JP2944854B2

JP2944854B2 - 液晶素子の製造方法

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Publication number: JP2944854B2
Application number: JP15955793A
Authority: JP
Inventors: 芳博白井
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1999-09-06
Anticipated expiration: 2014-09-06
Also published as: US5508134A; JPH0720310A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばＳＴＮ（スー
パーツイステッドネマティック）型液晶表示装置、ＴＦ
Ｔ（薄膜トランジスタ）型液晶表示装置、ＭＩＭ（金属
−絶縁体−金属）型液晶表示装置や、立体テレビジョン
用光シャッタ、液晶プリンタ用光シャッタなどの液晶光
学装置に好適に用いられる液晶素子の製造方法に関し、
特にブラックマスクなどと称される遮光手段を有する液
晶素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、第１の従来例である遮光手段４
２の形成方法を段階的に示す断面図である。たとえば、
ガラスで実現される透光性基板４１の一方表面４１ａ上
には、図７（１）に示されるように、遮光手段４２とさ
れる金属クロム層が、その全面に形成される。該金属ク
ロム層は、蒸着法によって形成される。金属クロム層表
面には、図７（２）に示されるように、その全面にレジ
スト４３が塗布される。該レジスト４３は、遮光手段４
２に対応したパターン形状を有するマスクを用いて露光
さた後、現像されて、図７（３）に示されるようにパタ
ーン形成される。レジスト４３が現像されて露出した金
属クロム層は、図７（４）に示されるようにエッチング
され、さらに残余のレジスト４３が全て除去されて、図
７（５）に示されるように金属クロムから成る遮光手段
４２がパターン形成される。

【０００３】続いて、カラー表示を行う液晶表示装置に
用いる場合、カラーフィルタ４４、透明電極４６、およ
び配向膜４７が形成される。すなわち、図７（６）に示
されるように隣接する遮光手段４２間であって、１絵素
に対応した領域に、カラーフィルタ４４がそれぞれ形成
される。カラーフィルタ４４は、たとえば赤色フィルタ
（Ｒ）、緑色フィルタ（Ｇ）、青色フィルタ（Ｂ）から
なり、その膜厚は、たとえば約１μｍとされる。カラー
フィルタ４４上には、図７（７）に示されるように、た
とえばアクリル樹脂などの透光性を有する樹脂からな
り、膜厚が約２．５μｍに選ばれるオーバーコート層４
５が形成され、さらに図７（８）に示されるように、透
明電極４６が形成される。透明電極４６は、たとえばＩ
ＴＯ（Indium Tin Oxide）で実現される表示用の電極で
ある。透明電極４６上には、図７（９）に示されるよう
に、たとえばポリイミド樹脂で実現される配向膜４７が
形成される。

【０００４】図８は、第２の従来例である遮光手段５９
の形成方法を段階的に示す断面図である。遮光手段５９
は、カラー表示を行う液晶表示装置に形成されるもので
あり、カラーフィルタを構成する赤色フィルタ（Ｒ）５
２、緑色フィルタ（Ｇ）５３、青色フィルタ（Ｂ）５４
を重ねた部分を遮光手段５９とするものである。たとえ
ばガラスで実現される透光性基板５１の一方表面５１ａ
上には、図８（１）に示されるように、たとえば赤色フ
ィルタ（Ｒ）５２とされる感光性樹脂層がその全面に形
成される。この感光性樹脂層は、赤色フィルタ（Ｒ）５
２に対応したパターン形状を有するマスクを用いて露光
された後、現像されて、図８（２）に示されるようにパ
ターン形成され、赤色フィルタ（Ｒ）５２とされる。赤
色フィルタ（Ｒ）５２が形成された表面５１ａ上には、
図８（３）に示されるように、たとえば緑色フィルタ
（Ｇ）５３とされる感光性樹脂層がその全面に形成され
る。この感光性樹脂層は、緑色フィルタ（Ｇ）５３に対
応したパターン形状を有するマスクを用いて露光された
後、現像されて、図８（４）に示されるようにパターン
形成され、緑色フィルタ（Ｇ）５３とされる。赤色フィ
ルタ（Ｒ）５２および緑色フィルタ（Ｇ）５３が形成さ
れた表面５１ａ上には、図８（５）に示されるように、
青色フィルタ（Ｂ）５４とされる感光性樹脂層がその全
面に形成される。この感光性樹脂層は、青色フィルタ
（Ｂ）５４に対応したパターン形状を有するマスクを用
いて露光された後、現像されて、図８（６）に示される
ようにパターン形成され、青色フィルタ（Ｂ）５４とさ
れる。赤色フィルタ（Ｒ）５２、緑色フィルタ（Ｇ）５
３、青色フィルタ（Ｂ）５４の重なった部分が、遮光手
段５９とされる。

【０００５】さらに、図８（７）に示されるように、透
光性を有する樹脂からなるオーバーコート層５６が形成
され、図８（８）に示されるように、たとえばＩＴＯで
実現されて表示用の電極とされる透明電極５７が形成さ
れる。透明電極５７上には、図８（９）に示されるよう
に、たとえばポリイミド樹脂で実現される配向膜５８が
形成される。

【０００６】このような遮光手段４２，５９は、たとえ
ば透過型のカラー液晶表示装置において、コントラスト
比を向上させるために用いられる。すなわち、前記遮光
手段４２，５９は、非選択（非点灯）状態の絵素電極間
からもれるバックライト光を遮断するために設けられ
る。このため、非選択状態の透過率が低減してコントラ
スト比が向上する。

【０００７】絵素電極間からの光のもれは、表示が高精
細化されるほど増加し、コントラスト比の低下が顕著と
なる。これは、高精細化に伴って、電極形状のドットピ
ッチが狭くなるけれども、電極と電極との隙間は露光装
置の精度上の問題などから制限され、全表示面積のうち
の有効表示面積に対する無効表示面積の割合が増加する
ためである。また、カラー表示を行う液晶表示装置は、
白黒表示を行う液晶表示装置に比べて前記割合が大きい
ため、光のもれが顕著となる。このため、前述したよう
な遮光手段４２，５９が好適に用いられる。

【０００８】前記遮光手段４２，５９の他には、透明電
極上の隣接した絵素間にＡｌからなる遮光手段を形成す
る例が米国特許４５６８１４９号に開示されている。ま
た、パターン形成されたＩＴＯからなる透明電極とその
上に形成されるフォトレジストとをマスクとして、金属
酸化物から成る遮光手段を透明電極が形成されていない
領域に形成する例が、特開昭６２−１３５８０９号に開
示されている。さらに、ＩＴＯから成る透明電極を還元
して遮光手段とする例が、特開平４−３１２１号に開示
されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記遮光手段４２は、
該遮光手段４２上にたとえば膜厚が約１μｍのカラーフ
ィルタ４４と、たとえば膜厚が約２．５μｍのオーバー
コート層４５とが形成されるので、遮光手段４２である
金属クロム層と透明電極４６との絶縁を容易に保持する
ことができる。しかしながら、形成方法が複雑であるこ
とから歩留まりが低下して製造コストが高くなるという
問題がある。特に、白黒表示のＳＴＮ型液晶表示装置で
は、他の液晶表示装置と比較して構造が単純であること
からコストが高くなる。また、白黒表示を行う液晶表示
装置では、カラーフィルタ４４が不要となることから、
遮光手段４２である金属クロム層と透明電極４６との絶
縁を保持できないという問題が生じる。前述した米国特
許４５６８１４９号についても同様の問題が生じる。

【００１０】また、前記遮光手段５９は、赤色フィルタ
（Ｒ）５２、緑色フィルタ（Ｇ）５３、青色フィルタ
（Ｂ）５４の重なった部分であることから、カラー表示
を行う液晶表示装置に用いられる。このため、カラー液
晶表示装置では、製造工程が単純化されるという利点が
あるけれども、比較的透過率の高い３色の赤色フィルタ
（Ｒ）５２、緑色フィルタ（Ｇ）５３、青色フィルタ
（Ｂ）５４を積層して用いるため、遮光性が充分でない
という問題がある。また、遮光手段５９部分の膜厚が厚
くなるため、液晶の配向不良が生じやすいという問題が
ある。さらに、カラーフィルタが不要である白黒表示を
行う液晶表示装置では、遮光手段５９を形成するための
コストが高くなるという問題が生じる。

【００１１】また、前記特開昭６２−１３５８０９号お
よび特開平４−３１２１号に開示された遮光手段は、金
属酸化物およびＩＴＯの還元物から成るけれども、これ
らの材料は遮光性に劣るという問題がある。また、遮光
性を向上させるために、より金属的な性質を持つ材料を
用いると、短絡が生じるなどの不都合が生じる。

【００１２】以上のように、従来の遮光手段の形成方法
は、製造工程が複雑で製造コストが高く、さらに形成さ
れた遮光手段は遮光性が不充分であり、また液晶の配向
不良によって表示品位が低下するなどの問題を有する。

【００１３】本発明の目的は、簡単に、かつ安価に製造
することができ、さらに精度よく形成された遮光手段を
有する液晶素子の製造方法を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、一対の透光性
基板間に液晶層が介在され、前記一対の透光性基板のう
ちの少なくともいずれか一方基板に遮光手段が形成され
ている液晶素子の製造方法において、前記基板表面に導
電体層を形成する工程と、前記導電体層表面にレジスト
を塗布する工程と、前記レジストを予め定められる表示
電極パターンに露光する工程と、前記露光したレジスト
を現像する工程と、レジストを現像することによって露
出した導電体層を除去し、前記表示電極パターンを有す
る電極の側面を露出する工程と、隣接する、露出した表
示電極の側面間に、電着法によって遮光手段を形成する
工程と、前記表示電極上のレジストを全て除去する工程
とを含むことを特徴とする液晶素子の製造方法である。

【００１５】

【作用】本発明に従えば、液晶層を挟持する一対の透光
性基板のうちの少なくともいずれか一方には遮光手段が
形成される。該遮光手段は、前記基板表面に導電体層を
形成し、さらにその上にレジストを塗布し、該レジスト
を予め定められる表示電極パターンに露光した後、現像
し、露出した導電体層を除去して前記表示電極パターン
を有する電極の側面を露出し、さらに隣接する、露出し
た表示電極の側面間である露出した基板表面上に電着法
によって形成される。すなわち、遮光手段は、表示電極
表面のうちのレジストに覆われていない表面から、隣接
する表示電極方向に形成される。遮光手段が形成された
後、表示電極上のレジストが全て除去される。

【００１６】前記電着法は、溶媒中に溶解または分散さ
せた高分子材料と顔料や染料などの着色材料とを、電極
上に電気泳動現象によって被着させるものである。この
ような手法は、たとえば自動車の塗装に応用されてい
る。また前記電着法を用いて多色着色膜を形成する例
が、特公平４−２１６１号に開示されている。

【００１７】電着法によって形成される前記遮光手段
は、導電体層の側面に形成され、該導電体層は、表示用
の電極とされる。また、従来の遮光手段の形成方法と比
較すると、簡単に製造することができ、製造コストが安
価となる。

【００１８】また、前記遮光手段は、レジストに覆われ
ていない表示電極表面、すなわちパターン形成された表
示電極の側面から隣接する表示電極方向に形成される。
隣接する表示電極の側面からそれぞれ形成された遮光手
段は、融着されて一体化される。このため、表示電極と
ほぼ同じ厚さの遮光手段を位置ずれすることなく形成す
ることができる。したがって、液晶分子と接する表面の
平滑性が向上して、液晶分子の配向均一性が向上し、表
示装置としたときの表示品位が向上する。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である液晶表示装
置２０の遮光手段４の形成方法を示す工程図である。ま
た、図２は、前記遮光手段４の形成方法を段階的に示す
断面図である。

【００２０】工程ａ１では、図２（１）に示されるよう
に、たとえばガラスで実現される透光性基板１の一方表
面１ａ全面に透明電極２とされるＩＴＯ膜が形成され
る。該ＩＴＯ膜は、たとえば膜厚が２５００Åとなるよ
うにスパッタリング法で形成される。

【００２１】工程ａ２では、図２（２）に示されるよう
に前記ＩＴＯ膜上にレジスト３が塗布される。レジスト
３は、たとえばポジ型フォトレジスト（商品名ＦＨ２
０３０Ｄ、富士ハント製）で実現され、たとえばロール
コータを用いて塗布される。

【００２２】工程ａ３では、プリベーク処理が行われ
る。このプリベーク処理は、たとえばオーブンなどの加
熱装置を用いて、１４０℃で３０分間行われる。

【００２３】工程ａ４では、露光処理が行われる。この
露光処理は、透明電極２に対応した表示電極パターンを
有するマスクを用いて行われる。

【００２４】工程ａ５では、現像処理が行われる。この
現像処理によって、図２（３）に示されるように、前記
露光処理によって可溶化したレジスト３が除去される。

【００２５】工程ａ６では、図２（４）に示されるよう
に、前記現像処理によって露出したＩＴＯ膜がエッチン
グされて、ＩＴＯからなる透明電極２が形成される。本
実施例では、透明電極２を２００μｍ幅の帯状に複数本
形成し、互いの透明電極２は平行となるように形成し
た。また、互いの透明電極２の隙間は、２０μｍとなる
ように形成した。

【００２６】工程ａ７では、遮光手段４が電着法によっ
て形成される。ここで、まず電着用の電極端子を形成す
るために帯状の透明電極２上に形成されたレジスト３の
うちのいずれか一方端部のレジスト３が除去され、水洗
されて乾燥される。また、残余のレジスト３は、２００
℃で６０分間焼成される。次に、露出した透明電極２の
表面に導電性テープを貼付し、該導電性テープを電着用
の端子として電着が行われる。電着によって、図２
（５）に示されるように、隣接する透明電極２の隙間に
遮光手段４が形成される。続いて、遮光手段４は、たと
えば１７０℃で６０分間焼き付けされる。

【００２７】工程ａ８では、残余のレジスト３が図２
（６）に示されるように全て除去される。レジスト３
は、たとえば３ｗｔ％のＮａＯＨの水溶液を用いて剥離
された後、基板１が水洗され、乾燥される。

【００２８】図３は、前述した電着法を説明するための
断面図である。電着法とは、溶媒中に溶解または分散さ
せた高分子材料と、顔料や染料などの着色材料とを、電
極上に電気泳動現象によって被着させるものである。本
実施例では、黒色の油溶染料、水溶性エポキシ系樹脂、
セロソルブ系溶媒および水を混合した電着浴２１中に、
透明電極２およびレジスト３がパターン形成された基板
１と、対極２２とを浸漬し、透明電極２を陽極とし、対
極２２を陰極として、１００Ｖの電圧を３分間印加し
た。

【００２９】図４は、電着法によって形成された遮光手
段４を拡大して示す断面図である。前述した電着を行う
と、透明電極２ａ，２ｂの表面のうちの、レジスト３
ａ，３ｂで覆われていない表面２ｃ、すなわち透明電極
２ａ，２ｂの側面から遮光手段４ａ，４ｂがそれぞれ形
成される。この遮光手段４ａ，４ｂは、隣接する透明電
極２ａ，２ｂ方向に延びてそれぞれ形成され、さらに融
着されて一体化されて遮光手段４とされる。このように
して形成される遮光手段４は、透明電極２ａ，２ｂとほ
ぼ同じ厚さであり、また位置ずれすることなく形成され
る。

【００３０】図５は、前記遮光手段４を用いた液晶表示
装置２０の構成を示す断面図である。液晶表示装置２０
は、白黒表示を行う位相差板方式のＳＴＮ型液晶表示装
置であり、透光性基板１，７、透明電極２，８、遮光手
段４、トップコート層５，９、配向膜６，１０、液晶層
１１、位相差板１２，１４、偏光板１３，１５、導光板
１６、拡散板１７、反射板１８および光源１９を含む。

【００３１】セグメント電極側の基板とされる透光性基
板１の一方表面１ａ上には、前述したように透明電極２
と遮光手段４とが形成される。すなわち、２００μｍ幅
の透明電極２と２０μｍ幅の遮光手段４とを１単位（ラ
インピッチ：２２０μｍ）として、１１２０ライン形成
される。さらに、透明電極２および遮光手段４上にトッ
プコート層５、配向膜６がこの順に積層して形成され
る。

【００３２】一方、コモン電極側の基板とされ、前記基
板１と同様に、たとえばガラスで実現される透光性基板
７の一方表面７ａ上には、前記透明電極２と遮光手段４
と同様にして、透明電極８と図示しない遮光手段とが形
成される。基板７側についても、ラインピッチは２２０
μｍであり、分割マトリクス方式に８００ライン形成さ
れる。さらに、透明電極８上にトップコート層９、配向
膜１０がこの順に積層して形成される。

【００３３】たとえばポリイミド樹脂で実現される前記
配向膜６，１０の表面は、たとえばラビング処理が施さ
れ、さらに基板１，７の表面１ａ，７ａを対向するよう
に配置し、液晶注入口をあけて基板１，７が貼り合せら
れる。このとき、基板１側の透明電極２と基板７側の透
明電極８とは、直交するように配置される。基板１，７
間には、前記液晶注入口から液晶層１１とされる液晶材
料が注入された後、液晶注入口が封止される。

【００３４】基板１，７の他方表面１ｂ，７ｂには、位
相差板１２，１４および偏光板１３，１５がそれぞれ積
層して貼付される。さらに、駆動用ＬＳＩ（Large Scal
eIntegrated Circuit）などが接続される。また、偏光
板１３側には、線状の光源１９が配置される。光源１９
からの光は、基板１側に配置される導光板１６によって
導かれ、反射板１８で反射され、さらに拡散板１７で拡
散されて液晶層１１に入射する。

【００３５】なお、表示画面の周囲は、遮光領域とされ
る。このため、セグメント電極の１１２０ラインのうち
の両端４８ラインと、コモン電極の８００ラインのうち
の両端１６ラインとは表示には用いられない。したがっ
て、１０２４ドット×７６８ドットでの表示が行われ
る。また、液晶表示装置２０は、３７４デューティで駆
動される。このような条件で表示を行ったときのコント
ラスト比は、１４：１であった。この値は、遮光手段４
を形成しない場合のコントラスト比（１２：１）と比較
して、向上した値であった。

【００３６】このような液晶表示装置２０は、たとえば
ＷＳ（ワークステーション）用やＤＴＰ（Desk Top Pub
lishing）用などの高解像度を要する液晶表示装置や、
パームトップコンピュータ用などの小型の液晶表示装置
に好適に用いられる。

【００３７】図６は、電着法によって形成されたカラー
フィルタ３３を示す断面図である。カラーフィルタ３３
は、透光性基板３１上に複数の帯状にパターン形成され
た透明電極３２上に形成されるので、該カラーフィルタ
３３も複数の帯状に形成される。カラーフィルタ３３の
膜厚は、たとえば約１．５μｍに形成され、さらにでき
る限り電極３２の側面にはみださないようにして形成さ
れる。カラーフィルタ３３上には、透光性を有する合成
樹脂などで実現されるオーバーコート層３４が形成さ
れ、さらに透明電極３５と配向膜３６とがこの順に形成
される。前記透明電極３５は、表示用の電極とされ、オ
ーバーコート層３４表面全面に形成される。このように
してカラーフィルタ３３が形成された基板３１は、たと
えばＴＦＴ素子と絵素電極とが形成された基板と液晶層
を介在して貼り合せられる。

【００３８】上述したカラーフィルタ３３を形成する場
合、表示用の電極３５の他に電着用の電極３２が必要で
あるけれども、本実施例の遮光手段４は、表示用の電極
とされる透明電極２を用いて形成するものである。ま
た、従来の金属クロムから成る遮光手段やカラーフィル
タを積層して成る遮光手段と比較すると、製造工程が簡
単化され、安価に製造することができる。

【００３９】なお、本実施例では、光を遮断することか
ら透明度の低い水溶性エポキシ樹脂を用いて遮光手段４
を形成したけれども、たとえば水溶性樹脂としてアクリ
ル／メラミン樹脂やポリエステル／メラミン樹脂を用い
ることも本発明の範囲に属するものである。

【００４０】前記フォトレジスト３としては、ポジ型に
限らずネガ型フォトレジストや、耐熱性フォトレジスト
を用いてもよい。また透明電極２，８としてはＩＴＯに
限らず、ＳｎＯ₂ 、あるいはＩＴＯとＳｎＯ₂ などの金
属との複合体を用いてもよい。

【００４１】また、電着浴２１中には、黒色の油溶染料
に限らず、顔料を混入してもよく、また水溶性樹脂とし
て上述したような樹脂を混入してもよい。さらに、セロ
ソルブ系溶媒に限らず他の溶媒を用いてもよい。また、
遮光手段４の形成における各種形成条件は、本実施例に
記載したものに限らず、適宜選択される。

【００４２】さらに、本実施例では、白黒表示を行う位
相差板方式のＳＴＮ型液晶表示装置の例について説明し
たけれども、たとえば白黒表示、カラー表示にかかわら
ず、ＳＴＮ型液晶表示装置、強誘電性液晶表示装置、反
強誘電性液晶表示装置、ＴＦＴやＭＩＭなどを用いたア
クティブマトリクス型液晶表示装置にも適用することが
でき、同様の効果が得られる。また、液晶表示装置に限
らず、立体テレビジョン用光シャッタや光プリンタ用光
シャッタなどの遮光手段を有する液晶光学装置において
も好適に用いられる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、電着法に
よって隣接する表示電極の側面間に遮光手段が形成され
る。このため、従来の遮光手段と比較すると、製造工程
が簡単化され、製造コストが安価となる。また、遮光手
段は表示電極とほぼ同じ厚さに形成され、かつ位置ずれ
することなく形成される。このため、液晶分子と接する
表面の平滑性が向上して、液晶分子の配向性、均一性が
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である液晶表示装置２０の遮
光手段４の形成方法を示す工程図である。

【図２】前記遮光手段４の形成方法を段階的に示す断面
図である。

【図３】電着法を説明するための断面図である。

【図４】電着法によって形成された遮光手段４を拡大し
て示す断面図である。

【図５】液晶表示装置２０の構成を示す断面図である。

【図６】電着法によって形成されたカラーフィルタ３３
を示す断面図である。

【図７】第１の従来例である遮光手段４２の形成方法を
段階的に示す断面図である。

【図８】第２の従来例である遮光手段５９の形成方法を
段階的に示す断面図である。

【符号の説明】

１，７透光性基板２，８透明電極３レジスト４遮光手段１１液晶層２０液晶表示装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の透光性基板間に液晶層が介在さ
れ、前記一対の透光性基板のうちの少なくともいずれか
一方基板に遮光手段が形成されている液晶素子の製造方
法において、前記基板表面に導電体層を形成する工程と、前記導電体層表面にレジストを塗布する工程と、前記レジストを予め定められる表示電極パターンに露光
する工程と、前記露光したレジストを現像する工程と、レジストを現像することによって露出した導電体層を除
去し、前記表示電極パターンを有する電極の側面を露出
する工程と、隣接する、露出した表示電極の側面間に、電着法によっ
て遮光手段を形成する工程と、前記表示電極上のレジストを全て除去する工程とを含む
ことを特徴とする液晶素子の製造方法。