具有高电阻率黑色矩阵的宽视角特性的液晶显示器件的制作方法

专利名称：具有高电阻率黑色矩阵的宽视角特性的液晶显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示器件，具有地说，涉及一种高图象质量的有源矩阵液晶显示器件，它具有高电阻率黑色矩阵的宽视角特性，并有极高的屏蔽能力。
采用厚度小、重量轻且耗电量低的液晶显示器件的显示装置近年来已被广泛地用于个人计算机、文字处理器以及其它信息设备中。
就本质而言，液晶显示器件具有由大量横竖排列的电极形成的矩阵和被嵌于各横竖电极之间的液晶层，并且在两种电极彼此交叉部分形成多个象素，用以显示二维图象。
可将这类液晶显示器件分成所谓无源矩阵式的和有源矩阵式的，前者在把脉冲加给各横竖电极时选择预定的象素，而后者中的各象素处设置诸如晶体三极管等非线性元件，并选择一种预定的非线性元件。
在一种有源矩阵式液晶显示器件中，将多个非线性元件(开关元件)设置在与多个被排成矩阵形的象素电极对应的位置处。从理论上说，各象素处的液晶在所有的时间(占空率1.0)被激励。因此，与采用时分多路传输驱动系统的所谓无源矩阵系统相比，有源矩阵系统显示出良好的对比度，并已形成一种在彩色液晶显示器件中尤其是必不可少的工艺。薄膜晶体管(TFT)是这种开关元件的典型例子。
在一种现有的薄膜晶体管液晶显示器件中，其透明电极彼此相对地形成于两个基底的内表面上，用以驱动液晶层。
这就是说，采用的是一种被称为扭曲向列相显示系统为代表的显示系统，其中，由于使用上述电极结构，以致加在液晶上的电场方向几乎垂直于基底表面。
此外，若在一个系统中加于液晶上的电场方向几乎平行于基底表面，则建议一种使用一对形成于至少一个基底表面上的梳齿状电极驱动液晶层的系统(所谓平面电场系统)，如日本专利申请NO.21907/1988和日本专利公开NO.36085/1995所揭示者。设置梳齿状电极的方法以及它的制造方法已由专利申请人表示于日本专利申请NO.105862/1955中。
在这种电极结构中，液晶层分子(以下也简称液晶分子)的主轴实际上与基底表面平行，并且液晶分子被限制于沿垂直于基底的方向配置。所以一旦视角改变，光的亮度就略有改变，也即几乎不存在所谓视角的相关性，与那种垂直电场系统的特性相比，要实现宽视角特性。
此外，在与各种颜色的色层一道被嵌入并构成滤色片的基底(滤色片基底)的普通黑色矩阵中，形成金属铬或低反射金属铬的薄膜图样。或者形成光敏树脂薄层图样，同时其中分散有黑色染色剂或黑色的碳粉(主要为石墨)，此外还附加各种颜料。
所述滤色片基底的着色层通常具有这样一种结构，其中在各图样区的着色层FIL(R)、FIL(G)、FIL(B)上形成一层保护层PSV2，所述着色区将每个象素或每种颜色分隔成如镶嵌条或竖直条带样。
另外，若在有源矩阵型液晶显示器件所用的滤色片中采用分散颜色的树脂材料制作着色层时，通常就不用所述的保护层PSV2了。


图13是表示象素结构的示意剖面图，它构成平面电场型液晶显示器件，而且图示为接通的工作情况，其中的参考标号1表示TFT基底，1′表示滤色片基底，2表示公用电极，6表示绝缘膜，11表示象素电极，17表示黑色掩膜，18表示滤色片。
图13中，将液晶设置在所述TFT基底1与滤色片基底1′之间。所述保护膜12的表面上和滤色片18的表面上都形成定向膜，用以确定液晶层液晶分子的初始取向。另外，尽管图13中未示出，但在所述TFT基底1与滤色片基底1′的外表面侧上都配置有偏振片。
在上述平面电场型液晶显示器件中，使象素电极11和公用电极2形成于一个基底(TFT基底1)上，而另一个基底(滤色片基底1′)上形成滤色片18′，它建立由黑色掩膜17所分开的象素的颜色。
分开滤色片的黑色掩膜17阻止外部光的反射，并通过吸收临近象素来的光，提高对比度。
在具有公用电极的普通垂直电场液晶显示器件中，所述电极形成于滤色片基底的一侧，构成所述滤色片基底的黑色掩膜需有较高的光吸收因数和较低的反射因数。不过，有关黑色掩膜的电阻率未予考虑。
这就是说，在上述使用树脂材料的黑色掩膜中，特别加有大量的石墨，用以改善吸收因数。所以，随着所加石墨量的增加，所述电阻率减小。另外，当把金属铬用于所述黑色掩膜时，将大大改善遮光能力，并使电阻率变得非常小。
然而，在所述平面电场型液晶显示器件中，其中黑色掩膜具有小电阻率，当把电压加在象素电极11与公用电极2之间，以接通象素时，就会像图13所示那样，来自象素电极11的电力线被这种具有小电阻率的黑色掩膜17所吸引，同时，电场图样受到干扰并相对于各基底的内表面倾斜。结果，使电力线的水平分量减弱，得不到所需的光透射系数。换句话说，在象素电极11和公用电极2处出现所谓磁畴。因而，使对比度下降，颜色显示变得不均匀，得不到良好的图象质量。
图14A和14B是表示具有两个按象素布置的梳齿状电极的平面电场型液晶显示器件中象素的示意图。图14A是平面图，而图14B是沿图14A中A-A′线截得的断面图。在黑色掩膜17围绕的部分形成滤色片，并将各种膜形成于其上，以及公用电极2上和象素电极11上，不过这里未示出。
在图14A和14B中，在黑色掩膜17围绕的开口区内形成一个象素，象素电极11和公用电极2被布置在此区内，并将液晶层保持在所述TFT基底1与滤色片基底1′之间。所述黑色掩膜的电阻率不大于104Ω·cm。
在接入所加信号电压期间，在公用电极2与象素电极11附近之间形成一个电场。此电场依所加信号电压的大小对液晶分子产生很强的作用，致使液晶分子的取向扭转，并使光在提高透射系数的情况下通过TFT基底1到达滤色片基底1′。
图15是图解地表示透射透数的图，透射系数根据图14A所示公用电极2与象素电极11之间的间隙位置而变化，其中，符号a代表远离黑色掩膜17的位置，而符号b代表靠近黑色掩膜17的位置。
正如所示者，随着加在公用电极2与象素电极11间的信号电压增加，所述透射系数增大。不过如图14A所示那样，由于符号b位于靠近黑色掩膜17处，电场图样相对于基片表面成锐角。于是，在透射系数随所述电压增大而改变时，其上升落后于符号a的上升。图15中，要得到同样的透射系数，必须使符号b的电压相对于符号a的电压加大大约1伏。
因此，若加给同样的电压，在象素中部与周围部分之间透射系数不一样，颜色变得不均匀。
本发明的目的在于提供一种具有改善遮光能力的、抑制电场图样干扰并显示没有颜色不均匀的高质量图样的所谓平面电场器件的液晶显示器件。
为实现上述目的，第一种方式的特征是，一种液晶显示器件，它包括在一对基底之一上形成的黑色掩膜，所述基底的至少一个是透明的；在所述一对基底的至少一个上形成的一组电极；一个液晶层，由具有介电各向异性的液晶合成物质组成，它被保持于所述一对基底之间；一个定向控制膜，它形成于液晶层和一个基底之间，用于使液晶合成物质的液晶分子沿预定的方向定向；一个层叠在所述一对基底的至少一个上的偏振装置；以及将驱动电压加给所述电极组的驱动机构；其中，所述电极组的结构是将各电极排列成产生一个电场，该电场具有以平行于所述定向控制膜与液晶层之间界面为主的分量；所述液晶合成物质具有不小于10NΩ·cm的电阻率，而所述黑色掩膜具有不小于10MΩ·cm的电阻率，其中N和M是满足关系N＞9和M＞6的整数。
第二种方式的特征是，一种液晶显示器件，它包括在一对基底之一形成的黑色掩膜，所述基底的至少一个是透明的；在所述一对基底的至少一个上形成的一组电级；一个液晶层，由具有介电各向异性的液晶合成物质组成，它被保持于所述一对基底之间；一个定向控制膜，它形成于液晶层和一个基底之间，用于使液晶合成物质的液晶分子沿预定的方向定向；一个层叠在所述一对基底的至少一个上的偏振装置；以及将驱动电压加给所述电极组的驱动机构；其中，所述电极组的结构是将各电极排列成产生一个电场，该电场具有以平行于所述定向控制膜与液晶层之间界面为主的分量；所述液晶合成物质具有不小于10NΩ·cm的电阻率，而所述黑色掩膜具有不小于10MΩ·cm的电阻率，其中N和M是满足关系N＞13和M＞7的整数。
与第一或第二种方式相应，第三种方式的特征是在黑色掩膜中含有金属氧化物颗粒。
与第三种方式相应，第四种方式的特征是所述金属氧化物颗粒为氧化钻、氧化铬、氧化锰和氧化镍中至少一种的颗粒。
与第三种方式相应，第五种方式的特征是除所述金属氧化物颗粒外，还有有机颜料或石墨粉，或者使二者被包含于黑色掩膜中。
与第四种方式相应，第六种方式的特征是所述氧化钻颗粒主要是四氧化三钻颗粒。
与第四种方式相应，第七种方式的特征是除所述氧化钻颗粒外，还含有氧化铬、氧化锰和氧化镍中任一种。
与第一或第二种方式相应，第八种方式的特征是所述黑色掩膜含有聚酰亚胺树脂作为基本材料。
与第八种方式相应，第九种方式的特征是所述黑色掩膜的基本材料是具有聚酰亚胺族的树脂材料，这种树脂材料的合成物包含一种由光固化的组分和一种由热固化的组分，而且随着该树脂材料被热固化，光密度增大。
与第八或第九种方式相应，第十种方式的特征是所述黑色掩膜由一种聚酰亚胺树脂材料组成，所述材料含有至少一种或多种黑色着色剂和与这些黑色着色剂不同的其它着色剂。
此外，与第八或第九种方式相应，第十一种方式的特征是所述黑色掩膜由一种聚酰亚胺树脂材料组成，所述材料中混有金属氧化物颗粒作为黑色着色剂。
在上述第一种方式的结构中，在一对基底之一上形成的黑色掩膜遮断光从邻近各被接通的象素进入，有助于提高显示图样的对比度。
在所述一对基底之一或二者上形成的一组电极包括一个公用电极和一个象素电极，并且在一个象素被接通的情况下，两个电极之间形成电场图样，用以扭转构成液晶层的液晶合成物质的液晶分子取向，以使光透射系数改变。所述定向控制膜(定向膜)所起的作用是，在不加电场的情况下，使所述液晶合成物质的液晶分子沿预定的方向取向。
偏振装置被层叠在所述一对基底的至少一个上，并允许沿特定方向偏振的光在进入液晶层之前或已穿过液晶层之后通过。
驱动机构将驱动电压加给所述电极组，以接通一个预定的象素，显示图样。
所述电极组的结构是，将各电极排列成产生一个电场，该电场具有以平行于所述定向控制层与液晶层之间界面为主的分量。当所述的电场产生于构成电极组的公用电极与象素电极之间时，液晶分子在一个基本上与所述界面平行的平面内扭转。
所述液晶合成物质具有不小于10NΩ·cm的电阻率，而所述黑色掩膜具有不小于10MΩ·cm的电阻率(其中N和M为整数)，满足关系N＞9和M＞6。因而有效地产生一个平行于基底的电场分量。
于是，液晶分子在一个基本上与所述界面平行的平面内扭转，并能够抑制磁畴的出现和驱动电压的升高。
另外，在第二种方式的结构中，所述液晶合成物质具有不小于10NΩ·cm的电阻率，而所述黑色掩膜具有不小于10MΩ·cm的电阻率(其中N和M为整数)，满足关系N＞13和M＞7。因而，它比第一种方式更为有效地产生一个平行于基底的电场分量。
于是，液晶分子在一个基本上与所述界面平行的平面内扭转，并能够进一步抑制磁畴的出现和驱动电压的升高。
另外，在第三种方式的结构中，在黑色掩膜中含有金属氧化物颗粒，所述黑色掩膜形成于所述一对基底之一上，所述基底的至少一个是透明的。因而该黑色掩膜表现一种被提高的电阻率，此外还维持一光密度，并且在所述电极之间更有效地产生在几乎与上述界面平行的平面内的电场分量。
于是，液晶分子在一个几乎与所述界面平行的平面内扭转，并能够抑制磁畴的出现和驱动电压的升高，并使光的透射系数能够得到改善。
另外，在第四种方式的结构中，黑色掩膜含有氧化钻颗粒、氧化铬颗粒、氧化锰颗粒或氧化镍颗粒，以便提高光密度及增大电阻率。因而，在所述电极之间更有效地产生在与上述界面平行的平面内的电场分量。
于是，液晶分子在一个几乎与所述界面平行的平面内扭转，并能够抑制磁畴的出现和驱动电压的升高，并使光的透射系数能够得到改善。
在第五种方式的结构中，黑色掩膜除所述金属氧化物颗粒外，还含有有机颜料或石墨粉之一，或者含有二者，为的是增大电阻率并且更加有效地吸收光。于是，液晶分子在一个几乎与所述界面平行的平面内扭转，并能够抑制磁畴的出现和驱动电压的升高，并使光的透射系数能够得到改善。
在第六种方式的结构中，主要将四氧化三钻用为氧化钴颗粒，以使所述黑色掩膜保持电阻率和吸收能力。
在第七种方式的结构中，除所述氧化钴外，还含有氧化铬、氧化锰和氧化镍中的任一种，为的是使黑色掩膜保持电阻率和光吸收因数。
在第八至十种方式中，采用聚酰亚胺光敏树脂，并且为了得到具有较高绝缘性能的几乎为黑色的黑色掩膜，利用在以光和热固化树脂的步骤中提高光密度的特点。
这就是说，在第八种方式的结构中，黑色掩膜由含有聚酰亚胺树脂为基材并有高电阻率的材料构成。因而避免了绝缘性能的降低，并且与所述界面平行地有效产生用于扭转液晶分子的电场分量。
在第九种方式的结构中，所述黑色掩膜由具有聚酰亚胺族并含有由光固化的组分和由热固化的组分的树脂材料制成。因而形成一种黑色掩膜，它在热固化时被着色为黑色，并表现出较大的遮光能力。
在第十种方式的结构中，所述黑色掩膜由聚酰亚胺树脂材料制成，所述材料含有至少一种或多种黑色着色剂和与这些黑色着色剂不同的其它着色剂。因而，这种黑色掩膜表现出较大的遮光能力。
在第十一种方式的结构中，所述黑色掩膜由聚酰亚胺树脂材料制成，其中混有金属氧化物颗粒作为黑色着色剂。因而，黑色掩膜表现出较高的电阻率和较大的遮光能力。
上述聚酰亚胺型光敏树脂在其分子骨架中有一官能团，它吸收可见射线，但不含通常所含的碳或石墨。所以能设定较低的透射系数，而不降低电阻率。
若结合各附图阅读下面的详细叙述，就能理解本发明的前面所述以及其它的目的、优点、工作方式和新的特点。
图1A至1D是用于说明平面电场型液晶显示器件工作情况的象素示意图；图2A至2C是表示构成一个平面电场液晶显示器件实施例的TFT基底结构的示意图；图3是表示该平面电场型液晶显示器件中的滤色片基底构造的例1或例2的示意图；图4是以构成该平面电场型液晶显示器件实施例1或2的断面方式表示一个象素中电场图样的示意图；图5是表示当该平面电场液晶显示器件的液晶层电阻率发生变化时，驱动电压相对于黑色掩膜电阻率的增加量的图解；图6是表示在本发明的实施例1中黑色掩膜电阻率的变化相对于膜中碳含量及在膜厚为1μm时膜的光密度变化的图解；图7是表示该平面电场彩色液晶显示器件实施例3中所用的滤色片基底主要部分的断面图；图8是表示形成图7所示黑色掩膜步骤的示意图；图9是表示制作图7所示滤色片基底步骤的图解；图10是表示一个液晶显示器件中的一个显示矩阵单元等效电路的连接及外围电路的示意图；图11是表示本发明液晶显示器件结构的一个实例的部分分解透视图；图12是表示用于说明信息处理器的个人计算机外形的示意图，其中装有本发明的液晶显示器件；图13是用于示意地图示构成平面电场液晶显示器件的象素结构的断面图，并用于表示接通的工作状态；图14A和14B是一个平面电场液晶显示器件中的一个象素的示意图，其中的一个象素中排列着两个梳齿状公用电极；图15是表示透射系数依赖图14A和14B所示象素电极与公用电极之间间隙位置变化的示意图。
以下将参照附图详细描述本发明的具体实施例。
图1A至1D是用于说明应用本发明的液晶显示器件工作情况的象素示意图。图1A是未加电压时的断面图，图1B是加电压时的断面图，图1C是未加电压时的平面图，图1D是加电压时的平面图。这里所指的电压是所述公用电极与象素电极间所加的选择电压。
图1A和1B中的参考标号1和1′表示透明玻璃基底(以下也简称基底)，2表示公用电极，6表示绝缘膜，10表示信号接线，11表示象素电极，12表示保护膜，13和13′表示偏振片，14和14′表示偏振片的偏振轴，15表示液晶分子的取向，16表示电场的方向，17表示黑色掩膜(BM)，18表示滤色片，19表示保护膜(压平膜)，20和20′表示定向膜，而参考标号21表示液晶分子(主要是棒状液晶分子)。
该液晶显示器件包括偏振片13′，遮光用的黑色掩膜17，滤色片18，保护膜19和定向膜20′，它们形成在两个透明玻璃基底1和1′之一(滤色片基底)上。穿过液晶21的另一个基底(TFT基底)1上形成有偏振片13，定向膜20，信号电极10，象素电极11，公用电极2，引线及薄膜晶体管(TFT)。图1A和1B未表明引线和薄膜晶体管。
参照图1A和1C，液晶分子被定向膜20、20′沿几乎与基底1、1′的平面平行取向的方向15单一地定向。在这种情况下，液晶分子21最初取向的方向几乎与偏振片13的偏振轴14一致，上偏振片13′的偏振轴14′垂直于它，该象素处于不显示(断开)状态。
以下参照图1B和1D，在基底1上形成的公用电极2和象素电极11之间加上电压，形成一个沿几乎与基底1、1′的内界面平行方向的电场(电场方向16)。随后，液晶分子21沿几乎与所述基底1、1′的内界面平行的平面被定向和旋转。因此，使该象素处于显示(接通)状态。大量象素被排列，构成一个显示器件。
图2A至2C是表示构成本发明一个实施例的液晶显示器件TFT基底结构的示意图，其中图2A是平面图，图2B是沿图2A的A-A′线所取的断面图，而图2C是沿图2A的B-B′线所取的断面图。
在图2A和2C中，与图1A与1D相同的参考标号表示相同的部分，参考标号3表示公共引线，4表示扫描电极，5表示扫描引线，6表示绝缘膜，7表示半导体层，8表示薄膜晶体管部分(TFT部分)，10表示信号引线，11表示象素电极，而12表示保护膜。
扫描电极4，扫描引线5，公用电极2以及公共引线3被设置在同一层中，并由同样的材料制成。半导体层7经过薄层及绝缘膜6而形成，信号引线10和象素电极11使用同样材料被形成于同一层中。
使象素电极11对经绝缘膜6排列成沿垂直于基底表面的方向覆盖公共引线3，形成一个电容，以保持被加在象素电极11和公用电极2之间的信号电压。
图3是表示构成本发明实施例1液晶显示器件的滤色片基底构造的一个例子的示意图，其中与图1A至1D相同的参考标号表示相同的部分。
如图3所示，所述滤色片基底有多个在透明基底1′的一个表面上的由黑色掩膜17分开的滤色片(R、G、B)，还有形成于其上的保护膜(平坦层)19和定向膜20′。偏振片13′被沉积在该透明基底1′的另一个表面上。
当液晶层的电阻率不小于10N时，分开多个滤色片R、G和B的黑色掩膜17必须具有不小于10M的电阻率，同时得满足关系N＞9和M＞6，这里的N和M都是整数。
在所述液晶层和黑色掩膜具有这样的电阻率时，由加在公共电极与象素电极之间的选择电压所形成的电场图样有一个明显增加的分量，此分量几乎平行于所述液晶层和定向膜之间的界面，并能抑制驱动电压的升高。另外磁畴的出现被大大减少，并得到高对比度的显示。
图4是示意地表示构成本发明实施例1液晶显示器件的象素的电场图样断面图，其中在公共电极2与象素电极11之间产生的电力线不受黑色掩膜17的影响，该电场图样几乎平行于所述液晶层和定向膜之间的界面，在象素电极11的位置处和公共电极2的位置处大大减少了磁畴的出现，在象素的开放区内透射系数增大，并得到高对比度的显示。
恰恰在液晶层的电阻率不小于10N，且黑色掩膜17具有不小于10M的电阻率(N和M都是整数)，同时满足关系N＞13和M＞7的情况下，可得到同样的效果。
在实施例1中，黑色掩膜的材料被混以有机颜料及碳的混合物；也即调整碳的量，以便得到上述所需的电阻率。
图5是表示当上述实施例的液晶层电阻率和黑色掩膜电阻率变化时，所述激励电压相对于该黑色掩膜电阻率的关系。
图5中假设驱动电压相对于透射系数变化许可值(应小于一个灰度等级)增量的许可值为不大于0.1伏，当液晶的电阻率为109Ω·cm时，所述黑色掩膜的电阻率必须大于3×106Ω·cm，而当液昌的电阻率为1013Ω·cm时，所述黑色掩膜的电阻率必须大于5×107Ω·cm。
由这些因数，通过在满足关系N＞9且M＞6或者N＞13且M＞7的同时确定M和N的值，即可得到上述效果。
当黑色掩膜含有碳时，随所含碳量的增加，电阻率减小，随碳量的减少，电阻率增大。碳量的增加，引起光密度(下称OD值)增大。但由于碳是电导体，这又使得电阻率减小。
这就是说，必须将碳的量设定成满足上述互相矛盾的要求。
图6是表示黑色掩膜的电阻率变化相等于膜中碳的含量及在膜厚为1μm时膜的OD值间关系的图解，其中曲线a表示所述黑色掩膜的电阻率，曲线b表示OD值。
图6中，横座标表示所述黑色掩膜膜厚中碳的含量(相对值)，左侧座标表示黑色掩膜的电阻率(Ω·cm)，而右侧座标表示黑色掩膜厚度为1μm时的OD值。
由图6所示的电阻率变化相对于碳含量及光密度(0D值)间的关系可以理解，当碳的相对量是大约50时，黑色掩膜的电阻率变得不小于106Ω·cm，同时可确定OD值超过1.6，这在实用上是令人满意的。
如较早所描述，所述黑色掩膜的材料含有有机颜料和碳的混合物，并且调节碳的混合比率，即可使电阻率处于上述区域内。不过本发明并不只限于这里的方法，而可采用其它光吸收材料实现所需的电阻率。
这就是说，在图3所示的另一个实施例2中，通过使用含四氧化三钻(Co3O4)颗粒作为钻的氧化物颗粒的保护膜，可采用公知的平版印刷方法形成分开多个滤色片R、G、B的黑色掩膜17。
还可采用含四氧化三钻以及有机颜料和碳(主要为石墨)之一或者二者的保护膜。
还可采用含氧化铬、氧化锰以及氧化镍中的任一种的保护膜。
调节这种保护膜中各组分的混合比率，使黑色掩膜17具有不小于106Ω·cm的电阻率。
由于使诸如钻的氧化物颗粒之类的金属氧化物颗粒被包含于黑色掩膜中，就使光吸收因数进一步增大，同时维持黑色掩膜较大的电阻率。继而，液晶分子在一个几乎与所述界面平行的平面内转动，并能够抑制磁畴的出现以及驱动电压的升高，并使光透射系数增大。
图7是表示实施例3中所用滤色片基底主要部分的断面图。
图7中的滤色片具有由聚酰亚胺型树脂制成并形成于玻璃基底SUB2上的黑色掩膜BM，也即设置有由黑色掩膜BM分开的滤色片(象素)FIL(R)、FIL(G)和FIL(B)。
图8是表示形成图7所示黑色掩膜步骤的示意图，其中的PBM表示聚酰亚胺光敏树脂膜，MSIC表示使黑色掩膜曝光用的光掩膜，hv表示紫外线，而BM′表示黑色掩膜图样。
上述聚酰亚胺光敏树脂是比如Nitto Denko公司生产的光敏聚酰亚胺树脂Dbp-1120(s)(商品名)。
图8中，准备一个用作滤色片的玻璃基底SUB2(步骤A)，并利用旋转涂敷法将一层聚酰亚胺光敏树脂膜PBM均匀地涂于该玻璃基底SUB2上(步骤B)。
将聚酰亚胺光敏树脂膜PBM在大约70℃条件下预烘干大约15分钟，使之变干。
接下去，对具有与黑色掩膜布置的图样相对应之开口的光掩膜MSK照射紫外线UV(步骤C)。这里用于曝光的能量大约为500mJ/mc2。由于这种曝光，被紫外线照射的部分受到交联耦合的作用，树脂被固化。
曝光之后，使聚酰亚胺光敏树脂膜PBM在烘箱内于180℃条件下被热处理10分钟，或者在180℃的加热板上被热处理2分钟。由于热处理，聚酰亚胺光敏树脂膜PBM的密度增加，该膜PBM表现出提高了的遮光性能。
热处理之后，用显影液使聚酰亚胺光敏树脂膜PBM显影，除去未被紫外线照射的部分，于是形成由聚酰亚胺树脂制得的黑色掩膜图样BM′(步骤D)。
最后，使黑色掩膜图样BM′在350℃到400℃条件下固化大约1小时，形成黑色掩膜BM(步骤E)。
上述各步骤中的处理条件仅仅是举例，可以根据所用掩膜的厚度和所需的黑度改变它们。
在曝光之后，通过在热处理步骤中的加热固化，使聚酰亚胺树脂膜变黑。变黑的原理已在Omote Toshihiko，Hayashi Shunnichi，Fujii Hirobumi，＂Polymer Preprints，Japan＂，Vol.41，No.7，1992，pp.2836-2838中有所披露。
如较早所述，构成黑色掩膜的材料是不含导电材料的聚酰亚胺树脂。所以，这种黑色矩阵表现出较高的电阻。
接下去形成各种象素(RGB)。另外，如果需要，在其上形成一层保护膜或保护层，得到滤色片基底。
在较早所描述的平面电场液晶显示器件中，在所述滤色片基底的侧面上不需要相对的电极。
接下去将描述在具有按上述处理过程形成之黑色掩膜的滤色片基底上形成各色滤色片的过程。
图9是表示制作实施例3的彩色液晶显示器件所用滤色片基底的步骤图解。
首先，用参照图8所说明的过程在一玻璃基底上形成黑色矩阵。
所述黑色掩膜的图样用作整个尺寸精度的参考，用以形成滤色片(象素)。
根据该黑色掩膜的光学特性，也即根据遮光能力确定膜的厚度。在实施例3中，该黑色掩膜的厚度大约为1.0至1.5μm。
采用旋转涂敷等方法，将分散有红色颜料的树脂材料加到其上已形成所述黑色掩膜的基底上，并且经过带有与红色滤色片相对应之开口的曝光掩膜对紫外线曝光。使此材料被显影，以留下已曝光的部分，再通过后续烘干使之固化和干燥，形成红色滤色片FIL(R)。
继而，采用旋转涂敷等方法，加上分散有绿色颜料的树脂材料，并且经过带有与绿色滤色片相对应之开口的曝光掩膜对紫外线曝光。使此材料被显影，以留下已曝光的部分，再通过后续烘干使之固化和干燥，形成绿色滤色片FIL(G)。
类似地，采用旋转涂敷等方法，加上分散有蓝色颜料的树脂材料，并且经过带有与蓝色滤色片相对应之开口的曝光掩膜对紫外线曝光。使此材料被显影，以留下已曝光的部分，再通过后续烘干使之固化和干燥，形成蓝色滤色片FIL(B)。
通过这些步骤，就形成由黑色掩膜BM分开的三种颜色的滤色片。
按照实施例3，在象素之间形成的这种黑色掩膜表现出较高的光吸收因数，并能够给出一种具有极好的对比度和高可靠性的彩色液晶显示器件。
在该实施例中，当黑色掩膜的电阻率不小于107Ω·cm时，可将着色剂加到滤色片材料中，以调整透射系数。
被加给树脂型黑色掩膜材料的着色剂可以是石墨，碳，红、绿以及蓝色颜料，或者金属氧化物颗粒。
在上述各种着色剂中间，各种颜料具有很小的导电率。所以，加入颜料就能够补偿聚酰亚胺型树脂光谱特性中的低吸收因数。
为增强遮光能力而增加石墨或碳的含量引起导电率的提高。所以，要对它们的附加量加以限制。
不过此附加量还随所用树脂的电阻、所加材料的电阻以及尺寸(颗粒的直径)而改变。
具体地说，石墨和碳有较强的遮光能力，为提高OD(光密度)值是优选的。
另外，若所用的黑色着色剂由比如前面所举的氧化钻、氧化铬、氧化锰或氧化镍等金属氧化物颗粒制成，于是，就形成具有高的光吸收因数、遮光能力以及高电阻率的黑色掩膜。
按照上面所描述的实施例3，为提供具有较高对比度的彩色液晶表面，采用聚酰亚胺光敏树脂制作滤色片基底。
本发明的更为特定的结构将得到描述。
图10是表示本发明的液晶显示器件中一个显示矩阵单元等效电路的连接及外围电路的图示。
图10中，符号AR表示一矩阵组，其中以二维方式排列着多个象素，X表示漏极线DL，而标码C、B、R表示绿色、蓝色和红色象素。
符号DTM表示漏极接线端，GTM表示栅极接线端，Y表示栅极线CL，脚码1、2、3，…，end是扫描时间的顺序。各栅极线Y(省略脚码)与一栅极驱动单元V相连。
各漏极线X(省略脚码)与一沿显示板的一个长侧边布置的漏极驱动单元H相连，而各接线端就像各栅极线Y那样，只从液晶显示板的一个侧边被引出。
SUP包括一个电源单元，用以得到作为基本灰度等级的稳定的电压，灰度等级电压由一电压馈送的分压所产生；还包括一个转换器，用以将来自主运算单元host的CRT(阴极射线管)信息转换成TFT液晶显示器件的信息。
图11是表示本发明液晶显示器件结构的分解透视图，也即具体地表示液晶显示器件结构(以下称为组件，将其中的液晶显示板、电路板、后照光及其它结构元件组合成单元结构MDL)。
图11中的符号SHD表示金属板制成的屏蔽框(也叫金属框)，WD表示显示窗，INS1至INS3表示绝缘片，PCB1至PCB3表示电路板(PCB1是漏极侧的电路板或漏极驱动器电路板，PCB2是栅极侧的电路板，PCB3是边界电路板)，JN1至JN3表示用于将电路板PCB1至PCB3电连接在一起的接合物，TCP1和TCP2表示带式承载接头，PNL表示液晶显示板，CC表示橡胶垫，ILS表示遮光垫片，PRS表示棱柱板，SPS表示漫射板，GLB表示光导板，RFS表示反射板，MCA表示由一片塑型物形成的下框(型框)，MO表示MCA的开口，LP表示一个荧光灯，LPC表示灯的电缆，GB表示支承荧光灯LP的橡胶衬片，BAT表示两面胶带，而BL表示由荧光灯、光导板等组成的后照光。将每个部分叠置，保持所示的相互关系，从而组合成液晶显示单元结构MDL。
这种液晶显示单元结构MDL有调整/支撑元件两类，即下框MCA和屏蔽框SHD。金属的屏蔽框SHD调整并支撑绝缘片INS1至INS3、电路板PCB1至PCB3，而液晶显示板PNL被连接到支撑由荧光灯LP、光导板GLB、棱柱板PRS等组成的后照光BL的下框MCA。
在漏极驱动器电路板PCB1上装有一个集成电路块，用以驱动液晶显示板PNL；而在边界电路板PCB3上装有一个集成电路块，用以接收来自外部主运算单元的视频信号，并接收比如时间信号等控制信号，还装有一个时间变换器，用以通过处理时间信号产生时钟信号。
将这种由时间变换器产生的时钟信号经过时钟信号线CLL，送给装在漏极驱动器电路板PCB1的集成电路块，所述时钟信号线CLL装在边界电路板PCB3上和栅极侧的电路板PCB2上。
边界电路板PCB3和漏极驱动器电路板PCB1是多层插接板，并将时钟信号线CLL在边界电路板PCB3和漏极驱动器电路板PCB1中作成内层接线。
用以驱动TFT的漏极侧边上的电路板PCB1，栅极侧边上的电路板PCB2以及边界电路板PCB3通过带式承载接头TCP1和TCP2连到液晶显示板PNL，同时各电路板通过接合件JN1、JN2和JN3连接在一起。
液晶显示板PNL是一个本发明的平面电场液晶显示器件，并且在滤色片基底上形成的黑色掩膜具有较大的电阻率，使得在象素电极与公共电极之间几乎与液晶层的界面平行地形成电场图样。
图12是表示用于说明具有本发明液晶显示器件之信息处理器的个人计算机外形的示意图，其中IV表示用于驱动荧光灯的逆变电源，CPU表示主运算单元侧的中央处理单元。
如图12所示，装有本发明液晶显示器件的个人计算机具有只在屏幕上部配置漏极驱动器电路板(水平驱动器用的电路板漏极侧边上的电路板)PCB1，同时在该显示单元下侧(键盘一侧)的空间留有边缘。因此，为安装，将键盘单元与显示单元耦接在一起的折页所需的空间(折页空间)可以很小。这就能够减小显示单元的外部尺寸，因而减小该个人计算机的整个尺寸。
按照上面所描述的本发明，在所谓平面电场液晶显示器件中，由信号电压产生的电场强烈地影响所述黑色掩膜。因此，由加在公共电极与象素电极之间的选择电压所形成的电场图样几乎是平行于液晶层和定向膜间的界面，并能抑制驱动电压的升高。由于所述电场图样不受干扰，所以不出现磁畴，并且该液晶显示器件具有较高的图象质量，而无颜色的不均匀性。
本发明不只限于TFT型液晶显示器件，而可用于包括有源矩阵型和所谓简单矩阵型在内的任何其它类型液晶显示器件。
另外，在本实施例中，为产生一个几乎与二基底平行的电场，所述黑色掩膜形成于一侧基底上，而电极组形成于另一基底上。然而，依照本发明，作为一种当然的方式可使它们形成于同一基底上。
权利要求
1.一种液晶显示器件，它包括在一对基底之一上形成的黑色掩膜，所述基底的至少一个是透明的；在所述一对基底的至少一个上形成的一组电极；一个液晶层，由具有介电各向异性的液晶合成物质组成，它被保持于所述一对基底之间；一个定向控制膜，它形成于所述液晶层和所述基底中的一个之间，用于使所述液晶合成物质的液晶分子沿预定的方向定向；一个层叠在所述一对基底的至少一个上的偏振装置二以及将驱动电压加给所述电极组的驱动机构；其中，所述电极组的结构是将各电极排列成产生一个电场，该电场具有以平行于所述定向控制膜与液晶层之间界面为主的分量；所述液晶合成物质具有不小于10NΩ·cm的电阻率，而所述黑色掩膜具有不小于10MΩ·cm的电阻率，其中N和M是满足关系N＞9和M＞6的整数。
2.一种液晶显示器件，它包括在一对基底之一上形成的黑色掩膜，所述基底的至少一个是透明的；在所述一对基底的至少一个上形成的一组电极；一个液晶层，由具有介电各向异性的液晶合成物质组成，它被保持于所述一对基底之间；一个定向控制膜，它形成于所述液晶层和所述基底中的一个之间，用于使所述液晶合成物质的液晶分子沿预定的方向定向；一个层叠在所述一对基底的至少一个上的偏振装置；以及将驱动电压加给所述电极组的驱动机构；其中，所述电极组的结构是将各电极排列成产生一个电场，该电场具有以平行于所述定向控制膜与液晶层之间界面为主的分量；所述液晶合成物质具有不小于10NΩ·cm的电阻率，而所述黑色掩膜具有不小于10MΩ·cm的电阻率，其中N和M是满足关系N＞13和M＞7的整数。
3.一种如权利要求1或2所述的液晶显示器件，其特征在于，所述黑色掩膜中含有金属氧化物颗粒。
4.一种如权利要求3所述的液晶显示器件，其特征在于，所述金属氧化物颗粒是氧化钴、氧化铬、氧化锰和氧化镍中至少一种的颗粒。
5.一种如权利要求3所述的液晶显示器件，其特征在于，除所述金属氧化物颗粒外，或者使有机颜料与石墨粉之一，或者使二者被包含于所述黑色掩膜中。
6.一种如权利要求4所述的液晶显示器件，其特征在于，所述氧化钴颗粒主要是四氧化三钴颗粒。
7.一种如权利要求4所述的液晶显示器件，其特征在于，除所述氧化钴外，还含有氧化铬、氧化锰和氧化镍中的任一种。
8.一种如权利要求1或2所述的液晶显示器件，其特征在于，所述黑色掩膜的基本材料由聚酰亚胺树脂制成。
9.一种如权利要求8所述的液晶显示器件，其特征在于，所述聚酰亚胺树脂材料含有一种由光固化的组分和一种由热固化的组分，而且随着该树脂材料被热固化，所述黑色掩膜的光密度增大。
10.一种如权利要求8或9所述的液晶显示器件，其特征在于，所述黑色掩膜由一种聚酰亚胺树脂材料组成，所述材料含有至少一种或多种黑色着色剂和与所述黑色着色剂不同的其它着色剂。
11.一种如权利要求8或9所述的液晶显示器件，其特征在于，所述黑色掩膜由一种聚酰亚胺树脂材料组成，所述材料中混有金属氧化物颗粒作为黑色着色剂。
全文摘要
液晶显示器件包括在一对基底之一形成的黑色掩膜，基底的至少一个是透明的，该对基底的至少一个形成的一组电极；液晶层，由有介电各向异性的液晶合成的物质组成，保持于该对基底之间；定向控制膜，形成于液晶层和一基底间，使液晶分子沿预定的方向定向；层叠在该对基底的至少一个上的偏振装置；及将驱动电压加给电极组的驱动机构；电极组的结构是将电极排列成产生电场，电场有以平行于定向控制膜与液晶层间界面为主的分量。
文档编号G02F1/1343GK1164668SQ96110090
公开日1997年11月12日 申请日期1996年6月14日 优先权日1995年6月14日
发明者松山茂, 阿须间宏明, 志村正人, 富田好文, 荒谷介和 申请人:株式会社日立制作所