JP5023887B2

JP5023887B2 - 液晶表示装置用基板

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Publication number: JP5023887B2
Application number: JP2007220717A
Authority: JP
Inventors: 正行川島; 泰之出町
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2027-08-28
Also published as: JP2009053482A

Description

本発明は、垂直配向（ＶＡ、ＶｅｒｔｉｃａｌｌｙＡｌｉｇｎｅｄ）型液晶表示装置（ＬＣＤ、ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）に関するものであリ、さらに詳しくは、配向分割垂直配向（ＭＶＡ、Ｍｕｌｔｉ−ＤｏｍａｉｎＶｅｒｔｉｃａｌ
Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型ＬＣＤに用いられる配向制御用突起を有する液晶表示装置用基板に関する。

ＭＶＡ−ＬＣＤ（配向分割垂直配向型液晶表示装置）は、１画素内で液晶分子の傾斜方向が複数になるように制御し、全方位で均一な中間調表示が出来るよう、配向制御用突起を基板上に設けた垂直配向型液晶表示装置であり、優れたコントラスト、視野角特性、応答速度を兼ね備えた液晶表示装置と言われている。

図１（ａ）、（ｂ）は、ＭＶＡ−ＬＣＤの動作をその断面で模式的に示した説明図である。図１（ａ）、（ｂ）に示す様に、一般的なＭＶＡ−ＬＣＤ（１０）は、液晶分子（１５）を介して配向制御用突起（１３）が設けられたＴＦＴ側基板（１１）と、配向制御用突起（１４）が設けられたカラーフィルタ側基板（１２）とを配置した構造であるが、配向制御用突起（１３）と配向制御用突起（１４）は互い違いの位置になるようになっている。

図１（ａ）は、電圧無印加時の状態を示し、電圧無印加時に液晶分子（１５）は、両基板間で垂直に配向するが、配向制御用突起（１３）部及び配向制御用突起（１４）部の液晶分子は突起の斜面の影響によってわずかに傾斜している。図１（ｂ）は、電圧印加時の状態を示し、電圧を印加すると突起の斜面の液晶分子が傾斜し始め、傾斜部分以外の液晶分子も順次に同一の配向をするようになる。即ち、ラビング処理に代わり、突起を設けることによって液晶分子の配向を制御するものであり、ラビング処理時のゴミ発生による不具合を根本的に解決できるものである。

該配向制御用突起の形状としては、画素上の液晶分子を規則的に２分割以上に分割するものであれば特に限定されるものではないが、基板に垂直な方向から見た場合の形状がドット状、ストライプ状、ジグザグ状のように規則性があることが好ましい。また、高視野角化のため、該配向制御用突起を基板に水平な方向から見た場合の断面形状（縦断面形状）は円弧状あるいは三角形、すなわち半円形、半楕円形、多角錐形あるいは円錐形のように、上面に平らな部分がなく、且つ低部ほど幅広くなるような形状であることが好ましい。

しかし、先に述べたように、配向制御用突起部の液晶分子が突起の斜面の影響によってわずかに傾斜していることにより、黒表示（電圧無印加）の場合において、該配向制御用突起の間隙部は黒表示でも該配向制御用突起部分では厳密には光が漏れることがある。そのため、黒表示時に光漏れからコントラストが低下してしまうという問題があった。
この問題を解決するため、可視光を透過させない材料（以下、遮光性材料という）で配向制御用突起を形成する方法が採用されている（特許文献１参照）。

遮光性を持たせる方法としては、一般に従来のレジストに対して着色材を添加する方法が考えられる。しかし、十分な遮光性を持たせるためには、着色材を十分加えないと効果が現れない。
ところが、着色材の濃度を上げすぎると、感度の低下および現像後に残渣が残るなどのパ
ターニング特性に対する悪影響や、液晶中への着色材の溶出などの信頼性に対する悪影響などの問題がある。

また、配向制御用突起の縦断面形状は、上面に平らな部分がなく、且つ低部ほど幅広くなるような形状であることが好ましい。このため配向制御用突起の周縁部にいけばいくほど膜厚が薄くなる。従って、例えば、１μｍあたりの膜厚での遮光性が十分であっても配向制御用突起の周縁部に近づくほど、膜厚が薄くなり、その部分の遮光性は低下する。従って、十分な遮光性が得られていないものとなる。
特開２０００−１９３９７９号公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ＭＶＡ−ＬＣＤの配向制御用に設けられた突起において、着色材の濃度を上げすぎずに、すなわち、パターニング特性や信頼性を損なうことなく、電気的特性、遮光性に優れた液晶配向制御用突起を有する液晶表示装置用基板を提供することを課題とする。
上記液晶表示装置用基板を用いることで、焼きつき等の表示不良がなく、コントラストの高いＭＶＡ−ＬＣＤを提供することが可能となる。

本発明は、配向制御用突起を基板片面に配設する液晶表示装置用基板において、前記配向制御用突起は有機顔料を含有する感光性樹脂組成物の硬化物として前記基板片面側に予め設けられた着色画素層中の凹部に形成され、該配向制御用突起の下部は該凹部の形状に追従した形状を有することを特徴とする液晶表示装置用基板である。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用基板において、前記有機顔料の含有量が、前記感光性樹脂組成物の固形分に対して５〜７０重量％であることを特徴とする液晶表示装置用基板である。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用基板において、前記配向制御用突起の誘電正接が、液晶表示装置の駆動周波数範囲で０．０１５以下であることを特徴とする液晶表示装置用基板である。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用基板において、前記配向制御用突起の膜厚１μｍあたりの光学濃度が、０．２以上であることを特徴とする液晶表示装置用基板である。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用基板において、前記配向制御用突起と基板片面との間に、着色画素層が設けられていることを特徴とする液晶表示装置用基板である。

本発明における感光性樹脂組成物を用いて配向制御用突起を形成したところ、優れた遮光性をもつ配向制御用突起を得ることが出来た。また、適度な熱収縮や熱フローにより、下部の形状にそって寸法精度の良い、液晶分子の配向性をより向上することが可能となった。さらに、周縁部においても下部の膜厚と合わせた遮光性を有するため、より高い遮光
性を付与することが可能となる。また、十分な遮光性を持たせるための顔料濃度を減らすことが出来るため、解像性、電気的特性、耐性をもつ配向制御用突起を形成することができた。そのため、表示ムラ、輝度低下や焼きつき等の表示不良がなく、コントラストの高いＭＶＡ−ＬＣＤを得ることができた。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図２は、本発明による液晶表示装置用基板の一例の断面を模式図でを示したものである。この一例は、透明性を有する基板上に着色画素層を設け、この上に配向制御用突起を形成した液晶表示装置用基板である。

液晶表示装置用基板は、透明基板２１上にカラーフィルタを形成し、さらに透明導電性膜層２４、配向制御用突起２７、配向膜層２６を順次積層せしめたものである。ここで、カラーフィルタとは透明基板上にコントラスト向上のためのブラックマトリックス２２、次いで赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色画素層２３を形成せしめたものである。この液晶表示装置用基板を、例えば、薄膜トランジスタのような電極を形成した対向基板と対置させ液晶層を介してＬＣＤを構成するものである。

前記透明基板２１は、板状のものが好ましく、ガラス、あるいはポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンやポリアクリレートなどのプラスチックのシートあるいはフィルムが挙げられる。また、配向制御用突起を形成した後、加熱工程を行うことから、耐熱性に優れたガラス基板が好ましく、さらには熱膨張率が小さく加熱工程での寸法安定性に優れたガラスを選択することが好ましい。

カラーフィルタを構成するブラックマトリックス２２は既に公知の方法を用いて形成することができる。例えば、クロムやチタンなどの金属あるいは金属酸化物の薄膜をスパッタ等の方法により基板上に形成し、それをエッチングなどの手法によりパターニングを施し形成するもの、あるいは、感光性樹脂組成物中にカーボンブラックや金属酸化物などの遮光性微粒子や複数種からなる顔料あるいは染料などの着色剤を混在させ、これを基板上に感光性樹脂層として形成しフォトリソグラフィー法により形成するもの、あるいは、後に示す赤、緑、青などからなる着色画素層を２層以上積層させこれを形成するものなどが挙げられるが本発明においてはいずれの方法でも形成しても良い。

前記着色画素層２３は、前記ブラックマトリックス２２の開口部に設けられ、通常、赤色着色画素層２３Ｒ、緑色着色画素層２３Ｇ、および青色着色画素層２３Ｂの３原色の着色画素層で構成される。所望の形状の着色画素層は隣接して順次に繰り返し配置されたものである。
この時、後工程により配向制御用突起が入る位置の膜厚をその他の通常の膜厚と比較して、０〜８０％程度になるような凹部２８を有する着色画素層を形成する。この際、着色画素層の凹部の深さは、配向制御用突起に求められる遮光性により任意に設定することが出来る。また、この着色画素層の凹部の形成は、フォトマスクを介しての透過光の制御によって行う。例えば、マスクパターンによる制御や遮光膜による制御等が考えられるが、これに限るものではない
着色画素層２３上の透明導電性膜層２４は、電気信号を伝達することで基板の間に挟持された液晶の挙動を制御するために設けられ、透明導電性膜層２４は対向する液晶表示装置基板の、少なくともいずれか一方には必須である。通常、透明導電性膜層２４は、配向制御用突起の直下に形成されるが、蒸着等を用いて、配向制御用突起の上層に設けることもできる。
透明導電性膜層２４は、透明で導電性があり薄膜状に形成できる物質が用いられ、通常Ｉ
ＴＯ（インジウムと錫の複合酸化物）膜が、他にはＩＺＯ（インジウムと亜鉛の複合酸化物）やＳｎＯ₂（二酸化錫）膜などが選択され、各々スパッタ法、真空蒸着法などの手法にて形成される。

配向制御用突起は、先ず、突起形成用の感光性樹脂組成物を、バーコーター、アプリケーター、ワイヤーバー、スピンコーター、ロールコーター、スリットコーター、カーテンコーター、ダイコーター、コンマコーター、又はその他の公知の塗工方法を用い積層する。感光性樹脂組成物を溶媒に希釈し、感光液として調製し、基板上に前記方法で塗布してもよいが、その場合には基材上に塗布した後に、溶媒を除去する必要がある。
次に、所定のパターンを有したフォトマスクを介し、光照射してパターン露光を行い、アルカリ現像液にて現像を行うことによって形成することができる。
感光性樹脂組成物がポジ型の場合は露光部分が溶解除去され、ネガ型の場合は未露光部分が溶解除去されることでマスクパターンに忠実な配向制御用突起２５を形成することができる。この時形成された配向制御用突起は、上記の着色画素層中の凹部２８に設けられる。

前記パターン露光においては、例えば、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、中圧水銀灯、低圧水銀灯、キセノンランプ、ハロゲンランプ等が挙げられるが、これに限定されるものではなくその他公知の方法で行うことができる。

本発明における配向制御用突起は、上記フォトリソグラフィー工程後に加熱工程を施すことにより、該配向制御用突起の硬化を促進し透明導電性膜層２４との密着性を向上できる。また、現像後の断面台形状の突起２５は、加熱による流動化により形状がなだらかになった配向制御用突起２７となり、配向制御用突起２７の下部は凹部２８の形状に追従した形状となる。

ここで、本発明の配向制御用突起の形成に用いる感光性樹脂組成物は、ネガ型あるいはポジ型のどちらであってもよいが、バインダー樹脂としては、アルカリ可溶性を有することが好ましい。この場合、上記感光性樹脂組成物はアルカリ水溶液で現像可能となり、従来のプロセスで使用できるためコスト的にも有利であり、環境の観点からも好ましい。また、電気特性の点から、芳香環を有する樹脂が好ましい。このような樹脂としては、特に限定されないが、例えば、フェノール性水酸基を有する樹脂、カルボキシル基変性エポキシ樹脂およびこれらの変性物等が挙げられる。

前記フェノール性水酸基を有する樹脂としては、クレゾールノボラック樹脂、ポリビニルフェノール、あるいはｐ−ビニルフェノールとスチレンとの共重合体などが挙げられる。ポリビニルフェノールは、公知の方法にて、例えば、ｐ−ヒドロキシスチレン、２−（ｐ−ヒドロキシフェニル）プロピレンなどの置換基を有していても良いヒドロキシスチレン類を単独で又は２種以上をラジカル重合開始剤またはカチオン重合開始剤の存在下で重合することにより得られる。さらにフェノール性水酸基の一部に不飽和二重結合基を導入することでネガ型の感光性をもたせることもできる。

前記エポキシ樹脂としては、アルカリ現像性を有するものであれば何ら限定されることなく使用することができるが、なかでも多官能エポキシ樹脂に不飽和一塩基酸およびフェノール化合物を付加させ、さらに多塩基酸無水物にて架橋したものが特に好ましい。また、これらの樹脂は現像性、感度、熱可塑性等を考慮し、２種類以上を混合して使用してもよい。

また、組成物中のバインダー樹脂の重量平均分子量（以下Ｍｗという）は、耐熱性と現像性の観点から１０００〜４００００の範囲であることが好ましく、さらに２０００〜１
５０００の範囲であることが特に好ましい。なお、ＭｗはＧＰＣ法により測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量である。

本発明における有機顔料としては、電気特性を悪化させないものであれば、一般に市販されているものを用いることができる。有機顔料としては、発色性が高く、且つ耐熱性、特に耐熱分解性の高いものが好適に用いられる。有機顔料等は、単独でまたは２種類以上を混合して用いることができる。また、有機顔料は、ソルトミリング、アシッドペースティング等により微細化したものであってもよい。以下に、本発明に用いられる有機顔料の具体例を、カラーインデックス番号で示す。

赤色顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ７、９、１４、４１、４８：１、４８：２、４８：３、４８：４、８１：１、８１：２、８１：３、９７、１２２、１２３、１４６、１４９、１６８、１７７、１７８、１７９、１８０、１８４、１８５、１８７、１９２、２００、２０２、２０８、２１０、２１５、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、２４６、２５４、２５５、２６４、２７２、２７９等の赤色顔料を用いることができる。

黄色顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ１、２、３、４、５、６、１０、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、２０、２４、３１、３２、３４、３５、３５：１、３６、３６：１、３７、３７：１、４０、４２、４３、５３、５５、６０、６１、６２、６３、６５、７３、７４、７７、８１、８３、８６、９３、９４、９５、９７、９８、１００、１０１、１０４、１０６、１０８、１０９、１１０、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０、１２３、１２５、１２６、１２７、１２８、１２９、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５０、１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１６１、１６２、１６４、１６６、１６７、１６８、１６９、１７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７９、１８０、１８１、１８２、１８５、１８７、１８８、１９３、１９４、１９９、２１３、２１４等が挙げられる。

オレンジ色顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＯｒａｎｇｅ３６、４３、５１、５５、５９、６１、７１、７３等が挙げられる。
緑色顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ７、１０、３６、３７等の緑色顔料を用いることができる。
紫色色素としては、例えば、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＶｉｏｌｅｔ１、１９、２３、２７、２９、３０、３２、３７、４０、４２、５０等の顔料が挙げられる。
青色色素としては、例えば、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６、１６、２２、６０、６４等の顔料が挙げられる。

また良好な塗布性、感度、現像性等を確保するために、染料、天然色素、あるいは酸化チタン、硫酸バリウム、亜鉛華、硫酸鉛、黄色鉛、亜鉛黄、べんがら（赤色酸化鉄（ＩＩＩ）、カドミウム赤、群青、紺青、酸化クロム緑、コバルト緑、アンバー、チタンブラック、合成鉄黒、カーボンブラック等の無機顔料を併用することもできる。

本発明の配向制御用突起の感光性着色組成物に有機顔料を含有させる場合に、有機顔料を分散させるための分散剤を含有させる必要がある。分散剤としては、界面活性剤、顔料の誘導体、高分子分散剤（例えば、（株）アビシア製：ソルスパース）等が使用される。分散剤の添加量は特に限定されるものではないが、有機顔料の配合量１００質量％に対して、１〜５０質量％とすることが好ましい。また、本発明の有機顔料は、樹脂組成物との混合時のソルベントショック等に起因する異物や塗膜ムラの発生を抑えるために、必要に
応じて適当な樹脂により被覆されていてもよい。

ここで、光重合性モノマー及び／又は樹脂を溶剤に溶解した溶液への顔料や分散剤の分散は、三本ロールミル、二本ロールミル、サンドミル、ニーダー、ディゾルバー、ハイスピードミキサー、ホモミキサー、アトライター等の各種分散装置を用いて行うことができる。

また、顔料と分散剤を予め混合して顔料組成物を調製する場合、顔料と分散剤を単純に混合するだけでも良いが、（ａ）ニーダー、ロール、アトライター、スーパーミル等の各種粉砕機により機械的に混合する、（ｂ）顔料を溶剤に分散させた後、分散剤を含む溶液を添加し、顔料表面に分散剤を吸着させる、（ｃ）硫酸等の強い溶解力を持つ溶媒に顔料と分散剤を共溶解した後、水等の貧溶媒を用いて共沈させるなどの混合方法を採用することが好ましい。また、２種以上の顔料を含む場合には、例えば（イ）２種以上の顔料等を混合した後、得られた顔料混合物を顔料担体中に既知の方法で微細に分散する、（ロ）各顔料等を別々に顔料担体中に微細に分散したものを混合するなどの方法で製造することができる。

これらの有機顔料の含有量は、感光性樹脂組成物の固形分に対して５〜７０重量％が好ましく、さらに好ましくは１０〜４０重量％である。５重量％よりも少ない場合は、十分な遮光性を付与することができないため、パネル化した際に十分なコントラスト向上効果が得られない。一方、７０重量％よりも多い場合は、遮光性が高すぎるため感度が低下したり、解像性が低下したりする。また誘電正接が高くなるなど電気特性が悪化し、パネル化した際に焼きつきの原因となる場合もある。

本発明における配向制御用突起用の感光性樹脂組成物には前記成分以外に、塗布性、密着性、耐熱性、耐薬品性の向上のためなど、必要に応じて相溶性のある添加物、例えば、溶剤、可塑剤、安定剤、界面活性剤、レベリング剤、カップリング剤、充填材などを、本発明の目的、または効果を損なわない範囲で添加することができる。

上記溶媒としては、ジクロルエタン、クロロホルム、アセトン、２−ブタノン、シクロヘキサノン、エチルアセテート、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−ブトキシエタノール、２−エチルエトキシアセテート、２−ブトキシエチルアセテート、２−メトキシエチルエーテル、２−エトキシエチルエーテル、２−（２−エトキシエトキシ）エタノール、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール、２−（２−エトキシエトキシ）エチルアセテート、２−（２−ブトキシエトキシ）エチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン等が挙げられる。

また、配向制御用突起の着色材として有機顔料を用いることで、優れた特性の液晶表示装置用基板が得られる。有機顔料は、無機微粒子系の顔料に比べて、ベースとなる感光性樹脂組成物との相性が良く、ギザつきのない直線性のすぐれたパターンを形成できるというメリットがある。また必要に応じて、ベースとなる感光性樹脂組成物の特性や配向制御用突起の要求スペックにあわせた粒径分布制御、表面処理等の改質を行うことが可能であり、材料選択の幅が広い。さらに、これらの顔料を２種以上混合して使用することで、分光スペクトルや電気特性等の制御が可能となり、目的の特性にあわせた配向制御用突起を形成することが可能となる。特に可視領域で波長依存性の少ない分光スペクトルとなるように顔料を混合すると、カラーフィルタの色相を変化させることがなく好ましい。

さらに、本発明者らは、液晶表示装置用基板の性質とＭＶＡ−ＬＣＤにおける表示不良
の関係について種々検討した結果、配向制御用突起の電気的特性がＭＶＡ−ＬＣＤの液晶配向不良やスイッチングの閾値ずれに大きな影響を与えることを見出した。液晶の駆動は、一般的には交流波形で行われるが、液晶材料面での応答速度の改善にともない、１つの矩形波内での影響、すなわち直流波形による影響も無視できなくなってきている。

ここで、一般的にＭＶＡ−ＬＣＤにおいて、液晶表示装置用基板を構成する配向制御用突起は、内側を向くように配置されている。液晶駆動電界中に内在するため、ＭＶＡ−ＬＣＤにおいては、配向制御用突起と他のセル内の部材（液晶、配向膜）との電気特性的なバランスが重要となる。

まず、交流特性の観点から、配向制御用突起の誘電特性が重要である。具体的には誘電正接の値により説明が可能であり、おおむね以下のようなメカニズムによる。誘電正接（ｔａｎδ）は誘電体内に蓄積される電荷量と消費される電荷量の比である。誘電正接が比較的小さい場合は誘電体内に蓄積された電荷は保持されるのに対し、比較的大きい場合、電荷は消費されて保持されない。

配向制御用突起と他のセル内の部材（液晶、配向膜など）はそれぞれ誘電体としての性質を持つため、これらの誘電正接の値が大きく異なると、液晶分子の電荷の保持状態が不均一になる現象が発生する。電荷の保持状態が不均一になることで液晶の配向不良が発生し、あるいは電荷が余分に残ってしまうことによる閾値ずれにより焼きつきが発生するといった表示不良となる。

従って、配向制御用突起、配向膜層、液晶層の誘電正接ｔａｎδは、ＭＶＡ−ＬＣＤ方式のカラー液晶表示装置の表示特性を決める重要な特性となる。誘電正接は測定周波数に依存する値であり、液晶の駆動信号の波形は高周波成分もいくらか含むため、理想的には１０〜１ｋＨｚの広い周波数範囲での特性を考慮する必要がある。ただし、実際には液晶駆動の１フレームが６０〜１２０Ｈｚ程度であることから、周期（秒）すなわち周波数で３０Ｈｚ近辺、おおむね１０〜２００Ｈｚの周波数での誘電正接に着目するのが適当である。

一般に、液晶材料、配向膜材料などは電荷を保持する能力が大きい、すなわち誘電正接が比較的小さい材料であり、その値は一般的に０．００５〜０．０２程度の値である。したがって、ＭＶＡ−ＬＣＤに用いる配向制御用突起の誘電正接の値は液晶材料、配向膜材料と同程度かそれ以下の値であることが好ましいと考えられる。

以上をふまえ、本発明者らは、誘電特性の改善について種々検討を行った結果、液晶表示装置用基板において、基板上に設けられた配向制御用突起を構成する材料の誘電正接が駆動周波数の範囲で０．０１５以下、さらに好ましくは０．００８以下とすることで、配向不良、閾値ずれなどの表示品位の低下を効果的に防げることを見出した。配向制御用突起材料の誘電正接は低いほど好ましいが、配向制御用突起材料の特性上現時点では０．００３程度が下限となる。

また、配向制御用突起材料の比誘電率も重要な要素であり、駆動周波数の範囲で６．０以下とすることが好ましい。比誘電率は誘電体内に蓄積される電荷量の指標であり、配向制御用突起において著しく値が大きいとセル内の部材（液晶、配向膜など）との間に蓄積される電荷量のバランスが大きく崩れ、閾値ずれで焼き付きが発生するといった表示不良となる。液晶の比誘電率は一般に約１０程度であり、液晶層と配向制御用突起の膜厚や面積を考慮すると、配向制御用突起の比誘電率は６．０以下が好ましく、さらに好ましくは５．０以下である。比誘電率は低いほうが好ましいが、材料の特性上現時点では３．０程度が下限となる。

上記基板上には必要に応じて配向膜層２６を設ける。配向膜層は、ネガ型液晶化合物を垂直配向させるために設けられる。配向膜層には、透明で絶縁性の物質が用いられ、一般にポリイミド樹脂などが用いられる。配向膜層は、ポリイミド樹脂用液、ポリアミック酸溶液などを公知の塗布方法あるいは印刷方法にて形成し、その後焼成することにより形成される。

また、状況に応じて透明保護膜層を形成しても良い。この時、透明保護膜層は、ブラックマトリックス及び着色画素層を形成したときに生ずる段差を平坦化する機能を有しており、透明保護膜層を形成する材料としては、光硬化型の感光性樹脂組成物などの前述の目的を達成できる材料であればよい。
着色画素層２３の表面状態を考慮して０．５から３μｍの範囲にて形成することができる。この時、後工程により配向制御用突起が入る位置の膜厚をその他の通常の膜厚と比較して、０〜８０％程度になるように透明保護層を形成する。この透明保護層の薄膜工程は、マスクによる制御、パターンによる制御等が考えられるが、これに限るものではない

以下、本発明の実施の形態について具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
〔着色画素層および透明導電性膜層の形成〕透明基板２１としてガラス基板を用い、ガラス基板上にブラックマトリックス２２を形成した。次いで、ガラス基板上に公知の顔料分散法にてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）からなる着色画素層２３を形成した（図３（ａ）〜（ｄ））。レジストの処方および作成条件は下記の条件にて形成した。

○レジスト処方
ここでアクリル系顔料分散感光剤の組成は、以下の処方による。
Ａ：顔料６重量％
（内訳）
・黒色：Ｃ．Ｉ．黒色顔料７
・赤色：Ｃ．Ｉ．赤色顔料１７７
・緑色：Ｃ．Ｉ．緑色顔料３６、黄色：Ｃ．Ｉ．黄色顔料１３９
・青色：Ｃ．Ｉ．青色顔料１５
材料はいずれもカラーインデックス（Ｃ．Ｉ．）ナンバーにて示す。
Ｂ：以下の組成からなるアニオン性アクリル系共重合体６重量％
・メチルメタクリレート１重量％
・メタクリル酸１重量％
・ヒドロキシメタクリレート１重量％
・ブチルメタクリレート１重量％
・シクロヘキシルアクリレート２重量％
Ｃ：多官能アクリルモノマー６重量％
（東亞合成（株）製、商品名「アロニックスＭ―３００」）
Ｄ：光重合開始剤０．０５重量％
（チバスペシャリティケミカルズ社製、商品名「イルガキュアー９０７」
Ｅ：有機溶媒８２．５重量％
以上Ａ〜Ｅを充分混合連肉してなる光重合型顔料分散感光剤を準備した。

○作成条件
着色画素層の作成条件は、下記の条件で行った。
・コート条件１０００ｒｐｍ、露光量１００ｍＪ／ｃｍ²、露光ギャップ１５０μｍ、現像時間６０秒、ベーク条件２３０℃・６０分。
現像液は、無機アルカリ現像液を用いて行った。

この結果、着色画素層２３の膜厚はＲ、Ｇ、Ｂ何れも２．０μｍ±０．２μｍであった。この時、突起を形成する部位に対応したフォトマスク上にＩＴＯ（インジウムシンオキサイド）による遮光膜を形成した。ＩＴＯの透過率は、波長３６５ｎｍにおいて、ＩＴＯ形成が無い場合の透過率の約３５％に設定した。このフォトマスクを介して、露光、現像、硬化工程を行った。線幅１０μｍ、深さ０．５μｍの形状の凹部２８を形成した（図３（ｃ）、（ｄ））。
次に、これらが形成された基板の全面にＩＴＯ膜をスパッタにより成膜を行い、透明電極２４を形成した（図３（ｅ））。

〔液晶配向制御用突起の形成〕
次に、液晶配向制御用突起２５の作製を行った。この時使用したレジストおよび作成条件は下記の条件にて形成した。

○組成物
・ポジ型レジストＬＣ−１００９０重量％
（ロームアンドハース社製、ＮＶ１５％）
・赤色顔料：Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ２５４２．０重量％
・青色顔料：Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５１．０重量％
・分散剤（ゼネカ社製「ソルスパース２００００」）０．３重量％
・シクロヘキサノン６．７重量％
○作成条件
・コート条件１０００ｒｐｍ
・プリベーク条件ホットプレートにて１１５℃・１００秒
・露光１００ｍＪ／ｃｍ²
・現像６０秒
・ベーク条件２３０℃・３０分
○現像液
・炭酸ナトリウム１．５重量％
・炭酸水素ナトリウム０．５重量％
・陰イオン系界面活性剤（花王・べりレックスＮＢＬ）８．０重量％
・水９０重量％
この時マスクは、線幅８μｍのリブパターンマスクを介し、精度良くアライメントを行い、２３０℃で硬膜して着色画素層２３上に分割配向制御用突起２７を作製した。
この２３０℃ベークによって、現像後に断面台形状の突起２５は、加熱により若干の流動があり、形状がなだらかなになった配向制御用突起２７となる。また、配向制御用突起２７の下部は凹部２８の形状に追従した形状となる。なお、この突起の若干の流動は、着色画素層２３にあらかじめ形成される凹部２８との自己整合（セルフアライン）の効果があり、アライメントを改善できる（図３（ｆ）、（ｇ））。

この時形成された液晶分割配向制御用突起２７は、最下部の着色画素層表面からの膜厚が最上部の位置で１．７μｍであった。また、熱フローによって線幅は１０μｍであった。

＜実施例２＞
ポジ型レジスト（ローム・アンド・ハース社製ＭＰ−ＬＣ１００）の代わりに下記成分か
らなるネガ型レジストを用いた以外は、実施例１と同様にして感光性樹脂組成物を調製した。
・バインダー樹脂（丸善石油化学社製「マルカリンカーＭ」）８重量％
・光重合性モノマー（東亜合成社製「アロニックスM-402」）６重量％
・光重合開始剤１重量％
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「ＩｒｇＯＸＥ０１」）
・シクロヘキサノン（関東化学社製）８５重量％
これを用いて配向制御用突起を有するカラーフィルタ基板を得た。さらにこのカラーフィルタ基板を用いてＭＶＡ―ＬＣＤを作製した。

＜比較例１＞
着色画素層のフォトマスクによる薄膜化（凹部形成）工程が無い以外は、実施例１と同様の感光性樹脂組成物を調製し、これを実施例１と同様の条件にて配向制御用突起を有するカラーフィルタ基板を得た。さらにこのカラーフィルタ基板を用いてＭＶＡ―ＬＣＤを作製した。

＜比較例２＞
有機顔料構成比を下記の組成（顔料比５％以下）に変更した以外は、実施例１と同様にして感光性樹脂組成物を調製し、これを用いて露光量を１００ｍＪ／ｃｍ²にして配向制御用突起を有するカラーフィルタ基板を得た。

○組成物
・ポジ型レジストＬＣ−１００９６重量％
（ロームアンドハース社製、ＮＶ１５％）
・赤色顔料：Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ２５４０．３重量％
・青色顔料：Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５０．１５重量％
・分散剤（ゼネカ社製「ソルスパース２００００」０．０５重量％
・シクロヘキサノン３．５重量％
さらにこのカラーフィルタ基板を用いてＭＶＡ―ＬＣＤを作製した。

＜比較例３＞
有機顔料構成比を下記の組成（顔料比７０％以上）に変更した以外は、実施例１と同様にして感光性樹脂組成物を調製し、これを用いて露光量を１００ｍＪ／ｃｍ²にして配向制御用突起を有するカラーフィルタ基板を得た。

○組成物
・ポジ型レジストＬＣ−１００３０重量％
（ロームアンドハース社製、ＮＶ１５％）
・赤色顔料：Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ２５４１０重量％
・青色顔料：Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５５重量％
・分散剤（ゼネカ社製「ソルスパース２００００」０．５重量％
・シクロヘキサノン３．５重量％
さらにこのカラーフィルタ基板を用いてＭＶＡ―ＬＣＤを作製した。

＜比較例４＞
下記の顔料用いた以外は、実施例１と同様にして感光性樹脂組成物を調製し、これを用いて露光量を１００ｍＪ／ｃｍ²にして配向制御用突起を有するカラーフィルタ基板を得た。この比較例４は電気特性が悪い例である。
さらにこのカラーフィルタ基板を用いてＭＶＡ―ＬＣＤを作製した。

○組成物
・ポジ型レジストＬＣ−１００９５重量％
（ロームアンドハース社製、ＮＶ１５％）
・紫色顔料：Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＶｉｏｌｅｔ２３１．０重量％
（ＢＡＳＦ社製「パリオゲンバイオレット５８９０」）
・分散剤（ゼネカ社製「ソルスパース２００００」０．２重量％
・シクロヘキサノン３．８重量％
＜比較例５＞
有機顔料の無いベースのポジ材（通常ポジ材）を用いた以外は、実施例１と同様にして感光性樹脂組成物を調製し、これを用いて露光量を３００ｍＪ／ｃｍ²にして配向制御用突起を有するカラーフィルタ基板を得た。さらにこのカラーフィルタ基板を用いてＭＶＡ―ＬＣＤを作製した。

上記実施例１〜２、および比較例１〜５て用いた感光性樹脂組成物およびＭＶＡ−ＬＣＤの評価結果を表１に示す。なお、評価ランクはそれぞれ下記したがって判定した。

＜誘電正接＞
厚さ０．７ｍｍのガラス板上に、アルミを一般的な真空蒸着法により電極パターンを有する金属マスクを介して厚さ１５０ｎｍとなるように製膜し、電極を形成した。続いて上記実施例１〜２、および比較例１〜５にて用いた感光性樹脂組成物を約２μｍの厚さになるようにスピンコートにて塗布し、８０℃で１０分間乾燥した後、アルミ電極上以外の不要部分を除去し、熱風乾燥機を用いて２３０℃で３０分間加熱乾燥処理し、さらにアルミ電極を上記と同様の方法により形成して試験片を作製した。
該試験片は、１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形のアルミ電極の間に本発明の感光性樹脂組成物の硬化物が約１．５μｍ厚で挟まれた構造のものである。上記の試験片について、インピーダンスアナライザ（（株）東陽テクニカ製Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ１２６０）により、印加電圧１Ｖ一定にてインピーダンスの実部と虚部とを測定し、３０Ｈｚにおける誘電正接の値を算出した。

＜コントラスト＞
比較例１にて作製したＭＶＡ−ＬＣＤに比べて、８％以上向上したものを○印、８％未満であったものを×印とした。

＜焼きつき＞
白黒のチェッカーパターンをＭＶＡ−ＬＣＤの表示領域に長時間表示させ（この時間をＴ₀とする）、その後表示領域全面に所定の中間調を表示させたときに残像が現れるまでに要する時間Ｔ₁を調べた。時間Ｔ₁が１００時間以上であるものを○印、２４時間以上１００時間未満であるものを△印、２４時間未満のものを×印とした。

表１に示すように、遮光材として有機顔料を適正量添加して得られる感光性樹脂組成物を調製し、これを用いて配向制御用突起を形成した実施例１〜２では、電気的特性が良好な配向制御用突起を形成することができた。またこれを用いて作製したＭＶＡ−ＬＣＤは比較例１に比べて、同じＯＤ値を得るのに必要とする顔料濃度が下がるために、電気特性が低く、形状も良好であった。コントラストの変化量がプラス８％以上であり、焼きつきといった表示不良もない良好な特性を示すものであった。

一方、有機顔料含有率が５％よりも少ない感光性樹脂組成物を用いた比較例２では、配向制御用突起の特性は良好なものの、十分なコントラスト向上効果が得られなかった。一方、有機顔料を７０％よりも多く含む感光性樹脂組成物を用いた比較例３では、透過率が
低すぎるため十分に硬化せず、パターン周囲に残渣も残るなど、良好な形状の配向制御用突起を形成することができなかった。比較例４では、配向制御用突起は形成できるものの誘電正接が０．０１５よりも大きく、パネル化した際に焼きつきが発生してしまった。さらに比較例５では、パターニングおよび電気特性は良好なものの、コントラストアップをすることは出来なかった。

（ａ）、（ｂ）は、ＭＶＡ−ＬＣＤの動作をその断面で模式的に示した説明図である。本発明による液晶表示装置用基板の一例の断面を模式図でを示したものである。実施例の工程説明図である。

符号の説明

１０・・・ＭＶＡ−ＬＣＤ
１１・・・ＴＦＴ側基板
１２・・・カラーフィルター側基板
１３、１４・・・配向制御用突起
１５・・・液晶分子
１６、１７・・・配向膜
２１・・・透明基板
２２・・・ブラックマトリックス
２３・・・着色画素層
２４・・・透明導電性膜層
２５、２７・・・配向制御用突起
２６・・・配向膜
２８・・・凹部

Claims

配向制御用突起を基板片面に配設する液晶表示装置用基板において、前記配向制御用突起は有機顔料を含有する感光性樹脂組成物の硬化物として前記基板片面側に予め設けられた着色画素層中の凹部に形成され、該配向制御用突起の下部は該凹部の形状に追従した形状を有することを特徴とする液晶表示装置用基板。
前記有機顔料の含有量が、前記感光性樹脂組成物の固形分に対して５〜７０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用基板。
前記配向制御用突起の誘電正接が、液晶表示装置の駆動周波数範囲で０．０１５以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置用基板。
前記配向制御用突起の膜厚１μｍあたりの光学濃度が、０．２以上であることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載の液晶表示装置用基板。
前記配向制御用突起と基板片面との間に、着色画素層が設けられていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項４記載の液晶表示装置用基板。