JP5508441B2 - 液晶表示パネル - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示パネルに関する。より詳しくは、ＭＶＡモードの表示方式に好適に用いられる液晶表示パネルに関する。

液晶表示（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）パネルは、一対の基板間に液晶層を挟持した構成を有し、基板に形成した電極により液晶層に電圧を印加して液晶分子の配向状態を変化させ、液晶層を透過する光の偏光状態を変化させて表示を行う。

具体的にＬＣＤパネルの表示方式としては、上下基板に電極を形成し、誘電率異方性が正の液晶を２枚の基板間で９０°捩れた状態で基板間に狭持し、基板に垂直な縦方向の電界により液晶をスイッチングさせるＴＮ（Twisted Nematic）モードや、上下基板間に誘電率異方性が負の液晶を狭持し、垂直配向膜等により電界を印加しない状態では液晶分子を縦方向に整列させておき、電界を印加することで液晶分子を横に向かせるＶＡ（Vertical Alignment）モード等が挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。

また、ＶＡモードの応用技術として、配向制御突起により１画素を複数の領域に分割してマルチドメイン化するＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）モードが開発されている。ＭＶＡモードによれば、１画素内で液晶分子の傾斜方向が複数になるように制御され、全方位で均一な中間調表示が可能となるので、優れたコントラスト、視野角特性及び応答速度を得ることができる。

配向制御突起の形成方法としては、例えば、カラーフィルタ上に感光波長領域の光を吸収する感光性樹脂組成物を塗布し、フォトマスクを介して感光性樹脂組成物に光を露光後、露光後の感光性樹脂組成物を現像することでパターニングを行う方法が挙げられる（例えば、特許文献２及び３参照。）。

特開２００２−１４８６２４号公報 特開２００４−６１５３９号公報 特開２００６−２０１２３４号公報

本発明者らは、ＭＶＡモードの液晶表示パネルにつき、より高さの高い液晶配向制御突起物（以下、主突起物ともいう。）と、補助的に、より高さの低い液晶配向制御突起物（以下、副突起物ともいう。）とを設ける形態について研究を行っていた。単に同じ高さの液晶配向制御突起物を画素を分割するように設けるのみでなく、副次的に高さの低い液晶配向制御突起物を設けることで、より精密に液晶分子を画素内の各領域に区分することができるので、液晶分子の向きの制御性を高めることができ、表示品位が大幅に向上する。

本発明者らは、液晶配向制御突起物について詳細な検討を行ったところ、主突起物については開口領域となる部分に設ければよいため特に問題とはならないものの、細かな調節のために設けられる副突起物は、開口領域のみならず、開口領域とならない領域（例えば、遮光領域）にも設けることが好ましい点に着目した。

しかしながら本発明者らは、開口領域となる基板の表面と、開口領域とならない領域となる基板の表面との間には段差があるため、この段差が副突起物間の段差を生み出し、液晶分子に配向の乱れを生じさせることを見いだした。

図６は、本発明者らが検討を行っているＭＶＡモードの液晶表示パネルを構成する基板を表す断面模式図である。ＭＶＡモードの液晶表示パネルは、一対の基板と、上記一対の基板に挟持された液晶層とを有する。図６に示すように、上記一対の基板のうち一方の基板（対向基板）１０１は、例えば、ガラス基板上にカラーフィルタ（着色層）１３１とブラックマトリクス（遮光層）１３２とを有しており、カラーフィルタ１３１とブラックマトリクス１３２との間には段差が設けられる。また、上記一対の基板のうち他方の基板（アレイ基板）１０２は、例えば、ガラス基板上に画素電極１１３を有する。

カラーフィルタ１３１は、例えば、ブラックマトリクス１３２によって仕切られたスペースにインクジェット法によってカラーフィルタ材料を滴下することで容易にかつ高精度に形成することができるが、より的確に対象となるスペースにカラーフィルタ材料を留めるためには、カラーフィルタが形成される面に親液処理を行い、ブラックマトリクス１３２の表面に撥液処理を行うことが好ましく、その結果、カラーフィルタ１３１とブラックマトリクス１３２との間には段差が設けられ、ブラックマトリクス１３２がカラーフィルタ１３１よりも高く形成される。

そのため、開口領域とはならないブラックマトリクス１３２上に副突起物１２３を形成すると、カラーフィルタ１３１の表面と、ブラックマトリクス１３２上の副突起物１２３の表面との間で大きな段差が形成されることになる。

液晶分子１５１は、副突起物１２３に向かって配向し、かつ画素電極１１３の間隙に向かって配向するため、開口領域の中に、液晶分子１５１の配向方向が互いに異なる領域（スイッチングドメイン）が発生し、ディスクリネーションラインが生じて表示品位の劣化を招く。

なお、カラーフィルタ１３１とブラックマトリクス１３２との間の高さの違いは、一般的な製造プロセスによれば、０．４〜０．６μｍであり、副突起物１２３の高さ（０．４〜０．６μｍ）と同程度であるため、副突起物を設ける場合と設けない場合とでは、段差の大きさに２倍の違いがある。

ブラックマトリクス１３２上の副突起物１２３の高さをより低く形成することも考えられるが、従来の方法によれば製造プロセス上、副突起物１２３を更に細く形成する必要があるため、製造マージンを大幅に減らすことになり、好ましくない。

図７は、本発明者らが検討を行っているＭＶＡモードの液晶表示パネルが有する液晶配向制御突起物を斜視的に表した原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）写真である。図７に示すように、液晶配向制御突起物１２１は、対向基板を一方の基板としたときの他方の基板、すなわち、アレイ基板側に向かって突出した壁状の仕切り部材を構成する。また、液晶配向制御突起物１２１全体のうち、主突起物１２２及び副突起物１２３がカラーフィルタ１３１上（開口領域内）に設けられ、副突起物１２３がブラックマトリクス１３２上（開口領域外）に設けられている。なお、ブラックマトリクス１３２上の真ん中を区切るように突起物が設けられているが、これは一対の基板間の電極のリークを防ぐ目的で作られるものであり、液晶配向制御突起物とは異なる。

図８は、本発明者らが検討を行っているＭＶＡモードの液晶表示パネルを構成する基板表面を写した消光位状態での光学顕微鏡写真である。図８の各○部分を比較してわかるように、液晶配向制御突起物が形成されていない部分では輝線が発生していないのに対し、液晶配向制御突起物が形成された部分では輝線が生じている。これは、副突起物と隣接する一部の領域に、液晶分子の配向の乱れが生じていることを意味している。図８で示された写真は、消光位状態での写真であるため、通常表示状態ではこの輝線部分は暗線として表れることになる。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、液晶配向制御突起物の形成によって生じる液晶分子の配向の乱れを抑制し、高品位な表示を行うことができる液晶表示パネルを提供することを目的とするものである。

本発明者らは、液晶配向制御突起物を、主突起物と、副突起物とに分けることによる利益を得つつ、液晶分子の配向の乱れを抑制する手段について種々検討を行っていたところ、副突起物の形状に着目した。そして、副突起物の一部を、遮光層ではなく、遮光層と着色層との境界線に沿って着色層上に配置し、副突起物の高さと該着色層の高さとを足した高さを、遮光層の高さと実質的に同一とすることにより、段差に基づく液晶分子の配向性を大きく乱すことなく整列させることができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、一対の基板と、上記一対の基板に挟持された液晶層とを有する液晶表示パネルであって、上記一対の基板の一方は、着色層、遮光層、及び、他方の基板に向かって突出した壁状の液晶配向制御突起物を備え、上記液晶配向制御突起物は、主突起物と、上記主突起物よりも低い副突起物とを含み、上記副突起物は、上記着色層と上記遮光層との境界線に沿って上記着色層上に配置され、上記副突起物の高さと上記着色層の高さとを足した高さは、上記遮光層の高さと実質的に同一である液晶表示パネルである。以下、本発明の液晶表示パネルについて詳述する。

本発明の液晶表示パネルは、一対の基板と、上記一対の基板に挟持された液晶層とを有する。上記一対の基板は、例えば、一方をアレイ基板、他方をカラーフィルタ基板として用いることができる。アレイ基板に対して複数の画素電極を設けることで、画素電極（サブ画素）単位で液晶の配向が制御される。カラーフィルタ基板に対しては、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）等で構成されるカラーフィルタ（着色層）をアレイ基板の画素電極とそれぞれ重畳する位置に配置することで、画素単位で表示色を制御することができる。

上記一対の基板の一方は、着色層、遮光層、及び、他方の基板に向かって突出した壁状の液晶配向制御突起物を備える。上記液晶配向制御突起物は、壁状の仕切り部材であり、基板表面近くの液晶分子をそれぞれ仕切られた複数の領域に区分することができる。上記液晶配向制御突起物は、例えば、誘電体（絶縁体）材料で構成されており、液晶層内が電圧無印加状態であっても、液晶分子を液晶配向制御突起物に向かって傾かせることができる。

上記液晶配向制御突起物は、主突起物と、上記主突起物よりも低い副突起物とを含む。上記液晶配向制御突起物として、主に液晶の配向制御に寄与する主突起物に加え、副突起物を補助的に設けることで、液晶分子をより精密に各領域に区分することができるので、液晶分子の配向の制御性が高まり、表示品位を向上させることができる。

上記副突起物は、上記着色層と上記遮光層との境界線に沿って上記着色層上に配置され、上記副突起物の高さと上記着色層の高さとを足した高さは、上記遮光層の高さと実質的に同一である。着色層が形成された領域が開口領域となり、遮光層が形成された領域が開口領域とならない領域となるので、着色層と遮光層との境界線に沿って副突起物を形成することで、液晶分子の開口領域内での配向制御性が高まる。また、遮光層よりも高さの低い着色層上に副突起物を配置し、着色層の高さと副突起物の高さとを足し合わせた値が、遮光層の高さと実質的に同一となることで、着色層と遮光層との間の段差が平坦化され、液晶分子の配向に乱れが生じることを抑制することができる。なお、本明細書において「実質的に同一」とは、具体的には１μｍ以下の段差の違いを含む。これ以上の段差が生じた場合には、液晶分子の配向が乱れるおそれがある。

本発明の液晶表示パネルの構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。本発明の液晶表示パネルにおける好ましい形態について以下に詳しく説明する。

上記副突起物は、上記主突起物よりも狭い幅をもつことが好ましい。副突起物の幅を主突起物の幅よりも狭くすることで、開口率を向上させることができる。副突起物の幅を狭くすることで配向規制力はやや落ちるが、あくまで補助的な突起物であるため、表示品位への悪影響はほとんどない。

本発明の液晶表示パネルによれば、液晶配向制御突起物の形成によって生じる液晶分子の配向の乱れを抑制し、高品位な表示を行うことができる。

実施形態１の液晶表示パネルの一方の基板の基板面を拡大した平面模式図である。 実施形態１の液晶表示パネルが有する液晶配向制御突起物の断面模式図である。 実施形態１の液晶表示パネルが有する液晶配向制御突起物の斜視模式図である。 サブリブの高さに変化を設けていない場合（比較形態１）の、液晶表示パネルを構成する基板表面の消光位状態での光学顕微鏡写真である。 サブリブの高さに変化を設けた場合（実施形態１）の、液晶表示パネルを構成する基板表面の消光位状態での光学顕微鏡写真である。 本発明者らが検討を行っているＭＶＡモードの液晶表示パネルを構成する基板を表す断面模式図である。 本発明者らが検討を行っているＭＶＡモードの液晶表示パネルが有する液晶配向制御突起物を斜視的に表した原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）写真である。 本発明者らが検討を行っているＭＶＡモードの液晶表示パネルを構成する基板表面を写した消光位状態での光学顕微鏡写真である。

以下に実施形態を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

実施形態１
実施形態１の液晶表示パネルは、一対の基板と、上記一対の基板に挟持された液晶層とを有する。図１は、実施形態１の液晶表示パネルの一方の基板の基板面を拡大した平面模式図である。図１に示すように、実施形態１の液晶表示パネルは、一方の基板（以下、アレイ基板ともいう。）に、行方向に延伸された走査配線１１、及び、列方向に延伸された信号配線１２を有し、これらに囲まれた領域が一つのサブ画素を構成する。

アレイ基板は、複数の画素電極１３を有し、一つのサブ画素に対して一つの画素電極１３が配置される。すなわち、上記複数の画素電極１３は行方向及び列方向に並べられてマトリクス形状を構成する。各画素電極１３は、画素電極１３同士の間隙に配置された走査配線１１、信号配線１２等の各種配線、及び、これらの配線の交点に隣接して設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）等のスイッチング素子により、個別に駆動制御される。なお、画素電極１３一つあたりの形状としては、矩形、矩形に対し一部に平面的な切り欠き又は突出が設けられた形状等が挙げられ、後述するブラックマトリクスの開口の形状と完全にあわせる必要はない。

また、一つのサブ画素に対応する領域に一つのカラーフィルタが、他方の基板（以下、対向基板ともいう。）に設けられる。なお、上記カラーフィルタは、対向基板ではなくアレイ基板に設けられてもよい。

複数色のカラーフィルタによって１つの画素に対応する特定の色が表現されるため、カラーフィルタに対応した複数個のサブ画素によって１つの画素は構成される。１つの画素を構成するカラーフィルタの色の組み合わせとしては、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３原色の組み合わせが挙げられ、他の色（例えば、黄（Ｙ）、白（Ｗ））を更に有していてもよい。

対向基板において、各カラーフィルタ同士の間隙にはブラックマトリクスが設けられており、カラーフィルタ同士の間隙からの光漏れ及び混色を防ぐことができる。なお、実施形態１においては、ブラックマトリクスの形成されていない領域が開口領域となる。

ブラックマトリクスが形成されている領域の任意の場所には、液晶表示パネルを構成する一対の基板を一定間隔で保つ柱状スペーサ１４が設けられる。

カラーフィルタ上及びブラックマトリクス上の全体には共通電極が設けられており、共通電極と、アレイ基板が有する画素電極１３とによって液晶層内に電界を形成することができる。

そして、ＭＶＡモードである実施形態１の液晶表示パネルにおいては、パネル面（基板面）を平面視したときに線状である液晶配向制御突起物（以下、リブともいう。）２１が、対向基板の共通電極上に設けられる。リブ２１は、一部で折れ曲がった形状を有しており、画素の区分に関わらず、表示画面を大きく見たときに全体としてジグザグ形状を有している。また、リブ２１の延伸方位は、画素電極１３の短辺及び長辺に対して角度をもつ（例えば、３０〜６０°）ように形成されているので、１つのリブ２１であっても、１つのサブ画素を複数の領域に区分することができる。

リブ２１の材料は、ノボラック樹脂等の誘電体（絶縁体）であり、電圧を印加しない状態においても、隣接する液晶分子をリブ２１に向かって配向させることができる。したがって、リブ２１で区分された領域ごとに各液晶分子は異なる方向に配向することになるので、広視野角を得ることができる。

図１に示すように、リブ２１は、Ｖ字状又は直線状であるメインリブ（主突起物）２２、及び、その延伸方位がメインリブ２２の延伸方位に対して角度をもつサブリブ（副突起物）２３を有している。メインリブ２２の形状をＶ字状とすることで、１つのサブ画素を均等に分割しやすくなり、広視野角が得られやすくなる。また、このようなメインリブ２２の一部から延伸したサブリブ２３を補助的に設けることで、より精密に液晶分子の配向性を調節することができるため、表示品位を向上させることができる。

サブリブ２３としては、メインリブ２２の末端から延伸された第一のサブリブ（第一の副突起物）２３ａ、及び、メインリブ２２の折れ曲がっている部分（屈曲部）から延伸された第二のサブリブ（第二の副突起物）２３ｂが挙げられる。このうち、第一のサブリブ２３ａは、カラーフィルタとブラックマトリクスとの境界線に沿ってカラーフィルタ上に配置されている。なお、サブリブ２３は、メインリブ２２とは独立して設けられてもよい。これらのサブリブ２３は、メインリブ２２ほどの配向規制力は必要でないため、メインリブ２２よりも低く形成されており、メインリブ２２よりも狭い幅をもつ。メインリブ２２の延伸方位は、サブ画素の外縁に対して角度をもつように形成されているが、サブリブ２３の延伸方位は、行方向又は列方向となるように形成されている。

図２は、実施形態１の液晶表示パネルが有する液晶配向制御突起物の断面模式図である。また、図３は、実施形態１の液晶表示パネルが有する液晶配向制御突起物の斜視模式図である。図２及び図３に示すように、リブ２１は、対向基板１を一方の基板としたときの他方の基板、すなわち、アレイ基板２側に向かって突出した壁状の仕切り部材を構成する。また、リブ２１全体のうち、メインリブ２２、第一のサブリブ２３ａ及び第二のサブリブ２３ｂがカラーフィルタ３１上（開口領域内）に設けられている。

画素電極１３はアレイ基板２に設けられており、画素電極１３同士の間隙がブラックマトリクス３２と重なる位置に配置されるように画素電極１３が設けられる。

第一のサブリブ２３ａは、カラーフィルタ３１上に形成されているが、ブラックマトリクス３２とも接している。そして、第一のサブリブ２３ａの高さとカラーフィルタ３１の高さとを足した高さは、ブラックマトリクス３２の高さと実質的に同一であり、１μｍ以下である。これにより、カラーフィルタ３１とブラックマトリクス３２との境界で生じる段差が平坦化されるので、リブ２１をメインリブ２２とサブリブ２３とに分けることによる利益を得つつ、カラーフィルタ３１とブラックマトリクス３２との境界での液晶分子の配向の乱れを抑制することができ、表示品位が向上する。

このような高さの異なるサブリブ２３は、グレートーンマスクを用いた以下のフォトリソグラフィー法により形成することができる。

まず、対向基板の表面にノボラック樹脂等のポジ型の感光性樹脂材料をスピンコート法等により塗布し、脱溶媒処理を行って感光性樹脂膜を形成する。次に、マスクを所定の位置に配置し、マスクを介して対向基板の表面に露光を行う。このときの露光は、例えば、２５０ｍＪ／ｃｍ^２の条件で行う。そして、露光後の感光性樹脂膜を水酸化カリウムを用いて１分間現像処理し、２００℃で２０分間の焼成工程を行うことで、露光工程時に遮光部によって光が当たっていない箇所が残存することになる。

より具体的には、上記露光は、マスクの各部位のうち、遮光部をメインリブを形成する領域上に配置し、グレートーン部をサブリブを形成する領域上に配置して行う。これにより、一度の露光工程で、メインリブが形成される領域及びサブリブが形成される領域の両方を照射することができ、メインリブ及びサブリブを含むリブ全体がパターニングされることになる。

また、このときグレートーン部を、スリットの合計の面積がより大きい第一のグレートーン部と、スリットの合計の面積がより小さい第二のグレートーン部とで構成することで、これらのグレートーン部を通して露光された領域間で、リブの高さを異ならせることができる。すなわち、第一のグレートーン部を第一のサブリブを形成する領域上に、第二のグレートーン部を第二のサブリブを形成する領域上に、それぞれ配置した後、上記露光を行うことで、これら高さの異なるサブリブを一度に形成することができる。これらの面積を異ならせる手段としては、例えば、スリットの数を増やす方法、スリットの単位面積を広げる方法等が挙げられる。

このような製造方法によれば、カラーフィルタの高さ、及び、カラーフィルタ上にパターニングされる第一のサブリブの高さとを足した高さと、ブラックマトリクスの高さとの差が縮まることとなり、液晶配向の乱れの少ない液晶表示パネルを得ることができる。

図４は、サブリブの高さに変化を設けていない場合（比較形態１）の、液晶表示パネルを構成する基板表面の消光位状態での光学顕微鏡写真であり、図５は、サブリブの高さに変化を設けた場合（実施形態１）の、液晶表示パネルを構成する基板表面の消光位状態での光学顕微鏡写真である。

図４の白丸部分と図５の白丸部分とを比較すると、図４においては白く変化しているのに対し、図５においては黒のままである。したがって、実施形態１の構成によれば比較形態１のような白ぼけ領域が形成されず、明表示状態においてこの白ぼけ領域に相当する暗い領域が発生しないことになるため、良好な表示を得ることができる。

なお、本願は、２０１０年１月２８日に出願された日本国特許出願２０１０−０１７２１０号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。

１，１０１：対向基板
２，１０２：アレイ基板
１１：走査配線
１２：信号配線
１３，１１３：画素電極
１４：柱状スペーサ
２１：リブ（液晶配向制御突起物）
２２：メインリブ（主突起物）
２３，１２３：サブリブ（副突起物）
２３ａ：第一のサブリブ
２３ｂ：第二のサブリブ
３１，１３１：カラーフィルタ
３２，１３２：ブラックマトリクス
５１，１５１：液晶分子

Claims (2)

1. 一対の基板と、該一対の基板に挟持された液晶層とを有するＭＶＡモードの液晶表示パネルであって、
   該一対の基板の一方は、着色層、遮光層、及び、他方の基板に向かって突出した壁状の液晶配向制御突起物を備え、
   該液晶配向制御突起物は、主突起物と、該主突起物よりも低い副突起物とを含み、
   該副突起物は、該着色層と該遮光層との境界線に沿って該着色層上に配置され、
   該副突起物の高さと該着色層の高さとを足した高さは、該遮光層の高さとの差が１μｍ以下である
   ことを特徴とする液晶表示パネル。
2. 前記副突起物は、前記主突起物よりも狭い幅をもつことを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。

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