JP2009063622A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光層の形成が容易で、製造性、信頼性が高い液晶表示装置を得る。
【解決手段】一対の基板１１，２０を有し、一方の基板の画像表示領域４０に異なる複数色のカラーフィルタ層６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒを配列してなり、前記一対の基板は外周に沿ってシール材５０で封止され前記一対の基板間に形成されるセルギャップ５２内に液晶層３０を挟持してなる液晶表示装置において、前記カラーフィルタ層を複数層６０Ｂ，６０Ｒ、積層することにより形成された堰堤４２が前記画像表示領域外周に沿って囲むように配置され、この堰堤と前記シール材５０間に前記基板を透過する光を遮光する遮光層４１が設けられている。
【選択図】図４

Description

この発明は、画像表示領域外周とシール材間に遮光層を形成した液晶表示装置およびその製造方法に関する。

液晶表示装置は複数の画素電極およびそのスイッチング素子が画像表示領域を形成するようにマトリクス配置されたアレイ基板と、このアレイ基板に対向配置され共通電極を有する対向基板を備え、これらの基板は所定のセルギャップを有して周縁をシール材で封着され、このセルギャップに液晶層を充填した液晶セルを有している。

カラー液晶表示装置は、画像を表示する画像表示領域において、アレイ基板上に各画素電極にそれぞれ割当てられた色成分の光を透過させるカラーフィルタ層が設けられ、表示領域の外周でかつシール材内側に遮光層が設けられている。これらの画素電極ごとにスイッチング素子が配置され、これらは画像表示領域を垂直方向に延びる複数の信号線と、水平方向に延びる複数の走査線に囲まれた画素領域に配置される。

カラーフィルタ層は画素電極形成前に信号線と同一方向に延びるストライプで形成され、緑、青、赤色のフィルタ層がそれぞれ対応する画素電極をカバーするように順に繰り返し走査線方向に配列される。

各フィルタ層間には遮光層であるブラックマトリクス層がフォトリソグラフィで形成され、さらに同一製造工程で上記遮光層も同時に形成される。一方、対向基板に共通電極が設けられる（特許文献１参照）。

カラーフィルタ層をアレイ基板側に配置する利点の一つは、画素電極間に配置される信号線が上記したブラックマトリクス層の機能を兼ね得ることである。信号線は金属層であるから基板を透過する光を遮光するので、各色フィルタ層境界で生じる漏光による色のにじみを遮断することができる。このため、画像表示領域内にブラックマトリクス層を形成するのを省略できる。
特開平８−２７８５０７号公報

しかしながら、ブラックマトリクス層形成工程を省略しても、画像表示領域外周の遮光層を省略すると光漏れが避けられないので、表示領域外周に遮光層を形成する工程が残る。

遮光層は画像表示領域周辺部の遮光性のために、黒色顔料をフォトレジストに混ぜた黒色樹脂材を使用し、フォトリソグラフィ工程によってパターニングすることによって形成される。しかし、このパターニングが画像表示領域に不所望な汚染等を招来する恐れがある。

遮光層を配線時の金属層で形成することが考えられるが、信号線や走査線の引出し配線との絶縁対策が必要になる。

本発明は遮光層の形成が容易で、製造性、信頼性が高い液晶表示装置およびその製造方法を得るものである。

本発明の一態様は、一対の基板を有し、一方の基板の画像表示領域に異なる複数色のカラーフィルタ層を配列してなり、前記一対の基板は外周に沿ってシール材で封止され前記一対の基板間に形成されるセルギャップ内に液晶層を挟持してなる液晶表示装置において、前記カラーフィルタ層を複数層、積層することにより形成された堰堤が前記画像表示領域外周に沿って囲むように配置され、この堰堤と前記シール材間に前記基板を透過する光を遮光する遮光層が設けられていることを特徴とする液晶表示装置にある。

本発明の他の態様は、画像表示領域を有する第１の基板と第２の基板を備え前記第１の基板の前記画像表示領域に異なる複数色のカラーフィルタ層を配置し、前記第１の基板と前記第２の基板間に液晶層を挟持するセルギャップを形成するようにこれらの基板の外縁に沿うシール材で封止され、前記画像表示領域と前記シール材間に前記画像表示領域を囲む枠状の遮光層が形成された液晶表示装置の製造方法において、
前記第１の基板の前記画像表示領域に前記カラーフィルタ層を形成するとともに前記画像表示領域の外周に沿って前記カラーフィルタ層の複数層の積層により堰堤を形成する工程と、
前記第１の基板の外周に沿って前記堰堤の外側でかつ前記堰堤と間隔を置いてシール材を塗布する工程と、
前記堰堤と前記シール材間の前記第１の基板面にインクジェットにより黒色インクを塗布し遮光層を形成する工程と、
前記第１の基板と前記第２の基板を前記シール材の押圧・接着により貼り合わせ前記セルギャップを形成するように封止する工程とを具備してなる液晶表示装置の製造方法にある。

本発明は遮光層の形成が容易で、製造性、信頼性が高い液晶表示装置およびその製造方法を得ることができる。

本発明はカラーフィルタ層の積層体で形成した遮光層を区画するための堰堤を備える。

本発明の一態様によれば、インクジェット法で塗布する遮光層の内周を堰堤で堰き止めて区画し、遮光層の外周をシール材で堰き止めて区画する。これにより、画素表示領域外周を囲む枠状遮光層が形成される。

本発明の実施形態を説明するにあたり、インクジェット法による遮光層の形成について図５および図６により考察する。

カラーフィルタ層６０の形成において、アレイ基板１１上の光を透過する画像表示領域４０に、緑、青、赤色の順に各色顔料を混入したフォトレジストを塗布し、露光、現像して光を透過する画像表示領域に各色カラーフィルタ層６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒを形成する。各層の厚さは例えば３μｍである。

インクジェット法による遮光層４１の作製ではインクヘッドから射出した黒色インクの液滴がガラスなどの透明な絶縁性基板１１ａ面に付着すると基板１１ａ上を流れて拡がるのでこれを堰止める一対の堰堤４２，４３を配置する。カラーフィルタ層６０形成と同一工程でカラーフィルタ層６０の積層体で堰堤４２，４３を形成することは極めて容易で、青、赤色フィルタ層６０Ｂ、６０Ｒの２層で６μｍの高さの堰堤４２，４３を画像表示領域４０外周とシール材５０領域内に二重に形成する。

二重の堰堤４２，４３に挟まれた絶縁性基板１１ａ面にインクの液滴を塗布すると、インクは堰堤４２，４３で堰き止めされ、枠状にパターン化される。このインクをベークし乾燥して遮光層４１とする。例えば遮光層４１の幅は２ｍｍ、厚さは３μｍである。

遮光層４１を形成後にシール材５０を塗布する。シール材５０はエポキシ系の熱硬化性樹脂のペーストであり、ノズルから吐出したシール材５０を幅０．５ｍｍで基板１１ａ外縁に沿って周回させて塗布し、プリベークすることにより未硬化の乾燥したシール材５０が得られる。シール材５０はシール材５０内を透過する光による光漏れを防ぐために、遮光層４１の一部と重なる位置に配置する。このため二重堰堤４２，４３のうちの外側の堰堤４３をシール部５０内に位置させる。

図６に示すように、シール材５０をプリベークにより脱泡乾燥後、対向基板２０を合わせて押し潰し両基板１１，２０を接着すると、０．５ｍｍ幅で盛り上がった未硬化シール材５０は両基板１１，２０間に幅ｔが１ｍｍで拡がり一部が遮光層４１上に張り出して重なり硬化する。対向基板２０面とアレイ基板１１の両基板１１，２０面間のギャップは例えば６．５〜８μｍである。

ここで、シール材５０をペースト状にして塗布するところから、未硬化シール材５０の塗布バラツキ±０．２ｍｍ、シール材５０の幅バラツキ±０．３ｍｍ、遮光層４１と硬化後のシール材５０の重なりバラツキ±０．２５ｍｍが生じる。このため、重なりが大きい部分や重なりのない部分が発生する。重なりが大きいとシール材５０と遮光層４１間の剥離により封止強度が低下し、重なりがないと光漏れを阻止できない。また、ラビングや洗浄工程のごみが外側堰堤４３に付着すると、シール材５０の押し潰しが一様にならない場合が生じて、ギャップむらが発生しやすい。製造工程としてはインクジェットによる塗布時に遮光層４１およびシール材５０塗布時に脱泡のためのベークが個々に必要である。

しかし、このようなカラーフィルタ積層体の堰堤４２，４３とインクジェット法による遮光層４１塗布の組合わせは、遮光層４１を容易かつ信頼性高く形成することを可能にする。

図１乃至図４は、この発明の実施形態の液晶表示装置を示す。

液晶セル１０はガラスなどの透明絶縁性基板からなるアレイ基板１１と、このアレイ基板１１と対をなして対向配置され同じく透明絶縁性基板からなる対向基板２０と、アレイ基板１１と対向基板２０との間に配置された液晶層３０とを備える。画像表示領域４０は、アレイ基板１１と対向基板２０とを貼り合わせるシール材５０によって囲まれた領域内に形成されている。画像表示領域４０とシール材５０の間には画像表示領域４０を枠状に取り囲むようにして遮光層４１が形成される。

アレイ基板１１は、画像表示領域４０にマトリクス状に配置された複数の画素電極１２、これらの画素電極１２の行方向に沿って形成された複数本の走査線１３、これらの画素電極１２の列方向に沿って形成された複数本の信号線１４、各画素電極１２に対応して走査線１３および信号線１４の交差位置近傍に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のスイッチング素子１５を有している。

アレイ基板１１は、ガラスなどの透明な絶縁性基板１１ａ上に、さらに複数の画素電極１２、これらの電極１２のそれぞれに対応して形成されたスイッチング素子１５を覆って形成されるカラーフィルタ層６０、カラーフィルタ層６０上に形成された複数の柱状スペーサ（図示せず）が設けられ、複数の画素電極１２全体を覆うように配向膜１６を備えている。

カラーフィルタ層６０は、例えば３μｍの厚さを有し、緑色、青色、および赤色にそれぞれ着色され、画素電極１２の列に対応してストライプ状に並んで配置されている。これらのカラーフィルタ層６０は、緑色、青色、および赤色の各色成分の光をそれぞれ透過させる３色のカラーフィルタ層６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒとなる。

図１に示すように、液晶セル１０におけるシール材５０は、液晶注入口（図示せず）を除いて印刷塗布される。このシール材５０は、遮光層４１の外周に沿って周回し枠状に形成される。

また画像表示領域４０の外周に沿って枠状に設けられた遮光層４１は、光の透過を遮るために黒色樹脂のインクによって形成され３μｍの厚さを有している。

画像表示領域４０の外周に沿って遮光層４１を堰き止め区画する単一の堰堤４２が設けられており、この堰堤４２とシール材５０間に遮光層４１が形成される。

遮光層４１の製造工程において、堰堤４２は遮光層４１のインクジェット法による黒色インクの液滴が基板１１ａ面を不所望に拡がるのを堰き止めるもので、カラーフィルタ層６０の積層体で形成されている。遮光層４１の外周側はシール材５０が外側の堰堤を兼ねる。

配向膜１６は、液晶層３０の液晶分子を所定方向に配向する。

対向基板２０は、図２に示すように、ガラスなどの透明な絶縁性基板２０ａ上に形成された対向電極２１およびこの対向電極２１を覆う配向膜２２を有している。対向電極２１は、アレイ基板１１側の画素電極１２に共通して対向する透明電極である。

液晶層３０はシール材５０の液晶注入口（図示せず）からセルギャップ５２（図４（ｃ）参照）に注入されて封止される。

本実施形態の液晶セル１０の製造方法について説明する。

＜アレイ基板１１＞
図２に示すように、絶縁性基板１１ａ上に、シリコン酸化膜などのアンダーコーティング層１１ｂを形成する。続いて、アンダーコーティング層１１ｂ上に、アモルファスシリコン膜を成膜し、さらに多結晶化処理を施してポリシリコン膜１７とする。この膜１７をパターニングして、ＴＦＴ（スイッチング素子１５）のチャネル層を形成する。

次にシリコン酸化膜を成膜して、ゲート絶縁膜１８を形成する。続いて、スパッタリング法により、ゲート絶縁膜１８上にＡｌ，Ｍｏ，Ｗなどの金属膜を成膜し、フォトリソグラフィ工程により所定の形状にパターニングする。これにより、走査線１３（図１参照）、ゲート電極１９などの各種配線を形成する。

続いて、ゲート電極１９をマスクとして、ポリシリコン膜１７に不純物を注入して、ＴＦＴ（スイッチング素子１５）のドレイン領域、ソース領域を形成する。

さらに、全面に酸化シリコン膜を成膜し、層間絶縁膜２４とする。

次に、スパッタリング法により、層間絶縁膜２４上に、Ａｌ，Ｍｏ，Ｗ，などの金属膜を成膜し、フォトリソグラフィ工程により所定の形状にパターニングする。これにより、信号線１４と、これらの信号線１４と一体にＴＦＴ（スイッチング素子１５）のドレイン電極２５を形成する。また、同時に、ＴＦＴ（スイッチング素子１５）のソース電極２６を形成する。必要により、これらの上にパッシベーション膜（図示せず）を形成してもよい。

＜カラーフィルタ層６０＞
次に緑色の顔料を分散させたフォトレジストを基板１１ａ全面に塗布する。得られるレジスト膜をプリベークした後、緑色画素に対応した部分に光が照射されるようなフォトマスクを介して露光する。このレジスト膜を所定の現像液によって現像し、さらに水洗後、ポストベークして、緑色のカラーフィルタ層６０Ｇを形成する。

続いて、同様の工程で順次、青色カラーフィルタ層６０Ｂ、赤色カラーフィルタ層６０Ｒを形成する。これにより、３μｍの膜厚を有するカラーフィルタ層６０が形成される。

＜堰堤４２＞
図３および図４（ａ）に示すように、青、赤色のカラーフィルタ層６０Ｂ、６０Ｒの形成工程で、画素電極１２のマトリクスアレイを形成した画像表示領域４０の外周を囲んで青色レジストと赤色レジストの２層構造すなわち２色のカラーフィルタ層６０Ｂ，６０Ｒの堰堤４２を形成する。この堰堤の幅は、例えば０．１ｍｍ、高さ６μｍである。

＜画素電極１２＞
続いて、図２に示すように、カラーフィルタ層６０上にＩＴＯを成膜しパターニングして、スイッチング素子１５のソース電極２６に接続された画素電極１２を形成する。

さらにアレイ基板１１表面の画素電極１２周辺に柱状スペーサ（図示せず）を形成し、続いて配向膜材料を塗布し、ラビング処理を行い配向膜１６を形成する。

＜シール材５０＞
図４（ｂ）に示すように、液晶セル１０の製造工程では、熱硬化性樹脂の接着剤であるシール材５０のペースト５０ａを液晶注入口を残して画像表示領域４０を囲むようにアレイ基板１１の外縁に沿って塗布する。塗布されたシール材５０のペースト５０ａの幅ｔ１は０．５ｍｍ、青、赤色カラーフィルタ６０Ｂ，６０Ｒの積層体である堰堤４２との間に２ｍｍ幅のシール材未塗布領域（遮光領域）を画像表示領域４０を囲む枠状に設けておく。この遮光領域に遮光層４１を形成するために、インクジェット法により黒色樹脂のインクの液滴を遮光領域に沿って被着する。被着したインクは遮光領域面に沿って展延し、堰堤４２と未硬化のシール材５０のペースト５０ａとの間に３μｍの均一な膜厚の黒色層である遮光層４１を形成する。未硬化のシール材５０のペースト５０ａを遮光層４１の幅を決める外周側の堰堤とする。

その後、未硬化シール材５０のペースト５０ａおよび遮光層４１を同時にプリべークして脱泡、乾燥する。プリべークの温度は未硬化シール材５０のペースト５０ａが熱硬化しない程度の温度である。

＜対向基板２０＞
一方、対向基板２０の製造工程では、まず、ガラスなどの透明な絶縁性基板２０ａ（図２）上に、ＩＴＯの対向電極２１を形成する。そして、対向電極２１を覆って絶縁性基板２０ａの全面にポリイミドなどの配向膜材料を塗布し、べーク後、配向処理を施すことにより、配向膜２２を形成する。

＜液晶セル１０＞
次に、図４（ｃ）に示すように、アレイ基板１１と対向基板２０を合わせて、加熱、押圧し、未硬化シール材５０のペースト５０ａを押し潰して変形させ、熱硬化させてシール材５０とする。これによりアレイ基板１１の外縁と対向基板２０の外縁とを接着し、液晶層３０を挟持するセルギャップ５２を形成して封止する。シール材５０の内周の一部は遮光層４１上に延びて重なり部５１を形成して硬化する。固化したシール材５０の幅ｔ２は１ｍｍである。

このようにして形成した空きセルに、液晶材料を液晶注入口からセルギャップ５２内に注入し、さらに液晶注入口を封口する。

以上の工程で液晶表示パネルが製造される。

上記の本実施形態の遮光層の形成において、未硬化シール材５０のペースト５０ａが枠状遮光層４１の外周側の堰堤になっている。このために、シール材５０の位置は、塗布バラツキ０．２ｍｍがあっても遮光層４１はそのバラツキに対応して堰き止めされて塗布される。すなわち貼り合わせ時の遮光層４１上へのシール材５０の拡がりのバラツキはシール材５０の塗布幅ｔ２にのみ影響される。塗布幅ｔ２のバラツキを０．３ｍｍとすると、押し潰しによるシール材５０と遮光層４１の重なりバラツキは０．１５ｍｍになる。図５および図６で説明したカラーフィルタ層６０の積層体をシール領域内にも配置する構造に対して、０．１ｍｍ幅のバラツキ低減ができて、その分のシール剥がれ強度を高めることができる。さらに、この実施形態でシール領域に堰堤４３を配置しないので、堰堤４３のごみ付着によるシール材５０が潰れないという不良がなく、また堰堤４３の形状不良によるシール材５０潰れがない。

なお、この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態は画像表示領域４０にブラックマトリクスを設けない構造であるが、ブラックマトリクスを有する構造にも適用することができるものである。またカラーフィルタ層６０およびシール材５０をアレイ基板１１側に形成したが、フィルタ層６０とシール材５０を対向基板２０側に形成した場合にも適用でき、この場合は遮光層４１を対向基板２０に形成する。

本発明の一実施形態の模式的な略平面図。 本発明の一実施形態の画像表示領域の一部拡大略断面図。 本発明の一実施形態の一部略平面図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の製造工程を説明するもので、図３のＡ−Ａ線に対応する略断面図。 本発明を説明するための一部略平面図。 図５のＡ−Ａ線に対応する略断面図。

符号の説明

１０液晶セル
１１アレイ基板
１２画素電極
１３走査線
１４信号線
１５スイッチング素子
１６，２２配向膜
２０対向基板
２１対向電極
３０液晶層
４０画像表示領域
４１遮光層
４２堰堤
５０シール材
５１重なり部
６０（６０Ｇ，６０Ｂ，６０Ｒ）カラーフィルタ層

Claims (5)

1. 一対の基板を有し、一方の基板の画像表示領域に異なる複数色のカラーフィルタ層を配列してなり、前記一対の基板は外周に沿ってシール材で封止され前記一対の基板間に形成されるセルギャップ内に液晶層を挟持してなる液晶表示装置において、前記カラーフィルタ層を複数層、積層することにより形成された堰堤が前記画像表示領域外周に沿って囲むように配置され、この堰堤と前記シール材間に前記基板を透過する光を遮光する遮光層が設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記遮光層は、前記シール材と前記堰堤のみによって位置規制されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 画像表示領域を有する第１の基板と第２の基板を備え前記第１の基板の前記画像表示領域に異なる複数色のカラーフィルタ層を配置し、前記第１の基板と前記第２の基板間に液晶層を挟持するセルギャップを形成するようにこれらの基板の外縁に沿うシール材で封止され、前記画像表示領域と前記シール材間に前記画像表示領域を囲む枠状の遮光層が形成された液晶表示装置の製造方法において、
   前記第１の基板の前記画像表示領域に前記カラーフィルタ層を形成するとともに前記画像表示領域の外周に沿って前記カラーフィルタ層の複数層の積層により堰堤を形成する工程と、
   前記第１の基板の外周に沿って前記堰堤の外側でかつ前記堰堤と間隔を置いてシール材を塗布する工程と、
   前記堰堤と前記シール材間の前記第１の基板面にインクジェットにより黒色インクを塗布し遮光層を形成する工程と、
   前記第１の基板と前記第２の基板を前記シール材の押圧・接着により貼り合わせ前記セルギャップを形成するように封止する工程とを具備してなる液晶表示装置の製造方法。
4. 前記押圧されたシール材の一部が前記遮光層上に張り出し重なるようにしてなる請求項３記載の液晶表示装置の製造方法。
5. 前記第１の基板は前記画像表示領域に画素電極をマトリクス配置したアレイ基板である請求項３記載の液晶表示装置の製造方法。

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