JPS6143729A - 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
ルに関するものである。

〔゛１発明の背景〕 近年、コンビ、−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
々大きくなってきている。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ＫＬＣＤ（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の必要性は極めて大きなもの
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
ィステッドネマチック）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（団、緑◎、膏（Ｂ）の三原色フィルターとを組み合
わせたカラーＬ、ＣＤ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、光シャッター
である液晶パネル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１
２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への化学的
な妨害による信頼性の低下を考慮する必要が無いとい５
点で外在型が優れており、カラーフィルターと液晶シャ
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５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
晶層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関係を示す図で、第３
図（ａｌはガラス板２１の上の透明電極３１の上にカッ
−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、ｆｂｌ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６１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Ｋ、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４３．４４の間にカラーフィルターによる
容量成分Ｃｃ、　４１と液晶ＩＦｉによる容量成分ＣＬ
ｃ４２とが直列に結合された形となり、端子４３．４４
間に印加された電圧■、の一部である■ＬＣシか液晶駆
動に寄与しないこと忙なる。これを定量的九表記すれば
Ｖｂｃ　＝Ｖ、　　−Ｃｅｖ／（Ｃｔ、ｅ　＋Ｃｃｐ　
）・−旧−（ｔ＋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、苺しい場合には１
００％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
ルター構造にははとんど適用できなくなる。更に、たと
えＩＣ耐圧の面で条件を満たしえたとしても、第＋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１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Ｋ、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
、第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
上にＲ，Ｇ、８３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、しかる後に
（Ｃ１の様に透明導電体を形成し、該透明導電体をフォ
）　ＩＪソゲラフイー技術を用いてバターニングするこ
とで透明電極３１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
ＴＱ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ　）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
よりては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こともある。以上の
様にし【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に鑑
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時下等
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の製造方法を示す。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パネ
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　〜ｔｅｌが断面図、ｆｆｌ　〜（ｊｌ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＋ａ＋、（［
Ｉ　Ｋ示した様に、透明基板２１上に例えばストライプ
状の金属配線パターン６１を形成することである。この
バター／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ン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。

次に第２の工程は第６図［ｂｌ、ｆｇｌ　ＶＣ示した様
に、前記第１の工程で形成した金属配線を含む前記透明
基板の全面を被覆して、透明性の高いネガ型の感光性樹
脂層６２を形成するものである。該感光性樹脂としては
、後に述べる様にカラーフィルターとするために容易に
染色できるものである必要があり、ゼラチンが最も好ま
しい。また該感光性樹脂層の厚味としては、最終的に形
成されたカラーフィルターの厚味が前記金属配線の厚味
とほぼ等しくなることが本発明による構造では極めて好
ましいことから、染色時の前記感光性樹脂層の膨潤を考
慮して、前記金属配線よりも薄目に形成するのがよい。

次の８１Ｆ！３の工程は露光と現像であるが、やはり第
６図ｆｂｌ、ｆｇｌ　ＶＣ示しである。ここでは、露光
を透明基板２１の裏面より行なうことが重要であり、水
銀ランプ等による紫外光６３を照射することで、前記金
属配線がマスクとして働き、結局、自己整合的に非金属
配線部のみが感光される。そして、感光性樹脂としては
ネガ型を使用していることがら、これを現像することで
、第６図（Ｃ１、ｆｈｌＫ示した様に、前記金属配線部
が露出される形で、感光性樹脂層６２が固定化される。

この第３の工程で重要なことは、自己整合プロセスを導
入したことであり、金属配線６１と感光性樹脂層６２と
が全く重なり合いを持たずに形成できる。しかも、露光
に際して、マスク合わせの必要が無くプロセス的に極め
て有利である。ただし、液晶パネルを形成した場合に非
表示部として働く部分も前記透明基板上にはあり、該非
表示部に前記感光性樹脂層を残さない方が好ましい場合
には、前記露光の際に第６図（ｂｌに於いて透明基板２
１０光照射側の面に密着させて適当なマスクを挿入する
ことになる。

しかし、この場合のマスクはかなり粗いパターンのもの
で十分であり、マスクと該透明基板との間の位置合わせ
の精度も粗くてよく、プロセス上の制約としては、軽微
である。

次に第４の工程としては、第６図（ｄｌ、（ｉｌに示し
た様な染色工程がある。ここでは前記第３の工程で形成
した基板上に感光性レジスト材料６４を塗布し、通常の
方法で露光、現像して適当な部分の前記レジスト材を除
去してから染色を行なうものである。この結果、第６図
（ｄｌで言えば２３ａで示した部分が染色されてカラー
フィルターとなる。

ここで、感光性樹脂層６２がゼラチンの場合は、染色に
は酸性染料が最適である。そして、この第４の工程を３
回繰り返して、赤（ＦＱ、緑◎、青（Ｂｌの３色で感光
性樹脂層６２を染め分ければ、Ｊ　Ｇ、Ｂのカラーフィ
ルターが形成できる。そうして得られたのが第６図＋ｅ
ｌ、（」）に示した２３ａ、２３ｂ、２３Ｃのカラーフ
ィルターであり、例えば２３ａがＲ１２３ｂがＧ、２６
ＣがＢとなる。

次に第５の工程は、前記第４の工程で形成したカラーフ
ィルター２６ａ、２３ｂ、２３ｃを保護するために、透
明な保護膜６５を形成するもので、その一部は金属配線
６１０部分に於いて除去されており、コンタクトホール
６６となっている。この様子は、第６図ｔｅｌ、（」）
に於いて示される通りである。保護膜６５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
、シリコン樹脂等の高分子膜や、酸化シリコン、窒化シ
リコン、酸化アルミ等の無機膜などが使用できる。ただ
し、該保護膜はその機能として、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）を阻止するこ
との他に、前記第４の工程を経た後の凹凸構造（第６図
ｆｄｌ参照）を平坦化するという目的をも持つことから
、高分子物質を塗布して、そのチキソトロピックな性質
を利用する方がより好ましいと言える。尚、コンタクト
ホール６６は保護膜６５を全面に形成した後、フォトリ
ソグラフィー技術を用いて、前記金属配線６１上の適当
な位置く形成され゛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【、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５゜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。

次には、第６の工程で、前記第５の工程で形成した構造
上に透明導電体層を形成し、これをエツチングによ６バ
ターニングにより透明電極６１とする。この結果得られ
る構造を第６図ｔｅｌ、（ｊｌＶｃ示す。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２３ａ、２３ｂ、２３Ｃあるいは保
護膜６５が既に形成されているため、おおむねｚ　ｏ　
ｏ　”ｃ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ＩＴＯ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【も
作成は可能である。

所で、第６図ｔｅｌ、（ｊｌで示した様に透明電極６１
と金用配、％！６１とは保護膜６５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１ｌｉｃ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６６の中を金属で埋めることが
有効である。この場合、前記第５の工程の構造を形成後
、■コンタクトホール中に鍍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。２１１７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線６１を
櫛形パターンとして透明電極６１と金属配線との電気的
接続を強化している。第８図に示した様なパターンで本
発明によるカラーＬＣＤを製作した。ここで、金属配線
はガラス基板上にＮ１を２０００Ａ蒸着し、フォトリソ
グラフィー技術により櫛形パターンを形成した後、Ｎｉ
の無電解鍍金で約２μの厚さとした。この後、熱処理を
行なってから、無染色のゼラチンを１．３μの厚さでス
ピンナー塗布し、水銀ランプでガラス基板の裏面よりの
露光を行なってから現像を行なった。

この工程により、金属配線の間Ｋ、該配線よりも薄いゼ
ラチン層が形成された。続いて、感光性レジストを塗布
し露光と現像とを行ない、赤色のカラーフィルターとし
たい部分のゼラチン層を露出させてからＲに染色した。

モしてＧ、ＢＫついても同様の工程を繰り返して、ゼラ
チン染色形のカラーフィルターを膜厚的２．５μでモザ
イク状に形成した。

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、フォトリングラフ
７＝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ＩＴＵ膜を約
３００Ａの厚さで形成し、フォトリソグラフィー技術に
より細長い電極パターンとした。この後、通常の液晶配
向処理を経て、カラー液晶パネルを形成した。この時、
対向側の透明基板はガラス基板上にＩＴＯ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見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、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、脆弱な構造の上に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、４１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には、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＋１＋１（数ｌＯ〜数１００龍）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ａｌＯ〜
数１００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間ｆｉＫ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
第３の工程で示した裏面よりの露光があリ、金属配線６
１をマスクとしてカラーフィルターのペースとなる感光
性樹脂Ｎ６２を形成するため、最終的にカラーフィルタ
ー２３ａ、２３ｂ。

２３Ｃと金属配線６１とがガラス基板２１上で全く重な
り合わない構造となることが挙げられる。

この結果、基板としての平坦性が向上し、更に保護膜６
５による平坦化効果も加味されて、液晶パネルを形成し
た時の液晶層の厚味が非常に良く制御されるとい５点で
本発明による工程は極めて優れたものである。

本発明によれば表示性能の優れたカラーＬＣＤを容易に
作成することができ、歩留り、コスト面の量産性から非
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図はカラーフィルターと
液晶パ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
ター構造を説明する断面図、第６図、第７図、第８図は
本発明に係り、第６図（ａ）〜（ｅｌが断面図、第６図
（ｆ）〜（」）は平面図、第７図は断面図、第８図は平
面図である。 １１．２３　ａ、　２５　ｂ、　　２５　ｃ−−−−−
−カラーフィルター、 １２・・・・・・液晶パネル、 ２１・・・・・・透明基板、３１・・・・・・透明電極
、５１．６５・・・・・・透明保護膜、 ６１・・・・・・金属配線、６２・・・・・・感光性樹
脂、６４・・・・・・感光性レジスト、 ６６・・・・・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 第３図 第４図 ＣＣＦ　　　　　ＣＬＣ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）カラー液晶パネルの製造方法に於て該液晶パネル
   の２枚の基板のうちの一方の透明基板上の第１の面上に
   金属配線を形成する第１の工程と、該透明基板の第１の
   面側に透明のネガ型感光性樹脂層を形成する第２の工程
   と、前記透明基板の第２の面側より露光を行ない、これ
   を現像して前記金属配線上の前記感光性樹脂層を除去す
   る第３の工程と、前記透明基板の第１の面側を感光性レ
   ジスト材料で被ってからマスク露光と現像とを行ない前
   記感光性樹脂層の一部を露出させ、続いて該露出された
   感光性樹脂層を染色する一連の工程を複数回行なって、
   前記感光性樹脂層を複数の色で染め分ける第４の工程と
   、前記透明基板の第１の面側の前記金属配線上の一部を
   除いて透明絶縁体層を形成する第５の工程と、該第５の
   工程で透明絶縁体層が前記金属配線上に形成されない部
   分と前記金属配線との間に電気的接続が行なわれる様に
   前記透明基板の第１の面側に透明電極を形成する第６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。
2. （２）ネガ型感光性樹脂がゼラチンであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のカラー液晶パネルの
   製造方法。
3. （３）感光性樹脂層を赤、緑、青の３色で染め分けるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のカラー液
   晶パネルの製造方法。