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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Flüssigkristalldisplay
mit einer Vielzahl von mit einem Matrixmuster ausgebildeten Pixelelektroden,
und unter Verwendung von Schaltbauteilen wie Dünnschichttransistoren (TFTs).
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2. Beschreibung der einschlägigen Technik
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Ein
herkömmliches
matrixadressiertes Flüssigkristalldisplay
unter Verwendung von Schaltbauteilen wie TFTs ist mit einer zwischen
zwei Polarisatorlagen eingebetteten Flüssigkristallzelle versehen, die
selbst zumindest aus Folgendem besteht: einem Paar transparenter
Glassubstrate, die so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberstehen;
einer transparenten gemeinsamen Elektrode, die auf einem Substrat
des Paars transparenter Glassubstrate angeordnet ist und mit einem
Ausrichtungsfilm bedeckt ist; mehreren transparenten Pixelelektroden, die
mit einem Matrixmuster auf einer zugewandten Fläche des anderen Substrats des
Paars transparenter Glassubstrate angeordnet sind und mit einem Ausrichtungsfilm
bedeckt sind; TFTs, die jeweils als Schaltbauteil mit jeder Pixelelektrode
verbunden sind; und einem verdrilltnematischen (TN) Flüssigkristall,
der dicht zwischen die zwei einander zugewandten Ausrichtungsfilme
eingeschlossen ist. Dieser Typ einer Flüssigkristallzelle wird allgemein
als verdrillt-nematisches Flüssigkristalldisplay
(TN-LCD) bezeichnet.
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Wenn
beispielsweise eine Spannung an die mit einem Matrixmuster angeordneten
Pixelelektroden angelegt wird, wird in weiter Verbreitung ein Verfahren
wie das Zeilenumkehr-Ansteuerungsverfahren verwendet, bei dem eine
anzulegende Spannung pro Zeile umgekehrt wird, oder das Spaltenumkehr-Ansteuerungsverfahren,
bei dem eine anzulegende Spannung pro Spalte umgekehrt wird, um
die Anzeigequalität
verbessern zu können.
Bei diesen Ansteuerungsverfahren besteht jedoch ein Problem dahingehend,
dass aufgrund der zwi schen benachbarten Pixelelektroden umgekehrt
angelegten Spannungen eine Umkehrkippungsdomäne 61 entsteht, deren
Kippungsrichtung umgekehrt zu einer Vorkippungsrichtung ist, die
der Flüssigkristall
ursprünglich erhalten
hat, und zwar in einem Teil innerhalb eines Pixels, der entsprechend
jeder Pixelelektrode 62 angeordnet ist, wie es in der 6 dargestellt
ist (sh. die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2934875, bei
der es sich um die Grundanmeldung zu USP 5,781,260 und USP 6,011,604,
Spalten 5–6
handelt). Insbesondere bei einem im Normalzustand weiß anzeigenden
Flüssigkristalldisplay
tritt ein Problem dahingehend auf, dass eine Disklinationslinie 33,
die an der Grenze zwischen einem normalen Bereich und der Umkehrkippungsdomäne 61 liegt,
einen Weißstreifendefekt
zeigt, wodurch der Kontrast verringert wird. Daher wurde, um den
Bereich der Umkehrkippungsdomäne 61 zu
verkleinern, so vorgegangen, dass der Kippungswinkel erhöht wurde.
Jedoch führt dies
zu einem Problem einer Ausbeuteverringerung bei der Herstellung.
Ferner wird, um ein Lichtleck aus diesem Bereich zu vermeiden, ein
Ausblendmaterial entsprechend einem Abschnitt angebracht, in dem sich
die Umkehrkippungsdomäne 61 bildet.
Jedoch führt
dies zu einem Problem einer Verringerung der numerischen Apertur.
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Daher
wird es als eines der Verfahren, mit denen das Kontrastverhältnis bei
einem TN-LCD erhöht
werden kann, als vielversprechend angesehen, die Effektivspannung
zu erhöhen,
die zwischen die gemeinsame Elektrode und die Pixelelektrode, die einander
gegenüberstehend
angeordnet sind, angelegt wird (d.h., den Dynamikbereich derselben
zu vergrößern). In
einem Fall, in dem die zwischen die gemeinsame Elektrode und die
Pixelelektrode, die einander gegenüberstehen, angelegte Spannung
erhöht wird,
bestehen solche Vorteile wie eine stärkere orthogonale Orientierung
von Flüssigkristallmolekülen sowie
zusätzlich
einer Verbesserung des Kontrastverhältnisses, da die Auftrittsposition
der Disklinationslinie 63 zur Umfangsrichtung (nach außen) innerhalb
des Pixels verschoben ist.
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Wenn
jedoch diese Effektivspannung wesentlich erhöht wird, verschwindet die Umkehrkippungsdomäne in einem
Teil der Pixel, und da dieses Verschwinden der Umkehrkippungsdomäne im zugehörigen Teil
einen quasi stabilen Zustand bildet, tritt in der V(Spannung)-T(Transmissionslichtstärke)-Charakteristik
eine Hysterese auf (sh. die 7). Dadurch
tritt eine deutliche Beeinträchtigung
der Anzeigequalität
auf, die sich aus einem Anzeigedefekt wie einem toten Pixel beim
Umschalten von schwarzer auf Halbtonanzeige ergibt, oder die sich
insbesondere aus einem Anzeigedefekt wie einer toten Linie ergibt,
zu dem es durch Ausbreitung eines Anzeigedefekts aufgrund einer beliebigen
Umkehrkippungsdomäne
zur benachbarten Umkehrkippungsdomäne kommt. Daher war es nicht
möglich,
eine effektive Spannung über
einem vorbestimmten Wert zwischen die gemeinsame Elektrode und die
Pixelelektrode zu legen, die einander gegenüberstehen, wodurch es nicht
gelang, ein gewünschtes
Kontrastverhältnis
zu realisieren. Die oben beschriebenen Probleme werden deutlicher,
wenn der zwischen benachbarten Pixelelektroden vorhandene Zwischenraum
verringert wird, um ein Flüssigkristalldisplay
mit hoher Auflösung
und hoher numerischer Apertur zu realisieren. Daher war es bei einem
matrixadressierten Flüssigkristalldisplay
mit Schaltbauteilen wie TFTs schwierig, gleichzeitig eine hohe numerische
Apertur und ein hohes Kontrastverhältnis zu erzielen.
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Das
Dokument "Lateral
field effect in twisted nematic cells" IBM J. Res. Develop., Vol. 36, No.
1, Februar 1992, Seiten 51–58
von Lien A., John R. A. gibt an, dass Lateralfeldeffekte im EIN-Zustand
eines TN-Flüssigkristalldisplays,
die in jedem Pixel zu einer unerwünschten Umkehrkippungsdomäne führen, von verschiedenen
Zellenparametern abhängig
sind, wie dem Vorkippwinkel, der Zellenraumdicke, dem Busleitungs-Pixel-Abstand
und dergleichen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wurde erdacht, um die o.g. Probleme in Zusammenhang mit
dem Stand der Technik zu lösen.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung ein matrixadressiertes Flüssigkristalldisplay zu
schaffen, das mit Schaltbauteilen wie TFTs versehen ist, wobei seine
Effektivspannung wesentlich erhöht
ist, ohne dass es dazu kommt, dass in der V-T-Charakteristik eine
Hysterese auftritt, d.h., bei dem es möglich ist, den Wert einer anlegbaren
Spannung, über
der ein Anzeigedefekt aufzutreten beginnt, zu erhöhen, was
es ermöglicht,
sowohl eine hohe numerische Apertur als auch ein hohes Kontrastverhältnis gleichzeitig
zu erzielen, und ferner ein Verfahren zum Herstellen desselben zu
schaffen.
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Um
es zu gewährleisten,
gleichzeitig eine hohe numerische Apertur und ein hohes Kontrastverhältnis zu
erzielen, d.h., um dazu in der Lage zu sein, sie bei einem matrixadressierten
Flüssigkristalldisplay
mit Schaltbauteilen wie TFTs gleichzeitig zu erzielen, haben die
Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass es wirksam
ist, eine Wechselwirkung zu minimieren, wie sie zwischen einer Umkehrkippungsdomäne, die
innerhalb eines Pixels, das einer beliebigen Pixelelektrode entspricht,
gebildeten Umkehrkippungsdomäne
und einer benachbarten Umkehrkippungsdomäne auftritt, die innerhalb
eines benachbarten Pixels ausgebildet ist, das entsprechend einer
benachbarten Pixelelektrode angeordnet ist, genauer gesagt, dass
es bevorzugt ist, jeweils benachbarte Umkehrkippungsdomänen körperlich
voneinander zu trennen, d.h. jeweils benachbarte Umkehrkippungsdomänen mit
einer Entfernung zu beabstanden, die größer als der minimale Zwischenraum
zwischen entsprechenden benachbarten Pixelelektroden ist, und dass
es andernfalls wirksam ist, die Dicke (zwischen den einander gegenüberstehenden
Ausrichtungsfilmen) der Flüssigkristallzelle
in einem Abschnitt zu verringern, der zwischen benachbarte Umkehrkippungsdomänen eingebettet
ist, wobei diese Dicke kleiner als diejenige der Flüssigkristallzelle
in einem Teil des Pixels ist, so dass der Überlappungsgrad zwischen jeweiligen
Querschnitten benachbarter Umkehrkippungsdomänen in der Dickenrichtung minimiert
ist.
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Gemäß einer
Erscheinungsform der Erfindung ist ein Flüssigkristalldisplay mit einer
Flüssigkristallzelle
geschaffen, die mindestens mit Folgendem versehen ist: einem Paar
von Substraten, die einander gegenüberstehend angeordnet sind;
einer gemeinsamen Elektrode, die auf einem Substrat des Paars von
Substraten vorhanden ist und mit einem ersten Ausrichtungsfilm bedeckt
ist; mehreren Pixelelektroden, die in einer Matrix auf dem anderen
Substrat des Paars von Substraten angeordnet sind und mit einem
zweiten Ausrichtungsfilm bedeckt sind; mehreren Schaltbauteilen,
von denen jedes mit einer jeweiligen Pixelelektrode verbunden ist;
und einem Flüssigkristall,
der dicht zwischen dem ersten und dem zweiten Ausrichtungsfilm auf
dem Paar von Substraten eingebettet ist, um eine Flüssigkristallschicht
zu bilden; wobei ein Zwischenraum zwischen Umkehrkippungsdomänenabschnitten
zweier benachbarter Pixel so beschaffen ist, dass er größer als ein
minimaler Zwischenraum zwischen entsprechenden benachbarten Pixelelektroden
ist, oder die Dicke eines Abschnitts der Flüssigkristallschicht, der zwischen
Umkehrkippungsdomänenabschnitten
zweier benachbarter Pixel liegt, so beschaffen ist, dass sie kleiner
als die eines Abschnitts des Flüssigkristalls
in einem Abschnitt des Pixels ist.
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Um
den Zwischenraum zwischen benachbarten Umkehrkippungsdomänen über den
minimalen Zwischenraum zwischen benachbarten Pixelelektroden zu
vergrößern, ist
es bevorzugt, die Breite der Pixelelektrode im Umkehrkippungsdomänenteil
eines entsprechenden Pixels entlang einer Längsrichtung der Umkehrkippungsdomäne kleiner
als die Breite der Pixelelektrode in einem Teil, in dem keine Umkehrkippungsdomäne ausgebildet
ist, einzustellen. Dadurch können
benachbarte Umkehrkippungsdomänen
in den Längsrichtungen
weiter voneinander getrennt werden. Alternativ können jeweilige Pixelelektroden
lateral mit einem Zickzack- oder versetzten Muster, wie bei einem
Hundegebiss, versetzt sein, um denselben Effekt zu erzielen. Dadurch
können benachbarte
Umkehrkippungsdomänen
in den Richtungen orthogonal zur zugehörigen Längsrichtung weiter voneinander
getrennt werden.
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Ferner
wird, um die Dicke der Flüssigkristallschicht,
die im Teil zwischen benachbarten Umkehrkippungsdomänen angeordnet
ist, kleiner als die Dicke der im Pixelteil eingebetteten Flüssigkristallschicht
einzustellen, bevorzugt, im Bereich benachbarter Umkehrkippungsdomänen einen
Barriereabschnitt auszubilden, so dass darin die Dicke der Flüssigkristallschicht
verringert ist. Z.B. kann ein derartiger Barriereabschnitt hergestellt
werden, wenn ein Kontaktloch in einem planaren Film ausgespart wird, wobei
die Herstellung normalerweise vor der Herstellung der Pixelelektroden
erfolgt.
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Jedoch
besteht keine Einschränkung
hierauf, und innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung können beliebige
andere zugehörige
Modifizierungen geschaffen werden.
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Noch
ferner ist, gemäß einer
anderen Erscheinungsform der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen
eines Substrats seitens Schaltbauteilen zur Verwendung im erfindungsgemäßen Flüssigkristall
mit den folgenden Schritten (a)–(e)
geschaffen:
- (a) Herstellen einer ersten Schichtisolierschicht auf
dem Substrat, Herstellen einer Si-Dünnfilmschicht darauf, um einen
Transistor auszubilden, Herstellen eines Oxidfilms auf einer zugehörigen Oberfläche, Aufbauen
eines Dünnschichttransistors
durch Ausbilden einer Gateelektrode und einer Cs-Elektrode darauf, und ferner Herstellen
einer zweiten Schichtisolierschicht auf dem Dünnschichttransistor;
- (b) Herstellen eines Antireflexionsfilms auf der gesamten Fläche der
zweiten Schichtisolierschicht;
- (c) Ausbrechen eines Kontaktlochs im Antireflexionsfilm und
im zweiten Schichtisolierschicht bis herunter zur Si-Dünnfilmschicht;
- (d) Herstellen einer ersten Leiterbahnschicht im Kontaktloch;
und ferner
- (e) einen Prozess mit den folgenden Schritten: Herstellen einer
dritten Schichtisolierschicht auf der gesamten zugehörigen Fläche; Herstellen
eines Passivierungsfilms; dann Entfernen des Passivierungsfilms
durch Ätzen
entsprechend einem Kontaktlochabschnitt und einem Pixelöffnungsabschnitt;
Entfernen der dritten Schichtisolierschicht durch Ätzen entsprechend
dem Kontaktlochabschnitt; Herstellen einer zweiten Leiterbahnschicht
darin; Her stellen eines planaren, organischen Films auf der gesamten
zugehörigen
Fläche;
anschließend
Aussparen eines Kontaktlochs entsprechend einer Pixelelektrode im
planaren, organischen Film; und Herstellen einer Pixelelektrode
darauf auf solche Weise, dass der Zwischenraum zwischen Umkehrkippungsdomänenabschnitten
zweier benachbarter Pixel größer als der
minimale Zwischenraum zwischen entsprechenden benachbarten Pixelelektroden
wird, andernfalls: beim Aussparen des Kontaktlochs für die Pixelelektrode
im planaren, organischen Film vor dem Herstellen der Pixelelektrode
darauf, Herstellen des planaren, organischen Films in solcher Weise,
dass die Dicke eines Abschnitts der Flüssigkristallschicht zwischen
Umkehrkippungsdomänenabschnitten
zweier benachbarter Pixel so ausgebildet ist, dass sie in einem
Abschnitt des Pixels kleiner als ein Abschnitt der Flüssigkristallschicht
ist.
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RURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen ersichtlich werden.
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1 ist
ein schematisches Schnittdiagramm einer Flüssigkristallzelle eines erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplays
(LCD);
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2A bis 2C sind
schematische Draufsichten von Pixelelektroden in einer Flüssigkristallzelle
zur Verwendung beim erfindungsgemäßen LCD;
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3A bis 3C sind
schematische Draufsichten von Pixelelektroden in einer Flüssigkristallzelle
zur Verwendung im erfindungsgemäßen LCD;
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4A bis 4B sind
Draufsichten der Flüssigkristallzelle
zur Verwendung im erfindungsgemäßen LCD;
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5A bis 5C zeigen
eine Beziehung für
den Abstand zwischen benachbarten Pixelelektroden über der
Effektivspannung in der Flüssigkristallzelle
zur Verwendung beim erfindungsgemäßen LCD;
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6 zeigt
alle Umkehrkippungsdomänen, wie
sie in einer bekannten Flüssigkristallzelle
erzeugt werden;
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7 zeigt
ein Beispiel zur Hysterese, wie sie zwischen den Stärken von Transmissionslicht über Ansteuerspannungen
bei der bekannten Flüssigkristallzelle
auftritt; und
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8A bis 8E zeigen
einen Prozessablauf zur Herstellung eines TFT-Substrats zur Verwendung
bei der Erfindung.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Ein
Flüssigkristallelement
gemäß der Erfindung
ist mit einer Flüssigkristallzelle
versehen, die zwischen zwei Polarisatorlagen eingebettet ist und selbst
zumindest aus Folgendem besteht: einem Paar transparenter Glassubstrate
(einem oberen Substrat 1 und einem unteren Substrat 2);
einer gemeinsamen Elektrode 4 an der Unterseite (zugewandten
Fläche)
des oberen Substrats 1, und die mit einem Ausrichtungsfilm 3 versehen
ist; einer Vielzahl transparenter Pixelelektroden 6, die
in einer Matrix an der Oberseite (zugewandten Fläche) des unteren Substrats 2 angeordnet
sind und mit einem Ausrichtungsfilm 5 bedeckt sind; einem
TFT (nicht dargestellt), der als Schaltbauteil mit jeder Pixelelektrode verbunden
ist; und verdrillt-nematischen Flüssigkristallen 7,
die dicht in einen Raum zwischen den Ausrichtungsfilmen 3 und 5 eingebettet
sind, kontinuierlich um ungefähr
90° dazwischen
verdrillt sind, und die eine Flüssigkristallschicht
(10) bilden, wie es in der 1 dargestellt
ist.
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Bei
einer derartigen Flüssigkristallzelle
sind Scanleitungen und Signalleitungen (nicht dargestellt) in einer
Matrix an der Oberseite (zugewandten Fläche) des unteren Substrats 2 ausgebildet,
und jede Pixelelektrode 6 ist über einen entsprechenden TFT mit
der Scanleitung bzw. der Signalleitung verbunden. In dieser Flüssigkristallzelle
wird abhängig
von ihrer Ausrichtungsbehandlungsrichtung und dem bei ihr verwendeten
Spannungsansteuerungsverfahren (abhängig davon, ob das Zeilenumkehr-Ansteuerungsverfahren
oder das Spaltenumkehr-Ansteuerungsverfahren verwendet wird) eine
Umkehrkippungsdomäne 8 eindeutig
relativ zu einer die zugehörige
Grenze bildenden Disklinationslinie 9 gebildet.
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Beim
erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplay
ist, um gleichzeitig eine hohe numerische Apertur und ein hohes
Kontrastverhältnis
durch Minimieren der Wechselwirkung zwischen benachbarten Umkehrkippungsdomänen zu erzielen, die
jeweils innerhalb eines einer beliebigen Pixelelektrode entsprechenden
Pixels ausgebildet sind, der Zwischenraum zwischen benachbarten
Umkehrkippungsdomänen über den
minimalen Zwischenraum zwischen benachbarten Pixelelektroden erhöht, oder
die Dicke der Flüssigkristallschicht
ist in einem Abschnitt zwischen benachbarten Umkehrkippungsdomänen (d.h. einer
zugehörigen
Tiefe zwischen den einander gegenüberstehenden Ausrichtungsfilmen)
kleiner als die Dicke der Flüssigkristallschicht
im anderen Abschnitt des Pixels gemacht.
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Die 2A und 2B veranschaulichen spezielle
Verfahren zum Vergrößern des
Zwischenraums 1a zwischen benachbarten Umkehrkippungsdomänen über den
minimalen Zwischenraum 1b zwischen benachbarten Pixelelektroden
hinaus, wobei, um benachbarte Umkehrkippungsdomänen in Längsrichtungen voneinander zu
trennen, die Breite La der Pixelelektrode (die der Breite eines
Bereichs einer Umkehrkippungsdomäne 8 in
einer zugehörigen
Längsrichtung
entspricht) in einer durch einen schraffierten Bereich 13 umschlossenen
Pixelelektrode 14 kleiner als die Breite Lb der Pixelelektrode
in einem Abschnitt eingestellt wird, der ihrer Normalkippungsdomäne, in der
keine Umkehrkippungsdomäne 8 ausgebildet
ist, entsprechenden Abschnitt entspricht. Ferner können, wie
es in der 2C dargestellt ist, um sie auch
in einer Richtung orthogonal zur Längsrichtung zu trennen, Pixelelektroden 14 mit
einem versetzten Muster, wie einem Hahnentrittmuster, angeordnet
sein. Im Fall der 2C ist es, da ein Überlappungsbereich
im Schnitt zwischen einander gegenüberstehenden Endabschnitten
benachbarter Umkehrkippungsdomänen 8 ebenfalls
verringert ist, zu erwarten, dass ein Effekt zum weiteren Verringern der
Wechselwirkung zwischen benachbarten Umkehrkippungsdomänen 8 erzielt
wird.
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Noch
ferner ist es, gemäß dem Wissen
und dem Verständnis
der Erfinder der vorliegenden Erfindung bekannt, dass zwischen der
zwischen die gemeinsame Elektrode und die Pixelelektrode, die einander
gegenüberstehend
angeordnet sind, anlegbar ist, und einem Zwischenraum zwischen benachbarten
Pixelelektroden in einer Richtung orthogonal zur Längsrichtung
der Umkehrkippungsdomäne
eine enge Beziehung besteht, und dass dann, wenn dieser Zwischenraum
vergrößert wird,
auch die anlegbare Effektivspannung erhöht werden kann. Jedoch ist
es zu beachten, dass dann, wenn dieser orthogonale Zwischenraum
lediglich vergrößert wird,
auch die Fläche
des schraffierten Bereichs vergrößert würde, so
dass es nicht gelingen würde,
die hohe numerische Apertur zu realisieren, auf die die Erfindung abzielt.
Daher ist es, hinsichtlich der in den 2A bis 2C dargestellten
Ausführungsform,
bevorzugt, dass der Zwischenraum zwischen benachbarten Pixelelektroden
partiell auch in der orthogonalen Richtung in Bezug auf die Längsrichtung
der Umkehrkippungsdomäne
vergrößert ist,
wie es jeweils in den 3A bis 3C dargestellt
ist. In diesem Fall ist ein zum Vergrößern des Zwischenraums bevorzugter
Abschnitt ein Abschnitt der Pixelelektrode auf einer Seite derselben,
der einem Ende der Umkehrkippungsdomäne 8 mit kleinerem
Querschnitt entspricht, wie es in den 3A bis 3C dargestellt ist,
um eine hohe numerische Apertur aufrechtzuerhalten und für eine asymmetrische
Erzeugung der Umkehrkippungsdomänen
zu sorgen. Jedoch besteht keine Einschränkung darauf, und der Zwischenraum
kann dadurch erweitert werden, dass ein Ausschneiden an einer Position
erfolgt, die der Mitte der Umkehrkippungsdomäne entspricht. Hinsichtlich
der zu erweiternden Größe (Tiefe
und Breite) kann eine Bestimmung in geeigneter Weise unter Berücksichtigung
der erforderlichen numerischen Apertur usw. erfolgen.
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Noch
ferner kann, als konkretes Verfahren zum Einstellen der Dicke der
zwischen benachbarten Umkehrkippungsdomänen eingebetteten Flüssigkristallschicht
auf einen kleineren Wert als die Dicke der Flüssigkristallschicht im Pixelabschnitt,
ein Barriereabschnitt (nicht dargestellt) zum Verringern der Dicke der
zwischen die benachbarten Umkehrkippungsdomänen eingebetteten Flüssigkristallschicht
ausgebildet werden. Dieser Barriereabschnitt kann als konvexer oder
erhöhter
Teil auf dem Substrat hergestellt werden, wenn Schaltbauteile wie
TFTs hergestellt werden, oder nach der Herstellung des Ausrichtungsfilms
kann auf diesem durch Druck- oder Spendeprozesse eine Barrierestruktur
hergestellt werden.
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Der
hierbei zu verwendende Flüssigkristall besteht
vorzugsweise aus verdrillt-nematischen Flüssigkristallen, wobei die Hauptachse
von Flüssigkristallmolekülen derselben
zwischen den einander zugewandten Ausrichtungsfilmen kontinuierlich
um ungefähr
90° verdrillt
ist. Ferner ist die Flüssigkristallzelle
vorzugsweise mit einer Schwarzmatrix versehen, um zumindest einen
Teil des Umfangs jedes Pixelabschnitts auszublenden. Die Dicke der
Flüssigkristallzelle
im Pixelabschnitt beträgt
vorzugsweise 4 μm oder
weniger. Ferner beträgt
die Größe der Pixelelektrode
vorzugsweise 5 μm2–50 μm2.
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BEISPIELE:
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Nun
werden Beispiele der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen (bei denen die Breite der den Bereich der Umkehrkippungsdomäne entsprechenden
Pixelelektrode kleiner als die Breite derselben ist, die dem Bereich
der Normalkippungsdomäne
ent spricht) spezieller beschrieben.
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Die 4A ist
ein Beispiel von von oben gesehenen Draufsichten eines TN-LCD-Abschnitts eines
erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplays,
wobei die TFTs, die Signalleitungen und die Scanleitungen desselben
nicht dargestellt sind. Beispielsweise ist der entlang der Linie
A-B in der 4A erstellte Querschnitt derselbe
wie der der 1.
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Beim
in der 4A dargestellten TN-LCD zeigen
ein gestrichelter Pfeil 11 und ein durchgezogener Pfeil 12 Richtungen
einer Ausrichtungsverarbeitung (Reiberichtungen) am unteren bzw.
oberen Substrat. Im schraffierten Bereich 13 sind eine
Signalleitung, eine Scanleitung, eine Hilfskapazitätselektrode
und ein TFT vorhanden. Ferner ist ein Öffnungsabschnitt 15 ausgebildet,
der der auf dem unteren Substrat ausgebildeten Pixelelektrode 14 entspricht.
Die Pixelelektrode 14 ist über den TFT mit der im schraffierten
Bereich 13 verbundenen Signalleitung und der Scanleitung
verbunden. Ein hier zum Anlegen einer Spannung an die Pixelelektrode 14 verwendetes
Verfahren ist ein Zeilenumkehr-Ansteuerungsverfahren, bei dem eine
Ansteuerspannung pro Zeile umgekehrt wird.
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Ferner
ist die Dicke der Flüssigkristallschicht im
der Pixelelektrode 14 entsprechenden Pixelabschnitt (d.h.
die Tiefe in der Richtung zwischen den einander zugewandten Ausrichtungsfilmen)
auf 3,5 μm
eingestellt. Ein nematischer Gegenuhrzeigerrichtungs-Flüssigkristall
ist dicht zwischen das obere und das untere Substrat eingeschlossen.
Der hierbei verwendete Flüssigkristall
verfügt über eine
Anisotropie Δn
des Brechungsindex von ungefähr
0,13 und eine Anisotropie Δε der Dielektrizitätskonstanten
von ungefähr
10. Ferner sind als Ausrichtungsfilme Polyimidfilme mit jeweils
einem Vorkippwinkel von ungefähr
5° verwendet.
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Beim
TN-LCD der 4A ist die Pixelschrittweite
i auf 20 μm
eingestellt, der Pixelelektroden-Zwischenraum iii in der vertikalen
Richtung der Figur ist auf 1,5 μm
eingestellt, und der minimale Elektroden-Zwischenraum iv zwischen
benachbarten Pixelelektroden in einer horizontalen Richtung ist
auf 1,5 μm
eingestellt. Dann wird eine Beziehung zwischen einer Ansteuerspannung, über der
ein Pixeldefekt auftritt, und einem sich in der vertikalen Richtung
erstreckenden Elektroden-Zwischenraum v bzw. einem sich in der horizontalen
Richtung erstreckenden Elektroden-Zwischenraum vi, im den Bereich
einer Umkehrkippungsdomäne 8 entsprechenden
Abschnitt untersucht. Hierbei zeigt die 5A eine
Beziehung zwischen Ansteuerspannungen, über denen ein Anzeigedefekt
auftritt, und dem Elektroden-Zwischenraum v, der variiert wird,
während
der Elektroden-Zwischenraum vi auf 0,5 μm gehalten wird, und die 5B zeigt
eine Beziehung zwischen Ansteuerspannungen, über denen ein Anzeigedefekt
auftritt, und dem Elektroden-Zwischenraum vi, der variiert wird,
während
der Elektroden-Zwischenraum v auf 3,5 μm gehalten wird.
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Aus
der 5B ist es ersichtlich, dass durch Vergrößern des
Elektroden-Zwischenraums
vi eine Ansteuerspannung (Effektivspannung), über der ein Anzeigedefekt aufzutreten
beginnt, erhöht
werden kann. Ferner ist es aus der 5A ersichtlich,
dass durch Vergrößern des
Elektroden-Zwischenraums v eine Ansteuerspannung (Effektivspannung), über der ein
Anzeigeeffekt aufzutreten beginnt, erhöht werden kann. In diesem Fall
muss sich der Elektroden-Zwischenraum v nicht über 3,5 μm hinaus erstrecken. Als Ergebnis
von Beobachtungspositionen zu einer Disklinationslinie 9 in
dieser Flüssigkristallzelle
ergab sich die Breite ii der Umkehrkippungsdomäne zu 3,0 μm. Dadurch ist es aus der 5A ersichtlich,
dass dann, wenn sich der Elektroden-Zwischenraum v über mehr
als die Breite ii der Umkehrkippungsdomäne erstreckt, die Ansteuerspannung,
bei der es nicht zum Auftreten eines Anzeigedefekts kommt, in Sättigung
geht.
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Selbst
wenn das oben beschriebene TN-LCD, bei dem der Abstand zwischen
benachbarten Pixelelektroden so konzipiert war, dass er minimal
wurde, um eine hohe numerische Apertur zu erreichen, wird, wenn
die durch die Erfindung vorgeschlagene Pixelelektrodenstrukturierung
verwendet wird, eine große
Ansteuerspannung anwendbar. Genauer gesagt, ist bei diesem Beispiel,
wenn der Elektroden-Zwischenraum v auf 3,5 μm eingestellt wird und der Elektroden-Zwischenraum
vi auf 0,5 μm
eingestellt wird, die zugehörige
Ansteuerspannung, bei der keinerlei Anzeigedefekt hervorgerufen
wird, von 4,5 V auf 6,6 V verbessert, wodurch es ermöglicht ist, einen
hohen Kontrast zu erzielen.
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Ferner
ist für
den Fall, dass der Elektroden-Zwischenraum iv auf 1,5 μm eingestellt
ist und die Elektroden-Zwischenräume
v und vi auf 0 μm
eingestellt sind (im Fall einer quadratischen Pixelelektrode), in
der 5C das zugehörige
Diagramm dargestellt, das die Beziehung zwischen dem Elektroden-Zwischenraum
iii und den Ansteuerspannungen zeigt, bei denen es zu keinem Anzeigedefekt
kommt. Aus der 5C ist es ersichtlich, dass
dann, wenn der Elektroden-Zwischenraum iii vergrößert wird, die Ansteuerspannung
(Effektivspannung), bei der es zu keinen Anzeigedefekten kommt,
erhöht
wer den kann. Genauer gesagt, ist, gemäß der 4B, wenn angenommen
wird, dass der Elektroden-Zwischenraum iii 1,5 μm beträgt und der Elektroden-Zwischenraum
iv 0,5 μm
beträgt,
wenn ein Abschnitt des Elektroden-Zwischenraums iii ferner auf den
großen
Wert einer Fläche
von 2,5 μm
(Breite) × 0,5 μm (Höhe) erweitert
ist, die zugehörige
Ansteuerspannung, bei der es zu keinen Anzeigedefekten kommt, von
5,0 V auf 5,5 V verbessert, wodurch es ermöglicht ist, einen hohen Kontrast
zu erzielen. Daher ist es aus dem Vorstehenden ersichtlich, dass
es hinsichtlich der herzustellenden Form der Pixelelektrode im der
Umkehrkippungsdomäne
entsprechenden Abschnitt bevorzugt ist, dass sie über einen
ausgeschnittenen Abschnitt nicht nur in der horizontalen sondern
auch der vertikalen Richtung verfügt.
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Außerdem kann
das erfindungsgemäße Flüssigkristalldisplay
ein nichtlineares Element wie Metall-Isolator-Metall (MIM) und dergleichen
als Schaltbauteil anstelle von TFTs verwenden. Ferner besteht für die Richtungen
des Reibevorgangs bei der Ausrichtungsbearbeitung und für die Verdrillungswinkel
des Flüssigkristalls,
wie oben beschrieben, keine Einschränkung auf die genannten Werte, und
innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung können beliebige andere Modifizierungen
angewandt werden. Noch ferner können
die Vorteile der Erfindung auch bei einem Farbdisplay, einem Monochromdisplay
vom Transmissionstyp oder einem TN-LCD vom Reflexionstyp erzielt
werden. Ferner besteht keine Beschränkung auf den o.g. Vorkippwinkel
von 5° für die Ausrichtungsfilme.
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Nun
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 8A bis 8E ein
Verfahren zum Herstellen eines TFT-Substrats zur Verwendung beim
erfindungsgemäßen Flüssigkristalldisplay
entsprechend den jeweiligen Schritten beschrieben.
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SCHRITT A: (8A)
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Als
Erstes wird auf der Oberfläche
eines isolierenden, transparenten Substrats 80 wie eines Glassubstrats
oder dergleichen ein 50 nm dicker Film auf Poly-Si durch das LP-CVD(low
pressure chemical vapor deposition)-Verfahren hergestellt, worauf
ein WSi-Film mit einer Dicke von 200 nm hergestellt wird, der dann
strukturiert wird, um einen mehrschichtigen Ausblendfilm 81 auszubilden.
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Daraufhin
wird ein SiO2-Film mit einer Dicke von 600
nm durch das AP-CVD(atmospheric pressure chemical vapor deposition)-Verfahren
als Schichtiso lierfilm hergestellt. Anschließend wird eine Si-Dünnfilmschicht
durch LP-CVD mit
75 nm Dicke aufgewachsen, um einen Transistor auszubilden, und dann
werden deren Kristallkörner
durch eine Wärmebehandlung
oder dergleichen zum Wachsen gebracht, und es erfolgt ein Strukturieren
zum Ausbilden einer Si-Schicht 83.
Danach wird durch Oxidieren der Oberfläche der Si-Schicht 83 auf
dieser ein Oxidfilm 84 ausgebildet, und dann wird, zum
Kontrollieren einer Schwellenspannung, eine Fremdstoffsubstanz (B)
vom p-Typ mit niedriger Dichte in die gesamte zugehörige Fläche durch
Ionenimplantation eingebracht.
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Dann
wird durch Maskieren eines Transistorabschnitts eine Fremdstoffsubstanz
(As) vom n-Typ durch Ionenimplantation mit hoher Dichte ausschließlich in
einen Cs (Kapazitäts)-Abschnitt
eingebracht, um eine Elektrode auszubilden, auf der ferner eine
zweite Si-Schicht durch LP-CVD hergestellt wird, die zu einer Gate-
oder Cs-Elektrode wird, und die dann einer Wärmebehandlung in einem Gas
wie POCl3 unterzogen wird, damit Phosphoratome
eindiffundieren, um für
niedrigen spezifischen Widerstand zu sorgen, und dann wird dieselbe
strukturiert, um eine Gateelektrode 85 und eine Cs-Elektrode 86 auszubilden.
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Dann
wird, um eine n-MOS-Struktur auszubilden, eine Fremdstoffsubstanz
(As) vom n-Typ durch Ionenimplantation mit hoher Dichte nach dem Maskieren
eines hergestellten p-MOS-Abschnitts eingebracht. Anschließend wird,
nach dem Herstellen der n-MOS-Struktur, nach einem Maskieren des Pixeltransistorabschnitts
und des n-MOS-Abschnitts im Schaltkreis, eine Fremdstoffsubstanz
(B) vom p-Typ durch Ionenimplantation mit hoher Dichte eingebracht.
Dann wird ein Schichtisolierfilm 87 wie Phosphorsilikatglas
durch AP-CVD mit einer Dicke von 600 nm hergestellt, gefolgt durch
eine Wärmebehandlung
zum Wiederherstellen der Kristalleigenschaften des Abschnitts mit
Ionenimplantation.
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SCHRITT B: (8B)
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Im
nächsten
Schritt B wird eine TiON-Schicht 88 zum Verhindern von
Reflexion auf dem gesamten Gebiet des Schichtisolierfilms 87 durch
Sputtern mit einer Dicke von 35 nm hergestellt.
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SCHRITT C: (8C)
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Ferner
werden im Schritt C, nachdem Maskieren von anderen Abschnitten als Kontaktlöchern, die
TiON-Schicht 88 und der Schichtisolierfilm 87 im Kontaktlochabschnitt
geätzt,
um ein Kontaktloch Ch zu schaffen.
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SCHRITT D: (8D)
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Im
nächsten
Schritt D werden eine 500 nm dicke Al-1%Si-Schicht 89 und
eine 60 nm dicke TiON-Schicht 90 kontinuierlich darauf
durch Sputtern hergestellt, und dann wird nach dem Maskieren eines Leiterbahnabschnitts
durch Fotolithografie eine dreischichtige, strukturierte Leiterbahn
aus TiON/AlSi/TiON durch Trockenätzen
strukturiert, um eine Leiterbahnschicht 91 auszubilden.
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Die
35 nm dicke TiON-Schicht 88 in der Richtung nach unten
kann effizient Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 450 nm absorbieren, und
die 60 nm dicke TiON-Schicht 90 in der Richtung nach oben
fungiert auch als Stopper beim anschließenden Kontaktlochätzen.
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SCHRITT E: (8E)
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Ferner
wird, im Schritt E, ein Schichtisolierfilm 92, wie Phosphorsilikatglas,
durch AP-CVD mit einer Dicke von 400 nm aufgewachsen, und ferner wird
durch Plasma-CVD darauf ein 200 nm dicker Passivierungsfilm 93 aus
SiN hergestellt. Nach dem Ätzen
des SiN-Films 93 im Kontaktlochabschnitt, einem Pixelöffnungsabschnitt
und einem PAD-Abschnitt, wird die 400 nm dicke Schichtisolierschicht 92 für den Kontaktlochabschnitt
und den PAD-Abschnitt durchbrochen. Danach wird, auf dieselbe Weise
wie im obigen Schritt D, ein Metallfilm von TiON/AlSi/TiON-Struktur
hergestellt und strukturiert, um eine Leiterbahnschicht 94 zu
bilden.
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Nach
dem Wiederherstellen der Transistoreigenschaften durch eine Wärmebehandlung
wird ein organischer Film 95 zur Einebnung aufgetragen,
und dann werden ein Pixelelektrode-Kontaktloch 96 und ein
PAD durchgebrochen. Abschließend
wird ITO (Indiumzinnoxid) zur Verwendung als Pixelelektrode durch
Sputtern mit einer Dicke von 70 nm hergestellt, die dann so strukturiert
ist, dass den speziellen Bedingungen gemäß der Erfindung genügt ist,
um die Pixelelektrode 97 zu schaffen. Dadurch wird das
bei der Erfindung zu verwendende TFT-Substrat erhalten.
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Gemäß den Merkmalen
und Vorteilen der Erfindung kann, da der Abstand zwischen benachbarten
Umkehrkippungsdomänen,
wie sie jeweils in einem Ab schnitt des Pixels, entsprechend einer
beliebigen Pixelelektrode angeordnet sind, breiter als der Zwischenraum
zwischen benachbarten Pixelelektrode werden kann, oder die Dicke
der im Abschnitt der Umkehrkippungsdomäne eingebetteten Flüssigkristallschicht
geringer als die Dicke derselben im Abschnitt des Pixels sein kann,
die nachteilige Wechselwirkung effektiv unterdrückt, wie sie zwischen benachbarten
Umkehrkippungsdomänen
auftritt. Daher gewährleistet
das erfindungsgemäße Flüssigkristalldisplay,
bei dem eine hohe Ansteuerungsspannung angelegt werden kann, ohne
dass Anzeigedefekte verursacht werden, das gleichzeitige Erzielen
einer hohen numerischen Apertur und eines hohen Kontrastverhältnisses.