JPH1164882A - 反射型液晶パネルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開口率が高くて明るい反射型の液晶パネルを
提供することを目的とする。 【解決手段】 絶縁性基板２上に走査線、信号線１２、
スイッヂング素子を形成した後、感光性黒色樹脂３０を
格子状に形成し、感光性透明樹脂２６を塗布後に研磨に
よって絶縁性基板２の表面の平坦化を図り、写真食刻で
感光性透明樹脂２６に開口部２７を形成してスイッチン
グ素子の一部のドレイン電極２３を露出させた後、反射
電極２５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型の画像表示
機能を有する液晶パネルおよびその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年の微細加工技術、液晶材料技術およ
び実装技術などの進歩により、５〜５０cm対角の液晶パ
ネルで実用上支障の無いテレビジョン画像や各種の画像
表示が商用ベースで実現している。また、液晶パネルを
構成する２枚のガラス基板の一方にＲＧＢの着色層を形
成しておくことにより、カラー表示も容易に実現してい
る。特にスイッチング素子を絵素毎に内蔵させた、いわ
ゆるアクティブ型の液晶パネルでは、クロストークも少
なくかつ高速応答で高いコントラスト比を有する画像が
保証されている。

【０００３】これらの液晶パネルは、走査線としては１
００〜１０００本、信号線としては２００〜２０００本
程度のマトリクス編成が一般的である。図４は液晶パネ
ルへの実装状態を示し、液晶パネル１を構成する一方の
透明絶縁基板、例えばガラス基板２上に形成された走査
線の電極端子群６に駆動信号を供給する半導体集積回路
チップ３を直接に接続するＣＯＧ（Chip-On-Glass）方
式や、例えばポリイミド系樹脂薄膜をベースとし、金メ
ッキされた銅箔の端子（図示せず）を有する接続フィル
ム４を信号線の電極端子群５に適当な接着剤で圧接して
固定するＴＣＰ方式などの実装手段によって、電気信号
が画像表示部に供給される。ここでは便宜上二つの実装
方式を同時に図示しているが、実際には何れかの方式が
適宜選択されることは言うまでもない。

【０００４】７，８は液晶パネル１の画像表示部と信号
線および走査線の電極端子群５，６との間を接続する配
線路で、必ずしも電極端子群５，６と同一の導電材で構
成される必要はない。

【０００５】９は、全ての液晶セルに共通の透明導電性
の対向電極を有するもう１枚の透明絶縁基板であるガラ
ス基板で、液晶パネル１を構成する２枚のガラス基板
２，９は樹脂性のファイバやビーズなどのスペーサ材に
よって数μｍ程度の所定の距離を隔てて形成され、その
間隙（ギャップ）はガラス基板２，９の周縁部におい
て、有機性樹脂よりなるシール材と封口材とで封止され
た閉空間になっており、この閉空間に液晶が充填されて
いる。

【０００６】カラー表示を実現する場合には、ガラス基
板９の閉空間側に着色層と称する染料または顔料のいず
れか一方もしくは両方を含む有機薄膜が被着されて色表
示機能が与えられるので、その場合にはガラス基板９は
別名カラーフィルタと呼称される。そして液晶材料の性
質によってはガラス基板９の上面またはガラス基板２の
下面のいずれかもしくは両面上に偏光板が貼付され、液
晶パネル１は電気光学素子として機能する。

【０００７】図５はスイッチング素子として例えば薄膜
の絶縁ゲート型トランジスタを絵素毎に配置したアクテ
ィブ型液晶パネルの等価回路である。実線で描かれた素
子は一方のガラス基板であるアクティブ基板２上に形成
され、破線で描かれた素子はもう一方のガラス基板９上
に形成されている。走査線１１（８）と信号線１２
（７）は、例えば非晶質シリコンを半導体層とし、シリ
コン窒化層をゲート絶縁層とするＴＦＴ（薄膜トランジ
スタ）１０の形成と同時にアクティブ基板２（一方のガ
ラス基板）上に作製される。液晶セル１３はアクティブ
基板２上に形成された透明導電性の絵素電極１４と、カ
ラーフィルタ９（もう一方のガラス基板）上に形成され
た同じく透明導電性の対向電極１５と、２枚のガラス基
板２，９で構成された閉空間を満たす液晶１６とで構成
され、電気的にはコンデンサと同じ扱いで良い。液晶セ
ル１３の時定数を大きくするための蓄積容量の構成に関
しては幾つかの構成の中から選択が可能で、例えば図５
では蓄積容量２２は全ての絵素電極１４に共通な共通電
極１７と絵素電極１４とが、絶縁ゲート型トランジスタ
のゲート絶縁層などの絶縁層を介して構成されている。

【０００８】図６はカラー表示用パネルの要部断面図で
ある。染色された感光性ゼラチンまたは着色性感光性樹
脂などよりなる着色層１８は先述したように、カラーフ
ィルタ９の閉空間側で絵素電極１４に対応してＲＧＢの
三原色で所定の配列にしたがって配置されている。全て
の絵素電極１４に共通の対向電極１５は着色層１８の介
在による液晶セル内での電圧配分損失を回避するために
は図示したように着色層１８上に形成される。液晶１６
に接して２枚のガラス基板２，９上に被着された、例え
ば０．１μm程度の膜厚のポリイミド系樹脂薄膜層１９
は液晶分子を決められた方向に揃えるための配向膜であ
る。加えて液晶１６にツイスト・ネマチック（ＴＮ）型
のものを用いる場合には上下に２枚の偏光板２０を必要
とする。

【０００９】ＲＧＢの着色層１８の境界に低反射性の不
透明膜２１を配置すると、アクティブ基板２上の信号線
１２などの配線層からの反射光を防止できて画像のコン
トラスト比が向上し、またスイッチング素子であるＴＦ
Ｔ１０の外部光照射によるＯＦＦ動作時のリーク電流の
増大が防げて強い外光の下でも液晶パネルを動作させる
ことが可能となり、既にブラックマトリクス（ＢＭ）と
して実用化されている。ＢＭ材の構成も多数考えられる
が、隣り合った着色層の境界における段差の発生と光の
透過率を考慮するとコスト的には不利であるが、０．１
μm程度の膜厚のＣｒ薄膜が合理的である。

【００１０】なお、図６において理解を簡単にするた
め、ＴＦＴ１０，走査線１１および蓄積容量２２に加え
て裏面光源やスペーサなどの構成要素も省略している。
２３は絵素電極１４とＴＦＴ１０のドレインとを接続す
るための導電性薄膜で、一般的には信号線１２と同一の
部材で同時に形成されドレイン配線と称される。ここで
は図示しなかったが、対向電極１５は画像表示部より僅
かに外よりの外周部で適当な導電性ペーストを介してＴ
ＦＴ１０を有するアクティブ基板２上の適当な導電性パ
ターンに接続され、電極端子群５，６の一部に組み込ま
れて電気的接続が与えられている。

【００１１】上記した透過型の液晶パネルでは、当然で
あるが裏面からの光源が必要であるが、携帯型のパソコ
ンや情報端末機器では電池の長寿命化への対応が困難な
こともあいまって、反射型カラー液晶パネルを望む気運
が急激に高まってきた。

【００１２】図７は最近発表された反射型カラー液晶パ
ネルの要部断面図を示す。このパネルは、１枚の偏光板
を用いることで輝度の向上を図ったもので、液晶材には
ＴN系のものが使用可能であり、反射型液晶パネルの場
合には使用する液晶の性質によって反射電極の表面は鏡
面か拡散面が必要であるが、ここでは鏡面が選ばれてい
る。

【００１３】図７において、図６の透過型との差異は、
偏光板２０が１枚で良いこと、散乱板２４が必要なこ
と、アクティブ基板２上の絵素電極が透明電極ではな
く、光を反射する主として金属薄膜よりなる反射電極２
５であることの３点である。その他構成および材料は同
一である。位相差板４０は特に無彩色表示時に色付きを
防止し色純度を高める目的で導入されるので、図６では
記載されていないが透過型の液晶パネルにおいても最近
は導入が積極的に進められている。

【００１４】スイッチング素子であるＴＦＴ１０の外部
光照射によるＯＦＦ動作時のリーク電流の増大を防ぐの
は反射型の場合は比較的簡単で、反射電極２５をＴＦＴ
１０上に配置すればよく、そのために必要な絶縁層が平
坦化絶縁層２６である。この絶縁層は下地のアクティブ
基板２上に存在する走査線１１、信号線１２およびＴＦ
Ｔ１０などの素子が構成する段差を吸収するために少な
くとも１μｍ以上、好ましくは２〜３μｍの膜厚が必要
であり、このような厚い膜形成を真空製膜装置を用いて
形成するのは、その生産性や膜応力などの観点から現実
的ではなく、塗布形成が可能な有機樹脂が用いられる。
具体的には、日本合成ゴム製の商品名オプトマーＰＣ３
０２がその一例として挙げられる。オプトマーＰＣ３０
２は透明度の高い樹脂で、通常の感光性樹脂の２倍程度
の露光エネルギーが必要であるが感光性であり、ドレイ
ン電極２３との接続とのために必要な透明性絶縁層への
開口部２７の形成も容易に行え、しかも製造工程の短縮
も同時に実現する利点がある。

【００１５】しかしながら、透明性が高いために、図８
に示したように反射電極２５の隙間に存在する走査線１
１や信号線１２からの乱反射を抑制することができな
い。このため、従来と同様にカラーフィルタ９側にブラ
ックマトリクス（ＢＭ）２１が必要となる。

【００１６】なお、図８は反射電極２５をアクティブ基
板２の最上層に形成した反射型カラー液晶パネルのアク
ティブ基板２の平面配置図で、２８はＴＦＴのチャネル
を構成する半導体層を模式的に表現したものであり、図
８のＡ−Ａ′線上の断面図が図７の要部断面図に対応し
ている。

【００１７】厚い平坦化絶縁層２６に透明性の低い、例
えば黒色顔料を含んだ感光性のものを用いようとして
も、後述するように開口部２７の形成が困難であり、平
坦化絶縁層には透明度の高い樹脂が選ばれる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】液晶パネルの画面の高
精細化は時代の趨勢で、携帯型の対角１５ｃｍ（６型）
程度のものにおいても、ＶＧＡ対応の水平方向６４０
本、垂直方向４８０本の解像度が必要とされている。こ
のような高精細になると画素内の表示に寄与しない走査
線、信号線、ＴＦＴなどの素子の単位絵素内に占める割
合が高くなり、結局は開口率が低下して暗い画像しか得
られなくなる。

【００１９】平坦化樹脂の導入により反射電極を平坦化
樹脂の上に形成することで開口率の低下は回避できるも
のの、ブラックマトリクスが必要と言うことになると、
ブラックマトリクスによる開口率の低下と、カラーフィ
ルタとアクティブ基板との貼り合せ精度による開口率の
低下とが俄かに顕在化してくる。具体的には、貼り合せ
精度が従来は数μmで十分であったが、反射型で開口率
を９０％以上に高めるためには２μm以下の高精度を要
求されるようになってきた。

【００２０】液晶パネルの貼り合せ精度は、アクティブ
基板とカラーフィルタの加工精度および貼り合せ工程に
おける二つの基板の貼り合せ精度の総和であり、当然の
ことではあるが液晶パネルが大きい程、ガラス基板が大
きい程、ガラス基板の反りやウネリも加算されて精度は
低下する。

【００２１】貼り合せに当たり、２枚のガラス基板を機
械的に精度１〜２μmに合せることは、大型基板の高精
度露光機の機構や実力から考えてもさほど困難なことで
はないが、２枚のガラス基板を接着剤で貼り合わすシー
ルの硬化工程で、上記したガラス基板の反りもあいまっ
て実用上確保できる精度は数μmに低下してしまうのが
現状である。

【００２２】その主な理由は、シールの硬化に関して温
度の均一性に関わる問題である。ガラス基板の膨張係数
は１℃あたり数ｐｐｍもあるので、例えば１０℃の温度
差が３０ｃｍの大きさの２枚のガラス基板間にあると１
０〜２０μmの伸縮差が生じてしまうことになる。この
ため、シール硬化工程における加熱・冷却は徐熱・徐冷
が必須であるが、余りに時間をかけて生産性を低下させ
るわけにもいかず、高精度の貼り合せには色々と課題が
多い。

【００２３】シール樹脂の硬化に当たり室温程度の低温
化を可能にする紫外線硬化型のものも検討されている
が、一般的に硬化温度が低くなると、気密性と密着性の
低下は免れない。またシール樹脂中の残留溶剤が液晶に
溶け込んで、液晶セルの保持率が低下し、高温および長
期動作時に液晶パネルの表示特性が劣化することも避け
られない。

【００２４】本発明は、表示画像のコントラスト比が向
上し、また、カラーフィルタの貼り合せ精度が緩和され
る構造の反射型液晶パネルを提供することを目的とす
る。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる現状に
鑑みなされたもので、絶縁性基板上に形成された格子状
の黒色絶縁層と前記黒色絶縁層の間を埋める透明絶縁層
とを平坦化するとともに、前記黒色絶縁層の一部を含ん
で透明絶縁層上に反射電極を形成し、前記透明絶縁層に
形成された開口部を通して前記反射電極をスイッチング
素子に接続したものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、絶縁性基板の一主面上に複数本の走査線を有し、少
なくとも一層以上の絶縁層を介して前記走査線と概ね直
交する複数の信号線を有し、前記走査線と前記信号線と
の交点毎に少なくとも一つのスイッチング素子と反射電
極とを有するアクティブ基板と、一主面上に少なくとも
透明導電性の対向電極を有して前記アクティブ基板に対
向するカラーフィルタとの間に充填された液晶とを備え
た液晶パネルであって、前記絶縁性基板上に形成された
格子状の黒色絶縁層と前記黒色絶縁層の間を埋める透明
絶縁層とが平坦化されて形成されるとともに、前記黒色
絶縁層の一部を含んで透明絶縁層上には反射電極が形成
され、前記透明絶縁層に形成された開口部を通して前記
反射電極がスイッチング素子に接続されていることを特
徴とするものである。

【００２７】この構成によれば、反射電極の周囲を黒色
絶縁層で埋められており、アクティブ基板上の走査線や
信号線に外光が届いて余分な反射光を生じない。このた
め、ブラックマトリクスは不要となる。

【００２８】本発明の請求項２に記載の発明は、絶縁性
基板の一主面上に複数本の走査線を有し、少なくとも一
層以上の絶縁層を介して前記走査線と概ね直交する複数
の信号線を有し、前記走査線と前記信号線との交点毎に
少なくとも一つのスイッチング素子と反射電極とを有す
るアクティブ基板と、一主面上に少なくとも透明導電性
の対向電極を有して前記アクティブ基板に対向するカラ
ーフィルタとの間に充填された液晶とを備えた液晶パネ
ルの製造方法であって、前記絶縁性基板上に走査線、信
号線、スイッチング素子を形成した後、前記絶縁性基板
上に感光性黒色樹脂を格子状に形成する工程と、さらに
その上に感光性透明樹脂を塗布する工程と、研磨によっ
て前記絶縁性基板上を平坦化する工程と、写真食刻によ
り前記感光性透明樹脂層に開口部を形成して前記スイッ
チング素子の一部を露出する工程と、前記感光性黒色樹
脂の一部を含んで前記感光性透明上に反射電極を形成す
る工程とからなるものである。

【００２９】この製造方法によれば、反射電極の下地は
研磨で平坦化されているので反射電極の表面を鏡面に形
成することが容易となる。 （実施の形態１）本発明の一実施の形態を図１に基づい
て説明する。すなわち、この液晶パネルは、反射電極の
周囲を黒色の絶縁層で形成させたものであり、図１はア
クティブ基板上のパターン配置図を示し、同図のＡ−
Ａ′線上のアクティブ基板の製造工程断面図を図２に示
し、本発明によって得られる反射型カラー液晶パネルの
要部断面図を図３に示す。以下の説明に当たり、従来と
同一の機能を有する部位については同じ符号を付すこと
にする。

【００３０】まず、図２（ａ）に示したように、絶縁基
板２の一主面上に走査線１１，信号線１２，半導体層２
８を含む絶縁ゲート型トランジスタＴＦＴ１０などの素
子を形成し、黒色絶縁層３０を選択的に残して格子状に
形成する。このためには黒色顔料を含む感光性樹脂、例
えば東京応化製の商品名ＣＦＰＲ，ＢＫ５０５を用いて
写真食刻技術で簡便に形成することを勧める。黒色絶縁
層３０の厚みとしては、例えば２．５μｍ程度に選ばれ
る。感光性黒色絶縁層は透明度が低く、写真食刻時にマ
スク合せが光学的な方法では容易ではなく、例えばアラ
イメントマークを基板の上方からでなく下方から合わせ
るなどの工夫が必要となるが、反射電極がＴＦＴを光遮
蔽する機能を失わない程度、すなわち単位絵素の半分程
度の数１０μｍと、格子状の黒色絶縁層３０の合わせ精
度はそんなに高くないので光学的マスク合わせ以外にも
合わせ方法は考えられよう。

【００３１】次に、図２（ｂ）に示したように感光性の
透明な絶縁層２６として例えば、日本合成ゴム製の商品
名オプトマＰＣ３０２をアクティブ基板２上に、例えば
３μｍ程度の膜厚で塗布し、プリベークを行い溶剤を蒸
発させる。

【００３２】そして、研磨材と水による機械的な研磨で
アクティブ基板２の一主面側を研磨し、例えば２μｍ程
度の高さで平坦化する。その結果、格子状の黒色絶縁層
３０の周囲が透明な絶縁層２６で埋められて表面が平坦
になる。この後、紫外線を光源とする写真食刻により透
明な平坦化絶縁層２６に開口部２７を形成し、スイッチ
ング素子であるＴＦＴ１０のドレイン電極２３の一部を
露出した状態が図２（ｃ）に示されている。

【００３３】アクティブ基板形成の最終工程は図２
（ｄ）に示したように、平坦化されたアクティブ基板２
の一主面上にスパッタなどの真空製膜装置を用いて０．
２μｍ程度の膜厚の反射率の高い金属、例えばアルミニ
ウムを被着し、微細加工技術により反射電極２５を形成
することである。反射電極２５はＴＦＴ１０を光遮蔽す
るような位置におかれ、黒色絶縁層３０の一部を含んで
形成されることは言うまでもない。

【００３４】図３は以上述べた製造工程を経て得られた
アクティブ基板２とカラーフィルタ９とを所定の工程を
経て貼り合せ、パネル化したものの要部断面図を示す。
図７に示した従来の反射型カラー液晶パネルと比べる
と、反射電極２５の周囲が黒色絶縁層３０で埋められて
いることが理解されよう。そして、カラーフィルタ９に
はブラックマトリクス２１が形成されていない。

【００３５】さらに本発明の液晶パネルの製造方法によ
れば、反射電極が形成されるアクティブ基板の一主面上
の平坦度が極めて高く、したがって反射率の高い反射電
極を形成することが容易となり明るい画像が得られるだ
けでなく、配向膜の配向処理時に非配向や逆ドメイン等
が発生する恐れは極度に抑制され、コントラスト比の向
上への貢献度は高い。

【００３６】なお、上記の各実施の形態おいて、本発明
の要旨は反射電極の下地が平坦化されていることと、反
射電極の周囲が黒色絶縁層で埋められていることであ
り、スイッチング素子としては絶縁ゲート型トランジス
タに限られず、またスイッチング素子を構成する材料に
よる差異も何ら影響を受けないことは言うまでもない。
これは蓄積容量やパシベーション等の材料や構成に関し
ても全く同様である。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明の液晶パネルによれ
ば、反射電極の周囲が黒色絶縁層で埋められているた
め、走査線や信号線からの乱反射光が発生せず表示画像
のコントラスト比が向上する。またカラーフィルタにブ
ラックマトリクスが不要となってブラックマトリクスか
らの反射光も無く、さらにコントラスト比が向上するだ
けでなく、ブラックマトリクスが不要なことからカラー
フィルタの貼り合せ精度が緩和されるという著しい効果
が得られる。これは従来のカラーフィルタでは、ブラッ
クマトリクスがカラーフィルタの精度と開口率を支配し
ていたのに対して、本発明ではブラックマトリクスがア
クティブ基板上に高精度で作製されるためである。

【００３８】さらに本発明の液晶パネルの製造方法によ
れば、反射電極が形成されるアクティブ基板の一主面上
の平坦度が極めて高く、したがって、反射率の高い反射
電極を形成することが容易となり明るい画像が得られる
だけでなく、配向膜の配向処理時に非配向や逆ドメイン
等が発生する恐れは極度に抑制され、コントラスト比の
向上への貢献度は高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のアクティブ基板のパタ
ーン配置図

【図２】本発明の一実施の形態のアクティブ基板の製造
工程断面図

【図３】本発明の一実施の形態による反射型カラー液晶
パネルの要部断面図

【図４】液晶パネルの実装状態を示す斜視図

【図５】アクティブ型液晶パネルの等価回路図

【図６】アクティブ型液晶パネルの要部断面図

【図７】従来の反射型カラー液晶パネルの要部断面図

【図８】従来のアクティブ基板のパターン配置図

【符号の説明】

２ アクティブ基板 ９ カラーフィルタ（対向基板） １１ 走査線 １２ 信号線 １４ 絵素電極（透明電極） １５ 対向電極 １６ 液晶 ２０ 偏光板 ２１ ブラックマトリクス ２３ ドレイン配線 ２４ 散乱板 ２５ 絵素電極（反射電極） ２６ 平坦化絶縁層 ２７ 開口部 ２８ ＴＦＴのチャネルを構成する半導体層 ３０ 黒色絶縁層 ４０ 位相差板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板の一主面上に複数本の走査線
   を有し、少なくとも一層以上の絶縁層を介して前記走査
   線と概ね直交する複数の信号線を有し、前記走査線と前
   記信号線との交点毎に少なくとも一つのスイッチング素
   子と反射電極とを有するアクティブ基板と、一主面上に
   少なくとも透明導電性の対向電極を有して前記アクティ
   ブ基板に対向するカラーフィルタとの間に充填された液
   晶とを備えた液晶パネルであって、 前記絶縁性基板上に形成された格子状の黒色絶縁層と前
   記黒色絶縁層の間を埋める透明絶縁層とが平坦化されて
   形成されるとともに、 前記黒色絶縁層の一部を含んで透明絶縁層上には反射電
   極が形成され、 前記透明絶縁層に形成された開口部を通して前記反射電
   極がスイッチング素子に接続されていることを特徴とす
   る反射型液晶パネル。
2. 【請求項２】 絶縁性基板の一主面上に複数本の走査線
   を有し、少なくとも一層以上の絶縁層を介して前記走査
   線と概ね直交する複数の信号線を有し、前記走査線と前
   記信号線との交点毎に少なくとも一つのスイッチング素
   子と反射電極とを有するアクティブ基板と、一主面上に
   少なくとも透明導電性の対向電極を有して前記アクティ
   ブ基板に対向するカラーフィルタとの間に充填された液
   晶とを備えた液晶パネルの製造方法であって、 前記絶縁性基板上に走査線、信号線、スイッチング素子
   を形成した後、前記絶縁性基板上に感光性黒色樹脂を格
   子状に形成する工程と、 さらにその上に感光性透明樹脂を塗布する工程と、 研磨によって前記絶縁性基板上を平坦化する工程と、 写真食刻により前記感光性透明樹脂層に開口部を形成し
   て前記スイッチング素子の一部を露出する工程と、 前記感光性黒色樹脂の一部を含んで前記感光性透明上に
   反射電極を形成する工程とからなる反射型液晶パネルの
   製造方法。