JPH04318816A - 液晶表示装置およびカラーフィルター - Google Patents
液晶表示装置およびカラーフィルターInfo
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
関し、とくに液晶を挟持する基板の間隔の保持に特徴を
有する液晶表示装置に関する。
ス等の透明な基板を1ないし10μm程度のギャップを
設けてその間に液晶物質を封入し、電極間に印加した電
圧によって液晶を一定の方向に配向させることによって
形成される透明部分と不透明部分によって画像を表示し
ている。カラー液晶表示装置はいずれかの透明電極基板
上に光の三原色に対応する赤(R)、緑(G)、青(B
)の三色のカラーフィルターを設けており、液晶のシャ
ッター作用によって3原色を加色して所望の色を表示し
ている。
は、透明基板、着色層、保護膜、透明導電膜という順に
積層されており、RGBの三原色の位置に対向する電極
あるいは薄膜トランジスタを形成した透明基板とを数μ
mの間隔を保持し液晶物質を封入して液晶表示装置を形
成している。
は、液晶の駆動方法によって単純マトリックス方式とア
クティブマトリックス方式があるが、最近ではパーソナ
ルコンピュータなどの表示装置用には画質に優れ、それ
ぞれの画素を確実に制御することが可能であり、また動
作速度も速いアクティブマトリックス方式の採用が進め
られている。
置では各画素毎に薄膜トランジスタ(TFT)素子をガ
ラス基板上に形成し、各素子のスイッチング作用によっ
て各画素の液晶のシャッター作用を制御している。これ
らの素子の対極には一様な透明電極が形成されている。
よびITOと称するこれらの複合酸化物が使用されてい
る。透明電極の成膜方法には、蒸着、イオンプレーティ
ング、スパッタリング等の各種の方法があるが、カラー
フィルターの透明電極の基体となる保護膜は合成樹脂で
形成されているので保護膜の耐熱性の面から比較的低温
での成膜が可能な方法が求められている。このためにカ
ラーフィルター用の透明電極の製造にはスパッタリング
が広く用いられている。
図4で示すが、液晶表示装置41はカラーフィルター4
2とTFTを形成した対向基板43とを所定の間隔を設
けて対向させ、カラーフィルターとTFT基板はエポキ
シ樹脂等に補強用の繊維を混合したシール剤44によっ
て接合している。カラーフィルターとTFT基板で形成
される空間には液晶45が封入されているが、カラーフ
ィルターとTFT基板との間隔を正確に保持しないと、
液晶層の厚みの相違により液晶の旋光特性の差が生じて
液晶が着色をしたり、あるいは色のむらが生じて正しく
表示されなくなるという現象が生じるので、液晶にスペ
ーサー46と称する3μmないし10μmの合成樹脂、
ガラス、アルミナ等からなる粒子あるいは棒状体を多数
混合し、液晶挟持間隔の保持を図っていた。
の大量の粒子を液晶に混合しているので、粘性の高い液
晶と混合して挟持間隔内に注入した場合には、均一にス
ペーサーが分散せずに、スペーサーが一部にたまるとい
う現象が生じることがある。
集まった部分の表示品質が悪化し、また間隔の正確な保
持の面でも問題があった。
題点を解決する手段を検討した結果、液晶表示装置のカ
ラーフィルターとこれに対向するTFT等の基板との間
の間隔を正確に保持するために、液晶にスペーサーを混
合せずに、カラーフィルターあるいはこれに対向する基
板の少なくともいずれか一方の液晶の挟持領域に、両者
の間隔を所定の間隔に保持するスペーサーを設けたもの
である。
ーフィルターに対向するTFT等の基板上の液晶を挟持
した領域すなわち表示面上にスペーサーを形成したもの
あり、保護膜の材料には、各種の合成樹脂を使用するこ
とが可能であるが、とくに紫外線によって硬化する紫外
線硬化性樹脂を利用するならば、塗布した樹脂層上にフ
ォトレジストの層を形成しなくとも、紫外線硬化性樹脂
の塗布層上に直接にフォトマスクを用いて紫外線によっ
て露光した後に現像することによってスペーサーを形成
することが可能となる。紫外線硬化性樹脂としては光重
合性アクリレートオリゴマーと多官能光重合性アクリレ
ートモノマーからなるものを用いることができる。光重
合性アクリレートオリゴマーとしては、分子量1000
〜2000程度のものが好ましく、ポリエステルアクリ
レートまたは、フェノールノボラックエポキシアクリレ
ート、o−クレゾールノボラックエポキシアクリレート
等のエポキシアクリレートあるいは、ポリウレタンアク
リレート、ポリエーテルアクリレート、オリゴマアクリ
レート、アルキドアクリレート、ポリオールアクリレー
ト、メラミンアクリレート等をあげることができ、多官
能光重合性アクリレートモノマーとしては、1,4ブタ
ンジオールジアクリレート、ジエチレングリコールジア
クリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、
ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロー
ルプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールア
クリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレー
ト等が挙げられる。
トオリゴマーに多官能光重合性アクリレートモノマーを
添加した光重合性の樹脂に比べて光重合性アクリレート
オリゴマーとエポキシ樹脂との混合物に一つの分子内に
複数の官能基を有する多官能光重合性アクリレートモノ
マーを添加した感光性アクリル樹脂を用いることにより
、樹脂の橋かけ度を高めて剛直で硬度が大きいスペーサ
ーを得ることができる。
リレートオリゴマーとしては、分子量1000〜200
0程度のものが好ましく、ポリエステルアクリレートま
たは、フェノールノボラックエポキシアクリレート、o
−クレゾールノボラックエポキシアクリレート等のエポ
キシアクリレートあるいは、ポリウレタンアクリレート
、ポリエーテルアクリレート、オリゴマアクリレート、
アルキドアクリレート、ポリオールアクリレート、メラ
ミンアクリレート等をあげることができる。
および化学構造式2で示すフェノールノボラック型のエ
ポキシ樹脂あるいはクレゾールノボラック型のエポキシ
樹脂をあげることができる。
ーとしては、1,4ブタンジオールジアクリレート、ジ
エチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリ
コールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアク
リレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、
ペンタエリスリトールアクリレート、ジペンタエリスリ
トールヘキサアクリレート等が挙げられる。
ー上にスペーサーを設ける場合には、透明基板上に設け
た着色層上に、光重合性アクリレートオリゴマー、フェ
ノールノボラック型のエポキシ樹脂、多官能光重合性ア
クリレートモノマーに重合開始剤、エポキシ硬化剤を添
加した感光性樹脂をスピンナー法、ロール法、スプレイ
法、スクリーン印刷法などの任意の塗布方法によって塗
布した後に所定のフォトマスクを用いて紫外線を照射し
て必要な箇所を硬化し、紫外線が照射されなかった部分
の未硬化の感光性樹脂を溶剤で溶解除去することによっ
て保護膜を形成し、次いで、保護膜上にはカラーフィル
ターの全面にわたり、DCマグネトロンスパッタリング
法によって、電気抵抗などの特性に優れたITO膜を成
膜した後に、光重合性アクリレートオリゴマー、フェノ
ールノボラック型のエポキシ樹脂、多官能光重合性アク
リレートモノマーに重合開始剤、エポキシ硬化剤を添加
した感光性樹脂をスピンナー法、ロール法、スプレイ法
、スクリーン印刷法などの任意の塗布方法によって液晶
層の挟持間隔に相当する6μmないしは10μm程度の
厚みに塗布した後に所定のフォトマスクを用いて紫外線
を照射してスペーサーの形成箇所を硬化し、紫外線が照
射されなかった部分の未硬化の感光性樹脂を溶剤で溶解
除去することによってスペーサーを形成することができ
る。
を設ける前に、シランカップリング剤などをITO膜上
に塗布して密着性を高めることができる。
後にITO膜を形成する方法について述べたが、保護膜
を形成せずに直接にITO膜を形成し、その面上にスペ
ーサーを形成しても良い。
に保護膜と同一の材料によって形成することによって、
下地層である保護膜との密着強度の大きなスペーサーを
形成することも可能である。この場合には、スペーサー
を形成したのちにITO膜をスパッタリングで形成する
と、スペーサー上にもITO膜が形成されて対極との間
に導電接続が形成されるので、あらかじめスペーサー上
をマスキング処理をしてスペーサー上にはITO膜が形
成されないようにしたり、あるいは形成されたITO膜
をエッチングによってスペーサー上から除去することが
必要となる。
形成する方法以外に、対向するTFT基板上にスペーサ
ーを形成しても良い。
持する少なくともいずれか一方の基板上に、両基板を所
定の間隔を設けて保持することが可能であるスペーサー
を形成したので、液晶中にはスペーサーの粒子等を分散
させる必要がない。以下に本発明の実施例を示し、更に
詳細に説明する。
する。図1は、カラーフィルターにスペーサーを形成し
た液晶表示装置の1実施例を示す部分断面図である。液
晶表示装置1はカラーフィルター2とこれに対向するT
FT等の対向基板3から構成されており、カラーフィル
ターはガラス基板4上に金属クロムなどからなるブラッ
クマトリックス5が形成されており、ブラックマトリッ
クスを境界にしてR(赤)、G(緑)、B(青)の3原
色からなる着色層6が形成されている。着色層上には透
明な合成樹脂からなる保護膜7が設けられており、保護
膜上にはITO等からなる透明電極膜8を形成しており
、透明電極膜上には合成樹脂からなるスペーサー9が設
けられている。そして、カラーフィルターと対向基板の
液晶と接するそれぞれの面には配向膜12が形成されて
おり、エポキシ樹脂等のシール剤10によって接合され
て、カラーフィルターと対向基板の間には液晶11が封
入されている。スペーサーを形成する場所は、着色層を
区画するブラックマトリックス上などが表示品質に影響
を与えないので好ましい。
画素の平面図を示すが、カラーフィルター21の着色画
素22は、ブラックマトリックス23で区画されており
、着色画素の周囲には表示に有効でない部分が形成され
ているので、この部分にスペーサー24を設けることが
できる。着色画素の大きさは縦0.3mm、横0.1m
m程度の小さなものであるが、その一部には対向するT
FT基板などに形成された素子が表示面から見えないよ
うにするための領域が設けられることがある。スペーサ
ーをそのような領域に設けるならば表示にはなんら障害
とはならない。また、縦0.3mm、横0.1mmの着
色画素に1個のスペーサーを設けるならば、1mm2
には約33個のスペーサーが形成可能である。この数は
通常の液晶にスペーサーを混合した場合の数字である1
00個/mm2 という値に比べて小さいが、表示面全
体にわたり均一に配置しているので、このような数のス
ペーサーによって充分に目的を達することが可能である
。
利用したスペーサーの形成方法を示すものであるが、カ
ラーフィルター31の基板には、着色層とした赤、緑お
よび青の3色の着色画素を形成する際に、図では赤の着
色画素である第一色目の着色画素32を形成した上に、
第2色目の着色画素33である緑が部分的に赤の着色画
素を覆うフォトマスクを用いて露光して緑の着色画素を
形成し、ついで第3色目の着色画素34である青のフォ
トマスクにもスペーサーを形成すべき箇所にも着色画素
が形成可能となるようなフォトマスクを用いて、スペー
サー形成箇所にも青の着色画素を形成した後に、ITO
膜等の透明電極膜35を成膜し、最後にスペーサー36
を形成しても良い。このような方法によれば、着色画素
の積み重ねによってスペーサーの高さを確保することが
できるので、透明電極膜上に形成するスペーサーの高さ
は厚みの薄いものでも良い。
いることが可能であるが、光重合性アクリレートオリゴ
マーに多官能光重合性アクリレートモノマーを添加した
感光性樹脂は、硬化後の特性に優れているので好ましい
。
、ポリエステルアクリレートまたは、フェノールノボラ
ックエポキシアクリレート、o−クレゾールノボラック
エポキシアクリレート等のエポキシアクリレートあるい
は、ポリウレタンアクリレート、ポリエーテルアクリレ
ート、オリゴマアクリレート、アルキドアクリレート、
ポリオールアクリレート、メラミンアクリレート等をあ
げることができ、多官能光重合性アクリレートモノマー
としてはモノマーとしては、1,4ブタンジオールジア
クリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ネ
オペンチルグリコールジアクリレート、ペンタエリスリ
トールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリ
アクリレート、ペンタエリスリトールアクリレート、ジ
ペンタエリスリトールヘキサアクリレート等があげられ
る。
ゾフェノンあるいは、イルガキュアー184、イルガキ
ュアー907、イルガキャアー651(いずれもチバガ
イギー社商品名)、ダロキュアー(メルク社商品名)な
どを固形分比1〜3%程度添加してもよい。
マーと多官能性光重合性モノマーの配合比(重量%)は
配合例1 フェノールノボラックエポキシアクリレート …
60%トリメチロールプロパントリアクリレート
…17%ジペンタエリスリトールヘキサアクリレ
ート …20%イルガキュアー184
…3%配合例
2 O−クレゾールノボラックエポキシアクリレート…60
%ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
…38%イルガキュアー184
…2%配合例3 ポリウレタンアクリレート
…50%ジペンタエリスリトールヘキサ
アクリレート …48%イルガキュアー651
…2
%配合例4 メラミンアクリレート
…70%トリメチロールプロパント
リアクリレート …27%イルガキュアー1
84
…2%等をあげることができる。
と多官能性光重合性モノマーにエポキシ樹脂を含有する
組成物の配合比(重量%)は、 配合例5 フェノールノボラックエポキシアクリレート …
40%フェノールノボラック型エポキシ樹脂
…18%トリメチロールプロパントリアクリ
レート …17%ジペンタエリスリトールヘ
キサアクリレート …20%イルガキュアー18
4
…3%UVE1014(GE社製)
…2%配合例6 o−クレゾールノボラックエポキシアクリレート…38
%クレゾールノボラック型エポキシ樹脂
…18%ジペンタエリスリトールヘキサアクリレ
ート …38%イルガキュアー184
…2%UVE
1014(GE社製)
…2%配合例7 ポリウレタンアクリレート
…35%フェノールノボラック型エポキ
シ樹脂 …13%ジペンタエリスリ
トールヘキサアクリレート …48%UVE10
14(GE社製)
…2%イルガキュアー651
…2%配合例8 メラミンアクリレート
…49%フェノールノボラック型エ
ポキシ樹脂 …20%トリメチロー
ルプロパントリアクリレート …27%UV
E1014(GE社製)
…2%イルガキュアー184
…2%等をあげるこ
とができる。
実施例を示す。
記に示したような組成割合で感光性樹脂に分散させて、
赤色、緑色及び青色の着色感光性樹脂を作製する。
…10ポリビニルアルコール/5%スチ
ルバ ゾリウムキノリウム(感光性樹脂)
…5水
…85(2)緑色感光性樹脂 リオノールグリーン 2Y−301(緑色顔料)
…9ポリビニルアルコール/5%スチルバ ゾリウムキノリウム(感光性樹脂)
…5水
…86(3)青色感光性樹脂 ファストドゲンブルー(青色顔料)
…3ポリビニルアルコール/5%スチルバ ゾリウムキノリウム(感光性樹脂)
…5水
…92カラーフィルターの基板には、縦300mm、横
350mm、厚さ1.1mmのガラス基板(旭硝子(株
)製AL材)を充分に洗浄して用い、ガラス基板には金
属クロムからなる厚み100nm、開口率50%、各画
素の大きさ20μm×40μmのブラックマトリックス
をスパッタリングによって形成した。
膜厚になるように塗布し、その後温度70℃で30分間
オ−ブン中で乾燥させ、水銀ランプを用いて露光し、水
によるスプレー現像を1分間行い、赤色画素を形成すべ
き領域に赤色のレリーフ画像を形成し、さらに150℃
で30分間、加熱硬化させた。
すべき領域に緑色のレリーフ画素を形成し、青色画素を
形成すべき領域に青色のレリーフ画素を形成して着色層
を形成した。
とを放電ガスとし、DCマグネトロンスパッタリング法
によってITOをターゲットとして透明電極膜を基板の
全面に成膜した。
して、o−クレゾールノボラックエポキシアクリレート
(分子量1500〜2000)を50重量部、多官能重
合性モノマーとして、ジペンタエリスリトールヘキサア
クリレート(日本化薬(株)製DPHA)を50重量部
混合し、さらに重合開始剤としてイルガキュアー(チバ
ガイギー社(株)製)2重量部を混合した配合物を、エ
チルセルソルブアセテート200重量部中に溶解させ、
その溶液10gを用いてスピンコーターでITO膜上に
6.0μmの厚さに塗布した。
したフォトマスクを配置したプロキシミティーアライナ
ーによって、超高圧水銀ランプによって紫外線を5J/
cm2 照射した。続いて温度25℃の1,1,2,2
−テトラクロロエタンからなる現像液中に1分間浸漬し
て、塗布膜の光が照射されなかった未硬化部分のみを除
去した。
にポリイミドよりなる配向膜を形成した後、エポキシ樹
脂をシール材としてTFTを形成したガラス基板とを接
合して、液晶としてTN液晶を封入した。得られた液晶
表示装置は表示面全体に均一な間隔が保持されているの
で色むら等が生じることがなく良好な表示特性が得られ
た。
した液晶表示装置において、液晶表示装置を構成するカ
ラーフィルターとカラーフィルターに対向するTFT等
の基板の少なくとも一方の基板上の液晶挟持領域部分に
、基板の間隔を保持するスペーサーを設けたもので、液
晶に粒子状あるいは棒状のスペーサー部材を混合する必
要がなく、また、スペーサーが表示面全面に配置されて
いるので、表示面積が大きくなった場合に生じる混合し
たスペーサー部材の偏在等による表示むら等の問題もな
く高品位な液晶表示装置を得ることができる。
面図。
平面図。
実施例を示す断面図。
板、4…ガラス基板、5…ブラックマトリックス、6…
着色層、7…保護膜、8…透明電極膜、9…スペーサー
、10…シール剤、11…液晶、12…配向膜、21…
カラーフィルター、22…着色画素、23…ブラックマ
トリックス、24…スペーサー、31…カラーフィルタ
ー、32…第一色目の着色画素、33…第2色目の着色
画素、34…第3色目の着色画素、35…透明電極膜、
36…スペーサー、41…液晶表示装置、42…カラー
フィルター、43…対向基板、44…シール剤、45…
液晶、46…スペーサー
Claims (4)
- 【請求項1】2枚の基板の間に液晶を挟持した液晶表示
装置において、少なくとも一方の基板上の液晶挟持領域
部分に、基板の間隔を保持するスペーサーを設けたこと
を特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項2】スペーサーを設けた基板がカラーフィルタ
ーであることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置
。 - 【請求項3】液晶表示装置の液晶を挟持する基板の少な
くとも一方の液晶挟持領域部分に光硬化性樹脂をスペー
サーの厚みに塗布した後に、スペーサー形成部分以外に
は光が照射されないフォトマスクを設けて露光し、現像
することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 【請求項4】スペーサーを設ける基板がカラーフィルタ
ーであることを特徴とする請求項3記載の液晶表示装置
の製造方法。
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