JPH03130720A - 表示装置 - 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】 ｌｌ上ユ且里旦■ 本発明は表示装置、特にアクティブマトリクス駆動方式
を採用したフラットパネル形の表示装置に関する。

灸米Ω肢迷 近年高度情報化が進むにつれて表示装置、特にカラー映
像用の表示装置のより一層の高精細化及び高輝度化が望
まれている。

この種の表示装置としては現在家庭用やその他はとんど
の分野においてＣＲＴ　（Ｃａｔｈｏｄｅ　ＲａｙＴｕ
ｂｅ　：陰極線管）形の表示装置がその主流を占めてい
るが、次第に小形、軽量、低消費電力であって、しかも
高画質化が可能なフラットパネル形表示装置への要望が
高まってきている。

フラットパネル形表示装置のうち液晶を用いた液晶表示
装置は現在もっとも広く用いられ将来性の高い表示装置
である。

この液晶表示装置の駆動方式として、単純マトリクス駆
動方式やアクティブマトリクス駆動方式があり、このう
ちアクティブマトリクス駆動方式は各画素ごとにスイッ
チング素子を配設して各画素を独立的に駆動制御するも
のである。したがって、原理的には各画素ごとに１００
％に近いデユーティ比で駆動することができ、画素のコ
ントラスト比を大きく取ることが可能である。

また、スイッチング素子としてアモルファスジノコンを
用いた薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　ＦｉｌｍＴｒａｎ
ｓｉｓｔｏｒ　；　Ｔ　Ｆ　Ｔ　）は、表示画面の大面
積化が可能であり、しかも低コストで製作できることか
ら有望視され多くの研究がなされている。すなわち、ア
モルファスシリコンを用いたＴＦＴ形表示装置の特徴と
しては、大面積化が可能であること、比較的低温プロセ
ス（３００℃前後）で製作できるため安価なガラス基板
が使用可能であること、連続的な成膜により膜外面の清
浄性が保たれることなどが挙げられる。

これらのことから駆動方式としてアクティブマトリクス
駆動方式を採用し、スイッチング素子としてアモルファ
スシリコンを用いたＴＰＴを採用した液晶表示装置は、
今後のニューメディア用の表示装置としてその発展が期
待されている。

次に、従来の液晶表示装置について説明する。

第９図はアクティブマトリクス回路を具備した下部電極
基板５０の要部の平面図、第１Ｏ図は液晶表示装置の要
部の正面断面図である。

第９図及び第１０図に示すように、下部電極基板５０に
おいて、第１のガラス基板５１の上面には、縦方向に多
数のデータライン５２・・・が形成され、かつ横方向に
多数のアドレスライン５３・・・が形成され、さらにこ
れらデータライン５２・・・とアドレスライン５３・・
・どの交点近傍にＴＦＴ５４・・・が形成されている。

ＴＦＴ５４は、第１０図に示すように、ゲート電極５５
とドレイン電極５６及びソース電極５７との間に、ゲー
ト絶縁層５８、アモルファスシリコンからなる半導体層
５９．オーミックコンタクト層６０が順次積層されるこ
とにより構成されている。前記アドレスライン５３はゲ
ート電極５５を兼用している。また、前記データライン
５２はドレイン電極５６に接続され、さらにソース電極
５７は前記第１のガラス基板５】上に形成されている画
素電極６１に接続されている。

また、下部電極基板５０の上方には上部電極基板６２が
配設されている。該上部電極基板６２は、透明材料で形
成された対向電極６３と第２のガラス基板６４とから構
成されている。

さらに、下部電極基板５０と上部電極基板６２との間に
はＴ　Ｎ　（Ｔｖｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃｌ形の液
晶層６５が介装されている。また、第１のガラス基板５
１の下面、及び第２のガラス基板６４の上面には偏光フ
ィルム６６．６７が貼着され、入射光の偏光面を制御し
ている。

このように構成された液晶表示装置においては以下の原
理により画像表示が行なわれる。すなわち、まず、アド
レスライン５３に正のバイアスを印加しながらデータラ
イン５２に交流のバイアスパルスを印加する。これによ
り画素電極６１側にソース電圧が発生し、対向電極６３
との間に電界が生じて、液晶層６５の配向方向が変化す
る。そして液晶層６５の配向変化により、透過光がオン
オ）され、画像表示が行なわれる。上記液晶表示装置に
おいては、以上のような駆動方式を全アドレスライン５
３・・・および全データライン５２・・・について順次
走査しながら、所望の画像表示が行なわれる。

明が　゛しようとする晶 上述したように、下部電極基板５０は、アドレスライン
５３及びデータライン５２を走査してＴＦＴ５４をオン
オフすることにより各画素が駆動する。したがって、Ｔ
ＦＴ５４・・・の欠陥（動作不良）、あるいはデータラ
イン５２・・・やアドレスライン５３・・・の断線等が
発生すると、前記欠陥箇所の画素や断線したライン上の
全画素は表示欠陥となる。すなわち、一般に液晶表示装
置においては、大面積を有する第１のガラス基板５１に
数万〜数十万個程度のスイッチング素子としてのＴＦＴ
５４・・・及び画素電極６１・・・が形成されるが、Ｔ
ＦＴ５４・・・の欠陥やラインの断線等、回路欠陥が存
在すると、表示装置としての機能を十分に果たすことが
できない。

したがって、上記回路欠陥による表示欠陥の発生を防止
することは重要である。特に、上記液晶表示装置は今後
ますます大面積化、高画素化（高精細化）してゆくこと
が必至であり、基板内の欠陥部分をいかにして救済し、
充分な表示性能を有する液晶表示装置を製作してゆくか
が大きな課題となっている。

このような表示欠陥の発生を防止する手段としては、 ■〜画素に対応するＴＰＴを複数個設け、１個のＴＰＴ
に欠陥が発生して動作不良が起こっても他のＴＰＴを駆
動させる。

■−画素列に対応するデータラインやアドレスラインを
複数個設け、１個のデータライン又はアドレスラインが
断線しても他のデータライン又はアドレスラインで当該
画素列を駆動させる。

等の手段が考えられる。

しかし、これらの手段は１画素（列）に対応するＴＰＴ
やラインを複数個設けて表示欠陥を防止するため、該表
示欠陥救済用のＴＰＴや配線ライン作成のための領域が
新たに必要となり、高精細化を行なう上で大きな障害と
なる。また、ＴＰＴや配線ラインを多く設けることによ
り、画像表示のための駆動回路及び駆動方法が複雑化す
るという課題が新たに生じる。

さらに、上記液晶表示装置において、オン状態にある画
素（画素Ａ）とオフ状態にある画素（画素Ｂ）とが隣接
している場合、画素Ａからの透過光が画素Ｂの周辺部に
入り込む虞がある。このように画素Ａへの透過光が画素
Ｂをも透過した場合においては、表示画面の色純度が低
下したり、画像の鮮明さが低下する。

また、液晶層に外部光が入射した場合、所謂「光の回り
込み現象」が生じてリーク電流が発生するため、該液晶
層に蓄積された信号電荷を保持することが困難となり、
コントラスト比の低下や画像の鮮明さに低下が生じる。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであって
、表示欠陥が確実に救済され、かつ所望の鮮明な画像を
表示することができる高精細化が可能な表示装置を提供
することを目的としている。　　　　　　　及肛辺里且 上記目的を達成するために本発明に係る表示装置は、下
部基板の上面側に画素電極と該画素電極に接続される薄
膜半導体素子とがマトリクス状に形成された下部電極基
板と、上部基板の下面側に対向電極がマトリクス状に形
成された上部電極基板と、該上部電極基板と前記下部電
極基板との間に介装された液晶層とを含み、遮光パター
ンが前記上部基板側に形成されると共に、前記対向電極
が前記画素電極の複数個に対して跨がって形成され、か
つ前記各対向電極にはそれぞれ光電変換素子を構成する
半導体層が接続されると共に、前記遮光バクーンが前記
光電変換素子の一部を構成していることを要旨としてい
る。

また、透明電極と半導体層と金属層とが順次積層形成さ
れることにより光電変換素子が構成されていることを要
旨としている。

及五凹璽戴 以下、本発明に係る表示装置の構成について、その具体
的な手段を作用とともに詳説する。

第１図は本発明に係る表示装置の要部断面図であって、
下部電極基板４は第１のガラス基板１（下部基板）上に
画素電極２・・・と該画素電極２・・・に接続される薄
膜半導体素子（ＴＰＴ）３・・・とがマトリクス状に配
設されて構成されており、上部電極基板６はガラス基板
２０の下面に対向電極５・・・がマトリクス状に形成さ
れることにより主に構成されており、上部電極基板６と
下部電極基板４との間には液晶層７が介装されている。

次に、上記ＴＦＴ３について詳説する。

裏面に偏光フィルム８が貼着された第１のガラス基板ｌ
の上面にはゲート電極９を兼用するアドレスラインｌＯ
がパターニングされている。アドレスライン１０はＣｒ
、Ｍｏ、Ｔａ、Ａ９またはＮｉＣｒ膜あるいはこれらの
積層膜から構成されている。アドレスライン１０の厚み
は、膜の材料や目的とするＴＰＴの構造あるいは配線抵
抗等を考虜して３００人〜３０００人、より望ましくは
５００人〜１５００人の範囲で決定される。

ゲート電極９の上面にはゲート絶縁膜１１が積層形成さ
れている。ゲート絶縁膜１１としては比抵抗が高く、し
たがって絶縁性に優れ高耐圧でかつ界面特性の良好な薄
膜が用いられる。このような条件を満たすゲート絶縁膜
１１としては、プラズマＣＶＤ法により形成されるＳｉ
Ｎ膜、ＳｉＯ膜、５ｉＯＮ膜、あるいは他の形成法、例
えばスパッタリング法などにより作製されるＴａｘｅｓ
膜、ＡＩ２．Ｏ，膜、あるいはこれらの積層膜が用いら
れる。ゲート絶縁膜１１としてＳｉＮ膜を用いる場合は
、シリコン系ガス、例λばＳ　ｉＨ４とＮＨ，との混合
ガス、またはＳ　ｉ　Ｈ４とＮ２との混合ガス、あるい
はＳ　ｉ　Ｈ４とＮ　Ｈ３とＮ２との混合ガスをプラズ
マＣＶＤ法により分解して第１のガラス基板１上にＳｉ
Ｎを堆積させることにより形成される。ゲート絶縁膜１
１の膜厚は、所望のＴＰＴ特性が得られるように決定さ
れ、通常は５００人〜５０００人が望ましく、より好ま
しくは、ｉ　ｏ　ｏ　ｏ入〜３０００人の範囲である。

ゲート絶縁膜１１の上面であって、ゲート電極９に対応
する箇所にはアモルファスシリコンからなる半導体層１
２が積層形成されている。

半導体層１２は、プラズマＣＶＤ法により例えばシリコ
ン系ガスを用いて形成される。該半導体層１２はＴＦＴ
３のオフ電流や光電流に重大な影響を及ぼすものであり
、その膜厚は２００人〜４０００人、より好ましくは５
００人〜３０００人の範囲で決定される。

半導体層１２の上面にはｎ゛ア７モルフアスシリコンな
るオーミックコンタクト層１３が積層形成されている。

該オーミックコンタクト層１３はキャリアである電子の
走行を容易にし、かつ正孔の流れを阻止する目的で形成
されるものであり、主としてシリコン系ガス、例えばＳ
ｉＨ４とＰＨ，どの混合ガスにより形成される。前記オ
ーミックコンタクト層１３の膜厚は、膜の剥離防止等の
ために適当な厚さに決定する必要があり、１００人〜１
０００人が望ましく、より好ましく（ま１００人〜５０
０人の範囲である。

オーミックコンタクト層１３の上面には、ドレイン電極
１４とソース電極１５とがゲート電極９上に形成される
チャンネル部１６を挟んで対向状に形成されている。ま
た、トレイン電極１４は、アドレスライン１０に対して
垂直方向に延伸され、データライン１７（第２図参照）
が形成されている。

これらドレイン電極１４及びソース電極１５は、高融点
金属とＡρとの積層構造とされることにより特性の安定
化が図られている。高融点金属としては、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｔｉ等が使用され、その膜厚は膜の剥離等を考廖して１
００人〜１０００人が望ましく、より好ましくは１００
人〜５００人の範囲である。また、ＡＩ；ｌの膜厚とし
ては２０００人〜２ｔＬｍが望ましく、より好ましくは
５０００人〜１．５ｕｍの範囲である。

上記ＴＦＴ３には画素電極２が接続されている。すなわ
ち、該画素電極２は、第１のガラス基板ｌ上に平面視略
正方形形状に形成されてＴＦＴ３のソース電極１５に接
続されている。該画素電極２としては、スパッタリング
法により形成されるＩＴＯ膜（Ｓ　ｎ　ＯｚとＩｎとの
混合物）やネサ膜（ＳｎＯ□）等の透明材料が使用され
る０画素電極２の膜厚は、５００人〜２０００人が望ま
しく、より好ましくは１０００人〜１５００人の範囲で
ある。

画素電極２及びＴＦＴ３の上面には保護膜１８が積層形
成されている。該保護膜１８は、湿気や汚染によるＴＦ
Ｔ３の劣化を防止するためのものであって、ゲート絶縁
膜１１と同様、プラズマＣＶＤ法により形成されたＳｉ
Ｎ膜等が使用される。また、その膜厚は５００人〜５Ｏ
ｏＯ人が望ましく、より好ましくは１０００人〜３００
０人の範囲である。

さらに、保護膜１．８上であって、チャンネル部１６の
上方には光遮蔽ｌ１１９が形成されている。

該光遮蔽膜１９は、上方からの光が前記チャンネル部１
６に照射されるのを防止するためのものであって、Ａｆ
ｆ等の金属で形成されている。

このように形成された下部電極基板４の上方には上部電
極基板６が該下部電極基板４と対向状に配設されている
。

以下、該上部電極基板６について詳説する。

２０は第２のガラス基板（上部基板）であって、該第２
のガラス基板２ｏの下面にはＩＴＯ膜やネサ膜等からな
る透明電極２１が、下部電極基板４の前記アドレスライ
ン１０に対応する位置にライン状に形成されている。

また、透明電極２１の下面には、フォトセル（光電変換
素子）２３の一部を構成する金属からなる遮光パターン
２２と、フォトセル２３を構成する半導体層２６とが形
成され、さらに該半導体層２６の下面側には対向電極５
・・・（一部はフォトセル２３を兼ねる）が形成されて
いる。また、フォトセル２３・・−間には絶縁膜２４が
充填形成されている。

フォトセル２３は、金属層２５　（２２）／半導体層２
６／透明電極層２７（５）からなる積層構造となってお
り、ショットキー形電荷蓄積方式により所定の光電変換
がなされるように構成されている。

金属層２５に使用される材料としては耐熱性、製造容易
性、セルの電気特性等を考慮し、Ｃｒがもっとも望まし
い、該金属層２５の膜厚としては遮光性を考慮して、１
０００〜３０００人であることが望ましく、より好まし
くは１２００人〜２０００人の範囲である。

半導体層２６は光電変換を行なうためのものであって、
アモルファスシリコンからなりプラズマＣＶＤ法により
低温で形成される。半導体層２６の特性はフォトセル２
３の性能を大きく左右するため、その電気的、光学的特
性は重要である。半導体層２６の特性としては、暗抵抗
率がＩ　Ｘ　Ｉ　Ｏ”〜１×１０１２Ω・ｃｍであるこ
とが望ましく、より好ましくは１ＸｌＯＩ０〜１×ｌＯ
Ω・ｃｍ程度の範囲である。これ以外の範囲では、光電
流が減少したり、リーク電流が増大してＳ／Ｎ比が低下
してしまうので好ましくない。また、光学的バンドギャ
ップとしては１．７〜１゜８ｅＶの範囲であることが望
ましい。また、光電流としては、照度１００Ｉ２ｕｘ、
波長５５０　ｎｍの入射光に対して１Ｏ−２〜１０°Ａ
　／　ｍ　”であることが望ましい、また、半導体Ｎ２
６の膜厚としては、０．３〜３μｍであることが望まし
く、より好ましくは０．５〜２μｍの範囲である。これ
以外の範囲の膜厚では、光電流の減少や抵抗成分の増大
を招くため好ましくない。

透明電極層２７は、透明導電膜例えばＩＴＯ膜やネサ膜
等で形成され、膜厚は５００人〜３０００人が望ましく
、より好ましくは１０００〜２０００人の範囲である。

絶縁膜２４は、ＳｉＮ、５ｉＯ１ＳｉＯＮ等で形成され
、隣接する各フォトセル２３・・・間を絶縁する。該絶
縁膜２４の膜厚は、金属層２５及び半導体層２６の夫々
の膜厚の合計と同程度に形成し、しかもできるだけ平坦
に形成することが望ましい。

対向電極５・・・は５フオトセル２３・・・の透明電極
層２７と同一面上に該透明電極層２７と同一の素材を用
いて形成される。すなわち、該透明電極層２７は、対向
電極５・・・の一部でもって形成されている。

第２図は、これら対向電極５・・・と画素電極２・・・
との配置関係を示した平面図である０図中、Ｅ−１゜Ｅ
−２、・・・・・・は対向電極５・・・を示し、Ｔｒ−
１，Ｔｒ−２、・・・−・・は画素電極２・・・を示し
ている。

対向電極５・・・は、この第２図に示すように、平面視
において下方の４個の画素電極２・・・に等面積で跨が
るようにマトリクス状に形成されている。

例えば、対向電極Ｅ−６は、Ｔｒ−ｊ、Ｔｒ−２、Ｔｒ
−４、Ｔｒ−５の４個の画素電極２・・・に対して１／
４ずつ等面積に跨がって形成されている。すなわち、対
向電極ε−６は、Ｅ−６−１、Ｅ−６−２、Ｅ−６−３
、Ｅ−６−４の領域がそれぞれＴｒ−１、Ｔｒ−２，７
ｒ−４、Ｔｒ−５の４個の画素電極２・・・に跨がって
形成されている。

また、フォトセル２３・・・は、平面視において重なり
合う１個の画素電極に対して１個ずつ形成されている。

すなわち、１個の対向電極５上には、画素電極２のＴＦ
Ｔ３近傍に対応する箇所に４個のフォトセル２３・・・
が形成されている０例えば、対向電極Ｅ−６においては
、画素電極Ｔｒ−５のＴＦＴ３の近傍に位置する箇所に
４個のフォトセル２３−１．２３−２．２３−３．２３
−４が形成されている。

次に、遮光パターン２２について詳述する。

第３図（ａ）は遮光パターン２２の形成前の画素電極２
・・・と対向電極５・・・の位置関係を示す平面図、第
３図（ｂ）は遮光パターン２２形成後の平面図である。

第３図（ｂ）に示すように、遮光パターン２２は、下部
電極基板４のアドレスライン１０・・・、データライン
１７・・・及びＴＦＴ３の対応箇所にフォトセル２３の
金属層２５と一体的にパターンニングされ、上方からの
外部光や隣接画素下方からの透過光がフォトセル２３に
侵入するのを防止している。すなわち、上部電極基板６
の上方からの外部光がフォトセル２３に侵入するのを防
止すると共に、隣接している他の画素電極２下方からの
透過光がフォトセル２３内に侵入するの防止しているの
である。これら外部光の侵入や隣接画素下方からの透過
光の侵入を防止するためには、上述の如く、アドレスラ
インｌＯ・・・、データライン１７・・・及びＴＦＴ３
の対応箇所にフォトセル２３の金属層２５と一体化され
た遮光パターン２２をパターンニングし、平面視におい
て１個の画素電極２が他の画素電極２・・・と区画され
るような形状に形成するのが最も好ましい。

上記下部電極基板４の上面及び上記上部電極基板６の下
面には、第１図に示すように液晶を配向させるための上
下一対の配向膜２８．２９が形成されている。該配向膜
２８．２９には有機系、無機系の材料を用いることがで
きるが、有機系のボッイミドを用いた場合、特に良好な
配向特性を得ることができる。配向膜２８．２９の膜厚
としては、５００人〜３０００人であることが望ましく
、より好ましくは１０００人〜１５００人の範囲である
。この範囲外では、液晶の配列方位を一定化させるラビ
ング処理時において、配向膜２８．２９の損傷や液晶層
の容量低下を招く虞があり好ましくない。

また、上下一対の配向膜２８．２９の間には液晶が封入
されて液晶層７が形成されている。液晶としては、ネマ
チック形（ＮＰ、Δε〉０）の液晶（ホスト）にｐ型２
色性色素（ゲスト）を添加したゲスト−ホスト（ｑｕｅ
ｓｔ−！ｌ！ｏｓｔ　：　Ｇ　Ｈ）形のものを用いる。

このようなＧＨ形液晶においては、電圧無印加時には、
入射してくる光が偏光フィルム８により直線偏光となっ
て液晶層７に入射する。そして、該入射光は色素分子７
ａによって吸収され、該液晶層７を通過した透過光が着
色される。一方、電圧印加時には、液晶層７中の色素分
子７ａ及び液晶分子７ｂが、第１及び第２のガラス基板
１．２０に対して垂直方向に配向するため、上述のよう
な光の吸収がなされず、透過光は無色（白色）となる、
すなわち、電圧が印加されて画素がオンした時は白色表
示となり、電圧が印加されていない時、すなわち画素が
オフしている時は着色表示となる。また、液晶層７にＧ
Ｈ形液晶を用いているので、従来例（第１０図参照）に
用いたＴＮ形液晶と異なり、入射光が色素により吸収さ
れる。したがって、上部基板２０上面側の偏光フィルム
は省略することができる。

次に、このように構成された液晶表示装置において、回
路欠陥の生じた欠陥画素が如何にして救済されるかを具
体的に説明する。

例久ばＴｒ−５の画素電極は、第４図に示すように、対
向電極Ｅ−６，７，１Ｏ１１１と平面視において１／４
領域ずつ重なっている。第１表は画素電極Ｔｒ−５を中
心に該画素電極Ｔｒ−５に重なり合う対向電極との相関
関係を示したものである。

第１表 画素電極Ｔｒ−５がオフ（暗）状態であり、その周囲の
画素電極Ｔｒ−１，２，３，４，６，７，８，９がすべ
てオン（明）状態の場合、オン状態の画素電極上に位置
している１／４領域単位の対向電極５には光が照射され
ている。この１／４領域内のフォトセル２３は下方から
の透過光により光電流が発生し、電荷が蓄積される。

すなわち、第４図及び第１表から明らかなように、画素
電極Ｔｒ−５と重なる対向電極Ｅ−６，７，１Ｏ１１１
のうち、画素電極Ｔｒ−５上に位置する対向電極の１７
４領域Ｅ−６−４、Ｅ−７−３、Ｅ−１０−２、Ｅ−１
１−１のフォトセル２３・・・はオフ状態となるが５残
る３個の１／４領域Ｅ−６−１，２，３、Ｅ−７−１，
２，４、Ｅ−１０−１，３，４、Ｅ−１１−２，３，４
のフォトセル２３・・・はオン状態となる。そして、こ
のオン状態にあるフォトセル２３には光電流が発生して
電荷が蓄積され、画素電極Ｔｒ−５の各１／４領域上の
液晶層５に電界が印加され、表示欠陥が救済されること
となる。

第５図（ａ）〜（Ｃ）は、表示欠陥が救済される具体例
を示したものである。枠で囲まれたブロックは１個の対
向電極を示しており、該対向電極は、前述の如く、画素
電極との重なり合いに対応して４個の１／４領域に区画
され、この１／４領域内にはそれぞれ１個のフォトセル
が配設されている。ここで、画素電極２の１７４領域上
の液晶層が３個のフォトセルから充電を受ける場合の蓄
積電荷量を＋３とし、２個のフォトセルから充電を受け
る場合の充電電荷量を＋２とし、１個のフォトセルから
充電を受ける場合の充電電荷量を＋１としている。また
矢印は対向電極Ｅのｌ／４領域と画素電極２の１／４領
域上の液晶層との間における充電の方向を示している。

第５図（ａ）は１個の画素電極Ｔｒ−５のみがオフ状態
の場合を示している。この場合、左上方に位置する対向
電極Ｅ−６に注目すると、この対向電極Ｅ−６は、画素
電極Ｔｒ−５上の１個の１／４領域（Ｅ−６−４）を除
き他の３個の１／４領域（Ｅ−６−１，２，３）に光が
照射されるので３個のフォトセルがオン状態となり、矢
印で示すように、画素電極Ｔｒ−５−１は３個のフォト
セルから充電される。したがって、画素電極Ｔｒ−５−
１における液晶充電電荷量は＋３となる０画素電極Ｔｒ
−５−２．３．４についても矢印で示すように３個のフ
ォトセルから充電されるので液晶充電電荷量は＋３とな
る。充電された状態を図中、右側に示している。

第５図（ｂ）は隣接する２個の画素電極Ｔｒ−５、Ｔｒ
−８がオフ状態の場合を示している。画素電極Ｔｒ−５
の上段に位置する１／４領域（Ｔｒ−５−１，２）につ
いては、それぞれ対応する対向電極ε−６、Ｅ−７に３
個の１／４領域（Ｅ−６−１，２，３，Ｅ−７−１，２
，４）から光が照射されるので、矢印で示すように３個
のフォトセルから充電され、この領域の液晶充電電荷量
は＋３となる。一方、画素電極Ｔｒ−５の図中下段に位
置する１／４領域（Ｔｒ−５−３，４）にライては、そ
れぞれ対応する対向電極Ｅ−１０、Ｅ−１１は２個の１
／４領域（Ｅ−１０−１，３、Ｅ−１１−２，４）に光
が照射するので１画素電極Ｔｒ−５−３．４の液晶充電
電荷量は＋２となる。

また、画素電極Ｔｒ−８の上段に位置する１／４領域（
Ｔｒ−８−１，２）については、それぞれ対向電極Ｅ−
ｌ０１Ｅ−１１が対応し、上記画素電極Ｔｒ−５−３，
４の場合と同様、２個の１／４領域（Ｅ−１０−１，３
、Ｅ−１１−２，４）に光が照射され、画素電極Ｔｒ−
８−１，２の液晶充電電荷量は＋２となる。一方、画素
電極Ｔｒ−８の下段に位置する１／４領域（Ｔｒ−８−
３，４）については、上記Ｔｒ−５−１，２と同様、３
個の１／４領域（Ｅ−１４−１，３，４、Ｅ−１５−２
，３，４）に光が照射され、画素電極Ｔｒ−８−３，４
の液晶充電電荷量は＋３である。充電された状態を図中
、右側に示している。

第５図（Ｃ）は隣接しているＬ字状の３個の画素電極（
Ｔｒ−５、Ｔｒ−８、Ｔｒ−９）がオフ状態の場合を示
している。上記第５図（ａ）（ｂ）と同様、光が照射さ
れる対向電極Ｅの１／４領域の個数はオフ状態の画素電
極２の１７４領域との重なり合う個数により決まる。画
素電極２の各１／４領域上の液晶層５は、矢印で示され
た方向から充電され、画素電極の各１／４領域の液晶充
電電荷量は図中、右側の領域に示すように＋３、＋２又
は＋１の値となっている。このようにオフ状態の画素電
極がＬ字状に並んで発生した場合、第５図（ａ）（ｂ）
とは異なり充電される液晶充電電荷量が＋１の１／４領
域が生じる。画素電極２の各１／４領域上の液晶充電電
荷量は＋３、＋２あるいは＋１の値をとるので、液晶容
量に対するフォトセル２３の１個当たりの蓄積電荷量を
適宜設定すれば、欠陥画素上の液晶層７がオンオフ制御
され、欠陥画素の救済を行なうことができる。

また、フォトセル２３の受光面積と蓄積電荷量との間に
は下記０式に示す関係が存在する。但し、照射光は波長
５５５ｎｍの単色光を用いている。

Ｑｇ　　＝６．５８ｘＬｘＳｘｔ・・・■Ｑ、：フォト
セルの蓄積電荷量（Ｆ） Ｌ　：照度（ρｕｘ） Ｓ　：フオトセルの受光面積（ｃｍ”　）ｔ　　照射時
間（蓄積時間）（ｓｅｃ）したがって、画素をオンする
のに必要な液晶の容量ＣＬＣが分かれば、上記０式によ
り所定時間内に充電するのに必要な受光面積Ｓあるいは
照度りを求めることができる。

例えば、画素をオンするのに必要な液晶の容量ＣＬＣが
１　ｐＦ　（＝Ｉ　Ｘ　ｉ　０−１２Ｆ）であると仮定
し、アクティブマトリクス回路のフレーム周波数を３０
Ｈｚ、対向電極Ｅへの照射光の照度を１００βｕｘとし
た場合。

Ｑ、＝１ｘｌＯ−”　　Ｆ、Ｌ＝ｌＯＯ１ｔ＝１／３０
を上記０式に代入するとフォトセルの受光面積ＳはＳ＝
４．６ｇｍ”　　（約２．１ｕｍ角）となる、すなわち
、上記条件下においては、フォトセル２３の受光面積Ｓ
は４．６ＬＬｍ”以上であれば所望の充電がなされるこ
ととなる。このようにフォトセル２３の蓄積電荷量Ｑ８
は、照射時間ｔと照度りとに比例するため、これらを適
切な値に設定することにより、液晶層７を容易にオン状
態とすることができる。

上述の例においては、１つの画素電極２に対して４個の
対向電極５・・・が平面視において重なり合っており、
これら４個の対向電極５・・・には重なった部分におい
てそれぞれ１個のフォトセル２３が形成されているので
、特定の画素に欠陥が発生しても、隣接する他の画素電
極２がオン状態となり、これら４個の対向電極５・・・
部分に光が照射されれば、周囲の画素電極２上の液晶層
７にはこれら４個のフォトセル２３−・・から充電を与
＾ることかできる。最も厳しい救済条件では１個のフォ
トセル２３で画素電極２上の液晶を充電し、液晶をオン
状態にできなければならない、この条件下で必要なフォ
トセル２３の蓄積電荷量Ｑ、は３／４ＣＬＣ＝０．７５
ｐＦであり、前記０式より液晶を点灯するのに必要なフ
ォトセル２３の受光面積ＳはＳ≧３．４２ＬＬｍ２　（
約１．９μｍ角）であればよいことになる。

また、本発明においては、前述の如く、遮光パターン２
２が形成されているので、上部から外部光や隣接画素の
下方から透過した光がフォトセル２３内に侵入すること
もなく、該フォトセル２３の誤動作を防止することがで
き、強い外部光の下でも鮮明な画像が得られることとな
る。

！施胴 以下、本発明にかかる実施例を説明する。尚、本発明は
下記の実施例に限定されるものではないことはいうまで
もない。

［Ｉ］下部電極基板の作製 充分に洗浄した５インチ角の第１のガラス基板（下部基
板）１に膜厚１０００人のＣｒを蒸着させ、この後ホト
エツチング工程によりゲート電極９を兼ねたアドレスラ
イン１０のパターンを形成をした。ＴＦＴ３としてのチ
ャンネル長さは１０μｍ、チャンネル幅は２００μｍに
形成した。また、アドレスライン１０及びデータライン
１７の本数は、それぞれ２５６本に設定した。

次に、第１のガラス基板１をプラズマＣＶＤ装置内にセ
ットし、真空容器内を排気するとともに該第１のガラス
基板１を加熱し、基板温度を３００℃に設定した。真空
容器内の真空度が１０−’Ｔｏｒｒ以下となったところ
で排気系を拡散ポンプ（ＤＰ）からメカニカルブースタ
ーポンプ（ＭＢＰ）に切り替えるとともにマスフローコ
ントローラー（ＭＦＣ）を介して１００％ＳｉＨ４を８
ＳＣＣＭ、　ＮＨ３を４０　ＳＣＣＭ、　Ｎ　２を８０
　ＳＣＣＭそれぞれ流し、反応圧力が０　、５　Ｔｏｒ
ｒとなるように調節した。圧力が一定となったところで
１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）ｉ力の出力を５０Ｗ
に設定して２０分間印加し、ＳｉＮからなるゲート絶縁
膜１１を形成した。形成されたゲート絶縁膜１１は屈折
率が１．８２、光学的バンドギャップ（Ｅｇ）が５．１
ｅＶ、比誘電率が６．１であった。

また膜厚は３０００人であった。

次に、前記プラズマＣＶＤ装置内において、前記ゲート
絶縁膜１１上に膜厚１０００人のアモルファスシリコン
からなる半導体層１２を形成した。形成条件は１００％
Ｓ　Ｉ　Ｈ４を１１０５ＣＣ流し、反応圧力を０　、　
２　Ｔｏｒｒ、　ＲＦ　ｉｆ力の出力を１００Ｗにそれ
ぞれ設定して行なった。成膜時間は８分間であった。形
成された半導体層１２は電気的特性として、暗比抵抗ρ
ｄ＝２Ｘｌｏ”Ω・ｃｍ、活性化エネルギーＥａ＝０．
７ｅＶ、光学的特性としてＥｇ＝１．７５ｅＶであった
。

次に、前記プラズマＣＶＤ装置内において、前記半導体
層１２上にＳｉＮからなる膜厚１５００人の保護膜１８
を堆積させた。成膜条件は前記ゲート絶縁膜１１と同様
であって、成膜時間は１０分間であった。

この後試料を取り出し、ホトエツチング工程により、Ｔ
ＦＴ３を構成することとなる半導体層１２及び保護膜１
８の部分だけを残し、他はすべて除去した。

次いで、所定の溶剤によりレジストを除去した後、再び
レジストを塗布し、ホトエツチングによりソース・トレ
イン部の保護膜１８を除去した。

その後再びプラズマＣＶＤ装置内に試料をセットし、ｎ
４アモルファスシリコンからなるオーミックコンタクト
層１３を形成した。形成条件は、基板温度を１２０℃と
し、１００％ＳｉＨ４をＩＯ３ＣＣＭ、１％Ｈ２ベース
のＰＨ１をＩＯ５ｃｃＭ流し、反応圧力を０　、２　Ｔ
ｏｒｒ、　ＲＦ電力の出力を１００Ｗに設定して、４分
開成膜な行なった。形成されたオーミックコンタクト層
１３の膜厚は５００人であった。このオーミックコンタ
クト層１３の特性は別途行なった実験からρｄ＝５００
Ω−ｃｍ　、Ｅａ＝０．２ｅＶ、　　Ｅｇ＝１．７ｅＶ
であった。

次に、試料を真空蒸着装置内にセットし、Ｃｒをタング
ステンボート加熱して試料表面に膜厚５００人のＣｒ層
を形成した。

次いで、リフトオフ法によりソース・ドレイン（データ
ライン）部以外の部分のレジストを除去した。

その後、試料をＲＦスパッタリング装置にセットし、１
０００人のＩＴＯ膜を形成した。形成条件は、０□を３
０　ＳＣＣＭ、　Ａ　ｒを２０３ＣＣＭそれぞれ流し、
反応圧力をＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒに設定して５分開
成膜を行なった。そしてこの後ホトエツチングを行ない
、正方形形状の画素電極２を形成をした０画素電極２の
寸法は３００Ｘ３００μｍ２であり、開口率は７０％で
あった。

その後再び試料を真空蒸着装置内にセットし、電子ビー
ム蒸着法により試料全面に膜厚１．０μｍのＡ１２層を
形成した。そしてこの後、再びホトエツチングによりチ
ャンネル１６上のＡｒ１をリン酸系水溶液によって除去
し、データライン１７、ドレイン電極１４及びソース電
極１５を形成した。

次に、再び前記プラズマＣＶＤ装置内に試料をセットし
、ＳｉＮからなる膜厚１μｍの保護膜１８を形成した。

形成条件は、基板温度を２００℃とし、１００％ＳｉＨ
，を８　ＳＣＣＭ、Ｎ　Ｈｓを２０　ＳＣＣＭ、　Ｎ　
ｚを８０５ＣＣＭそれぞれ流し、反応圧力を０　、５　
Ｔｏｒｒ、　ＲＦ電力の出力を５０Ｗに設定して、２時
開成膜な行なった。

その後、該試料を再び真空蒸着装置にセットして、膜厚
１５００人のＡβを蒸着させた後、ホトエツチングによ
りチャンネル部１６の上方のみ前記へβを残し、光遮蔽
膜１９を形成した。

以上の工程により６，６万画素を有する下部電極基板４
を作製した。

［ＩＩ］上部電極基板の作製 ９０ｍｍ角の第２のガラス基板２０（上部基板）に透明
電極２１となるＩＴＯ膜を１０００人堆積させた後、ホ
トエツチング工程を施して前記アドレスライン１０に対
応する位置にラインを形成した。これらラインは９０闘
角のＩＴＯ膜の端部で電気的に接続されており、さらに
該第２のガラス基板２０の４か所のコーナ一部に設けた
取り出し用電極に接続されている。

その後、試料全面に膜厚１２００人のＣｒを蒸着させた
後、ホトエツチング工程により所定の遮光パターン２２
（第３図（ｂｌ照）を形成した。すなわち、下部電極基
板４のアドレスライン９、データライン１７及びＴＦＴ
３に対応する箇所に遮光パターン２２を形成した。また
、該遮光パターン２２はフォトセル２３の金属層２５を
兼用しており、該遮光パターン２２のうち、フォトセル
２３に相当する箇所（第２図参照）には３μｍ角の大き
さを有するＣｒが形成されるようにホトエツチングを施
した。

次に、プラズマＣＶＤ装置内に試料をセットして、該試
料に膜厚１μｍのＳｉＮ層を形成した。

形成条件は下部電極基板４のゲート絶縁膜１１と同一条
件である。そしてこの後、ホトエツチング工程により金
属層２５が形成されている部分だけを除去した。

その後、再び前記プラズマＣＶＤ装置に試料をセットし
、該試料全面に膜厚１ｕｍのアモルファスシリコン層を
形成した。形成条件は、基板温度を２００℃とし、１０
０％ＳｉＨ４をｌ０３（：（：Ｍ流し、反応圧力０　、
　２　Ｔｏｒｒ、　ＲＦ電力の出力を１００Ｗに設定し
、１時間２０分成膜を行なった。

そしてこの後、ホトエツチングにより金属層２５が形成
された部分のみアモルファスシリコンを残して他の部分
のアモルファスシリコンを除去し半導体層２６を形成し
た。

次に、ＲＦスパッタリング装置内に試料をセットし、膜
厚１０００人のＩＴＯ膜を該試料表面に堆積させた。形
成条件は、下部電極基板４の画素電極２と同一条件であ
る。

その後、′画素電柵２と平面視において跨がるような形
状にパターンニングし、対向電極５・・・を形成した。

しかして、半導体層２６と、該半導体層２６の一方の面
に形成された金属層２５（遮光パターン２２を兼ねる）
と、半導体層２６の他方の面に形成された透明電極層２
７（対向電極５を兼ねる）とでフォトセル２３が構成さ
れている。第６図及び第７図は、上記フォトセル２３の
特性を示したものである。

すなわち、第６図はフォトセル２３における光電流密度
の電圧依存性を示す、光非照射時においては一１０Ｖ印
加時で光電流密度は１０−＠（Ａ／ｃｒｎ”）以下の低
い値を示し、１００ｊ２ｕｘの照度で光照射した場合に
おいては、はぼ一定の出力（約５　ｘ　１０−’　（（
Ａ／　ｃｒｎ”）　）が得られ、電圧依存性が低いこと
を示している。尚、前記光照射は波長５５０ｎｍの蛍光
灯を使用した。

第７図はフォトセル２３における光電流密度の照度に対
する依存性を示す、照度が増加してゆくに伴い、光電流
密度も直線的に増加してゆ（のが判る。

［ｎＩ］液晶表示装置の作成 以上のようにして作製された下部電極基板４の上面（保
護膜１８側）及び上部電極基板６の下面（対向電極５側
）にポリイミド系の配向膜２８．２９をスクリーン印刷
によって形成した。該配向膜２８．２９の膜厚は１００
０人であった。そしてその後、温度を２５０℃に設定し
て３０分間ベーキングを行ない、その後ラビング処理を
施して配向膜２８．２９を平行配向させた。

上記ラビング処理の後、直径６μｍのスペーサを散布し
、上部電極基板６及び下部電極基板４の周囲に紫外線硬
化樹脂を印刷するとともに角部に銀ペーストを印刷した
。そしてその後、配向方向が同じになるように前記上部
電極基板６及び下部電極基板４を貼り合わせ、紫外線を
照射して上記紫外線硬化樹脂を硬化させた後、２００°
Ｃで３０分間ベーキングを行なった。

次に、ネガ型液晶（ホスト）に１．５重量％の黒色二色
性色素（ゲスト）を混合したものを前記貼り合わせたセ
ルに注入し封止した。そして最後に偏光面が液晶の配向
方向と一致するように第１のガラス基板１の下面に偏光
フィルム８を貼り合わせた。

このようにして作製された本実施例に係る表示装置につ
いて、フレーム周波数を３０Ｈｚとしてアドレスライン
１０及びデータライン１７を飛び越し走査により駆動さ
せて表示テストを行なった。アドレスライン１０にはオ
ン時に＋１５Ｖ、オフ時に０■の電圧を印加し、データ
ライン１７にはオン時に０■、オフ時に＋ＩＯＶの電圧
を印加した。

第８図（ａ）は上記液晶表示装置への入カバターンを示
し、第８図（ｂ）は該入カバターンに対応する表示結果
を示している。尚、この表示結果は、フォトセル２３の
金属層２５に一１０Ｖの電圧を印加し、バックライト（
背面光）の照度を２０００ｆｆａｘとして画面上に表示
したものである。第８図（ｂ）に示すように、第８図（
ａ）においてオフ状態であった細い線や独立して存在す
る画素がオン状態になっており、花文字のｒＲＪが十分
判読できる状態にまで表示が救済されている。この表示
テストの結果から欠陥画素の救済に対して本実施例が有
効であり、またノイズを除去することができ、画像処理
にも有効であることが判った。

また、外部光の照度が１０００Ｉ２ｕｘにおいてはコン
トラスト比が３０：１であるのに対し、外部光の照度が
１００００Ｉ２ｕＸにおいてはコントラスト比が２８：
１であることが確認され、外部光の照度変化に対しても
コントラスト比の劣化はほとんどなく良好な特性が得ら
れた。

１肌り四重 以上詳述したように、本発明に係る表示装置にあっては
、遮光パターンが上部基板側に形成されると共に、対向
電極が画素電極の複数個に対して跨がって形成され、か
つ前記各対向電極にはそれぞれ光電変換素子を構成する
半導体層が接続されると共に、前記遮光パターンが前記
光電変換素子の一部を構成しているので、薄膜半導体素
子等の不良により欠陥画素が存在しても、欠陥画素部の
周囲の正常な画素から透過光を受けて前記光電変換素子
が作動し、該光電変換素子において発生する電流により
、液晶層に電界が印加されて、欠陥画素を救済すること
ができる。しかも、前記遮光パターンにより外部光や隣
接画素下方からの透過光が前記光電変換素子に侵入する
のを防止することができるため、該光電変換素子の誤動
作を防止することができると共に、コントラスト比の低
下を招来することもなく、良好な表示特性を得ることが
できる。

さらに、透明電極層と半導体層と金属層とが順次積層形
成されることにより光電変換素子が構成されているので
、前記半導体層により容易に光電変換され、欠陥画素の
救済に適した構成となっている。

また、本発明に係る表示装置は、欠陥画素救済用のＴＰ
Ｔや配線ラインを別個に設ける必要がないので、高精細
化を妨げることがなく、かつ単純な駆動方式で駆動させ
ることができる。

さらに本発明に係る表示装置は欠陥画素を救済するだけ
ではなくノイズ除去機能なども併せ持つているので、液
晶パネルを複数個設けることな（ノイズ除去等の画像処
理にも応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる表示装置の一実施例を示す要部
の断面図、第２図は表示装置の概略平面図、第３図（ａ
）、（ｂ）は遮光パターンの具体例を説明するための平
面図、第４図は画素電極と対向電極との配置関係を示す
斜視図、第５図（ａ）〜（ｃ）は欠陥画素救済の作動原
理を説明するための表示装置の概略平面図、第６図はフ
ォトセルの充電流密度−電圧特性を示す図、第７図はフ
ォトセルの充電流密度と照射光の照度との関係を示す図
、第８図（ａ）（ｂ）は表示装置の表示パターンを示す
平面図、第９図は従来例のアクティブマトリクス形ＴＰ
Ｔ回路を示す概略平面図、第１０図は表示装置の要部の
断面図である。 １・・・第１のガラス基板（下部基板）、２・・・画素
電極、３・・・ＴＰＴ　（薄膜半導体素子）、４・・・
下部電極基板、５・・・対向電極、６・・・上部電極基
板、７・・・液晶層、２２・・・遮光パターン、２３・
・・フォトセル（光電変換素子）、２５・・・金属層、
２６・・・半導体層、２７・・・透明電極層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下部基板の上面側に画素電極と該画素電極に接続
   される薄膜半導体素子とがマトリクス状に形成された下
   部電極基板と、上部基板の下面側に対向電極がマトリク
   ス状に形成された上部電極基板と、該上部電極基板と前
   記下部電極基板との間に介装された液晶層とを含み、 遮光パターンが前記上部基板側に形成されると共に、前
   記対向電極が前記画素電極の複数個に対して跨がって形
   成され、 かつ、前記各対向電極にはそれぞれ光電変換素子を構成
   する半導体層が接続されると共に、前記遮光パターンが
   前記光電変換素子の一部を構成していることを特徴とる
   表示装置。（２）透明電極層と半導体層と金属層とが順
   次積層形成されることにより光電変換素子が構成されて
   いることを特徴とする請求項１記載の表示装置。