JP3503441B2 - 液晶パネル用基板の製造方法及び液晶パネル枠並びに液晶パネル体。 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用、事務用お
よび産業用の情報表示端末として使われる液晶ディスプ
レイに関わる。特に一対の基板を接着する液晶パネル枠
に強誘電性液晶もしくは反強誘電性液晶を保持する液晶
ディスプレイのパネル体の構成に関する。

【従来の技術】

【０００２】液晶ディスプレイは、低消費電力、省スペ
ースという特徴を有するのでノートパソコンの表示部と
して広く用いられている。近年、大型化が進み、対角15
インチから21インチの大きさのものが製造されつつあ
り、次第にデスクトップパソコンやテレビなどで使われ
ているＣＲＴ（Cathod Ray Tube ）と入れ替わっていく
ものと予想されている。

【０００３】デスクトップ用の液晶ディスプレイには、
薄膜トランジスター（ＴＦＴ：ThinFilm Transistor）
を使うタイプの他に、強誘電性液晶（ＦＬＣ：Ferroele
ctric Liquid Crystal）あるいは反強誘電性液晶（ＡＦ
ＬＣ：Anti-Ferroelectric Liquid Crystal ）を使うタ
イプがある。これらは表示の原理や駆動方式が異なる
が、いずれの液晶ディスプレイでも一対のガラス基板間
（液晶パネル枠）に液晶を狭持するという構造は変わら
ない。

【０００４】一対の基板の間隔は、概略１〜６μｍの範
囲で一定であるが可能な限り均一でなければならない。
このために、スペーサービーズという球形もしくは棒状
の基板間隔支持部材を基板間に散布する方法が採用され
ている。

【０００５】スペーサービーズは、ガラス製や樹脂製が
あり、適当な溶媒にこれを分散させて基板上に塗布乾燥
する。塗布乾燥工程は静電気や異物の影響を受けやす
く、結果としてスペーサービーズが凝集したり、分布が
不均一であったりすると、基板間隔が一様でなくなり表
示品質が落ちる原因となる。液晶パネル体が大型化する
と、均一に散布すること自体が難しくなってくる。ま
た、スペーサービーズは基板間隙に浮遊しているにすぎ
ないので、基板間隔は外部からの圧力により容易に変形
し変化するが、こうしたことにより液晶が流動するとス
ペーサが移動してしまうという問題も生じる。更に別の
問題はスペーサの位置が制御できないので表示画素上に
も存在し、その部分が白抜けするなど表示品質も低下す
る。

【０００６】こうしたスペーサビーズ散布方式の欠点を
取り除く手段としてフォトリソグラフィにより微細な部
材を形成してスペーサとする、あるいは更に進めてこれ
らを介して一対の基板を完全に接着する技術が公開され
ている（例えば、特開昭６３−５０８１７号公報、特公
平２−３６９３０号公報、特開平４−２５５８２６号公
報、特開平７−８４２６７号公報など）。

【０００７】これらの技術によれば非画素部に選択的に
間隔支持部材を形成することが可能であり、かつ基板間
隔の均一性が優れている。基板上に固着しているため移
動することが無く、かつ基板を洗浄することができるの
で、セル作成時の歩留まりも格段に優れる。完全に接着
する場合にはパネルの耐衝撃性が格段に向上するので、
配向層が衝撃により破壊されやすい強誘電性液晶及び反
強誘電性液晶用の液晶パネルとして好適である。

【０００８】なお、これらの液晶では耐衝撃性に優れた
パネルに液晶を保持する必要があるのみならず、液晶の
層構造に特有のジグザグ欠陥を取り除いて、配向性を向
上させるために一対の基板を接着する必要がある（例え
ば、特開平７−３１８９１２号公報、特開平８−８７０
２１号公報）。その理由はこれらの液晶の配向性を向上
させるには液晶分子を全体として同じ方向に動かす必要
があるからである。流動により配向が大幅に改善され
る。流動させるには先ず液晶を細長く狭い空間に閉じこ
めなければならない。その状態でこの狭い空間を一方の
端部から冷却する（温度勾配冷却）。液晶分子は温度が
先に低下する方向に体積収縮により引きずられる効果を
用いる。

【０００９】一対の基板を接着するにはまず基板上に配
向膜を形成し、次いでその上に所望の厚さの感光性樹脂
を塗布する。適切なパターンのマスクを使って露光現像
する。それにより所望の厚みを有する感光性樹脂のパタ
ーンを得る。基板間隙支持用の感光性樹脂パターンを有
する基板と他方の基板とを密着させたまま、概略１５０
〜１７０℃程度の環境に１時間程度保持すると両基板は
完全に接着する。感光性樹脂は、高温にすると配向膜素
材であるポリイミドとの化学的に相互作用し強い粘接着
性が発現するためである。感光性樹脂としてはポジ型、
ネガ型何れも使用可能である。感光性樹脂の形状は点
状、直線状などどんな形状も考えられるが、ストライプ
状が配向性向上の点から望ましいことはいうまでもな
い。以下ではこのストライプ状の部材を隔壁部材とも称
する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の対象である強
誘電性及び反強誘電性液晶用の液晶パネルにおいて、適
切なピッチの隔壁部材で一対の基板を接着すると次の問
題が生じた。図２を使って説明する。この場合隔壁部材
を有する一方の基板２０３と、透明電極群（ＩＴＯ：in
dium tin oxide）２０４を有する他方の基板とを、隔壁
部材と他方の透明電極群が直交するように対抗させる。
隔壁部材側の透明電極は隔壁部材と平行である。液晶パ
ネル体が大型化、大容量化すると電気抵抗を下げるため
に透明電極２０４の厚みは５００オングストローム程度
から３０００〜４０００オングストロームへと厚くな
る。こうして透明電極が厚い基板を、一定の厚みを有す
る線状の隔壁部材２０２で接着すると、隔壁部材の変形
では電極線間段差を埋めきれずに、図２に示すように隔
壁部材の一部が対抗側の基板と完全に接触しない部分、
即ち電極間段差による隙間２０１が生じる。

【００１１】本発明者の実験では透明電極２０４の厚み
が２０００オングストロームより厚いと、隙間２０１が
残存することが判った。この隙間は次の問題を生じる。
まず隙間２０１は、液晶浸透時に空隙として残り易く、
十分な時間をかけても液晶の浸透が不完全な液晶パネル
体となることである。液晶を浸透させた後冷却するが、
この過程で空隙が移動し表示部の液晶部分に隙間として
現れることが多い。

【００１２】別の問題は液晶を保持する空間が完全に密
閉されていないので、温度勾配を印加しつつ冷却した場
合に液晶の移動方向が空間方向に集中限定されにくくな
るので配向性の向上が期待できなくなることである。更
に別の問題は、３０００〜４０００オングストロームの
周期的な凹部があると、凸部を液晶が入りきるのに時間
がかかり全体としての浸透時間が長くかかるということ
も生じる。

【００１３】本発明は、以上の事柄を鑑みて発明された
ものである。その目的は、透明電極の下側に設けられた
オーバーコート層を簡単な手段により盛り上げて、電極
間が埋設された液晶パネル用基板を提供することであ
る。電極間の盛り上がった部分と対抗側の隔壁部材と接
着させ、完全に密閉された直線状の空間を形成すること
である。

【００１４】 本発明の請求項１に記載の液晶パネル用
基板の製造方法は、少なくともネガ型感光性樹脂からな
るオーバーコート層とその上側にストライプ状の電極群
を有する液晶パネル用基板の製造方法において、電極群
形成前にオーバーコート層の電極線間部分の所定箇所を
露光しその後加熱焼成することで、所定箇所を高さが４
００〜３０００オングストロームの凸状に盛り上げるこ
とを特徴としたものである。オーバーコート層がネガ型
であるのはポジ型では、凸状に盛り上げることが難しい
ためである。請求項２に記載の液晶パネル用基板の製造
方法は、前記オーバーコート層の下部にカラーフィルタ
ー層を有することを特徴としたものである。一般にカラ
ーフィルター層は赤、青、緑の３色からなるが、色特性
の調整のために一般には厚みが一定でない。これを一定
にするためにその上部にオーバーコート層を設けるのが
普通である。請求項３に記載の液晶パネル用基板の製造
方法は、前記オーバーコート層の上部に無機物からなる
薄膜層を有することを特徴としたものである。無機層は
絶対に不可欠ではないがカラーフィルター層もしくはオ
ーバーコート層に含まれる成分が液晶層へ漏出するのを
防止する。また、透明電極との密着性を改善する。請求
項４に記載の液晶パネル用基板の製造方法は、請求項１
から請求項３のいずれか一つに記載の液晶パネル用基板
の製造方法において、前記電極群の上部にストライプ状
の隔壁部材を有することを特徴とする液晶パネル用基板
の製造方法である。請求項５に記載の液晶パネル枠は、
前記製造方法により得られた液晶パネル用基板と、スト
ライプ状の基板間隙支持部材を設けた他方の基板とを該
ストライプ状の部材を介して接着したことを特徴とする
液晶パネル枠である。請求項６に記載の液晶パネル体
は、前記液晶パネル枠に強誘電性液晶もしくは反強誘電
性液晶を浸透したことを特徴とする液晶パネル体であ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明をより詳しく説明す
る。ＩＴＯ透明電極を形成する前の一方の基板上には、
ブラックマトリックスやカラーフィルターが形成されて
おり、その表面には若干の凹凸がある。凸凹を平坦化す
るのに一般には電極形成前に、サブミクロン〜２ミクロ
ン程度の厚みのオーバーコート層を設ける。透明電極自
体は更に抵抗を下げるためのアルミニウムや銅などの金
属電極部分を含んでいてもかまわない。本発明者らは、
オーバーコート層としてのネガ型の感光性透明樹脂を露
光すると、露光部分が盛り上がり、この盛り上がりが
酸、アルカリ、加熱等で変化せず埋設手段として利用で
きることを見いだした。本発明は、この事実をふまえて
オーバーコート材料としてネガ型感光性透明樹脂を用
い、マスク露光によりオーバーコート層の任意の部分を
盛り上げることに着目したものである。余計なフォトレ
ジストを塗布してフォトリソグラフィを施すことなく電
極間段差を埋設することが可能である。

【００１６】図１を用いて本発明を説明する。基板１０
１にはブラックマトリックス１０２、カラーフィルター
１０３が定法のフォトリソ法で形成されており、数百オ
ングストローム程度の凹凸がある（図１(a) 参照）。こ
れを平坦化するために透明なネガ型感光性樹脂でオーバ
ーコート層１０４を設ける（図１(b) 参照）。厚みはコ
ート後の凸凹が５００オングストローム以下になるよう
にするのが望ましい。オーバーコート層の厚みは概ね１
〜２ミクロン程度である。感光性樹脂としては、アクリ
ル系、エポキシ系、エポキシアクリレート系などを使用
することができる。求められる特性としては、感光性、
加熱後の化学的安定性、透明性、絶縁性等である。塗布
方法としては、スピンコート、ロールコート、印刷法な
どを用いることが出来る。

【００１７】次に電極線間の所望の位置に凸部を形成す
るためのパターンを有するフォトマスク１０５を用い
て、オーバーコート層の所定部分を紫外線１１２にて露
光する（図１(c) 参照）。露光量としては感光性材料に
もよるが３０〜１００ｍＪ／ｃｍ² が適当であった。こ
の後、１５０〜２５０℃で３０分〜１時間程度保持する
と露光部分がパターン通りに凸状に盛り上がる部分１０
６が生じる（図１(d) 参照）。盛り上がり量（高さ）
は、オーバーコート層の厚みの１０〜１５％程度で、オ
ーバーコート層が厚くなるほど盛り上がり量は増加す
る。透明電極の厚みは最大でも４０００オングストロー
ム程度であるが、対抗側の部材が隙間にくい込むので２
０００オングストローム程度の盛り上がりが形成できれ
ば良く、オーバーコート層の厚みとして２μｍ程度が必
要であり標準的な値である。こうして形成された凸部を
含むオーバーコート層は有機アルカリ溶液、無機アルカ
リ溶液、有機溶剤などに対して十分な耐溶剤性、耐アル
カリ性、耐酸性を有していた。

【００１８】この基板上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）
１０７をスパッタ法などにより成膜する（図１(e) 参
照）。これを常法のフォトリソ法によりエッチングと剥
膜処理を施し、ストライプ状の電極（群）１０８を形成
する（図１(f) 参照）。この時、電極の厚みとオーバー
コート層の厚みを適切に選択組み合わせるとＩＴＯ膜頂
上とオーバーコート層凸部への段差を２０００オングス
トローム程度以下にできる。ＩＴＯの下部にはカラーフ
ィルター層とオーバーコート層から各種のイオンが漏出
するのを防止するためにオーバーコート層を覆うように
二酸化珪素、アルミナなどの無機薄膜層を設けてもよ
い。また、ＩＴＯの密着性も向上する。さらにＩＴＯの
上に配向用のポリイミド溶液を塗布乾燥しラビング処理
を施す。このようにしても凸部の形状が変化することは
なかった。

【００１９】他方の基板１１０にも常法によりＩＴＯ電
極群を形成し、その上に配向膜１０９を塗布する。次い
で、電極線間に位置するよう感光性樹脂を使って隔壁部
材（群）１１１を形成する（図１(g) 参照）。感光性樹
脂としてはネガ型、ポジ型いずれも可能で、基板間隔は
感光性樹脂の膜厚で制御できる。基板１１０を隔壁部材
１１１を介して基板１０１とアライメントをとって密着
させる。これを１気圧程度で加圧しながら、１５０〜１
８０℃で１時間程度保持すると、両基板は接着する。隔
壁部材１１１は対抗するＩＴＯ電極間隙にくい込んでオ
ーバーコート層の凸部と接着する（図１(h) 参照）。電
極線間段差はオーバーコート層の盛り上がりにより２０
００オングストローム以下になるので、隔壁部材１１１
でほぼ完全に埋設される。

【００２０】なお、ＩＴＯ電極線間を隙間なく凸状にす
れば、隔壁部材に平行な方向での周期的な段差は少なく
なり、液晶の浸透速度の低下を防げるという効果もあ
る。隣接する空間の導通を防止するだけなら、対抗側の
隔壁部材とを接触する部分だけを凸状にすれば十分であ
る。

【００２１】更に付け加えるなら、隔壁部材は凸部を有
する基板の対抗側基板に設ける必要はない。凸部を設け
た基板上に設けても構わない。この場合にもオーバーコ
ート層の凸部がないと隔壁部材はＩＴＯ電極をなぞるよ
うに形成され高さが周期的に変化した。ＩＴＯの厚みが
４０００オングストローム程度であると隔壁部材の凹凸
は５〜６００オングストロームに減少はするが残った。
この程度であると対抗基板を隙間なく接着するが基板間
隔の安定性はオーバーコート層を盛り上げた方が好まし
かった。以下、実施例により説明する。

【００２２】

【実施例】

＜実施例１＞エポキシ樹脂（東都化成（株）製：「ＹＤ
ＰＮ−６０１」）３９０ｇおよびアクリル酸１０８ｇを
１，６−ヘキサンジオールアクリレート７５０ｇ中に溶
解させてハイドロキノン０．５ｇおよびメチルエチルア
ンモニウムアイオダイド３ｇの存在下に１００〜１５０
℃で２時間反応させた。ついで、無水ヘッド酸２７９ｇ
を添加し、１００〜１５０℃で２時間反応させて、水溶
性光重合性オリゴマーを得た。

【００２３】得られた水溶性光重合性オリゴマー１００
重量部、非水溶性光重合性オリゴマーとしてフェノール
ノボラック型エポキシ樹脂（東都化成（株）製：「ＹＤ
ＣＮ−６０２」）４０重量部、光重合性モノマーとして
トリメチロールプロパントリアクリレート（共栄社油脂
（株）製：「ＴＭＰ−Ａ」）２０重量部、光重合開始剤
として（チバガイギー社製：「イルガキュア−６５
１」）５重量部、光硬化用触媒前駆体としてジフェニル
ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート０．５重量
部および重合禁止剤としてハイドロキノン０．１重量部
を酢酸ブチルセロソルブ１０００重量部中で混合して、
ネガ型感光性樹脂材料（１）を得た。

【００２４】赤、青、緑のカラーフィルターを形成した
一方の基板上に、ネガ型感光性樹脂材料（１）をオーバ
ーコート層として、スピンコートにより約１．７μｍ厚
塗布した。所望の位置を露光するようなパターン形状の
マスクを用いて５０ｍＪ／ｃｍ² でオーバーコート層を
露光した。これを１８０℃で１時間保持したところ、露
光部分がパターン通り２２００オングストローム程度盛
り上がった。次いで二酸化珪素膜を５００オングストロ
ームの厚みになるようにスパッターし無機保護膜とし
た。その直後の凸部のプロファイルを図３に示す。

【００２５】次いで、この上にＩＴＯをスパッタ法によ
り約４０００オングストローム膜付けした。この上にフ
ォトレジストMP1400（シプレイファーイースト製）を用
いて常法のフォトリソ法によりエッチングして透明電極
群を形成し、更に２３０度で１時間加熱した。この時、
電極線の間には、ネガ型感光性樹脂材料（１）の盛り上
がりが位置しており、電極間段差は約１５００オングス
トロームに減少した。この上にHL1110（（株）日立化成
製）を塗布し、焼成した後ラビングを施し配向膜とし
た。これを基板（Ｉ）とする。

【００２６】他方の基板にもＩＴＯ透明電極を形成し、
その上にHL1110を塗布、焼成した。その上にMP1400を
１．７μｍ厚に塗布して９０℃で３０分乾燥させた後、
電極線間に位置するようなパターンを有するマスクを用
いて、５０ｍＪ／ｃｍ² で露光した。これをMP-Develop
er（（株）シプレイファーイースト社製）で現像し、１
５０℃で１時間焼成して、電極線間に位置するMP1400の
ストライプ状隔壁部材を形成した。この基板と先述の基
板とを電極群が直交するように貼り合わせ、１気圧で加
圧したまま、１７０℃で１時間加熱した。その結果両基
板がMP1400の隔壁部材で接着された液晶パネル枠を得
た。

【００２７】この液晶パネル枠に、強誘電性液晶CS1014
（チッソ製）を浸透し冷却したところ、隔壁部材間の液
晶浸透部分にはまったく隙間（液晶がない部分）は見い
だされなかった。隔壁部材と透明電極の交差部分には液
晶は浸透しておらずオーバーコート層の凸部と隔壁部材
のくい込んだ部分は完全に接着していた。この液晶パネ
ル体を９０度の温水漕からゆっくりと引き上げて傾斜冷
却したところ、ジグザグ欠陥及び液晶割れは全く観察さ
れなかった。傾斜冷却時の温度勾配は３℃/mmであっ
た。

【００２８】＜比較例１＞実施例１と同じ手順により液
晶パネル枠を作製し同じ液晶CS1014を浸透させた。但
し、実施例１と異なり露光によりオーバーコート層の凸
部を形成しなかった。このためＩＴＯ電極と隔壁部材の
交差部には１０００オングストローム程度の隙間が生じ
ていた。これは液晶がこの交差部に浸透していることか
ら確認された。このパネルを温水から引き上げて傾斜冷
却したところ隣接トンネル間で液晶の移動が可能なため
液晶の移動方向が集中されず数は少ないがジグザグ欠陥
が散見された。また、液晶の浸透に要する時間は実施例
１の約２．５倍であった。

【００２９】＜実施例２＞実施例１の（Ｉ）基板の上に
ポジレジスト溶液MP1400を１. ７μｍ厚に塗布して９０
℃で３０分乾燥させた後、ＩＴＯ電極と直交するパター
ンを有するマスクを用いて５０ｍＪ／ｃｍ² で露光し、
これをMP-Developer（（株）シプレイファーイースト社
製）で現像し、１５０℃で１時間焼成してストライプ状
隔壁部材を形成した。この場合隔壁部材の下地ＩＴＯ電
極の有無に対応した凹凸は１００〜２００オングストロ
ームに低下しておりほぼ平坦であった。対抗側の基板と
接着させても隔壁部材と対抗基板で隙間が生じることは
なかった。

【００３０】尚、付言すれば光照射による盛り上がりは
本発明に記載の組成のネガ型感光性樹脂のみならず、他
の組成のアクリル系、ゴム系の感光性樹脂においても見
いだされた。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の発明は透明電極電極間の凹部
を下地のオーバーコート材料で埋設した液晶パネル用基
板の製造方法を提供する。電極間を埋設するために別の
塗工・フォトリソ工程を導入する必要がなく、対抗側の
基板と十分に接着することが可能で隔壁部材により完全
に仕切られた密閉された空間を形成できる。これにより
ジグザグ欠陥の少ない配向層が形成可能となる。請求項
２の発明はカラーフィルター付でその上部に電極間が埋
設された液晶パネル用の基板の製造方法を提供する。請
求項３の発明によれば、下地のカラーフィルター層及び
オーバーコート層からの不純物イオンの漏出を防止でき
る。請求項４の発明によれば、隔壁部材の周期的な凹凸
の少ない液晶パネル用基板を提供する。請求項５の発明
によれば、基板間隙の隔壁部材により完全に接着した耐
衝撃性に優れた液晶パネル枠を製造することが可能であ
る。液晶は隔壁部材により完全に仕切られた直線状の空
間に保持が可能となる。請求項６の発明は、強誘電性液
晶及び反強誘電性液晶を使った液晶パネルであって、欠
陥のない高品質な液晶パネル体を提供する。

【００３２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶パネル用基板、液晶パネル枠及び
液晶パネル体の製造工程を示す説明図である。

【図２】従来の液晶パネル用基板及び液晶パネル枠を示
す説明図である。

【符号の説明】

１０１ 基板 １０２ ブラックマトリックス １０３ カラーフィルター １０４ オーバーコート層 １０５ フォトマスク １０６ オーバーコート層の盛り上がる部分 １０７ ＩＴＯ １０８ 電極 １０９ 配向膜 １１０ 基板 １１１ 隔壁部材 １１２ 紫外線 ２０１ 電極間段差による隙間 ２０２ 隔壁部材 ２０３ 基板 ２０４ 電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−104308（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−171099（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−265103（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−127525（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1333 G02F 1/1335 G02F 1/1339 G02F 1/1343 G02F 1/137 G02F 1/13 101

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくともネガ型感光性樹脂からなるオー
   バーコート層とその上側にストライプ状の電極群を有す
   る液晶パネル用基板の製造方法において、電極群形成前
   にオーバーコート層の電極線間部分の所定箇所を露光し
   その後加熱焼成することで、所定箇所を高さが４００〜
   ３０００オングストロームの凸状に盛り上げることを特
   徴とする液晶パネル用基板の製造方法。
2. 【請求項２】前記オーバーコート層の下部にカラーフィ
   ルター層を有することを特徴とする請求項１記載の液晶
   パネル用基板の製造方法。
3. 【請求項３】前記オーバーコート層の上部に無機物から
   なる薄膜層を有することを特徴とする請求項１及び請求
   項２記載の液晶パネル用基板の製造方法。
4. 【請求項４】請求項１から請求項３のいずれか一つに記
   載の液晶パネル用基板の製造方法において、前記電極群
   の上部にストライプ状の隔壁部材を有することを特徴と
   する液晶パネル用基板の製造方法。
5. 【請求項５】請求項１から請求項４のいずれか一つに記
   載の製造方法により得られた液晶パネル用基板と、スト
   ライプ状の基板間隙支持部材を設けた他方の基板とを該
   ストライプ状の部材を介して接着したことを特徴とする
   液晶パネル枠。
6. 【請求項６】請求項５に記載の液晶パネル枠に強誘電性
   液晶もしくは反強誘電性液晶を浸透したことを特徴とす
   る液晶パネル体。