JP2000214799A - 液晶素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パターンの開口部を大きくして透過率を向上
させるとともに、カラーフィルタ材料の色劣化を抑える
ようにする。 【解決手段】 対向するガラス基板１ａ，１ｂの少なく
とも一方のガラス基板１ａの金属補助電極６ａ上に、金
属補助電極パターンの形成時のフォトレジストとしての
感光性を有するアクリル樹脂の隔壁材料を用いる。これ
により隔壁パターン７を形成した後の焼成温度を低く抑
えるとともに、金属補助電極６ａと、隔壁パターン７を
同時に形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶を有する液晶
素子に係り、詳しくは隔壁構造を有する液晶素子および
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、強誘電性を示す液晶分子の屈
折率異方性を利用し、偏光素子と組合せることによって
透過光線を制御する型の液晶パネル（以下、「強誘電性
液晶パネル」という）が、クラーク（Ｃｌａｒｋ）およ
びラガーウォール（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案さ
れている（特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許
第４３６７９２４号明細書など）。

【０００３】この液晶（以下「強誘電性液晶」という）
は、一般に特定の温度領域において、非らせん構造のカ
イラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）またはＨ相（Ｓｍ
Ｈ＊）を有し、この状態において、加えられる電界に応
答して第１の光学的安定状態と第２の光学的安定状態と
のいずれかを取り、かつ電界の印加のないときはその状
態を維持する性質、すなわち双安定性を有し、また電界
の変化に対応する応答も速やかであり、高速ならびに記
憶型の表示素子として広い利用が期待され、特にその機
能から単純マトリックス駆動方式による大画面で高精細
な表示装置への応用が期待されている。

【０００４】特に、強誘電性液晶の場合は、対向する一
対の基板間の間隙を指すセルギャップが１μｍ程度と、
他の液晶セルと比較して極めて狭い。画面全体を同一セ
ルギャップで貼り合わすためには、１μｍ均一のガラス
スペーサを散布するとともに、熱硬化タイプのエポキシ
樹脂からなる接着ビーズを散布している。

【０００５】しかしながら、接着ビーズを用いて貼り合
わせた液晶パネルは、外部からの衝撃を受けると液晶が
移動し、強誘電性液晶に特有なシェブロン構造あるいは
ブックシェルフ構造は破壊される。これを防止するた
め、耐衝撃性の優れた筐体設計が製品化に要求されてい
る。

【０００６】一方、配向膜上に接着性・感光性を有する
ポリイミドやポリアミドを材料とした隔壁パターンを設
け、接着ビーズの代わりに対向する一対の基板を貼り合
わせる方法も知られている。この場合、隔壁そのものが
衝撃を吸収すること、また衝撃による液晶の移動が隔壁
に妨げられるなどの理由から液晶パネルの耐衝撃性は大
幅に向上する。

【０００７】また、単純マトリックス駆動方式の液晶素
子の構成としては、交差した走査電極群と信号電極群と
の交差部を画素としたもので、高精細になると電極の幅
が狭くなり、電極の１ラインあたりの抵抗値が高くなる
ために、１ライン中で電圧値にばらつきが生じ、駆動に
必要な電圧が各画素に十分に印加されないことがあっ
た。そのために、画素電極としての透明電極に金属補助
電極を設けて、抵抗値を下げて電圧のばらつきを少なく
している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、隔壁パ
ターンを配向膜上に形成した場合、隔壁パターンを設け
た側の基板のプレチルトと、それに対向する基板のプレ
チルトとの間にずれが生じると、強誘電性液晶の配向状
態で２つの安定した状態を維持する性質、すなわち双安
定性が崩れ、一方の安定状態のみを示してしまう。それ
によって液晶の駆動性は著しく損なわれることになる。

【０００９】また、従来の隔壁材料は、ポリイミドやポ
リアミドの材料を２３０℃の高温で熱硬化させて処理す
るのが通常であるが、この場合、配向膜に隔壁材料を形
成する方法では、２３０℃という高温で隔壁材料を熱硬
化させるために、配向膜の硬度などが変動し、ラビング
時に配向膜自体を削ったり、傷つけたりする要因とな
る。

【００１０】また、隔壁材料を２３０℃以下の温度で熱
硬化させると、隔壁材料に含有する溶剤成分や未反応物
質の溶出成分が要因となって、隔壁周辺の液晶に配向異
常が生じることがある。すなわち、ポリイミドやポリア
ミド樹脂からなる隔壁のパターニングプロセスは、これ
らの樹脂を感光材とともに溶剤に溶かしたレジストを配
向膜上にコーティングし、プリベーク、露光、現像、リ
ンス、ポストベークという順に行うが、現像液として用
いられるのはＮＭＰ、γ−プチロラクトンなどおよびこ
れらとエトキシエタノールとの混合液などが挙げられ
る。これらの薬剤が隔壁と配向膜との間の微細な領域に
残留すると、液晶注入後、時間をおいてから徐々に液晶
中に残留物が溶出し、配向が異常を示す。また、ＮＭＰ
のように一般的に樹脂に含まれる添加材を樹脂から容易
に溶出させ、樹脂にダメージを与える溶剤も隔壁パター
ンの現像液として使用されているが、これらの添加材も
配向膜の表面に残留すると液晶の配向に悪影響を及ぼ
す。

【００１１】一方、配向膜形成前に隔壁材をパターニン
グした場合に関しては、やはり隔壁材の高温焼成のため
に下地層のカラーフィルタの色劣化が起こりパネルの色
度を悪化させ、色見の悪いパネルとなる可能性がある。

【００１２】さらに、上述したように隔壁パターンは通
常のフォトリソグラフィプロセスと同様の処理で行われ
るが、下の電極パターンまたはカラーフィルタパターン
などとのアライメント精度が厳しく要求される。例え
ば、アライメントが甘く、隔壁パターンが所望の位置に
うまく配置されなかった場合、電極パターンやカラーフ
ィルタパターンの画素間に落ちたり画素の中に入ったり
する。これにより隔壁パターン自体が見掛け上、均一な
膜厚にならないために、パネルのむらのように見えたり
する。

【００１３】また、面内の膜厚が不均一になったことか
らセルの空隙部、すなわちセルギャップが異なり駆動特
性に影響を及ぼす。また、アライメントの甘さから下地
のパターンが影響を受け、これによって配向欠陥を招く
おそれがある。結局開口率を落とすことなく、かつ隔壁
樹脂自体の厚さむらをなくし、正確にパターニングする
必要があるために、フォトリソグラフィによるアライメ
ント精度とパターニング時の現像の制御が極めて難しく
なり、製造工程の歩留りの低下を招く一要因ともなって
いる。

【００１４】本発明は、上述の点に鑑みなされたもの
で、パターンの開口部を大きくして透過率を向上させる
とともに、カラーフィルタ材料の色劣化を抑えるように
した液晶素子を提供することを目的とする。

【００１５】また、本発明の目的とするところは、金属
補助電極と隔壁パターンとを同時に形成して製造工程数
を減らし、製造コストを削減し、隔壁パターンの下地層
に対する配置ずれなどが原因となる配向欠陥をなくすよ
うにした液晶素子の製造方法を提供しようとするもので
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明に係る液晶素子は、所定の間隙
を開けた状態でほぼ平行に配置された一対の基板と、こ
れら一対の基板の間隙に配置された液晶と、前記一対の
基板に互いに交差するように配置され、前記液晶に駆動
電圧を印加する画素電極とを有するものであって、前記
画素電極が交差する画素部から外れた位置で該画素電極
と接続された補助電極と、該補助電極上に配置され、前
記一対の基板間の間隙を均一に保持するために少なくと
も一方の基板に接着される隔壁とを有することを特徴と
する。

【００１７】請求項２記載の発明によれば、前記隔壁
は、感光材を有するアクリル系樹脂材料またはポリビニ
ルアルコール系樹脂材料によって形成されている。

【００１８】請求項３記載の発明によれば、前記液晶
は、強誘電性液晶である。

【００１９】請求項４記載の発明に係る液晶素子の製造
方法は、所定の間隙を開けた状態でほぼ平行に配置され
た一対の基板と、これら一対の基板の間隙に配置された
液晶と、前記一対の基板に互いに交差するように配置さ
れ、前記液晶に駆動電圧を印加する画素電極とを有する
ものであって、前記基板に対して補助電極膜を成膜した
後に、前記補助電極パターンの形成時のレジストとして
隔壁を形成する材料を塗布し、露光、現像およびポスト
ベークを行った後、補助電極膜のエッチングを行い、補
助電極と隔壁パターンとを同時に形成することを特徴と
する。

【００２０】請求項５記載の発明は、前記補助電極パタ
ーンおよび隔壁パターンを形成した後、配向膜を塗布
し、該配向膜をラビング処理する。

【００２１】［作用］以上の構成に基づいて、画素およ
び画素電極を大きくして開口率の大きな明るい液晶パネ
ルを作成するために、対向する基板の少なくとも一方の
基板上の補助電極上に隔壁を形成する。

【００２２】この場合、隔壁材料に感光性を有するアク
リル樹脂またはポリビニルアルコール樹脂を用いて隔壁
パターン形成後の焼成温度を低く抑えるとともに、補助
電極形成時のフォトレジストとして使用できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００２４】図１は本発明の実施の形態に係る液晶素子
の構造を示す断面図である。

【００２５】同図において、液晶素子は、対向する一対
の基板１ａ，１ｂを液晶１１を挟持して平行に配置した
ものである。

【００２６】そして、一方の基板１ａには他方の基板１
ｂとの対向面に光漏れを防ぐためのブラックストライプ
２、カラーフィルタ３ａ，３ｂ，３ｃおよび平坦化膜４
が配置され、さらに平坦化膜４の上には複数の画素電極
としてのストライプ状の透明電極５ａ、この透明電極５
ａの後述する画素部から外れた部分に設けられた金属補
助電極６ａ、隔壁パターン７、ショート防止用の無機絶
縁層８ａおよび配向膜１０ａが積層されている。

【００２７】また、他方の基板１ｂには一方の基板１ａ
との対向面に複数のストライプ状の透明電極５ｂ、金属
補助電極６ｂ、ショート防止用の無機絶縁層８ｂおよび
配向膜１０ｂがそれぞれ積層されている。なお、透明電
極５ａと透明電極５ｂとは互いに交差し、この交差部が
画素部となる単純マトリックス構造に形成され、透明電
極５ａの画素部から外れた非画素部に金属補助電極６ａ
と隔壁パターン７が形成されている。

【００２８】一対の基板１ａ，１ｂの間隙はガラススぺ
ーサ１２によって規定されており、内部に液晶１１を注
入した状態で、端部をシール接着剤１３によって接着し
ている。

【００２９】

【実施例】〈実施例ｌ〉図１は本発明の実施例１に係る
液晶素子を示す断面図である。

【００３０】厚さ約１．１mmのガラス基板１ａ，１ｂの
うち、一方の基板１ａにスパッタリング法によって１０
０nmのクロム（Ｃｒ）を成膜した後、フォトリソグラフ
ィによってパターンニングしてブラックストライプ２を
形成した。さらに、ブラックストライプ２を基準に順次
赤色カラーフィルタ３ａ、緑色カラーフィルタ３ｂおよ
び青色カラーフィルタ３ｃをフォトリソグラフィにより
パターニングし、さらにカラーフィルタの段差を埋める
ためにスピン塗布により厚さ１．５μｍのアクリル系平
坦化膜４を形成した。

【００３１】次に、平坦化膜４まで形成した基板１ａお
よび基板１ｂにスパッタ法で ITO（Indium Tin Oxid
e）膜を約７０nm成膜し、フォトリソグラフィ法により
ストライプ状の透明電極５ａ，５ｂを形成する。そし
て、透明電極５ａ，５ｂが形成された基板１ａ，１ｂの
上にスパッタ法によって約２５０nmのアルミニウム（Ａ
ｌ）を積層する。

【００３２】次いで、基板１ｂ上に形成された透明電極
５ｂの画素部より外れた部分には、通常のフォトリソグ
ラフィ法によって補助電極パターン６ｂを形成し、基板
１ａ上に形成された透明電極５ａの画素部より外れた部
分には、Ａｌ膜の上にフォトレジストの代わりに感光性
を有するアクリル系隔壁材料を１．１μｍの厚さでスピ
ン塗布し、仮乾燥後に３５６nmの紫外線を４０mJ照射し
た後、炭酸カリウム水溶液に１分間浸漬して現像し、そ
の後２００℃で１０分間焼成する。

【００３３】このようにしてアクリル樹脂で補助電極パ
ターンを形成した後、エッチング液によってＡｌをエッ
チングし、十分に水洗した後、さらに２００℃で１０分
間乾燥し、金属補助電極６ａと隔壁パターン７とを同時
に形成する。

【００３４】さらに、上記基板１ａ，１ｂにＴａＯ₅ 膜
をスパッタ法により約９０nmに成膜して無機絶縁膜８
ａ，８ｂを形成した。その上に、印刷、焼成工程によっ
て約１０nmの低プレチルト型ポリイミド配向膜１０ａ，
１０ｂを同様に形成した。

【００３５】次に、配向膜１０ａ，１０ｂを形成した基
板１ａ，１ｂに対してラビング処理を行う。ラビング
は、ローラに巻き付けたコットン布を用い、ローラの回
転を１１．７Hz、基板１ａ，１ｂの送り速度を３０mm／
sec とし、ローラが基板１ａ，１ｂと接触してさらに１
mm押し込んだ状態からラビング処理をした。さらに、こ
のラビング済みの基板１ａ，１ｂをＩＰＡと水との混合
液により洗浄し、仕上げにＩＰＡのスピン乾燥を行っ
た。

【００３６】その後、他方の基板１ｂには平均粒径が
１．２５μｍのガラススぺーサ１２を分布密度が３００
個／mm² 程度となるように散布し、一方の基板１ａにシ
ール接着剤１３を描画形成し、一対の基板１ａ，１ｂを
対向して貼り合わせた後、熱硬化させた。このときの硬
化条件は、１６０℃で１時間とした。

【００３７】このようにして得られた液晶セルにτ−Ｖ
min モード系強誘電液晶１１を注入したところ、均一か
つ良好な配向特性が得られ、開口率も高く、駆動特性も
十分満足できる液晶素子が完成した。

【００３８】さらに、隔壁パターン形成工程で発生する
隔壁パターン７の下地層に対する配置のずれなどが原因
となる配向欠陥などがほとんどなくなり、配向欠陥の修
復工程を簡略化することができ、高品質な液晶パネルを
作成することができる。

【００３９】また、隔壁パターン形成後に配向膜を塗
布、焼成し、その後にラビング処理をすることによっ
て、従来のように配向膜上に隔壁を形成し、その後ラビ
ング処理を行うことで発生する隔壁際の転向欠陥や、液
晶注入速度による欠陥を減少させることが可能となる。

【００４０】〈実施例２〉図２は本発明の実施例２に係
る液晶素子を示す断面図である。

【００４１】本実施例では、液晶素子に隔壁材料として
ポリビニルアルコール系樹脂を用いたことと、その隔壁
パターンをカラーフィルタを形成していない方の基板に
形成したことおよび液晶材にハイプレチルトタイプのシ
ェブロン型強誘電性液晶を用いたこと以外は、実施例１
と同様な手法で作成する。

【００４２】すなわち、厚さ約１．１mmのガラス基板２
１ａ，２１ｂのうち一方の基板２１ａ側にブラックスト
ライプを形成し、さらにこれを基準に順次赤色カラーフ
ィルタ、緑色カラーフィルタ、青色カラーフィルタをフ
ォトリソによりパターニングし、カラーフィルタ層２３
を得る。その後、カラーフィルタ層２３の段差を埋める
ためにスピン塗布により厚さ１．５μｍのアクリル系平
坦化膜２４を形成する。

【００４３】次に、平坦化膜２４まで形成した基板２１
ａおよび基板２１ｂにスパッタ法でITO（Indium Tin
Oxide）膜を約７０nm成膜し、フォトリソグラフィ法に
よりストライプ状の透明電極２５ａ，２５ｂを形成す
る。そして、透明電極２５ａ，２５ｂが形成された基板
２１ａ，２１ｂの上にスパッタ法によって約２５０nmの
Ａｌを積層する。

【００４４】次いで、基板２１ａ上に形成された透明電
極２５ａの画素部より外れた部分には、通常のフォトリ
ソグラフィ法により補助電極パターン２６ａを形成し、
基板２１ｂ上に形成された透明電極２５ｂの画素部より
外れた部分には、補助電極としてのＡｌ膜（金属補助電
極２６ｂ）上にフォトレジストの代わりにポリビニルア
ルコール系隔壁材料を１μｍの厚さでスピン塗布し、仮
乾燥後に３５６nmの紫外線を３０mJ照射した後、超純水
シャワーにより１分間現像し、その後２００℃で１０分
間焼成する。

【００４５】このようにしてポリビニルアルコールで補
助電極パターン２６ｂを形成した後、エッチング液によ
ってＡｌをエッチングし、十分に水洗した後、さらに２
００℃で１０分間乾燥し、金属補助電極２６ｂと隔壁パ
ターン２７とを同時に形成する。

【００４６】さらに、基板２１ａ，２１ｂにＴａＯ₅ 膜
をスパッタ法により約９０nmに成膜して無機絶縁膜２８
ａ，２８ｂを形成する。その上に印刷、焼成により約６
０nmのＴｉ−Ｓｉ塗布型絶縁膜２９ａ，２９ｂを形成す
る。

【００４７】次に、配向膜２０ａ，２０ｂを形成した基
板２１ａ，２１ｂに対してラビング処理を行う。ラビン
グは、ローラに巻き付けたコットン布を用い、ローラの
回転は１１．７Hz、基板２１ａ，２１ｂの送り速度１０
mm／sec とし、ローラが基板２１ａ，２１ｂと接触して
さらに１mm押し込んだ状態から配向膜２０ａ，２０ｂの
表面エネルギをモニタしつつ、プレチルト角を両基板２
１ａ，２１ｂで揃えるように微調しながらラビング処理
をした。さらに、このラビング済みの基板２１ａ，２１
ｂをＩＰＡと水との混合液により洗浄し、仕上げにＩＰ
Ａのスピン乾燥を行った。

【００４８】その後、一方の基板２１ａには平均粒径が
１．２５μｍのガラススぺーサ３２を分布密度が３００
個／mm² 程度となるように散布し、他方の基板２１ｂに
シール接着剤３３を描画形成し、一対の基板２１ａ，２
１ｂを対向して貼り合わせた後、熱硬化させた。このと
きの硬化条件は、１６０℃で１時間とした。

【００４９】このようにして得られた液晶セルにシェブ
ロン系強誘電液晶２２を注入したところ、均一かつ良好
な配向特性が得られ、開口率も高く、駆動特性も十分満
足できる液晶素子が完成した。

【００５０】さらに、隔壁パターン形成工程で発生する
隔壁パターンの下地層に対する配置のずれなどが原因と
なる配向欠陥などがほとんどなくなり、配向欠陥の修復
工程を簡略化することができ、高品質な液晶パネルを作
成することが可能である。

【００５１】また、隔壁パターン形成後に配向膜を塗
布、焼成し、その後にラビング処理をすることにより、
従来のように配向膜上に隔壁を形成し、その後ラビング
処理を行うことで発生する隔壁際の転向欠陥や、液晶注
入速度による欠陥を減少させることが可能となる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
隔壁パターンが、補助電極パターンを形成する際のレジ
ストの代用となり、補助電極と隔壁パターンが同時に形
成されることで、製造工程数が減少し、さらに隔壁パタ
ーンを形成する際のアライメント精度によるパターンず
れを起こさず、その結果、全面に渡って隔壁の高さを均
一に保持することができる。これらの結果、隔壁パター
ンのずれなどに起因する配向の乱れや欠陥が激減した。

【００５３】さらに、補助電極の上に隔壁パターンが形
成されているため、画素部、および画素電極を大きく取
ることができ、その結果開口率の大きな明るい液晶パネ
ルを作成することができ、高信頼性、高品質の液晶素子
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る液晶素子の構造を示す
断面図である。

【図２】本発明の実施例２に係る液晶素子の構造を示す
断面図である。

【符号の説明】

１ａ 基板（ガラス基板） １ｂ 基板（ガラス基板） ５ａ 画素電極（透明電極） ５ｂ 画素電極（透明電極） ６ａ 補助電極（金属補助電極） ６ｂ 補助電極（金属補助電極） ７ 隔壁パターン １０ａ 配向膜 １０ｂ 配向膜 １１ 液晶（τ−Ｖｍｉｎ系強誘電性液晶） ２０ａ 配向膜 ２０ｂ 配向膜 ２１ａ 基板（ガラス基板） ２１ｂ 基板（ガラス基板） ２２ 液晶（シェブロン系強誘電性液晶） ２５ａ 画素電極（透明電極） ２５ｂ 画素電極（透明電極） ２６ａ 補助電極（金属補助電極） ２６ｂ 補助電極（金属補助電極） ２７ 隔壁パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H089 LA07 LA09 MA04X NA05 QA12 QA15 QA16 RA13 2H092 GA05 GA18 GA23 MA10 MA16 MA17 NA04 NA07 NA27 QA13 5C094 AA08 AA10 AA37 AA42 AA43 CA19 EA10 EC04 GB01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の間隙を開けた状態でほぼ平行に配
   置された一対の基板と、これら一対の基板の間隙に配置
   された液晶と、前記一対の基板に互いに交差するように
   配置され、前記液晶に駆動電圧を印加する画素電極とを
   有する液晶素子において、 前記画素電極が交差する画素部から外れた位置で該画素
   電極と接続された補助電極と、 該補助電極上に配置され、前記一対の基板間の間隙を均
   一に保持するために少なくとも一方の基板に接着される
   隔壁と、を有する、 ことを特徴とする液晶素子。
2. 【請求項２】 前記隔壁は、感光材を有するアクリル系
   樹脂材料またはポリビニルアルコール系樹脂材料によっ
   て形成されている、 ことを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
3. 【請求項３】 前記液晶は、強誘電性液晶である、 ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の液晶素
   子。
4. 【請求項４】 所定の間隙を開けた状態でほぼ平行に配
   置された一対の基板と、これら一対の基板の間隙に配置
   された液晶と、前記一対の基板に互いに交差するように
   配置され、前記液晶に駆動電圧を印加する画素電極とを
   有する液晶素子の製造方法において、 前記基板に対して補助電極膜を成膜した後に、前記補助
   電極パターンの形成時のレジストとして隔壁を形成する
   材料を塗布し、露光、現像およびポストベークを行った
   後、補助電極膜のエッチングを行い、補助電極と隔壁パ
   ターンとを同時に形成する、 ことを特徴とする液晶素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前記補助電極パターンおよび隔壁パター
   ンを形成した後、配向膜を塗布し、該配向膜をラビング
   処理する、 ことを特徴とする請求項４記載の液晶素子の製造方法。