JP3375823B2

JP3375823B2 - 液晶表示素子及びその製造方法

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Publication number: JP3375823B2
Application number: JP12985796A
Authority: JP
Inventors: 小百合藤原
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 2003-02-10
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: JPH09311328A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー液晶表示素
子に用いられるカラーフィルタ及びブラックマトリクス
（以下、ＢＭと称する）の遮光性を向上した液晶表示素
子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示素子は薄型、軽量、低消
費電力等の特長を生かし、壁掛けテレビや携帯情報端末
用ディスプレイ等の用途において急速に普及しており、
その技術動向はカラー化、高精細化、高コントラスト
化、高視野角化、低消費電力化を意図した方向に向かっ
ている。益々需要が拡大する中で、液晶表示素子に対し
ては、上記のような品質の向上を図りながら、同時に製
造コストを低減することが強く望まれている。

【０００３】カラー液晶表示素子、特にＴＦＴ−ＬＣＤ
（薄膜トランジスタ型液晶表示素子）や、ＭＩＭ−ＬＣ
Ｄ（メタル−インシュレーター−メタル型液晶表示素
子）等のアクティブ駆動型液晶表示素子のカラーフィル
タは一般に、透明ガラス基板上に、遮光パターンである
ＢＭと、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）
の着色樹脂からなる、光を透過する絵素部で構成されて
いる。また、これらの上には、表面の平滑性を確保する
ために透明樹脂からなる平滑化層が設けられている。

【０００４】上記のＢＭは一般に、（１）金属、（２）
金属と金属酸化物の積層、（３）黒色樹脂の何れかによ
り形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＢＭを
上記（１）により形成した場合、高い遮光性が得られる
が、一方、ＢＭを形成した部分が鏡面状となるため、外
部から入射した光の透明基板表面での反射率が高く、液
晶表示素子全体として見かけのコントラストを低下させ
ることになる。

【０００６】また、上記（２）の場合、ガラス面からの
反射を抑えることができると共に高い遮光性を保つこと
が可能となるため、特性については申し分ないが、材料
コスト、薄膜形成及びパターニング等、プロセスに要す
るコストが非常に高い。

【０００７】さらに上記（３）の場合、材料および製造
プロセスの低コスト化が可能となるが、一般に遮光性が
低い。このため、光学密度（以下、ＯＤ値と称する）が
実用化条件である３以上を満足するような遮光性を得る
ためには、黒色樹脂を厚膜形成すればよいが、この場
合、ＢＭとＲＧＢの色パターンとが重なり合った部分に
大きな段差が生じるため、液晶表示素子としての特性の
低下を生じる。

【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的とするところは、カラーフィル
タ基板のＢＭ部において、遮光性の向上および透明基板
表面での反射率の低減を図ることにより高いコントラス
トによる表示を実現し、かつ低コストの液晶表示素子お
よびその製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、一組の透光性基板の少なくとも一方の基板上に、黒
色樹脂によって形成された可視光を遮光する手段を有す
る液晶表示素子において、前記可視光を遮光する手段形
成部分の透光性基板表面に、観察者側から入射した外
光、および観察者と反対側から前記黒色樹脂を透過した
光を散乱させる粗面部が設けられており、前記粗面部の
凹凸の高さが０．０１〜０．５μｍであり、かつ、前記
凹凸のピッチが高さの１００倍以下であり、かつ、前記
粗面部の凹凸の凹部における前記可視光を遮光する手段
の膜厚が前記粗面部の凹凸の高さ以上であることを特徴
とし、そのことにより上記目的が達成される。

【００１０】また好ましくは、前記粗面部の凹凸の高さ
が０．０２〜０．１μｍであり、かつ前記凹凸のピッチ
が高さの４〜３５倍である。

【００１１】本発明の液晶表示素子の製造方法は、一組
の透光性基板の少なくとも一方の基板上に、可視光を透
過する手段が形成され、少なくとも一方の基板上に黒色
樹脂によって形成された可視光を遮光する手段が形成さ
れた液晶表示素子の製造方法において、前記可視光を遮
光する手段下部の透光性基板表面を、凹凸の高さが０．
０１〜０．５μｍであり、かつ前記凹凸のピッチが高さ
の１００倍以下となるように、粗面化処理して、観察者
側から入射した外光、および観察者と反対側から前記黒
色樹脂を透過した光を散乱させる粗面部を形成し、前記
粗面部の凹凸の凹部における前記可視光を遮光する手段
の膜厚が前記粗面部の凹凸の高さ以上となるように前記
可視光を遮光する手段を形成することを特徴とし、その
ことにより上記目的が達成される。

【００１２】以下、上記構成による作用について説明を
行う。

【００１３】請求項１の発明によれば、ＢＭが形成され
た部分の透光性基板（以下、透明基板表面という）は粗
面となっていることにより、液晶表示素子内部からＢＭ
へと入射し、一部ＢＭ材料により吸収されない光、すな
わち観察者と反対側から黒色樹脂を透過した光は、粗面
によって散乱され、その強度を弱められて出射する。他
方、液晶表示素子外部からＢＭ形成部へ入射した外光、
すなわち観察者側から入射した外光は、粗面によって散
乱する。この結果、黒色樹脂の厚みを薄くしても見かけ
のＯＤを低下させることがなく、見かけ上ののＯＤ値を
高くすることができ、高コントラストの表示を実現する
ことが可能となる。

【００１４】請求項２の発明によれば、粗面における凹
凸の高さが、０．１μｍ以下であるので、外光およびＢ
Ｍを透過した光の散乱が強くならず、コントラストが向
上する。また、０．０２μｍ以上なので、透明基板表面
での外光の反射率が高くならず、コントラストが向上す
る。

【００１５】請求項３の発明によれば、外光が粗面で激
しく散乱を起こすことがないので、表示が白く色づいた
りすることがない。

【００１６】尚、カラーフィルタにおいて、視野角拡大
を目的として透明基板の表面を粗面化処理するという手
法が特開平６−１８６４１５号公報に開示されている
が、該公報の目的は本発明の目的とは異なるものであ
る。また、該公報の手法によれば、遮光部のみならず画
素部においても粗面化処理を施すために全体的に透光量
が減少し、コントラストが低下するという問題が生じて
いた。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の形態について図面に基づいて以下に説明
を行う。

【００１８】図１は本実施の形態１による液晶表示素子
の構成を示す断面図である。

【００１９】図１の液晶表示素子は、アクティブマトリ
クス基板８およびカラーフィルタ基板９の間に、液晶を
封入してなるものである。カラーフィルタ基板９は、ガ
ラスまたはプラスチック等からなる透明基板１上にＲ、
Ｂ、Ｇの三色からなる画素パターン２が設けられてい
る。各画素パターン２の間隙の遮光部には、黒色樹脂か
らなる遮光層としてのＢＭ３が設けられている。さらに
遮光性を高めるため、各々のＢＭ３の下の透明基板１の
表面には粗面化処理が施された粗面部４が設けられてい
る。以上のような構成のカラーフィルタでは、液晶表示
素子内を透過した光５が画素パターン２に入射するとこ
れを透過した後、表示に寄与する透過光６として観察者
方向へ出射する。一方、液晶表示素子内を透過した光５
がＢＭ３に入射すると、ＢＭ３により吸収されるが、特
に、画素パターン２との段差を緩和するために黒色樹脂
を薄く形成した場合には、一部の光がＢＭ３をも透過す
る場合がある。しかし、このような光は粗面部４で散乱
するので、見かけ上、コントラストを低下させることは
ない。逆に、外光７が粗面部４に入射した場合にも、粗
面部４で散乱するので、液晶表示素子の表面での反射率
を抑えることが可能となると共に、コントラストを向上
することができる。

【００２０】以下、本実施の形態１による液晶表示素子
の製造方法について説明を行う。

【００２１】図２（ａ）〜（ｆ）は本発明による液晶表
示素子の製造方法を示すフロー図である。

【００２２】図２（ａ）において、ガラスまたはプラス
チック等からなる透明基板１０上にレジスト１１を塗布
し、画素パターン部にレジスト１１が残存するようにパ
ターン化する。本実施の形態１においては、レジスト１
１として感光性レジストを用い、これを基板表面に１μ
ｍの厚みで塗布した後、露光及び現像工程を経てパター
ンを形成する方法を採用したが、この方法に限らず、他
にも、印刷でパターンを形成する方法を用いることもで
きる。また、本実施の形態１において塗布したレジスト
１１の厚みは１μｍであったが、これに限定されるもの
ではなく、パターン精度や以降の耐プロセス性を考慮し
た上で設定すればよい。

【００２３】次に、図２（ｂ）のように、サンドブラス
ト法を用いて、画素部以外の部分、すなわち、遮光部の
透明基板１０の表面のみに微小な凹凸を形成し、粗面部
１２とした。尚、ここで用いたサンドブラスト法とは、
微粒子を吹き付けることにより基板表面を歪化させる手
法のことである。本実施の形態１においては、微粒子を
溶液中に分散させたものを基板に吹き付ける、湿式サン
ドブラスト法を採用したが、微粒子のみを基板に吹き付
ける、乾式サンドブラスト法によっても所望とする粗面
部を得ることができる。上記何れかの方法により粗面部
１２を形成したことにより、透明基板１０表面の光反射
率を低減することができる。しかしながら粗面部１２の
凹凸が高かったり、個々の凹凸のピッチが大きいと、激
しい散乱が生じ、透明基板１０表面が白っぽく色づいて
見えるようになり、本発明の効果が薄れてしまう。この
ため、凹凸の高さを０．０１μｍ〜０．５μｍ、好まし
くは０．０２μｍ〜０．１μｍの範囲で制御する。ま
た、凹凸のピッチが、高さの１００倍以下、好ましくは
４倍〜３５倍となるよう制御する。尚、ここで言う凹凸
の高さとは、粗面化処理を施した基板表面において削り
取られた部分の底部からほとんど削られていない部分ま
での高さの平均値のことである。また、凹凸のピッチと
は、一つの凹凸に対して、谷から谷までの間隔（その間
に存在する山は一つ）である。

【００２４】また、サンドブラスト法で用いる微粒子の
粒子径は所望とする表面の凹凸に対応して選択する。例
えば、０．１μｍの凹凸を形成する場合、微粒子として
は、０．１μｍ、またはそれ以下の粒子径を有するもの
を用いるのがよい。本実施の形態１においては、基板表
面の凹凸を０．１μｍとするために、粒子径が０．１μ
ｍのアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粒子を使用した。粒子分散剤
として希薄なアルカリ溶液等を用いると処理速度は促進
される。サンドブラスト法を用いた粗面化処理は、使用
する粒子の特性（粒子径、硬度、形状等）や、溶液噴出
速度、粒子の分散溶媒の種類等で、処理形状や処理速度
等を比較的簡単に制御することが可能である。

【００２５】ここで、上記サンドブラスト法の代わり
に、水を基板に吹き付け、水圧により基板表面を加工す
る、ウォータージェット法を用いることによっても所望
とする基板表面処理を行うことが可能である。ウォータ
ージェット法を用いる場合には、基板表面の凹凸はノズ
ル径、噴射速度等により制御することができる。ウォー
タージェット法では、水のみを基板に接触させて表面処
理を行うことができるので、基板洗浄が簡易になると共
に、余分な材料を必要とせず、製造コストを低減するこ
とが可能となる。

【００２６】次に、図２（ｃ）に示すように、ＢＭ材料
として非感光性の黒色樹脂１３をスピンコート法により
０．８μｍの厚みで塗布した。尚、本実施の形態１にお
いては、上記黒色樹脂１３の膜厚を約０．８μｍとして
形成したが、これに限定されるものではなく、液晶表示
素子の液晶層の厚みが不均一となり表示品位の低下を招
くことがないよう上限を１．０μｍとし、下限について
は、粗面部１２による遮光性を考慮し、少なくとも粗面
部１２の凹凸をカバーできる膜厚が必要である。つまり
凹凸の凹み部での膜厚は凹凸の大きさ以上が必要とな
る。また、黒色樹脂１３の塗布をスピンコート法によっ
て行ったが、他にもロールコート法、印刷法等の簡便な
方法も採用することができる。

【００２７】さらにこの後、図２（ｄ）のように、予め
形成しておいたレジストをリフトオフ法を用いて剥離す
ることにより、遮光部のパターニングを行い、ＢＭ１４
を形成した。このように、ＢＭ１４の材料として非感光
性材料を用いた場合には、レジストのパターニングを一
度行うだけで、ＢＭ１４部の粗面化及びＢＭ１４のパタ
ーニングが可能となるため、製造プロセスを簡略化する
ことができるという利点がある。また、本実施の形態１
においては、ＢＭ１４を黒色樹脂により形成したが、こ
の代わりに、金属を蒸着させて形成することもできる。
この場合、ＢＭ１４の膜厚をより薄くすることが可能な
ので、液晶表示素子の液晶層の厚みをより均一に保つこ
とができ、この結果、表示品位を向上することが可能と
なる。

【００２８】さらに、図２（ｅ）に示すように、画素パ
ターンを形成する。まず、赤色を透過するレジストを塗
布し、Ｒ画素パターン１５を形成する。この後、同様に
Ｂ画素パターン１６、Ｇ画素パターン１７を形成する。
但し、形成する各画素パターンの形成順序はこれに限定
するものではない。

【００２９】次に、図２（ｆ）に示すように、基板表面
にさらに透明電極１８及び配向膜１９を形成したカラー
フィルタ基板を、周知のアクティブマトリクス基板また
はＭＩＭ基板などと貼り合わせた後、間に液晶を封入す
ることにより液晶表示素子が完成する。

【００３０】本実施の形態１において作製した液晶表示
素子と、ＢＭ部分に粗面化処理を施さない従来の液晶表
示素子に関し、表面反射率およびコントラスト測定し
た。その値を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】尚、表１において黒色樹脂Ａとして示した
ものが本実施の形態１で作製した液晶表示素子である。
他の黒色樹脂についても、本実施の形態１と同様の方法
を用いた。金属Ａについては、成膜の際に蒸着法を用い
たこと以外は、本実施の形態１と方法と同じとした。

【００３３】表１から分かるように本発明の液晶表示素
子は、粗面化処理によって、ＢＭが形成された部分の透
明基板表面での反射率を低減することができたので、見
かけのＯＤ値が上がり、これにより高品位の液晶表示素
子を提供することができた。

【００３４】（実施の形態２）以下、実施の形態２における本発明の液晶表示素子につ
いて説明を行う。

【００３５】図３（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施の形
態２における液晶表示素子の製造方法を示すフロー図で
ある。

【００３６】上記実施の形態１と同様、図３（ａ）に示
すように、ガラス等の透明基板５０上に遮光パターンの
レジスト５１を形成した。続いて図３（ｂ）のように、
サンドブラスト法等により、透明基板５０表面のレジス
ト５１で覆われていない領域を粗面化し、粗面部５３と
する。

【００３７】次に、図３（ｃ）に示すように、レジスト
を剥離した後、感光性の黒色樹脂５２を塗布した。続い
て、図３（ｄ）に示すように、感光性のレジスト５４を
遮光部以外の領域に塗布し、露光及び現像を施し、図３
（ｅ）のようなＢＭ５５を形成する。

【００３８】以下、図３（ｆ）のように実施の形態１と
同様に画素パターン５６を形成し、図３（ｇ）に示すよ
うに、さらに透明電極５７及び配向膜５８を形成し、周
知のアクティブマトリクス基板またはＭＩＭ基板と貼り
合わせた後、間に液晶を封入することにより液晶表示素
子が完成する。

【００３９】（実施の形態３）以下、実施の形態３における本発明の液晶表示素子につ
いて説明を行う。

【００４０】図４（ａ）〜（ｅ）は、実施の形態３にお
ける液晶表示素子の製造方法を示すフロー図である。

【００４１】図４（ａ）に示すように、上記実施の形態
２と同様の方法により、レジスト７１を用いて透明基板
７０表面に粗面部７２を形成する。

【００４２】レジストを剥離した後、図４（ｂ）に示す
ように、金属膜７３を蒸着する。次に、図４（ｃ）のよ
うに、遮光部にのみ金属膜７３が残るようにレジスト７
４をパターニングする。さらに、図４（ｄ）のように、
エッチングで金属膜７３を粗面部７２に形成した後、レ
ジストを剥離する。その後、図４（ｅ）に示すように、
画素パターン７５を形成し、表面に透明電極７６および
配向膜７７を形成し、周知のアクティブマトリクス基板
またはＭＩＭ基板と貼り合わせ、間に液晶を封入する
と、液晶表示素子が完成する。

【００４３】（実施の形態４）以下、実施の形態４における本発明の液晶表示素子につ
いて説明を行う。

【００４４】図５（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施の形
態４における液晶表示素子の製造方法を示すフロー図で
ある。

【００４５】まず、図５（ａ）に示すように、透明基板
９０表面に感光性の黒色樹脂９１を塗布する。続いて、
図５（ｂ）に示すように、感光性のレジスト９２を遮光
部以外の領域に塗布し、露光及び現像を施す。

【００４６】この後、図５（ｃ）のように、上記実施の
形態１と同様、サンドブラスト法により黒色樹脂９１表
面を粗面化し、粗面部９３を形成する。尚、粗面化処理
はサンドブラスト法以外にも、基板を希薄なアルカリ溶
液中に浸して行うこともできる。ここで用いるアルカリ
溶液としては、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｎａ2ＣＯ3、Ｋ2Ｃ
Ｏ3等の一般的なアルカリ水溶液や、テトラメチルアン
モニウムハイドロオキサイド等の有機アルカリ溶液等が
挙げられる。続いて、上記実施の形態１と同様、図５
（ｄ）のように、予め形成しておいたレジストをリフト
オフ法を用いて剥離することにより、遮光部のパターニ
ングを行い、ＢＭ９４を形成する。

【００４７】さらに、図５（ｅ）に示すように、上記実
施の形態１で説明した方法を用いて、画素パターン９５
を形成する。

【００４８】次に、図５（ｆ）に示すように、基板表面
にさらに透明電極９６及び配向膜９７を形成したカラー
フィルタ基板を、周知のアクティブマトリクス基板また
はＭＩＭ基板などと貼り合わせた後、間に液晶を封入す
ることにより液晶表示素子が完成する。

【００４９】尚、本実施の形態４においては、ＢＭ材料
として黒色樹脂を使用したが、これに限らず、金属を使
用することも可能である。

【００５０】

【発明の効果】請求項１の発明において、ＢＭが形成さ
れた部分の透明基板表面が粗面となっている。これによ
り、液晶表示素子内部からＢＭへと入射し、一部ＢＭ材
料により吸収されない光、すなわち観察者と反対側から
黒色樹脂を透過した光が、粗面によって散乱され、その
強度を弱められて出射する。他方、液晶表示素子外部か
らＢＭ形成部へ入射した外光、すなわち観察者側から入
射した外光は、粗面によって散乱する。さらに、画素パ
ターンが形成された透光性基板表面が平滑であるので、
画素パターンにおける透過率は低下しない。この結果、
黒色樹脂の厚みを薄くしても見かけのＯＤを低下させる
ことがなく、見かけ上のＯＤ値を高くすることができ、
高コントラストの表示を実現することが可能となる。

【００５１】請求項２の発明によれば、外光およびＢＭ
を透過した光の散乱や反射により、コントラストが低下
することがないので、優れた表示品位を実現することが
できる。

【００５２】請求項３の発明によれば、外光が粗面部へ
入射して激しい散乱を生じることがなく、表示を白く色
づかせることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１における本発明の液晶表示素子の
構成を示す断面図である。

【図２】実施の形態１における本発明の液晶表示素子の
製造方法を示すフロー図である。

【図３】実施の形態２における本発明の液晶表示素子の
製造方法を示すフロー図である。

【図４】実施の形態３における本発明の液晶表示素子の
製造方法を示すフロー図である。

【図５】実施の形態４における本発明の液晶表示素子の
製造方法を示すフロー図である。

【符号の説明】

１透明基板２画素パターン３ＢＭ４粗面部５光６透過光７外光８アクティブマトリクス基板９カラーフィルタ基板１０透明基板１１レジスト１２粗面部１３黒色樹脂１４ＢＭ１５Ｒ画素パターン１６Ｂ画素パターン１７Ｇ画素パターン１８透明電極１９配向膜５０透明基板５１レジスト５２黒色樹脂５３粗面部５４レジスト５５ＢＭ５６画素パターン５７透明電極５８配向膜７０透明基板７１レジスト７２粗面部７３金属膜７４レジスト７５画素パターン７６透明電極７７配向膜９０透明基板９１黒色樹脂９２レジスト９３粗面部９４ＢＭ９５画素パターン９６透明電極９７配向膜

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13 - 1/141

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一組の透光性基板の少なくとも一方の基板
上に、黒色樹脂によって形成された可視光を遮光する手
段を有する液晶表示素子において、前記可視光を遮光する手段形成部分の透光性基板表面
に、観察者側から入射した外光、および観察者と反対側
から前記黒色樹脂を透過した光を散乱させる粗面部が設
けられており、前記粗面部の凹凸の高さが０．０１〜
０．５μｍであり、かつ、前記凹凸のピッチが高さの１
００倍以下であり、かつ、前記粗面部の凹凸の凹部にお
ける前記可視光を遮光する手段の膜厚が前記粗面部の凹
凸の高さ以上であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】前記粗面部の凹凸の高さが０．０２〜０．
１μｍであり、かつ、前記凹凸のピッチが高さの４〜３
５倍であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素
子。
【請求項３】一組の透光性基板の少なくとも一方の基板
上に、可視光を透過する手段が形成され、少なくとも一
方の基板上に黒色樹脂によって形成された可視光を遮光
する手段が設けられた液晶表示素子の製造方法におい
て、前記可視光を遮光する手段下部の透光性基板表面を、凹
凸の高さが０．０１〜０．５μｍであり、かつ前記凹凸
のピッチが高さの１００倍以下となるように、粗面化処
理して、観察者側から入射した外光、および観察者と反
対側から前記黒色樹脂を透過した光を散乱させる粗面部
を形成し、前記粗面部の凹凸の凹部における前記可視光を遮光する
手段の膜厚が前記粗面部の凹凸の高さ以上となるように
前記可視光を遮光する手段を形成することを特徴とする
液晶表示素子の製造方法。