JPS63289501A

JPS63289501A - カラ−フイルタ−

Info

Publication number: JPS63289501A
Application number: JP62125408A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Ono; 大野　好弘; Fumiaki Matsushima; 文明松島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1987-05-22
Filing date: 1987-05-22
Publication date: 1988-11-28

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、カラー液晶表示素子に使用されるカラーフィ
ルターに関するものである。

〔従来の技術〕

カラーフィルターは、撮像管や固体撮像素子との組み合
せでカラービデオカメラへ応用される一方、カラー表示
素子への応用もされてきている。

カラーフィルターは、ガラス等の透明基板上に三原色を
着色したカラーモザイクやカラーストライプを所定のパ
ターンに基づいて配置したものである。

カラーフィルターの製造は、例えば、透明基板としてガ
ラス基板上に、アクリル樹脂や、ゼラチン等の透明を機
構脂層を形成し、その上に所定の色パターンに基づいて
、赤、緑、青の３原色の染料で染色して作られる。しか
し、使用目的によって、単色、あるいは二色の色パター
ンの場合もある。

本発明の用途である、カラー液晶表示素子にカラーフィ
ルターや用いるためには、ガラス基板と染色層の間にか
らかしめ所定のパターンに透明電極を形成してお（か、
あるいは、染色層の上に透明電極を形成する必要がある
。第２図、第３図に上記構成のカラーフィルターを用い
た液晶パネル断面図を示す。

こうして得られたカラーフィルター基板は、ポリイミド
膜あるいはシランカップリング剤等からなる液晶の配向
膜を形成される。膜の形成時には加熱等の処理が加えら
れる。

その後、配向膜に配向を与えるために、サラン布等によ
り圧力をかけて、一方向に数度こすられる。これをラビ
ング処理という。

この基板は、薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）や非線形素子
等の薄膜素子例えばＭＩＭ（金属−絶縁物−金属）素子
、　ダイオード等をもった対向基板、あるいは単に所定
のパターンに形成された透明電極を持った対向基板と、
所定のギャップ幅に保たれるように接着し、液晶セルを
形成する。

ギャップ幅を保つために、接着剤には、ギャップ幅と同
程度の径のギャップ剤、一般にはグラスファイバーやア
ルミナ粒子等が混入されている。

対向基板と接着後、液晶セルとの両側から、加圧し、加
熱することで接ｆｆ５を固化し、ギャップ幅を一定化す
る。また、液晶パネルの表示面積が大きい時は、カラー
フィルター基板を対向基板の間にギャップ剤が散布され
、基板のたわみ等によるギャップ幅の変動をふせぐ。

この後、この液晶セルに液晶を封入し、両側に偏光板を
貼ることで、カラー液晶表示素子ができ上る。

第２図、第３図にそれぞれ透明電極が染色層の上にある
場合と、染色層と透明基板の間にある場合を示したもの
である。

第２図、第３図では液晶駆動電圧に大きな差がでてくる
。これを示すために、第４図、第３図の構造をもつ液晶
パネルの等価回路を示す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第４図において、第３図の透明電極３３．３４に対応す
る素子が４１．４２である。その素子間に、液晶による
容量成分ＣＬＣ（４３）とカラーフィルターの染色層に
よる容量成分をＣｃｒ（４４）とすると、端子間３１．
３２に印加された電圧Ｖは、液晶にはその一部であるＶ
ＬＣＬか印加されないことになる。

ＶＬＣ＝　’ＬＬ・・・・・・・・・・・・・・・・−
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）ＣＬＣ＋
ＣＬＦこのような電圧降下の影うにより、′Ｍ３図の構造の液
・晶パネルは、第２図に比べて液晶駆動の電圧を上げな
（てはならな（なる。

電圧上昇は、液晶と染色層の容量成分に関するため、そ
れぞれの厚さと誘電率に影唇を受けることになる。

また、液晶パネル駆動用のＩＣは、耐圧マージンが少な
く、駆動電圧の増加は見込めない。このため第３図の構
造をもつ、液晶パネルは実効電圧が低くなるため、画質
が悪くなるという問題があり、第２図の構造をもつ液晶
パネルが望まれている。しかし、染色層の上に透明電極
を直接形成すると電極形成時に、加熱されるこ゛と、あ
るいは、透明ｉ’ｉｉのパターニング時に強酸下におか
れることで色素の脱色が起こる。あるいは染色層にクラ
、りが入るという問題がある。このためアクリル樹脂等
の透明樹脂やあるいは二酸化ケイ素等の金属酸化物で染
色層を保護するという試みが検討されてきた。

しかし、アクリル樹脂等の透明樹脂では耐熱性が悪いこ
と、かつ柔らかいことの問題がある。

透明電極や配向膜の形成時に樹脂が劣化するという点、
また柔らかいことから、ラビング時に傷がついたり、液
晶パネル全体にばらまかれたギャップ剤が樹脂内にうめ
込まれたりすることで、所定のギャップ幅が得られない
ことや、透明電極にクランクが入り、断線の原因になっ
た。

また二酸化ケイ素等の金属酸化物をスパッタ等で形成す
る場合、高温化に染色層が置かれるため染料が脱色する
という問題がある。

更に、高温脱色を防ぐため、を種金属化合物の脱水−縮
合反応で保護層を形成するという試みもなされている。

これも、得られた保護層の膜厚が薄い場合、染色層の柔
らかさを完全に保護することができないため、ラビング
時に保護層にクラッりが入る。また、対向基板との接着
時に、パネル全体にばらまかれたギャップ剤が、保護層
にうめ込まれることになり、ひいては、透明電極にクラ
ックが入り断線の原因になる。

また、染色フィルターの中には、色画素によって高さの
異なるもの（約１〜２μｍ）や、ブラックストライプ構
造をとるため、色画素間に遮光部をもうけたものもあり
、面内の凹凸を吸収できない。このため、ラビング時に
凸部がはがれたり、クラックが入るという問題がある。

一方、上記問題点を解決するために、保護層を厚くする
と、次のような問題が起る。

それは、保護層が有機金属化合物の脱水拳縮合反応によ
って形成されているため、塗布後の焼成時に体積収縮が
起こり、保護層自体にクラックが入るという点である。

このため、有機金属化合物の脱水・縮合反応によって形
成された保護層の厚みには、Ｒ適値があるものの、この
最適値の幅は小さく、かつ、有機金属化合物の塗布後の
乾燥条件あるいは焼成条件の変５ノによっても保護層に
クラックが入り、歩留りを大きく落している。

本発明の目的は、以上の問題点を解決し、高画質のカラ
ー液晶パネルを与えるカラーフィルターを提俳すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のカラーフィルターは、透明基板上に、多数の染
色層を形成し、該染色層上に０．１μｍから２０μｍの
透明な有機物層を形成し、該「種物層上に、該染色層と
該有機物層のトータル厚さの少くとも半分以上の厚みの
保護層を有機金属化合物（構造式がＭ　（ＯＲ）　ｎ　
Ｒ’　ｒｎ　−ｎでＭは金属を示し、Ｒ１Ｒ’は水素を
含む有機鎖でｎ１ｍは整数でかつｍは金ＱＭの価数を示
す、）　の脱水・縮合反応により形成し、該保護層の上
に所定のパターンを持った透明電極を形成したことを特
徴としている。

〔イ乍用〕

染色層の上に形成された透明有機物層は、その上に形成
される「機金属化合物の脱水◆縮合反応によって得られ
る保護層の体積収縮による応力ひずみを緩和する役目を
持つ。かつまた、染色層間の凹凸がブラックストライプ
に用いられる遮光部の面内の凹凸をレベリングする役目
がある。

この有機物層が０．１μｍ以下であると応力ひずみの緩
和、両内凹凸のレベリングには効果が少ない。また、育
機層の膜厚が２０μｍを越えると有機金属化合物の保護
膜の厚みが十数ミクロンを越え、保護膜の乾燥、焼成条
件が狭くなり、歩留りをおとしやすくなる。

を種物としては、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光の吸
収の少ない物が良く、かつ耐熱性の高いものが望ましい
。　例えば、アクリル樹脂、ポリエーテルサルフオン樹
脂、ポリビニルアルコール樹脂、　ナイロン樹脂、ポリ
エステル樹脂、アセテート樹脂、フェノキシ樹脂等があ
り、熱硬化型であっても、紫外線硬化型であっても良い
。

を機金属化合物の脱水・縮合による保護膜層は１、カラ
ーフィルター染色層のレベリングをする役目と、かつ、
育種物樹脂と比較して硬いことからラビング時、及び対
向基板との接着時にパターニングされたＩ’　Ｔ　Ｏに
クラックが入るのを防いでいる。　このため、有機物層
が厚くなれば、それに伴って保護膜の厚みを大きくして
ゆく必要があり、種々の実験結果から、これは保護膜の
下にある有機物層の半分以上の厚みがあれば良いことが
わかってきた。

有機金属化合物としては、シリコン、チタン、タンタル
、クロム、７ルミニウム、インジウム、タングステン、
モリブデン、ジルコニウム、ゲルマニウムを中心金属と
するものである。

以下実施例によって、詳細に説明する。

〔比較例１〕ガラス基板上に透明電極として酸化インジウム（Ｉ　Ｔ
ｏ＞をスパッタにより０．１μｍの厚さで形成し、所定
のパターンをフォトリソ法にて形成した。

この後、ゼラチン層を２．０μｍの厚さで形成し、これ
を赤色に染色した。これを一方の透明基板として用い、
液晶層の厚み８μｍで液晶パネルを作製して、２５６Ｈ
ｚの正弦波を印加し、液晶パネルへの実効電圧と液晶パ
ネルの透過光強度の関係を調べた図が第５図の５１であ
る。

〔実施例１〕ガラス基板上に感光性ゼラチン層を、　スピンコードに
て２μｍの厚さに形成する。この後、フォトリソ工程に
より所定のパターンに形成後、赤色に染色した。この上
に、再び感光性ゼラチン層をスピンコードにて３μｍの
厚さに形成する。この後、フォトリン工程により、上記
染色層以外の部分に所定のパターンを形成後、　緑色に
染色した。更にこの上にゼラチン層をスピンコードにて
１．５μｍの厚さに形成し、上記染色層以外の部分に所
定のパターンを形成後、青色に染色した。

以上の工程によって、ガラス基板上に赤、緑、青の、三
色の染色層をもった、染色カラーフィルター基板が得ら
れた。

このカラーフィルター基板の上に、スピンコードにて、
ポリエーテルサルフォン樹脂を２μｍの膜厚で形成した
。ポリエーテルサルフォン樹脂としては、三井東圧化学
株式会社のソリダイトＴＮ２０Ｏ３−１を使用した。焼
成温度条件は、１８０℃で３０分間であった。

この後、育種金属化合物をバーコード法にて塗布した。

育種金属化合物としては、シリコ／系の日本合成ゴム株
式会社製のＧＣＭ−３１１を用いた。　焼成温度条件は
、１８０℃で３０分間であり、この保護膜の厚みは、　
　１０．５μｍであった。

この後、低温スパッタ法において、透明導伝膜として酸
化インジウム膜（Ｉ　Ｔｏ）を０．１μｍの厚さで成膜
後所定のパターンを形成した。

この段階で、ＩＴＯ膜、保護膜に、クラックの発生は見
られず、ＩＴＯの継線もなかった。

次に、この基板に配向材を塗布した。配向材としては、
東レシリコーン株式会社製（ＳＨ−６０４０）を用い、
１％水溶液に、基板を１分間浸漬し、乾燥させた。

この後、ラビング処理をサラン布を用い、２ｋｇ／ｃｍ
の圧力でラビングした。

こうして得られた基板を、対向基板と貼り合せることに
よって液晶パネルを作製した。液晶パネルのギャップ厚
は８μｍであり、このギャップ幅を保つために、カラー
フィルター基板と、対向基板の間に径８μｍのグラスフ
ァイバーを散布し、はさみ込んだ。また、接着剤として
用いた、エポキシ樹脂にも、同等のグラスファイバーを
混ぜることでギャップ幅を一定に保った。

この液晶パネルの両側に偏光板を貼ることで、カラー液
晶表示パネルができ上った。

この液晶パネルには、上記工程内で発生した、ＩＴＯ線
の断線はな（、また、保護膜、ＩＴＯ線にもクラックの
発生はなかった。

また、カラー液晶パネルの赤い画素のみを２５ＧＨｚの
正弦波を印加し、液晶パネルの実効電圧と液晶パネルの
透過光強度の関係を調べた図が第５図の５２である。

比較例１と比較して、実効電圧に対しての透過光強度が
高（、画質が良いことを示している。

（実施例２〕実施例１と同様の方法で得られたカラーフィルター基板
の上に、透明樹脂としてアクリル！を脂を塗布した。　
アクリル樹脂としては、セキスイファインケミカル株式
会社整のＪＳ３１６を用い、スピンコードにて１．８μ
ｍの厚さの膜を形成した。焼成１度は１６０℃で１時間
である。

この上に、育種金属化合物としてシリコン系の日本合成
ゴム株式会社製ＧＣＭ−６４５を、バーコーター法にて
塗布した。焼成温度は１７０℃１時間でありこの保Ｎ膜
の厚みは３．５μｍであった。

以下実施例１と同様の工程で、カラー液晶パネルを作製
したが、ＩＴｏ配線の断線はなく、また保護膜、ＩＴＯ
配線にもクラックはなかった。

透過光強度と実効電圧の関係は実施例１と同様の結果を
得た。

〔実施例３〕実施例１と同様の方法で得られたカラーフィルター基板
の上に、透明樹脂としてアクリル樹脂を塗布した。アク
リル樹脂としては大日本インキ株大会社製のグイナキュ
ア５Ｄ−１７を用いスピンコードにて６μｍの厚さの膜
を形成した。紫外線を用いて硬化させた。

この上に、打機金属化合物としてチタン系の日本晋達株
式会社製のチタコー）Ｒ−２９１の１０ｖ　ｏ　！２％
にインプロピルアルコールで希釈した液をカーテンコー
ター法にて、塗布し、１８０℃で２時間焼成した。この
保護膜の厚さは１５μｍであった。

以下実施例と同様の工程で、カラー液晶パネルを作製し
たが、ＩＴＯ配線の断線はなく、また、保Ｎ膜、ＩＴＯ
配線にもクラックはなかった。

〔発明の効果〕

以下の比較例、実施例かられかるようにζ本発明のカラ
ーフィルターを用いた液晶パネルは、高画質の画像を可
能にしている。また、本発明のカラーフィルターは、配
向処理でのラビング工程でＩＴＯ配線にクラック、断線
が入ることもなく、対向基板との接着時に、ギャップ剤
が基板にうめ込まれギャップ厚の保持ができなかったり
、ギャップ剤のうめ込めにより、ＩＴＯ配線にクラック
が入ることのない、安定した品質を提供することができ
る。

以上より、本発明のカラーフィルターは、高画質で安価
なカラー液晶パネルを可能にした。

【図面の簡単な説明】

第１図　本発明のカラーフィルター断面図。１１・・・透明基板１２・・・色画素（染色部）１３・・・透明育種初層１４・・・有機金属化合物の脱水・縮合で形成された保
護膜１５・・・透明１Ｒ極第２図　従来のカラーフィルター染色層の上に透明電極
が形成されている液晶パネルの断面図。２１・・・透明基板２２・・・透明対向基板２３・・・透明電極２４・・・透明電極２５・・・色画素（染色部）２６・・・液晶２７・・・接着材第３図　従来のカラーフィルター染色層の下に透明電極
が形成されている液晶パネルの断面図。３１・・・透明基板３２・・・透明対向基板３３・・・透明電極３４・・・透明電極３５・・・色画素３６・・・液晶３７・・・接着材第４図、第３図のタイプの液晶パネル構造の等価回路の
図。４１・・・透明電極４２・・・透明電極４３・・・液晶層の容量成分を示す４４・・・カラーフィルタ一層の容量成分を示す第５図
　比較例、及び実施例における実効電圧と、液晶パネル
の透過光強度の関係の図。５１・・・比較例１で製造された液晶パネルの実効電圧
と透過光強度の関係５２・・・実施例１で製造された液晶パネルの実効電圧
と透過光強度の関係以　　上出願人　セイコーエプソン株式会社代理人　弁理士　最　上　　務・寸−他１名グ　　′−
ノ第１　ロギ、２図芥４０

Claims

【特許請求の範囲】

透明基板上に、多数色の染色層を形成し、該染色層の上
に０．１μｍから２０μｍの透明な有機物層を形成し、
該有機物層上に、該染色層と該有機物層のトータル厚さ
の少くとも半分以上の厚みの保護層を、有機金属化合物
（構造式がＭ（ＯＲ）＿ｎＲ′＿ｍ＿−＿ｎでＭは金属
を示し、ＲＲ′は水素を含む有機鎖でｎ、ｍは整数でか
つｍは金属Ｍの価数である。）の脱水・縮合反応により
形成し、該保護層の上に、所定のパターンを持った透明
電極を形成したことを特徴とするカラーフィルター。