JP2901141B2 - Liquid crystal display - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は透過型でアクティ
ブマトリクス型の液晶表示装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transmission type and active matrix type liquid crystal display device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、液晶を用いた表示素子は、テレビ
表示やグラフィックディスプレイ等を指向した大容量で
高密度のアクティブマトリクス型液晶表示素子の開発及
び実用化が盛んである。このような表示素子では、クロ
ストークのない高コントラストの表示が行えるように、
各画素の駆動と制御を行う手段として半導体スイッチが
用いられる。その半導体スイッチとしては、透過型表示
が可能であり大面積化も容易である等の理由から、透明
絶縁基板上に形成されたＴＦＴ等が、通常用いられてい
る。2. Description of the Related Art In recent years, as a display element using a liquid crystal, a large-capacity, high-density active matrix type liquid crystal display element for a television display, a graphic display or the like has been developed and put into practical use. In such a display element, high-contrast display without crosstalk can be performed.
A semiconductor switch is used as a means for driving and controlling each pixel. As the semiconductor switch, it is capable of transmissive display reasons isometric plane Sekika is easy, and the like are formed on a transparent insulating substrate TFT has been used usually.

【０００３】図４はＴＦＴを備えた表示画素電極アレイ
を用いた液晶表示装置の一画素を表す断面図である。同
図において、第１基板１上には、ゲート電極２、ゲート
絶縁膜３、アモルファスシリコン（α−Ｓｉ）からなる
半導体層４、ドレイン電極５及びソース電極６から構成
される薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａ
ｎｓｉｓｔｏｒ，ＴＦＴ）７と、このＴＦＴ７のソース
電極６に接続された画素電極８とが形成され、更に、Ｔ
ＦＴ７と画素電極８に覆うように保護層９が形成されて
いる。また、第２基板上には、所定の位置に遮光層１１
が形成され、更に、この遮光層１１を覆うように全面に
対向電極１２が形成されている。そして、第１及び第２
基板１、１０の間隙には、液晶層１３が狭持されて、液
晶表示素子１４が構成されている。また、第２基板１０
の後方にはバックライト１５を設置し、表示は第１基板
１側から観察するものとする。ここで、遮光層１１は、
画素間の境界にある無電極部分を覆う役目と、バックラ
イト１５からの光或いは周囲の外光によってＴＦＴ７の
特性、特にオフ特性が変わることを防ぐ役目を有してい
る。FIG. 4 is a sectional view showing one pixel of a liquid crystal display device using a display pixel electrode array provided with a TFT. In FIG. 1, on a first substrate 1, a thin film transistor (Thin Film Tra) including a gate electrode 2, a gate insulating film 3, a semiconductor layer 4 made of amorphous silicon (α-Si), a drain electrode 5 and a source electrode 6 is provided.
nsistor, TFT) 7 and a pixel electrode 8 connected to the source electrode 6 of the TFT 7 are formed.
A protective layer 9 is formed so as to cover the FT 7 and the pixel electrode 8. Further, the light shielding layer 11 is provided at a predetermined position on the second substrate.
Is formed, and a counter electrode 12 is formed on the entire surface so as to cover the light shielding layer 11. And the first and second
A liquid crystal layer 13 is sandwiched between the substrates 1 and 10 to form a liquid crystal display element 14. Also, the second substrate 10
A backlight 15 is provided behind the device, and the display is observed from the first substrate 1 side. Here, the light shielding layer 11
It has a role of covering the non-electrode portion at the boundary between pixels, and a role of preventing the characteristics of the TFT 7, particularly, the off characteristics from being changed by light from the backlight 15 or ambient external light.

【０００４】図５は図４と同じくＴＦＴを備えた表示画
素電極アレイを用いた液晶表示装置の一画素を表す断面
図であり、図４と対応する部分には同一の符号を付して
ある。図５においては、第１基板１の後方にバックライ
ト１５を設置している点が図４の場合と異なっている。FIG. 5 is a sectional view showing one pixel of a liquid crystal display device using a display pixel electrode array provided with a TFT similarly to FIG. 4, and portions corresponding to FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. . FIG. 5 differs from FIG. 4 in that a backlight 15 is provided behind the first substrate 1.

【０００５】これらの液晶表示装置では、ゲート電極２
に書き込みパルスを与えることで、ドレイン電極５とソ
ース電極６の間が導通状態になってドレイン電極５の信
号が画素電極８と対向電極１２に挟持された液晶層１３
の容量に信号が蓄積される。これにより、画素が動作状
態となり、画素に信号が書き込まれる。書き込みパルス
が立ち下がってから、次の書き込みパルスが与えられる
までの間は、液晶層１３は保持状態となり、液晶層１３
の容量によって液晶表示素子の動作が保持される。この
際、ドレイン電極５とソース電極６の間は理想的には非
導通状態であるが、ＴＦＴ７の半導体層４を構成するα
−Ｓｉが光導電層を有するため、外光がＴＦＴ７の部分
に入ると、ドレイン電極５とソース電極６の間は完全な
非導通状態とはならず、画素電極８の電位は徐々にドレ
イン電極５の出に近づいていく。従って、保持状態にあ
るときも絶えず信号電位の影響を受け、いわゆるクロス
トークと呼ばれる現象が表示コントラスト低下の一因と
なったり、或いは、画面内で輝度むらを生じたりする。In these liquid crystal display devices, the gate electrode 2
When a write pulse is applied to the liquid crystal layer 13, the signal between the drain electrode 5 and the counter electrode 12 is held between the drain electrode 5 and the source electrode 6.
The signal is stored in the capacity of Thus, the pixel is in an operation state, and a signal is written to the pixel. From the fall of the write pulse to the next write pulse being applied, the liquid crystal layer 13 is in the holding state,
The operation of the liquid crystal display element is held by the capacitance of. At this time, the conduction between the drain electrode 5 and the source electrode 6 is ideally non-conductive.
Since -Si has a photoconductive layer, when external light enters the portion of the TFT 7, complete non-conduction between the drain electrode 5 and the source electrode 6 does not occur, and the potential of the pixel electrode 8 gradually decreases. Approaching 5 Therefore, even in the holding state, the signal potential is constantly affected, and a phenomenon called so-called crosstalk causes a reduction in display contrast or causes uneven brightness in a screen.

【０００６】そこで、外光がＴＦＴ７の部分に入るのを
防ぐために、一般的には図４に示すような遮光層１１を
設けている。この遮光層１１の材料としては、大きく分
けて染色材料と金属膜の２つが考えられるが、染色材料
は微細加工性に欠けるという欠点を有しているため、金
属膜が用いられることが多い。In order to prevent external light from entering the TFT 7, a light shielding layer 11 as shown in FIG. 4 is generally provided. As the material of the light-shielding layer 11, there are roughly two types of materials, a dyeing material and a metal film. However, since the dyeing material has a disadvantage of lacking fine workability, a metal film is often used.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、遮光層
１１の材料として金属膜を用いた場合、図４に示した配
置では、表示観察面からの外光が遮光層１１によって反
射され、その反射光がＴＦＴ７の半導体層４に影響を与
える。また、図５に示した配置では、周囲からの外光が
表示面で反射して表示上で影響を受けることがある。こ
の場合、保持動作中にＴＦＴ７を通過するリーク電流が
大きくなり、画面の上下で輝度むらが生じたり、クロス
トークが生じたりあるいは画面のちらつきの一因になっ
ていた。However, when a metal film is used as the material of the light shielding layer 11, in the arrangement shown in FIG. 4, external light from the display observation surface is reflected by the light shielding layer 11, and the reflected light Affects the semiconductor layer 4 of the TFT 7. Further, in the arrangement shown in FIG. 5, external light from the surroundings may be reflected on the display surface and affected on the display. In this case, the leakage current passing through the TFT 7 during the holding operation becomes large, causing uneven brightness at the top and bottom of the screen, crosstalk, and flickering of the screen.

【０００８】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たものである。The present invention has been made in view of such circumstances.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、一対の基板と、一対の基板の一主面を対向するよう
に組み合わせて得られる間隙に挟持した液晶と、一対の
基板間に配置された遮光層とを有する液晶表示素子を備
え、液晶表示素子の一方の主表面側を表示観察面側と成
し、遮光層は表示観察面側から金属酸化膜、金属膜の順
に積層されてなることを特徴とする。このように、表示
観察面側に遮光層の金属酸化膜が配置されるため、遮光
層の金属酸化膜が表示観察面側からの外光の反射防止膜
となり、外光が表示面で反射することを防ぐ。According to the liquid crystal display device of the present invention, a pair of substrates and one principal surface of the pair of substrates are opposed to each other.
Liquid crystal sandwiched in the gap obtained by combining
A liquid crystal display element having a light shielding layer disposed between the substrates.
One main surface of the liquid crystal display element is
The light-shielding layer should be a metal oxide film and a metal film in this order from the display observation surface side.
It is characterized by being laminated on. Thus, the display
Since the metal oxide film of the light shielding layer is arranged on the observation surface side,
Metallic oxide film layer is the antireflection film of the external light from the display observation side, prevents the external light reflected by the display surface.

【００１０】[0010]

【００１１】本発明では、表示観察側から入射した外光
に対して、金属酸化膜が反射防止膜となり、反射率が小
さくなる。In the present invention, the metal oxide film serves as an antireflection film for external light incident from the display observation side, and the reflectance is reduced.

【００１２】[0012]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
第１の実施形態を詳細に説明する。 図１において、例
えばガラスからなる第１の基板１の一主面上には、例え
ばＣｒ膜をスパッタ法で被覆した後、所定の形状にフォ
トエッチングすることによりゲート電極２が形成され、
更に、これを覆うように例えばＳｉＯｘからなるゲート
絶縁膜３がプラズマＣＶＤ法により形成されている。そ
して、ゲート絶縁膜３上のゲート電極２に対向する部分
には、例えばｉ型の水素化アモルファスシリコン（α−
Ｓｉ：Ｈ）からなる半導体層４がプラズマＣＶＤ法を利
用して形成されている。そして、半導体層４のソース領
域側に隣接するゲート絶縁膜３上には、例えばＩＴＯ
（インジウム・チン・オキサイド）膜をスパッタ法で被
膜した後、所定の形状にフォトエッチングすることによ
り画素電極８が設けられている。また、ソース領域には
ソース電極６の一端が接続され、ソース電極６の他端は
画素電極８上に延在して接続されている。さらに、ドレ
イン領域にはドレイン電極５とソース電極６とは、例え
ばＭｏ膜とＡｌ膜とをスパッタ法で順次被膜下後、所定
の形状にフォトエッチングするという同じ工程で形成し
ている。こうして第１基板１上に、所定の薄膜素子７即
ちＴＦＴと、これに接続される画素電極８が得られる。
ここで、薄膜素子７とこれに接続される画素電極８によ
り一画素が構成されており、図示はしていないが、この
一画素は第１の基板１上でマトリクス状に配置されてい
る。そして、第１基板１の一主面上には、更に全面に例
えばＳｉＯｘからなる保護膜９が形成されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, a gate electrode 2 is formed on one main surface of a first substrate 1 made of, for example, glass by, for example, coating a Cr film by a sputtering method and then performing photoetching into a predetermined shape.
Further, a gate insulating film 3 made of, for example, SiOx is formed by a plasma CVD method so as to cover this. The portion of the gate insulating film 3 facing the gate electrode 2 is, for example, i-type hydrogenated amorphous silicon (α-
A semiconductor layer 4 made of Si: H) is formed by using a plasma CVD method. On the gate insulating film 3 adjacent to the source region side of the semiconductor layer 4, for example, ITO
The pixel electrode 8 is provided by coating a (indium tin oxide) film by a sputtering method and then performing photoetching into a predetermined shape. One end of the source electrode 6 is connected to the source region, and the other end of the source electrode 6 is connected to the pixel electrode 8 so as to extend therefrom. Further, in the drain region, the drain electrode 5 and the source electrode 6 are formed in the same step of, for example, sequentially depositing a Mo film and an Al film by sputtering, and then performing photo-etching into a predetermined shape. In this way, a predetermined thin film element 7, that is, a TFT, and a pixel electrode 8 connected thereto are obtained on the first substrate 1.
Here, one pixel is constituted by the thin film element 7 and the pixel electrode 8 connected thereto. Although not shown, the one pixel is arranged in a matrix on the first substrate 1. Further, on one main surface of the first substrate 1, a protective film 9 made of, for example, SiOx is formed on the entire surface.

【００１３】一方、例えばガラスからなる第２基板１０
の一主面上には、例えばＩＴＯからなる対向電極１２、
及び画素電極８に対応した所定の開口部を有するブラッ
クマトリクスとしての遮光層１１が順次形成されてい
る。ここで、遮光層１１は、図３（ｃ）に示すように、
例えば酸化クロムからなる金属酸化膜１１ａ／例えばク
ロムからなる金属膜１１ｂの二層構造を含んでおり、遮
光層１１内において、金属酸化膜１１ａは第２の基板側
に最も近い層である。そして、金属膜１１ｂの膜厚が約
１０００オングストロームであるのに対し、金属酸化膜
１１ａの膜厚は数十オングストロームで、金属膜１１ｂ
の膜厚に比べ無視できるほど薄い。また、遮光層１１の
形成工程は、まず、膜厚数十オングストロームのクロム
層を形成した後に陽極酸化法等の方法で酸化処理を施し
て金属酸化膜を形成し、更にこの上に、膜厚約１０００
オングストロームのクロム層を形成して金属膜を形成
し、次に、所定の形状にパターニングすればよい。そし
て、第１及び第２基板１、１０とは互いの一主面側が対
向するように組み合わせられ、これにより得られる間隙
には液晶層１３が挟持されている。こうして、所望のア
クティブマトリクス型の液晶表示素子１４が得られる。On the other hand, a second substrate 10 made of, for example, glass
A counter electrode 12 made of, for example, ITO,
In addition, a light shielding layer 11 as a black matrix having a predetermined opening corresponding to the pixel electrode 8 is sequentially formed. Here, the light shielding layer 11 is formed as shown in FIG.
It has a two-layer structure of a metal oxide film 11a made of, for example, chromium oxide / a metal film 11b made of, for example, chromium. In the light shielding layer 11, the metal oxide film 11a is the layer closest to the second substrate side. The thickness of the metal film 11b is about 1000 angstroms, while the thickness of the metal oxide film 11a is several tens of angstroms.
Is so thin that it can be ignored. Further, <br/> formation process of the light shielding layer 1 1 is first subjected to a method in the oxidation process of the anodic oxidation method after forming the chromium layer having a thickness of several tens of angstroms to form a metal oxide film, further the On top, a film thickness of about 1000
A chromium layer of angstrom may be formed to form a metal film, and then patterned into a predetermined shape. The first and second substrates 1 and 10 are combined such that one main surface faces each other, and a liquid crystal layer 13 is sandwiched in a gap obtained thereby. Thus, a desired active matrix type liquid crystal display element 14 is obtained.

【００１４】更に、第１基板１側には、例えば冷陰極放
電管からなる照明手段１５が配置されており、第１基板
１の他主面側から照明を行う形になっている。Further, on the first substrate 1 side, an illuminating means 15 composed of, for example, a cold-cathode discharge tube is arranged so that illumination is performed from the other main surface side of the first substrate 1.

【００１５】この実施形態では、表示観察面となる第２
基板１０側から入射した外光に対しては、反射防止膜と
しての金属酸化膜１１ａの存在により反射率は小さくな
り、コントラストの低下による表示の見ずらさは感じら
れない。In this embodiment, the second observation surface is a second observation surface.
With respect to external light incident from the substrate 10 side, the reflectance is reduced due to the presence of the metal oxide film 11a as an anti-reflection film, and the display is not easily viewed due to a decrease in contrast.

【００１６】[0016]

【００１７】[0017]

【００１８】[0018]

【００１９】図２は遮光層１１の構成を図１に示すよう
な三層構造とした場合と図３（Ｃ）と同様に二層構造と
した場合における信号電圧（Ｖ）と透過率（％）の関係
を示す図である。図２からわかるように、遮光層１１の
構成を金属酸化膜１１ａ／金属膜１１ｂ／金属酸化膜１
１ｃの三層構造とすることにより、図３（Ｃ）の二層構
造の場合と比べ、例えば透過率が５０％となる信号電圧
を１００〜３００ｍＶ低くすることができる。これは、
金属酸化膜１１ｃが加わることにより、液晶表示素子１
４の内部で遮光層１１に反射される光が減少したためと
考えれらる。このように、三層構造にすることにより、
二層構造の場合と比べ、更に良い効果を得ることができ
る。尚、この実施形態では、照明手段であるバックライ
トをどちらの基板側に設置した場合にも、観察面側から
の外光による影響を受けることなく、良好な画質を得る
ことができる。FIG. 2 shows the signal voltage (V) and the transmittance (%) when the light-shielding layer 11 has a three-layer structure as shown in FIG. 1 and a two-layer structure as in FIG. FIG. As can be seen from FIG. 2, the configuration of the light shielding layer 11 is the metal oxide film 11a / metal film 11b / metal oxide film 1
With the three-layer structure 1c, for example, the signal voltage at which the transmittance becomes 50% can be reduced by 100 to 300 mV as compared with the two-layer structure of FIG. 3C. this is,
The addition of the metal oxide film 11c allows the liquid crystal display element 1
It is considered that the light reflected on the light shielding layer 11 inside 4 decreased. Thus, by making it a three-layer structure,
A better effect can be obtained as compared with the case of the two-layer structure. In this embodiment, good image quality can be obtained without being affected by external light from the observation surface side, regardless of whether the backlight, which is the illumination means, is installed on either substrate side.

【００２０】この発明は、ブラックマトリクスとしての
遮光層を、表示観察面側から金属酸化膜、金属膜の積層
構造とすることにより、外光に対する遮光層の反射率を
小さくし、コントラストの低下を低減し良好な画質を得
ることができる。According to the present invention, a light shielding layer as a black matrix is formed by laminating a metal oxide film and a metal film from the display observation surface side.
With the structure, the reflectance of the light-shielding layer for external light <br/> small comb, to reduce a decrease in the contrast can be obtained a good image quality.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の一実施形態を示す液晶表示装置の断面
図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.

【図２】液晶表示素子の信号電圧と透過率の関係を示す
図。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between signal voltage and transmittance of a liquid crystal display element.

【図３】遮光層の部分の拡大断面図。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a light shielding layer.

【図４】従来の液晶表示装置の一例を示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional liquid crystal display device.

【図５】従来の液晶表示装置の一例を示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional liquid crystal display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…第１基板 ７…薄膜素子 ８…画素電極 １０…第２基板 １１…遮光層 １１ａ…金属酸化膜 １１ｂ…金属膜 １２…対向電極 １３…液晶層 １４…液晶表示素子 １５…照明手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st substrate 7 ... Thin film element 8 ... Pixel electrode 10 ... 2nd substrate 11 ... Light shielding layer 11a ... Metal oxide film 11b ...Metal film  DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Counter electrode 13 ... Liquid crystal layer 14 ... Liquid crystal display element 15 ... Illumination means

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】一対の基板と、前記一対の基板の一主面を
対向するように組み合わせて得られる間隙に挟持した液
晶と、前記一対の基板間に配置された遮光層とを有する
液晶表示素子を備え、前記液晶表示素子の一方の主表面
側を表示観察面側と成す液晶表示装置において、 前記遮光層は前記表示観察面側から金属酸化膜、金属膜
の順に積層されてなることを特徴とする液晶表示装置。 (1)A pair of substrates and one main surface of the pair of substrates
Liquid sandwiched in a gap obtained by combining them so as to face each other
And a light-shielding layer disposed between the pair of substrates.
A liquid crystal display element, one main surface of the liquid crystal display element
In the liquid crystal display device, the side of which is the display observation surface side, The light shielding layer is a metal oxide film, a metal film from the display observation surface side.
A liquid crystal display device characterized by being laminated in the following order. 【請求項２】前記一対の基板は、一主面上に薄膜素子及
びこれに接続される画素電極からなる一画素をマトリク
ス状に配置した第1 の基板と、一主面上に対向電極及び
前記画素電極に対応した所定の開口部を有する遮光層が
形成された第２の基板とからなり、前記第２の基板側を
表示観察面側となすことを特徴とする請求項１記載の液
晶表示装置。 2. The method according to claim 1, wherein the pair of substrates have a thin film element and a thin film element on one main surface.
One pixel consisting of a pixel electrode connected to
A first substrate arranged in a matrix, a counter electrode and a
A light-shielding layer having a predetermined opening corresponding to the pixel electrode
And a second substrate formed on the second substrate.
2. The liquid according to claim 1, wherein the liquid is provided on a display observation surface side.
Crystal display device. 【請求項３】前記第１の基板側に、前記液晶表示素子を
照射する照明手段とを備えることを特徴とする請求項２
記載の液晶表示装置。 3. The liquid crystal display element is provided on the first substrate side.
3. An illuminating means for irradiating light.
The liquid crystal display device as described in the above.