JP4050623B2 - モノクロ液晶表示装置用基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノクロ液晶表示装置に用いるモノクロ液晶表示装置用基板に関し、特に詳しくは、表示特性の低下を防止するモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶表示装置は、モノクロ型及びカラー型のいずれを問わず、多方面で、情報の表示手段として活用されている。
【０００３】
例えば、モノクロ液晶表示装置は、基板と、上記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、上記ブラックマトリクスを保護し、基板表面の平坦性を確保するために設けられる保護層とを有するモノクロ表示装置用基板、上記モノクロ表示装置用基板に対向する対向基板およびこれらモノクロ表示装置用基板および対向基板に狭持された液晶層を少なくとも有する構造とされている。
【０００４】
そして、近年モノクロ液晶表示装置用基板と対向基板との間隙を一定に保つための間隙材（スペーサ）として、従来用いられてきたプラスチックビーズに代わり、柱状のスペーサが用いるようになってきている。すなわち、プラスチックビーズ周辺の光漏れによるコントラストの低下、および散布むらに起因する表示むらを解消するために、いずれかの基板側に柱状のスペーサを形成し、このスペーサにより２枚の基板の間隙を一定に保つことが行なわれている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、液晶表示装置の表示領域および表示領域外では柱状スペーサ自体の高さにばらつきが生じることを防止するために、一層からなる大径スペーサと２層以上からなる小径スペーサとからなる柱状スペーサを用いた技術が開示されている。さらに、特許文献２には、液晶表示装置の組み立て時における高温高圧下の影響から柱状スペーサが変化することを防止するために、柱状スペーサを、高温高圧化での変形量の小さい低変形部と、低温での液晶の収縮に追従可能な高弾性部とからなる２層構造とし、柱状スペーサの形状を一定に保つ技術が開示されている。また、特許文献３には、柱状スペーサを所定の位置から１〜４μｍの範囲内で突出させ、２枚の基板の間隙を一定に保持する技術が開示されている。
【０００６】
このような柱状スペーサを用いた場合の従来のモノクロ液晶表示用基板の一例は、図２に示すように、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１上に、画素間を区切るブラックマトリクス２がパターン状に形成されている。このようなブラックマトリクス２は、表示領域である画素部Ａに位置する部分において、表示領域の開口率を低下させないために、その線幅が狭く形成されている。一方、表示領域外である外周部Ｂに形成されているブラックマトリクス２は、バックライト等の光源からの光を効果的に遮蔽するため、線幅が広く形成されている。
【０００７】
さらに、ブラックマトリクス２等の部材を保護し、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１表面に平坦性を付与するため、ブラックマトリクス２表面を被覆するように、保護層３が形成されている。このような保護層３において、画素部Ａおよび外周部Ｂでは、膜厚に差が生じる。これは、画素部Ａに位置するブラックマトリクス２は線幅が狭く形成されているために、その上面に保護層３が積層しにくく、積層される保護層３の膜厚は薄くなる傾向にあるからであり、一方、外周部Ｂに設けられているブラックマトリクス２は十分な線幅を有して形成されているため、保護層３の膜厚は画素部Ａのものと比較し厚くなるからである。このような保護層３上に、柱状スペーサ４を形成すると、上述した保護層３自体の膜厚の差により、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１の表面から柱状スペーサ４の上端面までの高さは、外周部Ｂの方が画素部Ａより高くなる。このような状態でモノクロ液晶表示層用基板上に柱状スペーサ４を介して対向基板５を配置させると、対向基板５にゆがみが発生する。このようなゆがみは、対向基板５の周辺部分から光が漏れるといった不都合を引き起こし、これにより画面周辺が明るくなるといった問題が生じる。
【０００８】
このような従来のモノクロ液晶表示装置用基板における問題点を解決するため、柱状スペーサを形成する際に、画素部および外周部で別々に柱状スペーサを形成する方法が考えられているが、各々の柱状スペーサを形成する際の影響から精度良く高さを調整することが難しく、また、柱状スペーサを形成する塗工液を塗布する際に膜厚ムラが生じやすいため、そのような影響から個々の柱状スペーサに膜厚ムラが発生する等により、各柱状スペーサを精度良く形成することは困難であった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１０９３６６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４８４２６号公報
【特許文献３】
特開平１１−２７１７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、モノクロ液晶表示装置用基板および対向基板の間隙の均一性に優れ、明度にムラがなく良好な画質の表示が達成できるモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法を提供することを主目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載するように、基板上にブラックマトリクスをパターン状に形成する工程と、
上記パターン状に形成されたブラックマトリクスを有する基板上に、保護層をブラックマトリクスを覆うように成膜する工程と、
上記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に、上記基板と対向する基板との間隙を調整する柱状スペーサを、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部の周囲に位置する外周部に先に形成し、その後、上記画素部に形成する工程と、
を有することを特徴とするモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法を提供する。
【００１２】
本発明においては、まず先に外周部に柱状スペーサを形成し、その後に画素部に柱状スペーサを形成しているので、画素部に位置する柱状スペーサには、外周部に柱状スペーサを形成する際の影響が及ばず、特に精密な高さの調整が要求される画素部の柱状スペーサにおいて、このような要求を十分に達成することが可能である。また、外周部に柱状スペーサを形成する際、柱状スペーサを形成する塗工液の濡れ広がりを阻害する要因、例えば画素部に位置する柱状スペーサ等が基板上にないため、膜厚ムラ等が生じるおそれが少ない。また、画素部および外周部で別個に柱状スペーサを形成するため、ブラックマトリクス上の保護層の画素部および外周部における膜厚の差に応じて各部分に要求される高さに各柱状スペーサを容易に形成することが可能である。従って、このような製造方法により製造されたモノクロ液晶表示装置用基板では、柱状スペーサの上端面に良好な高さの均一性が得られるため、柱状スペーサを介してモノクロ液晶表示装置用基板上に配置される対向基板において、外周部に向って２枚の基板間の間隙が広がるようにゆがむおそれがなく、対向基板の周辺から光が漏れるといった不都合が生じにくくなる。これにより、表示画面の周辺部分が明るくなるといった問題を解決することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法について、図面を用いて具体的に説明する。
【００１４】
図１は、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法の一例を示した工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、モノクロ液晶装置用基板の基板１上に、画素間を区分するブラックマトリクス２をパターン状に形成する。この際、ブラックマトリクス２は、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部Ａと表示領域外である外周部Ｂとでは、線幅が異なるように形成される。具体的に画素部Ａでは、表示領域の開口率の低下を防止するために線幅を狭く形成し、一方、外周部Ｂでは、光源からの光を遮蔽するために、線幅を広く形成する。
【００１５】
次に、このようなブラックマトリクス２が形成されているモノクロ液晶表示装置用基板の基板１上に、ブラックマトリクス２等の部材を保護し、基板１表面に平坦性を付与するために、図１（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス２表面を覆うように保護層３を形成する。このような保護層３においては、ブラックマトリクスの画素部Ａと外周部Ｂとにおける線幅の違いを要因としてその膜厚に差が生じる。すなわち、画素部Ａでは、ブラックマトリクス２の線幅が狭いため、そのようなブラックマトリクス２上面に積層される保護層３の膜厚は薄くなる傾向にある。一方、外周部Ｂでは、ブラックマトリクス２は、保護層３が積層されるのに十分な線幅を有して形成されているため、その上面に積層される保護層３の膜厚は画素部Ａにおける保護層３のそれよりも厚くなる。
【００１６】
このような保護層３においてブラックマトリクス２が形成されている領域上であって、図１（ｃ）に示すように、外周部Ｂに外周スペーサ４ｂを形成する。次に、図１（ｄ）に示すように、画素部Ａであって保護層３のうちブラックマトリクス２が形成されている領域上に画素スペーサ４ａを形成する。このように、外周スペーサ４ｂを先に形成し、その後画素スペーサ４ａを形成しているので、外周スペーサ４ｂを形成する際には、外周スペーサ４ｂを形成する塗工液の濡れ広がりが画素スペーサ４ａにより阻害されることがなく、塗工液を均一な膜厚で塗布することができる。また、画素スペーサ４ａを形成する際には、外周スペーサ４ｂは既に形成されているため、外周スペーサ４ｂを形成する際の影響が画素スペーサ４ａに及ぶことがなく、より精密な高さ等の調整が可能である。また、外周スペーサ４ｂおよび画素スペーサ４ａを別々に形成するため、ブラックマトリクス２上に積層されている保護層３の画素部Ａおよび外周部Ｂにおける膜厚の差に応じて、各々の柱状スペーサ４ａ、４ｂの高さの調整が別個に可能である。すなわち、ブラックマトリクス２上に積層されている保護層３の膜厚は画素部Ａで薄くなるため、画素スペーサ４ａ自体の高さを外周スペーサ４ｂ自体の高さよりも高くすることにより、最終的に得られるモノクロ液晶表示装置用基板において上述した保護層３の膜厚の差による影響が回避される。これにより本発明のモノクロ液晶表示装置用基板が製造される。
【００１７】
そして、図１（ｅ）に示すように、このような柱状スペーサ４ａ、４ｂを介して、モノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板５を配置する。本発明においては、柱状スペーサ４ａ、４ｂの上端面の高さが良好な均一性を保つように形成されているため、このような柱状スペーサ４ａ、４ｂを介して配置された対向基板５に不都合なゆがみが生じることがない。これにより、光源からの光が対向基板５周辺等から漏れることが防止されるため、表示画面の周辺が不自然に明るくなるといった問題を解決することができる。
【００１８】
なお、ここでいう「画素部」とは、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板を用いてモノクロ液晶表示装置とした際に、実際にモノクロ表示が行われる表示領域となる部分を意味する。さらに、「外周部」とは、当該画素部の周囲に位置し、前述した表示領域外に該当する部分を意味する。
【００１９】
また、ここでいう、「画素スペーサ」とは、前述の画素部に位置する柱状スペーサを意味し、「外周スペーサ」とは、前述の画素部の周辺に位置する外周部に形成された柱状スペーサを意味している。以下、画素部に位置する柱状スペーサを画素スペーサとし、外周部に位置する柱状スペーサを外周スペーサと表現する場合がある。
【００２０】
このような利点を有する本発明のモノクロ表示装置用基板の製造方法について各工程に分けて以下詳細に説明する。
【００２１】
１．ブラックマトリクス形成工程
本発明におけるブラックマトリクス形成工程とは、モノクロ液晶表示装置用基板の基板上にブラックマトリクスをパターン状に形成する工程である。この際、上述したように、画素部および外周部では線幅に差を設けて形成する。具体的には、図１（ａ）に示すように、画素部Ａでは、表示領域の開口率の低下を防止するために線幅を狭く形成し、一方、外周部Ｂでは、光源からの光を遮蔽するために、線幅を広く形成する。
【００２２】
このような本工程を構成する各部材について説明する。
【００２３】
（１）ブラックマトリクス
本発明において用いられるブラックマトリックスとは、液晶分子の配向に応じてモノクロ表示が行われる画素を区分するために設けられるものである。このようなブラックマトリックスを製造する方法は、特に限定されるものではなく、例えばスパッタリング法、真空蒸着法等により、厚み１０００Å〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングすることにより形成する方法等を挙げることができる。
【００２４】
このようなブラックマトリクスにおいて画素部では、表示領域の開口率を高めるために線幅を狭く形成する。一方、外周部では、バックライト等の光源からの光を効果的に遮蔽するため、画素部のブラックマトリクスよりも幅広に設けられる。具体的に画素部に設けられるブラックマトリクスの線幅は、一般的に、６μｍ〜２０μｍの範囲内であり、一方、外周部におけるブラックマトリクスの線幅は、２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内である。
【００２５】
また、上記ブラックマトリックスとしては、樹脂バインダ中にカーボン微粒子、金属酸化物、無機顔料、有機顔料等の遮光性粒子を含有させてもよく、用いられる樹脂バインダとしては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ゼラチン、カゼイン、セルロース等の樹脂を１種または２種以上混合したものや、感光性樹脂、さらにはＯ／Ｗエマルジョン型の樹脂組成物、例えば、反応性シリコーンをエマルジョン化したもの等を用いることができる。このような樹脂性ブラックマトリックスのパターニングの方法は、フォトリソ法、印刷法等一般的に用いられている方法を用いることができる。
【００２６】
（２）モノクロ液晶表示装置用基板の基板
本発明におけるモノクロ液晶表示装置用基板の基板は、他の構成部材を実装するためのものであり、これらの基板としては、例えばガラス基板、ガラスフィルム、合成樹脂基板、合成樹脂フィルム等を用いることができ、透光性に優れたものであることが好ましい。
【００２７】
２．保護層形成工程
本発明における保護層形成工程とは、前工程によりパターン状に形成されたブラックマトリクスを有するモノクロ液晶表示装置用基板の基板上に、ブラックマトリクスを覆うように保護層を成膜する工程である。このような本工程においては、例えば、図１（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス２の画素部Ａおよび外周部Ｂにおける線幅の違いから、画素部Ａよりも外周部Ｂのほうがブラックマトリクス２上に積層された保護層３の膜厚は厚くなる。以下、本工程により成膜される保護層について説明する。
【００２８】
（保護層）
本発明における保護層とは、上述したブラックマトリクス等が形成された基板において、これらの部材を保護し、かつモノクロ液晶表示装置用基板の基板表面に平坦性を付与するために設けられるものである。
【００２９】
このような保護層を形成する材料としては、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、および、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、sec−ブチルアクリレート、sec−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、tert−ブチルアクリレート、tert−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマーまたはコポリマー等を１種若しくは２種以上含む感光性樹脂組成物が挙げられる。その中でも、保護層として要求される平坦性の観点からアクリル樹脂を用いた感光性樹脂組成物であることが好ましい。
【００３０】
また、保護層の膜厚としては、基板上に平坦性を付与することが可能な膜厚であれば特に限定はされないが、具体的には、０．３μｍ〜１０μｍの範囲内、その中でも、０．７μｍ〜２μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３１】
このような保護層を形成する方法としては、公知の塗布方法により形成することが可能でありスピンコーティング法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法等の塗布方法を挙げることができる。
【００３２】
なお、ブラックマトリクス上に積層された保護層の画素部および外周部における膜厚の差は、実際に形成されたブラックマトリクスの両方の部分における線幅の違いや、保護層を形成する材料によって異なるものであるため一概に規定することは困難であるが、一般的には、０μｍ〜０．５μｍの範囲内であることが多い。
【００３３】
３．柱状スペーサ形成工程
次に、柱状スペーサ形成工程について説明する。本発明における柱状スペーサ形成工程とは、保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に、モノクロ液晶表示装置用基板と対向する基板との間隙を調整する柱状スペーサを、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部の周囲に位置する外周部に先に形成し、その後、前記画素部に形成する工程である。具体的には、図１（ｃ）に示すように、保護層３のうちブラックマトリクス２が形成されている領域上であって、かつ、外周部Ｂに外周スペーサ４ｂを形成する。次に、図１（ｄ）に示すように、保護層３のうちブラックマトリクス２が形成されている領域上であって、かつ画素部Ａに画素スペーサ４ａを形成する工程である。
【００３４】
このように柱状スペーサを外周部に先に形成し、次いで画素部に分けて形成しているので、各々の柱状スペーサを精度良く形成することができる。これは以下の理由による。
【００３５】
例えば、画素部に位置する柱状スペーサである画素スペーサを先に形成した場合には、外周部に位置する柱状スペーサである外周スペーサを形成する際、外周部よりも広い範囲を占有する画素部に既に画素スペーサが形成されているので、このような基板上に外周スペーサを形成する塗工液を塗布すると、画素スペーサが阻害要因となり、均一な膜厚に濡れ広がらず膜厚ムラが生じる可能性が大きい。これにより個々の外周スペーサに膜厚ムラが発生することとなるのである。また、塗工液の塗布方法によっては、放射状に筋状の膜厚ムラが生じることがあるが、例えば、このような塗布方法を用い、画素スペーサを先に形成すると、外周部に筋状の膜厚ムラが生じ、そのような影響が外周スペーサを形成する際に及ぶおそれがある。さらに、画素スペーサを先に形成すると、画素スペーサは２度の焼成工程、すなわち、画素スペーサ自体を形成する工程および外周スペーサを形成する工程を経ることとなる。従って、画素スペーサを形成する際に、後の外周スペーサを形成する際の影響を考慮しなければならず、特に緻密な高さの調整が要求される画素部においては、このような要求を十分に満たすことは困難である。
【００３６】
このような観点から、柱状スペーサを外周部から形成することにより、精度良く各々の柱状スペーサを形成することができるのである。以下、本発明における柱状スペーサについて詳細に説明する。
【００３７】
（柱状スペーサ）
本発明における柱状スペーサとは、内部に液晶層を挟持する２枚の基板間に配され、当該２枚の基板間の間隙を一定に保持するために設けられるものである。本発明においては、このような柱状スペーサを外周部に先に形成した後、画素部に形成することにより、柱状スペーサを画素部および外周部において精度良く高さの異なる２種類の柱状スペーサを形成することができる。
【００３８】
このような柱状スペーサを形成する方法としては、ブラックマトリクスが形成されている保護層の領域上であって、画素部および外周部に各々精度良くパターン状に形成することが可能な方法であれば特に限定はされない。具体的には、フォトリソグラフィー法等を挙げることができる。例えば、感光性樹脂により柱状スペーサを形成する場合には、所定のパターンに形成されているマスクを介して紫外線を露光し、現像を行い、さらに硬化させることにより柱状スペーサをパターニングすることができる。このような工程を２回繰り返すことにより先に外周スペーサを形成でき、その後、画素スペーサを形成することができる。
【００３９】
また、上述した形成方法により柱状スペーサを形成する際に、柱状スペーサを形成する塗工液を塗布する方法としては公知の塗布方法を挙げることができる。具体的には、スピンコーティング法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法等である。例えば、このような塗布方法としてスピンコーティング法により塗布する場合には、塗工液を中心部分から周辺部分へと塗り広げるため、放射状に筋状の膜厚ムラが生じる場合がある。この場合、柱状スペーサを画素部から形成すると、このような膜厚ムラによる影響が外周スペーサを形成する際に及ぶ場合があり、外周スペーサに膜厚ムラを生じさせる要因となる。しかしながら、本発明においては、外周部から先に柱状スペーサを形成するため、このような心配がなく、精度良く各柱状スペーサを形成することができる。
【００４０】
上述したように本工程においては、柱状スペーサを外周部から先に形成するため、外周スペーサは、２度の焼成工程を経ることとなる。すなわち、外周スペーサ自体を硬化させる際と、画素スペーサを硬化させる際である。従って、外周スペーサを形成する際には、このような２度の焼成工程による影響を考慮に入れ、塗布量を調整することが好ましい。例えば、焼成による柱状スペーサの収縮率等を挙げることができる。具体的に柱状スペーサの収縮率としては、用いる材料により異なるため、一概に規定することは困難であるが、一般的な柱状スペーサに用いる材料を基準に規定すると、柱状スペーサの収縮率は９０％〜９８％の範囲内にあることが多い。このような収縮率等を考慮に入れ、外周スペーサの膜厚を調整することにより、より精度良く外周部に柱状スペーサを形成することができる。
【００４１】
一方、画素スペーサは外周スペーサの後に形成することから、外周スペーサと異なり２度の焼成工程等を経ることがない。従って、精度の高い高さの調整が要求される画素スペーサを外周スペーサの後に形成することにより、外周スペーサを形成する際の影響が画素スペーサに及ばず、画素スペーサの高さ調整が容易となる。
【００４２】
また画素スペーサおよび外周スペーサの各々の高さの関係は、画素スペーサの高さが外周スペーサの高さよりも、配置された際に２つの基板間に上述したようなゆがみが生じない程度に高ければ特に限定はされない。ブラックマトリクスの画素部および外周部における線幅の違いから、ブラックマトリクス上に積層された保護層の膜厚は外周部よりも画素部の方が薄く形成されるからであり、画素スペーサの高さを外周スペーサの高さよりも高くすることによりそのような保護層の膜厚の差を、柱状スペーサにより是正することができるからである。
【００４３】
具体的に画素スペーサおよび外周スペーサの高さの差は、ブラックマトリクス上に積層された保護層の画素部と外周部とにおける膜厚の差に応じて調整される。例えば、保護層が成膜された段階で、このような保護層の膜厚の差を計測し、またはシュミレーション等することにより、予めモノクロ液晶表示装置用基板の状態を把握し、その状態に応じて画素スペーサおよび外周スペーサの高さの差を調節する。従って、画素スペーサおよび外周スペーサの高さの差を一概に規定することは困難であるが、一般的に生じ得る保護層の膜厚の差をもとに規定すると、画素スペーサ自体の高さが外周スペーサ自体の高さよりも、０．５μｍ〜１．３μｍの範囲内で高いことが好ましく、その中でも０．７μｍ〜１．１μｍの範囲内で高く形成されていることが好ましい。
【００４４】
また、モノクロ液晶表示装置用基板の基板表面から画素スペーサ上面までの高さを、同様の基板表面から外周スペーサ上面までの高さよりも０μｍ〜０．８μｍの範囲内、その中でも０．２μｍ〜０．６μｍの範囲内で高くすることが好ましい。モノクロ液晶表示装置用基板の表面における画素部および外周部の高さの差を上記範囲内となるように、画素スペーサ自体の高さを上記範囲内で、外周スペーサよりも高く形成することにより、対向基板に不都合なゆがみを発生させることなく、２枚の基板を十分に均一な間隙を保持して配置させることができるからである。
【００４５】
また、画素スペーサ自体の高さは、一般的なモノクロ液晶表示装置において用いられている高さであれば特に限定はされず、具体的には、２．５μｍ〜５．５μｍの範囲内であることが好ましい。
【００４６】
さらに、本発明における柱状スペーサの形状としては、２枚の基板間の間隙を一定に保つことを可能とする形状であれば特に限定はされない。具体的には、円柱形状、角柱形状または截頭錐体形状等を挙げることができる。また、このような柱状スペーサを形成する材料としては、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、および、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、sec−ブチルアクリレート、sec−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、tert−ブチルアクリレート、tert−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマーまたはコポリマー等の樹脂を１種または２種以上混合したものを挙げることができる。その中でも、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を用いた感光性樹脂組成物であることが好ましい。塑性変形量が少なく２枚の基板間の間隙を一定に保つ機能に優れているからである。
【００４７】
４．その他
上述した各工程により、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板が製造される。その後、このようなモノクロ液胞表示装置用基板上に柱状スペーサを介して対向基板を配置し、モノクロ液晶表示装置を得る。
【００４８】
このような本発明により製造されたモノクロ液晶表示装置用基板が用いられるモノクロ液晶表示装置としては、公知の液晶表示装置であれば特に限定はされない。具体的には、ＩＰＳ（In-Plane Switching）型、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型、強誘電性型、反強誘電性型等を挙げることができる。本発明においては、その中でもＩＰＳ型のモノクロ液晶表示装置であることが好ましい。ＩＰＳ型は、特に２枚の基板間の間隙において高精度な調整が要求されるものであり、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の効果を十分に活かすことができるからである。
【００４９】
このようなモノクロ液晶表示装置の用途としては、モノクロ表示が好適に選択される液晶表示装置が考えられ、例えば、レントゲン等の医療画像読影用等が挙げられる。
【００５０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５１】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに説明する。
【００５２】
［実施例］
カラーフィルタ用の基板として３００ｍｍ×４００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製1737ガラス）を準備した。この基板を定法に従って洗浄した後、基板の片側に下記組成のブラックマトリクス用組成物を塗布し、所定のマスクを介して露光後、現像、焼成を行いブラックマトリクスを形成した。
【００５３】
次に、ブラックマトリクスを覆うように、保護層用組成物を塗布し、所定のマスクを介して露光後、現像、焼成を行い保護層を形成した。
【００５４】
次に、ブラックマトリクス、保護層が形成されている面に柱状スペーサ用感光材料を塗布した。外周スペーサのみを形成可能となるように形成されたマスクを介して露光後、現像、焼成を行い、外周部に位置するブラックマトリクスが形成されている保護層上に外周スペーサを形成した。
【００５５】
続いてブラックマトリクス、保護層、外周スペーサが形成されている面に柱状スペーサ用感光材料を塗布した。画素スペーサのみを形成可能となるように形成されたマスクを介して露光後、現像、焼成を行い、画素部に位置するブラックマトリクスが形成されている保護層上に画素スペーサを形成した。
【００５６】
この時の基板表面から画素スペーサ上面までの高さは、外周スペーサ上面までの高さより０．７μｍ高かった。
【００５７】
このように形成された基板上に配置される対向基板において、外周部に向って２枚の基板間の間隙が広がるようにゆがむおそれがなく、対向基板の周辺から光が漏れるといった不都合が生じにくくなる。これにより、表示画面の周辺部分が明るくなるといった問題を解決することができた。
【００５８】
［比較例］
カラーフィルタ用の基板として３００ｍｍ×４００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製1737ガラス）を準備した。この基板を定法に従って洗浄した後、基板の片側に下記組成のブラックマトリクス組成物を塗布し、所定のマスクを介して露光後、現像、焼成を行いブラックマトリクスを形成した。
【００５９】
次に、ブラックマトリクスを覆うように、保護層用組成物を塗布し、所定のマスクを介して露光後、現像、焼成を行い保護層を形成した。
【００６０】
次に、ブラックマトリクス、保護層が形成されている面に柱状スペーサ用感光材料を塗布した。画素スペーサのみを形成可能となるように形成されたマスクを介して露光後、現像、焼成を行い、画素部に位置するブラックマトリクスが形成されている保護層上に画素スペーサを形成した。
【００６１】
続いてブラックマトリクス、保護層、画素スペーサが形成されている面に柱状スペーサ用感光材料を塗布した。画素部内の画素スペーサが阻害要因となって放射状のムラが生じた。この塗膜に外周スペーサのみを形成可能となるように形成されたマスクを介して露光後、現像、焼成を行い外周部に位置するブラックマトリクスが形成されている保護層上に外周スペーサを形成した。
【００６２】
外周スペーサには高さのばらつきがあった。また、画素スペーサについても２度の焼成工程を経ているため高さの均一性が低下した。
【００６３】
この時の基板表面から画素スペーサ上面までの高さは、外周スペーサ上面までの高さより０．７μｍ高かった。
【００６４】
このように形成された基板上に配置される対向基板において、外周部に向って２枚の基板間の間隙が広がるようにゆがむおそれはなくなったが、画素部内でのギャップ不良が見られた。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、まず先に外周部に柱状スペーサを形成し、その後に画素部に柱状スペーサを形成しているので、画素部に位置する柱状スペーサには、外周部に柱状スペーサを形成する際の影響が及ばず、特に精密な高さの調整が要求される画素部の柱状スペーサにおいて、このような要求を十分に達成することが可能である。また、外周部に柱状スペーサを形成する際、柱状スペーサを形成する塗工液の濡れ広がりを阻害する要因、例えば画素部に位置する柱状スペーサ等が基板上にないため、膜厚ムラ等が生じるおそれが少ない。また、画素部および外周部で別個に柱状スペーサを形成するため、ブラックマトリクス上の保護層の画素部および外周部における膜厚の差に応じて各部分に要求される高さに各柱状スペーサを容易に形成することが可能である。従って、このような製造方法により製造されたモノクロ液晶表示装置用基板では、柱状スペーサの上端面に良好な高さの均一性が得られるため、柱状スペーサを介してモノクロ液晶表示装置用基板上に配置される対向基板において、外周部に向って２枚の基板間の間隙が広がるようにゆがむおそれがなく、対向基板の周辺から光が漏れるといった不都合が生じにくくなる。これにより、表示画面の周辺部分が明るくなるといった問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】従来のモノクロ液晶表示装置用基板の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ … 基板
２ … ブラックマトリクス
３ … 保護層
４ａ … 画素スペーサ
４ｂ … 外周スペーサ
５ … 対向基板
Ａ … 画素部
Ｂ … 外周部
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノクロ液晶表示装置に用いるモノクロ液晶表示装置用基板に関し、特に詳しくは、表示特性の低下を防止するモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶表示装置は、モノクロ型及びカラー型のいずれを問わず、多方面で、情報の表示手段として活用されている。
【０００３】
例えば、モノクロ液晶表示装置は、基板と、上記基板上にパターン状に形成されたブラックマトリクスと、上記ブラックマトリクスを保護し、基板表面の平坦性を確保するために設けられる保護層とを有するモノクロ表示装置用基板、上記モノクロ表示装置用基板に対向する対向基板およびこれらモノクロ表示装置用基板および対向基板に狭持された液晶層を少なくとも有する構造とされている。
【０００４】
そして、近年モノクロ液晶表示装置用基板と対向基板との間隙を一定に保つための間隙材（スペーサ）として、従来用いられてきたプラスチックビーズに代わり、柱状のスペーサが用いるようになってきている。すなわち、プラスチックビーズ周辺の光漏れによるコントラストの低下、および散布むらに起因する表示むらを解消するために、いずれかの基板側に柱状のスペーサを形成し、このスペーサにより２枚の基板の間隙を一定に保つことが行なわれている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、液晶表示装置の表示領域および表示領域外では柱状スペーサ自体の高さにばらつきが生じることを防止するために、一層からなる大径スペーサと２層以上からなる小径スペーサとからなる柱状スペーサを用いた技術が開示されている。さらに、特許文献２には、液晶表示装置の組み立て時における高温高圧下の影響から柱状スペーサが変化することを防止するために、柱状スペーサを、高温高圧化での変形量の小さい低変形部と、低温での液晶の収縮に追従可能な高弾性部とからなる２層構造とし、柱状スペーサの形状を一定に保つ技術が開示されている。また、特許文献３には、柱状スペーサを所定の位置から１〜４μｍの範囲内で突出させ、２枚の基板の間隙を一定に保持する技術が開示されている。
【０００６】
このような柱状スペーサを用いた場合の従来のモノクロ液晶表示用基板の一例は、図２に示すように、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１上に、画素間を区切るブラックマトリクス２がパターン状に形成されている。このようなブラックマトリクス２は、表示領域である画素部Ａに位置する部分において、表示領域の開口率を低下させないために、その線幅が狭く形成されている。一方、表示領域外である外周部Ｂに形成されているブラックマトリクス２は、バックライト等の光源からの光を効果的に遮蔽するため、線幅が広く形成されている。
【０００７】
さらに、ブラックマトリクス２等の部材を保護し、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１表面に平坦性を付与するため、ブラックマトリクス２表面を被覆するように、保護層３が形成されている。このような保護層３において、画素部Ａおよび外周部Ｂでは、膜厚に差が生じる。これは、画素部Ａに位置するブラックマトリクス２は線幅が狭く形成されているために、その上面に保護層３が積層しにくく、積層される保護層３の膜厚は薄くなる傾向にあるからであり、一方、外周部Ｂに設けられているブラックマトリクス２は十分な線幅を有して形成されているため、保護層３の膜厚は画素部Ａのものと比較し厚くなるからである。このような保護層３上に、柱状スペーサ４を形成すると、上述した保護層３自体の膜厚の差により、モノクロ液晶表示装置用基板の基板１の表面から柱状スペーサ４の上端面までの高さは、外周部Ｂの方が画素部Ａより高くなる。このような状態でモノクロ液晶表示層用基板上に柱状スペーサ４を介して対向基板５を配置させると、対向基板５にゆがみが発生する。このようなゆがみは、対向基板５の周辺部分から光が漏れるといった不都合を引き起こし、これにより画面周辺が明るくなるといった問題が生じる。
【０００８】
このような従来のモノクロ液晶表示装置用基板における問題点を解決するため、柱状スペーサを形成する際に、画素部および外周部で別々に柱状スペーサを形成する方法が考えられているが、各々の柱状スペーサを形成する際の影響から精度良く高さを調整することが難しく、また、柱状スペーサを形成する塗工液を塗布する際に膜厚ムラが生じやすいため、そのような影響から個々の柱状スペーサに膜厚ムラが発生する等により、各柱状スペーサを精度良く形成することは困難であった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１０９３６６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４８４２６号公報
【特許文献３】
特開平１１−２７１７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、モノクロ液晶表示装置用基板および対向基板の間隙の均一性に優れ、明度にムラがなく良好な画質の表示が達成できるモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法を提供することを主目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載するように、基板上にブラックマトリクスをパターン状に形成する工程と、
上記パターン状に形成されたブラックマトリクスを有する基板上に、保護層をブラックマトリクスを覆うように成膜する工程と、
上記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に、上記基板と対向する基板との間隙を調整する柱状スペーサを、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部の周囲に位置する外周部に先に形成し、その後、上記画素部に形成する工程と、
を有することを特徴とするモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法を提供する。
【００１２】
本発明においては、まず先に外周部に柱状スペーサを形成し、その後に画素部に柱状スペーサを形成しているので、画素部に位置する柱状スペーサには、外周部に柱状スペーサを形成する際の影響が及ばず、特に精密な高さの調整が要求される画素部の柱状スペーサにおいて、このような要求を十分に達成することが可能である。また、外周部に柱状スペーサを形成する際、柱状スペーサを形成する塗工液の濡れ広がりを阻害する要因、例えば画素部に位置する柱状スペーサ等が基板上にないため、膜厚ムラ等が生じるおそれが少ない。また、画素部および外周部で別個に柱状スペーサを形成するため、ブラックマトリクス上の保護層の画素部および外周部における膜厚の差に応じて各部分に要求される高さに各柱状スペーサを容易に形成することが可能である。従って、このような製造方法により製造されたモノクロ液晶表示装置用基板では、柱状スペーサの上端面に良好な高さの均一性が得られるため、柱状スペーサを介してモノクロ液晶表示装置用基板上に配置される対向基板において、外周部に向って２枚の基板間の間隙が広がるようにゆがむおそれがなく、対向基板の周辺から光が漏れるといった不都合が生じにくくなる。これにより、表示画面の周辺部分が明るくなるといった問題を解決することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法について、図面を用いて具体的に説明する。
【００１４】
図１は、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法の一例を示した工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、モノクロ液晶装置用基板の基板１上に、画素間を区分するブラックマトリクス２をパターン状に形成する。この際、ブラックマトリクス２は、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部Ａと表示領域外である外周部Ｂとでは、線幅が異なるように形成される。具体的に画素部Ａでは、表示領域の開口率の低下を防止するために線幅を狭く形成し、一方、外周部Ｂでは、光源からの光を遮蔽するために、線幅を広く形成する。
【００１５】
次に、このようなブラックマトリクス２が形成されているモノクロ液晶表示装置用基板の基板１上に、ブラックマトリクス２等の部材を保護し、基板１表面に平坦性を付与するために、図１（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス２表面を覆うように保護層３を形成する。このような保護層３においては、ブラックマトリクスの画素部Ａと外周部Ｂとにおける線幅の違いを要因としてその膜厚に差が生じる。すなわち、画素部Ａでは、ブラックマトリクス２の線幅が狭いため、そのようなブラックマトリクス２上面に積層される保護層３の膜厚は薄くなる傾向にある。一方、外周部Ｂでは、ブラックマトリクス２は、保護層３が積層されるのに十分な線幅を有して形成されているため、その上面に積層される保護層３の膜厚は画素部Ａにおける保護層３のそれよりも厚くなる。
【００１６】
このような保護層３においてブラックマトリクス２が形成されている領域上であって、図１（ｃ）に示すように、外周部Ｂに外周スペーサ４ｂを形成する。次に、図１（ｄ）に示すように、画素部Ａであって保護層３のうちブラックマトリクス２が形成されている領域上に画素スペーサ４ａを形成する。このように、外周スペーサ４ｂを先に形成し、その後画素スペーサ４ａを形成しているので、外周スペーサ４ｂを形成する際には、外周スペーサ４ｂを形成する塗工液の濡れ広がりが画素スペーサ４ａにより阻害されることがなく、塗工液を均一な膜厚で塗布することができる。また、画素スペーサ４ａを形成する際には、外周スペーサ４ｂは既に形成されているため、外周スペーサ４ｂを形成する際の影響が画素スペーサ４ａに及ぶことがなく、より精密な高さ等の調整が可能である。また、外周スペーサ４ｂおよび画素スペーサ４ａを別々に形成するため、ブラックマトリクス２上に積層されている保護層３の画素部Ａおよび外周部Ｂにおける膜厚の差に応じて、各々の柱状スペーサ４ａ、４ｂの高さの調整が別個に可能である。すなわち、ブラックマトリクス２上に積層されている保護層３の膜厚は画素部Ａで薄くなるため、画素スペーサ４ａ自体の高さを外周スペーサ４ｂ自体の高さよりも高くすることにより、最終的に得られるモノクロ液晶表示装置用基板において上述した保護層３の膜厚の差による影響が回避される。これにより本発明のモノクロ液晶表示装置用基板が製造される。
【００１７】
そして、図１（ｅ）に示すように、このような柱状スペーサ４ａ、４ｂを介して、モノクロ液晶表示装置用基板上に対向基板５を配置する。本発明においては、柱状スペーサ４ａ、４ｂの上端面の高さが良好な均一性を保つように形成されているため、このような柱状スペーサ４ａ、４ｂを介して配置された対向基板５に不都合なゆがみが生じることがない。これにより、光源からの光が対向基板５周辺等から漏れることが防止されるため、表示画面の周辺が不自然に明るくなるといった問題を解決することができる。
【００１８】
なお、ここでいう「画素部」とは、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板を用いてモノクロ液晶表示装置とした際に、実際にモノクロ表示が行われる表示領域となる部分を意味する。さらに、「外周部」とは、当該画素部の周囲に位置し、前述した表示領域外に該当する部分を意味する。
【００１９】
また、ここでいう、「画素スペーサ」とは、前述の画素部に位置する柱状スペーサを意味し、「外周スペーサ」とは、前述の画素部の周辺に位置する外周部に形成された柱状スペーサを意味している。以下、画素部に位置する柱状スペーサを画素スペーサとし、外周部に位置する柱状スペーサを外周スペーサと表現する場合がある。
【００２０】
このような利点を有する本発明のモノクロ表示装置用基板の製造方法について各工程に分けて以下詳細に説明する。
【００２１】
１．ブラックマトリクス形成工程
本発明におけるブラックマトリクス形成工程とは、モノクロ液晶表示装置用基板の基板上にブラックマトリクスをパターン状に形成する工程である。この際、上述したように、画素部および外周部では線幅に差を設けて形成する。具体的には、図１（ａ）に示すように、画素部Ａでは、表示領域の開口率の低下を防止するために線幅を狭く形成し、一方、外周部Ｂでは、光源からの光を遮蔽するために、線幅を広く形成する。
【００２２】
このような本工程を構成する各部材について説明する。
【００２３】
（１）ブラックマトリクス
本発明において用いられるブラックマトリックスとは、液晶分子の配向に応じてモノクロ表示が行われる画素を区分するために設けられるものである。このようなブラックマトリックスを製造する方法は、特に限定されるものではなく、例えばスパッタリング法、真空蒸着法等により、厚み１０００Å〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングすることにより形成する方法等を挙げることができる。
【００２４】
このようなブラックマトリクスにおいて画素部では、表示領域の開口率を高めるために線幅を狭く形成する。一方、外周部では、バックライト等の光源からの光を効果的に遮蔽するため、画素部のブラックマトリクスよりも幅広に設けられる。具体的に画素部に設けられるブラックマトリクスの線幅は、一般的に、６μｍ〜２０μｍの範囲内であり、一方、外周部におけるブラックマトリクスの線幅は、２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内である。
【００２５】
また、上記ブラックマトリックスとしては、樹脂バインダ中にカーボン微粒子、金属酸化物、無機顔料、有機顔料等の遮光性粒子を含有させてもよく、用いられる樹脂バインダとしては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ゼラチン、カゼイン、セルロース等の樹脂を１種または２種以上混合したものや、感光性樹脂、さらにはＯ／Ｗエマルジョン型の樹脂組成物、例えば、反応性シリコーンをエマルジョン化したもの等を用いることができる。このような樹脂性ブラックマトリックスのパターニングの方法は、フォトリソ法、印刷法等一般的に用いられている方法を用いることができる。
【００２６】
（２）モノクロ液晶表示装置用基板の基板
本発明におけるモノクロ液晶表示装置用基板の基板は、他の構成部材を実装するためのものであり、これらの基板としては、例えばガラス基板、ガラスフィルム、合成樹脂基板、合成樹脂フィルム等を用いることができ、透光性に優れたものであることが好ましい。
【００２７】
２．保護層形成工程
本発明における保護層形成工程とは、前工程によりパターン状に形成されたブラックマトリクスを有するモノクロ液晶表示装置用基板の基板上に、ブラックマトリクスを覆うように保護層を成膜する工程である。このような本工程においては、例えば、図１（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス２の画素部Ａおよび外周部Ｂにおける線幅の違いから、画素部Ａよりも外周部Ｂのほうがブラックマトリクス２上に積層された保護層３の膜厚は厚くなる。以下、本工程により成膜される保護層について説明する。
【００２８】
（保護層）
本発明における保護層とは、上述したブラックマトリクス等が形成された基板において、これらの部材を保護し、かつモノクロ液晶表示装置用基板の基板表面に平坦性を付与するために設けられるものである。
【００２９】
このような保護層を形成する材料としては、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、および、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、sec−ブチルアクリレート、sec−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、tert−ブチルアクリレート、tert−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマーまたはコポリマー等を１種若しくは２種以上含む感光性樹脂組成物が挙げられる。その中でも、保護層として要求される平坦性の観点からアクリル樹脂を用いた感光性樹脂組成物であることが好ましい。
【００３０】
また、保護層の膜厚としては、基板上に平坦性を付与することが可能な膜厚であれば特に限定はされないが、具体的には、０．３μｍ〜１０μｍの範囲内、その中でも、０．７μｍ〜２μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３１】
このような保護層を形成する方法としては、公知の塗布方法により形成することが可能でありスピンコーティング法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法等の塗布方法を挙げることができる。
【００３２】
なお、ブラックマトリクス上に積層された保護層の画素部および外周部における膜厚の差は、実際に形成されたブラックマトリクスの両方の部分における線幅の違いや、保護層を形成する材料によって異なるものであるため一概に規定することは困難であるが、一般的には、０μｍ〜０．５μｍの範囲内であることが多い。
【００３３】
３．柱状スペーサ形成工程
次に、柱状スペーサ形成工程について説明する。本発明における柱状スペーサ形成工程とは、保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に、モノクロ液晶表示装置用基板と対向する基板との間隙を調整する柱状スペーサを、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部の周囲に位置する外周部に先に形成し、その後、前記画素部に形成する工程である。具体的には、図１（ｃ）に示すように、保護層３のうちブラックマトリクス２が形成されている領域上であって、かつ、外周部Ｂに外周スペーサ４ｂを形成する。次に、図１（ｄ）に示すように、保護層３のうちブラックマトリクス２が形成されている領域上であって、かつ画素部Ａに画素スペーサ４ａを形成する工程である。
【００３４】
このように柱状スペーサを外周部に先に形成し、次いで画素部に分けて形成しているので、各々の柱状スペーサを精度良く形成することができる。これは以下の理由による。
【００３５】
例えば、画素部に位置する柱状スペーサである画素スペーサを先に形成した場合には、外周部に位置する柱状スペーサである外周スペーサを形成する際、外周部よりも広い範囲を占有する画素部に既に画素スペーサが形成されているので、このような基板上に外周スペーサを形成する塗工液を塗布すると、画素スペーサが阻害要因となり、均一な膜厚に濡れ広がらず膜厚ムラが生じる可能性が大きい。これにより個々の外周スペーサに膜厚ムラが発生することとなるのである。また、塗工液の塗布方法によっては、放射状に筋状の膜厚ムラが生じることがあるが、例えば、このような塗布方法を用い、画素スペーサを先に形成すると、外周部に筋状の膜厚ムラが生じ、そのような影響が外周スペーサを形成する際に及ぶおそれがある。さらに、画素スペーサを先に形成すると、画素スペーサは２度の焼成工程、すなわち、画素スペーサ自体を形成する工程および外周スペーサを形成する工程を経ることとなる。従って、画素スペーサを形成する際に、後の外周スペーサを形成する際の影響を考慮しなければならず、特に緻密な高さの調整が要求される画素部においては、このような要求を十分に満たすことは困難である。
【００３６】
このような観点から、柱状スペーサを外周部から形成することにより、精度良く各々の柱状スペーサを形成することができるのである。以下、本発明における柱状スペーサについて詳細に説明する。
【００３７】
（柱状スペーサ）
本発明における柱状スペーサとは、内部に液晶層を挟持する２枚の基板間に配され、当該２枚の基板間の間隙を一定に保持するために設けられるものである。本発明においては、このような柱状スペーサを外周部に先に形成した後、画素部に形成することにより、柱状スペーサを画素部および外周部において精度良く高さの異なる２種類の柱状スペーサを形成することができる。
【００３８】
このような柱状スペーサを形成する方法としては、ブラックマトリクスが形成されている保護層の領域上であって、画素部および外周部に各々精度良くパターン状に形成することが可能な方法であれば特に限定はされない。具体的には、フォトリソグラフィー法等を挙げることができる。例えば、感光性樹脂により柱状スペーサを形成する場合には、所定のパターンに形成されているマスクを介して紫外線を露光し、現像を行い、さらに硬化させることにより柱状スペーサをパターニングすることができる。このような工程を２回繰り返すことにより先に外周スペーサを形成でき、その後、画素スペーサを形成することができる。
【００３９】
また、上述した形成方法により柱状スペーサを形成する際に、柱状スペーサを形成する塗工液を塗布する方法としては公知の塗布方法を挙げることができる。具体的には、スピンコーティング法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法等である。例えば、このような塗布方法としてスピンコーティング法により塗布する場合には、塗工液を中心部分から周辺部分へと塗り広げるため、放射状に筋状の膜厚ムラが生じる場合がある。この場合、柱状スペーサを画素部から形成すると、このような膜厚ムラによる影響が外周スペーサを形成する際に及ぶ場合があり、外周スペーサに膜厚ムラを生じさせる要因となる。しかしながら、本発明においては、外周部から先に柱状スペーサを形成するため、このような心配がなく、精度良く各柱状スペーサを形成することができる。
【００４０】
上述したように本工程においては、柱状スペーサを外周部から先に形成するため、外周スペーサは、２度の焼成工程を経ることとなる。すなわち、外周スペーサ自体を硬化させる際と、画素スペーサを硬化させる際である。従って、外周スペーサを形成する際には、このような２度の焼成工程による影響を考慮に入れ、塗布量を調整することが好ましい。例えば、焼成による柱状スペーサの収縮率等を挙げることができる。具体的に柱状スペーサの収縮率としては、用いる材料により異なるため、一概に規定することは困難であるが、一般的な柱状スペーサに用いる材料を基準に規定すると、柱状スペーサの収縮率は９０％〜９８％の範囲内にあることが多い。このような収縮率等を考慮に入れ、外周スペーサの膜厚を調整することにより、より精度良く外周部に柱状スペーサを形成することができる。
【００４１】
一方、画素スペーサは外周スペーサの後に形成することから、外周スペーサと異なり２度の焼成工程等を経ることがない。従って、精度の高い高さの調整が要求される画素スペーサを外周スペーサの後に形成することにより、外周スペーサを形成する際の影響が画素スペーサに及ばず、画素スペーサの高さ調整が容易となる。
【００４２】
また画素スペーサおよび外周スペーサの各々の高さの関係は、画素スペーサの高さが外周スペーサの高さよりも、配置された際に２つの基板間に上述したようなゆがみが生じない程度に高ければ特に限定はされない。ブラックマトリクスの画素部および外周部における線幅の違いから、ブラックマトリクス上に積層された保護層の膜厚は外周部よりも画素部の方が薄く形成されるからであり、画素スペーサの高さを外周スペーサの高さよりも高くすることによりそのような保護層の膜厚の差を、柱状スペーサにより是正することができるからである。
【００４３】
具体的に画素スペーサおよび外周スペーサの高さの差は、ブラックマトリクス上に積層された保護層の画素部と外周部とにおける膜厚の差に応じて調整される。例えば、保護層が成膜された段階で、このような保護層の膜厚の差を計測し、またはシュミレーション等することにより、予めモノクロ液晶表示装置用基板の状態を把握し、その状態に応じて画素スペーサおよび外周スペーサの高さの差を調節する。従って、画素スペーサおよび外周スペーサの高さの差を一概に規定することは困難であるが、一般的に生じ得る保護層の膜厚の差をもとに規定すると、画素スペーサ自体の高さが外周スペーサ自体の高さよりも、０．５μｍ〜１．３μｍの範囲内で高いことが好ましく、その中でも０．７μｍ〜１．１μｍの範囲内で高く形成されていることが好ましい。
【００４４】
また、モノクロ液晶表示装置用基板の基板表面から画素スペーサ上面までの高さを、同様の基板表面から外周スペーサ上面までの高さよりも０μｍ〜０．８μｍの範囲内、その中でも０．２μｍ〜０．６μｍの範囲内で高くすることが好ましい。モノクロ液晶表示装置用基板の表面における画素部および外周部の高さの差を上記範囲内となるように、画素スペーサ自体の高さを上記範囲内で、外周スペーサよりも高く形成することにより、対向基板に不都合なゆがみを発生させることなく、２枚の基板を十分に均一な間隙を保持して配置させることができるからである。
【００４５】
また、画素スペーサ自体の高さは、一般的なモノクロ液晶表示装置において用いられている高さであれば特に限定はされず、具体的には、２．５μｍ〜５．５μｍの範囲内であることが好ましい。
【００４６】
さらに、本発明における柱状スペーサの形状としては、２枚の基板間の間隙を一定に保つことを可能とする形状であれば特に限定はされない。具体的には、円柱形状、角柱形状または截頭錐体形状等を挙げることができる。また、このような柱状スペーサを形成する材料としては、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂等、および、重合可能なモノマーであるメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、sec−ブチルアクリレート、sec−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、tert−ブチルアクリレート、tert−ブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、グリシジル（メタ）アクリレートの一種以上と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸の２量体（例えば東亜合成化学（株）製Ｍ−５６００）、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、これらの酸無水物等の一種以上からなるポリマーまたはコポリマー等の樹脂を１種または２種以上混合したものを挙げることができる。その中でも、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を用いた感光性樹脂組成物であることが好ましい。塑性変形量が少なく２枚の基板間の間隙を一定に保つ機能に優れているからである。
【００４７】
４．その他
上述した各工程により、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板が製造される。その後、このようなモノクロ液胞表示装置用基板上に柱状スペーサを介して対向基板を配置し、モノクロ液晶表示装置を得る。
【００４８】
このような本発明により製造されたモノクロ液晶表示装置用基板が用いられるモノクロ液晶表示装置としては、公知の液晶表示装置であれば特に限定はされない。具体的には、ＩＰＳ（In-Plane Switching）型、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型、強誘電性型、反強誘電性型等を挙げることができる。本発明においては、その中でもＩＰＳ型のモノクロ液晶表示装置であることが好ましい。ＩＰＳ型は、特に２枚の基板間の間隙において高精度な調整が要求されるものであり、本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の効果を十分に活かすことができるからである。
【００４９】
このようなモノクロ液晶表示装置の用途としては、モノクロ表示が好適に選択される液晶表示装置が考えられ、例えば、レントゲン等の医療画像読影用等が挙げられる。
【００５０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５１】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに説明する。
【００５２】
［実施例］
カラーフィルタ用の基板として３００ｍｍ×４００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製1737ガラス）を準備した。この基板を定法に従って洗浄した後、基板の片側に下記組成のブラックマトリクス用組成物を塗布し、所定のマスクを介して露光後、現像、焼成を行いブラックマトリクスを形成した。
【００５３】
次に、ブラックマトリクスを覆うように、保護層用組成物を塗布し、所定のマスクを介して露光後、現像、焼成を行い保護層を形成した。
【００５４】
次に、ブラックマトリクス、保護層が形成されている面に柱状スペーサ用感光材料を塗布した。外周スペーサのみを形成可能となるように形成されたマスクを介して露光後、現像、焼成を行い、外周部に位置するブラックマトリクスが形成されている保護層上に外周スペーサを形成した。
【００５５】
続いてブラックマトリクス、保護層、外周スペーサが形成されている面に柱状スペーサ用感光材料を塗布した。画素スペーサのみを形成可能となるように形成されたマスクを介して露光後、現像、焼成を行い、画素部に位置するブラックマトリクスが形成されている保護層上に画素スペーサを形成した。
【００５６】
この時の基板表面から画素スペーサ上面までの高さは、外周スペーサ上面までの高さより０．７μｍ高かった。
【００５７】
このように形成された基板上に配置される対向基板において、外周部に向って２枚の基板間の間隙が広がるようにゆがむおそれがなく、対向基板の周辺から光が漏れるといった不都合が生じにくくなる。これにより、表示画面の周辺部分が明るくなるといった問題を解決することができた。
【００５８】
［比較例］
カラーフィルタ用の基板として３００ｍｍ×４００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製1737ガラス）を準備した。この基板を定法に従って洗浄した後、基板の片側に下記組成のブラックマトリクス組成物を塗布し、所定のマスクを介して露光後、現像、焼成を行いブラックマトリクスを形成した。
【００５９】
次に、ブラックマトリクスを覆うように、保護層用組成物を塗布し、所定のマスクを介して露光後、現像、焼成を行い保護層を形成した。
【００６０】
次に、ブラックマトリクス、保護層が形成されている面に柱状スペーサ用感光材料を塗布した。画素スペーサのみを形成可能となるように形成されたマスクを介して露光後、現像、焼成を行い、画素部に位置するブラックマトリクスが形成されている保護層上に画素スペーサを形成した。
【００６１】
続いてブラックマトリクス、保護層、画素スペーサが形成されている面に柱状スペーサ用感光材料を塗布した。画素部内の画素スペーサが阻害要因となって放射状のムラが生じた。この塗膜に外周スペーサのみを形成可能となるように形成されたマスクを介して露光後、現像、焼成を行い外周部に位置するブラックマトリクスが形成されている保護層上に外周スペーサを形成した。
【００６２】
外周スペーサには高さのばらつきがあった。また、画素スペーサについても２度の焼成工程を経ているため高さの均一性が低下した。
【００６３】
この時の基板表面から画素スペーサ上面までの高さは、外周スペーサ上面までの高さより０．７μｍ高かった。
【００６４】
このように形成された基板上に配置される対向基板において、外周部に向って２枚の基板間の間隙が広がるようにゆがむおそれはなくなったが、画素部内でのギャップ不良が見られた。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、まず先に外周部に柱状スペーサを形成し、その後に画素部に柱状スペーサを形成しているので、画素部に位置する柱状スペーサには、外周部に柱状スペーサを形成する際の影響が及ばず、特に精密な高さの調整が要求される画素部の柱状スペーサにおいて、このような要求を十分に達成することが可能である。また、外周部に柱状スペーサを形成する際、柱状スペーサを形成する塗工液の濡れ広がりを阻害する要因、例えば画素部に位置する柱状スペーサ等が基板上にないため、膜厚ムラ等が生じるおそれが少ない。また、画素部および外周部で別個に柱状スペーサを形成するため、ブラックマトリクス上の保護層の画素部および外周部における膜厚の差に応じて各部分に要求される高さに各柱状スペーサを容易に形成することが可能である。従って、このような製造方法により製造されたモノクロ液晶表示装置用基板では、柱状スペーサの上端面に良好な高さの均一性が得られるため、柱状スペーサを介してモノクロ液晶表示装置用基板上に配置される対向基板において、外周部に向って２枚の基板間の間隙が広がるようにゆがむおそれがなく、対向基板の周辺から光が漏れるといった不都合が生じにくくなる。これにより、表示画面の周辺部分が明るくなるといった問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】従来のモノクロ液晶表示装置用基板の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ … 基板
２ … ブラックマトリクス
３ … 保護層
４ａ … 画素スペーサ
４ｂ … 外周スペーサ
５ … 対向基板
Ａ … 画素部
Ｂ … 外周部
Claims (1)
- 基板上にブラックマトリクスをパターン状に形成する工程と、
前記パターン状に形成されたブラックマトリクスを有する基板上に、保護層をブラックマトリクスを覆うように成膜する工程と、
前記保護層のうちブラックマトリクスが形成されている領域上に、前記基板と対向する基板との間隙を調整する柱状スペーサを、モノクロ液晶表示装置の表示領域である画素部の周囲に位置する外周部に先に形成し、その後、前記画素部に形成する工程と、
を有することを特徴とするモノクロ液晶表示装置用基板の製造方法。
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