(57)【要約】【課題】シール材の密着力を向上させ、外部からの水分の侵入による腐食や、表示性能の劣化等を引き起こしにくい液晶表示装置を得ることを目的とする。【解決手段】本発明における液晶表示装置は、対向して配設され、液晶を挟持する２枚の透明基板１，３と、２枚の透明基板１，３の周縁部に配設され、２枚の透明基板１，３を接着するシール材２と、一方の透明基板１とシール材２との間に配設され、シール材２と接触する位置にピット状またはスリット状の第１の段差構造８を有し、第１の段差構造８の底面に凹凸構造９を有するブラックマトリクス５と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配設され、液晶を挟持する２枚の透明基板と、
前記２枚の透明基板の周縁部に配設され、前記２枚の透明基板を接着するシール材と、
一方の前記透明基板と前記シール材との間に配設され、前記シール材と接触する位置にピット状またはスリット状の第１の段差構造を有し、前記第１の段差構造の底面に凹凸構造を有するブラックマトリクスと、を備える液晶表示装置。
【請求項２】
前記一方の透明基板は、前記ブラックマトリクスの前記第１の段差構造の下部に、ピット状またはスリット状の第２の段差構造を有し、前記第２の段差構造の底面に凹凸構造を有する、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
他方の前記透明基板上であって、前記ブラックマトリクスの前記第１の段差構造と対向する領域に配設される遮光パタンをさらに備える請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
他方の前記透明基板と前記シール材との間に配設され、前記シール材と接触する位置にピット状またはスリット状の第３の段差構造を有し、前記第３の段差構造の底面に凹凸構造を有する絶縁膜をさらに備える請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記他方の透明基板は、前記絶縁膜の前記第３の段差構造の下部に、ピット状またはスリット状の第４の段差構造を有し、前記第４の段差構造の底面に凹凸構造を有する、請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記凹凸構造は、凹凸の高さが段差構造の深さよりも低くなるように形成される、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項７】
対向して配設される２枚の透明基板の間に液晶を挟持する液晶表示装置の製造方法であって、
一方の前記透明基板上にブラックマトリクスを形成する工程と、
前記ブラックマトリクス上にピット状またはスリット状のレジストパタンを形成する工程と、
前記レジストパタンをマスクとしてエッチングを行い、前記ブラックマトリクスにピット状またはスリット状の第１の段差構造、前記第１の段差構造の底面に凹凸構造を形成する工程と、を備える液晶表示装置の製造方法。
【請求項８】
他方の前記透明基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上にピット状またはスリット状のレジストパタンを形成する工程と、
前記レジストパタンをマスクとしてエッチングを行い、前記絶縁膜にピット状またはスリット状の第３の段差構造、前記第３の段差構造の底面に凹凸構造を形成する工程と、をさらに備える請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項９】
対向して配設される２枚の透明基板の間に液晶を挟持する液晶表示装置の製造方法であって、
一方の前記透明基板上にピット状またはスリット状のレジストパタンを形成する工程と、
前記レジストパタンをマスクとしてエッチングを行い、前記透明基板にピット状またはスリット状の第２の段差構造、前記第２の段差構造の底面に凹凸構造を形成する工程と、
前記透明基板上にブラックマトリクスを形成する工程と、を備える液晶表示装置の製造方法。
【請求項１０】
他方の前記透明基板上にピット状またはスリット状のレジストパタンを形成する工程と、
前記レジストパタンをマスクとしてエッチングを行い、前記透明基板にピット状またはスリット状の第４の段差構造、前記第４の段差構造の底面に凹凸構造を形成する工程と、
前記透明基板上に絶縁膜を形成する工程と、をさらに備える請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置、およびその製造方法に関し、特に対向する基板とシール材との密着強度を向上した液晶表示装置、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、軽量、小型、低消費電力の表示装置として、パソコン用ディスプレイや携帯電話などに広く使用されている。しかし、広い範囲で使用されるために、特殊な状況で使用された場合などでは問題の起きる場合がある。この問題の１つに、ガラス基板を接着しているシール材の密着力に関する問題がある。例えば、基板とシール材との密着力の低下により、基板が剥がれたり、また剥離しないでも外気の水分がシール材を介してパネル内の液晶に侵入して表示不良を起こすこともある。
【０００３】
これらの問題に対して改善効果があるものとして、下記特許文献１〜８にシール材の密着力が向上する技術が開示されている。これらは特に密着力が悪い樹脂製ブラックマトリクス（もしくは有機平坦化膜）とシール材との密着力を改善するためにシール材と接触する部分のブラックマトリクスにスリットやドットを入れたものである。これによりガラス面とシール材とが直接密着することができ、通常のシール材の密着力が得られる。例えば、下記特許文献１では、樹脂ブラックマトリクスを二重構造として、シール材が接触する部分を段差形状とすることで密着力を向上させている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６６６０９号公報
【特許文献２】特開２００２−２２９００８号公報
【特許文献３】特開２００４−２９４７９９号公報
【特許文献４】特開平５−７２５４０号公報
【特許文献５】特開平１０−２８２５０７号公報
【特許文献６】特開平１１−１０９３８０号公報
【特許文献７】特開平１１−２６４９７０号公報
【特許文献８】特開２００２−２５８２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的にブラックマトリクスには、酸化クロム膜とクロム膜との積層膜からなる金属遮光膜と、樹脂膜からなる樹脂遮光膜とが知られている。しかし、上述したように、上記特許文献に記載の発明は、樹脂製ブラックマトリクス（もしくは有機平坦化膜）とシール材との密着力を改善する方法であり、一般的に密着力が強く問題の少ないカーボンブラックマトリクス面とシール材、およびガラス面とシール材との密着力を向上させる方法については提案されていない。これは、密着力の不足による問題が少ないためと思われ、実際にカーボンブラックマトリクスで作られた液晶パネルに関して、シール材との密着力不足による不具合は少ない。
【０００６】
しかしながら、このような液晶パネルでも、例えば高温高湿状態で連続表示などをしていると、外気の水分がシール材を介して液晶パネル内に侵入し、表示不良を引き起こすことがあるという問題があった。
【０００７】
そこで本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、シール材との密着力を向上させ、外部からの水分の侵入による腐食や、表示性能の劣化等を引き起こしにくい液晶表示装置、およびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における液晶表示装置は、対向して配設され、液晶を挟持する２枚の透明基板と、前記２枚の透明基板の周縁部に配設され、前記２枚の透明基板を接着するシール材と、一方の前記透明基板と前記シール材との間に配設され、前記シール材と接触する位置にピット状またはスリット状の第１の段差構造を有し、前記第１の段差構造の底面に凹凸構造を有するブラックマトリクスとを備える。
【０００９】
本発明における液晶表示装置の第１の製造方法は、対向して配設される２枚の透明基板の間に液晶を挟持する液晶表示装置の製造方法であって、一方の前記透明基板上にブラックマトリクスを形成する工程と、前記ブラックマトリクス上にピット状またはスリット状のレジストパタンを形成する工程と、前記レジストパタンをマスクとしてエッチングを行い、前記ブラックマトリクスにピット状またはスリット状の第１の段差構造、前記第１の段差構造の底面に凹凸構造を形成する工程と、を備える。
【００１０】
本発明における液晶表示装置の第２の製造方法は、対向して配設される２枚の透明基板の間に液晶を挟持する液晶表示装置の製造方法であって、一方の前記透明基板上にピット状またはスリット状のレジストパタンを形成する工程と、前記レジストパタンをマスクとしてエッチングを行い、前記透明基板にピット状またはスリット状の第２の段差構造、前記第２の段差構造の底面に凹凸構造を形成する工程と、前記透明基板上にブラックマトリクスを形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の液晶表示装置、およびその製造方法によれば、シール材と基板との接触面積が大きくなり、密着力を増すことができる。これにより、外部からの水の侵入を防ぐことができ、信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態における液晶表示装置２０の構成を示した図である。図１は、液晶表示装置２０をカラーフィルタ基板１側から見た図であり、この液晶表示装置２０は、ガラス基板４（図２参照）上にカラーフィルタを形成したカラーフィルタ基板１と、ガラス基板６（図２参照）上に薄膜トランジスタ（TFT：Thin Film Transistor）を形成したアレイ基板３と、カラーフィルタ基板１とアレイ基板３とを接着するシール材２とを備えている。このカラーフィルタ基板１とアレイ基板３とをシール材２で張り合わせ、隙間の部分に液晶を注入して液晶パネルとなる。
【００１３】
図２は、図１に示す本実施の形態の液晶表示装置２０をA−A’線に沿って切断した断面図である。図２を参照して液晶表示装置の断面構成を説明する。カラーフィルタ基板１は、ガラス基板４（透明基板）と、ガラス基板４上に複数配列された着色層（図示せず）と、着色層間に重鎮されたブラックマトリクス（図示せず）と、ガラス基板４の周縁部に配設され、シール材２と接触する位置にピット状またはスリット状の段差構造８（第１の段差構造）を有し、段差構造８の底面に凹凸構造９を有するブラックマトリクス５とを備えている。
【００１４】
一方アレイ基板３は、ガラス基板６（透明基板）と、ガラス基板６上に配設され、複数のTFT（図示せず）に電気的に接続される複数の信号線（ゲート信号線、ソース信号線、図示せず）と、信号線上を含めてガラス基板６上を覆うように配設され、シール材２と接触する位置にピット状またはスリット状の段差構造８（第３の段差構造）を有し、段差構造８の底面に凹凸構造９を有する絶縁膜７とを備えている。また、アレイ基板３は、ガラス基板６上に配設され、カラーフィルタ基板１の段差構造８と対向する位置に遮光パタン１０を備えていてもよい。
【００１５】
次に、図２を参照して、本実施の形態における液晶表示装置２０の製造方法について説明する。始めに、カラーフィルタ基板１の製造方法について説明する。本実施の形態のカラーフィルタ基板１は、クロム（Cr）系のブラックマトリクス５を使用する。まず、カラーフィルタ基板１の土台となるガラス基板４を準備し、ガラス基板４上に例えばスパッタリング法により、クロム酸化膜を２０〜１５０nmの厚さに形成し、さらにその上にクロム膜を５０〜２００nmの厚さに形成する。次に、通常の写真製版法でレジストパタンを形成する。レジストパタン形成後は、硝酸第二セリウムアンモニウムと酸を含むエッチング液を用いてウエットエッチングを行う。この後レジストマスクを除去し、通常のブラックマトリクスのパタン形成が完了する。
【００１６】
次に、通常の写真製版法で、後にシール材２と接触する部分のみに、スリット状もしくはピット状に開口したレジストパタンを形成する。次に、硝酸第二セリウムアンモニウムと酸を含むエッチング液を用いて、開口したレジストパタンをマスクとしてハーフエッチング（ウエットエッチング）を行う。クロム膜の全膜をエッチングする時間（ジャストエッチング時間）に対して５〜９５％、好ましくは、１０〜５０％の時間だけ基板を液に浸漬させる。
【００１７】
この様にハーフエッチングを行うことで、ブラックマトリクス部分で、後にシール材２と接触する部分に段差構造８が形成され、段差構造８の底面にクロムの結晶粒に沿った細かい凹凸構造９が形成される。この凹凸構造９は、金属が薬液に溶解する場合、一般にギブスの自由エネルギーの大きい結晶粒界が結晶部分より先に溶解するため形成される。段差構造８および凹凸構造９を有することにより、後にシール材２による接着を行う際、シール材２とカラーフィルタ基板１との接着面積が大きくなり、密着力が向上する。
【００１８】
なお、この様な凹凸構造９を形成する場合、表示不良の発生を防ぐために、凹凸構造９の高さ（ガラス基板４を下にしたときの高さ）が段差構造８の深さよりも低くなるように形成することが好ましい。これは、凹凸の高さが周辺部より高くなると、シール材２中のスペーサの高さが不安定になり、シール材２の厚みが不均一になり、表示不良の原因となるからである。次に、通常の方法でレジストマスクを除去し、ブラックマトリクス５が形成される。
【００１９】
ブラックマトリクス５の形成が完了した後は、通常の方法で、カラーレジストを塗布し、露光して現像することで、R、G、Bの着色層が完成する。着色層形成後は、基板前面にITOなどの透明導電膜を形成して透明電極を形成し、オーバーコート層を形成し、カラーフィルタ基板１が完成する。
【００２０】
次に、アレイ基板３の製造方法について説明する。アレイ基板３は、通常のTFTアレイ基板３の形成プロセスにて作成されたものを使用する。例えば、ガラス基板６上に複数のTFT及び複数の信号線等を形成した後、これらの信号線およびガラス基板６上を覆うように、CVD（chemical vapar deposition）法等により、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等で絶縁膜７を形成する。また、アレイ基板３と、シール材２との密着力を向上させるために、上述したカラーフィルタ基板１と同様にアレイ基板３の絶縁膜７に段差構造８および凹凸構造９を形成することが望ましい。段差構造８及び凹凸構造９の形成方法は、上述した方法と同様のため説明を省略する。また、アレイ基板３は、配線パタンだけが形成されたSTN用のアレイ基板３でもよい。
【００２１】
また、アレイ基板３は、好ましくはカラーフィルタ基板１の段差構造８（ハーフエッチパタン）と対向する領域に、遮光性を向上するためのダミーパタン（遮光パタン１０）を形成したものが良い。ハーフエッチによりブラックマトリクス５の遮光性が低下しており、これが視認されると画質低下に繋がるためである。
【００２２】
このようにして形成されたカラーフィルタ基板１とアレイ基板３は、通常の液晶パネルの組み立て工程で組み立てられる。例えば、カラーフィルタ基板１とアレイ基板３が別々に洗浄、配向膜転写、配向、キュアベークを経てシール材２塗布後に重ね合わされる。この後、熱圧着、基板切断、液晶注入、封止の工程を経て液晶パネルが完成する。さらに、この液晶パネルに偏光板、駆動用の回路基板、バックライトなどが取り付けられ液晶表示装置２０が完成する。
【００２３】
以上のように形成された液晶表示装置２０は、シール材２と基板（カラーフィルタ基板１およびアレイ基板３）との接触面積が大きいため、密着力が強く、高温高湿条件などにさらされても、外気中の水分が侵入することが少なく、高い品質を保つことができる。
【００２４】
＜実施の形態２＞
本実施の形態における液晶表示装置２０の構成は、実施の形態１と同様のため説明を省略する。以下、図２を参照して、本実施の形態における液晶表示装置２０の製造方法について説明する。始めに、カラーフィルタ基板１の製造方法について説明する。本実施の形態のカラーフィルタ基板１は、有機樹脂系のブラックマトリクス５を使用する。まず、カラーフィルタ基板１の土台となるガラス基板４を準備し、ガラス基板４上に例えば写真製版法により、有機樹脂のブラックマトリクスを膜厚０．１〜１０μm、好ましくは１〜３μmで形成する。
【００２５】
次に、通常の写真製版法で、後にシール材２と接する部分のみに、スリット状もしくはピット状に開口したポジ型レジストパタンを形成する。次に、通常のドライエッチング法でハーフエッチングする。エッチング時間は、ブラックマトリクス部の有機樹脂の残膜の膜厚が５〜９５％、好ましくは、５０〜９９％になる程度の時間が望ましい。
【００２６】
この様にハーフエッチングを行うことで、ブラックマトリクス部分で、後にシール材２と接触する部分に段差構造８（第３の段差構造）が形成され、段差構造８の底面に細かい凹凸構造９が形成される。段差構造８および凹凸構造９を有することにより、後にシール材２による接着を行う際、シール材２とカラーフィルタ基板１の接着面積が大きくなり、密着力が向上する。
【００２７】
なお、この様な凹凸構造９を形成する場合、表示不良の発生を防ぐために、凹凸構造９の高さ（ガラス基板４を下にしたときの高さ）が段差構造８の深さよりも低くなるように形成することが好ましい。これは、凹凸の高さが周辺部より高くなると、シール材２中のスペーサの高さが不安定になり、シール材２の厚みが不均一になり、表示不良の原因となるからである。次に、通常の方法でレジストマスクを除去し、ブラックマトリクス５が形成される。以降の工程は実施の形態１と同様のため、説明を省略する。また、アレイ基板３の製造方法も実施の形態１と同様のため、説明を省略する。
【００２８】
以上のように形成された液晶表示装置２０は、シール材２と基板（カラーフィルタ基板１およびアレイ基板３）との接触面積が大きいため、密着力が強く、高温高湿条件などにさらされても、外気中の水分が侵入することが少なく、高い品質を保つことができる。
【００２９】
＜実施の形態３＞
図３は、図１に示す本実施の形態の液晶表示装置２０をA−A’線に沿って切断した断面図である。図３を参照して液晶表示装置２０の断面構成を説明する。カラーフィルタ基板１は、周縁部にピット状またはスリット状の段差構造１１（第２の段差構造）を有し、段差構造１１の底面に凹凸構造１２を有するガラス基板４（透明基板）と、ガラス基板４上に複数配列された着色層（図示せず）と、着色層間に充填されたブラックマトリクス（図示せず）と、ガラス基板４の段差構造１１上であって、シール材２と接触する位置にピット状またはスリット状の段差構造８を有し、段差構造８の底面に凹凸構造９を有するブラックマトリクス５とを備えている。
【００３０】
一方アレイ基板３は、周縁部にピット状またはスリット状の段差構造１１（第４の段差構造）を有し、段差構造１１の底面に凹凸構造１２を有するガラス基板６（透明基板）と、ガラス基板６上に配設され、複数のTFT（図示せず）に電気的に接続される複数の信号線（ゲート信号線、ソース信号線、図示せず）と、信号線上を含めガラス基板６上を覆うように配設され、シール材２と接触する位置にピット状またはスリット状の段差構造８（第３の段差構造）を有し、段差構造８の底面に凹凸構造９を有する絶縁膜７とを備えている。また、アレイ基板３は、ガラス基板６上に配設され、カラーフィルタ基板１の段差構造８と対向する位置に遮光パタン１０を備えていてもよい。
【００３１】
次に、図３を参照して、本実施の形態における液晶表示装置２０の製造方法について説明する。始めに、カラーフィルタ基板１の製造方法について説明する。本実施の形態のカラーフィルタ基板１は、ブラックマトリクス５の形成前に段差構造１１を形成する。まず、カラーフィルタ基板１の土台となるガラス基板４を準備し、ガラス基板４上に、通常の写真製版法で、後にシール材２と接触する部分のみに、スリット状もしくはピット状に開口したレジストパタンを形成する。次にドライエッチングまたはウェットエッチングにより、ガラス基板４に段差構造１１、段差構造１１の底面に凹凸構造１２を形成する。段差構造１１の深さは、０．０１〜１０μm、好ましくは０．０３〜１μm程度である。スリットの幅やピットの直径はシール材２の幅（通常１mm）より小さければよい。具体的には写真製版技術の限界の３〜５００μm程度が好ましい。次に、通常の方法でレジストマスクを除去し、ガラス基板４が形成される。ここでは、一般的な写真製版法で段差構造１１を形成する方法を説明したが、段差構造１１の形成法は、例えばレーザー光を用いたり、インクジェット法でエッチング液を直接塗布する方法でも構わない。
【００３２】
次に、通常の方法でブラックマトリクスを形成する。例えばブラックマトリクス方法は、ガラス基板４上にスパッタリング法により、クロム酸化膜を２０〜１５０nmの厚さに形成し、さらにその上にクロム膜を５０〜２００nmの厚さに形成する。次に、通常の写真製版法でレジストパタンを形成する。レジストパタン形成後は、硝酸第二セリウムアンモニウムと酸を含むエッチング液を用いてウエットエッチングを行う。この後レジストマスクを除去し、通常のブラックマトリクス５のパタン形成が完了する。
【００３３】
この様にすることで、ブラックマトリクス５部分で、後にシール材２と接触する部分に、ガラス基板４の段差構造１１および凹凸構造１２が反映され、段差構造８および凹凸構造９が形成される。これにより、後にシール材２による接着を行う際、シール材２とカラーフィルタ基板１との接触面積が大きくなり、密着力が向上する。
【００３４】
ここまでは、ブラックマトリクス５をクロムを用いて形成する方法について説明したが、有機樹脂を用いたブラックマトリクス５の形成でも適用できる。この場合、有機樹脂は下地の凹凸構造１２を反映しにくいため、凹凸構造１２部分には有機樹脂のパタンを形成しないことが好ましい。ブラックマトリクス５のパタン形成が完了した後は、実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
【００３５】
次に、アレイ基板３の製造方法について説明する。まずアレイ基板３の土台となるガラス基板６を準備し、ガラス基板６上に、通常の写真製版法で、後にシール材２と接触する部分にスリット状、またはピット状に開口したレジストパタンを形成する。次にドライエッチングまたはウェットエッチングを行い、ガラス基板６に段差構造１１、段差構造１１の底面に凹凸構造１２を形成する。段差構造１１の深さは、０．０１〜１０μm、好ましくは０．０３〜１μm程度である。スリットの幅やドットの直径はシールの幅（通常１mm）より小さければよい。具体的には写真製版技術の限界の３〜５００μm程度が好ましい。エッチング後は通常の方法でレジスト除去し、段差構造１１および凹凸構造１２を有したガラス基板６が形成される。ここでは、一般的な写真製版法で段差構造１１を形成する方法を説明したが、段差構造１１の形成法は、例えばレーザー光を用いたり、インクジェット法でエッチング液を直接塗布する方法でも構わない。アレイ基板３のガラス基板６に段差構造１１を形成する場合、配線部の断線を避けるため、配線部には段差構造１１を形成しないことが好ましい。
【００３６】
ガラス基板６上に通常のアレイ基板３の製造工程を行うと、上述したカラーフィルタ基板１と同様に、絶縁膜７部分で、後にシール材２に接触する部分に、ガラス基板６の段差構造１１および凹凸構造１２が反映され、段差構造８および凹凸構造９が形成される。これにより、後にシール材２による接着を行う際、シール材２とアレイ基板３との接触面積が大きくなり、密着力が向上する。その他の工程は実施の形態１と同様のため、説明を省略する。
【００３７】
以上のように形成された液晶表示装置２０は、シール材２と基板（カラーフィルタ基板１およびアレイ基板３）との接触面積が大きいため、密着力が強く、高温高湿条件などにさらされても、外気中の水分が侵入することが少なく、高い品質を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の構成を示した断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３における液晶表示装置の構成を示した断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  カラーフィルタ基板、２  シール材、３  アレイ基板、４，６  ガラス基板、５  ブラックマトリクス、７  絶縁膜、８，１１  段差構造、９，１２  凹凸構造、１０  遮光パタン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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