JPH07104279A

JPH07104279A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH07104279A
Application number: JP5243117A
Authority: JP
Inventors: Hisao Toeda; 久郎戸枝; Yoshiko Tsuji; 佳子辻; Yujiro Hara; 雄二郎原; Mitsushi Ikeda; 光志池田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-29
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】投射光の強いプロジェクション表示装置のプロ
ジェクタとして用いた場合でも表示特性の劣化が少ない
液晶表示装置を提供する。【構成】薄膜トランジスタ３１と透明の画素電極２８と
を含む表示素子を二次元配列してなる液晶表示装置にお
いて、少なくとも薄膜トランジスタ３１の上に、入射し
てくる波長の光に対して透過率の小さい光吸収体３２を
設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に係り、
たとえばプロジェクション表示装置のプロジェクタに適
した液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、スイッチング素子として非晶質シ
リコン（ａ−Ｓｉ）膜を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）を組み込んだアクティブマトリクッス型液晶表示装
置（ＬＣＤ）が注目されている。このアクティブマトリ
クッス型液晶表示装置をプロジェクション表示装置のプ
ロジェクタとして用いることにより、大画面化、特に10
0 インチクラスのハイビジョンテレビが実現可能であ
る。

【０００３】ａ−Ｓｉ−ＴＦＴアレイを組み込んだＬＣ
Ｄの１つの表示素子部分は、たとえば図１４に示すよう
に構成されている。すなわち、図中１はガラス板等で形
成された第１の絶縁性透明基板を示している。この第１
の絶縁性透明基板１の上にＴＦＴ２、透明の画素電極３
および図示しないデータバスラインおよびゲートバスラ
インが形成されている。

【０００４】ＴＦＴ２は、透明の絶縁膜４に埋め込まれ
るように設けられたゲート電極５と、このゲート電極５
上に上記絶縁膜４を介して積層配置されたＳｉＮｘ膜６
およびａ−Ｓｉ膜７と、これらの上に設けられたＳｉＮ
ｘ膜からなるストッパ膜８と、このストッパ膜８を境に
して両側に設けられたｎ⁺ ａ−Ｓｉ膜９ａ，９ｂと、ド
レイン電極１０およびソース電極１１と、全体を覆うよ
うに設けられたＳｉＮｘ膜からなるパッシュベーション
膜１２とで構成されている。画素電極３は絶縁膜４上に
設けられたＩＴＯによって形成されており、ソース電極
１１に接続されている。

【０００５】一方、第１の絶縁性透明基板１と対向する
関係にガラス板等で形成された第２の絶縁性透明基板１
３が配置されており、この第２の絶縁性透明基板１３の
内面にはＩＴＯなどで形成された対向電極１４が設けら
れている。

【０００６】そして、対向電極１４と第１の絶縁性透明
基板１側との間に液晶１５が封着されている。ところ
で、このような液晶表示装置でプロジェクション表示装
置のプロジェクタを構成した場合、表示を拡大するため
に投射部の光強度を非常に大きくしなければならないこ
とがある。このように投射光強度を大きくすると、入射
してくる光１６による光伝導でＴＦＴ２のリ―ク電流が
増大し、表示特性の劣化、特にコントラストが低下す
る。

【０００７】この問題に対処するために、従来はオフィ
ス用も含めてＴＦＴ２の上で第２の絶縁性透明基板１３
の側にブラックマトリックス（遮光膜）を設け、このブ
ラックマトリックスでＴＦＴ２に入射する光の遮蔽を行
っている。しかし、プロジェクション表示装置の場合
は、オフィス用に比べ入射光強度が強いため、ブラック
マトリックスによって直接光を遮蔽しているにもかかわ
らず、第１の絶縁性透明基板１側などからの反射光およ
び第２の絶縁性透明基板１３側からの間接光によってＴ
ＦＴ２に光リ―クが発生し、オフ電流が増加して画質が
低下する問題があった。また、間接光の入射を防止する
ために，間接光の減衰を見込んでブラックマトリックス
の面積を大きくする必要があり、これが原因して開口率
が低下する問題もあった。さらに、ＴＦＴ表面に形成す
るタイプのブラックマトリックスを構成している通常の
ブラックレジスト材料では、紫外域まで吸収があり、露
光時間が長く、しかもパタ―ンの底まで完全に露光する
ことが難しいので、未露光部が発生し、良好なパタ―ン
形状が得られないという問題があった。

【０００８】また、別の例として、ブラックマトリック
スを、たとえばクロム、酸化クロムの積層構造にするこ
とよって低反射率にする工夫を施したものもある。クロ
ム（100nm ），酸化クロム（30nm）の２層構造に形成し
たブラックマトリックスは、波長が420 nm付近に反射率
の極小値を持つ。したがって、入射してくる光が420nm
付近の場合は、ブラックマトリックスに入射した光のほ
ぼ100%をカットできるが、たとえば入射してくる光が62
0nm 付近の赤（Ｒ）の光であった場合には入射してくる
光の30% が反射し、低反射膜としての十分な効果が望め
ないという問題があった。

【０００９】さらに別の例として、第２の絶縁性透明基
板１３の側でＴＦＴ２に対向する位置にブラックマトリ
ックスを設けるとともに、ＴＦＴ２上に金属等で形成さ
れた遮光能力の高い遮光膜を設けたものもある。しか
し、ＴＦＴ２のソ―ス／ドレイン電極部での層間絶縁膜
の段差カバレッジが悪いため、ソ―ス／ドレインと遮光
膜との電気的ショ―トによる点欠陥を発生させ、歩留り
を低下させる問題があった。また、遮光膜を設けた液晶
表示装置では、マスクの合せずれを考慮して、遮光膜を
ＴＦＴ２の部分と画素電極３、ゲ―トバスラインおよび
デ―タバスラインとの間の部分の幅より大きく形成して
いるため、液晶表示装置の開口率が低下するという問題
もあった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の液
晶表示装置にあっては、特に投射光の強いプロジェクシ
ョン表示装置のプロジェクタとして用いた場合には、表
示特性の劣化を招き、特にコントラストが低下するとい
う問題があった。そこで本発明は、上述した不具合を解
消できる液晶表示装置を提供することを目的としてい
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、薄膜トランジスタと透明画素電極とを含
む表示素子を二次元配列してなる液晶表示装置におい
て、少なくとも前記薄膜トランジスタの上に、入射して
くる波長の光を吸収する光吸収体、高抵抗半導体、不透
明なポジ型フォトレジストへの裏面露光によって形成さ
れる遮光体のいずれかの物質を設けたことを特徴として
いる。また、ブラックマトリックスを設けたものでは、
入射してくる波長に対応させてブラックマトリックスの
反射率を最小にすることも有効である。

【００１２】

【作用】少なくとも薄膜トランジスタの上に入射してく
る波長の光を吸収する光吸収体を設ける構造では、たと
えば３板式プロジェクション液晶表示装置に適用した場
合、入射してくる光がＲＧＢに分離されて入射するの
で、光の波長に対応した吸収率の光吸収体を設けること
により、薄膜トランジスタへの光の入射を防止すること
が可能となる。

【００１３】また、少なくとも薄膜トランジスタの上に
高抵抗半導体を設ける構造では、パッシベ―ション膜の
段差部においてソ―ス／ドレイン間のショ―トを発生さ
せることなく良好な光遮蔽を実現できる。

【００１４】また、少なくとも薄膜トランジスタの上に
不透明なポジ型フォトレジストへの裏面露光によって形
成される遮光体を設ける構造では、不透明なポジ型フォ
トレジストからなる遮光体が裏面露光により形成される
ので、露光の際のマスクの合せのずれを考慮したマ―ジ
ンを設ける必要がなく、液晶表示装置の開口率を低下さ
せることがないし、パタ―ニング工程を必要としない利
点がある。また、薄膜トランジスタが遮光体で覆われて
いるので、この薄膜トランジスタに入射する光を遮光す
ることができ、光リ―ク電流を低減させることができ
る。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置
における１つの表示素子部分の断面図が示されている。
この実施例は、ＴＦＴの上に入射してくる波長の光を吸
収する光吸収体を設けた例である。製造工程を含めて構
成を説明すると以下の通りである。

【００１６】まず、ガラス板で形成された第１の絶縁性
透明基板２１上にＭｏ−Ｔａ合金を厚さ250nm 堆積し、
これをエッチングしてゲート電極２２と図示しない補助
容量電極を同時に形成した。その上にゲ―ト絶縁膜２
３，２４となるＳｉＯｘ膜，ＳｉＮｘ膜をそれぞれ厚さ
300nm ，50nm形成し、続いて活性層２５，チャネル保護
膜２６となるａ−Ｓｉ膜，ＳｉＮｘ膜をそれぞれ厚さ50
nm，200nm 形成した。

【００１７】次に、チャネル保護膜２６をエッチング形
成し、続いてオ―ミックコンタクト層２７となるｎ⁺ ａ
−Ｓｉ膜を厚さ50nm形成した。この後、ａ−Ｓｉ膜およ
びｎ⁺ ａ−Ｓｉ膜を島状にエッチング形成した。次に、
透明導電膜としてのインジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）を
厚さ100nm 堆積した後、これをエッチングして画素電極
２８を形成した。続いて、走査線の取り出し部分のゲ―
ト絶縁膜を除去した。この後、Ｍｏ，Ａｌを厚さ50nm，
300nm 堆積し、エッチングにより信号線電極２９を形成
した。

【００１８】形成された信号線電極２９をマスクにソ―
ス・ドレイン間のｎ⁺ ａ−Ｓｉ膜を選択的にエッチング
した。そして、パッシベ―ション膜３０としてＳｉＮｘ
を厚さ200nm 堆積した。その後、信号線電極２９の取り
出し部分だけエッチングしてＴＦＴ３１を形成し、この
ＴＦＴ３１上に光吸収体３２を形成してＴＦＴアレイ基
板３３を完成した。

【００１９】一方、ガラス板で形成された第２の絶縁性
透明基板３４に、ブラックマトリックス３５と透明対向
電極３６とを設けた対向電極基板３７を用意し、この対
向電極基板３７とＴＦＴアレイ基板３３と間に液晶３８
を注入、封止して液晶表示装置を完成した。

【００２０】ここで、光吸収体３２の材質について説明
する。プロジェクション液晶表示装置では光源として、
たとえばメタルハライドランプが使用され、ダイクロイ
ックミラーによってＲ，Ｇ，Ｂに分離され、この分離さ
れた光が液晶表示装置に対して照射される。なお、Ｒ，
Ｇ，Ｂ以外の紫外，赤外の光を反射ミラーまたは吸収フ
ィルタにより除外することも行われる。

【００２１】図２にはダイクロイックミラーによって
Ｒ，Ｇ，Ｂに分離された光のスペクトルの例が示されて
いる。カラー表示の場合には、この分離された光が三枚
のＴＦＴアレイに図１中太矢印３９で示すように入射す
る。この例において、入射してくる光がたとえば620nm
付近にピ―クのある赤（Ｒ）の光の場合には、光吸収体
３２としては、図３に示すような吸収スペクトルを持つ
カラ―レジスト材料、たとえば青（Ｂ）のカラ―レジス
ト材料が用いられている。また、青（Ｂ）と緑（Ｇ）の
組み合せでもよく、赤（Ｒ）のピ―クである場合には57
0nm 以上に透過のない材料が用いられている。

【００２２】したがって、従来用いられている図７に示
す特性のブラックレジスト材料に比べ紫外領域の透過性
がよく、未露光部分によるパタ―ン不良の発生がなく、
良好なパタ―ン性が得られる。パタ―ニングに必要な露
光量で比較すると、たとえば、図７に示す特性のブラッ
クレジスト材料では500mj ／cm² の露光量を必要とする
が、上述した青の場合は200 mj／cm² の露光量で済み、
40% の露光量でよいので、工程時間の短縮が可能にな
る。

【００２３】緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光が入射する場合も
同様に考えればよい。たとえば、緑（Ｇ）の場合は460n
m から620nm に透過のない材料であればよく、青（Ｂ）
の場合は400nm から520nm に透過のない材料であればよ
い。

【００２４】図４(a),(b) には、ＴＦＴ部分の上に光吸
収体を乗せた場合の平面図の例が示されている。光吸収
体３２の大きさは、図４(a) に示すように、少なくとも
ＴＦＴ３１のチャネル部分を覆う大きさが必要である。
できれば、図４(b) に示すように、活性層であるａ−Ｓ
ｉのアイランドの大きさ以上の面積が望ましい。

【００２５】図５および図６には、変形例が示されてい
る。図５に示す例では、ＴＦＴ３１の上に光吸収体３２
ａが配置されている。すなわち、セルのギャップを均一
に維持するために用いられているスペ―サの代替として
光吸収体３２ａを柱状に形成し利用している。この場合
も先の例と同様に、入射してくる光の波長に合せて光吸
収体３２ａの材料を選べばよい。この例においては、光
吸収体３２ａがスペ―サの代りにセルのギャップを均一
に保つ。

【００２６】また、図６に示す例ではＴＦＴ３１を囲む
位置に光吸収体３２ｂが配置されてＴＦＴ３１への光の
入射を防いでいる。したがって、有効な表示エリアを塞
ぐことはない。

【００２７】なお、上述した遮光手法は、逆スタッガ型
エッチングストッパタイプＴＦＴに限らず、バックチャ
ネルタイプなど別のＴＦＴ構造においても有効である。
図８には本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置にお
ける１つの表示素子部分が示されている。この実施例
は、ＴＦＴの上に高抵抗半導体膜を設けた例である。製
造工程も含めて構成を説明すると以下の通りである。

【００２８】ガラス板で形成された第１の絶縁性透明基
板１１１の上にＭｏ−Ｔａ合金を厚さ300nm 堆積し、こ
れをエッチングしてゲ―ト電極１１２を形成した。次
に、ゲート絶縁膜１１３，１１４としてのＳｉＯｘ膜，
ＳｉＮｘ膜，活性層１１５としてのａ−Ｓｉ膜，ストッ
パ１１６としてのＳｉＮｘ膜をそれぞれプラズマＣＶＤ
によって厚さ350nm ，50nm，50nm，200nm 形成した。

【００２９】ＳｉＮｘ膜をエッチングしてストッパ１１
６を形成した後に、ｎ⁺ ａ−Ｓｉ膜１１７をプラズマＣ
ＶＤによって厚さ50nm形成し、続いて活性層１１５であ
るａ−Ｓｉ膜の島を形成した。ＩＴＯで画素電極１１８
を形成した後に、厚さ50nmのＭｏ膜と厚さ400nm のＡｌ
膜とで信号線１１９を形成した。次に、厚さ200nm のＳ
ｉＮｘ膜からなるパッシベ―ション膜１２０を形成し、
その上に3 原子% の酸素を添加したａ−Ｓｉ膜１２１を
厚さ191nm 形成した。

【００３０】次に、酸素添加のａ−Ｓｉ膜１２１の島が
ＴＦＴ１２２の上部のみに残るようにエッチング形成し
た。次に、画素電極１１８上のパッシベ―ション膜１２
０をエッチングで除去してＴＦＴアレイ基板１２３を完
成した。

【００３１】一方、遮光用のブラックマトリックスとカ
ラ―フィルタとＩＴＯ導電膜１２４とが設けられた対向
電極基板１２５を用意し、ＴＦＴアレイ基板１２３と対
向電極基板１２５の表面に配向用のポリイミド膜をコ―
トし、エポキシ樹脂で封着して液晶１２６を注入した。

【００３２】このように構成された液晶表示装置に対し
て図中太矢印１２７で示すように光が照射される。この
ように形成された液晶表示素子の光透過率は、たとえば
波長550nm の光に対しては、Ｒ＝｜｛n LC−(nSi：O/nSiNx ）² na-Si ｝／｛n LC＋
(nSi：O/nSiNx ）²×na-Si ｝｜² ＝｜｛ 1.53 −(3.5/2.0) ² 3.5 ｝／｛ 1.53 ＋(3.5/
2.0) ² 3.5 ｝｜² ＝60(%) となり、光学的な透過率は40% であった。

【００３３】ＴＦＴ１２２上に設けられたａ−Ｓｉ膜１
２１は、吸収端が688nm にあり、可視光（400 〜700 n
m）の大部分を吸収する。このため、透過光がさらに減
少し、透過率が17% となり、従来の98% の1/6 に減少さ
せることができた。

【００３４】また、酸素を添加したａ−Ｓｉ膜１２１
は、抵抗率が１×１０¹²Ωcmであり、Ｗ／Ｌが５の場合
での抵抗は１×１０¹⁶Ωと高抵抗である。したがって、
もしａ−Ｓｉ層１２１を介してソ―ス／ドレイン間にリ
ーク電流が流れても問題のない値である。

【００３５】なお、ａ−Ｓｉ膜１２１の代りに酸素を添
加した厚さ167nm のＳｉ _0.8Ｇｅ _0.2の膜を用いると、
屈折率がｎ＝4 であるため、反射率が68 %と増大し、透
過率が32 %となる。また、吸収端が890nm であるため、
可視域全域での吸収係数が5×10⁵ と大きく、Ｓｉ _0.8
Ｇｅ _0.2膜で吸収されたことにより、透過率が0.3 %と
なり、反射を合せて総合的には透過率が0.1 % となる。
この場合の抵抗率は1×10¹⁰Ωcmであり、Ｗ／Ｌ＝ 5で
の抵抗は1 ×10¹⁴Ωとなる。したがって、もしこのＳｉ
_0.8Ｇｅ _0.2膜によってソ―ス／ドレイン間がショ―ト
されても問題とはならない。

【００３６】なお、ＧｅとＳｉの組成比は必要に応じて
変化させればよく、また酸素を0.5〜10% 程度添加すれ
ば、暗抵抗を十分大きくでき、光電導を無視できる程度
に小さくできる。酸素の添加によりＳｉＧｅ膜の吸収端
が短波長に近付き、光の透過率が高くなるため、酸素は
2 〜5%程度が好ましい。ＳｉまたはＳｉＧｅの膜厚は、
２πｎｄ／λ＝１／４＋ｍに近ければよく、10% 程度の
ずれは許容できる。ここで、ｎは半導体膜の屈折率であ
り、可視域の中心の550nm で考えればよく、ｍは整数、
ｄは膜厚であり、λは真空中の波長で550nm で考えれば
よい。また、液晶との界面のパッシベ―ション膜１２０
は、ｎ＝2 のＳｉＮｘよりも屈折率の小さなＳｉＯｘ
（ｎ＝1.45）や他の透明絶縁膜であればさらに反射率が
大きくなり、大きな効果が期待できる。

【００３７】図９(a),（b)には変形例が示されている。
図９(a) に示されている例では、図８に示されるストッ
パ１１６とパッシベーション膜１２０との間にａ−Ｓ
ｉ：Ｏ膜１３１を挟んだ構成になっている。

【００３８】以下、図面を参照しながら詳しく説明す
る。ゲ―ト電極１１２を形成した後、プラズマＣＶＤに
よりゲート絶縁膜１１３，１１４としてのＳｉＯｘ膜，
ＳｉＮｘ膜をそれぞれ厚さ350nm ，50nm形成し、その上
に活性層１１５としてのａ−Ｓｉ膜およびストッパ膜１
１６としてのＳｉＮｘ膜をそれぞれ厚さ50nm，200nm 形
成した。次に、スパッタにより酸素および水素を添加し
たアモルファスのＳｉ _0.8Ｇｅ _0.21 膜１３１を厚さ16
7nm 形成した。ストッパ膜１１６とａ−ＳｉＧｅ膜１３
１とをＣＤＥまたは弗硝酸によってエッチングし、その
後に厚さ50nmのｎ⁺ ａ−Ｓｉ膜１１７をプラズマＣＶＤ
により成膜し、その後に、Ｓｉ _0.8Ｇｅ _0.21 膜１３１
の島を形成した。後の工程は図８の例と同様である。

【００３９】このように構成しても、図８の例と同様の
効果を得ることができる。なお、図９(b) に示すよう
に、ａ−ＳｉＧｅ膜１３１の上に、さらにＳｉＮｘ膜１
３２を形成したストッパ膜構成としてもよい。

【００４０】なお、屈折率の大きい他の材料としては、
ＳｉＣ（2.68），ＺｎＳｅ（2.4 ），ＺｎＳ（2.2 ），
ダイアモンド（2.42），ＧａＰ（3.3 ），ＧａＡｓ（3.
3 ），ＴｉＯ（2.5 ），ＴａＯ（2.61），ＨｆＯ（2.0
），ＩＴＯ（2.0 ）がある。屈折率の小さい材料とし
てはＣａＦ（1.25），ＳｉＯ₂ （1.45）等がある。これ
らを用いてもよい。なお、カッコ内は屈折率を示してい
る。

【００４１】図８および図９に示す構成は、プロジェク
ション用に限らず、オフィス用のディスプレイとして用
いても同様の効果が得られる。また、ＴＦＴの構造もど
のようなものでもよく、チャネル部のｎ⁺ ａ−Ｓｉ層を
エッチングするタイプのものにも適用でき、要はＴＦＴ
の上部に光を反射させる膜が形成されておればよい。ま
た、ｐ−ＳｉやＣｄＳ，ＣｄＳｅのＴＦＴにも適用でき
る。遮光膜のパタ―ンはＴＦＴ上部だけに限らず、画素
電極１１８の周囲まで延ばして、ブラックマトリックス
を兼用させてもよい。また、ＴＦＴの構造は、バックチ
ャネル型でもよいし、ゲート上置き型でもよい。

【００４２】図１０には本発明の第３の実施例に係る液
晶表示装置における１つの表示素子部分が示されてい
る。この実施例は、少なくともＴＦＴの上に不透明なポ
ジ型フォトレジストへの裏面露光によって形成される遮
光体を設けた例である。製造工程を含めて構成を説明す
ると以下の通りである。

【００４３】この液晶表示装置では図１０中太矢印２０
０で示す方向から光が入射される。まず、ガラス板で形
成された第１の絶縁性透明基板２１１の上にＭｏ−Ｔａ
合金を厚さ300nm 堆積し、これをエッチングして図示し
ないゲ―トバスラインおよびゲ―ト電極２１２を形成し
た。

【００４４】次に、ゲ―ト絶縁膜２１３，２１４として
のＳｉＯｘ膜，ＳｉＮｘ膜をそれぞれ厚さ350nm ，50nm
形成し、その上に活性層２１５としてのａ−Ｓｉ膜，ス
トッパ膜２１６としてのＳｉＮｘ膜をそれぞれ厚さ50n
m，200nm プラズマＣＶＤにより形成した。

【００４５】ストッパ膜２１６をエッチング形成し、厚
さ50nmのｎ⁺ ａ−Ｓｉ膜２１７をプラズマＣＶＤにより
成膜した後に、活性層２１５の島を形成した。次に、デ
―タバスライン２１８、ソ―ス電極２１９およびドレイ
ン電極２２０をそれぞれ厚さ50nmのＭｏ膜、厚さ300nm
のＡｌ膜で形成してＴＦＴ２２１を形成した。なお、ソ
―ス電極２１９およびドレイン電極２２０の上に、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｃｒ等の高融点金属を積層してもよい。

【００４６】次に、これらの上に、プラズマＣＶＤで厚
さ200nm のＳｉＮｘからなるパッシベ―ション膜２２２
を形成した。パッシベ―ション膜２２２にコンタクトホ
―ルを形成し、さらにスパッタでＩＴＯを厚さ100nm 形
成して画素電極２２３を形成した。画素電極２２３はパ
ッシベ―ション膜２２２を介してデ―タバスライン２１
８に一部重なるように形成されている。

【００４７】次に、パッシベ―ション膜２２２および画
素電極２２３上に不透明なポジ型フォトレジストを塗布
し、裏面から光を当てて露光することにより、ゲ―トバ
スライン上、デ―タバスライン２１８上、ＴＦＴ２２１
上のみに不透明なポジ型フォトレジストからなる遮光膜
２２４を形成し，ＴＦＴアレイ基板２２５を完成させ
た。

【００４８】なお、遮光膜２２４は、可視領域である40
0 〜700nm の範囲における透過率が5%以下であることが
望ましい。また、不透明なポジ型フォトレジストの塗布
はスピンコ―タなどで行うことができ、膜厚はスピンコ
―タの回転数およびフォトレジストの溶媒の濃度により
調節することができるが、たとえば 2μｍの膜厚とすれ
ばよい。また、従来の技術では、露光機の合せ精度のた
めに、遮光膜の大きさをバスラインの大きさよりも約 3
μｍ大きくしてマ―ジンを取る必要があったが、裏面露
光法によりパタ―ニングを行えば、合せ精度のためのマ
―ジンを必要とせず、遮光膜のバスラインからのはみ出
しを 1μｍ以下とすることができる。

【００４９】一方、ガラス板からなる第２の絶縁性透明
基板２２６の表面で、上述したゲ―トバスライン、デ―
タバスライン２１８およびＴＦＴ２２１に対応する部分
に合せマ―ジンを持って厚さ100nm のＣｒ層および厚さ
30nmのＣｒ₂ Ｏ₃ 層からなる遮光膜２２７が形成され、
さらに基板２２６の全面にＩＴＯからなる対向電極２２
８の形成された対向電極基板２２９を用意し、この対向
電極基板２２９をＴＦＴ基板アレイ２２５に対向させて
配置し、両者間に液晶２３０を注入して液晶表示装置を
完成させた。

【００５０】このような構成であると、不透明なポジ型
フォトレジストからなる遮光膜２２４をバスラインおよ
びＴＦＴ２２１の上にマ―ジンを含まずに形成すること
ができる。また、多重反射を防止した状態でＴＦＴ２２
１に入射する光を遮光することができ、また開口率を低
下させることなく光リ―ク電流を低減させることができ
るので、明るくかつ高コントラストな表示を行なわせる
ことができる。また、遮光膜２２４がフォトレジストで
形成されているので、パタ―ニングにより遮光膜を形成
する必要がない。したがって、高い画像品位を有する液
晶表示装置を工程を複雑にすることなく得ることができ
る。

【００５１】なお、活性層がａ−Ｓｉで形成されたＴＦ
Ｔに限らずｐ−Ｓｉ、ＣｄＳｅで形成されたＴＦＴにも
適用できる。ＴＦＴの構造は、バックチャネル型でもよ
いし、ゲート上置き型でもよい。

【００５２】図１１には本発明の第４の実施例に係る液
晶表示装置における１つの表示素子部分が示されてい
る。この実施例は、入射する光の波長に合わせてブラッ
クマトリックスの反射率を変えた例である。製造工程も
含めて構成を説明すると下記の通りである。

【００５３】まず、ガラス板からなる第１の絶縁性透明
基板３１１の上にＭｏ−Ｔａ合金を厚さ250nm 堆積し、
これをエッチングしてゲート電極３１２と図示しない補
助容量電極を同時に形成した。次に、ゲ―ト絶縁膜３１
３、３１４としてのＳｉＯｘ膜，ＳｉＮｘ膜をそれぞれ
厚さ300nm , 50nm形成し、その上に連続して活性層３１
５であるａ−Ｓｉ膜，チャネル保護膜３１６であるＳｉ
Ｎｘ膜をそれぞれ厚さ50nm，200nm 形成した。次に、Ｓ
ｉＮｘ膜をエッチングしてチャネル保護膜３１６を形成
した後、オ―ミックコンタクト層３１７としてのｎ⁺ ａ
−Ｓｉ膜を厚さ50nm形成した。その後、ａ−Ｓｉ膜，ｎ
⁺ ａ−Ｓｉ膜を島状にエッチング形成した。次に、透明
導電膜としてのインジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）を厚さ
100nm 堆積し、これをエッチングして画素電極３１８を
形成した後、走査線の取り出し部分のゲ―ト絶縁膜を除
去した。続いて、Ｍｏ，Ａｌを厚さ50nm，300nm 形成
し、信号線電極３１９をエッチングにより形成した。

【００５４】形成された信号線電極３１９をマスクにＴ
ＦＴ３２０のソ―ス、ドレイン間のｎ⁺ ａ−Ｓｉ膜を選
択的にエッチングした。そして、パッシベ―ション膜３
２１としてＳｉＮｘを厚さ200nm 形成し、信号線電極３
１９の取り出し部分だけエッチングして、ＴＦＴアレイ
基板３２２を完成させた。

【００５５】一方、ガラス板からなる第２の絶縁性透明
基板３２３の表面で、上述したＴＦＴ３２０に相当する
ところにブラックマトリックス３２４を有し、さらにに
基板３２３の全面にＩＴＯからなる対向電極３２５の形
成された対向電極基板３２６を用意し、この対向電極基
板３２６をＴＦＴアレイ基板３２２に対向させて配置
し、両者間に液晶３２７を注入して液晶表示装置を完成
させた。

【００５６】ここで、ブラックマトリックス３２４は、
入射する光の波長が、たとえば480nm 付近にピ―クを持
つ青（Ｂ）の場合には、ＴＦＴ３２０側の反射率の極小
値が480nm にある材料で形成されている。したがって、
ブラックマトリックス３２４での反射を効果的に防止で
き、しかもブラックマトリックス３２４の面積を小さく
することができる。

【００５７】以下に具体例を説明する。前述の如く、三
板式プロジェクション液晶表示装置は、光源として、た
とえばメタルハライドランプを使用し、プリズムレンズ
によりＲ，Ｇ，Ｂに分離し、これら分離された光をＴＦ
Ｔアレイに入射させる。Ｒ，Ｇ，Ｂに分離された光の波
長スペクトルは図２に示されている。この分離された光
が三枚のＴＦＴアレイに入射する。この入射した光が図
１１中に実線矢印３２８で示すように、ＴＦＴアレイ基
板３２２あるいは対向電極基板３２６に形成されたブラ
ッマトリックス３２４で反射してＴＦＴ３２０のチャネ
ル部に到達しようとする。

【００５８】今、ブラックマトリックス３２４が、たと
えばクロム、酸化クロムの２層構造であるとする。すな
わち、第２の絶縁性透明基板上３２３にクロム、酸化ク
ロム層を形成し、これに通常のリソグラフィの技術によ
り所定の形状にパタ―ニングし、エッチングを行うこと
によってブラックマトリックス３２４が形成されてい
る。ブラックマトリックス３２４の反射率には波長依存
性がある。

【００５９】この実施例では、ブラックマトリックス３
２４を、たとえばクロム、酸化クロムの２層構造とし、
図１２に示すように、420nm 付近にある反射率の極小値
を、酸化クロムの膜厚を変えることで反射率の極小値の
波長を適正な波長に設定しているのである。たとえば、
480nm 付近にピ―クを持つ青（Ｂ）の光が入射する場合
には、図１３に示すように、480nm 付近に反射率の極小
値を持つようにブラックマトリックス３２４の酸化クロ
ムの膜厚を設定して、反射による間接光がＴＦＴ３２０
のチャネルに到達するのを防止している。同様に550nm
付近にピ―クを持つ緑（Ｇ）の場合には550nm 付近に反
射率の極小値を持つように酸化クロムの膜厚を設定し、
また680nm 付近にピ―クを持つ赤（Ｒ）の場合には680n
m 付近に反射率の極小値を持つように酸化膜の膜厚を設
定しているのである。

【００６０】上記実施例では、ブラックマトリックス３
２４をクロムと酸化クロムとで形成しているが、これに
限られるものではない。たとえば、有色酸化膜、たとえ
ば酸化第２鉄膜を反射防止膜に使用することも可能であ
る。対向電極基板３２６にインジウム−錫酸化物（ＩＴ
Ｏ）の透明導電膜を形成する場合は、この透明導電膜を
含めた３層での反射率をコントロ―ルすればよい。ま
た、酸化物を何層か積層した構造のブラックマトリック
スを形成すれば、波長依存のない無反射膜も可能とな
る。また、実施例に示した逆スタッガ型エッチングスト
ッパタイプのＴＦＴに限らず、逆スタッカ型バックチャ
ネルタイプなどのＴＦＴにも効果がある。

【００６１】このように、上記構成であると、入射して
くる光の波長に合せてブラックマトリックス３２４の反
射率が最低になるようにブラックマトリックスの膜構成
を設定しているので、間接光の入射によるＴＦＴ特性の
劣化を防止でき、明るく高画質な液晶表示装置が可能と
なる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
投射光の強いプロジェクション表示装置のプロジェクタ
として用いた場合でも、表示特性の劣化を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置にお
ける１つの表示素子部分だけを取出して示す模式的断面
図

【図２】ダイクロイックミラーによって分離された赤，
青，緑の光のスペクトル例を示す図

【図３】第１の実施例で用いている光吸収体の透過率特
性を説明するための図

【図４】光吸収体を配設する領域の好ましい例を説明す
るための図

【図５】第１の実施例の変形例を説明するための模式的
断面図

【図６】第１の実施例の異なる変形例を説明するための
模式的断面図

【図７】従来用いられている光吸収体の透過率特性を示
す図

【図８】本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置にお
ける１つの表示素子部分だけを取出して示す模式的断面
図

【図９】(a) は同実施例の変形例を示す模式的断面図
で、(b) は同実施例のさらに異なる変形例を示す模式的
断面図

【図１０】本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置に
おける１つの表示素子部分だけを取出して示す模式的断
面図

【図１１】本発明の第４の実施例に係る液晶表示装置に
おける１つの表示素子部分だけを取出して示す模式的断
面図

【図１２】クロムと酸化クロムとの２層構造で形成され
た一般的なブラックマトリックスの反射率特性を示す図

【図１３】クロムと酸化クロムとの２層構造で、かつ酸
化クロムの膜厚を変えたときの反射率特性を示す図

【図１４】ＴＦＴアレイを用いた液晶表示装置の代表例
を示す図

【符号の説明】

２１，１１１，２１１，３１１…第１の絶縁性透明基板２８，１１８，２２３，３１８…画素電極３１，１２２，１２２ａ，１２２ｂ，２２１，３２０…
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３２，３２ａ，３２ｂ…光吸収体３３，１２３，１２３ａ，１２３ｂ，２２５，３２２…
ＴＦＴアレイ基板３４，１２５，２２６，３２３…第２の絶縁性透明基板３５，２２７、３２４…ブラックマトリックス３６，１２４，２２８，３２５…透明電極３７，２２９，３２６…対向電極基板１２１…酸素添加のａ−Ｓｉ膜２２４…遮光
膜

フロントページの続き (72)発明者池田光志神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜トランジスタと透明画素電極とを含む
表示素子を二次元配列してなる液晶表示装置において、
少なくとも前記薄膜トランジスタの上に、高抵抗半導体
あるいは不透明なポジ型フォトレジストへの裏面露光に
よって形成される遮光体のいずれかの物質が設けられて
なることを特徴とする液晶表示装置。