JPH0736344Y2 - カラー液晶パネル - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、多色あるいは天然色のカラー表示用液晶パネ
ル構造に関するものである。

〔考案の背景〕

近年、コンピュ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、その情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。

〔従来の技術とその課題〕

カラーLCDを実現するためにこれまでに種々の考案がな
されてきた。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（ツイステ
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、液
晶を光シャッターとして用いて、これと赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色フィルターとを組み合わせた
カラーLCDが最も有力である。

液晶パネルとカラーフィルターとを組み合わせるには種
々の構成方法があるが、高密度高精細の表示を実現し、
かつ液晶自身の光シャッターとしての性能をカラーフィ
ルターの導入により低下させないためには、第３図に示
した様な構成が好ましいものである。この場合、カラー
フィルター23は液晶24に隣接して設けられ、かつカラー
フィルター23側の透明電極31はカラーフィルター23の上
に形成されている。この結果、実際にはマトリクス状で
個々の小さな画素として動作する液晶シャッターと、こ
の個々の液晶シャッターに対応する位置に形成された３
原色の通常モザイク状のカラーフィルターとの相対位置
に関して画面を斜め方向から見た時の位置ずれを生じな
い。また、透明電極31、32の間でカラーフィルター23を
介することなく液晶24の駆動を行なう構造のため、光シ
ャッターとしての液晶の特性を最大限に引き出せること
になる。

第３図の構造は、薄膜トランジスタ（TFT）型のアクテ
ィブマトリクス方式のカラーLCD（例えば、日経エレク
トロニクス、P.211、No.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23側の透明電極31は全面ベタで
パ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、第３図の構造を単純マトリクス方式のカラーLCD
に適用しようとした場合には、アクティブマトリクス方
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課題としてあるのは、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、カラーフィルター部分では概
ねストライプ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、第３図の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る。

尚、上記課題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、MIM（Metal-Insulat
or-Metal）あるいはDR（Diode-Ring）等に代表されるも
ので、既に述べた３端子型のTFT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トリクス方式と同等で
ある。

さて、上記の透明電極形成にかかわるパターニング性の
問題に関しては、例えば特開昭62-153826号公報に示さ
れた如くに、カラーフィルターと透明電極との間に無機
透明薄膜を一層設けることが非常に有効であることが明
らかになった。第４図及び第５図はこの様な構造の断面
図を示したもので、第４図はカラーフィルター23の上に
直接無機透明薄膜52と更に、続いて透明電極31を形成し
た場合、第５図はカラーフィルター23の上に有機透明薄
膜51を形成した後に、無機透明薄膜52と透明電極31とが
形成されたものである。所で、前記特開昭62-153826号
公報に於ける実施例として、第５図に類似の構造が述べ
られており、有機透明薄膜51として１μｍ厚のポリイミ
ド膜、そして、無機透明薄膜52として100nm厚のSiO₂膜
が用いられている。所が、本発明者が実施した実験の結
果、上記薄厚のSiO₂膜を用い、透明電極であるITO（酸
化インジューム錫）膜を塩酸系溶液でエッチングした場
合、レジストの剥離工程中に微細な透明電極パターンの
剥離が多発し、全く実用不能と言わざるを得ない結果で
あった。

〔考案の目的〕

本考案はかかる、カラーフィルター上に形成する透明電
極のエッチングによるパターニング工程に於ける重大な
欠陥を解決せんとするもので、更にその結果として、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を提供することを目的とする
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

本考案の構成はカラーフィルター上に直接もしくは有機
透明薄膜を介して無機透明薄膜を形成しこの無機透明薄
膜上に透明電極を形成した構造の基板を液晶パネルの一
方の構成要素とするカラー液晶パネルに於いて、前記無
機透明薄膜を島状の不完全薄膜とすることにより、前記
透明電極のエッチングパターンを極めて良好ならしめる
ものである。

〔実施例〕

第１図に本考案によるカラー液晶パネルの断面図を示
す。尚ここでは液晶パネルを構成する２枚の透明基板の
うちの一方のみを示してあるが、他方の透明基板は通常
の単純マトリクス駆動の液晶パネルで使用されるもの、
すなわち、ガラス基板上に透明電極の形成されたもので
ある。ただし、前記の他方の透明基板の別の構成として
は、ガラス等の透明な基板上にダイオード等の２端子能
動素子あるいは薄膜トランジスタ等の３端子能動素子を
規則的に配したアクティブマトリクス駆動用のものも含
まれる。

本実施例ではまず透明のガラス板21上にカラーフィルタ
ー23を形成する。透明のガラス板21としては通常ガラス
が用いられ、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23としては、ゼラチン
薄膜を染色したカラーフィルターやスピンナー塗布型の
染色樹脂カラーフィルター、あるいは顔料蒸着型や印刷
法によるフィルターなどがあり、それぞれ長所短所を有
している。本実施例に於いては顔料系の印刷法によるカ
ラーフィルターを用いたが上述した他種のカラーフィル
ターも用いることができる。カラーフィルター23のパタ
ーンは、ストライプ状、モザイク状などがあり、それぞ
れ目的に応じて使い分けるものである。続いて、カラー
フィルター23を被覆して有機透明薄膜51が、更にこの有
機透明薄膜51を被覆して無機透明薄膜52が形成される。

ここで、有機透明薄膜51は下地のカラーフィルター23の
表面の凹凸を平坦化すると同時に、このカラーフィルタ
ー23の強度を補強するという２つの大きな機能を持つも
のである。また、有機透明薄膜51はカラーフィルター23
に含まれる主としてイオン性の不純物の液晶層への流出
の障壁としても有力な働きをすることがあり、この意味
からも重要なものである。これらの要求される機能を満
たす物質としては、高分子樹脂が良く、特にそのチキソ
トロピックな性質によって平坦化の効果は著しい。ま
た、強度という面からは硬度が重要な要素でアクリル樹
脂あるいはシリコン樹脂といったものが好ましいものと
言えるが、後述する様にこの有機透明薄膜の上には更に
無機透明薄膜や透明導電膜を基板を加熱した状態で形成
することになることから、加熱状態での強度も重要であ
る。この意味から、耐熱性の高い樹脂が好ましく、成膜
性等を加味した場合には、ポリイミドあるいはポリアミ
ド系の樹脂が最適である。尚、有機透明薄膜51としてそ
の機能を最も良く発揮する膜厚は0.5μｍ〜２μｍであ
る。本実施例では膜厚1.2μｍのポリイミド膜を用い
た。

本考案にかかわるのは次の無機透明薄膜52で、これは図
示した様に島状に形成されており、この無機透明薄膜52
形成後の表面には下地の有機透明薄膜51が部分的に露出
した状態にある。勿論、この様な薄膜の島状形成は成膜
方法に強く依存するが、一般に10nm程度の薄膜を形成す
るならば本考案の島状の無機透明薄膜52が得られる。成
膜方法としては蒸着、スパッタ、CVD（化学蒸着）等を
用いることがよくまた無機材料としては酸化シリコン、
窒化シリコン、酸化アルミニウム、五酸化タンタル等が
好ましい特性を有する。薄膜の島状成長に関しては多く
の研究が行なわれており、数十nm以下の薄膜で10nm〜10
0nm程度の島状構造が電子顕微鏡により観察されてい
る。本実施例に於いてはスパッタ法で約12nmの酸化シリ
コン膜を形成し、50nm程度の島状構造を確認した。尚、
この様な島状構造が有効に観察されたのは本実施例の系
に於いて、酸化シリコン膜厚で4nm〜25nmの範囲であっ
た。

続いて、透明電極31として、ITOをスパッタ法で約300nm
の膜とした後、塩酸系溶液によるエッチング工程で、概
ねストライプ状の形状のものを得た。得られた電極のパ
ターンはオーバーエッチも無く、勿論微細パターンの欠
落等も発生せず極めて良好であった。そして、この様に
良好なパターニングが可能となったのは、本考案の島状
に形成した無機透明薄膜52の効果で、そのメカニズムは
以下の通りと考えられる。すなわち、パターニング工程
は、透明電極形成のための酸性溶液によるエッチング
と、レジストを剥離するためのアルカリ性溶液によるレ
ジスト除去とより成るが、薄膜間の密着性についてみる
と、前者に対しては無機透明薄膜52と透明電極31とが優
れ、後者に対しては、有機透明薄膜51と透明電極31とが
優れる。従って、この２段階の工程より成るエッチング
工程を良好ならしめるには、本考案の様な微細に混在し
た２種類の表面を提供しうる島状薄膜が有効なのであ
る。尚、島状成長した無機透明薄膜で、島と島の間の表
面は必ずしも完全な意味で有機透明薄膜の表面が露出し
ている必要は無く、数原子層程度の酸化シリコン等の堆
積があったとしても次のITO膜形成時に、実質的に有機
透明薄膜とITOとの結合が達成されるならば問題はな
い。

この後は、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、第
３図の構造のカラーLCDとなるが、このパネル化の工程
に関しては、従来の液晶パネルとほぼ同じ取扱いで十分
である。

第２図には本考案の別の実施例を示す。ここでは第１図
と比較して、有機透明薄膜51が無いのが特徴であるが、
前述した様なこの有機透明薄膜51の機能をカラーフィル
ター23が兼ねるならば、本構造でよく、耐熱性樹脂を用
いたカラーフィルターでスピンナー塗布型の場合にはこ
れで十分であった。

〔考案の効果〕

以上、本考案によれば、表示性能の優れたカラーLCDを
容易に作成することができ、歩留り、コスト面の量産性
からも非常に効果が大きい。

特に、歩留り上の難点であった透明電極のパターニング
工程が飛躍的に安定化されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はいずれも本考案に係り、第１図は
第１の実施例を示すカラー液晶パネルを示す断面図、第
２図は第２の実施例におけるカラー液晶パネルを示す断
面図、第３図はカラー液晶パネルの基本構造を示す断面
図、第４図および第５図はいずれも従来例のカラー液晶
パネルを示す断面図である。 23……カラーフィルター、31……透明電極、51……有機
透明薄膜、52……無機透明薄膜。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス板上に形成するカラーフィルター
   と、少なくとも該カラーフィルタ上に形成する無機透明
   薄膜と、該無機透明薄膜上に形成する概ねストライプ状
   の形状を有する多数の透明電極とを液晶パネルの一方の
   構成要素とするカラー液晶パネルに於いて、前記無機透
   明薄膜が島状の不完全薄膜であることを特徴とするカラ
   ー液晶パネル。
2. 【請求項２】ガラス板上に形成するカラーフィルター
   と、該カラーフィルターを被覆して形成する有機透明薄
   膜と、少なくとも該有機透明薄膜上に形成する無機透明
   薄膜と、該無機透明薄膜上に形成する概ねストライプ状
   の形状を有する多数の透明電極とを液晶パネルの一方の
   構成要素とするカラー液晶パネルに於いて、前記無機透
   明薄膜が島状の不完全薄膜であることを特徴とするカラ
   ー液晶パネル。
3. 【請求項３】無機透明薄膜が酸化シリコンであることを
   特徴とする請求項１あるいは２記載のカラー液晶パネ
   ル。