JPH01257823A - 液晶表示装置用カラーフィルター基板 - 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、液晶カラーテレビ等に用いられる、液晶表示
装置用カラーフィルター基板に関する。

〔従来の技術〕

近年、ＬＥＤ、、ＰＤＰ、、ＶＦＤ、、ＥＬ、ＥＣＤ。

フラットＣＲＴ、ＬＣＤ等の各種のフラットデイスプレ
ィが開発されている中で、カラーデイスプレィに関して
は、ＬＣＤ　（液晶デイスプレィ）が−歩先行し、実用
化している。液晶デイスプレィは、カラーフィルターを
加えることにより、比較的容易にカラー化することがで
き、また薄型、軽量である長所がある。しかも、最大２
０Ｖ程度の低電圧で駆動でき、安全性も高いのでポケッ
）ＴＶ用、ポータプルＴＶ用、ＯＡ用、車載用、ビデオ
カメラのビューファインダー用と、小型から大型まで広
く対応できる。カラー液晶デイスプレィには、ＴＰＴ、
ＭＩＭ等のアクティブマトリックス方式と、単純マトリ
ックス方式があるが、現在の主流はＴＰＴのアクティブ
マトリックス方式のもので、これは第４図に示されてい
るように、ガラスやプラスチックフィルムなどの透明基
板間に封入された液晶に、透明基板上に配列された透明
電極とスイッチング素子として用いられているＴＰＴ　
（Ｉ膜トランジスタ）の間で電圧をかけることにより、
デイスプレィの背後から照射されるバックライトの光の
透過を制御するとともに、規則性をもって配列された赤
、青、緑の３原色のカラーフィルターを用いて、カラー
画像を表示するように構成されている。カラーフィルタ
ーは、透明基板上に形成された透明電極である、ＪＴＯ
電極（インジウム　チン　オキサイドの透明導電膜）の
上に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ　（青）の微細な着色画
素を所定のパターンで複数配列したものであり、色混合
は人間の目の網膜上で視覚的に行なわれる。

カラーフィルターの画素サイズは、液晶デイスプレィが
１対１で見るデイスプレィのため、目の解像度以下にす
る必要はなく、最小で１００μｍ程度である。このカラ
ーフィルター上の画素の彩色パターンは、第５図に示す
ごとく、モザイク配列、三角配列、ストライブ配列等が
あり、この中で三角配列が画像を最も自然に表示すると
考えられている。

液晶デイスプレィ用カラーフィルターに要求される特性
としては、Ｒ，Ｇ、Ｂの分光透過率特性が、使用される
バックライトおよび偏光板特性を含めて、Ｎ　Ｔ　Ｓ　
Ｃ（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅ１ｅｖｉｓｉｏｎ　Ｓｙｓ
ｔｅｍＣｏｍｍｉｔｔｅｅ　ｃｏｌｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ
　）等で代表されるカラーテレビジョンシステムの規格
に基づく３原色となることが理想である。　また、カラ
ーフィルターは、液晶セル内へ組み込まれ直接液晶と接
するため、イオン性不純物が少なく、液晶への影響を与
えないことが必要である。さらに、液晶デイスプレィの
製造工程である、ＴＴＯ電極膜の成膜、配向膜の処理、
封止処理工程で変化しないこと、光量損失が少ないこと
バンクライト等により退色しないこと、パターンおよび
、分光透過率が均一であること、対向電極との相対ピッ
チ精度が良好であること、低コストであること等が要求
される。

カラーフィルターは、その形成方法により、次のような
ものがある。

Ａ）染色法カー−フィル　− 染色法カラーフィルターは、フォトリソグラフィー技術
と染色技術により形成され、製造法としては、多層法と
単層法に分類される。多層法により、カラーフィルター
を形成するには、まず、透明ガラス基板表面に、ゼラチ
ン、カゼイン、フィンシュグリユー、ポリビニルアルコ
ール、ポリアクリルアミド等の新水性樹脂に、感光剤と
して、重クロム酸塩、クロム酸塩あるいは、ジアゾ化合
物を添加したものを、スピンコード法等により、０．４
〜２μｍ程度の膜厚に塗布後、所定形状のマスクを介し
て露光・現像し、酸性染料または反応性染料で染色し第
１色目のカラーフィルター層を形成する。次に、中間保
護層としてアクリル、ウレタン、エポキシ等の防染層を
形成する。中間層を形成するかわりに、タンニン酸等に
より化学処理を用いる方法もある。同様の工程を行なっ
て、Ｒ，Ｇ、Ｂのカラーフィルターを形成する。

単層法では、被染色層を中間層を形成せずに、連続型で
形成し、マスキング層を介してＲ，Ｃ１Ｂと染色し、カ
ラーフィルターを形成するものと、Ｒ，Ｇ、Ｂのそれぞ
れの被染色層を分離して形成し、マスキング層を介して
同様に染色するものとがある。前者のものでは、染料の
隣へのブリードが問題となる。

Ｂ）　＼　法カーーフィルター 分散法カラーフィルターは、透明感光性樹脂に着色剤と
して、染料、有機顔料、無機顔料を分散した感光液を基
板上に塗布後、フォトリソグラフィー技術により形成さ
れるもので、高精度なカラーフィルターができる。染色
法カラーフィルターに較べ、形成工程が簡略化できると
ともに高精度のものが得られる長所がある。

Ｃ）重　ゝカーーフィル　− パターン化した透明電極に電圧を印加して、水中に分散
させたイオン化した顔料を透明電極上に析出させる工程
を色ごとに繰り返すことにより形成されるカラーフィル
ターである。

Ｄ）蕉　法カーーフィルター 昇華性顔料または染料を高真空中で透明基板上に被着せ
しめ、リフトオフ法または、エツチング法等でカラーフ
ィルターを得るか、あるいは、ＭｇＦ＝　Ｓｉｎ□等の
低屈折率物質と、ＺｒＯｚ、Ｔｉ（ｈ、ＺｎＳ、ＣｅＯ
□等の高屈折率物質を交互に７〜１１層蒸着して、多層
干渉薄膜を形成した後に、リフトオフ法あるいは、エツ
チング法等でカラーフィルターを得る工程を色ごとに繰
り返す方法で形成される。

Ｅ）ｌ法カ−−フルター 透明性の高い顔料や染料をビヒクル中に分散させ、スク
リーン印刷法、オフセット印刷法などの工程を色ごとに
繰り返すことによって得られる。

寸法精度上に問題はあるが、大型化と低コスト化が課題
となっているカラー液晶デイスプレィに用いるためのカ
ラーフィルターとしては、分散法カラーフィルターと共
に期待されているものの一つである。

また、液晶カラーテレビ等においては、特に表示画像の
コントラストや彩度を向上させたり、画面外周の遮光マ
スクとして、カラーフィルターの隣接した彩色画素の境
界部分や表示画面の外周部分に黒色パターンを設けるこ
とが行なわれている。

黒色パターンの形成法としては、印刷法が用いられる他
、Ｒ，Ｇ、Ｂの着色画素が形成された後の透明基板上の
全面に、黒着色ネガ型感光性樹脂を塗布し、透明基板の
反対側より露光後現像する方法、黒着色ネガ型感光性樹
脂の代わりに染色性ネガ型感光性樹脂を塗布し、同様に
現像した後、得られた感光性樹脂画像を染料で黒色に着
色する方法、ポジ型感光性樹脂を同様に塗布、露光・現
像して、Ｒ，Ｇ、Ｂの着色画素上に着色画素と同形の樹
脂画像を形成し、この上に黒色樹脂、またはクロム等の
金属薄膜を被着した後、感光性樹脂を除去することで形
成する方法が用いられる。なお、クロムを被着した場合
にはクロム被膜に黒化処理を施して黒色パターンを得る
。

さらに、透明基板の内周縁は、スペーサと接着してシー
ルされ、液晶を封入する区画をなしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年、液晶表示装置用カラーフィルター基板は、超小型
の液晶カラーテレビ等に利用されるようになるにつれて
、画像の鮮明化・精細化、消費電力の低減化の要求とと
もに、液晶表示装置用カラーフィルター基板自体の製造
コストヲ下げることが要求されてきており、従来の液晶
表示装置用カラーフィルター基板の構造では、このよう
な要求に応えることは困難であった。すなわち、従来の
液晶表示装置用カラーフィルター基板は、第４図のよう
に、透明基板上に透明電極が設けられ、その上にカラー
フィルターが形成されており、さらにその上にフィルタ
ー保護のための保護膜がコーティングされて構成されて
いた。この構成では、液晶に電界をかけるための透明電
極と、液晶との間にカラーフィルターや保護膜が存在す
るため、この部分での電圧降下が大きく、鮮明な画像を
得るためには高い電圧を必要とし、消費電力も大きかっ
た。

〔発明の目的〕

本発明は、上記のような問題点を有する、従来の液晶表
示装置用カラーフィルター基板では難しかった、画像の
鮮明化・精細化ならびに、消費電力の低減化を達成する
新規な液晶表示装置用カラーフィルター基板を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の１実施例に係る液晶表示装置用カラ
ーフィルター基板を用いて構成した、カラー液晶デイス
プレィの断面図を示したもので、１．９は透明基板、２
はカラーフィルター、３は保護膜、４は透明電極、５は
液晶、６．７はスペーサ（シール材）、８はＴＰＴ　（
薄膜トランジスタ）、１０．１１は偏光板である。本発
明のカラーフィルター基板は、従来のものが、透明電極
と液晶との間にカラーフィルターや保護膜が介在してい
たのに対し、カラーフィルター２の上方に透明電極４を
配置した点に特徴を有する。、第１図の実施例では、透
明電極４とカラーフィルター２間に、保護膜３を介在さ
せている。保護膜３は、カラーフィルター２表面の凹凸
を緩和して、透明電極４を形成しやすくすると同時に、
カラーフィルター２表面を保護する役割を果たす。保護
膜３の材料としては、従来のポリウレタン系ポリマーで
は強度が小さく、熱により柔らかくなるので、保護膜３
上に透明電極４の膜を形成する工程で電極に皺がよった
り剥離したりするため、アクリル系ポリマーが用いられ
る。アクリル系ポリマーは、強度が大きく保護膜３を薄
く作ることが可能なので、光の透過率を大きく保つこと
ができる。保護膜３は、カラーフィルター２表面が平滑
であれば省略してもよい。スペーサー（シール材）６．
７と透明基板１との接着部は、透明基板１．９間の間隔
（セル間隔）が、微小（５μ）でかつ高精度であること
が要求されるので、接着面の凹凸を避けるため及び接着
性を向上させるためにこの部分の透明電極４は、第１図
のように削除しであることが好ましい。なお、上記接着
部にはエポキシ系等のシール材が用いられる。カラーフ
ィルター２は、従来のもののように、彩色パターンＲ，
Ｇ、Ｂと黒色パターンＭとから形成されているものを採
用できる。また第２図の実施例のように、黒色パターン
形成工程を簡略化するために、赤、緑、青のうち３色ま
たは２色の彩色層を重ね合わせて黒色パターンＭを形成
してもよい。さらに第３図に示されるように、透明電極
４上に、カラーフィルター２の隣接する赤、緑、青の彩
色パターンにまたがる径のマイクロ集光レンズＬの断面
形状の透明樹脂層を設けることによって、各彩色層を透
過する光を混合して、微妙な色調を表示画面に表現する
こともできる。

〔作　用〕

第１図において、同図の上方に設けられた図示しないバ
ックライトからの光は、偏光板１１を透過した後、ＴＰ
Ｔ（薄膜トランジスタ）８と透明電極４間に画像信号に
より電圧がかけられて配向した液晶５の層を通過し、更
にカラーフィルター２および偏光板１０を透過してカラ
ー画像が視認される。本発明の液晶表示装置用カラーフ
ィルター基板においては、透明基板１側に配置された透
明電極４が、カラーフィルター２の上方に配置されてい
るために、第４図に示した従来のカラーフィルター基板
のように、カラーフィルターや保護膜３の部分で電圧降
下が生じない。したがって、液晶５部分のにみ有効に信
号電圧を加えることができる。この場合、カラーフィル
タ−２上部に配置された透明電極４が、透明基Ｆｉ１と
スペーサ６．７との接着部分において削除されていれば
、接着面の精度、密封性、接着強度が向上する。

また第２図のように、カラーフィルター２の黒色パター
ンＭを赤、緑、青のうち３色または２色の彩色層を重ね
合わせて形成した場合には、黒色パターンＭを形成する
工程が省略できるので製造コストを下げることができる
とともに、着色画素間に隙間ができることが防止される
利点がある。

さらに、第３図に示されるように、透明電極４の上に、
カラーフィルター２の隣接する赤、緑、青の画素の彩色
パターンにまたがる径のマイクロ集光レンズＬの断面形
状をした層を透明樹脂で形成した場合には、赤、緑、青
の各着色画素を透過した光が、マイクロ集光レンズＬを
通過する際に混合されて、従来のものよりも自然に近い
カラー画像が得られる。なお、マイクロ集光レンズＬを
用いる場合には、光源となるバックライトの光は、第１
図のものとは反対に透明基板１側から入射させるように
する。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。第１図は、本発明の１実施例に係る液晶表示装置用カ
ラーフィルター基板を用いて構成した、カラー液晶デイ
スプレィの断面図を示したものである。同図において、
■、９は透明基板で材質としては、ガラス（ソーダガラ
ス、石英ガラス等）、透明合成樹脂板、透明合成樹脂フ
ィルム（ポリエステルなど）等が用いられる。２はカラ
ーフィルターで、３色の着色画素Ｒ，’Ｇ、Ｂからなる
彩色パターンならびに、必要に応じて黒色バターンＭで
形成される。Ｒ，、Ｇ、８３色の着色画素については、
前述の染色法、分散法、電着法、蒸着法、印刷法等の公
知の工程を色ごとに繰り返して形成することができる。

−例として特開昭６０−２３７４４１号公報に記載され
ているように、透明基板１上に、顔料が分散されたポリ
イミド被膜を形成しておき、次いでこれをパターン露光
した後現像する工程を必要回数繰り返す方法が採用でき
る。

また、黒色パターンＭの形成方法としては、前述した印
刷法、フォトリソグラフィー（こよる染色法、クロム等
の金属薄膜や黒色樹脂を被着する方法等の公知の方法が
用いられる。３は保護膜で、カラーフィルター２上に、
アクリル系ポリマーを被覆したものである。４は透明電
極で、酸化インジウム９０〜９５ｗｔ／弱ｔ％と酸化錫
５〜１ｌｈｔ／ｗｔ％よりなるＩＴＯ膜をスパッタ法、
蒸着法、ＣＶＤ法等により成膜したものや、酸化錫を蒸
着法、ＣＶＤ法等により成膜して、フォトリソグラフィ
ー法でエツチング加工して電極パターンを形成したもの
が用いられる。５は液晶、６．７はスペーサ、８はＴＰ
Ｔ　（薄膜トランジスタ）、１０．１１は偏光板である
。また、黒色パターンＭを形成する他の方法としては、
本発明の他の実施例として第２図に示されるように、Ｒ
，Ｇ、Ｂの着色画素の３色あるいは、２色の彩色層の重
ね合わせにより形成する方法がある。これは、透明基板
１の上に、例えば赤色の画素Ｒの彩色層を所定のパター
ンで形成し、次いで透明な被覆膜■を被覆する。その上
に緑色の画素Ｇの彩色層を所定のパターンで形成した後
同様に被覆膜Ｉで被覆する。さらにその上から、青色の
画素の彩色層を同様に形成し、最後に保護膜３層を形成
する。３色の彩色層が重なった部分では、光が透過しな
い黒色パターンＭが形成されることになる。この部分で
は、層の膜厚が厚くなり、他の部分との間で２〜３μｍ
の凹凸が生じるが、保護膜３を２μｍ程度に形成するこ
とで、表面の凹凸が０．５〜１μｍ程度に抑えられ、実
用上支障は生じない。しかしながら、画面外周の黒色パ
ターンＭだけは、１　ｍｍ程度の幅を有しているので、
３色の色彩層が重なると、保護膜３では凹凸が吸収でき
ないので、画面外周の黒色パターンＭだけは、赤色色彩
層と青色色彩層の２色の色彩層の重ねて擬似黒色パター
ンを形成し、保護膜３表面をできるだけ平坦にすること
が好ましい。

保護膜３は、カラーフィルター２の表面を平滑にすると
同時に、彩色層を保護する機能も有している。各色彩層
を形成するためには、ホトリソグラフィー法を用いるこ
とができ、被覆膜■としては、例えば熱硬化性アクリル
樹脂を用いて、回転塗布法により、０．１μｍ程度の厚
さに形成する。

保護膜３の材質は、被覆膜Ｉと同様熱硬化性アクリル樹
脂を用いることができる。

つぎに、本発明のさらに他の実施例として、第３図に示
すものは、透明電極４上に、カラーフィルター２の隣接
する赤、緑、青の彩色パターンにまたがる径のマイクロ
集光レンズＬの断面形状を持つ透明樹脂層を設けている
ものである。マイクロ集光レンズＬの形成法としては、
例えばステンレスあるいは高分子繊維よりなるスクリー
ンに樹脂や金属薄板で形成したステンシルを用いた孔版
印刷用スクリーン版や、金属薄板に孔部を開口形成した
孔版印刷用スクリーン版を使用して孔版印刷法により、
アクリル樹脂を所定位置に印刷して形成するか、金属や
ガラスの板に食刻法を用いて凹部を形成し、ここに詰め
たアクリル等の樹脂を３つの着色画素にまたがるように
転写形成する方法が適用できる。

なお、本発明の液晶表示装置用カラーフィルター基板を
構成する透明電極４及びＴＰＴ８の液晶５に接する側の
表面には、例えば、特公昭６２−１５８４８号公報記載
のような方法によって配向処理を施す。前記公報記載の
方法は、芳香族系ポリアミック酸溶液を電極被膜を有す
る基板の該電極被膜を含む一部または全面上に塗布した
後、所定の温度で加熱処理を行ってポリイミド系高分子
被膜を形成し、次いで該被膜を配向処理することによっ
て電極基板を形成するものであるが、これを本発明に適
用した場合の具体的態様を以下に述べる。

まず、前記ポリアミック酸を前記基板に相当する透明電
極４及びＴＰＴ８の表面に塗布するには、ポリアミック
酸をジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド、
ジメチルスルフオキシド、Ｎ−メチルピロリドンなどの
溶剤に溶解して０．０１〜４０％溶液、好ましくは０．
０１〜１０％未満の稀薄溶液とし、該溶液を刷毛塗り法
、浸漬法、回転塗布法、スプレー法などにより塗布する
ことができる。塗布後、１００°Ｃ以上２００°Ｃ未満
好ましくは１６０°Ｃ１時間〜２時閘の加熱条件で加熱
処理を行い乾燥させ、透明電極４及びＴＰＴ８の表面上
にポリイミド系高分子被膜を設ける。しかる後、該高分
子被膜面を布などで一定方向にこすって所要の配向処理
を施すものである。

上記のように配向処理を施した透明電極４及びＴＰＴ８
は、それぞれのこすり方向が互いに直交するようにして
セル組みし、正の誘電異方性を有するネマチック液晶を
封入するものである。そして、前記偏光板１０及び１１
は、それぞれの偏向方位が前記透明電極４及びＴＰＴ８
のこすり方向に平行になるように貼合して本発明の液晶
表示装置用カラーフィルター基板を組み立てるものであ
る。

本発明のカラーフィルター基板のスペーサー６及び７を
構成するセルの有機シール材としては、硬化温度の高い
有機物質、例えばエポキシ樹脂性接着材を使用すること
ができる。

また本発明のカラーフィルター基板の液晶として、正の
誘電異方性を持ったネマチック液晶化合物を使用するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の液晶表示装置用カラーフ
ィルター基板によれば、透明電極を透明基板上に形成さ
れたカラーフィルターの上部に配置したために、従来カ
ラーフィルター基板のような、透明電極と液晶間に存在
するカラーフィルターや保護膜部分で生じる電圧降下が
なく、液晶部分に画像信号電圧を有効に作用させること
ができるので、少ない消費電力で鮮明な表示画像が得ら
れるカラー液晶デイスプレィを提供することができる。

また透明電極を透明基板をスペーサとの接着部分におい
て、削除することにより高精度で密封性の優れた液晶セ
ルを作製できるとともに、カラーフィルターの３原色の
彩色パターンの着色画素間の境界部分や、表示画面の周
囲の部分に施す黒色パターンを赤、緑、青の３原色の着
色画素のうちの２色あるいは３色の彩色層を重ね合わせ
て形成することによって、黒色パターンを形成するため
の工程が省けると同時に、隣接する着色画素に間隙が生
しることも防止できるので、良好な表示画像を得ること
ができる。

さらにまた、透明電極上に透明樹脂で形成される、マイ
クロ集光レンズの断面形状をした層を設けることによっ
て、カラーフィルターの異なった色の画素を通過してき
た光が集光レンズ部分で混合されて、従来のカラー液晶
デイスプレィよりもより自然に近い、微妙な色調を表現
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例に係る、液晶表示装置用カ
ラーフィルター基板を用いて構成したカラー液晶デイス
プレィの断面図、第２図および第３図は、本発明に係る
液晶表示装置用力ラーフィルター基板のそれぞれ他の実
施例を示す断面図、第４図は、従来のカラー液晶デイス
プレィの１例を示す断面図、第５図は、従来用いられて
いるカラーフィルター上の画素の配列例を示す図である
。 １．９・・・透明基板 ２・・・カラーフィルター ３・・・保護膜 ４・・・透明電極 ５・・・液晶 ６．７・・・スペーサ ８・・・ＴＰＴ　（薄膜トランジスタ）１０．１１・・
・偏光板 Ｒ，Ｇ、Ｂ・・・着色画素 Ｍ・・・黒色パターン（着色画素） ■・・・被覆膜 Ｌ・・・マイクロ集光レンズ 〜　出願人　大日本印刷株式会社 代理人　弁理士　平　木　祐　輔 第５図 ヌＹう６７°辿乙多°Ｊ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明電極４を、透明基板１上に形成されたカラー
   フィルター２の上部に配置したことを特徴とする液晶表
   示装置用カラーフィルター基板。
2. （２）透明電極４が保護膜３を介してカラーフィルター
   ２上に配置されていることを特徴とする請求項（１）記
   載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
3. （３）カラーフィルター２が、彩色パターンと黒色パタ
   ーンとから形成されていることを特徴とする請求項（１
   ）または（２）記載の液晶表示装置用カラーフィルター
   基板。
4. （４）黒色パターンが赤、緑、青のうち３色または２色
   の彩色層を重ね合わせて形成されていることを特徴とす
   る請求項（３）記載の液晶表示装置用カラーフィルター
   基板。
5. （５）透明電極４上に、カラーフィルター２の隣接する
   赤、緑、青の彩色パターンにまたがる径の、透明樹脂よ
   りなるマイクロ集光レンズの断面形状の層を設けたこと
   を特徴とする請求項（１）乃至（４）のいずれかに記載
   の液晶表示装置用カラーフィルター基板。