JPS6143726A - カラ−液晶パネルの製造方法 - 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
ルの製造方法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
忙伴い、その情報の出力端としての表示装置の役割は益
々大きくなってきている。この表示装置としては従来か
らＣＩｔ　Ｔ　（陰極線管）が最も広く使用されている
が、近年、その薄型性や低消費電力性等の故ＶＣ，ＬＣ
Ｄ（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の必要性は隋めて
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種々の考案が
なされてきた。それは、例えばＥＣＢ（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
イステノドス・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
から現在の所、液晶を光シヤツターとして用いて、これ
と赤間、ＡＩ！ｌＧｌ、青の）の三原色フィルターとを
組み合わせたカラーＬＣＤが最も有力と言える。

第１図はカラーフィルター型のカラーＬＣＤ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、光シヤツター
である液晶パネル１２に於〜・て透過光量のｌ！ｌｌＩ
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）が観測される
。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
所を示す図で、第２図（ａｌは相対するガラス板２１．
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（ｂｌは液晶層２４側にカラーフィルター２３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への化学的
な妨害による信頼性の低下を考夏する必要が無いとい５
点で外在型が優れており、カラーフィルターと液晶／ヤ
ッ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い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、カラーフィルターを液
晶海側に形成する内在型でカラーＬＣＤを作成すること
が強く望まれている。

以上の観点から、以下には内在型のカラーＬＣＤの問題
点の整理を行なうものとする。第３図は内在型での透明
電極とカラーフィルターとの位置国保を示す図で、第３
図（ａｌはガラス板２１の上の透明１に極６１の上九カ
ラーフィルター２３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（ｂｌではガラス板２１の
上のカラーフィルター２３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
ー機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閤にカラーフィルタ
ーによる容量成分Ｃｃｔ４１と液晶／ＩＩＣよる容量成
分ＣＬｃ　４２とが直列に結合された形となり、端子４
３．４４間に印加された電圧■、の一部であるＶｂｃ　
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　＝　ＶＡ”　Ｃｃｖ　／　（Ｃ，、
ｃ　＋　Ｃｃｖ　）　””””’（１１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
、従来の液晶パネル忙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（県債回路）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耐圧の面で条件を滴だしえ
たとしても、ＩＥ＋１１式のＣＬｃが実は液晶への印加
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する効果もあって、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、植種の重大な問題が発生しやす
く、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、ｗｌ、３図（ｂｌ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その形成手順
とを示す。まず第５図［ａｌで示す様にガラス基板２１
上ＫＲ，Ｇ、Ｂ３色のカラーフィルター２６を形成し、
次に第５図（ｂｌ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Ｖ
Ｃ（ｃｌの様に透明導電体を形成し、該透明導電体をフ
ォトリソグラフィー技術を用いてパターニングすること
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ＩＴ
Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−（Ｊｘｉｄｅ　）である。

また透明電極３１は配線を兼ねることが多いが、場合に
よりてはＩＴＯ上あるいは前記透明保腹膜上に形成した
金属をパターニングして配線とすることもある。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
性が極めて大きいと言わざるを得ない。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる下フィルター構造の構造的脆弱性忙鑑
み、配線の断線等が発生しにくく信頼性の高い新規な下
フィルター構造を提供することを目的とするものである
。特に、本発明は上フィルター構造で述べた電圧降下等
の問題を除ける点に於いて、対向するＸ、Ｙ電極のみに
よって構成される単純マトリクス駆動のＬＣＤで最も効
果がみられるが、ダイオード等の２端子の能動素子を組
み込んだアクティブマトリクス駆動のＬＣＤでも顕著な
効果を示すものである。

発明の実施例〕 第６図に本発明による内在型下フィルター構造のカラー
ＬＣＤの形成方法と構造とを示す。尚ここでは液晶パネ
ルを構成する２枚の透明基板のうちの一方のみを示しで
あるが、他方の透明基板は通常の単純マトリクス駆動の
液晶ノくネルで使用されるもの、すなわち、ガラス基板
上に透明電極の形成されたものを想定すればよい。ただ
し、前記他方の透明基板の別の構成としては、ガラス等
の透明な基板上にダイオード等の２端子能動素子を規則
的に配したアクティブマトリクス駆動用のものも含まれ
る。第６図では（ａｌ〜［ｅｌが断面図、（ｆｌ〜（」
）が（ａｌ〜ｔｅｌのそれぞれに対応する平面図である
。

第６図に於いて、まず第１の工程は第６図（ａｌ、ｆｆ
）に示した様に、透明基板２１上Ｋ例えばストライブ状
の金属配線パターン６１を形成することである。このパ
ターンの形成方法としては、金属を蒸着後、フォトリソ
グラフィー技術を用いてエツチングするのが最も一般的
であるが、この方法では配線層の厚味を１μ以上にする
ことに関して、経済性並びに膜の密着性の点で困難性が
ある。一方、金属配線の抵抗値を低くすることが液晶パ
ネル駆動上有利であり、その意味からは金属配線層の厚
味を１μ以上とすることが好ましい。そこで、該金属配
線の厚味を１μ以上としたい時には、鍍金法を並用する
ことが有効な手法である。

特忙、本発明によるカラー液晶パネルの製造方法では、
該金属配線の厚味を均一にコントロールすることが重要
であり、その意味では鍍金法としては無電解鍍金法が好
ましい特性を有している。

次にｗｔ２の工程は第６図（Ｌ）ｌ、（ｇｌに示した様
に、カラーフィルター２３の形成である。ここでカラー
フィルター２３は少なくともこのカラー液晶パネルの表
示部分全体に形成され、かつ少なくとも金属配線６１０
間を埋めて形成され、尚かつ該金属配線の厚味よりも厚
く形成されなくてはならない。カラーフィルター２３は
例えばＲ，Ｇ、８３色より成り、それら相互の形状は第
６図（ｇｌに示した様忙ストライブ状でも良いし、また
モザイク状く形成されても良く、更ＫＡつだ色のカラー
フィルター同士が一部で重なり合っていても一部に構わ
ない。カラーフィルター２６の形成方法（あるいは種類
）としては、ゼラチン薄膜を形成後これを染色するもの
や染色済みの樹脂を塗布するもの、あるいは印刷インキ
を用いて直接にオフセット法などで印刷するもの等があ
るが、本発明は特に最後の印刷法によるカラーフィルタ
ーで威力を発揮する。その理由は、通常該印刷法九より
形成されたカラーフィルターでは前記した２者のカラー
フィルターに比べて膜厚を薄くすることとその表面を平
坦にすることとが共に極めて困難であり、膜厚は５μ程
度、表面平坦性は±１μ１μ程なってしまうという点に
ある。この様忙平坦性の悪いカラーフィルターを内在現
液晶パネルに用いると、液晶層の厚味のコントロールや
液晶の配向処理がうまく行かず、液晶パネルとしての表
示特性が不十分なものとなってしまう。

そこで、次の工程で述べる様に本発明の工程ではカラー
フィルターの薄膜化と平坦化とを行なうことで、前記の
印刷法によるカラーフィルターも使用可能とするもので
あり、該印刷法によるカラーフィルターが安価で量産で
きることがら、その有効性→ま高いと言える。

第３の工程として第６図１ｃＩ、（ｈｌに示したのが、
この平坦化の工程で、前記第２の工程に於いて形成した
カラーフィルター２３の上面を除去して、金属配線６１
と概同一平面を形成する様にするものである。こうして
形成された構造の断面図は第６図（Ｃ１に示す通りで、
極めて平坦なものとなる。

前記カラーフィルターの部分除去の工程の手法としては
、■カラーフィルター形成後十分に硬化させることなく
、金３棒などでこすり取り必要に応じてローラーで平坦
化する、■カラーフィルター形成後十分に硬化させてか
ら、研磨を行なう、などがある。この場合、本発明によ
れば、金属配線６１が厚味コントロールのストッパーと
して働くため、比較的容易に第６図（Ｃ１の構造を形成
することができるという有利性がある。

次に、第４の工程としては、第６図（ｄｌ、（ｉｌＫ示
す様に、前記第３の工程で得られた構造上に透明な保護
膜６２を形成するもので、金属配線６１の上の一部では
これが除去されて、コンタクトホール６６が形成されて
いる。保護膜６２は透明性とともに絶縁性も要求され、
ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂などの高
分子膜や、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミ埠
の無機膜などが使用できる。そして、該保護膜の主要な
目的は、カラーフィルターから液晶層への不純物（特に
イオン性不純物）の侵入の阻止である。また、コンタク
トホール６６は保護膜６２を全面く形成した後、フォト
リソグラフィー技術を用いて金属配ｍ６１上の適当な位
置に形成されるものである。ここでポリイミド樹脂への
コンタクトホールは、ヒドラジンとエチレンジアミン系
のエツチング液を用いればよく、またアクリル樹脂は光
硬化型の樹脂を用いて、マスク露光を行なえばよい。

また酸化シリコンならば弗酸系、窒化シリコンならばリ
ン酸系でのエツチングを行なう。そして、これらコンタ
クトホールによって、金属配線６１の一部を露出させる
。

次に第５の工程としては、第６図ｔｅｌ、（ｊｌに示す
様に、透明導電体層を形成し、これをエツチングによる
パターニングにより透明電極３１とする。

この場合、透明導電体層としては、通常ＩＴＯが選ばれ
るが、ここではカラーフィルター２′５あるいは保護膜
６２が既に形成されているため、おおむね２００℃以下
の低温でこれを形成しなければならない。この低温での
ＩＴＱの形成方法としては、蒸着、スパッタリング、イ
オンブレーティング等があり、何れにても作成は可能で
ある。

所で、第６図ｔｅｌ、０１で示した様に透明電極６１と
金屈配１Ｉｌｉ！６１とは保護膜６２のコンタクトホー
ル６６を介して電気的に接続されていなくてはならない
。このことは既ＶＣ第６図を用いて詳述した工程でも十
分ではあるが、その電気的接続の確度を更に上げる意味
から、コンタクトホール６３の中を金属で埋めることが
有効である。この場合、°第６図（ｄｉ、（ｉ）の構造
を形成後、■コンタクトホール中ＶＣ９ｉ金法により金
属を成長させる、あるいは■レジストでコンタクトホー
ルの部分以外を被ってから、金属を蒸着でつけて、次に
レジストを除去してコンタクトホール内にのみ金属を残
す、等が挙げられる。第７図には、こうして形成した下
フィルター構造の断面図を示すが、７１はコンタクトホ
ールを充てんする様に形成した金属である。

この様にすることで、コンタクトホール部分での透明電
極の段差が解消され、透明電極６１と金属配線６１との
間の電気的接続はより確実なものとなる。

また第８図は本発明の別の構造例であり金属配＆！６１
を櫛形パターンとして透明電極３１と金酋配線との電気
的接続を強化している。

以上、本発明によれば、配線を金属配線にしてかつガラ
ス基板上に形成することにより断線等の不安を大幅に軽
減でき、脆弱な構造の上忙形成する透明電極は電極とし
てのみ使用するという機能分離を徹底することで、下フ
ィルター構造の不安定性を著しく改善できる。特に金属
配線については、初期にガラス基板上に形成するために
、プロセス上の制約等も少なく、信頼性が高いものとな
る。また、カラーＬＣＤの場合、各画素間の混色を防い
で画面全体の彩度を上げるためＫは、隣り合う画素で異
った色のカラーフィルターを有するもの同士の間は黒色
のラインで分画しておくことが好ましいが、本発明によ
れば、前記金属配線を液晶パネルの非画素部に形成して
、この黒色分画ラインの役目も果させることができると
いう利点を有する、また、金属配線と透明電極とは並行
して長い距離（数１０〜数１００ｉｎ）にわたって形成
されるのが一般的となるが、この場合、両者を電気的に
接続するためのコンタクトホールの数は数１０〜数１０
０となり、長い導体同士を多数個のコンタクトホールを
介して接続する構造になるため（ただし１個の大きなコ
ンタクトホールでも原理的にはよいが、これも多数個の
小コンタクトホールと等価である）多少のコンタクト不
良が発生しても問題にならないという構造的安定性をも
有する。そして、金属配線自体の電気抵抗が小さいこと
から液晶パネル駆動上も良好な特性を示す。

更にまた、本発明の製造方法の大きな特長として、前記
Ｗ、３の工程で示したカラーフィルターの部分除去があ
り、該工程により、金属配Ｉｌｉ！６１を含めた透明基
板２１上での構造が極めて平坦性の高いものとなり、ひ
いては液晶パネル形成時の液晶層の厚味の制御性と液晶
の配向性とが犬幅忙向上することになる。特に、前記第
３の工程が安価な印刷法によるカラーフィルターに対し
て効果があることから本発明は一層その有効性が高いと
いえる。

第８図に示した様なパターンで本発明によるカラーＬＣ
Ｄを製作した。ここで、金属配線はガラス基板上にＮｉ
を２００ＯＡ蒸着し、フ１）リノグラフィー技術により
櫛形パターンを形成した後、Ｎｉつ無電解鍍金で約２μ
の厚さとした。この後、熱処理を行なってから、印刷法
により）ｔ、　Ｇ、　Ｂのカラーフィルターをモザイク
状に形成したがこのフィルターの厚味は５±１．５μで
あった。次に、このカラーフィルターを有機系の粉末を
主体とする研磨剤を用いて研磨し、前記金属配線が浮か
び上がるまで削った。次に、２００℃以下で硬化できる
ポリイミド樹脂を全面に約５０００Ａ塗布して、熱処理
後、フォトリソグラフィー技術によりコンタクトホール
を開けた。そして、最後に基板温度を上げることなく蒸
着によりＩＴＯ膜を約３００Ａの厚さで形成し、フォト
リソグラフィー技術により細長い電極ノζターンとした
。この後、通常の液晶配向処理を経て、カラー液晶ノく
ネルを形成した。この時、対向側の透明基板はガラス基
板上にＩＴω電極を形成しただけのものである。

この様にして形成したカラーＬＣＤは前記した外在型パ
ネルで見られる斜め方向から見た時の混色も無く、また
、前記した上フィルター構造で児られる液晶駆動電圧の
上昇も無く、極めてすぐれた表示性能を示した。

〔発明の効果〕

以上の実施例かられかる様に、本発明によれ１表示性能
の優れたカラーＬＣＤを容易に作成する二とができ、歩
留り、コスト面のｔ産性から非常に効果が大きい。

【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
作原理の説明図、第２図、第３図（１カラーフイルター
と液晶）ζネルとの位置関係を説明する断面図、第４図
は上フィルター構造の等価回路図、第５図は従来の下フ
ィルター構造を示す断面図、第６図は本発明の工程を示
す断面図と平面図、Ｗ、７図は本発明の他の実施例の断
面図、第８図は本発明のカラーフィルター基板の他の実
施夕１］の平面図。 １１．２６・・・・・・カラーフィルター、１２・・・
・・・液晶パネル、２１・・・・・・透明基板、６１・
・・・・透明電極、５１．６２・・・・・・透明保護膜
、６１・・・・・金属配線、 ６３・・・・・コンタクトホール。 特許出願人　シチズン時計株式会社 第１図 （ｂ） 第３図 第４図 ＣＣＦＣＬＣ 第５図 Ｉ （ｂ） （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. カラー液晶パネルを構成する２枚の基板のうちの一方の
   基板の製造方法に於て、透明基板上に概均一な厚味で金
   属配線を形成する第１の工程と、該金属配線の厚味より
   も厚いカラーフィルターを少なくとも前記液晶パネルの
   表示部内に形成する第２の工程と、該カラーフィルター
   の前記金属配線よりも厚い部分を除去し、該カラーフィ
   ルターの表面と該金属配線の表面とが概同一平面となる
   ようにする第３の工程と、該同一平面の大部分を被覆し
   、前記金属配線の表面の一部だけを露出する様にして透
   明絶縁膜を形成する第４の工程と、該金属配線の露出し
   た部分に於いて該金属配線との電気的接続がとれる様に
   、前記透明絶縁膜上に透明電極を形成する第５の工程と
   より成ることを特徴とする、カラー液晶パネルの製造方
   法。