JPS6364023A

JPS6364023A - 表示装置

Info

Publication number: JPS6364023A
Application number: JP61209065A
Authority: JP
Inventors: Nobuki Ibaraki; 伸樹茨木; Kyozo Ide; 井出　恭三; Masayuki Oba; 正幸大場
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-09-05
Filing date: 1986-09-05
Publication date: 1988-03-22
Anticipated expiration: 2013-03-04
Also published as: JP2721153B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は表示装置に係り、特に薄膜トランジスタに代
表される非線形素子をマトリックス配線の各交点に設け
たいわゆるアクティブ・マトリックス型電極構造を有し
、液晶等の電気・光変調物質を動作させてなる表示装置
に関する。

（従来の技術）従来より、ポリシリコン、非晶質シリコン、テルル等の
ｍｓトランジスタ（以下、ＴＰＴと略称する）、もしく
は酸化アルミニウム等を金属薄膜にてサンドインチ構造
とした金属／絶縁瑛／金属ダイオード等の非線形素子を
用いたアクティブ・マトリックス型液晶表示装置は、例
えば特開昭５６−２５７１４号公報、特開昭５６−２５
７７７号公報などに開示され広く知られている。

この種の表示装置につき、例えばＴＰＴを用いた場合に
ついて、従来技術を説明する。

即ち、第４図（ａ）はＴＰＴを用いたアクティブ・マト
リックス型液晶表示装置の配線を説明するために、通常
よく使用されるものであるが、信号線群と走査線群から
なるマトリックス配線の各交点にＴＰＴが設けられ、そ
のソース電極もしくはドレイン電極の一方が画素電極に
接続されている。

又、第４図（ｂ）は第４図（ａ＞のＢ−Ｂ’に沿って切
断した断面を対向基板をも考慮して示すもので、基板１
と対向基板２との間に電気・光変調物質として液晶８を
用い、そのどちらかの基板側から光照射を行なって、い
わゆる透過型として使用した場合を表わしている。この
時、この表示装置をカラー表示するため、対向基板２側
に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタ６を
設けである。尚、図中の３は偏光板、５は信号線電極、
７は対向電極を示す。そして、透過型として動作させる
場合、画素電極４は透明導電膜を用い、厳密に言えば液
晶動作は、この画素電極４と対向電極７の領域のみに限
られる。

即ち、この基板上で画素１ｇ！領域を除いた部分の液晶
８は、全く動作していないことになる。マトリックス配
線を設けた基板１上には、画素電極領域以外に信号線の
配線電極、走査線の配線電極、ＴＰＴが設けられており
、これらは多層構造配線もしくは配線の配置により相互
に電気的に絶縁されている。そのため、例えば電極材料
に金属、１ｇ！等の不透明材料を用いたとしても、配線
間スペース等が存在する場合が多く、この領域は液晶８
が動作しない、いわゆる非変調光が透過することになる
。この非変調光は、表示装置にとっては常に漏れ光が存
在することを意味し、バック・グラウンドの増加、即ち
、コントラストを著しく低下させる。

この非変調光を減少させる方法として、例えば配向制＠
膜のラビング方向を直角とし基板を挟む２枚の偏光板配
置を平行にし、液晶８に電圧が印加されない場合に光を
透過させない使い方がある。

この場合は、信号電圧によって画素電極領域のみ光変調
されるため、原理的には非変調光は有り得ないことにな
る。しかし、表示装置の製造工程を考慮した場合、２枚
の偏光板３の偏光方向を正確に平行に合せる必要があり
、漏れ光によるバック・グラウンドはこの合せ精度によ
ってのみ決められることになる。実用的な合せ精度とし
て、そのズレ角を１°以内としても、これを量産時に管
理することは非常に困難である。

これに対し、偏光板配置を直角にした場合は、その角度
ズレは単に透過率の若干の低下を招くだけで、コントラ
ストに与える影響は少なく、―産性に富むと言える。こ
の時、信号電圧が印加された画素Ｍ８ｉ領域に対応する
液晶のみが光変調効果を与え、前述の非変調光がコント
ラストを決定する。この解決策として従来行われてきた
方法は、対向基板側に金属薄膜で遮光スクリーンを設け
ることである。

即ち、第４Ｋ（Ｃ）に示すように、対向基板２上の画素
電極４に対応する領域のみに、例えばＲｌＧ、Ｂのカラ
ーフィルタ６を配し、残りの全ての１１！１を金属ｓｇ
ｉからなる遮光スクリーン９にて覆う方法である。これ
は、確かに初期の目的は達成するが、この方法にも次に
述べる短所がある。

第１に、マトリックス配線基板１と遮光スクリーン９を
設けた対向基板２の両者を、正確な位置関係をもって固
定しなければならない点である。

このような液晶表示装置では、画素ピッチが数百ミクロ
ンで設計される場合が多く、例えば２００ミクロンピッ
チとしたとき、所定の開口率を得るためには合せ精度は
数ミクロン程度となる。

又、光源からの光は完全な平行光線とは古い難く、基板
に対し斜方入射する光の非変調光成分をも考慮すると、
更に開口率は小さくなる。例えば上述の２００ミクロン
ピッチの場合、信号走査線電極中を１０ミクロン、更に
ＴＦＴ部の面積をも考慮した場合、有効な画素電極サイ
ズを開口率に表わすと、約５０〜６０％となる。これに
合せ精度、斜方入射光のマージンを組入れると、開口率
は約４０〜５０％に低下する。この開口率の低下は、直
接に表示装置の画質の低下を招く。

これらから容易に類推出来ることは、遮光スクリーン９
をマトリックス配線基板１側に設ける試みである。この
方法は、原理的にも有効で且つ実現可能であり、次の２
通りが考えられる。即ち、ＴＰＴをも含めたマトリック
ス配線と基板との間に絶縁膜を介して設ける方法と、こ
のマトリックス配線上部に絶縁！１１０を介して設ける
方法（第４図（ｄ））とがある。しかし、装置製造上か
ら見た場合、いずれの方法にもマトリックス配線の交点
部分は、層間絶縁膜を介して信号電極、走査電極、そし
て遮光スクリーン９の５層構造となり、例えば走査電極
数を２４０本、信号電極数を４８０本としたとき、その
交点の数は１１５゜２００箇所に及び、そのいずれか１
箇所でも層間ショートが発生してはならないという厳し
い条件が付くことになる。しかも、表示装置が大面積と
なるに従い、層間絶縁膜のピンホール、ごみ、はこり等
による層間ショートの発生確率は高くなり、量産時の歩
留りを低下させる原因となる。

〈発明が解決しようとする問題点）上記の従来例で見られるように、液晶表示装置の画質低
下の一因である非変調光の問題は、偏光板３の偏光方向
による液晶動作状態、対向基板１上での遮光スクリーン
９、マトリックス基１ｆ１１上での遮光スクリーン９と
種々工夫が行われているが、夫々短所があり、又、その
短所は直接に量産時の歩留り低下を招くものである。

この発明は、非変調光をなくすと共に、製造工程上容易
にして高歩留りを与える表示装置を提供することを目的
とする。

［発明の構成コ（問題点を解決するための手段）この発明は、走査線である複数の行電極及び信号線とな
る複数の列電極から構成されるマトリックス配線の各交
点に非線形素子を介して接続された画素電極を有する第
１の基板（マトリックス基板）と、対向電極を形成した
第２の基板（対向基板）との間に電気・光変調物質の層
を挟持してなる表示装置において、上記第１の基板上に
形成された画素電極を除いた領域上を絶縁性遮光膜にて
被覆し、非変調光の透過をなくした表示装置である。

そして、絶縁性遮光膜の材料としては、４００℃以下の
温度にて硬化された有機樹脂があり、その成分の１つに
染料を含むものが適している。ここに硬化とは、ポリイ
ミド系樹脂ではその前駆体であるポリアミド酸を加熱処
理してポリイミドを生成することを意味し、その他の有
機樹脂の場合、有様樹脂溶液から遮光膜形成後、加熱処
理して残存溶剤を除去することを意味する。

遮光効果としては、用いる光源のスペクトルにも依存す
るが、一般に光透過率スペクトルにおいて可視域の平均
光学濃度が１．０以上あることが望ましく、又、配線間
リーク電流等の見地から、その電気抵抗率はｉＱ　　ｏ
ｈｍ−ｃｍ以上が望ましい。特に有機樹脂としては、ポ
リイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポ
リアミド、ポリエステルアミド、及びポリエーテルスル
ホンの少なくとも一種からなるポリマーが好ましい。

〈作用）この発明によれば、絶縁性遮光膜がマトリックス配線を
有する基板上即ち画素電極部に直接設けられるため、従
来例で指摘したような偏光板の角度合せ精度の問題、開
口率の問題は除外出来、又、金属材料とは異なり高抵抗
材料であるために、電気的な短絡、層間ショート等の問
題も解決される。

更に、遮光効果に関しては、金属材料の場合は容易に光
学濃度４以上が得られるが、ポリマー材料の場合、その
透過スペクトルは、全ての波長域に亙って一定値とはな
り得ないが、少なくとも可視域で平均光学濃度１．０以
上あれば、非変調光の遮光目的は充分に達せられる。

又、製造工程の観点からは、既に完成したマトリックス
配線基板上に、既存のフォトリゾグラフイー彼術を用い
て容易に遮光膜が形成出来、その合せ精度は用いるフォ
トリゾグラフィーの精度にて単純に決定し、量産時にお
いてさえ、その精度を例えば３μｍ以内に納めることも
容易である。

（実施例）以下、図面を参照して、この発明の一実施例を詳細に説
明する。

第１図（ａ＞、（ｂ）は、この発明による表示装置の一
実施例を示したもので、従来例と同一箇所は同一符号を
付すことにすると、非線形素子としてＴＰＴを用いたマ
トリックス配線を形成した第１の基板と、カラーフィル
タ及び対向電極を形成した第２の基板、との間に、電気
・光度ｙ４物質である液晶を挟持してなる透過型ＴＮモ
ードで使用されるカラー液晶表示装置に適用した例であ
る。

即ち、第１図（ｂ）中の１及び２は、液晶８を挟持する
ガラス等からなる透明な基板であり、各基板１．２の夫
々外側の表面には偏光板３が設けられている。

更に、基板１はマトリックス基板とも言われるもので、
この透明基板１の内面には、ＴＰＴのゲート電極に接続
された走査線及びドレイン電極もしくはソース電極に接
続された信号線５及びドレイン電極もしくはソース電極
に接続された画素電極４等が形成されている。

このような基板１上の画素電極４領域を除いた他の部分
、即ち、マトリックス配線やＴＰＴ等の領域を通過する
透過光を阻止するために、この発明では絶縁性遮光膜１
１が設けられ、この遮光膜１１上に例えばポリイミド、
ポリアミド、ポリビニルアルコール等からなる液晶配向
制御膜（図示せず）がラビング処理により形成され、液
晶８に接している。

一方、基板２の内面には、各画素電極４に対応した位置
にＲ，Ｇ、Ｂのカラーフィルタ６が形成され、このカラ
ーフィルタ６上には例えばインジウム・スズ酸化膜等か
らなる透明導電膜、更にその上にラビング処理された液
晶配向υ制御１（図示せず）からなる対向電極７が形成
され、液晶８に接している。

さて次に、特に具体的な実施例として、絶縁性遮光１１
１の材料に黒色染料を含有したポリマーを用いた場合に
つき説明する。

この母材となるポリマーとしては、電気絶縁性及び耐熱
性に優れ、且つ染料との相溶性が良好であることが要求
され、具体例としてはポリイミド、ポリアミドイミド、
ポリエステルイミド、ポリアミド、ポリエステルアミド
、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ボリアリレー
ト、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアセタール、ポ
リカーボネート、ナイロン、ポリブチレンテレフタレー
ト、（変性）ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレ
ンスルフィド、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
、ビスマレイミド樹脂等を挙げることが出来、これらポ
リマーは１種もしくは２種以上の混合系で使用される。

又、黒色染料としては、可視域即ち、少なくとも４００
〜８００ｎｍの波長域において、光を吸収するものであ
れば、いかなるものでも良く、具体例としては、住友化
学（株）製の商品名アミルブラックＦ−８８Ｌ、スミラ
イトブラックＧＯＯｎＣ，ダイレクトディープブラック
ＸＡ。

スミフィックスブラックＢ１アミルブラックＦ−ＧＬ１
スミカロンブラック５−ＢＦ、スピリットブラックＮｏ
９２０、ジャパノールファーストブラックｏｃｏｎｃ、
スミカラーブラックＰＲ−３Ｆ−３６５、スミカラーブ
ラックＰＲ−８Ｔ−３６４、スミカラーブランクＰＲ−
８Ｔ−３６３、オイルブラックＮ０１、三井東圧化学（
株）製の商品名ミツイＰＳブラックＢ１ミツイＰＳブラ
ックＥＸ−５８、ミツイＰＳブラックＥＸ−１７４、出
目化学（株）製の商品名オレオゾールファーストブラッ
クＢＬＮ等を挙げることが出来る。

又、赤色染料、青色染料、緑色染料、黄色染料等の着色
染料を２種以上配合し、黒色化して使用する方法も包含
するものである。

この発明における黒色染料の使用量は、ポリマーｉｏｏ
重量部に対し１〜２００重量部、好ましくは５〜１５０
重量部の範囲である。黒色染料の使用量が１重１部未満
の場合には、光の吸収効果が劣り、一方、２００重量部
を超える場合には、塗膜の形成が困難となる。

又、この発明においては、光吸収能の効果を向上させる
目的で、赤外線吸収剤を使用することも可能である。こ
のとき用いる赤外線吸収剤は、７００〜１５００ｎｍの
波長域において光を吸収するものであれば、特に限定さ
れず、具体例としては三井東圧化学（株）製の商品名Ｐ
Ａ１００Ｉ、ＰＡ１０ｏ５、ＰＡ１００６等のＰＡシ！
、Ｉ−Ｘ、保止ケ谷化学工業（株）製の商品名ＨＲ１０
２、ＨＲ１０５−Ｒ等のＨＲシリーズを挙げることが出
来る。これら赤外線吸収剤の使用量は、上記ポリマー１
００重口部に対し０．１〜５０重量部、好ましくは０．
５〜４０重量部の範囲である。

次に、具体例を挙げ、更に詳しく説明する。

具体例１・・・黒色ポリマーの調整及び性能攪拌棒、温
度計及び滴下ロートを鴎えた反応フラスコ（内容積５０
０ｍ１＞にピロメリット酸二無水物１３．０８６Ｇ、３
．３′、４．４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二
無水物１９．３４Ｃ１、及びＮ、Ｎ−ジメチルアセトア
ミド１５０ｇを投入し、充分に撹拌して０℃に保持した
まま、ここに１．４−ビス（４−アミノフエキシ）ベン
ゼン１７．５３８０をＮ、Ｎ−ジメチルアセトアミド１
３０ｇに溶解した溶液を滴下ロートで徐々に滴下した。

滴下終了後、０〜１０℃で４時間攪拌を行ない、ポリア
ミド酸溶液を得た。このようにして得られたポリアミド
酸溶液に黒色染料（住友化学（株）製の商品名スピリッ
トブラックＮ０９２０）４．２ｇ及び赤外線吸収剤（三
井東圧化学（株）製の商品名ＰＡ１００６）１、ＯＱを
Ｎ５Ｎ−ジメチルアセトアミド３５゜に溶解した溶液を
加え、充分に混合して黒色ポリアミド酸溶液を得た。こ
の溶液を石英のガラスウェハーに回転数２００Ｏｒｐｍ
にてスピンナー塗布した。次いで１００℃で２０分間、
１５０℃で２０分間、２５０℃で１時間乾燥及び硬化し
て、膜厚１．８μｍの黒色ポリイミド膜を形成した。

このようにして得られた黒色ポリイミド膜の光透過率を
測定した結果、第２図に示すように満足すべきものであ
った。

具体例２・・・表示装置の製造方法及び性能常法により
走査線電極、信号線電極、水素化非結晶シリコンを半導
体材料として用いたＴＰＴ。

画素電極などを形成したガラス製透明基板上に黒色ポリ
アミド酸溶液を２００Ｏｒｐｍにてスピンナー塗布し、
次いで１００℃で３０分、１５０℃で１時間乾燥及び硬
化して膜厚２．０μｍの黒色ポリイミド膜を形成した。

次いで、周知のフォトリゾグラフィー技術を用いて、画
素電極部分の開口を含めた所望パターンを得た。ここで
、黒色ポリイミドのエツチングには、ヒドラジン／エト
レンジアミン（重量比５：５）溶液を用いた。

引き続き窒素ガスによる乾燥を行なった後、２００℃で
１．５時間の加熱処理をすることにより、ポリアミド酸
の完全硬化を行なった。このようにして作製した基板の
表面に常法に従って配向制御膜を設け、ラビング処理し
、予めカラーフィルタ及び透明対向電極及び配向制御ｊ
Ｉｌｍ等を設けた対向電極基板とを対にして液晶表示装
置を作製した。このようにして得られた表示装置の信号
電圧に対する透過率特性の測定結果を第３図に示す。

この第３図から明らかなように、従来法によった場合は
コントラスト比が１０程度であったが、この発明におけ
る遮光ＷＡ１１の効果により、コントラスト比が５０と
大幅な改善が見られた。

［発明の効果］以上に詳述した通り、この発明の表示装置は画素電極を
除いた他の領域からのいわゆる非変調光を充分に阻止し
得る機能があり、表示性能の一つであるコントラスト比
の向上に大きく寄与する。

又、絶縁性遮光膜材料を用いたことにより、構造的に電
気的短絡、リーク等を考慮しなくて済み、既存のアクテ
ィブ・マトリックス配線を用いた全ての表示装置に容易
に適用出来る。

特に、光の吸収が極めて大きい黒色ポリマーを採用した
場合、容易な工程にて製造出来、軽量、薄型化された安
価な表示装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）はこの発明の一実施例に係る表示
装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
’　線に沿って切断し矢印方向に見た断面図、第２図は
この発明の表示装置における黒色ポリマーの透過率スペ
クトルを示す特性曲線図、第３図はこの発明の表示装置
における透過率−信号電圧特性を従来例と比較して示す
特性曲線図、第４図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）は
従来の表示装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）、（Ｃ
）、（ｄ）は（ａ）のＢ−８’線に沿って切断し矢印方
向に見た断面図である。１．２・・・基板、３・・・漏光板、４・・・画素電極
、５・・・信号線、６・・・カラーフィルタ、７・・・
対向電極、８・・・液晶、１１・・・遮光膜。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦遠長（ｎｍ）第２図イ占勇１区、圧、（■）第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の行電極及び複数の列電極から構成されるマ
トリックス配線の各交点に非線形素子を介して接続され
た画素電極を有する第１の基板と、対向電極を形成した
第２の基板との間に電気・光変調物質の層を挟持してな
る表示装置において、上記画素電極を除いた領域上を絶
縁性遮光膜にて被覆したことを特徴とする表示装置。
（２）上記絶縁性遮光膜は、４００℃以下の温度にて硬
化された有機樹脂の薄い層であり、その成分の一部に染
料を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
表示装置。
（３）上記絶縁性遮光膜は、光透過率スペクトルにおい
て、可視域の平均光学濃度が１．０以上であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の表示装置。
（４）上記絶縁性遮光膜の電気抵抗率は、１０ｏｈｍ・
ｃｍ以上であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の表示装置。
（５）上記絶縁性遮光膜は、ポリイミド、ポリアミドイ
ミド、ポリエステルイミド、ポリアミド、ポリエステル
アミド、及びポリエーテルスルホンの少なくとも一種か
らなるポリマーであることを特徴とする特許請求の範囲
第２項記載の表示装置。