JPH10282519A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動回路一体形成型の液晶表示装置の周辺回
路部に光キャリアが発生することにより、周辺回路が誤
動作、映像信号レベルの低下がおこる問題を解消する。 【解決手段】 駆動回路一体形成型の液晶表示パネルの
対向基板５０２および保護ガラス５０５の表面全域に透
過率３５％以上５０％以下の偏光板６００を貼り、効率
よく遮光する。あるいは、液晶表示パネルを保護する外
枠部材を、表示有効エリア部の窓と液晶表示装置を挿入
するための穴を設けた袋状にする。そして、その外枠部
材に液晶表示パネルを挿入し、遮光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、テレビ画像等の高
解像度の映像表示に用いる液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】単純マトリクス型の液晶表示装置は、お
のおのがストライプ状電極を有する一対の基板を、互い
に電極が交差するようにマトリクス状に対向配置する液
晶表示装置である。この単純マトリクス液晶表示装置
は、時刻や簡単な画像表示には十分であるが時分割駆動
には限界が有り、テレビ画像など高解像度の映像表示が
必要になると、画素数が膨大に要求され、時分割駆動で
制御することができなくなる。そこで近年、単純マトリ
クス方式に変わって、アクティブマトリクス方式が開発
された。

【０００３】アクティブマトリクス方式の液晶表示装置
には、ダイオード動作するスイッチング素子を使う２端
子型と、トランジスタ動作するスイッチング素子を使う
３端子型の２種類のアクティブマトリクス方式がある。
３端子型のアクティブマトリクス方式は、一方の基板に
共通電極を設け、他方の電極に画素毎の画素電極を設
け、該当画素電極毎にスイッチング素子として薄膜トラ
ンジスタ（以下「ＴＦＴ」と記す）を配し、制御する駆
動方式である。

【０００４】ＴＦＴはソース電極及びドレイン電極と呼
ばれる２つの主電極と、ゲート電極と呼ばれる制御電極
からなっているが、上記アクティブマトリクス方式では
一方の主電極を信号線に、他方の主電極を画素電極に、
ゲート電極を走査線に接続している。

【０００５】尚、トランジスタの主電極のどちらがソー
ス電極であるかはトランジスタの種類及び印加電圧の極
性によって変わり得るため、本明細書においては表示信
号線に接続した側をソース電極、画素電極に接続した側
をドレイン電極とする。

【０００６】図６に従来の液晶表示装置の断面模式図を
示す。図６に示した液晶表示装置は、液晶材料４０８の
下方に配したいわゆる回路基板と、液晶材料４０８の上
方に配したいわゆる対向基板とで、液晶材料４０８を挟
んでいる。同図において、４０１はゲート電極、４０２
は単結晶シリコン、多結晶シリコン、非結晶シリコンな
どからなる半導体層でトランジスタのチャネル領域とな
る。４０３はソース電極、４０４はドレイン電極であ
る。４０５は層間絶縁層、４０６は単結晶シリコン基
板、４０７は配向膜、４０８は液晶材料、４０９は対向
透明電極、４１０は層間膜、４１１は遮光層、４１２は
カラーフィルタ層である。モノクロ表示パネルの場合に
はこのカラーフィルタ層、４１２は存在しない。

【０００７】４１３は対向透明基板である。４１４は単
結晶シリコン基板中に形成した基板と逆導電型の半導体
拡散層でトランジスタのチャネル領域となる。４１５は
ゲート電極で本実施例では薄膜トランジスタゲート電極
４０１と同一工程で形成しているがこれに限るものでは
ない。ゲート電極４１５とチャネル領域４１４の間とは
絶縁層を介して対向している。４１６、４１７は単結晶
基板中に形成したトランジスタのソース、ドレイン電極
である。

【０００８】４１８は半導体拡散層４１４の電極であ
る。４１９は透明画素電極でありドレイン電極４０４に
接続する。４２０は画素電極部の電荷を保持するための
蓄積容量を形成する蓄積容量共通電極であり、画素電極
４１９との間に蓄積容量を構成する。

【０００９】図６の液晶表示装置の構造を作製するため
の方法を示す。図６から図１４は、この構造を実現する
ための製法の模式説明図である。

【００１０】図７（ａ）は、ｎ型のＳｉ基板にｐ型のウ
ェルを作製する図である。基板上の形成した酸化膜にレ
ジストを使ってマスクし、ボロンイオンを注入してｐ型
ウェルを作製する。図７（ｂ）は、ＬＯＣＯＳ（素子間
分離のための酸化膜）形成用のレジストを貼りつける工
程を示す。ＳｉＮ（酸化窒化膜）を表面に堆積させて、
パターニングする。

【００１１】図８（ａ）は、ＬＯＣＯＳを形成した図を
示す。４００ｎｍ〜１５００ｎｍの厚さの酸化膜ができ
るように１０００〜１１００℃でＷｅｔ酸化する。図８
（ｂ）は、表面にＳｉＮを形成する工程を示す。熱ＣＤ
ＶでＳｉＮ膜を５０ｎｍ〜１００ｎｍ堆積させる。図８
（ｃ）は、表面に画素ＴＦＴとなるポリシリコンを形成
する図を示す。多結晶Ｓｉを５０ｎｍ〜４００ｎｍ堆積
させて、パターニングする。

【００１２】図９（ａ）は、ｐ型イオンを注入すること
により、ｎ型のＴＦＴのしきい値を調整する工程を示
す。１０¹²〜１０¹⁴ｃｍ^-3のイオン密度で、イオン注入
を行う。図９（ｂ）は、ＴＦＴの上面以外の多結晶Ｓｉ
を取り除く工程を示す。図９（ｃ）は、ＴＦＴの上面以
外の窒化膜を除去し、周辺回路のみを露出させる工程を
示す。

【００１３】図１０（ａ）は、ゲート電極用の多結晶Ｓ
ｉを形成する工程を示す。図１０（ｂ）は、ゲート電極
をパターニングする工程を示す。

【００１４】図１１（ａ）は、ＴＦＴと周辺回路部にイ
オン注入をし、ソース領域と、ドレイン領域を形成させ
る工程を示す。図１１（ｂ）は、層間膜の形成を示す。

【００１５】図１２（ａ）は、引き出し電極をなるＡｌ
−Ｓｉを堆積させる工程を示す。図１２（ｂ）は、層間
絶縁膜を形成する工程を示す。図１２（ｃ）は、表面保
護用レジストを塗布する工程を示す。

【００１６】図１３（ａ）は、ＴＦＴの遮光用のＴｉＮ
をＴＦＴの上面に堆積させる工程を示す。図１３（ｂ）
は、透明画素電極を形成する図を示す。

【００１７】図１４は、以上の基板を共通電極を持つ対
向基板と組み合わせて完成した液晶表示装置の断面図を
示す。

【００１８】このような製法で、画像表示部のスイッチ
ング素子として、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を使用し
ながら、周辺駆動回路のトランジスタなどを単結晶シリ
コンで形成することができる。

【００１９】図１５は、液晶表示装置全体の平面図であ
る。図１５において、５０１は単結晶シリコン基板であ
り、この単結晶シリコン基板中に、液晶表示装置の周辺
駆動回路５０７を作製する。５０２は対向基板であり、
この対向基板と単結晶シリコン基板５０１とはシール剤
５０３により接着され、両基板間には液晶材料が充填さ
れる。なお、５０５は、単結晶シリコン基板５０１の画
素領域５０６を保護する保護ガラスである。

【００２０】カラー液晶表示装置の場合、単結晶シリコ
ン基板５０１の画素部５０６には、多数の画素が並んで
おり、対向基板５０２には、画素部５０６の多数の画素
に対応するカラーフィルターが並んである。そのため、
単結晶シリコン基板５０１と対向基板５０２の張り合せ
には、微妙な位置合わせが必要である。そこで、単結晶
シリコン基板５０１との位置合わせ用のアライメントマ
ーク５１０をパターン形成する。

【００２１】

【発明が解決しようとしている課題】上述した液晶表示
装置は以下のような問題点を持っていた。透過型の液晶
表示装置は先に説明したように外部から照射された光
を、液晶の転移により光を通したり遮ったりすることで
所望のパターンを表示するものである。その光が半導体
基板に照射されるとそのエネルギーで半導体基板中の価
電子が励起されて伝導電子を作り、その価電子の抜け穴
が正孔となる。この光によって励起された伝導電子や正
孔（ホール）を光キャリヤと呼び、この光キャリアが周
辺回路のトランジスタのソースやドレインに到達すると
ソース電位やドレイン電位の変動を引き起こし、シフト
レジスタなどの周辺駆動回路の誤動作を引き起こす。ま
た、映像信号を保持している保持容量に接続しているソ
ースやドレインに光キャリヤが到達すると映像信号電位
の変動を引き起こし表示品位の低下を招く。

【００２２】また、周辺駆動回路をＣＭＯＳ（COMPLIME
NTALY MOS ）で構成した場合、光キャリヤにより基板の
電位が変動する。するとＰ型ＭＯＳとＮ型ＭＯＳとの間
で電流が流れてしまうラッチアップという現象が起こ
り、周辺駆動回路が動作しなくなってしまう。

【００２３】これらの問題を解決するために、一般に周
辺駆動回路の上には光を遮断するための遮光層を設け
る。上述した図９に示した液晶表示装置の遮光層４１１
はこの例である。この構造のように周辺駆動回路を単結
晶シリコン基板中に設けた場合、シリコン基板は一般に
約６００μｍもの厚さがあるため。そのため、シリコン
基板の体積が大きく、光キャリアの発生する部分は大き
な範囲にまたがる。また単結晶シリコン基板中の光キャ
リヤの拡散長は数百μｍと長いので、周辺駆動回路が誤
動作することが多かった。そのために、周辺駆動回路に
光が入らないように完全に周辺駆動回路を遮光膜で覆う
必要があり、周辺駆動回路上だけを遮光しただけでは不
十分であった。

【００２４】一般の液晶表示装置以外の半導体集積回路
（例えば、チップになったランダム・アクセス・メモリ
ー）は、パッケージに組み込んでしまうので完全に、遮
光できる。そのため先に述べたような、光キャリアの発
生の問題はない。光センサ集積回路の場合にも基板上面
が光にさらされるに過ぎない。そのため、この場合も、
光キャリアの発生の問題はない。

【００２５】しかし、透過型液晶表示装置の場合、画素
部に光を照射しなければならない。光を照射すると、照
射面と反対の面も反射光などの迷光にさらされるので、
基板上面だけに遮光膜を設ける対策では不十分で、先に
述べたような回路の誤動作や表示品位の低下が生じてい
た。

【００２６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者が以上
の課題を解決するために鋭意努力した結果、以下の発明
を得た。すなわち、本発明の液晶表示装置は、画素部の
周囲にあり、前記画素部のスイッチング動作をおこなう
周辺駆動回路と、前記周辺駆動回路を含む回路基板と、
前記回路基板と液晶材料を介して対向する対向基板と、
前記周辺駆動回路を覆う遮光部材とを有する液晶表示装
置において、前記遮光部材は、透過率３５％以上５０％
以下の偏光板であることを特徴とする。

【００２７】また、本発明は、つぎの液晶表示装置も含
む。すなわち、本発明の第２の液晶表示装置は、画素部
の周囲にあり、前記画素部のスイッチング動作をおこな
う周辺駆動回路と、前記周辺駆動回路を含む回路基板
と、前記回路基板と液晶材料を介して対向する対向基板
と、前記周辺駆動回路を覆う遮光部材とを有する液晶表
示装置において、前記遮光部材は、表示有効エリア部の
窓と液晶表示装置を挿入するための穴を設けた袋状で、
前記周辺駆動回路と前記回路基板と前記対向基板を保護
する外枠部材であることを特徴とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）図１は本発明の実施形態の特徴をもっと
も良く表す図面であり、本発明の液晶表示装置の断面構
造の一例を示す模式図である。５０１は単結晶シリコン
基板で、５０２は対向基板である。この対向基板５０２
と単結晶シリコン基板５０１とはシール剤５０３により
接着され、両基板間には液晶材料５０４が充填される。
なお、５０５は、単結晶シリコン基板５０１の画素領域
５０６を保護する保護ガラスである。５４２は液晶表示
装置の外枠、５４３は、液晶表示装置と外部との電気的
入出力配線板である。

【００２９】本実施形態では、液晶表示パネル表面に照
射される光の照度が、６０００ｌｕｘ以下の場合に限定
され、保護ガラス５０５及び対向基板５０２の表面部分
全域に渡り、透過率３５％以上５０％以下の偏光板６０
０を配置することにより、単結晶シリコン基板５０１上
の回路への光入射、あるいは単結晶シリコン基板５０１
下からの光入射を削減することが可能となり、単結晶シ
リコン基板での光キャリアの発生をおさえることが出来
る。偏光板６００の透過率は、さらに望ましくは４０％
以上４５％以下がよい。

【００３０】図２に本実施形態のアクティブマトリクス
方式の液晶装置の等価回路を示す。図中１はＴＦＴ、２
は走査線、３は信号線、４は画素電極、５は水平シフト
レジスタ、６は垂直シフトレジスタ、７は水平シフトレ
ジスタによって駆動される映像信号転送スイッチ、８は
映像信号を一時保持するための保持容量、９は保持容量
に一時保持されている映像信号を画素電極に一括転送す
る第二の映像信号転送スイッチである。映像信号は映像
信号入力端１０からタイミングをずらして順次転送され
ていく。１１は信号線３のリセットスイッチである。

【００３１】図３にこのアクティブマトリクス液晶表示
素子の駆動パルスタイミングの一例を示す。映像信号は
奇数行に対応する信号と偶数行に対応する信号が１フィ
ールド期間ごとに交互に送られてくる。したがって液晶
表示素子の動作としてはまず、奇数フィールドには垂直
シフトレジスタ６から奇数行目の走査線（ＯＤＤ１）に
走査信号を送り、奇数行目のＴＦＴ１を導通させる。そ
の間に液晶に記録されるべき映像信号は、その映像信号
に同期した水平走査パルスを出す水平シフトレジスタ５
（ＯＤＤ）によって順次駆動される転送スイッチ７を介
して各画素の画素電極４（２）、４（４）に映像信号が
記録される。

【００３２】それと同時に、映像信号に同期した水平走
査パルスを出す水平シフトレジスタ５（ＥＶＥＮ）によ
って順次駆動される転送スイッチ７を介して保持容量８
に映像信号が転送される。次に水平ブランキング期間
に、リセットスイッチ１１を導通させ信号線３をいった
んリセットした後に偶数行目の走査線（ＥＶＥＮ１）に
走査信号を送り、偶数行目のＴＦＴ１を導通させ、同時
に第二の映像信号転送スイッチ９を導通させ各画素の画
素電極４（１）、４（３）に映像信号が記録される。こ
のようにして映像信号は順次画素電極に記録されてい
く。

【００３３】水平方向の解像度を向上する手段として、
図２に示したように、画素の位置をたとえば０．５画素
分ずらして配置する方法がある。こうすることで、たと
えば奇数行のある画素とその隣の画素の間を水平方向の
感覚で見ていくと、偶数行の画素が埋めていることにな
り、見かけ上水平解像度が向上する。このとき、図４の
タイミング図で示すように、奇数行と偶数行の画素の空
間的なずれに合わせて奇数行と偶数行とで水平走査パル
スのタイミングをずらす必要がある。

【００３４】また一般に液晶表示装置は先に述べたよう
に液晶にＤＣ成分が印加されて液晶が焼き付くのを防ぐ
ために信号電圧の極性を変えて印加される。極性の切替
時には液晶セルの透過率に若干の変化が生じ、例えば１
／30秒周期ではこの変化が人間に認識されてしまい明る
さのちらつき、フリッカとなる。上記で説明したよう
な、奇数行と偶数行とに同じ映像信号を書き込む二線同
時駆動法をとることで映像信号の極性反転周期を二分の
一の１／60秒ごとにし、フリッカを抑制することができ
る。

【００３５】本実施形態では、アクティブマトリクス型
液晶表示装置の駆動方法を示したが、本発明は単純マト
リクス構造でも適用できるのは言うまでもない。

【００３６】（実施形態２）図５に実施形態２の液晶表
示装置の斜視図を示す。本実施形態では、外枠部材７０
０は光を透過しない部材からなり、外枠部材７００の液
晶表示パネルの表示有効エリア部には、光を透過させる
窓と液晶表示パネルを挿入するための穴が袋状に設けら
れる。従って、それら以外は遮光領域であり、液晶表示
パネルを外枠部材７００に挿入することで、単結晶シリ
コン基板５０１に有害な光入射を防ぐことが可能とな
る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明を実施するこ
とにより、周辺駆動回路での光キャリヤの発生を抑える
ことができ回路の誤動作や信号電位の変動による表示品
位の低下をなくすことができる。ひいては、高画質の液
晶テレビジョン、液晶プロジェクタテレビ、液晶ビュー
ファインダ、液晶ヘッドマウントディスプレイ、コンピ
ュータディスプレイなどを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の液晶表示装置の模式断面
図

【図２】液晶表示装置の等価回路図

【図３】液晶表示装置の駆動タイミング図

【図４】液晶表示装置の駆動タイミング図

【図５】本発明の実施形態２の液晶表示装置の斜視図

【図６】従来例の模式断面図

【図７】液晶表示装置を作製過程を示す図

【図８】液晶表示装置を作製過程を示す図

【図９】液晶表示装置を作製過程を示す図

【図１０】液晶表示装置を作製過程を示す図

【図１１】液晶表示装置を作製過程を示す図

【図１２】液晶表示装置を作製過程を示す図

【図１３】液晶表示装置を作製過程を示す図

【図１４】液晶表示装置を作製過程を示す図

【図１５】液晶表示装置の平面図

【符号の説明】

５０１ 単結晶シリコン基板 ５０２ 対向基板 ５０３ シール材 ５０４ 液晶材料 ５０５ 保護ガラス ５０６ 画素領域 ５０７ 周辺駆動回路 ５４１ 入出力端子周辺部 ５４２ 液晶表示装置の外枠 ５４３ 電気的入出力配線板 ５５１ 偏光板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画素部の周囲にあり、前記画素部のスイ
   ッチング動作をおこなう周辺駆動回路と、前記周辺駆動
   回路を含む回路基板と、前記回路基板と液晶材料を介し
   て対向する対向基板と、前記周辺駆動回路を覆う遮光部
   材とを有する液晶表示装置において、 前記遮光部材は、透過率３５％以上５０％以下の偏光板
   であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 画素部の周囲にあり、前記画素部のスイ
   ッチング動作をおこなう周辺駆動回路と、前記周辺駆動
   回路を含む回路基板と、前記回路基板と液晶材料を介し
   て対向する対向基板と、前記周辺駆動回路を覆う遮光部
   材とを有する液晶表示装置において、 前記遮光部材は、表示有効エリア部の窓と液晶表示装置
   を挿入するための穴を設けた袋状で、前記周辺駆動回路
   と前記回路基板と前記対向基板を保護する外枠部材であ
   ることを特徴とする液晶表示装置。