JP2008203747A - 配向制御用突起付き液晶表示装置用基板及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 解像性、耐熱性を損なうことなく、電気的特性及び遮光性に優れた液晶配向制御用突起を有する液晶表示装置用基板、及びそのような液晶表示装置用基板を用いた液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】 透明基板上に配向制御用突起を備える液晶表示装置用基板であって、前記配向制御用突起が少なくともカーボンブラックを含有する樹脂組成物により構成されるとともに、前記樹脂組成物の誘電正接が液晶表示装置の駆動周波数範囲で０．０１５以下であることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配向制御用突起付き液晶表示装置用基板に係り、特に、配向分割垂直配向型液晶表示装置（ＭＶＡ−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。

配向分割垂直配向型液晶表示装置（ＭＶＡ−ＬＣＤ）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、配向制御用突起を基板上に設けた垂直配向型液晶表示装置であり（例えば、特許文献１および２、非特許文献１参照）、優れたコントラスト、視野角特性、及び応答速度を兼ね備えた液晶表示装置であると言われている。

図１は、ＭＶＡ−ＬＣＤの動作を説明するための模式的断面図である。図１に示すように、一般的なＭＶＡ−ＬＣＤ１０は、配向制御用突起１３が設けられたＴＦＴ側の基板１１と、配向制御用突起１４が設けられたカラーフィルタ側の基板１２とを液晶分子１５を間に介在させて対向して配置した構造を有する。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設けられている。

図１（ａ）は、電圧無印加時の液晶分子１５の配向状態を示す。電圧無印加時には、液晶分子１５は、両基板１１，１２の間で垂直に配向するが、配向制御用突起１３及び配向制御用突起１４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配向している。

図１（ｂ）は、電圧印加時の液晶分子１５の配向状態を示す。電圧を印加すると、配向制御用突起１３及び配向制御用突起１４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。その結果、突起を境に液晶分子の配向方向を異ならせることができる。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り、ラビング処理時のゴミ発生による不具合を根本的に解決することができる。

このようなＭＶＡ−ＬＣＤにおいて、電圧無印加時には、液晶分子は、両基板の間で垂直に配向するが、配向制御用突起上の液晶分子は、突起の斜面の影響によってわずかに傾斜して配向している。そのため、黒表示（電圧無印加）の場合において、配向制御用突起の間隙部は黒表示でも配向制御用突起部分では厳密には光が漏れることがある。そのため、黒表示の表示濃度が若干低下し、コントラストが低下してしまうという問題があった。

この問題を解決するため、配向制御用突起を可視光を透過させない材料（以下、遮光性材料という）で形成する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上記特許文献１には、材料に遮光性を持たせる方法については全く記載されていない。材料に遮光性を持たせる方法としては、一般に、レジストに着色材を添加する方法が考えられるが、着色材や分散剤の種類や濃度によっては、十分な遮光性が得られなかったり、レジストのパターニング特性に悪影響を及ぼしたりしてしまうことがある。

例えば、着色材と現像液との親和性が悪い場合は、配向制御用突起の間隙部、つまり画素上に着色材の残渣が生じたり、あるいは配向制御用突起の側面に着色材が部分的に残ることでパターンのぎざつきの原因になる。このような配向制御用突起付基板を用いて作製したＭＶＡ−ＬＣＤでは、輝度低下、あるいは液晶の配向不良といった表示不良が起こる場合がある。

また、配向制御用突起から液晶層へイオンが溶出したり、誘電体としての特性が悪化したりしても、表示ムラや焼きつき等の表示不良が起こる場合がある。特に、遮光性の低い着色材の場合には、十分なコントラスト改善効果を得るために添加量を多くする必要があり、そのため上記の不具合がさらに発生しやすくなってしまうという傾向があった。

例えば、着色剤としてのチタンブラックは、遮光性には優れているものの、粒径が大きいため、パターンのぎざつきの原因になる。さらに、高価であるため近年のＬＣＤの低価格化の要求に対応するには、コスト的に厳しいという問題もある。

一方、着色剤として染料を用いる場合には、パターニング特性、電気特性は非常に優れているものの、配向膜形成時の高温ベークにより遮光性が著しく低下するなど、耐熱性に問題があり、十分なコントラスト改善効果を得るのは難しいのが現状である。
特開２０００−１９３９７９号公報

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、解像性、耐熱性等を損なうことなく、電気的特性及び遮光性に優れた液晶配向制御用突起を有する液晶表示装置用基板、及びそのような液晶表示装置用基板を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、透明基板上に配向制御用突起を備える液晶表示装置用基板であって、前記配向制御用突起が少なくともカーボンブラックを含有する樹脂組成物により構成されるとともに、前記樹脂組成物の硬化物の誘電正接が液晶表示装置の駆動周波数範囲で０．０１５以下であり、かつ前記カーボンブラックの含有量が、前記樹脂組成物の硬化物に対して２〜５０質量％であることを特徴とする配向制御用突起付き液晶表示装置用基板を提供する。

このような液晶表示装置用基板において、樹脂組成物として、硬化物の誘電率が６以下であるものを用いることができる。また、配向制御用突起は、カラーフィルタ上に設けることができる。

本発明の第２の態様は、上述した配向制御用突起付き液晶表示装置用基板を備えることを特徴とする配向制御用突起付き液晶表示装置を提供する。

本発明によると、所定の樹脂組成物を用いることにより、優れた遮光性、解像性、電気的特性、及び耐性を有する配向制御用突起を有する液晶表示装置用基板を形成することができ、その結果、表示ムラ、輝度低下や焼きつき等の表示不良がなく、コントラストの高い液晶表示装置を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の一例としてのＭＶＡ−ＬＣＤは、図１に示すように、配向制御用突起１３が設けられたＴＦＴ側の基板１１と、配向制御用突起１４が設けられたカラーフィルタ側の基板１２とを液晶分子１５を間に介在させて対向して配置した構造を有する。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設けられている。基板１１及び１２上には、更に配向膜１６、１７が形成されている。

配向制御用突起の形状としては、画素上の液晶分子を規則的に２分割以上に分割することができれば特に限定されるものではないが、基板に垂直な方向から見た場合の形状がドット状、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い。また、高視野角化のためには、配向制御用突起を基板に水平な方向から見た場合の断面形状（縦断面形状）は、円弧状あるいは三角形、即ち半円形、半楕円形、多角錐形あるいは円錐形のように、上面に平らな部分がなく、且つ低部ほど幅広くなるような形状であることが好ましい。

上述したように、配向制御用突起部の液晶分子が突起の斜面の影響によってわずかに傾斜していることにより、黒表示（電圧無印加）の場合において、配向制御用突起の間隙部は黒表示でも配向制御用突起部分では厳密には光が漏れることがある。そのため、黒表示の表示濃度が若干低下し、コントラストが低下してしまうという問題があった。

本発明者らは、このような問題を解決し、コントラストを向上させつつ、輝度低下や焼きつきなどの表示不良を生ずることのないＭＶＡ−ＬＣＤを得るために、配向制御用突起の特性について種々検討を重ねた。その結果、本発明者らは、配向制御用突起を形成する感光性樹脂組成物の着色材としてカーボンブラックを用いることで、優れた特性の液晶表示装置用基板が得られることを見出した。

カーボンブラックは、遮光性が非常に高いため、着色材の添加量が少ない場合でも配向制御用突起に十分な遮光性を付与することが可能となり、配向制御用突起形成用樹脂組成物のパターニング特性等の他の特性を損なうことがなく、液晶表示装置の高コントラスト化が可能となる。

また、カーボンブラックは、は、無機微粒子の顔料であるため、耐熱性、耐溶剤性にも優れている。更に、カーボンブラックは、汎用性が高いため材料選択の幅が広く、必要に応じて、ベースとなる感光性樹脂組成物の特性や配向制御用突起の要求スペックにあわせた粒径分布制御、表面処理等の改質を行うことが可能である。また、比較的安価であることからコスト的にも有利である。

更にまた、本発明者らは、液晶表示装置用基板の性質とＭＶＡ−ＬＣＤにおける表示不良の関係について種々検討した結果、配向制御用突起材料の電気的特性がＭＶＡ−ＬＣＤの液晶配向不良やスイッチングの閾値ずれに大きな影響を与えることを見出した。

液晶の駆動は、一般的には交流波形で行われるが、液晶材料面での応答速度の改善にともない、１つの矩形波内での影響、即ち直流波形による影響も無視できなくなってきている。

図１に示すＭＶＡ−ＬＣＤ１０においては、液晶表示装置用基板１１，１２上の配向制御用突起１３，１４は、内側を向くように配置されており、液晶駆動電界中に内在する。そのため、ＭＶＡ−ＬＣＤでは、配向制御用突起と他のセル内の部材、例えば、液晶１５、配向膜１６、１７等との電気特性的なバランスが重要となる。

まず、交流特性の観点から、配向制御用突起の誘電特性が重要である。具体的には、誘電正接の値により説明が可能であり、おおむね次のようなメカニズムによる。即ち、誘電正接（ｔａｎδ）は誘電体内に蓄積される電荷量と消費される電荷量の比である。誘電正接が比較的小さい場合には、誘電体内に蓄積された電荷は保持されるのに対し、比較的大きい場合には、電荷は消費されて保持されない。

配向制御用突起と液晶や配向膜などの他のセル内の部材は、それぞれ誘電体としての性質を持つため、これらの誘電正接の値が大きく異なると、液晶分子の電荷の保持状態が不均一になるという現象が生ずる。電荷の保持状態が不均一になることで液晶の配向不良が発生し、あるいは電荷が余分に残ってしまうことによる閾値ずれにより焼きつきが発生するといった表示不良となる。従って、配向制御用突起、配向膜、及び液晶層の誘電正接ｔａｎδは、ＭＶＡ−ＬＣＤ方式のカラー液晶表示装置の表示特性を決める重要な特性となる。

誘電正接は測定周波数に依存する値であり、液晶の駆動信号の波形は高周波成分もいくらか含むため、理想的には１０〜１ｋＨｚの広い周波数範囲での特性を考慮する必要がある。ただし、実際には液晶駆動の１フレームが６０Ｈｚ程度であることから、周期（秒）即ち周波数で３０Ｈｚ近辺、おおむね１０〜１００Ｈｚの周波数での誘電正接に着目するのが適当である。なお、１００Hz以上の駆動周波数での高速の応答が可能な液晶材料を用いる液晶表示装置では、誘電正接の測定は、用いる駆動周波数で行うのが望ましい。

一般に、液晶材料、配向膜材料などは電荷を保持する能力が大きい、即ち、誘電正接が比較的小さい材料であり、その値は一般的に０．００５〜０．０２程度の値である。従って、ＭＶＡ−ＬＣＤに用いる配向制御用突起材料の誘電正接の値は、液晶材料及び配向膜材料と同程度かそれ以下の値であることが好ましいと考えられる。

本発明者らは、以上を考慮し、誘電特性の改善について種々検討を行った結果、液晶表示装置用基板において、基板上に設けられた配向制御用突起を構成する材料の誘電正接を駆動周波数の範囲で０．０１５以下、好ましくは０．００８以下とすることで、配向不良、閾値ずれなどの表示品位の低下を効果的に防止し得ることを見出した。配向制御用突起材料の誘電正接は低いほど好ましく、配向制御用突起材料の特性上、現時点では０．００３程度が下限であるが、０（ゼロ）であることが望ましい。

また、配向制御用突起材料の比誘電率も重要な要素であり、駆動周波数の範囲で６．０以下とすることが好ましい。比誘電率は誘電体内に蓄積される電荷量の指標であり、配向制御用突起の比誘電率が著しく大きいと、蓄積される電荷量について、セル内の部材（液晶、配向膜など）との間のバランスが大きく崩れ、閾値ずれで焼き付きが発生するといった表示不良となる。

液晶の比誘電率は一般に約１０程度であり、液晶層と配向制御用突起の膜厚や面積を考慮すると、配向制御用突起の比誘電率は６．０以下が好ましく、より好ましくは５．０以下である。比誘電率は低いほうが好ましいが、材料の特性上、現時点では３．０程度が下限であるが、上述した誘電正接と同様、０（ゼロ）であることが望ましい。

次に、直流特性の観点から、配向制御用突起の体積抵抗値は、液晶の体積抵抗値と同等以上に高い値であることが望ましい。一般に、ＭＶＡ−ＬＣＤ用の液晶は、１０^１２Ω・ｃｍ程度の体積抵抗値を持つことから、配向制御用突起の体積抵抗値は、１０^１２Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、１０^１３Ω・ｃｍ以上であればさらに好ましい。体積抵抗値が１０^１２Ω・ｃｍより小さい場合には、残留直流成分が発生することによる閾値ずれにより、焼きつきが発生するといった表示不良となる。

次に、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置用基板の製造例について説明する。

［液晶表示装置用基板の作製］
以下の説明では、一例として、液晶表示装置用基板として透明性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例について説明する。ただし、本発明は必ずしもカラーフィルタ層を必要とするものではなく、以下の説明に何ら限定されるものではない。

まず、透明性基板上にカラーフィルタを形成する。一般に、カラーフィルタとは、透明性を有する基板上にコントラスト向上のための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したものであり、これを液晶表示装置用とする場合には、更に、透明導電膜、配向膜を順次積層した構造を有する。このようなカラーフィルタを形成した透明基板を、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、間に液晶層を介在させてＬＣＤを構成する。

透明基板としては、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。

カラーフィルタの一部を構成するブラックマトリックスは、既に公知の方法を用いて形成することができる。そのような方法として、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して形成する方法、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形成し、フォトリソグラフィー法によりパターニングして形成する方法、或いは後述する赤、緑、青などの着色画素層を２層以上積層することにより形成する方法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良い。

着色画素層は、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）、および青色画素パターン（Ｂ）の３原色からなる画素パターンを所望の形状に配置したものである。着色画素層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法などの公知の方法が挙げられるが、本発明においてはいずれの方法により形成しても良い。

次に、カラーフィルタを形成した基板上に透明導電膜を設ける。透明導電膜は、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ために設けられる。透明導電膜は、対向する液晶表示装置基板の、少なくともいずれか一方には必須である。通常は、透明導電膜は、配向制御用突起の直下に形成されるが、蒸着等を用いて、配向制御用突起の上に設けることもできる。透明導電膜を構成する材料は、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）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）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。

続いて、配向制御用突起を形成する。まず、基板上に、カーボンブラックを含む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、又はその他の公知の塗工方法を用いて塗布する。感光性樹脂組成物を溶媒に希釈し、感光液として調製し、基板上に前記方法で塗布してもよいが、その場合には基材上に感光液を塗布した後に、溶媒を除去する必要がある。

その後、所定のパターンのフォトマスクを介して光照射してパターン露光を行い、次いでアルカリ現像液にて現像を行う。感光性樹脂組成物がポジ型の場合は、露光部分が溶解除去され、ネガ型の場合は、未露光部分が溶解除去されることで、マスクパターンに忠実な配向制御用突起を形成することができる。

パターン露光は、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、ハロゲンランプ等を用いて行われるが、これらに限定されるものではなく、その他公知の方法で行うことができる。

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、硬化が促進され、基板との密着性が向上し、さらに耐溶剤性、耐薬品性が付与される。また、適度な熱収縮や熱フローにより形状が滑らかとなり、液晶分子の配向性をより向上することが可能となる。さらに、光吸収の変化により可視光の透過率が低下する場合には、より高い遮光性を付与することが可能となる。

次に、必要に応じて基板上に配向膜を設ける。配向膜は、ネガ型液晶化合物を垂直配向させるために設けられる。配向膜には、透明で絶縁性の物質が用いられ、一般にポリイミド樹脂などが用いられる。配向膜は、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。

本実施形態における配向制御用突起を有する液晶表示装置用基板の構成の一例として、基板上にカラーフィルタ、透明導電膜、配向制御用突起をこの順に設けた構成、あるいはカラーフィルタ、透明導電膜、配向制御用突起、配向膜をこの順に設けた構成、もしくは必要に応じて、任意の層の間に透明保護膜を設けた積層体構成を挙げることができる。

透明保護膜は、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機能を有する。透明保護膜を構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り形成された無機化合物等、前述の目的を達成できる材料であればよい。透明保護膜は、カラーフィルタ層の表面状態を考慮して、０．５から３μｍの膜厚の範囲にて形成することができる。

本実施形態で用いる配向制御用突起は、以上説明した層構成に用いる場合に限定されず、必要に応じて任意の構成に用いることができる。

次に、本実施形態において、配向制御用突起を形成するために用いる感光性樹脂組成物について説明する。

［感光性樹脂組成物］
本実施形態において配向制御用突起を形成するために用いる感光性樹脂組成物は、カーボンブラックを含有する。この感光性樹脂組成物は、ネガ型あるいはポジ型のどちらであってもよいが、バインダー樹脂としては、アルカリ可溶性を有することが好ましい。この場合、感光性樹脂組成物がアルカリ水溶液で現像可能となり、従来のプロセスで使用できるため、コスト的にも有利であり、環境の観点からも好ましい。

また、感光性樹脂組成物は、電気特性の点から、芳香環を有する樹脂であるのが好ましい。このような樹脂としては、特に限定されないが、例えば、フェノール性水酸基を有する樹脂、カルボキシル基変性エポキシ樹脂およびこれらの変性物等が挙げられる。

フェノール性水酸基を有する樹脂としては、クレゾールノボラック樹脂、ポリビニルフェノール、あるいはｐ−ビニルフェノールとスチレンとの共重合体などが挙げられる。ポリビニルフェノールは、公知の方法により、例えば、ｐ−ヒドロキシスチレン、２−（ｐ−ヒドロキシフェニル）プロピレンなどの置換基を有していても良いヒドロキシスチレン類を単独で又は２種以上をラジカル重合開始剤またはカチオン重合開始剤の存在下で重合することにより得られる。また、フェノール性水酸基の一部に不飽和二重結合基を導入することで、ネガ型の感光性をもたせることもできる。

エポキシ樹脂としては、アルカリ現像性を有するものであれば何ら限定されることなく使用することができるが、なかでも多官能エポキシ樹脂に不飽和一塩基酸およびフェノール化合物を付加させ、さらに多塩基酸無水物により架橋したものが特に好ましい。また、これらの樹脂は、現像性、感度、熱可塑性等を考慮して、２種類以上を混合して使用してもよい。

本実施形態で用いる感光性樹脂組成物中のバインダー樹脂は、強度と現像性の観点から、１０００〜４００００の範囲の重量平均分子量（以下Ｍｗという）を有することが好ましく、２０００〜１５０００の範囲のＭｗを有することが特に好ましい。なお、ＭｗはＧＰＣ法により測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量である。

本実施形態で用いる感光性樹脂組成物に含まれるカーボンブラックとしては、三菱化学社製の＃２４００、＃２３５０、＃２３００、＃２２００、＃１０００、＃９８０、＃９７０、＃９６０、＃９５０、＃９００、＃８５０、ＭＣＦ８８、＃６５０、ＭＡ６００、ＭＡ７、ＭＡ８、ＭＡ１１、ＭＡ１００、ＭＡ２２０、ＩＬ３０Ｂ、ＩＬ３１Ｂ、ＩＬ７Ｂ、ＩＬ１１Ｂ、ＩＬ５２Ｂ、＃４０００、＃４０１０、＃５５、＃５２、＃５０、＃４７、＃４５、＃４４、＃４０、＃３３、＃３２、＃３０、＃２０、＃１０、＃５、ＣＦ９、＃３０５０、＃３１５０、＃３２５０、＃３７５０、＃３９５０、ダイヤブラックＡ、ダイヤブラックＮ２２０Ｍ、ダイヤブラックＮ２３４、ダイヤブラックＩ、ダイヤブラックＬＩ、ダイヤブラックＩＩ、ダイヤブラックＮ３３９、ダイヤブラックＳＨ、ダイヤブラックＳＨＡ、ダイヤブラックＬＨ、ダイヤブラックＨ、ダイヤブラックＨＡ、ダイヤブラックＳＦ、ダイヤブラックＮ５５０Ｍ、ダイヤブラックＥ、ダイヤブラックＧ、ダイヤブラックＲ、ダイヤブラックＮ７６０Ｍ、ダイヤブラックＬＲ、キャンカーブ社製のカーボンブラックサーマックスＮ９９０、Ｎ９９１、Ｎ９０７、Ｎ９０８、Ｎ９９０、Ｎ９９１、Ｎ９０８、旭カーボン社製のカーボンブラック旭＃８０、旭＃７０、旭＃７０Ｌ、旭Ｆ−２００、旭＃６６、旭＃６６ＨＮ、旭＃６０Ｈ、旭＃６０Ｕ、旭＃６０、旭＃５５、旭＃５０Ｈ、旭＃５１、旭＃５０Ｕ、旭＃５０、旭＃３５、旭＃１５、アサヒサーマル、デグサ社製のカーボンブラックＣｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ Ｆｗ２００、Ｃｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ Ｆｗ２、Ｃｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ Ｆｗ２Ｖ、Ｃｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ Ｆｗ１、Ｃｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ Ｆｗ１８、Ｃｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ Ｓ１７０、Ｃｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ Ｓ１６０、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ６、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ５、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ４、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ４Ａ、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ２５０、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ３５０、Ｐｒｉｎｔｅｘ Ｕ、Ｐｒｉｎｔｅｘ Ｖ、Ｐｒｉｎｔｅｘ １４０Ｕ、Ｐｒｉｎｔｅｘ １４０Ｖ（いずれも商品名）等が挙げられる。
本実施形態で用いる感光性樹脂組成物にカーボンブラックを含有させる場合、カーボンブラックを分散させるための分散剤を含有させる必要がある。分散剤としては、界面活性剤、顔料の誘導体、高分子分散剤（例えば、ソルスパース(株)アビシア製）等が使用される。分散剤の添加量は特に限定されるものではないが、カーボンブラックの配合量１００質量％に対して、１〜５０質量％とすることが好ましい。

カーボンブラックは、樹脂組成物との混合時のソルベントショック等に起因する異物や塗膜ムラの発生を抑えるために、必要に応じて適当な樹脂により被覆されていてもよい。

光重合性モノマー及び／又は樹脂を溶剤に溶解した溶液へのカーボンブラックや分散剤の分散は、三本ロールミル、二本ロールミル、サンドミル、ニーダー、ディゾルバー、ハイスピードミキサー、ホモミキサー、アトライター等の各種分散装置を用いて行うことができる。

また、カーボンブラックと分散剤を予め混合して組成物を調製する場合、カーボンブラックと分散剤を単純に混合するだけでも良いが、（ａ）ニーダー、ロール、アトライター、スーパーミル等の各種粉砕機により機械的に混合する、（ｂ）顔料を溶剤に分散させた後、分散剤を含む溶液を添加し、顔料表面に分散剤を吸着させる、（ｃ）硫酸等の強い溶解力を持つ溶媒に顔料と分散剤を共溶解した後、水等の貧溶媒を用いて共沈させるなどの混合方法を採用することが好ましい。

カーボンブラックの量は、感光性樹脂組成物の硬化物に対して２〜５０質量％であり、好ましくは３〜２０質量％である。カーボンブラックの量が２質量％よりも少ない場合には、十分な遮光性を付与することが困難となるため、パネル化した際に十分なコントラスト向上効果が得にくい。カーボンブラックの量が、３〜２０質量％の範囲内であれば 液晶の駆動周波数において、０．０１５の誘電正接を十分に確保することができる。

一方、カーボンブラックの量が５０質量％よりも多い場合には、遮光性が高すぎるため、配向制御用突起形成時の感度が低下して量産性が悪くなったり、解像性が低下したりする。また、カーボンブラック分散液の種類によっては比誘電率が６を超えるなど誘電特性が悪化し、配向制御用突起を形成できたとしてもパネル化した際に焼きつきが発生する場合もある。

本実施形態に用いる感光性樹脂組成物には、上述した成分以外に、塗布性、密着性、耐熱性、耐薬品性の向上などのため、必要に応じて、感光性樹脂組成物に相溶性のある添加物、例えば、溶剤、塑剤、安定剤、界面活性剤、レベリング剤、カップリング剤、充填材などを、本発明の目的、または効果を損なわない範囲で添加することができる。

上記溶媒としては、ジクロルエタン、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。

以下、以上説明した本発明の実施形態についての具体的な実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例１
透明基板上にスパッタリング法によりＣｒ薄膜を成膜し、次いで、このＣｒ薄膜上にフォトエッチング法によりブラックマトリックスを形成した。更に、この上に赤色感光性樹脂組成物を塗布し、露光、現像、及びポストベーク処理を行い、赤色画素を形成した。同様の処理を緑色感光性樹脂組成物及び青色感光性樹脂組成物について行い、緑色画素及び青色画素を形成した。

次に、全面にＩＴＯをスパッタリング法により成膜して透明導電膜とし、カラーフィルタ基板を得た。なお、ＩＴＯの代わりに酸化亜鉛あるいは酸化スズを基材とする透明導電膜を形成してもよい。

その後、下記の各成分を混合し、均一に攪拌した後、平均孔径２μｍのフィルタでろ過し、黒色感光性樹脂組成物（１）を調製した。この黒色感光性樹脂組成物（１）は、塗布、露光、現像、硬化のフォトリソグラフィーのプロセスを経て、配向制御突起となる。

ポジ型レジスト １００ｇ
（ローム・アンド・ハース社製MP-LC100,NV15%）
カーボンブラック分散液 ５ｇ
（御国色素社製 EX-2777,顔料濃度19.5質量％）
上記成分の混合方法としては、カーボンブラックの分散性を著しく低下させない方法であれば、特に限定されない。例えば、ソルベントショックによるカーボン粒子の凝集を防ぐため、カーボンブラック溶液をマグネチックスターラー等で撹拌しながら、その中にゆっくりとレジスト液を滴下し、徐々に混合させる方法が挙げられる。

このようにして得た黒色感光性樹脂組成物をスピンコーターにて上記カラーフィルタ基板に塗布し、厚さ１．９μｍの黒色感光性樹脂組成物の塗膜を形成した。この黒色感光性樹脂組成物膜をプリベークした後、線幅１０μｍのラインパターンを有するフォトマスクを介して超高圧水銀灯の光を１００ｍＪ／ｃｍ^２照射し、続いて０．５％水酸化カリウム水溶液を用いて７０秒間現像処理した後、水洗し、リブ状パターンを形成した。続いて、２３０℃／３０分でポストベークを行い、遮光性の配向制御用突起を形成した。

このようにして得た遮光性の配向制御用突起を有するカラーフィルタ基板を用いて、ＭＶＡ―ＬＣＤ（垂直配向モードの液晶表示装置）を作製した。

実施例２
カーボンブラック分散液の量を１０．６ｇに増加した以外は、実施例１と同様にして、黒色感光性樹脂組成物（２）を調製し、これを用いて配向制御用突起を形成し、配向制御用突起を有するカラーフィルタ基板を得た。また、このカラーフィルタ基板を用いてＭＶＡ―ＬＣＤを作製した。

実施例３
ポジ型レジスト（ローム・アンド・ハース社製ＭＰ−ＬＣ１００）１００ｇの代わりに、下記の成分からなるネガ型レジストを用いた以外は、実施例１と同様にして黒色感光性樹脂組成物（３）を調製した。

バインダー樹脂 １０ｇ
（丸善石油化学社製「マルカリンカーＭ」）
光重合性モノマー（東亜合成社製「アロニックスM-402」） ８ｇ
光重合開始剤 １．７ｇ
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「IrgOXE01」）
シクロヘキサノン（関東化学社製） ５５ｇ
黒色感光性樹脂組成物（３）を用いて配向制御用突起を形成し、配向制御用突起を有するカラーフィルタ基板を得た。また、このカラーフィルタ基板を用いてＭＶＡ―ＬＣＤを作製した。

比較例１
カーボンブラック分散液を添加せずポジ型レジストそのものを感光性樹脂組成物として用いた以外は、実施例１と同様にして、露光量を５０ｍJ／ｃｍ^２にして配向制御用突起を形成し、配向制御用突起を有するカラーフィルタ基板を得た。また、このカラーフィルタ基板を用いてＭＶＡ―ＬＣＤを作製した。

比較例２
カーボンブラック分散液の量を４５ｇに増加した以外は、実施例１と同様にして、感光性樹脂組成物を調製し、これを用いて露光量を１２００ｍJ／ｃｍ^２にして配向制御用突起を形成し、配向制御用突起を有するカラーフィルタ基板を得た。また、このカラーフィルタ基板を用いてＭＶＡ―ＬＣＤを作製した。

比較例３
カーボンブラック分散液の代わりにチタンブラック分散液（三菱マテリアル社製、チタンブラック１０Ｓ、顔料濃度２０質量％のシクロヘキサノン溶液）５ｇを用いた以外は、実施例１と同様にして、感光性樹脂組成物を調製し、これを用いて露光量を１００ｍJ／ｃｍ^２にして配向制御用突起を形成し、配向制御用突起を有するカラーフィルタ基板を得た。また、このカラーフィルタ基板を用いてＭＶＡ―ＬＣＤを作製した。

比較例４
カーボンブラック分散液の代わりにバイオレット顔料（ピグメントＶｉｏｌｅｔ、顔料濃度２０質量％のシクロヘキサノン溶液）５ｇを用いた以外は、実施例１と同様にして感光性樹脂組成物を調製し、これを用いて露光量を１００ｍJ／ｃｍ^２にして配向制御用突起を有するカラーフィルタ基板を得た。また、このカラーフィルタ基板を用いてＭＶＡ―ＬＣＤを作製した。

比較例５
バイオレット顔料の量を１５ｇに増加した以外は、比較例４と同様にして、感光性樹脂組成物を調製し、これを用いて露光量を１２００ｍJ／ｃｍ^２にして配向制御用突起を形成し、配向制御用突起を有するカラーフィルタ基板を得た。また、このカラーフィルタ基板を用いてＭＶＡ―ＬＣＤを作製した。

上記実施例１〜３、および比較例１〜５にて用いた感光性樹脂組成物およびＭＶＡ−ＬＣＤの評価結果を下記表１に示す。なお、評価ランクはそれぞれ下記に従って判定した。

＜体積抵抗値＞
厚さ０．７ｍｍのガラス板上に、一般的な真空蒸着法により電極パターンを有する金属マスクを介してアルミニウムを蒸着し、厚さ１５００オングストロームの電極を形成した。続いて、上記実施例１〜３、および比較例１〜４にて用いた感光性樹脂組成物を約２μｍの厚さになるようにスピンコートにて塗布し、８０℃で１０分間乾燥した。その後、アルミニウム電極上以外の不要部分を除去し、熱風乾燥機を用いて２３０℃で３０分間加熱乾燥処理し、さらにアルミニウム電極を上記と同様の方法により形成して、試験片を作製した。

この試験片は、１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形のアルミニウム電極の間に感光性樹脂組成物の硬化物が約１．５μｍ厚で挟まれた構造のものである。この試験片について、Ｃ−５４（マイクロニクス製）および高圧電流測定ユニット（キースリー製）を用い、直流電圧１Ｖを印加したときの電流値を測定し、体積抵抗値を算出した。

＜誘電正接、比誘電率＞
上記の試験片について、インピーダンスアナライザ（（株）東陽テクニカ製 Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ１２６０）により、一定の印加電圧１Ｖでインピーダンスの実部と虚部とを測定し、３０Ｈｚにおける誘電正接および比誘電率の値を算出した。

＜コントラスト＞
比較例１にて作製したＭＶＡ−ＬＣＤに比べて、コントラストが８％以上向上したものを○、８％未満であったものを×と評価した。

＜焼きつき＞
白黒のチェッカーパターンをＭＶＡ−ＬＣＤの表示領域に長時間表示させ（この時間をＴとする）、その後、表示領域全面に所定の中間調を表示させたときに残像が現れるまでに要する時間Ｔを測定した。時間Ｔが１００時間以上であるものを○、２４時間以上１００時間未満であるものを△、２４時間未満のものを×と評価した。

以上の結果を下記表１に示す。

上記表１に示すように、遮光材としてカーボンブラックを適正量添加した感光性樹脂組成物を用いて配向制御用突起を形成した実施例１〜３では、電気的特性が良好な配向制御用突起を形成することができた。また、これを用いて作製したＭＶＡ−ＬＣＤは、比較例１のＭＶＡ−ＬＣＤに比べてコントラストの変化量がプラス８％以上であり、焼きつきといった表示不良もない、良好な特性を示すものであった。

これに対し、カーボンブラックの量が感光性樹脂組成物の硬化物に対して５０％を超える比較例２では、露光時の光の透過率が低くなりすぎるため、パターンがぎざつき、良好な形状の配向制御用突起を形成することができなかった。また、カーボンブラックの代わりにチタンブラックを用いた比較例３では、チタンブラックの粒径が大きいため、パターンがぎざつき、良好な形状の配向制御用突起を形成することができなかった。

また、カーボンブラックの代わりにバイオレット顔料を用いた比較例４では、配向制御用突起の特性は良好なものの、十分なコントラスト向上効果が得られず、またバイオレット顔料の量を増加した比較例５では、コントラスト向上効果は得られたが、誘電正接の値が０．０１６よりも大きくなったため、焼きつきが発生した。

本発明の一実施形態に係る液晶配向制御用突起を有する基板を用いた液晶表示装置を示す断面図である。

符号の説明

１０…ＭＶＡ−ＬＣＤ、１１…ＴＦＴ側基板、１２…カラーフィルター側基板、１３，１４…配向制御用突起、１５…液晶分子、１６，１７…配向膜。

Claims (4)

1. 透明基板上に配向制御用突起を備える液晶表示装置用基板であって、前記配向制御用突起が少なくともカーボンブラックを含有する樹脂組成物により構成されるとともに、前記樹脂組成物の硬化物の誘電正接が液晶表示装置の駆動周波数範囲で０．０１５以下であり、かつ前記カーボンブラックの含有量が、前記樹脂組成物の硬化物に対して２〜５０質量％であることを特徴とする配向制御用突起付き液晶表示装置用基板。
2. 前記樹脂組成物の硬化物の誘電率が６以下であることを特徴とする請求項１に記載の配向制御用突起付き液晶表示装置用基板。
3. 前記透明基板上に形成されたカラーフィルタ上に前記配向制御用突起を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の配向制御用突起付き液晶表示装置用基板。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の配向制御用突起付き液晶表示装置用基板を備えることを特徴とする液晶表示装置。

Images