JPH0943592A

JPH0943592A - カラー液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0943592A
Application number: JP19768095A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Goto; 哲哉後藤; Shinichi Yamada; 申一山田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 1997-02-14
Anticipated expiration: 2015-08-02
Also published as: JP3358400B2

Abstract

(57)【要約】【課題】表示品位に優れ、信頼性に優れる液晶表示素子
を、従来に比べて簡易な製法により作成する。【解決手段】ブラックマトリクス上に３原色からなる着
色層の積層により形成されたスペーサーを設けたカラー
フィルタとスペーサーと接触する部位に絶縁膜を有する
アクティブマトリクス基板を用いたカラー液晶表示素
子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スペーサー機能を
有するカラーフィルタを用いたカラー液晶表示素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、使用されているカラー液晶表示素
子は、液晶層の厚み（セルギャップ）を保持するため
に、一般に、図２に示すように、薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）や複数の走査電極などを具備した電極基板とカラ
ーフィルタ側の基板との間にプラスチックビーズまたは
ガラス繊維をスペーサーとして使用している。ここでプ
ラスッチクビーズなどのスペーサーは散布されるため、
電極基板とカラーフィルタ側の基板間のどの位置（面内
位置）に配置されるかは定まっていない。

【０００３】特開昭５６−１４０３２４、特開昭６３−
８２４０５、特開平４−９３９２４、特開平５−１９６
９４６には、カラーフィルタを形成する着色層を重ね合
わせた構造をスペーサーとして用いた液晶表示素子が提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】プラスチックビーズな
どをスペーサーとして用いるカラー液晶表示素子におい
ては、プラスチックビーズなどのスペーサーの位置が定
まっておらず、画素上に位置するスペーサーによる光の
散乱や透過により液晶表示素子の表示品位が低下すると
いう問題があった。

【０００５】プラスチックビーズなどのスペーサーを散
布して使用する液晶表示素子には、この他にも下記の問
題がある。すなわち、スペーサーが球状あるいは棒状の
形であり、セル圧着時に点または線で接触するために、
配向膜や透明電極が破損し、表示欠陥が発生しやすいと
いう欠点があった。さらに配向膜や透明電極の破損によ
り、液晶が汚染され、電圧が低下しやすいという欠点も
あった。

【０００６】また、スペーサーを均一に散布する工程が
必要であったり、あるいはスペーサーの粒度分布を高精
度に管理することが必要であることから、簡便な方法で
安定した表示品位の液晶表示素子を得ることが難しかっ
た。

【０００７】これらの問題点に対して、特開昭５６−１
４０３２４、特開昭６３−８２４０５、特開平４−９３
９２４、特開平５−１９６９４６では、２色あるいは３
色の着色層を重ね合わせた構造をスペーサーとして用る
ことが提案されている。これら開示技術で実際に得られ
る液晶層の厚み（セルギャップ）は、着色層の１層ある
いは２層分の厚みとなり、十分なセルギャップを持った
液晶表示素子を得ることが難しく、また、着色層の１層
あるいは２層分の厚みでセルギャップを保持できたとし
ても着色層の厚膜化に伴う、例えば、カラーフィルタ上
に形成されるＩＴＯ膜の耐久性の低下など、満足な信頼
性を有する液晶表示装置が得られにくかった。

【０００８】更に、実際には、着色層を重ね合わせた構
造を持つスペーサー上にも均一に透明導電膜が形成され
ており、対向基板であるアクティブマトリクス基板側の
透明導電膜や回路と極く薄い配向膜を挟んで近接・接触
し、電気的に短絡してしまう危険が大きいという問題点
があった。

【０００９】本発明は、前記の問題点に鑑み、十分なセ
ルギャップを実現し、カラーフィルタのスペーサーとア
クティブマトリクス基板との導通の危険性を回避して、
前記した従来の欠点を克服する液晶表示素子を提供する
ことを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のカラー液晶表示素子は、以下の構成を有す
るものである。

【００１１】すなわち、本発明は一方の基板が透明基板
上にブラックマトリクスを設け、さらにその上に３原色
からなる着色層を複数配列したカラーフィルタであり、
もう一方の基板が薄膜トランジスタあるいは薄膜ダイオ
ードなどを具備したアクティブマトリクス基板である一
対の基板により液晶層が挟持された構造を持つカラー液
晶表示素子において、下記を満たすことを特徴とするカ
ラー液晶表示素子である。

【００１２】（Ａ）カラーフィルタがブラックマトリク
ス上に３原色からなる着色層の積層により形成されたス
ペーサーを有する。

【００１３】（Ｂ）アクティブマトリクス基板がカラー
フィルタのスペーサーと接触する部位に絶縁膜を有す
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明を以下に詳細に説明する。

【００１５】本発明の液晶表示素子に使用するカラーフ
ィルタは、透明基板上にブラックマトリクスを設け、さ
らにその上に３原色からなる着色層を複数配列したもの
である。カラーフィルタは３原色からなる各着色層によ
り被覆された画素を一絵素とし、多数の絵素により構成
されている。ここで言うブラックマトリクスは、各画素
間に配列された遮光領域を示し、液晶表示素子の表示コ
ントラストを向上させるために設けられている。

【００１６】本発明のカラーフィルタに用いられる透明
基板としては、特に限定されるものでなく、石英ガラ
ス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、表面
をシリカコートしたソーダライムガラスなどの無機ガラ
ス類、有機プラスチックのフィルムまたはシートなどが
好ましく用いられる。

【００１７】この透明基板上に遮光剤からなるブラック
マトリクスを設けるが、なかでも樹脂および遮光剤から
なる樹脂ブラックマトリクスが好適に用いることができ
る。

【００１８】ブラックマトリクス用の遮光剤としては、
カーボンブラック、酸化チタン、四酸化鉄、酸化クロム
などの金属酸化物、金属硫化物、金属の他に、赤、青、
緑色の顔料の混合物などを用いることができる。この中
でも、特にカーボンブラックは遮光性が優れており、特
に好ましい。分散のよい粒径の小さいカーボンブラック
は主として茶系統の色調を呈するので、カーボンブラッ
クに対する補色の顔料を混合させて無彩色にするのが好
ましい。

【００１９】ブラックマトリクスに用いられる樹脂とし
ては、特に限定されないが、エポキシ系樹脂、アクリル
系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイ
ミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ゼラチンなどの感
光性または非感光性の材料が好ましく用いられる。ブラ
ックマトリクス用樹脂は、画素や保護膜に用いられる樹
脂よりも高い耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、ブ
ラックマトリクス形成後の工程で使用される有機溶剤に
耐性を持つ樹脂が好ましいことからポリイミド系樹脂が
特に好ましく用いられる。

【００２０】ポリイミド系樹脂としては、特に限定され
ないが、通常一般式（１）で表される構造単位を主成分
とするポリイミド前駆体（ｎ＝１〜２）を、加熱もしく
は適当な触媒によってイミド化したものが好適に用いら
れる。

【００２１】

【化１】また、ポリイミド系樹脂には、イミド結合の他に、アミ
ド結合、スルホン結合、エーテル結合、カルボニル結合
などのイミド結合以外の結合が含まれていても差支えな
い。

【００２２】上記一般式（１）中、Ｒ₁ は少なくとも２
個以上の炭素原子を有する３価または４価の有機基であ
る。耐熱性の面から、Ｒ₁ は環状炭化水素、芳香族環又
は芳香族複素環を含有し、かつ、炭素数６〜３０の３価
または４価の基が好ましい。Ｒ₁ の例として、フェニル
基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペ
リレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルホン
基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェ
ニルトリフルオロプロパン基、シクロブチル基、シクロ
ペンチル基などが挙げられるが、これらに限定されな
い。

【００２３】Ｒ₂ は少なくとも２個以上の炭素原子を有
する２価の有機基であるが、耐熱性の面から、Ｒ₂ は環
状炭化水素、芳香族環又は芳香族複素環を含有し、かつ
炭素数６〜３０の２価の基が好ましい。Ｒ₂ の例とし
て、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフ
タレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェ
ニルスルホン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノ
ン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、ジフェニル
メタン基、ジシクロヘキシルメタン基などが挙げられる
が、これらに限定されない。構造単位（１）を主成分と
するポリマは、Ｒ₁ 、Ｒ₂ がこれらのうち各々１種から
構成されていても良いし、各々２種以上から構成される
共重合体であつてもよい。さらに、基板との接着性を向
上させるために、耐熱性を低下させない範囲でジアミン
成分として、シロキサン構造を有するビス（３−アミノ
プロピル）テトラメチルジシロキサンなどを共重合する
のが好ましい。

【００２４】構造単位（１）を主成分とするポリマーの
具体的な例として、ピロメリット酸二無水物、３、３
´，４、４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水
物、３、３´，４、４´−ビフェニルトリフルオロプロ
パンテトラカルボン酸二無水物、３、３´，４、４´−
ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、２，
３，５，−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物
などからなる群から選ばれた１種以上のカルボン酸二無
水物と、パラフェニレンジアミン、３、３´−ジアミノ
ジフェニルエ−テル、４、４´−ジアミノジフェニルエ
−テル、３、４´ジアミノジフェニルエ−テル、３、３
´−ジアミノジフェニルスルホン、４、４´−ジアミノ
ジフェニルスルホン、４、４´−ジアミノジシクロヘキ
シルメタン、４、４´−ジアミノジフェニメタンなどの
群から選ばれた１種以上のジアミンから合成されたポリ
イミド前駆体が挙げられるが、これらに限定されない。
これらのポリイミド前駆体は公知の方法すなわち、テト
ラカルボン酸二無水物とジアミンを選択的に組み合わ
せ、溶媒中で反応させることにより合成される。

【００２５】ブラックマトリクス用の樹脂がポリイミド
の場合、黒色ペースト溶媒としては、通常、Ｎ−メチル
−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、
Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドなどのアミド系極性溶
媒、γ−ブチロラクトンなどのラクトン系極性溶媒など
が好適に使用される。

【００２６】カーボンブラックやカーボンブラックに対
して補色の顔料等の遮光剤を分散させる方法としては、
例えば、ポリイミド前駆体溶液中に遮光剤や分散剤等を
混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、ボー
ルミル等の分散機中で分散させる方法などがあるが、こ
の方法に特に限定されない。また、カーボンブラックの
分散性向上、あるいは塗布性やレベリング性向上のため
に種々の添加剤が加えられていてもよい。

【００２７】樹脂ブラックマトリクスの製法としては、
黒色ペーストを透明基板上に塗布・乾燥した後に、パタ
ーニングを行う。黒色ペーストを塗布する方法として
は、ディップ法、ロールコータ法、スピナー法、ダイコ
ーティング法、ワイヤーバーによる方法などが好適に用
いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加
熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使用
する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なるが、通常
６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。

【００２８】このようにして得られた黒色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にポジ
型フォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹脂が
感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮
断膜を形成した後に、露光・現像を行う。必要に応じ
て、ポジ型フォトレジストまたは酸素遮断膜を除去し、
また、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、前
駆体からポリイミド系樹脂を得る場合には、塗布量によ
り若干異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分加
熱するのが一般的である。以上のプロセスにより、透明
基板上にブラックマトリクスが形成される。

【００２９】本発明で用いられる樹脂ブラックマトリク
スの膜厚は、好ましくは０．５〜１．５μｍ、より好ま
しくは０．８μｍ〜１．２μｍである。後述するように
樹脂ブラックマトリクスの膜厚は液晶表示素子のセルギ
ャップを確保する上で重要であり、膜厚が０．５μｍよ
りも薄い場合は、十分なセルギャップの確保が難しくな
り、また、遮光性が不十分になることからも好ましくな
い。また、膜厚が１．５μｍよりも厚い場合は、遮光性
は確保できるものの、カラーフィルタの平坦性が犠牲に
なり易く、段差が生じ易い。表面段差が生じた場合、カ
ラーフィルタ上部に透明導電膜や液晶配向膜を形成させ
ても段差は殆ど軽減されず、液晶配向膜のラビングによ
る配向処理が不均一になったり、セルギャップにバラツ
キが生じたりして、液晶表示素子の表示品位が低下す
る。表面段差を小さくするためには、着色層上に透明保
護膜を設けることが有効であるが、カラーフィルタの構
造が複雑になり、製造コストが高くなる点では不利であ
る。

【００３０】また、樹脂ブラックマトリクスの遮光性
は、ＯＤ値（透過率の逆数の常用対数）で表されるが、
液晶表示素子の表示品位を向上させるためには、好まし
くは２．５以上であり、より好ましくは３．０以上であ
る。また、樹脂ブラックマトリクスの膜厚の好適な範囲
を前述したが、ＯＤ値の上限は、これとの関係で定めら
れるべきである。

【００３１】樹脂ブラックマトリクスの反射率は、反射
光による影響を低減し液晶表示素子の表示品位を向上さ
せるために、４００〜７００ｎｍの可視領域での視感度
補正された反射率（Ｙ値）で２％以下が好ましく、より
好ましくは１％以下である。樹脂ブラックマトリクス間
には、通常（２０〜２００）μｍ×（２０〜３００）μ
ｍの開口部が設けられるが、この開口部を少なくとも被
覆するように３原色からなる着色層が複数配列される。

【００３２】カラーフィルタを構成する着色層は、少な
くとも３原色の色彩を含む。すなわち、加色法によりカ
ラー表示を行う場合は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）
の３原色が選ばれ、減色法によりカラー表示を行う場合
は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の
３原色が選ばれる。一般には、これらの３原色を含んだ
要素を１単位としてカラー表示の絵素とすることができ
る。着色層には、着色剤により着色された樹脂が用いら
れる。

【００３３】着色層に用いられる着色剤としては、有機
顔料、無機顔料、染料などを好適に用いることができ、
さらには、紫外線吸収剤、分散剤、レベリング剤などの
種々の添加剤を添加しても良い。有機顔料としては、フ
タロシアニン系、アジレーキ系、縮合アゾ系、キナクリ
ドン系、アントラキノン系、ペリレン系、ペリノン系が
好適に用いられる。

【００３４】着色層に用いられる樹脂としては、エポキ
シ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエス
テル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹
脂、ゼラチンなどの感光性または非感光性の材料が好ま
しく用いられ、着色剤をこれらの樹脂中に分散あるいは
溶解させて着色することが好ましい。感光性の樹脂とし
ては、光分解型樹脂、光架橋型樹脂光重合型樹脂などの
タイプがあり、特に、エチレン不飽和結合を有するモノ
マ、オリゴマまたはポリマと紫外線によりラジカルを発
生する開始剤とを含む感光性組成物、感光性ポリアミッ
ク酸組成物などが好適に用いられる。非感光性の樹脂と
しては、上記の各種ポリマなどで現像処理が可能なもの
が好ましく用いられるが、透明導電膜の成膜工程や液晶
表示装置の製造工程でかかる熱に耐えられるような耐熱
性を有する樹脂が好ましく、また、液晶表示装置の製造
工程で使用される有機溶剤への耐性を持つ樹脂が好まし
いことから、ポリイミド系樹脂が特に好ましく用いられ
る。

【００３５】着色層を形成する方法としては、着色ペー
ストを樹脂ブラックマトリクスを形成した基板上に塗布
・乾燥した後に、パターニングを行う。着色剤を分散ま
たは溶解させ着色ペーストを得る方法としては、溶媒中
に樹脂と着色剤を混合させた後、三本ロール、サンドグ
ラインダー、ボールミル等の分散機中で分散させる方法
などがあるが、この方法に特に限定されない。

【００３６】着色ペーストを塗布する方法としては、黒
色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロールコータ
法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーに
よる方法などが好適に用いられ、この後、オーブンやホ
ットプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。
セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布
量によりことなるが通常６０〜２００℃で１〜６０分加
熱することが好ましい。このようにして得られた着色ペ
ースト被膜は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、そ
の上にポジ型フォトレジストの被膜を形成した後に、ま
た、樹脂が感光性の樹脂である場合は、そのままかある
いは酸素遮断膜を形成した後に、露光・現像を行う。必
要に応じて、ポジ型フォトレジストまたは酸素遮断膜を
除去し、また、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条
件は、樹脂により異なるが、前駆体からポリイミド系樹
脂を得る場合には、通常２００〜３００℃で１〜６０分
加熱するのが一般的である。以上のプロセスにより、ブ
ラックマトリクスを形成した基板上にパターニングされ
た着色層が形成される。

【００３７】上記のように樹脂ブラックマトリクスを形
成した基板上に第１色目の着色層を全面にわたって形成
した後に、不必要な部分をフォトリソグラフィ法により
除去し、所望の第１色目の着色層のパターンを形成す
る。この場合、樹脂ブラックマトリクスの開口部を少な
くとも被覆する部分と着色層の積層によりスペーサーを
形成する部分に着色層を残す。第２色目、第３色目も同
様な操作を繰り返し、樹脂ブラックマトリクスの開口部
上には１層の着色層が、また、スペーサーには３層の着
色層が残るように着色層を形成する。開口部上の着色層
とスペーサーを形成する着色層とは連続していても、ま
た、分離されていても差支えない。ただし、カラーフィ
ルタ上に形成するＩＴＯ膜を開口部上の着色層とスペー
サー間で断線させ、カラーフィルタ側と対向基板との導
通を防止する場合は、開口部上の着色層とスペーサーを
形成する着色層とは分離・分画されている方が好まし
い。

【００３８】３原色の着色層の膜厚は、特に限定されな
いが、１層当たり１〜３μｍであることが好ましく、こ
の場合の３原色の着色層の各膜厚の合計は、３〜９μｍ
となる。合計膜厚が３μｍよりも小さい場合には、十分
なセルギャップが得られず、また、９μｍを越える場合
には、着色層の均一塗布が難しくなり、さらにカラーフ
ィルタ上に形成される透明導電膜の信頼性が低下し、好
ましくない。

【００３９】本発明のカラーフィルタを用いてセルギャ
ップを保持した場合は、例えば、３原色としてＲ、Ｇ、
Ｂを選んだ場合、Ｒに対してはＧ＋Ｂ＋Ｂｋ（樹脂ブラ
ックマトリクス）の膜厚が、Ｇに対してはＢ＋Ｒ＋Ｂｋ
の膜厚が、また、Ｂに対してはＲ＋Ｇ＋Ｂｋの膜厚が液
晶表示装置におけるセルギャップに相当することにな
る。着色層を形成するペーストにおいて着色剤の分散
性を上げたり、均一塗布などを目的としてレベリング性
を向上させた場合には、３原色からなる着色層の積層に
より形成されたスペーサー高さは、画素部における３原
色の着色層の各膜厚の合計よりも小さくなる。すなわ
ち、セルギャップはＲに対してはＧ＋Ｂ＋Ｂｋの膜厚よ
りも小さくなり、同様にＧに対してはＢ＋Ｒ＋Ｂｋ、ま
た、Ｂに対してはＲ＋Ｇ＋Ｂｋの膜厚よりも小さくな
る。

【００４０】本発明における３原色からなる着色層の積
層により形成されたスペーサーが樹脂ブラックマトリク
ス上に形成されるが、スペーサーの面積や配置場所は液
晶表示素子を作成する場合にカラーフィルタと対向する
アクテイブマトリクス基板の構造に大きく影響を受け
る。そのため対向する透明電極基板側の制約がない場合
は、スペーサーの面積や配置場所は、特に限定されない
が、画素のサイズを考えた場合、スペーサーひとつ当た
りの面積は、１０μｍ² 〜１０００μｍ² であることが
好ましい。１０μｍ² よりも小さい場合は、精密なパタ
ーンの形成や積層が難しく、また、１０００μｍ² より
も大きい場合は、スペーサー部の形状にもよるがブラッ
クマトリクス上に完全に配置することが難しくなる。

【００４１】また、本発明では、アクティブマトリクス
基板がカラーフィルタのスペーサーと接触する部位に絶
縁膜を有する。スペーサー上にも均一に透明導電膜が形
成されており、対向基板であるアクティブマトリクス基
板側の透明導電膜や回路と極く薄い配向膜を挟んで近接
・接触し、電気的に短絡してしまう危険が大きい。スペ
ーサーと接触する部位の絶縁膜は、抵抗値の大きい無機
酸化物あるいはポリマーから選ばれる。無機酸化物とし
ては例えば、ＳｉＮｘ（シリコンナイトライド）、Ｓｉ
Ｏ₂ （シリコンオキサイド）、Ａｌ₂ Ｏ₃ （アルミ
ナ）、ＴａＯｘ（タンタルオキサイド）、ＭｏＯｘ（モ
リブデンオキサイド）、Ｃｒ₂ Ｏ₃ （クロムオキサイ
ド）、ＴｉＯ₂ （チタニア）、ＺｒＯ₂ （ジルコニ
ア）、ＣｅＯ₂ （セリウムオキサイド）、ＭｇＯ（マグ
ネシウムオキサイド）、ＢｅＯ（ベリリウムオキサイ
ド）などであり、ポリマーとしてはポリイミド、エポキ
シ樹脂、アクリル樹脂など絶縁性を保ち、液晶に不溶な
らば何でもよい。

【００４２】スペーサーと接触する部位の絶縁膜は、Ｔ
ＦＴの形成工程中あるいは別途設けられた工程で設置す
る。絶縁膜の設置位置は、表示のための開口部を除いて
任意に選べる。ＴＦＴ上でも配線上でも、また、それら
を避けて設置しても構わないが、絶縁面積としてはスペ
ーサーの面積より大きくして位置ズレが多少起こっても
導通しないよう配慮する。

【００４３】以上のアクティブマトリクス基板側への絶
縁膜の設置により、カラーフィルタのスペーサーとアク
ティブマトリクス基板との導通の危険性をより確実に回
避することができる。

【００４４】次に本発明のカラー液晶表示素子について
説明する。

【００４５】本発明のカラー液晶表示素子を図１に示す
が、上記カラーフィルタと透明電極基板とを対向させて
作成する。カラーフィルタには、必要に応じて着色層上
に透明保護膜を設けても差支えないが、構成が複雑にな
り、製造コストを考えた場合に不利である。また、カラ
ーフィルタ上にはＩＴＯ膜などの透明電極を形成する。
カラーフィルタと対向する透明電極基板としては、ＩＴ
Ｏ膜などの透明電極が透明基板上にパターン化されて設
けられる。透明電極基板上には、透明電極以外に、薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）素子や薄膜ダイオード（ＴＦ
Ｄ）素子、および走査線、信号線などとともに本発明の
絶縁部位を設け、ＴＦＴ液晶表示素子やＴＦＤ液晶表示
素子を作成することができる。透明電極を有するカラー
フィルタおよび透明電極基板上には液晶配向膜が設けら
れ、ラビングなどによる配向処理が施される。配向処理
後にシール剤を用いてカラーフィルタおよび透明電極基
板を貼り合わせ、シール部に設けられた注入口から液晶
を注入した後に、注入口を封止する。偏光板を基板の外
側に貼り合わせ後にＩＣドライバー等を実装することに
よりモジュールが完成する。

【００４６】本発明のカラー液晶表示素子は、パソコ
ン、ワードプロセッサー、エンジニアリング・ワークス
テーション、ナビゲーションシステム、液晶テレビ、ビ
デオなどの表示画面に用いられ、また、鮮明な画像を提
供する液晶プロジェクションなどにも好適に用いられ
る。

【００４７】以下、好ましい実施態様を用いて本発明を
更に詳しく説明するが、用いた実施態様によって本発明
の効力はなんら制限されるものでない。

【００４８】

【実施例】

（樹脂ブラックマトリクスの作成）３，３´、４，４´
−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、４，４´−ジ
アミノジフェニルエーテル、および、ビス（３−アミノ
プロピル）テトラメチルジシロキサンをＮ−メチル−２
−ピロリドンを溶媒として反応させ、ポリイミド前駆体
（ポリアミック酸）溶液を得た。

【００４９】下記の組成を有するカーボンブラックミル
ベースをホモジナイザーを用いて、7000rpm で30分分散
し、ガラスビーズを濾過して、ブラックペーストを調製
した。

【００５０】カーボンブラックミルベースカーボンブラック（ＭＡ１００、三菱化成（株）製）４．６部ポリイミド前駆体溶液２４．０部Ｎ−メチルピロリドン６１．４部ガラスビーズ９０．０部３００×３５０ｍｍのサイズの無アルカリガラス（日本
電気ガラス（株）製、ＯＡ−２）基板上にスピナーを用
いて、ブラックペーストを塗布し、オーブン中１３５℃
で２０分間セミキュアした。続いて、ポジ型レジスト
（Shipley “Microposit”RC100 30cp）をスピナーで塗
布し、９０℃で１０分間乾燥した。レジスト膜厚は１．
５μｍとした。キャノン（株）製露光機ＰＬＡ−５０１
Ｆを用い、フォトマスクを介して、露光を行った。

【００５１】次に、テトラメチルアンモニウムヒドロキ
シドを２重量％含んだ２３℃の水溶液を現像液に用い、
基板を現像液にディップさせ、同時に１０ｃｍ幅を５秒
で１往復するように基板を揺動させて、ポジ型レジスト
の現像とポリイミド前駆体のエッチングを同時に行っ
た。現像時間は、６０秒であった。その後、メチルセル
ソルブアセテートでポジ型レジストを剥離し、さらに、
３００℃で３０分間キュアし、樹脂ブラックマトリクス
基板を得た。樹脂ブラックマトリクスの膜厚は、０．９
０μｍであり、ＯＤ値は３．０であった。また、樹脂ブ
ラックマトリクスとガラス基板との界面における反射率
（Ｙ値）は１．２％であった。

【００５２】（着色層の作成）次に、赤、緑、青の顔料
として各々Color index No.65300 Pigment Red 177で示
されるジアントラキノン系顔料、Color Index No.74265
Pigment Green 36 で示されるフタロシアニングリーン
系顔料、Color Index No.74160 Pigment Blue15-4で示
されるフタロシアニンブルー系顔料を用意した。ポリイ
ミド前駆体溶液に上記顔料を各々混合分散させて、赤、
緑、青の３種類の着色ペーストを得た。まず、樹脂ブラ
ックマトリックス基板上に青ペーストを塗布し、８０℃
で１０分熱風乾燥し、１２０℃２０分間セミキュアし
た。この後、ポジ型レジスト（Shipley "Microposit" R
C100 30cp ）をスピナーで塗布後、８０℃で２０分乾燥
した。マスクを用いて露光し、アルカリ現像液（Shiple
y "Microposit" 351）に基板をディップし、同時に基板
を揺動させながら、ポジ型レジストの現像およびポリイ
ミド前駆体のエッチングを同時に行なった。その後、ポ
ジ型レジストをメチルセルソルブアセテートで剥離し、
さらに、３００℃で３０分間キュアした。着色画素部の
膜厚は２．０μｍであった。このパターニングにより青
色画素の形成とともに樹脂ブラックマトリクス上にスペ
ーサーの１段目を形成した。

【００５３】水洗後に、同様にして、赤色画素の形成と
ともに樹脂ブラックマトリクス上にスペーサーの２段目
を形成した。赤色画素部の膜厚は、１．８μｍであっ
た。

【００５４】さらに水洗後に、同様にして、緑色画素の
形成とともに樹脂ブラックマトリクス上にスペーサーの
３段目を形成し、カラーフィルタを作成した。緑色画素
部の膜厚は、１．９μｍであった。

【００５５】着色層の積層により樹脂ブラックマトリク
ス上に設けられたスペーサー部の面積は、一個当たり約
１００μｍ² であった。スペーサーの高さ（樹脂ブラッ
クマトリクス上の着色層３層分の厚さ）は、５．０μｍ
であり、これは着色層の各膜厚の合計（５．７μｍ）よ
りも低い。なおスペーサーは、１画素に１個の割合で画
面内に設けた。また画面周辺に樹脂ブラックマトリクス
で形成した額縁上の一部にも画面内と同様な密度で色重
ねによるスペーサーを設けた。

【００５６】（カラー液晶表示素子の作成）上記カラー
フィルタ上にスパッタリング法によりＩＴＯ膜をマスク
成膜した。ＩＴＯ膜の膜厚は、１５００オングストロー
ムであり、表面抵抗は２０Ω／□であった。このＩＴＯ
膜上にポリイミド系の配向膜を設け、ラビング処理を施
した。一方、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子を備え
た透明電極基板は以下のように作成した。

【００５７】まず、透明の無アルカリガラス基板（日本
電気ガラス（株）製、ＯＡ−２）上にクロムを真空蒸着
により膜付けし、フォトエッチングの手法によってゲー
ト電極をパターニングした。次に、プラズマＣＶＤによ
り、約５０００オングストローム厚さのシリコンナイト
ライド膜（ＳｉＮｘ）を形成し、絶縁膜とした。引き続
いて、アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ）およびエッ
チングストッパ膜層としてのＳｉＮｘを連続形成した。
次に、フォトエッチングの手法によってエッチングスト
ッパ層のＳｉＮｘをパターニングした。この時、スペー
サと接触する部位はエッチングせず、一個当たり面積を
約２５０μｍ² として残した。オーミックコンタクトを
とるためのｎ＋ａ−Ｓｉの成膜とパターニング、さら
に、表示電極となる透明電極（ＩＴＯ）を成膜し、パタ
ーニングした。この時、スペーサと接触する部位をエッ
チングして、一個当たりの面積約２５０μｍ² の透明電
極がなく下地のＳｉＮｘが剥きだしとなる部分を作成し
た。さらに配線材料としてのアルミの全面蒸着を行い、
フォトエッチングの手法によってドレイン電極とソース
電極を作成した際、前記したスペーサと接触する部位と
なる一個当たりの面積約２５０μｍ² のＳｉＮｘが剥き
だし部分に蒸着されたアルミをエッチングにより除い
た。ドレイン電極とソース電極をマスクとしてチャンネ
ル部のｎ＋ａ−Ｓｉをエッチング除去し、ＴＦＴを完成
させた。

【００５８】最後に、カラーフィルタ同様にポリイミド
系の配向膜を設け、ラビング処理を施した。

【００５９】配向膜を設けたカラーフィルタと薄膜トラ
ンジスタ素子を備えた透明電極基板とをシール剤を用い
て貼り合わせた後に、シール部に設けられた注入口から
液晶を注入した。液晶の注入は、空セルを減圧下に放置
後、注入口を液晶槽に浸漬し、常圧に戻すことにより行
った。液晶を注入後、注入口を封止し、さらに偏光板を
基板の外側に貼り合わせセルを作成した。得られた液晶
表示素子は、良好な表示品位のものであった。

【００６０】

【発明の効果】本発明のカラーフィルタは、着色層の積
層により形成されたスペーサーを樹脂ブラックマトリク
ス上に設け、アクティブマトリクス側に絶縁部位を設け
たものであり、これを用いて液晶表示素子を作成した場
合に以下の効果が得られる。

【００６１】(1) スペーサーが画素部上に存在せず、ス
ペーサーによる光の散乱や透過による表示品位の低下が
なく、特に表示のコントラストが向上する。

【００６２】(2) スペーサーが面で対向する透明電極基
板と接触するために、配向膜や透明電極の破損が少な
く、欠陥の少ない表示が得られる。

【００６３】(3) スペーサーを散布する工程が不要にな
り、液晶表示素子の製造工程が簡略化される。

【００６４】(4) スペーサーの粒度分布を高精度に管理
する必要がなく、液晶表示素子の製造が容易になる。

【００６５】(5) 樹脂ブラックマトリクスと着色層２層
分の膜厚によりセルギャップが保持されることから十分
なセルギャップを持った液晶表示素子が得られる。

【００６６】(6) カラーフィルタ上のＩＴＯ膜の耐久性
が良好である。

【００６７】(7) スペーサー上のＩＴＯを介してのカラ
ーフィルタ上の透明（コモン）電極とアクティブマトリ
クス基板側の透明電極や回路との電気的な短絡の危険を
回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により得られたカラーフィルタを使用し
たカラー液晶表示素子の断面図である。

【図２】従来のカラー液晶表示素子の断面図である。

【符号の説明】

１、１３…透明基板（ガラス基板）２…樹脂ブラックマトリクス３…着色層（Ｂ）４…着色層（Ｒ）５…着色層（Ｇ）６…透明電極７、９…配向膜８…液晶１０…画素電極１１…絶縁膜１２…液晶駆動回路付属電極１４…クロムブラックマトリクス１５…保護膜１６…プラスチックビーズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の基板が透明基板上にブラックマトリ
クスを設け、さらにその上に３原色からなる着色層を複
数配列したカラーフィルタであり、もう一方の基板が薄
膜トランジスタあるいは薄膜ダイオードなどを具備した
アクティブマトリクス基板である一対の基板により液晶
層が挟持された構造を持つカラー液晶表示素子におい
て、下記を満たすことを特徴とするカラー液晶表示素
子。（Ａ）カラーフィルタがブラックマトリクス上に３原色
からなる着色層の積層により形成されたスペーサーを有
する。（Ｂ）アクティブマトリクス基板がカラーフィルタのス
ペーサーと接触する部位に絶縁膜を有する。
【請求項２】ブラックマトリクスが樹脂中に遮光剤を分
散させてなる樹脂ブラックマトリクスであることを特徴
とする請求項１記載のカラー液晶表示素子。
【請求項３】ブラックマトリクスを形成する樹脂がポリ
イミドであることを特徴とする請求項２記載のカラー液
晶表示素子。
【請求項４】ブラックマトリクスの膜厚が、０．５〜
１．５μｍである請求項１記載のカラー液晶表示素子。
【請求項５】ブラックマトリクスのＯＤ値が、２．５以
上であることを特徴とする請求項１記載のカラー液晶表
示素子。
【請求項６】ブラックマトリクスの反射率が、２％以下
であることを特徴とする請求項１記載のカラー液晶表示
素子。
【請求項７】３原色からなる着色層の各膜厚の合計が、
３〜９μｍである請求項１記載のカラー液晶表示素子。
【請求項８】３原色からなる着色層がポリイミドからな
ることを特徴とする請求項１記載のカラー液晶表示素
子。
【請求項９】３原色からなる着色層の積層により形成さ
れたスペーサーの面積が１個当り１０μｍ² 〜１０００
μｍ² である請求項１記載のカラー液晶表示素子。
【請求項１０】アクティブマトリクス基板がカラーフィ
ルタのスペーサーと接触する部位の絶縁膜が下記群から
選ばれる少なくとも１つの無機酸化物からなることを特
徴とする請求項１記載のカラー液晶表示素子。ＳｉＮｘ
（シリコンナイトライド）、ＳｉＯ₂ （シリコンオキサ
イド）、Ａｌ₂ Ｏ₃ （アルミナ）、ＴａＯｘ（タンタル
オキサイド）、ＭｏＯｘ（モリブデンオキサイド）、Ｃ
ｒ₂ Ｏ₃ （クロムオキサイド）、ＴｉＯ₂ （チタニ
ア）、ＺｒＯ₂ （ジルコニア）、ＣｅＯ₂ （セリウムオ
キサイド）、ＭｇＯ（マグネシウムオキサイド）、Ｂｅ
Ｏ（ベリリウムオキサイド）
【請求項１１】アクティブマトリクス基板がカラーフィ
ルタのスペーサーと接触する部位の絶縁膜がポリマーか
らなることを特徴とする請求項１記載のカラー液晶表示
素子。
【請求項１２】絶縁膜を構成するポリマーがポリイミド
であることを特徴とする請求項１１記載のカラー液晶表
示素子。