JP3591674B2

JP3591674B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3591674B2
Application number: JP14198696A
Authority: JP
Inventors: 尚幸島田; 謙金森; 幹雄片山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JPH09325360A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、テレビジョン、コンピュータ、ワードプロセッサ、ＯＡ（ＯｆｆｉｃｅＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ）機器などの表示装置として用いられる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に、液晶表示装置を構成するアクティブマトリクス基板の一例を示す。
【０００３】
このアクティブマトリクス基板は、スイッチング素子である薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）２および画素容量１がマトリクス状に形成されている。ＴＦＴ２のゲート電極には走査配線であるゲート信号線３が接続され、そこに入力される信号によってＴＦＴ２が駆動される。ＴＦＴ２のソース電極には信号配線であるソース信号線５が接続され、そこから表示信号としてのビデオ信号等が入力される。各ゲート信号線３と各ソース信号線５とは、互いに交差するように形成されている。ＴＦＴ２のドレイン電極には画素電極および画素容量１の一方の端子が接続されている。各画素容量１の他方の端子には画素容量配線４が接続されている。このアクティブマトリクス基板は、対向電極が形成された対向基板と貼り合わせられ、両基板の間隙に液晶層が挟持されて液晶表示装置が構成される。この際、上記画素容量配線４は、対向基板上の対向電極と接続される。
【０００４】
このような構成の液晶表示装置において、カラー表示を実現するためには、対向基板上に、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）の３色の色層を備えたカラーフィルタを形成する構成が最も一般的である。このようにカラーフィルタを備えた対向基板は、カラーフィルタ基板と称される。このカラーフィルタ基板には、一般に、色の混合や光漏れを防ぐためのブラックマトリクスが形成される。
【０００５】
このブラックマトリクスは、各画素の境界部に設けられ、画素の中の液晶に電圧が印加されない部分から光が漏れるのを遮光している。また、ブラックマトリクスは、表示領域の周辺部にも設けられ、周辺領域からの光漏れも遮光している。さらに、ブラックマトリクスは、ＴＦＴの上部にも設けられ、ＴＦＴに外光が直接入射しないようにして、表示特性に大きな影響が生じるのを防いでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の液晶表示装置においては、カラーフィルタ基板にＲ、Ｇ、Ｂの３色の色層と共に、ブラックマトリクスが設けられる。このブラックマトリクスは、通常、金属層をパターン形成して作製され、このブラックマトリクス形成工程を削除することは、液晶表示装置の製造コストを減らすために、非常に有効な手段である。従って、カラーフィルタ基板上にブラックマトリクスを形成しない液晶表示装置の開発が求められている。この場合には、カラーフィルタ基板上にブラックマトリクスを形成しなくても、外光が表示特性に大きな影響を与えないようにする必要がある。
【０００７】
本発明は上記従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、外光が表示特性に与える影響を十分小さくすることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向配置された一対の基板のうちの一方に、互いに交差して設けられた走査配線および信号配線と、各配線の交差部近傍に設けられたスイッチング素子とを有し、該走査配線、該信号配線および該スイッチング素子を覆うように層間絶縁膜が設けられ、該層間絶縁膜上に設けられた画素電極が、該層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して該スイッチング素子と接続されており、該スイッチング素子は、前記走査配線の一部を含んで、または前記走査配線の分岐部を含んで構成され、該走査配線の一部または該分岐部の上に、絶縁膜を介してスイッチング素子の半導体層が設けられており、該一対の基板のうちの他方に、ブラックマトリクスが設けられずにカラーフィルタが設けられ、該カラーフィルタの色層のうち赤の色層と同じ材料からなる層が該スイッチング素子を覆うように設けられており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１０】
前記スイッチング素子を構成する半導体層が、非晶質シリコンまたは多結晶シリコンからなっていてもよい。
【００１３】
以下、本発明の作用について説明する。
【００１４】
本発明においては、一方の基板上に設けられたスイッチング素子を覆うように、他方の基板上にカラーフィルタの色層のうちの１つと同じ材料からなる遮光層が設けられている。この遮光層により、外光がスイッチング素子に直接照射されるのを防ぐことができる。従って、スイッチング素子を覆うブラックマトリクスを設ける必要が無い。
【００１５】
特に、カラーフィルタの色層のうち赤の色層と同じ材料からなる遮光層を形成すると、他の色層と同じ材料を用いた場合に比べて最も外光の影響が少ない。
【００１６】
特に、スイッチング素子の半導体層として非晶質シリコンまたは多結晶シリコンを用いた場合や、半導体層が走査配線の一部または分岐部上に形成されている場合には、スイッチング素子に外光が照射された場合の影響が大きい。このような場合に上記遮光層を用いることは、特に効果的である。
【００１７】
走査配線、信号配線およびスイッチング素子上を覆う層間絶縁膜上に画素電極を設けると、画素電極と各配線とを重ね合わせることができる。この場合、画素電極が設けられた部分は液晶層に電圧が印加され、液晶層に電圧が印加されない各画素の境界部は各配線で遮光される。従って、各画素の境界部にブラックマトリクスを設ける必要がない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施形態１）
図１は、実施形態１の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【００２０】
この液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板とが、液晶層２０を挟んで対向している。
【００２１】
アクティブマトリクス基板は、図１に示すように、透明絶縁性基板１１上に、ゲート信号線に接続されたゲート電極１２が形成され、その上を覆ってゲート絶縁膜１３が形成されている。その上にはゲート電極１２と重畳するように半導体層１４が形成され、その中央部上にチャネル保護層１５が形成されている。チャネル保護層１５の端部および半導体層１４の一部を覆い、チャネル保護層１５の上で分断された状態で、ソース電極およびドレイン電極となるｎ^＋−Ｓｉ層１６ａ、１６ｂが形成されている。一方のｎ^＋−Ｓｉ層１６ａ上には、透明導電層１７ａと金属層１０ａとが形成されて、２層構造のソース信号線となっている。他方のｎ^＋−Ｓｉ層１６ｂの上には、透明導電層１７ｂと金属層１０ｂとが形成され、透明導電層１７ｂは画素電極１９とドレイン電極１６ｂとを接続する接続電極となっている。さらに、ＴＦＴ、ゲート信号線およびソース信号線の上部を覆って、層間絶縁膜１８が形成されている。層間絶縁膜１８の上には、画素電極となる透明導電層１９が形成され、層間絶縁膜１８を貫くコンタクトホールを介して、接続電極である透明導電層１７ｂによりＴＦＴのドレイン電極１６ｂと接続されている。さらに、液晶層に接する表面には、配向膜（図示せず）が形成されている。
【００２２】
一方、対向基板は、図１に示すように、透明絶縁性基板２５上に、画素電極１９と対向するように、カラーフィルタの色層２２が形成されている。このカラーフィルタの色層２２は、各画素の表示色に応じてＲ、ＧまたはＢのいずれかの色とされる。また、ＴＦＴの上方には、カラーフィルタのＲ、ＧまたはＢの色層と同じ材料からなる遮光層２１が形成されている。その上には対向電極（図示せず）が形成され、液晶層に接する表面には、配向膜（図示せず）が形成されている。
【００２３】
この液晶表示装置は、以下のようにして作製した。
【００２４】
まず、アクティブマトリクス基板用基板としての透明絶縁性基板１１上に、ゲート信号線とゲート電極１２を形成した。この透明絶縁性基板としては、ガラス基板などを用いることができる。また、ゲート信号線とゲート電極１２との表面には、陽極酸化膜を形成してもよい。次に、ゲート絶縁膜１３、半導体層１４、チャネル保護層１５、ソース電極およびドレイン電極となるｎ^＋−Ｓｉ層１６ａ、１６ｂを順に形成した。その上に、ソース信号線および接続電極として透明導電層であるＩＴＯ層１７ａ、１７ｂおよび金属層１０ａ、１０ｂを、スパッタ法により順に形成してパターニングした。ここまでの作製プロセスは、従来より知られているものである。
【００２５】
次に、層間絶縁膜１８として、感光性のアクリル樹脂をスピン塗布法により３μｍの膜厚に成膜し、コンタクトホールを形成した。その後、画素電極となる透明導電層１９をスパッタ法により形成し、パターニングした。これにより画素電極１９は、層間絶縁膜１８を貫くコンタクトホールを介して、ＴＦＴのドレイン電極１６ｂと接続されている透明導電層１７ｂと接続される。
【００２６】
次に、対向基板は、透明絶縁性基板２５上にカラーフィルタの色層２２および遮光層２１をパターン形成し、その上に、透明導電層を成膜して対向電極を形成した。上記アクティブマトリクス基板の作製工程と対向基板の作製工程とは、どちらを先に行っても良い。
【００２７】
その後、アクティブマトリクス基板と対向基板との表面に配向膜を形成し、シール材により貼り合わせて、基板間の空隙に液晶２０を注入することにより、液晶表示装置が得られた。
【００２８】
図２に、入射光が液晶表示装置の表示特性に与える影響を示す。ここでは、ｎ型ボトムゲート構造のＴＦＴを備えた液晶表示装置に対して、光を照射した状態での表示特性を調べた。このＴＦＴは、ゲート電極上にゲート絶縁膜を間に介して非晶質シリコン半導体層を設けた構成とし、チャネル保護層は設けなかった。但し、チャネル保護層は通常ＳｉＮ_ｘからなり、可視光領域で透明であるため、光照射による表示特性の変化に対して殆ど影響しないと考えられる。
【００２９】
この図２（ａ）において、縦軸に示したリーク率（％）の決め方は、以下の通りである。図２（ｂ）に示すようなゲート信号およびソース信号を、その周期Ｔを変化させて液晶表示装置に入力する。そして、液晶表示装置の信号と透過率との関係を調べると、通常用いられる６０Ｈｚのフィールド周波数を用いた場合の中間調電圧において、ＴＦＴのオフ電流に起因する画素の信号と書き込み信号とのずれが発生する。このずれを書き込み信号に対する割合で示したものが、ここで言うリーク率（％）である。
【００３０】
この図２（ａ）によれば、対向基板側から光を照射した場合、リーク率と照度とは、ほぼ比例して変化している。これは、光を照射した場合、ＴＦＴのオフ電流が増加することを示している。しかし、カラーフィルタ２２の色層のうちの１つと同じ材料を用いて遮光層２１を形成した場合には、リーク率が低くなっている。例えば、照度１０００ｌｘの場合、遮光層２１を設けない液晶表示装置においてはリーク率が２．２％であり、ＢまたはＧの色層と同じ材料を用いて遮光層２１を形成した液晶表示装置においてはリーク率が０．６％であり、Ｒの色層と同じ材料を用いて遮光層２１を形成した液晶表示装置においては、リーク率が０．１３％である。
【００３１】
ところで、ＴＦＴのオフ特性が不十分である場合、表示に縦クロストークが発生して問題となる。この縦クロストークを問題無いレベルに抑えるためには、上記リーク率は１％以下である必要があり、さらに望ましくは０．５％以下である。従って、遮光層２１を設けない場合には、液晶表示装置の表示特性に対する光の影響が非常に大きく、良好な表示が得られないことが分かる。また、カラーフィルタの色層、特に、Ｒの色層と同じ材料を用いて遮光層２１を形成した場合には、ＴＦＴのオフ特性に対する光照射の影響を抑制する効果が非常に優れていることが分かる。
【００３２】
一方、パーソナルコンピュータを用いて事務作業を行う場合の作業環境は、数１００ｌｘ以上１０００ｌｘ以下である。ＢまたはＧの色層と同じ材料を用いて遮光層２１を形成した場合には、１０００ｌｘに対してリーク率が０．６％であり、液晶表示装置を量産するためにはマージンがやや少ない。これに対して、Ｒの色層と同じ材料を用いて遮光層２１を形成した場合には、５０００ｌｘ程度の作業環境に対しても問題が生じず、生産マージンを大きく取ることができる。
【００３３】
この結果を踏まえて、図１に示した液晶表示装置において、Ｒの色層と同じ材料を用いた遮光層２１を形成したところ、対向基板上にブラックマトリクスが存在しなくても外光の影響が非常に少なく、非常に良好な表示特性が得られた。
【００３４】
（実施形態２）
図３は、実施形態２の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【００３５】
この液晶表示装置は、遮光層２１の上に一部重なるように、カラーフィルターの色層２２を設けた。遮光層２１はＲの色層と同じ材料を用いて形成し、色層２２は画素の色に対応する色を形成した。この構成により、遮光層２１が表示領域まではみ出した場合に、そのはみ出した部分が表示の色度に影響を与えるのを防ぐことができる。
【００３６】
この液晶表示装置によれば、表示品位を向上すると共に、液晶表示装置の製造におけるアクティブマトリクス基板と対向基板との貼り合わせマージンを大きくすることができた。また、遮光層２１とカラーフィルタ２２との重なり部分では厚みが厚くなるが、基板段差による配向乱れは殆ど見られなかった。
【００３７】
図５および図６は、本発明の他の実施状態に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。図５においては、ＧまたはＢの画素に対応する色層２２の中に、Ｒの色層と同じ材料からなる遮光層２１を島状に設けた構造となっている。また、図６においては、Ｒの画素に対応する色層２２の一部と重ねて、ＢまたはＧの色層と同じ材料からなる島状の遮光層２１を設けた構造となっている。
【００３８】
このように２つの層が重なった部分は、共に、ＴＦＴの上に配されているため、透過光自体が数％まで減少する。また、２つの層が重なった部分の一方はＲとしてあるので、透過光に対するオフ電流の増加を更に小さくできる。
【００３９】
また、本発明はＮＭＯＳを有する液晶表示装置に対しても同様に適用できる。この場合、半導体層が移動度１００ｃｍ^２／Ｖ・Ｓ程度の多結晶Ｓｉからなるものであっても、赤の光に対するオフ電流が少ないものとなっていた。
【００４０】
更に、本発明は上記構成に限られない。例えば、ソース信号線は金属層とＩＴＯ層との２層構造にしたが、１層のソース信号線にしてもよい。但し、２層構造にした場合は、金属層の一部に欠損があったとしてもＩＴＯ層により電気的に接続されるため、ソース信号線の断線を少なくすることができるという利点がある。また、画素電極は、ゲート信号線、ソース信号線およびＴＦＴを覆う層間絶縁膜上に設けたが、層間絶縁膜を形成しないで、ＴＦＴのドレイン電極上に一部が重なるように設けても良い。但し、層間絶縁膜上に画素電極を設けた場合は、画素電極と各配線とが重なり合って、画素電極が設けられた部分は液晶層に電圧が印加され、液晶層に電圧が印加されない各画素の境界部は各配線で遮光される。従って、各画素の境界部にもブラックマトリクスを設ける必要がなく、ブラックマトリクスの形成を全く省略することができる。
【００４１】
また、スイッチング素子としてＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置について説明したが、スイッチング素子としてＭＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＭｅｔａｌ）素子等の他の素子を用いた液晶表示装置に本発明を適用することも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、対向基板上に、スイッチング素子を覆うように、カラーフィルタの色層のうちの１つと同じ材料からなる遮光層を設けて、外光の表示特性に対する影響を小さくすることができる。従って、対向基板上にスイッチング素子を覆うブラックマトリクスを設けなくても、良好な表示を得ることができる。
【００４３】
特に、カラーフィルタの色層のうち赤の色層と同じ材料からなる遮光層を形成すると、外光の影響が非常に少なく、表示特性が良好な液晶表示装置とすることができる。
【００４４】
また、スイッチング素子の半導体層として非晶質シリコンまたは多結晶シリコンを用いた場合や、半導体層が走査配線の一部または分岐部上に形成されている場合には、外光がスイッチング素子に照射されて表示特性に与える影響が大きい。従って、このような場合に上記遮光層を設けることは非常に効果的である。
【００４５】
走査配線、信号配線およびスイッチング素子を覆う層間絶縁膜上に画素電極を設けると、各画素の境界部にもブラックマトリクスを設ける必要がない。従って、ブラックマトリクスが存在しなくても表示に全く影響が生じず、非常に良好な表示が得られる。
【００４６】
このように、本発明の液晶表示装置によれば、外光が表示特性に与える影響を小さくして、ブラックマトリクスを形成しなくても良好な表示が得られるので、液晶表示装置の製造工程を減らして製造原価を低廉化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の液晶表示装置を示す断面図である。
【図２】（ａ）は入射光が液晶表示装置の表示特性に与える影響を示す図であり、（ｂ）は液晶表示装置に与える駆動信号を示す図である。
【図３】実施形態２の液晶表示装置を示す断面図である。
【図４】アクティブマトリクス基板の構成の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１１、２５透明絶縁性基板
１２ゲート電極
１３ゲート絶縁膜
１４半導体層
１５チャネル保護膜
１６ａソース電極
１６ｂドレイン電極
１７ａ、１０ａソース配線
１７ｂ接続電極
１８層間絶縁膜
１９画素電極
２０液晶層
２１遮光層
２２カラーフィルタ

Claims

液晶層を挟んで対向配置された一対の基板のうちの一方に、互いに交差して設けられた走査配線および信号配線と、各配線の交差部近傍に設けられたスイッチング素子とを有し、
該走査配線、該信号配線および該スイッチング素子を覆うように層間絶縁膜が設けられ、該層間絶縁膜上に設けられた画素電極が、該層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して該スイッチング素子と接続されており、
該スイッチング素子は、前記走査配線の一部を含んで、または前記走査配線の分岐部を含んで構成され、該走査配線の一部または該分岐部の上に、絶縁膜を介してスイッチング素子の半導体層が設けられており、
該一対の基板のうちの他方に、ブラックマトリクスが設けられずにカラーフィルタが設けられ、該カラーフィルタの色層のうち赤の色層と同じ材料からなる層が該スイッチング素子を覆うように設けられている液晶表示装置。
前記スイッチング素子を構成する半導体層が、非晶質シリコンまたは多結晶シリコンからなる請求項１に記載の液晶表示装置。