JPS63311302A

JPS63311302A - カラ−フイルタ−

Info

Publication number: JPS63311302A
Application number: JP62148242A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Matsushima; 文明松島; Yoshihiro Ono; 大野　好弘
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1987-06-15
Filing date: 1987-06-15
Publication date: 1988-12-20

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
わせで・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を代表とする透明基板上に三
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作製法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有機樹脂層
を形成し、その上に、所定の色パターンに基づいて、赤
、緑、青の三原色の染料で染色して作られる。使用目的
によっては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、カラー液晶水素子に用いるカラー
フィルターには大別して次の２！１ｍ！ＩＩの構成のも
のがある。

り　透明基板と染色層の間にあらかじめ所定パターンに
透明電極を形成しておくもの。

これは、非線形素子等の薄膜素子であるＭＩＭ（金属−
絶禄物一金調）素子あるいはダイオード等をもった対向
基板、あるいは、単純な所定のパターンの透明電極を持
った対向基板との組み合わせに使用される。

２．）　　染色層の上にバター／は持たないいわゆるベ
タづけの透明電極を形成したもの。

これは、ＴＰＴ（薄膜トランジスタ）を形成した対向Ｍ
板との組み合わせで使用される。

透明電極はいずれの場合も、スパッタリングあるいは蒸
着により形成した透明導電膜よりなる。

１）、２）のいずれのカラーフィルターも、ポリイミド
膜などにより液晶の配向膜が加熱等の処理を経て作られ
る。

その後、配向膜に配向を与えるために、サラン布等によ
り一定方向に圧力をかけながら、数回こするラビング処
理を行なう。

これらの、処理を経て、カラーフィルターは、１）、２
）に示したような素子等が形成された、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。ここで、ギャップ幅を保つために接着剤には、ギャ
ップと同程度の径のギャップ材が混入されている（一般
には、グラスファイバーやアルミナ粒子等）。

対向基板と接着後液晶セルの両側から、加圧【２加熱す
ることで接行層を固化し、ギヤ・ツブ幅を一定化する。

さらに、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がる。

第２図、第３図はそれぞれ透明電極が、透明基板と染色
層の間にある場合（前記１の場合）と、染色層の上にあ
る場合（前記２の場合）を示したものである。

第２図と第３図では液晶駆動電圧に大きな差が生じる。

このことを示すために、第４図に第２図のもが造を持つ
液晶パネルの等価回路を示す。

第４図において第２図の透明電極２２と２５に対応する
、素子が４１と４２であり、その素子間に、液カラフィ
ルタ−の染色層による容量成分Ｃｃ、（４３）と液晶に
よる、容量成分ＣＬＣ（４４）があるとすると、端子間
４１．４２に印加された電圧Ｖのうち液晶にかかるのは
その一部であるｖＬｃのみとなる。

すなわち、このように液晶駆動電圧は液晶と染色層の容量成分にか
かわる。すなわち、それぞれの厚さと誘電率に影響を受
けることになる。その結果としてこのような駆動電圧の
降下を生じるため、第２図の構造の液晶パネルは、第３
図の場合（ＶＬＣ＝■）に比べて、印加電圧を上げる必
要がある。

しかし、一方で液晶パネル駆動用のＩＣは、耐電圧マー
ジンが少な（、駆ａＴＬ圧の増加は見込めない。

したがって、以上の理由により第２図の構造をもつ液晶
パネルは、高ｉＩ質が望めない。特にコントラストの向
上が望めなマ・１゜この点において染色層を薄くするととによる改良も試み
られているが、薄くすると染色性が低下するという問題
が生じる。また、染色層に誘電体を分散させ、液晶層に
かかる実効電圧を上げることも試みられているが、決定
的な改碧には至らない。

したがって、前記１のように対向基板としてＭＩ　Ｍ素
子、ダイオードあるいは単純なパターンの透明Ｔｒｉ極
を形成した基板を用いるタイプの液晶パネルにおいても
カラーフィルターは電極を染色層上に形成したものが要
求される。

しかしながら、この場合染色層上にスパッタリングある
いは蒸ａにより形成した透明導電膜を所定のパターンに
パターニングして透明電極を形成する必要がある。この
時強酸中におかれることで染色層の色素の脱色あるいは
、染色層にクラックが生じるという問題が生じる。この
ためアクリル樹脂等の透明樹脂や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。

（発明が解決しようとする問題点〕しかしながら、アクリル樹脂等の透明樹脂では耐熱性が
悪（、透明導電膜のスパッタあるいは蒸着時に劣化する
欠点がある。また、軟かいという欠点もある。すなわち
、ラビング時に傷がついたり、液晶パネル全体にばらま
かれたギャップ材が樹脂内に埋め込まれて所定のギャッ
プ幅が得られないことや、透明電極にもクラックが入り
断線の原因にもなる。

また、二酸化ケイ素等の金属酸化物を保護膜としてスパ
ッタリング等で形成する場合、高温化に染色層が置かれ
るため染料が脱色する。また、染色層凹凸をレベリング
するために３μｍ以上もの膜厚で形成することは、かな
りの長時間を有するため、製造上育利ではない。

さらに、高温脱色を防ぐため、有機金属化合物の脱水・
縮合反応で保ｍｎを形成するという試みもなされている
。この場合、硬度としてはエンピッ硬度で５Ｈ以上にな
るが、一般に回転塗布法などにより塗布し得られた保Ｆ
ＪＩ５！Ｉの膜厚は３μｍより薄いため、下地となる染
色層の軟らかさを完全に保護することができないので、
ラビング時に保護層にクラックが入り易く、また透明電
極も断線し易い。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材が、保＃！１届が薄いゆえ
に、保護層が割れて染色層に埋め込まれてしまうという
問題が起こる。

一方、染色層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
画素間に遮光部を設けたものもあるが、これらはより一
層面内の凹凸差が大きくなるため、やはり、保護層が薄
いと凹凸をレベリングできない。このためラビング時に
凸部に形成された透明ＴＲ極がはがれたり、クラフグが
生じるという問題がある。

上述のように従来の技術では染色層上にバター二／グし
た透明電極を形成したカラーフィルターを得ることが困
難であった。よ−で、ＭＩＭ素子やダイオード素子、あ
るいは単純なパターンの透明電極を形成した対向基板と
組み合わせたタイプの液晶パネルを作る場合、著しく［
質の低いものしか作れないという問題点を存していた。

そこで本発明はこのような問題点を解決するためのもの
で、その目的とするところは透明基板上に形成した染色
層上に有機金属化合物の脱水・縮合からなる保ＮＪｆｆ
ｌを厚く形成することにより、その上層に透明電極を下
層にダメージを与えることなく形成でき、かつ、その透
明電極はラビング処理によっても断線せず、また、対向
基板との接着も問題な（できるカラーフィルターを提供
することにある。

本発明のカラーフィルターを用いれば前記１に示したよ
うな、ＭＩＭ素子等を形成したタイプの対向基板と組み
合わせることができ、したがって印加電圧がそのまま液
晶駆動電圧として作用するような液晶パネルが作製でき
るので、それにより画質が著しく向上したカラー液晶表
示素子が提供できる。

本発明のカラーフィルターを等１図に示す。

〔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Ｉ＆成板上多数色の染
色層を形成した後、該染色層上に３〜５００ａｍの保護
層を１！ｒ機金属化合物の脱水・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。

保Ｎ層である「機金属化合物は、シリコ／、チタ／、タ
ンタル、ジルコニウム等を中心金属とするものとし、膜
厚は透過光強度が低下しない範囲なら厚いほうがよ（、
厚膜形成においては脱水・縮合後の膜厚で、３〜５０μ
ｍ形成するにはバーコードを用いた、塗布法がよく、ま
た、２０〜５００８ｍ形成時には、カーテンコーター、
フローコーターと呼ばれるコーティングＨＭがよい。こ
れらの塗布法は、いずれもｌｃｐ以上の粘度の液吠物塗
布においては、均一な厚膜塗布が可能であり、膜厚も所
定の膜厚に再現性よく形成できる。

したがって、本発明で用いる有機金属化合物もＩＣＰ以
上の粘度のほうが望ましい。

脱水−縮合反応は染色層の減色が起こらない１２０〜２
５０℃程度の低温焼成でよ（、焼成時間は１０〜１２０
分程度でよい、ｔＡ成後はエンピッ硬度で５０以上であ
り、育機質も５〜５０ｗｔ％含むものが望ましい、さら
に保護層は、４００〜７００ｎｍ波長の可視光の吸収が
少ないことも重要である。

透明ｆｆｉ　ＩＩはＩＴＯ（ｒＲ化インジウム・スズ）
などの透明Ｗｆｆｉｉ２をスパッタリングあるいは、蒸
着で形成し、フォトリソおよびエツチング工程で一定の
パターンに形成する。

〔作用〕

本発明のカラーフィルターにおいて、染色層上に形成す
るを機化合物の脱水・縮合による保護層の役割は、第一
にその保Ｎ層上に透明４電模を形成し、それを７オトリ
ソ、エッチングエを呈により所定のパターンにパターニ
ングする際に染色層が酸、アルカリ等にダメージを受け
ることを防ぐことであり、第二に３μｍ以上の、厚みで
形成するが、透過光強度が低下しない範囲で厚ければ厚
いほどレベリング性がよく、よって容易に染色層の凹凸
（１〜２μｍ）をレベリングし、かつ適度な硬さく工／
ピッ硬度で５Ｈ以上）をもつので、パターニングした透
明電極が、ラビング処理時に断線しにくい、また適度な
硬度をもつことは、対向基板との１１１時にパターニン
グした透明電極にクラックが入ることも防ぐとともにギ
ャップ材の埋め込みも起こらない。

さらに、有機金属化合物は、低温焼成での成膜では、仔
機質を数ｗｔ％〜５０ｗｔ％程度含むので、有機化合物
である下層の染色層と線膨張係数も近いため、焼成時あ
るいは焼成後にクラックが入りにくいというメリットも
ある。

以下実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕３インチの透明ガラス基板上に変性アクリル樹脂層を、
スピンコードにて２μｍの厚さに形成する。続いてフォ
トリン工程により所定のバター／に形成後、酸性染料に
より、赤色（Ｒ）に染色した。この上に再び変性アクリ
ル樹脂をスピンコードにて２．５μｍの厚さに形成する
。この後、７オトリンエ程により、上記染色層以外の部
分に所定のパターンを形成後、同じく酸性染料により緑
色（Ｇ）に染色した。さらにこの上に変性アクリル樹脂
をスピンコードにより１．５μｍの厚さに形成し、上記
染色層以外の部分に所定のバター７を形成後、同じく酸
性染料により青色（Ｂ）に染色した。

以上の工程により、ガラス基板上にＲ，Ｇ、Ｂの三色の
染色層をもった染色カラーフィルター基板を得た。

次に有機金属化合物をバーコード法にて塗布した。バー
コーク−は江藤器械商会社製Ｎｏ、４０を用いた。有機
金属化合物としては、シリコン系の日本合成ゴム株式会
社製のＧＣＭ−３１１を用いた。焼成条件は１８０℃、
３０分間であり、生成した保護層の厚みは８μｍであっ
た。

続いて低温スパッタ法により、透明導電膜としてＩＴＯ
（ｉｌ化インジウム・スズ）膜を７００人の膜厚で形成
し、さらに、フォトリソ、エツチング工程により、所定
のパターンにパターニングし透明ｍ極とした。この段階
で透明電極、保護層にクラックの発生は見られなかった
。また、染色層のダメージも全（認められなかった。

次にこの基板に配向剤を塗布した。配向剤は東レシリコ
ーン株式会社製５Ｈ８０４０の１％溶液を用い、基板を
１分間浸漬した後、乾燥させた。

さらにラビング処理をサラン布を用い３ｋｇ／ｃｍ”の
圧力でラビングした。この時点でＩＴＯからなる透明電
極の断線はなかった。

このようにして得られたカラーフィルターをＭ１１素子
を形成した対向基板と貼り合わせることにより液晶パネ
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
、対向基板との間に径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
樹脂にも同様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。

Ｑ後に偏向板を貼ることでカラー液晶表示パネル素子が
でき上がった。

この液晶パネルは上記工程内で透明電極の断線はな（、
また、保ＦＪａ、透明電極にもクラックは生じていなか
った。

次に比較例として次の液晶パネルを作製した。

ガラス基板上に直１ｍ、ＩＴＯ膜をスパッタ法により７
００人の膜厚で形成し、フォトリン法により所定の形伏
にパターニングした。

続いて、変性アクリル樹脂を２μｍの厚さで形成し、こ
れを赤色に染色した。この赤色のみのカラーフィルター
基板を用い、液晶層の厚み８μｍで液晶パネルを作成し
た。

上記実施例１と比較例について１ｉｔｕの評価を行なっ
た。

実施例１において、カラー液晶パネルの赤い画素のみに
２５６Ｈ２の正弦波を印加し、その印加電圧と液晶パネ
ルの透過光強度の関係を調べたのが第５図の５１である
。

同じ関係を比較例について調べたのが第５図の５２であ
り、両者を比較すると、実施例のほうが同一印加電圧に
対しての透過光強度が高く、画質がよいことを示してい
る。

〔実施例２〕実施例１と同様の方法で、得られたカラフィルタ−基板
の染色層上に、有機金属化合物として、シリコン系の日
本合成ゴム株式会社製ＧＣＭ−８４１をバーコーター法
にて塗布した。バーコードは江藤器械商会社製Ｎｏ、２
０を用いた。

焼成温度は１７０℃で１時間であり、焼成後に得られた
保Ｆ！層の厚みは３．５μｍであった。

以下実施例１と同様にし、カラー液晶パネルを作成した
が、染色層のダメージも、透明電極の断線も、保Ｆ［の
クラックもなかった。

印加電圧と透過光強度の関係は実施例１と同様に良好で
あった。

〔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
の染色層上に、４￥機金属化合物として、チクニウム系
の日本曹達株式会社製チタコートＲ−２９１をイリプロ
ビルアルコールにより、５０ｖｏ１％に希釈した液を作
りカーテンコート法により塗布し、１５０℃で２時間焼
成した。カーテンコーターは西ドイツ・ビュルクレー社
製を用いた。この時得られた保護膜の厚さは２００μｍ
であった。

以下実施例１と同様に、カラー液晶パネルを作り印加電
圧と透過光強度の関係を調べると、実施例１と同様に良
好であった。

〔実施例４〕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
の染色層上に、有機金属化合物として、シリコン系の日
本合成ゴム株式会社製ＧＣＭ−８４５をカーテンコート
法で塗布した。塗布装置は実施例３と同様である。塗布
後１時間の風乾を行ない、２００℃で２時間焼成した。

得られた保護膜の厚みは２５０μｍであった。

以上実施例１と同様に、カラー液晶パネルを作り印加電
圧と透過光強度の関係を調べると、実施例１と同様に良
好であった。

〔発明の効果〕

以上のように本発明のカラーフィルターをＭＩＭ素子等
を持つ対向基板と組み合わせることにより作製したカラ
ー液晶パネルは、著しく高画質の画像が実現できた。

また、本発明のカラーフィルターはパネルへの実装工程
において、透明電極の断線、クラック、ギャップ剤の埋
め込み等がなく品質的にも安定している。

さらに本発明のカラーフィルターは大画面化に際しても
容易に作製可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカラーフィルターの断面図。１１・・・透明基板１２・・・色画素（染色層）１３・・・有機金属化合物の脱水・縮合により形成した
保ＮＢ１４・・・パターニングした透明電極第２図は透明基板と染色層の間にパターニングした透明
ｍ極が形成されている液晶パネルの断面図。２１・・・透明基板２２・・・パターニングした透明電極２３・・・色画素（染色ｌ１ｌ）２４・・・液晶２５・・・透明電極（対向基板側）２６・・・透明対向基板第３図は染色層上にパターンを持たない（ベタづけ）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・・・色画素（染色ｎ）３３・・・パターンを持たない透明電極３　ｔｌ・・・
液晶３５・・・透明ｆ！！極（対向基板側）３６・・・透明
対向基板第４図は第２図のタイプの液晶パネル構造の等価回路を
示した図。４１・・・透明電極４２・・・透明電極（対向基板側）４３・・・染色層の容量成分を示す４４・・・液晶層の容量成分を示す第５図は印加電圧と透過光強度の関係を示した図。５１・・・実施例１で作った液晶パネルの場合５２・・
・比較例で作った液晶パネルの場合基　　上ｔｉｌ１人　セイコーエプソン株式会社第３出

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た後、該染色層の
上に３〜５００μｍの保護層を、有機金属化合物の脱水
、縮合反応により形成し、さらに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。