(57)【要約】【課題】    ボトムゲート型の薄膜トランジスタを画素ドットごとのスイッチング素子とする透過型の液晶表示装置において、電源オフ時の残像を速やかに消去できるとともに、このために製造コストの増大または製品の不具合等を招かないものを提供する。【解決手段】画素領域内にあって、製造装置または工程の特性上、電源を切った際の画素電極からのリーク電流が小さくなる領域にて、遮光膜311に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）121のチャネル部の輪郭とほぼ重なり合う抜き部312を設ける。また、この抜き部312には、着色膜321を２層または３層重ねておくことで、光遮蔽率（ＯＤ値）を適当な値とする。このようにして、電源オフ時にリーク電流を発生させるとともに、使用時に、過度の光のリークによる表示ムラ等の発生を防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の絶縁基板上に配置されるゲート電極、及び、これを覆うゲート絶縁膜及び半導体活性膜を介して前記ゲート電極に重ねられるソース電極及びドレイン電極からなる薄膜トランジスタと、
互いに略平行に配列され前記ゲート電極に電気的に接続される走査線と、これら走査線に略直交して配列され前記ドレイン電極に電気的に接続される信号線と、
これら走査線及び信号線により形成される画素開口ごとに配置され、前記薄膜トランジスタを介して前記信号線に電気的に接続される画素電極と、
前記第１の絶縁基板と第２の絶縁基板との間に挟持され、シール材により封止された液晶層と、
少なくとも前記各薄膜トランジスタのチャネル部の近傍を覆うように配置される遮光膜とを備える液晶表示装置において、
画素領域内の少なくとも一部の領域において、前記遮光膜には、前記チャネル部の露出領域の輪郭に実質上重なり合うか、または該輪郭の内部に収まるように、抜き部または部分透光部が設けられたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記抜き部の幅方向寸法が８μｍ以上であることを特長とする請求項１の液晶表示装置。
【請求項３】
前記抜き部には、カラーフィルタを形成する着色膜が配置されていることを特長とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記抜き部には、前記着色膜が２層または３層重ねられていることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
【請求項５】
第１の絶縁基板上に配置されるゲート電極、及び、これを覆うゲート絶縁膜及び半導体活性膜を介して前記ゲート電極に重ねられるソース電極及びドレイン電極からなる薄膜トランジスタと、
互いに略平行に配列され前記ゲート電極に電気的に接続される走査線と、これら走査線に略直交して配列され前記ドレイン電極に電気的に接続される信号線と、
これら走査線及び信号線により形成される画素開口ごとに配置され、前記薄膜トランジスタを介して前記信号線に電気的に接続される画素電極と、
前記第１の絶縁基板と第２の絶縁基板との間に挟持され、シール材により封止された液晶層と、
少なくとも前記各薄膜トランジスタのチャネル部の近傍を覆うように配置される遮光膜とを備える液晶表示装置の製造方法において、
画素領域内にあって、製造装置または工程の特性上、電源を切った際の画素電極からのリーク電流が小さくなる領域にて、前記遮光膜に、前記チャネル部の露出領域の輪郭に実質上重なり合うか、または該輪郭内に収まるように、抜き部または部分透光部を設けることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置等の平面表示装置は、薄型、軽量、かつ低消費電力であって目にやさしい等の特長により、パーソナル・コンピュータ、カーナビ装置、携帯電話その他の携帯情報端末あるいはＴＶ等の表示装置として、更に投射型の表示装置として各種分野で利用されている。
【０００３】
中でも、各画素電極にスイッチ素子が電気的に接続されて成るアクティブマトリクス型表示装置は、隣接画素間でクロストークのない良好な表示画像を実現できることから、盛んに研究・開発が行われている。
【０００４】
以下に、光透過型のアクティブマトリクス型液晶表示装置を例にとり、その構成について簡単に説明する。
【０００５】
一般に、アクティブマトリクス型液晶表示装置は、マトリクスアレイ基板（以下アレイ基板と呼ぶ）と対向基板とが所定の間隔をなすよう近接配置され、この間隔中に、両基板の表層に設けられた配向膜を介して液晶層が保持されて成っている。
【０００６】
アレイ基板においては、ガラス等の透明絶縁基板上に、上層の金属配線パターンとして例えば複数本の信号線と、下層の金属配線パターンとして例えば複数本の走査線とが絶縁膜を介して格子状に配置され、格子の各マス目に相当する領域にＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）等の透明導電材料からなる画素電極が配される。そして、格子の各交点部分には、各画素電極を制御するスイッチング素子が配されている。スイッチング素子が薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略称する。）である場合には、ＴＦＴのゲート電極は走査線に、ドレイン電極は信号線にそれぞれ電気的に接続され、さらにソース電極は画素電極に電気的に接続されている。
【０００７】
対向基板は、ガラス等の透明絶縁基板上にＩＴＯから成る対向電極が配置されてなる。
【０００８】
ここで、カラー表示を実現するのであれば、カラーフィルタ層が対向基板またはアレイ基板上にあって少なくとも画素電極に対応する個所に配置される。また、両基板の間には、これら基板の間の間隔を一定にするための多数のスペーサが配置される。
【０００９】
ＴＦＴがボトムゲートである場合、すなわちゲート電極よりも表層側に半導体活性膜が配置されるものである場合には、ＴＦＴのチャネル部近傍を遮光するための遮光膜が対向基板またはアレイ基板上に配置される。これは、チャネル部の両端側にあるサイドチャネル部に光が照射された場合に、ＴＦＴにリーク電流が生じ、動作不良を生じるからである。ここで、ＴＦＴのチャネル部とは、チャネル保護膜を有しないバックチャネルカット型の場合には、ソース及びドレイン電極の間の個所である。チャネル保護膜を有する、いわゆるエッチングストッパ型の場合は、ソース及びドレイン電極とのオーミックコンタクト部に挟まれた個所である。したがって、エッチングストッパ型の場合にはチャネル保護膜の幅がチャネル長となる。
【００１０】
遮光膜は、画素電極の縁部と信号線との間の間隔、及び、画素電極の縁部と走査線との間の間隔を覆うように碁盤目状に設けられるか、または、画素電極の縁部と信号線との間の間隔を覆うようにストライプ状に設けられるのが従来より一般的である。これは、画素電極のパターンと信号線または走査線のパターンとの位置ずれを吸収し、該間隔からの光漏れを確実に防止するためである。しかし、近年、画素開口率を向上すべく、絶縁性の厚型樹脂膜を介して、画素電極の外周の縁部を信号線及び走査線と重ね合わせることが行われており、この場合、遮光膜は、薄膜トランジスタに対応する個所にのみ設けられる。
【００１１】
以上に説明したようなＴＦＴ型液晶表示装置の電源を切る際、液晶表示装置の駆動回路側電源と、バックライトのランプとが同時に切れる。そのため、各薄膜トランジスタには、バックライト光やその内部反射光に起因する電荷のリークが生じないこととなる。したがって、各画素電極には、最後に印加された電圧が長時間保持されるために、電源を切った後に、最後に表示された画像パターンがしばらく浮かび上がって残像として認識される。
【００１２】
このような電源オフ時の残像を速やかに消去すべく、電源の停止操作と同時に各薄膜トランジスタをしばらくＯＮ状態にする特殊な回路を、駆動回路系統中に設けることが提案されている（特許文献１参照）。また、各画素ドットごとに２つの薄膜トランジスタを設けて、電源オフ時のリーク電流を増加させることで、残像をより速やかに消去することも提案されている（特許文献２参照）。
【００１３】
一方、全く異なる目的で、遮光膜が厚みの大きい樹脂膜からなり、液晶層の間隔を決めるスペーサーとして非固定の球状スペーサーが用いられる場合において、薄膜トランジスタの頂部の個所に対応して、遮光膜に抜き部を設けることも提案されている（特許文献３参照）。このような抜き部を設けて置くことにより、球状スペーサーが薄膜トランジスタの頂部に配置されて基板中にめり込むことによる各種の不具合を防止しようとしたのである。
【特許文献１】特開２００２−１９６３０５号公報
【特許文献２】特開２００３−１２２３１１号公報
【特許文献３】特開２００１−３３８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記のように、各薄膜トランジスタをしばしＯＮ状態にしておく特殊な回路を設ける場合、それだけ駆動回路系統が複雑になり、製造コストを増大させる要因となりうる。また、駆動回路系統の設置スペースも増大しうる。一方、各画素ドットごとに２つの薄膜トランジスタを設けるならば、透過型液晶表示装置にあって画素開口率が大きく低下してしまう他、薄膜トランジスタの個所で層間短絡等に起因する不良の発生率も増大してしまう。
【００１５】
他方、薄膜トランジスタの頂部の個所に対応して遮光膜に抜き部を設けた場合、残像の問題は解消できるものの、液晶表示装置の使用時に、光漏れ等による表示不良が顕著に発生してしまう。
【００１６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、ボトムゲート型の薄膜トランジスタを画素ドットごとのスイッチング素子とする透過型の液晶表示装置において、電源オフ時の残像を速やかに消去できるとともに、このために製造コストの増大または製品の不具合等を生じないものを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の液晶表示装置は、第１の絶縁基板上に配置されるゲート電極、及び、これを覆うゲート絶縁膜及び半導体活性膜を介して前記ゲート電極に重ねられるソース電極及びドレイン電極からなる薄膜トランジスタと、互いに略平行に配列され前記ゲート電極に電気的に接続される走査線と、これら走査線に略直交して配列され前記ドレイン電極に電気的に接続される信号線と、これら走査線及び信号線により形成される画素開口ごとに配置され、前記薄膜トランジスタを介して前記信号線から信号電流が供給される画素電極と、前記第１の絶縁基板と第２の絶縁基板との間に挟持され、シール材により封止された液晶層と、少なくとも前記各薄膜トランジスタのチャネル部の近傍を覆うように配置される遮光膜とを備える液晶表示装置において、画素領域内の少なくとも一部の領域において、前記遮光膜には、前記チャネル部の輪郭に実質上重なり合うか、または該輪郭内に収まるように、抜き部または部分透光部が設けられたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法は、第１の絶縁基板上に配置されるゲート電極、及び、これを覆うゲート絶縁膜及び半導体活性膜を介して前記ゲート電極に重ねられるソース電極及びドレイン電極からなる薄膜トランジスタと、互いに略平行に配列され前記ゲート電極に電気的に接続される走査線と、これら走査線に略直交して配列され前記ドレイン電極に電気的に接続される信号線と、これら走査線及び信号線により形成される画素開口ごとに配置され、前記薄膜トランジスタを介して前記信号線から信号電流が供給される画素電極と、前記第１の絶縁基板と第２の絶縁基板との間に挟持され、シール材により封止された液晶層と、少なくとも前記各薄膜トランジスタのチャネル部の近傍を覆うように配置される遮光膜とを備える液晶表示装置の製造方法において、画素領域内にあって、製造装置または工程の特性上、電源を切った際の画素電極からのリーク電流が小さくなる領域にて、前記遮光膜に、前記チャネル部の輪郭に実質上重なり合うか、または該輪郭の内部に収まるように、抜き部または部分透光部を設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
電源オフ時の残像を速やかに消去できるとともに、このために製造コストの増大または製品の不具合等を招くことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について図１乃至図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態になる液晶表示装置の要部を示す模式的な積層断面図である。また、図２は、図１の液晶表示装置の表示領域の基本構成について説明するための、絶縁膜及び半導体膜を省略した模式的な分解斜視図である。
【００２１】
アクティブマトリクス型液晶表示装置1は、アレイ基板100と対向基板300とが液晶400層を挟んで対向配置されてなる。
【００２２】
アレイ基板100の画素形成領域では、ガラス基板101上に、８００×３本の信号線103と６００本の走査線111とが略直交するように配置され（ＳＶＧＡ）、各信号線103と各走査線との交点近傍には、それぞれＴＦＴ121を介して画素電極151が配置される。
【００２３】
このＴＦＴ121の個所では、走査線から導出されたゲート電極111上に酸化シリコンと窒化シリコンとが積層されて成る絶縁膜113が配置され、絶縁膜113上にはａ−Ｓｉ：Ｈ膜が半導体膜115として配置されている。また、この半導体膜115上には、ゲート電極111に自己整合されて成るチャネル保護膜117として窒化シリコンが配置されている。そして、半導体膜115は、低抵抗半導体膜119として配置されるｎ+型ａ−Ｓｉ：Ｈ膜およびソース電極131を介してそれぞれの画素電極151に電気的に接続されている。また、半導体膜115は、低抵抗半導体膜119として配置されるｎ+型ａ−Ｓｉ：Ｈ膜および信号線103から延在されたドレイン電極105を介して信号線103に電気的に接続されている。また、走査線に対し略平行に、しかも画素電極151と重複する領域を有して配置される補助容量線161を備え、画素電極151と補助容量線161とによって補助容量（Ｃｓ）が形成されている。
【００２４】
アレイ基板の作製は、例えば、特開平９−１６００７６号や特開２０００−２６７５９５号に記載の方法によって行うことができる。
【００２５】
対向基板300は、図示の例において、透明なガラス基板301上に、アレイ基板100に形成されるＴＦＴ121の近傍の領域、信号線103と画素電極151との間隙、走査線と画素電極151との間隙のそれぞれを遮光するためクロム（Ｃｒ）等の金属から成るマトリクス状の遮光膜（ブラックマトリクス）311を備えている。
【００２６】
遮光膜311のパターンに囲まれた各マス目部分には、カラー表示を実現するための赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色で構成される着色膜321:321-R,321-G,321-Bがそれぞれ設けられる。着色膜321は、ブラックマトリクス311が配置された領域にも設けられる。着色膜321のパターンは、全体がＩＴＯから成る対向電極331により覆われる。
【００２７】
このようなアレイ基板100と対向基板300とは、アレイ基板100上に形成された柱状スペーサ（例えば高さ約５μｍ）を介して対向配置される。アレイ基板100と対向基板300との間にはそれぞれ配向膜601,603を介してツイスト・ネマチック型の液晶組成物400が挟持される。
【００２８】
遮光膜311のパターンは、金属層を堆積させるスパッタリング工程と、これをフォトリソグラフィーによりパターニングする工程とを経て形成される。また、各着色膜321:321-R,321-G,321-Bのパターンも、それぞれ、無機着色膜を堆積させる工程及びフォトリソグラフィーを用いたパターニング工程により作製される。
【００２９】
遮光膜311のパターンには、画素領域内の特定の部分にて、ＴＦＴ121のチャネル部2の個所に、抜き部312が設けられている。特定の部分とは、対応するアレイ基板100の製造装置及び製造プロセスの特性に起因して、液晶表示装置の残像が、比較的強く残る部分であって、製品の系統的な解析や、経験に基づき、特定される部分である。すなわち、ＴＦＴ121を構成する膜の特性等により、電源オフ時にＴＦＴ121を流れるリーク電流の値が小さくなっている画素領域内の部分領域である。
【００３０】
抜き部312の長さL1及び幅W1は、図示の例において、ＴＦＴ121のチャネル部がソース電極131とドレイン電極105との間に露出するチャネル部露出領域2の長さL2及び幅W2にほぼ一致する。アレイ基板と対向基板との位置合わせ精度を無視するならば、抜き部312は、輪郭が、チャネル部露出領域2の輪郭にほぼ一致する位置に設けられる。なお、図示のエッチングストッパ型であると、チャネル部の幅はチャネル保護膜117の幅に一致するため、上記チャネル部露出領域2の幅と、わずかに異なる。しかし、チャネル保護膜を有しないバックチャネルカット型の場合、チャネル部の長さ及び幅は、上記チャネル部露出領域2に一致する。
【００３１】
一方、着色膜321-R,321-G,321-Bのパターンは、遮光膜の抜き部312及びその近傍にて、２層に重ねられている。例えば、レッドの着色膜321-Rと、グリーンの着色膜321-Gとが、抜き部312を確実に覆うように配置されている。このように、２層の着色膜の重ね合わせ部分322を抜き部312に配置することにより、抜き部312におけるＯＤ値（Optical Density）すなわち遮光率は、７０〜８０％となっている。すなわち、電源オフ時に外光によるリーク電流を引き起こすとともに、液晶表示装置の作動時に、過度の光の透過によってＴＦＴ121に誤作動が生じたり、その他の光漏れ等の表示不良が生じるのを防止している。
【００３２】
次に、上記実施の形態、その変形例及び比較例の液晶表示装置について、電源オフ時の残像時間、及び、使用時の表示不良の発生について試験した結果を簡単に示す。変形例は、上記実施の形態と同様の液晶表示装置において、抜き部312にて着色膜を全く配置しなかったものである。また、比較例１は、さらに、抜き部312の長さL1及び幅W1を、それぞれ、チャネル部露出領域2における長さL2及び幅W2の２倍としたものである。なお、変形例及び比較例においても、抜き部312は、上記に説明した実施の形態と同様、画素領域中にあって、電源オフ時の残像の顕著な個所でのみ設けた。一方、比較例２は、抜き部312を全く設けなかった従来と同様のものである。
【表１】
2006154682.tif 000003
【００３３】
実施の形態の液晶表示装置であると、電源オフ時の残像時間が、抜き部を設けなかった場合（比較例２）の３０秒から大幅に短くなり、環境照度２００ルックス(lx)の下では１０秒、環境照度４００ルックス(lx)の下では５秒となった。また、実施の形態の液晶表示装置には、使用時に、表示ムラ等の表示不良が全く見られなかった。
【００３４】
抜き部の着色膜を省いた変形例の液晶表示装置であると、電源オフ時の残像時間が、環境照度２００ルックス(lx)の下では５秒、環境照度４００ルックス(lx)の下では瞬時となった。但し、環境照度４００ルックス(lx)では、使用時に、ＴＦＴのチャネル部での光漏れに起因する表示ムラが発生した。したがって、屋外その他の外光照度の大きい環境での使用には適しない。
【００３５】
一方、抜き部の寸法を、長さ、幅ともに２倍とし、抜き部に着色膜を配置しなかった比較例１の液晶表示装置であると、電源オフ時の残像時間が変形例の場合と同様に大幅に短縮したものの、使用時に、ＴＦＴ近傍の配向膜の配向不良領域における光漏れが生じ、白点状の表示不良が観察された。
【００３６】
上記実施の形態においては、抜き部312に２層の着色膜からなる重ね合わせ部322を配置したが、着色膜の透光率や液晶表示装置全体の特性等に応じて、３層または１層とすることができる。但し、通常、２層または３層の着色膜を配置するのが好ましい。
【００３７】
抜き部312は、チャネル部の長さ方向に沿って断続する複数の開口からなるものであっても良い。なお、このような場合も、抜き部312の長さL1及び幅W1は、いずれも好ましくは８μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上の寸法に設計される。これを下回る寸法であると、一般に、パターニングを確実に行うことが困難となり、所期の残像時間低減効果を達成できないおそれがある。
【００３８】
上記実施の形態においては、遮光膜が金属層からなるとして説明したが、樹脂中に顔料を分散させるか、または染料を溶解させたものであっても良い。この場合、上記抜き部312に代えて、遮光用樹脂膜の厚みを小さくした部分透光部を設けても良い。例えば、顔料を含む樹脂層を塗布した後、ハーフトーンパターニングにより、部分透光部を形成することもできる。
【００３９】
上記実施の形態においては、遮光膜及び着色膜のいずれも対向基板上に設けられるものとして説明したが、これらの一方または両方が、アレイ基板上に設けられるのであっても、全く同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施の形態の液晶表示装置の要部の構成について模式的に示す積層断面図である。
【図２】図１の液晶表示装置の要部の構成について模式的に示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
100  アレイ基板
121  ＴＦＴ
151  画素電極
2    ＴＦＴのチャネル部の露出領域
300  対向基板（カラーフィルタ基板）
311  遮光膜
312  遮光膜の抜き部
321  着色膜
322  着色膜の重ね合わせ部
400  液晶層
【図１】
2006154682.tif 000004
【図２】
2006154682.tif 000005