JP2022040578A - 表示パネル用基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セルギャップ異常による表示ムラを抑制する。【解決手段】一対の基板２０,３０の一方を構成する表示パネル用基板２０の製造方法であって、絶縁性基板２１上に層状構造物２２を形成し、層状構造物２２から絶縁性基板２１の板面と交わる方向に突出するように、一対の基板２０,３０の間隔を保持するスペーサ１５を複数形成し、複数のスペーサ１５の形成後に、層状構造物２２の表面に付着した異物Ｆを研削し、異物Ｆの中心から平面に視て所定の距離Ｌの範囲内に位置する複数のスペーサ１５Ｎを研削する。【選択図】図７

Description

本願明細書に記載の技術は、表示パネル用基板の製造方法に関する。

従来、液晶表示装置の主要部品である液晶パネルは、一対の基板間に液晶層を封入した構成をなしており、基板間には液晶層を貫く形で柱状のスペーサ（フォトスペーサ）が設けられている。スペーサにより基板間の間隔、すなわちセルギャップ（セル厚、液晶層の厚さ）が面内にわたって一定に保持されている。

スペーサは、製造工程において、一方の基板（ＣＦ基板）上に突出するように形成されることが一般的である。このＣＦ基板の製造工程において、その表面に塵、金属粉、レジスト残渣等の異物が付着すると、セルギャップ異常による表示ムラ（例えば斑点の発生）、各基板の電極同士のショート等を招くことが知られている。そこで特許文献１には、スペーサを含む構造物が形成されたＣＦ基板の表面に異物が検出されると、超音波振動させたマイクロプローブによって異物を剥離し、剥離した異物をエアブロー又は真空吸着によって除去する方法が開示されている。

特開２０１０－１５２０７８号公報

しかしながら、上記方法によって異物を除去しても、セルギャップ異常による表示ムラを抑制できないことがある。スペーサは、透光性を有する樹脂材料からなり、既知のフォトリソグラフィ法によって形成されるが、異物の付着後にスペーサ用樹脂材料が塗布されると、スペーサ用樹脂材料は異物を中心に盛り上がるように塗布されるようになる。その結果、異物の近隣に位置するスペーサの高さが設計値（正常値）より大きくなってしまい、セルギャップの異常が生じてしまう。特に、スペーサが高密度で形成される高精細機種においては、異物の近隣に位置するスペーサに起因する表示ムラが顕著に現れることがある。

本願明細書に記載の技術は上記のような実情に基づいて完成されたものであって、セルギャップ異常による表示ムラを抑制することを目的とする。

本願明細書に記載の技術に関わる表示パネル用基板の製造方法は、一対の基板と、前記一対の基板間に配され機能性有機分子を含む媒質層と、を有する表示パネルに用いられ、前記一対の基板の一方を構成する表示パネル用基板の製造方法であって、絶縁性基板上に層状構造物を形成し、前記層状構造物から前記絶縁性基板の板面と交わる方向に突出するように、前記一対の基板の間隔を保持するスペーサを複数形成し、前記複数のスペーサの形成後に、前記層状構造物の表面に付着した異物を研削し、前記異物の研削後に、前記異物の中心から平面に視て所定の距離の範囲内に位置する前記複数のスペーサを研削する。

このようにすれば、異物の近隣に位置し、異物によって高さが正常値より大きく形成されているスペーサ（近隣スペーサ）を研削して、近隣スペーサの高さを正常値に近付けることができる。その結果、近隣スペーサに起因するセルギャップの異常が抑制され、セルギャップ異常による表示ムラを抑制可能となる。

本願明細書に記載の技術によれば、セルギャップ異常による表示ムラを抑制することができる。

第１実施形態に係る液晶パネルの断面図 ＣＦ基板の一部を拡大した部分断面図 ＣＦ基板の一部を拡大した部分平面図 ＣＦ基板の製造工程において異物が付着した状態を示す断面図 ＣＦ基板の製造工程において異物が付着した状態を示す平面図 ＣＦ基板の製造工程において異物を研削した状態を示す断面図 ＣＦ基板の製造工程において異物を研削した状態を示す平面図 ＣＦ基板の製造工程において近隣スペーサを研削した状態を示す断面図 ＣＦ基板の製造工程において近隣スペーサを研削した状態を示す平面図 評価実験１におけるＣＦ基板の電子顕微鏡写真 評価実験１の実験結果の表

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る液晶パネル１０（表示パネルの一例）、及び液晶パネル１０を構成するＣＦ基板２０（カラーフィルタ基板、対向基板、表示パネル用基板の一例）について、図１から図１１を参照して説明する。なお、図１１を除く各図の一部にはＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を示しており、各軸方向が各図面で共通する方向となるように描かれている。

液晶パネル１０は、図１に示すように、一対の基板２０,３０と、電界印加に伴って光学特性が変化する液晶分子（機能性有機分子の一例）を含む液晶層１４（媒質層の一例）と、を備えている。基板２０,３０間には、液晶層１４を貫く形で柱状のスペーサ（フォトスペーサ）１５が設けられており、これにより基板間の間隔（セルギャップ、セル厚）が面内にわたって一定に保持されている。製造工程においては、スペーサ１５は、基板２０,３０のうち、いずれか一方に形成される（本実施形態では基板２０）。両基板２０,３０は、液晶層１４の厚さ分のセルギャップを維持した状態でシール剤１１によって貼り合わされており、その内部空間に液晶層１４が封入されている。一対の基板２０,３０は、面内における中央部が、画像が表示される表示領域Ａ１とされ、表示領域Ａ１を取り囲む額縁状の外周縁部が、画像が表示されない非表示領域Ａ２とされる。また、両基板２０,３０の外面側には、それぞれ偏光板１８，１９が貼り付けられている。

両基板２０,３０は、図１に示すように、ほぼ透明なガラス基板（絶縁性基板の一例）２１,３１をそれぞれ有しており、各ガラス基板２１,３１の内面側には既知のフォトリソグラフィ法によって形成された層状構造物（パターン化された各種の膜）２２,３２が形成されている。また、両基板２０、３０において最も内側（液晶層１４の近く）には、ポリイミド樹脂等の有機絶縁材料からなる配向膜がそれぞれベタ状に形成されている。配向膜は、液晶層１４に接して液晶層１４に含まれる液晶分子を配向させる。

両基板２０,３０のうち、一方の基板がＣＦ基板２０とされ、他方の基板がアレイ基板（アクティブマトリクス基板、ＴＦＴ基板）３０とされる。アレイ基板３０の表示領域Ａ１における層状構造物３２には、互いに直交するソース配線（Ｙ方向に沿う配線）及びゲート配線（Ｘ方向に沿う配線）、ソース配線及びゲート配線に接続されたスイッチング素子（例えばＴＦＴ）、スイッチング素子に接続された画素電極、共通電極、並びに各種の絶縁膜が含まれている。

ＣＦ基板２０の表示領域Ａ１における層状構造物２２には、図２に示すように、カラーフィルタ２３と、遮光部（ブラックマトリクス）２５と、オーバーコート膜２７と、が含まれている。カラーフィルタ２３は、図３に示すように、マトリクス状に配列されたＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各着色部２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂからなる。ＣＦ基板２０の各着色部２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂは、アレイ基板３０の画素電極と平面に視て重畳するように形成され、３色の着色部２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂと３つの画素電極の組（３つの着色画素）によって液晶パネル１０の表示単位である１つの表示画素が構成されている。各着色部２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂは、その透過光が各色を呈するように、樹脂材料中に顔料が配合された構成をなしている。

遮光部２５は、例えば例えばチタン（Ti）や黒色樹脂等の遮光材料からなり、着色部２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂを透過する各色の光が混ざり合う混色を防いでいる。遮光部２５は、図３に示すように、行列状（格子状）に形成されており、アレイ基板３０に形成されたソース配線及びゲート配線に対して平面に視て重畳している。遮光部２５のうち、Ｙ方向に沿って形成されている部分を第１遮光部２５Ａ、Ｘ方向に沿って形成されている部分を第２遮光部２５Ｂ、とする。第１遮光部２５Ａは、異なる色の着色部２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂの間に介在して、これらを仕切ることで混色を防いでいる。第２遮光部２５Ｂは、同色の着色部２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂを表示画素に応じて仕切ることで、表示画素の表示の独立性を担保している。

オーバーコート膜２７は、図２に示すように、カラーフィルタ２３の上にベタ状に形成されている。オーバーコート膜２７は、透明な樹脂材料からなり、カラーフィルタ２３を保護すると共に、カラーフィルタ２３の平坦性を高めて光学特性を向上している。なお、図３、図５、図７、及び図９の各平面図においては、他の構成要素を明示するために、オーバーコート膜２７の図示は省略されている。

スペーサ１５は、図２に示すように、オーバーコート膜２７の上に柱状に形成されている。スペーサ１５は、ほぼ透明な感光性樹脂材料からなり、既知のフォトリソグラフィ法によって形成されている。スペーサ１５は、図３に示すように、第２遮光部２５Ｂと平面に視て重畳するように、第２遮光部２５Ｂの延在方向に沿って所定の間隔を空けて形成されている。第２遮光部２５Ｂは、第１遮光部２５Ａより幅広に形成されており、スペーサ１５全体が平面に視て第２遮光部２５Ｂと重畳している。スペーサ１５は、ほぼ透明なため、その全体が第２遮光部２５Ｂと重畳することで、スペーサ１５の配設箇所からの光漏れが第２遮光部２５Ｂによって抑制されている。

スペーサ１５は、図３に示すように、平面に視て横長の円形をなしており、第２遮光部２５Ｂにおいて第１遮光部２５Ａと交わる部分（第１遮光部２５Ａと第２遮光部２５Ｂとが重畳する部分）に形成されている。換言すると、スペーサ１５は、平面視で略矩形状をなす各着色部２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂの角部毎に形成されている。スペーサ１５は、その１つ当たりのＣＦ基板２０（ガラス基板２１）の板面における占有面積が１００μm²以下となるように高密度に形成されている。

続いて、上記した構成のＣＦ基板２０の製造方法を図４から図９を参照して説明する。まず、図４及び図５に示すように、ガラス基板２１上に既知のフォトリソグラフィ法によって遮光部２５（第１遮光部２５Ａ及び第２遮光部２５Ｂ）、カラーフィルタ２３、オーバーコート膜２７を順に形成する。そして、オーバーコート膜２７が形成された状態において、オーバーコート膜２７の表面から異物Ｆが突出（付着）している場合を想定する。異物Ｆは、オーバーコート膜２７を形成するまでの製造工程において混入した塵、金属粉、レジスト残渣等とされる。

次に、オーバーコート膜２７上に、セルギャップを維持するためのスペーサ１５を形成する。スペーサ１５は、オーバーコート膜２７の表面から柱状に突出するように、フォトリソグラフィ法によって形成される。より詳しくは、まずスペーサ１５の原材料である感光性樹脂材料（スペーサ１５用樹脂材料Ｓ）が、ローラーコートやスピンコート等によってオーバーコート膜２７の表面に塗布（成膜）される。この際、スペーサ１５用樹脂材料Ｓは、所定の粘性を有することから、図４に示すように、異物Ｆを中心に盛り上がって塗布される。従って、スペーサ１５用樹脂材料Ｓの膜厚は、異物Ｆの近隣ではその他の部分より大きいものとなる。

次に、成膜したスペーサ１５用樹脂材料Ｓを、スペーサ１５の形成位置のみ透光するパターンマスクで被覆し、パターンマスクで覆われたスペーサ１５用樹脂材料Ｓに対して所定波長の光を所定時間だけ照射する。これにより、スペーサ１５用樹脂材料Ｓのうち、露光部位が硬化される。その後、未硬化部分を取り除く現像を行うことで、所定位置に所定の平面形状のスペーサ１５が複数形成される。このようにスペーサ１５を形成すると、上記したようにスペーサ１５用樹脂材料Ｓの膜厚は、異物Ｆの近隣ではその他の部分より大きいことから、スペーサ１５のうち異物Ｆの近隣に位置するスペーサ１５Ｎの高さＨ１５Ｎは、図４に示すように、それ以外のスペーサ１５の高さＨ１５（スペーサ１５の高さの設計値、正常値）より大きいものとなる。

スペーサ１５を形成した後、図６及び図７に示すように、オーバーコート膜２７の表面に付着した異物Ｆを研削する。異物Ｆの研削は、表面に砥粒が固着されたテープ状の研削部材（研削テープ）を異物Ｆの先端部に接触させて振動させることで行われる。研削テープによって異物Ｆの先端部を徐々に削り取ることで、異物Ｆの高さを十分低くするが、異物Ｆが完全に除去される程度まで研削を進めると、オーバーコート膜２７の表面等に傷をつける可能性がある。そこで、本実施形態における異物Ｆの研削は、異物Ｆを完全に除去せず、僅かに残留する程度まで高さを低くするものとなっている。なお、研削方法はこれに限定されず、例えば、砥粒が固着されたブラシ毛が多数設けられた研削部材（研削ブラシ）を異物Ｆの先端に接触させつつ振動させたり、回転させたりすることによって、異物Ｆの先端部を徐々に削り取る方法であっても構わない。

このようにして異物Ｆを研削した後に、図８及び図９に示すように、異物Ｆ（研削後の異物Ｆ）の中心Ｐから平面に視て所定の距離Ｌの範囲内（近隣領域ＮＡ）に位置するスペーサ（近隣スペーサ）１５Ｎを研削する。スペーサ１５は、その一部でも近隣領域ＮＡと平面視で重畳するものは、研削対象である近隣スペーサ１５Ｎとなる。近隣スペーサ１５Ｎは、上記した異物Ｆの研削と同様の研削テープによって、その高さＨ１５Ｎが、その他の近隣スペーサ１５の高さ（正常値、設計値）Ｈ１５以下となるように研削される。例えば、図６から図９においては、近隣スペーサ１５Ｎが３つの場合であって、近隣スペーサ１５Ｎの高さＨ１５Ｎが設計値Ｈ１５と同じになるように研削された場合を図示している。

近隣領域ＮＡを規定する距離Ｌは、近隣スペーサ１５Ｎが１０個未満となるように、スペーサ１５の配置（形成パターン及び形成密度）に応じて設定される。仮に、近隣スペーサ１５Ｎを１０個以上にすると近隣領域ＮＡにおいて、セルギャップを維持することが難しくなり、アレイ基板３０と貼り合わせた場合に、ＣＦ基板２０の近隣領域ＮＡと対向するアレイ基板３０の一部が、ＣＦ基板２０に近付くように反ってしまう可能性がある。そこで本実施形態のように、近隣スペーサ１５Ｎが１０個未満となるようにスペーサ１５の配置に応じて距離Ｌを調整することで、このような事態を回避可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係るＣＦ基板２０の製造方法は、一対の基板２０,３０と、一対の基板２０,３０間に配され液晶分子を含む液晶層１４と、を有する液晶パネル１０に用いられ、一対の基板２０,３０の一方を構成するＣＦ基板２０の製造方法であって、ガラス基板２１上に層状構造物２２を形成し、層状構造物２２からガラス基板２１の板面と交わる方向に突出するように、一対の基板２０,３０の間隔を保持するスペーサ１５を複数形成し、複数のスペーサ１５の形成後に、層状構造物２２の表面に付着した異物Ｆを研削し、異物Ｆの研削後に、異物Ｆの中心から平面に視て所定の距離Ｌの範囲内に位置する複数のスペーサ１５Ｎを研削する。

このようにすれば、異物Ｆの近隣に位置し、異物Ｆに起因して高さが正常値より大きく形成されてしまうスペーサ１５を研削して、当該スペーサ１５の高さを正常値に近付けることができる。その結果、異物Ｆの近隣に位置するスペーサ１５によるセルギャップの異常が抑制される。

スペーサ１５は、本実施形態において、その１つ当たりのＣＦ基板２０（ガラス基板２１）の板面における占有面積が１００μm²以下となるように高密度に形成されている。このようにスペーサ１５を高密度に形成すると、異物Ｆの近隣に位置するスペーサ１５の数が多くなるため、高さが正常値より大きいスペーサ１５が増えてしまう。上記したＣＦ基板２０の製造方法によれば、このようにスペーサ１５が高密度で形成される高精細機種においても、セルギャップの異常による表示ムラを抑制可能となる。

＜評価実験１＞
上記のような作用及び効果を実証するため、評価実験１を行った。評価実験１では、異物Ｆの研削後、近隣スペーサ１５Ｎの研削実施前後における表示ムラの不良発生率の変化を評価した。評価結果を図１１に示す。また、評価実験１に用いたＣＦ基板２０の一部について、異物Ｆ及び近隣スペーサ１５Ｎの研削前後に写した電子顕微鏡写真を図１０に示す。図１０において、研削対象である近隣スペーサ１５Ｎの数が１０個未満（６個）となるように、近隣領域ＮＡは異物Ｆの中心から距離（半径）Ｌが１１０μmの範囲に設定されている。

＜条件＞
・ＣＦ基板２０の平面サイズ：４．０mm×４．０mm
・１画素の平面サイズ：６６．３μm×１９８．９μm
・スペーサ１５の平面視における横長方向（Ｘ軸方向）の寸法：２０μm
・スペーサ１５の高さ（Ｚ軸方向）の寸法（正常値、設計値）：２．５μm
・近隣スペーサ１５Ｎの高さ方向の研削長：０．５μmから２．０μm程度
・評価個体（ロット）数：１００００枚

＜表示ムラの不良発生率の評価方法＞
評価実験１の実験結果について説明する。図１１に示すように、近隣スペーサ１５Ｎの研削前では、色斑不良（白黒斑点）の発生率が９．７８%であったのに対し、研削後では２．４７%と、７．３１%低減された。また、液晶パネル１０として組み立てた場合の異物発生率は、近隣スペーサ１５Ｎの研削前では４．３２%であったのに対し、研削後では３．００%と、１．３２%低減された。従って、近隣スペーサ１５Ｎの研削を実施することで、色斑不良（白黒斑点）及び液晶パネル１０として組み立てた場合の異物発生率が共に低減し、セルギャップ異常による表示ムラが抑制できたことが確認された。

＜他の実施形態＞
本願明細書に記載の技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）ＣＦ基板２０の層状構造物２２の構造は一例に過ぎず、適宜変更可能である。例えば、オーバーコート膜２７は含まれていなくても構わず、液晶パネル１０がモノクロ表示の場合には、カラーフィルタ２３が含まれていなくても構わない。また、ＣＦ基板２０には、共通電極、対向電極が形成されていても構わない。

（２）スペーサ１５は、層状構造物２２から突出するように形成されていれば、オーバーコート膜２７上以外に形成されていても構わない。例えば、スペーサ１５は、カラーフィルタ２３の各着色層２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂを形成する際に、これらと同じ材質によって形成されていても構わない。

（３）第２遮光部２５Ｂは、形成されていなくても構わない。その場合、スペーサ１５からの光漏れを防止するために、各スペーサ１５の形成部分にスペーサ用遮光部がそれぞれ形成されていても構わない。

（４）図示におけるスペーサ１５の形成パターン、及び大きさは、一例に過ぎず、適宜変更可能である。

（５）液晶層１４は、液晶分子以外の機能性有機分子を含む媒質層であっても構わない。例えば有機ＥＬパネル等の表示パネルにおいて、パネル基板間の間隔規制に関し必要に応じ本明細書に記載した製造方法を適用することができる。

１０…液晶パネル（表示パネルの一例）、１４…液晶層（媒質層の一例）、１５…スペーサ、２０…ＣＦ基板（表示パネル用基板の一例）、２１…ガラス基板（絶縁性基板の一例）、２２…層状構造物、２３…カラーフィルタ、２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂ…着色部、２５…遮光部、２５Ａ…第１遮光部（遮光部）,２５Ｂ…第２遮光部（遮光部）、Ｆ…異物、Ｌ…距離

Claims (6)

1. 一対の基板と、前記一対の基板間に配され機能性有機分子を含む媒質層と、を有する表示パネルに用いられ、前記一対の基板の一方を構成する表示パネル用基板の製造方法であって、
   絶縁性基板上に層状構造物を形成し、
   前記層状構造物から前記絶縁性基板の板面と交わる方向に突出するように、前記一対の基板の間隔を保持するスペーサを複数形成し、
   前記複数のスペーサの形成後に、前記層状構造物の表面に付着した異物を研削し、
   前記異物の研削後に、前記異物の中心から平面に視て所定の距離の範囲内に位置する前記複数のスペーサを研削する表示パネル用基板の製造方法。
2. 前記所定の距離は、前記所定の距離の範囲内に位置する前記複数のスペーサが１０個未満となるように、前記スペーサの配置に応じて調整される請求項１に記載の表示パネル用基板の製造方法。
3. 前記複数のスペーサは、前記スペーサ１つ当たりの占有面積が平面視で１００μm²以下となるように配されている請求項１または請求項２に記載の表示パネル用基板の製造方法。
4. 前記異物の研削は、テープ状の研削部材を前記異物に接触しつつ振動することで行われ、前記スペーサの研削は、テープ状の研削部材を前記スペーサに接触しつつ振動することで行われる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表示パネル用基板の製造方法。
5. 前記層状構造物は、複数の着色部を有するカラーフィルタと、遮光材料からなり前記各着色部間の混色を防ぐための遮光部と、を有し、
   前記複数のスペーサは、前記遮光部と平面に視て重畳するように形成される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表示パネル用基板の製造方法。
6. 前記表示パネル用基板は、前記媒質層が液晶層である液晶パネル用基板である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の表示パネル用基板の製造方法。

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