JPH04109220A - 液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は液晶素子に関し、特に単純マドリスクタイプの
液晶素子の画素間から漏れる光を防ぎ表示品位を挙げる
為の金属遮光マスクおよびそれを使用した液晶素子に関
するものである。

［従来の技術］ 従来、単純マドリスクタイプの液晶表示装置は、反射型
および透過型ともに画素間にあたる部分に遮光マスクを
設ける様なものはほとんどなかった。最近になって、高
精細化及び表示品位を上げる為に、画素間に遮光マスク
を設けることが提案されるようになってきた。例えば、
特公昭６３−３８６８９号公報には、一方の基板の表示
用透明電極上に引回し電極である金属電極をはしご状に
配置し、対向基板側の画素間を隠す方法が提案されてい
る。また、カラーフィルターを具備したものにおいても
、例えば特公昭５３−６５３号公報における様に遮光層
の間にカラーフィルターを設けたものや特公平２−１３
１１号公報における様にカラーフィルターの境界部に不
透明膜を配設し、その上に透明膜を配置したもの等が報
告されている。

上記の様な金属遮光マスクの上には絶縁層を形成するが
、絶縁層としては、無機膜のＳｉＯ２やＴａｇ’ｓ　、
　Ａｊ’ｚＯｓ等々の酸化物や、ポリイミド、ポリアミ
ド、有機金属酸化膜等の有機系から形成されるものなど
種々のものがある。

また、該金属遮光マスク上に形成したカラーフィルター
等も、絶縁膜の一種として考えられる。

カラーフィルターとしては、基板上にゼラチン、カゼイ
ン、グリユーあるいはポリビニルアルコールなどの親水
性高分子物質からなる媒染層を設け、その媒染層を色素
で染色して着色層を形成する染色カラーフィルターが知
られている。

このような染色法では、使用可能な染料が多くカラーフ
ィルターとして要求される分光特性への対応が比較的容
易であるが、媒染層の染色工程に、染料を溶解させた染
色洛中に媒染層を浸漬するというコントロールの難しい
湿式１程を採用しており、また各色毎に防染用の中間層
を設けるという複雑な工程を有するため歩留りが悪くな
る欠点を有している。また、染色可能な色素の耐熱性が
１５０℃程度以下と比較的低く、該フィルターに熱的処
理を必要とする場合には、使用が困難である上、染色膜
自体の耐熱性、耐光性等の信頼性が劣るという欠点も有
している。

これに対し、従来、ある種の着色材料が透明樹脂中に分
散されてなる着色樹脂を用いたカラーフィルターが知ら
れている。

例えば、特開昭５８−４６３２５号公報、特開昭６０−
７８４０１号公報、特開昭６０−１８４２０２号公報、
特開昭６０−１８４２０３号公報、特開昭６０−１８４
２０４号公報、特開昭６０−１８４２０５号公報等に示
されている様に、ポリアミノ系樹脂に着色材料を混合し
た着色樹脂膜を用いることを特徴とするカラーフィルタ
ーによれば、該ポリアミノ系樹脂自体は、耐熱性、耐光
性等の特性に優れたものであるが、非感光性樹脂である
ためカラーフィルターのパターン形成には、微細パター
ンに不利な印刷による方法、あるいは着色樹脂膜上にレ
ジストによるマスクを設けた後に、該着色樹脂膜をエツ
チングするという製造工程の煩雑な方法をとらなければ
ならなかった。

一方、特開昭５７−１６４０７号公報、特開昭５７−７
４７０７号公報、特開昭６０−１２９７０７号公報等に
示されている様に、感光性樹脂に着色材料を混合した着
色樹脂膜を用いることを特徴とするカラーフィルターに
よれば、カラーフィルターの製造方法によっては一般的
なフォトリソ工程のみで微細パターン化でき、工程の簡
素化は可能となる。

しかし、この様な感光性樹脂に着色材料を混合した着色
樹脂を用いてカラーフィルターを形成する場合、一般に
露光波長域における着色材料自体の光吸収があるため、
感光性樹脂の光硬化に必要な露光エネルギーは通常より
かなり大きなものとなる。

一般に、感光性樹脂に対する露光時の光強度は、光照射
面から深さ方向に入っていくに従い、指数関数的に減少
していく。従って、感光性樹脂に、さらに光吸収特性を
もつ着色材料の混入による光照射面から深さ方向に対す
る露光時の入射光強度の減衰は、著しく大きくなり、場
合によっては感光性着色樹脂膜の底部に当たる基板との
界面付近での光硬化が不充分となり、現像時に膜ハガレ
等を生じることがあった・ また、この露光時の入射光強度の減衰を補うため、露光
エネルギーを非常に太き（すると、着色材料自身の劣化
を生じることもあった。

さらに、着色樹脂膜表面は、着色材料の混入により、表
面の粗れが生じ、カラーフィルター表面における散乱を
伴ない、カラーフィルターの光学的性能を落とす上、液
晶素子内面に構成させる場合では、液晶分子の配向を乱
すこともあった。

この様に、感光性樹脂に着色材料を混合した着色樹脂を
用いてカラーフィルターを形成する場合、そのプロセス
におけるカラーフィルター膜の安定性、耐久性、そして
カラーフィルターとしての性能上の問題が残されていた
。

上述の欠点を解消せしめるために、本出願人は既に特願
昭６２−２２４６１号（特開昭６３−１９１１０４号公
報）を出願し、より少ない露光エネルギーで効率的にパ
ターン形成できると共に、露光時の着色材料自体の劣化
を防ぎ、膜の深さ方向での光硬化のバラツキを減らし、
かつ表面状態のより平滑な着色樹脂膜を有するカラーフ
ィルターを提案した。

このカラーフィルターは、感光性樹脂中に少なくとも着
色材料を分散してなる着色樹脂を用い、フォトリソ工程
の繰り返しにより形成される複数のパターン状着色樹脂
層を有するカラーフィルターにおいて、該着色材料を着
色樹脂層の表面部から底部にかけて次第に多く分散させ
てなるものである。

また、従来より、液晶素子としては、例えばエム・シャ
ット（Ｍ、　５ｃｈａｄｔ）とダブリュ・ヘルフリッヒ
（Ｗ、　Ｈｅ１ｆｒｉｃｈ）著“アプライド・フィジッ
クス、レターズ”　（“Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ”）第１８巻、第４号（１９７１年
２月１５日発行）、第１２７〜１２８頁の°゛ボルテー
ジデイペンダント・オプティカル・アクティビティ−・
オブ・ア・ツィステッド・ネマチック・リキッド・クリ
スタル°゛（Ｖｏｌｔａｇ−ｅ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　
０ｐｔｉｃａｌ　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ａＴｗｉｓ
ｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ　１ｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａ
ｌ”）に示されたツィステッド・ネマチック液晶を用い
たものが知られている。

このツィステッド・ネマチック液晶は、画素密度を高く
したマトリクス電極構造を用いた時分割駆動の時、クロ
ストークを発生する問題点があるため画素数が制限され
ていた。

また、各画素に薄膜トランジスタによるスイッチング素
子を接続し、各画素毎をスイッチングする方式の表示素
子が知られているが、基板上に薄膜トランジスタを形成
する工程が極めて煩雑な上、大面積の表示素子を作成す
ることが難しい問題点があった。

これらの問題点を解決するものとして、クラーク（Ｃ１
ａｒｋ）等により米国特許第４３６７９２４号明細書で
強誘電性液晶素子が提案されている。

第３図は、強誘電性液晶子の動作説明のために、セルの
例を模式的に描いたものである。２１ａと２１．　ｂは
、それぞれ工ｎ２０．　、５ｎ０２あるいはＩＴＯ（Ｉ
ｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）等の薄膜からなる透
明電極で被覆された基板（ガラス板）であり、その間に
複数の液晶分子層２２がガラス面に垂直になるよう配向
したＳｍＣ”相又はＳｍＨ”相の液晶が封入されている
。太線で示した線２３が液晶分子を表わしており、この
液晶分子２３は、その分子に直交した方向に双極子モー
メント（Ｐ、）２４を有している。基板２１ａと２１ｂ
上の電極間に一定の閾値以上の電圧を印加すると、液晶
分子２３のらせん構造がほどけ、双極子モーメント（Ｐ
よ）２４がすべて電界方向に向くよう、液晶分子２３の
配向方向を変えることができる。液晶分子２３は、細長
い形状を有しており、その長軸方向と短軸方向で屈折率
異方性を示し、従って例えばガラス面の上下に互いにク
ロスニコルの位置関係に配置した偏光子を置けば、電圧
印加極性によって光学特性が変わる液晶光学変調素子と
なることは、容易に理解される。

強誘電性液晶素子で好ましく用いられる液晶セルは、そ
の厚さを充分に薄く（例えば１０μ以下）することがで
きる。このように液晶層が薄くなるにしたがい、第４図
に示すように電界を印加していない状態でも液晶分子の
らせん構造がほどけ、非らせん構造となり、その双極子
モーメントＰａまたはｐｂは上向き（３４ａ）又は下向
き（３４ｂ）のどちらかの状態をとる。このようなセル
に、第４図に示す如く一定の閾値以上の極性の異なる電
界Ｅａ又はＥｂを付与すると、双極子モーメントは、電
界Ｅａ又はＥｂの電界ベクトルに対応して上向き３４ａ
又は下向き３４ｂと向きを変え、それに応じて液晶分子
は、第１の安定状態３３ａかあるいは第２の安定状態３
３ｂの何れか一方に配向する。

このような強誘電性液晶素子を光学変調素子として用い
ることの利点は、先にも述べたが２つある。

その第１は、応答速度が極めて速いことであリ、第２は
液晶分子の配向が双安定性を有することである。第２の
点を、例えば第４図によって更に説明すると、電界Ｅａ
を印加すると液晶分子は第１の安定状態３３ａに配向す
るが、この状態は電界を切っても安定である。又、逆向
きの電界Ｅｂを印加すると、液晶分子は第２の安定状態
３３ｂに配向して、その分子の向きを変えるが、やはり
電界を切ってもこの状態に留っている。又、与える電界
ＥａあるいはＥｂが一定の閾値を越えない限り、それぞ
れ前の配向状態にやはり維持されている。このような応
答速度の速さと、双安定性が有効に実現されるには、セ
ルとしては出来るだけ薄い方が好ましい。

この強誘電性液晶素子が所定の駆動特性を発揮するため
には、一対の平行基板間に配置される強誘電性液晶が、
電界の印加状態とは無関係に、上北２つの安定状態の間
での変換が効果的に起こるような分子配列状態にあるこ
とが必要である。例えば、カイラルスメクティック相を
有する強誘電性液晶については、カイラルスメクティッ
ク相の液晶分子層が基板面に対して垂直で、したがって
液晶分子軸が基板面にほぼ平行に配列した領域（モノド
メイン）が形成される必要がある。しかしながら、これ
までの強誘電性液晶素子においては、このようなモノド
メイン構造を有する液晶の配向状態が、必ずしも満足に
形成されなかったために、充分な特性が得られなかった
実状である。

このような液晶を用いたパネルにおいて、コントラスト
を向上させるために、各画素間に遮光層を形成するのが
一般的である。遮光層を形成する方法は、具体的には、
感光性着色樹脂をスピンコードした後に、その上に酸素
遮断膜を設け、露光、現像することにより形成している
。

また、もう一方ではメタルを遮光層として形成してコン
トラストの向上をはかつていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、画素間に遮光マスクを設ける方法として
、前述の表示電極上の引回し電極である金属電極をはし
ご状に配置したものは、例えば、強誘電液晶を使用する
場合には、金属電極に囲まれた部分の配向が乱れるなど
の欠点も有している。

この様な欠点を補うものとして、遮光マスクをガラス等
の基板の上に直接形成し、その上に前述に示した様な絶
縁層を形成した形式のものも知られている。この様な形
式のものは１本来の目的である遮光と言う観点から、表
示する有効領域以外は遮光しであるのが常である。金属
材料からなる遮光マスクで有効領域以外が遮光されてい
る場合には、逆に基板の内面は金属材料で電気的に接続
されているために、該遮光マスク上に形成された絶縁膜
が完全でないと、有効素子同士が電気的に短絡する等の
欠点があった。

例えば、該金属遮光マスクをガラス基板上の一定部分に
渡って、表示領域のみを窓状に開口して形成し、その上
に絶縁層を、さらにその上に表示電極及び引回し電極を
形成した基板において、前記絶縁層中に導電性異物が混
入し最下層の遮光マスクと、例えば引回し電極が導通し
する欠点が生じたとする。このとき、この欠点が１個所
だけであるか、あるいは単純マトリスククイブであると
ころの同じ情報電極上の他の点に、同様の欠点がある場
合にはそれほど重大な欠点とはならないが、遠く離れて
導通する欠点が生じた場合などは、金属遮光マスクを介
入しである表示部を表示したとき、他の欠陥部分にも信
号が行ってしまい他の表示部が動いてしまうと言う現象
が生ずる。

また、カラーフィルターを用いたとき、金属遮光材とし
てＭｏ等を用いると密着性が悪（製造時に剥離してしま
う等の欠点もあった。

本発明は、上記の様な従来技術の欠点を改善するために
なされたものであり、該金属遮光マスクを表示画素単位
で分離し、他の画素との短絡を防止しようとするもので
ある。

また、この金属遮光マスクの分離を金属引回し電極の下
に位置する様に配置し、遮光できない部分の出現をな（
し、漏れ光によりコントラスト低下、表示品位の低下を
防止しようとするものである。

さらに、カラーフィルターを用いたときに剥離が発生し
ない様な金属を選択した金属遮光マスクを用いた液晶素
子を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 即ち、本発明は、基板上に設けられた画素間の間隙を金
属遮光材からなる金属遮光マスクで遮光し、該金属遮光
材の上に絶縁層を形成し、さらに該絶縁層の上に表示電
極と金属引回し電極を具備した一方の基板と、他方の電
極を配置せしめた基板間に、液晶を封入した液晶素子に
おいて、前記金属遮光材が各画素毎に分離されており、
かつ分離箇所が金属引回し電極の下に位置する様に配置
されている金属遮光マスクを用いることを特徴とする液
晶素子である。

本発明において、前記絶縁層がカラーフィルター又は／
及びカラーフィルターの保護膜からなり、該カラーフィ
ルターが感光性樹脂中に少なくとも着色材料を分散して
なる着色樹脂からなるものが好ましい。

また、前記金属遮光マスクの金属遮光材は、クロム又は
／及びクロムの酸化物からなるものが好ましい。

本発明の液晶素子においては、液晶は強誘電液晶である
強誘電性液晶素子が好ましい。

［作用］ 本発明における金属遮光マスクは、基板上に設けられた
表示画素間の間隙を遮光する金属遮光材からなり、該金
属遮光材の上に絶縁層を形成し、さらに該絶縁層の上に
表示電極と金属引回し電極を具備してなる金属遮光マス
クにおいて、前記金属遮光材が各画素毎に分離されてい
るので、金属遮光材上の絶縁層中に導電性異物が混入し
、金属引回し電極と金属遮光マスクとが導通する欠陥が
生じても、欠陥を表示画素単位で分離し、このことによ
り他の画素との短絡を防止することができる。

また、この金属遮光マスクの分離は任意のところで行な
うと、遮光できない部分が出現し、この漏れ光によりコ
ントラスト低下、表示品位低下となる為、この点に関し
ても、本発明においては、金属遮光材の各画素毎の分離
箇所を金属引回し電極（情報及び共通電極）の下の陰と
なるに位置に配置し、遮光できない部分の生じるのを防
止している。

さらに、金属遮光マスクの金属遮光材に、クロム又は／
及びクロムの酸化物等を用いることにより、カラーフィ
ルターを用いたときに剥離が発生しない様にすることが
できる。

［実施例］ 以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。

実施例１ 第１図（ａ）は本発明の液晶素子の一実施例を示す部分
断面図、第１図（ｂ）はその部分拡大平面説明図である
。同図は、本発明の画素毎に分離された金属遮光マスク
を単純マドリスクの電極と共に示したものである。

同図において、１は基板、２は情報及び共通の表示電極
、３は表示電極２と金属引回し電極の電極間（通常、画
素間と呼ばれる）、４は画素毎に分離されている金属遮
光マスク、５は情報及び共通の金属引回し電極、６，６
ａ、６ｂ上下シヨート防止用の絶縁膜、７は配向膜、８
はセルギャップ材、９は液晶である。

本発明の液晶素子は、先ずガラス等の透明基板１上に、
金属遮光マスク材としてＭｏ　（モリブデン）を５００
〜１０００人（目的とする遮光率が得られるまで積層）
の厚さにスパッタ方法にて形成し、フォトリソ工程を通
してバターニングした。

この際、各画素毎に分離する為の１１の分離箇所のスリ
ット幅（分離幅）は、素子サイズ等によって異なるが、
対向基板との貼り合わせを考慮し、貼り合わせ精度及び
パターニング精度から算出でき、本実施例では１０４＋
、ｍ程度を採用した。また、スノットの中心部分は、５
の情報及び共通用金属クロし電極の中心部分と一致させ
である。設計上の３の画素間端からはＩＯＨ程度は遮光
マスク部分が出る様にしである。このＭｏ上にＳｉＯ□
膜をスパッタ方法にて１０００人程度０厚さに成膜して
絶縁層６を形成した。このとき、５ｉＯｚ膜が余り薄い
とＭｏとの密着性が弱いため、少なくとも５００Å以上
の膜厚を成膜するのが好ましい。

次に、表示電極（情報電極）２である透明電極ＩＴＯ膜
を１５００人の厚さに形成し、３の画素間部をエツチン
グする形でパターニングした。さらに、金属引回し電極
５である金属電極としてＭｏを形成し、バターニングし
た。本実施例では３ｏルｍの膜厚とした。次に、液晶素
子の上下のショート防止用の絶縁膜６ａとして、ＳｉＯ
□膜を５００人の厚さにスパッタにて形成し、この上に
配向膜７を１００人の厚さに形成した。共通電極を持っ
た対向基板も電極以降同様に形成し、これら２つの基板
を平均粒子径１．５ＨのＳｉＯｘのセルギャップ材を介
して貼り合わせて液晶を注入して、液晶素子を作製した
。

この様にして得られた、液晶素子は画素間からの漏れ光
もな（、コントラストの高い、黒表示の良好な装置であ
り、しかも、製造時に他の画素との短絡もない装置を提
倶できる。

実施例２ 次に、第２図は本発明の液晶素子の他の実施例を示す部
分断面図であり、カラーフィルターを用いた本発明の液
晶素子を示す。

同図において、１ａはガラス基板、２は情報及び共通の
表示電極、４は画素毎に分離されている金属遮光マスク
、５は情報及び共通の金属引回し電極、６．６ａ、６ｂ
上下シヨート防止用の絶縁膜、７は配向膜、８はセルギ
ャップ材、９は液晶、１０はカラーフィルターである。

本実施例においては、１ａは厚さ１．１ｍｍの青板ガラ
スを用い、２は透明電極であるＩＴＯ（厚さ１５００人
）、金属引回し電極５は金属材としてＭ。

（厚さ１５００人）、絶縁膜６ａ、６ｂは塗布型絶縁層
Ｔｉ−３Ｌ（１：　１）　　（厚さ１５００人）、７は
強誘電性液晶用配向膜（厚さ　２００人）、セルギャッ
プ材８は５ｉＯｚビーズ（１，，３４＋、ｍ径）、液晶
９は強誘電性液晶、絶縁膜６は保護膜としてポリアミド
（厚さ１．５ｇｍ）　、カラーフィルター１０は顔料を
分散したポリアミド（厚さ１．６ｇｍ）　、金属遮光マ
スク４はＣｒ　（厚さ１０００人）とし、実施例１と同
様の方法により、液晶素子を得た。

この様にして形成した液晶素子は、遮光マスク材をＣｒ
にしたことで、カラーフィルターのポリアミドとの密着
性があがり、製造工程中の剥離による欠陥もなくなり、
また、遮光効果によるコントラストの向上、分離効果に
よる他の表示画素との短絡による欠陥防止、さらに強誘
電性液晶を用いたことによる応答性の向上と、非常に優
れたもが得られた。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、金属遮光材が各画
素毎に分離された金属遮光マスクを用いることにより、
金属遮光マスク上の絶縁層に上部の表示電極や金属引回
し電極と短絡する様な導電性異物が複数混入しても、他
の表示部と短絡することはほとんどな（なる効果がある
。

また、この金属遮光マスクの分離を金属引回し電極の下
に位置する様に配置し、遮光できない部分の出現をな（
し、漏れ光によりコントラスト低下、表示品位の低下を
防止することができる。

さらに、カラーフィルターを用いたときに剥離が発生し
ない様なＣｒを金属遮光マスクに用いることにより、密
着が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の液晶素子の一実施例を示す部分
断面図、第１図（ｂ）はその部分拡大平面説明図、第２
図は本発明の液晶素子の他の実施例を示す部分断面図、
第３図および第４図は強誘電性液晶素子の動作説明のた
めに、素子セルの一例を模式的に表わす斜視図である。 １・・・基板　　　　　　　１ａ・・・ガラス基板２・
・・表示電極　　　　　３・・・画素間４・・・金属遮
光マスク　　５・・・金属引回し電極６．６ａ、、６ｂ
・・・絶縁膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に設けられた画素間の間隙を金属遮光材か
   らなる金属遮光マスクで遮光し、該金属遮光材の上に絶
   縁層を形成し、されに該絶縁層の上に表示電極と金属引
   回し電極を具備した一方の基板と、他方の電極を配置せ
   しめた基板間に、液晶を封入した液晶素子において、前
   記金属遮光材が各画素毎に分離されており、かつ分離箇
   所が金属引回し電極の下に位置する様に配置されている
   金属遮光マスクを用いることを特徴とする液晶素子。
2. （２）前記絶縁層がカラーフィルター又は／及びカラー
   フィルターの保護膜からなり、該カラーフィルターが感
   光性樹脂中に少なくとも着色材料を分散してなる着色樹
   脂からなる請求項１記載の液晶素子。
3. （３）前記金属遮光材がクロム又は／及びクロムの酸化
   物からなる請求項１記載の液晶表示素子。
4. （４）液晶が強誘電液晶である請求項１記載の液晶素子
   。