JP2007171747A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＰＳ方式の液晶表示装置において、液晶層の電圧−透過率特性の変動を抑えることができるとともに、色再現範囲が広く、表示の安定性やパネル面内での表示の均一性に優れた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】厚さ２．３μｍのＧの着色層では、光照射中に比抵抗が２桁程度低下するが、厚さ２．５μｍとすることで、比抵抗の低下は１桁以内に抑制し、厚さ２．８μｍとすることで、比抵抗の低下をさらに抑制する。光照射による比抵抗の低下が１桁以内とすることで画素の透過率減少による表示ムラの発生を防止し、カラーフィルタの着色層の厚さを２．５μｍ以上にすることで光照射に起因するパネル面内の表示ムラの発生を防止する。
【選択図】図４

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に、横方向電界方式の液晶表示装置に関する。

一般に、液晶表示装置においては、透明基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：thin film transistor）を複数配設した薄膜トランジスタアレイ基板（以下、ＴＦＴ基板と呼称）と、透明基板上にカラーフィルタを配置したカラーフィルタ基板（以下、ＣＦ基板と呼称）との間に液晶を封止して液晶パネルとしている。

ＴＦＴ基板にはスイッチング素子および当該スイッチング素子に接続される液晶駆動電極等がアレイ状に形成されている。

また、ＣＦ基板はＲＧＢの着色層を含む画素および各色の着色層間に配設されるブラックマトリクス（以下、ＢＭと略記）と呼称される遮蔽材が、各スイッチング素子に対応するように配設されている。

ＴＦＴ基板とＣＦ基板との間に封止された液晶に印加する電界の方向を基板界面にほぼ垂直な方向とし、水平方向に配向していた液晶分子を電界により垂直方向に配向させることで動作する、ツイステッドネマティック表示方式（ＴＮ方式）に代表される液晶駆動方式が従来から採用されている。

しかし、この方式は、液晶分子が電界によって垂直方向に配向する際、基板に対してある角度を持つため、見る方向によって明るさが異なり視野角を広くできないという問題点を有している。

その改善策として、液晶に印加する電界の方向を基板界面に略平行な方向にして、水平方向に液晶分子を電界により回転させる横方向電界方式（ＩｎＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ方式：以下、ＩＰＳ方式と呼称）の液晶表示装置が提案されている。

ＩＰＳ方式の液晶表示装置においては、１画素内において、複数の画素電極および共通電極を交互に平行に配置して櫛歯状の電極配置を実現している。このような櫛歯状の電極配置については、例えば特許文献１および特許文献２に開示されている。

ＩＰＳ方式の液晶表示装置は液晶層の分子（以下、単に液晶分子とも言う）の長軸は基板面とほぼ平行となり、基板の垂直方向に液晶分子が立ち上がることがないので、視角方向を変えたときの明るさの変化が小さく、いわゆる視野角依存性が殆どない。

すなわち縦電界方式であるツイステッドネマティック表示方式の液晶表示装置に比べて非常に視野角が広く、表示品質の優れたモニター用途の液晶表示装置として注目されている。

ＩＰＳ方式の液晶表示装置においては、ＴＦＴ基板にのみ液晶を駆動する電極が存在し、ＣＦ基板には電極が存在しない構成となっている。このため、ＣＦ基板を構成する材料が液晶層の電界分布に影響を及ぼさないように設計することが、特許文献３および特許文献４等により開示されている。

特開２００３−３０７７４１号公報（図１、２） 特開２００４−４６１２３号公報（図１、３） 特開２００３−３１５７８０号公報 特開２００３−２９５１６９号公報

ＩＰＳ方式の液晶表示装置においては、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）方式の色空間に対応できるだけでなく、ＡｄｏｂｅＲＧＢ（Ａｄｏｂｅは登録商標）と呼称される、より色域の広い色空間に対応できるように、色再現範囲を広げることが要求されつつある。また、表示の安定性やパネル面内での表示の均一性も求められている。

これについては、特許文献１および２では特に言及はされておらず、特許文献４では、ＣＦ基板上に配設された赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の各着色層の電気伝導度を規定することで、横電界の安定性を向上させ、液晶分子の逆回転を低減して広視野角特性を得る提案がなされている。

しかしながら、特許文献４では比較的高周波である１ｋＨｚにおける電気伝導度の値で最適範囲を規定しており、より低周波領域で低い電気伝導度を示す材料については言及されていない。

また、特許文献３においては、Ｇの着色層における顔料の割合および厚みを規定することで表示ムラを抑制することを開示しているが、これらのパラメータは、着色層に用いる顔料、レジスト、分散剤などに依存するものであり、電気特性に言及していない点で不十分である。

以上説明したように、特許文献１〜４においては、色再現範囲の向上、表示の安定性や面内均一性の向上について、充分な開示はなされていなかった。

本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、ＩＰＳ方式の液晶表示装置において、液晶層の電圧−透過率特性の変動を抑えることができるとともに、色再現範囲が広く、表示の安定性やパネル面内での表示の均一性に優れた液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る請求項１記載の液晶表示装置は、一定の距離を隔てて対向配置された第１および第２の基板と、前記第１および第２の基板の間に封止された液晶層と、を備え、前記第１の基板上に交互に平行に配置された画素電極および共通電極間で発生する電界によって液晶分子に横方向から電界を加えて前記液晶分子の方向を制御する液晶表示装置であって、前記第２の基板の、前記第１の基板に対向する側の主面上にはカラーフィルタを構成する着色層が配設され、前記着色層は、光を照射しない状態での暗中比抵抗が５×１０¹⁴Ωｃｍ以上であるとともに、光照射による比抵抗の低下が１桁以内である。

本発明に係る請求項１記載の液晶表示装置によれば、カラーフィルタを構成する着色層が、光を照射しない状態での暗中比抵抗が５×１０¹⁴Ωｃｍ以上であるとともに、光照射による比抵抗の低下が１桁以内であるので、光照射による画素の電圧−透過率特性の変動に起因するパネル面内の表示ムラの発生を防止して、色再現範囲が広く、表示の安定性やパネル面内での表示の均一性に優れた液晶表示装置を得ることができる。

＜実施の形態＞
＜Ａ．装置構成＞
まず、本発明に係るＩＰＳ方式の液晶表示装置の構成を説明する。
本発明に係る液晶表示装置は、従来と同様にＴＦＴ基板とＣＦ基板が対向して配置されており、この基板間に液晶材料が封止されている。そして、この液晶材料の漏出を防ぐため、シール材と呼称される接着剤をＣＦ基板の周辺に塗布し、ＴＦＴ基板と貼り合わせている。この相対向する２枚の基板間には液晶材料を注入するための間隙（ギャップ）が設けられるが、当該間隙を一定幅で確保するために、複数のスペーサーをＣＦ基板の面内全域に設けている。

なお、ＩＰＳ方式の液晶表示装置においては、ＴＦＴ基板において、各画素ごとに、複数の画素電極および共通電極を交互に平行に配置して櫛歯状の電極配置を有し、両電極で発生する電界によって液晶分子に横方向から電界を加えて液晶分子の方向を制御している。

図１に、ＣＦ基板の構成を説明する部分断面図を示す。
図１に示すように、ＣＦ基板１００は、ガラス等で構成される透明基板１上に、遮光層となるブラックマトリクス（以後、ＢＭと略記）９がパターニングされている。

ＢＭ９は個々の画素領域を規定するようにパターニングされ、ＢＭ９間には１画素に対応する着色層が配設されている。すなわち、図１においては、図に向かって、左側から順に、ＢＭ９間に、赤色（Ｒ）の着色層１０ａ、緑色（Ｇ）の着色層１０ｂおよび青色（Ｂ）の着色層１０ｃが配設されている。この配色は透明基板１の面内全域において繰り返され、３原色の着色層１０が構成されている。なお、光が漏れないように、着色層１０をＢＭ９上にオーバーラップさせている。

そして、着色層１０およびＢＭ９上を覆うようにオーバーコート膜１３が配設され、当該オーバーコート膜１３上には配向膜１１が配設されている。

ここで、オーバーコート膜１３はＣＦ基板表面を平坦化するための膜であり、オーバーコート膜１３の表面は平坦化されている。また、配向膜１１は液晶を配向させるための膜であり、対向配置されるＴＦＴ基板（図示せず）上にも配設されている。

ＢＭ９上部に対応する配向膜１１上にはそれぞれスペーサー８が配設されている。スペーサー８は、その断面形状が図１に示すような台形状をなした円柱状に構成されている。このスペーサー８の上に、ＴＦＴ基板（図示せず）が対向配置される。

＜Ｂ．ＣＦ基板の製造方法＞
次に、図１を用いてＣＦ基板１００の製造工程について説明する。
まず、透明基板１上にクロム（Ｃｒ）膜をスパッタリング法により形成した後、写真製版工程およびエッチング工程を経てＢＭ９をパターニングする。

なお、Ｃｒ膜の代わりに、金属Ｃｒと酸化Ｃｒの２層膜によりＢＭ９を構成しても良く、さらにはニッケル（Ｎｉ）やアルミニウム（Ａｌ）等で構成しても良い。

また、成膜方法はスパッタリング法に限らず蒸着法等の他の成膜方法を使用しても良い。

次に、ＢＭ９の上からＲの顔料を樹脂材中に添加した着色層１０ａを透明基板１上全面に塗布する。その後、レジスト塗布、露光および現像工程を経て着色層１０ａをパターニングし、所定のＢＭ９の間のみに着色層１０ａを残すようにする。この一連の動作を、着色層１０ｂおよび着色層１０ｃに対しても実行し、３原色の着色層１０を形成する。

次に、着色層１０およびＢＭ９上を覆うようにオーバーコート膜１３を塗布し、平坦化する。その後、オーバーコート膜１３上にポリイミド等の配向膜１１を成膜する。

そして、配向膜１１に対して焼成およびラビング処理を行う。例えば、ＴＦＴ基板に配設されるソース配線と略平行な方向にラビング処理を行うことで、ＴＦＴがＯＦＦ状態では、液晶分子がソース配線と略平行な方向に配向されることになる。

また、オーバーコート膜１３は耐熱性、耐薬品性を有し、着色層１０を保護する役割も持っている。

なお、オーバーコート膜１３と配向膜１１とを別の膜として説明したが、オーバーコート膜１３と配向膜１１とを同じ材質の膜で形成しても良い。

次に、配向膜１１上全面に樹脂層を塗布した後、フォトリソグラフィ工程によりスペーサー８をパターニングする。

ここで、図１に示したＣＦ基板１００においては、ＢＭ９をＣｒ膜で構成した例を示したので、画素部の着色層１０の膜厚よりＢＭ９の膜厚の方が極端に薄くなっているが、遮光剤を分散させた樹脂ブラックマトリクスを用いる場合は、画素部とほぼ同等の膜厚を有することになる。

＜Ｃ．カラーフィルタに関しての課題認識＞
従来の液晶表示装置の色再現範囲は、ＮＴＳＣの色再現範囲に対する比率（ＮＴＳＣ比）で５０〜７０％程度であるが、最近ではＮＴＳＣ比１００％以上の色再現範囲の液晶表示装置が求められている。

発明者達は、バックライトに冷陰極管を用いたＩＰＳ方式の液晶表示装置において、従来よりも色再現範囲を広めるためにはＣＦ基板の着色層に変更を加える必要があると考えるに至った。

そこで、着色層中の顔料濃度を高め、ＲＧＢの色純度を高めたＣＦ基板を作製し、これを用いてＩＰＳ方式の液晶表示装置を試作したところ、色再現範囲が広がることを確認した。

しかしながら、前記したＡｄｏｂｅＲＧＢに対応するほどに色再現範囲を広げた場合には、バックライトや外部からの光照射によりパネル透過率の減少や面内表示ムラなどの表示不具合が発生する現象が見られた。

ただし、この表示不具合が発生した液晶表示装置においては、ＣＦ基板構成材料に光照射による分解などの化学変化は見られなかった。また、ＴＦＴ基板やパネル間ギャップなどについても変化は見られないものの、実際に液晶に電界を印加したときの透過率特性が光照射によって変化していることを見出した。より具体的には、光を照射した部分で画素の電圧−透過率特性が高電圧側にシフトしていることが判った。

これらを引き起こす原因としてはＣＦ基板の着色層中の顔料濃度を高めたことが大きく関与していると予想されるが、このような光照射による表示不具合は、従来の色再現範囲レベルのＩＰＳ方式の液晶表示装置では認識されていなかった。

このように、発明者達は、広い色再現範囲を有するＩＰＳ方式の液晶表示装置においては、これまで認識されていなかった、光照射によるカラーフィルタの電気特性変動を制御することが重要であることを見出した。

＜Ｄ．着色層の評価＞
そこで、上述した課題認識に基づいて、カラーフィルタを構成する着色層の電気特性に基づいて、着色層について以下の評価を行った。

＜Ｄ−１．着色層の比抵抗の低下について＞
図２は、カラーフィルタを構成する各色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の着色層の暗中（光照射前）比抵抗、光照射時（光照射中）の比抵抗および光照射停止５分後の比抵抗を示す図である。

図２に示されるように、Ｒの着色層およびＢの着色層は暗中比抵抗が５×１０¹⁴Ωｃｍ以上、光照射時の比抵抗が１×１０¹⁴Ωｃｍ以上、かつ光照射による比抵抗の低下が１桁以内となっている。

一方、Ｇの着色層は暗中比抵抗が３×１０¹⁴Ωｃｍであり、光照射により比抵抗はおよそ２桁低下して２×１０¹²Ωｃｍとなっている。

これらの着色層を用いたＣＦ基板を備えたＩＰＳ方式の液晶表示装置に対して、外部からパネルの一部に光を照射した場合、光照射を受けたＧの着色層に対応する画素のみ透過率が減少し、パネル面内での表示ムラが生じた。この原因は以下のように推定される。

すなわち、ＩＰＳ方式の液晶表示装置においては、１画素内において、複数の画素電極および共通電極を交互に平行に配置して櫛歯状の電極配置を有し、両電極で発生する電界によって液晶分子に横方向から電界を加えて液晶分子の方向を制御しているが、着色層の比抵抗が低いと櫛歯状に配置された電極間の電界に歪が生じて横方向電界成分が弱まり、液晶分子の面内回転角が小さくなる。このため、比抵抗が大幅に低下したＧの着色層に対応する画素のみ透過率が低下して表示ムラが生じたものと考えられる。

また、Ｇの光照射時の着色層の比抵抗が１×１０¹⁴Ωｃｍ以下になると、電極間電界の歪による画素の透過率の減少率が１％以上となり、表示ムラとして視認される状態となることを確認した。従って、光照射時の比抵抗を１×１０¹⁴Ωｃｍ以上にすれば、表示ムラを防止する効果があると言える。

また、部分的な光照射によりパネル面内における着色層の比抵抗分布が、１桁以上のばらつきを有するようになった場合も表示ムラが視認されることを確認した。

次に、Ｇの着色層の暗中（光照射前）比抵抗および光照射時（光照射中）比抵抗についてさらに詳しく調べたところ、両者の間には図３に示すような関係があることが判った。

すなわち、図３においては、横軸に暗中比抵抗を、縦軸に光照射時比抵抗を示しており、図３から、暗中比抵抗が５×１０¹⁴Ωｃｍ以上である場合には光照射時比抵抗は１×１０¹⁴Ωｃｍ以上を保ち、この場合はパネル面内での表示ムラが発生しないことが判った。

以上より、広い色再現範囲を有するＩＰＳ方式の液晶表示装置において、光照射による画素の電圧−透過率特性の変動に起因するパネル面内の表示ムラの発生を防止するためには、カラーフィルタの着色層の暗中比抵抗が５×１０¹⁴Ωｃｍ以上で、光照射による比抵抗の低下が１桁以内となる材料で着色層を構成すれば良く、光照射時の比抵抗が１×１０¹⁴Ωｃｍ以上であればより望ましいことが明らかになった。

また、図３を用いることにより、実際に光照射を行うことなく、簡便に着色層の光照射時の比抵抗を知得することができる。

＜Ｄ−２．着色層の比抵抗の回復について＞
さらに図３からは、ＲおよびＢの着色層の比抵抗が、光照射停止５分後には暗中比抵抗に近い値まで回復するのに対し、Ｇの着色層の比抵抗は光照射停止後も低下したままの状態を保ち、比抵抗の回復が遅いことが判る。

ここで、光照射により発生したＧの着色層に対応する画素のパネル面内での表示ムラは光照射後も視認され続けており、光照射により低下した比抵抗の回復速度が遅いと、長時間にわたって画素の透過率が変化した状態を維持すると考えられる。

そこで、光照射停止後の着色層の比抵抗の回復と表示特性の安定性を調べたところ、光照射停止５分後の比抵抗が暗中比抵抗の８割以上であれば、光照射による透過率の変化は視認されなかった。

以上より、広い色再現範囲を有するＩＰＳ方式の液晶表示装置においては、表示特性を時間的に安定なものとするには、カラーフィルタの着色層の光照射により低下した比抵抗が、光照射停止後５分以内に暗中比抵抗の８割以上に回復する材料で構成すれば良いという結論に達した。

＜Ｄ−３．着色層の厚みについて＞
着色層中の顔料濃度を高めることで色再現範囲が広がるものの、その結果、Ｇの着色層の暗中比抵抗が低くなり、パネル面内での表示ムラが発生することは以上において説明した通りである。

ここで、着色層に含まれる顔料は光伝導性を有しており、光を照射すると比抵抗が低下する特性を有している。これはＧの顔料においてより顕著である。

そこで、光照射による比抵抗低下を抑制するには、顔料濃度を下げなければならないが、顔料濃度を下げると色再現範囲が狭くなるので、広い色再現範囲を確保するためには着色層の厚さを厚くすることが有効と考えられる。

図４には顔料濃度を調整して、その分厚さを変えたＧの着色層を３種類作製し、暗中比抵抗、光照射時の比抵抗および光照射停止５分後の比抵抗を測定した結果を示している。

なお、図２に示したＧの着色層の特性を示す顔料濃度の場合の着色層の厚さは２．３μｍであり、図４においては、厚さ２．３μｍのＧの着色層として示している。また、図４においては、厚さ２．３μｍのＧの着色層に対して、顔料濃度を下げて厚さを２．５μｍとした場合および顔料濃度をさらに下げて厚さを２．８μｍとした場合の比抵抗の測定結果を併せて示している。

図４に示すように、厚さ２．３μｍのＧの着色層では、光照射中に比抵抗が２桁程度低下するが、厚さ２．５μｍの場合には、比抵抗の低下は１桁以内に抑制され、厚さ２．８μｍの場合には、比抵抗の低下はさらに抑制されることが判る。

前述したように、光照射による比抵抗の低下が１桁以内であれば画素の透過率減少による表示ムラは発生しない。すなわち、広い色再現範囲を有するＩＰＳ方式の液晶表示装置において、光照射に起因するパネル面内の表示ムラの発生を防止するには、カラーフィルタの着色層の厚さを２．５μｍ以上にすれば良いという結論に達した。

＜Ｅ．比抵抗の測定方法＞
次に、以上説明した着色層の比抵抗の測定方法について説明する。
まず、比抵抗を測定するための試料は、導電性のシリコン基板上に着色層を塗布したものを使用した。

具体的には、着色層の表面上に、マスク蒸着法により金（Ａｕ）電極を０．１６ｃｍ²の面積で形成して、シリコン基板、着色層およびＡｕ電極でキャパシタ構造を得た。

また、配線と電極とのコンタクトには銀（Ａｇ）ペーストを使用し、シリコン基板の裏面側でのコンタクトは、オーミックコンタクトが得られるように、シリコン基板裏面にガリウムインジウム（ＧａＩｎ）膜を塗布してからＡｇペーストを用いて配線した。

この試料の上下電極間に交流電圧を印加して、容量およびコンダクタンスの周波数依存性を測定した。測定器には、ソーラトロン社製１２６０型インピーダンスアナライザを用いた。

測定試料は基本的に絶縁体であるため、微小電流を測定できるようアンプリファイア（ソーラトロン社製１２９６型インターフェース）を接続した。

次に、電気特性を算出した手順について説明する。
一般に絶縁膜を等価回路で表すと、抵抗とキャパシタの並列回路となる。測定上は導電性のシリコン基板、Ａｇペーストおよび配線を介するため、図５に示すように、抵抗Ｒ１とキャパシタＣ１との並列回路に、コンタクト抵抗Ｒ２が直列に接続された等価回路となる。

この等価回路で決まる周波数依存性を実験結果にフィッティングさせることで、着色層の容量およびコンダクタンスを求め、これらの値から比誘電率および比抵抗を算出した。

なお、比抵抗値は測定周波数に依存するので、比抵抗の値は１ｍＨｚまで測定したコンダクタンスの値から算出することで統一した。

＜Ｅ−１．着色層の比誘電率について＞
図６には着色層の容量およびコンダクタンスの周波数依存性を示しており、横軸には測定周波数（Ｈｚ）を、縦軸には、容量（Ｆ）およびコンダクタンス（Ｓ）を示している。なお、図６においては、容量の実測値（Ｃｐ）およびコンダクタンスの実測値（Ｇｐ）とともに、容量の計算値（Ｃｐ-ｃａｌ）およびコンダクタンスの計算値（Ｇｐ-ｃａｌ）を併せて示している。

図６から判るように、周波数１〜０．１ｍＨｚにかけて容量値（Ｃｐ）の増加が見られる。この容量値の増加は、着色層中の可動イオンが偏析するために起きている。

カラーフィルタ内で不純物イオンが偏析すると、液晶に加わる電界に歪をもたらし透過率が減少することになる。

ここで、１ｍＨｚの交流電圧を印加して測定した着色層の容量値が、１０Ｈｚの交流電圧を印加して測定した着色層の容量値の２倍以下である材料を着色層に使用した場合には、不純物イオンの偏析による液晶の透過率低下は発生しなかった。

従って、広い色再現範囲を有するＩＰＳ方式の液晶表示装置において、不純物イオンの偏析に起因する表示ムラの発生を防止するためには、着色層の１ｍＨｚの交流電圧印加時に測定した比誘電率が、１０Ｈｚの交流電圧印加時に測定した比誘電率の２倍以下となる材料で構成すれば良いという結論に達した。

＜Ｆ．着色層に施す具体的な構成について＞
以上においては、着色層中の顔料濃度を高め、ＲＧＢの色純度を高めることで広い色再現範囲を得る構成を採用した場合に、パネル面内での表示ムラを防止するために有効な幾つかの構成を説明したが、以下においては当該構成の具体例を説明する。

＜Ｆ−１．着色層の比抵抗の調整＞
まず、本発明に係るＩＰＳ方式の液晶表示装置においては、着色層を暗中比抵抗が５×１０¹⁴Ωｃｍ以上となる材料で構成することを特徴とするが、そのためには以下に説明する方法により、着色層の暗中比抵抗を調整することになる。

すなわち、着色層の暗中比抵抗を制御するには、例えば、顔料の種類や配合比、顔料濃度、または、分散剤、クリアレジストの成分を調整するという方法がある。

例えば、使用するクリアレジストの種類により着色層の比抵抗を調整する方法を採る場合、下記の表１に示すようなクリアレジスト群から選択することで、着色層の比抵抗を調整することができる。

すなわち、表１に示すように、クリアレジスト１の比抵抗は５×１０¹⁴Ωｃｍであり、クリアレジスト２の比抵抗は７×１０¹⁴Ωｃｍであり、クリアレジスト３の比抵抗は１．５×１０¹⁵Ωｃｍである。従って、例えばクリアレジスト１を選択することで、着色層の暗中比抵抗を５×１０¹⁴Ωｃｍとすることができる。

ここでクリアレジストとは、顔料や分散剤等を含有しない状態の透明な樹脂材であり、これに各色の顔料を添加することで、各色の着色層が形成される。なお、クリアレジストを製造しているメーカーに比抵抗値を指定することで、所望の所望の暗中比抵抗を有するクリアレジストを入手することができる。

また、用いる分散剤の種類や配合比を変えることによって、着色層の比抵抗を調整しても良い。

例えば、下記の表２に示すような分散剤の配合比（重量比）を有するレジスト群から選択することで、着色層の比抵抗を調整することができる。

すなわち、表２に示すように、レジスト１は分散剤ＡおよびＢを、それぞれ０．３対０．７の割合で含み、その比抵抗は６．２×１０¹⁴Ωｃｍである。また、レジスト２は分散剤Ａ、ＢおよびＣを、それぞれ０．１対０．３対０．６の割合で含み、その比抵抗は８．５×１０¹⁵Ωｃｍである。また、レジスト３は分散剤Ａ、ＣおよびＤを、それぞれ０．２対０．４対０．４の割合で含み、その比抵抗は１．３×１０¹⁵Ωｃｍである。

このように、分散剤の種類や配合比によって着色層の暗中比抵抗が異なることが判る。従って、例えばレジスト１を選択することで、着色層の暗中比抵抗を６．２×１０¹⁴Ωｃｍとすることができる。

ここで、分散剤とはクリアレジストに顔料を添加した際に、顔料を凝集させずに分散させる物質である。なお、レジストを製造しているメーカーとの間で、分散剤の種類について予め取り決めを行い、分散剤の配合比を指定することで、所望の暗中比抵抗を有するレジストを入手することができる。

また、用いる顔料の種類や濃度を変えることによって、着色層の比抵抗を調整しても良い。

例えば、下記の表３に示すような顔料とその濃度との複数の組み合わせから選択することで、着色層の比抵抗を調整することができる。

すなわち、表３に示すように、顔料１、２および３の３種類の顔料のそれぞれについて、低濃度、中濃度、高濃度の３種類の濃度の組み合わせを設定し、それらの組み合わせの中から適宜選択する。

顔料１を使用する場合、低濃度、中濃度および高濃度の場合、それぞれの濃度における暗中比抵抗は、９．２×１０¹⁴Ωｃｍ、５．５×１０¹⁴Ωｃｍおよび１．２×１０¹⁴Ωｃｍとなる。

また、顔料２を使用する場合、低濃度、中濃度および高濃度の場合、それぞれの濃度における暗中比抵抗は、１．２×１０¹⁵Ωｃｍ、８．６×１０¹⁴Ωｃｍおよび４．３×１０¹⁴Ωｃｍとなる。

また、顔料３を使用する場合、低濃度、中濃度および高濃度の場合、それぞれの濃度における暗中比抵抗は、１．５×１０¹⁵Ωｃｍ、１．１×１０¹⁵Ωｃｍおよび８．８×１０¹⁴Ωｃｍとなる。

このように、顔料の種類と、その濃度に応じて着色層の暗中比抵抗が異なることが判る。従って、例えば顔料１を選択し、中濃度に設定することで、着色層の暗中比抵抗を５．５×１０¹⁴Ωｃｍとすることができる。

なお、レジストを製造しているメーカーとの間で、顔料の種類や、濃度の高低について予め取り決めを行い、顔料とその濃度との組み合わせを指定することで、所望の暗中比抵抗を有するレジストを入手することができる。

＜Ｆ−２．着色層の比抵抗低下の抑制＞
以上、着色層の比抵抗の調整方法について説明したが、本発明に係るＩＰＳ方式の液晶表示装置においては、光照射による着色層の比抵抗の低下を１桁以内に抑えることを特徴とするが、そのためには、以下に説明するような構成を採る。

すなわち、着色層への光照射による比抵抗低下を抑制するには、用いる顔料、分散剤およびクリアレジストについて、光伝導性を発現しにくい材料を選ぶことが考えられる。

しかしながら必要な色度を得るために、ある程度の光伝導性を有する顔料を用いる場合には、着色層の厚みを調整すすることで対応する。

顔料の添加量が等しい場合、厚みを厚くすることにより光照射による比抵抗低下を抑制することができる。

着色層の厚みと、光照射による比抵抗低下との関係については、図４を用いてＧの着色層の場合を例示して示しており、厚さ２．５μｍ以上とすることで、比抵抗の低下を１桁以内に抑制できる。

一方で着色層の厚さが３．０μｍ以上になると、厚さムラに起因する色度ムラの発生やＣＦ基板の生産歩留まりの低下の原因となるため、必要以上に厚みを厚くするのは望ましくない。従って着色層の厚さの範囲２．５〜３．０μｍとすることが適切と言える。

なお、先に説明した着色層の比抵抗の調整方法と、上述の着色層の厚さを規定する方法とを適宜組み合わせることで、光照射による着色層の比抵抗低下を抑制するようにしても良い。

すなわち、暗中比抵抗を５×１０¹⁴Ωｃｍ以上としておけば、光照射時の比抵抗は１×１０¹⁴Ωｃｍ以上を保つので（図２）、先に説明した着色層の比抵抗の調整方法により、暗中比抵抗を５×１０¹⁴Ωｃｍ以上とすることは、光照射による着色層の比抵抗の低下の抑制にもつながることになる。

＜Ｆ−３．着色層の比抵抗の回復＞
本発明に係るＩＰＳ方式の液晶表示装置においては、着色層の光照射により低下した比抵抗が、光照射停止後５分以内に暗中比抵抗の８割以上に回復する材料で構成することを特徴とするが、そのためには、以下に説明する方法により、着色層の暗中比抵抗の回復率を高めることになる。

すなわち、着色層の暗中比抵抗の回復率を高めるには、例えば、顔料、分散剤およびクリアレジストなどの種類、濃度や配合比の複数の組み合わせの中から、光照射停止後の比抵抗の回復が速い組み合わせを選べば良い。

例えば、使用する顔料の種類や濃度を変えることによって光照射停止後の比抵抗回復率を調整できる。この例を先に示した表３を用いて説明する。

表３において、顔料１を使用する場合、低濃度、中濃度および高濃度の場合、それぞれの濃度における光照射停止後５分後の比抵抗の回復率は、８７％、６２％および２８％となる。

また、顔料２を使用する場合、低濃度、中濃度および高濃度の場合、それぞれの濃度における光照射停止後５分後の比抵抗の回復率は、９２％、８３％および７１％となる。

また、顔料３を使用する場合、低濃度、中濃度および高濃度の場合、それぞれの濃度における光照射停止後５分後の比抵抗の回復率は、９７％、９３％および８８％となる。

このように、顔料の種類や濃度に応じて光照射停止５分後の比抵抗回復率が異なることが判る。

従って、例えば顔料１を選択し、高濃度に設定することで、着色層の光照射停止５分後の比抵抗回復率を８７％とすることができる。

なお、表３から、着色層の暗中比抵抗が８×１０¹⁴Ωｃｍないし１．５×１０¹⁵Ωｃｍの範囲にあれば、着色層の光照射停止５分後の比抵抗回復率が８０％以上となることが判る。

＜Ｆ−４．着色層の比誘電率＞
また、本発明に係るＩＰＳ方式の液晶表示装置においては、着色層の１ｍＨｚの交流電圧印加時に測定した比誘電率が、１０Ｈｚの交流電圧印加時に測定した比誘電率の２倍以下となる材料で構成するが、そのためには、顔料、分散剤およびクリアレジストなどの種類や配合比の複数の組み合わせの中から、低周波領域における比誘電率の増加が発現しにくい材料を選べば良い。

低周波領域（１ｍＨｚ）で見られる容量値の増加は、着色層中に存在する不純物イオンが局在化（偏析）することで発生している。このような不純物イオンの偏析は、液晶表示装置において焼き付き（長時間にわたる残像）などの不具合を引き起こす。不純物イオンの偏析を抑制するには、着色層中の不純物イオン量を減らす、あるいは不純物イオンを動きにくくする、などの方法が考えられる。

なお、着色層の上に塗布されるオーバーコート膜についても、着色層と同等かそれ以上の高い比抵抗を有し、光伝導性を示さず、かつ低周波領域における比誘電率の増加が発現しにくい材料を用いることは言うまでもない。

＜Ｇ．試作結果＞
以上説明した方法を用いて、着色層の比抵抗を調整するとともに、比抵抗低下を抑制し、比抵抗の回復率を高めたＣＦ基板を試作するとともに、比較例として、着色層を厚くせず、顔料濃度を高めることで色再現範囲を広げたＣＦ基板を試作して比較を行った。

まず、本発明を適用した作成したＣＦ基板では、着色層の厚みはＣＦ基板の生産歩留まりを考慮して２．７５μｍとした。このＣＦ基板のＲＧＢ各画素のＮＴＳＣ方式の標準光源Ｃ下における色度は、赤の色度ｘが０．６４以上、緑の色度ｙが０．６０以上、青の色度ｙが０．０７以下とした。なお、上記各色度の上限あるいは下限はＡｄｏｂｅＲＧＢの色度図の上限あるいは下限で規定される。

このＣＦ基板と別途形成したＴＦＴ基板とを貼り合わせてＩＰＳ方式の液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置に、発光スペクトルが５００ｎｍ〜５２０ｎｍの間にピーク波長を有する冷陰極管をバックライトとして組み合わせたところ、ＡｄｏｂｅＲＧＢを満たすのに充分な色再現範囲を有し、光照射によるパネル面内での表示ムラの発生しない液晶表示装置が得られた。

一方、比較のためのＣＦ基板とＴＦＴ基板とを貼り合わせた液晶表示装置では、当初は上述した本発明に係る液晶表示装置同様の表示特性を示したが、時間が経つにつれて、Ｇ画素の輝度が減少することが観察された。

また、パネル前面の一部に遮光物を貼り付け、外光にさらした後、この遮光物を取り除くと、光が当たった領域と遮光された領域とで色が異なった状態が観察された。

これらの現象は、前述したように、バックライトおよび外光により顔料濃度の高い着色層の比抵抗が低下し、液晶層の電圧−透過率特性が変化したことが原因である。

なお、上記試作例ではバックライトとして冷陰極管を用いたが、これは冷陰極管が光源として実績があるためである。

しかし、バックライト光源を３つ以上の異なるピーク波長を持つ発光ダイオード（ＬＥＤ）の組み合わせによって構成しても良い。発光ダイオードを使用することで、低電力、長寿命の光源を得ることができる。

本発明に係る実施の形態のＩＰＳ方式の液晶表示装置のＣＦ基板の構成を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態の着色層の光照射による比抵抗の変化を示す図である。 本発明に係る実施の形態の着色層の暗中比抵抗と光照射時の比抵抗との関係を示す図である。 本発明に係る実施の形態の着色層の光照射による比抵抗の変化を示す図である。 本発明に係る実施の形態の着色層の電気的特性を測定する構成の等価回路を示す図である。 本発明に係る実施の形態の着色層の周波数依存性を示す図である。

符号の説明

１ 透明基板、１０ 着色層。

Claims (8)

1. 一定の距離を隔てて対向配置された第１および第２の基板と、
   前記第１および第２の基板の間に封止された液晶層と、を備え、
   前記第１の基板上に交互に平行に配置された画素電極および共通電極間で発生する電界によって液晶分子に横方向から電界を加えて前記液晶分子の方向を制御する液晶表示装置であって、
   前記第２の基板の、前記第１の基板に対向する側の主面上にはカラーフィルタを構成する着色層が配設され、
   前記着色層は、光を照射しない状態での暗中比抵抗が５×１０¹⁴Ωｃｍ以上であるとともに、光照射による比抵抗の低下が１桁以内である、液晶表示装置。
2. 前記着色層の光照射時の比抵抗が１×１０¹⁴Ωｃｍ以上である、請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記着色層の前記暗中比抵抗が８×１０¹⁴Ωｃｍないし１．５×１０¹⁵Ωｃｍである、請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記着色層の厚みが２．５μｍないし３．０μｍである、請求項１記載の液晶表示装置。
5. 前記着色層は、赤、緑および青の着色層を含み、
   ＮＴＳＣ方式の標準光源Ｃ下において、
   前記赤の着色層の色度ｘが０．６４以上、前記緑の着色層の色度ｙが０．６０以上、前記青の着色層の色度ｙが０．０７以下である、請求項１記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶表示装置は、冷陰極管のバックライト光源を有する、請求項５記載の液晶表示装置。
7. 前記冷陰極管は、発光スペクトルが５００ｎｍ〜５２０ｎｍの間にピーク波長を有する、請求項６記載の液晶表示装置。
8. 前記液晶表示装置は、３つ以上の異なるピーク波長を持つ複数の発光ダイオードを組み合わせたバックライト光源を有する、請求項５記載の液晶表示装置。
   

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