JP2001042338A

JP2001042338A - 液晶素子とその製造方法、スペーサー付基板

Info

Publication number: JP2001042338A
Application number: JP21481199A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Hirose; 雅史広瀬; Akio Kashiwazaki; 昭夫柏崎; Katsuhiro Shirota; 勝浩城田; Yoshihisa Yamashita; 佳久山下; Koichiro Nakazawa; 広一郎中澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2001-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶素子を構成する一対の基板間に配置され
るスペーサーを非有効画素部にのみ安価な方法で形成す
る。【解決手段】スペーサー形成素材を、インクジェット
方式を用いて基板上に吐出し、硬化させてスペーサーと
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーテレビ、パ
ーソナルコンピュータ、パチンコ遊技台等に使用される
液晶素子の製造方法に関し、さらには、該製造方法によ
る液晶素子と、該液晶素子の構成部材である基板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータの発達、
特に携帯用パーソナルコンピュータの発達に伴い、カラ
ー液晶ディスプレイの需要が増加する傾向にある。しか
しながら、さらなる普及のためには、コストダウンが必
要不可欠となっている。

【０００３】従来、液晶素子の製造方法としては、一対
の透明な絶縁性基板であるガラス基板上にＴＦＴ（薄膜
トランジスタ）のような液晶駆動用素子、或いはカラー
フィルタのような着色用光学素子などを設けた後、透明
電極及び配向膜をそれぞれ形成する。次に、透明電極及
び配向膜が形成された一方のガラス基板面側の全面に一
般に３〜１０μｍ程度のシリカ、アルミナ、合成樹脂等
からなる真球或いは円筒状の粒子をスペーサーとして分
散させる。透明電極を対向させた状態で上記一対のガラ
ス基板を上記スペーサーを介して重ね合わせ、その間隙
に液晶を封入することにより液晶素子が構成される。

【０００４】ところが、有効画素部では透過／遮光状態
が表示状態によって変化するため、上記スペーサーを無
色透明な素材で形成した場合には、遮光時に輝点とし
て、また、黒色に着色した場合には透過時に黒点として
観察されることとなり、表示品位が低下するという問題
があった。

【０００５】上記問題を解決するために、特開昭６１−
１７３２２１号公報、特開平２−２２３９２２号公報な
どに示されるように、配向膜に配向処理を行った後、感
光性ポリイミドやフォトレジストを塗布し、マスクを通
して露光することで有効画素部以外にポリイミドやレジ
ストからなるスペーサーを形成するという方法が提案さ
れている。これらの方法によれば、任意の場所に、任意
の密度でスペーサーを形成することができるため、液晶
を封入した際の液晶セルギャップの不均一性を改善でき
る。また、特開平３−９４２３０号公報には、有効画素
部以外の領域の遮光層上にビーズスペーサーを固定する
方法が述べられている。

【０００６】その他にも、膜厚の大きなブラックマトリ
クスをスペーサーとする方法（特開昭６３−２３７０３
２号公報、特開平３−１８４０２２号公報、特開平４−
１２２９１４号公報等）、重ねた着色レジストをスペー
サーとする方法（特開昭６３−８２４０５号公報）、ブ
ラックマトリクス上にも着色パターンを形成し、スペー
サーとする方法（特開昭６３−２３７０３２号公報）な
どが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記各公報に提案され
た改善方法は、いずれもフォトリソグラフィーを用いた
方法であるため、高価な露光機が必要であり、また現像
などのウエットプロセスの導入により、製造ラインが長
くなるという問題があった。

【０００８】また、上記各改善方法では、ラビング方法
などにより配向処理を行ったポリイミド膜などの配向膜
上に直接、感光性ポリイミドやフォトレジストなどを塗
布し、露光後は不要部を溶剤などにより除去する必要が
ある。これらの工程は、上記配向膜に施された配向処理
状態を著しく汚染、破壊してしまう場合があり、液晶セ
ル内に注入された液晶の配向が不均一となる懸念があっ
た。

【０００９】本発明の目的は、上記課題を解決すること
にあり、コスト上昇を招くことなく、有効画素部及び非
有効画素部のいずれにもスペーサーによる表示上の影響
が無く、表示品位に優れた液晶素子の製造方法を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶素子の製造
方法は、一対の基板をスペーサーを介して対向配置し、
該基板間に液晶を狭持してなる液晶素子の製造方法であ
って、上記基板を対向配置させる工程において、一方の
基板上にスペーサー形成素材をインクジェット方式によ
り描画して硬化させスペーサーを形成することを特徴と
する。

【００１１】本発明においては、スペーサー形成素材を
インクとしてインクジェット方式により基板上に吐出
し、所望のパターンを描画した後に硬化してスペーサー
を形成するため、露光、現像といったフォトリソグラフ
ィー工程を経ることなく、任意の場所に任意のパターン
でスペーサーを形成することができる。よって、他の構
成部材に影響を及ぼすことなく、非有効画素部にのみ選
択的にスペーサーを形成することができる。

【００１２】本発明においては、カラーフィルタを備え
たカラー液晶素子、画素毎にアクティブ素子を備えたア
クティブマトリクス方式の液晶素子、或いはカラーフィ
ルタとアクティブ素子の両方を備えた液晶素子のいずれ
にも好ましく適用され、本発明に係るスペーサーは、透
明基板上に着色層を備えたカラーフィルタを用いて構成
された基板、或いは、画素毎にアクティブ素子を備えた
アクティブマトリクス基板のいずれに形成しても良い。

【００１３】また、本発明の液晶素子は、一対の基板を
スペーサーを介して対向配置し、該基板間に液晶を狭持
してなり、上記本発明の液晶素子の製造方法により製造
されたことを特徴とする。

【００１４】さらに本発明は、基板上に、少なくとも、
スペーサー形成素材をインクジェット方式により描画し
て硬化させてなるスペーサーを備えたことを特徴とする
スペーサー付基板を提供するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明を詳
細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の液晶素子の製造方法の一
実施形態の工程のうち、本発明のスペーサー付基板を形
成するまでの工程を示す模式図である。本実施形態は、
一方の基板を透明基板上に着色層と保護層を備えたカラ
ーフィルタを用いて構成し、該基板上にスペーサーを形
成する例である。図中、１は透明基板、２はブラックマ
トリクス、３は着色層、４は保護層、５は透明電極、６
は配向膜、８はインクジェットヘッド、９は硬化性イン
ク、１０はスペーサーである。尚、図１の（ａ）〜
（ｇ）はそれぞれ以下の工程（ａ）〜（ｇ）にそれぞれ
対応する断面模式図である。

【００１７】工程（ａ）透明基板１上に、必要に応じてブラックマトリクス２を
形成する。本発明において透明基板１としては、一般に
ガラス基板が用いられるが、液晶素子としての透明性、
機械的強度等の必要特性を有するものであればガラス基
板に限定されるものではなく、プラスチック基板なども
用いることができる。

【００１８】ブラックマトリクス２としては特に制限は
なく、公知のものを用いることができる。例えば、透明
基板１上に形成したＣｒ等の金属や金属酸化物などの積
層膜をパターン状にエッチングしたり、透明基板１上に
塗布した黒色レジストをパターニングすることより、形
成することができる。

【００１９】工程（ｂ）透明基板上にカラーフィルタのＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）の３原色の着色層３を形成する。本発明において
着色層３の形成方法は特に限定されず、公知の技術が用
いられる。例えば、顔料を分散した光硬化性樹脂組成物
を用いた顔料分散法、基板上に成膜した樹脂被膜を染料
を用いて染色した染色法、導電性基板上に通電しながら
着色組成物を電着せしめることにより着色層を形成する
電着法、印刷技術を応用した印刷法、熱転写技術を応用
した熱転写法などが挙げられる。また、コスト面から考
えると、１工程で３色の着色層を同時に形成しうるイン
クジェット方式を利用した方法が望ましい。

【００２０】また、着色層３は、特に本発明に係るスペ
ーサー１０を形成する基板側に設ける必要はなく、液晶
素子を構成する一対の基板のいずれか一方に形成すれば
よい。

【００２１】工程（ｃ）必要に応じて保護層４を形成する。保護層４としては、
光照射または熱処理、或いはこれらの両方により硬化可
能な樹脂層、或いは蒸着またはスパッタによって形成さ
れた無機膜等を用いることができ、カラーフィルタとし
ての透明性を有し、その後のＩＴＯ膜形成工程や配向膜
形成工程等に耐えうるものであれば使用可能である。

【００２２】工程（ｄ）必要に応じて透明導電膜５を形成する。透明導電膜５は
通常ＩＴＯをスパッタ等で成膜したものが用いられる
が、特にＩＴＯに限定されるものではなく、形成方法も
限定されない。

【００２３】工程（ｅ）必要に応じて配向膜６を先に形成する。配向膜６の形成
方法、材質は特に限定されるものではなく、公知のもの
を用いることができる。また、適宜公知の方法によりラ
ビングを行っておいても良い。

【００２４】工程（ｆ）本基板をスペーサー描画機に設置し、カラーフィルタの
着色層３を形成時に用いたアライメントマーク（図示し
ない）を利用して基板アライメントを行い、インクジェ
ットヘッド８を用い、硬化性インク９を有効画素部に吐
出する。

【００２５】硬化性インク９は、硬化後にスペーサー１
０となるスペーサー形成素材であり、硬化性成分を含有
し、インクジェットヘッドを用いて吐出が可能であり、
且つ、後処理により硬化し得るものであれば、いずれの
材料を用いてもかまわない。好ましくは、以下に挙げる
ような単量体の単独重合体或いは該単量体と他のビニル
系単量体との共重合体をインク中に含有しており、その
含有量は０．０１〜３０重量％が好ましく、特に０．１
〜１０重量％が望ましい。

【００２６】硬化性インク９に含有される重合体或いは
共重合体の構成成分である単量体としては、例えば、
Ｎ，Ｎ−ジメチロールアクリルアミド、N，N−ジメトキ
シメチルアクリルアミド、N，N−ジエトキシメチルアク
リルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチロールメタクリルアミド、
Ｎ，Ｎ−ジメトキシメチルメタクリルアミド、N，Ｎ−
ジエトキシメチルメタクリルアミド等が挙げられるが、
これらに限られるものではない。これらの単量体は単独
重合体、或いは、他のビニル系単量体との共重体で用い
られる。他のビニル系単量体としては、アクリル酸、メ
タクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等の
アクリル酸エステル、メタクリル酸メチル、メタクリル
酸エチル等のメタクリル酸エステル、ヒドロキシメチル
メタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒ
ドロキシメチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリ
レート等の水酸基を含有したビニル系単量体、その他ス
チレン、α−メチルスチレン、アクリルアミド、メタク
リルアミド、アクリロニトリル、アリルアミン、ビニル
アミン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等を挙げるこ
とができる。

【００２７】上記共重合体における、上記単量体と他の
ビニル系単量体との共重合割合（重量％）は、１００
％：０％〜５％：９５％が好ましく、特に９０％：１０
％〜１０％：９０％が望ましい。

【００２８】さらに、光硬化させる場合には、各種光硬
化性樹脂、光重合開始剤を加えても良い。また、硬化性
インク中で固着等の問題を起こすものでなければ、他の
成分として、様々な市販の樹脂や添加剤を加えても良
い。具体的には、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂等が
好適に用いられる。

【００２９】硬化性インク９の調製に際しては、上記各
成分を水／または公知の溶剤で混合、溶解する。この操
作は、それ自体公知のものが利用できる。望ましくは、
スペーサー１０を形成する基板表面の材質（本実施形態
では配向膜６）によって添加溶剤或いは界面活性剤など
の添加剤を加えて吐出された硬化性インク９の形成する
ドットの径を調整することにより、スペーサーの径の調
整が可能である。

【００３０】本発明に用いるインクジェット方式として
は、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたバ
ブルジェットタイプ、或いは圧電素子を用いたピエゾジ
ェットタイプ等が使用可能である。硬化性インクの打ち
込み位置、及び打ち込み量は任意に設定することができ
る。

【００３１】工程（ｇ）光照射、熱処理、或いは光照射と熱処理の両方を行って
硬化性インク９を硬化させてスペーサー１０を形成し、
本発明のスペーサー付基板を得る。光照射や熱処理の方
法は公知の方法による。

【００３２】特に厳密な平坦性が必要な場合には、スペ
ーサー１０の表面を研磨テープ等を用いて研磨してもか
まわない。

【００３３】次いで、事前に配向膜６を形成していなか
った場合には、配向膜を形成する。

【００３４】以降、上記スペーサー付基板と、別途作製
した対向基板とをシール材を用いて貼り合わせてセルを
作製し、液晶を封入することにより、本発明の液晶素子
が得られる。

【００３５】次に、本発明の液晶素子の一例を図２に示
す。図２は、図１（ｇ）に示した本発明のスペーサー付
基板を用いて構成した液晶素子の一例の断面模式図であ
る。図中、１１は対向基板、１２は画素電極、１３は配
向膜、１４は液晶である。本液晶素子は、画素毎にＴＦ
Ｔ（薄膜トランジスタ）を配置したアクティブマトリク
スタイプ（いわゆるＴＦＴ型）の液晶素子の一例であ
る。

【００３６】カラー表示の液晶素子は、一般的にカラー
フィルタ側の基板１と対向基板１１を合わせ込み、液晶
１４を封入することにより形成される。対向基板１１の
内側に、ＴＦＴ（図示しない）と透明な画素電極１２が
マトリクス状に形成される。また、透明基板１の内側に
は、画素電極１２に対向する位置に、Ｒ、Ｇ、Ｂが配列
するようにカラーフィルタの着色層３が設置され、その
上に透明導電膜６（共通電極）が一面に形成される。ブ
ラックマトリクス２は、通常カラーフィルタ側に形成さ
れるが、ＢＭオンアレイタイプの液晶素子においては対
向基板１１側に形成される。さらに、両基板の面内には
配向膜６，１３が形成されており、これらをラビング処
理することにより液晶分子を一定方向に配列させること
ができる。これらの基板はスペーサー１０を介して対向
配置され、シール材（図示しない）によって貼り合わさ
れ、その間隙に液晶１４が充填される。液晶としては一
般的に用いられているＴＮ型液晶や強誘電性液晶等いず
れも用いることができる。

【００３７】上記液晶素子は、透過型の場合には両基板
の外側に偏光板を設置し、一般的に蛍光灯と散乱板を組
み合わせたバックライトを用い、反射型の場合には透明
基板１の外側に偏光板を設置して、それぞれ液晶１４を
光の透過率を変化させる光シャッターとして機能させる
ことにより表示を行う。

【００３８】上記実施形態においては、ＴＦＴ型の液晶
素子について説明したが、本発明は単純マトリクス型等
他の駆動タイプの液晶素子にも好ましく適用される。ま
た、本発明の液晶素子は直視型でも投写型でも好適に用
いられる。

【００３９】

【実施例】ガラス基板上に０．１μｍ厚のクロム金属膜
をスパッタリングで形成し、フォトレジストを用いてエ
ッチングを行い、格子状のブラックマトリクスを得た。
その後、公知のインクジェット方式によるカラーフィル
タ形成方法を用いてＲ、Ｇ、Ｂの着色層を作製した。そ
の上にスピンコータを用いてアクリル系樹脂の保護層を
形成し、平坦化を行った。さらにその上に透明電極のＩ
ＴＯ膜をスパッタリングで形成し、さらにポリイミドか
らなる配向膜を形成した。この基板に、図１（ｆ）に示
したように、ブラックマトリクス上に以下の組成の硬化
性インクをインクジェットヘッドより吐出した。

【００４０】〔硬化性インクの組成〕共重合体１０重量％水８０重量％エチレングリコール１０重量％但し、上記共重合体は、Ｎ，Ｎ−ジメチロールアクリル
アミドとメタクリル酸メチルの２元共重合体（共重合
比、４０：６０（重量比））からなるものを用いた。

【００４１】上記基板を１００℃で１５分間加熱した
後、２００℃で３０分間加熱し、上記硬化性インクを硬
化させてスペーサーを形成した。スペーサーは厚さ５μ
ｍで、直径が約２０μｍであった。

【００４２】次いで、上記スペーサーを形成した基板
と、対向する電極を形成した基板とをシール材を用いて
貼り合わせてセルを作製し、液晶を注入して本発明の液
晶素子を得た。得られた液晶素子は、従来の６μｍ径の
スペーサーを分散させた液晶素子に比べて色ムラもな
く、コントラストに優れたものであった。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
によれば、高価なフォトリソグラフィ工程を経ず、任意
の場所にスペーサーを形成することができるため、他の
構成部材に影響を与えることなく安価にスペーサーを形
成することができる。また、非有効画素部にのみスペー
サーを形成することができるため、スペーサーの使用に
よる表示への影響が防止される。よって、本発明によれ
ば、従来のスペーサーを分散していた液晶素子に比べて
表示品位に優れた液晶素子を、塗工工程及びフォトリソ
グラフィ工程を用いてスペーサーを形成していた液晶素
子よりも安価に提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶素子の製造方法の一実施形態の工
程図である。

【図２】本発明の液晶素子の一実施形態の断面模式図で
ある。

【符号の説明】

１透明基板２ブラックマトリクス３着色層４保護層５透明電極６配向膜８インクジェットヘッド９硬化性インク１０スペーサー１１対向基板１２画素電極１３配向膜１４液晶

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者城田勝浩東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者山下佳久東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者中澤広一郎東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2C056 FB01 FB08 2H089 KA01 MA03X NA01 QA12 QA14 QA15 5C094 AA10 AA43 AA44 AA47 AA48 BA03 BA43 CA19 CA24 DA12 DA13 EC03 ED03 FA01 FA02 FB01 GB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板をスペーサーを介して対向配
置し、該基板間に液晶を狭持してなる液晶素子の製造方
法であって、上記基板を対向配置させる工程において、
一方の基板上にスペーサー形成素材をインクジェット方
式により描画して硬化させスペーサーを形成することを
特徴とする液晶素子の製造方法。
【請求項２】上記スペーサーを形成する基板が、透明
基板上に着色層を備えたカラーフィルタを用いて構成さ
れている請求項１記載の液晶素子の製造方法。
【請求項３】上記スペーサーを形成する基板が、画素
毎にアクティブ素子を備えたアクティブマトリクス基板
である請求項１に記載の液晶素子の製造方法。
【請求項４】一対の基板をスペーサーを介して対向配
置し、該基板間に液晶を狭持してなり、請求項１〜３の
いずれかに記載の液晶素子の製造方法により製造された
ことを特徴とする液晶素子。
【請求項５】基板上に、少なくとも、スペーサー形成
素材をインクジェット方式により描画して硬化させてな
るスペーサーを備えたことを特徴とするスペーサー付基
板。