JP4891558B2 - 薄膜トランジスタ表示板及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は薄膜トランジスタ基板に対する発明である。
薄膜トランジスタ表示板は、液晶表示装置や有機EL（electro luminescence）表示装置などで各画素を独立して駆動するための回路基板として使用される。薄膜トランジスタ表示板は、走査信号を伝達するゲート線と画像信号を伝達するデータ線が形成されており、ゲート線及びデータ線と連結されている薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタと連結されている画素電極、ゲート線を覆って絶縁するゲート絶縁膜及び薄膜トランジスタとデータ線を覆って絶縁する保護膜などを含んで構成されている。薄膜トランジスタはゲート線の一部であるゲート電極とチャンネルを形成する半導体、データ線の一部であるソース電極とドレイン電極及びゲート絶縁膜と保護膜などでなる。薄膜トランジスタは、ゲート線を通じて伝達される走査信号によってデータ線を通じて伝達される画像信号を画素電極に伝達または遮断するスイッチング素子である。
このような薄膜トランジスタ表示板を使用する代表的な装置として液晶表示装置があるが、液晶表示装置で開口率を高めるために、誘電率が小さく厚い厚さを形成することができる有機膜を保護膜として使用している。これは画素電極とデータ線及びゲート線の間に形成されるキャパシタンスを減らすことで、既存の無機膜を使用する場合の画素電極とデータ線及びゲート線間の最少隔離距離（約３〜４μｍ）をさらに小さくしたり、相互オーバーラップ（overlap）するようにすることで、開口率を広めることができるためである。
しかし、実際の光透過率は有機膜の透過率及び膜間の屈折率差による多重反射によって干渉効果が発生し、所望の透過率を得ることができずにいる。
本発明が目的とする技術的課題は、有機絶縁膜を使用しながらも最高の透過率を得ることができる条件を満たす薄膜トランジスタ表示板を提供することにある。
本発明が目的とする技術的課題は、有機絶縁膜を使用しながらも最高の透過率を得ることができる条件を満たす薄膜トランジスタ表示板を提供することにある。
具体的には、本願第１発明は、基板、前記基板上に形成されているゲート線、前記ゲート線及び基板を覆って形成されているゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜上に形成されているデータ線、前記データ線を覆って形成されている保護膜、前記保護膜上に形成されている有機絶縁膜、前記有機絶縁膜上に形成されている画素電極を含む薄膜トランジスタに関する。ここで、膜の厚さをdとし、膜の屈折率をnとする時、下記の条件を満たす。、
本願第３発明は、第１発明において、前記窒化ケイ素（SiNx）は１.８以上１.９以下の屈折率を有するのが好ましい。
本願第４発明は、第１発明において、前記画素電極はITOで形成されており、屈折率は１.８以上１.９以下の屈折率を有するのが好ましい。
本願第４発明は、第１発明において、前記画素電極はITOで形成されており、屈折率は１.８以上１.９以下の屈折率を有するのが好ましい。
本願第５発明は、第１発明において、前記有機絶縁膜は１.４以上１.６以下の屈折率を有するのが好ましい。
本願第６発明は、第１絶縁基板、前記第１絶縁基板上に形成されているゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜上に形成されている保護膜、前記保護膜上に形成されている有機絶縁膜、前記有機絶縁膜上に形成されている画素電極、前記第１基板に対向する第２絶縁基板、前記第１絶縁基板及び前記第２絶縁基板の間に注入された液晶を含み、膜の厚さをdとし、膜の屈折率をnとする時、下記の条件を満たす液晶表示装置に関するものである。
本願第６発明は、第１絶縁基板、前記第１絶縁基板上に形成されているゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜上に形成されている保護膜、前記保護膜上に形成されている有機絶縁膜、前記有機絶縁膜上に形成されている画素電極、前記第１基板に対向する第２絶縁基板、前記第１絶縁基板及び前記第２絶縁基板の間に注入された液晶を含み、膜の厚さをdとし、膜の屈折率をnとする時、下記の条件を満たす液晶表示装置に関するものである。
窒化シリコン膜と画素電極は各々補強干渉条件を満たす厚さで形成することによって、表示装置の透過率が向上し、これによる表示品質も良くなる。
このような課題を解決するために、本発明ではゲート絶縁膜厚とゲート絶縁膜厚の屈折率をかけた値と保護膜厚と保護膜の屈折率をかけた値を足し、その足した値の４倍が波長の偶数倍となり、画素電極の厚さと画素電極の屈折率をかけた値の４倍が波長の偶数倍となるようにする。
添付した図面を参考にして、本発明の実施例に対して本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様に相異した形態で実現でき、ここで説明する実施例に限定されない。
図面で各種の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体を通じて類似した部分については同一な図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。
次に本発明の実施例による薄膜トランジスタ表示板について、図面を参考にして詳細に説明する。
具体的には図１に示されているように、一つの実施例は薄膜トランジスタ表示板の表示領域に位置した薄膜トランジスタ、画素電極及び信号線の部分と周辺領域に位置した信号線の拡張部を含み、図１は液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の配置図であり、図２は図１のII-II線による断面図である。
具体的には図１に示されているように、一つの実施例は薄膜トランジスタ表示板の表示領域に位置した薄膜トランジスタ、画素電極及び信号線の部分と周辺領域に位置した信号線の拡張部を含み、図１は液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の配置図であり、図２は図１のII-II線による断面図である。
絶縁基板１１０上にゲート信号を伝達し、主に横方向に延在している複数のゲート線１２１が形成されている。
各ゲート線１２１の一部は複数のゲート電極１２４を構成する。また、各ゲート線１２１は外部装置との接続のために幅が拡張されている拡張部１２５を含む。ゲート線１２１のほとんどは表示領域に位置するが、ゲート線１２１の拡張部１２５は周辺領域に位置する。
各ゲート線１２１の一部は複数のゲート電極１２４を構成する。また、各ゲート線１２１は外部装置との接続のために幅が拡張されている拡張部１２５を含む。ゲート線１２１のほとんどは表示領域に位置するが、ゲート線１２１の拡張部１２５は周辺領域に位置する。
ゲート線１２１は物理的性質が異なる二つの膜、つまり、下部膜１２１pとその上の上部膜１２１qを含む。上部膜１２１qはゲート信号の遅延や電圧降下を減らすことができるように低い比抵抗の金属、例えば、アルミニウム（Al）やアルミニウム合金などアルミニウム系列の金属からなる。これとは異なって、下部膜１２１pは他の物質、特にITO（indium tin oxide）及びIZO（indium zinc oxide）との物理的、化学的、電気的接触特性に優れた物質、例えばモリブデン（Mo）、モリブデン合金[例:モリブデン-タングステン（MoW）合金]、クロム（Cr）、タンタル（Ta）、チタニウム（Ti）などでなる。下部膜１２１pと上部膜１２１qの組み合わせの例としては、クロム/アルミニウム-ネオジム（Nd）合金を挙げることができる。図２でゲート電極１２４の下部膜と上部膜は各々図面符号１２４p、１２４qと表示されている。そして、ゲート線１２１の拡張部１２５も上部膜１２５qと下部膜１２５pを含む。
また、下部膜１２１pと上部膜１２１qの側面は各々傾斜を有し、その傾斜角は基板１１０の表面に対して約３０-８０度をなす。
ゲート線１２１上には窒化ケイ素（SiNx）などからなるゲート絶縁膜１４０が形成されている。
ゲート線１２１上には窒化ケイ素（SiNx）などからなるゲート絶縁膜１４０が形成されている。
ゲート絶縁膜１４０上部には水素化非晶質シリコン（hydrogenated amorphous silicon）（非晶質シリコンは略称a-Siとする）などからなる複数の半導体１５０が形成されている。半導体１５０は主にゲート電極１２４上に形成されており、半導体１５０はゲート電極１２４より広い面積を覆っている。
半導体１５０の上部にはシリサイド（silicide）またはn型不純物が高濃度にドーピングされているn+水素化非晶質シリコンなどの物質でなる複数の島状抵抗性接触部材１６３、１６５が形成されている。島状抵抗性接触部材は二つに分けられ、互いに対をなして半導体上に位置する。
半導体１５０と抵抗性接触部材１６３、１６５の側面もまた傾斜を有し、傾斜角は３０-８０度をなす。
抵抗性接触部材１６３、１６５及びゲート絶縁膜１４０上には各々複数のデータ線１７１と複数のドレイン電極１７５が形成されている。
抵抗性接触部材１６３、１６５及びゲート絶縁膜１４０上には各々複数のデータ線１７１と複数のドレイン電極１７５が形成されている。
データ線１７１は主に縦方向に延びてゲート線１２１と交差してデータ電圧を伝達する。各データ線１７１は外部装置との接続のために幅が拡張されている拡張部１７９を含む。データ線１７１のほとんどは表示領域に位置するが、データ線１７１の拡張部１７９は周辺領域に位置する。
各データ線１７１からドレイン電極１７５に向かって延在する複数の枝がソース電極１７３を構成する。一対のソース電極１７３とドレイン電極１７５は互いに分離されており、ゲート電極１２４に対して互いに反対側に位置する。ゲート電極１２４、ソース電極１７３及びドレイン電極１７５は半導体１５０と共に薄膜トランジスタをなし、薄膜トランジスタのチャンネルはソース電極１７３とドレイン電極１７５の間の突出部１５０に形成される。
データ線１７１とドレイン電極１７５もまたモリブデン（Mo）、モリブデン合金、クロム（Cr）などの下部膜１７１p、１７５pと、その上に位置したアルミニウム系列または銀系列金属である上部膜７１q、１７５qからなる。そしてデータ線１７１の拡張部１７９も上部膜１７９qと下部膜１７９pを含む。
データ線１７１及びドレイン電極１７５の下部膜１７１p、１７５pと上部膜１７１q、１７５qもゲート線１２１と同様に、その側面が約３０-８０度の角度に各々傾斜を有する。
抵抗性接触部材１６１、１６５は、その下部の半導体１５０とその上部のデータ線１７１及びドレイン電極１７５の間にだけ存在し、接触抵抗を低くする役割を果たす。線状半導体１５１はソース電極１７３及びドレイン電極１７５に覆われず露出した部分を有している。
データ線１７１、ドレイン電極１７５及び露出された半導体１５０部分の上には無機物質である窒化ケイ素などからなる保護膜１８０が形成されている。
保護膜１８０の上には平坦化特性が優れ、感光性（photosensitivity）を有する有機物質で形成された有機絶縁膜１８１が形成されている。
保護膜１８０の上には平坦化特性が優れ、感光性（photosensitivity）を有する有機物質で形成された有機絶縁膜１８１が形成されている。
保護膜１８０及び有機絶縁膜１８１にはドレイン電極１７５及びデータ線１７１の拡張部１７９を各々露出する複数の接触孔１８５、１８９が形成されており、ゲート絶縁膜１４０と共にゲート線１２１の拡張部１２５を露出する複数の接触孔１８２が形成されている。
有機絶縁膜１８１上には複数の画素電極１９０と複数の接触補助部材８１、８２が形成されている。
画素電極１９０は透明な導電体であるITOまたはIZOからなる。画素電極１９０は接触孔１８５を通じてドレイン電極１７５と各々物理的、電気的に連結されてドレイン電極１７５からデータ電圧を印加される。
画素電極１９０は透明な導電体であるITOまたはIZOからなる。画素電極１９０は接触孔１８５を通じてドレイン電極１７５と各々物理的、電気的に連結されてドレイン電極１７５からデータ電圧を印加される。
データ電圧が印加された画素電極１９０は共通電圧を印加される他の表示板（図示せず）の共通電極（図示せず）と共に電場を生成することによって、二つの電極の間の液晶層（図示せず）の液晶分子を再配列させる。
また、画素電極１９０と共通電極はキャパシタ（蓄電器）（以下、“液晶キャパシタ”という）を構成し、薄膜トランジスタがターンオフされた後にも印加された電圧を維持するが、液晶キャパシタの電圧維持能力を強化するために、液晶キャパシタと並列に接続された他のキャパシタを設ける場合もある。
画素電極１９０はまた隣接するゲート線１２１及びデータ線１７１と重なって開口率を高めているが、重ならないこともある。
接触補助部材８１、８２は接触孔１８２、１８９を通じてゲート線の拡張部１２５及びデータ線の拡張部１７９と各々連結される。接触補助部材８１、８２はゲート線１２１及びデータ線１７１の各拡張部１２５、１７９と外部装置との接着性を補完し、これらを保護する役割を果たすものとして必須ではなく、これらを適用するか否かは選択による。このような接触補助部材８１、８２も透明導電体であるITOまたはIZOからなる。
接触補助部材８１、８２は接触孔１８２、１８９を通じてゲート線の拡張部１２５及びデータ線の拡張部１７９と各々連結される。接触補助部材８１、８２はゲート線１２１及びデータ線１７１の各拡張部１２５、１７９と外部装置との接着性を補完し、これらを保護する役割を果たすものとして必須ではなく、これらを適用するか否かは選択による。このような接触補助部材８１、８２も透明導電体であるITOまたはIZOからなる。
図１及び図２ではゲート線及びデータ線が二重層構造で形成されている実施例を示しているが、単一層または三重層で形成することも可能である。
図２で表示領域を形成する画素電極の下部及び上部層状構造は、図３に示されたものと同一である。
図２で表示領域を形成する画素電極の下部及び上部層状構造は、図３に示されたものと同一である。
図３は表示領域の断面の積層構造を詳細に示した断面図である。
図３に示したように、絶縁基板１１０上に窒化ケイ素（SiNx）で積層されたゲート絶縁膜１４０が形成されており、その上に窒化ケイ素（SiNx）で積層された保護膜１８０が形成されている。その上に有機絶縁膜１８１が形成されており、その上に画素電極１９０が形成されている。画素電極１９０の上部には液晶３００が位置している。したがって、液晶表示装置はバックライトユニットの光源から出発した光が図３に示された層を順次に透過した後、液晶３００の配向方向によって透過程度が決められ、これを通じて画像を表示する。
図３に示したように、絶縁基板１１０上に窒化ケイ素（SiNx）で積層されたゲート絶縁膜１４０が形成されており、その上に窒化ケイ素（SiNx）で積層された保護膜１８０が形成されている。その上に有機絶縁膜１８１が形成されており、その上に画素電極１９０が形成されている。画素電極１９０の上部には液晶３００が位置している。したがって、液晶表示装置はバックライトユニットの光源から出発した光が図３に示された層を順次に透過した後、液晶３００の配向方向によって透過程度が決められ、これを通じて画像を表示する。
したがって、液晶の下部に形成されている各々の層に対する透過率が最も適した場合、液晶表示装置の輝度も良くなる。以下、各々の層に対する最適の透過率を求める式を理論及びシミュレーションを通じて提示することにする。
先ず、図３に積層された各層の屈折率を見てみると下記のとおりである。一般に、窒化ケイ素（SiNx）を積層したゲート絶縁膜１４０と保護膜１８０は屈折率が１.８ないし１.９を有する。また、ITOやIZOで形成される画素電極１９０も屈折率が１.８ないし１.９である。しかし、有機絶縁膜１８１を形成する有機膜は屈折率は、１.４ないし１.６の範囲である。特に、有機膜の屈折率は大略１.５程度であり、ガラスを使用する絶縁基板１１０と液晶３００は大略１.５程度の屈折率を有する。したがって表示領域の積層構造は屈折率１.５程度を有する３つの層の間に１.８ないし１.９の屈折率を有する層が挿入されている構造を有する。
図４は屈折率と厚さを有する層が積層された構造を示している断面図である。
図４には一番下に形成された入射媒質（n0）と一番上に形成された透過媒質（nN+1）の間にN個の膜が形成されている。各膜は屈折率（n）と厚さ（d）を有し、光が入射すると各膜によって多重反射が起こり、これにより干渉現象が起こる。干渉現象が起こり易い条件は、一般に入射媒質及び透過媒質との屈折率の差が大きく、膜の厚さが光の干渉長さ（coherence length）より小さくなければならない。ここでは、入射媒質と透過媒質の厚さは干渉現象が起こらないように、干渉長さより大きく形成して入射媒質と透過媒質の間の膜でのみ干渉が発生するとする。実際に表示装置でも絶縁基板１１０と液晶３００は光の干渉長さより大きく形成することができる。
図４には一番下に形成された入射媒質（n0）と一番上に形成された透過媒質（nN+1）の間にN個の膜が形成されている。各膜は屈折率（n）と厚さ（d）を有し、光が入射すると各膜によって多重反射が起こり、これにより干渉現象が起こる。干渉現象が起こり易い条件は、一般に入射媒質及び透過媒質との屈折率の差が大きく、膜の厚さが光の干渉長さ（coherence length）より小さくなければならない。ここでは、入射媒質と透過媒質の厚さは干渉現象が起こらないように、干渉長さより大きく形成して入射媒質と透過媒質の間の膜でのみ干渉が発生するとする。実際に表示装置でも絶縁基板１１０と液晶３００は光の干渉長さより大きく形成することができる。
各膜の屈折率はni（i∈[０,１,２,３,…N,N+１]）とし、各膜の厚さはdi（i∈[０,１,２,３,…N,N+１]）とする。
これを利用して干渉現象が起こる条件は下記のとおりである。
これを利用して干渉現象が起こる条件は下記のとおりである。
dj≦ 光の干渉長さ（j∈[１,２,３,…N]）
di≧ 光の干渉長さ（i∈[０,N+１]）
di≧ 光の干渉長さ（i∈[０,N+１]）
図５は多重反射による干渉効果を説明するための図面で、図示されているように多重反射による干渉効果を発生する。
透過光などの位相関係が補強干渉条件である場合は透過率が大きくなり、相殺干渉条件である場合は透過率は最低となる。液晶表示装置の場合、このような干渉効果によって透過率に影響を与える膜は、窒化ケイ素（SiNx）で形成されているゲート絶縁膜１４０及び保護膜１８０とITOまたはIZOで形成されている画素電極１９０である。他の大部分の膜などの屈折率が１.５程度であるのに比べ、窒化ケイ素（SiNx）で形成されているゲート絶縁膜１４０及び保護膜１８０とITOまたはIZOで形成されている画素電極１９０は１.８〜１.９程度と大きい。したがって、干渉効果による透過率変化は避けられない。
透過光などの位相関係が補強干渉条件である場合は透過率が大きくなり、相殺干渉条件である場合は透過率は最低となる。液晶表示装置の場合、このような干渉効果によって透過率に影響を与える膜は、窒化ケイ素（SiNx）で形成されているゲート絶縁膜１４０及び保護膜１８０とITOまたはIZOで形成されている画素電極１９０である。他の大部分の膜などの屈折率が１.５程度であるのに比べ、窒化ケイ素（SiNx）で形成されているゲート絶縁膜１４０及び保護膜１８０とITOまたはIZOで形成されている画素電極１９０は１.８〜１.９程度と大きい。したがって、干渉効果による透過率変化は避けられない。
干渉による透過率変化は、各光などの位相を比較することで分かるが、位相変化は大きく分けて二種類の原因で起こる。第１は光が進行しながら光路長、つまり実際距離に屈折率をかけた値によって発生し、第２は屈折率が異なる二つの媒質の境界面で反射される時に発生する。一般に、透過光は透過時に位相の変化がないが、反射光は疎な媒質（屈折率が小さい媒質）から密な媒質（屈折率が大きい媒質）に進行している途中で反射する場合には１８０度位相差が生じ、密な媒質から疎な媒質に進行している途中で反射する場合には位相差が発生しない。
図５を薄膜トランジスタ基板にて窒化ケイ素（SiNx）で形成されているゲート絶縁膜１４０、保護膜１８０とITOまたはIZOで形成されている画素電極１９０である場合について適用して見ると次のとおりである。最下層は窒化ケイ素（SiNx）で形成された膜（以下、窒化ケイ素で形成されたゲート絶縁膜１４０と保護膜１８０を合せて、窒化シリコン膜という）であり、その上層は有機絶縁膜であり、最上層は画素電極とする。すると、各膜の屈折率はn1≒n2<nの関係にある。透過光などの位相関係を見てみる。最初にn１から出発した光はnと接しながら、一部は反射し（r1）、一部は透過する。透過した光は再びn2に接しながら一部は反射し、一部は透過する（t１）。このような過程はn膜内で無限に続き（事実は干渉長さ（coherence length）範囲内で）、この時に透過した透過光、つまり、t1、t2、…の干渉によって透過率が決定される。
先ず、t1とt2の間の位相差を見る。計算の便宜のために垂直入射である場合について計算する。t1に比べてt2は膜の厚さを往復して二回の反射（n→n2、n→n1）が行われる。ところがn1≒n2<nの関係にあるので、反射による位相差は発生せず、単に光の進行による位相差によってのみ位相差が発生し、その大きさは次のとおりである。
つまり、下記のような式によって補強干渉と相殺干渉と区分され、以下では補強干渉の式を膜の厚さの最適条件式という。
結論として、膜による透過率が干渉によって影響を多く受ける場合は、以下の二つの条件が満たされなければならない。
（a）．膜の屈折率がその膜上、下の屈折率と差の大きい時
（b）．膜の厚さが波長と同様である時。
（a）．膜の屈折率がその膜上、下の屈折率と差の大きい時
（b）．膜の厚さが波長と同様である時。
このような場合に、透過率を最大にするためには、膜の厚さを４ndが波長の偶数倍となるようにしなければならない。反対に、膜の屈折率の差が大きくなければ、反射がほとんどないため、多重反射による干渉効果がほとんどない。また、膜の厚さが干渉長さ（coherence length;普通波長の数〜数十倍）より大きい時は、干渉現象自体が起こらないため、膜の厚さは任意で決めても別に無理がない。
詳述したような理論をもって、以下でシミュレーションをしてその結果を説明する。
反射による多重反射効果を含み、光透過率及び反射率を計算することができる４×４ベルマン方法（Berreman Method）を使用した。
反射による多重反射効果を含み、光透過率及び反射率を計算することができる４×４ベルマン方法（Berreman Method）を使用した。
以下では、窒化ケイ素（SiNx）で形成されたゲート絶縁膜１４０及び保護膜１８０は一つの層とし（以下、窒化シリコン膜という。）、その上に形成されている有機絶縁膜１８１とその上にITOで形成された画素電極１９０のうち３つの膜に対しシミュレーションを行う。
先ず、図６に示されたシミュレーションの結果について見てみる。
図６は画素電極の厚さによる波長別透過率を示しているグラフである。
つまり、窒化シリコン膜と有機絶縁膜１８１は形成しないまま画素電極１９０だけを形成し、その厚さｄを変化させて波長による透過率を示したグラフである。ここで入射媒質と透過媒質の屈折率ｎは１.５４として透過特性を計算した。
図６は画素電極の厚さによる波長別透過率を示しているグラフである。
つまり、窒化シリコン膜と有機絶縁膜１８１は形成しないまま画素電極１９０だけを形成し、その厚さｄを変化させて波長による透過率を示したグラフである。ここで入射媒質と透過媒質の屈折率ｎは１.５４として透過特性を計算した。
先ず、膜の厚さの最適条件式にしたがって、画素電極１９０の厚さを計算した。ITOの屈折率が１.８８であるから４*１.８８*d=５５５０*２でdを計算すればd=１４７０Åである。ここで５５５０は可視光線を代表する波長（単位はÅ）である。図６には画素電極１９０の膜の厚さを１４７０Åにした透過率を示している。
一方、５５５０Åの光で相殺干渉をする膜の厚さを計算すると、７４０Å及び２２３０Åを得ることができ、これに対する透過率もシミュレーションして示した。
つまり、図６に示されているように、５５５０Åの波長では７４０Å及び２２３０Åの厚さを有する膜では透過率が最少であり、１４７０Åの厚さで形成する場合には最大の透過率が出るのが分かる。
つまり、図６に示されているように、５５５０Åの波長では７４０Å及び２２３０Åの厚さを有する膜では透過率が最少であり、１４７０Åの厚さで形成する場合には最大の透過率が出るのが分かる。
一方、図７は窒化シリコン膜の厚さによる波長別透過率を示しているグラフである。つまり、有機絶縁膜１８１と画素電極１９０は形成しないまま窒化シリコン膜だけを形成し、その厚さを変化させて波長による透過率を示したグラフである。ここで入射媒質と透過媒質の屈折率は１.５４として透過特性を計算した。
可視光線の中心波長５５５０Åに対して窒化ケイ素（SiNx）の屈折率（１.８８内外)を考慮し、補強干渉及び相殺干渉が起こる厚さを、上記で求めた方式のように求めることができる。ここで、いくつかの可能な値のうち５９００Åと６６００Åに対して波長別透過率を計算して図７に示した。画素電極１９０の場合、厚さが薄くて屈曲がほとんどないのに比べ、窒化ケイ素（SiNx）からなるゲート絶縁膜１４０と保護膜１８０の場合は、厚さが大きく透過率の屈曲が多いことが分かる。しかし、厚さによる輝度差は画素電極１９０に比べて小さく現れる。
図７で破線の曲線（SiNx Ｍａｘ）は窒化シリコン膜の厚さが５９００Åで、５５５０Åを有する光に対し補強干渉が発生する場合である。一方、実線の曲線（SiNx Ｍｉｎ）は窒化シリコン膜の厚さが６６００Åで、５５５０Åを有する光に対し相殺干渉が発生する場合である。
一方、図８は有機絶縁膜の厚さによる波長別透過率を示しているグラフである。
つまり、窒化シリコン膜と画素電極１９０は形成しないまま有機絶縁膜１８１だけを形成し、その厚さを変化させて波長による透過率を示したグラフである。ここで入射媒質と透過媒質の屈折率は１.８８として有機絶縁膜１８１の透過特性を計算した。これは有機絶縁膜１８１の屈折率は１.５４内外であり、屈折率１.８８内外の窒化シリコン膜と画素電極１９０にサンドウィッチされた構造を有しているためである。波長が５５５０Åである光で補強干渉及び相殺干渉が起こる厚さは、各々３.３４μｍ及び３.４４μｍであり、この二つの場合に対して波長別透過率を計算して図８に示した。有機絶縁膜１８１は厚さが非常に厚いために波長別透過率に屈曲が非常に多く、それによって厚さによる輝度は差が非常に小さいことを予想することができる。
つまり、窒化シリコン膜と画素電極１９０は形成しないまま有機絶縁膜１８１だけを形成し、その厚さを変化させて波長による透過率を示したグラフである。ここで入射媒質と透過媒質の屈折率は１.８８として有機絶縁膜１８１の透過特性を計算した。これは有機絶縁膜１８１の屈折率は１.５４内外であり、屈折率１.８８内外の窒化シリコン膜と画素電極１９０にサンドウィッチされた構造を有しているためである。波長が５５５０Åである光で補強干渉及び相殺干渉が起こる厚さは、各々３.３４μｍ及び３.４４μｍであり、この二つの場合に対して波長別透過率を計算して図８に示した。有機絶縁膜１８１は厚さが非常に厚いために波長別透過率に屈曲が非常に多く、それによって厚さによる輝度は差が非常に小さいことを予想することができる。
図８で破線の曲線（PC403 Ｍａｘ）は有機絶縁膜１８１の厚さが３３４００Åで、５５５０Åである光に対し補強干渉が発生する場合である。一方、実線の曲線（PC403 Ｍｉｎ）は窒化シリコン膜の厚さが３４４００Åで、５５５０Åである光に対し相殺干渉が発生する場合である。
図９は従来の最適化された厚さを利用しながら有機絶縁膜を積層した場合と、本発明による最適化された厚さを利用した場合の透過率を波長によって示しているグラフである。
図９で示している透過率は窒化シリコン膜、有機絶縁膜１８１、画素電極１９０を積層した構造での波長による光透過率を示す。
図９で示している透過率は窒化シリコン膜、有機絶縁膜１８１、画素電極１９０を積層した構造での波長による光透過率を示す。
破線（図中（Ａ）の曲線）は、有機絶縁膜１８１を使用しない構造で用いられた従来の最適光透過率を、有機絶縁膜１８１が形成された構造に適用して透過させた場合の透過率を示している。
反面、実線（図中（Ｂ）の曲線）は、有機膜が形成されている構造において、下記のような条件式を満たすように形成した本発明による実施例の透過率を示している。
図９を通じて分かるように、破線（図中（Ａ）の曲線）は実線（図中（Ｂ）の曲線）に比べて屈曲が激しく、全般的に低い透過率を示している。したがって、有機絶縁膜１８１を形成する場合、従来の最適条件を使用するもの（破線（図中（Ａ）の曲線））に比べて、新たな最適条件を利用するもの（実線（図中（Ｂ）の曲線））がはるかに透過率が高いことを確認することができる。つまり、有機絶縁膜１８１を使用しない場合には、窒化シリコン膜と画素電極１９０が共に補強干渉条件を満たさなければならないが、有機絶縁膜１８１を形成する場合には、窒化シリコン膜と画素電極１９０は各々補強干渉条件を満たすようにしなければならない。
図９で二点鎖線（図中（Ｃ）の曲線）は、図７の破線の曲線（SiNx Ｍａｘ）（つまり、窒化シリコン膜が補強干渉をする場合の透過率曲線）を図９に共に示したものである。これは図９の実線（図中（Ｂ）の曲線）と破線（図中（Ａ）の曲線）が振動する周期が、窒化シリコン膜が補強干渉する場合の周期を有していることを示すためのものである。
図１０は本発明による最適化された表示装置で有機絶縁膜の厚さによる波長別透過率を示しているグラフである。
図９で実線（図中（Ｂ）の曲線）で表示された条件で有機絶縁膜１８１の厚さを変更してシミュレーションした。実線は波長５５５０Åで有機絶縁膜１８１の透過率が補強干渉になる場合をシミュレーションしたものであって、破線は波長５５５０Åで有機絶縁膜１８１の透過率が相殺干渉になる場合をシミュレーションしたことである。つまり、図９では画素電極及びゲート絶縁膜だけをそれぞれ最適化している条件であるが、図１０では有機膜に最適化条件を適用した場合の実験である。
図９で実線（図中（Ｂ）の曲線）で表示された条件で有機絶縁膜１８１の厚さを変更してシミュレーションした。実線は波長５５５０Åで有機絶縁膜１８１の透過率が補強干渉になる場合をシミュレーションしたものであって、破線は波長５５５０Åで有機絶縁膜１８１の透過率が相殺干渉になる場合をシミュレーションしたことである。つまり、図９では画素電極及びゲート絶縁膜だけをそれぞれ最適化している条件であるが、図１０では有機膜に最適化条件を適用した場合の実験である。
図１０から分かるように、有機絶縁膜１８１の厚さが変わっても、実際に全体的な透過率はほぼ同様であり、単に屈曲が現れる位置だけが変わる。したがって、有機絶縁膜１８１の厚さが透過率に与える影響が非常に少ないということを確認することができる。したがって、ここまでのシミュレーション結果は次のような結論を導き出すことができる。
窒化ケイ素（SiNx）で形成されているゲート絶縁膜１４０と保護膜１８０は、共に補強干渉の条件を満たす厚さで形成し、ITOまたはIZOで形成された画素電極１９０は、画素電極１９０自体で補強干渉条件を満たす厚さで形成する。
保護膜１８０と画素電極１９０の間に形成されている有機絶縁膜１８１は、その厚さが厚く干渉現象があまり起こらず、これによる透過率の変化が少ない。したがって、有機絶縁膜１８１の膜の厚さは考慮しなくてもよい。
以上で本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者による様々な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属するものである。
１１０ 絶縁基板
１２４ ゲート電極
１３１ 維持電極線
１４０ ゲート絶縁膜
１５０ 真性非晶質シリコン層
１６０ 不純物非晶質シリコン層
１７０ 導電体層
１７３ ソース電極
１７５ ドレイン電極
１８０ 保護膜
１８１ 有機絶縁膜
１８２、１８５、１８９ 接触孔
１９０ 画素電極
８１、８２ 接触補助部材
３００ 液晶
１２４ ゲート電極
１３１ 維持電極線
１４０ ゲート絶縁膜
１５０ 真性非晶質シリコン層
１６０ 不純物非晶質シリコン層
１７０ 導電体層
１７３ ソース電極
１７５ ドレイン電極
１８０ 保護膜
１８１ 有機絶縁膜
１８２、１８５、１８９ 接触孔
１９０ 画素電極
８１、８２ 接触補助部材
３００ 液晶
Claims (6)
- 基板、
前記基板上に形成されているゲート線、
前記ゲート線及び基板を覆って形成されているゲート絶縁膜、
前記ゲート絶縁膜上に形成されているデータ線、
前記データ線を覆って形成されている保護膜、
前記保護膜上に形成されている有機絶縁膜、
前記有機絶縁膜上に形成されている画素電極を含み、
膜の厚さをdとし、膜の屈折率をnとする時、下記の条件を満たすことを特徴とする薄膜トランジスタ表示板。
（数１）
４（ｄゲート絶縁膜ｎゲート絶縁膜＋ｄ保護膜ｎ保護膜）＝可視光線の中心波長の偶数倍
４ｄ画素電極ｎ画素電極＝可視光線の中心波長の偶数倍 - 前記ゲート絶縁膜と保護膜は窒化ケイ素（SiNx）で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 前記窒化ケイ素（SiNx）は１.８以上１.９以下の屈折率を有することを特徴とする請求項２に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 前記画素電極はITOで形成されており、屈折率は１.８以上１.９以下の屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 前記有機絶縁膜は１.４以上１.６以下の屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
- 第１絶縁基板、
前記第１絶縁基板上に形成されているゲート絶縁膜、
前記ゲート絶縁膜上に形成されている保護膜、
前記保護膜上に形成されている有機絶縁膜、
前記有機絶縁膜上に形成されている画素電極、
前記第１基板に対向する第２絶縁基板、
前記第１絶縁基板及び前記第２絶縁基板の間に注入された液晶を含み、
膜の厚さをdとし、膜の屈折率をnとする時、下記の条件を満たす液晶表示装置。
（数２）
４（ｄゲート絶縁膜ｎゲート絶縁膜＋ｄ保護膜ｎ保護膜）＝可視光線の中心波長の偶数倍
４ｄ画素電極ｎ画素電極＝可視光線の中心波長の偶数倍
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