JPS61100729A - カラ−液晶パネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
々太き（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（使用されているが、近
年、その薄を性や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１ｔ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１・＼々）で
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（１［々の考
案がなされてきた。それ（工、例えばＥＣ１３（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（ツィステッド坏マチック）　、方式、旋光分散−
コレステリック方式等であるが、天然色表示性と構造的
信頼性の面カ・ら現在の所、液晶を光シヤツターとして
用いて、これと赤（Ｉ（）、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１６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／ヤノターである液晶バ坏ル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Ｊ１１される。尚、入射光１１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、第２図（ｄ）は相
対するガラス板２Ｌ’２２によって構成された液晶パネ
ルの外側にカラーフィルター２６が形成されたもので（
外在型と呼ぶ）、第２図（ｂ）は液晶層２４側にカラー
フィルター２６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−・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
ィルターと液晶ンヤノ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（・
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す、
カラーフィルターナ液晶層側に形成する内在型でカラー
ＬＣＤを作成することが強（望まれて（・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１極６１の上にカラー
フィルター２６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Ｃｂ）ではガラス板２１の上の
カラーフィルター２６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）。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、相対する透明電極
に対応する端子４６．４４０間にカラーフィルターによ
る容量成分Ｃｃ６（４］　）と液晶層による容量成分Ｃ
ＬＣ（’１２　）とが直列に結合された形となり、端子
４６．４４間に印加された電圧ＶＡの一部であるＶＬＣ
シ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、ＶＬＣ”〜゛え・Ｃｃ　ｖ／　ＣＣＬｃ　
＋　Ｃｃ　ｒ　）　’・・・・・・・・（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は上の液晶駆動
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耐圧の而で条件を満
たしえたとしても、第（１）式のＣＬＣ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
特性が見掛は上悪化し、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
フィルタ一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光中じやす（、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七ノ“）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１え、Ｇ、Ｂ色のカラーフィルター２
３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ノグラフィー技術を用いてバタ
一二ノグすることで透明電極６１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Ｉ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ　−Ｔｉｎ　−
０ｘｉｄｅ　）である。また透明電極６１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Ｃ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太きいと言わざるを
得ない。

［、発明の目的〕 本発明は、かかる内在型でのカラーＬＣＤの諸問題に鑑
み、上フィルター構造でありながら前述した駆動電圧問
題を除くことのできるカラー液晶パネルを提供すること
を目的とするものである。

〔発明の構成〕

６．　　　本発明は、透明基板上の透明電極と該電極上
のカラーフィルターとより成る透明板を一方の構成要素
とする液晶パネルに於いて、該カラーフィルター中に有
機高分子半導体を電解重合により形成したことを特徴と
するものである。

〔発明の実施例〕

本発明を説明するための等価回路を第６図に示す。この
図は第４図をより一般化したもので、対向する透明電極
に対応する端子６６．６４０間に、カラーフィルターに
よるインピーダンス成分ＺＣＦ６１と液晶層によるイン
ピーダンス成分ＺＬｃ６２とが直列に結合された形とな
り、端子６６．６４間に印加された電圧のうち液晶層に
かかってくる電圧ｖＬｃは Ｖ、、、　＝　ＺＬｅ　−ＶＡ／（ｚ、、ｃ　＋　Ｚ（
！Ｆ　）−・−・−・−（２）となる。ここで、液晶層
は電気伝導性が低く、比抵抗は〜１０１０Ω、ｃｒｒＬ
であることからＺＬＣは実質的に第４図で示した容量成
分Ｃ，，ｃによるインピーダンス成分と考えて良いこと
は明らかである。一方、通常のカラーフィルターもやは
り比抵抗は十分に大きく、インピーダンス成分は容量成
分のみに依存するが、本発明によるカラーフィルターで
は、これに導電性を付与することで、２ｃ、＜２．ｃと
し　　−で、（２）式をＶＬｃｚＶＡとするものである
。このための条件としては、液晶層の厚さを１０μ、液
晶の誘電率を６、駆動周波数を１０’Ｈｚ、カラーフィ
ルターの厚さを２μとした時、カラーフィルターの比抵
抗＝’ＣＦは、ρｃＦ＜１０’Ω・儂である。従ってカ
ラーフィルターの比抵抗が１０？Ω、ｃｒｒＬ以下とな
る様にすれば上フィルター構造としても液晶の駆動電圧
上昇を防げることが明らかである。

さて、このカラーフィルターの低抵抗化はカラーフィル
ター中に導電性物質を何らかの形で分散させることで達
成される。分散される方法としては、カラーフィルター
形成時に導電性粒子を混合させるものがあるが、カラー
フィルターの形成条件を制約する欠点がある。これに対
し、本発明では、カラーフィルターを形成した後、該フ
ィルター中に導電性を持つ有機高分子半導体を電解重合
により成長させる。そのため、種々のカラーフィルター
に適用可能であり、しかも液晶パネルの駆動に用いる透
明を臘３１を電解重合用の電極として利用できる長所が
ある。また、カラーフィルターとして用いる上からは、
この導電化処理によって可視光透過特性の変化すること
は好ましくないが、電解重合の条件を最適化することで
、十分に対処できる。以下、図面に従って本発明の詳細
な説明する。

第７図はカラーフィルター中に有機高分子半導体を電解
重合で形成する方法を示す図である。

尚、電極上に有機高分子半導体を′電解重合により形成
する技術は、Ａ　、　Ｆ　、　Ｄｉａｚら（Ｊ　、Ｃ，
Ｓ、　Ｃｈｃｍ。

Ｃｏｍｍ、、　６３５（１９７９）　）により、また電
極上の有機絶縁膜中に有機高分子半導体を電解重合によ
り形成する技術は、丹羽ら（高分子学会予稿集、３３巻
、４号、２Ｊ０４．２　Ｊ　Ｏ５（１９８４）　）によ
り報告がなされている。

ガラス基板２１上に透明電極３１と、更にその上にカラ
ーフィルター２６とが形成された基板を電解質溶液７１
に浸し、透明電極６１を作用極として対極７２との間に
電圧７４を与える。また通常の電気化学での基本構成の
一つである参照電極７６を使用して、電圧計７５の値を
一定に保てば、より安定した重合条件が得られる。ここ
で、亀解質溶液としては、アセトニトリルあるいはニト
ロメタン等の誘電率の大きな有機系溶媒を主成分とした
電解液と、過塩素部門エチルアンモニウム、テトラフル
オロホウ部門メチルアンモニウム等の四級アンモニウム
塩系の電解質とを用い、この中に、ビロール、チオフェ
ン、フラン等の有機高分子半導体の構成モノマーを溶解
してお（。また作用極側は透明電極６１としてＩＴＯや
酸化スズが、カラーフィルター２６としてはゼラチンを
染色したフィルターなどが用いられ、対極７２としては
白金等の金属を、また参照電極７６としてはカロメル電
極や銀塩化銀電極、あるいは銀電極などを用いればよい
。電解重合ではしきい値電圧が存在し電圧計７５での値
が、該しきい値より高い電圧（通常数Ｖ）になる様に設
定する。

ガラス基板にＩＴＯ透明電極を形成し、その上に青色に
染色した厚さ２μのゼラチンフィルターを形成した。そ
して、該透明電極を作用極として、白金メツシュ（５５
メツシユ）を対極、銀のプレートを参照電極として電解
重合を行なった。この時の電解質溶液はアセトニトリル
９対水１の電解液中に過塩素酸口ブチルア／モニウムと
ピロールとを各々Ｏ，ｌ　ｍｏｌ／Ｊずつ加えたもので
、電圧は参照４極に対して作用極が、＋　１．６　Ｖに
なるよう設定した。また電解重合時間は２分間とした、
以上の様にして得られたカラーフィルターは可視光透過
率が約１０％減少したが、第３図（ａ）の様・足形成し
た液晶セルで印加電圧と光の透過率との関係を測定した
所、従来の上フィルター構造の液晶セルでみられた前記
（１）式に起因するしきい値電圧の上昇が全く見られず
、カラーフィルタート４での電圧降下を除去することが
できた。

本発明は、上記実施例で示した単色のカラーフィルター
°ばかりでなくＲ，、Ｇ、Ｂのストライプあるいはモザ
イクパターンに対しても容易にまたゼラチン以外の材質
のカラーフィルターにも適用できるものである。この場
合、透明電極が細かいパターンとなっていても、電解重
合そのものが、該透明電極上のみで起こり、所謂セルフ
ァライン的な有機高分子半導体の成長となるため、隣り
合一つた透明電極上同志の短絡は起こらないという大き
な特徴を有する。第８図はこの様子を示したものでガラ
ス基板２１上に透明電極の細かいパターン３１が形成さ
れており、その上全体を被ったカラーフィルターのうち
前記透明電極上の部分８１（斜線部）のみが有機高分子
半導体により低抵抗化しており他の部分８２は絶縁的性
質のまま残ることになる。このため、ＴＶ両画像様に天
然色表示の微細パターンにも容易に適用可能である。

尚、第９図には有機高分子半導体の一例としてポリピロ
ールの分子構造を示した。

〔発明の効果〕

本発明は、製造上並びに視野角特性上有利なカラーフィ
ルター内在型のカラー液晶パネルを作成する有力な手法
を提供するものである。特に、量産的に見て有利な上フ
ィルター構造で、従来問題でありだ駆動電圧上昇の問題
を除去できるためＩＣ設計等の面での恩恵は甚だ犬であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、カラーフィルタ一方式によるカラー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）は従来技術を示し、液晶パネルにお
けるカラーフィルターの形成場所　　□を示す断面図、
第３図（ａ）、第３図（ｂ）は第２図（ａ）に於ける透
明電極とカラーフィルターとの関係を示す断面図、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）は従来技術による下フィルター構造のカラ
ーＬＣＤの断面図であり、第６図は本発明を説明するた
めの上フィルター構造の等価回路図、第７図は本発明を
実施する方法の説明図であり、第８図は本発明によるカ
ラーＬＣＤの一方の基板の断面図であり、第９図は本発
明の一実施例にかかわる有機高分子半導体の分子構造で
ある。 １１．２３・・・・・・カラーフィルター、１２・・・
・・・孜　　−晶パネル、２１・・・・・・透明基板、
６１・・・・・透明電極、７１・・・・・・電解質溶液
、７２・・・・・・対極、７６・・・・・・参照電極。 特許出願人　シチズン時計株式会社 第１＠ （ｂ） 第４図 ｃＦＣＬＣ 第５図 （ａ） （Ｃ） 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 透明基板上の透明電極と該電極上のカラーフィルターと
   より成る透明板を一方の構成要素とする液晶パネルに於
   いて、該カラーフィルター中に有機高分子半導体を電解
   重合により形成したことを特徴とするカラー液晶パネル
   。