JPH1048638A

JPH1048638A - 液晶表示素子用基板及びそれを含むカラー液晶表示素子

Info

Publication number: JPH1048638A
Application number: JP22169596A
Authority: JP
Inventors: Junji Kajita; 純司梶田; Hideshi Nomura; 秀史野村; Shinichi Yamada; 申一山田; Tetsuya Goto; 哲哉後藤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1996-08-05
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】十分なセルギャップを実現するとともに、画
面内で均一なセルギャップを保持し、外部からの力又は
衝撃、特に局所的な外部からの力又は衝撃を受けても従
来のものよりも表示品位が低下しにくい液晶表示素子用
基板及びそれを含むカラー液晶表示素子を提供するこ
と。【解決手段】液晶表示素子用基板上の非表示領域に固
定されたスぺーサーを有し、そのスぺーサーの圧縮応力
に対する破壊強度が０．１ＧＰａ以上である液晶表示素
子用基板を提供した。また、２枚の液晶表示素子用基板
により液晶層を挟持したカラー液晶表示素子において、
少なくとも一方の液晶表示素子用基板が、上記液晶表示
素子用基板であることを特徴とする、カラー液晶表示素
子を提供した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スぺーサー機能を
有する液晶表示素子用基板及びそれを含むカラー液晶表
示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来使用されている液晶表示素子は、液
晶層の厚み（セルギャップ）を保持するために、一般
に、２枚の液晶表示素子用基板間にプラスチックビー
ズ、ガラスビーズ又はガラス繊維を挟んでスぺーサーと
して使用している。これらのスぺーサーは、液晶表示素
子を組み立てる際に、散布によって配置される。

【０００３】また、セルギャップを保持するために、特
開昭５６−１４０３２４、特開昭６３−８２４０５４、
特開平４−９３９２４、特開平５−１９６９４６には、
カラーフィルターを形成する着色層を重ね合わせた構造
をスぺーサーとして用いた液晶表示素子が提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】プラスチックビーズ等
をスぺーサーとして用いるカラー液晶表示素子において
は、プラスチックビーズ等のスぺーサーの位置が定まっ
ておらず、液晶表示素子用基板上の表示領域にもスぺー
サーが存在する。そのスぺーサーによる、光の散乱や透
過により、液晶表示素子の表示品位が低下するという問
題がある。

【０００５】プラスチックビーズ等のスぺーサーを散布
して使用する液晶表示素子には、この他にも下記の問題
がある。すなわち、スぺーサーが、球状あるいは棒状の
形状であり、セル圧着時に点又は線で接触するために、
配向膜や透明電極が破損し、表示欠陥が発生しやすいと
いう欠点がある。さらに配向膜や透明電極の破損によ
り、液晶が汚染され、液晶に印加される実効電圧が低下
しやすいという欠点もある。

【０００６】カラーフィルターを形成する着色層を重ね
合わせた構造をスぺーサーとして用いる、前記の開示技
術で実際に得られた液晶表示素子においては、液晶表示
素子が外部からの力又は衝撃を受けると、表示不良を起
こす場合があった。特に、局所的な外部からの力又は衝
撃を受けると表示品位が低下するという問題がしばしば
起こった。

【０００７】本発明の目的は、十分なセルギャップを実
現するとともに、画面内で均一なセルギャップを保持
し、外部からの力又は衝撃、特に局所的な外部からの力
又は衝撃を受けても従来のものよりも表示品位が低下し
にくい液晶表示素子用基板及びそれを含むカラー液晶表
示素子を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、鋭意研
究の結果、スぺーサーの圧縮破壊強度を特定の値以上に
設定することにより、上記の目的を達成することができ
ることを見出し、本発明を完成した。

【０００９】すなわち、本発明は、液晶表示素子用基板
上の非表示領域に固定されたスぺーサーを有し、そのス
ぺーサーの圧縮応力に対する破壊強度が０．１ＧＰａ以
上である液晶表示素子用基板を提供する。また、本発明
は、２枚の液晶表示素子用基板により液晶層を挟持した
カラー液晶表示素子において、少なくとも一方の液晶表
示素子用基板が、上記本発明の液晶表示素子用基板であ
ることを特徴とする、カラー液晶表示素子を提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、液晶表示素子用基板が着色
剤を含んだカラーフィルターの場合を例として本発明を
さらに詳細に説明する。

【００１１】カラーフィルターとしては、透明基板上に
ブラックマトリックスを設け、さらにその上に３原色か
ら成る着色層を複数配列したものが好ましい。また、ブ
ラックマトリックスとしては、樹脂及び遮光剤から成る
樹脂ブラックマトリックスが好ましい。カラーフィルタ
ーは３原色から成る各着色層により被覆された画素を一
絵素とし、多数の絵素により構成されている。ここで言
う、ブラックマトリックスは、各画素間に配列された遮
光領域を示し、液晶表示装置の表示コントラストを向上
させるために設けられる。

【００１２】カラーフィルターに用いられる透明基板と
しては、特に限定されるものではなく、石英ガラス、ホ
ウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、表面をシリ
カコートしたソーダライムガラスなどの無機ガラス類、
有機プラスチックのフィルム又はシート等が好ましく用
いられる。

【００１３】この透明基板上にブラックマトリックスが
設けられる。ブラックマトリックスは、クロム等の金属
又はそれらの酸化物等で形成してもよいが、樹脂及び遮
光剤から成る樹脂ブラックマトリックスを形成すること
が製造コストや廃棄物処理コストの面から好ましい。こ
の場合、ブラックマトリックスに用いられる樹脂として
は、特に限定されないが、エポキシ系樹脂、アクリル系
樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミ
ド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの感光性又は非感
光性の材料が好ましく用いられる。ブラックマトリック
ス用樹脂は、画素や保護膜に用いられる樹脂よりも高い
耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、ブラックマトリ
ックス形成後の工程で使用される有機溶剤に耐性を持つ
樹脂が好ましいことからポリイミド系樹脂が特に好まし
く用いられる。なお、好ましいポリイミド樹脂として
は、後述のスぺーサーを形成するのに適した樹脂を挙げ
ることができる。

【００１４】ブラックマトリックス用の遮光剤として
は、カーボンブラック、酸化チタン、四酸化鉄等の金属
酸化物粉、金属硫化物粉、金属粉の他に、赤、青、緑色
の顔料の混合物等を用いることができる。この中でも、
特にカーボンブラックは遮光性が優れており、特に好ま
しい。分散の良い粒径の小さいカーボンブラックは主と
して茶系統の色調を呈するので、カーボンブラックに対
する補色の顔料を混合させて無彩色にするのが好まし
い。

【００１５】ブラックマトリックス用の樹脂がポリイミ
ドの場合、黒色ペースト溶媒としては、通常、Ｎ−メチ
ル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、
Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド系極性溶媒、
γ−ブチロラクトンなどのラクトン系極性溶媒等が好適
に使用される。

【００１６】カーボンブラックや、カーボンブラックに
対して補色の顔料等の遮光剤を分散させる方法として
は、例えば、ポリイミド前駆体溶液中に遮光剤や分散剤
等を混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、
ボールミルなどの分散機中で分散させる方法などがある
が、この方法に特に限定されない。また、カーボンブラ
ックの分散性向上、あるいは塗布性やレベリング性向上
のために種々の添加剤が加えられていてもよい。

【００１７】樹脂ブラックマトリックスの製法として
は、黒色ペーストを透明基板上に塗布、乾燥した後に、
パターニングを行う。黒色ペーストを塗布する方法とし
ては、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダ
イコーティング法、ワイヤバーによる方法などが好適に
用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて
加熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使
用する樹脂、溶媒、ペースト塗布料により異なるが、通
常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好まし
い。

【００１８】このようにして得られた黒色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にポジ
型フォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹脂が
感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮
断膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応じ
て、ポジ形フォトレジスト又は酸素遮断膜を除去し、ま
た、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、前駆
体からポリイミド系樹脂を得る場合には、塗布量により
若干異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱
するのが一般的である。以上のプロセスにより、透明基
板上にブラックマトリックスが形成される。

【００１９】樹脂ブラックマトリックスの膜厚は、好ま
しくは０．５〜２μｍ、より好ましくは０．８〜１．５
μｍである。この膜厚が０．５μｍよりも薄い場合には
十分なセルギャップの確保が難しくなり、また、遮光性
が不十分になることからも好ましくない。一方、膜厚が
２μｍよりも厚い場合には、遮光性は確保できるもの
の、カラーフィルターの平坦性が犠牲になり易く、段差
が生じやすい。

【００２０】本発明の液晶表示素子用基板では、非表示
領域に固定されたスぺーサーを有する。液晶表示素子用
基板が上記のようなカラーフィルターの場合には、非表
示領域である上記ブラックマトリックス上にスぺーサー
を形成することが好ましい。

【００２１】本発明の液晶表示素子用基板では、上記ス
ぺーサーは、圧縮応力に対する破壊強度が０．１ＧＰａ
以上、好ましくは０．３ＧＰａ以上、さらに好ましくは
０．５ＧＰａ以上である。圧縮破壊強度が０．１ＧＰａ
未満であると、外部からの力又は衝撃により表示品位が
低下しやすくなる。なお、圧縮破壊強度の上限はなく、
大きいほど好ましいが、通常、１ＧＰａを超える圧縮破
壊強度を有するものを作製することは困難である。

【００２２】スペーサーに負荷する荷重が高くなると、
スペーサー又はスペーサーの土台（ブラックマトリック
ス等）に破壊が起こる。この破壊とは、スペーサーの割
れないしはクラック、スペーサーの土台のクラック、ス
ペーサーの土台の隆起（すなわち、土台のうち、スペー
サーの周辺の領域が隆起する）を意味する。すなわち、
スペーサーの破壊とは、スペーサー自身の破壊のみなら
ず、土台の破壊をも包含する。もっとも、スペーサーを
フォトリソグラフィー加工等で形成した場合に生じるこ
とがある、スペーサーの上部の周縁部の微細な突起のつ
ぶれはスペーサーの破壊には含まれない。すなわち、ス
ペーサーの破壊とは、液晶表示素子の液晶層の厚み（セ
ルギャップ）を変えてしまうようなスペーサーの高さの
変化をもたらす物理的変形を意味する。

【００２３】ここで、圧縮破壊強度の測定は、次のよう
にして行うことができる。すなわち、スぺーサー１個の
圧縮試験を行った際の押込荷重（Ｆ）と押込変位（Ｌ）
とを測定し、Ｆを横軸に、Ｌを縦軸にプロットする。市
販の微小圧縮試験機を用いれば、連続的にこのＦ−Ｌ曲
線を描くことができる。スペーサーの破壊が起きると、
曲線の傾きが小さくなる変曲点が観察される場合があ
り、破壊が起きた時点の押込荷重を知る目安となること
がある。なお、破壊は試験後光学顕微鏡又は電子顕微鏡
により確認される。試験後、スペーサーの最上部の平坦
部の面積を測定し、破壊が生じた時の押し込み荷重をこ
の面積で割ることにより破壊強度を求めることができ
る。

【００２４】スぺーサーの形状、すなわち、スぺーサー
を基板と平行な面で切断した場合の横断面の形状は、特
に限定されないが、円、楕円、角が丸い多角形、十字、
Ｔ字又はＬ字形が好ましい。

【００２５】スぺーサーの高さは、１〜９μｍが好まし
く、さらには２〜８μｍ、さらには３〜７μｍが好まし
い。スぺーサーの高さが１μｍよりも低いと、十分なセ
ルギャップを確保することが困難になり、一方、９μｍ
を超えると液晶表示素子のセルギャップが大きくなりす
ぎ、このため駆動に要する電圧が高くなり、好ましくな
い。なお、ここで、スぺーサーの高さとは、１個のスぺ
ーサーに着目し、表示部平坦部（カラーフィルターの場
合には着色層、ＴＦＴ基板の場合には透過電極）と該ス
ぺーサーの最上表面との間の距離を意味する。なお、基
板上の表示部平坦部の高さにムラがある場合には、スぺ
ーサーの最上表面と各表示部平坦部との間の距離のう
ち、最大のものを意味する。

【００２６】また、液晶表示素子用基板を２枚貼り合わ
せて液晶表示素子を形成した場合に、スぺーサーが対向
する基板と接触する面積は１個当たり１０〜１０００μ
ｍ²が好ましい。この面積が１０μｍ² 未満であると、
精密なパターンの形成や積層が難しく、１０００μｍ²
を超えるとスぺーサーの形状にもよるが非表示領域上に
完全に配置することが難しくなるので好ましくない。

【００２７】スぺーサーを構成する材料としては、本発
明で規定される上記の特定の圧縮破壊強度が得られる材
料を選択して用いる。このような材料としてはポリイミ
ド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン
系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等
の感光性又は非感光性の材料が好ましく用いられる。な
お、これらの材料の中でも上記の圧縮破壊強度を満足す
るものを選択して用いることは言うまでもない。後述の
ように、着色層でスぺーサーを形成する場合には、これ
らの樹脂中に着色剤を分散又は溶解させて着色したもの
をスぺーサーとして用いる。感光性の樹脂としては、光
分解型樹脂、光架橋型樹脂、光重合型樹脂などのタイプ
があり、特に、エチレン不飽和結合を有するモノマ、オ
リゴマ又はポリマと紫外線によりラジカルを発生する開
始剤とを含む感光性組成物、感光性ポリアミック酸組成
物等が好適に用いられる。非感光性の樹脂としては、上
記の各種ポリマーなどで現像処理が可能なものが好まし
く用いられるが、透明導電膜の製膜工程や液晶表示装置
の製造工程でかかる熱に耐えられるような耐熱性を有す
る樹脂が好ましく、また、液晶表示装置の製造工程で使
用される有機溶剤への耐性を持つ樹脂が好ましく、ま
た、言うまでもなく上記の圧縮破壊強度を持つものが得
やすい樹脂が好ましいことから、ポリイミド樹脂が特に
好ましい。

【００２８】ここで、ポリイミド樹脂としては、特に限
定されるものではないが、通常下記一般式［Ｉ］で表さ
れる構造単位を主成分とするポリイミド前駆体（ｎ＝１
〜２）を、加熱又は適当な触媒によってイミド化したも
のが好適に用いられる。

【００２９】

【化１】

【００３０】また、ポリイミド系樹脂には、イミド結合
の他に、アミド結合、スルホン結合、エーテル結合、カ
ルボニル結合等のイミド結合以外の結合が含まれていて
も差支えない。

【００３１】上記一般式[I] 中、Ｒ¹ は少なくとも２個
以上の炭素原子を有する３価又は４価の有機基である。
耐熱性の面から、Ｒ¹ は環状炭化水素、芳香族環又は芳
香族複素環を含有し、かつ、炭素数６〜３０の３価又は
４価の基が好ましい。Ｒ¹ の例として、フェニル基、ビ
フェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン
基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルホン基、ジ
フェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルト
リフルオロプロパン基、シクロブチル基、シクロペンチ
ル基等が挙げられるがこれらに限定されない。

【００３２】Ｒ² は少なくとも２個以上の炭素原子を有
する２価の有機基であるが、耐熱性の面から、Ｒ² は環
状炭化水素、芳香族環又は芳香族複素環を含有し、かつ
炭素数６〜３０の２価の基が好ましい。Ｒ² の例とし
て、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフ
タレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェ
ニルスルホン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノ
ン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、ジフェニル
メタン基、シクロヘキシルメタン基等が挙げられるがこ
れらに限定されない。構造単位[I] を主成分とするポリ
マーは、Ｒ¹ 、Ｒ² がこれらのうち各々１種から構成さ
れていてもよいし、各々２種以上から構成される共重合
体であってもよい。さらに、基板との接着性を向上させ
るために、耐熱性を低下させない範囲でジアミン成分と
して、シロキサン構造を有するビス（３−アミノプロピ
ル）テトラメチルジシロキサンなどを共重合するのが好
ましい。

【００３３】構造単位[I] を主成分とするポリマーの具
体的な例として、ピロメリット酸二無水物、3,3',4,4'-
ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'-
ビフェニルトリフルオロプロパンテトラカルボン酸二無
水物、3,3',4,4'-ビフェニルスルホンテトラカルボン酸
二無水物、2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二
無水物等から成る群から選ばれた１種以上のカルボン酸
二無水物と、パラフェニレンジアミン、3,3'- ジアミノ
ジフェニルエーテル、4,4'- ジアミノジフェニルエーテ
ル、3,4'- ジアミノジフェニルエーテル、3,3'- ジアミ
ノジフェニルスルホン、4,4'- ジアミノジフェニルスル
ホン、4,4'- ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4'-
ジアミノジフェニルメタンなどの群から選ばれた１種以
上のジアミンから合成されたポリイミド前駆体が挙げら
れるが、これらに限定されない。これらのポリイミド前
駆体は公知の方法、すなわち、テトラカルボン酸二無水
物とジアミンを選択的に組み合わせ、溶媒中で反応させ
ることにより合成される。

【００３４】スぺーサーは、上記のような材料から構成
されるが、着色層をこのような材料で構成し、着色層を
フォトリソグラフィーでパターニングする際に、着色層
がブラックマトリックス上に残留するようにパターニン
グすることによりブラックマトリックス上にスぺーサー
を形成してもよい。カラーフィルターの場合、着色層
は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３層を包含するも
のであり、各画素にはこれらの３色のいずれかの１つの
着色層が設けられる。スぺーサーは、これらの着色層の
１層、２層又は３層で構成することができる。着色層１
層でスぺーサーを構成する場合には、スぺーサーが着色
剤を含んだ樹脂の単一色から成り、２層又は３層でスぺ
ーサーを構成する場合には、スぺーサーは着色剤を含ん
だ樹脂の色重ねから成ることになる。十分なセルギャッ
プを確保するために、着色層３層でスぺーサーを形成す
ることが通常好ましい。

【００３５】カラーフィルターを構成する着色層は、少
なくとも３原色の色彩を含む。すなわち、加色法により
カラー表示を行う場合は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）の３原色が選ばれ、減色法によりカラー表示を行
う場合は、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー
（Ｙ）の３原色が選ばれる。一般には、これらの３原色
を含んだ要素を１単位としてカラー表示の絵素とするこ
とができる。着色層には、着色剤により着色された樹脂
が用いられる。

【００３６】着色層に用いられる着色剤としては、有機
顔料、無機顔料、染料等を好適に用いることができ、さ
らには、紫外線吸収剤、分散剤、レベリング剤等の種々
の添加剤を添加してもよい。有機顔料としては、フタロ
シアニン系、アジレーキ系、縮合アゾ系、キナクリドン
系、アントラキノン系、ペリレン系、ペリノン系が好適
に用いられる。

【００３７】着色層を形成する方法としては、樹脂ブラ
ックマトリックスを形成した基板上に塗布、乾燥した後
に、パターニングを行う。着色剤を分散又は溶解させ着
色ペーストを得る方法としては、溶媒中に樹脂と着色剤
を混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、ボ
ールミルなどの分散機中で分散させる方法などがある
が、この方法に特に限定されない。

【００３８】着色ペーストを塗布する方法としては、黒
色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロールコーター
法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーに
よる方法等が好適に用いられ、この後、オーブンやホッ
トプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。セ
ミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量
により異なるが通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱す
ることが好ましい。

【００３９】このようにして得られた着色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にポジ
型フォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹脂が
感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮
断膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応じ
て、ポジ型フォトレジスト又は酸素遮断膜を除去し、加
熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、樹脂により
異なるが、前駆体からポリイミド系樹脂を得る場合に
は、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一
般的である。以上のプロセスにより、ブラックマトリッ
クスを形成した基板上にパターニングされた着色層が形
成される。

【００４０】上記のようにブラックマトリックスを形成
した基板上に第１色目の着色層を全面にわたって形成し
た後に、不必要な部分をフォトリソグラフィ法により除
去し、所望の第１色目の着色層のパターンを形成する。
この場合、ブラックマトリックスの開口部を少なくとも
被覆する部分と、着色層の積層によりスぺーサーを形成
する部分に着色層を残す。第２色目、第３色目も同様な
操作を繰り返し、ブラックマトリックスの開口部上には
１層の着色層が、また、スぺーサーとして好ましくは３
層の着色層が残るように着色層を形成する。開口部上の
着色層とスぺーサーを形成する着色層とは連続していて
も、また、分離されていてもよい。もっとも、カラーフ
ィルター上に透明電極として形成する酸化インジウムス
ズ（ＩＴＯ）膜などを開口部上の着色層とスぺーサー間
で断線させ、カラーフィルター側と対向基板との導通を
防止する場合は、開口部上の着色層とスぺーサーを形成
する着色層とは分離、分画されている方が好ましい。

【００４１】以上、主として液晶表示素子用基板がカラ
ーフィルターである場合を例として説明したが、本発明
はこれに限定されるわけではなく、モノクロのフィルタ
ーであってもよいし、ＴＦＴ基板のような、トランジス
ターを複数個有する基板であってもよい。ＴＦＴ基板の
場合には、スぺーサーは透明電極間の非表示領域上に形
成される。上記した、スぺーサーの構成材料、形状、高
さ、断面積等の説明は、ＴＦＴ基板の場合にもそのまま
当てはまる。

【００４２】次に、上記カラーフィルターとＴＦＴ基板
とを用いて作製したカラー液晶表示素子について説明す
る。図１には、該カラー液晶表示素子の好ましい具体例
の断面図が模式的に示されている。図１中、１は透明基
板、２は樹脂ブラックマトリックス、３は着色層例えば
（Ｂ）、４は着色層例えば（Ｒ）、５は着色層例えば
（Ｇ）、６は透明電極、７は配向膜である。一方、１３
は、カラーフィルターと対向する透明電極基板の透明基
板であり、１２は液晶駆動回路付属電極、１１は絶縁
膜、１０は画素電極、９は配向膜である。８はカラーフ
ィルターと透明電極基板の間に挟持される液晶である。
図１に示されるように、液晶表示素子は、上記カラーフ
ィルターと透明電極基板とを対向させて作製する。カラ
ーフィルターには、必要に応じて着色層上に透明保護膜
を設けても差支えないが、構成が複雑になり、製造コス
トはアップする。また透明保護膜のレベリング性によっ
て、スペーサー高さは緩和される。また、カラーフィル
ター上にはＩＴＯ膜等の透明電極を形成する。カラーフ
ィルターと対向する透明電極基板としては、ＩＴＯ膜な
どの透明電極が透明基板上にパターン化されて設けられ
る。透明電極基板上には、透明電極以外に、ＴＦＴ素子
や薄膜ダイオード（ＴＦＤ）素子、及び、走査線、信号
線等を設け、ＴＦＴ液晶表示素子やＴＦＤ液晶表示素子
を作製することができる。透明電極を有するカラーフィ
ルター及び透明電極基板上には液晶配向膜が設けられ、
ラビング等による配向処理が施される。配向処理後にシ
ール剤を用いてカラーフィルター及び透明電極基板を貼
り合わせ、シール部に設けられた注入口から液晶を注入
した後に、注入口を封止する。偏光板を基板の外側に貼
り合わせた後にＩＣドライバーなどを実装することによ
りモジュールが完成する。カラーフィルター側に透明電
極を設けない液晶表示素子、例えばイン・プレイン・ス
イッチング（ＩＰＳ）と呼ばれる方式の場合もこれに応
じた構成となる。

【００４３】本発明の液晶表示素子用基板及びそれを用
いたカラー液晶表示素子は、パソコン、ワードプロセッ
サー、エンジニアリング・ワークステーション、ナビゲ
ーションシステム、液晶テレビ、ビデオなどの表示画面
に用いられ、また、液晶プロジェクション等にも好適に
用いられる。

【００４４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的
に説明する。もっとも、本発明は下記実施例に限定され
るものではない。

【００４５】実施例１ (1) 樹脂ブラックマトリックス及びシール部パターン
の作製 3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、4,4'
- ジアミノジフェニルエーテル、及び、ビス（３−アミ
ノプロピル）テトラメチルジシロキサンをＮ−メチル−
２−ピロリドン溶媒中で反応させ、ポリマー濃度２０重
量％のポリイミド前駆体（ポリアミック酸）溶液を得
た。

【００４６】下記の組成を有するカーボンブラックミル
ベースをホモジナイザーを用いて7000 rpmで３０分間分
散し、ガラスビーズをろ過してブラックペーストを調製
した。

【００４７】カーボンブラックミルベースカーボンブラック（MA100 、三菱化学（株）製）４．６部ポリイミド前駆体溶液２４．０部Ｎ−メチルピロリドン６１．４部ガラスビーズ９０．０部

【００４８】300 x 350 mmのサイズの無アルカリガラス
（日本電気ガラス（株）製、ＯＡ−２）基板上にスピナ
ーを用いて、ブラックペーストを塗布し、オーブン中１
３５℃で２０分間セミキュアした。続いて、ポジ型レジ
スト（Shipley "Microposit"RC100 30cp)をスピナーで
塗布し、９０℃で１０分間乾燥した。レジスト膜厚は
１．５μｍとした。キヤノン（株）製露光機ＰＬＡ−５
０１Ｆを用い、フォトマスクを介して露光を行った。

【００４９】次に、テトラメチルアンモニウムヒドロキ
シドを２重量％含む２３℃の水溶液を現像液に用い、基
板を現像液にディップさせ、同時に１０ｃｍ幅を５秒で
１往復するように基板を揺動させて、ポジ型レジストの
現像とポリイミド前駆体のエッチングを同時に行った。
現像時間は６０秒であった。その後、メチルセルソルブ
アセテートでポジ型レジストを剥離し、さらに、３００
℃で３０分間キュアし、ポリイミドに転換し、樹脂ブラ
ックマトリックス基板を得た。樹脂ブラックマトリック
スの膜厚は、１．２０μｍであった。

【００５０】(2) 着色層とスぺーサーの作製次に、赤、緑、青の顔料として各々Color Index No.653
00 Pigment Red 177で示されるジアントラキノン系顔
料、Color Index No. 74265 Pigment Green 36で示され
るフタロシアニングリーン系顔料、Color Index No.741
60 Pigment Blue15-4で示されるフタロシアニンブルー
系顔料を用意した。ポリイミド前駆体溶液と上記顔料を
各々（ポリイミド前駆体／顔料）重量比６：４の割合で
混合分散させて、赤、緑、青の３種類の着色ペーストを
得た。

【００５１】まず、樹脂ブラックマトリックス基板上に
青ペーストを塗布し、８０℃で１０分間熱風乾燥し、１
２０℃２０分間セミキュアした。この後、ポジ型レジス
ト（Shipley "Microposit" RC100 30cp)をスピナーで塗
布後、８０℃で２０分間乾燥した。マスクを用いて露光
し、アルカリ現像液（Shipley "Microposit" 351) に基
板をディップし、同時に基板を揺動させながら、ポジ型
レジストの現像及びポリイミド前駆体のエッチングを同
時に行った。その後、ポジ型レジストをメチルセルソル
ブアセテートで剥離し、さらに、３００℃で３０分間キ
ュアした。着色画素部の膜厚は２．０μｍであった。こ
のパターニングにより青色画素の形成とともに樹脂ブラ
ックマトリックス上にスぺーサーの１段目を形成した。

【００５２】水洗後、同様にして、赤色画素の形成とと
もに樹脂ブラックマトリックス上にスぺーサーの２段目
を形成した。赤色画素部の膜厚は２．２μｍであった。

【００５３】さらに水洗後、同様にして緑色画素の形成
とともに樹脂ブラックマトリックス上にスぺーサーの３
段目を形成し、カラーフィルターを作製した。緑色画素
部の膜厚は１．９μｍであった。

【００５４】着色層の積層により樹脂ブラックマトリッ
クス上に設けられたスぺーサー底部の面積は１個当たり
約５００μｍ² であった。スぺーサーの高さは約５μｍ
であった。なお、スぺーサーは、３画素に１個の割合で
画面内に設けた。また、スぺーサーの形状はほぼ円形で
あった。また、画面周辺に樹脂ブラックマトリックスで
形成した額縁上の一部にも画面内と同様な密度で色重ね
によるスぺーサーを設けた。

【００５５】この遮光層と赤画素、緑画素、青画素を有
し、表示画面部及び額縁、額縁周辺部のシール部の樹脂
ブラックマトリックス上にスぺーサーを有する無アルカ
リガラス基板上に、スパッタリング法にてＩＴＯ膜を形
成し、液晶表示素子用基板として用いられるカラーフィ
ルターを得た。ＩＴＯ膜の膜厚は１５０ｎｍであり、表
面抵抗は２０Ω／□であった。

【００５６】(3) 圧縮破壊強度の測定微小圧縮試験機（島津製作所 MCTE-500) を用いて、形
成されたスぺーサーの１個（高さ５μｍ）の圧縮応力に
対する破壊強度を測定した。試験条件は負荷速度を2.58
2 mN/Sとした。９０ｍＮまでの力に対しては破壊が起こ
らなかったが、それ以上の力ではスペーサーにクラック
（スペーサー土台のクラック）が生じた。９０ｍＮを負
荷した後のスペーサーの最上層平坦部の面積を光学顕微
鏡を用いて測定したところ、１２５μｍ² であった。こ
のスペーサーの破壊強度は、クラックが発生した荷重値
（９０ｍＮ）を面積（１２５μｍ² ）で割ることで求ま
り、０．７７ＧＰａであった。

【００５７】(4) カラー液晶表示素子の作製と評価このスぺーサーが設けられたカラーフィルターのＩＴＯ
膜上にポリイミド系の配向膜を設け、ラビング処理を施
した。また、同様に対向する液晶表示素子用基板につい
てもポリイミド系の配向膜を設け、ラビング処理を施し
た。この２枚の基板をエポキシ接着剤をシール剤として
用いて貼り合わせた後に、シール部に設けられた注入口
から液晶を注入した。液晶を注入後、注入口を封止し、
さらに偏光板を基板の外側に貼り合わせ液晶表示素子を
作製した。

【００５８】この液晶表示素子の表示品位は良好であっ
た。この表示面の一部を指で強く押してみたが、押した
後と押す前とで表示特性に定常的な変化はなかった。ま
た、その後、素子を分解してスペーサーを光学顕微鏡と
電子顕微鏡で観察したが、スペーサーにはクラック等の
異常は見られなかった。

【００５９】実施例２ (1) 樹脂ブラックマトリックス及びシール部パターンの
作製実施例１と同様な手法により、ポリイミド前駆体溶液に
カーボンブラックマトリックスを分散混合したペースト
を用い、樹脂ブラックマトリックス及びシール部パター
ンの作製を行った。

【００６０】(2) 着色層とスぺーサーの作製実施例１と同様な手法を用い、ポリイミド前駆体溶液
と、赤、緑、青の顔料を各々（ポリイミド前駆体／顔
料）重量比３：７の割合で混合分散させて得られた、
赤、緑、青の３種類の着色ペーストを使用して、赤画素
と緑画素と青画素を形成し、同時に、表示画面部及び額
縁、額縁周辺部のシール部の樹脂ブラックマトリックス
上にスペーサーの形成を行った。

【００６１】このスペーサーを有する基板上に、スパッ
タリング法にてＩＴＯ層を形成し、液晶表示素子用基板
として用いられるカラーフィルターを得た。

【００６２】(3) 圧縮破壊強度の測定実施例１と同様な方法で、形成されたスペーサーの１個
（高さ５μｍ）の圧縮応力に対する破壊強度を測定した
ところ０．４ＧＰａであった。

【００６３】(4) カラー液晶表示素子の作製と評価実施例１と同様に、液晶表示素子を作製した。この液晶
表示素子の表示品位は非常に良好であった。表示面の一
部を指で強く押してみたが、押す後と押す前とで定常的
な変化は認められなかった。また、素子を分解してスペ
ーサーを光学顕微鏡と電子顕微鏡で観察したが、スペー
サーにはクラック等の異常は見つからなかった。

【００６４】実施例３ (1) 樹脂ブラックマトリックス及びシール部パターンの
作製実施例１と同様な手法により、ポリイミド前駆体溶液に
カーボンブラックマトリックスを分散混合したペースト
を用い、樹脂ブラックマトリックス及びシール部パター
ンの作製を行った。

【００６５】(2) 着色層とスぺーサーの作製実施例１と同様な手法を用い、ポリイミド前駆体溶液
と、赤、緑、青の顔料を各々（ポリイミド前駆体／顔
料）重量比１：９の割合で混合分散させて得られた、
赤、緑、青の３種類の着色ペーストを使用して、赤画素
と緑画素と青画素を形成し、同時に、表示画面部及び額
縁、額縁周辺部のシール部の樹脂ブラックマトリックス
上にスペーサーの形成を行った。

【００６６】このスペーサーを有する基板上に、スパッ
タリング法にてＩＴＯ層を形成し、液晶表示素子用基板
として用いられるカラーフィルターを得た。

【００６７】(3) 圧縮破壊強度の測定実施例１と同様な方法で、形成されたスペーサーの１個
（高さ５μｍ）の圧縮応力に対する破壊強度を測定した
ところ、０．２ＧＰａであった。

【００６８】(4) カラー液晶表示素子の作製と評価実施例１と同様に、液晶表示素子を作製した。この液晶
表示素子の表示品位は良好であった。表示面の一部を指
で強く押してみたが、押す後と押す前とで定常的な変化
は認められなかった。また、素子を分解してスペーサー
を光学顕微鏡と電子顕微鏡で観察したが、スペーサーに
はクラック等の異常は見つからなかった。

【００６９】比較例カルボキシル基を含有するエポキシ・シリコーン樹脂に
赤、緑、青のそれぞれの顔料を、樹脂／顔料＝１／９
（重量比）の割合で分散混合した着色ペーストを用い、
実施例と同様な手法を用いて、エポキシ・シリコーン樹
脂に顔料が含有された着色膜３層から成るスペーサーを
樹脂ブラックマトリックス上に形成した。実施例と同様
な方法で破壊強度を測定したところ、このスペーサー１
個（高さ５μｍ）の破壊強度は、０．０７ＧＰａであっ
た。液晶表示素子を実施例と同様にして作製したとこ
ろ、表示ムラが発生し、表示品位が低下した。表示ムラ
が発生した箇所について液晶表示素子を分解してスペー
サーを観察したところ、スペーサーにクラックが生じて
いた。また、作製した液晶表示素子で、表示ムラのない
部分を指で強く押してみたところ、表示ムラが発生し、
消えなかった。同様に、液晶表示素子を分解してスペー
サーを観察したところ、スペーサーにクラックが生じて
いた。

【００７０】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子用基板ではスペー
サーの圧縮破壊強度が大きいので、外部からの力や衝撃
を受けても表示品位の低下が起きにくいという効果が奏
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルタ−を使用したカラー液
晶表示装置の模式断面図である。

【符号の説明】

１透明基板（ガラス基板）２樹脂ブラックマトリックス３着色層（Ｂ）４着色層（Ｒ）５着色層（Ｇ）６透明電極７配向膜８液晶９配向膜１０画素電極１１絶縁膜１２液晶駆動回路付属電極１３透明基板（ガラス基板）１４クロムブラックマトリックス１５保護膜

フロントページの続き (72)発明者後藤哲哉滋賀県大津市園山１丁目１番１号東レ株式会社滋賀事業場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶表示素子用基板上の非表示領域に固
定されたスぺーサーを有し、そのスぺーサーの圧縮応力
に対する破壊強度が０．１ＧＰａ以上である液晶表示素
子用基板。
【請求項２】前記破壊強度が０．３ＧＰａ以上である
請求項１記載の液晶表示素子用基板。
【請求項３】前記破壊強度が０．５ＧＰａ以上である
請求項２記載の液晶表示素子用基板。
【請求項４】スぺーサー形状が円、楕円、角が丸い多
角形、十字、Ｔ字又はＬ字形である請求項１ないし３の
いずれか１項記載の液晶表示素子用基板。
【請求項５】基板がトランジスターを複数個有する請
求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶表示素子用
基板。
【請求項６】基板が着色剤を含むカラーフィルターで
ある請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶表示
素子用基板。
【請求項７】スぺーサーが着色剤を含んだ樹脂の単一
色、又は色重ねから成る請求項１ないし４のいずれか１
項記載の液晶表示素子用基板。
【請求項８】着色剤を含んだ樹脂がポリイミドである
ことを特徴とする請求項７記載の液晶表示素子用基板。
【請求項９】前記スぺーサーの高さが１〜９μｍであ
る請求項１ないし８のいずれか１項記載の液晶表示素子
用基板。
【請求項１０】前記スぺーサーが、対向する基板と接
触する面積が１個当たり１０〜１０００μｍ² である請
求項１ないし９のいずれか１項記載の液晶表示素子用基
板。
【請求項１１】２枚の液晶表示素子用基板により液晶
層を挟持したカラー液晶表示素子において、少なくとも
一方の液晶表示素子用基板が、請求項１ないし１０のい
ずれか１項に記載の液晶表示素子用基板であることを特
徴とする、カラー液晶表示素子。