JP4114786B2 - モノクロ液晶表示装置用基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノクロ液晶表示装置に用いるモノクロ液晶表示装置用基板に関し、特に詳しくは、表示特性の低下を防止するモノクロ液晶表示装置用基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶表示装置は、モノクロ型及びカラー型のいずれを問わず、多方面で、情報の表示手段として活用されている。
【０００３】
例えば、モノクロ液晶表示装置は、基板と、上記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、上記ブラックマトリクスを保護し、基板表面の平坦性を確保するために設けられる保護層とを有するモノクロ表示装置用基板、上記モノクロ表示装置用基板に対向する対向基板およびこれらモノクロ表示装置用基板および対向基板に狭持された液晶層を少なくとも有する構造とされている。
【０００４】
そして、近年モノクロ液晶表示装置用基板と対向基板との間隙を一定に保つための間隙材（スペーサ）として、従来用いられてきたプラスチックビーズに代わり、柱状のスペーサが用いるようになってきている。すなわち、プラスチックビーズ周辺の光漏れによるコントラストの低下、および散布むらに起因する表示むらを解消するために、いずれかの基板側に柱状のスペーサを形成し、このスペーサにより２枚の基板の間隙を一定に保つことが行なわれている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、液晶表示装置の表示領域および表示領域外とでは柱状スペーサ自体の高さにばらつきが生じることを防止するために、一層からなる大径スペーサと２層以上からなる小径スペーサとからなる柱状スペーサを用いた技術が開示されている。さらに、特許文献２には、液晶表示装置の組み立て時における高温高圧下の影響から柱状スペーサが変化することを防止するために、柱状スペーサを、高温高圧化での変形量の小さい低変形部と、低温での液晶の収縮に追従可能な高弾性部とからなる２層構造とし、柱状スペーサの形状を一定に保つ技術が開示されている。また、特許文献３には、柱状スペーサを所定の位置から１〜４μｍの範囲内で突出させ、２枚の基板の間隙を一定に保持する技術が開示されている。
【０００６】
このような柱状スペーサを用いた場合の従来のモノクロ液晶表示用基板の一例は、図２に示すように、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１上に、画素間を区切るブラックマトリクス２がパターン状に形成されている。このようなブラックマトリクス２は、表示領域である画素部Ａに位置する部分において、表示領域の開口率を低下させないために、その線幅が狭く形成されている。一方、表示領域外である外周部Ｂに形成されているブラックマトリクス２は、バックライト等の光源からの光を効果的に遮蔽するため、線幅が広く形成されている。
【０００７】
さらに、ブラックマトリクス２等の部材を保護し、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１表面に平坦性を付与するため、ブラックマトリクス２表面を被覆するように、保護層３が形成されている。このような保護層３において、画素部Ａおよび外周部Ｂでは、膜厚に差が生じる。これは、画素部Ａに位置するブラックマトリクス２は線幅が狭く形成されているために、その上面に保護層３が積層しにくく、積層される保護層３の膜厚は薄くなる傾向にあるからであり、一方、外周部Ｂに設けられているブラックマトリクス２は十分な線幅を有して形成されているため、保護層３の膜厚は画素部Ａのものと比較し厚くなるからである。このような保護層３上に、柱状スペーサ４を形成すると、上述した保護層３自体の膜厚の差により、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１の表面から柱状スペーサ４の上面までの高さは、外周部Ｂの方が画素部Ａより高くなる。
【０００８】
このような高さの違いは、基板間の間隙の違いとなって表れ、この間隙の領域における相違は、特にＩＰＳ型のモノクロ液晶表示装置では、表示特性に大きな影響を与える。また、このような状態でモノクロ液晶表示層用基板上に柱状スペーサ４を介して対向基板５を配置させると、対向基板５にゆがみが発生する。このようなゆがみは、対向基板５の周辺部分から光が漏れるといった不都合を引き起こし、これにより画面周辺が明るくなるといった問題が生じる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１０９３６６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４８４２６号公報
【特許文献３】
特開平１１−２７１７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、モノクロ液晶表示装置用基板および対向基板の間隙の均一性に優れ、明度にムラがなく良好な画質の表示が達成できるモノクロ液晶表示装置用基板を提供することを主目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載するように、基板と、上記基板上にパターン状に形成されており、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部に位置する画素ブラックマトリクスおよび上記画素部の周囲の部分である外周部に位置する外周ブラックマトリクスを有するブラックマトリクスと、上記外周ブラックマトリクスの上面のうち、基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサが形成される領域に開口部を有し、上記画素ブラックマトリクスを覆うように上記基板上に形成された保護層と、上記外周ブラックマトリクス上および上記保護層のうち画素ブラックマトリクスが形成されている領域上に形成された上記柱状スペーサとを有することを特徴とするモノクロ液晶表示装置用基板を提供する。
【００１２】
本発明においては、外周ブラックマトリクスの上面の一部に、保護層で被覆されていない部分、すなわち開口部を設けることにより、開口部が形成されている外周ブラックマトリクスの上面と、画素ブラックマトリクスが形成されている保護層表面とが良好な高さの均一性を得るように調整することにより、画素ブラックマトリクス上および外周ブラックマトリクス上における保護層の膜厚の違いによる影響を回避することができる。また、このように保護層を形成することにより、柱状スペーサの画素部および外周部における上端面の高さを調整することができるため、煩雑な手間を要せず製造することができる。従って、このようなモノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板を配置させると、対向基板が外周部に向って間隙が広がるようにゆがむことが防止され、対向基板の周辺から光が漏れるといった不都合が生じにくくなる。これにより、モノクロ液晶表示装置において画面周辺が不自然に明るくなるといった問題を解決することができる。
【００１３】
上記請求項１に記載された発明においては、請求項２に記載するように、上記外周ブラックマトリクスの上面に形成された保護層の開口部の線幅は、３００μｍ以上であることが好ましい。上記範囲内の線幅を有する開口部であれば、柱状スペーサを設ける領域が十分に確保されるからである。
【００１４】
上記請求項１または請求項２に記載された発明においては、請求項３に記載するように、上記外周ブラックマトリクスの上面に形成された保護層の開口部に被覆層が形成されていることが好ましい。
【００１５】
被覆層を設けることにより２枚の基板間に狭持される液晶層とブラックマトリクスとが直接接触することがないため、ブラックマトリクスが液晶層に影響を及ぼすおそれが少ないからである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のモノクロ表示装置用基板について説明する。
【００１７】
本発明のモノクロ表示装置用基板は、基板と、前記基板上にパターン状に形成されており、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部に位置する画素ブラックマトリクスおよび前記画素部の周囲の部分である外周部に位置する外周ブラックマトリクスを有するブラックマトリクスと、前記外周ブラックマトリクスの上面のうち、基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサが形成される領域に開口部を有し、前記画素ブラックマトリクスを覆うように前記基板上に形成された保護層と、前記外周ブラックマトリクス上および前記保護層のうち画素ブラックマトリクスが形成されている領域上に形成された前記柱状スペーサとを有することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明においては、外周ブラックマトリクス上の柱状スペーサが形成される領域に保護層により被覆されていない部分、すなわち開口部を設けることにより、開口部における外周ブラックマトリクス上面の高さと、画素ブラックマトリクスが形成されている保護層の表面の高さとで、良好な均一性を確保し、画素ブラックマトリクス上および外周ブラックマトリクス上における保護層の膜厚の違いによる影響を回避している。また、保護層をこのように形成することで、柱状スペーサの画素部および外周部における上端面の高さを調整することができるため、特に煩雑な手間を要することがなく製造効率上有利である。
【００１９】
このような本発明のモノクロ液晶表示装置用基板においては、モノクロ液晶表示装置用基板の基板表面から当該基板の画素部に設けられている柱状スペーサの上面までの高さが、同様の基板表面から当該基板の画素部周辺の領域である外周部に設けられた柱状スペーサ上面までの高さより、０μｍ〜０．８μｍの範囲内、その中でも０．２μｍ〜０．６μｍの範囲内で高いことが好ましい。本発明においては、外周ブラックマトリクス上の柱状スペーサが形成される領域に保護層が除去された開口部を設けることにより、最終的に得られるモノクロ液晶表示装置用基板において、当該基板表面から柱状スペーサの上面までの高さを外周部よりも上記範囲内で画素部を高くすることが可能である。これにより、当該モノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板を配置した際に、外周部に向って間隙が広がるように対向基板がゆがむことがなく、最終的に得られるモノクロ液晶表示装置の表示品質を大幅に向上させることができるのである。また、２枚の基板間に液晶を注入し液晶層を形成する際に効率良く液晶を注入することができる。
【００２０】
以下、本発明のモノクロ表示装置用基板について図面を用いて説明する。図１は、本発明のモノクロ表示装置用基板の一例を示した概略断面図である。
【００２１】
図１に示すように、モノクロ液晶装置用基板の基板１上には、画素間を区分するブラックマトリクス２がパターン状に形成されている。このようなブラックマトリクス２は、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部Ａに設けられた画素ブラックマトリクス２ａと表示領域外である外周部Ｂに設けられた外周ブラックマトリクス２ｂとからなる。これら画素ブラックマトリクス２ａと外周ブラックマトリクス２ｂは線幅が異なるように設けられている。具体的に画素ブラックマトリクス２ａでは、表示領域の開口率の低下を防止するために線幅が狭く形成され、一方、外周ブラックマトリクス２ｂでは、光源からの光を遮蔽するために、線幅が広く形成されている。
【００２２】
このようなブラックマトリクス２が形成されているモノクロ液晶表示装置用基板の基板１上には、ブラックマトリクス２等の部材を保護し、基板１表面に平坦性を付与するために、保護層３が形成されている。本発明においては、当該保護層３は、画素ブラックマトリクス２ａの表面を覆うように形成されているが、外周ブラックマトリクス２ｂ上の柱状スペーサ４が設けられる領域は、保護層３により被覆されておらず開口部６が形成されている。
【００２３】
ここで保護層３については、画素ブラックマトリクス２ａと外周ブラックマトリクス２ｂとにおける線幅の違いを要因として、線幅が狭く形成されている画素ブラックマトリクス２ａ上面に積層される保護層３の膜厚は薄く、一方、外周ブラックマトリクス２ｂは、保護層３が積層されるのに十分な線幅を有して形成されているため、その上面に積層される保護層３の膜厚は画素部Ａにおける保護層３のそれよりも厚くなっていた。
【００２４】
しかしながら、本発明においては、保護層３の膜厚を調整すると共に、外周ブラックマトリクス２ｂ上の所定の位置に開口部６を形成することにより、画素ブラックマトリクス２ａ上および外周ブラックマトリクス２ｂ上における保護層３の膜厚の差による影響を回避することができ、さらに、柱状スペーサ４の上端面の高さを画素部Ａおよび外周部Ｂにおいて均一に形成することができる。
【００２５】
さらに、前記開口部６には、保護層３により被覆されていない外周ブラックマトリクス２ｂの表面を覆うように被覆層７が形成されていてもよい。
【００２６】
このような基板１上において、外周部Ｂでは被覆層７上に、および画素部Ａでは画素ブラックマトリクス２ａが形成されている保護層３上に柱状スペーサ４が形成されている。これにより本発明のモノクロ液晶表示装置用基板となる。
【００２７】
さらに、柱状スペーサ４を介して、モノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板５が配されている。本発明においては、外周ブラックマトリクス２ｂ上の柱状スペーサ４が形成される領域に保護層３により被覆されていない開口部６を設ける際に、開口部６における外周ブラックマトリクス２ｂの上面と、画素ブラックマトリクス２ａ上における保護層３表面とで良好な高さの均一性が得られるように保護層の膜厚が調整されている。従って、これらの上に形成された柱状スペーサ４においても、その上端面に良好な高さの均一性が確保される。よってこのような柱状スペーサ４を介してモノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板５を配置すると、外周部Ｂに向って２枚の基板１、５間の間隙が広がるようにゆがむ心配がなく、これにより、光源からの光が対向基板５周辺等から漏れるおそれが少ない。従って、表示画面の周辺が不自然に明るくなるといった問題を解決することができる。
【００２８】
なお、ここでいう「画素部」とは、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板を用いてモノクロ液晶表示装置とした際に、実際にモノクロ表示が行われる表示領域となる部分を意味する。さらに、「外周部」とは、当該画素部の周囲に位置し、前述した表示領域外に該当する部分を意味する。
【００２９】
以下、このような利点を有する本発明のモノクロ表示装置用基板を構成する各部材について説明する。
【００３０】
（１）保護層
本発明における保護層とは、上述したブラックマトリクス等が形成された基板において、これらの部材を保護し、かつモノクロ液晶表示装置用基板の基板表面に平坦性を付与するために設けられるものである。
【００３１】
このような本発明における保護層は、外周ブラックマトリクス上の柱状スペーサが形成される領域に開口部を有し、かつ画素ブラックマトリクスを覆うように形成されている。
【００３２】
なお、ここでいう「開口部」とは、保護層が除去されている部分を意味する。
【００３３】
このような保護層に形成されている開口部としては、少なくとも柱状スペーサが形成される領域を含むように形成されていれば特に限定はされない。具体的には、図３に示すように、そのような領域を含むように外周部Ｂに位置する保護層３を大部分にわたり除去し開口部６ａとする場合や、少なくとも柱状スペーサが形成される領域を含み外周部Ｂの一部分の保護層３を除去し開口部６ｂとする場合が挙げられる。また、開口部の形状としては、内部に柱状スペーサが形成されるのに十分な領域が確保されれば特に限定はされないが、具体的には、図４に示すように、円形、矩形等の形状を挙げることができる。
【００３４】
なお、モノクロ液晶表示装置用基板と対向基板とをシールするシール材が形成される領域には保護層が形成されていることが好ましい。
【００３５】
さらに、開口部の線幅は、柱状スペーサが形成されるのに十分な領域が確保されれば特に限定はされない。具体的には、３００μｍ以上であることが好ましく、その中でも、３００μｍ〜５０００μｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも線幅を狭くすると、柱状スペーサが形成される領域が十分に確保できないため、柱状スペーサを形成する際に開口部と柱状スペーサとの位置合せが困難であり、また、柱状スペーサ形成用の塗工液の膜厚が所望の膜厚より厚くなることから、柱状スペーサの高さが所望の高さよりも高くなるからである。また、一方、上記範囲よりも線幅を広くすると、基板上の各部材を保護するといった保護層の機能が損なわれる可能性が高くなり、被覆層を形成する必要が高くなるからである。
【００３６】
このような保護層を形成する材料としては、パターニングを可能とする材料であれば特に限定はされないが、例えば、感光性樹脂であることが好ましく、具体的には、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、および、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、sec−ブチルアクリレート、sec−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、tert−ブチルアクリレート、tert−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマーまたはコポリマー等を１種若しくは２種以上含む感光性樹脂組成物が挙げられる。その中でも、保護層として要求される平坦性の観点からアクリル樹脂を用いた感光性樹脂組成物であることが好ましい。
【００３７】
さらに、本発明における保護層を形成する方法としては、所望の形状にパターニングすることが可能な方法であれば特に限定はされない。具体的には、フォトリソグラフィー法を挙げることができる。例えば、保護層を感光性樹脂を用いて成膜した後、外周ブラックマトリクス上の柱状スペーサが形成される領域が開口となっているマスクを介して紫外線を露光し、現像することにより、所望の形状に保護層をパターニングすることができる。
【００３８】
また、保護層の膜厚としては、基板上に平坦性を付与することが可能な膜厚であれば特に限定はされない。しかしながら、本発明においては、画素ブラックマトリクス上に積層されている保護層の膜厚が、画素部および外周部における柱状スペーサの上端面の高さの差となるため、保護層の膜厚は、モノクロ液晶表示装置用基板の基板表面から画素部に設けられている柱状スペーサの上面までの高さが、同様の基板表面から外周部に設けられている柱状スペーサ上面までの高さより、上述した範囲内で高くなるように調整することが好ましい。また、外周ブラックマトリクス上に被覆層を設ける場合には、画素ブラックマトリクス上に積層されている保護層の膜厚と、被覆層の膜厚との差が、画素部および外周部における柱状スペーサの上端面の高さの差となるため、被覆層の膜厚を考慮して、保護層の膜厚を調整することが好ましい。
【００３９】
このような保護層の膜厚として、一般的には、０．３μｍ〜１０μｍの範囲内、その中でも、０．７μｍ〜２μｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、画素ブラックマトリクスが形成されている保護層上および外周ブラックマトリクス上に形成された柱状スペーサの上端面の高さに良好な均一性を保つことができ、また、被覆層を設けた場合でも、画素部および外周部における柱状スペーサの上端面の高さに良好な均一性を確保することができるからである。
【００４０】
（２）被覆層
本発明においては、外周ブラックマトリクスの上面に形成された保護層の開口部に被覆層が形成されていることが好ましい。
【００４１】
このような被覆層を設けることにより、外周ブラックマトリクスと液晶層とが直接接触することが回避されるため、外周ブラックマトリクスが液晶層に影響を及ぼすおそれが少ない。また、被覆層の膜厚を調整することによって、柱状スペーサの上端面の高さを調整することができる。
【００４２】
本発明における被覆層を形成する材料としては、外周ブラックマトリクスを保護することが可能な材料であれば特に限定はされない。具体的には、柱状スペーサ、保護層等のモノクロ液晶表示装置用基板を構成し、液晶に影響を及ぼさないとされている材料を用いて形成することにより効率良く製造することが可能である。
【００４３】
このような被覆層は、少なくとも柱状スペーサが形成される領域の外周ブラックマトリクスを被覆するように形成されていれば特に限定はされない。例えば、外周ブラックマトリクス上に、予め、保護層が形成される以前に被覆層を形成することにより、保護層に開口部を形成した際に、開口部に被覆層が位置することとなる。このように被覆層を形成する方法としては、外周ブラックマトリクス上に形成することが可能な方法であれば特に限定はされない。具体的にはフォトリソグラフィー法等が挙げられる。
【００４４】
（３）柱状スペーサ
本発明における柱状スペーサとは、内部に液晶層を挟持する２枚の基板間に配され、当該２枚の基板間の間隙を一定に保持するために設けられるものである。
【００４５】
このような柱状スペーサの高さは、一般的にモノクロ液晶表示装置において用いられている高さであれば特に限定はされない。具体的には、２．５μｍ〜５．５μｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、液晶層の応答速度を低下させることがないからである。
【００４６】
また、柱状スペーサを形成する方法としては、所望の領域に精度良く形成することが可能な方法であれば特に限定はされない。例えば、感光性樹脂を成膜しフォトリソグラフィー法によりパターニングする方法等を挙げることができる。
【００４７】
さらに、本発明における柱状スペーサの形状としては、２枚の基板間の間隙を一定に保つことを可能とする形状であれば特に限定はされない。具体的には、円柱形状、角柱形状または截頭錐体形状等を挙げることができる。また、このような柱状スペーサを形成する材料としては、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、および、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、sec−ブチルアクリレート、sec−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、tert−ブチルアクリレート、tert−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマーまたはコポリマー等の樹脂を１種または２種以上混合したものを挙げることができる。その中でも、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を用いた感光性樹脂組成物であることが好ましい。塑性変形量が少なく２枚の基板間の間隙を一定に保つ機能に優れているからである。
【００４８】
（４）ブラックマトリクス
本発明において用いられるブラックマトリックスとは、液晶分子の配向に応じてモノクロ表示が行われる画素を区分するために設けられるものである。また、本発明においては、画素部に位置するブラックマトリクスを画素ブラックマトリクスとし、外周部に位置するブラックマトリクスを外周ブラックマトリクスとしている。両者は、各々が位置する部分に応じて要求される線幅が異なり、画素ブラックマトリクスよりも外周ブラックマトリクスのほうが線幅が広く形成されている。
【００４９】
このようなブラックマトリックスを製造する方法は、特に限定されるものではなく、例えばスパッタリング法、真空蒸着法等により、厚み１０００Å〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングすることにより形成する方法等を挙げることができる。
【００５０】
このようなブラックマトリクスにおいて画素ブラックマトリクスは、表示領域の開口率を高めるために線幅を狭く形成する。一方、外周ブラックマトリクスは、バックライト等の光源からの光を効果的に遮蔽するため、画素ブラックマトリクスよりも幅広に設けられる。具体的に画素ブラックマトリクスの線幅は、一般的には６μｍ〜２０μｍの範囲内であり、一方、外周ブラックマトリクスの線幅は、２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内である。
【００５１】
また、ブラックマトリックスとしては、樹脂バインダ中にカーボン微粒子、金属酸化物、無機顔料、有機顔料等の遮光性粒子を含有させてもよく、用いられる樹脂バインダとしては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ゼラチン、カゼイン、セルロース等の樹脂を１種または２種以上混合したものや、感光性樹脂、さらにはＯ／Ｗエマルジョン型の樹脂組成物、例えば、反応性シリコーンをエマルジョン化したもの等を用いることができる。このような樹脂性ブラックマトリックスのパターニングの方法は、フォトリソ法、印刷法等一般的に用いられている方法を用いることができる。
【００５２】
（５）モノクロ液晶表示装置用基板の基板および対向基板
本発明におけるモノクロ液晶表示装置用基板の基板および対向基板は、他の構成部材を実装するためのものであり、これらの基板としては、例えばガラス基板、ガラスフィルム、合成樹脂基板、合成樹脂フィルム等を用いることができ、透光性に優れたものであることが好ましい。
【００５３】
（６）モノクロ液晶表示装置
本発明のモノクロ液晶表示装置用基板が用いられるモノクロ液晶表示装置としては、公知の液晶表示装置であれば特に限定はされない。具体的には、ＩＰＳ（In-Plane Switching）型、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型、強誘電性型、反強誘電性型等を挙げることができる。本発明においては、その中でもＩＰＳ型のモノクロ液晶表示装置であることが好ましい。ＩＰＳ型は、特に２枚の基板間の間隙において高精度な調整が要求されるものであり、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の効果を十分に活かすことができるからである。
【００５４】
このようなモノクロ液晶表示装置の用途としては、モノクロ表示が好適に選択される液晶表示装置が考えられ、例えば、レントゲン等の医療画像読影用等が挙げられる。
【００５５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５６】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに説明する。
【００５７】
［実施例］
基板上に、保護層として下記感光性樹脂組成物を用い、スピンコート法により成膜し、さらに、図５に示す範囲内で線幅を変えて開口部を所定のマスクを介して露光し、現像、焼成により形成した。
【００５８】
（感光性樹脂組成物）
・スチレン−メタクリル酸メチル−アクリル酸共重合体
・エピコート180S70（三菱油化シェル（株）製）
・オルガキュア907（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製）
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレート
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
さらに、柱状スペーサとして、ＪＳＲ（株）製オプトマーＮＮシリーズをスピンコーティングし、所定のマスクを用いて露光し、現像、焼成を行い、柱状スペーサを基板上に形成した。この際の、開口部の線幅と、開口部における柱状スペーサの塗布膜厚との関係を図５に示す。
【００５９】
図５の結果より、一般的にモノクロ液晶表示装置に用いられている柱状スペーサの高さである４．４μｍ程度の柱状スペーサを、開口部に容易に形成できるようにするためには、開口部の線幅は３００μｍ以上であることが好ましいことが示唆される。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、外周ブラックマトリクスの上面の一部に、保護層で被覆されていない部分、すなわち開口部を設けることにより、開口部が形成されている外周ブラックマトリクスの上面と、画素ブラックマトリクスが形成されている保護層表面とが良好な高さの均一性を得るように調整することにより、画素ブラックマトリクス上および外周ブラックマトリクス上における保護層の膜厚の違いによる影響を回避することができる。また、このように保護層を形成することにより、柱状スペーサの画素部および外周部における上端面の高さを調整することができるため、煩雑な手間を要せず製造することができる。従って、このようなモノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板を配置させると、対向基板が外周部に向って間隙が広がるようにゆがむことが防止され、対向基板の周辺から光が漏れるといった不都合が生じにくくなる。これにより、モノクロ液晶表示装置において画面周辺が不自然に明るくなるといった問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の一例を示す概略断面図である。
【図２】従来のモノクロ液晶表示装置用基板の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明における開口部の一例を示す概略平面図である。
【図４】本発明における開口部の他の例を示す概略平面図である。
【図５】実施例に示した開口部の線幅と、開口部における柱状スペーサの塗布膜厚との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ … 基板
２ … ブラックマトリクス
２ａ … 画素ブラックマトリクス
２ｂ … 外周ブラックマトリクス
３ … 保護層
４ … 柱状スペーサ
５ … 対向基板
６ … 開口部
Ａ … 画素部
Ｂ … 外周部
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノクロ液晶表示装置に用いるモノクロ液晶表示装置用基板に関し、特に詳しくは、表示特性の低下を防止するモノクロ液晶表示装置用基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶表示装置は、モノクロ型及びカラー型のいずれを問わず、多方面で、情報の表示手段として活用されている。
【０００３】
例えば、モノクロ液晶表示装置は、基板と、上記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、上記ブラックマトリクスを保護し、基板表面の平坦性を確保するために設けられる保護層とを有するモノクロ表示装置用基板、上記モノクロ表示装置用基板に対向する対向基板およびこれらモノクロ表示装置用基板および対向基板に狭持された液晶層を少なくとも有する構造とされている。
【０００４】
そして、近年モノクロ液晶表示装置用基板と対向基板との間隙を一定に保つための間隙材（スペーサ）として、従来用いられてきたプラスチックビーズに代わり、柱状のスペーサが用いるようになってきている。すなわち、プラスチックビーズ周辺の光漏れによるコントラストの低下、および散布むらに起因する表示むらを解消するために、いずれかの基板側に柱状のスペーサを形成し、このスペーサにより２枚の基板の間隙を一定に保つことが行なわれている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、液晶表示装置の表示領域および表示領域外とでは柱状スペーサ自体の高さにばらつきが生じることを防止するために、一層からなる大径スペーサと２層以上からなる小径スペーサとからなる柱状スペーサを用いた技術が開示されている。さらに、特許文献２には、液晶表示装置の組み立て時における高温高圧下の影響から柱状スペーサが変化することを防止するために、柱状スペーサを、高温高圧化での変形量の小さい低変形部と、低温での液晶の収縮に追従可能な高弾性部とからなる２層構造とし、柱状スペーサの形状を一定に保つ技術が開示されている。また、特許文献３には、柱状スペーサを所定の位置から１〜４μｍの範囲内で突出させ、２枚の基板の間隙を一定に保持する技術が開示されている。
【０００６】
このような柱状スペーサを用いた場合の従来のモノクロ液晶表示用基板の一例は、図２に示すように、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１上に、画素間を区切るブラックマトリクス２がパターン状に形成されている。このようなブラックマトリクス２は、表示領域である画素部Ａに位置する部分において、表示領域の開口率を低下させないために、その線幅が狭く形成されている。一方、表示領域外である外周部Ｂに形成されているブラックマトリクス２は、バックライト等の光源からの光を効果的に遮蔽するため、線幅が広く形成されている。
【０００７】
さらに、ブラックマトリクス２等の部材を保護し、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１表面に平坦性を付与するため、ブラックマトリクス２表面を被覆するように、保護層３が形成されている。このような保護層３において、画素部Ａおよび外周部Ｂでは、膜厚に差が生じる。これは、画素部Ａに位置するブラックマトリクス２は線幅が狭く形成されているために、その上面に保護層３が積層しにくく、積層される保護層３の膜厚は薄くなる傾向にあるからであり、一方、外周部Ｂに設けられているブラックマトリクス２は十分な線幅を有して形成されているため、保護層３の膜厚は画素部Ａのものと比較し厚くなるからである。このような保護層３上に、柱状スペーサ４を形成すると、上述した保護層３自体の膜厚の差により、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１の表面から柱状スペーサ４の上面までの高さは、外周部Ｂの方が画素部Ａより高くなる。
【０００８】
このような高さの違いは、基板間の間隙の違いとなって表れ、この間隙の領域における相違は、特にＩＰＳ型のモノクロ液晶表示装置では、表示特性に大きな影響を与える。また、このような状態でモノクロ液晶表示層用基板上に柱状スペーサ４を介して対向基板５を配置させると、対向基板５にゆがみが発生する。このようなゆがみは、対向基板５の周辺部分から光が漏れるといった不都合を引き起こし、これにより画面周辺が明るくなるといった問題が生じる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１０９３６６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４８４２６号公報
【特許文献３】
特開平１１−２７１７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、モノクロ液晶表示装置用基板および対向基板の間隙の均一性に優れ、明度にムラがなく良好な画質の表示が達成できるモノクロ液晶表示装置用基板を提供することを主目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載するように、基板と、上記基板上にパターン状に形成されており、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部に位置する画素ブラックマトリクスおよび上記画素部の周囲の部分である外周部に位置する外周ブラックマトリクスを有するブラックマトリクスと、上記外周ブラックマトリクスの上面のうち、基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサが形成される領域に開口部を有し、上記画素ブラックマトリクスを覆うように上記基板上に形成された保護層と、上記外周ブラックマトリクス上および上記保護層のうち画素ブラックマトリクスが形成されている領域上に形成された上記柱状スペーサとを有することを特徴とするモノクロ液晶表示装置用基板を提供する。
【００１２】
本発明においては、外周ブラックマトリクスの上面の一部に、保護層で被覆されていない部分、すなわち開口部を設けることにより、開口部が形成されている外周ブラックマトリクスの上面と、画素ブラックマトリクスが形成されている保護層表面とが良好な高さの均一性を得るように調整することにより、画素ブラックマトリクス上および外周ブラックマトリクス上における保護層の膜厚の違いによる影響を回避することができる。また、このように保護層を形成することにより、柱状スペーサの画素部および外周部における上端面の高さを調整することができるため、煩雑な手間を要せず製造することができる。従って、このようなモノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板を配置させると、対向基板が外周部に向って間隙が広がるようにゆがむことが防止され、対向基板の周辺から光が漏れるといった不都合が生じにくくなる。これにより、モノクロ液晶表示装置において画面周辺が不自然に明るくなるといった問題を解決することができる。
【００１３】
上記請求項１に記載された発明においては、請求項２に記載するように、上記外周ブラックマトリクスの上面に形成された保護層の開口部の線幅は、３００μｍ以上であることが好ましい。上記範囲内の線幅を有する開口部であれば、柱状スペーサを設ける領域が十分に確保されるからである。
【００１４】
上記請求項１または請求項２に記載された発明においては、請求項３に記載するように、上記外周ブラックマトリクスの上面に形成された保護層の開口部に被覆層が形成されていることが好ましい。
【００１５】
被覆層を設けることにより２枚の基板間に狭持される液晶層とブラックマトリクスとが直接接触することがないため、ブラックマトリクスが液晶層に影響を及ぼすおそれが少ないからである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のモノクロ表示装置用基板について説明する。
【００１７】
本発明のモノクロ表示装置用基板は、基板と、前記基板上にパターン状に形成されており、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部に位置する画素ブラックマトリクスおよび前記画素部の周囲の部分である外周部に位置する外周ブラックマトリクスを有するブラックマトリクスと、前記外周ブラックマトリクスの上面のうち、基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサが形成される領域に開口部を有し、前記画素ブラックマトリクスを覆うように前記基板上に形成された保護層と、前記外周ブラックマトリクス上および前記保護層のうち画素ブラックマトリクスが形成されている領域上に形成された前記柱状スペーサとを有することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明においては、外周ブラックマトリクス上の柱状スペーサが形成される領域に保護層により被覆されていない部分、すなわち開口部を設けることにより、開口部における外周ブラックマトリクス上面の高さと、画素ブラックマトリクスが形成されている保護層の表面の高さとで、良好な均一性を確保し、画素ブラックマトリクス上および外周ブラックマトリクス上における保護層の膜厚の違いによる影響を回避している。また、保護層をこのように形成することで、柱状スペーサの画素部および外周部における上端面の高さを調整することができるため、特に煩雑な手間を要することがなく製造効率上有利である。
【００１９】
このような本発明のモノクロ液晶表示装置用基板においては、モノクロ液晶表示装置用基板の基板表面から当該基板の画素部に設けられている柱状スペーサの上面までの高さが、同様の基板表面から当該基板の画素部周辺の領域である外周部に設けられた柱状スペーサ上面までの高さより、０μｍ〜０．８μｍの範囲内、その中でも０．２μｍ〜０．６μｍの範囲内で高いことが好ましい。本発明においては、外周ブラックマトリクス上の柱状スペーサが形成される領域に保護層が除去された開口部を設けることにより、最終的に得られるモノクロ液晶表示装置用基板において、当該基板表面から柱状スペーサの上面までの高さを外周部よりも上記範囲内で画素部を高くすることが可能である。これにより、当該モノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板を配置した際に、外周部に向って間隙が広がるように対向基板がゆがむことがなく、最終的に得られるモノクロ液晶表示装置の表示品質を大幅に向上させることができるのである。また、２枚の基板間に液晶を注入し液晶層を形成する際に効率良く液晶を注入することができる。
【００２０】
以下、本発明のモノクロ表示装置用基板について図面を用いて説明する。図１は、本発明のモノクロ表示装置用基板の一例を示した概略断面図である。
【００２１】
図１に示すように、モノクロ液晶装置用基板の基板１上には、画素間を区分するブラックマトリクス２がパターン状に形成されている。このようなブラックマトリクス２は、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部Ａに設けられた画素ブラックマトリクス２ａと表示領域外である外周部Ｂに設けられた外周ブラックマトリクス２ｂとからなる。これら画素ブラックマトリクス２ａと外周ブラックマトリクス２ｂは線幅が異なるように設けられている。具体的に画素ブラックマトリクス２ａでは、表示領域の開口率の低下を防止するために線幅が狭く形成され、一方、外周ブラックマトリクス２ｂでは、光源からの光を遮蔽するために、線幅が広く形成されている。
【００２２】
このようなブラックマトリクス２が形成されているモノクロ液晶表示装置用基板の基板１上には、ブラックマトリクス２等の部材を保護し、基板１表面に平坦性を付与するために、保護層３が形成されている。本発明においては、当該保護層３は、画素ブラックマトリクス２ａの表面を覆うように形成されているが、外周ブラックマトリクス２ｂ上の柱状スペーサ４が設けられる領域は、保護層３により被覆されておらず開口部６が形成されている。
【００２３】
ここで保護層３については、画素ブラックマトリクス２ａと外周ブラックマトリクス２ｂとにおける線幅の違いを要因として、線幅が狭く形成されている画素ブラックマトリクス２ａ上面に積層される保護層３の膜厚は薄く、一方、外周ブラックマトリクス２ｂは、保護層３が積層されるのに十分な線幅を有して形成されているため、その上面に積層される保護層３の膜厚は画素部Ａにおける保護層３のそれよりも厚くなっていた。
【００２４】
しかしながら、本発明においては、保護層３の膜厚を調整すると共に、外周ブラックマトリクス２ｂ上の所定の位置に開口部６を形成することにより、画素ブラックマトリクス２ａ上および外周ブラックマトリクス２ｂ上における保護層３の膜厚の差による影響を回避することができ、さらに、柱状スペーサ４の上端面の高さを画素部Ａおよび外周部Ｂにおいて均一に形成することができる。
【００２５】
さらに、前記開口部６には、保護層３により被覆されていない外周ブラックマトリクス２ｂの表面を覆うように被覆層７が形成されていてもよい。
【００２６】
このような基板１上において、外周部Ｂでは被覆層７上に、および画素部Ａでは画素ブラックマトリクス２ａが形成されている保護層３上に柱状スペーサ４が形成されている。これにより本発明のモノクロ液晶表示装置用基板となる。
【００２７】
さらに、柱状スペーサ４を介して、モノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板５が配されている。本発明においては、外周ブラックマトリクス２ｂ上の柱状スペーサ４が形成される領域に保護層３により被覆されていない開口部６を設ける際に、開口部６における外周ブラックマトリクス２ｂの上面と、画素ブラックマトリクス２ａ上における保護層３表面とで良好な高さの均一性が得られるように保護層の膜厚が調整されている。従って、これらの上に形成された柱状スペーサ４においても、その上端面に良好な高さの均一性が確保される。よってこのような柱状スペーサ４を介してモノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板５を配置すると、外周部Ｂに向って２枚の基板１、５間の間隙が広がるようにゆがむ心配がなく、これにより、光源からの光が対向基板５周辺等から漏れるおそれが少ない。従って、表示画面の周辺が不自然に明るくなるといった問題を解決することができる。
【００２８】
なお、ここでいう「画素部」とは、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板を用いてモノクロ液晶表示装置とした際に、実際にモノクロ表示が行われる表示領域となる部分を意味する。さらに、「外周部」とは、当該画素部の周囲に位置し、前述した表示領域外に該当する部分を意味する。
【００２９】
以下、このような利点を有する本発明のモノクロ表示装置用基板を構成する各部材について説明する。
【００３０】
（１）保護層
本発明における保護層とは、上述したブラックマトリクス等が形成された基板において、これらの部材を保護し、かつモノクロ液晶表示装置用基板の基板表面に平坦性を付与するために設けられるものである。
【００３１】
このような本発明における保護層は、外周ブラックマトリクス上の柱状スペーサが形成される領域に開口部を有し、かつ画素ブラックマトリクスを覆うように形成されている。
【００３２】
なお、ここでいう「開口部」とは、保護層が除去されている部分を意味する。
【００３３】
このような保護層に形成されている開口部としては、少なくとも柱状スペーサが形成される領域を含むように形成されていれば特に限定はされない。具体的には、図３に示すように、そのような領域を含むように外周部Ｂに位置する保護層３を大部分にわたり除去し開口部６ａとする場合や、少なくとも柱状スペーサが形成される領域を含み外周部Ｂの一部分の保護層３を除去し開口部６ｂとする場合が挙げられる。また、開口部の形状としては、内部に柱状スペーサが形成されるのに十分な領域が確保されれば特に限定はされないが、具体的には、図４に示すように、円形、矩形等の形状を挙げることができる。
【００３４】
なお、モノクロ液晶表示装置用基板と対向基板とをシールするシール材が形成される領域には保護層が形成されていることが好ましい。
【００３５】
さらに、開口部の線幅は、柱状スペーサが形成されるのに十分な領域が確保されれば特に限定はされない。具体的には、３００μｍ以上であることが好ましく、その中でも、３００μｍ〜５０００μｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも線幅を狭くすると、柱状スペーサが形成される領域が十分に確保できないため、柱状スペーサを形成する際に開口部と柱状スペーサとの位置合せが困難であり、また、柱状スペーサ形成用の塗工液の膜厚が所望の膜厚より厚くなることから、柱状スペーサの高さが所望の高さよりも高くなるからである。また、一方、上記範囲よりも線幅を広くすると、基板上の各部材を保護するといった保護層の機能が損なわれる可能性が高くなり、被覆層を形成する必要が高くなるからである。
【００３６】
このような保護層を形成する材料としては、パターニングを可能とする材料であれば特に限定はされないが、例えば、感光性樹脂であることが好ましく、具体的には、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、および、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、sec−ブチルアクリレート、sec−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、tert−ブチルアクリレート、tert−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマーまたはコポリマー等を１種若しくは２種以上含む感光性樹脂組成物が挙げられる。その中でも、保護層として要求される平坦性の観点からアクリル樹脂を用いた感光性樹脂組成物であることが好ましい。
【００３７】
さらに、本発明における保護層を形成する方法としては、所望の形状にパターニングすることが可能な方法であれば特に限定はされない。具体的には、フォトリソグラフィー法を挙げることができる。例えば、保護層を感光性樹脂を用いて成膜した後、外周ブラックマトリクス上の柱状スペーサが形成される領域が開口となっているマスクを介して紫外線を露光し、現像することにより、所望の形状に保護層をパターニングすることができる。
【００３８】
また、保護層の膜厚としては、基板上に平坦性を付与することが可能な膜厚であれば特に限定はされない。しかしながら、本発明においては、画素ブラックマトリクス上に積層されている保護層の膜厚が、画素部および外周部における柱状スペーサの上端面の高さの差となるため、保護層の膜厚は、モノクロ液晶表示装置用基板の基板表面から画素部に設けられている柱状スペーサの上面までの高さが、同様の基板表面から外周部に設けられている柱状スペーサ上面までの高さより、上述した範囲内で高くなるように調整することが好ましい。また、外周ブラックマトリクス上に被覆層を設ける場合には、画素ブラックマトリクス上に積層されている保護層の膜厚と、被覆層の膜厚との差が、画素部および外周部における柱状スペーサの上端面の高さの差となるため、被覆層の膜厚を考慮して、保護層の膜厚を調整することが好ましい。
【００３９】
このような保護層の膜厚として、一般的には、０．３μｍ〜１０μｍの範囲内、その中でも、０．７μｍ〜２μｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、画素ブラックマトリクスが形成されている保護層上および外周ブラックマトリクス上に形成された柱状スペーサの上端面の高さに良好な均一性を保つことができ、また、被覆層を設けた場合でも、画素部および外周部における柱状スペーサの上端面の高さに良好な均一性を確保することができるからである。
【００４０】
（２）被覆層
本発明においては、外周ブラックマトリクスの上面に形成された保護層の開口部に被覆層が形成されていることが好ましい。
【００４１】
このような被覆層を設けることにより、外周ブラックマトリクスと液晶層とが直接接触することが回避されるため、外周ブラックマトリクスが液晶層に影響を及ぼすおそれが少ない。また、被覆層の膜厚を調整することによって、柱状スペーサの上端面の高さを調整することができる。
【００４２】
本発明における被覆層を形成する材料としては、外周ブラックマトリクスを保護することが可能な材料であれば特に限定はされない。具体的には、柱状スペーサ、保護層等のモノクロ液晶表示装置用基板を構成し、液晶に影響を及ぼさないとされている材料を用いて形成することにより効率良く製造することが可能である。
【００４３】
このような被覆層は、少なくとも柱状スペーサが形成される領域の外周ブラックマトリクスを被覆するように形成されていれば特に限定はされない。例えば、外周ブラックマトリクス上に、予め、保護層が形成される以前に被覆層を形成することにより、保護層に開口部を形成した際に、開口部に被覆層が位置することとなる。このように被覆層を形成する方法としては、外周ブラックマトリクス上に形成することが可能な方法であれば特に限定はされない。具体的にはフォトリソグラフィー法等が挙げられる。
【００４４】
（３）柱状スペーサ
本発明における柱状スペーサとは、内部に液晶層を挟持する２枚の基板間に配され、当該２枚の基板間の間隙を一定に保持するために設けられるものである。
【００４５】
このような柱状スペーサの高さは、一般的にモノクロ液晶表示装置において用いられている高さであれば特に限定はされない。具体的には、２．５μｍ〜５．５μｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、液晶層の応答速度を低下させることがないからである。
【００４６】
また、柱状スペーサを形成する方法としては、所望の領域に精度良く形成することが可能な方法であれば特に限定はされない。例えば、感光性樹脂を成膜しフォトリソグラフィー法によりパターニングする方法等を挙げることができる。
【００４７】
さらに、本発明における柱状スペーサの形状としては、２枚の基板間の間隙を一定に保つことを可能とする形状であれば特に限定はされない。具体的には、円柱形状、角柱形状または截頭錐体形状等を挙げることができる。また、このような柱状スペーサを形成する材料としては、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、および、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、sec−ブチルアクリレート、sec−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、tert−ブチルアクリレート、tert−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマーまたはコポリマー等の樹脂を１種または２種以上混合したものを挙げることができる。その中でも、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を用いた感光性樹脂組成物であることが好ましい。塑性変形量が少なく２枚の基板間の間隙を一定に保つ機能に優れているからである。
【００４８】
（４）ブラックマトリクス
本発明において用いられるブラックマトリックスとは、液晶分子の配向に応じてモノクロ表示が行われる画素を区分するために設けられるものである。また、本発明においては、画素部に位置するブラックマトリクスを画素ブラックマトリクスとし、外周部に位置するブラックマトリクスを外周ブラックマトリクスとしている。両者は、各々が位置する部分に応じて要求される線幅が異なり、画素ブラックマトリクスよりも外周ブラックマトリクスのほうが線幅が広く形成されている。
【００４９】
このようなブラックマトリックスを製造する方法は、特に限定されるものではなく、例えばスパッタリング法、真空蒸着法等により、厚み１０００Å〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングすることにより形成する方法等を挙げることができる。
【００５０】
このようなブラックマトリクスにおいて画素ブラックマトリクスは、表示領域の開口率を高めるために線幅を狭く形成する。一方、外周ブラックマトリクスは、バックライト等の光源からの光を効果的に遮蔽するため、画素ブラックマトリクスよりも幅広に設けられる。具体的に画素ブラックマトリクスの線幅は、一般的には６μｍ〜２０μｍの範囲内であり、一方、外周ブラックマトリクスの線幅は、２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内である。
【００５１】
また、ブラックマトリックスとしては、樹脂バインダ中にカーボン微粒子、金属酸化物、無機顔料、有機顔料等の遮光性粒子を含有させてもよく、用いられる樹脂バインダとしては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ゼラチン、カゼイン、セルロース等の樹脂を１種または２種以上混合したものや、感光性樹脂、さらにはＯ／Ｗエマルジョン型の樹脂組成物、例えば、反応性シリコーンをエマルジョン化したもの等を用いることができる。このような樹脂性ブラックマトリックスのパターニングの方法は、フォトリソ法、印刷法等一般的に用いられている方法を用いることができる。
【００５２】
（５）モノクロ液晶表示装置用基板の基板および対向基板
本発明におけるモノクロ液晶表示装置用基板の基板および対向基板は、他の構成部材を実装するためのものであり、これらの基板としては、例えばガラス基板、ガラスフィルム、合成樹脂基板、合成樹脂フィルム等を用いることができ、透光性に優れたものであることが好ましい。
【００５３】
（６）モノクロ液晶表示装置
本発明のモノクロ液晶表示装置用基板が用いられるモノクロ液晶表示装置としては、公知の液晶表示装置であれば特に限定はされない。具体的には、ＩＰＳ（In-Plane Switching）型、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型、強誘電性型、反強誘電性型等を挙げることができる。本発明においては、その中でもＩＰＳ型のモノクロ液晶表示装置であることが好ましい。ＩＰＳ型は、特に２枚の基板間の間隙において高精度な調整が要求されるものであり、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の効果を十分に活かすことができるからである。
【００５４】
このようなモノクロ液晶表示装置の用途としては、モノクロ表示が好適に選択される液晶表示装置が考えられ、例えば、レントゲン等の医療画像読影用等が挙げられる。
【００５５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５６】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに説明する。
【００５７】
［実施例］
基板上に、保護層として下記感光性樹脂組成物を用い、スピンコート法により成膜し、さらに、図５に示す範囲内で線幅を変えて開口部を所定のマスクを介して露光し、現像、焼成により形成した。
【００５８】
（感光性樹脂組成物）
・スチレン−メタクリル酸メチル−アクリル酸共重合体
・エピコート180S70（三菱油化シェル（株）製）
・オルガキュア907（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製）
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレート
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
さらに、柱状スペーサとして、ＪＳＲ（株）製オプトマーＮＮシリーズをスピンコーティングし、所定のマスクを用いて露光し、現像、焼成を行い、柱状スペーサを基板上に形成した。この際の、開口部の線幅と、開口部における柱状スペーサの塗布膜厚との関係を図５に示す。
【００５９】
図５の結果より、一般的にモノクロ液晶表示装置に用いられている柱状スペーサの高さである４．４μｍ程度の柱状スペーサを、開口部に容易に形成できるようにするためには、開口部の線幅は３００μｍ以上であることが好ましいことが示唆される。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、外周ブラックマトリクスの上面の一部に、保護層で被覆されていない部分、すなわち開口部を設けることにより、開口部が形成されている外周ブラックマトリクスの上面と、画素ブラックマトリクスが形成されている保護層表面とが良好な高さの均一性を得るように調整することにより、画素ブラックマトリクス上および外周ブラックマトリクス上における保護層の膜厚の違いによる影響を回避することができる。また、このように保護層を形成することにより、柱状スペーサの画素部および外周部における上端面の高さを調整することができるため、煩雑な手間を要せず製造することができる。従って、このようなモノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板を配置させると、対向基板が外周部に向って間隙が広がるようにゆがむことが防止され、対向基板の周辺から光が漏れるといった不都合が生じにくくなる。これにより、モノクロ液晶表示装置において画面周辺が不自然に明るくなるといった問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の一例を示す概略断面図である。
【図２】従来のモノクロ液晶表示装置用基板の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明における開口部の一例を示す概略平面図である。
【図４】本発明における開口部の他の例を示す概略平面図である。
【図５】実施例に示した開口部の線幅と、開口部における柱状スペーサの塗布膜厚との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ … 基板
２ … ブラックマトリクス
２ａ … 画素ブラックマトリクス
２ｂ … 外周ブラックマトリクス
３ … 保護層
４ … 柱状スペーサ
５ … 対向基板
６ … 開口部
Ａ … 画素部
Ｂ … 外周部
Claims (3)
- 基板と、前記基板上にパターン状に形成されており、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部に位置する画素ブラックマトリクスおよび前記画素部の周囲の部分である外周部に位置する外周ブラックマトリクスを有するブラックマトリクスと、前記外周ブラックマトリクスの上面のうち、基板および対向する基板の間隙を調整する柱状スペーサが形成される領域に開口部を有し、前記画素ブラックマトリクスを覆うように前記基板上に形成された保護層と、前記外周ブラックマトリクス上および前記保護層のうち画素ブラックマトリクスが形成されている領域上に形成された前記柱状スペーサとを有することを特徴とするモノクロ液晶表示装置用基板。
- 前記外周ブラックマトリクスの上面に形成された保護層の開口部の線幅は、３００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のモノクロ液晶表示装置用基板。
- 前記外周ブラックマトリクスの上面に形成された保護層の開口部に被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモノクロ液晶表示装置用基板。
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