JPH1048641A - 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 - Google Patents

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、セルギャップの変
動に起因する表示品位の低下及び低温時における泡の発
生の問題を克服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０．５〜
０．６ＧＰａの圧縮応力に対する対荷重圧縮変位が、
０．００１〜１μｍ／ｍＮ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、セルの温
度変化によって表示不良が生じるという問題が起こり得
る。例えば、低温時にはセル中に泡が発生することがあ
る。この泡は表示品位を低下させる。

【０００７】また、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、セル
ギャップムラを生じ、表示品位の低下が起こる場合があ
った。液晶表示素子は、２枚の液晶表示素子用基板を均
一な力で貼り合わせることは困難で力のムラが生じる。
その状態で素子の周辺が封止された場合に歪みが残る。
このようなわずかな歪みによりセルギャップが変動する
度合いが大きくなる。従って、表示品位の低下が起きや
すくなる場合がある。

【０００８】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、前記した従来技術の欠点、すなわち、セルギャップ
の変動に起因する表示品位の低下及び低温時における泡
の発生の問題を克服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を提供することである。

【０００９】

【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、スぺーサーの特定の圧縮応力時における対荷
重圧縮変位を特定の範囲内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。

【００１０】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０．５〜０．６ＧＰａの圧縮応力に対する対
荷重圧縮変位が、０．００１〜１μｍ／ｍＮ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。

【００１１】

【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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】樹脂ブラックマトリックスの膜厚は、好ま
しくは０．５〜２．０μｍ、より好ましくは０．８μｍ
〜１．５μｍ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２．０μｍ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。

【００２１】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。

【００２２】液晶表示素子は、２枚の液晶表示素子用基
板を貼り合わせて作製される。この時、基板には、１０
０〜１０００Ｐａ程度の圧縮応力が負荷される。２枚の
基板間のギャップを保つために形成されたスペーサーに
は、平均としては、基板に負荷される圧縮応力を、スペ
ーサーの総断面積で割った値の圧縮応力が負荷される。
従って、スペーサー１個に負荷される圧縮応力は、形成
されたスペーサーの密度や、１個のスペーサー断面積に
よって異なる。一般的には、スペーサー１個に負荷され
る圧縮応力は、０．１〜１ＧＰａ程度であり、その範囲
内の、特に０．５〜０．６ＧＰａの圧縮応力に着目し、
対荷重圧縮変位を測定した。

【００２３】本発明の液晶表示素子用基板では、上記ス
ぺーサーは、０．５〜０．６ＧＰａの圧縮応力に対する
対荷重圧縮変位が０．００１〜１μｍ／ｍＮ、好ましく
は０．００２〜０．５μｍ／ｍＮである。該対荷重圧縮
変位が０．００１μｍ／ｍＮ未満であると、液晶表示素
子用基板を用いて作製した液晶表示素子を−４０℃程度
の低温に置くとセル内に泡が発生し、表示品位が低下す
る。一方、上記対荷重圧縮変位が１μｍ／ｍＮを超える
と、２枚の液晶表示素子用基板を貼り合わせる際の力の
ムラにより液晶表示素子に歪みが残り、この歪みの故に
セルギャップが変動して表示品位が低下し、また、液晶
表示素子の周辺の封止部に沿って縞状のムラが生じやす
くなる。

【００２４】ここで、対荷重圧縮変位の測定は、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、これらの関係をプロットする。対荷
重圧縮変位はＬ／Ｆとして求められる。さらに、試験後
のスぺーサー最上部の平坦部の面積（Ｓ）を測定する。
圧縮応力は、Ｆ／Ｓにより求められる。なお、０．５〜
０．６ＧＰａの圧縮応力の範囲の少なくともいずれか１
点において、前記対荷重圧縮変位が０．００１〜１μｍ
／ｍＮの範囲内に入るものは本発明の範囲に含まれる。

【００２５】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。

【００２６】スぺーサーの高さは、１〜９μｍが好まし
く、さらには２〜８μｍ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
板の場合には透明電極）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。

【００２７】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。

【００２８】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対荷重圧縮変位が得られる
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対荷重圧縮変位を満
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対荷重圧縮変位を持つ
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。

【００２９】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。

【００３０】

【化１】

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】

【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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】 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

【００４９】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。露光機を用い、フォトマスクを介し
て露光を行った。

【００５０】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、１．１μｍであった。

【００５１】(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９／１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。

【００５２】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３．５μｍ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。

【００５３】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３．８μｍであった。

【００５４】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３．５μｍであった。

【００５５】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、すなわち青色部の
面積は１個当たり約５００μｍ² であった。スぺーサー
の高さは約７．５μｍ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。

【００５６】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。

【００５７】(3) 対荷重圧縮変位の測定 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７．５μｍ）の対荷重
圧縮変位を測定した。試験条件は負荷速度を0.892 mN/
S、最大負荷を６ mN とした。６ mN 負荷した後のスぺ
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、１１μｍ² であった。従って、このときの
圧縮応力は、０．５５Ｐａである。６ mN 負荷時に生じ
た変位は１．３μｍであった。従って、このスぺーサー
の対荷重圧縮変位は、６ｍＮ負荷時に生じた変位をその
負荷で割ることにより求まり、０．５μｍ／ｍＮであっ
た。

【００５８】(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。

【００５９】この液晶表示素子の表示品位は良好であっ
た。この液晶表示素子を直視で観察したところ、表示ム
ラは現れなかった。斜視で注意深く観察したところ、わ
ずかながら表示ムラが見られたが、表示品位の低下が問
題となる程度ではなかった。また、−４０℃に１週間置
いたが、泡の発生は見られなかった。更に−５０℃に一
週間置いたが泡の発生は認められなかった。

【００６０】比較例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 カルボキシル基を含有するエポキシ・シリコーン樹脂の
溶液とカーボンブラックを重量比６：４の割合で混合分
散させて得られたブラックペーストを使用して実施例１
と同様に、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。

【００６１】(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、カルボキシル基を含有す
るエポキシ・シリコーン樹脂の溶液と、赤、緑、青の顔
料を各々重量比９：１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
クス上にスぺーサーの形成を行った。

【００６２】このスぺーサーを有する基板上に、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
の１つであるカラーフィルターを得た。

【００６３】(3) 対荷重圧縮変位の測定 実施例と同様な方法で、形成されたスぺーサーの１個
（高さ７．５μｍ）の対荷重圧縮変位を測定したとこ
ろ、１．５μｍ／ｍＮであった。

【００６４】(4) カラー液晶表示素子の作製と評価 実施例と同様に、液晶表示素子を作製した。液晶表示素
子の周辺の封止部に沿って、縞状のムラが生じ、表示品
位の低下が確認された。

【００６５】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。

【００６６】(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６：４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。

【００６７】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。

【００６８】(3) 対荷重圧縮変位の測定 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６μｍ）の対荷重圧縮変位を測定したところ、
０．０２μｍ／ｍＮであった。

【００６９】(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。この液晶表
示素子を直視と斜視で観察したが、表示ムラは認められ
なかった。また、−４０℃に１週間置いたが、泡の発生
は認められなかった。更に、−５０℃に１週間置いた
が、泡の発生は認められなかった。

【００７０】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。

【００７１】(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。

【００７２】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。

【００７３】(3) 対荷重圧縮変位の測定 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）の対荷重圧縮変位を測定したところ、
０．００２μｍ／ｍＮであった。

【００７４】(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。この液晶表示素子
を直視と斜視で観察したが、表示ムラは認められなかっ
た。また、−４０℃に１週間置いたが、泡の発生は認め
られなかった。更に、−５０℃に１週間置いたところ、
非常に小さな泡の発生が数個認められたが、非表示領域
でのみの発生であったため表示品位の低下にはつながら
なかった。

【００７５】比較例２ (1) 金属ブラックマトリックス及びシール部パターン
の作製 透明基板上に、クロム及びその酸化物から成る遮光膜を
真空蒸着法により形成した。これにフォトレジストを塗
布し、加熱乾燥によりフォトレジストの被膜を形成し
た。これを紫外線露光機を用いて、フォトマスクを介し
て露光した。露光後、アルカリ現像液に浸漬し、フォト
レジストの現像を行った。その後、酸現像液により遮光
膜をエッチングし、エッチング後、不要となったフォト
レジスト層を剥離し、ブラックマトリックスを形成し
た。

【００７６】(2) 着色層の作製 実施例１と同様な手法を用いて、実施例３の赤、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、青画素を形成した。このとき、実施例と異なり、表
示画面部及び額縁、額縁周辺部のシール部のブラックマ
トリックス上にスぺーサーの形成は行わなかった。

【００７７】(3) スぺーサーの作製 シリコン酸化膜から成るスぺーサーをマスクスパッタリ
ングによりブラックマトリックス上に形成した。

【００７８】このスぺ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。

【００７９】(4) 対荷重圧縮変位の測定 実施例と同様な方法で、形成されたスぺーサーの１個
（高さ５μｍ）の対荷重圧縮変位を測定したところ、0.
0005μｍ／mNであった。

【００８０】(5) カラー液晶表示素子の作製と評価 実施例と同様に、液晶表示素子を作製した。この表示素
子を−４０℃に１週間置いたところ、泡が発生した。更
に−５０℃に１週間放置したところ泡が大きくなり、ま
た数が増加した。

【００８１】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子用基板では、スぺ
ーサーの対荷重圧縮変位が特定の範囲内にあるので、こ
の基板を用いて液晶表示素子を作製した場合に、セルギ
ャップの変動に起因する表示品位の低下の防止や低温時
における泡の発生の低減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 (10)

【特許請求の範囲】
1. 【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０．５〜
   ０．６ＧＰａの圧縮応力に対する対荷重圧縮変位が、
   ０．００１〜１μｍ／ｍＮである液晶表示素子用基板。
2. 【請求項２】 前記対荷重圧縮変位が、０．００２〜
   ０．５μｍ／ｍＮである請求項１記載の液晶表示素子用
   基板。
3. 【請求項３】 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又は２記載
   の液晶表示素子用基板。
4. 【請求項４】 基板がトランジスターを複数個有する請
   求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示素子用
   基板。
5. 【請求項５】 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３のいずれか１項に記載の液晶表示
   素子用基板。
6. 【請求項６】 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３のいずれか１
   項記載の液晶表示素子用基板。
7. 【請求項７】 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６記載の液晶表示素子用基板。
8. 【請求項８】 前記スぺーサーの高さが１〜９μｍであ
   る請求項１ないし７のいずれか１項記載の液晶表示素子
   用基板。
9. 【請求項９】 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８のいずれか１項記載の液晶表示素子用基
   板。
10. 【請求項１０】 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９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。