KR100497691B1 - 개구율 향상에 적합한 횡전계 방식 액정 표시 장치 - Google Patents

개구율 향상에 적합한 횡전계 방식 액정 표시 장치 Download PDF

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마꼬또 요네야
아라따니스께까즈
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Abstract

브라운관과 같은 시야각을 실현할 수 있는, 기판면에 대략 평행한 전계로 표시를 제어하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치에 있어서, 밝고, 또한 저소비 전력의 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치를 제공한다.
기판면에 대략 평행한 전계를 인가할 수 있는 화소 전극과 대향 전극을 구성하고, 또한 화소 전극 혹은 대향 전극을 투명 전극으로 구성하며, 또한 전계 무인가 시에 암 표시를 하도록, 액정의 배향 상태, 편광판의 편광축이 구성된다. 넓은 시야각 특성을 갖고, 콘트라스트비, 개구율에 우수하여, 최대 투과율이 향상되는 횡전계 방식의 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

Description

개구율 향상에 적합한 횡전계 방식 액정 표시 장치{TRANSVERSE ELECTRIC FIELD SYSTEM LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE SUITABLE FOR IMPROVING APERTURE RATIO}
본 발명은 액티브·매트릭스 방식의 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 개구율 향상에 적합한 넓은 시각 특성을 갖는 횡전계 방식 액정 표시 장치에 관한 것이다.
박막 트랜지스터(TFT)에 대표되는 능동 소자를 이용한 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치는 얇고, 경량이라는 특징과 브라운관에 필적하는 고화질이라는 점에서, OA 기기 등의 표시 단말로서 널리 보급되기 시작하고 있다. 이 액정 표시 장치의 표시 방식에는, 크게 나누어 다음의 2가지가 있다.
하나는, 투명 전극이 구성된 2개의 기판 사이에 액정을 끼우고, 투명 전극에 인가된 전압으로 동작시켜, 투명 전극을 투과하여 액정에 입사된 빛을 변조하여 표시하는 방식으로서, 현재 보급되고 있는 제품이 전부 이 방식을 채용하고 있다.
또한, 다른 하나는, 동일 기판 상에 구성한 2개의 전극 사이의 기판면에 거의 평행한 전계에 의해 액정을 동작시켜, 2개의 전극의 간극으로부터 액정에 입사된 빛을 변조하여 표시하는 방식으로서, 시야각이 현저하게 넓다고 하는 특징을 갖고, 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치에 대해 유망한 기술로 횡전계 방식 혹은 인-플레인(in-plane) 스위칭 방식이라 칭한다.
후자의 방식의 특징에 대해서는, 일본 특허출원공표 평5-505247호 공보, 특공소63-21907호 공보, 특개평6-160878호 공보에 기재되어 있다.
그러나, 상기 후자의 종래 방식에서는, 불투명한 금속 전극을 빗살형으로 구성하고 있기 때문에, 빛을 투과하는 개구 영역의 비율(개구율)이 현저히 낮고, 후자의 종래 방식의 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치는 표시 화면이 어두운, 또는 표시 화면을 밝게 하기 위해서 소비 전력이 큰 밝은 백라이트를 이용하지 않으면 안되기 때문에, 장치의 소비 전력이 증대한다고 하는 문제가 있었다.
또한, 다른 과제로서, 후자의 종래 방식에서는, 금속 전극을 이용하고 있기 때문에, 전극에서의 반사율이 높고, 전극에서의 반사로 화면에 얼굴 등이 비쳐, 보기 어렵다고 하는 문제도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 액정 표시부의 일 화소와 그 주변을 나타낸 주요부 평면도.
도 2는 도 1의 3-3 절단선에 따른 화소의 단면도.
도 3은 도 1의 4-4 절단선에 따른 박막 트랜지스터 소자 TFT의 단면도.
도 4는 도 1의 5-5 절단선에 따른 축적 용량 Cstg의 단면도.
도 5는 표시 패널의 매트릭스 주변부의 구성을 설명하기 위한 평면도.
도 6은 좌측에 주사 신호 단자, 우측에 외부 접속 단자가 없는 패널 가장자리 부분을 나타낸 단면도.
도 7의 (a)는 게이트 단자 GTM과 게이트 배선 GL의 접속부 근변을 나타낸 평면도, 도 7의 (b)는 그 단면도.
도 8의 (a)는 드레인 단자 DTM과 영상 신호선 DL과의 접속부 부근을 나타낸 평면도, 도 8의 (b)는 그 단면도.
도 9의 (a)는 공통 전극 단자 CTM, 공통 버스 라인 CB 및 공통 전압 신호선 CL의 접속부 부근을 나타낸 평면도, 도 9의 (b)는 그 단면도.
도 10은 본 발명의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 매트릭스부와 그 주변을 포함하는 회로도.
도 11은 본 발명의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 구동 파형을 나타낸 도면.
도 12는 기판 SUB1측의 공정 A∼C의 제조 공정을 나타낸 화소부와 게이트 단자부의 단면도의 플로우차트.
도 13은 기판 SUB1측의 공정 D∼F의 제조 공정을 나타낸 화소부와 게이트 단자부의 단면도의 플로우차트.
도 14는 기판 SUB1측의 공정 G∼H의 제조 공정을 나타낸 화소부와 게이트 단자부의 단면도의 플로우차트.
도 15는 액정 표시 패널에 주변의 구동 회로를 실장한 상태를 나타낸 상면도.
도 16은 구동 회로를 구성하는 집적 회로칩 CHI가 플렉시블 배선 기판에 탑재된 테이프 캐리어 패키지 TCP의 단면 구조를 나타낸 도면.
도 17은 테이프 캐리어 패키지 TCP를 액정 표시 패널 PNL의 주사 신호 회로용 단자 GTM에 접속한 상태를 나타낸 주요부 단면도.
도 18은 액정 표시 모듈의 분해 사시도.
도 19는 인가 전계 방향, 러빙 방향, 편광판 투과축의 관계를 나타낸 도면.
도 20은 본 발명의 실시예 2의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 액정 표시부의 1화소와 그 주변을 나타낸 주요부 평면도.
도 21은 본 발명의 실시예 3의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 액정 표시부의 1화소와 그 주변을 나타낸 주요부 평면도.
도 22는 본 발명의 실시예 4의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 액정 표시부의 1화소와 그 주변을 나타낸 주요부 평면도.
도 23은 본 발명의 실시예 5의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 액정 표시부의 1화소와 그 주변을 나타낸 주요부 평면도.
도 24a ∼ 도 24c는 본 발명의 실시예 6의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 액정 표시부의 1화소와 그 주변을 나타낸 주요부 평면도 및 단면도.
도 25는 본 발명의 실시예 7의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 액정 표시부의 1화소와 그 주변을 나타낸 주요부 평면도.
도 26은 도 25의 6-6 절단선에 따른 단면도.
도 27은 도 25의 7-7 절단선에 따른 박막 트랜지스터 소자 TFT의 단면도.
도 28은 도 25의 8-8 절단선에 따른 축적 용량 Cstg의 단면도.
도 29의 (a)는 게이트 단자 GTM과 게이트 배선 GL의 접속부 근변을 나타낸 평면도, 도 29의 (b)는 그 단면도.
도 30의 (a)는 드레인 단자 DTM과 영상 신호선 DL과의 접속부 부근을 나타낸 평면도, 도 30의 (b)는 그 단면도.
도 31의 (a)는 공통 전극 단자 CTM1, 공통 버스 라인 CB1 및 공통 전압 신호선 CL의 접속부 부근을 나타낸 평면도, 도 31의 (b)는 그 단면도.
도 32의 (a)는 공통 전극 단자 CTM2, 공통 버스 라인 CB2 및 공통 전압 신호선 CL의 접속부 부근을 나타낸 평면도, 도 32의 (b)는 그 단면도.
도 33은 본 발명의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 매트릭스부와 그 주변을 포함하는 회로도.
도 34는 본 발명의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 구동 파형을 나타낸 도면.
도 35는 기판 SUB1측의 공정 A∼C의 제조 공정을 나타낸 화소부와 게이트 단자부의 단면도의 플로우차트.
도 36은 기판 SUB1측의 공정 D∼E의 제조 공정을 나타낸 화소부와 게이트 단자부의 단면도의 플로우차트.
도 37은 기판 SUB1측의 공정 F의 제조 공정을 나타낸 화소부와 게이트 단자부의 단면도의 플로우차트.
도 38은 본 발명의 실시예 8의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 액정 표시부의 1화소와 그 주변을 나타낸 주요부 평면도.
도 39는 본 발명의 실시예 9의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 액정 표시부의 1화소와 그 주변을 나타낸 주요부 평면도.
도 40은 본 발명의 실시예 10의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 액정 표시부의 1화소와 그 주변을 나타낸 주요부 평면도.
도 41의 (a)∼(d)는 본 발명의 원리를 나타낸 도면으로, 도 41의 (a)는 전극에 전압을 인가할 때의 액정층 내의 전위 분포를 나타낸 특성도, 도 41의 (b)는 액정층의 중앙부 부근의 액정 분자의 재배향 상태를 나타낸 평면도, 도 41의 (c)는 도 41의 (b)에 도시한 액정 분자의 회전각 α를 나타낸 특성도, 도 41의 (d)는 상하 편광판, 상하 기판, 전극 상 및 전극 사이의 액정층을 투과하는 빛의 투과율 분포를 나타낸 특성도의 일례.
도 42a∼도 42c는 본 발명의 원리를 나타낸 도면으로, 도 42a는 전압을 투명 전극에 인가한 경우의 등전위선의 상태를 나타낸 특성도, 도 42b 및 도 42c는 전계 인가시의 액정층 내의 액정 분자의 회전각 α 및 틸트(상승)각을 나타낸 도면의 일례.
도 43의 (a)∼(d)는 본 발명의 실시예 11의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 개구율 향상의 원리를 나타낸 도면으로, 도 43의 (a)는 전극에 전압을 인가할 때의 액정층 내의 전위 분포를 나타낸 특성도, 도 43의 (b)는 액정층의 중앙부 부근의 액정 분자의 재배향 상태를 나타낸 평면도, 도 43의 (c)는 도 43의 (b)에 도시한 액정 분자의 회전각 α를 나타낸 특성도, 도 43의 (d)는 상하 편광판, 상하 기판, 전극 상 및 전극 사이의 액정층을 투과하는 빛의 투과율 분포를 나타낸 특성도의 일례.
도 44는 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 있어서, 액정층 내의 액정 분자의 틸트각과 전 방위에서 콘트라스트비가 10 이상이 되는 시야각 범위를 나타낸 시뮬레이션 결과의 특성도의 일례.
본 발명은 상기한 과제를 해결하는 것으로, 본 발명의 목적은 브라운관과 같은 시야각을 실현할 수 있는 상기 후자의 표시 방식을 이용한 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치에 있어서, 고개구율로 밝고, 저소비 전력이고, 또한 저반사로 보기 쉬운 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 제1 구성으로서, 적어도 화소 전극 혹은 대향 전극의 한쪽이 투명 전극이고, 전계 무인가 시에 암(暗) 표시를 하는 노멀리 블랙 모드로 하고, 전계 무인가 시의 상기 트위스트 가능한 액정층의 초기 배향 상태가 동종 배향(homogeneous orientation) 상태이고, 전계 인가 시의 상기 전극 사이 및 전극 상의 액정 분자가 기판면에 대략 평행하게 지배적으로 회전하고, 액정 표시 패널의 광 투과율의 최대치가 4.0% 이상이고, 콘트라스트비 10대1 이상의 시야각 범위가, 표시면에 대해 수직 방향으로부터 40°이상 경사진 전방위(全方位)의 범위 내인 것을 특징으로 한다.
제2 구성으로서, 적어도 화소 전극 혹은 대향 전극의 한쪽이 투명 전극이고, 전계 무인가 시에 암 표시를 하는 노멀리 블랙 모드로 하고, 또한 전계 무인가 시의 트위스트 가능한 액정층의 초기 배향 상태가 동종 배향 상태이고, 트위스트 탄성 계수가 10×10-12N (뉴튼) 이하인 것을 특징으로 한다.
제3 구성으로서, 적어도 화소 전극 혹은 대향 전극의 한쪽이 투명 전극이고, 전계 무인가 시에 암표시를 하는 노멀리 블랙 모드로 하고, 또한 전계 무인가 시의 트위스트 가능한 액정층의 초기 배향 상태가 동종 배향 상태이고, 액정층의 상하 계면의 액정 분자의 초기 프리틸트각이 10° 이하에서, 액정층 내의 액정 분자의 초기 틸트 상태가 스플레이 상태인 것을 특징으로 한다.
제4 구성으로서, 적어도 화소 전극 혹은 대향 전극의 한쪽이 투명 전극이고, 전계 무인가 시에 암표시를 하는 노멀리 블랙 모드로 하고, 또한 전계 무인가 시의 트위스트 가능한 액정층의 초기 배향 상태가 동종 배향 상태이고, 투명 전극 상의 액정층의 액정 분자의 평균의 틸트각이, 전계 인가 시에서도 45°미만인 것을 특징으로 한다.
제5 구성으로서, 제1 내지 제4 중 어느 한 구성에 있어서, 적어도, 화소 전극 혹은 대향 전극에 투명 전극과 불투명 금속 전극의 2중 구조를 이용한다.
제6 구성으로서, 제1 내지 제4 중 어느 한 구성에 있어서, 인접하는 대향 전압 신호선이 화소 내의 대향 전극에 의해 관통 구멍을 통해 접속되는 구조를 이용한다.
제7 구성으로서, 제1 내지 제4 중 어느 한 구성에 있어서, 또한 액티브 매트릭스 소자를 피복하는 보호막을 갖고, 적어도 상기 화소 전극 혹은 상기 대향 전극의 한쪽은 상기 보호막 상에 형성되고, 상기 보호막에 형성된 관통 구멍을 통해, 액티브 매트릭스 소자 혹은 대향 전압 신호선과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다.
제8 구성으로서, 제1 내지 제4 중 어느 한 구성에 있어서, 대향 전극이 투명 전극으로 이루어지며, 또한 차광 패턴을 대향 전극과 영상 신호선 사이에 갖는 구조를 이용한다.
제9 구성으로서, 제1 내지 5 중 어느 한 구성에 있어서, 대향 전극 사이를 전기적으로 접속하는 대향 전압 신호선은 금속이다.
제10 구성으로서, 제1 내지 제4 중 어느 한 구성에 있어서, 3개 이상의 대향 전극이 형성되고, 그 중 2개의 대향 전극이 영상 신호선에 인접하여 형성되고, 영상 신호선에 인접하여 형성된 대향 전극은 불투명하다.
제11 구성으로서, 제1 내지 제4 중 어느 한 구성에 있어서, 투명 전극에 이용하는 투명 도전막은 인듐-주석-옥사이드(ITO)이다.
제12 구성으로서, 제9의 구성에 있어서, 대향 전압 신호선은, Cr, Ta, Ti, Mo, W, Al 또는 이들의 합금, 혹은 이들을 적층한 클래드 구조이다.
제13 구성으로서, 제9 구성에 있어서, 대향 전압 신호선은, Cr, Ta, Ti, Mo, W, Al 또는 이들의 합금 상에 인듐-주석-옥사이드(ITO) 등 투명 도전막을 적층한 클래드 구조이다.
제14 구성으로서, 제1 내지 제4 중 어느 한 구성에 있어서, 상기 액정층의 초기 트위스트각이 거의 0이고, 초기 배향각은, 액정 재료의 유전율 이방성 Δε이 플러스이면, 45°이상 90°미만, 유전율 이방성 Δε이 마이너스이면, 0°를 넘어 45°이하인 것을 특징으로 한다.
제1 제조 방법으로서, 적어도 주사 신호선 단자부, 영상 신호선 단자부, 혹은 대향 전극 단자부의 최상층의 도전층 중 어느 하나와, 적어도 화소 전극 혹은 대향 전극의 한쪽을 투명한 도전층으로 형성하고, 또한 동일 공정으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 작용을 이하에 나타낸다.
우선, 제1 구성의 작용으로서, 적어도 화소 전극 혹은 대향 전극의 한쪽을 투명하게 함으로써, 그 부분의 투과광에 의해, 명(백) 표시를 행할 때의 최대 투과율이 향상하기 때문에, 전극이 불투명한 경우보다도, 보다 밝은 표시를 행할 수 있어, 액정 표시 패널의 광 투과율이 후자의 종래 방식의 불투명 전극 채용의 경우의 3.0∼3.8%로부터, 본 발명에서는 최대 투과율치가 4.0% 이상을 달성할 수 있다. 즉, 백라이트 입사광의 휘도를 3000cd/㎡로 하면, 명 표시 휘도의 최대 휘도치는 120cd/㎡ 이상을 달성할 수 있다.
또한, 전압 무인가 시에는, 액정 분자는 초기의 동종 배향 상태를 유지하고 있으므로, 그 상태에서 암(흑) 표시를 하도록 편광판의 배치를 구성하면(노멀리 블랙 모드로 하면), 전극을 투명하게 하여도, 그 부분의 빛을 투과하지 않으므로, 양질의 암 표시를 할 수 있어 콘트라스트가 향상한다.
한편, 노멀리 화이트 모드로 하면, 전압 인가 시에 암 표시를 하지 않으면 안되고, 전압 인가 시에는 전극 상 부분은 빛을 완전히 차단할 수 없으므로, 그 부분의 투과광이 암 표시의 투과율을 끌어 올려 양질의 암 표시를 할 수 없다. 그 때문에, 충분한 콘트라스트비를 달성할 수 없다.
또한, 전계 인가 시의 상기 전극 사이 및 전극 상의 액정 분자가 기판면에 평행하게 지배적으로 회전하기 때문에, 넓은 시야각 특성이 얻어진다.
따라서, 콘트라스트비 10대1 이상의 시야각 범위가, 표시면에 대해 수직 방향에서 40°이상 경사진 전방위의 범위 내로 넓은 시야각 특성이 얻어진다.
또한, 제2 구성의 작용으로서, 화소 전극과 대향 전극 사이에 전압을 인가할 때에는, 트위스트 가능한 액정층의 트위스트 탄성 계수가 10×10-12N(뉴튼) 이하이기 때문에, 투명 도전막의 전극 상에서는, 초기 배향 방향으로부터 회전하는 각도 α가 증가하고, 전극 상의 투과율이 전극 사이의 투과율과 상보적으로 작용하여, 실질적으로 개구율을 향상시킨다. 이 트위스트 탄성 계수 K2는 작은 쪽이 바람직하다.
또한, 제3 구성의 작용으로서, 액정층의 상하 계면의 액정 분자의 초기 프리틸트각이 10° 이하에서, 액정층 내의 액정 분자의 초기틸트 상태가 스플레이 상태이기 때문에, 액정층의 중앙부의 액정 분자의 틸트각은 거의 0°로 되고, 표시에 기여하는 액정층의 평균 틸트각을 낮게 할 수 있기 때문에, 전압 인가 시에도, 전극 사이 및 투명 전극 상에서의 액정 분자의 틸트각을 낮게 설정할 수 있고, 개구율 향상과 넓은 시야각을 실현할 수 있다.
또한, 제4 구성의 작용으로서, 투명 전극 상의 액정층의 액정 분자의 평균 틸트각이 전계 인가 시에서도 45°미만이기 때문에, 개구율 향상과 넓은 시야각을 실현할 수 있다.
또한, 제5 구성의 작용으로서, 화소 전극 혹은 대향 전극에 투명 전극과 불투명 금속 전극의 2중 구조를 이용함으로써, 이 전극의 단선 불량을 대폭 방지할 수 있어, 대화면화에 유리하다.
또한, 제6 구성의 작용으로서, 인접하는 대향 전압 신호선이 화소 내의 대향 전극에 의해 관통 구멍을 통해 접속되는 구조를 이용함으로써, 각 대향 전압 신호선이 메쉬형으로 전기 접속되기 때문에, 대향 전압 신호선의 저항을 저감할 수 있어, 단선 불량이 생기더라도 중대 결함으로 되지 않는다.
또한, 제7 구성의 작용으로서, 액정 분자에 작용하는 전계가 보호막에 의해 저감되는 것이 억제되어, 구동 전압을 저감할 수 있다.
또한, 제8 구성의 작용으로서, 대향 전극이 투명 전극으로 이루어지며, 차광 패턴을 대향 전극과 영상 신호선 사이에 갖는 구조를 이용함으로써, 개구율이 향상된다.
또한, 제9 구성의 작용으로서, 대향 전압 신호선의 저항을 저감함으로써, 대향 전극 사이의 전압 전달을 원활하게 하고, 전압의 왜곡을 저감함으로써 수평 방향의 크로스토크를 억제할 수 있다.
또한, 제10 구성의 작용으로서, 영상 신호선에 인접한 대향 전극을 불투명하게 함으로써, 영상 신호에 따른 크로스토크를 억제한다. 이하에 그 이유를 나타낸다.
투명 대향 전극을 영상 신호선에 인접하여 형성함으로써, 영상 신호선으로부터의 전계(전기력선)는 대향 전극에 흡수되고, 영상 신호선으로부터의 전계가 화소 전극과 대향 전극 사이의 전계에 영향을 주지 않으므로, 영상 신호에 따른 크로스토크, 특히 기판의 상하 방향의 크로스토크의 발생이 현저하게 억제된다. 그러나, 영상 신호선에 인접한 대향 전극 상의 액정 분자의 거동은 영상 신호의 변동에 의해 불안정하고, 영상 신호선에 인접한 대향 전극을 투명하게 하면, 그 전극 부분의 투과광에 의해 크로스토크가 관측된다. 따라서, 영상 신호선에 인접한 대향 전극을 불투명하게 함으로써, 영상 신호에 따른 크로스토크를 억제할 수 있다.
또한, 제11 구성의 작용으로서, 투명 도전막은 인듐-주석-옥사이드(ITO)이고, 투과율의 향상에 적합하다.
또한, 제12, 13 구성의 작용으로서, 대향 전압 신호선은 적층한 클래드 구조이기 때문에, 저항치가 감소하여 단선 불량을 저감시킬 수 있다.
또한, 제14 구성의 작용으로서, 액정층의 초기 트위스트각이 거의 0이고, 초기 배향각은 액정 재료의 유전율 이방성 Δε이 플러스이면, 45°이상 90°미만, 유전율 이방성 Δε이 마이너스이면, 0°를 넘어 45°이하이기 때문에, 도메인의 억제나 최대 인가 전압의 범위를 최적화하여 콘트라스트를 향상할 수 있고, 또한 응답 속도의 최적화도 행할 수 있다.
또한, 제1 제조 방법의 작용으로서, 주사 신호선 단자부, 영상 신호선 단자부, 혹은 대향 전극 단자부의 최상층의 투명 도전층과 화소 전극 혹은 대향 전극의 투명 도전막을 동시 형성함으로써, 공정을 증가시키지 않고, 화소 전극과 대향 전극을 투명 도전막으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 액정 표시 장치는, 화소 전극과 대향 전극 중 적어도 어느 하나가 투명 도전막으로 구성되어 있지만, 예를 들면, Richard A. Soref, Proceedings of the IEEE, 1974년 12월호, 1710-1711 페이지 (이하, 문헌 1이라 칭함)에 기재되어 있는 액정 표시 소자의 구성은 이하의 점에서 다르다.
문헌 1에서는, 화소 전극과 대향 전극에 대응하는 빗살형 전극이 투명 도전막으로 구성되어 있다.
그러나, 액정 분자의 초기 배향 상태를 형성할 때, SiO(실리콘모노옥사이드)를 약 85°로 사방 증착하고, 각 전극과 액정층과의 계면에서는, 액정 분자에 매우 높은 프리틸트각을 고의로 형성시키고 있다. 이 때문에, 문헌 1의 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 초기 배향 상태에서 90°트위스트한 동종 배향으로부터, 빗살형 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 재배향 상태로서 전극 사이는 기판면에 대략 평행한 동종 배향 상태와, 전극 위는 기판면에 수직인 호메오트로픽 배향 (homeotropic orientation) 상태를 형성시킨다.
그러나, 이 구성에서는, 전계를 증가시킴에 따라 2종류의 액정 분자의 재배향 상태가 상보적으로 작용하여, 보다 밝은 표시가 가능해지지만, 액정 분자의 틸트각을 평균적으로 높게 할 필요가 있기 때문에, 시야각 특성이 좁아진다고 하는 결점이 있었다.
한편, 본 발명의 횡전계 방식의 액정 표시 장치에서는, 넓은 시야각 특성과 양호한 개구율을 얻기 때문에, 화소 전극과 대향 전극 사이에 전압을 인가한 경우에서도, 표시상(表示像)에 기여하는 액정 분자의 재배향 부분은 가능한 한 기판면에 평행한 동종 배향 상태를 유지시키고, 투명 도전막의 전극 상에서는, 초기 배향 방향으로부터 회전하는 각도 α에 대응하여 전극 상의 투과율이 전극 사이의 투과율과 상보적으로 작용하여, 실질적으로 개구율을 향상시키는 구성으로 한다.
또한, 본 명세서에서는, 동종 배향 상태란, 액정층 내의 액정 분자가, 가능한 한 기판면 혹은 액정층의 계면에 평행한 틸트(상승)각을 갖는 상태로, 보다 구체적으로는 기판면 혹은 액정층의 계면으로부터의 틸트각이 45°미만의 배향 상태로 한다. 따라서, 호메오트로픽 배향 상태란, 기판면 혹은 액정층의 계면으로부터의 틸트각이 45°를 넘는 경우로 한다.
도 41의 (a)에, 기판면에 대략 평행한 방향의 전계를 발생시키는 전극 구성에 있어서의 액정층 내의 전위 분포의 예를 나타낸다.
도면 중 실선은, 등전위선이고, 전계 벡터는 등전위선에 수직인 방향으로 제공된다. 전계 벡터 E는, 전극의 중심 상에서는 기판면에 수직 방향의 성분 Ey밖에 발생하지 않지만, 중심부 이외에는 기판면에 수평 방향의 성분 Ex도 발생한다. 이 수평 성분, 즉 횡전계 성분 Ex가 발생하고 있는 영역에서는, 도 41의 (b) 및 (c)에 도시한 바와 같이, 전극 사이의 액정 분자는 초기 배향 방향 RDR로부터 횡전계 Ex 방향으로 회전각 α만큼 회전한다.
한편, 전극 상의 액정 분자는 액정 내의 탄성장(彈性場)에 의해, 전극 사이의 액정 분자의 회전에 영향을 받아 회전한다. 따라서, 전극 상의 중심의 액정 분자는 횡전계가 인가되어 있지 않지만, 탄성장에 의해 주위의 액정 분자와 동일 방향으로 회전한다. 즉, 회전각 α는 전극 사이에서는 크고, 전극 상에서는 감소하여, 전극 중앙부 상에서 최소가 된다.
이 모습을 시뮬레이션한 결과를 도 42a∼도 42c에 나타낸다. 또한, 본 예의 시뮬레이션은 액정 분자의 초기 동종 배향 상태로서, 액정층의 초기 트위스트각이 거의 0이고, 초기 배향 방향 RDR과 인가 전계 Ex가 이루는 초기 배향각 φLC=75°로 하고, 액정층의 상하 계면 부근의 액정 분자의 초기 프리틸트각을 0°에 설정하고, 또한 편광판의 한쪽의 투과축을 상기 초기 배향 방향 RDR과 일치시키고, 다른쪽의 편광판의 투과축을 직교시키는 크로스니콜 배치하여, 복굴절 모드에서 표시를 하는 구성예로 행하였다.
이 때의 광 투과율 T/T0은, 다음 수학식 1로 나타낸다.
여기서, αeff는, 액정층의 실효적인 광축과 편광 투과축이 이루는 각으로, 본 예에서는 액정 분자의 회전각 α의 액정층 두께 방향의 실효치이고, 똑같은 회전을 상정한 경우의 평균치로서 취급할 수 있는 외관상의 값이다.
또한, deff는 복굴절성을 갖는 실효적인 액정층의 두께, Δn은 굴절률 이방성, λ는 빛의 파장을 나타낸다.
수학식 1에 있어서, 인가 전계 Ex 시에는, 그 강도에 따라 αeff의 값이 증대하고, 45°일 때 최대가 된다.
또한, 본 예의 시뮬레이션에서는, 액정층의 리터데이션 Δn·deff를 빛의 파장 λ의 2분의 1로 선정하여 복굴절 0차 모드를 실현하고, 유전율 이방성 Δε은 플러스로 설정하고 있다.
도 42a는 최대 부근의 명(明) 표시가 얻어지는 전압을 투명한 ITO 전극에 인가한경우의 등전위선의 상태를 나타낸 특성도이고, 종축에 액정층의 두께(두께4.0㎛)를, 횡축에 전극의 상대적 위치 관계를 나타낸다. 또한, 도면 중 수치는 규격화된 전위 강도를 나타낸다.
또한, 도 42b 및 도 42c는 이 등전위선의 상태로부터 형성되는 횡전계 성분 Ex를 인가할 때의 액정층 내의 액정 분자의 회전각 α 및 틸트(상승)각을 나타낸다.
도 42c에 도시한 바와 같이, 전압 인가 시에서도, 전극 상의 액정 분자는 거의 상승하지 않고, 본 예에서는 액정층의 두께 방향 전부에 있어서, 틸트각은 8°이하이고, 또한 도 42b에 도시한 바와 같이, 전극 상의 액정 분자도 액정층의 중앙 부근에서는 약 15∼35°회전하고 있다.
또한, 도 42c에 도시한 틸트각의 부호는, 편의 상, 도면에서 우측 상승을 플러스로, 좌측 상승을 마이너스로 하고 있다. 따라서, 본 발명의 방식에서는, 전극 상에서도 액정 분자의 회전각 α가 변화하여 투과율을 변화시킬 수 있는 것이다.
이 동작과 가장 관계가 있는 것이, 액정의 트위스트 탄성 계수 K2이고, 이 트위스트 탄성 계수 K2는 작은 쪽이 바람직하며, 작을수록 전극 상의 액정 분자는 전극 사이의 액정 분자의 영향을 받아, 전극 사이의 액정 분자의 회전각 α에 근접하도록 회전한다.
도 41의 (d)에, 트위스트 탄성 계수 K2를 약 10×10-2N(뉴튼)으로 하는 경우의 전극 상 및 전극 사이의 투과율의 분포를 모식적으로 나타낸다.
전극이 투명한 경우에는, 전술한 전극 상의 액정 분자의 재배향 동작에 의해 전극 사이의 A부분의 투과율의 평균 투과율의 5∼30%가, 전극 상에서의 B부분의 투과율의 평균치 투과율이 된다.
또한, 후술하는 바와 같이, 트위스트 탄성 계수 K2를 2.0×10-12N(뉴튼) 이하로 하면, 전극 사이의 A부분의 투과율의 평균 투과율의 50% 이상이, 전극 상에서의 B부분의 투과율의 평균치 투과율이 되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 전체 부분의 평균 투과율은 A+B 부분의 투과율의 평균치 투과율로 되어, 상승된다.
즉, 종래 완전히 빛을 투과시키지 않는 금속층으로 구성된 것과 비교하여 각화소당 개구율을 실질적으로 향상시킬 수 있게 된다.
본 예의 시뮬레이션에서는, 초기 프리틸트각을 0°로 설정하여 계산하고 있지만, 실제는 액정층의 배향막과의 계면 부근의 초기 프리틸트각이 약 10°이하, 바람직하게는 6°이하로 러빙 처리에서 설정하는 것이 필요하다. 또한, 후술하는 실시예에서는 약 5°로 설정하고 있다.
이러한 범위로 초기 프리틸트각을 설정함으로써 액정층 계면의 액정 분자를 기판면 내 방향으로 규제할 수 있어, 전계 인가 시에서도 전극 상의 액정층의 평균틸트각은 45°미만을 유지할 수 있게 된다. 즉, 전계 인가 시에서도, 전극 상의 액정이 소위 호메오트로픽 배향이 되는 것을 방지할 수 있다.
도 44는, 횡전계 방식의 액정 표시 장치에 있어서, 액정층 내의 액정 분자의 틸트각과, 전 방위에서 콘트라스트비가 10 이상이 되는 시야각 범위를 나타낸 시뮬레이션 결과의 특성도의 일례이다.
즉, 틸트각이 30°정도이면, 표시면에 대해 수직 방향으로부터 약 40°경사진 시야각 범위 내의 전 방위에서 콘트라스트비가 10 이상으로 되어, 거의 종래의 종전계 방식의 액정 표시 장치와 동등한 특성이 얻어진다. 또한, 틸트각을 작게 함에 따라 시야각 범위는 확대하고, 10°정도이면, 약 80°경사진 시야각 범위 내까지, 5°이하이면, 거의 전 영역까지 확대되어 넓은 시야각 특성이 얻어진다.
본 실시예에서는, 전계 무인가 시 및 전계 인가 시의 전극 사이 및 투명 전극 상의 액정층 내의 액정 분자의 평균 틸트각을 항상 저감시키기 때문에, 후술하는 배향막 ORI1, ORI2의 러빙 방향은 2장의 기판 SUB1, SUB2 측의 액정층의 계면의 액정 분자의 초기 프리틸트각이 스플레이 상태가 되도록 초기 배향 상태를 설정하여, 액정층의 중앙부 부근의 액정 분자가 가능한 한 계면과 평행하게 되도록 한다.
본 발명, 본 발명의 또 다른 목적 및 본 발명의 또 다른 특징은 도면을 참조한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
(실시예 1)
《액티브·매트릭스 액정 표시 장치》
이하, 액티브·매트릭스 방식의 컬러 액정 표시 장치에 본 발명을 적용한 실시예를 설명한다. 또한, 이하 설명하는 도면에서, 동일 기능을 갖는 것은 동일 부호를 붙여, 그의 반복 설명은 생략한다.
《매트릭스부(화소부)의 평면 구성》
도 1은 본 발명의 액티브·매트릭스 방식컬러 액정 표시 장치의 1화소와 그 주변을 나타낸 평면도이다. (도면의 사선 부분은 투명 도전막 g2를 나타낸다.)
도 1에 도시한 바와 같이, 각 화소는 주사 신호선(게이트 신호선 또는 수평신호선) GL과, 대향 전압 신호선(대향 전극 배선) CL과, 인접하는 2개의 영상 신호선(드레인 신호선 또는 수직 신호선) DL과의 교차 영역 내(4개의 신호선으로 둘러싸인 영역 내)에 배치되어 있다. 각 화소는 박막 트랜지스터 TFT, 축적 용량 Cstg, 화소 전극 PX 및 대향 전극 CT를 포함한다. 주사 신호선 GL, 대향 전압 신호선 CL은 도면에서는 좌우 방향으로 연장하여, 상하 방향으로 복수개 배치되어 있다. 영상 신호선 DL은 상하 방향으로 연장하여, 좌우 방향으로 복수개 배치되어 있다. 화소 전극 PX는 소스 전극 SD1을 통해 박막 트랜지스터 TFT와 접속되고, 대향 전극 CT는 대향 전압 신호선 CL과 일체로 되어 있다.
영상 신호선 DL에 따라 상하로 인접하는 2화소에서는, 도 1의 A선으로 절곡될 때, 평면 구성이 중첩되는 구성으로 되어 있다. 이것은, 대향 전압 신호선 CL을 영상 신호선 DL에 따라 상하로 인접하는 2화소로 공통화하고, 대향 전압 신호선 CL의 전극 폭을 확대함으로써, 대향 전압 신호선 CL의 저항을 저감시키기 위해서이다. 이에 따라, 외부 회로로부터 좌우 방향의 각 화소의 대향 전극 CT로 대향 전압을 충분히 공급하기 위한 것이 용이해진다.
화소 전극 PX와 대향 전극 CT는 상호 대향하고, 각 화소 전극 PX와 대향 전극 CT 사이의 전계에 의해 액정 LC의 광학적인 상태를 제어하고, 표시를 제어한다. 화소 전극 PX와 대향 전극 CT는 빗살형으로 구성되고, 각각 도면의 상하 방향으로 길고 가는 전극으로 되어 있다.
1화소 내의 대향 전극 CT의 갯수 O(빗살형의 갯수)는, 화소 전극 PX의 갯수(빗살형의 갯수) P와 O=P+1의 관계를 반드시 갖도록 구성한다(본 실시예에서는, O=3, P=2). 이것은, 대향 전극 CT와 화소 전극 PX를 교대로 배치하고, 또한 대향 전극 CT를 영상 신호선 DL에 반드시 인접시키기 위해서이다. 이에 따라, 대향 전극 CT와 화소 전극 PX 사이의 전계가, 영상 신호선 DL로부터 발생하는 전계로부터 영향을 받지 않도록, 대향 전극 CT에서 영상 신호선 DL로부터의 전기력선을 실드할 수 있다. 대향 전극 CT는, 후술의 대향 전압 신호선 CL에 의해 항상 외부로부터 전위를 공급받고 있기 때문에, 전위는 안정되어 있다. 그 때문에, 영상 신호선 DL에 인접하여도, 전위의 변동이 거의 없다. 또한, 이에 따라, 화소 전극 PX의 영상 신호선 DL로부터의 기하학적인 위치가 멀어지므로, 화소 전극 PX와 영상 신호선 DL 사이의 기생 용량이 대폭 감소하고, 화소 전극 전위 Vs의 영상 신호 전압에 의한 변동도 억제할 수 있다. 이들에 의해, 상하 방향으로 발생하는 크로스토크(종 스미어라 불리는 화질 불량)를 억제할 수 있다.
화소 전극 PX와 대향 전극 CT의 전극 폭은 각각 6㎛로 한다. 이것은, 액정층의 두께 방향에 대해, 액정층 전체에 충분한 전계를 인가하기 위해서, 후술의 액정층의 두께 3.9㎛보다도 충분히 크게 설정하고, 또한 개구율을 크게 하기 위해서 될 수 있는 한 가늘게 한다. 또한, 영상 신호선 DL의 전극 폭은 단선을 방지하기 위해서, 화소 전극 PX와 대향 전극 CT에 비하여 약간 넓게 8㎛로 한다. 여기서, 영상 신호선 DL의 전극 폭이, 인접하는 대향 전극 CT의 전극 폭의 2배 이하가 되도록 설정한다. 또는, 영상 신호선 DL의 전극 폭이 수율의 생산성으로부터 결정되어 있는 경우에는, 영상 신호선 DL에 인접하는 대향 전극 CT의 전극 폭을 영상 신호선 DL의 전극 폭의 1/2 이상으로 한다. 이것은, 영상 신호선 DL로부터 발생하는 전기력선을 각각 양옆의 대향 전극 CT에서 흡수하기 위함이며, 어떤 전극 폭으로부터 발생하는 전기력선을 흡수하기 위해서는, 그것과 동일폭 이상의 전극 폭을 갖는 전극이 필요하다. 따라서, 영상 신호선 DL의 전극의 절반(4㎛씩)으로부터 발생하는 전기력선을 각각 양옆의 대향 전극 CT가 흡수하면 되기 때문에, 영상 신호선 DL에 인접하는 대향 전극 CT의 전극 폭을 1/2 이상으로 한다. 이에 따라, 영상 신호의 영향에 의해, 크로스토크가 발생하는, 특히 상하 방향(세로 방향)의 크로스토크를 방지한다.
주사 신호선 GL은 말단측의 화소(후술의 주사 전극 단자 GTM의 반대측)의 게이트 전극 GT에 충분히 주사 전압을 인가하는 만큼의 저항치를 만족시키도록 전극 폭을 설정한다. 또한, 대향 전압 신호선 CL도 말단측의 화소(후술의 공통 버스라인 CB의 반대측)의 대향 전극 CT에 충분히 대향 전압을 인가할 수 있는 만큼의 저항치를 만족시키도록 전극 폭을 설정한다.
한편, 화소 전극 PX와 대향 전극 CT 사이의 전극 간격은, 이용하는 액정 재료에 따라 변한다. 이것은, 액정 재료에 의해 최대 투과율을 달성하는 전계 강도가 다르기 때문에, 전극 간격을 액정 재료에 따라 설정하고, 이용하는 영상 신호 구동 회로(신호측 드라이버)의 내압으로 설정되는 신호 전압의 최대 진폭의 범위에서, 최대 투과율이 얻어지도록 하기 때문이다. 후술의 액정 재료를 이용하면 전극 간격은 16㎛로 된다.
《매트릭스부(화소부)의 단면 구성》
도 2는 도 1의 3-3 절단선에 따른 단면을 나타낸 도면, 도 3은 도 1의 4-4 절단선에 따른 박막 트랜지스터 TFT의 단면도, 도 4는 도 1의 5-5 절단선에 따른 축적 용량 Cstg의 단면을 나타낸 도면이다. 도 2∼도 4에 도시한 바와 같이, 액정층 LC를 기준으로 하여 하부 투명 유리 기판 SUB1측에는 박막 트랜지스터 TFT, 축적 용량 Cstg 및 전극군이 형성되고, 상부 투명 유리 기판 SUB2측에는 컬러 필터 FIL, 차광용 블랙 매트릭스 패턴 BM이 형성되어 있다.
또한, 투명 유리 기판 SUB1, SUB2 각각의 내측(액정 LC측) 표면에는, 액정의 초기 배향을 제어하는 배향막 ORI1, ORI2가 설치되어 있고, 투명 유리 기판 SUB1, SUB2 각각의 외측 표면에는, 편광축이 직교하여 배치된 (크로스니콜 배치) 편광판이 설치되어 있다.
《TFT 기판》
우선, 하측 투명 유리 기판 SUB1측(TFT 기판)의 구성을 상세히 설명한다.
《박막 트랜지스터 TFT》
박막 트랜지스터 TFT는 게이트 전극 GT에 플러스의 바이어스를 인가하면, 소스-드레인 사이의 채널 저항이 작아지고, 바이어스를 0으로 하면, 채널 저항은 커지도록 동작한다.
박막 트랜지스터 TFT는 도 3에 도시한 바와 같이, 게이트 전극 GT, 게이트 절연막 GI, i형(진성, intrinsic, 도전형 결정 불순물이 도핑되어 있지 않은) 비정질실리콘(Si)으로 이루어지는 i형 반도체층 AS, 한쌍의 소스 전극 SD1, 드레인 전극 SD2를 갖는다. 또한, 소스, 드레인은 원래 그 사이의 바이어스 극성에 의해 결정되는 것으로, 이 액정 표시 장치의 회로에서는 그 극성은 동작 중 반전하므로, 소스, 드레인은 동작 중 교체하면 이해되기 싶다. 그러나, 이하의 설명에서는, 편의 상 한쪽을 소스, 다른쪽을 드레인이라 고정하여 표현한다.
《게이트 전극 GT》
게이트 전극 GT는 주사 신호선 GL과 연속하여 형성되어 있고, 주사 신호선 GL의 일부의 영역이 게이트 전극 GT가 되도록 구성되어 있다. 게이트 전극 GT는 박막 트랜지스터 TFT의 능동 영역을 넘는 부분이고, i형 반도체층 AS를 완전히 덮도록 (하측으로부터 보았을 때) 그것보다 크게 형성되어 있다. 이에 따라, 게이트 전극 GT의 역할 이외에, i형 반도체층 AS에 외광이나 백라이트광이 닿지 않도록 연구되어 있다. 본 예에서는, 게이트 전극 GT는 단층의 도전막 g1로 형성되어 있다. 도전막 g1에서는 예를 들면 스퍼터로 형성된 알루미늄(Al)막이 이용되고, 그 위에는 Al의 양극 산화막 AOF가 설치되어 있다.
《주사 신호선 GL》
주사 신호선 GL은 도전막 g1로 구성되어 있다. 이 주사 신호선 GL의 도전막 g1은 게이트 전극 GT의 도전막 g1과 동일 제조 공정으로 형성되고, 또한 일체로 구성되어 있다. 이 주사 신호선 GL에 의해 외부 회로로부터 게이트 전압 Vg를 게이트 전극 GT에 공급한다. 또한, 주사 신호선 GL 상에도 Al의 양극 산화막 AOF가 설치되어 있다. 또한, 영상 신호선 DL과 교차하는 부분은 영상 신호선 DL과의 단락 확률을 작게 하기 위해서 가늘게 하고, 또한 단락되어도 레이저 트리밍으로 분리할 수 있도록 두 갈래로 하고 있다.
《대향 전극 CT》
대향 전극 CT는 게이트 전극 GT 및 주사 신호선 GL과 동층의 도전막 g1로 구성되어 있다. 또한, 대향 전극 CT 상에도 Al의 양극 산화막 AOF가 설치되어 있다. 대향 전극 CT에는 대향 전압 Vcom이 인가되도록 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 대향 전압 Vcom은 영상 신호선 DL에 인가되는 최소 레벨의 구동 전압 Vdmin과 최대 레벨의 구동 전압 Vdmax의 중간 직류 전위로부터, 박막 트랜지스터 소자 TFT를 오프 상태로 할 때에 발생하는 피드스루 전압 ΔVs 분만큼 낮은 전위로 설정되지만, 영상 신호 구동 회로에서 사용되는 집적 회로의 전원 전압을 약 절반으로 저감하고 싶은 경우에는, 교류 전압을 인가하면 된다.
《대향 전압 신호선 CL》
대향 전압 신호선 CL은 도전막 g1로 구성되어 있다. 이 대향 전압 신호선 CL의 도전막 g1은 게이트 전극 GT, 주사 신호선 GL 및 대향 전극 CT의 도전막 g1과 동일 제조 공정으로 형성되고, 또한 대향 전극 CT와 일체로 구성되어 있다. 이 대향 전압 신호선 CL에 의해, 외부 회로로부터 대향 전압 Vcom을 대향 전극 CT에 공급한다. 또한, 대향 전압 신호선 CL 상에도 Al의 양극 산화막 AOF가 설치되어 있다. 또한, 영상 신호선 DL과 교차하는 부분은, 주사 신호선 GL과 마찬가지로 영상 신호선 DL과의 단락의 확률을 작게 하기 위해서 가늘게 하고, 또한 단락되어도 레이저 트리밍으로 분리할 수 있도록 두 갈래로 하고 있다.
《절연막 GI》
절연막 GI는 박막 트랜지스터 TFT에 있어서, 게이트 전극 GT와 함께 반도체층 AS에 전계를 제공하기 위한 게이트 절연막으로서 사용된다. 절연막 GI는 게이트 전극 GT 및 주사 신호선 GL의 상층에 형성되어 있다. 절연막 GI로서는 예를 들면 플라즈마 CVD로 형성된 질화실리콘막이 선택되고, 1200∼2700Å의 두께(본 실시예에서는, 2400Å 정도)로 형성된다. 게이트 절연막 GI는 매트릭스부 AR의 전체를 둘러싸도록 형성되고, 주변부는 외부 접속 단자 DTM, GTM을 노출하도록 제거되어 있다. 절연막 GI는 주사 신호선 GL 및 대향 전압 신호선 CL과 영상 신호선 DL의 전기적 절연에도 기여하고 있다.
《i형 반도체층 AS》
i형 반도체층 AS는 비정질 실리콘으로, 200∼2200Å의 두께(본 실시예에서는, 2000Å 정도의 막 두께)로 형성된다. 층 d0은 오믹 컨택트용의 인(P)을 도핑한 N(+)형 비정질 실리콘 반도체층이며, 하측에 i형 반도체층 AS가 존재하고, 상측에 도전층 d1(d2)이 존재하는 부분에만 남겨져 있다.
i형 반도체층 AS는 주사 신호선 GL 및 대향 전압 신호선 CL과 영상 신호선 DL과의 교차부(크로스오버부)의 양자 사이에도 설치되어 있다. 이 교차부의 i형 반도체층 AS는 교차부에 있어서의 주사 신호선 GL 및 대향 전압 신호선 CL과 영상 신호선 DL과의 단락을 저감시킨다.
《소스 전극 SD1, 드레인 전극 SD2》
소스 전극 SD1, 드레인 전극 SD2 각각은, N(+)형 반도체층 d0에 접촉하는 도전막 d1과 그 위에 형성된 도전막 d2로 구성되어 있다.
도전막 d1은 스퍼터로 형성한 크롬(Cr)막을 이용하여, 500∼1000Å의 두께 (본 실시예에서는, 600Å 정도)로 형성된다. Cr막은 막 두께를 두껍게 형성하면 스트레스가 커지므로, 2000Å 정도의 막 두께를 넘지 않은 범위에서 형성한다. Cr막은 N(+)형 반도체층 d0과의 접착성을 양호하게 하여, 도전막 d2의 Al이 N(+)형 반도체층 d0에 확산하는 것을 방지하는(소위 배리어층의) 목적으로 사용된다. 도전막 d1로서, Cr막 외에 고융점 금속(Mo, Ti, Ta, W)막, 고융점 금속 실리사이드(MoSi2, TiSi2, TaSi2, WSi2)막을 이용해도 된다.
도전막 d2는 Al의 스퍼터링으로 3000∼5000Å의 두께(본 실시예에서는, 4000Å정도)로 형성된다. Al막은 Cr막에 비교하여 스트레스가 작고, 두꺼운 막 두께에 형성하는 것이 가능하고, 소스 전극 SD1, 드레인 전극 SD2 및 영상 신호선 DL의 저항치를 저감시키거나, 게이트 전극 GT나 i형 반도체층 AS에 기인하는 극복을 확실하게 하는(스텝 커버리지를 좋게 하는) 기능이 있다.
도전막 d1, 도전막 d2를 동일한 마스크 패턴으로 패터닝한 후, 동일한 마스크를 이용하여, 혹은 도전막 d1, 도전막 d2를 마스크로 하여, N(+)형 반도체층 d0이 제거된다. 즉, i형 반도체층 AS 상에 남아 있던 N(+)형 반도체층 d0은 도전막 d1, 도전막 d2 이외의 부분이 자기 정합적으로 제거된다. 이 때, N(+)형 반도체층 d0은 그 두께만큼은 전부 제거되도록 에칭되므로, i형 반도체층 AS도 약간 그 표면 부분이 에칭되지만, 그 정도는 에칭 시간으로 제어하면 된다.
《영상 신호선 DL》
영상 신호선 DL은 소스 전극 SD1, 드레인 전극 SD2와 동층의 제2 도전막 d2, 제3 도전막 d3으로 구성되어 있다. 또한, 영상 신호선 DL은 드레인 전극 SD2와 일체로 형성되어 있다.
《화소 전극 PX》
화소 전극 PX는 투명 도전층 g2로 형성되어 있다. 이 투명 도전막 g2는 스퍼터링으로 형성된 투명 도전막(Indium-Tin-Oxide ITO: 네사막)으로 이루어지며, 100∼2000Å의 두께(본 실시예에서는, 1400Å 정도의 막 두께)로 형성된다.
화소 전극이 본 실시예와 같이 투명하게 됨으로써, 그 부분의 투과광에 의해, 백 표시를 행할 때의 최대 투과율이 향상하기 때문에, 화소 전극이 불투명한 경우보다도, 보다 밝은 표시를 행할 수 있다. 이 때, 후술하는 바와 같이, 전압 무인가 시에는 액정 분자는 초기의 배향 상태를 유지하고, 그 상태로 흑 표시를 하도록 편광판의 배치를 구성하도록(노멀리 블랙 모드로 하도록) 하고 있으므로, 화소 전극을 투명하게 하여도, 그 부분의 빛을 투과하지 않고, 양질의 흑을 표시할 수 있다. 이에 따라, 최대 투과율이 향상되어, 더욱 충분한 콘트라스트비를 달성할 수 있다.
《축적 용량 Cstg》
화소 전극 PX는 박막 트랜지스터 TFT와 접속되는 단부와 반대측의 단부에 있어서, 대향 전압 신호선 CL과 중첩되도록 형성되어 있다. 이 중첩은, 도 4에서도 알 수 있듯이, 화소 전극 PX를 한쪽의 전극 PL2로 하고, 대향 전압 신호 CL을 다른쪽의 전극 PL1로 하는 축적 용량(정전 용량 소자) Cstg를 구성한다. 이 축적 용량 Cstg의 유전체막은, 박막 트랜지스터 TFT의 게이트 절연막으로서 사용되는 절연막 GI 및 양극 산화막 AOF로 구성되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이 평면적으로는 축적 용량 Cstg는 대향 전압 신호선 CL의 도전막 g1의 폭을 넓힌 부분에 형성되어 있다.
《보호막 PSV1》
박막 트랜지스터 TFT 상에는 보호막 PSV1이 설치되어 있다. 보호막 PSV1은 주로 박막 트랜지스터 TFT를 습기 등으로부터 보호하기 위해 형성되어 있고, 투명성이 높고 더구나 내습성이 좋은 것을 사용한다. 보호막 PSV1은 예를 들면 플라즈마 CVD 장치로 형성한 산화실리콘막이나 질화실리콘막으로 형성되어 있고, 1㎛ 정도의 막 두께로 형성한다.
보호막 PSV1은 매트릭스부 AR의 전체를 둘러싸도록 형성되고, 주변부는 외부 접속 단자 DTM, GTM을 노출하도록 제거되어 있다. 보호막 PSV1과 게이트 절연막 GI의 두께 관계에 대해서는, 전자는 보호 효과를 고려하여 두껍게 하고, 후자는 트랜지스터의 상호 컨덕턴스 gm을 고려하여 얇게 한다. 따라서, 보호 효과가 높은 보호막 PSV1은 주변부도 될 수 있는 한 넓은 범위에 걸쳐 보호하도록 게이트 절연막 GI보다도 크게 형성되어 있다.
《컬러 필터 기판》
다음에, 도 1, 도 2로 되돌아가서, 상측 투명 유리 기판 SUB2측(컬러 필터 기판)의 구성을 상세히 설명한다.
《차광막 BM》
상부 투명 유리 기판 SUB2측에는, 불필요한 간극부(화소 전극 PX와 대향 전극 CT 사이 이외의 간극)로부터의 투과광이 표시면측에 출사하여, 콘트라스트비 등을 저하시키지 않도록 차광막 BM(소위, 블랙 매트릭스)을 형성하고 있다. 차광막 BM는 외부광 또는 배면광이 i형 반도체층 AS에 입사하지 않도록 하는 역할도 하고있다. 즉, 박막 트랜지스터 TFT의 i형 반도체층 AS는 상하에 있는 차광막 BM 및 큰 게이트 전극 GT에 의해 샌드위치되고, 외부의 자연광이나 백라이트광이 닿지 않게 된다.
도 1에 도시한 차광막 BM이 폐쇄한 다각형의 윤곽선은, 그 내측이 차광막 BM이 형성되지 않은 개구를 나타내고 있다. 이 윤곽선의 패턴은 일례이고, 보다 개구 부분을 크게 하는 경우에는, 도 1의 점선의 차광막 BM1과 같이 하는 것도 가능하다. 도 1 중의 확대된 영역은 전계 방향이 흐트러지지만, 그 부분의 표시는 화소내의 영상 정보에 1대1로 대응하고, 또한 흑의 경우에는 흑, 백의 경우에는 백이 되기 때문에, 표시의 일부로서 이용하는 것이 가능하다. 또한, 도면의 상하 방향의 경계선은 상하 기판의 정렬 정밀도에 의해 결정되고, 정렬 정밀도가 영상 신호선 DL에 인접하는 대향 전극 CT의 전극 폭보다도 좋은 경우에는, 대향 전극의 폭의 사이에 설정하면, 보다 개구부를 확대할 수 있다.
차광막 BM은 빛에 대한 차폐성을 갖고, 또한 화소 전극 PX와 대향 전극 CT 사이의 전계에 영향을 주지 않도록 절연성이 높은 막으로 형성되어 있고, 본 실시예에서는 흑색의 안료를 레지스트재에 혼입하고, 1.2㎛ 정도의 두께로 형성하고있다.
차광막 BM은 각 화소의 주위에 격자형으로 형성되고, 이 격자에서 1화소의 유효 표시 영역이 구획되어 있다. 따라서, 각 화소의 윤곽이 차광막 BM에 의해 분명하게 된다. 즉, 차광막 BM은 블랙 매트릭스와 i형 반도체층 AS에 대한 차광의 2개의 기능을 갖는다.
차광막 BM은 주변부에도 액자형으로 형성되고, 그 패턴은 도트형으로 복수의 개구를 설치한 도 1에 도시한 매트릭스부의 패턴과 연속하여 형성되어 있다. 주변부의 차광막 BM은 밀봉부 SL의 외측으로 연장되고, 퍼스널 컴퓨터 등의 실장기에 기인하는 반사광 등의 누설광이 매트릭스부에 들어가는 것을 방지하고 있다. 한편, 이 차광막 BM은 기판 SUB2의 모서리보다도 약 0.3∼1.0㎜ 정도 내측에 있고, 기판 SUB2의 절단 영역을 피하여 형성되어 있다.
《컬러 필터 FIL》
컬러 필터 FIL은 화소에 대향하는 위치에 적, 녹, 청의 반복으로 스트라이프형상으로 형성된다. 컬러 필터 FIL은 차광막 BM의 엣지 부분과 중첩되도록 형성되어 있다.
컬러 필터 FIL은 다음과 같이 형성할 수 있다. 우선, 상부 투명 유리 기판 SUB2의 표면에 아크릴계 수지 등의 염색 기재를 형성하고, 포토리소그래피 기술로 적색 필터 형성 영역 이외의 염색 기재를 제거한다. 이 후, 염색 기재를 적색 염료로 물들이고, 고착 처리를 실시하여 적색 필터 R을 형성한다. 이어서, 마찬가지의 공정을 실시함으로써, 녹색 필터 G, 청색 필터 B를 순차 형성한다.
《오버코트막 OC》
오버코트막 OC는 컬러 필터 FIL의 염료의 액정 LC에의 누설의 방지, 및 컬러 필터 FIL, 차광막 BM에 의한 단차의 평탄화를 위해 설치되어 있다. 오버코트막 OC는 예를 들면 아크릴 수지, 에폭시 수지 등의 투명 수지 재료로 형성되어 있다.
《액정층 및 편향판》
다음에, 액정층, 배향막, 편광판 등에 대해 설명한다.
《액정층》
액정 재료 LC로서는, 유전율 이방성 Δε이 플러스이고 그 값이 13.2, 굴절률 이방성 Δn이 0.081(589㎚, 20℃)의 네마틱 액정을 이용한다. 액정층의 두께(갭)는 3.9㎛로 하고, 리터데이션 Δn·d는 0.316으로 한다. 이 리터데이션 Δn·d의 값에 따라, 후술의 배향막과 편광판과 조합하여, 액정 분자가 러빙 방향으로부터 전계 방향으로 45°회전할 때 최대 투과율을 얻을 수 있고, 가시광의 범위 내에서 파장 의존성이 거의 없는 투과광을 얻을 수 있다. 또한, 액정층의 두께(갭)는 폴리머 비드로 제어하고 있다.
또한, 액정 재료 LC는 특별히 한정한 것이 아니라, 유전율 이방성 Δε은 마이너스이어도 된다. 또한, 유전율 이방성 Δε은 그 값이 큰 쪽이 구동 전압을 저감할 수 있다. 또한, 굴절률 이방성 Δn은 작은 쪽이 액정층의 두께(갭)를 두껍게 할 수 있어, 액정의 밀봉 시간이 단축되고, 또한 갭 변동을 적게 할 수 있다.
또한, 액정 재료의 재료 물질과 투명 도전막의 대향 전극 부분 혹은 화소 전극 부분에서의 투과광 강도의 관계를 조사하면, 액정 재료의 트위스트 탄성 계수 K2에 크게 의존하는 것을 알 수 있었다. 이것은 전극 사이의 개구부에 있어서 광 투과를 초래하는 횡전계에 의한 면내 트위스트 변형의, 투명 도전막의 전극 상부에서의 감쇠가, 상기한 액정 재료의 트위스트 탄성 계수 K2에 따른 고유의 곡률로 생기기 때문이다. 따라서, 투명 도전막의 전극 부분에서의 광 투과를 보다 크게 하여, 이 투명 도전막의 전극을 포함한 개구부 전체의 휘도를 향상시키기 위해서는, 트위스트 탄성 계수 K2가 작은 액정 재료를 이용하여, 상기한 감쇠 곡률을 작게 하면 된다. 트위스트 탄성 계수 K2의 효과에 대해서는, 실시예 11에서 더 기재한다.
본 실시예 1에서는, 트위스트 탄성 계수 K2로서 실온에서, 5.1×10-12N(뉴튼)을 사용하고 있다.
또한, 트위스트 탄성 계수 K2의 측정 방법은, 예를 들면, 문헌으로서 岡野 光治, 小林 駿介의 공동 편저, 액정·기초편 p216∼220(培風館, 1985년)에 기재되어 있고, 트위스트 액정셀의 임계치 전압 측정으로부터 구할 수 있다.
《배향막》
배향막 ORI로서는, 폴리이미드를 이용한다. 러빙 방향은 상하 기판에서 상호 평행하게 하고, 초기 배향 방향 RDR과 인가 전계 방향 EDR(Ex)이 이루는 초기 배향각 φLC는 75°로 한다. 도 19에 그 관계를 나타낸다.
또한, 초기 배향 방향 RDR과 인가 전계 방향 EDR이 이루는 초기 배향각 φLC는 액정 재료의 유전율 이방성 Δε이 플러스이면, 45°이상 90°미만, 유전율 이방성 Δε이 마이너스이면 0°를 넘어 45°이하가 아니면 안된다.
또한, 본 실시예에서는, 러빙 방향을 배향막 ORI1, ORI2에서 상호 평행하게 함으로써, 전극 사이 및 전극 상의 표시에 기여하는 액정층의 상하 계면의 액정 분자의 초기 프리틸트각은 스플레이 상태로 되고, 액정 분자가 상호 광학 특성을 보상하는 효과가 생겨, 넓은 시야각 특성이 얻어진다.
또한, 러빙 방향을 배향막 ORI1, ORI2에 서로 반평행하게 함으로써, 액정층의 상하 계면의 액정 분자의 프리틸트각이 병렬 상태로 되고, 평균의 액정층 내의 틸트각은 보다 증가하지만, 10°이하로 프리틸트각을 설정함으로써, 본 발명의 마찬가지의 효과가 얻어진다.
《편광판》
편광판 POL로서는, 日東電工사 제조 G1220DU를 이용하여, 하측의 편광판 POL1의 편광 투과축 MAX1을 러빙 방향 RDR과 일치시키고, 상측의 편향판 POL2의 편광 투과축 MAX2를, 그것에 직교시킨다. 도 19에 그 관계를 나타낸다. 이에 따라, 본 발명의 화소에 인가되는 전압(화소 전극 PX와 대향 전극 CT 사이의 전압)을 증가시키는데 따라, 투과율이 상승하는 노멀리 클로즈 특성을 얻을 수 있고, 또한 전압 무인가 시에는 양질의 흑 표시를 할 수 있다.
또한, 편광판 POL2 자체에는, 외부로부터의 정전기의 영향을 방지하기 위해서, 그 비저항치를 저감할 목적으로, 투명 도전막이 일면에 형성되어 있다. 이 투명 도전막은 상부 기판 SUB2와 상부 편광판 POL2 사이에 형성해도 된다.
《매트릭스 주변의 구성》
도 5는 상하의 유리 기판 SUB1, SUB2를 포함하는 표시 패널 PNL의 매트릭스(AR) 주변의 주요부 평면을 나타낸 도면이다. 또한, 도 6은 좌측에 주사 회로가 접속되어야 되는 외부 접속 단자 GTM 부근의 단면을, 우측에 외부 접속 단자가 없는 부분의 밀봉부 부근의 단면을 나타낸 도면이다.
이 패널의 제조에서는, 작은 사이즈이면 작업 처리량 향상을 위해 1장의 유리 기판으로 여러개분의 디바이스를 동시에 가공하고 나서 분할하고, 큰 사이즈이면 제조 설비의 공용을 위해 어떤 품종에서도 표준화된 크기의 유리 기판을 가공하고 나서 각 품종에 맞는 사이즈로 작게 하고, 어느 한쪽의 경우에도 대충의 공정을 거치고 나서 유리를 절단한다. 도 5, 도 6은 후자의 예를 나타낸 것으로, 도 5, 도 6의 양 도면 모두 상하 기판 SUB1, SUB2의 절단 후를 나타내고 있고, LN은 양 기판의 절단 전의 모서리를 나타낸다. 어느 한쪽의 경우에도, 완성 상태에서는 외부 접속 단자군 Tg, Td 및 단자 COT(첨자 생략)가 존재하는(도면에서 상측 변과 좌측 변의) 부분은 이들을 노출하도록 상측 기판 SUB2의 크기가 하측 기판 SUB1보다도 내측으로 제한되어 있다. 단자군 Tg, Td는 각각 후술하는 주사 회로 접속용 단자 GTM, 영상 신호 회로 접속용 단자 DTM과 이들의 인출 배선부를 집적 회로 칩 CHI가 탑재된 테이프 캐리어 패키지 TCP(도 16, 도 17)의 단위로 복수개 통합하여이름 붙인 것이다. 각 군의 매트릭스부로부터 외부 접속 단자부에 이를 때까지의 인출 배선은, 양끝에 근접하는데 따라서 경사하고 있다. 이것은, 패키지 TCP의 배열 피치 및 각 패키지 TCP에 있어서의 접속 단자 피치에 표시 패널 PNL의 단자 DTM, GTM을 정렬시키기 위해서이다. 또한, 대향 전극 단자 CTM은 대향 전극 CT에 대향 전압을 외부 회로로부터 제공하기 위한 단자이다. 매트릭스부의 대향 전압 신호선 CL은 주사 회로용 단자 GTM의 반대측(도면에서는 우측)으로 인출하고, 각 대향 전압 신호선을 공통 버스 라인 CB에서 일괄하여, 대향 전극 단자 CTM에 접속하고 있다.
투명 유리 기판 SUB1, SUB2 사이에는 그 모서리에 따라, 액정 밀봉구 INJ를 제외하고, 액정 LC를 밀봉하도록 밀봉 패턴 SL이 형성된다. 밀봉재는 예를 들면 에폭시 수지로 이루어진다.
배향막 ORI1, ORI2의 층은, 밀봉 패턴 SL의 내측에 형성된다. 편광판 POL1, POL2는 각각 하부 투명 유리 기판 SUB1, 상부 투명 유리 기판 SUB2의 외측의 표면에 구성되어 있다. 액정 LC는 액정 분자의 방향을 설정하는 하부 배향막 ORI1과 상부 배향막 ORI2 사이에서 밀봉 패턴 SL로 구획된 영역에 밀봉되어 있다. 하부 배향막 ORI1은 하부 투명 유리 기판 SUB1측의 보호막 PSV1의 상부에 형성된다.
이 액정 표시 장치는 하부 투명 유리 기판 SUB1 측, 상부 투명 유리 기판 SUB2측에서 별개로 여러가지 층을 중첩하고, 밀봉 패턴 SL을 기판 SUB2측에 형성하여, 하부 투명 유리 기판 SUB1과 상부 투명 유리 기판 SUB2를 중첩시키고, 밀봉재 SL의 개구부 INJ로부터 액정 LC를 주입하고, 주입구 INJ를 에폭시 수지 등으로 밀봉하여 상하 기판을 절단함으로써 조립된다.
《게이트 단자부》
도 7의 (a)는 표시 매트릭스의 주사 신호선 GL로부터 그 외부 접속 단자 GTM까지의 접속 구조를 나타낸 평면도이고, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 B-B 절단선에 따른 단면을 나타내고 있다. 또한, 상기 도면은 도 5의 우측 중앙 부근에 대응하고, 경사 배선의 부분은 편의상 일직선형으로 나타내었다.
AO는 포토레지스트 직접 묘화의 경계선, 다시 말하면 선택적 양극 산화의 포토레지스트 패턴이다. 따라서, 이 포토레지스트는 양극 산화 후 제거되고, 도면에 나타낸 패턴 AO는 완성품으로서는 남지 않지만, 게이트 배선 GL에는 단면도에 도시한 바와 같이 산화막 AOF가 선택적으로 형성되므로 그 궤적이 남는다. 평면도에 있어서, 포토레지스트의 경계선 AO를 기준으로 하여 좌측은 레지스트로 덮고 양극산화를 하지 않은 영역, 우측은 레지스트로부터 노출되고 양극 산화되는 영역이다. 양극 산화된 Al층 g1은 표면에 그 산화물 Al2O3막 AOF가 형성되어 하측의 도전부는 체적이 감소한다. 물론, 양극산화는 그 도전부가 남도록 적절한 시간, 전압 등을 설정하여 행해진다.
도면 중 Al층 g1은, 알기 쉽게 하기 위해 해칭을 실시하고 있지만, 양극화되지 않은 영역은 빗살형으로 패터닝되어 있다. 이것은, Al층의 폭이 넓으면 표면에 위스커가 발생하므로, 1장 1장의 폭은 좁게 하고, 이들을 복수개 병렬로 묶은 구성으로 함으로써, 위스커의 발생을 방지하면서, 단선의 확률이나 도전율의 희생을 최저한으로 억제하는 것이 목표이다.
게이트 단자 GTM은 Al층 g1과, 또한 그 표면을 보호하고, 또한 TCP(Tape Carrier Packege)와의 접속의 신뢰성을 향상시키기 위한 투명 도전층 g2로 구성되어 있다. 이 투명 도전막 g2는 화소 전극 PX와 동일 공정으로 형성된 투명 도전막 ITO를 이용하고 있다. 또한, Al층 g1 상 및 그 측면부에 형성된 도전층(d1 및 d2)은 Al층과 투명 도전층 g2와의 접속 불량을 보충하기 위해, Al층과 투명 도전층 g2의 양쪽에 접속성이 좋은 Cr층 d1을 접속하고, 접속 저항의 저감을 도모하기 위한 것으로, 도전층 d2는 도전층 d1과 동일 마스크 형성하고 있기 때문에 남겨져 있는 것이다.
평면도에 있어서, 게이트 절연막 GI는 그 경계선보다도 우측에, 보호막 PSV1도 그 경계선보다도 우측에 형성되어 있고, 좌단에 위치하는 단자부 GTM은 이들로부터 노출하여 외부 회로와의 전기적 접촉을 할 수 있도록 되어 있다. 도면에서는, 게이트선 GL과 게이트 단자의 하나의 쌍만이 도시되어 있지만, 실제는 이러한 쌍이 도 7의 (a), (b)에 도시한 바와 같이 상하로 복수개 배열되고 단자군 Tg(도 5)가 구성되고, 게이트 단자의 좌단은 제조 과정에서는 기판의 절단 영역을 넘어서 연장되고 배선 SHg(도시하지 않음)에 의해 단락된다. 제조 과정에 있어서의 이러한 단락선 SHg는 양극 화성(陽極化性) 시의 급전과, 배향막 ORI1의 러빙 시 등의 정전 파괴 방지에 도움이 된다.
《드레인 단자 DTM》
도 8의 (a)는 영상 신호선 DL로부터 그 외부 접속 단자 DTM까지의 접속을 나타낸 평면도를 나타내고, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 B-B 절단선에 따른 단면을 나타낸다. 또한, 상기 도면은 도 5 우측 상 부근에 대응하고, 도면의 방향은 편의 상 바꿔져 있지만 우단 방향이 기판 SUB1의 상단부에 해당한다.
TSTd는 검사 단자이고 여기에는 외부 회로는 접속되지 않지만, 프로브침 등을 접촉할 수 있도록 배선부보다 폭이 넓게 되어 있다. 마찬가지로, 드레인 단자 DTM도 외부 회로와의 접속을 할 수 있도록 배선부보다 폭이 넓어져 있다. 외부 접속 드레인 단자 DTM은 상하 방향으로 배열되고, 드레인 단자 DTM은 도 5에 도시한 바와 같이 단자군 Td(첨자 생략)를 구성하고 기판 SUB1의 절단선을 넘어서 더욱 연장되고, 제조 과정 중에는 정전 파괴 방지를 위해 그 전부가 상호 배선 SHd(도시하지 않음)에 의해 단락된다. 검사 단자 TSTd는 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이 한개마다의 영상 신호선 DL에 형성된다.
드레인 접속 단자 DTM은 투명 도전층 g2 단층으로 형성되어 있고, 게이트 절연막 GI를 제거한 부분에서 영상 신호선 DL과 접속되어 있다. 이 투명 도전막 g2는 게이트 단자 GTM의 경우와 마찬가지로 화소 전극 PX와 동일 공정으로 형성된 투명 도전막 ITO를 이용하고 있다. 게이트 절연막 GI의 단부 상에 형성된 반도체층 AS는 게이트 절연막 GI의 모서리를 테이퍼형으로 에칭하기 위한 것이다. 드레인 단자 DTM 상에서는 외부 회로와의 접속을 행하기 때문에 보호막 PSV1은 물론 제거되어 있다.
매트릭스부로부터 드레인 단자부 DTM까지의 인출 배선은, 영상 신호선 DL과 동일한 레벨의 층 d1, d2가 보호막 PSV1의 도중까지 구성되어 있고, 보호막 PSV1 내에서 투명 도전막 g2와 접속되어 있다. 이것은, 전해하기 쉬운 Al층 d2를 보호막 PSV1이나 밀봉 패턴 SL으로 가능한 한 보호하는 것이 목표이다.
《대향 전극 단자 CTM》
도 9의 (a)는 대향 전압 신호선 CL로부터 그 외부 접속 단자 CTM까지의 접속을 나타낸 평면도이고, 도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 B-B 절단선에 따른 단면을 나타낸다. 또한, 상기 도면은 도 5의 좌측 상 부근에 대응한다.
각 대향 전압 신호선 CL은 공통 버스 라인 CB로 일괄하여 대향 전극 단자 CTM에 인출되어 있다. 공통 버스 라인 CB는 도전층 g1 상에 도전층 d1, 도전층 d2를 적층한 구조로 되어 있다. 이것은, 공통 버스 라인 CB의 저항을 저감시키고, 대향 전압이 외부 회로로부터 각 대향 전압 신호선 CL에 충분히 공급되도록 하기 위해서이다. 본 구조에서는, 특별히 새롭게 도전층을 부하하지 않고, 공통 버스 라인의 저항을 내리는 것이 특징이다. 공통 버스 라인 CB의 도전층 g1은 도전층 d1, 도전층 d2와 전기적으로 접속되도록, 양극 화성은 되어 있지 않다. 또한, 게이트 절연막 GI로부터도 노출하고 있다.
대향 전극 단자 CTM은 도전층 g1 상에 투명 도전층 g2가 적층된 구조로 되어 있다. 이 투명 도전막 g2는 다른 단자의 경우와 마찬가지로 화소 전극 PX와 동일 공정으로 형성된 투명 도전막 ITO를 이용하고 있다. 투명 도전층 g2에 의해 그 표면을 보호하고, 전기 부식 등을 방지하기 위해 내구성이 좋은 투명 도전층 g2로 전층 g1을 덮고 있다.
《표시 장치 전체 등가 회로》
표시 매트릭스부의 등가 회로와 그 주변 회로의 결선도를 도 10에 도시한다. 상기 도면은 회로도이기는 하지만, 실제의 기하학적 배치에 대응하여 도시되어 있다. AR은 복수의 화소를 이차원 형상으로 배열한 매트릭스·어레이이다.
도면 중, X는 영상 신호선 DL을 의미하며, 첨자 G, B 및 R이 각각 녹, 청 및 적 화소에 대응하여 부가되어 있다. Y는 주사 신호선 GL을 의미하고, 첨자 1, 2, 3, …, end는 주사 타이밍의 순서에 따라 부가되어 있다.
주사 신호선 Y(첨자 생략)는 수직 주사 회로 V에 접속되어 있고, 영상 신호선 X(첨자 생략)는 영상 신호 구동 회로 H에 접속되어 있다.
SUP는 1개의 전압원으로부터 복수의 분압한 안정화된 전압원을 얻기 위한 전원 회로나 호스트(상위 연산 처리 장치)로부터의 CRT(음극 선관)용의 정보를 TFT 액정 표시 장치용의 정보로 교환하는 회로를 포함하는 회로이다.
《구동 방법》
도 11에 본 발명의 액정 표시 장치의 구동 파형을 나타낸다.
실시예 1에서는, 대향 전압 신호선 CL이, 알루미늄이라는 저저항 금속의 도전막 g1로부터 형성되어 있기 때문에, 부하 임피던스가 적고, 대향 전압의 파형 변형이 적어진다. 이 때문에, 대향 전압을 교류화할 수 있어, 신호선 전압을 저감시킬 수 있는 이점이 있다.
즉, 대향 전압을 Vch와 Vcl의 2치의 교류 구형파로 하고, 그것에 동기시켜 주사 신호 Vg(i-1), Vg(i)의 비선택 전압을 1주사 기간마다, Vg1h와 Vg11의 2치로 변화시킨다. 대향 전압의 진폭치와 비선택 전압의 진폭치는 동일하게 한다. 영상 신호 전압은, 액정층에 인가하고자 하는 전압으로부터, 대향 전압의 진폭의 1/2을 뺀 전압이다.
대향 전압은 직류이어도 되지만, 교류화함으로써 영상 신호 전압의 최대 진폭을 저감시킬 수 있고, 영상 신호 구동 회로(신호측 드라이버)에 내압이 낮은 것을 이용하는 것이 가능하게 된다. 후술하는 실시예 2, 3에서는, 대향 전압 신호선 CL이 투명 도전막 g2로 형성되어 있기 때문에, 비교적 저항이 높아져서, 대향 전압은 직류 방식이 바람직하다.
《축적 용량 Cstg의 기능》
축적 용량 Cstg는, 화소에 기록된(박막 트랜지스터 TFT가 오프한 후의) 영상 정보를, 길게 축적하기 위해 설치한다. 본 발명에서 이용하고 있는 전계를 기판면과 평행하게 인가하는 방식에서는, 전계를 기판면에 수직으로 인가하는 방식과 달리, 화소 전극과 대향 전극으로 구성되는 용량(소위 액정 용량)이 거의 없기 때문에, 축적 용량 Cstg가 영상 정보를 화소에 축적할 수 없다. 따라서, 전계를 기판면과 평행하게 인가하는 방식에서는, 축적 용량 Cstg는 필수의 구성 요소이다.
또한, 축적 용량 Cstg는 박막 트랜지스터 TFT가 스위칭할 때, 화소 전극 전위 Vs에 대한 게이트 전위 변화 ΔVg의 영향을 저감시키도록 작동한다. 이 형태를 식으로 나타내면, 다음과 같이 된다.
ΔVs= {Cgs/ (Cgs+Cstg+Cpix)} ×ΔVg
여기서, Cgs는 박막 트랜지스 TFT의 게이트 전극 GT와 소스 전극 SD1 사이에 형성되는 기생 용량, Cpix는 화소 전극 PX와 대향 전극 CT 사이에 형성되는 용량, ΔVs는 ΔVg에 의한 화소 전극 전위의 변화분 소위 피드스루 전압을 나타낸다. 이 변화분 ΔVs는 액정 LC에 가해지는 직류 성분의 원인이 되지만, 유지 용량 Cstg를 크게 하는 만큼, 그 값을 작게 할 수 있다. 액정 LC에 인가되는 직류 성분의 저감은 액정 LC의 수명을 향상시키고, 액정 표시 화면의 전환 시에 전의 화상이 남는 소위 잔상을 저감할 수 있다.
상술한 바와 같이, 게이트 전극 GT는 i형 반도체층 AS를 완전히 덮도록 크게 되어 있는 만큼, 소스 전극 SD1, 드레인 전극 SD2와의 오버랩 면적이 증가하여, 따라서 기생 용량 Cgs가 커지고, 화소 전극 전위 Vs는 게이트(주사) 신호 Vg의 영향을 쉽게 받을 수 있다고 하는 역효과가 생긴다. 그러나, 축적 용량 Cstg를 설치함으로써 이 단점도 해소할 수 있다.
《제조 방법》
이어서, 상술한 액정 표시 장치의 기판 SUB1 측의 제조 방법에 대해 도 12∼도 14를 참조하여 설명한다. 또한, 상기 도면에 있어서, 중앙의 문자는 공정명의 약칭이고, 좌측은 도 3에 도시한 박막 트랜지스터 TFT 부분, 우측은 도 7에 도시한 게이트 단자 부근의 단면 형상으로 본 가공의 흐름을 나타낸다. 공정 B, 공정 D를 제외하고 공정 A∼공정 I는 각 사진 처리에 대응하여 구분한 것으로, 각 공정 중 어느 한쪽의 단면도도 사진 처리 후의 가공이 끝나고 포토레지스트를 제거한 단계를 나타내고 있다. 또한, 사진 처리는 본 설명에서는 포토레지스트의 도포로부터 마스크를 사용한 선택 노광을 거쳐 그것을 현상할 때까지의 일련의 작업을 나타내도록 하고, 반복 설명은 피한다. 이하, 구분한 공정에 따라서 설명한다.
공정 A, 도 12
AN635 유리(상품명)로 이루어지는 하부 투명 유리 기판 SUB1 상에 막 두께가 3000Å의 Al-Pd, Al-Si, Al-Ta, Al-Ti-Ta 등으로 이루어지는 도전막 g1을 스퍼터링에 의해 설치한다. 사진 처리 후, 인산과 질산과 빙초산과의 혼합 산액으로 도전막 g1을 선택적으로 에칭한다. 그것에 의해, 게이트 전극 GT, 주사 신호선 GL, 대향 전극 CT, 대향 전압 신호선 CL, 전극 PL1, 게이트 단자 GTM, 공통 버스 라인 CB의 제1 도전층, 대향 전극 단자 CTM의 제1 도전층, 게이트 단자 GTM을 접속하는 양극 산화 버스 라인 SHg(도시하지 않음) 및 양극 산화 버스 라인 SHg에 접속된 양극 산화 패드(도시하지 않음)를 형성한다.
공정 B, 도 12
직접 묘화에 의한 양극 산화 마스크 AO의 형성 후, 3% 타타르산을 암모니아에 의해 PH 6.25±0.05로 조정한 용액을 에틸렌 글리콜액으로 1:9로 희석한 액으로 이루어지는 양극 산화액 내에 기판 SUB1을 침지하고, 화성(化性) 전류 밀도가 0.5㎃/㎠가 되도록 조정한다(정전류 화성). 다음에 소정의 Al2O3 막 두께가 얻어지는데 필요한 화성 전압 125V에 도달할 때까지 양극 산화를 행한다. 그 후, 이 상태에서 수십분 유지하는 것이 바람직하다(정전압 화성). 이것은 균일한 Al2O3막을 얻는데에 있어서 중요한 것이다. 그것에 의해, 도전막 g1을 양극 산화하고, 게이트 전극 GT, 주사 신호선 GL, 대향 전극 CT, 대향 전압 신호선 CL 및 전극 PL1 상에 막 두께가 1800Å인 양극 산화막 AOF가 형성된다.
공정 C, 도 12
플라즈마 CVD 장치에 암모니아 가스, 실란가스, 질소 가스를 도입하여, 막 두께가 2200Å인 질화 Si막을 설치하고, 플라즈마 CVD 장치에 실란 가스, 수소 가스를 도입하여, 막 두께가 2000Å인 i형 비정질 Si막을 설치한 후, 플라즈마 CVD 장치에 수소 가스, 포스핀 가스를 도입하여, 막 두께가 300Å인 N(+)형 비정질 Si막을 설치한다.
공정 D, 도 13
사진 처리 후, 드라이 에칭 가스로서 SF6, CCl4를 사용하여 N(+)형 비정질 Si막, i형 비정질 Si막을 선택적으로 에칭함으로써, i형 반도체층 AS의 섬을 형성한다.
공정 E, 도 13
사진 처리 후, 드라이 에칭가스로서 SF6을 사용하여, 질화 Si막을 선택적으로 에칭한다.
공정 F, 도 13
막 두께가 1400Å인 ITO막으로 이루어지는 투명 도전막 g2를 스퍼터링에 의해 설치한다. 사진 처리 후, 에칭액으로서 염산과 질산의 혼합 산액으로 투명 도전막 g2를 선택적으로 에칭함으로써, 게이트 단자 GTM의 최상층, 드레인 단자 DTM 및 대향 전극 단자 CTM의 제2 도전층을 형성한다.
공정 G, 도 14
막 두께가 600Å인 Cr으로 이루어지는 도전막 d1을 스퍼터링에 의해 설치하고, 또한 막 두께가 4000Å인 Al-Pd, Al-Si, Al-Ta, Al-Ti-Ta 등으로 이루어지는 도전막 d2를 스퍼터링에 의해 설치한다. 사진 처리 후, 도전막 d2를 공정 B와 동일한 액으로 에칭하고, 도전막 d1을 공정 A와 동일한 액으로 에칭하고, 영상 신호선 DL, 소스 전극 SD1, 드레인 전극 SD2, 화소 전극 PX, 전극 PL2, 공통 버스 라인 CB의 제2 도전층, 제3 도전층 및 드레인 단자 DTM을 단락하는 버스 라인 SHd(도시하지 않음)를 형성한다. 이어서, 드라이 에칭 장치에 CCl4, SF6을 도입하여, N(+)형 비정질 Si막을 에칭함으로써, 소스와 드레인 사이의 N(+)형 반도체층 d0을 선택적으로 제거한다.
공정 H, 도 14
플라즈마 CVD 장치에 암모니아 가스, 실란 가스, 질소 가스를 도입하여, 막 두께가 1㎛인 질화 Si막을 설치한다. 사진 처리 후, 드라이 에칭 가스로서 SF6을 사용한 사진 식각 기술로 질화 Si막을 선택적으로 에칭함으로써, 보호막 PSV1을 형성한다.
《표시 패널 PNL과 구동 회로 기판 PCB1》
도 15는 도 5 등에 도시한 표시 패널 PNL에 영상 신호 구동 회로 H와 수직주사 회로 V를 접속한 상태를 나타낸 상면도이다.
참조 부호 CHI는 표시 패널 PNL을 구동시키는 구동 IC칩 (하측의 5개는 수직 주사 회로측의 구동 IC칩, 좌측의 10개씩은 영상 신호 구동 회로측의 구동 IC칩)이다. TCP는 도 16, 도 17에서 후술하는 바와 같이 구동용 IC칩 CHI가 테이프·오토메이드·본딩법(TAB)에 의해 실장된 테이프 캐리어 패키지, PCB1은 상기 TCP나 컨덴서 등이 실장된 구동 회로 기판이고, 영상 신호 구동 회로용과 주사 신호 구동 회로용의 2개로 분할되어 있다. FGP는 프레임 그랜드 패드이고, 실드 케이스 SHD에 잘라 끼워 설치된 스프링형의 파편이 납땜된다. FC는 하측의 구동 회로 기판 PCB1과 좌측의 구동 회로 기판 PCB1을 전기적으로 접속하는 플랫 케이블이다. 플랫 케이블 FC로서는 도면에 나타낸 바와 같이, 복수의 리드선(인 청동의 소재에 Sn 도금을 실시한 것)을 스트라이프 형상의 폴리에틸렌층과 폴리비닐알콜층으로 샌드위치하여 지지한 것을 사용한다.
《TCP의 접속 구조》
도 16은 주사 신호 구동 회로 V나 영상 신호 구동 회로 H를 구성하는, 집적 회로 칩 CHI가 플렉시블 배선 기판에 탑재된 테이프 캐리어 패키지 TCP의 단면구조를 나타낸 도면이고, 도 17은 그것을 액정 표시 패널의, 본 예에서는 주사 신호 회로용 단자 GTM에 접속한 상태를 나타낸 주요부 단면도이다.
상기 도면에서, TTB는 집적 회로 CHI의 입력단자·배선부이고, TTM은 집적 회로 CHI의 출력 단자·배선부이고, 예를 들면 Cu로 이루어지며, 각각의 내측의 선단부(통칭 내부 리드)에는 집적 회로 CHI의 본딩 패드 PAD가 소위 페이스다운 본딩법에 의해 접속된다. 단자 TTB, TTM의 외측의 선단부(통칭 외부 리드)는 각각 반도체 집적 회로칩 CHI의 입력 및 출력에 대응하고, 납땜 등에 의해 CRT/TFT 변환 회로·전원 회로 SUP에, 이방성 도전막 ACF에 의해 액정 표시 패널 PNL에 접속된다. 패키지 TCP는 그 선단부가 패널 PNL측의 접속 단자 GTM을 노출한 보호막 PSV1을 덮도록 패널에 접속되어 있고, 따라서 외부 접속 단자 GTM(DTM)은 보호막 PSV1이나, 패키지 TCP 중 적어도 한쪽으로 덮어지기 때문에 전기 접촉에 대해 강하게 된다.
BF1은 폴리이미드 등으로 이루어지는 베이스 필름이고, SRS는 납땜 시의 땜납이 쓸데없는 부분에 달라 붙지 않도록 마스크하기 위한 솔더 레지스트막이다. 밀봉 패턴 SL의 외측의 상하 유리 기판의 간극은 세정 후 에폭시 수지 EPX 등에 의해 보호되고, 패키지 TCP와 상측 기판 SUB2 사이에는 실리콘 수지 SIL이 더 충전되어 보호가 다중화되어 있다.
《구동 회로 기판 PCB2》
구동 회로 기판 PCB2는 IC, 컨덴서, 저항 등의 전자 부품이 탑재되어 있다. 이 구동 회로 기판 PCB2에는, 1개의 전압원으로부터 복수의 분압한 안정화된 전압원을 얻기 위한 전원 회로나, 호스트(상위 연산 처리 장치)로부터의 CRT(음극 선관)용의 정보를 TFT 액정 표시 장치용의 정보로 변환하는 회로를 포함하는 회로 SUP가 탑재되어 있다. CJ는 외부와 접속되는 도시하지 않은 커넥터가 접속되는 커넥터 접속부이다.
구동 회로 기판 PCB1과 구동 회로 기판 PCB2는 플랫 케이블 FC에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
《액정 표시 모듈의 전체 구성》
도 18은, 액정 표시 모듈 MDL의 각 구성 부품을 나타낸 분해 사시도이다.
SHD는 금속판으로 이루어지는 프레임형의 실드 케이스(메탈 프레임), LCW는 표시창, PNL은 액정 표시 패널, SPB는 광 확산판, LCB는 도광체, RM은 반사판, BL은 백라이트 형광관, LCA는 백라이트 케이스이고, 도면에 도시한 바와 같은 상하의 배치 관계로 각 부재가 중첩되어 모듈 MDL이 조립된다.
모듈 MDL은 실드 케이스 SHD에 설치된 갈고리와 훅에 의해 전체가 고정되도록 되어 있다.
백라이트 케이스 LCA는 백라이트 형광관 BL, 광 확산판 SPB, 도광체 LCB, 반사판 RM을 수납하는 형상으로 되어 있고, 도광체 LCB의 측면에 배치된 백라이트 형광관 BL의 빛을, 도광체 LCB, 반사판 RM, 광 확산판 SPB에 의해 표시면에서 동일한 백라이트로 하고, 액정 표시 패널 PNL측으로 출사한다.
배면광 형광관 BL에는 인버터 회로 기판 PCB3이 접속되어 있고, 백라이트 형광관 BL의 전원으로 되어 있다.
이상, 본 실시예에서는, 화소 전극을 투명하게 함으로써, 백 표시를 행할 때의 최대 투과율을 약 30%(본 실시예에서는 31.8%) 향상할 수 있다.
구체적으로는, 본 실시예에서는, 불투명한 화소 전극을 채용한 경우의 약 3.8%로부터 투명한 화소 전극을 채용한 경우의 약 5.0%로 투과율이 향상하였다.
또한, 단자의 신뢰성을 향상하기 위한 ITO막도 동시에 형성할 수 있어, 신뢰성과 생산성을 양립할 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예는 하기의 요건을 제외하면, 실시예 1과 동일하다. 도 20에 화소의 평면도를 나타낸다. 도면의 사선 부분은 투명 도전막 g2를 나타낸다.
《화소 전극 PX》
본 실시예에서는, 화소 전극 PX는 소스 전극 SD1, 드레인 전극 SD2와 동층의 제2 도전막 d2, 제3 도전막 d3으로 구성되어 있다. 또한, 화소 전극 PX는 소스 전극 SD1과 일체로 형성되어 있다.
《대향 전극 CT》
본 실시예에서는, 대향 전극 CT를 투명 도전막 g2로 구성한다. 이 투명 도전막 g2는 실시예 1과 마찬가지로, 스퍼터링으로 형성된 투명 도전막(Indium-Tin-0xide ITO: 네사막)으로 이루어지며, 100∼2000Å의 두께(본 실시예에서는, 1400Å 정도의 막 두께)로 형성된다.
《대향 전압 신호선 CL》
대향 전압 신호선 CL은 투명 도전막 g2로 구성되며, 또한 대향 전극 CT와 일체로 구성되어 있다.
《게이트 단자부》
본 실시예에서는, 게이트 단자 GTM의 Al층 g1의 표면을 보호하고, 또한 TCP(Tape Carrier Packege)와의 접속의 신뢰성을 향상시키기 위한 투명 도전층 g2를 대향 전극 CT와 동일 공정으로 형성한다. 구성은 실시예 1과 하등 변화가 없고, 도 7의 (a), (b)에 도시한 바와 같다.
《드레인 단자 DTM》
본 실시예에서는, 드레인 접속 단자 DTM의 투명 도전층 g2에 게이트 단자 GTM일 때와 마찬가지로 대향 전극 CT와 동일 공정으로 형성된 투명 도전막 ITO를 이용하고 있다. 구성은 층의 상하 관계가 실시예 1과 약간 다르지만, 본질적으로는 다르지 않으므로 도면은 생략한다.
《대향 전극 단자 CTM》
대향 전극 단자 CTM의 도전층 g1 상의 투명 도전층 g2는 다른 단자의 시간과 마찬가지로 대향 전극 CT와 동일 공정으로 형성된 투명 도전막 ITO를 이용하고 있다. 구성은 실시예 1과 하등 변화가 없고, 도 9의 (a), (b)에 도시한 바와 같다.
《제조 방법》
본 실시예에서는, 실시예 1의 공정 B와 공정 C 사이에 공정 F가 들어가는 순서로 된다. 공정의 순서로서는 도 12로부터 도 15의 공정 순서가, A→B→F→C→D→E→G→H의 순서로 된다. 마스크 패턴은 주사 신호선 GL, 주사 전극 GT와 대향 전압 신호선 CL이 분리하고, 각 단자의 투명 도전층 g2와 대향 전압 신호선 CL의 패턴이 동일 마스크에 형성된다.
이상에 의해, 대향 전극을 투명하게 함으로써, 최대 투과율을 약 16%(본 실시예에서는 15.9%) 향상시킬 수 있고, 액정 표시 패널 PNL의 투과율이 약 4.4%로 된다.
(실시예 3)
본 실시예는 하기의 요건을 제외하면, 실시예 1 및 실시예 2와 동일하다. 도 21에 화소의 평면도를 나타낸다. 도면의 사선 부분은 투명 도전막 g2를 나타낸다.
《대향 전극 CT》
본 실시예에서는, 대향 전극 CT를 투명 도전막 g2로 구성한다. 이 투명 도전막 g2는 실시예 1과 마찬가지로 스퍼터링으로 형성된 투명 도전막(Indium-Tin-Oxide ITO : 네사막)으로 이루어지며, 100∼2000Å의 두께(본 실시예에서는, 1400Å 정도의 막 두께)로 형성된다.
《대향 전압 신호선 CL》
대향 전압 신호선 CL은 투명 도전막 g2로 구성되며, 또한 대향 전극 CT와 일체로 구성되어 있다.
《제조 방법》
본 실시예에서는, 실시예 1의 공정 B와 공정 C 사이에 공정 F가 추가되는 순서로 된다. 공정의 순서로서는 도 12로부터 도 15의 공정 순서가, A→B→F→C→D→E→G→H의 순으로 된다. 마스크 패턴은 주사 신호선 GL, 주사 전극 GT와 대향 전압 신호선 CL의 패턴이 독립된 마스크에 형성된다.
본 실시예에서는, 화소 전극과 대향 전극의 양쪽을 투명하게 함으로써, 실시예 1 또는 실시예 2 이상으로, 백 표시를 행할 때의 최대 투과율을 약 50%(본 실시예에서는 47.7%) 향상시킬 수 있고, 액정 표시 패널 PNL의 투과율이 약 5.6%로 된다.
(실시예 4)
본 실시예는 하기의 요건을 제외하면, 실시예 1 및 실시예 3과 동일하다. 도 22에 화소의 평면도를 나타낸다. 도면의 사선 부분은 투명 도전막 g2를 나타낸다.
《대향 전압 신호선 CL》
대향 전압 신호선 CL은 도전막 g1로 구성한다. 본 실시예에서는, 도전막 g1에 Cr을 이용한다. 또한, 대향 전압 신호선 CL과 대향 전극 CT를 접속하기 위해서, 양극 화성을 행하지 않는다. 또한, 게이트 절연막 GI에 관통 구멍 PH를 형성한다. 또한, 도전막 g1은 Cr 이외에도, Ta, Ti, Mo, W, Al 또는 이들의 합금, 혹은, 이들을 적층한 클래드 구조로 형성해도 된다.
《제조 방법》
본 실시예에서는, 실시예 1의 공정 B가 삭제된다. 또한, 공정 E 시에 관통 구멍 PH를 형성하고, 공정 F 시에 화소 전극 PX와 대향 전극 CT를 동일 마스크로 동시에 형성한다.
본 실시예에서는, 실시예 1 및 실시예 3의 효과 외에, 대향 전압 신호선 CL의 저항을 저감함으로써, 대향 전극 사이의 전압의 전달을 원활하게 하고, 전압의 왜곡을 저감함으로써, 수평 방향으로 발생하는 크로스토크(횡 스미어)를 저감시킬 수 있다.
또한, 화소 전극 PX와 대향 전극 CT를 동일 마스크로 동시에 형성함으로써, 실시예 4에서 2회 행하고 있는 공정 F가 1회로 되어, 생산성도 향상한다.
(실시예 5)
본 실시예는 하기의 요건을 제외하면, 실시예 1 및 실시예 4와 동일하다. 도 23에 화소의 평면도를 나타낸다. 도면의 사선 부분은 투명 도전막 g2를 나타낸다.
《대향 전극 CT》
본 실시예에서는, 중앙의 대향 전극 CT만을 투명 도전막 g2로 구성한다. 영상 신호선에 인접한 대향 전극은 대향 전압 신호선과 일체로 금속막으로 형성한다.
본 실시예에서는, 실시예 1로부터 실시예 4의 효과 외에, 영상 신호선에 인접한 대향 전극을 불투명하게 함으로써, 영상 신호에 따른 크로스토크를 억제할 수 있다. 그 이유는 작용 항에서 나타낸 바와 같다.
(실시예 6)
상술한 실시예 2 및 3은, 그 어느 것에 있어서도 대향 전극 CT와 함께 대향 전극 신호선 CL이 투명 도전층 g2로 구성된 것이다.
이 경우에 있어서, 본 실시예는 도 24a∼c에 도시한 구성에 의해 상기 대향 전극 신호선 CL의 저항치를 대폭 저감시키도록 한 것이다.
도 24a는 도 20의 대향 전극 신호선 CL의 일부분을 나타낸 평면도이고, 도 24b는 상기 도 24a의 b-b선에 따른 단면도이다.
상기 도면에 있어서, 도 20과 다른 점은, 대향 전극 신호선 CL은 2층 구조로 이루어지며, 그 하층으로서 저항치가 작은 Al층(10)이 형성되고, 이 Al층(10)의 상면에 상기 Al층(10)을 완전히 피복하여 ITO막(11)이 형성되어 있다. 그리고, 대향 전극 CT는 상기 ITO막(11)의 일부를 연장시킨 연장부로 구성한 것으로 되어 있다.
이와 같이 한 경우, 대향 전극 신호선 CL의 저저항화를 도모할 수 있음과 동시에, Al층(10)에 발생하는 소위 위스커라 불리우는 수염형의 돌기에 의한 층간 절연막을 통한 다른 도전층(예를 들면 영상 신호선 DL)과의 전기적 단락을 방지할 수 있게 된다.
즉, Al층(10)은 그 상층에 영상 신호선 DL에 대한 층간 절연막을 형성할 때에 위스커가 발생하여 상술한 문제점을 초래하는 것이 알려져 있지만, 이 Al층(10)을 완전히 피복하도록 하여 ITO막을 형성함으로써 상기 위스커가 발생하지 않는 것이 확인되어 있다.
또한, 도 24c는 대향 전극 CT를 2중 배선으로 구성한 것으로, 본 예에서는, Al층(10)의 배선을 피복하도록 하여 ITO막(11)의 배선을 형성한다. 배선의 중심선부근은 전극 사이에 전압을 인가한 경우에서도 저투과율이기 때문에, 본 예와 같이, 불투명한 금속 배선을 배치하여도 개구율의 감소는 거의 없다.
대향 전극 혹은 화소 전극에 2중 배선을 채용함으로써, 대화면에서 문제가 되는 전극의 단선 불량을 대폭 저감시킬 수 있다.
(실시예 7)
≪ 액티브·매트릭스 액정 표시 장치≫
이하, 액티브·매트릭스 방식의 컬러 액정 표시 장치에 본 발명을 적용한 실시예를 설명한다. 또한, 이하 설명하는 도면에서, 동일 기능을 갖는 것은 동일 부호를 붙여, 그의 반복 설명은 생략한다.
≪매트릭스부(화소부)의 평면 구성≫
도 25는 본 발명의 액티브·매트릭스 방식 컬러 액정 표시 장치의 1화소와 그 주변을 나타낸 평면도이다. (도면의 사선 부분은 투명 도전막 i1을 나타낸다.)
도 25에 도시한 바와 같이, 각 화소는, 주사 신호선(게이트 신호선 또는 수평 신호선) GL과, 대향 전압 신호선(대향 전극 배선) CL과, 인접하는 2개의 영상 신호선(드레인 신호선 또는 수직 신호선) DL과의 교차 영역 내(4개의 신호선으로 둘러싸인 영역 내)에 배치되어 있다. 각 화소는 박막 트랜지스터 TFT, 축적 용량 Cstg, 화소 전극 PX 및 대향 전극 CT를 포함한다. 주사 신호선 GL, 대향 전압 신호선 CL은 도면에서는 좌우 방향으로 연장하여, 상하 방향으로 복수개 배치되어 있다. 영상 신호선 DL은 상하 방향으로 연장하여, 좌우 방향으로 복수개 배치되어 있다. 화소 전극 PX는 투명 도전막 i1로 형성되고, 소스 전극 SD1을 통해 박막 트랜지스터 TFT와 전기적으로 접속되고, 대향 전극 CT도 투명 도전막 i1로 형성되고, 대향 전압 신호선 CL과 전기적으로 접속되어 있다.
화소 전극 PX와 대향 전극 CT는 상호 대향하고, 각 화소 전극 PX와 대향 전극 CT 사이의 전계에 의해 액정 LC의 광학적인 상태를 제어하고, 표시를 제어한다. 화소 전극 PX와 대향 전극 CT는 빗살형으로 구성되고, 각각 도면의 상하 방향으로 길고 가는 전극으로 되어 있다.
1화소 내의 대향 전극 CT의 갯수 O(빗살형의 갯수)는, 화소 전극 PX의 갯수(빗살형의 갯수) P와 O=P+1의 관계를 반드시 갖도록 구성한다(본 실시예에서는, O=3, P=2). 이것은, 대향 전극 CT와 화소 전극 PX를 교대로 배치하고, 또한 대향 전극 CT를 영상 신호선 DL에 반드시 인접시키기 위해서이다. 이에 따라, 대향 전극 CT와 화소 전극 PX 사이의 전계가, 영상 신호선 DL로부터 발생하는 전계로부터 영향을 받지 않도록, 대향 전극 CT로 영상 신호선 DL로부터의 전기력선을 실드할 수 있다. 대향 전극 CT는, 후술의 대향 전압 신호선 CL에 의해 항상 외부로부터 전위를 공급받고 있기 때문에, 전위는 안정되어 있다. 그 때문에, 영상 신호선 DL에 인접해도, 전위의 변동은 거의 없다. 또한, 이에 따라, 화소 전극 PX의 영상 신호선 DL로부터의 기하학적인 위치가 멀어지므로, 화소 전극 PX와 영상 신호선 DL 사이의 기생 용량이 대폭 감소하고, 화소 전극 전위 Vs의 영상 신호 전압에 의한 변동도 억제할 수 있다. 이들에 의해, 상하 방향으로 발생하는 크로스토크(종 스미어라 불리는 화질 불량)를 억제할 수 있다.
화소 전극 PX와 대향 전극 CT의 전극 폭은 각각 6㎛로 한다. 이것은, 액정층의 두께 방향에 대해, 액정층 전체에 충분한 전계를 인가하기 위해서, 후술의 액정층의 두께 3.9㎛보다도 충분히 크게 설정하고, 또한 개구율을 크게 하기 위해 가능한 한 가늘게 한다. 또한, 영상 신호선 DL의 전극 폭은 단선을 방지하기 위해서, 화소 전극 PX와 대향 전극 CT에 비하여 약간 넓게 8㎛로 한다. 여기서, 영상 신호선 DL의 전극 폭이, 인접하는 대향 전극 CT의 전극 폭의 2배 이하가 되도록 설정한다. 또는, 영상 신호선 DL의 전극 폭이 수율의 생산성으로부터 결정되어 있는 경우에는, 영상 신호선 DL에 인접하는 대향 전극 CT의 전극 폭을 영상 신호선 DL의 전극 폭의 1/2 이상으로 한다. 이것은, 영상 신호선 DL로부터 발생하는 전기력선을 각각 양옆의 대향 전극 CT에서 흡수하기 위해서이고, 어떤 전극 폭으로부터 발생하는 전기력선을 흡수하기 위해서는, 그것과 동일 폭 이상의 전극 폭을 갖는 전극이 필요하다. 따라서, 영상 신호선 DL의 전극의 절반(4㎛씩)으로부터 발생하는 전기력선을 각각 양옆의 대향 전극 CT가 흡수하면 되기 때문에, 영상 신호선 DL에 인접하는 대향 전극 CT의 전극 폭이 1/2 이상으로 된다. 이에 따라, 영상 신호의 영향에 의해 크로스토크가 발생하는, 특히 상하 방향(종방향)의 크로스토크를 방지한다.
주사 신호선 GL은 말단측의 화소(후술의 주사 전극 단자 GTM의 반대측)의 게이트 전극 GT에 충분히 주사 전압이 인가되는 만큼의 저항치를 만족하도록 전극 폭을 설정한다. 또한, 대향 전압 신호선 CL도 말단측의 화소(후술의 공통 버스 라인 CB1 및 CB2로부터 가장 먼 화소, 즉 CB1과 CB2의 중간의 화소)의 대향 전극 CT에 충분히 대향 전압이 인가될 수 있는 만큼의 저항치를 만족하도록 전극 폭을 설정한다.
한편, 화소 전극 PX와 대향 전극 CT 사이의 전극 간격은, 이용하는 액정 재료에 의해 변한다. 이것은, 액정 재료에 의해 최대 투과율을 달성하는 전계 강도가 다르기 때문에, 전극 간격을 액정 재료에 따라 설정하고, 이용하는 영상 신호 구동 회로(신호측 드라이버)의 내압으로 설정되는 신호 전압의 최대 진폭의 범위에서, 최대 투과율이 얻어지도록 하기 위해서이다. 후술의 액정 재료를 이용하면 전극 간격은 16㎛로 된다.
≪매트릭스부(화소부)의 단면 구성≫
도 26은 도 25의 6-6절단선에 따른 단면도, 도 27은 도 25의 7-7절단선에 따른 박막 트랜지스터 TFT의 단면도, 도 28은 도 25의 8-8절단선에 따른 축적 용량 Cstg의 단면도이다.
도 26∼도 28에 도시한 바와 같이, 액정층 LC를 기준으로 하여 하부 투명 유리 기판 SUB1측에는 박막 트랜지스터 TFT, 축적 용량 Cstg 및 전극군이 형성되고, 상부 투명 유리 기판 SUB2측에는 컬러 필터 FIL, 차광용 블랙 매트릭스 패턴 BM이 형성되어 있다.
또한, 투명 유리 기판 SUB1, SUB2의 각각의 내측(액정 LC측)의 표면에는, 액정의 초기 배향을 제어하는 배향막 ORI1, ORI2가 설치되어 있고, 투명 유리 기판 SUB1, SUB2 각각의 외측의 표면에는, 편광축이 직교하여 배치된(크로스니콜 배치) 편광판이 설치되어 있다.
《TFT 기판≫
우선, 하측 투명 유리 기판 SUB1측(TFT 기판)의 구성을 상세히 설명한다.
《박막 트랜지스터 TFT≫
박막 트랜지스터 TFT는, 게이트 전극 GT에 플러스의 바이어스를 인가하면 소스-드레인 사이의 채널 저항이 작아지고, 바이어스를 0으로 하면 채널 저항은 커지도록 동작한다.
박막 트랜지스터 TFT는, 도 27에 도시한 바와 같이, 게이트 전극 GT, 절연막 GI, i형(진성, intrinsic, 도전형 결정 불순물이 도핑되어 있지 않은) 비정질 실리콘(Si)으로 이루어지는 i형 반도체층 AS, 한쌍의 소스 전극 SD1, 드레인 전극 SD2를 갖는다. 또한, 소스, 드레인은 원래 그 사이의 바이어스 극성에 의해 결정되는 것으로, 이 액정 표시 장치의 회로에서는 그 극성은 동작 중 반전하므로, 소스, 드레인은 동작 중 교체하면 이해하기 싶다. 그러나, 이하의 설명에서는, 편의 상 한쪽을 소스, 다른쪽을 드레인이라 고정하여 표현한다.
≪게이트 전극 GT≫
게이트 전극 GT는 주사 신호선 GL과 연속하여 형성되어 있고, 주사 신호선 GL의 일부의 영역이 게이트 전극 GT가 되도록 구성되어 있다. 게이트 전극 GT는 박막 트랜지스터 TFT의 능동 영역을 넘는 부분이다. 본 예에서는, 게이트 전극 GT는 단층의 도전막 g3으로 형성되어 있다. 도전막 g3으로서는 예를 들면 스퍼터로 형성된 크롬-몰리브덴 합금(Cr-Mo)막이 이용되지만 그것에 한정되지는 않는다.
≪주사 신호선 GL≫
주사 신호선 GL은 도전막 g3으로 구성되어 있다. 이 주사 신호선 GL의 도전막 g3은 게이트 전극 GT의 도전막 g3과 동일 제조 공정으로 형성되고, 또한 일체로 구성되어 있다. 이 주사 신호선 GL에 의해, 외부 회로로부터 게이트 전압 Vg를 게이트 전극 GT에 공급한다. 본 예에서는, 도전막 g3으로서는 예를 들면 스퍼터로 형성된 크롬-몰리브덴 합금(Cr-Mo)막이 이용된다. 또한, 주사 신호선 GL 및 게이트 전극 GT는 크롬-몰리브덴 합금에만 한정된 것이 아니라, 예를 들면, 저저항화를 위해 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 크롬-몰리브덴으로 감싼 2층 구조로 해도 된다. 또한, 영상 신호선 DL과 교차하는 부분은 영상 신호선 DL과의 단락의 확률을 작게 하기 위해서 가늘게 하고, 또한 단락되어도 레이저 트리밍으로 분리할 수 있도록 두 갈래로 해도 된다.
≪대향 전압 신호선 CL≫
대향 전압 신호선 CL은 도전막 g3으로 구성되어 있다. 이 대향 전압 신호선 CL의 도전막 g3은 게이트 전극 GT, 주사 신호선 GL 및 대향 전극 CT의 도전막 g3과 동일 제조 공정으로 형성되고, 또한 대향 전극 CT와 전기적으로 접속할 수 있도록 구성되어 있다. 이 대향 전압 신호선 CL에 의해 외부 회로로부터 대향전압 Vcom을 대향 전극 CT에 공급한다.
또한, 대향 전압 신호선 CL은 크롬-몰리브덴 합금에만 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 저저항화를 위해 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 크롬-몰리브덴으로 감싼 2층 구조로 해도 된다.
또한, 영상 신호선 DL과 교차하는 부분은 영상 신호선 DL과의 단락의 확률을 작게 하기 위해서 가늘게 하고, 또한 단락되어도 레이저 트리밍으로 분리할 수 있도록 두 갈래로 해도 된다.
《절연막 GI》
절연막 GI는, 박막 트랜지스터 TFT에 있어서, 게이트 전극 GT와 함께 반도체층 AS에 전계를 제공하기 위한 게이트 절연막으로서 사용된다. 절연막 GI는 게이트 전극 GT 및 주사 신호선 GL의 상층에 형성되어 있다. 절연막 GI로서는 예를 들면 플라즈마 CVD로 형성된 질화실리콘막이 선택되고, 2500∼4500Å의 두께(본 실시예에서는, 3500Å 정도)로 형성된다. 또한, 절연막 GI는 주사 신호선 GL 및 대향 전압 신호선 CL과 영상 신호선 DL의 층간 절연막으로서도 작용하고, 이들의 전기적 절연에도 기여하고 있다. 또한, 절연막 GI는 후술의 보호막 PSV1과 동일한 핫 마스크로 패터닝되고, 일괄로 가공된다.
《i형 반도체층 AS》
i형 반도체층 AS는 비정질 실리콘으로, 200∼2500Å의 두께(본 실시예에서는, 1200Å 정도의 막 두께)로 형성된다.
층 d0은 오믹 컨택트용의 인(P)을 도핑한 N(+)형 비정질 실리콘 반도체층이고, 하측에 i형 반도체층 AS가 존재하며, 상측에 도전층 d3이 존재하는 부분에만 남겨져 있다.
i형 반도체층 AS 및 층 d0은, 주사 신호선 GL 및 대향 전압 신호선 CL과 영상 신호선 DL과의 교차부(크로스오버부)의 양자 사이에도 설치되어 있다. 이 교차부의 i형 반도체층 AS는 교차부에 있어서의 주사 신호선 GL 및 대향 전압 신호선 CL과 영상 신호선 DL과의 단락을 저감한다.
≪소스 전극 SD1, 드레인 전극 SD2≫
소스 전극 SD1, 드레인 전극 SD2 각각은, N(+)형 반도체층 d0에 접촉하는 도전막 d3으로 구성되어 있다.
도전막 d3은 스퍼터로 형성한 크롬-몰리브덴 합금(Cr-Mo)막을 이용하여, 500∼3000Å의 두께(본 실시예에서는, 2500Å 정도)로 형성된다. Cr-Mo막은 저응력이기 때문에, 비교적 막 두께를 두껍게 형성할 수 있어 배선의 저저항화에 기여한다. 또한, Cr-Mo막은 N(+)형 반도체층 d0과의 접착성도 양호하다. 도전막 d3으로서, Cr-Mo막 외에 고융점 금속(Mo, Ti, Ta, W)막, 고융점 금속 실리사이드(MoSi2, TiSi2, TaSi2, WSi2)막을 이용해도 좋고, 또한 알루미늄 등과의 적층 구조로 해도 된다.
도전막 d3을 마스크 패턴으로 패터닝한 후, 도전막 d3을 마스크로 하여 N(+)형 반도체층 d0이 제거된다. 즉, i형 반도체층 AS 상에 남아 있던 N(+)형 반도체층 d0은 도전막 d1, 도전막 d2 이외의 부분이 자기 정합적으로 제거된다. 이 때, N(+)형 반도체층 d0은 그 두께만큼은 전부 제거되도록 에칭되므로, i형 반도체층 AS도 약간 그 표면 부분이 에칭되지만, 그 정도는 에칭 시간으로 제어하면 된다.
≪영상 신호선 DL≫
영상 신호선 DL은 소스 전극 SD1, 드레인 전극 SD2와 동층의 도전막 d3으로 구성되어 있다. 또한, 영상 신호선 DL은 드레인 전극 SD2와 일체로 형성되어 있다. 본 예에서는, 도전막 d3은 스퍼터로 형성한 크롬-몰리브덴 합금(Cr-Mo)막을 이용하여, 500∼3000Å의 두께(본 실시예에서는, 2500Å 정도)로 형성된다. Cr-Mo 막은 저응력이기 때문에, 비교적 막 두께를 두껍게 형성할 수 있어 배선의 저저항화에 기여한다. 또한, Cr-Mo막은 N(+)형 반도체층 d0과의 접착성도 양호하다. 도전막 d3으로서, Cr-Mo막 외에 고융점 금속(Mo, Ti, Ta, W)막, 고융점 금속 실리사이드(MoSi2, TiSi2, TaSi2, WSi2)막을 이용해도 되고, 또한 알루미늄 등과의 적층 구조로 해도 된다.
≪축적 용량 Cstg≫
도전막 d3은 박막 트랜지스터 TFT의 소스 전극 SD2 부분에 있어서, 대향 전압 신호선 CL과 중첩되도록 형성되어 있다. 이 중첩은, 도 28에서도 알 수 있듯이, 소스 전극 SD2(d3)를 한쪽의 전극으로 하고, 대향 전압 신호 CL을 다른쪽의 전극으로 하는 축적 용량(정전 용량 소자) Cstg를 구성한다. 이 축적 용량 Cstg의 유전체막은 박막 트랜지스터 TFT의 게이트 절연막으로서 사용되는 절연막 GI로 구성되어 있다.
도 25에 도시한 바와 같이 평면적으로는 축적 용량 Cstg는 대향 전압 신호선 CL의 일부분에 형성되어 있다.
≪보호막 PSV1≫
박막 트랜지스터 TFT 상에는 보호막 PSV1이 설치되어 있다. 보호막 PSV1은 주로 박막 트랜지스터 TFT를 습기 등으로부터 보호하기 위해 형성되어 있고, 투명성이 높고 더구나 내습성이 좋은 것을 사용한다. 보호막 PSV1은 예를 들면 플라즈마 CVD 장치로 형성한 산화실리콘막이나 질화실리콘막으로 형성되어 있고, 0.3∼1㎛ 정도의 막 두께로 형성한다.
보호막 PSV1은 외부 접속 단자 DTM, GTM을 노출하도록 제거되어 있다. 보호막 PSV1과 절연막 GI의 두께 관계에 대해서는, 전자는 보호 효과를 고려하여 두껍게 되고, 후자는 트랜지스터의 상호 컨덕턴스 gm을 고려하여 얇게 한다. 또한, 보호막 PSV1은 절연막 GI와 동일 핫 마스크로 패터닝하고, 일괄로 가공한다. 또한, 화소부에서는, 대향 전압 신호선 CL과 후술의 대향 전극 CT와의 전기적 접속, 및 소스 전극 SD2와 화소 전극 PX와의 전기적 접속을 위해, 관통 구멍 TH2 및 TH1을 설치하고 있다. 관통 구멍 TH2에서는, 보호막 PSV1과 절연막 GI가 일괄로 가공되므로 g3층까지의 구멍이 형성되고, 관통 구멍 TH1에서는 d3으로 블로킹되므로 d3층까지의 구멍이 형성된다.
《화소 전극 PX》
화소 전극 PX는, 투명 도전층 i1로 형성되어 있다. 이 투명 도전막 i1은 스퍼터링으로 형성된 투명 도전막(Indium-Tin-Oxide ITO: 네사막)으로 이루어지며, 100∼2000Å의 두께(본 실시예에서는, 1400Å정도의 막 두께)로 형성된다. 또한, 화소 전극 PX는 관통 구멍 TH1을 통해 소스 전극 SD2에 접속되어 있다.
화소 전극이 본 실시예와 같이 투명하게 됨으로써, 그 부분의 투과광에 의해, 백 표시를 행할 때의 최대 투과율이 향상하기 때문에, 화소 전극이 불투명한 경우보다도, 보다 밝은 표시를 행할 수 있다. 이 때, 후술하는 바와 같이, 전압 무인가 시에는, 액정 분자는 초기의 배향 상태를 유지하고, 그 상태로 흑 표시를 하도록 편광판의 배치를 구성하도록(노멀리 블랙 모드로 하도록) 하고 있으므로, 화소 전극을 투명하게 해도, 그 부분의 빛을 투과하지 않고, 양질의 흑 표시를 행할 수 있다. 이에 따라, 최대 투과율이 향상되고, 또한 충분한 콘트라스트비를 달성할 수 있다.
《대향 전극 CT》
대향 전극 CT는 투명 도전층 i1로 형성되어 있다. 이 투명 도전막 i1은 스퍼터링으로 형성된 투명 도전막(Indium-Tin-Oxide ITO: 네사막)으로 이루어지며, 100∼2000Å의 두께(본 실시예에서는, 1400Å 정도의 막 두께)로 형성된다. 또한, 대향 전극 CT는 관통 구멍 TH2를 통해, 대향 전압 신호선 CL에 접속되어 있다.
대향 전극 CT에는 대향 전압 Vcom이 인가되도록 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 대향 전압 Vcom은 영상 신호선 DL에 인가되는 최소 레벨의 구동 전압 Vdmin과 최대 레벨의 구동 전압 Vdmax와의 중간 직류 전위로부터, 박막 트랜지스터 소자 TFT를 오프 상태로 할 때에 발생하는 피드스루 전압 ΔVs 분만큼 낮은 전위로 설정되지만, 영상 신호 구동 회로에서 사용되는 집적 회로의 전원 전압을 약 절반으로 저감하고자 하는 경우에는, 교류 전압을 인가하면 된다.
《컬러 필터 기판》
다음에, 도 25, 도 26으로 되돌아가, 상측 투명 유리 기판 SUB2측(컬러 필터기판)의 구성을 상세히 설명한다.
《차광막 BM》
상부 투명 유리 기판 SUB2측에는, 불필요한 간극부(화소 전극 PX와 대향 전극 CT 사이 이외의 간극)로부터의 투과광이 표시면측에 출사하여, 콘트라스트비 등을 저하시키지 않도록 차광막 BM(소위 블랙 매트릭스)을 형성하고 있다. 차광막 BM은 외부광 또는 백라이트광이 i형 반도체층 AS에 입사되지 않도록 하는 역할도 하고 있다. 즉, 박막 트랜지스터 TFT의 i형 반도체층 AS는 상하에 있는 차광막 BM 및 큰 게이트 전극 GT에 의해 샌드위치되고, 외부의 자연광이나 백라이트광이 닿지 않게 된다.
도 25에 도시한 차광막 BM은 박막 트랜지스터소자 TFT 상부에 좌우 방향으로 선형으로 연장한 구성이다. 이 패턴은 일례이고, 개구부를 구멍형으로 형성한 매트릭스형과 같이 하는 것도 가능하다. 빗살형 전극 단부 등의 전계 방향이 흐트러지는 부분에 있어서는, 그 부분의 표시는 화소 내의 영상 정보에 1대1로 대응하고, 또한 흑의 경우에는 흑, 백의 경우에는 백이 되기 때문에, 표시의 일부로서 이용하는 것이 가능하다. 또한, 도면의 상하 방향에 있어서의 대향 전극 CT와 영상 신호선 DL과의 간극부는, 게이트 전극 GT와 동일 공정으로 형성한 차광층 SH에서 차광한다. 이에 따라 좌우 방향의 상하 방향의 차광은 TFT 공정의 얼라인먼트 정밀도로 고정밀도로 차광할 수 있으므로, 영상 신호선 DL에 인접하는 대향 전극 CT의 전극 사이에 차광층 SH의 경계를 설정할 수 있고, 상하 기판의 정렬 정밀도에 의존하는 차광막 BM에 의한 차광보다도, 보다 개구부를 확대할 수 있다.
차광막 BM은 빛에 대한 차폐성을 갖고, 또한 화소 전극 PX와 대향 전극CT 사이의 전계에 영향을 주지 않도록 절연성이 높은 막으로 형성되어 있고, 본 실시예에서는 흑색의 안료를 레지스트재에 혼입하고, 1.2㎛ 정도의 두께로 형성하고 있다.
차광막 BM은 각 행의 화소에 좌우 방향으로 선형으로 형성되고, 이 선으로 각 행의 유효 표시 영역이 구획되어 있다. 따라서, 각 행의 화소의 윤곽이 차광막 BM에 의해 분명하게 된다. 즉, 차광막 BM은 블랙 매트릭스와 i형 반도체층 AS에 대한 차광의 2개의 기능을 갖는다.
차광막 BM은 주변부에도 액자형으로 형성되고, 그 패턴은 도 25에 도시한 매트릭스부의 패턴과 연속하여 형성되어 있다. 주변부의 차광막 BM은 밀봉부 SL의 외측으로 연장되고, 퍼스널 컴퓨터 등의 실장기에 기인하는 반사광 등의 누설광이 매트릭스부에 들어가는 것을 방지함과 동시에, 백라이트 등의 빛이 표시 영역밖으로 누설되는 것을 방지하고 있다. 한편, 이 차광막 BM은 기판 SUB2의 모서리보다도 약 0.3∼1.0㎜ 정도 내측에 있고, 기판 SUB2의 절단 영역을 피하여 형성되어 있다.
《컬러 필터 FIL》
실시예 1과 동일하다.
《오버 코트막 OC》
실시예 1과 동일하다.
《액정층, 배향막 및 편향판》
실시예 1과 동일하다.
《매트릭스 주변의 구성》
실시예 1과 동일하다.
《게이트 단자부》
도 29의 (a)는 표시 매트릭스의 주사 신호선 GL로부터 그 외부 접속 단자 GTM까지의 접속 구조를 나타낸 평면도이고, 도 29의 (b)는 도 29의 (a)의 B-B 절단선에 따른 단면도를 나타내고 있다. 또한, 상기 도면은, 도 5의 우측 중앙 부근에 대응하고, 경사 배선의 부분은 편의상 일직선형으로 나타내었다.
도면 중 Cr-Mo층 g3은, 이해하기 쉽게 하기 위해 해칭을 실시하고 있다. 게이트 단자 GTM은 Cr-Mo층 g3과 그 표면을 또한 보호하고, 또한 TCP(Tape Carrier Package)와의 접속 신뢰성을 향상시키기 위한 투명 도전층 i1로 구성되어 있다. 이 투명 도전층 i1은 화소 전극 PX와 동일 공정으로 형성된 투명 도전막 ITO를 이용하고 있다.
평면도에 있어서, 절연막 GI 및 보호막 PSV1은 그 경계선보다도 우측에 형성되어 있고, 좌단에 위치하는 단자부 GTM은 이들로부터 노출하여 외부 회로와의 전기적 접촉을 할 수 있도록 되어 있다. 도면에서는, 게이트선 GL과 게이트 단자의 하나의 쌍만이 나타나 있지만, 실제는 이러한 쌍이 도 29의 (a)에 도시한 바와 같이 상하로 복수개 배열되어 단자군 Tg(도 5)가 구성되며, 게이트 단자의 좌단은 제조 과정에서는, 기판의 절단 영역을 넘어서 연장되어 배선 SHg(도시하지 않음)에 의해 단락된다. 제조 과정에서의 배향막 ORI1의 러빙 시 등의 정전 파괴 방지에 도움이 된다.
《드레인 단자 DTM》
도 30의 (a)는 영상 신호선 DL로부터 그 외부 접속 단자 DTM까지의 접속을 나타낸 평면도이고, 도 30의 (b)는 도 30의 (a)의 B-B 절단선에 따른 단면을 나타낸다. 또한, 상기 도면은 도 5의 우측 상 부근에 대응하고, 도면의 방향은 편의상 바뀌어 있지만 우단 방향이 기판 SUB1의 상단부에 해당한다.
TSTd는 검사 단자이고 여기에는 외부 회로는 접속되지 않지만, 프로브침 등을 접촉할 수 있도록 배선부보다 폭이 넓게 되어 있다. 마찬가지로, 드레인 단자 DTM도 외부 회로와의 접속을 할수 있도록 배선부보다 폭이 넓어져 있다. 외부 접속 드레인 단자 DTM은 상하 방향으로 배열되고, 드레인 단자 DTM은 도 5에 도시한 바와 같이 단자군 Td(첨자 생략)를 구성하고 기판 SUB1의 절단선을 넘어 더욱 연장되고, 제조 과정 중에는 정전 파괴 방지를 위해 그 전부가 상호 배선 SHd(도시하지 않음)에 의해 단락된다. 검사 단자 TSTd는 도 8에 도시한 바와 같이 한개마다의 영상 신호선 DL에 형성된다.
드레인 접속 단자 DTM은 투명 도전층 i1로 형성되어 있고, 보호막 PSV1을 제거한 부분으로 영상 신호선 DL과 접속되어 있다. 이 투명 도전막 i1은 게이트 단자 GTM일 때와 마찬가지로 화소 전극 PX와 동일 공정으로 형성된 투명 도전막 ITO를 이용하고 있다.
매트릭스부로부터 드레인 단자부 DTM까지의 인출 배선은 영상 신호선 DL과 동일한 레벨의 층 d3이 구성되어 있다.
《대향 전극 단자 CTM》
도 31의 (a)는 대향 전압 신호선 CL로부터 그 외부 접속 단자 CTM까지의 접속을 나타낸 평면도를 도시하고, 도 31의 (b)는 도 31의 (a)의 B-B 절단선에 따른 단면도를 나타낸다. 또한, 상기 도면은 도 5의 좌측 상 부근에 대응한다.
각 대향 전압 신호선 CL은 공통 버스 라인 CB1로일괄하여 대향 전극 단자 CTM에 인출되어 있다. 공통 버스 라인 CB는 도전층 g3 상에 도전층(3)을 적층하고, 투명 도전층 i1로 이들을 전기적으로 접속한 구조로 되어 있다. 이것은, 공통 버스 라인 CB의 저항을 저감시켜, 대향 전압이 외부 회로로부터 각 대향 전압 신호선 CL에 충분히 공급되도록 하기 위해서이다. 본 구조에서는, 특별히 새롭게 도전층을 부하하지 않고, 공통 버스 라인의 저항을 내리는 것이 특징이다.
대향 전극 단자 CTM은, 도전층 g3 상에 투명 도전층 i1이 적층된 구조로 되어 있다. 이 투명 도전막 i1은 다른 단자의 경우와 마찬가지로 화소 전극 PX와 동일 공정으로 형성된 투명 도전막 ITO를 이용하고 있다. 투명 도전층 i1에 의해 그 표면을 보호하고, 전기 부식을 방지하기 위해 내구성이 좋은 투명 도전층 i1로 도전층 g3을 덮고 있다. 또한, 투명 도전층 i1과 도전층 g3 및 도전층 d3과의 접속은 보호막 PSV1 및 절연막 GI에 관통 구멍을 형성하여 도통을 취하고 있다.
한편, 도 32의 (a)는 대향 전압 신호선 CL의 또 다른 한쪽 끝으로부터 그 외부 접속단자 CTM2까지의 접속을 나타낸 평면도이고, 도 32의 (b)는 도 32의 (a)의 B-B 절단선에 따른 단면도를 나타낸다. 또한, 상기 도면은 도 5의 우측 상 부근에 대응한다. 여기서, 공통 버스 라인 CB2에서는 각 대향 전압 신호선 CL의 또 다른 한쪽 끝(게이트 단자 GTM측)에서 일괄하여 대향 전극 단자 CTM2에 인출되어 있다. 공통 버스 라인 CB1과 다른 점은, 주사 신호선 GL과는 절연되도록, 도전층 d3과 투명 도전층 i1로 형성하고 있는 것이다. 또한, 주사 신호선 GL과의 절연은 절연막 GI로 행하고 있다.
《표시 장치 전체 등가 회로》
표시 매트릭스부의 등가 회로와 그 주변 회로의 결선도를 도 33에 도시한다. 상기 도면은 회로도이기는 하지만, 실제의 기하학적 배치에 대응하여 도시되어 있다. AR은 복수의 화소를 이차원형으로 배열한 매트릭스·어레이이다.
도면 중, X는 영상 신호선 DL을 의미하고, 첨자 G, B 및 R이 각각 녹, 청 및 적 화소에 대응하여 부가되어 있다. Y는 주사 신호선 GL을 의미하고, 첨자 1, 2, 3, …, end는 주사 타이밍의 순서에 따라 부가되어 있다.
주사 신호선 Y(첨자 생략)는 수직 주사 회로 V에 접속되어 있고, 영상 신호선 X(첨자 생략)는 영상 신호 구동 회로 H에 접속되어 있다.
SUP는 1개의 전압원으로부터 복수의 분압한 안정화된 전압원을 얻기 위한 전원 회로나 호스트(상위 연산 처리 장치)로부터의 CRT(음극 선관)용의 정보를 TFT 액정 표시 장치용의 정보로 교환하는 회로를 포함하는 회로이다.
《구동 방법》
도 34에 본 실시예의 액정 표시 장치의 구동 파형을 나타낸다. 대향 전압 Vc는 일정 전압으로 한다. 주사 신호 Vg는 1주사 기간마다 온 레벨을 취하고, 그 밖에는 오프 레벨을 취한다. 영상 신호 전압은 액정층에 인가하고자 하는 전압의 2배의 진폭으로 양극과 음극을 1프레임마다 반전하여 1개의 화소에 전달하도록 인가한다. 여기서, 영상 신호 전압 Vd는 1열마다 극성을 반전하고, 1행마다도 극성을 반전한다. 이에 따라, 극성이 반전된 화소가 상하 좌우에 이웃하는 구성으로 되어, 플리커, 크로스토크(스미어)가 발생되기 어렵게 할 수 있다. 또한, 대향 전압 Vc는 영상 신호 전압의 극성 반전의 센터 전압으로부터, 일정량 내린 전압으로 설정한다. 이것은, 박막 트랜지스터 소자가 온으로부터 오프로 변할 때에 발생하는 피드스루 전압을 보정하는 것으로, 액정에 직류 성분이 적은 교류 전압을 인가하기 위해 행한다. 이것은, 액정은 직류가 인가되면, 잔상, 열화 등이 심하게 되기 때문이다.
또한, 이 밖에, 대향 전압은 교류화함으로써 영상 신호 전압의 최대 진폭을 저감할 수 있고, 영상 신호 구동 회로(신호측 드라이버)에 내압이 낮은 것을 이용하는 것도 가능하다.
《축적 용량 Cstg의 기능》
실시예 1과 동일하다.
《제조 방법》
이어서, 상술한 액정 표시 장치의 기판 SUB1측의 제조 방법에 대해 도 35∼ 도 37을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 도면에 있어서, 중앙의 문자는 공정명의 약칭이고, 좌측은 도 27에 도시한 박막 트랜지스터 TFT 부분, 우측은 도 29에 도시한 게이트 단자 부근의 단면 형상으로 본 가공의 흐름을 나타낸다. 공정 B, 공정 D를 제외하고 공정 A∼공정 I는 각 사진 처리에 대응하여 구분한 것으로, 각 공정의 어느쪽의 단면도도 사진 처리 후의 가공이 끝나 포토레지스트를 제거한 단계를 나타내고 있다. 또한, 사진 처리는 본 설명에서는 포토레지스트의 도포로부터 마스크를 사용한 선택 노광을 거쳐서 그것을 현상할 때까지의 일련의 작업을 나타내도록 하고, 반복의 설명은 피한다. 이하, 구분한 공정에 따라 설명한다.
공정A, 도 35
AN635 유리(상품명)로 이루어지는 하부 투명 유리 기판 SUB1 상에 막 두께가 2000Å인 Cr-Mo 등으로 이루어지는 도전막 g3을 스퍼터링에 의해 설치한다. 사진 처리 후, 질산 제2 세륨암몬으로 도전막 g3을 선택적으로 에칭한다. 그것에 의해, 게이트 전극 GT, 주사 신호선 GL, 대향 전압 신호선 CL, 게이트 단자 GTM, 공통 버스 라인 CB1의 제1 도전층, 대향 전극 단자 CTM1의 제1 도전층, 게이트 단자 GTM을 접속하는 버스 라인 SHg(도시하지 않음)를 형성한다.
공정 B, 도 35
플라즈마 CVD 장치에 암모니아 가스, 실란 가스, 질소 가스를 도입하여, 막 두께가 3500Å인 질화 Si막을 설치하고, 플라즈마 CVD 장치에 실란가스, 수소가스를 도입하여, 막 두께가 1200Å인 i형 비정질 Si막을 설치한 후, 플라즈마 CVD 장치에 수소 가스, 포스핀 가스를 도입하여, 막 두께가 300Å인 N(+)형 비정질 Si막을 설치한다.
공정 C, 도 35
사진 처리 후, 드라이 에칭 가스로서 SF6, CCl4를 사용하여 N(+)형 비정질 Si막, i형 비정질 Si막을 선택적으로 에칭함으로써, i형 반도체층 AS의 섬을 형성한다.
공정 D, 도 36
막 두께가 300Å인 Cr으로 이루어지는 도전막 d3을 스퍼터링에 의해 설치한다. 사진 처리 후, 도전막 d3을 공정 A와 동일한 액으로 에칭하고, 영상 신호선 DL, 소스 전극 SD1, 드레인 전극 SD2, 공통 버스 라인 CB2의 제1 도전층, 및 드레인 단자 DTM을 단락하는 버스 라인 SHd(도시하지 않음)를 형성한다. 이어서, 드라이 에칭 장치에 CCl4, SF6을 도입하여, N(+)형 비정질 Si막을 에칭함으로써, 소스와 드레인 사이의 N(+)형 반도체층 d0을 선택적으로 제거한다.
공정 E, 도 36
플라즈마 CVD 장치에 암모니아 가스, 실란 가스, 질소 가스를 도입하여, 막 두께가 0.4㎛인 질화 Si막을 설치한다. 사진 처리 후, 드라이 에칭 가스로서 SF6을 사용하여 질화 Si막을 선택적으로 에칭함으로써, 보호막 PSV1 및 절연막 GI를 패터닝한다.
공정 F, 도 37
막 두께가 1400Å인 ITO막으로 이루어지는 투명 도전막 i1을 스퍼터링에 의해 설치한다. 사진 처리 후, 에칭액으로서 염산과 질산의 혼합 산액으로 투명 도전막 i1을 선택적으로 에칭함으로써, 게이트 단자 GTM의 최상층, 드레인 단자 DTM 및 대향 전극 단자 CTM1 및 CTM2의 제2 도전층을 형성한다.
《표시 패널 PNL과 구동 회로 기판 PCB1》
실시예 1과 동일하다.
《TCP의 접속 구조》
실시예 1과 동일하다.
《구동 회로 기판 PCB2》
실시예 1과 동일하다.
《액정 표시 모듈의 전체 구성》
실시예 1과 동일하다.
이상, 본 실시예에서는, 실시예 3과 마찬가지로 빗살형 전극을 투명하게 함으로써, 백 표시를 행할 때의 최대 투과율을 약 50% 향상시킬 수 있어, 액정 표시 패널 PNL의 투과율이 약 5.7%로 된다.
또한, 단자의 신뢰성을 향상시키기 위한 ITO막도 동시에 형성할 수 있어, 신뢰성과 생산성을 양립할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 실시예 1∼6과 달리, ITO를 보호막 PSV의 상층에 형성하는 프로세스를 이용하고 있으므로, 대향 전극을 최상층으로 할 수 있어, 영상 신호선으로부터의 누설 전계의 실드 효율도 양호하여, 크로스토크를 저감할 수 있다.
또한, 전극 사이의 액정을 구동하는 전기력선의 경로에 보호막 PSV가 개재되지 않기 때문에, 보호막 PSV에서의 전압 저감이 없고, 액정을 구동하기 위한 최대 구동 전압치를 실시예 1의 7.5V로부터 본 예에서는 5.0V로 저감시킬 수 있었다.
본 방식과 같은 기판면에 대략 평행한 전계를 인가하여 액정을 구동하는 방식에서는, 전극 사이의 전기력선의 경로에 2회 보호막이 삽입되기 때문에, 또한 프로세스를 간략화할 수 있어, 생산성도 향상한다.
(실시예 8)
본 실시예는 하기의 요건을 제외하면, 실시예 7과 동일하다. 도 38에 화소의 평면도를 나타낸다. 도면의 사선 부분은 투명 도전막 i1을 나타낸다.
《화소 전극 PX》
본 실시예에서는, 화소 전극 PX는 소스 전극 SD1, 드레인 전극 SD2와 동층의 도전막 d3으로 구성되어 있다. 또한, 화소 전극 PX는 소스 전극 SD1과 일체로 형성되어 있다.
본 실시예에서는, 실시예 1의 효과 외에, 투과율은 희생이 되지만, 화소 전극 PX와 소스 전극 SD1과의 컨택트 불량을 회피할 수 있다. 또한, 전극의 한쪽이 절연막(보호막 PSV1)으로 덮어져 있기 때문에, 배향막 결함이 있는 경우에 액정에 직류 전류가 흐를 가능성이 감소하여, 액정 열화 등이 없어져서, 신뢰성이 향상된다.
(실시예 9)
본 실시예는 하기의 요건을 제외하면, 실시예 7과 동일하다. 도 39에 화소의 평면도를 나타낸다. 도면의 사선 부분은 투명 도전막 i1을 나타낸다.
《대향 전극 CT》
본 실시예에서는, 대향 전극 CT를 도전막 g3으로 대향 전압 신호선 CL과 일체로 구성한다.
본 실시예에서는, 실시예 1의 효과 외에, 투과율은 희생이 되지만, 대향 전극 CT와 대향 전압 신호선 CL과의 컨택트 불량을 회피할 수 있다. 또한, 전극의 한쪽이 절연막(보호막 PSV1)으로 덮어져 있기 때문에, 배향막 결함이 있는 경우에 액정에 직류 전류가 흐를 가능성이 감소하여, 액정 열화 등이 없어져서 신뢰성이 향상한다.
(실시예 10)
본 실시예는 하기의 요건을 제외하면, 실시예 7과 동일하다. 도 40에 화소의 평면도를 나타낸다. 도면의 사선 부분은 투명 도전막 i1을 나타낸다.
《차광막 BM》
상부 투명 유리 기판 SUB2측에는, 불필요한 간극부(화소 전극 PX와 대향 전극 CT의 사이 이외의 간극)로부터의 투과광이 표시면측에 출사하여, 콘트라스트비 등을 저하시키지 않도록 차광막 BM(소위 블랙 매트릭스)을 형성하고 있다. 차광막 BM은 외부광 또는 백라이트광이 i형 반도체층 AS에 입사되지 않도록 하는 역할도 하고 있다. 즉, 박막 트랜지스터 TFT의 i형 반도체층 AS는 상하에 있는 차광막 BM 및 큰 게이트 전극 GT에 의해 샌드위치되고, 외부의 자연광이나 백라이트광이 닿지 않게 된다.
도 40에 도시한 차광막 BM은 박막 트랜지스터 소자 TFT 상부에 상하 좌우 방향으로 연장한 구성이고, 개구부에 구멍을 형성한 매트릭스형의 형상을 갖는다. 빗살형 전극 단부 등의 전계 방향이 흐트러지는 부분에 있어서는, 그 부분의 표시는 화소 내의 영상 정보에 1대1로 대응하고, 또한 흑의 경우에는 흑, 백의 경우에는 백이 되기 때문에, 표시의 일부로서 이용하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에서는, 실시예 7과 달리, 차광막 BM은 빛에 대한 차폐성을 갖고, 또한 영상 신호선 DL로부터의 전계가 화소 전극 PX와 대향 전극 CT 사이의 전계에 영향을 주지 않도록 도전성이 높은 막으로 형성되어 있고, 본 실시예에서는 대향 기판 SUB1면으로부터 크롬 산화물(CrOx), 크롬 질화물(CrNx), 크롬(Cr)의 3층 구조를 0.2㎛ 정도의 두께로 형성하고 있다. 이 때, 크롬 산화물(CrOx)은 표시면의 반사를 억제하기 위해 이용하고 있다. 또한, 크롬(Cr)은 차광막 BM에 외부로부터 전압을 제공하도록 차광층 BM의 최상층에 설치한다.
차광막 BM은 각 행의 화소에 좌우 방향으로 선형으로 형성되고, 이 선으로 각 행의 유효 표시 영역이 구획되어 있다. 따라서, 각 행의 화소의 윤곽이 차광막 BM에 의해 분명하게 된다. 즉, 차광막 BM은 블랙 매트릭스와 i형 반도체층 AS에 대한 차광의 2개의 기능을 갖는다.
차광막 BM은 주변부에도 액자형으로 형성되고, 그 패턴은 도 25에 도시한 매트릭스부의 패턴과 연속하여 형성되어 있다. 주변부의 차광막 BM은 밀봉부 SL의 외측으로 연장되고, 퍼스널 컴퓨터 등의 실장기에 기인하는 반사광 등의 누설광이 매트릭스부에 들어가는 것을 방지함과 동시에, 백라이트 등의 빛이 표시 영역밖으로 누설되는 것도 방지하고 있다. 한편, 이 차광막 BM은 기판 SUB2의 모서리보다도 약 0.3∼1.0㎜ 정도 내측에 있고, 기판 SUB2의 절단 영역을 피하여 형성되어 있다.
《오버코트막 OC》
실시예 1과 동일하다. 단, 차광막 BM에 전위를 제공하도록 관통 구멍을 형성해도 된다. 전위로서는, 대향 전압 Vc에 접속하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 실시예 7의 효과 외에, 차광막 BM이 영상 신호선 DL로부터의 전계의 영향을 실드하기 위해서, 이것에 따라 화소 전극 PX와 대향 전극 CT의 전계가 영향을 받는 일이 없어진다. 따라서, 영상 신호선 DL과의 크로스토크가 없어져서, 화면에 줄이 그어지는 화질 불량(스미어)을 해소할 수 있다. 또한, 영상 신호선 DL의 양옆에 배치되는 투명한 대향 전극 CT를 차광층 SH로 차광하는 영역도 작게 할 수 있어, 보다 높은 투과율을 달성할 수 있다.
(실시예 11)
도 43의 (a)∼(d)는 본 실시예의 액티브·매트릭스형 컬러 액정 표시 장치의 개구율 향상의 원리를 나타낸 도면으로, 도 43의 (a)는 전극에 전압을 인가할 때의 액정층 내의 전위 분포를 나타낸 특성도, 도 43의 (b)는 액정층의 중앙부 부근의 액정 분자의 재배향 상태를 나타낸 평면도, 도 43의 (c)는 도 43의 (b)에 도시한 액정 분자의 회전각 α를 나타낸 특성도, 도 43의 (d)는 상하 편광판, 상하 기판, 전극상 및 전극 사이의 액정층을 투과하는 빛의 투과율 분포를 나타낸 특성도의 일례이다.
여기서, 하기의 요건을 제외하면, 실시예 7과 동일하다.
본 실시예에서는, 액정층의 트위스트 탄성 계수 K2로서 약 2×10-12N(뉴튼)을 사용하였다.
트위스트 탄성 계수 K2로서, 예를 들면, 약 10×10-12N(뉴튼)의 비교적 큰 값을 사용하면, 도 41의 (b)에 도시한 바와 같이, 전극 상 중앙부의 액정 분자는 거의 회전각 α가 0이고, 이 결과 전극 상 중앙부의 투과율은 거의 암 표시의 값이 된다.
한편, 본 실시예에서는, 전극 상 중앙부의 액정 분자까지도 회전하여, 전극 사이의 A부분의 투과율의 평균 투과율의 50% 이상이 전극 상에서의 B부분의 투과율의 평균치 투과율이 되는 것을 알 수 있었다.
따라서, 전체 부분의 평균 투과율은 A+B 부분의 투과율의 평균치 투과율로 되어, 크게 인상된다.
본 발명은, 상술한 바와 같이 액정 등에 적용되며, 액정 제조 산업에 있어서 실용 가능성이 있다.

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  22. 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치에 있어서,
    제 1 및 제 2 기판과,
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 배치된 액정층과,
    상기 제 1 기판 상에 형성된 복수의 영상 신호선, 대향 전압 신호선 및 주사 신호선 - 적어도 하나의 액티브 장치를 갖는 인접 영상 신호선 및 인접 주사 신호선에 의해 각각의 화소 영역이 형성됨 - 과,
    상기 액티브 소자에 접속된 적어도 하나의 화소 전극 및 각각의 화소내의 적어도 하나의 대향 전극 - 상기 화소 전극 및 대향 전극은 상기 제 1 기판 상에 형성됨 -
    을 포함하며
    상기 대향 전압 신호선 중 인접하는 것들은 보호막내에 형성된 하나 이상의 관통 구멍을 통해 상기 대향 전극에 의해 접속되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 대향 전극은 상기 보호막 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 관통 구멍은 각각의 화소내에 형성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 대향 전압 신호선과 상기 대향 전극을 접속하기 위한 단지 1개의 관통 구멍이 각각의 화소내에 형성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 대향 전압 신호선은 상기 주사 신호선에 거의 평형하게 배치되고, 상기 대향 전극은 상기 주사 신호선을 가로질러 인접 대향 전압 신호선을 접속하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 대향 전압 신호선은 Cr, Ta, Ti, Mo, W, Al 중 어느 하나 및 이들의 합금, 혹은 이들을 적층한 클래드 구조(clad structure)로 형성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 대향 전압 신호선은 Cr, Ta, Ti, Mo, W, Al 중 어느 하나 또는 이들의 합금위에 인듐-주석-옥사이드(ITO)의 투명 도전막을 적층한 클래드 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치.
  29. 제22항에 있어서,
    상기 대향 전극은 Cr, Ta, Ti, Mo, W, Al 중 어느 하나 및 이들의 합금, 혹은 이들을 적층한 클래드 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치.
  30. 제22항에 있어서,
    상기 대향 전극은 인듐-주석-옥사이드(ITO)의 투명 도전막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치.
  31. 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치에 있어서,
    제 1 및 제 2 기판과,
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 배치된 액정층과,
    상기 제 1 기판 상에 형성된 복수의 영상 신호선, 대향 전압 신호선 및 주사 신호선 - 적어도 하나의 액티브 장치를 갖는 인접 영상 신호선 및 인접 주사 신호선에 의해 각각의 화소 영역이 형성됨 - 과,
    상기 액티브 소자에 접속된 적어도 하나의 화소 전극 및 각각의 화소내의 적어도 하나의 대향 전극 - 상기 화소 전극 및 대향 전극은 상기 제 1 기판 상에 형성됨 -
    을 포함하며,
    대향 전압은 상기 영상 신호선을 가로지르는 상기 대향 전압 신호선에 의해 그리고 상기 주사 신호선을 가로지르는 전기 바(electrical bar)에 의해 넷-메쉬형 패턴(net-mesh-like pattern)으로 상기 화소 영역의 상기 대향 전극에 인가되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치.
  32. 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치에 있어서,
    제 1 및 제 2 기판과,
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 배치된 액정층과,
    상기 제 1 기판 상에 형성된 복수의 영상 신호선, 대향 전압 신호선 및 주사 신호선 - 적어도 하나의 액티브 장치를 갖는 인접 영상 신호선 및 인접 주사 신호선에 의해 각각의 화소 영역이 형성됨 - 과,
    상기 액티브 소자에 접속된 적어도 하나의 화소 전극 및 각각의 화소내의 적어도 하나의 대향 전극 - 상기 화소 전극 및 대향 전극은 상기 제 1 기판 상에 형성됨 -
    을 포함하며,
    대향 전압은 대향 전압 신호선에 의해 상기 영상 신호선을 가로질러, 그리고 상기 화소 전극과 동일한 층인 접속부에 의해 상기 주사 신호선을 가로질러 각각의 화소 영역에 인가되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치.
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    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 배치된 액정층과,
    상기 제 1 기판 상에 형성된 복수의 영상 신호선, 대향 전압 신호선 및 주사 신호선 - 적어도 하나의 액티브 장치를 갖는 인접 영상 신호선 및 인접 주사 신호선에 의해 각각의 화소 영역이 형성됨 - 과,
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