KR101438989B1 - 액정 표시 장치용 기판 및 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명 기판 상에 블랙 매트릭스, 투명 도전막 및 수지층을 형성하여 이루어지는 액정 표시 장치용 전극 기판에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 차광성 안료를 수지에 분산시킨 차광층을 포함하며 복수의 개구부를 갖고, 상기 수지층은 상기 블랙 매트릭스 및 투명 도전막을 구비하는 투명 기판 상에 형성되고, 상기 블랙 매트릭스의 상방에서 볼록부를 형성하고, 상기 블랙 매트릭스의 개구부 중심을 지나는 영역에 오목부를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판에 관한 것이다.

Description

액정 표시 장치용 기판 및 액정 표시 장치{SUBSTRATE FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정 표시 장치용 기판 및 이것을 사용한 액정 표시 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 수직 배향 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판 및 이것을 사용한 수직 배향 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 액정 디스플레이 등의 박형 표시 장치의 고화질화, 저가격화 및 전력 절약화가 더 한층 요구되고 있다. 액정 표시 장치용 컬러 필터에서는 충분한 색순도나 높은 콘트라스트, 평탄성 등, 보다 고화질 표시에 맞춘 요구가 나오고 있다.
고화질 액정 디스플레이에 있어서, VA(Vertically Alignment), HAN(Hybrid-aligned Nematic), TN(Twisted Nematic), OCB(Optically Compensated Bend), CPA(Continuous Pinwheel Alignment) 등의 액정의 배향 방식 또는 액정 구동 방식이 제안되었고, 그에 의해 광 시야각·고속 응답의 디스플레이가 실용화되어 있다.
액정을 유리 등 기판면에 평행하게 배향시킨 광시야각에서 고속 응답에 대응하기 쉬운 VA 방식, 또한 광시야각에 유효한 HAN 방식 등의 액정 표시 장치에서는 컬러 필터에 대한 평탄성(막 두께의 균일성이나 컬러 필터 표면의 요철의 저감)과 유전율 등 전기적 특성에 대해서, 더욱 높은 수준이 요구되고 있다. 이러한 고화질 액정 디스플레이에서는 경사 방향 시인에서의 착색 저감 때문에, 액정 셀 두께(액정층의 두께)를 얇게 하는 기술이 주요한 과제로 되어 있다. VA 방식에서는 MVA(Multi-Domain Vertically Alignment), PVA(Patterned Vertically Alignment), VAECB(Vertically Alignment Electrically Controlled Birefringence), VAHAN(Vertical Alignment Hybrid-aligned Nematic), VATN(Vertically Alignment Twisted Nematic) 각종 개량 모드의 개발이 진행되고 있다. 또한, VA 방식 등의 액정의 두께 방향으로 구동 전압을 인가하는 세로 전계 방식의 액정 표시 장치에서는, 보다 고속의 액정 응답, 넓은 시야각 기술, 보다 높은 투과율이 주요한 과제로 되어 있다. MVA 기술은 액정 구동의 전압 인가시에 불안정한 수직 배향 액정(기판 표면에 대해 초기 수직인 액정의 전압 인가시에 쓰러지는 방향이 정해지기 어려운 것)의 문제를 해소하기 위해서, 슬릿 형상의 볼록부를 복수 형성하고, 이들 슬릿간에 액정 도메인을 형성하는 동시에 복수의 배향 방향의 도메인을 형성함으로써, 넓은 시야각을 확보하는 기술이다. 특허문헌 1에 제1 및 제2 배향 규제 구조체(슬릿)를 사용해서 액정 도메인을 형성하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는 광 배향을 사용해서 4개의 액정 도메인을 형성하는 기술이 개시되어 있다. 이 특허문헌은 넓은 시야각을 확보하기 위해서 각각 도메인에서의 엄밀한 틸트각(89도) 제어에 관계되는 복수회의 배향 처리와, 또한 각각 90°상이한 배향축이 필요한 것이 개시되어 있다.
컬러 필터 기판측의 투명 도전막(투명 전극, 표시 전극 또는 제3 전극)과, 어레이 기판측의 제1 및 제2 전극을 사용하여, 경사 전계에 의해 수직 배향의 액정을 제어하는 기술은 특허문헌 3 및 특허문헌 4에 개시되어 있다. 특허문헌 3에서는 음의 유전율 이방성의 액정을 사용하고 있고, 특허문헌 4에서는 양의 유전율 이방성의 액정이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 4에는 음의 유전율 이방성의 액정에 대한 기재는 보이지 않는다.
통상, VA 방식이나 TN 방식 등의 액정 표시 장치의 기본적 구성은, 공통 전극을 구비한 컬러 필터 기판과, 액정을 구동하는 복수의 화소 전극(예를 들어, TFT 소자와 전기적으로 접속되고, 빗살 형상 패턴 형상으로 형성된 투명 전극)과 어레이 기판으로, 액정을 협지하는 구성이다. 이 구성에서는, 컬러 필터 상의 공통 전극과 어레이 기판측에 형성된 화소 전극과의 사이에 구동 전압을 인가해서 액정을 구동한다. 화소 전극이나 컬러 필터 표면의 공통 전극으로서의 투명 도전막은, 통상 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Garium Zinc Oxide) 등의 도전성의 금속 산화물의 박막을 사용한다.
청색 화소·녹색 화소·적색 화소 및 블랙 매트릭스 등 컬러 필터를 개시하는 기술로서, 예를 들어 블랙 매트릭스와 착색 화소 상에 투명 도전막을 형성하고, 또한 오버코트를 적층하는 기술이 특허문헌 5에 개시되어 있다. 또한, 블랙 매트릭스의 단면을 사다리꼴 형상으로 형성하는 기술은 특허문헌 6에 기재되어 있다. 또한, 복수의 스트라이프 전극과 양의 유전율 이방성을 사용하는 기술인데, 투명 전극(투명 도전막) 상에 컬러 필터를 형성하는 기술이 상술한 특허문헌 3(예를 들어, 도 7, 도 9)에 기재되어 있다. 뿐만 아니라, 투명하고 도전막 상에 색 필터(컬러 필터)를 형성하는 기술은 특허문헌 7에 개시되어 있다.
일본 특허 제3957430호 공보 일본 특허 공개 제2008-181139호 공보 일본 특허 제2859093호 공보 일본 특허 제4364332호 공보 일본 특허 공개 평10-39128호 공보 일본 특허 제3228139호 공보 일본 특허 공개 평5-26161호 공보
상술한 바와 같이, 수직 배향의 액정 표시 장치에서는, 넓은 시야각을 확보하기 위해서 슬릿이라고 불리는 배향 규제 구조체에 의해 액정의 도메인을 형성한다(MVA 기술). 액정이 음의 유전율 이방성을 가질 경우, 구체적으로는 컬러 필터 등의 위에 형성한 2개의 수지제의 슬릿간에 위치하는 액정은, 구동 전압의 인가시에 예를 들어 평면시(平面視)에서 이 슬릿에 수직인 방향으로 쓰러져, 기판면에 수평으로 배열되려고 한다. 그러나, 2개의 슬릿간의 중앙의 액정은 전압 인가에도 불구하고 쓰러지는 방향이 일의적으로 정해지지 않아, 스프레이 배향이나 벤드 배향을 취하는 경우가 있다. 이러한 액정의 배향 흐트러짐은 액정 표시에서의 거칠음이나 표시 불균일로 이어졌다. 또한, MVA 방식의 경우, 상기 문제도 포함하여, 액정이 쓰러지는 양을 구동 전압으로 미세하게 제어하는 것이 어려워, 중간조 표시에 난점이 있었다. 특히, 구동 전압과 표시(응답 시간)의 리니어리티(linearity)가 낮아, 낮은 구동 전압에서의 중간조 표시에 난점이 있었다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해서, 특허문헌 3이나 특허문헌 4에 나타낸 바와 같이, 제1과 제2와 제3 전극을 사용하여 경사 전계로 액정 배향을 제어하는 방법이 매우 유효하다. 경사 전계에 의해 액정이 쓰러지는 방향을 설정할 수 있다. 또한, 경사 전계에 의해 액정이 쓰러지는 양을 제어하기 쉬워져, 중간조 표시에 큰 효과를 보고 있다.
그러나, 이러한 기술로도 액정의 디스크리네이션(disclination) 대책이 불충분하다. 디스크리네이션이란, 의도하지 않는 액정의 배향 흐트러짐이나 미배향에 의해 광의 투과율이 상이한 영역이 화소(화소는 액정 표시의 최소 단위이며, 본 발명에서 표기하는 직사각형 화소와 동의) 내에 생기는 문제다.
특허문헌 3에서는 화소 중앙의 디스크리네이션 고정화를 위해, 대향 전극(제3 전극)의 화소 중앙에 투명 도전막이 없는 배향 제어창을 설치하고 있다. 그러나, 화소 주변의 디스크리네이션의 개선책은 개시되지 않았다. 또한, 화소 중앙의 디스크리네이션 고정화는 할 수 있지만, 디스크리네이션의 최소화에 대한 방책도 나타나 있지 않았다. 또한, 액정의 응답성의 개선 기술에 대해서도 기재되어 있지 않다.
특허문헌 2에는 넓은 시야각 확보를 위해 89도의 엄밀한 액정의 틸트각의 제어와 4회의 배향 처리가 필요한 것으로 나타나 있다.
특허문헌 4에서는 투명 도전막(투명 전극) 상에 유전체층을 적층한 만큼, 경사 전계의 효과가 점점 증가되어 바람직하다. 그러나, 특허문헌 4의 도 7에 도시되는 바와 같이 전압 인가 후에도 화소 중앙 및 화소 단부에는 수직 배향의 액정이 남아, 투과율 또는 개구율의 저하로 이어지는 문제가 있다. 또한, 양의 유전율 이방성의 액정을 사용할 경우(특허문헌 4는 음의 유전율 이방성의 액정은 그 기재·실시예에서 개시하지 않았다), 화소 중앙부의 디스크리네이션 때문에, 투과율을 향상시키기 어렵다. 이로 인해, 반투과형 액정 표시 장치에서는 채용하기 어려운 기술로 되어 있다.
본 발명은, 이상과 같은 사정을 감안해서 이루어져, 디스크리네이션을 경감하여, 밝고 응답성이 양호한, 경사 전계에 의한 액정의 구동에 최적인 액정 표시 장치용 기판 및 이것을 구비하는 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 형태에 따르면, 투명 기판 상에 블랙 매트릭스, 투명 도전막 및 수지층을 형성하여 이루어지는 액정 표시 장치용 전극 기판에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 차광성 안료를 수지에 분산시킨 차광층을 포함하며 복수의 개구부를 갖고, 상기 수지층은 상기 블랙 매트릭스 및 투명 도전막을 구비하는 투명 기판 상에 형성되고, 상기 블랙 매트릭스의 상방에서 볼록부를 형성하고, 상기 블랙 매트릭스의 개구부 중심을 지나는 영역에 오목부를 형성하는 액정 표시 장치용 기판이 제공된다.
본 발명의 제2 형태에 따르면, 투명 기판과, 이 투명 기판 상에 형성되고 차광성 안료를 수지에 분산시킨 차광층을 포함하는 복수의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스를 구비하는 투명 기판 상에 형성된 투명 도전막과, 상기 투명 도전막 상의 상기 복수의 개구부에 의해 구분된 화소 영역에 형성된 복수 색의 착색 화소를 구비하는 액정 표시 장치용 기판이 제공된다.
본 발명의 제3 형태에 따르면, 상기 제1 또는 제2 형태에 관한 액정 표시 장치용 기판과, 이 액정 표시 장치용 기판에 대향해서 배치되고 액정을 구동하는 소자를 매트릭스 형상으로 배치한 어레이 기판과, 상기 액정 표시 장치용 기판 및 어레이 기판의 사이에 수용된 액정을 구비하는 액정 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 제4 형태에 따르면, 투명 기판 상에 복수의 직사각형 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 투명 도전막, 복수의 착색 화소 및 수지층을 갖는 컬러 필터 기판과, 액정을 구동하는 소자를 매트릭스 형상으로 배치한 어레이 기판을 대향시키고, 액정을 개재하여 접합해서 이루어지는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 수지층이 투명 도전막 상에 직접 또는 간접적으로 배치되는 동시에, 상기 수지층 표면으로부터 돌출되는 볼록부 및 상기 블랙 매트릭스의 직사각형 개구부 중심을 지나는 영역에 오목부가 형성되고, 상기 어레이 기판이 각각 가시 영역에서 투명한 도전성 금속 산화물을 포함하는 빗살 형상의 제1 전극 및 빗살 형상의 제2 전극을 구비하고, 상기 제2 전극이 절연층을 통해 상기 제1 전극 아래에 배치되고, 상기 제2 전극이 액정이 쓰러지는 방향으로 상기 제1 전극의 단부로부터 밀려 나와 있는 액정 표시 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 디스크리네이션을 경감하여, 밝고 응답성이 양호한, 경사 전계에 의한 액정의 구동에 최적인 액정 표시 장치용 기판 및 이것을 구비하는 액정 표시 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 수직 배향 액정 표시 장치의 모식 단면도다.
도 2는 도 1에 도시하는 수직 배향 액정 표시 장치의 녹색 화소(14)의 1/2 부분을 확대해서 도시하는 단면도다.
도 3은 도 1에 도시하는 수직 배향 액정 표시 장치의 구동 전압의 인가 직후에 쓰러지기 시작한 액정의 움직임을 설명하는 도다.
도 4는 도 1에 도시하는 수직 배향 액정 표시 장치의 구동 전압 인가 후의 백색 표시시의 액정 분자의 배향 상태를 도시하는 도다.
도 5는 제3 전극, 제1 전극 및 제2 전극에 전압이 인가되지 않은 상태에서의 수평 배향의 액정의 액정 분자의 배향 상태를 도시하는 도다.
도 6은 구동 전압의 인가 직후 쓰러지기 시작한 액정의 움직임을 설명하는 모식 단면도다.
도 7은 구동 전압 인가 후 백색 표시시의 액정 분자의, 거의 기판면에 수직으로 배향하고 있는 배향 상태를 도시하는 도다.
도 8은 도 1에 도시하는 수직 배향 액정 표시 장치의 제1 및 제2 전극을 빗살 형상 패턴으로 했을 경우의 제1 전극의 근방에 수직으로 배향된 액정 분자를 도시하는 도다.
도 9는 도 5에 도시하는 수직 배향 액정 표시 장치의 액정을 구동하는 전압을 인가한 직후에 액정 분자의 동작과 전기력선을 도시하는 도다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 수직 배향 액정 표시 장치의 모식 단면도다.
도 11은 도 10의 평면시에서 직사각형 화소인 녹색 화소(14)의 1/2 부분을 확대해서 도시하는 단면도다.
도 12는 도 10에 도시하는 액정 표시 장치의 구동 전압의 인가 직후에 쓰러지기 시작한 액정의 움직임을 설명하는 도다.
도 13은 도 10에 도시하는 액정 표시 장치의 구동 전압 인가 후의 백색 표시시의 액정 분자의 배향 상태를 도시하는 도다.
도 14는 도 10에 도시하는 액정 표시 장치의 어레이 기판측에서의 구동 전압의 인가에 의한 액정 분자의 움직임을 도시하는 도다.
도 15는 도 10에 도시하는 액정 표시 장치의 어레이 기판측에서의 구동 전압의 인가에 의한 액정 분자의 움직임을 도시하는 도다.
도 16은 실시예 1에 관한 기판을 도시하는 부분 단면도다.
도 17은 실시예 2에 관한 기판을 도시하는 부분 단면도다.
도 18은 실시예 3에 관한 기판을 도시하는 부분 단면도다.
도 19는 실시예 4에 관한 기판을 도시하는 부분 단면도다.
도 20은 실시예 5에 관한 컬러 필터 기판을 도시하는 부분 단면도다.
도 21은 실시예 6에 관한 컬러 필터 기판을 도시하는 부분 단면도다.
도 22는 실시예 7에 관한 액정 표시 장치를 도시하는 단면도다.
도 23은 실시예 8에 관한 반투과형 액정 표시 장치를 도시하는 단면도다.
도 24는 실시예 9에 관한 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도다.
도 25는 실시예 10에 관한 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도다.
도 26은 실시예 11에 관한 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도다.
도 27은 실시예 12에 관한 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도다.
도 28은 실시예 13에 관한 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도다.
도 29는 실시예 14에 관한 액정 표시 장치를 도시하는 단면도다.
도 30은 실시예 15에 관한 액정 표시 장치를 도시하는 단면도다.
도 31은 실시예 16에 관한 액정 표시 장치를 도시하는 단면도다.
도 32는 실시예 17에 관한 액정 표시 장치를 도시하는 단면도다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.
본 발명의 제1 실시 형태는, 표면에 수지층이 형성된, 컬러 필터를 포함하거나 또는 포함하지 않는 제1 기판과, TFT 등의 액정 구동 소자가 형성된 제2 기판을 대향시키고, 그 사이에 액정층을 협지하는 형태로 접합한 액정 표시 장치를 전제로 한다. 또한, 본 발명의 제1 실시 형태는, 이에 더하여 제3 전극인 투명 도전막을 제1 기판에 배치하고, 화소 전극인 제1 전극과, 이 제1 전극과는 전위가 상이한 제2 전극을 포함하는 전극 구성에서 발생하는 경사 전계를 활용하는 기술을 사용하는 것이다.
또한, 본 발명자들은 제1 기판 상에 블랙 매트릭스를 덮도록 수지층을 배치하고, 블랙 매트릭스의 상방에 수지층의 면보다 돌출된 볼록부와, 블랙 매트릭스의 개구부의 중심을 지나는 영역에 오목부를 형성하고, 이들을 액정의 배향 제어에 이용할 수 있음을 알아내어, 이 지식과 제3 전극(투명 도전막)의 구성을 가한 신규의 기술을 제안하는 것이다. 볼록부는 블랙 매트릭스와 수지층의 중첩부에 의해 구성되며, 이 볼록부에서의 경사부에서의 액정 배향을 구동 전압 인가시의 액정의 쓰러짐에 이용하는 것이다.
오목부도 마찬가지로, 수지층의 숄더부(어깨 부분)에서의 액정 배향을 액정의 쓰러짐에 이용한다. 액정의 동작에 대해서는 후의 실시예에서 상세하게 서술한다. 볼록부의 높이는 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛가 바람직한 범위다. 0.4 ㎛ 이하의 높이에서는 전압 인가시의 "액정의 쓰러짐의 트리거"로서 효과가 불충분하고, 그 높이가 2 ㎛를 초과하면 액정 셀 제조시의 액정의 흐름에 지장이 발생하는 경우가 있다.
블랙 매트릭스의 경사부는 둥근 형상이어도 좋고, 표시 영역에서의 블랙 매트릭스의 단면 형상은 반달 형상, 사다리꼴, 삼각형 등을 예시할 수 있다. 블랙 매트릭스의 기판면으로부터의 경사 각도는 상술한 볼록부의 높이가 0.5 ㎛를 초과하면 특별히 규정하지 않아도 좋다. 개구율(직사각형 화소로서의 투과율)을 다르게 하면, 2°나 3°등의 낮은 경사 각도이어도 좋고, 역테이퍼(상변이 큰 역방향의 사다리꼴 형상)가 아니면 된다. 그러나, 개구율의 제한 때문에 실효적으로는 30°내지 80°의 범위의 경사가 바람직하다.
본 발명의 제2 실시 형태는, 초기 배향이 수직 배향인 액정을 대상으로 하고, 컬러 필터 기판과 TFT 등의 액정 구동 소자가 형성된 어레이 기판을 대향시키고, 그 사이에 수직 배향용의 액정층을 협지하는 형태로 접합한 수직 배향 액정 표시 장치를 전제로 한다. 또한, 본 발명의 제2 실시 형태에서는, 이에 더하여 제3 전극인 투명 도전막을, 컬러 필터 기판 상에 블랙 매트릭스를 덮도록 배치하고, 화소 전극인 제1 전극과, 이 제1 전극과는 전위가 상이한 제2 전극을 포함하는 전극 구성에서 발생하는 경사 전계를 활용하는 기술을 사용하는 것이다.
또한, 본 발명자들은 블랙 매트릭스의 상방에 착색 화소의 면보다 돌출된 볼록부와, 착색 화소의 중앙을 지나는 영역에 오목부를 형성하고, 이들을 액정의 배향 제어에 이용할 수 있음을 알아내어, 이 지식과 제3 전극(투명 도전막)의 구성을 가한 신규의 기술을 제안하는 것이다. 볼록부는 서로 다른 2색의 착색 화소의 중첩부에 의해 구성되며, 이 볼록부에서의 경사부에서의 액정 배향을 구동 전압 인가시의 액정의 쓰러짐에 이용하는 것이다.
여기서, 본 명세서에서의 기술 용어에 대해서 간단하게 설명한다.
블랙 매트릭스란, 액정 표시의 콘트라스트를 업시키기 위해서, 표시의 최소 단위인 회소(繪素)의 주위, 또는 회소의 양변에 배치되는 차광성의 패턴이다. 차광층은 투명 수지에 차광성의 안료를 분산시킨 도막이며, 일반적으로 감광성이 부여되어 노광·현상을 포함하는 포토리소그래피의 방법에 의해 패턴 형성을 행함으로써 얻어진 차광성의 도막이다.
직사각형 화소는 블랙 매트릭스의 개구부를 가리키며, 상기 회소와 동의다. 착색층은 후술하는 유기 안료를 투명 수지에 분산시킨 도막이며, 이것을 포토리소그래피의 방법으로 직사각형 화소 상에 패턴 형성한 것을 착색 화소라고 부른다.
또한, 제1 실시 형태에 적용 가능한 액정은 초기 배향(구동 전압의 무인가시)이 수직 배향 또는 평행 배향의 액정이며, 제2 실시 형태에 적용 가능한 액정은 초기 배향(구동 전압의 무인가시)이 수직 배향인 액정이다. 액정의 유전율 이방성은 양이거나 음이어도 좋다. 또한, 음의 유전율 이방성의 액정을 본 실시 형태에 적용했을 경우, 틸트각 설정을 위한 배향막의 배향 처리를 생략할 수 있다. 바꾸어 말하면, 제1 및 제2 실시 형태에서 사용하는 배향막은 도포 형성 후의 열처리만으로 충분하며, 러빙 배향이나 광 배향 등을 생략할 수 있다. 제1 및 제2 실시 형태는, 직사각형 화소의 중앙의 투과율을 높일 수 있기 때문에, 색순도보다 밝기를 중시하는, 예를 들어 반투과형 액정 표시 장치에 적합한 컬러 필터 기판을 제공할 수 있다.
제1 및 제2 실시 형태에 관한 액정 표시 장치의 어레이 기판측의 제1 전극, 제2 전극의 재료는 상술한 ITO 등의 도전성의 금속 산화물 박막을 사용할 수 있다. 또는, 금속 산화물 박막보다 도전성이 높은 금속 박막을 채용할 수 있다. 또한, 반사형이나 반투과형의 액정 표시 장치의 경우에는, 제1 전극, 제2 전극 중 어느 하나에 알루미늄, 알루미늄 합금의 박막을 사용해도 된다.
제1 및 제2 실시 형태에서, 착색층의 비유전율은 비교적 중요한 특성이지만, 착색제로서 첨가하는 유기 안료의 투명 수지에 대한 비율에 의해 대략 일의적으로 결정되기 때문에, 비유전율을 크게 조정하는 것은 곤란하다. 바꾸어 말하면, 착색층 중의 유기 안료의 종류나 함유량은 액정 표시 장치로서 필요한 색순도로부터 설정되고, 그것에 의해 착색층의 비유전율도 거의 결정되게 된다. 또한, 유기 안료의 비율을 높게 해서 착색층을 박막화함으로써, 비유전율을 4 이상으로 하는 것이 가능하다. 또한, 투명 수지로서 고 굴절률 재료를 사용함으로써, 약간의 비유전율을 높일 수 있다.
착색층 및 수지층의 두께는 사용하는 액정의 셀 갭(액정층의 두께)과의 관계에서 최적화하면 된다. 필요한 전기 특성의 관점에서, 예를 들어 착색층 및 수지층의 두께가 얇아질 경우에, 액정층의 두께를 두껍게 할 수 있다. 전자의 막 두께가 두꺼울 경우, 이것에 대응해서 액정층의 두께를 얇게 할 수 있다.
제1 전극과 제2 전극은 후술하는 바와 같이 두께 방향으로 절연층에 의해 전기적으로 절연된다. 착색층, 수지층 및 절연층의 두께는 액정층의 두께, 유전율, 인가 전압, 구동 조건에 따라 조정할 수 있다. 절연층을 SiNx(질화규소)로 하는 경우, 이 절연층의 실용적인 막 두께의 범위는 0.1 ㎛ 내지 0.5 ㎛이다. 제1 전극과 제2 전극의 막 두께 방향의 위치는 역의 위치일 수도 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 액정 표시 장치에서는, 경사 전계를 보다 유효하게 활용할 수 있기 위해서, 구동 전압 인가시의 전기력선이 미치는 범위를, 액정층이나 투명 수지층을 포함하는 막 두께 방향으로 넓힘으로써 투과율을 높일 수 있다.
본 실시 형태에 관한 액정 표시 장치용 기판 상에 블랙 매트릭스를 덮도록 투명 도전막을 적층한 구성에서의 작용, 또한 블랙 매트릭스 상의 수지층 또는 착색층의 중첩부, 또는 화소부의 중앙부를 지나는 영역의 오목부의 작용에 대해서 이하에 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 수직 배향 액정 표시 장치의 모식 단면도다. 이 액정 표시 장치는 기판(11)과 어레이 기판(21)을 액정(17)을 협지하는 형태로 접합한 구성을 갖는다. 기판(11)은 투명 기판(1a) 상에 블랙 매트릭스(2), 투명 도전막인 제3 전극(3) 및 수지층(18)을 순차 형성함으로써 구성된다. 어레이 기판(21)에서는, 투명 기판(1b) 상에 제2 전극(4) 및 제3 전극(5)이 형성되어 있다. 보호층이나 배향막, 또한 편광판, 위상차판 등은 도시가 생략되어 있다.
도 2는, 도 1의 평면시에서 직사각형 개구부의 1/2 부분을 확대해서 도시하는 단면도다. 또한, 편광판은 크로스 니콜로 하고, 노멀리 블랙의 액정 표시 장치로 했다. 편광판으로는, 예를 들어 요오드를 함유하는 폴리비닐알코올계 유기 고분자를 연신함으로써 얻은 연신 방향으로 흡수축을 갖는 것을 사용할 수 있다. 도 2는 기판(11)에 설치된 투명 도전막인 제3 전극(3) 및 어레이 기판(21)에 설치된 제1 전극(4), 제2 전극(5)에 전압이 인가되지 않은 상태에서의, 수직 배향의 액정(17)에서의 액정 분자(17a, 17b, 17c, 17d)의 배향 상태를 도시하고 있다.
직사각형 개구부(1/2 화소)의 중앙부의 액정은 화소면에 수직으로 배향되어 있는데, 오목부(23)의 숄더 부분(18a)의 액정 분자(17a), 볼록부(24)의 숄더 부분(18b)의 액정 분자(17b, 17c)는 약간 비스듬히 배향되어 있다. 이 비스듬한 배향 상태에서 액정 구동의 전압이 인가되면, 액정 분자(17a, 17b, 17c)는 화살표 A의 방향으로 쓰러지게 된다. 오목부(23) 및 볼록부(24)의 형성에 의해, 러빙 등의 배향 처리를 실시하지 않아도 액정 분자(17a, 17b, 17c)는 실질적으로 틸트를 부여받게 된다.
본 실시 형태에서는, 유전율 이방성이 음인 액정과 양인 액정의 양쪽 모두를 사용할 수 있다. 예를 들어, 유전율 이방성이 음인 액정으로서, 실온 부근에서 복굴절률이 0.1 정도인 네마틱 액정을 사용할 수 있다. 유전율 이방성이 양인 액정은 선택 범위가 넓기 때문에, 다양한 액정 재료를 적용할 수 있다. 액정층의 두께는 특별히 한정할 필요는 없지만, 본 실시 형태에서 실효적으로 사용할 수 있는 액정층의 Δnd는, 대략 300 nm 내지 500 nm의 범위다.
이하에 상세하게 서술하는 본 발명의 실시예에서는, 수직 배향의 액정 재료로서 분자 구조 내에 불소 원자를 갖는 액정 재료(이하, 불소계 액정이라고 기술)를 사용할 수 있다. 액정 구동의 전압 인가시에, 제1 전극과 제2 전극의 밀려 나온 부분에 실질적으로 강전계가 발생하는 점에서, 종래의 수직 배향으로 사용하는 액정 재료보다 저 유전율(유전율 이방성이 작은)의 액정 재료를 사용해서 액정 구동을 할 수 있다. 일반적으로 유전율 이방성이 작은 액정 재료는 그 점도가 낮아, 동일한 정도의 전계 강도를 인가했을 경우, 고속 응답을 얻을 수 있다. 또한, 불소계 액정에서는, 유전율이 낮으므로, 이온성 불순물의 취입도 적고, 불순물에 의한 전압 유지율 저하 등의 성능 열화도 작아 표시 불균일을 발생하기 어렵다. 도시를 생략한 배향막으로는, 예를 들어 폴리이미드계 유기 고분자막을 가열 경막화해서 사용할 수 있다. 또한, 편광판에 접합하는 형태로 1 내지 3장의 위상차판을 사용할 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에서, 액정이 쓰러지는 동작은 유전율 이방성이 음인 액정의 경우, 초기 배향이 수직인 액정이 구동 전압 인가시에 수평 방향으로 쓰러져 나가는 동작이거나, 또는 유전율 이방성이 양인 액정의 경우, 초기 배향이 수평인 액정이 구동 전압 인가시에 수직 방향으로 일어서 나가는 동작을 의미한다.
도 3은 구동 전압의 인가 직후의 쓰러지기 시작한 액정의 움직임을 설명하는 도다. 즉, 전압 인가에 수반하여, 우선 액정 분자(17a, 17b, 17c)가 쓰러지기 시작하고, 계속해서 이들 액정 분자 주변의 액정 분자가 쓰러져 나간다. 오목부(23) 및 볼록부(24)는 유전체인 투명 수지층이 얇거나, 또는 존재하지 않으므로, 화소 중앙 부분과 달리, 인가되는 구동 전압이 액정 분자에 전반되기 쉬워, 액정이 쓰러지는 동작의 트리거가 된다. 또한, 도 3에는 도시되지 않지만, 화소의 반대측의 1/2 화소에서는, 액정이 쓰러지는 방향이 역방향으로 된다. 이것은, 중간조 표시에서의 광학적 보상을 구동 전압의 크기만으로 실시할 수 있어, MVA 액정과 같이 4개의 멀티 도메인을 형성하지 않아도 넓은 시야각을 확보할 수 있게 된다. 중간조(예를 들어, 액정 분자 각각이 비스듬한 상태)에서는, 도 3의 1/2 화소와 반대측의 1/2 화소가 반대 방향의 경사 기울기를 갖는 액정 배향이 되어, 이들 상대하는 1/2 화소로 시야각 확대를 행한다.
도 4는 구동 전압 인가 후의 백색 표시시의 액정 분자의 배향 상태를 도시하는 도다. 도 4에 도시한 바와 같이, 액정 분자는 거의 기판면에 평행하게 배향하고 있다.
다음으로, 유전율 이방성이 양인 액정을 사용한 액정 표시 장치에서의 액정 분자의 동작에 대해서 설명한다.
도 5는 투명 도전막인 제3 전극(3), 제1 전극(4) 및 제2 전극(5)에 전압이 인가되지 않은 상태에서의 수평 배향의 액정의 액정 분자(17a, 17b, 17c, 17d)의 배향 상태를 도시하고 있다. 화소(1/2 화소)의 중앙부의 액정은 화소면에 수직으로 배향하고 있는데, 볼록부(24) 및 오목부(23)의 각각 숄더(14b, 14a) 부분의 액정 분자는 약간 비스듬히 배향하고 있다. 이 비스듬한 배향 상태에서, 액정 구동의 전압이 인가되면, 액정 분자(17a, 17b, 17c)는 도 6에 도시한 바와 같이, 화살표의 방향으로 쓰러지게 된다.
도 6은 구동 전압의 인가 직후 쓰러지기 시작한 액정의 움직임을 설명하는 모식 단면도다. 전압 인가에 수반하여, 우선, 액정 분자(17a, 17b, 17c)가 세로 방향으로 일어나기 시작하고, 계속해서 이들 액정 분자 주변의 액정 분자가 일어서 나간다. 볼록부(24) 및 오목부(23)는 유전체인 투명 수지층이 얇거나, 또는 존재하지 않으므로, 화소 중앙 부분과 달리, 인가되는 구동압이 액정 분자에 전반되기 쉬워 액정이 쓰러지는 동작의 트리거가 된다. 또한, 도 6에는 도시되지 않지만, 화소의 반대측의 1/2 화소에서는 액정이 쓰러지는 방향이 역방향으로 된다.
도 7은 구동 전압 인가 후, 백색 표시시의 액정 분자의 배향 상태이며, 액정 분자는 거의 기판면에 수직으로 배향하고 있다.
이상은, 기판(11)측에 가까운 액정 분자의 거동에 대해서 설명했지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 액정 표시 장치에서는, 어레이 기판(21)측에도, 상기 기판(11)측과 마찬가지의 방향으로 액정 분자를 쓰러뜨릴 수 있다. 이하, 그러한 예에 대해서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용했을 경우를 설명한다.
도 8에 도시하는 액정 표시 장치에서는, 제1 전극이 빗살 형상 전극(4a, 4b, 4c, 4d)이 되고, 또한 마찬가지로 제2 전극도 빗살 형상 전극(5a, 5b, 5c, 5d)으로 되어 있다. 제1 전극(4a, 4b, 4c, 4d)의 근방에서의 액정 분자(27a, 27b, 27c, 27d)는, 수직으로 배향하고 있다.
도 8에 도시하는 액정 표시 장치에서, 제2 전극(5a, 5b, 5c, 5d)은, 그 단부가 액정(27a)을 쓰러뜨리는 방향인 화소에서 블랙 매트릭스(2)를 향하는 방향으로, 제1 전극(4a, 4b, 4c, 4d)의 단부로부터 밀려 나오도록 배치되어 있다. 밀려 나온 양(28)은, 사용하는 액정 재료나 구동 전압, 액정 셀 두께 등의 디멘션으로 다양하게 조정할 수 있다. 밀려 나온 양(28)은 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 작은 양이라도 충분하다. 제1 전극(4a, 4b, 4c, 4d)과 제2 전극(5a, 5b, 5c, 5d)의 겹침 부분의 폭은 (29)로 나타내어져 있다. 또한, 배향막은 도시를 생략했다. 겹침 부분의 폭은 적절하게 조정할 수 있다.
도 9에 액정을 구동하는 전압을 인가한 직후의 액정 분자(27a, 27b, 27c, 27d)의 동작과, 전기력선(30a, 30b, 30c, 30d)을 함께 도시했다. 전압 인가에 의해 전기력선의 A 방향으로 액정 분자(27a, 27b, 27c, 27d)가 쓰러지기 시작한다. 이 액정 분자가 쓰러지는 방향은 도 3에 도시한 액정 분자(17a, 17b, 17c)가 쓰러지는 방향과 동일 방향이므로, 도시한 화소의 액정 분자는 동일 방향으로 순식간에 쓰러지게 되어 액정의 응답성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 제2 전극(5a, 5b, 5c, 5d)의 제1 전극(4a, 4b, 4c, 4d)의 단부로부터 밀려 나온 부분 상의 액정 분자의 쓰러짐의 방향 설정을 하기 쉽게 하기 위해서, 제1 전극의 단부에 테이퍼를 부여하는 것, 제1 전극의 층 두께를 두껍게 하는 것, 제1 전극 아래의 절연층의 일부를 에칭해서 제2 전극 상의 절연층의 두께를 얇게 하는 것 등을 행할 수 있다. 이에 의해 액정 분자에는 약간의 틸트가 부여되어 저전압으로도 쓰러지기 쉬워진다.
도 9는 화소의 1/2 화소를 도시하고 있지만, 남는 1/2 화소에서의 제2 전극이 밀려 나오는 방향은 도 9의 1/2 화소에 대하여 점 대칭 또는 선 대칭이고, 역의 방향인 것이 바람직하다. 빗살 형상 전극의 패턴은 평면시에서 V자 형상이나 비스듬히 경사진 형태일 수도 있다. 또는, 1/4 화소 단위로 90°방향을 바꾼 빗살 형상 패턴일 수도 있다. 이들 전극 패턴은 화소 중심에서 보아 점 대칭 또는 선 대칭인 것이 바람직하다.
오목부(23)의 평면에서 본 형상은, 세로가 긴 직사각형 화소의 경우에, 직사각형 화소를 2분하는 형태로 중심을 지나는 영역에 직선 형상으로 형성하는 것이 바람직하지만, 제1 전극이나 제2 전극의 빗살 패턴 형상에 의해, 직사각형 화소의 중심에서 십자 형상 또는 X자 형상으로 연장하는 형태로 형성할 수도 있다. 십자 형상 또는 X자 형상으로 오목부를 형성했을 경우, 제2 전극의 밀려 나온 부분은 제1 전극에 대하여 직사각형 화소의 4변(블랙 매트릭스) 방향으로 배치하는 것이 바람직하다. 제1 전극이나 제2 전극의 빗살 패턴은 직사각형 화소 중심으로부터 점 대칭 또는 선 대칭인 것이 바람직하다. 화소를 분할해서 액정을 구동함으로써, 광학 보상을 완전하게 행할 수 있고, 시야각이 넓어, 어느 각도에서 보아도 색 변화가 없는 수직 배향 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
또한, 제1 전극에는 액정을 구동하는 전압을 인가하지만, 제2 전극, 제3 전극은 공통의 전위(코먼)로 할 수 있다. 도 8에 도시한 제1 전극과 제2 전극의 겹침 부분(29)은 보조 용량으로서 이용할 수 있다.
이상, 도 1 내지 도 9에 도시하는 실시 형태에서는, 기판(11)에는 컬러 필터는 설치되지 않았지만, 컬러 필터를 형성하여 컬러 필터 기판으로 할 수도 있다. 이 경우, 컬러 필터는 투명 도전막(3)과 수지층(18)의 사이에 형성된다. 또한, 컬러 필터를 구성하는 착색 화소는 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소의 3색에 한하지 않고, 이것에 황색 화소 등의 보색의 화소나 백색 화소(투명 화소)를 첨가할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 수직 배향 액정 표시 장치의 모식 단면도다. 이 액정 표시 장치는 컬러 필터 기판(이하, 컬러 필터 기판이라 약칭함)(11)과 어레이 기판(21)을 액정(17)을 협지하는 형태로 접합한 구성을 갖는다. 컬러 필터 기판(11)은 투명 기판(1a) 상에 블랙 매트릭스(2), 투명 도전막인 제3 전극(3), 녹색 화소(14), 적색 화소(15) 및 청색 화소(16)를 순차 형성함으로써 구성된다. 어레이 기판(21)에서는 투명 기판(1b) 상에 제2 전극(4) 및 제3 전극(5)이 형성되어 있다. 보호층이나 배향막, 또한 편광판, 위상차판 등은 도시가 생략되어 있다.
도 11은 도 10의 평면시에서 직사각형 화소인 녹색 화소(14)의 1/2 부분을 확대해서 도시하는 단면도다. 또한, 편광판은 크로스 니콜로 하고, 노멀리 블랙의 액정 표시 장치로 했다. 도 11은 컬러 필터 기판에 설치된 투명 도전막인 제3 전극(3) 및 어레이 기판(21)에 설치된 제1 전극(4), 제2 전극(5)에 전압이 인가되지 않은 상태에서의, 수직 배향의 액정(17)에서의 액정 분자(17a, 17b, 17c, 17d)의 배향 상태를 도시하고 있다.
녹색 화소(14)(1/2 화소)의 중앙부의 액정은 녹색 화소면에 수직으로 배향되어 있지만, 오목부(23)의 숄더부(14a)의 액정 분자(17a), 볼록부(24)의 숄더 부분(14b)의 액정 분자(17b, 17c)는 약간 비스듬히 배향하고 있다. 이 비스듬한 배향 상태에서 액정 구동의 전압이 인가되면, 액정 분자(17a, 17b, 17c)는 화살표 A의 방향으로 쓰러지게 된다. 오목부(23) 및 볼록부(24)의 형성에 의해, 러빙 등의 배향 처리를 실시하지 않아도 액정 분자(17a, 17b, 17c)는 실질적으로 틸트를 부여받게 된다.
또한, 구동 전압의 인가에 의한 액정 분자의 움직임에 대해서, 도 12 및 도 13에 도시하지만, 그 움직임은 도 3 및 도 4와 마찬가지다.
또한, 이상은 기판(11)측에 가까운 액정 분자의 거동에 대해서 설명했지만, 어레이 기판(21)측에도, 상기 기판(11)측과 마찬가지의 방향으로 액정 분자를 쓰러뜨릴 수 있다. 그러한 예에 대해서, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용했을 경우를 도 14 및 도 15에 도시하는데, 그 경우의 액정 분자의 움직임은 도 8 및 도 9와 마찬가지다.
또한, 능동 소자인 TFT를, 예를 들어 산화물 반도체에 의해 형성함으로써, 화소의 개구율을 향상시킬 수 있다. 산화물 반도체의 대표예로서, IGZO라고 불리는 인듐, 갈륨 및 아연의 복합 산화물을 들 수 있다.
이하에, 본 실시 형태에 관한 액정 표시 장치용 기판에 사용할 수 있는 투명 수지 및 유기 안료 등에 대해서 예시한다.
(투명 수지)
차광층, 착색층, 수지층의 형성에 사용하는 감광성 착색 조성물은, 안료 분산체 외에도, 또한 다관능 단량체, 감광성 수지 또는 비 감광성 수지, 중합 개시제, 용제 등을 함유한다. 감광성 수지 및 비 감광성 수지 등, 본 실시 형태에 사용할 수 있는 투명성이 높은 유기 수지를 총칭해서 투명 수지라고 부른다.
투명 수지에는 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 감광성 수지가 포함된다. 열가소성 수지로는, 예를 들어 부티랄 수지, 스티렌-말레인산 공중합체, 염소화 폴리에틸렌, 염소화 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 염화비닐-아세트산비닐 공중합체, 폴리아세트산비닐, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴계 수지, 알키드 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리아미드 수지, 고무계 수지, 환화 고무계 수지, 셀룰로오스류, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 또한, 열경화성 수지로는, 예를 들어 에폭시 수지, 벤조구아나민 수지, 로진 변성 말레인산 수지, 로진 변성 푸마르산 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 페놀 수지 등을 들 수 있다. 열경화성 수지는 멜라민 수지와 이소시아네이트기를 함유하는 화합물을 반응시켜서 이루어지는 것을 사용해도 된다.
(알칼리 가용성 수지)
본 실시 형태에 사용하는 차광층, 광 산란층, 착색층, 투명 수지층, 셀 갭 규제층의 형성에는, 포토리소그래피에 의한 패턴 형성 가능한 감광성 수지 조성물을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 투명 수지는 알칼리 가용성이 부여된 수지인 것이 바람직하다. 알칼리 가용성 수지로는 카르복실기 또는 수산기를 포함하는 수지이면 특별히 한정은 없다. 예를 들어, 에폭시아크릴레이트계 수지, 노볼락계 수지, 폴리비닐페놀계 수지, 아크릴계 수지, 카르복실기 함유 에폭시 수지, 카르복실기 함유 우레탄 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도 에폭시아크릴레이트계 수지, 노볼락계 수지, 아크릴계 수지가 바람직하고, 특히 에폭시아크릴레이트계 수지나 노볼락계 수지가 바람직하다.
(아크릴 수지)
본 실시 형태에 채용 가능한 투명 수지의 대표로서 이하의 아크릴계 수지를 예시할 수 있다.
아크릴계 수지는, 단량체로서 예를 들어 (메트)아크릴산; 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 프로필(메트)아크릴레이트, 부틸(메트)아크릴레이트, t-부틸(메트)아크릴레이트, 펜틸(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트 등의 알킬(메트)아크릴레이트; 히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 히드록시프로필(메트)아크릴레이트 등의 수산기 함유 (메트)아크릴레이트; 에톡시에틸(메트)아크릴레이트, 글리시딜(메트)아크릴레이트 등의 에테르기 함유 (메트)아크릴레이트; 및 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 이소보르닐(메트)아크릴레이트, 디시클로펜테닐(메트)아크릴레이트 등의 지환식 (메트)아크릴레이트 등을 사용해서 얻은 중합체를 들 수 있다.
또한, 이상 예로 든 단량체는 단독으로 또는 2종 이상을 병용해서 사용할 수 있다. 또한, 이들 단량체와 공중합 가능한 스티렌, 시클로헥실말레이미드 및 페닐말레이미드 등의 화합물과의 공중합체이어도 좋다.
또한, 예를 들어 (메트)아크릴산 등의 에틸렌성 불포화기를 갖는 카르복실산을 공중합하여 얻어진 공중합체와, 글리시딜메타크릴레이트 등의 에폭시기 및 불포화 이중 결합을 함유하는 화합물을 반응시키는 것이나, 글리시딜메타크릴레이트 등의 에폭시기 함유 (메트)아크릴레이트의 중합체, 또는 그것과 그 밖의 (메트)아크릴레이트와의 공중합체에 (메트)아크릴산 등의 카르복실산 함유 화합물을 부가시킴으로써도 감광성을 갖는 수지를 얻을 수 있다.
또한, 예를 들어 히드록시에틸메타크릴레이트 등의 단량체의, 수산기를 갖는 중합체에, 메타크릴로일옥시에틸이소시아네이트 등의 이소시아네이트기 및 에틸렌성 불포화기를 갖는 화합물을 반응시킴으로써도 감광성을 갖는 수지를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 복수의 수산기를 갖는 히드록시에틸메타크릴레이트 등의 공중합체와 다염기산 무수물을 반응시켜서, 공중합체에 카르복실기를 도입하여 카르복실기를 갖는 수지를 얻을 수 있다. 카르복실기를 갖는 수지의 제조 방법은 이 방법에만 한정되는 것이 아니다.
상기의 반응에 사용하는 산 무수물의 예로서, 예를 들어 말론산 무수물, 숙신산 무수물, 말레인산 무수물, 이타콘산 무수물, 프탈산 무수물, 테트라히드로프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물, 메틸테트라히드로프탈산 무수물 및 트리멜리트산 무수물 등을 들 수 있다.
상술한 아크릴계 수지의 고형분 산가는 20 내지 180 mgKOH/g인 것이 바람직하다. 산가가 20 mgKOH/g보다 작을 경우에는, 감광성 수지 조성물의 현상 속도가 지나치게 느려서 현상에 필요한 시간이 많아져서, 생산성이 떨어지는 경향이 있다. 또한, 고형분 산가가 180 mgKOH/g보다 클 경우에는, 반대로 현상 속도가 지나치게 빨라서, 현상 후의 패턴 벗겨짐이나 패턴 절결의 문제가 발생하는 경향이 있다.
또한, 상기 아크릴계 수지가 감광성을 갖는 경우, 이 아크릴 수지의 이중 결합 당량은 100 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100 내지 2000이며, 가장 바람직하게는 100 내지 1000이다. 이중 결합 당량이 2000을 초과할 경우에는 충분한 광 경화성을 얻을 수 없을 경우가 있다.
(광 중합성 단량체)
광 중합성 단량체의 예로서, 2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메트)아크릴레이트, 트리시클로데카닐(메트)아크릴레이트, 멜라민(메트)아크릴레이트, 에폭시(메트)아크릴레이트 등의 각종 아크릴산에스테르 및 메타크릴산에스테르, (메트)아크릴산, 스티렌, 아세트산비닐, (메트)아크릴아미드, N-히드록시메틸(메트)아크릴아미드, 아크릴로니트릴 등을 들 수 있다.
또한, 수산기를 갖는 (메트)아크릴레이트에 다관능 이소시아네이트를 반응시켜서 얻어지는 (메트)아크릴로일기를 갖는 다관능 우레탄아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 수산기를 갖는 (메트)아크릴레이트와 다관능 이소시아네이트와의 조합은 임의이며 특별히 한정되는 것이 아니다. 또한, 1종의 다관능 우레탄아크릴레이트를 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합해서 사용할 수도 있다.
(광중합 개시제)
광중합 개시제로는, 4-페녹시디클로로아세토페논, 4-t-부틸-디클로로아세토페논, 디에톡시아세토페논, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-벤질-2-디메틸아민-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄-1-온 등의 아세토페논계 화합물; 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤질디메틸케탈 등의 벤조인계 화합물; 벤조페논, 벤조일벤조산, 벤조일벤조산메틸, 4-페닐벤조페논, 히드록시벤조페논, 아크릴화 벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸디페닐설파이드 등의 벤조페논계 화합물; 티오크산톤, 2-크롤티오크산톤, 2-메틸티오크산톤, 이소프로필티오크산톤, 2,4-디이소프로필티오크산톤 등의 티오크산톤계 화합물; 2,4,6-트리클로로-s-트리아진, 2-페닐-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(p-메톡시페닐)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(p-트릴)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-피페닐-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-스티릴s-트리아진, 2-(나프토-1-일)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-(4-메톡시-나프토-1-일)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2,4-트리클로로메틸-(피페로닐)-6-트리아진, 2,4-트리클로로메틸(4'-메톡시스티릴)-6-트리아진 등의 트리아진계 화합물; 1,2-옥탄디온, 1-〔4-(페닐티오)-,2-(O-벤조일옥심)〕, O-(아세틸)-N-(1-페닐-2-옥소-2-(4'-메톡시-나프틸)에틸리덴)히드록실아민 등의 옥심 에스테르계 화합물; 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀옥사이드, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드 등의 포스핀계 화합물; 9,10-페난트렌퀴논, 캄포퀴논, 에틸안트라퀴논 등의 퀴논계 화합물; 보레이트계 화합물; 카르바졸계 화합물; 이미다졸계 화합물; 티타노센계 화합물 등을 들 수 있다. 감도 향상에는 옥심 유도체류(옥심계 화합물)가 유효하다. 이것들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
(증감제)
광중합 개시제와 증감제를 병용하는 것이 바람직하다. 증감제로서, α-아실옥시에스테르, 아실포스핀옥사이드, 메틸페닐글리옥실레이트, 벤질-9,10-페난트렌퀴논, 캄포퀴논, 에틸안트라퀴논, 4,4'-디에틸이소프탈로페논, 3,3',4,4'-테트라(t-부틸퍼옥시카르보닐)벤조페논, 4,4'-디에틸아미노벤조페논 등의 화합물을 병용할 수도 있다.
증감제는 광중합 개시제 100 질량부에 대하여 0.1 질량부 내지 60 질량부의 양을 함유시킬 수 있다.
(에틸렌성 불포화 화합물)
상술한 광중합 개시제는 에틸렌성 불포화 화합물과 함께 사용하는 것이 바람직하다. 에틸렌성 불포화 화합물로는 에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 1개 이상 갖는 화합물을 의미한다. 그 중에서도, 중합성, 가교성 및 그것에 수반하는 노광부와 비 노광부의 현상액 용해성의 차이를 확대할 수 있는 등의 점에서, 에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 2개 이상 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 또한, 그 불포화 결합이 (메트)아크릴로일옥시기에 유래하는 (메트)아크릴레이트 화합물이 특히 바람직하다.
에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 1개 이상 갖는 화합물로는, 예를 들어 (메트)아크릴산, 크로톤산, 이소크로톤산, 말레인산, 이타콘산, 시트라콘산 등의 불포화 카르복실산 및 그의 알킬에스테르; (메트)아크릴로니트릴; (메트)아크릴아미드; 스티렌 등을 들 수 있다. 에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 2개 이상 갖는 화합물로는, 대표적으로는 예를 들어 불포화 카르복실산과 폴리히드록시 화합물의 에스테르류, (메트)아크릴로일옥시기 함유 포스페이트류, 히드록시(메트)아크릴레이트 화합물과 폴리이소시아네이트 화합물의 우레탄(메트)아크릴레이트류 및 (메트)아크릴산 또는 히드록시(메트)아크릴레이트 화합물과 폴리 에폭시 화합물의 에폭시(메트)아크릴레이트류 등을 들 수 있다.
상기 광중합성 개시제, 증감제 및 에틸렌성 불포화 화합물은 후술하는 위상차층의 형성에 사용되는 중합성 액정 화합물을 포함하는 조성물에 첨가할 수도 있다.
(다관능 티올)
감광성 착색 조성물에는 연쇄 이동제로서 작용을 하는 다관능 티올을 함유시킬 수 있다. 다관능 티올은 티올기를 2개 이상 갖는 화합물이면 좋고, 예를 들어 헥산디티올, 데칸디티올, 1,4-부탄디올비스티오프로피오네이트, 1,4-부탄디올비스티오글리콜레이트, 에틸렌글리콜비스티오글리콜레이트, 에틸렌글리콜비스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스티오글리콜레이트, 트리메틸올프로판트리스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스(3-메르캅토부티레이트), 펜타에리트리톨테트라키스티오글리콜레이트, 펜타에리트리톨테트라키스티오프로피오네이트, 트리메르캅토프로피온산트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트, 1,4-디메틸메르캅토벤젠, 2,4,6-트리메르캅토-s-트리아진, 2-(N,N-디부틸아미노)-4,6-디메르캅토-s-트리아진 등을 들 수 있다.
이들 다관능 티올은 1종 또는 2종 이상 혼합해서 사용할 수 있다. 다관능 티올은, 감광성 착색 조성물 중에 안료 100 질량부에 대하여 바람직하게는 0.2 내지 150 질량부, 보다 바람직하게는 0.2 내지 100 질량부의 양으로 사용할 수 있다.
(저장 안정제)
감광성 착색 조성물에는 조성물의 경시 점도를 안정화시키기 위해서 저장 안정제를 함유시킬 수 있다. 저장 안정제로는, 예를 들어 벤질트리메틸클로라이드, 디에틸히드록시아민 등의 4급 암모늄 클로라이드, 락트산, 옥살산 등의 유기산 및 그의 메틸에테르, t-부틸피로카테콜, 트리에틸포스핀, 트리페닐포스핀 등의 유기 포스핀, 아인산염 등을 들 수 있다. 저장 안정제는, 감광성 착색 조성물 중의 안료 100 질량부에 대하여 0.1 질량부 내지 10 질량부의 양으로 함유시킬 수 있다.
(밀착 향상제)
감광성 착색 조성물에는 기판과의 밀착성을 향상시키기 위해서 실란 커플링제 등의 밀착 향상제를 함유시킬 수도 있다. 실란 커플링제로는, 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, 비닐에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 등의 비닐실란류, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 등의 (메트)아크릴실란류; β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)메틸트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)메틸트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란 등의 에폭시실란류; N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필메틸디에톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리에톡시실란 등의 아미노실란류; γ-메르캅토프로필트리메톡시실란, γ-메르캅토프로필트리에톡시실란 등의 티오실란류 등을 들 수 있다. 실란 커플링제는, 감광성 착색 조성물 중에 안료 100 질량부에 대하여 0.01 질량부 내지 100 질량부로 함유시킬 수 있다.
(용제)
감광성 착색 조성물에는 기판 상에 대한 균일한 도포를 가능하게 하기 위해서, 물이나 유기 용제 등의 용제가 배합된다. 또한, 본 실시 형태에 사용하는 조성물이 컬러 필터의 착색층일 경우, 용제는 안료를 균일하게 분산시키는 기능도 갖는다. 용제로는, 예를 들어 시클로헥사논, 에틸셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 1-메톡시-2-프로필아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸벤젠, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 크실렌, 에틸셀로솔브, 메틸-n아밀케톤, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 톨루엔, 메틸에틸케톤, 아세트산에틸, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올, 이소부틸케톤, 석유계 용제 등을 들 수 있고, 이것들을 단독으로 또는 혼합해서 사용할 수 있다. 용제는, 착색 조성물 중에 안료 100 질량부에 대하여 800 질량부 내지 4000 질량부, 바람직하게는 1000 질량부 내지 2500 질량부로 함유시킬 수 있다.
(유기 안료)
적색 안료로는, 예를 들어 C. I. 피그먼트 레드 7, 9, 14, 41, 48:1, 48:2, 48:3, 48:4, 81:1, 81:2, 81:3, 97, 122, 123, 146, 149, 168, 177, 178, 179, 180, 184, 185, 187, 192, 200, 202, 208, 210, 215, 216, 217, 220, 223, 224, 226, 227, 228, 240, 246, 254, 255, 264, 272, 279 등을 사용할 수 있다.
황색 안료로는, 예를 들어 C. I. 피그먼트 옐로우 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 24, 31, 32, 34, 35, 35:1, 36, 36:1, 37, 37:1, 40, 42, 43, 53, 55, 60, 61, 62, 63, 65, 73, 74, 77, 81, 83, 86, 93, 94, 95, 97, 98, 100, 101, 104, 106, 108, 109, 110, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 123, 125, 126, 127, 128, 129, 137, 138, 139, 144, 146, 147, 148, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 161, 162, 164, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 179, 180, 181, 182, 185, 187, 188, 193, 194, 199, 213, 214 등을 들 수 있다.
청색 안료로는, 예를 들어 C.I. 피그먼트 블루 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 16, 22, 60, 64, 80 등을 사용할 수 있고, 이들 중에서는, C.I. 피그먼트 블루 15:6이 바람직하다.
보라색 안료로서, 예를 들어 C.I. 피그먼트 바이올렛 1, 19, 23, 27, 29, 30, 32, 37, 40, 42, 50 등을 사용할 수 있고, 이들 중에서는, C.I. 피그먼트 바이올렛 23이 바람직하다.
녹색 안료로는, 예를 들어 C.I. 피그먼트 그린 1, 2, 4, 7, 8, 10, 13, 14, 15, 17, 18, 19, 26, 36, 45, 48, 50, 51, 54, 55, 58 등을 사용할 수 있고, 이들 중에서는, C.I. 피그먼트 그린 58이 바람직하다.
이하, C.I. 피그먼트의 안료 종의 기재에 있어서, 단순히 PB(피그먼트 블루), PV(피그먼트 바이올렛), PR(피그먼트 레드), PY(피그먼트 옐로우), PG(피그먼트 그린) 등으로 생략해서 기재하는 경우가 있다.
(차광층의 색재)
차광층 또는 블랙 매트릭스 포함되는 차광성의 색재는, 가시광 파장 영역에 흡수를 가짐으로써 차광 기능을 나타내는 색재다. 본 실시 형태에서 차광성의 색재에는, 예를 들어 유기 안료, 무기 안료, 염료 등을 들 수 있다. 무기 안료로는, 예를 들어 카본 블랙, 산화티탄 등을 들 수 있다. 염료로는, 예를 들어 아조계 염료, 안트라퀴논계 염료, 프탈로시아닌계 염료, 퀴논이민계 염료, 퀴놀린계 염료, 니트로계 염료, 카르보닐계 염료, 메틴계 염료 등을 들 수 있다. 유기 안료에 대해서는 상기한 유기 안료를 채용할 수 있다. 또한, 차광성 성분은 1종을 사용할 수도 있고, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용할 수도 있다. 또한, 이들 색재의 표면에 따른 수지 피복에 의한 고 체적 저항화, 반대로 수지의 모재에 대해 색재의 함유 비율을 높여서 약간의 도전성을 부여함으로 인한 저 체적 저항화를 행해도 좋다. 그러나, 이러한 차광성 재료의 체적 저항값은 약 1×108 내지 1×1015 Ω·cm의 범위이므로, 투명 도전막의 저항값에 영향을 미치는 수준이 아니다. 마찬가지로, 차광층의 비유전율도 색재의 선택이나 함유 비율로 약 3 내지 11의 범위에서 조정할 수 있다.
(분산제·분산 조제)
안료 분산제로서 고분자 분산제를 사용하면, 경시의 분산 안정성이 우수하므로 바람직하다. 고분자 분산제로는, 예를 들어 우레탄계 분산제, 폴리에틸렌이민계 분산제, 폴리옥시에틸렌알킬에테르계 분산제, 폴리옥시에틸렌글리콜디에스테르계 분산제, 소르비탄 지방족 에스테르계 분산제, 지방족 변성 폴리에스테르계 분산제 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 특히 질소 원자를 함유하는 그라프트 공중합체를 포함하는 분산제가 안료를 많이 포함하는 본 실시 형태에 사용하는 차광성 감광성 수지 조성물에 대해서는, 현상성의 점에서 바람직하다.
이들 분산제의 구체예로는, 상품명으로, EFKA(에프카; 에프카케미컬즈비브이(EFKA)사제), Disperbik(디스퍼빅; 빅케미사제), 디스파론(구스모토화성사제), SOLSPERSE(솔스퍼스; 루브리졸사제), KP(신에츠화학공업사제), 폴리플로우(교에이샤화학사제) 등을 들 수 있다. 이들 분산제는 1종을 사용할 수도 있고, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용할 수 있다.
분산 조제로는, 예를 들어 색소 유도체 등을 사용할 수 있다. 색소 유도체로는, 예를 들어 아조계, 프탈로시아닌계, 퀴나크리돈계, 벤즈이미다졸론계, 퀴노프탈론계, 이소인돌리논계, 디옥사진계, 안트라퀴논계, 인단트렌계, 페릴렌계, 페리논계, 디케토피롤로피롤계, 디옥사진계 등의 유도체를 들 수 있는데, 그 중에서도 퀴노프탈론계가 바람직하다.
색소 유도체의 치환기로는, 예를 들어 술폰산기, 술폰아미드기 및 그의 4급 염, 프탈이미드메틸기, 디알킬아미노알킬기, 수산기, 카르복실기, 아미드기 등이 안료 골격에 직접 또는 알킬기, 아릴기, 복소환기 등을 통해 결합한 것을 들 수 있다. 이들 중에서는, 술폰산기가 바람직하다. 또한, 이들 치환기는 하나의 안료 골격에 복수 치환되어 있어도 된다.
색소 유도체의 구체예로는 프탈로시아닌의 술폰산 유도체, 퀴노프탈론의 술폰산 유도체, 안트라퀴논의 술폰산 유도체, 퀴나크리돈의 술폰산 유도체, 디케토피롤로피롤의 술폰산 유도체, 디옥사진의 술폰산 유도체 등을 들 수 있다.
이상의 분산 조제 및 색소 유도체는 1종을 사용할 수도 있고, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용할 수도 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예에 대해서 설명한다.
이하의 실시예 중, 컬러 필터 기판에 관한 실시예 6 내지 9에서는 착색 화소를 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소의 3색을 사용했지만, 이것에 황색 화소 등의 보색의 화소나 백색 화소를 첨가해도 된다.
실시예 1
도 16에 도시하는 기판을 이하와 같이 해서 제조했다.
(블랙 매트릭스 형성용 분산액)
카본 안료 #47(미츠비시 화학사제) 20 질량부, 고분자 분산제 BYK-182(빅케미사제) 8.3 질량부, 구리 프탈로시아닌 유도체(도요잉크제조사제) 1.0 질량부 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 71 질량부를 비즈 밀 분산기로 교반해서 카본 블랙 분산액을 제작했다.
(블랙 매트릭스 형성용 포토레지스트)
블랙 매트릭스 형성용 레지스트는 이하의 재료를 사용해서 제작했다.
카본 블랙 분산액: 안료 #47(미츠비시화학사제)
수지: V259-ME(신닛테츠화학사제)(고형분 56.1 질량％)
단량체: DPHA(니혼카야쿠사제)
개시제: OXE-02(치바·스페샬티·케미칼즈사제)
OXE-01(치바·스페샬티·케미칼즈사제)
용제: 프로피렌글리콜모노메틸에테르아세테이트
에틸-3-에톡시프로피오네이트
레벨링제: BYK-330(빅케미사제)
이상의 재료를 이하의 조성비로 혼합 교반하여 블랙 매트릭스 형성용 레지스트로 했다(고형분 중의 안료 농도: 약 20％).
카본 블랙 분산액 3.0 질량부
수지 1.4 질량부
단량체 0.3 질량부
개시제 OXE-01 0.67 질량부
개시제 OXE-02 0.17 질량부
프로필렌글리콜모노메틸에테르 아세테이트 14 질량부
에틸-3-에톡시프로피오네이트 5.0 질량부
레벨링제 1.5 질량부
(블랙 매트릭스 형성 조건)
도 16에 도시한 바와 같이, 상기 포토레지스트를 유리를 포함하는 투명 기판(1a)에 스핀 코트하고 건조시켜 막 두께 1.9 ㎛의 도막을 제작했다. 이러한 도막을 100℃에서 3분간 건조한 후, 블랙 매트릭스로서 패턴 폭(블랙 매트릭스의 화선 폭에 상당) 20.5 ㎛ 개구가 있는 노광용의 포토마스크를 사용하여, 광원으로서 초고압 수은등 램프를 사용해서 200 mJ/cm2 조사했다.
다음으로, 2.5％ 탄산나트륨 수용액으로 60초간 현상하고, 현상 후 충분히 수세하고 또한 건조한 후, 230℃에서 60분 가열 처리해서 패턴을 정착시켜, 투명 기판(1a) 상에 블랙 매트릭스(2)를 형성했다. 블랙 매트릭스(2)의 화선 폭은 약 20 ㎛이며, 직사각형 화소의 주위(4변)에 형성했다. 투명 기판면으로부터의 화선 단부의 경사 각도는 약 45도로 했다.
(투명 도전막의 성막)
스퍼터링 장치를 사용하여, 상기한 블랙 매트릭스(2)의 전체면을 덮도록, ITO(인듐·주석의 금속 산화물 박막)를 포함하는 투명 도전막(3)(제3 전극)을 0.14 ㎛의 막 두께로 형성했다.
(수지층의 형성)
투명 도전막(3)을 덮도록, 알칼리 가용성의 아크릴 감광성 수지 도포액을 사용하여, 경막 후의 막 두께가 1.8 ㎛가 되도록 포토리소그래피에 의해 수지층(18)을 형성했다. 사용한 포토마스크로는 직사각형 화소의 중앙부에는 하프톤(투과율이 낮은 반투과부)의 슬릿을 설치한 것을 사용하여, 평면시에서 선 형상의 오목부(13)를 형성했다. 오목부(13)의 깊이는 약 1 ㎛로 했다.
블랙 매트릭스(2) 상에 형성된 수지층(18)을 포함하는 볼록부(24)의 높이(H1)는 약 1.1 ㎛가 되었다. 볼록부(24)의 경사는 투명 기판면으로부터의 각도로 약 45도이었다. 또한, 볼록부(24)의 높이(H1)는 수지층(18)의 평탄부의 표면으로부터 볼록부(24)의 정상까지의 높이로 했다.
또한, 본 실시예에 관한 기판은 컬러 필터를 포함하지 않고, 컬러 필터는 어레이 기판측에 형성하거나, 또는 필드 시퀀셜(복수 색의 LED 광원을 백라이트에 사용하여, 시분할의 광원 구동에 의해, 컬러 필터 없이도 컬러 표시를 행하는 방법)의 컬러 액정 표시 장치에 적용할 수 있다.
수지층(18)의 형성에 사용하는 아크릴 감광성 수지 도포액은 하기에 나타낸 바와 같이 아크릴 수지를 합성하고, 또한 단량체, 광 개시제를 가하여 0.5 ㎛의 필트레이션을 행해서 얻은 투명 수지 도포액이다.
(아크릴 수지의 합성)
반응 용기에 시클로헥사논 800 질량부를 넣어, 질소 가스를 주입하면서 가열하고, 하기 단량체 및 열중합 개시제의 혼합물을 적하하여 중합 반응을 행했다.
스티렌 55 질량부
메타크릴산 65 질량부
메틸메타크릴레이트 65 질량부
벤질메타크릴레이트 60 질량부
열중합 개시제 15 질량부
연쇄 이동제 3 질량부
적하 후, 충분히 가열한 후, 열중합 개시제 2.0 질량부를 시클로헥사논 50 질량부로 용해해서 얻은 용액을 첨가해서 반응을 더 계속하여 아크릴 수지의 용액을 얻었다. 이 수지 용액에 고형분이 30 질량％가 되도록 시클로헥사논을 첨가해서 아크릴 수지 용액을 조제하여 수지 용액 (1)이라고 했다. 아크릴 수지의 중량 평균 분자량은 약 20,000이었다.
또한, 하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1mm의 유리 비드를 사용하여 샌드 밀로 2시간 분산시키고, 0.5 ㎛의 필터로 여과하여 투명 수지 도포액을 얻었다.
수지 용액 (1) 100 질량부
다관능 중합성 단량체
EO 변성 비스페놀 A 메타크릴레이트(BPE-500:신나카무라 화학사제)
20 질량부
광 개시제
(치바 스페셜티 케미컬즈사제 "이가큐어 907")
16 중량부
시클로헥사논 190 중량부
실시예 2
도 17에 도시하는 기판을 이하와 같이 해서 제조했다.
본 실시예에서는, 사용한 블랙 매트릭스 형성용 포토마스크 및 포토레지스트는 실시예 1과 동일하다.
유리 기판(1a) 상에 블랙 매트릭스(2)를 형성한 후, 이 블랙 매트릭스(2)를 포함하는 유리 기판(1a) 상에 알칼리 가용형, 감광성 포토레지스트의 아크릴 수지를 건조 후 막 두께가 1.2 ㎛가 되는 두께로 도포했다. 감광성 직사각형 화소 중앙부에만 10 ㎛의 개구 폭이 있는 포토마스크를 사용해서 노광하고, 또한 현상 및 경막 처리하여, 12 ㎛ 화선 폭의 투명 선 형상 패턴(22)을 형성했다.
계속해서, 실시예 1과 마찬가지로 하여 투명 도전막(3)을 적층했다.
그 후, 수지층(18)을 형성하는데, 거기에 사용한 레지스트 및 그 형성 방법은 실시예 1과 동일하다. 단, 수지층(18) 형성을 위한 포토마스크로는, 실시예 1과 달리, 직사각형 화소 중앙부에 선 형상 차광 패턴이 있는 포토마스크를 사용했다.
도 17을 참조하여, 제조한 기판에 대해서 설명한다. 수지층(18)의 막 두께는 1.8 ㎛이다. 수지층(18)의 볼록부(24)의 높이는 1 ㎛이다. 직사각형 화소의 중앙부에는 투명 수지(아크릴 수지)를 포함하는 선 형상 패턴(22)이 형성되고, 이 선 형상 패턴(22) 상에는 7 ㎛의 투명 도전막의 개구 폭과 약 0.6 ㎛의 깊이가 있는 오목부(33)가 형성되어 있다.
또한, 본 실시예에서 사용한 아크릴 수지 대신에, 높은 농도의 유기 안료를 포함하는 착색층에 의해 선 형상 패턴을 형성할 수도 있다. 안료 농도가 높은 착색층을 포함하는 선 형상 패턴에 의해, 선 형상의 광의 누락을 없애서, 색순도가 높은 표시가 가능해진다.
실시예 3
도 18에 도시하는 기판을 이하와 같이 해서 제조했다.
본 실시예에서는, 실시예 1에서 사용한 블랙 매트릭스 형성용 포토마스크 대신에, 블랙 매트릭스 형성용 개구 패턴 외에도, 직사각형 화소 중앙부에 11 ㎛ 폭의 개구가 더 있는 포토마스크를 사용했다. 개구 폭을 좁게 함으로써 노광량이 급감하기 때문에, 직사각형 화소 중앙에 높이가 낮은 선 형상의 차광 패턴(32)을 형성할 수 있다.
그 후, 실시예 1과 마찬가지로 하여 투명 도전막(3)을 적층했다.
또한, 수지층(18) 형성용 포토마스크로서, 직사각형 화소 중앙부에 12 ㎛ 폭의 차광 패턴이 더 있는 포토마스크를 사용했다. 그 밖에, 사용한 레지스트, 제조 방법은 실시예 1과 동일하다.
도 18을 사용하여, 제조한 기판에 대해서 설명한다. 수지층(18)의 막 두께는 모두 1.8 ㎛이다. 수지층(18)의 볼록부(24)의 높이는 1.1 ㎛이다. 직사각형 화소의 중앙부에는 차광층(블랙 형성 레지스트)에 의한 차광 패턴(32)이 형성되고, 이 차광 패턴(32) 상에는 7 ㎛의 투명 도전막의 개구 폭과 약 0.6 ㎛의 깊이가 있는 오목부(43)가 형성되어 있다.
본 실시예에서는, 블랙 매트릭스와 직사각형 화소 중앙의 차광 패턴을 1개의 포토마스크를 사용해서 형성했지만, 블랙 매트릭스와 차광 패턴으로 나누어 2개의 포토마스크를 사용하고, 또한 2회의 포토리소그래피의 방법으로 형성할 수도 있다.
실시예 4
도 19에 도시하는 기판을 이하와 같이 해서 제조했다.
유리 기판(1a) 상에 0.14 ㎛ 막 두께의 투명 도전막(3)을 형성하고, 이 투명 도전막(3) 상에 블랙 매트릭스(2)를 1.9 ㎛의 막 두께로 형성했다. 블랙 매트릭스 형성용 포토레지스트는 실시예 1과 마찬가지의 것을 사용했다.
다음으로, 블랙 매트릭스(2) 및 직사각형 개구부를 덮도록, 알칼리 가용성의 아크릴 감광성 수지 도포액을 사용하여, 경막 후의 막 두께가 1 ㎛가 되도록 수지층(18)을 형성했다. 블랙 매트릭스(2) 상에 형성된 수지층(18)을 포함하는 볼록부(24)의 높이(H2)는 약 1 ㎛로 했다. 오목부(53)의 깊이는 1 ㎛이며, 오목부(53)에는 투명 도전막(3)을 노출시켰다.
또한, 본 실시예에 관한 기판은 컬러 필터를 포함하지 않고, 컬러 필터는 어레이 기판측에 형성하거나, 또는 필드 시퀀셜(복수 색의 LED 광원을 백라이트에 사용하고, 시분할의 광원 구동에 의해 컬러 필터 없이도 컬러 표시를 행하는 방법)의 컬러 액정 표시 장치에 적용할 수 있다.
수지층(18)의 형성에 사용하는 아크릴 감광성 수지 도포액은 실시예 1에서 사용한 것과 마찬가지의 것으로 했다.
실시예 5
도 20에 도시하는 컬러 필터 기판을 이하와 같이 해서 제조했다.
유리 기판(1a) 상에 0.14 ㎛ 막 두께의 투명 도전막(3)을 형성하고, 이 투명 도전막(3) 상에 블랙 매트릭스(2)를 1.9 ㎛의 막 두께로 형성했다. 블랙 매트릭스 형성용 포토레지스트는 실시예 1과 마찬가지의 것을 사용했다.
다음으로, 블랙 매트릭스(2) 및 직사각형 개구부를 덮도록 착색 화소를 형성했다. 착색 화소의 형성에 사용한 컬러 레지스트 및 착색 화소의 형성 방법에 대해서 이하에 나타낸다.
(착색 화소의 형성)
《착색층 형성용 분산액》
착색층에 분산되는 유기 안료로서, 이하의 것을 사용했다.
적색용 안료: C. I. 피그먼트 레드 254(치바 스페셜티 케미컬즈사제 "이가포 레드 B-CF"), C. I. 피그먼트 레드 177(치바 스페셜티 케미컬즈사제 "크로모프탈 레드 A2B")
녹색용 안료: C. I. 피그먼트 그린 58, C. I. 피그먼트 옐로우 150(바이엘사제 "팬촌 펄스트옐로우 Y-5688")
청색용 안료: C. I. 피그먼트 블루 15(도요잉크제조제 "리아놀 블루 ES")
C. I. 피그먼트 바이올렛 23(BASF사제 "팔리오겐 바이올렛 5890")
이상의 안료를 사용하여, 적색, 녹색 및 청색의 각 색 분산액을 제작했다.
<적색 안료 분산액>
적색 안료: C. I. 피그먼트 레드 254 18 질량부
적색 안료: C. I. 피그먼트 레드 177 2 질량부
아크릴 바니시(고형분 20 질량％) 108 질량부
상기의 조성의 혼합물을 균일하게 교반한 후, 유리 비드를 사용하여, 샌드 밀로 5시간 분산시켜, 5 ㎛ 필터로 여과해서 적색 안료 분산액을 제작했다.
<녹색 안료 분산액>
녹색 안료: C. I. 피그먼트 그린 58 16 질량부
녹색 안료: C. I. 피그먼트 옐로우 150 8 질량부
아크릴 바니시(고형분 20 질량％): 102 질량부
상기의 조성의 혼합물에 대하여, 적색 안료 분산액과 마찬가지의 제작 방법을 사용해서 녹색 안료 분산액을 제작했다.
<청색 안료 분산액>
청색 안료: C. I. 피그먼트 블루 15 50 질량부
청색 안료: C. I. 피그먼트 바이올렛 23 2 질량부
분산제(제네카사제 "솔스퍼스 20000"): 6 질량부
아크릴 바니시(고형분 20 질량％): 200 질량부
상기의 조성의 혼합물에 대하여, 적색 안료 분산액과 마찬가지의 제작 방법을 사용해서 청색 안료 분산액을 제작했다.
《착색 화소 형성 컬러 레지스트》
<적색 화소 형성 컬러 레지스트>
적색 분산액 150 질량부
트리메틸올프로판트리아크릴레이트 13 질량부
(오사카유기화학공업사제 "TMP3A")
광 개시제 4 질량부
(치바 스페셜티 케미컬즈사제 "이르가큐어(Irgacure) 907")
증감제(호도가야 화학사제 "EAB-F") 2 질량부
용제: 시클로헥사논 257 질량부
상기 조성의 혼합물을 균일해지도록 교반 혼합한 후, 5 ㎛의 필터로 여과해서 적색 화소 형성 컬러 레지스트를 얻었다.
<녹색 화소 형성 컬러 레지스트>
녹색 분산액 126 질량부
트리메틸올프로판트리아크릴레이트 14 질량부
(오사카유기화학공업사제 "TMP3A")
광 개시제 4 질량부
(치바 스페셜티 케미컬즈사제 "이르가큐어 907")
증감제(호도가야 화학사제 "EAB-F") 2 질량부
시클로헥사논 257 질량부
상기 조성의 혼합물을 균일해지도록 교반 혼합한 후, 5 ㎛의 필터로 여과하여, 녹색 화소 형성 컬러 레지스트를 얻었다.
<청색 화소 형성 컬러 레지스트>
조성이 각각 하기 조성이 되도록, 적색 화소 형성 컬러 레지스트와 마찬가지의 방법으로 제작했다.
청색 분산액 258 질량부
트리메틸올프로판트리아크릴레이트 19 질량부
(오사카유기화학공업사제 "TMP3A")
광 개시제 4 질량부
(치바 스페셜티 케미컬즈사제 "이르가큐어 907")
증감제(호도가야 화학사제 "EAB-F") 2 질량부
시클로헥사논 214 질량부
《착색 화소 형성》
상기와 같은 방법에 의해 얻어진 착색 화소 형성 컬러 레지스트를 사용해서 착색층을 형성했다.
착색층의 형성은, 우선 투명 도전막(3) 및 블랙 매트릭스(2)가 형성된 유리 기판(1a) 상에 적색 화소 형성용 컬러 레지스트를 스핀 코트에 의해 완성 막 두께가 1.8 ㎛가 되도록 도포했다. 90℃에서 5분간 건조한 후, 착색 화소 형성용의 포토마스크를 통과시켜 고압 수은등의 광을 300 mJ/cm2의 조사량으로 조사하고, 알칼리 현상액으로 60초간 현상하여, 스트라이프 형상의 적색의 착색 화소(15)를 얻었다. 그 후, 230℃에서 30분 소성했다. BM부와 컬러부의 겹침을 14.0 ㎛로 해서 제작했다. 또한, 직사각형 화소의 중앙부에는 하프톤(투과율이 낮은 반투과부)의 슬릿을 설치하여, 평면시에서 선 형상의 오목부(도시하지 않음)를 형성했다. 오목부의 깊이는 약 1 ㎛로 했다.
다음으로, 녹색 화소 형성용 레지스트도 마찬가지로 스핀 코트에 의해 완성 막 두께가 1.8 ㎛가 되도록 도포했다. 90℃, 5분간 건조한 후, 상술한 적색 화소(15)와 인접한 위치에 패턴이 형성되도록 포토마스크를 통과시켜 노광해서 현상함으로써, 녹색 화소(14)를 형성했다. 마찬가지로, 직사각형 화소의 중앙부에는 하프톤(투과율이 낮은 반투과부)의 슬릿을 설치하여, 평면시에서 선 형상의 오목부(63)를 형성했다. 오목부(63)의 깊이는 약 1 ㎛로 했다. 그 후, 230℃에서 30분간 열처리하여 경막했다.
또한, 적색, 녹색과 완전히 마찬가지로 해서, 청색 화소 형성용 레지스트에 대해서도 완성 막 두께가 1.8 ㎛이고 적색 화소, 녹색 화소와 인접한 청색 화소(16)를 얻었다. 이것으로, 기판(1a) 상에 적색, 녹색, 청색 3색의 착색 화소를 갖는 컬러 필터가 얻어졌다. 그 후, 230℃에서 30분간 열처리해서 경막하여, 컬러 필터 기판을 얻었다.
그 후, 착색 화소 상에 열 경화형의 아크릴 수지를 포함하는 수지층(68)을 0.2 ㎛의 막 두께로 적층했다. 볼록부(64)의 높이는 약 1 ㎛, 오목부(63) 깊이는 약 0.9 ㎛가 되었다. 수지층(68)에 의해, 볼록부(64)의 높이 및 오목부(63)의 깊이가 약간 작은 값으로 되었다.
실시예 6
도 21에 도시하는 컬러 필터 기판을 이하와 같이 해서 제조했다.
유리 기판(1a) 상에 블랙 매트릭스(2)를 1.9 ㎛의 막 두께로 형성했다. 블랙 매트릭스 형성용 포토레지스트는 실시예 6과 마찬가지의 것을 사용했다. 다음으로, 실시예 6에서 사용한 컬러 레지스트를 사용하여, 적색 착색 화소(15), 녹색 착색 화소(14), 청색 착색 화소(16)를 막 두께 1.8 ㎛로 형성했다.
그 후, 실시예 5와 마찬가지의 방법으로, 스퍼터링 장치를 사용해서 투명 도전막(3)을 0.14 ㎛의 막 두께로 형성했다. 또한, 알칼리 가용성의 아크릴 감광성 수지를 사용해서, 경막 후의 막 두께가 1.5 ㎛가 되도록 수지층(78)을 형성했다. 이때, 공지의 포토리소그래피의 방법으로 직사각형 개구부의 중앙에 깊이 1.2 ㎛의 오목부(73)를 형성했다. 수지층(78)의 패턴 형성을 위해, 직사각형 개구부에 슬릿 형상 패턴의 형성이 있는 포토마스크를 사용했다. 본 실시예에서의 볼록부(74)의 높이는 약 1.1 ㎛이었다.
실시예 7
본 실시예에 관한 액정 표시 장치를 도 22에 도시한다. 본 실시예에 사용한 컬러 필터 기판(81)은 도 21에 도시하는 실시예 7의 컬러 필터 기판이다. 능동 소자가 형성된 기판은 도 8 및 도 9에서 도시한 빗살 형상 전극을 갖는 어레이 기판(21)으로 했다.
이 컬러 필터 기판(71)과 어레이 기판(21)을 접합하여, 음의 유전율 이방성의 액정(77)을 봉입하고, 또한 양면에 편광판을 부착해서, 도 16에 도시하는 액정 표시 장치로 했다. 컬러 필터 기판(71) 및 어레이 기판(21)의 표면에는 미리 수직 배향막을 도포, 형성하고 있다. 수직 배향막은 도시를 생략했다. MVA나 VATN 등의 수직 배향의 액정 표시 장치에 필요한 엄밀한 배향 처리(예를 들어, 틸트각 89°로 하고, 복수 도메인을 형성하기 위한 복수 방향의 배향 처리)는 실시하지 않고, 거의 90°의 수직 배향으로 했다.
도 22를 참조하여, 제조한 액정 표시 장치에 대해서 설명한다. 액정(77)의 동작은 도 16의 중앙의 녹색 화소(14)로 대표해서 설명한다.
초기 배향이 수직 배향인 액정(77)의 액정 분자는 구동 전압 인가시에 제1 전극(4) 및 제2 전극(5)에 의해, 착색 화소(14)를 직사각형 화소 중앙으로부터 2분하는 선에서 볼록부(84)의 숄더부(84c)를 향하는 방향, 즉 화살표 B로 나타내는 방향으로 쓰러진다. 또한, 제2 전극(5)은 화살표 C로 나타내는 방향으로, 제1 전극(4)의 단부로부터 밀려 나와 있다. 제3 전극(3)과 제2 전극(2)은 코먼 전위로 했다.
본 실시예에서는, 녹색 화소(14)의 중앙에 오목부(73)가 있기 때문에, 컬러 필터면에서도 직사각형 화소 중심을 지나는 영역으로부터 2분되는 형태로 액정 분자가 쓰러져, 어레이 기판(21)의 빗살 형상의 제1 전극(4), 제2 전극(5)과 더불어, 디스크리네이션을 억제한 밝은 표시가 가능해진다.
본 실시예에서의 화소의 중심을 지나는 영역의 오목부(73)는 광의 투과율을 높이기 때문에, 반투과형이나 반사형 등의 밝기를 중시하는 액정 디스플레이의 용도에 최적이 된다. 예를 들어, 백라이트로부터의 광을 투과하는 동시에 외광 반사가 가능한 반사 편광판을 백라이트 시스템에 가하여, 반투과형 액정 표시 장치로 할 수 있다. 또한, 반사 편광판으로는, 예를 들어 일본 특허 제4177398호 공보에 반사 편광자로서 기재되어 있는 바와 같은 것을 사용할 수 있다.
실시예 8
본 실시예에 관한 액정 표시 장치를 도 23에 도시한다. 이 액정 표시 장치는 반사 편광판을 사용한 반투과형 액정 표시 장치다. 본 실시예에 사용한 컬러 필터 기판(71)은 도 21에 도시하는 실시예 7의 컬러 필터 기판이다. 능동 소자가 형성된 어레이 기판은, 도 8 및 도 9에서 도시한 빗살 형상 전극을 갖는 어레이 기판(21)으로 했다.
컬러 필터 기판(71) 및 어레이 기판(21)을 대향해서 배치하고, 그 사이에 액정(77)을 개재시킨 구조를 갖는 것은, 도 22에 도시하는 구조와 마찬가지다. 컬러 필터 기판(71)의 액정(77)과 반대측에는, 광학 보상층(81a) 및 편광판(82a)이 배치되어 있다. 또한, 어레이 기판(21)의 액정(77)과 반대측에는, 편광판(82b), 광 확산층(83a), 반사 편광판(84), 광학 보상층(81b), 프리즘 시트(85), 광 확산층(83b), 도광판(86), 광 반사판(87)이 순차 배치되어 있다. 도광판(86)에는 광원, 예를 들어 LED 광원(88)이 설치되어 있다.
LED 광원(88)으로는, RGB 개별 발광 소자인 것이 바람직하지만, 의사(擬似) 백색 LED일 수도 있다. 또한, LED 대신에, 종래 범용되고 있는 냉음극선관이나 형광등을 사용할 수도 있다. LED 광원(88)으로서 RGB 개별 발광 소자를 사용했을 경우에는, 각각의 발광 강도를 색마다 개별적으로 조정할 수 있으므로, 최적의 색 표시를 행하는 것이 가능하다. 또한, 입체 화상 표시에 적용할 수도 있다.
또한, 컬러 필터 기판 대신에, 실시예 4에서의 컬러 필터를 포함하지 않는 기판을 사용하여, RGB 개별 발광의 LED 광원을 액정 표시와 동기시키는, 필드 시퀀셜 방법에 의한 컬러 표시로 하는 것도 가능하다.
실시예 9
도 24에 도시하는 컬러 필터 기판을 이하와 같이 해서 제조했다.
유리 기판(1a) 상에 블랙 매트릭스(2)를 1.9 ㎛의 막 두께로 형성했다. 블랙 매트릭스 형성용 포토레지스트는 실시예 5와 마찬가지의 것을 사용했다. 다음으로, 실시예 6에서 사용한 컬러 레지스트를 사용하여, 적색 착색 화소(15), 녹색 착색 화소(14), 청색 착색 화소(16)를 막 두께 1.8 ㎛로 형성했다. 또한, 각 착색 화소의 형성에 사용한 포토마스크로는 직사각형 화소에 대응하는 부분을 2분하는 중심선을 따라 차광 패턴을 갖는 것을 사용했다. 이에 의해, 착색 화소의 중앙에 10 ㎛ 폭, 깊이 1.8 ㎛의 선 형상 오목부를 형성했다.
그 후, 실시예 5와 마찬가지의 방법으로, 스퍼터링 장치를 사용해서, 적색 착색 화소(15), 녹색 착색 화소(14) 및 청색 착색 화소(16)를 덮도록, 투명 도전막(3)을 0.14 ㎛의 막 두께로 형성했다.
계속해서, 열 경화 타입의 아크릴 수지 용액을 사용하여, 경막 후의 막 두께가 0.8 ㎛가 되도록 수지층(98)을 형성했다. 그 결과, 블랙 매트릭스(2), 착색 화소(14, 15, 16), 투명 도전막(3) 및 수지층(98)의 중첩으로 이루어지는 볼록부(94)가 형성되었다. 또한, 직사각형 화소의 중앙부에 선 형상의 오목부(93)가 형성되었다. 볼록부(94)의 높이(H3)는 약 1 ㎛이며, 오목부(93)의 깊이는 0.7 ㎛이었다.
본 실시예에 관한 컬러 필터 기판에 있어서, 형 화소 중앙부의 선 형상의 오목부(93)는 반사형 표시 장치로서 사용할 경우에는, 화소의 밝기를 향상시키는 개구부의 역할을 할 수 있다. 백라이트를 사용한 투과 표시에서는 TFT 배선(예를 들어, 드레인 인출 배선이나 보조 용량 배선)을 평면시에서 직선 형상의 오목부와 겹치는 위치에 차광막으로서 형성함으로써, 백라이트로부터의 광 누설을 없앨 수 있다.
실시예 10
착색 화소(14, 15, 16) 상에 열 경화형의 아크릴 수지를 포함하는 수지층(68)을 형성하지 않는 것을 제외하고, 실시예 5와 마찬가지로 해서, 도 25에 도시하는 컬러 필터 기판을 제조했다.
실시예 11
도 26에 도시하는 컬러 필터 기판을 이하와 같이 해서 제조했다.
본 실시예에서는, 사용한 블랙 매트릭스 형성용 포토마스크 및 포토레지스트는 실시예 1과 동일하다.
유리 기판(1a) 상에 블랙 매트릭스(2)를 형성한 후, 이 블랙 매트릭스(2)를 포함하는 유리 기판(1a) 상에 알칼리 가용형, 감광성 포토레지스트의 아크릴 수지를 건조 후 막 두께가 1.2 ㎛가 되는 두께로 도포했다. 감광성 직사각형 화소 중앙부에만 10 ㎛의 개구 폭이 있는 포토마스크를 사용해서 노광하고, 추가로 현상 및 경막 처리하여, 12 ㎛ 화선 폭의 투명 선 형상 패턴(22)을 형성했다.
계속해서, 실시예 1과 마찬가지로 하여 투명 도전막(3)을 적층했다.
그 후, 착색 화소를 형성하는데, 거기에 사용한 컬러 레지스트 및 그의 형성 방법은 실시예 5와 동일하다. 단, 착색 화소 형성용 포토마스크로는, 실시예 5와 달리, 직사각형 화소 중앙부에 선 형상 차광 패턴이 있는 포토마스크를 사용했다.
도 26을 참조하여, 제조한 컬러 필터 기판에 대해서 설명한다. 적색 화소(15), 녹색 화소(14), 청색 화소(16)의 막 두께는 모두 1.8 ㎛이다. 착색층의 중첩부인 볼록부(24)의 높이는 1 ㎛이다. 직사각형 화소의 중앙부에는, 투명 수지(아크릴 수지)를 포함하는 선 형상 패턴(22)이 형성되고, 이 선 형상 패턴(22) 상에는 7 ㎛의 투명 도전막의 개구 폭과 약 0.6 ㎛의 깊이가 있는 오목부(33)가 형성되어 있다.
또한, 본 실시예에서 사용한 아크릴 수지 대신에, 착색 화소보다 높은 농도의 유기 안료를 포함하는 착색층에 의해 선 형상 패턴을 형성할 수도 있다. 안료 농도가 높은 착색층을 포함하는 선 형상 패턴에 의해, 선 형상의 광의 누락을 없애서, 색순도가 높은 표시가 가능해진다.
실시예 12
도 27에 도시하는 컬러 필터 기판을 이하와 같이 해서 제조했다.
본 실시예에서는, 실시예 1에서 사용한 블랙 매트릭스 형성용 포토마스크 대신에, 블랙 매트릭스 형성용 개구 패턴 외에도, 직사각형 화소 중앙부에 11 ㎛ 폭의 개구가 더 있는 포토마스크를 사용했다. 개구 폭을 좁게 함으로써 노광량이 급감하기 때문에, 직사각형 화소 중앙에 높이가 낮은 선 형상의 차광 패턴(32)을 형성할 수 있다.
그 후, 실시예 1과 마찬가지로 하여 투명 도전막(3)을 적층했다.
또한, 착색 화소 형성용 포토마스크로서, 직사각형 화소 중앙부에 12 ㎛ 폭의 차광 패턴이 더 있는 포토마스크를 사용했다. 그 밖에, 사용한 컬러 레지스트, 제조 방법은 실시예 5 및 실시예 11과 동일하다.
도 27을 사용하여, 제조한 컬러 필터 기판을 설명한다. 적색 화소(15), 녹색 화소(14), 청색 화소(16)의 막 두께는 모두 1.8 ㎛이다. 착색층의 중첩부인 볼록부(24)의 높이는 1.1 ㎛이다. 직사각형 화소의 중앙부에는 차광층(블랙 형성 레지스트)에 의한 차광 패턴(32)이 형성되고, 이 차광 패턴(32) 상에는 7 ㎛의 투명 도전막의 개구 폭과 약 0.6 ㎛의 깊이가 있는 오목부(43)가 형성되어 있다.
본 실시예에서는, 블랙 매트릭스와 직사각형 화소 중앙의 차광 패턴을 1개의 포토마스크를 사용해서 형성했지만, 블랙 매트릭스와 차광 패턴으로 나누어 2개의 포토마스크를 사용하고, 또한 2회의 포토리소그래피의 방법으로 형성할 수도 있다.
실시예 13
도 28에 도시하는 컬러 필터 기판을 이하와 같이 해서 제조했다.
본 실시예는, 블랙 매트릭스 및 착색 화소 형성에 사용하는 재료, 제조 방법은 실시예 5 및 실시예 10과 동일하게 했다. 단, 착색 화소 형성에 사용하는 포토마스크는 직사각형 화소 부분이 개구부가 된 포토마스크(직사각형 화소의 중앙부에 하프톤이나 선 형상의 차광 패턴이 없는 것)를 사용했다.
도 28을 참조하여, 제조한 컬러 필터 기판을 설명한다. 적색 화소(15), 녹색 화소(14), 청색 화소(16)의 막 두께는 모두 1.8 ㎛이다. 착색층의 중첩부인 볼록부(24)의 높이는 1 ㎛이다. 본 실시예에서는, 컬러 필터 상에 열 경화형의 아크릴 수지에 의한 보호층(50)을 0.3 ㎛의 막 두께로 적층한 구성으로 했다.
실시예 14
실시예 13에 관한 컬러 필터 기판과 TFT의 능동 소자를 형성한 어레이 기판을 접합하여, 음의 유전율 이방성의 액정을 봉입하고, 추가로 양면에 편광판을 부착하여, 도 29에 도시하는 액정 표시 장치로 했다. 컬러 필터 기판 및 어레이 기판의 표면에는 미리 수직 배향막을 도포, 형성하고 있다. 또한, 능동 소자가 형성된 기판은 도 14 및 도 15에서 도시한 빗살 형상 전극을 갖는 어레이 기판으로 했다.
수직 배향용의 배향막은 도시를 생략했다. MVA나 VATN 등의 수직 배향의 액정 표시 장치에 필요한 엄밀한 배향 처리(예를 들어, 틸트각 89°로 하고, 복수 도메인을 형성하기 위한 복수 방향의 배향 처리)는 실시하지 않고, 거의 90°의 수직 배향으로 했다.
도 29를 참조하여, 제조한 액정 표시 장치에 대해서 설명한다. 액정(67)의 동작은 도 29의 중앙의 녹색 화소(14)로 대표해서 설명한다.
초기 배향이 수직 배향인 액정(67)의 액정 분자는, 구동 전압 인가시에 제1 전극(4) 및 제2 전극(5)에 의해, 착색 화소(14)를 직사각형 화소 중앙으로부터 2분하는 선에서 숄더부(14c)를 향하는 방향, 즉, 화살표 B로 나타내는 방향으로 쓰러진다. 또한, 제2 전극(5)은 화살표 C로 나타내는 방향으로, 제1 전극(4)으로부터 어긋나 있다. 제3 전극(3)과 제2 전극(2)은 코먼 전위로 했다.
실시예 15
본 실시예에 관한 액정 표시 장치를 도 30에 도시한다. 본 실시예에 사용한 컬러 필터 기판(11)은 실시예 10과 마찬가지의 구성의 컬러 필터 기판 상에 열 경화형의 아크릴 수지로 이루어지는 보호층(50)을 0.2 ㎛의 막 두께로 적층한 것이다. 어레이 기판(21)은 실시예 14와 동일한 구성의 어레이 기판으로 했다.
도 30에 도시하는 액정 표시 장치는, 미리 수직 배향막을 형성한 컬러 필터 기판(11) 및 어레이 기판(21)을 접합하여, 그 사이에 음의 유전율 이방성의 액정(67)을 봉입하고, 추가로 양면에 편광판을 부착함으로써 제조된다. 수직 배향용의 배향막은 도시를 생략했다. MVA나 VATN 등의 수직 배향의 액정 표시 장치에 필요한 엄밀한 배향 처리(예를 들어, 틸트각 89°로 하고, 복수 도메인을 형성하기 위한 복수 방향의 배향 처리)는 실시하지 않고, 거의 90°의 수직 배향으로 했다.
도 30을 참조하여, 제조한 액정 표시 장치에 대해서 설명한다. 액정(67)의 동작은 도 30의 중앙의 녹색 화소(14)로 대표해서 설명한다.
초기 배향이 수직 배향인 액정(67)의 액정 분자는, 구동 전압 인가시에 제1 전극(4) 및 제2 전극(5)에 의해, 착색 화소(14)를 직사각형 화소 중앙으로부터 2분하는 선에서 숄더부(14c)를 향하는 방향, 즉 화살표 B로 나타내는 방향으로 쓰러진다. 또한, 제2 전극(5)은 화살표 C로 나타내는 방향으로 제1 전극(4)으로부터 어긋나 있다. 제3 전극(3)과 제2 전극(2)은 코먼 전위로 했다.
본 실시예에서는, 녹색 화소(14)의 중앙에 오목부(63)가 있기 때문에, 컬러 필터면에서도 직사각형 화소 중앙으로부터 2분하는 형태로 액정 분자가 쓰러져, 어레이 기판(21)의 빗살 형상의 제1 전극(4), 제2 전극(5)과 더불어, 디스크리네이션을 억제한 밝은 표시가 가능해진다. 본 실시예에서의 중앙의 오목부(63)는 광의 투과율을 높이기 때문에, 반투과형이나 반사형 등의 밝기를 중시하는 액정 디스플레이의 용도에 최적이 된다. 예를 들어, 백라이트로부터의 광을 투과하는 동시에 외광 반사가 가능한 반사 편광판을 백라이트 시스템에 가해서 반투과형 액정 표시 장치로 할 수 있다. 또한, 반사 편광판으로는, 예를 들어 일본 특허 제4177398호 공보에 반사 편광자로서 기재되어 있는 바와 같은 것을 사용할 수 있다.
실시예 16
본 실시예에 관한 액정 표시 장치를 도 31 및 도 32에 도시한다. 본 실시예에 관한 액정 표시 장치에서는, 능동 소자로서 화소마다 2개의 TFT(도시하지 않음)가 배치되어 있다.
도 31 및 도 32는 화소마다 TFT1 및 TFT2를 배치한 녹색 화소 부분의 단면도다. 제1 전극(P1, P3)은 TFT1에, 제2 전극(P2, P4)은 TFT2에 각각 접속되어 있다. 또한, 이 녹색 화소는 설명의 편의상, 도시하는 바와 같이 통상 표시 영역과 다이내믹 표시 영역으로 구분되어 있으며, 이하의 설명에서는 화소의 절반의 영역에서의 액정 분자의 구동에 대해서 설명한다. 또한, 녹색 화소는 도 20에 도시하는 실시예 5와 마찬가지로, 녹색 화소의 중앙 부분의 막 두께가 얇게 형성되어 있다.
도 31은 TFT1에 구동 신호를 보내서, 제1 전극(P1, P3)에만 구동 전압이 인가된 상태의 액정 분자의 배향을 도시한다. 이 경우, 통상 표시 영역의 액정 분자(L1, L2, L3)는 충분히 쓰러져서, 충분한 투과율을 얻을 수 있다. 그러나, 화소 중앙의 다이내믹 표시 영역의 액정 분자(L4, L5, L6)의 쓰러짐은 불충분해서, 투과율은 낮은 상태가 된다.
도 32는 TFT2에도 구동 신호를 보내서, 제1 전극(P2, P4)에 구동 전압이 인가된 상태의 액정 분자의 배향을 도시한다. 이 경우, 통상 표시 영역의 액정 분자(L1, L2, L3)뿐만 아니라, 화소 중앙의 다이내믹 표시 영역의 액정 분자(L4, L5, L6)도 충분히 쓰러져서, 다이내믹 표시 영역의 투과율이 높아진다. 이 경우, 화소 중앙 부분의 막 두께가 얇게 형성되어 있기 때문에, 투과광이 증가하여, 매우 밝은 표시(다이내믹 표시)가 가능해진다.
이상 설명한 실시 형태 및 실시예에 관한 액정 표시 장치에 따르면, 컬러 필터 기판이나 어레이 기판의 배향 처리를 경감할 수 있고, 또한 액정의 응답성을 개선할 수 있다. 또한, 볼록부나 오목부, 제1 전극이나 제2 전극을 설치하는 구성에 의해, 액정의 디스크리네이션을 경감하여, 액정 표시를 향상시킬 수 있다.
또한, 컬러 필터의 유효 표시 화소를 덮도록 투명 도전막을 적층한 구성으로 할 수 있기 때문에, 부차적 효과로서, IPS(횡전계로 액정을 구동한다)나 FFS(빗살 전극의 프린지에 발생하는 전계로 액정을 구동한다) 방식과 달리, 외부 전장의 영향을 받기 어려운 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한, 이상의 실시 형태 및 실시예에 관한 액정 표시 장치의 화소는 선 형상 오목부에서 선 대칭으로 1/2 화소, 또는 점 대칭으로 1/4 화소로 구분되지만, TFT를 1 화소에 2개 내지 4개 형성하고 또한 각각 다른 전압을 인가하는 구동 방식을 취함으로써, 시야각 조정이나 입체 화상 표시가 가능해진다.
1a, 1b : 투명 기판
2 : 블랙 매트릭스
3 : 투명 전극(제3 전극)
4 : 제1 전극
5 : 제2 전극
11, 71 : 컬러 필터 기판
14 : 녹색 화소
14a, 14b, 14c, 84c : 숄더부
15 : 적색 화소
16 : 청색 화소
17, 27, 67, 77 : 액정
17a, 17b, 17c, 17d : 액정 분자
18, 68, 78, 98 : 수지층
21 : 어레이 전극
23, 33, 43, 53, 63, 83, 93 : 오목부
24, 64, 74, 84, 94 : 볼록부
81a, 81b : 광학 보상층
82a, b : 편광판
83a, 83b : 광 확산층
84 : 반사 편광판
85 : 프리즘 시트
86 : 도광판
87 : 광 반사판
88 : LED 광원

Claims (24)

  1. 투명 기판과, 이 투명 기판 상에 형성된 블랙 매트릭스, 투명 도전막 및 수지층을 구비하는 수직 배향 액정 표시 장치용 기판에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 차광성 안료를 수지에 분산시킨 차광층을 포함하며 복수의 개구부를 갖고, 상기 수지층은 상기 블랙 매트릭스 및 투명 도전막을 구비하는 투명 기판 상에 형성되고, 상기 블랙 매트릭스의 상방에서 볼록부를 갖고, 상기 블랙 매트릭스의 개구부 중심을 지나는 영역에 평면시(平面視)에서 선 형상 또는 십자 형상인 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치용 기판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 투명 도전막이 상기 블랙 매트릭스 및 상기 개구부를 덮도록 형성되며, 상기 투명 도전막 상에 수지층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치용 기판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 투명 기판 상에 상기 투명 도전막이 배치되고, 상기 투명 도전막 상에 상기 블랙 매트릭스가 형성되고, 상기 투명 도전막 및 상기 블랙 매트릭스 상에 수지층이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치용 기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 투명 기판과 상기 투명 도전막의 사이이며 상기 블랙 매트릭스의 개구부의 중앙에, 투명 수지를 포함하는 선 형상의 볼록부 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치용 기판.
  6. 제1항에 있어서, 상기 투명 기판과 상기 투명 도전막의 사이이며 상기 블랙 매트릭스의 개구부의 중앙에, 상기 블랙 매트릭스와 동일 재료를 포함하는 선 형상의 볼록부 차광 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치용 기판.
  7. 제1항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스의 개구부에 적어도 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소를 포함하는 착색 화소가 형성되고, 이 착색 화소 상에 상기 투명 도전막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치용 기판.
  8. 제1항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스의 개구부에 적어도 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소를 포함하는 착색 화소가 상기 투명 도전막을 통해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치용 기판.
  9. 투명 기판과,
    이 투명 기판 상에 형성되고 차광성 안료를 수지에 분산시킨 차광층을 포함하는 복수의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스와,
    상기 블랙 매트릭스를 구비하는 투명 기판 상에 형성된 투명 도전막과,
    상기 투명 도전막 상의 상기 복수의 개구부에 의해 구분된 화소 영역에 형성된 복수 색의 착색 화소를 구비하고,
    상기 복수 색의 착색 화소의 각각의 인접하는 단부가 상기 투명 도전막 상의 상기 블랙 매트릭스에 대응하는 부분 상에 중첩부를 형성하고, 이 중첩부와 블랙 매트릭스의 막 두께의 합계가 상기 착색 화소의 막 두께보다 두껍고, 상기 중첩부가 상기 착색 화소의 표면으로부터 돌출되는 볼록부를 형성하고,
    상기 착색 화소가 중앙부에 선 형상의 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치용 기판.
  10. 제9항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스가 경사진 측면을 갖는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치용 기판.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항 및 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항의 액정 표시 장치용 기판과, 이 액정 표시 장치용 기판에 대향해서 배치되고 액정을 구동하는 소자를 매트릭스 형상으로 배치한 어레이 기판과, 상기 액정 표시 장치용 기판 및 어레이 기판의 사이에 수용된 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 어레이 기판이 각각 직사각형 화소를 구동하기 위해 서로 다른 전위가 인가되는 제1 전극 및 제2 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 액정의 분자는 상기 제1 전극 및 제2 전극에 액정을 구동하는 전압을 인가했을 때에, 평면시에서 상기 수지층의 오목부에서부터, 상기 오목부에 평행하면서 근접한 블랙 매트릭스를 향하는 방향으로 쓰러지도록 동작하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 전극과, 상기 제2 전극 및 상기 투명 도전막인 제3 전극과의 사이에 구동 전압을 인가했을 때에, 상기 액정 표시 장치의 화소 영역에서의 액정 분자는 상기 화소 영역을 2분하는 직선에서의 선 대칭인 역방향으로 쓰러지도록 동작하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 어레이 기판의, 상기 블랙 매트릭스의 패턴 폭의 중심에 대응하는 위치에는 상기 제1 전극 및/또는 제2 전극이 배치되지 않은 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치.
  18. 제14항에 있어서, 평면시에서 상기 블랙 매트릭스의 화선 폭의 중심에 대응하는 위치 이외의 위치에 제1 전극을 형성한 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치.
  19. 제14항에 있어서, 상기 어레이 기판의 제1 전극이 액정을 구동하는 능동 소자와 접속된 빗살 형상 패턴을 갖는 전극이며, 상기 제1 전극과 마찬가지의 빗살 형상 패턴을 갖는 제2 전극이 절연층을 통해 제1 전극 아래에 형성되는 동시에, 액정이 쓰러지는 방향으로 상기 제1 전극의 단부로부터 밀려 나와 있는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치.
  20. 제14항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 가시 영역에서 투명한 도전성 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치.
  21. 제13항에 있어서, 상기 액정이 음의 유전율 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치.
  22. 투명 기판 상에 복수의 직사각형 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 투명 도전막, 복수의 착색 화소 및 수지층을 갖는 컬러 필터 기판과, 액정을 구동하는 소자를 매트릭스 형상으로 배치한 어레이 기판을 대향시키고, 액정을 통해 접합하여 이루어지는 수직 배향 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 수지층이 투명 도전막 상에 직접 또는 간접적으로 배치되는 동시에, 상기 수지층 표면으로부터 돌출되는 볼록부 및 상기 블랙 매트릭스의 직사각형 개구부 중심을 지나는 영역에 오목부가 형성되고, 상기 어레이 기판이 각각 가시 영역에서 투명한 도전성 금속 산화물을 포함하는 빗살 형상의 제1 전극 및 빗살 형상의 제2 전극을 구비하고, 상기 제2 전극이 절연층을 통해 상기 제1 전극 아래에 배치되고, 상기 제2 전극이 액정이 쓰러지는 방향으로 상기 제1 전극의 단부로부터 밀려 나와 있는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 오목부가 평면시에서 선 형상 또는 십자 형상인 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치.
  24. 제22항에 있어서, 액정을 구동하는 소자가 하나의 화소마다 2 내지 4개 배치되어 있고, 각각이 서로 다른 전극에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 배향 액정 표시 장치.
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101632526B1 (ko) * 2012-04-18 2016-06-21 도판 인사츠 가부시키가이샤 액정 표시 장치
JP5532075B2 (ja) * 2012-04-18 2014-06-25 凸版印刷株式会社 液晶表示装置
JP5472373B2 (ja) * 2012-05-17 2014-04-16 凸版印刷株式会社 液晶表示装置
CN102981343B (zh) * 2012-11-21 2015-01-07 京东方科技集团股份有限公司 转换透镜及其制备方法、二维-三维显示基板及显示装置
JP5804196B2 (ja) * 2012-12-27 2015-11-04 凸版印刷株式会社 液晶表示装置、及び液晶表示装置用基板
JP5459420B1 (ja) * 2013-01-31 2014-04-02 凸版印刷株式会社 液晶表示装置及びカラーフィルタ基板
CN103148453A (zh) * 2013-03-12 2013-06-12 京东方科技集团股份有限公司 导光板、光学膜片、背光模组、阵列基板及液晶模组
CN103268042B (zh) * 2013-05-20 2015-11-25 昆山龙腾光电有限公司 液晶显示装置
CN105308669B (zh) * 2013-06-17 2018-05-08 凸版印刷株式会社 显示装置用基板以及使用该显示装置用基板的显示装置
KR20160007983A (ko) 2014-07-10 2016-01-21 삼성디스플레이 주식회사 액정 표시 장치 및 그 제조 방법
EP3190452B1 (en) * 2014-09-05 2020-06-10 Toppan Printing Co., Ltd. Liquid crystal display device
CN204314581U (zh) * 2015-01-08 2015-05-06 京东方科技集团股份有限公司 一种阵列基板、显示面板和显示装置
KR20160124522A (ko) * 2015-04-20 2016-10-28 삼성전자주식회사 디스플레이 장치
CN104865738A (zh) * 2015-06-16 2015-08-26 深圳市华星光电技术有限公司 具有黑色矩阵的玻璃基板及其制备方法、液晶面板
TWI551921B (zh) 2015-12-17 2016-10-01 友達光電股份有限公司 顯示面板
CN107238984B (zh) 2017-08-04 2021-01-26 京东方科技集团股份有限公司 显示装置、液晶显示面板及其驱动方法
KR102091478B1 (ko) * 2018-09-20 2020-03-20 전북대학교 산학협력단 블랙매트릭스가 없는 초고화질 액정표시장치
JP6760427B2 (ja) * 2019-03-19 2020-09-23 凸版印刷株式会社 調光シート、調光装置、および、調光シートの管理方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09189899A (ja) * 1996-01-09 1997-07-22 Canon Inc ブラックマトリクス基板、カラーフィルターおよび液晶パネルならびにそれらの製造方法
JP2002014353A (ja) 2000-06-30 2002-01-18 Sony Corp 液晶表示装置及びその製造方法
JP2005031563A (ja) * 2003-07-11 2005-02-03 Toppan Printing Co Ltd 液晶表示装置用カラーフィルタ及びその製造方法
KR100818258B1 (ko) * 2006-10-10 2008-03-31 삼성에스디아이 주식회사 전계방출소자용 애노드패널 및 이를 구비한 전계방출소자

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0456921A (ja) * 1990-06-26 1992-02-24 Fujitsu Ltd カラー液晶表示パネル
JPH0631947B2 (ja) 1990-11-13 1994-04-27 泰永 上野 楽器台
JP3024281B2 (ja) 1991-07-18 2000-03-21 ダイキン工業株式会社 クライオポンプ
JP2859093B2 (ja) 1993-06-28 1999-02-17 三洋電機株式会社 液晶表示装置
TW347477B (en) * 1994-09-30 1998-12-11 Sanyo Electric Co Liquid crystal display with storage capacitors for holding electric charges
JP3193267B2 (ja) 1994-10-14 2001-07-30 シャープ株式会社 液晶素子およびその製造方法
JP3228139B2 (ja) 1995-08-11 2001-11-12 東レ株式会社 液晶表示素子用カラーフィルタ及びその製造方法
JPH09304757A (ja) 1996-03-11 1997-11-28 Sharp Corp 液晶表示素子及びその製造方法
JP3308154B2 (ja) 1996-03-13 2002-07-29 松下電器産業株式会社 液晶パネルとその駆動方法
JPH1039128A (ja) 1996-07-19 1998-02-13 Toppan Printing Co Ltd カラーフィルタ
JP3649818B2 (ja) * 1996-09-19 2005-05-18 富士通ディスプレイテクノロジーズ株式会社 液晶表示装置
JPH10268292A (ja) * 1997-01-21 1998-10-09 Sharp Corp カラーフィルタ基板およびカラー液晶表示素子
JP4664384B2 (ja) 1997-02-27 2011-04-06 シャープ株式会社 配向処理装置、配向処理方法、及び液晶表示装置の製造方法
JPH10253952A (ja) * 1997-03-11 1998-09-25 Hitachi Ltd 液晶表示素子
JP4364332B2 (ja) 1998-06-23 2009-11-18 シャープ株式会社 液晶表示装置
JP3957430B2 (ja) 1998-09-18 2007-08-15 シャープ株式会社 液晶表示装置
KR100504531B1 (ko) * 1999-12-15 2005-08-03 엘지.필립스 엘시디 주식회사 횡전계방식 액정표시장치
KR100612994B1 (ko) * 2000-05-12 2006-08-14 삼성전자주식회사 액정 표시 장치 및 그에 사용되는 기판
US6885416B2 (en) * 2003-07-07 2005-04-26 Au Optronics Corp. Flat panel display with a non-matrix light shielding structure
JP2005141036A (ja) * 2003-11-07 2005-06-02 Hitachi Displays Ltd 液晶表示装置
KR100978950B1 (ko) * 2003-12-01 2010-08-31 엘지디스플레이 주식회사 액정표시장치
KR100698059B1 (ko) * 2003-12-27 2007-03-23 엘지.필립스 엘시디 주식회사 액정표시장치 및 이의 제조방법
TW200530724A (en) * 2004-03-05 2005-09-16 Innolux Display Corp Multi-domain vertical alignment type liquid crystal display device
JP4230425B2 (ja) * 2004-07-26 2009-02-25 シャープ株式会社 カラーフィルタ基板、および表示装置
US7656487B2 (en) * 2005-07-01 2010-02-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Liquid crystal display
KR101251994B1 (ko) * 2005-07-01 2013-04-08 삼성디스플레이 주식회사 액정 표시 장치
JP4813842B2 (ja) 2005-07-29 2011-11-09 株式会社 日立ディスプレイズ 液晶表示装置
US7940359B2 (en) * 2007-04-25 2011-05-10 Au Optronics Corporation Liquid crystal display comprising a dielectric layer having a first opening surrounding a patterned structure and exposing a portion of a first pixel electrode and a second pixel electrode formed on the dielectric layer
JP4568312B2 (ja) * 2007-08-30 2010-10-27 株式会社 日立ディスプレイズ 液晶表示装置
TWI396001B (zh) * 2008-10-06 2013-05-11 Au Optronics Corp 液晶顯示面板

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09189899A (ja) * 1996-01-09 1997-07-22 Canon Inc ブラックマトリクス基板、カラーフィルターおよび液晶パネルならびにそれらの製造方法
JP2002014353A (ja) 2000-06-30 2002-01-18 Sony Corp 液晶表示装置及びその製造方法
JP2005031563A (ja) * 2003-07-11 2005-02-03 Toppan Printing Co Ltd 液晶表示装置用カラーフィルタ及びその製造方法
KR100818258B1 (ko) * 2006-10-10 2008-03-31 삼성에스디아이 주식회사 전계방출소자용 애노드패널 및 이를 구비한 전계방출소자

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