JP4379934B2

JP4379934B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4379934B2
Application number: JP30112198A
Authority: JP
Inventors: 龍太郎原田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: JP2000131701A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー液晶表示装置に関し、とくに液晶を挟持する基板の間隔の保持に特徴を有する液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、透明電極を設けたガラス等の透明な基板を液晶層を挟持して対向させ、電極間に印加した電圧によって液晶を一定の方向に配向させることによって形成される透明部分と不透明部分によって画像を表示している。カラー液晶表示装置は、一般にはいずれかの透明電極基板上に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色の着色画素を設けており、液晶のシャッター作用によって３原色を加色して所望の色を表示している。
【０００３】
従来、液晶表示装置では、液晶挟持間隔を一定に保持するために、液晶中に、微細な棒状あるいは球状の粒子からなるスペーサを分散している。スペーサは、いずれかの基板上に散布した後に、前面および後面の基板を組み立て、次いで液晶を注入するという工程を経て製造している。
【０００４】
スペーサを散布する工程は、有機溶剤を用いた湿式工程、あるいは溶剤を用いない乾式工程によって行われるが、有機溶剤、あるいは微細な粉体の発生による雰囲気の汚染等の問題があった。また、スペーサが液晶挟持間隔の一部に滞留したり、スペーサ近傍の液晶分子の配列が乱されて、表示品質が低下するという問題が生じることがあった。
【０００５】
スペーサを液晶中に分散することに代えて、着色層あるいは透明樹脂層を積層して間隔保持用の柱状体を形成することが行われている。着色層によって作製した柱状体は、光が透過せずに黒点となり、一方、透明樹脂によって形成した柱状体も通常のスペーサと同様に光の散乱を起こし、コントラストの低下等の表示品質の悪化を招くという問題があった。
そこで、柱状体は、着色画素の表示部以外の部位に設けて、このような問題が発生しないようにする必要が生じる。
【０００６】
また、液晶表示装置の非表示領域に、保持用の柱状体を形成することによって、スペーサを用いる必要のない各種の液晶表示装置が提案されている。例えば、特開昭６０−１６４７２３号公報では、液晶駆動用素子上に、挟持間隔に対応したポリイミドの柱状体を形成することが記載されている。また、特許第２５４７５２３号には、能動素子上にブラックマトリックスによって突起を形成するとともに、該突起に対向するカラーフィルタ上に、着色層を積層した突起を形成して、両方の突起で液晶挟持間隔を保持する液晶表示装置が提案されている。
【０００７】
柱状体の面積と柱状体の強度には相関関係があるために、面積が小さな柱状体では、より多くの数の柱状体を設ける必要がある。また、柱状体は、一般には感光性樹脂を用いて形成されているが、微細な柱状体では、一部が欠けて充分な強度のものが得られられない等の問題があったが、液晶駆動用素子上に、突起部、あるいは柱状体を形成する方法では、ブラックマトリックスあるいはその対向基板側に形成する方法に比べて、対向基板に接する面積が大きな柱状体を形成することが可能であるという特徴と有している。
【０００８】
しかしながら、柱状体あるいは突起部がＴＦＴ等の能動素子上に設けられているので、前面側のカラーフィルタ基板と能動素子を形成した基板を重ね合わせて液晶表示装置を製造する工程において加わる荷重、あるいは液晶表示装置を使用中に前面の基板に加わる荷重によって、突起部あるいは柱状体によって能動素子上に大きな力が加わり、その結果、能動素子が破壊され、破壊された能動素子に対応した着色画素が正常に動作をしなくなるという問題点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スペーサの分散による液晶表示装置の表示品質の低下を防止するとともに、スペーサに代えて柱状体を形成した従来の問題点を解決することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、対向する２枚の基板の間に液晶層を挟持し、液晶挟持間隔を保持する柱状体を、ブラックマトリックスを形成した基板もしくはその対向基板の少なくともいずれか一方に、ブラックマトリックスの直交部とそれに続くブラックマトリックス部、あるいは対向基板上のブラックマトリックスの直交部とそれに続くブラックマトリックス部に対向する部分に形成したものであり、柱状体は、ブラックマトリックスの直交部に中心を有するとともに、直交するブラックマトリックスの４個の交点に接した、ブラックマトリックスの直交部の面積よりも大きな、楕円形又は菱形の柱状体である液晶表示装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
すなわち、本発明の液晶表示装置は、液晶表示装置の挟持間隔を保持する柱状体を、能動素子形成部から避けて配置するものであり、液晶表示装置の前面側の基板が強く押された場合であっても、能動素子が破壊することがない液晶表示装置を提供するものである。
【００１２】
本発明の液晶表示装置を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の液晶表示装置の駆動素子を形成した基板を示す図である。表示部１の近傍には、ＴＦＴ等の液晶駆動素子２が形成されており、柱状体３は、液晶駆動素子部を避けて、信号線４上などに形成されている。信号線上に形成する場合には、膜厚が大きな交差部５に形成することが好ましい。これによって、形成すべき柱状体の高さを小さくすることが可能となる。
【００１３】
また、図２は、ブラックマトリックス上に柱状体を形成したカラーフィルタを説明する図である。
ブラックマトリックスは、開口部の面積を大きくするために、細線化が行われており、ブラックマトリックス６上に柱状体を形成した場合には、十分な面積の柱状体が得られないことがある。このような場合には、ブラックマトリックスの直交部７および、それに続くブラックマトリックス上に柱状体３を形成することが好ましい。
【００１４】
図３は、ブラックマトリックスの直交部を拡大する図である。
図３（Ａ）は、縦方向と横方向に幅が等しいブラックマトリックスを設けた例であり、両者の直交部の中央に中心を有するとともに、縦横のブラックマトリックスの交点に辺を接するひし形の柱状体を設けた例を示している。ブラックマトリックス６の線幅をａμｍとすると、縦方向と横方向の直交部７のみに柱状体を形成した場合には、面積は、ａ×ａ＝ａ²μｍであるが、図３（Ａ）に示すように、ひし形の柱状体３を設けた場合には、（（２）^1/2ａ）² ＝２ａ²μｍとなり、直交部に正方形の柱状体を形成した場合に比べて、２倍の面積の柱状体を形成することが可能となる。
【００１５】
図３（Ａ）では、縦方向と横方向のブラックマトリックスの幅が等しい場合について説明をしたが、線幅が等しくない場合でも、直交部の長方形の面積に比べて、大きな面積のひし形の柱状体を形成することができる。
また、図３（Ｂ）は、他の実施例を説明する図であり、ブラックマトリックスの直交部７のブラックマトリックスの縦線と横線の交点に辺が接する円または楕円を形成したものであり、直交部７に正方形もしくは長方形の柱状体を設けた場合に比べて、面積が大きなものを形成することができる。
柱状体は任意の形状のものを形成することができるが、ブラックマトリックスの直交部を中心とした円形、楕円形、菱形等のものが、積層するパターンの形状が単純であり、作製も容易である。
【００１６】
本発明の柱状体の形成は、着色画素の形成の際に、画素形成パターンの他に、柱状体形成用のパターンを有するフォトマスクを用いて、柱状体形成部に、着色画素と同一の材料によって着色層を形成する方法、色の異なる着色層を積層して形成する方法、あるいは単一の着色層で柱状体を形成する方法、透明保護層の形成の際に透明保護層の形成用の材料で形成するする方法等によって行うことができる。また、柱状体の形成のために、専用のパターンを用いて柱状体用の樹脂をパターン化して柱状体を形成しても良い。
また、着色層を形成したカラーフィルタ上には、合成樹脂もしくは無機物質からなる透明な保護膜を形成しても良い。また、着色層上には直接に、あるいは保護膜を形成した後にＩＴＯ等からなる液晶の駆動用の透明電極膜を形成する。
【００１７】
また、ＩＴＯが対向する基板との間に電気的に問題が生じるようであれば、ＩＴＯ成膜時に、柱状体部にＩＴＯが形成されないようにマスキングをするか、あるいはＩＴＯ成膜後、柱状体を形成すれば良い。また、ＴＦＴ基板等のカラーフィルタの対向基板側にブラックマトリックスを形成する場合には、非導電性のブラックマトリックスでＴＦＴ基板側にも柱状体を形成し、カラーフィルタ側の柱状体と対向させることで、間隔を保持することができる。
【００１８】
柱状体は、ブラックマトリックスの直交部のすべてに形成しなくても、１２．１インチ型のＸＧＡであれば、ピクセルサイズが２４０μｍ×２４０μｍであるので、サブピクセル（８０μｍ）に１個の割合で設けるならば、１ｍｍ² には、約５２個のスペーサが形成可能である。この数は通常の液晶に合成樹脂の球形等のスペーサを混合した場合の数字である１００〜２００個／ｍｍ²という値に比べて小さいが、合成樹脂からなるスペーサの場合のように粒径分布のばらつきが生じたり液晶中での偏在等がなく、表示面全体にわたり均一に配置されているので、表示面全面にわたる負荷が均等になり充分に目的を達することが可能である。
【００１９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示し、更に詳細に説明する。
実施例１
短辺３６０ｍｍ、長辺４６５ｍｍ、板厚０．７ｍｍの１７３７ガラス（コーニング社製）にスパッタリングによって、厚さ０．２μｍの酸化クロム／クロムの積層構造膜を形成した。ガラス面側から観察して低反射の光学濃度が４．０のものが得られた。
次いで、フォトレジスト（東京応化製ＯＦＰＲ−８００）を０．５μｍの厚さに塗布して、プリベークし所定のパターンを形成したマスクを用いて露光し、レジストの現像を行った後に酸化クロム／クロム膜をエッチング、レジストの剥離、洗浄、乾燥工程を経てブラックマトリックスを形成した。
【００２０】
次に、（１）ラジカル重合型フォトポリマー、（２）サブミクロン粒径のアントラキノン系赤色顔料（ＣＩ：ピグメントレッド１７７とピグメントイエロー１３９の混合物）を分散した分散液、（３）ベンジルメタクリレート−メタクリル酸共重合体、（３）ペンタエリスリトールテトラアクリレート、（５）４−［Ｐ−Ｎ，Ｎ−ジ（エトキシカルボニルメチル）］−２−６−ジ（トリクロロメチル）−Ｓ−トリアジン、（６）３−エトキシプロピオン酸エチルエステル、からなる着色感光性材料の組成物を、最後の熱処理終了後に３μｍの厚さとなるように塗布した。
１００℃でプリベークした後に、赤色パターン形成用マスクを用いて露光し、現像、洗浄、乾燥した後に２００℃でポストベークして赤色着色画素を形成するとともに、ブラックマトリックスの直交部に、１０μｍ×１０μｍの大きさの菱形の柱状体形成用の赤色着色層を形成した。
【００２１】
次いで、フタロシアニン系緑色顔料（ＣＩ：ピグメントグリン７とピグメントイエロー８３の混合物を）を、赤色の感光性材料に用いたものと同様の組成物に、分散した感光性材料を最後の熱処理終了後に３．６μｍの厚さとなるように塗布した。
１００℃でプリベークした後に、緑色パターン形成用マスクを用いて露光し、現像、洗浄、乾燥した後に２００℃でポストベークして緑色着色画素を形成するとともに、ブラックマトリックス部の直交部に形成した柱状体上に、１０μｍ×１０μｍの大きさの柱状部形成用の緑色着色層を形成した。
【００２２】
次いで、フタロシアニン系青色顔料（ＣＩ：ピグメントブルー１５：３とピグメントバイオレット２３の混合物）を分散した感光性材料を、赤色の感光性材料に用いたものと同様の組成物に分散した感光性材料を最後の熱処理終了後に４．７μｍの厚さとなるように塗布した。記載して下さい。
１００℃でプリベークした後に、青色パターン形成用マスクを用いて露光し、現像、洗浄、乾燥した後に２００℃でポストベークして緑色着色画素を形成するとともに、ブラックマトリックス部の直交部に形成した柱状体上に、１０μｍ×１０μｍの大きさの柱状体形成用の青色着色層を形成した。
このようにして得られたカラーフィルタにポリイミドよりなる配向膜を形成した後、エポキシ樹脂をシール材としてＴＦＴを形成したガラス基板とを接合して、液晶としてＴＮ液晶を封入した。
【００２３】
また、本発明は、以上の実施例に示したものに限らず、液晶挟持間隔を大きくする場合には、ＴＦＴ基板側にも同様の柱状部を作製し、両者の柱状部を対向させて液晶挟持間隔を形成しても良い。
また、保護膜として使用するオーバーコート材料に感光性組成物を使用して、保護膜の形成時に柱状部を積層することでも、液晶挟持間隔を大きくとることも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、２枚の基板の間に液晶を挟持した液晶表示装置において、能動素子上あるいはその対向部以外の領域に柱状体を形成したので、組立時あるいは使用時に加わる力によって、能動素子が破壊されることはない。さらに、柱状体を能動素子あるいはその対向部以外のブラックマトリックスの直交部に形成した場合には、線幅が細いブラックマトリックスを有するカラーフィルタであっても、面積の大きな柱状体を形成することが可能となるので、表示品質に優れた液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の駆動素子を形成した基板を示す図である。
【図２】ブラックマトリックス上に柱状体を形成したカラーフィルタを説明する図である。
【図３】ブラックマトリックスの直交部を拡大する図である。
【符号の説明】
１…表示部、２…液晶駆動素子、３…柱状体、４…信号線、５…交差部、６…ブラックマトリックス、７…ブラックマトリックスの直交部

Claims

対向する２枚の基板の間に液晶層を挟持し、液晶挟持間隔を保持する柱状体を、縦方向と横方向の線幅が等しくないブラックマトリックスを形成した基板もしくはその対向基板の少なくともいずれか一方に、ブラックマトリックスの直交部、あるいは対向基板上のブラックマトリックスの直交部に対向する部分に形成したものであり、柱状体は、ブラックマトリックスの直交部に中心を有するとともに、直交するブラックマトリックスの４個の交点に接した、ブラックマトリックスの直交部の面積よりも大きな、楕円形又は菱形の柱状体であることを特徴とする液晶表示装置。