JP3859184B2

JP3859184B2 - カラー液晶パネル及びその製造方法

Info

Publication number: JP3859184B2
Application number: JP24235097A
Authority: JP
Inventors: 清弘川崎
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2017-09-08
Also published as: JPH1185057A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー画像表示機能を有する液晶パネル及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の微細加工技術、液晶材料技術及び実装技術等の進歩により、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提供されている。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画素毎に内蔵させたアクティブマトリクス型の液晶パネルは、クロストークが少なく、高速応答で、しかも高いコントラスト比を有する画像を保証している。このような液晶パネルのマトリクス構成は、走査線数１００〜１０００本、信号線数２００〜２０００本程度が一般的であるが、最近では大画面化と高精細化が同時に進行している。
【０００３】
図６は、液晶パネルの概略構造を示す概念図である。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上に走査線の電極端子群６が形成されている。駆動信号から操作信号を生成する半導体集積回路チップ３がガラス基板２上に搭載されたＣＯＧ(Chip-On-Glass)方式もある。図６には両方の実装方式が図示されているが、実際にはいずれか一方の方式が選択される。
【０００４】
信号電極に関しては、信号線端子群５がガラス基板２上に形成され、例えばポリイミド系樹脂薄膜のベースに銅線と金メッキ端子が形成された接続フィルム４が導電性接着剤を介して信号線端子群５に接続され、固定されている（ＴＣＰ方式）。この信号電極についても、上記のＣＯＧ方式を採用できる。このようにして、走査信号及び表示データ信号が画像表示部に供給される。図６において、液晶パネル１の画像表示部と信号線及び走査線の電極端子群５，６との間を接続する配線路７、８は、必ずしも電極端子群５，６と同一の材料で形成する必要はない。
【０００５】
また、ガラス基板２と平行に配置された透明絶縁基板であるガラス基板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。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等のスペーサ材によって数μｍ程度の距離を隔てて平行に配置され、その間隙（ギャップ）は、小さいほうのガラス基板９の周縁部において、有機性樹脂からなるシール材と封口材とで封止され、閉空間が形成される。この閉空間に液晶が充填されている。
【０００６】
カラー表示を行う液晶表示パネルでは、ガラス基板９の閉空間側に染料及び顔料のいずれか又は両方を含む厚さ１〜２μｍ程度の有機薄膜が形成されている。この有機薄膜は着色層と称され、着色層を含むガラス基板９はカラーフィルタ基板と呼ばれる。また、液晶材料の種類（性質）によってはガラス基板９の上面及びガラス基板２の下面のいずれか一方又は両方に偏光板が貼付される。
【０００７】
図７は、スイッチング素子である絶縁ゲート型の薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を画素毎に配置したアクティブマトリクス型液晶パネルの等価回路図である。実線で描かれた素子及び配線は一方のガラス基板（アクティブマトリクス基板）２上に配置され、破線で描かれた素子で及び配線は他方のガラス基板（カラーフィルタ基板）９上に形成されている。ＴＦＴ１０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して、アクティブマトリクス基板２上に形成され、同時に走査線１１及び信号線１２もアクティブマトリクス基板２上に形成される。
【０００８】
液晶セル１３はアクティブマトリクス基板２上に形成された透明導電性の画素電極１４と、カラーフィルタ基板９上に形成された透明導電性の対向電極１５と、２枚のガラス基板２，９で挟まれた閉空間を満たす液晶１６とで構成され、所定の静電容量（画素容量）を有する。液晶セル１３の時定数を大きくするために画素容量に付加される蓄積容量（補助容量）の構成にはいくつかのバリエーションがある。図７の例では、全画素に共通の共通電極１８と各画素電極１４とがＴＦＴのゲート絶縁層等の絶縁層を介して対向する部分に蓄積容量１７が形成される。
【０００９】
最近開発された広視野角のＩＰＳ(In-Plain-Switching)方式の液晶パネルにあっては、図８に示すように、液晶セルを構成する画素電極４２及び対向電極４１がアクティブマトリクス基板２上に所定の間隔で配置されている。通常、画素電極４２及び対向電極４１は一対の櫛形状に形成される。画素電極４２を絶縁ゲート型トランジスタのドレインに接続してアクティブマトリクス化することができるが、詳細は省略する。４３は液晶セル内の液晶分子の配列状態を示しており、図８（ａ）は画素電極４２と対向電極４１との間に電圧が印加されていない状態、図８（ｂ）は電圧が印加されている状態をそれぞれ示す。
【００１０】
図９はカラー表示用液晶パネルの要部断面図である。染色された感光性ゼラチン又は着色感光性樹脂等からなる着色層１９は、画素電極１４に対応するように、ＲＧＢ三原色の所定の配列にしたがってカラーフィルタ基板９の閉空間側に配置されている。全ての画素電極１４に共通の対向電極１５は、着色層１９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着色層１９上に形成される。液晶１６に接するように２枚のガラス基板２，９上に配向膜２０が形成されている。これは、例えば０．１μｍ程度の膜厚のポリイミド系樹脂層であり、液晶分子を所定の方向に揃える働きを有する。また、液晶１６としてツイスト・ネマティック（ＴＮ）型のものを用いる場合は上下２枚の偏光板２１を必要とする。
【００１１】
ＲＧＢの着色層１９の境界に、ブラックマトリクス（ＢＭ）と呼ばれる光を反射させにくい不透明膜２２が配置されている。このブラックマトリクス２２は、アクティブマトリクス基板２上の信号線１２等の配線層からの反射光を遮って画像のコントラストを向上すると共に、スイッチング素子であるＴＦＴの外部光によるリーク電流の増大を防いで強い外光の下でも液晶パネルを動作させることを可能とする働きを有する。
【００１２】
ブラックマトリクスは種々の構成があるが、隣り合う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、コスト面では不利であるが、０．１μｍ程度の膜厚のＣｒ薄膜を用いるのが簡便かつ合理的である。
【００１３】
なお、図９において、ＴＦＴ、走査線、蓄積容量、裏面光源、スペーサ等の構成要素については図示を省略している。２３は画素電極１４とＴＦＴ１０のドレインとを接続するための導電性薄膜であり、通常は信号線１２と同一材料で同時に形成されドレイン配線と称される。対向電極１５は画像表示部の外で導電性ペーストを介してアクティブマトリクス基板２上の適当な導電性パターンに接続され、図６の電極端子群５，６の一つに接続されている。
【００１４】
図１０は液晶パネルの周縁部における走査線の端部周辺の平面図（ガラスパネル２側から見た図）を示す。また、図１０のＡ−Ａ´線に対応する断面図を図１１に示す。アクティブマトリクス基板２とカラーフィルタ基板９とが接着性のシール材（樹脂）２４によって封止されている。シール材２４の幅は０．５〜１．２ｍｍ程度であり、高さは液晶セルのギャツプに相当する数μｍである。このようなシール材は、小型の液晶パネルではスクリーン印刷で効率良く形成することができる。また、大型の液晶パネルではシール描画機を用いて異物の転写がないように形成される。
【００１５】
液晶パネルの周縁部のシール材が配置された箇所の周辺を示す図１０及び１１において、走査線１１の端子電極６は、膜厚０．３μｍ程度のゲート絶縁層であるシリコン窒化層（ＳｉＮｘ）２５に形成された開口部２６に、ソース・ドレイン配線１２，２３と同時に形成される。この端子電極６は、膜厚０．３μｍ程度のシリコン窒化層からなるパシベーション絶縁層２７に形成された開口部２８により露出している。また、画像表示部の周辺には、液晶パネルを斜めから見たときに裏面からの不要な光が漏洩しないように、所定の配列数以上の着色層１９´とブラックマトリクス２２´とが配置されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
最新の液晶パネルでは狭額縁化が図られることが多い。すなわち、画像表示部外の領域ができるだけ小さくなるように設計して、表示装置の軽量化と小型化が図られる。そのため、シール材２４はできるだけ画像表示部に近づけて配置される。この結果、図１１に示すように、シール材２４の上にブラックマトリクス２２´を配置せざるを得なくなる。
【００１７】
また、対角２５ｃｍ以上の大型パネルにおいても表示容量と表示画質の向上のために高精細化が図られており、開口率の確保も要求される。その結果、ブラックマトリクスの幅を細くすると同時に、液晶パネルを構成する２枚の基板２，９の貼り合せ精度を向上することが重要になってきた。つまり、従来は数μｍ程度の貼り合せ精度で十分であったが、開口率を８０％以上に高めるためには２μｍ下の高精度が要求されるようになってきた。
【００１８】
液晶パネルの貼り合せ精度は、アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板との加工精度及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決まる。したがって、液晶パネルが大きい程、つまりガラス基板が大きい程、ガラス基板の反りやうねりが大きくなるので精度は低下する。
【００１９】
貼り合せの精度を１〜２μｍに収めることは、大型基板の高精度露光機の機構や実力から考えるとさほど困難なことではない。しかし、シール２４の硬化工程におけるガラス基板の反りも相俟って、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。
【００２０】
硬化工程の中で特に重要なことは温度の均一性である。ガラス基板の膨張係数は１℃当たり数ｐｐｍもあるので、例えば１０℃の温度差があると、３０ｃｍの大きさのガラス基板の場合、１０〜２０μｍの伸縮差が生じてしまうことになる。このため、硬化工程における加熱・冷却は徐熱・徐冷が必須であるが、生産性の向上のためには加熱・冷却に要する時間を短縮する必要がある。
【００２１】
そこで、シール材の熱硬化を１００℃程度の低温で行うことが検討されているが、一般的に硬化温度が低くなると気密性と密着性の低下が免れない。またシール材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、高温動作及び長時間動作における液晶パネルの表示特性が劣化することが避けられない。
【００２２】
一方、加熱が不要な紫外線硬化性のシール樹脂を採用した場合、図１０及び１１に示すように、カラーフィルタ基板９とシール樹脂２４との間には遮光性のブラックマトリクス２２´が介在しているので、シール樹脂２４を硬化するための紫外線をカラーフィルタ基板９の外面から照射することはできず、アクティブマトリクス基板２の外面から照射せざるを得ない。
【００２３】
しかし、アクティブマトリクス基板２とシール樹脂２４との間には走査線１１及び信号線１２の電極線が部分的に介在する。これらの電極線は、抵抗値を下げるために金属薄膜を用いるのが一般的であり、紫外線に対して不透明である。電極線のパターン幅は少なくとも２０μｍはあるので、電極線の周辺部から紫外線が回り込むことを考慮に入れても、電極線が遮る部分のシール樹脂２４を完全に硬化させることは不可能である。この場合、貼り合せ精度は高くてもシールの信頼性が低い液晶パネルになってしまう。一方、紫外線硬化型のシール樹脂と熱硬化型のシール樹脂とを併用すれば、シールの信頼性は高くなるが、従来と同様に加熱による貼り合せ精度の低下が生ずる。
【００２４】
本発明は上記のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、高開口率の液晶パネルを実現する貼り合せ精度の向上を図ることができるカラー液晶パネル及びその製造方法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】
本発明によるカラー液晶パネルの第１の構成は、透明絶縁基板上に複数の金属薄膜からなる走査線と、絶縁層を介して前記走査線と交差する複数の金属薄膜からなる信号線とが設けられ、前記走査線及び前記信号線の各交点にスイッチング素子及び透明画素電極が設けられたアクティブマトリクス基板と、透明導電層を有し前記アクティブマトリクス基板と対向するカラーフィルタ基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記カラーフィルタ基板との間に充填された液晶と、前記液晶を封止するためのシール材とを備えた液晶パネルにおいて、前記走査線及び前記信号線を含む金属薄膜からなる電極線が、前記シール材と交差する部分に連続して形成されるとともに、前記シール材を硬化する紫外線を通過させ得る開口部を有することを特徴とする。このような構成によれば、アクティブマトリクス基板の外面から紫外線を照射したとき、連続して形成された遮光性の金属薄膜からなる電極線に設けられた開口部を通過する紫外線及び開口部から回り込む紫外線によって、電極線と交差する部分のシール材についてもほぼ完全に硬化させることができる。したがって、シール硬化工程を低温化して貼り合わせ精度の向上を図ることができる。
【００２８】
上記の構成、すなわち、シール材と交差する部分に連続して形成された金属薄膜からなる電極線に開口部を設ける構成は、ＩＰＳ(In-Plain-Switching)方式の液晶パネルにも適用できる。
【００２９】
上記のような構成について、さらに、前記開口部が複数設けられたこと、前記電極線の前記シール材と交差する部分の幅が、それ以外の部分の幅より広いこと、前記シール材が紫外線硬化型の樹脂であること、および、前記カラーフィルタ基板と前記シール材との間に遮光性膜が設けられたこと、とすることができる。また、上記のような構成の液晶パネルを製造するための本発明による方法は、アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板とをシール材を用いて貼り合わせるに際して、アクティブマトリクス基板の外面から紫外線を照射してシール材を硬化させることを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る液晶パネルの構造を、従来技術で説明した液晶パネルの構造と相違する点に絞って説明する。
【００３１】
まず、図１に示す第１の実施形態では、電極線である走査線１１がシール樹脂２４と交差する領域において、走査線１１のパターンに開口部３０が形成されている。このようにして、透明のガラス基板（アクティブマトリクス基板）２の外面から見ると、シール樹脂２４のほとんどの領域が走査線１１のパターンに遮られることなく見えている。したがって、アクティブマトリクス基板２の外面より紫外線を照射すると、開口部３０を通過する紫外線及び開口部３０の周辺から回り込んだ紫外線により、走査線パターンと交差する部分についてもシール樹脂２４をほぼ完全に硬化させることができる。
【００３２】
信号線パターンとシール樹脂２４とが交差する部分においても同様に、信号線パターンに開口部を形成することにより、アクティブマトリクス基板２の外面から照射される紫外線によってシール樹脂２４をほぼ完全に硬化させることができる。
【００３３】
電極線のパターンに開口部を設けると、その領域における電極線の電気抵抗が増大する。したがって、開口部の大きさには十分な配慮が必要である。図１に示すように、複数の開口部を設け、又はその部分のパターン幅を広げる等の工夫によって、電気抵抗の増大を回避することができる。また、紫外線照射時間を長く設定し、開口部の周縁からの回折光を有効利用することにより、開口部が小さいことを補ってシール樹脂２４をほぼ完全に硬化させることができる。
【００３４】
つぎに、本発明の第２の実施形態を図２及び図３に示す。図２はアクティブマトリクス基板２の外面から見た平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ’線に対応する断面図である。この実施形態では、電極線である信号線１２がシール樹脂２４と交差する領域において、信号線１２の形成に先立ち、画素電極の形成と同時に透明導電性の接続パターン３１を透明な絶縁層２５上に形成する。そして、分断された信号線１２を接続パターン３１の両端部分と接続するように形成する。
【００３５】
シール樹脂２４と交差する領域の信号線は透明導電性の接続パターン３１で形成されているので、アクティブマトリクス基板２の裏面より紫外線を照射したとき、透明の接続パターン３１を透過した紫外線によって、信号線と交差する部分についてもシール樹脂をほぼ完全に硬化させることができる。
【００３６】
走査線パターンとシール樹脂２４とが交差する部分においても同様に、遮光性材料からなる走査線を部分的に透明導電層で形成することにより、アクティブマトリクス基板２の外面から照射される紫外線によってシール樹脂２４をほぼ完全に硬化させることができる。もちろん、透明導電性の接続パターンと走査線とが電気的に接続されるように、例えば端子電極６の形成と同様に、透明導電性の接続パターンの形成に先立ち、絶縁層２５に開口部を形成して走査線の一部を露出させておく必要がある。
【００３７】
つぎに、本発明の第３の実施形態を図４及び図５に示す。図４はアクティブマトリクス基板２の外面から見た平面図であり、図５は図４のＡ−Ａ’線に対応する断面図である。この実施形態では、電極線である信号線１２がシール樹脂２４と交差する領域において、信号線１２の形成に先立ち、画素電極１４の形成と同時に透明導電性の接続パターン３１を透明な下地の透明な絶縁層２５上に形成する。その後、接続パターン３１上を含むように開口部３０を有する信号線１２を形成する。
【００３８】
シール樹脂２４と交差する領域において、信号線１２は透明導電性の接続パターン３１と開口部を有する信号線１２とで積層されているので、アクティブマトリクス基板２の裏面から紫外線を照射したとき、透明の接続パターン３１を透過した紫外線、開口部３０を透過した紫外線及び開口部３０の周辺から回り込んだ紫外線により、信号線と交差する部分についてもシール樹脂を完全にほぼ硬化させることができる。
【００３９】
走査線パターンとシール樹脂２４とが交差する部分においても同様に、遮光性材料からなる走査線に開口部を設けると共に部分的に透明導電層を併用することにより、アクティブマトリクス基板２の外面から照射される紫外線によってシール樹脂を完全に硬化させることができる。この実施形態では、電極線に開口部を設けることによる電気抵抗の増大を、透明導電性接続パターンの併用（積層）によって補償することができるので、大型の液晶パネルに適している。
【００４０】
第４の実施形態として、本発明をＩＰＳ(In-Plain-Switching)型のカラー液晶パネルに適用することもできる。前述のように、ＩＰＳ型の液晶パネルでは液晶セルを構成する画素電極及び対向電極が共にアクティブマトリクス基板上に形成されており、透明導電層が不要である。したがって、前述の第２及び第３の実施形態をＩＰＳ型の液晶パネルに適用することは、透明導電層を形成する工程をわざわざ追加することになるので、コスト上望ましくない。しかし、前述の第１の実施形態と同様に、紫外線硬化性シール樹脂と交差する部分の電極線に開口部を形成する構成は、ＩＰＳ型の液晶パネルにも容易に適用することができ、この場合も同様の効果が得られる。
【００４１】
なお、上記の各実施形態において、絶縁ゲート型トランジスタ等のスイッチング素子の構成又は材料、電極線である走査線及び信号線の構成又は材料については特に限定する必要はない。また、実施形態２又は３において、透明導電層と電極線との形成順序を逆にしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板とを封止するシール材として、紫外線硬化型の樹脂を用い、アクティブマトリクス基板の外面から紫外線を照射することによってシール材をほぼ完全に硬化させることができる。この結果、パネル化工程の低温化による貼り合せ精度の向上とシール品質の向上とを両立させることができ、開口率及び信頼性の高い液晶パネルが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるアクティブマトリクスマトリックス基板の走査線側の電極パターンの配置図
【図２】本発明の第２の実施形態によるアクティブマトリクス基板の信号線側の電極パターンの配置図
【図３】図２のＡ−Ａ´線に対応する断面図
【図４】本発明の第３の実施形態によるアクティブマトリクス基板の信号線側の電極パターンの配置図
【図５】図４のＡ−Ａ´線に対応する断面図
【図６】従来の液晶パネルの実装状態を示す斜視図
【図７】従来のアクティブマトリクス型液晶パネルの等価回路図
【図８】従来のＩＰＳ方式の液晶セルの概念図を示す斜視図
【図９】従来のアクティブマトリクス型液晶パネルの要部断面図
【図１０】従来の液晶パネルによるアクティブマトリクス基板の走査線側の電極パターンの配置図
【図１１】図１０のＡ−Ａ´線に対応する断面図
【符号の説明】
２アクティブマトリクス基板
９カラーフィルタ基板
１１走査線
１２信号線
２４シール材
２５絶縁層
２６絶縁層に形成された開口部
２７パシベーション絶縁層
２８パシベーション絶縁層に形成された開口部
３０電極線に形成された開口部
３１電極線を部分的に構成する透明導電性の接続パターン

Claims

透明絶縁基板上に複数の金属薄膜からなる走査線と、絶縁層を介して前記走査線と交差する複数の金属薄膜からなる信号線とが設けられ、前記走査線及び前記信号線の各交点にスイッチング素子及び透明画素電極が設けられたアクティブマトリクス基板と、
透明導電層を有し前記アクティブマトリクス基板と対向するカラーフィルタ基板と、
前記アクティブマトリクス基板と前記カラーフィルタ基板との間に充填された液晶と、
前記液晶を封止するためのシール材とを備えた液晶パネルにおいて、
前記走査線及び前記信号線を含む金属薄膜からなる電極線が、前記シール材と交差する部分に連続して形成されるとともに、前記シール材を硬化する紫外線を通過させ得る開口部を有することを特徴とするカラー液晶パネル。
透明絶縁基板上に複数の金属薄膜からなる走査線と、絶縁層を介して前記走査線と交差する複数の金属薄膜からなる信号線とが設けられ、前記走査線及び前記信号線の各交点にスイッチング素子と、所定の間隔で配置された画素電極及び対向電極とを有するアクティブマトリクス基板と、
前記アクティブマトリクス基板と対向するカラーフィルタ基板と、
前記アクティブマトリクス基板と前記カラーフィルタ基板との間に充填された液晶と、
前記液晶を封止するためのシール材とを備えた液晶パネルにおいて、
前記走査線及び前記信号線を含む金属薄膜からなる電極線が、前記シール材と交差する部分に連続して形成されるとともに、前記シール材を硬化する紫外線を通過させ得る開口部を有することを特徴とするカラー液晶パネル。
前記開口部が複数設けられた請求項１または２に記載のカラー液晶パネル。
前記電極線の前記シール材と交差する部分の幅が、それ以外の部分の幅より広い請求項１から３のいずれかに記載のカラー液晶パネル。
前記シール材が紫外線硬化型の樹脂である請求項１から４のいずれかに記載のカラー液晶パネル。
前記カラーフィルタ基板と前記シール材との間に遮光性膜が設けられた請求項１から５のいずれかに記載のカラー液晶パネル。
請求項１から６のいずれかに記載の液晶パネルの製造方法であって、前記アクティブマトリクス基板と前記カラーフィルタ基板とを前記シール材を用いて貼り合わせるに際して、前記アクティブマトリクス基板の外面から紫外線を照射して前記シール材を硬化させることを特徴とする液晶パネルの製造方法。