JPH04131829A - 液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法 - 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〕 本発明は液晶表示装置に関し、特に液晶の温度制御を行
ない易い液晶表示装置とその表示装置の製造方法に関す
る。

〔従来の技術〕

液晶はその用途により厳しい使用温度範囲が要求される
ことがある。たとえば、航空機用の仕様では、表示装置
の保存温度範囲は一５６℃〜＋８０℃とされ、動作温度
範囲は一４０℃〜＋８０℃である。一方、液晶は温度が
下がると、その粘度が急に高くなり、その結果、応答速
度が急激に遅くなる。

一５６℃に保存されていた液晶が正常動作するまでに許
される準備時間は３〜５分であるため、表示基板にはヒ
ータ等の加熱装置が必要となる。

また、−５６℃から早急に液晶の正常動作可能温度の２
０〜３０℃とするにはかなりの大電力を必要とする。そ
の場合、ヒータを入れっばなしにすると温度のオーバー
シュートか発生する。液晶は高温になると、その光学的
特性を失った液体となってしまう。また薄膜トランジス
タの特性は温度上昇により低下する。

従って、表示基板すなわち液晶は、その温度が低下した
場合、早急にかつオーバーシュートなしに２０〜３０°
Ｃにすることが必要である。

第８図と第９図に従来の液晶表示装置の平面図と断面図
とを示す。２枚の平行に配置したガラス基板１０．２０
の間にシール部材３０が配置され、その間の空間に液晶
４０か封入されている。一方のガラス基板２０の基板上
には液晶を駆動するための透明共通電極が形成される。

また、必要に応じて基板１０．２０の一方の表面にカラ
ーフィルタが形成される。他方の基板１０の液晶側の表
面には薄膜トランジスタによるアクティブマトリックス
が形成されている。さらにアクティブマトリックスの上
ともう一方の基板２０の液晶側の表面上には液晶分子を
配向させる配向膜が形成されている。アクティブマトリ
ックスは図示しない駆動回路に接続される。

基板１０，２０の外側の各表面には透明電極によるヒー
タ５０が形成されている。さらに基板１０のシール部材
の外側の部分には基板１０の温度を検出するための感温
素子６ｏが配置されている。

〔発明が解決する課題〕

従来は第８図、第９図に示すようにアクティブマトリッ
クスを形成したガラス基板１０上のシール部材３０の外
側の部分に感温素子６０を密着固定して基板（液晶）の
温度を検出してヒータ５゜への電力供給を制御していた
。

この従来の方法では、感温素子６０が液晶４゜から離れ
、シール部材３ｏの外側にあり、液晶４０からの温度の
伝達遅れがあり、温度のオーバーシュートを生じ易い。

また、個別部品の感温センサ６０を外付けするため、基
板１ｏとの密着度が必ずしもよくなく、また密着度のば
らつきが大きい。従って、正確な液晶の温度が測定しに
くく早急な温度制御がしに＜＜、オーバーシュートが生
じ易い。さらに、密着性かよくないことから基板１０と
感温素子６０との温度差により、感温素子６０が基板１
０から剥がれるという問題もある。

本発明の目的は、このような上記従来の技術の問題点を
解決し、オーバーシュートのない早急な温度上昇か可能
で、正確で信頼性の高い温度制御が可能な液晶表示装置
とその製造方法とを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図と第２図に、本発明の実施例による液晶表示装置
の基本的な構造を平面図とその一部拡大図で示す。なお
、同図で第９図の参照番号と同じ参照番号は同等物を示
す。

ガラス等の透明基板１０の有効表示領域１１には薄膜ト
ランジスタによるアクティブマトリックスが構成されて
おり、透明電極を形成した他方のガラス基板２０と対向
している。ガラス基板１０の有効表示領域１１の外側に
は表示に供されない領域があり、シール部材と接するシ
ール部１２がある。さらにシール部１２の外側に外部装
置との接続のための透明電極１３か多数引き出されてい
る。

有効表示領域１１とシール部１２との間のガラス基板１
０上にはアクティブマトリックスの薄膜トランジスタと
同時に形成した薄膜半導体装置の光電素子７０が形成さ
れている。この光電素子７０は温度依存特性を有する。

従って、液晶の温度変化を直接検出することができる。

〔作用〕

液晶の温度が直接光電素子７０に伝達されて温度が検出
される。光電素子７０はガラス基板１０上に薄膜半導体
素子と同一製造工程により形成されるので密着性がよく
剥かれ等の心配がない。

〔実施例〕

以下、アモルファスシリコン（ａ−８ｉ）薄膜トランジ
スタをアクティブマトリックスのスイッチング素子とし
て使用した液晶表示装置における温度検出装置を説明す
る。

第３図右側と第４図は温度検出素子に利用する光電素子
の第１の実施例の断面図と平面図である。

第３図左側には、アクティブマトリックスの薄膜トラン
ジスタか示されている。温度検出素子はアクティブマト
リックスの薄膜トランジスタの製造工程と同時に同一工
程で形成される。すなわち、ゲート電極、ゲート絶縁膜
、半導体層、透明電極層の各形成工程が薄膜トランジス
タと光電素子とで同時に行われる。

第３図、第４図の実施例はインジウム錫酸化物（ＩＴＯ
）層７４とａ−８ｉ層７３のダイオードにブロッキング
層として窒化シリコン（ＳｉＮｘ）層７２を挟んだもの
で光電素子を形成したものである。

以下、アクティブマトリックスの薄膜トランジスタと同
時に光電素子を基板上に形成する製造方法を第３図を参
照して説明する。第３図において、同一ガラス基板１０
上に薄膜トランジスタ（左側）８０と光電素子（右側）
７０が同時に形成される。

（１）薄膜トランジスタ８０のゲート８１となるクロム
（Ｃｒ）を１５００人の厚さにスパッタ法にてガラス基
板１０上に形成してパターニングする。この際同時に、
光電素子７０の電極７１も形成する。

（２）薄膜トランジスタのゲート絶縁膜８２、半導体膜
８３、絶縁膜８４を順次形成する。これは、ＳｉＮｘを
４０００人、ノンドープａ−３ｉを１０００人、ＳｉＮ
ｘを１０００人の順で積層して形成する。同時に光電素
子７０のＣｒ電極７１の上にもＳｉＮｘ絶縁膜７２、ノ
ンドープミー８ｉ層７３、ＳｉＮｘ絶縁膜（次工程で除
去されるので図示しない）を積層する。

（３）薄膜トランジスタ８０の最上層のＳｉＮｘ絶縁膜
８４はチャネル部のみを残し、他の部分はドライエツチ
ングで除去する。同時に光電素子７ｏのダイオード部の
最上層のＳｉＮｘ絶縁膜も全部除去される。

（４）薄膜トランジスタ８０と光電素子７ｏのダイオー
ド部のａ−８ｉ層８３．７３を残し他の部分のａ−３ｉ
層をドライエツチングで除去する。

（５）燐（Ｐ）をドープしたｎ形ａ−３ｉ層８５（１５
０人）を全面に形成し、次いで、Ｍ　ｏ　。

Ａ１による電極層８６　（１０００人）、８７（５００
０人）をスパッタにより全面に形成する。（光電素子７
０上では次工程で除去されるので図示しない。） （６）薄膜トランジスタ８ｏのソース・ドレイン電極の
パターン以外の部分のＭｏ、ＡＩ層８６．８７とｎ形ａ
−８ｉ層８５を除去する。この際、Ｍｏ、ＡＩ層８６．
８７は燐酸系のウェットエツチングで、ｎ形ａ−８ｉ層
８５はドライエツチングで除去する。光電素子７ｏにお
けるＭＯ９ＡＩ層とｎ形ａ−８ｉ層とは全面除去される
。

（７）スパッタ法によりインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）
を全面に形成し、薄膜トランジスタ８０の画素部８８と
、光電素子７ｏの上側電極７４のパターニングをする。

（８）プラズマＣｖＤ法ニテ、ＳｉＮｘ保護膜８９゜７
５を１０００人全面に形成する。

第４図にこの光電素子７０の平面図を示す。なお、第４
図のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面が第３図右側である。

以上の工程で、表示基板１０に薄膜トランジスタ（複数
）と光電素子が同時に形成される。光電素子は、ＭＮ　
Ｓ　（ｍｅｔａｌ−ｎｉｔｒｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ金属窒化物半導体）ダイオードと呼ばれる構
造であり、たとえば逆バイアスでのリーク電流を測定す
ることにより、温度を知ることができる。窒化膜を薄く
すれば、電流を増すこともできる。次に、薄膜トランジ
スタ８０のチャネル部と光電素子７０のＩＴＯ層７４を
遮光するための黒パターンとカラーフィルタとが形成さ
れた共通基板２０と基板１０とを結合し、液晶表示装置
を製作する。

発明者の実測結果によると、上記実施例の具体例の光電
素子７０のダイオードの温度／電流特性例は以下の表１
のようであった。

一２０°Ｃ５，５Ｘ１０−１４　Ａ Ｏ℃　　　　　　　　　１．　　ｌＸｌ０−１３　Ａ＋
２０℃　　　　　　　　　２．　　ＯＸ　１０−１３　
Ａ＋４０°Ｃ５Ｘ１０−１３Ａ 但し、Ｃｒ電極７１とＩＴＯ電極７４との間の電圧は５
■、ダイオード面積は０．０１ｍｍ２てあった。

この光電素子７０のタイオード部を利用して、第５図に
示す電流／電圧変換回路により、タイオード電流を測定
すれば液晶基板の温度か精度よく、応答遅れなく測定で
きる。

次に、温度依存特性を有する別の半導体素子を基板１０
に形成する実施例を第６図（断面図）と第７図（平面図
）とを参照して以下に説明する。

この実施例はａ−８ｉ層の表面にくし形電極を配置した
光導電素子１００を薄膜トランジスタ９０と同時に基板
１０上に形成する構成である。

（１）、薄膜トランジスタのゲート９１となるクロム（
Ｃｒ）を１５００人の厚さにスパッタ法にてガラス基板
１０上に形成してバターニングする。

この際同時に、光導電素子１００の電極１０１も形成す
る。

（２）、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜９２、半導体
膜９３．９４を順次形成する。これは、ＳｉＮｘを４０
００人、ノンドープａ−３ｉを１０００人、燐（Ｐ）ト
ープのｎ形ａ−８ｉを１５０人の順で積層して形成する
。同時に光導電素子１００のＣｒ電極１０１の上にもＳ
ｉＮｘ絶縁膜１０２、ノンドープミー８ｉ層１０３、Ｐ
ドープｎ形ａ−８ｉ層１０４を積層する。

（３）薄膜トランジスタ９０のチャネル部と光導電素子
１００のくし形センサ部の領域を残して他の領域のノン
ドープミー３ｉ層とｎ形ａ−８ｉ層をドライエツチング
で除去する。

（４）、Ｍｏ、Ａ　Ｉによる電極層９５．９６と１０５
．１０６を全面に形成し、ソース・トレイン電極のパタ
ーンおよびくし形センサのパターンで残す部分以外を燐
酸のウェットエツチングで除去する。

（５）スパッタ法によりインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）
を全面に形成し、薄膜トランジスタ９０の画素部９７を
残して他の部分をトライエツチングで除去する。

（６）、ＰＣＶＤ法により、ＳｉＮｘ保護膜９８，１０
７を１０００人全面に形成する。

以上により第７図に示すようなくし形構造の光導電素子
１００かガラス基板１０上に薄膜トランジスタ９０（複
数）とともに形成される。以下、第１の実施例と同様に
して液晶表示装置を製作する。

発明者の実測結果によると、上記実施例の光導電素子１
００の温度／電流特性は以下の表２のようであった。

−請ヨー（− 一２０℃　　　　　　　６．７Ｘ１０−１２　ＡＯ℃　
　　　　　　　　　ｌＸｌ０−”Ａ＋４０℃　　　　　
　　　　　ｌＸｌ０−”　　Ａ但し、電極間印加電圧は
１ｖで、Ｗ／Ｌ＝１０である。

但し、Ｗ＝主電極長さ、Ｌ＝電極間の距離この光導電素
子１００を、第５図に示す回路のダイオードの代りに接
続して測定すれば、液晶基板の温度が精度よく、応答遅
れなく測定できる。

但し、第５図のような蓄積形の増幅回路でなくとも、素
子１００の出力に直接抵抗素子を接続して電圧を測定し
てもよい。

以上述へた実施例の光電素子／光導電素子は温度測定の
みならず、本来の光電効果を利用した調光制御にも適用
できる。共通基板２０の遮光膜のうち、これら光電素子
／光導電素子の遮光部分を除去することにより、周囲光
による光電流あるいは光導電率を測定して周囲光に応じ
た液晶の）く・ンクライト光の強度の制御ができる。第
１の実施例の場合１００ルク、Ｚ、テｌ　Ｘ　１０−”
Ａ、　１００００ルクスで９Ｘ１０−”Ａであった。光
測定の場合には、複数個の光電素子を形成して、その内
の１個には遮光膜を設けず、光測定に利用すればよい。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこ
れらに制限されるものではない。たとえば、種々の改良
、組合せ等が可能なことは当業者に自明であろう。

〔発明の効果〕

本発明によれば、温度測定素子が薄膜トランジスタの形
成と同時に同一基板上に、かつ液晶層と接触して形成さ
れるので、温度測定の応答遅れがなく、基板に堅固に密
着されるため、測定誤差やオーバーシュートがなく、信
頼性の高い温度制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶表示素子の基板の平面図、 第２図は、第１図の要部拡大図、 第３図は、本発明の第１の実施例による温度測定素子と
薄膜トランジスタとを同一基板に形成する方法を説明す
るための断面図、 第４図は、第３図の温度測定素子の平面図、第５図は、
温度測定素子の出力を検出する回路図、 第６図は、本発明の第２の実施例による温度測定素子と
薄膜トランジスタとを同一基板に形成する方法を説明す
るための断面図、 第７図は、第６図の温度測定素子の平面図、第８図、第
９図は、従来の技術による液晶表示装置の平面図と断面
図である。 液晶 ヒータ 温度センサ 光電素子 薄膜トランジスタ 光導電素子 特許出願人　　スタンレー電気株式会社代　理　人　　
弁理士　　高橋　敬四部図において、 １０．２０　　　　ガラス基板 ３０　　　　　　シール部材 第 図 １フ 第 図 第４図 第 図 明細書　第　５頁第　２行 「透明電極」を「透明導電膜ｊと補正する。 （２）　明細書　第　７頁第　２行 「透明電極１３」をｒ電極１３Ｊと補正する。 図面 第６図、第７図を別紙のものと差し替え（第７図は変更
なし） 手 続 補 正 書 （自発） 平成　３年　７月２２日 補正をする者 事件との関係 住所 名称

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）、対向する２枚の透明基板と、 前記２枚の透明基板間に所定の空間を画定するために前
   記透明基板の周囲に接触するシール部材と、 前記２枚の透明基板間の空間内に配置され、前記シール
   部材によりシールされた液晶層と、前記２枚の透明基板
   の一方の表面の表示領域に形成され、アクティブマトリ
   ックスを構成する複数の薄膜トランジスタと、 前記アクティブマトリックスが形成された前記透明基板
   上の前記表示領域の外側でかつ前記シール部材の内側に
   形成された温度依存特性を有する薄膜半導体装置と を含む液晶表示装置。
2. （２）、前記薄膜半導体装置は、アモルファスシリコン
   とインジウム錫酸化物との積層構造を含む請求項１記載
   の液晶表示装置。
3. （３）、前記薄膜半導体装置は、アモルファスシリコン
   膜とその上に互いに対向するくし形電極構造を含む請求
   項１記載の液晶表示装置。
4. （４）、前記薄膜半導体装置は、複数個前記透明基板上
   に形成され、少なくとも１個の前記半導体装置には外部
   光が照射される請求項１記載の液晶表示装置。
5. （５）、透明基板上の所定の表示領域にアクティブマト
   リックスの複数の薄膜トランジスタを形成する工程と、 前記薄膜トランジスタの形成工程における各層形成段階
   と同時に前記透明基板上の前記表示領域の外側でかつ前
   記表示領域の近傍に温度依存特性を有する薄膜半導体素
   子を構成する各層を形成する工程と を含む液晶表示装置の製造方法。