JPS6146931A - 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、コンビエータ−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にＬＣＬ）（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（川、緑［Ｇｌ、青（Ｂ）の三原色フィルターとを組
み合わせたカラーＬＣＤｆＪ″−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
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（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への化学
的な妨筈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
（ｂｌ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４３．
４４の間にカラーフィルターによる容量成分Ｃｃｒ４１
と液晶層による容量成分Ｃｔ、ｃ４２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■Ｌｃ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＝■、・Ｃｃ、／
（ＣＬｃ十ｃｃ、）・・・・・・・・・（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、種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（ｂｌＯ下フ下層
イルター構造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（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
Ｉ　ＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−（Ｊｘｉｄｅ　）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ＩＴＵ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に鑑
み、配線の断線等が発生しにく（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を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
板上尾ダイオード等の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〜（ｄ）が断面図、第６図（ｆ）〜（ｊ）が
（ａｌ〜（ｅ）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、げ）
に示した様に、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。このパタ
ーンの形成方法としては、金属を蒸着後、フォ）　ＩＪ
ン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。

次に第２の工程は第６図（ｂ）、（ｇ）に示した様に、
前記金属配線の一部の上に更に新たな金属層６２を形成
することである。この新たな金属層の厚味としては、お
おむね１μ程度が適当であるが、場合によってはそれ以
上あるいはそれ以下であってもよい。該新たな金属層の
形成方法としては、蒸着法、鍍金法の何れにてもよいが
、このどちらの方法を用いる場合にも、前記第１の工程
を経た透明基板上を、前記新たな金属層を形成する部分
を除いてレジスト材料で被ってから行なう。そして蒸着
あるいは鍍金終了後に該レジスト材料を除去して、前記
新たな金属層を得る。尚、該新たな金属層の材質は前記
金属配線の材質と同一である必要はない。以上の様にし
て、この第２の工程によって、透明基板上に金属配線を
有し、その金属配線の一部が突起した形状となった基板
が得られる。

次に第３の工程であるが、第６図（Ｃ１、（ｈｌに示し
た様に、前記金属配線６１の間をカラーフィルター２３
で埋めるものであり、好ましくはカラーフィルター２３
と金属配線６１との厚味がほぼ一致するようにする。た
だし液晶パネルとした時の非表示部分についてはカラー
フィルターを形成する必要はない。またここでカラーフ
ィルター２６の一部は金属配線６１の一部を被っても構
わないが−少なくとも前記新たな金属層の部分ではおお
むねその表面が、露出されていなくてはならない。また
ＬＣＤの表示部分の範囲内では、金属配線６１以外の部
分は全てカラーフィルター２３により埋められているこ
とが好ましい。カラーフィルター２６はモザイク状ある
いはストライプ状などに形成されるものであるが、フィ
ルターの膜厚の均一性の良いことが好ましく、ゼラチン
薄膜を染色したカラーフィルターやスピンナー塗布型の
染色樹脂カラーフィルター等が良好な性質を示す。

次に第４の工程であるが、第６図（ｄｌ、（ｉ）Ｋ示し
た様に前記第３の工程により得られた構造の上に透明な
保護膜６６を形成したものでその一部は新たな金属層６
２０部分に於いて除去されておりコンタクトホール６４
となっている。保護膜６３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、第６
図（Ｃ１の凹凸構造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、そのチキントロピック
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６４は保護膜６６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、鼠化シリ
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、新たな金属層６２の
一部を露出させる。

次には、第５の工程として第６図（ｅ）、（」）に示す
様に、透明導電体層を形成し、これをエツチング　　１
によるパターニングにより透明電極６１とする。

この場合、第６図（ｅｌ、（ｊ）で示した様に透明電極
６１と金属配線６１とは保護膜６６のコンタクトホール
６４を介して電気的に接続すＴ′Ｌ″′Ｃいることが本
構造に於いて重要である。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２６あ
るいは保護膜６６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、何れにても
作成は可能である。

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、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
して長い距離（数１０〜数１００＋ａｍ）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１
００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となるため、（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りにくいという構造的安
定性をも有す。

そして、このコンタクト不良への優位性に加えて、本発
明の工程に従えば、前記第２の工程で形成した新たな金
属層６２が、コンタクトホール６４を埋める様に形成さ
れているため、コンタクトホールに於ける段差形状が緩
和され、金属配線６１と透明電極６１との間の電気的接
続はより一層確実なものとなり、金属配線自体の電気抵
抗が小さいことと併せて考えれば、構造的にも安定でか
つ液晶パネル駆動上も極めて有利である。更にまた、本
発明によれば、カラーフィルターと金属配線とがガラス
基板上でほとんど重なり合わない構造となり、更に保護
膜による平坦化も行なわれるため、基板全体の平坦性が
向上し、液晶パネルとした時の、液晶層の厚味制御に関
しても有利である。

第６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。ここで第１の工程としてガラス基板上に
Ｎｉを２００ＯＡ蒸着してからフォトリソグラフィー技
術によりストライプパターンの金属電極を形成し更にＮ
ｉの無電解鍍金で約２μの厚さとした。この後熱処理を
行なりてから、第２の工程として、金属電極上の一部を
除く全体にレジスト層を形成し、Ｎｉの無電解鍍金を約
１．２μ行なって前記のレジストを形成しなかった金属
電極上に新たなＮｉ層を形成した。この後、レジストを
除去し、熱処理を行なってから第３の工程として、ゼラ
チン染色形のカラーフィルターを膜厚約２．５μでモザ
イク状に形成した。次に第４の工程として、２００℃以
下で硬化できるポリイミド樹脂を全面に約５００ＯＡ塗
布して熱処理後、フォトリソグラフィー技術により、前
記新たなＮｉ層上にコンタクトホールを開けた。そして
、第５の工程として、基板温度を上げることなく蒸着に
よりＩＴＯ膜を約３０ＯＡ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な経【、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
ＩＴＵ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〕

以上の実施例かられかる様に、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図は本発明に係り、第
６図（ａｌ〜（ｄｌは断面図、第６図（ｆ１〜０１が平
面図である。 １１．２３・・・・・・カラーフィルター、１２・・・
・・・液晶パネル、２１・・・・・・透明基板、６１・
・・・・・透明電極、 ５１．６６・・・・・・透明保護膜、 ６１・・・・・・金属配線、６２・・・・・・金属層、
６４・・・・・・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２図 （ｂ） 第３図 第４図 ＣＣＦ　　　　ＣＬＣ 第５阿 （ａ）　　　　イ３ （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   製造方法が、透明基板上に金属配線を形成する第１の工
   程と、該金属配線上の一部に新たな金属層を形成する第
   ２の工程と、少なくとも該液晶パネルの表示部内に形成
   された前記金属配線間を被覆し、かつまた少なくとも前
   記第２の工程で形成した新たな金属層の表面を露出せし
   めるようにカラーフィルターを形成する第３の工程と、
   前記金属配線と前記カラーフィルターとを被覆し、かつ
   前記第２の工程で形成した新たな金属層の表面を露出せ
   しめるようにして透明絶縁膜を形成する第４の工程と、
   該金属層表面の露出した部分に於いて前記金属配線と電
   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。