JPH10308332A - 表示装置および電子デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性の高い表示装置を提供する。 【解決手段】 対向基板１０２側にアルミニウムまたは
アルミニウムを主成分とする材料でなるブラックマスク
１１３を設ける。これにより対向基板側からの強光を効
果的に反射し、液晶材料の温度上昇を防ぐ。また、ブラ
ックマスク１１３の表面には陽極酸化物１１４が形成さ
れ、ブラックマスク１１３と対向電極１１５とを電気的
に分離し、電蝕を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本願発明は、薄膜半導体を用
いた半導体装置で構成される表示装置およびその応用製
品である電子デバイスに関する。特に、アクティブマト
リクス型液晶表示装置の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス基板上に薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）を形成して半導体回路を構成する技術が著し
く発展している。その背景にはアクティブマトリクス型
液晶表示装置の急速な普及がある。

【０００３】特に、反射型液晶表示装置（反射型ＬＣ
Ｄ）を投射用表示ディスプレイとして用いたプロジェク
ター等の開発が活発に進められている。反射型ＬＣＤは
透過型ＬＣＤよりも光損失が少ないため、バックライト
の光をより効率良く利用し、高精細な画像表示を行うこ
とができる。

【０００４】しかしながら、反射型ＬＣＤを投射用表示
ディスプレイとして用いる場合、バックライトから非常
に強い光が液晶層に照射されることになる。そのため、
液晶層の温度が上昇し、液晶材料の信頼性や光学特性を
損ねる問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本願発明は上記問題点
を鑑みてなされたものであり、信頼性の高い表示装置を
提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の構成は、複数の半導体素子を有するアクティブマトリ
クス基板と、少なくともブラックマスクを有する対向基
板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板と
の間に挟持された液晶層と、を有する表示装置におい
て、前記ブラックマスクはアルミニウムまたはアルミニ
ウムを主成分とする材料からなり、且つ、アルミニウム
を主成分とする酸化物で覆われていることを特徴とす
る。

【０００７】また、他の発明の構成は、複数の半導体素
子を有するアクティブマトリクス基板と、少なくとも対
向電極およびブラックマスクを有する対向基板と、前記
アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に挟持
された液晶層と、を有する表示装置において、前記対向
電極は透明導電膜で構成され、前記ブラックマスクはア
ルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料から
構成され、前記ブラックマスクはアルミニウムまたはア
ルミニウムを主成分とする材料からなり、且つ、アルミ
ニウムを主成分とする酸化物で覆われていることを特徴
とする。

【０００８】本願発明の要旨は、対向基板に設けるブラ
ックマスクをアルミニウムまたはアルミニウムを主成分
とする材料で構成することにある。そして、そのブラッ
クマスクに対して陽極酸化処理を行い、ブラックマスク
の表面に陽極酸化物を形成する点が大きな特徴である。

【０００９】液晶層に強い光が照射される反射型ＬＣＤ
では、対向基板に設けられるブラックマスクとして反射
率の高い材料を用いることが望まれる。その様な材料と
してはアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする
材料が好適である。

【００１０】しかし、通常対向電極として用いられる透
明導電膜（代表的にはＩＴＯ）はアルミニウム膜と接触
すると電蝕と呼ばれる化学反応を起こし、アルミニウム
膜が溶解するといった不具合が生じる。

【００１１】そこで本願発明では、アルミニウムまたは
アルミニウムを主成分する材料でブラックマスクを形成
し、その表面に陽極酸化物を形成することでブラックマ
スクの表面を保護する。これによりブラックマスクと透
明導電膜の電気的な接触を防ぐことができ、上述の様な
電蝕の問題は完全に解決することができる。

【００１２】なお、陽極酸化物としては緻密な無孔性の
陽極酸化物を形成することが好ましい。アルミニウムま
たはアルミニウムを主成分とする材料を３％酒石酸のエ
チレングリコール溶液をアンモニア水で中和した電界溶
液中で陽極酸化処理を行うと、無孔性の陽極酸化物（ア
ルミナ）を得ることができる。

【００１３】また、本願発明の如き構成とする場合、陽
極酸化物の絶縁性が極めて高いためブラックマスクの上
に直接的に透明導電膜を形成することが可能である。即
ち、ブラックマスクと透明導電膜との間に層間絶縁膜を
形成する必要がないため、製造工程を大幅に簡略化する
ことができる。

【００１４】

【実施例】

〔実施例１〕本願発明の一実施例を図１を用いて説明す
る。なお、図１は反射型ＬＣＤの画素マトリクス回路部
分の断面を示しており、１０１はアクティブマトリクス
基板、１０２は対向基板、１０３は液晶層を表してい
る。

【００１５】まず、アクティブマトリクス基板１０１に
ついて説明する。１０４は基板、１０５は下地膜、１０
６〜１０８は公知の手段により形成されたＴＦＴであ
る。基板１０４はＴＦＴ作製プロセスが600 ℃以下の場
合にはガラス基板で良いが、それ以上の温度をかける場
合は石英基板、セラミックス基板等を用いる。

【００１６】また、ＴＦＴの作製プロセスは様々である
が本願発明の効果に対して直接影響しないので、本実施
例ではＴＦＴの構造および作製プロセスに関する詳細な
説明は省略することにする。

【００１７】各ＴＦＴ１０６〜１０８の各々には画素電
極１０９〜１１１が設けられている。本実施例は反射型
ＬＣＤの一例であるので、画素電極１０９〜１１１とし
て反射率の高いアルミニウムまたはアルミニウムを主成
分とする材料を用いている。なお、ここでは図示しない
が画素電極１０９〜１１１の上には一般的に配向膜が設
けられる。

【００１８】なお、本願発明は対向基板１０２の構成に
関する技術であるためアクティブマトリクス基板１０１
の構成に全く制限されない。従って、アクティブマトリ
クス基板に配置されるＴＦＴ構造や、その他の構造的工
夫や作製工程における工夫等は実施者が自由に選択すれ
ば良い。

【００１９】次に、対向基板１０２について説明する。
１１２は透光性を有する基板、１１３はアルミニウムま
たはアルミニウムを主成分とする材料でなるブラックマ
スクである。ブラックマスク１１３は図面上では分割さ
れている様に見えるが、実際には全てが同電位となる同
一パターンである。

【００２０】なお、ブラックマスク１１３を形成する材
料として、代表的には0.2wt%のスカンジウムを含有した
アルミニウム膜や1wt%のチタンを含有したアルミニウム
膜等を用いることができる。

【００２１】このブラックマスク１１３はアクティブマ
トリクス基板１０１側の画素電極１０９〜１１１の分断
部（隙間）を隠す様にして形成され、分断部における電
界の乱れによる表示不良を隠す役割を果たす。

【００２２】また、本願発明の最も重要な構成要件はブ
ラックマスク１１３の表面が陽極酸化物１１４で保護さ
れている点である。陽極酸化物１１４はブラックマスク
１１３を陽極酸化処理することで得られる。

【００２３】そして、陽極酸化物１１４で覆われたブラ
ックマスク１１３の上に対向電極１１５として透明導電
膜を形成する。対向電極１１５としては、インジウムと
スズの酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズ、酸化インジウム等
を用いることができる。

【００２４】以上に示した様な構成では、まず、対向基
板１０２に反射率の高いアルミニウムを主成分とするブ
ラックマスクを設け、バックライトから照射される強光
を効果的に遮光することができる。これにより液晶層に
余計な光が照射されることを最小限に抑え、温度上昇に
よる液晶材料の信頼性および光学特性の劣化を防ぐこと
が可能である。

【００２５】また、ブラックマスク１１３を陽極酸化物
１１４で保護することでブラックマスク１１３と対向電
極１１５とが接触した際に生じる電蝕の発生を防ぐこと
ができる。さらに、この構成では層間絶縁膜等を形成す
る必要がなく、製造工程の簡略化を図ることもできる。

【００２６】また、アルミニウムまたはアルミニウムを
主成分とする材料は透過率が低いため他の金属材料より
膜厚を薄くしても十分な遮光効果を得ることができる。
そのため、製造スループットの向上、透明導電膜のカバ
レッジ不良の防止などの効果が得られる。

【００２７】さらに、アルミニウムは非常に抵抗が低い
ためブラックマスク１１３の電位を全面に渡って均一な
電位に保つことができる。ブラックマスク１１３の電位
が局部的に異なると、その差が対向電極１１５にも影響
するのでブラックマスク１１３は極力同電位であること
は有効である。

【００２８】〔実施例２〕本願発明は実施例１に示した
様な反射型ＬＣＤに適用するだけでなく透過型ＬＣＤに
適用することも可能である。特に、透過型ＬＣＤをプロ
ジェクター用として用いる場合、対向基板側にバックラ
イトを配置して強光を照射することになるため本願発明
の構成が非常に有効である。

【００２９】ここで本願発明を透過型ＬＣＤに適用した
場合の例について図２を用いて説明する。図２におい
て、２０１はアクティブマトリクス基板、２０２は対向
基板、２０３は液晶層である。

【００３０】アクティブマトリクス基板２０１では基板
２０４、下地膜２０５の上に画素ＴＦＴ２０６、２０７
が形成されている。また、画素ＴＦＴ２０６、２０７の
各々には画素電極２０８、２０９が設けられている。こ
の画素電極２０８、２０９はＩＴＯに代表される透明導
電膜で構成する。なお、図示しないが画素電極２０８、
２０９の上には配向膜を設ける構成が一般的である。

【００３１】次に、対向基板２０２では透光性を有する
基板２１０、ブラックマスク２１１、陽極酸化物２１
２、透明導電膜（対向電極）２１３を形成する。この構
成は実施例１と同様であるので本実施例での詳細な説明
は省略する。

【００３２】図２に示す様な構成の透過型ＬＣＤでは２
１４で示される領域のみを光が透過する構成となるの
で、点線で示される領域２１４が画像表示領域となる。

【００３３】以上の様に、本願発明は対向基板側に光源
を有する様な表示装置の全てに適用可能な技術である。
また、本願発明によって得られる効果は反射型ＬＣＤに
適用しても透過型ＬＣＤに適用しても同様に得ることが
できる。

【００３４】〔実施例３〕実施例１、２ではブラックマ
スクと対向電極とが陽極酸化物のみで電気的に分離され
ているが、陽極酸化物上に酸化珪素膜等の絶縁膜を形成
し、その上に対向電極を形成する様な構成とすることも
可能である。

【００３５】その場合、実施例１に示した様な製造工程
の簡略化等のメリットはなくなるが、光源（バックライ
ト）からの強光を効果的に反射することで液晶層の温度
上昇を抑制する効果は十分に得ることができる。

【００３６】〔実施例４〕本願発明は、基板と平行な方
向の電界で液晶を駆動するＩＰＳ（インプレインスイッ
チング）方式においても適用することができる。

【００３７】この場合、対向基板側にはブラックマス
ク、カラーフィルター、配向膜等が配置され、対向電極
はアクティブマトリクス基板側に配置される。

【００３８】〔実施例５〕本実施例では、実施例１およ
び実施例２に示した構造の対向基板を作製する工程例に
ついて図３を用いて説明する。

【００３９】まず、透光性を有する基板３０１としてガ
ラス基板を用意する。次に、基板３０１上にアルミニウ
ムまたはアルミニウムを主成分とする材料でなる金属薄
膜３０２を200 nmの厚さに形成する。（図３（Ａ））

【００４０】次に、金属薄膜３０２に対してパターニン
グを施し、ブラックマスク３０３を形成する。この時、
ブラックマスク３０３は実施者が必要とする領域を遮光
する様なパターン形状に加工すれば良い。また、後に陽
極酸化処理を行うため全てのパターンは必ず電気的に接
触した状態としておく。（図３（Ｂ））

【００４１】次に、３％酒石酸のエチレングリコール溶
液をアンモニア水で中和した電解溶液を用いてブラック
マスク３０３の陽極酸化処理を行う。この陽極酸化処理
は白金を陰極として化成電流５〜６mV、到達電圧100 Ｖ
で行う。

【００４２】この陽極酸化処理により緻密で絶縁性の高
い無孔性の陽極酸化物３０４が形成される。この膜厚は
到達電圧で決まり、到達電圧100 Ｖでは約 150nmの厚さ
の陽極酸化物が形成される。（図３（Ｃ））

【００４３】次に、ブラックマスク３０３を覆って透明
導電膜（ＩＴＯ）を200 nmの厚さに形成し、対向電極３
０５とする。（図３（Ｄ））

【００４４】以上の様な工程で図３（Ｄ）に示す様な対
向基板が作製される。なお、本実施例では記載していな
いが、対向基板にＲＧＢ（赤・緑・青）に対応するカラ
ーフィルターを組み込むことも可能である。

【００４５】〔実施例６〕本実施例では実施例５におけ
るブラックマスク３０３の形状の一例を図４に示す。な
お、図４は同一基板上に画素マトリクス回路と周辺回路
とを搭載したアクティブマトリクス型液晶表示装置の上
面図である。

【００４６】図４（Ａ）は画素マトリクス回路４０１上
ではブラックマスク４００を格子（マトリクス）状に配
置し、周辺回路４０２上ではブラックマスク４００を全
面に配置して完全に遮光する場合の例である。この場
合、４０３で示される窓から光源からの光が照射され、
ブラックマスク４００で残りの光が反射される。

【００４７】図４（Ａ）の構成は透過型ＬＣＤでも反射
型ＬＣＤでも利用することができる構成である。この場
合、４０３で示される窓をできるだけ大きくすることが
画像の輝度を高くする上で重要である。

【００４８】また、図４（Ｂ）は画素マトリクス回路に
配置される複数のＴＦＴのうち、端部に位置するＴＦＴ
のみブラックマスク４００で覆う様にし、周辺回路４０
２上にはブラックマスク４００を設けない構成とする場
合の例である。

【００４９】図４（Ｂ）は反射型ＬＣＤで用いることの
できる構成であり、画素マトリクス回路の上面にはブラ
ックマスクを設けないので画素電極４０４の面積を最大
限に活用することができる。なお、画素電極４０４の隙
間から漏れた光は画像に殆ど影響を与えないので無視し
て良い。

【００５０】なお、図４（Ｂ）において端部に位置する
ＴＦＴのみブラックマスク４００で遮光する理由は、端
部では信号が不安定になりやすく画像の乱れが生じやす
いため利用しないことが好ましいからである。

【００５１】また、図４（Ａ）の構成において周辺回路
４０２上にブラックマスク４００を設けない構成とする
ことも可能であるし、図４（Ｂ）の構成において周辺回
路４０２上にブラックマスク４００を設ける構成とする
こともできる。これらの変更は実施者が適宜決定すれば
良い。

【００５２】〔実施例７〕本実施例では、本発明を利用
した表示装置を応用製品である電子デバイスに適用した
場合の例について説明する。まず、反射型ＬＣＤを三板
式プロジェクターに適用した場合について、図５（Ａ）
を用いて説明する。

【００５３】なお、本実施例では偏光板の記載を省略し
ているが、例えば液晶をＥＣＢ（電界制御複屈折）モー
ドで駆動する場合には一対の偏光板を必要箇所に設ける
構成とする。この様に液晶の駆動モードによる多少の相
違点は実施者が適宜調節する必要がある。

【００５４】図５（Ａ）において、メタルハライドラン
プ、ハロゲンランプ等の光源１１から出力されたＲ
（赤）、Ｂ（青）、Ｇ（緑）を含む光は、ダイクロイッ
クミラー１２〜１４でＲＢＧ各々の成分光に分離され
る。

【００５５】この時、ダイクロイックミラー１２ではＲ
成分の光のみが反射され、ダイクロイックミラー１３で
はＢ成分の光のみが反射される。また、Ｇ成分の光はダ
イクロイックミラー１２、１３を全て透過し、ダイクロ
イックミラー１４によってに反射される。

【００５６】そして、Ｒ成分光はハーフミラー１５で反
射されてＲに対応する液晶パネル１６へ、Ｂ成分光はハ
ーフミラー１７で反射されてＢに対応する液晶パネル１
８へ、Ｇ成分光はハーフミラー１９で反射されてＧに対
応する液晶パネル２０へとそれぞれ入射する。

【００５７】各液晶パネルは１６、１８、２０は、画素
がオフ状態にある時は入射光の偏光方向を変化させない
で反射する様に液晶分子が配向している。また、画素が
オン状態にある時は液晶層の配向状態が変化し、入射光
の偏光方向もそれに伴って変化する様に構成されてい
る。

【００５８】従って、入射光の光路に第１の偏光板を配
置し、出力光（反射光）の光路に第１の偏光板と偏光方
向が９０°直交する第２の偏光板を配置しておけば、光
のオン／オフ制御を行うことが可能となる。

【００５９】次に、これらの液晶パネル１６、１８、２
０で反射された光は再びハーフミラー１５、１７、１９
を透過し、ダイクロイックミラー２１〜２３に向かう。
そして、ダイクロイックミラー２１〜２３ではそれぞれ
Ｒ成分光、Ｂ成分光、Ｇ成分光が反射され、特定の成分
光以外の光は透過する。この様にして、ＲＧＢ全ての成
分光が再び合成され、光学系レンズ２４によって拡大投
影されてスクリーン２５に映し出される。

【００６０】次に、透過型ＬＣＤを三板式プロジェクタ
ーに適用した場合について図５（Ｂ）を用いて説明す
る。

【００６１】図５（Ｂ）において、３１はハロゲンラン
プ等の光源、３２はリフレクターである。ＲＧＢ成分を
含んだ光はまずダイクロイックミラー３３に入射し、こ
こでＲ成分光のみ反射される。そして、Ｒ成分光はリフ
レクター３４で反射され、Ｒに対応する液晶パネル３５
へ入射する。

【００６２】また、ダイクロイックミラー３３を透過し
た光はダイクロイックミラー３６に入射し、ここでＢ成
分光のみが反射される。反射されたＢ成分光はＢに対応
する液晶パネル３７へ入射する。また、ダイクロイック
ミラー３６を透過したＧ成分光はＧに対応する液晶パネ
ル３８へと入射する。

【００６３】そして、Ｒ成分光はダイクロイックミラー
３９でＢ成分光と合成され、ダイクロイックミラー４０
へ入射する。また、Ｇ成分光はリフレクター４１で反射
されてダイクロイックミラー４０へと入射する。ここで
ＲＢＧ全ての成分光が合成され、投影レンズ４２によっ
て拡大投影されてスクリーン４３に映し出される。

【００６４】以上に示した様なプロジェクターはフロン
ト型プロジェクターとリア型プロジェクターとに大別さ
れる。フロント型は拡大投影した映像をスクリーン上に
映し出して見るタイプである。また、リア型はプロジェ
クションＴＶに代表される様にスクリーン裏から映像を
映し出して見るタイプである。

【００６５】本願発明による表示装置は、本実施例に示
したプロジェクターの様に出力の大きい光源をバックラ
イトとして使用する必要のある電子デバイスに非常に最
適な構成である。即ち、本願発明により液晶材料の長期
信頼性が確保されるので、電子デバイスの表示性能が経
時的に変化する様なことがない。

【００６６】また、本願発明を利用した電子デバイスは
プロジェクター以外にもビデオカメラ、スチルカメラ、
ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、パ
ーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピ
ュータ、携帯電話等）などに適用することが可能であ
る。

【００６７】以上の様に、本発明の応用範囲は極めて広
く、あらゆる分野の電子デバイスに適用することが可能
である。

【００６８】

【発明の効果】本願発明を利用することで、強光を照射
される様な使用条件下においても液晶材料の劣化を抑制
することができる。即ち、液晶材料の信頼性、光学特性
の悪化を十分に抑制することが可能である。

【００６９】従って、非常に信頼性の高い表示装置を実
現することができる。また、その様な表示装置を表示デ
ィスプレイとして利用した電子デバイスを実現すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 表示装置の断面を示す図。

【図２】 表示装置の断面を示す図。

【図３】 対向基板の作製工程を示す図。

【図４】 表示装置を上面から見た図。

【図５】 電子デバイスの一例を示す図。

【符号の説明】

１０１ アクティブマトリクス基板 １０２ 対向基板 １０３ 液晶層 １０４ 基板 １０５ 下地膜 １０６〜１０８ 半導体素子（ＴＦＴ） １０９〜１１１ 画素電極 １１２ 透光性を有する基板 １１３ ブラックマスク １１４ 陽極酸化膜 １１５ 透明導電膜

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の半導体素子を有するアクティブマト
   リクス基板と、 少なくともブラックマスクを有する対向基板と、 前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に
   挟持された液晶層と、 を有する表示装置において、 前記ブラックマスクはアルミニウムまたはアルミニウム
   を主成分とする材料からなり、且つ、アルミニウムを主
   成分とする酸化物で覆われていることを特徴とする表示
   装置。
2. 【請求項２】複数の半導体素子を有するアクティブマト
   リクス基板と、 少なくとも対向電極およびブラックマスクを有する対向
   基板と、 前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に
   挟持された液晶層と、 を有する表示装置において、 前記対向電極は透明導電膜で構成され、 前記ブラックマスクはアルミニウムまたはアルミニウム
   を主成分とする材料からなり、且つ、アルミニウムを主
   成分とする酸化物で覆われていることを特徴とする表示
   装置。
3. 【請求項３】請求項２において、前記アルミニウムを主
   成分とする酸化物は前記ブラックマスクと前記対向電極
   とで挟まれていることを特徴とする表示装置。
4. 【請求項４】請求項２において、前記透明導電膜と前記
   ブラックマスクとは前記酸化物のみで絶縁分離されてい
   ることを特徴とする表示装置。
5. 【請求項５】請求項１または請求項２において、前記酸
   化物とは前記ブラックマスクを陽極酸化して得られる陽
   極酸化物であることを特徴とする表示装置。
6. 【請求項６】請求項１または請求項２において、前記酸
   化物とはアルミナであることを特徴とする表示装置。
7. 【請求項７】複数の半導体素子を有するアクティブマト
   リクス基板と、 少なくともブラックマスクを有する対向基板と、 前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に
   挟持された液晶層と、 を有する表示装置を搭載した電子デバイスにおいて、 前記ブラックマスクはアルミニウムまたはアルミニウム
   を主成分とする材料からなり、且つ、アルミニウムを主
   成分とする酸化物で覆われていることを特徴とする電子
   デバイス。
8. 【請求項８】複数の半導体素子を有するアクティブマト
   リクス基板と、 少なくとも対向電極およびブラックマスクを有する対向
   基板と、 前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に
   挟持された液晶層と、 を有する表示装置を搭載した電子デバイスにおいて、 前記対向電極は透明導電膜で構成され、 前記ブラックマスクはアルミニウムまたはアルミニウム
   を主成分とする材料からなり、且つ、アルミニウムを主
   成分とする酸化物で覆われていることを特徴とする電子
   デバイス。
9. 【請求項９】請求項８において、前記アルミニウムを主
   成分とする酸化物は前記ブラックマスクと前記対向電極
   とに挟まれていることを特徴とする電子デバイス。
10. 【請求項１０】請求項８において、前記透明導電膜と前
    記ブラックマスクとは前記酸化物のみで絶縁分離されて
    いることを特徴とする電子デバイス。
11. 【請求項１１】請求項７または請求項８において、前記
    酸化物とは前記ブラックマスクを陽極酸化して得られる
    陽極酸化物であることを特徴とする電子デバイス。
12. 【請求項１２】請求項７または請求項８において、前記
    酸化物とはアルミナであることを特徴とする電子デバイ
    ス。