JP2006098667A - 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。 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、フォトレジストを用いて配向制御用突起を設けたＭＶＡ−ＬＣＤを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を提供することを目的とする。
【解決手段】
少なくとも配向制御用突起をを有する基板において、該配向制御用突起が、フェノール性水酸基を有する樹脂の一部が少なくとも芳香族アジドを含む樹脂からなるネガ型フォトレジスト組成物を用いて形成したことを特徴とする配向制御用突起を有する基板とすることで解決した。
【選択図】図１

Description

本発明は、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に関する。

ＭＶＡ−ＬＣＤ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍｅｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、配向分割垂直配向型液晶表示装置）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出来るようにした垂直配向型液晶装置であり、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、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フォトレジストを用いて形成されるが、フォトレジスト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（非特許文献１参照）。
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｊｏｕｒｎａｌ １９９７年１０月号Ｐ．３３

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、フォトレジストを用いて配向制御用突起を設けたＭＶＡ−ＬＣＤを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を提供することを課題とするものである。
また、フォトレジストを用いて配向制御用突起を設けたＭＶＡ−ＬＣＤを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を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、対向する基板との間で液晶を狭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を有する基板において、該配向制御用突起が、フェノール性水酸基を有する樹脂の一部が少なくとも芳香族アジドを含む樹脂からなるネガ型フォトレジスト組成物を用いて形成したことを特徴とする配向制御用突起を有する基板である。

請求項２に記載の発明は、対向する基板との間で液晶を狭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を有する基板において、前記基板の少なくとも一方は、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、フェノール性水酸基を有する樹脂を有する樹脂の一部が少なくとも芳香族アジドを含む樹脂からなるネガ型フォトレジスト組成物を用いて形成した配向制御用突起を設けたことを特徴とする配向制御用突起を有する基板である。

請求項３に記載の発明は、対向する基板との間で液晶を狭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を有する基板において、前記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層からなり、前記透明導電層上に、フェノール性水酸基を有する樹脂を有する樹脂の一部が少なくとも芳香族アジドを含む樹脂からなるネガ型フォトレジスト組成物を用いて形成した配向制御用突起を設けたことを特徴とする配向制御用突起を有する基板である。

請求項４に記載の発明は、前記ネガ型フォトレジスト組成物が架橋剤としてアジド化合物を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の配向制御用突起を有する基板である。

請求項５に記載の発明は、前記配向制御用突起を有する基板の配向制御用突起が、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る。

本発明によれば、配向制御用突起を設けた基板は、該配向制御用突起が、フェノール性水酸基を有する樹脂の一部が少なくとも芳香族アジドを含む樹脂からなるネガ型フォトレジスト組成物を用いて形成した配向制御用突起であるので、このＭＶＡ−ＬＣＤ用カラーフィルタを具備したＭＶＡ−ＬＣＤとして、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である。

また、本発明によれば、ネガ型フォトレジスト組成物が架橋剤としてアジド化合物を含むことを特徴とする配向制御用突起を設けた基板であるので、このＭＶＡ−ＬＣＤ用カラーフィルタを具備したＭＶＡ−ＬＣＤとして、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。

また、本発明によれば、配向制御用突起が、フェノール性水酸基を有する樹脂の一部が少なくとも芳香族アジドを含む樹脂を含有することを特徴とし、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、全方向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るので、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。

ＭＶＡ−ＬＣＤにおける配向制御用基板で、例えば、カラーフィルタ層を設けた構成としては、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、透明導電層を介して特有の配向制御用突起を有するものであり、この突起の断面形状としては、半円形状または三角形であることが好ましく、画素上のパターンとしては対向基板の突起基板の突起パターンとともに画素を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。

このような配向制御用突起を寸法精度良く得ることは、特に生産ラインにおいてマスクの汚れを防止するために露光ギャップをつけて露光を適用する場合に難しくなり、通常のフォトレジストを使用すると、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出来ない。
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とともに、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、本発明者らは芳香族フェノール性水酸基を有する樹脂、例えばノボラック樹脂もしくはポリビニルフェノールの一部が少なくとも芳香族アジドを含む樹脂が優れていることを見出したものである。

配向制御用突起が、フェノール性水酸基を有する樹脂の一部が少なくとも芳香族アジドを含む樹脂からなるネガ型フォトレジスト組成物を用いて形成することにより解決することができた。

そして、前記ネガ型フォトレジスト組成物が架橋剤としてアジド化合物を含むことにより好ましい形状、性能を得ることができた。

前記配向制御用突起が、フェノール性水酸基を有する樹脂の一部が少なくとも芳香族アジド化合物を含む樹脂を含有する基板を、液晶を挟持するカラーフィルターとしてもちいることで、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、全方向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とすることができる。

本発明の配向制御用突起を形成する樹脂としては、フェノール性水酸基を持つものが好ましく、かかる樹脂として、フェノール、クレゾール、エチルフェノール、ｔ−ブチルフェノール、キシレノール、ナフトール、１，４−ジヒドロキシベンゼン、１，３−ジヒドロキシベンゼン等のヒドロキシ芳香族化合物をホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、フルフラール等のアルデヒドで縮重合させたノボラック樹脂、メチル基、エチル基等の低級アルキル基等がベンゼン環又はビニル基に置換していてもよいビニルフェノール誘導体の重合体即ち低級アルキル基等の置換基を有していてもよいポリビニルフェノール誘導体、Ｎ−（ｐ−ヒドロキシフェニル）マレイミドポリマー等が挙げられる。

本発明における芳香族アジドを含む樹脂からなるネガ型フォトレジスト組成物は、化学式（１）、に示す芳香族アジドを有するノボラック樹脂、あるいは化学式（２）に示す芳香族アジドを有するフェノール樹脂を挙げることが出来る。

一般式（１）に示す芳香族アジドを有するノボラック樹脂、あるいは一般式（２）に示す芳香族アジドを有するフェノール樹脂の芳香族アジドの導入率は、１０％から５０％までの間であれば、特に限定するものでない。

（式中、ｎ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）

（式中、ｎは０以上（二量体以上の混合物）であることを表す）

一般式（１）（２）に示される置換基Ａは、芳香族アジドと樹脂とが縮合反応する置換基であれば特に限定するものでない。

なお、上記一般式（１）（２）に示される構造単位は特に好ましい構造のものであり、上記一般式（１）（２）で表される化合物は、なんらこれらに限定するものでない。また、用いる化合物を２種類以上含有してもよい。

ネガ型フォトレジスト組成物における架橋剤としてのアジド化合物は、光により窒素を放出しナイトレンとなり、ポリマーと架橋反応、或いはフェノール骨格からイミンキノン構造に変換する化合物であればよく、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ものであり、例えば、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、２，６−ビス（ｐ−アジドベンザル）−２−プロパノン、２，６−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。

前記の架橋剤は、樹脂の１００重量部に対して３から２０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１２重量部である。

本発明のネガ型フォトレジスト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布手段を用いて最上層の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媒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。

上記の方法により形成されたフォトレジスト層上に、所定のパターンを有するフォトマスクを密着させ、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。
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、本発明のフォトレジスト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ため、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。

原料となる樹脂の合成においては、クレゾールノボラック樹脂（旭有機材工業社製、ＥＰ４０５０Ｇ製品名）５０ｇ（０．４６７ｍｏｌ）のピリジン溶液に、ｐ−アジド安息香酸（シンコー技研社製）２２．８ｇ（０．１４０ｍｏｌ）を加え、縮合剤としてＮ，Ｎ‘−ジシクロヘキシルカルボジイミド（和光純薬製）２８．９ｇ（０．１４０ｍｏｌ）を加え、室温で２時間反応させた。得られた化合物をクロロホルム溶媒で再沈を行うことによって精製を行った。化合物の導入率の決定は^１Ｈ−ＮＭＲの面積比で行った。

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像を形成し、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、青色画素を形成し、全面にＩＴＯ膜をスパッタにより成膜した。

芳香族アジドを３０％導入したクレゾールノボラック樹脂２０ｇをシクロヘキサンノン２０ｇに溶解し、溶解したフォトレジスト組成物をスピンコーターにて１．５μｍの厚さに塗布し、プリベーク後に、露光量２００ｍＪ〜４００ｍＪで露光、現像処理を行い線幅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ＭＶＡ−ＬＣＤ用カラーフィルタを得た。

得られたＭＶＡ−ＬＣＤ用カラーフィルタの配向制御用突起の体積抵抗率は、約１×１０^１１Ωｃｍであった。この配向制御突起が形成されたＭＶＡ−ＬＣＤ用カラーフィルタを用いて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。

クレゾールノボラック樹脂（旭有機材工業社製、ＥＰ４０５０Ｇ製品名）の代わりにポリビニルフェノール（丸善石油化学製、Ｓ−４Ｐ製品名）５０ｇに置き換え、露光量を１００ｍＪ〜３００ｍＪに変えた以外は実施例１と同様にして操作した。

この配向制御突起が形成されたＭＶＡ−ＬＣＤ用カラーフィルタを用いて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。

架橋剤として 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）５ｇを加え、露光量を５０ｍＪ〜２５０ｍＪに変えた以外は実施例１と同様にして操作した。

この配向制御突起が形成されたＭＶＡ−ＬＣＤ用カラーフィルタを用いて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。

架橋剤として 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）５ｇを加え、露光量を３０〜２３０ｍＪに変えた以外は実施例２と同様にして操作した。

この配向制御突起が形成されたＭＶＡ−ＬＣＤ用カラーフィルタを用いて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。

得られたＭＶＡ−ＬＣＤ用カラーフィルタの配向制御用突起の体積抵抗率は、約１×１０^１１Ωｃｍであった。従来技術の体積抵抗率は、１．０×１０^１４〜１．０×１０^１５Ωｃｍであることから、本発明により体積抵抗率を大幅に下げることが出来た。

（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。

符号の説明

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

Claims (5)

1. 対向する基板との間で液晶を狭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を有する基板において、該配向制御用突起が、フェノール性水酸基を有する樹脂の一部が少なくとも芳香族アジドを含む樹脂からなるネガ型フォトレジスト組成物を用いて形成した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狭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を有する基板において、前記基板の少なくとも一方は、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、フェノール性水酸基を有する樹脂を有する樹脂の一部が少なくとも芳香族アジドを含む樹脂からなるネガ型フォトレジスト組成物を用いて形成した配向制御用突起を設けたことを特徴とする配向制御用突起を有する基板。
3. 対向する基板との間で液晶を狭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を有する基板において、前記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層からなり、前記透明導電層上に、フェノール性水酸基を有する樹脂を有する樹脂の一部が少なくとも芳香族アジドを含む樹脂からなるネガ型フォトレジスト組成物を用いて形成した配向制御用突起を設けたことを特徴とする配向制御用突起を有する基板。
4. 前記ネガ型フォトレジスト組成物が架橋剤としてアジド化合物を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の配向制御用突起を有する基板。
5. 前記配向制御用突起を有する基板の配向制御用突起が、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。

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