JP3122985B2 - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents
液晶表示素子及びその製造方法Info
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- G02F1/134309—Electrodes characterised by their geometrical arrangement
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Description
り、より詳細にはカウンタ電極及び画素電極が同一基板
上に形成された液晶表示素子及びその製造方法に関す
る。
レーの表示素子を構成する液晶表示素子は透明な一対の
ガラス基板とこのガラス基板の間に封入された液晶とか
ら構成される。前記ガラス基板のうち少なくとも一つの
基板には薄膜トランジスタとフィクセル電極が形成さ
れ、他のガラス基板にはカラーフィルターとカウンタ電
極が形成される。最近多く用いられる液晶としてはTN
モード(Twist nematic mode)液晶が使用されるが、こ
のTN構造は液晶素子の視野角を狭める問題点がある。
めに、図1及び図2に示すように、平行場を利用したイ
ン−プレインスッチングモード(In plane switching
mode:以下、単に「IPSモード」と呼称する)が用
いられた。このようなIPSモードの液晶表示素子は、
上部ガラス基板1には、下部ガラス基板5に形成された
薄膜トランジスタの熱化を防止するために、TFT(Thi
n Film Transistor)に対向する位置にブラックマトリ
ックス2を、その両側に液晶表示素子のカラー化を実現
するためのカラーフィルター3を形成した後、全体構造
の上面に保護膜4を形成する。そして、対向する下部基
板5上には、水平な電界を実現するために、ゲート電極
6A及びこのゲート電極から一定距離だけ離れた同一面
上に前記ゲート電極と同一の材質から形成されたカウン
タ電極7を設置する。次に、全体構造の上面にゲート絶
縁膜6Bで蒸着した後、下部にゲート電極6Aが形成さ
れている部分のゲート絶縁膜6B上に非晶質チャネル層
6Cを形成する。続いて、データ電極配線用金属膜を全
体構造物の上面に蒸着し、ソース及びドレイン電極のパ
ターンを形成する。この際、既存のドレイン電極に該当
する領域は画素電極6Dとなり、ソース電極はデータ電
極6Eとなる。次に、全体構造の上面に薄膜トランジス
タと画素電極を保護するための保護膜8と配向膜(図示
しない)を形成する。続いて、上部基板1と下部基板5
を合着させ、上部基板1と下部基板5の背面には光を偏
向させるための偏光板10,11が付着し、上部基板1
と下部基板5との間には誘電率異方性が陰(−Δε)を
帯びている液晶を封入する。このような液晶表示素子の
画素電極6Dとカウンタ電極7に電圧を印加すると、前
記画素電極6Dとカウンタ電極7が同一の下部基板5に
形成されているので、平行な電界が発生する。従って、
このように電界が印加されると誘電率異方性が陰である
液晶は電界の方向に垂直に、偏光方向とは45°に配列
されてブライト(bright)状態になる。
て、ゲート電極配線6Aが水平列に配列されており、こ
のゲート電極配線6Aの一方の側にデータ電極配線6E
が垂直に交差しており、ゲート電極配線6Aとデータ電
極配線6Eの交差する部分に薄膜トランジスタ6が形成
されている。また、カウンタ電極7はゲート電極配線6
Aとデータ電極配線6Eによって形成される空間部に、
段位セルを限定する四角形に形成され、画素電極6Dは
ゲート電極配線6Aの一部分とカウンタ電極7の一部分
に重なるようにI字形に形成される。
示素子は、データ電極配線とカウンタ電極の間には下部
基板と平行の電界が形成される反面、データ電極配線及
びカウンタ電極の引接領域では図2に示すように、縁電
界(F:fringefield)が形成される。この電界は基板
の引接部分を除いた部分の配向に影響を及ぼすので、基
板の引接部分を除いた部分にある液晶分子が偏光方向と
45°ほど配向しないので、液晶表示素子の透過率が低
下する。前記理由により透過率が低下するほどの補償の
ために、バックライト(back light)の輝度を増大する
ようにすべきなので、液晶表示素子の消費電力が増大す
る問題点がある。
は、下部基板上の電極配線とカウンタ電極の間に縁電界
が生じないように、画素電極配線及びカウンタ電極上に
伝導性を帯びる高分子膜パターンを形成して、縁電界無
しの均一な平行場を形成させることにより、液晶表示素
子の透過率を改善するのみならず、液晶表示素子の消費
電力を減らすことのできる液晶表示素子及びその製造方
法を提供することにある。
に、本発明による液晶表示素子は、画素電極とカウンタ
電極が同一基板上に形成された液晶表示素子であって、
前記画素電極と前記カウンタ電極が上部に形成され、そ
の上には所定厚さの伝導性高分子膜の形成された第1透
過性基板と、前記第1透過性基板と対向する第2透過性
基板と、前記第1透過性基板と前記第2透過性基板の間
に介在した陰の異方性誘電率を持つ液晶を含むことを特
徴とする。
は、透過性の絶縁基板を提供する段階と、前記基板上に
ゲート電極パターンとカウンタ電極パターンとを形成す
る段階と、全面に絶縁層を形成する段階と、前記ゲート
電極パターンの位置する絶縁膜の表面の上部にチャネル
層を形成する段階と、前記絶縁層の上部の所定部分に画
素電極を形成する段階と、前記カウンタ電極パターンの
上部の絶縁層を除去する段階と、前記カウンタ電極パタ
ーンの上部と前記画素電極の上部に伝導性の高分子膜を
形成する段階と、全面に配向膜を形成する段階とから成
ることを特徴とする。
板上に形成された画素電極及びカウンタ電極上に伝導性
高分子膜を形成し、縁電界無しの均一な平行場を形成す
ることにより、液晶表示素子の透過率を改善することが
できる。
の好ましい実施例を説明する。
い。
板の平面図であって、図5は図4のIV−IV線に沿って切
断された断面図で、絶縁性の透明基板30上にゲートラ
イン36、データライン38、I字の形の画素電極3
3、カウンタ電極31及び、前記画素電極33を駆動す
るために、薄膜トランジスタ50が実装され、画素電極
33とカウンタ電極31の上部には伝導性の高分子膜3
4A、34Bが設けられる。伝導性高分子膜34A、3
4Bは数Å乃至10μmの厚さに、好ましくはセルギャ
ップと同一か少ない厚さに形成する。前記高分子膜34
A、34Bは、ポリアセチレン(polyacetylene)、ポリ
アニリン(polyaniline)、P−フェニレンビニレン(p-ph
enylenevinylene)、ポリピロール(polypyrrole)、ポリ
チオフェン(polythiophene)、及びP−フェニレンビニ
レン(p−phenylenevinylene)から成る群のうち、一つ以
上の物質を化学的に合成することにより形成される。高
分子膜34A、34Bの電気伝導度は合成方法及び合成
時でのドーピング物質によって決定され、このような高
分子膜の伝導度は金属と1オーダ(order)の差異を有す
る。
極31と画素電極33と、その上部に形成された伝導性
高分子膜34A,34Bとによって発生する電界は、前
記電極31,33及び前記伝導性高分子膜34A,34
Bの厚さ(高さ)に比例する水平の電界成分Epを有す
る。これら電界成分は、基板の表面だけでなく、セルギ
ャップ全体に影響を及ぼすので、セル全体の液晶分子が
偏光方向に対して45°だけ配向される。即ち、フリン
ジ電界(Fringe electric field) 成分ではなく、前記水
平の電界成分Epが下部基板30の表面から遠く離れた
液晶分子にまで影響を及ぼすので、下部基板から遠く離
れた液晶分子が45°より小さく配向される現象は生じ
ない。このような効果によって、従来の液晶表示素子に
おける消耗電力の増加問題を解決することができる。
Sモード液晶表示素子を製造するには、2つの方法が適
用可能である。
形成された状態で前記カウンタ電極31の上に高分子膜
34Bを形成した後、ゲート絶縁膜32を蒸着し、その
後、チャネル層の形成と画素電極33のパターン形成工
程が完了した状態で、画素電極33の表面の上に伝導性
の高分子膜34Aを形成し更に、その上に配向膜を形成
する方法である。他の方法は、画素電極のパターン形成
工程が完了した状態で、カウンタ電極31の上部に存在
するゲート絶縁膜32をエッチングする。その後、画素
電極33とカウンタ電極31の表面の上に同時に伝導性
高分子膜34A、34Bを形成する方法である。前記高
分子膜34A,34Bは全面コーティング後、パターニ
ングする方法で形成されるが、このパターニングにもま
た2つの方法が適用可能である。即ち、一つの方法は、
伝導度の高い高分子を溶媒と混合してコーティングし、
硬化(キュアリング、curing)し、その後感光膜マスク
を上部に形成してパターニングする方法である。他の方
法は、伝導性高分子を合成する間、光重合開始剤(photo
initiator)を添加して、紫外線照射時に高分子構造の環
状結合を切ってやる方法である。後者の方法は高分子膜
のコーティング時に、感光膜マスクを使用する必要がな
いので、前者の方法に比べて工程を簡素化することがで
きる。
るIPSモード液晶表示素子の下部基板の部分断面構造
及びその製造過程を示す断面図である。
子膜34′、34″の中心部をインジウム−錫酸化物
(Indium Tin Oxide:ITO)37
A,37Bで埋める。図5の第1実施例の場合、カウン
タ電極31及び画素電極33上に形成された高分子膜3
4A,34Bは必ず伝導性を有さなければならないが、
本実施例の場合、前記高分子膜は伝導性を有していても
良いし、図4の実施例とは違って伝導性を有しなくても
良い。非伝導性の高分子物質が使用される場合には、中
心部に詰められたITO物質37A,37Bが伝導性を
有するので、十分な強度の平行な電界の発生が可能であ
る。一方、高分子膜が形成される厚さ(高さ)ほど画素
電極とカウンタ電極の厚さ(高さ)を高める構造は、十
分な強度の平行な電界の発生を可能にするが、高分子膜
を利用してパターンを形成する方法に比べパターンの形
成が容易ではないという短所がある。
板の製造過程を説明すると、次のようになる。
にゲート電極(図示しない)とカウンタ電極31が形成
され、絶縁膜32がゲート電極とカウンタ電極31を含
んだ基板30の全面に蒸着される。その後、絶縁膜32
の所定の位置に画素電極33が形成される。続いて、カ
ウンタ電極31の上部にある絶縁膜が取り除かれる。図
7を参照すると、全面に光重合開始剤が添加された感光
性高分子膜34が塗布される。その後、画素電極33の
上部の所定の部分と、カウンタ電極31の上部にある前
記感光性高分子膜34の所定の部分を露光、及び現像し
てホールHを形成する。
7B、又は他の伝導性の金属物質をホールHに埋め込む
ことにより、埋め込まれたITO物質をカウンタ電極3
1及び画素電極33に接触する。その後、カウンタ電極
31及び画素電極33の上部を除いた感光性高分子膜は
取り除かれ、ITO物質37A,37Bの両側には図9
に示したように高分子壁34′、34″が残る。
外線により配向される光配向膜35を所定の厚さに塗布
する。
性の高分子物質を利用することにより、高分子壁3
4′、34″の形成のためのパターニング工程が簡単に
なる。
液晶表示素子の下部基板上の電極上に伝導性を帯びる高
分子膜パターンを形成して液晶駆動のための電圧印加時
にそれぞれの画素とデータラインとの干渉を最少化する
と共に、画素内部セルギャップ全体に平行な電界を形成
することにより、液晶表示素子の透過率を改善すること
ができるのみならず、消費電力を減らすこともできる。
図(上部)である。
図(下部)である。
図である。
線を沿って切断された断面図である。
表示素子を製造する方法を示す断面図である。
表示素子を製造する方法を示す断面図である。
表示素子を製造する方法を示す断面図である。
表示素子を製造する方法を示す断面図である。
Claims (26)
- 【請求項1】 画素電極とカウンタ電極が同一基板上に
形成された液晶表示素子であって、前記画素電極と前記
カウンタ電極がそれらの表面の上部に形成され、その上
には所定の厚さの伝導性高分子膜が形成された第1透過
性の絶縁基板と、前記第1透過性の基板と対向する第2
透過性の基板と、前記第1透過性の基板と前記第2透過
性の基板の間に介在した陰の異方性誘電率を持つ液晶を
含むことを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項2】 前記高分子膜はポリアセチレン(polyace
tylene)、ポリアニリン(polyaniline)、P−フェニレン
(p-phenylene)、ポリピロール(polypyrrole)、ポリチオ
フェン(polythiophene)、P−フェニレンビニレン(p-phe
nylenvinylene)からなる群から選ばれる一つを膜材料と
して含むことを特徴とする請求項1記載の液晶表示素
子。 - 【請求項3】 前記高分子膜は光重合開始剤を含むこと
を特徴とする請求項1又は2記載の液晶表示素子。 - 【請求項4】 前記高分子膜の厚さはセルギャップ以下
であることを特徴とする請求項1又は2記載の液晶表示
素子。 - 【請求項5】 画素電極とカウンタ電極が同一の基板上
に形成された液晶表示素子で、前記カウンタ電極と前記
画素電極とが透過性の絶縁基板の表面の上部に形成さ
れ、その層の上には所定の厚さの高分子膜が形成され、
前記高分子膜の高さと同一の高さを有する伝導体が前記
高分子膜内に挿入されて、前記カウンタ電極及び前記画
素電極と各々電気的に接触され、前記伝導体及び高分子
膜を除外した部分には配向膜で覆われた第1透過性基板
と、前記第1透過性基板と対向する第2透過性基板と、
前記第1透過性基板と前記第2透過性基板の間に介在さ
れた液晶を含むことを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項6】 前記高分子膜は光重合開始剤を含むこと
を特徴とする請求項5記載の液晶表示素子。 - 【請求項7】 前記高分子膜は感光性の非伝導性物質で
あることを特徴とする請求項5記載の液晶表示素子。 - 【請求項8】 前記高分子膜は感光性の伝導性物質であ
ることを特徴とする請求項5記載の液晶表示素子。 - 【請求項9】 前記高分子膜の厚さはセルギャップ以下
であることを特徴とする請求項5記載の液晶表示素子。 - 【請求項10】 前記伝導体はインジウム−錫酸化物
(ITO:Indium Tin Oxide)であることを特徴とす
る請求項5記載の液晶表示素子。 - 【請求項11】 透過性の絶縁基板を提供する段階と、 前記基板上にゲート電極パターンとカウンタ電極パター
ンとを形成する段階と、 全面に絶縁層を形成する段階と、 前記ゲート電極パターンの位置する絶縁膜の表面の上部
にチャネル層を形成する段階と、 前記絶縁層の上部の所定部分に画素電極を形成する段階
と、 前記カウンタ電極パターンの上部の絶縁層を除去する段
階と、 前記カウンタ電極パターンの上部と前記画素電極の上部
に伝導性の高分子膜を形成する段階と、 全面に配向膜を形成する段階とから成ることを特徴とす
る液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項12】 前記伝導性高分子膜の形成段階は、溶
媒と混合された高分子物質をコーティングして膜を形成
する段階と、 コーティングされた膜を硬化させる段階と、 画素電極及びカウンタ電極パターンが位置する前記コー
ティングされた膜の上部にのみ、感光膜マスクを形成す
る段階と、 露出された前記高分子膜を取り除く段階と、 前記感光膜マスクを除去する段階とから成ることを特徴
とする請求項11記載の液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項13】 前記伝導性高分子膜の形成段階は、溶
媒及び光重合開始剤の混合された高分子物質をコーティ
ングして膜を形成する段階と、 コーティングされた膜を硬化させる段階と、 画素電極或いはカウンタ電極パターンの上部を除外した
膜に紫外線を照射する段階と、 照射された膜を除去する段階とから成ることを特徴とす
る請求項11記載の液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項14】 前記伝導性の高分子膜を形成する段階
は、基板の全表面を膜でコートする段階と、 溶媒と混合させ膜を硬化する伝導性の高分子物質から成
る段階と、 膜の選択された部分に紫外線を照射する段階と、及び照
射された膜の部分を取り除く段階とから成ることを特徴
とする請求項11記載の液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項15】 前記伝導性高分子膜はポリアセチレン
(polyacetylene)、ポリアニリン(polyaniline)、P−フ
ェニレン(p-phenylene)、ポリピロール(polypyrrole)、
ポリチオフェン(polythiophene)、P−フェニレンビニ
レン(p-phenylenvinylene)から成る群のうち、一つ以上
を化学的に合成することにより形成されることを特徴と
する請求項14記載の液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項16】 前記高分子膜の厚さはセルギャップ以
下であることを特徴とする請求項11記載の液晶表示素
子の製造方法。 - 【請求項17】 透過性の絶縁基板を提供する段階と、 前記透過性の基板上にゲート電極パターンとカウンタ電
極パターンを形成する段階と、 透過性基板の全表面に絶縁層を形成する段階と、 前記ゲート電極パターンの位置する絶縁膜の上部にチャ
ネル層を形成する段階と、 前記絶縁層の上部の所定部分に画素電極を形成する段階
と、 前記カウンタ電極パターン上部の絶縁層を除去する段階
と、 前記カウンタ電極パターンの上部と前記画素電極の上部
に伝導性の高分子膜を形成する段階と、 基板の全表面に配向膜を形成する段階とから成ることを
特徴とする液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項18】 前記伝導性高分子膜の形成段階は、溶
媒と混合された高分子物質をコーティングして膜を形成
する段階と、 コーティングされた膜を硬化させる段階と、 画素電極及びカウンタ電極パターンの位置する前記膜の
上部にのみ感光膜マスクを形成する段階と、 露出された前記高分子膜を取り除く段階と、 前記感光膜マスクを取り除く段階とから成ることを特徴
とする請求項17記載の液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項19】 前記伝導性高分子膜の形成段階は、溶
媒及び光開始剤の混合された高分子物質をコーティング
して膜を形成する段階と、 コーティングされた膜を硬化する段階と、 画素電極或いはカウンタ電極パターンの上部を除外した
膜に紫外線を照射する段階と、 照射された膜を除去する段階とを含むことを特徴とする
請求項17記載の液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項20】 前記伝導性高分子膜はポリアセチレン
(polyacetylene)、ポリアニリン(polyaniline)、P−フ
ェニレン(p-phenylene)、ポリピロール(polypyrrole)、
ポリチオフェン(polythiophene)、P−フェニレンビニレ
ン(p-phenylenvinylene)から成る群のうち、一つ以上を
化学的に合成することにより形成されることを特徴とす
る請求項18又は19記載の液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項21】 前記高分子膜の厚さはセルギャップ以
下であることを特徴とする請求項17記載の液晶表示素
子の製造方法。 - 【請求項22】 透過性の絶縁基板を提供する段階と、 前記基板上にゲート電極パターンとカウンタ電極パター
ンを形成する段階と、透過性基板の全表面に絶縁層を形
成する段階と、 前記ゲート電極パターンの位置する絶縁膜の上部にチャ
ネル層を形成する段階と、 前記絶縁層の上部の所定の部分に画素電極を形成する段
階と、カウンタ電極パターンの上部の絶縁層を取り除く
段階と、 前記カウンタ電極パターンの上部と前記画素電極の上部
の所定の部分を露出する感光性の高分子膜を全面に所定
の高さに形成する段階と、 露出された部分に伝導性物質を埋め込める段階と、 前記画素電極と前記カウンタ電極パターンの上部を除い
た部分の高分子膜を除去する段階と、及び、 全面に配向膜を形成する段階とから成ることを特徴とす
る液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項23】 前記伝導性高分子膜の形成段階は、溶
媒と混合された高分子物質をコーティングして膜を形成
する段階と、 コーティングされた膜を硬化させる段階、及び前記画素
電極且つカウンタ電極パターンの上部の所定の部分の感
光性高分子膜を露光及び現像して取り除く段階とから成
ることを特徴とする請求項22記載の液晶表示素子の製
造方法。 - 【請求項24】 前記高分子膜の厚さはセルギャップ以
下であることを特徴とする請求項22記載の液晶表示素
子の製造方法。 - 【請求項25】 前記配向膜の形成段階の後、前記高分
子膜及び前記埋め込まられた伝導性物質の上部にある配
向膜を取り除く段階から、更に成ることを特徴とする請
求項22記載の液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項26】 前記伝導性物質はインジウム−錫酸化
物(ITO:IndiumTin Oxide)であることを特徴とす
る請求項22記載の液晶表示素子の製造方法。
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