JP2002229040A - 液晶表示素子および液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の液晶表示素子における対向する２つの基
板間のスペースを保持させるための柱状スペーサは、そ
の頂上部分の形状が丸くなるため、接触部分の径が小さ
くセル厚むらが発生し、加重が一点に掛かるため横方向
に反ったりするような変形を起こす可能性があった。 【解決手段】本発明は、感光性樹脂からなる柱状スペー
サ５をパターン形成する際に、該柱状スペーサ５が対向
基板７と接地する部分（頂上部分）の中央部分を外周か
ら見て多く除去されるように、頂上部に対応する露光部
分もしくは遮光部分の一部に透過率が連続的もしくは段
階的に変化する遮光部を有する階調フォトマスクを用い
て露光・現像して、その頂上部分を凹部若しくは平坦に
形成し、対向基板と接触させた際の変形等の発生を防止
し、その接地部分の径を拡大して対向する基板間にかか
る圧力に対する耐性が高くし局所的なセル厚むらによる
表示不良を防止する液晶表示素子および液晶表示素子の
製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子にお
いて、柱状スペーサを形成して基板間の間隙を均一にす
ることにより、高い表示性能と歩留りが改善された液晶
表示素子および液晶表示素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、表示装置に採用されている液晶
表示素子は、電極が形成された２枚のガラス基板の間に
液晶を挟持させて、それらの基板の周囲が液晶封入口を
除いて接着剤で固定し、その液晶封入口は封止剤で封止
される構成である。このような構成において、２枚の基
板間の距離を一定に保つために、スペーサとなる粒径の
均一なプラスティックビーズ等をこれらの基板間に散在
されている。

【０００３】これらの液晶表示素子では、スペーサを基
板上に多数散布して製造するため、製造時にスペーサが
こぼれだして、製造ラインを汚染するパーティクルとな
り、不良の原因となるばかりでなく、画素部に存在する
スペーサは配向不良による画質低下の原因となり、さら
に凝集したスペーサ塊または散布密度の不均一が原因で
ギャップ不良を引き起こしていた。

【０００４】これを改善する技術としては、基板上に柱
状スペーサを設けることが提案されている。これらの柱
状スペーサは、一般に、基板上へ感光性樹脂を塗布し、
柱状形成のためのパターンが描かれたマスクを介して、
露光・現像・焼成することにより形成される。こうして
形成された柱状スペーサにより、対向する基板間の間隙
を維持させているが、間隙を一定にするためには、この
柱状スペーサの形状が一定な方が望ましい。さらには、
液晶表示素子の製造時および使用時に柱状スペーサにか
かる圧力を支えるためには、柱状スペーサと基板の接す
る部分の径が大きい方が望ましい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した感光性樹脂の
焼成工程においては、柱状スペーサがメルトする場合、
焼成前のスペーサ形状、焼成条件、材料のバラツキなど
により焼成後の柱状スペーサ形状にバラツキが発生す
る。特に、図２（ａ）に示すようなフォトマスクを用い
て形成された柱状スペーサの頂上付近の形状は、図２
（ｇ）に示すように頂上部分つまり対向基板と接する面
が丸くなり、図２（ｈ）に示すように柱状スペーサと基
板の接する部分の径が小さく、またセル厚むらが発生す
るという問題があった。また、このように頂上が丸い柱
状スペーサは、図２（ｋ）に示す頂上が平らなスペーサ
と比較して加重が一点にかかるため、横方向に反ったり
するような変形を起こす可能性がある。

【０００６】特に額縁部や、その他遮光部等と同時に柱
状スペーサを形成する場合は、柱状スペーサに黒やその
他の色が付いている場合があり、感光度が低下するので
上記のような現象が起こりやすい。

【０００７】そこで本発明は、基板を対向させる前に柱
状スペーサの頂上部分を凹部若しくは平坦に形成して、
対向する基板との接地部分の径を拡大して基板間隙を均
一に保つことにより、表示性能が良く、歩留りが高いカ
ラー表示型の液晶表示素および液晶表示素子の製造方法
子を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、２枚の基板の主面同士を対向させて、該２
枚の基板の少なくとも一方の主面上に形成された柱状ス
ペーサを介して、間に液晶組成物を挟持した液晶表示素
子において、接触させる前記柱状スペーサの頂上部分に
凹部を有する液晶表示素子を提供する。また、２枚の基
板の主面同士を対向させて、該２枚の基板の少なくとも
一方の主面上に形成された柱状スペーサを介して、間に
液晶組成物を挟持した液晶表示素子の製造方法におい
て、前記基板の少なくとも一方に塗布された前記ネガ型
感光性樹脂を、前記柱状スペーサ形成位置に対応する露
光部分の一部に遮光部を有するマスクを用いて露光する
工程を有する液晶表示素子の製造方法の製造方法を提供
する。

【０００９】さらに、２枚の基板の主面同士を対向させ
て、該２枚の基板の少なくとも一方の主面上に形成され
た柱状スペーサを介して、間に液晶組成物を挟持した液
晶表示素子の製造方法において、前記基板の少なくとも
一方に塗布された前記ポジ型感光性樹脂を、前記柱状ス
ペーサ形成位置に対応する遮光部分の一部に露光部を有
するマスクを用いて露光する工程を有する液晶表示素子
の製造方法を提供する。以上のような構成のカラー表示
型液晶表示素及び製造方法は、柱状スペーサの頂上部分
を中央が外周よりもへこむ凹形状（凹部）に形成するこ
とにより、柱状スペーサと基板との接触面積が拡大さ
れ、接触面におけるずれや変形が防止され、基板間隙を
一定に保ち、表示品位がよく、歩留まりが高い液晶表示
素子の製造が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。図１は、本発明のカラ
ー表示型液晶表示素子に係る一実施形態として、柱状ス
ペーサをアクティブマトリクス基板に適用した場合の概
略的な断面構成を示す図である。

【００１１】このアクティブマトリクス基板１は、通
常、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：ThinFilm Transisto
r）を形成する半導体製造技術を用いて、厚さ０．７ｍ
ｍのガラス基板１２上に成膜とパターンニングを繰り返
し行い、アモルファスシリコンからなる薄膜トランジス
タ２を形成したアレイ基板として形成する。

【００１２】このアクティブマトリクス基板１の回路素
子形成側上に図示しない黒色の紫外線硬化型のアクリル
樹脂レジストを６μｍ厚みで塗布し、９０℃の熱雰囲気
内で１０分間乾燥させた後、図２（ｂ）または（ｅ）に
示すフォトマスクを用いて３６５ｎｍの波長で、２００
ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で露光した後、ｐＨ１１．５のア
ルカリ水溶液にて現像する。尚、前述したフォトマスク
は、露光部分の直径が１６μｍ、遮光部分の直径は８μ
ｍを例としている。この後、２２０℃に昇温させて柱を
メルトさせ、さらにこの温度で６０分保持させて完全に
硬化させる。以上のようにして、配線などの遮光層１３
上に柱状スペーサ５を形成する。その後、配向膜材料と
してポリイミドを全面上に厚さ５００Åを塗布し、ラビ
ング処理を行い、配向膜４を形成する。

【００１３】次に、ＲＧＢカラーフィルタ８と対向電極
２５が形成される厚さ０．７ｍｍのガラス基板７からな
る対向基板上に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１０を形成する。その後、ガラス
基板７上の配向膜１０の周辺に沿って接着剤１１を注入
口（図示せず）を除いて塗布し、アクティブマトリクス
基板１から対向電極９に電圧を印加するための電極転移
材を接着剤１１の周辺の電極転移電極上に形成した。そ
して、配向膜４，１０が対向し、またそれぞれのラビン
グ方向が９０度で直交するようガラス基板１２、７を配
置し、加熱して接着剤１１を硬化させて貼り合わせる。

【００１４】次に、図示しない注入口より液晶組成物６
として、液晶材料にカイラル材を０．１ｗｔ％添加した
ものを注入し、その後、注入口を紫外線硬化樹脂で封止
する。 このように形成されたカラー表示型アクティブ
マトリクス液晶表示素子は、対向基板と接する柱状スペ
ーサ５の頂上部分が図２（ｉ）に示すように、凹面を有
しているため、対向基板（カラス基板７）との接地部分
の径を大きくすることが可能であり、また接触する部分
の外周が図２（ｊ）に示すように、中央部分に比べて、
外周のリング状に圧が高く接触することにより、ずれに
よる変形が発生しにくくなり、また、局所的なセル厚む
らによる表示不良を生じることがなく、高い表示品位を
得ることができる。

【００１５】次に、カラー表示型液晶表示素子の変形例
について説明する。この変形例のカラー表示型液晶表示
素子は、図１に示した第１の実施形態と同様にアクティ
ブマトリクス基板を作製し、その上に黒色の柱状スペー
サ５を形成する。但し、柱状スペーサ５を作製する際
に、図２（ｃ）または（ｆ）に示しているフォトマスク
を用いる。このフォトマスクは、柱状スペーサ形成位置
に対応する露光部分の一部に透過率が連続的もしくは、
段階的に変化する遮光部を有する階調マスクとなってい
る。このフォトマスクを使用して、露光・現像により、
ネガ型感光性樹脂若しくはポジ型感光性樹脂からなる樹
脂レジストをパターニングすることにより、対向するガ
ラス基板７と接する頂上部分が一時的に図２（ｉ）に示
すように凹部を有する形状となる。さらに焼成すること
により頂上部分はそのまま凹部を有する形状となるか、
若しくはメルトにより図２（ｋ）に示すような頂上部が
平らな形状の柱状スペーサとなる。

【００１６】このような形状とすることにより、対向基
板７との接地部分の径が大きくなる。このような構成の
カラー表示型アクティブマトリクス液晶表示素子は、局
所的なセル厚むらによる表示不良を生じることがなく、
高い表示品位を得ることができる。

【００１７】以上のことから本実施形態によれば、課題
の項で説明したような頂上部が丸くなったことにより発
生した問題を解決することができる。

【００１８】また、柱状スペーサがネガ型感光性樹脂を
露光することにより形成される場合には、前記柱状スペ
ーサの頂上付近を露光しないようなマスクを用いて、柱
状スペーサがポジ型感光性樹脂を露光しないことにより
形成される場合には前記柱状スペーサの頂上付近を露光
するようなマスクを用いて凹部を形成できる。さらに、
柱状スペーサ形成位置に対応する露光部分もしくは遮光
部分の一部に透過率が連続的もしくは段階的に変化する
遮光部を有する階調マスクを用いて露光することによっ
ても凹部若しくは平坦部を形成することが可能である。

【００１９】以上説明したように本発明によれば、感光
性樹脂からなる柱状スペーサをパターン形成する際に、
柱状スペーサが対向基板と接地する部分（頂上部分）の
中央部分を外周から見て多く除去されるように作製され
たフォトマスクを用いて、露光・現像することにより、
その頂上部分を凹型に形成し、ずれによる変形等の発生
を防止しつつ、対向基板との接地面積を拡大することが
できる。これによって液晶表示素子作製時の対向する基
板間にかかる圧力に対する耐性が高くなり、局所的なセ
ル厚むらによる表示不良を生じることがなく、高い表示
品位が得られる。

【００２０】なお、本発明は前述した実施形態に限定さ
れるものではなく、その要旨を越えない範囲内での種々
の変更は可能である。例えば、本実施形態では、柱状ス
ペーサをアレイ基板に形成したが、反対に対向基板側に
形成してもよい。また柱状スペーサを形成する場合、フ
ォトマスクの露光部および未露光部の大きさや形状は柱
状スペーサのサイズや形状に応じて任意である。また、
本実施形態では、柱状スペーサの円柱状であり、横方向
の断面が円形であったが、これに限定されるものではな
く、用途によって、楕円形、四辺形、多角形、複合され
た形の柱状であってもよい。

【００２１】例えば、図３（ａ）乃至（ｈ）には、それ
らの柱状を形成するためのフォトマスクの種々の例を示
して説明する。図３（ａ）に示すフォトマスクを用いる
と、柱状スペーサは長方形で頂上部が溝状の凹部が形成
される。図３（ｂ）に示すフォトマスクを用いると、柱
状スペーサは、円形で形成され、頂上部には楕円状の凹
部が形成される。図３（ｃ）に示すフォトマスクを用い
ると、柱状スペーサは正方形で頂上部も正方形状の凹部
が形成される。図３（ｄ）に示すフォトマスクを用いる
と、柱状スペーサは六角形で頂上部が六角形状の凹部が
形成される。図３（ｅ）に示すフォトマスクを用いる
と、柱状スペーサは八角形で頂上部が横長の八角形状の
凹部が形成される。図３（ｆ）に示すフォトマスクを用
いると、柱状スペーサは２つの円形を四辺形で繋いだ形
であり、頂上部がそれぞれの円形の中央に凹部が形成さ
れる。図３（ｇ）に示すフォトマスクを用いると、柱状
スペーサは円形で頂上部の中心を外れた位置が一番深く
なるように円形状の凹部が形成される。図３（ｈ）に示
すフォトマスクを用いると、柱状スペーサは３つの円形
が繋がれた形であり、頂上部がそれぞれの円形状に凹部
が形成される。

【００２２】また、本実施形態によれば、柱状スペーサ
を黒色としたので図示しない額縁部やその他遮光部等を
同時に形成することが可能である。また、これらは黒色
に限定されず他の色でも構わない。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、基
板を対向させる前に柱状スペーサの頂上部分を凹部に形
成して、対向する基板との接触部分の径を拡大して基板
間隙を均一に保つことにより、表示性能が良く、歩留り
が高いカラー表示型の液晶表示素子および液晶表示素子
の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラー表示型液晶表示素子に係る実施
形態として、柱状スペーサをアクティブマトリクス基板
に適用した場合の概略的な断面構成を示す図である。

【図２】図２（ａ）乃至（ｆ）は、実施形態における柱
状スペーサ形成に用いられるフォトマスクの平面図、図
２（ｇ），（ｉ），（ｋ）は、柱状スペーサの断面構成
図、図２（ｈ），（ｊ），（ｍ）は、柱状スペーサと基
板との接地部分の径を示す図である。

【図３】本発明の柱状スペーサ形成に用いられるフォト
マスク形状の例を示す図である。

【符号の説明】

１…アクティブマトリクス基板 ２…薄膜トランジスタ ３…画素電極 ４，１０…配向膜 ５…柱状スペーサ ６…液晶組成物 ７…対向基板 ８…着色層 ９…対向電極 １１…接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 誠 埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２号 株 式会社東芝深谷工場内 (72)発明者 山本 武志 埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２号 株 式会社東芝深谷工場内 (72)発明者 春原 一之 埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２号 株 式会社東芝深谷工場内 (72)発明者 村山 昭夫 埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２号 株 式会社東芝深谷工場内 Ｆターム(参考） 2H089 LA09 LA10 MA03X NA14 PA02 QA02 QA05 QA14 TA09 TA12 5C094 AA03 BA03 BA43 CA19 EA04 EA07 EB02 EC03 JA08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の基板の主面同士を対向させて、該
   ２枚の基板の少なくとも一方の主面上に形成された柱状
   スペーサを介して、間に液晶組成物を挟持した液晶表示
   素子において、 接触させる前記柱状スペーサの頂上部分に凹部を有する
   ことを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記液晶表示素子において、 前記柱状スペーサが着色感光性樹脂からなることを特徴
   とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記液晶表示素子において、 前記柱状スペーサが遮光性を有する感光性樹脂からなる
   ことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 ２枚の基板の主面同士を対向させて、該
   ２枚の基板の少なくとも一方の主面上に形成された柱状
   スペーサを介して、間に液晶組成物を挟持した液晶表示
   素子の製造方法において、 前記基板の少なくとも一方に塗布された前記ネガ型感光
   性樹脂を、前記柱状スペーサ形成位置に対応する露光部
   分の一部に遮光部を有するマスクを用いて露光する工程
   を有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
5. 【請求項５】 ２枚の基板の主面同士を対向させて、該
   ２枚の基板の少なくとも一方の主面上に形成された柱状
   スペーサを介して、間に液晶組成物を挟持した液晶表示
   素子の製造方法において、 前記基板の少なくとも一方に塗布された前記ポジ型感光
   性樹脂を、前記柱状スペーサ形成位置に対応する遮光部
   分の一部に露光部を有するマスクを用いて露光する工程
   を有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
6. 【請求項６】 前記ネガ型感光性樹脂からなる柱状スペ
   ーサ形成位置に対応する露光部分の一部に透過率が連続
   的もしくは、段階的に変化する遮光部を有する階調マス
   クを用いて露光することを特徴とする請求項４に記載の
   液晶表示素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記ポジ型感光性樹脂からなる柱状スペ
   ーサ形成位置に対応する遮光部分の一部に透過率が連続
   的もしくは、段階的に変化する露光部を有する階調マス
   クを用いて露光することを特徴とする請求項５に記載の
   液晶表示素子の製造方法。