JP3752916B2 - Photosensitive composition for columnar spacer and color filter for liquid crystal display device using the same - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に用いるカラーフィルタに関するものであり、特に、スペーサー機能を有する液晶表示装置用カラーフィルタの製造に用いる柱状スペーサー用感光性組成物及びそれを用いた液晶表示装置用カラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置の技術に於いては、基板間にギャップを形成するために、スペーサーと呼ばれるガラス又は合成樹脂の透明球状体粒子（ビーズ）を散布している。このスペーサーは透明な粒子であることから、画素内に液晶と一諸にスペーサーが入っていると、黒色表示時にスペーサーを介して光が漏れてしまい、また液晶材料が封入されている基板間にスペーサーが存在することによって、スペーサー近傍の液晶分子の配列が乱され、この部分で光漏れを生じ、コントラストが低下し表示品質に悪影響を及ぼす、などの問題を有している。
【０００３】
このような問題を解決する技術として、例えば、画素間上にスペーサー機能を有する突起部を形成する方法が提案されている。
図１は、このような例を示す液晶表示装置用カラーフィルタの部分断面図である。図１において、液晶表示装置用カラーフィルタ（１０）は、透明基板（１１）上に、遮光層（１２）、画素状カラーフィルタ層（１３）、透明導電膜（１４）が形成され、この画素状カラーフィルタ層（１３）間の透明導電膜（１４）上にスペーサー機能を有する突起部としての柱状スペーサー（１５）が形成されているものである。
【０００４】
図２は、このような液晶表示装置用カラーフィルタ（１０）を液晶表示装置に使用した例を示す液晶表示装置の部分断面図である。
図２において、液晶表示装置（３０）は、液晶表示装置用カラーフィルタ（１０）と、例えば、透明基板（２１）上に透明導電膜（２４）が形成された対向基板（２０）が貼り合わされて構成されているものである。
このような液晶表示装置（３０）においては、上記コントラストの改善がみられることに加え、液晶表示装置としての耐衝撃性が向上するものとなる。
【０００５】
液晶表示装置のカラーフィルタ（１０）と対向基板（２０）を貼り合わせる際には、液晶表示装置の周辺部にシール部（図示せず）を設け、カラーフィルタ（１０）と対向基板（２０）のギャップができるだけ平行になるようにして、上下定盤間に力を加えシール部及び柱状スペーサーを圧着し貼り合わせるが、この柱状スペーサー（１５）の強度が弱いとギャップが均一にならず、液晶表示装置としては表示品質が悪化し、例えば、色ムラが顕著なものとなってしまう。
【０００６】
図３、及び図４は、このような柱状スペーサーの強度に関連する柱状スペーサーの形状を説明する模式図である。図３は、柱状スペーサーの平面図であり、図４は、図３における柱状スペーサーのＸ−Ｘ’断面図である。
図３、及び図４に示すように、柱状スペーサの強度は、上面面積（Ｓ2 ）と下面面積（Ｓ1 ）との比（Ｓ2 ／Ｓ1 ）が大きなものほど大きくなるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、柱状スペーサを設けた液晶表示装置用カラーフィルタを液晶表示装置に使用した際に、液晶表示装置用カラーフィルタと対向基板との貼り合わせにて、ギャップが不均一になることを防ぐために、柱状スペーサの上面面積（Ｓ2 ）と下面面積（Ｓ1 ）との比（Ｓ2 ／Ｓ1 ）を大きくし、且つ柱状スペーサの剛性を表すヤング率を大きくする柱状スペーサの製造を可能とする柱状スペーサー用感光性組成物を提供することを課題とするものである。
また、その柱状スペーサー用感光性組成物を用いて柱状スペーサを設けた液晶表示装置用カラーフィルタを提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、樹脂、モノマー、光重合開始剤、溶剤を主成分とする感光性組成物において、該モノマーとして化学式（１）及び化学式（２）で表されるモノマーを含有することを特徴とする柱状スペーサー用感光性組成物である。
【０００９】
【化３】
【化４】
また、本発明は、上記発明による柱状スペーサー用感光性組成物を用いて柱状スペーサーを設けたことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による柱状スペーサー用感光性組成物を、その実施形態に基づいて説明する。
【００１３】
本発明による柱状スペーサー用感光性組成物は、樹脂、モノマー、光重合開始剤、溶剤を主成分とするものであり、このモノマーとして上記化学式（１）及び上記化学式（２）で表されるモノマーを含有することを特徴とするものである。これらモノマーを含有することにより、この柱状スペーサー用感光性組成物を用いて形成した柱状スペーサーは、その上面面積（Ｓ2 ）と下面面積（Ｓ1 ）との比（Ｓ2 ／Ｓ1 ）が向上し、且つそのヤング率が向上したものとなる。
【００１４】
従って、本発明による柱状スペーサー用感光性組成物を用いて形成した柱状スペーサーを有する液晶表示装置用カラーフィルタを使用した液晶表示装置においては、色ムラなどの表示品質が改善されたものとなり、また、耐衝撃性が向上したものとなる。
また、このような強度のある柱状スペーサーを有する液晶表示装置用カラーフィルタは、強誘電性液晶、或いは反強誘電性液晶を用いた液晶表示装置のようにギャップの狭い液晶表示装置において、その効果が特に発揮されたものとなる。
【００１５】
上記化学式（１）で表されるモノマーは、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ＤＰＨＡ）酸無水物付加体であり、酸無水物としては、例えば、シュウ酸、フマル酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸などの無水物があげられる。
柱状スペーサー用感光性組成物に、このモノマーが含有することにより柱状スペーサーの現像性、特に前記上面面積（Ｓ2 ）と下面面積（Ｓ1 ）との比（Ｓ2 ／Ｓ1 ）が向上したものとなる。
このモノマーの含有量は、柱状スペーサー用感光性組成物１００重量％に対し、５〜２０重量％であることが好ましいものである。
【００１６】
上記化学式（２）で表されるモノマーは、化学式（２）に示すように、ウレタン結合を有するものである。柱状スペーサー用感光性組成物に、このモノマーが含有することにより柱状スペーサーとガラス基板との密着性が向上したものとなる。
このモノマーの含有量は、柱状スペーサー用感光性組成物１００重量％に対し、０．５〜１０重量％であることが好ましいものである。
【００１７】
柱状スペーサー用感光性組成物を構成する樹脂は、柱状スペーサー用感光性組成物１００重量％に対し、１５〜３０重量％、光重合開始剤は、柱状スペーサー用感光性組成物１００重量％に対し、０．０５〜５．０重量％、溶剤は、柱状スペーサー用感光性組成物１００重量％に対し、６０〜７５重量％、また、上記化学式（１）及び上記化学式（２）で表されるモノマーの合計は、柱状スペーサー用感光性組成物１００重量％に対し、５〜２０重量％であることが好ましい。
また、柱状スペーサー用感光性組成物の固形分は、１０〜４０％であることが好ましい。
【００１８】
【実施例】
＜実施例１＞
（柱状スペーサー用感光性組成物の調製）
以下の組成にて柱状スペーサー用感光性組成物を調製した。
【００１９】
【化５】
【化６】
（柱状スペーサーの作製）
上記柱状スペーサー用感光性組成物を用いて、下面面積（Ｓ1 ）が１６μｍ×２２μｍ、厚みが０．４５μｍの柱状スペーサーを形成し反強誘電性液晶表示装置用カラーフィルタとした。形成した柱状スペーサーは、上面面積（Ｓ2 ）と下面面積（Ｓ1 ）との比（Ｓ2 ／Ｓ1 ）が約８４．６％、ヤング率が約１．７×１０5 （Ｎ／ｃｍ2 ）のものであった。結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
＜比較例１＞
（柱状スペーサー用感光性組成物の調製）
以下の組成にて柱状スペーサー用感光性組成物を調製した。比較例１においては、モノマーとして従来から用いられてきたジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ＤＰＨＡ）を用いた。
【００２４】
（柱状スペーサーの作製）
上記柱状スペーサー用感光性組成物を用いて、下面面積（Ｓ1 ）が１６μｍ×２２μｍ、厚みが０．４５μｍの柱状スペーサーを形成し反強誘電性液晶表示装置用カラーフィルタとした。形成した柱状スペーサーは、上面面積（Ｓ2 ）と下面面積（Ｓ1 ）との比（Ｓ2 ／Ｓ1 ）が約３８％、ヤング率が約１．５×１０5 （Ｎ／ｃｍ2 ）のものであった。結果を表１に示す。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、樹脂、モノマー、光重合開始剤、溶剤を主成分とする感光性組成物において、モノマーとして化学式（１）及び化学式（２）で表されるモノマーを含有するので、この柱状スペーサー用感光性組成物を用いて液晶表示装置用カラーフィルタに形成した柱状スペーサは、上面面積（Ｓ2 ）と下面面積（Ｓ1 ）との比（Ｓ2 ／Ｓ1 ）が大きく、且つヤング率が大きな柱状スペーサとなる。
また、このような柱状スペーサを有する液晶表示装置用カラーフィルタを用いた液晶表示装置は、柱状スペーサーの強度が強いのでギャップが不均一にならず、色ムラなどの発生で表示品質が悪化することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶表示装置用カラーフィルタの部分断面図である。
【図２】液晶表示装置用カラーフィルタを液晶表示装置に使用した例を示す液晶表示装置の部分断面図である。
【図３】柱状スペーサーの平面図である。
【図４】柱状スペーサーのＸ−Ｘ’断面図である。
【符号の説明】
１０…液晶表示装置用カラーフィルタ
１１、２１…透明基板
１２…遮光層
１３…画素状カラーフィルタ層
１４、２４…透明導電膜
１５…柱状スペーサー
２０…対向基板
３０…液晶表示装置
Ｓ1 …柱状スペーサの下面面積
Ｓ2 …柱状スペーサの上面面積[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a color filter used for a liquid crystal display device, and in particular, a columnar spacer photosensitive composition used for manufacturing a color filter for a liquid crystal display device having a spacer function, and a color filter for a liquid crystal display device using the same. About.
[0002]
[Prior art]
In the conventional liquid crystal display device technology, transparent spherical particles (beads) of glass or synthetic resin called spacers are dispersed to form a gap between substrates. Since this spacer is a transparent particle, if there is a liquid crystal and a spacer in the pixel, light leaks through the spacer during black display, and the liquid crystal material is sealed between the substrates. Due to the presence of the spacer, the alignment of the liquid crystal molecules in the vicinity of the spacer is disturbed, and light leakage occurs in this portion, resulting in a problem that the contrast is lowered and the display quality is adversely affected.
[0003]
As a technique for solving such a problem, for example, a method of forming a protrusion having a spacer function between pixels has been proposed.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a color filter for a liquid crystal display device showing such an example. In FIG. 1, a color filter (10) for a liquid crystal display device has a light shielding layer (12), a pixel-like color filter layer (13), and a transparent conductive film (14) formed on a transparent substrate (11). Columnar spacers (15) as protrusions having a spacer function are formed on the transparent conductive film (14) between the color filter layers (13).
[0004]
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example in which such a color filter (10) for a liquid crystal display device is used in a liquid crystal display device.
In FIG. 2, the liquid crystal display device (30) includes a color filter (10) for a liquid crystal display device and, for example, a counter substrate (20) in which a transparent conductive film (24) is formed on a transparent substrate (21). It is configured.
In such a liquid crystal display device (30), in addition to the improvement in contrast, the impact resistance as a liquid crystal display device is improved.
[0005]
When the color filter (10) of the liquid crystal display device and the counter substrate (20) are bonded together, a seal portion (not shown) is provided at the periphery of the liquid crystal display device, and the color filter (10) and the counter substrate (20) are provided. The seals and columnar spacers are pressed and bonded together by applying a force between the upper and lower surface plates so that the gaps are as parallel as possible. However, if the strength of the columnar spacers (15) is weak, the gaps will not be uniform and the liquid crystal As a display device, the display quality is deteriorated, for example, color unevenness becomes remarkable.
[0006]
3 and 4 are schematic diagrams for explaining the shape of the columnar spacers related to the strength of such columnar spacers. FIG. 3 is a plan view of the columnar spacer, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line XX ′ of the columnar spacer in FIG.
As shown in FIGS. 3 and 4, the strength of the columnar spacer increases as the ratio (S 2 / S 1 ) between the upper surface area (S 2 ) and the lower surface area (S 1 ) increases.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention prevents a gap from becoming non-uniform when a color filter for a liquid crystal display device provided with columnar spacers is used in a liquid crystal display device, when the color filter for a liquid crystal display device is bonded to a counter substrate. the Gutame, allows the production of columnar spacers larger upper surface area of the columnar spacers and (S 2) the ratio of the lower surface area (S 1) (S 2 / S 1), and to increase the Young's modulus representing the stiffness of the columnar spacers It is an object of the present invention to provide a photosensitive composition for columnar spacers.
It is another object of the present invention to provide a color filter for a liquid crystal display device provided with columnar spacers using the photosensitive composition for columnar spacers.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is characterized in that a photosensitive composition mainly comprising a resin, a monomer, a photopolymerization initiator, and a solvent contains monomers represented by the chemical formula (1) and the chemical formula (2) as the monomer. It is a photosensitive composition for columnar spacers.
[0009]
[Chemical 3]
[Formula 4]
Moreover, this invention is a color filter for liquid crystal display devices provided with the columnar spacer using the photosensitive composition for columnar spacers by the said invention.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, the photosensitive composition for columnar spacers by this invention is demonstrated based on the embodiment.
[0013]
The photosensitive composition for columnar spacers according to the present invention comprises a resin, a monomer, a photopolymerization initiator, and a solvent as main components, and the monomer represented by the chemical formula (1) and the chemical formula (2) is used as this monomer. It is characterized by containing. By containing these monomers, the columnar spacer formed using the photosensitive composition for columnar spacers has a ratio (S 2 / S 1 ) between the upper surface area (S 2 ) and the lower surface area (S 1 ). In addition, the Young's modulus is improved.
[0014]
Therefore, in a liquid crystal display device using a color filter for a liquid crystal display device having columnar spacers formed using the photosensitive composition for columnar spacers according to the present invention, display quality such as color unevenness is improved, and The impact resistance is improved.
The color filter for a liquid crystal display device having such a strong columnar spacer is effective in a liquid crystal display device having a narrow gap such as a liquid crystal display device using a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal. Is particularly demonstrated.
[0015]
The monomer represented by the chemical formula (1) is dipentaerythritol hexaacrylate (DPHA) acid anhydride adduct, and examples of the acid anhydride include oxalic acid, fumaric acid, maleic acid, succinic acid, and tartaric acid. Anhydride of
The development of the columnar spacer, particularly the ratio (S 2 / S 1 ) between the upper surface area (S 2 ) and the lower surface area (S 1 ), was improved by including this monomer in the photosensitive composition for the columnar spacer. It will be a thing.
The content of the monomer is preferably 5 to 20% by weight with respect to 100% by weight of the columnar spacer photosensitive composition.
[0016]
The monomer represented by the chemical formula (2) has a urethane bond as shown in the chemical formula (2). By containing this monomer in the photosensitive composition for columnar spacers, the adhesion between the columnar spacer and the glass substrate is improved.
The monomer content is preferably 0.5 to 10% by weight with respect to 100% by weight of the columnar spacer photosensitive composition.
[0017]
The resin constituting the columnar spacer photosensitive composition is 15 to 30% by weight with respect to 100% by weight of the columnar spacer photosensitive composition, and the photopolymerization initiator is 100% by weight of the columnar spacer photosensitive composition. 0.05 to 5.0% by weight, and the solvent is 60 to 75% by weight with respect to 100% by weight of the photosensitive composition for columnar spacers, and is represented by the chemical formula (1) and the chemical formula (2). The total amount of monomers is preferably 5 to 20% by weight with respect to 100% by weight of the columnar spacer photosensitive composition.
Moreover, it is preferable that solid content of the photosensitive composition for columnar spacers is 10 to 40%.
[0018]
【Example】
<Example 1>
(Preparation of photosensitive composition for columnar spacer)
A photosensitive composition for columnar spacers was prepared with the following composition.
[0019]
[Chemical formula 5]
[Chemical 6]
(Production of columnar spacer)
A columnar spacer having a bottom surface area (S 1 ) of 16 μm × 22 μm and a thickness of 0.45 μm was formed using the photosensitive composition for columnar spacers to obtain a color filter for an antiferroelectric liquid crystal display device. Forming columnar spacers, the upper surface area (S 2) the ratio of the lower surface area (S 1) (S 2 / S 1) is about 84.6%, a Young's modulus of about 1.7 × 10 5 (N / cm 2 ). The results are shown in Table 1.
[0022]
[Table 1]
<Comparative Example 1>
(Preparation of photosensitive composition for columnar spacer)
A photosensitive composition for columnar spacers was prepared with the following composition. In Comparative Example 1, dipentaerythritol hexaacrylate (DPHA) conventionally used as a monomer was used.
[0024]
(Production of columnar spacer)
A columnar spacer having a bottom surface area (S 1 ) of 16 μm × 22 μm and a thickness of 0.45 μm was formed using the photosensitive composition for columnar spacers to obtain a color filter for an antiferroelectric liquid crystal display device. Forming columnar spacers, the ratio of the top surface area and (S 2) and the lower surface area (S 1) (S 2 / S 1) of approximately 38%, a Young's modulus of about 1.5 × 10 5 (N / cm 2) It was a thing. The results are shown in Table 1.
[0025]
【The invention's effect】
Since this invention contains the monomer represented by Chemical formula (1) and Chemical formula (2) as a monomer in the photosensitive composition which has resin, a monomer, a photoinitiator, and a solvent as a main component, it is for this column spacer. The columnar spacer formed on the color filter for a liquid crystal display device using the photosensitive composition has a large ratio (S 2 / S 1 ) between the upper surface area (S 2 ) and the lower surface area (S 1 ) and has a Young's modulus. It becomes a large columnar spacer.
In addition, in the liquid crystal display device using the color filter for the liquid crystal display device having such columnar spacers, the strength of the columnar spacers is so strong that the gaps are not uniform, and the display quality deteriorates due to the occurrence of color unevenness. There is no.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a color filter for a liquid crystal display device.
FIG. 2 is a partial sectional view of a liquid crystal display device showing an example in which a color filter for a liquid crystal display device is used in the liquid crystal display device.
FIG. 3 is a plan view of a columnar spacer.
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line XX ′ of the columnar spacer.
[Explanation of symbols]
10 ... liquid crystal display device for
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