JP4266057B2

JP4266057B2 - 液晶表示素子及び液晶表示素子の製造方法

Info

Publication number: JP4266057B2
Application number: JP7348399A
Authority: JP
Inventors: 武志山本; 誠長谷川
Original assignee: 東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2019-03-18
Also published as: JP2000267114A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子及び液晶表示素子の製造方法に係り、特に液晶分子の配向状態を制御する配向膜を有する液晶表示素子及び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、以下に示す手順で作製されている。まず、それぞれ電極を有する一対の基板をそれらの電極が対向するように配置し、それらガラス基板の液晶封入口を除く周囲を接着剤で固定して液晶セルを形成する。次に、この液晶セル中に液晶材料を注入する。さらに、液晶封入口を封止剤で封止することにより液晶表示素子を得る。
【０００３】
このような構造を有する液晶表示素子の多くにおいては、これら基板間に粒径の均一なプラスチックビーズ等をスペーサとして散在させることにより、上記基板間の間隙が一定に保たれている。
【０００４】
しかしながら、基板間の間隙を一定に保つためにこのような方法を用いた場合、プラスチックビーズの近傍において液晶配向に乱れを生じてしまう。プラスチックビーズは画素部上にも散布されるため、上記方法によると、プラスチックビーズの周辺部において光が漏れ、コントラストが低下するという問題を生ずる。また、上述した方法によると、プラスチックビーズを基板上に散布する際に、プラスチックビーズが基板上に不均一に配置されることがある。その結果、表示不良となり、歩留まりの低下を生ずる。
【０００５】
基板間の間隙を一定に保つ方法として、図４に示すように、対向基板１０３上にフォトレジスト等を用いて凸状のスペーサ１０８を形成することが提案されている。なお、図４に示す液晶表示素子１０１において、参照番号１０２は対向基板１０３と対向して配置される基板を示し、基板１０２と対向基板１０３との間には液晶層１０６が挟持されている。また、基板１０２の対向面には透明電極（図示せず）と配向膜１０９とが形成され、対向基板１０３の対向面には透明電極（図示せず）と配向膜１１０とが形成されている。
【０００６】
図４に示すようにフォトレジスト等を用いて基板１０３上にスペーサ１０８を形成することにより、スペーサ１０８を基板１０３上の所望の位置に配置することができる。したがって、プラスチックビーズを用いた場合に生じた問題を回避することができる。
【０００７】
しかしながら、図４に示す液晶表示素子１０１によると、液晶表示素子１０１の曲げなどによって基板１０２とスペーサ１０８との間で横滑りが生じた場合、スペーサ１０８の頂部に位置する配向膜１１０が剥がれ、それに伴って、スペーサ１０８の周辺部に位置する配向膜１１０が剥がれることがある。その結果、スペーサ１０８の近傍で液晶の配向欠陥が生じ、表示品位が低下するという問題を生ずる。
【０００８】
【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、配向膜が剥がれることによる表示品位の低下を生じにくい液晶表示素子及び液晶表示素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、一方の主面に第１電極を有する第１基板と、前記第１電極と対向して配置され、前記第１電極との対向面に第２電極を有する第２基板と、前記第１及び第２基板間に挟持され液晶材料を含有する液晶層とを具備し、前記第１基板は、前記第２基板との対向面に、前記第１及び第２基板間の間隙を一定に保つスペーサの少なくとも一部を構成する突起部と配向膜とをさらに有し、前記配向膜は、前記第１電極上であって前記突起部の周囲における厚さが０．１μｍ〜０．３μｍの範囲内にあり、前記突起部の頂部における厚さが前記第１電極上であって前記突起部の周囲における前記厚さの２０％以下であることを特徴とする液晶表示素子を提供する。
【００１０】
本発明の液晶表示素子において、上記配向膜は、上記突起部の頂部が実質的に露出するように形成されることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の液晶表示素子において、第１及び第２基板の一方は、例えば、その対向面にマトリクス状に形成された走査線及び信号線とスイッチング素子と第１又は第２電極として画素電極とを有するアクティブマトリクス基板であり、第１及び第２基板の他方は第１又は第２電極として共通電極を有する対向基板である。この場合、上記突起部は、通常、上記画素電極同士の間隙に設けられる。
【００１３】
さらに、本発明は、一方の主面に第１電極と突起部とを有する第１基板を形成する工程と、前記第１基板の前記第１電極側の主面上に透明樹脂を塗布して、前記第１基板の前記主面の表面形状に対応した形状を有する樹脂膜を形成する工程と、前記樹脂膜を硬化させることにより配向膜を形成する工程と、前記突起部の頂部に位置する前記配向膜の少なくとも一部を除去する工程とを具備し、前記少なくとも一部を除去した配向膜として、前記第１電極上であって前記突起部の周囲における厚さが０．１μｍ〜０．３μｍの範囲内にあり、前記突起部の頂部における厚さが前記第１電極上であって前記突起部の周囲における前記厚さの２０％以下であるものを得ることを特徴とする液晶表示素子の製造方法を提供する。
【００１５】
また、本発明の液晶表示素子の製造方法は、通常、上記配向膜が形成された第１基板と、一方の主面に第２電極を有する第２基板とを、第１及び第２電極が設けられた面が対向するように及び前記突起部がスペーサの少なくとも一部として用いて第１及び第２基板間に実質的に均一な幅の間隙が形成されるように配置して液晶セルを形成する工程と、この液晶セルの間隙に液晶材料を注入して液晶層を形成する工程とをさらに有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながらより詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表示素子を概略的に示す断面図である。図１に示す液晶表示素子１は、ＴＮ型のカラー表示可能な液晶表示素子であって、一対の基板２，３と、基板２，３間に挟持された液晶層６とで主に構成されている。なお、図１に示す液晶表示素子１は、通常、一対の偏光板で挟持される。
【００１８】
図１に示す液晶表示素子１において、基板２は、基板３と対応する面に、マトリクス状に形成された走査線及び信号線（図示せず）とＴＦＴのようなスイッチング素子７とそのソース電極に接続された画素電極４とを有するアクティブマトリクス基板である。また、基板３は、基板２と対向する面に、カラーフィルタ層１１、共通電極５、及び突起部８を有する対向基板である。これら基板２，３の対向面には、配向膜９，１０がそれぞれ形成されている。
【００１９】
基板２，３は周囲を接着剤１２や封止剤（図示せず）で固定されており、それらの間に閉空間を形成している。この接着剤１２としては、例えば、熱硬化型或いは紫外線硬化型のアクリル系及びエポキシ系接着剤等が用いられる。液晶材料は、基板２，３、接着剤１２、及び封止剤が形成する空間を満たしており、液晶層６を形成している。
【００２０】
上記液晶表示素子１において、配向膜９の厚さは、図２に示すように突起部８の頂部とそれ以外の領域とで異なっている。なお、図２は、図１に示す液晶表示素子１の突起部８を拡大して示す断面図である。また、図２において、画素電極４、共通電極５、ＴＦＴ７、及びカラーフィルタ層１１等は省略されている。
【００２１】
上述したように、対向基板３上に形成した突起部８をスペーサとして用いた場合、液晶表示素子１の曲げなどによってアクティブマトリクス基板２と突起部８との間で横滑りが生じる。従来の液晶表示素子においては、この横滑りにより、突起部８の頂部に位置する配向膜１０が剥がれ、それに伴って、突起部８の周辺部に位置する配向膜１０が剥がれることがあった。その結果、従来の液晶表示素子によると、突起部８の近傍で液晶の配向欠陥が生じ、表示品位が低下するという問題を生じていた。
【００２２】
本発明者らは、配向膜１０の突起部８の頂部における厚さに着目し、その厚さと液晶表示素子１の曲げなどによる配向膜１０の剥離との関係を調べた。その結果、図３に示す関係を得ることができた。
【００２３】
図３は、図１及び図２に示す液晶表示素子１における、配向膜１０の突起部８の頂部での厚さと、液晶表示素子１の曲げなどによる配向膜１０の剥離との関係を示すグラフである。図３において、横軸は、配向膜１０の突起部８の頂部での厚さを示し、縦軸は、配向膜１０の剥がれ発生率を示している。なお、配向膜１０の突起部８の頂部での厚さは、配向膜１０の共通電極５上での厚さを１００とした場合の相対値で示されている。
【００２４】
図３に示すように、突起部８の頂部における配向膜１０の厚さが減少するのに伴い配向膜１０の剥がれ発生率は減少している。特に、突起部８の頂部における配向膜１０の厚さが、共通電極５上における配向膜１０の厚さの２０％以下である場合、配向膜１０の剥離をほぼ完全に防止することができる。すなわち、配向膜１０の突起部８の頂部における厚さを配向膜１０の突起部８の周囲における厚さの２０％以下とすることにより、配向膜１０が剥がれることによる配向不良が防止され、高い表示品位を実現することが可能となるのである。
【００２５】
上述したように、上記液晶表示素子１において、配向膜１０は、共通電極５上に比べ、突起部８の頂部においてより薄く形成される。例えば、配向膜１０は、共通電極５上で０．１μｍ〜０．３μｍの厚さを有するように、及び突起部８の頂部において０μｍ〜上記の２０％以内の厚さを有するように形成される。配向膜１０は、突起部８の頂部が露出するように形成してもよい。この場合、突起部８の頂部で配向膜１０が剥離することは起こり得ないので、上述した問題を生ずることがない。
【００２６】
図１に示す液晶表示素子１において、アクティブマトリクス基板２と対向基板３とは、各画素電極４とカラーフィルタ層１１の各色領域とが対応するように位置合わせされている。このような液晶表示素子１においては、突起部８をカラーフィルタ層１１の各色領域の境界部に位置するように形成し、且つ突起部８の先端をＴＦＴ７のような非画素部上に位置させることが好ましい。液晶層６のＴＦＴ７や走査線及び信号線（図示せず）の上方に位置する領域は、表示に殆ど寄与しない。したがって、このように表示に寄与しない領域に突起部８を位置させた場合、表示特性の低下を生ずることなく基板２，３間の距離を一定に保つことができる。
【００２７】
上述した液晶表示素子１は、例えば、以下に示す方法により作製することができる。まず、ガラス基板３のカラーフィルタ層１１が形成された面に、ＩＴＯのような透明導電体からなる共通電極５を所定のパターンで形成する。次に、フォトレジストのような感光性材料等をガラス基板３の共通電極５が形成された面に塗布し、これをフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いてパターニングすることにより突起部８を形成する。
【００２８】
その後、ガラス基板３の突起部８が形成された面に透明樹脂を含有する溶液を均一に塗布する。次に、ガラス基板３の上記溶液を塗布した面をレベリングすることにより、突起部８の頂部に塗布された溶液を共通電極５に向けて移動させる。さらに、この塗布液を乾燥することにより、配向膜１０を形成する。このように、配向膜１０を形成する際に、突起部８の頂部に塗布された溶液を共通電極５に向けて移動させることにより、突起部８の頂部における配向膜１０の厚さをより薄くすることが可能となる。なお、突起部８の頂部からの上記溶液の移動量、すなわち、突起部８の頂部における配向膜１０の厚さは、例えばレベリングの時間で制御することが可能である。適切なレベリング時間は用いる溶液の粘度等に応じて異なるが、通常、５秒〜３００秒とすることにより、突起部の頂部における配向膜１０の厚さを共通電極５上での厚さの２０％以下とすることができる。
【００２９】
以上のようにして対向基板３上に突起部８及び配向膜１０等を形成する一方で、ＴＦＴ７及びＩＴＯ等からなる画素電極４を有するアクティブマトリクス基板２上に、通常の方法により配向膜９を形成する。次に、これら対向基板３及びアクティブマトリクス基板２のいずれか一方の対向面周縁部に接着剤８を塗布し、それらを貼り合せて液晶セルを形成する。なお、接着剤８は液晶セルの端部に液晶封入口が形成されるように塗布する。また、対向基板３とアクティブマトリクス基板２とは、突起部８の頂部がＴＦＴ７上に位置するように位置合わせする。
【００３０】
その後、この液晶セル中に液晶材料を注入して液晶層６を形成する。さらに、液晶封入口を封止剤で封止することにより液晶表示素子１を得る。
【００３１】
上述した方法によると、配向膜８の形状は、ガラス基板３上に塗布した透明樹脂溶液を乾燥させる前に決定されたが、乾燥後に決定することも可能である。例えば、上述したのと同様の方法により、ガラス基板３の突起部８が形成された面に透明樹脂を含有する溶液を均一に塗布する。次に、この塗布液を乾燥させて配向膜１０を形成する。さらに、配向膜８をフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、配向膜１０の突起部８の頂部に位置する部分の少なくとも一部が除去されるようにパターニングする。以上のようにして、突起部８の頂部における配向膜１０の厚さをより薄くすることが可能となる。
【００３２】
以上示したように、本態様に係る液晶表示素子１によると、配向膜１０の突起部８の頂部における厚さが配向膜１０の突起部８の周囲における厚さの２０％以下であるので、配向膜１０が剥がれることによる配向不良が防止され、高い表示品位を実現することが可能である。なお、図１に示す液晶表示素子１において、突起部８は対向基板３上に設けられたが、アクティブマトリクス基板２上に設けられてもよい。また、突起部８は、アクティブマトリクス基板２及び対向基板３の双方に設けられてもよい。
【００３３】
図１に示す液晶表示素子１はアクティブマトリクスを用いて駆動されるが、ドットマトリクスのような単純マトリクスを用いて駆動されるものであってもよい。上記液晶表示素子１をドットマトリクス駆動とするには、画素電極４及び共通電極５の代わりに帯状の電極を用いる。すなわち、基板２，３の対向面に帯状電極をそれぞれの長軸が基板２，３間で直交するように並置した構造を採用すればよい。
【００３４】
上記液晶表示素子１の表示方式はＴＮ型であるが、ＳＴＮ型、ＧＨ型、ＥＣＢ型、或いは強誘電性液晶を用いたタイプ等であってもよい。すなわち、液晶層６を構成する液晶材料には、通常の液晶表示素子において一般に使用されるものを用いることができる。また、上記液晶表示素子１はカラーフィルタ層１１を有しているが、カラーフィルタ層１１は必ずしも設ける必要はない。上述した効果はモノクロタイプであっても得ることができる。
【００３５】
また、上記液晶表示素子１は透過型であるが反射型であってもよい。この場合、基板２は、ガラス基板のような透明基板及び透明性を有していない基板のいずれであってもよい。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３７】
（実施例）
図１に示す液晶表示素子１を以下に示す方法により作製した。まず、通常のＴＦＴ形成プロセスと同様に成膜とパターニングとを繰返し、ガラス基板２上にＴＦＴ７、走査線及び信号線等の配線（図示せず）、及びＩＴＯからなる画素電極４を形成した。なお、ＴＦＴ７の半導体層はアモルファスシリコンで構成し、画素数は縦方向が１００画素及び横方向が１００画素の計１００００画素とした。
【００３８】
次に、ガラス基板２の画素電極４等を形成した面の全面に、ポリイミドを含む溶液をオフセット印刷により塗布し、６０秒間レベリングした。これを１００℃で乾燥させ、１８０℃で１時間焼成することにより、厚さ１０００オングストロームの配向膜９を形成し、さらに、この配向膜９にラビング処理を施した。
【００３９】
次に、ガラス基板３上に、赤色の含量を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピナーを用いて塗布し、厚さ２．０μｍの塗布膜を形成した。この塗布膜の上方にフォトマスクを配置し、このフォトマスクを介して上記塗布膜に波長３６５ｎｍの紫外線を１００ｍＪ／ｃｍ²照射した。その後、１％のＫＯＨ水溶液を用いて上記塗布膜を現像し、さらに２３０℃で１時間焼成することにより、カラーフィルタ層１１の赤色領域（Ｒ）を形成した。同様にして、カラーフィルタ層１１の緑色領域（Ｇ）及び青色領域（Ｂ）を順次形成することにより、カラーフィルタ層１１を形成した。
【００４０】
次に、カラーフィルタ層１１上に、感光性樹脂をスピナーを用いて塗布して塗布膜を形成した。この塗布膜を９０℃で１０分間乾燥した後、カラーフィルタ層１１の形成に用いたのとは別のフォトマスクを介して、波長３６５ｎｍの紫外線を３００ｍＪ／ｃｍ²の露光量で露光した。さらに、露光後の塗布膜をｐＨ１１．５のアルカリ水溶液を用いて現像し、２００℃で６０分間焼成した。以上のようにして、突起部８を形成した。なお、突起部８は、図１に示すようにカラーフィルタ層１１の各色領域の境界部に位置するように、及び基板２，３を重ね合せた場合に突起部８の先端が基板２の非画素部に位置するように形成した。
【００４１】
以上のようにして突起部８を形成した後、ガラス基板３の突起部８が形成された面にスパッタリング法を用いてＩＴＯを堆積させ、厚さ１５００オングストロームの対向電極５を形成した。次に、配向膜９の形成に用いたのと同様の溶液をガラス基板３の突起部８が形成された面にオフセット印刷により塗布し、６０秒間レベリングした。これを１００℃で乾燥させ、１８０℃で１時間焼成することにより、配向膜１０を形成し、さらに、この配向膜１０にラビング処理を施した。なお、この配向膜１０の厚さを調べたところ、対向電極５上では１０００オングストロームであったのに対し、突起部８の頂部では５０オングストロームであった。
【００４２】
次に、ガラス基板３の突起部８が形成された面の周縁部に接着剤１２を印刷した。なお、接着剤１２は液晶封入口が形成されるように印刷した。また、接着剤１２の外周部に設けられた電極転移電極（図示せず）上に銀ペーストを塗布することにより、アクティブマトリクス基板２から対向電極５に電圧を印加するための電極転移部（図示せず）を形成した。
【００４３】
その後、基板２，３を配向膜９，１０が対向するように、それぞれのラビング方向が直交するように、及び突起部８の頂部が基板２の非画素領域上に位置するように貼り合せた。これを加熱して接着剤１２を硬化させることにより液晶セルを形成した。
【００４４】
次に、この液晶セル中に液晶材料としてＥ．メルク社製のＺＬＩ−１５６５にＳ８１１を０．１重量％添加した組成物を通常の方法により注入して液晶層６を形成した。さらに、液晶封入口を紫外線硬化樹脂で封止することにより液晶表示素子１を得た。
【００４５】
以上のようにして作製した液晶表示素子１に局部的に加圧して突起部８と基板２との間で横滑りを生じさせた。その結果、配向膜１０の剥がれ及びそれに伴う液晶の配向欠陥は生じず、良好な表示品位を維持することができた。
【００４６】
（比較例）
配向膜１０を形成する際のレベリング時間を１０秒としたこと以外は上記実施例と同様にして液晶表示素子１を作製した。製造工程の途中で配向膜１０の厚さを測定したところ、対向電極５上では１０００オングストロームであったのに対し、突起部８の頂部では２５０オングストロームであった。
【００４７】
この液晶表示素子１に局部的に加圧して突起部８と基板２との間で横滑りを生じさせた。その結果、配向膜１０の剥がれ及びそれに伴う液晶の配向欠陥が生じ（発生率１％）、表示品位の低下を生じた。
【００４８】
【発明の効果】
以上示したように、本発明において、一対の基板の少なくとも一方にスペーサとして突起部が設けられ、且つ突起部が設けられた基板には配向膜が形成される。本発明によると、突起部の頂部における配向膜の厚さを所定値以下とすることにより、突起部の先端及びその近傍での配向膜の剥離及びそれに伴う配向不良が防止され、高い表示品位を実現することが可能となる。
【００４９】
すなわち、本発明によると、配向膜が剥がれることによる表示品位の低下を生じにくい液晶表示素子及び液晶表示素子の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る液晶表示素子を概略的に示す断面図。
【図２】図１に示す液晶表示素子の突起部を拡大して示す断面図。
【図３】図１及び図２に示す液晶表示素子における、配向膜の突起部の頂部での厚さと、液晶表示素子の曲げなどによる配向膜の剥離との関係を示すグラフ。
【図４】従来の液晶表示素子を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
１，１０１…液晶表示素子
２，３，１０２，１０３…基板
６，１０６…液晶層
７…スイッチング素子
４，５…電極
１１…カラーフィルタ層
８…突起部
９，１０，１０９，１１０…配向膜
１２…接着剤
１０８…スペーサ

Claims

一方の主面に第１電極を有する第１基板と、前記第１電極と対向して配置され、前記第１電極との対向面に第２電極を有する第２基板と、前記第１及び第２基板間に挟持され液晶材料を含有する液晶層とを具備し、
前記第１基板は、前記第２基板との対向面に、前記第１及び第２基板間の間隙を一定に保つスペーサの少なくとも一部を構成する突起部と配向膜とをさらに有し、
前記配向膜は、前記第１電極上であって前記突起部の周囲における厚さが０．１μｍ〜０．３μｍの範囲内にあり、前記突起部の頂部における厚さが前記第１電極上であって前記突起部の周囲における前記厚さの２０％以下であることを特徴とする液晶表示素子。
前記配向膜は、前記突起部の頂部が露出するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
前記第１及び第２基板の一方は、その対向面にマトリクス状に形成された走査線及び信号線とスイッチング素子と前記第１又は第２電極として画素電極とを有するアクティブマトリクス基板であり、前記第１及び第２基板の他方は前記第１又は第２電極として共通電極を有する対向基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示素子。
前記突起部は、前記画素電極の間隙に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
一方の主面に第１電極と突起部とを有する第１基板を形成する工程と、
前記第１基板の前記第１電極側の主面上に透明樹脂を塗布して、前記第１基板の前記主面の表面形状に対応した形状を有する樹脂膜を形成する工程と、
前記樹脂膜を硬化させることにより配向膜を形成する工程と、
前記突起部の頂部に位置する前記配向膜の少なくとも一部を除去する工程と
を具備し、前記少なくとも一部を除去した配向膜として、前記第１電極上であって前記突起部の周囲における厚さが０．１μｍ〜０．３μｍの範囲内にあり、前記突起部の頂部における厚さが前記第１電極上であって前記突起部の周囲における前記厚さの２０％以下であるものを得ることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
前記配向膜が形成された前記第１基板と、一方の主面に第２電極を有する第２基板とを、前記第１及び第２電極が設けられた面が対向するように及び前記突起部をスペーサの少なくとも一部として用いて前記第１及び第２基板間に実質的に均一な幅の間隙が形成されるように配置して液晶セルを形成する工程と、
前記液晶セルの間隙に液晶材料を注入して液晶層を形成する工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示素子の製造方法。