JP3823605B2

JP3823605B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP3823605B2
Application number: JP14359099A
Authority: JP
Inventors: 亮太水迫
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1999-05-24
Filing date: 1999-05-24
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2019-05-24
Also published as: JP2000330121A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶表示素子においては、一対のガラス基板間に封止された液晶層に厚みムラがあると、表示ムラが発生して視認性が低下するため、一対のガラス基板間の間隔を均一に保って液晶層の厚みを一定にする必要がある。
このような液晶表示素子としては、例えば、一対のガラス基板間にビーズ状のスペーサを散在させ、この散在されたビーズ状のスペーサにより一対のガラス基板間を所定間隔に保つようにしたものがある。しかし、この液晶表示素子では、ビーズ状のスペーサを一様で均一に散在させる必要があるが、ビーズ状のスペーサが団子状態になりやすく不安定であるため、液晶分子の配列が乱れて表示不良を起こしやすいほか、十分な耐圧強度が得られないなどの問題がある。
【０００３】
このような問題を解消した液晶表示素子として、一対のガラス基板間に柱状スペーサを形成し、これら柱状スペーサによって一対のガラス基板を所定間隔に保つようにしたものが提案されている。
図１０はその一例を示した図である。この液晶表示素子は、カラー画像を表示するアクティブタイプのものであり、一対の透明なガラス基板１、２を備えている。これら一対のガラス基板１、２は、上下に対向して配置されている。
この場合、下側のガラス基板２の対向面（同図では上面）には、ＩＴＯなどからなる透明な画素電極３が行方向および列方向に配列形成されており、各画素電極３の近傍には、それぞれＴＦＴ（薄膜トランジスタ）４が各画素電極３と電気的に接続されて形成されている。なお、下側のガラス基板２の下面には、ＴＦＴ４と対応する箇所に遮光部５が形成された透明板６が設けられている。
【０００４】
また、上側のガラス基板１の対向面（同図では下面）には、ブラックマトリクス７およびカラーフィルタ８が形成されている。ブラックマトリクス７は、クロムなどの金属からなり、ＴＦＴ４の誤動作および画素電極３間の配線部による反射などを防止するために、所定の線幅で画素電極３間およびＴＦＴ４に対応して設けられている。この場合、各画素電極３に対応する箇所には、それぞれ開口部７ａが形成されている（図１１参照）。カラーフィルタ８は、赤、緑、青の各フィルタ部８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを互い違いに配列したもので、これら各フィルタ部８Ｒ、８Ｇ、８Ｂがブラックマトリクス７の開口部７ａに対応して形成されているとともに、各フィルタ部８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの互いに隣接する境界部分がブラックマトリクス７の線幅上に位置した状態で形成されている。なお、このカラーフィルタ８の下面には、ＩＴＯなどの透明な共通電極９が形成されている。
【０００５】
これら一対のガラス基板１、２は、図１０に示すように、上側の共通電極９と下側の画素電極３とが対向して配置され、これらの間におけるブラックマトリクス７と画素電極３間とに対応する所定箇所、例えば図１１に示す代表的な位置Ｐ１〜Ｐ３のいずれかに柱状スペーサ１０がそれぞれ形成され、これら柱状スペーサ１０により所定間隔Ｃを保って接合されている。そして、一対のガラス基板１、２間には、液晶１１がシール材（図示せず）により封止されている。
ところで、このような柱状スペーサ１０を形成する場合には、上下一対のガラス基板１、２のうち、上側のガラス基板１を上下反転させ、このガラス基板１の上面（図１０では下面）にブラックマトリクス７およびカラーフィルタ８を介して形成された共通電極９の表面（以下、説明の都合上、カラーフィルタ８の表面という）に、感光性樹脂などのスペーサ材料を塗布して成膜し、このスペーサ材料をフォトリソグラフィ法によりパタンニングすることにより、柱状スペーサ１０をブラックマトリクス５と対応する所定箇所に形成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような液晶表示素子のカラーフィルタ８では、図１２に示すように、ブラックマトリクス７に対応する箇所で互いに隣接する各フィルタ部８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ同士が重なり合って突起状になるのを防ぐために、各フィルタ部８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの境界部分に１〜４μｍ程度の隙間Ｓが形成され、この境界部分の隙間Ｓがブラックマトリクス７の線幅のほぼ中心に位置している。
このため、ブラックマトリクス７の線幅の中心付近に対応する箇所のカラーフィルタ８上に柱状スペーサ１０を形成すると、図１２に示すように、フィルタ部８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの境界部分の隙間Ｓによって柱状スペーサ１０の上端面が凹んでしまう。このように柱状スペーサ１０の上端面が凹んだ形状になると、一対のガラス基板１、２を貼り合わせるときに、一対のガラス基板１、２を支える柱状スペーサ１０の面積が小さくなり、耐圧が低下し、一対のガラス基板１、２間を所望する間隔Ｃに形成することができなくなる。
【０００７】
すなわち、柱状スペーサ１０は、例えば、図１３に示すように、一辺の長さが１０μｍの正方形状の場合、曲線Ｑ１で示すように、加重が大きくなるに従って柱状スペーサ１０の変形量も大きくなり、また一辺の長さが２０μｍの正方形状の場合には、曲線Ｑ２で示すように、加重が大きくなっても柱状スペーサ１０の変形量はあまり大きくならず、さらに長辺の長さが３０μｍの長方形状の場合には、曲線Ｑ３で示すように、加重が大きくなっても柱状スペーサ１０の変形量はほとんど変化せず、これらにより柱状スペーサ１０の断面積が大きくなるに従って耐圧が高くなる。
このようなことから、柱状スペーサ１０の断面積を大きくして耐圧を高めることが考えられるが、通常、ブラックマトリクス７の線幅が１５〜２０μｍであるため、断面積をあまり大きくすると、柱状スペーサ１０がブラックマトリクス７からはみ出してしまい、ブラックマトリクス７に対応しなくなるという問題が生じる。
【０００８】
そこで、柱状スペーサ１０の断面積を大きくせず、柱状スペーサ１０の上端面が凹んだ形状にならないようにするために、図１４に示すように、カラーフィルタ８の各フィルタ部８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの互いに隣接する境界部分の隙間Ｓを広くし、この隙間Ｓに位置するブラックマトリクス７上に柱状スペーサ１０を形成することが検討されている。
このような方法では、カラーフィルタ８を形成するときに、例えば、第１工程で赤色のフィルタ部８Ｒを形成し、第２工程で緑色のフィルタ部８Ｇを形成し、第３工程で青色のフィルタ部８Ｂを形成すると、これら各工程における成膜およびパタンニングのプロセスで、図１５に示すように、第２工程の緑色のフィルタ部８Ｇの一端部、および第３工程の青色のフィルタ部８Ｂの両端部にそれぞれ突起１２が形成される。
【０００９】
このため、各フィルタ部８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの境界部分の隙間Ｓに露呈したブラックマトリクス７上に柱状スペーサ１０を形成する際、図１６に２点鎖線で示すように、カラーフィルタ８の表面にスペーサ材料１０ａを塗布すると、緑色および青色の各フィルタ部８Ｇ、８Ｂの各突起１２に対応する箇所のスペーサ材料１０ａが盛り上がってしまう。この状態で、スペーサ材料１０ａをパタンニングして柱状スペーサ１０を形成すると、図１６に実線で示すように、例えば、赤色のフィルタ部８Ｒと青色のフィルタ部８Ｂとの境界部分の隙間Ｓでは、青色のフィルタ部８Ｂの突起１２と柱状スペーサ１０との間隔が狭いことから、スペーサ材料１０ａの盛り上がった部分の一部が柱状スペーサ１０の上端面に突起部１３として残る。このため、この突起部１３が一対のガラス基板１、２を支えることになり、この突起部１３の先端部分の面積が小さいため、柱状スペーサ１０の耐圧が低下するという問題が生じる。
【００１０】
また、このような方法では、柱状スペーサ１０を形成するときのアライメントのズレにより、例えば、図１７に示すように、柱状スペーサ１０の一部がフィルタ部８Ｒに重なってしまう可能性がある。この場合には、フィルタ部８Ｒと重なった部分に突起部１４が形成されるため、上記と同様、柱状スペーサ１０の耐圧が低下する。これを避けるために、各フィルタ部８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの境界部分の隙間Ｓを広くしてアライメントのズレを予め見込んでおく必要があるが、隙間Ｓを広くするためにはブラックマトリクス７の線幅を広くしなければならず、開口部７ａの開口率の低下を招いてしまう。
【００１１】
この発明の課題は、柱状スペーサを安定した形状に形成でき、十分な耐圧が得られるようにすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の液晶表示素子は、液晶が封入される一対の透明な基板のうち、一方の基板の対向面にブラックマトリクスを形成するとともに、このブラックマトリクスを覆って、このブラックマトリックスの線幅上に隙間を設けて互いに隣接させてそれぞれ一層に配置された複数色のカラーフィルタを形成し、前記ブラックマトリクスに対応する互いに隣接したカラーフィルタの一方の、このカラーフィルタの縁の近傍の境界部に形成される突起より内側の平坦面上に、前記カラーフィルタとは異なる樹脂からなり、前記一対の基板を所定間隔で支える柱状スペーサを形成したことを特徴とする。
この発明によれば、ブラックマトリクスに対応するカラーフィルタの平坦面に柱状スペーサを形成したので、柱状スペーサを先端面が平坦な安定した形状に形成することができ、これにより十分な耐圧を得ることができる。
【００１３】
この場合、請求項２に記載のごとく、互いに隣接する各フィルタ部の境界部分が前記ブラックマトリクスの各線幅の中心から一定方向にずれた位置に形成され、前記柱状スペーサは、前記ブラックマトリクスに対応する範囲が広いフィルタ部の平坦面に形成されていることにより、一対の基板を支えるのに必要な柱状スペーサの断面積を十分に確保することができる。
また、請求項３に記載のごとく、前記カラーフィルタの表面には、表面が平坦で透明な保護膜が形成され、前記柱状スペーサは、前記ブラックマトリクスに対応する前記保護膜の表面に形成されていることにより、十分に広い断面積の柱状スペーサを安定した形状で形成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、図１〜図３を参照して、この発明の液晶表示素子の第１実施形態について説明する。なお、図１０に示された液晶表示素子と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
図１は液晶表示素子の上側のガラス基板を上下反転した状態の平面図、図２はそのＸ−Ｘ矢視断面図、図３は図２の要部の拡大断面図である。
この液晶表示素子に用いられる上側のガラス基板１の上面には、図１および図２に示すように、ブラックマトリクス７およびカラーフィルタ２０が形成されている。
ブラックマトリクス７は、従来例と同様、所定の線幅（１５〜２０μｍ程度）で画素電極３間およびＴＦＴ４に対応して形成されており、これにより各画素電極３に対応する箇所には、それぞれ開口部７ａが形成されている（図１１参照）。
【００１５】
カラーフィルタ２０は、赤、緑、青のフィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂを互い違いに配列したもので、例えば、第１工程で赤色のフィルタ部２０Ｒが形成され、第２工程で緑色のフィルタ部２０Ｇが形成され、第３工程で青色のフィルタ部２０Ｂが形成され、これら各フィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂがブラックマトリクス７の開口部７ａに対応して形成されているとともに、各フィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの互いに隣接する各境界部分がブラックマトリクス７の各線幅上に位置し、かつ各線幅の中心から一定方向（図２では右方向）にずれた状態で形成されている。すなわち、フィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの互いに隣接する各境界部分には、その端部同士が重なり合って突起状になるのを防ぐために、４μｍ程度の隙間Ｓがそれぞれ形成されており、これら隙間Ｓは、図２および図３に示すように、ブラックマトリクス７の線幅の中心から右側にずれた位置にそれぞれ設けられている。
【００１６】
例えば、図３に示すように、赤色のフィルタ部２０Ｒと青色のフィルタ部２０Ｂとが隣接する箇所において、右側に位置する赤色のフィルタ部２０Ｒの左端部では、ブラックマトリクス７に重なり合う範囲が、アライメント精度を考慮して、３μｍ程度に狭くなっており、左側の青色のフィルタ部２０Ｂの右端部では、ブラックマトリクス７に重なり合う範囲が、８〜１３μｍ程度と広くなっている。なお、このカラーフィルタ２０の上面には、ＩＴＯなどの透明な共通電極（図示せず）が形成されている。
このカラーフィルタ２０におけるブラックマトリクス７と対応する箇所の各フィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ上には、図１および図２に示すように、それぞれ柱状スペーサ２１が形成されている。すなわち、柱状スペーサ２１は、ブラックマトリクス７と対応する箇所の各フィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂのうち、ブラックマトリクス７と重なり合う範囲が広いフィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの各右端部における平坦面、つまり図３に示すようにフィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの製造プロセスで形成される突起１２を避けた平坦面に形成されている。なお、この柱状スペーサ２１は、従来の柱状スペーサ１０と同様のプロセスで形成される。
【００１７】
このような液晶表示素子では、カラーフィルタ２０の各フィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの境界部分の隙間Ｓをブラックマトリクス７の線幅の中心から右側にずらしたことにより、各フィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの両端部において、ブラックマトリクス７と重なり合う範囲を異ならせ、ブラックマトリクス７と重なり合う各フィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの各右端部を各左端部よりも十分に広くしたので、フィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの各右端部に、その製造プロセスで形成された突起１２を避けても、十分に広い平坦面を確保することができ、この平坦面に柱状スペーサ２１を形成するので、柱状スペーサ２１の上端面が平坦な安定した形状の柱状スペーサ２１を形成することができるとともに、一対のガラス基板１、２を支えるのに必要な柱状スペーサ２１の断面積を確保することができ、これにより十分な耐圧性を有する液晶表示素子を得ることができる。
【００１８】
［参考例］
次に、図４〜図７を参照して、参考例について説明する。この参考例は、図１〜図３に示された第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この液晶表示素子は、柱状スペーサ２１を同色のフィルタ部に形成した構成で、これ以外は第１実施形態と同じ構成になっている。
すなわち、柱状スペーサ３１は、ブラックマトリクス７に対応する箇所の各フィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂのうち、特に第１工程で形成された赤色のフィルタ部２０Ｒに形成されている。この場合、柱状スペーサ３１は、その総数が第１実施形態よりも少ないので、各断面積が第１実施形態よりも大きく形成されている。
【００１９】
このような液晶表示素子では、各フィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂのうち、第１工程で赤色のフィルタ部２０Ｒが形成されていることにより、赤色のフィルタ部２０Ｒの両端部に突起１２が形成されておらず、赤色のフィルタ部２０Ｒ全体が最も安定した平坦面に形成されているため、第１実施形態のように突起１２を避けて柱状スペーサ３１を形成する必要がなく、柱状スペーサ３１の形成領域を第１実施形態よりも広くすることができる。このため、柱状スペーサ３１の断面積が第１実施形態よりも大きくても、柱状スペーサ３１をブラックマトリクス７に対応する赤色のフィルタ部２０Ｒに安定した形状で十分に形成することができる。この場合、図７に示すように、柱状スペーサ３１のアライメントが多少ずれて、柱状スペーサ３１が赤色のフィルタ部２０Ｒから外れたとしても、柱状スペーサ３１の一部が欠けるだけで、図１７に示す従来例の場合に比べて、上端面の面積が大きく、かつ柱状スペーサ３１全体の形状が安定的であるから、柱状スペーサ３１の耐圧を確保でき、歩留まりが良く、かつ十分な耐圧性を有する液晶表示素子を得ることができる。
【００２０】
［第２実施形態］
次に、図８および図９を参照して、この発明の液晶表示素子の第２実施形態について説明する。この場合にも、図１〜図３に示された第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この液晶表示素子は、カラーフィルタ２０の上面に透明な保護膜４０を形成し、この保護膜４０上に柱状スペーサ２１を形成した構成で、これ以外は第１実施形態と同じ構成になっている。
すなわち、保護膜４０は、アクリル系樹脂などをベースにした熱硬化性の透明な有機材料で、その粘度が約１５ｃｐ以下のもである。この保護膜４０は、有機材料をスピンコートなどによりカラーフィルタ２０の表面に塗布して十分にレべリングした後、ホットプレートなどで乾燥することにより、膜厚が１．５〜３μｍ程度で、表面が平坦な状態で形成されている。柱状スペーサ２１は、ブラックマトリクス７に対応する箇所のフィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂのうち、ブラックマトリクス７と重なり合う範囲が広いフィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの各右端部上の保護膜４０にそれぞれ形成されている。
【００２１】
このような液晶表示素子の保護膜４０では、粘度が１５ｃｐ以下であるから、カラーフィルタ２０の表面の低い箇所に有機材料が良好に流れ、表面が平坦に形成される。また、この保護膜４０では、膜厚が１．５〜３μｍ程度に形成され、膜厚が１．５μｍ以上であることにより、下地のカラーフィルタ２０の突起１２を十分に埋めることができ、また膜厚が３μｍ以下であることにより、保護膜４０上にスパッタリングなどでＩＴＯなどからなる共通電極（図示せず）を形成する際に保護膜４０にシワが発生するのを防ぎ、かつ光の透過率の低下をも抑えることができる。
このように、この液晶表示素子によれば、カラーフィルタ２０の各フィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ上に透明な保護膜４０を形成したので、この保護膜４０によりカラーフィルタ２０の突起１２を埋めることができ、しかも保護膜４０の表面が平坦であるから、カラーフィルタ２０の突起１２の影響を受けずに、ブラックマトリクス７に対応するフィルタ部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂにおける柱状スペーサ２１の形成領域を広くすることができ、これにより十分に広い断面積の柱状スペーサ２１をその上端面が平坦な安定した形状で形成することができ、これにより十分な耐圧を有するものを得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、液晶が封入される一対の透明な基板のうち、一方の基板の対向面にブラックマトリクスを形成するとともに、このブラックマトリクスを覆って、このブラックマトリックスの線幅上に隙間を設けて互いに隣接させてそれぞれ一層に配置された複数色のカラーフィルタを形成し、前記ブラックマトリクスに対応する互いに隣接したカラーフィルタの一方の、このカラーフィルタの縁の近傍の境界部に形成される突起より内側の平坦面上に、前記カラーフィルタとは異なる樹脂からなり、前記一対の基板を所定間隔で支える柱状スペーサを形成したので、柱状スペーサを先端面が平坦な安定した形状に形成することができ、これにより十分な耐圧を有する液晶表示素子を得ることができる。
この場合、互いに隣接する各フィルタ部の境界部分をブラックマトリクスの各線幅の中心から一定方向にずれた位置に形成し、ブラックマトリクスに対応する範囲が広いフィルタ部の平坦面に柱状スペーサを形成することにより、一対の基板を支えるのに必要な柱状スペーサの断面積を十分に確保することができる。
【００２３】
また、カラーフィルタの表面に、表面が平坦で透明な保護膜を形成し、この保護膜のブラックマトリクスに対応する表面に柱状スペーサを形成することにより、十分な断面積の柱状スペーサを安定した形状で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の液晶表示素子の第１実施形態における上側のガラス基板を示した要部の平面図。
【図２】図１のＸ−Ｘ矢視断面図。
【図３】図２の要部の拡大断面図。
【図４】参考例における上側のガラス基板を示した要部の平面図。
【図５】図４のＹ−Ｙ矢視断面図。
【図６】図５の要部の拡大断面図。
【図７】図６において柱状スペーサの形成時にアライメントがずれた状態を示した要部の拡大断面図。
【図８】この発明の液晶表示素子の第２実施形態における上側のガラス基板の断面図。
【図９】図８の要部の拡大断面図。
【図１０】液晶表示素子の要部断面図。
【図１１】図１０の液晶表示素子の上側のガラス基板における柱状スペーサの配置場所の代表例を示した図。
【図１２】図１０の上側のガラス基板上に形成されたブラックマトリクスに対応するカラーフィルタ上に柱状スペーサを形成した状態の拡大断面図。
【図１３】柱状スペーサの断面積に対する耐圧の差異を示した図。
【図１４】図１２においてカラーフィルタの各フィルタ部が隣接する隙間を広げ、この隙間に位置するブラックマトリクス上に柱状スペーサを形成する場合の理想的な拡大断面図。
【図１５】実際に形成されたカラーフィルタの断面形状を示した図。
【図１６】図１５において各フィルタ部の隣接する隙間に柱状スペーサを形成した場合の拡大断面図。
【図１７】図１６において柱状スペーサの形成時にアライメントがずれた状態を示した拡大断面図。
【符号の説明】
１、２ガラス基板
７ブラックマトリクス
１１液晶
２０カラーフィルタ
２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂフィルタ部
２１、３１柱状スペーサ
４０保護膜

Claims

液晶が封入される一対の透明な基板のうち、一方の基板の対向面にブラックマトリクスを形成するとともに、このブラックマトリクスを覆って、このブラックマトリックスの線幅上に隙間を設けて互いに隣接させてそれぞれ一層に配置された複数色のカラーフィルタを形成し、前記ブラックマトリクスに対応する互いに隣接したカラーフィルタの一方の、このカラーフィルタの縁の近傍の境界部に形成される突起より内側の平坦面上に、前記カラーフィルタとは異なる樹脂からなり、前記一対の基板を所定間隔で支える柱状スペーサを形成したことを特徴とする液晶表示素子。
前記カラーフィルタは、互いに隣接する各フィルタ部の境界部分が前記ブラックマトリクスの各線幅の中心から一定方向にずれた位置に形成され、前記柱状スペーサは、前記ブラックマトリクスに対応する範囲が広いフィルタ部の平坦面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
前記カラーフィルタの表面には、表面が平坦で透明な保護膜が形成され、前記柱状スペーサは、前記ブラックマトリクスに対応する前記保護膜の表面に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示素子。