JPS63200101A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、カラー映像表示が可能な液晶表示装置および
その製造方法に関するものである。

従来の技術 近年、液晶表示装置は、画像表示などのようなより多く
の情報表示を必要とするものが要求されるようになり、
このためセグメント型からドットマトリクス型構成のも
のに移行し、さらに、カラー化の方向へ進みつつある。

一般に、マトリクス表示は、一対の透明電極をそれぞれ
帯状に分割し、一方を走査電極、他方を信萼電極として
互いに直交するように組合せ、この一対の電極間に液晶
を充填した構造のものが知られている。これは分割され
たそれぞれの電極群の各交差点が絵素を形成し、これら
の電極群に選択的に電圧を印加することによって、任意
の情報を表示することができるものである。

このようなマトリクス型液晶表示装置においてカラー表
示を行なうには、たとえば、第３図に示すように、走査
電極５あるいは信号電極８のいずれか一方の電極上に複
数色のカラーフィルター２を形成した構成が提案されて
いる（たとえば、著者：内田他、“電極上に着色層を設
けたマルチカラー液晶表示器”第８回液晶討論会、３Ｗ
２０゜昭和５７年１０月）。

通常、このような表示装置の駆動は、走査電極を一定の
周期で線順次走査し、これと同期させて信号電極には情
報に応じたカラー信号電圧波形を印加するいわゆる時分
割駆動方式が用いられる。

発明が解決しようとする問題点 従来の構成において、電極上に設けられるカラーフィル
ターＮ２は、一般にホトリソ法あるいは印刷法によって
形成され、通常、前者はゼラチン等のを機系絶縁物を染
色する手法が用いられ、後者の場合は有機系樹脂中に顔
料を分散させる手法がとられる。これらの手法で形成さ
れたフィルター層２の色純度は、その膜厚が薄いものは
悪く、また、印刷法で形成されたカラーフィルター層は
その表面の平滑性が悪いのが一般的である。

ところが、液晶表示装置の光学特性は電極上にこのよう
な絶縁層が形成された場合、印加電圧に対する透過光量
の立上り特性（以下これを急峻性と言う）あるいはしき
い値電圧特性あるいは液晶分子の配向性が著しくそこな
われる。

このため、特に表示容量の大きいマトリクス型表示装置
を時分割駆動する際、この急峻性および配向性の悪化は
表示のコントラストを低下させ、またしきい値電圧の増
大は駆動電圧を高くするという欠点があった。

そこで、このようなフィルター層に起因する欠点を除去
する方法として、一方の基板上にまずカラーフィルター
層を形成した後、この上にたとえば、錫を含む酸化イン
ジウム（以下ＩＴＯと略す）等を低温でスパッタリング
して透明な電極を設ける構造が考えられる。

しかしながら、この構造および製造方法において、フィ
ルター層の表面平滑性、およびこの層上に形成される透
明電極の電気的特性および機械的強度の点で問題があり
、これらに起因する問題として表示装置の表示特性、信
頼性に関する致命的な欠点がある。

これら９点に関して詳しく説明する。すなわち、一般に
カラーフィルター層の耐熱性は悪（、染色型の壜台で１
９０℃、顔料型でも２５０℃程度であり、それぞれこれ
らの温度を超えると退色現象を生じ、色純度が極端に悪
くなる。このため、このカラーフィルター層の上に設け
られる透明電極は、染色フィルターを用いた場合１９０
℃以下、顔料型の場合２５０℃以下の低温で形成しなけ
ればならない、一般にＩＴＯ膜をこれらの温度以下で形
成する方法としては低温スパンター法が採用されるが、
この場合、得られるＩＴＯＷＡの電気抵抗および接着強
度は、形成時の温度と下地層の表面状態に依存し、温度
が低いもの程、あるいは下地表面の平滑性が悪いもの程
、形成されるＩＴＯ膜の電気抵抗値が高く、さらに摩擦
などに対する機械的強度および接着強度も弱いのが一般
的である。

また一般的に印刷方式で形成されるカラーフィルター層
の場合、その表面の平滑性は悪（、形成方法および用い
るインク材料によっても異なるが通常、±０．５μ程度
の表面凹凸が生じる。

したがって、ツイストネマチック型（以下ＴＮ型と呼ぶ
）液晶を用い、複数本に細分割され、た帯状の電極群で
構成されるマトリクス型表示装置において、まず、第１
の欠点はＩＴＯ電極の１本当りの長さ方向の電気抵抗が
極めて高くなり、このためこの電極の一端から電圧を供
給した場合、長さ方向に電気抵抗による電圧降下が生じ
、これに起因する表示ムラが生じる。

つぎに、第２の欠点は通常液晶表示装置は、その製造過
程において液晶分子を一定方向に配列させるいわゆる配
向処理が施されるが、この処理法として、一般にＩＴＯ
電極上に配向膜を設け、その後その表面を綿布などを用
いて一定方向にラビングする手段がとられる。この場合
、たとえば染色法で形成されたカラーフィルター層にＩ
ＴＯをスパツクする際は１９０℃以下の低い温度で形成
しなければならず、また印刷法で形成されたカラーフィ
ルター層の場合は、その表面の平滑性が悪い、このため
得られるＩＴＯ電極は、その機械的強度および接着強度
が弱く、ラビングによる摩擦によって断線が生じたり、
あるいは表示装置のその後の製造過程において発生する
熱履歴、あるいは完成後において繰返し行なわれる電圧
印加などによってしばしば断線あるいは導通不良が生じ
るなど表示装置の信頼性に問題がある。

さらに、第３の欠点は、一般に液晶の配向性は、配向膜
の材料に依存するところが大きいが、ラビング手法を用
いる配向法においてはその下地層の表面平滑性にも左右
される。すなわち、平滑性の良いもの程液晶分子の配列
が一様になる。

ところが、印刷方式による顔料型カラーフィルター層を
用いた場合、その表面平滑性は通常±０．５μ程度の凹
凸が生じるため、この上に形成されるＩＴＯ電極、およ
びさらにその上に設けられる配向膜の表面平滑性も悪く
なる。この結果、液晶の配向性がそこなわれ表示のコン
トラストが著しく低下するという問題がある。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、相対向する一対の
透明な基板の一方の基板に、モザイク状の複数色のフィ
ルター層と遮光層を設け、その上に、ポリイミド系樹脂
の平滑層を設け、その後、透明な複数の帯状走査電極を
前記平滑層上に設け、他方の基板の一方の基板との対向
面に、透明な複数の帯状信号電極を設け、走査電極と信
号電極が互に直交するようにそれぞれの基板を対向させ
て絵素をマトリクス状に組合せた構成とその製造方法で
ある。

作用 本発明は上記した構成により、ＩＴＯ電極と液晶との界
面にカラーフィルター層が介在しないため、しきい値特
性の急峻性が改善され、また駆動電圧も低下する。また
、カラーフィルター層上にポリイミド系樹脂の平滑層を
設けることにより表面の平滑性が改善され、このため液
晶の均質な配向を可能にし、高コントラストで高品位の
表示をもたらす、さらにこの上に設けられるＩＴＯＩＩ
は高温形成が可能となり、この結果、電気抵抗が低く、
機械的強度と接着強度の優れたＩＴＯ電極が形成できる
ため、表示ムラのない、信頼性に優れた表示が可能とな
る。

実施例 以下本発明の一実施例の液晶表示装置およびその製造方
法について、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の液晶表示装置の構成を模式的に示した
断面図であり、第２図は製造過程を示す要部断面図であ
る。

１は透明なガラス基板であり、この上に第２図（ａ）の
ようにカラーフィルター層２を設ける。ここでカラーフ
ィルター層２は、有機系樹脂中に顔料を分散したインク
を印刷手法を用いて形成する。

このフィルター層２はＲ，Ｇ、Ｈの３色を一単位とする
繰返し配列の短冊状ストライプであって、各色の線幅と
そのピッチはそれぞれ列方向０．２１鶴幅、ピッチＱ、
７５ｍ、行方向０．８６鶴幅、ピッチ０．９論であり、
その数は列方向９６０本（３２０）リオ）１行方向２０
０本のＸ、Ｙマトリクスから成る１９２０００個が形成
されている。

つぎにこのフィルター層２の各色の間隙には、上記と同
様の手法で遮光層３を綱目状に形成する。

この遮光層３０線幅は０．０４ｆｉであり、そのピッチ
は列方向Ｑ、２５ｍ、行方向０．９Ｍである。

このようにして形成されたカラーフィルター層２と遮光
層３の上に、第２図−）に示すようにシクロへキサン環
骨格を有するジアミン酸成分と飽和脂肪環を有するテト
ラカルボン酸を縮合してなるポリイミド樹脂の平滑層４
を設ける。この平滑層の形成法としては前記ポリイミド
樹脂をＴ−ブチロラクトンあるいはＴ−ブチロラクトン
とブチルセロソルブの混合溶剤などに溶解して回転塗布
法により塗布し、その後この塗膜を２００℃で３０分間
焼成し、無色透明の平滑層４を得る。

ここで前記ポリイミド樹脂の溶媒としては、Ｔ−ブチロ
ラクトンとブチルセロソルブの混合系を用いた場合カラ
ーフィルター層２への濡れ性が良く、均質な塗膜が得ら
れるので好ましい。

ここで得られたポリイミド樹脂の平滑層は均質で、下地
層に対して強固に固着し、その表面凹凸は膜厚２〜３μ
ｍの時、±０．０５μｍであった。

また塗布方法としてはこれ以外にもロールコーティング
法、およびディラビング法などが適用できる。

その後このようにして形成した平滑層４上の゛全面に亘
って第２図（Ｃ１のように透明な導電膜を形成する。こ
の被膜としてはＩＴＯをスパッタ法により形成した。こ
こで得られる導電膜の電気抵抗値は下地基板の加熱温度
に依存し、温度が高い程低抵抗の被膜が得られるが、一
方カラーフィルターの耐熱性は２００〜２５０℃程度で
あるため、基板加熱温度としては２００℃で行ない、被
膜厚１０００〜２０００人１面抵抗値は１５〜１８Ω／
−のＩＴＯ＠膜を得た。

その後このＩＴＯ膜を通常のホトリソ手法を用いてエツ
チングしてＩＴＯの透明な走査電極５を設ける。この走
査電極５は電極幅が０．８６ｍ。

ピッチ０．９閣で、その本数は２００本である。

ここで、平滑層４上に設けられる電極は、走査電極５あ
るいは信号電極８のいずれであっても構わない。

つぎに、第２の基板７上にＩＴＯの被膜を形成し、これ
をホトリソ手法を用いてエツチングし、透明な信号電極
８を設ける。この信号電極８は前記カラーフィルター２
に対応して形成され、その電極幅は０．２１Ｍ、　ピッ
チ０．２５ｍ、本数９６０本の帯状電極である。その後
、走査電極群５と信号電極群８上には液晶配向膜６が設
けられ、配向処理が施された後、基板１．７を第１図の
ようにそれぞれの電極群５，８が互いに直交するように
対向させて、所定の間隙を保って貼り合せ、その間隙に
液晶材料９を充填した後基板１．７の外面にそれぞれ偏
向板を配置して液晶表示装置を完成させた。

以上のようにして完成された液晶表示装置は、走査電極
群５を一定の周期で線順次走査し、これと同期させて信
号電極群８には情軸に応じたカラー信号電圧波形を印加
してカラー表示が行なわれる。

発明の詳細 な説明したように、第１の発明の液晶表示装置によれば
、走査電極をフィルター層上に形成し、かつ絵素となる
各カラーフィルター間には遮光層を埋設した構成にして
いるので、フィルター層による液晶特性の悪化が全くな
く、また絵素以外の部分から漏れる不用な透過光を遮断
できるため、コントラストの優れたカラー表示が得られ
る。また、平滑層として用いたシクロヘキサン環骨格を
有するジアミン酸成分と飽和脂肪環を有するテトラカル
ボン酸またはその無水物を縮合してなるポリイミド樹脂
は無色透明で、平滑性と耐熱性に優れ、かつカラーフィ
ルター層、！！光層およびガラス基板などの下地層に対
して強固に接着する。そのため、この上にＩＴＯ被膜を
形成する際、ヒビ割れ、シワ、あるいは剥離などが発生
せず、強固で低抵抗の均質な導電膜が形成できる。この
結果、液晶め均質な配向が達成され、コントラストの優
れた表示が可能となる。さらにこの導電膜を複数本の電
極群に細分割する場合、エツチングによるパターンニン
グが極めて容易であるぽかりでなく、細分割された電極
は断線や導通不良などの欠陥が生じることがなく、信頼
性の優れた表示が得られる。また、第２の発明の液晶表
示装置の製造方法によれば、第１の発明の液晶表示装置
を容易に効・率良く低コストで製造し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における液晶表示装置の構成
を模式的に示した断面図、第２図は第１図における液晶
表示装置の製造過程を示す要部断面図、第３図は従来の
液晶表示装置の構成を示す断面図である。 １．７・・・・・・ガラス基板、２・・・・・・カラー
フィルター層、３・・・・・・遮光層、４・・・・・・
平滑層、５・・・・・・走査電極、６・・・・・・液晶
配向膜、８・・・・・・信号電極、９・・・・・・液晶
。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名Ｌ７−−−
カ・ンス幕工（ Ｃ−−Δ１５−ｙ角月莢 ９−來＾

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）相対向する一対の透明な基板を設け、一方の基板
   の他方の基板との対向面に、モザイク状の複数色のフィ
   ルター層を設け、前記各色フィルター層間の間隙部に遮
   光層を設け、その後、前記フィルター層と遮光層上にシ
   クロヘキサン環骨格を有するジアミン酸成分と飽和脂肪
   環を有するテトラカルボン酸またはその無水物を縮合し
   てなるポリイミド樹脂の平滑層を設け、その後、前記平
   滑層上に透明な電極を設け、他方の基板の一方の基板と
   の対向面に、透明な電極を設け、前記一対の基板間に液
   晶材料を充填したことを特徴とする液晶表示装置。
2. （２）透明な第一の基板上に、複数色のモザイク状フィ
   ルター層を設ける工程と、前記各色フィルター層間の間
   隙部に遮光層を埋設する工程と、その後前記フィルター
   層と前記遮光層を覆うように全面にシクロヘキサン環骨
   格を有するジアミン酸成分と飽和脂肪環を有するテトラ
   カルボン酸またはその無水物を縮合してなるポリイミド
   樹脂の平滑層を設ける工程と、その後、前記平滑層上に
   透明な導電性被膜を設ける工程と、その後、前記導電性
   被膜をエッチングする工程と、透明な第二の基板上に透
   明な導電性被膜を企画に形成する工程と、前記導電膜を
   エッチングする工程と、その後、前記第一の基板と第二
   の基板を貼り合せる工程と、その後、第一の基板と第二
   の基板との間隙に液晶材料を充填する工程とを有する液
   晶表示装置の製造方法。