JP2000187223A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JP2000187223A
JP2000187223A JP36413098A JP36413098A JP2000187223A JP 2000187223 A JP2000187223 A JP 2000187223A JP 36413098 A JP36413098 A JP 36413098A JP 36413098 A JP36413098 A JP 36413098A JP 2000187223 A JP2000187223 A JP 2000187223A
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spacers
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columnar spacer
substrate
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Muneharu Akiyoshi
宗治 秋吉
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 柱状スペーサ近傍の液晶の配向乱れを少なく
して表示性能が良く、歩留りが高いカラー表示型液晶表
示素子を安価に提供することを目的とする。 【解決手段】 マトリクス状にスイッチング素子13を
配置し、その上面にカラーフィルタ層20と画素電極1
2を形成したアクティブマトリクス基板10側に柱状ス
ペーサ21を配置する構造において、この柱状スペーサ
21を逆テーパー形状にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は液晶表示素子に関
し、表示性能が良く、歩留りの高い、液晶表示素子を提
供することに関する。
【0002】
【従来の技術】現在、一般的に用いられている液晶表示
素子は、電極を有する2枚のガラス基板の間に液晶を挟
持し、2枚の基板の周囲が液晶封入口を除いて接着剤で
固定されていて液晶封入口が封止剤で封止された構成と
なっている。この2枚の基板間の距離を一定に保つため
のスペーサとして代表的に粒径の均一なプラスチックビ
ーズ等を基板間に散在させたものがある。
【0003】しかし、2枚の基板間の間隔を一定に保つ
ために散在させるビーズ状のスペーサ周辺では、液晶の
配向が乱れ、スペーサ周辺部から光が漏れ、コントラス
トが低下してしまう。スペーサを基板上に散在させる工
程で、スペーサが不均一に配置され表示不良となり歩留
まりの低下を招いていた。
【0004】その対策として対向基板側にカラーフィル
タを配置する構造では、対向基板の表示領域以外の位置
にスペーサをカラーフィルタの着色層を重ねることで形
成したり、対向基板にフォトレジスト等で柱状のスペー
サを形成することが提案されている。
【0005】この場合は、共通電極である導電性のIT
O膜が柱状スペーサの頂部や側壁部にも被膜されるため
に、このスペーサが表示電極、信号線電極、ゲート電極
に当たると、不必要な電気的容量が発生したり、電気的
短絡が起こり表示不良となる。
【0006】そこで、柱状スペーサの側面にはITOが
被膜されないような手法も提案されているが、逆に被膜
されてないため、柱状スペーサからの不純成分の溶出が
あり、信頼性に問題が出る。
【0007】また、図3に示すように、アクティブマト
リクス基板側にカラーフィルタ層1を配置し、柱状スペ
ーサ2を配置する画素上置き構造では、カラーフィルタ
層の上に画素ごとの画素電極を作るため、このような構
造は画素電極間の境界のフィルタ層が電極で覆われず、
信頼性に問題が出る。そこで、カラーフィルタ層に保護
層を付けるか、配向膜を保護層に利用して付けるが、柱
状スペーサは機械的に強固に形成するため、基板基部を
太くしており、ここに保護層を設けると、柱状スペーサ
の周辺で保護層3が厚く盛り上がり画素領域に及ぶため
に、柱状スペーサ2付近に表示不良を発生しやすい。ま
た画素電極がきれいにエッチングできず、点欠陥等の不
良も発生させる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決しようとするものであり、柱状スペーサ近傍の保護
層の盛り上がりの裾野を少なくして表示性能が良く、歩
留りが高いカラー表示型液晶表示素子を安価に提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、一主面上にマ
トリクス状にスイッチング素子を配置し、その上面にカ
ラーフィルタ層と画素電極を形成したアクティブマトリ
クス基板と、前記アクティブマトリクス基板ととともに
液晶層を挟持し一主面上に共通電極を有する対向基板
と、前記アクティブマトリクス基板側に形成され前記両
基板の間隔を保持する柱状スペーサとからなる液晶表示
素子において、前記アクティブマトリクス基板上の画素
電極の開口部以外に前記柱状スペーサを形成し、前記柱
状スペーサを側部で細く、前記対向基板側で太い逆テー
パー形状にしたことを特徴とする液晶表示素子を得るも
のである。
【0010】さらに、前記アクティブマトリクス基板の
カラーフィルタ層と前記柱状スペーサが保護層で被覆さ
れていることを特徴とする液晶表示素子を得るものであ
る。
【0011】さらに、前記柱状スペーサの側部が前記保
護層で被覆されこの柱状スペーサ近傍の前記保護層の表
面が前記対向基板側にテーパー状に形成され、このテー
パーの角度が水平方向に対して60°以上を保持するこ
とを特徴とする液晶表示素子を得るものである。
【0012】以上のように、柱状スペーサを逆テーパー
形状にすることで保護層を設けた時、逆テーパーの柱周
辺に保護層用材料の液溜りが抑えられるため、柱状スペ
ーサ周辺での膜厚の変化が非常に小さく、よって表示不
良が発生することはない。
【0013】また、柱状スペーサは形成の際フォトレジ
ストを、フォトマスクを介して露光、現像しその形状を
形作るが、現像時に縦方向に現像が進行していくばかり
でなく、横方向にも現像が進んでいく等方エッチングに
より柱状スペーサ自身が細っていく。柱状スペーサは、
10〜20μm程度の大きさであるため、横方向に現像
が進み、柱状スペーサが細っていくと下地との密着が弱
くなり柱状スペーサの欠落などを招く。
【0014】また、欠落を抑えようと現像を弱くすると
レジストの残渣が残りやすく、画素上置き構造では画素
電極との導通が取れず液晶表示素子として機能を果たさ
ない。しかし、逆テーパー形状になることを許容するこ
とで、柱状スペーサの形成時の現像マージンを広くする
ことが出来るため、製造上非常に有益である。さらに、
カラーフィルタ上に保護層を配置する構成では、柱状ス
ペーサに細った部分があっても保護層自身が細ちた部分
に入り込むため柱状スペーサ自身は非常に強くなり、ラ
ビング工程などの強い応力のかかる工程でも十分に耐え
られる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
述べる。図1および図2は本発明による一実施形態のア
クティブマトリクス液晶表示素子の断面図である。
【0016】アクティブマトリクス基板すなわちアレイ
基板10は、厚さ0.7mmのガラス基板11上に画素
電極12をマトリクス状に配置し、各画素電極12にス
イッチング素子として薄膜トランジスタ(TFT)13
を設けている。
【0017】これらの画素電極間には、ゲート電極15
aを含む走査線と、信号線が格子状に形成されている。
TFT13の構成は走査線と一体のゲート電極15a上
と、この上に酸化シリコンからなるゲート絶縁膜16、
アモルファスシリコン(a−Si)の半導体層17が順
次形成されており、この半導体層17上に信号線と一体
のドレイン電極と、画素電極12に接続するソース電極
とが設けられている。さらに画素電極12とTFT13
との間には層間絶縁膜を兼ねたカラーフィルタ層20が
形成されている。カラーフィルタは赤20R、緑20
G、青(図示しない)の3色でそれぞれの区画された画
素領域に配置される。
【0018】これらの画素領域間に柱状スペーサ21
が、赤、緑、青3色の画素の1組以上ごとに画面に分散
して配置される。柱状スペーサ21はアレイ基板11側
で細く、この基板に組み合わせる対向基板30側に太い
逆テーパー状になっている。
【0019】さらにその上面すなわち、画素電極12、
画素電極間に露出するカラーフィルタ層20、柱状スペ
ーサ21の頂部21aおよび側部21bの全面にポリイ
ミドの配向膜22がスピンコートで被着される。
【0020】配向膜22のスピンコート形成時にその原
料である液状物質が柱状スペーサの側部21bに回り込
むが、スペーサ基部21cが細いために付着量が少な
く、スペーサがあるために形成されるスペーサ付近の配
向膜面の凸部22aは比較的急峻なテーパ状となる。配
向膜の厚みにもよるが、スペーサ付近の膜面の傾斜角θ
は膜水平面hに対して60°以上にすることが好まし
く、裾野領域を狭くできる。このため、スペーサに起因
する配向膜の厚みの変化はスペーサのごく近傍に限ら
れ、画素電極上に影響することがない。
【0021】さらに、素子の製造方法とくにカラーフィ
ルタ層、柱状スペーサおよび透明電極の製造方法を説明
する。
【0022】厚さ0.7mmのガラス基板(コーニング
社製の#7059 )11に成膜とパターンニングを繰り返
し、アモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタ
(TFT)12と信号線、走査線を形成したアレイ基板
を形成する。
【0023】次に基板11に、赤色の顔料を分散させた
紫外線硬化型アクリル樹脂レジスト(CR-2000 、富士ハ
ントテクノロジー(株)製)をスピンナーにて全面塗布
し、赤を着色したい部分に光が照射されるようなフォト
マスクを介し365nmの波長で100mJ/cm2
射し、KOHの1%水溶液で10秒間現像し、赤の着色
層20Rを形成する。同様に緑20G、青の着色層を操
り返し形成し、それぞれ230℃で1時間焼成する。こ
こでは緑の着色材料は、CG-2000 (富士ハントテクノロ
ジー(株)型)、青の着色材はCB-2000 (富士ハントテ
クノロジー(株)製)を用いた。このときのR、G、B
の膜厚はそれぞれ1.5μmとした。
【0024】次に画素領域間のカラーフィルタ層20上
に柱状スペーサ21を配置形成するために、フォトリソ
グラフィ法を使用する。すなわち液状の黒色の紫外像硬
化型アクリル樹脂レジストをスピンナーにてカラーフィ
ルタ層20上に全面塗布し、スペーサを形成したい所望
の位置に光が照射されるようなフォトマスクを介し36
5nmの波長で100mJ/cm2 照射し、KOHの1
%水溶液で30秒間現像し、スペーサ21を形成する。
このときの膜厚は4μmで、逆テーパーになるように現
像を強めにした。
【0025】続いて、透明電極12としてITO膜を1
500A(オングストローム)厚にスパッタ法にて成膜
してパターニングし、その後、画素電極間に露出したカ
ラーフィルタ層20面と柱状スペーサ21の保護層を兼
ねる配向膜材料としてポリイミド材(AL-1051 (日本合
成ゴム(株)製)を全面に500A塗布し、ラビング処
理を行い、配向膜22を形成した。スペーサの側部21
bに付着する配向膜材料の付着量は側部が逆テーパにな
っているために少なく、配向膜傾斜部22aの膜平面h
に対する傾斜角θを60°またはそれ以上の急峻にする
ことが好ましい。
【0026】対向基板30として厚さ0.7mmのガラ
ス基板(コーニング社製の#7059 )31上にITOの透
明共通電極32を所定のパターンで付け、その上に上記
と同様の配向膜材料を形成した後ラビング処理を行い、
配向膜33を形成した。
【0027】この後、基板30上の配向膜33の周辺に
沿って接着剤を注入口(図示せず)を除いて印刷し、ア
クティブマトリクス基板10から共通電極32に電圧を
印加するための電極転移材を接着剤の周辺の電極転移電
極上に形成した。次に配向膜12、33が対向し、また
それぞれのラビング方向が90度となるよう基板10、
30を配置し、加熱して接着剤を硬化させ貼り合わせ
た。次に通常の方法により注入口より液晶(ZLl-1565、
(E.メルク社製))にカイラル剤S811を0.1w%添
加)を注入して液晶層34とし、この後注入口を紫外線
硬化樹脂で封止した。
【0028】こうして形成したカラー表示型アクティブ
マトリクス液晶表示素子は、スペーサ周辺における配向
膜の凹凸領域が減り、液晶の配向乱れが減るために、動
作時の光漏れがなく、かつ上下基板間の電極短絡はもち
ろん配線とスペーサ間で発生する寄生容量による印加電
圧のなまりや遅延の発生も防ぐことが出来、表示性能の
高い、信頼性のある液晶表示素子を得ることが出来る。
【0029】また、柱状スペーサ形成時は、逆テーパー
を許容したこともあり従来の現像よりも2.5倍の強さ
で現像したにもかかわらず、保護膜として働く配向膜が
柱状スペーサを補強し出来上がりの表示性能には全く問
題がなかった。
【0030】
【発明の効果】柱状スペーサの断面形状をアクティブマ
トリクス基板側を基部とする逆テーパにして保護層を設
けることで順テーパーとなり柱状スペーサ自身の強度は
飛躍的に増大する。
【0031】また、柱状スペーサが逆テーパーになるこ
とを許容できるから、現像時間に対するマージンが広が
り、製造上非常に有益である。
【0032】しかも逆テーパー形状になっているから、
配向膜の製造時に柱状スペーサ周辺の液溜りが少なく液
晶表示素子を組み立てた時、柱状スペーサに起因する配
向膜の凹凸領域を限定でき表示不良を引き起こすことが
無い。また、画素上置き構造にしたとき、画素電極がき
れいにエッチングできるため表示画面の局部的に表示不
良を生じる点欠を出すことが無い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の一部断面図
【図2】図1の一部を拡大して説明する断面図
【図3】従来装置を説明する拡大断面図
【符号の説明】
10:アクティブマトリクス基板(アレイ基板) 12:画素電極 13:薄膜トランジスタ(TFT、スイッチング素子) 20:カラーフィルタ層 21:柱状スペーサ 21b:柱状スペーサの側部 22:配向膜(保護膜) 22a:配向膜の傾斜部分 30:対向基板 32:共通電極 34:液晶層

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一主面上にマトリクス状にスイッチング
    素子を配置し、その上面にカラーフィルタ層と画素電極
    を形成したアクティブマトリクス基板と、前記アクティ
    ブマトリクス基板ととともに液晶層を挟持し一主面上に
    共通電極を有する対向基板と、前記アクティブマトリク
    ス基板側に形成され前記両基板の間隔を保持する柱状ス
    ペーサとからなる液晶表示素子において、前記アクティ
    ブマトリクス基板上の画素電極の開口部以外に前記柱状
    スペーサを形成し、前記柱状スペーサを側部で細く、前
    記対向基板側で太い逆テーパー形状にしたことを特徴と
    する液晶表示素子。
  2. 【請求項2】 前記アクティブマトリクス基板のカラー
    フィルタ層と前記柱状スペーサが保護層で被覆されてい
    ることを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子。
  3. 【請求項3】 前記柱状スペーサの側部が前記保護層で
    被覆されこの柱状スペーサ近傍の前記保護層の表面が前
    記対向基板側にテーパー状に形成され、このテーパーの
    角度が水平方向に対して60°以上を保持することを特
    徴とする請求項2記載の液晶表示素子。
  4. 【請求項4】 第1基板と第2基板とに液晶層が挟持さ
    れた液晶表示素子において、前記第1基板上には、前記
    第2基板との間隙を確保するための柱状スペーサが形成
    され、前記柱状スペーサの太さは、前記第1基板側より
    前記第2基板側で太いことを特徴とする請求項1記載の
    液晶表示素子。
  5. 【請求項5】 前記第1基板には、カラーフィルタ層が
    形成されていることを特徴とする請求項4記載の液晶表
    示素子。
  6. 【請求項6】 前記柱状スペーサの側面に保護層が形成
    されていることを特徴とする請求項4記載の液晶表示素
    子。
  7. 【請求項7】 前記保護層は、有機樹脂からなることを
    特徴とする請求項6記載の液晶表示素子。
  8. 【請求項8】 前記保護層は、前記液晶層の配向を規制
    する配向膜であることを特徴とする請求項6記載の液晶
    表示素子。
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