JPH0237326A - カラー液晶表示用透明基板 - 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〕 本発明はカラー表示の可能な液晶表示素子に用いるのに
適したカラー液晶表示用透明基板に関する。

［従来の技術］ 液晶表示は現在、各種の計測機器や情報処理機器など多
くの表示機器に使用されている。消費電力が少ないこと
軽量、小型化できることからフラットパネルデイスプレ
ーにおいては、現在量も多く使用されている。しかし表
示品質はかならずしも優れた評価が得られていない。近
年液晶表示の技術進歩が著しく、従来のモノクロ表示か
らカラー表示のタイプに品質改良がなされてきている。

カラー液晶表示にはフルカラー、マルチカラーの画表示
に対して現在マイクロカラーフィルターを用いる方法が
最も有力な方法と考えられる。マイクロカラーフィルタ
ーとしてはゼラチンやカゼインを染料で染色したフィル
ターを用いるもの、あらかじめ着色した有機樹脂をフォ
トリソグラフ法によって着色画素をつくるもの、顔料を
練り込んだインキを印刷により透明ガラス基板上に形成
する方法でつくるものなどいくつかの種類のカラー液晶
表示用カラーフィルターが提案され、実用化されている
。

さらに、カラーフィルターが形成されたガラス基板には
透明電極が設けられ、この電極には表示画面の大きさ、
精細度に応じて微細なパターニングが必要である。カラ
ー液晶表示を行うためのガラス基板としては、ガラス基
板上にパターン化した透明電極を形成し、その電極上に
着色画素からなるカラーフィルターを形成したものと、
ガラス基板の上に所望の着色画素からなるカラーフィル
ターを形成し、その上に透明導電層を形成したものとが
ある。

後者の方が、駆動電圧の正味が液晶に印加され、カラー
フィルター層による損失がないため表示品位が優れてい
る。したがって、カラー液晶表示にはガラス基板上にま
ず着色画素となるカラーフィルタを設け、その上に有機
像３１層を平坦化のために設け、さらにその上に単層の
透明導電層を設けている。カラー液晶表示用のガラス基
板は、高表示品質のカラーデイスプレィとして用いられ
ている。

近年カラー液晶表示の画面が太き（なり、表示品質の高
級化の要求が増大するにつれて着色画素サイズはますま
す小さくなってきている。したがって着色画素の上に設
けられる線状のＩＴＯ（錫をドープした酸化インジウム
）透明電極の線巾は狭くならざるを得ない。液晶の駆動
には、透明１撞の線抵抗による電圧降下は好ましくない
ので、透明電極は電圧降下が事実上障害にならない程度
の低い抵抗値が必要である。したがって、低抵抗の透明
導電層が大型の高精細の表示の実現には不可欠になって
きている。これに対して従来、最も抵抗率が低い材料で
広（用いられている［ＴＯの単一膜が透明導電層として
用いられていることはよく知られている。ＩＴＯ膜はス
パッタリング法、蒸着法ディッピング法などいずれの方
法によっても製造されるが、低い抵抗率膜を得るにはガ
ラス基板の温度が３００℃以上の高温に基板を加熱して
デポジョンをおこなうか、基板に室温で膜を形成後３０
０℃以上の高温で熱処理するなどいわゆる高温プロセス
を経ることが必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

カラー液晶表示に用いられる多色の着色画素は前述した
ように、いずれも有機物質を母材とするため、また着色
材料自身が染料または有機顔料であるため高温では熱劣
化を生じてしまうので、ＩＴＯ膜の形成に際しては高温
プロセスを採用することが出来ない。このため、ＩＴＯ
膜の形成は着色画素の耐熱強度に関する制約から、大略
２００℃が上限温度となりこの温度以下の低温プロセス
で成膜する必要がある。しかるにＩＴＯ膜の抵抗率はプ
ロセス温度（膜形成時の基板加熱温度や成膜後の熱処理
温度）が低下すると増大してしまう特性を有する。低温
プロセスによるＩＴＯ単独膜ではその抵抗値が大きいこ
とから、面積抵抗が小さい透明導電層を必要とする場合
はその膜厚が非常に大きくなってしまう。膜厚が大きい
と高精細表示に必要な微細電極のパタニングは極めて不
利になる。

すなわちパターンの寸法精度の確保はサイドエ・７チー
現象の発生により難しくなり、また完全に均一なエツチ
ングが難しくなるので、エツチングムラによる電極間の
電極絶縁不良によるショートなどの欠点が生じ易くなり
、電極パタニングを歩留り良く行うことが難しくなる。

またＩＴＯ膜の膜厚が大きくなると膜の内部応力が増大
し、下地の保護膜や着色体にしわを発生させ表示品質に
致命的な欠陥を生じてしまう欠点を有していた。さらに
膜の内部応力は下地基材との部分的な密着性を損う危険
性を有し、液晶表示デバイスの信鯨性に悪影響を及ぼす
という欠点を有していた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は従来から用いられているカラーフィルター付ガ
ラス基板が有する問題点を解決するものであって、その
目的とするところは導電膜の微細パタニングが容易でか
つ低抵抗の透明導電層を存するカラー液晶表示用ガラス
基板を提供することにある。

すなわち、本発明は、透明基板と、該透明基板の表面に
形成した着色画素となるカラーフィルタ層と、該カラー
フィルタ層の上に設けられた透明導電層とからなるカラ
ー液晶表示用基板において、該透明導電層がカラーフィ
ルタ層側から金属酸化物層の第１層と、酸可溶性の金属
またはその金属の合金層の第２層と、酸可溶性の金属酸
化物層の第３層とからなる３層構造からなることを特徴
とするカラー液晶表示用ガラス基板である。

本発明において、着色画素となるカラーフィルタ層はゼ
ラチンやセガインを所定のサイズにパターンしこれを染
料で着色したものや、あらかじめ着色した感光性または
非感光性のアクリルまたはポリイミドの樹脂をフォトリ
ソグラフ法でパタニングしたものや、有機樹脂に有機顔
料を主成分とする着色剤を混練し、オフセント印刷法で
所定の寸法に印刷したものなど種々の材料、製法により
製造される。

そして、本発明は前記カラーフィルタ層と前記透明導電
層との間に該カラーフィルタ層の表面を平坦化するため
のポリイミド、ポリアミド、アクリル及びエポキシ樹脂
等の透明の有機保護層を設けることが通常である。また
、本発明において、前記透明導電層の第２層として銀も
しくは銅またはこれらの合金が用いられる。銀合金、銅
合金を形成する金属としてはチタン、クロム、スズが用
いられ、これらの成分は通常、１０％以内であることが
透過率を低下させずかつ耐腐蝕性を向上させる上で好ま
しい。

また、本発明においては、前記透明導電層の第１層の金
属酸化物層は電気絶縁性の金属酸化物が、第３層と同じ
、第２Ｎの金属若しくは合金と同時にエツチング除去で
きる電気導電層金属酸化物であってもよい。電気絶縁性
酸化物としては透明で、下地との密着性が良く、屈折率
が種々な値を有するものを用いることができる。例えば
ＴｉＱｚ、ＺｒＯ，、Ｈｆ０Ｚ、Ｔａ２０５　、Ａｌｚ
０３　、ＢｊｚＯｚ　、及びＳｉｎ、等が用いられる。

また、電気導電性の金属酸化物としてはＩｎｚｏｌやＳ
ｎをドープしたＩｎ２Ｏ３を用いることができる。

更にまた前記透明扉ｔＨの第３層の金属酸化物層は通常
１　ｎ　ｚ　Ｏ：Ｉ　’Ｐ　Ｓ　ｎをドープしたＩｎ、
Ｏ，が用いられる。

従って、本発明における前記透明導電層として第１暦／
第２層／第３層トシテ、５ｒ（ｈ／　Ａｇ／　ＩＴＯ１
Ａ　ｌ　ｚｏｚ　／　Ａｇ／　ＩＴＯ−ＴｒＯｚ／　Ａ
ｇ／　ＩＴＯ、、ＺｒＯ２／Ａｇ／　ｒＴｏ　、５ｊＯ
ｚ／　Ａｇ／　ＩｎｔＯｘ　、Ｓ：Ｏｚ／　Ｃｕ／　Ｉ
ＴＯ％Ａ　ｌ　ｔ（ｈ　／　Ｃｕ／　ＩＴＯ、Ｔｉ１２
／　Ｃｕ／　ＩＴＯ、ｆｌｆＯｚ／　Ｃｕ／ＩｎｚＯ−
、、ＪＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ、ＩＴＯ／Ｃｕ／）ＴＯを用
いるのが好ましい。

そして、前記透明導電Ｈりの第１層及び第３層の夫々膜
厚は通常約１００〜４００人の範囲で用いられ、また前
記透明導電１模の第２Ｎは通常１００〜２００人の範囲
で用いられて、該透明導電ｎりの全膜厚は３００〜１０
００人の範囲で用いられるのが通常である。

〔作　用〕

本発明は着色画素となるカラーフィルタ層の上に設けら
れる透明導電層を金属または金属合金を金属酸化物層で
サンドインチしたものを用いることにより、厚みの薄い
透明導電層で、面積抵抗が１０Ω／Ｓｑ程度の低いもの
が得ら殻るのと同時に、該透明導電層の最外層の金属酸
化物層を酸可溶性にすることにより、透明導電層の金属
または金属合金を比較的短時間で所定のパターンに酸に
よりエツチングできる。

また、本発明は透明導電層を構成する３層の夫々の厚み
及び種類（Ｍ折率）を選ぶことで、光干渉効果により、
カラー液晶表示用透明基板の透過率を高めることができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を引用して詳述する。

レーキレッドＣ（大日製化株式会社製赤色離料）２重量
部を平均重合度５００ケン化度９０モル％のポリビニル
アルコール１０重量部に混合し、得られた混合物の上澄
部分の着色剤３重量部と平均重合度５００ケン化度の９
０モル％ポリビニルアルコールにＰ−ホルミルスチリル
ピリジンが６モル％添加された感光性樹脂組成物（Ａ）
を調整した。次にこのン容ン夜を１００ｍ璽Ｘ１００ｍ
１×１．０日のガラス基板（１）上に約１μｍの膜厚に
なるようスピンナーで塗布し、３０分間乾燥し、その後
マスクを介してパターン露光した後、非露光部分をイソ
プロピルアルコールで選択的に除去した後、１６０℃３
０分間加熱して、赤色（Ｒ）で示すドツト状フィルタ層
（３）を形成した。同様に、リオノールグリーン２Ｙ−
３０１（東洋インキ製造株式会社製緑色顔料）を着色成
分とする緑色感光性樹脂組成物（Ｂ）と、ファストゲン
ブルーＧＮＰＳ　（大日本インキ化学株式会社製青色顔
料）を着色成分とする青色感光性樹脂組成物（Ｃ）を調
整し、赤色（Ｒ）フィルタ層（３）と同様にドツト状の
緑色（Ｇ）フィルタ層（３）及び青色（Ｂ）フィルタ層
（３）を作り第２図に示すカラーフィルタ層（３）を形
成した。

次にフィルタ層（３）の表面を平坦化するため、カラー
フィルタ層（３）部分を被覆するように厚み１．５μｍ
のアルリル系の樹脂（日本合成ゴム１１商品名オプトマ
ーＳＳ）をスピンコードして保護層（４）を形成した。

この樹脂保護層（４）の上に透明導電膜（２）を形成し
た。透明導電層（２）は第１Ｎの金属酸化物層（５）、
金属層（６）、及び金属酸化物層（７）とからなる。

金属酸化物層（５）は３種類のＳｉＯ□、Ａ１．．０３
　、及びＴｉＯ２を選び夫々の試料を作った。つまり、
ＳｉＯ□層（５）はアルゴン雰囲気中で高周波マグネト
ロンスパッタリングで、所定の厚さに付着し、Ａ　１２
０３層（５）およびＴｉｏｚ層（５）は夫々の金属ター
ゲットを用い、アルゴンと酸素の混合ガス雰囲気で直流
反応性スパッタリング法で所定の厚さに付着した。

次に金属層（６）はＡｇ又はＣｕを選び、夫々金属ター
ゲットをアルゴンガス雰囲気中で直流スパッタリング法
で、所定の厚さに金属酸化物層（５）上に付着した。更
に金属酸化物層（７）はＳｎＯ□を１０重量％含むＩＴ
Ｏ焼結体をターゲットとしてアルゴンと少量の酸素との
混合ガス雰囲気で直流スパッタリングで、所定厚さのＩ
ＴＯ層（７）を金属層（５）上に付着した。

金属酸化物＠　（５）　（７１および金属層（６）の形
成時はガラス板（１１を特に加熱しなかったが、金属層
（６）を形成するとき、粒子成長が発達し凝集して粒子
状にならない範囲でガラス板（１）を加熱してもよい。

一方、比較例として、前述のカラーフィルタ層（３）と
樹脂保護層（４）と、１５０人のＳｊＯ，層とを順次形
成したガラスＦｉ（１１を１８０℃に加熱しながら、ア
ルゴンガスと少量の酸素との混合ガス雰囲気でのスパッ
タリング法により、３９００人の膜厚の［ＴＯ膜をＳｉ
０２層上に形成した。

上記のようにして得られたカラー液晶表示用透明基板の
透明導電層（２）について電極パタニング性、寒暖サイ
クルテストによる耐久性評価、面積抵抗および光透過率
を調べた。その結果を第１表に示す。サンプル１〜５ま
では４０℃の１規定塩酸で所定のマスクパターンとマス
キングレジストを用いて４〜５分間エツチングをし、サ
ンプル６　（比較例）ではこの濃度ではエツチングが不
可能であったので、５規定塩酸４５℃で８〜１０分でそ
れぞれ不要部分をエツチングした。

サンプル１〜５は面積抵抗がいずれも中間層の半透明Ａ
ｇ膜またはＣｕ膜の効果により１０Ω／Ｓｑ以下と低（
同時に５５０μｍの波長に於ける透過率が７０％以上と
高く、稀塩酸で短時間にエッヂの形状がスソキリしたパ
タニングをすることが可能であった。一般的に使用され
るフォトレジストとマスクを使うフォトリソグラフ法に
より、電極線巾５０μｍ、電極間スペースＩＯμｍの平
行なストライブ状透明電極パターンがサンプル１乃至５
で可能であった。（但しサンプル１〜４の第１層はエツ
チングされない。）しかしながら、サンプル６　（比較
例）では面積抵抗は１０Ω／Ｓｑ以下ではあるが、膜の
比抵抗の値から膜厚を厚（（本発明の４倍以上）しなけ
ればならず、従って、塩酸によるパターンエツチングで
サイドエツチングが生じ、やせ細りゃ、蛇行が生じ電極
パタニング性が悪く、微細加工が困難であった。

第３表に示すように、前述の紙面に垂直方向に伸びるス
トライプ状透明電極（２）を有するカラー液晶表示用ガ
ラス基体（１）と、ＩＴＯのストライプ状透明電極（９
）を有する他方のガラス基板（８）と、それらの周辺に
設けられたシール材００）とにより形成される空間部に
充填された液晶ａυとから構成されるカラー液晶表示素
子が作られる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は着色画素となるカラーフィルタ層
の上に設けられる透明導電層を金属または金属合金を金
属酸化物層でサンドインチにしたものを用いることによ
り、厚みの薄い透明導電層で面積抵抗が低いものが得ら
れるので、サイドエツチングが生じず、やせ細りゃ蛇行
が生じず微細パターン加工ができる。

しかも、本発明は透明導電層を構成する３層の夫々の厚
みや屈折率を選ぶことで、光干渉効果により、カラー液
晶表示用透明基板の透過率を高めることができる。

従って、本発明のカラー液晶表示素子は大画面で、高精
細で明るさの明るいカラー液晶表示素子に用いるのに適
している。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すものであって、第１図は
カラー液晶表示用ガラス基板の断面図、第２図は第１図
の平面図、第３図はカラー液晶表示用ガラス基板を用い
たＲＧＢ液晶表示素子の断面図である。 ■、８ニガラス板、２：透明導電層、３：カラーフィル
タ層、４：樹脂保護層、５：第１層の金属酸化物層、６
：金属又は合金層、７：第３層の金属酸化物層、９：透
明電極、１０：シール材、１１：液晶。 第 図 ／ 第 図 第 図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明基板と、該透明基板の表面に形成した着色画
   素となるカラーフィルタ層と、該カラーフィルタ層の上
   に設けられた透明導電層とからなるカラー液晶表示用基
   板において、該透明導電層がカラーフィルタ層側から金
   属酸化物層の第１層と、酸可溶性の金属またはその金属
   の合金層の第２層と、酸可溶性の金属酸化物層の第３層
   からなる３層構造からなることを特徴とするカラー液晶
   表示用透明基板。
2. （２）前記カラーフィルタ層と前記透明導電層との間に
   該カラーフィルタ層の表面を平坦化するための透明の有
   機保護層を設けた特許請求の範囲第１項に記載のカラー
   液晶表示用透明基板。
3. （３）前記透明導電層の第２層が銀若しくは銅、または
   これらの合金層である特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載のカラー液晶表示用透明基板。
4. （４）前記透明導電層の第１層が導電性で、且つ酸可溶
   性膜である特許請求の範囲第１項乃至第３項に記載のい
   ずれか１つのカラー液晶表示用透明基板。
5. （５）前記透明導電層の第１層が電気絶縁性である特許
   請求の範囲第１項乃至第３項に記載のいずれか１つのカ
   ラー液晶表示用透明基板。
6. （６）前記透明導電層の第１層または第３層が酸化イン
   ジウムまたは酸化インジウムを主成分とする金属酸化物
   からなる特許請求の範囲第１項乃至第３項に記載のいず
   れか１つのカラー液晶表示用透明基板。