JPH0646274B2 - カラ−液晶パネル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多色あるいは天然色のカラー表示用液晶パネ
ルに関するものである。

〔発明の背景〕

近年、コンピューターやテレビを代表とする各種情報機
器の発達に伴い、その情報の出力端としての表示装置の
役割は益々大きくなってきている。この表示装置として
は従来からＣＲＴ（陰極線管）が最も広く使用されてい
るが、近年、その薄型性が低消費電力性等の故にＬＣＤ
（液晶表示装置）の占める比率が急拡大している。一
方、表示装置が人間の視覚に訴えるという性格を持つこ
とから、一般にカラー表示であることが好ましいのは言
うまでもない。従って、カラーＬＣＤの必要性は極めて
大きなものとなってきている。

〔従来技術と問題点〕

カラーＬＣＤを実現するためにこれまでに種々の考案が
なされてきた。それは、例えばＥＣＢ（電気制御複屈
折）方式、ゲストホスト方式、複屈折フィルム−ＴＮ
（ツイステッドネマチック）方式、施光分散−コリステ
リック方式等であるが、天然色表示性と構造的信頼性の
面から現在の所、液晶を光シャッターとして用いて、こ
れと赤(R)、緑(G)、青(B)の三原色フィルターとを組み
合わせたカラーＬＣＤが最も有力である。

第１図はカラーフィルター型のカラーＬＣＤの動作原理
を説明するための構成概念図で、白色の入射光１３はカ
ラーフィルター１１を透過してスペクトル成分の選択が
なされた後、光シャッターである液晶パネル１２に於い
て透過光量の調整が行なわれ、人間の眼１５には出射光
１４（ここではＲとＧが透過しており黄〜黄緑色とな
る）が観測される。尚、入射光１３に対して、カラーフ
ィルター１１と液晶パネル１２の相対位置関係は逆転し
ても構わない。

第２図は従来技術を示し、液晶パネルに於けるカラーフ
ィルターの形成場所を示す断面図で、対向するガラス板
２１、２２と液晶層２４によって構成された液晶パネル
にカラーフィルター２３が形成されており、第２図(a)
は液晶パネルの外側にカラーフィルター２３が形成され
たもので（外在型と呼ぶ）、第２図(b)は液晶パネルの
内側にカラーフィルター２３が形成されたものである
（内在型と呼ぶ）。この両者の主要な相違点としては、
カラーフィルターの液晶層への化学的な妨害による信頼
性の低下を考慮する必要が無いという点で外在型が優れ
ており、カラーフィルターと液晶シャッターとの距離が
小さくて表示装置を斜め方向から見た時にも不必要な混
色を起こさないという点で内在型が優れている。そし
て、現在の液晶パネルの目指す方向が高密度高精細化で
あることを考えると、上記の混色の問題は極めて重大と
言わざるを得ず、カラーフィルターを液晶パネルの内側
に形成する内在型でカラーＬＣＤを作成することが強く
望まれている。

以上の観点から、以下には内在型のカラーＬＣＤについ
て述べ、その問題点の整理を行なう。第３図は第２図
(b)に示す内在型での透明電極とカラーフィルターとの
位置関係を示す断面図で、第３図(a)はガラス板２１の
上の透明電極３１の上にカラーフィルター２３が形成さ
れている（上フィルター構造と呼ぶ）のに対し、第３図
(b)ではガラス板２１の上のカラーフィルター２３の上
に透明電極３１が形成されている（下フィルター構造と
呼ぶ）。なお、第３図(a)、第３図(b)において、３２は
ガラス板２２の上の透明電極である。この上フィルター
構造と下フィルター構造との、重大な差異は、液晶駆動
上で現われる。これを説明するために、上フィルター構
造の等価回路を第４図に示す。すなわち、対向する透明
電極に対応する端子４３、４４の間にカラーフィルター
による容量成分Ｃ_CF４１と液晶層による容量成分Ｃ_LC４
２とが直列に結合された形となり、端子４３、４４間に
印加された電圧Ｖ_Ａの一部であるＶ_LCしか液晶駆動に寄
与しないことになる。これを定量的に表記すれば Ｖ_LC＝Ｖ_Ａ・Ｃ_CF／（Ｃ_LC＋Ｃ_CF）………(1) となる。そして、この様な電圧降下の影響により上フィ
ルター構造では、従来の液晶パネルに比べて見掛け上の
液晶駆動の電圧を上げなければならず、その程度は通常
２０％以上となり、甚しい場合には１００％以上にもな
る。一方、液晶駆動用のＩＣ（集積回路）の動作耐圧は
ラッチ・アップ等の特性により定まるが、その余裕度は
せいぜい２０〜３０％であり、上フィルター構造にはほ
とんど適用できなくなる。更に、たとえＩＣ耐圧の面で
条件を満たしえたとしても、第(1)式のＣ_LCが液晶への
印加電圧に依存して多少変化するために液晶そのものの
光学特性が見掛け上悪化し、上フィルター構造では従来
の液晶パネルよりも表示性能が低下する。更にまた、カ
ラーフィルター層による前記電圧降下の問題を軽減する
目的で、カラーフィルターの厚さを薄くする対策も考え
られるが、この場合はカラーフィルターそのもののフィ
ルターとしての光学特性が低下し通常、彩度の低下を招
来してしまう。この様に、上フィルター構造を実現しよ
うとすると、種々の重大な問題が発生しやすく、その根
源は何れもカラーフィルターによる電圧降下と言える。
そこで、この電圧降下の影響を受けない構造という見地
から考えると、第３図(b)の下フィルター構造が好まし
いものであることが明らかである。

下フィルター構造は上記の通り液晶駆動上からは最適の
カラーＬＣＤ構造である。第５図には従来構造の下フィ
ルター構造とその形成手順とを断面図で示す。まず第５
図(a)で示す様にガラス基板２１上にＲ、Ｇ、Ｂ３色の
カラーフィルター２３を形成し、次に第５図(b)の様に
カラーフィルターと液晶層との間を隔てるための絶縁性
の透明保護膜５１を形成し、しかる後に第５図(c)の様
に透明導電体を形成し、該透明導電体をフォトリソグラ
フィー技術を用いてパターニングすることで透明電極３
１を形成する。ここで透明保護膜５１は通常有機高分子
化合物が用いられ、透明導電体は通常ＩＴＯ（Indium-T
in-Oxide）である。また透明電極３１は配線を兼ねるこ
とが多いが、場合によってはＩＴＯ上あるいは前記透明
保護膜上に形成した金属をパターニングして配線とする
こともある。以上の様にして下フィルター構造を形成す
ることはできるが、カラーフィルターが通常有機化合物
を主成分としていることと、透明保護膜も通常有機化合
物であることを考えた時、これらの下地の脆弱性から、
配線の断線等の危険性が極めて大きいと言わざるを得な
い。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる下フィルター構造の構造的脆弱性に鑑
み、配線の断線等が発生しにくく信頼性の高い新規な下
フィルター構造のカラーＬＣＤを提供することを目的と
するものである。

〔発明の実施例〕

第６図に本発明による内在型下フィルター構造のカラー
ＬＣＤの要部断面図を示す。尚ここでは液晶パネルを構
成する２枚の透明基板のうちの一方のみを示してある
が、他方の透明基板は通常の単純マトリクス駆動の液晶
パネルで使用されるもの、すなわち、ガラス基板上に透
明電極の形成されたものである。ただし、前記他方の透
明基板の別の構成としては、ガラス等の透明な基板上に
ダイオード等の２端子能動素子あるいは薄膜トランジス
タ等の３端子能動素子を規則的に配したアクティブマト
リクス駆動用のものも含まれる。

本実施例ではまず透明基板２１上にカラーフィルター２
３が形成されている。透明基板２１としては通常ガラス
が用いられ、必要に応じて表面は酸化シリコンで被覆す
るものである。カラーフィルター２３としては、ゼラチ
ン薄膜を染色したカラーフィルターやスピンナー塗布型
の染色樹脂カラーフィルター、あるいは顔料蒸着型や印
刷法によるフィルターなどがあり、それぞれ長所短所を
有しているが本実施例にはこれらの何れを用いてもよ
い。カラーフィルター２３のパターンは、ストライプ
状、モザイク状などがあり、それぞれ目的に応じて使い
分けるものである。続いて、カラーフィルター２３を被
覆して保護膜６１が形成され、更にその上に透明電極３
１が形成された構造となる。この保護膜６１には透明性
とともに絶縁性が要求され、更に下地のカラーフィルタ
ー２３の凹凸構造を平坦化する機能も必要である。

これらの要求を満たす物質としては高分子樹脂が良く、
特にそのチキソトロピックな性質によって平坦化の効果
は著しい。しかし、有機高分子膜は機械的強度という点
からは一般に劣っており、この上に形成された透明電極
３１が破損する危険性は極めて高いと言わざるを得な
い。

一方、硬質アクリル樹脂の様に硬質の有機高分子膜も存
在するが、これらは通例下地（特にガラス）との密着性
が劣り、信頼性に欠ける。そこで、本実施例では、無機
微粒子６２を分散させた高分子樹脂を保護膜６１として
用いるものである。ここで高分子樹脂そのものは透明性
を有するものを用いる必要があり、ポリイミド樹脂、ポ
リアミド樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂などであ
る。そして、無機微粒子６２は保護膜６１の透明性を維
持する必要から、可視光波長よりも十分に小さく、通常
は粒径１０００Å以下でなければならない。無機微粒子
６２としては、酸化鉄、酸化シリコンの様な酸化物が最
も好ましいもので高分子樹脂中での分散性が良いばかり
でなく、保護膜と下地との密着性を向上させる効果があ
る。

更に、これら無機微粒子６２を分散させた効果として、
保護膜６１の機械的強度の向上があり、かなり無機薄膜
に近い性質を有する様になる。ここで、無機微粒子６２
の保護膜６１中での重量濃度かその分散性にも依存する
が、通常３０％以下で、１０％程度が一般に好ましい特
性を示す値である。透明電極３１は、保護膜６１の上に
透明導電体層を形成し、これをエッチングによりパター
ニングして作成する。

ただし、薄膜トランジスタを利用したアクティブマトリ
クスパネルとする場合には、必ずしもこのエッチング工
程は必要でない。透明導電体層としては、通常ＩＴＯが
選ばれるが、ここではカラーフィルター２３あるいは保
護膜６１が既に形成されているため、おおむね２００℃
以下の低温でこれを形成しなければならない。低温での
ＩＴＯの形成方法としては、蒸着、スパッタリング、イ
オンプレーティング等があり、何れにても作成は可能で
ある。

以上の様に形成された基板は配向処理、対向基板との重
ね合わせ、液晶注入といった通常のプロセスを経て、カ
ラー液晶パネルとする。

電極の一実施例によるカラー液晶パネルの断面図を第７
図に示し、実施例をより具体的に説明する。カラーフィ
ルターを形成する側の基板は、ガラス基板２１の上にゼ
ラチン薄膜を染色してモザイク状に２μの厚味でカラー
フィルター２３を表示部分領域に形成し、これを丁度被
覆する様に１μの厚味で透明絶縁保護膜６１を形成し
た。該保護膜６１は、２００℃以下の低温で硬化するタ
イプのポリイミド樹脂に平均粒径１００Åの金属酸化物
微粒子である無機微粒子６２を重量比で１０％だけ平均
に分散させたものを用いた。また、保護膜６１の周辺は
テーパーエッチを施すことで、下地のガラス面との段差
が急峻にならないようにした。続いて、基板温度を上げ
ることなく蒸着によりＩＴＯ膜を約３００Åの厚さで形
成し、フォトリソグラフィー技術により細長い電極パタ
ーンとして透明電極７１を形成した。この後、通常の液
晶配向処理を経て、カラー液晶パネルを形成したが、こ
の時の対向側の基板は、ガラス基板２２の上にＩＴＯ電
極７２が形成されただけの単純なものである。なお第７
図において、２４は液晶層、７３はスペーサーである。

この様にして形成したカラーＬＣＤは、透明電極の断線
などの発生はなく、良好な表示性能を示した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来のカラーフィルター外在型のカラ
ーＬＣＤで見られた様な斜め方向から見た時の混色は無
く、しかも、前記した上フィルター構造で問題となる液
晶駆動電圧を上昇することと画質の低下を防げる。しか
も、保護膜中に無機微粒子を分散させることによって、
保護膜の強度と下地密着性とを大幅に向上させることが
でき、この保護膜上に形成したＩＴＯ電極の機械的衝撃
に対する強度を上げることができ、ひいては、本下フィ
ルター構造の信頼性が大いに高められるものである。特
に、本発明によれば、保護膜として有機高分子樹脂を利
用できるため、カラーフィルター表面の段差を吸収する
能力が高くなり、しかも保護膜端部でのガラス表面との
段差も塗布時の流動性やテーパーエッチ技術などで緩和
しやすく、ＩＴＯ電極の段差切れ対策も施しやすいとい
う利点を有する。

本発明によれば表示性能の優れたカラーＬＣＤを容易に
作成することができ、歩留り、コスト面の量産性から非
常に効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はカラーフィルター方式によるカラーＬＣＤの動
作原理を説明するための構成概念図、第２図(a)、第２
図(b)、第３図(a)、第３図(b)はカラーフィルターと液
晶パネルとの位置関係を説明する断面図で、第２図(a)
は外在型、第２図(b)は内在型、第３図(a)は内在型の上
フィルター構造、第３図(b)は内在型の下フィルター構
造であり、第４図は上フィルター構造の等価回路図、第
５図(a)より第５図(c)は従来の下フィルター構造を説明
する断面図、第６図、第７図は本発明の一実施例による
カラーＬＣＤを示す断面図である。 １１、２３……カラーフィルター、 １２……液晶パネル、 ２１、２２……ガラス板、 ３１、３２、７１、７２……透明電極、 ５１、６１……透明保護膜、 ６２……無機微粒子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−29751（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−17421（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶パネルを構成する２枚の基板のうちの
   一方の表示領域の構造が、透明基板上に形成されたカラ
   ーフィルターと該カラーフィルターを被覆して形成され
   た絶縁性の透明保護膜と、該透明保護膜上に形成された
   透明電極とより成り、前記透明保護膜が可視光の波長よ
   りも小さい粒径の無機微粒子を含んだ有機高分子膜であ
   ることを特徴とするカラー液晶パネル。