(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示に用いられる分割配向用基板であって、液晶の分割配向のために基板表面に形成された突起が、少なくともフィラー、及び樹脂から構成されていることを特徴とする分割配向用基板。
【請求項２】
前記フィラーが、バライト、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカおよびタルクの群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１記載の分割配向用基板。
【請求項３】
前記突起の体積抵抗率が１０7 Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の分割配向用基板。
【請求項４】
前記突起を構成する樹脂がポリイミド系樹脂またはアクリル系樹脂であることを特徴とする請求項１記載の分割配向用基板。
【請求項５】
分割配向用基板がカラーフィルター基板であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の分割配向用基板。
【請求項６】
分割配向用基板が電極基板であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の分割配向用基板。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の分割配向用基板を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分割配向のための突起及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置の大画面化やモニタ用途への展開に伴い視野角の拡大が求められている。液晶分子の傾きが一方向だけであると液晶分子が傾いた方向において視野角の非対称性が大きく、かつ視野角が小さくなる。分割配向とは液晶表示装置の１画素内を複数の領域に分け、各領域で液晶分子の傾きを変える技術である。分割配向技術としてはフォトリソグラフィーを利用して液晶配向膜のラビングの向きが異なる領域を１画素内に作る技術が知られているが、工程が多いフォトリソグラフィーを採用することによる生産性の低下やフォトリソグラフィーで使用する現像液や剥離液で先に形成した液晶配向膜がダメージを受ける問題があった。
【０００３】
一方、液晶表示方式として電圧無印加のときに液晶分子長軸が基板表面に対して垂直に配向しており、電圧印加で液晶長軸が基板面と平行方向に倒れる垂直配向方式が提案されている。また、垂直配向方式の分割配向技術として基板上に形成した傾斜を利用するものが提案されている。すなわち、基板上の一部に突起を作り、この側面の傾斜で基板面に垂直方向に長軸を配向しようとする液晶分子を傾け、将棋倒し状に表示領域の液晶分子の配向をわずかに垂直方向から倒す方法である。液晶分子は電圧印加すると突起の作用で傾いている方向にさらに深く倒れていく。突起が三角形または台形の断面を持つストライプであれば２つの斜面において液晶分子は二方向に分かれて倒されて二方向の分割配向ができる。また、突起が角錐であればその斜面の数によって配向分割数が決まり、突起が円錐であれば放射状の液晶配向が得られる。該側面の傾斜は順テーパである。また、突起の頂部は表示に寄与しないのでなるべく狭いことが望ましい。また、突起の形状が不均一であると液晶配向の乱れが生じるため、表示ムラが発生する原因となる。このため、突起を形成する手法としては、微細なパターンを寸法精度良く加工できるフォトリソグラフィーが用いられている。すなわち、突起を構成する樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にフォトレジスト膜を形成した後に、また、突起を構成する樹脂が感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成した後に、所定のパターンを有するフォトマスクを介し、露光、現像を行うことにより形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フォトリソグラフィーによって突起を形成する場合において、該突起が樹脂からのみ構成されていると、現像液に対する溶解性が著しく大きいため、現像速度をコントロールすることが困難であった。このため、生産プロセスにおいて、微細な突起を寸法精度よく、かつ安定して形成しにくいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために本発明者等は種々の材料と加工方法を検討した結果、以下の構成により形成される突起、及びこれを有する液晶表示装置が良好な表示特性と広視野角を示すことを見いだし、本発明に到達したものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は以下の構成により達成される。
【０００７】
１）液晶表示に用いられる分割配向用基板であって、液晶の分割配向のために基板表面に形成された突起が、少なくともフィラー、及び樹脂から構成されていることを特徴とする分割配向用基板。
【０００８】
２）前記フィラーが、バライト、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカおよびタルクの群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする（１）記載の分割配向用基板。
【０００９】
３）前記突起の体積抵抗率が１０7 Ωｃｍ以上であることを特徴とする（１）記載の分割配向用基板。
【００１０】
４）前記突起を構成する樹脂がポリイミド系樹脂またはアクリル系樹脂であることを特徴とする（１）記載の分割配向用基板。
【００１１】
５）分割配向用基板がカラーフィルター基板であることを特徴とする（１）〜（４）の何れかに記載の分割配向用基板。
【００１２】
６）分割配向用基板が電極基板であることを特徴とする（１）〜（４）の何れかに記載の分割配向用基板。
【００１３】
７）（１）〜（６）の何れかに記載の分割配向用基板を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の突起は、まずこれを構成する少なくともフィラー、及び樹脂を混合・分散してなる突起用ペーストを作製し、これを基板上に塗布、乾燥した後に、パターニングを行うことにより形成される。
【００１５】
本発明において、突起を構成するフィラーとは、突起を構成する樹脂、及びその溶剤、及び現像液に対して不溶性の性質を有する無機、及び有機の粒子を指す。  無機粒子としては、シリカ、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、タルクなどの体質顔料、および黒、赤、青、緑などの着色顔料、及びアルミナ、ジルコニア、マグネシア、ベリリア、ムライト、コージライトなどのセラミックス粉末、及びガラス−セラミックス複合粉末などが用いられる。体質顔料の内、バライト、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカおよびタルクは着色がなく、突起を透明にできるので、特に好ましい。また、突起に遮光性が要求される際には、カーボンブラック、チタンブラック（ＴｉＮｘＯｙ：ただし、０≦ｘ＜１．５、０．１＜ｙ＜１．８）、酸化マンガン、四酸化鉄、などの金属酸化物粉、金属硫化物粉、金属粉を用いることができる。この中でも、カーボンブラックは遮光性に優れており、特に好ましい。突起に遮光性と絶縁性が要求される際には、酸化アルミニウム、チタンブラック、酸化鉄などの絶縁性無機粒子や表面に樹脂を被覆したカーボンブラックを用いてもよい。
【００１６】
有機粒子としては高分子量、あるいは高架橋度に重合された樹脂のビーズなどが好適に用いられる。
【００１７】
フィラーの粒径は平均１次粒子径が５〜４０ｎｍが好ましく、より好ましくは６〜３５ｎｍ、さらに好ましくは８〜３０ｎｍである。
【００１８】
フィラーは突起用ペースト中で、凝集してフィラーの２次粒子を形成する場合があり、この粒子径の平均を平均２次粒子径とすると、平均２次粒子径が小さくなるよう微分散させることが好ましく、２次粒子を形成せず１次粒子で安定性よく分散せしめるのがより好ましい。平均２次粒子径としては、５〜１００ｎｍが好ましく、より好ましくは６〜８８ｎｍ、さらに好ましくは８〜７５ｎｍである。これより大きければ突起表面に凹凸が生じ、液晶配向の乱れにより表示不良を引き起し、好ましくない。平均１次粒子径、平均２次粒子径の求め方としては、例えば透過型もしくは走査型電子顕微鏡等でフィラーを観察し、ＪＩＳ−Ｒ６００２に準じて平均粒径を求める。
【００１９】
本発明において、突起を構成する樹脂としては、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の感光性又は非感光性のものが好ましく用いられるが、突起を構成するフィラーを溶解せしめる性質を有するものでなければこれらに限られるものではない。
【００２０】
感光性の樹脂としては、光分解型樹脂、光架橋型樹脂、光重合型樹脂などのタイプがあり、特に、エチレン不飽和結合を有するモノマー、オリゴマー又はポリマーと紫外線によりラジカルを発生する開始剤とを含む感光性組成物、感光性ポリアミック酸組成物等が好適に用いられる。
【００２１】
非感光性の樹脂としては、上記の各種ポリマーなどで現像処理が可能なものが好ましく用いられるが、透明導電層の製膜工程や液晶表示装置の製造工程でかかる熱に耐えられるような耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、液晶表示装置の製造工程で使用される有機溶剤への耐性を持つ樹脂が好ましく、中でもポリイミド系樹脂が特に好ましい。
【００２２】
ここで、ポリイミド系樹脂としては、特に限定されるものではないが、通常下記一般式で表される構造単位を主成分とするポリイミド前駆体を、加熱又は適当な触媒によってイミド化したものが好適に用いられる。
【００２３】
【化１】
0003977513.tif 000002
ここで上記一般式のｎは０あるいは１〜４の数である。Ｒ1 は酸成分残基であり、Ｒ1 は少なくとも２個の炭素原子を有する３価または４価の有機基を示す。耐熱性の面から、Ｒ1 は環状炭化水素、芳香族環または芳香族複素環を含有し、かつ炭素数６から３０の３価または４価の基が好ましい。Ｒ1 の例として、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルフォン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、シクロブチル基、シクロペンチル基などから誘導された基が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００２４】
Ｒ2 は少なくなくとも２個の炭素原子を有する２価の有機基を示す。耐熱性の面から、Ｒ2 は環状炭化水素、芳香族環または芳香族複素環を含有し、かつ炭素数６から３０の２価の基が好ましい。Ｒ2 の例として、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルフォン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、ジフェニルメタン基、シクロヘキシルメタン基などから誘導された基が挙げられるがこれらに限定されるものではない。一般式（１）で表される構造単位を主成分とするポリマーはＲ1、Ｒ2がこれらの内各々１個から構成されていても良いし、各々２種以上から構成される共重合体であっても良い。
【００２５】
フィラーと樹脂との重量比は３：７〜９：１であることが好ましく、より好ましくは４：６〜８：２である。フィラーの重量比が少なすぎると、突起をパターニングする際の現像速度が速くなり、所望の突起形状を得ることが難しくなる。また、フィラーの重量比が多すぎると、フィラーの凝集が起きたり、あるいは突起用ペーストを所望の粘度に調整することが困難になり好ましくない。
【００２６】
また、フィラーと樹脂との重量比が上記範囲内にあることは突起の弾性率を向上し、強度を有する点で好ましい。突起の強度が低いと、変形が起こり、液晶の配向不良から表示ムラを引き起こす。
【００２７】
本発明の突起用ペーストにおいて、フィラーを樹脂中に分散させる方法としては、溶媒中に樹脂とフィラーを混合した後、三本ロール、サイドグラインダー、ボールミルなどの分散機中で分散させる方法などがあるが、この方法に特に限定されない。
【００２８】
また、フィラーの分散性向上、あるいは塗布性やレベリング性向上のために種々の添加剤が加えられていてもよい。
【００２９】
本発明の突起をカラーフィルター上、及びこれに対向する電極基板上に形成する方法としては、まず突起用ペーストを該基板上に、塗布、乾燥した後に、パターニングを行う。突起用ペーストを塗布する方法としては、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤバーコーティング法などが好適に用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なるが、通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。
【００３０】
このようにして得られた突起用ペースト被膜は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にフォトレジスト膜を形成した後に、また、樹脂が感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、フォトレジスト膜または酸素遮断膜を除去し、また、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、前駆体からポリイミド系樹脂を得る場合には、塗布量により若干異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。アクリル系樹脂の場合には、本キュア条件は、通常１５０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。以上のプロセスにより、基板表面に突起が形成される。１回のパターニングで十分な高さを得ることが困難である場合には、複数の突起用ペースト層を積層することも可能である。
【００３１】
転写法によって突起を形成してもよい。すなわち、あらかじめ基材上に突起用ペースト層を形成した転写基板を準備し、これを必要に応じ熱や圧力を加えつつ基板の上に重ね合わせ、露光・現像し、その後に基材を剥離して突起を基板表面に形成する方法、もしくはあらかじめフォトリソグラフィーにて転写基板上に突起を形成した後、熱や圧力を加えて基板上に突起を転写する方法である。
【００３２】
本発明の突起の高さは０．５μｍ〜６μｍであることが好ましい。突起高さが０．５μｍ未満であると分割配向の効果が十分でなく、一方、突起高さが６μｍ超であると１回のフォトリソグラフィーによる突起形成が難しくなる他、液晶注入の妨げになる。分割配向用突起の高さは０．６μｍ〜３μｍの範囲がさらに好ましい。
【００３３】
該突起はカラーフィルター側と対向する電極基板とで一対になっている必要があるので断面が台形または三角形のストライプ状でカラーフィルター側と対向する電極基板とで交互に配置されていることが特に好ましい。
【００３４】
本発明の突起は体積抵抗値は１０7 Ωｃｍ以上であることが好ましい。突起の体積抵抗値が１０7 Ωｃｍ未満であると、液晶に十分な電圧が印可されず表示不良を引き起こすので好ましくない。該体積抵抗値は１０9 Ωｃｍ以上であることがさらに好ましい。
【００３５】
本発明の突起はこの上に液晶配向膜が形成されることから、高い耐熱性、耐溶剤性が要求される。また、０．１μｍ以下の薄い液晶配向膜を介して液晶と該突起とが隣接することから、イオン性不純物の溶出が少なく、また優れた電気特性が要求される。本発明の突起を構成する樹脂としては上記の条件を備えたポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂が好ましい。
【００３６】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３７】
本発明のカラーフィルターは、透明基板上に必要に応じてブラックマトリックスを設け、さらにその上に３原色から成る着色層を複数配列したものが好ましい。カラーフィルターは３原色から成る各着色層により被覆された画素を１絵素とし、多数の絵素により構成されている。ここで言う、ブラックマトリックスは、各画素間に配列された遮光領域を示し、液晶表示装置の表示コントラストを向上させ、またＴＦＴなどの能動素子に光が入射して誤動作することを防ぐために設けられる。
【００３８】
カラーフィルターに用いられる透明基板としては、特に限定されるものではなく、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、表面をシリカコートしたソーダライムガラスなどの無機ガラス類、有機プラスチックのフィルム又はシート等が好ましく用いられる。
【００３９】
この透明基板上に必要に応じてブラックマトリックスが設けられる。ブラックマトリックスは、クロムやニッケル等の金属又はそれらの酸化物等や着色層の重ね塗りで形成してもよいが、樹脂及び遮光剤から成る樹脂ブラックマトリックスを形成することが製造コストや廃棄物処理コストの面から好ましい。この場合、ブラックマトリックスに用いられる樹脂としては、特に限定されないが、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの感光性又は非感光性の材料が好ましく用いられる。ブラックマトリックス用樹脂は、画素や保護膜に用いられる樹脂よりも高い耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、ブラックマトリックス形成後の工程で使用される有機溶剤に耐性を持つ樹脂が好ましいことからポリイミド系樹脂が特に好ましく用いられる。なお、好ましいポリイミド系樹脂としては、前述の突起を形成するのに適した樹脂を挙げることができる。
【００４０】
ブラックマトリックス用の遮光剤としては、カーボンブラック、チタンブラック（ＴｉＮｘＯｙ：ただし、０≦ｘ＜１．５、０．１＜ｙ＜１．８）、酸化マンガン、四酸化鉄等の金属酸化物粉、金属硫化物粉、金属粉の他に、赤、青、緑色等の顔料の混合物等を用いることができる。この中でも、カーボンブラックは遮光性が優れており、特に好ましい。分散の良い粒径の小さいカーボンブラックは主として茶系統の色調を呈するので、カーボンブラックに対する補色の顔料を混合させて無彩色にするのが好ましい。
【００４１】
ブラックマトリックス用の樹脂がポリイミドの場合、黒色ペースト溶媒としては、通常、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド系極性溶媒、γ−ブチロラクトンなどのラクトン系極性溶媒等が好適に使用される。
【００４２】
カーボンブラックや、カーボンブラックに対して補色の顔料等の遮光剤を分散させる方法としては、例えば、ポリイミド前駆体溶液中に遮光剤や分散剤等を混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、ボールミルなどの分散機中で分散させる方法などがあるが、この方法に特に限定されない。また、カーボンブラックの分散性向上、あるいは塗布性やレベリング性向上のために種々の添加剤が加えられていてもよい。
【００４３】
樹脂ブラックマトリックスの製法としては、黒色ペーストを透明基板上に塗布、乾燥した後に、パターニングを行う。黒色ペーストを塗布する方法としては、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤバーコーティング法などが好適に用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なるが、通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。
【００４４】
このようにして得られた黒色ペースト被膜は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にフォトレジスト膜を形成した後に、また、樹脂が感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、フォトレジスト膜まは酸素遮断膜を除去し、また、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、前駆体からポリイミド系樹脂を得る場合には、塗布量により若干異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。アクリル系樹脂の場合には、本キュア条件は、通常１５０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。以上のプロセスにより、基板上にブラックマトリックスが形成される。
【００４５】
また、転写法によって樹脂ブラックマトリックスを形成してもよい。後述する着色層を重ねてブラックマトリックスを形成しても良い。
【００４６】
樹脂ブラックマトリックスの膜厚は、好ましくは０．５〜２．０μｍ、より好しくは０．８〜１．５μｍである。この膜厚が０．５μｍよりも薄い場合には、樹脂ブラックマトリックス上に樹脂層を積層してスペーサーを作製する場合、十分な高さのスペーサーを形成することが難しくなり、また、遮光性が不十分になることからも好ましくない。一方、膜厚が２．０μｍよりも厚い場合には、遮光性は確保できるものの、カラーフィルターの平坦性が犠牲になり易く、段差が生じやすい。
【００４７】
樹脂ブラックマトリックスの遮光性は、ＯＤ値（透過率の逆数の常用対数）で表されるが、液晶表示装置の表示品位を向上させるためには、好ましくは１．６以上であり、より好ましくは２．０以上である。また、樹脂ブラックマトリックスの膜厚の好適な範囲を前述したが、ＯＤ値の上限は、これとの関係で定められるべきである。
【００４８】
樹脂ブラックマトリックス間には通常（２０〜２００）μｍ×（２０〜３００）μｍの開口部が設けられるが、この開口部を少なくとも被覆するように３原色のそれぞれの着色層が複数配列される。すなわち、１つの開口部は、３原色のいずれか１つの着色層により被覆され、各色の着色層が複数配列される。
【００４９】
カラーフィルターの場合、着色層は、少なくとも３原色、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）または、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の３層を包含するものであり、各画素にはこれらの３色のいずれかの１つの着色層が設けられる。
【００５０】
着色層に用いられる着色剤としては、有機顔料、無機顔料、染料等を好適に用いることができ、さらには、紫外線吸収剤、分散剤、レベリング剤等の種々の添加剤を添加してもよい。顔料としては、赤（Ｒ）としてColor Index No.９、 ９７、１２２、１２３、１４９、１６８、１７７、１８０、１９２、２１５など、緑（Ｇ）としてColor Index No.７、３６など、青（Ｂ）としてはColor Index No.１５、２２、６０、６４などが一般的に用いられる。分散剤としては界面活性剤、顔料の中間体、染料の中間体、高分子分散剤などの広範囲のものが使用される。
【００５１】
着色層に用いられる樹脂としては、特に限定されないが、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの感光性又は非感光性の材料が採用できる。
【００５２】
着色層を形成する方法としては、ブラックマトリックスを形成した基板上に着色剤を含むペーストを塗布、乾燥した後に、パターニングを行う。着色剤を分散又は溶解させ着色ペーストを得る方法としては、溶媒中に樹脂と着色剤を混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、ボールミルなどの分散機中で分散させる方法などがあるが、この方法に特に限定されない。
【００５３】
着色ペーストを塗布する方法としては、黒色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーコーティング法等が好適に用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なるが通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。
【００５４】
このようにして得られた着色ペースト被膜は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にフォトレジスト膜を形成した後に、また、樹脂が感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、フォトレジスト膜まは酸素遮断膜を除去し、加熱乾燥（本キュア）する。
【００５５】
本キュア条件は、前駆体からポリイミド系樹脂を得る場合には、塗布量により若干異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。アクリル系樹脂の場合には、本キュア条件は、通常１５０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。以上のプロセスにより、ブラックマトリックスを形成した基板上にパターニングされた着色層が形成される。また、いわゆる転写法で着色層を形成してもよい。
【００５６】
また、本発明のカラーフィルターは透明導電層形成前に透明保護層を形成しても良い。このような透明保護層の形成は、カラーフィルターの構造を複雑にし製造コストを高くする点で不利であるが、一方スペーサー高さの制御、カラーフィルターからの不純物のシミ出し防止、表面平坦化に有利である。
【００５７】
３色の着色層を形成後、もしくは透明保護層形成後に透明導電層が形成される。透明導電層としてはＩＴＯなどの酸化物薄膜を採用することができる。
【００５８】
以上のプロセスによりカラーフィルターを作製した後、本発明の分割配向用突起が形成される。
【００５９】
本発明のカラーフィルターおよびこれを用いた液晶表示装置の製造方法を図１および図２を用いて以下に説明するがこれに限定されるものではない。
【００６０】
無アルカリガラス１の上に黒ペーストを用いてブラックマトリックス２を形成する。次にブラックマトリックスの開口部を埋めるように青着色層３を形成する。同様にして、赤着色層４、告いで緑着色層５を形成する。次に透明保護層６を形成し、さらに透明導電層７を積層する。透明導電層の上に分割配向用突起８を形成する。
【００６１】
ＴＦＴ素子を備えた電極基板の製造方法の一例を以下に示す。
【００６２】
無アルカリガラス基板上にスパッタリングによりクロム薄膜を形成し、フォトリソグラフィーにてゲート電極をパターニングする。次に、プラズマＣＶＤにより、絶縁膜として窒化珪素膜、アモルファスシリコン膜およびエッチングストッパとして窒化珪素膜を連続形成する。次に、フォトリソグラフィーにてエッチングストッパの窒化珪素膜をパターニングする。ＴＦＴ端子が金属電極とオーミックコンタクトをとるためのｎ＋アモルファスシリコン膜の成膜とパターニングをし、さらに、表示電極となるＩＴＯ膜を成膜しパターニングする。さらに配線材料としてアルミニウムをスパッタリングにより膜付けし、フォトリソグラフィーにて信号配線およびＴＦＴの金属電極を作製する。ドレイン電極とソース電極をマスクとしてチャンネル部のｎ＋アモルファスシリコン膜をエッチング除去し、ＴＦＴ素子備えた電極基板を得る。反射型の液晶表示素子の場合は、表示電極をアルミニウムや銀などの反射率の高い材料とする。
【００６３】
カラーフィルター上に垂直配向膜を設ける。同様にして対向する薄膜トランジスタを備えた電極基板についても垂直配向膜を設ける。対向する電極基板にカラーフィルター上に設けた分割配向用突起と対応するように分割配向用突起を設ける。この２枚の基板をエポキシ接着材をシール剤として用いて貼り合わせた後に、シール部に設けられた注入口から垂直配向する液晶を注入する。液晶を注入後、注入口を封止し、さらに偏光板を基板の外側に貼り合わせ液晶表示装置を作製する。
【００６４】
図２に本発明のカラーフィルターの平面図の一例を示す。ブラックマトリックス９の開口部１０に着色膜を形成する。ブラックマトリックス開口部の長辺方向を二分するように断面が台形のストライプ状突起１１を画素一つおきに形成する。対向する電極基板上にはカラーフィルター上のストライプ状突起と交互に配置されるように画素一つおきにストライプ状突起を形成する。
【００６５】
本発明の突起、及びこれを用いた液晶表示装置は、パソコン、ワードプロセッサー、エンジニアリング・ワークステーション、ナビゲーションシステム、液晶テレビなどの表示画面に用いられ、また、液晶プロジェクション等にも好適に用いられる。また、光通信や光情報処理の分野において、液晶を用いた空間変調素子としても好適に用いられる。空間変調素子は、素子への入力信号に応じて、素子に入射する光の強度や位相、偏光方向等を変調させるもので、実時間ホログラフィーや空間フィルター、インコヒーレント／コヒーレント変換等に用いられるものである。
【００６６】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００６７】
（体積抵抗値の測定）
アルミニウム薄膜を蒸着したガラス基板上に対象となる材料を１μｍの厚さにコーティングする。コーティング膜上にさらに直径１５ｍｍのアルミニウム電極を蒸着する。コーティング膜を挟んだ２つの電極間に直流１Ｖを印加して、電圧印加後５分での電流値とコーティング膜の厚みから体積抵抗値を求めた。
【００６８】
実施例１
（樹脂ブラックマトリクスの作成）
３，３´，４，４´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物１４４．１ｇをγ−ブチロラクトン１０９５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン２０９ｇに混合し、４，４´−ジアミノジフェニルエーテル９５．１ｇ、ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン６．２ｇを添加して７０℃で３時間反応させた後、無水フタル酸２．９６ｇを添加してさらに７０℃で１時間反応させてポリイミド前駆体（ポリアミック酸）溶液を得た。
【００６９】
下記の組成を有するカーボンブラックミルベースをホモジナイザーを用いて、７０００ｒｐｍで３０分間分散し、ガラスビーズを濾過して、ブラックペーストを調製した。
【００７０】
カーボンブラックミルベース
カーボンブラック
（ＭＡ１００、三菱化学（株）製）              ４．６部
ポリイミド前駆体溶液                          ２４．０部
Ｎ−メチル−２−ピロリドン                    ６１．４部
ガラスビーズ                                  ９０．０部
３００×３５０ｍｍのサイズの無アルカリガラス（日本電気ガラス（株）製、ＯＡ−２）基板上にスピナーを用いて、ブラックペーストを塗布し、オーブン中１３５℃で２０分間セミキュアした。続いて、ポジ型フォトレジスト（シプレー社製“Microposit”SRC100 30cp） をスピナーで塗布し、９０℃１０分間乾燥した。フォトレジスト膜厚は１．５μｍとした。キャノン（株）製露光機ＰＬＡ−５０１Ｆを用い、フォトマスクを介して露光した。
【００７１】
次に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドを２重量％含んだ２３℃の水溶液を現像液に用い、基板を現像液にディップさせ、同時に１０ｃｍ幅を５秒で１往復するように基板を揺動させて、ポジ型フォトレジストの現像とポリイミド前駆体のエッチングを同時に行った。現像時間は６０秒とした。その後、メチルセルソルブアセテートでポジ型フォトレジストを剥離し、さらに、３００℃で３０分間キュアした。このようにして、膜厚は、０．９０μｍ、開口部が縦方向２４０μｍ、横方向６０μｍの格子状ブラックマトリックスを設けた。また、ブラックマトリックスのＯＤ値は３．０であった。
【００７２】
（着着色層の形成）
赤、緑、青の顔料として各々Color index No.65300 Pigment Red 177で示されるジアントラキノン系顔料、Color Index No.74265 Pigment Green 36 で示されるフタロシアニングリーン系顔料、Color Index No.74160 Pigment Blue 15-4で示されるフタロシアニンブルー系顔料を用意した。ブラックマトリックスに使用したポリイミド前駆体溶液１に上記顔料を各々混合分散させて、赤、緑、青の３種類の着色ペーストを得た。まず、樹脂ブラックマトリックス基板上に青ペーストを塗布し、１２０℃２０分間セミキュアした。この後、ポジ型フォトレジスト（シプレー社製 "Microposit" SRC100 30cp ）をスピナーで塗布後、９０℃で１０分乾燥した。フォトマスクを用いて露光し、テトラメチルアンモニウムヒドロキド２重量％水溶液に基板を浸漬し揺動させながら、ポジ型フォトレジストの現像およびポリイミド前駆体のエッチングを同時に行なった。その後、ポジ型フォトレジストをメチルセルソルブアセテートで剥離し、幅約９０μｍで縦方向にストライプ状の青着色層を幅方向にピッチ３００μｍとした。さらに、３００℃で３０分間キュアした。青着色層の膜厚は１．２μｍであった。
【００７３】
基板水洗後、青着色層と同様にして、ストライプ状の緑、赤色の着色層を、３色の画素間隔が１０μｍとなるように形成した。
【００７４】
次に透明保護層を積層した。保護層としては、メチルトリメトキシシランに酢酸を加えて加水分解し、オルガノシラン縮合物を得た。３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物と３−アミノプロピルトリエトキシシランとをＮ−メチル−２−ピロリドン溶媒中にて、モル比で１：２の割合で混合し、反応させてイミド基を有する縮合物を得た。該オルガノシラン混合物と該イミド基を有する縮合物およびＮ−メチル−２−ピロリドンとを重量比で５：２：４の割合で混合した組成物を、ブラックマトリックスと３原色の着着色層が形成された基板上に塗布、キュアしてポリイミド変性シリコーン重合体からなる厚さ１．０μｍの透明保護層を得た。
【００７５】
透明保護層が形成された基板上に、スパッタリング法にて膜厚が１５０ｎｍで表面抵抗が２０Ω／□のＩＴＯ膜を形成した。
【００７６】
（分割配向用突起の形成）
１，４−ブタンジオ−ル−ビス（３−アミノプロピル）エ−テル１６３．４ｇ（０．８０モル）、４，４´−ジアミノジフェニルエーテル１２０．２ｇ（０．６０モル）、３，３´−ジアミノジフェニルスルフォン１２４．１ｇ（０．５０モル）および１，３−ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン２４．９ｇ（０．１０モル）をＮ−メチル−２−ピロリドン１９４４ｇおよびγ−ブチロラクトン１９４４ｇとともに仕込み、これを攪拌しながら３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物３１５．８ｇ（０．９８モル）およびピロメリット酸二無水物２１８．０ｇ（１．００モル）を添加し、８３℃で３時間反応させた後、無水マレイン酸３．９２ｇ（０．０４モル）を加えてさらに８３℃で３時間反応させた。このようにして、濃度２０重量％、粘度１．３ポイズのポリイミド前駆体溶液２を得た。
【００７７】
下記の組成を有する突起用ペーストをホモジナイザーを用いて７０００ｒｐｍで３０分間分散し、ガラスビーズを濾過して、突起用ペーストを調製した。
【００７８】
突起用ペースト
硫酸バリウム
（ＢＦ−２０、堺化学工業（株）製）                  ４５．０部
ポリイミド前駆体溶液２                            １４２．５部
Ｎ−メチル−２−ピロリドン                        １１５．０部
γ−ブチロラクトン                                １１５．０部
３−メチル−３−メトキシブタノールアセテート        ６３．８部
ガラスビーズ                                      ４８１．３部
このペーストを孔径１．０μｍのフィルタ−で濾過しコ−テイング塗液を調製した。この塗液を前記カラ−フィルター上にスピンコ−タで塗布し、１４５℃熱風乾燥機中で２０分間セミキュアして１．８μｍの塗膜を形成させた。この後、ポジ型フォトレジストを塗布して９０℃で１０分間乾燥した。フォトレジストの膜厚は１．５μｍとした。キヤノン（株）製露光機ＰＬＡ−５０１Ｆを用い、フォトマスクを介して露光した。
【００７９】
次に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドを２重量％含んだ２３℃の水溶液を現像液に用い、基板を現像液にディップさせ、同時に１０ｃｍ幅を５秒で１往復するように基板を揺動させて、フォトレジストの現像とポリイミド前駆体のエッチングとを同時に行った。現像時間は８０秒とした。フォトレジストをメチルセルソルブで剥離し、次いで２５０℃で３０分間キュアして厚さ１．５μｍの分割配向用のストライプ状突起を形成した。
【００８０】
ストライプ状の突起は断面の下辺が１５μｍ、上辺が１４μｍの台形とした。また、突起下辺の面内バラツキは１５±１μｍの範囲内であり、欠けや断線は見られず良好であった。ストライプ状突起は図２に示したように１画素の長辺を二分する位置に１画素おきに配置し、カラーフィルターの表示部全体を貫いている。
【００８１】
かくして本発明のカラーフィルターを得た。突起の体積抵抗は１０13Ωｃｍであった。
【００８２】
（電極基板の作製）
無アルカリガラス基板上にスパッタリングによりクロム薄膜を形成し、フォトリソグラフィーにてゲート電極にパターニングした。次に、プラズマＣＶＤにより、絶縁層として厚さ７００ｎｍの窒化珪素膜、チャンネル層として厚さ１００ｎｍのアモルファスシリコン膜、エッチングストッパ層として厚さ５００ｎｍの窒化珪素膜を連続形成した。次に、フォトリソグラフィーにてエッチングストッパ層の窒化珪素膜をパターニングした。ＴＦＴ端子と金属電極がオーミックコンタクトをとるためのｎ＋アモルファスシリコン膜を形成した。この上に表示電極となるＩＴＯ膜を成膜しパターニングした。さらに配線材料としてのアルミニウムをスパッタリングにより膜付けし、フォトリソグラフィーにて信号配線およびＴＦＴの金属電極を作製した。ドレイン電極とソース電極をマスクとしてチャンネル部のｎ＋アモルファスシリコン膜をエッチング除去しＴＦＴ素子を備えた電極基板を得た。
【００８３】
（カラー液晶表示装置の作製と評価）
本発明のカラーフィルター上に垂直配向膜を設けた。対向する電極基板についても１画素の長辺を二分する位置に１画素おきにカラーフィルター上のストライプ状突起と同様のストライプ状突起を配置した。ただし、カラーフィルターと貼り合わせたときにストライプ状突起がカラーフィルター上のストライプ突起と１画素毎に交互に配置されるようにした。同様にして対向する薄膜トランジスタを備えた電極基板についても、垂直配向膜を設けた。（文章の順序を訂正しました）この２枚の基板をエポキシ接着材をシール剤として用いて貼り合わせた後に、シール部に設けられた注入口から垂直配向する液晶を注入した。液晶を注入後、注入口を封止し、さらに偏光板を基板の外側に貼り合わせ液晶表示装置を作製した。
【００８４】
この液晶表示装置は良好な表示品位を示し、液晶の配向にも問題なく、１４０度以上の視野角を有しているものとなった。
【００８５】
実施例２
突起用ペーストとして下記の組成を有するペーストを調製し、これ以外は実施例１と同様にして液晶表示装置を作製した。
【００８６】
ストライプ状の突起は断面の下辺が１２μｍ、上辺が１０μｍの台形とした。また、突起下辺の面内バラツキは１２±１μｍの範囲内であり、欠けや断線は見られず良好であった。突起の体積抵抗は１０13Ωｃｍであった。ストライプ状突起は図２に示したように１画素の長辺を二分する位置に１画素おきに配置し、カラーフィルターの表示部全体を貫いている。
【００８７】
この液晶表示装置は良好な表示品位を示し、液晶の配向にも問題なく、１４０度以上の視野角を有しているものとなった。
【００８８】
突起用ペースト
ジアントラキノン系赤顔料
（Pigment Red 177)                                  ３０．０部
ポリイミド前駆体溶液２                            ２２５．０部
Ｎ−メチル−２−ピロリドン                          ９０．６部
γ−ブチロラクトン                                  ９０．６部
３−メチル−３−メトキシブタノールアセテート        ６３．８部
ガラスビーズ                                      ４８１．３部
実施例３
赤、緑、青の顔料として各々Color index No.65300 Pigment Red 177で示されるジアントラキノン系顔料、Color Index No.74265 Pigment Green 36 で示されるフタロシアニングリーン系顔料、Color Index No.74160 Pigment Blue 15-4で示されるフタロシアニンブルー系顔料を用意した。
【００８９】
スチレン：メタクリル酸メチル：メタクリル酸＝３０：３０：４０であるアクリル共重合体樹脂粉末６ｇ、多官能モノマーとしてトリメチロールプロパントリアクリレート６ｇ、光重合開始剤（チバスペシャリティケミカルズ社製”イルガキュア”３６９）３ｇを含むシクロペンタノン溶液に上記顔料を各々混合分散させて、赤、緑、青の３種類の着色ペーストを得た。
【００９０】
実施例１と同様にして作製した樹脂ブラックマトリックス基板上に青ペーストを塗布し、８０℃で１０分間熱風乾燥した。フォトマスクを用いて露光し、アルカリ現像液に基板をディップし同時に基板を揺動させながら現像した。次いで、２２０℃で３０分間キュアした。青着色層の膜厚は１μｍであった。
【００９１】
基板水洗後に、青着色層と同様にして、緑、赤着色層を形成した。
ブラックマトリックスと赤、青、緑着色層が形成された基板上に、スパッタリング法にて膜厚が１５０ｎｍで表面抵抗が２０Ω／□のＩＴＯ膜を形成した。
【００９２】
赤着色層の形成に用いた赤色ペーストを前記ＩＴＯ膜上に塗布し８０℃で１０分間熱風乾燥した。フォトマスクを用いて露光し、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド０．１重量％水溶液を現像液として基板を浸漬し、同時に基板を揺動させながら現像した。現像時間は６０秒とした。次いで、２２０℃で３０分間キュアして厚さ１μｍの分割配向用ストライプ状の突起を形成した。
【００９３】
ストライプ状の突起は断面の下辺が１５μｍ、上辺が１４μｍの台形とした。また、突起下辺の面内バラツキは１５±１μｍの範囲内であり、欠けや断線は見られず良好であった。ストライプ状突起は図２に示したように１画素の長辺を二分する位置に１画素おきに配置し、カラーフィルターの表示部全体を貫いている。
【００９４】
かくして本発明のカラーフィルターを得た。赤色ペーストにより形成された突起の体積抵抗は１０12Ωｃｍであった。
【００９５】
実施例１と同様にしてカラーフィルターと電極基板とを貼り合わせ、液晶注入、注入口封止、偏光板貼り付けを実施して液晶表示装置を作製した。
【００９６】
この液晶表示装置は良好な表示品位を示し、液晶の配向にも問題なく、１４０度以上の視野角を有しているものとなった。
【００９７】
実施例４
ブラックマトリックスを形成する代わりに着色層の重ね塗りで透過率を低減した部分を形成した。すなわち、ブラックマトリックスがない無アルカリガラス基板の上に赤、青、緑の着色層を実施例１と同様に形成し、このときブラックマトリックスが埋めていた隣り合う２つの画素間を２つの画素を着色している着色材料の重ね塗りで埋めた。
【００９８】
さらに実施例１と同様に、透明保護層を設け、ＩＴＯ層を形成した後、実施例１で用いた突起用ペーストを用いて分割配向用突起を形成した。ストライプ状の突起は断面の下辺が１５μｍ、上辺が１４μｍの台形とした。また、突起下辺の面内バラツキは１５±１μｍの範囲内であり、欠けや断線は見られず良好であった。突起の体積抵抗は１０13Ωｃｍであった。
【００９９】
実施例１と同様にしてカラーフィルターと電極基板とを貼り合わせ、液晶注入、注入口封止、偏光板貼り付けを実施して液晶表示装置を作製した。
【０１００】
この液晶表示装置は良好な表示品位を示し、液晶の配向にも問題なく、１４０度以上の視野角を有しているものとなった。
【０１０１】
実施例５
実施例１と同様にしてブラックマトリックス、着色層、透明保護膜、ＩＴＯ層を形成した。ＩＴＯ層上に下記に示す組成の突起用ペーストを塗布し、１２０℃で２０分間セミキュアした。続いてポジ型フォトレジストを塗布し８０℃で２０分間乾燥した。フォトマスクを用いて露光し、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド２重量％水溶液に浸漬してフォトレジストの現像とポリイミド前駆体のエッチングを同時に実施した。現像時間は６０秒とした。メチルセルソルブアセテートでフォトレジストを剥離して、さらに３００℃で３０分間キュアして実施例１と同じパターンの厚さ１μｍの分割配向用突起を作製した。
【０１０２】
ストライプ状の突起は断面の下辺が１５μｍ、上辺が１４μｍの台形とした。また、突起下辺の面内バラツキは１５±１μｍの範囲内であり、欠けや断線は見られず良好であった。
【０１０３】
突起用ペースト
カーボンブラック
（ＭＡ１００、三菱化学（株）製）                ４．６部
ポリイミド前駆体溶液１                        ２４．０部
Ｎ−メチル−２−ピロリドン                    ６１．４部
ガラスビーズ                                  ９０．０部
分割配向用突起を形成した黒着色層の体積抵抗値は１０9Ωｃｍであった。
【０１０４】
実施例１と同様にしてカラーフィルターと電極基板とを貼り合わせ、液晶注入、注入口封止、偏光板貼り付けを実施して液晶表示装置を作製した。
【０１０５】
この液晶表示装置は良好な表示品位を示し、液晶の配向にも問題なく、１４０度以上の視野角を有しているものとなった。
【０１０６】
比較例１
実施例１の突起用ペーストで用いたポリイミド前駆体溶液２のみを用い、膜厚１．５μｍとなるよう分割配向用突起の形成を試みた。しかしながら、ポリイミド前駆体２のエッチングにおいて現像時間を４０秒以下と短くしても、現像液に対する溶解性が大きいため、ストライプ状突起の断線が多数見られた。また、突起下辺の面内バラツキは１５±３μｍであった。
【０１０７】
かくして液晶表示装置を作製したところ、液晶の配向不良のため、表示不良が見られた。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明の液晶表示装置は液晶の分割配向用突起を有しているので表示品位に優れるとともに広視野角を達成できる。さらに、突起が安定して形成できるため、生産性に優れ表示不良のない液晶表示装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分割配向用突起を有するカラーフィルター基板の断面図の一例である。
【図２】本発明の分割配向用突起を有するカラーフィルター基板の平面図の一例である。
【符号の説明】
１：ガラス基板
２、９：ブラックマトリックス
３：青着色層
４：赤着色層
５：緑着色層
６：透明保護層
７：透明導電層
８、１１：分割配向用突起
１０：開口部
【図１】
0003977513.tif 000003
【図２】
0003977513.tif 000004