JP2573355B2

JP2573355B2 - 電極基板、液晶表示装置及びそれらの製造方法

Info

Publication number: JP2573355B2
Application number: JP11413089A
Authority: JP
Inventors: 常一 ▲吉▼野; 富也薗田
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-05-09
Filing date: 1989-05-09
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JPH02293821A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は液晶表示装置に係り、特にカラー表示が可能
なカラーフィルタを備えた液晶表示装置に関する。

（従来の技術）近年、液晶表示装置は薄型、低重量、低消費電力等の
利点を生かして、種々の分野で利用されるようになって
きた。このような中で、液晶表示装置には大型化、カラ
ー表示化の要望が高まってきた。

そして、このような要望に応える大型カラー表示を可
能にした液晶表示装置が開発されるようになってきた。

そこで、例えばOA（Office Altomation）用として、
各画素に非線形素子が用いられて成るカラー液晶表示装
置を例にとって説明する。

この液晶表示装置は、夫々電極が形成されて成る一対
の光透過性基板に液晶組成物が挟持されて成っている。

この第１の電極基板には、各画素のコントラストを強
調させるための所定の開口を有して形成されたマトリッ
クス状の遮光部と、この遮光部の開口に設置される複数
色の色部とが形成されている。

そして、これら色部上には良好な表面性の確保とカラ
ーフィルタの耐熱性向上を目的としてオーバーコート層
が設置され、この上に透明導電膜がパターニングされて
成る対向電極、配向膜が順次設置されている。

第２の電極基板には、複数本の信号電極が設置されて
おり、この信号電極には液晶表示装置の各画素に対応し
た非線形素子として例えばMIM（Metal Insulator Meta
l）素子が、更にMIM素子を介して画素を駆動する画素電
極が設置されている。そして、これら電極上には、第１
の電極基板と同様に配向膜が設置されている。

（発明が解決しようとする課題）例えば、上記した液晶表示装置を製造するにあたり、
配向膜を焼成する必要上、あるいは透明導電膜を設置す
る必要上から、オーバーコート層には高い耐熱性あるい
は良好な表面性が要求される。このようなオーバーコー
ト層としては、特開昭57−150806号公報あるいは特開昭
58−160902号公報に記載されているアクリル系樹脂を使
用する方法、あるいは特開昭60−216307号公報あるいは
特開昭61−6624号公報に記載されているエポキシ系樹脂
を使用する方法等がある。

しかし、このような有機樹脂上に透明導電膜を設置し
た場合、オーバーコート層にシワが入ったり、あるいは
透明導電膜がパターニングされて成る対向電極がクラッ
クし断線を引き起こしていた。

この対向電極の断線による液晶表示装置の表示不良、
あるいはオーバーコート層に発生するシワによる光透過
率の低下といったことが問題となってきた。

本発明は、上記課題に鑑み成されたもので、表示不良
等なく良好な表示画像が得られる液晶表示装置を製造歩
留り良く製造可能にする液晶表示装置を提供することを
目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の液晶表示装置は、光透過性基板と、前記光透
過性基板上に配置される複数の色部から成るカラーフィ
ルタと、前記カラーフィルタ上に配置される溝部を有す
るオーバーコート層と、前記オーバーコート層上に配置
される透明電極とを備えた第１の電極基板と、基板上に
前記第１の電極と対向する第２の電極が配置されて成る
第２電極基板と、前記第１の電極基板と前記第２の電極
基板とによって挟持される液晶組成物と、前記第１の電
極基板と前記第２の電極基板に接続される駆動手段とを
具備したことを特徴としている。

（作用）本発明者等は、液晶表示装置のオーバーコート層に発
生するシワあるいは透明導電膜に発生するクラックの原
因について検討した結果、次の理由によるものであるこ
とを見出だした。

即ち、透明導電膜に使用されている例えばI.T.O.（In
dium Tin Oxide）膜の線膨脹係数は40〜50×10^-7/℃程
度であるに対し、オーバーコート層に使用される有機材
料の線膨脹係数は300〜700×10^-7/℃程度ある。

この線膨脹係数の大きな違いにより、オーバーコート
層にシワの発生したり、透明電極クラックの発生が起っ
ていた。

例えば液晶表示装置の配向膜の焼成を例にとると、高
温で焼成すると熱膨脹率の違いにより透明導電膜に比べ
て熱膨脹が大きいオーバーコート層から透明導電膜は大
きな引張り応力（コンプレッション）を受ける。

この時、透明導電膜が引張り応力よりも十分に強いも
のであると、オーバーコート層は熱膨脹による体積の増
加を抑えることができずシワとなって表われる。このシ
ワは常温でオーバーコート層が収縮した場合に更に目立
つようになり、透明度を低下させ光透過率を下げてしま
う。

逆に透明導電膜がオーバーコート層の膨脹に伴う引張
り応力に耐えることができないと、透明導電膜のクラッ
クへの繋がっていくものである。

そこで本発明者等は、液晶表示装置の製造途中で透明
電極に応力の集中がないように、線膨脹係数が40〜50×
10^-7/℃に近い有機材料、あるいは線膨脹係数が300〜70
0×10^-7/℃に近い対向電極として使用できる材料を検討
したが、十分なものは得られなかった。

このようなことから、液晶表示装置の構成に着眼し種
々検討した結果、上述したような構成とすることによっ
て上記課題を解決できることを見い出した。

I.T.O.薄膜等の透明導電膜は、圧縮応力（コンプレッ
ション）には強いが、引張り応力（テンション）に対し
て弱くクラックが発生し易い性質を有している。

このため液晶表示装置の配向膜焼成あるいはシール剤
の焼成時に、前述したオーバーコート層と透明導電膜の
膨脹率の違いにより透明導電膜がオーバーコート層の熱
膨脹につれて引張られることがないように、透明導電膜
に作用する引張り応力を逃す構成とすれば良い。

そこで本発明者等は種々検討した結果、オーバーコー
ト層に溝部を設けることによってオーバーコート層の熱
による体積の膨脹を溝部にて吸収し、透明導電膜とオー
バーコート層との接合部分で透明導電膜がオーバーコー
ト層の膨脹に引張られてクラックが発生することを解消
すると同時に、オーバーコート層の収縮も溝部で吸収す
ることにより、オーバーコート層に発生するシワをも解
消した。

このオーバーコート層に形成する溝部の深さは、透明
電極に作用するオーバーコート層の引張り応力を十分に
逃すために透明電極の膜厚の20％以上とすることが良好
な透明電極を得る上で好ましい。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本実施例の液晶表示装置の液晶セル部分の概
略断面図を示すもので、この液晶セル（３）は第１の電
極基板（11）と第２の電極基板（31）に液晶組成物（5
1）挟持されて成っている。

例えばガラス等の光透過性基板（13）上にマトリック
ス状に遮光部（17）が形成されている。この各遮光部
（17）間には、赤：緑：青の複数の色部（18a），（18
b），（18c）が設置され、カラーフィルタ（18）が構成
されている。

これら遮光部（17）と、複数の色部（18a），（18
b），（18c）によって構成されるカラーフィルタ（18）
との上には、耐熱性あるいは表面性を考慮してオーバー
コート層（19）が設置され、このオーバーコート層（1
9）上に対向電極（26）が順次設置されている。

更に、この対向電極（26）上には配向膜（27）が設置
されて第１の電極基板（11）は構成されている。

次に、第２の電極基板（31）について説明すると、例
えばガラス製の光透過基板（33）上に、例えば第２図に
示す複数本の信号電極（35）と、この信号電極（35）に
MIM（Metal Insulator Metal）素子（36）が持続設置さ
れ、このMIM素子（36）を介して信号電極（35）は画素
電極（37）に接続されている。

そして、この各MIM素子（36）及び各画素電極（37）
上には、第１図に示すように配向膜（47）が設置されて
第２の電極基板（31）は構成されている。

このような第１の電極基板（11）と第２の電極基板
（31）の配向膜（27），（47）設置面にて液晶組成物
（51）が挟持されて成る液晶セル（３）は構成されてい
る。

そして第３図に示すように、液晶セル（３）の対向電
極（26）は制御手段（81）に接続された対向電極駆動手
段（61）に、更に複数本の信号電極（35）も制御手段
（81）に接続された信号電極駆動手段（71）に接続され
本実施例の液晶表示装置（１）は構成されている。

このような液晶表示装置（１）の製造方法について、
第４図を参照して説明する。

第４図（ａ）に示すように、例えばガラスから成る光
透過製基板（13）上に感光性黒色基材（14）を塗布し、
マスクを設置し紫外線を照射して潜像（15）を形成す
る。

次に、第４図（ｂ）に示すように、現像してベーキン
グし、光透過性基板（13）上に所定間隔で開口（16）を
有したマトリックス状の遮光部（17）を形成する。

この開口（16）に第４図（ｃ）に示すように赤：緑：
青の色部（18a），（18b），（18c）を、例えば印刷法
にて印刷し、１色の印刷が終了する毎にベーキングしイ
ンクを固化する工程を３回繰返すことによって形成す
る。

そして第４図（ｄ）に示すよに、複数の色部（18
a），（18b），（18c）によって構成されるカラーフィ
ルタ（18）上に、例えばメチルセロソルブアセテート等
の高沸点溶剤を含むエポキシ樹脂をスピンコートにより
２ミクロンの膜厚で塗布する。この時の膜厚は、液晶表
示装置の迷光を減少させるためにもカラーフィルタ（1
8）の平滑性が得られる１〜３ミクロン程度とすること
が好ましい。このようにして塗布されたエポキシ樹脂
を、180℃で100分間ベーキングしてオーバーコート層
（19）を完成させる。

更に、このオーバーコート層（19）上に、基板保持温
度を150℃に保持してスパッタリングによってI.T.O.（I
ndium Tin Oxide）薄膜から成る2000オングストローム
の膜厚の透明導電膜（25）を形成する。このときの透明
導電膜（25）の膜厚は、透明導電膜（25）の抵抗地が40
オーム以下であることが良好な表示画像を得るため好ま
しく、1000〜4000オングストロームの膜厚とすると良
い。またここでは透明導電膜（25）のシワあるいはクラ
ックを防ぐためにスパッタリング時の基板保持温度を15
0℃としてオーバーコート層（19）をあらかじめ膨脹せ
ておいたが、この基板保持温度は60〜250℃であれば最
適な状態にオーバーコート層（19）を膨脹させておくこ
とができる。

このようにしてオーバーコート層（19）を膨脹させて
おくと、スパッタリング終了後室温状態でオーバーコー
ト層（19）が収縮して透明導電膜（25）が圧縮応力を受
けていても、前述したように透明導電膜（25）は圧縮応
力に対しては強いためクラック等が発生することはな
い。

また、この後工程における配向膜の焼成でオーバーコ
ート層（19）が熱膨脹しても、透明導電膜（25）に作用
する引張り応力を小さくすることができる。

次に、この透明導電膜（25）上にストライプ状のポジ
レジスト（東京応化製OFPR−800）を設置し、エッチン
グ槽にてエッチングし、第４図（ｅ）に示すような所定
形状にパターニングされた透明電極（26）を得る。この
エッチング工程において、レジストより露出した透明導
電膜（25）のエッチングが完了しても、更にオーバーコ
ート層（19）もエッチングし、例えば0.5ミクロンの深
さを有した溝部（21）を形成する。

このようにして成る対向電極（26）及びオーバーコー
ト層（19）の溝部（21）上に、第４図（ｆ）に示すよう
に配向膜（27）を設置し焼成して第１の電極基板（11）
を得る。

また、複数回のフォトリソグラフィ工程を繰返すこと
によって、第２の電極基板（31）を形成した後に、第１
の電極基板（11）と第２の電極基板（31）とを正しく位
置合せし、液晶組成物（51）を注入し、周辺をシール剤
で密封し、このシール剤を焼成して液晶セル（３）を構
成する。

前述した配向膜（27），（47）の焼成あるいはシール
剤の焼成等では、従来オーバーコート層（19）にシワの
発生あるいは対向電極（26）にクラックの発生が見られ
ていたが、本実施例のように対向電極（26）に覆われて
いないオーバーコート層（19）部分に溝部（21）を形成
することにより、オーバーコート層（19）の熱による体
積の膨脹あるいは収縮を溝部（21）で吸収し、オーバー
コート層（19）に発生していたシワを防ぎ、更に対向電
極（26）のクラックを解消することができた。

更に、液晶セル（３）の対向電極（26）、信号電極
（35）を夫々制御手段（81）に接続された対向電極駆動
手段（61）、信号電極駆動手段（71）と接続し液晶表示
装置（１）とした。

以上詳述してきたように、本実施例の液晶表示装置
（１）で、オーバーコート層（19）に溝部（21）を設け
ることによって容易にオーバーコート層（19）に発生し
ていたシワを防ぎ、更に対向電極（26）のクラックを解
消し製造歩留りを格段に向上させることができた。ま
た、この溝部（21）の形成は透明導電膜（25）をパター
ニングする際に同時にできる他、オーバーコート層（1
9）に溝部（21）を形成することによって従来よりも高
温で配向膜（27）等の焼成工程を行なうことができるた
め、従来以上に高い生産性で液晶表示装置（１）を製造
することができる。

更に、液晶表示装置（１）を本発明の構成とすること
により、良好な対向電極（26）が形成できるため、高品
質な表示画質から得られる液晶表示装置（１）とするこ
とがでる。

ここでは、光透過型MIM液晶表示装置を例にとり詳述
たが、本発明はこれに限定されることなく単純マトリッ
クス型液晶表示装置に適用したものであっても良い。

［発明の効果］以上詳述してきたように液晶表示装置を本発明の構成
とすることにより、焼成工程等でオーバーコート層にシ
ワが発生することなく、更に対向電極がクラックするこ
とがないため、従来よりも焼成温度を高めることが可能
となり、従来よりも高い生産性で生産歩留り良く液晶表
示装置を生産することが可能となった。またこのように
クラック等のない良好な透明電極が得られるため、液晶
表示装置の表示品位も高いものとすることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る液晶表示装置の液晶セ
ル部分の概略断面図、第２図は本実施例の液晶表示装置
の電極基板の概略正面図、第３図は本実施例の液晶表示
装置の概略構成図、第４図は本実施例の液晶表示装置の
製造プロセスを示す図である。（１）……液晶表示装置、（３）……液晶セル（11）……第１の電極基板（19）……オーバーコート層、（21）……溝部（26）……対向電極、（31）……第２の電極基板（61）……対向電極駆動手段（71）……信号電極駆動手段（81）……制御手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設置される複数の色部から成るカ
ラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に設置された、溝部を有する連続
した膜からなるオーバーコート層と、前記オーバーコート層の溝部に対応する部分を除いた前
記オーバーコート層上に設置された透明電極とを備えた
ことを特徴とする電極基板。
【請求項２】基板上に設置される複数の色部から成るカ
ラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に設置された、溝部を有する連続
した膜からなるオーバーコート層と、前記オーバーコート層の溝部に対応する部分を除いた前
記オーバーコート層上に設置された透明電極とを備えた
第１の電極基板と、基板上に第２電極が形成されて成る第２の電極基板と、前記第１の電極基板と前記第２の電極基板とによって狭
持される液晶組成物と、前記第１の電極基板と前記第２
の電極基板に接続される駆動手段とを具備したことを特
徴とする液晶表示装置。
【請求項３】基板上に複数の色部から成るカラーフィル
タを形成する工程と、前記カラーフィルタ上にオーバーコート層を形成する工
程と、前記オーバーコート層上に透明電極を形成する工程と、前記透明電極を所定の形状にパターニングする工程と、前記オーバーコート層を、連続した膜に保ちつつ、前記
パターニングにより露出されたオーバーコート層部分に
溝部を形成する工程とを有する電極基板の製造方法。
【請求項４】基板上に複数の色部から成るカラーフィル
タを形成する工程と、前記カラーフィルタ上にオーバーコート層を形成する工
程と、前記オーバーコート層上に透明電極を形成する工程と、前記透明電極を所定の形状にパターニングする工程と、前記オーバーコート層を、連続した膜に保ちつつ、前記
パターニングにより露出されたオーバーコート層部分に
溝部を形成して第１の電極基板を形成する工程と、第２の基板上に第２の電極を形成して第２の電極基板を
形成する工程と、前記第１の電極基板と前記第２の電極基板とを位置合わ
せし、液晶組成物を注入し、周辺をシール剤で密封する
工程とを有する液晶表示装置の製造方法。