KR20130128417A

KR20130128417A - 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20130128417A
Application number: KR1020137015193A
Authority: KR
Inventors: 다로 사까모또; 겐조 후꾸요시; 노조미 오나까
Original assignee: 도판 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-11-26
Also published as: CN103261953B; CN103261953A; EP2985654A1; TW201239470A; WO2012081456A1; US20130271679A1; JP5659768B2; JP2012128234A; EP2653912A4; TWI464492B; EP2653912A1

Abstract

계조 표시를 행하는 통상 표시와 밝은 다이내믹 표시, 투과 표시 또는 반사 표시가 가능한 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판이 개시되어 있다. 이 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판은, 투명 기판, 이 투명 기판 상에 형성된 투명 도전막, 이 투명 도전막 상에 형성된, 복수의 다각형 화소 형상의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 이 블랙 매트릭스의 개구부의 중앙에 형성된 제2 투명 수지층, 이 투명 도전막 상에 형성된 착색층, 및 이 착색층 상에 형성된 제1 투명 수지층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치{COLOR FILTER SUBSTRATE FOR LATERAL ELECTRIC FIELD LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICES, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판 및 이것을 구비하는 액정 표시 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 컬러 필터 기판에 배치한 투명 도전막인 제3 전극과, 어레이 기판측에 설치한 제1 및 제2 전극 사이에 전압을 인가함으로써 발생하는 기울기 전계에 의한 액정 구동에 최적인 컬러 필터 기판, 및 이것을 구비하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 액정 디스플레이 등의 박형 표시 장치가 새로운 고화질화, 저가격화 및 전력 절약화가 요구되고 있다. 액정 표시 장치용 컬러 필터에 있어서는, 충분한 색순도나 높은 콘트라스트, 평탄성 등, 보다 고화질 표시에 맞춘 요구가 생겨나고 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 또는 액정 구동 방식이 제안되고, 그것에 의해, 광시야각·고속 응답의 디스플레이가 실용화되어 있다.

액정 분자를 유리 등으로 이루어지는 기판면과 평행하게 배향시키는, 광시야각이고 고속 응답에 대응하기 쉬운 VA 방식, 또한, 광시야각에 유효한 HAN 방식 등의 액정 표시 장치에서는, 컬러 필터의 평탄성(막 두께의 균일성이나 컬러 필터 표면의 요철의 저감)과 유전율 등의 전기적 특성에 대해서, 더욱 높은 레벨이 요구되고 있다. 이러한 고화질 액정 디스플레이에서는, 경사 방향의 시인에 의한 착색의 저감을 위해서, 액정 셀 두께(액정층의 두께)를 얇게 하는 기술이 주요한 과제가 되고 있다. 그러한 기술로서, 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) 등의 다양한 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 과제가 되고 있다. MVA 기술은, 액정 구동의 전압 인가 시에 있어서의 액정 분자의 불안정한 수직 배향(초기에 기판 표면에 대하여 수직으로 배향하고 있는 액정이 전압 인가 시에 쓰러지는 방향이 정해지기 어려운 것)의 문제를 해소하기 위해서, 리브나 슬릿이라고 호칭되는 액정 배향 규제용 구조물을 복수 설치하고, 이들 리브간에 액정 도메인을 형성함과 함께 복수의 배향 방향의 도메인을 형성함으로써, 넓은 시야각을 확보하는 기술이다. 일본 특허 제2947350호 공보에는, 제1 및 제2 배향 규제 구조물(리브)을 사용하여 액정 도메인을 형성하는 기술이 개시되어 있다.

액정이 부의 유전율 이방성을 갖는 경우, 구체적으로는, 컬러 필터 등 상에 형성한 2개의 수지제의 리브간에 위치하는 액정 분자는, 구동 전압의 인가 시에, 예를 들어 평면에서 봤을 때, 이 리브와 수직인 방향으로 쓰러져서, 기판면과 평행하게 배향하려고 한다. 그러나, 2개의 리브간의 중앙의 액정 분자는, 전압 인가 에도 불구하고 쓰러지는 방향이 일의적으로 정해지지 않고, 스프레이 배향이나 벤드 배향을 취하는 일이 있다. 이러한 액정의 배향 흐트러짐은, 표시의 불균일이나 표시 얼룩으로 연결되었다. 또한, MVA 방식의 경우, 상기 문제도 포함시켜, 액정 분자가 쓰러지는 양을 구동 전압으로 미세하게 제어하는 것이 어려워, 중간조 표시에 난점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 컬러 필터 기판측의 투명 도전막(투명 전극, 표시 전극 또는 제3 전극)과, 어레이 기판측의 제1 및 제2 전극을 사용하고, 이들 전극에 전압이 인가됨으로써 발생하는 기울기 전계에 의해 수직 배향의 액정을 제어하는 기술이, 일본 특허 제2859093호 공보 및 일본 특허 제4459338호 공보에 개시되어 있다. 일본 특허 제2859093호 공보에서는, 부의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용하고 있고, 일본 특허 제4459338호 공보에는, 정의 유전율 이방성을 갖는 액정이 기재되어 있다.

일본 특허 제2859093호 공보나 일본 특허 제4459338호 공보에 개시되는 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 전극을 사용하고, 기울기 전계로 액정 배향을 제어하는 방법은 매우 유효하다. 기울기 전계에 의해, 액정이 쓰러지는 방향을 설정할 수 있다. 또한, 기울기 전계에 의해 액정이 쓰러지는 양을 제어하기 쉬워져, 중간조 표시에 큰 효과가 나온다.

그러나, 이들 기술에서도, 액정의 디스크리네이션 대책이 불충분하다. 디스크리네이션이란, 의도하지 않은 액정의 배향 흐트러짐이나 미 배향에 의해 광의 투과율이 상이한 영역이 화소(화소는, 액정 표시의 최소 단위로, 본 명세서에서는 표기된 직사각형 화소와 동의) 내에 발생하는 문제이다.

일본 특허 제2859093호 공보에는, ECB(전압 제어 복굴절) 방식에 수반하는 화면 불균일이 개선된 액정 표시 장치가 기재되어 있다. 이 일본 특허 제2859093호 공보에 기재되어 있는 액정 표시 장치에서는, 화소 중앙의 디스크리네이션 고정화를 위해서, 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 가능하지만, 표시 전극 중앙의 액정의 쓰러짐이 불충분하여, 고투과율을 기대하기 어렵다. 또한, 액정 응답성의 개선 기술에 대해서도 기재되어 있지 않고, 컬러 필터 기술에 관한 개시도 없다.

일본 특허 제4459338호 공보에서는, 투명 도전막(투명 전극) 상에 유전체층을 적층한 분만큼, 기울기 전계의 효과가 증장되어, 바람직하다. 그러나, 일본 특허 제4459338호 공보의 도 7에 도시되는 바와 같이 전압 인가 후에도 화소 중앙 및 화소 단부에는 수직 배향의 액정이 남아, 투과율 또는 개구율의 저하로 연결되는 문제가 있다. 또한, 정의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용하는 경우(일본 특허 제4459338호 공보에는, 부의 유전율 이방성을 갖는 액정에 대하여 개시되어 있지 않음), 화소 중앙부의 액정의 제어가 불충분하기 때문에, 투과율을 향상시키기 어렵다. 이로 인해, 반투과형 액정 표시 장치에서는 채용하기 어려운 기술로 되어 있다.

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 모양 패턴 형상으로 형성된 투명 전극)을 구비한 어레이 기판으로, 액정을 협지하는 구성이다. 이 구성에서는, 컬러 필터 상의 공통 전극과 어레이 기판측에 형성된 화소 전극 사이에 구동 전압을 인가하여 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 및 적색 화소를 투명 도전막 상에 형성한 컬러 필터의 구성이, 일본 특허 공고 평성 5-26161호 공보의 도 2에 개시되어 있다. 또한, 복수의 스트라이프 전극과 정의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용하는 기술인데, 투명 전극(투명 도전막) 상에 컬러 필터를 형성하는 기술이, 상술한 일본 특허 제4459338호 공보(예를 들어, 당 문헌의 도 7, 도 9)에 기재되어 있다.

또한, 보다 고화질이고 다이내믹한 표시를 얻기 위해서 휘도나 명도를 향상시키거나, 또는 색도 범위를 넓히는 기술로서, 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소 이외에 황색 화소나 백색 화소를 첨가하여 4색 표시로 하는 기술이, 일본 특허 공개 2010-9064호 공보, 일본 특허 제4460849호 공보 및 일본 특허 공개 2005-352451호 공보에 개시되어 있다.

그러나, 이들 기술은, 기존의 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소 이외에 황색 또는 백색과 같은 다른 화소를 마련할 필요가 있고, 이것을 구동하기 위한 능동 소자(TFT)나 컬러 필터를 형성하기 위한 착색층이 1개 더 필요해져, 공정 증가에 따른 비용 상승으로 되지 않을 수 없다. 또한, 황색이나 강도가 밝은 백색 표시가 불필요한 계조 표시 범위에서는, 백색 화소나 황색 화소의 표시를 억제하거나, 또는 비점 등으로 할 필요가 있어, 실효적인 휘도 업으로는 연결되기 어렵다는 문제가 있었다. 또한, 화이트 밸런스를 취하기 위해서 백라이트의 색 온도나 상이한 색의 화소 면적을 조정할 필요가 있었다. 게다가 반사형 표시에서는, 모두 황색 기미가 강조된 표시(황색 기미를 억제하기 위해서, 예를 들어 일본 특허 공개 2005-352451호 공보에 개시되는 특수한 청색 필터가 필요해짐)로 된다는 문제가 있었다.

본 발명은 계조 표시와 응답성의 개선을 양립시키고, 또한 고휘도 표시(이하 다이내믹 표시)가 가능한, 또는, 반투과 표시가 가능한 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판, 및 이 컬러 필터 기판을 구비하는 기울기 전계 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 형태에 의하면, 투명 기판, 그 투명 기판 상에 형성된, 대향하는 변이 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 기판 상에 배치된 투명 도전막, 그 투명 도전막 상에 배치되고, 상기 개구부 내의 2개의 투과율이 상이한 영역으로 각각 구분된 영역을 포함하는, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소, 및 그 착색 화소를 덮도록 배치된 제1 투명 수지층을 구비하는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판이 제공된다.

본 발명의 제2 형태에 의하면, 투명 기판, 그 투명 기판 상에 형성된 투명 도전막, 그 투명 도전막 상에 배치된, 대향하는 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 도전막 상에 배치되고, 상기 개구부 내의 2개의 투과율이 상이한 영역으로 각각 구분된 영역을 포함하는, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소, 및 그 착색 화소를 덮도록 배치된 제1 투명 수지층을 구비하고, 상기 블랙 매트릭스가 상기 착색 화소의 비유전율보다 높은 비유전율을 갖는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판이 제공된다.

본 발명의 제3 형태에 의하면, 투명 기판, 그 투명 기판 상에 형성된 투명 도전막, 그 투명 도전막 상에 배치된, 대향하는 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 및 그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 도전막 상에 배치되고, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소를 구비하고, 상기 투명 도전막은, 상기 개구부의 중앙부에, 상기 개구부의 길이 방향의 변과 평행한 선 형상의 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판이 제공된다.

본 발명의 제4 형태에 의하면, 투명 기판, 그 투명 기판 상에 형성된, 대향하는 변이 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 기판 상에 배치된 투명 도전막, 및 그 투명 도전막 상에 배치되고, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소를 구비하고, 상기 투명 도전막은, 상기 개구부의 중앙부로서, 상기 개구부의 길이 방향의 변과 평행한 선 형상의 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판이 제공된다.

본 발명의 제5 형태에 의하면, 상술한 본 발명의 제1 내지 제4 중 어느 하나의 형태에 따른 컬러 필터 기판, 상기 컬러 필터 기판에 대향하여 배치된, 액정을 구동하는 소자를 매트릭스 형상으로 배치한 어레이 기판, 및 상기 컬러 필터 기판과 어레이 기판 사이에 개재하는 액정층을 구비하고, 상기 어레이 기판이, 액정을 구동하기 위해서 서로 다른 전위가 인가되는 제1 전극 및 제2 전극을, 평면에서 봤을 때 상기 컬러 필터 기판의 착색 화소에 각각에 대응하여 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치가 제공된다.

본 발명의 제6 형태에 의하면, 투명 기판, 그 투명 기판 상에 형성된, 대향하는 변이 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 및 그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 기판 상에 배치된 투명 도전막, 및 그 투명 도전막 상에 형성된, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소를 구비하고, 상기 투명 도전막은, 상기 개구부의 중앙부로서, 상기 개구부의 길이 방향의 변과 평행한 선 형상의 슬릿을 갖는 컬러 필터 기판, 상기 컬러 필터 기판에 대향하여 배치된, 액정을 구동하는 능동 소자와 접속된 빗살 모양 패턴인 제1 전극, 절연층을 개재하여 배치되고, 평면에서 봤을 때 개구부를 2분하는 중심으로부터 이격되는 방향으로 상기 제1 전극의 단부로부터 돌출된 빗살 모양 패턴인 제2 전극을 구비하는 어레이 기판, 및 상기 컬러 필터 기판과 어레이 기판 사이에 개재하는 액정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치가 제공된다.

본 발명의 제7 형태에 의하면, 투명 기판, 그 투명 기판 상에 형성된 투명 도전막, 그 투명 도전막 상에 배치된, 대향하는 변이 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 및 그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 도전막 상에 배치된, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소를 구비하고, 상기 투명 도전막은, 상기 개구부의 중앙부로서, 상기 개구부의 길이 방향의 변과 평행한 선 형상의 슬릿을 갖는 컬러 필터 기판, 상기 컬러 필터 기판에 대향하여 배치된, 액정을 구동하는 능동 소자와 접속된 빗살 모양 패턴인 제1 전극, 절연층을 개재하여 배치되고, 평면에서 봤을 때 개구부를 2분하는 중심으로부터 이격되는 방향으로 상기 제1 전극의 단부로부터 돌출된 빗살 모양 패턴인 제2 전극을 구비하는 어레이 기판, 및 상기 컬러 필터 기판과 어레이 기판 사이에 개재하는 액정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치가 제공된다.

본 발명의 제8 형태에 의하면, 액정을 구동하는 능동 소자와 접속된 빗살 모양 패턴인 제1 전극, 절연층을 개재하여 배치되고, 평면에서 봤을 때 개구부를 2분하는 중심으로부터 이격되는 방향으로 상기 제1 전극의 단부로부터 돌출된 빗살 모양 패턴인 제2 전극을 구비하는 어레이 기판, 상기 어레이 기판에 대향하여 배치된, 투명 기판, 그 투명 기판 상에 형성된 투명 도전막, 그 투명 도전막 상에 배치된, 대향하는 변이 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 도전막 상에 배치된, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소, 그 착색 화소를 덮도록 배치된 제1 투명 수지층, 및 그 제1 투명 수지층 상에 화소의 중심으로부터 대칭으로, 또한 평면에서 봤을 때 화소 중심에 가장 근접한 상기 제2 전극의 내측에 상기 제2 전극의 빗살 모양 패턴과 평행하게 배치된, 투명 도전막으로 이루어지는 1조의 선 형상 도체를 구비하는 컬러 필터 기판, 및 상기 어레이 기판과 컬러 필터 기판 사이에 개재하는 액정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의, 액정의 동작을 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의, 액정의 동작을 설명하는 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의, 액정의 동작을 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의, 액정의 동작을 설명하는 도면.
도 10은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판을 구비하는 액정 표시 장치의 단면도.
도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 단면도.
도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 단면도.
도 13은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 단면도.
도 14는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 단면도.
도 15는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 단면도.
도 16은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 단면도.
도 17은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 단면도.
도 18은 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 단면도.
도 19는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 단면도.
도 20a는 본 발명의 실시 형태에 적용할 수 있는 제1 전극의 평면에서 보았을 때의 패턴 형상의 예를 도시하는 도면.
도 20b는 본 발명의 실시 형태에 적용할 수 있는 제1 전극의 평면에서 보았을 때의 패턴 형상의 예를 도시하는 도면.
도 21a는 본 발명의 실시 형태에 적용할 수 있는 제1 전극의 평면에서 보았을 때의 패턴 형상의 예를 도시하는 도면.
도 21b는 본 발명의 실시 형태에 적용할 수 있는 제1 전극의 평면에서 보았을 때의 패턴 형상의 예를 도시하는 도면.
도 22a는 본 발명의 실시 형태에 적용할 수 있는 제1 전극의 평면에서 보았을 때의 패턴 형상의 예를 도시하는 도면.
도 22b는 본 발명의 실시 형태에 적용할 수 있는 제1 전극 및 제2 전극의 평면에서 보았을 때의 패턴 형상의 일부를 도시하는 도면.
도 23a는 화소 개구부가 평행사변형인 경우의 화소 배열을 도시하는 도면.
도 23b는 화소 개구부가 평행사변형인 경우의 제1 전극의 패턴 형상을 도시하는 도면.
도 23c는 화소 개구부가 평행사변형인 경우의 제1 전극의 패턴 형상을 도시하는 도면.
도 24는 반사 편광판을 사용한 반투과형 액정 표시 장치를 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판은, 투명 기판, 그 투명 기판 상에 형성된, 대향하는 변이 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 기판 상에 배치된 투명 도전막, 상기 투명 도전막 상에 배치된, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소, 및 그 착색 화소를 덮도록 배치된 제1 투명 수지층을 구비하고, 상기 착색 화소가, 상기 개구부 내의 2개의 투과율이 상이한 영역으로 각각 구분된 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 2개의 투과율이 상이한 영역은, 투명 도전막 상의 화소 영역의 중앙부에 형성된 투명 수지층(제2 투명 수지층) 및/또는 투명 도전막의 화소 영역의 중앙부에 형성된 슬릿에 의해 구분될 수 있다.

2개의 투과율이 상이한 영역이, 투명 도전막 상의 화소 영역의 중앙부에 형성된 투명 수지층(제2 투명 수지층)에 의해 구분되는 경우, 2개의 투과율이 상이한 영역은, 개구부 내의 투명 도전막 상에 있어서, 개구부의 중심부를 통과하는 띠 형상의 제2 투명 수지층을 덮는 얇은 착색층의 영역과, 그 이외의 착색층의 영역으로 구분된다. 이 경우, 제2 투명 수지층은, 상기 다각형의 개구부의 중앙을 통과하고, 또한, 상기 다각형의 한 변과 평행하게 배치되는 구성으로 할 수 있다. 또한, 제2 투명 수지층의 비유전율을, 상기 착색층의 비유전율보다 낮게 할 수 있다.

이상의 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판에 있어서, 다각형의 개구부를, 평면에서 봤을 때 직사각형으로 할 수 있다. 또한, 다각형의 개구부를 긴 변과 짧은 변을 갖는 사각형으로 하고, 또한, 긴 변 방향의 중앙 부근에서 평면에서 봤을 때 "く자" 형상으로 절곡되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또한, 다각형의 개구부를 평면에서 봤을 때 평행사변형으로 하고, 또한, 동일색의 착색 화소의 화소수의 각각 1/2가 2종류의 상이한 경사 각도의 평행사변형으로 할 수 있다.

복수색의 착색 화소는, 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소의 3색으로 구성되고, 액정을 구동하는 주파수로 측정한, 상기 착색 화소 각각의 비유전율이 2.9 내지 4.4의 범위 내에 있음과 함께, 상기 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소의 평균 비유전율에 대하여 각각의 착색 화소의 비유전율을 ±0.3의 범위 내로 할 수 있다.

또한, 복수색의 착색 화소가, 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소의 3색으로 구성되고, 액정을 구동하는 주파수로 측정한, 상기 착색 화소 각각의 비유전율의 크기가, 적색 화소>녹색 화소>청색 화소인 관계로 할 수 있다.

녹색 화소의 주된 색제를, 할로겐화 아연 프탈로시아닌 안료로 할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판을 도시하는 단면도이다. 도 1에 있어서, 투명 기판(10a) 상에 소정의 화소 영역을 구분하는 개구부를 갖는 차광층인 블랙 매트릭스(5)가 형성되고, 이 블랙 매트릭스(5)를 포함하는 투명 기판(10a) 상에 투명 도전막(3)이 형성되어 있다. 이 투명 도전막(3) 상의 화소 영역의 중앙으로서, 블랙 매트릭스(5)의 개구부의 길이 방향으로, 제2 투명 수지층(8)이 형성되어 있다.

각각의 화소 영역에, 녹색 화소(14), 적색 화소(15) 및 청색 화소(16)를 포함하여 이루어지는 착색층이 형성되고, 그들 상에 제1 투명 수지층(7)이 형성되고, 컬러 필터 기판(10)이 구성된다. 또한, 참조 부호 6은, 착색층의 중첩부를 나타낸다.

공통 전극으로서 사용할 수 있는 투명 도전막(3) 상에 착색 화소를 적층하는 구성은, 투명 전극(3)과, 후술하는 어레이 기판의 빗살 모양의 화소 전극인 제1 전극 사이에 전계를 형성했을 때에, 등전위선을 착색 화소의 두께 방향으로 넓힐 수 있다는 효과가 있다. 등전위선을 넓힘으로써, 액정 표시 장치의 투과율을 향상시킬 수 있다.

하나의 화소 영역의 개구부는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 동일한 투과율의 영역인 영역(A61), 영역(A'63)과, 서로 다른 투과율의 영역인 영역(B62)으로 나눌 수 있다. 투과율을 상이하게 하는 수단으로서는, 이 2종류의 투과율이 상이한 영역에서 색재인 유기 안료의 농도를 바꾸는 것, 또는, 영역(B62)에 놓을 수 있도록 착색 화소의 일부를 투명 수지층(8)에서 치환하는 것을 들 수 있다. 또한, 예를 들어 착색 화소의 영역(B62)에 상당하는 부분에 미리 오목부를 형성하고, 거기를 투명 수지로 매립하고, 평탄화하는 방법이어도 좋다. 이 2종류의 투과율이 상이한 영역은, 예를 들어 ± 0.3㎛ 이내의 막 두께차로 평탄화하는 것이 바람직하다.

착색층 중첩부(6)의 화소 영역 표면으로부터의 높이 H는, 후술하는 액정의 배향(액정의 기울기) 제어에 영향을 미치는 높이인 0.5㎛ 내지 2㎛의 범위 내인 것이 바람직하다.

도 2는, 도 1에 도시하는 컬러 필터 기판(10)의 제1 변형예에서, 블랙 매트릭스(5)의 형성 전에 투명 기판(10a) 상에 투명 도전막(3)이 형성되고, 투명 도전막(3) 상에 블랙 매트릭스(5)가 설치되어 있는 예를 나타낸다. 도 3은, 도 1에 도시하는 컬러 필터 기판(10)의 제2 변형예에서, 도 2에 도시하는 컬러 필터 기판(10)에 있어서, 제2 투명 수지층(8)이 형성되어 있지 않고, 투명 도전막(3)에 슬릿(18)이 형성되어 있는 예를 나타낸다. 도 4는, 도 1에 도시하는 컬러 필터 기판(10)의 제3 변형예에서, 도 1에 도시하는 컬러 필터 기판(10)에 있어서, 제2 투명 수지층(8)이 형성되어 있지 않고, 투명 도전막(3)에 슬릿(18)이 형성되어 있는 예를 나타낸다. 도 5는, 도 1에 도시하는 컬러 필터 기판(10)의 또 다른 변형예에서, 도 1에 도시하는 컬러 필터 기판(10)에 있어서, 제2 투명 수지층(8)과 함께, 슬릿(18)이 형성되어 있는 예를 나타낸다.

본 발명의 제2 실시 형태는, 초기 배향이 수직 배향인 액정을 사용하고, 노멀리 블랙 표시의 액정 표시 장치를 주된 대상으로 하고, 상술한 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 컬러 필터 기판과, TFT 등의 액정 구동 소자가 형성된 어레이 기판을 대향시키고, 그들 사이에 액정층을 협지하는 형태로 접합하여 구성되는 기울기 전계 액정 표시 장치에 관한 것이다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 기술은, 초기 배향이 수직 배향이고, 전압 인가 시에 기판면 방향으로 쓰러지는 액정을 사용하는 액정 표시 장치에 적용할 수 있다. 게다가, 본 실시 형태에서는, 어레이 기판측에 설치된 화소 전극인 제1 전극, 및 이 제1 전극과는 전위가 상이한 제2 전극에 대하여 제3 전극인 투명 도전막을 컬러 필터 기판에 배치한 전극 구성에 있어서 발생하는 기울기 전계를 활용하는 것이다.

이러한 기울기 전계 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제1 전극과, 상기 제2 전극 및 상기 투명 도전막인 제3 전극 사이에 구동 전압을 인가했을 때에, 상기 개구부에 대응하는 액정의 영역에 있어서의 액정 분자는, 상기 개구부의 중심을 통과하고, 평면에서 봤을 때 2분하는 직선에 관하여 선대칭인 역방향으로 쓰러지도록 동작한다.

제1 전극 및 제2 전극은, 빗살 모양 등의 선 형상의 패턴의 형상으로 할 수 있다. 이들 제1 전극과 제2 전극의 패턴의 길이 방향은, 블랙 매트릭스의 다각형의 개구부에 형성되는 하나의 화소 내에서 2개, 또는, 4개 이상의 방향으로 나눌 수도 있다.

본 실시 형태가 적용되는 도 6 또는 도 14의 액정 표시 장치의 모식 단면도로 도시하는 바와 같이, 제1 전극의 선상 패턴으로부터 폭 방향으로, 제2 전극의 선상 패턴을 돌출시킬 수 있다. 돌출부(2a)는, 후에 상세하게 설명하지만, 액정(17)에의 구동 전압 인가 후의 액정이 쓰러지는 방향(액정 표시 시의 배향 방향)을 설정하는 작용이 있다. 컬러 필터 기판측의 표면에 가까운 액정은, 제1 전극으로부터 투명 도전막인 제3 전극의 방향으로의 기울기 전계에 의해 작용된다. 이 기울기 전계에 의한 액정이 쓰러지는 방향을, 상기한 돌출부(2a)의 방향에 맞춤으로써, 화소 내의 하나의 액정 도메인의 액정 분자를 동일한 방향에 고속으로 쓰러뜨릴 수 있다. 이 액정 도메인을 하나의 화소 내에 2개, 또는 4개 이상 형성함으로써, 넓은 시야를 확보할 수 있다.

액정 표시 장치의 TFT를, 실리콘으로 형성해도 되지만, 예를 들어 산화물 반도체로 형성함으로써, 화소의 개구율을 향상시킬 수 있다. 산화물 반도체 TFT의 대표적인 채널 재료에는, IGZO라고 불리는 인듐, 갈륨, 아연의 복합 금속 산화물을 예시할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 적용할 수 있는 액정 중에서는, 유전율 이방성이 부인 액정이며 초기 배향이 수직인 액정을 적절하게 적용할 수 있다. 이 경우, 수직 배향막을 사용하지만, 본 실시 형태에 따른 기술에 의해, 광 배향이나 러빙 등의 배향 처리를 생략할 수 있다. 후술하지만, 본 실시 형태에서는, 종래의 VA(수직 배향)에서 필요했던 89도 등의 엄밀한 틸트각 제어가 불필요하고, 90도의 초기 수직 배향의 액정을 사용할 수 있다. 또한, 초기 수직 배향의 경우, 초기 수평 배향의 액정 표시 장치와 달리, 액정 표시 장치의 양면 또는 편면에 부착되는 편광판이나 위상차판의 광축 맞춤이 엄격한 것이 아니게 된다. 초기 수직 배향의 경우, 전압 무인가 시의 리타데이션은 0㎚이며, 예를 들어 편광판의 지상축과의 어긋남이 다소 있어도 광 누설이 발생하기 어려워, 거의 완전한 흑색 표시를 얻을 수 있다. 초기 수평 배향의 액정에서는, 편광판과의 몇 번의 광축 어긋남이 있으면 광 누설이 발생하여, 액정 표시 장치 콘트라스트의 관점에서 불리하다.

본 발명의 제2 실시 형태에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 컬러 필터 기판 상의 액정 분자 및 컬러 필터 기판에 대향하여 배치되는 어레이 기판 상의 액정 분자의 동작을, 도 6, 도 7, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.

도 6은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 모식 단면도이다. 컬러 필터 기판(10)으로서는, 도 5에 도시하는 것을 사용하고 있다. 도 7은, 도 6의 부분 확대도이다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 초기 수직 배향을 나타내는 액정은, 블랙 매트릭스(5)와 착색층 중첩부(6)의 숄더 근방의 액정 분자(17a)를 제외하고 컬러 필터 기판(10) 표면 및 어레이 기판(20) 표면과 수직으로 배향하고 있다(액정 분자(17b-17f)). 액정 분자(17a)는, 착색층 중첩부(6)의 숄더에서의 초기 배향 상태에서 비스듬하게 배향하고 있다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 화소 전극인 제1 전극(1)에 전압이 인가되면, 착색 중첩부(6)의 숄더 근방의 액정 분자(17a)는 제1 전극(1)으로부터 공통 전극인 제3 전극(23)의 방향을 향하는 전기지력선(30a)과 수직이 되려고 해서, 화살표 방향으로 쓰러지기 시작한다. 착색 중첩부(6)의 제3 전극(3)은, 블랙 매트릭스(5) 상에 형성되어 있는 분만큼, 제1 전극(1)에 가깝고, 액정 분자(17a)에는, 다른 액정 분자(17d, 17e, 17f)보다 강한 실효 전압이 인가된다. 또한, 컬러 필터 기판(10)의 표면 근방의 다른 액정 분자는, 액정 분자(17a)의 쓰러짐이 면 방향으로 전파되어 기판면의 수평 방향으로 쓰러져 간다. 또한, 화소 중앙의 제1 전극(1)으로부터 이격된 액정 분자(17e, 17f)는, 마찬가지로 제1 전극(1)으로부터의 전기지력선(30e, 30f) 방향과 수직이 되려고 해서 기운다. 그러나, 액정 분자(17e, 17f)는, 제1 전극(1)으로부터 약간 먼 위치에 있고, 이 거리에 대응하여 기울기의 각도는 작아진다. 도 9는, 액정 분자의 최종적인 배향 상태를 도 9에 나타내었다. 도면 중, 부호 2c는, 블랙 매트릭스(5)의 하방에 위치하는 제2 전극(공통 전극)을 나타낸다. 또한, 블랙 매트릭스(5)를 제3 전극 상에 형성하는 구성에서는, 블랙 매트릭스 기재를 고유전율 재료로 함으로써, 착색 중첩부(6)의 숄더 근방의 액정 분자(17a)를 강한 전기장에 둘 수 있다.

한편, 어레이 기판(20) 측에 접하는 액정 분자는, 화소 전극인 제1 전극(1)과 공통 전극인 제2 전극(2) 근방, 특히 제2 전극(2)의 돌출부 상의 액정 분자(17g, 17h)는, 전기지력선(30g, 30h)과 수직이 되려고 해서, 전압 인가 직후에 순식간에 크게 쓰러진다. 액정 분자(17g, 17h)의 동작이 빠른 이유는, 제1 전극(1)과 제2 전극(2)의 거리가 매우 가깝기 때문에, 이들 액정 분자는 가장 강한 전기장에 놓이기 때문이다. 액정 분자(17g, 17h)의 동작을 트리거로 해서, 숄더 근방의 액정 분자(17a) 등의 움직임과 거의 동기하여 화소(엄밀하게는 하나의 액정 도메인) 내의 액정은 동일한 방향으로 일제히 쓰러진다. 단, 상술한 바와 같이, 제3 전극(3) 상의 액정이고, 또한, 제1 전극(1)으로부터 이격된 위치의 액정 분자의 경사각은 작아진다.

또한, 돌출부 상의 액정 분자의 쓰러짐을 방향을 정하기 쉽게 하기 위해서, 제1 전극의 단부에 테이퍼를 부여하거나, 제1 전극의 막 두께를 두껍게 하거나, 제1 전극 하부의 절연층의 부분을 에칭하거나, 절연층을 얇게 하는, 등의 가공을 부가할 수도 있다.

액정에의 구동 전압의 인가 후, 도 6에 도시하는 바와 같이 화소 중심으로부터 대칭으로 배치한 제1 전극(1), 제2 전극(2), 제3 전극(3)에 의해, 도 8에 도시하는 바와 같이, 액정(17)은 대칭으로 쓰러진다. 이 대칭성에 의해 액정 표시 시의 시야각을 넓힐 수 있다.

도 6에 나타내는 통상 표시 영역에서는, 제1 전극과, 제2 전극 및 제3 전극 사이에 인가되는 전압의 높이에 따라서 계조 표시를 행한다. 다이내믹 표시 영역에서는, 통상 표시 영역보다 높은 전압으로 광투과를 시작한다. 도 8에서는, 제2 투명 수지층(8) 상의 얇은 착색층 부분(19)을 광이 투과함으로써, 보다 밝은 표시를 행할 수 있다. 즉, 제1 전극과, 제2 전극 및 제3 전극 사이에 인가되는 구동 전압을 보다 높은 전압으로 함으로써, 밝은 다이내믹 표시가 가능하게 된다.

또한, 하나의 화소에 능동 소자(TFT 소자)를 2개 배치하고, 예를 들어 도 9에 나타내는 다이내믹 표시 영역에 가까운 내측의 1조의 제1 전극을 1개의 TFT 소자에서 별도 구동함으로써, 다이내믹 표시의 밝기를 독립적으로 조정할 수 있다.

도 10은, 도 1에 도시하는 컬러 필터 기판(10)을 사용한 액정 표시 장치의 모식 단면도를 나타낸다. 이 액정 표시 장치의 액정 분자의 동작도, 이상 설명한 액정 표시 장치와 마찬가지이다.

본 발명의 제3 실시 형태인 반투과형 액정 표시 장치의 모식 단면도를, 도 11에 도시하였다. 도 11에 도시한 액정 표시 장치의 어레이 기판(30)은, 화소 중앙에 알루미늄 합금 박막에 의한 광 반사막(21)을 구비하고 있다. 광 반사막은, 전기적으로 독립되어 있다.

투과 영역에서의 액정 표시는, 상술한 도 6, 도 7에 나타내는 통상 표시 영역과 마찬가지로, 투과에 의한 통상의 계조 표시 영역이다. 반사 영역에서는, 이 영역의 액정 분자의 기울기를 조정하여, 그 리타데이션(Δnd)을 투과 영역의 리타데이션의 대략 절반으로 함으로써, 외광을 이용한 반사 표시가 가능하게 된다. 반사 영역에 있어서의 액정(28)은, 제1 전극(1)으로부터 먼 위치에 있는 것에 의해, 인가 전압 변화에 수반하는 액정 분자의 배향 변화가 완만해진다. 액정 분자의 배향 변화가 급준한 투과 표시 영역과의 차를 이용하여, 투과광과 반사광의 인가 전압 의존성을 상사형으로 할 수 있다. 이로 인해, 반사 표시와 투과 표시를 동일한 구동 조건으로, 고콘트라스트이고, 또한, 계조 반전이 없는 양호한 액정 표시가 얻어진다. 본 실시 형태에서는, 반사 영역에 필요한 액정의 셀 두께 조정층(투과 영역의 액정의 두께에 대하여 1/2로 하는 두께 조정층)을 불필요하게 할 수 있다.

이어서, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 컬러 필터 기판의 투명 도전막에 형성된 슬릿(투명 도전막이 형성되어 있지 않은 세선 형상의 개구부)의 작용에 대해서, 도 12, 도 13, 도 14, 도 15 및 도 16을 참조하여 설명한다. 도 14 내지 도 16은, 도 11의 부분 확대도이며, 컬러 필터 기판(40) 상과, 어레이 기판(50) 상의 각각 액정의 동작 설명도이다.

도 12 및 도 13은, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 모식 단면도이다. 돌출 전극 구성의 제1 전극(1)과 제2 전극(2)이, 화소 중심으로부터 대칭으로 배치되어 있다. 컬러 필터 기판(40)의 화소 중앙에는 지면과 수직 방향으로 투명 도전막이 형성되어 있지 않은 슬릿(18)이 형성되어 있다.

도 14 및 도 15에 의해, 컬러 필터 기판면 근방의 액정(17)의 배향 및 조작을 설명한다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 전압 무인가 시에는 액정(17)은, 액정 분자(17a)를 제외하고 컬러 필터 기판(10)면에 수직 배향되어 있다. 도 15에 도시하는 바와 같이, 제1 전극(1) 및 제3 전극(3) 사이에 전압이 인가되면, 착색층 중첩부(6)의 숄더 근방의 액정 분자(17a)는, 전기지력선(41a)과 수직이 되려고 화살표 방향으로 쓰러지기 시작한다. 화소 중앙의 슬릿(18) 근방의 액정(17f)은, 전기지력선(41f)과 수직이 되려고 화살표 방향으로 쓰러지기 시작한다. 이들 액정을 트리거로 해서, 컬러 필터 기판면 측의 액정은 화소 중심으로부터 각각 반대의 대칭인 방향으로 쓰러지게 된다.

도 16 및 도 17에 의해, 어레이 기판면 근방의 액정(17)의 배향 및 조작을 설명한다. 도 16은, 초기 수직 배향의 액정을 나타내고 있다. 도 17은, 전압 인가 후에, 제1 전극(1)과 제2 전극의 돌출부(2a) 상에서 쓰러지기 시작하는 액정 분자(17g, 17h, 17i)를 나타내고 있다. 어레이 기판측에서는, 이들 액정을 트리거로 해서, 일제히 화소 중심으로부터 각각 반대의 대칭인 방향으로 쓰러지게 된다.

도 18 및 도 19는, 제1 투명 수지층(7)의, 화소 중심 근방에 1조의 선 형상 도체(4)를 배치한 컬러 필터 기판(60)을 사용한 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 액정 표시 장치를 설명하는 부분 확대도이다. 도 19에 전압 인가 후의 액정 분자의 동작을 나타낸다. 화소 중심 근방의 액정 분자(17f)는, 상기한 도 17에 있어서의 액정 분자(17f)보다 신속히 크게 화살표 방향으로 기운다. 이것은, 제3 전극과 동일한 공통 전위인 선 형상 도체(4)가 제1 전극(1)에 보다 가까운 위치에 형성되어 있기 때문에, 도 19에 나타내는 액정 분자(17f)는, 보다 높은 전기장에 놓이기 때문에, 응답이 빨라지는 것이다. 또한, 도 18 및 도 19에서는, 제3 전극인 투명 도전막(3)에 슬릿이 형성되어 있지만, 형성되어 있지 않아도 좋다. 또한, 상기한 실시 형태에 있어서, 제1 전극과 제2 전극의 겹침부(2b)는 보조 용량으로서 사용할 수 있다.

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

블랙 매트릭스란, 액정 표시의 콘트라스트를 업시키기 위해서, 표시의 최소 단위인 회소의 주위, 또는 회소의 양변에 배치되는 차광성의 패턴이다. 차광층이란, 투명 수지에 차광성의 안료를 분산시킨 차광성의 도막이며, 일반적으로 감광성을 부여받고, 노광·현상을 포함하는 포토리소그래피의 방법에 의해 패턴 형성함으로써 얻어진다.

착색층이란, 유기 안료를 투명 수지에 분산시킨 착색 조성물의 도막을 가리킨다. 착색층을 공지된 포토리소그래피의 방법으로 블랙 매트릭스의 일부와 중첩하도록 패턴 형성한 것을 착색 화소라고 칭한다. 착색 화소의 실효적인 크기는, 블랙 매트릭스의 개구부와 거의 동일해진다.

대향하는 변이 평행한 다각형은, 예를 들어 직사각형 등의 사각형, 평행사변형, 육각형, 도 20b에 도시되는 바와 같은 화소의 중앙에서 절곡된 다각형 등을 사용할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 유전율 이방성이 부인 액정을 사용할 수 있다. 예를 들어, 유전율 이방성이 부인 액정으로서, 실온 부근에서 복굴절률이 0.1 정도인 네마틱 액정을 사용할 수 있다. 액정층의 두께는 특별히 한정할 필요는 없지만, 본 실시 형태에서 실효적으로 사용하는 것이 가능한 액정층의 Δnd는, 투과 표시 영역 또는 투과 표시에 있어서, 대략 250㎚ 내지 500㎚의 범위이다. 상기한 반사 표시 영역에서의 액정 분자의 기울기를 조정하여, 반 반사부의 액정층의 Δnd의 평균을 1/2인 125㎚ 내지 250㎚로 할 수 있다.

이하에 상세하게 설명하는 본 발명의 실시예에서는, 액정 재료로서 분자 구조 내에 불소 원자를 갖는 액정 재료(이하, 불소계 액정과 기술)를 사용할 수 있다.

또한, 액정 구동의 전압 인가 시에, 제1 전극과 제2 전극의 돌출부에 실질적으로 강전계가 발생하는 점에서, 종래의 수직 배향에 사용하는 액정 재료보다 저유전율(유전율 이방성이 작은)의 액정 재료를 사용하여, 액정 구동을 행할 수 있다. 일반적으로, 유전율 이방성이 작은 액정 재료는 그 점도가 낮고, 동일 정도의 전계 강도를 인가한 경우, 고속 응답이 얻어진다. 또한, 불소계 액정에서는, 유전율이 낮은 점에서, 이온성 불순물의 도입도 적고, 불순물에 의한 전압 유지율 저하 등의 성능의 열화도 작아, 표시 불균일을 발생하기 어렵다.

본 발명은 수평 배향의 액정을 적용할 수도 있다. 초기 수평 배향의 액정의 경우, 구동 전압 인가에 의해 기판면으로부터 수직 방향으로 액정이 상승되고, 광이 투과하게 된다. 본 발명에, 유전율 이방성이 정이며, 초기 수평 배향 액정을 적용하는 것도 기술적으로는 가능하다. 그러나, 초기 수평 배향을 확보하기 위해서, 액정의 배향 방향을 일의적으로 결정하기 위해서 배향막에의 러빙 등의 배향 처리가 필요해진다. 초기 배향이 수직인 액정의 경우, 러빙 처리나 광 배향 처리를 생략할 수 있다. 이 관점에서, 본 발명에서는, 수직 배향의 액정의 적용이 바람직하다.

본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판측의 제1 전극(1) 및 제2 전극(2)의 재료는, 상술한 ITO 등의 도전성의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또는, 금속 산화물보다 도전성이 높은 금속을 채용할 수 있다. 또한, 반사형이나 반투과형 액정 표시 장치의 경우에는, 제1 전극(1) 및 제2 전극(2) 중 어느 하나에 알루미늄, 알루미늄 합금의 박막을 사용해도 좋다.

도 6 등에 도시하는 바와 같이, 제1 전극(1), 제2 전극(2) 및 능동 소자의 금속 배선 등은, 사이에 질화규소(SiNx)나 산화규소(SiOx) 등의 절연층(22)을 개재하여 형성된다. 절연층(22)의 막 두께는, 액정의 구동 조건에 의하기 때문에 특별히 규정하는 것은 아니지만, 예를 들어 100㎚ 내지 600㎚의 범위로부터 선택할 수 있다. 도 7에서는, TFT 소자나 TFT 소자에 접속되는 금속 배선은 도시를 생략하였다.

또한, 도전성 금속 산화물인 ITO와의 저콘택트성을 갖는 알루미늄 합금의 단층에 의해 게이트 배선 및 소스 배선을 각각 형성하는 기술은, 예를 들어 일본 특허 공개 제2009-105424호 공보에 개시되어 있다. 또한, 제1 전극 상에 절연층을 더 적층하는 것은, 액정 구동 시의 액정의 번인(burn-in)(전하의 치우침이나 축적이 영향)의 완화 효과가 있어 바람직하다. 또한, 알루미늄 합금의 박막 등에서 광 반사막을, 도 11에 도시하는 바와 같이 배치해도 좋다. 반사막은 전기적으로 독립시켜도 되고, 제1 전극과 접속되는 능동 소자 외에, 반사막과 접속되는 능동 소자를 별도로 형성하여 서로 다른 전압을 인가할 수도 있다.

빗살 모양의 전극 패턴은, 2㎛ 내지 20㎛의 폭의 선 형상 도체를 전기적으로 2개 이상 연계하고 있으면 좋고, 그 연계 부분은 편측 또는 양측 중 어느 쪽이어도 좋다. 빗살 모양 패턴의 간격은, 약 3㎛ 내지 100㎛의 범위에서 액정 셀 조건, 액정 재료에 맞추어 선택하면 된다. 빗살 모양 패턴의 형성 밀도나 피치, 전극 폭은 하나의 화소 내에서 변경하여 형성할 수 있다.

제2 전극(2)은, 예를 들어 도 6 등에 도시하는 바와 같이, 제1 전극(1)의 전극 폭의 한 방향으로 돌출시켜 형성할 수 있다. 돌출시키는 방향은, 화소 중심으로부터 선대칭 또는 점대칭이 된다. 돌출된 양은, 사용하는 액정 재료나 구동 조건, 액정 셀 두께 등의 디멘션으로 여러 가지 조정할 수 있다. 돌출된 부분은, 1㎛ 내지 5㎛의 작은 양이어도 충분하다. 겹침 부분은, 액정 구동에 관한 보조 용량으로서 사용할 수 있다.

또한, 제2 전극(2)의 돌출(이하, 제1 전극(1)과 제2 전극(2)의 돌출 구성을, 간단히, 돌출 전극 구성이라고 칭하는 경우가 있음) 방향은, 직사각형 화소 중앙으로부터 점대칭 또는 선대칭으로, 반대 방향인 것이 바람직하다. 또한, 평면에서 보았을 때, 제2 투명 수지층(8)을 향하는 방향과는 반대 방향으로 돌출시킨 패턴인 것이 바람직하다.

빗살 모양 전극의 패턴은, 평면에서 봤을 때 V자 형상이나 경사 방향이어도 좋다. 또는, 제1 전극(1) 및 제2 전극(2)은, 도 22a 및 도 22b에 도시하는 바와 같이, 1/4 화소 단위로 90°씩 방향을 바꾼 빗살 모양 패턴이어도 좋다. 그것에 의해, 액정을 구동하는 전압을 인가했을 때에, 평면에서 봤을 때 점대칭으로 4개의 동작으로 구분되고, 화소의 표시 영역은, 4개의 동작 영역으로 구분된다. 이 경우, 빗살 모양 전극은, 화소의 중심선에 대하여, 45°의 방향으로 경사지게 할 수 있다. 이들 전극 패턴은, 화소 중심에서 봤을 때 점대칭 또는 선대칭인 것이 바람직하다. 제1 전극(1) 및 제2 전극(2)의 개수, 전극 피치, 전극 폭은 적절히 선택할 수 있다.

이상의 실시 형태에 적용할 수 있는 제1 전극(1)의 평면에서 본 패턴 형상의 예를 도 20a, 도 20b, 도 21a, 도 21b, 도 22a 및 도 22b에 나타냈다. 제1 전극(1)에는 액정을 구동하는 전압을 인가하지만, 제2 전극(2), 컬러 필터 기판측에 배치되는 투명 도전막(3)인 제3 전극은, 공통 전위(코먼)로 할 수 있다. 또한, 도 20a, 도 20b, 도 21a, 도 21b, 도 22a 및 도 22b에 있어서, 참조 부호 25는, 블랙 매트릭스(5)의 개구부(다각형의 착색 화소)를 나타내고, 참조 부호 9는, 액정 분자가 쓰러지는 방향을 나타낸다.

상기한 실시 형태에 따른 기술적 특징 중, 돌출 전극 구성을 구비하는 액정 표시 장치에 있어서의 액정의 동작이나 그 작용을 통합하면, 이하와 같이 된다.

(1) 액정으로서, 부의 유전율 이방성을 갖는 초기 배향이 수직인 액정을 사용함으로써, 종래 필요했던 배향 처리를 생략할 수 있다.

(2) 시야각 확대를 위한 액정의 도메인 형성은, 돌출 전극 구성이 담당한다. 즉, 돌출 전극 구성을 하나의 화소 중에서 2개의 방향, 또는 4개 이상의 상이한 방향으로 경사진 패턴으로 함으로써, 액정에의 구동 전압 인가 후의 액정 도메인의 형성을 할 수 있어, 시야각 확대가 가능하게 된다.

(3) 컬러 필터 기판측의 액정 분자는, 초기 배향이 수직이지만, 액정 분자에의 구동 전압 인가 시의 기울기 전계를 액정 분자의 쓰러짐(전압 인가 후의 액정의 배향 방향)에 사용할 수 있다.

(4) 컬러 필터 기판측의 액정의 쓰러짐과 상기 돌출 전극 구성의 돌출 방향을 맞추는 것에 의해, 액정의 디스크리네이션을 감소시키고, 게다가 고속, 고투과율의 액정 표시가 가능하게 된다.

이상의 액정의 동작과 그 작용은, 이상의 실시 형태 및 후술하는 실시예에서는 공통되어 있다.

이상의 실시 형태에 있어서, 착색층의 비유전율은, 비교적 중요한 특성이지만, 착색제로서 첨가하는 유기 안료의 투명 수지에 대한 비율(컬러 필터로서의 색 재현)에 의해 거의 일의적으로 결정되기 때문에, 착색층의 비유전율을 크게 변화시키는 것은 곤란하다. 바꾸어 말하면, 착색층 중의 유기 안료의 종류나 함유량은, 액정 표시 장치로서 필요한 색순도로부터 설정되고, 그것에 의해, 착색층의 비유전율도 거의 정해지게 된다. 또한, 유기 안료의 비율을 높게 하여 착색층을 박막화함으로써, 비유전율을 4 이상으로 하는 것이 가능하다. 또한, 투명 수지로서 고굴절률 재료를 사용함으로써 약간의 비유전율을 업할 수 있다. 유기 안료를 사용한 착색층의 비유전율은, 대략 2.9 내지 4.5의 범위에 들어간다.

후술하는 실시예에서의 착색층 또는 차광층의 비유전율은, Solartron사제 임피던스 애널라이저 1260형을 사용하고, 전압 3V의 조건에서, 120, 240, 480㎐의 주파수로 측정하였다. 측정 시료는, 알루미늄 박막에 의한 도전막을 패턴 형성한 유리 기판 상에 착색층 또는 차광층을 도포·경막화하고(막 두께는 후술하는 실시예와 동일함), 또한, 이 착색층 상에 알루미늄 박막에 의한 도전막 패턴을 형성한 것이다. 이하, 착색층의 비유전율을, 착색 화소의 비유전율이라고 하는 경우가 있다.

컬러 필터의 착색 화소의 비유전율은, 액정 표시에서의 색 얼룩이나 광 누설을 피하기 위해서 상이한 색의 착색 화소간의 비유전율의 값을 ±0.3 이내로 할 수 있다. 본 발명에 따른 구동 방식이나 FFS(Fringe-Field Switching) 방식의 액정 표시 장치에 있어서, 착색 화소간의 비유전율의 차가 0.8 또는 1.0을 초과하면 액정 표시에서의 색 얼룩이나 광 누설이 발생하는 경우가 있다.

착색 화소의 비유전율은, 이하의 실시예에서 상세하게 설명하지만, 본 발명자들이 검토한 결과, 색제인 유기 안료의 선택 및 안료 비율, 모재의 수지 또한 분산재 이외의 재료 선택에 의해, 4.4 이하로 억제할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 녹색 화소의 유기 안료에는 할로겐화구리 프탈로시아닌 녹색 안료보다 할로겐화 아연 프탈로시아닌 녹색 안료 쪽이 바람직하다. 후자를 녹색 화소의 주된 색제로 함으로써 녹색 화소의 비유전율을 작게 할 수 있어, 적색 화소와 청색 화소가 갖는 비유전율의 값에 맞추기 쉽다. 또는, 액정 구동에 있어서 액정의 상승이 광의 단파장측(청색 화소)에서 빠르고, 장파장측(적색 화소)에서 느린 경우에, 착색 화소의 비유전율의 크기를 광의 파장 순으로 조정할 수도 있다.

또한, 할로겐화 아연 프탈로시아닌 녹색 안료를 녹색 화소의 주된 색재로 한다는 것은, 2종류 이상의 안료를 혼합하여 사용하는 경우에, 할로겐화 아연 프탈로시아닌 녹색 안료의 첨가량이 무엇보다 많은 것을 의미한다.

또한, 액정 표시 장치로서 사용하는 액정의 유전율 이방성Δε의 값보다, 컬러 필터 구성 부재의 비유전율의 값을 작게 함으로써, 액정 구동에 지장이 없는 조건을 제공할 수 있다. 컬러 필터의 착색 화소의 형성에는, 통상 감광성의 아크릴 수지를 사용한다. 일반적으로 아크릴 수지 등 투명 수지의 비유전율은 약 2.8 전후이다. 본 발명자들의 검토 결과, 유기 안료의 분산계인 착색 화소의 비유전율의 하한은 대략 2.9이었다. 블랙 매트릭스의 형성에 사용하는 차광층은, 흑색 색제인 카본의 투명 수지에의 첨가량에 의해 그 비유전율을 6 이상, 예를 들어 16으로 설정할 수 있다. 차광층의 색제를 모두 유기 안료로 한 경우, 그 비유전율을 4.4 이하의 작은 값으로 할 수 있다.

고콘트라스트이고 광시야각의 대표적 액정 구동 방식인 IPS(횡전계 방식)나 FFS 방식의 액정 표시 장치에서는, 고속 응답을 위해, 또는 구동 전압의 임계값을 낮추기 위해서 유전율 이방성이 4.5 전후인 액정을 사용하는 경우가 많다. 이들 액정을 본 발명의 실시 형태에 적용하는 경우, 컬러 필터 구성에서의 착색층이나 투명 수지층의 비유전율은, 4.4 이하인 것이 바람직하다. 적어도, 사용하는 액정의 유전율 이방성의 값과 동등하면, 제1 전극과 제3 전극간의 전기장 형성에 지장이 적은 컬러 필터를 제공할 수 있다. 수직 배향에서 유전율 이방성이 부인 액정의 경우, 그 구동 조건에 따라서는 신뢰성에 영향을 미치기 때문에, 유전율 이방성의 절대값이 3.8 이하인 액정을 선택하는 경우가 있다. 본 발명의 컬러 필터 구성에서의 착색층이나 투명 수지층의 비유전율은, 3.8 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 제1 및 제2 투명 수지층으로서, 저비유전율의 수지 재료를 사용함으로써 컬러 필터의 화소로서 외관 상의 비유전율을, 착색층 단체보다 낮은 것으로 할 수 있다.

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

(투명 수지)

차광층 또는 착색층의 형성에 사용하는 감광성 착색 조성물은 안료 분산체 외에 다관능 단량체, 감광성 수지, 비감광성 수지, 중합 개시제, 용제 등을 더 함유한다. 감광성 수지 및 비감광성 수지 등, 본 발명의 실시 형태에 사용하는 것이 가능한 투명성이 높은 유기 수지를 총칭하여 투명 수지라고 칭한다.

투명 수지에는, 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 감광성 수지가 포함된다. 열가소성 수지로서는, 예를 들어 부티랄 수지, 스티렌―말레산 공중합체, 염소화 폴리에틸렌, 염소화 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 염화비닐-아세트산 비닐 공중합체, 폴리아세트산 비닐, 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 수지로서는, 예를 들어 에폭시 수지, 벤조구아나민 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 반응시켜서 이루어지는 것을 사용할 수 있다.

(알칼리 가용성 수지)

이상의 실시 형태에 사용하는 차광층, 광산란층, 착색층, 셀 갭 규제층의 형성에는, 포토리소그래피에 의한 패턴 형성이 가능한 감광성 수지 조성물을 사용하는 것이 바람직하다. 이 감광성 수지 조성물에 포함되는 투명 수지로서는, 알칼리 가용성이 부여된 수지가 바람직하다. 알칼리 가용성 수지로서는, 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)

이상의 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 펜질(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 사용하여 얻은 중합체를 들 수 있다.

또한, 이상 예로 든 단량체는 단독으로, 또는 2종류 이상을 병용하여 사용할 수 있다. 또한, 이들 단량체와 공중합 가능한 스티렌, 시클로헥실말레이미드 및 페닐말레이미드 등의 화합물의 공중합체일 수도 있다.

또한, 예를 들어 (메트)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 (메트)아크릴레이트의 중합체, 또는 그것과 그 밖의 (메트)아크릴레이트의 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 복수개의 수산기를 갖는 히드록시에틸메타크릴레이트 등의 공중합체와 다염기산 무수물을 반응시켜서, 공중합체에 카르복실기를 도입하여 카르복실기를 갖는 수지를 얻을 수 있다. 카르복실기를 갖는 수지의 제조 방법은 이 방법으로만 한정되는 것은 아니다.

상기한 반응에 사용하는 산무수물의 예로서, 예를 들어 말론산 무수물, 숙신산 무수물, 말레산 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 180mgKOH/g인 것이 바람직하다. 산가가 20mgKOH/g보다 작은 경우에는, 감광성 수지 조성물의 현상 속도가 너무 느려서 현상에 필요한 시간이 길어져, 생산성이 떨어지는 경향이 있다. 또한, 고형분 산가가 180mgKOH/g보다 큰 경우에는, 반대로 현상 속도가 너무 빨라서, 현상 후 패턴 박리나 패턴 결함의 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 초과하는 경우에는 충분한 광경화성이 얻어지지 않는 경우가 있다.

(광중합성 단량체)

광중합성 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 아크릴산 에스테르 및 메타크릴산 에스테르, (메트)아크릴산, 스티렌, 아세트산 비닐, (메트)아크릴아미드, N-히드록시메틸(메트)아크릴아미드, 아크릴로니트릴 등을 들 수 있다.

또한, 수산기를 갖는 (메트)아크릴레이트에 다관능 이소시아네이트를 반응시켜서 얻어지는 (메트)아크릴로일기를 갖는 다관능 우레탄 아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 수산기를 갖는 (메트)아크릴레이트와 다관능 이소시아네이트의 조합은 임의이며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 1종류의 다관능 우레탄 아크릴레이트를 단독으로 사용할 수도 있고, 2종류 이상을 조합하여 사용할 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, 벤조일벤조산, 벤조일벤조산메틸, 4-페닐벤조페논, 히드록시벤조페논, 아크릴화 벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸디페닐술피드 등의 벤조페논계 화합물; 티오크산톤, 2-클로로티오크산톤, 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-톨릴)-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)페닐포스핀옥시드, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥시드 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. 이들은 1종류를 단독으로 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

(증감제)

광중합 개시제와 증감제를 병용하는 것이 바람직하다. 증감제로서, α-아실옥시에스테르, 아실포스핀옥시드, 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 100질량부에 대하여, 0.1질량부 내지 60질량부의 양을 함유시킬 수 있다.

(에틸렌성 불포화 화합물)

상술한 광중합 개시제는 에틸렌성 불포화 화합물과 함께 사용하는 것이 바람직하다. 에틸렌성 불포화 화합물이란, 에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 1개 이상 갖는 화합물을 의미한다. 그 중에서도, 중합성, 가교성, 및 그에 수반하는 노광부와 비노광부의 현상액 용해성의 차이를 확대할 수 있다는 등의 점에서, 에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 2개 이상 갖는 화합물이 바람직하다. 또한, 그 불포화 결합이 (메트)아크릴로일옥시기에서 유래되는 (메트)아크릴레이트 화합물이 특히 바람직하다.

에틸렌성 불포화 결합을 분자 내에 1개 이상 갖는 화합물로서는, 예를 들어(메트)아크릴산, 크로톤산, 이소크로톤산, 말레산, 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 화합물로서는, 대표적으로 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 폴리에폭시 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 이동제로서의 작용을 하는 다관능 티올을 함유시킬 수 있다. 다관능 티올은 티올기를 2개 이상 갖는 화합물이면 되고, 예를 들어 헥산디티올, 데칸디티올, 1,4-부탄디올비스티오프로피오네이트, 1,4-부탄디올비스티오글리콜레이트, 에틸렌글리콜비스티오글리콜레이트, 에틸렌글리콜비스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스티오글리콜레이트, 트리메틸올프로판트리스티오프로피오네이트, 트리메틸올프로판트리스(3-머캅토부티레이트), 펜타에리트리톨테트라키스티오글리콜레이트, 펜타에리트리톨테트라키스티오프로피오네이트, 트리머캅토프로피온산 트리스(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 1종류를 또는 2종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 다관능 티올은 감광성 착색 조성물 중에, 안료 100질량부에 대하여 바람직하게는 0.2 내지 150질량부, 보다 바람직하게는 0.2 내지 100질량부의 양으로 사용할 수 있다.

(저장 안정제)

감광성 착색 조성물에는, 조성물의 경시 점도를 안정화시키기 위해서 저장 안정제를 함유시킬 수 있다. 저장 안정제로서는, 예를 들어 벤질트리메틸클로라이드, 디에틸히드록시아민 등의 4급 암모늄클로라이드, 락트산, 옥살산 등의 유기산 및 그의 메틸에테르, t-부틸피로카테콜, 트리에틸포스핀, 트리페닐포스핀 등의 유기 포스핀, 아인산염 등을 들 수 있다.

(밀착 향상제)

감광성 착색 조성물에는, 기판과의 밀착성을 높이기 위해서 실란 커플링제 등의 밀착 향상제를 함유시킬 수도 있다.

(용제)

감광성 착색 조성물에는, 기판 상으로의 균일한 도포를 가능하게 하기 위해서 물이나 유기 용제 등의 용제가 배합된다. 또한, 본 실시 형태에 사용하는 조성물이 컬러 필터의 착색층인 경우, 용제는 안료를 균일하게 분산시키는 기능도 갖는다. 용제로서는, 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, 이들을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 용제는 착색 조성물 중에, 안료 100질량부에 대하여 800질량부 내지 4000질량부, 바람직하게는 1000질량부 내지 2500질량부로 함유시킬 수 있다.

(유기 안료)

적색 안료로서는, 예를 들어 C.I. 피그먼트 레드(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, 242, 246, 254, 255, 264, 272, 279 등을 사용할 수 있다.

황색 안료로서는, 예를 들어 C.I. 피그먼트 옐로우(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 들어 C.I. 피그먼트 블루(Pigment Blue) 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.

자색 안료로서, 예를 들어 C.I. 피그먼트 바이올렛(Pigment Violet) 1, 19, 23, 27, 29, 30, 32, 37, 40, 42, 50 등을 사용할 수 있고, 이들 중에서는 C.I. 피그먼트 바이올렛 23이 바람직하다.

녹색 안료로서는, 예를 들어 C.I. 피그먼트 그린(Pigment Green) 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 할로겐화 아연 프탈로시아닌 녹색 안료인 C.I. 피그먼트 그린 58이 바람직하다.

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

(차광층의 색재)

차광층 또는 블랙 매트릭스에 포함되는 차광성의 색재는, 가시광 파장 영역에서 흡수를 가짐으로써 차광 기능을 나타내는 색재이다. 본 실시 형태에 있어서 차광성의 색재로는, 예를 들어 유기 안료, 무기 안료, 염료 등을 들 수 있다. 무기 안료로서는, 예를 들어 카본 블랙, 산화티타늄 등을 들 수 있다. 염료로서는, 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 1종류를 사용해도 되고, 2종류 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다. 또한, 이들 색재의 표면에 의한 수지 피복에 의한 고-부피 저항화, 반대로 수지의 모재에 대하여 색재의 함유 비율을 높여서 약간의 도전성을 부여하는 것에 의한 저-부피 저항화를 행할 수도 있다. 그러나, 이러한 차광성 재료의 부피 저항값은 약 1×10⁸ 내지 1×10¹⁵Ω·cm의 범위이므로, 투명 도전막의 저항값에 영향을 미치는 수준이 아니다. 마찬가지로, 차광층의 비유전율도 색재의 선택이나 함유 비율로 약 3 내지 11의 범위에서 조정할 수 있다. 차광층, 제1 투명 수지층, 착색층의 비유전율은, 액정 표시 장치의 설계 조건이나 액정의 구동 조건에 맞추어 조정할 수 있다.

(분산제·분산 보조제)

안료 분산제로서 고분자 분산제를 사용하면, 경시의 분산 안정성이 우수하므로 바람직하다. 고분자 분산제로서는, 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 그래프트 공중합체를 포함하는 분산제가, 안료를 많이 포함하는 본 실시 형태에 사용하는 차광성 감광성 수지 조성물에 대해서는, 현상성의 점에서 바람직하다.

이들 분산제의 구체예로서는, 상품명으로 EFKA(에프카 케미컬즈비브이(EFKA)사제), 디스퍼빅(Disperbik)(빅 케미사제), 디스팔론(구스모또 가세이사제), 솔스퍼스(SOLSPERSE)(루브리졸사제), KP(신에쯔 가가꾸 고교사제), 폴리플로우(교에이샤 가가꾸사제) 등을 들 수 있다. 이들 분산제는 1종류를 사용할 수도 있고, 2종류 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용할 수도 있다.

분산 보조제로서는, 예를 들어 색소 유도체 등을 사용할 수 있다. 색소 유도체로서는, 예를 들어 아조계, 프탈로시아닌계, 퀴나크리돈계, 벤즈이미다졸론계, 퀴노프탈론계, 이소인돌리논계, 디옥사진계, 안트라퀴논계, 인단트렌계, 페릴렌계, 페리논계, 디케토피롤로피롤계, 디옥사진계 등의 유도체를 들 수 있지만, 그 중에서 퀴노프탈론계가 바람직하다.

색소 유도체의 치환기로서는, 예를 들어 술폰산기, 술폰아미드기 및 그의 4급 염, 프탈이미드메틸기, 디알킬아미노알킬기, 수산기, 카르복실기, 아미드기 등이 안료 골격에 직접적으로, 또는 알킬기, 아릴기, 복소환기 등을 개재하여 결합한 것을 들 수 있다. 이들 중에서는 술폰산기가 바람직하다. 또한, 이들 치환기는 하나의 안료 골격에 복수개 치환되어 있을 수도 있다.

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 보조제 및 색소 유도체는 1종류를 사용해도 되고, 2종류 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예 1]

도 1에 도시하는 컬러 필터 기판(10)을, 이하와 같이 하여 제조하였다.

[블랙 매트릭스의 형성]

(블랙 매트릭스 형성용 분산액)

카본 안료 #47(미쯔비시 가가꾸사제) 20질량부, 고분자 분산제 BYK-182(빅 케미사제) 8.3질량부, 구리 프탈로시아닌 유도체(도요잉크세이조사제) 1.0질량부 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 71질량부를, 비즈밀 분산기로 교반하여 카본 블랙 분산액을 제작하였다.

(블랙 매트릭스 형성용 포토레지스트)

차광층 재료로서 블랙 매트릭스 형성용 레지스트 1을, 이하의 재료를 사용하여 제작하였다.

카본 블랙 분산액: 안료 #47(미쯔비시 가가꾸사제)

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

광중합성 단량체: DPHA(닛본 가야꾸사제)

개시제: OXE-02(시바 스페셜티 케미컬즈사제)

OXE-01(시바 스페셜티 케미컬즈사제)

용제: 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트

에틸-3-에톡시프로피오네이트

레벨링제: BYK-330(빅 케미사제)

이상의 재료를 이하의 조성비로 혼합 교반하여, 블랙 매트릭스 형성용 레지스트 1(고형분 중의 안료 농도: 약 20％)로 하였다.

카본 블랙 분산액 3.0질량부

투명 수지 1.4질량부

광중합성 단량체 0.4질량부

광중합 개시제 OXE-01 0.67질량부

광중합 개시제 OXE-02 0.17질량부

프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 14질량부

에틸-3-에톡시프로피오네이트 5.0질량부

레벨링제 1.5질량부

(블랙 매트릭스 형성 조건)

무알칼리 유리인 투명 기판(1) 상에 상기 블랙 매트릭스 형성용 레지스트 1을 스핀 코팅하고, 건조시켜, 막 두께 1.5㎛의 도막을 제작하였다. 이러한 도막을 100℃에서 3분간 건조시킨 후, 블랙 매트릭스의 패턴 폭(블랙 매트릭스의 화선 폭에 상당) 24.5㎛의 개구를 갖는 노광용 포토마스크를 사용하고, 광원으로서 초고압 수은등 램프를 사용하여, 200mJ/㎠ 조사하였다.

이어서, 2.5％ 탄산나트륨 수용액으로 60초간 현상하고, 현상 후 잘 수세하고, 건조시킨 후, 230℃로 60분 가열 처리하여 패턴을 경막시켜서 블랙 매트릭스(5)를 형성하였다. 블랙 매트릭스(5)의 화선 폭은 약 24㎛이며, 직사각형 화소의 주위(4변)에 형성하였다. 후술하는 투명 도전막면으로부터의 블랙 매트릭스 화선 단부의 경사 각도는 약 45도로 하였다.

〔투명 도전막의 성막〕

이어서, 스퍼터링 장치를 사용하여, ITO(인듐·주석의 금속 산화물 박막)를 포함하는 투명 도전막(3)(제3 전극)을 0.14㎛의 막 두께로 형성하였다.

〔제2 투명 수지층의 형성〕

(수지 A의 합성)

분리형 플라스크 중에서, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 686질량부, 글리시딜메타크릴레이트 332질량부, 아조비스이소부티로니트릴 6.6질량부를 가하고, 질소분위기 하에서 80℃로 6시간 가열하여 수지 용액을 얻었다.

이어서, 얻어진 수지 용액에 아크릴산 168질량부, 메토퀴논 0.05질량부, 트리페닐포스핀 0.5질량부를 가하고, 공기를 불어 넣으면서 100℃로 24시간 가열하여 아크릴산 부가 수지 용액을 얻었다.

또한, 얻어진 아크릴산 부가 수지 용액에 테트라히드로프탈산 무수물 186질량부를 가하고, 70℃로 10시간 가열하여 수지 A 용액을 얻었다.

(감광성 수지액 A의 제조)

이하의 조성으로 네가티브형의 감광성 수지액 A를 제조하였다.

수지 A 200질량부

광중합성 단량체

디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 20질량부

광중합 개시제

(시바 스페셜티 케미컬즈사제, 이르가큐어907)

10질량부

용제(프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트)

280질량부

상기 감광성 수지 용액 A 및 제2 투명 수지층의 패턴(개구부)을 갖는 포토마스크를 사용하여, 공지된 포토리소그래피의 방법으로 제2 투명 수지층(8)을 형성하였다. 제2 투명 수지층(8)의 막 두께는 1.3㎛로 하고, 선 폭 20㎛로 화소의 중앙이며 블랙 매트릭스 개구부의 길이 방향으로 형성하였다.

〔착색 화소의 형성〕

《착색층 형성용 분산액》

착색층에 분산시키는 유기 안료로서, 이하의 것을 사용하였다.

적색용 안료: C.I. 피그먼트 레드 254(시바 스페셜티 케미컬즈사제 「일가포 레드 B-CF」), C.I. 피그먼트 레드 177(시바 스페셜티 케미컬즈사제 「크로모프탈 레드 A2B」)

녹색용 안료: C.I. 피그먼트 그린 58(DIC사제), C.I. 피그먼트 옐로우 150(바이엘사제 「판촌파스토 옐로우 Y-5688」)

청색용 안료: C.I. 피그먼트 블루 15(도요잉크세이조제 「리아놀 블루 ES」)

C.I. 피그먼트 바이올렛 23(바스프(BASF)사제 「바리오겐 바이올렛5890」)

이상의 안료를 사용하여, 적색, 녹색 및 청색의 각 색 분산액을 제작하였다.

<적색 분산액>

적색 안료: C.I. 피그먼트 레드 254 18질량부

적색 안료: C.I. 피그먼트 레드 177 2질량부

아크릴 바니시(고형분 20질량％) 108질량부

상기한 조성의 혼합물을 균일하게 교반한 후, 글래스 비즈를 사용하여, 샌드밀로 5시간 분산시키고, 5㎛ 필터로 여과하여 적색 안료 분산액을 제작하였다.

<녹색 분산액>

녹색 안료: C.I. 피그먼트 그린 58 16질량부

녹색 안료: C.I. 피그먼트 옐로우 150 8질량부

아크릴 바니시(고형분 20질량％) 102질량부

상기한 조성의 혼합물에 대하여 적색 안료 분산액과 마찬가지 제작 방법을 사용하여, 녹색 안료 분산액을 제작하였다.

<청색 분산액>

청색 안료: C.I. 피그먼트 블루 15 50질량부

청색 안료: C.I. 피그먼트 바이올렛 23 2질량부

분산제(제네카사제 「솔스퍼스 20000」) 6질량부

아크릴 바니시(고형분 20질량％) 200질량부

상기한 조성의 혼합물에 대하여 적색 안료 분산액과 마찬가지 제작 방법을 사용하여, 청색 안료 분산액을 제작하였다.

《착색 화소 형성》

하기 표 1에 나타내는 배합 조성의 착색 화소 형성용 컬러 레지스트를 사용하여, 착색층을 형성하였다.

착색층의 형성은, 우선 도 1에 도시하는 바와 같이 블랙 매트릭스(5), 투명 도전막(3) 및 제2 투명 수지층(8)이 형성된 기판(1) 상에, 적색 화소 형성용 컬러 레지스트를 스핀 코팅에 의해 완성 막 두께가 2.5㎛가 되도록 도포하였다. 90℃로 5분간 건조시킨 후, 착색 화소 형성용의 포토마스크를 통하여 고압 수은등의 광을 300mJ/㎠의 조사량으로 조사하고, 알칼리 현상액으로 60초간 현상하여, 스트라이프 형상의 적색의 착색 화소(15)를, 제2 투명 수지층(8)과 겹치도록 화소 영역 상에 형성하였다. 그 후, 230℃로 30분 소성하였다.

또한 포토마스크로서는, 제2 투명 수지층(8) 상의 얇은 착색층의 막 두께가 노광·현상 후 약 1.3㎛가 되고, 화소 전체가 경막 후 대략 평탄해지도록, 제2 투명 수지층(8)에 상당하는 위치에 하프톤부를 설치한 것을 사용하였다. 이하의 녹색 화소 및 청색 화소 형성용 포토마스크도 마찬가지로, 화소 중앙부에 하프톤부를 설치한 것을 사용하였다.

이어서, 녹색 화소 형성용 레지스트도 마찬가지로 스핀 코팅에 의해 완성 막 두께가 2.5㎛가 되도록, 또한 제2 투명 수지층(8)을 덮도록 도포하였다. 90℃로 5분간 건조시킨 후, 적색 화소(15)와 인접한 위치에 패턴이 형성되도록 포토마스크를 통하여 노광하고, 현상함으로써, 녹색 화소(14)를 형성하였다. 또한, 본 실시예를 포함하여 컬러 필터 기판의 제조는 주지의 포토리소그래피 기술을 사용하는 것이다.

또한, 적색, 녹색과 마찬가지로 하여, 청색 화소 형성용 레지스트에 대해서도 완성 막 두께가 2.5㎛이고 적색 화소, 녹색 화소와 인접한 청색 화소(16)를 얻었다. 이것으로, 기판(1) 상에 적색, 녹색, 청색 3색의 착색 화소가 형성되었다. 그 후, 230℃로 30분간 열처리하여 경막하였다.

〔제1 투명 수지층의 형성〕

(수지 B의 합성)

1리터 들이의 5구 플라스크에, n-부틸메타크릴레이트 75g, 메타크릴산 30g, 2-히드록시에틸메타크릴레이트 25g, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 300g을 투입하고, 질소 분위기 하에서 AIBN을 2g 첨가하고, 80 내지 85℃로 8시간 반응시켰다. 또한, 이 수지의 불휘발분이 20질량％가 되도록 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트로 제조하여, 수지 B의 용액(알칼리 가용성 수지 B)을 얻었다.

(수지 도포액 B)

제1 투명 수지층 형성용의 수지 도포액 B로서 이하의 재료를 제작하였다.

시클로헥사논 32g, 디에틸렌글리콜디메틸에테르 38g을 샘플병에 넣었다. 교반하면서, 에폭시 수지; ESF-300(신닛데쓰 가가꾸사제) 13g, 지환식 다관능 에폭시 수지; EHPE3150(다이셀 가가꾸 고교사제) 7g, 지환식 에폭시 수지; 셀록사이드2021P(다이셀 가가꾸 고교사제) 5g을 첨가하고, 완전히 용해시켰다. 계속해서, 산 무수물; 무수 트리멜리트산을 3.0g 첨가하고, 충분히 교반 용해시킨 후에, 실란 커플링제(칫소사제S-510) 1.2g, 계면 활성제(스미또모 쓰리엠사제; 플루오라드 FC-430) 0.11g을 첨가하여 충분히 교반하였다. 이것을 여과하여, 수지 도포액 B를 얻었다.

착색층(14, 15, 16) 상에 수지 도포액 B를 도포하고, 90℃에서 120초간 프리베이킹을 행하고, 소정의 부위를 노광하고, 현상하고, 다시 230℃로 30분 소성함으로써, 제1 투명 수지층(7)을 형성하고, 컬러 필터 기판(10)이 얻어졌다.

블랙 매트릭스(5), 투명 도전막(3), 착색층(14, 15, 16) 및 제1 투명 수지층(7)의 중첩부인 착색층 중첩부(6)의 높이 H는, 화소 내의 제1 투명 수지층(8)의 표면으로부터의 차로서 0.7㎛로 하였다. 본 실시예의 투명 도전막(3)의 블랙 매트릭스(5) 상에 배치되어 있는 부분은, 액정 표시 장치로 했을 때에 화소 전극인 제1 전극과의 전극간 거리를 작게 할 수 있기 때문에, 이들 전극간에 있는 액정의 동작을 빠르게 할 수 있다는 이점이 있다.

[실시예 2]

본 실시예에서는, 도 2에 도시하는 컬러 필터 기판(10)을 제조하였다. 본 실시예에 관한 컬러 필터 기판(10)은 도 2에 도시하는 바와 같이 블랙 매트릭스(5)와 투명 도전막(3)의 형성 순서를 바꾼 구성이며, 사용하는 재료, 공정에 관한 기술은 실시예 1과 동일하다.

실시예 2의 착색층 중첩부(6)에서는, 액정 표시 장치로 했을 때에 화소 전극인 제1 전극과의 전극간 거리가 블랙 매트릭스(5)가 투명 도전막(3) 상에 배치되어 있는 분만큼, 실시예 1과 비교하여 멀어진다. 그러나, 블랙 매트릭스(5)가 차광층의 색제에 비유전율이 높은 카본을 사용하고 있음으로써, 전압의 저하를 보충할 수 있다.

[실시예 3]

본 실시예에서는, 도 3에 도시하는 컬러 필터 기판(10)을 제조하였다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 무알칼리 유리인 투명 기판(1) 상에 스퍼터링 장치를 사용하여, ITO(인듐·주석의 금속 산화물 박막)을 포함하는 투명 도전막(3)(제3 전극)을 0.14㎛의 막 두께로 실온에서 아몰퍼스 상태로 형성하였다. 실온에서 형성된 아몰퍼스 ITO막은 정밀한 패턴을 형성하기 쉽다.

계속해서, 화소 중앙의 길이 방향으로 9㎛ 폭의 선 형상의 차광 패턴을 갖는 포토마스크를 사용하여, 공지된 포토리소그래피의 방법으로 ITO막에 8㎛ 폭의 슬릿(18)을 형성하였다. 슬릿(18)은 ITO막이 형성되어 있지 않은 개구 패턴이다. 또한, ITO막의 슬릿은 강도의 레이저광을 사용한 직접적인 가공으로도 형성할 수 있다.

이어서, 하기에 나타내는 블랙 매트릭스 형성용 레지스트 2를 사용하여, 블랙 매트릭스(5)를 형성하고, 계속해서 이하에 나타내는 컬러 레지스트를 사용하여 착색층(14, 15, 16)을 형성하고, 또한 실시예 1과 동일한 재료를 사용하여 제1 투명 수지층(7)을 형성하여, 도 3에 도시하는 컬러 필터 기판(10)을 얻었다.

[카본 블랙 분산액의 제조]

하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 비즈밀 분산기로 교반하여 카본 블랙 분산액을 제작하였다.

카본 안료(미쯔비시 가가꾸사제 #47) 20부

분산제(빅 케미사제 「디스퍼빅-161」) 8.3부

구리 프탈로시아닌 유도체(도요잉크세이조사제) 1.0부

프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 71부

[블랙 매트릭스 형성용 레지스트 2의 제조]

하기 조성의 혼합물을 균일해지도록 교반 혼합한 후, 5㎛의 필터로 여과하여 블랙 매트릭스 형성용 레지스트 2를 얻었다.

카본 블랙 분산액 25.2부

아크릴 수지 용액 18부

디펜타에리트리톨 펜타 및 헥사아크릴레이트

(도아 고세(주)제 「M-402」) 5.2부

광중합 개시제 1.2부

(시바 가이기사제 「이르가큐어(IRGACURE) OXE 02」)

증감제 0.3부

(호도가야 가가꾸 고교(주)제 「EAB-F」)

레벨링제 0.1부

(빅 케미사제 「디스퍼빅-163」

시클로헥사논 25부

프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 25부

본 실시예에서 사용한 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소용 형성 레지스트 각각의 분산액 및 컬러 레지스트의 조성을 이하에 나타내었다.

[적색 안료 2의 제조]

하기 조성의 혼합물을 사용하여, 적색 안료 1과 마찬가지 방법으로 적색 안료 2의 분산체를 제작하였다.

적색 안료: C.I. 피그먼트 레드 254 11부

(시바 스페셜티 케미컬즈사제 「일가포 레드 B-CF」)

적색 안료: C.I. 피그먼트 레드 177 9부

(시바 스페셜티 케미컬즈사제 「크로모프탈 레드 A2B」)

분산제(아지노모또 파인테크노사제 「아지스퍼 PB821」) 2부

아크릴 바니시(고형분 20질량％) 108부.

[적색 조성물 2의 제조]

그 후, 하기 조성의 혼합물을 균일해지도록 교반 혼합한 후, 5㎛의 필터로 여과하여 적색 착색 조성물을 얻었다.

적색 안료 2 42부

아크릴 수지 용액 18부

디펜타에리트리톨 펜타 및 헥사아크릴레이트 4.5부

(도아 고세(주)제 「M-402」)

광중합 개시제 1.2부

(시바 스페셜티 케미컬즈사제 「이르가큐어 907」)

증감제(호도가야 가가꾸 고교(주)제 「EAB-F」) 2.0부

시클로헥사논 32.3부.

[녹색 안료 2의 제조]

하기 조성의 혼합물을 사용하여, 녹색 안료 1과 마찬가지 방법으로 녹색 안료 2의 분산체를 제작하였다.

녹색 안료: C.I. 피그먼트 그린 58 10.4부

(다이닛본 잉크 가가꾸 고교(주)제 「프탈로시아닌 그린(Phthalocyanine Green) A1 10」)

황색 안료: C.I. 피그먼트 옐로우 150 3.2부

(란세스사제 「E4GN-GT」)

황색 안료: C.I. 피그먼트 옐로우 138 7.4부

분산제(빅 케미사제 「디스퍼빅-163」) 2부

아크릴 바니시(고형분 20질량％) 66부.

[녹색 조성물 2의 제조]

녹색 안료 2 46부

아크릴 수지 용액 8부

디펜타에리트리톨 펜타 및 헥사아크릴레이트

(도아 고세(주)제 「M-402」) 4부

광중합 개시제

(시바 가이기사제 「이르가큐어(IRGACURE) OXE 02」) 1.2부

광중합 개시제 3.5부

(시바 스페셜티 케미컬즈사제 「이르가큐어 907」)

증감제(호도가야 가가꾸 고교(주)제 「EAB-F」) 1.5부

시클로헥사논 5.8부

프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 30부.

[청색 안료 2의 제조]

하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1㎜의 유리 비즈를 사용하여, 샌드밀로 5시간 분산시킨 후, 5㎛의 필터로 여과하여 청색 안료의 분산체를 제작하였다.

청색 안료: C.I. 피그먼트 블루 15:6

(도요잉크세이조(주)제 「리오놀 블루 ES」 49.4부

분산제(제네카사제 「솔스퍼스 20000」) 6부

아크릴 바니시(고형분 20질량％) 200부

이 분산체에, 하기 자색 염료 분체를 첨가하고, 잘 교반하여 청색 안료 2를 얻었다.

자색 염료: NK-9402, (주) 하야시바라 생물화학 연구소제」 2.6부

[청색 조성물 2의 제조]

그 후, 하기 조성의 혼합물을 균일해지도록 교반 혼합한 후, 5㎛의 필터로 여과하여 청색 착색 조성물을 얻었다.

청색 안료 2 16.5부

아크릴 수지 용액 25.3부

디펜타에리트리톨 펜타 및 헥사아크릴레이트

(도아 고세(주)제 「M-402」) 1.8부

광중합 개시제 1.2부

(시바 스페셜티 케미컬즈사제 「이르가큐어 907」)

증감제(호도가야 가가꾸 고교(주)제 「EAB-F」) 0.2부

시클로헥사논 25부

프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 30부.

〔각 색 도막의 비유전율〕

실시예 3 및 실시예 1에서 사용한 각 컬러 레지스트를 상기한 비유전율 측정용 시료(착색 도막의 막 두께는 2.8㎛로 했음)로 가공하고, 임피던스 분석기를 사용하여 비유전율을 측정하였다.

측정 주파수의 값과 함께 비유전율의 값을 하기 표 2에 나타냈다.

실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에서 사용한 녹색 레지스트의 안료에는, 할로겐화 아연 프탈로시아닌 녹색 안료(브롬화수 14.1)를 사용하였다. 또한, 이 안료를 종래 사용되고 있는 할로겐화구리 프탈로시아닌 녹색 안료로 치환한 녹색층의 비유전율은, 4.5가 되고, 상기 표 1에 나타내는 적색층의 비유전율보다 0.9 높고, 제3 전극 상에 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소를 배치하여 균일한 컬러 표시를 행함에 있어서 지장이 있는 경우가 있다. 비유전율 4.5의 녹색 화소를 사용한 경우, 적색 화소와 청색 화소의 액정층과, 녹색 화소의 액정층이 상이한 전기장과 상이하기 때문에, 동일한 액정 구동 전압으로는 미묘한 계조의 시프트가 발생하기 쉬운 경향이 된다. 상기한 바와 같이, 상이한 착색 화소의 비유전율의 차를 그들 화소의 평균 비유전율에 대하여 ±0.3 이내로 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 실시예에 관한 컬러 필터 기판은, 각 색이 균일한 비유전율이고, 또한, 낮은 비유전율의 착색층을 제3 전극인 투명 도전막 상에 구비하기 위해서, 제1 전극과 제3 전극간에 균일한 전기장 형성이 가능하게 되어, 액정 표시 품질을 높은 것으로 할 수 있다.

블랙 매트릭스를 제3 전극 상에 형성하는 구성에서는, 비유전율이 높음으로써 착색 중첩부(6)의 숄더에 위치하는 액정 분자에의 인가 전압을 전달하기 쉽다는 점에서 바람직하다. 실시예 1에서 나타낸, 블랙 매트릭스 상에 제 3 전극을 적층하는 구성은, 숄더에 위치하는 액정 분자에의 작용이 강해진다는 점에서 바람직하다.

[실시예 4]

본 실시예에서는, 도 4에 도시하는 컬러 필터 기판(10)을 이하와 같이 제조하였다.

무알칼리 유리인 투명 기판(1) 상에 실시예 1에서 사용한 블랙 매트릭스 형성용 레지스트를 스핀 코팅하고, 건조시켜, 막 두께 1.5㎛의 도막을 제작하였다. 걸리는 도막을 100℃로 3분간, 건조한 후, 블랙 매트릭스로서 패턴 폭(블랙 매트릭스의 화선 폭에 상당) 24.5㎛ 개구가 있는 노광용 포토마스크를 사용하고, 광원으로서 초고압 수은등 램프를 사용하여 200mJ/㎠ 조사하였다. 현상 후 잘 수세하고, 또한 건조한 후, 230℃로 60분 가열 처리하여 패턴을 경막시켜서 투명 기판 상에 블랙 매트릭스(5)를 형성하였다. 또한, 블랙 매트릭스의 개구부 형상은, 도 20b에 도시하는 바와 같은 "く자" 형상의 다각형으로 하고, 블랙 매트릭스(5)의 화선 폭은, 약 24㎛이며, 다각형 화소의 개구부 주위에 형성하였다.

이어서, 블랙 매트릭스(5)를 형성한 기판(1) 상에 스퍼터링 장치를 사용하여, ITO(인듐·주석의 금속 산화물 박막)로 이루어지는 투명 도전막(3)(제3 전극)을 0.14㎛의 막 두께로 실온에서 아몰퍼스 상태로 형성하였다. 실온에서 형성한 아몰퍼스 ITO막은, 세밀한 패턴을 형성하기 쉽다는 이점이 있다.

이어서, 화소 길이 방향의 중앙에 "く자" 형상의 9㎛ 폭의 선 형상의 차광 패턴이 있는 포토마스크를 사용하여, 공지된 포토리소그래피의 방법으로, ITO막에 8㎛ 폭의 "く자" 형상 슬릿(18)을 형성하였다. 슬릿(18)은, ITO막이 형성되어 있지 않은 개구 패턴이다.

이어서, 실시예 3에서 사용한 적색 레지스트, 녹색 레지스트, 청색 레지스트를 사용하여, 공지된 포토리소그래피의 방법으로, 상기 블랙 매트릭스(5)의 다각형 개구부에, 각각 "く자" 형상 패턴을 2.8㎛의 막 두께로 형성하였다.

또한, 제1 투명 수지층(7)을 0.7㎛의 막 두께로 형성하고, 컬러 필터 기판(10)을 얻었다.

[실시예 5]

본 실시예에서는, 도 5에 도시하는 컬러 필터 기판(10)을 이하와 같이 제조하였다.

무알칼리 유리인 투명 기판(1) 상에 실시예 1에서 사용한 블랙 매트릭스 형성용 레지스트를 스핀 코팅하고, 건조시켜, 막 두께 1.5㎛의 도막을 제작하였다. 걸리는 도막을 100℃로 3분간, 건조한 후, 블랙 매트릭스로서 패턴 폭(블랙 매트릭스의 화선 폭에 상당) 24.5㎛ 개구가 있는 노광용의 포토마스크를 사용하고, 광원으로서 초고압 수은등 램프를 사용하여 200mJ/㎠ 조사하였다. 현상 후 잘 수세하고, 또한 건조한 후, 230℃로 60분 가열 처리하여 패턴을 경막시켜서 투명 기판 상에 블랙 매트릭스(5)를 형성하였다. 또한, 블랙 매트릭스의 개구부 형상은, 도 20b에 도시하는 바와 같은 "く자" 형상의 다각형으로 하고, 블랙 매트릭스(5)의 화선 폭은, 약 24㎛이며, 다각형 화소의 개구부 주위에 형성하였다.

이어서, 블랙 매트릭스(5)를 형성한 기판(1) 상에 스퍼터링 장치를 사용하여, ITO(인듐·주석의 금속 산화물 박막)로 이루어지는 투명 도전막(3)(제3 전극)을 0.14㎛의 막 두께로 실온에서 아몰퍼스 상태로 형성하였다. 실온에서 형성한 아몰퍼스 ITO막은, 정밀한 패턴을 형성하기 쉽다는 이점이 있다.

이어서, 화소 길이 방향의 중앙에 "く자" 형상의 폭 9㎛의 선 형상의 차광 패턴이 있는 포토마스크를 사용하고, 공지된 포토리소그래피의 방법으로, ITO막에 8㎛폭의 "く자" 형상 슬릿(18)을 형성하였다. 슬릿(18)은, ITO막이 형성되어 있지 않은 개구 패턴이다.

이어서, 감광성 수지 용액 A를 사용하고, 제2 투명 수지층의 "く자" 형상 패턴(개구부)을 갖는 포토마스크를 사용하여, 공지된 포토리소그래피의 방법으로 제2 투명 수지층(8)을 형성하였다. 제2 투명 수지층(8)의 막 두께는 1.3㎛로 하고, 선 폭 20㎛로 화소의 중앙부, 또한 블랙 매트릭스 개구부의 길이 방향, 중앙에 형성하였다.

이어서, 실시예 3에서 사용한 적색 레지스트, 녹색 레지스트, 청색 레지스트를 사용하여, 공지된 포토리소그래피의 방법으로, 상기 블랙 매트릭스(5)의 다각형의 개구부에, 각각 "く자" 형상 패턴을 2.8㎛의 막 두께로 형성하였다.

또한, 제1 투명 수지층(7)을 0.7㎛의 막 두께로 형성하고, 컬러 필터 기판으로 하였다.

[실시예 6]

본 실시예에서는, 도 6에 나타내는 액정 표시 장치를 이하와 같이 제조하였다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 실시예 5에 관한 컬러 필터 기판(10)과 TFT의 능동 소자를 형성한 어레이 기판(20)을 접합하고, 사이에 부의 유전율 이방성의 액정(17)을 봉입하고, 다시 양면에 편광판(도시하지 않음)을 부착하고, 액정 표시 장치로 하였다. 컬러 필터 기판(10) 및 어레이 기판(20)의 액정(17)에 면하는 측에는, 미리 수직 배향막을 도포하고, 형성하였다. 또한, 능동 소자가 형성된 어레이 기판(20)에는, 도 20b에서 나타낸 "く자" 형상의 빗살 모양 전극(1, 2)이 형성되어 있다.

또한, 수직 배향용의 배향막은, 도시를 생략하였다. 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 하였다.

제1 전극(1)은, 어레이 기판(20)의 능동 소자(TFT)와 전기적으로 접속된다. 제2 전극 및 제3 전극은 공통 전위(코먼)인 공통 전극으로 하였다. 도 6에 있어서의, 평면에서 봤을 때 블랙 매트릭스(5)의 하부에 위치하는 빗살 모양 전극(2c)도 공통 전극이다.

[실시예 7]

본 실시예에서는, 도 23a, 도 23b 및 도 23c에 나타내는, 화소 개구부가 평행사변형인 경우의 화소 배열을 나타낸다.

도 23a는, R, G, B의 3색의 착색 화소의 배열을 나타내고, 도 23b 및 도 23c은, 경사각이 상이한 2종류의 화소의 개구부(25)를 도시하였다. 이들 화소에서의 액정은, 1/2 화소 단위로, 각각 상이한 액정이 쓰러지는 방향(9)으로 된다. 또한, 평행사변형의 기울기가 상이한 화소, 예를 들어 도 23b 및 도 23c에서 합해서 4개의 상이한 액정이 쓰러지는 방향을 설정할 수 있고, 시야각이 넓은 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

[실시예 8]

본 실시예에서는, 도 12에 나타내는 액정 표시 장치를 이하와 같이 제조하였다.

도 12에 도시하는 바와 같이, 실시예 3에 관한 컬러 필터 기판(10)과 TFT의 능동 소자를 형성한 어레이 기판(20)을 접합하고, 양쪽 기판간에 부의 유전율 이방성의 액정(17)을 봉입하고, 다시 양면에 편광판을 접착하여, 액정 표시 장치로 하였다. 컬러 필터 기판(10) 및 어레이 기판(20)의 표면에는, 미리 수직 배향막을 도포하고, 형성하였다. 또한, 또한, 능동 소자가 형성된 어레이 기판(20)에는, 도 21b에서 나타낸 직사각형 개구부의 긴 변과 평행한 빗살 모양 전극(1, 2)이 형성되어 있다.

수직 배향용의 배향막은, 도시를 생략하였다. 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 하였다.

[실시예 9]

본 실시예에서는, 도 13에 나타내는 액정 표시 장치를 이하와 같이 제조하였다.

투명 기판(1a) 상에 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 블랙 매트릭스 형성용 레지스트 1을 사용하여, 블랙 매트릭스(5)를 형성하였다. 이 블랙 매트릭스(5)를 형성한 투명 기판(1a) 상에 스퍼터링 장치를 사용하여 ITO로 이루어지는 투명 도전막(3)을 형성한 후, 실시예 3과 동일한 공정으로 ITO막에 슬릿을 형성하여, 제3 전극으로 하였다.

계속해서, 실시예 3과 마찬가지로, 적색 화소(15), 녹색 화소(14), 청색 화소(16) 및 제1 투명 수지층(7)을 형성하여, 컬러 필터 기판(10)으로 하였다. 또한, 녹색 조성물 및 청색 조성물은 실시예 3과 동일한 컬러 레지스트를 사용했지만, 적색 화소(15)의 형성에는, 하기의 적색 조성물 3을 사용하였다. 각각 착색층의 막 두께는, 2.5㎛로 하였다.

[적색 안료 3의 제조]

하기 조성의 혼합물을 균일하게 교반 혼합한 후, 직경 1㎜의 가라스 비스를 사용하여, 샌드밀로 5시간 분산한 후, 5㎛의 필터로 여과하여 적색 안료 3의 분산체를 제작하였다.

적색 안료: C.I.Pigment Red 254 8부

(시바 스페셜티 케미컬즈사제 「일가포 레드B-CF」)

적색 안료: C.I. Pigment Red 177 12부

(시바 스페셜티 케미컬즈사제 「쿠로모프탈레드A2B」)

분산제(아지노모또한 파인테크노사제 「아지스퍼PB821」) 2부

아크릴 바니시(고형분 20질량％) 108부.

[적색 조성물 3의 제조]

적색 안료 3 45부

아크릴 수지 용액 18부

디펜타에리트리톨 펜타 및 헥사아크릴레이트 4.5부

(도아 고세(주)제 「M-402」)

광중합 개시제 1.2부

(시바 스페셜티 케미컬즈사제 「이르가큐어―907」)

증감제(호도가야 가가꾸 공업(주)제 「EAB-F」) 2.0부

시클로헥사논 32.3부

하기 표 3에 나타내는 바와 같이, 각각 착색층의 비유전율의 크기를, 적색 화소>녹색 화소>청색 화소의 관계로 하였다.

상기 컬러 필터 기판(10)과, 실시예 8과 마찬가지의 구성의 어레이 기판(20)에서 부의 유전율 이방성의 액정을 협지하는 형태로 접합하고, 편광판·위상차판을 부착하여, 액정 표시 장치로 하였다. 컬러 필터 기판 및 어레이 기판의 표면에는, 미리 수직 배향막을 도포하였다.

이 액정 표시 장치를 구동한 바, 각 색 화소가, 동일한 구동 전압으로 거의 동일한 상승을 나타내고, 균질이고 양호한 표시를 얻을 수 있었다.

[실시예 10]

본 실시예에서는, 도 18에 나타내는 액정 표시 장치를 이하와 같이 제조하였다.

도 18 또는 도 19에 도시하는 바와 같이 컬러 필터 기판(60)과 TFT의 능동 소자를 형성한 어레이 기판(50)을 접합하고, 양쪽 기판간에 부의 유전율 이방성의 액정(17)을 봉입하고, 다시 양면에 편광판을 접착하여, 액정 표시 장치로 하였다. 컬러 필터 기판 및 어레이 기판의 표면에는, 미리 수직 배향막을 도포, 형성하였다. 어레이 기판(60)은, 실시예 6과 같은 개구부·빗살 전극 형상의 어레이 기판으로 하였다.

컬러 필터 기판(60)은, 실시예 4의 컬러 필터 기판에, 다시 선 형상 도체(4)를 투명 도전막으로 형성한 것을 사용하였다. 선 형상 도체(4)는, 화선 폭 6㎛이고 그 이격 폭은 8㎛로 하였다. 제3 전극(3)과 선 형상 도체(4) 및 제2 전극(2)은, 모두 공통 전극으로서 사용한다.

또한, 선 형상 도체(4)를 형성했기 때문에, 액정 구동의 관점에서는, 도 18 또는 도 19에 나타내는 슬릿(18)은, 형성하지 않아도 좋다.

[실시예 11]

본 실시예에서는, 도 11에 도시하는 액정 표시 장치를 이하와 같이 제조하였다.

컬러 필터 기판(10)은, 실시예 5의 컬러 필터 기판과 동일한 것을 사용하였다.

어레이 기판(30)은, 평면에서 봤을 때 제2 투명 수지층(8)과 동일 위치에 알루미늄 합금 박막으로 이루어지는 광 반사막(21)을 구비하고 있다. 반사막(21)은, 전기적으로 독립되어 있고, 전압은 인가되지 않는다.

제2 투명 수지층(8) 상의 착색층은 얇게 형성되어 있고, 도 11에 도시하는 반사 영역에서의 광의 투과율은, 투과 영역에서의 투과율보다 높다. 즉, 반사 영역과 투과 영역으로 구분되는 2개의 투과율이 상이한 영역이, 컬러 필터 기판에 구비되어 있다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 액정에의 구동 전압 인가 시에 반사 영역의 액정(28)은, 투과 영역의 액정과 상이한 경사각을 갖는다. 반사 영역의 액정(28)의 리타데이션을, 대략 투과 영역의 리타데이션의 절반으로 함으로써 반사 표시를 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시예에서는 단면에서 봤을 때 반사 영역과 투과 영역에 단차가 없고, 단차에 기인하는 표시 특성의 저하(예를 들어 광 누설)를 발생시키지 않는다. 도 11에 도시하는 액정 표시 장치는, 반투과형 액정 표시 장치로서 사용할 수 있다.

단면에서 봤을 때 반사 영역과 투과 영역에 단차가 없으면, 반사 영역과 투과 영역이, ±0.3㎛ 이내의 막 두께차로 평탄화되어 있는 것을 의미한다. 또한, 또한, 예를 들어 녹색의 파장인 535㎚의 λ/4에 상당하는 ±0.135㎛ 이내의 막 두께차로, 하나의 화소 개구부 내가 평탄화되어 있는 것이 바람직하다.

[실시예 12]

본 실시예에서는, 도 24에 나타내는 액정 표시 장치를 이하와 같이 제조하였다.

본 실시예에 관한 액정 표시 장치는, 반사 편광판을 사용한 반투과형 액정 표시 장치이다. 반사 편광판으로서는, 예를 들어 특허 제4177398호 공보에 기재되어 있는 바와 같은 것을 사용할 수 있다.

본 실시예에 사용한 컬러 필터 기판(10)은, 예를 들어 도 4에 도시하는 실시예 4의 컬러 필터 기판이다. 능동 소자(TFT)가 형성된 어레이 기판(20)은, 예를 들어 도 22에서 나타낸 빗살 모양 전극을 갖는 어레이 기판으로 하였다.

컬러 필터 기판(10) 및 어레이 기판(20)을 대향하여 배치하고, 사이에 유전율 이방성이 부인 액정(17)을 개재시켜서 접합하였다. 컬러 필터 기판(10)의 액정(17)과 반대측에는, 광학 보상층(31a) 및 편광판(32a)이 배치되어 있다. 또한, 어레이 기판(20)의 액정(17)과 반대측에는, 편광판(32b), 광 확산층(33a), 반사 편광판(34), 광학 보상층(31b), 프리즘 시트(35), 광 확산층(33b), 도광판(36), 광 반사판(37)이 순차 배치되어 있다. 도광판(36)에는, 광원, 예를 들어 LED 광원(38)이 부착되어 있다.

LED 광원(38)으로서는, RGB 개별 발광 소자인 것이 바람직하지만, 의사 백색 LED이어도 좋다. 또한, LED 대신에 종래 범용되어 있는 냉음극선관이나 형광 등을 사용해도 좋다. LED 광원(38)으로서 RGB 개별 발광 소자를 사용한 경우에는, 각각의 발광 강도를 색마다 개별로 조정할 수 있으므로, 최적인 색 표시를 행하는 것이 가능하다. 또한, 입체 화상 표시나 시야각 제어에 적용할 수도 있다. 표시 화면의 에리어 제어로 백라이트의 밝기를 조정하여 콘트라스트를 향상시키는 기술인 로컬 디밍 방법은, LED 광원에 적용하기 쉽고, 본 발명에 따른 통상 표시 영역과 다이내믹 표시 영역을 병용함으로써 종래에 없는 화질 향상을 얻을 수 있다. 로컬 디밍 방법은, RGB 개별 발광의 LED 광원을, 도 24에 도시하는 바와 같은 에지 라이트 방식이 아니라 액정 표시 장치 이면에 배치하는 직하형의 백라이트 방식 쪽이, 더욱 미세한 에리어 제어로 고화질 표시를 할 수 있다.

이상 설명한 본 발명의 실시 형태에 의하면, 계조 표시와 응답성의 개선을 양립시킨 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판, 및 이 컬러 필터 기판을 구비하는 액정 표시 장치가 제공된다. 특히, 디스크리네이션을 해소한 높은 투과율의 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 색 밸런스를 무너뜨리지 않고, 또한, TFT 소자를 증가시키지 않고, 특히 밝기를 강조하여 약동감 있는 표시를 가능하게 하는 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판, 및 이 컬러 필터 기판을 구비하는 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 반투과형이나 반사형의 액정 표시에 적용한 경우에도, 황색 기미를 띠지 않고 색 밸런스가 좋은 반사형 표시를 가능하게 하는 액정 표시 장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 백색 화소나 황색 화소 등 화소를 늘리지 않고, 다이내믹하고 밝은 표시를 얻을 수 있기 때문에, 통상의 계조 표시 시에 백색 화소의 경우와 같은 죽은 화소(dead pixel)가 없고, 더욱 액정의 투과율을 저하시키는 디스크리네이션을 해소하여, 종래보다 밝은 표시를 가능하게 하는 액정 표시 장치가 제공된다.

또한, 컬러 필터의 유효 표시 화소를 덮도록 투명 도전막을 적층한 구성으로 할 수 있기 때문에, 부차적 효과로서, IPS(횡전계로 액정을 구동함)나 FFS(빗살 모양 전극의 프린지에 발생하는 전계로 액정을 구동함) 방식과 달리, 외부 전기장의 영향을 받기 어려운 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

또한, 일 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 직사각형 화소는, 그 화소 중심으로부터 제1 투명 수지층으로 선대칭 또는 점대칭의 1/2 화소 또는 1/4 화소로 구분할 수 있지만, TFT 소자를 하나의 화소에 2개 또는 4개 형성하고, TFT 소자마다 상이한 전압을 인가하는 구동 방식을 취함으로써, 시각 조정이나 입체 화상 표시가 가능하게 된다.

Claims

투명 기판,
그 투명 기판 상에 형성된, 대향하는 변이 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스,
그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 기판 상에 배치된 투명 도전막,
그 투명 도전막 상에 배치되고, 상기 개구부 내의 2개의 투과율이 상이한 영역으로 각각 구분된 영역을 포함하는, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소, 및
그 착색 화소를 덮도록 배치된 제1 투명 수지층을 구비하는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
투명 기판,
그 투명 기판 상에 형성된 투명 도전막,
그 투명 도전막 상에 배치된, 대향하는 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스,
그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 도전막 상에 배치되고, 상기 개구부 내의 2개의 투과율이 상이한 영역으로 각각 구분된 영역을 포함하는, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소, 및
그 착색 화소를 덮도록 배치된 제1 투명 수지층을 구비하고,
상기 블랙 매트릭스가 상기 착색 화소의 비유전율보다 높은 비유전율을 갖는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 2개의 투과율이 상이한 영역이, 상기 개구부 내의 투명 도전막 상에 있어서, 상기 개구부의 중심부를 통과하는 띠 형상의 제2 투명 수지층을 덮는 얇은 착색층의 영역과, 그 이외의 착색층의 영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제3항에 있어서,
상기 제2 투명 수지층이, 상기 다각형의 개구부의 중앙을 통과하고, 또한, 그 다각형의 한 변과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제4항에 있어서,
상기 제2 투명 수지층의 비유전율이, 상기 착색층의 비유전율보다 낮은 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 투명 도전막이, 상기 다각형의 개구부의 중앙을 통과하고, 또한, 상기 다각형의 한 변과 평행한, 선 형상의 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
투명 기판,
그 투명 기판 상에 형성된 투명 도전막,
그 투명 도전막 상에 배치된, 대향하는 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 및
그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 도전막 상에 배치되고, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소를 구비하고,
상기 투명 도전막은, 상기 개구부의 중앙부에, 상기 개구부의 길이 방향의 변과 평행한 선 형상의 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
투명 기판,
그 투명 기판 상에 형성된, 대향하는 변이 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스,
그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 기판 상에 배치된 투명 도전막, 및
그 투명 도전막 상에 배치되고, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소를 구비하고,
상기 투명 도전막은, 상기 개구부의 중앙부로서, 상기 개구부의 길이 방향의 변과 평행한 선 형상의 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항, 제2항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다각형의 개구부가, 평면에서 봤을 때 직사각형인 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항, 제2항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다각형의 개구부가, 긴 변과 짧은 변을 갖는 사각형이며, 또한, 긴 변 방향의 중앙 부근에서 평면에서 봤을 때 "く자" 형상으로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항, 제2항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다각형의 개구부가, 평면에서 봤을 때 평행사변형이며, 또한, 동일색의 착색 화소의 화소수의 각각 1/2가 2종류의 상이한 경사 각도의 평행사변형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항, 제2항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수색의 착색 화소가, 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소의 3색으로 구성되고, 액정을 구동하는 주파수로 측정한, 상기 착색 화소 각각의 비유전율이 2.9 내지 4.4의 범위 내에 있과 함께, 상기 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소의 평균 비유전율에 대하여 각각의 착색 화소의 비유전율이 ±0.3의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항, 제2항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수색의 착색 화소가, 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소의 3색으로 구성되고, 액정을 구동하는 주파수로 측정한, 상기 착색 화소 각각의 비유전율의 크기가, 적색 화소>녹색 화소>청색 화소의 관계에 있는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제13항에 있어서,
상기 녹색 화소의 주된 색제가, 할로겐화 아연 프탈로시아닌 안료인 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판.
제1항, 제2항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 기재된 컬러 필터 기판,
상기 컬러 필터 기판에 대향하여 배치된, 액정을 구동하는 소자를 매트릭스 형상으로 배치한 어레이 기판, 및
상기 컬러 필터 기판과 어레이 기판 사이에 개재하는 액정층을 구비하고,
상기 어레이 기판이, 액정을 구동하기 위해서 서로 다른 전위가 인가되는 제1 전극 및 제2 전극을, 평면에서 봤을 때 상기 컬러 필터 기판의 착색 화소에 각각에 대응하여 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치.
제15항에 있어서,
상기 제1 전극과, 상기 제2 전극 및 상기 투명 도전막인 제3 전극 사이에 구동 전압을 인가했을 때에, 상기 개구부에 대응하는 액정의 영역에 있어서의 액정 분자는, 상기 개구부의 중심을 통과하고, 평면에서 봤을 때 2분하는 직선에 관해 선대칭인 역방향으로 쓰러지도록 동작하는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치.
제15항에 있어서,
상기 개구부에 대응하는 액정의 영역에 있어서, 액정을 구동하는 전압을 인가했을 때의 액정 분자가 쓰러지는 방향이, 평면에서 봤을 때 개구부 중심으로부터 4개의 상이한 영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치.
제15항 또는 제16항에 있어서,
상기 제1 전극이, 액정을 구동하는 능동 소자와 접속된 빗살 모양 패턴을 갖고, 상기 제2 전극이, 절연층을 개재하여 상기 제1 전극 아래에 배치된 빗살 모양 패턴을 갖고, 또한 상기 제2 전극이, 평면에서 봤을 때 개구부를 2분하는 중심으로부터 이격되는 방향으로 상기 제1 전극의 단부로부터 돌출된 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치.
제15항 또는 제16항에 있어서,
평면에서 봤을 때 상기 제2 투명 수지층이 배치되는 위치에, 상기 어레이 기판 상에 상기 제1 전극이 배치되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치.
제15항 또는 제16항에 있어서,
평면에서 봤을 때 상기 제2 투명 수지층이 배치되는 위치에, 상기 어레이 기판 상에 광 반사막이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치.
투명 기판, 그 투명 기판 상에 형성된, 대향하는 변이 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 및 그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 기판 상에 배치된 투명 도전막, 및 그 투명 도전막 상에 형성된, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소를 구비하고, 상기 투명 도전막은, 상기 개구부의 중앙부로서, 상기 개구부의 길이 방향의 변과 평행한 선 형상의 슬릿을 갖는 컬러 필터 기판,
상기 컬러 필터 기판에 대향하여 배치된, 액정을 구동하는 능동 소자와 접속된 빗살 모양 패턴인 제1 전극, 절연층을 개재하여 배치되고, 평면에서 봤을 때 개구부를 2분하는 중심으로부터 이격되는 방향으로 상기 제1 전극의 단부로부터 돌출된 빗살 모양 패턴인 제2 전극을 구비하는 어레이 기판, 및
상기 컬러 필터 기판과 어레이 기판 사이에 개재하는 액정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치.
투명 기판, 그 투명 기판 상에 형성된 투명 도전막, 그 투명 도전막 상에 배치된, 대향하는 변이 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 및 그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 도전막 상에 배치된, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소를 구비하고, 상기 투명 도전막은, 상기 개구부의 중앙부로서, 상기 개구부의 길이 방향의 변과 평행한 선 형상의 슬릿을 갖는 컬러 필터 기판,
상기 컬러 필터 기판에 대향하여 배치된, 액정을 구동하는 능동 소자와 접속된 빗살 모양 패턴인 제1 전극, 절연층을 개재하여 배치되고, 평면에서 봤을 때 개구부를 2분하는 중심으로부터 이격되는 방향으로 상기 제1 전극의 단부로부터 돌출된 빗살 모양 패턴인 제2 전극을 구비하는 어레이 기판, 및
상기 컬러 필터 기판과 어레이 기판 사이에 개재하는 액정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치.
액정을 구동하는 능동 소자와 접속된 빗살 모양 패턴인 제1 전극, 절연층을 개재하여 배치되고, 평면에서 봤을 때 개구부를 2분하는 중심으로부터 이격되는 방향으로 상기 제1 전극의 단부로부터 돌출된 빗살 모양 패턴인 제2 전극을 구비하는 어레이 기판,
상기 어레이 기판에 대향하여 배치된, 투명 기판, 그 투명 기판 상에 형성된 투명 도전막, 그 투명 도전막 상에 배치된, 대향하는 변이 평행한 다각형의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스, 그 블랙 매트릭스 상 및 상기 개구부 내의 투명 도전막 상에 배치된, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소, 그 착색 화소를 덮도록 배치된 제1 투명 수지층, 및 그 제1 투명 수지층 상에 화소의 중심으로부터 대칭으로, 또한 평면에서 봤을 때 화소 중심에 가장 근접한 상기 제2 전극의 내측에 상기 제2 전극의 빗살 모양 패턴과 평행하게 배치된, 투명 도전막을 포함하여 이루어지는 1조의 선 형상 도체를 구비하는 컬러 필터 기판, 및
상기 어레이 기판과 컬러 필터 기판 사이에 개재하는 액정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치.
반사 영역과 투과 영역을 갖는 액정 표시 장치로서,
액정을 구동하는 능동 소자에 접속된 빗살 모양 패턴의 제1 전극, 이 제1 전극에 절연층을 사이에 개재하여 배치되고, 평면에서 봤을 때 개구부를 2분하는 중심으로부터 이격되는 방향으로 상기 제1 전극의 단부로부터 돌출된 빗살 모양 패턴인 제2 전극, 및 반사 영역에 광 반사막을 구비하는 어레이 기판,
투명 기판, 그 투명 기판 상에 형성된 투명 도전막, 그 투명 도전막 상에 배치되고, 또한, 평면에서 봤을 때 반사 영역에 배치된 제2 투명 수지층, 상기 투명 도전막 상에 배치된, 복수색의 대향하는 변이 평행한 다각형의 착색 화소, 및 그 착색 화소를 덮도록 배치된 제1 투명 수지층을 구비하고, 또한, 상기 개구부 내에 있어서 단면에서 봤을 때 반사 영역과 투과 영역에서 단차가 없는 컬러 필터 기판, 및
상기 어레이 기판과 컬러 필터 기판 사이에 개재하는 액정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치.
제21항, 제22항, 제23항 및 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전극 및 제2 전극이, 가시 영역에서 투명한 도전성 금속 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치.
제21항, 제22항, 제23항 및 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액정이 부의 유전율 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 기울기 전계 액정 표시 장치.