KR20130049194A - 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

투명 기판, 이 투명 기판 상에 형성된, 복수의 화소로 구분하는 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 투명 도전막 및 상기 화소 상에 형성된 착색층을 구비하고, 상기 화소 중앙에 선 형상의 볼록부가 형성되고, 또한, 상기 블랙 매트릭스의 상방에 오목부가 형성되어 있는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판 및 이를 이용한 액정 표시 장치.

Description

액정 표시 장치용 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치{COLOR FILTER SUBSTRATE FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은, 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판 및 이를 구비하는 액정 표시 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 컬러 필터 기판에 배설한 투명 도전막과, 어레이 기판 측에 설치한 제1 및 제2 전극 사이에 전압을 인가하는 것에 의해 생기는 경사 전계에 의한 액정 구동에 최적인 컬러 필터 기판 및 이를 구비하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

최근, 액정 디스플레이 등의 박형 표시 장치의 고화질화, 저가격화 및 전력 절약화가 더욱 더 요구되고 있다. 액정 표시 장치 대상 컬러 필터에 있어서는, 충분한 색 순도나 높은 콘트라스트, 평탄성 등, 보다 고화질 표시에 맞춘 요구가 나와 있다.

고화질 액정 디스플레이에 있어서, VA(Vertically Alig㎚ent), HAN(Hybrid-aligned Nematic), TN(Twisted Nematic), OCB(Optically Compensated Bend), CPA(Continuous Pinwheel Alig㎚ent) 등의 액정의 배향 방식 혹은 액정 구동 방식이 제안되고, 그에 따라, 광 시야각·고속 응답의 디스플레이가 실용화되어 있다.

액정을 글래스 등으로 이루어지는 기판면에 병행하게 배향시킨 광 시야각으로 고속 응답에 대응하기 쉬운 VA 방식 또한 광 시야각에 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 레벨이 요구되고 있다. 이러한 고화질 액정 디스플레이에서는, 경사 방향 시인에서의 착색의 저감 때문에, 액정 셀 두께(액정층의 두께)를 얇게 하는 기술이 주요한 과제로 되어 있다. VA 방식에서는, MVA(Multi-Domain Vertically Alig㎚ent), PVA(Patterned Vertically Alig㎚ent), VAECB(Vertically Alig㎚ent Electrically Controlled Birefringence), VAHAN(Vertical Alig㎚ent Hybrid-aligned Nematic), VATN(Vertically Alig㎚ent Twisted Nematic) 등 여러 가지 개량 모드의 개발이 진행되고 있다. 또한, VA 방식 등의 액정의 두께 방향으로 구동 전압을 인가하는 종전계 방식의 액정 표시 장치에서는, 보다 고속의 액정 응답, 넓은 시야각 기술, 보다 높은 투과율이 주요한 과제로 되어 있다. MVA기술은, 액정 구동의 전압 인가 시에 불안정한 수직 배향 액정(기판 표면에 대하여 초기에 수직으로 배향하고 있는 액정이 전압 인가 시에 쓰러지는 방향이 정해지기 어려운 것) 문제를 해소하기 위해서, 리브나 슬릿이라고 불리는 액정 배향 규제용 구조물을 복수 설치해, 이들 리브 사이에 액정 도메인을 형성하는 동시에 복수의 배향 방향의 도메인을 형성함으로써 넓은 시야각을 확보하는 기술이다. 특허 제2947350호 공보에는, 제1 및 제2의 배향 규제 구조물(리브)을 이용해 액정 도메인을 형성하는 기술이 개시되어 있다.

액정이 마이너스의 유전율 이방성인 경우, 구체적으로는, 컬러 필터 등의 위에 형성한 2개의 수지제의 리브 사이에 위치하는 액정은, 구동 전압의 인가 시에, 예를 들면, 평면에서 봐서, 이 리브에 수직한 방향으로 쓰러지고, 기판면에 수평으로 배열하려고 한다. 그러나, 2개의 리브 간의 중앙 액정은, 전압 인가에도 상관없이 쓰러지는 방향이 일의적으로 정해지지 않고, 스프레이 배향이나 벤드 배향을 취하는 경우가 있다. 이러한 액정의 배향 흐트러짐은, 액정 표시에서의 거칠거칠함이나 표시 얼룩과 연관되어 있다. 또한, MVA 방식의 경우, 상기 문제도 포함해, 액정이 쓰러지는 양을 구동 전압으로 정밀하게 제어하는 것이 어렵고, 중간조 표시에 난점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 컬러 필터 기판 측의 투명 도전막(투명 전극, 표시 전극 혹은 제3 전극)과, 어레이 기판 측의 제1 및 제2 전극을 이용하고, 이들 전극에 전압이 인가되는 것에 의해 생기는 경사 전계에 의해 수직 배향의 액정을 제어하는 기술이, 특허 제2859093호 공보 및 특허 제4459338호 공보에 개시되어 있다. 특허 제2859093호 공보에서는, 마이너스의 유전율 이방성의 액정을 이용하고 있고, 특허 제4459338호 공보에는, 플러스의 유전율 이방성의 액정이 기재되어 있다.

특허 제2859093호 공보 및 특허 제4459338호 공보에 나타난 바와 같이, 제1과 제2와 제3 전극을 이용해, 경사 전계로 액정 배향을 제어하는 방법은 매우 유효하다. 경사 전계에 의해, 액정이 쓰러지는 방향을 설정할 수 있다. 또한, 경사 전계에 의해 액정이 쓰러지는 양을 제어하기 쉬워져, 중간조 표시에 큰 효과가 나타난다.

그러나, 이들 기술에서도, 액정의 디스크리네이션 대책이 불충분하다. 디스크리네이션이란, 의도하지 않는 액정의 배향 흐트러짐이나 미 배향에 의해 광의 투과율이 다른 영역이 화소(화소는, 액정 표시의 최소 단위로, 본 발명에서 표기의 화소와 동의) 내에 생기는 문제이다.

특허 제2859093호 공보에서는, 화소 중앙의 디스크리네이션 고정화를 위해, 대향 전극(제3 전극)의 화소 중앙에 투명 도전막이 없는 배향 제어 창을 설치하고 있다. 그러나, 화소 주변의 디스크리네이션의 개선책은 개시되어 있지 않다. 또한, 화소 중앙의 디스크리네이션의 고정화는 할 수 있지만, 디스크리네이션의 최소화에 대한 방책도 나타나 있지 않다. 또한, 액정의 응답성의 개선 기술에 대해서도 기재되어 있지 않다.

특허 제4459338호 공보에서는, 투명 도전막(투명 전극) 상에 유전체층을 적층한 만큼, 경사 전계의 효과가 증장되어, 바람직하다. 그러나, 특허 제2859093호 공보의 도 7에 도시된 바와 같이 전압 인가 후에도 화소 중앙 및 화소 단부에는 수직 배향의 액정이 남아, 투과율 혹은 개구율의 저하로 이어진다는 문제가 있다. 또한, 플러스의 유전율 이방성의 액정을 이용할 경우(특허 제2859093호 공보는, 마이너스의 유전율 이방성의 액정은 그 기재·실시예에 있어서 개시하고 있지 않다), 화소 중앙부의 디스크리네이션 때문에, 투과율을 향상시키기 어렵다. 이 때문에, 반투과형 액정 표시 장치로는 채용하기 어려운 기술로 되어 있다.

통상적으로, VA 방식이나 TN 방식 등의 액정 표시 장치의 기본적 구성은, 공통 전극을 구비한 컬러 필터 기판과, 액정을 구동하는 복수의 화소 전극(예를 들면, TFT 소자와 전기적으로 접속되고, 빗살형 패턴 형상으로 형성된 투명 전극)을 구비한 어레이 기판으로, 액정을 협지하는 구성이다. 이 구성에서는, 컬러 필터상의 공통 전극과 어레이 기판 측에 형성된 화소 전극 사이에 구동 전압을 인가해서 액정을 구동한다. 화소 전극이나 컬러 필터 표면의 공통 전극으로서의 투명 도전막은, 통상적으로, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Garium Zinc Oxide) 등의 도전성의 금속 산화물의 박막을 이용한다.

청색 화소·녹색 화소·적색 화소를 투명 도전막 상에 형성한 컬러 필터 구성을 개시하는 기술이, 특공평 5-26161호 공보의 도 2에 개시되어 있다. 또한, 복수의 스트라이프 전극과 플러스의 유전율 이방성의 액정을 이용하는 기술이기는하지만, 투명 전극(투명 도전막) 상에 컬러 필터를 형성하는 기술이, 위에서 예를 든 특허 제2859093호 공보(예를 들면, 당 문헌의 도 7, 도 9)에 기재되어 있다.

보다 고화질로 다이내믹한 표시를 얻기 위해서 휘도나 명도를 향상시키는, 혹은 색도 범위를 넓히는 기술로서, 일본 특허 출원 공개 제2010-9064호 공보, 특허 제4460849호 공보 및 일본 특허 출원 공개 제2005-352451호 공보에 개시되는, 적색 화소·녹색 화소·청색 화소 이외에 황색 화소나 백색 화소를 가해서 4색 표시로 하는 기술이 있다.

그러나, 이들 기술은 기존의 적색 화소·녹색 화소·청색 화소 이외에 황색 혹은 백색 등 다른 화소를 설치할 필요가 있어, 이를 구동하기 위한 능동 소자(TFT)나 컬러 필터를 형성하기 위한 착색층이 1개 더 필요해지고, 공정이 늘어남에 따라 코스트 업이 될 수 밖에 없다. 또한, 황색이나 강도가 밝은 백색 표시가 불필요한 계조 표시 범위에서는, 백색 화소나 황색 화소의 표시를 억제하는, 혹은 비점등으로 할 필요가 있고, 실효적인 휘도 업으로 연결되기 어렵다고 하는 문제가 있었다. 또한, 반사형 표시에서는, 어느 것이나 황색미가 강조된 표시(황색미를 억제하기 위해서, 예를 들면, 일본 특허 출원 공개 제2005-352451호 공보에 개시되는 특수한 청색 필터가 필요해진다)가 되는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 계조 표시와 응답성의 개선을 양립시킨 액정 표시 장치용의 컬러 필터 기판 및 이 컬러 필터 기판을 구비하는 액정 표시 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 양태에 의하면, 투명 기판, 이 투명 기판 상에 형성된, 복수의 화소로 구분하는 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 투명 도전막 및 상기 화소 상에 형성된 착색층을 구비하고, 상기 화소 중앙에 선 형상의 볼록부가 형성되고, 또한, 상기 블랙 매트릭스의 상방에 오목부가 형성되어 있는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판이 제공된다.

본 발명의 제2 양태에 의하면, 이상의 본 발명의 제1 양태에 따른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판을 구비하는 액정 표시 장치가 제공된다.

본 발명의 제3 양태에 의하면, 투명 기판 상에, 복수의 화소를 갖는 블랙 매트릭스, 투명 도전막 및 선 형상 수지층을 구비함과 함께, 상기 화소 상에 복수의 착색층으로 이루어지는 착색 화소를 구비하는 컬러 필터 기판과, 액정을 구동하는 소자를 매트릭스 형상으로 배설한 어레이 기판을 대향시키고, 사이에 액정을 개재시켜서 접합해 이루어지는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 선 형상 수지층이, 상기 투명 도전막 상의, 평면에서 봐서, 상기 화소 중앙에 배설되고, 상기 선 형상 수지층과 상기 착색층의 적층에 의해 액정측에 돌출하는 볼록부가 형성되고, 상기 어레이 기판이, 각각 가시 영역에서 투명한 도전성 산화물로 이루어지는 빗살형 제1 전극 및 빗살형 제2 전극을 구비하고, 상기 제2 전극이 절연층을 개재하여 상기 제1 전극 밑에 배설되고, 상기 제2 전극이, 평면에서 봐서, 상기 선 형상 수지를 향하는 방향, 혹은 상기 화소의 중심의 방향으로, 상기 제1 전극의 단부로부터 비어져 나와 있는 액정 표시 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 1 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 모식 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 액정 표시 장치의 녹색 화소 상의 수직 배향 액정의 초기 배향 상태를 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 액정 표시 장치의 구동 전압의 인가 직후의 넘어지기 시작한 액정의 움직임을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1에 나타내는 액정 표시 장치의 구동 전압 인가 후의, 백 표시(도에서는 녹색 화소) 시의 액정 분자의 배향 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 나타내는 액정 표시 장치에 더욱 높은 전압을 인가함에 따른 고휘도 표시시의 액정 분자의 배향 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 나타내는 수직 배향 액정 표시 장치의 제1 및 제2 전극을 빗살형 패턴으로 했을 경우의, 제1 전극의 근방의 수직으로 배향한 액정 분자를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 나타내는 수직 배향 액정 표시 장치의 액정을 구동하는 전압을 인가한 직후의 액정 분자의 동작과 전기력선을 나타내는 도면이다.
도 8은 1/4 화소 단위로 90°씩 방향을 바꾼 빗살형 패턴을 나타내는 도면이다.
도 9는 실시예 1에 따른 컬러 필터 기판을 나타내는 부분 단면도이다.
도 10은 실시예 2에 따른 컬러 필터 기판을 나타내는 부분 단면도이다.
도 11은 실시예 4에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 부분 단면도이다.
도 12는 실시예 5에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 부분 단면도이다.
도 13은 실시예 6에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 부분 단면도이다.
도 14는 실시예 7에 따른 액정 표시 장치를 도시하는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 적용 가능한 제1 전극의 평면에서 봤을 때의 패턴 형상을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 적용 가능한 제1 전극의 평면에서 봤을 때의 패턴 형상을 나타내는 도면이다.
도 17은 화소 개구부가 평행사변형일 경우의 제1 전극의 평면에서 봤을 때의 패턴 형상을 나타내는 도면이다.
도 18은 화소 개구부가 평행사변형일 경우의 제1 전극의 평면에서 봤을 때의 패턴 형상을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.

본 발명의 제1 양태에 따른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판은, 투명 기판, 이 투명 기판 상에 형성된, 복수의 화소로 구분되는 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 투명 도전막 및 상기 화소 상에 형성된 착색층을 구비한다. 상기 화소 중앙에 선 형상의 볼록부가 형성되고, 또한, 상기 블랙 매트릭스의 상방에 오목부가 형성되어 있다.

이러한 컬러 필터 기판에 있어서, 상기 화소 중앙에 선 형상 수지층이 형성되고, 상기 선 형상의 볼록부는, 상기 선 형상 수지층과 상기 착색층의 적층으로 이루어지고, 상기 오목부는, 인접하는 착색층 간의 단차에 의해 형성된 구성으로 할 수 있다.

이 경우, 상기 블랙 매트릭스 상에 상기 투명 도전막이 형성되어 있어도 되고, 혹은, 상기 투명 도전막 상에 상기 블랙 매트릭스가 형성되어 있어도 된다. 또한, 상기 선 형상 수지층과 착색층의 적층은, 선 형상 수지층 및 착색층 순으로 적층되어 있어도 된다.

상기 선 형상 수지층과 착색층의 적층은, 착색층 및 선 형상 수지층 순으로 적층하고, 상기 선 형상 수지층과의 적층부의 착색층의 막 두께는, 적층부 이외의 화소상의 막 두께보다 얇게 형성할 수 있다.

이러한 경우, 상기 블랙 매트릭스 및 상기 착색층을 피복하도록, 보호층을 더 적층할 수 있다.

상기 착색층은, 상기 선 형상의 볼록부에 대응하는 부분이 얇은 막 두께를 갖고, 상기 착색층 상에, 상기 블랙 매트릭스의 상방 부분을 제외해 제1 수지층이 형성되고, 상기 착색층의 얇은 막 두께의 부분에 대응하는 상기 제1 수지층의 부분에 제2 수지층이 형성되고, 상기 선 형상의 볼록부는, 상기 제2 수지층으로 이루어지고, 상기 오목부는, 상기 블랙 매트릭스의 상방의 상기 제1 수지층이 존재하지 않는 부분으로 이루어지는 구성으로 할 수 있다.

이 경우, 상기 착색층 상에 상기 투명 도전막을 형성할 수 있다.

이상의 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판에 있어서, 상기 착색층을, 상기 화소 상에 각각 형성된, 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소로 이루어지는 3종류의 착색층으로 할 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 따른 액정 표시 장치는, 이상의 본 발명의 제1 양태에 따른 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판을 구비한다.

이러한 액정 표시 장치는, 상기 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판과, 액정을 구동하는 소자를 매트릭스 형상으로 배설한 어레이 기판을, 사이에 액정을 개재시켜서 대향시켜 접합해 이루어지는 액정 표시 장치로서, 상기 어레이 기판이, 액정을 구동하기 위해서, 다른 전위가 인가된 제1 전극 및 제2 전극을 구비하는 것으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1 전극과, 상기 제2 및 제3 전극 사이에 구동 전압을 인가했을 때에, 상기 액정 표시 장치의 화소 영역에 있어서의 액정의 분자는, 상기 화소 영역을 2개로 나누는 직선에 있어서의 선대칭인 역방향으로 쓰러지는 동작을 행하는 것으로 할 수 있다.

또한, 상기 화소에 있어서의 액정의 동작은, 액정을 구동하는 전압을 인가했을 때에, 평면에서 봐서 점대칭으로 4개의 동작 영역으로 구분되는 것으로 할 수 있다.

상기 제1 전극이, 액정을 구동하는 능동 소자와 접속된 빗살형 패턴을 갖고, 상기 제2 전극이, 절연층을 개재하여 상기 제1 전극 밑에 배설된 빗살형 패턴을 갖고, 또한 상기 제2 전극이, 평면에서 봐서, 상기 선 형상 수지층을 향하는 방향, 혹은, 화소의 중심의 방향으로, 상기 제1 전극의 단부로부터 비어져 나와 있는 구성으로 할 수 있다.

상기 제1 전극 및 제2 전극을, 가시 영역에서 투명한 도전성 금속 산화물에 의해 구성할 수 있다.

본 발명의 제3 양태에 따른 액정 표시 장치는, 투명 기판 상에, 복수의 화소를 갖는 블랙 매트릭스, 투명 도전막 및 선 형상 수지층을 구비함과 함께, 상기 화소 상에 복수의 착색층으로 이루어지는 착색 화소를 구비하는 컬러 필터 기판과, 액정을 구동하는 소자를 매트릭스 형상으로 배설한 어레이 기판을 대향시키고, 사이에 액정을 개재시켜 접합해 이루어진다. 상기 선 형상 수지층이, 상기 투명 도전막 상의, 평면에서 봐서, 상기 화소 중앙에 배설되고, 상기 선 형상 수지층과 상기 착색층의 적층에 의해 액정 측으로 돌출하는 볼록부가 형성되고, 상기 어레이 기판이, 각각 가시 영역에서 투명한 도전성 산화물로 이루어지는 빗살형 제1 전극 및 빗살형 제2 전극을 구비하고, 상기 제2 전극이 절연층을 개재하여 상기 제1 전극 밑에 배설되고, 상기 제2 전극이, 평면에서 봐서, 상기 선 형상 수지를 향하는 방향, 혹은 상기 화소의 중심 방향으로, 상기 제1 전극의 단부로부터 비어져 나와 있다.

이러한 액정 표시 장치에서는, 상기 어레이 기판 상의, 평면에서 봐서, 상기 선 형상 수지층과 마주 대하는 위치에, 제1 전극이 배설되지 않는 구성으로 할 수 있다.

또한, 이상의 액정 표시 장치에 있어서, 상기 액정으로서, 마이너스의 유전율 이방성을 갖는 것을 이용할 수 있다.

이상의 본 발명의 양태에 의하면, 계조 표시와 응답성의 개선을 양립시킨 액정 표시 장치용의 컬러 필터 기판 및 이 컬러 필터 기판을 구비하는 액정 표시 장치가 제공된다. 특히, 본 발명의 양태에 의하면, 색 밸런스를 무너뜨리지 않고, 또한, TFT 소자를 늘리는 일 없이, 특히, 밝기를 강조해서 약동감(躍動感) 있는 표시를 가능하게 하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판 및 이 컬러 필터 기판을 구비하는 액정 표시 장치가 제공된다. 본 발명의 양태에 의하면, 반사형의 액정 표시에 적용했을 경우에도, 황색미를 띠는 일 없이 색 밸런스가 좋은 반사형 표시가 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 양태에 의하면, 백 화소나 황색 화소 등 화소를 늘리는 일없이, 다이내믹하고 밝은 표시를 얻을 수 있기 위해서, 통상적인 계조 표시시에 백 화소의 경우와 같은 사 화소(dead pixel)가 없고, 또한 액정 투과율을 저하시키는 디스크리네이션도 없고, 종래보다 밝은 표시를 가능하게 하는 액정 표시 장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 여러 가지 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명의 일 실시 형태는, 초기 배향이 수직 배향 혹은 수평 배향의 액정을 이용해, 노멀리 블랙 표시의 액정 표시 장치를 주된 대상으로 하고, 컬러 필터 기판과, TFT 등의 액정 구동 소자가 형성된 어레이 기판을 대향시키고, 그들 사이에 액정층을 협지하는 형태로 접합해서 구성되는 액정 표시 장치를 전제로 한다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 기술은, 초기 배향이 수평 배향으로, 전압 인가시에 수직 방향으로 상승하는 액정을 이용하는 액정 표시 장치에 적용할 수 있다. 덧붙여, 본 실시 형태에서는, 어레이 기판 측에 설치된 화소 전극인 제1 전극 및 이 제1 전극과는 전위가 다른 제2 전극에 대하여, 제3 전극인 투명 도전막을 컬러 필터 기판에 배설한 전극 구성에서 생기는 경사 전계를 활용하는 것이다.

본 발명자들은, 블랙 매트릭스 상부에, 인접하는 착색층의 중첩에 의한 단차에 의해 형성된 오목부와, 화소를 선대칭으로 하는 중앙부에 설치한 볼록부를, 액정의 배향 제어에 이용할 수 있는 것을 발견했다. 본 발명은, 이 지견과 제3 전극(투명 도전막)의 구성을 가한 신규인 기술을 제안하는 것이다.

볼록부는, 본 실시 형태에 있어서, 투명 수지인 선 형상 수지층과 얇은 착색층의 중첩부에 의해 구성되고, 이 볼록부의 선 형상 수지층과 얇은 착색층을 투과하는 광을, 액정 표시에서의 투과율 업에 이용 하는 것이다. 이 볼록부의 주된 작용은, 두께가 있는 유전체로서 활용하고, 액정이 높은 구동 전압 하에서 광 투과를 크게하는 다이내믹 표시로 하는 것이다. 볼록부는, 액정층에 전압 구배를 부여하는 역할이 있다. 투명한 선 형상 수지층과 얇은 착색층의 적층부인 볼록부는, 후술하는 다이내믹 표시 영역으로 된다. 화소 개구부의, 볼록부 형성이 없는 통상 투과 표시 영역에는, 거의 균일한 막 두께의 착색층(상기 얇은 착색층의 약 2배의 막 두께)이 배설되어 있다.

이에 대하여, 오목부는, 다음에 기술하는 바와 같이, 오목부의 숄더부에 있어서 비스듬히 배향한 액정을, 액정의 응답에 활용하는 점에서 역할이 볼록부와 약간 상이하다. 오목부에 위치하는 제3 전극인 투명 도전막은, 액정층에 구동 전압을 전하기 쉽게 하기 위해서, 그 부위에 적층되는 착색층 이외의 유기 수지의 두께는 얇은 쪽이 좋다. 오목부의 제3 전극은, 액정층에 가까운 위치에 배치하는 것이 바람직하다.

오목부는, 그 숄더부(어깨 부분)에 있어서의 액정 배향을 액정의 쓰러짐에 이용하기 위해서 설치된다. 또한, 액정의 동작에 대해서는 뒤의 실시예에서 상술한다. 오목부의 깊이는, 0.5㎛에서 2㎛가 바람직한 범위다. 0.5㎛ 미만의 깊이에서는, 전압 인가 시의 「액정 쓰러짐의 트리거」로서의 효과가 불충분하고, 그 깊이가 2㎛를 초과하면, 액정 셀 제조시의 액정의 흐름에 지장이 생기는 경우가 있다. 볼록부의 숄더부도 마찬가지로, 액정 배향을 액정 쓰러짐에 이용할 수 있다.

볼록부는, 라운딩을 띤 형상이어도 좋고, 그 단면 형상은, 반달 형상, 사다리꼴, 삼각형 등을 예시할 수 있다. 볼록부의 기판면에서의 경사 각도는, 상술한 볼록부의 전체 높이가 0.5㎛를 초과하면 되므로, 특별히 규정 할 필요는 없다. 개구율(화소로서의 투과율)을 고려하지 않으면, 2°나 3° 등 낮은 경사 각도이어도 좋고, 역 테이퍼(윗변이 큰 역 방향의 사다리꼴 형상)가 아니면 좋다. 그러나, 적절한 개구율을 얻기 위해서, 실효적으로는 30° 내지 80°의 범위의 경사인 것이 바람직하다. 통상 투과 영역 표면으로부터의 볼록부의 높이는, 2㎛를 초과하면 액정 봉입시의 액정의 흐름에 지장이 생기기 때문에, 2㎛ 이하인 것이 바람직하다.

마이너스의 유전율 이방성의 액정을 본 발명에 적용할 경우, 후술하는 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판 표면상의 액정은, 상기 오목부의 숄더부 근방의 액정 분자를 트리거로서, 상기 볼록부의 선 형상 수지층의 방향으로 액정이 쓰러지는 동작이 된다. 볼록부의 선 형상 수지층으로부터 대상에으로, 한 방향으로 액정을 쓰러뜨리기 위해서, 오목부의 바닥부 위치와, 통상 표시 영역의 착색층의 최표면의 위치와, 볼록부의 꼭대기부의 위치의, 각각 투명 기판의 표면으로부터의 높이의 차를 이 순으로 높게 형성할 수 있다. 또한, 통상 표시 영역의 최표면은, 투명한 수지에 의한 보호층일 경우와, 보호층 형성이 없는 착색층의 경우가 있다.

여기서, 본 명세서에 있어서의 기술 용어에 대해서, 간단히 설명한다.

블랙 매트릭스는, 액정 표시의 콘트라스트를 업시키기 위해서, 표시의 최소 단위인 회소의 주위, 혹은 회소의 양변에 배설되는 차광성의 패턴이다. 차광층은, 투명 수지에 차광성의 안료를 분산시킨 차광성의 도포막이며, 일반적으로 감광성이 부여되어, 노광·현상을 포함하는 포트리소그래피 방법에 의해 패턴 형성하는 것에 의해 얻어진다.

화소는, 블랙 매트릭스의 개구부를 말하며, 상기 회소와 동의이다. 통상적으로, 다각형 특히 마주 보는 변이 평행한 다각형의 형상을 갖는다. 마주 보는 변이 평행한 다각형으로서는, 예를 들면, 도 15에 도시한 바와 같은 직사각형 등의 사변형, 도 17 및 도 18에 도시한 바와 같은 평행사변형, 6각형, 도 16에 도시한 바와 같은 화소의 중앙에서 구부러진 다각형을 예를 들 수 있다.

착색층은, 후술하는 유기 안료를 투명 수지에 분산시킨 도포막이며, 이를 포트리소그래피의 방법으로 사각형 화소 상에 패턴 형성한 것이다. 상술한 선 형상 수지층 상에 위치하는 착색 화소의 부분 및 블랙 매트릭스 상의 중첩부도 또한 착색층이라 부른다.

또한, 본 실시 형태에 적용 가능한 액정은, 초기 배향(구동 전압의 무인가 시)이 수직 배향 혹은 수평 배향의 액정이다. 액정의 유전율 이방성을 마이너스로 하는 수직 배향의 액정인 경우, 러빙 등의 배향 처리를 생략할 수 있다.

본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판 측의 제1 전극 및 제2 전극의 재료는, 상술한 ITO 등의 도전성 금속 산화물을 이용할 수 있다. 혹은, 금속 산화물보다 도전성이 높은 금속을 채용할 수 있다. 또한, 반사형이나 반투과형의 액정 표시 장치인 경우에는, 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나에 알루미늄, 알루미늄 합금 박막을 이용해도 된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 전극(1), 제2 전극(2) 및 능동 소자의 금속 배선 등은, 질화 규소(SiNx)나 산화 규소(SiOx) 등의 절연층(22)을 개재해서 형성한다. 도 1에서는, TFT 소자나 TFT 소자에 접속되는 금속 배선은 도시를 생략했다. 또한, 도전성 금속 산화물인 ITO와의 저 컨택트성을 갖는 알루미늄 합금의 단층에 의해 게이트 배선 및 소스 배선을 각각 형성하는 기술은, 예를 들면, 일본 특허 출원 공개 제2009-105424호 공보에 개시되어 있다.

본 실시 형태에 있어서, 착색층의 비유전률은, 비교적 중요한 특성이지만, 착색제로서 첨가하는 유기 안료의 투명 수지에 대한 비율에 의해 거의 일의적으로 결정되기 때문에, 비유전률을 크게 변화시키는 것은 어렵다. 바꾸어 말하면, 착색층 중의 유기 안료의 종류나 함유량은, 액정 표시 장치로서 필요한 색 순도로부터 설정되고, 그에 의해, 착색층의 비유전률도 거의 결정되게 된다. 또한, 유기 안료의 비율을 높게 해서 착색층을 박막화 함으로써, 비유전률을 4 이상으로 하는 것이 가능하다. 또한, 투명 수지로서 고굴절률 재료를 이용함으로써, 약간의 비유전률을 업할 수 있다. 유기 안료를 이용한 착색층의 비유전률은, 대략 2.9에서 4.5의 범위에 들어간다.

착색층 혹은 수지층의 두께는, 이용하는 액정의 셀 갭(액정층의 두께)과의 관계에서 최적화 하면 된다. 필요한 전기 특성 관점에서, 예를 들면, 착색층 혹은 수지층의 두께가 얇아질 경우에, 액정층의 두께를 두껍게 할 수 있다. 전자의 막 두께가 두꺼울 경우, 이에 대응해 액정층의 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 상기 수지층은, 이하의 실시예에서 후술하는 아크릴 수지 등의 투명한 수지로 형성되는 보호층과 동의이다.

본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판 또는 액정 표시 장치의 구성 요소인 선 형상 수지층은, 가시 영역이 투명한 수지로 이루어진다. 이러한 선 형상 수지층에 색재를 분산시켰을 경우에는, 적색 화소·녹색 화소·청색 화소의 다이내믹 표시시의 색 밸런스를 조정할 수 있다. 또한, 선 형상 수지층과의 적층 부분의 착색층의 막 두께는, 다이내믹 표시에 필요한 얇은 막 두께이면 되고, 액정 표시 장치나 적용하는 액정에 의해 적절히 조정할 수 있다. 통상적으로, 화소막 두께(통상 표시 영역의 착색층의 막 두께)에 대하여, 1/3에서 1/4의 막 두께이면 착색되고 있는 것을 충분히 시인할 수 있기 때문에, 화소막 두께의 1/4정도의 막 두께이어도 좋다.

또한, 선 형상 수지층의 비유전률이나 막 두께를 변경함으로써, 선 형상 수지층의 상방의 볼록부의 근방의 액정의 인가 전압에 대한 응답성(배향의 쓰러짐 량)을 조정할 수 있다. 선 형상 수지층에 고굴절률의 미립자나 굴절률 이방성을 갖는 재료를 함유시킬 수도 있다.

초기 수직 배향이나 초기 수평 배향의 액정 표시 장치의 구동 전압 인가를 행한 중간조 표시에 있어서, 경사 방향으로부터의 시각에 따라서는 황색을 띠는 경우가 있다. 본 실시 형태에서는, 선 형상 수지층에 적층 혹은 선 형상 수지층에 접촉하는 착색층의 두께를 간단히 미세 조정하고, 이러한 의도하지 않은 착색을 경감할 수 있다. 황색미가 강해지는 것을 해소하기 위해서는, 청색 화소의 투과율을 업시키면 된다. 이를 실현하기 위한 간단한 방법으로서, 청색 화소에 형성하는 선 형상 수지층의 폭 혹은 높이를 크게 함으로써, 상대적으로 청색의 투과광을 늘릴 수 있다. 반대로, 적색 화소나 녹색 화소의 선 형상 수지층의 폭 혹은 높이를 작게 해도 된다. 선 형상 수지층의 폭, 높이의 조정에 의해, 이 선 형상 수지층 상에 형성되는 착색층의 두께 혹은 후술하는 다이내믹 표시 영역의 면적을 변동시켜, 결과적으로, 착색 화소의 투과율의 조정이 가능해지고, 색 밸런스의 조정을 할 수 있다.

통상적으로, 투과형 액정 표시 장치에서는, 백라이트로부터의 광 투과를 전제로 해서 위상차층이나 액정의 두께 등의 광학 부재의 광학 특성을 튜닝해서 화이트 밸런스를 최적화하고 있다. 투과형 액정 표시 장치를 반사 표시나 반투과형의 액정 표시 장치로서 이용할 경우, 광로차나 입사광의 차이가 있어, 광학 부재의 복굴절율을 투과 표시의 경우와 동일하게 할 수 없기 때문에, 미묘한 색 어긋남이 발생한다. 본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판을, 투과 표시뿐만 아니라, 반사 표시나 반투과형의 액정 표시 장치로서 이용할 경우, 선 형상 수지층의 폭, 높이를 색에 의해 조정함으로써 착색층의 두께나 면적을 바꿔, 색 밸런스를 조정할 수 있다.

또한, 선 형상 수지층은, 도 1등에서는, 지면 수직 방향으로 연장되고 있지만, 지면 수평 방향으로, 즉 횡방향으로 연장되어 있어도 된다. 이 경우, 빗살형의 제1 및 제2 전극도 또한, 횡방향으로 배열 될 필요가 있다.

또한, 선 형상 수지층 대신에, 평면에서 봐서, 십자 형상의 수지층을 설치하는 것도 가능하다.

본 실시 형태에서는, 유전율 이방성이 마이너스인 액정과 플러스인 액정 모두를 이용할 수 있다. 예를 들면, 유전율 이방성이 마이너스인 액정으로서, 실온 부근에서 복굴절율이 0.1 정도인 네마틱 액정을 이용할 수 있다. 유전율 이방성이 플러스인 액정은, 선택 범위가 넓기 때문에, 여러 가지 액정 재료를 적용할 수 있다. 액정층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 초고속 응답의 액정 표시로 하기 위해서, 3.5㎛ 이하, 바람직하게는 1.5㎛에서 3.4㎛의 범위의 얇은 액정층의 두께로 할 수 있다. 경사 전계와 비어져 나온 전극 기술을 병용하는 본 발명은, 액정점도와 그 유전율 이방성, 복굴절율, 탄성 상수를 최적화함으로써 종래보다 저소비 전력의 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 본 실시 형태에서 실효적으로 이용할 수 있는 액정층의 △nd는, 대략 250㎚ 내지 500㎚의 범위다.

도시를 생략한 배향막으로서는, 예를 들면, 폴리이미드계 유기 고분자막, 혹은 폴리실록산 구조를 갖는 유기 고분자막을 가열 경막화해서 이용할 수 있다. 또한, 편광판에 접합하는 형태로, 1 내지 3매의 위상차판을 이용해도 된다.

본 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판 상의 제3 전극으로서 투명 도전막을 적층한 구성에 있어서의 작용, 블랙 매트릭스상의 오목부, 선 형상 수지층과 착색층의 중첩부의 작용에 대해서, 이하에 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 모식 단면도이다. 이 액정 표시 장치는, 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판(이하, 컬러 필터 기판이라 약칭한다, 11)과 어레이 기판(21)을 액정(17)을 협지하는 형태로 접합한 구성을 갖는다. 컬러 필터 기판(11)은, 투명 기판(10a) 상에, 블랙 매트릭스(5), 투명 도전막인 제3 전극(3), 선 형상 수지층(4), 적색 화소(15), 녹색 화소(14), 청색 화소(16) 및 보호층(18)을 차례로 형성하는 것에 의해 구성된다. 블랙 매트릭스(5)의 상방(도면에서는 하방)에는 오목부(23)가 형성되어 있다. 어레이 기판(21)에서는, 투명 기판(10b) 상에 제1 전극(1) 및 제2 전극(2)이, 절연층(22)을 개재해서 형성되어 있다. 또한, 배향막, 편광판, 위상차판 등은 도시가 생략되어 있다.

도 2는, 도 1의 평면에서 봐서 사각형 화소인 녹색 화소(14) 상의 수직 배향의 액정(17)의 배향 상태를 도시하는 단면도이다. 또한, 편광판은, 크로스 니콜로 하고, 노멀리 블랙의 액정 표시 장치로 했다. 도 2는, 컬러 필터 기판에 설치된 투명 도전막인 제3 전극(3), 및 어레이 기판(21)에 설치된 제1 전극(1), 제2 전극(2)에 전압이 인가되지 않고 있는 상태에서의, 수직 배향의 액정(17)에 있어서의 액정 분자(17a, 17b, 17c, 17d)의 배향 상태를 나타내고 있다.

녹색 화소(14)(1/2 화소)의 중앙부 액정은 녹색 화소면에 수직으로 배향되어 있지만, 오목부(23)의 숄더 부분(14a)의 액정 분자(17a, 17d), 볼록부(24)의 숄더 부분(14b)의 액정 분자(17b,17c)는, 약간 비스듬히 배향되어 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 액정 분자(17a, 17b, 17c, 17d)가 비스듬한 배향 상태로 액정 구동의 전압이 인가되면, 액정 분자(17a, 17d)는, 화살표 A의 방향으로 쓰러지게 된다. 블랙 매트릭스(5) 위의 오목부(23) 부근의 액정 분자는, 오목부 때문에 투명 도전막인 제3 전극(3)에 의해 가깝게 되고, 제3 전극과 화소 전극인 제1 전극 사이에서의 인가 전압이 걸리기 쉬워, 전압 인가 직후 곧 쓰러지기 시작한다. 액정 분자(17a, 17d)의 액정 분자의 쓰러짐을 트리거로서 인접하는 액정 분자에 쓰러짐이 전파되고, 도 4에 도시한 바와 같이, 선 형상 수지층(4)이 형성된 사각형 화소 중앙 방향을 향해서 액정이 쓰러지고, 광 투과에 의해 녹색 표시가 된다. 즉, 도 4에 나타내는 통상 투과 영역은, 통상적인 계조 표시시에 있어서 녹색 표시가 된다.

도 4는, 구동 전압 인가 후의, 백 표시시(도 4는 녹색 화소로 나타내고 있기 때문에, 표색은 녹색)의 액정 분자의 배향 상태를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 통상 표시 영역의 액정 분자는 거의 기판면에 평행하게 배향하고 있다. 선 형상 수지층(4)을 코어로 하는 사각형 화소 중앙의 볼록부(24) 상의 액정 분자는, 계조 표시시의 녹색 표시(도 4에서는 통상 표시 영역)에서는 수직 배향인 채이거나 혹은 충분히 쓰러지지 않으므로, 화소 중앙의 다이내믹 표시 영역은 검정 혹은 어두운 표시가 된다. 또한, 러빙 등의 배향 처리를 실시하지 않더라도, 오목부 및 볼록부의 숄더 부분의 액정 분자(17a, 17b, 17c, 17d)는, 전압 무인가 시에 실질적으로 틸트가 부여되어 있게 된다.

또한, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 녹색 화소(14)의 반대측(우측)의 1/2 화소에서는, 액정이 쓰러지는 방향이 역방향이 된다. 이는, 중간조 표시에서의 광학적 보상을 구동 전압의 크기만큼 실시 할 수가 있어, MVA 액정과 같이 4개의 멀티 도메인을 형성하지 않더라도 넓은 시야각을 확보할 수 있는 것을 의미한다. 중간조(예를 들면, 액정 분자 각각이 비스듬한 상태)에서는, 도 4의 1/2 녹색 화소와 반대측의 1/2 녹색 화소가 반대 방향의 경사 구배를 가지는 액정 배향이 되고, 이들을 마주 대하는 1/2 화소로 광학적으로 평균화하고, 시야각을 넓힌다.

도 5는, 더 높은 구동 전압을 인가했을 때의 액정의 배향을 설명하는 도면이다. 즉, 높은 전압 인가에 수반해, 볼록부(24) 근방의 액정 분자(27a, 27b)가 전기력선(34)에 대하여 수직 방향으로 배향(기판(10b)면과는 평행 방향으로 배향)한다. 이러한 액정 분자(27a, 27b)의 배향에 의해, 다이내믹 표시 영역에서는 광이 투과한다. 이 다이내믹 표시 영역에서는, 선 형상 수지층(4) 위로 박막의 착색층이 적층되고, 그 때문에, 도 5에 나타낸 상태에서는 밝은 녹색이 표시되게 된다. 또한, 볼록부(24)는, 유전체인 선 형상 수지층이나 착색층이, 제3 전극 위에 두껍게 형성되어 있기 때문에, 통상 화소 영역과는 상이하고, 액정 분자(27a, 27b)를 구동하는 구동 전압은 통상 표시보다 높은 전압이 필요해진다.

또한, 하나의 화소에 TFT 소자(능동 소자)를 2개 배설하고, 도 5에 나타내는 다이내믹 표시 영역에 가까운 내측의 1조의 제1 전극을 1개의 TFT 소자로 별도로 구동함으로써, 다이내믹 표시의 밝기를 독립적으로 조정할 수 있다는 이점이 얻어진다.

이상은, 컬러 필터 기판측에 가까운 액정 분자의 거동에 대해서 설명했지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에서는, 어레이 기판측에도 상기 컬러 필터 기판측과 동일 방향으로 액정 분자를 쓰러뜨릴 수 있다. 이하, 그러한 예에 대해서, 유전율 이방성이 마이너스인 액정을 이용했을 경우를 설명한다.

도 6에 나타내는 액정 표시 장치에서는, 제1 전극이 빗살형 전극(1a, 1b, 1c, 1d)으로 되고, 마찬가지로 제2 전극도 빗살형 전극(2a, 2b, 2c, 2d)으로 되어 있다. 제1 전극(1a, lb, 1c, 1d) 근방에 있어서의 액정 분자(37a, 37b, 37c, 37d)는, 전압 무인가 시에 거의 수직으로 배향하고 있다.

도 6에 나타내는 액정 표시 장치에 있어서, 제2 전극(2a, 2b, 2c, 2d)은, 그 단부가, 구동 전압 인가시에 사각형 화소 중앙의 볼록부(24)의 방향으로 액정(37a)을 쓰러뜨리도록, 제1 전극(1a, lb, 1c, 1d)의 단부로부터 비어져 나오도록 어긋나게 해서 배치되어 있다. 어긋남 량(28)은, 이용하는 액정 재료나 구동 전압, 액정 셀 두께 등의 디멘션으로 여러 가지 조정할 수 있다. 어긋남 량(28)은, 1㎛에서 5㎛의 작은 양으로도 충분하다. 제1 전극(1a, lb, 1c, 1d)과 제2 전극(2a, 2b, 2c, 2d)의 중첩 부분의 폭은, 29로 나타나 있다. 또한, 배향막은 도시를 생략했다. 중첩 부분은, 필요에 따라 보조 용량으로서 사용할 수 있다.

도 7에, 액정을 구동하는 전압을 인가한 직후의 액정 분자(37a, 37b, 37c, 37d)의 동작과, 전기력선(30a, 30b, 30c, 30d)을 합해서 나타냈다. 전압 인가에 의해 전기력선의 방향으로 액정 분자(37a, 37b, 37c, 37d)가 쓰러진다. 이 액정 분자가 쓰러지는 방향은, 도 3에 나타낸 액정 분자(17a, 17b, 17c, 17d)가 쓰러지는 방향과 동일한 방향으므로, 도시한 녹색 화소(14)에 있는 액정 분자는, 같은 방향으로 순식간에 쓰러지게 되고, 액정의 응답성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 제2 전극의 어긋남(비어져 나옴부)의 방향은, 사각형 화소 중앙으로부터 점대칭 혹은 선대칭으로, 역의 방향인 것이 바람직하다. 또한, 평면에서 봐서, 선 형상 수지층을 향하는 방향으로 비어져 나오게 한 패턴인 것이 바람직하다. 빗살형 전극의 패턴은, 평면에서 봐서 V자 형상이나 경사 방향이어도 좋다. 혹은, 도 8에 도시한 바와 같이, 1/4 화소 단위로 90°도씩 방향을 바꾼 빗살형 패턴이어도 좋다. 그에 의해, 액정을 구동하는 전압을 인가했을 때에, 평면에서 봐서 점대칭으로 4개의 동작으로 구분되어, 사각형 화소의 표시 영역은, 4개의 동작 영역으로 구분된다. 이 경우, 빗살형 전극은, 사각형 화소의 중심선에 대하여, 45도 방향으로 경사지게 할 수 있다. 이들 전극 패턴은, 화소 중심에서 봐서 점대칭 혹은 선대칭인 것이 바람직하다. 제1 전극 및 제2 전극의 개수는 적절히 선택할 수 있다.

제1 전극(1)에는 액정을 구동하는 전압을 인가하지만, 제2 전극(2), 제3 전극(3)은 공통인 전위(커먼, co㎜on)으로 할 수 있다. 도 6에 나타낸 제1 전극과 제2 전극의 겹침 부분(29)은, 보조 용량으로서 이용할 수 있다.

이상의 실시 형태에 적용할 수 있는 제1 전극(1)의 평면시 패턴 형상의 다른 예를 도 15, 도 16, 도 17, 도 18에 나타낸다. 도 15, 도 16, 도 17, 도 18에 있어서, 참조 숫자 25는, 블랙 매트릭스(5)의 개구부(다각형의 착색 화소 형상)을 나타내고, 9는, 액정 분자가 쓰러지는 방향을 나타낸다. 도 17 및 도 18은, 경사각이 다른 2 종류의 화소의 개구부(25)를 도시했다. 즉, 제1 전극(1)에 구동 전압을 인가하고, 제2 전극(2), 제3 전극(3)을 공통인 전위(커먼)로 하면, 이들 화소에서의 액정에 분자는, 1/2 화소 단위로, 각각 방향 9로 쓰러진다. 또한, 평행사변형의 기울기가 다른 화소, 예를 들면, 도 17 및 도 18에서 합쳐서 4개의 다른 액정이 쓰러지는 방향을 설정할 수 있고, 시야각이 넓은 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 액정 동작에 대해서, 초기 수직 배향으로 마이너스인 유전율 이방성의 액정으로 설명을 했지만, 초기 수평 배향으로 플러스인 유전율 이방성을 가지는 액정이라도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명은, 수평 배향의 액정을 이용할 수 있다. 초기 수평 배향의 액정인 경우, 구동 전압 인가에 의해 기판(10b) 면으로부터 수직 방향으로 액정이 상승하고, 광이 투과하게 된다. 수평 배향 액정을 이용할 경우, 액정의 배향 방향을 일의적으로 결정하기 위해서 배향막에 대한 러빙 처리가 필요해진다.

또한, 도 6 및 도 7에서는, 제1 전극 및 제2 전극은 빗살형 패턴을 갖고 있지만, 빗살형 패턴이 아니라, 개구부를 슬릿 형상으로 뽑는 슬릿 형상 패턴이어도 좋다. 슬릿 형상 패턴인 경우에도, 제2 전극을 제1 전극의 단부로부터 선 형상 수지층의 방향으로 비어져 나오게 하는 것에 의해, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

제2 전극(2a, 2b, 2c, 2d)의 비어져 나옴부의 상방의 액정 분자의 쓰러짐 방향을 정하기 쉽게 하기 위해서, 이하의 방법을 이용할 수 있다.

1) 제1 전극(1a, lb, 1c, 1d)의 단부에 테이퍼를 부여하는 것,

2) 제1 전극(1a, lb, 1c, 1d)의 막 두께를 두껍게 하는 것,

3) 제1 전극(1a, lb, 1c, 1d) 아래의 절연층 일부를 에칭하고, 제2 전극(2a, 2b, 2c, 2d) 위의 절연층을 얇게 하는 것

이와 같이, 초기의 수직 배향의 액정 분자에, 약간의, 예를 들면, 0.1°~1 °의 프리틸트각을 부여함으로써, 액정 분자가 쓰러지는 방향을 결정 할 수 있고, 저전압에서도 액정 분자는 쓰러지기 쉬워져, 응답성의 향상과 저계조 표시 개선이 얻어진다. 프리틸트각은, 기판면에 수직한 방향을 0°로 했을 때의 프리틸트양이다.

또한, 액정 표시 장치에 설치되는 능동 소자인 TFT의 채널 재료로서, 예를 들면, 산화물 반도체를 이용함으로써, 화소의 개구율을 향상할 수 있다. 산화물 반도체의 대표예로서, IGZO로 불리는 인듐, 갈륨 및 아연의 복합 금속 산화물을 들 수 있다.

또한, 액정 재료로서 분자 구조 내에 불소 원자를 갖는 액정 재료(불소계 액정)를 이용할 수 있다. 액정 구동의 전압 인가 시에, 제1 전극으로부터의 제2 전극의 비어져 나옴부에 실질적으로 강전계가 발생한다는 점으로부터, 종래의 수직 배향에 이용하는 액정 재료보다 저유전율(유전율 이방성이 작은)의 액정 재료를 사용 함으로써 액정 구동을 할 수 있다. 일반적으로, 유전율 이방성이 작은 액정 재료는, 그 점도가 낮고, 구동 전압을 오프로 했을 때의 하강 시간을 짧게 할 수 있다. 또한, 불소계 액정은 유전율이 낮다는 점에서, 이온성 불순물의 혼잡도 적고, 불순물에 의한 전압 유지율 저하 등 성능의 열화도 작기 때문에, 표시 얼룩이나 흠집이 생기기 어렵다고 하는 이점이 있다.

이하에, 이상 설명한 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판에 이용하는 것이 가능한 투명 수지 및 유기 안료 등에 대해서 예시한다.

(투명 수지)

차광층 혹은 착색층의 형성에 이용하는 감광성 착색 조성물은, 안료 분산체 외에 또한 다관능 모노머, 감광성 수지 또는 비감광성 수지, 중합개시제, 용제 등을 함유한다. 감광성 수지 및 비감광성 수지 등, 본 발명의 실시 형태에 이용하는 것이 가능한 투명성이 높은 유기 수지를 총칭해서 투명 수지라고 부른다.

투명 수지에는, 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 감광성 수지가 포함된다. 열가소성 수지로서는, 예를 들면, 부티랄 수지, 스티렌 말레산 공중합체, 염소화 폴리에틸렌, 염소화 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 염화비닐-아세트산비닐 공중합체, 아세트산 폴리비닐, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴계 수지, 알키드 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리아미드 수지, 고무계 수지, 환화고무계 수지, 셀룰로오스류, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 또한, 열경화성 수지로서는, 예를 들면, 에폭시 수지, 벤조 구아나민 수지, 로진 변성 말레산 수지, 로진 변성 푸마르산 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 페놀 수지 등을 들 수 있다. 열경화성 수지는, 멜라민 수지와 이소시아네이트기를 함유하는 화합물을 반응시켜 이루어지는 것을 이용해도 된다.

(알칼리 가용성 수지)

이상의 실시 형태에 이용하는 차광층, 광 산란층, 착색층, 셀 갭 규제층의 형성에는, 포트리소그래피에 의한 패턴 형성 가능한 감광성 수지 조성물을 이용하는 것이 바람직하다. 이들 투명 수지는, 알칼리 가용성이 부여된 수지인 것이 바람직하다. 알칼리 가용성 수지로서는, 카르복실기 또는 수산기를 포함하는 수지이면 특별히 한정은 없다. 예를 들면, 에폭시 아크릴레이트계 수지, 노볼락계 수지, 폴리비닐페놀계 수지, 아크릴계 수지, 카르복실기 함유 에폭시 수지, 카르복실기 함유 우레탄 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 에폭시 아크릴레이트계 수지, 노볼락계 수지, 아크릴계 수지가 바람직하고, 특히, 에폭시 아크릴레이트계 수지나 노볼락계 수지가 바람직하다.

(아크릴 수지)

이상의 실시 형태에 채용 가능한 투명 수지의 대표로서, 이하의 아크릴계 수지를 예시할 수 있다.

아크릴계 수지는, 단량체로서, 예를 들면, (메타)아크릴산; 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, t-부틸(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트 등의 알킬(메타)아크릴레이트; 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시 프로필(메타)아크릴레이트 등의 수산기 함유(메타)아크릴레이트; 에톡시에틸(메타)아크릴레이트, 글리시딜(메타)아크릴레이트 등의 에테르기 함유(메타)아크릴레이트; 및 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 시클로펜테닐(메타)아크릴레이트 등의 지환식(메타)아크릴레이트 등을 이용해서 얻은 중합체를 들 수 있다.

또한, 이상 예를 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 들면, (메타)아크릴산 등의 에틸렌성 불포화기를 갖는 카르복실산을 공중합하고, 얻어진 공중합체와, 글리시딜 메타크릴레이트 등의 에폭시기 및 불포화 이중 결합을 함유하는 화합물을 반응시키는 것이나, 글리시딜 메타크릴레이트 등의 에폭시기 함유 (메타)아크릴레이트의 중합체, 또는 그과 그 밖의 (메타)아크릴레이트와의 공중합체에, (메타)아크릴산 등의 카르복실산 함유 화합물을 부가 시키는 것에 의해서도, 감광성을 갖는 수지를 얻을 수 있다.

또한, 예를 들면, 히드록시에틸메타아크릴레이트 등의 모노머의, 수산기를 갖는 중합체에, 메타크릴로일옥시에틸이소시아네이트 등의 이소시아네이트기 및 에틸렌성 불포화기를 갖는 화합물을 반응시키는 것에 의해서도, 감광성을 갖는 수지를 얻을 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 복수의 수산기를 갖는 히드록시에틸메타크릴레이트 등의 공중합체와 다염기산 무수물을 반응시켜서, 공중합체에 카르복실기를 도입하고, 카르복실기를 갖는 수지를 얻을 수 있다. 카르복실기를 갖는 수지의 제조 방법은, 이 방법만으로 제한되는 것은 아니다.

상기 반응에 이용하는 산 무수물의 예로서, 예를 들면, 말론산 무수물, 숙신산 무수물, 말레산 무수물, 이타콘산 무수물, 프탈산 무수물, 테트라히드로프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물, 메틸테트라히드로프탈산 무수물 및 트리멜리트산 무수물 등을 들 수 있다.

전술한 아크릴계 수지의 고형 분산가는, 20~180mgKOH/g인 것이 바람직하다. 산가가 20mgKOH/g 보다 작을 경우에는, 감광성 수지 조성물의 현상 속도가 너무 늦어서 현상에 요하는 시간이 많아지고, 생산성이 뒤떨어지는 경향으로 된다. 또한, 고형 분산가가 180mgKOH/g 보다 클 경우에는, 반대로 현상 속도가 지나치게 빨라, 현상 후에의 패턴 분리나 패턴 결함의 문제점이 생기는 경향으로 된다.

또한, 상기 아크릴계 수지가 감광성을 갖을 경우, 이 아크릴 수지의 이중 결합 당량은 100 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100~2000이며, 가장 바람직하게는 100~1000이다. 이중 결합 당량이 2000을 초과할 경우에는 충분한 광 경화성이 얻어지지 않을 경우가 있다.

(광중합성 모노머)

광중합성 모노머의 예로서는, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌클리콜디(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트, 트리시클로데카닐(메타)아크릴레이트, 멜라민(메타)아크릴레이트, 에폭시(메타)아크릴레이트 등의 각종 아트릴산 에스테르 및 메타크릴산 에스테르, (메타)아크릴산, 스티렌, 아세트산비닐, (메타)아크릴아미드, N-히드록시메틸(메타)아크릴아미드, 아크릴로니트릴 등을 들 수 있다.

또한, 수산기를 갖는 (메타)아크릴레이트에 다관능 이소시아네이트를 반응시켜서 얻어지는 (메타)아크릴로일기를 갖는 다관능 우레탄 아크릴레이트를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 수산기를 갖는 (메타)아크릴레이트와 다관능 이소시아네이트의 조합은 임의이고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 1종의 다관능 우레탄 아크릴레이트를 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 조합해서 이용할 수도 있다.

(광중합 개시제)

광중합 개시제로서는, 4-페녹시디클로로아세토페논, 4-t-부틸-디클로로아세토페논, 디에톡시아세토페논, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄-1-온 등의 아세토페논계 화합물; 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤질디메틸케탈 등의 벤조인계 화합물; 벤조페논, 벤조일 벤조산, 벤조일 벤조산 메틸, 4-페닐 벤조페논, 히드록시 벤조페논, 아크릴화 벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸디페닐설파이드 등의 벤조페논계 화합물; 티옥산톤, 2-클로르티옥산톤, 2-메틸티옥산톤, 이소프로필티옥산톤, 2,4-디이소프로필티옥산톤 등의 티옥산톤계 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-톨릴)-4,6-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진, 2-비페닐-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)히드록시아민 등의 옥심에스테르계 화합물; 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀 옥사이드, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀 옥사이드 등의 포스핀계 화합물; 9,10-페난트렌퀴논, 캄포퀴논, 에틸안트라퀴논 등의 퀴논계 화합물; 보레이트계 화합물; 카바졸계 화합물; 이미다졸계 화합물; 티타노센계 화합물 등을 들 수 있다. 감도 향상에는, 옥심 유도체류(옥심계 화합물)가 유효하다. 이들은 1종을 단독으로 혹은 2종 이상을 조합해서 이용할 수 있다.

(증감제)

광중합 개시제와 증감제를 병용하는 것이 바람직하다. 증감제로서, α-아실옥시에스테르, 아실포스핀 옥사이드, 메틸페닐글리옥실레이트, 벤질-9,10-페난트렌퀴논, 캄포퀴논, 에틸안트라퀴논, 4,4'-디에틸이소프탈로페논, 3,3', 4,4'-테트라(t-부틸퍼옥시카보닐)벤조페논, 4,4'-디에틸아미노벤조페논 등의 화합물을 병용할 수도 있다.

증감제는, 광중합 개시제 100질량부에 대하여, 0.1질량부 내지 60질량부의 양을 함유시킬 수 있다.

(에틸렌성 불포화 화합물)

전술한 광중합 개시제는, 에틸렌성 불포화 화합물과 함께 이용하는 것이 바람직하다. 에틸렌성 불포화 화합물로서는, 에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 1개 이상 갖는 화합물을 의미한다. 그 중에서도, 중합성, 가교성 및 그에 수반하는 노광부와 비노광부의 현상액 용해성의 차이를 확대할 수 있는 등의 점에서, 에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 2개 이상 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 또한, 그 불포화 결합이 (메타)아크릴로일옥시기에 유래하는 (메타)아크릴레이트 화합물이 특히 바람직하다.

에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 1개 이상 갖는 화합물로서는, 예를 들면, (메타)아크릴산, 크로톤산, 이소크로톤산, 말레산, 이타콘산, 시트라콘산 등의 불포화 카르복실산 및 그 알킬에스테르; (메타)아크릴로니트릴; (메타)아크릴아미드; 스티렌 등을 들 수 있다. 에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 2개 이상 갖는 화합물로서는, 대표적으로는, 예를 들면, 불포화 카르복실산과 폴리히드록시 화합물의 에스테르류, (메타)아크릴로일옥시기 함유 포스페이트류, 히드록시(메타)아크릴레이트 화합물과 폴리이소시아네이트 화합물의 우레탄(메타)아크릴레이트류 및 (메타)아크릴산 또는 히드록시(메타)아크릴레이트 화합물과 폴리에폭시 화합물의 에폭시(메타)아크릴레이트류 등을 들 수 있다.

상기 광중합성 개시제, 증감제 및 에틸렌성 불포화 화합물은, 후술하는 위상차층의 형성에 이용되는 중합성 액정 화합물을 포함하는 조성물에 가해도 좋다.

(다관능 티올)

감광성 착색 조성물에는, 연쇄 이동제로서의 활동을 하는 다관능 티올을 함유시킬 수 있다. 다관능 티올은, 티올기를 2개 이상 가지는 화합물이면 되고, 예를 들면, 헥산디티올, 데칸디티올, 1,4-부탄디올비스티오프로피오네이트, 1,4-부탄디올비스티오글리콜레이트, 에틸렌글리콜비스티오글리콜레이트, 에틸렌글리콜비스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스티오글리콜레이트, 트리메틸올프로판트리스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스(3-머캅토부틸레이트), 펜타에리스리톨테트라키스티오글리콜레이트, 펜타에리스리톨테트라키스티오프로피오네이트, 트리머캅토프로피온산트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트, 1,4-디메틸머캅토벤젠, 2,4,6-트리머캅토-s-트리아진, 2-(N,N-디부틸아미노)-4,6-디머캅토-s-트리아진 등을 들 수 있다.

이들 다관능 티올은, 1종 또는 2종 이상 혼합해서 이용할 수 있다. 다관능 티올은, 감광성 착색 조성물 중에, 안료 100질량부에 대하여, 바람직하게는 0.2~150질량부, 보다 바람직하게는 0.2~100질량부의 양으로 이용할 수 있다.

(저장 안정제)

감광성 착색 조성물에는, 조성물의 경시 점도를 안정화시키기 위해서 저장 안정제를 함유시킬 수 있다. 저장 안정제로서는, 예를 들면, 벤질트리메틸클로라이드, 디에틸히드록시아민 등 4급 암모늄 클로라이드, 락트산, 옥살산 등의 유기산 및 그 메틸에테르, t-부틸피로카테콜, 트리에틸포스핀, 트리페닐포스핀 등의 유기 포스핀, 아인산염 등을 들 수 있다. 저장 안정제는, 감광성 착색 조성물 중의 안료 100질량부에 대하여, 0.1질량부 내지 10질량부의 양으로 함유시킬 수 있다.

(밀착 향상제)

감광성 착색 조성물에는, 기판과의 밀착성을 높이기 위해서 실란 커플링제 등의 밀착 향상제를 함유시킬 수도 있다. 실란 커플링제로서는, 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, 비닐에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 등의 비닐 실란류, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 등의 (메타)아크릴 실란류; 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 에폭시 실란류; 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-머캅토프로필트리메톡시실란, γ-머캅토프로필트리에톡시실란 등의 티오 실란류 등을 들 수 있다. 실란 커플링제는, 감광성 착색 조성물 중에, 안료 100질량부에 대하여, 0.01질량부 내지 100질량부로 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 이용하는 조성물이 컬러 필터의 착색층일 경우, 용제는, 안료를 균일하게 분산시키는 기능도 갖는다. 용제로서는, 예를 들면, 시클로헥사논, 에틸셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 1-메톡시-2-프로필아세테이트, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸벤젠, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 자일렌, 에틸셀로솔브, 메틸-n아밀케톤, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 톨루엔, 메틸에틸케톤, 아세트산에틸, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 부탄올, 이소부틸케톤, 석유계 용제 등을 들 수 있고, 이들을 단독으로 혹은 혼합해서 이용할 수 있다. 용제는, 착색 조성물 중에, 안료 100질량부에 대하여, 800질량부 내지 4000질량부, 바람직하게는 1000질량부 내지 2500질량부로 함유시킬 수 있다.

(유기 안료)

적색 안료로서는, 예를 들면, C.I.Pigment Red 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 이용할 수 있다.

황색 안료로서는, 예를 들면, C.I.Pigment Yellow 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 안료로서는, 예를 들면 C.I.Pigment Blue 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 16, 22, 60, 64, 80 등을 이용할 수 있고, 이들 중에서는, C.I.Pigment Blue 15:6이 바람직하다.

보라색 안료로서, 예를 들면, C.I.Pigment Violet 1, 19, 23, 27, 29, 30, 32, 37, 40, 42, 50 등을 이용할 수 있고, 이들 중에서는, C.I.Pigment Violet 23이 바람직하다.

녹색 안료로서는, 예를 들면, C.I.Pigment Green 1, 2, 4, 7, 8, 10, 13, 14, 15, 17, 18, 19, 26, 36, 45, 48, 50, 51, 54, 55, 58 등을 이용할 수 있고, 이들 중에서는, C.I.Pigment Green 58이 바람직하다.

이하, C.I.Pigment의 안료종의 기재에 있어서, 간단히 PB(Pigment Blue), PV(Pigment Violet), PR(Pigment Red), PY(Pigment Yellow), PG(Pigment Green)등으로 생략해서 기재하는 경우가 있다.

(차광층의 색재)

차광층 혹은 블랙 매트릭스가 포함되는 차광성의 색재는, 가시 광파장 영역에 흡수를 갖는 것에 의해 차광 기능을 나타내는 색재이다. 본 실시 형태에 있어서 차광성의 색재에는, 예를 들면, 유기 안료, 무기 안료, 염료 등을 들 수 있다. 무기 안료로서는, 예를 들면, 카본블랙, 산화 티타늄 등을 들 수 있다. 염료로서는, 예를 들면, 아조계 염료, 안트라퀴논계 염료, 프탈로시아닌계 염료, 퀴논이민계 염료, 퀴놀린계 염료, 니트로계 염료, 카보닐계 염료, 메틴계 염료 등을 들 수 있다. 유기 안료에 대해서는, 상기한 유기 안료를 채용할 수 있다. 또한, 차광성 성분은, 1종을 이용해도 되고, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다. 또한, 이들 색재의 표면에 의한 수지 피복에 의한 고체적 저항화, 반대로, 수지의 모재에 대하여 색재의 함유 비율을 높여서 약간의 도전성을 부여 함에 따른 저체적 저항화를 행해도 좋다. 그러나, 이러한 차광성 재료의 체적 저항값은, 약 1×10⁸~1×10¹⁵Ω·㎝의 범위이므로, 투명 도전막의 저항값에 영향을 주는 수준은 아니다. 마찬가지로, 차광층의 비유전률도 색재의 선택이나 함유 비율로 약 3~11의 범위로 조정할 수 있다.

(분산제·분산조제)

안료 분산제로서 고분자 분산제를 이용하면, 경시의 분산 안정성에 우수하므로 바람직하다. 고분자 분산제로서는, 예를 들면, 우레탄계 분산제, 폴리에틸렌이민계 분산제, 폴리옥시에틸렌알킬에테르계 분산제, 폴리옥시에틸렌글리콜디에스테르계 분산제, 소르비탄 지방족 에스테르계 분산제, 지방족 변성 폴리에스테르계 분산제 등을 예를 들 수 있다. 그 중에서도, 특히, 질소 원자를 함유하는 그라프트 공중합체로 이루어지는 분산제가, 안료를 많이 포함하는 본 실시 형태에 이용하는 차광성 감광성 수지 조성물에 대해서는, 현상성이라는 점에서 바람직하다.

이들 분산제의 구체예로서는, 상품명으로, EFKA(에프카케미컬즈비브이(EFKA)사제), Disperbik(BYK-Chemie사제), DISPARLON(쿠쓰모토카세이사제), 등SOLSPERSE(루브리졸사제), KP(신에츠카가쿠코교사제), 폴리플로우(교에이샤카가쿠사제) 을 예를 들 수 있다. 이들 분산제는, 1종을 이용해도 되고, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용할 수 있다.

분산 조제로서는, 예를 들면, 색소 유도체 등을 이용할 수 있다. 색소 유도체로서는, 예를 들면, 아조계, 프탈로시아닌계, 퀴나크리돈계, 벤지미다졸론계, 퀴노프탈론계, 이소인돌리논계, 디옥사진계, 안트라퀴논계, 인단트론계, 페릴렌계, 페리논계, 디케토피롤로피롤계, 디옥사진계 등의 유도체를 들 수 있지만, 그 중에서도 퀴노프탈론계가 바람직하다.

색소 유도체의 치환기로서는, 예를 들면, 술폰산기, 술폰아미드기 및 그 4급 염, 프탈이미드메틸기, 디알킬아미노알킬기, 수산기, 카르복실기, 아미드기 등이 안료 골격에 직접 또는 알킬기, 아릴기, 복소환기 등을 개재해서 결합한 것을 들 수 있다. 이들 중에서는, 술폰산기가 바람직하다. 또한, 이들 치환기는, 하나의 안료 골격에 복수 치환하고 있어도 된다.

색소 유도체의 구체예로서는, 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 이용해도 되고, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.

이하, 본 발명의 여러 가지는 실시예에 대해서 설명한다.

실시예 1

도 9에 나타내는 컬러 필터 기판(11)을, 아래와 같이 해서 제조했다.

〔블랙 매트릭스의 형성〕

(블랙 매트릭스 형성용 분산액)

카본 안료 #47(미츠비시카가쿠사제) 20질량부, 고분자 분산제 BYK-182(BYK-Chemie사제) 8.3질량부, 구리 프탈로시아닌 유도체(도요잉키세이조사제) 1.0질량부 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 71질량부를, 비드밀(Beads-mill) 분산기로 교반해, 카본블랙 분산액을 제작했다.

(블랙 매트릭스 형성용 포토레지스트)

블랙 매트릭스 형성용 레지스트는, 이하의 재료를 사용해서 제작했다.

카본블랙 분산액: 안료 #47(미츠비시카가쿠사제)

투명 수지: V259-ME(신닛테츠카가쿠사제)(고형분 56.1질량%)

광중합성 모노머: DPHA(닛폰가야쿠사제)

개시제: OXE-02(치바·스페셜티·케미컬즈사제)

OXE-01(치바·스페셜티·케미컬즈사제)

용제: 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트

에틸-3-에톡시프로피오네이트

레벨링제: BYK-330(BYK-Chemie사제)

이상의 재료를, 이하의 조성비로 혼합 교반해, 블랙 매트릭스 형성용 레지스트(고형분 중의 안료 농도: 약 20%)로 했다.

카본블랙 분산액 3.0질량부

투명 수지 1.4질량부

광중합성 모노머 0.4질량부

광중합 개시제 OXE-01 0.67질량부

광중합 개시제 OXE-02 0.17질량부

프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 14질량부

에틸-3-에톡시프로피오네이트 5.0질량부

레벨링제 1.5질량부

(블랙 매트릭스 형성 조건)

상기 포토레지스트를 유리로 이루어지는 투명 기판(10a)에 스핀 코트하고, 건조시켜, 막 두께 1.5㎛의 도포막을 제작했다. 이 도포막을 100℃로 3분간, 건조한 후, 블랙 매트릭스로서 패턴 폭(블랙 매트릭스의 획선폭에 상당) 24.5㎛ 개구가 있는 노광용의 포토마스크를 이용해, 광원으로서 초고압 수은등 램프를 이용해 200mJ/㎠ 조사했다.

다음으로, 2.5% 탄산 나트륨 수용액에서 60초간 현상하고, 현상 후 잘 수세 하고, 또한 건조한 후, 230℃로 60분 가열 처리해서 패턴을 정착시키고, 투명 기판(10a) 상에 블랙 매트릭스(5)를 형성했다. 블랙 매트릭스(5)의 획선폭은, 약 24㎛이며, 사각형 화소의 주위(4변)에 형성했다. 투명 기판면으로부터의 블랙 매트릭스 획선 단부의 경사 각도는 약 45°로 했다.

〔투명 도전막의 성막〕

스퍼터링 장치를 이용해, 상기한 블랙 매트릭스(5)의 전체면을 피복하도록, ITO(인듐·주석의 금속 산화물 박막)로 이루어지는 투명 도전막(3)(제3 전극)을 0.14㎛의 막 두께로 형성했다.

〔선 형상 수지층의 형성〕

(수지 A의 합성)

세퍼러블 플라스크(Separable Flask) 중에서, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 686질량부, 글리시딜 메타크릴레이트 332질량부, 아조비스이소부티로니트릴 6.6질량부를 가해, 질소 분위기 하에서 80℃로 6시간 가열해, 수지 용액을 얻었다.

다음으로, 얻어진 수지 용액에, 아크릴산 168질량부, 메토퀴논 0.05질량부, 트리페닐포스핀 0.5질량부를 가하고, 공기를 취입하면서 100℃로 24시간 가열해, 아크릴산 부가 수지 용액을 얻었다.

또한, 얻어진 아크릴산 부가 수지 용액에, 테트라히드로프탈산 무수물 186질량부를 가하고, 70℃로 10시간 가열해, 수지 A용액을 얻었다.

(감광성 수지액 A의 조제)

이하의 조성으로, 네가티브형의 감광성 수지액 A를 조제했다.

수지 A 200질량부

광중합성 모노머 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트 100질량부

광중합 개시제(치바·스페셜티·케미컬즈사제, 이가큐어 907) 100질량부

용제(프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트) 400질량부

상기 감광성 수지액 A 및 선 형상 수지층의 패턴(개구부)이 있는 포토마스크를 사용해, 공지의 포토리소그래피 방법으로, 사각형 화소 중앙에 선 형상 수지층을 형성했다. 선 형상 수지층의 높이(막 두께)는, 2.5㎛로 했다.

〔착색 화소의 형성〕

《착색층 형성용 분산액》

착색층에 분산되는 유기 안료로서, 이하의 것을 사용했다.

적색용 안료: C.I.Pigment Red 254(치바·스페셜티·케미컬즈사제, 「이가포 레드(IRGAPHOR Red) B-CF」), C.I.Pigment Red 177(치바·스페셜티·케미컬즈사제「코모프탈 레드(CROMOPHTAL Red) A2B」)

녹색용 안료: C.I.Pigment Green 58(DIC사제), C.I.Pigment Yellow 150(바이엘사제,「판촌 패스트 옐로우(Fanchon Fast Yellow) Y-5688」)

청색용 안료: C.I.Pigment Blue 15(「도요잉키세이조제, 리오놀 블루(Lionol Blue) ES」)

C.I.Pigment Violet 23(BASF사제,「파리오겐 바이올렛(Paliogen Violet) 5890」)

이상의 안료를 이용해, 적색, 녹색 및 청색의 각 색 분산액을 제작했다.

<적색 분산액>

적색 안료: C.I.Pigment Red 254 18질량부

적색 안료: C.I.Pigment Red 177 2질량부

아크릴 바니시(고형분 20질량%) 108질량부

상기 조성의 혼합물을 균일하게 교반한 후, 글래스 비즈를 이용해, 샌드밀로 5시간 분산하고, 5㎛ 필터로 여과해 적색 안료 분산액을 제작했다.

<녹색 분산액>

녹색 안료: C.I.Pigment Green 58 16질량부

녹색 안료: C.I.Pigment Yellow 150 8질량부

아크릴 바니시(고형분 20질량%) 102질량부

상기 조성의 혼합물에 대하여, 적색 안료 분산액과 동일한 제작 방법을 이용해, 녹색 안료 분산액을 제작했다.

<청색 분산액>

청색 안료: C.I.Pigment Blue 15 50질량부

청색 안료: C.I.Pigment Violet 23 2질량부

분산제(제네카사제, 「솔스퍼스(Solsperse)20000」) 6질량부

아크릴 바니시(고형분 20질량%) 200질량부

상기 조성의 혼합물에 대하여, 적색 안료 분산액과 동일한 제작 방법을 이용해, 청색 안료 분산액을 제작했다.

《착색 화소 형성》

하기 표1에 나타내는 배합 조성의 착색 화소 형성 컬러 레지스트를 이용해, 착색층을 형성했다.

착색층의 형성은, 우선, 도 9에 나타내는, 블랙 매트릭스(5) 및 투명 도전막(3)이 형성된 글래스 기판(10a) 상에, 적색 화소 형성용 컬러 레지스트를 스핀 코트에 의해 완성 막 두께가 2.5㎛이 되도록 도포했다. 90℃로 5분간 건조한 후, 착색 화소 형성용의 포토마스크를 통과시켜서 고압 수은등의 광을 300mJ/㎠의 조사량으로 조사해, 알칼리 현상액으로 60초간 현상하고, 스트라이프 형상의 적색의 착색 화소(15)를, 선 형상 수지층(4)을 피복하도록 사각형 화소 상에 형성했다. 그 후, 230℃로 30분 소성했다. 블랙 매트릭스(5)와 착색층의 중첩을 6.0㎛으로서 제작했다.

다음으로, 녹색 화소 형성용 레지스트도 동일하게 스핀 코트에 의해 완성 막 두께가 2.5㎛이 되도록, 또한, 선 형상 수지층(4)을 피복하도록 도포했다. 90℃로, 5분간 건조한 후, 전술한 오목부(13)를 개재해서 적색 화소(15)와 인접한 위치에 패턴이 형성되도록 포토마스크를 통과시켜서 노광하고, 현상함으로써, 녹색 화소(14)를 형성했다. 또한, 당 실시예를 포함해, 컬러 필터 기판의 제조는 주지의 포트리소그래피 기술을 이용하는 것이며, 예를 들면, 도 9에 나타내는 컬러 필터 기판은 그 제조 공정에 있어서, 막면(컬러 필터면) 상에서 제조된다.

또한, 적색, 녹색과 동일하게 하여, 청색 화소 형성용 레지스트에 대해서도 완성 막 두께가 2.5㎛으로 적색 화소, 녹색 화소와 인접한 청색 화소(16)를 얻었다. 이로써, 기판(10a) 상에 적, 녹, 청 3색의 착색 화소를 갖는 컬러 필터가 얻어졌다. 그 후, 230℃로 30분간 열처리해서 경막했다.

〔보호층의 형성〕

(수지 B의 합성)

반응 용기에 시클로헥사논 800질량부를 넣고, 용기에 질소 가스를 주입하면서 가열하고, 하기 모노머 및 열중합 개시제의 혼합물을 적하해, 중합 반응을 행하였다.

스티렌 60질량부

메타크릴산 60질량부

메틸메타크릴레이트 65질량부

부틸메타크릴레이트 65질량부

열중합 개시제 10질량부

연쇄 이동제 3질량부

적하후 충분히 가열 한 후, 열중합 개시제 2.0질량부를 시클로헥사논 50질량부로 용해시킨 것을 첨가하고, 또한 반응을 계속해서 아크릴 수지의 용액을 얻었다. 이 수지 용액에 고형분이 20중량%가 되도록 시클로헥사논을 첨가해서 아크릴 수지 용액을 조제해, 수지 B로 했다.

아크릴 수지의 중량 평균 분자량은, 약 10,000이었다.

(수지 도포액 B)

하기에 나타내는 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1㎜의 글래스 비즈를 이용해, 샌드밀로 5시간 분산하고, 이어서, 5㎛의 필터로 여과해, 수지 도포액 B를 얻었다.

수지 B 150질량부

다관능 중합성 모노머

(도아고세이제,「아로닉스(ARONIX) M-400」) 20질량부

광개시제(치바·스페셜티·케미컬즈사제, 이가큐어 907) 16질량부

시클로헥사논 500질량부

상기 수지 도포액 B를 이용해, 블랙 매트릭스와 착색층 전체면을 피복하도록, 0.3㎛막 두께의 보호층(18)을 형성해, 컬러 필터 기판으로 했다.

또한, 블랙 매트릭스(5)의 선폭 방향의 중앙부에는 착색층이 없는 평면에서 봐서 선상의 오목부(13)를 형성했다. 다른 색의 착색층 사이에 있는 오목부(13)의 깊이 D는, 약 1㎛로 했다.

선 형상 수지층(4), 착색층 및 보호층(18)의 중첩부인 볼록부(24)의 높이 H는, 약 1.1㎛이 되었다. 볼록부(24)의 경사는, 투명 기판면으로부터의 각도로 약45도이었다. 또한, 볼록부(24)의 높이 H는, 녹색 화소(14)의 화소 표면에서 중첩부의 톱까지의 높이로 했다.

실시예 2

도 10에 나타내는 컬러 필터 기판을, 아래와 같이 해서 제조했다.

이미 막 두께 0.15㎛의 투명 도전막(3)을 형성해 둔 글래스의 투명 기판(10a) 상에 하기 흑색 조성물을 이용해 완성 막 두께 1.5㎛의 블랙 매트릭스(5)를 형성했다.

(흑색 조성물의 조제)

(안료 분산체 RD1)

착색제로서 C.I.피그먼트 레드 254/C.I.피그먼트 레드 177=80/20(중량비)혼합물 20질량부, 분산제로서 BYK-2001을 5질량부(고형분환산), 용매로서 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 75질량부를, 비드밀에 의해 처리해, 안료 분산체(RD1)를 조제했다.

(안료 분산체 YD1)

착색제로서 C.I.피그먼트 옐로 150을 20질량부, 분산제로서 솔스퍼스 24000을 5질량부(고형분환산), 용매로서 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 75질량부를, 비드밀에 의해 처리해, 안료 분산체(YD1)를 조제했다.

(안료 분산액 BD1)

착색제로서 C.I.피그먼트 블루15:6을 20질량부, 분산제로서 아지스퍼(Ajisper) PB-821를 5질량부(고형분환산), 용매로서 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 75질량부를, 비드밀에 의해 처리해, 안료 분산체(BD1)를 조제했다.

(안료 분산액 VD1)

착색제로서 C.I.피그먼트 바이올렛 23을 20질량부, 분산제로서 아지스퍼 PB-821을 5질량부(고형분환산), 용매로서 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 75질량부를, 비드밀에 의해 처리해, 안료 분산체(VD1)를 조제했다.

(수지 용액(P1)의 합성)

반응 용기에 시클로헥사논 800질량부를 넣고, 용기에 질소 가스를 주입하면서 가열하고, 하기 모노머 및 열중합 개시제의 혼합물을 적하해 중합 반응을 행하였다.

스티렌 60질량부

메타크릴산 60질량부

메틸메타크릴레이트 65질량부

부틸메타크릴레이트 65질량부

열중합 개시제 10질량부

연쇄 이동제 3질량부

적하후 충분히 가열한 후, 열중합 개시제 2.0질량부를 시클로헥사논 50질량부로 용해시킨 것을 첨가하고, 또한 반응을 계속해 아크릴 수지의 용액을 얻었다. 이 수지 용액에 불휘발분이 20질량%가 되도록 시클로헥사논을 첨가해서 아크릴 수지 용액을 조제해, 수지 용액(P1)으로 했다. 아크릴 수지의 중량 평균 분자량은, 약 10,000이었다.

(흑색 조성물)

하기 조성의 혼합물을 균일하게 되도록 교반 혼합한 후, 5㎛의 필터로 여과해서 흑색 조성물을 얻었다. 흑색 조성물은, 뒤의 실시예에서 차광층 및 대좌의 형성에 이용한다.

상기 안료 분산액(RD1) 21질량부

상기 안료 분산액(BD1) 17질량부

상기 안료 분산액(YD1) 4질량부

수지 용액(P-1) 9질량부

트리메틸올프로판트리아크릴레이트 4.8질량부

광중합 개시제

(치바·스페셜티·케미컬즈사제,「이가큐어-369」) 2.8질량부

광증감제(호도가야카가쿠사제, 「EAB-F」) 0.2질량부

시클로헥사논 36.2질량부

이상과 같이 해서 얻은 흑색 조성물은, 도포 형성 후의 경화시킨 막 두께 1㎛당, 약 1.8의 광학 농도(OD값)이다. 도포 조건에 의해 막 두께 조정이 가능하다. 수지의 고형비(수지 용액)의 성분비 조정으로 도포막의 광학 농도의 조정도 가능하다. 또한, 상기 흑색 조성물에서는, 녹색 유기 안료는 차광성이 나쁘기 때문에, 첨가하지 않는다.

도 10을 참조해, 제조한 컬러 필터 기판에 대해서 설명한다. 적색 화소(15), 녹색 화소(14), 청색 화소(16)의 막 두께는, 모두 2.5㎛이다. 컬러 레지스트는 실시예 1과 같은 컬러 레지스트를 이용했다.

또한 실시예 1과 같은 수지 도포액 B을 이용해, 0.3㎛ 막 두께의 보호층(18)을 형성해서 컬러 필터 기판으로 했다.

실시예 3

도 1에 도시한 바와 같이, 실시예 1에 따른 컬러 필터 기판(11)과 TFT의 능동 소자를 형성한 어레이 기판(21)을 접합해, 마이너스의 유전율 이방성의 액정(17)을 봉입하고, 또한 양면에 편광판을 첨부해, 액정 표시 장치로 했다. 컬러 필터 기판 및 어레이 기판의 표면에는, 미리 수직 배향막이 도포, 형성되어 있다. 또한, 능동 소자가 형성된 기판은, 도 6 및 도 7에서 나타낸 빗살형 전극을 갖는 어레이 기판(21)을 이용했다.

수직 배향용의 배향막은, 도시를 생략했다. MVA나 VATN 등의 수직 배향의 액정 표시 장치에 필요한 엄밀한 배향 처리(예를 들면, 틸트각 89°로 하고, 복수 도메인을 형성하기 위한 복수 방향의 배향 처리)는 실시하지 않고, 약 90°의 수직 배향으로 했다.

도 1을 참조해, 제조한 액정 표시 장치에 대해서 설명한다. 액정(17)의 동작은, 도 1의 중앙의 녹색 화소(14)를 대표로 해서 설명한다.

초기 배향이 수직 배향인 액정(17)의 액정 분자는, 구동 전압 인가시에, 제1 전극(1) 및 제2 전극(2)에 의해, 착색 화소(14)를 사각형 화소 중앙으로부터 선 형상 수지층(4)을 향하는 방향, 즉, 화살표 A로 나타내는 방향으로 쓰러진다. 또한, 제2 전극(2)은, 화살표 A로 나타내는 방향으로, 제1 전극(1)으로부터 어긋나 있다. 제3 전극(3)과 제2 전극(2)은, 같은 전위로 했다.

실시예 4

본 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도 11에 나타낸다. 본 실시예에 이용한 컬러 필터 기판(31)은, 실시예 1과 동일 재료를 이용해, 동일 제조 공정이면서, 블랙 매트릭스(5) 상의 착색층의 중첩부를 그레이톤 마스크(중첩 부분의 착색층이 얇아지도록 투과율을 낮춘 패턴을 가지는 포토마스크)를, 파선 원(42)으로 나타낸 바와 같이 이용하여 얇게 형성했다. 블랙 매트릭스(5) 상의 착색층의 중첩부를 얇게 형성하는 것에 의해, 블랙 매트릭스(5) 상에 배설되는 투명 도전막에 의한 제3 전극(3)과 어레이 기판(41) 측의 제1 전극 사이의 인가 전압이 액정(47)에 인가되기 쉬워진다. 어레이 기판(41)은, 블랙 매트릭스(5)에 대응하는 위치(하방)에 공통 전극(2c)을 설치한 것을 제외하고, 실시예 3과 같은 구성의 어레이 기판으로 했다. 또한, 당 실시예의 컬러 필터 기판 상에는 보호막을 형성하지 않고 있다.

도 11에 나타내는 액정 표시 장치는, 수직 배향막을 형성한 컬러 필터 기판(31) 및 어레이 기판(41)을 접합하고, 그 사이에 마이너스의 유전율 이방성의 액정(47)을 봉입하고, 또한 양면에 편광판을 접합함으로써 제조된다. 수직 배향용의 배향막은, 도시를 생략했다. MVA나 VATN 등의 수직 배향의 액정 표시 장치에 필요한 엄밀한 배향 처리(예를 들면, 프리틸트각 89°로 하고, 복수 도메인을 형성하기 위한 복수 방향의 배향 처리)는 실시하지 않고, 전체면을 약 90°의 수직 배향으로 했다.

도 11을 참조해, 제조한 액정 표시 장치에 대해서 설명한다.

컬러 필터 기판(31) 측에서는, 초기 배향이 수직 배향인 액정(47) 중, 착색층의 숄더에 위치하는 액정 분자(47a, 47b)는, 액정 구동의 전압 인가 직후에 화살표 B 방향으로 쓰러지고, 근방의 액정 분자의 트리거가 된다.

어레이 기판(41) 측의 초기 배향이 수직 배향인 액정(47) 중, 제2 전극의 비어져 나옴부 근방에 있는 액정 분자(47c, 47d)는, 전압 인가 직후에 화살표 B 방향으로 쓰러지고, 상기와 마찬가지로, 액정 분자(47c, 47d) 근방의 액정 분자의 트리거가 된다. 구동 전압 인가 후에, 액정 분자는, 제1 전극(1) 및 제2 전극(2)에 의해, 착색 화소인 녹색 화소(14)를 사각형 화소 중앙의 선 형상 수지층(4)을 향하는 방향, 즉, 화살표 B로 나타내는 방향으로 쓰러진다. 또한, 제2 전극(2)은, 제1 전극(4)로부터 어긋나 있다. 공통 전극(2c), 제2 전극(2) 및 제3 전극(3)은, 같은 전위의 공통 전위(커먼 또는 그라운드)로 했다. 또한, 공통 전극(2c)을 설치하는 목적은, 인접 화소에 대한 크로스토크 경감이다.

상기 구동 전압보다 높은 전압을 인가하는 것에 의해, 다이내믹 표시 영역에 있는 액정 분자가 쓰러지고, 밝은 투과 표시가 얻어졌다. 본 실시예에서의 중앙의 선 형상 수지층(4)은, 광의 투과율을 높이기 때문에, 보다 밝은 표시를 얻을 수 있고, 약동감이 있는 액정 디스플레이를 제공할 수 있다.

또한, 배향막, TFT 소자, 편광판, 위상차판 등의 도시는 생략했다.

실시예 5

실시예 5를, 도 12를 이용해 설명한다.

본 실시예에서 이용한 블랙 매트릭스 형성용 분산액, 착색 형성용 분산액, 선 형상 수지층 형성을 위한 감광성 수지액은 모두, 실시예 1과 동일한 재료이다. 다른 부분은, 블랙 매트릭스(5) 상에 투명 도전막인 제3 전극(3)을 형성한 후의 착색 화소의 형성에 있어서, 그레이톤 마스크를 이용하고, 다이내믹 표시 영역에 상당하는 부분의 착색층을 얇게 1.2㎛ 막 두께로 형성해, 오목부(54)를 갖는 착색층으로 했다. 오목부 상에 실시예 1과 같은 감광성 수지액을 이용해, 2.5㎛ 막 두께의 선 형상 수지층(4)을 형성하고, 또한 보호층(18)을 0.3㎛의 막 두께로 형성해 컬러 필터 기판(51)으로 한 것이다. 어레이 기판(41)은 실시예 4와 동일하게 했다.

액정(57)은, 마이너스의 이방성 유전율의 액정을 이용해, 초기 배향을 수직 배향으로 했다. 배향막, TFT 소자, 편광판, 위상차판 등의 도시는 생략했다.

실시예 6

실시예 6을, 도 13을 이용해 설명한다.

본 실시예에서 이용한 블랙 매트릭스 형성용 분산액 및 착색 형성용 분산액은 모두, 실시예 1과 동일한 재료이다. 투명 기판(10a) 상에 블랙 매트릭스(5)를 형성한 후, 착색 화소를 형성했다. 이 경우, 실시예 5와 마찬가지로, 그레이톤 마스크를 이용해, 다이내믹 표시 영역에 상당하는 착색층을 얇게 1.2㎛ 막 두께로 형성하고, 오목부(54)를 갖는 착색층(14, 15, 16)으로 했다. 또한, 각 착색층(14, 15, 16)은, 블랙 매트릭스(5) 상에 겹치도록 했다. 착색층(14, 15, 16)의 막 두께는, 2㎛로 했다.

또한, 착색 화소 형성을 위한 컬러 레지스트로서는, 하기 표 2에 나타내는 조성의 것을 이용했다.

이어서, 실시예 1에 있어서 선 형상 수지층의 형성에 이용한 수지 A를 2㎛의 두께로 도포해, 제1 수지층(55)을 형성한 후, 노광 및 현상에 의해, 블랙 매트릭스(5)의 상방의 제1 수지층(55)의 부분을 제거해, 오목부(56)를 형성했다.

다음으로, 실시예 1에 있어서 보호층의 형성에 이용한 수지 B를 0.6㎛의 두께로 도포해, 제2 수지층을 형성한 후, 노광 및 현상에 의해, 착색층(14)의 오목부(54)의 상방에 제2 수지층으로 이루어지는 볼록부(58)을 형성해, 컬러 필터 기판이 형성되었다.

실시예 7

본 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도 14에 나타낸다. 이 실시예는, 반사 편광판을 이용한 반투과형 액정 표시 장치이다. 반사 편광판으로서, 예를 들면, 특허 제4177398호 공보에 기재되어 있는 것 같은 것을 이용할 수 있다.

본 실시예에 이용한 컬러 필터 기판(61)은, 예를 들면, 도 9에 나타내는 실시예 1의 컬러 필터 기판이다. 능동 소자(TFT)가 형성된 어레이 기판(71)은, 예를 들면, 실시예 5로 나타낸 빗살형 전극을 갖는 어레이 기판으로 했다.

컬러 필터 기판(61) 및 어레이 기판(71)을 대향해서 배치하고, 사이에 액정(77)을 개재시켜서 접합했다. 컬러 필터 기판(61)의 액정(77)과 반대측에는, 광학 보상층(81a) 및 편광판(82a)이 배치되어 있다. 또한, 어레이 기판(71)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 순차적으로 배설되어 있다. 도광판(86)에는, 광원, 예를 들면, LED 광원(88)이 부착되어 있다.

LED 광원(88)으로서는, RGB 개별 발광 소자인 것이 바람직하지만, 의사 백색LED이어도 된다. 또한, LED 대신에, 종래 범용되어 있는 냉음극선관이나 형광등을 이용해도 된다. LED 광원(88)으로서 RGB 개별 발광 소자를 이용했을 경우에는, 각각의 발광 강도를 색마다 개별로 조정 할 수 있으므로, 최적의 색 표시를 행하는 것이 가능하다. 또한, 입체 화상 표시에 적용할 수도 있다.

이상, 설명한 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에 의하면, 컬러 필터 기판이나 어레이 기판의 배향 처리를 경감 할 수가 있고, 또한, 액정의 응답성을 개선할 수 있다. 또한, 볼록부나 오목부, 제1 전극(화소 전극)이나 제2 전극을 설치하는 구성에 의해, 액정의 디스크리네이션을 경감해, 액정 표시를 향상시킬 수 있다.

또한, 컬러 필터의 유효 표시 화소를 피복하도록 투명 도전막을 적층한 구성으로 할 수 있기 때문에, 부차적 효과로서, IPS(횡전계로 액정을 구동한다)나 FFS(빗살 무늬 전극의 프린지에 생기는 전계로 액정을 구동한다) 방식과 상이해, 외부 전계의 영향을 받기 어려운 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 사각형 화소는, 그 화소 중심으로부터 선 형상 수지층에서 선대칭 혹은 점대칭의 1/2 화소 혹은 1/4 화소로 구분할 수 있지만, TFT 소자를 1 화소에 2개 혹은 4개 형성해, TFT 소자마다 다른 전압을 인가하는 구동 방식을 취하는 것에 의해, 시각 조정이나 입체 화상 표시가 가능하게 된다.

또한, TFT를 1 화소에 2개 형성하고, 하나의 TFT로 반사부의 액정을 구동하고, 또 하나의 TFT로 투과부의 액정을 구동해도 된다. 액정 표시 장치의 크기나 사용 목적에 따라, 빗살형 패턴인 제1 전극이나 제2 전극의, 화소 개구 폭 방향의 개수, 밀도, 간격, 배치는 적절히 조정할 수 있다.

Claims (19)

1. 투명 기판, 이 투명 기판 상에 형성된, 복수의 화소로 구분하는 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 투명 도전막 및 상기 화소 상에 형성된 착색층을 구비하고, 상기 화소 중앙에 선 형상의 볼록부가 형성되고, 또한, 상기 블랙 매트릭스의 상방에 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
2. 제1항에 있어서,
   상기 화소 중앙에 선 형상 수지층이 형성되고, 상기 선 형상의 볼록부는, 상기 선 형상 수지층과 상기 착색층의 적층으로 이루어지고, 상기 오목부는, 인접하는 착색층 간의 단차에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
3. 제2항에 있어서,
   상기 블랙 매트릭스 상에 상기 투명 도전막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
4. 제2항에 있어서,
   상기 투명 도전막 상에 상기 블랙 매트릭스가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
5. 제2항에 있어서,
   상기 선 형상 수지층과 착색층의 적층은, 선 형상 수지층 및 착색층 순으로 적층한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
6. 제2항에 있어서,
   상기 선 형상 수지층과 착색층의 적층은, 착색층 및 선 형상 수지층 순으로 적층되고, 상기 선 형상 수지층과의 적층부의 착색층의 막 두께가, 적층부 이외의 화소 상의 막 두께보다 얇게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
7. 제1항에 있어서,
   상기 블랙 매트릭스 및 상기 착색층을 피복하도록, 보호층을 더 적층한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
8. 제1항에 있어서,
   상기 착색층은, 상기 선 형상의 볼록부에 대응하는 부분이 얇은 막 두께를 갖고, 상기 착색층 상에, 상기 블랙 매트릭스의 상방의 부분을 제외해 제1 수지층이 형성되고, 상기 착색층의 얇은 막 두께의 부분에 대응하는 상기 제1 수지층의 부분에 제2 수지층이 형성되고, 상기 선 형상의 볼록부는, 상기 제2 수지층으로 이루어지고, 상기 오목부는, 상기 블랙 매트릭스의 상방의 상기 제1 수지층이 존재하지 않는 부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
9. 제6항에 있어서,
   상기 착색층 상에 상기 투명 도전막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
10. 제1항에 있어서,
    상기 착색층은, 상기 화소 상에 각각 형성된, 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소로 이루어지는 3종류의 착색층인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
11. 청구항 1에 기재된 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판과, 액정을 구동하는 소자를 매트릭스 형상으로 배설한 어레이 기판을, 사이에 액정을 개재시켜서 대향시켜 접합해 이루어지는 액정 표시 장치로서, 상기 어레이 기판이, 액정을 구동하기 위해서, 다른 전위가 인가된 제1 전극 및 제2 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극과, 상기 제2 및 제3 전극 사이에 구동 전압을 인가했을 때에, 상기 액정 표시 장치의 화소 영역에 있어서의 액정의 분자는, 상기 화소 영역을 2개로 나누는 직선에 있어서의 선대칭인 역방향으로 쓰러지는 동작을 행하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
14. 제12항에 있어서,
    상기 화소에 있어서의 액정의 동작은, 액정을 구동하는 전압을 인가했을 때에, 평면에서 봐서 점대칭으로 4개의 동작 영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극이, 액정을 구동하는 능동 소자와 접속된 빗살형 패턴을 갖고, 상기 제2 전극이, 절연층을 개재하여 상기 제1 전극 밑에 배설된 빗살형 패턴을 갖고, 또한, 상기 제2 전극이, 평면에서 봐서, 상기 선 형상 수지층을 향하는 방향, 혹은, 화소의 중심의 방향으로, 상기 제1 전극의 단부로부터 비어져 나와 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극이, 가시 영역에서 투명한 도전성 금속 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
17. 투명 기판 상에, 복수의 화소를 갖는 블랙 매트릭스, 투명 도전막 및 선 형상 수지층을 구비함과 함께, 상기 화소 상에 복수의 착색층으로 이루어지는 착색 화소를 구비하는 컬러 필터 기판과, 액정을 구동하는 소자를 매트릭스 형상으로 배설한 어레이 기판을 대향시키고, 사이에 액정을 개재시켜서 접합해 이루어지는 액정 표시 장치로서,
    상기 선 형상 수지층이, 상기 투명 도전막 상의, 평면에서 봐서, 상기 화소 중앙에 배설되고, 상기 선 형상 수지층과 상기 착색층의 적층에 의해 액정측으로 돌출하는 볼록부가 형성되고, 상기 어레이 기판이, 각각 가시 영역에서 투명한 도전성 산화물로 이루어지는 빗살형 제1 전극 및 빗살형 제2 전극을 구비하고, 상기 제2 전극이 절연층을 개재하여 상기 제1 전극 밑에 배설되고, 상기 제2 전극이, 평면에서 봐서, 상기 선 형상 수지를 향하는 방향, 혹은 상기 화소의 중심 방향으로, 상기 제1 전극의 단부로부터 비어져 나와 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
18. 제17항에 있어서,
    상기 어레이 기판 상의, 평면에서 보았을 때, 상기 선 형상 수지층과 마주 대하는 위치에, 제1 전극이 배설되지 않는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
19. 제17항에 있어서,
    상기 액정이 마이너스의 유전율 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.

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