JPH05216068A

JPH05216068A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH05216068A
Application number: JP4797192A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fujino; 昌宏藤野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-02-04
Filing date: 1992-02-04
Publication date: 1993-08-27

Abstract

(57)【要約】【目的】アクティブマトリクス型液晶表示装置のブラ
ックマトリクス構造を立体化して画素開口率を改善す
る。【構成】液晶表示装置は第１の基板１と第２の基板２
とを貼り合わせ両者の間に液晶１３を介在させた構造を
有している。基板１の表面にはスイッチング素子とこの
スイッチング素子に接続された画素電極１０とがマトリ
クス状に形成されている。基板２の方には対向電極１１
が形成されている。基板１の表面部分のうち、表示に寄
与する画素開口部以外の領域に画素電極１０及びスイッ
チング素子と絶縁されたマスク電極１２が設けられてい
る。このマスク電極１２と対向電極１１との間に所定の
電圧を印加する事により、液晶１３をシャッタとして機
能させ立体的なブラックマトリクス構造を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は行列状に配列した画素電
極とこれに対応するスイッチング素子とが同一基板上に
形成された構造を有するアクティブマトリクス型の液晶
表示装置に関する。より詳しくは、画素間の漏れ光を防
止し表示コントラストを高める為に用いられる遮光構造
あるいはブラックマトリクス構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、ブラックマトリクスは隣り合う画
素電極の隙間からの光の漏れを抑える為に必要とされて
いる。従来、漏れ光を防ぐ為、金属（クロム、タンタ
ル、アルミニウム、酸化クロム等）からなる遮光膜を対
向基板上に設けていた。図５を参照してかかる従来構造
の一例を簡潔に説明する。この例はアモルファスシリコ
ンを用いた逆スタガード構造の薄膜トランジスタをスイ
ッチング素子として利用したものである。図示する様
に、液晶表示装置は一対の基板１及び２を所定の間隙を
介して対向配置した構造となっている。第１の基板１の
表面にはアモルファスシリコンを活性半導体層として利
用した逆スタガード型の薄膜トランジスタと画素電極と
が集積的に形成されている。即ち、基板１の表面にはゲ
ート電極３がパタニングされておりその上をゲート絶縁
膜４が被覆している。ゲート絶縁膜４の上には活性半導
体層となるアモルファスシリコン薄膜５がパタニング形
成されている。さらに、ｎ⁺型のアモルファスシリコン
膜６を介してソース電極７及びドレイン電極８が形成さ
れている。かかる構造を有する薄膜トランジスタの表面
を保護膜９が覆っている。一方、このトランジスタに隣
接して画素電極１０が設けられている。画素電極１０の
一端はドレイン電極８に接続しておりスイッチングトラ
ンジスタにより駆動される。画素電極１０の周辺部は保
護膜９で被覆されており中央部のみ露出している。画素
電極１０の外形寸法はＬＥで表わされており、露出した
中央部の寸法はＬＰで表わされている。

【０００３】一方上側のガラス基板２の内表面には透明
な対向電極１１が形成されている。これに重ねて金属等
からなる遮光膜２２がパタニング形成されている。この
遮光膜には画素電極１０に整合して開口が設けられてお
りその寸法はＬｏで表わされている。一方、薄膜トラン
ジスタ等を含むその他の画素部分は遮光膜２２で覆われ
ており、その寸法はＬｂで表わされている。この様にし
て遮光膜２２はブラックマトリクスを構成する。なお一
対の基板１及び２の間隙には液晶１３が封入充填されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来例の場
合、遮光膜２２と画素電極１０との境界部には、両者の
位置合わせ精度、即ちＴＦＴ基板１上のマスク合わせ精
度に液晶パネルの組み立て精度分も加わる為、重なり部
を大きく取らなければならない。又、斜めから入射する
光も有効に遮光する為重なり部をある程度設ける必要も
ある。この為開口率が低下するという問題点がある。な
お、この重なり部の寸法をΔＬで表わしている。

【０００５】図６を参照して上述した問題点をさらに詳
細に説明する。図６は従来の液晶表示装置の模式的な平
面図であり、理解を容易にする為に行方向の画素ピッチ
Ｘ及び列方向の画素ピッチＹを同一寸法に設定してい
る。この時、ＬｂとＬｏの和が画素ピッチに一致する。
ここで、図５から明らかな様にＬＥ＜ＬＰ＜Ｌｏの関係
を満たす様に各部分の寸法が設定されている。又、Ｌｏ
＝ＬＰ−２ΔＬの関係が成立する。従って、遮光膜１１
の開口寸法Ｌｏは画素電極１０の露出中央部寸法ＬＰに
比べて２ΔＬ分だけ小さい。画素開口率は、Ｌｏ²／
（Ｌｂ＋Ｌｏ）²＝（ＬＰ−２ΔＬ）²／（Ｌｂ＋Ｌ
ｏ）²となり、重なり部分ΔＬが存在する分だけ実効的
な開口率は低下する。この重なり部分ΔＬはアライメン
トマージンとして必要であるとともに基板１側から入射
するバックライト光の斜光成分を遮断する為にも必要で
ある。

【０００６】図７を参照して従来の液晶表示装置の他の
例を簡潔に説明する。基本的には図５に示す従来例と同
様であるので対応部分には対応する参照番号を付してあ
る。先の従来例と異なる点は、画素電極１０の表面が全
面的に保護膜９によって被覆されている事である。この
場合であっても、対向基板２の側に設けられた遮光膜２
２の開口寸法Ｌｏは画素電極１０の外形寸法ＬＥよりも
２ΔＬ分だけ小さく設定する必要がある。アライメント
誤差を吸収し且つバックライト光の斜光成分を遮断する
為である。

【０００７】なお、遮光効果を上げ開口率を改善する為
に、二重遮光構造が提案されている。例えば、日経マイ
クロデバイス１９９１年４月号の第１０５頁にその例が
開示されている。この二重遮光構造は、追加の遮光膜を
ＴＦＴ基板上に画素電極とは別に形成し、対向基板上の
遮光膜と組み合わせたものである。画素電極と追加の遮
光膜との合わせ精度はＴＦＴ基板上のマスク合わせ精度
だけで決まる。この為、両者の重なり分が小さくなる為
開口率を改善できる。しかしながら、この二重遮光構造
では追加の遮光膜を形成する為にプロセスの増加を伴な
うという問題点がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の問
題点あるいは課題に鑑み、本発明はプロセスの増加を伴
なう事なく画素開口率を改善する事のできるブラックマ
トリクス構造を提供する事を目的とする。かかる目的を
達成する為に以下の手段を講じた。即ち、スイッチング
素子とこのスイッチング素子に接続された画素電極とが
マトリクス状に形成された第１の基板と、この第１の基
板に対向して配され対向電極を有する第２の基板と、こ
れら第１及び第２の基板の間に保持された液晶層とを有
する液晶表示装置において、前記第１の基板のうち表示
に寄与する画素開口部以外の領域に前記画素電極及びス
イッチング素子と絶縁されたマスク電極を設けるという
手段を講じた。そして、このマスク電極と前記対向電極
間に電圧を印加できる様に構成した。

【０００９】好ましくは、マスク電極は少なくとも金属
からなる導電膜で構成されている。あるいは、マスク電
極を透明電極で構成しても良い。さらには、マスク電極
を前記スイッチング素子上で分割する構成とし、分割さ
れた一方のマスク電極を補助容量電極として用いる事も
できる。

【００１０】

【作用】本発明によれば、アクティブマトリクス型液晶
表示装置のＴＦＴ基板上において、画素開口部以外の部
分に絶縁膜を介して一様な導電性を有する金属薄膜又は
透明導電膜からなるマスク電極を形成している。このマ
スク電極と対向電極間に液晶を駆動できる十分な電圧を
印加する事によって、マスク電極と対向電極とに挟まれ
た空間領域を液晶によるシャッタとして働かせ、ブラッ
クマトリクスと同一の機能を有する構造としたものであ
る。本発明にかかるブラックマトリクスは立体構造を有
するので、従来の遮光膜を用いたブラックマトリクスの
平面構造に比べて、斜め方向から入射する光に対して優
れた遮光性を有するので、マスク電極の寸法を従来の遮
光膜寸法に比べて小さくでき画素開口率を改善する事が
できる。

【００１１】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる液晶表示装置の
一実施例を示す模式的な断面図である。液晶表示装置は
下側の石英等からなる透明基板１と上側のガラス等から
なる透明基板２とを貼り合わせ両者の間に液晶１３を挟
持した構造となっている。一方の基板１の表面にはアモ
ルファスシコリンを活性半導体層として用いた逆スタガ
ード型の薄膜トランジスタが形成されている。このトラ
ンジスタは、金属からなるゲート電極３と、二酸化シリ
コンなどからなるゲート絶縁膜４とアモルファスシリコ
ン薄膜からなる活性半導体層５を積層した構造を有す
る。半導体層５の上には、ｎ⁺型のアモルファスシリコ
ン薄膜６を介して、ソース電極７及びドレイン電極８が
形成されている。かかる構成を有する薄膜トランジスタ
は酸化シリコンあるいは窒化シリコン等からなる保護膜
９により被覆されている。基板１の上には、さらにＩＴ
ＯあるいはＳｎＯ₂等の透明導電膜からなる画素電極１
０が形成されている。この画素電極１０とドレイン電極
８は互いに電気接続されている。なお、パタニングされ
た画素電極１０の寸法はＬＥで表わされている。画素電
極１０の周辺部は保護膜９により被覆されており、中央
部に露出した部分が残される。この中央露出部の寸法は
ＬＰで表わされている。いずれも従来例との比較を容易
にする為に従来例と同一の寸法に設定してある。

【００１２】本発明の特徴事項として、保護膜９あるい
は絶縁膜を介して所定の形状にパタニングされたマスク
電極１２が形成されている。このマスク電極１２は金属
薄膜あるいはＩＴＯやＳｎＯ₂等からなる透明導電膜か
ら構成されている。特に、従来の遮光膜の様に遮光性を
備える必要はない。マスク電極１２は薄膜トランジスタ
等の非画素部分を被覆しているとともに、画素電極１０
に整合した開口部を有する。被覆部の寸法はＬＢで表わ
されており、開口部の寸法はＬＯで表わされている。従
来例と異なり、開口寸法ＬＯは最大限画素電極の露出中
央部寸法ＬＰに一致させる事ができる。

【００１３】一方、上側のガラス基板２の内表面には透
明導電膜からなる対向電極１１が全面的に形成されてい
る。この対向電極１１とマスク電極１２との間に液晶１
３を十分に駆動できるだけの電圧（例えば４Ｖ以下）を
印加すると、寸法ＬＢで表わされる領域の液晶はオン状
態となり透過率が極端に低下し遮光状態になるのでブラ
ックマトリクスとして機能する。実際の駆動方式におい
ては、対向電極１１に±４ないし５Ｖ程度の交流電圧を
印加する方式を採用する為、マスク電極１２を単に接地
するだけで良い。この様に、液晶自体をシャッタとして
用いる立体的なブラックマトリクス構造は斜め方向から
入射する光を有効に遮蔽できる為、開口寸法ＬＯを従来
に比し大きく設定する事ができる。

【００１４】なお、以上に説明した実施例はアモルファ
スシリコンを用いた逆スタガード型の薄膜トランジスタ
構造に関するものであったが、本発明はこれに限られる
ものではない。例えば、アモルファスシリコンを用いた
正スタガード型の薄膜トランジスタ構造やポリシリコン
を用いたプレーナ型の薄膜トランジスタ構造に対しても
適用可能である。

【００１５】又、上述した実施例においては薄膜トラン
ジスタの表面を全面的にマスク電極で被覆した構造とな
っているがこれに限られるものではない。例えば、ゲー
ト電極、ソース電極、ドレイン電極等の金属電極によっ
て規定される遮光領域を除いた部分にマスク電極１２を
形成する事により、寄生容量を減少させる事ができる。

【００１６】次に、図２を参照して上述した実施例の画
素開口率について説明する。なお、図６に示す従来例と
の比較を容易にする為に画素ピッチＸ及びＹは同一寸法
に取ってある。マスク電極の被覆部寸法ＬＢと開口部寸
法ＬＯとの和は画素ピッチに等しい。従って、ＬＢ＋Ｌ
Ｏ＝Ｌｂ＋Ｌｏである。図１に示す各部の寸法関係から
明らか様に、ＬＥ＜ＬＯ≦ＬＰの関係が成立する。従っ
て、本実施例における画素開口率は、最大でＬＯ²／
（ＬＢ＋ＬＯ）²＝ＬＰ²／（ＬＢ＋ＬＯ）²となり、
従来例に比べて２ΔＬの分だけ開口率が向上する。な
お、上述した計算はＬＯとＬＰを同一寸法に設定した場
合を仮定している。実際には、ＬＯとＬＰとの間のアラ
イメント誤差を吸収する為１ないし２μｍ程度のマージ
ンを設ける事が好ましい。この場合でも、保護膜９とマ
スク電極１２は同一基板上に形成されるのでアライメン
トマージンは可能な限り小さく設定できる。マスク電極
をＴＦＴ基板１に設けたので、対向基板２には何ら遮光
膜を設ける必要はなくなる。

【００１７】図３に、本発明にかかる液晶表示装置の第
２実施例を示す。基本的に、図１に示す第１実施例と同
一構造を有しており、理解を容易にする為に対応する部
分には対応する参照番号を付している。第１実施例と異
なる点は、画素電極１０の表面が全面的に保護膜９で被
覆されている事である。この場合には、マスク電極１２
の開口部寸法ＬＯをさらに大きく取る事ができ、最大限
画素電極１０の外形寸法ＬＥに一致させる事ができる。
この時の画素開口率は、最大でＬＯ²／（ＬＢ＋ＬＯ）
²＝ＬＥ²／（ＬＢ＋ＬＯ）²となりさらに開口率が向
上する。

【００１８】図４に、本発明にかかる液晶表示装置の第
３実施例を示す。この実施例は図５に示す第２実施例と
基本的に同一の構造を有するので対応する部分には対応
する参照番号を付して理解を容易にしている。第２実施
例と異なる点は、マスク電極１２が薄膜トランジスタ上
において２分割されている事である。図示する様に、マ
スク電極１２はゲート電極３に沿って分割されている。
分割部分の寸法ＬＣはゲート電極３の幅寸法ＬＧよりも
小さく設定されている。従って、ＬＣで示される領域に
マスク電極１２が存在しない事になるが、不透明なゲー
ト電極３によって十分遮光する事ができる。２分割され
た一方の領域はＬＳで示され他方の領域はＬＣＳで示さ
れている。ドレイン電極側の領域ＬＣＳの部分を０Ｖに
接地する事により、マスク電極１２とドレイン電極８な
いし画素電極１０の一部との間に保護膜９あるいは絶縁
膜を介して電荷蓄積の為の補助容量を形成できる。この
為、従来の様に別途補助電極を設ける必要がないので画
素開口率は一段と向上する。

【００１９】最後に、マスク電極１２を特にＩＴＯある
いはＳｎＯ₂等の透明導電膜で構成する事により、液晶
パネル組み立て中あるいは液晶注入後に発見される電極
パタン欠陥等をレーザビームを用いて修正する事が可能
となり歩留り向上にも役立つ。この点について、以下に
説明を加えておく。まず、図１を参照しながら、液晶パ
ネル組み立て前におけるＴＦＴ基板の欠陥修正方法につ
いて説明する。ゲートラインとソースラインの断線及び
ショートに関する検査工程や、薄膜トランジスタの断線
及びショートに関する検査工程で発見された欠陥の修正
には、レーザビームによる修正技術（所謂レーザリペア
技術）が広く用いられている。本発明の場合、マスク電
極１２を透明材料で構成できる為、修正すべき欠陥箇所
に対するレーザビームスポットの位置合わせを顕微鏡等
で容易に行なう事が可能である。又、レーザリペアを実
施する場合、レーザビームは透明なマスク電極１２及び
保護膜９を透過する為、修正すべき欠陥箇所を効果的に
照射する事が可能となる。又、一般に液晶表示装置はコ
ントラスト比改善の為、ノーマリホワイトモードで駆動
する。この場合の薄膜トランジスタ故障等による点欠陥
は白点よりも黒点の方が目立たないとされている。薄膜
トランジスタの欠陥修正として、レーザ照射エネルギー
を適当に調整する事により、薄膜トランジスタをソース
電極から分離しマスク電極１２とドレイン電極８とを溶
融ショートさせる事によって、画素電極１０をマスク電
極１２と同電位（例えば接地電位０Ｖ）にする。この様
に欠陥対策を講じると、マスク電極と同様に画素電極に
も４ないし５Ｖの交流電圧が印加される事により、欠陥
画素は常に黒点表示され欠陥として目立たなくなる。

【００２０】さらに、液晶パネル組み立て後の欠陥修正
方法について説明する。一般に、液晶パネル組み立て後
に発見された欠陥ついては、ブラックマトリクスを構成
する遮光膜が介在しているので、レーザリペア技術の適
用はかなり困難である。しかしながら、本発明の場合マ
スク電極を透明材料で構成する事ができるので、レーザ
ビームによる欠陥修正が容易になる。例えば、レーザビ
ームの波長を液晶に吸収されず且つシリコン薄膜材料等
には吸収される様に適当に設定し、レーザビームの結像
光学系を調節し薄膜トランジスタ上に焦点を結ぶ様にす
れば、液晶パネル組み立て後の欠陥に対してもレーザリ
ペア技術が有効になる。対向基板上にカラーフィルタが
形成された多色液晶パネルの場合であっても、マスク電
極上にはなにも成膜されてない為、容易にレーザリペア
が可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上に説明した様に、本発明によれば、
ＴＦＴ基板の画素開口部以外の部分に絶縁膜を介して一
様な導電性を有するマスク電極を形成し、このマスク電
極と対向電極との間の液晶を駆動できる電圧を印加する
事により、液晶自体を立体的なブラックマトリクスとし
て機能させる構造とした。かかる構造により、従来の平
面的なブラックマトリクス構造に比較し遮光効率が改善
できるのでマスク電極の開口面積が大きく取れるという
効果がある。又、従来と異なり対向基板側に遮光膜を形
成する必要がなので、ＴＦＴ基板と対向基板とのアライ
メント精度が緩和されるという効果がある。特に、対向
基板側にカラーフィルタが形成されていない白黒表示モ
ードにおいてはアライメントは全く不要になるという効
果がある。さらに、マスク電極材料として透明導電膜を
用いる事により、液晶パネル組み立て後に発見された欠
陥に対してもレーザリペア技術を適用する事が可能にな
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる液晶表示装置の第１実施例を示
す模式的な部分断面図である。

【図２】第１実施例の模式的な平面図である。

【図３】本発明にかかる液晶表示装置の第２実施例を示
す模式的な部分断面図である。

【図４】本発明にかかる液晶表示装置の第３実施例を示
す模式的な部分断面図である。

【図５】従来の液晶表示装置の一例を示す部分断面図で
ある。

【図６】従来の液晶表示装置の模式的な平面図である。

【図７】従来の液晶表示装置の他の例を示す模式的な部
分断面図である。

【符号の説明】

１ＴＦＴ基板２対向基板３ゲート電極４ゲート絶縁膜５活性半導体層７ソース電極８ドレイン電極９保護膜１０画素電極１１対向電極１２マスク電極１３液晶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スイッチング素子とこのスイッチング素
子に接続された画素電極とがマトリクス状に形成された
第１の基板と、この第１の基板に対向して配され対向電
極を有する第２の基板と、これら第１及び第２の基板の
間に保持された液晶層とを有する液晶表示装置におい
て、前記第１の基板のうち表示に寄与する画素開口部以外の
領域に前記画素電極及びスイッチング素子と絶縁された
マスク電極を設け、このマスク電極と前記対向電極間に
電圧を印加できる様にした事を特徴とする液晶表示装
置。
【請求項２】前記マスク電極が、少なくとも金属から
なる導電性膜である事を特徴とする請求項１記載の液晶
表示装置。
【請求項３】前記マスク電極が、透明導電膜で構成さ
れている事を特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記マスク電極を前記スイッチング素子
上で分割する構成とし、分割された一方のマスク電極を
補助容量電極として用いた事を特徴とする請求項１記載
の液晶表示装置。