JPH03237432A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、液晶テレビ、コンピュータの端末表示等に
用いる液晶デイスプレィにおいて、カラー表示のための
カラーフィルタおよびブランクマトリクス等を、薄膜ト
ランジスタ（以下ＴＰＴと称する）等を形成した、ＴＦ
Ｔアレイ基板側の表面に接するように、感光性のハロゲ
ン化銀、ゼラチンを主材とする層を形成し、写真法によ
り発色させた構成を特徴とする表示装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

Ｊａｐａｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ　’８９　Ｐ５０２〜５０
５には、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（以下
、ａ　−３ｔ　ＴＰＴという）を使用した液晶表示装置
に関して記載されている。

すなわち、ａ　−５ｉ　ＴＦＴを使用した液晶表示ｇ直
はコンピュータや事務機器のデイスプレィ用に好適な技
術であり、それは大画面、純色、高解像度を実現するこ
とが可能であるからである。

しかしながら、表示面積と画素数の増加につれて、ゲー
トパルス遅延の減少とａ　−３ｔ　ＴＰＴの欠陥の減少
が必要である。

そこで、ゲートパルスの遅延を改善するための新しい低
抵抗ゲート電極形成方法と、ゲートとドレイン電極間の
クロスオーバショートによるａ　−５ｉ　ＴＦＴライン
の欠陥を防止するために新しい２層ゲート絶縁体を提案
している。

この新しいａ　−５ｉ　ＴＦＴの製造は、１９２ｎＸ１
２０ｗＭの実効面積に６４０Ｘ３Ｘ４００ドツトの９イ
ンチ対角線の純色カラーａ　−５ｉ　ＴＦＴｅ、高表示
装置に適用したものであり、この液晶表示装置は１６レ
ヘルのグレイスケールの表示能力と、画素（１０ドツト
／ｆｌ）の高解像度、高コントラスト比８０と、広視寛
（±６０°）を有している。

上記ゲートパルスの遅延を改善するために、低抵抗タン
グステン（Ｗ）−タンタル（Ｔａ）（Ｔり合金フィルム
を開発し、スパッタリング条件（Ｗ／Ｗ＋Ｔａレシオ）
と抵抗率または結晶化間の関係が研究された。

Ｗ−Ｔａ合金フィルムはガラス基板上に高周波スパッタ
リング法で得られ、周囲気圧は５Ｘ１０−”ｔｏｒｒ以
下、基板温度は２００℃、スパッタリングガスは純粋Ａ
ｒ、　Ａｒガス圧は５　Ｘ　１０−’ｔｏｒｒである。

また、Ｗ−Ｔａフィルムの厚さは約２００ｎｍ、１００
％Ｔａターゲットの抵抗率は１８０−２００μΩ・備で
あり、１００％Ｗターゲットのフィルムの抵抗率は１２
０μΩ・値である。

Ｗ−Ｔａ合金フィルムの抵抗率はＷ／Ｔａターゲットレ
ジオの増加により減少する。Ｗ−Ｔａ合金フィルムはＷ
／Ｗ　＋Ｔａ＝　３６％（４０μΩ・Ｃ１１）で最小抵
抗率となる。

これらの結果から、ａ　−５ｉ　ＴＦＴのゲート電極物
質は、ゲートパルス歪を減少するために、楽観的にＷ／
Ｔａ混合比（Ｗ　／　Ｗ　＋Ｔａ＝　３６％）が選定さ
れた。

このようなａ　−Ｓｉ　ＴＦＴカラー液晶表示装置の構
造は、ａ　−５ｉ　ＴＦＴアレイと、ＴＮ液晶、ブラッ
クマスクと偏光子と３波長螢光光を有するＲＧＢカラー
フィルタとから構成されている。

また、ＳＩＤ　１９８４　ＤＩＧＥＳＴ　Ｐ３１６〜３
１９には、低消費電力と低電圧作動の液晶表示装置がポ
ータプルまたはポケットサイズのＴＶの適用に特に好適
であることが記載されている。

すなわち、対角！４．２５イ７チ、４８０Ｘ４８０画素
のアクティブマトリクスの液晶表示装置を開発した旨が
記載されている。

この液晶表示装置に関しては、ローオフ電流とハイオン
電流のために、２層ゲートポリシリコンＴＰＴを対角線
４．２５インチの液晶表示装置に採用し、マトリクス電
極と周辺ドライバの両方の集積化に適しており、ローオ
フ電流は高表示コントラスとドライバの低消費電力のた
めに必要であり、ハイオン［流はドライバの高速作動に
必要である。

この場合、マトリクス電極のＴＦＴのオンを流はＶＧＳ
−１６Ｖで約５Ｘ１０−”Ａであり、オフ電流はｌ　Ｘ
ＩＯ”Ａ以下であり、これらの特性はマトリクス電極と
ドライバの集積化に十分である。

また、液晶パネルは、五つの部分から構成され、２枚の
偏向板、カラーフィルタ層とコモン電極を有する上部グ
ラス基板、ＴＦＴアレイを有する下部グラス基板、液晶
物質を有している。

液晶は光量とバックライの透過のコントロールに応して
作動し、液晶物質は６０℃、湿度９０％、でさえ、半年
以上の特性の変化が見られないような高信頼性を有する
。

さらに、特開昭６１−２３６５８６号公報には、透明ガ
ラス基板上に複数のゲートラインとソースラインをマト
リクス状に配置して各ラインの交点に画素電極、Ｎ素ト
ランジスタを形成したアクティブマトリクスを基板と基
板の片側全面に透明電極を形成した透明基板を一定の間
隙を形成するように貼り合わせ、この間隙に液晶を封入
してなるアクティブマトリクス基板の画素電極と対向し
ない透明基板上の部分に光吸収膜を形成した液晶表示体
が開示されている。

一方、第９図はマトリクス表示装置の一般的な単位画素
の動作を説明するための構成図であり、第１０図は従来
の表示装置の断面図である。

この第９図、第１０図の両図において、１はゲート電極
線、２はソース電極線、３はドレイン電極線、４はＴＰ
Ｔ、５は画素電極、６は信号蓄積コンデンサ、７は液晶
、８はＴＦＴアレイ基板、９は対向′ｇＬＩ！ｊａ板、
１０はブラックマトリクス４光層、１１はカラーフィル
タ（赤）、１２はカラーフィルタ（緑）、Ｉ３はカラー
フィルタ（青）、１４は対向電極である。

すなわち、マトリクス型表示装置は、第９図に単位画素
のｔｌｌＩ戒を示したように、複数のゲー）を極線ｌ、
このゲート”を極ｖＡｌと交差する複数のソース電極１
２によりなるマトリクス型の電極配線を有し、その各交
点に能動素子としてのＴＦＴ４、ドレイン電極線３番こ
接続された’ｉｆｊ素電極５、信号蓄積コンデンサ６等
よりなる例えば、ＴＦＴアレイ基板８と、第１Ｏ図に示
すように１ｉｉｉ素電極５に対向する位Ｗにカラー表示
のためのカラーフィルタの例えば赤色のカラーフィルタ
１１．緑色のカラーフィルタ１２．青色のカラーフィル
タ１３等を配置し、その上部に透明ｉ電膜等の対向電極
１４を設けた対向を極基板９を備え、このＴＦＴアレイ
基板８と対向電極基Ｆｉ、９の間に、液晶７等の表示材
料を挟持した構造となっている。

次に動作について説明する。マトリクス型表示装置の動
作は、前述のように構成された表示装置のゲー）を極ｍ
ｌに走査信号を供給し、同し行のゲート電極線１に接続
されたＴＰＴ４等の能動素子を一斉にオン状態とし、こ
れと交差する各列のソース電極線２に所望のビデオ信号
を供給して、ドレイン電極１３に接続された信号蓄積コ
ンデンサ６と液晶７等の表示材料により形成されるコン
デンサに、ビデオ信号を供給して表示する。

この一連の動作をゲート電極線１の数だけ繰り返して所
望のビデオパターンを表示する６また、このマトリクス
型表示装置でテレビジラン等の映像や、コンピュータ等
の端末表示で文字やグラフインク像等を高解像度に表示
するには、前述のゲート電極１１が少なくとも４００本
以上、ソース電極１２が約２０００本以上必要である。

第９図に示した単位画素の大きさは、画面サイズにも依
存するが、対角線で約１０インチ程度の画面サイズで、
１００．ｍ（横）Ｘ３００ｍ（縦）程度で、極めて微細
で、かつ単位ｉｉｉ素の必要数は上述したように、約８
０万個以上が必要である。

また、画素電極５、およびカラーフィルタ１１〜１３の
各色のセグメントの数も単位画素数と同数個二こよりＩ
ＩＩ威され、２枚の異なるＴＦＴアレイ基板８と対向電
極基板９上に分散配置されている。

第１０図に示すように、従来例では、カラーフィルタ１
１〜１３およびブラックマトリクス１０等が対向電極基
板９側に、例えばゼラチンを主体とじた染色法または固
着法等で形成されている。

一方、このカラーフィルタ１１〜１３に高精度に対向す
べき画素電極５は、ＴＦＴアレイ基板８側に形成されて
おり、この結果、ＴＦＴアレイ基Ｆｉ８と対向電極基板
９上に形成されたｉｊ素電極５とカラーフィルタ１１〜
１３のセグメントを高精度に位置決めし、重ね合せ、Ｔ
ＦＴアレイ基板８と対向電極基板９の両基板間に液晶７
等の表示材料を注入してマトリクス型表示装置を形成す
る際に、両基板間に約１０＃程度の位置ずれが生じる。

また、表示特性のコントラスト等を改良するためのブラ
ックマトリクス燻光層１０も対ａｔ極基Ｆｉ９側に設け
られており、液晶７のギャップ（約５Ｒ〜１０μ）を介
して、外部光が透過、または散乱等により、ＴＰＴ４等
の能動素子の領域に侵入し、フォトコンダクティブイフ
ェクト等により、ＴＦＴ４のオフ電流等の特性の劣化を
ひきおこす。

さらに、この外部光による特性劣化を防止するために、
ＴＦＴ４の上部に専用の遮光膜等を設ける場合には、製
造プロセスが複雑になり、製造歩留が低下、製造コスト
高の要因となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のマトリクス型表示装置は以上のように構成されて
いるので、ＴＰＴ４等の能動素子画素電極５等とカラー
フィルタ１１〜１３．ブラックマトリクス遮光層１０等
がそれぞれ別個のＴＰＴアレイ基板８．対向電極基板９
に形成されているため、ＴＦＴアレイ基板８．対向電極
基板９を組み合せてマトリクス型表示装置を形成する際
に、画素電極５とカラーフィルタ１１〜１３間に位置ず
れが生じ、赤、緑、青１等、各色の有効な透過面積が減
少する。

すなわち、表示装置の開口率が低下し、輝度。

コントラスト等の表示性能が低下する。

また、液晶７等の間隙に主に起因して、ブラックマトリ
クス遮光層１０のＴＰＴ４等能動素子の外部光に対する
遮光効果が不十分となり、フォトコンダクティプイフェ
クト等による特性の劣化が発生する。

さらに、この劣化を防止するために、ＴＰＴ４等能動素
子に専用の遮光膜を設ける構成では、ＴＦＴ７レイ基板
８の加工プロセスが増加し、製造歩留が低下する他、製
造コストが高くなる等、多くの欠点を有していた。

加えて、従来のカラーフィルタＩｆ−１３およびブラン
クマトリクス遮光層１０は例えばゼラチンを用いた染色
または固着法、ポリイミド樹脂等を用いた顔料分散法、
およびＩＴＯなどの透明電極を下地電極に用いた１ｉｉ
ｉｉ法等により形成されており、いずれも製造プロセス
が複雑で、製造歩留等が悪く、カラーフィルタ１１−１
３およびブラックマトリクス遮光層１０等をＴＦＴアレ
イ基板８上に一体化して形成することは困難である等の
多くの不具合があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、カラー表示のためのカラーフィルタの形成が
容易で、ＴＦＴアレイ基板との一体化を可能にすること
により画素電極とカラーフィルタの位置合せ精度が高＜
、ｉｉ！ｉ素の開口率が高いとともに、ＴＰＴ等の能動
素子に専用の遮光膜が不要で、製造プロセスの簡易な構
造にでき、良好な表示性能を有するし、しかも低コスト
で製造できる表示装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る表示装置は、ＴＦＴアレイ基板上に互い
に接するように一体化して形成されたカラーフィルタと
遮光性を有するブラックマトリクスを設けたものである
。

〔作　用〕

この発明におけるカラーフィルタとブラックマトリクス
がＴＦＴアレイ基板上に互いに接するよう一体的に形成
することにより、対向Ｔ！１ｗ１基ｖｉ側は基本的に透
明電極を形成するのみでよくなり、画Ｓｔ極とカラーフ
ィルタは同−ＴＦＴアレイ基板上で形成され、画素電極
とカラーフィルタの位置ずれを抑制することになる。

〔実施例〕

以下、この発明の表示装置の実施例について図面に基づ
き説明する。第１図はその一実施例における表示部の画
素の説明図、第２図は第１図の■■線の断面図、第３図
は第１図のｍ−ｍ線の断面図であり、まず第１図〜第３
図により説明する。

この第１図〜第３図において、第９図１第１Ｏ図と同一
部分には同一符号を付して説明する。

第１図、第２図、第３図に示すようにガラス等の透明基
板上に、ゲート電極線ｌとして例えばクロム（Ｃｒ）を
スパッタ法等で底膜し、写真製版法等でパターンニング
する。

また、ゲート絶縁膜１５と半導体１６としてシリコンナ
イトライド（ＳｉＮ）アモルファスシリコン（ａ−３ｉ
）等をプラズマＣＶＤ法等で連続的にｔｃｌした後、順
次、写真製版法等でパターンニングして形成する。

引き続き、ソース電極１２とドレイン電極線３として、
例えばＣｒおよびアルミニューム（ＡＩ　）等をスパッ
タ法等で連続的に＊ＩＩＬ、各々、所望形状にパターン
ニングして、各ソース電極線２．ドレイン電極線３を形
成する。

また、第４図は第１図に示すＴＦＴアレイ基板８上にこ
の発明におけるカラーフィルタとブラックマトリクスを
形成するための補色フィルタマスクの平面図であり、第
５図は第４図のＶ−Ｖ線の断面図、第６図は第４図のＶ
ｌ−Ｖｌ線の断面図、第７図は第４図の補色フィルタマ
スクを用いてＴＰＴアレイ基板上にカラーフィルタを写
真製版法により形成する場合の露光の説明図であり、第
８図は第４図の補色フィルタマスクを用いてブラックマ
トリクス遮光層を写真製版法により形成する場合の露光
の説明図である。

次に、この第４図〜第８図を用いて、上記ソース電極線
２、ドレイン電極ｖＡ３の形成後の工程について説明す
る。

ソース電極線２．ドレイン電極線３の形成後、引き続い
て、カラー表示のためのカラーフィルタ１１〜１３を形
成するために、例えばＡｇＣ１，＾ｇＢｒおよびＡｇｌ
　等の感光性ハロゲン化銀、ゼラチン等を主材とするン
アン感層、マゼンタ感層およびイエロー感層等を例えば
カーテンコート法等により順次連続的に形成した後、カ
ラーフィルタ１１（赤色）、カラーフィルタ１２　（緑
色）、カラーフィルタ１３　（青色）の各色に対し、補
色の関係を有するマスクシアン部２２．マスクマゼンタ
部２３、マスクイエロ一部２４の各色およゴマスフ遮光
部２１等で構成された第４図、第５図、第６図に示すカ
ラーフィルタ露光用の補色マスク２０を用いて平行光１
７で露光し、現像して、第７図に示すように、カラーフ
ィルタ１１（赤色）、カラーフィルタ＋２（１１色）、
カラーフィルタ１３（青色）および第８図に示すように
、黒色のブラックマトリクス遮光層ｌＯを形成して、カ
ラーフィルタ１１〜１３とＴＰＴ４等の能動素子を一体
形成したＴＦＴアレイ基板８が完成する。

なお、上記実施例では、カラーフィルタ１１〜１３の上
部にカラーフィルタ層の保護、またはカラーフィルタ材
料による液晶等の汚染防止等を目的としたオーバコート
、またはトップコート等の保護層を形成しない構成とし
たが、例えば、このオーバコート層として、アクリル樹
脂等を１〜３ｎ程度の膜厚に形成することにより、液晶
材料等の汚染が低減され、表示装置の信頼性が向上する
。

また、透明導電膜等で形成される画素を極５は、カラー
フィルタ１１〜１３ＦＪの膜厚が通常ｌＯ〜２０Ｂの膜
厚に形成されるため、このカラーフィルタｔ　１−１３
の上部に例えば反応性スパッタ法等でＩＴＯ膜等を形成
し、ドレイン電極線３に接続されるが、カラーフィルタ
層の膜厚を例えば５ｎ程度以下に横或し、画素を極５を
形成してから、その上部にカラーフィルタ１１〜１３を
形成してもよい。

さらに、ハロゲン化銀を主材とするカラーフィルタ１１
〜１３を形成する際に、各層間の相互作用による色特性
の劣化を防止するための中間層、およびハレー−２・ヨ
ン現象を防止するためのハレーション防止膜等を設け、
カラーフィルタ１１〜１３の色特性の改良、特性の安定
化をはかってもよい。

（発明の効果） 以上のように、この発明によれば、ＴＦＴアレイ％　ｔ
ｆｆｉ　ｉにカラーフィルタとブラックマトリクス遮光
層を接するように形成したので、対向１ｉ極基板側は基
本的に、ＩＴＯ等の透明！極を形成するのみでよく、画
素！極とカラーフィルタは同一のＴＦＴアレイ基板上に
形成されているから、位置合せは例えば写真製版法によ
り、露光装置上で実施されるため、ＩＲ以下の重ね合せ
精度が得られ、表示装置の開口率の低下等は発生しない
。

また、ＴＰＴ等の能動素子の表面に接してブラックマト
リクス遮光層が形成されるため、ＴＰＴの遮光効果が十
分で、フォトコンダクティブイフェクト等による光劣化
がない。

さらに、カラーフィルタとブラックマトリクス遮光層は
ハロゲン化銀とゼラチンを主材とし、写真法による発色
を利用しているので、各感材層の形成から発色までの製
造プロセスが極めて簡単で、歩留りが高く、量産性に優
れており、良好な表示特性を有するとともに、マトリク
ス型表示装置が低い製造コストで、再現性よく得られる
等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第一実施例による表示装置の画素説
明図、第２図は第１図の■−■線の断面図、第３図は第
１図の■−■線の断面図、第４図は第１図に示すＴＦＴ
アレイ基板上にカラーフィルタを形成する際に用いる補
色カラーフィルタマスクの平面図、第５図は第４図のｖ
−■線の断面図、第６図は第４図の■−■線の断面図、
第７図は第４図の補色カラーフィルタマスクを用いてＴ
ＦＴアレイ基板上にカラーフィルタを形成する状態を示
す断面図、第８図は第４図の補助カラーフィルタマスク
を用いてＴＦＴアレイ基板上にブラックマトリクス遮光
層を形成する状態を示す断面図、第９図はマトリクス型
表示装置の一般的な画素の構成説明図、第】０図は従来
の表示装置の断面図である。 １・・・ゲート電極線、２・・・ソース電極線、３・・
・ドレイン電極、４・・・ＴＦＴ、５・・・画素電極、
７・・・液晶、８・・・ＴＦＴアレイ基板、９・・・対
向電極基板、１０・・・ブラックマトリクス遮光層、１
１〜１３・・・カラーフィルタ、１５・・・ゲート絶！
！膜、１６・・・半導体、２０・・・マスク、２１・・
・マスク遮光部、２２・・・マスクシアン部、２３・・
・マスクマゼンタ部、２４・・・マスクイエロ一部。 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の走査電極線と交差する複数の信号電極線との各交
   点に非線形特性を有する薄膜トランジスタ等の能動素子
   および信号蓄積用のコンデンサと透明導電膜等の画素電
   極等とにより構成される薄膜トランジスタアレイ基板と
   、透明導電膜等の対向電極を形成した対向電極基板と、
   上記薄膜トランジスタアレイ基板と上記対向電極基板間
   に挟持された液晶等の表示材料と、カラー表示のための
   カラーフィルタとを有するマトリクス型の表示装置にお
   いて、カラー表示のための上記カラーフィルタおよびブ
   ラックマトリクス遮光層を上記薄膜トランジスタアレイ
   基板上に接するように、その表面に一体化して形成され
   たことを特徴とするマトリクス型表示装置。