JPH10246878A - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ブラックマトリクスと基板の密着性を向上させ
て表示品質を向上させる。 【解決手段】一方の基板１の一方の面にブラックマトリ
クス２で区画された複数色のフィルタを備えた少なくと
も２枚の基板の間に液晶層を挟持してなる液晶表示素子
の製造方法において、前記一方の基板１の一方の面に黒
色顔料を分散したフォトレジスト２ａを塗布する工程
（ａ）と、所定のマスクパターンを有する露光マスク３
を介して露光を行う工程（ｂ）と、露光したフォトレジ
ストを現像して未露光部分を除去する工程（ｃ）と、現
像後の当該一方の基板１の背面全面に一様な光を照射す
る工程（ｄ）を含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に係
り、特にカラーフィルタ基板に形成するブラックマトリ
クスの当該基板との密着性を向上させることのできる液
晶表示素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】パソコンやワープロ、その他の情報機器
のための表示デバイスとして、近年、液晶表示素子を用
いた薄型，軽量かつ低消費電力の表示装置が多用される
ようになった。

【０００３】液晶表示素子は、基本的には水平と垂直に
配列された多数の電極で形成されるマトリクスと上記水
平と垂直の電極の間に液晶層を有し、２つの電極の対向
部分に画素を構成して２次元画像を表示するものであ
る。

【０００４】この種の液晶表示素子には、水平と垂直の
電極に印加するパルスのタイミングで所定の画素を選択
する所謂単純マトリクス方式と、垂直と水平の電極の交
点に構成する画素毎にトランジスタ等の非線型素子を配
置して所定の画素を選択する所謂アクティブ・マトリク
ス方式とがある。

【０００５】例えば、アクティブ・マトリクス方式の液
晶表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素電
極のそれぞれに対応して非線形素子（スイッチング素
子）を設けたものである。各画素における液晶は理論的
には常時駆動（デューティ比 1．０）されているので、
時分割駆動方式を採用している、いわゆる単純マトリク
ス方式と比べてアクティブ・マトリクス方式はコントラ
ストが良く、特にカラー液晶表示装置では欠かせない技
術となりつつある。スイッチング素子として代表的なも
のとしては薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がある。

【０００６】なお、薄膜トランジスタを使用したアクテ
ィブ・マトリクス方式の液晶表示装置は、例えば特開昭
６３−３０９９２１号公報や、「冗長構成を採用した１
２．５型アクティブ・マトリクス方式カラー液晶ディス
プレイ」( 日経エレクトロニクス、１９３〜２１０頁、
１９８６年１２月１５日、日経マグロウヒル社発行）で
知られている。

【０００７】カラー液晶表示素子では、液晶層を挟持す
る一方の基板に遮光膜であるブラックマトリクスで区画
された複数（一般に、赤、緑、青）のカラーフィルタを
備えている。このブラックマトリクスは、基板に一方の
面にカーボン等の黒色顔料を分散したフォトレジストを
塗布した後、当該フォトレジスト塗布面側に所定の開口
パターン（マスクパターン）を有する露光マスクを設置
し、この露光マスクを介して露光し、未露光のフォトレ
ジストを現像により除去した後、ベーキング処理して固
定する方法が取られている。

【０００８】その後、赤、緑、青の顔料をそれぞれ分散
したフォトレジストをロッドコーター等で順次塗布し、
マスク露光と現像およびベーキングを繰り返してブラッ
クマトリクスで区画された３色のカラーフィルタを有す
るカラーフィルタ基板を形成する。

【０００９】このカラーフィルタ基板と、別途用意され
た他方の基板の間に液晶層を挟持させて液晶表示素子を
得る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の液晶表示素
子の製造におけるブラックマトリクスの形成は、カーボ
ン等の光吸収物質を分散したフォトレジストを塗布し、
このフォトレジスト塗布面側から露光マスクを介して露
光する方法を取っているため、露光光はフォトレジスト
と基板の界面まで十分に達しない場合がある。

【００１１】特に、遮光性を向上させるために、フォト
レジストに分散するカーボン等の光吸収物質の量を増や
すと、基板とブラックマトリクスの界面付近まで十分に
露光光が到達しないため、架橋反応が不十分となってレ
ジストの硬化が十分になされず、基板との密着性が低下
する。

【００１２】そのため、ベーキング工程でブラックマト
リクスの欠けの発生やカラーフィルタの形成後にフィル
タと共に剥離する恐れがあり、液晶表示素子の表示品質
を劣化させるという問題があった。

【００１３】本発明の目的は、上記従来技術の問題を解
消し、ブラックマトリクスと基板の密着性を向上させて
表示品質を向上させた液晶表示素子の製造方法を提供す
ることにある。

【００１４】

【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、露光現像後に基板の背面から露光を施す
ことで基板とブラックマトリクスの界面を十分に硬化さ
せるようにした。

【００１５】すなわち、請求項１に記載の第１の発明
は、一方の基板の一方の面にブラックマトリクスで区画
された複数色のフィルタを備えた少なくとも２枚の基板
の間に液晶層を挟持してなる液晶表示素子の製造方法に
おいて、前記一方の基板の一方の面に黒色顔料を分散し
たフォトレジストを塗布し、所定のマスクパターンを有
する露光マスクを介して露光を行う工程と、露光したフ
ォトレジストを現像して未露光部分を除去する工程と、
現像後の当該一方の基板の背面全面に一様な光を照射す
る工程を含むことを特徴とする。

【００１６】上記背面露光により、基板とブラックマト
リクスの界面の部分のフォトレジストが十分に硬化し、
基板との密着性が確保される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、実施例を参照して詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明による液晶表示素子の製造方
法の１実施例を説明するブラックマトリクスの形成工程
図である。

【００１９】先ず、カラーフィルタ基板（透明ガラス基
板）１の一方の面にカーボンを分散したフォトレジスト
２ａを一様に塗布する（ａ）。

【００２０】次に、ブラックマトリクスのパターンに対
応する開口パターン３ｂを有するガラス板３ａからなる
露光マスク３を、基板１のフォトレジスト２ａの塗布面
側に設置して露光光Ｌ₁ を照射してブラックマトリクス
部分を選択的に露光する（ｂ）。

【００２１】露光後、現像処理して未露光部分のフォト
レジストを除去してベーキング前のブラックマトリクス
２を得る（ｃ）。

【００２２】この基板のブラックマトリクス２となるフ
ォトレジストの形成面の背面全面に対して一様な光を照
射する背面露光を施すことで、フォトレジストと基板の
界面を十分に硬化させる（ｄ）。

【００２３】この背面露光は、波長が３６５ｎｍにピー
クを持つ紫外線が好適であるが、市販のＵＶ蛍光灯を使
用することもできる。また、ブラックマトリクスの欠け
等の発生を抑制する背面露光光の照射エネルギーは１〜
１０００ｍＪ／ｃｍ² の範囲である。

【００２４】その後、ベーキングを施してブラックマト
リクスとなるフォトレジストを固定する。

【００２５】この実施例により、ブラックマトリクスの
欠けの発生やカラーフィルタの形成後にフィルタと共に
剥離することが防止される。

【００２６】図２は本発明による液晶表示素子の製造方
法のカラーフィルタ基板の製造工程全体の説明図であ
る。

【００２７】カラーフィルタ基板の素材ガラス基板は、
洗浄工程により表面が清浄化され（Ｐ−１）、ブラック
マトリクス形成工程（Ｐ−２）に渡される。

【００２８】ブラックマトリクス形成工程（Ｐ−２）で
は、基板の一方の面にカーボン分散フォトレジストを塗
布し（Ｐ−２１）、マスク露光（Ｐ−２２）、現像（Ｐ
−２３）、背面露光（Ｐ−２４）、およびベーキング
（Ｐ−２５）の各工程を順次実行してブラックマトリク
スを形成する。

【００２９】ブラックマトリクスを形成したガラス基板
は、第１色（ここでは、赤色）のカラーフィルタ形成工
程（Ｐ−３）に渡される。

【００３０】第１色のカラーフィルタ形成工程（Ｐ−
３）では、ブラックマトリクスを形成したガラス基板の
当該ブラックマトリクスを覆って赤色顔料を分散したフ
ォトレジストを塗布し（Ｐ−３１）、赤色フィルタに対
応する開口パターンを有する露光マスクを介してマスク
露光し（Ｐ−３２）、現像（Ｐ−３３）、およびベーキ
ング（Ｐ−３４）の各工程を順次実行して赤色のカラー
フィルタを形成する。

【００３１】以下、分散する顔料ご異なる以外は上記第
１色のカラーフィルタ形成工程と同様の第２色（緑色）
フィルタの形成工程（Ｐ−４）、第３色（青色）フィル
タの形成工程（Ｐ−５）を経てカラーフィルタ基板が製
造される。

【００３２】なお、各カラーフィルタの形成工程におけ
るベーキング処理の前工程で、前記ブラックマトリクス
の形成工程と同様の背面露光を施す工程を付加すること
もできる。

【００３３】図３は本発明によるカラーフィルタ基板を
用いた液晶表示装置の製造工程全体の説明図である。

【００３４】前記実施例で説明したカラーフィルタ基板
は、別途製作されたＴＦＴ基板と重ね合わされ、相互の
位置合わせを行うと共にギャップ（セルギャップ）を形
成し（Ｐ−１０）、このギャップに液晶を注入して封止
して（Ｐ−１１）液晶パネルを得る。

【００３５】この液晶パネルに駆動回路基板を組み込み
（Ｐ−１２）、偏光板等の各種の光学フィルム、バック
ライト構造体と共に一体化して液晶モジュールとし（Ｐ
−１３）、液晶表示装置を完成する。

【００３６】図４は図３の工程で得られた液晶表示装置
の要部構造を説明する部分断面図である。

【００３７】同図において、液晶層ＬＣを基準にしてＴ
ＦＴ基板である下部ガラス基板ＳＵＢ１１０にはゲート
配線ＧＩ、ゲートＧＴとソース／ドレインＳＤ１／ＳＤ
２からなるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、透明画素電極
ＩＴＯ１、保護膜ＰＳＶ１、配向膜ＯＲＩ１が形成さ
れ、上部透明ガラス基板ＳＵＢ２（前記のカラーフィル
タ基板１）には第１のカラーフィルタＦＩＬ（Ｒ）、第
２のカラーフィルタＦＩＬ（Ｇ）、および図示しない第
３のカラーフィルタＦＩＬ（Ｂ）が形成され、各カラー
フィルタを区画する遮光膜すなわちブラックマトリクス
ＢＭが形成されている。

【００３８】すなわち、上部透明ガラス基板ＳＵＢ２の
内側（液晶層ＬＣ側）の表面には、ブラックマトリクス
ＢＭ、カラーフィルタＦＩＬ（Ｒ），ＦＩＬ（Ｇ），Ｆ
ＩＬ（Ｂ）、オーバーコートＰＳＶ２、共通透明画素電
極ＩＴＯ２（ＣＯＭ）および上部配向膜ＯＲＩ２が順次
積層して設けられている。

【００３９】なお、上下の透明ガラス基板ＳＵＢ２とＳ
ＵＢ１の両面にはディップ処理等によって形成された酸
化シリコン膜ＳＩＯが設けられているが、この酸化シリ
コン膜ＳＩＯは必ずしも必要ではない。

【００４０】また、カラーフィルタ基板ＳＵＢ２の表面
には偏光板ＰＯＬ２が、ＴＦＴ基板ＳＵＢ１の背面には
偏光板ＰＯＬ１が積層されている。

【００４１】図５は本発明による液晶表示素子を用いて
組み立てたＴＦＴ型液晶表示モジュールの構造例を説明
する展開斜視図である。

【００４２】同図において、ＭＤＬは液晶表示モジュー
ル、ＳＨＤは上フレームである金属製のシールドケー
ス、ＷＤは液晶表示モジュールの有効画面を画定する表
示窓、ＰＮＬは液晶表示素子からなる液晶パネル、ＳＣ
Ｐは拡散板、ＰＣＢ１はドレイン側回路基板、ＰＣＢ２
はゲート側回路基板、ＰＣＢ３はインターフェース回路
基板、ＰＲＳはプリズムシート、ＳＰＳは拡散シート、
ＧＬＢは導光体、ＲＦＳは反射シート、ＢＬはバックラ
イト、ＬＰはバックライトＢＬのランプを構成する冷陰
極蛍光灯、ＬＳは反射シート、ＧＣはゴムブッシュ、Ｌ
ＰＣはランプケーブル、ＭＣＡは導光体ＧＬＢを設置す
る開口ＭＯを有する下側ケース、ＪＮ１，２，３は回路
基板間を接続するジョイナ、ＴＣＰ１，２はテープキャ
リアパッケージ、ＩＮＳ１，２，３は絶縁シート、ＧＣ
はゴムクッション、ＢＡＴは両面粘着テープ、ＩＬＳは
遮光スペーサである。

【００４３】上記の各構成材は、金属製のシールドケー
スＳＨＤと下側ケースＭＣＡの間に積層されて挟持固定
されて液晶表示モジュールＭＤＬを構成する。

【００４４】液晶パネルＰＮＬは本発明による製造方法
で得られたものである。なお、この液晶パネルＰＮＬに
は拡散板ＳＣＰが積層され、その周辺に各種の回路基板
を取り付けて画像表示のための駆動がなされる。

【００４５】また、液晶パネルＰＮＬの裏面には導光体
ＧＬＢに各種の光学シートを積層してなるバックライト
ＢＬが設置され、液晶表示パネルＰＮＬに形成された画
像を照明して表示窓ＷＤに表示する。

【００４６】図６は本発明によるカラーフィルタ基板を
用いて製造されたＴＦＴ型カラー液晶表示装置の一画素
とその周辺を示す平面図である。

【００４７】同図に示すように、各画素は隣接する２本
の走査信号線（ゲート信号線または水平信号線）ＧＬ
（ゲートライン）と、隣接する２本の映像信号線（ドレ
イン信号線または垂直信号線）ＤＬ（データライン）と
の交差領域内（４本の信号線で囲まれた領域内）に配置
されている。

【００４８】各画素は薄膜トランジスタＴＦＴ（ＴＦＴ
１，ＴＦＴ２）、透明な画素電極ＩＴＯ１および保持容
量素子Ｃadd （付加容量）を含む。走査信号線ＧＬは図
では左右方向に延在し、上下方向に複数本配置されてい
る。また、映像信号線ＤＬは上下方向に延在し、左右方
向に複数本配置されている。

【００４９】なお、ＳＤ１はソース電極、ＳＤ２はドレ
イン電極、ＢＭはブラックマトリクス、ＦＩＬはカラー
フィルタである。

【００５０】図７は本発明による液晶表示素子を用いた
液晶表示モジュールを組み込んだ電子機器の一例を説明
する携帯型パソコンの外観図であって、図５と同一符号
は同一部分に対応する。

【００５１】この携帯型パソコンは、キーボードを搭載
しホストＣＰＵを内蔵した本体部と液晶表示モジュール
ＭＤＬを実装しインバータ電源ＩＶを内蔵した表示部と
から構成され、両者はヒンジを連絡するケーブルにより
結合されている。

【００５２】また、表示部には各種の調整ボタンＣＴ、
ＴＣＯＮ、ＣＲ等が設けられており、キーボードとホス
トからの信号は矢印に示したように流れて表示部に表示
される。

【００５３】本発明を適用して製造した液晶表示素子を
用いることにより、視角特性の良好な高画質の画像表示
を行うことができる。

【００５４】なお、本発明は上記実施例で説明したＴＦ
Ｔ型液晶表示素子用のカラーフィルタ基板にのみ適用さ
れるものではなく、単純マトリクス型等の液晶表示素子
および他の形式の表示素子のカラーフィルタ製造にも同
様に適用できるものである。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ブラックマトリクスの遮光性を向上させるために、フォ
トレジストに分散するカーボン等の光吸収物質の量を増
やすした場合でも基板とブラックマトリクスの界面付近
を十分に露光して硬化させることが可能となり、ブラッ
クマトリクスと基板との密着性が向上する。

【００５６】そのため、ベーキング工程でブラックマト
リクスの欠けの発生やカラーフィルタの形成後にフィル
タと共に剥離することを阻止でき、高い表示品質の液晶
表示素子を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示素子の製造方法の１実施
例を説明するブラックマトリクスの形成工程図である。

【図２】本発明による液晶表示素子の製造方法のカラー
フィルタ基板の製造工程全体の説明図である。

【図３】本発明によるカラーフィルタ基板を用いた液晶
表示装置の製造工程全体の説明図である。

【図４】図３の工程で得られた液晶表示装置の要部構造
を説明する部分断面図である。

【図５】本発明による液晶表示素子を用いて組み立てた
ＴＦＴ型液晶表示モジュールの構造例を説明する展開斜
視図である。

【図６】本発明によるカラーフィルタ基板を用いて製造
されたＴＦＴ型カラー液晶表示装置の一画素とその周辺
を示す平面図である。

【図７】本発明による液晶表示素子を用いた液晶表示モ
ジュールを組み込んだ電子機器の一例を説明する携帯型
パソコンの外観図である。

【符号の説明】 １ カラーフィルタ基板（透明ガラス基板） ２ ブラックマトリクス ２ａ ブラックマトリクスとなるフォトレジスト ３ 露光マスク ３ａ ガラス板 ３ｂ 開口パターン（マスクパターン）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の基板の一方の面にブラックマトリク
   スで区画された複数色のフィルタを備えた少なくとも２
   枚の基板の間に液晶層を挟持してなる液晶表示素子の製
   造方法において、 前記一方の基板の一方の面に黒色顔料を分散したフォト
   レジストを塗布し、所定のマスクパターンを有する露光
   マスクを介して露光を行う工程と、露光したフォトレジ
   ストを現像して未露光部分を除去する工程と、現像後の
   当該一方の基板の背面全面に一様な光を照射する工程を
   含むことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。