JP2000214470A

JP2000214470A - ドライフィルムレジストおよび液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP2000214470A
Application number: JP1770399A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Kishimoto; 克彦岸本; Kenji Hamada; 賢治浜田; Nobuaki Yamada; 信明山田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示装置のセル厚を従来構造に比べ大幅
に均一に形成でき、さらに、従来の製造方法に比べ、工
程数が削減された液晶表示装置およびその製造方法を提
供すること。【解決手段】支持体となるベースフィルム、該ベース
フィルム上に散布されたセル厚を規定するためのスペー
サ・ビーズ、および該ベースフィルム上に形成された感
光性樹脂層を有する、ドライフィルムレジスト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置の製
造に用いるレジスト、および液晶表示装置の製造方法に
関し、特に、高分子壁によって分割された液晶領域内に
軸対称配向した液晶分子を有する液晶表示装置の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来構造のドライフィルムレジスト１０
の構造を図６に示す。従来のドライフィルムレジスト１
０は、支持体となる厚み７５μｍのポリエチレンテレフ
タレートからなるベースフィルム１１上に、フィルムの
熱圧着（ラミネート）時の凹凸追従性を向上させるため
の熱可塑性樹脂からなるクッション層１２（１５μ
ｍ）、レジストが酸素と結合し重合できなくなることを
防止するための酸素遮断膜１３（２μｍ）、レジストと
なる感光性樹脂層１４（２μｍ）、レジストの保護フィ
ルムであるポリプロピレン製のカバーフィルム１５（１
５μｍ）が順に積層された構造を有する。

【０００３】レジストは、このようなドライフィルムレ
ジスト１０のカバーフィルム１５を剥離して、感光性樹
脂層１４面を基板にラミネーターを用いて加圧、加熱し
て貼合せ、つづいて支持体とクッション層１２との界面
で剥離し、支持体を除去することにより、基板上に形成
される。

【０００４】以下に、従来の液晶表示装置およびその製
造方法について説明する。

【０００５】従来、電気光学効果を用いた表示装置とし
て、ネマティック液晶を用いたＴＮ（ツイストネマティ
ック）型や、ＳＴＮ（スーパーツイストネマティック）
型の液晶表示装置が用いられている。これらの液晶表示
装置の視野角を広くする技術の開発が精力的に行われて
いる。

【０００６】これまでに提案されているＴＮ型液晶表示
装置の広視野角化技術の１つとして、特開平６−３０１
０１５号公報および特開平７−１２０７２８号公報に
は、高分子壁によって分割された液晶領域内に軸対称配
向した液晶分子を有する液晶表示装置、いわゆるＡＳＭ
（ＡｘｉａｌｌｙＳｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｌｙａｌ
ｉｇｎｅｄＭｉｃｒｏｃｅｌｌ）モードの液晶表示装
置が開示されている。高分子壁で実質的に包囲された液
晶領域は、典型的には、絵素ごとに形成される。ＡＳＭ
モードの液晶表示装置は、液晶分子が軸対称配向してい
るので、観察者がどの方向から液晶表示装置を見ても、
コントラストの変化が少なく、すなわち、広視野角特性
を有する。

【０００７】上記の公報に開示されているＡＳＭモード
の液晶表示装置は、重合性材料と液晶材料との混合物を
重合誘起相分離させることによって製造される。

【０００８】図９に、従来のカラーフィルタ２０の断面
構造を示す。ガラス基板３０８上に着色パターン間の隙
間を遮光するためのブラックマトリクス（ＢＭ）３３１
と、各絵素に対応した赤・緑・青（Ｒ・Ｇ・Ｂ）の着色
樹脂層３３０が形成されている。これらの上に、ＩＴＯ
成膜時の段切れ防止のために平滑性を改善するため、あ
るいはＩＴＯエッチングの際にエッチャントがＢＭ膜３
３１や着色樹脂層３３０を腐食しないよう樹脂表面を保
護するために、アクリル樹脂やエポキシ樹脂からなる厚
さ約０．５〜２．０μｍのオーバーコート（ＯＣ）層３
３２が形成されている。さらにこの上に、透明の信号電
極３３３のインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜が形成され
ている。ＢＭ膜３３１は、一般に、膜厚が約１００〜１
５０μｍの金属クロム膜からなるが、最近は、金属以外
の材質、例えば、カーボンの微粒子をアクリル系感光性
樹脂に分散させたフォトレジストタイプのものもまた用
いられている。着色樹脂層３３０には樹脂材料を染料や
顔料で着色したものが用いられ、その膜厚は、約１〜３
μｍが一般的である。

【０００９】カラーフィルタの形成方法としては、基板
上に形成した感光性の着色樹脂層をフォトリソグラフィ
技術を用いてパターニングする方法が用いられる。例え
ば、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）のそれぞれの色の感
光性樹脂材料を用いて、感光性着色樹脂の形成・露光・
現像をそれぞれ（合計３回）行うことによって、Ｒ・Ｇ
・Ｂのカラーフィルタを形成することができる。感光性
の着色樹脂層を形成する方法は、液状の感光性着色樹脂
材料（溶剤で希釈したもの）をスピンコート法などで基
板に塗布する方法や、ドライフィルム化された感光性着
色樹脂材料を転写する方法などがある。

【００１０】次に、図８を参照しながら、従来のＡＳＭ
モードの液晶表示装置の製造方法を説明する。

【００１１】まず、ガラス基板３０８の片面にカラーフ
ィルタおよび電極を形成した基板を用意する（工程
（ａ））。なお、簡単のためにガラス基板３０８の上面
に形成されている電極およびカラーフィルタは図示して
いない。

【００１２】次に、ガラス基板３０８の電極およびカラ
ーフィルタが形成されている面に、液晶分子を軸対称配
向させるための高分子壁３１７を、例えば、格子状に形
成する（工程（ｂ））。すなわち、感光性樹脂材料をス
ピン塗布した後、所定のパターンを有するフォトマスク
を介して露光し、現像することによって、格子状の高分
子壁３１７を形成する。感光性樹脂材料は、ネガ型でも
ポジ型でもよい。また、別途レジスト膜を形成する工程
が増えるが、感光性を有しない樹脂材料を用いて高分子
壁を形成することもできる。

【００１３】得られた高分子壁３１７の一部の頂部に、
柱状突起３２０を離散的にパターニング形成する（工程
（ｃ））。柱状突起３２０もまた、感光性樹脂材料を塗
布・露光・現像することにより形成される。

【００１４】高分子壁３１７および柱状突起３２０が形
成されたガラス基板３０８の表面をポリイミド等の垂直
配向剤３２１で被覆する（工程（ｄ））。一方、電極を
形成した対向側ガラス基板３０２（工程（ｅ））表面も
また、垂直配向剤３２１で被覆する（工程（ｆ））。

【００１５】電極を形成した面を内側にして、得られた
２枚の基板を貼り合わせ、液晶セルを形成する（工程
（ｇ））。２枚の基板の間隔（セルギャップ；液晶層の
厚さ）は、高分子壁３１７と柱状突起３２０の高さの和
によって規定される。

【００１６】得られた液晶セルの間隙に真空注入法など
により、液晶材料３１６を注入する（工程（ｈ））。最
後に、例えば、対向配設された１対の電極間に電圧を印
加することによって、液晶領域３１５内の液晶分子を軸
対称に配向制御する（工程（ｉ））。高分子壁３１７に
よって分割された液晶領域内の液晶分子は、図８（ｉ）
中の破線で示す軸（両基板に垂直）を中心に軸対称配向
する。

【００１７】このようにして、上記のように形成したカ
ラーフィルタを用いることにより、広視野角特性を有す
るＡＳＭモードの液晶表示装置が得られる。

【００１８】しかしながら、上述のＡＳＭモードを液晶
表示装置に適用する場合、以下の課題がある。

【００１９】セル厚を規定するための柱状突起の形成
を、感光性樹脂材料を基板に塗布し、次いでそれをフォ
トリソグラフィ法によってパターニングすることにより
行っているため、感光性樹脂材料の塗布の際の膜厚のば
らつきが、表示ムラの大きな原因となる。また、液晶表
示装置の高精細化と表示明るさの向上のため、ＡＳＭモ
ードで液晶分子を軸対称配向させる高分子壁は、できる
だけ幅を細くかつ高さを低くすることが望ましい。しか
し、そうすると、相対的にセル厚を規定するための柱状
突起の高さを高くしなければならず、従って、柱状突起
形成時の膜厚ばらつきの影響がより大きくなる。さら
に、柱状突起の底部が高分子壁からはみ出さないように
形成することが困難となる。

【００２０】また、上記のような感光性樹脂材料を用い
た柱状突起によるセル厚規定の代わりに、スペーサ・ビ
ーズによりセル厚を規定することにより、セル厚均一性
を大幅に向上させることができる。すなわち、液体レジ
ストにスペーサ・ビーズを混ぜ、これを基板に塗布し、
露光・現像を行うことによってセル厚を規定する。しか
し、この技術には、図７に示すような課題がある。

【００２１】つまり、ビーズ３が硬化した液体レジスト
膜２１中で基板１から浮き、最大で硬化した液体レジス
ト膜厚２２分だけのセル厚ばらつきが出る可能性があ
る。これを回避するためには、レジストの焼成前にビー
ズの高さを一定にするための押えなどの工程を付加する
必要がある。

【００２２】また、工程の途中でビーズを散布する方法
も一般的であるが、この場合、ビーズによる別工程汚染
の問題があり、製造歩留まりの低下が懸念される。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決するためになされたものであり、液晶表示装置の
セル厚を従来構造に比べ大幅に均一に形成でき、さら
に、従来の製造方法に比べ、工程数が削減された液晶表
示装置およびその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、支持体となる
ベースフィルム、該ベースフィルム上に散布されたセル
厚を規定するためのスペーサ・ビーズ、および該ベース
フィルム上に形成された感光性樹脂層を有する、ドライ
フィルムレジストである。そのことにより上記目的が達
成される。

【００２５】好適な実施態様において、上記スペーサ・
ビーズは真球である。

【００２６】好適な実施態様において、上記ドライフィ
ルムレジストは、上記感光性樹脂層上に形成されたカバ
ーフィルムをさらに有し、ここで、上記スペーサ・ビー
ズの直径は、上記ベースフィルムと該カバーフィルムと
の間隔に等しいかそれ以下である。

【００２７】本発明はまた、一対の基板と、該一対の基
板の間に挟持された液晶層とを有し、該液晶層は、該一
対の基板の少なくとも一方に形成されたカラーフィルタ
上にある高分子壁によって分割された複数の液晶領域を
有し、該複数の液晶領域内の液晶分子は、該一対の基板
に垂直な軸を中心に軸対称配向しており、該高分子壁
は、該基板に対して順テーパーの傾斜部分を有する透明
樹脂層からなり、該高分子壁によって該一対の基板のセ
ル厚を規定するスペーサ・ビーズが固定されている、液
晶表示装置の製造方法であって、該一対の基板の少なく
とも一方の基板上に、支持体となるベースフィルム、該
ベースフィルム上に散布されたセル厚を規定するための
スペーサ・ビーズ、および該ベースフィルム上に形成さ
れた感光性樹脂層を有する、ドライフィルムレジストを
貼付ける工程、および該ドライフィルムレジストをフォ
トリソグラフィ法でパターニングして該高分子壁を作成
する工程、を含む、製造方法である。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。

【００２９】（実施の形態１）図１（ａ）〜（ｂ）は、
本発明の液晶表示装置の一実施形態の構造を模式的に表
した図であり、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ断面図お
よび平面図である。液晶表示装置３０は、ガラス基板
１、ガラス基板１上に形成されたブラックマトリクス６
および赤・緑・青の各着色樹脂層７（すなわち、カラー
フィルタ）、カラーフィルタ表面上に塗布形成されたオ
ーバーコート層５、オーバーコート層５上に形成された
ＩＴＯ信号電極４、および液晶分子を軸対称配向させる
ための高分子壁２を有する。オーバーコート層５は、ブ
ラックマトリクス６直上のカラーフィルタ表面の段差発
生部分をカバーし、かつ、カラーフィルタ表面の保護膜
として機能する。ＩＴＯ信号電極４は、オーバーコート
層５上にＩＴＯ膜をスパッタにより成膜し、次いでパタ
ーニングすることにより形成される。高分子壁２は、本
発明のドライフィルムレジストを、ラミネーターを用い
て基板１上に熱圧着したものを用いて形成される。

【００３０】本発明のドライフィルムレジスト１０の構
造を図３に示す。図３（ａ）は、スペーサ・ビーズ径が
感光性樹脂層、酸素遮断層およびクッション層の膜厚の
和と等しい場合を示し、図３（ｂ）は、スペーサ・ビー
ズ径が感光性樹脂層、酸素遮断層およびクッション層の
膜厚の和よりも小さい場合を示す。ドライフィルムレジ
スト１０は、７５μｍの膜厚のベースフィルム１１、ベ
ースフィルム１１上に散布された透明プラスチック製の
径５．５μｍスペーサ・ビーズ３、ならびにベースフィ
ルム１１上に順に積層されたクッション層１２（５μ
ｍ）、酸素遮断膜１３（２μｍ）、透明の感光性樹脂層
１４（１μｍ）およびカバーフィルム１５（２０μｍ）
を有する。スペーサ・ビーズ３は、任意の形状であり
得、真球が好ましい。ドライフィルムレジスト１０中に
ビーズ３を混入させることにより、フィルムレジスト１
０圧着時の凹凸追従性がよくなり、クッション層１２の
膜厚を従来構造に比べて薄くできる。感光性樹脂層１４
は、以下図４を参照して説明するように、高分子壁２を
形成する。

【００３１】本実施形態においては、感光性樹脂層１４
の材料（すなわち、高分子壁材料）として、ネガ型のも
のを用いた。ポジ型レジストを高分子壁材料として用い
た場合、露光工程においてスペーサ・ビーズ３直下のレ
ジストに十分光が照射されないことがある。そのため
に、スペーサ・ビーズ３が残ってほしくない開口部分の
領域に、スペーサ・ビーズ３が残ってしまうことがあ
る。

【００３２】液晶表示装置３０は、さらに、高分子壁２
およびスペーサ・ビーズ３を形成したガラス基板１上
に、ポリイミド樹脂ＪＡＬＳ−２０４（日本合成ゴム
製）をスピンコートすることにより形成された垂直配向
層（図示せず）を有する。

【００３３】上記高分子壁２は、基板表面に対して傾斜
角（テーパー角）θをなす順テーパーの傾斜部分を有し
ている。高分子壁２の傾斜角θを５度以上４５度以下に
することにより、安定した軸対称配向状態を実現するこ
とができる。高分子壁２の傾斜角θを５度より小さくす
ると、液晶分子を安定に軸対称配向制御する壁面効果が
失われるため、高分子壁２の傾斜角θは５度以上である
ことが望ましい。

【００３４】次に、図２を参照しながら、本発明のカラ
ー液晶表示装置の製造方法を説明する。

【００３５】まず、ガラス基板１上に、赤・緑・青の各
着色パターンの隙間を遮光するためのブラックマトリク
ス（ＢＭ）６を形成する（図２ａ）。ＢＭ６の材料とし
ては、カーボンの微粒子をアクリル系の感光性樹脂中に
分散させたものを用いた。その後、赤・緑・青の各着色
樹脂層７を順次形成した（図２ｂ）。膜厚は、ＢＭ６、
着色樹脂層７とも１．０μｍとし、スピンコート法によ
りガラス基板１に塗布し、フォトリソグラフィ法にて所
定のパターンに形成した。

【００３６】その後、オーバーコート層５を、スピンコ
ート法にて、膜厚２．０μｍで塗布形成し、その上にＩ
ＴＯ膜を、３０００オングストロームの膜厚で、スパッ
タリングにより成膜し、次いでパターニングすることに
よりＩＴＯ信号電極４を形成した（図２ｃ）。

【００３７】さらに、高分子壁２パターンをフォトリソ
グラフイ法にて転写、形成した（図２ｄ）。高分子壁２
の材料としては、図３に示すような透明プラスチック製
の径５．５μｍスペーサ・ビーズを含むドライフィルム
レジスト１０を、ラミネーターを用いて基板１上に熱圧
着したものを用いた。以下に高分子壁２の形成工程を、
図４を参照して説明する。

【００３８】（ａ）まず、ドライフィルムレジスト１０
のカバーフィルム１５を剥離し、ラミネーターを用いて
感光性樹脂層１４表面を基板１に加圧、加熱して貼合わ
せる；（ｂ）ベースフィルム１１を、これとクッション層１２
との界面で剥離し、基板１上にレジストを形成する；（ｃ）このレジストに対して、フォトマスク１６および
紫外線を用いたプロキシミティー露光により露光領域１
７を露光し、パターニングを行う。この露光は、スペー
サ・ビーズ３直下の高分子壁材料（すなわち、感光性樹
脂）が十分紫外線により光重合するような条件で行っ
た；（ｄ）富士オーリン製のＣＤ現像液を用いて現像し、純
水の高圧スプレーによりリンスを行うと、高分子壁の形
成部分（すなわち、光重合した感光性樹脂層１４）にの
みスペーサ・ビーズ３が残る。その後、２４０℃で６０
分ポストベークを行った。

【００３９】液晶領域は、１５０μｍ×１５０μｍとし
た。また、高分子壁２の断面テーパー角θは、プロキシ
ミティー露光時のマスク１６と基板１との間隔（プロキ
シーギャップ）の調整と、現像条件の最適化により、５
度から４５度の範囲になるよう形成した。その理由は、
５度以下に形成すると、液晶分子を軸対称に配向規制す
る力が弱く、視角特性の悪化が顕著になる。また、４５
度以上になると、逆に高分子壁２近傍の配向の乱れが顕
著になり、黒表示時の光漏れによるコントラストの低下
が顕著になってくるからである。

【００４０】次いで、この基板１に、ポリイミド樹脂Ｊ
ＡＬＳ−２０４（日本合成ゴム製）をスピンコートし、
垂直配向膜８を形成した。対向基板９側にも同じく、垂
直配向膜８を形成し、そしてカラーフィルタが形成され
た基板１と貼合わせた（図２ｅ）。

【００４１】さらに、基板間に液晶層としてｎ型液晶材
料（△ε＝−４．０、△ｎ＝０．０８、セルギャップ
５．５μｍで９０度ツイストとなるように液晶材料固有
のツイスト角を設定）を注入し、液晶セルを完成した。

【００４２】（実施の形態２）図５（ａ）および（ｂ）
に示すように、それぞれ本発明のドライフィルムレジス
ト１０をＲ，Ｇ，Ｂ着色樹脂層７およびブラックマトリ
クス層６用のレジストとして用いて、ＴＮ型液晶表示装
置を作成することもできる。

【００４３】

【発明の効果】本発明のドライフィルムレジストを用い
れば、樹脂層形成と同時にスペーサ形成ができるので、
工程の大幅削減ができる。

【００４４】また、本発明の液晶表示装置の製造方法を
用いれば、従来のＡＳＭモードを用いた液晶表示装置の
製造方法に比べて、柱状突起形成工程を削減でき、かつ
セル厚の均一性を大幅に向上できるため、表示品位の向
上と、工程減によるコストダウン、さらに歩留りの向上
が見込める。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の一実施形態の構造を示
す模式図であり、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ断面図
および平面図である。

【図２】本発明の液晶表示装置の一実施形態の製造方法
を示す図である。

【図３】本発明のドライフィルムレジストの一実施形態
の構造を示す模式図であり、（ａ）はビーズ径が感光性
樹脂層、酸素遮断層およびクッション層の膜厚の和と等
しい場合、（ｂ）はビーズ径が感光性樹脂層、酸素遮断
層およびクッション層の膜厚の和よりも小さい場合であ
る。

【図４】本発明のドライフィルムレジストを用いて高分
子壁を形成する工程を示す図である。

【図５】本発明の別の実施形態の液晶表示装置を示す模
式図であり、（ａ）はカラーフィルタ用レジストとして
本発明のドライフィルムレジストを用いた場合、（ｂ）
はブラックマトリクス用レジストとして本発明のドライ
フィルムレジストを用いた場合を示す。

【図６】従来のドライフィルムレジストの構造を示す模
式図である。

【図７】液体レジスト中にスペーサ・ビーズを混合し、
これを基板に塗布した場合の課題を説明する図である。

【図８】従来の液晶表示装置の製造方法を示す図であ
る。

【図９】従来のカラーフィルタの模式断面図である。

【符号の説明】

１、３０８ガラス基板２、３１７高分子壁３スペーサ・ビーズ４、３３３ＩＴＯ電極５、３３２オーバーコート６、３３１ブラックマトリクス７、３３０着色樹脂層８、３２１垂直配向膜９、３０２対向基板１０ドライフィルムレジスト１１ベースフィルム１２クッション層１３酸素遮断膜１４感光性樹脂層１５カバーフィルム１６フォトマスク１７露光領域１８ヒートロール２０カラーフィルタ２１感光性樹脂２２感光性樹脂膜厚３０液晶表示装置３１５液晶領域３１６液晶材料３２０柱状突起

フロントページの続き (72)発明者山田信明大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2H025 AB11 AB17 AD01 AD03 DA01 DA40 EA08 2H088 FA02 MA17 2H089 LA07 NA14 QA12 QA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持体となるベースフィルム、該ベース
フィルム上に散布されたセル厚を規定するためのスペー
サ・ビーズ、および該ベースフィルム上に形成された感
光性樹脂層を有する、ドライフィルムレジスト。
【請求項２】前記スペーサ・ビーズが真球である、請
求項１に記載のドライフィルムレジスト。
【請求項３】前記感光性樹脂層上に形成されたカバー
フィルムをさらに有し、ここで、前記スペーサ・ビーズ
の直径が、前記ベースフィルムと該カバーフィルムとの
間隔に等しいかそれ以下である、請求項１または２に記
載のドライフィルムレジスト。
【請求項４】一対の基板と、該一対の基板の間に挟持
された液晶層とを有し、該液晶層は、該一対の基板の少
なくとも一方に形成されたカラーフィルタ上にある高分
子壁によって分割された複数の液晶領域を有し、該複数
の液晶領域内の液晶分子は、該一対の基板に垂直な軸を
中心に軸対称配向しており、該高分子壁は、該基板に対
して順テーパーの傾斜部分を有する透明樹脂層からな
り、該高分子壁によって該一対の基板のセル厚を規定す
るスペーサ・ビーズが固定されている、液晶表示装置の
製造方法であって、該一対の基板の少なくとも一方の基板上に、支持体とな
るベースフィルム、該ベースフィルム上に散布されたセ
ル厚を規定するためのスペーサ・ビーズ、および該ベー
スフィルム上に形成された感光性樹脂層を有する、ドラ
イフィルムレジストを貼付ける工程、および該ドライフ
ィルムレジストをフォトリソグラフィ法でパターニング
して該高分子壁を作成する工程、を含む、製造方法。