JP4599903B2 - Liquid crystal display, color filter for liquid crystal display, array substrate for liquid crystal display - Google Patents
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Description
本発明は、複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイ、及び液晶ディスプレイの製造に用いるカラーフィルタ、アレイ基板に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display of a multi-orientation division type vertical alignment mode, a color filter used for manufacturing a liquid crystal display, and an array substrate.
近年、フラットディスプレイとして、液晶ディスプレイ(LCD)が注目されており、その薄型、軽量、小消費電力、フリッカーレスといった特徴から、ノート型のパーソナルコンピューター(PC)、PC用のモニターを中心に市場が急速に拡大した。また、最近は、従来からCRTが主流であったTV向けにも大型のLCDが利用されるようになってきた。
上記のような大型のLCDを考える場合、画面全域において、視野角によらない均一な輝度、コントラストが要求される。しかしながら、従来広く用いられるTN配向モードでは、その視野角の狭さが大きな問題になっていた。
In recent years, liquid crystal displays (LCDs) have attracted attention as flat displays, and due to their thinness, light weight, low power consumption, and flickerless characteristics, the market is growing rapidly, mainly for notebook personal computers (PCs) and PC monitors. Expanded. Recently, large LCDs have also been used for TVs for which CRT has been the mainstream.
When considering a large LCD as described above, uniform brightness and contrast regardless of the viewing angle are required over the entire screen. However, in the TN alignment mode widely used conventionally, the narrow viewing angle has been a big problem.
そこで近年、In Plane Switchingモード(IPSモード)、光学補償TNモード等、多くの視野角改善モードが開発されている。このような視野角改善モードの1つである複数配向分割型垂直配向モード(MVAモード)は、(1)広視野角、(2)高コントラスト、(3)高速応答といった優位性から、現在広く注目を集めている。特にコントラスト特性は、500:1程度まで可能であり、他のモードに比べて著しく高品質である。
このMVAモードは、上記の複数配向分割(液晶分子の配向方向を複数方向にする)ために、液晶パネル内に突起を設け、ラビングの手法を用いずに液晶分子の傾斜方向を制御する方法である(例えば、特許文献1参照)。
Therefore, in recent years, many viewing angle improvement modes such as an In Plane Switching mode (IPS mode) and an optical compensation TN mode have been developed. One of such viewing angle improvement modes, the multi-orientation division type vertical alignment mode (MVA mode) is currently widely used because of its advantages of (1) wide viewing angle, (2) high contrast, and (3) high-speed response. It attracts attention. In particular, the contrast characteristic can be up to about 500: 1, which is remarkably higher quality than other modes.
This MVA mode is a method in which protrusions are provided in the liquid crystal panel to control the tilt direction of the liquid crystal molecules without using the rubbing technique in order to divide the plurality of alignments (the liquid crystal molecules are aligned in a plurality of directions). Yes (see, for example, Patent Document 1).
上記の液晶分子の配向を制御する突起は、例えば、45°のジグザグストライプ状とする事ができ、一画素内における配向方向を4分割とし、かつ、その分割面積が等しくなるように設計されている。また、上記突起は、カラーフィルタ側とアレイ基板側の双方に設けることができ、この場合、両基板を対向させてセル化した時に、双方の突起が交互に配置する様に構成される。このような突起は、液晶分子にプレチルト角を付与し、且つ、電気力線を歪ませる役割をもち、この二つの効果により、電圧印加時に液晶分子が複数の異なった方向に配向することになる。この際、電圧オフ時に液晶は基板に対し垂直に立っている為黒表示となり、電圧オン時には突起上を含めた全ての液晶分子が水平に倒れて白表示になる。 The protrusions that control the alignment of the liquid crystal molecules can be, for example, 45 ° zigzag stripes, and are designed so that the alignment direction in one pixel is divided into four and the divided areas are equal. Yes. The protrusions can be provided on both the color filter side and the array substrate side. In this case, when the two substrates are opposed to form a cell, both protrusions are arranged alternately. Such protrusions have a role of imparting a pretilt angle to the liquid crystal molecules and distorting the lines of electric force. Due to these two effects, the liquid crystal molecules are aligned in a plurality of different directions when a voltage is applied. . At this time, when the voltage is turned off, the liquid crystal stands black with respect to the substrate, and when the voltage is turned on, all the liquid crystal molecules including those on the protrusions are horizontally tilted to display white.
ここで液晶ディスプレイの問題として、表示に使用される光の効率が挙げられる。LCDはバックライトや外光といった液晶ディスプレイを透過した光により表示をおこなっている。光効率を向上させる方策として、遮光部の面積を抑え画素の開口率を大きくする方策などが取られている。
上記の突起は、画素開口部上に形成され、その専有面積は開口部の2割程度である。この時に突起の透過率が低いと、液晶ディスプレイの輝度低下や表示品質の低下につながる。
The protrusion is formed on the pixel opening, and its exclusive area is about 20% of the opening. If the projection transmittance is low at this time, the brightness of the liquid crystal display and the display quality are deteriorated.
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、その課題とするところは、MVAモード
による液晶ディスプレイにおいて、容易に且つ安価に表示品位の高い液晶デイスプレイを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a liquid crystal display with high display quality easily and inexpensively in a liquid crystal display using the MVA mode.
本発明は、複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイにおいて、対向する1組の基板間に形成された液晶層の液晶分子の配向方向を複数に制御する突起を少なくとも一方の基板に備え、この突起の可視光線領域での透過率が80%以上であることを特徴とする液晶ディスプレイである。 In the liquid crystal display of a multi-orientation division type vertical alignment mode, at least one substrate includes protrusions for controlling the alignment directions of liquid crystal molecules of a liquid crystal layer formed between a pair of opposing substrates. The liquid crystal display is characterized in that the transmittance of the protrusion in the visible light region is 80% or more.
また、本発明は、上記発明による液晶ディスプレイにおいて、前記突起は、感光性樹脂を用いフォトリソグラフィ法にて形成された突起であることを特徴とする液晶ディスプレイである。 Further, the present invention is the liquid crystal display according to the above invention, wherein the protrusion is a protrusion formed by a photolithography method using a photosensitive resin.
また、本発明は、上記発明による液晶ディスプレイにおいて、前記突起は、フォトリソグラフィ法におけるポストベーク前に紫外線が照射された突起であることを特徴とする液晶ディスプレイである。 The present invention is the liquid crystal display according to the invention, wherein the protrusion is a protrusion irradiated with ultraviolet rays before post-baking in a photolithography method.
また、本発明は、複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイ用カラーフィルタにおいて、液晶層の液晶分子の配向方向を複数に制御する突起を備え、この突起の可視光線領域での透過率が80%以上であることを特徴とする液晶ディスプレイ用カラーフィルタである。 Further, the present invention is a color filter for a liquid crystal display of a multi-orientation division type vertical alignment mode, comprising a protrusion for controlling the alignment direction of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer to a plurality, and the transmittance of the protrusion in the visible light region is 80 % Is a color filter for a liquid crystal display.
また、本発明は、上記発明による液晶ディスプレイ用カラーフィルタにおいて、前記突起は、感光性樹脂を用いフォトリソグラフィ法にて形成された突起であることを特徴とする液晶ディスプレイ用カラーフィルタである。 The present invention is the color filter for a liquid crystal display according to the above invention, wherein the protrusion is a protrusion formed by a photolithography method using a photosensitive resin.
また、本発明は、上記発明による液晶ディスプレイ用カラーフィルタにおいて、前記突起は、フォトリソグラフィ法におけるポストベーク前に紫外線が照射された突起であることを特徴とする液晶ディスプレイ用カラーフィルタである。 The present invention also provides the color filter for a liquid crystal display according to the above invention, wherein the protrusion is a protrusion irradiated with ultraviolet rays before post-baking in a photolithography method.
また、本発明は、複数配向分割型垂直配向モードの液晶ディスプレイ用アレイ基板において、液晶層の液晶分子の配向方向を複数に制御する突起を備え、この突起の可視光線領域での透過率が80%以上であることを特徴とする液晶ディスプレイ用アレイ基板である。 The present invention also provides a multi-orientation-divided vertical alignment mode liquid crystal display array substrate having protrusions for controlling the alignment direction of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer to a plurality, and having a transmittance in the visible light region of 80. % Or more of the liquid crystal display array substrate.
また、本発明は、上記発明による液晶ディスプレイ用アレイ基板において、前記突起は、感光性樹脂を用いフォトリソグラフィ法にて形成された突起であることを特徴とする液晶ディスプレイ用アレイ基板である。 According to the present invention, in the array substrate for a liquid crystal display according to the above invention, the projection is a projection formed by a photolithography method using a photosensitive resin.
また、本発明は、上記発明による液晶ディスプレイ用アレイ基板において、前記突起は、フォトリソグラフィ法におけるポストベーク前に紫外線が照射された突起であることを特徴とする液晶ディスプレイ用アレイ基板である。 Further, the present invention is the array substrate for a liquid crystal display according to the above invention, wherein the protrusion is a protrusion irradiated with ultraviolet rays before post-baking in a photolithography method.
本発明により、配向制御用の突起の透過率が著しく向上し、MVAモードによる液晶ディスプレイが、容易に且つ安価に表示品位の高い液晶デイスプレイとなる。 According to the present invention, the transmittance of the alignment control protrusions is remarkably improved, and the liquid crystal display using the MVA mode can be easily and inexpensively made into a liquid crystal display with high display quality.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明による液晶ディスプレイの一実施例を示す部分断面図である。また、図2
は、図1に示す液晶ディスプレイ1を構成するカラーフィルタ11の平面図である。図2におけるX−X’線での断面が図1におけるカラーフィルタ11の断面に相当する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial sectional view showing an embodiment of a liquid crystal display according to the present invention. In addition, FIG.
These are top views of the color filter 11 which comprises the
図1及び図2に示すように、液晶ディスプレイ1は、カラーフィルタ11とアレイ基板21とを所定の間隔で対向させ、周辺部をシール部材(図示せず)により封止し、間隙部に液晶層2が形成された透過型の液晶ディスプレイである。
なお、図示してないが、カラーフィルタ11とアレイ基板21の外側にはそれぞれ偏光板が配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
Although not shown, polarizing plates are disposed outside the color filter 11 and the
本発明の液晶ディスプレイ1を構成する本発明のカラーフィルター11は、透明基板12上に形成されたブラックマトリクス13および着色層14を覆うように共通透明電極15が形成され、さらに、共通透明電極15上に、液晶層2の液晶分子の配向方向を複数方向に制御する為の突起16が複数形成され、これらの突起16を覆うように配向膜17が形成されているものである。
In the color filter 11 of the present invention constituting the
突起16を形成する為の感光性樹脂としては、公知のネガ型レジストやポジ型レジストを使用することができる。例えば、アクリル系樹脂、ノボラック系樹脂などからなる感光性樹脂が使用可能である。
突起16はブラックマトリクス13の開口部の着色層14上に、ストライプ形状、ドット形状で形成され、突起16の断面形状は、半円形、三角形等とすることができ、突起16の高さは0.8〜2.0μm程度、巾は4.0〜25.0μm程度で設定することができる。
As the photosensitive resin for forming the
The
開口部に対する突起16の占有面積は5〜25%程度で設定され、可視光線領域の光透過率は80%以上、より好ましくは90%以上であるような光特性を有している。これより低くなると着色層の色純度の低下や、光透過率の低下をきたし、表示品位の低下につながる。
The area occupied by the
図3は、本発明の液晶ディスプレイの他の形態を示す部分断面図である。図3において液晶ディスプレイ31は、カラーフィルタ41とアレイ基板51を所定の間隔で対向させ、周辺部分をシール部材(図示せず)により封止し、間隙部分に液晶層32が形成された透過型の液晶ディスプレイである。
本発明のアレイ基板51は、透明基板52上に液晶駆動用のTFT53と透明画素電極54を備え、透明電極54上には突起55が形成され、この透明画素電極54と突起55を覆うように配向膜56が形成されているものである。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing another embodiment of the liquid crystal display of the present invention. In FIG. 3, the
The
アレイ基板51を構成する突起55は、カラーフィルタ41の突起46と協働して液晶層32の液晶分子の配向方向を複数方向に制御することを可能とするものである。
このような突起55は、上述の突起16と同様に、可視光線領域の光透過率は80%以上、より好ましくは90%以上であるような光特性を有している。これより低くなると着色層の色純度の低下や、光透過率の低下をきたし、表示品位の低下につながる。
The
Similar to the
また、本発明における突起は、感光性樹脂を用いフォトリソグラフィ法にて形成された突起であることを特徴としている。また、突起には、フォトリソグラフィ法におけるポストベーク(熱硬化処理)前に紫外線が照射され、脱色されていることを特徴としている。突起の形成に用いる感光性樹脂としては、ネガ型レジスト、ポジ型レジスト何れも使用可能である。ネガ型レジストの場合には、フォトマスクを介した露光時に、フォトマスクの開口部から照射される紫外線により、突起となる部分は硬化し現像後に突起が形成される。すなわち、現像後に施されるポストベーク(熱硬化処理)前に、突起となる部分には紫外線が照射され、脱色されたものとなっている。 Further, the protrusion in the present invention is a protrusion formed by a photolithography method using a photosensitive resin. Further, the protrusion is characterized in that it is decolored by being irradiated with ultraviolet rays before post-baking (thermosetting treatment) in the photolithography method. As the photosensitive resin used for forming the protrusions, either a negative resist or a positive resist can be used. In the case of a negative resist, at the time of exposure through a photomask, the portion that becomes a projection is cured by ultraviolet rays irradiated from the opening of the photomask, and a projection is formed after development. That is, before the post-baking (thermosetting process) to be performed after development, the protrusions are irradiated with ultraviolet rays and decolorized.
一方、ポジ型レジストの場合には、フォトマスクを介した露光時に、フォトマスクの開口部から照射される紫外線により、その部分は光分解され、未露光部は現像後に残膜し、突起が形成される。
この未露光部には、感光剤が残留した状態である。現像後に施されるポストベーク(熱硬化処理)前に、この感光剤が残留した未露光部に紫外線を照射し、感光剤を分解しておくことによって、ポストベーク(熱硬化処理)時における突起の着色を抑制し、透過率を向上させることができる。
On the other hand, in the case of a positive resist, during exposure through a photomask, the portion is photodegraded by ultraviolet rays irradiated from the opening portion of the photomask, and the unexposed portion remains after development to form protrusions. Is done.
In this unexposed portion, the photosensitive agent remains. Prior to post-baking (thermosetting) after development, the unexposed areas where the photosensitizer remains are irradiated with ultraviolet rays to decompose the photosensitizer, so that the protrusions during post-baking (thermosetting) The coloring can be suppressed and the transmittance can be improved.
以下、実施例1により本発明を詳細に説明する。
(VAレジスト単体での紫外線照射効果)
カラーフィルタ用のガラス基板として、300×400mm、厚さ0.7mmのガラス基板(コーニング社製1737ガラス)を準備した。この基板を定法にしたがって洗浄した後、ポジ型感光性樹脂としてノボラック系樹脂のVA(Vertical Alignment)レジストをスピンコート法により厚さ1.3μmになるように塗布した。
試料1は、熱硬化処理前に紫外線を照射せず、230℃、1hrの熱硬化処理を行い作製した。
試料2は、VAレジストの解像可能な露光量の1/2に相当する紫外光を照射した後、230℃、1hrの熱硬化処理を行い作製した。
試料3は、VAレジストの解像可能な露光量と同量(1/1)の紫外光を照射した後、230℃、1hrの熱硬化処理を行い作製した。
試料4は、VAレジストの解像可能な露光量の2倍量(2/1)の紫外光を照射した後、230℃、1hrの熱硬化処理を行い作製した。
Hereinafter, the present invention will be described in detail by Example 1.
(UV irradiation effect with VA resist alone)
As a glass substrate for a color filter, a glass substrate (Corning 1737 glass) having a size of 300 × 400 mm and a thickness of 0.7 mm was prepared. After this substrate was washed according to a conventional method, a novolac resin VA (Vertical Alignment) resist as a positive photosensitive resin was applied to a thickness of 1.3 μm by spin coating.
Sample 3 was produced by irradiating the same amount (1/1) of ultraviolet light as the resolvable exposure amount of the VA resist, followed by thermosetting treatment at 230 ° C. for 1 hr.
Sample 4 was prepared by irradiating UV light twice as much as the resolvable exposure amount of the VA resist (2/1), followed by thermosetting treatment at 230 ° C. for 1 hr.
熱硬化処理後、外観的には試料1は茶褐色に変色し、試料2は淡黄色に、試料3、4は透明に仕上がった。
図4に示すように、各試料の分光透過率を比較すると、可視光域の400から600nmの分光透過率の変化が顕著で、カラーフィルタのBlueのピーク域の435nm付近での透過率は、試料1で30%、試料2で80%、試料3,4で90%程度の透過率を示した。なお、カラーフィルタのGreen、Redのピークの波長域の比較では、試料1,2,3,4とも80%程度を示していた。分光透過率は顕微分光装置を用いて測定した。(着色層上にVAレジストを形成した場合の紫外線照射効果)
カラーフィルタ用のガラス基板として、300×400mm、厚さ0.7mmのガラス基板(コーニング社製1737ガラス)を準備した。この基板を定法にしたがって洗浄し、ブラックマトリクスやR,G,Bの着色層を形成した。その後、ポジ型感光性樹脂として、ノボラック系樹脂のVAレジストをスピンコート法により厚さ1.3μmになるように塗布した基板を形成した。
試料5は、熱硬化処理前に紫外線を照射せず、230℃、1hrの熱硬化処理を行い作製した。
試料6は、VAレジストの解像可能な露光量の2倍量(2/1)の紫外光を照射した後、230℃、1hrの熱硬化処理を行い作製した。
熱硬化処理後、分光透過率を顕微分光装置を用いて測定した。
After the heat curing treatment, the appearance of
As shown in FIG. 4, when the spectral transmittance of each sample is compared, the change in the spectral transmittance of 400 to 600 nm in the visible light region is remarkable, and the transmittance in the vicinity of 435 nm of the blue peak region of the color filter is The transmittance of
As a glass substrate for a color filter, a glass substrate of 300 × 400 mm and a thickness of 0.7 mm (Corning 1737 glass) was prepared. This substrate was washed according to a conventional method to form a black matrix and R, G, B colored layers. After that, a novolak resin VA resist was applied as a positive photosensitive resin so as to have a thickness of 1.3 μm by spin coating.
Sample 5 was prepared by performing a thermosetting treatment at 230 ° C. for 1 hour without irradiating ultraviolet rays before the thermosetting treatment.
Sample 6 was prepared by irradiating with UV light twice as much as the resolvable exposure amount of the VA resist (2/1), followed by thermosetting treatment at 230 ° C. for 1 hr.
After the thermosetting treatment, the spectral transmittance was measured using a microspectroscope.
図5に示すように、カラーフィルタのBlueのピーク域の435nm付近での透過率は、試料5で20%以下、試料6で85%を示した。なお、カラーフィルタのGreen、Redのピークの波長域の比較では、試料5、6とも80%以上を示した。
すなわち、本発明の効果は、Blueの波長域で顕著であることが認められた。
カラー表示の際、Blue、Green、Redの透過率バランスにより表示色の設計を行っているが、試料5においては、Blueのみ透過率が低下することにより、表示色が
yellow側にシフトすることになる。本発明においては、この透過率が著しく改善されている。
尚、この試料6を用いて液晶ディスプレイを作製したところ、白表示の輝度が従来法にくらべ約5%向上した。
As shown in FIG. 5, the transmittance in the vicinity of 435 nm of the blue peak region of the color filter was 20% or less for sample 5 and 85% for sample 6. In comparison of the wavelength ranges of the green and red peaks of the color filter, both samples 5 and 6 showed 80% or more.
That is, it was recognized that the effect of the present invention was remarkable in the blue wavelength region.
At the time of color display, the display color is designed based on the transmittance balance of Blue, Green, and Red. However, in the sample 5, the display color is shifted to the yellow side because the transmittance of only Blue is reduced. Become. In the present invention, this transmittance is remarkably improved.
When a liquid crystal display was produced using this sample 6, the brightness of white display was improved by about 5% compared with the conventional method.
1、31・・・液晶ディスプレイ
2、32・・・液晶層
11、41・・・カラーフィルタ
12、22、52・・・透明基板
13・・・ブラックマトリクス
14・・・着色層
15・・・共通透明電極
16、55、46・・・突起
17、56・・・配向膜
21、51・・・アレイ基板
53・・・TFT
25、54・・・透明画素電極
DESCRIPTION OF
25, 54 ... Transparent pixel electrode
Claims (9)
この基板は片面にブラックマトリクスを備え、
このブラックマトリクスの開口部に対するこの突起の専有面積は5〜25%であり、
この突起のBlue領域での透過率が90%程度であり、
この突起のGreen領域及びRed領域での透過率が80%程度であり、
この突起の高さは0.8〜2.0μmであることを特徴とする液晶ディスプレイ。 In a liquid crystal display of a multi-orientation division type vertical alignment mode, at least one substrate has a semicircular or triangular cross section for controlling the alignment direction of liquid crystal molecules in a liquid crystal layer formed between a pair of opposing substrates to a plurality. In preparation for
This substrate has a black matrix on one side,
The area occupied by this protrusion with respect to the opening of this black matrix is 5 to 25%,
The transmittance of the protrusion in the blue region is about 90%,
The transmittance in the green region and red region of this protrusion is about 80%,
LCD height of the protrusions, wherein the Ru 0.8~2.0μm der.
このブラックマトリクスの開口部に対するこの突起の専有面積は5〜25%であり、
この突起のBlue領域での透過率が90%程度であり、
この突起のGreen領域及びRed領域での透過率が80%程度であり、
この突起の高さは0.8〜2.0μmであることを特徴とする液晶ディスプレイ用カラーフィルタ。 In a color filter for a liquid crystal display of a multi-orientation division type vertical alignment mode, a protrusion having a semicircular or triangular cross section for controlling the alignment direction of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer to a plurality,
The area occupied by this protrusion with respect to the opening of this black matrix is 5 to 25%,
The transmittance of the protrusion in the blue region is about 90%,
The transmittance in the green region and red region of this protrusion is about 80%,
Color filters for liquid crystal display height of the protrusions, wherein the Ru 0.8~2.0μm der.
このブラックマトリクスの開口部に対するこの突起の専有面積は5〜25%であり、
この突起のBlue領域での透過率が90%程度であり、
この突起のGreen領域及びRed領域での透過率が80%程度であり、
この突起の高さは0.8〜2.0μmであることを特徴とする液晶ディスプレイ用アレイ基板。 In an array substrate for a liquid crystal display of a multi-orientation division type vertical alignment mode, a projection having a semicircular or triangular cross section for controlling the alignment direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer to a plurality is provided.
The area occupied by this protrusion with respect to the opening of this black matrix is 5 to 25%,
The transmittance of the protrusion in the blue region is about 90%,
The transmittance in the green region and red region of this protrusion is about 80%,
An array substrate for a liquid crystal display height of the protrusions, wherein the Ru 0.8~2.0μm der.
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