JPS61143724A - カラ−液晶パネル - 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、多色あるいは天然色のカラー表示用液晶パネ
ルに関するものである。

〔発明の背景〕

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Ｃ）ｔＴ（陰極線管）が
最も広（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ＬＣ
Ｄの必要性は極めて大きなものとなってきている。

〔従来技術と問題点〕

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
イステンドネマチノク）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
ら現在の所、液晶を光シヤツターとして用℃・て、これ
と赤（ＦＱ、緑（Ｇ）、青ＨＢ１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。

第１図はカラーフィルター型のカラーＬＣＤの動作原理
を説明するための構成概念図で、白色の入射光１６はカ
ラーフィルター１）を透過してスペクトル成分の選択が
なされた後、光シヤツターである液晶パネル１２に於い
て透過光量の調整が行なわれ、人間の眼１５には出射光
１４（ここではＫとＧが透過しており黄〜黄緑色となる
）が観測される。尚、入射光１６に対して、カラーフィ
ルター１）と液晶パネル１２の相対位置関係は逆転して
も構わな℃・０ 第２図は従来技術を示し、液晶パネルに於けるカラーフ
ィルターの形成場所を示す断面図で、対向するガラス板
２１．２２と液晶層２４によって構成された液晶パネル
にカラーフィルター２３が形成されており、第２図（ａ
）は液晶パネルの外側にカラーフィルター２６が形成さ
れたもので（外在型と呼ぶ）、第２図（ｂｌは液晶パネ
ルの内側にカラーフィルター２６が形成されたものであ
る（内在型と呼ぶ）。この両者の主要な相違点としては
、カラーフィルターの液晶層への化学的な妨害による信
頼性の低下を考慮する必要が無いという点で外在型が優
れており、カラーフィルターと液晶シャッターとの距離
が小さくて表示装置を斜め方向から見た時にも不必要な
混色を起こさないという点で内在型が優れている。そし
て、現在の液晶ノζネルの目指す方向が高密度高精細化
であることを考えると、上記の混色の問題は極めて重大
と言わざるを得す、カラーフィルターを液晶ノζネルの
内側に形成する内在型でカラーＬＣＤを作成することが
強く望まれて（・る。

以上の観点から、以下には内在型のカラーＬＣＤについ
て述べ、その問題点の整理を行なう。

第３図は第２図（ｂ）に示す内在型での透明電極とカラ
ーフィルターとの位置関係を示す断面図で、第３図（ａ
ｌはガラス板２１の上の透明電極６１の上にカラーフィ
ルター２３が形成されている（上フィルター構造と呼ぶ
）のに対し、第３図（ｂ）ではガラス板２１の上のカラ
ーフィルター２６の上に透明電極６１が形成されて℃・
る（下フィルター構造と呼ぶ）。なお、第３図（ａｌ、
第３図（ｂｌにおいて、６２はガラス板２２の上の透明
電極である。この上フィルター構造と下フィルター構造
との、重大な差異は、液晶駆動上で現われる。これを説
明するために、上フィルター構造の等何回路を第４図に
示す。すなわち、対向する透明電極に対応する端子４３
．４４０間にカラーフィルターによる容量成分ＣｃＦ４
１と液晶層による容量成分ＣＬｃ４２とが直列に結合さ
れた形となり、端子４６．４４間に印加された電圧■、
の一部である■１．シか液晶駆動に寄与しないことにな
る。これを定量的に表記すれば ＶＬｃ二■工・ＣｃＦ／（ＣＬｃ十ｃｃＦ）　　・・・
・・・・・・・・・（１）となる。そして、この様な電
圧降下の影響により上フィルター構造では、従来の液晶
パネルに比べて見掛は上の液晶駆動の電圧を上げなけれ
ばならず、その程度は通常２０％以上となり、甚だしい
場合には１００％以上にもなる。一方、液晶駆動用の■
Ｃ（集積回路）の動作耐圧はラッチ畳アップ等の特性に
より定まるが、その余裕度はせし・ぜい２０〜３０％で
あり、上フィルター構造にはほとんど適用できなくなる
。更に、たとえＩＣ耐圧の面で条件を満たしえたとして
も、第（１）式のＣＬｃが液晶への印加電圧に依存して
多少変化するために液晶そのものの光学特性が見掛は上
悪化し、上フィルター構造では従来の液晶パネルよりも
表示性能が低下する。更にまた、カラーフィルタ一層に
よる前記電圧降下の問題を軽減する目的で、カラーフィ
ルターの厚さを薄くする対策も考えられるが、この場合
はカラーフィルターそのもののフィルターとしての光学
特性が低下し通常、彩度の低下を招来してしまう。この
様に、上フィルター構造を実現しようとすると、種々の
重大な問題が発生しやすく、その根源は何れもカラーフ
ィルターによる電圧降下と言える。そこで、この電圧降
下の影響を受けない構造という見地から考えると、第３
図（ｂｌの下フィルター構造が好ましいものであること
か明らかである、 下フィルター構造は上記の通り液晶駆動上からは最適の
カラーＬＣＤ構造である。第５図には従来構造の下フィ
ルター構造とその形成手順とを断面図で示す、まず第５
図（ａｌで示す様にガラス基板２１上にＲ，Ｇ、８３色
のカラーフィルター２６を形成し、次に第５図（ｂｌの
様にカラーフィルターと液晶層との間を隔てるための絶
縁性の透明保護膜５１を形成し、しかる後に第５図（ｃ
）の様に透明導電体を形成し、該透明導電体をフォトリ
ソグラフィー技術を用（・てパターニングすることで透
明電極６１を形成する。ここで透明保護膜５１は通常有
機高分子化合物が用いられ、透明導電体は通常Ｉ　ＴＯ
（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−（Ｊｘｉｄｅ　）であるが、
カラーフィルターあるいは有機高分子系の透明保護膜の
耐熱性が大体２００°Ｃ程度以下であることから、ＩＴ
（Ｊは従来の条件がおおむね３００℃以上であったのに
比べて、かなり低温で形成しなければならない。一方、
低温で形成したＩＴＵは高温で形成したＩＴＵに比べ比
抵抗にして２〜３倍は大きくなり、非常に厚（形成しな
（・と低抵抗にはできないが、ＩＴＯを厚く形成すると
、透過率が低下する、エツチングがむすかしく・、内部
応力が増大しクラックなどが発生すると（・つた問題が
ある。しかし画素部分の電極の抵抗値あるいは、外部と
の入力端子部の抵抗値を低くすることは画像品質を維持
する上で極めて重要であり、現在の所高温で形成したＩ
ＴＯを使用した場合にも、更に金属配線を一部積層して
低抵抗化を計って（・る状況である。

そして、この様な抵抗値の問題は、液晶駆動回路を直接
液晶パネルの周辺に配置した様な構造では特に重要であ
り、駆動回路への入力側の電源ラインの抵抗値は極めて
低く設定しなければならな（・。

〔発明の目的〕

本発明は前記従来技術の欠点を解決し、内在型下フィル
ター構造の電極及び配線の抵抗値の増大の問題を解決し
た新規な構造を提供することを目的とするものである。

〔発明の実施例〕

第６図は本発明によるカラー液晶パネルの構造を製造工
程順に示した断面図である。本構造にお℃・ては、まず
第６図（ａｌに示す様にガラス板２１の上に金属配線６
１を形成する。金属配線６１はガラス板２１のうちの画
素を形成しない部分、すなわち非表示部分に形成するも
ので、金属を材料として用いるのは抵抗値が低いことと
、非表示部分なので透明性が要求されないということに
ある。

しかし、後の工程で透明電極とのコンタクトが必要にな
ったり、導電性ペースト等で周辺回路との接続をとる必
要が生じたりするため、これを金属以外のより安定した
材料である例えば透明導電体のＩＴＯで形成してもよい
。

次に、第６図（ｂ）の様にガラス板２１の表示部分上に
カラーフィルター２６を形成する。カラーフィルター２
３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が本発明にはこれらの
何れを用いてもよい。カラーフィルターのパターンは、
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。続いて第６図（Ｃ１の様
にカラーフィルター２６を被覆して透明保護膜５１が形
成された構造とする。この保護膜５１には透明性ととも
に絶縁性が要求され、更に下地のカラーフィルター２６
の凹凸構造を平坦化する機能も必要である。これらの要
求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。

その様な樹脂としては、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹
脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂などがあり塗布法によ
り形成できる。また、下地のカラーフィルター２６が比
較的平坦な場合にはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、
酸化アルミ膜などの無機膜をＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌＶａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）法などで
形成して用いることもできる。

最後に第６図（ｄｌの透明電極６１を形成する。これは
通常ＩＴＯ膜を用いるもので、下地としてカラーフィル
ター２６ある℃・は保護膜５１が既に形成されているた
め、比較的低温でこのＩＴＯ膜を形成しなければならな
い。この方法としては、蒸着、スパッタリング、イオン
ブレーティング等があり何れを用℃・てもよ℃・０ただ
し、この様に低温で形成したＩＴＯは比抵抗が大きくな
り、低抵抗化が難しいと℃・５問題を有している、本発
明では、前記低温形成のＩＴＯ膜をフォトリソグラフィ
ー技術を用いてエツチングして透明電極６１とする際、
第６図（ｄｌで明らかな様に、非表示部分に於いて金属
配線６１に重なる様な形状として、ここで電気的接続を
とることにより、液晶パネルの周辺回路接続部に於ける
配線抵抗値を低下させるものである。尚、第６図（ｄｌ
の断面図より、金・属配線６１とカラーフィルター２３
あるいは保護膜５１の端部との間に相当な段差ができる
ことがわかり、ここに於ける透明電極６１の断線が懸念
されるが、保護膜５１形成の際、高分子樹脂には流動性
があり、段差部は斜面となることと、ＩＴ（Ｊの段差被
覆性がすぐれていることから、はとんど問題とな　　５
らない。

この後、通常の液晶配向処理を経て、カラー液晶パネル
を形成した。この時、対向側の透明基板はガラス基板上
にストライプ状のＩＴＯ電極を形成しただけのものを用
いるのが一般的であるが、ダイオード等の二端子型の非
線型素子を規則的に配したアクティブマトリクス用の基
板を用いる場合もある。

次に本発明の一実施例をより具体的にのべる。

ガラス基板上にクロムを３０ＯＡ、ニッケルを３００Ｏ
Ａの順で連続蒸着した後、非表示部分に液晶駆動用のＩ
　Ｃ（Ｉｎｔｅ、９ｒａｔｅｄ　　Ｃ１ｒｃｕｉｔ）を
直接搭載する様に電極パターンを形成した。この場合、
通常のフォトリソグラフィー法によった。

続いて、ガラス基板の表示部分上に、ゼラチン薄膜を染
色してモザイク状に２μの厚味でカラーフィルターを形
成し、更にこれを丁度被覆する様に１μの厚味でポリイ
ミド系の透明絶縁保護膜を形成した。この保護膜は２０
０℃以下で硬化するものであり、実際には１８０℃、２
時間の熱処理を行なった。最後に基板温度を上げること
な（、スパッタリングにより１００ＯＡの厚味でＩＴＯ
膜を形成し、フォトリソグラフィー法によりストライプ
状の透明電極とした。この時、透明電極と前記クロム／
ニッケル金属配線は選択的に電気的接続がなされている
。

以上の工程の後、通常の液晶配向処理を経て、カラー液
晶パネルを形成したが、この時の対向側の基板はガラス
基板上にストライプ状のＩＴＵ電極が形成され配向処理
がなされたものであった。

この様にして完成したカラーＬＣＤに対し、液晶駆動用
のＩＣを前記クロム／ニッケル金属配線の　□定められ
た位置に導電ペーストを用いて固着してから外部の制御
回路系と接続して、画像を確かめた。この結果、液晶パ
ネルの入力部あるいは画素部の抵抗値が高℃・時に発生
する表示むら等はほとんど見られず、良好な表示品質を
示した。更に、内在型フィルターであるために、斜め方
向から見た時の混色も全く起こらなかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来のカラーフィルター外在型のカラ
ーＬＣＤで見られた様な斜め方向から見た時の混色は無
く、しかも、上フィルター構造で問題となる液晶駆動電
圧を上昇させることと画質の低下゛を防げる。また、下
フィルター構造のパネルでは透明電極を低温工程で作成
しなければならないという制約があるため、配線抵抗の
上昇、ひいては液晶駆動が不十分なための画質の低下を
招きやすいが、本発明によれば、液晶駆動回路との接続
部分を低抵抗の金属配線とできるのでこの画質の低下を
防止できる。特に、金属配線につ（・ては信頼性の高い
ものを低温で形成することはむずかしいが、本発明によ
れば、最初にガラス基板上に形成するので、工程的な制
約が極めて少ないという利点を有する。更に、この金属
配線部分を酸化物半導体であるＩＴＵに置きかえること
も容易であり、金属では表面酸化による電気的接続に問
題が生じやすいが、酸化物半導体ではその様なことは起
こらないので有利である。しかも、製造プロセス的には
比較的容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図はカラーフィルタ一方式によるカラーＬＣＤの動
作原理を説明するための構成概念図、第２図（ａ）、第
２図（ｂｌ、第３図（ａ）、第３図（ｂｌはカラーフィ
ルターと液晶パネルとの位置関係を説明する断面図で、
第２図（ａｌは外在型、第２図（ｂｌは内在型、第３図
（ａｌは内在型の上フィルター構造、第３図（ｂｌは内
在型の下フィルター構造であり、第４図は上フィルター
構造の等価回路図、第５図（ａｌより第５図（Ｃ）は従
来の下フィルター構造を説明、する断面図、第６図は本
発明の一実施例によるカラーＬＣＤの構造を製造工程順
に示した断面図である。 １）．２６・・・・・・カラーフィルター、１２・・・
・・・液晶パネル、 ２１．２２・・・・・・ガラス板、 ３１．６２・・・・・・透明電極、 ５１・・・・・・透明保護膜、６１・・・・・・金属配
線。 特許出願人　シチズン時計株式会社 第１図 第２図 第３図 第４図 ＣＣＦ　　　　　ＣＬＣ 第５図 （ａ） （ｂ） （Ｃ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶パネルを構成する２枚の基板のうちの一方が
   、透明基板の非表示領域上に形成された薄膜配線と、前
   記透明基板の表示領域上に形成されたカラーフィルター
   と、該カラーフィルターを被覆して形成された透明絶縁
   膜と、前記薄膜配線と前記透明絶縁膜の上に形成され、
   かつ前記薄膜配線と電気的に接続する透明電極とより成
   ることを特徴とするカラー液晶パネル。
2. （２）薄膜配線が金属薄膜配線であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のカラー液晶パネル。
3. （３）薄膜配線が透明導電体薄膜配線であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のカラー液晶パネル
   。