JPH02235019A

JPH02235019A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH02235019A
Application number: JP1054971A
Authority: JP
Inventors: Tsuneichi Yoshino; 吉野　常一; Tomiya Sonoda; 薗田　富也
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-09
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1990-09-18

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、カラー液晶表示装置に関し、特にカラー液晶
表示裂置に用いられるカラーフィルタ基板に関する。

（従来の技術）近年、液晶表示装置は低重量、低消費電力等の利点から
種々の分野で利用されるようになってきた。このような
中、液晶表示装置に対して大表示画面あるいはカラー表
示の要求が高まってきた。

このような要求に応えるべ＜、種々のカラー液晶表示装
置が研究され開発されてきた。

例えば、このような液晶表示装置に用いられるカラーフ
ィルタは、透明基板上に赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）
の各画素に対応したそれぞれの色部を規則正しく配列し
、さらにこれら各画素の周囲を光遮蔽するため黒色塗料
、または金属蒸着膜等でブラックマトリックスを形成し
て迷光を遮断し、各画素のコントラストを強調させてい
る。

また、カラーフィルタの各色部は染色法，顔料分散法，
電着法，印刷法等の方法によって形成されているが、一
般にカラーフィルタ表面には製造工程による１乃至数ミ
クロンの凹凸が形成される。

これらカラーフィルタ上の凹凸を平滑化して、液晶表示
装置の一方の電極となる透明導電性膜を安定な状態で形
成するために、一般にアクリル系の樹脂がオーバーコー
ト・層として形成されている。

このアクリル系の樹脂は一般に耐熱性が２００℃以下と
小さく、このため配向膜の製造においては焼成温度を下
げた工程にしなければならない等の配慮が必要となる。

また前述の低温工程を余儀なく行うために本来の液晶表
示装置性能が損なわれたり、製造歩留まりの障害ともな
っている。

染色法によってカラーフィルタを製造することは、染料
自体の耐熱性が小さく上記の問題点を回避する製造方法
としては除外せざるを得ないが、顔料分散法，電着法，
印刷法等の方法によって形成されたカラーフィルタは耐
熱性の大きい顔料を選択すれば耐熱性は２００℃以上と
十分大きなものとすることが可能である。これらの製造
方法で作成されたカラーフィルタに前述のアクリル系の
樹脂を使用すると、この樹脂により耐熱性が決定されて
しまう。この問題を解決する為に高耐熱性のポリイミド
樹脂等が検討されて来たが、接合強度に問題が生じたり
、ポリイミド樹脂の着色の為に高品位のカラーフィルタ
が実現できないのが実情である。

そこでカラーフィルタの耐熱性を高くするために種々の
オーバーコート材料が開発されてきた。

例えば、アクリル系のオーバーコート樹脂を使用したも
のとして、特開昭６　０−２　４　７　６　０　３号公
報が開示され知られている。このカラーフィルタは３０
０℃近い高耐熱を有しており配向膜の焼成温度を高いも
のとしても十分に製造可能なものとした。

（発明が解決しようとする課題）ところが上述したアクリル系のオーバーコート樹脂は耐
熱性には優れているが、表面性は十分でなく、配向膜の
ラビング処理工程での不良の発生が多く、また導電膜を
スパッタリングする際に強度が十分でないためにクラッ
クが発生する等の問題があった。

本発明は上記の課題に鑑みなされたもので、その目的と
するところはカラーフィルタの耐熱性を飛躍的に改良す
ると共に良好な表面性とすることにより、長期間にわた
り高品質な画像が得られる液晶表示装置を安価に提供す
ることを目的としたものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の液晶表示装置は、複数の色部から成るカラーフ
ィルタと、このカラーフィルタ上に形成される高分子樹
脂から成るオーバーコート層と、このオーバーコート層
上に形成される酸素遮断層と、この酸素遮断層上に形成
される第１の電極とを備えた第１の基板と、この第１の
基板の第１の電極に対向する第２の電極を備えた第２の
基板と、第１の基板と第２の基板間に挟持された液晶組
成物と、第１の電極及び第２の電極に接続され第１の電
極及び第２の電極間に電圧を印加する駆動手段とを備え
たことを特徴とするものである。

（作　用）液晶表示装置の耐熱性あるいは耐久性の向上に当り、ま
ず色部自体の耐熱性について検討してみる。染色法は色
部の耐熱性が小さいため本発明には適していないが、顔
料分散法、電着法あるいは印刷法等により形成される色
部は顔料の選択により２００℃以上に十分に大きな耐熱
性が得られることから本発明に適しており、特に印刷法
は製造費用の視点からも好ましい方法である。印刷法と
してオフセット印刷機を用いて赤（Ｒ），緑（Ｇ），青
ＣＢ）のカラーフィルタを形成するのが一般的であり、
また印刷版としてはパターン形状も十分なものが得られ
る水無し平板を使用することが好ましい。

しかし、印刷法によって製造されたカラーフィルタの表
面性は平滑でないため、電極あるいは配向膜の設置に悪
影響を及さないようにオーバーコート層を設置する必要
がある。

このためオーバーコート層の材料の選定も重嬰となって
くる。

そこで本発明者は種々の実験の結果から、エボキシ樹脂
が表面性あるいは表面強度等の点で適していることを見
い出した。また種々の実験の結果から、酸素透過率がＩ
　Ｘ　１　０　’ｃｃ／　ｒｄ　・２４ｈｒ−Ｂｔ■以
下のエボキシ樹脂が好ましいことを見い出した。特に酸
素透過率が５×１０″″３ｃｃ／ｒｎ’・２４ｈｒ・ａ
ｔｌ以下のエボキシ樹脂を選定しオーバーコート層に使
用すると２５０℃以上の高い耐熱性を実現できると共に
、カラーフィルタの劣化も抑えることができる。

更に、より一層の耐熱性を確保し、高温でエポキシ系樹
脂が黄色に着色することを防ぐため、オーバーコート層
上に酸素遮断能力の高い金属酸化物から成る酸素遮断層
を設置する。

この酸素遮断層としては、金属酸化物、窒化物等の単体
材料または酸化物および窒化物の複合（混合）材料を使
用できるが、窒化物等はＳ　Ｉ　Ｈ　４ガス等の危険な
ガスを使用する必要がある他に整備された設備等が市販
されていない。このような製造管理の点、あるいは製造
設備の点からも、容易に製造することが可能な金属酸化
物が最適である。

また、種々の実験の結果から金属酸化物で好ましくは、
ｓｔｏ、ＳＩＯ２、ＴｉＯ２、Ａ１２０　　１Ｓ　ｎ　
Ｏ　２、■ｎ２０３、ＺｎＯ、Ｔ　ｉＯ　２、Ｓｂ２０
３、Ｔａ２０５、Ｙ２０３、ＣｄＯである。

また製造方法に関しては、スパッタ法、蒸着法、電子ビ
ーム法、ＣＶＤ法等で形成することが可能であるが、酸
素遮断層の酸素遮断能力は製造方法にも依存するため注
意が必要である。つまり、酸素遮断層を形成する際、飛
来する原子あるいは分子エネルギーが大きいほど緻密な
膜が得られる。

このため、マグネトロンスバッタ法あるいは電子ビーム
式イオンブレーティング法が本発明には好ましく、これ
らの方法により製造すると原子または分子エネルギーは
１ｅＶ程度が得られ、２００オングストローム程度の比
較的薄い膜厚でも十分な酸素遮断能力が得られる。これ
に対して蒸着法あるいは電子ビーム蒸着法では膜厚を大
きくしなければ十分な酸素遮断能力が得られず、少なく
とも５００オングストローム以上のＭ厚が必要となって
しまう。

このように、本発明の主たる着眼点はカラーフィルタ材
料の顔料の熱処理時あるいは長期間の使用により酸化し
劣化することを防止するものであり、酸素遮断層そのも
のが酸素を吸収、吸着する性質があると酸素遮断能力が
さらに向上する。このため特に上記の材料の中で酸素を
吸収、吸着する性質の特に大きいものはＳｉＯであり、
本発明に最適である。

（第１の実施例）以下、本発明の第１の実施例について図面を参照して説
明する。

第１図は、゛本発明の一実施例に係る液晶表示装置の液
晶セル（１）の概略断面図を示したものであり、次のよ
うな構成となっている。

この液晶表示装置は光透過型で使用されるものであり、
マトリックス状に形成される電極の各交点に薄膜トラン
ジスタが形成されて成っている光透過型ＴＰＴ液晶表示
装置である。

この液晶表示装置の第１の基板（２９）は、ガラス製の
光透過性基板（１１）上に所定の間隔でブラックマトリ
ックス（ｌ５）が形成されており、このブラックマトリ
ックス（１５）の開口部に赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ
）の個々の色部（１８ａ）　，　（１８ｂ）　．（ｌｅ
ｅ）が規則的に形成されてカラーフィルタ（１６）が構
成されている。そしてこのカラーフィルタ（１６）上に
接着層（１７）を介してエポキシ樹脂から成るオーバー
コート層（１８）が設置され、更にＳｉＯから成る酸素
遮断層（ｌ９）が５００オングストロームの膜厚で設置
されている。この酸素遮断層（１９）上の全面にＩ．Ｔ
，　　Ｏ．　　（ＩｎｄｉｕＩＩＴｉｎ　Ｏｘｌｄｅ）
から成る第１の電極（２０）が２００オングストローム
の膜厚で形成されている。そして第１の電極（２０）上
には高分子化合物によって形成された配向膜〈２３）が
設置され、また光透過性基板（ｌ１）の反対側には偏光
板（２５）が設置されて第１の基板は構成されている。

次に第２の基板（４９）の構成は、ガラス製の光透過性
基板（４１）上にマトリックス状に形成された電極の各
交点に能働素子として薄膜トランジスタが設置されて成
る第２の電極（４３）が形成でおり、この第２の電極（
４３）上に配向膜（４５）が設置されている。また光透
過性基板（４１）の逆面には偏光板（４７）が設置され
て構成されている。

そしてこのような第１の基板（２９）と第２の基板（４
９）に液晶組成物（３ｌ）が挟持され、周囲がシール剤
（図示せず）により封止されて液晶セル（１）は構成さ
れている。

そして第１の基板（２９）はドライバ回路とシフトレジ
スタ回路及びラッチ回路を備えた第１の駆動回路（図示
せず）に接続され、第２の基板（４９）の第２の電極は
ドライバ回路を備えた第２の駆動回路に接続されて液晶
表示装置は構成されている。

次に、このような構成の液晶表示装置の製造方法を第２
図を参照して詳述する。

第２図（ａ）に示すように、例えばガラスからなる光透
過性基板（１ｌ）上に、例えば黒色レジストから成る感
光性黒色基材（１２）を塗布する。この感光性黒色基材
（ｌ２）の膜厚は１．５〜２．０ミクロン程度あれば十
分な光学濃度が得られる。次に感光性黒色基材（ｌ２）
上にフォトマスクを設置し、このフォトマスク上から紫
外線を照射することにより架橋反応させ感光性黒色基材
（１２）に潜像（１３）を形成する。

つずいて現像を行いζ第１図（ｂ）に示すように所定の
規則性がある開口部（１４）を有する黒色樹脂膜を形成
し、この後ベーキングしてブラックマトリックス（１５
）を完成させる。

次ぎに第２図（ｃ）に示すようにオフセット印刷機を用
いて赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の個々の色部（ｌ［
ｉａ）　，　（１６ｂ）　．　（１８ｃ）を印刷法で形
成する。

ここで印刷版としては扱い易い水無し平板を用いた。こ
の時の印刷の精度は、ブラックマトリックス（ｌ５）の
所定の規則性がある開口の位置精度はフォトリソグラフ
ィによって形成されているため充分に保証されているこ
とから、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の色部（ｌｅａ
）　，　（１８ｂ）　，　（１６ｃ）は所定の開口部（
１４）を塗り潰すだけの印刷精度があれば充分である。

モして各色部（１６ａ）．（ｌＢｂ），（１８ｃ）の印
刷が完了する毎にベーキングにより上記着色部のインキ
を固化させる。このような工程を３回繰り返すことによ
り、腹数の赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の色部（ｌｅ
ａ），（１８ｂ）．（ｌｅｅ）から成るカラーフィルタ
（１Ｇ）を完成させる。この様にして得られたカラーフ
ィルタ（１Ｂ）の表面は印刷技術の限界から２．０〜４
．０ミクロンの規則的な凹凸を有したものとなっている
。

次いで第２図（ｄ）に示すように、カラーフィルタ（１
Ｇ）とも後工程で使用するエポキシ樹脂とも強固な接合
かえられる接合用樹脂を接合層（１７）として０．１ミ
クロンと極く薄く塗布する。この時の塗布厚は迷光を防
ぐ目的からも、０．１〜０．２ミクロン程度の薄膜が好
ましい。

この後、第２図（ｄ）に示すように酸素透過率が５　ｘ
　１　０　−３ｃｃ／ｒｒ？　−　２４ｈｒ　・ａｔａ
＋　ノエボキシ系樹脂を２．０ミクロンの塗布厚で塗布
し、オーバーコート層（ｌ８）を形成する。この時の膜
厚はカラーフィルタ（ｌ６）の表面性の確保、あるいは
耐熱性等を考慮すると、２．０〜３．０ミクロン程度が
好ましい。

この膜厚が２．０ミクロン以下であるとオーバーコート
層（ｌ８）上に多少の凹凸が残り、３．０ミクロン以上
の膜厚であると液晶表示装置とした時の迷光の原因とな
ってしまう。、上記の工程が完了したカラーフィルタ（１Ｂ）のオーバ
ーコート層（１８）上に酸素遮断層（１９）と液晶表示
装置の液晶組成物（３ｌ）を駆動させる為の第１の電極
（２０）成するために、マグネトロンスバッタ装置内に
カラーフィルタ（１６）を設置する。そして第２図（ｆ
）に示すように、酸素遮断層（１９）としてＳｉＯを５
００オングストロームの厚さにスパッタリングして形成
する。続いて、同図（ｇ）に示すように連続してＩ．　
Ｔ．　０．　　（ＩｎｄｉｕｌｌＴｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）
から成る第１の駆動電極（２０）を２００オングストロ
ームの膜厚に成膜しする。

更に光透過性基板（１ｌ）のカラーフィルタ（１Ｂ）が
設置されていない面に偏向板（２７）を設置して第１の
基板（２９）を形成する。

また第２の基板（４９）は、光透過性基板（４ｌ）上に
スパッタリングによりマトリックス配線部（図示せず）
及び薄膜トランジスタ（図示せず）を形成して第２の電
極（４２）とし、この第２の電極（４３）上に配向膜（
４５）を設置する。つぎに、光透過性基板（４ｌ）の逆
面に偏光板（４７）を設置して第２の基板（４９》とし
た。

このような第１の基板（２９）と第２の基板（４９）を
一定間隔で保持し、この間隔に液晶物質中にカイラル剤
が添加されて成る液晶組成物（３１）を注入し、シール
剤によって封止し液晶セル（１）とし、前述した駆動回
路と第１の電極（２０》及び第２の電極（４３）をワイ
ヤボンディングによって接続し液晶表示装置とした。

このような液晶表示装置（１）のカラーフィルタ（ｌ６
）の耐熱上限温度を２６０℃と高い耐熱性を達成するこ
とができた。この時の耐熱上限温度は、完成したカラー
フィルタ（１６）を大気中で３０分間加熱して、前後の
各色の色差ΔＥａｂ　　≦３の条件を判定基準とした。

またエポキシ系樹脂によるオーバーコート層（１８）が
カラーフィルタ（ｌ６）上に設置されているため、スパ
ッタリング時にカラーフィルタ（１６）が劣化すること
かない。このため、良好な第１の電極（２０）を形成す
ることができ、また当然のこと配向膜（２３）も良好に
設置することができる。このため液晶表示装置（１）は
充分な耐熱性を有すると共に、カラーフィルタ（１６）
上に形成された酸素透過率の低いオーバーコート層（１
８）及び酸素遮断層（ｌ９）により長期間にわたり鮮明
な画像を維持することが可能となった。

更に本実施例の第１の基板（２９）は高い耐熱性を有し
ていることから、十分に高い焼成温度で配向膜等の成膜
を行うことができ、製造時間の短縮あるいは歩留の向上
にも有益である。

こては光透過型ＴＰＴ液晶表示装置を例にとって説明し
たが、これに限ることなくツイスティド・ネマチック型
液晶表示装置であっても良い。

また、こては酸素遮断層（ｌ９）として５００オングス
トロームの膜厚を有したＳｉＯを使用したのに対して、
Ｔ　ｓ　０　２によって形成しても良い。

そしてこのＴｉＯ。による酸素遮断層（ｌ９）の製造と
しては、マグネトロンスバッタ装置内に導入する酸素量
（圧力）を制御して若干酸素が不足している状態でＴ　
Ｌ　０　２−ｘで表記される膜とした。

この時、酸素が不足し過ぎると着色して光の透過率を損
なうのでＸの値はあまり大きくできない。

このような酸素遮断層であっても液晶表示装置のカラー
フィルタ（ｌ６）の耐熱上限温度を２７０℃と高いもの
とすることができた。

（第２の実施例）以下、本発明の第３の実施例を第１の同様の箇所につい
ては同一符号を付して説明する。

本実施例の液晶表示装置（１）は、第１の実施例の液晶
表示装置（１）の酸素遮断層（１９）をＩ，Ｔ．０．膜
によって形成したものであり、このＩ．　Ｔ．０．膜を
そのまま第１の電極（２０）としても使用するものであ
る。

この時の酸素遮断層（１９）及び第１の電極（２０）は
、マグネト口クスバッタ装置内でＩ，　Ｔ，　　Ｏ，膜
を２０００オングストロームの厚さに成膜して得ること
ができる。

このようにＩ．　Ｔ，　０．膜を酸素遮断層（１９）及
び第１の駆動電極（２０）として使用する場合、酸素遮
断能力を考慮してＩ．　Ｔ．　Ｏ．膜の膜厚は少なくと
も５００オングストローム程度は必要である。

このような液晶表示装置の耐熱上限温度は２５０℃であ
った。

このように酸素遮断層（ｌ９）及び第１の電極（２０）
を同一組成物で形成すると、耐熱上限温度を極端に高く
することはできないものの、同一組成物のスパッタリン
グで良いため製造の負担を軽くすることができる。

（第３の実施例）以下、本発明の第３の実施例を図面を参照し、第１の同
様の箇所については同一符号を付して説様にして製造し
たカラーフィルタ（１Ｂ）上に第２図（ｄ）に示すよう
に、カラーフィルタ（１８）とも後工程で使用するエボ
キシ樹脂とも強固な接合かえられる接合用樹脂を接合層
（ｌ７）として０．１ミクロンと極く薄く塗布する。こ
の時の塗布厚は迷光を防ぐ目的からも、０．１〜０．２
ミクロン程度の薄膜が好ましい。

この後、第２図（ｅ）に示すように酸素透過率カ５　ｘ
　１　０　’ｃｃ／　ｒｒｒ　・２４ｈｒ　・ａｔｍの
エポキシ系樹脂を２．０ミクロンの塗布厚で塗布し、オ
ーバーコート層（ｌ８）を形成する。この時の膜厚はカ
ラーフィルタ（１Ｂ）の表面性の確保、あるいは耐熱性
等を考慮すると、　２．０〜３．０ミクロン程度が好ま
しい。

上記の工程が完了したカラーフィルタ（１６）のオーバ
ーコート層（１８）上に酸素遮断層（１９）と液晶表示
装置の液晶組成物（３１）を駆動させる為の第１の電極
（２０）を形成するために、電子ビーム方式イオンプレ
ーティング装置内にカラーフィルタ（１６）を設置する
。

そして第２図（ｆ）に示すように、酸素遮断層（１９）
としてＩ．　Ｔ．　Ｏ。粉末（ｌｎｄ１ｕｍ　Ｔｉｎ　
Ｏｘｉｄｅ）を使用し、基板温度１５０゜Ｃで２００オ
ングストロームの膜厚で形成し、続いて同図（ｇ）に示
すように連続して基板温度２５０℃に上昇させて２００
０オングストロームの膜厚で第１の電極ク２０）を成膜
する。

このようにして形成した酸素遮断層（１９）は酸素透過
率の低い非常に緻密な膜構成となり、オーバーコート層
（１８）の着色を防止することができ、また電子ビーム
方式イオンブレーティング装置によって形成する第１の
電極（２０）は多孔室な構成となり、低抵抗を実現する
ことができる。

更に光透過性基板（１１）のカラーフィルタ（１６）が
設置されていない面に偏向板（２７）を設置して第１の
基板（２９）を形成する。

まのた第２の基板（４９）は、光透過性基板（４１）上
にスパッタリングによりマトリックス配線部（図示せず
）及び薄膜トランジスタ（図示せず）を形成して第２の
駆動電極（４２）とし、この第２の電極（４３）上に配
向膜（４５）を設置する。つぎに、光透過性基板（４１
）の逆面に偏光板（４７）を設置して第２の基板（４９
）とした。

このような第１の基板（２９）と第２の基板（４９）を
一定間隔で保持し、この間隔に液晶物質中にカイラル剤
が添加されて成る液晶組成物（３１）を注入し、シール
剤によって封止し液晶セル（１）とし、前述した駆動回
路と第１の電極（２ｏ）及び第２の電極（４３）をワイ
ヤボンディングによって接続し液晶表示装置とした。

このように酸素遮断層（１９）を金属酸化物で特に緻密
質な構成とすることにより、酸素遮断効果を向上させて
耐熱温度２８０℃と高いものとすることができた。また
酸素遮断層（１９）を緻密質な構成とすることにより、
第１の電極（２０）とオーバーコート層（１８）との接
着性を一層向上させることができる。

この液晶表示装置も第１の実施例あるいは第２の実施例
の液晶表示装置と同様に、高い耐熱性あるいは耐久性を
有していることから、配向膜等の形成を十分に高い焼成
温度で行うことができ、歩留の向上あるいは製造時間の
短縮等が図れると共に、長時間にわたり高精細な画像表
示が可能とすることができる。

［発明の効果］以上、詳述してきたように本発明の液晶表示装置は、耐
熱性の高いカラーフィルタを使用しているため、長期間
にわたり高精細な画像を維持することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示装置の一実施例に係る液晶セ
ルの概略断面図、第２図は第１図における液晶表示装置
の製造方法を示す製造プロセス図である。（１）・・・液晶セル（ｌ６）・・・カラーフィルタ（１８）・・・オーバーコート層（１９）・・・酸素遮断層（２０）・・・第１の電極（２９）・・・第１の基板（３ｌ）・・・液晶組成物（４９）・・・第２の基板代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　　　竹　花　喜久男，ｌ濾品ｔル＼′

Claims

【特許請求の範囲】複数の色部から成るカラーフィルタと、このカラーフィ
ルタ上に形成される高分子樹脂から成るオーバーコート
層と、このオーバーコート層上に形成される酸素遮断層
と、この酸素遮断層上に形成される第１の電極とを備え
た第１の基板と、この第１の基板の前記第１の電極に対
向する第２の電極を備えた第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板間に挟持された液晶組
成物と、前記第１の電極及び前記第２の電極に接続され前記第１
の電極及び第２の電極間に電圧を印加する駆動手段とを
具備したことを特徴とする液晶表示装置。