JPH08136910A - カラー液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

カラー液晶表示装置およびその製造方法

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JPH08136910A
JPH08136910A JP6272379A JP27237994A JPH08136910A JP H08136910 A JPH08136910 A JP H08136910A JP 6272379 A JP6272379 A JP 6272379A JP 27237994 A JP27237994 A JP 27237994A JP H08136910 A JPH08136910 A JP H08136910A
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liquid crystal
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Shigeru Matsuyama
茂 松山
Hiroaki Azuma
宏明 阿須間
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    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
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    • G02F1/133519Overcoatings

Abstract

(57)【要約】 【目的】ブラックマトリクスとカラーフィルタを備えた
所謂カラーフィルタ基板の液晶組成層と接する面を平坦
として薄型化、かつ高画質化を図かる。 【構成】透明基板SUB2上に形成された金属膜あるいは低
透過率の材質で構成されたブラックマトリックスBMと、
熱転写方式にて三原色のパターン状に着色された着色層
FIL(R),FIL(G),FIL(B)と、着色層の各色パターンの間隙
を充填する防染色領域FIL(T)と、着色層及び前記防染色
の領域の上に形成された透明な保護膜層PSV2と、保護膜
層の上に形成された透明な電極ITO2とを有し、保護膜層
を光及び熱硬化が可能な金属含有有機珪素化合物で構成
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はカラー液晶表示装置に係
り、特に熱転写方式の原理を応用したカラーフィルタを
備えたカラー液晶表示装置およびその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置は、その画素選択方式の違
いにより単純マトリクス型とアクティブ・マトリクス型
とに分けられる。
【0003】単純マトリクス型の液晶表示装置は、交差
する2組の電極間にSTN等の液晶を封入し、上記電極
の交差部で画素を形成するものである。
【0004】一方、アクティブ・マトリクス方式の液晶
表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素電極
のそれぞれに対応して非線形素子(スイッチング素子)
を設けたものであり、各画素における液晶は、理論的に
は常時駆動(デューティ比 1/1)されているので、時
分割駆動方式を採用している単純マトリクス方式と比べ
てアクティブ方式はコントラストが良く、特にカラー液
晶表示装置では欠かせない技術となりつつある。スイッ
チング素子として代表的なものとしては薄膜トランジス
タ(TFT)が知られている。
【0005】液晶表示装置の基本的な構造は、共通画素
電極が形成した一方の基板と、個別電極またはスイッチ
ング素子を形成した他方の基板との間に液晶組成物を充
填してなり、上記一方の基板側にカラーフィルタを具備
させることでカラー液晶表示装置を構成するようになっ
ている。
【0006】図6は本発明が適用されるカラー液晶表示
装置の一例としてのTFT型液晶表示装置を採用した液
晶モジュールの各構成部品を示す分解斜視図であって、
SHDは金属板から成る枠状のシールドケース(メタル
フレーム)、LCWはその表示領域である液晶表示窓、
PNLは液晶表示パネル、SPBは光拡散板、MFRは
中間フレーム、PCB3はインバータ回路、BLはバッ
クライト、BLSはバックライト支持体、LCAは下側
ケースであり、図に示すような上下の配置関係で各部材
が積み重ねられて液晶モジュールMDLが組み立てられ
る。
【0007】モジュールMDLは、シールドケースSH
Dに設けられた爪CLとフックFKによって全体が固定
されるようになっている。
【0008】中間フレームMFRは表示窓LCWに対応
する開口が形成されるように枠状に形成され、その枠部
分には拡散板SPB、バックライト支持体BLS並びに
各種回路部品の形状や厚みに応じた凹凸や、放熱用の開
口が設けられている。
【0009】下側ケースLCAはバックライト光の反射
体も兼ねており、効率のよい反射ができるよう、蛍光管
BLに対応して反射山RMが形成されている。
【0010】なお、バックライトは図示した背面照明方
式に限らず、液晶表示パネルPNLの側面部に光源を配
置した側面照明方式を採用したものもある。この場合は
拡散板SPBの下部に導光体を主体とした面光源構造体
を備える。
【0011】図7は従来のTFT型液晶表示装置の構造
例を説明する断面図であって、液晶組成層LCを挟んで
下部ガラス基板SUB1と上部ガラス基板SUB2とか
ら成る。
【0012】下部ガラス基板SUB1側にはゲート電極
GT、ゲート絶縁膜AOFおよびGI、半導体層AS、
ソース・ドレイン電極SD1およびSD2からなる薄膜
トランジスタTFT1、並びに透明画素電極ITO1を
有し、さらに保護膜PSV1と下部配向膜ORI1が積
層形成されている。
【0013】また、上部ガラス基板SUB2には遮光膜
となるブラックマトリクスBM、カラーフィルタFIL
(R),FIL(G),FIL(B)、保護膜PSV
2、共通透明画素電極ITO2(COM)および上部配
向膜ORI2が積層形成されている。
【0014】なお、下部ガラス基板SUB1と上部ガラ
ス基板SUB2の対向面には酸化シリコン膜SIOが設
けられており、これらの酸化シリコン膜SIOに重ねて
上記した各層が積層されている。
【0015】そして、下部ガラス基板SUB1と上部ガ
ラス基板SUB2の間には、その縁に沿って液晶封入口
を除いて液晶組成層LCを封止するようにエポキシ樹脂
等からなるシールパターンSLが設けてある。
【0016】上部ガラス基板SUB2側の共通透明画素
電極ITO2(COM)は、少なくとも一か所(同図で
は四隅)において銀ペースト材AGPで下部ガラス基板
SUB1に形成された引出し配線INTに接続されてい
る。この引出し配線INTは図示しないゲート端子、ド
レイン端子と同一製造工程で形成される。
【0017】配向膜ORI1,ORI2,透明画素電極
ITO1,共通透明画素電極ITO2は、シールパター
ンSLの内側に形成される。
【0018】偏光板POL1,POL2は、それぞれ下
部ガラス基板SUB1,上部ガラス基板SUB2の外側
の表面に形成されている。
【0019】また、液晶組成層LCは液晶分子の向きを
設定する下部配向膜ORI1と上部配向膜ORI2との
間でシールパターンSLで仕切られた領域に封入されて
いる。下部配向膜ORI1は下部ガラス基板SUB1側
の保護膜PSV1の上部に形成されている。
【0020】液晶表示装置は、下部ガラス基板SUB1
側と上部ガラス基板SUB2側のそれぞれで上記した各
層を積み重ね、シールパターンSLを上部ガラス基板S
UB2側に形成し、これに下部透明ガラス基板SUB1
を重ね合わせてシールパターンSLの開口部から液晶を
注入し、注入口をエポキシ樹脂等で封止して液晶組成層
を形成した後、所定の個所で下部ガラス基板SUB1と
上部ガラス基板SUB2を切断して得られる。
【0021】したがって、薄膜トランジスタTFT1の
i型半導体層ASは上下にある遮光膜であるブラックマ
トリクスBMおよびゲート電極GTによってサンドイッ
チされ、外部の自然光やバックライトが当たらなくな
る。このブラックマトリクスBMは各カラー画素の周囲
に格子状に形成され、その各格子で1カラー画素の有効
領域を仕切っている。これによって、各カラー画素の輪
郭が明瞭となり、コントラストが向上する。つまり、ブ
ラックマトリクスBMはi型半導体層ASに対する遮光
とコントラスト向上の機能を持つ。
【0022】なお、このブラックマトリクスBMはシー
ルパターンSLの外側に延長され、反射光が表示領域に
入り込むのを防止している。
【0023】ブラックマトリクスBMで区画される領域
には複数のカラーフィルタFIL(一般的には赤
(R):FIL(R)、緑(G):FIL(G)、青
(B):FIL(B)が採用されるが、これらの色と補
色の関係にあるイエロー、マゼンタ、シアンを採用する
ものもある)が所定の規則で配列されている。例えば、
カラーフィルタFIL(G)は上部ガラス基板SUB2
側に形成され、その周囲にブラックマトリクスBMが一
部重畳して囲み込む構成とすることにより、所定の面積
が規定されている。
【0024】従来、ブラックマトリクスは金属クロム等
を成膜後ホトエッチング法によって格子状パターンを得
る方法や、感光性の樹脂の中に黒色化するための着色剤
を添加して塗布後、ホトリソグラフィープロセスを用い
て格子状パターンを形成する方法等が知られている。
【0025】また、カラーフィルタは、主としてホトリ
ソグラフィプロセスを用いる染色法、顔料分散法、電着
法、あるいは印刷法等により形成されている。
【0026】このブラックマスクとカラーフィルタを形
成する典型的な方法としてのホトリソグラフィープロセ
スを用いた顔料分散法は、先ずブラックマトリクスを形
成した後、所定の顔料(例えば、赤色顔料)を分散した
感光性材料を上記ブラックマトリクス上に塗布し、赤フ
ィルタ領域部分のみに開口を有するマスクを介して露光
し、現像することによって赤フィルタを形成し、以下同
様にして緑、青の各フィルタを順次形成するものであ
る。
【0027】なお、薄膜トランジスタを使用したアクテ
ィブ・マトリクス方式の液晶表示装置は、例えば特開昭
63−309921号公報や、「冗長構成を採用した1
2.5型アクティブ・マトリクス方式カラー液晶ディス
プレイ」、日経エレクトロニクス、頁193〜210、
1986年12月15日、日経マグロウヒル社発行、で
知られている。本例では、アクティブ・マトリクス方式
にて説明したが、廉価版のスーパーツィステッド・ネマ
チック(STN)液晶やツィステッド・ネマチック(T
N)液晶を使用したカラー液晶表示装置では、薄膜トラ
ンジスタが存在しないため、必ずしもこの遮光用ブラッ
クマトリクスパターンBMは必要ない。本発明は一般の
カラー液晶表示装置に係るものであり、この場合もブラ
ックマトリクス工程以外は適用可能である。
【0028】従来、液晶表示装置用のカラーフィルタ基
板の形成方法としては、主としてホトリソグラフィプロ
セスを使用する染色法,顔料分散法、あるいは電着法,
印刷法等が知られている。
【0029】図8は最も一般的なホトリソグラフィプロ
セスを使用する顔料分散法を用いたカラーフィルタ基板
の製造方法を説明する工程図である。
【0030】同図において、ブラックマトリクスBM形
成工程としては、金属クロム(Cr)等を成膜後ホト
エッチング法によってパターン形成するもの、感光性
の樹脂の中に黒色化にするための着色剤を添加し塗布後
ホトリソグラフィプロセスを用いて形成するものなどが
ある。
【0031】Cr膜使用のブラックマトリクスBMの形
成は、 −1透明基板にCr膜を成膜し、→−2Cr膜の上
にホトレジストを塗布し、→−3ブラックマトリクス
パターンの開孔を有する露光マスクを介して露光し、→
−4現像して、→−5エッチング処理し、→−6
ホトレジストを剥離する工程を経て形成される。
【0032】また、顔料分散方式によるブラックマトリ
クスの形成は、 −1透明基板に黒色レジストを塗布し、→−2ブラ
ックマトリクスパターンの開孔を有する露光マスクを介
して露光し、→−3現像して、→−4硬化する工程
を経て形成される。
【0033】上記またはでブラックマトリクスBM
を形成した基板を用い、この上に着色画素を形成する着
色画素形成工程は、 −1顔料粒子を内部に添加した感光性材料塗布後、赤
(R)色着色材料を塗布し、→−2赤着色部分に対応
する露光マスクを介して露光し、→−3現像して、→
−4ポストベークを施して赤画素の着色を行う。
【0034】同様にして、−5緑(G)色着色材料を
塗布し、上記と同様に−6露光,−7現像,−8
ポストベークを施して緑画素の着色を行い、−9青
(R)色着色材料を塗布し、上記と同様に−10露
光,−11現像,−12ポストベークを施して緑画
素の着色を行うことによって所要の三色着色パターン形
成する。
【0035】図9は図8で説明した製造方法にて形成さ
れた一般的なカラーフィルタの構造を説明する要部断面
図である。
【0036】図中、ITO2はカラーフィルタの表面に
形成された透明電極、PSV2は着色層(着色されたカ
ラー画素)の上に形成された透明な保護膜、FIL
(R),FIL(G),FIL(B)は着色された各色
のカラー画素を、SUB2はガラス基板、BMはブラッ
クマトリックスである。
【0037】なお、酸化シリコン膜SIOは、液晶表示
装置の用途や透明基板SUB2の材質によっては形成さ
れないこともある。
【0038】同図に示したように、カラーフィルタの構
造は通常、各画素あるいは各色ごとにモザイク状や縦ス
トライプ状にパターン領域が分離された着色層FIL
(R)、FIL(G)、FIL(B)の上に保護膜層P
SV2が形成され、更にその上に透明電極ITO2が形
成された構造となっている。
【0039】このようにカラーフィルタ構造を形成する
ことで、透明電極ITO2形成時の蒸着やスパッタリン
グによる200°C近い温度やその後のモジュール工程
での熱処理に対する耐熱性を実用上問題ないレベルまで
確保でき、色再現性の良好なるカラーフィルタが形成さ
れる。
【0040】一方、製造コストの低減及び生産能力向上
を目的に三原色の着色を一括して行う方法が実用化検討
されており、熱転写方式はその一つである。
【0041】ここで、カラーコピー、ビデオプリンタ等
に用いられるカラー印刷に適用されている熱転写方式に
ついて説明する。
【0042】図10はカラー印刷に用いられる熱転写方
式の説明図であって、(a)は概略製造工程を、(b)
は製造装置の代表的な模式図である。
【0043】同図において、(a)のレジスト塗布工程
は受像紙を形成する工程であり、本例では(b)に示し
たようにベース紙に染着樹脂層を塗布し、さらにその上
に、異常転写防止層を積層している。
【0044】異常転写防止層は、熱転写時にインクが余
分な領域まで熱拡散しないようにするものである。
【0045】次に、熱転写工程により前記受像紙を着色
する。熱転写フィルム2はポリエチレンテレフタレート
等のベースフィルムの一方に耐スティック層を塗布し、
他方に着色剤を塗布したものである。
【0046】着色剤の色彩については黄色(Y)、シア
ン色(C)、マゼンダ色(M)の三原色を用いて混色法
により達成する。
【0047】現在、熱転写方式には、着色材の種類によ
り二種の方法が一般に使用されている。第一の方法は顔
料などの着色剤を例えばワックスに混合して着色材とす
るもので、加熱することによってワックスごと被着色物
に転写する。この着色剤を使用する場合の利点は被着色
物に普通の紙を使うことができることである。
【0048】そして、第二の方法は図9の(b)に示す
ように、昇華性染料とバインダー樹脂との混合物をイン
ク層3としてベースフィルム上に塗布したものを用い
る。加熱されたときに転写される部分は染料であり、加
熱による染料の昇華現象を利用している。被染色層とし
ては透明な高分子の染色樹脂膜層が必要となる。
【0049】ただし、この熱転写方式を液晶表示装置の
カラーフィルタ基板の製造に応用する本発明では、カラ
ーフィルタの構造から染料が余分な領域まで熱拡散しな
いよう防止する防染色領域を形成するため、前記した異
常転写防止層は使用していない。
【0050】また、本発明はベース紙のかわりにガラス
基板等の透明基板を使用すること、及びワックスを用い
た方法は耐熱特性に問題があることから、より良い方法
として第二の方法を採用している。そして、発熱体4と
してサーマルヘッドを使用しているがレーザを用いるこ
ともできる。
【0051】この熱転写方式の第二の方法をカラー液晶
表示装置のカラーフィルタに応用した例は、ディ-ジェ-ハリ
ソン アンド エムシ-オリドフィ-ルド, "ザ ユ-ス オブ サ-マル ダイ トランスフ
ァ- テクノロジ- フォ- ザ ファブリケ-ション オブ カラ- フィルタ- アレイズ",
プロシ-ディングス オブ ザ ナインスインタ-ナショナル コングレス オン アドヴ
ァンシ-ズ イン ノン インパクト プリンティング テクノロジ-ズ、382 〜384
頁、1993 年(D.J.Harison and M.C.Olidfield, "The Use
of Thermal Dye Transfer Technology for the Fabric
ation of Color Filter Arrays", Proceedings of the
9th International Congress on Advances in Non-Impa
ct Printing Technologies, page 382〜384(1993))及び
米国特許第5,166,126号明細書に記載されてい
る。
【0052】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術における
カラーフィルタの着色層は、図8に示したように、ホト
リソプロセスを主体とした方法で作られているが、この
方法では製造工程が長くなりコストアップの最大原因に
なっている。
【0053】また、ホトリソプロセスは必ず光による露
光プロセスを伴っており、パターンが微細化するに伴い
精度の高いマスクを必要とする方法である。さらに、感
光した高分子層をパターン化するためには液体の薬品を
用いた湿式の現像工程が必須条件となる。
【0054】次に、着色層として赤(R),緑(G),
青(B)の三色を形成しようとすれば、前記した露光,
現像の工程は少なくとも3回必要となるという問題があ
った。
【0055】また、液晶表示装置の製造に実際に用いら
れた場合は、複数の着色層を別々に形成するため各色の
膜厚が不均等となり、保護膜上の液晶駆動用の透明電極
がうまく形成できなかったり、あるいは、保護膜、透明
電極、配向膜を介して対向電極基板と一定のギャップを
保持して組み立てる場合、各画素間の液晶層の膜厚のバ
ラツキが大きくなるという問題があった。
【0056】特に、STNタイプの液晶表示装置にとっ
ては、応答速度や視角特性の改善のため、液晶層の膜厚
バラツキをTNタイプの液晶素子に比べ更に小さくする
必要がある。そのため、表示面内の液晶層に膜厚のバラ
ツキがあると、その部分で色ムラ不良が生じ、光学特性
の安定化に対し非常に不利となる。
【0057】一方、図10に示したように、従来の昇華
性染料を用いる熱転写方式を製造工程として採用するこ
とによって着色工程を簡略化することは可能である。し
かし、染料の熱による昇華現象を利用して染色するため
に、染色後高温にさらされると、染料が着色パタ−ンか
ら熱拡散し、退色や色調変動の原因となるという問題が
あった。
【0058】本発明の第1の目的は熱転写方式を液晶表
示装置の製造工程として採用し、優れたカラーフィルタ
の構造を採用することで、耐熱性を向上させて染料の混
色を防止し、各画素にある液晶駆動の透明電極であるI
TO1とITO2間のギャップバラツキを最小限に抑
え、生産性が高く、光学特性に優れ、かつ顧客の要求使
用環境条件を充分に満足する信頼性の高いカラー液晶表
示装置を提供することにある。
【0059】また、本発明の第2の目的は、上記液晶表
示装置を構成するカラーフィルタ基板の製造方法を提供
することにある。
【0060】
【課題を解決するための手段】本発明は熱転写方法で三
原色の着色画素を形成し、その着色に露光工程を有しな
いことから露光マスクを必要とせず、例えばコンピュー
タで描画したデータを直接転写することが可能である製
造方法としたことが特徴である。また、染料の昇華現象
を利用して着色層を形成しているため前述したように耐
熱性に問題がある。この耐熱性は着色層の上に形成され
る保護膜の成分に左右される。
【0061】本発明では、この保護膜層として光及び熱
により硬化が可能な金属含有有機珪素化合物を用いるこ
とによりより高耐熱性を実現した液晶表示装置を提供し
ようとするものである。
【0062】また、ブラックマトリックス及び透明画素
電極、その他の形成工程には、通常のホトリソグラフィ
技術を採用していると共に、ブラックマトリックス,被
染色層,及び透明画素電極の材料は市販の材料あるいは
公知の材料を使用した。
【0063】さらに、ブラックマトリクス、及び透明画
素電極の成膜には通常の蒸着、スパッタリングあるいは
塗布法等を採用した。
【0064】すなわち、上記第1の目的を達成するため
に、請求項1に記載の第1の発明は、透明基板上に形成
された金属膜あるいは低透過率の材質で構成されたブラ
ックマトリックスと、熱転写方式にて三原色のパターン
状に着色された着色層と、前記着色層の各色パターンの
間隙を充填する防染色領域と、前記着色層及び前記防染
色の領域の上に形成された透明な保護膜層と、前記保護
膜層の上に形成された透明な電極とを有するカラーフィ
ルタ基板を備えたカラー液晶表示装置において、前記保
護膜層が光及び熱硬化が可能な金属含有有機珪素化合物
であることを特徴とする。
【0065】また、上記第1の目的を達成するために、
請求項2に記載の第2の発明は、透明基板上に形成され
た金属膜あるいは低透過率の材質で構成されたブラック
マトリックスと、熱転写方式にて三原色のパターン状に
着色され、各画素あるいは各色ごとの三原色のパターン
の間に間隙を有して領域分割されて形成された着色層
と、前記着色層と前記ブラックマトリクスの上に形成さ
れた透明な保護膜層と、前記保護膜層の上に形成された
透明な電極を有するカラーフィルタ基板を備えたカラー
液晶表示装置において、前記保護膜層が光及び熱硬化が
可能な金属含有有機珪素化合物であることを特徴とす
る。
【0066】そして、上記第2の目的を達成するため
に、請求項3に記載の第3の発明は、カラー液晶表示装
置を構成する一方の透明基板上に、ブラックマトリクス
で区画された三原色のカラーフィルタを有するカラーフ
ィルタ基板の製造方法において、透明基板上に予め透過
率の低い材料を含んだ高分子材料を用いてブラックマト
リクスを形成するブラックマトリクス形成工程と、前記
ブラックマトリクスを覆ってネガ型の感光性樹脂からな
る透明な被染着層を塗布し、前記ブラックマトリクスの
パターンを用いて前記透明基板の前記ブラックマトリク
ス形成面とは反対側から光を照射して前記被染着層を硬
化させる背面露光により前記被染着層を感光し、現像し
て三原色に対応する被染着層パターンを形成する被染着
層パターン形成工程と、熱転写方式にて前記被染着層パ
ターンを三原色に着色して着色層パターンとなす着色工
程と、前記着色工程で得た着色層パターン上に、光及び
熱硬化が可能な金属含有有機珪素化合物からなる保護膜
層を形成する保護膜形成工程と、前記保護膜層の上に透
明電極を形成する透明電極形成工程とを少なくとも含む
ことを特徴とする。
【0067】さらに、上記第1の目的を達成すために、
請求項4に記載の発明は、上記第3の発明における前記
ブラックマトリクス形成工程と被染着層パターン形成工
程により形成された前記三原色の着色層パターンと前記
ブラックマトリクスの膜厚の差が0.1μm以下である
ことを特徴とする。
【0068】さらにまた、上記第2の目的を達成するた
めに、請求項5に記載の第5の発明は、カラー液晶表示
装置を構成する一方の透明基板上に、ブラックマトリク
スで区画された三原色のカラーフィルタを有するカラー
フィルタ基板の製造方法において、透明基板上に被染着
層のパターンを各画素あるいは各色ごとに間隙を有して
領域分割して形成する被染着層形成工程と、熱転写方式
にて前記被染着層のパターンを三原色に着色して着色層
パターンとなす着色工程と、前記着色パターンで得た着
色層パターン上に、透過率の低い材料を含んだ高分子材
料を塗布し、前記透明基板側の前記ブラックマトリクス
形成面とは反対側から光を照射して前記着色層パターン
の間隙を充填する前記高分子材料を硬化させ、現像によ
りブラックマトリクスをパターン形成するブラックマト
リクス形成工程と、前記着色工程で得た着色層パターン
上に、光及び熱硬化が可能な金属含有有機珪素化合物か
らなる保護膜層を形成する保護膜形成工程と、前記保護
膜層の上に透明電極を形成する透明電極形成工程とを少
なくとも含むことを特徴とする。
【0069】そして、さらに、上記第1の目的を達成す
るために、請求項6に記載の第6の発明は、上記第1,
2,4の発明の何れかにおいて、前記三原色よりなる着
色層の各三原色が黄色,マゼンダ色,シアン色の組、あ
るいは赤色,緑色,青色の組の何れかの組で形成されて
いることを特徴とする。
【0070】なお、言うまでもなく、本発明はTFT型
等のアクティブマトリクス方式液晶表示装置に限らず、
TNあるいはSTN型等の単純マトリクス方式液晶表示
装置にも同様に適用できるものである。
【0071】
【作用】上記各請求項1,2,4,6に記載の発明の構
成において、カラーフィルタの各色パターンの間隙を充
填する防染色領域材料は、要求される耐熱性により異な
るが、熱により水平方向に染料が熱拡散して退色や混色
をおこすことを防止する作用がある。更に、前記着色層
の上に形成された透明な保護膜層で着色層を被覆するこ
とで、染料が垂直方向に熱拡散することを防止し熱に耐
する弱点を同時に補う作用がある。
【0072】すなわち、上記請求項3,5に記載の本発
明の構成により、液晶表示装置を構成するカラーフィル
タ基板の当該カラーフィルタの着色層は製造工程が短縮
され、コストダウンがなされる。
【0073】このように、熱転写方式を液晶表示装置の
製造工程として採用し、優れたカラーフィルタの構造を
採用することで、耐熱性を向上させて染料の混色を防止
し、各画素にある液晶駆動の透明電極であるITO1と
ITO2間のギャップバラツキを最小限に抑え、生産性
が高く、光学特性に優れ、かつ顧客の要求使用環境条件
を充分に満足する信頼性の高いカラー液晶表示装置とそ
のカラーフィルタ基板の製造方法を提供することができ
る。
【0074】
【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
て詳細に説明する。
【0075】なお、全図面において、同一機能を有する
ものについては同一符号を付け、その繰り返しの説明は
省略する。
【0076】(実施例1)図1は本発明による液晶表示
装置の第1実施例を構成するカラーフィルタ基板の要部
断面図であって、ITO2はカラーフィルタの表面に形
成された透明電極、PSV2は着色層(着色されたカラ
ー画素)の上に形成された透明な保護膜、1は被染着
層、FIL(R),FIL(G),FIL(B)は着色
されたR,G,B各色のカラーフィルタ(画素)、FI
L(T)は着色されていない被染着層の部分、SUB2
は透明基板としてのガラス基板、BMはブラックマトリ
ックス、SIOは酸化シリコン膜である。
【0077】なお、酸化シリコン膜SIOは、液晶表示
装置の用途や透明基板SUB2の材質によっては形成さ
れないこともある。
【0078】同図において、着色層であるカラーフィル
タFILは前記図8に示した従来技術とは異なり、化フ
ィルタFIL(R)、FIL(G)、FIL(B)層が
透明な被染着層1の中に着色して形成し、被染着層1の
着色されていない部分FIL(T)で領域分割され、各
色の重なりがないような構造となっている。
【0079】図2は本発明による液晶被装置のカラーフ
ィルタ基板の製造方法の1実施例の工程図である。
【0080】同図において、まず、(a)ブラックマト
リックスBMをガラス基板SUB2上あるいはガラス基
板SUB2上の被覆層SIO上に形成する。
【0081】遮光効果を考慮し、本実施例では800〜
1200Å程度の膜厚の金属クロムの膜を用いた。な
お、ブラックマトリクスBMは金属クロムに限らず、そ
の他、金属アルミニウム、ニッケルあるいは酸化クロム
とクロムの多層膜を使用することもできる。
【0082】また、黒色にするための着色剤を添加した
感光性の有機膜を用いて形成する場合も有り、その際に
は必要となる透過率の値から膜厚が決定される。有機膜
を用いる場合の材料としては、富士ハント社製CK−5
001(商品名)や日本化成社製BKRシリーズ(商品
名)があり、これらは何れもカーボンと黒色顔料あるい
はカーボンと三原色顔料などとの混合系である。
【0083】ブラックマトリックスBMパターンの形成
方法は全体の寸法精度向上の為に、また他の着色画素形
成などの基準となるために、ホトリソグラフィプロセス
を用いる。
【0084】以上のように、予めブラックマトリックス
BMを形成したガラス基板の上に透明な被染着層1をス
ピンコート等にて約3μm厚に塗布し、その後に加熱乾
燥する。
【0085】被染着層1を構成する材料として種々のも
のが考えられるが、本実施例ではネガ型の感光性を有す
る芳香族含有材料で、アクリロイル基を付加した樹脂組
成物を主に使用した。
【0086】また、芳香族含有材料としてはノボラック
樹脂を用いることもできる。これらの感光性樹脂組成物
は、特開平4−175753号公報及び特開平4−17
5754号公報にも例が示されている。その他、米国特
許第4,923,860号明細書、米国特許第4,96
2,081号明細書及び米国特許第5,073,534
号明細書等に記載されている材料でもよく、またポリカ
ーボネイト、塩化ビニール、ポリウレタン、ポリエステ
ル、ポリアミド、ポリアクリルニトリル、ポリカプロラ
クトン等も使用可能である。
【0087】本実施例では、着色層のパターン形成が不
要なので、非感光性の材料も使用き、ポリエステル樹脂
の東洋紡績製バイロン#200(商品名)やセルロース
アセテート樹脂、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ
エチレンテレフタレート、アクリル樹脂等が使用可能で
ある。
【0088】次に、(b)前記ブラックマトリックスB
M上に形成した透明な被染着層1を覆って、予め昇華性
染料3を塗布した例えば4μm程度のポリエチレンテレ
フタレートのベースフィルムからなる熱転写フィルム2
を介して所要の領域を初メイツ体4で部分的に加熱し、
染料の昇華特性を利用して被染着層1を着色する。
【0089】昇華性染料3は熱転写される被染着層1の
種類によって選択されなければならない。本実施例で
は、日本化薬社製の市販されている分散染料、カチオン
染料等を使用した。
【0090】例えば、三原色として、赤色にはカヤセッ
トレッドBあるいはカヤセットスカーレット926、緑
色にはカヤセットイエローA−Gとカヤセットブルー7
14の混合物、青色にはカヤセットブルー714を使用
する一組、または、黄色にはカヤセットイエローA−
G、シアン色にはカヤセットブルー714、マゼンダ色
にはカヤセットレッドBを使用する一組を採用する(な
お、上記の名称は何れも商品名である)。
【0091】上記の部分的な加熱の方式としては、発熱
体4としてサーマルヘッドを用いたがレーザでもよい。
一般に、精細度の高いパターンを形成する場合にはレー
ザが好適である。
【0092】本実施例では、着色層すなわちカラーフィ
ルタFIL(R)、FIL(G)、FIL(B)は防染
色領域に透明な無着色の領域FIL(T)を設けて分割
されており、透明電極ITO2の形成時のスパッタリン
グやその後の各種アニール工程で染料が水平方向に拡散
しても混色を防止し、ブラックマトリックス領域内で覆
われるようにしている。
【0093】また、本実施例では、着色層であるカラー
フィルタFIL(R)、FIL(G)、FIL(B)の
端部は前記ブラックマトリックスと重なって形成されて
いるが、昇華性染料3と染着層1の組合せによっては、
拡散性が大きい場合があり、さらに透明な無着色の領域
FIL(T)を拡げることも必要である。
【0094】さらに、(c)カラーフィルタとしての耐
熱性を向上させるために保護膜PSV2を着色層である
カラーフィルタFIL(R),FIL(G,)FIL
(B)の上に形成する。被染着材によっ異なるが、昇華
性染料を用いているために染料の昇華温度近辺では着色
層であるカラーフィルタFIL(R)、FIL(G)、
FIL(B)の境界から脱色が起こり、カラーフィルタ
の劣化として観察される。 そこで、染料の垂直方向の
拡散および昇華を防止するために着色層の上に保護膜層
PSV2を形成するのである。
【0095】この保護膜層PSV2の材料としては種々
のものが考えられるが、最終的に液晶表示装置の電極下
地膜となる為には、透明電極ITO2が形成できるこ
と、上下の電極基板(すなわち、カラーフィルタ基板と
TFT基板)を接着しているシールSL(図7)の材料
に対する接着性が良いこと、封入される液晶材料LC
(図7)に対する影響の無いことなど色々な化学的、物
理的特性が必要となる。
【0096】本実施例では各着色画素(カラーフィル
タ)は同時に形成されているために各画素間の段差(平
坦性)には問題が無く、保護膜自体に平坦化特性を持た
せる必要が無く、又膜厚も薄くできる。
【0097】上記の保護膜用材料としては日産化学工業
株式会社製ARコ−ト材料P−500S(プラスチック
用)(商品名)を用いた。その固形分濃度4%品をスピ
ンコータを用いて約200rpmの条件で塗布し、80
゜Cで溶剤乾燥を行った後紫外線(365nm)を3.
6J/cm2 の条件で照射する。更に、120℃にて6
0分加熱を行い硬化させる。
【0098】上記の塗布条件では約2000Åの膜厚を
得ることができる。加熱温度は120゜Cで行ったが、
染色に用いた染料により更に高い温度に設定することも
可能である。但し、この加熱温度は、少なくとも染料の
昇華温度よりも低温にすることが必要となる。
【0099】そして、(d)保護膜PSV2の上に透明
電極ITO2をスパッタリングにて形成し、ホトリソプ
ロセスを用いてパターン形成する。
【0100】なお、アクティブマトリックスの場合には
予め透明電極ITO2の形成されない部分を中央に開口
穴のあいた枠を用いて隠し、その後スパッタリング等で
成膜を行い、フォトリソグラフィによるパターン形成を
しない場合もある。
【0101】本実施例によれば、耐熱性を向上させて染
料の混色を防止し、各画素にある液晶駆動の透明電極で
あるITO1とITO2間のギャップバラツキを最小限
に抑えて、光学特性に優れ、かつ信頼性の高いカラー液
晶表示装置を提供することができる。
【0102】(実施例2)図3は本発明による液晶表示
装置の第2実施例を構成するカラーフィルタ基板の要部
断面図であって、更に、耐熱性を向上させる構造例であ
る。
【0103】同図において、まず、透明な被染着材1で
ある感光性樹脂をブラックマトリックスBM上に塗布形
成した後、ホトリソプロセスにより各画素あるいは各色
に対応した着色層パターンすなわちカラーフィルタ層F
IL(R)、FIL(G)、FIL(B)を形成してお
く。
【0104】本実施例では、被染着材1として前記第1
実施例で説明した感光性樹脂を使用する。すなわち、ネ
ガ型の感光性を有した芳香族含有材料でアクリロイル基
を付加した樹脂組成物を主に使用し、スピンコート等に
て約1〜1.5μmの膜厚範囲で塗布する。
【0105】被染着層1に従来のように各原色ごとにホ
トリソプロセスを繰り返し施すのではなく、一回のホト
リソプロセスで全色のパターンを一度に形成する。
【0106】このパターンは、カラーフィルタの色配列
に対応したモザイク形状や縦ストライプ形状等に形成さ
れる。三原色のパターンの断面形状は図3に示すよう
に、各画素あるいは各色ごとのパターンの間が互いに溝
で隔てられた間隙を有して領域分割するように形成す
る。その後の着色方法は前記第1実施例と同様である。
【0107】本実施例が前記第1実施例に比べ被染着層
1の膜厚を薄くできる理由は、各色パターンの間隙が分
離されているため、より濃い着色が可能になるためであ
る。更に、カラーフィルタとしての耐熱性を向上させる
ために保護膜PSV2を着色層パターンの上及びの間隙
に形成する。前記保護膜PSV2の材料、形成方法は前
記実施例1と同様である。
【0108】本実施例の構造によれば、各色の着色層が
分離して、その間の防染色領域を保護膜PSV2で形成
するため、染色後の液晶表示装置の組立工程での各種の
加熱で引き起こされる昇華性染料の水平方向の拡散で生
じる混色や着色パターン自体の退色を効果的に防止でき
る。
【0109】なお、保護膜PSV2の上に透明電極IT
O2をスパッタリングにて形成する工程は第1実施例と
同様である。
【0110】本実施例によれば、耐熱性を向上させて染
料の混色を防止し、各画素にある液晶駆動の透明電極で
あるITO1とITO2間のギャップバラツキを最小限
に抑えて、光学特性に優れ、かつ信頼性の高いカラー液
晶表示装置を提供することができる。
【0111】(実施例3)図4は本発明による液晶表示
装置の第3実施例を構成するカラーフィルタ基板の要部
断面図であって、耐熱性に優れ、透過率の低い材料を含
んだブラックマトリックス材料を用いて、着色パターン
の間の防染色領域を充填することにより着色層の染料の
横方向の拡散を防止できるようにしたものである。
【0112】本実施例では、ブラックマトリックスBM
の材料に富士ハント社製CK−5001あるいは日本化
成社製BKRシリーズ(何れも商品名)を使用した。
【0113】上記のブラックマトリクス材料は、何れも
カーボンと黒色顔料あるいはカーボンと三原色顔料との
混合系であり、光を照射することによって架橋する性質
を持った感光性材料である。
【0114】ブラックマトリックスBMのパターン形成
方法は全体の寸法精度向上の為に、また他の画素形成な
どの基準となるものであるために、ホトリソプロセスを
用いてパターンを形成する。
【0115】また、形成されたブラックマトリックスB
Mは、その後の熱処理を施すことにより変形や退色しな
いようオーブン等で加熱処理し安定化させることもでき
る。ブラックマトリックスの膜厚はその光学特性である
遮光性によって決定されるが、本実施例では、約1.0
〜1.5μmとした。
【0116】以上のように、予めブラックマトリックス
BMを形成した基板SUB2の上に透明な被染着層1を
塗布する。被染着層1には、ネガ型の感光性を有した芳
香族含有材料でアクリロイル基を付加した樹脂組成物を
主に使用し、スピンコート等にて塗布する。
【0117】被染着層1を塗布後、紫外線源5からの背
面露光により前記ブラックマトリックスBMのパターン
を露光マスクとして使用し、一回の露光、現像工程で三
原色のパターンを一度に形成する。
【0118】このパターニングの際、前記ブラックマト
リックスBMの最外周パターンの外側に被着している被
染着材1は、基板の切断時に異物として有効画素部に侵
入する可能性があるため、取り除くことが望ましい。
【0119】本実施例では、この周辺の被染着層1を覆
うように、ロの字型の黒枠の遮光板を紫外線源5との間
に設け、露光時には中央の開口部のみ紫外線が通過し、
画素形成部付近に紫外線が当たるようにしている。
【0120】この方法により、現像時に各色のパターン
を形成するのと同時に周辺の被染着材1を取り除いた。
紫外線照射強度及び現像時間は、現像後におけるブラッ
クマトリックスと被染着層1との膜厚差が0.1μm以
下となるように設定する。その後の各色のパターンの着
色方法は前記第1実施例と同様である。
【0121】更に、カラーフィルタとしての耐熱性を向
上させるために保護膜PSV2を第1実施例1と同様の
方法で着色層の上に形成する。
【0122】この構造によれば、カラーフィルタFIL
(R)、FIL(G)、FIL(B)となる各色の着色
層が、図4に示すように、予め作られたブラックマトリ
ックスBMで分割されており、同一平面上での染料の拡
散による混色が防止できる構造となっている。更に、カ
ラーフィルタとしての耐熱性を向上させるために保護膜
SV2を着色層とブラックマトリックス層の上形成し、
その後に保護膜PSV2の上に透明電極ITO2をスパ
ッタリング等にて形成する。
【0123】本実施例におけるの着色層、ブラックマト
リックス層は最も平坦性が優れている。例えば、本実施
例では段差を0.1μmに設定したが実際には0.05
μm如何に設定することも可能である。着色層、ブラッ
クマトリックス層の段差が少ないと保護膜層の形成も有
利であり、各材料の物理的性質の違いから発生する保護
膜破壊PSV2も防ぐことが出きる。
【0124】本実施例によれば、耐熱性を向上させて染
料の混色を防止し、各画素にある液晶駆動の透明電極で
あるITO1とITO2間のギャップバラツキを最小限
に抑えて、光学特性に優れ、かつ信頼性の高いカラー液
晶表示装置を提供することができる。
【0125】(実施例4)図5は本発明による液晶表示
装置の第4実施例を構成するカラーフィルタ基板の要部
断面図である。
【0126】前記第3実施例では、着色層すなわちカラ
ーフィルタFIL(R)、FIL(G)、FIL(B)
はブラックマトリックスBMを形成した後に形成するも
のであるが、これと逆の工程を取ることも可能である。
【0127】すなわち、本実施例では、まず、透明基板
上にスピンコート等にて約1.0〜1.5μmの膜厚範
囲で被染着層1を塗布する。その後、通常のホトリソグ
ラフィを用いた露光、現像により、三原色に対応する各
パターンを形成する。
【0128】この際、各パターンの間には間隙を有して
領域分割して形成する。その後の各色のパターンの着色
方法は前記第1実施例と同様である。
【0129】次に、感光性を有した黒色の高分子材料を
スピンコート等にて塗布する。ブラックマトリックス材
料としては第3実施例に示したものが使用できる。
【0130】そして、各色パターンの形成されたガラス
基板SUB2側から紫外線を照射し、三原色パターンの
間隙の感光性黒色高分子材料を硬化させる。その後に余
分な黒色高分子樹脂を現像液を用いて取り除く。
【0131】黒色高分子材料の透明基板からの膜厚とし
ては、三原色パターンとの膜厚差を0.5μm以下とな
るように、紫外線露光量及び現像時間を調整する。更
に、カラーフィルタとしての耐熱性を向上させるために
保護膜PSV2を着色層及びブラックマトリックス層の
上に形成する。
【0132】その後、保護膜PSV2の上に透明電極I
TO2をスパッタリング等にて形成する工程は前記第1
実施例と同様である。
【0133】本実施例によれば、耐熱性を向上させて染
料の混色を防止し、各画素にある液晶駆動の透明電極で
あるITO1とITO2間のギャップバラツキを最小限
に抑えて、光学特性に優れ、かつ信頼性の高いカラー液
晶表示装置を提供することができる。
【0134】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるカラ
ー液晶表示装置及びその製造方法によれば、昇華性染料
を用いて被染色層を乾式で染色することができ、大幅に
製造工程を簡略化し、かつ短縮することができる。その
結果大幅な原価低減を図ることができる。
【0135】また、染料を用いているため顔料を用いた
系に比べ優れた光学特性を有しており、更に三原色の各
パタ−ン部の膜厚が何れ同等であり、さらに保護膜の被
覆により平坦性を一層向上でき、液晶表示装置を製作す
る場合に当該装置を構成する液晶素子の光学特性を最も
左右する因子である上下基板間のギャップバラツキを最
小限に抑えることができる。
【0136】その結果、液晶表示装置内のコントラスト
等の光学特性のバラツキを抑えることができる。
【0137】さらに、カラーフィルタとなる着色層の各
色パターンの間に防染色領域を形成すると共に、低温で
形成可能な耐熱性の良好な光及び熱硬化が可能な金属含
有有機珪素化合物を用いて各色パタ−ンを被覆すること
によって、昇華性染料の欠点である耐熱性の低い点を向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による液晶表示装置の第1実施例を構成
するカラーフィルタ基板の要部断面図である。
【図2】本発明による液晶被装置のカラーフィルタ基板
の製造方法の1実施例の工程図である。
【図3】本発明による液晶表示装置の第2実施例を構成
するカラーフィルタ基板の要部断面図である。
【図4】本発明による液晶表示装置の第3実施例を構成
するカラーフィルタ基板の要部断面図である。
【図5】本発明による液晶表示装置の第4実施例を構成
するカラーフィルタ基板の要部断面図である。
【図6】本発明が適用されるカラー液晶表示装置の一例
としてのTFT型液晶表示装置を採用した液晶モジュー
ルの各構成部品を示す分解斜視図である。
【図7】従来のTFT型液晶表示装置の構造例を説明す
る断面図である。
【図8】一般的なホトリソグラフィプロセスを使用する
顔料分散法を用いたカラーフィルタ基板の製造方法を説
明する工程図である。
【図9】図8で説明した製造方法にて形成された一般的
なカラーフィルタの構造を説明する要部断面図である。
【図10】カラー印刷に用いられる熱転写方式の説明図
である。
【符号の説明】
1 被染着層 2 熱転写フィルム 3 昇華性染料 4 発熱体 SHD シールドケース(メタルフレーム) LCW 液晶表示窓 PNL 液晶表示パネル(液晶素子) SPB 光拡散板 MFR 中間フレーム PCB3 インバータ回路 BL バックライト BLS バックライト支持体 LCA 下側ケース MDL 液晶モジュール ITO1,ITO2 透明電極 PSV2 着色層の上に形成された透明な金属含有有機
珪素化合物 FIL(FIL(R),FIL(G),FIL(B))
着色層(カラーフィルタ) SUB1,SUB2 ガラス基板(基板) BM ブラックマトリクス。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基板上に形成された金属膜あるいは低
    透過率の材質で構成されたブラックマトリックスと、熱
    転写方式にて三原色のパターン状に着色された着色層
    と、前記着色層の各色パターンの間隙を充填する防染色
    領域と、前記着色層及び前記防染色の領域の上に形成さ
    れた透明な保護膜層と、前記保護膜層の上に形成された
    透明な電極とを有するカラーフィルタ基板を備えたカラ
    ー液晶表示装置において、 前記保護膜層が光及び熱硬化が可能な金属含有有機珪素
    化合物であることを特徴とするカラー液晶表示装置。
  2. 【請求項2】透明基板上に形成された金属膜あるいは低
    透過率の材質で構成されたブラックマトリックスと、熱
    転写方式にて三原色のパターン状に着色され、各画素あ
    るいは各色ごとの三原色のパターンの間に間隙を有して
    領域分割されて形成された着色層と、前記着色層と前記
    ブラックマトリクスの上に形成された透明な保護膜層
    と、前記保護膜層の上に形成された透明な電極を有する
    カラーフィルタ基板を備えたカラー液晶表示装置におい
    て、 前記保護膜層が光及び熱硬化が可能な金属含有有機珪素
    化合物であることを特徴とするカラー液晶表示装置。
  3. 【請求項3】カラー液晶表示装置を構成する一方の透明
    基板上に、ブラックマトリクスで区画された三原色のカ
    ラーフィルタを有するカラーフィルタ基板の製造方法に
    おいて、 透明基板上に予め透過率の低い材料を含んだ高分子材料
    を用いてブラックマトリクスを形成するブラックマトリ
    クス形成工程と、 前記ブラックマトリクスを覆ってネガ型の感光性樹脂か
    らなる透明な被染着層を塗布し、前記ブラックマトリク
    スのパターンを用いて前記透明基板の前記ブラックマト
    リクス形成面とは反対側から光を照射して前記被染着層
    を硬化させる背面露光により前記被染着層を感光し、現
    像して三原色に対応する被染着層パターンを形成する被
    染着層パターン形成工程と、 熱転写方式にて前記被染着層パターンを三原色に着色し
    て着色層パターンとなす着色工程と、 前記着色工程で得た着色層パターン上に、光及び熱硬化
    が可能な金属含有有機珪素化合物からなる保護膜層を形
    成する保護膜形成工程と、 前記保護膜層の上に透明電極を形成する透明電極形成工
    程とを少なくとも含むことを特徴とするカラーフィルタ
    基板の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項3における前記ブラックマトリクス
    形成工程と被染着層パターン形成工程により形成された
    前記三原色の着色層パターンと前記ブラックマトリクス
    の膜厚の差が0.1μm以下であることを特徴とするカ
    ラー液晶被装置。
  5. 【請求項5】カラー液晶表示装置を構成する一方の透明
    基板上に、ブラックマトリクスで区画された三原色のカ
    ラーフィルタを有するカラーフィルタ基板の製造方法に
    おいて、 透明基板上に被染着層のパターンを各画素あるいは各色
    ごとに間隙を有して領域分割して形成する被染着層形成
    工程と、 熱転写方式にて前記被染着層のパターンを三原色に着色
    して着色層パターンとなす着色工程と、 前記着色パターンで得た着色層パターン上に、透過率の
    低い材料を含んだ高分子材料を塗布し、前記透明基板側
    の前記ブラックマトリクス形成面とは反対側から光を照
    射して前記着色層パターンの間隙を充填する前記高分子
    材料を硬化させ、現像によりブラックマトリクスをパタ
    ーン形成するブラックマトリクス形成工程と、 前記着色工程で得た着色層パターン上に、光及び熱硬化
    が可能な金属含有有機珪素化合物からなる保護膜層を形
    成する保護膜形成工程と、 前記保護膜層の上に透明電極を形成する透明電極形成工
    程とを少なくとも含むことを特徴とするカラーフィルタ
    基板の製造方法。
  6. 【請求項6】請求項1,2,4〜5の何れかにおいて、
    前記三原色よりなる着色層の各三原色が黄色,マゼンダ
    色,シアン色の組、あるいは赤色,緑色,青色の組の何
    れかの組で形成されていることを特徴とするカラー液晶
    表示装置。
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