JPS6151127A - 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、コンピューターやテレビ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ＣＩ（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、カラーＬＣ
Ｄ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−コレステリン
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（Ｂｌ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（ａｌは対
向するガラス板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Ｎ２４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につい
て述べ、その問題点の瞥埋を行なう。

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６１の上にカラーフィ
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（ｂ）ではカラス板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−ヒフイルター構造
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、対向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
Ｃｃ、４１と液晶層による容量成分ＣＬｃ４２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■、の一部である■、、ｃ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 ■ＬＣ＝　■Ａ　・Ｃａｒ　／　（Ｃ＋、ｃ　＋ＣＣＦ
　）−−−・−１ｔ＋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ＦＩ′ｉ！ＩＪｉＫ
動用のＩＣ（集積回路）の動作耐圧はランチ・アップ等
の特性により定まるが、その余裕反はせいぜい２０〜３
０％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耐圧の耳で条件を満たしえた
としても、第（１）式のＣＬ、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（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断面図で示す。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１こめの
透明保護膜５１を形成し、しかる後に第５図（ｃｌの様
に透明導電体を形成し、該透明導電体をフォｌ−’Ｊソ
ゲラフイ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は通常有様高
分子化合物が用いられ、透明導電体は通常ＩＴＵ（ｒｎ
ｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ　）である。また透明電
極３１は配線を兼ねることが多いが、場合によってはＩ
ＴＱ上あるいは前記透明保獲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
太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Ｋｖｉ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朧動用のものも含まれる。第゛６図
＋ａｔ〜第６図（ｄｉが断面図、第６図（ｅｌ〜第６図
（ｈｌが第６図（ａｌ〜第６図（ｄ）のそれぞれに対応
する平面図である。

まず第６図ｆａｌ、（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、該金属
配線の厚味を１μ以上としたいときＫは鍍金法を並用す
ることが有効な手法である。

第６図（ｂｌ、（ｆ）は前記の構造の金属配線６１０間
をカラーフィルター２３で埋めるもので、好ましくはカ
ラーフィルター２６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６１の
一部を被っても構わないが、少くとも以下゛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６図（Ｃ１、（ｇｌであるが、これは第６図（ｂ
ｌ、（ｆ）の構造の上に透明な保護膜６２を形成し１こ
もので金属配線６１の上の一部ではこれか除去されコン
タクトホール６６が形成されてし・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）の侵
入を阻止することの他に、第６図（ｂｌ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、そのチキソトロピックな性質を利用する方がよ
り好ましい。尚、コンタクトホール６６は保護膜６２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、璧化シリコンなら
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。

次には、第６図（ｄｌ、（ｈｌに示す様に、透明等電体
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ＩＴ（Ｊ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ＩＴ（Ｊの形成方法としては、
蒸着、スパン１　　　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。第６図（ｄｌ
、（ｈｌで示した様に透明電極６１と金属配線６１とは
保護膜６２のコンタクトホール６３を介して電気的に接
続されていなくてはならない。このことは既に第６図を
用いて詳述した工程で十分であるが、その電気的接続の
確度を更に上げるためには、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（Ｃ１、（ｇｌ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。

第７図には、こうして形成した下フィルター構造のカラ
ーＬＣＤの断面図を示し、７１はコンタクトホール６６
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。ここで、金属配線はガラス基板
上にＮｉを２００ＯＡ蒸着し、フォトリングラフイー技
術により櫛形パターンを形成した後Ｎ１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、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コンタクトホール
な開けた。そして、最後に基板温度を上げることなく蒸
着によりＩＴ（Ｊ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ＬＣυ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
面全体の彩反を上げるためには、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１００ｍｍ）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個の犬ぎなコンタ
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１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。

本発明によれば表示性能の優れたカラーＬＣＬ）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＋、第’３図（ａｌ、第３図（ｂｌ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
、￥４図は上フィルター構造の等価回路図、第５図（ａ
ｌより第５図（Ｃ１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図は本発明の一実施例によるカ
ラーＬＣＤを示し、第６図（ａｌより第６図（ｄｌは断
面図、第°６図１ｅｔより第６図（ｈｌは第６図（ａｌ
より第６図（ｄｌのそれぞれに対応する平面図、第７図
はコンタクトホールに金属を充填した下フィルター＋１
４造の断面図、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。 １１．２３・・・・・・カラーフィルター、１２・・・
・・・液晶パネル、 ２１・・・・・・透明基板、６１・・・・・・透明電体
、５１．６２・・パ・・・透明保＠膜、 ６１・・・・・・金スリこ配線、 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 第３図 第４図 ＣＣＦ　　　　　ＣＬＣ 第５図 （ａ） ２？７ Ｉ （ｂ） ア （Ｃ） 第７図 第８図 ７五−一了−７

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
   ィルターとを被覆して形成された透明絶縁膜と、該絶縁
   膜上に形成された透明電極とより成り、前記金属配線と
   前記透明電極とが前記透明絶縁膜に形成されたコンタク
   トホールを通じて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。