JP2757942B2

JP2757942B2 - 液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造法

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Publication number: JP2757942B2
Application number: JP23869188A
Authority: JP
Inventors: 博之松井; 暁岡崎
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1988-09-26
Filing date: 1988-09-26
Publication date: 1998-05-25
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JPH0287115A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、液晶カラーテレビ等に用いられる、液晶表
示装置用カラーフィルター基板の製造法に関する。

〔従来の技術〕近年、LED、PDP、VFD、EL、ECD、フラットCRT、LCD等
の各種のフラットディスプレイが開発されている中で、
カラーディスプレイに関しては、LCD（液晶ディスプレ
イ）が一歩先行し、実用化している。液晶ディスプレイ
は、カラーフィルターを加えることにより、比較的容易
にカラー化することができ、また薄型、軽量である長所
がある。しかも、最大20V程度の低電圧で駆動でき、安
全性も高いのでポケットTV用、ポータブルTV用、OA用、
車載用、ビデオカメラのビューファインダー用と、小型
から大型まで広く対応できる。カラー液晶ディスプレイ
には、TFT、MIM等のアクティブマトリックス方式と、単
純マトリックス方式があるが、現在の主流はTFTのアク
ティブマトリックス方式のもので、これは第４図に示さ
れているように、ガラスやプラスチックフィルムなどの
透明基板間に封入された液晶に、透明基板上に配列され
た透明電極とスイッチング素子として用いられているTF
T（薄膜トランジスタ）の間で電圧をかけることによ
り、ディスプレイの背後から照射されるバックライトの
光の透過を制御するとともに、規則性をもって配列され
た赤、青、緑の３原色のカラーフィルターを用いて、カ
ラー画像を表示するように構成されている。カラーフィ
ルターは、透明基板上に形成された透明電極である、IT
O電極（インジウムチンオキサイドの透明導電膜）
の上に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の微細な着色画
素を所定のパターンで複数配列したものであり、色混合
は人間の目の網膜上で視覚的に行なわれる。カラーフィ
ルターの画素サイズは、液晶ディスプレイが１対１で見
るディスプレイのため、目の解像度以下にする必要はな
く、最小で100μｍ程度である。このカラーフィルター
上の画素の彩色パターンは、第５図に示すごとく、モザ
イク配列、三角配列、ストライブ配列等があり、この中
で三角配列がテレビ画像を最も自然に表示すると考えら
れている。

液晶ディスプレイ用カラーフィルターに要求される特
性としては、Ｒ、Ｇ、Ｂの分光透過率特性が、使用され
るバックライトおよび偏光板特性を含めて、NTSC（Nati
onal Television System Committee Color system）等
で代表されるカラーテレビジョンシステムの規格に基づ
く３原色となることが理想である。また、カラーフィル
ターは、液晶セル内へ組み込まれ直接液晶と接するた
め、イオン性不純物が少なく、液晶への影響を与えない
ことが必要である。さらに、液晶ディスプレイの製造工
程である、ITO電極膜の成膜、配向膜の処理、封止処理
工程で変化しないこと、光量損失が少ないことバックラ
イト等により退色しないこと、パターンおよび、分光透
過率が均一であること、対向電極との相対ピッチ精度が
良好であること、低コストであること等が要求される。
カラーフィルターは、その形成方法により、次のような
ものがある。

Ａ）染色法カラーフィルター染色法カラーフィルターは、フォトリソグラフィー技
術と染色技術により形成され、製造法としては、多層法
と単層法に分類される。多層法により、カラーフィルタ
ーを形成するには、まず、透明ガラス基板表面に、ゼラ
チン、カゼイン、フィッシュグリュー、ポリビニルアル
コール、ポリアクリルアミド等の新水性樹脂に、感光剤
として、重クロム酸塩、クロム酸塩あるいは、ジアゾ化
合物を添加したものを、スピンコート法等により、0.4
〜２μｍ程度の膜厚に塗布後、所定形状のマスクを介し
て露光・現像し、酸性染料または反応性染料で染色し第
１色目のカラーフィルター層を形成する。次に、中間保
護層としてアクリル、ウレタン、エポキシ等の防染層を
形成する。中間層を形成するかわりに、タンニン酸等に
より化学処理を用いる方法もある。第２色目以降も同様
の工程を行なって、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを形
成する。

単層法では、被染色層を中間層を形成せずに、連続型
で形成し、マスキング層を介してＲ、Ｇ、Ｂと染色し、
カラーフィルターを形成するものと、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれ
ぞれの被染色層を分離して形成し、マスキング層を介し
て同様に染色するものとがある。前者のものでは、染料
の隣へのブリードが問題となる。

Ｂ）分散法カラーフィルター分散法カラーフィルターは、透明感光性樹脂に着色剤
として、染料、有機顔料、無機顔料を分散した感光液を
基板上に塗布後、フォトリソグラフィー技術により形成
されるもので、高精度なカラーフィルターができる。染
色法カラーフィルターに比べ、形成工程が簡略化できる
とともに高精度のものが得られる長所がある。

Ｃ）電着法カラーフィルターパターン化した透明電極に電圧を印加して、水中に分
散させたイオン化した顔料を透明電極上に析出させる工
程を色ごとに繰り返すことにより形成されるカラーフィ
ルターである。

Ｄ）蒸着法カラーフィルター昇華性顔料または染料を高真空中で透明基板上に被着
せしめ、リフトオフ法または、エッチング法等でカラー
フィルターを得るか、あるいは、MgF、SiO₂等の低屈折
率物質と、ZrO₂、TiO₂、ZnS、CeO₂等の高屈折率物質を
交互に７〜11層蒸着して、多層干渉薄膜を形成した後
に、リフトオフ法あるいは、エッチング法等でカラーフ
ィルターを得る工程を色ごとに繰り返す方法で形成され
る。

Ｅ）印刷法カラーフィルター透明性の高い顔料や染料をビヒクル中に分散させ、ス
クリーン印刷法、オフセット印刷法などの工程を色ごと
に繰り返すことによって得られる。

寸法精度上に問題はあるが、大型化と低コスト化が課
題となっているカラー液晶ディスプレイに用いるための
カラーフィルターとしては、分散法カラーフィルターと
共に期待されているものの一つである。

また、液晶カラーテレビ等においては、特に表示画像
のコントラストや彩度を向上させたり、画面外周の遮光
マスクとして、カラーフィルターの隣接した彩色画素の
境界部分や表示画面の外周部分に黒色パターンを設ける
ことが行なわれている。

黒色パターンの形成法としては、印刷法が用いられる
他、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色画素が形成された後の透明基板上
の全面に、黒着色ネガ型感光性樹脂を塗布し、透明基板
の反対側より露光後現像する方法、黒着色ネガ型感光性
樹脂の代わりに染色性ネガ型感光性樹脂を塗布し、同様
に現像した後、得られた感光性樹脂画像を染料で黒色に
着色する方法、ポジ型感光性樹脂を同様に塗布、露光・
現像して、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色画素上に着色画素と同形の
樹脂を形成し、この上に黒色樹脂、またはクロム等の金
属薄膜を被着した後、感光性樹脂を除去することで形成
する方法が用いられる。なお、クロムを被着した場合に
はクロム被膜に黒化処理を施して黒色パターンを得る。

さらに、透明基板の内周縁は、シール部と接着してシ
ールされ、液晶を封入する区画をなしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年、液晶表示装置用カラーフィルター基板は、超小
型の液晶カラーテレビ等に利用されるようになるにつれ
て、画像の鮮明化・精細化、消費電力の低減化の要求と
ともに、液晶表示装置用カラーフィルター基板自体の製
造コストを下げることが要求されてきており、従来の液
晶表示装置用カラーフィルター基板の構造では、このよ
うな要求に応えることは困難であった。すなわち、従来
の液晶表示装置用カラーフィルター基板は、第４図のよ
うに、透明基板上に透明電極が設けられ、その上にカラ
ーフィルターが形成されており、さらにその上にフィル
ター保護のための保護膜がコーティングされて構成され
ていた。この構成では、液晶に電界をかけるための透明
電極と、液晶との間にカラーフィルターや保護膜が存在
するため、この部分での電圧降下が大きく、鮮明な画像
を得るためには高い電圧を必要とし、消費電力も大きか
った。

〔発明の目的〕

本発明は、上記のような問題点を有する、従来の液晶
表示装置用カラーフィルター基板では難しかった、画像
の鮮明化・精細化ならびに、消費電力の低減化、さらに
は、接着面の精度、密封性、接着強度の優れた液晶セ
ル、を達成する新規な液晶表示装置用カラーフィルター
基板の製造法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造
法は、透明基板１上にカラーフィルター２を形成した
後、前記カラーフィルター２の上部に、シール部6,7が
位置する部位に相当する部分を覆うマスキング材を当て
がった後、成膜することにより、前記カラーフィルター
２上部に、前記透明基板１とシール部6,7との接着部に
おいて削除された、透明電極４を形成することを特徴と
するものである。

以下に、本発明の具体的内容を、添付の図面を用いて
説明する。

第１図は、本発明の１実施例によって得られた液晶表
示装置用カラーフィルター基板を用いて構成した、カラ
ー液晶ディスプレイの断面図を示したもので、１、９は
透明基板、２はカラーフィルター、３は保護膜、４は透
明電極、５は液晶、６、７はシール部（スペーサー）、
８はTFT（薄膜トランジスタ）、10、11は偏光板であ
る。本発明の製造法によって得られたカラーフィルター
基板は、従来のものが、透明電極と液晶との間にカラー
フィルターや保護膜が介在していたのに対し、カラーフ
ィルター２の上方に透明電極４を配置されており、か
つ、透明電極４が、透明基板１とシール部6,7との接着
部において削除されている点に特徴を有する。第１図の
実施例では、透明電極４とカラーフィルター２間に、保
護膜３を介在させている。保護膜３は、カラーフィルタ
ー２表面の凹凸を緩和して、透明電極４を形成しやすく
すると同時に、カラーフィルター２表面を保護する役割
を果たす。保護膜３の材料としては、従来のポリウレタ
ン系ポリマーでは強度が小さく、熱により柔らかくなる
ので、保護膜３上に透明電極４の膜を形成する工程で電
極に皺がよったり剥離したりするため、アクリル系ポリ
マーが用いられる。アクリル系ポリマーは、強度が大き
く保護膜３を薄く作ることが可能なので、光の透過率を
大きく保つことができる。保護膜３は、カラーフィルタ
ー２表面が平滑であれば省略してもよい。シール部（ス
ペーサー）６、７と透明基板１との接着部は、透明基板
１、９間の間隔（セル間隔）が、微小（５μ）でかつ高
精度であることが要求されるので、接着面の凹凸を避け
るため及び接着性を向上させるためにこの部分の透明電
極４は、第３図に示すようなマスキング材を用いて削除
するものである。なお、上記接着部にはエポキシ系等の
シール材が用いる。カラーフィルター２は、従来のもの
のように、彩色パターンＲ、Ｇ、Ｂと黒色パターンＭと
から形成することができる。また第２図の実施例のよう
に、黒色パターン形成工程を簡略化するために、赤、
緑、青のうち３色または２色の彩色層を重ね合わせて黒
色パターンＭを形成してもよい。

〔作用〕

本発明の液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造
法によれば透明電極４が、透明基板１上に形成されたカ
ラーフィルター２の上部に配置され、かつ、透明基板１
とシール部との接着部において削除されている液晶表示
装置用カラーフィルター基板を、簡易に得ることができ
る。そして、本発明によって得られたカラーフィルター
基板は、上記のような構成を有するので、以下のような
作用がある。すなわち、第１図において、同図の上方に
設けられた図示しないバックライトからの光は、偏光板
11を透過した後、TFT（薄膜トランジスタ）８と透明電
極４間に画像信号により電圧がかけられて配向した液晶
５の層を通過し、更にカラーフィルター２および偏光板
10を透過してカラー画像が視認される。本発明の液晶表
示装置用カラーフィルター基板においては、透明基板１
側に配置された透明電極４が、カラーフィルター２の上
方に配置されているために、第４図に示した従来のカラ
ーフィルター基板のように、カラーフィルターや保護膜
３の部分で電圧降下が生じない。したがって、液晶５部
分のみに有効に信号電圧を加えることができる。この場
合、カラーフィルター２上部に配置された透明電極４
は、透明基板１とシール部６、７との接着部分において
削除されているから、接着面の精度、密封性、接着強度
が向上する。

また第２図のように、カラーフィルター２の黒色パタ
ーンＭを赤、緑、青のうち３色または２色の彩色層を重
ね合わせて形成した場合には、黒色パターンＭを形成す
る工程が省略できるので製造コストを下げることができ
るとともに、着色画素間に隙間ができることが防止され
る利点がある。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。第１図は、本発明の液晶表示装置用カラーフィルタ
ー基板の製造法の１実施例によって得られた液晶表示装
置用カラーフィルター基板を用いて構成した、カラー液
晶ディスプレイの断面図を示したものである。同図にお
いて、１、９は透明基板で材質としては、ガラス（ソー
ダガラス、石英ガラス等）、透明合成樹脂板、透明合成
樹脂フィルム（ポリエステルなど）等が用いられる。２
はカラーフィルターで、３色の着色画素Ｒ、Ｇ、Ｂから
なる彩色パターンならびに、必要に応じて黒色パターン
Ｍで形成される。Ｒ、Ｇ、B3色の着色画素については、
前述の染色法、分散法、電着法、蒸着法、印刷法等の公
知の工程を色ごとに繰り返して形成することができる。
一例として特開昭60−237441号公報に記載されているよ
うに、透明基板１上に、顔料が分散されたポリイミド被
膜を形成しておき、次いでこれをパターン露光した後現
像する工程を必要回数繰り返す方法が採用できる。ま
た、黒色パターンＭの形成方法としては、前述した印刷
法、フォトリソグラフィーによる染色法、クロム等の金
属薄膜や黒色樹脂を被着する方法等の公知の方法が用い
られる。３は保護膜で、カラーフィルター２上に、アク
リル系ポリマーを被覆したものである。４は透明電極
で、酸化インジウム90〜95wt/wt％と酸化錫５〜10wt/wt
％よりなるITO膜をスパッタ法、蒸着法、CVD法等により
成膜したものや、酸化錫を蒸着法、CVD法等により成膜
して、フォトリソグラフィー法でエッチング加工して電
極パターンを形成したものが用いられる。５は液晶、
６、７はシール部、８はTFT（薄膜トランジスタ）、1
0、11は偏光板である。また、電極パターンの形成はフ
ォトリソグラフィー法を用いる事により、第３図に示す
ようにフィルター面側にステンレス板等を加工したマス
キング材を設置し、ITO、酸化錫を成膜する方が工程を
簡便にできる。また、黒色パターンＭを形成する他の方
法としては、本発明の他の実施例として第２図に示され
るように、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色画素の３色あるいは、２色
の彩色層の重ね合わせにより形成する方法がある。これ
は、透明基板１の上に、例えば赤色の画素Ｒの彩色層を
所定のパターンで形成し、次いで透明な被覆膜Ｉを被覆
する。その上に緑色の画素Ｇの彩色層を所定のパターン
で形成した後同様に被覆膜Ｉで被覆する。さらにその上
から、青色の画素の彩色層を同様に形成し、最後に保護
膜３層を形成する。３色の彩色層が重なった部分では、
光が透過しない黒色パターンＭが形成されることにな
る。この部分では、層の膜厚が厚くなり、他の部分との
間で２〜３μｍの凹凸が生じるが、保護膜３を２μｍ程
度に形成することで、表面の凹凸が0.5〜１μｍ程度に
抑えられ、実用上支障は生じない。しかしながら、画面
外周の黒色パターンＭだけは、1mm程度の幅を有してい
るので、３色の色彩層が重なると、保護膜３では凹凸が
吸収できないので、画面外周の黒色パターンＭだけは、
赤色色彩層と青色色彩層の２色の色彩層の重ねて擬似黒
色パターンを形成し、保護膜３表面をできるだけ平坦に
することが好ましい。

保護膜３は、カラーフィルター２の表面を平滑にする
と同時に、彩色層を保護する機能も有している。各色彩
層を形成するためには、フォトリソグラフィー法を用い
ることができ、被覆膜Ｉとしては、例えば熱硬化性アク
リル樹脂を用いて、回転塗布法により、0.1μｍ程度の
厚さに形成する。

保護膜３の材質は、被覆膜Ｉと同様熱硬化性アルリル
樹脂を用いることができる。

なお、本発明によって得られた液晶表示装置用カラー
フィルター基板を構成する透明電極４及びTFT8の液晶５
に接する側の表面には、例えば、特公昭62−15848号公
報記載のような方法によって配向処理を施す。前記公報
記載の方法は、芳香族系ポリアミック酸溶液を電極被膜
を有する基板の該電極被膜を含む一部または全面上に塗
布した後、所定の温度で加熱処理を行ってポリイミド系
高分子被膜を形成し、次いで該被膜を配向処理すること
によって電極基板を形成するものであるが、これを本発
明に適用した場合の具体的態様を以下に述べる。

まず、前記ポリアミック酸を前記基板に相当する透明
電極４及びTFT8の表面に塗布するには、ポリアミック酸
をジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジ
メチルスルフオキシド、Ｎ−メチルピロリドンなどの溶
剤に溶解して0.01〜40％溶液、好ましくは0.01〜10％未
満の稀薄溶液とし、該溶液を刷毛塗り法、浸漬法、回転
塗布法、スプレー法などにより塗布することができる。
塗布後、100℃以上200℃未満好ましくは160℃１時間〜
２時間の加熱条件で加熱処理を行い乾燥させ、透明電極
４及びTFT8の表面上にポリイミド系高分子被膜を設け
る。しかる後、該高分子被膜面を布などで一定方向にこ
すって所要の配向処理を施すものである。

上記のように配向処理を施した透明電極４及びTFT8
は、それぞれのこすり方向が互いに直交するようにして
セル組みし、正の誘電異方性を有するネマチック液晶を
封入するものである。そして、前記偏光板10及び11は、
それぞれの偏向方位が前記透明電極４及びTFT8のこすり
方向に平行になるように貼合して本発明の液晶表示装置
用カラーフィルター基板を組み立てるものである。

本発明において、カラーフィルター基板のシール部６
及び７を構成するセルの有機シール材としては、硬化温
度の高い有機物質、例えばエポキシ樹脂性接着材を使用
することができる。

また本発明のカラーフィルター基板の液晶として、正
の誘電異方性を持ったネマチック液晶化合物を使用する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明により得られる液晶表示
装置用カラーフィルター基板は、透明電極を透明基板上
に形成されたカラーフィルターの上部に配置されている
ために、従来カラーフィルター基板のような、透明電極
と液晶間に存在するカラーフィルターや保護膜部分で生
じる電圧降下がなく、液晶部分に画像信号電圧を有効に
作用させることができるので、少ない消費電力で鮮明な
表示画像が得られるカラー液晶ディスプレイを提供する
ことができる。また透明電極が、透明基板をシール部と
の接着部分において削除されているので、より高精度で
密封性の優れた液晶セルを作製できるとともに、カラー
フィルターの３原色の彩色パターンの着色画素間の境界
部分や、表示画面の周囲の部分に施す黒色パターンを
赤、緑、青の３原色の着色画素のうちの２色あるいは３
色の彩色層を重ね合わせて形成することによって、黒色
パターンを形成するための工程が省けると同時に、隣接
する着色画素に間隙が生じることも防止できるので、良
好な表示画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例により得られた液晶表示装
置用カラーフィルター基板を用いて構成したカラー液晶
ディスプレイの断面図、第２図は、本発明の他の実施例
により得られた液晶表示装置用カラーフィルター基板を
示す断面図、第３図は、本発明における電極パターンの
形成方法を示す略図、第４図は、従来のカラー液晶ディ
スプレイの１例を示す断面図、第５図は、従来用いられ
ているカラーフィルター上の画素の配列例を示す図であ
る。１、９……透明基板２……カラーフィルター３……保護膜４……透明電極５……液晶６、７……シール部８……TFT（薄膜トランジスタ） 10、11……偏光板Ｒ、Ｇ、Ｂ……着色画素Ｍ……黒色パターン（着色画素）Ｉ……被覆膜

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1335 505 G02F 1/1333 500 G02F 1/1339 505 G02F 1/1343 G02B 5/20 101

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板１上にカラーフィルター２を形成
した後、前記カラーフィルター２の上部に、シール部6,
7が位置する部位に相当する部分を覆うマスキング材を
当てがった後、成膜することにより、前記カラーフィル
ター２上部に、前記透明基板１とシール部6,7との接着
部において削除された、透明電極４を形成することを特
徴とする液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造
法。
【請求項２】透明基板１上にカラーフィルター２及び保
護膜３を順に形成した後、前記カラーフィルター２の上
部に、シール部6,7が位置する部位に相当する部分を覆
うマスキング材を当てがった後、成膜することにより、
前記カラーフィルター２上部に前記保護膜３を介して、
前記透明基板１とシール部6,7との接着部において削除
された、透明電極４を形成することを特徴とする液晶表
示装置用カラーフィルター基板の製造法。
【請求項３】カラーフィルター２を、彩色パターンと黒
色パターンとから形成することを特徴とする請求項
（１）または（２）記載の液晶表示装置用カラーフィル
ター基板の製造法。
【請求項４】黒色パターンを赤、緑、青のうち３色また
は２色の彩色層を重ね合わせて形成することを特徴とす
る請求項（３）記載の液晶表示装置用カラーフィルター
基板。