JP5287106B2

JP5287106B2 - 液晶表示装置の製造方法

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Publication number: JP5287106B2
Application number: JP2008255859A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　　剛
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010085796A

Description

本発明は、弾性を有するスペーサを一対の基板の間に設けた液晶表示装置の製造方法に関する。

硬さが異なる複数の層から構成されるスペーサを一対の基板の間に設けた液晶表示装置が特許文献１に開示されている。この液晶表示装置のスペーサの上層は固目に、下層は軟らか目に構成されている。このため、液晶表示装置に押圧力が加わった場合に、上層の固い部分がこれに抵抗し、液晶表示装置の厚さ方向の変形が抑制されて、色むらの発生が抑えられる。一方、温度変化によって液晶が膨張収縮した場合には、下層の軟らかい部分が変形して、液晶の膨張収縮に伴う基板間隔の変化に追随し、真空気泡の発生を抑制する。

特開２００５−３４５６６６号公報

特許文献１に開示されているスペーサは、ＴＦＴ側基板に塗布した感光性樹脂にフォトリソプロセスを適用してパターニングすることにより、形成されている。しかし、特許文献１に開示されている構成では、上層の感光性樹脂と下層の感光性樹脂の種類が異なるため、スペーサの上層と下層を別工程で形成する必要がある。つまり、フォトリソプロセスを２回繰り返す必要がある。従って、製造プロセスが煩雑になるという問題があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、比較的簡易なプロセスで製造可能なスペーサを備える液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、一対の基板を、スペーサを介して対向配置し、前記一対の基板間に液晶層を配置した液晶表示装置の製造方法において、画素電極と、該画素電極に接続されたアクティブ素子と、前記画素電極及び前記アクティブ素子を覆うように設けられた配向膜とを有し、前記一対の基板のうちの一方の基板である、第１の基板を準備する第１基板準備工程と、共通電極、カラーフィルタ、配向膜が順次形成され、前記一対の基板のうちの他方の基板である、第２の基板を準備する第２基板準備工程と、感光性を有する樹脂材料と該樹脂材料中に混合された固体粒子とを含む第１の材料を前記第１の基板上に塗布して第１の塗布膜を形成する第１層形成工程と、前記樹脂材料を含み、前記第１の材料よりも圧縮弾性率が小さい第２の材料を前記第１の塗布膜上に塗布して第２の塗布膜を形成する第２層形成工程と、前記第１の塗布膜および前記第２の塗布膜を露光および現像することによってマスクパターンに対応した所定のパターンを残存させてスペーサを形成するパターン形成工程と、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する基板接合工程と、を有し、前記パターン形成工程は、前記所定のパターンの全体と前記第１の基板との間に、前記画素電極及び前記アクティブ素子が介在しないように、且つ、前記配向膜のみが介在するように、該所定のパターンを残存させることを含み、前記基板接合工程は、前記所定のパターンの全体と前記第２の基板との間に、前記共通電極、前記カラーフィルタ、及び、前記配向膜が介在するように、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合することを含む、ことを特徴とする。
好ましくは、前記第１層形成工程は、前記樹脂材料中に、予め定めた第１の割合で固体粒子を混合させた前記第１の材料を一方の基板の上面に塗布することを含み、前記第２層形成工程は、前記樹脂材料中に、前記第１の割合とは異なる第２の割合で固体粒子を混合させた前記第２の材料を前記第１の塗布膜の上面に塗布することを含む。
好ましくは、前記第１層形成工程は、前記第１の塗布膜形成後に、前記第１の塗布膜をプリベークすることを含み、前記第２層形成工程は、前記第２の塗布膜形成後に、前記第２の塗布膜をプリベークすることを含み、前記パターン形成工程の後に、残存した前記第１の塗布膜および前記第２の塗布膜をベークするベーク工程を含む。

本発明によれば、圧縮弾性率の異なる複数のスペーサを備え、比較的容易なプロセスで製造可能な液晶表示装置の製造方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態に係る液晶表示装置１００について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態に係る液晶表示装置１００の断面構造を示している。

図１に示すように、液晶表示装１００は、対向して配置された一対の基板１０と２０と、基板１０と２０の間に配置されスペーサ３０と、一対の基板１０、２０の間に封止された液晶の層４０とから構成されている。

基板１０と２０は、ぞれぞれ、ガラス、樹脂等の光透過性基板から構成される。

基板１０の上には、画素電極１１と、該画素電極１１に接続されたスイッチング素子１２がマトリクス状に配置されている。画素電極１１は、例えば、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等から構成され、スイッチング素子１２は、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等から構成される。さらに、これらを覆って、配向膜１３が形成されている。

一方、基板２０の上には、共通電極２１は、カラーフィルタ２２、配向膜２３等が順次形成されている。

スペーサ３０は、基板１０と基板２０の間に配置され、非表示領域、即ち、画素電極１１が存在しない領域に複数個分散して配置されている。各スペーサ３０は、全体として、ギャップ長にほぼ等しい長さの円柱状に形成されており、第１のスペーサ３０ａと第２のスペーサ３０ｂとが積層されて形成されている。

第１のスペーサ３０ａは、弾性を有する樹脂材料に固体粒子３０を混合した複合材料で成され、第１の圧縮弾性率を有する。第２のスペーサ３０ｂは、第１のスペーサ３０ａを構成する樹脂材料と同一の樹脂材料から構成され、固体粒子３０ｃを含まず、前記第１の圧縮弾性率よりも小さい第２の圧縮弾性率を有する。

図１に示すように、第１のスペーサ３０ａは、基板１０（正確には、配向膜１３）上に配置され、第２のスペーサ３０ｂは、第１のスペーサ３０ａに積層され、対向基板２０（より正確には、配向膜２３）に固定されている。

第１のスペーサ３０ａは、例えば、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、ポリ塩化ビニル樹脂などを主成分とする感光性の樹脂材料を基材にして、基材に固体粒子３０ｃを混合して構成される。

固体粒子３０ｃは、第１のスペーサ３０ａの基材よりも硬質で、スペーサ３０の径の１／２０〜１／３程度の直径を有する。固体粒子３０ｃは、有機材料、無機材料、または有機無機複合材料などから選択可能である。例えば、有機系材料としては、アクリル系重合体、ジエン系重合体ゴムラテックスなどが、無機系材料としては、酸化ケイ素、酸化ゲルマニウム、酸化チタン、酸化アルミニウムなどが、また、有機無機複合材料としては、アクリルポリマーなどの有機物とシリコーンを複合したシリコーン系複合材料などが挙げられる。また、固体粒子３０ｃは１種類の材料で構成してもよいし、複数の材料を混合あるいは複合して構成してもよい。

第１のスペーサ３０ａは、基材とより硬質な固体粒子３０ｃの混合体から構成されているので、前記基材に対する固体粒子３０ｃの混合比率（含有率）を大きくすれば、第１のスペーサ３０ａの圧縮弾性率を大きくすることができ、混合比率を調整することにより、液晶表示装置１００の構成に適切な圧縮弾性率に設定されている。

第２のスペーサ３０ｂは、第１のスペーサ３０ａを構成する樹脂材料と同一の樹脂材料から構成され、固体粒子３０ｃを含有しない。そのため、第２のスペーサ３０ｂの圧縮弾性率は、第１のスペーサ３０ａの圧縮弾性率に比べて小さい。つまり、第２のスペーサ３０ｂは、第１のスペーサ３と比べて軟らかい。

次に、図３、図４を参照して、スペーサ３０を形成する方法を説明する。
まず、画素電極１１、アクティブ素子１２、配向膜１３が形成された基板１０が用意される。

次に、感光性を有する樹脂材料に所定の重量比、例えば、１／２０〜１／２で、固体粒子３０ｃを混合し、十分に撹拌して複合材料を生成し、生成した複合材料を、図３（ｂ）に示すように、配向膜１３上に塗布し、第１の塗布膜４１を形成する。なお、塗布には、例えば、スピンコート、浸漬、印刷、ディスペンスあるいはロールコーターなど各種の公知の方法を用いればよい。複合材料の塗布膜の膜厚は、ベーク後の厚さがスペーサ３０の第１のスペーサ３０ａの厚さと同一となる厚さである。

次に、基板１０に塗布した複合材料をプリベークする。なお、プリベークは、例えば、基板１０を下面から加熱して乾燥させたり、真空乾燥、凍結乾燥、スプレードライなど各種の公知の方法を用いて行う。

続いて、塗布膜４１の上面に、前記感光性樹脂を図３（ｃ）に示すように、塗布し、第２の塗布膜４２を形成する。塗布には、前述の手法を使用できる。第２の塗布膜４２の膜厚は、ベーク後の厚さがスペーサ３０の第２のスペーサ３０ｂに等しくなる厚さである。

その後、樹脂材料を、例えば、室温〜１２０℃でプリベークする。

次に、フォトリソプロセスにより、第１と第２の塗布膜４１と４２とをパターニングして、基板１０の所定位置に、未硬化のスペーサ３０を形成する。

まず、第１と第２の塗布膜４１，４２の上に、図４（ａ）に示すように、フォトマスク５１を配置する。このフォトマスク５１は、スペーサ３０を形成する位置に平面で円形の開口５１ａを備える。

続いて、図４（ａ）に示すように、紫外光等を照射し、第１と第２の塗布膜４１と４２にマスクパターン、即ち、スペーサ３０の平面形状を転写する。

次に、基板１０を所定の現像液に漬けて、第１と第２の塗布膜４１と４２の不要部分、つまり第１と第２の塗布膜４１と４２に転写された所定のパターン以外の部分（未露光部分）を、例えば、図４（ｂ）に示すように形成する。

続いて、基板１０および２０を、例えば、２００〜２５０℃でベークして、所定位置にスペーサ３０を形成する。

一方、基板２０には、共通電極２１、カラーフィルタ２２、配向膜２３が順次形成される。続いて、スペーサ３０が形成された基板１０と共通電極２２などが形成された対向基板２０とが、シール材を介して接合され、液晶セルが形成される。この際、スペーサ３０により、ギャップ長が適切な値に維持される。

続いて、液晶セル内に液晶が充填され、注入口が封止される。
続いて、外面上に偏光板等が配置され、液晶表示装置１００が完成する。

この製造方法によれば、第１と第２の塗布膜４１と４２の基材は、同一のスペーサ材料であり、共通の露光工程と、現像工程により、第１のスペーサ３０ａとスペーサ３０ｂとを形成することができる。

また、スペーサ３０が、弾性の大きい第１のスペーサ３０ａと弾性の小さい第２のスペーサ３０ｂとを備えているので、図５に示すように、基板１０，２０に押圧力が加わっても、硬質な第１のスペーサ３０ａがこれを受けて変形に抵抗するので、液晶層４０の厚さ変動を抑制し、色むらの発生を防止できる。また、図６に示すように、温度の変化により、液晶層４０の体積が収縮或いは膨張しても、第２のスペーサ３０ｂが変形して、これに追従するので、真空気泡の発生を抑止できる。

本実施形態では、第１のスペーサ３０ａのみに固体粒子３０ｃを含有させ、第２のスペーサ３０ｂに固体粒子３０ｃを含有させない例を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図７に示すように第２のスペーサ３０ｂに第１のスペーサ３０ａよりも少ない含有率で固体粒子３０ｃを含有させて、個々にかつ全体として所望の圧縮弾性率が得られるようにしてもよい。

また、本発明の実施形態では、スペーサ３０を２層とした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図８に示すように、異なる樹脂材料を３層以上に積層して構成するとともに、各層の固体粒子３０ｃの含有率を変えて、全体として及び個々に所望の弾性を得てもよい。

また、本発明の実施形態では、第１と第２のスペーサ３０ａと３０ｂを積層した例を示しているが、本発明はこれに限られることなく、図９に示すように、第１のスペーサ３０ａと第２のスペーサ３０ｂとを、基板１０と２０の間に隣接して並列に配置してもよい。

本発明の実施形態に係る液晶表示装置の断面図である。本発明の実施形態に係るスペーサを示す図である。（ａ）〜（ｃ）は、スペーサを形成する方法を説明する図である。（ａ）、（ｂ）は、スペーサを形成する方法を説明する図である。前記液晶表示装置の作用を示す図である。前記液晶表示装置の別の作用を示す図である。二層構造のスペーサの変形例を示す図である。三層構造のスペーサを示す図である。スペーサを並列に配置した構成を示す図である。

符号の説明

１０・・・基板、１１・・・画素電極、１２・・・アクティブ素子、１３・・・配向膜、２０・・・基板
２１・・・対向電極、２２・・・カラーフィルタ、２３・・・配向膜、３０・・・スペーサ、３０ａ・・・第１のスペーサ、３０ｂ・・・第２のスペーサ、３０ｃ・・・固体粒子、４０・・・液晶の層、４１・・・第１の塗布膜、４２・・・第２の塗布膜、５１・・・フォトマスク、１００・・・液晶表示装置

Claims

一対の基板を、スペーサを介して対向配置し、前記一対の基板間に液晶層を配置した液晶表示装置の製造方法において、
画素電極と、該画素電極に接続されたアクティブ素子と、前記画素電極及び前記アクティブ素子を覆うように設けられた配向膜とを有し、前記一対の基板のうちの一方の基板である、第１の基板を準備する第１基板準備工程と、
共通電極、カラーフィルタ、配向膜が順次形成され、前記一対の基板のうちの他方の基板である、第２の基板を準備する第２基板準備工程と、
感光性を有する樹脂材料と該樹脂材料中に混合された固体粒子とを含む第１の材料を前記第１の基板上に塗布して第１の塗布膜を形成する第１層形成工程と、
前記樹脂材料を含み、前記第１の材料よりも圧縮弾性率が小さい第２の材料を前記第１の塗布膜上に塗布して第２の塗布膜を形成する第２層形成工程と、
前記第１の塗布膜および前記第２の塗布膜を露光および現像することによってマスクパターンに対応した所定のパターンを残存させてスペーサを形成するパターン形成工程と、
前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する基板接合工程と、を有し、
前記パターン形成工程は、前記所定のパターンの全体と前記第１の基板との間に、前記画素電極及び前記アクティブ素子が介在しないように、且つ、前記配向膜のみが介在するように、該所定のパターンを残存させることを含み、
前記基板接合工程は、前記所定のパターンの全体と前記第２の基板との間に、前記共通電極、前記カラーフィルタ、及び、前記配向膜が介在するように、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合することを含む、
ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
前記第１層形成工程は、前記樹脂材料中に、予め定めた第１の割合で固体粒子を混合させた前記第１の材料を一方の基板の上面に塗布することを含み、
前記第２層形成工程は、前記樹脂材料中に、前記第１の割合とは異なる第２の割合で固体粒子を混合させた前記第２の材料を前記第１の塗布膜の上面に塗布することを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
前記第１層形成工程は、前記第１の塗布膜形成後に、前記第１の塗布膜をプリベークすることを含み、
前記第２層形成工程は、前記第２の塗布膜形成後に、前記第２の塗布膜をプリベークすることを含み、
前記パターン形成工程の後に、残存した前記第１の塗布膜および前記第２の塗布膜をベークするベーク工程を含む、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置の製造方法。