JPH063639A

JPH063639A - 投影型カラー液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JPH063639A
Application number: JP4158036A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Takamatsu; 敏明高松
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 1994-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】軽量、コンパクトな投影型カラー液晶表示装
置。【構成】赤、緑、青の各絵素に薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）を付加したＴＦＴ型液晶パネルの上に、液晶表示
パネルの各絵素に対応してモザイク状カラーフィルタを
設け、その上に各絵素に対応してレンズアレイを形成し
たプレーナーレンズアレイ（ＰＬＡ）を設け、ＰＬＡの
上に光源を設け、光源とは反対側の上記液晶パネルの上
に投影レンズを備えた液晶表示装置において、ＰＬＡを
シラン化合物によって処理した後、モザイク状カラーフ
ィルタを形成することを特徴とする１枚パネル方式投影
型カラー液晶表示装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は投影型カラー液晶表示装
置の製造方法に関する。さらに詳しくは、透過タイプの
マトリックス型液晶表示パネルと、入射光を各絵素に集
光して表示を明るくするための手段として用いられるプ
レーナーレンズアレイ（ＰＬＡ）と着色手段であるカラ
ーフィルタとを一体化した１枚パネル方式投影型カラー
液晶表示装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】投影
型カラー液晶表示装置は、液晶パネルの背後から光を照
射してスクリーン上にカラー画像を投影する表示装置で
ある。この液晶表示装置においてパネル構成としては１
枚パネル方式と３枚パネル方式の２方式があり、１枚パ
ネル方式では、赤、緑、青のモザイク状カラーフィルタ
が液晶パネルのひとつひとちの絵素に対応するよう設け
られている。上記１枚パネル方式は小型化、軽量化、そ
して製造コストを下げるという点で３枚パネル方式より
優れているが、１枚パネル方式においてカラー表示を行
う場合、３枚パネル方式と同じ解像度を得るためには１
枚パネルに形成すべき絵素数を３倍にする必要があり、
ひとつひとちの絵素を非常に小さくしなければならな
い。それに伴い寄与する領域の占める割合（開口率）が
小さくなり、同じ光源を用いても表示画面が暗くなると
いう問題が生じる。そこで上記問題の解決策として、Ｐ
ＬＡなどの集光手段を絵表示装置に設け、照明光を絵素
部分に集光して表示画面の明るさを向上させる技術が、
特開昭６０−１６５６２１〜４に開示されている。

【０００３】更に上記１枚パネル方式において、カラー
フィルタを液晶に接する側に設けるカラーフィルタ内付
け方式と、またカラーフィルタを液晶パネルの外側に設
けるカラーフィルタ外付け方式の２方式がある。ここで
前者はカラーフィルタ材料からのイオン性不純物溶出に
より液晶保持率が低下し、そして薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）などのアクティブ素子を用いて駆動する場合、良
好な表示コントラストが得られにくいという問題があ
る。一方、後者はカラーフィルタ層が液晶パネルの外に
あることからカラーフィルタに起因する上記液晶保持率
低下の問題はなく、そのためカラーフィルタ外付け方式
のほうが作り易いというメリットがある。

【０００４】これまで液晶パネルの作り易さという観点
からカラーフィルタ外付け方式を採用し、該ガラーフィ
ルタ外付け方式のパネル構成を図５に示す。ＰＬＡ２上
に形成したカラーフィルタ４を液晶パネルのひとつひと
つの絵素に対応するように紫外線硬化の接着剤３を用い
て上記ＰＬＡと液晶パネル１とを精度よく貼り合わせて
いる。しかしながら、ＰＬＡとカラーフィルタとの接着
性、あるいはカラーフィルタと貼り合わせ用樹脂との接
着性、更には貼り合わせ用樹脂と液晶パネルとの接着性
が悪く、冷熱サイクル試験や高温高湿放置試験などの信
頼性試験においてＰＬＡが液晶パネルより剥がれるとい
う問題が発生した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、薄膜トラン
ジスタ（ＴＦＴ）を各絵素に付加したＴＦＴ型液晶パネ
ルの上に、液晶表示パネルの赤、緑、青の各絵素に対応
してモザイク状カラーフィルタを設け、その上に各絵素
に対応してレンズアレイを形成したプレーナーレンズア
レイ（ＰＬＡ）を設け、ＰＬＡの上に光源を設け、光源
とは反対側の上記液晶パネルの上に投影レンズを備えた
液晶表示装置の製造において、ＰＬＡの表面をシラン化
合物によって処理した後、モザイク状カラーフィルタを
形成することを特徴とする１枚パネル方式投影型カラー
液晶表示装置の製造方法を提供する。

【０００６】さらに、良好なＰＬＡのシラン化合物の処
理方法として、ＰＬＡ表面をシラン化合物で処理する方
法やモザイク状カラーレジストの中に予めシラン化合物
を添加して、そのカラーレジストをＰＬＡ上に塗布する
方法および液晶パネルとＰＬＡを貼合わせる接着剤の中
にシラン化合物を添加する方法を提供する。この発明に
適用される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、通常のＰ型
およびＮ型の半導体のもの、例えば「固体ディバイスと
材料の国際会議」（Extended Abstracts of the 1991 I
nternational Conference on Solid State Devices and
Materials, 1991,pp.608-610)で開示されたものが適用
される。

【０００７】ＴＦＴは絵素電極が設けられた基板の上に
設けられ（１ｂ）、これに対抗して透明電極が設けられ
た対向側基板が設けられる（１ａ）。ここで、透明電極
および絵素電極の材質はインジウム−スズの酸化物（Ｉ
ＴＯ）、ＳｎＯなどが挙げられ、好適にはＩＴＯが適用
される。基板材質はガラス、石英、プラスチックスなど
が挙げられ、好適にはガラス、石英が適用される。ここ
で、透明電極は複数本の透明電極が互いに平行となるよ
うにストライプ状に配列して形成される。透明電極を絵
素電極とするときは、絵素電極の幅は40〜100μｍ程
度、間隔は10〜20μｍ程度である。

【０００８】この発明に適用される液晶組成物はＰＣＨ
系、ＣＣＨ系、エステル系、ピリミジン系などが挙げら
れ、好適にはＰＣＨ系、ＣＣＨ系、ピリミジン系が適用
される。ここで、液晶組成物１３が充填されるのは、上
下の２つの基板の間であり、その厚さ（ｄ）は液晶表示
装置の設計、構成によって決まるが、５．０〜１８．０
μｍ程度、好ましくは10〜15μｍである。この厚さが５
μｍ以下では電圧無印加時の光散乱性が不足し、逆に18
μｍ以上では、液晶の駆動のための所定の電界強度が不
足し電圧印加時の十分な透明性が得られないか、もしく
は駆動電圧が高くなる。液晶組成物が充填された後、両
端を熱硬化型のシール樹脂の接着剤で封止する。かくし
て、液晶パネルが作製される。

【０００９】ついで、カラーフィルタの原盤をガラス基
板上にスピンナ等によって、カラーレジストを塗布す
る。カラーレジストの種類としては、緑のカラーレジス
トとして富士ハントエレクトロニクス製ＣＧ−２０００
などが挙げられ、赤のカラーレジストとしては富士ハン
トエレクトロニクス製ＣＲ−２０００などが挙げられ、
青のカラーレジストとしては富士ハントエレクトロニク
ス製ＣＢ−２０００などが挙げられる。スピンナの回転
条件は400〜1000ｒｐｍ，好ましくは500〜700ｒｐｍで
ある。

【００１０】このようにして作製したカラーレジスト原
盤にコーテイング剤、例えばポリビニルアルコール（Ｐ
ＶＡ）をスピンナー等で塗布する。このときの、スピン
ナの回転条件は300 〜700ｒｐｍ，好ましくは450〜550
ｒｐｍである。さらに、露光、現像後、焼成されて、カ
ラーレジストが作製される。ついで、カラーフィルタを
形成したガラス基板を液晶パネルに貼合わせる。ここ
で、ガラス基板上に形成されたカラーフィルタのモザイ
クパターンと液晶パネルの各絵素が対応するように精度
よく貼合わせを行う。

【００１１】貼合わせに用いる接着剤としては紫外線硬
化、あるいは紫外線硬化と熱硬化の併用タイプの透明な
樹脂が用いられる。このような接着剤としては(株)スリ
ーボンド製スリーボンド3000シリーズ、ソニーケミカル
(株)製ソニーボンド、日本合成化学工業(株)KKS シー
ズ、日本ロックタイト(株)製ロックタイト363 、ダイキ
ン工業(株)製C1080 などが挙げられ、日本ロックタイト
(株)製ロックタイト363、ダイキン工業(株)製C1080 が
好適に適用される。

【００１２】ついで、カラーフィルタの上に各絵素に対
応して、レンズアレイを形成したプレーナーレンズアレ
イ（ＰＬＡ）を設ける。ＰＬＡの材質はガラス、石英が
適用される。ここで、ＰＬＡとカラーフィルタとの接着
および接着剤と液晶パネルの接着性向上のため、カップ
リング剤を前記貼合わせ接着剤中やカラーフィルタ中に
混入する。

【００１３】次にＰＬＡ、カラーフィルタ、貼り合わせ
樹脂、液晶パネルのそれぞれの接着性を改善するための
カップリング剤について説明する。本発明で使用するカ
ップリング剤としてはシランカップリング剤やチタンカ
ップリング剤が挙げられる。上記シランカップリング剤
は４価のケイ素原子の少なくとも１種の反応性の基を介
して結合している化合物をいう。反応性の基としては、
アミノ基、ビニル基、エポキシエチル基、エポキシエチ
レン基、メルカプト基、アルコシ基、アルキル基、イソ
シアナート基、アンモニウム化合物残基などが挙げられ
る。またアンモニウム化合物残基としては例えばオクタ
デシルジメチルアンモニウムクロライド残基のように第
４アンモニウム化合物残基が挙げられる。更に、ケイ素
原子に結合する連結基としてはエチレン基、プロピレン
基、トリメチレン基、テトラメチレン基のように炭素原
子数１ないし５のアルキレン基、トリメチレノキシメチ
レン基のように炭素原子数２ないし８のアルキレンオキ
シアルキレン基、トリメチレナミノエチレン基のように
炭素原子数２ないし８のアルキレンアミノアルキレン
基、またエチレンオキシカルボニル基、トリエチレンオ
キシカルボニル基のように炭素原子数２ないし５のアル
キレンオキシカルボニル基などが挙げられる。その他、
シランカップリング剤にはヘキサアルキルジシラザンな
どの、ジシラザン系化合物も含まれる。

【００１４】以上、上述したシランカップリング剤の中
でもシラノール基を生成するもの、例えばケイ素原子に
直接結合したアルコキシ基を少なくとも１個有するもの
が用いられる。その中で特に好ましいのはシラノール基
を生成するものであって、更にエポキシエチル基、メル
カプト基、イソシアナート基、アミノ基またはビニル基
を１〜２個有するシランカップリング剤である。またシ
ランカップリング剤は１種、あるいは２種以上併用して
用いてもよい。以下に本発明に使用するシランカップリ
ング剤の具体例を示す。

【００１５】

【化１】上記シランカップチング剤の他に下記一般式［Ｉ］、
［II］で表せるチタンカップリング剤も使用可能であ
る。

【００１６】

【化２】チタンカップリング剤の具体的な例としては下記のもの
が上げられる。

【００１７】

【化３】次に上記シランカップリング剤の効果について説明す
る。カラーフィルタを形成するカラーレジストにはフタ
ロシアニンなどの有機顔料がアクリル系のバインダ樹脂
に均一に分散されている。一方、ＰＬＡあるいは液晶パ
ネルに使用している。上述したケイ素化合物との反応を
下に示す。

【００１８】

【化４】反応［１］で生じたＹ〜Ｓｉ（ＯＨ）₃はＰＬＡの基板
表面にはＨＯ−Ｓｉ−などのシラノール基がでており、
シランカップリング剤がこのシラノール基と容易に結合
する。

【００１９】

【化５】また上記シランカップリング剤の官能基が、カラーレジ
ストに含まれるアクリル系のバインダ樹脂と親和性が良
好であることから、該シランカップリング剤と該バイン
ダ樹脂との接着性を改善することができる。ＰＬＡの表
面処理のため、表面をシランカップリング剤をアルコー
ル中に溶解させた溶液に浸漬させる方法においては、約
０．０１〜０．１ｗｔ％のシランカップリン剤をメチル
アルコールまたはエチルアルコールに溶解する。この溶
液中に、ＰＬＡを数分間浸漬後、徐々に引き上げて約10
0℃で約20分乾燥する。

【００２０】このようにして、作製されたＰＬＡ２の外
側にコンデンサーレンズ５を設ける。このコンデンサー
レンズ５は通常利用されているものが適用可能である。
さらに、その外側に光源６を設ける。具体的な光源に
は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノン
ランプなどが用いられる。光源の照度は通常100万lux程
度のものが用いられる。光源６の外側に反射鏡７が設け
られる。

【００２１】さらに、カラーフィルタ設置部とは反対側
のＴＦＴ電極基板の外側に投影レンズを設ける。さら
に、その外側にスクリーンを設けて液晶表示装置とす
る。ここで、投影レンズおよびスクリーンは、投影型カ
ラー液晶表示装置に、通常用いられるものが適用でき
る。

【００２２】

【作用】本発明の採用によりＰＬＡとカラーフィルタと
の接着性、あるいはカラーフィルタと貼り合わせ樹脂と
の接着性、更には貼り合わせ樹脂とＰＬＡとの接着性が
大幅に改善でき、信頼性の高いカラー液晶表示装置を実
現することができる。

【００２３】

【実施例】

実施例１本発明の実施例１について詳細を以下に説明する。本発
明の構成は図１に示すように光源６、反射鏡７、コンデ
ンサーレンズ５、液晶パネル１、投影レンズ８、スクリ
ーン９より成っている。光源からの光がコンデンサーレ
ンズを通過したのちＰＬＡ２でそれぞれ集光され、この
光束が該ＰＬＡ上に形成されたカラーフィルタの赤、
緑、青のモザイクパターンを通過し、液晶層、絵素電極
に入射される。そこでその入射光が、液晶層に印加され
る映像信号に応じて変調を受け、投影レンズによりスク
リーン上に投影される。光源には、ハロゲンランプ、メ
タルハライドランプ、キセノンランプなどが用いられる
（この実施例ではランプ）。反射鏡は、光源からの反対
側に出射された光を液晶パネルに向かうように反射させ
るためものである。

【００２４】本実施例ではシランカップリング剤のうち
下記に示すアミノ基を官能基としてもつシランカップリ
ング剤を使用した。ＮＨ₂(ＣＨ₂)₂ＮＨ（ＣＨ₂)₃Ｓｉ（ＯＣＨ₃)₃ 該シランカップリング剤をエチルアルコール、メチルア
ルコールなどのアルコールに溶解させ、その溶液の濃度
としては０．０１〜０．１ｗｔ％で調製する（この実施
例ではエチルアルコールで、０．０１ｗｔ％濃度）。シ
ランカップリング剤を溶かした溶液中にＰＬＡ２を浸漬
した後、徐々にＰＬＡを引き上げて100℃、20分の乾燥
を行う。そして該ＰＬＡ上に富士ハントエレクトロニク
スより市販されている赤、緑、青のカラーレジストＣＲ
−２０００、ＣＧ−２０００、ＣＢ−２０００を用いて
モザイク状のカラーフィルタ４を形成する。まず第１色
目の赤のカラーレジストＣＲ−２０００をスピンナによ
りＰＬＡ上に約１〜２μｍの膜厚になるように塗布す
る。そして露光、現像を行い赤のモザイクパターンを形
成する。その後、第２色目の緑のカラーレジストＣＧ−
２０００をスピンナによりＰＬＡ上に塗布し、露光、現
像を行って緑のモザイクパターンを形成する。最後に第
３色目の青のカラーレジストＣＢ−２０００をスピンナ
によりＰＬＡ上に塗布し、露光、現像を行って青のモザ
イクパターンを形成する。赤、緑、青からなる該モザイ
ク状カラーフィルタを形成した後、引き続きカラーフィ
ルタの耐溶剤性を向上させるために200〜250℃（この実
施例では約200℃）、約１時間の焼成を行う。その後、
紫外線硬化の接着剤３を用いてカラーフィルタが形成さ
れたＰＬＡを液晶パネル１と貼り合わせる（図２参
照）。

【００２５】実施例２次に実施例２について述べる。本実施例では上記シラン
カップリング剤のうち下記に示す官能基にグリシドキシ
基を有するシランカップリング剤を使用した。

【００２６】

【化６】まず富士ハントエレクトロニクス製カラーレジストの溶
媒である、プロピレングリコールモノエチルエーテルア
セテート中に上記シランカップリング剤を溶かした溶液
を予め作成し、その時のシランカップリング剤の濃度と
して０．１〜１ｗｔ％で調製する（この実施例では１ｗ
ｔ％）。そしてカラーフィルタを形成するカラーレジス
トである、富士ハントエレクトロニクス製ＣＲ−２００
０、ＣＧ−２０００、ＣＢ−２０００の中に上記シラン
カップリング溶液を添加する。シランカップリング剤が
カラーレジストに対して０．０１〜０．１ｗｔ％（この
実施例では０．０１ｗｔ％）となるように添加する。ま
ず第１色目の赤のカラーレジストＣＲ−２０００をスピ
ンナによりＰＬＡ状に約１〜２μｍの膜厚になるように
塗布する。そして露光、現像を行い赤のモザイクパター
ンを形成する。その後、第２色目の緑のカラーレジスト
ＣＲ−２０００をスピンナによりＰＬＡ上に約１〜２μ
ｍの膜厚になるように塗布する。そして露光、現像を行
い赤のモザイクパターンを形成する。その後、第２色目
の緑のカラーレジストＣＲ−２０００をスピンナにより
ＰＬＡ上に塗布し、露光、現像を行って緑のモザイクパ
ターンを形成する。最後に第３色目の青のカラーレジス
トＣＢ−２０００をスピンナによりＰＬＡ上に塗布し、
露光、現像を行って青のモザイクパターンを形成する。
実施例１と同様に、カラーフィルタの耐溶剤性を向上さ
せるために200〜250℃（この実施例では約200℃）、約
１時間の焼成を行う。その後、紫外線硬化の接着剤を用
いてカラーフィルタが形成されたＰＬＡを液晶パネルに
貼り付ける（図３参照）。

【００２７】実施例３更に実施例３について述べる。本実施例では、シランカ
ップリング剤のうち下記に示すビニル基を官能基として
有するシランカップリング剤を使用した。

【００２８】

【化７】該シランカップリング剤を紫外線硬化の接着剤の中に約
０．０１ｗｔ％の割合で添加する。ここで上記紫外線硬
化の接着剤として下記のものが挙げられる（（株）スリ
ーボンド製３０００シリーズ）。（株）スリーボンド製３０００シリーズロックタイト（株）製３５０、３５２ソニーケミカル（株）製ソニーボンド１７Ａ、１９
Ａ電気化学工業（株）製ハードロックＯＰ−１００
０まずＰＬＡ上に富士ハントエレクトロニクス（株）より
市販されている赤、緑、青のカラーレジストＣＲ−２０
００、ＣＧ−２０００、ＣＢ−２０００を用いてモザイ
ク状のカラーフィルタを形成する。最初に赤のカラーレ
ジストＣＲ−２０００をスピンナによりＰＬＡ上に約１
〜２μｍの膜厚になるように塗布する。そして露光、現
像を行って赤のモザイクパターンを形成する。その後、
第２色目の緑のカラーレジストＣＲ−２０００をスピン
ナによりＰＬＡ上に塗布し、露光、現像を行って緑のモ
ザイクパターンを形成する。最後に第３色目の青のカラ
ーレジストＣＢ−２０００をスピンナによりＰＬＡ上に
塗布し、露光、現像を行って青のモザイクパターンを形
成する。引き続き赤、緑、青からなる該モザイク状カラ
ーフィルタを形成したご、耐溶剤性を向上させるために
200〜250℃（この実施例では200℃）、約１時間の焼成
を行う。次に、上記接着剤のうちロックタイト(株)の３
５０に上記ビニル基を官能基とするシランカップリング
剤を添加し、該接着剤を用いてカラーフィルタが形成さ
れたＰＬＡを液晶パネルに貼り付ける（図４参照）。

【００２９】以上、本発明は上に述べた材料に限定され
ることなく、他のシランカップリング剤、紫外線硬化接
着剤、カラーレジストを使用することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明で述べたシランカップリング剤を
採用することにより、該シランカップリング剤を介して
ＰＬＡ、及びカラーフィルタが強固に接着され、また接
着剤と液晶パネルが強固に接着される。高温高湿試験、
冷熱サイクル試験などの加速試験においてもＰＬＡ、カ
ラーフィルタ、接着剤、及びガラスの各界面での剥離を
改善することができる。そしてこれによって信頼性の高
い、かつ軽量・コンパクトな投影型カラー液晶表示装置
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投影型カラー液晶表示装置の光学系を
含めた構成図である。

【図２】本発明に基づくパネル構成図。

【図３】本発明に基づくパネル構成図。

【図４】本発明に基づくパネル構成図。

【図５】従来の投影型カラー液晶表示装置のパネル構成
図である。

【符号の説明】

１液晶パネル１ａ対向側基板１ｂＴＦＴなどのアクティブ素子付加されたＴＦＴ側
基板２ＰＬＡ３貼合せ用接着剤４赤、緑、青から成るカラーフィルタ５コンデンサーレンズ６光源７反射鏡８投影レンズ９スクリーン１０シランカップリング層１１微小レンズ領域１２シール樹脂１３液晶層１４シランカップリング剤が添加されたカラーフィル
タ１５シランカップリング剤が添加された接着剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜トランジスタを各絵素に付加した薄
膜トランジスタ型液晶パネルの上に、液晶表示パネルの
赤、緑、青の各絵素に対応してモザイク状カラーフィル
タを設け、その上に各絵素に対応してレンズアレイを形
成したプレーナーレンズアレイを設け、プレーナレンズ
アレイの上に光源を設け、光源とは反対側の上記液晶パ
ネルの上に投影レンズを備えた液晶表示装置の製造にお
いて、プレーナレンズアレイをシラン化合物によって処
理した後、モザイク状カラーフィルタを形成することを
特徴とする１枚パネル方式投影型カラー液晶表示装置の
製造方法。
【請求項２】プレーナレンズアレイのシラン化合物の
処理方法が、プレーナレンズアレイの表面をシラン化合
物で処理する方法である請求項１項に記載の製造方法。
【請求項３】プレーナレンズアレイのシラン化合物の
処理方法が、モザイク状カラーレジストの中に予めシラ
ン化合物を添加して、そのカラーレジストをプレーナレ
ンズアレイ上に塗布する方法である請求項１項に記載の
製造方法。
【請求項４】プレーナレンズアレイのシラン化合物の
処理方法が、液晶パネルとプレーナレンズアレイを貼合
わせる接着剤の中にシラン化合物を添加する方法である
請求項１項に記載の製造方法。