JP3540896B2 - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子の表示品位向上に関し、特には感光性樹脂材料を遮光性フィルターとして用いたカラーフィルター層を有するネガ型ＳＴＮ液晶表示素子の表示品位の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６に、従来の感光性樹脂材料を遮光フィルターに用いた、カラーフィルター層を有する液晶表示素子（以下、カラー液晶表示素子という）の断面図を示す。図に示すように、一対のガラス等の透明、絶縁性材料よりなる基板１、２が対向して配置され、一方の基板１の対向面に、カラーフィルター層３、オーバーコート層６、表示用電極７ａ、配向膜８ａが順に形成され、他方のガラス基板２の対向面に、表示用電極７ｂ、絶縁膜９、配向膜８ｂが順に形成されている。表示用電極７ａ、７ｂはストライプ状の電極が互いに直交するようにマトリクス配置されている。そして、これら基板１、２は、有効表示エリア外周部に配されたガラスビーズ１１を含有したシール材１２と、有効表示エリア内に配されたセルギャップコントロール用プラスチックビーズ１０を介して貼り合わされ、シール材１２にて囲まれたガラス基板１、２の間隙に液晶が注入封止され、液晶層１３が形成されている。
【０００３】
次に、感光性樹脂材料を遮光性フィルターとして用いた場合のカラーフィルター層３の製造方法について説明する。図１７は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４を形成した後、ブラックマスク５を形成する製造方法（後付けブラックマスク方式）を示す図であり、図１８は、ブラックマスク５の形成後、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４を形成する製造方法（先付けブラックマスク方式）を示す図である。
【０００４】
図１７に示す後付けブラックマスク方式のカラーフィルター層３の製造方法は、まず、図１７（ａ）に示すように、基板１にＲ、Ｇ、Ｂの各色相の色フィルター４を所定の方法で形成した後、次に、図１７（ｂ）に示すように、全面にカーボン等の遮光材料を含有した感光性樹脂遮光材料１４を印刷法、スピンコート法、又はフィルムラミネート法により形成し、特定波長のＵＶ光を裏面より露光する。その後、図１７（ｃ）に示すように、現像して、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４の各間及び有効表示エリア外周部にブラックマスク５を形成し、図１７（ｄ）に示すように、オーブン等により焼成して熱重合硬化させる製造方法である。
【０００５】
この時、カラーフィルター層は、特開平６−２７３７４３号公報に開示されているように、ＳＴＮ型液晶表示素子の課題であるセルギャップの均一化のためにシール部にもブラックマトリクス層（遮光性フィルター）を設け、かつ、各色相の色フィルター４とブラックマスク５は同等の膜厚に調整されているのが一般的である。また、ブラックマスクの膜厚は、有効表示エリア・有効表示エリア外周部とも同じ膜厚に形成されていた。
【０００６】
図１８は、先付けブラックマスク方式のカラーフィルター層３の製造方法を示し、まず、図１８（ａ）に示すように、基板１にカーボン等の遮光材料を含有した感光性樹脂遮光材料１４を印刷法、スピンコート法、又はフィルムラミネート法により形成し、特定波長のＵＶ光をフォトマスク１５を用いて表面より露光した後、図１８（ｂ）に示すように、現像してＲ、Ｇ、Ｂの各色相の色フィルター間及び有効表示エリア外周部にブラックマスク５を先に形成する。次に、図１８（ｃ）に示すように、オーブン等により焼成して熱重合硬化させた後、図１８（ｄ）に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４を形成する製造方法である。色フィルター４の形成方法としては、ＲまたはＧ、Ｂのいずれかの色フィルターを、特定波長のＵＶ光を裏面より露光し、現像して形成する工程を繰り返しブラックマスク間に順次Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルターを形成する方法、又は特定波長のＵＶ光を表面よりブラックマスク間より大きくして、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルターのエッジがブラックマスクにかかるようにする方法がある。
【０００７】
ここでも、図１７に示した場合と同様に、ブラックマスク５とＲ、Ｇ、Ｂの色フィルター４は、ほぼ同等の膜厚になるよう設計するのが、一般的である。図１８の製造方法の場合は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４の周辺がブラックマスク５に一部重なるので、有効表示エリア内の色フィルターの形状と有効表示エリア外周部の色フィルターの連続性を保つため、有効表示エリア内のドット設計を有効表示エリア外周部まで延ばし、均一性（ほぼ±０）を確保する設計が一般的である。
【０００８】
また、ブラックマスクの膜厚は、有効表示エリアと、有効表示エリア外周部とも同じ膜厚で形成されていた。しかしながら、ブラックマスクの焼成工程での熱重合による膜減り、次工程でのブラシ洗浄、あるいは溶剤洗浄での膜減りがあるため、仕上がりでのブラックマスクは、平均膜厚が調整可能であるものの、ブラックマスクの面内のバラツキは平均値に対し、±０．２５μｍ程度と大きかった。これを解決するために、特開平３−２５２６２２号公報には、基板背面からの露光に加え、基板表面からの露光も行うことにより、ブラックマスクの膜厚のバラツキを解決する方法が提案されている。
【０００９】
また、図１９に示すように、有効表示エリア内のＲ、Ｇ、Ｂの色フィルター４と、ブラックマスク５のドットパターンを有効表示エリア外周部のシール近くまで、連続して形成し、有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差を均一にする方法がある。この場合、膜厚が同等のドットパターンが連続して形成されるため、有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差のバラツキが極めて小さく、均一性は高いが有効表示エリア外周部は黒単色ではないので、光抜けするという欠点を有していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年、液晶表示素子、特にＳＴＮカラー液晶表示素子について、液晶表示素子の画面周辺、特に黒額縁付近のバックライト用光源の熱要因による輝度ムラ及びセメ厚要因による輝度ムラ（ウォッシュアウト）、配線抵抗を原因とする電圧低下による画面左右の輝度ムラ（グラデーション）等の高表示品位、コントラスト３０以上、輝度１００ｃｄ以上、応答速度２００ｍｓ以下当の高特性、高信頼性が要求されており、コントラストにおいては３０：１以上が要求されている。上記要望の中でもとりわけ有効表示エリア外周部近傍の表示品位の均一性の要求が強く、有効表示エリア外周部近傍の輝度ムラ（ウォッシュアウト）に対して、ユーザーより強い改善要望が出されている。
【００１１】
つまり、前述の先行技術では、▲１▼有効表示エリア内の色フィルター及びブラックマスクの膜厚に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクの膜厚が小さい場合、その境界での段差のため、有効表示エリア外周部近傍のセルギャップが薄くなり、液晶駆動電圧がＯＮ状態の時、明るく白抜け（ウォッシュアウト）するという問題が生じる。
【００１２】
また▲２▼有効表示エリア内の色フィルター及びブラックマスクの膜厚に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクの膜厚が大きい場合、その境界での段差のためセルギャップ厚が厚くなり、液晶駆動電圧がＯＮ状態の時、有効表示エリア外周部近傍が暗くなり、有効表示エリア内の面内均一性が損なわれるといった問題が生じる。
【００１３】
また、▲３▼上記▲１▼▲２▼の場合や、有効表示エリア内の色フィルター及びブラックマスクの膜厚と、有効表示エリア外周部のブラックマスクの膜厚が同等の場合でも、近年の液晶モジュールのコンパクト化、軽量化の要求により、バックライトと液晶表示素子が近接する設計が多くなっており、バックライトの発熱により液晶表示素子の周辺が熱の影響を受け、有効表示エリア外周部近傍の液晶のレタデーションが変化して、この部分の液晶駆動電圧が上昇し、熱によるウォッシュアウトが発生するという不具合が生じる。
【００１４】
さらに、有効表示エリア外周部の黒額縁部は黒の締まり具合を良くする（ＯＤ（Optical Density）値を上げる）ためには、ブラックマスクの膜厚は厚い方がよいが、逆に、液晶表示素子全体の光を透過率を上げ、明るく鮮やかな表示品位を得るためには、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルターは薄い方がよく、トレードオフの関係にあるが、液晶表示素子全体の均一性を考えた場合、前述したようにブラックマスクと色フィルターの膜厚を同じにする設計を行っている。つまり、従来の製造方法では有効表示エリア内と有効表示エリア外周部のブラックマスクの膜厚を意図的に変えることは不可能で、表示品位の向上と光学特性の向上を両立して満足することはできなかった。
【００１５】
また、図１９に示す従来技術では、明らかに有効表示エリア外周部近傍の黒の締まり具合は、黒単色のブラックマスクを使用したときより悪くなっていた。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶表示素子の製造方法は、有効表示エリア外周部のシール材を介して貼り合わせ、一対の基板間に液晶を充填し、さらに、上記一対の基板の少なくとも一方には、特定の波長の光を吸収することで光重合を起こす感光性樹脂材料を用いてなるカラーフィルター層が形成されてなる液晶表示素子の製造方法において、上記感光性樹脂材料よりなるカラーフィルター層の有効表示エリア、または、有効表示エリア内及び有効表示エリア外周部の一部分をマスキングし、表面側より特定波長の光で露光度を調整して露光し、焼成することで、カラーフィルター層を有効表示エリアに対し、有効表示エリア外周部全域もしくはその一部の層厚を大きくし、かつ、その層厚の差を、有効表示エリア内であって有効表示エリア外周部全域もしくはその一部の近傍の液晶層の厚みが、有効表示エリア中央部の厚みより０．０５〜０．２μｍ大きくなるように調整することを特徴としている。
【００１９】
ここで、上記特定の波長の光を吸収することで光重合を起こす感光性樹脂材料を用いてなる色相の色フィルターは、遮光性フィルターであることが好ましい。
【００２０】
また、上記液晶が、液晶分子のねじれ角を１８０度から３６０度にしたＳＴＮ型液晶であることが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明において、感光性樹脂材料よりなるカラーフィルター層の有効表示エリア内及び有効表示エリア外周部の一部分をマスキングし、表面側より特定波長の光で露光量を調整して露光して、カラーフィルター層を有効表示エリア内に対し、有効表示エリア外周部の一部分の膜厚を大きくし、かつ、その膜厚の差を、有効表示エリア内であって有効表示エリア外周部近傍の一部の液晶層の厚みが、有効表示エリア中央部の厚みより０．０５〜０．２μｍ大きくなるよう上記露光量を調整することが好ましい。
【００２３】
以下にこれらの構成による作用を説明する。
【００２４】
図１１に、本発明の作用を説明するための有効表示エリア外周部付近の拡大模式図を示す。
【００２５】
有効表示エリア内であって、有効表示エリア外周部近傍のセル厚（液晶層の厚み）ｄ１と有効表示エリア外周部近傍以外、即ち、有効表示エリア外周部及び有効表示エリア中央部のセル厚ｄの関係は、ｄ１＞ｄとなっている。ここで、有効表示エリア外周部近傍のセル厚を有効表示エリア外周部近傍以外のセル厚より大きくする方法としては、有効表示エリア外周部の種々の膜（配向膜、表示用電極、平坦化層、カラーフィルター、その他）を二重構造にする、その部分の膜厚を厚く形成する、有効表示エリア外周部付近のスペーサの粒径を変える等が考えられる。このセル厚の差は、ネガ型液晶表示素子の場合、図１２に示すように表示特性であるＶ−Ｔカーブ（電圧−輝度特性）の差として現れる。図１２の横軸は印加電圧、縦軸は輝度を示し、実線は正常部のＶ−Ｔカーブを示し、点線はセル厚大の部分のＶ−Ｔカーブを示す。図１２より分かるように、セル厚の大きい方がＶ−Ｔカーブの立ち上がりが遅れ、セル厚ｄ１とｄの境界部でオフ電圧Ｖｏｆｆ時の輝度差が生じることになる。ネガ型液晶表示素子の場合、有効表示エリア外周部近傍が暗くなる傾向になる。
【００２６】
また、前述の本発明の課題であるバックライトの熱によるウォッシュアウトは、有効表示エリア外周部近傍の液晶の屈折率異方性△ｎがバックライトの熱により変化することが原因で発生するものである。この時のＶ−Ｔカーブを図１３に示す。実線は正常部のＶ−Ｔカーブ、点線は熱ウォッシュアウト部のＶ−Ｔカーブを示し、この図より、オフ電圧Ｖｏｆｆ時の輝度が設計値（有効表示エリア中央部）よりも、有効表示エリア外周部近傍で高くなっていることが判る。ちなみに、この時の輝度差は約６ｃｄであった。特に、液晶表示素子がネガ型の場合、オフ電圧Ｖｏｆｆ時に光を遮光するため表示は暗状態であり、暗状態の中では人間の目は輝度差に非常に敏感であり、液晶表示素子の輝度ムラとして認識されていた（経験より、この暗状態の状況では、人間の目には輝度差が４ｃｄを越えると輝度ムラとして認識されることが判っている）。ちなみにＶｏｎ時は明状態であり、この状態では人間の目には輝度に対して鈍感であり、ムラとして認識しにくい状況である。
【００２７】
そして、本発明の請求項１の構成では、上記二つの現象が合成されることになり、その結果、熱によるウォッシュアウトが軽減されることになるのである。つまり、オフ電圧Ｖｏｆｆ時の熱ウォッシュアウトによる輝度アップが、セル厚の差による輝度低下により相殺されるのである。
【００２８】
さらに、この合成効果は模式図１４に示すように、セル厚差（ｄ１−ｄ）によって変化する。図１４の横軸はセル厚差（ｄ１−ｄ）、縦軸は輝度差を示し、実線Ａは熱ウォッシュアウトの影響を示し、実線Ｂはセル厚差により発生する輝度差を示し、点線Ｃは合成の輝度差を示す。そして、人間の目には輝度ムラとして認識されないレベル（輝度差４ｃｄ以内）を達成するためには、セル厚差（ｄ１−ｄ）を０．０５〜０．２μｍに設定する必要があった。つまり、セル厚差が０．０５μｍより小さい場合、輝度差が４ｃｄ以上となり、熱ウォッシュアウトによる輝度ムラが観測される。セル厚差が０．２μｍを越えると逆に有効表示エリア外周部近傍が暗くなり輝度ムラとして観測されてしまうのである。
【００２９】
また、前記カラーフィルター層のブラックマスクに感光性樹脂材料を用いることにより、カラーフィルター層の膜厚制御をＵＶ光量を調節することにより達成することができるようになる。つまり図１５に、横軸に焼成温度、縦軸に膜厚をとり、初期膜厚に対して露光量を変化させた時の膜厚変化を示すように、露光量を加減してカラーフィルター層を焼成することにより、それぞれの膜減り量に変化が生じる。つまり、露光量を増加すると、膜厚の変化は少なく、露光量を多くすると膜厚の変化は大きくなる。本発明はこの関係を利用し、カラーフィルターの最終の膜厚を制御することができるようになる。
【００３０】
また、有効表示エリア外周部の膜厚を厚く形成するカラーフィルター層の色相を黒色（遮光性フィルター）とすることにより、膜厚が大きいことと、遮光性との相乗効果により有効表示エリア外周部（額縁部）の遮光率が向上することになり、有効表示エリア外周部のすっきり感が向上することになる。有効表示エリア内は、他の色フィルター（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の膜厚に調整でき、周辺部のみの遮光性を向上することができる。
【００３１】
また、ＳＴＮ型液晶表示素子は、セル厚の差に対する特性の変化が大きく、例えば、セル厚が有効表示エリア内で０．０５μｍ変化すると、濃淡差としてムラに見えてしまう。このため、本発明はこのことを逆に利用し、有効表示エリア内のセル厚に対し、有効表示エリア外周部近傍のセル厚を０．０５〜０．２μｍの差を設けることで表示品位を向上させることができるようになるのである。
【００３２】
また、有効表示エリア内をマスキングし、有効表示エリア外周部のみＵＶ光を表面より照射することで、有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の感光性樹脂材料の膜減り量に差を設けることが可能となり、ＵＶ光の光量の調整により最終段階での膜厚差を制御することが可能となる。
【００３３】
また、有効表示エリア内及び有効表示エリア外周部の一部をマスキングし、マスキング外の有効表示エリア外周部のみＵＶ光を表面より照射することで、有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の感光性樹脂材料の膜減り量に差を設けることが可能となり、ＵＶ光の光量の調整により最終段階での膜厚差を制御することが可能となり、しかも、特定の有効表示エリア外周部のみこの差を設けることが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
【００３５】
（実施例１）
図１は、本発明を後付けブラックマスク方式でカラーフィルター層を形成したＳＴＮカラー液晶表示素子の断面図である。図２（ａ）〜（ｆ）はカラーフィルター層の形成方法を工程順に示す図である。
【００３６】
図２（ａ）に示すように、ガラス等の透明、絶縁性材料よりなる基板１にＲ、Ｇ、Ｂの各色相の色フィルター４を各色とも初期膜厚が２μｍのフィルムを使用し、フィルムラミネート法により、所定のパターンに形成後、図２（ｂ）に示すように、有効表示エリア外周部の表面側露光量を有効表示エリア内より多くすることを考慮し、初期膜厚２．１５μｍのカーボンブラック等の遮光材料を含む感光性樹脂遮光材料よりなるブラックフィルム１４を、フィルムラミネート法により基板全面に形成し、裏面側より３５６ｎｍのＩ線ＵＶ光を３８ｍｊ露光する。その後、図２（ｃ）に示すように、現像してブラックマスク５を形成し、次に図２（ｄ）に示すように、表面側より３５６ｎｍのＩ線ＵＶ光を０．５〜５ｍｊ（好ましくは２ｍｊ）全面露光する。その後、図２（ｅ）に示すように、フォトマスク２０により有効表示エリア外周部のブラックマスク部のみ、表面側よりさらに３５６ｎｍのＩ線ＵＶ光を５０ｍｊ露光し、図２（ｆ）に示すように、２５０℃のＩＲオーブンにて焼成し、最終硬化させた。最終工程の結果、有効表示エリア内のカラーフィルター層の膜厚は、２．０μｍとなり、有効表示エリア外周部のカラーフィルター層の膜厚は、２．１５μｍになった。
【００３７】
このカラーフィルター層３上にオーバーコート層６、表示用電極７ａ、配向膜８ａを順に配し、他方、基板２上に表示用電極７ｂ、絶縁膜９、配向膜８ｂを順に配した対向側の基板とを相対向させる。表示用電極７ａ、７ｂはストライプ状の電極が互いに直交するようにマトリクス配置する。そして、有効表示エリア内にセルギャップコントロール用プラスチックビーズ１０を均一に分布させるとともに、周辺をセル厚保持用ガラスビーズ１１を含有したエポキシ系シール剤１２で貼り合わせ、ねじれ角が１８０゜から３００゜、好ましくは２４０゜〜２６０゜のＳＴＮ液晶を注入封入してＳＴＮカラー液晶表示素子を作成した。
【００３８】
この液晶表示素子のカラーフィルター層の有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差は＋０．１５μｍ、段差のバラツキは＋０．１〜＋０．２μｍとなり、液晶モジュール状態での液晶画面近傍はウォッシュアウトのない均一なものとなり、かつ有効表示エリア内の表示品位は平滑で均一なものになった。さらに液晶モジュールを長時間点灯させた場合でも、バックライト近傍の液晶画面の光ヌケは見られなかった。またカラーフィルター層は、ブラックマスクの膜硬度が上がったことで、遮光率が向上し、コントラストは３０：１に向上し、有効表示エリア外周部の黒の締まり具合も向上して表示品位が向上し、さらに異物対策のためアルミナ等を含んだ全面研磨を実施することも可能となり、液晶表示素子の欠陥である白点、黒点不良も同様に激減した。
【００３９】
（実施例２）
図３は、本発明を後付けブラックマスク方式でカラーフィルター層を形成したＳＴＮカラー液晶表示素子の断面図を示す。また、図４（ａ）〜（ｆ）はカラーフィルター層の形成方法を工程順に示す図である。
【００４０】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、図２（ａ）〜図２（ｃ）と同様の工程が行われ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色相の色フィルター４、ブラックマスク５の形成後、図４（ｄ）に示すように、表面側より３５６ｎｍのＩ線ＵＶ光を０．５〜５ｍｊ（好ましくは２ｍｊ）全面露光する。その後、図４（ｅ）に示すように、フォトマスク２１により有効表示エリア外周部のブラックマスクの一部分、すなわち、液晶モジュールに組み込んだ時、バックライトが配される辺のみ、さらに３５６ｎｍのＩ線ＵＶ光を５０ｍｊ露光し、図４（ｅ）に示すように、２５０℃のＩＲオーブンにて焼成し、最終硬化させた。最終工程の結果、有効表示エリア内のカラーフィルター層の膜厚は、２．０μｍとなり、有効表示エリア外周部のバックライトが配される辺のカラーフィルター層の膜厚は、２．１５μｍになった。
【００４１】
このカラーフィルター層３上にオーバーコート層６、表示用電極７ａ、配向膜８ｂを順に配し、他方基板２上に表示用電極７ｂ、絶縁膜９、配向膜８ｂを順に配した対向側の基板を相対向させ、セルギャップコントロール用プラスチックビーズ１０とセル厚保持用ガラスビーズ１１を含有したエポキシ系シール剤１２で貼り合わせ、ＳＴＮ液晶を注入封入してＳＴＮカラー液晶表示素子を作成した。この液晶表示素子のバックライトが配される辺のカラーフィルター層の有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差は＋０．１５μｍ、バラツキは＋０．１〜＋０．２μｍとなり、それ以外の有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差は、ほぼ＋０．０５μｍであった。この時、液晶モジュール状態での液晶画面近傍はウォッシュアウトのない均一なものになった。さらに長時間点灯によるバックライト近傍の液晶画面の光ヌケは見られなかった。又カラーフィルター層はブラックマスクの膜硬度が上がったことで、コントラストは３０：１に向上し、有効表示エリア外周部の黒の締まり具合も向上して表示品位が向上し、異物対策のためアルミナ等を含んだ全面研磨を実施することが可能となり、液晶表示素子の欠陥である白点、黒点不良も同様に激減した。
【００４２】
（実施例３）
図５は、本発明を先付けブラックマスク方式でカラーフィルター層を形成したＳＴＮカラー液晶表示素子の断面図を示す。図６（ａ）〜（ｅ）はカラーフィルター層の形成方法を工程順に示す図である。
【００４３】
ガラス等の透明、絶縁性材料よりなる基板１に、感光性樹脂材料よりなり初期膜厚が１．９μｍのブラックフィルムを、フィルムラミネート法により基板全面に形成し、図６（ａ）に示すように、フォトマスク１５により所定のパターンに３５６ｎｍのＩ線ＵＶ光で５０ｍｊ露光し、図６（ｂ）に示すように、現像してブラックマスクを形成する。次に図６（ｃ）に示すように、さらに別のフォトマスク２２により有効表示エリア外周部のブラックマスク部の一部分、すなわち、液晶モジュールに組み込んだ時、バックライトが配される辺のみ、さらに３５６ｎｍのＩ線ＵＶ光を５０ｍｊ露光し、図６（ｄ）に示すように焼成した後、図６（ｅ）に示すようにＲ、Ｇ、Ｂの色フィルター４を各色初期膜厚２μｍのフィルムを使用し、フィルムラミネート法により所定のパターンに形成し、２５０℃のＩＲオーブンにて最終硬化させた。最終工程の結果、有効表示エリア内のカラーフィルター層の膜厚は、２．０μｍとなり、有効表示エリア外周部のカラーフィルター層の膜厚は、２．１５μｍになった。
【００４４】
このカラーフィルター層３上にオーバーコート層６、表示用電極７ａ、配向膜８ａを順に配し、他方、基板２上に表示用電極７ｂ、絶縁膜９、配向膜８ｂを順に配した対向側の基板を相対向させ、セルギャップコントロール用プラスチックビーズ１０とセル厚保持用ガラスビーズ１１を含有したエポキシ系シール剤１２で貼り合わせ、液晶を注入封止してＳＴＮカラー液晶表示素子を作成した。
【００４５】
この液晶表示素子のカラーフィルター層の有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差は＋０．１μｍ、バラツキは＋０．０５〜＋０．１５μｍとなり、液晶モジュール状態での液晶画面近傍はウォッシュアウトのない均一なものとなり、かつ有効表示エリア内の表示品位は平滑で均一なものになった。またカラーフィルター層は表面側より露光しているため、ブラックマスク膜硬度が高く、膜減りが少ないためブラックマスクの遮光率が高く、コントラス３２：１に向上し、有効表示エリア外周部の黒の締まり具合も向上して表示品位が向上した。さらに異物対策のためアルミナ等を含んだ全面研磨を実施することが可能で、カラーフィルター層に起因する異物はほとんど除去され、液晶表示素子の欠陥である白点、黒点不良も同様に激減した。
【００４６】
（比較例）
以下に従来技術による液晶表示素子の比較例を示す。
【００４７】
（比較例１）
図７（ａ）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４を含んだ有効表示エリア内のカラーフィルター層に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクが０．２５μｍ高くなる場合で、この場合は有効表示エリアと有効表示エリア外周部の段差が大きいため、有効表示エリア外周部近傍のセル厚が厚くなり、図８の液晶画面周囲１６が、液晶駆動電圧がＯＮ状態のとき、液晶分子の立ち上がりが遅く、暗くなる。また、有効表示エリアと有効表示エリア外周部の段差が大きいため、配向膜処理や、ラビング処理にて膜面の均一性が悪くなり、配向むらや、ラビングスジむら等が発生しやすくなり表示品位が低下した。
【００４８】
（比較例２）
図７（ｂ）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４を含んだ有効表示エリア内のカラーフィルター層に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクが同一の膜厚の場合であるが、図９に示すように、バックライト１７と、液晶表示素子１８が近接し、バックライト１７の発熱による液晶表示素子１８の周辺が熱の影響を受けやすく、有効表示エリア近傍の液晶のレタデーションが変化して、この部分の液晶駆動電圧が上昇し、図１０のように熱によるウォッシュアウト１９が発生している。また有効表示エリア外周部のブラックマスクのＯＤ値は２〜２．５であり、液晶駆動電圧がＯＮの時、僅かに光抜けがあり、透けている。
【００４９】
（比較例３）
図７（ｃ）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４を含んだ有効表示エリア内のカラーフィルター層に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクが０．２μｍ以上低くなる場合で、この場合は有効表示エリア外周部近傍のセル厚が薄くなり、図８のように液晶画面周辺１６が、液晶駆動電圧がＯＮ状態の時、液晶分子の立ち上がりが早くなり、明るくなっている。また外周部のブラックマスクのＯＤ値は１．５でＯＮ状態の時、黒の締まりは完全ではなく透けたような表示品位になった。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、液晶画面外周のウォッシュアウト、特にバックライトの熱によるウォッシュアウトを改善して、良好な表示品位を提供するとともに、白点、黒点欠陥の少ない高信頼性と、高コントラストを安価な方法で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図２】実施例１のカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図３】実施例２のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図４】実施例２のカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図５】実施例３のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図６】実施例３のカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図７】比較例１〜３のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図８】比較例のカラー液晶表示素子における有効表示エリア外周部近傍の輝度ムラを示す説明図である。
【図９】液晶モジュールのバックライトと液晶表示素子の配置関係を示す説明図である。
【図１０】バックライトの熱によるウォッシュアウト発生状態を示す説明図である。
【図１１】本発明によるカラー液晶表示素子の有効表示エリア外周部近傍を示す説明図である。
【図１２】セル厚差による電圧−輝度特性を示す図である。
【図１３】熱の影響による電圧−輝度特性を示す図である。
【図１４】熱ウォッシュアウトによる輝度特性とセル厚による輝度特性の合成効果を説明する図である。
【図１５】露光量によるカラーフィルター層の膜厚変化を説明する図である。
【図１６】従来技術のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図１７】後付けブラックマスク方式によるカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図１８】先付けブラックマスク方式によるカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図１９】別の従来技術のカラー液晶表示素子の断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 基板
３ カラーフィルター層
４ Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター
５ ブラックマスク
６ オーバーコート層
７ａ、７ｂ 表示用電極
８ａ、８ｂ 配向膜
９ 絶縁膜
１０ プラスチックビーズ
１１ ガラスビーズ
１２ シール材
１３ 液晶層
１４ 感光性樹脂材料
１５ フォトマスク
１６ 液晶画面周辺
１７ バックライト
１８ 液晶表示素子
１９ ウォッシュアウト
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子の表示品位向上に関し、特には感光性樹脂材料を遮光性フィルターとして用いたカラーフィルター層を有するネガ型ＳＴＮ液晶表示素子の表示品位の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６に、従来の感光性樹脂材料を遮光フィルターに用いた、カラーフィルター層を有する液晶表示素子（以下、カラー液晶表示素子という）の断面図を示す。図に示すように、一対のガラス等の透明、絶縁性材料よりなる基板１、２が対向して配置され、一方の基板１の対向面に、カラーフィルター層３、オーバーコート層６、表示用電極７ａ、配向膜８ａが順に形成され、他方のガラス基板２の対向面に、表示用電極７ｂ、絶縁膜９、配向膜８ｂが順に形成されている。表示用電極７ａ、７ｂはストライプ状の電極が互いに直交するようにマトリクス配置されている。そして、これら基板１、２は、有効表示エリア外周部に配されたガラスビーズ１１を含有したシール材１２と、有効表示エリア内に配されたセルギャップコントロール用プラスチックビーズ１０を介して貼り合わされ、シール材１２にて囲まれたガラス基板１、２の間隙に液晶が注入封止され、液晶層１３が形成されている。
【０００３】
次に、感光性樹脂材料を遮光性フィルターとして用いた場合のカラーフィルター層３の製造方法について説明する。図１７は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４を形成した後、ブラックマスク５を形成する製造方法（後付けブラックマスク方式）を示す図であり、図１８は、ブラックマスク５の形成後、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４を形成する製造方法（先付けブラックマスク方式）を示す図である。
【０００４】
図１７に示す後付けブラックマスク方式のカラーフィルター層３の製造方法は、まず、図１７（ａ）に示すように、基板１にＲ、Ｇ、Ｂの各色相の色フィルター４を所定の方法で形成した後、次に、図１７（ｂ）に示すように、全面にカーボン等の遮光材料を含有した感光性樹脂遮光材料１４を印刷法、スピンコート法、又はフィルムラミネート法により形成し、特定波長のＵＶ光を裏面より露光する。その後、図１７（ｃ）に示すように、現像して、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４の各間及び有効表示エリア外周部にブラックマスク５を形成し、図１７（ｄ）に示すように、オーブン等により焼成して熱重合硬化させる製造方法である。
【０００５】
この時、カラーフィルター層は、特開平６−２７３７４３号公報に開示されているように、ＳＴＮ型液晶表示素子の課題であるセルギャップの均一化のためにシール部にもブラックマトリクス層（遮光性フィルター）を設け、かつ、各色相の色フィルター４とブラックマスク５は同等の膜厚に調整されているのが一般的である。また、ブラックマスクの膜厚は、有効表示エリア・有効表示エリア外周部とも同じ膜厚に形成されていた。
【０００６】
図１８は、先付けブラックマスク方式のカラーフィルター層３の製造方法を示し、まず、図１８（ａ）に示すように、基板１にカーボン等の遮光材料を含有した感光性樹脂遮光材料１４を印刷法、スピンコート法、又はフィルムラミネート法により形成し、特定波長のＵＶ光をフォトマスク１５を用いて表面より露光した後、図１８（ｂ）に示すように、現像してＲ、Ｇ、Ｂの各色相の色フィルター間及び有効表示エリア外周部にブラックマスク５を先に形成する。次に、図１８（ｃ）に示すように、オーブン等により焼成して熱重合硬化させた後、図１８（ｄ）に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４を形成する製造方法である。色フィルター４の形成方法としては、ＲまたはＧ、Ｂのいずれかの色フィルターを、特定波長のＵＶ光を裏面より露光し、現像して形成する工程を繰り返しブラックマスク間に順次Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルターを形成する方法、又は特定波長のＵＶ光を表面よりブラックマスク間より大きくして、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルターのエッジがブラックマスクにかかるようにする方法がある。
【０００７】
ここでも、図１７に示した場合と同様に、ブラックマスク５とＲ、Ｇ、Ｂの色フィルター４は、ほぼ同等の膜厚になるよう設計するのが、一般的である。図１８の製造方法の場合は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４の周辺がブラックマスク５に一部重なるので、有効表示エリア内の色フィルターの形状と有効表示エリア外周部の色フィルターの連続性を保つため、有効表示エリア内のドット設計を有効表示エリア外周部まで延ばし、均一性（ほぼ±０）を確保する設計が一般的である。
【０００８】
また、ブラックマスクの膜厚は、有効表示エリアと、有効表示エリア外周部とも同じ膜厚で形成されていた。しかしながら、ブラックマスクの焼成工程での熱重合による膜減り、次工程でのブラシ洗浄、あるいは溶剤洗浄での膜減りがあるため、仕上がりでのブラックマスクは、平均膜厚が調整可能であるものの、ブラックマスクの面内のバラツキは平均値に対し、±０．２５μｍ程度と大きかった。これを解決するために、特開平３−２５２６２２号公報には、基板背面からの露光に加え、基板表面からの露光も行うことにより、ブラックマスクの膜厚のバラツキを解決する方法が提案されている。
【０００９】
また、図１９に示すように、有効表示エリア内のＲ、Ｇ、Ｂの色フィルター４と、ブラックマスク５のドットパターンを有効表示エリア外周部のシール近くまで、連続して形成し、有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差を均一にする方法がある。この場合、膜厚が同等のドットパターンが連続して形成されるため、有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差のバラツキが極めて小さく、均一性は高いが有効表示エリア外周部は黒単色ではないので、光抜けするという欠点を有していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年、液晶表示素子、特にＳＴＮカラー液晶表示素子について、液晶表示素子の画面周辺、特に黒額縁付近のバックライト用光源の熱要因による輝度ムラ及びセメ厚要因による輝度ムラ（ウォッシュアウト）、配線抵抗を原因とする電圧低下による画面左右の輝度ムラ（グラデーション）等の高表示品位、コントラスト３０以上、輝度１００ｃｄ以上、応答速度２００ｍｓ以下当の高特性、高信頼性が要求されており、コントラストにおいては３０：１以上が要求されている。上記要望の中でもとりわけ有効表示エリア外周部近傍の表示品位の均一性の要求が強く、有効表示エリア外周部近傍の輝度ムラ（ウォッシュアウト）に対して、ユーザーより強い改善要望が出されている。
【００１１】
つまり、前述の先行技術では、▲１▼有効表示エリア内の色フィルター及びブラックマスクの膜厚に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクの膜厚が小さい場合、その境界での段差のため、有効表示エリア外周部近傍のセルギャップが薄くなり、液晶駆動電圧がＯＮ状態の時、明るく白抜け（ウォッシュアウト）するという問題が生じる。
【００１２】
また▲２▼有効表示エリア内の色フィルター及びブラックマスクの膜厚に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクの膜厚が大きい場合、その境界での段差のためセルギャップ厚が厚くなり、液晶駆動電圧がＯＮ状態の時、有効表示エリア外周部近傍が暗くなり、有効表示エリア内の面内均一性が損なわれるといった問題が生じる。
【００１３】
また、▲３▼上記▲１▼▲２▼の場合や、有効表示エリア内の色フィルター及びブラックマスクの膜厚と、有効表示エリア外周部のブラックマスクの膜厚が同等の場合でも、近年の液晶モジュールのコンパクト化、軽量化の要求により、バックライトと液晶表示素子が近接する設計が多くなっており、バックライトの発熱により液晶表示素子の周辺が熱の影響を受け、有効表示エリア外周部近傍の液晶のレタデーションが変化して、この部分の液晶駆動電圧が上昇し、熱によるウォッシュアウトが発生するという不具合が生じる。
【００１４】
さらに、有効表示エリア外周部の黒額縁部は黒の締まり具合を良くする（ＯＤ（Optical Density）値を上げる）ためには、ブラックマスクの膜厚は厚い方がよいが、逆に、液晶表示素子全体の光を透過率を上げ、明るく鮮やかな表示品位を得るためには、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルターは薄い方がよく、トレードオフの関係にあるが、液晶表示素子全体の均一性を考えた場合、前述したようにブラックマスクと色フィルターの膜厚を同じにする設計を行っている。つまり、従来の製造方法では有効表示エリア内と有効表示エリア外周部のブラックマスクの膜厚を意図的に変えることは不可能で、表示品位の向上と光学特性の向上を両立して満足することはできなかった。
【００１５】
また、図１９に示す従来技術では、明らかに有効表示エリア外周部近傍の黒の締まり具合は、黒単色のブラックマスクを使用したときより悪くなっていた。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶表示素子の製造方法は、有効表示エリア外周部のシール材を介して貼り合わせ、一対の基板間に液晶を充填し、さらに、上記一対の基板の少なくとも一方には、特定の波長の光を吸収することで光重合を起こす感光性樹脂材料を用いてなるカラーフィルター層が形成されてなる液晶表示素子の製造方法において、上記感光性樹脂材料よりなるカラーフィルター層の有効表示エリア、または、有効表示エリア内及び有効表示エリア外周部の一部分をマスキングし、表面側より特定波長の光で露光度を調整して露光し、焼成することで、カラーフィルター層を有効表示エリアに対し、有効表示エリア外周部全域もしくはその一部の層厚を大きくし、かつ、その層厚の差を、有効表示エリア内であって有効表示エリア外周部全域もしくはその一部の近傍の液晶層の厚みが、有効表示エリア中央部の厚みより０．０５〜０．２μｍ大きくなるように調整することを特徴としている。
【００１９】
ここで、上記特定の波長の光を吸収することで光重合を起こす感光性樹脂材料を用いてなる色相の色フィルターは、遮光性フィルターであることが好ましい。
【００２０】
また、上記液晶が、液晶分子のねじれ角を１８０度から３６０度にしたＳＴＮ型液晶であることが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明において、感光性樹脂材料よりなるカラーフィルター層の有効表示エリア内及び有効表示エリア外周部の一部分をマスキングし、表面側より特定波長の光で露光量を調整して露光して、カラーフィルター層を有効表示エリア内に対し、有効表示エリア外周部の一部分の膜厚を大きくし、かつ、その膜厚の差を、有効表示エリア内であって有効表示エリア外周部近傍の一部の液晶層の厚みが、有効表示エリア中央部の厚みより０．０５〜０．２μｍ大きくなるよう上記露光量を調整することが好ましい。
【００２３】
以下にこれらの構成による作用を説明する。
【００２４】
図１１に、本発明の作用を説明するための有効表示エリア外周部付近の拡大模式図を示す。
【００２５】
有効表示エリア内であって、有効表示エリア外周部近傍のセル厚（液晶層の厚み）ｄ１と有効表示エリア外周部近傍以外、即ち、有効表示エリア外周部及び有効表示エリア中央部のセル厚ｄの関係は、ｄ１＞ｄとなっている。ここで、有効表示エリア外周部近傍のセル厚を有効表示エリア外周部近傍以外のセル厚より大きくする方法としては、有効表示エリア外周部の種々の膜（配向膜、表示用電極、平坦化層、カラーフィルター、その他）を二重構造にする、その部分の膜厚を厚く形成する、有効表示エリア外周部付近のスペーサの粒径を変える等が考えられる。このセル厚の差は、ネガ型液晶表示素子の場合、図１２に示すように表示特性であるＶ−Ｔカーブ（電圧−輝度特性）の差として現れる。図１２の横軸は印加電圧、縦軸は輝度を示し、実線は正常部のＶ−Ｔカーブを示し、点線はセル厚大の部分のＶ−Ｔカーブを示す。図１２より分かるように、セル厚の大きい方がＶ−Ｔカーブの立ち上がりが遅れ、セル厚ｄ１とｄの境界部でオフ電圧Ｖｏｆｆ時の輝度差が生じることになる。ネガ型液晶表示素子の場合、有効表示エリア外周部近傍が暗くなる傾向になる。
【００２６】
また、前述の本発明の課題であるバックライトの熱によるウォッシュアウトは、有効表示エリア外周部近傍の液晶の屈折率異方性△ｎがバックライトの熱により変化することが原因で発生するものである。この時のＶ−Ｔカーブを図１３に示す。実線は正常部のＶ−Ｔカーブ、点線は熱ウォッシュアウト部のＶ−Ｔカーブを示し、この図より、オフ電圧Ｖｏｆｆ時の輝度が設計値（有効表示エリア中央部）よりも、有効表示エリア外周部近傍で高くなっていることが判る。ちなみに、この時の輝度差は約６ｃｄであった。特に、液晶表示素子がネガ型の場合、オフ電圧Ｖｏｆｆ時に光を遮光するため表示は暗状態であり、暗状態の中では人間の目は輝度差に非常に敏感であり、液晶表示素子の輝度ムラとして認識されていた（経験より、この暗状態の状況では、人間の目には輝度差が４ｃｄを越えると輝度ムラとして認識されることが判っている）。ちなみにＶｏｎ時は明状態であり、この状態では人間の目には輝度に対して鈍感であり、ムラとして認識しにくい状況である。
【００２７】
そして、本発明の請求項１の構成では、上記二つの現象が合成されることになり、その結果、熱によるウォッシュアウトが軽減されることになるのである。つまり、オフ電圧Ｖｏｆｆ時の熱ウォッシュアウトによる輝度アップが、セル厚の差による輝度低下により相殺されるのである。
【００２８】
さらに、この合成効果は模式図１４に示すように、セル厚差（ｄ１−ｄ）によって変化する。図１４の横軸はセル厚差（ｄ１−ｄ）、縦軸は輝度差を示し、実線Ａは熱ウォッシュアウトの影響を示し、実線Ｂはセル厚差により発生する輝度差を示し、点線Ｃは合成の輝度差を示す。そして、人間の目には輝度ムラとして認識されないレベル（輝度差４ｃｄ以内）を達成するためには、セル厚差（ｄ１−ｄ）を０．０５〜０．２μｍに設定する必要があった。つまり、セル厚差が０．０５μｍより小さい場合、輝度差が４ｃｄ以上となり、熱ウォッシュアウトによる輝度ムラが観測される。セル厚差が０．２μｍを越えると逆に有効表示エリア外周部近傍が暗くなり輝度ムラとして観測されてしまうのである。
【００２９】
また、前記カラーフィルター層のブラックマスクに感光性樹脂材料を用いることにより、カラーフィルター層の膜厚制御をＵＶ光量を調節することにより達成することができるようになる。つまり図１５に、横軸に焼成温度、縦軸に膜厚をとり、初期膜厚に対して露光量を変化させた時の膜厚変化を示すように、露光量を加減してカラーフィルター層を焼成することにより、それぞれの膜減り量に変化が生じる。つまり、露光量を増加すると、膜厚の変化は少なく、露光量を多くすると膜厚の変化は大きくなる。本発明はこの関係を利用し、カラーフィルターの最終の膜厚を制御することができるようになる。
【００３０】
また、有効表示エリア外周部の膜厚を厚く形成するカラーフィルター層の色相を黒色（遮光性フィルター）とすることにより、膜厚が大きいことと、遮光性との相乗効果により有効表示エリア外周部（額縁部）の遮光率が向上することになり、有効表示エリア外周部のすっきり感が向上することになる。有効表示エリア内は、他の色フィルター（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の膜厚に調整でき、周辺部のみの遮光性を向上することができる。
【００３１】
また、ＳＴＮ型液晶表示素子は、セル厚の差に対する特性の変化が大きく、例えば、セル厚が有効表示エリア内で０．０５μｍ変化すると、濃淡差としてムラに見えてしまう。このため、本発明はこのことを逆に利用し、有効表示エリア内のセル厚に対し、有効表示エリア外周部近傍のセル厚を０．０５〜０．２μｍの差を設けることで表示品位を向上させることができるようになるのである。
【００３２】
また、有効表示エリア内をマスキングし、有効表示エリア外周部のみＵＶ光を表面より照射することで、有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の感光性樹脂材料の膜減り量に差を設けることが可能となり、ＵＶ光の光量の調整により最終段階での膜厚差を制御することが可能となる。
【００３３】
また、有効表示エリア内及び有効表示エリア外周部の一部をマスキングし、マスキング外の有効表示エリア外周部のみＵＶ光を表面より照射することで、有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の感光性樹脂材料の膜減り量に差を設けることが可能となり、ＵＶ光の光量の調整により最終段階での膜厚差を制御することが可能となり、しかも、特定の有効表示エリア外周部のみこの差を設けることが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
【００３５】
（実施例１）
図１は、本発明を後付けブラックマスク方式でカラーフィルター層を形成したＳＴＮカラー液晶表示素子の断面図である。図２（ａ）〜（ｆ）はカラーフィルター層の形成方法を工程順に示す図である。
【００３６】
図２（ａ）に示すように、ガラス等の透明、絶縁性材料よりなる基板１にＲ、Ｇ、Ｂの各色相の色フィルター４を各色とも初期膜厚が２μｍのフィルムを使用し、フィルムラミネート法により、所定のパターンに形成後、図２（ｂ）に示すように、有効表示エリア外周部の表面側露光量を有効表示エリア内より多くすることを考慮し、初期膜厚２．１５μｍのカーボンブラック等の遮光材料を含む感光性樹脂遮光材料よりなるブラックフィルム１４を、フィルムラミネート法により基板全面に形成し、裏面側より３５６ｎｍのＩ線ＵＶ光を３８ｍｊ露光する。その後、図２（ｃ）に示すように、現像してブラックマスク５を形成し、次に図２（ｄ）に示すように、表面側より３５６ｎｍのＩ線ＵＶ光を０．５〜５ｍｊ（好ましくは２ｍｊ）全面露光する。その後、図２（ｅ）に示すように、フォトマスク２０により有効表示エリア外周部のブラックマスク部のみ、表面側よりさらに３５６ｎｍのＩ線ＵＶ光を５０ｍｊ露光し、図２（ｆ）に示すように、２５０℃のＩＲオーブンにて焼成し、最終硬化させた。最終工程の結果、有効表示エリア内のカラーフィルター層の膜厚は、２．０μｍとなり、有効表示エリア外周部のカラーフィルター層の膜厚は、２．１５μｍになった。
【００３７】
このカラーフィルター層３上にオーバーコート層６、表示用電極７ａ、配向膜８ａを順に配し、他方、基板２上に表示用電極７ｂ、絶縁膜９、配向膜８ｂを順に配した対向側の基板とを相対向させる。表示用電極７ａ、７ｂはストライプ状の電極が互いに直交するようにマトリクス配置する。そして、有効表示エリア内にセルギャップコントロール用プラスチックビーズ１０を均一に分布させるとともに、周辺をセル厚保持用ガラスビーズ１１を含有したエポキシ系シール剤１２で貼り合わせ、ねじれ角が１８０゜から３００゜、好ましくは２４０゜〜２６０゜のＳＴＮ液晶を注入封入してＳＴＮカラー液晶表示素子を作成した。
【００３８】
この液晶表示素子のカラーフィルター層の有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差は＋０．１５μｍ、段差のバラツキは＋０．１〜＋０．２μｍとなり、液晶モジュール状態での液晶画面近傍はウォッシュアウトのない均一なものとなり、かつ有効表示エリア内の表示品位は平滑で均一なものになった。さらに液晶モジュールを長時間点灯させた場合でも、バックライト近傍の液晶画面の光ヌケは見られなかった。またカラーフィルター層は、ブラックマスクの膜硬度が上がったことで、遮光率が向上し、コントラストは３０：１に向上し、有効表示エリア外周部の黒の締まり具合も向上して表示品位が向上し、さらに異物対策のためアルミナ等を含んだ全面研磨を実施することも可能となり、液晶表示素子の欠陥である白点、黒点不良も同様に激減した。
【００３９】
（実施例２）
図３は、本発明を後付けブラックマスク方式でカラーフィルター層を形成したＳＴＮカラー液晶表示素子の断面図を示す。また、図４（ａ）〜（ｆ）はカラーフィルター層の形成方法を工程順に示す図である。
【００４０】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、図２（ａ）〜図２（ｃ）と同様の工程が行われ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色相の色フィルター４、ブラックマスク５の形成後、図４（ｄ）に示すように、表面側より３５６ｎｍのＩ線ＵＶ光を０．５〜５ｍｊ（好ましくは２ｍｊ）全面露光する。その後、図４（ｅ）に示すように、フォトマスク２１により有効表示エリア外周部のブラックマスクの一部分、すなわち、液晶モジュールに組み込んだ時、バックライトが配される辺のみ、さらに３５６ｎｍのＩ線ＵＶ光を５０ｍｊ露光し、図４（ｅ）に示すように、２５０℃のＩＲオーブンにて焼成し、最終硬化させた。最終工程の結果、有効表示エリア内のカラーフィルター層の膜厚は、２．０μｍとなり、有効表示エリア外周部のバックライトが配される辺のカラーフィルター層の膜厚は、２．１５μｍになった。
【００４１】
このカラーフィルター層３上にオーバーコート層６、表示用電極７ａ、配向膜８ｂを順に配し、他方基板２上に表示用電極７ｂ、絶縁膜９、配向膜８ｂを順に配した対向側の基板を相対向させ、セルギャップコントロール用プラスチックビーズ１０とセル厚保持用ガラスビーズ１１を含有したエポキシ系シール剤１２で貼り合わせ、ＳＴＮ液晶を注入封入してＳＴＮカラー液晶表示素子を作成した。この液晶表示素子のバックライトが配される辺のカラーフィルター層の有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差は＋０．１５μｍ、バラツキは＋０．１〜＋０．２μｍとなり、それ以外の有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差は、ほぼ＋０．０５μｍであった。この時、液晶モジュール状態での液晶画面近傍はウォッシュアウトのない均一なものになった。さらに長時間点灯によるバックライト近傍の液晶画面の光ヌケは見られなかった。又カラーフィルター層はブラックマスクの膜硬度が上がったことで、コントラストは３０：１に向上し、有効表示エリア外周部の黒の締まり具合も向上して表示品位が向上し、異物対策のためアルミナ等を含んだ全面研磨を実施することが可能となり、液晶表示素子の欠陥である白点、黒点不良も同様に激減した。
【００４２】
（実施例３）
図５は、本発明を先付けブラックマスク方式でカラーフィルター層を形成したＳＴＮカラー液晶表示素子の断面図を示す。図６（ａ）〜（ｅ）はカラーフィルター層の形成方法を工程順に示す図である。
【００４３】
ガラス等の透明、絶縁性材料よりなる基板１に、感光性樹脂材料よりなり初期膜厚が１．９μｍのブラックフィルムを、フィルムラミネート法により基板全面に形成し、図６（ａ）に示すように、フォトマスク１５により所定のパターンに３５６ｎｍのＩ線ＵＶ光で５０ｍｊ露光し、図６（ｂ）に示すように、現像してブラックマスクを形成する。次に図６（ｃ）に示すように、さらに別のフォトマスク２２により有効表示エリア外周部のブラックマスク部の一部分、すなわち、液晶モジュールに組み込んだ時、バックライトが配される辺のみ、さらに３５６ｎｍのＩ線ＵＶ光を５０ｍｊ露光し、図６（ｄ）に示すように焼成した後、図６（ｅ）に示すようにＲ、Ｇ、Ｂの色フィルター４を各色初期膜厚２μｍのフィルムを使用し、フィルムラミネート法により所定のパターンに形成し、２５０℃のＩＲオーブンにて最終硬化させた。最終工程の結果、有効表示エリア内のカラーフィルター層の膜厚は、２．０μｍとなり、有効表示エリア外周部のカラーフィルター層の膜厚は、２．１５μｍになった。
【００４４】
このカラーフィルター層３上にオーバーコート層６、表示用電極７ａ、配向膜８ａを順に配し、他方、基板２上に表示用電極７ｂ、絶縁膜９、配向膜８ｂを順に配した対向側の基板を相対向させ、セルギャップコントロール用プラスチックビーズ１０とセル厚保持用ガラスビーズ１１を含有したエポキシ系シール剤１２で貼り合わせ、液晶を注入封止してＳＴＮカラー液晶表示素子を作成した。
【００４５】
この液晶表示素子のカラーフィルター層の有効表示エリア内と有効表示エリア外周部の段差は＋０．１μｍ、バラツキは＋０．０５〜＋０．１５μｍとなり、液晶モジュール状態での液晶画面近傍はウォッシュアウトのない均一なものとなり、かつ有効表示エリア内の表示品位は平滑で均一なものになった。またカラーフィルター層は表面側より露光しているため、ブラックマスク膜硬度が高く、膜減りが少ないためブラックマスクの遮光率が高く、コントラス３２：１に向上し、有効表示エリア外周部の黒の締まり具合も向上して表示品位が向上した。さらに異物対策のためアルミナ等を含んだ全面研磨を実施することが可能で、カラーフィルター層に起因する異物はほとんど除去され、液晶表示素子の欠陥である白点、黒点不良も同様に激減した。
【００４６】
（比較例）
以下に従来技術による液晶表示素子の比較例を示す。
【００４７】
（比較例１）
図７（ａ）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４を含んだ有効表示エリア内のカラーフィルター層に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクが０．２５μｍ高くなる場合で、この場合は有効表示エリアと有効表示エリア外周部の段差が大きいため、有効表示エリア外周部近傍のセル厚が厚くなり、図８の液晶画面周囲１６が、液晶駆動電圧がＯＮ状態のとき、液晶分子の立ち上がりが遅く、暗くなる。また、有効表示エリアと有効表示エリア外周部の段差が大きいため、配向膜処理や、ラビング処理にて膜面の均一性が悪くなり、配向むらや、ラビングスジむら等が発生しやすくなり表示品位が低下した。
【００４８】
（比較例２）
図７（ｂ）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４を含んだ有効表示エリア内のカラーフィルター層に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクが同一の膜厚の場合であるが、図９に示すように、バックライト１７と、液晶表示素子１８が近接し、バックライト１７の発熱による液晶表示素子１８の周辺が熱の影響を受けやすく、有効表示エリア近傍の液晶のレタデーションが変化して、この部分の液晶駆動電圧が上昇し、図１０のように熱によるウォッシュアウト１９が発生している。また有効表示エリア外周部のブラックマスクのＯＤ値は２〜２．５であり、液晶駆動電圧がＯＮの時、僅かに光抜けがあり、透けている。
【００４９】
（比較例３）
図７（ｃ）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター４を含んだ有効表示エリア内のカラーフィルター層に対し、有効表示エリア外周部のブラックマスクが０．２μｍ以上低くなる場合で、この場合は有効表示エリア外周部近傍のセル厚が薄くなり、図８のように液晶画面周辺１６が、液晶駆動電圧がＯＮ状態の時、液晶分子の立ち上がりが早くなり、明るくなっている。また外周部のブラックマスクのＯＤ値は１．５でＯＮ状態の時、黒の締まりは完全ではなく透けたような表示品位になった。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、液晶画面外周のウォッシュアウト、特にバックライトの熱によるウォッシュアウトを改善して、良好な表示品位を提供するとともに、白点、黒点欠陥の少ない高信頼性と、高コントラストを安価な方法で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図２】実施例１のカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図３】実施例２のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図４】実施例２のカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図５】実施例３のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図６】実施例３のカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図７】比較例１〜３のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図８】比較例のカラー液晶表示素子における有効表示エリア外周部近傍の輝度ムラを示す説明図である。
【図９】液晶モジュールのバックライトと液晶表示素子の配置関係を示す説明図である。
【図１０】バックライトの熱によるウォッシュアウト発生状態を示す説明図である。
【図１１】本発明によるカラー液晶表示素子の有効表示エリア外周部近傍を示す説明図である。
【図１２】セル厚差による電圧−輝度特性を示す図である。
【図１３】熱の影響による電圧−輝度特性を示す図である。
【図１４】熱ウォッシュアウトによる輝度特性とセル厚による輝度特性の合成効果を説明する図である。
【図１５】露光量によるカラーフィルター層の膜厚変化を説明する図である。
【図１６】従来技術のカラー液晶表示素子の断面図である。
【図１７】後付けブラックマスク方式によるカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図１８】先付けブラックマスク方式によるカラーフィルター層の製造方法を示す図である。
【図１９】別の従来技術のカラー液晶表示素子の断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 基板
３ カラーフィルター層
４ Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルター
５ ブラックマスク
６ オーバーコート層
７ａ、７ｂ 表示用電極
８ａ、８ｂ 配向膜
９ 絶縁膜
１０ プラスチックビーズ
１１ ガラスビーズ
１２ シール材
１３ 液晶層
１４ 感光性樹脂材料
１５ フォトマスク
１６ 液晶画面周辺
１７ バックライト
１８ 液晶表示素子
１９ ウォッシュアウト
Claims (1)
- 有効表示エリア外周部のシール材を介して貼り合わせ、一対の基板間に液晶を充填し、さらに、上記一対の基板の少なくとも一方には、特定の波長の光を吸収することで光重合を起こす感光性樹脂材料を用いてなるカラーフィルター層が形成されてなる液晶表示素子の製造方法において、
上記感光性樹脂材料よりなるカラーフィルター層の有効表示エリア、または、有効表示エリア内及び有効表示エリア外周部の一部分をマスキングし、表面側より特定波長の光で露光度を調整して露光し、焼成することで、カラーフィルター層を有効表示エリアに対し、有効表示エリア外周部全域もしくはその一部の層厚を大きくし、かつ、その層厚の差を、有効表示エリア内であって有効表示エリア外周部全域もしくはその一部の近傍の液晶層の厚みが、有効表示エリア中央部の厚みより０．０５〜０．２μｍ大きくなるように調整することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
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