JPH0836171A - 液晶表示装置用遮光膜および液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置用遮光膜および液晶表示装置

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JPH0836171A
JPH0836171A JP17116994A JP17116994A JPH0836171A JP H0836171 A JPH0836171 A JP H0836171A JP 17116994 A JP17116994 A JP 17116994A JP 17116994 A JP17116994 A JP 17116994A JP H0836171 A JPH0836171 A JP H0836171A
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chromium
light
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crystal display
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Yasuhiko Akao
安彦 赤尾
Katsumi Inoue
克己 井上
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AG Technology Co Ltd
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AG Technology Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133509Filters, e.g. light shielding masks
    • G02F1/133512Light shielding layers, e.g. black matrix

Abstract

(57)【要約】 【目的】可視光領域で著しく低い反射率の液晶表示装置
用遮光膜を提供する。 【構成】可視光領域で透明な基板1上に基板側から、可
視光領域で透明な酸化クロム膜2もしくは酸窒化クロム
膜5、窒化クロム膜3さらに可視光領域で不透明なクロ
ム膜4の3層よりなる遮光膜とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置(LCD)
用遮光膜、特にカラーLCD用遮光膜、および液晶表示
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高い表示コントラストを得るために、L
CD用遮光膜として遮光性の高いメタル膜、特にクロム
膜が従来利用されている。
【0003】しかし、クロム膜は遮光性は高いものの、
可視光反射率が約50%あるため、さらにコントラスト
を高めるためにはこの反射率を低くする必要がある。そ
こで、酸化クロム膜をクロム膜に積層して用いて、光の
干渉により反射率を低下させる方法が考案されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、より高いコン
トラストを得るために、より低い反射率の遮光膜が要求
されている。酸化クロム膜とクロム膜を用いた従来構成
の遮光膜ではその要求に対応できなかった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、透明基板上に
設けられる液晶表示装置用遮光膜であって、該透明基板
側から酸化クロム膜/窒化クロム膜の層構造を有するこ
とを特徴とする液晶表示装置用遮光膜を提供するもので
ある。また、透明基板からみて窒化クロム膜の上に金属
クロム膜を有することを特徴とする前記の液晶表示装置
用遮光膜を提供するものである。また、酸化クロム膜に
代えて酸窒化クロム膜を用いることを特徴とする前記の
液晶表示装置用遮光膜を提供するものである。
【0006】さらには、透明な基板上と、その上の画素
に対応する部分に形成されたカラーフィルタ膜および画
素間に対応する部分に形成された前記の液晶表示装置用
遮光膜と、その上に形成された透明導電膜とを備えた基
板を、液晶層を挟持するための一方の基板として使用し
てなることを特徴とする液晶表示装置。
【0007】つまり、可視光領域で透明な酸化クロム膜
もしくは酸窒化クロム膜、その上の窒化クロム膜、さら
にその上の可視光領域で不透明なクロム膜からなる構造
の遮光膜を用いる。また、より簡易的な手段として可視
光領域で透明な酸化クロムもしくは酸窒化クロム膜およ
びその上の窒化クロム膜からなる構造の遮光膜を用い
る。
【0008】
【作用】酸化クロム膜もしくは酸窒化クロム膜、窒化ク
ロム膜および金属クロム膜からなる構造の遮光膜は、酸
化クロム膜とクロム膜よりなる従来の遮光膜に比べ、比
視感度が最大となる波長555nm付近はもちろん可視
光全域にわたり反射率を著しく低くできる。この理由
は、各膜の光学定数のマッチングが良好なためであると
考えられる。本発明では、酸化クロム膜とクロム膜より
なる従来の遮光膜では、どのように厚みを調整しても実
現できないほど低い反射率が得られる。
【0009】また、上記の遮光膜において、金属クロム
膜を使用しない場合は、金属クロム膜を使用した場合に
比べてやや遮光性が劣るものの、低反射率遮光膜として
簡易的に使用できる。
【0010】さらに、屈折率が大きくかつ膜形成速度の
速い酸窒化クロム膜を酸化クロム膜の代わりに用いる
と、同程度に低い反射率で、より生産性に優れた遮光膜
が実現できる。
【0011】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
【0012】図1(a)は本発明による遮光膜の構造の
1例、図1(b)2は本発明による簡易的な遮光膜の他
の例を示す。また、図1(c)は図1(b)の酸化クロ
ム膜を酸窒化クロム膜に置き換えた本発明の遮光膜の構
造を示す。図1(a)はガラス基板の上に、酸化クロム
膜を45nm、窒化クロム膜を20nm、金属クロム膜
を100nm形成し、フォトリソグラフィーによって、
パターニングしたものである。図1(b)はガラス基板
の上に、酸化クロム膜を45nm、窒化クロム膜を11
0nm形成し、フォトリソグラフィーによって、パター
ニングしたものである。図1(c)はガラス基板の上
に、酸化クロム膜を30nm、酸窒化クロム膜を110
nm形成し、フォトリソグラフィーによって、パターニ
ングしたものである。金属クロム膜と窒化クロム膜との
間に他の層(膜)が介在されていてもかまわない。金属
クロム膜は、主に、遮光性を向上するために用いられる
ものだからである。
【0013】膜の形成は全て金属クロムをターゲットと
するスパッタリング法で行った。酸化クロム膜は酸素と
アルゴンの混合ガス(酸素濃度50%)、窒化クロム膜
は窒素とアルゴンの混合ガス(窒素濃度50%)および
酸窒化クロム膜は酸素と窒素の混合ガス(窒素濃度11
%)をスパッタリングガスとし、圧力3mTorr、ス
パッタリング電力3kWの反応性スパッタリング法で形
成した。また、金属クロム膜はアルゴンをスパッタリン
グガスとし、圧力3mTorr、スパッタリング電力2
kWで形成した。
【0014】これらのスパッタリングガスは上記に限ら
ず、酸化クロム膜の形成では酸素ガスのみ、窒化クロム
膜の形成では窒素のみまた酸窒化クロム膜の形成では酸
素、窒素およびアルゴン3種類の混合ガスなどにしても
よい。
【0015】図2は図1(a)〜(c)に示した遮光膜
のガラス基板側から測定した分光反射率である。比較の
ため、ガラス基板に基板側から膜厚60nmの酸化クロ
ム膜、次に膜厚100nmの金属クロム膜という構成の
従来の遮光膜の結果も同時に示した。本発明による遮光
膜では従来技術による遮光膜よりも可視光全領域にわた
り反射率が低いことがわかる。この反射率にはガラス基
板の反射率約4%が含まれている。したがって、本発明
では、実質的なガラス基板と遮光膜界面の反射率は約
0.5%であり、実用上十分に低い。なお、反射率を極
小にする波長は酸化クロム膜もしくは酸窒化クロム膜の
組成、膜厚により制御できるが、視感度の高い540n
m〜570nmに、特に、555nm付近に設定するの
が効果的である。
【0016】遮光膜が金属クロム膜を有する場合は、窒
化クロム膜の厚みは、10nm以上とすることが好まし
く、より好ましくは15nm以上である。窒化クロム膜
の厚みが小さいと、低反射性能に劣る傾向がある。この
際の金属クロム膜の厚みは、80nm以上あることが十
分な遮光性を得る観点で好ましい。より好ましくは、1
00nm以上である。一方、遮光膜が金属クロム膜を有
しない場合は、窒化クロム膜の厚みは100nm以上、
より好ましくは、120nm以上とするのがよい。これ
より厚みが小さいと、遮光膜の光学濃度が低くなり遮光
性に劣る傾向がある。酸化クロム膜の厚みは、反射率を
極小にする波長が、前記のとおり、555nm付近にく
るように設定すればよい。具体的には、膜質にも多少依
存するが、30〜60nm、特に好ましくは45nm程
度に設定すればよい。
【0017】なお、図1(a)〜(c)に示した実施例
で、644nmでの光学濃度はそれぞれ3.75、2.
70、2.82であった。ここで、光学濃度(OD)
は、入射光の強度をIin、出射光の強度をIout とする
と、数1で定義される。
【0018】
【数1】
【0019】図1(c)に示したように、本発明では、
酸化クロム膜に代えて酸窒化クロム膜を用いることがで
きる。酸窒化クロム膜は酸化クロム膜に比べて屈折率が
大きく、かつ、成膜速度が大きいので、より生産性の高
い膜となる。また、続いて窒化クロム膜や金属クロム膜
を形成するときにスパッタリングターゲットを交換せず
に、スパッタリングガスを交換するだけでよい点も有利
である。
【0020】図4(a)は酸窒化クロム膜の組成(各元
素の膜中濃度)、図4(b)は酸化クロム膜形成速度で
規格化した酸窒化クロム膜の形成速度、をそれぞれ縦軸
にとり、酸素および窒素からなるスパッタリングガスの
混合比(酸素濃度)を横軸に取ったグラフである。ま
た、図5(a)は伴う酸窒化クロム膜の光学定数(屈折
率nと消衰係数k)を、図5(b)は実線は550nm
で反射率最小となるように酸窒化クロム膜とクロム膜を
積層した場合の550nmでの反射率、破線は、550
nmの光の波長で反射率が最小になるようにした場合の
酸窒化クロム膜の膜厚、をそれぞれ縦軸にとり、酸素お
よび窒素からなるスパッタリングガスの混合比(酸素濃
度)を横軸に取ったグラフである。スパッタリング電力
は3kW、スパッタリングガス圧力は3mTorrとし
た。
【0021】酸窒化クロム膜組成の制御は酸素、窒素お
よびアルゴンの3成分からなるスパッタリングガスの混
合比の変化、スパッタリングガスのガス圧力もしくはス
パッタリング電力でも制御可能である。膜特性は、成膜
方法にも若干依存するが、第一義的には、膜組成によっ
て決まると考えてよい。
【0022】図4、図5より、高屈折率と、低反射率の
両方を達成するために、もっとも好ましい酸窒化クロム
膜の組成は、元素濃度で Cr1-x-yxy と表す場
合に、0.30≦x≦0.55、0.03≦y≦0.2
0となる範囲であることがわかる。この組成範囲より
も、酸素が多くなり窒素が少なくなると、屈折率が低下
して、酸窒化クロム膜を厚膜化しなければならなくな
り、生産性上好ましくない。また、上記組成範囲より
も、酸素が少なくなり窒素が多くなると、表面がメタリ
ックになり、反射率が上がってしまう難点がある。
【0023】また、この場合、本発明における酸窒化ク
ロム膜の膜厚は、25nm〜50nmが好ましい。こう
すると、光の干渉効果により、波長555nm付近の光
の反射率を極小にすることができる。
【0024】本実施例では、透明な基板としてガラス基
板を用いたが、液晶表示装置のセルを構成する基板やカ
ラーフィルタ基板として用いられるような基板であれば
よく、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンスル
フィドなどのプラスチックも使用可能である。
【0025】また、本発明の液晶表示用遮光膜は、たと
えば、黒い背景に明るい表示を行う場合の背景部分に設
けられるもの、カラーフィルタを併用してカラー表示を
行う場合の画素間に対応する部分(ブラックマトリク
ス)などに設けられるものとして用いることができる。
遮光膜はセルの内面(液晶層側)に設けられてもよい
し、セルの外面に設けられてもよい。本発明の遮光膜
は、フォトプロセスによるパターニング特性が非常に良
いので、特に、セル内面に設けられるカラーフィルタの
ブラックマトリクスに用いられる遮光膜に好ましく使用
できる。
【0026】カラーフィルタのブラックマトリクスとし
て用いる場合には、液晶セルを正面から見た場合に、表
示画素の境界部分に対応する部分に設けられる。表示画
素は、電圧印加により光透過率を制御される部分であっ
て、例えば、単純マトリクスタイプの液晶表示装置であ
れば、走査電極とデータ電極の交差する部分に相当す
る。
【0027】図3は、本発明の遮光膜を用いたカラーフ
ィルタ膜付き基板の例を示す断面図である。カラーフィ
ルタ膜12R,12G,12Bは、公知の手法で基板1
1上に設けられる。電着法、フォトリソ法、印刷法、染
色法等のいずれでもよい。また、これらの組み合わせで
もよい。通常は、カラーフィルタ膜の上または下(図で
は下)に、本発明の遮光膜15が設けられて、さらに必
要に応じて透明な保護膜13を介して、液晶駆動電極用
の透明導電膜14が設けられる。この透明導電膜は、通
常、酸化錫や、インジウム酸化錫(ITO)などからな
る。透明導電膜は、表示に対応してパターニングされて
いてもよいし、共通電極として用いられる場合などには
ベタ電極とされてもよい。形成方法としては、特にこれ
に限るものではないが、層厚を均一にする見地からは、
蒸着法、スパッタ法等が好ましく用いられる。
【0028】なお、本発明においては、必要に応じて基
板の電極の上もしくは下にSiO2、TiO2 等の絶縁
膜、TFT、MIM、薄膜ダイオード等の能動素子、位
相差膜、偏光膜、反射膜、光導電膜等が形成されていて
もよい。
【0029】さらに、電極付基板上に、液晶表示体の場
合は、必要に応じて配向膜を形成する。これは、ポリイ
ミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール等の有機樹脂
膜をラビングしたものであってもよいし、SiO等を斜
め蒸着してもよいし、垂直配向剤を塗布して用いる場合
もある。
【0030】さらに、液晶表示素子を製造する方法につ
いては、通常用いられる方法が採用できる。すなわち、
一対の基板のうちの一方を上記カラーフィルタ付き電極
基板とし、他方を適宜パターニングされた電極付基板と
し、上記基板上に必要に応じて液晶配向膜を形成し、次
いで、前記一対の基板を電極面側を相対向させて周辺部
をシールしてその内部に液晶を封入する。これにより、
鮮明度の高いカラー液晶表示体を得ることができる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
可視光領域で十分に低い反射率の遮光膜が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)、(b)、(c)は本発明による1実施
例の構造を示す断面図
【図2】実施例における分光反射率を従来技術と比較し
て示したグラフ
【図3】本発明の遮光膜を用いたカラーフィルタ膜付き
基板の例を示す断面図
【図4】(a)は酸窒化クロム膜の組成(各元素の膜中
濃度)を縦軸にとり、酸素および窒素からなるスパッタ
リングガスの混合比(酸素分圧)を横軸に取ったグラ
フ、(b)は酸化クロム膜形成速度で規格化した酸窒化
クロム膜の形成速度をれ縦軸にとり、酸素および窒素か
らなるスパッタリングガスの混合比(酸素分圧)を横軸
に取ったグラフ
【図5】(a)は酸窒化クロム膜の光学定数(屈折率n
と消衰係数k)を縦軸にとり、酸素および窒素からなる
スパッタリングガスの混合比(酸素分圧)を横軸に取っ
たグラフ、(b)は実線は550nmで反射率最小とな
るように酸窒化クロム膜と酸化クロム膜を積層した場合
の550nmでの反射率、破線は、550nmの光の波
長で反射率が最小になるようにした場合の酸窒化クロム
膜の膜厚をそれぞれ縦軸にとり、酸素および窒素からな
るスパッタリングガスの混合比(酸素分圧)を横軸に取
ったグラフ
【符号の説明】
1:ガラス基板 2:酸化クロム膜 3:窒化クロム膜 4:クロム膜 5:酸窒化クロム膜 6:図1(a)に示した構成の遮光膜の分光曲線 7:図1(b)に示した構成の遮光膜の分光曲線 8:図1(c)に示した構成の遮光膜の分光曲線 9:従来技術によるの遮光膜の分光曲線

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基板上に設けられる液晶表示装置用遮
    光膜であって、該透明基板側から酸化クロム膜/窒化ク
    ロム膜の層構造を有することを特徴とする液晶表示装置
    用遮光膜。
  2. 【請求項2】透明基板からみて窒化クロム膜の上に金属
    クロム膜を有することを特徴とする請求項1記載の液晶
    表示装置用遮光膜。
  3. 【請求項3】酸化クロム膜に代えて酸窒化クロム膜を用
    いることを特徴とする請求項1または請求項2記載の液
    晶表示装置用遮光膜。
  4. 【請求項4】透明な基板上と、その上の画素に対応する
    部分に形成されたカラーフィルタ膜および画素間に対応
    する部分に形成された請求項1〜請求項3いずれか1項
    記載の液晶表示装置用遮光膜と、その上に形成された透
    明導電膜とを備えた基板を、液晶層を挟持するための一
    方の基板として使用してなることを特徴とする液晶表示
    装置。
JP17116994A 1994-07-22 1994-07-22 液晶表示装置用遮光膜および液晶表示装置 Pending JPH0836171A (ja)

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