JP2013044894A - 液晶表示装置、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細な画素欠陥に対応した微細且つ高精度な遮光膜を効率的に形成する。
【解決手段】画素欠陥２５の位置に対応する透明基板１２の外表面にレジスト４５を塗布した後、レジスト４５にレーザーを照射して画素欠陥２５のサイズに対応した穴４６を形成し、その穴４６に遮光材料４１を充填することで遮光膜４０を形成する。レジスト４５は、遮光膜４０の形成後に除去するか、透光性材料であれば除去せずにそのまま残しておいてもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置における画素欠陥を目立たなくして品質を向上させる手法に関するものであり、特に電子ビューファインダー、ニアアイディスプレイ、プロジェクター用として好適な液晶表示装置、及びその製造方法に関する。

小型高精細化が進んだ液晶表示装置は通称マイクロディスプレイと呼ばれ、画素や配線が小さいことから、画素欠陥が発生し易いという問題がある。画素欠陥は、LSI不良などによって液晶に対して正常な電圧制御ができなくなる状態であり、例えば、画素単位で常時黒表示や常時白表示状態となってしまう。特に常時白表示状態となってしまうと、黒の背景に対して輝点になる関係で、見た目でも品質を落とす上に、黒を出すことができず、輝度値を上げてしまい黒浮きをしてしまう。

これらの問題に対しては、画素欠陥に対応した位置の基板表面に遮光膜を形成し、画素欠陥を観察者側から見えないように遮蔽する技術も考案されているが、画素が微細な場合には、それに応じて遮光膜も微細且つ高精度に形成しなければならず、使用する遮光材料や塗布装置が制限されるといった問題がある。

そこで、その点を解消した従来技術として、特許文献１には、画素欠陥に対応した位置の基板表面に、光重合型フォトポリマーに有機顔料もしくは染料を分散した樹脂を塗布して遮光膜を形成した後、遮光膜にレーザーを照射することで任意のパターン形状に外形をトリミングすることが記載されている。

特開平７−１８１４３８号公報（第８頁、図２）

しかし、特許文献１に記載の従来技術では、特に画素欠陥サイズが小さい場合に次のような問題がある。従来技術では、遮光膜を形成した後にレーザーを繰り返し照射することで、遮光膜の一部を消失させて遮光膜のパターン化（トリミング）を行っているが、このことは、画素欠陥や輝点のサイズが小さくなるに従ってレーザーの照射回数が増え、非効率的になると同時に、レーザーが遮光膜を突き抜けて配向膜や液晶材料といった有機材料に照射され、正常部へのダメージ量が増えていくことになる。即ち、レーザー照射の回数は少なければ少ないほど好適である。

本発明は上記問題点に鑑みて成されたもので、基板表面に微細且つ高精度な遮光膜を効率的に形成することが可能な液晶表示装置、及びその製造方法を提供することを目的とする。

一対の基板間に複数の画素領域を有する液晶層を備えた液晶表示装置であって、前記複数の画素領域のうち欠陥が生じている画素領域の位置に対した前記基板の外表面に遮光膜が形成され、当該遮光膜の周囲に密着して光透過性のレジスト層が形成されている液晶表示装置とする。

前記レジスト層は、前記基板と屈折率が同じである液晶表示装置とする。

前記遮光材料と前記レジスト層は、ネガ型のレジスト材料からなり、全面が紫外線露光されている液晶表示装置とする。

前記遮光膜と前記レジスト層は、表面が一様に研磨されている液晶表示装置とする。

前記遮光膜は、保護膜で被覆されている液晶表示装置とする。

一対の基板間に複数の画素領域を有する液晶層を備え、前記複数の画素領域のうち欠陥が生じている画素領域の位置に対した前記基板の外表面に遮光膜が形成された液晶表示装置の製造方法であって、前記複数の画素領域のうち欠陥が生じている画素領域の位置に対応した前記基板の外表面に、前記欠陥が生じている画素領域よりも広い範囲を覆うようにレジスト層を形成する工程と、当該レジスト層のうち前記欠陥が生じている画素領域の位置に対応した部分を除去して穴を形成する工程と、当該穴に遮光材料を充填する工程とを含む液晶表示装置の製造方法とする。

前記穴は、前記レジスト層にレーザーを照射する液晶表示装置の製造方法とする。

前記穴に前記遮光材料を充填する工程の後に、前記レジスト層を除去する工程を有する液晶表示装置の製造方法とする。

前記遮光材料は、ポジ型のレジスト材料からなり、前記レジスト層は、ネガ型のレジスト材料からなり、前記レジスト層を除去する工程の前に、前記遮光材料と前記レジスト層の全面を紫外線露光する工程を有する液晶表示装置の製造方法とする。

前記遮光材料と前記レジスト層は、ネガ型のレジスト材料からなり、前記穴に前記遮光材料を充填する工程の後に、前記遮光材料と前記レジスト層の全面を紫外線露光する工程を有する液晶表示装置の製造方法とする。

前記穴に前記遮光材料を充填する工程の後に、前記遮光材料と前記レジスト層の表面を一様に研磨する工程を有する液晶表示装置の製造方法とする。

前記レジスト層は、透光性材料からなり、前記レジスト層に前記穴を形成する工程において、前記欠陥が生じている画素領域の位置を当該レジスト層を透して確認する液晶表示装置の製造方法とする。

本発明によれば、画素欠陥を遮蔽するための微細な遮光膜を、簡単な工程で、精度良く形成することができる。

本発明の実施例１の液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の実施例１の液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施例２の液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の実施例２の液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。

以下、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）構造を有する反射型液晶表示装置を例にして、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１の液晶表示装置を示す断面図である。以下、本発明の実施例１の液晶表示装置について、図を用いて説明する。

液晶表示装置１は、シリコン基板１１と透明基板１２とで、液晶層５０を挟持した構成を備える。液晶層５０は、シリコン基板１１と透明基板１２との間に配置された枠状のシール部材６０により封止されており、液晶層５０の厚みは、液晶層５０中に任意に設けられたガラスファイバーなどのスペーサ（図示せず）により所定の寸法に規定されている。

シリコン基板１１には、ＬＳＩ（液晶駆動素子）と電気的に接続されたアルミニウムなどからなる複数の画素電極２１が反射型電極として形成され、各々が一つの画素領域を規定している。また、画素電極２１上には、液晶層５０を配向させるための配向膜３１が形成されている。なお、画素電極２１と配向膜３１との密着性を上げるために、それらの間に密着層が設けられていてもよい。

透明基板１２には、ベタ状の透明電極２２が形成されている。また、透明電極２２上には、液晶層５０を配向させるための配向膜３２が形成されている。透明電極１２の材料は、可視光の波長範囲において透過率が高い材料で、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）などが用いられる。

配向膜３１、３２には、例えばポリイミド膜等の有機膜が用いられ、薄膜形成後にラビング処理が施されている。

液晶表示装置１は、画素電極２１と透明電極２２に供給する電気信号を制御し、液晶層５０の配向状態をスイッチングさせて、液晶層５０を透過する光量を制御することで画像の表示を行うもので、透明基板１２側から入射した偏光光は、液晶層５０を通り、画素電極２１で反射され、再び液晶層５０を通り、偏光板などの偏光素子で透過または遮断されて画像として表示される。

ここで、複数ある画素電極２１の中には、正常に動作しない電極として画素欠陥２５が存在している。画素欠陥２５は、ＬＳＩの不良などが原因で生じたもので、完全になくすということは難しく、高精細化ならびに微細化が進むにつれて、発生確率は必然的に増えていってしまう。画素欠陥２５では、液晶層５０に印加する電気信号が制御不能になり、常時白表示となって輝点として見えてしまったり、常時黒表示となって暗点として見えてしまうことになる。特に、輝点の場合には、暗い画像を表示する際に目立ってしまうとともに黒浮きをさせる要因ともなり、画像品質を大きく劣化させる。

そのため、画素欠陥２５の位置に対応した透明基板１２の表面には、遮光膜４０が形成されている。遮光膜４０は、画素欠陥２５による輝点を遮蔽して、暗点とさせるためのもので、画素欠陥２５のサイズと同じかそれよりも僅かに大きく形成されている。遮光膜４０によって、画素欠陥２５を目立たなくすることができるため、画像品質が向上する。

図２は、本発明の実施例１の液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。以下、本発明の実施例１の液晶表示装置の製造方法について、図を用いて説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、透明基板１２の表面に滴下装置７０を用いてレジスト４５を滴下する。レジスト４５は、ネガ型のものを用い、画素欠陥２５に対応した位置に、画素欠陥２５よりも大きいサイズになるように適量を滴下する。但し、レジスト４５は、透明基板１２の全面に一様に塗布しても良い。なお、滴下装置７０は、画素欠陥２５のサイズにもよるが、インクジェットやディスペンサーが好適である。また、透明基板１２とレジスト４５の塗れ性が悪い場合には、予め透明基板１２の表面に紫外線照射やプラズマ照射を行い、透明基板１２の表面改質を行っておくのが好ましい。塗布したレジスト４５は、焼成を行い乾燥させ、透明基板１２の表面に固着させる。

次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト４５の画素欠陥２５に対応した領域にレーザー照射機８０からレーザーを照射し、レジスト４５の一部を透明基板１２の表面が露出するまで除去して穴４６を形成する。この時、予めレジスト４５に透光性材料を用いておけば、レジスト４５を透して画素欠陥２５の位置を正確に確認しながらレーザーを照射することができる。なお、通常、レーザー照射機は対物レンズを備えており、高倍率で焦点を絞ることができるため、画素サイズが１μｍ角といった小さいサイズであっても対応が可能である。但し、レジスト４５に穴４６を形成する手段は、レーザーに限らず、レジスト４５を局所的に除去可能であって、微細な画素サイズにも対応可能な手段であれば、その他の手段を用いても構わず、例えば、画素サイズに対応した微細な開口を有するマスクを介して電子ビームなどを照射するようにしてもよい。

その後、図２（ｃ）に示すように、図２（ｂ）でレジスト４５に形成された穴４６に、滴下装置９０を用いて、遮光膜４０となる遮光材料４１を滴下する。この時、遮光材料４１は、穴４６から溢れない程度に充填するのが好ましいが、仮に溢れたとしても、それが透明基板１２の表面に付着しない程度であれば、後でレジスト４５と共に除去（リフトオフ）されるため特に問題はない。なお、遮光材料４１は、例えば、黒色インク、カーボンブラックといった顔料や染料を混ぜ込んだ樹脂などが使用できる。また、滴下装置９０は、レジスト４５の穴４６に遮光材料４１を充填できさえすればよく、とりわけ特別な仕様は求められない。滴下した遮光材料４１は、焼成を行い乾燥させ、透明基板１２の表面に固着させる。

なお、仮に図２（ａ）でレジスト４５を透明基板１２の全面に一様に塗布した場合には、塗布した遮光材料４１の表面を平坦化する目的や穴４６から溢れてしまった余分な遮光材料４１を除去する目的で、図２（ｃ）の後に、レジスト４５と遮光材料４１の表面を一様に研磨するのも有効である。研磨方法としては、研磨剤を用いたポリッシングや化学薬品を用いたケミカルポリッシングなどが適用可能である。研磨する際には、予め遮光材料４１とレジスト４５をやや厚めに塗布しておき、遮光材料４１とレジスト４５がある程度固まった状態で行うのが好適である。

最後に、図２（ｄ）に示すように、レジスト４５をレジスト剥離液（現像液等）で除去することで、画素欠陥２５のサイズと位置に精度よく遮光膜４０が形成される。

なお、ここではレジスト４５がネガ型であるものとして説明したが、ポジ型も使用することができ、本発明はレジスト４５の材料を特に限定しない。仮にレジスト４５がポジ型である場合には、図２（ａ）でレジスト４５を焼成した後にレジスト４５の全面に紫外線照射を行い、その後、図２（ｄ）でレジスト剥離液を用いてレジスト４５を除去する。

また、レジスト４５がポジ型である場合には、遮光材料４１として樹脂ブラックなどのネガ型のレジストを用い、遮光材料４１を滴下して焼成した後にレジスト４５を含め紫外線で全面露光することで、遮光材料４１のレジスト剥離液に対する溶解性を低下させると同時に、逆にレジスト４５のレジスト剥離液に対する溶解性を高め、その後、図２（ｄ）でレジスト剥離液を用いてレジスト４５のみを選択的に除去するようにしても良い。この構成では、レジスト４５と遮光材料４１に同様のレジスト材料を使用しているため、場合によっては、塗布装置７０と塗布装置９０の構成を一部共通化できるなどの利点がある。

なお、レジスト４５は、一般的にレジスト材料と定義されるものに限らず、本発明において同様に使用可能なものであれば、その他の材料をも含むものである。

図３は、本発明の実施例２の液晶表示装置を示す断面図である。以下、本発明の実施例２の液晶表示装置について、図を用いて説明する。なお、以下の説明においては、実施例１と同一の構成には、同一の符号を付すと共にその詳細な説明を省略し、構成が異なる点についてのみ説明する。

本実施例の液晶表示装置２において、遮光膜４０は画素欠陥２５のサイズと同じかそれよりも僅かに大きく形成され、その周囲には、遮光膜４０を形成する際に使用したレジスト４５が透明基板１２上にそのまま形成されている。レジスト４５は、光の透過率が高いものが使用されているため、表示品質に影響はなく、さらに、透明基板１２と同じ屈折率の材料を用いることで、レジスト４５と透明基板１２との界面における光の反射も抑えることができる。

図４は、本発明の実施例２の液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。以下、実施例２の液晶表示装置の製造方法について、図を用いて説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、透明基板１２の表面に滴下装置７０を用いてレジスト４５を滴下する。ここで、レジスト４５には光の透過率が高いものを使用する。滴下したレジスト４５は、スピンコートなどにより透明基板１２の全面に均一に引き伸す。但し、レジスト４５は、滴下装置７０にインクジェットを用いて、透明基板１２の全面に印刷しても良い。塗布したレジスト４５は、焼成を行い乾燥させ、透明基板１２の表面に固着させる。

次に、図４（ｂ）に示すように、レジスト４５の画素欠陥２５に対応した領域にレーザー照射機８０からレーザーを照射し、レジスト４５の一部を透明基板１２の表面が露出するまで除去して穴４６を形成する。

その後、図４（ｃ）に示すように、図４（ｂ）でレジスト４５に形成された穴４６に、滴下装置９０を用いて、遮光膜４０となる遮光材料４１を滴下して充填する。この時、遮光材料４１は、穴４６から溢れない程度に充填するのが好ましい。なお、遮光材料４１は、例えば、黒色インク、カーボンブラックといった顔料や染料を混ぜ込んだ樹脂などが使用できる。滴下した遮光材料４１は、焼成を行い乾燥させ、透明基板１２の表面に固着させる。

これにより、図４（ｄ）に示すように、画素欠陥２５のサイズと位置に精度よく遮光膜４０が形成され、それ以外の場所にはレジスト４５が形成された状態となる。この実施例では、レジスト４５を除去する必要がないため、その分、工程が簡便になる。

なお、ここではレジスト４５がネガ型であるものとして説明したが、ポジ型も使用することができる。また、遮光膜４０とレジスト４５の信頼性を考える上では、耐薬品性が高いことが望ましいので、両方ともネガ型のレジストを用い、図４（ｃ）の後に、全面を紫外線で露光するのも有効である。また、レジスト４５に紫外線の吸収率が高い材料を用いれば、液晶表示装置２の内部を紫外線から保護することもできる。

また、遮光膜４０の表面を平坦化する目的や穴４６から溢れてしまった余分な遮光材料４１を除去する目的で、図４（ｃ）の後に、遮光膜４０とレジスト４５の表面を一様に研磨するのも有効である。

また、以上の実施例１、２においては、遮光膜４０を外部環境から保護する目的で、遮光膜４０を耐環境性に優れた保護膜で被覆しても良い。保護膜の材料は、被覆する領域が遮光膜４０の外形よりも大きい場合には、遮光膜４０の外形からはみ出した部分が光の透過を妨げないように透明材料であるのが好ましく、更に、遮光膜４０の紫外線による劣化を抑える意味では、紫外線吸収材料であるのがより好ましい。

なお、本明細書では、ＬＣＯＳ構造の反射型液晶表示装置を例に説明を行ったが、本発明は二枚の基板が共に透明基板で構成された透過型液晶表示装置にももちろん適用可能である。

また、本発明は、液晶の配向方式、液晶材料の種類、配向膜や基板の材料によらず、幅広く適用することが可能である。

１、２ 液晶表示装置
１１ シリコン基板
１２ 透明基板
２１ 画素電極
２２ 透明電極
２５ 画素欠陥（不良画素電極）
３１、３２ 配向膜
４０ 遮光膜
４１ 遮光材料
４５ レジスト
４６ 穴
５０ 液晶層
６０ シール部材
７０ 滴下装置（レジスト滴下用）
８０ レーザー照射機
９０ 滴下装置（遮光材料滴下用）

Claims (12)

1. 一対の基板間に複数の画素領域を有する液晶層を備えた液晶表示装置であって、
   前記複数の画素領域のうち欠陥が生じている画素領域の位置に対した前記基板の外表面に遮光膜が形成され、当該遮光膜の周囲に密着して光透過性のレジスト層が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記レジスト層は、前記基板と屈折率が同じであることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
3. 前記遮光材料と前記レジスト層は、ネガ型のレジスト材料からなり、全面が紫外線露光されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記遮光膜と前記レジスト層は、表面が一様に研磨されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の液晶表示装置。
5. 前記遮光膜は、保護膜で被覆されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の液晶表示装置。
6. 一対の基板間に複数の画素領域を有する液晶層を備え、前記複数の画素領域のうち欠陥が生じている画素領域の位置に対した前記基板の外表面に遮光膜が形成された液晶表示装置の製造方法であって、
   前記複数の画素領域のうち欠陥が生じている画素領域の位置に対応した前記基板の外表面に、前記欠陥が生じている画素領域よりも広い範囲を覆うようにレジスト層を形成する工程と、
   当該レジスト層のうち前記欠陥が生じている画素領域の位置に対応した部分を除去して穴を形成する工程と、
   当該穴に遮光材料を充填する工程とを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
7. 前記穴は、前記レジスト層にレーザーを照射することで形成することを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
8. 前記穴に前記遮光材料を充填する工程の後に、前記レジスト層を除去する工程を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の液晶表示装置の製造方法。
9. 前記遮光材料は、ポジ型のレジスト材料からなり、前記レジスト層は、ネガ型のレジスト材料からなり、前記レジスト層を除去する工程の前に、前記遮光材料と前記レジスト層の全面を紫外線露光する工程を有することを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置の製造方法。
10. 前記遮光材料と前記レジスト層は、ネガ型のレジスト材料からなり、前記穴に前記遮光材料を充填する工程の後に、前記遮光材料と前記レジスト層の全面を紫外線露光する工程を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の液晶表示装置の製造方法。
11. 前記穴に前記遮光材料を充填する工程の後に、前記遮光材料と前記レジスト層の表面を一様に研磨する工程を有することを特徴とする請求項６〜１０の何れか一つに記載の液晶表示装置の製造方法。
12. 前記レジスト層は、透光性材料からなり、前記レジスト層に前記穴を形成する工程において、前記欠陥が生じている画素領域の位置を当該レジスト層を透して確認することを特徴とする請求項６〜１１の何れか一つに記載の液晶表示装置の製造方法。

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