JPH1010520A

JPH1010520A - 強誘電性液晶用カラーフィルタおよびこれを用いた強誘電性液晶表示装置

Info

Publication number: JPH1010520A
Application number: JP17715996A
Authority: JP
Inventors: Ryutaro Harada; 龍太郎原田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1996-06-19
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】カラーフィルタと対向基板の間隔を制御する
突起部を有する強誘電性液晶用カラーフィルタおよびそ
れを用いた強誘電性液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶用カラーフィルタに、着色層の重ね
合わせによる突起部をカラーフィルタ層またはブラック
ストライプ層上に一定の高さで形成することにより、対
向基板とのギャップを適正に保ち、液晶表示装置の製造
工程においてスペーサーの散布工程を省略できる強誘電
性液晶用に適したカラーフィルタが得られる。また、当
該カラーフィルを対向基板と向かい合わせて組み合わ
せ、内部に強誘電性液晶を充填することにより強誘電性
液晶表示装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、パーソナルコン
ピュータに代表される液晶表示装置、特に強誘電性液晶
ディスプレイに使用されるカラーフィルタおよびそれを
用いた強誘電性液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶は液晶自身がメモリー性（双安定性）を
有するので、ＴＦＴ素子のようなスイッチング機能を持
つ必要がない。そのため、簡単な電極構造（単純マトリ
クス）で無限の精細度を持つディスプレイが可能であ
る。上記のように、簡単な電極構造で良いため、ディスプ
レイの大面積化には有利である。駆動方式が通常のネマティック液晶のような誘電率の
異方性ではなく、液晶の自発分極であるため、応答速度
が速くなる。このような点から、精細度をもつ大面積デ
ィスプレイとして強誘電性液晶ディスプレイが有力視さ
れている。

【０００３】しかし、強誘電性液晶は元来、液晶材料
が持つ螺旋構造を解除して双安定性を付与しているこ
と、複屈折によって生ずる透過光の色を純粋な白色に
しなければならないこと、等から、液晶層の厚さを通常
の液晶層に比べ十分に薄く、かつ面内で均一にしなけれ
ばならないという問題がある。これを解決する手段とし
て、通常はスペーサーと呼ばれるプラスチックやシリカ
の球状粒子を間隔制御粉体として、一方の基板に散布す
る工程が行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スペーサー
は上述のように粉体であり、凝集体を形成し易く、散布
工程でこの凝集がセルの厚み方向に生じるとその部分の
ギャップ量が変化してしまうこと、ＬＣＤ製造工程は
半導体製造工程と同様に、クリーンルーム内でされるに
も係わらず、「粉体を散布する」という塵埃発生原因と
なるような工程を設けなければならないこと、強誘電
性液晶ディスプレイでは、上述のように双安定性を維持
するため、ギャップ量とその精度がＴＦＴやＳＴＮに比
べて厳しい（例えば、ギャップ量は１μｍ以上で２μｍ
以下であり、精度として０．０５μｍが要求される。）
こと、間隔精度を維持するために、球状粒子を使用し
基板間で点接触させる必要があること、スペーサーの
光散乱による表示能の低下を回避するためには、強度の
あるシリカ粒子を使用して散布量を減らす必要があるこ
と、のように困難な条件が求められ、製造工程の制約や
歩留り低下の原因となっていた。

【０００５】そこで、これらの点から歩留り低下の要因
となるスペーサー散布工程を省略できる方法が検討さ
れ、スペーサー同様の間隔制御機能を有する部材が必要
とされてきた。本発明はかかる間隔制御機能をカラーフ
ィルタに持たせることでこの問題の解決を図るという着
想に至ったものであり、本発明の強誘電性液晶用カラー
フィルタおよびそれを使用した液晶表示装置は以下の解
決手段を有する。

【０００６】本発明の強誘電性液晶用カラーフィルタの
要旨は、カラーフィルタと対向基板との間隔を制御する
突起部を有するカラーフィルタであって、当該突起部が
着色層の重ね合わせからなり着色層の表面から１μｍ以
上の高さを有することを特徴とする強誘電性液晶用カラ
ーフィルタ、にある。このカラーフィルタによれば、間
隔制御機能がカラーフィルタに具備されているので、対
向基板との間隔を正確に制御できる。

【０００７】本発明の強誘電性液晶表示装置の要旨は、
着色層の重ね合わせからなる突起部を有するカラーフィ
ルタと対向基板とを、当該突起部を内側として接触させ
て形成される間隙内に強誘電性液晶が充填されているこ
とを特徴とする強誘電性液晶表示装置、にある。この強
誘電性液晶表示装置によれば、ギャップ量が一定に制御
されるので、精度の良い強誘電性液晶表示装置が得られ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は、本発明のカラーフィ
ルタの一例を示す概略構成図であり、図１（Ａ）はその
平面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の１−１線における
断面図である。図１に示されるように、本発明のカラー
フィルタ基板１は、透明基板２の上に形成されて画素
（着色層）を構成するカラーフィルタ層３（Ｒ，Ｇ，
Ｂ）と、このカラーフィルタ層の上に対向基板のストラ
イプ電極と垂直になるように形成された透明導電膜層４
を基本構成としており、必要であれば、ブラックマトリ
クス５およびオーバーコート層６を有する。そして、前
記のカラーフィルタ層には、カラーフィルタと対向基板
の間隔を制御する着色層が重ね合わされた突起部７を有
している。

【０００９】この突起部７の高さは、着色層の表面から
１μｍ以上の高さとすることが望ましい。１μｍ以下で
は実質的に精度の良い間隔を維持することが困難だから
である。しかし、この高さは着色層の表面から１μｍ以
上であって、２μｍ以下であることが、なお望ましい。
これは強誘電性液晶のセル間隔を薄くして、螺旋構造を
持たないようにさせるためである。すなわち、双安定構
造を形成し維持させるために必要である。さらに突起部
の高さの面内均一性に関しては、経験的に０．０５μｍ
以下の精度が必要とされている。また、この突起部７は
規則的に配列させることが望ましい。これはカラーフィ
ルタ作製上の不良突起と区別することを容易とするため
と、等間隔で突起部を形成することで対向基板面にあた
る力が分散できること等がその理由である。規則的とは
一定の間隔に形成するとか、一定のライン上に形成する
とかであればよく、ランダムに配列すること、つまり不
規則に分散されていることに対する意味である。さらに
また、この突起部７の最表面は平面であることが望まし
い。平面であると、突起部が対向基板と面接触するため
である。

【００１０】なお、図１（Ｂ）では突起部７の上にもオ
ーバーコート層６が形成されるが、表面平坦度を向上さ
せるためのみであれば、上述の方法で突起部７の部分を
抜けパターンとして現像し、突起部７のみを露出させて
もよい。また、ＩＴＯ層は対向基板の導電層とコンタク
トする場合は、突起部の上には形成しないが対向基板に
突起部に対応する絶縁層がある場合には突起部上にもＩ
ＴＯ層を形成してもよい。また、突起部の高さは、強誘
電性液晶の量を規定するものであるから、オーバーコー
ト層やＩＴＯ層がある場合にはそれらを含めたその表面
からカラーフィルタ層の表面までの差をいうことにな
る。

【００１１】また、カラーフィルタがブラックマトリク
ス５を有する場合には、ブラックマトリクス上に形成す
るのが望ましい。なぜならば、着色層が重なった部分は
色が加法混色するためである。しかし、以下のように突
起部の大きさを規定すれば、場所を規定する必要はな
い。この突起部の大きさは基板と平行な断面における辺
の最大が３０μｍ以下であることが望ましい。これは人
間の目の分解能（点の存在を検知できる最小の大きさ）
が、角度にして約１分であり、これをもとに計算する
と、約３０ｃｍの明視距離から液晶ディスプレイをみた
際の最小分解能が３０μｍ程度になることがその理由で
ある。また、突起部の形状は特に正方形である必要はな
く、カラーフィルタの基板に平行な面における断面の一
辺が３０μｍ以下であればよい。実際には着色感材の解
像性からコーナー部は自然にＲを形成する。

【００１２】本発明において、カラーフィルタ層３
（Ｒ，Ｇ，Ｂ）および突起部７は通常のフォトリソ工程
によって形成される。すなわち、透明基板あるいはブラ
ックマトリクスが形成された基板に、スピンコータ、ロ
ールコータ等の手段により、着色感材を所定の膜厚にな
るように形成し、露光、現像を行って必要部分のパター
ンを残し、Ｒ，Ｇ，Ｂに関して同様の工程を繰り返し行
い、所定の着色画素となる部分および突起部となる部分
を形成する。また、Ｒ，Ｇ，Ｂの着色層形成工程は通常
の画素のみを形成する工程で行い、オーバーコート層に
感光性を持たせ、突起部をオーバーコート層で形成する
ことも可能である。

【００１３】なお、ここでのブラックマトリクスは染色
法、顔料分散法、印刷法、電着法、真空成膜法のいずれ
の形成方法によるものでもよく、顔料分散法であるいわ
ゆる樹脂ブラック（カーボン含有ブラック、金属含有ブ
ラック）、真空成膜法で形成されるクロムブラック、多
層クロムブラックが一般的である。図２は、カラーフィ
ルタ基板を構成する着色層の代表的パターンを示す図で
あるが、本発明のカラーフィルタは、いずれのパターン
（（Ａ）モザイク型、（Ｂ）ストライプ型、（Ｃ）トラ
イアングル型、（Ｄ）４画素配置型）にも対応すること
ができる。

【００１４】

【実施例】

（カラーフィルタに関する実施例１）以下、ラップトッ
プパソコンに代表されるストライプ型を用いて突起部を
形成する実施例を図３ないし図５を参照して説明する。
図３は、本発明のカラーフィルタをストライプ型に形成
する場合の実施例を示す図であり、図３（Ａ）はその平
面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のａ−ａ線における断
面図である。ストライプ型（図２（Ｂ））においては、
すべてのライン上に一定間隔で突起部を形成する方法で
あり、スペーサーの代替となる突起部を多数形成する場
合である。図３に示されるように、まず透明基板上に着
色材料として赤色（Ｒ）のストライプを厚さ１．２μｍ
に形成する（着色感材には、ザ・インクテック株式会社
製「ＭＲ−Ｇ」を使用、以下同じ。）。このＲのストラ
イプはパターン内に抜けのパターンＲ₀を有する。また
緑色（Ｇ）の領域、青色（Ｂ）の領域の所定個所に後に
突起部７となる赤色（Ｒ）の突起片（着色材料（片））
Ｒ₁を、厚さ１．２μｍに形成する。

【００１５】次いで、図４に図示されるように、透明基
板上に着色材料として緑色（Ｇ）のストライプを厚さ
１．２μｍに形成する。Ｒと同様にＧのストライプパタ
ーン内には抜けのパターンＧ₀を有する。また赤色
（Ｒ）の領域、青色（Ｂ）の領域の所定個所に後に突起
部７となる緑色（Ｇ）の突起片（着色材料（片））Ｇ₁
を、厚さ１．２μｍに形成する。ここで赤色（Ｒ）の領
域の突起片Ｇ₁は、先程のＲのストライプの抜けのパタ
ーンＲ₀の個所にも埋め込まれる。また、抜けのパター
ンＧ₀には、先程の赤色（Ｒ）の突起片Ｒ₁が埋まれて
いる。このように、Ｒ、Ｇのストライプは各突起片が埋
まりフラットとなる。一方、青色（Ｂ）の領域の突起片
Ｇ₁は、赤色（Ｒ）の突起片Ｒ₁に重なることになり、
青色（Ｂ）の領域の所定個所のみが突出することにな
る。

【００１６】次いで、図５に図示されるように、透明基
板上に着色材料として青色（Ｂ）のストライプを厚さ
１．２μｍに形成する。Ｒ、Ｇと同様にＢのストライプ
パターン内には抜けのパターンＢ₀を有する。また赤色
（Ｒ）の領域、緑色（Ｇ）の領域の所定個所に青色
（Ｂ）の突起片（着色材料（片））Ｂ₁を、厚さ１．２
μｍに形成する。ここで赤色（Ｒ）の領域の突起片Ｂ₁
は、先程のＲのストライプのフラットとなったＧ₁の上
に形成され、突起片Ｂ₁のみが突起部として形成され
る。緑色（Ｇ）の領域の突起片Ｂ₁も同様、先程のＧの
ストライプのフラットとなったＲ₁の上に形成され、突
起片Ｂ₁のみが突起部として形成される。また青色
（Ｂ）のストライプは、抜けのパターンＢ₀が赤色
（Ｒ）の突起片Ｒ₁と緑色（Ｇ）の突起片Ｇ₁の積層体
上にはめ込まれ、突起片Ｇ₁のみがストライプから突起
部として形成される。着色層の膜厚がすべて同一であれ
ば、突起部はすべて同じ高さとなる。

【００１７】以上の結果、ストライプパターンＲの領域
には、緑色（Ｇ）と青色（Ｂ）の重ね合わせによる突起
部が形成され、ストライプパターンＧの領域には、青色
（Ｂ）と赤色（Ｒ）の重ね合わせによる突起部が形成さ
れ、ストライプパターンＢの領域には、赤色（Ｒ）と緑
色（Ｇ）の重ね合わせによる突起部が形成された。そし
て、この突起部の着色層３表面からの高さは、着色層１
層分の高さに相当し、１．２μｍであった。最後に突起
部分を除いて、ＩＴＯ層を０．１５μｍの厚さにスパッ
タリングにより形成し、本発明の強誘電性液晶用カラー
フィルタが完成した。なお、オーバーコート層を形成す
る場合には、あらかじめ着色層の膜厚を厚くし、突起部
を着色層からの高さとして２μｍ以上に積層し、オーバ
ーコート層によりレベリングさせ、２μｍ以内に突起部
を形成するようにするか、あるいは、突起部を抜けパタ
ーンとして、突起部以外の部分にオーバーコート層を形
成するようにすればよい。

【００１８】（カラーフィルタに関する実施例２）次
に、ストライプ型において、１色のライン上に一定間隔
で突起部を形成する、この方法の他の実施例を図６から
図８を参照して説明する。図６は、本発明のカラーフィ
ルタをストライプ型に形成する場合の他の実施例を示す
図であり、図６（Ａ）はその平面図、図６（Ｂ）は、図
６（Ａ）のａ−ａ線における断面図である。図６に図示
されるように、まず透明基板上に着色材料として赤色
（Ｒ）のストライプを厚さ１．０μｍで形成する（着色
感材には、ザ・インクテック株式会社製「ＭＲ−Ｇ」を
使用、以下同じ。）。ここでは、突起部を最終的に緑色
（Ｇ）の領域に形成させるために、本来の赤色（Ｒ）の
ストライプに加えて、緑色（Ｇ）の領域の所定個所に赤
色（Ｒ）の突起片（着色材料（片））Ｒ₁を同じ１．０
μｍの厚みに形成する。

【００１９】次いで、図７に図示されるうよに、透明基
板上に着色材料として緑色（Ｇ）のストライプを厚さ
１．０μｍで形成する。この緑色（Ｇ）のストライプに
よって、あらかじめ緑色（Ｇ）の領域の所定個所に形成
された赤色（Ｒ）の突起片Ｒ₁は覆われる。

【００２０】次いで、図８に図示されるように、透明基
板上に着色材料として青色（Ｂ）のストライプを厚さ
１．０μｍで形成する。ここでは、本来の青色（Ｂ）の
ストライプに加えて、青色（Ｂ）の突起片（着色材料
（片））Ｂ₁を赤色（Ｒ）の突起片Ｒ₁の上に緑色
（Ｇ）のストライプを介して厚さ１．０μｍに形成す
る。

【００２１】以上の結果、緑色（Ｇ）のストライプパタ
ーンの領域には、Ｒ₁＋Ｇ＋Ｂ₁からなる突起部が、他
の着色層表面からは２．０μｍの高さで突出されて形成
された。そして、この上に、対向基板のストライプ電極
と垂直になるようにパターニングされた透明導電膜層
（ＩＴＯ）を、突起部先端を除きスパッタリング法によ
り、厚さ０．１５μｍで形成し、本発明の強誘電性液晶
用カラーフィルタが完成した。なお、上述のようにオー
バーコート層を形成する場合には、あらかじめ突起部高
さを目標高さ以上に形成し、オーバーコート層によりレ
ベリングさせ、目標高さにするか、あるいは、突起部を
抜けパターンとして、突起部以外の部分にオーバーコー
ト層を形成するようにすればよい。

【００２２】なお、以上の方法とは別に、Ｒ，Ｇ，Ｂの
工程は、通常の画素部のみを形成し、着色層のみで十分
に平坦性を確保できる場合には、オーバーコート層に感
光性を持たせ、これのみで突起部を形成する方法も可能
である。また、上記の突起部を形成するためのマスクパ
ターンは、通常のカラーフィルタ形成用のフォトマスク
に突起形成部分のパターンを付加したものを使用すれば
よくその他の格別の要素を加える必要はない。

【００２３】（液晶表示装置に関する実施例）上記、実
施例２により得られた強誘電性液晶用カラーフィルタを
用いて、図９のように強誘電性液晶表示装置１０を組み
立てた。まず、透明基板上に透明導電膜層４（ＩＴＯ）
を、スパッタリング法により、厚さ０．１５μｍで形成
し、その上に絶縁層１２を介してポリイミド系の配向膜
（不図示）を塗布し配向処理を施し対向基板１１を形成
した。カラーフィルタ側にも同様にポリイミド系の配向
膜（不図示）を塗布し配向処理を施した後、対向基板１
１と強誘電性液晶用カラーフィルタ１とをカラーフィル
タの突起部７が対向基板に接触するように圧着しながら
周囲を液晶導入部分を残して封止剤１３で封着した。最
後にカラーフィルタと対向基板が形成する間隙に強誘電
性液晶１５を充填して封止することにより強誘電性液晶
表示装置が完成した。完成した液晶表示装置は、対向基
板とカラーフィルタ間が正確な一定間隔に保たれ、画像
表示機能試験でも良好な結果が得られた。

【００２４】

【発明の効果】本発明では、カラーフィルタに間隔制御
機能を付加させたので、従来のスペーサーと同様の機能
を持たせることができ、スペーサー散布工程を省略で
き、クリーンルームの環境維持に寄与できる。また、マ
スクパターンを変更することで、あらたに工程を付加さ
せず均一な間隔を有する突起部を形成できる。ギャップ
量が１〜２μｍ内であれば、十分に突起部高さの精度
０．０５μｍ以下を満足できること。また、一定の間隔
で突起部か形成されているので、スペーサーのように移
動を起こすことがないこと、また、点接触ではなく、面
接触であるので強度的に強いこと、着色層を重ね合わせ
ることで形成されたものは、光散乱の心配がないこと等
の顕著な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の強誘電性液晶用カラーフィルタの一
例を示す概略構成図である。

【図２】カラーフィルタ基板を構成する着色層の代表
的パターンを示す図である。

【図３】本発明のカラーフィルタをストライプ型に形
成する場合の実施例１の第１の工程を示す図である。

【図４】本発明のカラーフィルタをストライプ型に形
成する場合の実施例１の第２の工程を示す図である。

【図５】本発明のカラーフィルタをストライプ型に形
成する場合の実施例１の第３の工程を示す図である。

【図６】本発明のカラーフィルタをストライプ型に形
成する場合の実施例２の第１の工程を示す図である。

【図７】本発明のカラーフィルタをストライプ型に形
成する場合の実施例２の第２の工程を示す図である。

【図８】本発明のカラーフィルタをストライプ型に形
成する場合の実施例２の第３の工程を示す図である。

【図９】本発明の強誘電性液晶表示装置の一実施例を
示す図である。

【符号の説明】

１強誘電性液晶用カラーフィルタ２透明基板３着色層またはカラーフィルタ層４透明導電膜層５ブラックマトリクス６オーバーコート層７突起部１０強誘電性液晶表示装置１１対向基板１２絶縁層１３封止剤１５強誘電性液晶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カラーフィルタと対向基板との間隔を制
御する突起部を有するカラーフィルタであって、当該突
起部が着色層の重ね合わせからなり着色層の表面から１
μｍ以上の高さを有することを特徴とする強誘電性液晶
用カラーフィルタ。
【請求項２】突起部の高さが、着色層の表面から２μ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の強誘電性
液晶用カラーフィルタ。
【請求項３】突起部がブラックマトリクス上に配列さ
れていることを特徴とする請求項１および請求項２記載
の強誘電性液晶用カラーフィルタ。
【請求項４】突起部が着色層の３層重ね合わせで形成
されていることを特徴とする請求項１および請求項２記
載の強誘電性液晶用カラーフィルタ。
【請求項５】突起部のカラーフィルタ基板に平行な断
面における辺の最大が３０μｍ以下であることを特徴と
する請求項１および請求項２記載の強誘電性液晶用カラ
ーフィルタ。
【請求項６】突起部が規則的に配列されていることを
特徴とする請求項１および請求項２記載の強誘電性液晶
用カラーフィルタ。
【請求項７】突起部の対向基板と接する面が平面であ
ることを特徴とする請求項１〜請求項６記載の強誘電性
液晶用カラーフィルタ。
【請求項８】着色層の重ね合わせからなる突起部を有
するカラーフィルタと対向基板とを、当該突起部を内側
として接触させて形成される間隙内に強誘電性液晶が充
填されていることを特徴とする強誘電性液晶表示装置。