JP2005010502A - 液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ギャップ不良および遮光部からの光抜けを防止し、表示品位および製品歩留りの高い液晶表示素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁基板１１上の表示領域４周縁部に沿って設けられた遮光部３３は、第１着色層２６Ｇに、光重合開始剤を含有しているとともにこの光重合開始剤の反応する波長の一部を透過する色に調整した黒味を有する樹脂である第２着色層３２を積層して形成され、第１着色層は前記第２着色層の黒味を補完する色の着色層である。また、第２着色層３２および柱状スペーサ３１ａ、３１ｂは黒味を有する同一の樹脂で形成されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶表示素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶表示素子は、アレイ基板および対向基板を所定の隙間を置いて対向配置し、これら２枚の基板間に液晶層を挟持して構成されている。これら２枚の基板の周縁部はシール材によって互いに接合されている。２枚の基板間には、基板間の隙間を一定に保持するため、粒径の均一なスペーサとしてプラスティックビーズが散在されている。液晶表示素子によりカラー表示する場合、アレイ基板および対向基板の一方の基板には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）からなる着色層を有したカラーフィルタが配置されている。アレイ基板側にカラーフィルタを配置する場合、アレイ基板の表示領域に重ねてカラーフィルタが形成され、カラーフィルタの周縁部に遮光部が形成されている。
【０００３】
このように構成された液晶表示素子では、製造時、プラスティックビーズを基板上に散布するため、散布されたプラスティックビーズの一部が製造ラインを汚染するパーティクルとなり不良発生の原因となっている。また、表示領域に存在するプラスティックビーズは液晶分子の配向を乱し表示品位低下の原因となり、さらに散布密度が不均一な場合はギャップ不良を引き起す。
【０００４】
上記問題に対処する技術として、アレイ基板上に直接複数の柱状スペーサを形成した構成が提案されている。この構成によれば、ギャップ不良および液晶分子の配向不良の無い液晶表示素子を提供することができる。また、柱状スペーサおよび遮光部を同一材料で同時に形成することにより、製造効率の向上を図った技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。柱状スペーサおよび遮光部を形成する材料としては、光を受けた場所が硬化するネガ型の感光性樹脂が用いられている。この感光性樹脂には、光重合開始剤が含有されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１―１７４４６３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように柱状スペーサと遮光部とを同一材料で形成する場合、柱状スペーサの良好な加工精度および遮光部の遮光性能を満たして形成することが困難となる。つまり、遮光性能の高い遮光部を形成しようとする場合、遮光性の高い材料を用いる必要があるが、この場合、材料中の光重合開始剤に十分な光が供給されなくなる。そのため、遮光性の高い材料によって柱状スペーサを形成する場合、スペーサが充分に硬化せず、高い加工精度を得ることが困難となる。したがって、基板間のギャップ不良等により表示品位が低下する恐れが生じる。また、柱状スペーサの加工精度を優先すると、逆に遮光部の遮光性能が低下してしまう。この場合、遮光部からの光抜けが発生し表示品位を低下させる恐れがある。
【０００７】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、ギャップ不良および遮光部からの光抜けを防止し、表示性能が高く、製品歩留りの高い液晶表示素子およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明に係る液晶表示素子は、表示領域と、表示領域の周縁部に沿って設けられた遮光部と、複数の柱状スペーサと、を有した第１基板と、前記複数の柱状スペーサによって所定の隙間を保持して前記第１基板に対向配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に封入された液晶と、を備え、前記遮光部は、第１着色層および第２着色層を積層して形成され、前記第２着色層および柱状スペーサは、光重合開始剤を含有しているとともに前記光重合開始剤の反応する波長の一部を透過する色に調整した黒味を有する同一の樹脂で形成され、前記第１着色層は前記第２着色層の黒味を補完する色の着色層であることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の他の態様に係る液晶表示素子の製造方法は、表示領域と、表示領域の周縁部に沿って設けられた遮光部と、複数の柱状スペーサと、を有した第１基板と、前記複数の柱状スペーサによって所定の隙間を保持して前記第１基板に対向配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に封入された液晶と、を備えた液晶表示素子の製造方法において、絶縁基板上に前記表示領域の周囲に沿って延びた第１着色層を形成し、前記第１着色層に第２着色層を積層して前記遮光部を形成し、前記表示領域に複数の柱状スペーサを形成し、前記柱状スペーサおよび第２着色層は、光重合開始剤を含有しているとともに前記光重合開始剤の反応する波長の一部を透過する色に調整した黒味を有する同一の樹脂により同時に形成し、前記第１着色層は、前記第２着色層の黒味を補完する色の着色層で形成することを特徴としている。
【００１０】
上記のように構成された液晶表示素子およびその製造方法によれば、第１着色層と第２着色層とを積層することにより、高い遮光性を有した遮光部が得られる。また、柱状スペーサは、第２着色層により形成されているため、充分に硬化し、高い加工精度で形成することができる。これにより、ギャップ不良、遮光部からの光抜けを防止し、表示品位および製品歩留まりの高い液晶表示素子が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係る液晶表示素子について詳細に説明する。
図１に示すように、液晶表示素子は、第１基板としてのアレイ基板１と、このアレイ基板に所定の隙間を保持して対向配置された第２基板としての対向基板２と、を備え、これらアレイ基板と対向基板との間に液晶層３が挟持されている。アレイ基板１および対向基板２は、中央部に位置した矩形状の表示領域４と、表示領域周縁部に沿って位置した枠状の非表示領域５とを有している。
【００１２】
アレイ基板１はガラス等からなる透明な絶縁基板１１を備えている。絶縁基板１１上には、図示しない複数の信号線および複数の走査線がマトリクス状に形成され、走査線と信号線との交差部にはスイッチング素子としてＴＦＴ素子１２が設けられている。ＴＦＴ素子１２は、ソース／ドレイン領域およびポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）からなる半導体膜等を有している。また、詳細に図示しないが、絶縁基板１１上には、ＴＦＴ素子１２を覆った保護絶縁膜１３が形成されている。
【００１３】
表示領域４において、保護絶縁膜１３上には、それぞれストライプ状の赤色の着色層２３Ｒ、緑色の着色層２４Ｇ、および青色の着色層２５Ｂが交互に並んで配置され、カラーフィルタを形成している。表示領域４において、着色層２４Ｇの一部は隣接した着色層２３Ｒに重ねて形成されている。そして、表示領域４の着色層２３Ｒ、２４Ｇ、２５Ｂ上には、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明材料により画素電極２８がそれぞれ形成されている。
【００１４】
各画素電極２８は、着色層に設けられたコンタクト２７ｂを介してＴＦＴ素子１２のソース／ドレイン領域のいずれかに接続されている。そして、表示領域４において、画素電極２８および着色層２３Ｒ、２４Ｇ、２５Ｂ上には、配向膜２９が形成されている。
【００１５】
一方、非表示領域５において、保護絶縁膜１３上には矩形枠状の遮光部３３が形成され、表示領域４の周縁部に沿って延びている。この遮光部３３は第１着色層２６Ｇおよび第２着色層３２を積層して形成されている。本実施の形態において、第２着色層３２は黒味を有する樹脂、即ち、概ね黒色の樹脂により形成され、第１着色層２６Ｇは、第２着色層の黒味を補完する緑色の着色層により形成されている。また、非表示領域５において、遮光部３３の外側には、それぞれ矩形枠状の着色層２３Ｒおよび２５Ｂが積層して形成されている。
【００１６】
表示領域４において、着色層２３Ｒ、２４Ｇが重なった重複部分、および非表示領域５において、着色層２３Ｒ、２５Ｂが重なった重複部分には、それぞれ柱状スペーサ３１ａ、３１ｂが形成されている。全ては図示しないが、これらの柱状スペーサ３１ａ、３１ｂは、所望の密度で多数本形成されている。後述するように、柱状スペーサ３１ａ、３１ｂは、遮光部３３の第２着色層３２と同一の材料で形成されている。
【００１７】
対向基板２は、ガラス等からなる透明な絶縁基板４１を備え、この絶縁基板上にはＩＴＯ等の透明材料で形成された対向電極４２および配向膜４３が順次形成されている。
【００１８】
アレイ基板１および対向基板２は、両基板の周縁部に配置されたシール材３０により互いに接合され、柱状スペーサ３１ａ、３１ｂにより所定の隙間を保持して対向配置されている。そして、アレイ基板１および対向基板２の間に液晶層３が狭持されている。なお、配向膜２９、４３には、液晶層３内の液晶分子の捩れ角が９０°となるよう所定方向にラビング処理が施されている。シール材３０付近のアレイ基板１および対向基板２には、アレイ基板から対向基板の対向電極４２に電圧を印加するための電極転移材が設けられている。
【００１９】
また、アレイ基板１および対向基板２の外面には、偏光板４４、４５がそれぞれ配置されている。アレイ基板１の外面側には、バックライト５１が配置されている。このバックライト５１は、アレイ基板１に対向配置された導光板５２と、この導光板の一側縁に対向配置された光源５３および反射板５４と、を有している。更に、対向基板２の外面側を含みアレイ基板１および対向基板２の非表示領域５の周縁部には、枠状のベゼル５０が配置されている。
【００２０】
次に、上記液晶表示素子の一層詳しい構成を、その製造方法と併せて説明する。
まず、絶縁基板１１として、例えば、厚さ０．７ｍｍのガラス基板上に信号線、走査線、ＴＦＴ素子１２および保護絶縁膜１３を形成する。次に、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を、例えば、スピンナにて保護絶縁膜１３の全面に塗布する。
【００２１】
続いて、赤色を着色したい部分に光が照射されるフォトマスクを介して、波長３６５ｎｍ、露光量１００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を紫外線硬化型アクリル樹脂レジストに照射し露光する。露光された紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ Ａｍｍｏｎｉｕｍ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）の水溶液で５０秒間現像した後、温度２３０℃で１時間焼成することにより、膜厚約３．０μｍの着色層２３Ｒをそれぞれ形成する。このように、フォトリソグラフィ法を用いて、着色層２３Ｒを表示領域４および非表示領域５に同時に形成する。
【００２２】
その後、着色層２３Ｒと同様の工程を繰り返し、緑色の着色層２４Ｇ、および第１着色層２６Ｇ、並びに青色の着色層２５Ｂを約３．０μｍの膜厚で保護絶縁膜１３上に順次形成する。この際、表示領域４において、着色層２４Ｇは着色層２３Ｒに一部重ねて形成し、また、表示領域周縁部に沿った領域では緑色の第１着色層２６Ｇとして形成する。着色層２５Ｂは、表示領域４に形成するとともに非表示領域５に形成された着色層２３Ｒ上全面に重ねて形成する。更に、表示領域４に位置した各着色層２３Ｒ，２４Ｇ，２５Ｂにはコンタクトホール２７ａを同時に形成する。
【００２３】
そして、コンタクトホール２７ａを含み着色層２３Ｒ、２４Ｇ、２５Ｂおよび保護絶縁膜１３上に、ＩＴＯからなる導電膜をスパッタリング法により形成し、パターニングすることにより、コンタクトホール内部を含み表示領域４の各着色層上に位置した画素電極２８をそれぞれ形成する。
【００２４】
画素電極２８の形成後、絶縁基板１１の全面に、混合レジストとして、赤色顔料、緑色顔料、青色顔料、光重合開始剤等を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストを、例えば、スピンナにて６．０μｍの膜厚に塗布し、９０℃で１０分間乾燥する。後で詳述するが、混合レジストは黒味を有し、緑色顔料の含有量を抑えた概ね黒色の樹脂である。
【００２５】
続いて、図２（ａ）に示すように、フォトマスク６０を介して３６５ｎｍをピークとした波長を、露光量５００ｍＪ／ｃｍ^２で照射し、混合レジスト６１を露光する。次に、図２（ｂ）に示すように、混合レジスト６１をｐＨ１１．５のアルカリ水溶液により現像する。これにより、図２（ｃ）に示すように、混合レジスト６１のうち、紫外線が照射され硬化した領域以外の不要な部分を除去する。
【００２６】
その後、混合レジスト６１を２００℃で６０分焼成し、膜厚５．０μｍの柱状スペーサ３１ａ、３１ｂ、および第２着色層３２を形成する。上記工程により、柱状スペーサ３１ａ、３１ｂ、および第２着色層３２を、同一材料で同時に、かつ、同じ厚さに形成する。その後、表示領域４を含みアレイ基板１上全体に、膜厚５００Åの配向膜２９を形成する。これにより、アレイ基板１が完成する。
【００２７】
次に、上記混合レジスト６１について詳しく説明する。
まず、エチルセルソルブアセテートなどの有機溶媒に、赤色顔料としてＣ．ｌ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １６８（アンスアンスロン系顔料）、黄色顔料としてＣ．ｌ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １１０（イソインドリノン系顔料）、緑色顔料としてＣ．ｌ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６（クロロブロモ銅フタロシアニン系顔料）、青色顔料としてＣ．ｌ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５：６（ク口口銅フタロシアニン系顔料）および分散剤としてＰＢ８２１（塩基性高分子分散剤；味の素社製）を混合し、サンドミルで分散する。
【００２８】
分散した後、テフロン製０．５μｍ径フィルタを用いて加圧濾過処理を行い、上記のように分散した分散液を調整する。この分散液を、光重合開始剤として吸収波長が２００〜４４０ｎｍのイルガキュア８１９（ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルフォスフィンオキサイド；チバガイギー社製）を添加した紫外線硬化型アクリル樹脂ＣＫ−２０００（富士ハントテクノロジー（株）社製）に十分に混合する。上記の工程により、混合レジスト６１が作製される。
【００２９】
一方、対向基板２は、絶縁基板４１として、例えば、厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用いる。そして、対向電極４２および配向膜４３を順次ガラス基板上に形成し、対向基板２を完成する。
【００３０】
上記のように形成されたアレイ基板１および対向基板２は、所定の隙間を保持して対向配置し、両基板をその周縁部に配置したシール材３０により貼り合わせる。そして、シール材３０に形成された液晶注入口より両基板の間に液晶を注入し、その後、液晶注入口を紫外線硬化型樹脂等の封止材で封止する。これにより、アレイ基板１および対向基板２の間に液晶が封入され、液晶層３が形成される。
【００３１】
上述した液晶表示素子およびその製造方法によれば、柱状スペーサの高い加工精度と、遮光部の高い遮光性と、を両立することが可能となる。すなわち、柱状スペーサ３１ａ、３１ｂを精度良く加工するには、混合レジストに含有した光重合開始剤が十分に反応する必要がある。そのため、光重合開始剤が反応する波長を透過するように、混合レジストの色を調整している。
【００３２】
光重合開始剤の反応する波長が可視光領域にある場合、例えば、波長４００〜４５０ｎｍを吸収する顔料は主に緑色顔料や赤色顔料であるため、混合レジストを作製する際に緑色顔料や赤色顔料の濃度を減少させる。これにより、混合レジストに含有された光重合開始剤に有効な光を照射することが可能となり、反応が十分に進むため、柱状スペーサを高い加工精度で安定して形成することができる。
【００３３】
本実施の形態では、緑色顔料６３の濃度を抑えて混合レジスト６１を作製しているため、図２（ａ）に示すように、緑色顔料による紫外線の吸収を抑制し、光重合開始剤６２に紫外線を良好に照射することが可能となる。これにより、混合レジスト６１の光重合開始剤６２が充分に反応し、混合レジストの硬化が促進する。硬化した混合レジスト６１を現像する場合、図２（ｂ）に示すように、現像された混合レジストの側面下部が一部剥離されるが、その量はわずかであり、加工精度に影響を与えることはない。
【００３４】
以上のことから、図２（ｃ）に示すように、柱状スペーサ３１ａ、３１ｂを高い加工精度で形成することができる。上記混合レジストにおいて、含有する緑色顔料の濃度は、通常真黒の混合レジストを作製する際に含有する緑色顔料の濃度に対し７割程度とした。
【００３５】
上記のように光重合開始剤が反応する波長の光を吸収する顔料を一部減らした概ね黒色の樹脂により第２着色層３２を形成した場合、光がこの第２着色層を抜けてしまうことがある。そこで、第２着色層３２の黒味を補完する色の第１着色層２６Ｇを第２着色層に重ねて形成している。本実施の形態では、第２着色層３２は緑色顔料の含有量が少ない黒色樹脂で作製されているため、第１着色層を緑色の着色層２６Ｇで形成している。これにより、第２着色層３２単独での遮光性の不足を補い、充分な黒さを有する遮光部３３が得られる。したがって、遮光部３３によりバックライト５１の光を確実に遮光し、遮光部とベゼル５０との間からの光漏れによる表示品位の低下を防止することができる。
【００３６】
更に、上述したように高い加工精度で柱状スペーサ３１ａ、３１ｂが形成されるため、ラビング工程などによる柱状スペーサの欠落が発生せず、ギャップの不良を抑制し高い製品歩留まりを得ることができる。
【００３７】
また、遮光部３３を構成する第１着色層２６Ｇは、表示領域４の着色層２４Ｇと同時に形成されるため、工程を増やさずに遮光部を得ることができる。さらに、柱状スペーサ３１ａ、３１ｂを第２着色層３２と同一材料で同時に形成することで、製造工程を簡略化し製造効率の向上を図ることができる。
本発明の液晶表示素子は、アクティブマトリックス基板、つまりアレイ基板１の主面上にカラーフィルタを形成している場合、特にその効果を実現することできる。
【００３８】
なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、対向基板２上にカラーフィルタおよび柱状スペーサ３１ａ、３１ｂを形成しても良い。また、上記実施の形態では、緑色顔料の濃度を通常真黒の混合レジストを作製する際に含有する濃度より低くする構成としたが、緑色顔料に限らず、赤色顔料または青色顔料のいずれかの顔料濃度を低くした混合レジストを用いても良い。
【００３９】
赤色顔料または青色顔料の濃度を低くした混合レジストで第２着色層３２を形成した場合、第１着色層を赤色の着色層または青色の着色層で形成し、第２着色層の黒味を補完することはいうまでもない。なお、上述した緑色顔料および赤色顔料のいずれかの濃度を低くした場合、混合レジストに青色が強く出るため、混合レジストに黄色顔料を含有し混合レジストの色を調整することが望ましい。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ギャップ不良および遮光部からの光抜けを防止し、表示性能が高く、製品歩留りの高い液晶表示素子およびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る液晶表示素子の断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る柱状スペーサおよび第２着色層を形成する際の模擬的な製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
１…アレイ基板，２…対向基板，３…液晶層，２３Ｒ、２４Ｇ、２５Ｂ…着色層，２６Ｇ…第１着色層，２８…画素電極，３１…柱状スペーサ，３２…第２着色層，３３…遮光部，４２…対向電極

Claims (7)

1. 表示領域と、表示領域の周縁部に沿って設けられた遮光部と、複数の柱状スペーサと、を有した第１基板と、
   前記複数の柱状スペーサによって所定の隙間を保持して前記第１基板に対向配置された第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に封入された液晶と、を備え、
   前記遮光部は、第１着色層および第２着色層を積層して形成され、前記第２着色層および柱状スペーサは、光重合開始剤を含有しているとともに前記光重合開始剤の反応する波長の一部を透過する色に調整した黒味を有する同一の樹脂で形成され、前記第１着色層は前記第２着色層の黒味を補完する色の着色層であることを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記第２着色層は、赤色、緑色、および青色の３色の顔料を含み、前記３色のうちいずれか１色は、前記３色の顔料を混合して真黒の着色層を形成する際の前記いずれか１色の顔料濃度よりも低い濃度だけ含有され、
   前記第１着色層は、前記いずれか１色と同一色の着色層であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記第１基板の表示領域に並べて形成された複数の赤色の着色層、緑色の着色層、および青色の着色層を有したカラーフィルタを備え、前記第１着色層は、前記カラーフィルタの赤色の着色層、緑色の着色層、および青色の着色層のいずれかと同一の着色層で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
4. 前記カラーフィルタの赤色の着色層、緑色の着色層、および青色の着色層の少なくともいずれか１色の着色層は、隣合う他の色の着色層に一部を重ねて設けられた重複部を有し、前記柱状スペーサは、前記重複部上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
5. 前記複数の柱状スペーサおよび前記第２着色層は同一の膜厚を有していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
6. 表示領域と、表示領域の周縁部に沿って設けられた遮光部と、複数の柱状スペーサと、を有した第１基板と、前記複数の柱状スペーサによって所定の隙間を保持して前記第１基板に対向配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に封入された液晶と、を備えた液晶表示素子の製造方法において、
   絶縁基板上に前記表示領域の周囲に沿って延びた第１着色層を形成し、
   前記第１着色層に第２着色層を積層して前記遮光部を形成し、
   前記表示領域に複数の柱状スペーサを形成し、
   前記柱状スペーサおよび第２着色層は、光重合開始剤を含有しているとともに前記光重合開始剤の反応する波長の一部を透過する色に調整した黒味を有する同一の樹脂により同時に形成し、前記第１着色層は、前記第２着色層の黒味を補完する色の着色層で形成することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
7. 前記第２着色層は、赤色、緑色、および青色の３色の顔料を含み、前記３色のうちいずれか１色は、前記３色の顔料を混合して真黒の着色層を形成する際の前記いずれか１色の顔料濃度よりも低い濃度だけ含有し、
   前記第１着色層は、前記いずれか１色と同一色の着色層で形成することを特徴とする請求項６に記載の液晶表示素子の製造方法。

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