(57)【要約】【課題】ＰＳＡ技術を用いた液晶パネルにおいて、ブラックマトリクスの周辺での光漏れの発生を抑制する。【解決手段】互いに対向するカラーフィルタ基板１０及びアレイ基板２０と、液晶層３０とを備え、液晶層３０とカラーフィルタ基板１０との界面には、液晶分子にプレチルト角を付与するポリマー構造物が形成され、カラーフィルタ基板１０は、透光性基材１２とカラーフィルタ層１４と、カラーフィルタ層１４の端部１４ａおよび溝部１８を覆うように、透光性基材１２に形成されたブラックマトリクス１６とを含む、液晶パネル１００である。【選択図】図３
2011085752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向するカラーフィルタ基板及びアレイ基板と、
前記カラーフィルタ基板及びアレイ基板の間に設けられた液晶層と
を備え、
前記液晶層と前記カラーフィルタ基板との界面には、前記液晶層を構成する液晶分子にプレチルト角を付与するポリマー構造物が形成されており、
前記カラーフィルタ基板は、
透光性基材と、
前記透光性基材の前記液晶層側に形成され、溝部によって区画されたカラーフィルタ層と、
前記カラーフィルタ層の端部および前記溝部を覆うように、前記透光性基材に形成されたブラックマトリクスと
を含む、液晶パネル。
【請求項２】
前記カラーフィルタ層および前記ブラックマトリクスの表面には、前記液晶分子を垂直配向させる垂直配向膜が形成されており、
前記ポリマー構造物は、前記垂直配向膜の表面に形成されている、請求項１に記載の液晶パネル。
【請求項３】
前記ブラックマトリクスは、樹脂材料から構成されている、請求項１または２に記載の液晶パネル。
【請求項４】
液晶層を構成する液晶分子にプレチルト角を付与するポリマー構造物を備えた液晶パネルの製造方法であって、
透光性基材の上に、カラーフィルタ層を形成する工程と、
前記カラーフィルタ層の端部と、前記カラーフィルタ層の前記端部の間に位置する溝部とを覆うように、前記透光性基材にブラックマトリクスを形成する工程と
を含む、液晶パネルの製造方法。
【請求項５】
さらに、前記カラーフィルタ層および前記ブラックマトリクスの表面に、前記液晶分子を垂直配向させる垂直配向膜を形成する工程と、
前記垂直配向膜の表面に、前記ポリマー構造物を形成する工程と
を含む、請求項４に記載の液晶パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルおよび液晶パネルの製造方法に関し、特に、ＰＳＡ技術を用いた液晶パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータのディスプレイや携帯情報端末機器の表示部に用いられる表示パネルとして、薄型軽量の液晶パネルが利用されている。しかしながら、従来のツイストネマチック型（ＴＮ型）やスーパーツイストネマチック型（ＳＴＮ型）の液晶パネルは、視野角が狭いという欠点を有しており、それを解決するために様々な技術開発が行われている。
【０００３】
視野角特性が改善された液晶パネルとして、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶パネルが知られている。このような液晶パネルは、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードの液晶パネルと呼ばれる。ＶＡモードの１つとして、液晶分子のプレチルト角およびプレチルト方向を規定するためのポリマー構造部を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１から３）。この技術はＰＳＡ（Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）技術と呼ばれる。ポリマー構造物は、予め液晶層に混入しておいた重合性組成物を、液晶層に電圧が印加された状態で光重合や熱重合することによって形成される。このようなポリマー構造物をＶＡモードの液晶パネルに設けることにより、液晶分子の配向の安定性や応答特性を向上させることができると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２７９９９３号公報
【特許文献２】特開２００３−３０７７２０号公報
【特許文献３】特開２００８−２４２２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本願発明者は、ＰＳＡ技術を用いた液晶パネルにおいて、ブラックマトリクスの周辺で黒表示状態にて光漏れが発生し、コントラストが大きく低下してしまうという新たな現象を見出した。以下、この点について説明する。
【０００６】
まず初めに、図１を参照しながら、ＰＳＡ技術を用いた液晶パネル１０００について説明する。図１は、ＰＳＡ技術を用いた液晶パネル１０００の断面構成を模式的に示している。
【０００７】
図１に示した液晶パネル１０００は、互いに対向するカラーフィルタ基板１１０及びアレイ基板１２０から構成されている。カラーフィルタ基板１１０及びアレイ基板１２０の間には、液晶層１３０が設けられている。
【０００８】
両基板１１０、１２０の液晶層１３０側の表面には、液晶層１３０への印加電圧がＯＦＦのときに液晶分子１３２を両基板１１０、１２０に対して垂直に配向させる垂直配向膜１１１、１２１が設けられている。さらに、垂直配向膜１１１、１２１と液晶層１３０との境界には、液晶分子１３２のプレチルト角を規定するポリマー構造物（不図示）が形成されている。また、両基板１１０、１２０の外側の面には、互いの偏光軸が直交するように一対の偏光板１４１、１４２が貼り付けられている。なお、アレイ基板１２０の背面側には、光を照射するバックライト１５０が設けられている。
【０００９】
また、カラーフィルタ基板１１０のガラス基板１１２の表面には、カラーフィルタ層（Ｒ、Ｇ、Ｂ）１１４が形成されている。カラーフィルタ層１１４の間には、ブラックマトリクス１１６が形成されており、ブラックマトリクス１１６によって、各カラーフィルタ層（Ｒ、Ｇ、Ｂ）１１４の混色を抑制することができる。
【００１０】
この液晶パネル１０００の黒色部分では、液晶層１３０への印加電圧をＯＦＦにして、液晶分子１３２を両基板１１０、１２０の表面に対して略垂直に配向させる。この状態で、バックライト１５０から光（Ｌ１、Ｌ２）を照射すると、偏光板１４２を透過した光は偏光板１４１で遮断されるので黒表示となる。しかしながら、本願発明者が顕微鏡で観察したところ、カラーフィルタ層１１４の中央部を通過した光Ｌ１と比較して、カラーフィルタ層１１４の端部１１４ａ（すなわち、ブラックマトリクス１１６に近接する部分１１４ａ）を透過した光Ｌ２は黒表示状態における光漏れが大きく、それにより、コントラスト比が大きく低下するということがわかった。
【００１１】
本願発明者がこの点について検討したところ、次のことが原因であると推測した。すなわち、カラーフィルタ基板１１０では、ブラックマトリクス１１６を形成した後に、カラーフィルタ層１１４を形成する。したがって、カラーフィルタ層１１４の端部１１４ａは、ブラックマトリクス１１６を覆う構成となるので、その結果として、カラーフィルタ層１１４の端部１１４ａにおける液晶層１３０側の表面には傾斜面１１４ｂが生じる。すると、図２に拡大して示すように、カラーフィルタ層１１４の中央部の領域における液晶分子１３２ａには適切なプレチルト角が付与されていても、カラーフィルタ層１１４の傾斜面１１４ｂの領域における液晶分子１３２ｂには過度のプレチルト角を付与してしまうことになる。その結果、ブラックマトリクス１１６の周辺で黒表示状態にて光漏れが発生し、コントラストが大きく低下してしまう。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、ＰＳＡ技術を用いた液晶パネルにおいて、ブラックマトリクスの周辺での光漏れの発生を抑制し、高コントラスト比の表示を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る液晶パネルは、互いに対向するカラーフィルタ基板及びアレイ基板と、前記カラーフィルタ基板及びアレイ基板の間に設けられた液晶層とを備え、前記液晶層と前記カラーフィルタ基板との界面には、前記液晶層を構成する液晶分子にプレチルト角を付与するポリマー構造物が形成されており、前記カラーフィルタ基板は、透光性基材と、前記透光性基材の前記液晶層側に形成され、溝部によって区画されたカラーフィルタ層と、前記カラーフィルタ層の端部および前記溝部を覆うように、前記透光性基材に形成されたブラックマトリクスとを含む。
ある好適な実施形態において、前記カラーフィルタ層および前記ブラックマトリクスの表面には、前記液晶分子を垂直配向させる垂直配向膜が形成されており、前記ポリマー構造物は、前記垂直配向膜の表面に形成されている。
ある好適な実施形態において、前記ブラックマトリクスは、樹脂材料から構成されている。
本発明に係る液晶パネルの製造方法は、液晶層を構成する液晶分子にプレチルト角を付与するポリマー構造物を備えた液晶パネルの製造方法であり、透光性基材の上に、カラーフィルタ層を形成する工程と、前記カラーフィルタ層の端部と、前記カラーフィルタ層の前記端部の間に位置する溝部とを覆うように、前記透光性基材にブラックマトリクスを形成する工程とを含む。
ある好適な実施形態において、さらに、前記カラーフィルタ層および前記ブラックマトリクスの表面に、前記液晶分子を垂直配向させる垂直配向膜を形成する工程と、前記垂直配向膜の表面に、前記ポリマー構造物を形成する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、液晶層とカラーフィルタ基板との界面に、液晶分子にプレチルト角を付与するポリマー構造物が形成された液晶パネルにおいて、カラーフィルタ基板を構成する透光性基材の液晶層側に形成されたカラーフィルタ層の端部および溝部を覆うように、ブラックマトリクスが形成されている。したがって、カラーフィルタ基板における液晶層側の表面に傾斜面が生じる場合でも、その傾斜面は、ブラックマトリクスが位置する領域に形成されることになるので、傾斜面の領域における液晶分子に過度のプレチルト角が付与されても、その液晶分子を透過した光は、ブラックマトリクスで吸収されることになる。その結果、ブラックマトリクスの周辺での光漏れの発生を抑制し、高コントラスト比の表示を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＰＳＡ技術を用いた液晶パネル１０００の構成を示す断面図である。
【図２】カラーフィルタ基板１１０の部分拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る液晶パネル１００の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るカラーフィルタ基板１０の部分拡大断面図である。
【図５】（ａ）から（ｃ）は、本発明の実施形態に係るカラーフィルタ基板１０の工程断面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係るカラーフィルタ基板１０の工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のために、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１７】
図３は、本発明の実施形態に係る液晶パネル１００の断面構成を模式的に表している。本実施形態の液晶パネル１００は、互いに対向するカラーフィルタ基板１０及びアレイ基板２０とを備えている。カラーフィルタ基板１０及びアレイ基板２０の間には液晶層３０が設けられている。
【００１８】
液晶層３０とカラーフィルタ基板１０との界面には、液晶層３０を構成する液晶分子３２にプレチルト角を付与するポリマー構造物（不図示）が形成されている。液晶分子３２にプレチルト角を付与するポリマー構造物を形成する技術は、ＰＳＡ（Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）技術と称される。このポリマー構造物は、予め液晶層に混入しておいた重合性組成物を、液晶層３０に電圧が印加された状態で光重合や熱重合することによって形成することができる。
【００１９】
本実施形態のカラーフィルタ基板１０は、透光性基材（例えば、ガラス基板）１２と、透光性基材１２の液晶層３０側に形成されたカラーフィルタ層１４とから構成されている。カラーフィルタ層１４は、透光性材料に顔料が分散された透光性の色層（Ｒ，Ｇ，Ｂ）からなる。各カラーフィルタ層１４は、溝部１８によって区画されており、その溝部１８には、ブラックマトリクス１６が形成されている。ブラックマトリクス１６は、各カラーフィルタ層（Ｒ、Ｇ、Ｂ）１４の混色を抑制する機能を有しており、例えば、黒色樹脂材料から構成されている。
【００２０】
本実施形態のブラックマトリクス１６は、カラーフィルタ層１４の端部１４ａおよび溝部１８を覆うように、透光性基材１２に形成されている。具体的には、溝部１８を構成する壁面１８ａおよび底面１８ｂを覆うとともに、カラーフィルタ層１４の端部１４ａの表面を覆っている。また、カラーフィルタ層１４およびブラックマトリクス１６の表面には、液晶分子３２を垂直配向させる垂直配向膜１１が形成されている。なお、液晶分子３２にプレチルト角を付与するポリマー構造物（不図示）は、垂直配向膜１１の表面に形成されている。
【００２１】
また、本実施形態のアレイ基板２０は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成された基板であり、アレイ基板２０の表面には、液晶層３０を構成する液晶分子３２を垂直配向させる垂直配向膜２１が形成されている。なお、垂直配向膜１１、２１によって液晶分子３２が垂直配向されているとき、液晶層３０は、垂直配向状態にあると称されるが、垂直配向された液晶分子３２は、垂直配向膜１１、２１の表面に対して厳密に垂直ではない。
【００２２】
加えて、アレイ基板２０（具体的には、垂直配向膜２１）と液晶層３０との界面には、カラーフィルタ基板１０と同様に、液晶層３０を構成する液晶分子３２にプレチルト角を付与するポリマー構造物（不図示）が形成されている。なお、ポリマー構造物を形成するための重合性組成物としては、例えば、特開２００３−３０７７２０号公報（特許文献２）に開示されているような材料を用いることが可能である。
【００２３】
さらに、本実施形態の液晶層３０を構成する液晶分子３２は、負の誘電異方性を有したネガ型ネマティック液晶である。液晶層３０への印加電圧がＯＦＦの場合において、液晶分子３２は、両基板１０、２０の表面に対して略垂直に配向する。また、カラーフィルタ基板１０及びアレイ基板２０の外側の面には、一対の偏光板４１、４２が貼り付けられている。本実施形態の液晶パネル１００は、いわゆるノーマリーホワイト型であるので、偏光板４１、４２は、互いの偏光軸が直交するように配置されている。なお、アレイ基板２０の背面側には、光を照射するバックライト５０が設けられている。
【００２４】
本実施形態の構成によれば、カラーフィルタ層１４の端部１４ａおよび溝部１８を覆うように、ブラックマトリクス１６が形成されている。したがって、カラーフィルタ基板１０における液晶層３０側の表面に傾斜面１６ａが生じる場合でも、その傾斜面１６ａは、ブラックマトリクス１６が位置する領域に形成されることになる。つまり、図４に拡大して示すように、本実施形態の構成では、傾斜面１６ａの領域における液晶分子３２ｂに過度のプレチルト角が付与されても、その液晶分子３２ｂを透過した光（Ｌ３）は、ブラックマトリクス１６で吸収されることになる。ここで、傾斜面１６ａの領域以外における垂直配向膜１１の表面に位置する液晶分子３２ａには適切なプレチルト角が付与されている。
【００２５】
傾斜面１６ａの領域における液晶分子３２ｂ（すなわち、過度のプレチルト角が付与された液晶分子３２ｂ）を透過した光（Ｌ３）は、ブラックマトリクス１６に吸収される。一方で、カラーフィルタ層１４の中央部、および、ブラックマトリクス１６に近い部分の領域における液晶分子３２ａ（すなわち、適切なプレチルト角が付与された液晶分子３２ａ）を透過した光（Ｌ４及びＬ５）は、黒表示状態において偏光板４１でしっかりと遮断されることになる。特に、ブラックマトリクス１６の周辺で発生し得る光漏れを抑制することができる（光Ｌ５参照）。したがって、黒表示状態における光漏れを抑制することができ、コントラスト比が大きく低下するという問題を改善することができる。さらに述べると、本実施形態の液晶パネル１００では、ブラックマトリクス１６の周辺での光漏れの発生を抑制することができ、それゆえに、高コントラスト比の表示を実現することが可能となる。
【００２６】
なお、本実施形態の液晶パネル１００は、ブラックマトリクス１６が樹脂材料から構成されている場合において、その効果をより発揮させることができる。さらに説明すると、金属製のブラックマトリクス（例えば、酸化クロムなど）を用いた場合には、ブラックマトリクスの厚さを薄くすることが可能であり、それゆえに、図１及び図２に示した構成において、傾斜面１１４ｂの影響が少なく、その結果、黒表示状態における光漏れがそもそもあまり問題とならない場合がある。
【００２７】
黒色樹脂製のブラックマトリクス１６は、酸化クロム製のブラックマトリクスと比較して、環境への悪影響が少なく、低コストという利点を有しているが、ブラックマトリクス１６の厚さが厚くなってしまう（例えば、厚さ１μｍ〜１．５μｍ）。この厚さにより、図１及び図２に示した構成における傾斜面１１４ｂの影響が大きくなる。しかしながら、本実施形態の構成によれば、黒色樹脂製のブラックマトリクス１６の厚さが厚くなっても、黒表示状態における光漏れの問題を解決することができ、黒色樹脂製のブラックマトリクス１６を使用する上での利点を得ることができる。
【００２８】
次に、図５（ａ）から図６（ｂ）を参照しながら、本実施形態のカラーフィルタ基板１０の作製方法の一例について説明する。図５（ａ）から図６（ｂ）は、カラーフィルタ基板１０の作製方法を説明するための工程断面図である。
【００２９】
まず、平板状の光透過性材料からなる透光性基材（例えば、ガラス基板）１２を用意した後、図５（ａ）に示すように、カラーフィルタ層１４を構成する着色層１４ｂを形成する。ここでは、透光性基材１２の上に赤色レジスト１４ｂ（Ｒ）を例えば１．０〜２．５μｍの厚さで塗布し、次いで、乾燥させる。
【００３０】
次に、図５（ｂ）に示すように、赤色レジスト１４ｂ（Ｒ）をパターニングすることによって、赤色カラーフィルタ層１４（Ｒ）を形成する。具体的には、赤色カラーフィルタ層１４（Ｒ）の形状を規定する開口部７１を有するフォトマスク７０を基材１２の上方に配置し、そのフォトマスク７０を通して露光光（ＵＶ光）７３を赤色レジスト１４ｂ（Ｒ）に照射し、次いで、例えば、アルカリ現像液で現像することによって、赤色カラーフィルタ層１４（Ｒ）を得る。
【００３１】
同様の工程を繰り返して、図５（ｃ）に示すように、基材１２の上に、赤色カラーフィルタ層１４（Ｒ）に加えて、緑色カラーフィルタ層１４（Ｇ）、および、青色カラーフィルタ層１４（Ｂ）を形成する。なお、各カラーフィルタ層１４（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）の間には溝部１８が形成されるように、パターニングは実行される。
【００３２】
次に、図６（ａ）に示すように、各カラーフィルタ層１４（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）を覆うように、黒色樹脂レジスト１６ｂを基材１２の上に塗布し、次いで、乾燥させる。黒色樹脂レジスト１６ｂの厚さは、例えば、１．０μｍ〜２．０μｍである。ここでは、黒色樹脂レジスト１６ｂによって、溝部１８が充填され、具体的には、溝部１８の壁面１８ａおよび底面１８ｂを覆うように溝部１８に黒色樹脂レジスト１６ｂが形成され、そして、各カラーフィルタ層１４（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）の上に黒色樹脂レジスト１６ｂが形成される。
【００３３】
次に、図６（ｂ）に示すように、黒色樹脂レジスト１６ｂをパターニングすることによって、ブラックマトリクス１６を形成する。具体的には、ブラックマトリクス１６の形状を規定する開口部７６を有するフォトマスク７５を基材１２の上方に配置し、そのフォトマスク７５を通して露光光（ＵＶ光）７７を黒色樹脂レジスト１６ｂに照射し、次いで、例えば、アルカリ現像液で現像することによって、ブラックマトリクス１６を得る。
【００３４】
その後は、ブラックマトリクス１６およびカラーフィルタ層１４（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の上に、垂直配向膜１１を形成する。垂直配向膜１１は、例えば、インクジェット法、印刷法、スピンコート法などによって形成される。本実施形態の垂直配向膜１１は、有機配向膜（例えば、ポリイミド膜）であるが、無機配向膜（例えば、ＳｉＯｘを基本骨格とする無機配向膜など）を用いることも可能である。
【００３５】
続いて、別工程で作製したアレイ基板２０と、カラーフィルタ基板１０とを対向させるとともに、カラーフィルタ基板１０とアレイ基板２０との間に液晶層３０を形成する。また、本実施形態の液晶パネル１００では、ＰＳＡ（Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）技術を用いるので、両基板（１０、２０）と液晶層３０との界面に、液晶分子３２にプレチルト角を付与するポリマー構造物を形成する。具体的には、液晶分子３２および重合性組成物を含む材料を両基板（１０、２０）の間に注入した後、液晶層３０に電圧を印加して、液晶分子３２に所定のプレチルト角を付与した状態で、光重合や熱重合することによって当該ポリマー構造物を形成する。
【００３６】
液晶層３０を挟むカラーフィルタ基板１０とアレイ基板２０を含む構造体を形成した後は、カラーフィルタ基板１０とアレイ基板２０の外側に偏光板４１、４２を貼り付ける。ノーマリーホワイト型の場合には、偏光板４１、４２は、互いの偏光軸が直交するように配置される。このようにして、本実施形態の液晶パネル１００が得られる。
【００３７】
なお、上述した実施形態では、カラーフィルタ基板１０の作製方法において、フォトリソグラフィ技術を用いたが、これに限らず、インクジェット法またはその他の方法を用いて作製することも可能である。
【００３８】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、ブラックマトリクスの周辺での光漏れの発生を抑制し、高コントラスト比の表示を実現可能な、ＰＳＡ技術を用いた液晶パネルを提供することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０ カラーフィルタ基板
１１ 垂直配向膜
１２ 基材
１４ カラーフィルタ層
１４ａ カラーフィルタ層の端部
１４ｂ 着色層（レジスト）
１６ ブラックマトリクス
１６ａ 傾斜面
１６ｂ 黒色樹脂レジスト
１８ 溝部
１８ａ 溝部の壁面
１８ｂ 溝部の底面
２０ アレイ基板
２１ 垂直配向膜
３０ 液晶層
３２ 液晶分子
４１、４２ 偏光板
５０ バックライト
７０ フォトマスク
７５ フォトマスク
１００ 液晶パネル
１０００ 液晶パネル
【図１】
2011085752.tif 000003
【図２】
2011085752.tif 000004
【図３】
2011085752.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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