JPH11183887A

JPH11183887A - 液晶表示基板

Info

Publication number: JPH11183887A
Application number: JP35380297A
Authority: JP
Inventors: Tadakatsu Suzuki; 忠勝鈴木
Original assignee: Kuramoto Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Kuramoto Seisakusho Co Ltd
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】カラーフィルタ画素やブラックマトリクスに
クラック（破裂）や皺等のダメージが現れず、線細りや
断線の無い優れたパターニング性と、アルカリ等に対す
る耐性をもち、抵抗・透過率の優れた実用性の有る液晶
表示基板を提供する。【解決手段】カラー液晶表示パネル用のカラーフィル
タ基板上に、第１層：有機ポリシラザン含有のポリシラザン溶液を塗
布した後に加熱処理して得られた、膜厚６０〜１２０ｎ
ｍの酸素−珪素系膜第２層：アルゴンと窒素を混合した放電気体中でのスパ
ッタリング成膜により得られた、膜厚１０〜２５ｎｍの
窒素−珪素系膜第３層：アルゴンと酸素を混合した放電気体中でのスパ
ッタリング成膜により得られた、膜厚３５０〜４５０ｎ
ｍのＩＴＯ膜が順次配設されていることとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、液晶表示
基板に関するものであって、さらに詳しくは、カラー液
晶表示パネル用のカラーフィルタを備えた液晶表示基板
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、カラー液晶表示パネルにおいて
は、たとえば図１にその断面を示したように、二枚の透
明ガラス基板（１１）（１２）を所定の間隔で対向さ
せ、その間に液晶材料からなる液晶層（１７）を封止材
（１３）により封入している。そして、対向する透明ガ
ラス基板（１１）（１２）の一方の面をカラーフィルタ
（ＣＦ）基板としている。

【０００３】この場合のカラーフィルタ基板は、図１の
構造においては、透明ガラス基板（１１）上に設けられ
た、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）のカラーフィル
タ画素（１４）と、これらカラーフィルタ画素（１４）
の相互間に設けられたブラックマトリックス（１５）、
すなわち遮光層を有し、さらにこのカラーフィルタ画素
（１４）とブラックマトリックス（１５）との上には、
ポリイミド系やアクリル系の樹脂からなる透明保護膜
（１６）と、スパッタリングにより成膜され、さらにエ
ッチングにより所定形状にパターニングされたＩＴＯ
（インジウム錫酸化物）膜等からなる透明電極（１９）
を備えている。

【０００４】なお、もう一方の透明ガラス基板（１２）
の上には、同様にＩＴＯ膜等からなるパターニングされ
た透明電極（１８）が前記のカラーフィルタ基板側の透
明電極（１９）と格子状に立体交差して配置されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記のとおりの従来の
カラー液晶表示パネルにおけるカラーフィルタ基板で
は、樹脂からなる透明保護膜（１６）は、表示色のむら
や、透明電極（１９）をパターニングするときのエッチ
ング液の浸潤による線細りや断線を防止すること、さら
には、液晶材料を好適に配向させる等のためにカラーフ
ィルタ画素（１４）やブラックマトリックス（１５）の
凹凸を被覆して表面を平滑にする役割を果たしている。

【０００６】しかしながら、この樹脂透明保護膜につい
ては次のような問題点があった。＜ａ＞カラーフィルタ画素（１４）を平坦化するために
は２〜３μｍ程度まで厚く塗布しなければならず、カラ
ーフィルタ画素（１４）上に異物や突起物があると樹脂
透明保護膜（１６）を塗布した後に異物等の付近は強く
影響を受けて干渉リングが観察される程膨らんで表示む
らや断線の原因になり易い。

【０００７】＜ｂ＞主に、スピンコーティングによって
基板一枚ごとに樹脂透明保護膜（１６）を形成すること
が必要であって、液状の樹脂材が回転によって多く飛散
すること等のために時間とコストがかかる。＜ｃ＞十分に排気された真空装置内においては樹脂透明
保護膜（１６）から脱ガスが生じるので導電膜電極（１
９）の抵抗等性能に悪影響を及ぼし易いことや、鉛筆硬
度でＢクラスと膜が柔らかい。

【０００８】＜ｄ＞カラーフィルタ画素（１４）におけ
るピーク付近での光透過率は必ずしも充分ではなく、透
過率スペクトルも不安定である。以上のような問題点から、たとえば図２に示したよう
に、ＩＴＯ導電膜による透明電極（１９）を形成する場
合には、カラーフィルタ画素（１４）にクラック（α）
が生じて画素破裂が発生しやすく、ブラックマトリック
ス（１５）にも皺（β）が発生しやすいという不都合が
あった。さらにまた、図３に示したように、パターニン
グしたＩＴＯ膜にクラックや断線（γ）が発生し、線幅
の細り（δ）も避けられないという現実的な問題があっ
た。

【０００９】このような事情から、従来のポリイミド
系、あるいはアクリル系の樹脂からなる有機透明保護膜
（１６）に代えて、より硬質な、無機透明膜、代表的に
は硬度や光透過性の良好な酸化珪素膜を用いることが検
討されてきている。しかしながら、たとえば市販のゾル
ゲル品の浸漬法による塗布の後に焼成して酸化珪素膜を
得ようとすると、その焼成温度は約４５０℃以上必要と
なるため、耐熱温度が一般的に２４０〜２６０℃程度の
カラーフィルタ画素上への膜形成は適当でないという問
題がある。

【００１０】このため、これまでのところ、有機樹脂に
よる透明保護膜の問題点が認識されながらも、これに代
わり得る保護膜を配設したカラー液晶表示パネル用の液
晶表示基板は実現されていないのが実情である。そこ
で、この出願の発明は、以上のとおりの従来の技術的限
界や問題点を克服し、画素破裂や、透明電極の断線、線
幅の細りという問題を抑えることができ、しかもその製
造も容易な新しいカラー液晶表示パネル用の液晶表示基
板を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、カラー液晶表示パネル用
のカラーフィルタ基板上に、第１層：有機ポリシラザン含有のポリシラザン溶液を塗
布した後に加熱処理して得られた、膜厚６０〜１２０ｎ
ｍの酸素−珪素系膜第２層：アルゴンと窒素を混合した放電気体中でのスパ
ッタリング成膜により得られた、膜厚１０〜２５ｎｍの
窒素−珪素系膜第３層：アルゴンと酸素を混合した放電気体中でのスパ
ッタリング成膜により得られた、膜厚３５０〜４５０ｎ
ｍのＩＴＯ膜が順次配設されていることを特徴とする液晶表示基板を
提供する。

【００１２】上記の液晶表示基板により、前記の図２に
示したようなカラーフィルタ画素やブラックマトリック
スにクラック（破裂）や皺等のダメージが現れず、図３
に示したような線細りや断線の無い優れたパターニング
性と、アルカリ等に対する耐性をもち、抵抗・透過率の
優れた実用性の有する、液晶表示用基板が実現される。

【００１３】

【発明の実施の形態】この出願の発明は、以上のとお
り、カラーフィルター画素並びにブラックマトリックス
が配置されたカラーフィルタ基板上に、前記のとおりの
第１層（酸素−珪素系膜）、第２層（窒素−珪素系膜）
並びに第３層（ＩＴＯ膜）を配設することを本質的特徴
としている。

【００１４】以下、さらに詳しく説明すると、まず前記
の第１層については、有機ポリシラザン含有のポリシラ
ザン溶液が層形成のために使用される。ポリシラザン
は、たとえば次式

【００１５】

【化１】

【００１６】（式中の、Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は、各
々、水素原子または有機基を示す）として一般的に示さ
れる繰り返し単位を持つ化合物として知られているもの
である。この発明においては、このような一般式で表わ
されるポリシラザンのうち、前記符号Ｒ₁、Ｒ₂および
Ｒ₃の少くとも一つとして有機基、つまり、炭化水素基
や置換基を有してもよい炭化水素基、あるいは複素環基
や置換基を有してもよい複素環基を持つ有機ポリシラザ
ンの１種以上のものを少くとも含有している溶液を膜形
成のために使用する。

【００１７】この場合の炭化水素基としては、たとえば
メチル、エチル、プロピル、ブチル、イソブチル、ｔ−
ブチル等のアルキル基、エチニル、プロピニル、ブチニ
ル等のアルキレン基、シクロヘキシル、シクロヘキセニ
ル等のシクロアルキル基やシクロアルキレン基、さらに
は、フェニル、トリル等のアリール基等が例示される。
なかでも、アルキル基であるものが、製造や入手の容易
性の観点から代表的なものとして挙げられる。

【００１８】また、この発明が使用する有機ポリシラザ
ンは、前記符号Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ ₃が、他の有機基、
たとえば、アルコキシ基、アシルオキシ基等や、置換基
としてこれらアルコキシ基、アシルオキシ基をはじめ、
カルボキシル基、カルボニル基、シアノ基、アミノ基、
エステル基、アミド基、有機金属含有基、複素環基等の
官能基を持つ炭化水素基であるものも含んでいる。

【００１９】もちろん、Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃のうちの
二つのものが、適宜に相互に結合して環を構成している
ものであってもよい。有機ポリシラザン、さらにはこれ
と混合して使用できる無機ポリシラザンについては、そ
の数平均分子量（Ｍｎ）は、１００〜１０，０００程度
のものとして考慮することができる。

【００２０】この発明において、これらの有機ポリシラ
ザン含有のポリシラザン溶液とは、その意味するところ
は、＜Ａ＞有機ポリシラザンのみの溶液＜Ｂ＞有機ポリシラザンと、前記符号Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃
が全て水素原子である、いわゆる無機ポリシラザンと考
えられるものとの混合溶液の二つのケースを含んでいる。溶液は、非水系、水系の
いずれもよく、塗布の条件やポリシラザンの組成等を考
慮して選択した溶媒による溶液であってよい。溶媒とし
ては、たとえば、ヘキサン、ベンゼン、トルエン等の炭
化水素、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素、ジエ
チルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、エチレ
ングリコールエーテル等のエーテル、あるいはアルコー
ルやニトリル、アミド、スルホキシド等の各種のものと
して選択することができる。

【００２１】溶液中の有機ポリシラザンの濃度は、たと
えば一般的には、５〜５０重量％程度の範囲を目安とす
ることができる。また、溶液としての有機ポリシラザン
の特徴は、溶液中の全珪素原子（Ｓｉ）に対する、有機
基を構成する炭素原子（Ｃ）の割合として考慮すること
もできる。実際には複数種の有機ポリシラザンの混合物
として用いられることが多いこと、あるいは前記のケー
ス＜Ｂ＞のように無機ポリシラザンとの混合物として用
いられることをも考慮すると、この発明におけるポリシ
ラザン溶液の特徴は、まず、Ｃ／（Ｓｉ＋Ｃ）（原子数
比）として判別することができる。

【００２２】この発明において適当とされるこの原子比
は、一般的には０．０５〜０．５程度、より好ましく
は、０．１〜０．３程度として考慮される。ここで「程
度」とは、数パーセントの誤差範囲を含むことを意味し
てもいる。原子数比が小さすぎる場合には、成膜された
酸素−珪素系膜が硬く脆くなり、ＩＴＯ膜形成後にクラ
ックが発生しやすくなる。また大きすぎる場合には、硬
度や光透過性等の特性において適当でなくなる。

【００２３】なお、有機基、つまり炭素原子を全く含ま
ない無機ポリシラザンのみを用いる場合は、Ｓｉ−Ｏ結
合の形成のための加熱焼成の温度は、カラーフィルタ画
素の耐熱温度を越えることになり、カラーフィルタ基板
へのストレス付加が大きくなるため、この発明において
はこのような手段は採用していない。以上のような有機
ポリシラザン含有のポリシラザン溶液を用いて成膜する
ことは、カラーフィルタ基板の耐熱温度の範囲内におい
てＳｉ−Ｏ結合系の成膜を可能とし、しかも有機基の存
在により膜応力の低減化も図ることを意図している。

【００２４】ポリシラザン溶液は、カラーフィルタ基板
に塗布された後に、乾燥し、または乾燥することなし
に、加熱処理してＳｉ−Ｏ結合を持つ酸素−珪素系膜に
成膜される。加熱は、カラーフィルタ画素の耐熱温度以
下の、２００〜２３０℃程度において行うことを適当と
している。そして成膜は、その膜厚が、６０〜１２０ｎ
ｍの範囲で行うことが適当とされている。６０ｎｍより
も薄い場合には、カラーフィルター画素の表面を平坦化
することが難しくなり、一方、１２０ｎｍよりも厚くす
ると、ＩＴＯ膜の形成後にカラーフィルタ画素に到達す
るほどのクラックが発生しやすくなる。このクラック発
生の原因は、厚膜化による内部応力の増加によるものと
推察される。

【００２５】塗布については、浸漬や流下、噴霧等の各
種の手段が適宜に採用される。また、乾燥や加熱処理
は、大気中、あるいは他の酸素含有雰囲気中において実
施することができる。次にこの発明の液晶基板における
第２層は、アルゴンと窒素の放電気体中でのスパッタリ
ングにより成膜される。その組成は、窒素−珪素系の薄
膜として特徴づけられる。

【００２６】この第２層の成膜では、珪素のターゲット
を用いたスパッタリングとして行われるが、放電気体と
してのアルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ₂）との供給流量比
は、通常は、Ｖ_Ar：Ｖ_N2＝１：０．５〜１：３、より好
ましくは、１：１〜１：１．８程度が考慮される。生成
される膜は、部分的なＳｉ−Ｎ結合を生成しているもの
と想定される窒素−珪素系の組成を持つものとして特徴
づけられる。そしてこのものは、ＩＴＯ膜の形成後のエ
ッチングパターニングにおける耐エッチング性を確保
し、エッチング剤による前記第１層やカラーフィルター
画素の劣化を防ぐ役割と、第１層と第３層（ＩＴＯ膜）
の層間密着性を向上させる役割も果たしている。

【００２７】生成膜におけるＮ（窒素原子）の割合は、
一般的には、Ｎ／（Ｓｉ＋Ｎ）原子数比として、０．４
以下、さらには０．０３〜０．３程度のものとして考慮
される。この割合が少なすぎると光透過率等の特性も不
充分なものとなる。また膜厚は、この発明では１０〜２
５ｎｍとしている。１０ｎｍより薄くすると前記のとお
りの所期機能、たとえばアルカリ液に対するバリア性が
劣化し、ＩＴＯ膜のエッチングパターン化にともなう線
幅の細りやパターンの剥離という不都合が生じやすい。
また２５ｎｍを超えて厚くする場合には、液晶基板を構
成する光機能性を果たさなくなる。このため、１０〜２
５ｎｍの膜厚において、前記の第１層と、ＩＴＯ第３層
との組合わせ特有の効果を奏することになる。

【００２８】第３層のＩＴＯ膜は、同様にＩＴＯターゲ
ットを用いてのスパッタリングにより成膜される。この
場合の放電気体は、アルゴンと酸素との混合気体であ
る。その流量比は、一般的には、Ｖ_Ar：Ｖ_O2＝１：０．
００１〜０．０２程度である。膜厚は、所望される面抵
抗と光透過率とに依存して決められるが、この発明で
は、３５０〜４５０ｎｍとする。ほぼ現状の液晶表示基
板の場合と同様の厚みである。

【００２９】この発明においては、たとえば以上のとお
りの構成としてカラー液晶表示パネル用の液晶表示基板
を形成する。

【００３０】

【発明の効果】この発明が本質的特徴としている有機ポ
リシラザンを用いての成膜として得られる第１層は、膜
厚が６０〜８０ｎｍ程度の薄さでも十分にカラーフィル
タ画素表面の凹凸を平坦化し、十分なガスバリア性と、
鉛筆硬度試験でＨ７〜Ｈ８ほどの膜硬度を実現する。そ
して、このものは、ポリシラザン溶液をＤＩＰ（漬浸）
法等で塗布して容易に得られること、得られた酸素−珪
素系膜は高透過性であること等の多くの特徴がある。さ
らにこの発明は、前記の第１〜３層の膜構成によって、
環境・薬品等に対する耐性と、パターニング等の加工性
と、抵抗や透過率等の膜質等が優れた実用性を有する液
晶表示用基板を提供することになる。

【００３１】

【実施例】＜１＞主鎖が−ＳｉＮ−構造を有し、末端に
−ＳｉＨ₃基を持ち、前記の符号Ｒ₁〜Ｒ₃の全てが水
素原子である無機ポリシラザンとして、数平均分子量
（Ｍｎ）が８００〜１３００のものと、前記の符号Ｒ₁
〜Ｒ₃並びに末端の−ＳｉＨ ₃基の水素原子の置換とし
て部分的にメチル基（ＣＨ₃）を持つ有機ポリシラザン
として、Ｃ／（Ｓｉ＋Ｃ）原子数比が０．１３のものを
用い、各々、別個に、シクロヘキサン：ｔ−ブチルメチ
ルエーテル（重量比３：１）の混合溶媒に溶解した。

【００３２】得られた各々の溶液を、無機ポリシラザ
ン：有機ポリシラザン＝７．５：９２．５（重量比）の
割合で混合し、Ｃ／（Ｓｉ＋Ｃ）原子数比が約０．１２
のポリシラザン溶液を調整した。このものを、さらに前
記の混合溶媒で希釈して、ＤＩＰ用塗布液とした。＜２＞一方、カラーフィルタ基板をその表面にある異物
や突起物をきれいに除去した後、ラックに２０枚収納し
て一度に前記ＤＩＰ液に漬浸し、約１ｍ／ｍｉｎの速度
で引き上げた。

【００３３】次に、２２０℃に加熱したベーク装置内に
おいて６０ｍｉｎ加熱して、混合溶媒の成分を揮発し乾
燥させた。続いて温度、湿度を好適に設定した加熱処理
装置内に、乾燥済みの基板を設置した。温度２２０〜２
３０℃において大気雰囲気下に焼成を行い、酸素−珪素
系膜を得た。膜厚は８０ｎｍであった。

【００３４】このときの焼成転化後のポリシラザンの赤
外吸収（ＩＲ）スペクトルを図４に示した。１２５０ｃ
ｍ^-1近辺にＳｉ−ＣＨ₃とみられる吸収が確認できる。
Ｓｉ−ＣＨ₃結合は前記の程度の加熱温度や加熱処理で
は解離しないで残っていることがわかる。また、図５に
はその各画素の透過率スペクトルを示した。図６のポリ
イミド系樹脂の透明保護膜の場合と比較しても、透過率
特性が良好であることがわかる。

【００３５】＜３＞真空成膜装置内に、前記酸素−珪素
系膜で被膜されたカラーフィルタ基板をセットした後に
十分排気を行ってからＡｒ：１６０ｓｃｃｍと、Ｎ₂：
２４０ｓｃｃｍの混合ガスを導入し、ＤＣ電力４．０ｋ
ｗで珪素ターゲットのスパッタリングにより、基板上へ
膜厚１５ｎｍで窒素−珪素系膜を積層成膜した。＜４＞引き続き、真空成膜装置内を十分排気したあとＡ
ｒ：４００ｓｃｃｍとＯ₂：３．５ｓｃｃｍの混合ガス
を導入し、ＤＣ：０．８ｋｗとＲＦ：１．２ｋｗの重畳
電力でＩＴＯ（ＳｎＯ₂：５〜１０％）ターゲットのス
パッタリングにより、基板上へ膜厚４００ｎｍでＩＴＯ
を積層成膜した。

【００３６】＜５＞得られたカラーフィルタ基板上の３
層構成から基板は、抵抗率が１２０μΩ・ｃｍ）と低
く、ポリイミド等の保護膜に比べて透過性に優れ、低コ
ストで量産が可能であり、エッチング等の加工性と、湿
気や酸・塩基等の薬品に対する耐性に優れた好ましい特
性を有していることが確認された。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶表示パネルの要部断面図である。

【図２】カラーフィルタ上に、酸化珪素系及び窒化珪素
系保護膜を形成し、さらにＩＴＯ膜を形成したときの各
カラーフィルタ画素に現れたクラック（画素破壊）や、
ブラックマトリクス上に現れた皺欠陥の形態を示した平
面概要図である。

【図３】カラーフィルタ上に、酸化珪素系及び窒化珪素
系保護膜を形成し、さらにＩＴＯ膜を形成した後に、酸
エッチング及びアルカリ液中へ漬浸したときに現れたパ
ターンへのクラック・断線、及び線幅の細りの形態を示
した平面概要図である。

【図４】カラーフィルタ上の、ポリシラザンを転化して
得られた酸素−珪素系薄膜の赤外吸収スペクトル図であ
る。

【図５】カラーフィルタ上に、ポリシラザンを転化して
得られた酸素−珪素系薄膜を形成した後の可視光域にお
ける各画素の透過率スペクトル図である。

【図６】図５と比較するためにカラーフィルタ上に、従
来品であるポリイミド系樹脂を塗布して得られた透明保
護膜の、可視光域における各画素の透過率スペクトル図
である。

【符号の説明】

１１カラーフィルタ側の透明ガラス基板１２カラーフィルタ側と対向する透明ガラス基板１３封止材１４カラーフィルタ画素Ｂ：青、Ｒ：赤、Ｇ：緑１５ブラックマトリクス１６透明保護膜１７液晶層１８ＩＴＯ膜等からなる透明電極１９所望の形状パターニングしたＩＴＯ膜等からなる
透明電極 α カラーフィルタ画素に現れたクラック（画素破裂） β ブラックマトリクスに現れた皺 γ ＩＴＯ膜等の透明導電膜に現れたクラック及び断線 δ ＩＴＯ膜等の透明導電膜に現れた線幅の細り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カラー液晶表示パネル用のカラーフィル
タ基板上に、第１層：有機ポリシラザン含有のポリシラザン溶液を塗
布した後に加熱処理して得られた、膜厚６０〜１２０ｎ
ｍの酸素−珪素系膜第２層：アルゴンと窒素を混合した放電気体中でのスパ
ッタリング成膜により得られた、膜厚１０〜２５ｎｍの
窒素−珪素系膜第３層：アルゴンと酸素を混合した放電気体中でのスパ
ッタリング成膜により得られた、膜厚３５０〜４５０ｎ
ｍのＩＴＯ膜が順次配設されていることを特徴とする液晶表示基板。