CN1130765A - 液晶显示元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够简单且廉价地制造具有可与镶嵌型相匹敌的鲜明度及色调彩色显示的单纯矩阵方式的彩色显示的液晶显示元件的方法。

Description

液晶显示元件的制造方法

本发明涉及单纯矩阵方式的液晶显示元件的制造方法、特别是在该元件的彩色显示时的彩色条上以象素单位形成遮光层的方法。

单纯矩阵方式的液晶显示元件有TN方式与STN方式两种，不论哪一种方式都是在2片透明基板上分别形成的透明电极呈条状，并且各条状的电极通过被封入其间的液晶形成垂直相交的构成(如将一方作为“行”，则另一方便为“列”)。通过将信号电压加到一方的条状电极上，将扫描电压加到另一方的条状电极上，驱动处于信号电压与扫描电压同步部分的液晶。当进行彩色显示时，就使用滤色器。通常，作为插入滤色器的位置，是透明基板与透明电极之间。即，首先在透明基板上形成滤色器，再在其上设置透明电极。

特别是在STN方式的情况下，透明电极必须在完全平滑的面上形成。因此在滤色层上设置为了实现平滑化的外保护膜层。

一般作为滤色器的色配置，有镶嵌型、条型、三角型、4象素配置型，在TN、STN的单纯矩阵方式的情况下，是条型的色配置(由红、绿、蓝三色的条状物构成，各色条由黑色的遮光层分隔)。

条型的色配置对文字、图形等显示无障碍，但当显示图像时则与镶嵌型等相比在色调、鲜明度方面较差。为使图像品质与镶嵌型的相近，对红、绿、蓝的各色条，在向每个象素单位加入遮光层时，以遮光层将各象素镶边。这样，在镶嵌型的情况下，红、绿、蓝各象素以黑色镶边而排列，相反，虽然颜色的配置与红、红、红、或绿、绿、绿不同，但与各象素以黑色镶边构成颜色的情况没有变化，与先有的条型彩色显示相比，可以大幅度地提高图像质量。但是条型色配置的滤色器在制造时，对于各条，向每个象素单位插入遮光层在工序上非常烦杂，而且必须使其与对向电极(此时为扫描电极)在位置上完全吻合，需要掩模校准等高精度的工序。

另外，如果能在与设有滤色器的基板相对的基板一侧设置遮光层，则工序将比直接向色条中插入遮光层简单得多。这是因为只要将遮光层设置到作为扫描电极已形成为条状的透明导电膜的各条之间就行。此时，为了在条间设置遮光层，通常将着色的感光性树脂涂布到透明导电膜上，经过掩膜曝光、显影工序后，除去不需要的树脂即可。但此时无论如何都必须进行掩模校准；这样，不仅工序麻烦，合格率降低，而且成本也增加。

本发明就是为了解决这些问题而提案的，目的在于提供一种简单的彩色液晶显示元件的制造方法，通过在作为扫描电极已形成的条状的透明导电膜的各条间设置遮光层，而将遮光层加入到彩色条的各象素中。

本发明特征在于包括以下各工序：在一方的透明基板面上形成透明导电膜的工序、在上述透明导电膜上涂布着色的正型的保护膜后，通过曝光、显影形成上述透明导电膜图案的工序、在形成图案后不剥离上述保护膜而进一步涂布着黑色的负型的保护膜的工序、通过上述透明基板对上述负型的保护膜进行背面暴光、显影而在上述形成了图案的透明电导膜之间形成黑色保护膜的工序和进行将上述形成了图案的透明导电膜上残留的正型保护膜剥离的工序(第1种方法)。

另外，本发明的另一特征在于包括以下工序：在一方的透明基板面上形成透明导电膜的工序、在上述透明导电膜上涂布正型保护膜后通过曝光、显影而形成上述透明导电膜图案的工序、形成图案后不剥离上述保护膜而进一步将着黑色的树脂注入到上述的保护膜之间的工序、通过使上述树脂硬化而在上述形成了图案的透明导电膜之间形成黑色条的工序和进行将残留在上述形成了图案的透明导电膜上的保护膜剥离的工序(第2种方法)。此处，作为上述树脂，使用含有光硬化性树脂或热硬化性树脂的物质。

在第1种方法中，作为制作扫描电极时的保护膜使用正型的保护膜，预先将该保护膜着色，经过该保护膜的曝光、显影、透明导电膜的蚀刻工序，形成扫描电极的图案。之后，涂布着色为黑色的负型保护膜，通过从透明基板一侧进行曝光(背面曝光)、显影，使形成了图案的扫描电极即条电极间存在的保护膜硬化后作为遮光层。之后，将在电极上残留的正型保护膜除去。这样，便可不进行掩模校准等而在单纯矩阵方式的液晶显示元件的彩色显示时的彩色条上以象素单位通过比较简单的方法形成遮光层。

另外，在形成了图案的扫描电极上存在的正型保护膜，最好直到形成在后续的工序中形成的遮光层(黑条)的为止都不进行剥离而残留在上面。因为，在形成黑色条时可以作为辅助(一种模框)使用。这样，便可不使用掩模校准等麻烦的方法而在相邻的条电极之间可靠地形成黑色条。

另外，通过透明基板进行背面曝光时，由于其下面的着色正型保护膜的影响光线不能充分到达扫描电极上的负型保护膜，所以，该负型保护膜不能充分硬化。从而，如果在显影工序中利用负保护膜的溶解度之差，只除去扫描电极上的负型保护膜，则可只保留条电极间存在的负型保护膜，即成为遮光层的部分。

在第2种方法中，作为制作扫描电极时的保护膜使用正型保护膜(与第1种方法不同，该正型保护膜没有必要预先着色)，经过曝光、显影、蚀刻工序形成扫描电极的图案。此时，扫描电极上存在的正型保护膜即使经过这些工序也不产生溶解或剥离。之后，在上述正型保护膜间注入着色为黑色的树脂(含有光硬化性树脂或热硬化性树脂的物质)，调整注入高度使其与该保护膜成为同一平面。之后，将上述树脂进行硬化，在相邻的条电极间的黑色条形成作为遮光层的树脂层。最后，通过剥离除去在条电极上残留的保护膜，只保留在条电极间形成的遮光层。这样，便可不进行掩模校准等而在单纯矩阵方式的液晶显示元件的彩色显示时的色条上以象素单位通过比较简单的方法形成遮光层。

按照这种方法，不需要进行背面曝光及显影。而代之以需要利用光(全面曝光)或热使黑色条形成材料(着色为黑色的树脂)进行硬化。另外，在条电极形成工序中，直至黑条形成为止也不剥离条电极上存在的正型保护膜，其理由与前者的方法相同。

实施发明的形态(实施例1)

下面，说明利用图1所示工序的本发明的彩色显示元件的第1种制造方法。

首先，准备表面平滑度高的玻璃基板1，在其上形成ITO膜2。在本实施例中，使用市售的带ITO膜的基板，是具有20Ω/口的表面电阻的ITO基板。在该基板的一个面上涂布着色的正型的感光性保护膜3。作为保护膜，使用以热塑性酚醛树脂为主体材料的组合物，将着色色素溶于其中，或悬浊于其中使用。作为着色色素，一般能用于遮光用的就可以，可以使用将碳黑、黑色颜料、黑色染料等组合、含有蓝色、红色、黄色等颜料或染料的物质等。实际使用的感光性保护膜3的组成如下：

热塑性酚醛树脂                     20重量份

C.I.黑色颜料7                       4重量份

C.I.蓝色颜料15.6                    5重量份

C.I.红色颜料177                     2重量份

C.I.黄色颜料139                     1重量份

在基板1上涂布该感光性保护膜3(图1(a)。涂布厚度为2.0μm)。然后，将该涂布有保护膜的基板使用掩模4进行掩模曝光(图1(b))。显影后，将残留的保护膜在130℃—170℃下进行热硬化(图1(c))。此时，如果热硬化的温度低于130℃，则溶剂不能充分挥发，因此，硬化不充分，如果高于170℃，则硬化过度，在后续工序中难以剥离。将未被保护膜覆盖部分的ITO膜2利用腐蚀除去(图1(d))。这样，被基板上残留的树脂所覆盖的ITO膜2的部分便成为扫描电极。)。在其上涂布被着色为黑色的负型感光性保护膜5(图1(e)。使用旋转涂覆。涂覆厚度为到玻璃基板的厚度，为2.0μm。)。作为保护膜使用丙烯酸类物质，作为着色色素使用与作为正型保护膜的着色材料相同且组成也相同的物质。具体组成如下：

甲基丙烯酸/甲基丙烯酸甲酯共聚物            6重量份

季戊四醇四丙烯酸酯                      4重量份

二乙基硫杂酮                          1.2重量份

米希勒酮                              1.2重量份

2(O-氯苯基)-4，5-二苯基咪唑基二聚物

                                      0.2重量份

乙二醇单乙基醚乙酯                     20重量份

C.I.黑色颜料7                           4重量份

C.I.蓝色颜料15.6                        5重量份

C.I.红色颜料177                         2重量份

C.I.黄色颜料139                         1重量份

之后，从基板的玻璃面一侧进行曝光即背面曝光(图1(f))。与玻璃面直接接触的负型保护膜吸收光能而硬化，由于着色色素影响光的透过，光线不能充分到达位于正型的保护膜即ITO膜2上残留的正型保护膜上的部分的负型保护膜，从而，不能使负型保护膜产生硬化，即使产生也不充分。因此，在显影时利用溶解度的差别，除去扫描电极2上的负型保护膜，便可只留下条间的保护膜。另外，通过剥离并除去残存的正型保护膜而将扫描电极上的保护膜全部除去，便可在邻接的扫描电极2之间形成作为遮光层的黑色条b(图1(g)。层的厚度为2.0μm。)。

在邻接的扫描电极2之间形成的遮光层b的电阻率必须足够大。因此，通常，必须考虑使用导电性高的碳、导电性尽可能低的黑色颜料等，或者使用导电性低的2种以上的色素、颜料的组合。(实施例2)

下面说明第2种方法(参照图2)

除使用以不含有着色色素的热塑性酚醛树脂作为主体的物质作为正型感光性保护膜3之外，与实施例1一样形成扫描电极(图2(d))。在其上涂布着色为黑色的热硬化性树脂5(图2(e)。使用旋转涂覆法。)。对于热硬化性树脂，使用热硬化型环氧树脂，将色素溶于其中或悬浊于其中后使用。着色色素一般可用于遮光就可以，可以使用碳黑、黑色颜料、黑色染料等的组合，并含有蓝、红、黄等颜料或染料的物质。实际上使用将苯胺黑染料溶解于热硬化型环氧树脂的固形成分为10％的PMA(丙二醇单乙基醚乙酯)溶液中的溶液。另外，对于着色色素的注意事项与第1种方法相同。

将最终的涂布厚度调整为使保护膜与涂布面成为同一平面。因此，与其说是涂布，不如说是在保护膜间的谷间注入树脂，使注入高度与保护膜面一致更确切。在本实施例中，在进行旋转涂布后，除去保护膜上的树脂使表面高度一致(图2(f))。之后，进行热硬化性树脂的硬化，并通过剥离和除去正型保护膜而将扫描电极上的保护膜全部除去，在邻接的扫描电极之间形成作为遮光层(层的厚度为1.5μm)的黑色条b(图2(g))。在本实施例中，作为树脂使用热硬化性树脂，但从本发明的主旨考虑并没有必要限定于此。也可以使用UV硬化树脂类的光硬化树脂(硬化手段不是利用热而是利用光)。可以得到与使用热硬化性树脂的情况完全相同的效果。

以上为本发明的液晶显示元件的扫描电极一侧的基板的制造方法。信号电极一侧的基板使用与先前方式完全相同的基板。因此，信号电极一侧的基板的制造方法与先前的方法相同。先前的滤色器设置在信号电极一侧。即，在透明基板上形成条状的滤色器，形成在红(R)、绿(G)、蓝(B)的各彩色条间加入遮光层的结构。在滤色器的上面形成用于实际表面平滑化的保护膜层后，形成ITO的信号电极。

图3所示为使用利用本发明的方法制造的扫描电极一侧的基板制造的彩色显示的液晶显示面板的剖面图。实际上必须在各电极基板上再形成一层定向膜，进行定向处理。另外，在STN方式的情况下，在其上设置作为颜色修正用的修正单元或补偿膜。下面，说明图3的液晶显示面板的各部分的结构。11表示驱动单元、12表示修正单元。13、23为偏振片、14为修正用液晶、15为驱动用液晶、16为作为遮光层的黑色条。17为作为扫描电极的透明的透明电极、20为作为信号电极的透明电极、18及19为定向膜。21为水平用外保护膜层、22为滤色器、24为背照灯。

图4为表示从这样制造的液晶显示元件的前面见到的彩色显示的图案。由图可知，与先前的STN方式的色条的图案不同，对于各条，以象素单位利用遮光层进行镶边。通过利用该遮光层进行镶边，能够获得比先前更鲜明的色调。

从实施例可知，本发明的特征在于，利用以往对彩色显示没有贡献的扫描电极一侧的基板来实现图4所示的按象素单位利用遮光层形成的镶边。通常，如果要在邻接的扫描电极之间形成遮光层，在用最初形成ITO的图案从而形成扫描电极后必须进行保护膜涂布、掩模校准以及形成图案等工序。在本发明的方法中，是不除去最初形成扫描电极的图案时的保护膜(正型保护膜)；而仍然保留着用于形成后面的遮光层。具体说来，在第1个方法中就是预先将正型保护膜进行着色，作为用于形成遮光层的负型保护膜的曝光硬化时阻碍光透过的滤色器使用。进行背面曝光时，该着色正型保护膜在扫描电极上残留的正型保护膜上涂布的负型保护膜上成为滤色器，用于曝光的光线不能充分到达，从而不能利用该曝光而硬化(即使产生硬化，其硬化程度也极弱)。因此，在下面的显影工序中，只有在邻接的扫描电极间存在的负型保护膜发生硬化而残留着，上述扫描电极上的负型保护膜则被除去。即，在上述扫描电极上残留的正型保护膜起掩膜作用，因此，不使用掩膜校准等麻烦的方法就可以制作出遮光层。另外，在第2方法中，不需要进行背面曝光及显影操作。但必须进行使光硬化性树脂或热硬化性树脂发生硬化的操作(前者：光—全面曝光、后者：热)。这样，由于在第2种方法中不进行显影操作，所以，在上述扫描电极上残留的正型保护膜(不必含有着色色素)便可起作为形成遮光层的树脂注入用的模型框的作用(不需要掩模校准等方法，与第1种方法相同)。

另外，通过适当选择在扫描电极上残留的正型保护膜的厚度，可以调整遮光层的厚度。即，如果预先通过实验等方法推算出作为遮光层所需要的厚度，则通过涂布较其厚度略薄或相等的正型保护膜，便可作为形成黑色条时的辅助使用。另外，在第1种方法中，利用预先推算出的正型保护膜的涂布厚度控制注入正型保护膜中的着色色素的量。这对控制高精度的遮光层的厚度也有作用。

另外，在实施例中是按照普通的方法在信号电极一侧形成先前的滤色器，而将本发明的遮光层设在对向电极的扫描电极一侧。但是，信号电极一侧的作用和扫描电极一侧的作用并不是绝对的。也可以将滤色器设在扫描电极一侧而在信号电极一侧形成本发明的遮光层。因此作为形成本发明的遮光层的基板完全不必限定在扫描电极侧。

根据本发明的方法，可以利用比较简单的方法在先前的单纯矩阵方式的液晶显示元件的彩色显示时的色条上以象素单位形成遮光层。这样，便可低廉地获得可与镶嵌型相匹敌的鲜明度及色调的彩色显示，因此，对于单纯矩阵方式的彩色液晶显示元件，可以说是一个极好的制造方法。

另外，根据本发明方法，在形成扫描电极的图案时，在扫描电极上残留的正型保护膜可以作为形成黑色条的辅助使用，所以，可以不使用掩模校准等麻烦的方法而在邻接的扫描电极之间可靠地形成黑色条。

附图的简单说明

图1为按工序顺序表示的本发明的遮光层形成的第1种制造方法的剖面图。

图2为按工序顺序表示的本发明的遮光层形成的第2种制造方法的剖面图。

图3为利用本发明的液晶显示元件的剖面图。

图4为颜色显示图案的一例。〔符号的说明〕

1(透明)基板

2 ITO膜

3正型感光性保护膜

4掩模

5a负型感光性保护膜

5b热硬化性树脂

11驱动单元

12修正单元

14修正用液晶

15驱动用液晶

16作为遮光层的黑色条

17作为扫描电极的透明电极

20作为信号电极的透明电极

22滤色器

24背照灯

b作为遮光层的黑色条

R红色条或象素

G绿色条或象素

B蓝色条或象素

Claims (3)

1.单纯矩阵方式的彩色显示的液晶显示元件的制造方法，其特征在于包括以下各工序：在一方的透明基板面上形成透明导电膜的工序、在上述的透明导电膜上涂布着色的正型保护膜后，通过曝光、显影形成上述透明导电膜图案的工序、不剥离形成了图案的上述保护膜而进一步涂布着色为黑色的负型保护膜的工序、通过上述透明基板对上述负型保护膜进行背面曝光、显影从而在上述形成了图案的透明导电膜之间形成黑色条的工序和进行将在上述的形成了图案的透明导电膜上残留的正型保护膜剥离的工序。

2.单纯矩阵方式的彩色显示的液晶显示元件的制造方法，其特征在于包括以下各工序：在一方的透明基板面上形成透明导电膜的工序、在上述的透明导电膜上涂布正型保护膜后，通过曝光、显影形成上述透明导电膜图案的工序、不剥离形成了图案的上述保护膜而进一步在上述保护膜间注入着色为黑色的树脂的工序、通过使上述树脂进行硬化而在上述形成了图案的透明导电膜间形成黑色条的工序和进行将上述形成了图案的透明导电膜上残留的上述保护膜剥离的工序。

3.权利要求2中记载的方法，其特征在于：上述着色为黑色的树脂为含有光硬化性树脂或热硬化性树脂的物质。

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