有する基板において、該配向制御用突起が、少なくともノボラック樹脂及びアジド化合物を含有するネガ型感光性樹脂組成物により形成されるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、垂直配向（ＶＡ、Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｅｄ）型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）に係り、さらに詳しくは配向分割垂直配向（ＭＶＡ、Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型ＬＣＤに用いられる配向制御用突起を有する基板及びそれを用いた液晶表示装置に関するものである。

ＭＶＡ−ＬＣＤ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、配向分割垂直配向型液晶表示装置、特許文献１および２、非特許文献１参照）は、１画素内で液晶分子の傾斜方向が複数になるように制御し、全方位で均一な中間調表示ができるようにした垂直配向型液晶表示装置であり、優れたコントラスト、視野角特性、応答速度を兼ね備えた液晶表示装置と言われている。

図１（ａ）、（ｂ）は、ＭＶＡ−ＬＣＤの動作をその断面で模式的に示した説明図である。図１（ａ）、（ｂ）に示す様に、一般的なＭＶＡ−ＬＣＤ（１０）は、液晶分子（１５）を介して配向制御用突起（１３）が設けられたＴＦＴ側基板（１１）と、配向制御用突起（１４）が設けられたカラーフィルタ側基板（１２）とを配置した構造であるが、配向制御用突起（１３）と配向制御用突起（１４）は互い違いの位置になるようになっている。

図１（ａ）は、電圧無印加時の状態を示し、電圧無印加時に液晶分子（１５）は、両基板間で垂直に配向するが、配向制御用突起（１３）部及び配向制御用突起（１４）部の液晶分子は突起の斜面の影響によってわずかに傾斜している。図１（ｂ）は、電圧印加時の状態を示し、電圧を印加すると突起の斜面の液晶分子が傾斜し始め、傾斜部分以外の液晶分子も順次に同一の配向をするようになる。即ち、ラビング処理に代わり、突起を設けることによって液晶分子の配向を制御するものである。

この配向制御用突起はネガ型感光性樹脂組成物を用いて形成されるが、ネガ型感光性樹脂組成物を用いて形成された配向制御用突起の体積抵抗率は、一般には、１．０×１０^１４〜１．０×１０^１５Ωｃｍ程度のものである。このような体積抵抗率を有する配向制御用突起を設けたＭＶＡ−ＬＣＤにおいては、長時間にわたり電圧を印加した状態におくと、配向制御用突起表面に電荷がたまり残像が発生することがある。
特許第２９４７３５０号公報 特開平１１−２４８９２１号公報 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｊｏｕｒｎａｌ １９９７年１０月号 Ｐ．３３

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ネガ型感光性樹脂組成物を用いて配向制御用突起を設けたＭＶＡ−ＬＣＤ用基板であって、長時間にわたり電圧を印加した状態においても残像が発生することのない配向制御用突起を有する基板およびそれを用いた液晶表示装置を提供することを課題とするものである。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項１に係る第１の発明は、対向する基板との間で液晶を挟持する液晶表示装置を構成する、少なくとも配向制御用突起を有する基板において、該配向制御用突起が、少なくともノボラック樹脂とアジド化合物を含有するネガ型感光性樹脂組成物により形成されてなることを特徴とする配向制御用突起を有する基板である。

ノボラック樹脂をネガ型感光性樹脂組成物に加えて配向制御用突起を形成すれば、配向制御用突起の表面に電荷がたまることもないため、長時間にわたり電圧を印加し続けても残像の発生しない優れた液晶表示装置を作製できる基板を提供することができる。

また、ノボラック樹脂の架橋剤としてアジド化合物はもっとも相性が良く、ノボラック樹脂を効率よく硬化させることができる。

請求項２に係る第２の発明は、対向する基板との間で液晶を挟持する基板の一方は、少なくとも透明基板とカラーフィルタ層からなり、前記カラーフィルタ層上に配向制御用突起を形成することを特徴とする請求項１に記載の配向用突起を有する基板である。

請求項３に係る第３の発明は、前記対向する基板との間で液晶を挟持する基板の少なくとも一方は、少なくとも透明基板と透明導電性膜層からなり、透明導電性膜層上に配向制御用突起を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の配向制御用突起を有する基板である。

請求項４に係る第４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の配向制御用突起を設けられた基板を、液晶を挟持する対向する基板の少なくとも一方に用いたことを特徴とする液晶表示装置である。

請求項１から３のいずれかに記載の配向制御用突起を有する基板を用いて液晶表示装置を構成することで、長時間にわたり電圧を印加し続けても残像の発生しない優れた液晶表示装置を提供することができる。

本発明によれば、ノボラック樹脂を含有するネガ型感光性樹脂組成物を用いて形成した配向制御用突起を有する基板であるので、この基板を具備した液晶表示装置は、長時間にわたり電圧を印加した状態においても配向制御用突起の表面に電荷がたまることはなく、残像が発生することはないものとなる。

以下に、本発明の実施形態について詳細に説明する。

本発明は対向する基板との間で液晶を挟持する液晶表示装置を構成する、少なくとも配向制御用突起を有する基板あるいはそれを用いた液晶表示装置に関するものであって、特に配向分割垂直配向型ＬＣＤに用いられる液晶表示装置であることを特徴とするものである。

以下、本明細書では、透光性を有する基板上にカラーフィルタ層を設け、この上に配向制御用突起を形成した基板について主に述べているが、これは本発明による基板または液晶表示装置が、カラーフィルタ層を必ず具備しなければならないことを意味するものではない。

本発明の配向制御用突起を有する基板を構成する基板としては、透光性を有する板状のものが好ましく、ガラス、あるいはポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンやポリアクリレートなどのプラスチックのシートあるいはフィルムが挙げられる。

また、配向制御用突起を形成した後、加熱工程を行うことから、耐熱性に優れたガラス基板が好ましく、さらには熱膨張率が小さく加熱工程での寸法安定性に優れたガラスを選択することが好ましい。

本発明の配向制御用突起を有する基板にカラーフィルタ層を形成し、液晶用カラーフィルタとして用いることができる。

一般的にカラーフィルタとは透光性を有する基板上にコントラスト向上のためにブラックマトリックス（Ｋ）、次いで赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色画素層を形成せしめたものであり、これを液晶用とする場合は、さらに透明導電性膜層、配向膜層を順次積層せしめたものであり、例えば薄膜トランジスタのような電極を形成した対向基板と対置させ液晶層を介してＬＣＤを構成するものである。

この明細書中では、このブラックマトリックスと、赤、緑、青の着色画素層を合わせてカラーフィルタ層と呼ぶこととする。

カラーフィルタ層を構成するブラックマトリックスはすでに公知の方法を用いて形成することができる。例えば、クロムやチタンなどの金属あるいは金属酸化物の薄膜をスパッタ等の方法により基板上に形成し、それをエッチングなどの手法によりパターニングを施し形成するもの。あるいは、感光性樹脂組成物中にカーボンブラックや金属酸化物などの遮光性微粒子や複数種からなる顔料あるいは染料などの着色剤を混在させ、これを基板上に感光性樹脂層としてフォトリソグラフィー法により形成するもの。あるいは、後に示すＲ、Ｇ、Ｂなどからなる着色画素層を２層以上積層させこれを形成するもの、などが挙げられるが本発明においてはいずれの方法により形成してもよい。

着色画素層は前記ブラックマトリックスの開口部に設けられ、通常赤色画素パターン（Ｒ）、緑色画素パターン（Ｇ）、及び青色画素パターン（Ｂ）の３原色からなる画素パターンが所望の形状により配置されたものである。その形成方法としては顔料分散法、染料法、電着法、印刷法、転写法やインクジェットにより各画素を形成する方法などすでに公知の方法が挙げられ、本発明においてはいずれの方法により形成しても良い。

本発明における配向制御用突起を有する基板の一形態としては、これらカラーフィルタ層上、または透明導電性膜層上に配向制御用突起を設けた構成、あるいはカラーフィルタ層、透明導電性膜層、配向制御用突起、配向膜層の順に形成した構成、もしくは必要ならばこのいずれかの層の間に保護膜層を設けた複数の層からなることを特徴とする。

透明導電性膜層は液晶表示装置に用いる、対向する基板との間で液晶を挟持する基板の少なくともいずれか一方に必須の構成である。通常は液晶の配向方向を規制する配向膜あるいは配向突起の直下に形成され、電気信号を伝達することで基板の間に挟持された液晶の挙動を制御する。もしくは配向突起の上層に蒸着等で設けることも可能である。

透明導電性膜層は、透明で導電性があり薄膜状に形成できる物質が用いられ、通常ＩＴＯ（インジウムと錫の複合酸化物）膜が、他にはＩＺＯ（インジウムと亜鉛の複合酸化物）やＳｎＯ_２（二酸化錫）膜などが選択され、各々スパッタ法、真空蒸着法などの手法にて形成される。

本発明の液晶表示装置を構成する基板の少なくとも一方には、配向膜層が設けられ、これと配向制御用突起とはまた別のものである。配向膜層には、液晶化合物を垂直配向させ、かつ透明で絶縁性の物質が用いられる。通常ポリイミド樹脂が用いられる。ポリイミド樹脂溶液、ポリアミック酸溶液などを公知の塗布方法あるいは印刷方法にて形成し、その後焼成することにより形成される。

必要に応じて設けられる保護膜層は、ブラックマトリックス及び着色画素層を形成したときに生ずる段差を平坦化するため、あるいはブラックマトリックスや着色画素層中に含まれる成分が液晶層へ混入するのを防ぐものであり、透明性が要求される。該保護膜層を形成する材料としては、光硬化型、熱硬化型、光及び熱硬化型の樹脂組成物、エポキシ、アクリルやポリイミドなどの樹脂硬化物、あるいはスパッタや蒸着による無機化合物等、前述の目的を達成できる材料であれば良い。カラーフィルタ層の表面状態を考慮して０．５から３μｍの範囲にて形成することができる。

ＭＶＡ−ＬＣＤに用いる基板は、通常のカラーフィルタにおける画素上に必要に応じて、透明保護層、さらに、透明導電性膜層を介して特有の配向制御用突起を有するものが一般的であり、このような配向制御用突起を寸法精度良く得るために通常のネガ型感光性樹脂組成物を使用すると、底辺の広がりが大きくなり過ぎて目的とする形状の配向制御用突起を得ることができない。かつ、得られた配向制御用突起を有するカラーフィルタは配向膜塗布が行われることから、配向制御用突起そのものについて高度の耐熱性、耐溶剤性が要求される。さらに、配向膜薄膜を介して極性液晶にさらされることから、イオン性不純物の溶出が少なく、また、優れた電気特性が要求されるものである。

このような加工性及び要求特性を有する配向制御用突起を与える材料として、本発明者らはノボラック樹脂が優れていることを見出したものである。

本発明におけるネガ型感光性樹脂組成物に用いるノボラック樹脂は、例えば、フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ビスフェノールＡ等のフェノール化合物とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド化合物とを縮合させることにより、容易に得ることができる。この中で特に好ましいのは一般式（１）に示すクレゾールノボラック、或いは、フェノールノボラック樹脂を挙げることができる。

（式中、ｍは０以上（二量体以上の混合物）であることを表し、Ｒは水素、メチル基を表す）
なお、上記一般式（１）に示される構造単位は特に好ましい構造のものであり、本発明に用いることのできるノボラック樹脂は、なんらこれらに限定されるものでない。また、本発明で用いるネガ型感光性樹脂組成物はノボラック樹脂を２種類以上含有してもよい。

本発明におけるネガ型感光性樹脂組成物の架橋剤はアジド基を有する化合物で、アジド基は光照射により窒素を放出しナイトレンとなり、このナイトレンが二重結合への挿入反応、脱プロトン反応、あるいは炭素水素間への挿入反応を起こすことが知られている。このようにナイトレンがノボラック樹脂と架橋反応、或いはフェノール骨格からイミノキノン構造に変換する化合物であればよく、例えば単官能芳香族アジド、または２官能以上の芳香族アジド、または、それらの混合物からなるものである。係るアジド基を有する化合物の中でも、溶解性、特に溶剤に対する溶解性が大きいものが好ましい。例えば、ｐ−アジドベンザルアセトフェノン、ｐ−アジドベンザルアセトン、アジドピレン、２，６−ビス（ｐ−アジドベンザル）シクロヘキサノン、２，６−ビス（ｐ−アジドベンザル）−４−メチルシクロヘキサノン、２，６−ビス（ｐ−アジドベンザル）−４−エチルシクロヘキサノン、１，３−ビス（ｐ−アジドベンザル）−２−プロパノン、１，３−ビス（ｐ−アジドシンナミリデン）−２−プロパノン、２，２’−ビス（Ｎ−ヒドロキシプロピルスルファモイル）−４，４’−ジアジドスチルベン、２，２’−ビス｛Ｎ，Ｎ−ビス（エトキシエチルスルファモイル）｝−４，４’−ジアジドスチルベン等を挙げることができるがこの限りではない。

本発明のネガ型感光性樹脂組成物組成物に含まれるアジド化合物の量は、ノボラック樹脂の１００重量部に対して３から５０重量部の範囲をとることが可能であり、好ましくは５から３０重量部である。

本発明のネガ型感光性樹脂組成物には前記成分以外に、必要に応じて相溶性のある添加物、例えば、可塑剤、安定剤、界面活性剤、着色料、レベリング剤、カップリング剤などを、本発明の目的を損なわない範囲で添加することができる。

このように各成分を適時選択し、任意の割合で混合して得た感光液をロールコーター、スピンコーター、ダイコーター等の公知の塗工手段を用いて最上層に導電膜を設けたカラーフィルタ基板上に塗布する。

なお、感光液を調製する際には、必要に応じて適当な溶剤にて希釈しても良いが、その場合には基材上に塗布した後に乾燥を要する。上記溶剤としては、ジクロロメタン、クロロホルム、アセトン、２−ブタノン、シクロヘキサノン、エチルアセテート、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−ブトキシエタノール、２−エチルエトキシアセテート、２−ブトキシエチルアセテート、２−メトキシエチルエーテル、２−エトキシエチルエーテル、２−（２−エトキシエトキシ）エタノール、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール、２−（２−エトキシエトキシ）エチルアセテート、２−（２−ブトキシエトキシ）エチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン等が挙げられる。

次に、本発明の配向制御用突起の形成方法について説明する。透光性を有する基板上に、あるいは必要であれば上述した方法によって、カラーフィルタ層、透明導電性膜層、保護膜層が積層された基板上に、既述のネガ型感光性樹脂組成物を、バーコーター、アプリケーター、ワイヤーバー、スピンコーター、ロールコーター、スリットコーター、カーテンコーター、ダイコーター、コンマコーター等の公知の塗工方法を用い積層する。

その後所定のパターンを有したフォトマスクを介し、光照射してパターン露光を行い、次いで現像を行い、未露光部を溶解除去することで配向制御用突起を形成することができる。

前記パターン露光においては、４００ｎｍ以下の波長を含む光であれば良く、例えば超高圧水銀灯、高圧水銀灯、中圧水銀灯、低圧水銀灯、キセノンランプ、ハロゲンランプ等で露光し、必要に応じて加熱工程を加えて、光照射部分を架橋させた後、アルカリ現像液にて現像することによりマスクパターンに忠実なＭＶＡ画像を得ることができる。さらに必要ならば、熱処理を施し硬膜化を行うことができる。

本発明における配向制御用突起は、上記フォトリソグラフィー工程後に加熱工程を施すことにより、該配向制御用突起の硬化を促進し、基板との密着性を向上せしめ、さらに耐溶剤性、耐薬品性を付与することができ、また、熱による収縮やリフローにより形状を滑らかにし液晶分子の配向性をより向上することが可能となる。

該配向制御用突起の形状としては、ドット状、ストライプ状、ジグザグ状のように規則性があることが好ましく、その断面が半円状、半楕円形状、あるいは三角形などのような多角形状であることが好ましい。画素上のパターンとしては対向基板の突起パターンと共に画素を２分割以上に分割するものであれば特に限定されるものではない。

以下、本発明の実施の形態について具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明は下述する実施例に限定されるものではない。また、本発明で用いるネガ型感光性樹脂組成物は光に対して極めて敏感であるため、自然光など不必要な光による感光を防ぐ必要があり、全ての作業を黄色、または赤色灯下で行うことは言うまでもない。

透明基板上にＣｒ薄膜を成膜し、フォトエッチング法でブラックマトリックスを形成した。この上に、赤色感光性樹脂組成物を塗布し、露光、現像、ポストベーク処理を行い赤色画素を形成し、続いて同様の処理を緑色感光性樹脂組成物、青色感光性樹脂組成物について行い、緑色画素、青色画素を形成した。

次に、全面にＩＴＯ膜をスパッタにより成膜して透明導電性膜層となし、さらに、ｍ−クレゾールノボラック樹脂（旭有機材工業社製、ＥＰ００１０Ａ製品名 組成ｍ−クレゾール／ｐ−クレゾール＝１００／０ 分子量８５５０）２０ｇをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（和光純薬社製）８０ｇに溶解したものに、アジド化合物として２，６−ビス（ｐ−アジドベンザル）−４−エチルシクロヘキサノン（東洋合成社製、ＢＡＣ−Ｅ商品名）２ｇを混合溶解したネガ型感光性樹脂組成物をスピンコーターにて１．５μｍの厚さに塗布し、６０℃で１００秒のプリベーク（タバイ製オーブン）後に、露光（トプコン製露光機 ２８ｍＷ、１００ｍJ）、現像（ＴＷ現像液の１２．５倍希釈液 ３０秒）処理を行い線幅１０μｍのパターンを形成した。続いて、２３０℃／３０分でポストベーク（熱フロー）を行い椀状の突起を形成し、配向制御用突起を有する基板を得た。

得られた基板上の配向制御用突起の体積抵抗率は、約１×１０^１１Ωｃｍであった。この配向制御突起を有する基板を用いてＭＶＡ−ＬＣＤを作製したところ、このＭＶＡ−ＬＣＤは長時間にわたり電圧を印加した状態においても残像が発生しなかった。

溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（和光純薬社製）の代わりにシクロヘキサノンを、アジド化合物として２，６−ビス（ｐ−アジドベンザル）−４−エチルシクロヘキサノン（東洋合成社製、ＢＡＣ−Ｅ商品名）２ｇの代わりに２，２’−ビス（Ｎ−ヒドロキシプロピルスルファモイル）−４，４’−ジアジドスチルベン（東洋合成社製、ＤＡｚＳＴ（４）商品名）４ｇを用いた以外は、実施例１と同様にして操作した。

この配向制御突起を有する基板を用いてＭＶＡ−ＬＣＤを作製したところ、このＭＶＡ−ＬＣＤは長時間にわたり電圧を印加した状態においても残像が発生しなかった。

アジド化合物として２，６−ビス（ｐ−アジドベンザル）−４−エチルシクロヘキサノン（東洋合成社製、ＢＡＣ−Ｅ商品名）２ｇの代わりにｐ−アジドベンザルアセトフェノン（シンコー技研社製）４ｇを用いた以外は、実施例１と同様にして操作した。

この配向制御突起を有する基板を用いてＭＶＡ−ＬＣＤを作製したところ、このＭＶＡ−ＬＣＤは長時間にわたり電圧を印加した状態においても残像が発生しなかった。

ｍ−クレゾールノボラック樹脂（旭有機材工業社製、ＥＰ００１０Ａ製品名）の代わりにクレゾールノボラック樹脂（旭有機材工業社製、ＥＰ６０５０Ｇ製品名 組成ｍ−クレゾール／ｐ−クレゾール＝４０／６０ 分子量３４０６）を用いた以外は、実施例１と同様にして操作した。

この配向制御突起を有する基板を用いてＭＶＡ−ＬＣＤを作製したところ、このＭＶＡ−ＬＣＤは長時間にわたり電圧を印加した状態においても残像が発生しなかった。

ｍ−クレゾールノボラック樹脂（旭有機材工業社製、ＥＰ００１０Ａ製品名）の代わりにハイオルソフェノールノボラック樹脂（住友ベークライト社製、ＨＰＮ−Ｘ製品名 分子量３５０００）を用いた以外は、実施例１と同様にして操作した。

この配向制御突起を有する基板を用いてＭＶＡ−ＬＣＤを作製したところ、このＭＶＡ−ＬＣＤは長時間にわたり電圧を印加した状態においても残像が発生しなかった。

本発明に係る方法によって配向制御用突起を形成した液晶表示装置用基板を示す説明図である。

符号の説明

１０ …ＭＶＡ−ＬＣＤ
１１ …ＴＦＴ側基板
１２ …カラーフィルタ側基板
１３ …配向制御用突起
１４ …配向制御用突起
１５ …液晶分子

Claims (4)

1. 対向する基板との間で液晶を挟持する液晶表示装置を構成する、少なくとも配向制御用突起を有する基板において、該配向制御用突起が、少なくともノボラック樹脂とアジド化合物を含有するネガ型感光性樹脂組成物により形成されてなることを特徴とする配向制御用突起を有する基板。
2. 対向する基板との間で液晶を挟持する基板の一方は、少なくとも透明基板とカラーフィルタ層からなり、前記カラーフィルタ層上に配向制御用突起を形成することを特徴とする請求項１に記載の配向用突起を有する基板。
3. 前記対向する基板との間で液晶を挟持する基板の少なくとも一方は、少なくとも透明基板と透明導電性膜層からなり、透明導電性膜層上に配向制御用突起を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の配向制御用突起を有する基板。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の配向制御用突起を設けられた基板を、液晶を挟持する対向する基板の少なくとも一方に用いたことを特徴とする液晶表示装置。

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