(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶駆動基板、その液晶駆動基板の下に配置されたカラーフィルタ基板、前記液晶駆動基板と前記カラーフィルタ基板との間に配置された液晶材料および複数のスペーサを備えた液晶パネルであって、前記カラーフィルタ基板が、ガラス基板、そのガラス基板の上に配置された第一導電性膜、複数種のカラーフィルタ、ブラックマトリックスおよび前記複数種のカラーフィルタの上に配置された第二導電性膜を備えており、前記複数種のカラーフィルタの各々が前記ブラックマトリックスにより区画されており、前記複数のスペーサが前記ブラックマトリックスにより限られた区域の上に配置されており、かつ前記複数のスペーサの底部が前記第一導電性膜に接触している、上記液晶パネル。
【請求項２】
前記複数のスペーサがポリマー組成物であり、かつ電着されている、請求項１に記載の液晶パネル。
【請求項３】
前記複数のスペーサの厚さが電着により制御されている、請求項１に記載の液晶パネル。
【請求項４】
前記複数のスペーサが光又は熱によって硬化された黒色または不透明な樹脂である、請求項１に記載の液晶パネル。
【請求項５】
前記複数のスペーサが光又は熱によって硬化された透明または着色した樹脂である、請求項１に記載の液晶パネル。
【請求項６】
液晶駆動基板、その液晶駆動基板の下に配置されたカラーフィルタ基板、前記液晶駆動基板と前記カラーフィルタ基板との間に配置された液晶材料および複数のスペーサを製造する工程を含む、液晶パネルの製造方法であって、前記カラーフィルタ基板の製造方法が、ガラス基板、そのガラス基板の上に配置された第一導電性膜、複数種のカラーフィルタ、ブラックマトリックスおよび前記複数種のカラーフィルタの上に配置された第二導電性膜を製造する工程を含んでおり、前記複数種のカラーフィルタおよび複数のスペーサが、
前記第一導電性膜の上に４階調現像性ホトレジストを塗布し、
そのホトレジストをまず４階調マスクを用いて露光し、
現像と電着を繰り返すことにより赤、緑および青の区域を製造し、
このホトレジストを次にスペーサレチクルを用いて露光し、
前記ブラックマトリックスにより限られた区域内に前記第一導電性膜を現像により露出させ、そして
その露出した第一導電性膜の上に電着塗料組成物を形成する、
ことにより製造される、上記方法。
【請求項７】
前記電着塗料組成物が、光又は熱によって硬化された黒色または不透明な樹脂である、請求項６に記載の液晶パネルの製造方法。
【請求項８】
前記電着塗料組成物が、光又は熱によって硬化された透明または着色した樹脂である、請求項６に記載の液晶パネルの製造方法。
【請求項９】
前記スペーサの位置および大きさを前記スペーサレチクルによって決定する、請求項６に記載の液晶パネルの製造方法。
【請求項１０】
前記スぺーサの厚みを、スペーサ製造用電着塗料組成物によって制御する、請求項６に記載の液晶パネルの製造方法。
【請求項１１】
前記複数のスぺーサの全部がブラックマトリックスにより限られた区域の上に配置されている、請求項６に記載の液晶パネルの製造方法。
【請求項１２】
前記４階調現像性ホトレジストがポジ型感光性樹脂である、請求項６に記載の液晶パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶パネルおよびその製造方法に関するものであり、さらに詳細にはリソグラフィおよび電着により製造される液晶パネルおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年パーソナルコンピュータおよびモニターは、情報およびマルチメディアの急速な発展のために普及している。環境汚染を減少させる解決策として、主要なディスプレイ装置としてディスプレイ管を液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）によって置き換えることが提唱されてきた。それ故、ＬＣＤはディスプレイ管と同様に高いディスプレイ品質であるべきことが要求されている。しかし、このゴールに到達するには克服されるべき多くの問題が存在する。
【０００３】
液晶パネル、特に図１に示されるカラー液晶パネルは、カラーフィルタ基板１０、液晶駆動基板８、およびセルに分かれた液晶材料９をカラーフィルタ基板１０と液晶駆動基板８の間の間隙内に含む。そのセルギャップ（通常長さにして数ミクロンから数十ミクロン）はスペーサ７により形成される。従来は、このスペーサは第二導電性膜２’の上に散布されたプラスチックまたはガラスのペレットである。このような方法では、ペレットを第二導電性膜２’の上に均一に分配することは難しいので、セルギャップの不均一およびディスプレイ品質の劣悪をもたらすが、特に大規模ディスプレイパネルにおいてそうである。さらに、ペレットが赤フィルタ４、緑フィルタ５および青フィルタ６の上に分配されることがあるので、光が散乱し、コントラストの悪化を招くかもしれない。さらに、液晶材料９を満たしている間にペレットがセル中を移動し、駆動ワイヤを切ることもあるだろう。
【０００４】
米国特許第４，８７４，４６１号明細書は、スペーサがホトリソグラフィ法により製造された液晶ディスプレイパネルを開示している。それらのスペーサは、製造の際の光硬化過程が不完全なことがあるので脱落しやすく、しかも大きさが均一でない。特公平６−２２２３７０号公報は縞筋のスペーサを開示している。その解像度は、ネガ型ホトレジストを使用するために劣悪であり、しかもスペーサパターンが限られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、スペーサの厚さと均一性が制御し易く、セルギャップが小さく、表示品質の優れた液晶パネルを提供することである。
【０００６】
本発明の他の一つの目的は、有効な表示フィルタの上にスペーサが置かれていなくて、表示品質を改良することができる液晶パネルを提供することである。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、スペーサの厚さと均一性を有効に制御することができる、液晶パネルの製造方法を提供することである。小さくかつ均一なセルギャップを得ることができた。
【０００８】
本発明の他の一つのさらなる目的は、スペーサがすべて有効な表示フィルタ上ではなくブラックマトリックス上に配置されている、液晶パネルの製造方法を提供することである。
【０００９】
本発明のなおさらなる目的は、液晶パネルを製造するための改良された方法を提供することである。その方法は製品歩留りおよび表示品質を改善し、大面積ＬＣＤに適用することができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、液晶駆動基板、その液晶駆動基板の下に配置されたカラーフィルタ基板、前記液晶駆動基板と前記カラーフィルタ基板との間に配置された液晶材料および複数のスペーサを備え、前記カラーフィルタ基板が、ガラス基板、そのガラス基板の上に配置された第一導電性膜、複数種のカラーフィルタ、ブラックマトリックスおよび前記複数種のカラーフィルタの上に配置された第二導電性膜を備えており、前記複数種のカラーフィルタの各々がブラックマトリックスにより区画されており、前記複数のスペーサがブラックマトリックスにより限られた区域の上に配置されており、かつ前記複数のスペーサの底面が前記第一導電性膜と接触している、液晶パネルを開示する。本発明の好ましい実施態様においては、前記複数のスペーサはポリマー組成物であって、電着法により造られており、その厚さは電着法により制御される。それらのスペーサは、光又は熱によって硬化された黒色または不透明の樹脂である。或いは、それらのスペーサは光又は熱によって硬化された透明または着色した樹脂である。
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明は、液晶駆動基板、その液晶駆動基板の下に配置されたカラーフィルタ基板、前記液晶駆動基板と前記カラーフィルタ基板との間に配置された液晶材料および複数のスペーサを製造する工程を含み、前記カラーフィルタ基板を製造する方法が、ガラス基板、そのガラス基板の上に配置された第一導電性膜、複数種のカラーフィルタ、ブラックマトリックスおよびカラーフィルタの上に配置された第二導電性膜を製造する工程を含んでおり、前記複数種のカラーフィルタおよび複数のスペーサが、前記第一導電性膜上に４レベルのホトレジストを塗布し、そのホトレジストをまず４レベルのレチクルを用いて露光し、現像と電着を繰り返すことにより赤、緑および青の区域を製造し、このホトレジストを次にスペーサレチクルを用いて露光し、前記ブラックマトリックスにより限られた区域内に前記第一導電性膜を現像により露出させ、そして、その露出した第一導電性膜の上に電着塗料組成物を形成することにより製造される、液晶パネルの製造方法を開示する。本発明の他の一つの実施態様においては、前記の電着塗料組成物は黒色または不透明である光または熱硬化性樹脂であるか、または透明または着色した光または熱硬化性樹脂である。前記スペーサの位置と大きさはスペーサレチクルにより決定され、またそのスぺーサのスペーサ厚さは、スペーサ製造用電着組成物の組成や電着条件により制御される。前記の４レベルのホトレジストはポジ型感光性樹脂である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、複数種のカラーフィルタ（４，５，６）およびそれらのフィルタから複数のスペーサ７により一定の距離を置いて配置された液晶駆動基板８を有する液晶パネルに関する。前記複数のスペーサ７はポリマー電着塗料からできており、それらの塗料はブラックマトリックスを形成するために使用される黒色塗料または無色の塗料であってもよく、その際黒色塗料は特公平２−３６６２２号公報に記載のカーボンブラックであってもよい。前記複数のスペーサはまた特公平２−３６６２２号公報に記載の赤色、緑色または青色塗料でできていてもよい。換言すれば、前記複数のスペーサは黒色電着塗料または非黒色電着塗料である。
【００１３】
これらのスペーサは、ブラックマトリックスが電着により形成される場合にはそのブラックマトリックスと同じ材料からできていてもよい。しかし、クロムブラックマトリックス板（以下「ＣｒＢＭ板」と呼ぶ）が適用される場合には、これらのスペーサは着色されたものであってもよい。このブラックマトリックスは、ホトリソグラフィによりクロムから形成される。しかし、光分散を避けるには黒色スペーサが好ましい。
【００１４】
ブラックマトリックスにより限られた区域内に複数のスペーサを製造する工程を以下に説明する。
【００１５】
１．カラーフィルタの形成
透明導電性膜２を透明基板１またはクロムブラックマトリックス（ＣｒＢＭ）基板の上に造ってから、米国特許第５，６４１，５９５号明細書に記載の４レベルのホトレジスト（すなわち、４階調現像性ホトレジスト。以下Multideveloping photoresistを略して「ＭＤＰＲ」と呼ぶ）をその基板の上に塗布した。透明導電性膜２の材料およびＭＤＰＲを塗布する方法は米国特許第５，６４１，５９５号明細書に記載されている。
【００１６】
ＭＤＰＲを紫外光に露光させるが、ＭＤＰＲは４レベルのレチクル（すなわち、４階調マスク。以下Multidensity photomaskを略して「ＭＤＰＭ」と呼ぶ）またはカラーフィルタの各色部分（４，５，６）によって露光強度の異なるレチクルにより予めマスクしておく。次にカラーフィルタの赤、緑および青色部分（４，５，６）を導電性膜２のそれぞれの区域の上に電着する。それらの区域は、光透過率の異なるパターンを有するＭＤＰＭを用いてＭＤＰＲを繰返し現像することにより形成される。その現像の間に、導電性膜２の部分は、ＭＤＰＭを光透過率の最大のものから始めて、次第に光透過率の低いものを用いて、露出されてゆくのである。露出された導電性膜の上にいろいろな色を電着する順序は固定されない。従来の技術とは異なり、カラーフィルタ（４，５，６）の各着色部分は一工程の露光で完成する。
【００１７】
２．スペーサの形成
第二の露光工程においては、図４に示すスペーサレチクルをスペーサを形成するために利用する。光は光透過区域４１を通過してＭＤＰＲを露光させるとともに、光マスキング区域４２により妨げられることになる。現像後、スペーサ５１を電着させるために使用する透明な第一導電性膜２の部分を露出させる。次に、これら透明な第二導電性膜２の露出された部分をポリマー電着組成物を用いて高電圧および高温度で電着し、スペーサ５１を形成する。
【００１８】
３．ブラックマトリックスの形成
スペーサの形成後、基板１０を紫外光により露光し、残余のＭＤＰＲを現像により除く。透明導電性膜２を有する基板を使用する場合には、ブラックマトリックスは、ＭＤＰＲが除去された区域の上に黒色のポリマー電着組成物を電着することにより形成する。ＣｒＢＭを有する基板を使用する場合には、ブラックマトリックスは始めから基板上に形成されているので、ＭＤＰＲ現像後にさらにいかなる加工も必要でない。
【００１９】
さらに、ＣｒＢＭを有する基板を使用する場合には、基板自身が導電性であるので、４レベルポジ型感光性ホトレジストの代わりに２レベルポジ型感光性ホトレジストを基板上にスピニングにより塗布する。図４に示すスペーサレチクルは、露光と現像の後にＣｒＢＭを有する基板の上にスペーサを形成するために露出された区域内において使用する。複数のスペーサ７は、長時間の高電圧および高温度における電着により形成される。その後、その基板を、すべての残余のホトレジストを除去するために紫外光に露光する。複数のスペーサを有するカラーフィルタがこのようにして形成される。
【００２０】
【実施例】
本発明を次の各例においてさらに詳しく説明する。用いたＭＤＰＲ、赤、緑および青部分の電着塗料は、米国特許第５，６４１，５９５号明細書に開示されている。用いた黒色ポリマー電着塗料は以下に説明する。
【００２１】
＜黒色ポリマー電着塗料の製造例＞
ポリエステル樹脂、黒色顔料および酸化チタンを予め溶解攪拌機により混合してから、ＤＣＰ分散機により分散した。イオン交換水により希釈した後、１０重量％の固形成分を含む黒色ポリマー電着塗料ＢＭ−９８を製造した。表１はその組成を示す。
【００２２】
【表１】
表１：ＢＭ−９８の組成
原料 組成 重量％
顔料１            Ｄｅｇｕｓｓａ  ＳＰ−５５０            １２．５
顔料２            酸化チタン（Ｄｕｐｏｎｔ  Ｒ−７０６）    ４．１
ポリエステル樹脂  シントーペイント  Ｓ−４５３            ２９．８
メラミン樹脂      ミツイシアナミド  ｃｙｍｅｌ  ２３２    １１．０
中和剤            ＤＩＰＡ                                  ３．０
溶媒１            ＰＧＭ                                    ３．０
溶媒２            ＤＡＡ                                  ３４．０
消泡剤            Ｓｕｒｆｙｎｏｌ  １０４                  １．０
分散剤            ＢＹＫ−１９０                            １．６
合計                                                    １００．０
【００２３】
例  １
図２に、本発明の一実施態様により、ＭＤＰＲを用いて電着により形成した液晶パネルの断面線図を示す。
【００２４】
カラーフィルタの形成
０．７ｍｍの厚さのガラス基板１の上に設けられた０．１８μｍの厚さの第一透明導電性膜（ＩＴＯ）２の上にＭＤＰＲ（図には示されていない）をスピンコーターにより塗布する。９０℃で２０分間乾燥の後、２．０μｍの厚さのポジ型感光性ホトレジストが形成された。そのＭＤＰＲを密度２５０ｍｊ／ｃｍ2 の紫外光に露光させた。その紫外光は高圧水銀露光装置により発生され、そして４レベルレチクルＭＤＰＭによりマスクされた。
【００２５】
現像を０．３重量％水酸化カリウム溶液により行い、光透過率１００％のＭＤＰＭ上のパターンを通過した紫外光により露光されたＭＤＰＲを選択的に現像した。パターン付けされた導電性膜（通常インジウムスズ酸化物（以下ＩＴＯと呼ぶ））が露出した。水洗いと乾燥の後、ケミトロン社製のアニオン型赤色電着塗料Ｒ−７５を、陽極としてこの透明基板を用いて導電性膜の露出区域の上に塗料温度２５℃および４８Ｖの直流電圧下に１３秒間という条件で電着した。イオン交換水によりすすぎ洗いし、１００℃で１０分間乾燥した後、１．７μｍの厚さの赤色電着フィルムが形成され、図２に示したそのカラーフィルタの赤色部分４が完成した。
【００２６】
次に第二の現像を０．６重量％水酸化カリウム溶液を用いて進め、光透過率４０％のＭＤＰＭを通過した紫外光により露光されたＭＤＰＲを選択的に現像した。上とは別のＩＴＯが露出した。水洗いと乾燥の後、ケミトロン社製のアニオン型緑色電着塗料Ｇ−７４を、陽極としてこの透明基板を用いて導電性膜の露出区域の上に塗料温度２５℃および６４Ｖの直流電圧下に１９秒間という作業条件下で電着した。イオン交換水によりすすぎ洗いし、１００℃で１０分間乾燥した後、１．７μｍの厚さの緑色電着フィルムが形成され、図２に示されるそのカラーフィルタの緑色部分５が完成した。
【００２７】
次に第三の現像を１．０重量％水酸化カリウム溶液を用いて進め、光透過率２０％のＭＤＰＭを通過した紫外光により露光されたＭＤＰＲを選択的に現像した。さらに別のＩＴＯが露出した。水洗いと乾燥の後、ケミトロン社製のアニオン型青色電着塗料Ｂ−７４を、陽極としてこの透明基板を用いて導電性膜の露出区域の上に塗料温度２５℃および５４Ｖの直流電圧下１９秒間という作業条件下で電着した。イオン交換水によりすすぎ洗いし、１００℃で１０分間乾燥した後、１．７μｍの厚さの青色電着フィルムが形成され、図２に示されるそのカラーフィルタの青色部分６が完成した。
【００２８】
スペーサの形成
ここまでで、赤色、緑色および青色部分が形成された基板上に、残りのＭＤＰＲが存在している。次に、その基板を、スペーサレチクルによりマスクされた状態で密度１００ｍｊ／ｃｍ2 の紫外光を露光した。露光されたＭＤＰＲを１．０重量％水酸化カリウム溶液により選択的に現像し、導電性膜の部分（ＩＴＯ）を露出させる。水洗いと乾燥の後、ケミトロン社製のアニオン型黒色電着塗料ＢＭ−９８を、陽極としてこの透明基板を用いて導電性膜の露出区域の上に塗料温度２７℃および７０Ｖの直流電圧下２５秒間という作業条件下に電着した。イオン交換水によりすすぎ洗いし、１００℃で１０分間乾燥した後、７．０μｍの厚さの黒色スペーサ電着フィルムが形成され、図２に示されるスペーサ７が完成した。
【００２９】
ブラックマトリックスの形成
この基板全体を密度１０００ｍｊ／ｃｍ2 の紫外光で露光した。残っていたＭＤＰＲを１．５重量％水酸化カリウム溶液により現像し、電着組成物が上にのっていない導電性膜（ＩＴＯ）が露出した。水洗いと乾燥の後、ケミトロン社製のアニオン型黒色電着塗料ＢＭ−９８を、陽極としてこの透明基板を用いてそのＩＴＯの上に塗料温度２５℃および３０Ｖの直流電圧下１０秒間という作業条件下で電着した。イオン交換水によりすすぎ洗いし、１００℃で１０分間乾燥した後、１．９μｍの厚さのブラックマトリックス電着フィルムが形成され、図２に示されるブラックマトリックス３が完成した。そのＯＤ値は、遮光に適切とされる３．０である。
【００３０】
液晶表示パネルの製造
第二透明導電性膜２’をカラーフィルタ基板１０の上に形成した。液晶材料９（例えばＴＦＴ液晶組成物）を、この基板と液晶駆動基板８（例えばＴＦＴ板）の間に充填した。液晶パネルはこのようにして製造されたが、そのセルギャップの変化は小さい。有効表示部分の上にはスペーサは形成されない。このようにしてすぐれた表示品質を得ることができた。
【００３１】
例  ２
図３には、本発明の別の一つの実施態様による液晶パネルの断面線図が図示されている。クロムブラックマトリックス板を基板として使用した。
【００３２】
カラーフィルタの形成
０．７ｍｍの厚さのガラス基板１の上に設置されている０．１８ｍｍの厚さの第一透明導電性膜２およびクロムブラックマトリックス３の上にＭＤＰＲ（図には示されていない）をスピンコーターにより塗布する。そのクロムブラックマトリックス３はもともと基板の上に形成されていたものである。９０℃で２０分間乾燥の後、２．０μｍの厚さのポジ型感光性ホトレジストを形成した。カラーフィルターを形成するに際しては、前記の例１の手順に従った。
【００３３】
スペーサの形成
例１の各手順に従い、図３に示すスペーサ７を完成した。
【００３４】
ブラックマトリックスの形成
この基板全体を密度１０００ｍｊ／ｃｍ2 の紫外光で露光した。残っていたＭＤＰＲを１．５重量％水酸化カリウム溶液により現像し、クロムフィルムとともにＩＴＯを露出した。以後の手順は例１に例示した各手順と同じであった。
【００３５】
例  ３
赤、緑および青の各部分を有するカラーフィルタを、ＳＴＩ社製のＣｒＢＭ板の上に、顔料分散法により形成した。スペーサを造るために、図４に示したスペーサレチクルを用いてマスクした密度２００ｍｊ／ｃｍ2 の紫外光を、この基板上にスピンコーティングしたポジ型感光性ホトレジストの上に当てた。露光されたＭＤＰＲを１．０重量％水酸化カリウム溶液により選択的に現像し、これによりクロムフィルムが露出した。水洗いと乾燥の後、ケミトロン社製のアニオン型黒色電着塗料ＢＭ−９８をこのクロムフィルムの上に塗料温度２７℃および７０Ｖの直流電圧下２５秒間という作業条件下に電着した。イオン交換水によりすすぎ洗いし、１００℃で１０分間乾燥した後、７．０μｍの厚さの黒色スペーサを形成した。
【００３６】
【発明の効果】
スペーサ５１を図５に示される黒色マトリックス５２の上にＭＤＰＲと電着を使用することにより効果的に製造することができた。この液晶パネルは、セルギャップが小さく、変化のより少ないすぐれた表示品質を発揮する。さらに、これらのスペーサは、有効表示部分上ではなく、黒色マトリックスの上に形成されるので、表示品質は優秀であり、スペーサに起因する表示品質の劣悪は生じないはずである。
【００３７】
上記に開示された発明については本発明の範囲と精神を逸脱することなく種々の修正や変更が可能なことは明らかである。それ故、本出願人は、本発明を、上記の特許請求の範囲に記載された事項によってのみ規定するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は従来慣用の液晶パネルの断面線図である。
【図２】図２は本発明の一実施態様による液晶パネルの断面線図である。
【図３】図３は本発明の他の実施態様による液晶パネルの断面線図である。
【図４】図４はスペーサレチクルを描写するものである。
【図５】図５はブラックマトリックスの上のスペーサを描写するものである。
【符号の説明】
１  透明基板
２  透明導電性膜（第一）
２’  透明導電性膜（第二）
３  ブラックマトリックス
４  赤色部分
５  緑色部分
６  青色部分
７  スペーサ
８  液晶駆動基板
９  液晶材料
１０  カラーフィルタ基板
【図１】
0004361654.tif 000002
【図２】
0004361654.tif 000003
【図３】
0004361654.tif 000004
【図４】
0004361654.tif 000005
【図５】
0004361654.tif 000006