JP2818985B2 - 光弁装置とその製造方法 - Google Patents
光弁装置とその製造方法Info
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Description
影型表示装置に用いられる平板型光弁装置に関する。よ
り詳しくは、半導体薄膜に駆動回路が形成された集積回
路を液晶パネルとして一体的に組み込んだ光弁装置例え
ばアクティブマトリクス液晶表示装置に関する。
理は至って簡単であり、各画素にスイッチ素子を設け、
特定の画素を選択する場合には対応するスイッチ素子を
導通させ、非選択時においてはスイッチ素子を非導通状
態にしておくものである。このスイッチ素子は液晶パネ
ルを構成するガラス基板上に形成されている。従ってス
イッチ素子の薄膜化技術が重要である。この素子として
通常薄膜トランジスタが用いられている。
は、図4の模式的断面図に示すごとく、基板14は例え
ばガラス、石英などからなる担体層15と、その上に形
成された、非晶質シリコン薄膜あるいは多結晶シリコン
薄膜からなる薄膜トランジスタ16と、薄膜トランジス
タ16と接続された画素駆動電極17と、ポリイミドな
どの有機膜からなる配向膜18とからなり、基板14の
上にはファイバー状あるいは球状のスペーサ19が散布
されている。対向する第二の基板20の基板14と対向
する面上にも液晶駆動電極21と配向膜22が形成され
ており、基板14と基板20の間には液晶23が狭持さ
れている。また、基板14と基板20を挟んで偏光板2
4と25が配置されている。液晶19は基板14あるい
は基板20と接する界面において配向膜18あるいは2
2の作用により配向膜で規定される配向方向に配向す
る。
での配向方向と基板20の界面での配向方向は90度異
なるよう設定する。第一の偏光板24は基板14の配向
方向と平行に、第二の偏光板25は第一の偏光板24と
平行にあるいは直角の偏光方向の位置に配置する。光弁
装置としての動作は、画素駆動電極4に電圧が印加され
ていない場合は、入射偏光光は液晶23の配向に従って
偏光方向が回転し入射光と90度ねじれた方向の偏光光
となって出射し、第二の偏光板25が第一の偏光板24
に平行な場合、出射光は偏光板25で吸収される。画素
駆動電極21と16の間にに充分高い電圧が印加されて
いる場合は、液晶23は配向膜面に垂直に配向する。こ
の場合入射光の偏光方向は液晶によって回転しないの
で、偏光板25を透過する。スペーサ19は通常散布に
より形成されるので、その位置を制御するのは困難で、
場所により分布は不均一であり、液晶駆動電極17の上
に乗ることもあり、またトランジスタ16の上に来るこ
ともある。液晶駆動電極の上に来たスペーサは電気光学
効果の妨げとなる。アクティブマトリクス液晶表示装置
では3インチから10インチ程度の面積のものが商業的
に生産されている。非晶質シリコン薄膜は350℃以下
の低温で形成できるため大面積液晶パネルに適してい
る。又、多結晶シリコン膜を用いたアクティブマトリク
ス液晶表示装置では現在2インチ程度の小型液晶表示パ
ネルが商業的に生産されている。
シリコン薄膜あるいは多結晶シリコン薄膜を用いたアク
ティブマトリクス液晶表示装置は、比較的大画面の画像
面を必要とする直視型表示装置に適している一方、装置
の微細化及び画素の高密度化には必ずしも適していな
い。最近直視型表示装置とは別に、微細化された高密度
の画素を有する超小型表示装置あるいは光弁装置に対す
る要求が高まってきている。かかる超小型光弁装置は、
例えば投影型画像装置の一次画像形成面として利用さ
れ、投影型のハイビジョンテレビとして応用可能であ
る。微細半導体製造技術を用いることにより数10μm
オーダの画素寸法を有し全体としても数cm程度の寸法
を有する超小型高精細光弁装置が可能となる。
の上にポリイミド等の薄膜を塗布した後これをラビング
処理と称して布等で擦り液晶配向膜とし、この上に数μ
mの大きさのファイバー状あるいは球状のスペーサ材料
を散布し、このスペーサ材料の径で決まる距離で第一の
基板に第二の基板を張り合わせる。ここで、スペーサ材
料は画素電極上に不規則に散布され、この部分の液晶を
排除することになる。スペーサの大きさが画素駆動電極
と比べて小さい場合は特に問題がないが、光弁装置の表
示品質の向上に伴い画素数が増え、画素サイズが小さく
なると、画素駆動電極上にスペーサがきた場合、スペー
サの大きさが画素電極にの大きさに比べて無視でなくな
る。
きさになると、スペーサによって画素電極が被われてし
まう。このため、画素駆動電極がスペーサの存在する画
素電極の上では電気光学作用が働かないので光弁装置の
電気光学特性を劣化させる。例えばTN型液晶表示では
黒表示すべき部分が白くなり表示コントラストが小さく
なったり、白表示の背景に点々と黒点が浮かぶなどの現
象が生ずる。例えば、電気光学効果の作用しない面積が
画素駆動電極の100分の1以上を占めるとコントラス
ト比100:1以上の光弁装置が実現できなくなる。ス
ペーサを散布しないで第一の基板と第二の基板を張り合
わせる方法も考えられるが2基板間の距離を数ミクロン
に保って一定とするのは基板の凹凸、反りなどを考慮す
ると実用的には、はなはだ困難である。第一の基板の表
面に凹凸を形成した後に、基板表面に配向膜を形成する
ことも考えられる。
ーなどで選択的に行えば光弁装置の電気光学効果を用い
ない領域にすれば、光弁装置のコントラストを低減しな
い。しかし、これは通常用いられるラビング配向による
と、凸部で遮られる部分に配向膜を形成できない。酸化
珪素の斜め蒸着によって配向膜を形成する場合も凸部に
よりその高さの数倍の陰ができ、配向膜の形成が均一に
できない。
うな課題を解決するため、超小型で微細化された表示品
質に優れたアクティブマトリクス液晶表示装置等の光弁
装置を提供することを目的とする。この目的を達成する
ために、本発明においては、無機配向膜の上に形成した
有機スペーサ層をリソグラフィーで形成するようにし
た。
ることで対向基板間の距離を一定に保つことが容易にな
る。即ちスペーサ分布が不規則であると基板間の距離も
不規則になりやすい。基板間距離を精度良く保つのが本
発明の他の目的である。さらに、通常スペーサの数は1
00〜500個/mm2 程度で、これより多いと表示品
質に悪影響を及ぼすのは前述の通りであり、本発明では
スペーサの数を更に多くすることを可能にすることでス
ペーサ1個にかかる応力を低減し、応力による基板上の
スイッチ素子の破壊を防ぐのが本発明のもうひとつの目
的である。
に、本発明が採用した手段は次のとおりである。液晶配
向層が形成された対向する第一の基板と第二の基板の間
に液晶層が配置されており、該2対の基板の少なくとも
一方には凹凸が設けられており、該凹凸の凸部で他方の
該対向基板の表面に接触している光弁装置において、少
なくとも凹凸を設けた基板の液晶配向膜が無機材料で形
成されており、該凹凸の構造は有機材料で形成されてい
ることを特徴とする点にあり、その凹凸を有する基板の
製造方法は、少なくとも (A)基板の上に一酸化珪素の斜方蒸着などの方法で無
機材料の配向膜を形成する工程。 (B)該配向膜の上にポリイミド等の有機材料からなる
薄膜を塗布する工程。 (C)該有機材料からなる薄膜層をリソグラフィーなど
により、一部を残して選択的に除去する工程とからな
る。
液晶を配向できる状態にある配向膜が無機材料であるの
で、配向膜の上に有機材料であるスペーサを塗布あるい
は選択的に形成するためリソグラフィーなどの工程をを
通しても、処理温度が低いので配向膜の液晶配向能力を
損なうことがない。この結果、画素駆動電極上のスペー
サをなくして、非表示部に選択的にスペーサを設けるこ
とができ、スペーサによる光弁装置の電気光学特性の劣
化が生じない。
基板間の距離を精度良く保てるので光弁装置の面内特性
の均一性を向上できる。さらに、スペーサ数を実質的に
増加できるので、スペーサ部の応力集中を緩和でき、応
力による素子破壊を防止できる。
説明する。図1は本発明に用いられる光弁装置の模式的
断面構造を示す。図示するように、第一の基板1は例え
ばガラス、石英などからなる担体層2と、その上に形成
された、能動素子からなる薄膜トランジスタ3と、薄膜
トランジスタ3と接続された画素駆動電極4と、画素駆
動電極4を覆って形成された無機材料からなる配向膜
5、配向膜5の上に、画素駆動電極4と平面的に重なら
ないよう選択的に形成した有機材料からなる凸部である
スペーサ6からなる。薄膜トランジスタとしては通常ゲ
ート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ソース、ドレイン
電極などからなる絶縁ゲート電界効果型のトランジスタ
が一般的である。対向する第二の基板7の第一の基板1
と対向する面上にも液晶駆動電極8と配向膜9が形成さ
れており、基板1と基板7の間には液晶10が狭持され
ている。また、基板1と基板7を挟んで偏光板11と1
2が配置されている。液晶は対向基板1あるいは対向基
板2と接する界面において配向膜9あるいは5の作用に
より配向膜で規定される配向方向に配向する。
配向方向と基板7の界面での配向方向は90度異なるよ
う設定する。第一の偏光板11は基板1の配向方向と平
行に、第二の偏光板12は第一の偏光板11と平行にあ
るいは直角の偏光方向の位置に配置する。光弁装置とし
ての動作は、画素駆動電極4に電圧が印加されていない
場合は、入射偏光光は液晶10の配向に従って偏光方向
が回転し入射光と90度ねじれた方向の偏光光となって
出射し、第二の偏光板12が第一の偏光板11に平行な
場合、出射光は偏光板12で吸収される。画素駆動電極
4に充分高い電圧が印加されている場合は、液晶は配向
膜面に垂直に配向する。この場合入射光の偏光方向は液
晶によって回転しないので、偏光板12を透過する。ス
ペーサ6は画素駆動電極4のない領域に選択的に形成で
きるので光弁装置の光変調作用を妨げない。配向膜5と
しては、例えば一酸化珪素の斜方蒸着膜が無機材料膜と
しては良好な液晶配向特性を持つことが知られている。
細な幾何学的凹凸を1ミクロン以下程度の間隔で形成し
た場合配向特性を有することが知られている。これら、
配向膜の配向特性を実現には配向膜表面の微細な幾何学
的凹凸が主要な役割を果たしている。スペーサ形成のた
め塗布する配向膜としては、例えば感光性ポリイミド膜
などが考えられる。この膜はスピンコート法などを用い
て基板の上に塗布し、フォトマスクなどで選択的に感光
して、選択的な位置に塗布したポリイミド膜の厚さに相
当するスペーサを形成できる。感光性のポリイミドを用
いる場合はフォトレジストを用いないで選択的な形成が
可能になる。このポリイミド膜によるスペーサの形成過
程では工程中の温度はたかだか250℃以下であるの
で、その下に形成されている無機材料からなる配向膜表
面の幾何学的形状が変化することは無く、配向性能には
影響を与えない。
く適用可能であるが、特に、画素の大きさがスペーサの
大きさと比べて無視できないほど小さくなったときに、
スペーサが光弁装置を透過する光を妨げることを防ぐこ
とを可能にする点で有効である。また、スペーサが球状
であったり、ファイバ状であるときは、スペーサと基板
の接触面積が小さいため局部的に大きな圧力が、スペー
サと基板の接触部に生ずる。本発明によれば、スペーサ
と基板は平面で接触するので接触圧を大幅に緩和でき
る。このことは、スペーサ下部に薄膜トランジスタなど
が形成されているときに、応力による薄膜トランジスタ
の破壊を起こさないため、光弁装置のスペーサ応力によ
る画素欠陥の発生を防止できる。
(A)、(B)は基板1の本発明による製造方法を示す
断面図である。図2(A)に示すように、担体層2の上
に薄膜トランジスタ3と該薄膜トランジスタのドレイン
電極に接続した画素駆動電極4を設ける。次に、図2
(B)に示すように全面に無機材料からなる配向膜5を
形成する。配向膜の形成方法としては、一酸化珪素の斜
め蒸着、あるいは無機薄膜にサブミクロンの大きさの方
向性を有する溝などのパターンをリソグラフィーで形成
する。配向膜5の表面は図2(B)に拡大して示したよ
うに方向性をを持った凹凸が形成されており、これによ
り液晶に対する配向能力を持つことになる。次に、図2
(C)に示すように配向膜の上に液晶セルのギャップに
相当する厚さのポリイミドなどの有機膜13を塗布す
る。配向膜5と有機膜13の塗布された状態の断面図を
拡大した様子も図2(C)に示す。
13をリソグラフィーにより選択的に除去し、画素駆動
電極4と重ならない領域に残しスペーサ6とする。配向
方向が90度異なる基板7との間に液晶を挟み、更に両
基板を偏光板11、12で挟むことで光弁装置ができ
る。図5は本発明による基板1の斜視図である。図1の
場合と同様、担体層2の上にはトランジスタ3、液晶駆
動電極4、スペーサ6などが形成されている。配向膜5
はスペーサ6と液晶駆動電極4の間に全面にわたって形
成される。スペーサ6は各画素のトランジスタ3を覆う
位置に形成されており、電気光学効果を発揮する液晶駆
動電極4の上には殆ど面積を占めない。
て小さい光弁装置においては、液晶層の厚さ、すなわ
ち、上記凸部の高さを画素駆動電極の幅の1/10以下
とすることにより、コントラストの低下を防止すること
ができる。
クロン以下の微細な画素においても表示品質がスペーサ
で劣化しない光弁装置が実現できる。これにより画素数
が(500x500)以上の高精細な光弁装置を小型化
でき、投影型の表示装置の小型化実現を可能にする。ま
た、リソグラフィーによってスペーサを形成するため
に、その分布が均一であることから光弁装置の特性の面
内分布が均一になり画質の向上に寄与する。さらに、ス
ペーサの応力による画素トランジスタなどの破壊をを減
少できるので、光弁装置の画素欠陥による不良を減少で
き製造歩留まりを向上できる。
示した説明図である。
した説明図である。
である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 第1の基板上にトランジスタと前記トラ
ンジスタのドレイン電極に接続した画素電極を形成し、 前記基板上に一酸化珪素を斜め蒸着し第1の配向膜を形
成し、 前記配向膜上に有機膜を塗布し、 前記有機膜をリソグラフィーにより選択的に除去し前記
画素電極を有しない領域にスペーサーを形成する工程
と、 第2の基板上に液晶駆動電極と第2の配向膜を形成し、 前記第1の基板に、配向方向が90度異なる位置に前記
第2の基板を配置し液晶を挟み、 前記第1の基板と前記第2の基板を偏光板で挟む工程と
からなる光弁装置の製造方法 - 【請求項2】 第1の基板上に上にトランジスタと前記
トランジスタのドレイン電極に接続した画素電極を形成
し、 前記基板上に無機薄膜を形成した後前記無機薄膜にパタ
ーンを形成し、第1の配向膜を形成し、 前記配向膜上に有機膜を塗布し、 前記有機膜をリソグラフィーにより選択的に除去し前記
画素電極を有しない領域にスペーサーを形成する工程
と、 第2の基板上に液晶駆動電極と第2の配向膜を形成し、 前記第1の基板に、配向方向が90度異なる位置に前記
第2の基板を配置し液晶を挟み、 前記第1の基板と前記第2の基板を偏光板で挟む工程と
からなる光弁装置の製造方法 - 【請求項3】 前記スペーサーを前記トランジスタ上に
形成する工程を有する請求項1または2いづれか1項記
載の光弁装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記スペーサーの高さを前記画素電極の
幅の1/10以下とする請求項1または2いづれか1項
記載の光弁装置の製造方法。
Priority Applications (1)
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JP4108158A JP2818985B2 (ja) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | 光弁装置とその製造方法 |
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JPH05303097A JPH05303097A (ja) | 1993-11-16 |
JP2818985B2 true JP2818985B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=14477434
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4108158A Expired - Lifetime JP2818985B2 (ja) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | 光弁装置とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP2006154778A (ja) * | 2004-10-28 | 2006-06-15 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 液晶表示装置 |
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JPH05289065A (ja) * | 1992-04-10 | 1993-11-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 液晶パネル |
-
1992
- 1992-04-27 JP JP4108158A patent/JP2818985B2/ja not_active Expired - Lifetime
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