JPH04127128A - アクティブマトリクス表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はアクティブマトリクス表示装置に関し、特に、
アモルファスシリコン薄膜トランジスタをスイッチング
素子として有するアクティブマトリクス表示装置に関す
る。

（従来の技術） 従来より一般的に用いられているアクティブマトリクス
表示装置のスイッチング素子近傍の断面図を第９図に示
す。この表示装置の全体の概略断面図を第１０図に示す
。この表示装置は、一対の絶縁性基板２２．２３と、一
方の基板２２上にマトリクス状に配列された絵素電極７
と、絵素電極７に接続されたスイッチング素子としての
アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（以下では［ａ
−ＴＦＴＪと称する）２５を有する。

基板２２上に形成されたａ−ＴＦＴ２５近傍の断面構造
について、第９図を用いて説明する。基板２２上にゲー
ト電極１が形成され、ゲート電極１は基板２２上の全面
に形成されたゲート絶縁膜２によって覆われている。ゲ
ート電極１の上方のゲート絶縁膜２上には、アモルファ
スシリコン（以下ではｒａ−３ｉＪと称する）からなる
半導付層３が形成されている。半導体層３上にはｎ３型
−３ｉからなるコンタクト層４．４が形成されている。

一方のコンタクト層４上にはソース電極５が形成され、
もう一方のコンタクト層４上にはトレイン電極６が形成
されている。

ドレイン電極６上には、絵素電極７の一部が盪畳されて
いる。ゲート電極１はゲートバス配線く図示せず）に、
ソース電極５はソースバス配線く図示せず）に接続され
ている。ａ−ＴＦＴ２５上には保護膜８が形成され、更
に基板２２上の全面には配向膜１２が形成されている。

もう一方の基板２３上には、ａ−・ＴＦＴ２５と絵素電
極７及びバス配線の間の部分とに対向する遮光膜１３が
形成されている。゛遮光膜１３は基板２３上の全面に形
成された対向電極９に覆われている。更に、対向電極９
上には絶縁膜１０及び配向膜１１が形成されている。

第１０図に示すように、基板２２及び２３の間には、液
晶層２０が封入され、基板２２と基板２３との間隔、即
ちセル厚はスペーサ２４によって規定されている。スペ
ーサ２４はガラス、プラスチック、セラミック等からな
る一定の大きさを有する小片又は小球であり、基板２２
及び２３を貼り合わせる前に、何れかの基板上に散布さ
れる。

液晶層２０はシール樹脂２６によって封入され、液晶の
注入口は封止樹脂２５によって封止されている。

この表示装置ではスイッチング素子として、ゲート電極
ｌが基板２２側に形成されている逆スタガ構造のａ−Ｔ
ＦＴが用いられている。逆スタガ構造のＴＦＴは、製造
プロセスに於て高品質のものが高い歩留りで比較的容易
に得られるという利点を有している。ところが、半導体
層３として用いられているａ−３ｔは光感応性を有して
いるので、特に逆スタガ型のａ−ＴＦＴ２５では第９図
の矢印２７で示す方向から強い光が照射されると、半導
体としての特性が変化するという問題点がある。このよ
うな影響を防止するために、遮光膜１３が設けられてい
るのである。

遮光膜１３は、本来、バス配線と絵素電極７との間の部
分からの光の洩れを防止するために設けられたものであ
る。第９図の表示装置では、遮光膜１３は上記の光の洩
れを防ぐ機能と、ａ−ＴＦＴ２５への入射光を防ぐ機能
とを果たしている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、近年、絶縁膜形成技術が進歩し、絵素電極７
とバス配線との間に絶縁膜を形成することにより、絵素
電極７とバス配線とを重ねて形成することが可能となっ
ている。そのため、絵素電極７とバス配線との間の部分
からの光の洩れを防ぐ目的で、遮光膜１３を設ける必要
がなくなってきている。

また、遮光膜１３が設けられた表示装置では基板２２及
び２３の貼り合わせに際して生じる位置ずれを考慮して
、遮光膜１３は、ａ−ＴＦＴ２５の部分と絵素電極７及
びバス配線の間の部分の幅より１０μｍ程度大きく形成
されている。従って、表示装置の開口率が低下するとい
う問題点もある。

位置ずれの問題を解決するために、ａ−ＴＦＴ２５上に
絶縁膜を挟んで金属遮光膜を設けることも考えられてい
るが、ソース電極とドレイン電極との間のリークが発生
し易く、表示装置の歩留り低下を招き易いという問題点
がある。

また、上述のようにセル厚を一定にするために散布され
るスペーサ２４が絵素電極７上にも存在するため、スペ
ーサ２４の凝集による表示ムラが生じるという問題点も
あった。投射型の表示装置では、絵素電極上のスペーサ
によって画像品位の低下が生じるという問題点もある。

更に、ａ−ＴＦＴ２５と絵素電極７との高さの違いによ
る段差が形成されているため、スペーサ２４がａ−ＴＦ
Ｔ２５上に位置するか、絵素電極７上に位置するかによ
って、セル厚が均一にならないという問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するものであり、本発
明の目的は、開口率を低下させることのない遮光膜を有
するアクティブマトリクス表示装置を提供することであ
る。本発明の他の目的は、スペーサによる表示ムラや画
像品位の低下が生じることのないアクティブマトリクス
表示装置を提供することである。更に本発明の他の目的
は、均一なセル厚を有するアクティブマトリクス表示装
置を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明のアクティブマトリクス表示装置は、−対の絶縁
性基板と、該一対の基板の何れか一方の基板上にマトリ
クス状に配列された絵素電極と、該絵素電極に接続され
たスイッチング素子と、を有するアクティブマトリクス
表示装置であって、該一方の基板上に於て、該スイッチ
ング素子を覆う絶縁性の遮光層が形成されており、その
ことによって上記目的が達成される。

また、前記遮光層によって、前記一対の基板の間隔が規
定されている構成とすることができる。

また、前記遮光層に、前記一対の基板の間隔を規定する
ためのスペーサが埋め込まれている構成とすることがで
きる。

（作用） 本発明のアクティブマトリクス表示装置では、スイッチ
ング素子に入射する光は、該スイッチング素子を覆う遮
光層によって遮光される。遮光層は絶縁性を有するので
スイッチング素子の電極間のリークも生じない。

また、遮光層の層厚を所定の大きさに設定すれば、遮光
層によってセル厚を規定することが可能となり、スペー
サを用いる必要がなくなる。また、セル厚を均一とする
ことができる。

更に、遮光層にスペーサを埋め込むことにより、絵素電
極上にはスペーサが存在しない表示装置が得られ、絵素
電極上にスペーサが存在することによる画像品位の低下
も生じない。更に、セル厚を均一とすることもできる。

（実施例） 本発明の実施例について以下に説明する。

実１」レー 本発明のアクティブマトリクス表示装置の一実施例のス
イッチング素子近傍の断面図を第１図に示す。この表示
装置の全体の概略断面図を第２図に示す。この表示装置
は、一対の絶縁性基板２２．２３と、一方の基板２２上
にマトリクス状に配列された絵素電極７と、絵素電極７
に接続されたスイッチング素子としてのａ−ＴＦＴ２５
を有する。

基板２２上に形成されたａ−ＴＦＴ２５近傍の断面構造
について、第１図を用いて説明する。ガラス、石英など
からなる絶縁性基板２２上にゲート電極１が形成され、
ゲート電極１は基板２２上の全面に形成されたゲート絶
縁膜２によって覆われている。ゲート電極１はアルミニ
ウム、タンタル、チタン、銅等からなり、ゲート絶縁膜
２は窒化シリコン、酸化シリコン等からなる。ゲート電
極１の上方のゲート絶縁膜２上には、ａ−３ｔからなる
半導体層３が形成されている。半導体層３上にはｎ“型
ａ−３ｉからなるコンタクト層４．４が形成されている
。一方のコンタクト層４上にはソース電極５が形成され
、もう一方のコンタクト層４上にはドレイン電極６が形
成されている。ソース電極５及びドレイン電極６は、ゲ
ート電極１と同様にアルミニウム、タンタル、チタン、
銅等からなる。以上により、逆スタガ型のａ−ＴＦＴ２
５が構成されている。

ドレイン電極６上には、Ｉ　Ｔｏ　（Ｉｎｄｉｕｍ　ｔ
ｉｎ　。

ｘｉｄｅ）等からなる絵素電極７の一部が重畳されてい
る。また、ゲート電極１はゲートバス配線（図示せず）
に、ソース電極５はソースバス配線（図示せず）に接続
されている。ａ−ＴＦＴ２５上には、窒化シリコン、酸
化シリコン等からなる保護膜８が形成されている。

保護膜８上には、有色樹脂からなる遮光層２１が形成さ
れている。ａ−ＴＦＴ２５のソース電極５とドレイン電
極との間のリークを防止するため、遮光層２１は絶縁性
を有することが必要である。

本実施例では遮光層２１として、富士ハントエレクトロ
ニクステクノロジー（株）製のカラーモザイクＣＫ（商
品名）を用いた。他に例えばポリイミド、ポリアミド、
ポリアミド酸、アクリル等の樹脂を、カーボン、染料、
顔料等で着色したものを用いることもできる。

遮光層２１の可視光領域４００ｎｍ〜７００ｒｖに於け
る透過率は５％以下であることが好ましい。

通常の液晶表示装置では、紫外線及び赤外線はフィルタ
でカットされるので、可視光のみの透過４を考慮すれば
よい。本実施例では遮光層２１とちる有色樹脂層をスピ
ンコードにより形成した。苓色樹脂層の厚さは２μｍで
ある。有色樹脂層の周さはスピンコードの回転数と時間
を変えることにより調節することができる。例えば、カ
ラーモガイクＣＫを用いて１４００ｒｐｍでｌＯ秒間ス
ヒンコートすると、約１μｍの厚さの有色樹脂層力′得
られ、この有色樹脂層の５５０ｎｍに於ける透辺率は約
４．９％である。有色樹脂層の仮焼成、震光、現像を行
った後、本焼成して遮光層２１を形成した。

尚、前述の保護膜８を設けない構成とすることもできる
が、遮光層２１の絶縁性が高くない場合例えば遮光層２
１中にイオン性の不純物が含まれている場合には、ａ−
ＴＦＴ２５の特性の低下を防止するために、保護膜８を
設けることが好ましい。

遮光層２Ｉを覆って基板２２上の全面に、液晶分子の配
回を規制する配向膜１２が形成されている。

絶縁性基板２２に対向する絶縁性基板２３は、基板２２
と同様にガラス、石英等からなる。基板２３上の全面に
は、ＩＴＯからなる対句電極９が形成されている。更に
、対日電極９上には絶縁膜１０及び配向膜１１が形成さ
れている。配向膜１１及び１２は、オプトマーＡＬ１０
５１（日本合成ゴム社製）からなる。

第２図に示すように、基板２２及び２３の間には、液晶
層２０が封入されている。液晶層２０にはＺＬＩ−２２
９３（メルクジャパン製）を用いた。基板２２と基板２
３との間隔、即ちセル厚はスペーサ２４によって規定さ
れている。スペーサ２４はガラス、プラスチック、セラ
ミック等からなる一定の大きさを有する小片又は小球で
あり、基板２２及び２３を貼り合わせる前に、何れかの
基板上に散布される。液晶層２０はシール樹脂２６によ
って封入され、液晶の注入口は封止樹脂２５によって封
止されている。

本実施例のアクティブマトリクス表示装置では、第１図
の矢印２７で示す方向からａ−ＴＦＴ２５へ入射する光
は、ａ−ＴＰＴを覆って形成された遮光層２１によって
遮光される。遮光層２１の遮光効果を調べるために、光
照射エージングによるａ−ＴＦＴ２５の閾値の変化を測
定した。測定に用いた表示装置は、ノーマリホワイトモ
ードの投射型アクティブマトリクス液晶表示装置である
。

表示装置の光入射側には、紫外線及び赤外線をカットす
るフィルタが設けられている。測定結果を第８図に示す
。第８図では横軸は光照射エージング時間ｔ（時間）で
あり、縦軸は青色光の透過率が最大透過率の１０％とな
るゲートロー電圧の変化■ｔ　ｈＯＤｔ　（Ｖ　）であ
る。■い。、ｔの絶対値が大きいと、長時間の画像投射
によるａ−ＴＰＴの特性変化が大きいことを示す。第８
図に示すように、本実施例の表示装置は従来の表示装置
に比べて、ａ−ＴＰＴの特性変化が小さいことが分かる
。

また、遮光層２１はａ−ＴＰＴが形成されている基板２
２上に形成されているので、基板２２及び２３の貼り合
わせに際して生じる位置ずれは生じない。従って、開口
率の低下も生じない。また、遮光層２１は絶縁性の樹脂
からなるので、ソース電極５とドレイン電極６との間の
リークも生じない。

実Ｗ影 本発明のアクティブマトリクス表示装置の他の実施例の
ａ−ＴＰＴ２５近傍の断面図を第３図に示す。本実施例
では、ゲート絶縁膜２と絵素電極７との間に、層間絶縁
膜１４が形成されている。

層間絶縁膜１４はソース電極５に接続されるンースバス
配線（図示せず）上に形成され、ソースバス配線上には
層間絶縁膜１４を挟んで絵素電極７が重畳されている。

ａ−ＴＦＴ２５では、層間絶縁膜１４はソース電極５及
びドレイン電極６上に形成され、ドレイン電極６と絵素
電極７とは層間絶縁膜１４に形成されたコンタクトポー
ルエ５によって電気的に接続されている。また、絵素電
極７はソース電極５上にも重ねられている。このような
構成により、絵素電極７の面積を大きくすることができ
、表示画面の開口率を向上させることができる。

本実施例をノーマリホワイトモードの投射型アクティブ
マトリクス液晶表示装置に適用した場合の、光照射エー
ジング時間ｔとゲートロー電圧の変化Ｖｔｈｏ。、との
関係を第８図に示した。第８図に示すように、本実施例
の表示装置は従来の表示装置に比べて、ａ−ＴＰＴの特
性変化が小さいことが分かる。

犬嵐五主 上述の実施例１及び２では、遮光層２１上にスペーサ２
４が存在する部分と存在しない部分とでセル厚が異なる
。液晶材料の複屈折率及び表示モードによっては、更に
高精度のセル厚制御が要求される。本実施例はそのよう
な場合に適用することができる。

第４図に本実施例のａ−ＴＦＴ２５近傍の断面図を示す
。この表示装置の全体の概略断面図を第５図に示す。こ
の表示装置は、遮光層２１の厚さが大きいこと、及びス
ペーサ２４が用いられていないことを除いて、実施例１
と同様である。本実施例では基板２２と基板２３との間
隔、即ち、セル厚は、遮光層２１によって規定されてい
る。

本実施例では、有色樹脂として前述と同様のカラーモザ
イクＣＫを用い、スピンコード時の回転数を３Ｏｒｐｍ
とすることにより、遮光層２１の厚さを５μｍに設定し
た。

本実施例では、セル厚は遮光層２１によって規定される
ので、スペーサを用いる必要がない。従って、スペーサ
による表示ムラや画像品位の低下が生じることはない。

本実施例をノーマリホワイトモードの投射型アクティブ
マトリクス液晶表示装置に適用した場合の、光照射エー
ジング時間ｔとゲートロー電圧の変化ｖｔｈｏｏｔとの
関係を第８図に示した。第８図に示すように、本実施例
の表示装置も従来の表示装置に比べて、ａ−ＴＰＴの特
性変化が小さいことが分かる。

尚、本実施例は実施例２の第３図に示した構造のａ−Ｔ
ＰＴを有する表示装置にも適用することができる。

爽嵐匠土 セル厚が５μｍを超える場合や、遮光層２１の材料によ
る制約から実施例３に示す構造を適用できない場合には
、スペーサを用いる必要がある。

しかし、前述のようにスペーサが絵素電極上に存在する
ことによって、投射型表示装置等では画像品位の低下が
低下することがある。本実施例の表示装置はこのような
場合に用いることができる。

第６図に本実施例のａ−ＴＦＴ２５近傍の断面図を示す
。この表示装置の全体の概略断面図を第７図に示す。こ
の表示装置は、遮光層２１にスペーサ２４が埋め込まれ
ていることを除いて、実施例１と同様である。

スペーサ２４の遮光層２１への埋め込みは、以下の２つ
の方法によって行うことができる。

■予めスペーサ２４を分散させた有色樹脂を用いて前述
と同様にして遮光層２１を形成する方法。

■遮光層２１を形成する前の有色樹脂層にスペーサ２４
に圧力を加えて埋め込んだ後、該樹脂層の本焼成を行っ
て遮光層２１を形成する方法。

本実施例ではバターニング精度の点で優れた後者の方法
を用いた。スペーサ２４は各ａ　−Ｔ　Ｆ　Ｔ上に位置
する全ての遮光層２１に埋め込まれている必要はなく、
セル厚を維持し得る数だけあれば足りる。また、スペー
サ２４が着色されていれば、更に遮光特性を向上させる
ことができる。本実施例ではスペーサ２４が着色されて
いない表示装置と、スペーサ２４が黒色に着色されてい
る表示装置とを作製した。

本実施例をノーマリホワイトモードの投射型アクティブ
マトリクス液晶表示装置に適用した場合の、光照射エー
ジング時間ｔとゲートロー電圧の変化Ｖｔｈｏｏｔとの
関係を第８図に示した。第８図に示すように、本実施例
の表示装置は従来の表示装置ニ比へて、ａ−ＴＰＴの特
性変化が小さいことが分かる。また、スペーサ２４が着
色されている方が遮光特性が高いことが分かる。

尚、本実施例は実施例２の第３図に示した構造のａ−Ｔ
ＰＴを有する表示装置にも適用することができる。

実施例１．３及び４の表示装置について得られた不均一
セル発生率を表１に示す。表１では、基板２２と２３と
の間隔が１μｍ以上の不均一性を有する表示装置の発生
率を、不均一セル発生率として示した。尚、ａ−ＴＦＴ
２５と絵素電極７との高さの違いによる段差は、何れの
実施例に於いても約０．　８μｍである。

表　　１ 実施例３の表示装置では有色樹脂を５μｍの厚さに均一
に塗布することがやや困難なため、スペーサ２４を用い
た実施例４の表示装置より均一セル発生率が高くなって
いる。しかし、実施例３及び４は、何れもスペーサ２４
を従来と同様に散布した実施例１の表示装置よりも、低
い不均一セル発生率を有している。

（発明の効果） 本発明のアクティブマトリクス表示装置は、スイッチン
グ素子を覆う絶縁性の遮光層を、該スイッチング素子が
形成されている基板上に有しているので、スイッチング
素子に入射する光を遮光することができ、しかもスイッ
チング素子の電極間のリークも生じない。また、本発明
のアクティブマトリクス表示装置は、表示装置を構成す
る基板の間隔を規定する遮光層、又は該間隔を規定する
スペーサが埋め込まれた遮光層を有をするので、絵素電
極上のスペーサによる画像品位の低下が生じなくなり、
セル厚を均一とすることができる。

従って、本発明によれば、高い画像品位を有するアクテ
ィブマトリクス表示装置が、高い歩留りで得られる。

４、　　　　の　　　なセ　Ｈ 第１図は本発明のアクティブマトリクス表示装置の実施
例１の断面図、第２図は第１図の表示装置の全体の概略
断面図、第３図は本発明の実施例２の断面図、第４図は
本発明の実施例３の断面図、第５図は第４図の表示装置
の全体の概略断面図、第６図は本発明の実施例４の断面
図、第７図は策６図の表示装置の全体の概略断面図、第
８図は光照射エージングによるａ−ＴＦＴの閾値の変化
を示す図、第９図は従来のアクティブマトリクス表示装
置の断面図、第１０図は第９図の表示装置の全体の概略
断面図である。

１・・・ゲート電極、２・・・ゲート絶縁膜、３・・・
半導体層、４・・・コンタクト層、５・・・ソース電極
、６・・・ドレイン電極、７・・・絵素電極、８・・・
保護膜、９・・・対向電極、２０・・・液晶層、２１・
・・遮光層、２２゜２３・・・絶縁性基板、２４・・・
スペーサ、２５・・・ａ−ＴＦＴ。

以上 第１図 第２図 第４０ 第５ 図 第６図 第７図 第８図 エージ゛ンク゛詩聞 （時間）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の絶縁性基板と、該一対の基板の何れか一方の
   基板上にマトリクス状に配列された絵素電極と、該絵素
   電極に接続されたスイッチング素子と、を有するアクテ
   ィブマトリクス表示装置であって、 該一方の基板上に於て、該スイッチング素子を覆う絶縁
   性の遮光層が形成されているアクティブマトリクス表示
   装置。 ２、前記遮光層によって、前記一対の基板の間隔が規定
   されている、請求項１に記載のアクティブマトリクス表
   示装置。 ３、前記遮光層に、前記一対の基板の間隔を規定するた
   めのスペーサが埋め込まれている、請求項１に記載のア
   クティブマトリクス表示装置。