JPH1114976A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表示画面のコントラストを向上する。 【解決手段】電極基板１１に互いに平行に設けた複数本
の帯状の電極３１のすき間に、着色した絶縁性のブラッ
クマトリクス１を埋め込んだ構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブラックマトリク
ス（遮光膜）を設けた液晶表示素子を有する液晶表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示素子のツイステッド ネ
マチック タイプと言われるものは、２枚の電極基板間
に正の誘電異方性を有するネマチック液晶による９０度
ねじれたらせん構造を有し、かつ両電極基板の外側には
一対の偏光板をその偏光軸（あるいは吸収軸）が、電極
基板に隣接する液晶分子の軸に対し直交あるいは平行に
なるように配置するものであった（特公昭５１−１３６
６６号公報参照）。

【０００３】このようなねじれ角９０度の液晶表示素子
では、液晶層に印加される電圧対液晶層の透過率の変化
の急峻性γ，視角特性の点で問題があり、時分割数（走
査電極の数に相当）は６４が実用的限界であった。しか
し、近年の液晶表示素子に対する画質改善と表示情報量
増大要求に対処するため、一対の偏光板間に挟持された
液晶分子のねじれ角αを１８０度より大にし、この液晶
層への印加電圧による液晶層の複屈折効果の変化を検出
する構成とすることにより時分割駆動特性を改善して時
分割数を増大することがアプライド フィジクス レター
45，No．10，1021，1984（Applied Physics Letter，
T．J．Scheffer，J．Nehring：“A new，highly multip
lexable liquid crystal display”)に論じられ、スー
パー ツイステッド複屈折効果型（ＳＢＥ）液晶表示装
置が提案されている。

【０００４】例えば単純マトリクス駆動方式反射型ＳＴ
Ｎ（スーパー ツイステッド ネマチック(Super Twisted
Nematic)）液晶表示素子は、上から順次、上偏光板、
位相差板、液晶セル、下偏光板、反射板により構成され
ている。

【０００５】また、液晶セルは、各対向面に複数本の帯
状の表示用透明電極を互いに平行に配線した２枚のガラ
ス等からなる透明絶縁基板を、該基板面と垂直方向から
見た場合に各基板の透明電極が互いに交差するように所
定の間隙を隔てて重ね合わせ、両基板間の縁周囲に枠状
に設けたシール材により両基板を貼り合わせるととも
に、該シール材の内側に液晶を封止して構成される。

【０００６】図４は、従来の単純マトリクス方式カラー
ＳＴＮ液晶表示素子のブラックマトリクス（遮光膜）を
設けた側の基板の要部断面図である。

【０００７】図において、１１は透明ガラス等からなる
電極基板、１はブラックマトリクス、２３は平坦化膜
（オーバーコート膜）、３１は透明導電膜からなる表示
用電極、２１は配向膜である。

【０００８】図４に示すように、従来では、電極基板１
１上にまず、ブラックマトリクス１を所定のパターンに
形成する。次に、その上に平坦化膜２３を形成し、表面
を平坦化する。次に、その上に、ブラックマトリクス１
相互間のすき間の部分に対応して、複数本の帯状の電極
３１を形成する。最後に、その上に配向膜２１を形成
し、該配向膜２１に配向処理を施して電極基板１１を完
成する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の白黒ＳＴＮ液晶
表示素子では、表示画面のコントラストが低いという問
題があった。このため、液晶材料、位相差板、偏光板等
の手段により、コントラストを上げていた。

【００１０】しかし、特に、反射型液晶表示素子におい
ては、隣接する透明電極相互間の間隔によりコントラス
トが左右されることがわかっている。間隔を広くする
と、表示面積中に占める点灯面積の割合が少なくなり、
点灯表示色が薄くなり、コントラストが低下する。一
方、間隔を狭くすると、点灯面積の割合が増加し、点灯
表示色が濃くなり、コントラストが向上する。このた
め、従来では、透明電極相互間の間隔を狭く設計するこ
とが行われている。

【００１１】しかし、間隔を狭くし過ぎると、隣接する
透明電極が接触して、電気的短絡により表示に支障が生
じる。したがって、間隔を狭くするのには限界がある。

【００１２】また、カラーＳＴＮ液晶表示素子や、薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）等をスイッチング素子として用
いたアクティブ・マトリクス駆動方式カラー液晶表示素
子等において、コントラストを向上させるため、カラー
フィルタを設けた方の側の透明絶縁基板面上の該カラー
フィルタ間にブラックマトリクスを設けている。しか
し、これらは、バックライトにより液晶表示素子に光を
照射する光透過型液晶表示素子であり、反射型液晶表示
素子では、ブラックマトリクスを形成するプロセス上の
不利益を考慮すると、コントラスト向上の効果が小さ
い。

【００１３】さらに、図４に示すように、ブラックマト
リクス１は、電極３１の下に設けられているため、平坦
化膜２３を設けることが必要である。このため、製造コ
ストが高くなるという問題がある。また、電極１とブラ
ックマトリクス１との位置ずれを考慮し、ブラックマト
リクス１の幅を大きめに形成しなければならず、開口率
が低下するという問題がある。

【００１４】本発明の目的は、電極相互間の間隔を電気
的短絡が起きないで狭くでき、開口率を向上でき、製造
工程も容易で、コストが低く、表示画面のコントラスト
を向上できる液晶表示装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】単純マトリクス方式液晶
表示素子では、前述のように、隣接する電極相互間の間
隔によりコントラストが変化する。すなわち、間隔を広
くすると、表示面積中の点灯面積の割合が少なくなり、
点灯表示色が薄くなり、コントラストが低下する。ま
た、間隔を狭くすると、点灯面積の割合が増加し、点灯
表示色が濃くなり、コントラストが向上する。しかし、
間隔を狭くし過ぎると、隣接する電極が接触して、電気
的短絡の問題が生じる。隣接する電極の電気的短絡が起
きず、かつ、この間隔をなるべく狭くするために、本発
明では、電極相互間の間隔を絶縁性のブラックマトリク
スで埋め込んだ。

【００１６】すなわち、前記課題を解決するために、本
発明の液晶表示装置は、所定の間隙を隔てて重ね合わせ
た２枚の基板の各対向面に、複数本の帯状の表示用電極
を互いに平行に配線し、少なくとも一方の前記基板の前
記対向面にブラックマトリクスを設け、前記基板面と垂
直方向から見た場合、前記各基板の前記電極が互いに交
差するように前記両基板を配置し、前記両基板間に液晶
を封止して成る液晶表示素子を有する液晶表示装置にお
いて、前記基板面に設けた複数本の前記電極のすき間
に、着色した絶縁性の前記ブラックマトリクスを埋め込
んだことを特徴とする。

【００１７】また、本発明の液晶表示装置の製造方法
は、基板上に複数本の帯状の表示用電極を互いに平行に
形成する第１の工程と、前記基板上に前記電極間のすき
間を埋めるように、ブラックマトリクス形成用感光性樹
脂膜を形成する第２の工程と、前記すき間に設けた前記
感光性樹脂膜を硬化させる第３の工程と、前記感光性樹
脂膜の硬化しない部分を除去する第４の工程とを有する
ことを特徴とする。

【００１８】また、前記第１の工程において、前記基板
上に透明導電膜を一面に形成し、前記透明導電膜上にポ
ジタイプのレジスト膜を一面に形成し、所定の帯状パタ
ーンを有するマスクを介して、前記レジスト膜に光また
は電子ビームを照射し、該レジスト膜を露光、現像して
パターニングし、前記レジスト膜をマスクとして前記透
明導電膜をエッチングし、前記電極を所定の形状に形成
することを特徴とする。

【００１９】また、前記第２の工程において、前記感光
性樹脂膜として着色したネガタイプのレジストを使用
し、該レジスト膜を前記基板上に前記電極の厚さ程度ま
たはそれより若干厚く一面に形成し、前記第３の工程に
おいて、前記マスクを使用し、前記すき間に設けた前記
感光性樹脂膜の部分に、光または電子ビームを照射して
露光、現像し、前記すき間部以外の前記電極上に載って
いる前記感光性樹脂膜を除去することを特徴とする。

【００２０】本発明では、上記の構成により、電極相互
間の間隔を電気的短絡が起きないで狭くでき、開口率を
向上でき、製造工程も容易で、コストが低く、表示画面
のコントラストを向上できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する
図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。

【００２２】図１は、本発明の一実施の形態の液晶表示
装置における液晶セルの要部断面図である。

【００２３】図において、６０は液晶セル、１１は上電
極基板、１はブラックマトリクス、３１は上電極、２１
は上配向膜、５０は液晶層、１２は下電極基板、３２は
下電極、２２は下配向膜である。

【００２４】本実施の形態では、所定の間隙を隔てて重
ね合わせた２枚の電極基板１１、１２の各対向面に複数
本の帯状の表示用電極３１、３２を互いに平行に配線
し、一方の電極基板１１の対向面にブラックマトリクス
１を設け、基板面と垂直方向から見た場合、各電極基板
１１、１２の各電極３１、３２が互いに直角に交差する
ように両基板を配置し、両基板間に液晶層５０を封止し
て液晶セル６０が構成されている。電極基板１１に設け
た複数本の電極３１のすき間に、着色した絶縁性のブラ
ックマトリクス１が埋め込まれている。

【００２５】図２（ａ）〜（ｅ）は、図１に示した上電
極基板１１の製造方法を示す要部断面工程図である。

【００２６】まず、図２（ａ）に示すように、電極基板
１１上に電極３１形成用の透明導電膜を一面に形成した
後、該透明導電膜上に、感光すると溶解するポジタイプ
のレジスト膜（図示省略）を一面に形成する。次に、所
定の帯状パターンを有するマスク（図２（ｃ）の符号６
３参照）を介して、該レジスト膜に光または電子ビーム
６６を照射し、該レジスト膜を露光、現像してパターニ
ングする。次に、該レジスト膜をマスクとして前記透明
導電膜をエッチングし、前記透明導電膜を所定の形状に
形成し、電極基板１１上に厚さ５００μｍから４０００
μｍの複数本の帯状の表示用電極３１を互いに平行に形
成する。この後、レジスト膜を除去する。

【００２７】次に、図２（ｂ）に示すように、電極基板
１１上に感光すると硬化するネガタイプの、顔料を添加
して黒色等に着色したレジスト膜１００を、電極３１の
厚さより０から６０００μｍ程度厚く形成し、電極３１
間のすき間を埋めるように一面に形成する。

【００２８】次に、図２（ｃ）に示すように、ガラス等
からなるマスク基板６４に所定の遮光パターン６５を設
けた前記透明導電膜パターニング用マスク６３を使用
し、複数本の電極３１のすき間に設けたレジスト膜１０
０の部分に、光または電子ビーム６６を照射して露光
し、該すき間に設けたレジスト膜１００を硬化させた
後、現像する。

【００２９】次に、すき間部以外の電極３１上に載って
いる硬化しなかったレジスト膜１００を水等の洗浄液を
用いて洗い流して除去し、図２（ｄ）の状態にする。こ
の後、ブラックマトリクス１の密着性を上げるため、加
熱処理を行う。

【００３０】最後に、電極基板１１上に配向膜を形成
し、配向処理を行って電極基板１１が完成する。

【００３１】なお、製造プロセス上実現可能な電極３１
相互間の間隔の最少限度は、１０μｍから２０μｍ程度
とされている。電極３１相互間のすき間部に埋め込む、
光が遮蔽可能な絶縁性材料としては、顔料を含むあるい
は塗料により着色したレジスト膜１００を使用する。

【００３２】本実施の形態では、図２（ａ）〜（ｅ）に
示した工程により、電極３１間のすき間にブラックマト
リクス１を埋め込み形成することが可能となった。これ
により、特に、製造コストの低い反射型ＳＴＮ液晶表示
装置において、開口率が向上し、コントラストを向上す
ることができた。本実施の形態では、ブラックマトリク
ス１の形成材料としてネガタイプのレジスト膜１００を
使用し、そのパターニングマスクとして、電極３１のパ
ターニング用のポジタイプのレジスト膜をパターニング
するマスク６４を使用することを特徴とする。また、本
実施の形態では、ブラックマトリクス１の硬化のために
余裕のある時間がとれ、密着性が良くなる。また、ブラ
ックマトリクス１の形成材料であるレジスト膜１００の
濃度を溶剤の量によって調整し、仮乾燥により該溶剤を
飛ばす量を調整することにより、ブラックマトリクス１
の膜厚を容易に調整することができる。さらに、図４に
示した従来技術では、ブラックマトリクス１を形成した
後、平坦化膜２３を形成したが、本実施の形態では、平
坦膜が形成不要で、また、ブラックマトリクス１の形成
においても、電極３１形成用のマスクおよび露光機等の
機械・設備を使用可能なので、製造工程が簡略で、製造
コストも低減することができる。

【００３３】なお、例えば電極３１の厚さはその抵抗値
により異なるが、５００μｍから４０００μｍ程度であ
る。基板１１上に複数本の電極３１を形成した後、その
上に絶縁性のレジスト膜１００を塗布または印刷により
電極３１の膜厚より０から６０００μｍ程度厚く均一に
形成する。つまり、感光性樹脂膜の厚さは５００μｍか
ら１００００μｍである。レジスト膜１００を前記すき
間部に残存させるのに、前述のように、電極３１形成時
に使用したマスク６３を利用して露光を行い、電極３１
の光が通るすき間部に存在するネガタイプのレジスト膜
１００のみを硬化させる。電極３１上に載っているレジ
スト膜１００は、露光されないので硬化しない。したが
って、露光後、硬化しないレジスト膜１００を洗い流す
ことにより、電極３１間にブラックマトリクス１が埋め
込み形成された状態となる。なお、電極３１のパターニ
ング後、そのパターニング用レジスト膜を除去してもよ
いし、該レジスト膜を残したまま、ブラックマトリスク
形成用レジスト膜１００を形成してもよい。後者の場合
は、硬化しないレジスト膜１００を洗い流した後、電極
３１形成用レジスト膜を除去する。レジスト膜１００の
露光時間を十分取ることにより、その硬化が促進され
る。

【００３４】単純マトリクス方式カラーＳＴＮ液晶表示
素子において、カラーフィルタを除去し、ブラックマト
リクスのみ設けたものを試作したところ、コントラスト
の大変高い反射型ＳＴＮ液晶表示素子を作製することが
できた。しかし、ブラックマトリクスの部分は、光が完
全に遮蔽されるため、背景色が暗く、製品化は困難であ
った。この結果をふまえ、液晶表示素子の背景を明るく
することが必要であることから、本発明では、電極３１
間にブラックマトリクス１を設けた。これにより、ブラ
ックマトリクス１の幅は電極３１相互間の間隔で済むた
め、光の遮蔽率が低く、背景を明るくすることができ
た。しかし、光は偏光板２枚を通るため、遮蔽率は低く
とも、画素の開口率（開口部の面積／一画素の総面積）
は９０％近くになるため、コントラスト向上効果は大き
い。８０％の開口率に対して、９０％の開口率ではコン
トラストは３倍以上向上する。したがって、ブラックマ
トリクスとしての遮蔽能力は十分ある。また、ブラック
マトリクスを設けない製品に対しては、少し暗くなる
が、製品としては十分使用可能である。

【００３５】図３は、本発明が適用可能な単純マトリク
ス方式反射型白黒ＳＴＮ液晶表示素子６２の要部分解斜
視図である。

【００３６】図において、６２は液晶表示素子、１５は
上偏光板、４０は位相差板（すなわち、一軸性複屈折部
材）、６０は液晶セル、１６は下偏光板、３は反射板、
１１は上電極基板、３１は上電極、２１は上配向膜、１
２は下電極基板、３２は下電極、２２は下配向膜、５０
は液晶層、５２は基板１１、１２を貼り合わせ、かつ、
液晶層５０を封止するために基板間に枠状に設けたシー
ル材、５１は液晶封入口（シール材５２の切欠け部）、
８は上偏光板１５の偏光軸（吸収軸）、５は位相差板４
０の延伸軸（光学軸）、６は上電極基板１１の液晶配列
方向（上配向膜２１のラビング方向）、７は下電極基板
１２の液晶配列方向（下配向膜２２のラビング方向）、
１０は液晶分子のねじれ方向、９は下偏光板１６の偏光
軸（吸収軸）、ｄ₁は液晶層５０の厚さ（基板間ギャッ
プ）、ｄ₂は位相差板４０の厚さ、θは液晶層５０のね
じれ角である。

【００３７】すなわち、ＥＣＢ方式反射型カラーＳＴＮ
液晶表示素子６２は、図３に示すように、上から順次、
上偏光板１５、位相差板４０、液晶セル６０、下偏光板
１６、反射板３により構成されている。なお、位相差板
を２枚配置する場合もある。

【００３８】なお、本図においては、図１の電極３１間
に埋め込んだブラックマトリス１は図示省略してある。

【００３９】図３において、液晶層５０を挟持する２枚
の上、下電極基板１１、１２間で液晶分子がねじれたら
せん状構造をなすように配向させるには、例えばガラス
からなる透明な上、下電極基板１１、１２上の、液晶に
接する、例えばポリイミドからなる有機高分子樹脂から
なる配向膜２１、２２の表面を、例えば布などで一方向
にこする方法、いわゆるラビング法が採られている。こ
のときのこする方向、すなわちラビング方向、上電極基
板１１においてはラビング方向６、下電極基板１２にお
いてはラビング方向７が液晶分子の配列方向となる。こ
のようにして配向処理された２枚の上、下電極基板１
１、１２をそれぞれのラビング方向６、７が互いにほぼ
１８０度から３６０度で交差するように間隙ｄ₁をもた
せて対向させ、２枚の電極基板１１、１２を液晶を注入
するための切欠け部（すなわち、液晶封入口）５１を備
えた枠状のシール材５２により接着し、その間隙に正の
誘電異方性をもち、旋光性物質を所定量添加されたネマ
チック液晶を封入すると、液晶分子はその電極基板間で
図中のねじれ角θのらせん状構造の分子配列をする。な
お、３１、３２はそれぞれ例えば酸化インジウム（ＩＴ
Ｏ：インジウム チンオキサイド(Indium Tin Oxide)）
等からなる透明な上、下電極である。このようにして構
成された液晶セル６０の上電極基板１１の上側に複屈折
効果をもたらす部材（以下複屈折部材と称す）４０が配
設されており、さらに、この部材４０および液晶セル６
０を挟んで上、下偏光板１５、１６が設けられる。

【００４０】液晶５０における液晶分子のねじれ角θは
１８０度から３６０度の範囲の値を採り得るが、好まし
くは２００度から３００度であるが、透過率−印加電圧
カーブのしきい値近傍の点灯状態が光を散乱する配向と
なる現象を避け、優れた時分割特性を維持するという実
用的な観点からすれば、２３０度から２７０度の範囲が
より好ましい。この条件は基本的には電圧に対する液晶
分子の応答をより敏感にし、優れた時分割特性を実現す
るように作用する。また優れた表示品質を得るためには
液晶層５０の屈折率異方性Δｎ₁とその厚さｄ₁の積Δｎ
₁・ｄ₁は好ましくは０.５μｍから１.０μｍ、より好ま
しくは０.６μｍから０.９μｍの範囲に設定することが
望ましい。

【００４１】複屈折部材４０は液晶セル６０を透過する
光の偏光状態を変調するように作用し、液晶セル６０単
体では着色した表示しかできなかったものを白黒の表示
に変換するものである。このためには複屈折部材４０の
屈折率異方性Δｎ₂とその厚さｄ₂の積Δｎ₂・ｄ₂が極め
て重要で、好ましくは０.４μｍから０.８μｍ、より好
ましくは０.５μｍから０.７μｍの範囲に設定する。

【００４２】さらに、この液晶表示素子６２は複屈折に
よる楕円偏光を利用しているので偏光板１５、１６の軸
と、複屈折部材４０として一軸性の透明複屈折板を用い
る場合はその光学軸と、液晶セル６０の電極基板１１、
１２の液晶配列方向６、７との関係が極めて重要であ
る。

【００４３】以上本発明を実施の形態に基づいて具体的
に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。例えば本発明は、単純
マトリクス方式の液晶表示装置にも、縦電界方式や横電
界方式のアクティブマトリクス方式の液晶表示装置に
も、ＣＯＧ（チップオンガラス）方式の液晶表示装置に
も、また、反射型、透過型、白黒、カラーの液晶表示装
置にも適用可能なことは言うまでもない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液晶表示装置の画素の開口率を向上し、表示画面のコン
トラストを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の液晶表示装置における
液晶セルの要部断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｅ）は、図１に示した上電極基板１
１の製造方法を示す要部断面工程図である。

【図３】本発明が適用可能な液晶表示素子の要部分解斜
視図である。

【図４】従来の単純マトリクス方式カラーＳＴＮ液晶表
示素子のブラックマトリクスを設けた側の基板の要部断
面図である。

【符号の説明】

１…ブラックマトリクス、１１…上電極基板、１２…下
電極基板、２１…上配向膜、２２…下配向膜、３１…上
電極、３２…下電極、５０…液晶層、６０…液晶セル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の間隙を隔てて重ね合わせた２枚の基
   板の各対向面に、複数本の帯状の表示用電極を互いに平
   行に配線し、 少なくとも一方の前記基板の前記対向面にブラックマト
   リクスを設け、 前記基板面と垂直方向から見た場合、前記各基板の前記
   電極が互いに交差するように前記両基板を配置し、 前記両基板間に液晶を封止して成る液晶表示素子を有す
   る液晶表示装置において、 前記基板面に設けた複数本の前記電極のすき間に、着色
   した絶縁性の前記ブラックマトリクスを埋め込んだこと
   を特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】基板上に複数本の帯状の表示用電極を互い
   に平行に形成する第１の工程と、 前記基板上に前記電極間のすき間を埋めるように、ブラ
   ックマトリクス形成用感光性樹脂膜を形成する第２の工
   程と、 前記すき間に設けた前記感光性樹脂膜を硬化させる第３
   の工程と、 前記感光性樹脂膜の硬化しない部分を除去する第４の工
   程とを有することを特徴とする液晶表示装置の製造方
   法。
3. 【請求項３】前記第１の工程において、 前記基板上に透明導電膜を一面に形成し、 前記透明導電膜上にポジタイプのレジスト膜を一面に形
   成し、 所定の帯状パターンを有するマスクを介して、前記レジ
   スト膜に光または電子ビームを照射し、該レジスト膜を
   露光、現像してパターニングし、 前記レジスト膜をマスクとして前記透明導電膜をエッチ
   ングし、 前記電極を所定の形状に形成することを特徴とする請求
   項２記載の液晶表示装置の製造方法。
4. 【請求項４】前記第２の工程において、 前記感光性樹脂膜として着色したネガタイプのレジスト
   を使用し、該レジスト膜を前記基板上に前記電極の厚さ
   程度またはそれより若干厚く一面に形成し、 前記第３の工程において、 前記マスクを使用し、前記すき間に設けた前記感光性樹
   脂膜の部分に、光または電子ビームを照射して露光、現
   像し、 前記すき間部以外の前記電極上に載っている前記感光性
   樹脂膜を除去することを特徴とする請求項２または３記
   載の液晶表示装置の製造方法。