JPS6151126A - 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／ピー−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１．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徨々の考案が
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（Ｒ）、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（ａ）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（
外在鳳と呼ぶ）、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ＬＣ
Ｄ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の上の透明電極３１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（ｂ）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４６．４４０間にカラーフィルターによる
容量成分ＣＣＩ（４１）と液晶層による容量成分ＣＬｃ
（４２）とが直列に結合された形となり、端子４３．４
４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、Ｖ、、ｃ　＝ＶＡ”　Ｃｃ　Ｐ　／　（ＣＩ、ＣＩ
ＣＣＦ　）　””””’　（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・アンプ等の特
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（１）式のＣムｃ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（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その形成手順
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Ｒ，Ｇ、Ｂ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だの透明保護膜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　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ　−Ｔｉｎ　−０ｘ
ｉｄｅ　）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ｊ　　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のカラーＬＣＤを提供することを
目的とするものである。

〔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）　ＩＪ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である。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（ａ）〜第６図（ｄ）が断面図、第６図（ｅ）〜（ｈ
）が（ａ）〜（ｄ）のそれぞれに対応する平面図である
。

まず第６図（ａ）、（ｅ）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問
題がある。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、金属配線の厚味を１μ以上としたいときには鍍
金法を並用することが有効な手法である。

第６図（ｂ）、（ｆ）は前記の構造の金属配線６１の間
をカラーフィルター２６で埋めるもので、好ましくはカ
ラーフィルター２３と金属配線６１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６
１の一部を被っても構わないが、少なくとも以下で述べ
るコンタクトホールの部分ではおおむね金属配線６１０
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２６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２３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めであるが、
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６図（Ｃ）、（ｇ）であるが、これは第６図（
ｂ）、（ｆ）の構造の上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で透明電極６１とする
ものである。この場合、透明導電体層としては、通常Ｉ
ＴＯが選ばれるが、ここではカラーフィルター２６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。

本発明による構造゛に於いては、透明電極６１と金属配
線６１とが電気的に接続されていることが必要であり、
この接続は第６図（Ｃ）、（ｇ）に示した様に金属配線
６１の露出部分（カラーフィルター２６が形成されてい
ない部分）でとられる。

この電気的接続に関し【は、既に第６図を用いて詳述し
ている工程で十分であるが、必要に応じて前記金属配線
の露出部分に更に金属層を形成すれば、この確度を更に
上げることができる。このことは、特に、カラーフィル
ター２３の表面より金属配線の露出部分の表面が低くな
っている場合に有効性が大きく、透明電極６１を形成し
た時にカラーフィルター２６上と前記金属配線の露出部
分との間の段差を緩和して、断線や接続不良を無くすこ
とができる。

第７図は、金属配線の露出部分に金属層を配設、したカ
ラーＬＣＤの断面図で、７１は新たに形成した金属層で
ある。この金属層７１の形成方法としては、鍍金法ある
いは蒸着法の何れも使用できる。さて第６図に戻って、
第６図（ｄ）、（ｈ）は最終的に透明な保護膜６２をほ
ぼ全面に形成したものである。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される。ただ
し、該保護膜は要求される機能とじてカラーフィルター
２６から液晶層への不純物（特にイオン性不純物）の侵
入を阻止することの他に、第６図（Ｃ）の凹凸構造を平
坦化することもあり、その意味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。特に、該
保護膜として高分子膜を用いた場合、最終的に液晶パネ
ルとする際の配向処理がラビング法により容易に行なえ
るので利点は太きい。尚、保護膜層の厚さは、保護膜と
しての特性上は厚くすればする程好ましいが、その結果
として第４図を用いて詳述した上フィルター構造での電
圧降下の問題と全（同じ問題が発生することから該保護
膜の厚さは少なくとも１μ以下、好ましくは５０００Ａ
以下、より好ましくは１００ＯＡ以下である必要がある
。

第８図は本発明の他の実施例であり、金属層７腺６１を
櫛形パターンとして透明電極６１と金属配線６１との電
気的接続を強化している。ここで、金属配線はガラス基
板上にＮｉを２００　ＯＡ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、ゼラチン染色形のカラーフィルターな膜厚約２．
５μでモザイク状に形成した。

次に基板温度を上げることな（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
より細長い電極パターンとした。最後に、２００℃以下
で硬化できるポリイミド樹脂を全面に約２００ＯＡ塗布
して、熱処理を行ない、続いて、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。

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した。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、隣り合う画素で異りた
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５
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１００ｍ＋ｃ）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
続する部分の総面積は非常に大きくなり、局所的なコン
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。そして、電気抵抗の小さい金属を配線と
して用いることがら、液晶パネル駆動の上からも本構造
は有利である。

更にまた、本構造によれば、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。そして、保護膜に液晶配
向膜の機能を兼ねさせることが出来ることから、製造プ
ロセス上の利点も太きい。

このカラー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殆んど無
（、極めてすぐれた表示性能を示した。

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、１　　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（ｂ）における透明電極
とカラーフィルター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、第７図は本発明の一実施例に
よるカラーＬＣＤを示し、第６図（ａ）より第６図（ｄ
）は断面図、第６図（ｅ）より第６図（ｈ）は第６図（
ａ）より第６図（ｄ）のそれぞれに対応する平面図、第
７図は金属配線の露出部分に金属層を配設したカラーＬ
ＣＤの断面図、第８図は本発明の他の実施例によるカラ
ーＬＣＤの平面図である。 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。 特許出願人　シチズン時計株式会社 第１図 第３＠ 第４図 １フ ＣＣＦ　　　　　ＣＬＣ 第５図 （Ｃ） 第８図 ｍ−−１−一ノ　１−）−一１１−一で−−１句、−

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が、透明
   基板上に形成された金属配線と、少なくとも前記液晶パ
   ネルの表示部内にある前記金属配線間を被覆して形成さ
   れたカラーフィルターと、前記金属配線と前記カラーフ
   ィルター上に形成された透明電極と、前記金属配線とカ
   ラーフィルターと透明電極を被覆して形成された透明絶
   縁膜とより成り、前記金属配線と前記透明電極とが電気
   的に接続された構造であることを特徴とするカラー液晶
   パネル。