JP4298055B2

JP4298055B2 - 液晶パネル及びその製造方法

Info

Publication number: JP4298055B2
Application number: JP12210999A
Authority: JP
Inventors: 一生井上; 克彦熊川; 裕文山北; 雅典木村; 昭教塩田
Original assignee: 東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: JP2000314886A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置や光シャッタ−などに利用される液晶パネル及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルは薄型化、軽量化、低電圧駆動可能などの長所により腕時計、電子卓上計算機、パ−ソナルコンピュ−タ−、パ−ソナルワ−ドプロセッサ−などに利用されている。
【０００３】
従来主として用いられているＴＮ（Twisted Nematic）型液晶パネルは上下基板に電極を形成し、基板に垂直な縦方向電界により液晶をスイッチングさせる方式である。
【０００４】
これに対して、液晶パネルの視野角を広げる方式として、同一基板上に画素電極及び対向電極を形成し、横方向の電界を印加することにより液晶分子を動作させる横電界方式（ＩＰＳ（In-Plane-Swiching）方式あるいは櫛形電極方式とも呼ばれている）や、液晶分子を垂直配向させておき、電圧を印加した場合に液晶分子を水平配向させる方法（ＶＡ（Vertical Alignment）方式あるいは垂直配向方式と呼ばれている）が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５に従来の垂直配向方式の液晶パネルの構成図を示す。図５ａ）は従来の液晶パネルの構成を示す上面図である。図５ｂ）は図５ａ）のＡ−Ａ'での断面図である。図５ｃ）は図５ａ）のＢ−Ｂ'での断面図である。
【０００６】
従来の液晶パネルは電極３ａ、３ｂ上に垂直配向膜４ａ、４ｂが形成されており、誘電率異方性が負の液晶５をパネル内に封入されている。この基板間に電圧を印加すると液晶分子５は基板に水平に配列する。
【０００７】
従来の垂直配向方式では電圧を印加した場合に液晶分子が一方向に傾いてしまうために、十分な視野角がとれない。これに対して図６に示すように視野角を広げるために画素電極３ａ（あるいは対向電極３ｂ）上に突起を形成することにより、液晶分子を２方向に傾ける方法が提案されている（特開平１０−３０１１１４号）。
【０００８】
しかし図６に示すような従来の方法では画素電極の上に突起が形成されているので突起の部分は電界がかかりにくく、駆動電圧が高くなるという欠点があった。すなわち従来の電圧では突起上の液晶分子に電圧がかかりにくくなるために、液晶分子を十分に駆動させることが困難であり、電圧印加時の白表示が不十分であった。
【０００９】
また突起のために開口率が小さくなるという欠点があった。
【００１０】
本発明は従来の液晶パネルの問題点に鑑みて発明されたものであり、駆動電圧を下げると共に開口率を広げ、明るい表示を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために本発明の第１態様に係る液晶パネルは、液晶を垂直に配向させる膜が形成された、少なくとも一対の電極付き基板間に液晶を挟持してなる液晶パネルであって、少なくとも一方の基板上に凸状のカラ−フィルタ−と、前記凸状のカラーフィルターの上に配置された画素電極とが形成されている。
また、本発明の第２態様に係る液晶表示パネルの製造方法は、一方の基板に走査信号線（ゲ−ト線）及び映像信号線（ソ−ス線）と半導体層を形成する工程と、前記走査信号線、映像信号線、半導体層の上に部分的に凸状のカラーフィルターを形成する工程と、前記凸状のカラーフィルターの上に画素電極を形成する工程と、前記画素電極の上に液晶を垂直に配向させる配向膜を形成する工程と、前記基板と他方の基板との間に液晶を封入する工程とを有している。
【００１２】
本発明によれば、絶縁膜の上に電極を形成することにより、液晶分子に電界が十分にかかるために液晶分子が十分に駆動するために明るい表示を得ることができる。また絶縁膜の上に電極を形成するので開口率を広げることができ、さらに輝度を向上させることができる。
【００１３】
さらに開口率を向上させるための絶縁膜と液晶分子を傾けておく絶縁膜を兼用することにより、工程の削減が図れる。
【００１４】
また凸状のカラ−フィルタ−を形成し、その上に電極を形成することにより、絶縁膜とカラ−フィルタ−を兼用することができるので、工程の削減が図れると同時に、アレイ基板と対向基板の位置合わせのためのマ−ジンが不要となるので、さらに開口率を上げることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１ａ）は本発明による液晶パネルの構成を示す上面図である。図１ｂ）は図１ａ）のＡ−Ａ'での断面図である。図１ｃ）は図１ａ）のＢ−Ｂ'での断面図である。
【００１７】
以下図１ａ）、ｂ）、ｃ）に示す液晶パネルの実施例を説明する。
【００１８】
ガラス基板１上に金属配線として走査信号線（ゲ−ト）と映像信号線（ソ−ス）とをマトリクス状に形成し、その交点に能動素子（スイッチング素子）として半導体層（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を形成する。
【００１９】
まずガラス基板１ａ上に走査信号線（ゲ−ト）２０をＡｌなどの金属で形成する。
【００２０】
その後配線を保護するためにＳｉＮｘなどの絶縁膜２を形成し、その上に半導体層２１としてＴＦＴを形成する。その上に保護膜２４としてＳｉＮｘを形成する。
【００２１】
次に映像信号線（ソ−ス）２２およびドレイン２３としてＡｌ／Ｔｉなどの金属を形成する。
【００２２】
その上に感光性のアクリル性樹脂（ＰＣ３０２：ＪＳＲ製）を用いて凸状の絶縁膜３０を以下に示す方法で形成した。
【００２３】
アレイ基板上にＰＣ３０２をスピンコ−トにより塗布した後、８０℃で１分間プリベ−クを行った。
【００２４】
その後所定の形状に表面加工された金型でプレスしながらガラス基板１ａ側より３００ｍＪ/ｃｍ²で露光を行った。その後、現像液ＣＤ７０２ＡＤにて２５℃で１分間現像を行い、流水で洗浄後、２２０℃で１時間ポストベ−クを行い（室温より昇温する）、膜厚１．５μｍの凸状の絶縁膜３０を形成した。
【００２５】
十分な絶縁性をとること及び画素電極をほぼ平坦な面上に形成するために、絶縁膜の膜厚は１μｍ以上であることが望ましい。
【００２６】
またガラス基板１ａ側から光を照射する場合は拡散させた光を入射する（横方向からも光を入射するか拡散板を通して光を照射する）方が望ましい。また、光を透過する金型を作製しておけば絶縁膜面３０から光を入射できる。
【００２７】
ドレイン２３とつながる画素電極３ａを透明導電膜（ＩＴＯ：酸化インジュ−ム−酸化スズ）で形成する。絶縁膜３０にはコンタクトホ−ル３１が形成されており、これによりドレイン２３と画素電極３ａはコンタクトされている。
【００２８】
対向基板としてはガラス１ｂ上にブラックマトリクス１１を形成しておき、その後カラ−フィルタ−１０を形成する。カラ−フィルタ−の形成方法としては顔料を分散した感光性レジストを基板上に塗布、露光、現像する（赤、青、緑それぞれの色に合わせてカラ−フィルタ−を作製するため前記工程を３回繰り返す）。
【００２９】
その後オ−バ−コ−ト１２としてＳｉＯ2を形成した後、透明導電膜（ＩＴＯ：酸化インジュ−ム−酸化スズ）よりなる対向電極３ｂを形成した。
【００３０】
その後１ａ、１ｂ上に配向膜４ａ、４ｂとして垂直配向膜（ｎ−オクタデシルトリエトキシシランの０．３％イソプロピルアルコ−ル溶液）を印刷により形成し、１００℃で１時間熱乾燥する。
【００３１】
次にガラス基板１ｂの縁部にシ−ル樹脂（ストラクトボンド：三井東圧製）を印刷する。
【００３２】
シ−ル樹脂中にはスペ−サ−として５．０μｍのガラスファイバ−（日本電気硝子製）を混入している。
【００３３】
その後、基板間隔を保持するために表示領域内にスペ−サ−として直径４．５μｍの樹脂球（エポスタ−ＧＰ−ＨＣ：日本触媒（株）製）を散布する。
【００３４】
またアレイ基板１と対向基板２との導通をとるために基板端に導電ペ−ストを塗布しておく。
【００３５】
その後基板１ａ及び対向基板２ａを貼り合わせ、１５０℃で２時間加熱することでシ−ル樹脂を硬化させる。
【００３６】
以上のようにして作製した空パネルに液晶５（ＺＬＩ４７８８：メルク社製）を真空注入法（空パネルを減圧した槽内に設置し、パネル内を真空にした後、注入口を液晶に接触させ、槽内を常圧に戻すことにより、液晶をパネル内に注入する方法）にて注入する。
【００３７】
その後、液晶パネルの注入口に封口樹脂として光硬化性樹脂（ロックタイト３５２Ａ：日本ロックタイト製）を注入口全体に塗布し、光を１０ｍＷ／ｃｍ²で５分間照射して封口樹脂を硬化した。
【００３８】
これら基板１、２の上下（ガラス基板の外側）に偏光板（ＮＰＦ−ＨＥＧ１４２５ＤＵ：日東電工製）を貼付した。
【００３９】
また比較例として画素電極３ａの上に突起２５を形成した液晶パネルも作製した（図６）。
【００４０】
これらの液晶パネルに電圧を印加して顕微鏡を用いて観察したところ、画素電極の上に突起を形成した液晶パネル（上記比較例）は、突起の周辺では液晶分子に十分な横電界がかからないために液晶分子が十分に動かず、十分な白表示が得られなかったのに対して、本実施の形態である絶縁膜の上に電極を形成した液晶パネルは、液晶分子に電界が十分にかかるために十分な白表示を得ることができた。
【００４１】
また絶縁膜の上に電極を形成するので図１ａ）に示すように開口率を広げることができ、さらに明るい表示を得ることができた（従来例は図５ａ））。
【００４２】
従来のＴＮパネルでは開口率の向上のために絶縁膜（平坦化膜ともいう）を形成し、その上に電極を形成する方法も考案されているが、本発明のようにその絶縁膜に突起を形成し、それにより液晶分子を傾斜させる方法は本発明が初めてである。
【００４３】
このように開口率を向上させるための絶縁膜と液晶分子を傾けておく絶縁膜を兼用することにより、工程の削減が図れる。
【００４４】
また本実施の形態では凸状の絶縁膜として山形（半球状、半楕円球状）のものを用いたが、山形ではなく、半円柱状（半楕円柱状）（図２ａ）、ｂ）、ｃ））や三角形状（三角柱状）や多角形状、円錐状などでも良い。
【００４５】
また図１では液晶の配向方向を多分割する場合を示したが、図２のようにして２分割、あるいは四角錐の凸状などにして４分割などにしても良い。
【００４６】
またこれらの形状をエッチングを用いて形成することも可能であるし、また平坦な絶縁膜を形成した後に凸状の部分を形成しても良い。その場合の凸状の部分は絶縁膜のポストベ−ク温度を急激に上げることでも達成できる。
【００４７】
また図１の電極３ａをＡｌなどの反射電極にすることにより、反射型液晶として使用可能となる。
【００４８】
（実施の形態２）
図３は本発明による液晶パネルの構成を示す断面図である。
【００４９】
実施の形態１では電極を凸状の絶縁膜３０の上部に形成したが、その代わりに電極を凸状のカラ−フィルタ−１０の上に形成する。
【００５０】
カラ−フィルタ−層１０はアクリル系の感光性樹脂に顔料を分散した着色レジストを基板上にインクジェット法を用いて形成し、８０℃で１分間プリベ−クを行った。
【００５１】
着色レジストはＲ、Ｇ、Ｂの３原色をそれぞれの画素に対応する位置に形成した。
【００５２】
その後所定の形状に表面加工された金型でプレスしながらガラス基板１側より５００ｍＪ/ｃｍ²で露光を行った。その後、現像液にて２５℃で２分間現像を行い、流水で洗浄後、２００℃で１時間ポストベ−クを行い、膜厚１．０μｍの凹凸のカラ−フィルタ−層１０を形成した。
【００５３】
本実施例ではインクジェット法を用いて各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）同時に形成したが、スピンコ−ト法や印刷法などを用いて１色づつ形成しても良い。
【００５４】
また感光性の着色レジストを用いたが、顔料を分散した非感光性ポリマ−材料を基板上に形成した後、感光性レジスト層を別途形成し、露光・現像を行っても良い。また染色法など他の方法を用いても可能である。
【００５５】
またガラス基板１側から光を照射する場合は拡散させた光を入射する方が望ましいことや光を透過する金型を作製しておけばカラ−フィルタ−面１０から光を入射できることなどは実施の形態１と同様である。
【００５６】
その後の電極形成法やパネル化の方法は実施の形態１と同様である。
【００５７】
本発明のような構成にすることにより、液晶分子に電界が十分にかかるために駆動電圧を下げることができる。またカラ−フィルタ−１０の上に電極３ａを形成するので開口率を広げることができ、明るい表示を得ることを目的とする。
【００５８】
実施の形態１と比べると、絶縁膜とカラ−フィルタ−を兼用することができるので、工程及び部材の削減が図れると同時に、アレイ基板１ａと対向基板１ｂの位置合わせのためのマ−ジンが不要となるので、さらに開口率を上げることができる。
【００５９】
また本実施例では凸状のカラ−フィルタ−として山形（半球状、半楕円球状）のものを用いたが、山形ではなく、半円柱状（半楕円柱状）や三角形状（三角柱状）や多角形状、円錐状などでも良い。
【００６０】
また本実施例では液晶の配向方向を多分割する場合を示したが、三角柱状にして２分割、四角錐の凸状などにして４分割などにしても良い。
【００６１】
またこれらの形状をエッチングを用いて形成することも可能であるし、また平坦なカラ−フィルタ−を形成した後に凸状の部分を形成しても良い。
【００６２】
（実施の形態３）
図４ａ）は本発明による液晶パネルの構成を示す上面図である。図４ｂ）は図４ａ）のＡ−Ａ'での断面図である。図４ｃ）は図４ａ）のＢ−Ｂ'での断面図である。
【００６３】
以下図４ａ）、ｂ）、ｃ）に示す液晶パネルの実施例を説明する。
【００６４】
実施の形態１では絶縁膜による突起を図１のように画素内に山型に設けたが、図４に示すように画素内に凹凸状の突起を多数形成する。この構成により図４ｂ）、ｃ）に示すように液晶分子は細かい領域に別れて多方向に傾くことになるので、視野角の広いパネルが得られる。
【００６５】
また図４の電極３ａをＡｌなどの反射電極にすることにより、反射型液晶として使用可能となる。
【００６６】
なお本実施例では能動素子として３端子素子のＴＦＴを用いたが、２端子素子のＭＩＭ（Metal−Insulator−Metal）、ＺnＯバリスタやＳiＮxダイオ−ド、ａ-Ｓiダイオ−ドなどでも良い。
【００６７】
また本実施例ではトランジスタの構造としてボトムゲ−ト構造のa-Siを用いたが、トップゲ−ト構造でも良く、またp-Siなどでも良い。また基板周辺に駆動回路が形成されていても良い。
【００６８】
また本実施例では両基板をガラス基板で形成したが、一方あるいは両方の基板をフィルムやプラスチックなどで形成しても良い。
【００６９】
また垂直配向膜としてもポリイミド系やポリアミック酸系の配向膜を用いても良く、また配向方法として光により配向させる方法を用いても良い。
【００７０】
またセル厚形成方法としてもスペ−サ−散布法ではない方法（例えば樹脂により柱を形成する方法）を用いることにより均一なセル厚が形成できる。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、液晶を垂直に配向させる膜が形成された、少なくとも一対の電極付き基板間に液晶を挟持してなる液晶パネルにおいて、少なくとも一方の基板上に凸状の絶縁膜を形成し、前記絶縁膜の上に電極を形成することにより、液晶分子に電界が十分にかかるために十分な白表示を得ることができる。
【００７２】
また絶縁膜の上に電極を形成するので開口率を広げることができ、さらに輝度を向上させることができる。また開口率を向上させるための絶縁膜と液晶分子を傾けておく絶縁膜を兼用することにより、工程の削減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本実施の形態１における液晶パネルの構造を模式的に示す上面図
（ｂ）本実施の形態１における液晶パネルの構造を模式的に示す断面図
（ｃ）本実施の形態１における液晶パネルの構造を模式的に示す断面図
【図２】（ａ）本実施の形態１における液晶パネルの構造を模式的に示す上面図
（ｂ）本実施の形態１における液晶パネルの構造を模式的に示す断面図
（ｃ）本実施の形態１における液晶パネルの構造を模式的に示す断面図
【図３】本実施の形態２における液晶パネルの構造を模式的に示す断面図
【図４】（ａ）本実施の形態３における液晶パネルの構造を模式的に示す上面図
（ｂ）本実施の形態３における液晶パネルの構造を模式的に示す断面図
（ｃ）本実施の形態３における液晶パネルの構造を模式的に示す断面図
【図５】（ａ）従来の液晶パネルの構造を模式的に示す上面図
（ｂ）従来の液晶パネルの構造を模式的に示す断面図
（ｃ）従来の液晶パネルの構造を模式的に示す断面図
【図６】従来の液晶パネルの構造を模式的に示す断面図
【符号の説明】
１ａガラス基板
１b ガラス基板
２絶縁膜（SiNx）
３ａ画素電極
３ｂ対向電極
４ａ配向膜
４ｂ配向膜
５液晶分子
１０カラ−フィルタ−
１１ブラックマトリクス
１２絶縁膜（SiOx）
２０ゲ−ト
２１半導体層
２２ソ−ス
２３ドレイン
２４絶縁膜（SiNx）
２５突起
３０絶縁膜

Claims

液晶を垂直に配向させる膜が形成された、少なくとも一対の電極付き基板間に液晶を挟持してなる液晶パネルであって、
少なくとも一方の基板上に凸状のカラ−フィルタ−と、前記凸状のカラーフィルターの上に配置された画素電極とが形成されている液晶パネル。
一方の基板に走査信号線（ゲ−ト線）及び映像信号線（ソ−ス線）と半導体層を形成する工程と、
前記走査信号線、映像信号線、半導体層の上に部分的に凸状のカラーフィルターを形成する工程と、
前記凸状のカラーフィルターの上に画素電極を形成する工程と、
前記画素電極の上に液晶を垂直に配向させる配向膜を形成する工程と、
前記基板と他方の基板との間に液晶を封入する工程とを有している液晶パネルの製造方法。
前記カラ−フィルタ−の膜厚が１μｍ以上である請求項１および請求項２のいずれかに記載の液晶パネルまたは液晶表示パネルの製造方法。