JPH063506B2 - カラー液晶表示用透明基板 - Google Patents

カラー液晶表示用透明基板

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JPH063506B2
JPH063506B2 JP63187399A JP18739988A JPH063506B2 JP H063506 B2 JPH063506 B2 JP H063506B2 JP 63187399 A JP63187399 A JP 63187399A JP 18739988 A JP18739988 A JP 18739988A JP H063506 B2 JPH063506 B2 JP H063506B2
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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ィスプレ
ーにおいては、現在最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、マルチカラーの両表示
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
保護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ィスプレイとして用いられて
いる。
近年カラー液晶表示の画面が大きくなり、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、透明電極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
く用いられているITO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300℃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20
0℃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ッチ
現象の発生により難しくなり、また完全に均一なエッチ
ングが難しくなるので、エッ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頼性に悪影響を及ぼ
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有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、オフセット印刷法で
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か、第3層と同
じ、第2層の金属若しくは合金と同時にエッチング除去
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TiO2、ZrO2、HfO2、Ta2O5、Al2O3、Bi2O3、及びSiO2等が用
いられる。また、電気導電性の金属酸化物としてはIn2O
3やSnをドープしたIn2O3を用いることができる。
更にまた前記透明導電層の第3層の金属酸化物層は通常
In2O3やSnをドープしたIn2O3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層/
第2層/第3層として、SiO2/Ag/ITO、Al2O3/Ag/ITO、TiO
2/Ag/ITO、ZrO2/Ag/ITO、SiO2/Ag/In2O3、SiO2/Cu/ITO、Al2
O3/Cu/ITO、TiO2/Cu/ITO、HfO2/Cu/In2O3、ITO/Ag/ITO、ITO
/Cu/ITOを用いるのが好ましい。
そして、前記透明導電膜の第1層及び第3層の夫々膜厚
は通常約100〜400Åの範囲で用いられ、また前記
透明導電膜の第2層は通常100〜200Åの範囲で用
いられて、該透明導電膜の全膜厚は300〜1000Å
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
サンドイッ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
が得られるのと同時に、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
よりエッチングできる。
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(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。
〔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−ホルミルチスリル
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。次にこの溶液を100mm×100mm×1.
0mm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℃30分間加熱
して、赤色(R)で示すドット状フィルタ層(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−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)と同様にドット状の緑色(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(株)商品名オプトマー
SS)をスピンコートして保護層(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1層の金属酸化物層(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、Al、及びTiO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、Al層(5)およびTiO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Sn0を10重量%含むITO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、所定の厚さのITO層(7)を金属
層(5)上に付着した。金属酸化物層(5),(7)および金属
層(6)の形成時はガラス板(1)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、150ÅのSiO層とを順次形成し
たガラス板(1)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、3900Åの膜厚のITO膜をSiO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分間エッチングをし、サン
プル6(比較例)ではこの濃度ではエッチングが不可能
であったので、5規定塩酸45゜Cで8〜10分でそれぞ
れ不要部分をエッチングした。
サンプル1〜5は面積抵抗がいずれも中間層の半透明Ag
膜またはCu膜の効果により10Ω/Sq以下と低く同時
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ッキリしたパタ
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10μm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層はエッチ
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
の値から膜厚を厚く(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ッチングでサイド
エッチングが生じ、やせ細りや、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(10)とにより形成される空間部に充填された液晶
(11)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ッ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、サイドエッチングが生じず、やせ細りや蛇行
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。 1,8: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。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。
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