(57)【要約】【課題】カラーフィルタに起因する光漏れが軽減され、高いコントラストを示すＣＦＡ液晶表示装置を提供する。【解決手段】画素電極２０を駆動するためのスイッチング能動素子１２を有する基板１０上にカラーフィルタ１４が形成されたカラーフィルタオンアレイ基板Ｓ１と、対向電極２０’が形成された対向基板Ｓ２と、前記カラーフィルタオンアレイ基板Ｓ１と前記対向基板Ｓ２とのギャップに液晶材料ＬＣを封入した液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記カラーフィルタ１４が含有する色材がナノ顔料であることを特徴とする液晶表示装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素電極駆動するためのスイッチング能動素子を有する基板上にカラーフィルタが形成されたカラーフィルタオンアレイ基板と、対向電極が形成された対向基板と、前記カラーフィルタオンアレイ基板と前記対向基板とのギャップに液晶材料を封入した液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記カラーフィルタが含有する色材がナノ顔料であることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタオンアレイ型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー表示用液晶ディスプレイは、一般に、画素電極を駆動するためのスイッチング能動素子が形成されたアレイ基板と、その対向基板との間に液晶を封入した構成となっている。従来、カラーフィルタ及びブラックマトリクスは、対向基板上に形成されていたが、この構成では、ブラックマトリクスによる遮光のため、高輝度と高精細の両立が困難であった。
この問題を解決する一つの手段として、対向基板ではなく、アレイ基板上にカラーフィルタパターンを形成するカラーフィルタオンアレイ型（以下ＣＦＡ）液晶表示装置が提案されている。また、ＣＦＡ液晶表示装置の製造方法についても種々提案されている（例えば、特許文献１〜３）。
【０００３】
しかしながら、ＴＦＴ等のスイッチンク能動素子の形状は微細であり、素子間には複雑で且つ小さな隙間が存在するため、その隙間を埋めつつ、一様にカラーフィルタを形成するのは困難である。例えば、空隙が生じて、光散乱が増大してしまったり、また、表面凹凸が大きくなり、さらにその上に形成する配向膜等が乱れてしまう場合がある。いずれの場合も、結果として、光漏れが増加し、コントラストの低下を招く。
一方、特許文献４には、高コントラストと耐候性を有するカラーフィルタとして、所定の方法で形成した有機ナノ粒子を含有する着色感光性樹脂組成物の重合物を用いたことを特徴とするカラーフィルタが提案されている（特許文献４）。しかし、ＣＦＡ液晶表示装置への適用についてはなんら記載されていない。
【特許文献１】特開２００２−１６９１６７号公報
【特許文献２】特開２００２−３５０８３２号公報
【特許文献３】特開２００３−１６１９４８号公報
【特許文献４】特開２００７−０２３１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ＣＦＡ液晶表示装置のカラーフィルタに生じる空隙及び表面凹凸を低減することを課題とする。
また、本発明は、カラーフィルタに起因する光漏れが軽減され、高いコントラストを示すＣＦＡ液晶表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明の液晶表示装置は、画素電極駆動するためのスイッチング能動素子を有する基板上にカラーフィルタが形成されたカラーフィルタオンアレイ基板と、対向電極が形成された対向基板と、前記カラーフィルタオンアレイ基板と前記対向基板とのギャップに液晶材料を封入した液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記カラーフィルタが含有する色材がナノ顔料であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ＣＦＡ液晶表示装置のカラーフィルタに生じる空隙及び表面凹凸を低減することができる。
また、本発明によれば、カラーフィルタに起因する光漏れが軽減され、高いコントラストを示すＣＦＡ液晶表示装置を提供することができる。
【発明の実施の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本発明の液晶表示装置の一実施形態の液晶セル部の断面図を図１に示す。図１に示す、液晶セルは、カラーフィルタオンアレイ（ＣＦＡ）基板Ｓ１とその対向基板Ｓ２との間に液晶材料ＬＣを封入した構成である。ＣＦＡ基板Ｓ１は、ガラス板等の透明基板１０上に、スイッチング能動素子であるＴＦＴ１２を有し、さらにその上に、カラーフィルタパターン１４及びブラックマトリックス１６を有する。カラーフィルタ１４の上には、ＴＦＴ１２によって駆動される透明な画素電極２０及び液晶材料ＬＣの配向を制御する配向膜２２が、及びＴＦＴ１２と画素電極２０とを導通するコンタクトホール１８が形成されている。一方、対向基板Ｓ１は、ガラス等の透明基板１０’上に、ＩＴＯパターン等からなる対向電極２０’及び液晶材料ＬＣの配向を制御する配向膜２２’が形成されている。
【０００８】
ＴＦＴ１２は微細で且つ複雑な形状をしているので、ＴＦＴ１２間や、ＴＦＴ１２と透明基板１０との間には、小さな隙間が種々存在する。本実施形態では、カラーフィルタパターン１４が含有する色材がナノ顔料であるので、それらの隙間にも十分に色材が入り込み、空隙がなく、且つ表面の凹凸も軽減されている。
【０００９】
なお、本発明の液晶表示装置が有する液晶セルの構成は図１の構成に限定されるものではない。例えば、図１では、ブラクマトリックスがＣＦＡ基板上に形成されているが、対向基板Ｓ２上に形成されていてもよい。
【００１０】
次に、本発明に利用可能なカラーフィルタパターンの製造に用いられる材料及び方法について説明する。
本発明では、カラーフィルタをアレイ基板の表面に形成する際に、色材としてナノ顔料を用いる。ナノ顔料は、その粒径がナノオーダーの顔料であり、即ち、その粒径が５０ｎｍ以下の顔料をいう。粒径の下限値については特に制限はなく、高コントラスト化の観点からは、粒径が小さいほど好ましい。但し、粒径が小さ過ぎると、顔料の分散安定性が損なわれ、凝集等により、かえってコントラストの低下が生じる場合がある。従って、製造安定性の観点からは、ナノ顔料は、数平均粒径が１〜５０ｎｍのものが好ましく、更に１０〜４０ｎｍのものが好ましい。
なお、「粒径」は、電子顕微鏡写真画像を同面積の円としたときの直径を言い、「数平均粒径」とは多数の粒子について該粒径を求め、この１００個平均値を言う。
【００１１】
前記ナノ顔料は、良溶媒に有機材料を溶解した有機材料溶液と、前記良溶媒と相溶性でありかつ前記有機材料に対しては貧溶媒となる溶媒とを混合し析出させた、有機材料のナノ顔料であるのが好ましい。この方法については、詳細が、特開２００７−２３１６８号公報及び同２００７−２３１６９号公報に記載されていて、本発明に利用することができる。また、ナノ顔料の製造に用いられる材料についても該公報に記載の種々の材料を用いることができる。
【００１２】
前記カラーフィルタパターンの製造には、ナノ顔料とともに感光性材料を含有する着色感光性材料を用いてもよい。着色感光性材料の調製に用いる各成分としては、アルカリ可溶性バインダー、モノマーもしくはオリゴマー、及び光重合開始剤系等が挙げられる。前記着色感光性材料の調製には、前記アルカリ可溶性バインダーの存在下で、良溶媒に有機材料を溶解した有機材料溶液と、前記良溶媒と相溶性でありかつ前記有機材料に対しては貧溶媒となる溶媒とを混合し析出させた、ナノ顔料を用いるのが好ましい。着色感光性材料の調製方法、及びそれに用いられる特開２００７−２３１６８号公報に記載があり、本発明にも利用することができる。
【００１３】
本発明に用いるカラーフィルタオンアレイ基板の製造方法の一例は、スイッチング能動素子を有する基板の表面に、ナノ顔料を含有する流体を配置して形成する方法である。スイッチング能動素子を有する基板の表面に、固体の材料を接触させるより、流体の材料を接触させたほうが、ナノ顔料がスィッチング能動素子の隙間に侵入し易くなり、より空隙のないカラーフィルタとなる。
ナノ顔料を含有する流体を基板面に配置する手段としては、シリンジの利用及び、スピンコート等の塗布手段の利用が挙げられる。また、インクジェット手段を用いてもよい。インクジェット用のインクは、ナノ顔料をビヒクルに添加して調製することができる。インクジェット手段を用いると、露光、現像工程が不要になるので好ましい。
【００１４】
本発明に用いるカラーフィルタオンアレイ基板の製造方法の他の例は、ナノ顔料を含有する感光性樹脂層からなる層を、転写材料からアレイ基板面に転写する方法である。転写材料を用いてカラーフィルタパターンを形成すると、表面平滑性がより改善されるので好ましい。この方法の詳細、及びこの方法に用いられる転写材料等については、特開２００７−２３１６８号公報に記載があり、本発明にも利用することができる。
【実施例】
【００１５】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。
［有機ナノレッド（Ｒ）顔料の調製］
・有機ナノＲ顔料の調製
ジメチルスルホキシド（和光純薬社製）１０００ｍｌに、ナトリウムメトキシド２８％メタノール溶液５０．０ｍｌ、顔料Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４（Ｉｒｇａｐｈｏｒ  Ｒｅｄ  ＢＴ−ＣＦ、商品名、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ（株）社製）５０ｇ、及びポリビニルピロリドン（Ｋ−３０、商品名、和光純薬社製）８５．０ｇを添加して、顔料溶液Ａ（密度：  １．０ｋｇ／ｍ2）を調製した。この顔料溶液Ａを、ビスコメイトＶＭ−１０Ａ−Ｌ（商品名、ＣＢＣマテリアルズ社製）を用いて粘度を測定した結果、顔料溶液Ａの液温が２５．０℃のときの粘度が１８．２ｍＰａ・ｓであった。これとは別に貧溶媒として、１ｍｏｌ／ｌ塩酸（和光純薬社製）１６ｍｌを含有した水１５００ｍｌを用意した。
【００１６】
ここで、２５℃に温度コントロールし、ＧＫ−０２２２−１０型ラモンドスターラー（商品名、藤沢薬品工業社製）により５００ｒｐｍで攪拌した貧溶媒の水１５００ｍｌに、顔料溶液ＡをＮＰ−ＫＸ−５００型大容量無脈流ポンプ（商品名、日本精密化学社製）を用いて注入した。顔料溶液Ａの送液配管の流路径及び供給口径を０．８ｍｍとし、その供給口を貧溶媒中に入れ、流速１００ｍｌ／ｍｉｎで１００ｍｌ注入することにより、有機顔料粒子を形成し、顔料分散液Ａを調製した。
【００１７】
上記の手順で調製した、顔料ナノ粒子分散液を（株）コクサン社製Ｈ−１１２型遠心濾過機および敷島カンバス（株）社製Ｐ８９Ｃ型ロ布を用いて５０００ｒｐｍで９０分濃縮し、得られた顔料ナノ粒子濃縮ペーストを回収した。
ペーストの顔料含率をアジレント（Ａｇｉｌｅｎｔ）社製８４５３型分光光度計を用いて測定したところ、１６．４質量％であった。乳酸エチル５０．０ｍＬに特開２０００−２３９５５４号公報に従い合成した顔料分散剤Ａ（一般式（Ｄ１）で表される化合物の例示化合物（７．））  ０．１ｇ、高分子化合物Ｃ−１を２．６ｇを添加した溶液を、上記顔料ナノ粒子濃縮ペースト１４．５ｇに加え、ディソルバーで１５００ｒｐｍ・６０分攪拌後、酢酸エチル２５．０ｃｃを添加し、さらにディゾルバーで５００ｒｐｍ・１０分攪拌後、住友電工ファインポリマ社製ＦＰ−０１０型フィルタを用いて、ろ過することにより、ペースト状の濃縮Ｒ顔料液Ａ（ナノＲ顔料濃度３５．８質量％）を得た。
【００１８】
前記ペースト状の濃縮Ｒ顔料液Ａを用い、下記組成のＲ顔料分散組成物Ａを調製した。
前記ペースト状の濃縮Ｒ顔料液Ａ                        １８．０ｇ
１，３ブチレングリコールジアセテート                  ４６．３ｇ
【００１９】
上記組成のＲ顔料分散組成物ＡをモーターミルＭ−５０（アイガー・ジャパン社製）で、直径０．６５ｍｍのジルコニアビーズを用い、周速９ｍ／ｓで１時間分散して用いた。
【００２０】
［比較例用有機レッド（Ｒ）顔料の調製］
下記の様にビーズミル分散機を用いて、下記組成のＲ顔料分散組成物Ｉを調製した。
顔料（ピグメントレッド２５４）                        ６．４３ｇ
顔料分散剤Ａ                                          ０．２６ｇ
ポリビニルピロリドン                                  ７．１０ｇ
メタクリル酸／メタクリル酸ベンジル共重合体＊          １４．９ｇ
（＊モル比２８／７２、質量平均分子量：３万、
４０％１−メトキシ−２−プロピルアセテート溶液）
１，３ブチレングリコールジアセテート                  ３５．８０ｇ
【００２１】
上記調製したＲ顔料分散液Ａ及びＩについて、ナノトラックＵＰＡ−ＥＸ１５０（商品名、日機装社製）を用いて、数平均粒径Ｍｎを測定したところ、Ｒ顔料分散液Ａは数平均粒径が２６ｎｍであり、一方、Ｒ顔料分散液Ｉは数平均粒径が５８ｎｍであった。
【００２２】
［実施例１］
ＴＦＴアレイ基板上に着色感光性樹脂（ＣＦＰＲ−７０８Ｓ、東京応化（株）製、体積固有抵抗１．０×１０８Ω・ｃｍ）をスピンコーティングし、露光・現像を行ない、ブラックマトリクス（ＢＫ）パターンを形成した。同様に前記アレイ基板上にさらに、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の着色感光性樹脂（ＣＭ７０００、富士フイルムオーリン（株）製、体積固有抵抗１．０×１０１４Ω・ｃｍ）のそれぞれを用い、同様の手法でＧパターン及びＢパターンを形成した。また、Ｒパターンについては、上記Ｒ顔料分散物Ａを用いて、着色感光性樹脂を調製し、同様の手法で形成した。この様にしてカラーフィルタパターンを形成した。
その後、画素ＩＴＯパターンを形成し、さらにその上に配向膜を形成して、カラーフィルタオンアレイ基板Ｎｏ．１を得た。
別途、基板上にＩＴＯパターンを蒸着により形成した後、配向膜を形成し、対向基板を得た。
両基板の配向膜にラビングによる配向処理を施した後、ラビング処理面を対向面として、両基板をスペーサーにより隔てて貼り合せ、空セルを形成した。空セルに真空注入法により液晶注入後、封止して、図１と同様の構成の液晶セルを作製した。
【００２３】
［実施例２］
緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の着色感光性樹脂（ＣＭ７０００、富士フイルムオーリン（株）製）のそれぞれを、幅３００ｍｍのＰＥＴ製ベースフィルムにコーティングし、Ｇパターン用及びＢパターン用の転写フィルムをそれぞれ作製した。また、Ｒパターン用転写材料については、上記Ｒ顔料分散物Ａを用いて、着色感光性樹脂を調製し、同様の手法で作製した。
ＴＦＴ基板（基板サイズ３２０ｍｍ×４００ｍｍ×０．７ｍｍ、信号配線形成部幅２９０ｍｍ）に、上記ＲＧＢ転写フィルムのそれぞれを、ゴムロール温度１３０℃、圧力１．６ＭＰａで熱圧着した。フィルムを基板端部で切断した後、ベースフィルムの剥離除去を行った。ベースフィルム剥離後、露光・現像を行ない、ＲＧＢ画素パターンを形成した。その後、同様の手法で形成したＢＫの転写フィルム（ＣＫ−Ａ０２９、富士フイルムオーリン（株）製）を用い、額縁パターン及びＴＦＴ遮光パターンを形成した。その後、画素ＩＴＯパターンを形成し、さらにその上に配向膜を形成して、カラーフィルタオンアレイ基板Ｎｏ．２を得た。
実施例１と同様にして対向基板を作製し、カラーフィルタオンアレイ基板Ｎｏ．１をＮｏ．２に代えた以外は、実施例１と同様にして図１の構成の液晶セルを作製した。
【００２４】
［実施例３］
ＴＦＴアレイ基板上に、パネルギャップ形成のための導電性柱状樹脂（ＮＮ７００、ＪＳＲ（株）製に導電性銀フィラーを添加）パターンを、ドレイン電極上に５μｍの膜厚で形成した。次に、黒色感光性樹脂（ＣＫ−Ｓ６９９Ｂ、富士フイルムオーリン（株）製、体積固有抵抗１．０×１０14Ω・ｃｍ）を用い厚さ１．０μｍ、ＯＤ３．０のブラックマトリクスを形成した。この際、ブラックマトリクスパターンを、先に形成される柱状樹脂パターンの上面に重なり、かつ柱状樹脂パターンの側面にかからないようにパターン設計する。
次に、前記ブラックマトリクスで囲まれた凹部に、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のカラーレジスト（ＣＭ７０００、富士フイルムオーリン（株）製、体積固有抵抗１．０×１０14Ω・ｃｍ）をシリンジで滴下し、厚さ１μｍのＧ及びＢパターンを形成した。Ｒパターンの形成には、上記Ｒ顔料分散物Ａを用いて調製したカラーレジストを用いた。この様にして、ＲＧＢカラーフィルタパターンを形成した。
その後、画素ＩＴＯ電極パターンを前記柱状樹脂パターン上面に重ならないように、かつ側面に重なるように蒸着により形成し、さらに配向膜を形成して、カラーフィルタオンアレイ基板Ｎｏ．３を得た。
実施例１と同様にして対向基板を作製し、カラーフィルタオンアレイ基板Ｎｏ．１をＮｏ．３に代えた以外は、実施例１と同様にして図１の構成の液晶セルを作製した。
【００２５】
［比較例１］
Ｒパターンの形成用の着色感光性樹脂の調製時に、Ｒ顔料分散物Ａに代えてＲ顔料分散物Ｉを用いた以外は、実施例１と同様にしてカラーフィルタパターンを形成し、同様にして液晶セルを作製した。
【００２６】
［評価］
・表面性状評価
上記実施例及び比較例でカラーフィルタオンアレイ基板を作製中、ＲＧＢカラーフィルタパターンを形成した時点で、カラーフィルタパターンの表面性状を、ＡＭＦ顕微鏡で観察した。結果を下記表１に示す。
・コントラスト評価
バックライトユニットとして３波長冷陰極管光源（東芝ライテック（株）社製ＦＷＬ１８ＥＸ−Ｎ）に拡散板を設置したものを用い、２枚の偏光板（（株）サンリッツ社製の偏光板ＨＬＣ２−２５１８）の間に実施例及び比較例で作製した液晶セルを置き、一方の偏光板を回転させた時の透過光量が最小となる状態の透過光量を目視評価することでコントラストを評価した。結果を下記表１に示す。なお、表中、「○」は透過光量が小さい、及び「△」は透過光量が大きいことを意味する。
【００２７】
【表１】
2008242359.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の液晶表示装置の一例の液晶セル部の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０、１０’  透明基板
１２          スィッチング素子
１４          カラーフィルタパターン
１６          ブラックマトリックス
１８          コンタクトホール
２０、２０’  電極
２２、２２’  配向膜
Ｓ１          カラーフィルタオンアレイ基板
Ｓ２          対向基板
ＬＣ          液晶層
【図１】
2008242359.tif 000004