JPH09113889A

JPH09113889A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH09113889A
Application number: JP7272399A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Shigeta; 泰彦重田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】画素部分の開口率が大きく、スイッチング素
子に対する十分な遮光性が得られ、表示画面のコントラ
ストが高く、さらに遮光膜を安価に形成できる液晶表示
装置を提供する。【解決手段】交差して設けた複数の画像信号配線と走
査信号配線との交差部に、画素電極とこの画素電極に画
像信号を供給するスイッチング素子とを設け、それら画
像信号配線および走査信号配線ならびにスイッチング素
子を覆う保護膜を形成し、画素電極とこの画素電極に対
向して設けられた対向電極との間に液晶材料が保持され
ている液晶表示装置において、保護膜を介して少なくと
もスイッチング素子上に、着色剤を含有する樹脂により
遮光膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパソコンやワープロ
・テレビなどにおける画像の表示に用いられる液晶表示
装置に関し、特に各画素電極にスイッチング素子を設け
たアクティブマトリックス方式の液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】アクティブマトリックス方式の液晶表示
装置は、単純マトリックス方式と比べてコントラストが
高く、多階調表示特性に優れているため、カラー液晶表
示装置では欠かせない技術となっている。特に、スイッ
チング素子として薄膜トランジスタを使用したアクティ
ブマトリックス方式の液晶表示装置は、ＣＲＴと同等の
画質が得られるようになっている。

【０００３】以下、図面を参照しながら従来の液晶表示
装置を説明する。図９は従来の液晶表示装置の画素部分
の拡大図、図10および図11はそれぞれ図９のＡ−Ａ’線
およびＢ−Ｂ’線断面図である。

【０００４】図９および図10・図11において、31は金属
膜よりなる走査信号配線およびこの走査信号配線と同時
に形成される薄膜トランジスタのゲート電極（Ｇ）であ
り、32は金属膜やＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide：酸化イン
ジウム錫）などの透明導電膜よりなる画像信号配線およ
び薄膜トランジスタのソース電極（Ｓ）、33は透明導電
膜よりなる画素電極および薄膜トランジスタのドレイン
電極（Ｄ）、34はトップゲート型の薄膜トランジスタ、
35は薄膜トランジスタ34の半導体膜、36は薄膜トランジ
スタ34のチャネル部に入射する光を遮光するための遮光
用金属膜、37は絶縁膜、38は薄膜トランジスタ34のゲー
ト絶縁膜、39は液晶材料、40はＩＴＯなどの透明導電膜
よりなる対向電極、41・42はガラスなどの透光性基板、
Ｃ_LCは画素電極33と対向電極40との間の液晶容量、Ｃ_S
は画素電極33と隣接する走査信号配線31’との間の付加
容量である。また対向電極40上には布でポリイミド樹脂
を一方向にこする、いわゆるラビング処理を施した配向
膜（図示せず）が形成され、透光性基板41の外面には偏
光板（図示せず）が設けられている。

【０００５】このようなアクティブマトリックス方式の
液晶表示装置は、走査信号配線31から供給される走査信
号によってスタガ構造の薄膜トランジスタ34がスイッチ
ングされ、画像信号配線32の信号電圧をドレイン電極
（Ｄ）の延長である画素電極33に印加することにより、
画素電極33と対向電極40との間に保持された液晶材料39
に電圧を印加して画像の表示を行なうものである。ここ
で、付加容量Ｃ_Sは液晶材料39に印加する電圧を一定時
間保持するための電荷保持用の容量である。

【０００６】上述のような従来の液晶表示装置では、図
10に示すように、画素電極33と隣接する画素電極33’と
が絶縁膜37とゲート絶縁膜38に挟まれた同じレベルの層
であるため、この両者が短絡しないように両者間に十分
な間隔Ｌ₁を設ける必要があり、このため画素電極33を
十分大きくすることができず、その結果、画素部分の開
口率が低下するという問題があった。特に、小型・高精
細の液晶表示装置ではその影響が顕著であった。

【０００７】また、図11に示すように、画素電極33と画
像信号配線32・32’も絶縁膜37とゲート絶縁膜38に挟ま
れた同じレベルの層であるため、両者間に十分な間隔Ｌ
₂を設ける必要があり、これによっても画素部分の開口
率が低下するという問題があった。

【０００８】すなわち、従来の液晶表示装置では、図12
に示すように、画素電極33部分における光の透過可能な
領域はＰ₁で示す斜線部分の領域しかなく、画素部分の
開口率が小さいものであった。

【０００９】このような問題を解決するために、特願平
５−330785号において、図６・図７および図８に示すよ
うな、画素電極を上層画素電極53と下層画素電極54で構
成し、下層画素電極54を上層画素電極53よりも走査信号
配線51側および画像信号配線52・52’側に張り出して形
成するとともに、金属膜から成る走査信号配線51と透明
導電膜から成る付加容量用電極57を設けた液晶表示装置
が提案された。

【００１０】図６はその液晶表示装置の画素部分の拡大
図、図７・図８はそれぞれ図６のＡ−Ａ’線断面図およ
びＢ−Ｂ’線断面図である。

【００１１】これによれば、上層画素電極53と下層画素
電極54との間には、窒化シリコン膜や酸化タンタル膜な
どから成る絶縁膜58を介在させてある。上層画素電極53
および下層画素電極54は、例えばＩＴＯや酸化錫（Ｓｎ
Ｏ₂）などの透明導電膜で形成される。この場合、上層
画素電極53と下層画素電極54とはゲート絶縁膜58を介し
て大きな面積で重なっているため、下層画素電極54と対
向電極61との間の液晶容量Ｃ_LC2に比べて上下画素電極
53・54間の重なり容量Ｃ_aが大幅に大きくなり、その結
果、下層画素電極54も上層画素電極53と同じ働きをする
ようになる。そして、このように画素電極を上層画素電
極53と下層画素電極54で構成するとともに、下層画素電
極54を走査信号配線51および画像信号配線52・52’側に
張り出して形成すると、画素電極の領域を広げることが
でき、画素部分の開口率を向上させることができるとい
うものである。なお、図６中に示した斜線部が、光が透
過可能な領域、すなわち画素開口部を示す。

【００１２】また、これらの各図において55は逆スタガ
型の薄膜トランジスタ（スイッチング素子）であり、56
は薄膜トランジスタ55の半導体膜、59は薄膜トランジス
タ55のゲート絶縁膜、60はカイラル剤が添加された液晶
材料、62・63はガラスなどの透光性基板である。また対
向電極61上にはラビング処理を施した配向膜（図示せ
ず）が形成され、透光性基板63の外面には偏光板（図示
せず）が設けられている。そして64はカラー表示を行な
うための１画素単位のＲ・Ｇ・Ｂのカラーフィルタであ
り、カラーフィルタ着色層65とカラーフィルタ保護層66
により形成されている。また67はマトリクス状のクロム
（Ｃｒ）からなる遮光膜であり、スイッチング素子であ
る薄膜トランジスタ55上に照射される光を遮るとともに
表示画面のコントラストを向上する目的で形成される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記特願平５−330785
号に提案された液晶表示装置によっても、スイッチング
素子（薄膜トランジスタ）55を遮光する目的の遮光膜67
が対向電極61が形成された側の透光性基板63上に設けら
れていることから、スイッチング素子55の上に遮光膜67
を極めて正確にアライメントする必要がある。

【００１４】しかし、遮光膜67とスイッチング素子55と
の完全なアライメントは現在の技術では不可能であるた
め、通常１〜５μｍ程度のアライメントマージンを必要
とする。また液晶材料60の厚みまでも考慮にいれると光
の回り込みが考えられるため、スイッチング素子55の大
きさよりもさらに大きめに遮光膜67の設計を行なう必要
がある。この光の回り込みに対するマージンは、液晶材
料60の厚みが５μｍ程度とすれば同程度必要なので、そ
の結果、全体としては６〜10μｍ程度のマージンを必要
とし、開口率を低下させるという問題があった。

【００１５】さらに、遮光膜67の材料には一般的に金属
クロム（Ｃｒ）が用いられているが、Ｃｒは高価であ
り、かつ反射率が高いため視認性を低下させる一因とな
るなどの多くの問題があった。

【００１６】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、画素部分の開口
率が大きく、スイッチング素子に対する十分な遮光性が
得られるとともに表示画面のコントラストが高く、さら
に遮光膜を安価に形成できる液晶表示装置を提供するこ
とにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
した発明の特徴とするところは、交差して設けた複数の
画像信号配線と複数の走査信号配線との交差部に画素電
極とこの画素電極に画像信号を供給するスイッチング素
子とを設け、それら画像信号配線および走査信号配線な
らびにスイッチング素子を覆う保護膜を形成し、前記画
素電極とこの画素電極に対向して設けられた対向電極と
の間に液晶材料が保持されている液晶表示装置におい
て、前記保護膜を介して少なくとも前記スイッチング素
子上に、着色剤を含有する紫外線硬化樹脂もしくは熱硬
化樹脂により遮光膜を形成した点にある。

【００１８】また、請求項２に記載した発明の特徴とす
るところは、交差して設けた複数の画像信号配線と複数
の走査信号配線との交差部に画素電極とこの画素電極に
画像信号を供給するスイッチング素子とを設け、それら
画像信号配線および走査信号配線ならびにスイッチング
素子を覆う保護膜を形成し、前記画素電極とこの画素電
極に対向して設けられた対向電極との間に液晶材料が保
持されている液晶表示装置において、前記保護膜を介し
て少なくとも前記スイッチング素子上に第１の遮光膜
を、前記対向電極が設けられた基板上に前記第１の遮光
膜と相対向させた第２の遮光膜を、それぞれ着色剤を含
有する紫外線硬化樹脂もしくは熱硬化樹脂により形成し
た点にある。

【００１９】また、請求項３に記載した発明の特徴とす
るところは、上記請求項１または請求項２に記載した発
明において、画素電極を、絶縁膜を介して上層画素電極
と下層画素電極で形成した点にある。

【００２０】さらに、請求項４に記載した発明の特徴と
するところは、請求項３に記載した発明において、下層
画素電極が前記上層画素電極に比べて前記走査信号配線
および／または前記画像信号配線側に張り出している点
にある。

【００２１】

【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明によれ
ば、着色剤を含有する樹脂製の遮光膜を少なくともスイ
ッチング素子である薄膜トランジスタ上に形成したこと
により、遮光膜のアライメント精度が樹脂膜を形成する
際のパターニング精度で決まるようになるため、極めて
精度良く、例えば１〜３μｍ程度のずれ精度で画素のマ
トリックスを形成することが可能になり、画素部分の開
口率を向上させることができる。

【００２２】この遮光膜の光学濃度をＯＤ値で１〜５と
することで、表示画面のコントラストが高く十分に締ま
った表示画像を得ることができる。特に、スイッチング
素子部での光学濃度を 2.5〜５とすることで十分な遮光
性が得られ、スイッチング素子の誤動作を防止すること
ができる。

【００２３】また、遮光膜をスイッチング素子に近接し
て設けたため、スイッチング素子に対する光の回り込み
をも効果的に防止でき、それによってもスイッチング素
子の誤動作を防止することができる。

【００２４】さらに、樹脂により遮光膜を安価に形成で
きるので、対向電極側の基板上に高価なＣｒによる遮光
膜を形成する必要がなくなり、安価な液晶表示装置を提
供することが可能である。

【００２５】請求項２に記載した発明によれば、請求項
１に記載した発明と同様の効果に加えて、着色剤を含有
する樹脂製の第１の遮光膜と第２の遮光膜を少なくとも
スイッチング素子である薄膜トランジスタ上とそれに相
対向する位置の基板上とに形成したことにより、両方の
遮光膜の光学濃度を加算した遮光特性が得られるので、
各遮光膜の膜厚を薄膜化することができる。

【００２６】これら第１の遮光膜と第２の遮光膜の膜厚
は、各々 0.5〜１μｍ程度で十分なものとなる。また光
学濃度は、両方の遮光膜の光学濃度を加算したＯＤ値で
１〜５とし、特にスイッチング素子部での光学濃度を
2.5〜５とすることで十分な遮光性が得られ、スイッチ
ング素子の誤動作を防止することができる。

【００２７】また、第１の遮光膜をスイッチング素子に
近接して設けたため、スイッチング素子に対する迷光を
効果的に防止でき、それによってもスイッチング素子の
誤動作を防止することができる。

【００２８】請求項３に記載した発明によれば、請求項
１または請求項２に記載した発明において、画素電極を
絶縁膜を介した上層画素電極と下層画素電極で形成した
ことにより、上層画素電極または下層画素電極のいずれ
か一方に電極パターンの欠落などが発生しても表示不良
にならなくなる。

【００２９】請求項４に記載した発明によれば、請求項
３に記載した発明において下層画素電極を上層画素電極
に比べて画像信号配線および／または走査信号配線側に
張り出して形成したことにより、上層画素電極と隣接す
る下層画素電極との間隔あるいは下層画素電極と画像信
号配線および／または走査信号配線との間隔を小さくで
き、画素部分の開口率を向上させることができる。

【００３０】以下、本発明の液晶表示装置の例を添付図
面を用いて詳細に説明する。まず、請求項１に記載した
発明の例を図１ないし図３に基づいて説明する。なお、
ここでは画素電極を上層画素電極と下層画素電極により
構成して請求項３および請求項４の発明も併せて説明す
るが、従来の画素電極を用いた場合であっても何ら差し
支えない。

【００３１】図１は本発明の液晶表示装置の画素部分の
拡大図であり、図２および図３はそれぞれ図１のＡ−
Ａ’線およびＢ−Ｂ’線断面図である。

【００３２】図１ないし図３において、１は走査信号配
線およびこの走査信号配線と同時に形成される薄膜トラ
ンジスタのゲート電極（Ｇ）であり、２は画像信号配線
および薄膜トランジスタのソース電極（Ｓ）、３は上層
画素電極および薄膜トランジスタのドレイン電極
（Ｄ）、４は下層画素電極、５は薄膜トランジスタから
なるスイッチング素子、９は保護膜、10は液晶材料、11
は対向電極、12・13はガラスなどよりなる透光性基板で
ある。

【００３３】なお、７は付加容量用電極であり、隣接す
る走査信号配線１と接続されて下層画素電極４側に張り
出して形成される。これにより隣接する走査信号電極
１’は従来の液晶表示装置に比較して細幅に形成でき
る。しかも付加容量用電極７は透明導電膜で形成される
ことから、この付加容量用電極７によって上層画素電極
３を透過する光が遮られることはないので、画素部の開
口率が向上する。

【００３４】また、対向電極11上にはラビング処理を施
した配向膜（図示せず）が形成され、透光性基板13の外
面には偏光板（図示せず）が設けられている。14はカラ
ー表示を行なうための１画素単位のＲ・Ｇ・Ｂのカラー
フィルタであり、カラーフィルタ着色層15とカラーフィ
ルタ保護層16により形成されている。

【００３５】そして、17は着色剤を含有する紫外線硬化
樹脂もしくは熱硬化樹脂により形成された遮光膜であ
り、少なくともスイッチング素子である薄膜トランジス
タ５上に、このスイッチング素子５に照射される光を遮
るとともに表示画面のコントラストを向上する目的で形
成される。また、この遮光膜17をスイッチング素子５上
とともに走査信号配線１ならびに画像信号配線２上にも
形成することにより、所望のパターン形状の遮光膜17を
パターニング精度程度の極めて高いアライメント精度、
例えば１〜３μｍ程度のずれ精度で配置することができ
るので、極めて精度良く画素のマトリックスを形成する
ことが可能になり、画素部分の開口率を向上させること
ができる。この場合、従来装置のように対向電極11側の
基板12に遮光膜を設ける必要はなくなる。

【００３６】走査信号配線１と画像信号配線２はそれぞ
れ複数設けられており、この走査信号配線１と画像信号
配線２の交差部に、上層画素電極３・下層画素電極４お
よびこれら画素電極３・４に画像信号を供給する薄膜ト
ランジスタからなるスイッチング素子５が設けられてい
る。

【００３７】スイッチング素子５は、走査信号配線１に
連続して形成されたゲート電極（Ｇ）、ゲート絶縁膜
８、チャネル部となる半導体膜６、画像信号配線２に連
続して形成されたソース電極（Ｓ）、上層画素電極３に
連続して形成されたドレイン電極（Ｄ）で構成される。
このスイッチング素子５は、ゲート電極（Ｇ）が下方に
位置し、ソース電極（Ｓ）およびドレイン電極（Ｄ）が
上方に位置する逆スタガ構造に形成される。このように
スイッチング素子５を逆スタガ構造に形成すると、従来
必要であったトランジスタのチャネル部の遮光用金属膜
が不要になるとともに、後述する付加容量用電極を透明
導電膜で同時に形成できるようになる。

【００３８】なお、半導体膜６とソース電極（Ｓ）およ
びドレイン電極（Ｄ）との間には、ソース電極（Ｓ）お
よびドレイン電極（Ｄ）をエッチングする際に半導体膜
６までエッチングされないための絶縁膜をそれぞれ介在
させてもよい。

【００３９】走査信号配線１およびゲート電極（Ｇ）
は、アルミニウム（Ａｌ）やタンタル（Ｔａ）などの金
属薄膜で形成される。ゲート絶縁膜８は、窒化シリコン
（ＳｉＮ_x）や酸化Ｓｉ（ＳｉＯ₂）・酸化タンタル
（ＴａＯ_x）などで形成される。

【００４０】半導体膜６はアモルファスシリコン（ａ−
Ｓｉ）膜などで形成される。画像信号配線２およびソー
ス電極（Ｓ）ならびにドレイン電極（Ｄ）は、Ａｌ・チ
タン（Ｔｉ）・モリブデン（Ｍｏ）などの金属膜や、こ
れら金属膜とＩＴＯなどの透明導電膜との積層膜で形成
される。上層画素電極３および下層画素電極４は、ＩＴ
Ｏなどの透明導電膜で形成される。

【００４１】また本発明における遮光膜17を形成するに
は、着色剤を含有した紫外線硬化樹脂もしくは熱硬化樹
脂を、薄膜トランジスタ５などが形成された基板上に塗
布し、硬化処理・パターニング処理を施して、所望の遮
光膜17を形成する。

【００４２】この遮光膜17に使用する着色剤としては、
例えばキナクリドンレッド（chinacridone red）・酸化
鉄レッド（red iron oxide）・モリブデン酸オレンジ
（molybdate orange）・酸化鉄イエロー（yellow iron
oxide ）・イソインドリノンイエロー（iso indolinone
yellow ）・クロム酸鉛イエロー（lead chromate yell
ow）・アントラピリミジンイエロー（anthrapirimidine
yellow ）・フタロシアニングリーン（phthalocyanine
green）・酸化クロムグリーン（chrominium oxide gre
en）・フタロシアニンブルー（phthalocyanine blue ）
・プルシアンブルー（prussian blue ）・ジオキサジン
バイオレット（dioxisazine violet）・チタン酸ルチル
（rutile titanium dioxide ）・カーボンブラック（ｃ
ａｒｂｏｎｂｌａｃｋ）などの顔料、あるいはアゾ染
料・アントラキノン染料・インジゴイド染料・硫化染料
・トリフェニルメタン染料・ピラゾロン染料・スチルベ
ン染料・ジフェニルメタン染料・キサンテン染料・アリ
ザリン染料・アクリジン染料・キノンイミン染料（アジ
ン染料・オキシアジン染料・チアジン染料）・チアゾー
ル染料・メチン染料・ニトロ染料・ニトロソ染料・アニ
ン染料などの染料などがある。中でもフタロシアニン系
顔料やアントラキノン系染料を用いると、材料的に安定
であり、かつ発色も良好であるという点で好適である。
また着色剤の形状・大きさ・性質等としては、０．０５
〜１μｍの粒径で、硬化に必要な紫外線や熱などのエネ
ルギーで変質しないものであると、硬化後に十分な光学
濃度を得ることができるという点で好適である。

【００４３】また、紫外線硬化樹脂としては、例えばポ
リエステルアクリレート・ポリウレタンアクリレート・
エポキシアクリレート・ポリエーテルアクリレート・オ
リゴアクリレート・アクキドアクリレート・ポリオール
アクリレートなどが、熱硬化樹脂としては、例えばグリ
シジルエーテル・グリシジルエステル・グリシジルアミ
ン・線状脂肪族エポキサイド・脂環族エポキサイドなど
がある。

【００４４】紫外線硬化樹脂では微細なパターンが抜け
るように十分な感度を有することが好ましく、また、熱
硬化樹脂ではレジストパターンに従った現像処理が可能
であることが好ましい。

【００４５】上記樹脂中に含有させる着色剤の含有量
は、着色剤の吸収波長や粒子の大きさにもよるが、各顔
料や染料の臨海体積濃度以下（ただし０％を除く）、好
適には５〜60％の範囲とすると所望の光学濃度が得られ
る。この含有量が５％未満の場合は光学濃度不足となる
傾向があり、他方、60％を超える場合は遮光膜17の平滑
性・パターニング性・分散性の劣化を生じる傾向があ
る。

【００４６】また、着色剤を樹脂中に均等に含有させる
には、例えば、ボールミルやペブルミル・サンドグライ
ンダー・ロールミル・高速インペラー分散機・高速度ス
トーンミルなどを用いて適当な混合を行なうようにすれ
ばよい。

【００４７】また、遮光膜17の膜厚は含有させる着色剤
の光吸収特性や含有量などによって異なり、所望の特性
に応じて適宜設定すればよいが、0.5 〜３μｍ程度、好
適には１〜２μｍとすると、光学濃度やパターニング性
・配向膜の塗布性などの点で有利となる。

【００４８】上記のような着色剤を含有した樹脂を用い
て基板13上に形成されたスイッチング素子５上に遮光膜
17を形成するには、まず、平滑な膜を塗布形成すること
が可能なロールコーターやスピンコーター等の塗工装置
を用いて、基板13のスイッチング素子５が形成された側
の面に上記樹脂膜の塗布を行なう。

【００４９】次に、樹脂膜を塗布した基板13を、オーブ
ンやホットプレートなどの加熱装置を用いて90〜120 ℃
程度で１〜30分程度加熱して、いわゆるプリベーク工程
を行なう。

【００５０】次に、樹脂に紫外線硬化樹脂を用いた場合
であれば、紫外線露光装置により10〜1,000 ｍＪ／ｃｍ
²の照射強度で所望の遮光膜パターンとなるように紫外
線露光を行ない、樹脂の重合・硬化処理を行なう。

【００５１】次いで、有機アルカリ現像液を用いたシャ
ワー法あるいはディッピング法により未硬化部の樹脂を
除去し、純水を用いたディッピング法もしくはシャワー
法によりアルカリおよび樹脂残滓の除去のためのリンス
洗浄を行ない、その後、付着している水分をエアーナイ
フあるいはスピンドライヤー・リンサードライヤーなど
により除去して乾燥させる。

【００５２】そして、オーブンやホットプレートなどの
加熱装置を用いて 150〜200 ℃程度で30〜90分程度加熱
して、いわゆるポストベーク工程を行ない、所望の遮光
膜17を形成する。

【００５３】また、熱硬化樹脂を用いた場合であれば、
まず、上記と同様の塗工装置を用いて、基板13のスイッ
チング素子５が形成された側の面に上記樹脂膜の塗布を
行なう。

【００５４】次に、上記と同様にプリベーク工程を行な
う。

【００５５】次に、着色樹脂上に感光性樹脂をコートし
て再度プリベーク工程を行ない、感光性樹脂に対してＵ
Ｖ光のマスク露光を行なう。

【００５６】次いで、有機アルカリ現像液を用いたシャ
ワー法あるいはディッピング法により感光性樹脂を現像
してパターン形成を行ない、そのパターンに従い着色樹
脂のエッチング処理を行なった後、レジスト剥離液によ
り感光性樹脂を除去し、純水を用いたディッピング法も
しくはシャワー法によりアルカリおよび樹脂残滓の除去
のためのリンス洗浄を行なう。その後、付着している水
分をエアーナイフあるいはスピンドライヤー・リンサー
ドライヤーなどにより除去して乾燥させる。

【００５７】そして、上記と同様にポストベーク工程を
行ない、所望の遮光膜17を形成する。

【００５８】カラーフィルタ14はカラーフィルタ着色層
15とカラーフィルタ保護層16から成り、カラーフィルタ
着色層15は、アクリル樹脂やゼラチン中に顔料や染料な
どの着色剤を混合・分散させて形成されており、それら
を各画素に対応させて市松状やストライプ状・ピラミッ
ド状などにガラス基板上に配置したものである。また、
カラーフィルタ保護層16は、アクリル樹脂やポリイミド
樹脂などの非導電性でかつ透明に近い材料を用いて１μ
ｍ程度の厚みで形成されており、カラーフィルタの平滑
膜ならびにクロスショート防止膜としての用途に用いら
れている。

【００５９】なお、図２および図３、ならびに後述する
図４および図５において、スイッチング素子５上のカラ
ーフィルタ14が凹んでいるのは、画素形成時に隣り合う
画素同士が重なり合わないようにパターニングを行なっ
たことによるものである。

【００６０】そして液晶表示装置の組立では、まず、カ
ラーフィルタ14側の透光性基板12またはスイッチング素
子５側の透光性基板13のいずれか一方にガラスファイバ
ーを分散した外周部シール材を塗布し、60〜90℃程度で
加熱して仮硬化を行なう。

【００６１】一方、外周部シール材を塗布しなかった側
の基板には、上層画素電極３と対向電極11との間に液晶
材料10を保持するための間隙を確保するためのプラスチ
ックスペーサーなどを散布しておく。

【００６２】次に、これらの基板12・13を画素部分にカ
ラーフィルタ14の色部が重なるように貼り合わせ、150
〜200 ℃程度で本焼成を行なって外周部シール材を硬化
させる。次いで、外周部シールの一部に形成した注入口
から基板12・13間に液晶材料10を真空注入した後、注入
口をシール材により封止する。

【００６３】そして、走査信号配線１および画像信号配
線２を外部の電気回路と接続するための接続電極部（図
示せず）を露出させるため、必要な部分の基板12・13の
分断・除去を行なうことで、液晶表示装置が完成する。

【００６４】この例では、画素電極が絶縁膜８を介して
上層画素電極３と下層画素電極４の２層構造に形成され
ている。上層画素電極３と隣接する走査信号配線１’あ
るいは付加容量用電極７との間では、液晶材料10に印加
する電圧を一定時間保持するための付加容量Ｃ_Sが、上
層画素電極３と対向電極11との間では液晶容量Ｃ
_LC1が、下層画素電極４と対向電極11との間では液晶容
量Ｃ_LC2が、上層画素電極３と下層画素電極４との間で
は重なり容量Ｃ_aがそれぞれ形成される。

【００６５】この場合、上層画素電極３と下層画素電極
４が絶縁膜８を介して大きな面積で重なっているため、
液晶容量Ｃ_LC2に比べて上下画素電極３・４間の重なり
容量Ｃ_aが大幅に大きくなる。その結果、下層画素電極
４も上層画素電極３と同じ働きをすることになり、上層
画素電極３または下層画素電極４の電極パターンの一部
に欠落が発生しても表示不良にはならない。

【００６６】またこの例では、逆スタガ型の薄膜トラン
ジスタ５によりスイッチングされ、画像信号配線２の信
号電圧をドレイン電極（Ｄ）の延長である上層画素電極
３および下層画素電極４に接続することにより、上層画
素電極３および下層画素電極４と対向電極11との間に保
持された液晶電極10に電圧を印加し、画像の表示を行な
う。

【００６７】さらに、下層画素電極４を上層画素電極３
に比べて走査信号配線１および／または画像信号配線２
側に張り出して形成した場合、上層画素電極３と隣接す
る上層画素電極３”は同じレベルの層であるため従来装
置と同等の間隔が必要であるが、隣接する上層画素電極
３”と下層画素電極４はゲート絶縁膜８を介して配置さ
れるため、画素を平面視した場合の隣接する上層画素電
極３”と下層画素電極４の間隔を従来装置の１／３以下
にすることができる。

【００６８】また、走査信号配線１および／または画像
信号配線２側で張り出した下層画素電極４と対向電極11
との間で液晶容量Ｃ_LC2が、上層画素電極３と下層画素
電極４との間で重なり容量Ｃ_aがそれぞれ形成される。
この場合、上層画素電極３と下層画素電極４とがゲート
絶縁膜８を介して大きな面積で重なっているため、液晶
容量Ｃ_LC2に比べて上下画素電極３・４間の重なり容量
Ｃ_aが大幅に大きくなる。その結果、下層画素電極４も
上層画素電極３と同じ働きをすることになり、走査信号
配線１および／または画像信号配線２側で下層画素電極
４が上層画素電極３よりも張り出して形成されている部
分では、実質的に画素電極の面積が拡大されたことにな
る。

【００６９】特に、下層画素電極４を上層画素電極３に
比べて画像信号配線２側に張り出して形成した場合、下
層画素電極４と画像信号配線２は異なるレベルの層であ
るため、画素を平面視した場合の下層画素電極４と画像
信号配線２および隣接する画像信号配線２’は従来装置
に比較して１／３以下の間隔にすることができる。

【００７０】上述の請求項１に記載した発明の例による
液晶表示装置の開口率を、対角が３インチのＶＧＡ（Vi
deo Graphical Array ）に換算して同サイズの従来装置
と比較したところ、従来装置では35.1％であったのに対
して63.6％と大幅に向上したたとが確認できた。

【００７１】次に、請求項２に記載した発明の例を図１
および図４・図５に基づいて説明する。なお、ここでも
画素電極を上層画素電極と下層画素電極により構成して
請求項３および請求項４の発明も併せて説明するが、従
来の画素電極を用いた場合であっても何ら差し支えな
い。また、図１に示す限りは請求項１に記載した発明の
例と同じなので、同じ図１を用いて説明し、かつ図１な
いし図３と同様の箇所には同じ符号を付している。

【００７２】図１は本発明の液晶表示装置の画素部分の
拡大図であり、図４および図５はそれぞれ図１のＡ−
Ａ’線およびＢ−Ｂ’線断面図である。

【００７３】請求項２に記載した発明の例においては、
図４および図５に示したように、少なくともスイッチン
グ素子である薄膜トランジスタ５上に、着色剤を含有す
る紫外線硬化樹脂もしくは熱硬化樹脂により形成された
第１の遮光膜18を形成するとともに、対向電極11が設け
られた側の基板12上にその第１の遮光膜18と相対向させ
た第２の遮光膜19を形成したことを特徴とするものであ
る。これにより、請求項１に記載した発明と同様に、ス
イッチング素子５に照射される光を遮るとともに表示画
面のコントラストを向上する。

【００７４】さらに、遮光膜の光学濃度は第１の遮光膜
18と第２の遮光膜19の光学濃度を加算したものとなるた
め、各々の遮光膜18・19の膜厚を薄くすることができ
る。従って、配向膜の塗布性の向上ならびにラビング時
の配向処理不良の減少が行なえるという利点がある。

【００７５】この第１の遮光膜18および第２の遮光膜19
の膜厚は、遮光膜17と同じく所望の特性に応じて適宜設
定すればよいが、光学濃度として両方の遮光膜18・19の
加算したものを利用できるので、各々 0.5〜１μｍ程度
で十分となる。なお、遮光膜18・19の膜厚は、同じ値に
設定してもよいし異ならせてもよい。膜厚を異ならせる
場合、スイッチング素子５上の光学濃度が 2.5以上であ
ることを満足するような組み合わせであれば、どの様な
組み合わせであっても良い。

【００７６】このように第１の遮光膜18および第２の遮
光膜19の膜厚を請求項１に記載した発明の遮光膜17より
も薄くできることにより、薄膜トランジスタ基板上に遮
光膜を厚く塗布する必要がなくなることから、配向膜の
塗布性の向上や着色樹脂のパターニング性の向上・ラビ
ング時の配向処理不良の減少といった点でより有利とな
る。

【００７７】これら第１の遮光膜18および第２の遮光膜
19を形成するための着色剤および樹脂あるいは形成方法
は、上述した遮光膜17についてのものと同様である。

【００７８】この請求項２に記載した発明の例によって
も、上述の請求項３および請求項４の発明と併せて請求
項１に記載した発明の例において説明した作用効果と同
様の作用効果を示すものとなり、画素部分の開口率を向
上させることができ、スイッチング素子５の誤動作を防
止できる、安価な液晶表示装置となる。

【００７９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、画素部
分の開口率を向上でき、スイッチング素子に対する十分
な遮光性が得られるとともに表示画面のコントラストが
高く、さらに遮光膜を安価に形成できる液晶表示装置を
提供することができた。

【００８０】請求項１に記載した発明によれば、着色剤
を含有する樹脂製の遮光膜を少なくともスイッチング素
子である薄膜トランジスタ上に形成したことにより、遮
光膜のアライメント精度が良くなって極めて高いずれ精
度で画素のマトリックスを形成することが可能になり、
画素部分の開口率を向上させることができる。

【００８１】また、表示画面のコントラストが高く十分
に締まった表示画像を得ることができるとともにスイッ
チング素子の誤動作を防止することができ、さらに、樹
脂により遮光膜を安価に形成できるので、安価な液晶表
示装置を提供することが可能である。

【００８２】また、請求項２に記載した発明によれば、
請求項１に記載した発明と同様の効果に加えて、着色剤
を含有する樹脂製の第１の遮光膜と第２の遮光膜を少な
くともスイッチング素子である薄膜トランジスタ上とそ
れに相対向する位置の基板上とに形成したことにより、
各遮光膜の膜厚を薄膜化することができる。そして、配
向膜の塗布性の向上・着色樹脂のパターニング性の向上
・ラビング時の配向処理不良の減少が可能となる。

【００８３】また、請求項３に記載した発明によれば、
請求項１または請求項２に記載した発明において、画素
電極を絶縁膜を介した上層画素電極と下層画素電極で形
成したことにより、上層画素電極または下層画素電極の
いずれか一方に電極パターンの欠落などが発生しても表
示不良にならなくなる。

【００８４】請求項４に記載した発明によれば、請求項
３に記載した発明において下層画素電極が上層画素電極
に比べて画像信号配線および／または走査信号配線側に
張り出して形成したことにより、上層画素電極と隣接す
る下層画素電極との間隔あるいは下層画素電極と画像信
号配線および／または走査信号配線との間隔を小さくで
き、画素部分の開口率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の例の画素部分の拡大図
である。

【図２】図１のＡ−Ａ’線断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ’線断面図である。

【図４】本発明の液晶表示装置の他の例における図１の
Ａ−Ａ’線断面図である。

【図５】本発明の液晶表示装置の他の例における図１の
Ｂ−Ｂ’線断面図である。

【図６】従来の他の液晶表示装置の画素部分の拡大図で
ある。

【図７】図６のＡ−Ａ’線断面図である。

【図８】図６のＢ−Ｂ’線断面図である。

【図９】従来の液晶表示装置の画素部分の拡大図であ
る。

【図１０】図９のＡ−Ａ’線断面図である。

【図１１】図９のＢ−Ｂ’線断面図である。

【図１２】従来の液晶表示装置における画素部分の開口
部を示す図である。

【符号の説明】

１、31、51・・・走査信号配線およびゲート電極
（Ｇ）、２、32、52・・・画像信号配線およびソース電
極（Ｓ）、33・・・画素電極およびドレイン電極
（Ｄ）、３、53・・・上層画素電極およびドレイン電極
（Ｄ）、４、54・・・下層画素電極、34・・・トップゲ
ート型薄膜トランジスタ、５、55・・・逆スタガ型薄膜
トランジスタ（スイッチング素子）、６、35、56・・・
半導体膜、７、57・・・付加容量用電極、８、37、58・
・・絶縁膜、９、38、59・・・ゲート絶縁膜、10、39、6
0・・・液晶材料、11、40、61・・・対向電極、12、1
3、41、42、62、63・・・透光性基板、14・・・カラー
フィルタ、15、65・・・カラーフィルタ着色層、16、66
・・・カラーフィルタ保護膜、17、67・・・遮光膜、18
・・・第１の遮光膜、19・・・第２の遮光膜、Ｃ_LC、Ｃ
_LC1、Ｃ_LC2・・・液晶容量、Ｃ_S・・・付加容量、Ｃ
_a・・・重なり容量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交差して設けた複数の画像信号配線と複
数の走査信号配線との交差部に画素電極とこの画素電極
に画像信号を供給するスイッチング素子とを設け、それ
ら画像信号配線および走査信号配線ならびにスイッチン
グ素子を覆う保護膜を形成し、前記画素電極とこの画素
電極に対向して設けられた対向電極との間に液晶材料が
保持されている液晶表示装置において、前記保護膜を介
して少なくとも前記スイッチング素子上に、着色剤を含
有する紫外線硬化樹脂もしくは熱硬化樹脂により遮光膜
を形成したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】交差して設けた複数の画像信号配線と複
数の走査信号配線との交差部に画素電極とこの画素電極
に画像信号を供給するスイッチング素子とを設け、それ
ら画像信号配線および走査信号配線ならびにスイッチン
グ素子を覆う保護膜を形成し、前記画素電極とこの画素
電極に対向して設けられた対向電極との間に液晶材料が
保持されている液晶表示装置において、前記保護膜を介
して少なくとも前記スイッチング素子上に第１の遮光膜
を、前記対向電極が設けられた基板上に前記第１の遮光
膜と相対向させた第２の遮光膜を、それぞれ着色剤を含
有する紫外線硬化樹脂もしくは熱硬化樹脂により形成し
たことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】前記画素電極を、絶縁膜を介して上層画
素電極と下層画素電極で形成したことを特徴とする請求
項１または請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記下層画素電極が前記上層画素電極に
比べて前記画像信号配線および／または前記走査信号配
線側に張り出していることを特徴とする請求項３記載の
液晶表示装置。