JP3651874B2

JP3651874B2 - Color filter and liquid crystal display device

Info

Publication number: JP3651874B2
Application number: JP13535699A
Authority: JP
Inventors: 隆西本; 武彦石田; 成太郎堤
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1999-05-17
Filing date: 1999-05-17
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2020-05-25
Also published as: JPH11344700A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、カラー液晶表示装置に関し、とくに液晶を挟持する基板の間隔の保持に特徴を有する液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、透明電極を設けたガラス等の透明な基板を１ないし１０μｍ程度のギャップを設けてその間に液晶物質を封入し、電極間に印加した電圧によって液晶を一定の方向に配向させることによって形成される透明部分と不透明部分によって画像を表示している。カラー液晶表示装置はいずれかの透明電極基板上に光の三原色に対応する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色のカラーフィルターを設けており、液晶のシャッター作用によって３原色を加色して所望の色を表示している。
【０００３】
カラー液晶表示装置用のカラーフィルターは、透明基板、着色層、保護膜、透明導電膜という順に積層されており、ＲＧＢの三原色の位置に対向する電極あるいは薄膜トランジスタを形成した透明基板とを数μｍの間隔を保持し液晶物質を封入して液晶表示装置を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
カラー液晶表示装置には、液晶の駆動方法によって単純マトリックス方式とアクティブマトリックス方式があるが、最近ではパーソナルコンピュータなどの表示装置用には画質に優れ、それぞれの画素を確実に制御することが可能であり、また動作速度も速いアクティブマトリックス方式の採用が進められている。
【０００５】
アクティブマトリックス方式の液晶表示装置では各画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子をガラス基板上に形成し、各素子のスイッチング作用によって各画素の液晶のシャッター作用を制御している。これらの素子の対極には一様な透明電極が形成されている。
【０００６】
透明電極には、酸化錫、酸化インジウムおよびＩＴＯと称するこれらの複合酸化物が使用されている。透明電極の成膜方法には、蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等の各種の方法があるが、カラーフィルターの透明電極の基体となる保護膜は合成樹脂で形成されているので保護膜の耐熱性の面から比較的低温での成膜が可能な方法が求められている。このためにカラーフィルター用の透明電極の製造にはスパッタリングが広く用いられている。
【０００７】
ＴＦＴを用いた液晶表示装置の断面構造を図４で示すが、液晶表示装置４１はカラーフィルター４２とＴＦＴを形成した対向基板４３とを所定の間隔を設けて対向させ、カラーフィルターとＴＦＴ基板はエポキシ樹脂等に補強用の繊維を混合したシール剤４４によって接合している。カラーフィルターとＴＦＴ基板で形成される空間には液晶４５が封入されているが、カラーフィルターとＴＦＴ基板との間隔を正確に保持しないと、液晶層の厚みの相違により液晶の旋光特性の差が生じて液晶が着色をしたり、あるいは色のむらが生じて正しく表示されなくなるという現象が生じるので、液晶にスペーサー４６と称する３μｍないし１０μｍの合成樹脂、ガラス、アルミナ等からなる粒子あるいは棒状体を多数混合し、液晶挟持間隔の保持を図っていた。
【０００８】
スペーサーとして１００個／ｍｍ²程度の大量の粒子を液晶に混合しているので、粘性の高い液晶と混合して挟持間隔内に注入した場合には、均一にスペーサーが分散せずに、スペーサーが一部にたまるという現象が生じることがある。
このような現象が生じると、スペーサーが集まった部分の表示品質が悪化し、また間隔の正確な保持の面でも問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記した問題点を解決する手段を検討した結果、液晶表示装置のカラーフィルターとこれに対向するＴＦＴ等の基板との間の間隔を正確に保持するために、液晶にスペーサーを混合せずに、カラーフィルターあるいはこれに対向する基板の少なくともいずれか一方の液晶の挟持領域に、両者の間隔を所定の間隔に保持するスペーサーを設けたものである。
【００１０】
本発明は、カラーフィルターあるいはカラーフィルターに対向するＴＦＴ等の基板上の液晶を挟持した領域すなわち表示面上にスペーサーを形成したものであり、スペーサーの材料には、各種の合成樹脂を使用することが可能であるが、とくに紫外線によって硬化する紫外線硬化性樹脂を利用するならば、塗布した樹脂層上にフォトレジストの層を形成しなくとも、紫外線硬化性樹脂の塗布層上に直接にフォトマスクを用いて紫外線によって露光した後に現像することによってスペーサーを形成することが可能となる。紫外線硬化性樹脂としては光重合性アクリレートオリゴマーと多官能光重合性アクリレートモノマーからなるものを用いることができる。光重合性アクリレートオリゴマーとしては、分子量１０００〜２０００程度のものが好ましく、ポリエステルアクリレートまたは、フェノールノボラックエポキシアクリレート、ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート等のエポキシアクリレートあるいは、ポリウレタンアクリレート、ポリエーテルアクリレート、オリゴマアクリレート、アルキドアクリレート、ポリオールアクリレート、メラミンアクリレート等をあげることができ、多官能光重合性アクリレートモノマーとしては、１，４ブタンジオールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等が挙げられる。
【００１１】
さらに、上記のような光重合性アクリレートオリゴマーに多官能光重合性アクリレートモノマーを添加した光重合性の樹脂に比べて光重合性アクリレートオリゴマーとエポキシ樹脂との混合物に一つの分子内に複数の官能基を有する多官能光重合性アクリレートモノマーを添加した感光性アクリル樹脂を用いることにより、樹脂の橋かけ度を高めて剛直で硬度が大きいスペーサーを得ることができる。
【００１２】
このような目的で使用可能な光重合性アクリレートオリゴマーとしては、分子量１０００〜２０００程度のものが好ましく、ポリエステルアクリレートまたは、フェノールノボラックエポキシアクリレート、ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート等のエポキシアクリレートあるいは、ポリウレタンアクリレート、ポリエーテルアクリレート、オリゴマアクリレート、アルキドアクリレート、ポリオールアクリレート、メラミンアクリレート等をあげることができる。
【００１３】
エポキシ樹脂としては以下に化学構造式１および化学構造式２で示すフェノールノボラック型のエポキシ樹脂あるいはクレゾールノボラック型のエポキシ樹脂をあげることができる。
【００１４】
【化１】

【００１５】
また、多官能光重合性アクリレートモノマーとしては、１，４ブタンジオールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等が挙げられる。
【００１６】
スペーサーの形成方法は、カラーフィルター上にスペーサーを設ける場合には、透明基板上に設けた着色層上に、光重合性アクリレートオリゴマー、フェノールノボラック型のエポキシ樹脂、多官能光重合性アクリレートモノマーに重合開始剤、エポキシ硬化剤を添加した感光性樹脂をスピンナー法、ロール法、スプレイ法、スクリーン印刷法などの任意の塗布方法によって塗布した後に所定のフォトマスクを用いて紫外線を照射して必要な箇所を硬化し、紫外線が照射されなかった部分の未硬化の感光性樹脂を溶剤で溶解除去することによって保護膜を形成し、次いで、保護膜上にはカラーフィルターの全面にわたり、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によって、電気抵抗などの特性に優れたＩＴＯ膜を成膜した後に、光重合性アクリレートオリゴマー、フェノールノボラック型のエポキシ樹脂、多官能光重合性アクリレートモノマーに重合開始剤、エポキシ硬化剤を添加した感光性樹脂をスピンナー法、ロール法、スプレイ法、スクリーン印刷法などの任意の塗布方法によって液晶層の挟持間隔に相当する６μｍないしは１０μｍ程度の厚みに塗布した後に所定のフォトマスクを用いて紫外線を照射してスペーサーの形成箇所を硬化し、紫外線が照射されなかった部分の未硬化の感光性樹脂を溶剤で溶解除去することによってスペーサーを形成することができる。
スペーサー用の紫外線硬化性樹脂の塗布層を設ける前に、シランカップリング剤などをＩＴＯ膜上に塗布して密着性を高めることができる。
以上の説明では着色層上に保護膜を設けた後にＩＴＯ膜を形成する方法について述べたが、保護膜を形成せずに直接にＩＴＯ膜を形成し、その面上にスペーサーを形成しても良い。
【００１７】
さらに、本発明のスペーサーは、保護膜上に保護膜と同一の材料によって形成することによって、下地層である保護膜との密着強度の大きなスペーサーを形成することも可能である。この場合には、スペーサーを形成したのちにＩＴＯ膜をスパッタリングで形成すると、スペーサー上にもＩＴＯ膜が形成されて対極との間に導電接続が形成されるので、あらかじめスペーサー上をマスキング処理をしてスペーサー上にはＩＴＯ膜が形成されないようにしたり、あるいは形成されたＩＴＯ膜をエッチングによってスペーサー上から除去することが必要となる。
また、カラーフィルター側にスペーサーを形成する方法以外に、対向するＴＦＴ基板上にスペーサーを形成しても良い。
【００１８】
【作用】
本発明は、液晶表示装置において、液晶層を挟持する少なくともいずれか一方の基板上に、両基板を所定の間隔を設けて保持することが可能であるスペーサーを形成したので、液晶中にはスペーサーの粒子等を分散させる必要がない。
以下に本発明の実施例を示し、更に詳細に説明する。
【００１９】
【実施例】
本発明の液晶表示装置を図面を参照して説明する。
図１は、カラーフィルターにスペーサーを形成した液晶表示装置の１実施例を示す部分断面図である。液晶表示装置１はカラーフィルター２とこれに対向するＴＦＴ等の対向基板３から構成されており、カラーフィルターはガラス基板４上に金属クロムなどからなるブラックマトリックス５が形成されており、ブラックマトリックスを境界にしてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色からなる着色層６が形成されている。着色層上には透明な合成樹脂からなる保護膜７が設けられており、保護膜上にはＩＴＯ等からなる透明電極膜８を形成しており、透明電極膜上には合成樹脂からなるスペーサー９が設けられている。そして、カラーフィルターと対向基板の液晶と接するそれぞれの面には配向膜１２が形成されており、エポキシ樹脂等のシール剤１０によって接合されて、カラーフィルターと対向基板の間には液晶１１が封入されている。
スペーサーを形成する場所は、着色層を区画するブラックマトリックス上などが表示品質に影響を与えないので好ましい。
【００２０】
図２には、カラーフィルターの一部の着色画素の平面図を示すが、カラーフィルター２１の着色画素２２は、ブラックマトリックス２３で区画されており、着色画素の周囲には表示に有効でない部分が形成されているので、この部分にスペーサー２４を設けることができる。着色画素の大きさは縦０．３ｍｍ、横０．１ｍｍ程度の小さなものであるが、その一部には対向するＴＦＴ基板などに形成された素子が表示面から見えないようにするための領域が設けられることがある。スペーサーをそのような領域に設けるならば表示にはなんら障害とはならない。
【００２１】
また、縦０．３ｍｍ、横０．１ｍｍの着色画素に１個のスペーサーを設けるならば、１ｍｍ²には約３３個のスペーサーが形成可能である。この数は通常の液晶にスペーサーを混合した場合の数字である１００個／ｍｍ²という値に比べて小さいが、表示面全体にわたり均一に配置しているので、このような数のスペーサーによって充分に目的を達することが可能である。
【００２２】
更に、図３はカラーフィルターの着色層を利用したスペーサーの形成方法を示すものであるが、カラーフィルター３１の基板３２には、着色層とした赤、緑および青の３色の着色画素を形成する際に、図では赤の着色画素である第一色目の着色画素３３を形成した上に、第２色目の着色画素３４である緑が部分的に赤の着色画素を覆うフォトマスクを用いて露光して緑の着色画素を形成し、ついで第３色目の着色画素３５である青のフォトマスクにもスペーサーを形成すべき箇所にも着色画素が形成可能となるようなフォトマスクを用いて、スペーサー形成箇所にも青の着色画素を形成した後に、ＩＴＯ膜等の透明電極膜３６を成膜し、最後にスペーサー３７を形成しても良い。このような方法によれば、着色画素の積み重ねによってスペーサーの高さを確保することができるので、透明電極膜上に形成するスペーサーの高さは厚みの薄いものでも良い。
【００２３】
スペーサーの材質としては多くのものを用いることが可能であるが、光重合性アクリレートオリゴマーに多官能光重合性アクリレートモノマーを添加した感光性樹脂は、硬化後の特性に優れているので好ましい。
光重合性アクリレートオリゴマーとしては、ポリエステルアクリレートまたは、フェノールノボラックエポキシアクリレート、ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート等のエポキシアクリレートあるいは、ポリウレタンアクリレート、ポリエーテルアクリレート、オリゴマアクリレート、アルキドアクリレート、ポリオールアクリレート、メラミンアクリレート等をあげることができ、多官能光重合性アクリレートモノマーとしてはモノマーとしては、１，４ブタンジオールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等があげられる。
さらに光重合性樹脂中に開始剤としてベンゾフェノンあるいは、イルガキュアー１８４、イルガキュアー９０７、イルガキャアー６５１（いずれもチバガイギー社商品名）、ダロキュアー（メルク社商品名）などを固形分比１〜３％程度添加してもよい。
【００２４】
とくに好適な光重合性アクリレートオリゴマーと多官能性光重合性モノマーの配合比（重量％）は
配合例１
フェノールノボラックエポキシアクリレート …６０％
トリメチロールプロパントリアクリレート …１７％
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …２０％
イルガキュアー１８４ …３％
配合例２
Ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート…６０％
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …３８％
イルガキュアー１８４ …２％
配合例３
ポリウレタンアクリレート …５０％
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …４８％
イルガキュアー６５１ …２％
配合例４
メラミンアクリレート …７０％
トリメチロールプロパントリアクリレート …２７％
イルガキュアー１８４ …２％
等をあげることができる。
【００２５】
さらに、光重合性アクリレートオリゴマーと多官能性光重合性モノマーにエポキシ樹脂を含有する組成物の配合比（重量％）は、
配合比５
フェノールノボラックエポキシアクリレート …４０％
フェノールノボラック型エポキシ樹脂 …１８％
トリメチロールプロパントリアクリレート …１７％
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …２０％
イルガキュアー１８４ …３％
ＵＶＥ１０１４（ＧＥ社製） …２％
配合比６
ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート…３８％
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂 …１８％
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …３８％
イルガキュアー１８４ …２％
ＵＶＥ１０１４（ＧＥ社製） …２％
配合比７
ポリウレタンアクリレート …３５％
フェノールノボラック型エポキシ樹脂 …１３％
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート …４８％
ＵＶＥ１０１４（ＧＥ社製） …２％
イルガキュアー６５１ …２％
配合比８
メラミンアクリレート …４９％
フェノールノボラック型エポキシ樹脂 …２０％
トリメチロールプロパントリアクリレート …２７％
ＵＶＥ１０１４（ＧＥ社製） …２％
イルガキュアー１８４ …２％
等をあげることができる。
【００２６】
実施例１
カラーフィルターにスペーサを形成した液晶表示装置の実施例を示す。
赤色、緑色及び青色の顔料を、それぞれ下記に示したような組成割合で感光性樹脂に分散させて、赤色、緑色及び青色の着色感光性樹脂を作製する。
【００２７】

カラーフィルターの基板には、縦３００ｍｍ、横３５０ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのガラス基板（旭硝子（株）製ＡＬ材）を充分に洗浄して用い、ガラス基板には金属クロムからなる厚み１００ｎｍ、開口率５０％、各画素の大きさ２０μｍ×４０μｍのブラックマトリックスをスパッタリングによって形成した。
【００２８】
その上に、赤色感光性樹脂を１．２μｍの膜厚になるように塗布し、その後温度７０℃で３０分間オ−ブン中で乾燥させ、水銀ランプを用いて露光し、水によるスプレー現像を１分間行い、赤色画素を形成すべき領域に赤色のレリーフ画像を形成し、さらに１５０℃で３０分間、加熱硬化させた。
同様の工程を繰り返して、緑色画素を形成すべき領域に緑色のレリーフ画素を形成し、青色画素を形成すべき領域に青色のレリーフ画素を形成して着色層を形成した。
次に、基板温度２００℃でアルゴンと酸素とを放電ガスとし、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によってＩＴＯをターゲットとして透明電極膜を基板の全面に成膜した。
【００２９】
続いて光硬化性アクリレートオリゴマーとして、ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート（分子量１５００〜２０００）を５０重量部、多官能重合性モノマーとして、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（日本化薬（株）製ＤＰＨＡ）を５０重量部混合し、さらに重合開始剤としてイルガキュアー（チバガイギー社（株）製）２重量部を混合した配合物を、エチルセルソルブアセテート２００重量部中に溶解させ、その溶液１０ｇを用いてスピンコーターでＩＴＯ膜上に６．０μｍの厚さに塗布した。
【００３０】
次いで、スペーサー部分のパターンを形成したフォトマスクを配置したプロキシミティーアライナーによって、超高圧水銀ランプによって紫外線を５Ｊ／ｃｍ²照射した。続いて温度２５℃の１，１，２，２-テトラクロロエタンからなる現像液中に１分間浸漬して、塗布膜の光が照射されなかった未硬化部分のみを除去した。
このようにして得られたカラーフィルターにポリイミドよりなる配向膜を形成した後、エポキシ樹脂をシール材としてＴＦＴを形成したガラス基板とを接合して、液晶としてＴＮ液晶を封入した。得られた液晶表示装置は表示面全体に均一な間隔が保持されているので色むら等が生じることがなく良好な表示特性が得られた。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、２枚の基板の間に液晶を挟持した液晶表示装置において、液晶表示装置を構成するカラーフィルターとカラーフィルターに対向するＴＦＴ等の基板の少なくとも一方の基板上の液晶挟持領域部分に、基板の間隔を保持するスペーサーを設けたもので、液晶に粒子状あるいは棒状のスペーサー部材を混合する必要がなく、また、スペーサーが表示面全面に配置されているので、表示面積が大きくなった場合に生じる混合したスペーサー部材の偏在等による表示むら等の問題もなく高品位な液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の１実施例を示す部分断面図。
【図２】スペーサーを形成したカラーフィルターを示す平面図。
【図３】スペーサーを形成したカラーフィルターの他の実施例を示す断面図。
【図４】従来の液晶表示装置の断面図。
【符号の説明】
１…液晶表示装置、２…カラーフィルター、３…対向基板、４…ガラス基板、５…ブラックマトリックス、６…着色層、７…保護膜、８…透明電極膜、９…スペーサー、１０…シール剤、１１…液晶、１２…配向膜、２１…カラーフィルター、２２…着色画素、２３…ブラックマトリックス、２４…スペーサー、３１…カラーフィルター、３２…基板、３３…第一色目の着色画素、３４…第２色目の着色画素、３５…第３色目の着色画素、３６…透明電極膜、３７…スペーサー、４１…液晶表示装置、４２…カラーフィルター、４３…対向基板、４４…シール剤、４５…液晶、４６…スペーサー[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a color liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device characterized by maintaining a distance between substrates that sandwich liquid crystal.
[0002]
[Prior art]
In a liquid crystal display device, a transparent substrate such as glass provided with a transparent electrode is provided with a gap of about 1 to 10 μm, and a liquid crystal substance is sealed therebetween, and the liquid crystal is aligned in a certain direction by a voltage applied between the electrodes. The image is displayed by the transparent part and the opaque part formed by the above. The color liquid crystal display device is provided with three color filters of red (R), green (G), and blue (B) corresponding to the three primary colors of light on any transparent electrode substrate. The desired colors are displayed by adding the primary colors.
[0003]
A color filter for a color liquid crystal display device is laminated in the order of a transparent substrate, a colored layer, a protective film, and a transparent conductive film, and has a thickness of several μm with a transparent substrate on which electrodes or thin film transistors facing the positions of the three primary colors of RGB are formed. A liquid crystal display device is formed by enclosing a liquid crystal substance while maintaining a gap.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
There are two types of color liquid crystal display devices, the simple matrix method and the active matrix method, depending on the liquid crystal driving method. Recently, the color liquid crystal display device has excellent image quality for display devices such as personal computers, and each pixel can be controlled reliably. In addition, the adoption of an active matrix system with a high operating speed is being promoted.
[0005]
In an active matrix liquid crystal display device, a thin film transistor (TFT) element is formed on a glass substrate for each pixel, and the shutter action of the liquid crystal of each pixel is controlled by the switching action of each element. A uniform transparent electrode is formed on the counter electrode of these elements.
[0006]
These composite oxides called tin oxide, indium oxide and ITO are used for the transparent electrode. There are various methods for forming a transparent electrode, such as vapor deposition, ion plating, and sputtering. The protective film that forms the base of the transparent electrode of the color filter is made of synthetic resin, so the heat resistance of the protective film Therefore, a method capable of forming a film at a relatively low temperature is demanded. For this reason, sputtering is widely used in the production of transparent electrodes for color filters.
[0007]
FIG. 4 shows a cross-sectional structure of a liquid crystal display device using TFTs. The liquid crystal display device 41 has a color filter 42 and a counter substrate 43 on which TFTs are formed facing each other with a predetermined interval. They are joined together by a sealing agent 44 in which reinforcing fibers are mixed with epoxy resin or the like. Liquid crystal 45 is sealed in the space formed by the color filter and the TFT substrate, but if the distance between the color filter and the TFT substrate is not accurately maintained, the difference in the optical rotation characteristics of the liquid crystal is caused by the difference in the thickness of the liquid crystal layer. As a result, the liquid crystal may be colored, or color unevenness may occur and display may not be performed correctly. Therefore, a large number of particles or rods made of 3 to 10 μm synthetic resin, glass, alumina, etc., called spacers 46 may be present on the liquid crystal. The mixture was mixed to maintain the liquid crystal clamping interval.
[0008]
Since a large amount of particles of about 100 particles / mm ² are mixed in the liquid crystal as a spacer, when mixed with a highly viscous liquid crystal and injected into the holding interval, the spacer does not disperse uniformly, The phenomenon of accumulating in part may occur.
When such a phenomenon occurs, the display quality of the portion where the spacers gather is deteriorated, and there is a problem in terms of accurately maintaining the interval.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of studying means for solving the above-described problems, the present inventors have found that a spacer is provided in the liquid crystal in order to accurately maintain the distance between the color filter of the liquid crystal display device and the substrate such as a TFT facing the color filter. A spacer that keeps the distance between the two at a predetermined distance is provided in the sandwiching region of at least one of the color filter or the substrate facing the color filter without mixing.
[0010]
In the present invention, a spacer is formed on a color filter or a region sandwiching a liquid crystal on a substrate such as a TFT facing the color filter, that is, a display surface, and various synthetic resins are used as a material of the spacer. However, if an ultraviolet curable resin that is cured by ultraviolet rays is used, a photomask can be directly formed on the coated layer of the ultraviolet curable resin without forming a photoresist layer on the coated resin layer. It is possible to form a spacer by developing after exposing to ultraviolet rays using the. As an ultraviolet curable resin, what consists of a photopolymerizable acrylate oligomer and a polyfunctional photopolymerizable acrylate monomer can be used. As the photopolymerizable acrylate oligomer, those having a molecular weight of about 1000 to 2000 are preferable. Epoxy acrylates such as polyester acrylate, phenol novolac epoxy acrylate, o-cresol novolac epoxy acrylate, polyurethane acrylate, polyether acrylate, oligomer acrylate, alkyd Examples of polyfunctional photopolymerizable acrylate monomers include 1,4 butanediol diacrylate, diethylene glycol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, pentaerythritol triacrylate, and trimethylolpropane. Triacrylate, pentaerythritol acrylate, Dipentaerythritol hexaacrylate, and the like.
[0011]
Furthermore, a mixture of a photopolymerizable acrylate oligomer and an epoxy resin in a single molecule has a plurality of functional groups in comparison with a photopolymerizable resin obtained by adding a polyfunctional photopolymerizable acrylate monomer to the photopolymerizable acrylate oligomer as described above. By using a photosensitive acrylic resin to which a polyfunctional photopolymerizable acrylate monomer having a group is added, it is possible to obtain a rigid and hard spacer by increasing the degree of crosslinking of the resin.
[0012]
As the photopolymerizable acrylate oligomer that can be used for such a purpose, those having a molecular weight of about 1000 to 2000 are preferred, polyester acrylate, epoxy acrylate such as phenol novolac epoxy acrylate, o-cresol novolac epoxy acrylate, or polyurethane acrylate, Examples include polyether acrylate, oligomer acrylate, alkyd acrylate, polyol acrylate, melamine acrylate, and the like.
[0013]
Examples of the epoxy resin include phenol novolac type epoxy resins and cresol novolac type epoxy resins represented by chemical structural formulas 1 and 2 below.
[0014]
[Chemical 1]

[0015]
The polyfunctional photopolymerizable acrylate monomer includes 1,4 butanediol diacrylate, diethylene glycol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, pentaerythritol triacrylate, trimethylolpropane triacrylate, pentaerythritol acrylate, dipentaerythritol hexaacrylate. Etc.
[0016]
When the spacer is provided on the color filter, the spacer is polymerized into a photopolymerizable acrylate oligomer, a phenol novolac type epoxy resin, and a polyfunctional photopolymerizable acrylate monomer on the colored layer provided on the transparent substrate. A photosensitive resin with an initiator and epoxy curing agent added is applied by any application method such as spinner method, roll method, spray method, screen printing method, etc. and then irradiated with ultraviolet rays using a predetermined photomask. The protective film is formed by dissolving and removing a portion of the uncured photosensitive resin that has not been irradiated with ultraviolet rays with a solvent. Then, the entire surface of the color filter is formed on the protective film by a DC magnetron sputtering method. After forming an ITO film with excellent properties such as electrical resistance, photopolymerizable acrylic Any coating method such as spinner method, roll method, spray method, screen printing method, etc., to oligomer, phenol novolac type epoxy resin, photosensitive resin with addition of polymerization initiator and epoxy curing agent to polyfunctional photopolymerizable acrylate monomer Then, after applying to a thickness of about 6 μm or 10 μm corresponding to the sandwiching interval of the liquid crystal layer, the portion where the spacer is formed is cured by irradiating ultraviolet rays using a predetermined photomask, and the uncured portion of the portion not irradiated with ultraviolet rays is cured. The spacer can be formed by dissolving and removing the photosensitive resin with a solvent.
Before providing the coating layer of the ultraviolet curable resin for the spacer, a silane coupling agent or the like can be applied on the ITO film to improve the adhesion.
In the above description, the method for forming the ITO film after providing the protective film on the colored layer has been described. However, the ITO film may be formed directly without forming the protective film, and the spacer may be formed on the surface. good.
[0017]
Furthermore, the spacer of the present invention can be formed on the protective film with the same material as that of the protective film, thereby forming a spacer having high adhesion strength with the protective film as the underlayer. In this case, if the ITO film is formed by sputtering after the spacer is formed, the ITO film is also formed on the spacer and a conductive connection is formed between the spacer and the mask. Therefore, it is necessary to prevent the ITO film from being formed on the spacer, or to remove the formed ITO film from the spacer by etching.
In addition to the method of forming the spacer on the color filter side, the spacer may be formed on the opposing TFT substrate.
[0018]
[Action]
According to the present invention, in the liquid crystal display device, a spacer capable of holding the two substrates with a predetermined interval is formed on at least one of the substrates sandwiching the liquid crystal layer. It is not necessary to disperse the particles.
Examples of the present invention will be shown below and will be described in more detail.
[0019]
【Example】
The liquid crystal display device of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial sectional view showing an embodiment of a liquid crystal display device in which spacers are formed on a color filter. The liquid crystal display device 1 is composed of a color filter 2 and a counter substrate 3 such as a TFT facing the color filter 2, and the color filter has a black matrix 5 made of metal chromium or the like formed on a glass substrate 4. A colored layer 6 composed of the three primary colors R (red), G (green), and B (blue) is formed at the boundary. A protective film 7 made of a transparent synthetic resin is provided on the colored layer, a transparent electrode film 8 made of ITO or the like is formed on the protective film, and a spacer made of synthetic resin is formed on the transparent electrode film. 9 is provided. An alignment film 12 is formed on each surface of the color filter that contacts the liquid crystal of the counter substrate, and is bonded by a sealing agent 10 such as an epoxy resin, and the liquid crystal 11 is sealed between the color filter and the counter substrate. Has been.
The place where the spacer is formed is preferable because it does not affect the display quality on the black matrix that partitions the colored layer.
[0020]
FIG. 2 shows a plan view of some colored pixels of the color filter. The colored pixels 22 of the color filter 21 are partitioned by a black matrix 23, and there are portions that are not effective for display around the colored pixels. Since it is formed, the spacer 24 can be provided in this portion. The size of the colored pixels is as small as about 0.3 mm in length and 0.1 mm in width, but a part of the colored pixels is a region for preventing elements formed on the opposing TFT substrate from being seen from the display surface. May be provided. If a spacer is provided in such a region, there is no obstacle to the display.
[0021]
Further, if one spacer is provided for colored pixels of 0.3 mm in length and 0.1 mm in width, about 33 spacers can be formed in 1 mm ² . This number is smaller than the value of 100 pieces / mm ^2, which is the number when spacers are mixed in a normal liquid crystal, but it is arranged uniformly over the entire display surface. It is possible to achieve the purpose.
[0022]
Further, FIG. 3 shows a method for forming a spacer using a colored layer of a color filter. On the substrate 32 of the color filter 31, three colored pixels of red, green and blue are formed as colored layers. In this case, in the drawing, a first colored pixel 33 which is a red colored pixel is formed, and then a photomask which partially covers a red colored pixel whose green is a second colored pixel 34 is used. Using a photomask that exposes to form green colored pixels, and then allows the colored pixels to be formed at locations where the spacers are to be formed as well as the blue photomask that is the colored pixel 35 of the third color, A blue colored pixel may also be formed at the spacer formation site, a transparent electrode film 36 such as an ITO film may be formed, and finally a spacer 37 may be formed. According to such a method, since the height of the spacer can be ensured by stacking colored pixels, the spacer formed on the transparent electrode film may be thin.
[0023]
Although many spacer materials can be used, a photosensitive resin obtained by adding a polyfunctional photopolymerizable acrylate monomer to a photopolymerizable acrylate oligomer is preferable because it has excellent properties after curing.
Examples of the photopolymerizable acrylate oligomer include polyester acrylate, epoxy acrylate such as phenol novolac epoxy acrylate, o-cresol novolac epoxy acrylate, polyurethane acrylate, polyether acrylate, oligomer acrylate, alkyd acrylate, polyol acrylate, melamine acrylate, and the like. As the polyfunctional photopolymerizable acrylate monomer, 1,4 butanediol diacrylate, diethylene glycol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, pentaerythritol triacrylate, trimethylolpropane triacrylate, pentaerythritol acrylate, Dipentaerythritol hexaa Relate and the like.
Furthermore, benzophenone, Irgacure 184, Irgacure 907, Irgacair 651 (all are trade names of Ciba Geigy), Darocur (trade name of Merck), etc. are added to the photopolymerizable resin as an initiator at a solid content ratio of 1 to 3%. May be.
[0024]
Particularly preferred blending ratio (% by weight) of the photopolymerizable acrylate oligomer and the polyfunctional photopolymerizable monomer is Formulation Example 1.
Phenol novolac epoxy acrylate ... 60%
Trimethylolpropane triacrylate 17%
Dipentaerythritol hexaacrylate ... 20%
Irgacure 184 3%
Formulation Example 2
O-cresol novolac epoxy acrylate ... 60%
Dipentaerythritol hexaacrylate ... 38%
Irgacure 184 2%
Formulation Example 3
Polyurethane acrylate 50%
Dipentaerythritol hexaacrylate ... 48%
Irgacure 651 2%
Formulation Example 4
Melamine acrylate 70%
Trimethylolpropane triacrylate 27%
Irgacure 184 2%
Etc.
[0025]
Furthermore, the blending ratio (% by weight) of the composition containing the epoxy resin in the photopolymerizable acrylate oligomer and the polyfunctional photopolymerizable monomer is as follows:
Mixing ratio 5
Phenol novolac epoxy acrylate: 40%
Phenol novolac epoxy resin: 18%
Trimethylolpropane triacrylate 17%
Dipentaerythritol hexaacrylate ... 20%
Irgacure 184 3%
UVE1014 (GE) 2%
Mixing ratio 6
o-Cresol novolac epoxy acrylate ... 38%
Cresol novolac epoxy resin 18%
Dipentaerythritol hexaacrylate ... 38%
Irgacure 184 2%
UVE1014 (GE) 2%
Mixing ratio 7
Polyurethane acrylate 35%
Phenol novolac type epoxy resin: 13%
Dipentaerythritol hexaacrylate ... 48%
UVE1014 (GE) 2%
Irgacure 651 2%
Mixing ratio 8
Melamine acrylate: 49%
Phenol novolac type epoxy resin: 20%
Trimethylolpropane triacrylate 27%
UVE1014 (GE) 2%
Irgacure 184 2%
Etc.
[0026]
Example 1
An example of a liquid crystal display device in which spacers are formed on a color filter is shown.
Red, green, and blue pigments are dispersed in the photosensitive resin at the composition ratios shown below to produce red, green, and blue colored photosensitive resins.
[0027]

For the color filter substrate, a glass substrate (AL material manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) having a length of 300 mm, a width of 350 mm, and a thickness of 1.1 mm is sufficiently washed and used. A black matrix having a ratio of 50% and a size of each pixel of 20 μm × 40 μm was formed by sputtering.
[0028]
On top of this, a red photosensitive resin is applied to a thickness of 1.2 μm, then dried in an oven at a temperature of 70 ° C. for 30 minutes, exposed using a mercury lamp, and spray-developed with water. This was carried out for 1 minute to form a red relief image in the region where the red pixel was to be formed, and further heat cured at 150 ° C. for 30 minutes.
By repeating the same process, a green relief pixel was formed in a region where a green pixel was to be formed, and a blue relief pixel was formed in a region where a blue pixel was to be formed, thereby forming a colored layer.
Next, a transparent electrode film was formed on the entire surface of the substrate by a DC magnetron sputtering method using argon and oxygen as discharge gases at a substrate temperature of 200 ° C. and using ITO as a target.
[0029]
Subsequently, 50 parts by weight of o-cresol novolac epoxy acrylate (molecular weight 1500 to 2000) is used as the photocurable acrylate oligomer, and 50% dipentaerythritol hexaacrylate (DPHA manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) is used as the polyfunctional polymerizable monomer. A mixture obtained by mixing 2 parts by weight of Irgacure (manufactured by Ciba Geigy Co., Ltd.) as a polymerization initiator was dissolved in 200 parts by weight of ethyl cellosolve acetate, and 10 g of the solution was used as a spin coater. Was applied on the ITO film to a thickness of 6.0 μm.
[0030]
Next, ultraviolet rays were irradiated at 5 J / cm ² by an ultrahigh pressure mercury lamp using a proximity aligner on which a photomask having a spacer pattern was formed. Subsequently, the film was immersed in a developing solution composed of 1,1,2,2-tetrachloroethane at a temperature of 25 ° C. for 1 minute to remove only the uncured portion of the coating film that was not irradiated with light.
After an alignment film made of polyimide was formed on the color filter thus obtained, a glass substrate on which a TFT was formed using an epoxy resin as a sealing material was bonded, and TN liquid crystal was sealed as a liquid crystal. In the obtained liquid crystal display device, uniform spacing was maintained over the entire display surface, so that no uneven color occurred and good display characteristics were obtained.
[0031]
【The invention's effect】
In the liquid crystal display device in which the liquid crystal is sandwiched between two substrates, the present invention provides a liquid crystal sandwiching region portion on at least one substrate of a color filter constituting the liquid crystal display device and a substrate such as a TFT facing the color filter. , With spacers to keep the distance between the substrates, there is no need to mix liquid or particulate spacers into the liquid crystal, and since the spacers are arranged on the entire display surface, the display area is increased. A high-quality liquid crystal display device can be obtained without problems such as display unevenness due to the uneven distribution of mixed spacer members occurring in some cases.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an embodiment of a liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a color filter in which spacers are formed.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of a color filter in which a spacer is formed.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid crystal display device, 2 ... Color filter, 3 ... Opposite substrate, 4 ... Glass substrate, 5 ... Black matrix, 6 ... Colored layer, 7 ... Protective film, 8 ... Transparent electrode film, 9 ... Spacer, 10 ... Sealing agent , 11 ... Liquid crystal, 12 ... Alignment film, 21 ... Color filter, 22 ... Colored pixel, 23 ... Black matrix, 24 ... Spacer, 31 ... Color filter, 32 ... Substrate, 33 ... First color pixel, 34 ... First 2nd color pixel, 35 ... 3rd color pixel, 36 ... transparent electrode film, 37 ... spacer, 41 ... liquid crystal display device, 42 ... color filter, 43 ... counter substrate, 44 ... sealing agent, 45 ... liquid crystal, 46 ... Spacer

Claims

In a color filter used in a liquid crystal display device having a black matrix on a substrate and three colored layers, and a transparent electrode film laminated on the colored layer, a portion in which the three colored layers are stacked on the black matrix. And a spacer for holding a liquid crystal sandwiching interval is formed on a portion where three colored layers are stacked with a transparent electrode film interposed therebetween.

A color filter having a black matrix and three colored layers on a substrate and a transparent electrode film laminated on the colored layer, and forming a portion in which the three colored layers are stacked on the black matrix A liquid crystal display device having a color filter in which a spacer for holding a liquid crystal sandwiching interval is formed on a portion where three colored layers are stacked via a transparent electrode film.