JP3071076B2 - 液晶表示セルの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大画面の液晶表示セル
を構成する一対の基板間の距離を均一に保つ液晶表示セ
ルの製造方法に関し、特に高速応答性、メモリー性を有
する強誘電性液晶を用いた液晶表示セルの製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶は応答速度が極めて速く、
又、配向の双安定性を有することに起因して電界を取り
去った後にもメモリー性を有するため、光学変調素子と
しての応用が期待され、研究開発が盛んに行われてい
る。

【０００３】従来の強誘電性液晶を用いた表示セルの構
造、および作製法を以下に示す。

【０００４】通常液晶セルは、ＩＴＯ透明電極付きガラ
ス基板上に、絶縁膜と配向膜を設け、ラビングにより配
向処理を施した後、セル間隔を確保するため一方の基板
上にスペーサをランダムに散布し、エッジシールにより
両基板の貼り合わせが行われる。

【０００５】そして、両基板間に確保された厚さ１.５
〜２μｍの空間に、強誘電性液晶が、加熱により等方性
液体状態で注入され、その後徐冷される。

【０００６】この作製法により作製された強誘電性液晶
表示セルは、スペーサのみによりセル間隔の制御を行う
ため、セル間隔がスペーサの密度に依存する傾向が見ら
れ、液晶表示セル全体にわたってセル間隔を精度よく制
御するのは困難である。

【０００７】前述の如く、強誘電性液晶の高速応答性、
および配向の双安定性が有効に実現されうる為には、
１.５〜２μｍ程度のセル間隔が望ましい。

【０００８】本願出願人が１．５μｍのスペーサを用い
て前記作製法により作製した液晶表示セルについてセル
間隔測定を行った結果、同一セル内で１．２４〜１．６
４μｍのばらつきがあり、スペーサ密度の小さい場所に
おいてセル間隔が小さくなることが確認された。即ち、
スペーサのみにより、セル全領域に於てセル間隔を精度
よく均一に制御するのは困難であるといえる。

【０００９】また、従来の作製法により作製された強誘
電性液晶表示セルは、衝撃への特別な対策を有しない。
実際本願出願人は、液晶表示セルの両面に圧着により偏
光子を取り付ける際、強誘電性液晶の配向に一部乱れが
生じることを確認した。即ち、該作製法により作製され
た強誘電性液晶表示セルは、外部からの機械的衝撃に対
する十分なセル強度を有していないといえる。

【００１０】これを防ぐために、短冊状に突起体を配置
し、それで２枚の基板間のスペースを維持する方法が提
案されている（特公平２−１７００７号公報）。

【００１１】図１０にブラックマトリクス（以下ＢＭと
称する）上に短冊状の突起体を設ける強誘電性液晶表示
セルの断面図を示す。

【００１２】図１０において、一対の基板の内、少なく
とも一方の基板のＢＭ上に、互いに平行で、且つ基板の
硬度より小さい硬度の帯状突起体をに設ける。

【００１３】さらに、この帯状突起体の延在方向と平行
なラビング処理を行った前記一対の平行基板間に強誘電
性液晶を挟持する。

【００１４】図１０に示されるように、ガラス基板１上
に互いに平行な短冊状の透明なＹ電極２が設けられ、表
示性能向上のため画素を取り巻いて格子状の遮光パター
ンとして不透明なＢＭ３が形成されている。

【００１５】光が通過するＹ電極２上にはＳｉＯ₂製の
絶縁膜４、ポリイミド製の配向膜５が積層している。

【００１６】ガラス基板１に対向して対向ガラス基板７
が設けられ、対向ガラス基板７上にガラス基板１上のＹ
電極２と交差する方向に透明なＸ電極８が形成されてい
る。

【００１７】Ｘ電極を被うようにＳｉＯ₂製の絶縁膜
４、さらにエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂製の突起
体６と接するポリイミド製の配向膜５が設けられてい
る。

【００１８】この短冊状の突起体を形成する方法として
は、光硬化性のネガレジスト系のポリイミド塗布後、光
硬化性のポリイミド膜上のＳｉＯ₂をマスクとしてヒド
ラジンまたはＯ₂プラズマを用いたフォトリソプロセス
でパタニングする方法が知られている（Ｍａｕｎｇ
Ｓ．Ｈｔｏｏ，”Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐ
ｏｌｙｍｅｒｓ”，ｐｐ４５〜４７，１９８９，ｐｕｂ
ｌｉｓｈｅｄ ｂｙ Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ Ｉ
ｎｃ．）。

【００１９】しかし、従来の短冊状の突起体の形成方法
では、高価な高精度のフォトマスクが必要であり、しか
も、パターンずれが発生した場合には図１１に示すよう
に表示品位の低下を招くため、マスクのパターン合わせ
にかなりの工数を必要とするという欠点があった。

【００２０】また、上述の文献の第４７頁第１６行目乃
至第１７行目によれば、光分解性のポジレジスト系のポ
リイミドは知られていなかった。

【００２１】図１１に一対の電極で形成される画素と突
起体とが重なって画素の有効面積が小さくなった強誘電
性液晶表示セルの一画素の平面図を示す。

【００２２】図１１で、横に延びるＸ電極８と縦に延び
るＹ電極２との交差部に相当する左斜線部で示される光
を透過する画素１０は、厚さ２μｍの光透過率の低い右
斜線部で示される突起体６と一部重なっている。

【００２３】例えば、画素の一辺の長さが５０μｍの場
合、突起体と画素の重なりが５μｍであっても各画素の
面積の１０％が全て失われてしまうことになる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の従来
の欠点に鑑みてなされたものであり、セル間隔制御の精
度の向上、更には衝撃に対する液晶セル強度の向上を計
りながら、しかも単一配向性（モノドメイン性）が向上
し、ＢＭに自己整合する突起体の簡単な製造を目的とし
てなされたものである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、格子状のＢＭ
に平面的に充填される島状の画素の有る基板上方に光分
解性膜を形成する工程と、該基板側から遮光性の前記格
子状のＢＭの間隙に存在する透光性の前記島状の画素を
通して、前記光分解性膜を方向によって光の進行方向が
異なる線状光で異方性露光する工程と、露光された光分
解性膜を現像して前記ＢＭ上方の一方向に突起体を形成
する工程と、該突起体を含む前記基板全面に無機絶縁膜
を形成する工程と、該無機絶縁膜上に有機配向膜を形成
する工程と、前記基板に対向する対向基板と前記基板を
貼り合わせて空セルを作製する工程と、該空セルに液晶
を注入した後封口する工程とを備えるものである。

【００２６】即ち、本発明は、光分解性樹脂と線状光を
用いた異方性の背面露光方法を用いることでフォトマス
クおよび露光時のパターン合わせプロセスを省略して、
基板のＢＭ上の特定方向のみに突起体を形成するもので
ある。

【００２７】

【作用】本発明においては、表示のコントラストを向上
する目的で配置されている格子状のＢＭをマスクとして
利用して、自己整合的にＢＭ上に連続した短冊状の突起
体を形成し、突起体を一対の基板間のスペース支持体と
することでセルギャップをセル全面にわたって高精度に
制御するものである。

【００２８】

【実施例】以下に本発明の実施例を図に従って説明す
る。

【００２９】そこで図１に従い、強誘電性液晶表示セル
に、基板上のＢＭパターンをマスクとして用い、一対の
基板間で交差する電極に対して平行な方向で互いに光の
角度分布の異なる異方性光源で露光パタニングして突起
体を形成する製造方法について実施例を示すことにす
る。

【００３０】図１は本発明の強誘電性液晶表示セルのＹ
電極側の基板の製造方法の断面工程図である。

【００３１】（１）一対の基板の内、ＳｉＯ₂製の分離
膜１１によって上下に絶縁されたガラス基板１上のＣｒ
製のＢＭ３と分離膜上のＩＴＯ製のＹ電極２とがあるガ
ラス基板１をスピンナー上に用意する（図１ａ）。

【００３２】（２）ポジ型の感光性ポリイミド（例え
ば、日産化学製ＲＮ−９０１）をＢＭ３及びＹ電極２を
形成したガラス基板１上にスピンコートにより所望のセ
ルギャップ厚みに等しい厚さ（たとえば１．５μｍ）に
塗布して光分解性膜１２を作製する（図１ｂ）。

【００３３】（３）プリベークの後、ガラス基板側より
光を照射する、いわゆる背面露光を行う。この場合、光
は、Ｙ電極の延びる方向で平行光、Ｘ電極の延びる方向
で放射状の非平行光となる異方性光源を採用する。する
と、Ｙ電極に垂直に光１３が通過することになる（図１
ｃ）。背面露光に関しては、後で詳述する。

【００３４】（４）光が透過する部分の光分解性膜１２
は現像液に溶解されやすい状態に分解される。現像する
と分解されたＹ電極上の光分解性膜は除去され、一方、
ＢＭ３上方の光分解性膜は残って分離膜１１上に突出
し、Ｙ電極に平行なＹ突起体１４が形成される（図１
ｄ）。

【００３５】（５）次に基板全面に基板間異物によるシ
ョートを防止するため、スパッタリングにより８００Å
のＳｉＯ₂製の絶縁膜４を形成する（図１ｅ）。

【００３６】（６）続いて、絶縁膜４上に希釈剤として
Ｎ−メチルピロリドン、平坦化剤としてジアルキルエー
テルを採用したポリアミック酸を塗布し、３５０℃に加
熱することで厚さ約１００Åの配向膜５を形成する（図
１ｆ）。

【００３７】次に、図２は本発明の突起体を有する強誘
電性液晶表示セルの断面図である。

【００３８】図２に示すように、ガラス基板１上の光を
遮断するＢＭ３の範囲内でＹ電極２の延在方向と平行に
延びるＹ突起体１４が、ガラス基板１とガラス基板に対
向する対向ガラス基板７との間を支えるように形成され
ている。

【００３９】透明なガラス基板１上に、表面がＳｉＯ₂
やアクリル系透明樹脂などの分離膜１１で被われた金属
Ｃｒ製の不透明なＢＭ３と、さらに分離膜上にＩＴＯ製
の透明な短冊状のＹ電極２とが積層されている。

【００４０】ＢＭ３上方にＹ電極に平行なＹ突起体１４
が強誘電性液晶９に接し、また対向ガラス基板７上の配
向膜５に接している。

【００４１】互いに直交するＹ電極２とＸ電極８上にス
パッタリングによるＳｉＯ₂製の絶縁膜４、スピンコー
ティングによる芳香族系ポリイミド膜（例えば、東レ製
ＳＰ−７１０）などからなる配向膜５がそれぞれ形成さ
れている。

【００４２】図示していないが、配向のためのラビン
グ、一対の基板の封着、液晶の注入、液晶注入口の封止
は以下のように行われる。配向処理として配向膜の表面
にラビングを行う。その際のラビング方向はＹ突起体に
平行な平行ラビングとする。

【００４３】次にエッジ部に熱硬化型樹脂（例えば、三
井東圧化学製ＸＮ−２１−Ｆ）あるいは紫外線硬化樹脂
を印刷塗布し、加熱又は紫外線の照射により両基板の接
着による封着を行い、液晶を注入する。

【００４４】注入する強誘電性液晶は常温で粘度の高い
スメクティック相を示し薄いセルギャップにおいて注入
が困難となるので、加熱により等方性液体状態にしてセ
ルへの注入を行う。

【００４５】注入後、液晶セルを徐冷することにより、
モノドメイン強誘電性液晶表示セルとし、エポキシ樹脂
で注入口を閉じて封止する。

【００４６】本発明の突起体は強誘電性液晶を挟む一対
の電極の内、一方の電極に平行にＢＭ上に背面露光によ
り自己整合的に形成されることを特徴としているので、
露光する光源からの線状光の進路の様子を続いて示す。

【００４７】図３は放射状の光を半円柱レンズによりＹ
方向に平行でＸ方向に放射状の光に変換してＢＭ上の光
分解性膜を透過させる露光光源とＢＭの有る基板との配
置図である。

【００４８】図３に示されるように、点状の露光光源１
５から全方向に放射状の光が放射されている。

【００４９】光を透過しない格子状のＢＭ３及び光を透
過する行列状に並んだ画素１０とを備えた一方の基板
と、露光光源との間に半円柱状のレンズ１６が、Ｙ電極
に平行でＹ−Ｙ’方向に垂直に配置されている。

【００５０】点状の露光光源１５からの放射状の光１３
は、半円柱状のレンズ１６に入射することによってＹ−
Ｙ’方向に平行で、Ｘ−Ｘ’方向に放射状の光になって
放出される。即ち、方向によって光の進行方向が異なる
異方性光になる。

【００５１】そのため、一方の基板側から入射した放射
状の光によって画素１０のＸ−Ｘ’方向に隣接するＢＭ
上の光分解性膜はほとんど分解されてしまうが、他方の
基板側から入射した平行光によって画素のＹ−Ｙ’方向
に隣接するＢＭ上の光分解性膜は分解されないで現像時
に基板上の残ることになるのである。

【００５２】ここで、Ｙ突起体のより詳細な位置につい
て以下に説明する。

【００５３】図４は本発明の強誘電性液晶表示セルのＢ
Ｍと、そしてそのＢＭ上に配置されるＹ突起体の平面図
を示している。

【００５４】図４に示されるように強誘電性液晶表示セ
ルの平面は格子状に設けられた光を通さないＢＭ３と、
ＢＭに囲まれＹ電極とＸ電極の交差部に行列状に配置さ
れた光を通す画素１０とによって占められている。

【００５５】本発明の特徴となるＹ突起体１４はＢＭ上
に自己整合によりＹ電極に平行に各行間に渡って形成さ
れる。

【００５６】場合によっては、Ｘ電極に平行なＹ突起体
に比べて高さの低く、幅も狭いＸ突起体１７が基板上に
残る。

【００５７】図４のＶ−Ｖ線に沿った一方の基板の断面
図を図５に、図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った一方の基板の
断面図を図６に示す。

【００５８】図５に示されるようにＹ突起体１４はＹ電
極に平行に形成されると共に、ＢＭ３の幅と粗同じ幅と
なる。

【００５９】一方、図６に示されるようにＸ突起体１７
は極めて高さが低くなり、場合によっては分離膜１１上
に残存することが無くなる。

【００６０】Ｘ突起体が残存するか否かは露光光源と基
板との相対位置に依るのではなく、露光時間や現像時間
によって定まることが多いので、一方向に平行光である
必要は必ずしも無い。

【００６１】つまり、このような突起体を形成するに
は、例えば、光源からの光をスリットにより長さに比べ
て幅を極めて狭くしてなる線状の光源を用いても良い。

【００６２】ＢＭの有る基板に用いる背面露光用の光源
としてはＢＭの格子ピッチに対して十分に大きい長さを
有する線状の光源を用いる。この時、図７のように光源
の長さ方向とＢＭの一方向とを一致させて光照射を行
う。

【００６３】図７は線状光源を用い、ＢＭを利用して自
己整合的にＢＭ上に突起体を形成する本発明のガラス基
板と線状光源の配置斜視図である。

【００６４】図７に示されるように、Ｙ電極に平行なＸ
−Ｘ’方向に線状の露光光源１５を配置して、Ｚ−Ｚ’
方向にガラス基板上に積層されたポジ型の感光性レジス
ト（日産化学製ＲＮ−９０１）に基板側から光を照射す
る。

【００６５】以下の説明では本発明の光分解性膜の露光
状態の要旨を掴みやすいように誇張して表現するが、本
発明の突起体はＢＭの領域内に形成されるものである。

【００６６】ガラス基板上で感光された感光性レジスト
のＹ−Ｙ’方向での断面図を図８に示す。

【００６７】図８は露光光源が点光源と見なされるＢＭ
上のＹ−Ｙ’方向でのポジ型の感光性レジストの作用断
面図を示している。

【００６８】図８において、露光光源１５からの光１３
は放射状にポジ型の感光性レジストに照射され、透明な
Ｙ電極２を通過する光となって、ポジ型の感光性レジス
トを光分解して光分解体１８とする。

【００６９】一方、不透明なＢＭ３により光１３は遮ら
れてるので、露光後の熱処理により、ポジ型の感光性レ
ジストは二枚のガラス基板間を支えるＹ突起体１４とな
る。

【００７０】ポジ型の感光性レジストの現像時間や露光
時間を長くすることで、Ｙ突起体１４はＢＭ３内に収ま
ることになる。

【００７１】続いて、図７のガラス基板上で感光された
感光性レジストのＸ−Ｘ’方向での断面図を図９に示
す。

【００７２】図９は露光光源が線状光源と見なされる画
素上のＸ−Ｘ’方向でのポジ型の感光性レジストの作用
断面図を示している。

【００７３】露光光源１５の一点からの光１３は不透明
なＢＭ３により遮られるにも関わらず、線状光となる図
７の露光光源によると、ＢＭ３上のポジ型の感光性レジ
ストはほとんど感光されてしまう。

【００７４】そのため、線状光でＸ電極に平行に形成さ
れるＸ突起体１７は極めて高さが小さくなるか、全く存
在しないようになる。

【００７５】このように、強誘電性液晶表示セルのＢＭ
を利用すれば、自己整合的にガラス基板上に約５μｍ以
下の突起体を簡単に形成できる。

【００７６】以上のように作製された強誘電性液晶表示
セルに対して、セル内の１５ケ所に於てセル間隔測定を
おこなった結果、設定値１．５μｍに対して１．４６〜
１．５２μｍとなり、従来のセルと比較して高精度のセ
ル間隔制御が可能であることが分かった。

【００７７】本願プロセスで作成した強誘電性液晶表示
セルの両側に偏光子をクロスニコルの状態で取り付けた
が、偏光板張り付け時、従来のスペーサ散布による製法
でのセルに発生した液晶配向の乱れは見られなかった。

【００７８】また、一般に有効な表示領域内に存在する
スペーサはしばしば、配向不均一部の発生起点となりや
すく表示のコントラストを低下させることが多い。

【００７９】しかし、本発明の構成では有効表示領域内
にスペーサが配置されないのでコントラスト向上にも有
効である。

【００８０】ここで用いる絶縁膜にはＳｉＯ₂、シリコ
ン窒化物、シリコン炭化物などをスパッタ、蒸着あるい
はＣＶＤなどの手段で形成してもよい。

【００８１】さらに、配向膜としては、ポリビニルアル
コール、ポリイミド、ポリアミド、ナイロンなどを用い
てもよい。

【００８２】尚、本実施例の液晶は強誘電性液晶に限る
ものではなく、より低粘度のΔｎ・ｄが適当なネマティ
ック液晶であっても良い。

【００８３】このように、本発明の液晶表示セルの製造
方法によればセルの大きさが十インチ内外であっても画
素を損ねることなく均一なギャップの液晶表示セルが構
成される。

【００８４】

【発明の効果】本発明によれば、光分解性樹脂と線状光
を用いた異方性の背面露光方法を用いることでフォトマ
スクおよび露光時のパターン合わせプロセスを省略し
て、基板のＢＭ上の特定方向のみに突起体を形成するこ
とが簡単にできる。

【００８５】あるいは、本発明は、スペーサとしての機
能を有する突起体を自己整合的に形成し、強誘電性液晶
表示セルを作成することで、セル間隔制御の精度の向
上、単一配向性の改善、パターンずれによる開口率の低
下の防止およびパネル完成後は外部からのパネルの押圧
などの機械的衝撃に対する耐性向上に有効である。

【００８６】さらに、有効表示画素内にスペーサがない
ことから、表示のコントラスト向上にも有効である。

【００８７】また、本発明は、強誘電性液晶セルを作成
するにあたり、ガラス基板上に形成されているＢＭを利
用することで、基板と別体のマスク無しでしかも高精度
に位置合わせされたスペーサとしての機能を有する連続
突起体を簡易に形成することが可能である。また高密度
でスペーサを形成するのでセルギャップの均一性向上や
セル完成後の耐衝撃性の向上に有効である。

【００８８】有効表示画素内にスペーサ粒子が散布され
ていないので、表示コントラストの向上にも有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自己整合型の突起体の製造工程図であ
る。

【図２】本発明の突起体が配置された強誘電性液晶表示
セルの断面図である。

【図３】本発明の突起体を製造するための光源とレンズ
と基板の配置斜視図である。

【図４】本発明の突起体が形成された基板の平面図であ
る。

【図５】本発明の突起体が形成された基板のＸ電極に平
行な面での断面図である。

【図６】本発明の突起体が形成された基板のＹ電極に平
行な面での断面図である。

【図７】本発明の突起体を製造するための線状光と基板
の配置斜視図である。

【図８】本発明のＹ突起体を製造するための光源と基板
の作用断面図である。

【図９】本発明のＸ突起体を製造するための光源と基板
の作用断面図である。

【図１０】従来の連続な突起体の有る強誘電性液晶表示
セルの断面図である。

【図１１】従来の突起体と画素がずれた場合の平面図で
ある。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ Ｙ電極 ３ ＢＭ ４ 絶縁膜 ５ 配向膜 ６ 突起体 ７ 対向ガラス基板 ８ Ｘ電極 ９ 強誘電性液晶 １０ 画素 １１ 分離膜 １２ 光分解性膜 １３ 光 １４ Ｙ突起体 １５ 露光光源 １６ レンズ １７ Ｘ突起体 １８ 光分解体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−2833（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13 101 G02F 1/1333 500 G02F 1/1334 G02F 1/1339 500

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の平行基板間に突起体を有する液晶
   表示セルの製造方法において、突起体が基板上のブラッ
   クマトリクスパターンをマスクとして用い、線状光で背
   面露光パタニングして形成されることを特徴とする液晶
   表示セルの製造方法。