JPS6344627A

JPS6344627A - カラ−液晶パネル

Info

Publication number: JPS6344627A
Application number: JP61189196A
Authority: JP
Inventors: Hisato Hiraishi; 平石　久人; Tetsuya Tamura; 哲也田村; Yuichi Kato; 雄一加藤; Takakazu Yano; 敬和矢野
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1986-08-12
Filing date: 1986-08-12
Publication date: 1988-02-25
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JP2520398B2

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、コンピー−ターやテレビを代表とする各拙情報機
器の発達に伴い、その情報の出力端としての表示装置の
役割は益々太き（なってきている。

この表示装置としては従来がらＣＲＴ　＜　ｉ；ｘ極線
管）が最も広（使用されているが、近年、その薄型性や
低ｒ？Ｑ電力性等の改番こＬＣＤ　（液晶表示装置）の
占めろ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、一般疋カラー
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ＥＣＵ（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（ラ
イステンドネマチック）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（１１、緑（Ｇ、青＋Ｂｌ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４図はカラーフィルター票のカラー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１３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５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、対向するガラス板
２１．２２と液晶層２４によって構成された液晶パネル
にカラーフィルター２３が形成されており、第５図（ａ
ｌは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５図（ｂｌは液晶パネ
ルの内１ｌｌＩｌ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基点
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パネ
ルの内側に形成する内在型でカラーＬＣＤを作成するこ
とが強（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６図は第５図（ｂｌ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ｔａ
ｌ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６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）。なお、第６図［ａｌ、第
６図ｆｂｌにおいて、３２はガラス板２２の上の透明電
極である。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７図に示
す。すなわち、対向する透明電極に対応する端子４３．
４４０間にカラーフィルターによる容量成分Ｃ，，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４３．４４間に印加された電圧ｖＡの
一部である■、、ｃシが成品駆動に寄与しないことにな
る。これを定１的に表記すればＶ＋、ｃ　”　ＶＡ−Ｃｃｐ／　（ＣＬｃ　＋　Ｃｃｒ
　）　　−−・＝（１１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、液晶衷動用の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（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、カ
ラーフィルターによる容量成分Ｃａｒがカラーフィルタ
ーの膜厚ｄｃＦに対１−て反比例（Ｃｃｖ　”　ｄａｔ
−’　　）するため、ｄＣＦの厳密な管理が要求される
ことになり、製造上の重大な問題となっている。仮りに
ｄｃｒの匝がＬＣＤの場所によって異なると画面内での
明るさのむらとなって現れ、カラーフィルターの色の間
でｄｃＦが異なる場合には画像の色再現性の悪化となる
。通常ｄｅＦは１〜２μｍであるので、これを±０１μ
ｍ程度の幅で制御する必要がある。さて、こｎ迄に述べ
たＩＣ動作耐圧とカラーフィルター膜厚の制御性は技術
とともに解決可能な問題とも言えるが、上フィルター構
造に於けるもう一つの重要な、そして原理的に避けるこ
との出来ない問題として、画像コントラストの低下があ
る。この問題は勿論能動素子を用いたアクティブ、マト
リクス方式の駆動を用いれば回避できるものではあるが
、単純マトリクス方式（非アクティブ、マトリクス全体
を指し２重マトリクス方式等も含むものとする）では重
大な問題である。この様なコントラストの低下の起こる
理由は、Ｃ，、ｃが液晶層への印加電圧■１．とともに
増大するため（ｉ晶分子の誘電異方性に起因する）で、
第（１）式から明らかな板瓦、■、の内の実質的に液晶
層に印加される電圧■Ｌｃの割合が■、の増大とともに
減少することにある。

この様に、上フィルター構造は技術的にもまた本質的に
も多くの問題を孕んでいる。尚、これに対する有効な対
策として、カラーフィルターの膜厚を大幅に薄くするこ
とが考えられるが本来のカラーフィルターの機能である
彩度を保つことが困難となり、これも現実的とは言えな
い。以上の様に、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６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。

これまでの議論から、下フィルター構造が液晶駆動上か
ら最適のカラーＬＣＤ構造と結論できるが、実際には極
めて限定された範囲でしか使用されていない。すなわち
、薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）型のアクティブ、マトリ
クス方式のカラーＬＣＤ　（例えば、日経エレクトロニ
クス、Ｐ、　２１１、嵐３５１（１９８４）参照）では
標準的な構造となっているが、この場合、カラーフィル
ターを形成した基板側には能動素子を配置しないのが一
般的なので、カラーフィルター側の透明電極は全面ベタ
でバターニングを必要としないという大きな利点がある
。従って、透明電極の膜質、抵抗１直等に対する制約も
唖めて少な（、技術的にも重大な問題は無いのである。

一方、下フィルター構造を単純マトリクス方式のカラー
ＬＣＤに適用しようとした場合には、アクティブ、マト
リクス方式とは比較にならない様な種々の困難性が存在
する。その中でも特に大きな問題としであるのは、透明
電極の抵抗値及びそのバターニング性と言える。すなわ
ち、単純マ）　ＩＪクス方式の場合は、カラーフィルタ
ー部分では概ねストライプ状の微細なパターンを形成す
る必要があり、しかもその抵抗噴も面積抵抗値で数十Ω
以下に下げなければ十分な画像品質を得ることができな
いのであるが、下フィルター構造では一般に酸性染料に
よる染色型のカラーフィルターが透明電極形成の際に存
在することから、そのカラーフィルターの耐熱性と耐薬
品性のために低温での透明電極形成と温和な条件でのバ
ターニングとが要求され、結果的にカラーＬＣＤ用基板
としての所期の要求仕様を満足することは甚だ困難であ
った。また、この他にもカラーフィルターの平坦性、機
械的強度、カラーフィルター中の不純物による液晶の汚
染等の問題もあり、これらが下フィルター構造の単純マ
トリクス型カラーＬＣＤの実現を阻んできた。尚、上記
問題点は単純マトリクス方式に限定して述べたが、同様
の議論は２端子型のアクティブ、マトリクス方式にも適
用される。この２端子型は、Ｍ　Ｉ　Ｍ　（Ｍ　ｅ　ｔ
　ａ　Ｉ　−Ｉ　ｎ　ｓ　ｕ　ｌ　ａ　ｔ　ｏ　ｒ　−
ｈｉ　ｅ　ｔ　ａ　ｌ　　）あるいはＤ　Ｒ（Ｄｉｏｄ
ｅ−Ｒｉｎｇ）等に代表されるもので、既に述べた３端
子型のＴＰＴと異なり、カラーフィルター側基板の透明
導電、膜のパターニングが必要であり、要求されろ性能
はほぼ単純マトリクス方式と同等である。

〔発明の目的〕

本発明はかかる下フィルター構造のカラーパネルが内包
する諸問題を解決し、良好な画質でかつ信頼性も高く、
尚かつ経済性をも有する理想的なカラー液晶パネルを提
供することを目的とするものである。

〔発明の構成〕

本発明の構成はカラー液晶パネルに於て、カラーフィル
ター上に直接もしくは有機透明膜を介して無機透明膜を
形成し該無機透明膜上に透明電極を形成した構造の基板
を一方の構成要素とするものである。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明による内在型下フィルター構造のカラー
ＬＣＤの要部断面図を示す。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ろもの、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端子能動素子あるいは薄膜トランジ
スタ等の３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。

本実施例ではまず透明のガラス板２１上にカラーフィル
ター２６が形成されている。透明のガラス板２１として
は通常ガラスが用いられ、必要に応じて表面は酸化ンリ
コンで被覆するものである。

カラーフィルター２６としては、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、あるいは顔料蒸着型や印刷法によるフィ
ルターなどがあり、それぞれ長所短所を有しているが本
実施例にはこれらの何れを用いてもよい。カラーフィル
ター２６のパターンは、ストライプ状、モザイク状など
があり、それぞれ目的に応じて使い分けるものである。

続いて、カラーフィルター２３を被覆して有機透明薄膜
５１が、更に該有機透明薄膜５１を被覆して無機透明薄
膜５２が形成される。

ここで、有機透明薄膜５１は下地のカラーフィルター２
３の表面の凹凸を平坦化すると同時に、該カラーフィル
ター２６の強度を補強するという２つの大きな機能を持
つものである。また、有機透明薄膜５１はカラーフィル
ター２６に含まれる主としてイオン性の不純物の液晶層
への流出の障壁としても有力な働きをすることがあり、
この意味からも重要なものである。これらの要求される
機能を満たす物質としては、筒分子樹脂が良く、特にそ
のチキソドロピンクな性質によって平坦化の効果は著し
い。また、強度という面からは硬度が重要な要素でアク
リル樹脂あるいはシリコン樹脂といったものが好ましい
ものと言えるが、後述する様にこの有機透明薄膜摸の上
には更て無機透明薄膜や透明導電膜を基板を加熱した状
態で形成することになることから、加熱状態での強度も
重要である。この意味から、耐熱性の高い樹脂が好まし
く、成膜性等を加味した場合には、ポリイミドあるいは
ポリアミド系の樹脂が最適である。尚、有機透明薄膜と
してその機能を最も良く発揮する膜厚は０５〜２μであ
り、２μ以上では液晶パネルを作成する上で液晶層のギ
ャップの不安定性や透明電極の断線等の問題が発生しや
す（なり問題である。

無機透明薄膜５２は本発明の構造に於ける重要な機能を
有する部分であり、主として後に形成する透明電極３１
の性能を向上させるものである。

また有機透明薄膜５１の際に述べた様なカラーフィルタ
ー２３中のイオン性不純物の流出に対する障壁としての
機能も有する。このうち、透明電極６１に関する機能は
そのバター二／グ性にある。

すなわち、無機透明薄膜５２の上には透明導電膜が更に
形成され、これがエツチングによるバターニング工程に
よって透明電極６１となる訳であるが、従来の下フィル
ター構造ではカラーフィルター部分は有機系薄、漠より
成っており、この部分での微細パターンの透明電極の形
成は甚だ困難であった。この困難性の主原因は透明導電
膜と下地の有機系薄膜との密着性の不足と考えられ、こ
の意；床からこの有機系薄膜の材質を検討することで相
当８度の改善は達成できる。しかし乍も、この様な系で
のエツチング性はロフト間バラツキ等が発生し易く、非
常に不安定な要素を内包しており、生産に供するには大
きな問題があった。本発明の（１与造で用いた無機透明
薄膜５２はかかる透明導電、襖との密着性の点では問題
は無く極めて微細なパターンのエツチングを可能にする
ものである。この様に無機透明薄膜５２は下地の有機系
薄膜の表１１１改質的な意味が強いことから、その膜厚
は５０、（程度以上あれば十分であり通常は１００〜１
０００λ、の範囲で用いるのがよい。この場合カラーフ
ィルター中のイオン性不純物に対する障壁作用を重視す
るならば厚い方が良＜ｔｏｏｏ＾以上としてもよい。材
質としてはＳ　ｉ　Ｏ２、Ｔ　ａｔ　Ｏｓ、ｋｉ２０３
等の酸化物やＳｉ、Ｎ、等の窒化物が好ましく、スパッ
タ法あるいは、イオンブレーティング法で形成する。ま
た、酸性溶液中での５ｌｏ２の析出を利用した方法でも
よく何れにしても基板温度をカラーフィルターのｍ熱性
以下に保って、膜成長ができればよい。

透明電極６１は通常ＩＴ○が用いられるもので、やはり
スパッタ法あるいはイオンブレーティング法でＩＴＯ薄
膜形成後に通常の塩酸系の〕くターニング工程により概
ねストライプ状とする。

この後は、通常の配向処理を経て、別に用意したガラス
基板と重ね合わせることでパネル化する。

こうして、下フィルター構造のカラーＬＣＤとなるが、
このパネル化の工程に関しては、従来の上フィルター構
造のパネルとほぼ同じ取扱いで十分である。

第２図罠は本発明の別の実施例を示す。ここでは第１図
と比較１−て、有機透明薄膜５１が無＋７・のが特徴で
あるが、前述した様な該有機透明薄膜５１の機能をカラ
ーフィルター２６が兼ねるならば、本構造でよく、耐熱
性樹脂を用いたカラーフィルターでスピンナー塗布型の
場合にはこれで十分であった。

第３図には更に別の本発明による実施例を示すもので、
第１図の構造に金属電極７１が付加されている。この場
合、金属電極７１はカラーフィルター２３の耐熱性の範
囲内で形成した膜よりなるが、スパッタ法、蒸着法、メ
ツキ法等が利用でき、金属としてもＣｒ、　Ａ　ｌ、　
Ｎ　＋、Ａｕ等が使える。

金属電極７１０目的としては主として、透明電極６１の
抵抗１直の低下不足分を補うものであり、金属電極７１
と透明電極３１との上下関係は逆転していても、また、
下に有機透明薄膜５１−？カラーフィルター２６が無い
部分に形成されていても構わない。ただし、少なくとも
、金属電極７１と透明電極６１とは電気的に接続されて
いなければならない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来カラーフィルター外在型のカラー
ＬＣＤで見られた様な斜め方向から見た時の混色は無（
、しかも、前記した上フィルター構造で問題となる、液
晶駆動電圧の上昇と、画質の低下とを防止で診る。しか
も、有機透明薄膜を用いることで、カラーフィルター表
面の平坦化が達成され、更に無機透明薄膜を用いること
で、その上に形成する透明電極の微細パターニングが安
定してできるようになる。また、カラーフィルターの特
性を改善して有機透明薄膜に要求される機能を持たせる
ことで、更に単純な構造にできる。

更に、また、これら有機、無機の透明薄膜でカラーフィ
ルターをコーティングすることにより、該カラーフィル
ター中のイオン性不純物の液晶層への流出も阻止できる
。

以上、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
性からも非常に効果が大ぎい。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、及び第３図はそれぞれ本発明方式によ
るカラーＬ　ＣＤの動作ぶ理を説明するだめの構成概念
図、第５図ｊａ１、第５図ｔｂｌ、第６図（ａｌ、第６
図ｆｂｌは従来の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で、第５図ｆａ＋は外在型、第
５図ｔｂ＋は内在型、第６図（ａｌは内在型の上フィル
ター構造、第６図（ｂｌは内在型の下フィルターｔＸ造
であり、第７図は上フィルター構造の等価回路図である
。１１．２６・・・・・カラーフィルター、１２・・・・
・・成品パネル、２１．２２・・・・・・ガラス板、３１．３２・・・・透明電極、５１・・・・・・有機透明薄膜、５２・・・・・・無機透明薄膜、７１・・・・金属電極。第１図第４図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明基板及び該透明基板上の一部分に形成された
カラーフィルターとを被覆して形成された無機透明薄膜
と、該無機透明薄膜上に形成された透明電極とより成る
基板を一方の構成要素とするカラー液晶パネル。
（２）透明基板及び該透明基板上の一部分に形成された
カラーフィルターとを被覆して形成された無機透明薄膜
と、少なくとも該無機透明薄膜上には形成された透明電
極と、該透明電極と電気的に接続された金属電極とより
成る基板を一方の構成要素とするカラー液晶パネル。
（３）透明基板及び該透明基板上の一部分に形成された
カラーフィルターを被覆して形成された有機透明薄膜と
を被覆して形成された無機透明薄膜と、該無機透明薄膜
上に形成された透明電極とより成る基板を一方の構成要
素とするカラー液晶パネル。
（４）透明基板及び該透明基板上の一部分に形成された
カラーフィルターを被覆して形成された有機透明薄膜と
を被覆して形成された無機透明薄膜と、少なくとも該無
機透明薄膜上には形成された透明電極と、該透明電極と
電気的に接続された金属電極とより成る基板を一方の構
成要素とするカラー液晶パネル。
（５）カラーフィルター部分上の透明電極が概ねストラ
イプ状の形状を有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項又は第２項又は第３項又は第４項に記載のカラー
液晶パネル。
（６）無機透明薄膜が酸化シリコンであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項又は第２項又は第３項又は第
４項に記載のカラー液晶パネル。
（７）有機透明薄膜がポリイミド樹脂であることを特徴
とする特許請求の範囲第３項又は第４項に記載のカラー
液晶パネル。