JP4220030B2 - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は液晶表示素子の製造方法に関する。
【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、両基板の周囲をシール接着剤で固定した構成をしている。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る。さらにカラー表示用の液晶表示素子は２枚のガラス基板のうちの一方に赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの着色層からなるＲＧＢカラーフィルターを形成している。
【０００３】
例えば、カラー型アクティブマトリクス駆動液晶表示素子は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やポリシリコンを半導体層とした薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、それに接続された画素電極、信号線、走査線と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、この基板に対向設置された対向電極を有しカラーフィルターを形成した対向基板をもつ。この素子の両側に偏光板を配置することによりカラー画像表示をすることができるものである。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が、いずれも、電極構成が簡単な対向基板側にカラーフィルター層を設けるのが製造の点で有利である。しかしアレイ基板との位置合わせのズレを考慮するために、カラーフィルター層の遮光層をアレイ基板の画素開口より小さくする必要があり、そのために開口率の低下を引きおこす。
【０００４】
この開口率の向上を重視するためには、アレイ基板側にカラーフィルター層を設けるのがよいが、例えば着色層を一般的な顔料分散法で形成する場合、赤、緑、青各色間のパターン変換差の違いなどのため、着色層にスルーホールを設けることが困難であるなど製造上複雑になり、製品歩留まりや信頼性の点で不利である。 また、着色層をインクジェット法で形成する場合、着色層にスルーホールを開けることが困難であり、さらに、柱状スペーサを形成する時、着色層上に形成すると、各層の膜厚差により均一高さのスペーサを形成することが難しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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製造容易に得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一主面上にマトリクス状にスイッチング素子、画素電極およびカラーフィルター層を形成したアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板の一主面との間で液晶層を挟持する対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間隙を保持する柱状スペーサとからなる液晶表示素子において、前記カラーフィルター層は、画素開口部を形成し少なくとも前記スイッチング素子上に被着された遮光層と前記画素開口部に形成された着色層とからなり、前記遮光層は前記スイッチング素子上の領域にスルーホールが形成され、前記画素電極は前記着色層上に形成されて前記スルーホールを介して前記スイッチング素子に接続され、かつ前記柱状スペーサが遮光層直上に形成されている液晶表示素子の製造方法において、 前記着色層および柱状スペーサがインクジェット法で同時に形成されることを特徴とする液晶表示素子の製造方法を得るものである。
【０００７】
【０００８】
本発明によればスルーホールを遮光層という単一層に形成するため、均一なスルーホール形成が可能でありカラーフィルター層の製造が容易で、さらにこの層に柱状スペーサを形成することにより均一な柱上スペーサの形成が容易になる。
【発明の実施の形態】
以下実施の形態について詳しく述べる。図１は本発明による実施の形態のアクティブマトリクス液晶表示素子を示す。
（実施の形態）
図において、液晶表示素子１０はＴＮ型のアクティブマトリクス駆動素子であり、一対の基板１１，１２の間に液晶層１３を挟持している。一方の基板であるアクティブマトリクス基板（アレイ基板）１１は一主面上にマトリクス状に信号線１４、ゲート電極が延在する走査線１５、ＴＦＴスイッチング素子１６、画素電極１７およびカラーフィルター層１８を形成している。他方の基板である対向基板１２は一主面上に共通電極１９を形成しており、アクティブマトリクス基板１１の一主面との間で液晶層１３を挟持する。
【０００９】
カラーフィルター層１８は、画素開口部２０を形成しその周囲に形成した信号線１４、走査線１５およびスイッチング素子１６上を覆う遮光層２１と、画素開口部に形成された着色層２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂとからなる。遮光層２１は前記スイッチング素子領域にスルーホール２３が形成され、画素電極１７は着色層上に形成されてスルーホール２３を介してスイッチング素子１６のソース電極２６に接続されている。さらに、この遮光層２１に柱状スペーサ２４が形成されている。この素子は以下の工程で製造される。
【００１０】
（工程１） 通常ＴＦＴ（薄膜電界効果トランジスタ）のスイッチング素子を形成するプロセスと同様に厚さ、０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製、＃１７３７）１１上に成膜とパターンニングを繰り返し、アモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタ１６と信号線１４、ゲート線１５および保護絶縁膜３１のパッシベーションパターンを形成したアレイ基板を形成する。保護絶縁膜３１にスルーホールを形成しソース電極２６を露出しておく。
【００１１】
（工程２） この基板１１に感光性でカーボンを含まない絶縁性黒色樹脂（富士ハントテクノロジー（株）製）をスピンナを用いて２．０μｍの厚みに塗布し、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、３００ｍＪ／ｃｍ２の露光量で露光したあと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２．０μｍの遮光層２１を形成する。このとき、ＴＦＴのソース電極配線上の遮光層２１にスルーホール２３を形成しソース電極２６を露出状態にする。厚さ２．０μｍの遮光層２１は格子状に形成され、その格子開口が画素開口部２０となる。行、列状に配列された走査線１５と信号線１４およびこれらの配線の各交差部に配置されたＴＦＴスイッチング素子１６を覆って画素開口部以外からの光漏れを防いでいる。ＴＦＴ領域上の遮光層に形成されるスルーホール２３は、ＴＦＴのＡｌやＭｏの金属膜でなるソー ス電極２６の直上に形成して光漏れが生じないようにしている。
【００１２】
（工程３）遮光層２１の開口部に着色層２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂをインクジェット法で順に被着する。熱硬化型アクリル樹脂に赤用インク、緑用インク、青用インクをインクヘッドから吐出して画素開口部に選択的着色層を形成し、同時にインクジェット法により遮光層２１上に熱硬化型アクリル樹脂を含むスペーサ剤を収容したヘッドから吐出して柱状スペーサ２４を形成する。
柱状スペーサの表示領域上の配置は着色層ＲＧＢ一組ごとに１個の割合で配置する。塗布する表示領域上をインクヘッドで走査する場合に、各色着色層を画素開口部２０に対して、またスペーサを所定の遮光層直上に正確に位置合わせして形成するために、インクヘッドに遮光膜パターンを認識するセンサーを設置して吐出タイミングを制御する。このときの赤色層２２Ｒ、緑色層２２Ｇ、青色層２２Ｂの膜厚はそれぞれ３．０μｍとした。柱状スペーサ２４は基板間の間隙を一定に保持するためのもので、液晶層厚が５μｍになるように高さをきめる。
【００１３】
（工程４）その後、カラーフィルター層上にＩＴＯをスパッタリング法で被膜形成して、フォトエッチングにより所定の画素電極１７のパターンを形成する。遮光層のスルーホール２３内にもＩＴＯが形成され画素電極とＴＦＴのソース電極が接続される。
【００１４】
（工程５）その後、ＩＴＯをスパッタリング法で形成したあと、所定の画素電極１７パターンに形成する。このときＩＴＯの一部がスルーホール２３を通してソース電極２６に接続される。
【００１５】
（工程６）その後、ポリイミド配向膜材料（ＡＬ−１０５１，日本合成ゴム（株）製）を全面に５００Ａ塗布し、ラビング処理を行い、配向膜２７を形成する。
【００１６】
（工程７）次に所定の共通電極２９が形成してある厚さ０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製、＃１７３７）からなる対向基板１２の共通電極２９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３０を形成する。
【００１７】
（工程８）この後、基板１２の配向膜３０の周辺に沿って接着剤（図示しない）を液晶注入口（図示しない）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銀ペースト電極転移材を接着剤の周辺の電極転移電極上に形成する。
【００１８】
（工程９）配向膜２７，３０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１１、１２を配置し、加熱して接着剤を硬化させ貼り合わせる。
【００１９】
（工程１０）通常の方法により液晶注入口より液晶組成物（ＺＬＩ１５６５、Ｅ．メルク社製）にカイラル剤Ｓ８１１を０．１ｗ％添加したものを注入して液晶層１３とし、この後注入口を紫外線硬化樹脂で封止する。
【００２０】
こうして製造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、面内均一なスルーホールを形成でき、カラーフィルターおよび柱状スペーサの形成を一工程で同時形成することができ、開口率をを向上させ、表示性能の高い、信頼性のある液晶表示素子となる。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、インクジェット法を用いてカラーフィルターの形成および均一な高さの柱状スペーサの同時形成が容易になり、高開口率で、表示性能の高い液晶表示素子の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のアクティブマトリクス型液晶表示素子の一部を拡大して示す断面略図。
【符号の説明】
１１：アクティブマトリクス基板（アレイ基板）
１２：対向基板
１３：液晶層 １４：信号線
１５：走査線
１６：ＴＦＴスイッチング素子
１７：画素電極
１８：カラーフィルター層
１９：共通電極
２１：遮光層
２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ：着色層
２３：スルーホール
２４：柱状スペーサ
【発明の属する技術分野】
この発明は液晶表示素子の製造方法に関する。
【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、両基板の周囲をシール接着剤で固定した構成をしている。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る。さらにカラー表示用の液晶表示素子は２枚のガラス基板のうちの一方に赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの着色層からなるＲＧＢカラーフィルターを形成している。
【０００３】
例えば、カラー型アクティブマトリクス駆動液晶表示素子は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やポリシリコンを半導体層とした薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、それに接続された画素電極、信号線、走査線と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、この基板に対向設置された対向電極を有しカラーフィルターを形成した対向基板をもつ。この素子の両側に偏光板を配置することによりカラー画像表示をすることができるものである。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が、いずれも、電極構成が簡単な対向基板側にカラーフィルター層を設けるのが製造の点で有利である。しかしアレイ基板との位置合わせのズレを考慮するために、カラーフィルター層の遮光層をアレイ基板の画素開口より小さくする必要があり、そのために開口率の低下を引きおこす。
【０００４】
この開口率の向上を重視するためには、アレイ基板側にカラーフィルター層を設けるのがよいが、例えば着色層を一般的な顔料分散法で形成する場合、赤、緑、青各色間のパターン変換差の違いなどのため、着色層にスルーホールを設けることが困難であるなど製造上複雑になり、製品歩留まりや信頼性の点で不利である。 また、着色層をインクジェット法で形成する場合、着色層にスルーホールを開けることが困難であり、さらに、柱状スペーサを形成する時、着色層上に形成すると、各層の膜厚差により均一高さのスペーサを形成することが難しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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製造容易に得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一主面上にマトリクス状にスイッチング素子、画素電極およびカラーフィルター層を形成したアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板の一主面との間で液晶層を挟持する対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間隙を保持する柱状スペーサとからなる液晶表示素子において、前記カラーフィルター層は、画素開口部を形成し少なくとも前記スイッチング素子上に被着された遮光層と前記画素開口部に形成された着色層とからなり、前記遮光層は前記スイッチング素子上の領域にスルーホールが形成され、前記画素電極は前記着色層上に形成されて前記スルーホールを介して前記スイッチング素子に接続され、かつ前記柱状スペーサが遮光層直上に形成されている液晶表示素子の製造方法において、 前記着色層および柱状スペーサがインクジェット法で同時に形成されることを特徴とする液晶表示素子の製造方法を得るものである。
【０００７】
【０００８】
本発明によればスルーホールを遮光層という単一層に形成するため、均一なスルーホール形成が可能でありカラーフィルター層の製造が容易で、さらにこの層に柱状スペーサを形成することにより均一な柱上スペーサの形成が容易になる。
【発明の実施の形態】
以下実施の形態について詳しく述べる。図１は本発明による実施の形態のアクティブマトリクス液晶表示素子を示す。
（実施の形態）
図において、液晶表示素子１０はＴＮ型のアクティブマトリクス駆動素子であり、一対の基板１１，１２の間に液晶層１３を挟持している。一方の基板であるアクティブマトリクス基板（アレイ基板）１１は一主面上にマトリクス状に信号線１４、ゲート電極が延在する走査線１５、ＴＦＴスイッチング素子１６、画素電極１７およびカラーフィルター層１８を形成している。他方の基板である対向基板１２は一主面上に共通電極１９を形成しており、アクティブマトリクス基板１１の一主面との間で液晶層１３を挟持する。
【０００９】
カラーフィルター層１８は、画素開口部２０を形成しその周囲に形成した信号線１４、走査線１５およびスイッチング素子１６上を覆う遮光層２１と、画素開口部に形成された着色層２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂとからなる。遮光層２１は前記スイッチング素子領域にスルーホール２３が形成され、画素電極１７は着色層上に形成されてスルーホール２３を介してスイッチング素子１６のソース電極２６に接続されている。さらに、この遮光層２１に柱状スペーサ２４が形成されている。この素子は以下の工程で製造される。
【００１０】
（工程１） 通常ＴＦＴ（薄膜電界効果トランジスタ）のスイッチング素子を形成するプロセスと同様に厚さ、０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製、＃１７３７）１１上に成膜とパターンニングを繰り返し、アモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタ１６と信号線１４、ゲート線１５および保護絶縁膜３１のパッシベーションパターンを形成したアレイ基板を形成する。保護絶縁膜３１にスルーホールを形成しソース電極２６を露出しておく。
【００１１】
（工程２） この基板１１に感光性でカーボンを含まない絶縁性黒色樹脂（富士ハントテクノロジー（株）製）をスピンナを用いて２．０μｍの厚みに塗布し、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、３００ｍＪ／ｃｍ２の露光量で露光したあと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２．０μｍの遮光層２１を形成する。このとき、ＴＦＴのソース電極配線上の遮光層２１にスルーホール２３を形成しソース電極２６を露出状態にする。厚さ２．０μｍの遮光層２１は格子状に形成され、その格子開口が画素開口部２０となる。行、列状に配列された走査線１５と信号線１４およびこれらの配線の各交差部に配置されたＴＦＴスイッチング素子１６を覆って画素開口部以外からの光漏れを防いでいる。ＴＦＴ領域上の遮光層に形成されるスルーホール２３は、ＴＦＴのＡｌやＭｏの金属膜でなるソー ス電極２６の直上に形成して光漏れが生じないようにしている。
【００１２】
（工程３）遮光層２１の開口部に着色層２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂをインクジェット法で順に被着する。熱硬化型アクリル樹脂に赤用インク、緑用インク、青用インクをインクヘッドから吐出して画素開口部に選択的着色層を形成し、同時にインクジェット法により遮光層２１上に熱硬化型アクリル樹脂を含むスペーサ剤を収容したヘッドから吐出して柱状スペーサ２４を形成する。
柱状スペーサの表示領域上の配置は着色層ＲＧＢ一組ごとに１個の割合で配置する。塗布する表示領域上をインクヘッドで走査する場合に、各色着色層を画素開口部２０に対して、またスペーサを所定の遮光層直上に正確に位置合わせして形成するために、インクヘッドに遮光膜パターンを認識するセンサーを設置して吐出タイミングを制御する。このときの赤色層２２Ｒ、緑色層２２Ｇ、青色層２２Ｂの膜厚はそれぞれ３．０μｍとした。柱状スペーサ２４は基板間の間隙を一定に保持するためのもので、液晶層厚が５μｍになるように高さをきめる。
【００１３】
（工程４）その後、カラーフィルター層上にＩＴＯをスパッタリング法で被膜形成して、フォトエッチングにより所定の画素電極１７のパターンを形成する。遮光層のスルーホール２３内にもＩＴＯが形成され画素電極とＴＦＴのソース電極が接続される。
【００１４】
（工程５）その後、ＩＴＯをスパッタリング法で形成したあと、所定の画素電極１７パターンに形成する。このときＩＴＯの一部がスルーホール２３を通してソース電極２６に接続される。
【００１５】
（工程６）その後、ポリイミド配向膜材料（ＡＬ−１０５１，日本合成ゴム（株）製）を全面に５００Ａ塗布し、ラビング処理を行い、配向膜２７を形成する。
【００１６】
（工程７）次に所定の共通電極２９が形成してある厚さ０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製、＃１７３７）からなる対向基板１２の共通電極２９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３０を形成する。
【００１７】
（工程８）この後、基板１２の配向膜３０の周辺に沿って接着剤（図示しない）を液晶注入口（図示しない）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銀ペースト電極転移材を接着剤の周辺の電極転移電極上に形成する。
【００１８】
（工程９）配向膜２７，３０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１１、１２を配置し、加熱して接着剤を硬化させ貼り合わせる。
【００１９】
（工程１０）通常の方法により液晶注入口より液晶組成物（ＺＬＩ１５６５、Ｅ．メルク社製）にカイラル剤Ｓ８１１を０．１ｗ％添加したものを注入して液晶層１３とし、この後注入口を紫外線硬化樹脂で封止する。
【００２０】
こうして製造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、面内均一なスルーホールを形成でき、カラーフィルターおよび柱状スペーサの形成を一工程で同時形成することができ、開口率をを向上させ、表示性能の高い、信頼性のある液晶表示素子となる。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、インクジェット法を用いてカラーフィルターの形成および均一な高さの柱状スペーサの同時形成が容易になり、高開口率で、表示性能の高い液晶表示素子の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のアクティブマトリクス型液晶表示素子の一部を拡大して示す断面略図。
【符号の説明】
１１：アクティブマトリクス基板（アレイ基板）
１２：対向基板
１３：液晶層 １４：信号線
１５：走査線
１６：ＴＦＴスイッチング素子
１７：画素電極
１８：カラーフィルター層
１９：共通電極
２１：遮光層
２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ：着色層
２３：スルーホール
２４：柱状スペーサ
Claims (1)
- 一主面上にマトリクス状にスイッチング素子、画素電極およびカラーフィルター層を形成したアクティブマトリクス基板と、前記アクティブマトリクス基板の一主面との間で液晶層を挟持する対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間隙を保持する柱状スペーサとからなる液晶表示素子において、前記カラーフィルター層は、画素開口部を形成し少なくとも前記スイッチング素子上に被着された遮光層と前記画素開口部に形成された着色層とからなり、前記遮光層は前記スイッチング素子上の領域にスルーホールが形成され、前記画素電極は前記着色層上に形成されて前記スルーホールを介して前記スイッチング素子に接続され、かつ前記柱状スペーサが遮光層直上に形成されている液晶表示素子の製造方法において、 前記着色層および柱状スペーサがインクジェット法で同時に形成されることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
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| KR101024640B1 (ko) * | 2002-12-12 | 2011-03-25 | 엘지디스플레이 주식회사 | 액정표시장치 및 그 제조방법 |
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