JPS6344628A

JPS6344628A - カラ−液晶パネルの製造方法

Info

Publication number: JPS6344628A
Application number: JP61189198A
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: JP2520399B2

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
ルの製造方法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種情報機
器の発達に伴い、その清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、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
なさ肚てきた。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（１１）、緑（Ｑ、青（Ｂ）の三原色フィルターとを
徂み合わせたカラーＬＣＤが最も有力である。

第３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１３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１６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４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２６が形成されており、第４図（ａ
）は液晶パネルの外側にカラーフィルター２３が形成さ
れたもので（外在型と呼ぶ）、第、１図（ｂ）は液晶パ
ネルの内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光シヤツターである液
晶パネル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
成することが強く望まれている。

以上の観点から、以下：（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５図は第４図（ｈ）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５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５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３１が形成されている
（下フィルター構造と呼ぶ）。なお、第５図（ａ）、第
５図（ｂ）において、６２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何回路を第６図に示
す。すなわち、対向する透明電極に対応する端子４３．
４４の間にカラーフィルターによるカラーフィルター容
量４１の容量成分ＣＣＦと液晶層による液晶容量４２の
容量成分ＣＬｃとが直列に結合された形となり、端子４
６．４４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ｖＬｃ　＝ｖ、　・Ｃａｔ／（Ｃｔ、ｃ　＋　
ｃｃｒ　）　−・−−−−−−−（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）の動作耐圧はランチ・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
きなくなる。更に、たとえＩＣ耐圧の面で条件を請たし
えたとしても、カラーフィルターによる容量成分ＣｅＦ
が、カラーフィルターの膜厚ｄｃＦに対して反比例（Ｃ
ｃ　ｒ　”　ｄａ　Ｆ−’　）するため、ｄＣｔ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、ｄａｔの値が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ｄｃ、が異なる場合には画像の
色再現性の悪化となる。通常ｄｃＦは１〜２μｍである
ので、これを±０１μｍ程度の幅で制御する必要がある
。さて、これ迄に述べた、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１駆動を用いれば回避できるものではあるが
、単純マ）　ＩＪクス方式（非アクティブ、ストリクス
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、ＣＬＣが液晶層への印加電圧ｖＬｃととも
に増大するた′め（液晶分子の誘電異方性に起因する）
で、第（１）式から明らかな様に、■、の内の実質的に
液晶層に印加されろ電圧ｖＬｃ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５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。

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）　
ＩＪクス方式のカラーＬＣＤ（例えば、日経エレクトロ
ニクス、Ｐ、２１１、遅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、抵抗値等に対する制約も
極めて少なく、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）　ＩＪ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）　＋Ｊ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パターニング性と言える
。すなわち、単純マトリクス方式の場合は、カラーフィ
ルタ一部分では概ねストライブ状の微細なパターンを形
成する必要があり、しかもその抵抗値も面積抵抗値で数
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
のパ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、ｋｉ　Ｉ　Ｍ　（
Ｍｅｔａｌ　−Ｉ　ｎ　ｓ　ｕ　Ｉ　ａｔ　ｏ　ｒ　−
Ｍｅ　ｔ　ａｌ　）あるいはＤＲ（Ｄｉｏｄｅ−Ｒｉｎ
ｇ）等Ｑて代表されるもので、既知述べた３端子型のＴ
ＰＴ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、要求される性能はほぼ単純
マ）　ＩＪ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の製
造方法を提供することを目的とするものである。

〔発明の構成〕

本発明の製造方法はカラー液晶パネルの一方の基板をカ
ラーフィルター上に形成した有機薄膜と該有機薄膜上に
ストライプ状の透明１！極を形成する方法に於て、前記
カラーフィルターは顔料分散型の印刷フィルターとし、
前記カラーフィルターに平坦化処理をほどこしかつ透明
電極を１８ｏ。

〜２５０’以下の温度で形成するものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明による内在型下フィルター構造のカラー
液晶パネルの断面図を示す。

まず、透明基板であるガラス板２１上にカラーフィルタ
ー２３を形成する。透明基板としてはガラスが通常用い
られ、必要に応じて表面は酸化シリコンで被覆するもの
である。カラーフィルター２６としては一般にゼラチン
薄膜を酸性染料で染色着色させたものが使用されている
が、このタイプのカラーフィルターはゼラチン及び酸性
染料の何れも耐熱性が必ずしも良くなく、おおむね１８
０℃、１時間以上の加熱：′ｃより、顕著な色特性の変
化が起こる。

一方、本発明によるカラー液晶パネルは後述するように
透明導電膜の形成条件として、１８０　’Ｃ以上の加熱
が必要であり、この意味から、通常のゼラチン染色型の
カラーフィルターを用いることはできない。更にまた、
仮にこの耐熱性の問題が何らかの形で改良できたとして
もこの様なゼラチン染色型のカラーフィルターは、ゼラ
チンのパターニングと染色を三原色に対して行なう必要
があり、工程が複雑なばかりでなく、ゼラチン薄膜をス
ピンナーを用いて形成しなければならないという工程上
の不利な制約もあり、生産的見地から見た時の低価格化
が極めて困難である。以上の種々の欠点を解決するカラ
ーフィルターとして、顔料分散型の印刷フィルターを用
いたのが本発明によるカラー液晶パネルである。この場
合顔料としては有機、無機の両方があるが、演色性の点
から有機顔料がすぐれる。また印刷フィルター用の印刷
方法としては、オフセント印刷が有力である。印刷イン
キのビヒクルはアルキド樹脂、エポキシ樹脂等をガラス
印刷用に調製したものとすれば十分である。以上、通常
の印刷技術をベースに若干の工夫を加えることで、１１
００１ｔ以下の微細なパターンのカラーフィルターを形
成することができる。こうして、形成したカラーフィル
ターは、従来のゼラチン染色型でゼラチン及び染、料の
双方の耐熱性が劣っていたのに比べ、ビヒクル及び顔料
が２００℃、１時間以上の加熱に十分に酎える特性を有
する。特に、色特性の基準をゆるめて耐熱性の良好な顔
料を選び、加熱雰囲気を窒素中あるいは真空中とするこ
とで２５０℃、１時間程度の処理も可能である。更にま
た、顔料系では染料系よりも耐光性が向上する副次的な
メリットもある。

しかも、印刷法の特長として、簡単な設備で生産性が高
く、ひいては低価格のカラーフィルターを供給すること
ができる。さて、この様：Ｃ長所の多い印刷フィルター
ではあるが、印刷後の形状は凹凸が多く、内在型のカラ
ーＬＣＤとして用いるには問題である。これは主に１後
述する透明導電膜のパターニングの際に発生するもので
数十μｍ程度の微細なパターンを切ると断線したり、ク
ラックがはいったりする。また、やはり後述する透明保
護膜を用いた時に、透明導電膜形成後のストレスによっ
て、該保護膜に多数のしわが発生し、その結果透明電唖
の断線を生ずることにもなる。

以上の様な問題は印刷カラーフィルターの表面形状を何
らかの方法で平坦化することで解決ある℃・は大幅に改
善される。平坦化はローラーによる潰し、あるいは研磨
等の機械的手法によって行なうのが効果的である。平坦
ｆヒの基糸は凹凸の幅として１μｍ以下で十分である。

次に有機透明薄膜５１について述べる。該透明薄膜の主
要な目的：ま以下の、１点である。

（１）　　カラーフィルター中の不純物が液晶層中に溶
出するのを防止する。

（２）　　カラーフィルターの表面形状の凹凸をならす
。

（３）透明導電膜との密着性を向上させて、該導電膜の
バターニングを容易にする。

（４）　透明′４電漠のバターニング工程時の薬品によ
るカラーフィルターのダメージを防ぐ。

このうち、（１）については本発明で用いる印刷カラー
フィルター２６の場合、直接液晶層と接した場合でも許
容限度内の不純物（特にアルカリイオン）の溶出しか認
められず主要な目的とは言えな℃・。

ただし、他の不納物を多く含むカラーフィルターを使用
する場合は必要であり、また前記２端子型のアクティブ
、マトリクス方式のカラーＬＣＤにふ用いる場何にも液晶の比抵抗を高く保つ必要があり、（
１）も重要なポイントとなる。（２）については、塗布
型の有機透明薄膜を用（・ることで、そのチキントロピ
ックな性質により十分な平坦化効果が得られる。（３）
、（４）については、物性がらみの問題であり、ある程
度の経験的判断となり、特に（４）について通常ＩＴＯ
のバターニング工程となり、耐酸性と耐剥離液性が要求
される。

以上の様な観点から、多数の有機高分子系透明膜を検討
した結果、ポリイミド系透明膜が最も好ましい特性を有
することが明らかになった。ｆｌａｘの、アク１）ル系
、ウレタン系、エポキシ系、アルキド系等の透明膜も使
用可能ではあるがポリイミド系樹脂に比べると透明導電
膜のバターニング性が劣っている。その原因は透明膜と
透明導電膜との密着性の良否にあると考えられる。また
、後述する様に透明導電膜の形成は１８０℃以上に基板
を加熱して行なうものであるが、この時下地の透明膜が
十分に機械的強度を有する必要があり、この意味から透
明膜を構成する樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は１８０
℃以上であることが好ましい。前記ポリイミド系樹脂は
通常３００　’Ｃ位のＴｇを持ち、この点でも最も適し
た透明膜と言える。尚、これらの透明膜材料には高い透
明性と２００℃以下での硬化とが要求されろことは当然
である。

有機透明薄膜の形成方法としてはスピンナー塗布、デイ
ツプ、印刷等がありその何れにてもよいが、一般に液晶
パネルを作成する場合にはシール材下等はガラス面であ
ることが好ましく、必然的：て該透明膜も形成領域を限
定する場合が多くなる。

従って、工程の簡便さから印刷法が最も良く、この場合
、スクリーン印刷、オフセット印刷等の方法が適用でき
る。また、この見地からも前記ポリイミド系樹脂は印刷
性が良く好ましい材料と言える。

次に前記有機透明薄膜上に透明導電膜を形成しこれをバ
ターニングして透明電極３１とする。透明導電膜として
はＩＴＯが最も一般的であるが、カラーフィルター２６
の耐熱性のために２５０　’Ｃ以下で形成する必要があ
る。このための最も有力な方法は、スパッタリング法で
あり、良好な特性の膜を比較的低温で形成することがで
きる。ただし、スパッタリング法によるＩＴＯ膜は１８
０〜２００℃を堺にして、それより上の温度では結果性
が増し、比抵抗が下がると同時に、後のエツチングによ
るパターニング性も急速に良くなる。従っ゛て、基板温
度としては１８０℃以上２５０　’Ｃ以下が良質のＩＴ
Ｏ膜をカラーフィルター劣化を起すことなく形成できる
条件である。

ＩＴＯのバターニングは通常のレジストと塩酸系エツチ
ング液を併用して容易に行なうことができる。また、レ
ジストの剥離は弱アルカリ系あるいは有機溶剤系の剥離
液によるやや温和な条件で行えば全く問題ない。

第２図には本発明の別の実施例を示す。ここでは透明電
極６１まではカラーフィルターを顔料分散型の印刷フィ
ルターとし、このカラーフィルターに平坦化処理を施す
ことも第１図と同じであるが、更にその上に部分的に金
属電極６１を形成したものである。この場合、金属電極
６１も熱的には２５０℃以下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、Ａ５　Ｎ　ｉ、Ａｕ等が使える。金属電極の目
的としては主として、透明電極の抵抗値の低下不足分を
補うものである。尚、金属電極６１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
やカラーフィルター２６が無い部分に形成されていても
構わないが、少な（とも、金属電極と透明電極とは電気
的に接続されている必要がある。

こうして、電極パターニングまで終了した基板は通常の
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。

〔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く
、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きる。しかも、
平坦化した顔料分散型の印刷法によるカラーフィルター
を用いることで熱的特性が向上し、コスト的にも利点が
太き℃・１゜また、有機透明薄膜（特にポリイミド系樹
脂）を用いることで、その上に形成する透明電極のパタ
ーニング性が非常に良好となり、かつカラーフィルター
表面の平坦化も更に改善されてカラーＬＣＤとしての特
性にも好結果をもたらす。また、透明導電膜としては低
温領域としては膜質が向上する１８０℃以上でのスパッ
タ法によることで、抵抗値、エツチング性の双方で良質
の膜が得られる。そして、これらの効果の集積として、
良好な画質のカラーＬＣＤを形成することができる。

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さ、歩留り、コスト面の量産性から
も非常に効果が太き（・。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明に基づ〈実施例を示し、第１図
は一実施例におけるカラー液晶パネルの断面図、第２図
は他の実施例におけるカラー液晶パネルの断面図、第３
図は従来の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４図（ａ）、
第４図（ｂ）、第５図（ａ）、第５図（ｂ）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４図（ａ）は外在型、第４図（ｂ）は内在型
、第５図（ａ）は内在型の上フィルター構造、第５図（
ｂ）は内在型の下フィルター構造であり、第６図は上フ
ィルター構造の等価回路図である。１１．２３・・・・・・カラーフィルター、１２・・・
・・・液晶パネル、２１．２２・・・・・・ガラス板、３１．６２・・・・・・透明電極、５１・・・・・・有機透明薄膜、６１・・・・・・金属電極。第１ｖＡ３４．ＩＩＡ□ 第２図第３図第５図第６図ＣＣＦ　　　　　　　ＣＬＣ

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
カラーフィルター及び該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、該有機透明薄膜上と前記透明
基板上に形成され、少なくとも該有機透明薄膜上では概
ねストライプ状の形状を有する透明電極とより成る基板
を一方の構成要素とし、前記カラーフィルターは顔料分散型の印刷フィルターとし、
前記カラーフィルターに平坦化処理を施すことを特徴と
するカラー液晶パネルの製造方法。
（２）有機透明薄膜が印刷法により形成されたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のカラー液晶パネル
の製造方法。
（３）透明電極は１８０℃以上２５０℃以下の温度でス
パッタ法により形成したことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のカラー液晶パネルの製造方法。
（４）透明基板及び該透明基板上の一部分に形成された
カラーフィルター及び該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、少なくとも該有機透明薄膜上
に形成され、少なくとも該有機透明薄膜上では概ねスト
ライプ状の形状を有する透明電極と、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
素として、前記カラーフィルターは顔料分散型の印刷フィルターとし、前記カラ
ーフィルターに平坦化処理を施すことを特徴とするカラ
ー液晶パネルの製造方法。
（５）有機透明薄膜は印刷法により形成されることを特
徴とする特許請求の範囲第４項記載のカラー液晶パネル
の製造方法。
（６）透明電極は１８０℃以上２５０℃以下の温度でス
パッタ法により形成したことを特徴とする特許請求の範
囲第４項記載のカラー液晶パネルの製造方法。