JPH09152587A

JPH09152587A - カラー液晶ディスプレイ

Info

Publication number: JPH09152587A
Application number: JP7313287A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Miyazaki; 吉雄宮崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1997-06-10

Abstract

(57)【要約】【課題】遮光膜からＴＦＴへの反射光を抑制してＴＦ
Ｔ特性の悪化や誤動作を防ぐとともに、ディスクリネー
ションなどの発生もない良好な表示品質が得られるカラ
ー液晶ディスプレイを提供する。【解決手段】ａ−Ｓｉ系半導体膜27を有するスイッチ
ング素子23と画素電極29とがアレイ状に形成された一方
の透明基板22と、スイッチング素子23に対向配置された
遮光膜34と赤、緑、青の着色層35・35’・35”を有する
カラーフィルタと対向電極37とが形成された他方の透明
基板33との間に液晶材料39が保持されたカラー液晶ディ
スプレイにおいて、赤の着色層35を遮光膜34のほぼ全面
上にも形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカラー液晶ディスプ
レイに関し、特に薄膜トランジスタからなるスイッチン
グ素子をアレイ状に設けた基板とカラーフィルタ基板と
で液晶を挟み込んだアクティブマトリックス方式のカラ
ー液晶ディスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】アクティブマトリックス方式の液晶ディ
スプレイは、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おり、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カラー液晶ディスプレイは、ＣＲ
Ｔ（Cathode-Ray Tube）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カラー液
晶ディスプレイを説明する。図５は従来のカラー液晶デ
ィスプレイの画素部分の断面図である。図５において、
１は薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略す）アレイ基
板であり、２はガラスなどよりなる基板、３はスイッチ
ング素子である逆スタガ型のＴＦＴ、４は金属膜などよ
りなるＴＦＴ３のゲート電極、５は金属膜やＩＴＯ（In
dium-Tin-Oxide）などの透明導電膜よりなるＴＦＴ３の
ソース電極、６は透明導電膜よりなるＴＦＴ３のドレイ
ン電極、７はＴＦＴ３の半導体膜、８は透明導電膜より
なる画素電極、９はゲート絶縁膜、10は絶縁膜、11はポ
リイミド樹脂などにラビング処理を施した配向膜であ
る。一方、12はカラーフィルタ基板であり、13はガラス
などよりなる基板、14はＴＦＴ３のチャネル部に入射す
る光を遮光するための金属や樹脂などよりなる遮光膜、
15および15’は例えばＲ（赤）およびＧ（緑）などのカ
ラーフィルタ着色層、16はカラーフィルタ保護層、17は
透明導電膜よりなる対向電極、18は11と同様の配向膜で
ある。また19は液晶材料であり、この他に、ＴＦＴアレ
イ基板１の外側にはバックライト（図示せず）が、カラ
ーフィルタ基板12の外側には偏光板（図示せず）がそれ
ぞれ配置されている。

【０００４】このように従来のカラー液晶ディスプレイ
では、ＴＦＴアレイ基板１とカラーフィルタ基板12とで
液晶材料19を挟み込んだ構成となっており、両基板１・
12は、カラーフィルタ基板12上に形成された遮光膜14が
ＴＦＴアレイ基板１上に形成されたＴＦＴ３の上部に重
なるように配置されている。

【０００５】しかし、図５に示した構成のカラー液晶デ
ィスプレイにおいては、その外部から入射する光によっ
てＴＦＴのスイッチング特性が悪影響を受け、それに伴
って表示特性が悪くなるという問題点があった。特に、
図５中に実線の矢印で示したように、外部から入射する
光がカラーフィルタ基板12上の遮光膜14で反射してＴＦ
Ｔ３に入射することにより、その光がＴＦＴ３に悪影響
を及ぼしてＴＦＴ特性が悪化し、その結果、単位画素部
の電圧が変化して画素部の光透過率が変動してしまうた
めに表示ムラ等の表示欠陥を発生させるという問題点が
あった。

【０００６】これに対して特開平６−331975号には、対
向する２枚の透明基板のうち一方が、少なくとも透明基
板上に所定パターンで形成される遮光膜と、透明基板上
に遮光膜の一部を覆う形で形成され、かつ他の色の着色
層と互いに重なる部分を持つ、各々赤・緑・青の着色層
と透明電極とを有するカラー液晶ディスプレイが提案さ
れている。

【０００７】これによれば、ＴＦＴ素子と対向する部分
のみに遮光膜下で突起もしくは独立した島状の着色層が
重なっているので、着色層の三層の重なりによって遮光
膜からのＴＦＴ素子内への反射光が低減されてＴＦＴ素
子内に発生する光電流が低下するため、光電流による色
ムラ抑制のために必要なゲート電極の逆電圧が低減でき
たというものである。

【０００８】また、特開平７−13198 号には、第１透明
基板の液晶側の面に半導体スイッチング素子が形成さ
れ、他方の第２透明基板の液晶側の面に遮光膜が形成さ
れた液晶表示基板において、遮光膜の液晶側の面に光を
吸収する光吸収層が積層された液晶表示基板が提案され
ている。この光吸収層は例えば合成樹脂層に黒色染料や
その他の色の顔料が含有されて形成されたものである。

【０００９】これによれば、第１透明基板側に配置され
たバックライトからの光のうち第１透明基板および液晶
を通過して第２透明基板側の遮光膜の形成領域に入射す
る光は、この遮光膜の表面に積層されている光を吸収す
る層によって吸収されてしまうことになる。そのため、
その光が遮光膜に反射して第１透明基板側の半導体スイ
ッチング素子に入射するようなことがなくなり、半導体
スイッチング素子の光照射による誤動作を防止できるよ
うになるというものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平６−331975号に提案されたカラー液晶ディスプレイ
においては、遮光膜の上に赤・緑・青の複数の着色層を
形成しているため、着色層全体としての膜厚が厚くなっ
てしまい、段差によるディスクリネーション（液晶の配
向異常に伴う表示不良）やセルギャップの不均一などを
生ずる原因となり、表示ムラ等の表示欠陥を発生させる
という問題点があった。

【００１１】また、着色層の膜厚が厚くなると、着色層
の凹凸を平坦化するためのオーバーコート層の形成が不
可欠となり、製造工程が煩雑になるという問題点もあっ
た。

【００１２】また、特開平７−13198 号に提案された液
晶表示基板においても、その製造に際しては従来の工程
とは別に、合成樹脂層に黒色染料やその他の色の顔料が
含有させて光吸収層を形成する必要があり、製造工程数
や製造コストの増加をもたらすという問題点があった。

【００１３】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、遮光膜からＴＦ
Ｔへの反射光を複雑な工程を伴わないシンプルな構成で
効果的に抑制でき、それによりＴＦＴ特性の悪化や誤動
作を防ぐとともに、ディスクリネーションなどの発生も
なく良好な表示品質が得られるカラー液晶ディスプレイ
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、２枚の透明基板間に液晶材料が保持され、一方の
透明基板上の液晶材料側にはアモルファスシリコン系半
導体膜を有するスイッチング素子と、画素電極とがアレ
イ状に形成され、他方の透明基板上の液晶材料側には前
記スイッチング素子に対向配置された遮光膜と、赤、
緑、青の着色層を有するカラーフィルタと、対向電極と
が形成されて成るカラー液晶ディスプレイにおいて、前
記カラーフィルタの着色層のうち赤の着色層のみが前記
遮光膜のほぼ全面上にも形成されている点にある。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明者は、ａ−Ｓｉ半導体膜を
有するスイッチング素子に対する遮光膜からの反射光の
影響を精査したところ、ａ−Ｓｉ半導体膜には約 550ｎ
ｍ以下の短波長側の光が吸収されやすく、反射光による
ＴＦＴ特性への悪影響の原因の一つがこの短波長側の光
の吸収であることを知見した。

【００１６】本発明によれば、対向電極が設けられる透
明基板上の液晶材料側に、所定のパターンで形成されて
アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと略す）系半導
体膜を有するアレイ状のスイッチング素子に対して対向
配置された遮光膜のほぼ全面上に、カラーフィルタの着
色層のうちの赤の着色層を積層させて形成したことによ
り、スイッチング素子が形成された透明基板側に配置さ
れたバックライトからの光のうち、その透明基板および
液晶を通過して対向電極側の透明基板上の遮光膜の形成
領域に入射する光は、この遮光膜の表面に積層されてい
る赤の着色層によって、その光のうち赤の補色である青
色側すなわち短波長側の光が吸収されて反射されなくな
り、スイッチング素子に短波長側の光が入射しなくな
る。

【００１７】そのため、ａ−Ｓｉ半導体膜を有するスイ
ッチング素子に悪影響を及ぼす短波長側の反射光を効果
的に抑制でき、光照射によるスイッチング素子の特性の
悪化や誤動作を効果的に防止できるようになるというも
のである。

【００１８】しかも、短波長側の光を吸収させるために
は、遮光膜上には赤の着色層のみを形成して積層すれば
よく、その膜厚は単一層であることから薄くできるの
で、段差によるディスクリネーションやセルギャップの
不均一などを生ずることもなく、表示ムラ等の表示欠陥
が発生することもなくなって、良好な表示品質のカラー
液晶ディスプレイが得られるものである。

【００１９】以下、本発明のカラー液晶ディスプレイの
例を図１に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以
下の例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱
しない範囲で種々の変更・改良などを加えることは何ら
差し支えない。

【００２０】図１は本発明のカラー液晶ディスプレイの
例における画素部分の断面図である。図１において、21
は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ基板であり、22は
ガラスなどよりなる一方の透明基板、23はスイッチング
素子である逆スタガ型のＴＦＴ、24は金属膜などよりな
るＴＦＴ23のゲート電極、25は金属膜などよりなるＴＦ
Ｔ23のソース電極、26は金属膜などよりなるＴＦＴ23の
ドレイン電極、27はａ−Ｓｉやａ−ＳｉＣ・ａ−ＳｉＧ
ｅなどのａ−Ｓｉ系の半導体材料からなる単層あるいは
複数層で形成されたＴＦＴ23の半導体膜、28は透明導電
膜よりなる画素電極、29はａ−ＳｉＮやＳｉＯ₂・Ｔａ
Ｏ_xなどの単層または複数層よりなるゲート絶縁膜、30
はａ−ＳｉＮやＳｉＯ₂などの絶縁材料よりなるパッシ
ベーション膜、31はポリイミド樹脂などにラビング処理
を施した配向膜である。一方、32はカラーフィルタ基板
であり、33はガラスなどよりなる他方の透明基板、34は
ＴＦＴ23のチャネル部に入射する光を遮光するための金
属や樹脂などよりなる遮光膜である。35および35’・3
5”はカラーフィルタの着色層であり、それぞれ35はＲ
（赤）の着色層・35’はＧ（緑）の着色層・35”はＢ
（青）の着色層である。

【００２１】36はカラーフィルタ保護層、37は透明導電
膜よりなる対向電極、38は31と同様の配向膜である。ま
た39は液晶材料であり、この他に、ＴＦＴアレイ基板21
の外側には偏光板およびバックライト（図示せず）が、
カラーフィルタ基板32の外側には偏光板（図示せず）が
それぞれ配置されている。

【００２２】本発明のカラー液晶ディスプレイにおいて
は、図１に示したように、遮光膜34の上の液晶材料39側
のほぼ全面に赤の着色層35が積層されていることが特徴
であり、これにより、ＴＦＴアレイ基板21の外側のバッ
クライトから遮光膜34に入射してくる光のうち、青色側
すなわち短波長側の光を吸収して、スイッチング素子23
のａ−Ｓｉ系半導体膜27への入射光を効果的に抑制し、
スイッチング素子23の特性の悪化や誤動作を防止するこ
とができる。

【００２３】次に、このような遮光膜34上の赤の着色層
35の作用効果について、図２〜図４を用いて説明する。

【００２４】図２は図１に示したカラー液晶ディスプレ
イとほぼ同じ構成の比較例における画素部分の断面図で
あり、図２において図１と同様の箇所には同じ符号を付
してある。また、図３はａ−Ｓｉ半導体膜の分光透過率
の例を示す線図であり、図４はカラーフィルタに用いる
赤（Ｒ）の着色層および青（Ｂ）の着色層の分光透過率
の例を示す線図である。

【００２５】図３の分光透過率の線図に示したように、
ａ−Ｓｉ半導体膜は約 550ｎｍ以下の短波長側の光の透
過率が小さくなっており、このことからａ−Ｓｉ膜では
短波長側の光が吸収されやすいことが分かる。すなわ
ち、ａ−Ｓｉ系半導体膜では短波長側の光の吸収が大き
いため、短波長側の光が入射した場合は長波長側の光に
比べて特性の変動が大きくなり、スイッチング素子23に
おいては特性の悪化や誤動作を生じやすくなることが分
かる。従って、スイッチング素子23のａ−Ｓｉ系半導体
膜27に短波長側の光を入射させないようにすれば、特性
の悪化や誤動作を防止できることになる。

【００２６】また、図４の分光透過率に示したように、
カラーフィルタの着色層においては、破線で示した青
（Ｂ）の着色層では、約 530ｎｍ以下の短波長側の光の
透過率が大きくなっており、このことから青（Ｂ）の着
色層では短波長側の光が吸収されずに透過することが分
かる。一方、実線で示した赤（Ｒ）の着色層では、約 5
80ｎｍ以下の短波長側の光の透過率が小さくなってお
り、このことから赤（Ｒ）の着色層では短波長側の光が
吸収されやすく、透過しにくいことが分かる。

【００２７】従って、遮光膜34での反射光に対する光吸
収層として赤（Ｒ）の着色層35を用いることにより、短
波長側の光を効果的に吸収でき、反射光から短波長側の
光を除去できることが分かる。

【００２８】なお、これらの着色層の分光透過率の測定
には膜厚が約 3.5μｍのものを用いたが、膜厚の設定
は、着色層の分光透過率などの特性やカラー液晶ディス
プレイにおける所望の分光透過率に応じて適宜設定すれ
ばよい。

【００２９】以上の内容に基づいて、図２に示した比較
例のカラー液晶ディスプレイにより、遮光膜34での反射
光のスイッチング素子23への影響を調べた。なお、同図
においては、左側の遮光膜34の上には青（Ｂ）の着色層
35”が積層され、右側の遮光膜34の上には赤（Ｒ）の着
色層35が積層されている。

【００３０】このような構成において、ＴＦＴアレイ基
板21側から入射した光が遮光膜34で反射してスイッチン
グ素子（ＴＦＴ）23に入射光した場合のスイッチング素
子23の特性の変動を調べたところ、図４中の左側の遮光
膜34のように青（Ｂ）の着色層35”を積層した画素のＴ
ＦＴについては、実線で示した反射光は短波長側の光を
ほぼ入射したまま含んでおり、その結果、ａ−Ｓｉ系半
導体膜27での吸収が大きいため特性の変動が大きく、ス
イッチング素子23の特性の悪化や誤動作が発生した。

【００３１】これに対して図４中の右側の遮光膜34のよ
うに赤（Ｒ）の着色層35を積層した場合は、点線で示し
た反射光は短波長側の光をほとんど含んでおらず、その
結果、ａ−Ｓｉ系半導体膜27での吸収が小さくて特性の
変動がほとんどなく、スイッチング素子23の特性の悪化
や誤動作は認められなかった。

【００３２】本発明における赤の着色層35を形成するに
は、赤色の顔料や染料などの着色剤を含有したアクリル
樹脂を始めとする感光性樹脂もしくは熱硬化樹脂やゼラ
チンを、遮光膜34がパターニングされて形成されたカラ
ーフィルタ基板32上に塗布し、感光処理・パターニング
処理を施して、他の着色層35’・35”とともに所望の着
色層35を形成する。

【００３３】赤の着色層35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）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。

【００３４】また、感光性樹脂としては、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。

【００３５】感光性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。

【００３６】また、遮光膜34上に積層する赤の着色層35
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、所望の分光透過率特性に応じて適宜設定
すればよい。

【００３７】カラーフィルタの各着色層35・35’・35”
の上に積層されるカラーフィルタ保護層36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１μｍ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。

【００３８】なお、図１に示した例では画素電極28は単
層構造であるが、この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とから成る２層構造に形成しても
よい。それにより、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り、また、画素部分の開口率を向上
させることができて表示品質を向上させることができる
ものとなる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、カラー
フィルタ基板32に設けられた遮光膜34上の液晶材料39側
のほぼ全面にカラーフィルタの着色層の一つである赤の
着色層35を光吸収層として形成して積層したことによ
り、遮光膜34で反射してスイッチング素子23に入射する
光のうちａ−Ｓｉ系半導体膜27に特に吸収されやすい短
波長側の光を効果的に除去することができ、ａ−Ｓｉ系
半導体層27を有するスイッチング素子23の特性の悪化や
誤動作を防止できるカラー液晶ディスプレイを提供する
ことができた。

【００４０】また、遮光膜34上に積層する光吸収層とし
てカラーフィルタ着色層の一つである赤の着色層35を用
いるので、別途光吸収層を形成する必要はなく、製造工
程数や製造コストの増加をもたらすこともなくなって、
シンプルな構成の安価なカラー液晶ディスプレイを提供
することができた。

【００４１】さらに、光吸収層が赤の着色層35のみの単
層から成るので、複数の着色層を積層する場合のように
膜厚が厚くなることがなくなり、段差によるディスクリ
ネーションやセルギャップの不均一などの発生のない、
良好な表示品質が得られるカラー液晶ディスプレイを提
供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラー液晶ディスプレイの例における
画素部分の断面図である。

【図２】本発明の比較例における画素部分の断面図であ
る。

【図３】ａ−Ｓｉ半導体膜の分光透過率の例を示す線図
である。

【図４】カラーフィルタに用いる赤（Ｒ）の着色層およ
び青（Ｂ）の着色層の分光透過率の例を示す線図であ
る。

【図５】従来のカラー液晶ディスプレイの例における画
素部分の断面図である。

【符号の説明】

１・21…薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ基板、２・
22…一方の透明基板、３・23…逆スタガ型薄膜トランジ
スタ（スイッチング素子）、４・24…ゲート電極、５・
25…ソース電極、６・26…ドレイン電極、７・27…ａ−
Ｓｉ系の半導体膜、８・28…画素電極、９・29…ゲート
絶縁膜、10・30…絶縁膜、11・18・31・38…配向膜、12
・32…カラーフィルタ基板、13・33…他方の透明基板、
14・34…遮光膜、15・35…赤の着色層、15’・35’…緑
の着色層、15”・35”…青の着色層、16・36…カラーフ
ィルタ保護層、17・37…対向電極、19・39…液晶材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の透明基板間に液晶材料が保持さ
れ、一方の透明基板上の液晶材料側にはアモルファスシ
リコン系半導体膜を有するスイッチング素子と、画素電
極とがアレイ状に形成され、他方の透明基板上の液晶材
料側には前記スイッチング素子に対向配置された遮光膜
と、赤、緑、青の着色層を有するカラーフィルタと、対
向電極とが形成されて成るカラー液晶ディスプレイにお
いて、前記カラーフィルタの着色層のうち赤の着色層の
みが前記遮光膜のほぼ全面上にも形成されていることを
特徴とするカラー液晶ディスプレイ。