JP2005326632A - 感光性樹脂組成物、それを用いて形成した液晶分割配向制御突起付きカラーフィルタ及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直配向液晶表示装置の視野角を広げるために用いるアーチ状、三角形の突起の形状、高さ、線幅、基板と接触する角度を安定して形成し、液晶の配向ムラに起因する液晶表示装置の表示ムラを抑制し、且つ露光プロセスでマスク上の異物をカラーフィルタ上に転写させない、液晶分割配向制御突起形成用のネガ型の感光性樹脂組成物を提供すること。液晶分割配向制御突起付きカラーフィルタ及び液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】アルカリ可溶性樹脂、光重合開始剤、光重合性モノマ−を主成分とする感光性樹脂組成物であって、該光重合開始剤が、少なくともビスアシルフォスファインオキサイド系光重合開始剤を含有すること。
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶表示装置に関するものであり、特に、液晶表示装置に用いる液晶分割配向制御突起を形成する材料として好適な感光性樹脂組成物、液晶分割配向制御突起付きカラーフィルタ及び液晶表示装置に関する。

一般に、液晶表示装置は２枚の基板の間に液晶を注入し、これに与える電場の強さを調節して光の透過量を調整する構造になっている。液晶表示装置は、例えば、内側面に透明電極が形成されている１対の透明基板と、この間の液晶と、それぞれの透明基板の外側に設けられた、光を偏光させる２枚の偏光板とから構成される。電場を印加しない状態では液晶分子が２枚の基板に対して垂直に配向されもの、平行に配向されたものなど、様々なモードの液晶表示装置がある。

近年では、この様々なモードの液晶表示装置の中で、垂直配向液晶表示装置は視野角を改善するために、例えば、透明電極上に突起を形成し、この突起のスロープを利用して液晶を局所的に傾け、一画素内で液晶を多方向に分割配向させる。透明電極上の突起の縦断面形状はアーチ状、三角形が好ましく、通常ポジ型レジストにて縦断面形状が矩形のパターンを形成し、熱溶融にてリフローさせてアーチ状、三角形を得ている。

しかし、ポジ型レジストは熱溶融させる方式で形状を制御するために、熱溶融の温度によって、得られるアーチ状、三角形の形状等の突起形状、その高さ、線幅が変動し、また、熱溶融では基板と接触する角度がパターン線幅に依存することから、面内の液晶に配向ムラが生じ、これにより液晶表示装置に表示ムラが発生するといった問題を有する。

また、ポジ型レジストを用いて、液晶分割配向制御突起を形成する時、露光プロセスでマスク上の異物が露光により、カラーフィルタ上に転写され、その量産時にカラーフィルタの歩留まりの低下を招く。
特開昭５７−１６４０８号公報 特開昭５９−２００９号公報 特開平２−１８１７０４号公報 特開平２−１９９４０３号公報

本発明は、このような問題点を解決する為のものであって、垂直配向液晶表示装置の視野角を広げるために用いるアーチ状、三角形の突起の形状、高さ、線幅、基板と接触する角度を安定して形成し、液晶の配向ムラに起因する液晶表示装置の表示ムラの発生を抑制し、且つ露光プロセスでマスク上の異物をカラーフィルタ上に転写させない、液晶分割配向制御突起形成用のネガ型の感光性樹脂組成物を提供することを課題とするものである。また、それを用いて形成した液晶分割配向制御突起付きカラーフィルタ及び液晶表示装置を提供することを課題とする。

本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタの液晶分割配向制御突起を形成する際に用いる、アルカリ可溶性樹脂、光重合開始剤、光重合性モノマ−を主成分とする感光性樹脂組成物であって、該光重合開始剤が、少なくともビスアシルフォスファインオキサイド系光重合開始剤を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物である。

また、本発明は、上記発明による感光性樹脂組成物を用いて形成した液晶分割配向制御用突起を有することを特徴とする液晶分割配向制御突起付きカラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明による液晶分割配向制御突起付きカラーフィルタを用いたことを特徴とする液晶表示装置である。

本発明における液晶分割配向制御突起は、アルカリ可溶性樹脂、光重合開始剤、光重合性モノマ−を主成分とする感光性樹脂組成物であつて、該光重合開始剤が少なくとも、ビスアシルフォスファインオキサイド系光重合開始剤を含むネガ型レジストを用いて形成されているので、垂直配向液晶表示装置の視野角を広げるために用いる突起のアーチ状、三角形の形状、高さ、線幅、基板と接触する角度が安定して形成されている。従って、本発明による感光性樹脂組成物を用いて液晶分割配向制御突起を形成したカラーフィルタは、液晶に配向ムラを発生させず、表示品質の良好な液晶分割配向制御突起を設けたカラーフィルタとなる。
また、ネガ型の感光性樹脂組成物であるので、露光工程でマスク上の異物を転写することなく、カラーフィルタの歩留まりの向上に寄与する。

以下に、本発明による感光性樹脂組成物を、その実施形態に基づいて詳細に説明する。本発明は、液晶表示装置を構成するカラーフィルタ側基板もしくはＴＦＴ側基板に液晶分割配向突起を形成する際に用いる、ネガ型の感光性樹脂組成物であって、光重合開始剤が少なくともビスアシルフォスファインオキサイド系光重合開始剤含有することを特徴とする。少なくともビスアシルフォスファインオキサイド系光重合開始剤を含有することによって、液晶分割配向制御突起の縦断面形状をアーチ状、三角形に制御することが可能である。感光性樹脂組成物の組成を調節することによって、アーチ状、或いは三角形に形成し分けることができる。

本発明におけるアルカリ可溶性樹脂とは、パターン露光後の現像において、非露光部がアルカリ性現像液により溶解除去できるできる樹脂を言い、具体的には、（メタ）アクリル酸などのカルボン酸を含有するモノマーの他に、２−ヒドロキシエチル、アクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドンやアンモニウム塩を有するモノマーなどに代表されるような親水性のモノマーと（メタ）アクリル酸エステル、酢酸ビニル、スチレン、Ｎ−ビニルカルバゾール、などに代表されるような親油性のモノマーとを適度な混合比で既知の手法で共重合した樹脂が知られている。

具体的な事例としては、特開昭５７−１６４０８号公報、特開昭５９−２００９号公報、特開平２−１８１７０４号公報、特開平２−１９９４０３号公報などに開示されているようなものを挙げることができる。また、フェノール性水酸基を有してアルカリ水溶液に溶解可溶なクレゾールノボラック樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、おそびそれらの一部を変性した樹脂を用いることができるが、これらに限定されるものではない。

また、光重合性モノマーとは、露光することで重合するモノマーであって、具体的には多官能アクリレートの一群、すなわちペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、
ペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、プロピレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリシクロデカニル（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレートのカプロラクトン付加物のヘキサ（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレートなどが挙げられる。

また、ビスアシルフォスファインオキサイド系光重合開始剤としてはビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルフォスフィンオキサイド（イルガキュア８１９：チバスペシャリティーケミカルズ社製：商品名）、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド（ＴＰＯ：ＢＡＳＦ社製：商品名）等があげられる。
また、必要に応じて、その他の光重合開始剤を併用しても構わない。

以下に、実施例により具体的に説明する。
（樹脂Ａ溶液の製造）
１リットル容の４つ口フラスコに、シクロヘキサノン２００部、２−ヒドロキシエチルアクリレート２０部、メタクリル酸２０部、メタクリル酸メチル２０部、メタクリル酸ブチル４０部を仕込み、９０℃に加熱し、あらかじめシクロヘキサノン２００部、２−ヒドロキシエチルアクリレート２０部、メタクリル酸２０部、メタクリル酸メチル２０部、メタクリル酸ブチル４０部とアゾビスイソブチロニトリル１．５部を混合溶解したものを３時間で滴下し、９０℃にて３時間さらに反応させた。
さらに、アゾビスイソブチロニトリル０．５部をシクロヘキサノン１０部に溶解させたものを添加し、さらに１時間反応を続け、樹脂溶液を合成した。この樹脂溶液の不揮発分が３０％となるようにシクロヘキサノンを添加し、樹脂Ａのシクロヘキサノン溶液を製造した。

（樹脂Ｂ溶液の製造）
１リットル容の４つ口フラスコに、シクロヘキサノン２００部、２−ヒドロキシエチルアクリレート４５部、メタクリル酸２０部、メタクリル酸メチル１５部、メタクリル酸ブチル２０部を仕込み９０℃に加熱し、あらかじめシクロヘキサノン２００部、２−ヒドロキシエチルアクリレート４５部、メタクリル酸２０部、メタクリル酸メチル１５部、メタクリル酸ブチル２０部とアゾビスイソブチロニトリル１．５部を混合溶解したものを３時間で滴下し、９０℃にて３時間さらに反応させた。
さらに、アゾビスイソブチロニトリル０．５部をシクロヘキサノン１０部に溶解させたものを添加し、さらに１時間反応を続け、樹脂溶液を合成した。次いで、フラスコ内温を８０℃として、イソシアネートエチルメタクリレート２０部、オクチル酸スズ０．１１部をシクロヘキサン２０部で溶解したものを約１０分で滴下し、滴下後２０分反応させて樹脂溶液を合成した。この樹脂溶液の不揮発分が３０％となるようにシクロヘキサノンを添加し、樹脂Ｂのシクロヘキサノン溶液を製造した。

（アーチ状突起形成用の感光性樹脂組成物の調製）
表１に示す組成で各成分を混合し、液晶分割配向制御突起を形成する感光性樹脂組成物を調製した。なお、混合するにあたって、溶剤としてシクロヘキサノン全量が１００ｇになるように希釈した。

（カラーフィルタの作成）
先ず、透明基板上に樹脂ブラックマトックスレジストを塗布し、プリベーク、露光、現像、ポストベーク処理でブラックマトリックスを形成した。この上に、赤色フォトレジスト
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フォトレジスト、青色フォトレジストについて行い緑色画素、青色画素を形成、即ち赤色、緑色、青色の３色の画素を形成した。次に、全面にＩＴＯ膜をスパッタにより成膜した。

（液晶分割配向制御突起の形成）
こうして得たれたカラーフィルタのＩＴＯ面に、液晶分割配向制御突起形成用の感光性樹脂組成物を８００〜１０００ｒｐｍでスピンコートし、２．５μｍの高さを得た。その後９０℃、６０秒のプレベークを行なった。得られた基板に６μｍの枝リブパターンと、１２μｍの主リブパターンの配置されたマスクを介し、精度良くアライメントを行ない、コート面側から露光（５０〜１５０ｍＪ／ｃｍ² ）し、２．５ｗｔ％の炭酸ナトリウム水溶液で現像した。現像後に良く水洗し、乾燥後に、２３０℃で４５分間のベークを行なった。

表１に示す組成１、組成２を用いて形成した液晶分割配向制御突起は共にアーチ状であった。また その線幅はマスク開口サイズと同等で、組成１、組成２ともに６μｍの枝リブと１２μｍの主リブを形成することが出来、その接触する角度は線幅に依存しなかった。また、マスク上の異物が露光時に転写されることも無かった。
（液晶表示装置の作製）
組成１〜７、の感光性樹脂組成物を用いて液晶分割配向制御突起を形成した２種のカラーフィルタ上に垂直配向膜を設けた。同様にして、対向する薄膜トランジスタ基板にも垂直配向膜を設けた。対向する薄膜トランジスタ基板にも画素上にに、６μｍの枝リブと１２μｍの主リブと同様のものを作製した。
この２枚の基板のリブ突起が１画素毎に交互に配置されるように、エポキシ接着剤をシール剤として用い張り合わせた後に、シール部に設けられた注入口から液晶を注入した。液晶注入後、注入口を封止し、偏光板を両基板の外側に張り合わせて液晶表示装置を作製した。

得られた液晶表示装置は、カラーフィルタ上の液晶配向制御突起の形状、高さ、線幅、及び基板と接触する角度の面内均一性が良好であったこと、また露光起因の同一異物が発生しなかったことにより、分割配向にムラはなく良好であり、その表示品質は、表示ムラが無く一様に良好であった。

比較例する例として実施例２を以下に説明する。
（液晶分割配向制御突起の形成）
実施例１記載のカラーフィルタのＩＴＯ面上にポジ型レジストとしてＡＺ３５０ＭＥ（クラリアント社製：商品名）を用い、７５０ｒｐｍでスピンコートし２．０μｍの高さを得た。その後９０℃、２分のプレベイクを行った。コート面側から露光（５０〜１５０ｍＪ／ｃｍ² ）し、精度良くアライメントを行い、コート面側から露光（１００ｍＪ／ｃｍ² ）し、２．５ｗｔ％の炭酸ナトリウム水溶液で現像した。現像後に良く水洗し、乾燥後に、２１０℃で３０分間のベイクを行った。

形成した液晶分割配向制御突起はアーチ状であったが、基板と接触する角度、及び高さにバラツキが発生した。また、その線幅は12μｍ主リブに関しては、マスク遮光サイズ、すなわち狙い線幅で制御できず面内でバラツキが±３μｍの範囲で発生し、且つ６μｍの枝リブは解像されなかった。また、全てのカラーフィルタのＩＴＯ上に、レジストの同一形状の異物が発生した。これは、露光時にマスク開口部上の異物が、転写されたために発生した異物である。

（液晶表示装置の作製）
実施例１と同様に、ポジ型レジストにて液晶分割配向制御突起を形成したカラーフィルタ上に垂直配向膜を設けた。同様にして、対向する薄膜トランジスタ基板にも垂直配向膜を設けた。同様にして、対向する薄膜トランジスタ基板にも垂直配向膜を設けた。対向する薄膜トランジスタ基板にも画素上に、６μｍの枝リブと１２μｍの主リブと同様のものを作製した。
この２枚の基板のリブ突起が１画素毎に交互に配置されるように、エポキシ接着剤をシール剤として用い張り合わせた後に、シール部に設けられた注入口から液晶を注入した。液晶注入後、注入口を封止し、偏光板を両基板の外側に張り合わせて液晶表示装置を作製した。

得られた液晶表示装置の表示品質は、液晶分割配向制御突起の基板と接触する角度、高さ、主リブ線幅の面内均一性が悪かったこと、カラーフィルタ側の６μｍの枝リブが欠如したことにより、液晶の分割配向は液晶表示装置内でバラツキが発生した。また露光時に転写された液晶分割配向制御突起と同じ高さのレジスト起因の同一異物の発生に起因し、表示面内において表示ムラが発生した。表２に実施例１及び実施例２における液晶分割配向制御突起の形状およびパネル特性を示す。

Claims (3)

1. 液晶表示装置用カラーフィルタの液晶分割配向制御突起を形成する際に用いる、アルカリ可溶性樹脂、光重合開始剤、光重合性モノマ−を主成分とする感光性樹脂組成物であって、該光重合開始剤が、少なくともビスアシルフォスファインオキサイド系光重合開始剤を含有することを特徴とする感光性樹脂組成物。
2. 請求項１記載の感光性樹脂組成物を用いて形成した液晶分割配向制御用突起を有することを特徴とする液晶分割配向制御突起付きカラーフィルタ。
3. 請求項２記載の液晶分割配向制御突起付きカラーフィルタを用いたことを特徴とする液晶表示装置。