JP2876045B2 - カラー液晶表示素子とその製造方法及びカラー液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、カラーで高密度表示に適したカラー液晶表
示素子とその製造方法及びカラー液晶表示装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 高密度表示を行う液晶表示素子の導電接続は、通常夫
々の基板の端部に端子電極を設けて行われている。

このため、セル内面にカラーフィルターが設けられ、
カラーフィルター上に電極が設けられた第１の基板と、
単に電極が設けられた第２の基板とを電極面を対向させ
て形成したカラー液晶表示素子においても、外部駆動回
路との導電接続は夫々の基板において行なわれていた。
即ち、夫々の基板の端部に端子電極を形成し、第１の基
板の表示用電極は第１の基板上の接続電極を経て第１の
基板上の端子電極に接続され、また、第２の基板の表示
用電極は第２の基板上の接続電極を経て第２の基板上の
端子電極に接続され、夫々の基板の端子電極に導電接続
手段を接続して外部駆動回路と導電接続を行なってい
た。

［発明の解決しようとする課題］ このようにカラーフィルター上に電極が設けられた場
合、カラーフィルターの耐熱性に制約されるため、ITO
（In₂O₃−SnO₂）、SnO₂等の透明電極の形成時に基板温
度を通常150〜2O0℃程度以下としなくてはならない。

しかし、この程度の温度で形成された電極は機械的に
極めて弱く、また、基板との密着力も弱く、化学的にも
充分安定とは言えないという問題点を有している。

また、カラーフィルターの上に有機物の保護層を設
け、その上にITOを形成することが通常行われている
が、この時、電極端子を形成するITOの下にもこの有機
物層が存在することになる場合がある。この場合、端子
部のITOは機械的にも極めて弱くなるため、導電接続の
手段が制限されてしまっていた。

このため、厳しい条件下で使用される場合、カラーフ
ィルター側の電極の信頼性が不足しているものであっ
た。

本発明の目的は、かかる欠点を改良し、信頼性の高い
端子部での導電接続を可能にしたカラー液晶表示素子及
び、信頼性の高い導電接続を有するカラー液晶表示装置
を得ることである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであ
り、基板上にカラーフィルターを形成し、その上に電極
を形成した第１の基板と、電極を形成した第２の基板と
を電極面が相対向するように配置して、その周辺部を周
辺シール材でシールし、内部に液晶を封入してなるカラ
ー液晶表示素子において、液晶分子のねじれ角が160か
ら300゜とされ、第１基板におけるカラーフィルター上
の電極を、その両端で第２の基板における一対の電極に
導電性を有するシール材からなる一対の基板間導電接続
手段により導電接続され、一対の電極には同じ電気信号
が入力されることを特徴とするカラー液晶表示素子、基
板間導電接続手段は導電性スペーサーを含有したシール
材である上記のカラー液晶表示素子、第１の基板の電極
を150〜200℃の基板温度で形成する上記のカラー液晶表
示素子の製造方法、及び、上記のカラー液晶表示素子と
外部駆動回路とが導電接続されてなるカラー液晶表示装
置を提供するものである。

本発明では、液晶表示素子の基板内面にカラーフィル
ターが設けられ、このカラーフィルターの上に電極が設
けられた構造の基板を使用する。そして、本発明では、
このカラーフィルター上の電極は端子電極とはされず
に、他方の基板に基板間導電接続手段を通じて接続さ
れ、他方の基板上の端子電極を通じて外部駆動回路と接
続される。

これにより、ハンダ付け等の高温下での処理による劣
化、接続部を剥そうとする外力による破損、取り扱い中
の傷つき、高湿度下での接続部分のITOの電気分解によ
る消失等の点で従来のカラーフィルターのない基板にお
ける外部駆動回路との接続と同等の高い信頼性を有する
導電接続が可能になる。

又、表示容量の多いパネルの場合には、電極の抵抗値
を低く抑えないと表示のムラが発生するという問題点を
有する。これを防止するため、駆動回路との接続を電極
の両側で取り、同じ信号を入力することにより、実質的
に抵抗値の問題を回避する、すなわち両側入力の方法を
本発明ではとる。

本発明に使用される基板としては、通常の液晶表示素
子に使用されるガラス、プラスチック等の基板が使用で
きる。

この第１の基板としては、基板上にカラーフィルター
を形成し、その上にITO（In₂O₃−SnO₂）、SnO₂等の透明
電極を形成したものが使用される。

このカラーフィルターとしては、染色法、印刷法、光
硬化性着色樹脂をパターニングする方法等の公知のカラ
ーフィルターの形成方法が使用でき、必要に応じてそれ
らの間に遮光膜を配置する、カラーフィルターと基板間
に接着性向上等の効果を有する膜を形成する、カラーフ
ィルター上にカラーフィルターの凹凸を補正したり電極
の接着性を向上させる等の膜を形成する等の構成を付加
してもよい。

このカラーフィルターの上に電極を形成する。この電
極としては、通常は前述したような透明電極が使用さ
れ、蒸着法、スパッタ法等公知の低温プロセスで透明電
極を形成できる方法により形成されればよい。また、こ
の透明電極に金属の細線等の低抵抗の非透明電極を併設
してもよい。

第１図は、本発明の基板上の電極のパターンを示す平
面図であり、（Ａ）は第１の基板を表わし、（Ｂ）は第
２の基板を表わしている。

本発明では、この第１の基板１のカラーフィルターの
上の電極は、表示用の電極２と、その表示用の電極を第
２の基板上の電極に基板間導電接続するための基板間導
電接続手段に繋げられる接続電極３とからなる。

一方、第２の基板では、基板上に直接電極が形成され
る。もちろん、基板上にアルカリ溶出防止膜、着性向上
膜、遮光膜等を設けていてもよいし、第１の基板と同様
に金属の細線等の低抵抗の非透明電極を併設してもよ
い。

この、第２の基板４は、第２の基板の表示用電極５、
シール外に設けられて、第２の基板の表示用電極の端子
となる第１の端子電極６、及びその表示用電極とその第
１の端子電極とを接続する第１の接続電極７、並びにシ
ール外に設けられてなり、基板間導電接続手段９により
第１の基板の表示用電極２と導電接続される第２の端子
電極８、及びその基板間導電接続手段９とその第２端子
電極８とを接続する第２の接続電極10を有している。

これにより、第１の基板１の表示用電極２は、第１の
基板１の接続電極３、基板間導電接続手段９、第２の基
板の接続電極10を経由して第２の基板４の端子電極８に
接続され、この第２の基板の端子電極８により外部駆動
回路と導電接続される。

この外部駆動回路との導電接続は、通常の液晶表示素
子で使用されている導電ゴムコネクターによる接続、ハ
ンダ接続、導電異方性接着材による接続、ヒートシール
による接続等が使用できるほか、駆動用IC等を直接基板
上に設けるCOG方式を用いてもよい。

本発明では、第１の基板におけるカラーフィルター上
の電極をその両端で、第２の基板における一対の電極に
導電性を有するシール材からなる一対の基板間導電接続
手段により導電接続してなることを特徴とする。

なお、この図の例では、表示用電極、接続電極、端子
電極がストライプ状の１本の電極とされているが、本発
明はこれに限られなく、接続用電極を金属電極にした
り、斜めに配置したり、電極の巾を部分的に変えたりす
る等、通常の液晶表示素子で行われているパターン設計
を行ってもよい。

本発明では、このように外部駆動回路との導電接続が
信頼性の低いカラーフィルター上の端子電極でなく、信
頼性の高い第２の基板の端子電極で行なわれる構成を有
しているため、信頼性の高い導電接続が可能になる。

本発明の基板間導電接続手段は、通常の液晶表示素子
で行なわれている基板間導電接続手段が使用でき、シー
ル内側、シール中、シール外側のいずれであっても使用
できる。

具体的には、シール材中にNiメッキ等により導電性と
されたスペーサーを混入して用いてもよい。

これはドットマトリックス表示のように接続数が多
く、ファインピッチが要求される場合に好適である。

また、基板間導電接続部は、第１図のように他の部分
と同じパターンの電極パターンとしてもよいし、電極の
巾を変えたり、千鳥配置（２列の配置）したりしてもよ
い。

主として、本発明のような電極の下にカラーフィルタ
ーを設けるのは、ドットマトリックス表示のように高密
度表示の場合が多く、基板間導電接続手段も後者のよう
なシール中に導電性スペーサーを混入して用いることが
好ましくなる。この場合、導電性スペーサーを混入した
シールは、通常のシール部の外側の所定の部分にのみ設
ける場合と、セル全体を導電性スペーサーを混入したシ
ール材でシールする方法が考えられるが、工程的には後
者のほうが有利である。またこの場合、導電性スペーサ
ーを混入したシールは、導電接続部においては他のシー
ル部分に比してシール巾を広く取ることが好ましく、通
常1.5〜４倍程度とされることが好ましい。

この場合、導電性スペーサーは、通常のシール部分で
使用される通常のスペーサーと同じ大きさのものを使用
する。このため、金属製のスペーサーや全体が導電性の
スペーサーよりは、非導電性スペーサーにNi、Au等の導
電薄膜をメッキ等で付着させた導電性スペーサーを用い
ることが好ましい。これにより、間隙制御の均一性を損
なうことなく、接続抵抗を下げることができる。

このように、シール材に導電性スペーサーを混入した
ものを、基板間導電接続手段として用いる場合、液晶パ
ネルは通常、液晶を真空注入するための封入口たるシー
ル空隙を設けておく必要があるため、その部分では導電
接続できなくなる場合がある。

かかる問題を回避するため、 注入口を基板の辺のうち基板間導電接続部のない辺に
持っていく方法、 注入口を、電極の配列に対して斜めに設けるなどし、
導電接続できるようにする方法、 注入せずに、液晶を挟み込んだ２枚の基板の全辺をシ
ールしてセルを作成する方法、 などがある。

第２図〜第４図はそれぞれ〜に対応する方法を示
す概念図で、11は導電性のシール材、12は注入口であ
る。

なお、基板間導電接続部以外では、両基板の電極が対
向しないようにしておける。この場合、シールは垂直方
向（基板に垂直方向）にのみ導電性を有する異方導電性
膜として働くので、電極が形成された基板では基板間隙
よりも広い電極間隙が取られているかぎり、隣接電極間
での短縮は生じない。

本発明では、カラーフィルターを設ける基板はいずれ
の基板でもよいが、通常は接続する端子電極の数が少な
い方の基板とすることが好ましい。例えば、320×３色
×200ドットのドットマトリックス液晶表示素子の場合
には、200本の電極群を有する基板側にカラーフィルタ
ーを設けることにより、基板間導電接続手段により接続
される電極数を200本にできる。この場合、もし他の基
板側にカラーフィルターを設けると、96O本の電極を基
板問導電接続しなくてはならなくなる。このため、前述
のように200本の電極群を有する基板側にカラーフィル
ターを設けることにより、パターン上の制約が緩くなる
とともに、信頼性も高くなる。

本発明は、液晶分子のねじれ角を160〜300°とした表
示用のSTN液晶セルに、電極を設けない逆ねじれの液晶
素子や複屈折板等の複屈折補償手段を積層した白黒スー
パーツイスト液晶表示素子に適用して、これにカラーフ
ィルターを設けることによりカラー液晶表示素子として
用いる。このような、表示用液晶セルに複屈折補償手段
を積層した白黒スーパーツイスト液晶表示素子では、複
屈折補償手段により表示用液晶セルを通過してきただ円
偏光を補償し、カラーフィルターを設けない状態では、
ほぼ白黒の表示が得られるため、これにカラーフィルタ
ーを設けることにより、高コントラスト比、広視野角の
カラー液晶表示素子が容易に得られる。

このような白黒スーパーツイスト液晶表示素子は、基
板間隙の制御が極めて厳密に要求されるため、本発明の
ように電極の下にカラーフィルターを正確に設けた構成
を採ることが必要となり、本発明の導電接続構造を採る
メリットが極めて大きい。

カラーフィルターの表面の凹凸を平滑化する層は、カ
ラーフィルター周辺のシールの下まで設けてもよいし、
印刷、フォトリソ等の手段を用いて設けないようにして
もよい。後者のほうは有機物上のシールの信頼性が多少
低い場合でも問題にならず、好ましい。

また、以上の例では、一方の基板にカラーフィルター
を設けた例を説明したが、両方の基板に分割してカラー
フィルターを形成して、夫々対向する基板のカラーフィ
ルターが積層されていない部分の電極に基板間導電接続
を取るようにすることもできる。

本発明では、液晶表示素子の他の構成要件、即ち、配
向膜、絶縁膜、液晶材料、シール材、偏光板、反射板、
照明手段、駆動回路等は公知の液晶表示素子用の構成が
使用できる。

例えば、液晶分子を特定の方向に配向させるための処
理は、公知のラビング法、斜め蒸着法等が使用でき、必
要に応じて、電極上にSiO₂、TiO₂、Al₂O₃等の無機材料
の膜及び／又はポリイミド、ポリアミド等の有機材料の
膜を形成した後、配向処理されればよい。

本発明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内
で、通常の液晶表示素子で使用されている種々の技術が
適用可能である。

本発明のカラー液晶表示素子は、パーソナルコンピュ
ーター、ワードプロセッサー、ワークステーション等の
カラー表示素子として好適であるが、この外、カラー液
晶テレビ、カラー表示魚群探知器、カラー自動車用表示
素子、カラー表示レーダー、カラー表示オシロスコー
プ、カラー表示の各種ドットマトリックス表示装置等の
種々の用途に使用可能である。

［作用］ 本発明では、第２の基板においては、第２の基板の表
示用電極とシール外に設けられた第２の基板の表示用電
極用の端子電極及びその表示用電極とその端子電極とを
接続する接続電極を有している。それと同時に、シール
外に設けられた端子電極であって第１の基板の表示用電
極の端子電極及び第１の基板の表示用電極から導電性を
有するシール材からなる一対の基板間導電接続手段によ
り導電接続される端子電極とを接続する接続電極を有し
ている。

これにより、第１の基板の表示用電極は、第１の基板
の接続電極、基板間導電接続手段、第２の基板の接続電
極を経由して第２の基板の端子電極に接続され、この第
２の基板の端子電極により外部駆動回路と導電接続され
る。

高デューティーの表示にこのような接続を用いる場
合、接続抵抗を十分低くする必要があるが、本発明の場
合第１の基板のシール部の下に有機膜上のITOがある場
合は特に接続抵抗を下げることができる。これは導電性
スペーサーがめり込むため接触面積が広くなるためであ
る。抵抗値のコントロールはこのような構成の違い、シ
ール圧着時の圧力、混入するスペーサーの種類及び密
度、電極部の面積のコントロールによって可能であり、
表示に応じた最適設計をすれば良い。

本発明により、外部駆動回路との導電接続がカラーフ
ィルター上の端子電極でなされるのでないので、カラー
フィルター上の電極という安定性の悪い電極を用いて
も、高信頼性のカラー液晶表示素子が可能となる。

［実施例］ 以下の例１〜５のうち、例１、３が比較例であり、例
２、４、５が実施例である。

例１ ガラス基板上に960本のストライプ状の列電極群（夫
々表示用電極、接続電極、端子電極が１本の縦方向のス
トライプ状の列電極に形成）及び200本のストライプ状
の接続電極と端子電極（横方向にストライプ状）を形成
し、端子部分及び基板間導電接続部分を除きSiO₂−TiO₂
の絶縁膜を100nm厚に形成し、接続部分には無電解ニッ
ケルメッキ及び無電解金メッキにより導電性被膜を設け
た。この上にポリイミドを厚さ70nm程度積層し、これを
ラビングして配向膜を形成して、列電極基板とした。

一方、ガラス基板上に染色法によるRGB3色の厚さ2.0
μｍの厚膜カラーフィルターを形成し、この上に日本合
成ゴム（株）のオプトマーシリーズ（ポリイミド系）の
オーバーコート膜を全面に形成し、前記列電極群と直交
するように200本のストライプ状の行電極群（夫々表示
用電極と接続電極が１本の横方向のストライプ状の行電
極に形成）を形成し、基板間導電接続部分を除き、ポリ
イミドを厚さ70nm程度積層し、これをラビングして配向
膜を形成して、行電極基板とした。

この行電極群は、ITOを基板温度180℃でスパッタ法で
厚さ300nmに形成し、それをフォトリソ法でパターニン
グした。

この列電極基板と行電極基板とを液晶分子のねじれ角
が90°となるように配置して、周辺をシール材でシール
してセルを形成し、ネマチック液晶を導電接続手段のな
い辺に設けた注入口より真空注入してドットマトリック
ス液晶セルを製造した。

このシール材中には、直径10μｍの積水ファインケミ
カル社製のNi/Auメッキ付きの導電性スペーサーである
「ミクロパールAU」を3wt％混入して用いて、基板間導
電接続を行なう辺のみシール巾を他の辺に対して1.5倍
にした。また、シール内側のセル内面部分には直径7.5
μｍの積水ファインケミカル社製の非導電性スペーサー
である「ミクロパール」を散布した。

この液晶セルを一対の偏光板間に配置して異方性導電
膜で２ケ所において、外部駆動回持と接続して1/100デ
ューティーで駆動したところ、良好なカラー表示が得ら
れ、その導電接続の信頼性も高いものであった。

例２ 例１と同様の960×200ドットのドットマトリックス表
示であり、基板間隙を７μｍとし、液晶分子のねじれ角
を240°とした外は例１と同様にして表示用セルを製造
した。

一方、電極を設けなくポリイミドの配向膜のみを設け
た基板間に、表示用セルの液晶分子のねじれ方向と逆方
向の240°のねじれを有する液晶を封入して複屈折補償
用セルを製造した。

この表示用セルに複屈折補償用セルを積層して、その
外側に一対の偏光板を配置して、異方性導電膜で２ケ所
において外部駆動回路と接続して1/200デューティーで
駆動したところ、例１と同様に良好なカラー表示が得ら
れ、その導電接続の信頼性も高いものであった。

例３ 例１の列電極基板と行電極基板とを用いて、周辺を例
１で用いた非導電性スペーサーを混入したシール材でシ
ールし、基板間導電接続をこのシール部のすぐ外側で例
１で用いた導電性スペーサーを混入したシール材で行っ
てセルを形成し、ネマチック液晶を注入してドットマト
リックス液晶セルを製造した。

この液晶セルを一対の偏光板間に配置して異方性導電
膜で外部駆動回路と接続して駆動したところ、例１と同
様に良好なカラー表示が得られ、その導電接続の信頼性
も高いものであった。

施例４ 640×３×400ドットのドットマトリックス表示であ
り、シール材内スペーサー径８μm,表示面内スペーサー
径６μｍとし、液晶分子のねじれ角を250°とした他は
例２と同様にして表示セルを製造した。第２の基板の対
向する２辺において異方性導電膜によるTAB接続を行な
うことにより、外部駆動回路を表示セルに接続した。

この表示用セルに複屈折補償用のセルを積層し、その
外側に１対の偏光板を配置して1/400デューティーで駆
動したところ、例２と同様に良好な表示が得られ、その
導電接続の信頼性も高いものであった。

例５ 補償用のセルのかわりに一軸性の高分子フィルム２枚
を積層し、表示パネルの両外側に１対の偏光板を配置し
て1/400デューティーで駆動したほかは例４と同じカラ
ー表示を作成したところ、例４と同様に良好なカラー表
示が得られた。

［発明の効果］ 本発明では、このように外部駆動画路との導電接続が
信頼性の低いカラーフィルター上の端子電極でなく、信
頼性の高い第２の基板の端子電極で行なわれる構成を有
しているため、信頼性の高い導電接続が可能になる。

これにより、外部駆動回路との導電接続が従来のカラ
ーフィルターを設けていない液晶表示素子と同様に行え
るため、基板の電極上へのメタライズ処理、ハンダ付け
処理等が自由に行えるため、導電接続の自由度が向上
し、作業性が向上し、導電接続のやり直しも可能とな
り、生産性及び補修性が良くなり、かつ、電極に傷が付
きにくく、剥離を生じにくくなるため、取り扱いが容易
で信頼性も高いものとなる。

また、本発明により、第２の基板上で全ての接続が可
能になると、パネルの検査、TAB方式、チップオングラ
ス（COG）方式等の駆動回路の実装上もきわめて有利と
なる。即ち、従来の方式では、第１の基板への実装を行
った後、基板を反転させてから、第２の基板への実装を
行なわなくてはならず、実装装置としても複雑なものと
なってしまう。

さらに、従来の方式では電極の下に有機物の層がある
ために温度が上がる接続方法、例えばハンダ付け等を行
なうことは困難であった。本方式では、ハンダ付けも従
来通り使用することができ、接続方法の選択の帽も広
い。

本発明においては、第１の基板上の表示電極は同じ信
号の両側入力とされるので、電極の抵抗値が実質的に低
くなり、表示ムラが少なくなる。また、第２の基板の表
示電極は、第２の基板の対向する辺にふり分けて、導電
接続するようにすれば、端子電極のピッチを広くとるこ
とができるので電極間短縮の危険性も減少し、工程上き
わめて有利となる。

また、第２の基板の端子電極上に導体性被膜を設けれ
ば、ITOだけの場合に比べ著しく面抵抗を下げられるた
め、細線の引き回し抵抗のばらつきが小さくなり、ひい
ては抵抗のばらつきに起因する表示のムラも小さくな
る。

また、このようにすると、外部駆動回路をヒートシー
ル、異方性導電膜、異方性導電ゴム、接触タイプのCOG
方式のような接触手段で接続する場合にも、接触抵抗が
低くなるというメリットを有する。また、熱圧接よる金
属／金属接合の手段でも接続が可能であり、もちろんハ
ンダ付け接続にも対応できるメリットを有する。

さらに、このようにすると、ITOだけの場合に比べ、
著しく、面抵抗を下げられるため、細線の引き回し抵抗
のばらつきが小さくなり、ひいては抵抗のばらつきに起
因する表示のムラも小さくなる。

尚、COGの方法は多様な方法が考えられるが、同じ導
電性のスペーサーを用いることが工程が類似であるため
好ましい。

本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で公知の液
晶表示素子に使用される種々の応用が可能なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基板上の電極のパターンを示す平面
図であり、（Ａ）は第１の基板を表わし、（Ｂ）は第２
の基板を表わしている。 また、第２図、第３図、第４図は、シール材に導電性ス
ペーサーを混入したものを基板間導電接続手段として用
いる場合のシール材の形成方法の例を示す概念図であ
る。 第１の基板:1 表示用電極:2、５ 接続電極:3、７、10 第２の基板:4 端子電極:6、８ 基板間導電接続手段:9

フロントページの続き 審査官 吉野 公夫 (56)参考文献 特開 昭63−29729（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−45073（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−107576（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−218937（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−135813（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−17356（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1345

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上にカラーフィルターを形成し、その
   上に電極を形成した第１の基板と、電極を形成した第２
   の基板とを電極面が相対向するように配置して、その周
   辺部を周辺シール材でシールし、内部に液晶を封入して
   なるカラー液晶表示素子において、液晶分子のねじれ角
   が160〜300゜とされ、第１の基板におけるカラーフィル
   ター上の電極を、その両端で第２の基板における一対の
   電極に導電性を有するシール材からなる一対の基板間導
   電接続手段により導電接続され、一対の電極には同じ電
   気信号が入力されることを特徴とするカラー液晶表示素
   子。
2. 【請求項２】基板間導電接続手段は導電性スペーサーを
   含有したシール材である請求項１記載のカラー液晶表示
   素子。
3. 【請求項３】請求項１または２記載のカラー液晶表示素
   子と外外部駆動回路とが導電接続されてなるカラー液晶
   表示装置。
4. 【請求項４】第１の基板の電極を150〜200℃の基板温度
   で形成する、請求項１または２記載のカラー液晶表示素
   子の製造方法。