JPH0756543B2

JPH0756543B2 - 液晶表示装置の作製方法

Info

Publication number: JPH0756543B2
Application number: JP60025037A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1985-02-12
Filing date: 1985-02-12
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2010-06-14
Also published as: JPS61184519A

Description

【発明の詳細な説明】『発明の利用分野』本発明は液晶表示パネルまたはアクティブ・マトリック
ス方式による液晶表示パネルに関するものであって、マ
イクロコンピュータ、ワードプロセッサまたはテレビ等
の表示部の薄型化を図る液晶表示装置の作製方法に関す
る。

『従来の技術』従来の液晶表示装置に関しては、２つの透明基板の内側
にそれぞれ透明導電膜、配向膜が設けられ、この間に液
晶を充填して、２つの電極間に印加される電圧の有無に
より「オン」「オフ」を制御していた。そしてこの表示
により、文字、グラフまたは絵を表示するものである。

しかしこの２つの透明電極間は、約10μもの厚い間隔を
有し、最近はこの間隔も５μにまでなった。しかしかか
る広い間隔はTN（ツゥィフテック・ネマチック）型液晶
においては必要であるが、カイラル・スメクチックスＣ
相を用いる強誘電性液晶（以下FLCという）を使用する
ならば、３μ以下一般には２±0.5μが求められてい
る。

従来、この10μの間隔に表面張力を用いて公知のTN液晶
を充填する場合、この間隙を制御するスペーサが考えだ
された。即ちスペーサは一般に有機樹脂の球形を有する
粒子であって、例えばミクロパールSP−210（平均粒径1
0.0±0.5μ）を用いている。このミクロパールはジビニ
ルベンゼン系架橋重合体であり、透明な真球微粒子であ
る。

即ち、第１図に従来の液晶表示装置の縦断面図を示して
いる。図面において、液晶表示用の２つの透明基板
（１），（１′）の周辺部には、液晶が外部にもれない
よう樹脂とスペーサ（７）とを混合したシール材（６）
が溜めてあり、２つの基板間の距離を周辺部において一
定に保っている。しかし表示部（10）即ち液晶（５）が
充填された領域において、外部より透明基板の機械的な
ストレスが加わった場合、または基板の平坦性のなさに
より２つの透明電極が互いにショートまたは近接しやす
い。その結果、液晶が透光性でなくなったり、一部が黒
化して不良が発生してしまいやすかった。このため、液
晶部に対しても他のミクロパールスペーサ（４）を散在
させてそれぞれの電極がショートしないよう一定の距離
に保たせていた。

しかし、このスペーサは単に配向膜間に散在させたのみ
であり、それぞれと点接触となり、この接触部は局部荷
重が大きく加わってしまった。そしてこの接触部にもし
アクティブ素子があると、この素子を破壊してしまうこ
ともあり得る。

『発明が解決しようとする問題点』さらにこのTN液晶を用いて実際に液晶表示装置を作らん
とすると、２つの基板をシール材で周辺の一部を除きシ
ールしてしまった後、この中を真空に保ち、毛細管現象
を利用して液晶を充填している。しかしその間隔が３μ
またはそれ以下を必要とするFLCの如き液晶では、毛細
管現象を利用して充填する場合スペーサが動いてしまっ
たり、またスペーサそれ自体が小さいため、ますます互
いに凝集しやすくなり、均一に散在させることが不可能
であった。

またスペーサと配向膜とは何等接着させていないため、
封止後、表示装置の温度が上がると、液晶それ自体の熱
膨張により基板がふくらみやすくなり、２つの電極間距
離を一定に保てなくなる。このため表示のコントラスト
は中央部と周辺部で異なってしまう現象が見られてしま
った。特に表示装置が20cm×30cmと大きなパネル状にな
った時に不良が発生しやすかった。さらにスペーサが散
在する位置がばらばらであるため、アクティブ素子が連
結したディスプレイにおいて、この素子に局部的に応力
を加えてしまうことも起き、素子の不良を誘発してしま
いやすい。

『問題を解決するための手段』このため本発明は、従来より公知の単体でできでいるス
ペーサを用いるのではなく、一方の基板上側に透明電極
またはこの電極とフィルタ（赤、緑、青のカラーフィル
タ）及び配向処理または配向膜が形成された表面上に所
定の高さに塗布法等により感光性有機樹脂例えばポリイ
ミド系前駆体で覆い、これに基板の裏面側より透明電極
またはこれとフィルタとを実効的なマスクとして光（紫
外光）照射を行う。すると、このマスクの作られていな
い透明電極間の間隙は光が透過し、感光性樹脂を感光さ
せることができる。このようにしてマスクのない領域の
みを選択的に感光せしめた後エッチング工程にて選択的
に電極間の絶縁領域にのみ線状の“貝柱”のスペーサを
形成したものである。その結果、透明電極が設けられた
画素の端部にその端部を概略一致（光の若干のまわりこ
みエッチの際のオーバエッチまたはアンダーエッチによ
るズレ等を含む）せしめてスペーサを絶縁領域に設ける
ことができる。さらに同時に周辺部のシール材をも同じ
材料で同じ高さ（厚さ）で形成させてしまうものであ
る。このため、特にこの塗布される有機樹脂として感光
性ポリイミド樹脂を用い、電極または電極とフィルタと
を実効的なマスクとして作用させることにより、いわゆ
るフォトマスクを使用する工程を省略した。

『作用』かくすることにより、スペーサとして作用する樹脂はそ
の高さを周辺部のシール材と表示部のスペーサと同一材
料で構成し、またその高さのばらつきも同じ塗布膜を選
択的に残存せしめたもののため、所定の厚さ±0.5μ以
下を得ることができる。加えてこのシール材、スペーサ
としての材料を電極部に用いないため開口率を向上でき
る。さらにフルカラー表示をさせる時例えば赤を表示さ
せる時、隣の画素の緑または青が漏光により一部透光す
ることをこのストライプ状のスペーサは防ぐことができ
る。さらにこの材料により、対抗する他の透光性基板の
内側面と互いに密着させている。このため、２つの基板
は初期において、基板自体のうねり的な凹凸による多少
の非平坦性を有しても、その少なくとも一方の基板をセ
ミハードの加圧により変形し得る固さを有する基板を用
いることにより、シール材とスペーサの大きさ（高さ）
により一定にすることができる。即ち、電極上ではなく
電極間隙に自己整合的に形成させた。このポリイミド樹
脂のストライプ状“貝柱”によりシール部とスペース部
を構成させた後、セミハードの透光性を有する他の基板
をその上側に真空中でその電極またはそれとフィルタ、
配向膜が形成されている面側を向合わせて配設する。そ
の後、外側を加圧（大気圧）とし内部を真空（減圧）と
して外側より均圧を加え、同時に加熱し、プレス・キュ
ア方式によりそれぞれのスペーサ、シール材を他の面と
密着させる。すると互いに密着したシール部とスペーサ
部により、この後真空をといてもそれぞれの基板が実質
的に互いに密着しているため、もとの非平坦の状態に戻
らず、電極間の間隙が一定になって、最終状態におい
て、パネルの一部が広すぎる等の支障が発生しない。ま
たスペーサにより互いの基板を密着させたため、表示パ
ネルそれ自体の機械的強度も１枚のみの強度ではなく、
合わせガラスに近い実質的に２枚の強度に等しい強固さ
を有せしめることが可能となった。

以下に実施例に従って本発明を記す。

実施例１第２図に本発明の液晶表示装置の製造工程を示す縦断面
図を示す。

第２図（Ａ）において、２つの透光性基板、例えばガラ
ス基板（１），（１′）、一方は固いガラス基板
（１′）（図面では第２図（Ｃ）にのみ図示）他方は間
隙を真空引きした際、曲がり得る程度のセミハードなガ
ラス板または耐熱性透光性有機樹脂基板（１）（この基
板として耐熱性偏向板をも用い得る）を用いた。

このセミハード基板（１）の一方の面に所定のカラーフ
ィルタ（図面では省略）及び液晶用電極を透光性導電膜
（２）、例えばITOまたはSnO₂により形成した。それぞ
れの電極間には絶縁領域（22）が設けられている。この
上面にポリイミド樹脂（３）を薄く形成し、公知のラビ
ング処理により配向処理を行った。他方の第２図（Ｃ）
にしか図示されていないが、固い基板（１′）に対して
も同様の透光性導電膜（２′），配向処理（３′）を行
った。この基板（１′）は、その上にアクティブ素子を
各画素に対応して（24）の領域に設けている。

次に第２図（Ａ）に示す如く、一方の側の上面にスピナ
ー、ロールコータ、スプレー法またはスクリーン印刷法
により、紫外線硬化型ポリイミド前駆体溶液（15）を塗
布する。

このポリイミド溶液は全芳香族ポリイミド前駆体溶液
（15）であり、その一例として東レ株式会社より販売さ
れているフォトニースを用いた。

この塗布の厚さはポストベークにより40〜50％の体積減
少があるため、このことを考慮し例えば4.5μとした。

次にこのポリイミド前駆体溶液（15）を第２図（Ａ）に
示す如く、塗布の後、プリベークを80℃、60分間行っ
た。

次に液晶を後工程で充填する穴をシール部に作るため、
基板（１）の下側にマジックインキ（黒）でガイド用の
線（面）を書いておく。するとこの部分には紫外光が照
射されないためシール材が形成されず、液晶充填用穴と
することができる。

その後、紫外光（20）を基板の裏面側より露光（10mW/c
m²の強さの光を約30秒）した。すると透明電極（２）ま
たはこの上側または下側に設けられている赤（Ｒとい
う），緑（Ｇという），青（Ｂという）のフィルタによ
り紫外光は遮断されるため、これらの上方のポリイミド
前駆体（15）は感光しない。そして絶縁領域（22）及び
基板周辺部のシール部のポリイミド前駆体のみを感光さ
せることができる。即ち電極間隙に自己整合的にスペー
サを作ることができる。

この紫外光用のマスクとしてフィルタがガラス面に設け
られ、さらにその上に透明電極が形成される場合、紫外
光露光によるフィルタの退色を防ぐため、弱い光を長時
間例えば２〜３分加える法が好ましい。また他方、ガラ
ス面に密接して透明導電膜が形成され、その上にフィル
タが形成されている場合は、紫外光はその光学的エネル
ギバンド巾を4eV以上（310nm以下の波長例えば254nm）
有し、透明電導膜をマスクとして作用させる。この場合
はフィルタには紫外光が照射されず、退色を防げるため
30秒の露光で十分である。

このためスペーサはアクティブ素子に直列に連結された
１つの液晶の電極が400μ^□、絶縁領域（電極間隔）20
μであった場合、アクティブ素子及び透明電極上には必
然的に形成されずに、絶縁領域（22）上にスペーサ（1
4）としての“貝柱”をその端部を画素（フィルタまた
は電極）の端部に概略一致して作ることができた。同時
に基板の周辺部には巾約5mmで液晶充填用穴を除き、他
部の内部の画素を取り囲むようにシール材（６）として
の貝柱を設けた。即ち、スペーサ間を所定の間隔として
散在させて配設させることが可能となる。さらにこのマ
スクレス・セルファライン方式で“貝柱”を作ることに
より、アクティブ方式の液晶パネルであった場合、配
線、非線型素子またはスイッチング素子の存在する領域
をもこの素子が非透光性であるため、同様にその上方の
有機樹脂は感光せず、結果として素子の存在する領域に
スペーサが存在することを意図的に避けることができ
る。即ちスペーサによりその後の使用に際し、機械応力
等によりリードが断線したり、また素子が不動作になる
可能性を避けることができる。

かかる後、現像を超音波現像法で25℃、25分、所定のDV
−140を用いて行った。さらにイソパロノールにて超長
波リンスを25℃、15秒間行った。

かくして、第２図（Ｂ）に示した如く、透光性基板
（１）上のフィルタおよび透光性導電膜（２）とその上
のポリイミド配向膜（３）上に密着して、外周辺のシー
ル材（６）及びスペーサ（14）を電極間隙及び周辺部に
配設することができた。

次に第２図（Ｃ）に示す如く、第２図（Ｂ）の上側をさ
かさに配設し（下側面とし）、他の予めアクティブ素子
が作られた基板（１′）とその上に透光性電極
（２′）、配向膜（３′）が上側面に設けられた透光性
基板（１′）を互いに対抗させて合わせた。さらにこの
合わせ工程と同時にこれら全体の真空引きも行った。こ
の真空状態に保持した後、大気圧または減圧（100〜400
torr）として基板を互いに外側より加圧し、加えてポス
トベークを200〜400℃即ち例えば180℃30分＋300℃30分
＋400℃30分にて行った。いわゆる「プレス・キュア方
式」も発明している。すると貝柱の（６），（14）が対
向する基板またはこの上（内側表面）のポリイミドの貝
柱または配向膜に密着し２枚のガラスを互いにはりあわ
せることができる。

このポストベーク後でその高さを３μまたはそれ以下、
この場合には2.2μ±0.5μにするようにしFLCにとって
好ましい間隔とした。

この場合、対抗するガラスの少なくとも一方をセミハー
ドな固さとすると、ガラス自体が持っている歪みにそっ
て他方のガラスを合わせ、かつ、そのスペーサでお互い
を固着してしまうため、ガラス基板自体が歪み（滑らか
な凹凸のうねり）を有していても、それと無関係に電極
間隙を一定としてその対向する基板同志を実質的に互い
に張り合わせ得る。

本発明の実施例においては、この後このスペーサで保持
された間隙内に強誘電性液晶（５）を公知の方法で充填
した。

第３図は第２図に対応した液晶表示パネルの一部の平面
図（Ａ）及び縦断面図（Ｂ）を示す。

第３図（Ａ）におけるＡ−Ａ′の縦断面図を第２図
（Ｃ）に示す。またＢ−Ｂ′の縦断面図を第３図（Ｂ）
に示す。

図面においてＸ方向は線状の透明電極（第２図（Ｃ）で
は上側基板に密接した電極（２））を構成せしめ、図面
（Ａ）では下側より表面張力でFLCを充填させる。また
第３図（Ｂ）は第３図（Ａ）のＢ−Ｂ′の縦断面図を示
す。

第３図（Ｂ）を略記する。

下側の透明電極基板（１′）側にはアクティブ素子（2
5），透明電極（２′），配向膜又は配向処理（３′）
が設けられている。アクティブ素子は下側電極（21），
非線型素子（22），上側電極（23）よりなり、この素子
（25）を機械的に保護するとともに、電極（２′）を平
坦にするため、周辺部に絶縁物（24）を設けている。こ
のアクティブ素子の電極（21）はＹ方向のリード（31）
に連結しており、電極（23）は各画素に対応する透明電
極（３′）に密接している。このため第３図（Ａ）にお
けるＡ−Ａ′の縦断面図の第２図（Ｃ）では、基板
（１′）周辺部の絶縁物（24）上が示され、これらの上
に透明電極（２′），配向膜または配向処理（３′）が
設けられている。カラーフィルタは透明電極（２）また
は（２′）のいずれかの側（ここでは（２）側）に設け
る。FLC（５）がそれぞれの透明電極の間または配向膜
の間に充填されている。

かくして第３図（Ａ）に示される如く、スペーサ（14）
とシール材（６）とを何等のフォトマスクを用いること
なしに設けることができた。

もちろん第２図（Ｃ）において、下側基板に何等のアク
ティブ素子を用いずＹ方向のストライブを有し上側基板
のＸ方向のストライブと組合わせて単純マトリックス構
成をさせることも本発明では有効である。

またスペーサシール材はこの実施例ではアクティブ素子
の形成されていない側に作った。しかしその逆にアクテ
ィブ素子側に作っても、また双方に作ってもよい。

『効果』本発明は以上に示す如く、２つの相対向する電極の間隙
を一定にするため、ポリイミド樹脂膜を選択的に残存さ
せて高さを一定とした。さらにスペーサ及びシール材と
同じ材料のポリイミド系の配向膜とを互いにプレス・キ
ュア方式により密着せしめたものである。その結果、２
つの配向膜間の間隔は所定の厚さ±0.5μの範囲で一定
にできた。特にアクティブマトリックス構造を有し、そ
のドット数を400×1920も有する20cm×30cmもの大面積
の液晶パネルにおいて、中央部が必要以上に膨れたり、
また互いに２つの電極間が近接したりすることを防ぐこ
とができた。

このため、従来では大面積の基板を用いて液晶を作らん
とすると、それぞれの基板の内側表面をきわめて精密に
研磨しなければならず、またシール材とスペーサとはま
ったく異なった材料、異なった工程により作られてい
た。加えてスペーサは上下の基板内面とは密着していな
かった。またスペーサの位置の推定ができなかった。し
かし本発明においては、かかるガラス基板の価格の２〜
５倍もの高価な研磨処理工程がない、シール材によりシ
ールする工程と、スペーサを散在させる工程とを１工程
として簡略化できるという他の特長を有する。

加えてスペーサが電極間隔即ち約400μ間に１個設けら
れているため、いわゆる合わせガラスと同様にきわめて
強固な基板として液晶パネルを取り扱うことができるよ
うになった。

スペーサの形状を基板表面と点接触ではなく面接触また
は線接触とし得、またそのスペーサにより、ブラックマ
トリックス化（隣の色の漏光を防ぐ）をし得た。

本発明において、ガラス基板の周辺部のシール材部にお
いて、ガラス基板上に配向膜を残存させても、また除去
させてもよい。

本発明において紫外光は透明電極のみをマスクとして使
用する場合、その電極の光学的エネルギバンド巾は〜3.
5eVを有するため、4eV以上の光（310nm以下）を用いる
と有効である。またカラーフィルタ（R,G,B）を同時に
有する場合はこのフィルタが退色しやすいため、弱い紫
外光（一般には300〜400nmの波長の３〜5mW/cm²の光）
を用いることが有効である。

本発明において、“貝柱”とその上下の配向膜とは同一
主成分材料を用いた。これはすべてをポリイミド系とす
ることにより、密着性を向上させるためである。しかし
この密着性が保証されるなら他の材料を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来より公知の液晶表示装置の縦断面図を示
す。第２図は本発明の液晶表示装置の作成工程の縦断面図を
示す。第３図は本発明の液晶表示装置の平面図および縦断面図
を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配線、非線型素子又はスイッチング素子の
存在する領域及び透明電極を有する基板上にスペーサを
構成し得る感光性有機材料を被膜状に形成する工程と、前記基板の裏面側より該被膜に対して前記領域及び透明
電極をマスクとして、前記透明電極により遮断される光
を照射し、前記マスク以外の透光性電極間の絶縁領域の
前記有機材料を感光せしめる工程と、前記有機材料のうち感光していない有機材料をエッチン
グ除去することを特徴とする液晶表示装置の作製方法。
【請求項２】透明電極及び透光性基板の裏面側に遮光用
の線又は面が形成された領域とを有し、前記透明電極の画素と該画素間の絶縁領域を含む前記基
板上に感光性有機材料を被膜状に形成する工程と、該材料に対して前記基板の裏側より前記透明電極及び遮
光用の線又は面をマスクとして、前記透明電極により遮
断される光を照射し、前記マスク以外の光が照射された
有機材料を感光せしめる工程と、前記有機材料のうち感光していない有機材料をエッチン
グ除去することを特徴とする液晶表示装置の作製方法。