JP4488913B2

JP4488913B2 - カラーフィルタ基板と、このカラーフィルタ基板を用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JP4488913B2
Application number: JP2005014424A
Authority: JP
Inventors: 秀治実吉
Original assignee: Future Vision Inc
Current assignee: Future Vision Inc
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2025-01-21
Also published as: JP2006201596A

Description

本発明は、カラーフィルタ基板とこの基板を用いた表示装置に係り、特にインクジェット法を用いて形成したカラーフィルタ素子を形成した基板とこの基板を用いて構成した液晶表示装置に好適なものである。

液晶表示装置では、画素選択機能を有する基板に複数色のカラーフィルタ素子をマトリクス状に配列したカラーフィルタ基板を貼り合せ、貼り合せ間隙に液晶を封入して構成される。液晶表示装置には、ガラスを好適とする透明絶縁基板（以下、単に基板とも称する）上に、交差する２群の電極の各交点に画素を形成する単純マトリクス型と、２群の電極の各交点近傍に薄膜トランジスタ等のスイッチ素子をマトリクス配置したアクティブ型とが知られている。以下では、アクティブ型の液晶表示装置を例として本発明を説明するが、単純マトリクス型にも適用できるものである。

カラーフィルタ基板には、同じくガラスを好適とする基板の上に上記したカラーフィルタ素子と、このカラーフィルタ素子のマトリクス配列面の上層に透明な共通電極（対向電極とも称する）が形成される。画素選択基板の電極やスイッチ素子の形成面とカラーフィルタ基板のカラーフィルタ素子形成面の対向面にそれぞれ配向膜を塗布し、ラビンク゛等の配向制御能を付与して貼り合せ、貼り合せ間隙に液晶を封入する。

カラーフィルタ基板の共通電極を構成する透明導電膜としてＩＴＯ(Indium Tin Oxide)の蒸着膜が一般的に用いられる。また、例えば特許文献１には、ＩＴＯ微粒子とＩＴＯゾルゲル材料の複合溶液の塗布で共通電極を形成する方法が開示されている。なお、非特許文献１や特許文献２には画素選択基板（薄膜トランジスタ基板）のゲート配線やデータ配線をインクジェット法で形成する方法が記載されている。

図３は、液晶表示装置の構成例を説明する１画素付近の模式断面図である。ガラスを好適とする基板１上に交差する２群の電極を設け、２群の電極の各交点近傍に薄膜トランジスタＴＦＴが配置された画素選択基板１００と、同じくガラスを好適とする基板の上にカラーフィルタ素子１４と対向電極１５を有するカラーフィルタ基板２００との貼り合せ間隙に液晶１７が封入されている。

画素選択基板１００は、その内面に形成された２群の電極の一方であるゲート配線をゲート電極とし、又はゲート配線に形成したゲート電極２と、ゲート電極２の上層を被覆するゲート絶縁層３と、ゲート電極２の上層にパターニングされたａ-Ｓｉ層４とn＋Ｓｉ層５、ソース（ドレイン）電極６とドレイン（ソース）電極７とで薄膜トランジスタＴＦＴが構成される。なお、ソース電極とドレイン電極は動作中に交互に切り替わるものであり、以下では画素に接続する側をソース電極として説明する。薄膜トランジスタＴＦＴを覆ってパッシベーション層８が成膜され、その上にカラー副画素を構成する画素電極１０がパッシベーション層８に形成したコンタクトホール９でソース電極６にしている。画素選択基板１００の最表面には第１の配向膜１１が成膜されている。

一方、カラーフィルタ基板２００は、基板１２の内面に遮光膜１３が形成されている。この遮光膜１３は後述する複数（３色）のカラーフィルタ素子を埋設する多数の開口を規則的に有している。この開口を規則的に有する遮光膜をブラックマトリクスとも称する。遮光膜１３としては、クロムを主成分とした金属系、カーボンを主成分とした顔料系とが知られている。ここでは、金属系の遮光膜を用いるものとして説明する。遮光膜１３の開口にはカラーフィルタ素子１４が埋設され、その上を平坦化層１８で平坦面とし、その上に共通電極１５が成膜されている。そして、最表面には第２の配向膜１６が成膜されている。

図４は、図３に示した液晶表示装置のカラーフィルタ基板の製作例を説明する要部工程図である。基板１２に開口を有する遮光膜１３を形成する（プロセス-１１、以下Ｐ−１１のように表記）。遮光膜１３の上に第１のカラーフィルタ（以下赤フィルタ、Ｒフィルタ）となるカラーレジスト１４Ｒ'を塗布する（Ｐ−１２）。赤フィルタ部分に開口を有する露光マスク３００を通して露光し（Ｐ−１３）、現像してカラーフィルタ１４Ｒを形成する（Ｐ−１４）。第２のカラーフィルタ緑（以下緑フィルタ、Ｇフィルタ）、第３のカラーフィルタ青（以下青フィルタ、Ｂフィルタ）について、（Ｐ−１２）、（Ｐ−１３）、（Ｐ−１４）を繰り返し、遮光膜１３で区画された三色のカラーフィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを形成した基板１２を得る（Ｐ−１５）。

三色のカラーフィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを形成した基板１２の上面（カラーフィルタ形成面）は、高さが低い遮光膜１３と高さが高いカラーフィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂとで凹凸がある。この凹凸を平坦にするために、透明なオーバーコート膜（平坦化膜）１８を塗布する（Ｐ−１６）。平坦化された表面に共通電極１５としてＩＴＯをスパッタリング等の真空蒸着法で成膜する（Ｐ−１６）。こうして製作したカラーフィルタ基板を用いることにより、画素選択基板１００に有する画素電極に対して等距離に共通電極１５を配置でき、副画素ごとに同じセルギャップとした液晶表示装置が得られる。

特開２００４−２２２２４号公報特開２０００−３５３５９４号公報「日経エレクトロニクス」（２００２．６．１７発行、６７頁から７８頁）

従来のカラーフィルタ基板の製作では、共通電極を成膜するためにＩＴＯをスパッタリング等の真空蒸着法で成膜している。この種の真空蒸着法では、その製造設備が大規模であり、また真空チャンバーを必須とするため、プロセスに要する時間が長くなる。そのため、製造コストの削減が制限され、液晶表示装置のコスト引き下げが困難であった。

本発明の目的は、ＩＴＯを用いた共通電極をインクジェット法で形成することで、カラーフィルタ基板の製作のための大規模な製造設備を不要とし、またインクジェット法による印刷技術の特性を生かして、平坦化膜の形成を不要としてプロセス数の削減と相俟ってプロセスの短縮を可能とし、また製品コストの低減を図った液晶表示装置を提供することにある。

上記本発明の目的を達成するために、本発明は、カラーフィルタ基板に形成した顔料を用いたカラーフィルタ素子の上にＩＴＯを含むインクをインクジェット法で吐出することで、カラーフィルタ素子の上に直接的にＩＴＯを形成する。遮光膜がカラーフィルタ素子よりも高さが低く、一度の吐出では平坦化が困難な場合には、先ず遮光膜の上にインクを吐出し、ある程度乾燥後に遮光膜とカラーフィルタ素子の全面にインクを吐出する２段階に吐出することで、全体を平坦化する。この場合は、遮光膜の上層には２回のインク吐出を示す層界（上下層の境界）を持ったＩＴＯの共通電極が形成される。

なお、遮光膜とカラーフィルタ素子を形成した面の全面にインクジェット法でインクを吐出する前に、当該全面の表面を親液化処理を施すことで、吐出されたインクが速やかに流れて平滑な表面を有する共通電極が得られる。親液化処理は、ＵＶ露光処理や酸素プラズマ処理等により実現できる。

本発明により、カラーフィルタ基板の製作のための大規模な製造設備を不要となり、平坦化膜の形成を不要としてプロセス数の削減が可能となり、また製品コストの低減を図ることができる。

以下、本発明のカラーフィルタ基板およびこの基板を用いた液晶表示装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による液晶表示装置の構成例を説明する１画素付近の模式断面図である。図３と同様に、ガラスを好適とする基板１上に交差する２群の電極を設け、２群の電極の各交点近傍に薄膜トランジスタＴＦＴが配置された画素選択基板１００と、同じくガラスを好適とする基板の上にカラーフィルタ素子１４と対向電極１５を有するカラーフィルタ基板２００との貼り合せ間隙に液晶１７が封入されている。

画素選択基板１００は、その内面に形成された２群の電極の一方であるゲート配線をゲート電極とし、又はゲート配線に形成したゲート電極２と、ゲート電極２の上層を被覆するゲート絶縁層３と、ゲート電極２の上層にパターニングされたａ-Ｓｉ層４とn＋Ｓｉ層５、ソース（ドレイン）電極６とドレイン（ソース）電極７とで薄膜トランジスタＴＦＴが構成される。以下では画素に接続する側をソース電極として説明する。薄膜トランジスタＴＦＴを覆ってパッシベーション層８が成膜され、その上にカラー副画素を構成する画素電極１０がパッシベーション層８に形成したコンタクトホール９でソース電極６にしている。画素選択基板１００の最表面には第１の配向膜１１が成膜されている。

カラーフィルタ基板２００は、基板１２の内面に遮光膜１３が形成されている。この遮光膜１３は後述する複数（３色）のカラーフィルタ素子を埋設する多数の開口を規則的に有している。遮光膜１３として、ここでは、金属系の遮光膜を用いるものとする。遮光膜１３の開口にはカラーフィルタ素子１４が埋設され、その上に共通電極１５が遮光膜１３の開口も埋めて全面に成膜されている。そして、最表面には第２の配向膜１６が成膜されている。実施例１では、遮光膜１３の上では吐出するインク量を多くする。

図２は、本発明の実施例１の液晶表示装置のカラーフィルタ基板の製作例を説明する要部工程図である。基板１２に開口を有する遮光膜１３を形成する（プロセス-１）。遮光膜１３の上に第１のカラーフィルタ（赤フィルタ）となるカラーレジスト１４Ｒ'を塗布する（Ｐ−２）。赤フィルタ部分に開口を有する露光マスク３００を通して露光し（Ｐ−３）、現像してカラーフィルタ１４Ｒを形成する（Ｐ−４）。第２のカラーフィルタ緑（緑フィルタ）、第３のカラーフィルタ青（青フィルタ）について、（Ｐ−２）、（Ｐ−３）、（Ｐ−４）を繰り返し、遮光膜１３で区画された三色のカラーフィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを形成した基板１２を得る（Ｐ−５）。

遮光膜１３と三色のカラーフィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを形成した基板１２の全面にインクジェット法でＩＴＯを含むインクを吐出する。このとき、遮光膜１３の部分ではインクの吐出量を多くする。これにより、表面が平坦な共通電極１５が形成される（Ｐ−６）。

上記の説明では、遮光膜１３の部分ではインクの吐出量を多くすることで高さの低い遮光膜１３の部分でのＩＴＯの膜厚を厚くして表面の平坦化を達成している。しかし、表面をより平坦性のよいものとする場合には、インクを全面に吐出する前に、遮光膜１３の部分にインクを吐出し、カラーフィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂと同等の高さとする（Ｐ−７）。このインクを乾燥等により少なくとも流動性を低下させた後、遮光膜１３上のインクを含めて三色のカラーフィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの表面全面にインクを吐出する。これにより、表面が平坦な共通電極１５が形成される（Ｐ−６）。

こうして製作したカラーフィルタ基板を用いることにより、画素選択基板１００に有する画素電極に対して等距離に共通電極１５を配置でき、副画素ごとに同じセルギャップとした液晶表示装置が得られる。

この液晶表示装置の画素選択基板の周辺には、ゲート線駆動回路とデータ線駆動回路が搭載される。ゲート線駆動回路はゲート線を選択し、データ線駆動回路は選択されたゲート線に接続した薄膜トランジスタからなる画素（副画素）に表示データを供給する。また、液晶表示装置には表示制御回路が設けてあり、ゲート線駆動回路とデータ線駆動回路は、表示制御回路で制御される。表示制御回路には外部信号源から表示信号が供給され、この表示信号からのタイミング信号、表示データ信号を生成してゲート線駆動回路とデータ線駆動回路に表示のための信号を供給する。なお、共通電極には画素選択基板側から接続端子を通して共通電圧が印加される。

本発明による液晶表示装置の構成例を説明する１画素付近の模式断面図である。本発明の実施例１の液晶表示装置のカラーフィルタ基板の製作例を説明する要部工程図である。液晶表示装置の構成例を説明する１画素付近の模式断面図である。図３に示した液晶表示装置のカラーフィルタ基板の製作例を説明する要部工程図である。

符号の説明

１・・・・画素選択側の基板、２・・・・ゲート電極、３・・・・ゲート絶縁層、４・・・・ａ-Ｓｉ層、５・・・・n＋Ｓｉ層、６・・・・ソース（ドレイン）電極、７・・・・ドレイン（ソース）電極、８・・・・パッシベーション層、９・・・・コンタクトホール、１０・・・・画素電極、１１・・・・第１の配向膜、１２・・・・カラーフィルタ側の基板、１３・・・・遮光膜、１４・・・・カラーフィルタ素子、１５・・・・共通電極、１６・・・・第２の配向膜。

Claims

絶縁基板と、この絶縁基板の上の表示領域に多数の開口を規則的に有して形成された遮光膜と、前記開口のそれぞれを閉塞する如く前記遮光膜の膜厚より大である膜厚で記置されたカラーフィルタ層と、前記遮光膜と前記カラーフィルタ層との上層を直接覆うと共に、前記遮光膜の上では前記カラーフィルタ層の膜厚の高さに層界を有して成膜された透明電極を有し、
前記透明電極の表面が、前記表示領域にわたって平坦であることを特徴とするカラーフィルタ基板。
前記遮光膜が導電性を有することを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板。
一方向に延在し該一方向と直交する他方向に並設された複数のゲート配線と該複数のゲート配線に交差して前記他方向に延在し前記一方向に並設された複数のデータ配線と前記複数のゲート配線と前記複数のデータ配線の各交差部に形成された薄膜トランジスタと画素電極を有する多数の画素をマトリクス状に配置した薄膜トランジスタ基板と、前記薄膜トランジスタ基板に間隙を持って貼り合せたカラーフィルタ基板と、前記薄膜トランジスタ基板と前記カラーフィルタ基板の前記貼り合せ間隙に封入した液晶層を有する液晶パネルを備えた液晶表示装置であって、
前記カラーフィルタ基板は、絶緑基板上の表示領域に多数の開口を規則的に有して形成された遮光膜と、前記開口のそれぞれを閉塞する如く前記遮光膜の膜厚より大である膜厚で配置されたカラーフィルタ層と、前記遮光膜と前記カラーフィルタ層との上層を直接覆うと共に、前記遮光膜の上では前記カラーフィルタ層の膜厚の高さに層界を有して成膜された透明電極を有し、
前記透明電極の表面が、前記表示領域にわたって平坦であることを特徴とする液晶表示装置。
前記遮光膜が導電性を有することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。