JPH0287115A

JPH0287115A - 液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造法

Info

Publication number: JPH0287115A
Application number: JP63238691A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Matsui; 博之松井; Akira Okazaki; 岡崎　暁
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: 1990-03-28
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JP2757942B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、ＬＥＤＳＰＤＰ、ＶＦＤ、ＥＬ、ＥＣＤ。

フラットＣＲＴ、ＬＣＤ等の各種のフラットディスプレ
ィが開発されている中で、カラーデイスプレィに関して
は、ＬＣＤ　（液晶デイスプレィ）が−歩先行し、実用
化している。液晶デイスプレィは、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２
０Ｖ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、ポータプル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。カラー液晶デイスプレィには、ＴＰＴ、
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ＴＰＴ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ＴＰＴ　
（ＶＷ膜トランジスタ）の間で電圧をかけることにより
、デイスプレィ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、液晶デイスプレィ°
がｌ対１で見るデイスプレィのため、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、ストライプ配列等
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。

液晶デイスプレィ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、Ｎ　Ｔ　Ｓ　
Ｃ（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅ１ｅｖｉｓｉｏｎ　Ｓｙｓ
ｔｅｍＣｏａ＋ｍ１ｔｔｅｅ　ｃｏｌｏｒ　ｓｙｓｔｅ
ｍ　）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、液晶デイスプレィ
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）　　　カーーフ　ル　− 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、フィッシュグリユー、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、スピンコード法等により、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ＲＳＧ、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）　　　′カーーフィル　− 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較べ、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）″　　“力−−フ　ル　− 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）芸　２カーーフ　ル　− 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、エツチング法等でカラーフ
ィルターを得るか、あるいは、ＭｇＦ、　Ｓｉｎｇ等の
低屈折率物質と、Ｚｒ０ｚ、　Ｔｉ（ｈ、ＺｎＳ。

Ｃｅ０ｇ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
、エツ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）１　　カー−ル　− 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イスプレィに用いるためのカ
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
脂画像を形成し、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か
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
液晶デイスプレィ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ＴＰＴ　（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（、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
ポリマーを用いらる。

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ｌ、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１、透明電極４が、透明基板ｌ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、ＴＰＴ　（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部分のにみ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
デイスプレィの断面図を示したものである。同図におい
て、ｌ、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、８３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。−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ｌ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決等の公
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５〜１０讐ｔ／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ツ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ＴＰＴ　（薄膜トランジスタ）、１０．１１は偏
光板である。また、電極パターンの形成はフォトリング
ラフイ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、ＩＴＯ１酸化錫を成膜する方が工程を筒便にで
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
、ＲｌＧ、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ｌ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、ホトリソグラフィー法を用いる
ことができ、被覆膜ｌ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ＴＰＴ８の液晶
５に接する側の表面には、例えば、特公昭６２−１５８
４８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ＴＰＴ８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ｏ、ｏｉ〜４０％溶液、好ましくは０．
０１〜ｌＯ％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°Ｃ以上２００’Ｃ未満
好ましくは１６０°Ｃ１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ＴＰＴ８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ＴＰＴ８
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ｌＯ及び１１
は、それぞれの偏向方位が前記透明電極４及びＴＰＴ８
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イスプレィを提供するこ
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
デイスプレィの断面図、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イ
スプレィの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・・・ＴＰＴ　（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） ■・・・被覆膜 “ズ）う６７゛や乙ブｊ第図

Claims

【特許請求の範囲】

（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。
（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。
（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。
（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。