JPH055874A - 液晶表示素子用基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】赤，緑，青のカラーフィルタをフォトリソグラ
フィ工程を必要とせずに形成する。 【構成】赤，緑，青のカラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂをそれ
ぞれ、その色のフィルタ材を画素電極２の上に電着させ
て形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透明な基板本体の上に
透明電極を配列形成し、その上に赤，緑，青のカラーフ
ィルタを設けた液晶表示素子用基板の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、ガラス等からなる透明
な基板本体の上に透明電極を配列形成した一対の液晶表
示素子用基板を枠状のシール材を介して接合し、この両
基板間に液晶を封入したもので、テレビジョンセット、
パーソナルコンピュータ等のディスプレイに用いられる
マトリックス液晶表示素子には、一対の基板の一方に多
数本の走査電極を互いに平行に配列形成し、他方の基板
に前記走査電極と直交する多数本の信号電極を互いに平
行に配列形成した単純マトリックス型のものと、一方の
基板に多数の画素電極とその能動素子（薄膜トランジス
タまたは薄膜ダイオード等）をマトリックス状に配列形
成し、他方の基板に対向電極を形成したアクティブマト
リックス型のものとがある。

【０００３】ところで、上記マトリックス液晶表示素子
には、白黒画像等のモノクローム画像を表示するもの
と、フルカラー画像を表示するものとがあり、フルカラ
ー画像を表示する液晶表示素子では、その一方の基板
に、赤，緑，青のカラーフィルタを交互に配列して設け
ている。

【０００４】なお、この液晶表示素子には、赤，緑，青
のカラーフィルタを、マトリックス状に配列している各
画素（単純マトリックス液晶表示素子では各走査電極と
各信号電極との対向部、アクティブマトリックス液晶表
示素子では各画素電極と対向電極との対向部）にそれぞ
れ対応させて形成しているものと、赤，緑，青のカラー
フィルタを、各画素列にそれぞれ対応させてストライプ
状に形成しているものとがある。上記赤，緑，青のカラ
ーフィルタは、従来、

【０００５】ａ．基板上に感光性のフィルタ素材（被染
色材）を塗布して、このフィルタ素材を、赤，緑，青の
うちの１つの色のフィルタ形状にパターニングし、この
パターニングしたフィルタ素材を染色して第１色（例え
ば赤）のカラーフィルタを形成し、同様な工程（フィル
タ素材の塗布、パターニング、および染色）を繰り返し
て、第２色（例えば緑）と第３色（例えば青）のカラー
フィルタを順次形成する方法。

【０００６】ｂ．基板上にフィルタ素材（被染色材）を
塗布し、このフィルタ素材の上にその染色領域を規制す
るマスクを形成して上記フィルタ素材を赤，緑，青のう
ちの１つの色に染色することにより、この領域を第１色
（例えば赤）のカラーフィルタとし、上記マスクを形成
し直してフィルタ素材を他の１つの色に染色することに
より、この領域を第２色（例えば緑）のカラーフィルタ
とし、さらに上記マスクを形成し直してフィルタ素材を
もう１つの色に染色することにより、この領域を第３色
（例えば青）のカラーフィルタとする方法。

【０００７】ｃ．基板上に赤，緑，青のうちの１つの色
に着色した感光性フィルタ材（感光性樹脂に顔料を混合
したもの）を塗布し、このフィルタ材をパターニングし
て第１色（例えば赤）のカラーフィルタを形成し、同様
な工程（フィルタ材の塗布とそのパターニング）を繰り
返して、第２色（例えば緑）と第３色（例えば青）のカ
ラーフィルタを順次形成する方法。のいずれかによって
形成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ａ
〜ｃのいずれかの方法で赤，緑，青のカラーフィルタを
形成している従来の液晶表示素子用基板は、その製造コ
ストが高いという問題をもっていた。これは、赤，緑，
青のカラーフィルタの形成に３回のフォトリソグラフィ
工程を必要とするためである。

【０００９】すなわち、上記ａの方法は、赤，緑，青の
カラーフィルタを形成する度に、基板上にフィルタ素材
を塗布してこれをフィルタ形状にパターニングするもの
であるため、上記フィルタ素材をパターニングするフォ
トリソグラフィ工程が３回になる。

【００１０】また、上記ｂの方法は、フィルタ素材のパ
ターニングは不要であるが、フィルタ素材の各領域を
赤，緑，青に染色する度に、フィルタ素材の上にその染
色領域を規制するマスクを形成しなければならず、この
マスクはフォトリソグラフィ法によって形成されるた
め、この方法でも３回のフォトリソグラフィ工程が必要
である。

【００１１】さらに、上記ｃの方法は、着色したフィル
タ材を基板上に塗布するものであるが、この方法も、
赤，緑，青のカラーフィルタを形成する度に、基板上に
フィルタ材を塗布してこれをフィルタ形状にパターニン
グするものであるため、上記フィルタ素材をパターニン
グするフォトリソグラフィ工程が３回になる。

【００１２】そして、フォトリソグラフィ法は、被パタ
ーニング膜を所定パターンの露光マスクを用いて露光処
理し、次に現像処理して上記被パターニング膜をパター
ニングする方法であるため、このフォトリソグラフィを
３回も行なうのでは、上記赤，緑，青のカラーフィルタ
の形成に多大な時間がかかるし、また上記露光マスクと
して３種類のマスクを製作する必要もあるため、液晶表
示素子用基板の製造コストが高くなる。

【００１３】しかも、従来は、赤，緑，青のカラーフィ
ルタをフォトリソグラフィ法を利用して形成しているた
め、上記露光マスクの位置合わせ精度に誤差があると、
カラーフィルタの形成位置がずれて、このカラーフィル
タと電極との間に位置ずれが発生するといる問題があ
り、そのため、従来の方法で製造された液晶表示素子用
基板を用いている液晶表示素子は、その各画素の一側、
または一側および一端に、カラーフィルタの位置ずれに
よる無着色領域が生じて、表示品質が悪化するという問
題をもっていた。

【００１４】本発明の目的は、赤，緑，青のカラーフィ
ルタをフォトリソグラフィ工程を必要とせずに形成し
て、液晶表示素子用基板の製造コストを低減し、しかも
上記カラーフィルタの位置ずれも完全になくして、電極
に対するカラーフィルタの位置精度を飛躍的に向上させ
ることができる、液晶表示素子用基板の製造方法を提供
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子用
基板の製造方法は、基板本体の上に透明電極を配列形成
した後、これら透明電極のうちの所定の電極に電圧を印
加してこの電極の上に赤，緑，青のうちの１つの色のフ
ィルタ材を電着し、他の所定の電極に電圧を印加してこ
の電極の上に他の１つの色のフィルタ材を電着し、残り
の電極に電圧を印加してこの電極の上に他のもう１つの
色のフィルタ材を電着して、各電極の上に赤，緑，青の
カラーフィルタを形成することを特徴とするものであ
る。

【００１６】

【作用】すなわち、本発明は、赤，緑，青のカラーフィ
ルタをそれぞれ、その色のフィルタ材を電極の上に電着
させて形成するものであり、この電着によれば、電圧が
印加された電極の上だけにその全体にわたってフィルタ
材が付着し、電圧が印加されていない電極にはフィルタ
材が付着しないため、所定の電極へのフィルタ材の電着
に際して、他の電極をマスクしておく必要はないし、ま
た電圧が印加された電極に付着したフィルタ材の形状は
電極の形状と同じであるため、この付着したフィルタ材
をパターニングする必要もない。

【００１７】したがって、本発明の製造方法によれば、
赤，緑，青のカラーフィルタをフォトリソグラフィ工程
を必要とせずに形成できるし、またこのカラーフィルタ
は、電極の上にその全体にわたってこの電極と同一の形
状に形成されるため、電極に対するカラーフィルタの位
置ずれは完全になくなる。

【００１８】しかも、本発明の製造方法は、フィルタ材
を電極の上に電着してカラーフィルタを形成するもので
あるため、上記フィルタ材の電着に際して、同じ色のフ
ィルタ材を電着させる所定の電極のなかに断線欠陥によ
って電圧が印加されない電極があると、この電極にはフ
ィルタ材が付着せず、また上記所定の電極に印加する電
圧が短絡欠陥によって他の電極にも印加された場合は、
他の電極にも上記フィルタ材が誤付着してしまうため、
カラーフィルタ形成後にその形成状態を観察して上記フ
ィルタ材の不付着や誤付着の有無を調べれば、液晶表示
素子用基板の状態で、上記断線欠陥や短絡欠陥の有無を
知ることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、アクティブマト
リックス液晶表示素子に用いる基板の製造を例にとって
図面を参照し説明する。

【００２０】まず、アクティブマトリックス液晶表示素
子の構成を説明すると、図４は薄膜トランジスタを能動
素子とするアクティブマトリックス液晶表示素子の一部
分の断面図であり、この液晶表示素子は、後述する製造
方法で製造された第１の基板（図では下基板）Ａと、こ
れと対をなす第２の基板Ｂとを枠状のシール材（図示せ
ず）を介して接合し、この両基板Ａ，Ｂ間に液晶ＬＣを
封入して構成されている。

【００２１】図５は上記第１の基板Ａの一部分の平面図
であり、この基板Ａは、図４および図５に示すように、
ガラス等からなる透明な基板本体１の上に、多数の画素
電極（透明電極）２と、その能動素子である薄膜トラン
ジスタ３とをマトリックス状に配列形成するとともに、
各画素電極２にそれぞれ対応させて赤，緑，青のカラー
フィルタＲ，Ｇ，Ｂを設けた構成となっている。

【００２２】上記薄膜トランジスタ３は逆スタガー構造
のもので、この薄膜トランジスタ３は、基板本体１の上
に形成されたゲート電極４と、このゲート電極４の上に
基板本体１のほぼ全面にわたって形成された窒化シリコ
ン（Ｓi Ｎ）等からなる透明なゲート絶縁膜５と、この
ゲート絶縁膜５の上に形成されたアモルファス・シリコ
ン（ａ−Ｓi ）等からなる半導体層６と、この半導体層
６の上に形成されたソース電極７およびドレイン電極８
とからなっている。

【００２３】この薄膜トランジスタ３のゲート電極４は
基板本体１の上に配線された走査配線４ａにつながり、
ドレイン電極８はゲート絶縁膜５の上に上記走査配線４
ａと直交させて配線されたデータ配線８ａにつながって
いる。このデータ配線８ａは、その端子部を除く全長を
窒化シリコン等からなる保護絶縁膜９で覆われており、
また薄膜トランジスタ３も、そのソース電極７の画素電
極接続端を除く全域を上記保護絶縁膜９で覆われてい
る。

【００２４】また、画素電極２は上記ゲート絶縁膜５の
上に形成されており、この画素電極２は、その一部を上
記ソース電極７の端部の上に重ねて形成することによっ
て、ソース電極７に接続されている。

【００２５】そして、赤，緑，青のカラーフィルタＲ，
Ｇ，Ｂは、マトリックス状に配列されている各画素電極
２に対応させて、列方向および行方向に交互に配列形成
されており、各色のフィルタＲ，Ｇ，Ｂはそれぞれ、各
画素電極２の上にその全体にわたってこの画素電極２と
同一の形状に形成されている。

【００２６】一方、第２の基板Ｂは、図４に示すよう
に、ガラス等からなる透明な基板本体１１の上に、上記
第１の基板Ａの各画素電極２に対応する対向電極（透明
電極）１２を形成したもので、この対向電極１２は、基
板Ｂのほぼ全面にわたる１枚電極とされている。なお、
図４において、１０，１３は、第１の基板Ａおよび第２
の基板Ｂの上にそれぞれ形成された配向膜である。図１
は上記第１の基板の製造工程図であり、この基板Ａは次
のような工程で製造する。

【００２７】まず、図１（ａ）に示すように、基板本体
１の上に、薄膜トランジスタ３および走査配線４ａとデ
ータ配線８ａを周知の製造方法で形成し、上記薄膜トラ
ンジスタ３およびデータ配線８ａの上にフォトリソグラ
フィ法により保護絶縁膜９を形成するとともに、ゲート
絶縁膜５の上に画素電極２を形成する。

【００２８】次に、図１（ｂ）に示すように、マトリッ
クス状に配列している各画素電極２のうちの所定の画素
電極、例えば赤の画素を表示するための画素電極２の上
に赤色のフィルタ材を電着して、赤色フィルタＲを形成
する。

【００２９】この場合、上記フィルタ材の電着は、水お
よび有機溶剤にフィルタ材である高分子樹脂と顔料を溶
解または分散させた液中に基板Ａを浸漬し、各画素電極
２のうちの所定の画素電極（フィルタ材を電着させる画
素電極）２に電圧を印加して行なう。

【００３０】また、上記画素電極２への電圧の印加は、
各走査配線４ａに順次走査信号（薄膜トランジスタ３を
ＯＮさせるゲート電圧）を印加し、これに同期させて、
所定の画素電極２に対応するデータ配線８ａに電着電圧
を印加することで行なえばよく、このようにすると、各
走査配線４ａを順次選択する毎に、選択した走査配線４
ａに沿う各画素電極２のうちの所定の画素電極２だけに
データ配線８ａから電圧が印加され、電圧が印加された
画素電極２の上にその全面にわたって液中のフィルタ材
（高分子樹脂と顔料）が付着する。

【００３１】なお、この場合、データ配線８ａおよび薄
膜トランジスタ３の画素電極接続部以外の部分は保護絶
縁膜９で覆われているため、データ配線８ａおよび薄膜
トランジスタ３の上に上記フィルタ材が付着することは
ない。

【００３２】このようにして所定の画素電極２の上に赤
色のフィルタ材を電着した後は、このフィルタ材の電着
膜を乾燥させ、この電着膜を赤色フィルタＲとする。な
お、上記電着膜は、必要に応じて熱処理により安定化さ
せてもよい。

【００３３】図２は上記赤色フィルタＲを形成した状態
の概略平面図であり、赤色フィルタＲは、マトリックス
状に配列している各画素電極２のうち、列方向の２つお
きの画素電極２および行方向の２つおきの画素電極２上
に形成されている。

【００３４】次に、図１（ｃ）に示すように、各画素電
極２のうち、他の所定の画素電極、例えば緑の画素を表
示するための画素電極２の上に緑色のフィルタ材を電着
して、緑色フィルタＧを形成し、次いで図１（ｄ）に示
すように、残りの画素電極、例えば青の画素を表示する
ための画素電極２の上に青色のフィルタ材を電着して、
青色フィルタＢを形成する。

【００３５】これら緑色フィルタＧおよび青色フィルタ
Ｂの形成も、上記赤色フィルタＲの形成と同様に、フィ
ルタ材である高分子樹脂と顔料を溶解または分散させた
液中に基板Ａを浸漬し、各走査配線４ａへの走査信号の
印加に同期させて各データ配線８ａに選択的に電着電圧
を印加することにより、所定の画素電極２に電圧を印加
して行なう。

【００３６】図３は上記のようにして赤，緑，青のカラ
ーフィルタＲ，Ｇ，Ｂを形成した状態の概略平面図であ
り、赤，緑，青のカラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂは、列方向
および行方向に交互に配列して、マトリックス状に配列
している各画素電極２の上に形成されている。

【００３７】すなわち、この実施例の液晶表示素子用基
板の製造方法は、赤，緑，青のカラーフィルタＲ，Ｇ，
Ｂをそれぞれ、その色のフィルタ材を画素電極２の上に
電着させて形成するものである。

【００３８】この電着によれば、電圧が印加された画素
電極２の上だけにその全体にわたってフィルタ材が付着
し、電圧が印加されていない画素電極２にはフィルタ材
が付着しないため、所定の画素電極２へのフィルタ材の
電着に際して、他の画素電極２をマスクしておく必要は
ないし、また電圧が印加された画素電極２に付着したフ
ィルタ材の形状は画素電極２の形状と同じであるため、
この付着したフィルタ材をパターニングする必要もな
い。

【００３９】したがって、上記製造方法によれば、赤，
緑，青のカラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂをフォトリソグラフ
ィ工程を必要とせずに形成できるから、液晶表示素子用
基板の製造コストを大幅に低減することができるし、ま
た上記カラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂは、画素電極２の上に
その全体にわたってこの画素電極２と同一の形状に形成
されるため、画素電極２に対するカラーフィルタＲ，
Ｇ，Ｂの位置ずれは完全になくなるから、画素電極２に
対するカラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂの位置精度を飛躍的に
向上させることができる。

【００４０】しかも、上記製造方法は、フィルタ材を画
素電極２の上に電着してカラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂを形
成するものであるため、上記フィルタ材の電着に際し
て、同じ色のフィルタ材を電着させる所定の画素電極２
のなかに断線欠陥によって電圧が印加されない電極があ
ると、この画素電極２にはフィルタ材が付着せず、また
上記所定の画素電極２に印加する電圧が短絡欠陥によっ
て他の画素電極２にも印加された場合は、他の画素電極
２にも上記フィルタ材が誤付着してしまうため、液晶表
示素子を組立てる前に、上記断線欠陥や短絡欠陥の有無
を知ることができる。

【００４１】すなわち、例えば図３に示したように、２
行目の走査配線４ａおよび２列目のデータ配線８ａに対
応する画素電極２とその能動素子である薄膜トランジス
タ３との間に断線欠陥ａがあるとすると、この画素電極
２には電圧が印加されないため、この画素電極部分にカ
ラーフィルタの欠落欠陥を発生する。これは、薄膜トラ
ンジスタ３と走査配線４ａまたはデータ配線８ａとの間
が断線している場合も同様であり、また走査配線４ａま
たはデータ配線８ａが途中で断線している場合は、その
断線箇所より先の画素電極２には電着電圧が印加されな
いため、これらの画素電極部分にカラーフィルタの欠落
欠陥が発生する。

【００４２】また、図示しないが、例えば走査配線４ａ
とデータ配線８ａとの間に短絡欠陥があり、複数本のデ
ータ配線８ａが走査配線４ａを介して短絡している場合
は、同じ色のフィルタ材を電着させる所定の画素電極２
の対応するデータ配線８ａに印加した電圧が、このデー
タ配線８ａと短絡している非選択データ配線８ａにも印
加されるため、この非選択データ配線８ａに対応する画
素電極２にもフィルタ材が誤付着してしまう。

【００４３】したがって、赤，緑，青の全ての色のカラ
ーフィルタＲ，Ｇ，Ｂを形成した後にその形成状態を観
察して上記フィルタ材の不付着や誤付着の有無を調べれ
ば、基板Ａの状態で上記断線欠陥や短絡欠陥の有無を知
ることができる。

【００４４】すなわち、赤，緑，青のカラーフィルタを
フォトリソグラフィ法を利用して形成している従来の製
造方法では、カラーフィルタの欠落等は発生しないた
め、上記断線欠陥や短絡欠陥は、液晶表示素子を組立て
た後にその表示試験を行なって検査するしかなく、した
がって、製造した液晶表示素子のなかに断線欠陥や短絡
欠陥のある素子もあったが、上記実施例の製造方法によ
れば、基板Ａを製造した段階でその断線欠陥や短絡欠陥
の有無を知ることができるため、断線欠陥や短絡欠陥の
ある基板を液晶表示素子の組立て前に排除して、液晶表
示素子の製造歩留を向上させることができる。

【００４５】なお、上記実施例では、逆スタガー構造の
薄膜トランジスタを能動素子とする基板の製造について
説明したが、本発明は、スタガー構造，コプラナー構
造，逆コプラナー構造の薄膜トランジスタを能動素子と
する液晶表示素子用基板の製造にも適用できる。

【００４６】また、上記実施例では、赤，緑，青のカラ
ーフィルタＲ，Ｇ，Ｂを、列方向および行方向に交互に
形成しているが、上記赤，緑，青のカラーフィルタは、
１つの列または行の画素電極２形成するカラーフィルタ
を同じ色にして、行方向または列方向にのみ交互に配列
形成してもよく、その場合、能動素子は、薄膜ダイオー
ド等の２端子素子であってもよい。

【００４７】さらに、本発明は、アクティブマトリック
ス液晶表示素子に用いる基板に限らず、単純マトリック
ス液晶表示素子に用いる基板の製造にも適用できるもの
で、その場合も、基板本体の上に形成した走査電極また
は信号電極のうちの所定の電極に電圧を印加して、この
電極の上にフィルタ材を電着する工程を繰返すことによ
り、各電極の上に赤，緑，青のカラーフィルタを形成す
ることができる。なお、この場合、赤，緑，青のカラー
フィルタは、ストライプ状に配列形成される。

【００４８】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子用基板の製造方法
は、赤，緑，青のカラーフィルタをそれぞれ、その色の
フィルタ材を電極の上に電着させて形成するものである
ため、赤，緑，青のカラーフィルタをフォトリソグラフ
ィ工程を必要とせずに形成して、液晶表示素子用基板の
製造コストを低減し、しかも上記カラーフィルタの位置
ずれも完全になくして、電極に対するカラーフィルタの
位置精度を飛躍的に向上させることができる。

【００４９】しかも、本発明は、フィルタ材を電極の上
に電着してカラーフィルタを形成するものであるため、
カラーフィルタ形成後にその形成状態を観察して上記フ
ィルタ材の不付着や誤付着の有無を調べれば、液晶表示
素子用基板の状態で、上記断線欠陥や短絡欠陥の有無を
知ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す基板の製造工程図。

【図２】図１（ｂ）の概略平面図。

【図３】図１（ｄ）の概略平面図。

【図４】製造した基板を用いた液晶表示素子の断面図。

【図５】上記基板の平面図。

【符号の説明】

１…基板本体、２…画素電極、３…薄膜トランジスタ
（能動素子）、４ａ…走査配線、８ａ…データ配線、Ｒ
…赤色フィルタ、Ｇ…緑色フィルタ、Ｂ…青色フィル
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 透明な基板本体の上に透明電極を配列形
   成し、その上に赤，緑，青のカラーフィルタを設けた液
   晶表示素子用基板の製造方法において、前記基板本体の
   上に透明電極を配列形成した後、これら透明電極のうち
   の所定の電極に電圧を印加してこの電極の上に赤，緑，
   青のうちの１つの色のフィルタ材を電着し、他の所定の
   電極に電圧を印加してこの電極の上に他の１つの色のフ
   ィルタ材を電着し、残りの電極に電圧を印加してこの電
   極の上に他のもう１つの色のフィルタ材を電着して、前
   記各電極の上に赤，緑，青のカラーフィルタを形成する
   ことを特徴とする液晶表示素子用基板の製造方法。