(57)【要約】【課題】ブラックマスクの厚さに起因する段差によって引き起こされる液晶分子の配向不良や電極の断線等の不具合の発生が抑制されると共に、小型薄型化に適した液晶表示素子を提供する。【解決手段】対向配置されたガラス基板１、２の互いに対向する各内面には、第１ブラックマスク４と第２ブラックマスク８が、それぞれに設けられている各開口４ａ、８ａを整合させて設置され、第１ブラックマスク４の開口４ａには、赤、緑、青の各色ストライプフィルタ５R、５G、５Bが被設され、その上に走査電極６と配向膜７が積層されている。第２ブラックマスク８の開口８ａには、信号電極９が被設され、その上に、配向膜１０が被着されている。各配向膜７、１０の表面には、ブラックマスクが第１、第２ブラックマスク４、８に分割されることにより小さくなった段差Ｇ1、Ｇ3が発生している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された第１の基板と第２の基板間に液晶が挟持され、前記第１と第２の基板間に設けられた遮光部材からなるブラックマスクによって複数の画素部が区画設定されてなり、各画素部毎に光の透過を制御して表示を行う液晶表示素子であって、
前記第１の基板の前記第２の基板に対向させた内面上の前記画素部を除いた部分に形成され、前記画素部を除いた部分からの光の透過を制限する第１ブラックマスクと、
前記第２の基板の前記第１の基板に対向する内面上に、前記第１ブラックマスクに対応させて設けられ、光の透過を制限する第２ブラックマスクとを備えたことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１ブラックマスクが形成されている第１の基板の前記画素部に対応するエリアに特定の波長光を選択透過させるカラーフィルタが配設されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記第１及び第２ブラックマスクは、樹脂材料中に黒色の色剤が混合されてなることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記第１ブラックマスクの層厚をＴ1、前記第２ブラックマスクの層厚をＴ2としたとき、前記層厚Ｔ1と層厚Ｔ2の比は、
１≦Ｔ2／Ｔ1≦５
の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画素間にブラックマスクを配設した液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
対向する一対の基板に液晶を封入し、光の透過を制御する複数の画素を配設した液晶表示素子においては、通常、画素間に光の透過を遮断するためのブラックマスクが配設されている。従って、前記対向する基板の内面には、画素の領域とその周囲の非画素の領域との境界部近傍に、そのブラックマスクの厚さに起因する段差が形成される。
【０００３】
上述のブラックマスクの厚さに起因する基板内面の段差は、表示ムラの原因となる液晶分子の配向不良や電極の断線等の不具合を引き起こす原因となる。それら不具合の発生を防止するため、従来は、特許文献１に示されるように、ブラックマスク上に平坦化膜を積層し、ブラックマスクに起因する段差を吸収して電極が形成される表面や液晶が接触する配向膜表面を平坦化する方法が採用されている。
【０００４】
しかるに、上記従来の方法による場合、平坦化膜を形成するための製造工数や材料費が増加し原価アップを招くと共に、液晶表示素子自体の厚さが増し、近年においてユーザーから強く要望されるようになった液晶表示モジュールの小型薄型化を促進する上で不利となる。
【０００５】
特に、複雑なパターンのブラックマスクを容易に製造できるために近年よく用いられている樹脂材料からなるブラックマスクの場合、必要とされる遮光機能を得るには金属のブラックマスクに比べて厚みが厚くなり、ブラックマスクに起因する段差も大きく発現するため、その段差を吸収するための平坦化膜の厚さも厚くなる。その結果、液晶表示素子の厚さが増大し、液晶表示モジュールの小型薄型化の促進に対してより一層不利となる。
【特許文献１】特開平２０００−１５５３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、ブラックマスクの厚さに起因する基板内面の段差によって引き起こされる液晶分子の配向不良や電極の断線等の不具合の発生が抑制されると共に、搭載する製品の小型薄型化に適した液晶表示素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液晶表示素子は、対向配置された第１の基板と第２の基板間に液晶が挟持され、前記第１と第２の基板間に設けられた遮光部材からなるブラックマスクによって複数の画素部が区画設定されてなり、各画素部毎に光の透過を制御して表示を行う液晶表示素子であって、前記第１の基板の前記第２の基板に対向させた内面上の前記画素部を除いた部分に形成され、前記画素部を除いた部分からの光の透過を制限する第１ブラックマスクと、前記第２の基板の前記第１の基板に対向する内面上に、前記第１ブラックマスクに対応させて設けられ、光の透過を制限する第２ブラックマスクとを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の液晶表示素子によれば、液晶を挟持する一対の基板のそれぞれの内面に、ブラックマスクを分割して配設したから、ブラックマスクの厚さに起因する段差も分散されて個々の段差の大きさが小さくなり、その結果、段差による配向不良等の不具合の発生を抑制して、液晶表示素子を小型薄型化することができる。
【０００９】
本発明は、第１ブラックマスクが形成されている基板の画素部に対応するエリアに特定の波長光を選択透過させるカラーフィルタを配設した液晶表示素子に好適であり、この場合、カラーフィルタとブラックマスクとの間に隙間を発生させないようにカラーフィルタ端部をブラックマスクに重畳させても、これらの境界部に発生する段差の大きさがブラックマスクを対向基板側に分割配置した分だけ小さくなり、その結果、光漏れが無く且つ配向不良の発生が抑制されて高度な品質のカラー表示が得られるとともに、搭載製品の薄型化に適したカラー液晶表示素子を提供できる。
【００１０】
また、本発明は、第１及び第２ブラックマスクが樹脂材料中に黒色の色剤が混合されてなる樹脂ブラックマスクである液晶表示素子に好適であり、この場合、樹脂ブラックマスクは金属のブラックマスクに比べて厚さが大きくなるものであるが、両基板に分割配置することにより個々のブラックマスクに起因する段差は小さくなり、その結果、ブラックマスクの厚さに起因する段差による液晶分子の配向不良の発生を顕著に抑制することができる。
【００１１】
さらに、上述のカラーフィルタ及び樹脂ブラックマスクが配設される液晶表示素子においては、カラーフィルタが設けられる基板側の第１ブラックマスクの層厚をＴ1、前記第２ブラックマスクの層厚をＴ2としたとき、層厚Ｔ1と層厚Ｔ2の比は、
１≦Ｔ2／Ｔ1≦５
の範囲にあることが好ましく、これにより、ブラックマスクの厚さを起因としてカラーフィルタとブラックマスクとの境界部近傍に発生する段差の大きさが抑制され液晶封入間隙の均一化が促進されると共に、ブラックマスクによる遮光効果も充分に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の実施形態としての液晶表示素子を示す平面図で、図２はその液晶表示素子をII−II線で切断して示す模式的部分断面図である。なお、図２では、説明の都合上、ブラックマスクやスペーサ等の部材が実際のものよりも強調して大きく図示されている。
【００１３】
本実施形態の液晶表示素子は、単純マトリクス型液晶表示素子であり、図１に示されるように、互いに対向する基板の内面のうちの一方に形成された走査電極と、他方の内面に形成された信号電極およびが対向する領域のうち、遮光部材からなるブラックマスクの開口部に対応する領域によって複数の画素ｐが区画設定され、これらの複数の画素ｐがマトリックス状に配置されている。
【００１４】
平面外形が細長い長方形をなす一対のガラス基板１、２が、枠状シール材３により所定の間隙を保ち接合されている。これら一対のガラス基板１、２のうちの一方のガラス基板１の他方のガラス基板２に対向する内面の前記画素部を除いた部分には、光の透過を制限する第１ブラックマスク４が形成されている。第１ブラックマスク４は、前記画素ｐに対応して光を通過させるための複数の開口４ａがマトリックス状に形成されている。
【００１５】
第１ブラックマスク４は、例えばアクリル系感光ポリマやポリイミド系感光ポリマ等のフォトレジスト材料に黒色顔料を混合して調製された黒色樹脂ペーストを材料として用い、フォトリソグラフィーにより上述の複数の開口４ａを備えたパターンに形成されている。このように、第１ブラックマスク４をフォトリソグラフィーにより形成することにより、印刷法等の他の方法で形成する場合に比べ、設定された画素構成に対し複数の開口４ａがより正確に対応したブラックマスク４を容易に形成することができる。
【００１６】
ここで、この第１ブラックマスク４の膜厚Ｔ1は、後述するカラーフィルタや対向側の第２ブラックマスクの各膜厚との相互の関係に基づいて最適に設定されるべきものであって、０．２μｍ〜０．６μｍ程度が好ましく、本実施形態では、０．３μｍに設定されている。
【００１７】
前記第１の基板の内面の、第１ブラックマスク４の各開口４ａに対応する領域には、特定の波長の成分光を選択的に透過させるカラーフィルタ５がそれぞれ被着されている。本実施形態のカラーフィルタ５は、開口４ａの各列（紙面垂直方向）に沿って、赤、緑、青の各波長光を透過させる３種類のストライプフィルタ５R、５G、５Bが順次配置されてなる。各ストライプフィルタ５R、５G、５Bは、その幅が各開口４ａの幅よりも適長大きく形成され、各開口４ａを被覆し且つ幅方向両端部を第１ブラックマスク４の対応する開口縁部に重畳させた状態で、被着されている。これにより、第１ブラックマスク４の各開口４ａと各ストライプフィルタ５R、５G、５Bとの間に光漏れの原因となる隙間を生じさせる不具合が、確実に解消される。
【００１８】
赤、緑、青の各ストライプフィルタ５R、５G、５Bは、それぞれ、高分子樹脂中に赤、緑、青の各顔料を分散混合してなる感光性樹脂材料を用いて、フォトリソグラフィー法により上述の所定位置に正確に被着形成されている。この場合の各ストライプフィルタ５R、５G、５Bの膜厚は、約１．２μｍに設定されている。
【００１９】
第１のガラス基板１の第１ブラックマスク４とカラーフィルタ５とが設置された表面は、カラーフィルタ５及び第１ブラックマスク４のそれぞれの厚さに応じた各段差が形成された表面であり、この表面には、複数の走査電極６が、ストライプフィルタ５R、５G、５Bに直交する方向に平行に延在させて設置されている。なお、第１ブラックマスク４とカラーフィルタ５とが設置された表面には、図示されてはいないが、樹脂材料からなるカラーフィルタ５の有機物成分の溶出等を防止するために透明保護膜を被着しても良い。
【００２０】
走査電極６は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電材料を用いて、フォトリソグラフィー法により所定のパターンに正確に形成されている。この場合、ＩＴＯ等からなる走査電極６は、０．０３〜０．０６μｍ程度の薄い膜厚で、カラーフィルタ５及び第１ブラックマスク４のそれぞれの厚さに応じた各段差が形成されている表面に追随させて被着形成されている。
【００２１】
そして、露出している走査電極６、カラーフィルタ５及びブラックマスク４の各表面を覆って、液晶分子の配向を規制するための配向膜７が、均一な膜厚で一様に被着形成されている。この配向膜７の表面には、第１ブラックマスク４の膜厚に応じた段差Ｇ１及びカラーフィルタ５の膜厚に応じた段差Ｇ2が生じている。
【００２２】
一方、対向側ガラス基板２の内面には、第２ブラックマスク８が形成されている。この第２ブラックマスク８には、ガラス基板１側の第１ブラックマスク４に形成されている開口４ａに対応させて、開口８ａがマトリックス状に形成されている。この開口８ａは、対応する前記開口４ａよりも全縁辺にわたり幅ｄだけ拡大した大きさに形成されている。この拡大幅ｄは、カラーフィルタ５を第１ブラックマスク４に重畳させた重複幅ｓよりも小さく設定されることが好ましい。このように、第２ブラックマスク８の開口８ａを第１ブラックマスク４の開口４ａよりも幅ｄだけ拡大することにより、ガラス基板１とガラス基板２を接合する際の拡大幅ｄ以内の位置ズレを吸収でき、画素ｐ(図１参照)の開口４ａと等しい所期の面積が安定して確保される。
【００２３】
この第２ブラックマスク８も、第１ブラックマスク４と同様に、黒色樹脂ペーストを材料として、フォトリソグラフィーにより形成されている。この第２ブラックマスク８の膜厚Ｔ2は、０．８μｍ〜１．０μｍ程度が好ましく、本実施形態では、０．９μｍに設定されている。
【００２４】
ここで、第１ブラックマスク４の膜厚Ｔ1と第２ブラックマスク８の膜厚Ｔ2の和(Ｔ1＋Ｔ2)は、液晶表示素子として必要とされる遮光効果を確保するために最低限必要な大きさでの例えば１．０μｍ〜２．０μｍ程度で、この範囲内でも、液晶封入間隙(ギャップ)の均一化を図るためには、カラーフィルタ５の膜厚の本実施形態では１．２μｍに略等しく設定されることが好ましい。
【００２５】
そして、その好適範囲内において、各膜厚Ｔ1、Ｔ2の比(Ｔ2／Ｔ1)は、
１≦(Ｔ2／Ｔ1)≦５
で、その内でも、
２≦（Ｔ2／Ｔ1）≦４
に設定されることが好ましい。これは、カラーフィルタ５の第１ブラックマスク４への乗り上げ段差を小さく抑えるためには、第１ブラックマスク４の膜厚Ｔ1は可及的に薄いことが好ましいが、過度に薄くすると光漏れが発生して色純度の低下等の表示品質の低下を招く虞があるからである。
【００２６】
第２ブラックマスク８の各開口部８ａには、信号電極９が被設されている。本実施形態では、対向側のガラス基板１に設けられているストライプフィルタ５R、５G、５Bに対応させて、複数のストライプ状をなす信号電極９が、ストライプフィルタ５R、５G、５Bに平行な方向、つまり走査電極６に直交する方向(紙面垂直方向)へ、互いに平行に延在させて設置されている。この信号電極９も、走査電極６と同様に、ＩＴＯ等の透明導電材料を用いて、フォトリソグラフィー法により、０．０３〜０．０６μｍ程度の薄い膜厚で所定のパターンに正確に形成されている。
【００２７】
そして、信号電極９及び第２ブラックマスク８の露出表面を覆って、液晶分子の配向を規制するための配向膜１０が、均一な膜厚で一様に被着形成されている。この配向膜１０の表面には、第２ブラックマスク８の膜厚Ｔ2に起因する段差Ｇ3が生じている。なお、信号電極９の膜厚に起因した段差も生じるが、信号電極９の膜厚が薄いため、それによる段差も僅かなものであり、本液晶表示素子の表示品質に影響を及ぼす程のものではない。
【００２８】
上述のように構成されたガラス基板１とガラス基板２の各組立体は、スペーサ１１を介して枠状シール材３(図１参照)により接合されている。本実施形態においては、図１に示されるように、大きさが異なる一対のガラス基板１、２を使用し、一方の大ガラス基板１の一端部１ａを他方の小ガラス基板２の対応する端面よりも所定長突出させて、接合されている。
【００２９】
この接合作業に際しては、ガラス基板１、２に予め一対づつ設置されている位置基準としてのアライメントマーク１２、１２及び１３、１３をカメラ等で画像認識することにより、両ガラス基板１、２を正確且つ容易に位置決めし接合することができる。ここで、ガラス基板１のアライメントマーク１２、１２は、その対角コーナー部にそれぞれ配設され、ガラス基板２のアライメントマーク１３、１３は、図示される接合状態が得られるアライメントマーク１２、１２の各対応位置にそれぞれ配設されている。
【００３０】
そして、これらアライメントマーク１２、１２及び１３、１３は、各ガラス基板１、２にそれぞれ設けられる第１、第２ブラックマスク４、８と同じ材料で同時に形成されている。すなわち、アライメントマーク１２、１２及び１３、１３は、第１、第２ブラックマスク４、８と同じ黒色樹脂ペーストを材料としてフォトリソグラフィーによりそれらと同時に形成される。従って、アライメントマーク１２、１３は、透明電極材料と同じ材料で同時に形成される場合や、ブラックマスクが一方の基板だけに設けられているために一方だけ黒色である場合に比べて、双方のマーク１２、１３が黒色で且つ厚さが適度に薄く輪郭がシャープに形成されているためにそれらの視認性が格段に向上し、その結果、ガラス基板１、２の位置合わせをより正確且つ容易に実施することができる。
【００３１】
図２に戻って、スペーサ１１は、液晶１４が封入される両ガラス基板１、２間の間隙の大きさを規制するために用いられるものであり、本実施形態では、スペーサ１１として樹脂系粒状スペーサを用い、一方の例えばガラス基板１組立体の配向膜７上にランダムに散布された後、他方のガラス基板２を枠状シール材３で接合することにより、両ガラス基板１、２間に挟持され、その間隙の大きさを所期の範囲内に規制している。
【００３２】
ここで、液晶１４が封入される両ガラス基板１、２間の間隙が全液晶封入領域にわたり均一に保持されるためには、スペーサ１１が、第１ブラックマスク４の開口４ａが設けられている画素エリアＡpだけでなく、第１ブラックマスク４が存在するそれら画素エリアＡp間の非画素エリアＡnにも均等に保持されていることが要求される。本実施形態においては、第１、第２ブラックマスク４、８の各厚さの和（Ｔ1＋Ｔ2）をカラーフィルタ５の厚さに略等しくなるように設定することにより、スペーサ１１が全液晶封入領域にわたり略均一に保持されている。
【００３３】
図１に示されるように、ガラス基板１とガラス基板２の各組立体を接合して得られた液晶表示セルにおける両ガラス基板１、２と枠状シール材３とで囲まれた空間内には、枠状シール材３に設けられている液晶注入口３ａから、液晶１４(図２参照)が例えば真空注入法等により注入され、液晶注入口３ａが封止材１５により封止されている。
【００３４】
なお、大ガラス基板１の突出部１ａには、複数の信号電極９(図２参照)及び走査電極６(図２参照)から引き出された配線(不図示)が所定のパターンに引き回され、それら各配線の接続端子(不図示)がそれぞれ所定の配列で設置されている。
【００３５】
上述のように構成された本実施形態の液晶表示素子においては、図２に示されるように、画素エリアＡpが第１ブラックマスク４の開口４ａによって画定されている。この画素エリアＡp内には、第１、第２ブラックマスク４、８の膜厚Ｔ1、Ｔ２に対応して生じた段差Ｇ1、Ｇ3が存在するが、ブラックマスクが第１と第２のブラックマスク４、８に分割して配設されているために個々の膜厚Ｔ1、Ｔ２が薄くなり、これに応じて配向膜７、１０表面に生じる個々の段差Ｇ1、Ｇ3もそれぞれ小さくなっている。その結果、段差により引き起こされる液晶分子の配向不良の発生の度合いが顕著に抑制され、液晶分子の配向不良が起因となる表示ムラ等の表示欠陥の発生が抑制された良好な表示品質を安定して得ることができる。
【００３６】
因みに、ブラックマスクを分割せずに一方の基板に配設し、且つ平坦化膜を被設しない場合を本実施形態に対する比較例として示すと、図３のようになる。図３から明らかなように、本比較例においては、ブラックマスク３１に対応して生じる段差Ｇ4の大きさは、ブラックマスク３１が厚肉であるためそれに応じて大きくなる。従って、この大きな段差Ｇ4において液晶分子の配向不良が顕著に発生し、その結果、色ムラ等の表示不良を引き起こして表示品質が低下する。
【００３７】
なお、図２から明らかなように、画素エリアＡp以外のエリアつまりブラックマスク４、が配設された非画素エリアＡnにおいて発生する段差Ｇ2は、カラーフィルタ５の厚さに対応して発生する比較的大きい段差であり、液晶分子の配向不良を発生させる原因となるが、非画素エリアＡnであるために、液晶分子の配向不良が発生しても表示品質に悪影響を及ぼすことは略無い。
【００３８】
以上のように、本実施形態は、液晶を挟持する一対のガラス基板１、２の双方に、ブラックマスクを第１ブラックマスク４と第２ブラックマスク８とにそれぞれ分けて配設したから、個々のブラックマスク４、８の厚さが小さくなり、これに応じて、それらの縁部にカラーフィルタ５や信号電極９を重畳させたために画素エリアＡp内に発生する段差Ｇ1も小さくなる。その結果、段差Ｇ1で引き起こされる液晶分子の配向不良が表示ムラ等の表示不良を発生させない程度に抑制される。また、第１、第２ブラックマスク４、８の縁部にカラーフィルタ５及び信号電極９を重畳させたから、それらの間からの光漏れが確実に阻止されるとともに、第１、第２ブラックマスク４、８に分割することにより個々の遮光効果は低下するものの、それら個々の遮光効果が合わさることにより必要な遮光効果は充分に確保されるから、良好なコントラストの表示が得られる。その結果、本実施形態の液晶表示素子によれば、小型薄型化の促進に不利となる平坦化膜を設けなくても、ブラックマスクの厚さに起因する段差による表示むらの発生やコントラストの低下が解消された良好な表示品質が安定して得られる。
【００３９】
また、両ガラス基板１、２には、第１、第２ブラックマスク４、８と同じ黒色樹脂材料による視認性に富むアライメントマーク１２、１３がそれぞれ設けられているから、ブラックマスクをガラス基板１、２に分割したために両ガラス基板１、２の位置合わせに高精度が要求されるそれらの接合作業も、容易に実施することができる。
【００４０】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、段差を解消するための平坦化膜を設けない液晶表示素子だけでなく、平坦化膜を設ける液晶表示素子にも有効に適用される。この場合、ブラックマスクを両基板に分割配置することにより平坦化膜の膜厚を可及的に薄くすることができ、ブラックマスクの厚さに起因する段差の発生が略解消されるとともに薄型化が促進された高度な品質の液晶表示素子が得られる。
【００４１】
また、本発明は、上記実施形態のような単純マトリクス型のカラー液晶表示素子に限らず、アクティブマトリックス型液晶表示素子や白黒表示の液晶表示素子等、種々の液晶表示素子に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態としての液晶表示素子を示す平面図である。
【図２】上記液晶表示素子を図１のII−II線で切断した部分断面図である。
【図３】上記実施形態の液晶表示素子に対する比較例としての液晶表示素子を示す図２に対応する部分断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１                        第１のガラス基板
２                        第２のガラス基板
３                        枠状シール材
４                        第１ブラックマスク
５                        カラーフィルタ
５R、５G、５B             ストライプフィルタ(赤、緑、青)
６                        走査電極
７、１０                  配向膜
８                        第２ブラックマスク
９                        信号電極
１１                      スペーサ
１２、１３                アライメントマーク
１４                      液晶
１５                      封止材
３１                      ブラックマスク
【図１】
2006235057.tif 000003
【図２】
2006235057.tif 000004
【図３】
2006235057.tif 000005