JP4064513B2

JP4064513B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP4064513B2
Application number: JP03691898A
Authority: JP
Inventors: 宗治秋吉
Original assignee: 東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2018-02-19
Also published as: JPH11231332A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、一般的に用いられている液晶表示素子は、電極を有する２枚のガラス基板の間に液晶を挟持し、２枚の基板の周囲が液晶封入口を除いて接着剤で固定されていて液晶封入口が封止剤で封止された構成をしている。この２枚の基板間の距離を一定に保つためのスペーサとして粒径の均一なプラスティックビーズ等を基板間に散在させている。この中でカラー表示用の液晶表示素子は２枚のガラス基板の内１枚に赤（以下Ｒと称す），緑（以下Ｇと称す），青（以下Ｂと称す）の着色層のついたカラーフィルタが形成してある。例えば、単純マトリクス駆動のカラー型ドットマトリクス液晶表示素子においては、横（Ｙ）方向に帯状にパターニングされたＹ電極を有するＹ基板と縦（Ｘ）方向に帯状にパターニングされたＸ電極の下に着色層を有するＸ基板とを、Ｙ電極とＸ電極がほぼ直行するように対向設置し、その間に液晶材料を挟持した構成をとっている。液晶表示素子の表示方式としては、例えばＴＮ形，ＳＴ形，ＧＨ形、あるいはＥＣＢ形や強誘電性液晶などが用いられる。封止剤としては、例えば熱または紫外線硬化型のアクリル系またはエポキシ系の接着剤などが用いられる。また、カラー型アクティブマトリクス駆動液晶表示素子においては、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を半導体層として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とそれに接続された表示電極と信号線電極、ゲート電極が形成されたアクティブマトリクス基板であるＴＦＴアレイ基板とそれに対向設置された対向電極を有し、アクティブマトリクス基板上から対向基板へ電圧を印加する電極転移材（トランスファー）として銀ペースト等を画面周辺部に配置し、この電極転移材で２枚の基板を電気的に接続している。この二枚の基板の間に液晶材料を挟持した構成をしているのが液晶表示素子である。これらの液晶表示素子で、カラー画像を表示させようとするとカラーフィルター基板を用いなければならない。一般にカラーフィルター基板は、フォト・リソグラフィー・プロセスで形成され、Ｒ・Ｇ・Ｂの３色の他に表示エリア内と表示エリア外周部に形成された遮光層とからなる。近年では、この遮光層には、安価な黒色の樹脂層を用いるようになってきた。
この液晶材料を挟持した二枚の基板の両側に偏光板を挟持して液晶表示素子を構成し、光シャッタとして、画像を表示する事が出来る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの液晶表示素子では、散在させたスペーサ周辺の液晶の配向が乱れ、スペーサ周辺部から光が漏れコントラストが低下してしまう。また、間隙材としてのスペーサを基板上に散在させる工程で、スペーサ不均一に配置され表示不良となり歩留まりの低下を招いていた。
【０００４】
その対策として表示領域以外の位置にスペーサをカラーフィルター形成時に、着色層を重ねて同時形成することが提案されているが、この場合は、どんなに積層させても材料によっては柱のショルダー部のメルトが生じ、所望の高さを得られないこともある。また、アライメントのズレなどで柱状スペーサの形状が変形し、これもまた所望の高さが得られない。
【０００５】
これらを回避するため、色重ねをせずに一つのレジストで柱を立てる方法もあるが、表示エリア周辺には、必ず遮光を目的とした周辺遮光層（額縁）が存在する。その周辺遮光層（額縁）を樹脂膜で形成しようとすると、柱の分と合わせＰＥＰ数が増えることになり、高コストとなってしまう。
【０００６】
また、周辺遮光層とレジストの柱を同時形成させようとすると、柱は数μｍの高さを持たせなければならないが、それに応じて周辺遮光層も膜厚が高くなるばかりか、Ｒ・Ｇ・Ｂ着色層との段差部で周辺遮光層の盛り上がりが出来て、液晶組成物を注入する際、注入口部が狭くなり、注入が非常に困難となる。
本発明は、上記問題を解決しようとするものであり、表示性能が良く、歩留りが高いカラー表示型液晶表示素子を安価に提供する事を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板の一主面上にマトリックス状に配置された走査線及び信号線とスイッチング素子と前記スイッチング素子が形成される領域の外周に形成された配線パターンと前記配線パターン上に形成された絶縁膜とを有したアクティブマトリックス基板と、基板の一主面上に位置された共通電極を有する対向基板と、アクティブマトリックス基板と対向基板との少なくとも一方に配置されたカラーフィルタと、このカラーフィルタの周辺部に配置された遮光層と、柱状の間隙材を介してアクティブマトリックス基板と対向基板との間に配置した液晶材料とを備え、前記遮光層及び間隙材は同一材料で形成され、前記液晶材料を注入する注入口近傍の前記配線パターン上の前記絶縁膜は除去されていることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液晶表示素子の基本構成を述べる。
有機レジスト剤で周辺遮光層を形成しようとすると画素領域のカラーフィルター層との間に重なりが生じ盛り上がり部分が生じてしまう。この盛り上がり部分が液晶注入口に生じると、注入口部分のギャップが非常に狭くなり注入に時間が掛るか、もしくは、注入不良を起こしてしまう。
【００１０】
したがって、注入口部分のギャップを確保するため、注入口付近のギャップを広げる必要がある。
駆動回路を内蔵した液晶表示素子には画素外周部分に回路用の配線パターンが配置されている。この配線には、電気的導通を防止するための層間絶縁膜で被覆されるが、この絶縁膜は比較的厚めで0.5 μｍあり、これを取り省くことだけでも、ギャップの間隔を確保することができる。
【００１１】
また、配線パターンの一部分を用い、その配線上にカラーフィルター層と周辺遮光層とが重ならないようにすることで、色の重なりによる凸部を無くし、より液晶を注入しやすくできる。さらに、配線の注入口に相当する部分を30〜40μｍに広げておけばアライメント精度に余裕が出来、より効果的である。
【００１２】
以下実施例について詳しく述べる。
図１は本発明による一実施例のアクティブマトリクス液晶素子の断面図である。
【００１３】
通常ＴＦＴを形成するプロセスと同様に厚さ1.1mm のコーニング社製の＃7059（商品名）ガラス基板11上に成膜とパターンニングを繰り返し、信号線（図示せず）と走査線（図示せず）とをマトリックス状に配置し、スイッチング素子からなる薄膜トランジスタ５とを形成したアレイ基板を形成する。その時、注入口部分に相当する領域の配線パターン７の上には絶縁膜が残らないようにホトエッチングした。次に成膜の終了したアクティブマトリックス基板12からなる基板上に、赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＲ−2000（富士ハントテクノロジー（株）製：商品名）をスピンナーにて全面塗布し、赤を着色したい部分のに光が照射されるようなフォトマスクを介し365nm の波長で100 ｍＪ／cm² 照射し、ＫＯＨの１％水溶液で10秒間現像し、赤の着色層６を形成する。同様に緑，青の着色層６，６を繰り返し形成し、それぞれ230 ℃で１時間焼成する。ここでは緑の着色材料は、ＣＧ−2000（富士ハントテクノロジー（株）製：商品名）、青の着色材はＣＢ−2000（富士ハントテクノロジ（株）製：商品名）を用いた。このときのＲ・Ｇ・Ｂの膜厚はそれぞれ3.0 μｍとした。ついで、感光性の黒色樹脂ＣＫ−2000（富士ハントテクノロジー（株）製：商品名）をスピンナーを用いて塗布し、90℃ 10分の乾燥後、所定のパターン形状のフォトマスクを用いて365nm の波長で、300 ｍＪ／cm² の露光量で露光する。
【００１４】
その後、ｐＨ11.5のアルカリ水溶液にて現像し、200 ℃ 60分の焼成にて膜厚0.5 μｍの遮光層９とスペーサー４を形成する。この時の表示領域の境界上の周辺遮光膜の厚さｈ２は、塗布後の膜厚ｈ１よりも低くなっている。
【００１５】
その後配向膜材料としてＡＬ−1051（日本合成ゴム（株）製：商品名）を全面に500 Ａ塗布し、ラビング処理を行い、配向膜301 を形成した。
次に厚さ1.1mm のコーニング社製の＃7059（商品名）ガラス基板１からなる対向基板上に、透明電極２としてＩＴＯ膜を1500Ａスパッタ法にて成膜し、その上に同様の配向膜材料を形成した後ラビング処理を行い、配向膜302 を形成した。なお、透明電極形成前にスペーサを形成することでスペーサの密着力がえられる。この後、基板１上の配向膜302 の周辺に沿って接着剤を注入口（図示せず）を除いて印刷し、アクティブマトリクス基板から対向電極に電圧を印加するための電極転移材を接着剤の周辺の電極転移電極上に形成した。次に配向膜301 、302 が対向し、またそれぞれのラビング方向が90度となるよう基板１，11を配置し、加熱して接着剤を硬化させ貼り合わせた。次に通常の方法により注入口より液晶組成物30として、ＺＬＩ−1565（Ｅ．メルク社製：商品名）にS811（商品名）を0.1wt ％添加したものを注入し、この後注入口を紫外線硬化樹脂33で封止した。こうして形成したカラー表示型アクティブマトリクス液晶表示素子は、従来と同様の注入時間で液晶組成物を注入することが出来た。また、黒色樹脂で画素開口部外に柱４を立てているため、スペーサーからの光漏れがなく、かつ短絡はもちろん配線とスペーサ間で発生する寄生容量による印加電圧のなまりや遅延の発生も防ぐことが出来、表示性能の高い、信頼性のある液晶表示素子を得ることが出来た。
【００１６】
また、本実施例では対向基板にカラーフィルターを形成する場合の例を挙げ本発明の説明を行ったが、アクティブマトリクス基板側に形成した場合でも全く同様であることは言うまでもない。
【００１７】
次に他の実施態様を図２を用いて説明する。
注入口部分において、周辺遮光層９とカラーフィルター６とが重ならないようにし且つ、その境界が配線上に位置するように配置した。
【００１８】
その他は、図１と同様である。
こうして得られた液晶表示素子は、従来と同様の注入時間で液晶組成物を注入することが出来た。また、黒色樹脂で画素外に柱を立てているため、スペーサーからの光漏れがなく、かつ短絡はもちろん配線とスペーサ間で発生する寄生容量による印加電圧のなまりや遅延の発生も防ぐことが出来、表示性能の高い、信頼性のある液晶表示素子を得ることが出来た。
【００１９】
次に他の実施態様を図３を用いて説明する。
図２に示した実施態様において注入口部分における周辺遮光層９とカラーフィルター６との境界領域の下の配線７ａに30〜40μｍの幅を持たせた。このようにすることで、周辺遮光層９とカラーフィルター層６とをまったく重ねることなく注入口部を構成することができる。また、幅を持たせた配線により周辺遮光層とカラーフィルター層との間に間が出来ても、光漏れを防ぐことが出来る。
【００２０】
その他は図２に示した実施態様と同じである。
こうして得られた液晶表示素子は、従来と同様の注入時間で液晶組成物を注入することが出来た。また、黒色樹脂で画素外に柱４を立てているため、スペーサーからの光漏れがなく、かつ短絡はもちろん配線とスペーサ間で発生する寄生容量による印加電圧のなまりや遅延の発生も防ぐことが出来、表示性能の高い、信頼性のある液晶表示素子をえることが出来た。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の液晶表示素子は、周辺遮光層とスペーサー柱同時形成プロセスにおいて、注入口領域の下に位置する層間絶縁層を取り省くことによって注入口のギャップを確保することができる。
【００２２】
また、注入口に位置する一つの配線パターン上にカラーフィルター層と周辺遮光層とが重ならないように配置させることで、重なりから生じいる突起部自体の発生を抑え注入口のギャップを確保できる。さらに配線パターンの一部を広くさせることによりカラーフィルター層と周辺遮光層とが重ならないように配置させることで、重なりから生じる突起部自体の発生を抑え注入口のギャップを確保できる。さらに配線パターンの一部を広くさせることによりカラーフィルター層と周辺遮光層とが重ならないような配置に隙間が生じても光漏れの無いような構造にした。このように注入口部の層間絶縁層を取り省きまた、色のパターンが配線上に重ならないように配置することで、突起部分の発生を抑え、液晶表示素子組立プロセスにおいても液晶組成物の注入不良もなく、注入時間が長くなることも回避できた。
【００２３】
また、柱状スペーサをで開口部以外に設けることでスペーサからの光漏れは全くない。
このように、本発明により、短絡はもちろん配線とスペーサ間で発生する寄生容量による印加電圧のなまりや遅延の発生も防ぐことが出来、表示性能の高い、信頼性のある液晶表示素子を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアクティブマトリクス基板の概略図の一例
【図２】本発明のアクティブマトリクス基板の概略図の一例
【図３】本発明のアクティブマトリクス基板の概略図の一例
【符号の説明】
１ガラス基板（対向基板）
２共通電極（ＩＴＯ膜）
301 配向膜
302 配向膜
４ギャップ保持性
５薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）
６着色層（カラーフィルター）
７注入口部配線パターン
７ａ 30〜40μｍに広げた注入口部配線パターン
８層間絶縁層
９周辺遮光層
11 ガラス基板（アクティブマトリックス基板）

Claims

基板の一主面上にマトリックス状に配置された走査線及び信号線とスイッチング素子と前記スイッチング素子が形成される領域の外周に形成された配線パターンと前記配線パターン上に形成された絶縁膜とを有したアクティブマトリックス基板と、
基板の一主面上に配置された共通電極を有する対向基板と、
前記アクティブマトリックス基板と前記対向基板との少なくとも一方に配置されたカラーフィルタと、
このカラーフィルタの周辺部に配置された遮光層と、
柱状の間隙材を介して前記アクティブマトリックス基板と前記対向基板との間に配置した液晶材料とを備え、
前記遮光層及び間隙材は同一材料で形成され、
前記液晶材料を注入する注入口近傍の前記配線パターン上の前記絶縁膜は除去されていることを特徴とする液晶表示素子。