JPH0659228A

JPH0659228A - 液晶表示素子の製造方法

Info

Publication number: JPH0659228A
Application number: JP21441892A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Hasegawa; 励長谷川; Kazuyuki Haruhara; 一之春原; Takeshi Miyagi; 武史宮城
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-08-12
Filing date: 1992-08-12
Publication date: 1994-03-04

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、高精度に基板間のギャップを規定
し、柱状スペーサを形成する際の配向膜の劣化の防ぎ、
優れた表示品位の得られる液晶表示素子の製造方法を提
供することを目的とする。【構成】配向膜上に保護膜を形成し、この上に柱状ス
ペーサを形成する。【効果】本発明によれば、高精度に基板間のギャップ
を規定することが可能で、しかも保護膜を用いることに
より柱状スペーサを形成する際の配向膜の劣化を防ぐこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、一定距離を隔てて対向
して配置された一対の基板と、これらの基板の互いに対
向する表面を被覆する配向膜と、これら基板間のギャッ
プを一定に保つためのスペーサ、これら配向膜間に封入
された液晶及び液晶の漏れを防止するシール材等を具備
した構造をとるのが一般的である。このような液晶表示
素子では、画素部において前記基板上に透明電極が積層
され、前記透明電極によって液晶に対して電圧の印加が
なされる。

【０００３】近年、この液晶表示素子として、画素部に
おける一方の基板上に薄膜トランジスタ(Thin Film Tra
nsistor,(TFT))などの駆動素子が実装されたアクティブ
マトリックス型の表示方式の液晶表示素子が開発され実
用化されている。このアクティブマトリックス型表示方
式は、駆動素子が各画素においてスイッチ素子として機
能することで、画像のコントラストの低下を防ぎ、クロ
ストークの発生等の問題を解消できるため、現在、液晶
カラーディスプレイの主流をなしている。上述したよう
な液晶表示素子の構成物のうち、スペーサは、基板間を
一定の間隔で保つ目的で用いられる。

【０００４】液晶表示素子において、基板間隙（セルギ
ャップ）はその表示特性に重大な影響を及ぼす。素子全
面にわたってセルギャップが均一でないと、色むら、表
示むら、干渉縞など表示品位の劣化の原因となる。セル
に外から力が加わると、配向膜の損傷、ＴＦＴの破壊、
短絡等が起こることもあり、セルギャップの均一制御は
極めて重要である。近年、液晶表示パネルの高精細化・
大容量表示化に伴い、従来より大きな面積で高精度に基
板間距離を均一に保つ必要が生じてきた。

【０００５】セルギャップを一定に保つために柱状スペ
−サをラビング配向処理後に形成するが、フォトリソグ
ラフィ工程で柱状スペ−サを形成する際に、エッチング
液によって配向膜表面がダメージを受け、均一な配向が
得られないという問題がある。

【０００６】この問題を引き起こすのは、スペーサがレ
ジストからなる場合実際には現像液であるが現像液もエ
ッチング液の一種とここでは考える。これは配向膜のご
く表面だけがラビング処理によって、延しんされてお
り、配向膜が、フォトリソグラフィ工程でのエッチング
液により、表面の溶解・膨潤などが起こるからである。
このため、配向膜の液晶を配向させる力が減少し、表示
不良・表示品位の低下などが生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の液晶表示素子の
製造方法は、スペ−サ用のエッチング液で配向膜表面を
劣化させるという問題があった。本発明は、配向膜表面
を劣化させることなく、表示不良・表示品位の向上を図
った液晶表示素子の製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、対向する２つの基板の対向する表面に配向
膜を形成し、この後前記対向する２つの基板のうち少な
くとも一方の前記基板表面に基板間の間隔を保つための
柱状スペーサをエッチングで加工形成し、これらの基板
間に液晶を封入する工程を有する液晶表示素子の製造方
法において、前記配向膜上に保護膜を形成する工程と、
次いで前記保護膜上に前記柱状スペーサを形成する工程
と、その後前記保護膜のうち前記配向膜と柱状スペーサ
間に介在する部分を残し他の部分を除去する工程とを具
備することを特徴とする液晶表示素子の製造方法を提供
するものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、配向膜上に保護膜を形成した
後、この上に柱状スペーサを形成し、その後に保護膜を
除去する様にしているため、柱状スペーサを形成する際
のエッチング液による配向膜表面の劣化を防ぐことがで
きる。したがって、優れた表示品位の液晶表示素子を製
造することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の詳細を実施例によって説明す
る。実施例１

【００１１】図１は、液晶表示素子に使用した基板の製
造工程を示した。第１の基板１にＴＦＴと画素電極（い
ずれも図示せず）をマトリックス状に形成した。この基
板１の表面に配向膜２として熱硬化性ポリイミドの5 ％
溶液をロールコーターにより塗布した後、240 ℃で1 時
間加熱した。この後、布を装着したローラーでポリイミ
ド膜表面を擦り、ラビング配向処理を行った（図１(a)
）。次いで、このポリイミド膜表面上に保護膜２９と
して、チタンの膜をメタルスパッタ法により2000Ａ厚形
成した（図１(b) ）。

【００１２】さらに、この保護膜２９上に感光性ポリイ
ミド３０例えば後述する化１で示した材料をスピンコ−
トし、ホットプレートを用いて110 ℃、15分間プリベ−
クした（図１(c) ）。

【００１３】こうして形成された感光性ポリイミド膜３
０に露光用マスクを介して柱状スペ−サのパタ−ンを露
光（図１(d) ）した後、現像処理を行い、これを排気型
オーブンの中に入れ250 ℃で1 時間加熱して残留してい
る溶媒を揮発させ、チタンの保護膜上に高さが5.0 μm
の柱状スペーサ３１を形成した（図１(e) ）。

【００１４】その後、この基板１をチタンエッチング液
に2 分30秒間つけて、柱状スペーサ３１の下以外の部分
のチタン膜を取り除いた。このとき使用したチタンのエ
ッチング液は、エチレンジアミン四酢酸、過酸化水素
水、アンモニア水を混合した水溶液を用いた。次いで、
リンサードライヤーを用いてこの基板１を乾燥させた。
こうして表面に配向膜２とスペーサー３１の形成された
基板１を形成した。（図１(f) ）。この実施例では柱状
スペーサを形成した後にラビングしたが、この２つの工
程の順序が逆になっても良い。

【００１５】この基板１上には図１には図示していない
がＴＦＴ素子が形成されている。この基板１に対向する
基板として、透明電極、カラーフィルタおよびブラック
マトリックス（図示せず）等を形成したもう一方の基板
を形成した。さらにこの対向する基板表面に配向膜を塗
布し配向処理を行った後、図１の基板１とこれに対向す
る基板を組み合せ、加圧状態で加熱して基板の周囲に印
刷したシール材を硬化させセルをつくり、液晶を注入し
て液晶表示素子を製造した。この液晶表示素子におい
て、シール剤は常温硬化２液性エポキシ樹脂を、液晶は
ネマティック液晶組成物を用いた。図２が完成した液晶
表示素子における画素部の構造を示す断面図である。先
に説明した箇所は同一番号を付し、その詳しい説明は省
略する。１５は基板上の画素部に形成されたＴＦＴ素子
であり、ＴＦＴアレイ基板１上で表示電極１３に接続し
た形で形成されている。ＴＦＴアレイ基板１上には、ま
ずゲート電極２５が形成されており、このゲート電極２
５を被覆する形でゲート絶縁膜２６が設けられている。
ゲート絶縁膜２６上には、チャネル領域となる半導体層
２７が形成されており、さらにこの半導体層上にはドレ
イン電極１６及びソース電極１７が形成されており、ソ
ース電極１７は表示電極１３に接続されている。ＴＦＴ
素子１５及び表示電極１３の表面には配向膜２が形成さ
れている。対向基板１２の表面には、カラーフィルタ層
（カラー表示の場合必要、図示せず）及び対向電極１４
を介して配向膜２が形成されている。配向膜２の間には
液晶１０が封入されている。ＴＦＴアレイ基板１とこれ
に対向する基板１２は保護膜２９と柱状スペーサ３１を
介して一定間隔に設置される。ここでは、アクティブマ
トリックス型の表示方式に３端子型（TFT 素子等を実
装）を使用したが、２端子型（MIM 素子等を実装）を使
用しても良い。

【００１６】以下に、本発明の液晶表示素子における柱
状スペ−サについて詳しく述べる。柱状スペ−サの材料
としては、クロムなどの金属、SiO2などの無機材料、ポ
リイミドなどの有機材料から選ばれる少なくとも１つの
材料を用いることができる。なかでも感光性樹脂を用い
ると最も簡単な工程で柱状スペ−サを形成することがで
きる。

【００１７】柱状スペ−サの形成に使用される感光性樹
脂には多種にわたるポジ型またはネガ型の感光性樹脂が
使用され得る。例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリ
ビニルアルコ−ル、ポリアクリルアミド、環化ゴム、ノ
ボラック樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、アクリレ
−ト樹脂、ビスフェノ−ル樹脂またはゼラチンを感光性
樹脂化したものから選択される少なくとも一種の樹脂を
使用することができる。ポジ型の感光性樹脂が使用され
た場合、その露光部が分解され、現像処理によって選択
的に除去される。一方、ネガ型の感光性樹脂が使用され
た場合、その露光部は架橋反応または重合反応が誘起さ
れて固化し、現像処理によって選択的に残存する。

【００１８】一般的には、感光性樹脂として感光性ポリ
イミドが好ましい。この感光性ポリイミドとしては特に
限定されず、アクリル基またはメタクリル基等のラジカ
ル重合性二重結合を含まない感光性ポリイミドも挙げら
れる。さらに、前記感光性ポリイミドは、下記化１に示
す一般式（Ｉ）の反復単位を有するポリマーであること
が好ましい。

【００１９】

【化１】但し、化１では、Ｒ₁はアルキル基、Ｒ₂は有機残基一
般、ｎは正の整数をそれぞれ示す。

【００２０】他の多くの感光性ポリイミドはイミド化反
応を完成するのに３００〜４００℃に加熱する必要があ
るのに対し、上記構造を有する感光性ポリイミドは既に
イミド化された可溶性タイプのポリイミドであるため、
３００〜４００℃といった高温まで加熱する必要がな
い。したがって、上記構造を有する感光性ポリイミドを
用いて柱状スペ−サを形成すれば、ＴＦＴアレイやカラ
ーフィルタのような比較的熱に弱い部材を損なうことは
ない。また、硬化させる際に不要な反応生成物を発生す
ることがないため、熱硬化の前後で柱状スペ−サの形状
や大きさがほとんど変化することがなく、この点でも上
記構造を有する感光性ポリイミドは好ましい。

【００２１】保護膜の材料は、柱状スペーサの材料によ
って決められる。一般に、感光性ポリイミドのような有
機材料を柱状スペーサの材料として用いる場合には、保
護膜には無機材料を用いることが望ましい。この理由
は、次の通りである。柱状スペーサである有機材料をエ
ッチングする際には、通常有機系の溶液が用いられる。
有機系の溶液には無機材料は溶けにくい。保護膜である
無機材料をエッチングする際には、酸化剤の水溶液を用
いる場合が多い。酸化剤の水溶液に対して、配向膜であ
るポリイミドは溶解・膨潤などの変化は起こらない。ゆ
えに、良好な配向状態が得られる。また、極性の低い
（水溶性ではない）有機溶媒を柱状スペーサのエッチン
グ液に用いる場合は、水溶性の有機材料も保護膜として
使用することができる。

【００２２】この実施例によれば、対角4 インチの液晶
表示素子でギャップが前面にわたって±0.1 μｍという
高精度で得られた。また、極めて良好な表示画像が得ら
れた。

【００２３】さらに、ノーマリーブラックでセルを作製
した場合には、柱状スペーサの下にチタン膜があるため
光は透過せず、柱状スペーサ部分の光抜け防止に有効で
あった。

【００２４】本実施例のように柱状スペーサの材料に感
光性樹脂を用いる場合、柱状スペ−サは１ｍｍ² 当たり
0.05個〜100 個の割合で配置されることが好ましい。形
状は角柱、円柱など特に限定はされない。スペーサを配
置する位置は非画素部分が好ましい。実施例２

【００２５】本実施例が実施例１と異なる点は、実施例
１で保護膜として使用したチタンの代わりにポリビニル
アルコールを使用したことと、柱条スペーサの材料とし
て実施例１とは異なるタイプの感光性ポリイミドを用い
たことである。製造工程は実施例１と同様であるが、実
施例１でチタンをスパッターする代わりにポリビニルア
ルコールをスピンコートにより最終膜厚３０００Ａに形
成した。

【００２６】この様にポリビニルアルコールで保護膜を
形成しても実施１例と同様な効果を奏することができ
る。加えて、本実施例で用いたようなポリアミック酸溶
液を塗布し露光・現像した後、300 〜400 ℃に加熱して
イミド化させるタイプの感光性ポリイミドを用いると、
加熱後ポリイミドは褐色となり、ノーマリーブラックで
セルを作製した場合には、スペーサ部分の光抜け防止に
有効であった。この実施例によれば、対角4 インチの液
晶表示素子でギャップが前面にわたって±0.2 μｍとい
う高精度で得られた。極めて良好な表示画像が得られ
た。

【００２７】これら実施例は本発明の理解を容易にする
目的で記載されたものであり、本発明を限定するもので
はない。例えば、実施例ではアクティブ・マトリックス
型の液晶表示素子について説明したが、単純マトリック
ス型液晶表示素子やカラ−液晶投射型表示装置にも適用
することができる。

【００２８】保護膜にはチタン等を用いたが、有機溶媒
に対して耐エッチング性があり、且つ酸化剤の水溶液に
容易にエッチングる材料が良く、金属例えばクロム，チ
タン，ニッケル，アルミ，銅，銀，モリブデン及びタン
タル、無機物例えばシリコン酸化膜，シリコン窒化膜
等、有機物例えばポリビニルアルコール等が使用でき
る。配向膜にポリイミドを用いる場合、保護膜として挙
げた上記金属は特にポリイミドと接着性が強く好まし
い。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように上記構成によれば、
保護膜を形成することにより柱状スペーサを形成する際
の配向膜の劣化を防ぐことができ、したがって優れた表
示品位が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の断面図

【図２】本発明の実施例１の要部の断面図

【符号の説明】

１…第１の基板２…配向膜１０…液晶１２…対向基板１３…表示電極１４…対向電極１５…ＴＦＴ素子１６…ドレイン電極１７…ソース電極２５…ゲート電極２６…ゲート絶縁膜２７…半導体層２９…保護膜３１…柱状スペーサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する２つの基板の対向する表面に配
向膜を形成し、この後前記対向する２つの基板のうち少
なくとも一方の前記基板表面に基板間の間隔を保つため
の柱状スペーサをエッチング液で加工形成し、これらの
基板間に液晶を封入する工程を有する液晶表示素子の製
造方法において、前記配向膜上に保護膜を形成する工程
と、次いで前記保護膜上に前記柱状スペーサを形成する
工程と、その後前記保護膜のうち前記配向膜と柱状スペ
ーサ間に介在する部分を残し他の部分を除去する工程と
を具備することを特徴とする液晶表示素子の製造方法を
具備することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。