(57)【要約】【課題】  液晶パネルを組み立てることなくフォトスペーサ及び液晶パネルの耐振動性を評価することを可能とするフォトスペーサの耐振動性試験方法を提供すること。【解決手段】  光硬化性樹脂組成物のフォトリソグラフィーにより形成され、液晶表示装置の液晶層を挟持する一対の基板間に介在してその間隙を保持するフォトスペーサの耐振動性を試験する方法において、基板上に形成されたフォトスペーサ試料に、微小硬度計により所定の荷重の負荷及び除荷を所定回数繰り返し行った後のフォトスペーサ試料の外観を観察し、損傷の有無によりフォトスペーサ試料の耐振動性を判定することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化性樹脂組成物のフォトリソグラフィーにより形成され、液晶表示装置の液晶層を挟持する一対の基板間に介在してその間隙を保持するフォトスペーサの耐振動性を試験する方法において、基板上に形成されたフォトスペーサ試料に、微小硬度計により所定の荷重の負荷及び除荷を所定回数繰り返し行った後のフォトスペーサ試料の外観を観察し、損傷の有無によりフォトスペーサ試料の耐振動性を判定することを特徴とするフォトスペーサの耐振動性試験方法。
【請求項２】
前記フォトスペーサ試料の損傷は、割れ又は上底の欠けであることを特徴とする請求項１に記載のフォトスペーサの耐振動性試験方法。
【請求項３】
液晶表示装置の耐振動性試験の代替として行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のフォトスペーサの耐振動性試験方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のフォトスペーサの耐振動性試験方法により判定された耐振動性を有するフォトスペーサ用光硬化性樹脂組成物であって、アクリレート系共重合樹脂、多官能性モノマー、光重合開始剤、溶剤、及びシリカ微粒子を含有し、前記シリカ微粒子は、固形分の０．５重量％以上、１０重量％未満含まれることを特徴とするフォトスペーサ用光硬化性樹脂組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置のフォトスペーサの耐振動性試験方法及びフォトスペーサ用光硬化性樹脂組成物に係り、特に、負荷除荷繰り返し試験を用いたフォトスペーサの耐振動性試験方法、及びこの試験方法を用いて開発されたフォトスペーサ用光硬化性樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液晶表示装置においては、カラーフィルタ基板と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板の間に収容される液晶層の厚みを一定に維持するために、スペーサと呼ばれるガラスや樹脂の透明球状体粒子（ビーズ）を散布していた。しかし、このスペーサは透明な粒子であることから、黒色表示時にスペーサ粒子を介して光が漏れてしまい、また、液晶が封入されている両基板間にスペーサ粒子が存在することによって、スペーサ粒子近傍の液晶分子の配向が乱され、この部分で光漏れを生じ、液晶表示装置のコントラストが低下して、表示品質に悪影響を及ぼすといった問題があった。また、例えば強誘電性液晶のように、両基板間の間隔（液晶層の厚み）が狭い液晶表示装置においては、このスペーサ粒子を用いて両基板間の間隔を均一に精度よく保つことが困難であった。
【０００３】
このような問題を解決する技術として、カラーフィルタ基板上の所望の位置、例えば、画素間に位置する格子パターン状のブラックマトリクス上に、例えば、感光性樹脂膜をフォトリソグラフィー法によりパターニングすることにより、柱状の樹脂スペーサを形成する方法が提案されている。このようなスペーサは、フォトスペーサと呼ばれ、画素を避けた位置に形成できるので、上記のような表示品質に悪影響を及ぼすことがなくなり、表示品質の向上を望むことができる。このようなフォトスペーサを形成するための樹脂組成物として、特許文献１〜３に開示されているものがある。
【０００４】
フォトスペーサを有する液晶表示装置において、その製造工程や使用中に生ずる応力によりフォトスペーサに割れが発生し、これが原因の表示不良が生ずることがある。これはフォトスペーサの耐振動性が劣っているためであり、優れた耐振動性フォトスペーサを形成可能な樹脂組成物の開発が望まれている。
【０００５】
フォトスペーサの耐振動性を確認する方法として、次のような方法がある。即ち、フォトスペーサを有するカラーフィルタ基板を用いて液晶表示パネルを作製し、このパネルの両端を固定し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に３．５Ｇの加速度で振動を一定時間加えた後、表示画像のギャップムラや色ムラ、輝点不良、コントラスト低下等の表示品位を観察及び測定する。ギャップムラや色ムラ、輝点不良、コントラスト低下等が認められた場合には、割れや上底欠け等のフォトスペーサの損傷が生じているものと判定する。
【０００６】
しかし、このようなフォトスペーサの耐振動性の確認方法では、液晶パネルを組み立てた後に試験を行う必要があるため、液晶パネルの製造を行わないカラーフィルタ製造メーカー等によっては、フォトスペーサ材料の開発段階で、耐振動性の確認を行うことはできないという不都合があった。
【特許文献１】特開２００２−１７４８１２号公報
【特許文献２】特開２００５−２９２２６９号公報
【特許文献３】特開２００５−２９２２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、液晶パネルを組み立てることなく、フォトスペーサ及び液晶パネルの耐振動性を評価することを可能とする、フォトスペーサの耐振動性試験方法、及びそのような耐振動性試験方法により判定された耐振動性を有するフォトスペーサ用光硬化性樹脂組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、光硬化性樹脂組成物のフォトリソグラフィーにより形成され、液晶表示装置の液晶層を挟持する一対の基板間に介在してその間隙を保持するフォトスペーサの耐振動性を試験する方法において、基板上に形成されたフォトスペーサ試料に、微小硬度計により所定の荷重の負荷及び除荷を所定回数繰り返し行った後のフォトスペーサ試料の外観を観察し、損傷の有無によりフォトスペーサ試料の耐振動性を判定することを特徴とするフォトスペーサの耐振動性試験方法を提供する。
【０００９】
このようなフォトスペーサの耐振動性試験方法において、フォトスペーサ試料の損傷は、割れ又は上底の欠けである。また、このフォトスペーサの耐振動性試験方法は、液晶表示装置の耐振動性試験の代替として行うことができる。
【００１０】
本発明の他の態様は、上記フォトスペーサの耐振動性試験方法により判定された耐振動性を有するフォトスペーサ用光硬化性樹脂組成物であって、アクリレート系共重合樹脂、多官能性モノマー、光重合開始剤、溶剤、及びシリカ微粒子を含有し、前記シリカ微粒子は、固形分の０．５重量％以上、１０重量％未満含まれることを特徴とするフォトスペーサ用光硬化性樹脂組成物を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、フォトスペーサに対し負荷除荷繰り返し試験を行うことにより、液晶パネルを組み立てることなく、フォトスペーサ及び液晶パネルの耐振動性を評価することが可能である。また、このような評価により、耐振動性を有するフォトスペーサ用光硬化性樹脂組成物を開発することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
本発明の第１の実施形態に係るフォトスペーサの耐振動性試験方法は、微小硬度計により所定の荷重の負荷及び除荷を所定回数繰り返し行った後のフォトスペーサ試料の外観を観察する、いわゆる負荷除荷繰り返し試験を用いることを特徴とする。
【００１４】
即ち、例えばガラス基板上に光硬化性樹脂組成物の膜を塗布した後、フォトリソグラフィーによりパターニングし、所定のサイズのフォトスペーサを形成し、フォトスペーサ試料とする。このフォトスペーサ試料に、微小硬度計を用いて、平面圧子で所定の荷重の負荷及び除荷を、所定の負荷除荷速度で、所定回数、例えば５０〜２００回繰り返し行う。その後、フォトスペーサの外観を光学顕微鏡で観察して、フォトスペーサの損傷の有無を調べる。
【００１５】
フォトスペーサの損傷としては、フォトスペーサの割れやフォトスペーサの上底の欠け等がある。負荷除荷繰り返し試験を行うと、用いた圧子とフォトスペーサとが何度もぶつかることで、フォトスペーサの割れやフォトスペーサの上底の欠け等が発生するのである。
【００１６】
フォトスペーサを備える液晶表示パネルにおいて、外部から振動が加わると、ＴＦＴ基板とフォトスペーサとがぶつかり、フォトスペーサの割れやフォトスペーサの上底の欠け等が発生する。このようなフォトスペーサの損傷が生じると、画像のギャップムラ、色ムラ、輝点不良、コントラスト低下等が生じる。従って、外部から振動が加わっても損傷が生じない耐振動性の高いフォトスペーサを形成するための光硬化性樹脂組成物の開発が望まれる。
【００１７】
従来は、フォトスペーサの耐振動性を判定するのに、液晶表示パネルを振動試験に供し、画像品位を確認してフォトスペーサの損傷の有無を推定していた。従って、耐振動性の高いフォトスペーサを形成するための光硬化性樹脂組成物を開発するにあたっては、光硬化性樹脂組成物試料により形成されたフォトスペーサを用いて液晶表示パネルを組み立て、この液晶表示パネルに耐振動性試験を行い、耐振動性を判定していた。即ち、フォトスペーサの耐振動性を判定するのに液晶表示パネルを組み立てる必要があり、厄介であった。
【００１８】
本発明者らは、液晶表示パネルに外部から振動が加わり、フォトスペーサの割れやフォトスペーサの上底の欠け等が発生する現象が、微小硬度計により所定の荷重の負荷及び除荷を所定回数繰り返し行う、いわゆる負荷除荷繰り返し試験における、圧子とフォトスペーサとがぶつかることでフォトスペーサの割れやフォトスペーサの上底の欠け等が発生する現象と類似であることを見出した。そして、このような知見の下に、液晶表示パネルの振動試験の代替試験として、フォトスペーサ試料の負荷除荷繰り返し試験が効果的であることを見出した。
【００１９】
このようなフォトスペーサの負荷除荷繰り返し試験によると、フォトスペーサの耐振動性を容易に判定することができるため、耐振動性の高いフォトスペーサを形成するための光硬化性樹脂組成物の開発をより効率的に行うことが可能となる。
【００２０】
本発明の第２の実施形態は、以上のフォトスペーサの負荷除荷繰り返し試験を用いて開発された光硬化性樹脂組成物を提供する。
【００２１】
即ち、この光硬化性樹脂組成物は、アクリレート系共重合樹脂、多官能性モノマー、光重合開始剤、溶剤、及びシリカ微粒子を含有し、シリカ微粒子は、固形分の０．５重量％以上、１０重量％未満含まれることを特徴とするものである。この光硬化性樹脂組成物を用いることにより、非常に高い耐振動性を有するフォトスペーサを形成することができる。
【００２２】
シリカ微粒子の固形分中の配合量が０．５重量％未満では、フォトスペーサの復元率が低くなり、１０重量％以上では、フォトスペーサが硬く、脆くなり、振動により割れや上底の欠けが発生し易くなる。
【００２３】
本実施形態に係る光硬化性樹脂組成物に含まれるアクリレート系共重合樹脂としては、例えば、ポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、ポリアクリルアミドを骨格とするウレタン（メタ）アクリレート、ポリブタジエンを骨格とするウレタン（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート化合物、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ポリ（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。これらのアクリレート系共重合樹脂は、単独でまたは２種以上を併用して使用することができる。アクリレート系共重合樹脂の配合量は、組成物量の０．０〜７５．０重量％であるのが好ましい。
【００２４】
多官能性モノマーとしては、例えば、エチレンジグリコール（メタ）アクリレート、プロピレンジグリコール（メタ）アクリレート類、ブチレンジグリコール（メタ）アクリレート類、ヘキシレンジグリコール（メタ）アクリレート類、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート類、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート類、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性グリセロール（メタ）アクリレート、グリセロールジ（メタ）アクリレート、グリセロールトリ（メタ）アクリレート、アリル（メタ）アクリレート、メタアリル（メタ）アクリレート、トリアリル（イソ）シアヌレート、トリアリルトリメライト、ジビニルベンゼン類、ジ（メタ）アリルフタレート類、ジ（メタ）アクリロイルオキシエチルフタレート、ビニルフェニル（メタ）アリルエーテル、メチレンビス（メタ）アリルアクリルアミド等が挙げられる。これらの多官能性モノマーは、単独でまたは２種以上を併用して使用することができる。多官能性モノマーの配合量は、組成物量の２５．０〜９９．９重量％であるのが好ましい。
【００２５】
光重合開始剤としては、例えばアセトフェノン、２,２’−ジエトキシアセトフェノン、ｐ−ジメチルアセトフェノン、ｐ−ジメチルアミノプロピオフェノン、ジクロロアセトフェノン、トリクロロアセトフェノン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルアセトフェノン等のアセトフェノン類、ベンゾフェノン、２−クロロベンゾフェノン、ｐ，ｐ’−ビスジメチルアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン類、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾインエーテル類、ベンジルジメチルケタール、チオキサンソン、２−クロロチオキサンソン、２,４−ジエチルチオキサンソン、２−メチルチオキサンソン、２−イソプロピルチオキサンソン等の硫黄化合物、２−エチルアントラキノン、オクタメチルアントラキノン、１,２−ベンズアントラキノン、２,３−ジフェニルアントラキノン等のアントラキノン類、２,４−トリクロロメチル−（４’−メトキシフェニル）−６−トリアジン、２,４−トリクロロメチル−（４’−メトキシナフチル）−６−トリアジン、２,４−トリクロロメチル−（ピペロニル）−６−トリアジン、２,４−トリクロロメチル−（４’−メトキシスチリル）−６−トリアジン等のトリアジン類、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、クメンパーオキシド等の有機過酸化物、２−メルカプトベンゾイミダゾール、２−メルカプトベンゾオキサゾール、２−メルカプトベンゾチアゾール等のチオール化合物等が挙げられる。これらの光重合開始剤は、単独でまたは２種以上を併用して使用することができる。光重合開始剤の配合量は、組成物量の０．１〜２０．０重量％であるのが好ましい。
【００２６】
溶剤としては、例えば、アルコール類、セロソルブ類、ケトン類、セロソルブアセテート類、エーテル類、炭化水素類、および、水等が挙げられる。これらは１種のみ用いてもよいし２種以上併用してもよい。
【００２７】
また、以上の光硬化性樹脂組成物には、単独では光重合開始剤として機能しないが、上記光重合開始剤と組合せて使用することで光重合開始剤の能力を増大させる化合物を、光重合開始助剤として添加できる。そのような化合物としては、例えばベンゾフェノンと組合せて使用すると効果のあるトリエタノールアミン等の３級アミンが挙げられる。
【００２８】
以上のような光硬化性樹脂組成物をカラーフィルタ基板上に塗布し、パターン露光、現像というフォトリソグラフィー法を適用することにより、カラーフィルタ基板上の所望の位置に、例えば柱状のフォトスペーサを形成することができる。
【００２９】
図１は、本発明の第３の実施形態に係るカラーフィルタ基板の断面構造を表す概略図であり、このカラーフィルタ基板は、以上説明したフォトスペーサを備えるものである。
【００３０】
図１において、透明基板１上にはブラックマトリックス２が形成され、このブラックマトリックス２により区分された領域に、赤色着色層Ｒ、緑色着色層Ｇ、及び青色着色層Ｂからなる着色層３が設けられている。全面に透明電極４が形成されているとともに、この透明電極４上のブラックマトリックス２に対応する部分に、フォトスペーサ５が設けられている。
【００３１】
以上のように構成されるフォトスペーサ付きカラーフィルタ基板を構成する透明基板１としては、例えばガラスやプラスチック板やフィルムなど用いることができる。近年、透過性、耐薬品性に優れたプラスチック基板の提案もなされているが、一般的には熱膨張率が小さく、高温での寸法精度に優れている無アルカリガラスが好ましく用いられる。
【００３２】
また、ブラックマトリックス２は、光漏れによるコントラストの低下を防ぐ目的で各色の画素間や着色層の形成領域の外側に例えばストライプ状、または格子状等の形状で設けられている。このようなブラックマトリックスの形成方法としては、クロム、酸化クロムの多層蒸着薄膜をパターニングして形成する方法やカーボンブラックなどの遮光性顔料を分散させた樹脂ＢＭレジストを用い、通常のフォトリソグラフィー法によって形成する方法などが知られている。
【００３３】
着色層３を構成する赤色着色層Ｒ、緑色着色層Ｇ、及び青色着色層Ｂは、ブラックマトリックスの形状に応じて、例えばドット状あるいはストライプ状に、色毎に順に配列して設けられる。
【００３４】
各色とも顔料分散レジストを用い、フォリソグラフィー法によって、上述のドット状あるいはストライプ状のような所定のパターン形状に形成することができる。即ち、1つのフィルター色の顔料を含んだレジストをガラス等の基板上に塗布し、パターン露光、現像を行うことで１色目のカラーフィルタ層のパターン形成を行う。これを３色分繰り返すことによって着色層３を得ることが可能である。
【００３５】
フォトスペーサ５は、上述した光硬化性樹脂組成物の膜をフォリソグラフィー法によってパターニングすることにより形成され、その際の現像は、有機溶剤を用いてもよい、環境的な配慮から水あるいはアルカリ水溶液を用いることが好ましい。しかし、水現像では用いる樹脂の親水性が高いために作製したフォトスペーサの耐水性が弱いなどの欠点を有する。従って、アルカリ水溶液を使用し、それに適した樹脂および感光性材料の組成を用いることが好ましい。
【００３６】
アルカリ水溶液には、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の無機塩の水溶液、ヒドロキシテトラメチルアンモニウム、ヒドロキシテトラエチルアンモニウムなどの有機塩の水溶液を用いることができる。これらを単独または２種以上組み合わせて用いることができる。また、このようなアルカリ現像可能な感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂、重合性モノマー、光重合開始剤を主成分とする組成に、必要に応じて、レベリング剤、溶剤、連鎖移動剤、重合禁止剤、粘度調整剤などの添加剤を加えて調製することができる。
【００３７】
実施例
以下に実施例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこの内容に限定されるものではない。
【００３８】
下記表１による配合組成のフォトスペーサ作製用感光性組成物を調製した。
【表１】
2008304322.tif 000003
【００３９】
なお、各成分は、次のような化合物または商品名のものである。
【００４０】
樹脂Ａ：メタクリル酸／メタクリレート共重合体
多官能モノマーＢ：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
Ｉｒｇ  ９０７：イルガキュアー９０７（チバ・スペシャリティー・ケミカル社製)
ＰＧＭ−Ａｃ：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(沸点：１４６℃)
なお、シリカ微粒子としては平均粒径１００ｎｍ以下のものを、シクロヘキサノンは、沸点１５６℃のものを用いた。
【００４１】
(負荷除荷繰り返し試験)  
調製した５種の感光性組成物をガラス基板上に塗布し、パターニングして、下底線幅２０μｍ、上底線幅１１μｍ、高さ４μｍの５種のフォトスペーサ試料を作製した。
【００４２】
フォトスペーサ試料について、次のような負荷除荷繰り返し試験を行った。即ち、微小硬度計(ＤＵＨ−２０１：島津製作所社製)により、平面圧子を用いて負荷及び除荷を繰り返した後のフォトスペーサ試料の外観を観察した。その結果を下記表２に示す。なお、試験条件は下記に示す通りである。
【００４３】
最大荷重：１００ｍＮ
負荷除荷：１３．２Ｎ／秒
保持時間：１秒
繰り返し回数：１００回
（パネル振動試験)
上記感光性組成物を用いてフォトスペーサを形成したカラーフィルタ基板とＴＦＴ基板とをシール材で貼り合せて作製した液晶セルに液晶を注入し、液晶パネルを製造した。この液晶パネルの両端を固定し、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に３．５Ｇの加速度で１時間振動させた後、目視により液晶パネルの表示品位を判定した。
【００４４】
また、液晶パネルを分解して、フォトスペーサの外観を観察した。
【００４５】
評価判定基準は下記の通りである。
【００４６】
１．フォトスペーサの外観（負荷除荷繰り返し試験、パネル振動試験）
○：異常なし（割れ、上底欠け等の損傷なし）
×：異常あり（割れ、上底欠け等の損傷発生）
２．表示品位（パネル振動試験）
○：異常なし（ギャップムラ、色ムラ、輝点不良、コントラスト低下なし）
×：異常あり（ギャップムラ、色ムラ、輝点不良、コントラスト低下あり）
以上の試験結果を下記表２に示す。
【表２】
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【００４７】
上記表２から、負荷除荷繰り返し試験とパネル振動試験とは、評価結果が同一であり、密接な相関を示しており、本発明の負荷除荷繰り返し試験は、パネル振動試験の代替として使用可能であることがわかる。
【００４８】
また、シリカ微粒子が固形分の１０重量％未満の光硬化性組成物（実施例１〜３）を用いた場合に異常がないが、１０重量％以上の光硬化性組成物（比較例１、２）を用いた場合に異常が見出されており、固形分の１０重量％未満のシリカ微粒子を含む光硬化性組成物（実施例１〜３）は、耐振動性の高いフォトスペーサを形成可能であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態に係るフォトスペーサ付きカラーフィルタの一例を表す概略的な断面図
【符号の説明】
【００５０】
１…透明基板、２…ブラックマトリックス、３…着色層、Ｒ…赤色着色層、Ｇ…緑色着色層、Ｂ…青色着色層、４…透明電極、５…フォトスペーサ。
【図１】
2008304322.tif 000005