JP3540896B2 - Manufacturing method of liquid crystal display element - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子の表示品位向上に関し、特には感光性樹脂材料を遮光性フィルターとして用いたカラーフィルター層を有するネガ型STN液晶表示素子の表示品位の向上に関する。
【0002】
【従来の技術】
図16に、従来の感光性樹脂材料を遮光フィルターに用いた、カラーフィルター層を有する液晶表示素子(以下、カラー液晶表示素子という)の断面図を示す。図に示すように、一対のガラス等の透明、絶縁性材料よりなる基板1、2が対向して配置され、一方の基板1の対向面に、カラーフィルター層3、オーバーコート層6、表示用電極7a、配向膜8aが順に形成され、他方のガラス基板2の対向面に、表示用電極7b、絶縁膜9、配向膜8bが順に形成されている。表示用電極7a、7bはストライプ状の電極が互いに直交するようにマトリクス配置されている。そして、これら基板1、2は、有効表示エリア外周部に配されたガラスビーズ11を含有したシール材12と、有効表示エリア内に配されたセルギャップコントロール用プラスチックビーズ10を介して貼り合わされ、シール材12にて囲まれたガラス基板1、2の間隙に液晶が注入封止され、液晶層13が形成されている。
【0003】
次に、感光性樹脂材料を遮光性フィルターとして用いた場合のカラーフィルター層3の製造方法について説明する。図17は、R、G、Bの色フィルター4を形成した後、ブラックマスク5を形成する製造方法(後付けブラックマスク方式)を示す図であり、図18は、ブラックマスク5の形成後、R、G、Bの色フィルター4を形成する製造方法(先付けブラックマスク方式)を示す図である。
【0004】
図17に示す後付けブラックマスク方式のカラーフィルター層3の製造方法は、まず、図17(a)に示すように、基板1にR、G、Bの各色相の色フィルター4を所定の方法で形成した後、次に、図17(b)に示すように、全面にカーボン等の遮光材料を含有した感光性樹脂遮光材料14を印刷法、スピンコート法、又はフィルムラミネート法により形成し、特定波長のUV光を裏面より露光する。その後、図17(c)に示すように、現像して、R、G、Bの色フィルター4の各間及び有効表示エリア外周部にブラックマスク5を形成し、図17(d)に示すように、オーブン等により焼成して熱重合硬化させる製造方法である。
【0005】
この時、カラーフィルター層は、特開平6−273743号公報に開示されているように、STN型液晶表示素子の課題であるセルギャップの均一化のためにシール部にもブラックマトリクス層(遮光性フィルター)を設け、かつ、各色相の色フィルター4とブラックマスク5は同等の膜厚に調整されているのが一般的である。また、ブラックマスクの膜厚は、有効表示エリア・有効表示エリア外周部とも同じ膜厚に形成されていた。
【0006】
図18は、先付けブラックマスク方式のカラーフィルター層3の製造方法を示し、まず、図18(a)に示すように、基板1にカーボン等の遮光材料を含有した感光性樹脂遮光材料14を印刷法、スピンコート法、又はフィルムラミネート法により形成し、特定波長のUV光をフォトマスク15を用いて表面より露光した後、図18(b)に示すように、現像してR、G、Bの各色相の色フィルター間及び有効表示エリア外周部にブラックマスク5を先に形成する。次に、図18(c)に示すように、オーブン等により焼成して熱重合硬化させた後、図18(d)に示すように、R、G、Bの色フィルター4を形成する製造方法である。色フィルター4の形成方法としては、RまたはG、Bのいずれかの色フィルターを、特定波長のUV光を裏面より露光し、現像して形成する工程を繰り返しブラックマスク間に順次R、G、Bの色フィルターを形成する方法、又は特定波長のUV光を表面よりブラックマスク間より大きくして、R、G、Bの色フィルターのエッジがブラックマスクにかかるようにする方法がある。
【0007】
ここでも、図17に示した場合と同様に、ブラックマスク5とR、G、Bの色フィルター4は、ほぼ同等の膜厚になるよう設計するのが、一般的である。図18の製造方法の場合は、R、G、Bの色フィルター4の周辺がブラックマスク5に一部重なるので、有効表示エリア内の色フィルターの形状と有効表示エリア外周部の色フィルターの連続性を保つため、有効表示エリア内のドット設計を有効表示エリア外周部まで延ばし、均一性(ほぼ±0)を確保する設計が一般的である。
【0008】
また、ブラックマスクの膜厚は、有効表示エリアと、有効表示エリア外周部とも同じ膜厚で形成されていた。しかしながら、ブラックマスクの焼成工程での熱重合による膜減り、次工程でのブラシ洗浄、あるいは溶剤洗浄での膜減りがあるため、仕上がりでのブラックマスクは、平均膜厚が調整可能であるものの、ブラックマスクの面内のバラツキは平均値に対し、±0.25μm程度と大きかった。これを解決するために、特開平3−252622号公報には、基板背面からの露光に加え、基板表面からの露光も行うことにより、ブラックマスクの膜厚のバラツキを解決する方法が提案されている。
【0009】
また、図19に示すように、有効表示エリア内のR、G、Bの色フィルター4と、ブラックマスク5のドットパターンを有効表示エリア外周部のシール近くまで、連続して形成し、有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差を均一にする方法がある。この場合、膜厚が同等のドットパターンが連続して形成されるため、有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差のバラツキが極めて小さく、均一性は高いが有効表示エリア外周部は黒単色ではないので、光抜けするという欠点を有していた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
近年、液晶表示素子、特にSTNカラー液晶表示素子について、液晶表示素子の画面周辺、特に黒額縁付近のバックライト用光源の熱要因による輝度ムラ及びセメ厚要因による輝度ムラ(ウォッシュアウト)、配線抵抗を原因とする電圧低下による画面左右の輝度ムラ(グラデーション)等の高表示品位、コントラスト30以上、輝度100cd以上、応答速度200ms以下当の高特性、高信頼性が要求されており、コントラストにおいては30:1以上が要求されている。上記要望の中でもとりわけ有効表示エリア外周部近傍の表示品位の均一性の要求が強く、有効表示エリア外周部近傍の輝度ムラ(ウォッシュアウト)に対して、ユーザーより強い改善要望が出されている。
【0011】
つまり、前述の先行技術では、▲1▼有効表示エリア内の色フィルター及びブラックマスクの膜厚に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクの膜厚が小さい場合、その境界での段差のため、有効表示エリア外周部近傍のセルギャップが薄くなり、液晶駆動電圧がON状態の時、明るく白抜け(ウォッシュアウト)するという問題が生じる。
【0012】
また▲2▼有効表示エリア内の色フィルター及びブラックマスクの膜厚に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクの膜厚が大きい場合、その境界での段差のためセルギャップ厚が厚くなり、液晶駆動電圧がON状態の時、有効表示エリア外周部近傍が暗くなり、有効表示エリア内の面内均一性が損なわれるといった問題が生じる。
【0013】
また、▲3▼上記▲1▼▲2▼の場合や、有効表示エリア内の色フィルター及びブラックマスクの膜厚と、有効表示エリア外周部のブラックマスクの膜厚が同等の場合でも、近年の液晶モジュールのコンパクト化、軽量化の要求により、バックライトと液晶表示素子が近接する設計が多くなっており、バックライトの発熱により液晶表示素子の周辺が熱の影響を受け、有効表示エリア外周部近傍の液晶のレタデーションが変化して、この部分の液晶駆動電圧が上昇し、熱によるウォッシュアウトが発生するという不具合が生じる。
【0014】
さらに、有効表示エリア外周部の黒額縁部は黒の締まり具合を良くする(OD(Optical Density)値を上げる)ためには、ブラックマスクの膜厚は厚い方がよいが、逆に、液晶表示素子全体の光を透過率を上げ、明るく鮮やかな表示品位を得るためには、R、G、Bの色フィルターは薄い方がよく、トレードオフの関係にあるが、液晶表示素子全体の均一性を考えた場合、前述したようにブラックマスクと色フィルターの膜厚を同じにする設計を行っている。つまり、従来の製造方法では有効表示エリア内と有効表示エリア外周部のブラックマスクの膜厚を意図的に変えることは不可能で、表示品位の向上と光学特性の向上を両立して満足することはできなかった。
【0015】
また、図19に示す従来技術では、明らかに有効表示エリア外周部近傍の黒の締まり具合は、黒単色のブラックマスクを使用したときより悪くなっていた。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶表示素子の製造方法は、有効表示エリア外周部のシール材を介して貼り合わせ、一対の基板間に液晶を充填し、さらに、上記一対の基板の少なくとも一方には、特定の波長の光を吸収することで光重合を起こす感光性樹脂材料を用いてなるカラーフィルター層が形成されてなる液晶表示素子の製造方法において、上記感光性樹脂材料よりなるカラーフィルター層の有効表示エリア、または、有効表示エリア内及び有効表示エリア外周部の一部分をマスキングし、表面側より特定波長の光で露光度を調整して露光し、焼成することで、カラーフィルター層を有効表示エリアに対し、有効表示エリア外周部全域もしくはその一部の層厚を大きくし、かつその層厚の差を、有効表示エリア内であって有効表示エリア外周部全域もしくはその一部の近傍の液晶層の厚みが、有効表示エリア中央部の厚みより0.05〜0.2μm大きくなるように調整することを特徴としている。
【0019】
ここで、上記特定の波長の光を吸収することで光重合を起こす感光性樹脂材料を用いてなる色相の色フィルターは、遮光性フィルターであることが好ましい。
【0020】
また、上記液晶が、液晶分子のねじれ角を180度から360度にしたSTN型液晶であることが好ましい。
【0022】
さらに、本発明において、感光性樹脂材料よりなるカラーフィルター層の有効表示エリア内及び有効表示エリア外周部の一部分をマスキングし、表面側より特定波長の光で露光量を調整して露光して、カラーフィルター層を有効表示エリア内に対し、有効表示エリア外周部の一部分の膜厚を大きくし、かつ、その膜厚の差を、有効表示エリア内であって有効表示エリア外周部近傍の一部の液晶層の厚みが、有効表示エリア中央部の厚みより0.05〜0.2μm大きくなるよう上記露光量を調整することが好ましい。
【0023】
以下にこれらの構成による作用を説明する。
【0024】
図11に、本発明の作用を説明するための有効表示エリア外周部付近の拡大模式図を示す。
【0025】
有効表示エリア内であって、有効表示エリア外周部近傍のセル厚(液晶層の厚み)d1と有効表示エリア外周部近傍以外、即ち、有効表示エリア外周部及び有効表示エリア中央部のセル厚dの関係は、d1>dとなっている。ここで、有効表示エリア外周部近傍のセル厚を有効表示エリア外周部近傍以外のセル厚より大きくする方法としては、有効表示エリア外周部の種々の膜(配向膜、表示用電極、平坦化層、カラーフィルター、その他)を二重構造にする、その部分の膜厚を厚く形成する、有効表示エリア外周部付近のスペーサの粒径を変える等が考えられる。このセル厚の差は、ネガ型液晶表示素子の場合、図12に示すように表示特性であるV−Tカーブ(電圧−輝度特性)の差として現れる。図12の横軸は印加電圧、縦軸は輝度を示し、実線は正常部のV−Tカーブを示し、点線はセル厚大の部分のV−Tカーブを示す。図12より分かるように、セル厚の大きい方がV−Tカーブの立ち上がりが遅れ、セル厚d1とdの境界部でオフ電圧Voff時の輝度差が生じることになる。ネガ型液晶表示素子の場合、有効表示エリア外周部近傍が暗くなる傾向になる。
【0026】
また、前述の本発明の課題であるバックライトの熱によるウォッシュアウトは、有効表示エリア外周部近傍の液晶の屈折率異方性△nがバックライトの熱により変化することが原因で発生するものである。この時のV−Tカーブを図13に示す。実線は正常部のV−Tカーブ、点線は熱ウォッシュアウト部のV−Tカーブを示し、この図より、オフ電圧Voff時の輝度が設計値(有効表示エリア中央部)よりも、有効表示エリア外周部近傍で高くなっていることが判る。ちなみに、この時の輝度差は約6cdであった。特に、液晶表示素子がネガ型の場合、オフ電圧Voff時に光を遮光するため表示は暗状態であり、暗状態の中では人間の目は輝度差に非常に敏感であり、液晶表示素子の輝度ムラとして認識されていた(経験より、この暗状態の状況では、人間の目には輝度差が4cdを越えると輝度ムラとして認識されることが判っている)。ちなみにVon時は明状態であり、この状態では人間の目には輝度に対して鈍感であり、ムラとして認識しにくい状況である。
【0027】
そして、本発明の請求項1の構成では、上記二つの現象が合成されることになり、その結果、熱によるウォッシュアウトが軽減されることになるのである。つまり、オフ電圧Voff時の熱ウォッシュアウトによる輝度アップが、セル厚の差による輝度低下により相殺されるのである。
【0028】
さらに、この合成効果は模式図14に示すように、セル厚差(d1−d)によって変化する。図14の横軸はセル厚差(d1−d)、縦軸は輝度差を示し、実線Aは熱ウォッシュアウトの影響を示し、実線Bはセル厚差により発生する輝度差を示し、点線Cは合成の輝度差を示す。そして、人間の目には輝度ムラとして認識されないレベル(輝度差4cd以内)を達成するためには、セル厚差(d1−d)を0.05〜0.2μmに設定する必要があった。つまり、セル厚差が0.05μmより小さい場合、輝度差が4cd以上となり、熱ウォッシュアウトによる輝度ムラが観測される。セル厚差が0.2μmを越えると逆に有効表示エリア外周部近傍が暗くなり輝度ムラとして観測されてしまうのである。
【0029】
また、前記カラーフィルター層のブラックマスクに感光性樹脂材料を用いることにより、カラーフィルター層の膜厚制御をUV光量を調節することにより達成することができるようになる。つまり図15に、横軸に焼成温度、縦軸に膜厚をとり、初期膜厚に対して露光量を変化させた時の膜厚変化を示すように、露光量を加減してカラーフィルター層を焼成することにより、それぞれの膜減り量に変化が生じる。つまり、露光量を増加すると、膜厚の変化は少なく、露光量を多くすると膜厚の変化は大きくなる。本発明はこの関係を利用し、カラーフィルターの最終の膜厚を制御することができるようになる。
【0030】
また、有効表示エリア外周部の膜厚を厚く形成するカラーフィルター層の色相を黒色(遮光性フィルター)とすることにより、膜厚が大きいことと、遮光性との相乗効果により有効表示エリア外周部(額縁部)の遮光率が向上することになり、有効表示エリア外周部のすっきり感が向上することになる。有効表示エリア内は、他の色フィルター(R、G、B)の膜厚に調整でき、周辺部のみの遮光性を向上することができる。
【0031】
また、STN型液晶表示素子は、セル厚の差に対する特性の変化が大きく、例えば、セル厚が有効表示エリア内で0.05μm変化すると、濃淡差としてムラに見えてしまう。このため、本発明はこのことを逆に利用し、有効表示エリア内のセル厚に対し、有効表示エリア外周部近傍のセル厚を0.05〜0.2μmの差を設けることで表示品位を向上させることができるようになるのである。
【0032】
また、有効表示エリア内をマスキングし、有効表示エリア外周部のみUV光を表面より照射することで、有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の感光性樹脂材料の膜減り量に差を設けることが可能となり、UV光の光量の調整により最終段階での膜厚差を制御することが可能となる。
【0033】
また、有効表示エリア内及び有効表示エリア外周部の一部をマスキングし、マスキング外の有効表示エリア外周部のみUV光を表面より照射することで、有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の感光性樹脂材料の膜減り量に差を設けることが可能となり、UV光の光量の調整により最終段階での膜厚差を制御することが可能となり、しかも、特定の有効表示エリア外周部のみこの差を設けることが可能となる。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
【0035】
(実施例1)
図1は、本発明を後付けブラックマスク方式でカラーフィルター層を形成したSTNカラー液晶表示素子の断面図である。図2(a)〜(f)はカラーフィルター層の形成方法を工程順に示す図である。
【0036】
図2(a)に示すように、ガラス等の透明、絶縁性材料よりなる基板1にR、G、Bの各色相の色フィルター4を各色とも初期膜厚が2μmのフィルムを使用し、フィルムラミネート法により、所定のパターンに形成後、図2(b)に示すように、有効表示エリア外周部の表面側露光量を有効表示エリア内より多くすることを考慮し、初期膜厚2.15μmのカーボンブラック等の遮光材料を含む感光性樹脂遮光材料よりなるブラックフィルム14を、フィルムラミネート法により基板全面に形成し、裏面側より356nmのI線UV光を38mj露光する。その後、図2(c)に示すように、現像してブラックマスク5を形成し、次に図2(d)に示すように、表面側より356nmのI線UV光を0.5〜5mj(好ましくは2mj)全面露光する。その後、図2(e)に示すように、フォトマスク20により有効表示エリア外周部のブラックマスク部のみ、表面側よりさらに356nmのI線UV光を50mj露光し、図2(f)に示すように、250℃のIRオーブンにて焼成し、最終硬化させた。最終工程の結果、有効表示エリア内のカラーフィルター層の膜厚は、2.0μmとなり、有効表示エリア外周部のカラーフィルター層の膜厚は、2.15μmになった。
【0037】
このカラーフィルター層3上にオーバーコート層6、表示用電極7a、配向膜8aを順に配し、他方、基板2上に表示用電極7b、絶縁膜9、配向膜8bを順に配した対向側の基板とを相対向させる。表示用電極7a、7bはストライプ状の電極が互いに直交するようにマトリクス配置する。そして、有効表示エリア内にセルギャップコントロール用プラスチックビーズ10を均一に分布させるとともに、周辺をセル厚保持用ガラスビーズ11を含有したエポキシ系シール剤12で貼り合わせ、ねじれ角が180゜から300゜、好ましくは240゜〜260゜のSTN液晶を注入封入してSTNカラー液晶表示素子を作成した。
【0038】
この液晶表示素子のカラーフィルター層の有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差は+0.15μm、段差のバラツキは+0.1〜+0.2μmとなり、液晶モジュール状態での液晶画面近傍はウォッシュアウトのない均一なものとなり、かつ有効表示エリア内の表示品位は平滑で均一なものになった。さらに液晶モジュールを長時間点灯させた場合でも、バックライト近傍の液晶画面の光ヌケは見られなかった。またカラーフィルター層は、ブラックマスクの膜硬度が上がったことで、遮光率が向上し、コントラストは30:1に向上し、有効表示エリア外周部の黒の締まり具合も向上して表示品位が向上し、さらに異物対策のためアルミナ等を含んだ全面研磨を実施することも可能となり、液晶表示素子の欠陥である白点、黒点不良も同様に激減した。
【0039】
(実施例2)
図3は、本発明を後付けブラックマスク方式でカラーフィルター層を形成したSTNカラー液晶表示素子の断面図を示す。また、図4(a)〜(f)はカラーフィルター層の形成方法を工程順に示す図である。
【0040】
図4(a)〜図4(c)は、図2(a)〜図2(c)と同様の工程が行われ、R、G、Bの各色相の色フィルター4、ブラックマスク5の形成後、図4(d)に示すように、表面側より356nmのI線UV光を0.5〜5mj(好ましくは2mj)全面露光する。その後、図4(e)に示すように、フォトマスク21により有効表示エリア外周部のブラックマスクの一部分、すなわち、液晶モジュールに組み込んだ時、バックライトが配される辺のみ、さらに356nmのI線UV光を50mj露光し、図4(e)に示すように、250℃のIRオーブンにて焼成し、最終硬化させた。最終工程の結果、有効表示エリア内のカラーフィルター層の膜厚は、2.0μmとなり、有効表示エリア外周部のバックライトが配される辺のカラーフィルター層の膜厚は、2.15μmになった。
【0041】
このカラーフィルター層3上にオーバーコート層6、表示用電極7a、配向膜8bを順に配し、他方基板2上に表示用電極7b、絶縁膜9、配向膜8bを順に配した対向側の基板を相対向させ、セルギャップコントロール用プラスチックビーズ10とセル厚保持用ガラスビーズ11を含有したエポキシ系シール剤12で貼り合わせ、STN液晶を注入封入してSTNカラー液晶表示素子を作成した。この液晶表示素子のバックライトが配される辺のカラーフィルター層の有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差は+0.15μm、バラツキは+0.1〜+0.2μmとなり、それ以外の有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差は、ほぼ+0.05μmであった。この時、液晶モジュール状態での液晶画面近傍はウォッシュアウトのない均一なものになった。さらに長時間点灯によるバックライト近傍の液晶画面の光ヌケは見られなかった。又カラーフィルター層はブラックマスクの膜硬度が上がったことで、コントラストは30:1に向上し、有効表示エリア外周部の黒の締まり具合も向上して表示品位が向上し、異物対策のためアルミナ等を含んだ全面研磨を実施することが可能となり、液晶表示素子の欠陥である白点、黒点不良も同様に激減した。
【0042】
(実施例3)
図5は、本発明を先付けブラックマスク方式でカラーフィルター層を形成したSTNカラー液晶表示素子の断面図を示す。図6(a)〜(e)はカラーフィルター層の形成方法を工程順に示す図である。
【0043】
ガラス等の透明、絶縁性材料よりなる基板1に、感光性樹脂材料よりなり初期膜厚が1.9μmのブラックフィルムを、フィルムラミネート法により基板全面に形成し、図6(a)に示すように、フォトマスク15により所定のパターンに356nmのI線UV光で50mj露光し、図6(b)に示すように、現像してブラックマスクを形成する。次に図6(c)に示すように、さらに別のフォトマスク22により有効表示エリア外周部のブラックマスク部の一部分、すなわち、液晶モジュールに組み込んだ時、バックライトが配される辺のみ、さらに356nmのI線UV光を50mj露光し、図6(d)に示すように焼成した後、図6(e)に示すようにR、G、Bの色フィルター4を各色初期膜厚2μmのフィルムを使用し、フィルムラミネート法により所定のパターンに形成し、250℃のIRオーブンにて最終硬化させた。最終工程の結果、有効表示エリア内のカラーフィルター層の膜厚は、2.0μmとなり、有効表示エリア外周部のカラーフィルター層の膜厚は、2.15μmになった。
【0044】
このカラーフィルター層3上にオーバーコート層6、表示用電極7a、配向膜8aを順に配し、他方、基板2上に表示用電極7b、絶縁膜9、配向膜8bを順に配した対向側の基板を相対向させ、セルギャップコントロール用プラスチックビーズ10とセル厚保持用ガラスビーズ11を含有したエポキシ系シール剤12で貼り合わせ、液晶を注入封止してSTNカラー液晶表示素子を作成した。
【0045】
この液晶表示素子のカラーフィルター層の有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差は+0.1μm、バラツキは+0.05〜+0.15μmとなり、液晶モジュール状態での液晶画面近傍はウォッシュアウトのない均一なものとなり、かつ有効表示エリア内の表示品位は平滑で均一なものになった。またカラーフィルター層は表面側より露光しているため、ブラックマスク膜硬度が高く、膜減りが少ないためブラックマスクの遮光率が高く、コントラス32:1に向上し、有効表示エリア外周部の黒の締まり具合も向上して表示品位が向上した。さらに異物対策のためアルミナ等を含んだ全面研磨を実施することが可能で、カラーフィルター層に起因する異物はほとんど除去され、液晶表示素子の欠陥である白点、黒点不良も同様に激減した。
【0046】
(比較例)
以下に従来技術による液晶表示素子の比較例を示す。
【0047】
(比較例1)
図7(a)は、R、G、Bの色フィルター4を含んだ有効表示エリア内のカラーフィルター層に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクが0.25μm高くなる場合で、この場合は有効表示エリアと有効表示エリア外周部の段差が大きいため、有効表示エリア外周部近傍のセル厚が厚くなり、図8の液晶画面周囲16が、液晶駆動電圧がON状態のとき、液晶分子の立ち上がりが遅く、暗くなる。また、有効表示エリアと有効表示エリア外周部の段差が大きいため、配向膜処理や、ラビング処理にて膜面の均一性が悪くなり、配向むらや、ラビングスジむら等が発生しやすくなり表示品位が低下した。
【0048】
(比較例2)
図7(b)は、R、G、Bの色フィルター4を含んだ有効表示エリア内のカラーフィルター層に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクが同一の膜厚の場合であるが、図9に示すように、バックライト17と、液晶表示素子18が近接し、バックライト17の発熱による液晶表示素子18の周辺が熱の影響を受けやすく、有効表示エリア近傍の液晶のレタデーションが変化して、この部分の液晶駆動電圧が上昇し、図10のように熱によるウォッシュアウト19が発生している。また有効表示エリア外周部のブラックマスクのOD値は2〜2.5であり、液晶駆動電圧がONの時、僅かに光抜けがあり、透けている。
【0049】
(比較例3)
図7(c)は、R、G、Bの色フィルター4を含んだ有効表示エリア内のカラーフィルター層に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクが0.2μm以上低くなる場合で、この場合は有効表示エリア外周部近傍のセル厚が薄くなり、図8のように液晶画面周辺16が、液晶駆動電圧がON状態の時、液晶分子の立ち上がりが早くなり、明るくなっている。また外周部のブラックマスクのOD値は1.5でON状態の時、黒の締まりは完全ではなく透けたような表示品位になった。
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、液晶画面外周のウォッシュアウト、特にバックライトの熱によるウォッシュアウトを改善して、良好な表示品位を提供するとともに、白点、黒点欠陥の少ない高信頼性と、高コントラストを安価な方法で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図2】実施例1のカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図3】実施例2のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図4】実施例2のカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図5】実施例3のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図6】実施例3のカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図7】比較例1〜3のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図8】比較例のカラー液晶表示素子における有効表示エリア外周部近傍の輝度ムラを示す説明図である。
【図9】液晶モジュールのバックライトと液晶表示素子の配置関係を示す説明図である。
【図10】バックライトの熱によるウォッシュアウト発生状態を示す説明図である。
【図11】本発明によるカラー液晶表示素子の有効表示エリア外周部近傍を示す説明図である。
【図12】セル厚差による電圧−輝度特性を示す図である。
【図13】熱の影響による電圧−輝度特性を示す図である。
【図14】熱ウォッシュアウトによる輝度特性とセル厚による輝度特性の合成効果を説明する図である。
【図15】露光量によるカラーフィルター層の膜厚変化を説明する図である。
【図16】従来技術のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図17】後付けブラックマスク方式によるカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図18】先付けブラックマスク方式によるカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図19】別の従来技術のカラー液晶表示素子の断面図である。
【符号の説明】
1 基板
2 基板
3 カラーフィルター層
4 R、G、Bの色フィルター
5 ブラックマスク
6 オーバーコート層
7a、7b 表示用電極
8a、8b 配向膜
9 絶縁膜
10 プラスチックビーズ
11 ガラスビーズ
12 シール材
13 液晶層
14 感光性樹脂材料
15 フォトマスク
16 液晶画面周辺
17 バックライト
18 液晶表示素子
19 ウォッシュアウト
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to improving the display quality of a liquid crystal display device, and more particularly to improving the display quality of a negative type STN liquid crystal display device having a color filter layer using a photosensitive resin material as a light-shielding filter.
[0002]
[Prior art]
FIG. 16 is a cross-sectional view of a liquid crystal display element having a color filter layer (hereinafter, referred to as a color liquid crystal display element) using a conventional photosensitive resin material for a light shielding filter. As shown in the figure, a pair of substrates 1 and 2 made of a transparent and insulating material such as glass are disposed to face each other, and a color filter layer 3, an overcoat layer 6, a display An electrode 7a and an alignment film 8a are formed in this order, and a display electrode 7b, an insulating film 9, and an alignment film 8b are formed in this order on the opposite surface of the other glass substrate 2. The display electrodes 7a and 7b are arranged in a matrix such that striped electrodes are orthogonal to each other. Then, these substrates 1 and 2 are bonded together with a sealing material 12 containing glass beads 11 arranged on the outer periphery of the effective display area via plastic beads 10 for cell gap control arranged in the effective display area, Liquid crystal is injected and sealed in the gap between the glass substrates 1 and 2 surrounded by the sealing material 12, and a liquid crystal layer 13 is formed.
[0003]
Next, a method of manufacturing the color filter layer 3 when a photosensitive resin material is used as a light-shielding filter will be described. FIG. 17 is a view showing a manufacturing method (post-attached black mask method) for forming the black mask 5 after forming the R, G, B color filters 4, and FIG. , G and B are diagrams showing a manufacturing method (pre-attached black mask method) for forming color filters 4.
[0004]
In the method for manufacturing the color filter layer 3 of the post-attached black mask method shown in FIG. 17, first, as shown in FIG. 17A, a color filter 4 of each of R, G, and B is applied to the substrate 1 by a predetermined method. After the formation, next, as shown in FIG. 17B, a photosensitive resin light-shielding material 14 containing a light-shielding material such as carbon on the entire surface is formed by a printing method, a spin coating method, or a film laminating method, and specified. UV light of a wavelength is exposed from the back surface. Thereafter, as shown in FIG. 17C, development is performed to form a black mask 5 between each of the R, G, and B color filters 4 and on the outer peripheral portion of the effective display area, as shown in FIG. 17D. And a method of baking in an oven or the like to cure by thermal polymerization.
[0005]
At this time, as disclosed in JP-A-6-273743, a black matrix layer (light-shielding property) is also provided on the seal portion in order to make the cell gap uniform, which is a problem of the STN-type liquid crystal display element, as disclosed in JP-A-6-273743. In general, a filter is provided, and the color filters 4 and the black masks 5 of the respective hues are adjusted to have the same film thickness. Further, the film thickness of the black mask was the same in both the effective display area and the outer peripheral portion of the effective display area.
[0006]
FIG. 18 shows a method of manufacturing the color filter layer 3 of the pre-attached black mask method. First, as shown in FIG. 18A, a photosensitive resin light-shielding material 14 containing a light-shielding material such as carbon is printed on the substrate 1. After being exposed by UV light of a specific wavelength from the surface using a photomask 15 and then developed to form R, G, B as shown in FIG. The black mask 5 is first formed between the color filters of each hue and on the outer peripheral portion of the effective display area. Next, as shown in FIG. 18 (c), after baking in an oven or the like to be thermally polymerized and cured, as shown in FIG. 18 (d), a manufacturing method for forming R, G, B color filters 4 It is. As a method of forming the color filter 4, a process of exposing any one of the R, G, and B color filters to UV light of a specific wavelength from the back surface and developing and developing the same is repeated between the R, G, and B black masks. There is a method of forming a B color filter, or a method of making the UV light of a specific wavelength larger than the surface between the black masks so that the edges of the R, G, and B color filters cover the black mask.
[0007]
Here, as in the case shown in FIG. 17, the black mask 5 and the R, G, B color filters 4 are generally designed to have substantially the same film thickness. In the case of the manufacturing method shown in FIG. 18, since the periphery of the R, G, and B color filters 4 partially overlaps the black mask 5, the shape of the color filters in the effective display area and the continuity of the color filters in the outer periphery of the effective display area. In general, a dot design in the effective display area is extended to the outer periphery of the effective display area to maintain uniformity (approximately ± 0).
[0008]
The thickness of the black mask was the same in both the effective display area and the outer periphery of the effective display area. However, the film thickness is reduced by thermal polymerization in the baking process of the black mask, and there is a film reduction in the brush cleaning or solvent cleaning in the next process.Thus, although the average thickness of the finished black mask can be adjusted, The in-plane variation of the black mask was as large as about ± 0.25 μm with respect to the average value. In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-252622 proposes a method for solving variations in the thickness of the black mask by performing exposure from the substrate surface in addition to exposure from the back surface of the substrate. I have.
[0009]
Further, as shown in FIG. 19, the R, G, and B color filters 4 in the effective display area and the dot pattern of the black mask 5 are continuously formed up to the vicinity of the seal on the outer peripheral portion of the effective display area, and the effective display is performed. There is a method of making the level difference between the area and the outer periphery of the effective display area uniform. In this case, since dot patterns having the same film thickness are continuously formed, the variation in the level difference between the effective display area and the outer peripheral portion of the effective display area is extremely small, and the uniformity is high, but the outer peripheral portion of the effective display area is monochromatic black. However, there is a drawback that light escapes.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
2. Description of the Related Art In recent years, with respect to liquid crystal display elements, particularly STN color liquid crystal display elements, luminance unevenness (washout) due to heat factors of a backlight light source, luminance unevenness (washout) due to sime thickness factor, and wiring resistance around a screen of the liquid crystal display element, particularly near a black frame. High display quality such as luminance unevenness (gradation) on the left and right sides of the screen due to a voltage drop, high contrast of 30 or more, luminance of 100 cd or more, response speed of 200 ms or less, and high reliability and high reliability are required. 30: 1 or more is required. Among the above-mentioned demands, there is a strong demand for uniformity of display quality near the outer periphery of the effective display area, and there is a stronger demand for improvement with respect to uneven brightness (washout) near the outer periphery of the effective display area.
[0011]
That is, in the above-described prior art, (1) when the film thickness of the black mask in the outer peripheral portion of the effective display area is smaller than the film thickness of the color filter and the black mask in the effective display area, there is a step at the boundary. The cell gap in the vicinity of the outer periphery of the effective display area becomes thin, and when the liquid crystal driving voltage is in the ON state, there is a problem that a bright white spot (washout) occurs.
[0012]
(2) When the thickness of the black mask around the effective display area is larger than the thickness of the color filter and the black mask in the effective display area, the cell gap thickness is increased due to the step at the boundary, and When the drive voltage is in the ON state, there is a problem that the vicinity of the outer peripheral portion of the effective display area becomes dark and the in-plane uniformity in the effective display area is impaired.
[0013]
Further, even in the case of (3) above (1) or (2) or when the film thickness of the color filter and the black mask in the effective display area is equal to the film thickness of the black mask in the outer periphery of the effective display area, Due to the demand for smaller and lighter liquid crystal modules, the backlight and the liquid crystal display element are increasingly designed close to each other. The heat generated by the backlight affects the periphery of the liquid crystal display element, and the periphery of the effective display area The retardation of the liquid crystal in the vicinity changes, and the liquid crystal driving voltage in this portion increases, which causes a problem that a washout due to heat occurs.
[0014]
Further, in order to improve the tightness of black (increase the OD (Optical Density) value) in the black frame portion on the outer periphery of the effective display area, it is preferable that the thickness of the black mask is thicker. In order to increase the light transmittance of the entire device and obtain a bright and vivid display quality, it is better to make the R, G, and B color filters thinner, which has a trade-off relationship. In consideration of the above, the design is made such that the film thicknesses of the black mask and the color filter are the same as described above. In other words, it is impossible to intentionally change the thickness of the black mask in the effective display area and the outer peripheral portion of the effective display area by the conventional manufacturing method, and both the improvement of the display quality and the improvement of the optical characteristics are satisfied. Could not.
[0015]
Further, in the prior art shown in FIG. 19, the degree of tightness of black near the outer periphery of the effective display area is clearly worse than when a black mask of a single black color is used.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing a liquid crystal display element of the present invention includes the steps of: adhering a liquid crystal display element via a sealing material at an outer peripheral portion of an effective display area; Further, at least one of the pair of substrates is formed with a color filter layer made of a photosensitive resin material that causes photopolymerization by absorbing light of a specific wavelength. In the method for manufacturing a liquid crystal display element, the effective display area of the color filter layer comprising the photosensitive resin material , Or a part of the effective display area and the outer periphery of the effective display area Mask and adjust the degree of exposure with light of a specific wavelength from the front side to expose. By firing The color filter layer to the effective display area, Whole area or part of it The layer thickness of , The difference in the layer thickness is determined within the effective display area and Whole or part of it It is characterized in that the thickness of the liquid crystal layer in the vicinity is adjusted to be 0.05 to 0.2 μm larger than the thickness of the central part of the effective display area.
[0019]
Here, the color filter having a hue made of a photosensitive resin material that causes photopolymerization by absorbing light having the specific wavelength is preferably a light-shielding filter.
[0020]
Further, it is preferable that the liquid crystal is an STN liquid crystal in which a twist angle of liquid crystal molecules is changed from 180 degrees to 360 degrees.
[0022]
Further, in the present invention, the effective display area of the color filter layer made of a photosensitive resin material and a portion of the outer peripheral portion of the effective display area are masked, and the exposure amount is adjusted with light of a specific wavelength from the surface side and exposed. The thickness of the color filter layer is increased in a part of the outer periphery of the effective display area with respect to the inside of the effective display area. It is preferable to adjust the amount of exposure so that the thickness of the liquid crystal layer becomes 0.05 to 0.2 μm larger than the thickness of the central portion of the effective display area.
[0023]
The operation of these configurations will be described below.
[0024]
FIG. 11 is an enlarged schematic view of the vicinity of the outer periphery of the effective display area for explaining the operation of the present invention.
[0025]
Within the effective display area, the cell thickness (thickness of the liquid crystal layer) d1 near the outer periphery of the effective display area and other than near the outer periphery of the effective display area, that is, the cell thickness d at the outer periphery of the effective display area and the center of the effective display area. Is d1> d. Here, as a method of making the cell thickness near the outer periphery of the effective display area larger than the cell thickness other than that near the outer periphery of the effective display area, various films (alignment film, display electrode, flattening layer, etc.) on the outer periphery of the effective display area are used. , Color filters, etc.), a thicker film at that portion, and changing the particle size of the spacer near the outer periphery of the effective display area. In the case of a negative liquid crystal display element, this difference in cell thickness appears as a difference in VT curve (voltage-luminance characteristic), which is a display characteristic, as shown in FIG. In FIG. 12, the horizontal axis indicates the applied voltage, the vertical axis indicates the luminance, the solid line indicates the VT curve of the normal portion, and the dotted line indicates the VT curve of the portion where the cell thickness is large. As can be seen from FIG. 12, the larger the cell thickness, the more the rise of the VT curve is delayed, and a luminance difference at the off-state voltage Voff occurs at the boundary between the cell thicknesses d1 and d. In the case of a negative liquid crystal display element, the vicinity of the outer periphery of the effective display area tends to be dark.
[0026]
Further, the aforementioned washout due to the heat of the backlight, which is an object of the present invention, is caused by the fact that the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal near the outer periphery of the effective display area is changed by the heat of the backlight. It is. FIG. 13 shows the VT curve at this time. The solid line shows the VT curve of the normal portion, and the dotted line shows the VT curve of the thermal washout portion. From this figure, the luminance at the time of off-voltage Voff is more than the design value (the center of the effective display area). It turns out that it becomes high near the outer peripheral part. Incidentally, the luminance difference at this time was about 6 cd. In particular, when the liquid crystal display element is a negative type, the display is in a dark state because light is shielded when the off-voltage is turned off, and the human eye is very sensitive to a luminance difference in the dark state. It was recognized as unevenness (experience shows that, in this dark state, human eyes would recognize as a brightness unevenness if the brightness difference exceeded 4 cd). Incidentally, at the time of Von, the light is in a bright state. In this state, the human eyes are insensitive to the luminance, and are difficult to recognize as unevenness.
[0027]
In the configuration of claim 1 of the present invention, the above two phenomena are combined, and as a result, the washout due to heat is reduced. That is, the increase in luminance due to the heat washout at the time of the off voltage Voff is offset by the decrease in luminance due to the difference in cell thickness.
[0028]
Further, as shown in the schematic diagram 14, this combined effect changes depending on the cell thickness difference (d1-d). 14, the horizontal axis indicates the cell thickness difference (d1-d), the vertical axis indicates the luminance difference, the solid line A indicates the effect of thermal washout, the solid line B indicates the luminance difference caused by the cell thickness difference, and the dotted line C Indicates the combined luminance difference. Then, in order to achieve a level (within a luminance difference of 4 cd) that is not recognized as luminance unevenness by human eyes, it is necessary to set the cell thickness difference (d1−d) to 0.05 to 0.2 μm. That is, when the cell thickness difference is smaller than 0.05 μm, the luminance difference becomes 4 cd or more, and luminance unevenness due to thermal washout is observed. If the cell thickness difference exceeds 0.2 μm, on the contrary, the vicinity of the outer periphery of the effective display area becomes dark and is observed as uneven brightness.
[0029]
Further, by using a photosensitive resin material for the black mask of the color filter layer, the thickness control of the color filter layer can be achieved by adjusting the amount of UV light. That is, in FIG. 15, the baking temperature is plotted on the horizontal axis and the film thickness is plotted on the vertical axis, and the exposure amount is adjusted to show the change in the film thickness when the exposure amount is changed from the initial film thickness. By baking, changes occur in the respective film reduction amounts. That is, when the exposure amount is increased, the change in the film thickness is small, and when the exposure amount is increased, the change in the film thickness is large. The present invention can use this relationship to control the final film thickness of the color filter.
[0030]
In addition, the hue of the color filter layer which forms the outer peripheral portion of the effective display area to be thicker is set to black (light-shielding filter). As a result, the light-shielding ratio of the (frame portion) is improved, and the sense of neatness in the outer peripheral portion of the effective display area is improved. In the effective display area, the film thickness of the other color filters (R, G, B) can be adjusted, and the light shielding property of only the peripheral portion can be improved.
[0031]
The STN-type liquid crystal display element has a large change in characteristics with respect to the difference in cell thickness. For example, if the cell thickness changes by 0.05 μm in the effective display area, the STN-type liquid crystal display element looks uneven as a light and shade difference. For this reason, the present invention utilizes this fact in reverse to improve the display quality by providing a difference of 0.05 to 0.2 μm between the cell thickness in the effective display area and the cell thickness near the outer periphery of the effective display area. It can be improved.
[0032]
Further, by masking the inside of the effective display area and irradiating UV light only from the outer peripheral portion of the effective display area from the surface, there is provided a difference in the amount of film reduction of the photosensitive resin material between the effective display area and the outer peripheral portion of the effective display area. It is possible to control the difference in film thickness at the final stage by adjusting the amount of UV light.
[0033]
Also, by masking the inside of the effective display area and a part of the outer periphery of the effective display area, and irradiating only the outer periphery of the effective display area outside the masking with UV light from the surface, the photosensitive area in the effective display area and the outer periphery of the effective display area are exposed. It is possible to provide a difference in the amount of film reduction of the conductive resin material, and it is possible to control the difference in film thickness in the final stage by adjusting the amount of UV light, and furthermore, this difference only in the outer peripheral portion of a specific effective display area. Can be provided.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.
[0035]
(Example 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of an STN color liquid crystal display device in which a color filter layer is formed by a post-black mask method according to the present invention. 2A to 2F are diagrams showing a method of forming a color filter layer in the order of steps.
[0036]
As shown in FIG. 2A, a film 1 having an initial film thickness of 2 μm for each color is used for a substrate 1 made of a transparent or insulating material such as glass. After a predetermined pattern is formed by the lamination method, as shown in FIG. 2B, the initial film thickness is 2.15 μm in consideration of making the surface side exposure amount in the outer peripheral portion of the effective display area larger than that in the effective display area. A black film 14 made of a photosensitive resin light-shielding material containing a light-shielding material such as carbon black is formed on the entire surface of the substrate by a film laminating method, and exposed to 38 mj of 356 nm I-line UV light from the back side. Thereafter, as shown in FIG. 2 (c), development is performed to form a black mask 5, and then, as shown in FIG. 2 (d), I-line UV light of 356 nm is applied from the front side to 0.5 to 5 mj ( Preferably, the entire surface is exposed. After that, as shown in FIG. 2E, only the black mask portion on the outer peripheral portion of the effective display area is exposed to 50 mj of 356 nm I-line UV light from the front side using the photomask 20, and as shown in FIG. Was baked in an IR oven at 250 ° C. and finally cured. As a result of the final step, the thickness of the color filter layer in the effective display area was 2.0 μm, and the thickness of the color filter layer in the outer peripheral portion of the effective display area was 2.15 μm.
[0037]
On the color filter layer 3, an overcoat layer 6, a display electrode 7a, and an alignment film 8a are sequentially disposed, and on the other hand, on a substrate 2, a display electrode 7b, an insulating film 9, and an alignment film 8b are sequentially disposed. The substrate is opposed to the substrate. The display electrodes 7a and 7b are arranged in a matrix such that the striped electrodes are orthogonal to each other. The plastic beads 10 for cell gap control are evenly distributed in the effective display area, and the periphery is bonded with an epoxy sealant 12 containing glass beads 11 for maintaining the cell thickness, and the twist angle is from 180 ° to 300 °. An STN color liquid crystal display element was prepared by injecting and filling an STN liquid crystal of preferably 240 ° to 260 °.
[0038]
The level difference between the effective display area of the color filter layer of the liquid crystal display element and the outer peripheral portion of the effective display area is +0.15 μm, and the variation of the level difference is +0.1 to +0.2 μm, and the vicinity of the liquid crystal screen in the liquid crystal module state is washed out. The display quality in the effective display area became smooth and uniform. Further, even when the liquid crystal module was turned on for a long time, no light leakage on the liquid crystal screen near the backlight was observed. In the color filter layer, the film hardness of the black mask has been increased, so that the light blocking ratio has been improved, the contrast has been improved to 30: 1, and the tightness of black at the outer peripheral portion of the effective display area has been improved, so that the display quality has been improved. In addition, the entire surface containing alumina or the like can be polished to prevent foreign substances, and the white spot and black spot defects, which are defects of the liquid crystal display element, have been drastically reduced.
[0039]
(Example 2)
FIG. 3 is a cross-sectional view of an STN color liquid crystal display device in which a color filter layer is formed by a post-black mask method according to the present invention. FIGS. 4A to 4F are views showing a method of forming a color filter layer in the order of steps.
[0040]
4A to 4C, the same steps as those in FIGS. 2A to 2C are performed, and the formation of the color filter 4 and the black mask 5 of each of the R, G, and B hues. Thereafter, as shown in FIG. 4D, the entire surface is exposed to I-line UV light of 356 nm from the surface side for 0.5 to 5 mj (preferably 2 mj). Thereafter, as shown in FIG. 4E, a portion of the black mask on the outer peripheral portion of the effective display area by the photomask 21, that is, only the side where the backlight is arranged when incorporated in the liquid crystal module, is further subjected to an I-line of 356 nm. The substrate was exposed to UV light at 50 mj, baked in an IR oven at 250 ° C., and finally cured as shown in FIG. As a result of the final step, the thickness of the color filter layer in the effective display area is 2.0 μm, and the thickness of the color filter layer on the side where the backlight is arranged on the outer periphery of the effective display area is 2.15 μm. Was.
[0041]
A counter substrate on which an overcoat layer 6, a display electrode 7a, and an alignment film 8b are sequentially disposed on the color filter layer 3, and a display electrode 7b, an insulating film 9, and an alignment film 8b are sequentially disposed on the substrate 2. Were adhered to each other with an epoxy sealant 12 containing cell beads 10 for controlling cell gap and glass beads 11 for maintaining cell thickness, and STN liquid crystal was injected and sealed to prepare an STN color liquid crystal display device. The level difference between the effective display area and the outer periphery of the effective display area of the color filter layer on the side where the backlight of the liquid crystal display element is arranged is +0.15 μm, and the variation is +0.1 to +0.2 μm. The level difference between the area and the outer periphery of the effective display area was approximately +0.05 μm. At this time, the vicinity of the liquid crystal screen in the liquid crystal module state was uniform without washout. Further, no light leakage on the liquid crystal screen near the backlight due to long-time lighting was observed. The contrast of the color filter layer has been improved to 30: 1 due to the increase in the film hardness of the black mask, the tightness of black at the outer peripheral portion of the effective display area has been improved, and the display quality has been improved. Thus, it is possible to carry out overall polishing including the above, and the white spot and black spot defects, which are defects of the liquid crystal display element, are also drastically reduced.
[0042]
(Example 3)
FIG. 5 is a sectional view of an STN color liquid crystal display device in which a color filter layer is formed by a black mask method according to the present invention. FIGS. 6A to 6E are diagrams showing a method of forming a color filter layer in the order of steps.
[0043]
On a substrate 1 made of a transparent or insulating material such as glass, a black film made of a photosensitive resin material and having an initial film thickness of 1.9 μm is formed on the entire surface of the substrate by a film laminating method, as shown in FIG. Next, a predetermined pattern is exposed to I-ray UV light of 356 nm by 50 mj using a photomask 15 and developed as shown in FIG. 6B to form a black mask. Next, as shown in FIG. 6C, a portion of the black mask portion on the outer peripheral portion of the effective display area by another photomask 22, that is, only the side where the backlight is arranged when incorporated in the liquid crystal module, is further added. After exposure to 50 mj of 356 nm I-ray UV light and baking as shown in FIG. 6 (d), as shown in FIG. Was formed into a predetermined pattern by a film lamination method, and finally cured in a 250 ° C. IR oven. As a result of the final step, the thickness of the color filter layer in the effective display area was 2.0 μm, and the thickness of the color filter layer in the outer peripheral portion of the effective display area was 2.15 μm.
[0044]
On the color filter layer 3, an overcoat layer 6, a display electrode 7a, and an alignment film 8a are sequentially disposed, and on the other hand, on a substrate 2, a display electrode 7b, an insulating film 9, and an alignment film 8b are sequentially disposed. The substrates were opposed to each other, bonded with an epoxy-based sealant 12 containing cell beads 10 for controlling cell gaps and glass beads 11 for maintaining cell thickness, and liquid crystal was injected and sealed to prepare an STN color liquid crystal display device.
[0045]
The level difference between the effective display area and the outer periphery of the effective display area of the color filter layer of the liquid crystal display element is +0.1 μm, and the variation is +0.05 to +0.15 μm. There is no washout near the liquid crystal screen in the liquid crystal module state. The display became uniform and the display quality in the effective display area became smooth and uniform. In addition, since the color filter layer is exposed from the front side, the black mask film hardness is high, and the film loss is small, so that the light shielding ratio of the black mask is high, and the contrast is improved to 32: 1. The degree of tightness was also improved, and the display quality was improved. Further, the entire surface containing alumina or the like can be polished to prevent foreign matter, foreign matter caused by the color filter layer is almost removed, and white spots and black spots, which are defects of the liquid crystal display element, are also drastically reduced.
[0046]
(Comparative example)
Hereinafter, a comparative example of a liquid crystal display device according to the related art will be described.
[0047]
(Comparative Example 1)
FIG. 7A shows a case where the black mask around the outer periphery of the effective display area is higher than the color filter layer in the effective display area including the R, G, and B color filters 4 by 0.25 μm. Since the step between the effective display area and the outer periphery of the effective display area is large, the cell thickness in the vicinity of the outer periphery of the effective display area becomes thicker. Slow and dark. In addition, since the step between the effective display area and the outer periphery of the effective display area is large, the uniformity of the film surface is deteriorated by the alignment film treatment or the rubbing treatment, and the alignment unevenness, the rubbing stripe unevenness, etc. are easily generated, and the display quality is reduced. Dropped.
[0048]
(Comparative Example 2)
FIG. 7B shows a case where the black mask around the effective display area has the same film thickness as the color filter layer in the effective display area including the R, G, and B color filters 4. As shown in FIG. 9, the backlight 17 and the liquid crystal display element 18 are close to each other, the periphery of the liquid crystal display element 18 due to the heat generated by the backlight 17 is easily affected by heat, and the retardation of the liquid crystal near the effective display area changes. As a result, the liquid crystal drive voltage in this portion increases, and a washout 19 due to heat occurs as shown in FIG. The OD value of the black mask on the outer peripheral portion of the effective display area is 2 to 2.5. When the liquid crystal driving voltage is ON, there is slight light leakage and the light is transparent.
[0049]
(Comparative Example 3)
FIG. 7C shows the case where the black mask at the outer peripheral portion of the effective display area is lower than the color filter layer in the effective display area including the R, G, and B color filters 4 by 0.2 μm or more. In FIG. 8, the cell thickness near the outer periphery of the effective display area is reduced, and as shown in FIG. 8, when the liquid crystal driving voltage is in the ON state, the liquid crystal molecules rise faster and are brighter. Further, when the OD value of the black mask on the outer peripheral portion was 1.5 and it was in the ON state, the display quality was such that the tightness of black was not perfect but transparent.
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to improve the washout on the outer periphery of the liquid crystal screen, particularly the washout due to the heat of the backlight, to provide good display quality, and to achieve high reliability with little white spot and black spot defects and high contrast. It can be provided in an inexpensive way.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a color liquid crystal display device of Example 1.
FIG. 2 is a diagram illustrating a method for manufacturing a color filter layer of Example 1.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a color liquid crystal display device of Example 2.
FIG. 4 is a view illustrating a method for manufacturing a color filter layer of Example 2.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a color liquid crystal display device of Example 3.
FIG. 6 is a view illustrating a method for manufacturing a color filter layer of Example 3.
FIG. 7 is a sectional view of a color liquid crystal display element of Comparative Examples 1 to 3.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating luminance unevenness near the outer periphery of an effective display area in a color liquid crystal display element of a comparative example.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an arrangement relationship between a backlight of a liquid crystal module and a liquid crystal display element.
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a state in which a washout occurs due to heat of a backlight.
FIG. 11 is an explanatory view showing the vicinity of the outer periphery of the effective display area of the color liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a voltage-luminance characteristic depending on a cell thickness difference.
FIG. 13 is a diagram showing voltage-luminance characteristics due to the influence of heat.
FIG. 14 is a diagram for explaining a combined effect of a luminance characteristic by thermal washout and a luminance characteristic by cell thickness.
FIG. 15 is a diagram illustrating a change in the thickness of a color filter layer depending on the exposure amount.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a conventional color liquid crystal display device.
FIG. 17 is a diagram illustrating a method of manufacturing a color filter layer by a post-attached black mask method.
FIG. 18 is a diagram illustrating a method of manufacturing a color filter layer by a pre-attached black mask method.
FIG. 19 is a cross-sectional view of another prior art color liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
1 substrate
2 substrate
3 Color filter layer
4 R, G, B color filters
5 Black mask
6 Overcoat layer
7a, 7b Display electrode
8a, 8b alignment film
9 Insulating film
10 Plastic beads
11 Glass beads
12 Sealing material
13 Liquid crystal layer
14 Photosensitive resin material
15 Photomask
16 LCD screen area
17 Backlight
18 Liquid crystal display device
19 Washout

Claims (1)

有効表示エリア外周部のシール材を介して貼り合わせ、一対の基板間に液晶を充填し、さらに、上記一対の基板の少なくとも一方には、特定の波長の光を吸収することで光重合を起こす感光性樹脂材料を用いてなるカラーフィルター層が形成されてなる液晶表示素子の製造方法において、
上記感光性樹脂材料よりなるカラーフィルター層の有効表示エリア、または、有効表示エリア内及び有効表示エリア外周部の一部分をマスキングし、表面側より特定波長の光で露光度を調整して露光し、焼成することで、カラーフィルター層を有効表示エリアに対し、有効表示エリア外周部全域もしくはその一部の層厚を大きくし、かつその層厚の差を、有効表示エリア内であって有効表示エリア外周部全域もしくはその一部の近傍の液晶層の厚みが、有効表示エリア中央部の厚みより0.05〜0.2μm大きくなるように調整することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
Attached via a sealant on the outer periphery of the effective display area, filled with liquid crystal between the pair of substrates, and at least one of the pair of substrates absorbs light of a specific wavelength to cause photopolymerization. In a method of manufacturing a liquid crystal display element formed with a color filter layer using a photosensitive resin material ,
Effective display area of the color filter layer made of the photosensitive resin material , or, in the effective display area and a portion of the outer peripheral portion of the effective display area , masking, exposure to light with a specific wavelength from the surface side to adjust the exposure , by firing, to the effective display area of the color filter layer, by increasing the thickness of the effective display area outer periphery whole or part thereof, and the difference in thickness, the effective display a effective display area A method for manufacturing a liquid crystal display element, wherein the thickness of a liquid crystal layer near the entire outer peripheral area or a part thereof is adjusted to be 0.05 to 0.2 μm larger than the thickness of a central part of the effective display area.
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