JP2004037694A - 柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】柱状スペーサーの高さ精度を表す変動係数（ＣＶ値、ＣＶ＝標準偏差／平均柱状スペーサー高さ）が２．０％以下の、優れた高さ精度を有する柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタを提供すること。
【解決手段】柱状スペーサーの所望の高さをｘμｍ、柱状スペーサーの形成に用いる感光性樹脂塗布液の固形分比をｙ重量％とするとき、１．０≦ｘ≦６．０の範囲で、ｙ＝−０．７９ｘ^２＋８．７０ｘ＋１９．２７、ｙ＝−０．７０ｘ^２＋９．８４ｘ＋１．１１の数式で上下限を囲まれる範囲のｙ重量％の固形分比を有する感光性樹脂塗布液を用いて形成したこと。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に用いるカラーフィルタに関するものであり、特に、高さ精度の良い柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置に於いては、基板間にギャップを形成するために、スペーサーと呼ばれるガラス又は合成樹脂の透明球状体粒子（ビーズ）を散布している。このスペーサーは透明な粒子であることから、画素内に液晶と一諸にスペーサーが入っていると、黒色表示時にスペーサーを介して光が漏れてしまい、また液晶材料が封入されている基板間にスペーサーが存在することによって、スペーサー近傍の液晶分子の配列が乱され、この部分で光漏れを生じ、コントラストが低下し表示品質に悪影響を及ぼす、などの問題を有している。
【０００３】
このような問題を解決する技術として、例えば、画素間上にスペーサー機能を有する突起部を形成する方法が提案されている。
図１は、このような例を示す液晶表示装置用カラーフィルタの部分断面図である。図１において、液晶表示装置用カラーフィルタ（１０）は、透明基板（１１）上に、遮光層（１２）、画素状カラーフィルタ層（１３）、透明導電膜（１４）が形成され、この画素状カラーフィルタ層（１３）間の透明導電膜（１４）上にスペーサー機能を有する突起部としての柱状スペーサー（１５）が形成されている。この柱状スペーサー（１５）は透明導電膜（１４）との接着性が良好な感光性樹脂を用い、フォトリソグラフィ法によって形成されたものである。
【０００４】
図２は、このような液晶表示装置用カラーフィルタ（１０）を液晶表示装置に使用した例を示す液晶表示装置の部分断面図である。
図２において、液晶表示装置（３０）は、液晶表示装置用カラーフィルタ（１０）と、例えば、透明基板（２１）上に透明導電膜（２４）が形成された対向基板（２０）が貼り合わされて構成されている。
このような液晶表示装置（３０）においては、上記コントラストの改善がみられることに加え、液晶表示装置としての耐衝撃性が向上したものとなる。
【０００５】
この液晶表示装置（３０）においては、柱状スペーサー（１５）の高さのバラツキが、そのまま基板間のギャップに影響を及ぼし、ギャップ不良による色ムラとなって液晶表示装置の表示品質を低下させることになる。
このギャップ不良による色ムラを更に減少させるために、柱状スペーサー（１５）の高さの精度を一層向上させることが要望されている。
【０００６】
例えば、ＴＮモードの場合、柱状スペーサー（１５）の高さ５μｍに対し、±０．２μｍ以下のバラツキ、すなわち、柱状スペーサーの高さ精度を表す変動係数（ＣＶ値、ＣＶ＝標準偏差／平均柱状スペーサー高さ）にて、略１．３％以下の精度が要望されている。
また、例えば、ＩＰＳモードの場合、柱状スペーサーの高さ３μｍに対し、±０．１５μｍ以下のバラツキ、すなわち、変動係数（ＣＶ値）にて、略１．７％以下の精度が要望されている。
【０００７】
従来、柱状スペーサーを形成するに際しては、柱状スペーサーの高さのバラツキを抑えた、すなわち、変動係数（ＣＶ値）を小さくした均一な膜厚の感光性樹脂の塗膜を得るために、例えば、予め固形分比を調節した数種類の感光性樹脂塗布液を準備し、柱状スペーサーの高さに応じた固形分比の感光性樹脂塗布液を選択し、用いていた。
すなわち、所望する柱状スペーサーの高さの２μｍ〜５μｍに対応して、例えば、固形分比１５％〜２５％の感光性樹脂塗布液を選択して用い、塗膜の均一性を向上させるようにしてきた。
【０００８】
しかし、固形分比を調節した感光性樹脂塗布液を適宜に選択して塗膜を形成しても、柱状スペーサーは、柱状スペーサーの高さ５μｍに対し、高さのバラツキは±０．２５μｍ（変動係数（ＣＶ値）１．７％）程度、また、高さ３μｍに対し、高さのバラツキは±０．１５μｍ（変動係数（ＣＶ値）２．２％）程度が限度であり、その均一性が十分に向上した塗膜は得られず、上記要望に適えることは困難なことであった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記要望に鑑みてなされたものであり、柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタであって、柱状スペーサーの高さ精度を表す変動係数（ＣＶ値、ＣＶ＝標準偏差／平均柱状スペーサー高さ）が２．０％以下の、優れた高さの均一性（精度）を有する柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタを提供することを課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタであって、柱状スペーサーの高さの変動係数が２．０％以下であることを特徴とする柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタである。
【００１１】
また、本発明は、柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタであって、柱状スペーサーの所望の高さをｘμｍ、柱状スペーサーの形成に用いる感光性樹脂塗布液の固形分比をｙ重量％とするとき、１．０≦ｘ≦６．０の範囲で、下記の数式（１）及び数式（２）で表す二次関数で上下限を囲まれる範囲のｙ重量％の固形分比を有する感光性樹脂塗布液を用いて柱状スペーサーを形成したことを特徴とする柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタである。
【００１２】
【数２】

【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタを、その実施の形態に基づいて説明する。
柱状スペーサーの高さの均一性（精度）は、塗膜の均一性、プレベーク温度、露光、現像、ポストベーク温度などの均一性に影響される。本発明者は、柱状スペーサーの高さの均一性と塗膜の均一性が高く相関していることに着目し、柱状スペーサーの高さの均一性と、塗膜形成時の諸条件との関係を検討した結果、柱状スペーサーの所望の高さ（ｘ）の均一性（精度）と、柱状スペーサーの形成に用いる感光性樹脂塗布液の固形分比を重量％（ｙ）の間に、以下に示す関係があることを見出した。
【００１４】
すなわち、柱状スペーサーの所望の高さをｘμｍ、柱状スペーサーの形成に用いる感光性樹脂塗布液の固形分比をｙ重量％とするとき、１．０≦ｘ≦６．０の範囲で、下記の数式（１）及び数式（２）で表す二次関数で上下限を囲まれる範囲のｙ重量％の固形分比を有する感光性樹脂塗布液を用いて柱状スペーサーを形成することによって、優れた均一性（精度）を有する柱状スペーサーを得ることができることを見出した。
【００１５】
【数３】

【００１６】
図３は、柱状スペーサーの所望の高さ（ｘ）と固形分比（重量％（ｙ））の関係を示す説明図である。
図３に示すように、柱状スペーサーの所望の高さ（ｘ）が１．０≦ｘ≦６．０の範囲で、固形分比（重量％（ｙ））が数式（１）を上限とし、数式（２）を下限とする範囲において、すなわち、図中斜線で示す範囲において、優れた均一性（精度）を有する柱状スペーサーを得ることができる。
例えば、柱状スペーサーの所望の高さ（ｘ）が２．０μｍの場合には、数式（１）、数式（２）より得た３４重量％〜１８重量％を有する感光性樹脂塗布液を用いて柱状スペーサーを形成することによって、変動係数（ＣＶ値）２．０％以下の柱状スペーサーを得ることができる。
【００１７】
また、例えば、柱状スペーサーの所望の高さ（ｘ）が５．０μｍの場合には、数式（１）、数式（２）より得た４３重量％〜３３重量％を有する感光性樹脂塗布液を用いて柱状スペーサーを形成することによって、変動係数（ＣＶ値）２．０％以下の柱状スペーサーを得ることができる。
すなわち、柱状スペーサーの所望の高さ（ｘ）に対応して固形分比（重量％（ｙ））の範囲を設定し、設定した固形分比の感光性樹脂塗布液を用いることによって２．０％以下の変動係数（ＣＶ値）を有する柱状スペーサーを形成するものである。
【００１８】
図４は、１．０％以下の変動係数（ＣＶ値）を有する柱状スペーサーを形成する際の、柱状スペーサーの所望の高さ（ｘ）と固形分比（重量％（ｙ））の関係の目安を示す説明図である。
図４中、鎖線を上下限とする二重斜線で示す範囲内において、柱状スペーサーの所望の高さ（ｘ）に対する固形分比（重量％（ｙ））を設定することによって、変動係数（ＣＶ値）１．０％以下の柱状スペーサーを得ることができる。
【００１９】
【実施例】
＜実施例１＞
感光性樹脂塗布液として、下記に示す組成の塗布液（固形分比３８重量％）を用い、透明基板として、大きさ６２０ｍｍ×７５０ｍｍ及び６８０ｍｍ×８８０ｍｍの２種類を用いた。

【００２０】
［柱状スペーサーの作製］
塗布装置として、透明基板の全面にスリットノズルから塗布液を塗布した後に、透明基板を回転させて膜厚の均一性を高める、スリット＆スピンコータを用いた。４．７μｍを柱状スペーサーの所望の高さとし、透明基板上に上記固形分比３８重量％の感光性樹脂塗布液を塗布し、フォトマスクを介した露光、現像処理を行って柱状スペーサーを形成した。
【００２１】
得られた柱状スペーサーは、大きさ６２０ｍｍ×７５０ｍｍの透明基板において、透明基板の周縁部から１０ｍｍ以内で、平均高さ４．７２μｍ（変動係数（ＣＶ値）０．５５％）であり、優れた均一性（精度）を有する柱状スペーサーを得ることができた。
また、大きさ６８０ｍｍ×８８０ｍｍの透明基板において、透明基板の周縁部から１０ｍｍ以内で、平均高さ４．７６μｍ（変動係数（ＣＶ値）１．００％）であり、優れた均一性（精度）を有する柱状スペーサーを得ることができた。
【００２２】
＜実施例２＞
感光性樹脂塗布液として、下記に示す組成の塗布液（固形分比３１重量％）を用い、透明基板として、大きさ６８０ｍｍ×８８０ｍｍを用いた。

【００２３】
［柱状スペーサーの作製］
塗布装置として、透明基板の全面にスリットノズルから塗布液を塗布した後に、透明基板を回転させて膜厚の均一性を高める、スリット＆スピンコータを用いた。３．７μｍを柱状スペーサーの所望の高さとし、透明基板上に上記固形分比３１重量％の感光性樹脂塗布液を塗布し、フォトマスクを介した露光、現像処理を行って柱状スペーサーを形成した。
【００２４】
得られた柱状スペーサーは、大きさ６８０ｍｍ×８８０ｍｍの透明基板において、透明基板の周縁部から１０ｍｍ以内で、平均高さ３．６９μｍ（変動係数（ＣＶ値）１．０７％）であり、優れた均一性（精度）を有する柱状スペーサーを得ることができた。
【００２５】
実施例１、及び実施例２において、柱状スペーサーの高さの均一性（精度）は、いずれも要望される変動係数（ＣＶ値）を十分に満たすものであった。
尚、従来の液晶表示装置に於いて、基板間にギャップを形成するために用いられていたビーズスペーサー粒子の直径精度（変動係数（ＣＶ値））は、２．５％程度のものである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタは、柱状スペーサーの高さの変動係数が２．０％以下であるので、ギャップ不良による色ムラを更に減少させることのできる柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタとなる。
【００２７】
また、本発明の柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタは、柱状スペーサーの所望の高さをｘμｍ、柱状スペーサーの形成に用いる感光性樹脂塗布液の固形分比をｙ重量％とするとき、１．０≦ｘ≦６．０の範囲で、前記数式で表す二次関数で上下限を囲まれる範囲のｙ重量％の固形分比を有する感光性樹脂塗布液を用いて柱状スペーサーを形成したカラーフィルタであるので、ギャップ不良による色ムラを更に減少させることのできる柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶表示装置用カラーフィルタの部分断面図である。
【図２】液晶表示装置用カラーフィルタを液晶表示装置に使用した例を示す液晶表示装置の部分断面図である。
【図３】柱状スペーサーの所望の高さ（ｘ）と固形分比（重量％（ｙ））の関係を示す説明図である。
【図４】変動係数（ＣＶ値）１．０％以下の柱状スペーサーを形成する際の、柱状スペーサーの所望の高さ（ｘ）と固形分比（重量％（ｙ））の関係の目安を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…液晶表示装置用カラーフィルタ
１１、２１…透明基板
１２…遮光層
１３…画素状カラーフィルタ層
１４、２４…透明導電膜
１５…柱状スペーサー
２０…対向基板
３０…液晶表示装置

Claims (2)

1. 柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタであって、柱状スペーサーの高さの変動係数が２．０％以下であることを特徴とする柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタ。
2. 柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタであって、柱状スペーサーの所望の高さをｘμｍ、柱状スペーサーの形成に用いる感光性樹脂塗布液の固形分比をｙ重量％とするとき、１．０≦ｘ≦６．０の範囲で、下記の数式（１）及び数式（２）で表す二次関数で上下限を囲まれる範囲のｙ重量％の固形分比を有する感光性樹脂塗布液を用いて柱状スペーサーを形成したことを特徴とする柱状スペーサーを設けた液晶表示装置用カラーフィルタ。
   

   

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