JPH09203893A - カラー液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産時の歩留が高く、信頼性に優れたカラー
液晶表示素子を提供する。 【解決手段】 カラーフィルター層を有する側の基板の
透明電極と配向膜層との間に、二酸化けい素と金属酸化
物とを主成分とする絶縁層を設ける。この絶縁層は、例
えば、ペルヒドロポリシラザンのような二酸化けい素前
駆体の溶液にジルコニアのような金属酸化物の超微粒子
粉を分散混合した液を塗布焼成することによって形成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカラー液晶表示素子
に関し、さらに詳しくは、特定の絶縁層を設けた基板を
有するカラー液晶表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、平面型ディスプレイとして液晶表
示素子が様々な分野で広範囲に使用されている。液晶表
示素子は薄型・軽量、低消費電力、カラー化も容易等の
利点を活かし、電卓、ウオッチ等から商品化されはじ
め、最近ではワープロやパソコン用のディスプレイとし
て大型のものまで商品化されている。

【０００３】これら液晶表示素子の応用分野として、例
えば車載あるいは船舶用途のように高信頼性の要求され
るものもかなり数量が増えている。高信頼性を達成する
ために、一般の白黒表示の液晶表示素子においては、液
晶材料の選定に加えて、素子設計上も種々の対策が施さ
れている。導電性異物等に基づく表示不良の発生を防止
する目的で、前面および背面の両基板上の透明電極と配
向膜層との間に絶縁層を設けるのもその一つである。

【０００４】しかしながら、有機系のカラーフィルター
を用いたカラー液晶表示素子の場合には、カラーフィル
ター層自体あるいは場合によって平坦化などの目的でそ
の上に設けられる保護層の耐熱性、耐紫外線性の制約か
ら、通常の無機系絶縁層の形成が困難であり、従来、有
機系材料で代替するか、あるいはカラーフィルター層を
有する基板側には絶縁層を設けず、カラーフィルター層
のない他方の基板側だけに絶縁層を設ける等の方法が採
用されていた。

【０００５】ここで、有機系の材料を用いる場合には、
硬度が低いために導電性異物の貫通による基板間短絡が
発生しやすくなり、生産時の歩留りの低下に加えて信頼
性の低下の問題があるばかりか、比誘電率が小さいため
に絶縁層による電圧降下が大きくなり、光学性能が低下
するという問題があった。一方、カラーフィルター層を
有する基板側の絶縁層を省いた場合にも、導電性異物に
基づく歩留りおよび信頼性低下の問題が避けられず、さ
らに、この場合には配向膜層形成時の濡れ不良に起因す
ると見られる表示ムラが発生するという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術における上述した問題点を解消することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は下記
の発明である。 ［１］基板側から見てカラーフィルター層、透明電極、
配向膜層をその順序で設けられている基板を一方の基板
として有するカラー液晶表示素子において、前記透明電
極と配向膜層との間に、二酸化けい素と金属酸化物とを
主成分とする絶縁層が設けられていることを特徴とする
カラー液晶表示素子。

【０００８】［２］絶縁層が二酸化けい素もしくはその
前駆体の分散液もしくは溶液と、金属酸化物もしくはそ
の前駆体の微粉末、分散液もしくは溶液とを混合してな
る液を塗布焼成して形成されたものである［１］記載の
カラー液晶表示素子。

【０００９】［３］二酸化けい素前駆体がペルヒドロポ
リシラザンである［２］記載のカラー液晶表示素子。

【００１０】［４］金属酸化物の比誘電率（１ｋＨｚ：
以下同様）が１０以上である［１］記載のカラー液晶表
示素子。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のカラー液晶表示素子にお
いては、カラーフィルター層を有する側の基板上の透明
電極と配向膜層との間に、二酸化けい素と金属酸化物と
を主成分とする絶縁層を設けることが重要である。金属
酸化物の添加により絶縁層の誘電率を高め、二酸化けい
素単独系の低誘電率（比誘電率が４．４程度）に伴なう
電圧低下を抑制するためである。そのため、金属酸化物
としては高誘電率のもの、好ましくは比誘電率の値が１
０以上であるものが用いられる。

【００１２】好適な金属酸化物としては、酸化チタン、
酸化ジルコニウムを始め、チタン酸バリウム、タンタル
酸リチウム等の複酸化物、さらには、ジルコン酸チタン
酸鉛（ＰＺＴ）およびこれに少量のランタンあるいは鉄
を含有させたＰＬＺＴあるいはＰＦＺＴが例示される。
これらは２種以上併用してもよい。また、絶縁層の構成
成分として二酸化けい素および高誘電率金属酸化物に加
えて、燒結性の改善等の目的で、他の成分、例えば、低
誘電率金属酸化物等を添加することも可能である。

【００１３】二酸化けい素と金属酸化物の混合割合とし
ては、金属酸化物が少な過ぎると混合の効果が低下し、
多過ぎると絶縁層の燒結性が低下するので、重量比（金
属酸化物／二酸化けい素）で１／９９〜８０／２０、特
に５／９５〜５０／５０の範囲から選定するのが好まし
い。

【００１４】二酸化けい素と金属酸化物との混合方法お
よび絶縁層の形成方法は特に限定されないが、カラーフ
ィルター層の劣化を防止する、あるいは薄いガラス基板
やプラスチック基板の場合に起こりやすい基板の変形を
防止する、さらには絶縁層の均一性向上を図る等の観点
から、二酸化けい素もしくはその前駆体の分散液もしく
は溶液と金属酸化物もしくはその前駆体の微粉末、分散
液もしくは溶液とを混合してなる液を塗布し低温で焼成
する方法が好ましく採用可能である。

【００１５】ここで塗布の方法としては、基板のサイ
ズ、生産規模等に応じて、印刷法、ディップ法、流延
法、スピンコート法等が適宜選定される。絶縁層の厚さ
は通常１０〜５００ｎｍ、特に２０〜１００ｎｍとされ
るが、塗布法においては、一回の塗布工程でこの膜厚に
達しない場合、所望の膜厚になるまで塗布が繰り返され
る。この場合、塗布と塗布との間に乾燥工程を挟んでも
よい。

【００１６】低温燒結性の面から、二酸化けい素前駆体
としては、ペルヒドロポリシラザンが好ましく採用可能
である。この物質は大気またはそれに準じた雰囲気下に
２００〜３００℃で３０〜６０分焼成することにより、
二酸化けい素に転換され、緻密な膜が形成される。

【００１７】ペルヒドロポリシラザンは通常有機溶剤溶
液の形態で市販されており、金属酸化物との混合は、こ
の溶液に金属酸化物の微粉末を直接分散させるあるいは
微粉末を一旦共通溶剤に分散させてから、その液同士を
混合する等の方法で実施可能である。

【００１８】金属酸化物を微粉末の形態で使用する場合
には、絶縁層の均一性の観点から粒径の小さいものを選
定することが好ましく、少なくとも粒径が絶縁層の所望
の厚さを上回らないようにすることが望ましい。本発明
においては、定法によりカラーフィルター層および透明
電極を形成させた基板に上記のようにして絶縁層が形成
され、さらにその上に配向膜層が設けられる。

【００１９】この場合、絶縁層の燒結を完結させてか
ら、配向膜の前駆体となる有機高分子材料を塗布乾燥
し、改めて加熱硬化させることもできるが、カラーフィ
ルター層および基板の熱履歴を最小にとどめるために、
絶縁層の燒結工程と配向膜材料の硬化工程を一部兼ねさ
せることも可能である。

【００２０】すなわち、塗布法による場合、二酸化けい
素および金属酸化物、あるいはこれらの前駆体を含有す
る調合液を塗布乾燥し、表面が他の材料を塗布した時に
崩れない程度に硬くなった状態で、配向膜材料を塗布乾
燥してから、２００〜３００℃程度で加熱することによ
り、絶縁層の燒結と配向膜材料の硬化とが同時に達成さ
れる。

【００２１】配向膜材料をこのように硬化処理してか
ら、ラビング等の方法で特定の方向に配向処理すること
によって配向膜が形成される。このようにして得られる
一方の基板と、カラーフィルター層を設けない以外はこ
れとほぼ同様の工程で得られる他方の基板とを用意し、
面内スぺーサの散布、シール材の塗布乾燥を行なってか
ら、両者を対向させ、位置合わせして圧着することによ
って空セルを作製する。

【００２２】この空セルに、ＴＮ用液晶、ＳＴＮ用液
晶、ＧＨ用液晶、強誘電液晶、反強誘電液晶、高分子液
晶分散型液晶、その他公知の種々の液晶を注入して液晶
セルとする。このように液晶セルを作製した後、必要に
応じて、偏光膜、反射板、位相差板等を組み合わせて、
カラー液晶表示素子を得ることができる。

【００２３】［実施例］ソーダライム基板に所定の方法
でアルカリバリア膜を製膜し、続いてクロム膜を１００
０オングストロームの厚さに製膜し、画素数が６４０×
４８０×３の開口部を有するブラックマトリックス基板
を作成した。この上にカラーフィルター用顔料分散塗料
（フジハント製）を用い、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれを順次ス
ピンコート、露光、現像を繰り返し、厚み１．２μｍの
カラーフィルター層を設けた。

【００２４】ついで、アクリル系コート材（ＪＳＲ製）
をスピンコートし、２２０℃、１時間の焼成を行なっ
て、厚み１．２μｍの保護層を形成させた。次に、基板
温度を２２０℃とした低温スパッタにて、厚み３００オ
ングストロームのシリカ膜およびその上に厚み２０００
オングストロームの透明導電膜を製膜し、フォトリソ工
程で４８０本の走査電極をパターニングした。

【００２５】一方、対向基板側については、ソーダライ
ム基板の温度を３００℃とした高温スパッタにて、厚み
３００オングストロームのシリカ膜およびその上に厚み
１５００オングストロームの透明導電膜を製膜し、フォ
トリソ工程で６４０×３本のデータ電極を前記走査電極
に直交するようにパターニングした。

【００２６】上記のように透明電極を形成させた２枚の
基板にそれぞれ以下のようにして、絶縁層および配向膜
層を形成させた。まず、ペルヒドロポリシラザンの２０
％キシレン溶液（東燃製）１００部にあらかじめ乾燥し
ておいたジルコニア超微粒子粉（平均粒径２２ｎｍ：秩
父セメント製）２０部を窒素気流下に分散させ、さらに
３０部のキシレンで希釈して塗布液を調製し、窒素気流
下に上記基板にスピンコートした。ついで、溶剤を揮散
させてからこの上にポリアミック酸を塗布し、２６０℃
で３０分間焼成した。

【００２７】このようにして得られた２枚の基板の一方
に熱硬化型のエポキシ系のシール材を所定の形状にスク
リーン印刷し、他方にはスぺーサを散布して対向させ、
位置合わせして熱圧着し、空セルを組立てた。そして、
所定の形状に切断後、注入孔から真空注入法にてネマチ
ック液晶を注入し、ＵＶ樹脂にて封止した。このように
作成したセルに所定の光学設計を行なった位相差板およ
び偏光膜を貼り付け、カラー液晶表示素子を完成した。

【００２８】上と同様にして製造した１００セル中、点
灯検査で短絡が認められたのは２セルに過ぎず、配向膜
の製膜工程でのはじき等に起因する表示ムラは皆無であ
った。また、代表的なセルについてのコントラスト比は
３２対１であった。なお、上で絶縁層の形成のために用
いた塗布液を上と同様の条件でソーダライム基板上に直
接塗布焼成して得られた絶縁膜の膜厚は６０ｎｍ、屈折
率（エリプソメーターによる）は１．５５、比誘電率は
１２であった。

【００２９】［比較例１］絶縁層にジルコニア超微粒子
粉を混合させない以外は実施例と同様にしてカラー液晶
表示素子を製造した。点灯検査での短絡発生は１００セ
ル中２セルに過ぎず、また配向膜の濡れ不良等に起因す
る表示ムラの発生も認められなかったが、光学性能の面
では、コントラスト比が２０対１と低い値であった。ま
た、実施例と同様にして測定した絶縁膜の膜厚は６０ｎ
ｍで、屈折率および比誘電率はそれぞれ１．４５および
４．４であった。

【００３０】［比較例２］カラーフィルター層を有する
基板側に絶縁層を設けない以外は実施例と同様にしてカ
ラー液晶表示素子を製造した。この場合、点灯検査で、
１００セル中４セルに短絡発生が認められ、また、配向
膜の濡れ不良に起因すると見られる表示ムラが２セルに
認められた。

【００３１】

【発明の効果】本発明のカラー液晶表示素子は、透明電
極と配向膜層の間に二酸化けい素と金属酸化物とを主成
分とする絶縁層が設けられているので、導電性異物に基
づく基板間短絡が抑制されるとともに、配向膜形成時の
濡れ性が改善されてその不良等に起因する表示ムラの発
生が防止されるので、生産時の歩留が向上し、製品の信
頼性に優れている。

【００３２】さらに、比誘電率が高い金属酸化物を用い
る場合には、絶縁層による電圧降下に基づく光学性能の
低下も抑制される。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板側から見てカラーフィルター層、透
   明電極、配向膜層をその順序で設けられている基板を一
   方の基板として有するカラー液晶表示素子において、前
   記透明電極と配向膜層との間に二酸化けい素と金属酸化
   物とを主成分とする絶縁層が設けられていることを特徴
   とするカラー液晶表示素子。
2. 【請求項２】 絶縁層が二酸化けい素もしくはその前駆
   体の分散液もしくは溶液と、金属酸化物もしくはその前
   駆体の微粉末、分散液もしくは溶液とを混合してなる液
   を塗布焼成して形成されたものである請求項１記載のカ
   ラー液晶表示素子。
3. 【請求項３】 二酸化けい素前駆体がペルヒドロポリシ
   ラザンである請求項２記載のカラー液晶表示素子。
4. 【請求項４】 金属酸化物の比誘電率（１ｋＨｚ）が１
   ０以上である請求項１記載のカラー液晶表示素子。