JPH09152591A - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性が高く、表示性能の良いカラー表示型
液晶表示素子を安価に提供する。 【解決手段】 着色層を弱い第１の露光で本来の形成位
置である開口部よりも広く周辺の遮光層上にも仮形成
し、透明基板の裏面からの強い露光で十分な硬化を行っ
て、開口部に自己整合的に着色層を形成する。遮光層の
代わりに配線層、信号層としても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は液晶表示素子の製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、一般的に用いられている液晶表示
素子は、周囲が液晶封入口を除いて接着剤で固定されて
いる、電極を有する２枚のガラス基板の間に液晶を挟持
し、液晶封入口が封止剤で封止された構成を有してい
る。液晶表示素子中、カラー表示用の液晶表示素子は２
枚のガラス基板の内１枚にＲＧＢの着色層のついたカラ
ーフィルタが形成してある。

【０００３】例えば、単純マトリクス駆動のカラー型ド
ットマトリクス液晶表示素子においては、横（Ｙ）方向
に帯状にパターニングされたＹ電極を有するＹ基板と縦
（Ｘ）方向に帯伏にパターニングされたＸ電極の下に着
色層を有するＸ基板とを、Ｙ電極とＸ電極がほぼ直行す
るように対向設置し、その間に液晶組成物を挟持した構
成となっている。液晶表示素子の表示方式としては、例
えばＴＮ形、ＳＴＮ形、ＧＨ形、あるいはＥＣＢ形や強
誘電性液晶などが用いられる。封止剤としては、例えば
熱または紫外線硬化型のアクリル系またはエポキシ系の
接看剤などが用いられる。

【０００４】また、カラー型アクティブマトリクス駆動
液晶表示素子においては、例えば、アモルファスシリコ
ン（ａ一Ｓｉ）を半導体層とした薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）とそれに接続された表示電極と信号線電極、ゲー
ト電極が形成されたアクティブマトリクス基板であるＴ
ＦＴアレイ基板とそれに対向設置された対向電極を有
し、ＲＧＢカラーフィルタを対向基板またはＴＦＴアレ
イ基板上に形成し、この２枚の問に液晶組成物を挟持し
た構成となっている。この２枚の両側に偏光板を挟持
し、この偏光板を光シャッタとして、カラー画像として
表示している。

【０００５】このようにカラー型液晶表示素子では、カ
ラーフィルタがアクティブマトリクス基板上もしくは対
向基板上に形成してある。アクティブマトリクス基板上
にカラーフィルタを形成する構造の場合、表示用の電極
がカラーフィルタの下にある構造とカラーフィルタの上
に表示用の電極を形成する構造が考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】表示用の電極がカラー
フィルタの下にある場合、表示電極間が非対称になり信
頼性に間題が起こる。また、この信頼性の問題を解決す
るためにカラーフィルタ自体に導電性を持たせることも
考えられるが、着色層を精度良く（±５μｍ）形成しな
ければならない。すなわち、カラーフィルタの隣り合う
着色層同士が接してしまうと、短絡が起こり、表示不良
となる。また、この問題の解決策として、基板の主面の
反対側の面よりマスクを介した露光を行い、着色層を形
成する法も提案されているが、隣り合う着色層間隙に対
し、基板の厚みが厚く着色層を所望の位置のみに形成す
ることが困難である。

【０００７】また、表示用の電極がカラーフィルタの上
にある場合、カラーフィルタ上の画素電極とアクティブ
素子の電極をカラーフィルタの厚みを介して接続しなけ
ればならず工程の増加や接続不良が発生する。さらに、
補助容量を着色層を介して形成するために、容量の低下
や着色層の厚みの不均一性に起因する容量の不均一性が
起こるため、やはり信頼性上の問題が発生する。このた
め、アクティブマトリクス基板上にカラーフィルタを形
成する構造の場合、信頼性の問題や歩留まりの低下に伴
い、液晶表示素子が高価になってしまうという問題が発
生する。また、対向基板上にカラーフィルタを形成する
場合には、対向基板とアクティブマトリクス基板との高
精度な組立が難しいため閉口率の向上が難しく、明るい
液晶表示素子を形成することが困難になるという問題が
ある。

【０００８】特に、これらの間題は、隣り合う画素の距
離が小さくなった場合、すなわち一画素のサイズが小さ
くなり高精細になった場合や、開口率が高くなった場
合、基板サイズが大きくなり露光機やマスクごとの位置
合わせ精度の向上が難しくなった場合には顕著になる。

【０００９】本発明は、上記問題を解決しようとするも
のであり、信頼性の高い、表示性能の良い、カラー表示
型液晶表示素子を安価に製造できる製造方法を提供する
事を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる液晶表示
素子の製造方法の第１の態様によれば、透明な第１の基
板の主面上の開口部予定箇所を除き遮光層を形成する工
程と、全面に感光性を有する着色材料を塗布し、第１の
露光により仮硬化を行い、第１の現像により前記第１の
基板の主面上の前記開口部予定箇所およびその周囲の遮
光層上に着色層を仮形成する工程と、前記第１の基板の
前記主面と反対側の裏面から第２の露光を行って前記開
口部に対応する着色層を硬化させ、第２の現像により前
記硬化した着色層を前記開口部に対応させて残存させる
工程と、前記第１の基板の主面と第２の基板の主面とを
対向させ、間に液晶を満たす工程と、を備えたことを特
徴とする。

【００１１】このような方法では、着色層の形成を２段
階の露光により開口部に対して自己整合的に行っている
ため、非常に精度良く着色層を配置でき、特に高精細な
アクティブマトリクス型液晶表示素子、開口率の高いア
クティブマトリクス液晶表示素子でも、表示性能の高い
液晶表示素子を得ることができる。この緒果、明るく信
頼性の高いカラー表示型液晶表示素子を提供することが
できる。

【００１２】この方法において、着色層は複数色の着色
層から成っており、最後に形成する着色層最を除いた着
色層はそれぞれ前記仮形成する工程と、前記硬化した着
色層を前記開を口部に対応させて残存させる工程とから
成り、最後に形成する着色層については裏面からの露光
による硬化を行う工程のみからなると良く、これにより
工程数を減少させることができる。

【００１３】また、着色層が電導性を有するようにする
と容量の均一化を図ることができ、素子の信頼性を向上
させることができる。

【００１４】さらに、第１の露光における露光量よりも
第２の露光における露光量を多くすることにより、第１
の露光時よりも固い硬化を行い、着色層の形状を画定さ
せることができる。

【００１５】さらに、本発明にかかる液晶表示素子の製
造方法の第２の態様によれば、透明な第１の基板の主面
上の開口部予定箇所以外の場所に複数の走査線および複
数の信号線をマトリクス状に形成し、前記走査線と前記
信号線の交差部にこれらと電気的に接続して能動素子を
形成する工程と、全面に感光性を有する着色材料を塗布
し、第１の露光により仮硬化を行い、第１の現像により
前記開口部予定箇所およびその周囲の前記走査線、前記
信号線、前記能動素子からなる素子領域上に着色層を仮
形成する工程と、前記第１の基板の前記主面と反対側の
裏面から第２の露光を行って前記開口部に対応する着色
層を硬化させ、第２の現像により硬化した着色層を前記
開口部に対応させて残存させる工程と、前記第１の基板
の主面と第２の基板の主面とを対向させ、間に液晶を満
たす工程と、を備えたことを特徴とする。

【００１６】このような方法では、着色層の形成を２段
階の露光により開口部に対して自己整合的に行っている
ため、非常に精度良く着色層を配置でき、特に高精細な
アクティブマトリクス型液晶表示素子、開口率の高いア
クティブマトリクス液晶表示素子でも、表示性能の高い
液晶表示素子を得ることができる。この緒果、明るく信
頼性の高いカラー表示型液晶表示素子を提供することが
できる。

【００１７】この方法において、前記着色層は３色の着
色層から成っており、最初の２色の着色層はそれぞれ前
記仮形成する工程と、前記硬化した着色層を前記開口部
に対応させて残存させ、最後の色の着色層については裏
面からの露光による硬化を行う工程のみからなるように
することができる。この場合、第１の露光における露光
量よりも第２の露光における露光量を多くして硬化を確
実にすることができる。

【００１８】このような方法では、着色層の形成を２段
階の露光により開口部に対して自己整合的に行っている
ため、非常に精度良く着色層を配置でき、特に高精細な
アクティブマトリクス型液晶表示素子、開口率の高いア
クティブマトリクス液晶表示素子でも、表示性能の高い
液晶表示素子を得ることができる。この緒果、明るく信
頼性の高いカラー表示型液晶表示素子を提供することが
できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態のいく
つかを詳細に説明する。

【００２０】図１は、本発明にかかる液晶表示素子の製
造方法の実施の一形態におけるカラーフィルタ基板の製
造の様子を示す工程別素子断面図である。

【００２１】まず、ガラス基板であるカラーフィルタ基
板１０の主面上に信号線１１を公知の手法により形成す
る（図１（ａ））。この信号線およびこのカラーフィル
タ基板と対向するアクティブマトリクス基板に形成され
る走査線により囲まれた部分が開口部となる。

【００２２】次に、赤色の顔料を分散させた紫外線硬化
型アクリル樹脂レジストＣＲ−２０００（富士ハントテ
クノロジー（株）製）をスピンナを用いて全面に塗布
し、フォトマスクを用いて露光、現像を行ってパターニ
ングする。この際、レジストが本来赤色フィルタを形成
すべき開口部よりも広く周辺部分である信号線１１上に
も残るように、この周辺部分の着色層にも光が照射され
るようなフォトマスクを用い、３６５ｎｍの波長で１０
０ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で照射する。この露光量はレジ
ストが少し硬化する条件である。この状態でＫＯＨの１
％水溶液で１０秒間現像すると、開口部周辺の信号線上
にも赤色フィルタ１２が仮配置される。この状態でガラ
ス基板の裏面から３６５ｎｍの波長で１Ｊ／ｃｍ^２のエ
ネルギーで全面を露光する（図１（ｂ））。この際、信
号線１１が露光マスクとなるため、レジストは開口部に
整合した大きさで露光され、十分に硬化する。この状態
でＫＯＨの１．５％水溶液で３０秒間現像することによ
り、赤の着色層１２’は開口部のみに整合して膜厚１．
５μｍで残存することになる（図１（ｃ））。

【００２３】同様にして第２色の緑色の顔料を分散させ
た紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＧ−２０００
（富士ハントテクノロジー（株）製）を用いて図１
（ｂ）および図１（ｃ）と同様の工程により緑色の着色
層１３が開口部に整合して形成される（図１（ｄ））。

【００２４】同様にして第３色の青色の顔料を分散させ
た紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＢ−２０００
（富士ハントテクノロジー（株）製）を用いて図１
（ｂ）および図１（ｃ）と同様の工程により青色の着色
層１４が開口部に整合して形成される（図１（ｅ））。

【００２５】このようにして形成された着色層は、２３
０℃で１時間焼成することにより完全に硬化し、安定化
される。

【００２６】また、必要に応じ、信号線および光の入射
が好ましくない箇所に遮光層（ブラックマトリクス）１
５を形成する。この形成は、感光性かつ非導電性の黒色
樹脂をスピンナを用いて塗布し、９０℃１０分の乾燥
後、所定のパターン形状のフォトマスクを用いて３６５
ｎｍの波長で、３００ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で露光した
あとｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像し、２００
℃６０分の焼成にて膜厚２．０μｍの遮光層を形成す
る。

【００２７】このように、この実施の形態においては、
カラーフィルタ材料を本来の形成部である開口部とその
周辺の遮光層に達するように弱い露光を行って仮の硬化
により形成し、透明基板の裏面より遮光層を露光マスク
として露光を行って十分に硬化させ、開口部に整合させ
てフィルタを形成するようにしているので、着色層を所
望の開口部上のみに形成することにより、フィルタを精
度良く形成することができる。

【００２８】図２は本発明にかかる液晶表示素子の製造
方法の他の実施の一形態におけるカラーフィルタ形成の
様子を示す工程別素子断面図である。この実施の形態で
は、例えば縦横１００画素、合計１００００画素分薄膜
卜ランジスタを形成したアモルファスシリコンＴＦＴア
レイ基板にフィルタを形成している。

【００２９】ガラス基板２０上に遮光層であるブラック
マトリクス層２１が開口部以外の場所に形成されてい
る。このブラックマトリクス層２１は、感光性かつ非導
電性の黒色樹脂をスピンナを用いて塗布し、９０℃１０
分の乾燥後、所定のパターン形状のフォトマスクを用い
て３６５ｎｍの波長で、３００ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で
露光した後、ＰＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像
し、２００℃６０分の焼成を行うことにより膜厚２．０
μｍで形成される。このブラックマトリクス間の領域が
開口部となる。

【００３０】このブラックマトリクス層２１の上には薄
膜卜ランジスタなどの能動素子２２が、開口部の上には
表示電極２３がそれぞれ成膜とパターニングを繰り返す
ことにより形成されている（図２（ａ））。

【００３１】次に、赤色の顔料を分散させた紫外線硬化
型アクリル樹脂としてＣＲ−２０００（富士ハントテク
ノロジー（株）製）に導電性微粒子を３０ｗｔ％混入・
分散させたものをスピンナーにて全面塗布し、赤色フィ
ルタを形成すべき開口部およびその周辺の遮光層上の着
色層にも光が照射されるようなフォトマスクを用いて３
６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ^２照射する。この露
光量はレジストが少し硬化する条件である。この状態で
ＫＯＨの１％水溶液で１０秒間現像すると、開口部周辺
の薄膜トランジスタ等の上にも赤色フィルタ２４が仮配
置される。この状態でガラス基板の裏面から３６５ｎｍ
の波長で１Ｊ／ｃｍ^２のエネルギーで全面を露光する
（図２（ｂ））。この際、ブラックマトリクス２１が露
光マスクとなるため、レジストは開口部に整合した大き
さで露光され、露光部分は完全に硬化する。この状態で
ＫＯＨの１．５％水溶液で３０秒間現像することによ
り、赤の着色層２４’は開口部のみに整合して膜厚３．
０μｍで残存することになる（図２（ｃ））。

【００３２】同様にして第２色の緑色の顔料を分散させ
た紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＧ−２０００
（富士ハントテクノロジー（株）製）を用いて図２
（ｂ）および図２（ｃ）と同様の工程により緑色の着色
層２５が開口部に整合して形成される（図２（ｄ））。

【００３３】同様にして第３色の青色の顔料を分散させ
た紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＢ−２０００
（富士ハントテクノロジー（株）製）を用いて図２
（ｂ）および図２（ｃ）と同様の工程により青色の着色
層２６が開口部に整合して形成される（図２（ｅ））。

【００３４】このようにして形成された着色層は、２３
０℃で１時間焼成することにより完全に硬化し、安定化
される。

【００３５】さらに、これらの着色層の表面には透明電
極であるＩＴＯ膜２７が形成される（図２（ｆ））。

【００３６】このように着色層が電導性を有するように
すると、容量の均一化を図ることができ、素子の信頼性
を向上させることができる。

【００３７】また、この実施の態様において、ブラック
マトリクスの形成を省略することができる。

【００３８】図３はこのようなブラックマトリクスの形
成を省略した、図２に示したカラーフィルタ基板と類似
のカラーフィルタ基板を用いて製造した液晶表示装置の
構成を示す断面図である。

【００３９】この液晶表示装置はカラーフィルタを形成
したアクティブマトリクス基板と対向基板とを対向させ
て構成したものである。アクティブマトリクス基板はガ
ラス基板３０の上に表示電極３１が開口部に形成されて
おり、その周囲には薄膜トランジスタなどの能動素子３
２が形成されている。図２の例のように開口部の周囲に
ブラックマトリクス層は形成されていない。

【００４０】表示電極の上には各色の着色層が開口部に
整合した状態で形成されている。図３では赤色の着色層
３３および緑色の着色層３４が図示されている。そして
アクティブマトリクス基板の全面に配向膜３５が形成さ
れている。この配向膜は配向膜材料としてＡＬ一１０５
１（日本合成ゴム（株）製）を全面に塗布し、ラビング
処理を行うことにより形成されたものである。

【００４１】一方、対向基板は、ガラス基板４０上に透
明電極としてのＩＴＯ膜４１が１５００オングストロー
ムの厚さにスパッタ法にて成膜され、その上に同様の配
向膜材料を形成した後ラビング処理を行うことにより配
向膜４２が形成されている。

【００４２】その後、対向基板４０の配向膜４２の周辺
に沿って接看剤５１を注入口（図示せず）を除いて印刷
した。次に基板４０の表面に間隙材（スペーサ）５２と
して粒径６μｍの積水ファインケミカル社製のミクロパ
ールを散布した。次に配向膜３５および４２が対向し、
またそれぞれのラビング方向が９０度をなすように基板
３０，４０を配置し、加熱して接看剤を硬化させアクテ
ィブマトリクス基板と対向基板を貼り合わせた。次に、
注入口より液晶組成物５３として、ＺＬＩ−１５６５
（Ｅ．メルク社製）にＳ８１１を０．１ｗｔ％添加した
ものを注入し、この後注入口を紫外線硬化樹脂で封止し
た。

【００４３】このようにして形成したカラー表面型アク
ティブマトリクス液晶表示素子は、表示不良画素がな
く、また１０００時間高温で駆動した後も初期状態と変
わらぬ良質の表示が得られた。

【００４４】以上の実施の態様では各着色層に対してガ
ラス基板の主表面側からの露光と裏面からの露光を行っ
ているが、最後に形成する着色層の露光については裏面
側からのみ行うようにしている。これは、最初の２色に
ついては他の色との関係が問題となるが、最後に形成す
る青色についてはすでに他の色が精度良く形成されてい
るために、青色フィルタを形成すべき位置に形成すれ
ば、十分な位置精度を保つことができるためである。こ
の場合、裏面からの露光量は１Ｊ／ｃｍ^２以上とする。

【００４５】また、着色層の仮形成にあたっては、着色
材料の上にネガ型の感光性レジストを塗布し、この感光
性レジストに対して第１の露光および第１の現像により
開口部予定箇所およびその周囲の遮光層上に着色層を仮
形成し、透明基板の裏面から第２の露光を行って開口部
に対応する着色層を硬化させ、第２の現像により硬化し
た着色層を開口部に対応させて残存させることができ
る。この場合、第１の露光により感光性レジストは少し
硬化するため、レジストによるパターニングが可能とな
る。なお、このため、着色層材料の感光波長とネガ型感
光性レジストの感光波長とは異なっていることが望まし
い。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、着色層を弱い第１の露
光で本来の位置よりも広く仮硬化させ、透明基板の裏面
からの強い露光を用いて十分に硬化させることにより、
開口部に自己整合的に着色層を形成しているので、着色
層を精度良く形成でき、２枚の基板の組立精度や開口率
を向上できるため、表示品位や信頼性の向上を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる液晶表示素子の製造方法におけ
る、カラーフィルタ基板の製造工程を示す工程別断面
図。

【図２】本発明にかかる液晶表示素子の製造方法におけ
る、アクティブマトリクス基板にカラーフィルタを形成
する工程を示す工程別断面図。

【図３】本発明にかかる液晶表示素子の製造方法により
製造された液晶表示素子の概略構成を示す断面図。

【符号の説明】

１０，２０，３０，４０ ガラス基板 １１ 配線層 １２，１２’，１３，１４，２４，２４’，２５，２
６，３３，３４ 着色層 １５，２１ ブラックマトリクス層 ２２，３２ 能動素子 ２３，３１ 表示電極 ３５，４２ 配向膜 ２７，４１ 透明電極 ５１ 接着剤 ５２ スペーサ ５３ 液晶組成物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 緑 川 輝 行 神奈川県川崎市川崎区日進町７番地１ 東 芝電子エンジニアリング株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明な第１の基板の主面上の開口部予定箇
   所を除き遮光層を形成する工程と、 全面に感光性を有する着色材料を塗布し、第１の露光に
   より仮硬化を行い、第１の現像により前記第１の基板の
   主面上の前記開口部予定箇所およびその周囲の遮光層上
   に着色層を仮形成する工程と、 前記第１の基板の前記主面と反対側の裏面から第２の露
   光を行って前記開口部に対応する着色層を硬化させ、第
   ２の現像により前記硬化した着色層を前記開口部に対応
   させて残存させる工程と、 前記第１の基板の主面と第２の基板の主面とを対向さ
   せ、間に液晶を満たす工程と、 を備えたことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
2. 【請求項２】前記着色層は複数色の着色層から成ってお
   り、最後に形成する着色層を除いた着色層はそれぞれ前
   記仮形成する工程と、前記硬化した着色層を前記開を口
   部に対応させて残存させる工程とから成り、最後に形成
   する着色層については裏面からの露光による硬化を行う
   工程のみからなることを特徴とする請求項１に記載の液
   晶表示装置の製造方法。
3. 【請求項３】前記着色層が電導性を有することを特徴と
   する請求項１に記載の液晶表示素子の製造方法。
4. 【請求項４】第１の露光における露光量よりも第２の露
   光における露光量が多いことを特徴とする請求項１に記
   載の液晶表示素子の製造方法。
5. 【請求項５】透明な第１の基板の主面上の開口部予定箇
   所以外の場所に複数の走査線および複数の信号線をマト
   リクス状に形成し、前記走査線と前記信号線の交差部に
   これらと電気的に接続して能動素子を形成する工程と、 全面に感光性を有する着色材料を塗布し、第１の露光に
   より仮硬化を行い、第１の現像により前記開口部予定箇
   所およびその周囲の前記走査線、前記信号線、前記能動
   素子からなる素子領域上に着色層を仮形成する工程と、 前記第１の基板の前記主面と反対側の裏面から第２の露
   光を行って前記開口部に対応する着色層を硬化させ、第
   ２の現像により硬化した着色層を前記開口部に対応させ
   て残存させる工程と、 前記第１の基板の主面と第２の基板の主面とを対向さ
   せ、間に液晶を満たす工程と、 を備えたことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
6. 【請求項６】前記着色層は３色の着色層から成ってお
   り、最初の２色の着色層はそれぞれ前記仮形成する工程
   と、前記硬化した着色層を前記開口部に対応させて残存
   させる工程とから成り、最後の色の着色層については裏
   面からの露光による硬化を行う工程のみからなることを
   特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置の製造方法。
7. 【請求項７】第１の露光における露光量よりも第２の露
   光における露光量が多いことを特徴とする請求項５に記
   載の液晶表示素子の製造方法。